专利名称：半导体发光元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体发光元件及其制造方法。
背景技术：
近年，伴随着CPU驱动频率的高速化(例如10GHz以上)，着眼于以光来传送在系统装置内及装置之间的信号的光互连(opticsinterconnection)技术。在该光互连技术中运用了所谓半导体受光元件及半导体发光元件的光半导体元件。
在日本专利特开平2-128481号公报、特开平10-200200号公报、以及特开平11-46038号公报中，公开了一种具有基板、及在基板的一方的主面上所积层的多个化合物半导体层，且从基板的另一方的主面使光出射的、所谓的背面出射型的半导体发光元件。在这些半导体发光元件中，因为以下的目的，而使位于发光区域下方的基板中的部分部分地变薄，同时以包围该部分而形成有维持基板厚度的部分。第1目的是，防止因基板因吸收光而造成光信号劣化或消失。第2目的是，在利用引线接合(wire bonding)或焊接(bump bonding)将半导体发光元件安装于外部基板上时，防止半导体发光元件受损伤或破损。
然而，在上述半导体发光元件中，因为存在有维持基板厚度的部分，所以在半导体发光元件的小型化上有限制。特别是在并列设置多个发光部以形成发光元件阵列的情况下，因为难以使发光部间的间距更狭小，所以不得不加大发光元件阵列的尺寸。
发明内容
本发明的目是，提供一种具有足够的机械强度，且可小型化的半导体发光元件及其制造方法。
而在另一方面，本发明涉及具有多层构造体的半导体发光元件。该多层构造体包含积层的多个化合物半导体层而生成光。多层构造体具有出射该光的光出射面。将对于该光光学透明的玻璃基板，通过由氧化硅构成的膜固定于光出射面。
多层构造体，作为多个化合物半导体层，也可包含依次积层的第1导电型的第1分布式布拉格反射器(Distributed Bragg ReflectorDBR)层、第1导电型的第1覆盖层(clad layer)、活性层、第2导电型的第2覆盖层以及第2导电型的第2DBR层。多层构造体可以是具有，部分含有第1DBR层、第1覆盖层、活性层、第2覆盖层及第2DBR层的多层区域、以及包围其多层区域的绝缘或半绝缘的电流狭窄区域。第1DBR层也可以配置在第1覆盖层与由氧化硅构成的膜之间。
多层构造体还可包含，位于由氧化硅构成的膜与第1DBR层之间的第1导电型的接触层。
多层构造体还可具有，包含多层区域的发光部，以及部分包含第1DBR层、第1覆盖层、活性层、第2覆盖层以及第2DBR层的焊垫电极配置部。半导体发光元件还可具有，配置在发光部上且与多层区域电气连接的第1焊垫电极、和配置在焊垫电极配置部上且与接触层电气连接的第2焊垫电极。
第2焊垫电极也可以通过形成在发光部与焊垫电极配置部之间的开口，与接触层电气连接。另外，半导体发光元件还可具有分别配置在第1焊垫电极和第2焊垫电极上的凸块电极。
多层构造体也可具有并列设置的多个发光部。
半导体发光元件还可具有设置在第2DBR层上且覆盖多层区域的光反射膜。
玻璃基板具有表面和背面，玻璃基板的表面与由氧化硅构成的膜接触，玻璃基板的背面还可具有接收从多层构造体出射的光的透镜部。透镜部也可以较玻璃基板的最下面凹陷。
而在另一方面，本发明涉及具有多层构造体的半导体发光元件的制造方法。多层构造体含有积层的多个化合物半导体层，并生成光。本发明的方法具有准备具有表面及背面的半导体基板，和具有表面及背面且对于生成的光呈光学透明的玻璃基板的工序；在半导体基板表面形成多层构造体的工序；在多层构造体上形成由氧化硅构成的膜的工序；将由氧化硅构成的膜焊接在玻璃基板的表面，并将多层构造体固定于玻璃基板的工序；和以多层构造体固定于玻璃基板的状态除去半导体基板的工序。
除去半导体基板的工序也可以是利用湿式蚀刻来除去半导体基板。
在形成多层构造体的工序之前，还可具有形成使上述湿式蚀刻停止的蚀刻停止层，将其配置半导体基板和多层构造体之间的工序；而在出去半导体基板除去的工序之后，还可具有利用湿式蚀刻除去蚀刻停止层的工序。
多层构造体，作为多个化合物半导体层，也可包含第1导电型的第1分布式布拉格反射器(DBR)层、第1导电型的第1覆盖层、活性层、第2导电型的第2覆盖层及第2导电型的第2DBR层。形成多层构造体的工序也可包括在半导体基板的表面依次积层第2DBR层、第2覆盖层、活性层、第1覆盖层以及第1DBR层。
形成多层构造体的工序还可包括，在积层第1DBR层后，形成位于多层构造体的最上部的第1导电型的接触层。
在除去半导体基板的工序之后，还可具有在多层构造体中形成，将部分地含有第1DBR层、第1覆盖层、活性层、第2覆盖层及第2DBR层的多层区域包围，使其绝缘或半绝缘的电流狭窄区域的工序；形成包含多层区域之发光部、以及部分地含有第1DBR层、第1覆盖层、活性层、第2覆盖层、及第2DBR层的焊垫电极配置部的工序；和在发光部上形成第1焊垫电极，电气连接其第1焊垫电极与多层区域并在焊垫电极配置部上形成第2焊垫电极，并电气连接其第2焊垫电极与接触层的工序。
形成发光部和焊垫电极配置部的工序还可包含，在发光部和焊垫电极配置部间形成开口。电气连接第2焊垫电极和接触层的工序是经由该开口而对第2焊垫电极和接触层进行电气连接。
本发明的方法还可以更具有在第2DBR层上形成覆盖多层区域的光反射膜的工序。
玻璃基板的背面，还可具有接收从多层构造体出射的光的透镜部。透镜部也可以较玻璃基板的最下面凹陷。
可通过以下的说明并结合附图了解本发明的上述以及其它目的和新颖的特征。其中，附图只不过是单纯的示例而已，并未对本发明的技术上的范围进行限定。
图1是表示第1实施方式的半导体发光元件的概略平面图。
图2是沿图1中II-II线的概略截面图。
图3是表示第1实施方式的半导体发光元件的制造工序的概略截面图。
图4是表示第1实施方式的半导体发光元件的制造工序的概略截面图。
图5是表示第1实施方式的半导体发光元件的制造工序的概略截面图。
图6是表示第1实施方式的半导体发光元件的制造工序的概略截面图。
图7是表示第1实施方式的半导体发光元件的制造工序的概略截面图。
图8是表示第1实施方式的半导体发光元件的制造工序的概略截面图。
图9是表示第1实施方式的半导体发光元件的制造工序的概略截面图。
图10是表示第1实施方式的半导体发光元件的制造工序的概略截面图。
图11是表示第2实施方式的半导体发光元件之概略截面图。
图12是表示第2实施方式的半导体发光元件的制造工序的概略截面图。
图13是表示第2实施方式的半导体发光元件的制造工序的概略截面图。
图14是表示第2实施方式的半导体发光元件的制造工序的概略截面图。
图15是表示本实施方式的半导体发光元件阵列的概略截面图。
图16是表示本实施方式的半导体发光元件阵列的概略截面图。
图17是表示本实施方式的半导体发光元件阵列的概略平面图。
图18是表示本实施方式的半导体发光元件阵列的概略平面图。
图19是表示本实施方式的光互连系统的构成的概略图。
具体实施例方式
针对本发明实施方式的半导体发光元件，现参照图面进行说明。且对于相同要素或具有相同功能的要素，使用相同符号并省略重复的说明。
第1实施方式图1是表示第1实施方式的半导体发光元件的概略平面图。图2是沿着图1中II-II线的概略截面图。
半导体发光元件LE1具有多层构造体LS和玻璃基板1。该半导体发光元件LE1是从玻璃基板1侧发生光的背面出射型的垂直空腔表面发射激光器(VCSELVertical Cavity Surface Emitting Laser)。半导体发光元件LE1是例如波长带0.85μm的近距离光通信用发光元件。
多层构造体LS是包含依次积层的p型(第1导电型)的接触层3、p型的第1分布式布拉格反射器(Distributed Bragg ReflectorDBR)层4、p型的第1覆盖层5、活性层6、n型(第2导电型)的第2覆盖层7、和n型的第2DBR层8。多层构造体LS利用施加电压而生成光，再将该光从最下面的光出射面62出射。光出射面62通过膜10固定有玻璃基板1。玻璃基板1的厚度为0.3mm左右，相对于在多层构造体LS生成的光呈光学透明。膜10形成在多层构造体LS的第1DBR层4(接触层3)侧。膜10由氧化硅(SiO2)构成，其厚度为0.1μm左右。接触层3位于膜10和第1DBR层4之间。
多层构造体LS具有发光部11和焊垫电极配置部31。发光部11及焊垫电极配置部31相互分离配置在接触层3上。在发光部11与焊垫电极配置部31之间形成有开口13。开口13的底到达接触层3。
发光部11包含，p型的第1DBR层4a、p型的第1覆盖层5a、活性层6a、n型的第2覆盖层7a、和n型的第2DBR层8a，利用开口13从焊垫电极配置部31隔开。在发光部11上形成有绝缘或半绝缘的电流狭窄区域11a。电流狭窄区域11a配置成包围多层区域12，该多层区域12包含第1覆盖层5a、活性层6a、第2覆盖层7a、和第2DBR层8a的各个一部分。电流狭窄区域11a从发光部11的第2DBR层8a到达第1DBR层4a和第1覆盖层5a的界限附近为止。
发光部11的表面形成有绝缘膜19。绝缘膜19由例如SiNx构成，且厚度为0.2μm左右。
在发光部11中，利用挟住活性层6a的第1DBR层4a和第2DBR层8a构成垂直共振器。另外，在发光部11中，利用电流狭窄区域11a使供给至活性层6a的电流狭窄，限制发光区域。即，在发光部11中，位于电流狭窄区域11a内侧的上述的多层区域12，特别是由第1DBR层4a和第2DBR层8a挟住的第1覆盖层5a、活性层6a和第2覆盖层7a的功能是作为发光区域11b。
在发光部11的表面配置有n侧电极(阴极)15。该n侧电极15是通过形成在绝缘膜19的接触孔19a与第2DBR层8a中的包含于多层区域12中的部分进行电气连接。n侧电极15由AuGe/Ni/Au的积层体构成，其厚度为1.0μm左右。
在发光部11的上方，在绝缘膜19之上配置有n侧焊垫电极23(第1焊垫电极)。n侧焊垫电极23由Ti/Pt/Au的积层体构成，其厚度为2μm左右。在n侧焊垫电极23上，如图2所示，设置有凸块电极41。
n侧电极15与n侧焊垫电极23利用配线电极25进行电气连接。由此，在第2DBR层8a中，位于电流狭窄区域11a内侧的部分，通过n侧电极15和配线电极25而电气连接于n侧焊垫电极23和凸块电极41。即，利用n侧电极15、n侧焊垫电极23、配线电极25和凸块电极41来实现阴极侧的电极的取出。
在发光部11的上方，配线电极25配置在n侧电极15及绝缘膜19之上。配线电极25由Ti/Pt/Au的积层体构成，其厚度为2μm左右。配线电极25形成，使其一部分位于多层区域12和发光区域11b的上方，该部分具有光反射膜功能。此外，也可设置有别于配线电极25的光反射膜。
焊垫电极配置部31包含p型的第1DBR层4b、p型的第1覆盖层5b、活性层6b、n型的第2覆盖层7b、和n型的第2DBR层8b，并利用开口13与发光部11隔开。图1所示，从光出射方向观察，焊垫电极配置部31形成为包围发光部11。在焊垫电极配置部31的表面，与发光部11相同形成有绝缘膜19。
在开口13配置有p侧电极17。该p侧电极17通过形成于绝缘膜19的接触孔19b与接触层3电气连接。p侧电极17由Cr/Au的积层体构成，其厚度为1.0μm左右。
在焊垫电极配置部31的上方，在绝缘膜19之上配置有p侧焊垫电极33(第2焊垫电极)。p侧焊垫电极33由Ti/Pt/Au的积层体构成，其厚度为2μm左右。p侧焊垫电极33形成为与p侧电极17连接。在p侧焊垫电极33上，与n侧焊垫电极23相同设置有凸块电极41。n侧焊垫电极23和p侧焊垫电极33距离玻璃基板1的高度大致相同。
p侧电极17与p侧焊垫电极33电气连接。由此，第1DBR层4a通过接触层3和p侧电极17与p侧焊垫电极33和凸块电极41电气连接。即，利用接触层3、p侧电极17、p侧焊垫电极33和凸块电极41来实现阳极侧的电极的取出。
接触层3为化合物半导体层，由例如载体浓度为1×1019/cm3左右的GaAs构成。接触层3的厚度为0.2μm左右。此外，接触层3还具有缓冲层的功能。
第1DBR层4(4a，4b)为具有将组成不同的多个化合物半导体层交替积层的构造的镜层。在第1实施方式中，第1DBR层4(4a，4b)通过在未掺杂的AlAs层上，交替积层载体浓度为1×1018/cm3左右的AlGaAs(Al组成0.9)层和载体浓度为1×1018/cm3左右的AlGaAs(Al组成0.2)层各20层而构成。AlAs层的厚度为0.1μm左右。各AlGaAs(Al组成0.9)层的厚度为0.04μm左右，各AlGaAs(Al组成0.2)层的厚度为0.02μm左右。
第1覆盖层5(5a，5b)为化合物半导体层，由例如载体浓度为1×1018/cm3左右的AlGaAs构成。第1覆盖层5(Sa，5b)的厚度为0.1μm左右。
活性层6(6a，6b)为具有交替积层不同的化合物半导体层的构造的多量子阱(MQWMultiple Quantum Well)活性层。在本实施方式中，活性层6(6a，6b)通过交替积层AlGaAs层和GaAs层各3层而构成。各AlGaAs层厚度为0.1μm左右，各GaAs层的厚度为0.05μm左右。
第2覆盖层7(7a，7b)为化合物半导体层，由例如载体浓度为1×1018/cm3左右的AlGaAs构成。第2覆盖层7(7a，7b)的厚度为0.1μm左右。
第2DBR层8(8a，8b)与第1DBR层4(4a，4b)相同，为具有将组成不同的多个化合物半导体层交互积层的构造的镜层。在本实施方式中，第2DBR层8(8a，8b)，通过交替积层载体浓度为1×1018/cm3左右的AlGaAs(Al组成0.9)层和载体浓度为1×1018/cm3左右的AlGaAs(Al组成0.2)层各30层，且在其上积层有未掺杂的GaAs层而构成。各AlGaAs(Al组成0.9)层的厚度为0.04μm左右，各AlGaAs(Al组成0.2)层的厚度为0.02μm左右。GaAs层具有缓冲层的作用，其厚度为0.1μm左右。
通过两个凸块电极41，向n侧焊垫电极23和p侧焊垫电极33间施加充分的电压，在元件LE1中流通电流时，在发光区域11b生成光。
以下，参照图3～图10对半导体发光元件LE1的制造方法进行说明。图3～图10用于说明第1实施方式的半导体发光元件的制造方法，表示半导体发光元件的纵截面。本制造方法中将依次执行以下的工序(1)～(9)。
工序(1)首先，准备半导体基板51。半导体基板51由例如厚度为300～500μm、载体浓度为1×1018/cm3左右的n型GaAs构成。在半导体基板51的一方的主面(表面)74上，利用有机金属化学气相沉积(MOCVD)法或分子线成长(MBE)法等，依次生长且积层蚀刻停止层53、n型的第2DBR层8、n型的第2覆盖层7、活性层6、p型的第1覆盖层5、p型的第1DBR层4、以及p型的接触层3(参照图3)。
蚀刻停止层53由未掺杂的AlGaAs(Al组成0.5)构成，其厚度为1.0μm左右。蚀刻停止层53形成为位于半导体基板51与第2DBR层8之间。优选蚀刻停止层53的Al的组成比设定为0.4。其原因是，此Al0.5Ga0.5As难以被在蚀刻后述GaAs时所使用的蚀刻液蚀刻。
工序(2)接着，利用等离子化学气相沉积(Plasma Chemical VaporDepositionPCVD)法，在接触层3之上形成膜10(参照图3)。
通过上述工序(1)及(2)，在半导体基板51的表面74上形成多层构造体LS、蚀刻停止层53和膜10。
工序(3)其次，将形成有多层构造体LS、蚀刻停止层53和膜10的半导体基板51与玻璃基板1粘合(参照图4)。首先，准备玻璃基板1，且将该玻璃基板1的一方的主面(表面)71洗净。然后，将玻璃基板1和半导体基板51重合，并使玻璃基板1的洗净后的表面71与半导体基板51上的最上膜10接触。对重合的玻璃基板1和半导体基板51加压并加热，使两基板1和51相互熔接并贴合。
具体地说，优选，对重合的玻璃基板1和半导体基板51施加的压力约为98kPa，加热温度为500～700℃。由于半导体基板51上的最上膜10由氧化硅构成，因此利用在此种条件下进行加压及加热，使最上膜10熔接于玻璃基板1的表面71，将多层构造体LS粘合在玻璃基板1上。
此外，在实施该贴合工序时，优选不只洗净玻璃基板1的表面71，而且也洗净半导体基板51上的最上膜10。因此，可以例如，在从形成最上膜10的PCVD装置中取出半导体基板51之后随即执行熔接作业等处理。
另外，所使用的玻璃基板优选具有与GaAs热膨张系数接近的热膨胀系数。由此，在加热后冷却工序中，可大大降低因热膨张系数的差而在半导体基板51和玻璃基板1间产生的应力，且可将由应力所导致的粘合强度降低及结晶缺陷抑制到最小限度。
工序(4)然后，除去半导体基板51。在将玻璃基板1与半导体基板51贴合后，在玻璃基板1的相反侧，半导体基板51的另一方的主面(背面)73露出。在此工序中，从半导体基板51的背面73侧进行蚀刻，除去半导体基板51和蚀刻停止层53(参照图5)。
具体地说，首先使用对蚀刻停止层53蚀刻速度慢的蚀刻液除去半导体基板51。然后，使用对第2DBR层8中的GaAs层蚀刻速度慢的蚀刻液除去蚀刻停止层53。由此，可获得在表面71上搭载有多层构造体LS的玻璃基板1。
作为所使用的蚀刻液，优选氨水(NH4OH)与过氧化氢水(H2O2)的混合溶液(NH4OH水∶H2O2水＝1∶5)、以及盐酸(HCl)为佳。首先，使贴合的玻璃基板1和半导体基板51浸于NH4OH水和H2O2水的混合溶液。由此，对半导体基板51从背面侧进行蚀刻。当蚀刻进行，并除去半导体基板51后，在蚀刻液中露出蚀刻停止层53。蚀刻停止层53(Al0.5Ga0.5As)由于对该蚀刻液的耐蚀性高，因此蚀刻速度变得非常慢。因此，在蚀刻停止层53露出时，蚀刻自动停止。如上所述，首先除去半导体基板51。
然后，将残存有蚀刻停止层53和多层构造体LS等的玻璃基板1从NH4OH水和H2O2水的混合溶液中取出，经水洗、干燥后，再浸于盐酸(HCl)液。为了加快蚀刻速度，优选预先加热HCl液至50℃左右。由于GaAs几乎不会被HCl蚀刻，所以此次仅对蚀刻停止层53进行蚀刻，且在第2DBR层8的GaAs层露出时，蚀刻自动的停止。如上所述，除去蚀刻停止层53。此外，也可利用化学机械研磨(CMP)取代蚀刻，以除去半导体基板51和蚀刻停止层53。
工序(5)接着，在第2DBR层8上形成保护膜55。对保护膜55形成图案，并在与电流狭窄区域11a对应的位置上具有开口56。然后，将形成图案的保护膜55用作掩膜(mask)，并利用离子注入装置将质子(H+)打入多层构造体LS。将质子打入第1DBR层4与第1覆盖层5的界限附近。打入质子的区域半绝缘，其结果为形成电流狭窄区域11a(参照图6)。此外，也可以使用氧离子(O2-)或铁离子(Fe3+)代替质子。之后，再除去保护膜55。
工序(6)
接着，在第2DBR层8上形成保护膜57。对保护膜57形成图案，并在应形成开口13的位置上具有开口58。然后，将形成图案的保护膜57用作掩膜，对多层构造体LS进行蚀刻(本实施方式中为湿式蚀刻)直到露出接触层3为止。由此，形成开口13，使发光部11和焊垫电极配置部31相互电气分离(参照图7)。即，使发光部11包含第1DBR层4a、第1覆盖层5a、活性层6a、第2覆盖层7a、和第2DBR层8a，使焊垫电极配置部31包含第1DBR层4b、第1覆盖层5b、活性层6b、第2覆盖层7b、和第2DBR层8b。作为所使用的蚀刻液，优选为过氧化氢水和盐酸(HCl)。然后，除去保护膜57。
工序(7)接着，利用PCVD法，在第2DBR层8的表面形成由SiNx构成的绝缘膜19。然后，在绝缘膜19上形成在与p侧电极17对应的位置上具有开口的保护膜(未图示)。将该保护膜用作掩膜，通过使用缓冲氟酸(BHF)去除绝缘膜19的一部分，来形成接触孔19b(参照图8)。然后，再去除将保护膜。
接着，再次在绝缘膜19上形成在与开口13对应的位置上具有开口的保护膜(未图示)。然后，将该保护膜用作掩膜，在因形成开口13而露出的接触层3上，利用蒸镀和剥离法形成由Cr/Au构成的p侧电极17(参照图8)。然后，去除保护膜。
工序(8)接着，形成在与n侧电极15对应的位置上具有开口的保护膜(未图示)。接着，将该保护膜用作掩膜，利用BHF除去绝缘膜19，并在绝缘膜19上形成接触孔19a(参照图9)。然后，再除去上述保护膜。
其次，再次重新形成在应形成n侧电极15的位置上具有开口的保护膜，将该保护膜用作掩膜，利用蒸镀和剥离法，在第2DBR层8a上形成由AuGe/Ni/Au构成的n侧电极15(参照图9)。然后，再去除保护膜。
工序(9)接着，形成在与n侧焊垫电极23、配线电极25及p侧焊垫电极33对应的位置上具有开口的保护膜(未图示)。然后，将该保护膜用作掩膜，并利用剥离法形成由Ti/Pt/Au构成的n侧焊垫电极23、配线电极25及p侧焊垫电极33(参照图10)。此时，配线电极25形成为覆盖发光区域11b。n侧焊垫电极23与配线电极25形成为一体。然后再去除保护膜。其后，在H2雾围下进行烷结(sintering)。此外，虽然是将n侧焊垫电极23和配线电极25一体形成，但并不受限于此，也可分别单独形成。
利用上述工序(1)～(9)，可完成图1及图2所示构造的半导体发光元件LE1。
另外，凸块电极41利用电镀法、焊球搭载法或印刷法在n侧焊垫电极23及p侧焊垫电极33上形成焊料，利用回流焊得到。而且，凸块电极41并非受限于焊料，可以是金块、镍块、铜块，也可以是包含导电性填充物等金属的导电性树脂凸块。
如上所述，在本实施方式中，即使是在将接触层3、第1DBR层4、第1覆盖层5、活性层6、第2覆盖层7、以及第2DBR层8薄膜化的情况下，由玻璃基板1保持多层构造体LS(积层有接触层3、第1DBR层4、第1覆盖层5、活性层6、第2覆盖层7、以及第2DBR层8)的机械强度。而且，并不像以往的半导体发光元件需要形成有维持基板厚度的部分，因此，容易实现半导体发光元件LE1的小型化。
本实施方式中，由于多层构造体LS通过膜10固定在玻璃基板1上，因此可在不使用粘合剂的条件下，将玻璃基板1粘合于多层构造体LS。构成膜10的氧化硅与玻璃基板1相同，相对由多层构造体LS生成的光呈光学透明。因此，从多层构造体LS出射的光会被粘合剂吸收，可到达玻璃基板1。
多层构造体LS包含发光部11与焊垫电极配置部31，与位于电流狭窄区域11a内侧的多层区域12进行电气连接的n侧焊垫电极23配置在发光部11上，与接触层3进行电气连接的p侧焊垫电极33配置在焊垫电极配置部31上。由此，将n侧焊垫电极23和p侧焊垫电极33配置在光出射面的相反侧，使得半导体发光元件LE1的安装容易。
p侧焊垫电极33，经过形成在发光部11与焊垫电极配置部31间的开口13，与接触层3进行电气连接。由此，可简易且确实地执行在第1覆盖层5侧的电极取出。
配线电极25(光反射膜)形成为覆盖发光区域11b，因而使由配线电极25所反射的光从玻璃基板1出射。由此，可提高发光输出。
另外，在本实施方式的制造方法中，在搭载多层构造体LS的半导体基板51上粘合玻璃基板1，并使形成在多层构造体LS表面上的由氧化硅构成的膜10与玻璃基板1的主面的一方相接触，然后，再除去半导体基板51。由此，可容易地制造在多层构造体LS上通过膜10固定玻璃基板1的半导体发光元件LE1。
由于在去除半导体基板51后会残留玻璃基板1，所以在其后的制造工序中，由玻璃基板1保持多层构造体LS的机械强度。此外，在粘合玻璃基板1前，由半导体基板51保持多层构造体LS的机械强度。
本实施方式的制造方法，具有在形成多层构造体LS(积层有接触层3、第1DBR层4、第1覆盖层5、活性层6、第2覆盖层7、以及第2DBR层8)之前，形成蚀刻停止层53，并使其位于半导体基板51和多层构造体LS之间的工序；以及在除去半导体基板51后，利用湿式蚀刻除去蚀刻停止层53的工序。因此，通过适宜地选择并使用可蚀刻半导体基板51但不能蚀刻该蚀刻停止层53的蚀刻液、和可蚀刻该蚀刻停止层53但不能蚀刻多层构造体LS的蚀刻液，来除去半导体基板51，并在其后，可仅除去蚀刻停止层53。因此，可残留多层构造体LS并确实且容易地除去半导体基板51。
第2实施方式图11是表示第2实施方式的半导体发光元件的构成的概略截面图。第2实施方式的半导体发光元件LE2，与第1实施方式的半导体发光元件LE1不同在于，玻璃基板1形成有透镜部72a。
半导体发光元件LE2具有多层构造体LS和玻璃基板1。该半导体发光元件LE1为，使光从玻璃基板1侧出射的背面出射型的VCSEL。半导体发光元件LE1为例如波长带0.85μm的近距离光通信用发光元件。
在玻璃基板1的背面72形成有接收从多层构造体LS出射的光的透镜部72a。背面72中的其它的部分72b高于透镜部72a。即，该透镜部72a较背面72中的最高的部分72b凹陷。
下面，参照图12～图14对半导体发光元件LE2的制造方法进行说明。图12～图14是用于说明该制造方法的附图，表示半导体发光元件的截面。
在本制造方法中，依次执行以下的工序(1)～(9)。工序(1)和(2)与第1实施方式中的工序(1)和(2)相同，故省略其说明。
工序(3)接着，在形成有多层构造体LS、蚀刻停止层53和膜10的半导体基板51上粘合玻璃基板1(参照图12)。粘合方法与第1实施方式中的工序(3)同样。具体地说，准备在背面72形成有透镜部72a的玻璃基板1，并将玻璃基板1的表面71洗净。然后，使玻璃基板1与半导体基板51重合，并使玻璃基板1的洗净的表面71与半导体基板51上的最上膜10接触。对重合的玻璃基板1和半导体基板51加压加热，使两基板1和51相互熔接并贴合。具体的粘合方法与第1实施方式中的工序(3)相同。
工序(4)其次，除去半导体基板51和蚀刻停止层53(参照图13)。除去方法与第1实施方式中的工序(4)相同。
工序(5)接着，在第2DBR层8上形成保护膜55，对保护膜55形成图案，并在应形成电流狭窄区域11a的位置设置开口56(参照图14)。此时，对玻璃基板1的表面71添加标记，通过使用两面曝光机，以添加的标记为基准，可容易地对应形成透镜部72a和电流狭窄区域11a的位置进行定位。此外，可将透镜部72a的外形用作标记，来取代添加的标记。
之后，将形成图案的保护膜55用作掩膜，利用离子注入装置将质子(H+)打入多层构造体LS。将质子打入第1DBR层4和第1覆盖层5的界线附近，使打入有质子的区域半绝缘。由此形成电流狭窄区域11a(参照图14)。然后，再除去保护膜55。
工序(6)～(9)与第1实施方式中的工序(6)～(9)相同，在此省略其说明。利用上述工序(1)～(9)，完成图11所示的构造的半导体发光元件LE2。
如上所述，本实施方式中与第1实施方式相同，由玻璃基板1保持多层构造体LS(积层有接触层3、第1DBR层4、第1覆盖层5、活性层6、第2覆盖层7、以及第2DBR层8)的机械强度，同时可容易地使半导体发光元件LE2小型化。
而且，本实施方式中在玻璃基板1上设置有透镜部72a。由此，可改善出射光的指向性，形成平行光。
透镜部72a形成为较玻璃基板1的背面72中的最高部分72b凹陷。因此，可容易地将形成有透镜部72a的玻璃基板1粘合于多层构造体LS。另外，因为要在粘合前加工透镜部72a，所以在加工方法上所受的制限少，使透镜形状等透镜设计上的自由度提高。
此外，也可以在搭载有多层构造体LS、蚀刻停止层53和膜10的半导体基板51上粘合玻璃基板1之后，再形成透镜部72a。然而，在考虑到透镜设计的自由度时，优选将预先形成有透镜部72a的玻璃基板1粘合到半导体基板51上。
下面，参照图15～图18对本实施方式的变形例进行。该等变形例为并列设置有多个发光部11的半导体发光元件阵列LE3～LE6。该发光元件阵列LE3～LE6为所谓的背面出射型。
在发光元件阵列LE3～LE6中，如图15～图18分别所示，将多个发光部11作1维或2维的配列。在发光元件阵列LE3及LE4中，将与某发光区域11b对应的发光部11、和与邻接的另一发光区域11b对应的焊垫电极配置部31一体化，且形成一个台状构造。此外，在半导体发光元件阵列LE3～LE6中，将p侧焊垫电极33彼此相互电气连接。
在发光元件阵列LE3～LE6中，与上述第1和第2实施方式相同，由玻璃基板1保持多层构造体LS(积层有接触层3、第1DBR层4、第1覆盖层5、活性层6、第2覆盖层7、及第2DBR层8)的机械强度。另外，由于可使发光部11间的间距狭小，因此容易实现发光元件阵列LE3～LE6的小型化。
下面，参照图19来说明使用有上述半导体发光元件(或半导体发光元件阵列)的光互连系统。图19是表示光互连系统的构成的概略图。
光互连系统101是在多个模块(例如，CPU、集成电路芯片、记忆器)M1和M2间传送光信号的系统，包含有半导体发光元件LE1、驱动电路103、光波导基板105、半导体受光元件107、及放大电路109等。半导体受光元件107可使用背面入射型的受光元件。模块M1经由凸块电极与驱动电路103电气连接。驱动电路103经由凸块电极41与半导体发光元件LE1电气连接。半导体受光元件107经由凸块电极与放大电路109电气连接。放大电路109经由凸块电极与模块M2电气连接。
从模块M1输出的电气信号被送至驱动电路103，并利用半导体发光元件LE1变换成光信号。源自半导体发光元件LE1的光信号系通过光波导基板105上的光波导105a入射至半导体受光元件107。光信号利用半导体受光元件107变换为电气信号送至放大电路109，被放大。将放大后电气信号送至模块M2。由此，使从模块M1输出的电气信号传送到模块M2。
此外，也可以使用半导体发光元件LE2或半导体发光元件阵列LE3～LE6取代半导体发光元件LE1。在使用半导体发光元件阵列LE3～LE6情况下，驱动电路103、光波导基板105、半导体受光元件107以及放大电路109也配置为阵列。
本发明不受上述实施方式的限定，可在不脱离本发明要旨的范围内作多种变形。例如，接触层3、第1DBR层4(4a，4b)、第1覆盖层5(5a，5b)、活性层6(6a，6b)、第2覆盖层7(7a，7b)、以及第2DBR层8(8a，8b)等的厚度、材料等并不受上述的限定。且，多层构造体LS的构成并不受上述实施方式的限定，只要是包含积层有多个化合物半导体层即可。
另外，在本实施方式中，虽然使p侧焊垫电极33经由形成在发光部11和焊垫电极配置部31之间的开口13，并与接触层3电气连接，但是取而代之，也可形成不同于开口13的其它开口，并经由其它的开口将p侧焊垫电极33和接触层3进行电气连接。
由上述的发明可知，可利用各种方法对本发明的实施方式进行变形。而这样的变形并不能视为脱离本发明的范围，本技术领域从业人员可知，上述的所有变形均包含于本发明的权利要求范围内。
产业上可利用性本发明提供一种具有足够机械强度，且可小型化的半导体发光元件及其制造方法。
权利要求
1.一种半导体发光元件，其特征在于，具有包含积层的多个化合物半导体层，并生成光的多层构造体；其中，所述多层构造体，具有使生成的所述光出射的光出射面，并且，相对所述光呈光学透明的玻璃基板，通过由氧化硅构成的膜，固定于所述光出射面。
2.如权利要求1所述半导体发光元件，其特征在于所述多层构造体，作为所述多个化合物半导体层，包括依次积层的第1导电型的第1分布式布拉格反射器(DBR)层、第1导电型的第1覆盖层、活性层、第2导电型的第2覆盖层、和第2导电型的第2DBR层；所述多层构造体，具有，部分地含有所述第1DBR层、所述第1覆盖层、所述活性层、所述第2覆盖层，和所述第2DBR层的多层区域；以及包围所述多层区域，且被绝缘化或半绝缘化的电流狭窄区域；所述第1DBR层配置于所述第1覆盖层和所述由氧化硅构成的膜之间。
3.如权利要求2所述半导体发光元件，其特征在于所述多层构造体，还包括，位于所述由氧化硅构成的膜和所述第1DBR层之间的第1导电型的接触层。
4.如权利要求3所述半导体发光元件，其特征在于所述多层构造体，具有，包含所述多层区域的发光部；以及部分地含有所述第1DBR层、所述第1覆盖层、所述活性层、所述第2覆盖层、和所述第2DBR层的焊垫电极配置部；还具有，配置在所述发光部上，与所述多层区域电气连接的第1焊垫电极，和配置在所述焊垫电极配置部上，与所述接触层电气连接的第2焊垫电极。
5.如权利要求4所述半导体发光元件，其特征在于所述第2焊垫电极，经由形成在所述发光部与所述焊垫电极配置部之间的开口，与所述接触层电气连接。
6.如权利要求4所述半导体发光元件，其特征在于还具有分别配置在所述第1焊垫电极和所述第2焊垫电极上的凸块电极。
7.如权利要求4所述半导体发光元件，其特征在于所述多层构造体，具有并列设置的多个所述发光部。
8.如权利要求2～7中任何一项所述半导体发光元件，其特征在于还具有，设置在所述第2DBR层上，覆盖所述多层区域的光反射膜。
9.如权利要求1～8中任何一项所述半导体发光元件，其特征在于所述玻璃基板具有表面和背面；所述玻璃基板的表面与由所述由氧化硅构成的膜接触；所述玻璃基板的背面具有接收从所述多层构造体出射的光的透镜部。
10.如权利要求9所述半导体发光元件，其特征在于所述透镜部，较所述玻璃基板的背面中的最高部分凹陷。
11.一种半导体发光元件的制造方法，该制造方法是，具有包含积层的多个化合物半导体层并生成光的多层构造体的半导体发光元件的制造方法，其特征在于，包括如下工序准备具有表面和背面的半导体基板，和，具有表面和背面并且相对生成的所述光呈光学透明的玻璃基板的工序；在所述半导体基板的表面形成所述多层构造体的工序；在所述多层构造体上形成由氧化硅构成的膜的工序；将所述由氧化硅构成的膜熔接于所述玻璃基板的表面，并将所述多层构造体固定于所述玻璃板的工序；和，在将所述多层构造体固定于所述玻璃基板的状态下，除去所述半导体基板的工序。
12.如权利要求11所述半导体发光元件的制造方法，其特征在于除去所述半导体基板的所述工序，利用湿式蚀刻除去所述半导体基板。
13.如权利要求12所述半导体发光元件之制造方法，其特征在于还具有，在形成所述多层构造体的所述工序之前，形成使上述湿式蚀刻停止的蚀刻停止层，并将其配置在所述半导体基板与所述多层构造体之间的工序；在除去所述半导体基板的所述工序之后，利用湿式蚀刻除去所述蚀刻停止层的工序。
14.如权利要求11～13中任何一所述半导体发光元件的制造方法，其特征在于所述多层构造体，作为所述多个化合物半导体层，包括，第1导电型的第1分布式布拉格反射器(DBR)层、第1导电型的第1覆盖层、活性层、第2导电型的第2覆盖层、以及第2导电型的第2DBR层；形成所述多层构造体的所述工序，包含，在所述半导体基板的表面依次积层所述第2DBR层、所述第2覆盖层、所述活性层、所述第1覆盖层和所述第1DBR层。
15.如权利要求14所述半导体发光元件的制造方法，其特征在于形成所述多层构造体的所述工序，还包括，在积层所述第1DBR层之后，形成位于所述多层构造体的最上部的第1导电型的接触层。
16.如权利要求15所述半导体发光元件的制造方法，其特征在于还具有，在除去所述半导体基板的所述工序之后，在所述多层构造体中形成电流狭窄区域的工序，且该电流狭窄区域，包围部分地含有所述第1DBR层、所述第1覆盖层、所述活性层、所述第2覆盖层和所述第2DBR层的多层区域，并使其绝缘或半绝缘；形成包含所述多层区域的发光部，和部分地含有所述第1DBR层、所述第1覆盖层、所述活性层、所述第2覆盖层和所述第2DBR层的焊垫电极配置部的工序；在所述发光部之上形成第1焊垫电极，使该第1焊垫电极与所述多层区域电气连接，并在所述焊垫电极配置部之上形成第2焊垫电极，使第2焊垫电极与所述接触层电气连接的工序。
17.如权利要求16所述半导体发光元件的制造方法，其特征在于形成所述发光部和所述焊垫电极配置部的所述工序，包含，在所述发光部和所述焊垫电极配置部之间形成开口，电气连接所述第2焊垫电极与所述接触层的所述工序，包含，经由所述开口，将所述第2焊垫电极与所述接触层电气连接。
18.如权利要求16或17所述半导体发光元件的制造方法，其特征在于还具有，在所述第2DBR层上形成覆盖所述多层区域的光反射膜的工序。
19.如权利要求11所述半导体发光元件的制造方法，其特征在于所述玻璃基板的背面，具有接收从所述多层构造体出射的光的透镜部。
20.如权利要求19所述半导体发光元件的制造方法，其特征在于所述透镜部，较所述玻璃基板的背面中的最高部分凹陷。
全文摘要
一种半导体发光元件，具有多层构造体和玻璃基板。多层构造体含有积层的多个化合物半导体层，并生成光。多层构造体具有使所生成的光出射的光出射面，相对该光呈光学透明的玻璃基板，通过由氧化硅构成的膜粘合到光出射面。
文档编号H01S5/20GK1902793SQ200480040079
公开日2007年1月24日 申请日期2004年12月27日 优先权日2004年1月7日
发明者田中章雅 申请人:浜松光子学株式会社