JP6048100B2 - 半導体ウエハー、半導体発光装置、光伝送装置、情報処理装置および半導体発光素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハー、半導体発光装置、光伝送装置、情報処理装置および半導体発光素子の製造方法に関する。

面発光型半導体レーザ素子を通信用光源として用いる場合、通常、面発光型半導体レーザ素子と光ファイバとの間にレンズを介して調芯し、レーザ光を効率よく光ファイバに入射させている。ウエハーレベルで面発光型半導体レーザ素子の出射面を凹状にしたり、面発光型半導体レーザ素子の外周部を凸状の壁を形成し、エアギャップが生じるようにして、その上にボールレンズを搭載することが開示されている（特許文献１、２）。また、出射面の凹部内に樹脂材等を充填してマイクロレンズを形成し、その際、樹脂材が流れやすい構造とするために凹部内を親水性とする構造が開示されている（特許文献３）。

特開平０４−１４７６９１号公報 特開２００５−２５２２５７号公報 米国特許第７，６８８，８７６号公報

本発明は、半導体発光素子の製造歩留まりを改善することが可能な半導体ウエハーおよび半導体発光素子の製造方法、ならびにそのような半導体発光素子を含む半導体発光装置、光伝送装置、情報処理装置を提供することを目的とする。

請求項１は、複数の素子形成領域を含み、素子形成領域の各々には１つもしくは複数の面発光型の半導体発光素子が形成される半導体ウエハーであって、前記素子形成領域内の１つもしくは複数の半導体発光素子の発光部を被覆する１つもしくは複数の光透過性の樹脂が前記素子形成領域内に形成され、前記樹脂は、前記素子形成領域に形成された絶縁膜の表面を疎水化した疎水化領域により囲まれた領域内に形成され、前記疎水化領域の外側には溝が形成され、前記疎水化領域は、前記溝内にまで延長されている、半導体ウエハー。
請求項２は、前記発光部は、柱状構造を有し、前記疎水化領域は、前記柱状構造と同心円状に形成される、請求項１に記載の半導体ウエハー。
請求項３は、前記溝は、前記疎水化領域と同心円状に形成される、請求項１または２に記載の半導体ウエハー。
請求項４は、複数の素子形成領域を含み、素子形成領域の各々には複数の面発光型の半導体発光素子が形成される半導体ウエハーであって、前記素子形成領域内の複数の半導体発光素子の発光部を一括で被覆する光透過性の樹脂が前記素子形成領域内に形成され、前記樹脂は、前記素子形成領域に形成された絶縁膜の表面を疎水化した疎水化領域により囲まれた領域内に形成され、前記疎水化領域は、前記複数の半導体発光素子を取り囲むように形成され、前記疎水化領域の外側には溝が形成される、半導体ウエハー。
請求項５は、前記素子形成領域内に複数の半導体発光素子が形成されているとき、前記疎水化領域は、前記複数の半導体発光素子の各々の発光部を取り囲むように形成される、請求項１に記載の半導体ウエハー。
請求項６は、前記疎水化領域は、前記絶縁膜をフッ素処理することにより形成される、請求項１ないし５いずれか１つに記載の半導体ウエハー。
請求項７は、前記素子形成領域の各々は、半導体ウエハーを切断する領域によって分離されている、請求項１ないし６いずれか１つに記載の半導体ウエハー。
請求項８は、請求項１ないし７いずれか１つに記載の前記素子形成領域を含む半導体チップと、当該半導体チップに電気的に接続された外部リードとを含む半導体発光装置であって、前記素子形成領域に１つの半導体発光素子が形成されている場合には、当該１つの半導体発光素子の発光部が１つの樹脂によって被覆されており、かつ当該１つの樹脂が前記疎水化領域により囲まれた領域内に形成されており、前記素子形成領域に複数の半導体発光素子が形成されている場合であって、複数の半導体発光素子の発光部が複数の樹脂によってそれぞれ被覆されているときには、当該複数の樹脂がそれぞれの疎水化領域により囲まれた領域内に形成されており、複数の半導体発光素子の発光部が１つの樹脂によって一括して被覆されているときには、当該樹脂が、複数の半導体発光素子を取り囲む疎水化領域により囲まれた領域内に形成されている、半導体発光装置。
請求項９は、請求項１ないし７いずれか１つに記載の前記素子形成領域を含む半導体チップと、前記半導体チップと光学的に結合される光学部材とを有する光伝送装置であって、前記素子形成領域に１つの半導体発光素子が形成されている場合には、当該１つの半導体発光素子の発光部が１つの樹脂によって被覆されており、かつ当該１つの樹脂が前記疎水化領域により囲まれた領域内に形成されており、前記素子形成領域に複数の半導体発光素子が形成されている場合であって、複数の半導体発光素子の発光部が複数の樹脂によってそれぞれ被覆されているときには、当該複数の樹脂がそれぞれの疎水化領域により囲まれた領域内に形成されており、複数の半導体発光素子の発光部が１つの樹脂によって一括して被覆されているときには、当該樹脂が、複数の半導体発光素子を取り囲む疎水化領域により囲まれた領域内に形成されている、光伝送装置。
請求項１０は、前記半導体チップは、複数の面発光型半導体レーザ素子を含み、前記光学部材は、１本の光ファイバ内に複数のコアが形成されたマルチコアファイバであり、前記複数の面発光型半導体レーザ素子から出射されたレーザ光は、前記マルチコアファイバの複数のコアのそれぞれに入射される、請求項９に記載の光伝送装置。
請求項１１は、前記半導体チップと前記マルチコアファイバとの間にレンズを含む、請求項１０に記載の光伝送装置。
請求項１２は、請求項１ないし７いずれか１つに記載の前記素子形成領域を含む半導体チップを含む面発光型半導体レーザ装置と、前記面発光型半導体レーザ装置から出射されるレーザ光を記録媒体に集光する集光手段と、前記集光手段により集光されたレーザ光を前記記録媒体上で走査する機構と、を有する情報処理装置であって、前記素子形成領域に１つの半導体発光素子が形成されている場合には、当該１つの半導体発光素子の発光部が１つの樹脂によって被覆されており、かつ当該１つの樹脂が前記疎水化領域により囲まれた領域内に形成されており、前記素子形成領域に複数の半導体発光素子が形成されている場合であって、複数の半導体発光素子の発光部が複数の樹脂によってそれぞれ被覆されているときには、当該複数の樹脂がそれぞれの疎水化領域により囲まれた領域内に形成されており、複数の半導体発光素子の発光部が１つの樹脂によって一括して被覆されているときには、当該樹脂が、複数の半導体発光素子を取り囲む疎水化領域により囲まれた領域内に形成されている、情報処理装置。
請求項１３は、複数の素子形成領域を含む半導体ウエハー上の各素子形成領域内に１つもしくは複数の面発光型の半導体発光素子を形成し、１つもしくは複数の半導体発光素子を取り囲むように各素子形成領域内に溝を形成し、前記溝を含む前記素子形成領域上に絶縁膜を形成し、前記溝自体の内部および前記溝よりも内側の絶縁膜の表面を疎水化し、前記疎水化された領域内の半導体発光素子の発光部を被覆するように光透過性の樹脂を滴下し、前記素子形成領域を隔離する領域に沿って半導体ウエハーを切断する、工程を含む半導体発光素子の製造方法。
請求項１４は、複数の素子形成領域を含む半導体ウエハー上の各素子形成領域内に複数の面発光型の半導体発光素子を形成し、前記複数の半導体発光素子を取り囲むように各素子形成領域内に溝を形成し、前記溝を含む前記素子形成領域上に絶縁膜を形成し、少なくとも前記溝よりも内側の絶縁膜の表面を疎水化し、前記疎水化された領域内の複数の半導体発光素子の発光部を一括して被覆するように光透過性の樹脂を滴下し、前記素子形成領域を隔離する領域に沿って半導体ウエハーを切断する、工程を含む半導体発光素子の製造方法。
請求項１５は、前記疎水化された領域は、前記絶縁膜をフッ素処理することにより形成される、請求項１３または１４に記載の半導体発光素子の製造方法。
請求項１６は、前記樹脂は、ポッティングにより形成される、請求項１３または１４に記載の半導体発光素子の製造方法。

請求項１、１３によれば、半導体ウエハー上の半導体発光素子の発光部を外部から保護することができる。
請求項２、３によれば、樹脂の中心を発光部の光軸に整合させることができる。
請求項１によれば、樹脂が素子形成領域から漏れるのを防止することができる。
請求項４、１４によれば、複数の半導体発光素子を一括して外部から保護することができる。
請求項５によれば、個々の半導体発光素子に対して樹脂のレンズ機能を与えることができる。
請求項６、１５によれば、既存の半導体製造技術を利用することができる。

本発明の第１の実施例に係る単ビット構成の面発光型半導体レーザ素子が形成された半導体ウエハーの一部を上方から見た斜視図であり、図１（Ａ）は、樹脂が被覆される前の状態、図１（Ｂ）は、樹脂が被覆された状態を示す。 図２は、図１（Ｂ）のＸ−Ｘ線断面図およびＹ−Ｙ線断面図である。 本発明の第１の実施例に係る他の単ビット構成の面発光型半導体レーザ素子が形成された半導体ウエハーの一部を上方から見た斜視図であり、図３（Ａ）は、樹脂が被覆される前の状態、図３（Ｂ）は、樹脂が被覆された状態を示す。 図４は、図３（Ｂ）のＸ−Ｘ線断面図およびＹ−Ｙ線断面図である。 図５（Ａ）は、疎水化されていない領域に樹脂がポッティングされたときの樹脂の表面形状の一例を示す断面図、図５（Ｂ）は、本実施例により疎水化された領域に樹脂がポッティングされたときの樹脂の表面形状の一例を表す断面図、図５（Ｃ）は、樹脂の接触角を説明する図である。 図６（Ａ）は、本実施例による絶縁膜の表面の疎水化処理を説明する図、図６（Ｂ）は、本実施例による疎水化処理の他の構成例を説明する図である。 本発明の第１の実施例に係るマルチビット構成の面発光型半導体レーザ素子が形成された半導体ウエハーの一部を上方から見た斜視図であり、図７（Ａ）は、樹脂が被覆される前の状態、図７（Ｂ）は、樹脂が被覆された状態、図７（Ｃ）は、図７（Ｂ）の概略透過側面図である。 本発明の第１の実施例に係る他のマルチビット構成の面発光型半導体レーザ素子が形成された半導体ウエハーの一部を上方から見た斜視図であり、図８（Ａ）は、樹脂が被覆される前の状態、図８（Ｂ）は、樹脂が被覆された状態、図８（Ｃ）は、図８（Ｂ）の概略透過側面図である。 本発明の第１の実施例に係る他のマルチビット構成の面発光型半導体レーザ素子の斜視図である。 本発明の第１の実施例に係る他のマルチビット構成の面発光型半導体レーザ素子が形成された半導体ウエハーの一部を上方から見た斜視図であり、図１０（Ａ）は、樹脂が被覆される前の状態、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）の概略断面図、図１０（Ｃ）は、樹脂が被覆された状態、図１０（Ｄ）は、図１０（Ｃ）の概略断面図である。 本発明の第１の実施例に係る他のマルチビット構成の面発光型半導体レーザが形成された半導体ウエハーの例を示す斜視図であり、図１１（Ａ）は樹脂が被覆される前の状態、図１１（Ｂ）は樹脂が被覆された状態を示す。 本発明の第２の実施例に係る半導体ウエハー上に形成された面発光型半導体レーザの断面図である。 本発明の第３の実施例に係る半導体ウエハー上に形成された面発光型半導体レーザの断面図である。 本発明の第１の実施例に係る半導体ウエハーの製造方法を説明する断面図である。 本発明の第１の実施例に係る半導体ウエハーの製造方法を説明する断面図である。 本発明の実施例に係る半導体ウエハーから切断された面発光型半導体レーザ素子を用いた光伝送装置を説明する図であり、図１６（Ａ）は、マルコチアファイバの断面図、図１６（Ｂ）は、光伝送装置の概略断面図、図１６（Ｃ）は、他の光伝送装置の概略断面図である。 本発明の実施例に係る半導体ウエハーから切断された面発光型半導体レーザ素子を用いた情報処理装置の構成例を示す図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。ここでは、酸化狭窄構造の面発光型半導体レーザ素子が形成された半導体ウエハーを例示し、面発光型半導体レーザまたは面発光型半導体レーザ素子をＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）と称する。なお、図面のスケールは、発明の特徴を分かり易くするために強調しており、必ずしも実際のデバイスのスケールと同一ではないことに留意すべきである。

図１は、本発明の第１の実施例に係る単ビット構成の面発光型半導体レーザ素子が形成された半導体ウエハーの一部を上方から見た斜視図であり、図１（Ａ）は、樹脂が被覆される前の状態、図１（Ｂ）は、樹脂が被覆された状態を示している。また、図２は、図１（Ｂ）のＸ−Ｘ線断面図およびＹ−Ｙ線断面図である。

半導体ウエハー１００には、複数の矩形状の素子形成領域１０が行列方向にアレイ状に形成される。図１（Ａ）、（Ｂ）には、４つの素子形成領域１０が例示されている。１つの素子形成領域１０内には、円筒状のメサ構造の発光部を有するＶＣＳＥＬ２０と、ＶＣＳＥＬ２０に電力を供給する電極パッド５０とが形成される。電極パッド５０は、ＶＣＳＥＬ２０から離間されたパッド形成領域上に形成され、電極パッド５０は、引き出し配線５２を介してＶＣＳＥＬのメサ頂部の上部電極２８（図２を参照）に接続される。素子形成領域１０の表面の大部分は、金属層（電極パッド５０、引き出し配線５２、メサの上部電極など）を除き、ＳｉＮ等の絶縁保護膜によって覆われている。この絶縁保護膜の表面には、ＶＣＳＥＬ２０のメサを取り囲むようにほぼ環状の疎水化された領域（以下、疎水化領域という）３０が形成され、疎水化領域３０の外側には、一定の深さの環状の溝４０が形成されている。

図１に示す素子形成領域１０は、１つのＶＣＳＥＬ２０を包含するため、単ビット構造である。このような素子形成領域１０は、スクライブラインとして格子状に延びる隔離領域６０によって相互に分離されている。半導体ウエハー１００は、隔離領域６０に沿うようにダイシング（切断）され、ＶＣＳＥＬ素子の個別化が行われる。

本実施例では、ウエハー１００の個片化（シンギュレーション）を行う前に、図１（Ｂ）に示されるように、素子形成領域１０のＶＣＳＥＬ２０のメサを被覆する樹脂７０がポッティングされる。樹脂７０は、ＶＣＳＥＬ２０の発振波長を透過可能な光透過性の材料から構成され、例えば、ＬＥＤ用シリコーン部材、シリコーン、レジンなどを用いることができる。ダイシングする前にＶＣＳＥＬ２０を樹脂７０で被覆することにより、ダイシング工程またはそれ以降の工程においてＶＣＳＥＬ２０の表面が傷つけられたり、ゴミや粉じんが付着したりするのを防止する。また、好ましい態様では、樹脂７０は、ＶＣＳＥＬ２０を外部から保護するのみならず、ＶＣＳＥＬ２０から発せられる光を集光する機能を有し、光ファイバ等との結合効率を高める。

次に、半導体ウエハー上に形成されるＶＣＳＥＬの具体的な構成を図２を参照して説明する。典型的なＶＣＳＥＬ２０は、ｎ型のＧａＡｓウエハー基板２１上に、λ／４ｎ_ｒ（但し、λは発振波長、ｎ_ｒは媒質の屈折率）の厚さのＡｌ組成の異なるＡｌＧａＡｓ層を交互に重ねたｎ型の下部分布ブラック型反射鏡（Distributed Bragg Reflector：以下、ＤＢＲという）２２、下部ＤＢＲ２２上に形成された、上部および下部スペーサ層に挟まれた量子井戸層を含む活性領域２３、活性領域２３上に形成されたλ／４ｎ_ｒの厚さのＡｌ組成の異なるＡｌＧａＡｓ層を交互に重ねたｐ型の上部ＤＢＲ２５を含んで構成される。好ましくは上部ＤＢＲ２５の最上層には、ｐ型のＧａＡｓコンタクト層が形成され、上部ＤＢＲ２５の内部には、ｐ型のＡｌＡｓを選択酸化した電流狭窄層２４が形成される。

上部ＤＢＲ２５から下部ＤＢＲ２２の一部に至る半導体層をエッチングすることにより、基板２２上に円筒状のメサ（柱状構造）が形成され、電流狭窄層２４の一部は、メサ側面から選択的に酸化される。

メサの頂部には、Ａｕ等の金属からなる環状のｐ側電極２６が形成され、ｐ側電極２６は、上部ＤＢＲ２５に電気的に接続される。メサの頂部、側面、底部を覆うようにＳｉＮ等の層間絶縁膜２７が形成される。メサの頂部において、層間絶縁膜２７にはｐ側電極２６を露出するためのコンタクトホールが形成される。図の例では、層間絶縁膜２７がｐ側電極２６の出射窓を覆っているが、他の保護膜により覆うようにしてもよい。メサの頂部には、環状の上部電極２８が形成され、上部電極２８は、コンタクトホールを介してｐ側電極２６に接続される。また、上部電極２８は、図１に示すように引き出し配線５２を介して電極パッド５０に接続される。基板２１の裏面には、ｎ側電極２９が形成される。こうして、ｐ側電極２６の中央の出射窓から例えば８５０ｎ帯のレーザ光が出射される。

メサの底部を覆う層間絶縁膜２７の表面には、引き出し配線５２を除き、メサを取り囲むような環状の疎水化領域３０が形成される。好ましくは、疎水化領域３０は、層間絶縁膜２７をフッ素処理することで形成される。例えば、疎水化される領域が露出されるようにマスクパターンで覆い、露出された層間絶縁膜２７をバッファードフッ酸溶液（ＢＨＦ）に晒すか、あるいはフッ素系ガスによりプラズマ処理する。その際、層間絶縁膜２７に一部のフッ素を残留させることでより疎水性を高めることができる。このような疎水化領域３０は、一定の幅Ｗ（図１（Ａ）を参照）で、好ましくはＶＣＳＥＬ２０のメサと同心円状に、かつ樹脂７０をポッティングする領域の輪郭または外周に沿うように形成される。但し、疎水化領域３０の形状は、必ずしも環状に限らず他の形状であってもよい。また、疎水化領域３０の幅Ｗは、素子形成領域１０の大きさやポッティングする樹脂の量、粘度等に応じて選択される。

また、疎水化領域３０の外周には、環状の溝４０が形成される。溝４０は、例えば、メサ底面から、下部ＤＢＲ２２をエッチングすることにより一定の深さまたは基板２１に到達する深さに形成される。溝４０は、層間絶縁膜２７の形成前に形成され、従って、溝４０は、層間絶縁膜２７により被覆されている。ＶＣＳＥＬ２０を被覆するために樹脂７０がポッティングされたとき、樹脂７０は疎水化領域３０によってその進行が抑制される。しかし、疎水化領域３０の幅Ｗが制限されていたり、ポッティングされる樹脂の量が多かったり、あるいはその粘度が小さいと、樹脂７０は疎水化領域３０を超えることがある。さらに、引き出し配線５２の表面は疎水化されないため、樹脂７０の一部は、引き出し配線５２上を進行することがある。このようなとき、溝４０は、疎水化領域３０を超えた樹脂７０を収容することで、樹脂７０が素子形成領域１０を超えないようにし、樹脂７０の球状が保たれるようにする。その後、樹脂７０がポッティングされたウエハー１００は、隔離領域６０に沿ってダイシングされ、単ビットのＶＣＳＥＬを含むチップが生成される。

図５（Ａ）は、疎水化されていない絶縁膜上に樹脂をポッティングしたときの樹脂の表面形状の一例を示し、図５（Ｂ）は、本実施例のように疎水化領域が形成された絶縁膜上に樹脂がポッティングされたときの樹脂の表面形状の一例を示す。下地が疎水化されていないと、言い換えれば親水性であると、樹脂７２は接触角が小さいななだらかな表面形状となる。これに対し、本実施例のように樹脂７０がポッティングされる領域の輪郭または外周に沿って疎水化領域３０が形成されていると、樹脂が接触する周縁部分が疎水性になっているので、図５（Ｂ）に示すように、樹脂７０と層間絶縁膜２７との接触角が大きくなり、樹脂材は表面張力の影響もあり、球状に盛り上がる形で形成されることとなる。樹脂７０の接触角は、８０度以上が望ましい。仮に、大きな接触角を得るために大量の樹脂をポッティングし、その結果、樹脂７０の一部が疎水化領域３０を超えたとしても、樹脂７０は、溝４０によって吸収されるので、樹脂７０が無制限に横方向に広がることはなく、大きな接触角を保つことが可能である。なお、接触角θは、図５（Ｃ）に示すように、樹脂７０の高さｈと半径ｒから測定された角度θ１を２倍することにより算出される。

このように、本実施例では、ウエハー上に形成された各素子形成領域内のＶＣＳＥＬ素子２０をダイシングなどを使って個片化する前に、ＶＣＳＥＬ２０のメサを樹脂７０で覆うことで、ＶＣＳＥＬ２０を外部から保護することができる。さらに樹脂７０を接触角が大きな球状に形成することで、集光性を高めることができる。また、ＶＣＳＥＬの上方から樹脂７０をポッティングしたとき、溝４０は、樹脂７０が素子形成領域１０を超えて隔離領域６０へ浸み出すことを抑えることができる。さらに、メサを中心に疎水化領域３０および溝４０を同心円状に形成することで、ＶＣＳＥＬの光学中心を樹脂７０の円中心に一致させることができる。つまり、発光部が中心となるように溝４０を形成しているので、樹脂７０の表面張力によって、ポッティング工程の樹脂７０の封入場所が多少ずれても、常に樹脂７０の円形部分の盛り上がった中心が光源の中心にほぼ一致される。なお、溝４０は、円全周に形成しなくても扇状に何分割かされて形成されるようにしてもよい。

本実施例によれば、ＶＣＳＥＬの発光部を樹脂７０で覆うことにより、表面を保護することができ、ダイシング工程やその後の工程において発光部へのダメージを除去することができるばかりか、球状の樹脂レンズの構成をたやすく作れる利点がある。また、ダイボンディング用のコレットが接触しても、発光面をキズつけるおそれがないので、面で吸着するコレットが使用可能となり、角すいコレットによる側面へのダメージがなくなり、搭載の精度も向上する利点がある。

次に、本実施例の変形例について説明する。上記した実施例では、図６（Ａ）に示すように、疎水化領域３０（図中、ｘｘで示す）は、層間絶縁膜２７の表面に幅Ｗで形成され、それに隣接して溝４０が形成されたが、疎水化領域３０の幅Ｗを十分に確保することができないとき、疎水化領域３０が延長されるように、溝４０内の層間絶縁膜２７に疎水化領域３０Ａを形成するようにしてもよい。これにより、全体の疎水化領域３０、３０Ａの幅Ｗ１を大きくすることができ、溝４０から外周へ樹脂がはみ出すことを効果的に抑制することができる。さらに必要であれば、疎水化領域３０Ａがさらに延長されるように、溝４０の外側の層間絶縁膜２７の表面を疎水化してもよい。

図３は、他の単ビット構成のＶＣＳＥＬが形成されたウエハーの一部を示している。この例では、メサ状のＶＣＳＥＬ２０と、電極パッド５０が形成されるパッド形成領域とが環状のトレンチ８０によって分離されている。その他の構成は、図１、図２に示すＶＣＳＥＬと同じである。

図４は、図３（Ｂ）のＸ−Ｘ線断面図、Ｙ−Ｙ線断面図である。これらの図に示すように、層間絶縁膜２７は、メサの頂部、側面を覆い、かつトレンチ８０、溝４０、パッド形成領域の全面を被覆している。そして、トレンチ８０と溝４０との間の層間絶縁膜２７の表面の全体もしくはその一部に疎水化領域３０が形成されている。本例では、ポッティングされた樹脂７０は、トレンチ８０内の溝を充填し、疎水化領域３０に沿って切り立つような球状となり得る。

次に、第１の実施例の変形例として、マルチビット構成のＶＣＳＥＬが形成された半導体ウエハーを図７ないし図１１に例示する。図７（Ａ）は、ウエハー上の１つの素子形成領域１０内に、複数のＶＣＳＥＬ２０と、複数のＶＣＳＥＬ２０にそれぞれ接続された電極パッド５０とが形成される。図の例では、１つの素子形成領域１０内に、８つのＶＣＳＥＬ２０がほぼ４５度の等間隔で円周方向に配置されている。１つ１つのＶＣＳＥＬは、図１、図２に示した単ビット構成のＶＣＳＥＬと同様の構成である。これらのＶＣＳＥＬ２０を結ぶ円と同心円となるような一定の幅の疎水化領域３０が形成され、その外側にさらに同心円状の溝４０が形成される。

図７（Ａ）に示す状態から、図７（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、素子形成領域１０内に樹脂７０がポッティングされる。樹脂７０は、素子形成領域１０内の複数のＶＣＳＥＬ２０のメサまたは発光部を一括で被覆する。この場合にも、樹脂７０の周縁に沿うように疎水化領域３０が形成されているため、樹脂７０は、接触角が大きい球状に形成される。

図８は、図３、図４に示した単ビット構成のＶＣＳＥＬをマルチビット化したものである。素子形成領域１０には、パッド形成領域からトレンチ８０を介して隔離された複数のＶＣＳＥＬ２０が形成されている。ここでも、図７に示したときと同様に、各ＶＣＳＥＬ２０を取り囲むように疎水化領域３０が形成され、その外側に溝４０が形成される。図８（Ａ）に示す状態から、図８（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、それぞれの素子形成領域１０に樹脂７０がポッティングされ、複数のＶＣＳＥＬ２０のメサまたは発光部が樹脂７０によって一括で被覆される。

図９（Ａ）は、図８に示すマルチビット構成のＶＣＳＥＬが形成されたウエハーにおいて、溝４０が扇状に分割してまたは不連続に形成された例を示している。同図に示すように、溝４０Ａは、電極パッド５０の引き出し配線５２の部分で分断されている。これにより、引き出し配線５２は、溝４０Ａの段差を通ることなく平坦に引き延ばされるため、引き出し配線５２の断線を防止することができる。

図９（Ａ）に示す構成では、引き出し配線５２の部分が疎水化されておらず、しかも引き出し配線５２が溝４０Ａを通過しない。このため樹脂７０は、引き出し配線５２から外部へ漏れやすくなる。そこで、図９（Ｂ）に示すように、少なくとも引き出し配線５２を覆うようにさらなる絶縁膜を積層し、当該絶縁膜の表面に環状の疎水化領域３０を形成するようにしてもよい。図９（Ｂ）のようなＶＣＳＥＬの周囲を連続的に取り囲む疎水化領域３０であれば、樹脂７０の接触角をより大きなものにすることができる。

図１０は、さらなる他のマルチビット構成のＶＣＳＥＬが形成されたウエハーの一部を示している。１つの素子形成領域１０内には、８×４に配列されたＶＣＳＥＬ２０と、それに対応する電極パッド５０とが形成される。１つ１つのＶＣＳＥＬ２０は、図１、図２に示す単ビット構成のＶＣＳＥＬと同様である。８×４のＶＣＳＥＬの全体を取り囲むように楕円状の疎水化領域３０が形成され、さらにその外側に楕円状の溝４０が形成されている。図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）のＸ線方向の模式的な断面を示している。図１０（Ａ）の状態から、図１０（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、８×４のＶＣＳＥＬの発光部がポッティングされた樹脂７０により一括して被覆される。

図１１は、図７に示すマルチビット構成のＶＣＳＥＬの他の例を示している。素子形成領域１０には、図１、図２に示す構成と同様のＶＣＳＥＬ２０が複数形成されている。図７に示す例では、複数のＶＣＳＥＬの全体を取り囲むように疎水化領域３０と溝４０が形成されたが、図１１では、個々のＶＣＳＥＬを取り囲むように複数の疎水化領域３０（図中、ハッチングで示す）とその外側に溝４０が形成されている。そして、図１１（Ａ）に示す状態から図１１（Ｂ）に示すように、素子形成領域１０内の個々のＶＣＳＥＬに対して樹脂７０がポッティングされる。従って、図１１（Ｂ）では、８つのＶＣＳＥＬに対応するように８つの樹脂７０が形成される。疎水化領域３０および溝４０をＶＣＳＥＬ２０のメサとほぼ同心円状にすることで、樹脂７０の球面の中心は、ＶＣＳＥＬ２０の光軸にほぼ近似され、個々のＶＣＳＥＬに対し最適なレンズ機能を与えることができる。図８ないし図１０に示すマルチビット構造のＶＣＳＥＬについても、上記と同様に、個々のＶＣＳＥＬを樹脂で被覆するようにしてもよい。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。上記した第１の実施例では、樹脂をポッティングする領域に、疎水化領域３０と溝４０の組を形成したが、第２の実施例では、溝４０を形成する。例えば、図１、２に示すような単ビット構成、すなわち素子形成領域１０に１つのＶＣＳＥＬが形成されたウエハーにおいて、層間絶縁膜２７の表面に疎水化領域３０を形成せず、溝４０を形成する。その後、素子形成領域１０のＶＣＳＥＬ２０の発光部を覆うように樹脂７０がポッティングされる。この様子を図１２に示す。同図に示すように、ＶＣＳＥＬのメサの周囲に溝４０が形成され、メサを覆うようにポッティングされた樹脂７０の周縁は、溝４０内に入り込み、溝４０は、樹脂７０を停止させるためのダムとして機能する。その結果、接触角が大きな球形状の樹脂７０を形成することができる。図に示す例では、溝４０は基板２１に到達し、かつ溝４０の幅を大きくすることで、樹脂を収容するための容積を比較的大きくしている。なお、第２の実施例において、溝４０の外周に、第１の実施例のときのような疎水化領域を形成し、溝４０から樹脂がはみ出さないようにしてもよい。第２の実施例は、図３、図４に示す他の単ビット構成のＶＣＳＥＬや、図７ないし図１０に示すマルチビット構成のＶＣＳＥＬについても同様に適用することができる。

次に、本発明の第３の実施例について説明する。上記した第１の実施例では、樹脂をポッティングする領域に、疎水化領域３０と溝４０の組を形成したが、第３の実施例では、疎水化領域３０を形成する。例えば、図１、２に示すような単ビット構成のウエハーにおいて、層間絶縁膜２７の表面に疎水化領域３０を形成し、溝４０を形成しないようにする。その後、素子形成領域１０内のＶＣＳＥＬ２０の発光部を覆うように樹脂７０がポッティングされる。この様子を図１３に示す。同図に示すように、樹脂７０の周縁には、疎水化領域３０が形成されているため、樹脂７０は、第１の実施例のときと同様に疎水化領域３０で停止され、接触角が大きな球形状の樹脂７０を形成することができる。なお、疎水化領域３０の幅は、樹脂がはみ出さないようにするために適宜選択される。第３の実施例は、図３、図４に示す他の単ビット構成のＶＣＳＥＬや、図７ないし図１０に示すマルチビット構成のＶＣＳＥＬについても同様に適用することができる。

次に、本発明の第１の実施例に係るウエハーの製造方法について図１４および図１５を参照して説明する。なお、図１４、図１５に示す断面は、図２のＹ−Ｙ線断面に対応する。

図１４（Ａ）は、ウエハーまたは基板２１上に、酸化狭窄構造のＶＣＳＥＬが形成された状態を示している。ここには、１つのＶＣＳＥＬが例示されるが、ウエハー上には多数の素子形成領域内に単ビット構成またはマルチビット構成のＶＣＳＥＬが形成される。図に示すように、下部ＤＢＲ２２上には、円筒状のメサＭが形成され、メサＭ内には、活性領域２３、電流狭窄層２４、上部ＤＢＲ２５、環状のｐ側電極２６、ｐ側電極の中央の出射窓を覆う円形状の保護膜１１０が形成されている。保護膜１１０は、図２、図４に示す例と異なり、層間絶縁膜２７を形成する前に形成される。保護膜１１０は、発振波長を透過可能な材料であり、例えばＳｉＮ等である。

次に、図１４（Ｂ）に示すように、ウエハー上にマスクパターン１２０が形成される。マスクパターン１２０には、メサ底部の下部ＤＢＲ２２に溝４０を形成するための環状の開口１２２が形成される。マスクパターン１２０を用いてウエハー全面をＲＩＥ等の異方性エッチングを行い、所定の深さの溝４０を形成する。マスクパターン１２０を除去した状態を図１４（Ｃ）に示す。

次に、ウエハー全面にＳｉＮまたはＳｉＯＮ等の層間絶縁膜２７がＣＶＤ等により形成され、層間絶縁膜２７には、図１５（Ｄ）に示すように、ｐ側電極２６を露出するための円形のコンタクトホール１２４が形成される。次に、図１５（Ｅ）に示すように、メサＭの頂部には、ｐ側電極２６に接続された上部電極２８が形成される。上部電極２８と同時に、引き出し配線５２および電極パッド５０のパターニングも行われる。また、基板２１の裏面にｎ側電極２９が形成される。

次に、図１５（Ｆ）に示すように、ウエハー全面にマスクパターン１３０が形成される。マスクパターン１３０には、溝４０に隣接して疎水化領域３０を形成するための環状の開口１３２が形成される。また、開口１３２の幅Ｗは、メサＭと溝４０との間の間隔に応じて適宜選択される。次に、マスクパターン１３０を用いて、開口１３２によって露出されている層間絶縁膜２７の表面がフッ素処理される。フッ素処理は、上記したように、希釈化されたフッ素溶液（ＢＨＦ）によるウエット処理、あるいはフッ素系ガスのプラズマによるドライ処理のいずれであってもよい。フッ素処理が終了したら、マスクパターン１３０を除去し、素子形成領域内のＶＣＳＥＬを覆うように、一定温度のシリコーン等の樹脂がポッティングされる。これにより、図１、図２に示すような素子形成領域内のＶＣＳＥＬの発光部が樹脂被覆されたウエハーが作成される。その後、ウエハーは、スクライブラインに沿ってダイシングされ、個々のチップが得られる。切断されたチップは、コレット等のピックアップツールにより、次の実装工程へ搬送され、パッケージ化され、面発光型半導体レーザ装置となる。

次に、本実施例のウエハーから切り出されたＶＣＳＥＬチップを用いた光伝送装置について図１６を参照して説明する。ここでは、好ましい例として、マルチビット構成のＶＣＳＥＬに対してマルチコアファイバを用いる。図１６（Ａ）は、マルチコアファイバ２００の断面図である。マルチコアファイバ２００は、１本のファイバの中に複数のコア２０２を含んで構成される。このようなマルチコアファイバ２００の使用は、空間多重により大容量のデータ伝送を可能にする。ＶＣＳＥＬチップ上には、マルチコアファイバ２００の各コア２０２に対応するように複数のＶＣＳＥＬが配置され、ＶＣＳＥＬチップの表面から発せられた複数のレーザ光は、それぞれ対応するコア２０２に入射され、伝送される。

図１６（Ｂ）に光伝送装置の一例を示す。光伝送装置３００は、金属ステム３０２上に導電性接着剤を介してチップ３１０を搭載する。金属ステム３０２には、絶縁処理された貫通孔を介して複数の外部リード３０４が取付けられ、外部リード３０４は、チップ３１０のＶＣＳＥＬに電気的に接続される。ステム３０２上に中空のキャップ３２０が固定され、キャップ３２０の中央の開口内に光学部材としてのボールレンズ３３０が固定される。ボールレンズ３３０の光軸は、ＶＣＳＥＬチップ３１０上に形成された複数のＶＣＳＥＬの中心とほぼ一致する。さらに、ステム３０２上には円筒状の筐体３４０が固定され、筐体３４０の端面に一体に形成されたスリーブ３４２内にフェルール３５０が保持され、フェルール３５０によってマルチコアファイバ２００が保持される。マルチコアファイバ２００は、ボールレンズ３３０に正確に位置合わせされ、これにより、チップ３１０からの複数のレーザ光はそれぞれのコア２０２に集光される。上記したように、チップ３１０の表面には、レンズ機能の役割を果たす樹脂７０が形成されるため、各ＶＣＳＥＬから発せられた光は、樹脂７０によって集光され、その集光された光がボールレンズ３３０によりマルチコアファイバ２００へ集光される。このため、ＶＣＳＥＬチップ３１０とマルチコアファイバの光結合効率を高めることができる。

図１６（Ｃ）は、他の光伝送装置３００Ａの構成例を示している。本例では、ボールレンズ３３０を用いることなく、ＶＣＳＥＬチップ３１０とマルチコアファイバ２００とを直接的に光学結合させている。上記したように、各ＶＣＳＥＬを被覆する樹脂の接触角を大きくし、樹脂を球面状にすることで、樹脂はより精度の高いレンズとして機能することができる。この場合には、ボールレンズを用いることなく、チップ３１０とマルチコアファイバ２００との間隔を調整することで、チップ３１０からの複数のレーザ光を対応するコア２０２に入射させることが可能になる。本例によれば、部品点数が削減されるので、低コストであり、かつ小型化が可能な光伝送装置３００Ａを得ることができる。

図１７は、本実施例のウエハーから切り出されたＶＣＳＥＬチップを光情報処理装置の光源に適用した例を示す図である。光情報処理装置４００は、ＶＣＳＥＬチップを搭載した面発光型半導体レーザ装置４１０からのレーザ光を入射するコリメータレンズ４２０、一定の速度で回転し、コリメータレンズ４２０からの光線束を一定の広がり角で反射するポリゴンミラー４３０、ポリゴンミラー４３０からのレーザ光を入射し反射ミラー４５０を照射するｆθレンズ４４０、ライン状の反射ミラー４５０、反射ミラー４５０からの反射光に基づき潜像を形成する感光体ドラム(記録媒体)４６０を備えている。このように、ＶＣＳＥＬからのレーザ光を感光体ドラム上に集光する光学系と、集光されたレーザ光を光体ドラム上で走査する機構とを備えた複写機やプリンタなど、光情報処理装置の光源として利用することができる。なお、ＶＣＳＥＬチップは、単ビット構成であってもよいし、マルチビット構成であってもよい。また、面発光型半導体レーザ装置４１０は、例えば、図１６（Ｂ）の構成から筐体３４０およびマルチコアファイバ２００を取り外したものであることができる。

上記実施例では、ＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、ＡｌＧａＡｓの半導体材料を用いたＧａＡｓ系のＶＣＳＥＬを例示したが、本発明は、他のＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体を用いたＶＣＳＥＬにも適用することができる。また、上記実施例では、酸化狭窄構造のＶＣＳＥＬを例示したが、電流狭窄層は、酸化狭窄に限らず、プロトンイオン注入などによって形成されるものであってもよい。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０：素子形成領域
２０：ＶＣＳＥＬ
２１：基板
２２：下部ＤＢＲ
２３：活性領域
２４：電流狭窄層
２５：上部ＤＢＲ
２６：ｐ側電極
２７：層間絶縁膜
２８：上部電極
２９：ｎ側電極
３０：疎水化領域
４０、４０Ａ：溝
５０：電極パッド
５２：引き出し配線
６０：隔離領域（スクライブライン）
７０、７２：樹脂
８０：トレンチ
１００：半導体ウエハー
２００：マルチコアファイバ

Claims (16)

1. 複数の素子形成領域を含み、素子形成領域の各々には１つもしくは複数の面発光型の半導体発光素子が形成される半導体ウエハーであって、
   前記素子形成領域内の１つもしくは複数の半導体発光素子の発光部を被覆する１つもしくは複数の光透過性の樹脂が前記素子形成領域内に形成され、
   前記樹脂は、前記素子形成領域に形成された絶縁膜の表面を疎水化した疎水化領域により囲まれた領域内に形成され、
   前記疎水化領域の外側には溝が形成され、前記疎水化領域は、前記溝内にまで延長されている、半導体ウエハー。
2. 前記発光部は、柱状構造を有し、前記疎水化領域は、前記柱状構造と同心円状に形成される、請求項１に記載の半導体ウエハー。
3. 前記溝は、前記疎水化領域と同心円状に形成される、請求項１または２に記載の半導体ウエハー。
4. 複数の素子形成領域を含み、素子形成領域の各々には複数の面発光型の半導体発光素子が形成される半導体ウエハーであって、
   前記素子形成領域内の複数の半導体発光素子の発光部を一括で被覆する光透過性の樹脂が前記素子形成領域内に形成され、
   前記樹脂は、前記素子形成領域に形成された絶縁膜の表面を疎水化した疎水化領域により囲まれた領域内に形成され、前記疎水化領域は、前記複数の半導体発光素子を取り囲むように形成され、前記疎水化領域の外側には溝が形成される、半導体ウエハー。
5. 前記素子形成領域内に複数の半導体発光素子が形成されているとき、前記疎水化領域は、前記複数の半導体発光素子の各々の発光部を取り囲むように形成される、請求項１に記載の半導体ウエハー。
6. 前記疎水化領域は、前記絶縁膜をフッ素処理することにより形成される、請求項１ないし５いずれか１つに記載の半導体ウエハー。
7. 前記素子形成領域の各々は、半導体ウエハーを切断する領域によって分離されている、請求項１ないし６いずれか１つに記載の半導体ウエハー。
8. 請求項１ないし７いずれか１つに記載の前記素子形成領域を含む半導体チップと、当該半導体チップに電気的に接続された外部リードとを含む半導体発光装置であって、
   前記素子形成領域に１つの半導体発光素子が形成されている場合には、当該１つの半導体発光素子の発光部が１つの樹脂によって被覆されており、かつ当該１つの樹脂が前記疎水化領域により囲まれた領域内に形成されており、
   前記素子形成領域に複数の半導体発光素子が形成されている場合であって、複数の半導体発光素子の発光部が複数の樹脂によってそれぞれ被覆されているときには、当該複数の樹脂がそれぞれの疎水化領域により囲まれた領域内に形成されており、複数の半導体発光素子の発光部が１つの樹脂によって一括して被覆されているときには、当該樹脂が、複数の半導体発光素子を取り囲む疎水化領域により囲まれた領域内に形成されている、半導体発光装置。
9. 請求項１ないし７いずれか１つに記載の前記素子形成領域を含む半導体チップと、前記半導体チップと光学的に結合される光学部材とを有する光伝送装置であって、
   前記素子形成領域に１つの半導体発光素子が形成されている場合には、当該１つの半導体発光素子の発光部が１つの樹脂によって被覆されており、かつ当該１つの樹脂が前記疎水化領域により囲まれた領域内に形成されており、
   前記素子形成領域に複数の半導体発光素子が形成されている場合であって、複数の半導体発光素子の発光部が複数の樹脂によってそれぞれ被覆されているときには、当該複数の樹脂がそれぞれの疎水化領域により囲まれた領域内に形成されており、複数の半導体発光素子の発光部が１つの樹脂によって一括して被覆されているときには、当該樹脂が、複数の半導体発光素子を取り囲む疎水化領域により囲まれた領域内に形成されている、光伝送装置。
10. 前記半導体チップは、複数の面発光型半導体レーザ素子を含み、
    前記光学部材は、１本の光ファイバ内に複数のコアが形成されたマルチコアファイバであり、
    前記複数の面発光型半導体レーザ素子から出射されたレーザ光は、前記マルチコアファイバの複数のコアのそれぞれに入射される、請求項９に記載の光伝送装置。
11. 前記半導体チップと前記マルチコアファイバとの間にレンズを含む、請求項１０に記載の光伝送装置。
12. 請求項１ないし７いずれか１つに記載の前記素子形成領域を含む半導体チップを含む面発光型半導体レーザ装置と、
    前記面発光型半導体レーザ装置から出射されるレーザ光を記録媒体に集光する集光手段と、
    前記集光手段により集光されたレーザ光を前記記録媒体上で走査する機構と、を有する情報処理装置であって、
    前記素子形成領域に１つの半導体発光素子が形成されている場合には、当該１つの半導体発光素子の発光部が１つの樹脂によって被覆されており、かつ当該１つの樹脂が前記疎水化領域により囲まれた領域内に形成されており、
    前記素子形成領域に複数の半導体発光素子が形成されている場合であって、複数の半導体発光素子の発光部が複数の樹脂によってそれぞれ被覆されているときには、当該複数の樹脂がそれぞれの疎水化領域により囲まれた領域内に形成されており、複数の半導体発光素子の発光部が１つの樹脂によって一括して被覆されているときには、当該樹脂が、複数の半導体発光素子を取り囲む疎水化領域により囲まれた領域内に形成されている、情報処理装置。
13. 複数の素子形成領域を含む半導体ウエハー上の各素子形成領域内に１つもしくは複数の面発光型の半導体発光素子を形成し、
    １つもしくは複数の半導体発光素子を取り囲むように各素子形成領域内に溝を形成し、
    前記溝を含む前記素子形成領域上に絶縁膜を形成し、
    前記溝自体の内部および前記溝よりも内側の絶縁膜の表面を疎水化し、
    前記疎水化された領域内の半導体発光素子の発光部を被覆するように光透過性の樹脂を滴下し、
    前記素子形成領域を隔離する領域に沿って半導体ウエハーを切断する、工程を含む半導体発光素子の製造方法。
14. 複数の素子形成領域を含む半導体ウエハー上の各素子形成領域内に複数の面発光型の半導体発光素子を形成し、
    前記複数の半導体発光素子を取り囲むように各素子形成領域内に溝を形成し、
    前記溝を含む前記素子形成領域上に絶縁膜を形成し、
    少なくとも前記溝よりも内側の絶縁膜の表面を疎水化し、
    前記疎水化された領域内の複数の半導体発光素子の発光部を一括して被覆するように光透過性の樹脂を滴下し、
    前記素子形成領域を隔離する領域に沿って半導体ウエハーを切断する、工程を含む半導体発光素子の製造方法。
15. 前記疎水化された領域は、前記絶縁膜をフッ素処理することにより形成される、請求項１３または１４に記載の半導体発光素子の製造方法。
16. 前記樹脂は、ポッティングにより形成される、請求項１３または１４に記載の半導体発光素子の製造方法。

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