專利名稱：發(fā)光元件的制造方法、半導體激光器及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及沿垂直于襯底的方向發(fā)射光的表面發(fā)光型發(fā)光元件的制造方法。此外，本發(fā)明涉及使用所述制造方法形成的、并且在驅(qū)動時可獲得穩(wěn)定的元件特性的表面發(fā)光型半導體激光器及其制造方法。而且，本發(fā)明涉及使用所述表面發(fā)光型半導體激光器的光模塊和光傳輸裝置。
背景技術：
表面發(fā)光型半導體激光器中具有代表性的表面發(fā)光型發(fā)光元件是可兩維集成的發(fā)光元件，被期待用于高速并且大容量的光通信的光源等眾多領域的應用。
但是，成為高速驅(qū)動發(fā)光元件時的問題在于元件的寄生電容。例如，在表面發(fā)光型半導體激光器的情況下，為了驅(qū)動元件，需要從襯底表面向有源層注入電流。而且，為了防止從發(fā)光部(產(chǎn)生發(fā)光的部分)以外的部分向有源層的電流注入，一般在發(fā)光部附近以外的區(qū)域形成絕緣層，通過該絕緣層在襯底表面形成電極。因此，在元件上形成電極、絕緣層、及半導體這樣的層結構，因該層結構會產(chǎn)生寄生電容。
為了降低該寄生電容，可以將該絕緣層形成得厚。因此，采用以聚酰亞胺為代表的絕緣性的樹脂埋入在發(fā)光部的周圍，以該樹脂作為絕緣層的方法。具有這樣結構的表面發(fā)光型半導體激光器例如披露于(日本)電氣信息通信學會研究會資料、信學技報(TECHNICAL REPORT OF IEICE)、LQE98-141、1999-2。


圖17～圖19表示發(fā)光部周圍用樹脂填埋的普通的表面發(fā)光型半導體激光器及其制造方法的一例。在圖17所示的表面發(fā)光型半導體激光器500中，在柱狀部110中形成有源層105，從柱狀部110的上表面的發(fā)射口116發(fā)射光。為了驅(qū)動該表面發(fā)光型半導體激光器500，如圖17所示，在柱狀部110上，需要形成用于向有源層105注入電流的電極113。此外，如上所述，為了降低元件的寄生電容，如圖17所示，可以用絕緣性的樹脂層517來填埋柱狀部110的周圍。為了形成圖17所示的表面發(fā)光型半導體激光器500，如圖18所示，在柱狀部110的周圍填埋了樹脂層517a后，除去樹脂層517a中柱狀部110上形成的部分，需要形成上部電極113，以便上部電極113接合在柱狀部110的上表面上。因此，如圖19所示，在柱狀部110的周圍填埋樹脂層517a后，在形成上部電極113之前，采用以下工序使用CMP法等，通過將元件500a設置在研磨機550上，使用研磨劑對樹脂517a進行研磨，從而除去樹脂層517a中柱狀部110上形成的部分。
但是，在圖19所示的方法中，存在研磨樹脂層517a的同時，柱狀部110本身也被研磨的情況。這種情況下，存在元件被破壞，元件特性惡化的危險。而且，由研磨除去的樹脂或研磨劑附著在元件上，存在導致元件特性惡化的危險。因此，除了上述研磨工序以外，如果需要同時使用細密的清洗工序或干式腐蝕工序來清洗柱狀部110的上表面之后才形成電極113，那么難以獲得具有穩(wěn)定特性的元件。因此，因追加該清洗工序而增加工序數(shù)，隨之產(chǎn)生增加制造費用的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供可獲得穩(wěn)定特性的元件、并且成本低良品率高的表面發(fā)光型發(fā)光元件的制造方法。
此外，本發(fā)明的目的在于提供用所述表面發(fā)光型發(fā)光元件的制造方法形成的、并且驅(qū)動時可獲得穩(wěn)定的元件特性的表面發(fā)光型半導體激光器及其制造方法。
而且，本發(fā)明的目的在于提供使用所述表面發(fā)光型半導體激光器的光模塊和光傳輸裝置。
(1)本發(fā)明的表面發(fā)光型發(fā)光元件的制造方法，是在襯底上形成作為發(fā)光元件的至少一部分發(fā)揮功能的柱狀部，沿所述襯底的垂直方向發(fā)射光的表面發(fā)光型發(fā)光元件的制造方法，該制造方法包括以下的工序(a)～(e)(a)在襯底上形成包含有源層的多層膜，對該多層膜的至少一部分進行腐蝕，形成所述作為發(fā)光元件的至少一部分發(fā)揮功能的柱狀部的工序；(b)形成覆蓋所述柱狀部的第1樹脂層的工序；
(c)改變所述第1樹脂層相對于規(guī)定液體的溶解度，來形成第2樹脂層的工序；(d)所述規(guī)定的液體具有溶解所述第2樹脂層的性質(zhì)，在所述液體中將所述第2樹脂層至少浸漬規(guī)定時間，在所述第2樹脂層中，至少除去在所述柱狀部上形成的部分的工序；以及(e)使所述第2樹脂層固化，形成覆蓋所述柱狀部側(cè)面的絕緣層的工序。
根據(jù)本發(fā)明，在所述工序(d)中，通過將所述第2樹脂層在所述液體中至少浸漬規(guī)定時間，在所述第2樹脂層中除去所述柱狀部上形成的部分，從而對所述柱狀部不產(chǎn)生損傷，可以僅除去所述第2樹脂層。由此，可獲得具有穩(wěn)定特性的元件，并且可以制造成本低、良品率高的元件。
這種情況下，所述工序(c)可以是通過對所述第1樹脂層提供熱或光，來改變所述第1樹脂層相對于所述規(guī)定液體的溶解度的工序。根據(jù)該結構，通過對所述第1樹脂層提供熱或光，從而容易地改變所述第1樹脂層相對于所述規(guī)定的液體的溶解度，可以形成所述第2樹脂層，所以可以高效率地進行在所述第2樹脂層中除去所述柱狀部上形成的部分。
(2)本發(fā)明的表面發(fā)光型發(fā)光元件的制造方法，是在襯底上形成作為發(fā)光元件的至少一部分發(fā)揮功能的柱狀部，沿所述襯底的垂直方向發(fā)射光的表面發(fā)光型發(fā)光元件的制造方法，該制造方法包括以下的工序(a)～(e)(a)在襯底上形成包含有源層的多層膜，對該多層膜的至少一部分進行腐蝕，形成所述柱狀部的工序；(b)形成包含樹脂前體的第1樹脂層來覆蓋所述柱狀部的工序；(c)使所述第1樹脂層半固化，形成第2樹脂層的工序；(d)在溶解所述第2樹脂層的液體中，至少將所述第2樹脂層浸漬規(guī)定時間，在所述第2樹脂層中，至少除去在所述柱狀部上形成的部分的工序；以及(e)使所述第2樹脂層固化，形成覆蓋所述柱狀部側(cè)面的絕緣層的工序。
這里，所述工序(c)中的半固化是指改變所述第1樹脂層相對于所述工序(d)中使用的所述液體的溶解度。通過半固化，從所述第1樹脂層改變成所述第2樹脂層。即，所述第1樹脂層和所述第2樹脂層相對于所述工序(d)中使用的所述液體有不同的溶解度。
根據(jù)本發(fā)明，具有與所述(1)所示的制造方法相同的作用和效果。而且，例如在所述工序(c)中，在通過使所述第1樹脂層半固化，與所述第1樹脂層比較，形成對所述液體的溶解性更低的所述第2樹脂層的情況下，通過該半固化工序，可以減緩所述第2樹脂層的對所述液體的溶解速度，所以可以擴大所述液體中的所述第2樹脂層的除去工序的范圍。
(3)此外，本發(fā)明的表面發(fā)光型發(fā)光元件的制造方法，是在襯底上形成作為發(fā)光元件的至少一部分發(fā)揮功能的柱狀部，沿所述襯底的垂直方向發(fā)射光的表面發(fā)光型發(fā)光元件的制造方法，該制造方法包括以下的工序(a)～(e)(a)在襯底上形成包含有源層的多層膜，對該多層膜的至少一部分進行腐蝕，形成所述柱狀部的工序；(b)形成包含樹脂前體和感光性成分的第1樹脂層來覆蓋所述柱狀部的工序；(c)將所述第1樹脂層曝光規(guī)定時間，使所述第1樹脂層的一部分改變?yōu)榈?樹脂層的工序；(d)在溶解所述第2樹脂層的液體中，至少將所述第2樹脂層浸漬規(guī)定時間，除去所述第2樹脂層的工序；以及(e)使所述第1樹脂層固化，形成覆蓋所述柱狀部側(cè)面的絕緣層的工序。
根據(jù)本發(fā)明，具有與上述(1)所示的制造方法相同的作用和效果。而且，例如在所述工序(c)中，對所述第1樹脂層進行曝光，將所述第1樹脂層中的一部分改變?yōu)榕c所述第1樹脂層相比對所述液體的溶解性高的所述第2樹脂層。通過該曝光工序，由于可以加快所述第2樹脂層對所述液體的溶解速度，所以可高效率地僅除去所述第2樹脂層。
由于所述液體具有溶解所述第2樹脂層的性質(zhì)，所以可以防止所述第2樹脂層的成分再次附著在所述柱狀部。
這種情況下，所述感光性成分具有通過光照射可改變相對于所述液體的溶解性的性質(zhì)。
所述(1)～(3)的表面發(fā)光型發(fā)光元件的制造方法，可以采取以下所示的(4)～(10)的形態(tài)。
(4)所述液體具有剝離所述第2樹脂層的性質(zhì)。這里，剝離是指在所述第2樹脂層溶解在所述液體中的過程中，在所述第2樹脂層和所述柱狀部的接合部分中浸入所述液體，使所述第2樹脂層剝離。通過使所述液體具有剝離所述第2樹脂層的性質(zhì)，可以高效率地剝離在所述第2樹脂層中所述柱狀部上形成的部分。
(5)所述柱狀部的相對于所述液體的溶解性比所述第2樹脂層小。由此，在將所述柱狀部和所述第2樹脂層浸漬在所述液體中的時間上產(chǎn)生充分的裕度，能夠進行穩(wěn)定的制造?？梢苑乐顾鲋鶢畈肯扔谒龅?樹脂層在所述液體中溶解，可以抑制對元件特性產(chǎn)生的影響。
(6)所述樹脂前體是聚酰亞胺系樹脂的前體。
(7)所述絕緣層由聚酰亞胺系樹脂構成。
(8)所述液體是堿系溶液。這里，堿系溶液指一般的堿性溶液。
(9)而且，包括在所述柱狀部附近形成用于監(jiān)視除去所述第2樹脂層的監(jiān)視部的工序。由此，可以高精度地檢測是否除去了所述第2樹脂層中所述柱狀部上形成的部分。其結果，可以可靠地除去所述第2樹脂層中所述柱狀部上形成的部分，而不對所述柱狀部產(chǎn)生損傷。
這種情況下，所述監(jiān)視部在所述工序(a)中可以用與所述柱狀部相同的構圖工序來形成。
(10)所述表面發(fā)光型發(fā)光元件為表面發(fā)光型半導體激光器、LCE元件、半導體光放大元件的其中之一。
其中，在所述表面發(fā)光型發(fā)光元件是表面發(fā)光型半導體激光器的情況下，所述柱狀部包含有源層，包括由至少在一部分中包含所述柱狀部的半導體堆積體構成的諧振器。
此外，這種情況下，還包括以下的工序(f)(f)形成用于向所述有源層注入電流的電極的工序。
而且，這種情況下，在進行所述工序(f)前，還包括清洗所述柱狀部的上表面的工序。根據(jù)該工序，可以獲得特性更穩(wěn)定的元件。
(表面發(fā)光型半導體激光器)本發(fā)明的表面發(fā)光型半導體激光器，是在半導體襯底上形成諧振器，沿所述半導體襯底的垂直方向發(fā)射光的表面發(fā)光型半導體激光器，該表面發(fā)光型半導體激光器包括
構成所述諧振器的至少一部分的柱狀部；以及覆蓋所述柱狀部側(cè)面的絕緣層；所述絕緣層包含填料。
這里，垂直于所述半導體襯底的方向是指垂直于所述半導體襯底的所述諧振器設置面的方向。
根據(jù)本發(fā)明，通過所述絕緣層包含填料，可以調(diào)整所述絕緣層的導熱率或熱膨脹率等特性，其結果，可以獲得良好的元件特性。這將在實施例中詳細說明。
本發(fā)明的表面發(fā)光型半導體激光器可以采取以下形態(tài)(1)～(7)。
(1)所述填料可以由導熱率比構成所述絕緣層的母材高的材料構成。根據(jù)該結構，在所述表面發(fā)光激光器的驅(qū)動時所述諧振器產(chǎn)生的熱向所述絕緣層移動后，可以通過所述絕緣層中包含的所述填料迅速擴散該熱。其結果，可以防止因熱造成的元件特性下降，可以維持穩(wěn)定的元件特性。
(2)所述填料可以由熱膨脹率與構成所述絕緣層的層材料不同的材料構成。根據(jù)該結構，通過所述絕緣層中包含的所述填料來調(diào)整所述半導體襯底和所述絕緣層之間的熱膨脹率之差，可以降低所述半導體襯底和所述絕緣層之間的應力。即，根據(jù)構成所述絕緣層的母材和所述半導體襯底之間的熱膨脹率之差，通過使用具有規(guī)定的熱膨脹率的所述填料，可以減小所述絕緣層和所述半導體襯底之間的熱膨脹率之差。其結果，可以降低所述絕緣層和所述半導體襯底之間產(chǎn)生的應力，可以維持元件的可靠性。
(3)所述絕緣層由聚酰亞胺樹脂構成。在所述表面發(fā)光激光器的制造工序中，在形成覆蓋所述柱狀部側(cè)面的所述絕緣層后，在所述柱狀部的上表面和所述半導體襯底的里面(在所述半導體襯底中與所述諧振器設置面相反側(cè)的面)上形成一對電極時進行退火處理。因此，需要使用抗該退火處理工序的樹脂來形成所述絕緣層。而且，需要使用可以平坦地形成所述絕緣層的樹脂來形成所述絕緣層。為了滿足以上的要求，最好用耐熱性和操作性優(yōu)良的聚酰亞胺樹脂作為母材來形成所述絕緣層。
(4)所述填料的粒徑可以比所述絕緣層的膜厚小。根據(jù)該結構，可以使所述填料整體覆蓋于所述絕緣層。
(5)所述填料可以由絕緣體構成。根據(jù)該結構，可以與所述諧振器周圍形成的電極可靠地絕緣。作為所述絕緣體，可以示出氮化鋁、氧化鋁、氮化硅、氧化硅等?？墒褂靡赃@些材料中的至少一個為主要成份的填料。
這種情況下，由于金剛石和氮化鋁的導熱性和絕緣性優(yōu)良，所以所述填料最好由金剛石或氮化鋁構成。
(6)所述填料可以以碳、金剛石等的碳同素異性體或鋁、金、銀、銅、錫、錳、鎳、及鋅中的至少一種作為主要成分來形成。由于這些金屬的導熱性優(yōu)良，所以通過所述填料以所述金屬中的至少一種作為主要成分，可以將所述諧振器產(chǎn)生的熱通過所述填料迅速地擴散到外部。由此，可以實現(xiàn)元件特性的穩(wěn)定。
(7)所述填料可以是在表面上包括絕緣膜的金屬粒子。根據(jù)該結構，可以提高所述填料的絕緣性。
本發(fā)明的表面發(fā)光型半導體激光器可以應用于光模塊。這種情況下，光模塊包括本發(fā)明的表面發(fā)光型半導體激光器和光導波路。此外，該光模塊可以應用于光傳輸裝置。
(表面發(fā)光型半導體激光器的制造方法)(1)本發(fā)明的表面發(fā)光型半導體激光器的制造方法，是在半導體襯底上形成諧振器，沿所述半導體襯底的垂直方向發(fā)射光的表面發(fā)光型半導體激光器的制造方法，該方法包括以下工序(a)和工序(b)(a)在所述半導體襯底上形成多層膜后，對該多層膜的至少一部分進行腐蝕，形成至少包含有源層的柱狀部的工序；(b)形成包含填料的覆蓋所述柱狀部側(cè)面的絕緣層的工序。
根據(jù)本發(fā)明，可以獲得具有穩(wěn)定特性的表面發(fā)光型半導體激光器。
(2)本發(fā)明的表面發(fā)光型半導體激光器的制造方法，是在半導體襯底上形成諧振器，沿所述半導體襯底的垂直方向發(fā)射光的表面發(fā)光型半導體激光器的制造方法，該方法包括以下工序(a)～(e)(a)在所述半導體襯底上形成多層膜后，對該多層膜的至少一部分進行腐蝕，形成至少包含有源層的柱狀部的工序；(b)形成包含填料和母材前體的第1涂敷層來覆蓋所述柱狀部的工序；(c)使構成所述第1涂敷層的所述母材前體暫時固化，形成包含所述填料和暫時母材的第2涂敷層的工序；
(d)在溶解構成所述第2涂敷層的所述暫時母材的液體中，將所述第2涂敷層至少浸漬規(guī)定時間，在所述第2涂敷層中至少除去所述柱狀部上形成的部分的工序；以及(e)通過使構成所述第2涂敷層的所述暫時母材固化，來形成包含所述填料的覆蓋所述柱狀部側(cè)面的絕緣層的工序。
在所述工序(c)中，在使所述母材前體暫時固化中，例如，通過將熱或光等能量照射構成所述第1涂敷層的所述母材前體，來使所述母材前體變換成暫時母材。這種情況下，通過所述暫時固化得到的所述暫時母材與所述母材前體相對于所述工序(d)中使用的所述液體的溶解度有所不同。
根據(jù)本發(fā)明，在所述工序(d)中，通過將所述第2涂敷層在所述液體中至少浸漬規(guī)定時間，除去在所述第2涂敷層中所述柱狀部上形成的部分，可以僅除去所述第2涂敷層而不對所述柱狀部產(chǎn)生損傷。由此，可獲得具有穩(wěn)定特性的元件，并且可以制造成本低、良品率高的元件。
隨著除去所述第2涂敷層的上部，所述填料中所述第2涂敷層的上部中包含的部分從所述第2涂敷層自動地脫落而被除去。由此，用與通常的絕緣層的埋入工序大致相同的工序，可以按均勻的膜厚形成包含所述填料的絕緣層。
而且，所述液體具有溶解構成所述第2涂敷層的所述暫時母材的性質(zhì)，所以可以防止已除去的所述暫時母材再次附著在所述柱狀部上。
在所述(1)和(2)的表面發(fā)光型半導體激光器的制造方法中，所述絕緣層的母材可以由聚酰亞胺樹脂構成。
此外，所述(2)的表面發(fā)光型半導體激光器的制造方法可以采取以下所示的(3)～(5)的形態(tài)。
(3)所述柱狀部相對于所述液體的溶解性可以比構成所述第2涂敷層的所述暫時母材小。由此，在將所述柱狀部和所述第2涂敷層浸漬在所述液體中的時間上產(chǎn)生充分的裕度，能夠進行穩(wěn)定的制造。與所述第2涂敷層相比，可以事先防止所述柱狀部溶解在所述液體中，可以抑制對元件特性產(chǎn)生的影響。
(4)所述填料相對于所述液體的溶解性可以比構成所述第2涂敷層的所述暫時母材小。由此，與構成所述第2涂敷層的暫時母材相比，可以事先防止所述填料溶解在所述液體中，可以在最終獲得的所述絕緣層中包含所述填料。
(5)所述樹脂前體是聚酰亞胺樹脂的前體。
附圖簡要說明圖1是模式地表示本發(fā)明第1實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件的剖面圖。
圖2是模式地表示圖1所示的表面發(fā)光型發(fā)光元件的一制造工序的剖面圖。
圖3是模式地表示圖1所示的表面發(fā)光型發(fā)光元件的一制造工序的剖面圖。
圖4是模式地表示圖3所示的制造工序圖的平面圖。
圖5是模式地表示圖1所示的表面發(fā)光型發(fā)光元件的一制造工序的剖面圖。
圖6是模式地表示圖1所示的表面發(fā)光型發(fā)光元件的一制造工序的剖面圖。
圖7是模式地表示圖1所示的表面發(fā)光型發(fā)光元件的一制造工序的剖面圖。
圖8是模式地表示圖1所示的表面發(fā)光型發(fā)光元件的一制造工序的剖面圖。
圖9是模式地表示本發(fā)明第2實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件的剖面的圖。
圖10是模式地表示圖9所示的表面發(fā)光型發(fā)光元件的一制造工序的剖面圖。
圖11是模式地表示圖9所示的表面發(fā)光型發(fā)光元件的一制造工序的剖面圖。
圖12是模式地表示圖9所示的表面發(fā)光型發(fā)光元件的一制造工序的剖面圖。
圖13是模式地表示圖9所示的表面發(fā)光型發(fā)光元件的一制造工序的剖面圖。
圖14是模式地表示圖9所示的表面發(fā)光型發(fā)光元件的一制造工序的剖面圖。
圖15是模式地表示本發(fā)明第3實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件的剖面的圖。
圖16是模式地表示圖15所示的表面發(fā)光型發(fā)光元件的平面圖。
圖17是模式地表示一般的表面發(fā)光型發(fā)光元件的剖面的圖。
圖18是模式地表示圖17所示的一般的表面發(fā)光型發(fā)光元件的一制造工序的剖面圖。
圖19是模式地表示圖17所示的一般的表面發(fā)光型發(fā)光元件的一制造工序的剖面圖。
圖20是模式地表示本發(fā)明第4實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件(表面發(fā)光型半導體激光器)的剖面的圖。
圖21是模式地表示圖20所示的表面發(fā)光型半導體激光器的一制造工序的剖面圖。
圖22是模式地表示圖20所示的表面發(fā)光型半導體激光器的一制造工序的剖面圖。
圖23是模式地表示圖22所示的制造工序的平面圖。
圖24是模式地表示圖20所示的表面發(fā)光型半導體激光器的一制造工序的剖面圖。
圖25是模式地表示圖20所示的表面發(fā)光型半導體激光器的一制造工序的剖面圖。
圖26是模式地表示圖20所示的表面發(fā)光型半導體激光器的一制造工序的剖面圖。
圖27是模式地表示圖20所示的表面發(fā)光型半導體激光器的一制造工序的剖面圖。
圖28是說明應用本發(fā)明的第5實施例的光模塊的制造方法的圖。
圖29是表示應用本發(fā)明的第6實施例的光傳輸裝置的圖。
圖30是表示應用本發(fā)明的第6實施例的光傳輸裝置的圖。
圖31是表示應用本發(fā)明的第6實施例的光傳輸裝置的使用形態(tài)的圖。
圖32是表示采用本發(fā)明的第7實施例的光傳輸裝置的使用狀態(tài)的圖。
最佳實施例詳述以下，參照附圖來說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
(第1實施例)(器件的構造)圖1是模式地表示本發(fā)明的第1實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件100的剖面圖。
在本實施例中，表示表面發(fā)光型發(fā)光元件100為表面發(fā)光型半導體激光器的情況。在表面發(fā)光型發(fā)光元件100中，在垂直諧振器(以下記為‘諧振器’)120上形成絕緣層117。表面發(fā)光型發(fā)光元件100包括半導體襯底101、由半導體襯底101上形成的n型GaAs構成的緩沖層102、諧振器120、以及在諧振器120上形成的p型GaAs構成的接觸層108。
在諧振器120上形成柱狀的半導體堆積體(柱狀部)110。這里，柱狀部110是諧振器120的一部分，指至少包含有源層105的柱狀的半導體堆積體。該柱狀部110被絕緣層掩埋。柱狀部110的側(cè)面由絕緣層117覆蓋，在柱狀部110上形成上部電極113。
諧振器120形成在緩沖層102上，依次層積構成交替層積n型Al0.85Ga0.15As層和n型Al0.15Ga0.85As的30對的分布反射型多層膜鏡(以下稱為‘下部鏡’)103、n型Al0.5Ga0.5As組成的n型包覆層104、GaAs阱層和Al0.3Ga0.7As阻擋層組成的由三層阱層構成的多重阱構造的有源層105、Al0.5Ga0.5As組成的p型包覆層106、以及交替層積p型Al0.85Ga0.15As層和p型Al0.15Ga0.85As層的25對的分布反射型多層膜鏡(以下稱為‘上部鏡’)107。
上部鏡107通過摻雜Zn成為p型，而下部鏡103通過摻雜Se成為n型。因此，上部鏡107通過不摻雜的有源層105和下部鏡103來形成pin二極管。
在諧振器120中從表面發(fā)光型發(fā)光元件100的激光發(fā)射側(cè)至下部鏡103中途的部分從激光發(fā)射側(cè)來看被腐蝕成圓形的形狀，形成柱狀部110。在本實施例中，柱狀部110的平面形狀為圓形，但該形狀也可以為任意的形狀。
在本實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件100中，形成絕緣層117，以便覆蓋柱狀部110的側(cè)面及下部鏡103的上表面。
作為用于形成絕緣層117的材料，例如，可使用聚酰亞胺系樹脂、丙烯系樹脂、或環(huán)氧系樹脂等通過提供熱或光等能量來固化的樹脂。
在柱狀部110和絕緣層117上，形成上部電極113。而且，在柱狀部110上表面的中央部形成成為激光的發(fā)射口的開口部116。在半導體襯底101中，在與形成諧振器120一側(cè)和對面測的表面上，形成下部電極115。即，在圖1所示的表面發(fā)光型發(fā)光元件100中，柱狀部110與上部電極113接合，并且在半導體襯底101的諧振器120形成面和對面?zhèn)鹊谋砻媾c下部電極115接合，通過該上部電極113和下部電極115向有源層105注入電流。
(器件的工作情況)以下示出第1實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件100的一般工作情況。表面發(fā)光型發(fā)光元件100是表面發(fā)光型半導體激光器，從開口部116發(fā)射激光。
首先，由上部電極113和下部電極115向pin二極管施加正向電壓后，在有源層105中，引起電子和空穴的再結合，通過這樣的再結合產(chǎn)生發(fā)光。因此，產(chǎn)生的光在往復于上部鏡107和下部鏡103之間時造成感應發(fā)射，使光的強度放大。如果光增益超過光損失，那么引起激光器振蕩，從上部電極113的開口部116對半導體襯底101沿垂直方向發(fā)射激光。
(器件的制造過程)下面，用圖2～圖8來說明本實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件100的制造方法。圖2、圖3、及圖5～圖8是模式地表示本實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件的一制造工序的剖面圖。而圖4是模式地表示圖3所示的制造工序圖。
本實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件100由以下的工序(a)～(e)制造。
工序(a)是在半導體襯底101上形成包含有源層105的多層膜，對該多層膜的至少一部分進行腐蝕，形成作為發(fā)光元件的至少一部分發(fā)揮功能的柱狀部110的工序。
工序(b)是形成第1樹脂層117a來覆蓋柱狀部110的工序。
工序(c)是改變第1樹脂層117a相對于液體130(后述)的溶解度，形成第2樹脂層117b的工序。
工序(d)是在具有溶解第2樹脂層117b性質(zhì)的液體130中，將第2樹脂層117b至少浸漬規(guī)定時間，除去第2樹脂層117b中至少柱狀部110上形成的部分的工序。
工序(e)是使第2樹脂層117b固化，形成覆蓋柱狀部110側(cè)面的絕緣層117的工序。
首先，說明工序(a)。
在圖2所示的n型GaAs組成的半導體襯底101的表面上，通過調(diào)整組成并且進行外延生長，來形成圖2所示的半導體多層膜150。這里，半導體多層膜150層指n型GaAs組成的緩沖層102、交替層積n型Al0.85Ga0.15As層和n型Al0.15Ga0.85As所得的下部鏡103、n型Al0.5Ga0.5As組成的n型包覆層104、GaAs阱層和Al0.3Ga0.7As阻擋層組成的由三層阱層構成的多重阱構造的有源層105、Al0.5Ga0.5As組成的p型包覆層106、以及交替層積p型Al0.85Ga0.15As層和Al0.15Ga0.85As層的上部鏡107、及p型GaAs組成的接觸層108。通過將這些層依次堆積在半導體襯底101上，來形成半導體多層膜150。半導體襯底101的表面指在半導體襯底101中經(jīng)后面的工序形成諧振器120一側(cè)的表面。
進行外延生長時的溫度根據(jù)半導體襯底101的種類或形成的半導體多層膜150的種類或厚度來適當決定，但一般為600℃～800℃較好。而且，進行外延生長時的所需時間也與溫度同樣地適當決定。作為外延生長的方法，可以使用有機金屬氣相生長(MOVPEMetal-Orgnic Vapor Phase Epitaxy)法、或MBE法(Molecular Beam Epitaxy)、或LPE法(Liquid Phase Epitaxy)。
接著，在接觸層108上，在涂敷抗蝕劑(未圖示)后通過光刻對該抗蝕劑進行構圖，來形成規(guī)定圖形的抗蝕劑層(未圖示)。接著，以該抗蝕劑層作為掩模，按照干式腐蝕法來腐蝕接觸層108、上部鏡107、p型包覆層106、有源層105、n型包覆層104、以及下部鏡103的一部分，如圖3和圖4所示，設置作為柱狀的半導體堆積體的柱狀部110。通過以上的工序，在半導體襯底101上形成包含柱狀部110的諧振器120。
下面，說明工序(b)。
在本工序中，用第1樹脂層117a來填埋柱狀部110。
首先，將包含樹脂前體的液狀物(未圖示)涂敷在柱狀部110和上部鏡103上后進行干燥，如圖5所示，形成第1樹脂層117a來覆蓋柱狀部110。在該工序中，第1樹脂層117a的膜厚至少比柱狀部110的高度大，并且形成第1樹脂層117a來覆蓋柱狀部110。所述樹脂前體根據(jù)需要溶解于溶劑中來涂敷。這種情況下，在涂敷所述樹脂前體后，使溶劑蒸發(fā)。
作為所述液狀物的涂敷方法，可以利用旋轉(zhuǎn)涂敷法、浸涂法、噴射涂敷法等公知技術。在涂敷時，最好盡可能抑制因柱狀部110形成的凹凸部造成的膜厚不勻。
下面，說明工序(c)。
在該工序中，通過將熱或光等能量提供給第1樹脂層117a中的樹脂前體來進行半固化，如圖6所示，形成第2樹脂層117b。這里，半固化指改變第1樹脂層117a相對于后述的液體130的溶解度。在本實施例中，通過進行半固化，從第1樹脂層117a改變?yōu)榈?樹脂層117b。即，對于第1樹脂層117a和第2樹脂層117b來說，相對于液體130的溶解度有所不同。在本實施例中，通過提供熱或光等能量，使第1樹脂層117a中的一部分樹脂前體發(fā)生反應，形成相對于液體130的溶解度更低的第2樹脂層117b。
根據(jù)第1樹脂層117a中包含的樹脂前體的種類，通過控制附加熱或光等能量的時間、附加的該能量的量來進行該半固化工序。在通過熱來進行半固化的情況下，通過控制反應溫度來進行，而在通過光來進行半固化的情況下，通過控制光量來進行。例如，在通過熱固化來使第1樹脂層117a半固化，與第1樹脂層117a相比，形成相對于液體130的溶解度低的第2樹脂層117b的情況下，在由第1樹脂層117a形成絕緣層時，以比通常使用的熱固化工序低的溫度來進行半固化。這種情況下，如果附加的能量的量不充分，那么相對于液體130的溶解度不大變化，樹脂層溶解于液體130，可能已經(jīng)被除去。另一方面，如果附加的能量的量過多，那么相對于液體130的溶解度變低，在后述的工序中難以除去第2樹脂層117b。因此，根據(jù)樹脂前體的種類，控制半固化時附加的能量的量和附加時間是重要的。
作為在該工序中使用的樹脂前體，可以列舉出聚酰亞胺前體。
作為聚酰亞胺系樹脂，例如，可以列舉出聚酸、聚酸的長鏈烷酯等。在由聚酰亞胺前體形成絕緣層的情況下，一般地，在涂敷聚酰亞胺前體后，通過加熱處理來引起亞胺化反應，生成聚酰亞胺系樹脂，形成絕緣層。在形成絕緣層時，通常采用的加熱溫度因聚酰亞胺前體的種類而異，但250～400℃是合適的。這種情況下，所述半固化的工序最好在150～250℃下進行。
作為用于形成絕緣層117(參照圖1)的樹脂，在使用通過光照射進行固化的樹脂情況下，例如，可以使用紫外線固化型的聚丙烯系樹脂和環(huán)氧系樹脂。由于紫外線固化型樹脂可以僅用紫外線照射來進行固化，所以不產(chǎn)生因熱造成元件特性變化等問題。
下面，說明工序(d)。
在該工序中，如圖7所示，將通過上述工序得到的元件100a在液體130中浸漬規(guī)定時間。在圖7中，示出了將元件100a的整體浸漬在液體130中的情況，但也可以浸漬元件100a中至少第2樹脂層117b。
液體130具有溶解第2樹脂層117b的性質(zhì)。該液體130可以按照樹脂前體的性質(zhì)來適當選擇。例如，作為樹脂前體，可以選擇對于堿系溶液具有溶解性的樹脂前體，這種情況下，作為液體130，可以使用堿系溶液。
液體130具有剝離第2樹脂層117b的性質(zhì)更好。這里，剝離指在第2樹脂層117b溶解在液體130中的過程中，液體130浸入第2樹脂層117b和柱狀部110的接合部分，使第2樹脂層117b被剝離。通過使液體130具有剝離第2樹脂層117b的性質(zhì)，可以高效率地除去第2樹脂層117b中柱狀部110上形成的部分。
在該工序中，可以使柱狀部110相對于液體130的溶解性比第2樹脂層117b相對于液體130的溶解性小。根據(jù)該結構，在將柱狀部110和第2樹脂層117b浸漬在液體130中的時間上產(chǎn)生充分的裕度，能夠進行穩(wěn)定的制造。而且，可以防止柱狀部110在第2樹脂層117b之前溶解于液體130，可以抑制對元件特性產(chǎn)生的影響。
在該工序中，通過控制在液體130中浸漬的時間和溫度，如圖8所示，獲得第2絕緣層117c。如圖8所示，第2絕緣層117c是在圖7所示的第2樹脂層117b中除去了柱狀部110上形成的部分所得的部分。在上述工序中，如圖8所示，在第2樹脂層117b中上部鏡103上形成的部分也溶解于液體130的結果，可以形成第2絕緣層117c，可使獲得的第2絕緣層117c的上表面與柱狀部110的上表面大致相等。
下面，說明工序(e)。
在該工序中，使第2絕緣層117c固化，形成覆蓋柱狀部110側(cè)面的絕緣層117。固化時的溫度和時間參照通常的絕緣層形成時的固化工序中的溫度和時間。通過該工序，如圖1所示，形成覆蓋柱狀部110側(cè)面的絕緣層117。
下面，說明形成用于向有源層105注入電流的電極113、115的工序(工序(f))。
首先，在形成電極113、115前，根據(jù)需要，使用干式腐蝕法等清洗柱狀部110的上表面。由此，可以形成特性更穩(wěn)定的元件。接著，通過真空鍍敷法，在絕緣層117和柱狀部110的上表面上，形成金或鋅構成的合金層后，通過使用光刻法來對合金層進行構圖，從而形成開口部116。通過以上的工序來形成上部電極113。接著，在半導體襯底101的里面(在半導體襯底101中與形成諧振器120的面相對的面)上，通過真空鍍敷法，形成金和鍺構成的合金層組成的下部電極115。經(jīng)過以上的處理，獲得圖1所示的表面發(fā)光型發(fā)光元件100。
(作用和效果)下面，說明第1實施例的作用和效果。
根據(jù)本實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件100的制造方法，在上述工序(d)中，通過將第2樹脂層117b在液體130中至少浸漬規(guī)定時間，可以不對柱狀部110產(chǎn)生損傷，還可以除去第2樹脂層117b中至少柱狀部110上形成的部分。由此，獲得具有穩(wěn)定的特性的元件100，并且可以低成本、高良品率地制造元件100。由于被除去的第2樹脂層117b大都溶解于液體130，所以沒有被除去的第2樹脂層117b再附著在元件100上而使元件特性惡化的危險。
在上述工序(c)中，通過使第1樹脂層117b半固化，與第1樹脂層117a相比，形成對液體130的溶解性更低的第2樹脂層117b。通過該半固化工序，由于可以使第2樹脂層117b對液體130的溶解速度變慢，所以可以擴大在液體130中第2樹脂層117b的除去工序的裕度。
(第2實施例)(器件的構造)圖9是模式地表示本發(fā)明第2實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件200的剖面的圖。
在本實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件200中，用絕緣層217來覆蓋柱狀部110的側(cè)面。絕緣層217由包含樹脂前體和感光性成分的第1絕緣層217a(參照圖10)形成。在這點上，本實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件200與包含絕緣層117的第1實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件100有所不同。在表面發(fā)光型發(fā)光元件200中，對于其他部分的結構來說，由于與第1實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件100大致相同，所以省略說明。
(器件的工作情況)第二實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件200的工作情況因與第一實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件100的工作情況大致相同，因而省略其說明。
(器件的制造處理)下面，用圖2～圖4、以及圖10～圖14來說明本實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件200的制造方法。圖2～圖4、以及圖10～圖14是模式地表示本實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件200的一制造工序的剖面圖。
本實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件200由以下的工序(a)～(e)來制造。
工序(a)是在半導體襯底101上形成包含有源層105的多層膜，對該多層膜的至少一部分進行腐蝕，形成作為發(fā)光元件100至少一部分發(fā)揮功能的柱狀部110的工序。
工序(b)是形成第1樹脂層217a來覆蓋柱狀部110的工序。
工序(c)是對第1樹脂層217a曝光規(guī)定時間，使第1樹脂層217a的一部分改變?yōu)榈?樹脂層217b的工序。
工序(d)是在具有溶解第2樹脂層217b性質(zhì)的液體230中，將第2樹脂層217b至少浸漬規(guī)定時間，除去第2樹脂層217b的工序。
工序(e)是使第1樹脂層217a固化，形成覆蓋柱狀部110側(cè)面的絕緣層217的工序。
首先，說明工序(a)。
在與第1實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件100的制造工序(a)相同的工序中，如圖2～圖4所示，在半導體襯底101上形成了半導體多層膜150后，在半導體襯底101上形成包含柱狀部110的諧振器120。對于工序(a)來說，由于與第1實施例的制造工序(a)大致相同，所以省略詳細的說明。
下面說明工序(b)。
該工序是形成第1樹脂層217a來覆蓋柱狀部110的工序。在本工序中，用第1樹脂層217a來填埋柱狀部110。
首先，將包含樹脂前體和感光成分的液狀物(未圖示)涂敷在柱狀部110和上部鏡103上后，進行干燥，如圖10所示，形成第1樹脂層217a來覆蓋柱狀部110。在該工序中，第1樹脂層217a的膜厚至少比柱狀部110的高度大，并且形成第1樹脂層217a來覆蓋柱狀部110。此外，所述液狀物根據(jù)需要可溶解于溶劑來涂敷。這種情況下，在涂敷所述液狀物后，使溶劑蒸發(fā)。作為所述液狀物的涂敷方法，可以使用與第1實施例中所示的樹脂前體的涂敷方法相同的方法。
下面說明工序(c)。
在該工序中，如圖11所示，對第1樹脂層217a曝光，使第1樹脂層217a的一部分改變?yōu)榈?樹脂層217b。在本實施例中，通過調(diào)整曝光量，如圖21所示，將第1樹脂層217a中與柱狀部110的上表面相同平面上形成的部分改變?yōu)榈?樹脂層217b。通過該工序，獲得元件200a。元件200a的柱狀部120的側(cè)面被第1樹脂層217a覆蓋，并且在第1樹脂層217a和柱狀部110上形成第2樹脂層217b。
第2樹脂層217b通過曝光來與第1樹脂層217a中的感光體成分的至少一部分進行反應，改變第1樹脂層217a對液體230的溶解性。這里，第1樹脂層217a中包含的感光性成分具有通過曝光反應來改變結構，從而具有使對于后述的液體230(參照圖12)的溶解性增大的性質(zhì)。即，第2樹脂層217b與第1樹脂層217a相比，第2樹脂層217b具有相對于液體230的溶解度大的性質(zhì)。
該曝光工序根據(jù)第1樹脂層217a中包含的感光性成分的濃度或種類，通過控制曝光時間或照射的光量來控制。例如，在本實施例中，在通過曝光使第1樹脂層217a的一部分改變?yōu)榈?樹脂層217b的情況下，與從第1樹脂層217a形成一般的絕緣層時的曝光工序中照射的光量相比，以少的光量來進行曝光，或者與從第1樹脂層217a形成一般的絕緣層時的曝光工序相比，以短的曝光時間進行曝光。這里，在對第1樹脂層217a照射光，使第1樹脂層217a的一部分改變?yōu)橄鄬τ谝后w230的溶解度比第1樹脂層217a大的第2樹脂層217b的情況下，如果照射的光量不足，那么液體230對樹脂層的溶解性低，所述樹脂層幾乎不溶解于液體230，所以在后述的工序中難以除去所述樹脂層。另一方面，在該情況下，如果照射的光量過大，那么在第1樹脂層217a中所有的樹脂層都改變?yōu)閷σ后w230的溶解度大的第2樹脂層217b，在浸漬液體230時所有的樹脂層會溶解。因此，根據(jù)感光性成分的種類，來控制曝光時的光的照射時間和照射量是重要的。
作為該工序中使用的樹脂前體，可以列舉出正型感光性聚酰亞胺前體。
下面說明工序(d)。
在該工序中，如圖13所示，將上述工序所得的元件200a在液體230中浸漬規(guī)定時間。在圖13中，示出將元件200a的整體浸漬在液體230中的情況，但使元件200a中至少第2樹脂層217b被浸漬就可以。
液體230具有溶解第2樹脂層217b的性質(zhì)。該液體230可以根據(jù)構成第2樹脂層217b的樹脂前體或感光體成分的性質(zhì)來適當選擇。
液體230可以具有剝離第2樹脂層217b的性質(zhì)。根據(jù)該結構，可以具有與上述液體130相同的效果。
在該工序中，與第2樹脂層217b相對于液體230的溶解性相比，可以使柱狀部110相對于液體230的溶解性小。根據(jù)該結構，可以具有與上述液體130相同的效果。
在該工序中，通過控制在液體230中浸漬的時間和溫度，與第1實施例中的圖8所示的元件同樣，可除去圖13所示的第2樹脂層217b。其結果，如圖14所示，覆蓋柱狀部110的側(cè)面，并且獲得具有上表面與柱狀部110的上表面大致同一平面結構的第1樹脂層217a。接著，用與在第1實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件100的制造工序中使第2樹脂層117c固化的方法大致相同的方法，通過使第1絕緣層217a固化，如圖9所示，形成覆蓋柱狀部110側(cè)面的絕緣層217。
以后的工序與第1實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件100的制造工序大致相同，所以省略說明。經(jīng)以上的處理，可獲得圖9所示的表面發(fā)光型發(fā)光元件200。
(作用和效果)下面，說明第2實施例的作用和效果。
根據(jù)第2實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件200的制造方法，通過將第2樹脂層217b在液體230中浸漬規(guī)定時間，除去第2樹脂層217b，可以僅除去第2樹脂層217b，而不對柱狀部110產(chǎn)生損傷。由此，與第1實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件100同樣，可獲得具有穩(wěn)定特性的元件200，并且可以低成本、高良品率地制造元件200。而且，由于被除去的第2樹脂層217b基本上都溶解于液體230，所以沒有被除去的第2樹脂層217b再次附著在元件100上而使元件特性惡化的危險。
在上述工序(c)中，對第1樹脂層217a曝光，使第1樹脂層217a的一部分形成相對于液體230的溶解性比第1樹脂層217a高的第2樹脂層217b。通過該曝光工序，可以加速第2樹脂層217b對液體230的溶解速度，所以可以高效率地僅除去第2樹脂層217b。
另外，在第2實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件200及其制造方法中，具有與第1實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件100及其制造方法大致相同的作用和效果。
(第3實施例)(器件的構造)
圖15是模式地表示本發(fā)明第3實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件300的剖面的圖。圖16是模式地表示圖15所示的表面發(fā)光型發(fā)光元件300的平面圖。
本實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件300如圖15和圖16所示，除了具有與第1實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件100大致相同的構造以外，包含在柱狀部110的附近形成的監(jiān)視部320。監(jiān)視部320用與柱狀部110相同的構圖工序來形成。此外，在表面發(fā)光型發(fā)光元件300的制造工序中，用與第1實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件100相同的工序，來形成圖17所示的絕緣層117。即，通過將第2樹脂層117b在液體130(參照圖8)中至少浸漬規(guī)定時間，除去第2樹脂層117b中柱狀部110上形成的部分，形成絕緣層117。
設置監(jiān)視部320，以便在將第2樹脂層117b在液體130中至少浸漬規(guī)定時間，除去第2樹脂層117b中柱狀部110上形成的部分的工序中，監(jiān)視第2樹脂層117b的剝落狀況。例如，在將監(jiān)視部320、柱狀部110和第2樹脂層117b浸漬在液體130中的情況下，通過剝離第2樹脂層117b中監(jiān)視部320上表面的區(qū)域中存在的部分，使監(jiān)視部320上表面的反射率改變。通過測定該監(jiān)視部320上表面的反射率的變化，可以確認第2樹脂層117b的剝落狀況。由此，可以控制除去第2樹脂層117b中柱狀部110上形成的部分。
監(jiān)視部320最好是其平面形狀為長方形，該長方形的長邊與短邊之比大更好。根據(jù)該結構，在液體130中，可以高精度地檢測第2樹脂層117b中監(jiān)視部320上表面的區(qū)域中存在的部分剝離的狀況。
(器件的制造處理)本實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件300除了與用通過構圖形成柱狀部110的工序相同的工序來形成監(jiān)視部320以外，用與第1實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件100基本相同的工序來制造。即，監(jiān)視部320在第1實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件100的制造工序中，在圖3和圖4所示的構圖工序中與柱狀部110一起形成。其他工序與表面發(fā)光型發(fā)光元件100的制造工序大致相同，所以省略說明。
(器件的工作情況)本實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件300的工作情況與第1和第2實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件100、表面發(fā)光型發(fā)光元件200的工作情況相同。因此，省略其說明。
(作用和效果)本實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件300及其制造方法的作用及效果與第1實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件100極其制造方法的作用及效果大致相同，而且，具有以下所示的作用和效果。
通過在柱狀部110附近形成監(jiān)視部320，可以檢測是否除去第2樹脂層117b中柱狀部110上形成的部分。其結果，可以更可靠地除去第2樹脂層117b中柱狀部110上形成的部分，而不對柱狀部110產(chǎn)生損傷。由此，可以高良品率地形成具有穩(wěn)定特性的元件300。
在上述第1～第3實施例中，即使將各半導體層中的p型和n型交換，也不脫離本發(fā)明的范圍。在上述實施例中，說明了AlGaAs系的情況，但根據(jù)振蕩波長，也可以使用其它材料系，例如GaInP系、ZnSSe系、InGaN系、GaAsSb系的半導體材料。
在上述第1～第3實施例中，示出了表面發(fā)光型發(fā)光元件是表面發(fā)光型半導體激光器的情況，但表面發(fā)光型發(fā)光元件并不限于表面發(fā)光型半導體激光器，也可以是沿垂直于襯底方向發(fā)射光的發(fā)光元件。作為采用本發(fā)明的表面發(fā)光型發(fā)光元件，除了表面發(fā)光型半導體激光器以外，還可列舉出LED元件、半導體光放大元件等。
上述表面發(fā)光型發(fā)光元件的驅(qū)動方法是一例，不脫離本發(fā)明范圍的情況下，可進行各種變更。在上述實施例中，示出具有一個柱狀部的表面發(fā)光型發(fā)光元件，但在襯底表面內(nèi)設置多個柱狀部，也不損害本發(fā)明的形態(tài)。
(第4實施例)(器件的構造)圖20是模式地表示本實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件的剖面的圖。在本實施例中，說明表面發(fā)光型發(fā)光元件為表面發(fā)光型半導體激光器(以下稱為‘表面發(fā)光激光器’)400的情況。
在本實施例的表面發(fā)光激光器400中，在垂直諧振器(以下稱為‘諧振器’)120上形成絕緣層417。表面發(fā)光激光器400例如包括GaAs構成的半導體襯底101、在半導體襯底101上形成的n型GaAs構成的緩沖層102、諧振器120、以及在諧振器120上形成的p型GaAs構成的接觸層108。
在諧振器120中，形成柱狀的半導體堆積層(柱狀部)110。這里，柱狀部110是諧振器120的一部分，指至少包含接觸層108和上部鏡107的柱狀的半導體堆積體。該柱狀部110被絕緣層417填埋。即，柱狀部110的側(cè)面被絕緣層417覆蓋。而且，在柱狀部110上形成上部電極113。
諧振器120形成在緩沖層102上，依次層積構成交替層積n型AlGaAs層和n型Al0.15Ga0.85As的30對的分布反射型多層膜鏡(以下稱為‘下部鏡’)103、n型Al0.5Ga0.5As組成的n型包覆層104、GaAs阱層和Al0.3Ga0.7As阻擋層組成的由三層阱層構成的多重阱構造的有源層105、Al0.5Ga0.5As組成的p型包覆層106、以及交替層積p型Al0.85Ga0.15As層和Al0.15Ga0.85As層的25對的分布反射型多層膜鏡(以下稱為‘上部鏡’)107。
上部鏡107通過摻雜Zn成為p型，而下部鏡103通過摻雜Se成為n型。因此，上部鏡107通過不摻雜的有源層105和下部鏡103來形成pin二極管。
在諧振器120中從表面發(fā)光型發(fā)光元件400的激光發(fā)射側(cè)至下部鏡103中途的部分從激光發(fā)射側(cè)來看被腐蝕成圓形的形狀，形成柱狀部110。在本實施例中，柱狀部110的平面形狀為圓形，但該形狀也可以為任意的形狀。
在本實施例的表面發(fā)光激光器400中，形成絕緣層417，以便覆蓋柱狀部110的側(cè)面和下部鏡103的上表面。
絕緣層417由混合有填料160的母材形成。在本實施例中，表示了構成絕緣層417的所述母材為樹脂163(參照圖20)時的情況。樹脂163由通過熱或光等的能量照射來固化、或通過化學反應來固化的樹脂構成。
在表面發(fā)光激光器400的制造工序中，在形成了覆蓋柱狀部110側(cè)面的絕緣層417后，以約400℃進行在柱狀部110的上表面和半導體襯底101的里面(在半導體襯底101中與諧振器120的設置面相對側(cè)的面)上分別形成電極113、115時的退火處理(參照后述的制造處理)。因此，要求構成絕緣層417的母材(在本實施例中為樹脂163)具有良好的耐熱性，以便可經(jīng)受該退火處理工序。而且，由于柱狀部110的高度一般形成在約3μm以上，所以需要構成絕緣層417的樹脂163可以至少以約3μm的膜厚平坦地形成。為了滿足以上要求，樹脂163是聚酰亞胺樹脂、丙烯樹脂或環(huán)氧樹脂等較好，尤其是聚酰亞胺樹脂更好。
如圖20所示，絕緣層417包含填料160。在圖20中，示出了填料160為球狀的情況，但填料160的形狀不限于此，也可以是板狀、纖維狀、無定形、空心等。此外，填料160的大小沒有特別限定，但填料160整體被絕緣層417覆蓋較好，因此，填料160的粒徑比絕緣層417的膜厚小較好。此外，也可以使用粒徑不同的多種填料來形成絕緣層417。根據(jù)該結構，可以提高絕緣層417中的填料160的填充率。
填料160可以由導熱率比構成絕緣層417的樹脂163高的材料構成。根據(jù)該結構，在表面發(fā)光激光器400的驅(qū)動時，諧振器120產(chǎn)生的熱轉(zhuǎn)移到絕緣層417后，可以通過填料160向遠離柱狀部110的方向?qū)⒃摕嵫杆俚財U散。由此，可以抑制諧振器110的溫度上升。其結果，可以防止熱造成的元件特性下降，可以維持穩(wěn)定的特性。
填料160可以由熱膨脹率與構成絕緣層417的樹脂163不同的材料構成。其理由將后述。
作為填料160的材料，例如可以使用硅酮、碳同素異性體、金屬等。作為碳同素異性體，可以例示金剛石、石墨、碳黑等。作為金屬，可以例舉鋁、金、銀、銅、錫、錳、鎳、及鋅等。在填料160中使用金屬的情況下，可以使用在表面上形成氧化膜或氮化膜等絕緣膜的金屬。通過在表面上形成絕緣膜，可以提高填料的絕緣性。
例如，在填料160以上述金屬中至少一種作為主要成分的情況下，由于這些金屬導熱性良好，所以可以將諧振器120產(chǎn)生的熱通過填料160迅速地擴散到外部。由此，可以實現(xiàn)元件特性的穩(wěn)定。
填料160可以由絕緣體形成。通過由絕緣體構成填料160，可以使上部電極113和下部電極115可靠地絕緣。作為絕緣體，可以例示金剛石或碳、硅酮、氮化鋁、氧化鋁、碳化硅(氮化硅)、氧化硅、氮化硅、碳化硼等。特別是由于金剛石或氮化鋁的導熱性和絕緣性良好，所以用作填料160較好。
在柱狀部110和絕緣層417上形成上部電極113。而且，在柱狀部110上表面的中央部形成作為激光的發(fā)射口的開口部116。在半導體襯底101的里面形成下部電極115。即，在圖20所示的表面發(fā)光激光器400中，在柱狀部110上與上部電極113接合，并且在半導體襯底101的諧振器120的里面與下部電極115接合，通過該上部電解113和下部電極115將電流注入到有源層105。
(器件的工作情況)以下示出第4實施例的表面發(fā)光激光器400的一般工作情況。下述的表面發(fā)光型半導體激光器的驅(qū)動方法是一例，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，可進行各種變更。
首先，由上部電極113和下部電極115對pin二極管施加正向電壓后，在有源層105中，引起電子和空穴的再結合，通過這樣的再結合產(chǎn)生發(fā)光。因此，產(chǎn)生的光在往復于上部鏡107和下部鏡103之間時引起感應發(fā)射，使光的強度被放大。如果光增益超過光損失，那么引起激光器振蕩，從柱狀部110上表面的開口部116對半導體襯底101的表面沿垂直方向發(fā)射激光。這里，半導體襯底101的表面指半導體襯底101中設置諧振器120的面。
(器件的制造處理)下面，用圖21～圖27來說明本實施例的表面發(fā)光激光器400的制造方法的一例。圖21、圖22、及圖24～圖27是模式地表示圖20所示的本實施例的表面發(fā)光激光器400的一制造工序的剖面圖。而圖23是模式地表示圖22所示的制造工序的平面圖。
在本實施例中，說明使用上述第1實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件的制造方法(參照圖1～圖8)來形成表面發(fā)光激光器400的情況。
本實施例的表面發(fā)光激光器400由以下的工序(a)～(e)制造。
工序(a)是在半導體襯底101上形成多層膜150，對該多層膜150的至少一部分進行腐蝕，形成至少包含有源層105的柱狀部110的工序。
工序(b)是形成覆蓋柱狀部110的包含填料160以及母材前體的第1涂敷層的工序。在本實施例中，就使用樹脂前體161作為上述母材前體，使用第1樹脂層417a作為上述第1涂敷層時的情況進行說明。
工序(c)是使上述構成第1涂敷層的上述母材前體暫時固化，并形成包含填料160以及暫時母材的第2涂敷層的工序。即，通過暫時固化上述母材前體來形成上述暫時母材。其結果，從上述1涂敷層形成了上述第2涂敷層。在本實施例中，暫時固化構成上述第1涂敷層(第1樹脂層417a)的母材前體(樹脂前體161)，并形成包含填料160以及暫時母材(樹脂162)的第2涂敷層(第2樹脂層417b)。即，通過暫時固化樹脂前體161來形成樹脂162。其結果，從第1樹脂層417a形成了第2樹脂層417b。
工序(d)是如下的工序在具有溶解上述暫時母材(樹脂162)的性質(zhì)的液體130中將上述第2涂敷層(第2樹脂層417b)至少浸漬規(guī)定的時間，在上述第2涂敷層(第2樹脂層417b)中，至少去除在柱狀部110上形成的部分。
工序(e)是通過硬化構成上述第2涂敷層(第2樹脂層417c)的上述母材(圖27的樹脂163)來形成包含填料160的覆蓋柱狀部110的側(cè)面的絕緣層417的工序。
首先，說明工序(a)。
在圖21所示的n型GaAs組成的半導體襯底101的表面上，通過調(diào)整組成并且進行外延生長，來形成圖21所示的半導體多層膜150。這里，半導體多層膜150層指n型GaAs組成的緩沖層102、交替層積n型Al0.85Ga0.15As層和n型Al0.15Ga0.85As所得的下部鏡103、n型Al0.5Ga0.5As組成的n型包覆層104、GaAs阱層和Al0.3Ga0.7As阻擋層組成的由三層阱層構成的多重阱構造的有源層105、Al0.5Ga0.5As組成的p型包覆層106、以及交替層積p型Al0.85Ga0.15As層和Al0.15Ga0.85As層的上部鏡107、及p型GaAs組成的接觸層108。通過將這些層依次堆積在半導體襯底101上，來形成半導體多層膜150。
進行外延生長時的溫度根據(jù)半導體襯底101的種類或形成的半導體多層膜150的種類或厚度來適當決定，但一般為600℃～800℃較好。而且，進行外延生長時的所需時間也與溫度同樣地適當決定。作為外延生長的方法，可以使用有機金屬氣相生長(MOVPEMetal-Orgnic Vapor Phase Epitaxy)法、或MBE法(Molecular Beam Epitaxy)、或LPE法(Liquid Phase Epitaxy)。
接著，在接觸層108上，在涂敷抗蝕劑(未圖示)后通過光刻對該抗蝕劑進行構圖，來形成規(guī)定圖形的抗蝕劑層(未圖示)。接著，以該抗蝕劑層作為掩模，按照干式腐蝕法來腐蝕接觸層108、上部鏡107、p型包覆層106、有源層105、n型包覆層104、以及下部鏡103的一部分，如圖22和圖23所示，設置作為柱狀的半導體堆積體的柱狀部110。通過以上的工序，如圖22所示，在半導體襯底101上形成包含柱狀部110的諧振器120。
下面，說明工序(b)。
在本工序中，用包含填料160和樹脂前體161的第1樹脂層417a來填埋柱狀部110。
首先，將包含填料160和樹脂前體161的液狀物(未圖示)涂敷在柱狀部110和上部鏡103上后進行干燥，如圖24所示，形成第1樹脂層417a來覆蓋柱狀部110。在該工序中，第1樹脂層417a的膜厚至少比柱狀部110的高度大，并且形成第1樹脂層417a來覆蓋柱狀部110。填料160和樹脂前體161使用上述的有關器件構造的說明欄中所示的材料來構成。此外，樹脂前體161根據(jù)需要溶解于溶劑中來涂敷。這種情況下，在涂敷所述樹脂前體后，使溶劑蒸發(fā)。
作為所述液狀物的涂敷方法，可以利用旋轉(zhuǎn)涂敷法、浸涂法、噴射涂敷法等公知技術。在涂敷上述液狀物時，最好盡可能抑制因柱狀部110形成的凹凸部造成的膜厚不勻。
下面，說明工序(c)。
在該工序中，通過將熱或光能量照射到第1樹脂層417a中的樹脂前體161，來使該樹脂前體161進行半固化，如圖25所示，形成第2樹脂層417b。例如，通過熱或光等能量照射，使圖24所示的樹脂前體161的至少一部分發(fā)生反應，改變?yōu)閳D25所示的樹脂162。通過該工序得到的樹脂162相對于后述的液體130(參照圖26)的溶解度比樹脂前體161低。這里，將能量的照射量設定為不使樹脂前體161完全固化，并且基本上不對填料160產(chǎn)生影響的程度。通過該工序，如圖25所示，可獲得包含填料160和樹脂162的第2樹脂層417b。
根據(jù)第1樹脂層417a中包含的樹脂前體161的種類和濃度，通過控制照射所述能量的時間或控制所述能量的量來進行該暫時固化工序。在通過熱來進行暫時固化的情況下，通過控制反應溫度來進行，而在通過光來進行暫時固化的情況下，通過控制光量來進行。例如，在通過熱固化來使第1樹脂層417a中包含的樹脂前體161的至少一部分暫時固化，在形成相對于液體130的溶解度比樹脂前體161低的樹脂162(參照圖25)的情況下，在使樹脂前體161完全固化而形成絕緣層時，進行溫度比通常使用的熱固化工序溫度低并且時間短的暫時固化。這種情況下，如果照射的能量的量不充分，那么樹脂前體161未充分進行反應，相對于液體130的溶解度變化不大，所以獲得的樹脂溶解于液體130，可能被除去。另一方面，這種情況下，如果照射的能量的量過多，那么樹脂前體161過多反應的結果，相對于液體130的溶解度過低，獲得的樹脂幾乎不溶解于液體130，難以除去獲得的樹脂。因此，根據(jù)樹脂前體的種類或濃度，控制暫時固化時照射的能量的照射時間和照射量是重要的。
作為在該工序中使用的樹脂前體，使用聚酰亞胺前體較好。聚酰亞胺前體具有粘性低、固化時體積收縮大的特征。
作為聚酰亞胺樹脂，例如，可以列舉出聚酸、聚酸的長鏈烷酯等。在由聚酰亞胺前體形成絕緣層的情況下，一般地，在涂敷聚酰亞胺前體后，通過加熱處理來引起亞胺化反應，生成聚酰亞胺樹脂，形成絕緣層。在形成絕緣層時，通常采用的加熱溫度因聚酰亞胺前體的種類而異，但150～400℃較合適，300～400℃更合適。
作為用于形成絕緣層417(參照圖20)的樹脂，在使用通過光照射進行固化的樹脂情況下，例如，可以使用紫外線固化型的聚丙烯系樹脂和環(huán)氧系樹脂。由于紫外線固化型樹脂可以僅用紫外線照射來進行固化，所以不產(chǎn)生因熱造成元件特性變化等問題。
下面，說明工序(d)。
在該工序中，如圖26所示，將通過上述工序(a)～(c)得到的元件400a在液體130中浸漬規(guī)定時間。在圖26中，示出了將元件400a的整體浸漬在液體130中的情況，但也可以浸漬元件400a中至少第2樹脂層417b。
液體130具有溶解第2樹脂層417b的性質(zhì)。該液體130可以按照樹脂前體的性質(zhì)來適當選擇。例如，在樹脂前體為聚酰亞胺前體的情況下，作為液體130，可以使用堿系溶液。
在該工序中，可以使柱狀部110相對于液體130的溶解性比樹脂162相對于液體130的溶解性小。由此，在將柱狀部110和第2樹脂層417b浸漬在液體130中的時間上產(chǎn)生充分的裕度，能夠進行穩(wěn)定的制造。而且，可以防止柱狀部110在樹脂162之前溶解于液體130，可以抑制對元件特性產(chǎn)生的影響。
而且，填料160相對于液體130的溶解性可以比樹脂162相對于液體130的溶解性小。由此，可以防止在構成第2樹脂層417b的樹脂162之前，填料160溶解于液體130，可以使最終獲得的絕緣層417中含有規(guī)定量的填料160。
在該工序中，通過控制在液體130中浸漬的時間和溫度，如圖27所示，獲得包含填料160和樹脂163的第2絕緣層417c。如圖27所示，第2絕緣層417c是在圖26所示的第2樹脂層417b中除去了柱狀部110上形成的部分所得的部分。在上述工序中，如圖27所示，在第2樹脂層417b中上部鏡103上形成的部分也溶解于液體130的結果，可以形成第2絕緣層417c，可使獲得的第2絕緣層417c的上表面與柱狀部110的上表面大致相等。而且，在該工序中，第2樹脂層417b的上部位置的填料160隨著第2樹脂層417b被除去而脫落除去。
下面，說明工序(e)。
在該工序中，使圖27所示的第2絕緣層417c固化，形成覆蓋柱狀部110側(cè)面的絕緣層417。固化時的溫度和時間參照通常的絕緣層形成時的固化工序中的溫度和時間。通過該工序，如圖20所示，形成覆蓋柱狀部110側(cè)面的絕緣層417。
下面，說明形成用于向有源層105注入電流的電極113、115的工序。
首先，在形成電極113、115前，根據(jù)需要，使用干式腐蝕法等清洗柱狀部110的上表面。由此，可以形成特性更穩(wěn)定的元件。接著，通過真空鍍敷法，在絕緣層417和柱狀部110的上表面上形成金屬膜(未圖示)后，通過退火處理，例如形成金或鋅構成的合金層(未圖示)。而且，通過使用光刻法來對所述合金層進行構圖，從而形成開口部116。退火處理的溫度通常為400℃左右。通過以上的工序來形成上部電極113。接著，在半導體襯底101的里面，通過真空鍍敷法形成金屬膜(未圖示)后，通過退火處理，例如形成金和鍺構成的合金層組成的下部電極115。經(jīng)過以上的處理，獲得圖20所示的表面發(fā)光激光器400。
(作用和效果)本實施例的表面發(fā)光型半導體激光器400主要具有以下所示的作用和效果。在說明該作用和效果之前，首先簡短地說明一般的表面發(fā)光型半導體激光器的構造和工作情況。
(1)一般的表面發(fā)光型半導體激光器的構造和工作情況表面發(fā)光型半導體激光器是可兩維集成的發(fā)光元件，作為下一代的高速并且大容量的光源，被人們期待用于光并行通信或光并行運算等。該表面發(fā)光型半導體激光器從半導體襯底上設置的諧振器沿垂直于所述半導體襯底的所述諧振器設置面來發(fā)射激光。該諧振器具有作為激光振蕩器的功能，通過依次層積反射層、有源層、反射層來構成。
為了驅(qū)動表面發(fā)光型半導體激光器，需要從激光器表面向有源層注入電流。因此，在所述激光器中，形成用于向所述有源層注入電流的一對電極。此外，為了向所述有源層集中注入電流，一般采用通過腐蝕來柱狀地形成所述諧振器中至少包含所述有源層的部分的方法。
(2)但是，在驅(qū)動該表面發(fā)光型半導體激光器時，在所述諧振器中產(chǎn)生熱，通過該熱使所述諧振器周邊的溫度上升，使元件特性、尤其是發(fā)光效率和最大輸出下降。為了抑制這種驅(qū)動中的元件的溫度上升并維持元件特性，最好將產(chǎn)生的熱高效率地釋放到外部。
另一方面，為了將用于向所述有源層注入電流的一對電極進行絕緣等目的，一般采用以聚酰亞胺為代表的絕緣性的樹脂來填埋形成所述柱狀的部分(柱狀部)的方法。但是，由所述絕緣性的樹脂形成的絕緣層的導熱性一般不高。因此，如果形成這樣的絕緣層來填埋所述柱狀部，那么不能將驅(qū)動時產(chǎn)生的熱高效率地釋放到外部，其結果，存在不能獲得穩(wěn)定的元件特性的問題。
對此，根據(jù)本實施例的表面發(fā)光激光器400，絕緣層417包含填料160。該絕緣層417根據(jù)半導體襯底101的熱膨脹率或構成絕緣層417的樹脂163的導熱率，使用具有規(guī)定的導熱率和熱膨脹率系數(shù)的填料160來形成。由此，可以調(diào)整絕緣層417的導熱率或熱膨脹率等特性。因此，可以降低半導體襯底101和絕緣層417之間的變形，其結果，散熱性良好、并且可獲得良好的元件特性。
(3)在一般的表面發(fā)光激光器的情況下，在半導體襯底上使用聚酰亞胺樹脂來形成覆蓋GaAs襯底、柱狀部的絕緣層。在本實施例的表面發(fā)光激光器400中，同樣在半導體襯底101使用GaAs襯底、樹脂163使用聚酰亞胺樹脂的情況下，在約400℃下使樹脂前體固化來形成絕緣層417(參照后述的制造處理)。這里，以聚酰亞胺樹脂為代表的熱或光固化性樹脂與構成半導體襯底101的GaAs襯底相比，一般熱膨脹率大。因此，在形成了絕緣層417后使元件返回到室溫時，因半導體襯底101和絕緣層417之間的熱膨脹率之差，在半導體襯底101和絕緣層417之間產(chǎn)生大的變形。因該變形，在半導體襯底101上產(chǎn)生彎曲，并且因該變形存在損害元件的可靠性的危險。
對此，在本實施例的表面發(fā)光激光器400中，絕緣層417中包含的填料160具有調(diào)整半導體襯底101和絕緣層417之間的熱膨脹率之差的功能，可以降低變形。例如，如上所述，在半導體襯底101由GaAs襯底構成，樹脂163為聚酰亞胺樹脂的情況下，聚酰亞胺樹脂比GaAs襯底的熱膨脹率大。因此，這種情況下，通過在絕緣層417中含有熱膨脹率比聚酰亞胺樹脂小的材料構成的填料160，可以減小絕緣層417和半導體襯底101之間的熱膨脹率之差，其結果，可以減小絕緣層417和半導體襯底101之間產(chǎn)生的變形，可以維持元件的可靠性。作為比聚酰亞胺樹脂的熱膨脹率小的材料，例如可以例舉金剛石或硅酮。
即，根據(jù)絕緣層417和半導體襯底101之間的熱膨脹率的不同，通過在絕緣層417中含有具有規(guī)定的熱膨脹率的填料160，可以減小絕緣層417和半導體襯底101之間的熱膨脹率之差，減小絕緣層417和半導體襯底101之間產(chǎn)生的變形。
(4)根據(jù)本實施例的表面發(fā)光激光器400的制造方法，具有與使用上述第1實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件的制造方法的情況相同的作用和效果。即，根據(jù)本實施例的表面發(fā)光激光器400的制造方法，在所述工序(d)中，通過將第2涂敷層(第2樹脂層417)在液體130中至少浸漬規(guī)定時間，除去第2涂敷層(第2樹脂層417b)中柱狀部110上形成的部分，可以僅除去第2涂敷層(第2樹脂層417b)，而不對柱狀部110產(chǎn)生損傷。由此，可獲得具有穩(wěn)定特性的元件100，并且可以低成本、高良品率地制造元件100。
在所述工序(c)中，通過使構成上述第1涂敷層(第1樹脂層417a)的母材前體(樹脂前體161)暫時固化，與上述母材前體(樹脂前體161)相比，形成對液體130的溶解性更低的暫時母材(樹脂162)。由于暫時母材(樹脂162)對液體130的溶解速度比上述母材前體(樹脂前體161)對液體130的溶解速度慢，所以通過該暫時固化工序，可以擴大在液體130中的上述第2涂敷層(第2樹脂層417b)的除去工序中的裕度。
而且，由于被除去的上述暫時母材(樹脂162)的大部分溶解于液體130，所以沒有被除去的上述暫時母材(樹脂162)再次附著在元件上而使元件特性惡化的危險。
(5)但是，在圖20所示的表面發(fā)光激光器400的制造中，在使用一般采用的絕緣層形成工序來形成絕緣層的情況下，在形成了絕緣層(未圖示)來覆蓋柱狀部110后，通過腐蝕來除去所述絕緣層，直至露出柱狀部110的上表面，從而形成具有與絕緣層417相同膜厚的絕緣層。這種情況下，在所述腐蝕工序中，絕緣層中包含的填料160成為腐蝕的障礙，存在難以按均勻的膜厚來形成絕緣層的情況。
對此，根據(jù)本實施例的表面發(fā)光激光器400的制造方法，在所述工序(d)中，在填料160中上述第2涂敷層(第2樹脂層417b)的上部中包含的填料，隨著從該上表面除去上述第2涂敷層(第2樹脂層417b)，從上述第2涂敷層(第2樹脂層417b)自動地脫落。由此，用與通常的絕緣層填埋工序大致相同的工序，可以均勻膜厚地形成包含填料160的絕緣層417。
在上述實施例中，說明了有一個柱狀部的表面發(fā)光型半導體激光器，但在襯底面內(nèi)設置多個柱狀部，也不損害本發(fā)明的形態(tài)。
在上述實施例中，說明了表面發(fā)光型半導體激光器，但表面發(fā)光型半導體激光器以外的半導體元件也可以采用本發(fā)明。例如，作為可采用本發(fā)明的半導體元件，可列舉出EL元件、LED元件、IC、壓電元件等。例如，在將本發(fā)明應用于IC的情況下，可以將本發(fā)明的包含填料的絕緣層用于層間絕緣層。
(第5實施例)圖28是說明采用本發(fā)明的第5實施例的光模塊及其制造方法的圖。本實施例的光模塊包含結構體600(參照圖28)。該結構體600有第1實施例的表面發(fā)光型發(fā)光元件100(參照圖1)、平臺620、第1光導波路630和致動器650。該結構體600有第2光導波路1302。第2光導波路1302成為襯底1300的一部分。在第2光導波路1302中，也可以對連接用光導波路1304進行光學連接。連接用光導波路1304也可以是光閥。
在本實施例的光模塊中，在從表面發(fā)光型發(fā)光元件100(發(fā)射口116，參照圖1)發(fā)射光后，通過第1光導波路630和第2光導波路1302(以及連接用光導波路1304)，使受光元件(未圖示)受光于該光。
(第6實施例)圖29是說明采用本發(fā)明的第6實施例的光傳輸裝置的圖。在本實施例中，在第1光導波路630和受光元件210之間，有多個第3光導波路230、1310、1312。本實施例的光傳輸裝置有多個(兩個)襯底1314、1316。
在本實施例中，在表面發(fā)光型發(fā)光元件100側(cè)的結構(包括表面發(fā)光型發(fā)光元件100、平臺620、第1光導波路630、第2光導波路1318、致動器650)和受光元件210側(cè)的結構(包括受光元件210、平臺220、第3光導波路230、1310)之間，配置第3光導波路1312。作為第3光導波路1312，可以使用光閥來進行多個電子設備間的光傳遞。
例如，在圖30中，光傳輸裝置1100將計算機、顯示器、存儲裝置、打印機等電子設備1102相互連接。電子設備1102也可以是信息通信設備。光傳輸裝置1100有包含光閥等的第3光導波路1312的光纜1104。光傳輸裝置1100也可以是在光纜1104的兩端設置插頭1106的光傳輸裝置。在各個插頭1106內(nèi)，設置第1光元件110或第2光元件210側(cè)的結構。從任何一個電子設備1102輸出的電信號通過發(fā)光元件變換成光信號，光信號經(jīng)光纜1104傳送，通過受光元件變換成電信號。電信號被輸入到另一電子設備1102。于是，根據(jù)本實施例的光傳輸裝置1100，通過光信號，可以進行電子設備1102的信息傳遞。
圖31是表示采用本發(fā)明的實施例的光傳輸裝置的使用形態(tài)的圖。光傳輸裝置1112在電子設備1110間進行連接。作為電子設備1110，可列舉出液晶顯示監(jiān)視器或與數(shù)字對應的CRT(用于金融、通信銷售、醫(yī)療、教育等領域)、液晶投影機、等離子體顯示板(PDP)、數(shù)字電視機、小商店的寄存器(POS(Pointof Sale Scanning)用)、錄象機、調(diào)諧器、游戲裝置、打印機等。
在第5和第6實施例(參照圖28～圖31)中，即使在用表面發(fā)光型發(fā)光元件200(參照圖9)、300(參照圖15)、400(參照圖21)來代替表面發(fā)光型發(fā)光元件100的情況下，也可以獲得同樣的作用和效果。
(第7實施例)圖32是說明采用了本發(fā)明的第7實施例的光傳輸裝置的圖。在本實施例中，以光傳輸裝置是IC芯片間光內(nèi)部連接裝置2000的情況為例來說明。
(器件的構造)本實施例的光內(nèi)部連接裝置2000層積多個IC芯片來形成。在本實施例的光內(nèi)部連接裝置2000中，如圖32所示，示出了層積兩個IC芯片的例子，但層積的IC芯片的數(shù)目不限于此。
該光內(nèi)部連接裝置2000在層積的IC芯片201、202間傳送激光221、222，進行數(shù)據(jù)交換。IC芯片201、202分別包括襯底(例如硅襯底)211、212、以及在該襯底211、212上分別形成的IC區(qū)域401、402。作為IC芯片201、202，可以例示CPU或存儲器、ASIC等各種IC。
在IC芯片201中，在襯底211上設置表面發(fā)光激光器400(參照上述第4實施例)和光檢測器301。同樣，在IC芯片202中，在襯底212上設置表面發(fā)光激光器100和光檢測器302。這里，假設在IC芯片201上形成的表面發(fā)光激光器400為400X，在IC芯片202上形成的表面發(fā)光激光器400為400Y。
(器件的工作情況)下面，參照圖32來說明該光內(nèi)部連接裝置2000的工作情況。
在該光內(nèi)部連接裝置2000中，在IC芯片201的IC區(qū)域401中進行了電處理的信號由表面發(fā)光激光器400X的諧振器120(參照圖20，在圖32中未示出)變換成激光脈沖信號后，傳送到IC芯片202的光檢測器302。光檢測器302將接收到激光脈沖變換成電信號，傳送到IC區(qū)域402。
另一方面，在從IC芯片202上形成的表面發(fā)光激光器400Y向光檢測器301傳送激光的情況下，也進行同樣的操作。即，在該光內(nèi)部連接裝置2000中，在IC芯片202的IC區(qū)域402中進行了電處理的信號由表面發(fā)光激光器400Y的諧振器120(參照圖20，在圖32中未示出)變換成激光脈沖信號后，傳送到IC芯片201的光檢測器301。光檢測器301將接收到激光脈沖變換成電信號，傳送到IC區(qū)域401。這樣，IC芯片201、202通過激光進行數(shù)據(jù)交換。
在襯底211、212由硅襯底構成的情況下，通過使表面發(fā)光激光器400的諧振器的振蕩波長為1.1μm以上，可以使從表面發(fā)光激光器400發(fā)射的光通過襯底(硅襯底)211、212。
但是，隨著處理速度的高速化和高頻化，在電連接的IC芯片間的信號傳輸中一般產(chǎn)生以下課題。
·產(chǎn)生布線間的信號傳遞定時偏差(時滯)·高頻電信號的傳輸中的消耗功率增大·布線布局的設計困難·需要進行阻抗的匹配·需要實施接地噪聲截止對策對此，如本實施例的光內(nèi)部連接裝置2000那樣，通過用光信號來進行IC芯片間的信號傳輸，可以解決上述課題。
在本實施例的光內(nèi)部連接裝置2000中，在IC芯片201、202上形成表面發(fā)光激光器400。該表面發(fā)光激光器400如上述第4實施例中說明得那樣，包括柱狀部110、覆蓋該柱狀部110側(cè)面的絕緣層417，該絕緣層417包含填料160(參照圖20，在圖32中未示出)。通過該結構，由于可提高表面發(fā)光激光器400的散熱性，所以可進行穩(wěn)定的操作。
即，本發(fā)明不限于上述的實施例，可以進行各種變形。例如，本發(fā)明包括與實施例中說明的結構實質(zhì)上相同的結構(例如，功能、方法和結果相同的結構，或目的和結果相同的結構)。本發(fā)明包括可置換實施例中說明的結構的非本質(zhì)部分的結構。本發(fā)明包括具有與實施例中說明的結構相同的作用效果的結構或可以實現(xiàn)同一目的結構。本發(fā)明包括在實施例中說明的結構中附加了公知技術的結構。
權利要求
1.一種表面發(fā)光型發(fā)光元件的制造方法，該表面發(fā)光型發(fā)光元件在襯底上形成作為發(fā)光元件的至少一部分發(fā)揮功能的柱狀部，沿所述襯底的垂直方向發(fā)射光，該制造方法包括以下的工序(a)～(e)(a)在襯底上形成包含有源層的多層膜，對該多層膜的至少一部分進行腐蝕，形成所述柱狀部的工序；(b)形成覆蓋所述柱狀部的第1樹脂層的工序；(c)改變所述第1樹脂層相對于規(guī)定液體的溶解度，來形成第2樹脂層的工序；(d)所述規(guī)定的液體具有溶解所述第2樹脂層的性質(zhì)，在所述液體中將所述第2樹脂層至少浸漬規(guī)定時間，在所述第2樹脂層中，至少除去在所述柱狀部上形成的部分的工序；以及(e)使所述第2樹脂層固化，形成覆蓋所述柱狀部側(cè)面的絕緣層的工序。
2.如權利要求1的表面發(fā)光型發(fā)光元件的制造方法，其中，所述工序(c)是通過對所述第1樹脂層提供熱或光，來改變所述第1樹脂層相對于所述規(guī)定液體的溶解度的工序。
3.一種表面發(fā)光型發(fā)光元件的制造方法，該表面發(fā)光型發(fā)光元件在襯底上形成作為發(fā)光元件的至少一部分發(fā)揮功能的柱狀部，沿所述襯底的垂直方向發(fā)射光，該制造方法包括以下的工序(a)～(e)(a)在襯底上形成包含有源層的多層膜，對該多層膜的至少一部分進行腐蝕，形成所述柱狀部的工序；(b)形成包含樹脂前體的第1樹脂層來覆蓋所述柱狀部的工序；(c)使所述第1樹脂層半固化，形成第2樹脂層的工序；(d)在溶解所述第2樹脂層的液體中，至少將所述第2樹脂層浸漬規(guī)定時間，在所述第2樹脂層中，至少除去在所述柱狀部上形成的部分的工序；以及(e)使所述第2樹脂層固化，形成覆蓋所述柱狀部側(cè)面的絕緣層的工序。
4.一種表面發(fā)光型發(fā)光元件的制造方法，該表面發(fā)光型發(fā)光元件在襯底上形成作為發(fā)光元件的至少一部分發(fā)揮功能的柱狀部，沿所述襯底的垂直方向發(fā)射光，該制造方法包括以下的工序(a)～(e)(a)在襯底上形成包含有源層的多層膜，對該多層膜的至少一部分進行腐蝕，形成所述柱狀部的工序；(b)形成包含樹脂前體和感光性成分的第1樹脂層來覆蓋所述柱狀部的工序；(c)將所述第1樹脂層曝光規(guī)定時間，使所述第1樹脂層的一部分改變?yōu)榈?樹脂層的工序；(d)在溶解所述第2樹脂層的液體中，至少將所述第2樹脂層浸漬規(guī)定時間，除去所述第2樹脂層的工序；以及(e)使所述第1樹脂層固化，形成覆蓋所述柱狀部側(cè)面的絕緣層的工序。
5.如權利要求4的表面發(fā)光型發(fā)光元件的制造方法，其中，所述感光性成分具有通過光照射可改變相對于所述液體的溶解性的性質(zhì)。
6.如權利要求1的表面發(fā)光型發(fā)光元件的制造方法，其中，所述液體具有剝離所述第2樹脂層的性質(zhì)。
7.如權利要求1的表面發(fā)光型發(fā)光元件的制造方法，其中，所述柱狀部的相對于所述液體的溶解性比所述第2樹脂層小。
8.如權利要求3的表面發(fā)光型發(fā)光元件的制造方法，其中，所述樹脂前體是聚酰亞胺系樹脂的前體。
9.如權利要求1的表面發(fā)光型發(fā)光元件的制造方法，其中，所述絕緣層由聚酰亞胺系樹脂構成。
10.如權利要求1的表面發(fā)光型發(fā)光元件的制造方法，其中，所述液體是堿系溶液。
11.如權利要求1的表面發(fā)光型發(fā)光元件的制造方法，其中，包括在所述柱狀部附近形成用于監(jiān)視除去所述第2樹脂層的監(jiān)視部的工序。
12.如權利要求11的表面發(fā)光型發(fā)光元件的制造方法，其中，所述監(jiān)視部在所述工序(a)中用與所述柱狀部相同的構圖工序來形成。
13.如權利要求1的表面發(fā)光型發(fā)光元件的制造方法，其中，所述表面發(fā)光型發(fā)光元件為表面發(fā)光型半導體激光器、LCE元件、半導體光放大元件的其中之一。
14.如權利要求13的表面發(fā)光型發(fā)光元件的制造方法，其中，所述表面發(fā)光型發(fā)光元件是表面發(fā)光型半導體激光器，所述柱狀部包含有源層，包括由至少在一部分中包含所述柱狀部的半導體堆積體構成的諧振器。
15.如權利要求14的表面發(fā)光型發(fā)光元件的制造方法，其中，還包括以下的工序(f)(f)形成用于向所述有源層注入電流的電極的工序。
16.如權利要求15的表面發(fā)光型發(fā)光元件的制造方法，其中，在進行所述工序(f)前，還包括清洗所述柱狀部的上表面的工序。
17.一種表面發(fā)光型半導體激光器，在半導體襯底上形成諧振器，沿所述半導體襯底的垂直方向發(fā)射光，該表面發(fā)光型半導體激光器包括構成所述諧振器的至少一部分的柱狀部；以及覆蓋所述柱狀部側(cè)面的絕緣層；所述絕緣層包含填料。
18.如權利要求17的表面發(fā)光型半導體激光器，其中，所述填料由導熱率比構成所述絕緣層的母材高的材料構成。
19.如權利要求17的表面發(fā)光型半導體激光器，其中，所述填料由熱膨脹率與構成所述絕緣層的母材不同的材料構成。
20.如權利要求17的表面發(fā)光型半導體激光器，其中，所述絕緣層的母材由聚酰亞胺樹脂構成。
21.如權利要求17的表面發(fā)光型半導體激光器，其中，所述填料的粒徑比所述絕緣層的膜厚小。
22.如權利要求17的表面發(fā)光型半導體激光器，其中，所述填料由絕緣體構成。
23.如權利要求17的表面發(fā)光型半導體激光器，其中，所述填料包含碳、石墨、和金剛石中至少一個碳同素異性體。
24.如權利要求22的表面發(fā)光型半導體激光器，其中，所述填料以金剛石、氮化鋁、氧化鋁、氮化硅、氧化硅中至少一個作為主要成分。
25.如權利要求17的表面發(fā)光型半導體激光器，其中，所述填料以鋁、金、銀、銅、錫、錳、鎳、及鋅中的至少一種作為主要成分。
26.如權利要求17的表面發(fā)光型半導體激光器，其中，所述填料是在表面上包括絕緣膜的金屬粒子。
27.一種表面發(fā)光型半導體激光器的制造方法，該表面發(fā)光型半導體激光器在半導體襯底上形成諧振器，沿所述半導體襯底的垂直方向發(fā)射光，該方法包括以下工序(a)和工序(b)(a)在所述半導體襯底上形成多層膜后，對該多層膜的至少一部分進行腐蝕，形成至少包含有源層的柱狀部的工序；(b)形成包含填料的覆蓋所述柱狀部側(cè)面的絕緣層的工序。
28.一種表面發(fā)光型半導體激光器的制造方法，該表面發(fā)光型半導體激光器在半導體襯底上形成諧振器，沿所述半導體襯底的垂直方向發(fā)射光，該方法包括以下工序(a)～(e)(a)在所述半導體襯底上形成多層膜后，對該多層膜的至少一部分進行腐蝕，形成至少包含有源層的柱狀部的工序；(b)形成包含填料和母材前體的第1涂敷層來覆蓋所述柱狀的工序；(c)使構成所述第1涂敷層的所述樹脂前體暫時固化，形成包含所述填料和母材的第2涂敷層的工序；(d)在溶解構成所述第2涂敷層的所述母材的液體中，將所述第2涂敷層至少浸漬規(guī)定時間，在所述第2涂敷層中至少除去所述柱狀部上形成的部分的工序；以及(e)通過使構成所述第2涂敷層的所述母材固化，來形成包含所述填料的覆蓋所述柱狀部側(cè)面的絕緣層的工序。
29.如權利要求28的表面發(fā)光型半導體激光器的制造方法，其中，所述柱狀部相對于所述液體的溶解性比構成所述第2涂敷層的所述母材小。
30.如權利要求28的表面發(fā)光型半導體激光器的制造方法，其中，所述填料相對于所述液體的溶解性比構成所述第2涂敷的所述母材小。
31.如權利要求28的表面發(fā)光型半導體激光器的制造方法，其中，所述母材前體是聚酰亞胺樹脂的前體。
32.如權利要求27的表面發(fā)光型半導體激光器的制造方法，其中，所述絕緣層的母材由聚酰亞胺樹脂構成。
33.如權利要求28的表面發(fā)光型半導體激光器的制造方法，其中，所述絕緣層的母材由聚酰亞胺樹脂構成。
34.一種光模塊，包括權利要求17所述的表面發(fā)光型半導體激光器和光導波路。
35.一種光傳輸裝置，包括權利要求34所述的光模塊。
全文摘要
一種沿襯底的垂直方向發(fā)射光的表面發(fā)光型發(fā)光元件的制造方法,包括以下工序(a)～(e):(a)腐蝕多層膜的至少一部分來形成柱狀部的工序,(b)形成覆蓋柱狀部的第1樹脂層的工序,(c)改變第1樹脂層相對于液體中的溶解度來形成第2樹脂層的工序,(d)在溶解第2樹脂層的液體中,至少將柱狀部和第2樹脂層浸漬規(guī)定時間,在第2樹脂層中至少除去在柱狀部上形成的部分的工序,(e)使第2樹脂層固化來形成絕緣層的工序。
文檔編號H01L33/00GK1383220SQ0211908
公開日2002年12月4日 申請日期2002年3月9日 優(yōu)先權日2001年3月9日
發(fā)明者金子剛, 近藤貴幸 申請人:精工愛普生株式會社