專利名稱：光元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，光元件的結(jié)構(gòu)包括基板；柱狀部，在基板的上方形成，用于進(jìn)行光發(fā)射或入射；樹(shù)脂層，在基板上方并圍繞著柱狀部而形成；以及電極，其經(jīng)過(guò)樹(shù)脂層的上方，與柱狀部的上表面電連接。由于樹(shù)脂層軟，如果在樹(shù)脂層上的電極連接金屬線等，可能會(huì)導(dǎo)致樹(shù)脂層的變形。
為了提高連接性，有在樹(shù)脂層的下部設(shè)置由硬材料構(gòu)成的應(yīng)力緩和層的提案(參照專利文獻(xiàn)1)，然而，這也不能充分防止樹(shù)脂層的變形。如果樹(shù)脂層變形，可能導(dǎo)致電極被剝離，不能維持電連接可靠性。
專利文獻(xiàn)1日本特開(kāi)2004-31633號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提高光元件及其制造方法的可靠性。
(1)根據(jù)本發(fā)明的光元件，其包括基板；柱狀部，形成在所述基板的上方，具有光發(fā)射或入射的上表面；樹(shù)脂層，形成在所述基板的上方包含所述柱狀部的周圍的區(qū)域；增強(qiáng)層，形成在所述樹(shù)脂層的上方，由比所述樹(shù)脂層硬的材料構(gòu)成；電極，具有形成在所述增強(qiáng)層的上方的連接部，并電連接至所述柱狀部的所述上表面中的暴露區(qū)域的端部。
根據(jù)本發(fā)明，在連接部的基底上有硬材料的增強(qiáng)層，因此，與將軟的樹(shù)脂層作為基底的情況相比，可以有效防止由于連接時(shí)的應(yīng)力引起的樹(shù)脂層的變形。另外，也可以防止伴隨樹(shù)脂層的變形的電極的剝離或損壞。
并且，在本發(fā)明中，所謂在特定的A層上方設(shè)置B層，包括在A層上直接設(shè)置B層的情況和在A層上通過(guò)其他層設(shè)置B層的情況。
(2)在該光元件中，所述增強(qiáng)層可以形成在包含全部所述連接部的區(qū)域。
(3)在該光元件中，所述增強(qiáng)層形成在包含全部所述樹(shù)脂層的區(qū)域。
由此，增強(qiáng)層以壓入整個(gè)樹(shù)脂層的方式保護(hù)，從而可以有效防止由于外部應(yīng)力引起的樹(shù)脂層的變形。另外，增強(qiáng)層可以保護(hù)樹(shù)脂層。
(4)在該光元件中，所述樹(shù)脂層可以形成在所述基板上方的一部分。
(5)在該光元件中，所述增強(qiáng)層可以形成在包含全部所述樹(shù)脂層、并包含所述樹(shù)脂層的外側(cè)的區(qū)域。
由此，可以通過(guò)增強(qiáng)層保護(hù)樹(shù)脂層和其外側(cè)的區(qū)域。
(6)在該光元件中，所述增強(qiáng)層可以由無(wú)機(jī)材料構(gòu)成。
(7)在該光元件中，所述增強(qiáng)層可以由金屬構(gòu)成。
(8)在該光元件中，所述樹(shù)脂層包括第一部分和第二部分，所述第一部分設(shè)置在所述基板的上方的所述柱狀部的周圍，所述第二部分設(shè)置在所述柱狀部的所述上表面的端部。
(9)在該光元件的制造方法中，包括(a)在基板的上方，形成具有光發(fā)射或入射的上表面的柱狀部；(b)在所述基板的上方包含所述柱狀部的周圍的區(qū)域，形成樹(shù)脂層；(c)在所述樹(shù)脂層的上方，形成由比所述樹(shù)脂層硬的材料構(gòu)成的增強(qiáng)層；以及(d)在所述增強(qiáng)層的上方，形成具有連接部、并電連接至所述柱狀部的所述上表面中的暴露區(qū)域的端部的電極。
根據(jù)本發(fā)明，在連接部的基底上有硬材料的增強(qiáng)層，因此，與將軟的樹(shù)脂層作為基底的情況相比，可以有效防止由于連接時(shí)的應(yīng)力引起的樹(shù)脂層的變形。另外，也可以防止伴隨樹(shù)脂層的變形的電極的剝離或損壞。
并且，在本發(fā)明中，所謂在特定的A層上方設(shè)置B層，包括在A層上直接設(shè)置B層的情況和在A層上通過(guò)其他層設(shè)置B層的情況。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光元件的平面圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光元件的截面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光元件的制造方法的示意圖；
圖4是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光元件的制造方法的示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光元件的制造方法的示意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光元件的制造方法的示意圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光元件的制造方法的示意圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光元件的制造方法的示意圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光元件的制造方法的示意圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光元件的制造方法的示意圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光元件的制造方法的示意圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的變形例的光元件的截面圖；圖13是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的變形例的光元件的截面圖；圖14是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的光傳輸裝置的示意圖；圖15是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的光傳輸裝置的使用形式的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。
(第一實(shí)施例)1、光元件圖1是根據(jù)采用本發(fā)明的第一實(shí)施例的光元件的平面圖。圖2是根據(jù)本實(shí)施例的光元件的截面圖，是沿圖1的II-II線的截面圖。另外，圖12和圖13是根據(jù)采用本實(shí)施例的變形例的光元件的截面圖。
根據(jù)本實(shí)施例的光元件100包括基板110、柱狀部130、樹(shù)脂層140、增強(qiáng)層180、以及電極150、152。在本實(shí)施例中，以光元件100是表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器為例進(jìn)行說(shuō)明。
基板110是半導(dǎo)體基板(例如，n型GaAs(砷化鎵)基板)。柱狀部130承載于基板110上。柱狀部130例如呈圓柱形狀。雖然在圖1所示的實(shí)例中，一個(gè)基板110具有一個(gè)柱狀部130，但其也可具有多個(gè)柱狀部130。柱狀部130上表面132的中央部分構(gòu)成光(激光)發(fā)射的光學(xué)面128。光學(xué)面128從樹(shù)脂層140、增強(qiáng)層180、和電極150露出。
如圖2所示，在基板110上形成有元件部120，元件部120的一部分構(gòu)成柱狀部130。元件部120具有凸形的截面形狀?；?10和元件部120可具有相同的平面形狀(例如，為矩形)?；蛘咴?20的平面形狀也可小于基板110的平面形狀，從而基板110的一部分可從元件部120露出。在面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器的情況下，元件部120被稱作諧振器(垂直諧振器)。
例如，元件部120中順次層疊有第一鏡122，其是交替層疊n型Al0.9Ga0.1As層和n型Al0.15Ga0.85As層的40對(duì)分布式反射型多層鏡；活性層(active layer)123，其由GaAs阱層和Al0.3Ga0.7As壘層構(gòu)成，其中阱層包括由三層構(gòu)成的量子阱結(jié)構(gòu)；以及第二鏡124，其是交替層疊p型Al0.9Ga0.1As層和p型Al0.15Ga0.85As層的25對(duì)分布式反射型多層鏡。另外，構(gòu)成第一鏡122、活性層123和第二鏡124的各層的成分及層數(shù)并不局限于此。
第二鏡124通過(guò)摻雜例如C、Zn、Mg等被形成為p型，第一鏡122通過(guò)摻雜例如Si、Se等被形成為n型。因此，通過(guò)第二鏡124、未摻雜雜質(zhì)的活性層123、以及第一鏡122形成pin二極管。
此外，在構(gòu)成第二鏡124的層中的鄰近活性層123的區(qū)域中形成有由氧化鋁作為主要成分的電流狹窄層125。該電流狹窄層125形成環(huán)形。換言之，當(dāng)以平行于光學(xué)面128的平面切割時(shí)，電流狹窄層125的截面是同心圓。
柱狀部130指的是至少包括第二鏡124(例如，包括第二鏡124、活性層123以及一部分第一鏡122)的半導(dǎo)體層壓體。柱狀部130通過(guò)元件部120的其他部分形成于基板110的上方。
樹(shù)脂層140被形成為與柱狀部130接觸。在本實(shí)施例中，樹(shù)脂層140包括第一部分142，在基板110的上方圍繞柱狀部130形成；以及第二部分144，在柱狀部130上表面132的端部形成。樹(shù)脂層140可由例如聚酰亞胺樹(shù)脂、氟樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂、或環(huán)氧樹(shù)脂等形成，特別是從易于加工和絕緣特性觀點(diǎn)來(lái)看，優(yōu)選由聚酰亞胺樹(shù)脂或氟樹(shù)脂形成。
樹(shù)脂層140的第一部分142可在元件部120上形成，可完全覆蓋柱狀部130的側(cè)面134。由此，可通過(guò)樹(shù)脂層140保護(hù)柱狀部130的側(cè)面。如圖1所示，第一部分142可覆蓋基板110的一部分，也可完全覆蓋除柱狀部130區(qū)域以外的基板110。如圖2所示，第一部分142的上表面143位于低于或大致相同高度或高于柱狀部130上表面132的位置。如果樹(shù)脂層140厚，就可以降低容納在電極150和基板110(電極152)之間的寄生電容，可以提高高頻率特性。因此，可以提高光元件的可靠性。另外，在圖2所示的例中，第一部分142的厚度大致均勻?；蛘叩谝徊糠?42的厚度也可以隨著遠(yuǎn)離柱狀部130而變小。換言之，第一部分142的上表面143可逐漸地傾斜，以使其隨著遠(yuǎn)離柱狀部130而降低。
樹(shù)脂層140的第二部分144以避開(kāi)光學(xué)面128的方式形成。第二部分144與第一部分142一體(連續(xù)地)形成。樹(shù)脂層140覆蓋柱狀部130的上表面132與側(cè)面134之間的角部，并且第二部分144覆蓋柱狀部130上表面132的端部。如圖2所示，當(dāng)?shù)谝徊糠?42的上表面143與柱狀部130的上表面132大致為同一高度或比其更低時(shí)，第一部分142隨著其靠近柱狀部130而逐漸隆起。當(dāng)柱狀部130上表面132的寬度(直徑)約為35～40μm時(shí)，第二部分144可覆蓋從柱狀部130的周邊向中心延伸約3～12μm的區(qū)域。如果在上述數(shù)值范圍內(nèi)，當(dāng)用掩模對(duì)樹(shù)脂層140形成圖案時(shí)，可以限制在掩模的錯(cuò)位誤差的范圍內(nèi)，所以在制造工序中可準(zhǔn)確地形成第二部分144。
如圖1所述，第二部分144可沿著柱狀部130上表面132的周邊連續(xù)地形成。例如，第二部分144可形成為環(huán)形。在此情況下，在柱狀部130的上表面132上形成樹(shù)脂層140的開(kāi)口部146。由此，柱狀部130上表面132的整個(gè)周邊的角部也被覆蓋，從而在樹(shù)脂層140與柱狀部130之間實(shí)現(xiàn)了非常高的密合性。此外，柱狀部130的側(cè)面134被完全覆蓋，從而柱狀部130除了光學(xué)面128以外，沒(méi)有向外界空氣暴露，因此可提高該光元件的可靠性。
或者，樹(shù)脂層140的第二部分144可以在柱狀部130的上表面132的一部分周邊上形成。即，第二部分144可以沿著柱狀部130的上表面132的周邊連續(xù)形成。或者，樹(shù)脂層140可以不形成在柱狀部130的上表面132，而只形成在柱狀部130的周圍。
此外，如圖2所示，第二部分144的厚度可從柱狀部130的上表面132的周邊朝向中心的方向逐漸減小。第二部分144的上表面可形成光滑的曲面。由此，可沿著樹(shù)脂層140的第二部分144的形狀平穩(wěn)地傾斜形成后述的電極150，從而可有效地防止電極150的斷線。
增強(qiáng)層180形成在樹(shù)脂層140上，由比樹(shù)脂層140硬的材料(拉伸彈性模量大的材料)形成。例如，作為樹(shù)脂層140可以使用拉伸彈性模量為0.3Gpa～5Gpa左右的物質(zhì)，作為增強(qiáng)層180可以使用拉伸彈性模量為10Gpa～100Gpa左右的物質(zhì)。例如，增強(qiáng)層180可以由聚酰亞胺樹(shù)脂層(拉伸彈性模量為2.07Gpa左右)的硬材料。增強(qiáng)層180的厚度不受限制，例如，可以是100nm～500nm左右(優(yōu)選為300nm～500nm左右)。如果增強(qiáng)層180厚，就可以有效防止樹(shù)脂層140的變形。例如，與不形成增強(qiáng)層180的情況相比，以厚度100nm時(shí)為50％、厚度200nm時(shí)為67％、厚度300nm時(shí)為85％的比例防止電極150的剝離。并且，增強(qiáng)層180可以由絕緣材料形成，也可以由導(dǎo)電材料形成。另外，增強(qiáng)層180，例如可以比樹(shù)脂層140厚。
增強(qiáng)層180也可以由氧化物或氮化物等無(wú)機(jī)材料形成。例如，增強(qiáng)層180可以是氧化硅層(拉伸彈性模量為92Gpa左右)，也可以是氮化硅層(拉伸彈性模量為14.6Gpa左右)。當(dāng)增強(qiáng)層180由無(wú)機(jī)材料形成時(shí)，由于與電極150的密合性比樹(shù)脂層140好，因此，可以有效的防止電極150的剝離。
或者，增強(qiáng)層180也可以由金屬形成。例如，增強(qiáng)層180可以是金屬(拉伸彈性模量為79Gpa左右)。此時(shí)，增強(qiáng)層180也可以由與電極150的接觸增強(qiáng)層180的層不同的材料形成。
電極(第一電極)150具有連接(bonding)部156，連接部156的至少一部分形成在增強(qiáng)層180上。具體地，連接部156的至少一部分與樹(shù)脂層140和增強(qiáng)層180都重疊。由此，在連接部156的基底上有硬材料的增強(qiáng)層180，因此，可以有效防止由于連接時(shí)的應(yīng)力引起的樹(shù)脂層140的變形。
連接部156是與外部的電連接部。連接部156包括金屬線或凸塊(bump)等導(dǎo)電部件(未圖示)連接的區(qū)域。連接光元件100的形式可以是面朝上連接或面朝下連接。
如圖1所示，增強(qiáng)層180可以形成在包括整個(gè)樹(shù)脂層140、并包括樹(shù)脂層140的外側(cè)的區(qū)域。具體地，如圖2所示，增強(qiáng)層180覆蓋整個(gè)樹(shù)脂層140，還覆蓋從樹(shù)脂層140露出的元件部120(或基板110)。增強(qiáng)層180可以與基板110的整個(gè)平面形狀重疊。此時(shí)，增強(qiáng)層180以避開(kāi)光學(xué)面128的方式形成。由此，增強(qiáng)層180以壓入整個(gè)樹(shù)脂層140的方式保護(hù)，從而可以有效防止由于連接時(shí)的應(yīng)力等外部應(yīng)力引起的樹(shù)脂層140的變形。另外，增強(qiáng)層180起到樹(shù)脂層140和元件部120(或基板110)的保護(hù)部件的作用，因此，可以提高對(duì)于外部環(huán)境(熱、濕度或藥物)的可靠性。
在此，增強(qiáng)層的形成區(qū)域并不限于上述的情況，可以有各種變形。
作為變形例，在如圖12所示的例中，增強(qiáng)層280形成在包括整個(gè)樹(shù)脂層140區(qū)域。另外，增強(qiáng)層280只形成在樹(shù)脂層140上，而沒(méi)有形成在從樹(shù)脂層140露出的元件部120(或基板110)上。如果增強(qiáng)層280以露出一部分樹(shù)脂層140的外側(cè)的方式形成，可以在該露出區(qū)域例如形成電極152。另外，增強(qiáng)層280至少以壓入整個(gè)樹(shù)脂層140的方式保護(hù)，因此，也可以獲得上述的效果。
作為其他變形例，在如圖13所示的例中，增強(qiáng)層380形成在包括整個(gè)連接部156的區(qū)域。另外，增強(qiáng)層380只形成在連接部156(或比連接部156稍大的區(qū)域)上，而沒(méi)有形成在一部分樹(shù)脂層140上。如果增強(qiáng)層380形成在連接部156上，至少可以有效防止由連接時(shí)的應(yīng)力引起的樹(shù)脂層140的變形。
如圖2所示，電極150經(jīng)過(guò)樹(shù)脂層140的第一及第二部分142、144，并電連接至柱狀部130上表面132中的暴露區(qū)域的端部。電極150在沿著該暴露區(qū)域的周邊連續(xù)形成。例如，電極150與柱狀部130的上表面132相接觸的部分可形成環(huán)形。從而，電流可均衡地流向柱狀部130。電極150可由例如Au和Au、Zn合金的層壓膜構(gòu)成。此外，如果再添加Cr膜，可提高樹(shù)脂層140或增強(qiáng)層180之間的密合性。另一方面，在圖2所示的例中，電極(第二電極)152在基板110的背面形成。電極152由例如Au和Au、Ge合金的層壓膜構(gòu)成。由此，電流可通過(guò)電極150、152流入第一及第二鏡122、124之間的活性層123中。另外，電極150、152的材料并不限定于上述材料，還可使用諸如Ti、Ni、Au或Pt等金屬，以及這些金屬的合金。
在此，對(duì)該光元件(表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器)的驅(qū)動(dòng)方法的實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明。當(dāng)對(duì)光元件100中的電極150與152之間的pin二極管施加正向電壓時(shí)，將在活性層123中發(fā)生電子與空穴的再結(jié)合，從而由這種再結(jié)合而產(chǎn)生發(fā)光。在產(chǎn)生的光在第二鏡124與第一鏡122之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，發(fā)生受激發(fā)射，由此，光強(qiáng)被放大。當(dāng)光增益超過(guò)光損失時(shí)，發(fā)生激光振蕩，激光沿垂直于基板110的方向從柱狀部130上表面132的光學(xué)面128(發(fā)射面)射出。
根據(jù)本實(shí)施例的光元件，在連接部156的基底上有硬材料的增強(qiáng)層180，因此，與將軟的樹(shù)脂層作為樹(shù)脂層140的基底的情況相比，可以有效防止由于連接時(shí)的應(yīng)力引起的樹(shù)脂層140的變形。即，可以防止對(duì)于電極150的連接時(shí)的應(yīng)力傳達(dá)到樹(shù)脂層140。另外，也可以防止伴隨樹(shù)脂層140的變形的電極150的剝離或損壞。
另外，因?yàn)闃?shù)脂層140一直形成至柱狀部130上表面132的端部，所以可提高樹(shù)脂層140與柱狀部130之間的密合性。因此，即使當(dāng)樹(shù)脂層140由于受熱而比柱狀部130收縮得更多時(shí)，也可以防止樹(shù)脂層140從柱狀部130上脫落下來(lái)，從而可相應(yīng)地防止電極150的斷線。換言之，可緩和由樹(shù)脂層140的硬化和收縮引起的應(yīng)力，從而可防止電極150的斷線。
此外，樹(shù)脂層140的機(jī)械特征值(熱膨脹系數(shù)等)即使不采用與例如基板110和柱狀部130等相同和相近的值，也可以提高光元件的可靠性，因此具有材料選擇的自由度大的優(yōu)點(diǎn)。
另外，本發(fā)明可應(yīng)用的光元件并不局限于表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器，也可以是其他的發(fā)光元件(例如，半導(dǎo)體發(fā)光二極管和有機(jī)LED)，或者是感光元件(例如，光敏二極管)。在感光元件的情況下，柱狀部130的光學(xué)面構(gòu)成光入射面。此外，在柱狀部130的上表面132(光學(xué)面128)上還可以設(shè)置微透鏡等光學(xué)部件(未圖示)。
此外，在上述各半導(dǎo)體中，p型和n型可以相互交換。雖然在上述實(shí)例中，描述的是AlGaAs類，但也可根據(jù)要產(chǎn)生的振蕩波長(zhǎng)使用其他的半導(dǎo)體材料，諸如GaInP類、ZnSSe類、InGaN類、AlGaN類、InGaAs類、GaInNAs類、GaAsSb類等。
2、光元件制造方法圖3至圖11示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光元件的制造方法。
(1)首先，形成包括柱狀部130的元件部120(參照?qǐng)D3至圖5)。
如圖3所示，在由n型GaAs構(gòu)成的半導(dǎo)體基板110的表面上，通過(guò)邊改變組成，邊外延生長(zhǎng)來(lái)形成半導(dǎo)體多層膜158。在此，半導(dǎo)體多層膜158包括例如40對(duì)第一鏡122，其交替層疊n型Al0.9Ga0.1As層和n型Al0.15Ga0.85As層；活性層123，其由GaAs阱層和Al0.3Ga0.7As壘層構(gòu)成，其中阱層包括由三層構(gòu)成的量子阱結(jié)構(gòu)；以及25對(duì)第二鏡124，其交替層疊p型Al0.9Ga0.1As層和p型Al0.15Ga0.85As層。將這些層依次層疊在基板110上，以形成半導(dǎo)體多層膜158。
當(dāng)生長(zhǎng)第二鏡124時(shí)，鄰近活性層123的至少一層形成AlAs層或Al成分為大于等于0.95的AlGaAs層。該層隨后被氧化，并形成電流狹窄層125(參照?qǐng)D5)。此外，第二鏡124最上面的表層優(yōu)選提高載流子密度，從而可較容易地取得與電極150的奧姆接觸。
對(duì)于進(jìn)行外延生長(zhǎng)時(shí)的溫度，根據(jù)生長(zhǎng)方法、原材料、基板110的種類，或者要形成的半導(dǎo)體多層膜158的種類、厚度及載流子密度等適當(dāng)?shù)卮_定，通常優(yōu)選為450℃～800℃。此外，進(jìn)行外延生長(zhǎng)時(shí)所要求的時(shí)間也與溫度同樣需要適當(dāng)確定。此外，外延生長(zhǎng)方法可以使用金屬有機(jī)氣相外延(MOVPEMetal-Organic Vapor PhaseEpitaxy)法、MBE(Molecular Beam Epitaxy，分子束外延)法或LPE(Liquid Phase Epitaxy，液相外延)法等。
接下來(lái)，如圖3所示，在半導(dǎo)體多層膜158上涂布抗蝕劑，然后通過(guò)照相平版印刷法形成圖案，從而形成具有特定圖案的保護(hù)層R100。保護(hù)層R100在柱狀部130(參照?qǐng)D1和圖2)的預(yù)定形成區(qū)域的上方形成。接下來(lái)，如圖4所示，將該保護(hù)層R100用作掩模，通過(guò)例如干蝕刻法來(lái)蝕刻第二鏡124、活性層123及第一鏡122的一部分，從而形成柱狀部130。然后，清除保護(hù)層R100。
接下來(lái)，如圖5所示，例如，在約400℃的水蒸氣氛圍中，放入通過(guò)上述步驟形成了柱狀部130的基板110，由此從側(cè)面氧化第二鏡124中的具有較高的Al成分的層(Al成分為0.95或更高的層)，從而形成電流狹窄層125。氧化率取決于爐溫、水蒸氣供應(yīng)量、以及要氧化的層的Al成分和膜厚。當(dāng)具有上述電流狹窄層125的表面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器受到激勵(lì)時(shí)，電流只在未形成電流狹窄層125的部分(未氧化的部分)流動(dòng)。因此，在通過(guò)氧化來(lái)形成電流狹窄層125的步驟中，通過(guò)控制電流狹窄層125的形成區(qū)域，可控制電流密度。
(2)接下來(lái)，形成樹(shù)脂層140(參照?qǐng)D6至圖11)。
首先，設(shè)置樹(shù)脂層前體層160，使其覆蓋整個(gè)基板110。再設(shè)置樹(shù)脂層前體層160，使其覆蓋柱狀部130的上表面132和側(cè)面134，并覆蓋元件部120的其他部分。樹(shù)脂層前體層160可通過(guò)例如旋轉(zhuǎn)涂覆法進(jìn)行涂覆?；蛘咭部墒褂萌魏纹渌夹g(shù)，例如浸涂法、噴涂法、噴滴法(例如，噴墨法)等。樹(shù)脂層前體層160可隨著柱狀部130的突出而隆起?；蛘撸瑯?shù)脂層前體層160也可以在柱狀部130的再上方使上表面平坦地形成。
樹(shù)脂層前體層160可采用濕法蝕刻步驟(溶解清除步驟)形成圖案。濕法蝕刻步驟可以是照相平版印刷術(shù)的濕法顯影步驟。在本實(shí)施例所示的實(shí)例中，將具有感光性的樹(shù)脂層前體層160通過(guò)采用照相平版印刷術(shù)進(jìn)行曝光和顯影。
在濕法蝕刻步驟之前(更具體地，在曝光之前)，樹(shù)脂層前體層160可在例如約80～100℃下進(jìn)行預(yù)烘烤，以蒸發(fā)樹(shù)脂層前體層160中的溶劑。由此，可使?jié)穹ㄎg刻時(shí)的溶解速度均勻。此外，如下所述，當(dāng)在樹(shù)脂層前體層160上設(shè)置保護(hù)層R110、同時(shí)將其曝光和顯影時(shí)，通過(guò)預(yù)烘烤，可使樹(shù)脂層前體層160的溶解速度低于保護(hù)層R110的溶解速度。
如圖7所示，在樹(shù)脂層前體層160上設(shè)置保護(hù)層R110。保護(hù)層R110是感光性抗蝕劑。作為保護(hù)層R110，可使用光能照射部分的溶解性增加的正相型。
首先，在第一形成圖案步驟中，將樹(shù)脂層前體層160中的柱狀部130以外的部分清除掉。具體地，在包括柱狀部130的區(qū)域上方配置掩模170，并照射光能172。對(duì)保護(hù)層R110和樹(shù)脂層前體層160的露出掩模170的區(qū)域照射光能172。由此，將樹(shù)脂層R110和樹(shù)脂層前體層160一起曝光。接下來(lái)，通過(guò)將其浸入顯影溶劑中，將用光能172照射的區(qū)域一起清除。另外，當(dāng)使用光能照射的部分的溶解性下降的負(fù)相型時(shí)，只要將光能172的照射部分反轉(zhuǎn)即可。
接下來(lái)，在第二形成圖案步驟中，將樹(shù)脂層前體層160的在柱狀部130的上表面132的上方的部分清除掉。具體地，使柱狀部130上表面132的中心部形成開(kāi)口，配置掩模174，并照射光能176。以與第一形成圖案步驟中所述的相同的方式將保護(hù)層R110和樹(shù)脂層前體層160一起曝光和顯影。在第二形成圖案步驟中，使用在第一形成圖案步驟中殘留的保護(hù)層R110。通過(guò)多次進(jìn)行形成圖案步驟，可分別確保曝光和顯影的最佳時(shí)間，并且可實(shí)現(xiàn)最合適的圖案形狀。
在此方式下，如圖10所示，可將柱狀部130上表面132的中心部曝光。保護(hù)層R110和樹(shù)脂層前體層160不僅設(shè)置于柱狀部130周圍，而且設(shè)置于柱狀部130上表面132的端部。接下來(lái)，將保護(hù)層R110清除。利用抗蝕稀釋劑(例如，LB稀釋劑(商品名))等，可將保護(hù)層R110溶解、清除(濕法蝕刻)。在此情況下，通過(guò)利用保護(hù)層R110和經(jīng)過(guò)預(yù)烘烤的樹(shù)脂層前體層160的溶解速度的比不同，可將整個(gè)保護(hù)層R110清除，并可將樹(shù)脂層前體層160的表層部清除。由此，在將保護(hù)層R110清除之后，可使樹(shù)脂層前體層160的上表面形成光滑的曲面。更具體地，在柱狀部130的上表面132上，樹(shù)脂層前體層160的厚度從上表面132的周邊向中心的方向逐漸地減小，從而可有效地防止下述電極150的斷線。
接下來(lái)，將樹(shù)脂層前體層160硬化。例如，將樹(shù)脂層前體層160在約350℃下加熱，由此，可形成基本上完全硬化的樹(shù)脂層140。當(dāng)將聚酰亞胺樹(shù)脂層前體層用作樹(shù)脂層前體層160時(shí)，通過(guò)熱硬化可形成聚酰亞胺樹(shù)脂層。樹(shù)脂層140包括上述第一及第二部分142、144。
在上述實(shí)例中，將形成圖案步驟進(jìn)行了兩次，但也可用一個(gè)形成圖案步驟對(duì)保護(hù)層R110和樹(shù)脂層前體層160形成圖案。在此情況下，對(duì)保護(hù)層R110和樹(shù)脂層前體層160在柱狀部130上方的膜厚以及其在柱狀部130以外的膜厚進(jìn)行調(diào)節(jié)，只要確保曝光和顯影的最佳時(shí)間即可。
在上述實(shí)例中，對(duì)設(shè)置有保護(hù)層R110的情況進(jìn)行了描述，但是也可不設(shè)置保護(hù)層R110，也可以只對(duì)樹(shù)脂層前體層160形成圖案。在此情況下，為了將樹(shù)脂層前體層160的上表面制成光滑曲面，可再次實(shí)施濕法蝕刻等。
可選地，可由非感光材料形成樹(shù)脂層前體層160。在此情況下，可采用常規(guī)濕法蝕刻步驟形成圖案。
(3)之后形成增強(qiáng)層180(參照?qǐng)D2)增強(qiáng)層180形成在包括樹(shù)脂層140上面的區(qū)域。增強(qiáng)層180由比樹(shù)脂層140硬的材料形成。增強(qiáng)層180可以由無(wú)機(jī)材料形成，以可以由金屬形成。例如，作為增強(qiáng)層180，用濺射法或CVD法形成氧化硅層或氮化硅層。之后，為了使柱狀部130的上表面132的光學(xué)面128開(kāi)口，對(duì)增強(qiáng)層180進(jìn)行圖案形成。圖案形成可以通過(guò)照相平版印刷術(shù)以及干蝕刻進(jìn)行。由于增強(qiáng)層180由比樹(shù)脂層140硬的材料形成，蝕刻的尺寸精度高，可以準(zhǔn)確地確定光學(xué)面128的開(kāi)口區(qū)域。因此，可以進(jìn)行實(shí)現(xiàn)光元件的特性均勻的制造步驟。并且，可以通過(guò)改變圖案形成區(qū)域，形成在上述的圖12或圖13中示出的增強(qiáng)層。
(4)最后，形成電極150和152(參照?qǐng)D2)。電極150電連接至第二鏡124，并且電極152電連接至第一鏡122。
在柱狀部130的上表面132和增強(qiáng)層180上形成電極150。更具體地，電極150經(jīng)過(guò)樹(shù)脂層140的第一及第二部分142、144上，并電連接至柱狀部130上表面132的暴露區(qū)域的端部。此外，在基板110的背面(與元件部120相反的面)上形成電極152。如有必要，可使用等離子體處理等清洗柱狀部130的上表面、樹(shù)脂層140的上表面以及基板110的背面。由此，可形成特性更穩(wěn)定的元件。
接下來(lái)，例如，通過(guò)真空淀積法(vapor deposition)形成例如Au和Au、Zn合金的層壓膜。然后，通過(guò)利用掀起法(lift-off method)將一部分層壓膜清除，由此可在柱狀部130的上表面132及增強(qiáng)層180上形成電極150的圖案。此時(shí)，柱狀部130上表面132的中心部從層壓膜開(kāi)口，并且該開(kāi)口部154的底面構(gòu)成光學(xué)面128。另外，除了掀起法，還可用干法蝕刻法形成電極150的圖案。
同樣，通過(guò)對(duì)例如Au和Au與Ge的合金的層壓膜形成圖案，從而在基板110的背面形成電極152。接下來(lái)，可進(jìn)行退火處理。以此方式，可形成電極150、152。
根據(jù)本實(shí)施例的光元件的制造方法，在連接部156的基底上有硬材料的增強(qiáng)層180，因此，與將軟的樹(shù)脂層作為樹(shù)脂層140的基底的情況相比，可以有效防止由于連接時(shí)的應(yīng)力引起的樹(shù)脂層140的變形。另外，也可以防止伴隨樹(shù)脂層140的變形的電極150的剝離或損壞。
另外，將樹(shù)脂層140一直延伸至柱狀部130上表面132的端部，從而可提高樹(shù)脂層140與柱狀部130之間的密合性。因此，即使當(dāng)樹(shù)脂層140由于受熱而比柱狀部130收縮得更大時(shí)，也可防止樹(shù)脂層140從柱狀部130脫離，還可相應(yīng)地防止電極150的斷線。換言之，可緩和由樹(shù)脂層140的硬化和收縮引起的應(yīng)力，從而可防止電極150的斷線。
另外，根據(jù)本實(shí)施例的光元件制造方法包括可從上述半導(dǎo)體裝置的說(shuō)明中導(dǎo)出的內(nèi)容。
(第二實(shí)施例)圖14是表示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的光傳輸裝置的示意圖。光傳輸裝置200與例如計(jì)算機(jī)、顯示裝置、存儲(chǔ)裝置、打印機(jī)等的電子裝置202相互連接。電子裝置202可以是信息通信裝置。光傳輸裝置200可在線纜204兩側(cè)設(shè)置插頭206。線纜204包括光纖。在插頭206中內(nèi)置有上述光元件。在插頭206中還可內(nèi)置有半導(dǎo)體芯片。
連接于光纖一端的光元件是發(fā)光元件，連接于光纖另一端的光元件是感光元件。從一個(gè)電子裝置202中輸出的電信號(hào)通過(guò)發(fā)光元件轉(zhuǎn)換成光信號(hào)。光信號(hào)在光纖上傳輸，被輸入至感光元件。感光元件將輸入的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。并且，電信號(hào)被輸入至另一個(gè)電子裝置202。由此，根據(jù)本發(fā)明的光傳輸裝置200，可通過(guò)光信號(hào)在電子裝置202之間進(jìn)行信息傳輸。
(第三實(shí)施例)圖15是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的光傳輸裝置的使用形式的示意圖。光傳輸裝置212與電子裝置210相連接。關(guān)于電子裝置210，可以列舉如下液晶顯示監(jiān)視器、或數(shù)字對(duì)應(yīng)的CRT(其可用于金融、郵購(gòu)、醫(yī)療、以及教育領(lǐng)域)、液晶投影裝置、等離子顯示器(PDP)、數(shù)字TV、零售店的收款機(jī)(用于POS(電子收款機(jī)Pointof Sale Scanning))、錄像機(jī)、收音機(jī)、游戲裝置、打印機(jī)等等。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
符號(hào)說(shuō)明100光元件110基板120元件部130柱狀部132上表面140樹(shù)脂層142第一部分144第二部分150、152電極156連接部160樹(shù)脂層前體層180、280、380增強(qiáng)層
權(quán)利要求
1.一種光元件，包括基板；柱狀部，形成在所述基板的上方，具有光發(fā)射或入射的上表面；樹(shù)脂層，形成在所述基板的上方包含所述柱狀部的周圍的區(qū)域；增強(qiáng)層，形成在所述樹(shù)脂層的上方，由比所述樹(shù)脂層硬的材料構(gòu)成；以及電極，具有形成在所述增強(qiáng)層的上方的連接部，并電連接至所述柱狀部的所述上表面中的暴露區(qū)域的端部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光元件，其中，所述增強(qiáng)層形成在包含全部所述連接部的區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光元件，其中，所述增強(qiáng)層形成在包含全部所述樹(shù)脂層的區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的光元件，其中，所述樹(shù)脂層形成在所述基板上方的一部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光元件，其中，所述增強(qiáng)層形成在包含全部所述樹(shù)脂層、并包含所述樹(shù)脂層的外側(cè)的區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的光元件，其中，所述增強(qiáng)層由無(wú)機(jī)材料構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的光元件，其中，所述增強(qiáng)層由金屬構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的光元件，其中，所述樹(shù)脂層包括第一部分和第二部分，所述第一部分設(shè)置在所述基板的上方的所述柱狀部的周圍，所述第二部分設(shè)置在所述柱狀部的所述上表面的端部。
9.一種光元件的制造方法，包括(a)在基板的上方，形成具有光發(fā)射或入射的上表面的柱狀部；(b)在所述基板的上方包含所述柱狀部的周圍的區(qū)域，形成樹(shù)脂層；(c)在所述樹(shù)脂層的上方，形成由比所述樹(shù)脂層硬的材料構(gòu)成的增強(qiáng)層；以及(d)在所述增強(qiáng)層的上方，形成具有連接部、并電連接至所述柱狀部的所述上表面中的暴露區(qū)域的端部的電極。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種可提高可靠性的光元件及其制造方法。該光元件(100)包括基板(110)；柱狀部(130)，在基板(110)上方形成，并具有用于光發(fā)射和入射的上表面(132)；樹(shù)脂層(140)，形成在基板(110)的上方包含柱狀部(130)的周圍的區(qū)域；增強(qiáng)層(180)，形成在樹(shù)脂層(140)的上方，由比樹(shù)脂層(140)硬的材料構(gòu)成；電極(150)，具有形成在增強(qiáng)層(180)的上方的連接部(156)，并電連接至柱狀部(130)的上表面(132)中的暴露區(qū)域的端部。
文檔編號(hào)H01S5/02GK1719674SQ200510080778
公開(kāi)日2006年1月11日 申請(qǐng)日期2005年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月6日
發(fā)明者名川倫郁, 金子剛 申請(qǐng)人:精工愛(ài)普生株式會(huì)社