半導体素子
【課題】低誘電率材料と半導体材料との密着性を向上させることの可能な半導体素子を提供する。
【解決手段】基板１０上に、下部ＤＢＲ層１１、下部スペーサ層１２、活性層１３、上部スペーサ層１４、上部ＤＢＲ層１５およびコンタクト層１６を基板１０側からこの順に含む柱状のメサ部１７が設けられている。メサ部１７の上面には、環状の上部電極２１が設けられており、メサ部１７の周囲には、上部電極２１に電気的に接続された電極パッド２３が設けられている。電極パッド２３の直下に台座部２６が設けられている。台座部２６は、酸化半導体からなる凹凸部２６Ａと、低誘電率材料からなる埋め込み部２６Ｂとを有している。凹凸部２６Ａは凹凸構造を有しており、埋め込み部２６Ｂはその凹凸構造の凹凸を埋め込むように形成されている。
【解決手段】基板１０上に、下部ＤＢＲ層１１、下部スペーサ層１２、活性層１３、上部スペーサ層１４、上部ＤＢＲ層１５およびコンタクト層１６を基板１０側からこの順に含む柱状のメサ部１７が設けられている。メサ部１７の上面には、環状の上部電極２１が設けられており、メサ部１７の周囲には、上部電極２１に電気的に接続された電極パッド２３が設けられている。電極パッド２３の直下に台座部２６が設けられている。台座部２６は、酸化半導体からなる凹凸部２６Ａと、低誘電率材料からなる埋め込み部２６Ｂとを有している。凹凸部２６Ａは凹凸構造を有しており、埋め込み部２６Ｂはその凹凸構造の凹凸を埋め込むように形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低誘電率材料と半導体との密着性が改善された半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光型半導体レーザは、端面発光型半導体レーザと比べて低消費電力であり、かつ、直接変調可能であることから、近年、安価な光通信用光源として使われている。
【０００３】
面発光型半導体レーザでは、一般に、基板上に、下部ＤＢＲ層、下部スペーサ層、活性層、上部スペーサ層、上部ＤＢＲ層およびコンタクト層をこの順に積層してなる柱状のメサが設けられている。下部ＤＢＲ層および上部ＤＢＲ層のいずれか一方には、活性層への電流注入効率を高め、しきい値電流を下げるために、電流注入領域を狭めた構造を有する電流狭窄層が設けられている。メサの上面および基板の裏面にはそれぞれ、電極が設けられている。この半導体レーザでは、電極から注入された電流が電流狭窄層により狭窄されたのち活性層に注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光は、下部ＤＢＲ層および上部ＤＢＲ層により反射され、所定の波長でレーザ発振が生じ、メサの上面からレーザ光として射出される。
【０００４】
ところで、メサの直径はせいぜい数十μｍ程度であり、メサ上の電極の面積は極めて狭い。そのため、メサ上の電極と電気的に接続されたワイヤボンディング用の電極パッドがメサの周囲に形成されている。しかし、電極パッドと下部ＤＢＲ層との間に寄生容量が発生する。高速で直接変調するためには、この寄生容量を低く抑える必要があり、電極パッドの下に低誘電率材料を挿入するといった工夫が必要となる。
【０００５】
上記の低誘電率材料に対して求められる特性は、（１）低誘電率で耐熱性・耐湿性に優れること、（２）スピンコートなどで簡便に厚膜を形成することが可能であること、（３）パターニングが容易であること、の３点である。ポリイミドはこれらの特性を全て兼ね備えた代表的な低誘電率材料であり、寄生容量を低減するために電極パッドや配線の下に形成される一般的な材料である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５９−３５４３７号公報
【特許文献２】特開平０１-３０８０３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般に、ポリイミドを成形する場合には、ポリイミドを、前駆体であるポリアミド酸の溶液状態で半導体層または絶縁層に塗布し、パターニングしたあとに、３００℃以上の高温で乾燥、硬化（イミド化）させる。この硬化の際に、ポリイミドが伸縮（多くは収縮）するので、形成後のポリイミドは歪みを内包する。また、ポリイミドの熱膨張係数は周囲の半導体層や絶縁層とは異なるので、後の工程中に、亀裂や剥離が生じたりすることがある。また、電極パッドにワイヤをボンディングする際に加えられる超音波などにより、亀裂や剥離が生じたりする場合もある。
【０００８】
なお、従来から、電極の密着性を向上させる手法は種々、提案されている。例えば、特許文献１では、電極の下の絶縁層に凹凸構造を設けることにより、電極と絶縁層との密着強度を向上させることが提案されている。また、特許文献２では、電極の下の絶縁層および半導体基板を部分的にくり抜いて、寄生容量を低減することが提案されている。しかし、ポリイミドなどの低誘電率材料と半導体材料との密着性を向上させる一般的な手法は特に提案されていない。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、低誘電率材料と半導体材料との密着性を向上させることの可能な半導体素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の半導体素子は、半導体層上に密着層および低誘電率材料層を半導体層側から順に備えたものである。密着層は凹凸構造を有しており、低誘電率材料層は凹凸構造の凹凸を埋め込むように形成されている。
【００１１】
本発明の半導体素子では、半導体層と低誘電率材料層との間に、凹凸構造を有する密着層が設けられており、密着層の凹凸構造を埋め込むように低誘電率材料層が形成されている。これにより、密着層と低誘電率材料層との接触面積が大きくなっている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の半導体素子によれば、半導体層と低誘電率材料層との間に設けられた密着層と、低誘電率材料層との接触面積が大きくなるようにしたので、低誘電率材料層が密着層から剥離し難い。これにより、低誘電率材料と半導体との密着性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る半導体レーザの斜視図である。
【図２】図１の半導体レーザのＡ−Ａ矢視方向の断面図である。
【図３】図１の凹凸部２６Ａの断面図である。
【図４】図１の半導体レーザの製造過程を説明するための断面図である。
【図５】図４に続く過程を説明するための断面図である。
【図６】図５に続く過程を説明するための断面図である。
【図７】一変形例に係る半導体レーザの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．構成
２．製造方法
３．作用・効果
４．変形例
【００１５】
[構成]
図１は、本発明の一実施の形態に係る面発光型の半導体レーザ１を斜視的に表したものである。図２は、図１の半導体レーザ１のＡ−Ａ矢視方向の断面構成の一例を表したものである。なお、図１、図２は模式的に表したものであり、実際の寸法、形状とは異なっている。
【００１６】
本実施の形態の半導体レーザ１は、基板１０の一面側に、下部ＤＢＲ層１１、下部スペーサ層１２、活性層１３、上部スペーサ層１４、上部ＤＢＲ層１５およびコンタクト層１６をこの順に積層してなる積層構造２０を備えている。この積層構造２０の上部、具体的には、下部ＤＢＲ層１１の一部、下部スペーサ層１２、活性層１３、上部スペーサ層１４、上部ＤＢＲ層１５およびコンタクト層１６には、例えば幅３０μｍ程度の柱状のメサ部１７が形成されている。
【００１７】
なお、本実施の形態では、下部ＤＢＲ層１１が本発明の「半導体層」および「第１多層膜反射鏡」の一具体例に相当する。上部ＤＢＲ層１５が本発明の「第２多層膜反射鏡」の一具体例に相当する。積層構造２０が本発明の「共振器構造」の一具体例に相当する。
【００１８】
基板１０は、例えばｎ型ＧａＡｓ基板である。なお、ｎ型不純物としては、例えば、ケイ素（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）などが挙げられる。積層構造２０は、例えば、ＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体によりそれぞれ構成されている。なお、ＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体とは、短周期型周期表における３Ｂ族元素のうち少なくともアルミニウム（Ａｌ）およびガリウム（Ｇａ）と、短周期型周期表における５Ｂ族元素のうち少なくともヒ素（Ａｓ）とを含む化合物半導体のことをいう。
【００１９】
下部ＤＢＲ層１１は、低屈折率層（図示せず）および高屈折率層（図示せず）を交互に積層して形成されたものである。この低屈折率層は、例えば厚さがλ0／４ｎ1 （λ0は発振波長、ｎ1 は屈折率）のｎ型Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ（０＜ｘ１＜１）により構成されている。高屈折率層は、例えば厚さがλ0／４ｎ2(ｎ2 は屈折率）のｎ型Ａｌx2Ｇａ1-x2Ａｓ（０＜ｘ２＜ｘ１）により構成されている。
【００２０】
下部スペーサ層１２は、例えばｎ型Ａｌx3Ｇａ1-x3Ａｓ（０＜ｘ３＜１）により構成されている。活性層１３は、例えばアンドープのＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ（０＜ｘ４＜１）により構成されている。この活性層１３では、後述の電流注入領域１８Ａとの対向領域が発光領域１３Ａとなる。上部スペーサ層１４は、例えばｐ型Ａｌx5Ｇａ1-x5Ａｓ（０≦ｘ５＜１）により構成されている。なお、ｐ型不純物としては、例えば、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）などが挙げられる。
【００２１】
上部ＤＢＲ層１５は、低屈折率層（図示せず）および高屈折率層（図示せず）を交互に積層して形成されている。低屈折率層は、例えば厚さがλ0／４ｎ3（ｎ3 は屈折率）のｐ型Ａｌx6Ｇａ1-x6Ａｓ（０＜ｘ６＜１）により構成されている。高屈折率層は、例えば厚さがλ0／４ｎ4（ｎ4 は屈折率）のｐ型Ａｌx7Ｇａ1-x7Ａｓ（０＜ｘ７＜ｘ６）により構成されている。コンタクト層１６は、例えばｐ型Ａｌx8Ｇａ1-x8Ａｓ（０＜ｘ８＜１）により構成されている。
【００２２】
また、この半導体レーザ１では、例えば、上部ＤＢＲ層１５内に、電流狭窄層１８が設けられている。電流狭窄層１８は、上部ＤＢＲ層１５内において、活性層１３側から数えて例えば数層離れた低屈折率層の部位に、低屈折率層に代わって設けられたものである。この電流狭窄層１８は、その外縁領域に電流狭窄領域１８Ｂを有しており、その中央領域が電流注入領域１８Ａとなっている。電流注入領域１８Ａは、例えばｐ型Ａｌx9Ｇａ1-x9Ａｓ（０＜ｘ９≦１）からなる。電流狭窄領域１８Ｂは、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3）を含んで構成され、後述するように、側面から被酸化層１８Ｄに含まれる高濃度のＡｌを酸化することにより得られたものである。これにより、電流狭窄層１８は電流を狭窄する機能を有している。なお、電流狭窄層１８は、例えば、下部ＤＢＲ層１１の内部や、下部スペーサ層１２と下部ＤＢＲ層１１との間、または、上部スペーサ層１４と上部ＤＢＲ層１５との間に形成されていてもよい。
【００２３】
メサ部１７の上面（コンタクト層１６の上面）には、電流注入領域１８Ａとの対向領域に開口（光射出口２１Ａ）を有する環状の上部電極２１が形成されている。また、メサ部１７の側面および周辺の表面には、絶縁層２２が形成されている。絶縁層２２の表面上には、ワイヤ（図示せず）をボンディングするための電極パッド２３と、接続部２４とが設けられている。電極パッド２３と上部電極２１とが接続部２４を介して互いに電気的に接続されている。また、基板１０の裏面には、下部電極２５が設けられている。
【００２４】
ここで、絶縁層２２は、例えば酸化物または窒化物などの絶縁材料からなる。上部電極２１、電極パッド２３および接続部２４は、例えば、チタン（Ｔｉ），白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）をこの順に積層して構成されたものであり、メサ部１７上部のコンタクト層１６と電気的に接続されている。下部電極２５は、例えば、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金，ニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）とを基板１０側から順に積層した構造を有しており、基板１０と電気的に接続されている。
【００２５】
ところで、本実施の形態では、例えば、図２に示したように、電極パッド２３の直下に台座部２６が設けられている。台座部２６は、下部ＤＢＲ層１１のうちメサ部１７の裾野（メサ部１７の非形成領域）と、絶縁層２２との間に形成されている。台座部２６は、例えば、図２に示したように、メサ部１７の形成箇所（１１Ａ）よりも低い箇所（１１Ｂ）に形成されている。台座部２６は、凹凸部２６Ａと、埋め込み部２６Ｂとを有している。
【００２６】
なお、本実施の形態では、凹凸部２６Ａが本発明の「密着層」の一具体例に相当する。また、埋め込み部２６Ｂが本発明の「低誘電率材料層」の一具体例に相当する。
【００２７】
図３（Ａ）は、図２の半導体レーザ１のＡ−Ａ矢視方向の断面構成の一例を、埋め込み層２４Ｂおよび絶縁層２２を省略して表したものである。凹凸部２６Ａは、下部ＤＢＲ層１１に接して形成されており、下部ＤＢＲ層１１と一体に（連続して）形成されている。凹凸部２６Ａは、例えば、図３（Ａ）に示したように、複数の柱状の突起２７が所定の間隔で配置された凹凸構造を有している。各突起２７は、凹凸部２６Ａの底部において互いに連結されていることが好ましい。また、凹凸部２６Ａは、埋め込み部２６Ｂが下部ＤＢＲ層１１のうち凹凸部２６Ａの直下の部分に接触するような開口を有していないことが好ましい。つまり、凹凸部２６Ａは、埋め込み部２６Ｂと下部ＤＢＲ層１１とを空間分離していることが好ましい。
【００２８】
凹凸部２６Ａは、図３（Ａ）に例示した構造以外の凹凸構造を有していてもよい。図３（Ｂ），（Ｃ）は、図２の半導体レーザ１のＡ−Ａ矢視方向の断面構成の他の例を、埋め込み層２４Ｂおよび絶縁層２２を省略して表したものである。凹凸部２６Ａは、例えば、図３（Ｂ）に示したように、基板１０と平行な面内に延在する複数の板状の突起２８が所定の間隔で配置された凹凸構造を有していてもよい。各突起２８は、凹凸部２６Ａの底部において互いに連結されていることが好ましい。また、凹凸部２６Ａは、例えば、図３（Ｃ）に示したように、基板１０と平行な面内に延在する複数の環状の突起２９が所定の間隔で同心円状に配置された凹凸構造を有していてもよい。各突起２９は、凹凸部２６Ａの底部において互いに連結されていることが好ましい。
【００２９】
凹凸部２６Ａは、絶縁性の酸化半導体により構成されている。凹凸部２６Ａは、後述したように、下部ＤＢＲ層１１、下部スペーサ層１２、活性層１３、上部スペーサ層１４および上部ＤＢＲ層１５を選択的エッチングによって凹凸構造に成形したのち、その凹凸構造を側面から酸化することにより形成されたものである。なお、上記の凹凸構造が、後述の凹凸部２６Ｄ（図５（Ａ）参照）に相当する。
【００３０】
凹凸部２６Ａの幅Ｄ（図３（Ａ）〜（Ｃ）参照）は、後述の酸化工程において、凹凸部２６Ｄ全体を酸化（絶縁化）することの可能な程度であることが好ましい。幅Ｄは、例えば、メサ部１７の幅の半分以下程度（例えば１０μｍ以下）となっていることが好ましい。そのようにした場合には、被酸化層１８Ｄの酸化と同時に、凹凸部２６Ｄの酸化を行うことができ、製造工程を簡略化することができる。凹凸部２６Ａの高さは、電極パッド２３と下部ＤＢＲ層１１とによって形成される寄生容量を低減する観点からは、できるだけ高いことが好ましく、メサ部１７の高さと同等の高さを有していることが好ましい。凹凸部２６Ａの高さは、例えば、０．１μｍ〜５μｍ程度となっている。
【００３１】
埋め込み部２６Ｂは、凹凸部２６Ａと絶縁層２２との間に形成されており、凹凸部２６Ａおよび絶縁層２２に接して形成されている。埋め込み部２６Ｂは、凹凸部２６Ａの凹凸を埋め込むように形成されており、埋め込み部２６Ｂの上面は、平坦面となっている。埋め込み部２６Ｂは、絶縁性の低誘電率材料により構成されている。埋め込み部２６Ｂに用いられる絶縁性の低誘電率材料としては、例えばスピンコート法などにより凹凸部２６Ｄの凹凸を簡便に埋め込むことが可能であって、かつパターニングの容易な材料であることが好ましい。また、上記の絶縁性の低誘電率材料としては、耐熱性や耐湿性に優れていることも重要である。そのような特徴を全て兼ね備えた絶縁性の低誘電率材料としては、例えば、ポリイミド、ＢＣＢ樹脂(Benzocyclobutene)などが挙げられる。
【００３２】
[製造方法]
本実施の形態の半導体レーザ１は、例えば次のようにして製造することができる。
【００３３】
図４（Ａ），（Ｂ）〜図６（Ａ），（Ｂ）は、その製造方法を工程順に表したものである。なお、図４（Ａ），（Ｂ）〜図６（Ａ），（Ｂ）は、製造過程の素子を図１のＡ−Ａ矢視線に対応する箇所で切断した断面の構成をそれぞれ表したものである。
【００３４】
ここでは、ＧａＡｓからなる基板１０上の化合物半導体層を、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ；有機金属化学気相成長）法により形成する。この際、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の原料としては、例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、アルシン (ＡｓＨ３)を用い、ドナー不純物の原料としては、例えば、Ｈ2Ｓｅを用い、アクセプタ不純物の原料としては、例えば、ジメチルジンク（ＤＭＺ）を用いる。
【００３５】
具体的には、まず、基板１０上に、下部ＤＢＲ層１１、下部スペーサ層１２、活性層１３、上部スペーサ層１４、上部ＤＢＲ層１５およびコンタクト層１６をこの順に積層する（図４（Ａ））。このとき、上部ＤＢＲ層１５内の一部に、被酸化層１８Ｄを形成しておく。なお、被酸化層１８Ｄは、後述の酸化工程で酸化されることにより、電流狭窄層１８になる層であり、例えば、ＡｌＡｓを含んで構成されている。
【００３６】
次に、コンタクト層１６の表面に、後の工程で電極パッド２３を形成することとなる領域に対応して開口を有するレジスト層（図示せず）を形成する。続いて、例えば反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching；ＲＩＥ）法により、レジスト層をマスクとして、コンタクト層１６および上部ＤＢＲ層１５を選択的に除去する。このとき、被酸化層１８Ｄに達する手前でエッチングをやめる。これにより、後の工程で凹凸部２６Ｄを形成することとなる部位に段差３０が形成される（図３（Ｂ））。その後、レジスト層を除去する。
【００３７】
次に、コンタクト層１６の表面に、メサ部１７の径と等しい径の円形状のレジスト層（図示せず）を形成する。さらに、上部ＤＢＲ層１５のうち先の工程で露出した部分の表面に、例えば、図２（Ａ）〜（Ｃ）に例示した台座部２６のパターンと同様のパターンを有するレジスト層（図示せず）を形成する。このとき、パターンの幅を、後述の酸化工程における酸化速度を勘案して、例えば、メサ部１７の径の半分以下の大きさにしておく。
【００３８】
次に、例えばＲＩＥ法により、上記のレジスト層をマスクとして、下部ＤＢＲ層１１の一部、下部スペーサ層１２、活性層１３、上部スペーサ層１４、上部ＤＢＲ層１５、コンタクト層１６および被酸化層１８Ｄを選択的に除去する（図５（Ａ））。これにより、円形状のレジスト層の直下にメサ部１７が形成される。このとき、メサ部１７の側面に被酸化層１８Ｄが露出している。また、図２（Ａ）〜（Ｃ）に例示した台座部２６のパターンと同様のパターンを有するレジスト層の直下に、そのパターンを反映した形状を有する凹凸部２６Ｄが形成される。凹凸部２６Ｄは、メサ部１７の形成箇所（１１Ａ）よりも低い箇所（１１Ｂ）に形成される。その後、上記したレジスト層を除去する。なお、メサ部１７と凹凸部２６Ｄを同時に形成してもよいし、別個に形成してもよい。
【００３９】
次に、水蒸気雰囲気中において、高温で酸化処理を行い、メサ部１７の側面から被酸化層１８Ｄに含まれるＡｌを選択的に酸化すると共に、凹凸部２６Ｄに含まれるＡｌを選択的に酸化する。これにより、メサ部１７内において、被酸化層１８Ｄの外縁領域が絶縁層（酸化アルミニウム）となり、電流狭窄層１８が形成される（図５（Ｂ））。さらに、電流狭窄層１８よりも幅の狭い凹凸部２６Ｄは完全に酸化され、それにより絶縁性の凹凸部２６Ａが形成される（図５（Ｂ））。
【００４０】
次に、例えばスピンコート法により、凹凸部２６Ａの上面を含む表面全体に、感光性ポリイミドなどの感光性樹脂材料を塗布する。このとき、凹凸部２６Ａの凹凸がほぼ平坦に埋まる程度に感光性樹脂材料を塗布する。次に、パターニングにより、塗布した感光性樹脂材料のうち凹凸部２６Ａの上面に対応する部分だけを残したのち、残した部分を乾燥、固化する。これにより、凹凸部２６Ａの上面に絶縁性の埋め込み部２６Ｂが形成され、その結果、台座部２６が形成される（図６（Ａ））。
【００４１】
次に、表面全体に、例えばシリコン酸化物（ＳｉＯ2）などの絶縁性無機材料からなる絶縁層２２を形成する（図６（Ｂ））。続いて、リッジ部１７の上面に環状の開口を有するレジスト層（図示せず）を表面全体に形成したのち、例えばＲＩＥ法により、レジスト層をマスクとして、絶縁層２２を選択的に除去する。これにより、上部電極２１の形成される部分に開口２２Ａが形成される（図６（Ｂ））。その後、レジスト層を除去する。
【００４２】
次に、例えば真空蒸着法により、表面全体に前述の金属材料を積層させる。その後、例えば選択エッチングにより、開口２２Ａを埋め込むようにして環状の上部電極２１を形成すると共に、絶縁層２２のうち下地層２５の直上の部分に電極パッド２３を形成し、さらに、これらの間に接続部２４を形成する（図２）。さらに、基板１０の裏面を適宜研磨してその厚さを調整した後、この基板１０の裏面に下部電極２５を形成する（図２）。このようにして、本実施の形態の半導体レーザ１が製造される。
【００４３】
次に、本実施の形態の半導体レーザ１の作用および効果について説明する。
【００４４】
[作用・効果]
本実施の形態の半導体レーザ１では、下部電極２５と上部電極２１との間に所定の電圧が印加されると、電流狭窄層１８における電流注入領域１８Ａを通して活性層１３に電流が注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光は、一対の下部ＤＢＲ層１１および上部ＤＢＲ層１５により反射され、所定の波長でレーザ発振を生じ、レーザビームとして光射出口２１Ａから外部に射出される。
【００４５】
ところで、本実施の形態では、半導体材料からなる下部ＤＢＲ層１１と、低誘電率材料からなる埋め込み部２６Ｂとの間に、凹凸構造を有する凹凸部２６Ａが設けられている。さらに、凹凸部２６Ａの凹凸構造を埋め込むように埋め込み部２６Ｂが形成されている。これにより、凹凸部２６Ａと埋め込み部２６Ｂとの接触面積が大きくなるので、凹凸部２６Ａと埋め込み部２６Ｂとの間に亀裂が生じ難くなり、かつ埋め込み部２６Ｂが凹凸部２６Ａから剥離し難くなる。ここで、凹凸部２６Ａは下部ＤＢＲ層１１と一体に（連続して）形成されており、通常のプロセスでは、凹凸部２６Ａと下部ＤＢＲ層１１との間に亀裂が生じたり、凹凸部２６Ａが下部ＤＢＲ層１１から剥離したりすることはない。
【００４６】
これらのことから、半導体材料からなる下部ＤＢＲ層１１と、低誘電率材料からなる埋め込み部２６Ｂとの間に亀裂が生じたり、低誘電率材料からなる埋め込み部２６Ｂが半導体材料からなる下部ＤＢＲ層１１から剥離したりすることはない。従って、絶縁性の低誘電率材料を平坦な半導体材料に直接接触させた場合と比べて、半導体材料と低誘電率材料との密着性を向上させることができる。
【００４７】
また、本実施の形態では、電極パッド２３と下部ＤＢＲ層１１との間に、絶縁性の台座部２６が設けられている。これにより、電極パッド２３と下部ＤＢＲ層１１との間に形成される寄生容量の大きさを低減することができる。
【００４８】
[変形例]
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。
【００４９】
例えば、上記実施の形態では、凹凸部２６Ａは絶縁性の酸化半導体によって構成されていたが、他の材料によって構成されていてもよく、例えば、導電性の半導体によって構成されていてもよい。この場合には、例えば、図７に示したように、凹凸部２６Ａに代わって設けられた凹凸部２７Ａが下部ＤＢＲ層１１の一部によって構成されていてもよい。このとき、凹凸部２７Ａは、下部ＤＢＲ層１１と同一の材料によって構成されている。なお、凹凸部２７Ａは、上記実施の形態の凹凸部２６Ａと同様、例えば、図２（Ａ）〜（Ｃ）に例示したような突起２７，２８または２９を有していてもよい。
【００５０】
また、上記実施の形態では、ＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体レーザを例にして本発明を説明したが、他の化合物半導体レーザ、例えば、酸化可能な化合物半導体からなる半導体レーザにも適用可能である。また、上記実施の形態では、本発明を面発光型の半導体レーザに適用した場合について説明したが、他の半導体装置に適用することはもちろん可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１…半導体レーザ、１０…基板、１１…下部ＤＢＲ層、１２…下部クラッド層、１３…活性層、１３Ａ…発光領域、１４…上部クラッド層、１５…上部ＤＢＲ層、１６…コンタクト層、１７…メサ部、１８…電流狭窄層、１８Ａ…電流注入領域、１８Ｂ…電流狭窄領域、１８Ｄ…被酸化層、２０…積層構造、２１…上部電極、２１Ａ…光射出口、２２…絶縁層、２３…電極パッド、２４…接続部、２５…下部電極、２６…台座部、２６Ａ，２６Ｄ，２７Ａ…凹凸部、２６Ｂ…埋め込み部、２７，２８，２９…突起、３０…段差。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低誘電率材料と半導体との密着性が改善された半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光型半導体レーザは、端面発光型半導体レーザと比べて低消費電力であり、かつ、直接変調可能であることから、近年、安価な光通信用光源として使われている。
【０００３】
面発光型半導体レーザでは、一般に、基板上に、下部ＤＢＲ層、下部スペーサ層、活性層、上部スペーサ層、上部ＤＢＲ層およびコンタクト層をこの順に積層してなる柱状のメサが設けられている。下部ＤＢＲ層および上部ＤＢＲ層のいずれか一方には、活性層への電流注入効率を高め、しきい値電流を下げるために、電流注入領域を狭めた構造を有する電流狭窄層が設けられている。メサの上面および基板の裏面にはそれぞれ、電極が設けられている。この半導体レーザでは、電極から注入された電流が電流狭窄層により狭窄されたのち活性層に注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光は、下部ＤＢＲ層および上部ＤＢＲ層により反射され、所定の波長でレーザ発振が生じ、メサの上面からレーザ光として射出される。
【０００４】
ところで、メサの直径はせいぜい数十μｍ程度であり、メサ上の電極の面積は極めて狭い。そのため、メサ上の電極と電気的に接続されたワイヤボンディング用の電極パッドがメサの周囲に形成されている。しかし、電極パッドと下部ＤＢＲ層との間に寄生容量が発生する。高速で直接変調するためには、この寄生容量を低く抑える必要があり、電極パッドの下に低誘電率材料を挿入するといった工夫が必要となる。
【０００５】
上記の低誘電率材料に対して求められる特性は、（１）低誘電率で耐熱性・耐湿性に優れること、（２）スピンコートなどで簡便に厚膜を形成することが可能であること、（３）パターニングが容易であること、の３点である。ポリイミドはこれらの特性を全て兼ね備えた代表的な低誘電率材料であり、寄生容量を低減するために電極パッドや配線の下に形成される一般的な材料である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５９−３５４３７号公報
【特許文献２】特開平０１-３０８０３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般に、ポリイミドを成形する場合には、ポリイミドを、前駆体であるポリアミド酸の溶液状態で半導体層または絶縁層に塗布し、パターニングしたあとに、３００℃以上の高温で乾燥、硬化（イミド化）させる。この硬化の際に、ポリイミドが伸縮（多くは収縮）するので、形成後のポリイミドは歪みを内包する。また、ポリイミドの熱膨張係数は周囲の半導体層や絶縁層とは異なるので、後の工程中に、亀裂や剥離が生じたりすることがある。また、電極パッドにワイヤをボンディングする際に加えられる超音波などにより、亀裂や剥離が生じたりする場合もある。
【０００８】
なお、従来から、電極の密着性を向上させる手法は種々、提案されている。例えば、特許文献１では、電極の下の絶縁層に凹凸構造を設けることにより、電極と絶縁層との密着強度を向上させることが提案されている。また、特許文献２では、電極の下の絶縁層および半導体基板を部分的にくり抜いて、寄生容量を低減することが提案されている。しかし、ポリイミドなどの低誘電率材料と半導体材料との密着性を向上させる一般的な手法は特に提案されていない。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、低誘電率材料と半導体材料との密着性を向上させることの可能な半導体素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の半導体素子は、半導体層上に密着層および低誘電率材料層を半導体層側から順に備えたものである。密着層は凹凸構造を有しており、低誘電率材料層は凹凸構造の凹凸を埋め込むように形成されている。
【００１１】
本発明の半導体素子では、半導体層と低誘電率材料層との間に、凹凸構造を有する密着層が設けられており、密着層の凹凸構造を埋め込むように低誘電率材料層が形成されている。これにより、密着層と低誘電率材料層との接触面積が大きくなっている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の半導体素子によれば、半導体層と低誘電率材料層との間に設けられた密着層と、低誘電率材料層との接触面積が大きくなるようにしたので、低誘電率材料層が密着層から剥離し難い。これにより、低誘電率材料と半導体との密着性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る半導体レーザの斜視図である。
【図２】図１の半導体レーザのＡ−Ａ矢視方向の断面図である。
【図３】図１の凹凸部２６Ａの断面図である。
【図４】図１の半導体レーザの製造過程を説明するための断面図である。
【図５】図４に続く過程を説明するための断面図である。
【図６】図５に続く過程を説明するための断面図である。
【図７】一変形例に係る半導体レーザの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．構成
２．製造方法
３．作用・効果
４．変形例
【００１５】
[構成]
図１は、本発明の一実施の形態に係る面発光型の半導体レーザ１を斜視的に表したものである。図２は、図１の半導体レーザ１のＡ−Ａ矢視方向の断面構成の一例を表したものである。なお、図１、図２は模式的に表したものであり、実際の寸法、形状とは異なっている。
【００１６】
本実施の形態の半導体レーザ１は、基板１０の一面側に、下部ＤＢＲ層１１、下部スペーサ層１２、活性層１３、上部スペーサ層１４、上部ＤＢＲ層１５およびコンタクト層１６をこの順に積層してなる積層構造２０を備えている。この積層構造２０の上部、具体的には、下部ＤＢＲ層１１の一部、下部スペーサ層１２、活性層１３、上部スペーサ層１４、上部ＤＢＲ層１５およびコンタクト層１６には、例えば幅３０μｍ程度の柱状のメサ部１７が形成されている。
【００１７】
なお、本実施の形態では、下部ＤＢＲ層１１が本発明の「半導体層」および「第１多層膜反射鏡」の一具体例に相当する。上部ＤＢＲ層１５が本発明の「第２多層膜反射鏡」の一具体例に相当する。積層構造２０が本発明の「共振器構造」の一具体例に相当する。
【００１８】
基板１０は、例えばｎ型ＧａＡｓ基板である。なお、ｎ型不純物としては、例えば、ケイ素（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）などが挙げられる。積層構造２０は、例えば、ＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体によりそれぞれ構成されている。なお、ＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体とは、短周期型周期表における３Ｂ族元素のうち少なくともアルミニウム（Ａｌ）およびガリウム（Ｇａ）と、短周期型周期表における５Ｂ族元素のうち少なくともヒ素（Ａｓ）とを含む化合物半導体のことをいう。
【００１９】
下部ＤＢＲ層１１は、低屈折率層（図示せず）および高屈折率層（図示せず）を交互に積層して形成されたものである。この低屈折率層は、例えば厚さがλ0／４ｎ1 （λ0は発振波長、ｎ1 は屈折率）のｎ型Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ（０＜ｘ１＜１）により構成されている。高屈折率層は、例えば厚さがλ0／４ｎ2(ｎ2 は屈折率）のｎ型Ａｌx2Ｇａ1-x2Ａｓ（０＜ｘ２＜ｘ１）により構成されている。
【００２０】
下部スペーサ層１２は、例えばｎ型Ａｌx3Ｇａ1-x3Ａｓ（０＜ｘ３＜１）により構成されている。活性層１３は、例えばアンドープのＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ（０＜ｘ４＜１）により構成されている。この活性層１３では、後述の電流注入領域１８Ａとの対向領域が発光領域１３Ａとなる。上部スペーサ層１４は、例えばｐ型Ａｌx5Ｇａ1-x5Ａｓ（０≦ｘ５＜１）により構成されている。なお、ｐ型不純物としては、例えば、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）などが挙げられる。
【００２１】
上部ＤＢＲ層１５は、低屈折率層（図示せず）および高屈折率層（図示せず）を交互に積層して形成されている。低屈折率層は、例えば厚さがλ0／４ｎ3（ｎ3 は屈折率）のｐ型Ａｌx6Ｇａ1-x6Ａｓ（０＜ｘ６＜１）により構成されている。高屈折率層は、例えば厚さがλ0／４ｎ4（ｎ4 は屈折率）のｐ型Ａｌx7Ｇａ1-x7Ａｓ（０＜ｘ７＜ｘ６）により構成されている。コンタクト層１６は、例えばｐ型Ａｌx8Ｇａ1-x8Ａｓ（０＜ｘ８＜１）により構成されている。
【００２２】
また、この半導体レーザ１では、例えば、上部ＤＢＲ層１５内に、電流狭窄層１８が設けられている。電流狭窄層１８は、上部ＤＢＲ層１５内において、活性層１３側から数えて例えば数層離れた低屈折率層の部位に、低屈折率層に代わって設けられたものである。この電流狭窄層１８は、その外縁領域に電流狭窄領域１８Ｂを有しており、その中央領域が電流注入領域１８Ａとなっている。電流注入領域１８Ａは、例えばｐ型Ａｌx9Ｇａ1-x9Ａｓ（０＜ｘ９≦１）からなる。電流狭窄領域１８Ｂは、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3）を含んで構成され、後述するように、側面から被酸化層１８Ｄに含まれる高濃度のＡｌを酸化することにより得られたものである。これにより、電流狭窄層１８は電流を狭窄する機能を有している。なお、電流狭窄層１８は、例えば、下部ＤＢＲ層１１の内部や、下部スペーサ層１２と下部ＤＢＲ層１１との間、または、上部スペーサ層１４と上部ＤＢＲ層１５との間に形成されていてもよい。
【００２３】
メサ部１７の上面（コンタクト層１６の上面）には、電流注入領域１８Ａとの対向領域に開口（光射出口２１Ａ）を有する環状の上部電極２１が形成されている。また、メサ部１７の側面および周辺の表面には、絶縁層２２が形成されている。絶縁層２２の表面上には、ワイヤ（図示せず）をボンディングするための電極パッド２３と、接続部２４とが設けられている。電極パッド２３と上部電極２１とが接続部２４を介して互いに電気的に接続されている。また、基板１０の裏面には、下部電極２５が設けられている。
【００２４】
ここで、絶縁層２２は、例えば酸化物または窒化物などの絶縁材料からなる。上部電極２１、電極パッド２３および接続部２４は、例えば、チタン（Ｔｉ），白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）をこの順に積層して構成されたものであり、メサ部１７上部のコンタクト層１６と電気的に接続されている。下部電極２５は、例えば、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金，ニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）とを基板１０側から順に積層した構造を有しており、基板１０と電気的に接続されている。
【００２５】
ところで、本実施の形態では、例えば、図２に示したように、電極パッド２３の直下に台座部２６が設けられている。台座部２６は、下部ＤＢＲ層１１のうちメサ部１７の裾野（メサ部１７の非形成領域）と、絶縁層２２との間に形成されている。台座部２６は、例えば、図２に示したように、メサ部１７の形成箇所（１１Ａ）よりも低い箇所（１１Ｂ）に形成されている。台座部２６は、凹凸部２６Ａと、埋め込み部２６Ｂとを有している。
【００２６】
なお、本実施の形態では、凹凸部２６Ａが本発明の「密着層」の一具体例に相当する。また、埋め込み部２６Ｂが本発明の「低誘電率材料層」の一具体例に相当する。
【００２７】
図３（Ａ）は、図２の半導体レーザ１のＡ−Ａ矢視方向の断面構成の一例を、埋め込み層２４Ｂおよび絶縁層２２を省略して表したものである。凹凸部２６Ａは、下部ＤＢＲ層１１に接して形成されており、下部ＤＢＲ層１１と一体に（連続して）形成されている。凹凸部２６Ａは、例えば、図３（Ａ）に示したように、複数の柱状の突起２７が所定の間隔で配置された凹凸構造を有している。各突起２７は、凹凸部２６Ａの底部において互いに連結されていることが好ましい。また、凹凸部２６Ａは、埋め込み部２６Ｂが下部ＤＢＲ層１１のうち凹凸部２６Ａの直下の部分に接触するような開口を有していないことが好ましい。つまり、凹凸部２６Ａは、埋め込み部２６Ｂと下部ＤＢＲ層１１とを空間分離していることが好ましい。
【００２８】
凹凸部２６Ａは、図３（Ａ）に例示した構造以外の凹凸構造を有していてもよい。図３（Ｂ），（Ｃ）は、図２の半導体レーザ１のＡ−Ａ矢視方向の断面構成の他の例を、埋め込み層２４Ｂおよび絶縁層２２を省略して表したものである。凹凸部２６Ａは、例えば、図３（Ｂ）に示したように、基板１０と平行な面内に延在する複数の板状の突起２８が所定の間隔で配置された凹凸構造を有していてもよい。各突起２８は、凹凸部２６Ａの底部において互いに連結されていることが好ましい。また、凹凸部２６Ａは、例えば、図３（Ｃ）に示したように、基板１０と平行な面内に延在する複数の環状の突起２９が所定の間隔で同心円状に配置された凹凸構造を有していてもよい。各突起２９は、凹凸部２６Ａの底部において互いに連結されていることが好ましい。
【００２９】
凹凸部２６Ａは、絶縁性の酸化半導体により構成されている。凹凸部２６Ａは、後述したように、下部ＤＢＲ層１１、下部スペーサ層１２、活性層１３、上部スペーサ層１４および上部ＤＢＲ層１５を選択的エッチングによって凹凸構造に成形したのち、その凹凸構造を側面から酸化することにより形成されたものである。なお、上記の凹凸構造が、後述の凹凸部２６Ｄ（図５（Ａ）参照）に相当する。
【００３０】
凹凸部２６Ａの幅Ｄ（図３（Ａ）〜（Ｃ）参照）は、後述の酸化工程において、凹凸部２６Ｄ全体を酸化（絶縁化）することの可能な程度であることが好ましい。幅Ｄは、例えば、メサ部１７の幅の半分以下程度（例えば１０μｍ以下）となっていることが好ましい。そのようにした場合には、被酸化層１８Ｄの酸化と同時に、凹凸部２６Ｄの酸化を行うことができ、製造工程を簡略化することができる。凹凸部２６Ａの高さは、電極パッド２３と下部ＤＢＲ層１１とによって形成される寄生容量を低減する観点からは、できるだけ高いことが好ましく、メサ部１７の高さと同等の高さを有していることが好ましい。凹凸部２６Ａの高さは、例えば、０．１μｍ〜５μｍ程度となっている。
【００３１】
埋め込み部２６Ｂは、凹凸部２６Ａと絶縁層２２との間に形成されており、凹凸部２６Ａおよび絶縁層２２に接して形成されている。埋め込み部２６Ｂは、凹凸部２６Ａの凹凸を埋め込むように形成されており、埋め込み部２６Ｂの上面は、平坦面となっている。埋め込み部２６Ｂは、絶縁性の低誘電率材料により構成されている。埋め込み部２６Ｂに用いられる絶縁性の低誘電率材料としては、例えばスピンコート法などにより凹凸部２６Ｄの凹凸を簡便に埋め込むことが可能であって、かつパターニングの容易な材料であることが好ましい。また、上記の絶縁性の低誘電率材料としては、耐熱性や耐湿性に優れていることも重要である。そのような特徴を全て兼ね備えた絶縁性の低誘電率材料としては、例えば、ポリイミド、ＢＣＢ樹脂(Benzocyclobutene)などが挙げられる。
【００３２】
[製造方法]
本実施の形態の半導体レーザ１は、例えば次のようにして製造することができる。
【００３３】
図４（Ａ），（Ｂ）〜図６（Ａ），（Ｂ）は、その製造方法を工程順に表したものである。なお、図４（Ａ），（Ｂ）〜図６（Ａ），（Ｂ）は、製造過程の素子を図１のＡ−Ａ矢視線に対応する箇所で切断した断面の構成をそれぞれ表したものである。
【００３４】
ここでは、ＧａＡｓからなる基板１０上の化合物半導体層を、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ；有機金属化学気相成長）法により形成する。この際、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の原料としては、例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、アルシン (ＡｓＨ３)を用い、ドナー不純物の原料としては、例えば、Ｈ2Ｓｅを用い、アクセプタ不純物の原料としては、例えば、ジメチルジンク（ＤＭＺ）を用いる。
【００３５】
具体的には、まず、基板１０上に、下部ＤＢＲ層１１、下部スペーサ層１２、活性層１３、上部スペーサ層１４、上部ＤＢＲ層１５およびコンタクト層１６をこの順に積層する（図４（Ａ））。このとき、上部ＤＢＲ層１５内の一部に、被酸化層１８Ｄを形成しておく。なお、被酸化層１８Ｄは、後述の酸化工程で酸化されることにより、電流狭窄層１８になる層であり、例えば、ＡｌＡｓを含んで構成されている。
【００３６】
次に、コンタクト層１６の表面に、後の工程で電極パッド２３を形成することとなる領域に対応して開口を有するレジスト層（図示せず）を形成する。続いて、例えば反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching；ＲＩＥ）法により、レジスト層をマスクとして、コンタクト層１６および上部ＤＢＲ層１５を選択的に除去する。このとき、被酸化層１８Ｄに達する手前でエッチングをやめる。これにより、後の工程で凹凸部２６Ｄを形成することとなる部位に段差３０が形成される（図３（Ｂ））。その後、レジスト層を除去する。
【００３７】
次に、コンタクト層１６の表面に、メサ部１７の径と等しい径の円形状のレジスト層（図示せず）を形成する。さらに、上部ＤＢＲ層１５のうち先の工程で露出した部分の表面に、例えば、図２（Ａ）〜（Ｃ）に例示した台座部２６のパターンと同様のパターンを有するレジスト層（図示せず）を形成する。このとき、パターンの幅を、後述の酸化工程における酸化速度を勘案して、例えば、メサ部１７の径の半分以下の大きさにしておく。
【００３８】
次に、例えばＲＩＥ法により、上記のレジスト層をマスクとして、下部ＤＢＲ層１１の一部、下部スペーサ層１２、活性層１３、上部スペーサ層１４、上部ＤＢＲ層１５、コンタクト層１６および被酸化層１８Ｄを選択的に除去する（図５（Ａ））。これにより、円形状のレジスト層の直下にメサ部１７が形成される。このとき、メサ部１７の側面に被酸化層１８Ｄが露出している。また、図２（Ａ）〜（Ｃ）に例示した台座部２６のパターンと同様のパターンを有するレジスト層の直下に、そのパターンを反映した形状を有する凹凸部２６Ｄが形成される。凹凸部２６Ｄは、メサ部１７の形成箇所（１１Ａ）よりも低い箇所（１１Ｂ）に形成される。その後、上記したレジスト層を除去する。なお、メサ部１７と凹凸部２６Ｄを同時に形成してもよいし、別個に形成してもよい。
【００３９】
次に、水蒸気雰囲気中において、高温で酸化処理を行い、メサ部１７の側面から被酸化層１８Ｄに含まれるＡｌを選択的に酸化すると共に、凹凸部２６Ｄに含まれるＡｌを選択的に酸化する。これにより、メサ部１７内において、被酸化層１８Ｄの外縁領域が絶縁層（酸化アルミニウム）となり、電流狭窄層１８が形成される（図５（Ｂ））。さらに、電流狭窄層１８よりも幅の狭い凹凸部２６Ｄは完全に酸化され、それにより絶縁性の凹凸部２６Ａが形成される（図５（Ｂ））。
【００４０】
次に、例えばスピンコート法により、凹凸部２６Ａの上面を含む表面全体に、感光性ポリイミドなどの感光性樹脂材料を塗布する。このとき、凹凸部２６Ａの凹凸がほぼ平坦に埋まる程度に感光性樹脂材料を塗布する。次に、パターニングにより、塗布した感光性樹脂材料のうち凹凸部２６Ａの上面に対応する部分だけを残したのち、残した部分を乾燥、固化する。これにより、凹凸部２６Ａの上面に絶縁性の埋め込み部２６Ｂが形成され、その結果、台座部２６が形成される（図６（Ａ））。
【００４１】
次に、表面全体に、例えばシリコン酸化物（ＳｉＯ2）などの絶縁性無機材料からなる絶縁層２２を形成する（図６（Ｂ））。続いて、リッジ部１７の上面に環状の開口を有するレジスト層（図示せず）を表面全体に形成したのち、例えばＲＩＥ法により、レジスト層をマスクとして、絶縁層２２を選択的に除去する。これにより、上部電極２１の形成される部分に開口２２Ａが形成される（図６（Ｂ））。その後、レジスト層を除去する。
【００４２】
次に、例えば真空蒸着法により、表面全体に前述の金属材料を積層させる。その後、例えば選択エッチングにより、開口２２Ａを埋め込むようにして環状の上部電極２１を形成すると共に、絶縁層２２のうち下地層２５の直上の部分に電極パッド２３を形成し、さらに、これらの間に接続部２４を形成する（図２）。さらに、基板１０の裏面を適宜研磨してその厚さを調整した後、この基板１０の裏面に下部電極２５を形成する（図２）。このようにして、本実施の形態の半導体レーザ１が製造される。
【００４３】
次に、本実施の形態の半導体レーザ１の作用および効果について説明する。
【００４４】
[作用・効果]
本実施の形態の半導体レーザ１では、下部電極２５と上部電極２１との間に所定の電圧が印加されると、電流狭窄層１８における電流注入領域１８Ａを通して活性層１３に電流が注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光は、一対の下部ＤＢＲ層１１および上部ＤＢＲ層１５により反射され、所定の波長でレーザ発振を生じ、レーザビームとして光射出口２１Ａから外部に射出される。
【００４５】
ところで、本実施の形態では、半導体材料からなる下部ＤＢＲ層１１と、低誘電率材料からなる埋め込み部２６Ｂとの間に、凹凸構造を有する凹凸部２６Ａが設けられている。さらに、凹凸部２６Ａの凹凸構造を埋め込むように埋め込み部２６Ｂが形成されている。これにより、凹凸部２６Ａと埋め込み部２６Ｂとの接触面積が大きくなるので、凹凸部２６Ａと埋め込み部２６Ｂとの間に亀裂が生じ難くなり、かつ埋め込み部２６Ｂが凹凸部２６Ａから剥離し難くなる。ここで、凹凸部２６Ａは下部ＤＢＲ層１１と一体に（連続して）形成されており、通常のプロセスでは、凹凸部２６Ａと下部ＤＢＲ層１１との間に亀裂が生じたり、凹凸部２６Ａが下部ＤＢＲ層１１から剥離したりすることはない。
【００４６】
これらのことから、半導体材料からなる下部ＤＢＲ層１１と、低誘電率材料からなる埋め込み部２６Ｂとの間に亀裂が生じたり、低誘電率材料からなる埋め込み部２６Ｂが半導体材料からなる下部ＤＢＲ層１１から剥離したりすることはない。従って、絶縁性の低誘電率材料を平坦な半導体材料に直接接触させた場合と比べて、半導体材料と低誘電率材料との密着性を向上させることができる。
【００４７】
また、本実施の形態では、電極パッド２３と下部ＤＢＲ層１１との間に、絶縁性の台座部２６が設けられている。これにより、電極パッド２３と下部ＤＢＲ層１１との間に形成される寄生容量の大きさを低減することができる。
【００４８】
[変形例]
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。
【００４９】
例えば、上記実施の形態では、凹凸部２６Ａは絶縁性の酸化半導体によって構成されていたが、他の材料によって構成されていてもよく、例えば、導電性の半導体によって構成されていてもよい。この場合には、例えば、図７に示したように、凹凸部２６Ａに代わって設けられた凹凸部２７Ａが下部ＤＢＲ層１１の一部によって構成されていてもよい。このとき、凹凸部２７Ａは、下部ＤＢＲ層１１と同一の材料によって構成されている。なお、凹凸部２７Ａは、上記実施の形態の凹凸部２６Ａと同様、例えば、図２（Ａ）〜（Ｃ）に例示したような突起２７，２８または２９を有していてもよい。
【００５０】
また、上記実施の形態では、ＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体レーザを例にして本発明を説明したが、他の化合物半導体レーザ、例えば、酸化可能な化合物半導体からなる半導体レーザにも適用可能である。また、上記実施の形態では、本発明を面発光型の半導体レーザに適用した場合について説明したが、他の半導体装置に適用することはもちろん可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１…半導体レーザ、１０…基板、１１…下部ＤＢＲ層、１２…下部クラッド層、１３…活性層、１３Ａ…発光領域、１４…上部クラッド層、１５…上部ＤＢＲ層、１６…コンタクト層、１７…メサ部、１８…電流狭窄層、１８Ａ…電流注入領域、１８Ｂ…電流狭窄領域、１８Ｄ…被酸化層、２０…積層構造、２１…上部電極、２１Ａ…光射出口、２２…絶縁層、２３…電極パッド、２４…接続部、２５…下部電極、２６…台座部、２６Ａ，２６Ｄ，２７Ａ…凹凸部、２６Ｂ…埋め込み部、２７，２８，２９…突起、３０…段差。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層上に密着層および低誘電率材料層を前記半導体層側から順に備え、
前記密着層は、凹凸構造を有し、
前記低誘電率材料層は、前記凹凸構造の凹凸を埋め込むように形成されている
半導体素子。
【請求項２】
前記半導体層上であって、かつ前記密着層とは異なる領域に、第１多層膜反射鏡、活性層および第２多層膜反射鏡を前記半導体層側からこの順に含む共振器構造を備えると共に、前記低誘電率材料層上に前記第２多層膜反射鏡と電気的に接続された電極を備える
請求項１に記載の半導体素子。
【請求項３】
前記密着層は、酸化半導体によって構成されている
請求項２に記載の半導体素子。
【請求項４】
前記密着層は、前記第１多層膜反射鏡、前記活性層および前記第２多層膜反射鏡を含む積層構造を選択的エッチングによって凹凸構造に成形したのち、酸化することによって絶縁化されたものである
請求項３に記載の半導体素子。
【請求項５】
前記半導体層のうち前記密着層と接する箇所は、前記半導体層のうち前記共振器構造と接する箇所よりも低くなっている
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の半導体素子。
【請求項６】
前記低誘電率材料層は、ポリイミドによって構成されている
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の半導体素子。
【請求項７】
前記密着層は、半導体によって構成されている
請求項２に記載の半導体素子。
【請求項８】
前記密着層は、前記半導体層と同一の材料によって構成されている
請求項７に記載の半導体素子。
【請求項１】
半導体層上に密着層および低誘電率材料層を前記半導体層側から順に備え、
前記密着層は、凹凸構造を有し、
前記低誘電率材料層は、前記凹凸構造の凹凸を埋め込むように形成されている
半導体素子。
【請求項２】
前記半導体層上であって、かつ前記密着層とは異なる領域に、第１多層膜反射鏡、活性層および第２多層膜反射鏡を前記半導体層側からこの順に含む共振器構造を備えると共に、前記低誘電率材料層上に前記第２多層膜反射鏡と電気的に接続された電極を備える
請求項１に記載の半導体素子。
【請求項３】
前記密着層は、酸化半導体によって構成されている
請求項２に記載の半導体素子。
【請求項４】
前記密着層は、前記第１多層膜反射鏡、前記活性層および前記第２多層膜反射鏡を含む積層構造を選択的エッチングによって凹凸構造に成形したのち、酸化することによって絶縁化されたものである
請求項３に記載の半導体素子。
【請求項５】
前記半導体層のうち前記密着層と接する箇所は、前記半導体層のうち前記共振器構造と接する箇所よりも低くなっている
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の半導体素子。
【請求項６】
前記低誘電率材料層は、ポリイミドによって構成されている
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の半導体素子。
【請求項７】
前記密着層は、半導体によって構成されている
請求項２に記載の半導体素子。
【請求項８】
前記密着層は、前記半導体層と同一の材料によって構成されている
請求項７に記載の半導体素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１８２９７３（Ｐ２０１０−１８２９７３Ａ）
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６６７３（Ｐ２００９−２６６７３）
【出願日】平成２１年２月６日（２００９．２．６）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月６日（２００９．２．６）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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