專利名稱：半導(dǎo)體光學(xué)元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體光學(xué)元件。
背景技術(shù)：
隨著對(duì)寬帶多媒體通信服務(wù)的需求劇增，希望發(fā)展容量大、功能 先進(jìn)的光纖通信系統(tǒng)。用于這種大型系統(tǒng)的光學(xué)通信模塊的數(shù)量隨著 系統(tǒng)的擴(kuò)大而穩(wěn)步增加，使得安裝的成本和負(fù)載以及光學(xué)通信模塊的 大小相對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)變得不可忽視。因此，縮小光學(xué)通信模塊本身的 大小、功能集成化、降低成本被認(rèn)為是最關(guān)鍵的問(wèn)題。
特別地，混合光學(xué)集成模塊通過(guò)倒裝芯片接合方式將半導(dǎo)體光學(xué) 元件安裝在預(yù)先形成有光學(xué)波導(dǎo)電路的臺(tái)面上，典型地在生產(chǎn)率方面， 這種混合光學(xué)集成模塊非常有望成為最接近實(shí)用的光學(xué)集成技術(shù)。
在將半導(dǎo)體光學(xué)元件與外部電路連接的工藝中，倒裝芯片接合可 取消導(dǎo)線接合步驟?；趯?dǎo)線接合的方法的問(wèn)題在于，接合部分可能 造成動(dòng)態(tài)特性的退化或變異，此外由于導(dǎo)線中出現(xiàn)的電感，高頻信號(hào) 更容易受影響。因此，倒裝芯片接合是安裝在高頻下運(yùn)行的半導(dǎo)體元 件的特別有效的方法。
在此，半導(dǎo)體光學(xué)元件可示例為圖15所示的半導(dǎo)體光學(xué)元件 800(參見(jiàn)專利文獻(xiàn)1)。半導(dǎo)體光學(xué)元件800包括襯底801和堆疊在上面的 緩沖層802、光吸收層803以及覆蓋層804。半導(dǎo)體光學(xué)元件800具有臺(tái) 面形光接收部分805和臺(tái)面形焊盤(pán)電極形成部分806。臺(tái)面形光接收部 分805在其光接收區(qū)域形成有p側(cè)接觸電極805A，在除了光接收部分805 的光接收區(qū)域之外的區(qū)域形成有n側(cè)接觸電極805B。焊盤(pán)電極形成部分
806中形成有p側(cè)電極806A。
p側(cè)接觸電極805A和p側(cè)電極806A通過(guò)互連805Al相連接。在n側(cè)接 觸電極805B上形成有n側(cè)電極805B1 。
在半導(dǎo)體光學(xué)元件800中，n側(cè)電極805Bl，以及與p側(cè)電極806A連 接的互連805A1形成在同一個(gè)臺(tái)面形光接收部分805上，其中互連805A1 形成為環(huán)形，n側(cè)電極805Bl具有與環(huán)形互連805Al—致的弧形部分。
當(dāng)通過(guò)倒裝芯片接合方式安裝半導(dǎo)體光學(xué)元件800時(shí)，涂覆在n側(cè) 電極805Bl上的焊料會(huì)流過(guò)與p側(cè)電極806A連接的互連805Al，從而使n 側(cè)電極805B1與p側(cè)電極806A短路。
因此，通常認(rèn)為這樣構(gòu)造的半導(dǎo)體光學(xué)元件800不適于倒裝芯片接
替代性地，提出了圖16所示構(gòu)造的半導(dǎo)體光學(xué)元件900(例如參見(jiàn) 專利文獻(xiàn)2)。
半導(dǎo)體光學(xué)元件900包括半導(dǎo)體襯底904、低濃度p型層905、高濃 度p型層906、光吸收層907、低濃度n型層卯8、 n型覆蓋層909以及n型 接觸層910。
半導(dǎo)體光學(xué)元件900具有p側(cè)電極形成臺(tái)面901、光接收臺(tái)面902以 及n側(cè)電極形成臺(tái)面903，其中臺(tái)面901的頂部形成有p側(cè)電極901A，光 接收臺(tái)面902具有光吸收層907，并且光接收臺(tái)面902的頂部形成有n側(cè) 電極902A， n側(cè)電極形成臺(tái)面903的頂部形成有n側(cè)電極903A。 n側(cè)電極 卯3A與n側(cè)電極902A連接。
在半導(dǎo)體光學(xué)元件900中，各個(gè)臺(tái)面901至903是獨(dú)立形成，從而使
得當(dāng)通過(guò)倒裝芯片接合方式安裝元件時(shí)，p側(cè)電極901A和n側(cè)電極903A 不太可能造成短路。
日本特開(kāi)No. 2001-298211
日本特開(kāi)No. 2003-33228
發(fā)明內(nèi)容
但是鑒于下列各點(diǎn)，專利文獻(xiàn)2所述的現(xiàn)有技術(shù)仍有改善空間。
相比于專利文獻(xiàn)l所述的傳統(tǒng)技術(shù)，獨(dú)立形成p側(cè)電極形成臺(tái)面 901、 n側(cè)電極形成臺(tái)面903和光接收臺(tái)面902更可能向每個(gè)臺(tái)面施加更
大的負(fù)載。
特別地，光接收臺(tái)面卯2中形成有光吸收層907，作為n側(cè)電極902A 下面的有源區(qū)，因此施加給有源區(qū)的壓力對(duì)半導(dǎo)體光學(xué)元件900的性能 會(huì)產(chǎn)生不利影響。
例如，光接收臺(tái)面902可被施以集中的力，因此半導(dǎo)體光學(xué)元件900 的性能會(huì)受到不利影響，典型地，當(dāng)相對(duì)于半導(dǎo)體光學(xué)元件900的半導(dǎo) 體襯底904，安裝襯底設(shè)置為從圖16中的一側(cè)向另一側(cè)傾斜時(shí)，或者當(dāng) p側(cè)電極901A的厚度變化時(shí)，由此p側(cè)電極形成臺(tái)面901的高度變得低于 光接收臺(tái)面卯2的高度，因此安裝襯底被設(shè)置為向p側(cè)電極形成臺(tái)面901 傾斜。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了上述專利文獻(xiàn)2沒(méi)有認(rèn)識(shí)到的、由于施加給有源區(qū) 的負(fù)載而導(dǎo)致的半導(dǎo)體光學(xué)元件性能下降的問(wèn)題，并提出了如下構(gòu)造
的半導(dǎo)體光學(xué)元件，目的是解決上述問(wèn)題。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種半導(dǎo)體光學(xué)元件，包括半導(dǎo)體襯底；第 一臺(tái)面，設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底之上，具有有源區(qū)和設(shè)置在所述有源 區(qū)上的第一電極；第二臺(tái)面，設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底之上，具有半導(dǎo) 體層和設(shè)置在所述半導(dǎo)體層之上的第二電極；以及第三臺(tái)面，設(shè)置在 所述半導(dǎo)體襯底之上，具有半導(dǎo)體層，其中，所述第三臺(tái)面布置為包 圍所述第一臺(tái)面。
這里，"所述第三臺(tái)面布置為包圍所述第一臺(tái)面"意思是第三臺(tái) 面可為無(wú)縫環(huán)形，或者在環(huán)的一部分有裂縫?；蛘撸谌_(tái)面可具有 多個(gè)臺(tái)面組件，這些臺(tái)面組件可布置為包圍第一臺(tái)面。
在平面圖中，只要第一臺(tái)面的中心落入第三臺(tái)面包圍的區(qū)域中就 可以。
第三臺(tái)面的高度方向的尺寸沒(méi)有特別限制，可與第一臺(tái)面的高度 方向的尺寸相同，也可與第一臺(tái)面的高度方向的尺寸不同。
根據(jù)上述的本發(fā)明，第三臺(tái)面布置為包圍第一臺(tái)面，因?yàn)榈谌_(tái) 面將與安裝襯底接觸，所以可緩和第一臺(tái)面上的壓力的集中，即使安 裝了半導(dǎo)體光學(xué)元件的安裝襯底應(yīng)布置為在不同方向傾斜。
結(jié)果，可防止半導(dǎo)體光學(xué)元件的性能下降。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種能夠防止性能下降的半導(dǎo)體光學(xué)元件。


通過(guò)下面對(duì)一些優(yōu)選實(shí)施例和附圖的描述，本發(fā)明的上述和其它
目的、特點(diǎn)以及優(yōu)點(diǎn)將更加明顯。
圖l是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光接收元件的平面圖; 圖2是沿著圖1中方向II-II的剖視圖； 圖3是沿著圖1中方向III-III的剖視圖； 圖4是示出安裝襯底的平面圖5是示出根據(jù)第二實(shí)施例的光接收元件的平面圖6是沿著圖5中方向VI-VI的剖視圖7是示出安裝襯底的平面圖8是示出根據(jù)第三實(shí)施例的光發(fā)射元件的平面圖9是沿著圖8中方向IX-IX的示意圖10是沿著圖8中方向X-X的剖視圖ll是示出根據(jù)本發(fā)明修改實(shí)例的平面圖12是示出根據(jù)本發(fā)明修改實(shí)例的平面圖13是示出根據(jù)本發(fā)明修改實(shí)例的平面圖14是示出根據(jù)本發(fā)明修改實(shí)例的剖視圖15是示出傳統(tǒng)光發(fā)射元件的示意圖；以及
圖16是示出傳統(tǒng)光發(fā)射元件的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照

本發(fā)明的實(shí)施例。在所有附圖中，任何相似的 組成部分都采用相同的附圖標(biāo)記，并且為了方便起見(jiàn)，不做重復(fù)說(shuō)明。
(第一實(shí)施例)
圖1至圖3中示出半導(dǎo)體光學(xué)元件。本實(shí)施例中，半導(dǎo)體光學(xué)元件 是半導(dǎo)體光接收元件l。圖l是光接收元件l的平面圖，圖2是沿著圖1中 方向II-II的剖視圖。圖3是沿著圖1中方向III-III的剖視圖。
首先說(shuō)明光接收元件1的外形。
光接收元件1包括半導(dǎo)體襯底101;第一臺(tái)面11，設(shè)置在半導(dǎo) 體襯底101上，具有有源區(qū)和設(shè)置在有源區(qū)上的第一電極(p側(cè)電極 111);多個(gè)第二臺(tái)面12，設(shè)置在半導(dǎo)體襯底101上，分別具有半導(dǎo)體 層和設(shè)置在半導(dǎo)體層上的第二電極(n側(cè)電極121);以及第三臺(tái)面13， 設(shè)置在半導(dǎo)體襯底101上，具有半導(dǎo)體層，其中，第三臺(tái)面13布置為
包圍第一臺(tái)面。
下面說(shuō)明光接收元件1的細(xì)節(jié)。
光接收元件1具有半導(dǎo)體襯底101和堆疊在半導(dǎo)體襯底101上的
半導(dǎo)體層。
典型地，半導(dǎo)體襯底101是InP襯底。在半導(dǎo)體襯底101的后表 面設(shè)置有抗反射層109。
如圖2所示，通過(guò)在半導(dǎo)體襯底101上依次堆疊緩沖層102、倍增 器層103、電場(chǎng)緩和層104、光吸收層(有源層)105、覆蓋層106以及接 觸層107獲得半導(dǎo)體層。
典型地，緩沖層102是n+型InP緩沖層。
倍增器層103 —旦被施加強(qiáng)電場(chǎng)則會(huì)引起雪崩倍增現(xiàn)象，從而產(chǎn) 生大量載流子。典型地，倍增器層103是未摻雜InAlAs層。
電場(chǎng)緩和層104是為了緩和施加給倍增器層103的強(qiáng)電場(chǎng)與施加 給光吸收層105的較弱電場(chǎng)之間的差異而設(shè)置的層。
通過(guò)設(shè)置該層，能夠以穩(wěn)定的方式向倍增器層103施加強(qiáng)電場(chǎng)。 電場(chǎng)緩和層104可示例為p型InP層、InAlAs層等等。
光吸收層105是用于將入射光轉(zhuǎn)換為電流的層，具有帶隙，能夠 吸收要接收的光。光吸收層105對(duì)應(yīng)于I層，典型地是未摻雜InGaAs 層。
典型地，覆蓋層106是p+型InP層或InAlAs層，而接觸層107是 p+型InGaAs層。
在這樣構(gòu)造的光接收元件1的半導(dǎo)體襯底101上，形成具有層102 至107的多個(gè)臺(tái)面(第一臺(tái)面11、第二臺(tái)面12、第三臺(tái)面13)。各個(gè)臺(tái) 面11至13通過(guò)堆疊各個(gè)層102至107然后進(jìn)行蝕刻形成，如下詳述。
第一臺(tái)面ll、第二臺(tái)面12、第三臺(tái)面13獨(dú)立設(shè)置，相互分隔。
如圖1和圖3所示，第一臺(tái)面11形成為近似圓柱形。第一臺(tái)面11 具有各個(gè)層102至107和設(shè)置在接觸層107上的p側(cè)電極111。第一臺(tái) 面11中的光吸收層105是有源區(qū)。
第一臺(tái)面11的寬度方向的尺寸(從與第一臺(tái)面11的凸出方向垂直 的方向觀察的寬度方向的尺寸，在此是第一臺(tái)面11的直徑)例如為 20戶至30 //m 。
典型地，p側(cè)電極111是含Au的堆疊電極。
如圖1和圖2所示，設(shè)置多個(gè)(本實(shí)施例中為兩個(gè))第二臺(tái)面12， 分別為矩形棱柱形狀。
各個(gè)第二臺(tái)面12形成在距第一臺(tái)面11預(yù)定距離的位置。 以相對(duì)的方式布置兩個(gè)這樣的第二臺(tái)面12。
在每個(gè)第二臺(tái)面12的接觸層107上，以及在各個(gè)第二臺(tái)面12之 間的緩沖層102上，形成n側(cè)電極121。 n側(cè)電極121由梯級(jí)一致(step conforming)的互連構(gòu)成。n側(cè)電極121也是含Au的堆疊電極。
第二臺(tái)面12頂部的面積大于第一臺(tái)面11頂部的面積。
第二臺(tái)面12和第一臺(tái)面11通過(guò)緩沖層102相連接，緩沖層102
是導(dǎo)電層。
如圖1和圖3所示，第三臺(tái)面13形成為環(huán)形，以包圍第一臺(tái)面11。
第三臺(tái)面13以無(wú)縫和連續(xù)的方式完全包圍第一臺(tái)面11的外周。 第三臺(tái)面13的一部分介于第一臺(tái)面11與第二臺(tái)面12之間。
第三臺(tái)面13與第一臺(tái)面11之間的距離Wl優(yōu)選地調(diào)節(jié)為20//m至 30一m。本實(shí)施例中的第三臺(tái)面13形成為環(huán)形，但是其形狀不限于此。 例如，第三臺(tái)面13可形成為方框形。
第三臺(tái)面13的頂部和側(cè)壁、臺(tái)面11至13外周緩沖層102的表面 以及第二臺(tái)面12的側(cè)壁上形成有保護(hù)膜108。保護(hù)膜108是絕緣膜， 典型地是氮化硅膜。
第一臺(tái)面11、第二臺(tái)面12的高度方向的尺寸基本上相等。第三臺(tái) 面13的高度方向的尺寸H2略低于第一臺(tái)面11的高度方向的尺寸H1， 因?yàn)榈谌_(tái)面13的頂部沒(méi)有電極。
在這樣構(gòu)造的光接收元件1中，光從半導(dǎo)體襯底101的后表面?zhèn)?導(dǎo)入，入射光被光吸收層105吸收，在那里產(chǎn)生電子-空穴對(duì)作為載流子。
空穴移動(dòng)通過(guò)覆蓋層106和接觸層107抵達(dá)p側(cè)電極lll，而電子 移動(dòng)通過(guò)緩沖層102抵達(dá)n側(cè)電極121。
在此，光接收元件1可安裝在圖4所示的安裝襯底2上。
安裝襯底2由絕緣材料構(gòu)成，在其表面上形成有與光接收元件1 的n側(cè)電極121、 p側(cè)電極111對(duì)應(yīng)的電極21、 22。對(duì)應(yīng)于n側(cè)電極 121的電極21在平面圖中為近似C形，對(duì)應(yīng)于p側(cè)電極111的電極22 以延伸的方式放置。
將焊料等涂覆在安裝襯底2的每個(gè)這樣構(gòu)造的電極21、 22上，將 光接收元件1以朝下的方式設(shè)置，使各個(gè)臺(tái)面11至13的頂部朝向安 裝襯底2，從而使光接收元件1的n側(cè)電極121、 p側(cè)電極111分別與 電極21、 22相對(duì)?？梢砸赃@種方式將光接收元件1安裝在安裝襯底2 上。
下面說(shuō)明制造光接收元件1的方法。
首先，通過(guò)使用氣體源的MBE(分子束外延生長(zhǎng))工藝在半導(dǎo)體襯 底101上依次堆疊緩沖層102、倍增器層103、電場(chǎng)緩和層104、光吸 收層105、覆蓋層106以及接觸層107。
接著，通過(guò)蝕刻選擇性地去除各個(gè)層102至107，從而形成第一臺(tái) 面11、第二臺(tái)面12、第三臺(tái)面13。連續(xù)進(jìn)行蝕刻直到蝕刻掉一部分緩 沖層102。
完成蝕刻后，第一臺(tái)面11、第二臺(tái)面12、第三臺(tái)面13的高度方 向的尺寸基本上相等。
接著，在光接收元件1的表面上形成保護(hù)膜108。形成保護(hù)膜108
是為了覆蓋各個(gè)臺(tái)面11至13的側(cè)壁和頂部、以及各個(gè)臺(tái)面11至13 周?chē)┞兜木彌_層102。
之后，通過(guò)在形成于第一臺(tái)面11頂部的一部分保護(hù)膜108中、在 形成于一對(duì)第二臺(tái)面12頂部的部分保護(hù)膜108中、以及在形成于該一 對(duì)第二臺(tái)面12之間的緩沖層上的部分保護(hù)膜108中進(jìn)行刻蝕，將保護(hù) 膜108選擇性地去除。在此使用的蝕刻液例如是氫氟酸。
接著，在將保護(hù)膜108去除的部分分別形成p側(cè)電極111和n側(cè) 電極121。具體而言，在第一臺(tái)面11頂部形成p側(cè)電極111，在第二 臺(tái)面12頂部以及一對(duì)第二臺(tái)面12之間的緩沖層102上形成n側(cè)電極 121。 n側(cè)電極121由梯級(jí)一致的互連構(gòu)成。
最后，將半導(dǎo)體襯底101后表面拋光至鏡面等級(jí)，在后表面上形 成抗反射層109。
通過(guò)這種方式可完成光接收元件1。
下面說(shuō)明本實(shí)施例的效果。
本實(shí)施例中，形成為環(huán)形的第三臺(tái)面13完全包圍第一臺(tái)面11。
通常因?yàn)榘惭b襯底2上的電極21、 22不能?chē)?yán)格按照設(shè)計(jì)而形成， 進(jìn)而使得電極21、 22的高度不同或者它們?cè)谄浔砻鎯A斜，或者因?yàn)閚 側(cè)電極121的厚度超出設(shè)計(jì)值，從而使得安裝襯底2應(yīng)設(shè)置為相對(duì)于 光接收元件1的半導(dǎo)體襯底101以不同方向傾斜，但是即使如此，通 過(guò)本構(gòu)造，第三臺(tái)面13將與安裝襯底2接觸，從而可以防止第一臺(tái)面 ll被以集中的方式施力。
本實(shí)施例中，第三臺(tái)面13形成為無(wú)縫環(huán)形，使得第三臺(tái)面13將
與安裝襯底2接觸，從而可靠地防止第一臺(tái)面11被以集中的方式施力， 即使安裝襯底2被設(shè)置為相對(duì)于光接收元件1的半導(dǎo)體襯底101以不 同方向傾斜。
通過(guò)這種構(gòu)造，可防止光接收元件1性能的下降。
本實(shí)施例中，可推測(cè)第一臺(tái)面11比第二臺(tái)面12抗壓力更弱，因
為第一臺(tái)面11的頂部面積小于第二臺(tái)面12的頂部面積。
本實(shí)施例將第三臺(tái)面13設(shè)置為包圍第一臺(tái)面ll，可防止光接收元 件1性能的下降，與將第三臺(tái)面13設(shè)置為包圍第二臺(tái)面12的情形相 比更可靠。
因?yàn)榈谌_(tái)面13形成為環(huán)形，包圍第一臺(tái)面11，所以當(dāng)光接收元 件1安裝在安裝襯底2上時(shí)，第三臺(tái)面13可防止水侵入第一臺(tái)面11 周?chē)膮^(qū)域。
第一臺(tái)面11的側(cè)壁被保護(hù)膜108覆蓋，由此抑制水侵入第一臺(tái)面 11，即使在保護(hù)膜108與第一臺(tái)面的側(cè)壁之間的粘合不太好的情形下。
通過(guò)這種構(gòu)造，可保證光接收元件1的長(zhǎng)期可靠性。
在安裝襯底2與第三臺(tái)面13之間可形成間隙，因?yàn)榈谌_(tái)面13 的高度方向的尺寸略低于第一臺(tái)面11的高度方向的尺寸，但是相比于 第一臺(tái)面沒(méi)有被第三臺(tái)面包圍的半導(dǎo)體光學(xué)元件，能夠更可靠地防止 水侵入第一臺(tái)面11外周。
本實(shí)施例中，第三臺(tái)面13的一部分介于第一臺(tái)面11與第二臺(tái)面 12之間。通過(guò)這種構(gòu)造，可延長(zhǎng)第一臺(tái)面11頂部的p側(cè)電極111與第 二臺(tái)面12頂部的n側(cè)電極121之間的漏電路徑，從而防止產(chǎn)生漏電流。漏電流的產(chǎn)生可嚴(yán)重影響光接收元件1的性能，因?yàn)閺娜肷涔饪?得到的電流很弱。通過(guò)本實(shí)施例實(shí)現(xiàn)防止漏電流，可提供性能更先進(jìn) 的光接收元件1。
本實(shí)施例中，第一臺(tái)面11在頂部形成有p側(cè)電極111，其中p側(cè) 電極111的面積小，因此可降低由p側(cè)電極111與n側(cè)電極121構(gòu)成 的電容器的電容。通過(guò)這種構(gòu)造，可使得光接收元件1響應(yīng)出色。
當(dāng)制造出光接收元件1后，在單個(gè)半導(dǎo)體襯底101上形成多個(gè)第 一臺(tái)面ll、第二臺(tái)面12、第三臺(tái)面13，從而以集成的方式形成多個(gè)光
接收元件l，然后將半導(dǎo)體襯底101切割，分離各個(gè)光接收元件l。在 此工藝中，正如保護(hù)膜108從通過(guò)分離光接收元件1所生成的表面產(chǎn)
生，也可以將其剝落，而本實(shí)施例中，可防止覆蓋第一臺(tái)面11側(cè)壁的
保護(hù)膜108剝落，因?yàn)榈谝慌_(tái)面11被第三臺(tái)面13包圍。 (第二實(shí)施例)
下面參照?qǐng)D5至圖7說(shuō)明第二實(shí)施例。
圖5是光接收元件3的平面圖，圖6是沿著圖5中方向VI-VI的剖視 圖。圖7是示出安裝襯底4的平面圖，光接收元件3安裝在安裝襯底4上。
如圖5和圖6所示，本實(shí)施例的光接收元件3與第一實(shí)施例的光 接收元件l的區(qū)別在于，第三臺(tái)面33頂部形成有引出電極331，并且 設(shè)置有互連34，以將第一臺(tái)面11上的p側(cè)電極111與第三臺(tái)面33頂 部的引出電極331相連接。
其它方面與第一實(shí)施例相同。 下面詳細(xì)說(shuō)明光接收元件3。
光接收元件3的第一臺(tái)面11和第二臺(tái)面12與上述實(shí)施例相似。
光接收元件3還具有第三臺(tái)面33。
第三臺(tái)面33構(gòu)造為幾乎與上述實(shí)施例的第三臺(tái)面13相似，與第 三臺(tái)面13的區(qū)別在于，其頂部形成有引出電極331(在保護(hù)膜108上)。
在此，第三臺(tái)面33的引出電極331形成在保護(hù)膜108上，因此第 三臺(tái)面33的高度方向的尺寸H3大于第一臺(tái)面11的高度方向的尺寸 Hl。
第三臺(tái)面33頂部的引出電極331與第一臺(tái)面11頂部的p側(cè)電極 111通過(guò)互連34相連接。互連34設(shè)置在覆蓋第一臺(tái)面11側(cè)壁的保護(hù) 膜108上、設(shè)置在第一臺(tái)面11與第三臺(tái)面33之間的緩沖層102上的 保護(hù)膜108上、以及設(shè)置在覆蓋第三臺(tái)面33側(cè)壁的保護(hù)膜108上。
上述光接收元件3可安裝在圖7所示的安裝襯底4上。
安裝襯底4由絕緣材料構(gòu)成，在表面上形成有電極21、 42，分別 對(duì)應(yīng)于光接收元件3的n側(cè)電極121和引出電極331 。
對(duì)應(yīng)于n側(cè)電極121的電極21在平面圖中形成為近似C形，與上 述實(shí)施例中安裝襯底2中相似。
另一方面，對(duì)應(yīng)于引出電極331的電極42中形成有孔421，因此 在對(duì)應(yīng)于p側(cè)電極111的位置沒(méi)有在其內(nèi)形成電極42，使得允許絕緣 材料在該位置暴露。
在對(duì)應(yīng)于絕緣材料的孔421的位置可形成凹部。
當(dāng)將光接收元件3安裝在這樣構(gòu)造的襯底4上時(shí)，將焊料等涂覆
在安裝襯底4上的電極21、 42上。光接收元件3的臺(tái)面11、 12、 33 的頂部朝向安裝襯底4，電極21與n側(cè)電極121接合，電極42與引出 電極331接合。在此，p側(cè)電極111與電極42不接觸。
通過(guò)這種方式將光接收元件3安裝在襯底4上。
下面說(shuō)明制造光接收元件3的方法。
首先，與上述實(shí)施例相似，在半導(dǎo)體襯底101上堆疊緩沖層102、 倍增器層103、電場(chǎng)緩和層104、光吸收層105、覆蓋層106以及接觸 層107，從而形成第一臺(tái)面ll、第二臺(tái)面12、第三臺(tái)面33。
之后，堆疊保護(hù)膜108。
然后，與上述實(shí)施例相似，選擇性地蝕刻保護(hù)膜108，之后，形成 p側(cè)電極111和n側(cè)電極121。
形成p側(cè)電極111后，在第三臺(tái)面33的接觸層107上形成引出電 極331。具體而言，從p側(cè)電極111抽出互連34，然后形成引出電極 331。
根據(jù)本實(shí)施例，不僅能夠獲得與前述實(shí)施例相似的效果，還能夠 獲得以下效果。
本實(shí)施例中，在第三臺(tái)面33頂部形成引出電極331，因此第三臺(tái) 面33的高度方向的尺寸大于第一臺(tái)面11的高度方向的尺寸。
安裝襯底4的電極42與引出電極331接合，但是p側(cè)電極111不 與形成在安裝襯底4上的電極42直接接合。因此，在將光接收元件3
安裝在安裝襯底4上的工藝中，能夠以可靠的方式減少施加給第一臺(tái) 面11的負(fù)載。
此外，如果在安裝襯底4的絕緣材料中形成凹部，則能夠以可靠 的方式防止第一臺(tái)面11與安裝襯底4直接接觸，從而能夠以可靠的方 式減少可能施加給第一臺(tái)面11的負(fù)載。
此外，本實(shí)施例中，第三臺(tái)面33的引出電極331與安裝襯底4的 電極42接合，因此第一臺(tái)面11周?chē)目臻g被第三臺(tái)面33和安裝襯底 4封閉。
通過(guò)這種方式，能夠以可靠的方式防止水侵入第一臺(tái)面11，從而 能夠以可靠的方式提高光接收元件3的長(zhǎng)期可靠性。
第三臺(tái)面33的高度方向的尺寸H3大于第一臺(tái)面11的高度方向的 尺寸H1，因此安裝襯底4僅與第三臺(tái)面33接觸，而不與第一臺(tái)面ll 接觸，即使安裝襯底4應(yīng)設(shè)置為相對(duì)于光接收元件3的半導(dǎo)體襯底101 傾斜。
通過(guò)這種構(gòu)造，能夠更可靠地防止第一臺(tái)面11被集中負(fù)載。 (第三實(shí)施例)
下面參照?qǐng)D8至圖IO說(shuō)明本實(shí)施例的半導(dǎo)體光學(xué)元件。
在每個(gè)上述實(shí)施例中半導(dǎo)體光學(xué)元件是光接收元件，而在本實(shí)施 例中是半導(dǎo)體光發(fā)射元件。
圖8是本實(shí)施例的光發(fā)射元件5的平面圖，圖9是沿著圖8中方 向IX-IX的剖視圖。圖IO是沿著圖8中方向X-X的剖視圖。
光發(fā)射元件5是垂直振蕩器類型的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光元件，具 有半導(dǎo)體襯底501以及設(shè)置在半導(dǎo)體襯底501上的半導(dǎo)體層。
半導(dǎo)體襯底501典型地是n型GaAs襯底。
如圖9、圖10所示，半導(dǎo)體層由半導(dǎo)體襯底501上依次堆疊的n 側(cè)多層反射膜502、有源層(光發(fā)射層、有源區(qū))503、電流限制層504、 p側(cè)多層反射膜505以及未示出的覆蓋層構(gòu)成。
n側(cè)多層反射膜502由n型半導(dǎo)體多層膜構(gòu)成，典型地是DBR(分 布布拉格反射器)鏡，交替堆疊有n型AlGaAs膜502A和n型GaAs膜 502B。
有源層503堆疊在n側(cè)多層反射膜502上，構(gòu)造為多層結(jié)構(gòu)，典 型地包含MQW(多量子阱)，MQW由未摻雜InGaAsN阱層和阻擋層構(gòu) 成。
電流限制層504典型地是Al。.98Ga。.o2As層。第一臺(tái)面51中的電流 限制層504中形成有低電阻率區(qū)504A。低電阻率區(qū)504A形成為夾持 在高電阻率區(qū)504B之間，并通過(guò)蒸汽氧化步驟形成，其中高電阻率區(qū) 504B的電阻率值大于低電阻率區(qū)504A的電阻率值。低電阻率區(qū)504A 充當(dāng)光的輸出端口，有源層503的光通過(guò)低電阻率區(qū)504A發(fā)射。
p側(cè)多層反射膜505例如是其中交替堆疊有p型AlGaAs膜505A 和p型GaAs膜505B的DBR鏡。
在這樣構(gòu)造的光發(fā)射元件5的半導(dǎo)體襯底501上，設(shè)置有具有各 個(gè)層502至505的多個(gè)臺(tái)面(第一臺(tái)面51、第二臺(tái)面52、第三臺(tái)面53)。
通過(guò)堆疊然后蝕刻各個(gè)層502至505形成各個(gè)臺(tái)面51至53。第一臺(tái)面51形成為近似圓柱形。
第一臺(tái)面51具有各個(gè)層502至505、覆蓋層(未示出)、以及設(shè)置 在覆蓋層上的p側(cè)電極(第一電極)511。p側(cè)電極511在中心形成有開(kāi)口 511A，其中暴露出覆蓋層(未示出)。開(kāi)口 511A充當(dāng)光的輸出端口。
第一臺(tái)面51的寬度方向的尺寸(從與第一臺(tái)面51的凸出方向垂直 的方向觀察的寬度方向的尺寸，在此是第一臺(tái)面51的直徑)例如為 20戶或更小。
如圖10所示，設(shè)置多個(gè)(本實(shí)施例中為兩個(gè))第二臺(tái)面52，分別為 矩形棱柱形狀。各個(gè)第二臺(tái)面52形成在距第一臺(tái)面51預(yù)定距離的位 置。
以相對(duì)的方式布置兩個(gè)這樣的第二臺(tái)面52。
在各個(gè)第二臺(tái)面52的覆蓋層(未示出)上、以及各個(gè)第二臺(tái)面12 之間的GaAs膜502B上形成n側(cè)電極521 。 n側(cè)電極521由梯級(jí) 一致的 互連構(gòu)成。
第二臺(tái)面52頂部的面積大于第一臺(tái)面51頂部的面積。
第二臺(tái)面52和第一臺(tái)面51通過(guò)GaAs膜502B、 AlGaAs膜502A 相連接，GaAs膜502B、 AlGaAs膜502A是導(dǎo)電層。
第三臺(tái)面53形成為環(huán)形，以包圍第一臺(tái)面11。第三臺(tái)面53布置 的形狀和位置與上述實(shí)施例中的第三臺(tái)面相同。
第三臺(tái)面53頂部具有引出電極531。第三臺(tái)面53頂部的引出電極
531與第一臺(tái)面51的p側(cè)電極511通過(guò)互連54相連接?；ミB54設(shè)置 為在覆蓋第一臺(tái)面51的側(cè)壁的保護(hù)膜508上、在第一臺(tái)面51與第三 臺(tái)面53之間的GaAs膜502B上的保護(hù)膜508上、以及在覆蓋第三臺(tái)面 53的側(cè)壁的保護(hù)膜508上延伸。
本實(shí)施例中，第一臺(tái)面51與第二臺(tái)面52的高度方向的尺寸基本 上相等，第三臺(tái)面53的高度方向的尺寸H4高于第一臺(tái)面51的高度方 向的尺寸H5。
以與第二實(shí)施例中相似的方式將這樣構(gòu)造的光發(fā)射元件5安裝在 安裝襯底4上。換而言之，所得到的結(jié)構(gòu)為，形成在安裝襯底4上的 電極42與引出電極531接觸，形成在安裝襯底4上的電極21與n側(cè) 電極521接觸，而p側(cè)電極511與形成在安裝襯底4上的電極42不接觸。
安裝襯底4的襯底例如可由硅襯底構(gòu)造，使得允許具有光發(fā)射元 件5的波長(zhǎng)的光傳輸通過(guò)，該波長(zhǎng)典型地為1.3lAm。這種布置允許光 發(fā)射元件5的光的傳輸。在安裝襯底4上，在用于允許光傳輸通過(guò)的 區(qū)域(形成電極42的孔421的區(qū)域)中可制造透鏡等。
這樣構(gòu)造的光發(fā)射元件5運(yùn)行如下。
通過(guò)在n側(cè)電極521與p側(cè)電極511之間施加電壓，電流通過(guò)覆 蓋層(未示出)、蝕刻阻擋層506、 p側(cè)多層反射膜505以及電流限制層 504從p側(cè)電極511注入有源層503。電流還通過(guò)n側(cè)多層反射膜502 從n側(cè)電極521注入有源層503。光在有源層503產(chǎn)生，然后通過(guò)電流 限制層504的低電阻率區(qū)、p側(cè)多層反射膜505、蝕刻阻擋層506以及 覆蓋層，而從形成在p側(cè)電極511中的開(kāi)口 511A發(fā)射出來(lái)。
下面說(shuō)明制造光發(fā)射元件5的方法。
通過(guò)使用氣體源的MBE(分子束外延生長(zhǎng))工藝在半導(dǎo)體襯底501 上依次堆疊n側(cè)多層反射膜502、有源層(有源區(qū))503、電流限制層504、 p側(cè)多層反射膜505、以及覆蓋層(未示出)。
接著，通過(guò)蝕刻選擇性地去除各個(gè)層502至505以及覆蓋層(未示 出)，從而形成第一臺(tái)面51、第二臺(tái)面52、第三臺(tái)面53。
接著，將上面形成有臺(tái)面的襯底放置在爐子中，在大約45(TC的高 溫環(huán)境下引入蒸汽，以允許進(jìn)行蒸汽氧化。
通過(guò)此工藝，只有具有較高Al成分的電流限制層504從外周部分 到中心部分被選擇性地氧化。經(jīng)過(guò)預(yù)定持續(xù)時(shí)間的蒸汽氧化，第一臺(tái) 面51中的電流限制層504在其中心處將在其中形成低電阻率區(qū)504A， 以及圍繞低電阻率區(qū)504A將形成高電阻率區(qū)504B。
此外，與第二實(shí)施例相似，形成保護(hù)膜508，然后去除一部分保護(hù) 膜508，并通過(guò)公知的工序形成n側(cè)電極521、 p側(cè)電極511、引出電 極531、以及互連54。
之后，在p側(cè)電極511的中心，通過(guò)蝕刻形成開(kāi)口 511A。
通過(guò)這種方式可完成光發(fā)射元件5。
根據(jù)本實(shí)施例，不僅能夠獲得與第二實(shí)施例相似的效果，還能夠 獲得以下效果。
光發(fā)射元件5的第一臺(tái)面51的寬度小于光接收元件1、 3的第一 臺(tái)面11的寬度。因此，第一臺(tái)面51只具有較低的強(qiáng)度。如同本實(shí)施 例設(shè)置環(huán)形第三臺(tái)面53，以避免第一臺(tái)面51與安裝襯底4之間接觸，
能夠保護(hù)第一臺(tái)面51，從而提高光發(fā)射元件5的可靠性。
應(yīng)理解，本發(fā)明決不限于上述實(shí)施例，而是包括落入能夠?qū)崿F(xiàn)本 發(fā)明目的的范圍內(nèi)的任何改型和改進(jìn)。
例如，雖然各個(gè)實(shí)施例中的第三臺(tái)面形成為環(huán)形包圍第一臺(tái)面， 但是另一可能的情形如圖11所示，其中第三臺(tái)面63可由多個(gè)臺(tái)面組
件631構(gòu)成，并且多個(gè)臺(tái)面組件631包圍第一臺(tái)面11的外周。
但是，對(duì)于希望第三臺(tái)面防止水侵入的情形，更優(yōu)選地是僅調(diào)節(jié) 臺(tái)面組件之間的間隙，以至足以防止水侵入的程度。具體而言，對(duì)于 要通過(guò)第三臺(tái)面防止水侵入的情形，優(yōu)選地將第三臺(tái)面形成為部分有 裂縫的環(huán)形，僅至寬到允許防止水侵入。
這里，"多個(gè)臺(tái)面組件631包圍第一臺(tái)面11的外周"的意思是在 平面圖中，只要第一臺(tái)面的中心落入多個(gè)臺(tái)面組件631包圍的區(qū)域中 就可以。
例如，即使對(duì)于只有三個(gè)臺(tái)面組件631的情形，如圖12(A)所示， 或者只有兩個(gè)臺(tái)面組件631的情形，如圖12(B)所示，在平面圖中，只 要第一臺(tái)面11的中心C落入多個(gè)臺(tái)面組件631包圍的區(qū)域A中就可以。
如上所述，如果在平面圖中第一臺(tái)面11的中心C落入多個(gè)臺(tái)面組 件631包圍的區(qū)域A中，則可以承受安裝襯底至少在兩個(gè)方向上的傾 斜(例如，圖12(B)中安裝襯底在朝向一個(gè)臺(tái)面組件631的方向上的傾 斜，和安裝襯底在朝向另一個(gè)臺(tái)面組件631的方向上的傾斜)。
但是，更優(yōu)選地是第一臺(tái)面11包含在多個(gè)臺(tái)面組件631包圍的區(qū) 域中，而不從中突出，如圖11和圖12(A)所示。
通過(guò)這種構(gòu)造，以更可靠的方式，可承受安裝襯底在不同方向上 的傾斜。此外，可防止水從不同方向向第一臺(tái)面ll侵入。
或者，在平面圖中，第三臺(tái)面73的平面布局可以是近似C形，如 圖13所示。
對(duì)于在平面圖中第三臺(tái)面73形成為近似C形的情形，第三臺(tái)面 73必須以超過(guò)第一臺(tái)面11外周一半的范圍包圍第一臺(tái)面11。換而言 之，只要在平面圖中第一臺(tái)面11的中心C落入第三臺(tái)面73包圍的區(qū) 域A中就可以。
如果在平面圖中第一臺(tái)面11的中心C落入第三臺(tái)面73包圍的區(qū) 域A中，則可以承受安裝襯底至少在兩個(gè)方向上的傾斜(例如，圖13 中安裝襯底朝右和朝左的傾斜)。
此外在該情形中，第一臺(tái)面11優(yōu)選地包含在第三臺(tái)面73包圍的 區(qū)域A中。
或者，第三臺(tái)面可布置為不僅包圍第一臺(tái)面11、 51,還包圍第一 臺(tái)面ll、 51以及第二臺(tái)面12、 52的外周。
但是，形成第三臺(tái)面以包圍第一臺(tái)面11、 51以及第二臺(tái)面12、 52 的外周會(huì)擴(kuò)展第三臺(tái)面的平面布局，因此更優(yōu)選地，形成第三臺(tái)面僅 僅包圍第一臺(tái)面ll、 51，如以上實(shí)施例所述。
雖然上述實(shí)施例中設(shè)置多個(gè)第二臺(tái)面12、 52，但是只設(shè)置單個(gè)第 二臺(tái)面也是允許的。
第一實(shí)施例和第二實(shí)施例中將光接收元件1、 3描述為雪崩光電二 極管，但是不限于此，光接收元件l、 3可以是具有第一至第三臺(tái)面的任意光接收元件。
或者，第二實(shí)施例和第三實(shí)施例中，在第一臺(tái)面11、 51的側(cè)壁上、
在第三臺(tái)面33、 53的側(cè)壁上、在被第一臺(tái)面11、 51的側(cè)壁和第三臺(tái) 面33、 53的側(cè)壁包圍的緩沖層102上、以及在GaAs膜502B上形成引 出互連34、 54，但不限于此，而是典型地允許形成橋形互連35,橋形 互連35布置為跨過(guò)第一臺(tái)面11與第三臺(tái)面33之間的間隙，如圖14 所示。
在這種情形下，優(yōu)選在互連35下填充絕緣膜36。
在制造半導(dǎo)體光學(xué)元件的工藝中或者在半導(dǎo)體元件的長(zhǎng)期使用過(guò) 程中，下面沒(méi)有填充絕緣膜36而是留下中空結(jié)構(gòu)的互連35，或者以梯 級(jí)一致的互連的形式給出的互連35，有時(shí)候會(huì)造成斷開(kāi)現(xiàn)象。與之不 同，采用填充絕緣膜36的結(jié)構(gòu)可防止斷開(kāi)現(xiàn)象的發(fā)生，并提高半導(dǎo)體 光學(xué)元件的可靠性。
第二實(shí)施例中，第三臺(tái)面33的高度方向的尺寸H3比第一臺(tái)面11 的高度方向的尺寸H1高，其中第三臺(tái)面的高度方向的尺寸可與第一臺(tái) 面的高度方向的尺寸相等。類似地，在第三實(shí)施例中，第三臺(tái)面的高 度方向的尺寸也可設(shè)定為與第一臺(tái)面的高度方向的尺寸相等。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體光學(xué)元件，包括半導(dǎo)體襯底；第一臺(tái)面，設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底之上，具有有源區(qū)和設(shè)置在所述有源區(qū)之上的第一電極；第二臺(tái)面，設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底之上，具有半導(dǎo)體層和設(shè)置在所述半導(dǎo)體層之上的第二電極；以及第三臺(tái)面，設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底之上，具有半導(dǎo)體層，其中，所述第三臺(tái)面布置為包圍所述第一臺(tái)面。
2. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光學(xué)元件其中，所述第三臺(tái)面的一部分位于所述第一臺(tái)面與所述第二臺(tái)面 之間。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體光學(xué)元件，其中，所述第三臺(tái)面的高度方向的尺寸與所述第一臺(tái)面的高度方向的尺寸相等，或者大 于所述第一臺(tái)面的高度方向的尺寸。
4. 如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體光學(xué)元件， 其中，所述第三臺(tái)面具有在其頂部形成的引出電極，以及 設(shè)置有互連，該互連將所述第一臺(tái)面上的所述第一電極與所述第三臺(tái)面的頂部的所述引出電極連接。
5. 如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體光學(xué)元件，其中，所述互連布置為跨過(guò)所述第一臺(tái)面與所述第三臺(tái)面之間的 間隙，以及在所述互連下填充有絕緣膜。
6. 如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體光學(xué)元件，具有有源區(qū)和設(shè)置在所 具有半導(dǎo)體層和設(shè)置在具有半導(dǎo)體層， 臺(tái)面。 其中，所述第一臺(tái)面的頂部的面積小于所述第二臺(tái)面的頂部的面積。
7. 如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體光學(xué)元件， 其中，所述半導(dǎo)體光學(xué)元件為半導(dǎo)體光接收元件， 所述第一臺(tái)面的所述有源區(qū)為光吸收層，以及所述第一臺(tái)面與所述第二臺(tái)面通過(guò)在所述半導(dǎo)體襯底之上形成的 導(dǎo)電層電氣連接。
8. 如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體光學(xué)元件，其中，所述半導(dǎo)體光學(xué)元件為半導(dǎo)體光發(fā)射元件，以及 所述第一臺(tái)面的所述有源區(qū)為光發(fā)射層。
9. 如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體光學(xué)元件，其中，所述半導(dǎo)體光學(xué)元件以使所述各個(gè)臺(tái)面的頂部與安裝襯底 相對(duì)的方式安裝在所述安裝襯底上。
全文摘要
一種光接收元件(1)，包括半導(dǎo)體襯底(101)；第一臺(tái)面(11)，具有形成在所述半導(dǎo)體襯底(101)之上的有源區(qū)和形成在所述有源區(qū)之上的第一電極(p側(cè)電極(111))；第二臺(tái)面(12)，設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底(101)之上，具有半導(dǎo)體層和形成在所述半導(dǎo)體層之上的第二電極(n側(cè)電極(121))；以及第三臺(tái)面(13)，形成在所述半導(dǎo)體襯底(101)之上，具有半導(dǎo)體層。所述第三臺(tái)面(13)布置為包圍所述第一臺(tái)面(11)。
文檔編號(hào)H01S5/183GK101341600SQ200680044080
公開(kāi)日2009年1月7日 申請(qǐng)日期2006年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月26日
發(fā)明者中田武志, 渡邊澤木, 芝和宏 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社