JP6672721B2 - 半導体レーザーおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は半導体レーザーおよびその製造方法に係り、通信用レーザーに好適な半導体レーザーおよびその製造方法に関する。
特許文献１には、半導体基板に溝を備える半導体レーザーおよびその製造方法が開示されている。この半導体レーザーでは、電極は溝の上部を通って配線される。電極を形成する際には、まず溝をレジストで埋める。次に、レジストの上面に電極を形成する。その後、レジストを除去する。
特許文献１に開示される製造方法では、電極を溝の上部に配線するために、一度溝をレジストで埋める。このため、製造プロセスが複雑化している。
本発明は、上述の問題点を解決するためになされたもので、第１の目的は溝構造を備える半導体レーザーについて、製造プロセスを単純化した製造方法を得ることである。
第２の目的は、製造プロセスを単純化することが可能な構造の半導体レーザーを得ることである。
第２の目的は、製造プロセスを単純化することが可能な構造の半導体レーザーを得ることである。
本発明に係る半導体レーザーの製造方法は、溝および両側を前記溝に挟まれたメサ部を備える半導体基板の表面に絶縁膜を成膜する工程と、前記溝の開口面の少なくとも一部を塞ぐ様に絶縁フィルムを前記絶縁膜の上面に貼り付け、前記半導体基板上に、前記絶縁膜と、前記絶縁フィルムと、前記溝と前記絶縁フィルムに囲まれた中空部と、を備えた絶縁層を形成する工程と、前記半導体基板のうち前記メサ部の上面の電極対応箇所が露出するように前記絶縁層に第１開口を設ける開口形成工程と、前記第１開口を埋め込む様に、前記絶縁層の上面に電極を形成する工程と、を備える。
本発明に係る半導体レーザーは、溝および両側を前記溝に挟まれたメサ部を備える半導体基板と、前記半導体基板の上部に形成された絶縁層と、前記半導体基板のうち前記メサ部の上面の電極対応箇所が露出するように前記絶縁層に設けられた第１開口と、前記絶縁層の上面に前記第１開口を埋め込む様に形成された電極と、を備え、前記絶縁層は、前記半導体基板の表面に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜の上部に、前記溝の開口面の少なくとも一部を塞ぐ様に設けられた絶縁フィルムと、前記溝と前記絶縁フィルムに囲まれた中空部と、を備える。
本発明における半導体レーザーの製造方法では、半導体基板が備える溝の開口面を塞ぐ様に絶縁フィルムを貼り付ける。その結果、半導体基板上に絶縁層が形成される。電極は、絶縁層の上面に設けられる。従って、溝をレジストで埋める工程が不要となる。このため、製造プロセスが単純化される。
また、本発明における半導体レーザーは、溝の開口面において、電極の下面に絶縁フィルムが配置されている。この構造では、電極の形成の際に、絶縁フィルムの上面に電極を形成することが可能である。絶縁フィルムはレジストで溝を埋めることなく溝を渡して形成することができる。従って、レジストで溝を埋める工程が不要となる。このため、製造プロセスが単純化される。また、溝の開口面において、電極はドライフィルムによって補強される。このため、電極の強度が向上する。
本発明の実施の形態に係る半導体レーザー１０およびその製造方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
実施の形態１．
図１〜図６は、実施の形態１に係る半導体レーザー１０の製造方法を示す断面図である。図１において、半導体基板１２は溝１４および両側を溝１４に挟まれたメサ部１７を備える。また、半導体基板１２は、メサ部１７の上面に電極対応箇所１８を備える。
図１〜図６は、実施の形態１に係る半導体レーザー１０の製造方法を示す断面図である。図１において、半導体基板１２は溝１４および両側を溝１４に挟まれたメサ部１７を備える。また、半導体基板１２は、メサ部１７の上面に電極対応箇所１８を備える。
図１に示す構造は、下記の工程により形成することができる。先ず、半導体基板１２の表面に絶縁膜１６を成膜する（ステップ１）。次に、下記の手順で絶縁膜１６に開口を設ける。まず絶縁膜１６の上面にレジストを塗布する（ステップ２）。次に、レジストをリソグラフィーによりパターン化する（ステップ３）。次に、パターン化されたレジストをエッチングマスクとして絶縁膜１６をエッチングする（ステップ４）。次にレジストを除去する（ステップ５）。この結果、図１に示すように絶縁膜１６に開口が設けられ、電極対応箇所１８が露出する。
次に、図２に示すように、絶縁膜１６の上面に絶縁フィルム２０を貼り付ける（ステップ６）。絶縁フィルム２０は、溝１４の開口面１３の一部を塞ぐ様に貼り付けられる。これにより、溝１４と絶縁フィルム２０の間に中空部１５が形成される。この結果、半導体基板１２の上面に絶縁層１２０が形成される。
絶縁層１２０は、絶縁膜１６、絶縁フィルム２０および中空部１５を備える。絶縁フィルム２０は半導体用フィルムラミネータを用いて貼り付ける。なお、絶縁フィルム２０はレジストで溝を埋めることなく溝を渡して形成することができる。また、絶縁膜１６と絶縁フィルム２０との間には、絶縁フィルム２０を接着するための接着層が設けられている。本実施の形態では、絶縁フィルム２０はドライフィルム３０である。なお、ドライフィルム３０には、絶縁性、耐湿性および強度が高いポリイミドフィルムまたはアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂からなるフィルムを使用する。ドライフィルム３０の厚さは１〜１０ミクロンが好ましい。
次に、下記の手順で、絶縁膜１６に設けた開口の上部においてドライフィルム３０に開口を設ける。まず、図３に示すように、ドライフィルム３０の上面にフォトレジスト４０を塗布する（ステップ７）。
次に、図４に示す構造を形成する。先ず、フォトレジスト４０をリソグラフィーによりパターン化する（ステップ８）。次に、パターン化されたフォトレジスト４０をエッチングマスクとしてドライフィルム３０をエッチングする（ステップ９）。この結果、ドライフィルム３０に開口が形成される。
次に、図５に示すように、フォトレジスト４０を除去する（ステップ１０）。従って、ステップ２〜５およびステップ７〜１０によって、電極対応箇所１８が露出する様に絶縁層１２０に第１開口６０が形成される。本実施の形態では、ステップ２〜５およびステップ７〜１０が開口形成工程を構成する。
次に、図６に示すように、第１開口６０を埋め込む様に絶縁層１２０の上面に電極５０を形成する。電極５０は以下に示すリフトオフプロセスによって形成する。まず、絶縁層１２０の上面にレジストを塗布する（ステップ１１）。次に、リソグラフィーによりレジストをパターン化する（ステップ１２）。次に、絶縁層１２０およびパターン化されたレジストの表面に金属層５１を成膜する（ステップ１３）。このとき、金属層５１は、第１開口６０を埋め込む様に形成される。次に、レジストを除去する（ステップ１４）。この結果、レジスト上部の金属層５１は取り除かれ、電極５０が形成される。電極５０の材料は金、ニッケル、チタン、プラチナ、モリブデン、金合金またはそれらの多層膜によって形成される。
半導体基板に溝を備える半導体レーザーに電極を配線する別の方法として、溝を一度レジストで埋める方法が考えられる。この方法では、まず溝をレジストで埋め、平坦化する。次に、レジストの上面に電極を形成する。次にレジストを除去する。この方法では、溝をレジストで埋めるため、製造の工程が増加し、製造プロセスが複雑化する。これに対し、本実施の形態で得られる半導体レーザー１０では、絶縁層１２０の上面に電極５０が形成される。このため、溝１４をレジストで溝を埋める工程および除去する工程が不要となる。従って、製造プロセスが単純化される。
また、図６に示すように、本実施の形態で得られる半導体レーザー１０では、溝１４の開口面１３において電極５０の下面にはドライフィルム３０が設けられている。このため、電極５０はドライフィルム３０によって補強されている。これに対し、上記の溝を一度レジストで埋める方法で得られる半導体レーザーでは、電極は溝の開口面において単独で存在する。従って、本実施の形態は、溝を一度レジストで埋める方法と比較して、電極５０の強度を向上することが可能になる。
また、半導体基板に溝を備える半導体レーザーに電極を配線する別の方法として、溝に沿って電極を形成する方法が考えられる。この方法では、電極は溝の側面および底部を通って配線される。従って、溝の構造によって電極の形状が変化する。このため、製造プロセスが複雑化する。また、溝の段差部分において電極が途切れるプロセス不良を起こす場合がある。これに対し、本実施の形態では電極５０の形成は平坦な絶縁層１２０の上面で行われる。従って、溝に沿って電極を形成する方法と比較して容易に確実に電極５０を形成できる。
また、本実施の形態で得られる半導体レーザー１０では、半導体基板１２と電極５０とは絶縁層１２０によって絶縁される。ここで、一般に半導体基板と電極との間の絶縁距離が短いと半導体レーザーの素子容量は大きくなる。素子容量が大きいと、遅延時間が大きくなる。このため、半導体レーザーの高速動作の妨げとなる場合がある。ここで、絶縁層１２０は、絶縁膜１６、ドライフィルム３０および中空部１５を備える。これに対し、溝を一度レジストで埋める方法で得られる半導体レーザーでは、絶縁層は絶縁膜および中空部から構成される。また、溝に沿って電極を形成する方法で得られる半導体レーザーでは、絶縁層は絶縁膜から構成される。従って、これらの方法と比較して本実施の形態では絶縁距離が長い。このため、素子容量を小さくすることが可能になる。従って、本実施の形態では、通信用レーザーに要求される高速動作の実現が可能になる。
本実施の形態の変形例として、電極５０を以下に示す方法で形成しても良い。まず、ステップ１〜１０を実施後に、第１開口６０を埋め込む様に、金属層を形成する（ステップ１１１）。次に、金属層の表面にレジストを塗布する（ステップ１１２）。次に、レジストをリソグラフィーによりパターン化する（ステップ１１３）。次に、パターン化されたレジストをエッチングマスクとして金属層をエッチングする（ステップ１１４）。その結果、電極５０が形成される。
また、本実施の形態では、絶縁膜１６に開口を設ける工程（ステップ２〜５）とドライフィルム３０に開口を設ける工程（ステップ７〜１０）を別の工程に分けている。これに対し、ステップ２〜５を実施せずに、ステップ７〜１０において絶縁膜１６にも開口を設けることとしても良い。
実施の形態２．
図７〜図９は、実施の形態２に係る半導体レーザー１０の製造方法を示す断面図である。本実施の形態では、先ず実施の形態１で示したステップ１〜６を実施する。次に、図７に示すように、ドライフィルム３０の上面にハードマスク４５を成膜する（ステップ２１）。本実施の形態では、ハードマスク４５はシリコン酸化膜４４である。本実施の形態では、絶縁層１２４は絶縁膜１６、ドライフィルム３０、中空部１５およびハードマスク４５を備える。
図７〜図９は、実施の形態２に係る半導体レーザー１０の製造方法を示す断面図である。本実施の形態では、先ず実施の形態１で示したステップ１〜６を実施する。次に、図７に示すように、ドライフィルム３０の上面にハードマスク４５を成膜する（ステップ２１）。本実施の形態では、ハードマスク４５はシリコン酸化膜４４である。本実施の形態では、絶縁層１２４は絶縁膜１６、ドライフィルム３０、中空部１５およびハードマスク４５を備える。
次に、下記の手順でドライフィルム３０およびハードマスク４５に開口を設ける。先ず、エッチングによりハードマスク４５をパターン化する（ステップ２２）。次に、パターン化されたハードマスク４５をエッチングマスクとして、ドライフィルム３０をエッチングする（ステップ２３）。その結果、図８に示すように、ドライフィルム３０およびハードマスク４５に開口が形成される。従って、電極対応箇所１８が露出する様に絶縁層１２４に第１開口６２が形成される。本実施の形態では、ステップ２２〜２３が開口形成工程を構成する。
次に、図９に示すように、絶縁層１２４の上面に第１開口６２を埋め込む様に電極５２を形成する（ステップ２４）。電極５２は、実施の形態１で示した方法と同様の方法によって形成される。なお、本実施の形態ではハードマスク４５としてシリコン酸化膜４４を用いたが、シリコン窒化膜またはシリコン酸窒化膜等のシリコン系絶縁膜または酸化アルミニウムでもよい。また、本実施の形態では絶縁フィルム２０をドライフィルム３０としているが、感光性の永久レジストを用いても良い。
図９に示すように、本実施の形態で得られる半導体レーザー１０では、ドライフィルム３０の上面にハードマスク４５が残留する。従って、溝１４の開口面１３において電極５２の下面にはドライフィルム３０およびハードマスク４５が設けられている。このため、電極５２はドライフィルム３０およびハードマスク４５によって補強されている。従って、実施の形態１と比較して、さらに電極５２の強度を向上することが可能になる。また、本実施の形態で得られる半導体レーザー１０では、絶縁層１２４は絶縁膜１６、ドライフィルム３０、中空部１５およびハードマスク４５を備える。このため、実施の形態１と比較して、電極５２と半導体基板１２との絶縁距離が長くなる。従って、実施の形態１と比較して、さらに素子容量を低減することが可能になる。このため、半導体レーザー１０の高速動作が可能になる。
実施の形態３．
図１０および図１１は、本実施の形態に係る半導体レーザー１０の製造方法を示す断面図である。本実施の形態では、まず実施の形態１で示したステップ１〜５を実施する。次に、図１０に示すように、絶縁膜１６の上面に感光性の永久レジスト３６を貼り付ける（ステップ３１）。永久レジスト３６には東京応用化学製ＴＭＭＦ（登録商標）Ｓ２０００（商品名）等を用いる。永久レジスト３６の貼り付け方法は実施の形態１と同様である。
図１０および図１１は、本実施の形態に係る半導体レーザー１０の製造方法を示す断面図である。本実施の形態では、まず実施の形態１で示したステップ１〜５を実施する。次に、図１０に示すように、絶縁膜１６の上面に感光性の永久レジスト３６を貼り付ける（ステップ３１）。永久レジスト３６には東京応用化学製ＴＭＭＦ（登録商標）Ｓ２０００（商品名）等を用いる。永久レジスト３６の貼り付け方法は実施の形態１と同様である。
次に、永久レジスト３６に開口を設ける。開口は、永久レジスト３６をリソグラフィーによりパターン化することによって設ける（ステップ３２）。この結果、図１１に示すように、絶縁層１２８に第１開口６４が設けられる。本実施の形態では、ステップ３２が開口形成工程である。絶縁層１２８は絶縁膜１６、中空部１５およびパターン化された永久レジスト３６を備える。その後、実施の形態１と同様の方法で絶縁層１２８の上面に電極を形成する（ステップ３３）。
本実施の形態では、永久レジスト３６をリソグラフィーによりパターン化し、開口を設ける。このため、絶縁フィルム２０に開口を設ける際に、レジストを用いたエッチングの工程が不要となる。従って、実施の形態１および２と比較して、製造プロセスを単純化することが可能になる。
実施の形態４．
図１２および図１３は、本実施の形態に係る半導体レーザー１０の製造方法を示す断面図である。本実施の形態では、まず、実施の形態１で示したステップ１〜６を実施する。次にステップ７〜１０と同様の工程において、第１開口６６に加えて第２開口７０も形成する（ステップ４１）。図１２に示すように、第２開口７０は半導体基板１２のボンディング対応箇所１９に絶縁膜１６が露出する様に設けられる。本実施の形態では、ステップ４１が開口形成工程である。絶縁層１３０は、絶縁膜１６、中空部１５およびドライフィルム３０を備える。
図１２および図１３は、本実施の形態に係る半導体レーザー１０の製造方法を示す断面図である。本実施の形態では、まず、実施の形態１で示したステップ１〜６を実施する。次にステップ７〜１０と同様の工程において、第１開口６６に加えて第２開口７０も形成する（ステップ４１）。図１２に示すように、第２開口７０は半導体基板１２のボンディング対応箇所１９に絶縁膜１６が露出する様に設けられる。本実施の形態では、ステップ４１が開口形成工程である。絶縁層１３０は、絶縁膜１６、中空部１５およびドライフィルム３０を備える。
次に、図１３に示すように、絶縁層１３０の上面に第１開口６６および第２開口７０を埋め込む様に電極５４を形成する（ステップ４２）。電極５４は、実施の形態１で示した方法と同様の方法によって形成される。
図１４は、本実施の形態に係る半導体レーザー１０にボンディングした状態を示す断面図である。ボンディング対応箇所１９の上部において、電極５４にボンディングワイヤ８０が接続される。本実施の形態で得られる半導体レーザー１０では、ボンディング対応箇所１９においてドライフィルム３０に第２開口７０が設けられている。従って、ボンディングにより生じる応力がドライフィルム３０に伝わるのが抑制される。このため、ドライフィルム３０が応力により剥離するのを防ぐことが可能になる。
なお、本実施の形態では、ステップ４１において、第１開口６６に加えて第２開口７０も形成するものとした。しかし、第１開口６６とは別の工程で形成しても良い。また、本実施の形態では実施の形態１で示した構造に第２開口７０を追加した。しかし、実施の形態２または実施の形態３で示した構造に第２開口７０を追加しても良い。
１０ 半導体レーザー、１２ 半導体基板、１３ 開口面、１４ 溝、１５ 中空部、１６ 絶縁膜、１８ 電極対応箇所、１９ ボンディング対応箇所、２０ 絶縁フィルム、３０ ドライフィルム、３６ 永久レジスト、４０ フォトレジスト、４５ ハードマスク、５０、５２、５４ 電極、５１ 金属層、６０、６２、６４、６６ 第１開口、７０ 第２開口、８０ ボンディングワイヤ、１２０、１２４、１２８、１３０ 絶縁層
Claims (13)
- 溝および両側を前記溝に挟まれたメサ部を備える半導体基板の表面に絶縁膜を成膜する工程と、
前記溝の開口面の少なくとも一部を塞ぐ様に絶縁フィルムを前記絶縁膜の上面に貼り付け、前記半導体基板上に、前記絶縁膜と、前記絶縁フィルムと、前記溝と前記絶縁フィルムに囲まれた中空部と、を備えた絶縁層を形成する工程と、
前記半導体基板のうち前記メサ部の上面の電極対応箇所が露出するように前記絶縁層に第１開口を設ける開口形成工程と、
前記第１開口を埋め込む様に、前記絶縁層の上面に電極を形成する工程と、
を備えることを特徴とする半導体レーザーの製造方法。 - 前記絶縁フィルムはドライフィルムであり、
前記開口形成工程は、
前記絶縁フィルムの上面にフォトレジストを塗布する工程と、
前記フォトレジストをリソグラフィーによりパターン化する工程と、
パターン化されたフォトレジストをエッチングマスクとして前記ドライフィルムをエッチングする工程と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザーの製造方法。 - 前記絶縁フィルムは永久レジストであり、
前記開口形成工程は、
前記永久レジストをリソグラフィーによりパターン化する工程を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザーの製造方法。 - 前記絶縁層を形成する工程は、
前記絶縁フィルムの上面に絶縁性マスクを成膜する工程を含み、
前記開口形成工程は、
エッチングにより前記絶縁性マスクをパターン化する工程と、
パターン化された絶縁性マスクをエッチングマスクとして前記絶縁フィルムをエッチングする工程と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザーの製造方法。 - 前記絶縁フィルムはドライフィルムであることを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザーの製造方法。
- 前記絶縁層の上面に電極を形成する工程は、
前記絶縁層の上面にレジストを塗布する工程と、
前記レジストをリソグラフィーによりパターン化する工程と、
前記絶縁層およびパターン化されたレジストの上面に前記第１開口を埋め込む様に金属層を成膜する工程と、
前記レジストを除去することにより前記レジストの上部の前記金属層を取り除き、前記電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の半導体レーザーの製造方法。 - 前記絶縁層の上面に電極を形成する工程は、
前記絶縁層の上面に前記第１開口を埋め込む様に金属層を成膜する工程と、
前記金属層の表面にレジストを塗布する工程と、
前記レジストをリソグラフィーによりパターン化する工程と、
パターン化されたレジストをエッチングマスクとして前記金属層をエッチングすることで、前記電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の半導体レーザーの製造方法。 - 前記開口形成工程は、前記半導体基板のボンディング対応箇所に前記絶縁膜が露出するように第２開口を設ける工程を含み、前記電極は前記第１開口に加えて第２開口も埋め込む様に形成されることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の半導体レーザーの製造方法。
- 溝および両側を前記溝に挟まれたメサ部を備える半導体基板と、
前記半導体基板の上部に形成された絶縁層と、
前記半導体基板のうち前記メサ部の上面の電極対応箇所が露出するように前記絶縁層に設けられた第１開口と、
前記絶縁層の上面に前記第１開口を埋め込む様に形成された電極と、
を備え、
前記絶縁層は、
前記半導体基板の表面に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜の上部に、前記溝の開口面の少なくとも一部を塞ぐ様に設けられた絶縁フィルムと、
前記溝と前記絶縁フィルムに囲まれた中空部と、
を備えることを特徴とする半導体レーザー。 - 前記絶縁フィルムはドライフィルムであることを特徴とする請求項９に記載の半導体レーザー。
- 前記絶縁フィルムは永久レジストであることを特徴とする請求項９に記載の半導体レーザー。
- 前記絶縁層は、前記絶縁フィルムの上面に形成された絶縁性マスクをさらに備えることを特徴とする請求項９〜１１の何れか１項に記載の半導体レーザー。
- 前記半導体基板のボンディング対応箇所に前記絶縁膜が露出するように第２開口が設けられ、前記電極は前記第１開口に加えて第２開口も埋め込む様に形成されていることを特徴とする請求項９〜１２の何れか１項に記載の半導体レーザー。
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