JPH06104480A - 半導体光素子の製造方法 - Google Patents

半導体光素子の製造方法

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JPH06104480A
JPH06104480A JP25033092A JP25033092A JPH06104480A JP H06104480 A JPH06104480 A JP H06104480A JP 25033092 A JP25033092 A JP 25033092A JP 25033092 A JP25033092 A JP 25033092A JP H06104480 A JPH06104480 A JP H06104480A
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JP
Japan
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lens
forming
semiconductor optical
optical device
manufacturing
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JP25033092A
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Atsushi Fukushima
淳 福島
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 モノリシックレンズ付きの半導体光素子の製
造方法において、工数を減らし、歩留りを上げる。 【構成】 レンズ部の周囲をレンズ頂点より高くするこ
とを特徴とし、レンズ周囲に2層レジストあるいは酸化
膜や窒化膜マスクを付け、ドライエッチングによりレン
ズを形成する。これにより、精密な高さ調整を行うこと
ができ、更にレンズ部の傷を防ぎ、かつ外観不良等をな
くす。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体発光素子、半導
体受光素子または半導体集積素子の製造方法に関し、特
に、素子のレンズ部の傷を防ぐことが可能で、さらに光
ファイバーとの直接結合において光ファイバー先端がレ
ンズ部に当たっても傷が付かなくなることが可能な半導
体光素子の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】光並列伝送系において、アレイ発光素子
あるいは受光素子は、交換機やコンピュータ等での並列
インターフェイスへの応用が期待されている。特に発光
ダイオードアレイは、温度安定性に優れていることや駆
動回路が簡単なことから需要が多くなると予想される。
【0003】しかし、アレイ化に伴い、その製造工程に
おける歩留り向上は困難になる。つまり、単体での歩留
りが9割であるなら、論理上は15チャンネルのアレイ
では約21%の歩留りにしかならない。従って、製造工
程の十分な検討が課題となってくる。
【0004】以下に、代表的な半導体光素子である発光
ダイオードの断面図と製造工程について説明する。図9
は、従来構造の発光ダイオードの断面図である。結晶
は、n+ −InP基板1上に液相成長法(LPE)によ
りバッファ層を成長した後、InGaAsP活性層2、
InP層3、InGaAsPキャップ層4を順次成長し
た構造である。パッシベーション膜としてSi3 4
5を付け、p型オーミック電極6にはTi/Ptのパッ
ド電極7を付け、n型オーミック電極8にはAuGeN
i/AuNiのパッド電極7を付けた。p側の電極部分
と相対するn側の部分には、曲率半径80〜150μm
程度の凸状のレンズ部をウェットエッチングにより作製
し、レンズ部分には反射防止膜9を付け、発光効率を上
げている。さらに、p側にはAuバンプ10を付け、フ
リップチップ実装をも可能にしている。
【0005】上記の発光ダイオードの製造工程の概略を
図10〜15に示し、以下に製造工程の説明を行う。
【0006】工程1.拡散(図10(a)) 石英アンプル中で99.999%のZnAs2 とノンド
ープInPとウエハを真空封じし、450〜550℃の
任意の温度で熱処理をし、p+ Zn拡散領域11を作製
する。
【0007】工程2.Si3 4 デポ(図10(b)) n+ −InP基板1の成長層側にプラズマCVDにより
Si3 4 膜5を0.25μm成膜する。
【0008】工程3.パターニング(図10(c)) 成長層側にポジレジスト12を塗布し、フォトレジスト
法によりマスクパターンを転写する。
【0009】工程4.エッチング(図10(d)) Si3 4 膜5をバッファード弗酸エッチング液で選択
除去する。
【0010】工程5.p型電極形成とアロイ(図11
(e)) ポジレジスト12を除去した後、真空蒸着法により、1
-6torr以下の真空度のもとでTi/Ptを蒸着
し、p型オーミック電極6を形成する。蒸着後、熱処理
炉において任意のアロイ温度で熱処理を施す。
【0011】工程6.パッド電極形成(図11(f)) 成長層側に真空蒸着法により、10-6torr以下の真
空度のもとでTi/Auを蒸着し、パッド電極7を形成
する。
【0012】工程7.パターニング(図11(g)) 成長層側にポジレジスト12を塗布し、フォトレジスト
法によりマスクパターンを転写する。
【0013】工程8.Auメッキ(図11(h)) Auメッキを行い、Auバンプ10を形成する。その
後、ポジレジスト12を除去する。
【0014】工程9.裏面研磨(図12(i)) n+ −InP基板1の裏面側を鏡面研磨し、試料の厚さ
を100〜200μmの任意の厚さにする。
【0015】工程10.パターニング(図12(j)) n+ −InP基板1の裏面側にポジレジスト12を塗布
し、フォトレジスト法によりマスクパターンを転写す
る。
【0016】工程11.エッチング(図12(k)) 臭素メチルアルコールエッチング液により選択エッチン
グを行い、その後、ポジレジスト12を除去する。
【0017】工程12.n型電極形成(図12(l)) n+ −InP基板1の裏面側に真空蒸着法により、10
-6torr以下の真空度のもとでAuGeNi/AuN
iを蒸着し、n型オーミック電極8を形成する。
【0018】工程13.パターニング(図13(m)) n+ −InP基板1の裏面側にポジレジスト12を塗布
し、フォトレジスト法によりマスクパターンを転写す
る。
【0019】工程14.エッチングとn型電極アロイ
(図13(n)) Auエッチング液によりn型オーミック電極8を選択エ
ッチングし、ポジレジスト12を除去する。その後、熱
処理炉において任意のアロイ温度で熱処理を施す。
【0020】工程15.パッド電極形成(図13
(o)) n+ −InP基板1の裏面側に真空蒸着法により、10
-6torr以下の真空度のもとでTi/Auを蒸着し、
パッド電極7を形成する。
【0021】工程16.パターニング(図13(p)) n+ −InP基板1の裏面側にポジレジスト12を塗布
し、フォトレジスト法によりマスクパターンを転写す
る。
【0022】工程17.エッチング(図14(q)) Auエッチング液とTiエッチング液によりTi/Au
のパッド電極7を選択エッチングし、ポジレジスト12
を除去する。
【0023】工程18.ARコーティング(図14
(r)) n+ −InP基板1の裏面側に反射防止膜9をプラズマ
CVDにより成膜する。
【0024】工程19.パターニング(図14(s)) n+ −InP基板1の裏面側にポジレジスト12を塗布
し、フォトレジスト法によりマスクパターンを転写す
る。
【0025】工程20.エッチング(図14(t)) 反射防止膜9を選択エッチングし、その後ポジレジスト
12を除去する。
【0026】工程21.ドライエッチング(図15
(u)) p型オーミック電極6およびパッド電極7を選択的にド
ライエッチングする。
【0027】以上の製造工程で、レンズ付きの発光ダイ
オードを作製することができる。
【0028】
【発明が解決しようとする課題】図16に、上述した従
来の製造工程により発光ダイオードをアレイ化した場合
のチャンネル数に対する歩留り率を示す。単体では、8
5%程度の歩留りであるのに対し、アレイ化を行うと、
15チャンネルの場合、15%程度にしかならない。こ
の原因としては、搬送や持ち運びなどの外的要因により
レンズ部に傷が発生し、外観不良等により歩留りが低下
するためである。
【0029】また、レンズ部が外的要因で簡単に傷が付
く構造になっているため、光ファイバーとの結合におい
てレンズ部にぶつかるなどで、レンズ部や光ファイバー
端に傷を付け易い。
【0030】さらに、レンズ面に傷を付けず光ファイバ
ー入力のトレランスをとるためには、レンズ頂点と周り
のメサ部分との高さの調整を素子製造時にできるような
工程を踏まえなければならない。また、発光素子ばかり
でなく、同様なレンズ付きのpinフォトダイオードや
アバランシェフォトダイオード、更には、光電子集積回
路(OEIC)なども、同様な問題を含んでいる。
【0031】本発明の目的は、上記の課題を克服し、半
導体光素子において、歩留り向上が可能な半導体光素子
の製造方法を提供することにある。
【0032】
【課題を解決するための手段】本発明は、p+ 領域を拡
散によって作成する拡散工程と、メサ形状に選択エッチ
ングを行うエッチング工程と、パッシベーション膜を成
膜する成膜工程と、p型およびn型のオーミック電極と
アロイを行う工程と、金バンプを形成する工程と、半導
体基板を薄くする研磨工程と、裏面にレンズを形成する
エッチング工程と、反射防止膜を形成する成膜工程とを
含む半導体光素子の製造方法において、前記レンズを形
成するときに、ドライエッチング技術によりレンズの周
りにレンズの頂点より高いメサ部分を形成することを特
徴としている。
【0033】また、本発明によれば、レンズをドライエ
ッチング技術により形成するときに、レンズの周りに保
護マスクとしてレジストを付け、レンズの頂点より高い
メサ部分を形成するのが望ましい。
【0034】また、本発明によれば、保護マスクに酸化
膜また窒化膜を用いるのが望ましい。
【0035】さらに、本発明によれば、半導体光素子
が、半導体発光素子、半導体受光素子または半導体集積
素子であるのが好適である。
【0036】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【0037】図1は、本発明の実施例により得られたメ
サ型発光ダイオードの断面図である。結晶は、n+ −I
nP基板1上に液相成長法(LPE)によりバッファ層
を成長した後、InGaAsP活性層2、InP層3、
InGaAsPキャップ層4を順次成長した構造であ
る。パッシベーション膜としてSi3 4 /SiO2
5を付け、p型オーミック電極6にはTi/Ptのパッ
ド電極7を付け、n型オーミック電極8にはAuGeN
i/AuNiのパッド電極7を付けた。p側電極部分と
相対する裏面側には曲率半径80〜150μm程度の凸
状のレンズを作製し、レンズ部分には反射防止膜9を付
け、発光効率を上げている。さらに、p側には、Auバ
ンプ10を付け、フリップチップ実装をも可能にした。
また、レンズの周りはレンズ頂点より高いメサ部分を形
成し、レンズの破損や傷を防止している。
【0038】上記の発光ダイオードの製造工程の概略を
図2〜7に示し、以下に製造工程の説明を行う。
【0039】工程1.拡散(図2(a)) 石英アンプル中で99.9999%のZnAs2 とノン
ドープInPとウエハを真空封じし、450〜550℃
の任意の温度で熱処理をし、p+ Zn拡散領域11を作
製する。
【0040】工程2.Si3 4 デポ(図2(b)) 成長層側にプラズマCVDによりSi3 4 膜5を成膜
する。
【0041】工程3.パターニング(図2(c)) 成長層側にポジレジスト12を塗布し、フォトレジスト
法によりマスクパターンを転写する。
【0042】工程4.エッチング(図2(d)) Si3 4 膜5をバッファード弗酸により選択除去す
る。
【0043】工程5.p型電極形成とアロイ(図3
(e)) ポジレジスト12を除去した後、成長層側に真空蒸着法
により、10-6torr以下の真空度のもとでTi/P
tを蒸着し、p型オーミック電極6を形成する。その
後、熱処理炉において任意のアロイ温度で熱処理を施
す。
【0044】工程6.パッド電極形成(図3(f)) n+ −InP基板1の成長層側に真空蒸着法により、1
-6torr以下の真空度のもとでTi/ Auを蒸着
し、パッド電極7を形成する。
【0045】工程7.パターニング(図3(g)) n+ −InP基板1の成長層側にポジレジスト12を塗
布し、フォトレジスト法によりマスクパターンを転写す
る。
【0046】工程8.Auメッキ(図3(h)) Auメッキを行い、Auバンプ10を形成する。その
後、ポジレジスト12を除去する。
【0047】工程9.裏面研磨(図4(i)) n+ −InP基板1の裏面側を鏡面研磨し、100〜2
00μmの任意の厚さにする。
【0048】工程10.パターニング(図4(j)) n+ −InP基板1の裏面側にネガレジスト13を塗布
し、フォトレジスト法によりマスクパターンを転写す
る。
【0049】工程11.パターニング(図4(k)) n+ −InP基板1の裏面側にポジレジスト12を塗布
し、フォトレジスト法によりマスクパターンを転写し、
100〜170℃の任意の温度でベークして、表面をス
ムーズなおわん型に形成する。
【0050】工程12.ドライエッチング(図4
(l)) アルゴン・塩素混合ガスを導入した1mtorrの真空
チャンバー内で、プラズマを発生させ、ドライエッチン
グを行う。ポジレジスト12とInPの選択比が約1
で、ネガレジスト13では選択比が3とすると、おわん
型の頂点より周囲部分の方が高くなる。
【0051】工程13.n型電極形成(図5(m)) n+ −InP基板1の裏面側に真空蒸着法により、10
-6torr以下の真空度のもとでAuGeNi/AuN
iを蒸着し、n型オーミック電極8を形成する。
【0052】工程14.パターニング(図5(n)) n+ −InP基板1の裏面側にポジレジスト12を塗布
し、フォトレジスト法によりマスクパターンを転写す
る。
【0053】工程15.エッチングとアロイ(図5
(o)) Auエッチング液により、AuGeNi/AuNiを選
択的にエッチングを行う。更に、ポジレジスト12を除
去し、その後熱処理炉で任意のアロイ温度で熱処理を施
す。
【0054】工程16.パッド電極形成(図5(p)) n+ −InP基板1の裏面側に真空蒸着法により、10
-6torr以下の真空度のもとでTi/Auを蒸着し、
パッド電極7を形成する。
【0055】工程17.パターニング(図6(q)) n+ −InP基板1の裏面側にポジレジスト12を塗布
し、フォトレジスト法によりマスクパターンを転写す
る。
【0056】工程18.エッチング(図6(r)) エッチング液によりパッド電極7を選択的にエッチング
する。
【0057】工程19.ARコーティング(図6
(s)) n+ −InP基板1の裏面側に反射防止膜9をプラズマ
CVDにより成膜する。
【0058】工程20.パターニング(図6(t)) n+ −InP基板1の裏面側にポジレジスト12を塗布
し、フォトレジスト法によりマスクパターンを転写す
る。
【0059】工程21.エッチング(図7(u)) 選択的に、バッファード弗酸により、エッチングを行
い、その後に、ポジレジスト12を除去する。
【0060】工程22.ドライエッチング(図7
(v)) ドライエッチングにより選択的にp型オーミック電極6
とパッド電極7をエッチングする。
【0061】以上のように、レンズを作成する時に、I
nPとの選択比が1を越えるようなネガレジストをレン
ズマスクパターンの周囲に設けてドライエッチングを行
うことによって、レンズ頂点が周囲より低くなり、かつ
精度良く高さ調整を行え、素子の破損や外観不良等を防
いで歩留りを向上させることのできる半導体光素子の製
造が可能となる。また、第2の実施例として酸化膜、あ
るいは窒化膜等をレンズマスクパターンの周囲に設けて
ドライエッチングを行うことによって、レンズ頂点が周
囲より低くなり、前述の実施例よりも更に精度良く高さ
調整を行え、素子の破損や外観不良等を防ぎ、歩留りを
向上できる半導体光素子の製造が可能となる。
【0062】得られた、発光ダイオードをアレイ化した
場合のチャンネル数に対する歩留り率を図8に示す。多
チャンネルの歩留りは、従来の実施例に対して、倍以上
高くなっていることがわかる。これは、上記の、レンズ
周囲部分をレンズ頂点より高くする構造の半導体光素子
の製造方法によるものである。
【0063】
【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体光素
子の製造方法は、半導体光素子の裏面のレンズ部の頂点
に対して、周りに高い部分を設けることによって、レン
ズ部の破損や傷付きをなくし、歩留りを向上させ、レン
ズ面を傷つけずに光ファイバー結合を行うことができる
という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例により得られた発光ダイオード
の概略断面図である。
【図2】本発明の一実施例を示す発光ダイオードの製造
工程の概略図である。
【図3】本発明の一実施例を示す発光ダイオードの製造
工程の概略図である。
【図4】本発明の一実施例を示す発光ダイオードの製造
工程の概略図である。
【図5】本発明の一実施例を示す発光ダイオードの製造
工程の概略図である。
【図6】本発明の一実施例を示す発光ダイオードの製造
工程の概略図である。
【図7】本発明の一実施例を示す発光ダイオードの製造
工程の概略図である。
【図8】本発明の実施例により得られた発光ダイオード
とpinフォトダイオードの歩留り率を示す図である。
【図9】従来例により得られた発光ダイオードの概略断
面図である。
【図10】従来例を示す発光ダイオードの製造工程の概
略図である。
【図11】従来例を示す発光ダイオードの製造工程の概
略図である。
【図12】従来例を示す発光ダイオードの製造工程の概
略図である。
【図13】従来例を示す発光ダイオードの製造工程の概
略図である。
【図14】従来例を示す発光ダイオードの製造工程の概
略図である。
【図15】従来例を示す発光ダイオードの製造工程の概
略図である。
【図16】従来例により得られた発光ダイオードとpi
nフォトダイオードの歩留り率を示す図である。
【符号の説明】
1 n+ −InP基板 2 InGaAsP活性層 3 InP層 4 InGaAsPキャップ層 5 Si3 4 膜 6 p型オーミック電極 7 パッド電極 8 n型オーミック電極 9 反射防止膜 10 Auバンプ 11 P+ Zn拡散領域 12 ポジレジスト 13 ネガレジスト

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】p+ 領域を拡散によって作成する拡散工程
    と、メサ形状に選択エッチングを行うエッチング工程
    と、パッシベーション膜を成膜する成膜工程と、p型お
    よびn型のオーミック電極とアロイを行う工程と、金バ
    ンプを形成する工程と、半導体基板を薄くする研磨工程
    と、裏面にレンズを形成するエッチング工程と、反射防
    止膜を形成する成膜工程とを含む半導体光素子の製造方
    法において、 前記レンズを形成するときに、ドライエッチング技術に
    よりレンズの周りにレンズの頂点より高いメサ部分を形
    成することを特徴とする半導体光素子の製造方法。
  2. 【請求項2】請求項1記載の半導体光素子の製造方法に
    おいて、レンズをドライエッチング技術により形成する
    ときに、レンズの周りに保護マスクとしてレジストを付
    け、レンズの頂点より高いメサ部分を形成することを特
    徴とする半導体光素子の製造方法。
  3. 【請求項3】請求項2記載の半導体光素子の製造方法に
    おいて、保護マスクに酸化膜また窒化膜を用いることを
    特徴とする半導体光素子の製造方法。
  4. 【請求項4】請求項1〜3記載の半導体光素子の製造方
    法において、半導体光素子が、半導体発光素子、半導体
    受光素子または半導体集積素子であることを特徴とする
    半導体光素子の製造方法。
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