JPH11168263A - 光デバイス装置及びその製造方法 - Google Patents

光デバイス装置及びその製造方法

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JPH11168263A
JPH11168263A JP10268951A JP26895198A JPH11168263A JP H11168263 A JPH11168263 A JP H11168263A JP 10268951 A JP10268951 A JP 10268951A JP 26895198 A JP26895198 A JP 26895198A JP H11168263 A JPH11168263 A JP H11168263A
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optical
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Yukio Furukawa
幸生 古川
Toshihiko Onouchi
敏彦 尾内
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Abstract

(57)【要約】 【課題】放熱性に優れ、作製の簡単な光デバイス装置で
ある。 【解決手段】第1の基板11および第1の基板11に支
持されている少なくとも1つの光機能領域とこれに対応
した電気的接続部27、31を含む第1の基体と、第2
の基板51および第2の基板51に搭載された電気的接
続部55を含む第2の基体とが、異方導電性接着剤5
7、59によって固定されている。両電気的接続部3
1、55において第1の基体と第2の基体とが電気的に
接続されている。光機能領域の活性層17と第2の基体
との距離を小さくでき、活性層17から発生した熱を効
率よく第2の基体側に放出できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体発光デバイ
スや半導体受光デバイスなど、特に基板に垂直な方向に
光を発する垂直共振器型面発光半導体レーザなどの光デ
バイス装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】大容量の光通信や光インターコネクショ
ンを実現するために、複数のレーザ素子をアレイ状に配
置し、光情報を並列に伝送する研究が進められている。
このアレイ化に適した発光デバイスとして、垂直共振器
型面発光半導体レーザ(Vertical Cavity Surface Emit
ting Laser: VCSEL)が注目されている。面発光半導体
レーザは、上下2つの反射ミラーで構成された共振器長
数μmのファブリペロー共振器であるのが一般的であ
る。そして、低しきい値化を実現するために、発振波長
において吸収が小さく、できるだけ反射率の高い反射ミ
ラーが要求され、通常2種の屈折率の異なる材料を1/
4波長の厚さで交互に積層した多層膜が用いられる。
【0003】また、半導体材料の選択によって、様々な
波長の面発光半導体レーザを構成することが可能であ
る。例えば、発振波長0.85μmや0.98μmのG
aAs系面発光半導体レーザと、発振波長1.3μmや
1.55μmのInP系面発光半導体レーザが良く知ら
れている。
【0004】GaAs系の場合、ミラーとしてはGaA
s基板上にエピタキシャル成長が可能なAlAs/(A
l)GaAs多層膜を用いるのが一般的である。一方、
InP系の場合、InP基板上にエピタキシャル成長が
可能なInGaAsP/InPでは屈折率差が小さく高
反射率が得にくいため、他の材料、例えばSiO2/S
i多層膜やAl23/Si多層膜などが用いられてい
る。また、InP基板上に成長した活性層を含む半導体
層上に、別のGaAs基板上に成長したAlAs/(A
l)GaAs多層膜を貼り合わせて形成するといった手
法も知られている。
【0005】アレイ化した面発光半導体レーザに電極取
り出し構造を設けるためには、面発光半導体レーザの表
面に直接電極引き出しパターンを形成するといった手法
がある。また、他の基板に配線パターンを形成し、それ
とレーザ基板を貼り付けるという手法も提案されてい
る。例えば、図8に示すように、電気配線を搭載したA
lN基板の電極とAlGaAs基板上の面発光半導体レ
ーザ表面の電極とを、はんだバンプを用いて電気的に接
続するものがある(特開平7−283486号参照)。
必要に応じてはんだバンプの回りを樹脂で埋め込んでも
よい。他には、図9に示すように、電気配線を搭載した
基板(第2の基板)の電極と第1の基板上の面発光半導
体レーザ表面の電極を直接接続して、まわりを樹脂で固
めるといった手法もある(特開平8−153935号参
照)。
【0006】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、面
発光半導体レーザの表面に直接電極引き出しパターンを
形成した場合、レーザ領域の回りに電極パッドが必要に
なるため、レーザウェハの利用効率が低下し、コストが
かかる。
【0007】また、他の基板に配線パターンを形成し、
それとレーザ基板を貼り付ける場合、例えば、図8のは
んだバンプを用いた電極取り出し構造においては、はん
だバンプの径が数10から100μm程度であるため、
活性層から電気配線を搭載した基板までの距離がはんだ
バンプ径で限定されてしまい、放熱性が悪いという欠点
がある。また、所定位置に多数のはんだバンプを配置す
る必要があり、作成工程が煩雑になることは否めない。
【0008】図9の電気配線を搭載した基板の電極と面
発光半導体レーザ表面の電極を直接接続して、まわりを
樹脂で固める手法を用いた場合、活性層から電気配線を
搭載した基板(第2の基板)までの距離は図8の例に比
べ小さくすることが可能である。しかし、上下の電極の
間に挟まった樹脂の影響で抵抗が増加したり、最悪の場
合は絶縁されてしまいコンタクトが取れないなどとい
う、歩留まりの問題があった。また、表面状態に敏感
で、表面に絶縁物のゴミが付着していたり、酸化膜で覆
われていたりした場合、コンタクトを得るのが困難にな
るといった問題もある。
【0009】また、面発光半導体レーザにおいて、半導
体材料と発振波長帯によっては基板を除去する必要があ
る。例えば、GaAs基板を用いて発振波長0.85μ
mの面発光半導体レーザを作製する場合、GaAs基板
は不透明であるため、基板側から光を取り出すためには
基板を除去する必要がある。その他、InP基板を用い
て発振波長1.3μmあるいは1.55μmの面発光半
導体レーザを作製する場合、InP基板を除去した後に
誘電体からなる多層膜ミラーを成膜する必要がある。そ
のため、面発光半導体レーザの発光領域に応じて半導体
基板をホール状にエッチングすることが行われている。
このホール状エッチングを再現性よく行うことは困難で
あり、また、個々の半導体レーザに対してホール状にエ
ッチングすることは、半導体レーザをアレイ化した際の
高密度化を妨げる要因ともなっている。さらには、ホー
ル部にSiO2/Si多層膜やAl23/Si多層膜と
いった多層膜を再現性良く成膜することも難しく、歩留
まりを下げる要因となる。
【0010】図8、図9の例においても、半導体材料と
発振波長帯によっては基板を除去する必要がある(図8
の例では基板除去を不要にするため発振波長に対し透明
なAlGaAs基板を用いているが、この基板は一般的
でなくコストがかかる)が、この場合、こうした問題が
ある。電極付き基板を保持基板として、レーザ基板を貼
り付けた後に全面にわたり半導体基板を除去する方法も
考えられるが、図8、図9の例では、半導体基板を全面
にわたって除去することについて考慮されていない。具
体的には、除去後の膜厚が数μmになったときの応力や
熱膨張などによって活性層にストレスがかかり、発振し
きい値の上昇や効率の低下を招いてしまうという欠点が
ある。
【0011】このような課題に鑑み、本発明の目的は、
放熱性に優れ、作製の簡単なVCSEL装置などの光デ
バイス装置及びその製造方法を提供することにある。本
発明は、特に発熱の大きい発光デバイス装置において効
果を発揮するが、他の光デバイス装置でも優れた放熱性
を実現するものである。
【0012】
【課題を解決する手段および作用】上記目的を達成する
ための本発明の光デバイスは、第1の基板、第1の基板
上に形成されている少なくとも1つの光機能領域(発光
領域、受光領域など)、光機能領域に電流を注入する或
は電圧を印加する為に光機能領域に対応して設けられた
少なくとも1つの第1の電気的接続部を含む第1の基体
と、第2の基板、第1の電気的接続部に対応して第2の
基板に設けられた少なくとも1つの第2の電気的接続部
(電気配線あるいは電子回路などを含んでもよい)を含
む第2の基体とが、導電性粒子を含んだ接着剤であっ
て、基板に垂直な方向にのみ導電性を有する異方導電性
接着剤によって固定されており、前記対応する第1及び
第2の電気的接続部において第1の基体と第2の基体と
が電気的に接続されていることを特徴とする。この構成
により、光機能領域の活性層と第2の基体との距離を小
さくでき、活性層から発生した熱を効率よく第2の基体
側に放出できる。
【0013】より具体的には以下の様にもできる。第1
の基体と第2の基体とが電気的に接続される第1及び第
2の電気的接続部において、両基体の最表面に電極が存
在しており、第1及び第2の電気的接続部における第1
の基体と第2の基体の距離が、電気的非接続部における
第1の基体と第2の基体の距離に比べ小さくなるよう
に、第1の基体または第2の基体において、第1または
第2の電気的接続部の電極の上面が突き出ている。この
構成により、電気的接続部でのコンタクトを確実にで
き、さらに歩留まりを向上できる。
【0014】電気的非接続部における第1の基体と第2
の基体との距離が導電性粒子の粒径よりも十分大きくな
るように、第1の基体または第2の基体において、第1
または第2の電気的接続部の電極の上面が突き出てい
る。この構成により、電気的接続部以外で電気的接続が
起きることを防ぐことができ、さらに歩留まりを向上で
きる。
【0015】電気的非接続部において、第1の基体と第
2の基体の少なくとも一方の最表面に絶縁層が存在して
いる。この構成によっても、電気的接続部以外で電気的
接続が起きることを防ぐことができ、さらに歩留まりを
向上できる。
【0016】前記光機能領域は、典型的には、発光領域
である。この構成において、第1の基体は、発光領域に
対応して形成された第1の多層膜ミラーと、第1の基板
上にエピタキシャル成長された活性層を含む半導体層
と、第2の多層膜ミラーとを含んだ第1の基板側から光
を取り出す面発光半導体レーザ構造を有している様にで
きる。この構成により、上記の構成において面発光半導
体レーザが構成できる。更に、異方導電性接着剤によっ
て固定された後に第1の基板の少なくとも一部(典型的
には、全域或はほぼ全域)を除去してなる様にできる。
この構成により、各光機能領域に対してホール状エッチ
ングすることなく成長基板である第1の基板の除去が可
能であるので、製造工程が簡単化できそして生産性が向
上する。また、デバイスが安定に作製でき、成長基板側
から光を取り出すのが容易で、アレイ化に適した構造の
面発光半導体レーザを実現できる。
【0017】第1の電気的接続部の大きさが光機能領域
よりも十分大きい。この構成により、接着剤が収縮する
ことによる応力や熱膨張などによって生じるストレスが
光機能領域に伝わりにくくなり、たとえ成長基板を除去
しても光デバイスの特性を劣化させることがなくなる。
即ち、基板除去時の影響を小さくすることで、より特性
を安定させた面発光半導体レーザ等を実現できる。
【0018】第1の基体は、第1の多層膜ミラーと第1
の電気的接続部の電極を含む第1の凸部を有しており、
第1の基板に平行な面内での第1の多層膜ミラーの径が
光機能領域の径よりも十分大きい。この構成によって
も、接着剤が収縮することによる応力や熱膨張などによ
って生じるストレスが光機能領域に伝わりにくくなり、
たとえ成長基板を除去しても光機能領域の特性を劣化さ
せることがなくなる。
【0019】第1の基体は、光機能領域に対応して設け
られた第1の電気的接続部を含む第1の凸部と、光機能
領域の近傍に設けられた第1の凸部より若干低い高さを
有する第2の凸部を有しており、第1の凸部は第2の基
体と第1の電気的接続部を介して電気的に接続されてお
り、第2の凸部は第2の基体と電気的に絶縁されてい
る。この構成によっても、接着剤が収縮することによる
応力や熱膨張などによって生じるストレスが光機能領域
に伝わりにくくなり、たとえ成長基板を除去しても光機
能領域の特性を劣化させることがなくなる。この構成に
おいて、第1の凸部は第1の多層膜ミラーと第1の電気
的接続部の電極を含んでおり、第2の凸部は第1の多層
膜ミラーを含んでいる様にできる。
【0020】第1の基体は、光機能領域に対応して設け
られた電気的接続部を含む第1の凸部と、光機能領域の
近傍に設けられた第1の凸部とほぼ同じ高さを有する電
気的接続部を含む第2の凸部を有しており、第1の凸部
は第2の基体と第1の電気的接続部を介して電気的に接
続されており、第2の凸部も第2の基体と第1の電気的
接続部を介して電気的に接続されている。この構成によ
り、光機能領域の両電極を同じ基板側に取り出す構成に
できるので電気的取り回しが簡単になり生産性が向上
し、更に接着剤が収縮することによる応力や熱膨張など
によって生じるストレスが光機能領域に伝わりにくくな
り、たとえ基板を除去しても発光領域の特性を劣化させ
ることがなくなる。この構成において、第1の凸部は第
1の多層膜ミラーと第1の電気的接続部の電極を含んで
おり、第2の凸部も第1の多層膜ミラーと第1の電気的
接続部の電極を含む様にできる。この構成は容易に作製
できる。
【0021】第1の基体と第2の基体を貼り付けた後に
第1の基板の全域或はほぼ全域を除去し、除去して現れ
た半導体面に第2の多層膜ミラーを形成した構成である
(とくに、第2の多層膜ミラーが誘電体多層膜から成っ
たりする)。この構成により、ホール部への成膜が不要
であるのでミラーの成膜が簡単になり歩留まり及び生産
性が向上する。
【0022】第1、第2の多層膜ミラーが、共に第1の
基板にエピタキシャル成長された半導体多層膜からな
る。この構成により、半導体多層膜ミラーを用いた上記
のような面発光半導体レーザ等の作製が可能になる。多
層膜ミラーと半導体エピ層とを連続的に積層できるので
製造工程が簡単化される。
【0023】第1の基体が端面発光型半導体レーザ構造
を有している。この構成により、上記のような構成にお
いて、端面発光型半導体レーザが構成できる。
【0024】異方導電性接着剤が、接着性を有する絶縁
性樹脂、及び該絶縁性樹脂中に配合された導電性粒子か
らなる。更には、絶縁性樹脂が、熱硬化型樹脂、熱可塑
性樹脂、もしくは紫外線硬化型樹脂であり、異方導電性
接着剤がペースト状或はシート状の接着剤である。この
構成により、加圧しながら、加熱あるいは紫外線を照射
することで異方導電性接続を得ることができる。さら
に、絶縁性樹脂が熱可塑性樹脂である場合には、リペア
(接着後に電極の位置ずれがあるときに、再加熱により
接着剤を溶融させて基板を引き剥がし、溶剤で洗浄し
て、再利用可能にすること)することが可能となり、生
産性が向上する。
【0025】第2の基板が熱伝導性のよい材料である。
この構成により、発光デバイスなどの光デバイスの放熱
をより容易にすることが可能となる。
【0026】更に、上記目的を達成するための本発明の
光デバイスの製造方法は、第1の基板上に活性層を含む
半導体層をエピタキシャル成長する工程、第1の基板上
に少なくとも1つの活性領域と活性領域に電流を注入す
るか或は電圧を印加するための第1の電気的接続部を形
成して第1の基体を構成する工程、第2の基板上に前記
第1の電気的接続部に対応した少なくとも1つの第2の
電気的接続部を形成して第2の基体を構成する工程、導
電性粒子を含んだ接着剤であって、前記基板に垂直な方
向にのみ導電性を有する異方導電性接着剤によって第1
の基体と第2の基体を接合し、前記対応する第1及び第
2の電気的接続部において第1の基体と第2の基体とを
電気的に接続する工程、を有することを特徴とする。
【0027】本発明の原理を具体例を用いて説明する。
上記目的を達成するため、本発明では、面発光半導体レ
ーザ等の発光素子などの光デバイスを搭載した第1の基
体と、電気的接続部(電気配線あるいは電子回路などを
含んでもよい)を搭載した第2の基体とを、上記のいわ
ゆる異方導電性接着剤によって固定し、所定部分におい
て第1の基体と第2の基体とが電気的に接続することに
より発デバイス装置を構成している。面発光半導体レー
ザ装置を例にとり、図1を用いて説明する。第1の基体
において、第1の基板は例えばInP基板であり、第1
の基板上に活性層を含む半導体層をエピタキシャル成長
し、発光領域のまわりをドーナツ状にエッチングしてポ
リイミドなどを埋め込む。さらに、発光領域以外の部分
をSiNxなどの絶縁層で覆った後に窓をあけた電極を
成膜し、窓部分のコンタクト層を除去する。次いで、誘
電体多層膜ミラーをRFスパッタ法などで形成し、ミラ
ーを電極で覆う。
【0028】第2の基体において、第2の基板は例えば
Si基板であり、表面に熱酸化膜を形成した後に電極を
形成する。図1には示していないが、この電極はパッド
を備えた配線などに接続されていてもよい。次いで、第
2の基体上に異方導電性接着剤を配置し、電極同士が接
着するように第1の基体を第2の基体に対して合わせて
加圧・加熱することによって、両者は接着される。
【0029】異方導電性接着剤は、特開昭62−260
877号、特開昭62−165886号等に提案されて
おり、基本的には、接着性を有する絶縁性樹脂と、その
樹脂中に配合された導電性粒子からなる。絶縁性樹脂と
しては、熱硬化型樹脂、熱可塑性樹脂もしくは紫外線硬
化型樹脂が用いられる。導電性粒子は例えばプラスチッ
ク粒子に金をコーティングしたものや、Ni等の金属粒
子に金をコーティングしたものであり、用途にもよる
が、導電性粒子は体積比で0.1から10%程度含まれ
るのが一般的である。印刷等で塗布可能なペースト状の
タイプ(例えば、ハイソール株式会社製の接着剤TG9
0001)や、予めシート状に加工したタイプ(例え
ば、日立化成工業株式会社製の接着剤FC−100)な
どが市販されている。
【0030】このような異方導電性接着剤を挿んで、2
つの基板を圧縮加熱することにより、電極と電極に挟ま
れた部分では、導電性粒子が変形して電極と密着したり
(プラスチック粒子のような比較的柔らかい場合に起こ
り、接触面積の増加による抵抗低減の効果がある)、導
電性粒子の一部が電極にめり込んだり(Ni粒子のよう
な比較的固い場合に起こり、電極表面の酸化層を破壊し
て確実な導通を得る)して上下の導通が可能になる。一
方、その他の部分では粒子は絶縁性樹脂中に浮遊した状
態であり導通はとれない。よって、上下方向には導電
性、水平方向には絶縁性の、いわゆる異方導電性を得る
ことができる。
【0031】通常の銀ペースト等の導電性接着剤も、樹
脂と導電性粒子の組み合わせであることが多いが、この
場合は体積比で80%程度の導電性粒子が含まれるのが
一般的であり、水平方向にも導通してしまい、異方導電
性は得られない。
【0032】導電性粒子の粒径はlμm程度から10μ
m程度であり、貼り付け基板の形状に合わせて適当なも
のを選べばよい。例えば粒径4μmのものを選んだ場
合、第1の基体と第2の基体の距離は4μm以下にな
る。これは、はんだバンプを用いた場合(図8に対応)
に比ベ一桁小さい値であり、優れた放熱性を実現する。
また、直接電極同士を接続して回りを樹脂で固めた場合
(図9に対応)に比べ、粒子の粒径と同程度のゴミが付
着していても問題無く接続でき、歩留まりが向上する。
この作用は、面発光半導体レーザに限らず、例えば端面
発光型半導体レーザなどであっても達成される。
【0033】さらに、絶縁性樹脂として熱可塑性樹脂を
用いた場合、接着後に電極の位置ずれがあっても、再加
熱により接着剤を溶融させて基板を引き剥がし溶剤で洗
浄して、再び利用することができるので、生産性を向上
させることができる。
【0034】さらに、本発明の光デバイス装置において
は、第2の基体を保持基板として用いることができるの
で、各光機能領域に対応して部分的にホールエッチング
することなく、第1の基体側の第1の基板を容易に除去
することが可能となり、特に面発光半導体レーザにおい
て、歩留まりを向上させることや高密度アレイ化が可能
となる。
【0035】この点を図1を用いて説明する。第2の基
体に貼り付けを行った後に、第1の基板のほぼ全面を選
択ウエットエッチングなどの方法を用いて除去する。除
去後、半導体層の膜厚は1μmから数μmになる。この
状態において、接着剤が収縮することによる応力や熱膨
張などによって生じるストレスが発光領域に伝わりにく
くするため、接着する部分すなわち誘電体ミラーの部分
の大きさを発光領域の径に比べ大きくしている。そのた
め、成長基板を除去しても発光デバイスの特性を劣化さ
せることがない。さらに、除去して現れた半導体面に誘
電体多層膜ミラーを成膜する(LEDの場合はこれを省
いてもよい)。この場合、平坦な基板に成膜するのと同
等であるので、ホール部に成膜する場合に比べ歩留まり
が向上する。
【0036】
【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に述べる。
【0037】第1の実施例 図1、図2、図3を用いて本発明による第1の実施例を
説明する。図1は本実施例による面発光半導体レーザの
断面図、図2、図3は作製工程を説明する図である。ま
ず、図2を用いて第1の基体について説明する。n−I
nP基板11上に、厚さ0.2μmのn−InGaAs
エッチストップ層13、厚さ2.0μmのn−InPス
ペーサ層15、厚さ0.7μmのu(undoped)
−InGaAsP(バンドギャップ波長1.3μm)の
バルク活性層17、厚さ1.0μmのp−InPスペー
サ層19、厚さ0.2μmのp−InGaAsPコンタ
クト層21を順次成長する(図2(a))。成長手段は
たとえばMOCVD、MBE、CBE等の方法で行う。
【0038】さらに、個々の発光領域のまわりをRIB
E法などでドーナツ状にエッチングして、エッチング部
分をボリイミド23で埋め込む(図2(b)、
(c))。発光領域は、例えば、直径20μmの円形
で、ドーナツ形状にエッチングした外形は40μmの円
形とする。図2には示していないが、ポリイミド23で
埋め込む前に後に作製する多層膜ミラーの有効径に合わ
せて、活性層17を15μm程度まで硫酸系エッチャン
トで選択ウェットエッチングしてもよい。
【0039】次に、発光領域以外の部分を絶緑するため
にSiNx25で覆った後に直径15μmの窓をあけた
厚さ0.5μmのCr/Auからなるp電極27を蒸着
し、窓部分のコンタクト層21を除去する(図2
(d)、(e)、(f))。次いで、厚さ2.5μm、
直径100μmのAl23/Siからなる多層膜ミラー
29をRFスパッタ法などで形成し、ミラー29を厚さ
0.5μmのAu電極31で覆う(図2(g)、
(h))。以上で、第1の基体の貼り付け面側の加工を
終了する。
【0040】図3を用いて、貼り付け工程について説明
する。第1の基体は上記の工程で作製したものを上下反
転させてある(図3(a)左)。第1の基体について
は、その後の基板除去を簡単にするために100μm程
度まで予め基板11を研磨しておいてもよい。第2の基
体は、Si基板51の表面に熱酸化膜53を形成した後
に、例えば、厚さ1μmのCr/Auからなる電極55
を形成してなる。図3には示していないが、この電極5
5はパッドを備えた配線に接続されている。このように
作製された第2の基体上に、導電性粒子59を含んだ熱
硬化樹脂57を塗布する(図3(a)右)。導電性粒子
59はNiの金属粒子に金をコーティングしたものであ
り、粒径4μm程度のものである。そして、第1の基体
と第2の基体は、それらの電極部分が接触するようにそ
れぞれを合わせて、3kgf/cm2の圧力を加えなが
ら200℃に加熱して樹脂57を硬化させる(図3
(b))。加圧・加熱することにより、電極31と電極
55に挟まれた部分では導電性粒子59が変形したり一
部が電極にめり込んだりして上下の導通が可能になる。
一方、その他の部分では粒子59は樹脂57中に浮遊し
た状態であり導通はとれない。
【0041】このように貼り付けを行った場合、第1の
基体と第2の基体の距離は4μm以下になる。これは、
はんだバンプを用いた場合(図8に対応)に比ベ一桁小
さい値であり、これにより本発明のデバイスは放熱性に
優れている。また、直接電極同士を接続して回りを樹脂
で固めた場合(図9に対応)に比べ、粒子59の粒径と
同程度のゴミが付着していても問題無く接続でき、歩留
まりが向上する。
【0042】次に、一部分にAuGe/Auからなるn
電極61を成膜した後に、基板11を塩酸系エッチャン
トでエッチストップ層13までエッチングし、さらに、
エッチストップ層13を硫酸系エッチャントでエッチン
グして除去する(図3(c))。このとき、ほぼ全面に
わたってエッチングすることができるので、ホール状エ
ッチングする場合に比べ、工程が簡単で歩留まりが向上
する。除去後、半導体層の膜厚は4μm程度になる。こ
の状態において、樹脂57が収縮することによる応力や
熱膨張などによって生じるストレスが発光領域に伝わり
にくくするため、接着する部分すなわち多層膜ミラー2
9の部分の大きさを発光領域の径に比べ大きくしてい
る。そのため、基板11を除去してもレーザの特性を劣
化させることがない。さらに、基板11とエッチストッ
プ層13を除去して現れた半導体面にAl23/Siか
らなる多層膜ミラー63を成膜する(図3(d))。こ
の場合、平坦な基板に成膜するのと同等であるので、ホ
ール部に成膜する場合に比べ歩留まりが向上する。
【0043】このような方法を用いて、4×4の面発光
半導体レーザアレイを作製したところ、しきい値や発振
波長、パワーなどの特性のばらつきは殆どなかった。各
半導体レーザの動作は、共通電極61と所望の電極55
の間で配線を介して電流を流すことで行なわれる。
【0044】本実施例において、第2の基体には電気配
線の代わりに電子回路の電極が設けてあってもよく、基
板51としてSi以外であってもよく、例えばAlNな
どでもよい。
【0045】また、導電性粒子としてNi粒子に金をコ
ーティングものを用いたが、これに限ったものではな
く、例えば、プラスチック粒子に金をコーティングした
ものであってもよい。また、その粒径も構造に応じて適
当なものを選べばよい。加えて、紫外線硬化型樹脂を用
いてもよい。この場合、第2の基体に用いる基板51と
しては紫外線を透過するタイプのものが望ましい。さら
に、導電粒子を配合した樹脂を予めシート状に加工した
ものを第1の基体と第2の基体の間に挿んで、加圧・加
熱することにより接着を行ってもよい。また、熱可塑性
樹脂を用いてもよい。この場合、接着後に電極の位置ず
れがあっても、再加熱により接着剤を溶融させて基板を
引き剥がし溶剤で洗浄して、再び利用することができる
ので、生産性を向上させるという効果がある。
【0046】また、n電極61を、貼り付けを行った後
に成膜しているが、貼り付けを行う前に予め成膜してお
いてもよい。さらに、活性層17として、バルクではな
くMQW構造のものを用いてもよく、p−InP基板を
用いてレーザの作製を行ってもよい。
【0047】加えて、多層膜ミラー29、63はAl2
3/Siに限ったものではなく、例えば、SiO2/S
i、MgO/Siであってもよい。
【0048】第2の実施例 図4を用いて本発明による第2の実施例を説明する。図
4は本実施例による面発光半導体レーザの断面図であ
る。本実施例は、p電極、n電極ともに第2の基体側か
ら取り出せる構造になっている。構造は殆ど第1の実施
例と同様であり重複する部分の詳しい説明は省略する。
図4において、図1と同一の部分には同じ番号を付けて
ある。
【0049】本実施例では、第1の基体は、発光領域以
外の部分の一部において、n−InPスペーサ層15が
露出するようにエッチングされている。そして、この部
分でn側のコンタクトがとれるようにn電極101が成
膜されている。このとき、n電極101とp電極27と
を共に、両極性に対応できる電極、例えばTi/Pt/
Auで構成しておけば、同時に成膜することが可能とな
る。さらに、多層膜ミラー29を成膜する際に同時に多
層膜ミラーと同一の構成のバンプ103を形成し、その
上をAuからなる電極105で覆う。このように作製し
た第1の基体を第1の実施例と同様の方法で第2の基体
に貼り付け、その後、基板11およびエッチストップ層
13を全面にわたって除去し、さらに、除去した上に多
層膜ミラー63を成膜する。本実施例は、第1の実施例
に比べ、基板11側にn電極をとるための領域を残す必
要が無いので、作製がより簡単になるという利点があ
る。さらに、n電極、p電極双方を第2の基体側から取
り出せるので、ICパッケージへの実装が容易になる、
第2の基体に電子回路を設けた場合の整合性が良い、等
の利点がある。その他の点は第1実施例と同じである。
【0050】第3の実施例 図5を用いて本発明による第3の実施例を説明する。図
5は本実施例による面発光半導体レーザの断面図であ
る。第2の基体は第1の実施例と同様の構造であり、同
一の番号をつけてある。第1の基体について以下に説明
する。n−GaAs基板(図5中においては後に除去さ
れるため記されていない)上に、n−Al0.1Ga0.9
s/n−AlAsからなる半導体多層膜ミラー213、
厚さ0.11μmのu−Al0.6Ga0.4Asスペーサ層
215、u−In0.3Ga0.7As/u−GaAsからな
る量子井戸構造の活性層217(バンドギャップ波長
0.85μm)、厚さ0.11μmのu−Al0.6Ga
0.4Asスペーサ層219、p−Al0.1Ga0.9As/
p−AIAsからなる半導体多層膜ミラー221を順次
成長する。成長手段はたとえばMOCVD、MBE、C
BE等の方法で行う。
【0051】さらに、RIBE法などで、円柱状の発光
領域の周囲をドーナツ状の土手が囲った形にエッチング
する。発光領域は例えば直径25μmの円形で、土手は
内径が50μm外形が90μmのドーナツ状とする。図
5には示していないが、発光領域の半導体多層膜ミラー
221のAlAsを選択的に酸化することにより、電流
狭窄構造を設けてもよい。そして、発光領域の多層膜ミ
ラー221上にTi/Pt/Auからなるp電極223
を成膜して、第1の基体の貼り付け面側の加工を終了す
る。
【0052】次に、このように作製した第1の基体を第
1の実施例と同様の方法で第2の基体に貼り付けた後、
n−GaAs基板(図5中表示なし)を全面にわたって
除去し、発光領域以外の一部分にTi/Pt/Auから
なるn電極225を成膜する。本実施例における面発光
半導体レーザにおいて、発振波長に対して成長基板は不
透明であるので除去する必要がある。本実施例では、樹
脂57が収縮することによる応力や熱膨張などによって
生じるストレスが発光領域に伝わりにくくするため、発
光領域の回りに発光領域の円柱の高さよりも若干低い高
さを有する土手を形成している。よって、成長基板全面
を除去してもレーザの特性を劣化させることがない。す
なわち、ホール状エッチングすることなく、第2の基体
を支持基板としてn−GaAs基板(図5中表示なし)
を全面にわたって除去できるので、工程が簡単で歩留ま
りが向上する。このような方法を用いて、4×4の面発
光半導体レーザアレイを作製したところ、しきい値や波
長、パワーなどの特性のばらつきは殆どなかった。
【0053】本実施例において、n電極225を、貼り
付け基板51への貼り付けを行った後に成膜している
が、貼り付けを行う前に予め成膜しておいてもよい。ま
た、活性層217として、バルク構造のものを用いても
よく、p−GaAs基板を用いてレーザの作製を行って
もよい。
【0054】第4の実施例 図6を用いて本発明による第4の実施例を説明する。図
6は本実施例による面発光半導体レーザの断面図であ
る。第1の基体の半導体層の構成は第3の実施例と同様
の構造であり、同一の番号をつけてある。第1の基体に
ついて以下に説明する。n−GaAs基板(図6中にお
いては後に除去されるため記されていない)上に半導体
層を成膜した後に、発光領域のまわりをRIBE法など
でドーナツ状にエッチングして、エッチング部分をポリ
イミド301で埋め込む。発光領域は、例えば、直径2
5μmの円形で、ドーナツ形状にエッチングした外形は
50μmの円形とする。図6には示していないが、ポリ
イミド301で埋め込む前に発光領域の半導体多層膜ミ
ラー221のAlAsを選択的に酸化することにより、
電流狭窄構造を設けてもよい。次に、発光領域以外の部
分を絶縁するためにSiNx303で覆った後に、Ti
/Pt/Auからなる直径80μmの円形のp電極30
5を蒸着する。以上で、第1の基体の貼り付け面側の加
工を終了する。
【0055】第2の基体は、Si基板351の表面に熱
酸化膜353を形成した後に、例えば、厚さ1μmのC
r/Auからなる電極355を形成してあり、さらに電
気的接続部以外の領域を5μm程度エッチングしてあ
る。図6には示していないが、この電極はパッドを備え
た配線に接続されている。このように作製した第1、第
2の基体を第1の実施例と同様の方法で第2の基体に貼
り付けた後、n−GaAs基板(図6中表示なし)を全
面にわたって除去し、発光領域以外の一部分にTi/P
t/Auからなるn電極225を成膜する。
【0056】本実施例においては、発光領域に比べ電気
的接続部が大きいため、樹脂57が収縮することによる
応力や熱膨張などによって生じるストレスが発光領域に
伝わりにくくなっている。また、第2の基体の電気的非
接続部において基板が予めエッチングされているため、
加圧時に不要な樹脂が効果的に電気的接続部の外に押し
出されるといった利点があり、さらに、樹脂59の粒径
より電気的非接続部の第1、第2の基体のギャップが大
きいため、確実に絶緑をとることができる。本実施例に
おいて、第2の基体には電気配線の代わりに電子回路の
電極が設けてあってもよく、基板としてSi以外であっ
てもよく、例えばAlNなどでもよい。また、第2の実
施例のように、p電極、n電極両方を第2の基板側から
取り出す構成にしてもよい。動作などは上記実施例と同
じである。
【0057】第1実施例から第4実施例において、光の
取り出し側の反射ミラーを付けないで、LEDアレーと
してもよい。LEDの作製はその分容易になる。
【0058】第5の実施例 本発明は面発光半導体レーザだけでなく、端面発光型半
導体レーザに適用してもよい。図7を用いて本発明によ
る第5の実施例を説明する。図7は本発明による端面発
光型半導体レーザの斜視断面図である。
【0059】第1の基体の構成について説明する。n−
InP基板411上に、n−InGaAsP導波層41
3、u−InGaAsP(バンドギャップ波長1.3μ
m)のバルク活性層415、p−InGaAsPグレー
ティング層417、p−InPクラッド層419、p−
InGaAsPコンタクト層421を順次成長する。成
長手段はたとえばMOCVD、MBE、CBE等の方法
で行う。グレーティング層417には回折格子418が
形成されている。
【0060】さらに、クラッド層419、コンタクト層
421をリッジ状にエッチングし、その上に、Cr/A
uからなるp電極423、425、427を成膜する。
最後に、AuGe/Auからなるn電極429を成膜す
る。また、両端面には反射防止膜が形成されている(図
7中には示していない)。本実施例においては、1つの
共振器に対し3つの独立な電流注入領域を設けた3電極
構造のDFBレーザアレイを構成している。
【0061】第2の基体は、熱酸化膜53を形成したS
i基板51上に、p電極423、425、427に対応
した位置に電極453、455、457を成膜してい
る。図7には示していないが、この電極453、45
5、457はパッドを備えた配線に接続されている。こ
のように作製した第1、第2の基体を第1の実施例と同
様の方法で貼り付けてレーザアレイが構成される。
【0062】第2の基体を介して電流注入を行なうこと
によりレーザを駆動する。例えば、各領域の電流注入量
を制御することにより波長可変を行なうことも可能であ
る。
【0063】本実施例においては、粒子59の粒径4μ
mの接着剤を用いた場合、第1の基体と第2の基体の距
離は4μm以下になり、放熱性に優れ、歩留まりの良い
レーザアレイを構成することができる。本実施例におい
て、活性層としてはMQW構造のものを用いてもよい。
また、DBRレーザやファブリ・ペロレーザであっても
よく、2電極構造や単電極構造であっても勿論よい。
【0064】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
放熱性に優れ、作製の簡単な光デバイス装置を実現でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明による光デバイス装置の第1の実
施例を示す断面図である。
【図2】図2は第1の実施例の作成プロセスを説明する
図である。
【図3】図3は第1の実施例の作成プロセスを説明する
図である。
【図4】図4は本発明による光デバイス装置の第2の実
施例を示す断面図である。
【図5】図5は本発明による光デバイス装置の第3の実
施例を示す断面図である。
【図6】図6は本発明による光デバイス装置の第4の実
施例を示す断面図である。
【図7】図7は本発明による光デバイス装置の第5の実
施例を示す斜視断面図である。
【図8】図8は従来例を示す図である。
【図9】図9は他の従来例を示す図である。
【符号の説明】
11,51,351,411 基板 13 エッチストップ層 15,19,215,219 スペーサ層 17,217,415 活性層 21,421 コンタクト層 23,301 ポリイミド 25,303 SiNx 27,31,55,61,101,105,223,2
25,305,355,423,425,427,42
9,453,455,457 電極 29,63,213,221 多層膜ミラー 53,353 熱酸化膜 57 樹脂 59 導電性粒子 103 バンプ 413 導波層 417 グレーティング層 418 回折格子 419 クラッド層

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1の基板、第1の基板上に形成されてい
    る少なくとも1つの光機能領域、該光機能領域に電流を
    注入する或は電圧を印加する為に該光機能領域に対応し
    て設けられた少なくとも1つの第1の電気的接続部を含
    む第1の基体と、 第2の基板、該第1の電気的接続部に対応して第2の基
    板に設けられた少なくとも1つの第2の電気的接続部を
    含む第2の基体とが、 導電性粒子を含んだ接着剤であって、該基板に垂直な方
    向にのみ導電性を有する異方導電性接着剤によって固定
    されており、 前記対応する第1及び第2の電気的接続部において第1
    の基体と第2の基体とが電気的に接続されていることを
    特徴とする光デバイス装置。
  2. 【請求項2】前記第2の基体は、更に前記第2の電気的
    接続部に繋がった電気配線あるいは電子回路を含むこと
    を特徴とする請求項1に記載の光デバイス装置。
  3. 【請求項3】前記第1の基体と第2の基体とが電気的に
    接続される前記第1及び第2の電気的接続部において、
    両基体の最表面に電極が存在しており、該第1及び第2
    の電気的接続部における第1の基体と第2の基体の距離
    が、電気的非接続部における第1の基体と第2の基体の
    距離に比べ小さくなるように、第1の基体または第2の
    基体において、該第1または第2の電気的接続部の電極
    の上面が突き出ていることを特徴とする請求項1または
    2に記載の光デバイス装置。
  4. 【請求項4】電気的非接続部における第1の基体と第2
    の基体との距離が導電性粒子の粒径よりも十分大きくな
    るように、第1の基体または第2の基体において、前記
    第1または第2の電気的接続部の電極の上面が突き出て
    いることを特徴とする請求項1、2または3に記載の光
    デバイス装置。
  5. 【請求項5】電気的非接続部において、第1の基体と第
    2の基体の少なくとも一方の最表面に絶縁層が存在して
    いることを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の
    光デバイス装置。
  6. 【請求項6】前記光機能領域は発光領域であることを特
    徴とする請求項1乃至5の何れかに記載の光デバイス装
    置。
  7. 【請求項7】前記第1の基体は、発光領域に対応して形
    成された第1の多層膜ミラーと、第1の基板上にエピタ
    キシャル成長された活性層を含む半導体層と、第2の多
    層膜ミラーとを含んだ第1の基板側から光を取り出す面
    発光半導体レーザ構造を有していることを特徴とする請
    求項6に記載の光デバイス装置。
  8. 【請求項8】前記異方導電性接着剤によって固定された
    後に第1の基板の全域或はほぼ全域を除去してなること
    を特徴とする請求項7に記載の光デバイス装置。
  9. 【請求項9】前記第1の電気的接続部の大きさが発光領
    域よりも十分大きいことを特徴とする請求項7または8
    に記載の光デバイス装置。
  10. 【請求項10】前記第1の基体は、第1の多層膜ミラー
    と前記第1の電気的接続部の電極を含む第1の凸部を有
    しており、第1の多層膜ミラーの径が発光領域の径より
    も十分大きいことを特徴とする請求項7、8または9に
    記載の光デバイス装置。
  11. 【請求項11】前記第1の基体は、光機能領域に対応し
    て設けられた前記第1の電気的接続部を含む第1の凸部
    と、光機能領域の近傍に設けられた第1の凸部より若干
    低い高さを有する第2の凸部を有しており、該第1の凸
    部は第2の基体と該第1の電気的接続部を介して電気的
    に接続されており、第2の凸部は第2の基体と電気的に
    絶縁されていることを特徴とする請求項1乃至10の何
    れかに記載の光デバイス装置。
  12. 【請求項12】前記第1の凸部は第1の多層膜ミラーと
    前記第1の電気的接続部の電極を含んでおり、第2の凸
    部は第1の多層膜ミラーを含んでいることを特徴とする
    請求項11に記載の光デバイス装置。
  13. 【請求項13】前記第1の基体は、光機能領域に対応し
    て設けられた電気的接続部を含む第1の凸部と、光機能
    領域の近傍に設けられた第1の凸部とほぼ同じ高さを有
    する電気的接続部を含む第2の凸部を有しており、該第
    1の凸部は第2の基体と第1の電気的接続部を介して電
    気的に接続されており、第2の凸部も第2の基体と第1
    の電気的接続部を介して電気的に接続されていることを
    特徴とする請求項1乃至10の何れかに記載の光デバイ
    ス装置。
  14. 【請求項14】前記第1の凸部及び第2の凸部は第1の
    多層膜ミラーと前記第1の電気的接続部の電極を含んで
    いることを特徴とする請求項13に記載の光デバイス装
    置。
  15. 【請求項15】前記第1の基体と第2の基体を貼り付け
    た後に第1の基板の全域或はほぼ全域を除去し、除去し
    て現れた半導体面に第2の多層膜ミラーを形成した構成
    であることを特徴とする請求項6乃至14の何れかに記
    載の光デバイス装置。
  16. 【請求項16】前記第2の多層膜ミラーが誘電体多層膜
    からなることを特徴とする請求項15に記載の光デバイ
    ス装置。
  17. 【請求項17】前記第1、第2の多層膜ミラーが、共に
    第1の基板にエピタキシャル成長された半導体多層膜か
    らなることを特徴とする請求項6乃至15の何れかに記
    載の光デバイス装置。
  18. 【請求項18】前記第1の基体が端面発光型半導体レー
    ザ構造を有していることを特徴とする請求項1乃至6の
    何れかに記載の光デバイス装置。
  19. 【請求項19】前記異方導電性接着剤が、接着性を有す
    る絶縁性樹脂、及び該絶縁性樹脂中に配合された導電性
    粒子からなることを特徴とする請求項1乃至18の何れ
    かに記載の光デバイス装置。
  20. 【請求項20】前記絶縁性樹脂が、熱硬化型樹脂、熱可
    塑性樹脂、もしくは紫外線硬化型樹脂であることを特徴
    とする請求項19に記載の光デバイス装置。
  21. 【請求項21】前記異方導電性接着剤がペースト状の接
    着剤であることを特徴とする請求項19または20に記
    載の光デバイス装置。
  22. 【請求項22】前記異方導電性接着剤がシート状の接着
    剤であることを特徴とする請求項19または20に記載
    の光デバイス装置。
  23. 【請求項23】第2の基板が熱伝導性のよい材料である
    ことを特徴とする請求項1乃至22の何れかに記載の光
    デバイス装置。
  24. 【請求項24】第1の基板上に活性層を含む半導体層を
    エピタキシャル成長する工程、 第1の基板上に少なくとも1つの活性領域と活性領域に
    電流を注入するか或は電圧を印加するための第1の電気
    的接続部を形成して第1の基体を構成する工程、 第2の基板上に前記第1の電気的接続部に対応した少な
    くとも1つの第2の電気的接続部を形成して第2の基体
    を構成する工程、 導電性粒子を含んだ接着剤であって、前記基板に垂直な
    方向にのみ導電性を有する異方導電性接着剤によって第
    1の基体と第2の基体を接合し、前記対応する第1及び
    第2の電気的接続部において第1の基体と第2の基体と
    を電気的に接続する工程、 を有することを特徴とする光デバイスの製造方法。
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