JPH0950946A - 半導体装置の作製方法 - Google Patents

半導体装置の作製方法

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JPH0950946A
JPH0950946A JP7199733A JP19973395A JPH0950946A JP H0950946 A JPH0950946 A JP H0950946A JP 7199733 A JP7199733 A JP 7199733A JP 19973395 A JP19973395 A JP 19973395A JP H0950946 A JPH0950946 A JP H0950946A
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JP
Japan
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substrate
inp
substrates
semiconductor device
manufacturing
Prior art date
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Application number
JP7199733A
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English (en)
Inventor
Norihiro Iwai
則広 岩井
Akihiko Kasukawa
秋彦 粕川
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 2枚の半導体基板を圧接し、熱処理により相
互に接着する工程を有する半導体装置の作製方法におい
て、前記半導体基板の大型化を可能にする方法を提供す
る。 【構成】 2枚の半導体基板10、16を圧接し、熱処
理により相互に接着する工程を有する半導体装置の作製
方法において、少なくとも一方の基板10の接着面の表
面の一部を除去して複数の凸状部10aを形成した後、
圧接する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、異種基板接着技術
を用いて作製される半導体装置の作製方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】近年、光電子集積回路(Optoelectronic
Integrated Circuits;OEIC) への関心が益々高まってき
ている。GaAsやInP を材料とした光デバイスと、SiやGa
Asを材料とした電子デバイスとを集積化することによ
り、動作特性の飛躍的向上や新機能の実現が期待される
というのがその主な理由である。従来より、このような
OEICを実現するために、Si,GaAs,InP などの格子定数が
異なる材料を直接結晶成長させる技術の研究が盛んに行
われている。この格子不整合系の結晶成長技術の進歩に
は目覚ましいものがあり、Si上のGaAs、Si上のInP 、Ga
As上のInP 等を材料とした半導体レーザの室温発振が得
られるに至っている。しかしながら、この種の結晶成長
膜には格子不整合や熱膨張係数の違いに起因する転位が
導入されるという問題がある。この転位密度を減らすた
めに、各種のバッファー層を導入するなどの多くの試み
が行われているが、転位密度はいまだに105 〜107cm -2
程度であり、格子整合した成長層に比べて数桁高い。こ
れがレーザの特性や信頼性の改善を難しくしている。こ
のような格子定数の異なる材料を集積化する他の方法と
して、異種基板同士を直接接着させる方法がある。直接
接着の技術はSiの分野で盛んに研究が行われており、実
用化への試みが進んでいる。Si以外の材料でも近年、Ga
As基板上のInP 系レーザやSi基板上のInP 系レーザ等の
報告がなされ、格子整合系と変わらぬ特性や信頼性が得
られている。
【0003】以下に、この異種基板直接接着技術を用い
てGaAs基板上に作製した、InP 系の波長1.3 μmのレー
ザ素子を例に取り説明する。図4はそのレーザ素子の作
製工程を示す図であり、基板のなかの一素子分の断面図
である。その工程は以下の通りである。即ち、 1)まず、p-InP 基板1上にMOCVD 法により、p-InGaAs
エッチング停止層2、p-InP クラッド層3、波長1.3 μ
mで発振するGRIN-SCH-MQW活性層4、n-InP クラッド層
5をエピタキシャルに順次積層する(図4(a))。 2)次に、前記積層基板をH2SO4:H2O2:H2O = 3:1:1の混
合液及びフッ酸により洗浄処理する。また、n-GaAs基板
6をH2SO4:H2O2:H2O = 1:1:10 の混合液及びフッ酸によ
り洗浄処理する。その後、前記積層基板とn-GaAs基板6
を乾燥後、前記積層基板のn-InP クッラド層5面とn-Ga
As基板6の鏡面側を室温、大気中にて張り合わせる。こ
の時、前記積層基板とn-GaAs基板6のへき開面を揃える
(図4(b))。 3)その後、張り合わせた積層基板に約30g/cm2 程度の
モリブデン(Mo)からなる重りを載せ、水素雰囲気中に
て、600 ℃の温度で30分間の熱処理を施す。これによ
り、n-InP クラッド層5とn-GaAs基板6は良好に接着す
る。 4)次に、p-InP 基板1を塩酸(HCl) によりエッチング
除去する。この時、p-InGaAsエッチング停止層2は塩酸
ではエッチングされないため、この表面にてエッチング
は自動的に停止する(図4(c))。 5)次に、幅5μm程度のSiNX膜をマスクとし、硫酸系
エッチング液及び塩酸系エッチング液により、p-InGaAs
エッチング停止層2とp-InP クラッド層3の途中までを
エッチング除去し、メサ底部の幅が約2μm程度のスト
ライプ状の逆メサを形成する。 6)次に、積層基板側全面にSiNX膜7を形成した後、メ
サ上部のみを窓明けし、電流通路を形成する。その後、
GaAs基板6を100μm程度に研磨し、p 側電極8、n
側電極9を形成する(図4(d))。
【0004】この直接接着のメカニズムについては、未
だに不明な点が多いが、Si同士の場合以下の様に説明さ
れている。基板を硫酸系のエッチング液にて処理するこ
とにより、表面は親水性となる。この親水性の表面同士
を張り合わせると、表面に吸着されたOH基同士が水素結
合を形成する。その後、熱処理を施すことにより脱水縮
合反応が起こり、接着強度が強くなると説明されてい
る。また、GaAs/InP接着界面では、界面と平行方向に約
15nm間隔にて転位が存在している。これは、GaAsとInP
の格子定数が約3.7%違っているので、ほぼ27原子ごとに
転位が形成されると説明されている。しかし、この転位
は界面の近傍のみで観察され、界面から数原子層離れた
ところでは見られない。この様に、基板上に積層された
エピタキシャル層と他の基板を直接接着させる技術は、
GaAs基板の上に格子定数の違うInP 系レーザを簡単な方
法にて、しかも特性及び信頼性を損ねることなく作製す
ることを可能にし、OEICの実現に向けて最も有望な方法
である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】異種基板同士を接着す
る場合、張り合わせる表面同士の密着性すなわち、互い
の表面平坦性が重要である。しかしながら、現在の技術
では基板及び基板上に積層されたエピタキシャル層の表
面平坦性に限界がある。そのため、例えば製作コストを
低減することを目的として基板を大型化し、大面積の基
板同士を接着しようとしても、実現不可能であった。そ
こで、本発明の目的は、大面積の異種基板同士の接着を
可能にし、素子作製コストの低減を実現することにあ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決すべくなされたもので、請求項1の発明は、2枚の半
導体基板を圧接し、熱処理により相互に接着する工程を
有する半導体装置の作製方法において、少なくとも一方
の基板の接着面の表面の一部を除去して複数の凸状部を
形成した後、圧接することを特徴とするものである。ま
た、請求項2の発明は、請求項1の発明において、一方
の基板の接着面の表面の一部を除去して複数の凸状部を
形成し、他方の基板の接着面に前記凸状部を位置決めす
る凹状部を設けた後、圧接することを特徴とするもので
ある。ここで、半導体基板は、その表面に半導体層を積
層させた積層基板、および基板内または基板上に光デバ
イスまたは電子デバイスを形成したものを含む。
【0007】
【作用】上述のように、少なくとも一方の基板の接着面
の表面の一部を除去して複数の凸状部を形成した後、2
枚の半導体基板を圧接し接着すると、基板が大型化して
も、圧接する際に加える押圧により複数の凸状部が形成
された基板面が歪むので、一方の基板のすべての凸状部
はもう一方の相対する基板に確実に接触する。従って、
この状態で熱処理して接着すると、従来よりも大面積の
基板を相互に接着することができる。また、一方の基板
の接着面に凸状部を形成し、他方の基板の接着面に前記
凸状部を位置決めする凹状部を設けた後、圧接すると、
2枚の基板を容易に位置合わせして接着することができ
る。
【0008】
【実施例】以下、図面に示した実施例に基づいて本発明
を詳細に説明する。図1は本発明にかかる半導体装置の
作製方法の一実施例の工程説明図であり、基板のなかの
一素子分の断面図である。その工程は以下の通りであ
る。即ち、 1)まず、p-InP 基板11上にMOCVD 法により、p-InGa
Asエッチング停止層12、p-InP クラッド層13、波長
1.3 μmで発振するGRIN-SCH-MQW活性層14、n-InP ク
ラッド層15を順次積層する(図1(a))。 2)次に、SiO2膜をマスクとし、硫酸系及び塩酸系エッ
チング液にてp-InGaAs12までエッチングし、メサ上部
の幅が約2 μm程度の順メサ状のメサストライプからな
る凸状部10aを形成する。2インチ径の基板11で
は、約100個のメサストライプが定ピッチ間隔で並行
に形成される。 3)次に、凸状部10aの側面のみにSiO2膜17を形成
する(図1(b))。 4)次に、前記積層基板10をH2SO4:H2O2:H2O = 3:1:1
の混合液及びフッ酸により処理する。また、n-GaAs基板
16をH2SO4:H2O2:H2O = 1:1:10 の混合液及びフッ酸に
より処理する。その後、積層基板10と基板16を乾燥
後、積層基板10のn-InP クッラド層15とn-GaAs基板
16の鏡面側を室温大気中にて張り合わせる。この時、
積層基板10と基板16のへき開面を揃える(図1
(c))。その後、張り合わせた積層基板10に約30g/
cm2 程度のモリブデン(Mo)からなる重りを載せ、水素雰
囲気中にて、600 ℃の温度で30分間熱処理を施す。この
際に、積層基板10は全面にわたり並行に形成された複
数のメサストライプ形状の凸状部10aの上端をなすn-
InP クッラド層15部分で、基板16に重りで圧接す
る。この場合、複数の凸状部10aの上端部が同一平面
上になく、平坦性が良くなくても、押圧により基板11
は歪むことができるので、基板11上に形成された複数
の全てのn-InP クッラド層15部分を確実にn-GaAs基板
16に圧接、接着することができる。 5)次に、p-InP 基板11を塩酸(HCl) によりエッチン
グ除去する。この時、p-InGaAsエッチング停止層12は
塩酸ではエッチングされないため、この表面にてエッチ
ングは自動的に停止する。また、凸状部10a側面には
SiO2膜17が形成されているため、p-InP クラッド層1
3、活性層14及びn-InP クラッド層15はエッチング
されない(図1(d))。 6)次に、メサ側面のみにポリイミド18を形成し、そ
の後、GaAs基板16を100 μm程度に研磨し、n-GaAs基
板16上にn 側電極20、p-InGaAsエッチング停止層1
2上にp 側電極19を形成する(図1(e))。
【0009】本実施例では、積層基板10は複数のメサ
ストライプ形状の凸状部10aの上端をなすn-InP クラ
ッド層15部分でn-GaAs基板16に確実に圧接、接着し
ており、積層基板10とn-GaAs基板16を大型化するこ
とができる。
【0010】また、図2に示すように、積層基板10上
に形成されたメサストライプ21を一定の長さの間隔で
途中で区切り、より小さい凸状部を形成すると、一層確
実に前記凸状部で積層基板10を接着することができ
る。さらに、図3に示した様に、GaAs基板16に、積層
基板10のメサストライプ21に位置合わせするよう
に、予め溝22を形成しておけば、GaAs基板16と積層
基板10の接着の位置合わせが容易になる。
【0011】尚、上記実施例では、ポリイミド埋込リッ
ジ導波路型構造により説明を行ったが、接着後に他の構
造にしてもかまわない。また、発振波長、活性層構造、
半導体材料組成も上記実施例に限定されることはない。
また、InP 基板を塩酸により除去する際、リッジ側面を
SiO2膜により保護したが、保護する材料はこれに限定さ
れることはなく、また張り合わせ後にレジスト等で保護
してもかまわない。さらに、接着のための熱処理温度
は、高い方が接着強度を上げることができる。しかし、
この温度が高すぎると、基板に形成されているデバイス
の特性劣化等を引き起こす恐れがあるため、この温度を
適宜選択することは言うまでもない。
【0012】本発明は、異種基板上に形成された受発光
素子と電子デバイスからなるOEICを作製するのに応用す
ることができる。例えば、GaAs基板上のGaAs電子デバイ
スとInP 系受発光素子や、Si基板上の電子デバイスとIn
P 系受発光素子等様々な組み合わせに本発明を適用する
ことができる。
【0013】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1によれ
ば、2枚の半導体基板を圧接し、熱処理により相互に接
着する工程を有する半導体装置の作製方法において、少
なくとも一方の基板の接着面の表面の一部を除去して複
数の凸状部を形成した後、圧接するため、従来よりも大
面積の基板を相互に接着することができるという優れた
効果がある。また、請求項2によれば、一方の基板の接
着面の表面の一部を除去して複数の凸状部を形成し、他
方の基板の接着面に前記凸状部を位置決めする凹状部を
設けた後、圧接するため、2枚の基板を容易に位置合わ
せして接着することができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(e)はそれぞれ、本発明にかかる半
導体装置の作製方法の一実施例の工程説明図である。
【図2】本発明に用いる基板の一実施例の平面図であ
る。
【図3】本発明の他の実施例の説明図である。
【図4】(a)〜(d)はそれぞれ、従来の半導体装置
の作製方法の工程説明図である。
【符号の説明】
10 積層基板 10a 凸部 11 p-InP 基板 12 エッチング停止層 13 p-InP クラッド層 14 活性層 15 n-InP クラッド層 16 GaAs基板 17 SiO2膜 18 ポリイミド 19 p 側電極 20 n 側電極 21 メサストライプ 22 溝

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2枚の半導体基板を圧接し、熱処理によ
    り相互に接着する工程を有する半導体装置の作製方法に
    おいて、少なくとも一方の基板の接着面の表面の一部を
    除去して複数の凸状部を形成した後、圧接することを特
    徴とする半導体装置の作製方法。
  2. 【請求項2】 一方の基板の接着面の表面の一部を除去
    して複数の凸状部を形成し、他方の基板の接着面に前記
    凸状部を位置決めする凹状部を設けた後、圧接すること
    を特徴とする請求項1記載の半導体装置の作製方法。
  3. 【請求項3】 少なくとも一方の半導体基板内または基
    板上には、光デバイスまたは電子デバイスが形成されて
    いることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装
    置の作製方法。
JP7199733A 1995-08-04 1995-08-04 半導体装置の作製方法 Pending JPH0950946A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005527977A (ja) * 2002-05-25 2005-09-15 インテンス リミテッド 量子井戸混合素子における接触抵抗の制御
JP2013026230A (ja) * 2011-07-14 2013-02-04 Sumitomo Electric Ind Ltd 埋め込みヘテロ構造半導体レーザの製造方法及び埋め込みヘテロ構造半導体レーザ

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