JPS5885579A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPS5885579A
JPS5885579A JP56184624A JP18462481A JPS5885579A JP S5885579 A JPS5885579 A JP S5885579A JP 56184624 A JP56184624 A JP 56184624A JP 18462481 A JP18462481 A JP 18462481A JP S5885579 A JPS5885579 A JP S5885579A
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light emitting
light
semiconductor device
light receiving
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Kenzo Hatada
畑田　賢造
Kazufumi Ogawa
一文 小川
Hiroshi Takahashi
弘 高橋
Yoshiko Yasuda
安田　美子
Isamu Kitahiro
北広　勇
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置およびその製造方法に関するもので
ある。
一般の半導体集積回路ＩＣでは電気信号のみを取り扱っ
ているので信号の伝達は電極と電線の接続により行なう
ことで良かった。すなわち金属と金属との電気的接続は
少なくども半導体どうし全接触させれば良いので、半田
付、溶接、圧着等が用いら力、非常に簡単であった。と
ころプバ、光ＩＣと光ファイバーを接続するためには、
捷ず光を光ファイバーの最大入射角以下で、しかもコア
の部分に入射させ光接合の効率を高めなければならない
。そこで従来は受信部あるいけ送信部はそれぞれ別体で
構成されていた。
第１図は従来における光ＩＣと光ファイバーの接続状態
を示す斜視図であり、同図に示す如く工Ｃ１と発光ダイ
オード２の表面に光ファイバー４が樹脂６等で接着され
ているものであった。このような構成は従来のＩＣと個
別部品であるフォトダイオードや発光ダイオードを同一
パッケージ」二へ実装した、いわゆるハイブリッドＩＣ
の思想を実現しているにすぎず、ＩＣ製造技術の特徴で
ある大量生産、低コストとめう点からみて非常に不満足
なものであった。
第２図（ａｔ〜（ｃ）１第１図におけるフォトダイオー
ドあるいは発光ダイオ−）・部２と光ファイバー４との
接続部全拡大した図金示すが、フォトダイオードあるい
は発光ダイオード部２へ光ファイバー４を吸続するにお
いて、発光部あるい汀受光面６へ近接して光ファイバー
４を接着しているため接着時の誤差が太きかった。すな
わち、第２図１ａ＋のように、受光部と光ファイバーの
位置ずれが生じたり、第２図１ａ＋の」：うに光ファイ
バーが受光部に対して傾いたり、さらには第２図（Ｃ）
のように受光面と光フアイバ一端面のギャップの広がり
が生じやすくいずれの場合にも信号の損失がこれらの接
合部で生じていた。なお第２図１ａ＋〜（ｃｌに示す７
はパッシベーション層でアル。
本発明は以上述べてきた従来の欠臓に鑑みて外されたも
ので、その目的は光ＩＣの光入出力信号を受光部、ある
いは発光部等の作り込斗れたモノシリツク光ＩＣへ高精
度に直接接続する技術全提供するものである。
以下、本発明の基本的な概念全図面合一用いて説明する
。
ここでは、１例として■−■等の化合物半導体を使用し
たＩＣにおいて、信号の入力及び出力が受光素子及び発
光素子によってなされる構造のＩＣの入出力端子の接続
構成について説明する。
ここで入出力は光によってなされるので、当然入出力線
は光ファイバー（以下光導波路という。）が用いられる
。
さて第３図（ａｌに示すような通常発光ダイオード等の
発光素子ば■−■等の化合物半導体（例えばＧａＡｓ）
により形成されている。
そこであらかじめ基板１１上にトランジスタ、抵抗等よ
りなる回路部１３を形成した後、絶縁保護膜１４を全面
に形成し、次の工程の第３図ｆｂｌに示す前記回路部１
３の入出力用の受光素子１６及び発光素子１７を形成す
るため、光導波路全挿入せしめられる形状に凹部１５を
穿設する（第３図（ａｌ）。この時、四部の深さは少く
とも光導波路直径の寵以」二とする。さて次に第４図ｆ
ｂｌに示す如く凹部１５［／（ｍそれぞれ拡散あるいは
イオン注入等で接合層を形成して受光素子１６および発
光素子１７を設けた後、組立を行ない光導波路を接続す
るわけであるが、このときの接着方法は、あらかじめ光
導波路１９の先端には光及び熱等で硬化する樹脂１８を
塗布しておき、受光素子１６及び発光素子１７の凹部１
５と光導波路１９先端の位置合わせを行ない、凹部１５
に光導波路１９の先端を挿入する（第３図（Ｃ））。
この場合樹脂１８に紫外線で硬化する樹脂材料（ＵＶ樹
脂）を使用しており、位置合わせ後、接合状態にし７て
光導波路１９全通して光を照射するとＵＶ樹脂」：すな
る樹脂１８は瞬時に硬化し、光導波路１９を接続するこ
とができる（第３図（Ｄ））。
なおこの光に」：る樹脂の硬化方法は受光素子１６及び
発光素子１７の両方の部分における光導波路１９の接合
に使用することができることは明らかである。
次に本発明の実施例に４３・ける半導体装置お」：びそ
の製造方法を・説明する。
第４図はＩｎＰ　基板を用いた光半導体素子の断面略図
の例であゆ、寸ずこの半導体素子の基本構成について説
明する。
ＩｎＰ基板２１上には発光部２２としてのレーザーダイ
オードと受光部２３としてのホトダイオードが形成され
ている。前記発光部２２は活性層となるＩｎＧａＰｎＧ
ａＰ層側４クラッド層となるＩｎＰ２５．２６で挾んだ
二重へトロ構造のレーザである。
この半導体素子の基本的な製造方法を説明すると、−４
ずＩｎＰ基板２１に液相エビタギシャル成長法、分子線
エピタキシャル成長法により、同一雰囲気中で第１のク
ラッド層と々るｎ形のＩｎＰ層２５を成長。次いでレー
ザ光を発する活性層であるＩｎＧａＡｓＰ層２４を形成
層上４、さらに第２のクラッド層となるＰ形のＩｎＰ層
２層表６間にバッファ層としてのＩｎＧａＡｓＰ層２７
を、そ上２７２のクラッド層２６を形成させる。最後に
電極との良好な接触全得るために、前記第２のクラッド
層２６の−１−にＰ形のＩｎＧａＡｓＰ　２８　ｆ形成
させる。
前述したＩｎＰ基板２１上のＩｎＰ　２５　、ＩｎＧａ
ＡｓＰ２４等の多層エビタギンヤル層は発光部２２及び
受光部２３とも同一基板上に一体に形成される。
次いで、発光部２２と受光部２３とを分％１せしめるた
めに溝２９を設ける。前記溝２９は少なくともＩｎＰ基
板２１で達するものである。次に基板側のＩｎＰ２ｉ層
１／ｍｉ選択的ＡｕＳｎの電極３０．３０′を・反対側
のＩｎＧａＡｓＰ側ｖｃｂゴＡ　ｕ　Ｚ　ｎ渕極３１゜
３１′ヲ形成させるが、受光部２３のＡｕＺｎ電極３１
′はＺｎ拡散せしめ拡散層３２を形成中る。
省電１１ｉｊｉ　（ｄ　Ｉ　ｎ　Ｐ基板２１、Ｉ　ｎＧ
ａＡ　ｓ　Ｐ　２８との良好な電気的接触を得るために
、不活性ガス雰囲気中で熱処理される。しかるのち、発
光部２２の端面３３を形成するために結晶方向［沿って
襞間すわ７ばＩｎＰ基板２１−Ｊ：　ＶＣ発光部２２と
を一体に形成した第４図の光半導体素子を得ることがで
きる。以下本発明の実施例を以上説明した第４図の半導
体素子を基本として説明する。
〈実施例１〉 発光部２２のレーザ光が発射される領域及び受光部２３
の受光領域に対し、第５図（ａｌの如く発光用の光導波
路４０及び受光用光導波路４１が埋設できる孔４２．４
３’ｆｆそれぞれ形成せしめる。次いで第５図１ａｌに
示すように前記孔４２．４３に例えば紫外線熱硬化型樹
脂４４．４５ｉ滴下し光導波路４０，４１を挿入し、さ
らに前記光導波路４０．４１より紫外光４６．４７（ｉ
７照射導入せしめれば、前記紫外線熱硬化型樹脂４４．
４６は発光部領域及び受光部領域において光導波路と密
着した状態で硬化し固定されることになる。
このような構成の半導体装置においてば、孔４２．４３
と光導波路４０．４１とが精度良く挿入され、かつ光導
波路を挿入した状態で紫外光を照射すれば膣時に固定さ
れ、さらに、後工程で光の照射されない側面は加熱硬化
できるので、精度良くかつ確実に接続できるものである
。
前記孔４２．４３の形成方法についてさらに詳述すれば
、孔を形成する部分以外の領域をフォトレジストあるい
はＴｉ　、Ｃｒ等のメタル層によって覆イ、例えば、０
．３％の臭素（Ｂｒ）メタノールの混液でもってケミカ
ル的に穿孔することもできるし、あるいは精度良く形成
−４−るためＫば、反応性イオンエッチ法ＶｃＪ：すＣ
氾、と０２の混合ガス中でイオンを照射することに」：
って形成することができるＯ 所定の位置に穿孔が終れば、しかるのちエツチング用の
選択マスクがレジストであれば有機溶剤で除去し、Ｔｉ
膜であればｘ−ｒ　Ｆ系の希釈削で容易に除去できるも
のである。さらに第５図１ａｌの状態が終わね、ば、光
半導体素子と光導波路との固定を強固にするために、前
記紫外線熱硬化型樹脂の熱（ａ）’化温度で処理を行な
う。
この熱処理により前記紫夕）線熱硬化型＃Ｉ脂４４゜４
５に全てが硬化することになる。
ぐ実施例２〉 次に前記発光領域と光導波路４０、受光仝ｒＪ域と光導
波路４１とのより高精度な位置合わせ行なう実施例につ
いて実施例１で＋１−１いた図面とローの第５図（ａｌ
　、　（ｂｌを用いて説明する。
第５図１ａｌ　、　（ｂｌにおいて、実施例１の如く孔
４２゜４３に紫外線熱硬化型樹脂４４，４ｔｓｆ滴下し
、光導波路４０１４１　’；Ｃ挿入する。次いで受光部
２２発光部２３の両側の電極３０．３１及び３０′、３
１′に所定の電圧を印加し、発光部よりレーザ光を発光
せしめ、光導波路４０の他端をレーザ光のエネルギ量の
測定器に接続し、氾［１定レーザ光のエネルギ量が最大
になるように、前記光導波路４ｏを孔４２の中で少しづ
つ動かす。
抑］定エネルギ叶が最大になった点で光導波路４０の動
きを止め、測定器に接続されている他端より紫外光全照
射する。これにより発光領域と光導波路４０とは高精度
に接続される。
次に同じように受光部に対して、受光部の光導波路４１
の他端よりレーザ光を照射し、受光部の電極間の電気量
が最大になるように前記光導波路４１を動かす。最大に
なる位置が定寸れば、前記光導波路４１の他端より紫外
光を照射し、前記紫外線熱硬化型樹脂を瞬時に硬化せし
める。
この」＝うな半導体装置の製造方法によれば著しく高精
度の接続が得られるばかりか人出光の損失を著しく少な
くでき、効率の高い光半導体装置を構成できるものであ
る。
〈実施例３〉 第６図（ａｌ〜（ｃｌは穿孔した孔に前記光導波路を用
いて拡散層を形成する本発明のさＣ）ｖｃ仙の実施例に
おける半導体装置の製造方法全示している。
第６図（ａ）〜（ｃｌの例は受光部全形成する場合であ
る。
捷すＩｎＰの基板６０に前述した手段により孔６１が受
光領域寸で設けられ、一方のＡ　ｕ　Ｚ　ｎ等よりなる
電気材料５２が孔の内部を含むようＶＣ選択的に形成さ
れており、この部分に光導波路５３を挿入する（第６図
（ａ））。
次に前記光導波路５３」：リレーザ光５６を服射し前記
電極材料５２のＺｎを基板に拡散５４せ１〜めるＣ第６
図ら））。
上記方法はレーザアニールによって拡散層５４を形成す
るものであって、前記Ｚｎの拡散であれば数１０〜数１
００Ｗ程度の出刃により充分に拡散層を形成できる。次
いで紫外線熱硬化樹脂５５を滴下し、前記光導波路５３
より紫外光５７を入射させれば、光導波路５３は基板５
０に確実に固定されることに々る。
このような半導体装置の製造方法によれば、光導波路５
３にレーザ光を入射したり、あるいは紫外光を入射させ
ることにより拡散層の形成、光導波路の接続を確実に実
施できるものである。
なお、光受光あるいは発光素子が複数個、同一基板上に
形成されている場合には、発光部、受光部各々の光導波
路の接続が多数箇所になってし甘う。さらに光導波路自
体が数１０μｍからせいぜい１００μｍ程度の大きさで
あるから、前述した如く１〜２本の光導波路の接続であ
れば問題なく、精度良〈実施できるが、微細な多数本の
光導波路を微少なわずか数１０〜１００μｍ　しか間隔
のない場所へ接続することは著しく困難となる。
第７図及び第８図はこのよう々問題を解決した実施例で
ある。
〈実施例４〉 第７図（ａ）に示すように基板６１」二には例えば発光
部６２’　、　６２”　、　６２“′と受光部６３’、
６．３”。
６３″の合計６ケの光半導体素子群が設けられ光導波路
を挿入するため、孔７２’、７２“　７２７７′。
γ３’、７３“、７３″′　が前述したケミカルエツチ
ング法、あるいはドライエツチング法により穿孔されて
いる。
一方、第７図ｉｂｌに示すように光導波路群７０は固定
板８１と光導波路７０′、７０“、　７０”’　　、　
７１’　。
７１“　７１　＃ｌからなり、これらの光導波路は固定
板８１を貫通している。各々の光導波路は前記固定板８
１に固定されている。
前記光導波路自体０は前記光導波路を所定の間隔に維持
した治具を用い、所定の位置に樹脂金離し込み、光導波
路全樹脂と一緒に一体成形して固定板８０全形成し、第
７図０））の構造を得ることができる。寸だ他の製造方
法として固定板８１にあらかじめ光導波路を貫通させる
穴を設け、前記穴に光導波路を挿入し接着剤で挿入部を
固定すれば、第７図Ｆｂｌの構成を得ることができるも
のである。
次に前記発光部、受光部の孔に紫外線熱硬化樹脂を各々
滴下しておき、前記光導波路群γ０の固定板８１より突
出した光導波路７０′、７０“、７０″と７１′、ア１
“、７１″′　全発光部の孔７２’、７２”７２／ｌ・
、受光部の孔７３・、７３”、ア３・・・に挿入する。
しかるのち、前記光導波路群７０の各光導波路の他端よ
り紫外光を照射すれば全ての光導波路が一度に一括して
基板６１に固定されることになる。
その状態を第８図に示す。
このような半導体装置の製造方法によれば微細々多数本
の光導波路の接続が一度に一括して、しかも精度良〈実
施できるものである。
なお光ＩＣに穿孔した孔について詳述すれば少なくとも
孔は第９図ｉａ＋　、　（ｂｌの如く発光部もしくに受
光部に対し垂直に形成されるものである。さらにこわ寸
で述べた実施例［おいては第９図（ａｌの如く光導波路
９０の　入される先端部の外面形状が直角（円柱状９０
′）であるから、光ＩＣ９２に穿孔される孔の形状も、
前記光導波路の外面形状に沿って角形状の孔９３を形成
するものである。
一方、前記光導波路９０の先端部の外面形状が第９図（
ｂｌの如く丸形状９１であれば、光半導体基板なすよう
に形成する。すなわち光半導体）、（板９２゜９２′に
穿孔される孔は少なくとも光導波路９０゜９１の先端部
の外面形状と合致する構造を有し、さらに前記孔の内径
は前記光導波路の外径を略合致することが望ましいもの
である。
このような構成により受光部又は発光部と光導波路との
いわゆる接続部の光の外部へも漏れによる損失を著しく
減少させるものである。さらに光導波路の外径と光半導
体素子に穿孔した孔の内径とが略合致する方法であるか
ら受光部、発光部との位置合わせが容易であるばかりか
、位置合わせの精度を著しく向上できるものである。
以上説明したように本発明の半導体装置およびその製造
方法によれば半導体素子と先導波路の光結合損失を著し
く減少させることができるもので、工業上の利用価値が
高い。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来の半導体装置の斜視図、第２図ｆａｌ〜ｆ
ｃｌはそれぞれ第１図の半導体装置における光導波路と
受光部（あるいは発光部）の接続部の断面図、第３図ｉ
ａｌ〜Ｆｄｌは本発明の半導体装置の構成および製造方
法の基本的概念を示す工程断面図、第４図は本発明を適
用する半導体装置の１例を示す断面図、第５図ｆａｌ　
、　（ｂｌは本発明の一実施例における半導体装置の製
造方法を説明するだめの工程断面図、第６図（ａｌ〜（
ｃｌは本発明の他の実施例における半導体装置の製造方
法を説明するための工程断面図、第７図（ａｌ　、　（
ｂｌ、、第８図は本発明のさらに他の実施例における半
導体装置の製造方法を説明するための図、第９図（ａｌ
　、　（ｂｌは半導体装置に穿設する凹部と光導波路と
の関係を示す図である。 １５．４２，４３，５１・・・・・・凹部（孔）、１６
．２３・・・・・・受光素子、１７．２３・・・・・・
発光素子、１８．４４．４５　、５５・・・・・・紫外
線硬化樹脂、１９，４０，４１　、ｒｓ３−・−・、光
導波路。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図 第３図 第４図 第５図 （ｒ２２２ ３０　　　　　　３０　′ 第６図 ８−５６ ４８−５７ 第７図 第８図 第９図

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）　　半導体素子ＶＣ形成された四部の近傍に受光
    部捷たは発光部が形ＩＪｙされ、前記四部に光導波路の
    先端が固？さ力、ることに」：り前記凹部において前記
    光導波路と前ｈ１受光部捷たは発光部が光学的に結合さ
    れていること全特徴とする半導体装置。
  2. （２）光導波路の先端が光もしくは熱に」：り硬化する
    樹脂により半導体素子の四部にｌｉ４．１足されている
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体装
    置。
  3. （３）　　半導体素子の凹部内面の形状と光導波路先端
    の外面形状がほぼ一致することを特徴とする特許請求の
    範囲第１項記載の半導体装置。
  4. （４）　　半導体基板上の所定の位置に四部を穿設し、
    前記凹部近傍に外部回路との接続に使汀］する受光部捷
    たは発光部を形ｂｙする工程と、前記受光部寸たは発光
    部の近傍に光導波路部を配置する工程と前記発光部捷た
    は受光部と光導波路の先端部との間に光もしくは熱に」
    ：り硬什する樹脂を介在せしめた状態でｉ′ｌＩ記光導
    波路Ｊ−り前記樹脂に）Ｙ、を照射することにより前記
    光導波路を接着固定−Ｊ−る工程とを含むことを特徴と
    −４−る半導体装置の製造方法、。
  5. （５）受光部または発光部の近傍に光導波路を設置する
    工程において前肥発光部看−発光さぜながら、捷たは受
    光部な一作動させながら前記光導波路の末端部より前記
    発光信弓を検出もしく　（ｔ：ｆ入射させながら位置合
    わせな−することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
    載の半導体装置の製造方法。
  6. （６）発光部寸／ζは受光部近傍に光導波路を設置する
    工程において、複数の前記光導波路が所定の形状に固定
    されて成る光導波路端子を用いて同時に設置を行なうこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の半導体装置
    の製造方法。
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JP (1) JPS5885579A (ja)

Cited By (3)

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