專(zhuān)利名稱(chēng)：表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適于用作通信設(shè)備、測(cè)量?jī)x器、光記錄設(shè)備和圖像形成裝置的光源的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器及其制造方法。
背景技術(shù)：
近來(lái)，在光通信和光記錄技術(shù)領(lǐng)域中，對(duì)可以容易實(shí)現(xiàn)二維光源陣列的排列的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器的需求一直在增長(zhǎng)。這種表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器又稱(chēng)作垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)。VCSEL具有低閾值電壓、低功率消耗、容易形成光圓點(diǎn)和由基于晶片評(píng)估而導(dǎo)致的高生產(chǎn)率等許多優(yōu)點(diǎn)。
圖7A是常規(guī)VCSEL芯片的平面圖，圖7B是沿圖7A中所示的線(xiàn)A-A取的剖視圖。VCSEL芯片100具有GaAs襯底105，和設(shè)置在GaAs襯底105的后側(cè)的n側(cè)電極106。圓柱形的柱體101設(shè)置在GaAs襯底105的前表面上?？梢酝ㄟ^(guò)蝕刻半導(dǎo)體層疊層來(lái)形成該柱體101。在襯底105上形成柱體101之后，形成層間絕緣膜104以便覆蓋柱體101和形成柱體101的外圍部分的暴露的半導(dǎo)體層(例如，AlGaAs層)。
柱體101可被稱(chēng)為柱體結(jié)構(gòu)、臺(tái)體結(jié)構(gòu)或者柱狀結(jié)構(gòu)。在層間絕緣膜104上形成有電極焊盤(pán)102和引出互連(extraction interconnection)103。引出互連103被電氣連接到柱體101內(nèi)的p側(cè)電極上。
圖7A和7B中所示的VCSEL芯片具有相對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)簡(jiǎn)化的工藝來(lái)生產(chǎn)。這帶來(lái)了成本上的優(yōu)勢(shì)?？墒牵绻麑](méi)有任何隔絕密封的VCSEL芯片放置在高溫、高濕度的環(huán)境中，吸潮性會(huì)縮短芯片的使用壽命并使操作不穩(wěn)定。
對(duì)于具有含顯示出吸潮性的Al的半導(dǎo)體層的光發(fā)射設(shè)備，已知有幾個(gè)關(guān)于防潮或者抗潮的方案。這些方案主要是基于利用防水的抗潮層來(lái)避免水的侵襲。例如，日本待審專(zhuān)利申請(qǐng)2002-111054揭示了一種InGaP抗潮層，日本待審專(zhuān)利申請(qǐng)11-87769揭示了一種用于控制吸潮性的p型GaAs表面保護(hù)膜。
然而，圖7A和7B中所示的常規(guī)的VCSEL具有下述缺點(diǎn)。首先，由于位于層間絕緣膜104下面的AlGaAs半導(dǎo)體層中的Al的吸潮性，層間絕緣膜104會(huì)從下層上剝離，并且柱體101會(huì)脫離襯底105。特別是當(dāng)在標(biāo)號(hào)107所示的截?cái)辔恢们懈钜r底105時(shí)，由于AlGaAs層與層間絕緣膜104的熱膨脹系數(shù)的不同所引起的應(yīng)力，會(huì)在它們之間的接合部分109處形成縫隙。這樣，由于水從接合部分109的侵入，會(huì)導(dǎo)致層間絕緣膜104的剝離加劇。這會(huì)損壞層間絕緣膜104上的電極焊盤(pán)102和引出互連103，并且引起操作故障。
其次，在評(píng)估測(cè)試之前或之后，VCSEL可能停止發(fā)光。具有圖7A和7B中所示的結(jié)構(gòu)的VCSEL具有層間絕緣膜，該層間絕緣膜從柱體101的周邊延伸到芯片的整個(gè)上表面。估計(jì)層間絕緣膜中過(guò)度的內(nèi)應(yīng)力是引起問(wèn)題的因素之一。
上述的日本待審專(zhuān)利申請(qǐng)2002-111054揭示了應(yīng)用于不產(chǎn)生激光振蕩的LED的抗潮層，日本待審專(zhuān)利申請(qǐng)11-87769涉及了一種嵌入型LED。上面的申請(qǐng)中所揭示的方案不能應(yīng)用于具有柱體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器。如前所述的層間絕緣膜的剝離和在其中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力是具有柱體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層或臺(tái)面式表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器所固有的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于對(duì)上述情況的考慮而作出，提供了一種表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，其包括襯底；襯底上的半導(dǎo)體層疊層；在疊層上形成的并具有激光發(fā)射窗的臺(tái)體；和至少覆蓋臺(tái)體的側(cè)面和外圍部分的絕緣膜，臺(tái)體的外圍部分由疊層形成，絕緣膜的末端被設(shè)置得比襯底的截?cái)嗄┒烁績(jī)?nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，其包括襯底；在襯底上形成的半導(dǎo)體層疊層；設(shè)置在疊層上并具有激光發(fā)射窗的臺(tái)體；和至少覆蓋臺(tái)體的側(cè)面和外圍部分的絕緣膜，該臺(tái)體的外圍部分由疊層形成，該絕緣膜具有一個(gè)截?cái)嗖糠忠試@臺(tái)體的外圍。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供一種表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，其包括襯底；在襯底上形成的半導(dǎo)體層疊層；設(shè)置在疊層上并具有激光發(fā)射窗的臺(tái)體；和至少覆蓋臺(tái)體的側(cè)面和外圍部分的絕緣膜，該臺(tái)體的外圍部分由疊層形成，在疊層的一部分中形成有凹槽，該絕緣膜被設(shè)置在包括凹槽的區(qū)域上。
根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的方面，提供一種表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器的制造方法，該方法包括下列步驟在襯底上形成半導(dǎo)體層疊層；在疊層上形成具有激光發(fā)射窗的臺(tái)體；在疊層和臺(tái)體上形成絕緣膜；以及去除部分絕緣膜，以使絕緣膜至少覆蓋臺(tái)體的側(cè)面和外圍部分，該臺(tái)體的外圍部分由疊層形成，絕緣膜的末端設(shè)置得比襯底的截?cái)喽烁績(jī)?nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的更進(jìn)一步的方面，提供一種表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器的制造方法，該方法包括下列步驟在襯底上形成半導(dǎo)體層疊層；在疊層上形成具有激光發(fā)射窗的臺(tái)體；在疊層和臺(tái)體上形成絕緣膜；以及去除部分絕緣膜，以使絕緣膜至少覆蓋臺(tái)體的側(cè)面和外圍部分并圍繞臺(tái)體，該臺(tái)體的外圍部分由疊層形成。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器的制造方法，該方法包括下列步驟在襯底上形成半導(dǎo)體層疊層；在疊層上形成具有激光發(fā)射窗的臺(tái)體；在疊層和臺(tái)體上形成絕緣膜；以及去除部分絕緣膜，使得絕緣膜至少覆蓋臺(tái)體的側(cè)面和外圍部分并具有截?cái)嗖糠?，該臺(tái)體的外圍部分由疊層形成。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供一種表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器的制造方法，該方法包括下列步驟在襯底上形成半導(dǎo)體層疊層；在疊層上形成具有激光發(fā)射窗的臺(tái)體；在疊層上形成凹槽；在疊層和臺(tái)體上形成絕緣膜；以及去除部分絕緣膜，以使絕緣膜至少覆蓋臺(tái)體的側(cè)面和外圍部分，該臺(tái)體的外圍部分由疊層形成。


基于下列附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明，其中圖1是下述本發(fā)明的實(shí)施例共有的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器的剖視圖；圖2A是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器的平面圖；圖2B是沿圖2A中所示的線(xiàn)B-B取的剖視圖；圖3A、3B和3C示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例制造表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器的方法；圖4A是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器的平面圖；圖4B是沿圖4A中所示的線(xiàn)C-C取的剖視圖；圖5A是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器的平面圖；圖5B是沿圖5A中所示的線(xiàn)D-D取的剖視圖；圖6A是設(shè)備的平面圖，該設(shè)備中的根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的芯片被印模安裝在TO型晶體管座上；圖6B是沿著圖6A中所示的線(xiàn)E-E取的剖視圖；圖7A是傳統(tǒng)的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器的平面圖；以及圖7B是沿著圖7A中所示的線(xiàn)A-A取的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參考附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器的剖視圖。圖1中所示的橫截面是后面將要描述的本發(fā)明的其它實(shí)施例所共有的。首先說(shuō)明圖1中所示的下述所有實(shí)施例共有的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器的基本結(jié)構(gòu)，然后分別說(shuō)明各個(gè)實(shí)施例。
圖1中所示的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器是選擇性氧化型表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，該激光器配備有具有圓柱形臺(tái)體結(jié)構(gòu)(柱體結(jié)構(gòu)或柱狀結(jié)構(gòu))的激光元件部分3。為了簡(jiǎn)化，圖1中省略了設(shè)置在臺(tái)體結(jié)構(gòu)上的保護(hù)膜和延伸自金屬接觸層的接合焊盤(pán)。
激光器包括n型GaAs襯底12，和在其上形成的n型GaAs緩沖層13。設(shè)置在襯底12的后側(cè)的層11是n側(cè)電極。緩沖層13上的層14是諧振器的n型下DBR(分布式布拉格反射鏡)。該n型下DBR層14具有多個(gè)第一下鏡層14-1和第二下鏡層14-2，該多個(gè)下鏡層具有不同組成比率。圖1示意性地示出第一鏡層14-1和第二鏡層14-2。
在下鏡層14上設(shè)置有下隔離層15、有源區(qū)4和上隔離層18。該有源區(qū)4包括未摻雜下阻擋層16-1、未摻雜量子阱層17和未摻雜上阻擋層16-2。上隔離層18設(shè)置在有源區(qū)4上。在上隔離層18上設(shè)置有p型AlGaAs層19、p型AlAs層20和p型AlGaAs層21。AlAs層20是電流限制層，它包括AlAs部分20a和氧化物區(qū)域20b。該AlAs部分20a在AlAs層20的中心限定了一個(gè)圓孔。氧化物區(qū)域20b是圍繞AlAs部分20a的選擇性氧化區(qū)域。電流限制層限制通過(guò)的電流和光線(xiàn)。設(shè)置在電流限制層20的下側(cè)和上側(cè)上的AlGaAs層19和21用作緩沖層，使得晶格常數(shù)與衰減失真相匹配。上述緩沖層可省略。
p型上DBR鏡層22設(shè)置在諧振器上方。上DBR鏡層22具有多個(gè)第一上鏡層22-1和第二上鏡層22-2，它們交替層疊。圖1中示意性地表示了這些鏡層。設(shè)置了p型接觸層23、層間絕緣膜24和p側(cè)電極25。p側(cè)電極25為環(huán)狀，它限定了接觸層23上的激光發(fā)射窗。引出線(xiàn)部分或者互連部分26與p側(cè)電極25相連接。
本表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器的層間絕緣膜24具有獨(dú)特的形狀。層間絕緣膜24覆蓋臺(tái)體結(jié)構(gòu)的上表面的邊緣部分、側(cè)表面和臺(tái)體外圍部分。臺(tái)體外圍部分對(duì)應(yīng)于從其上形成有臺(tái)體3的底部向外延伸的區(qū)域。在圖1中所示的結(jié)構(gòu)中，臺(tái)體外圍部分對(duì)應(yīng)于下鏡層14上的區(qū)域24a。通常情況，設(shè)置層間絕緣層以便覆蓋襯底的整個(gè)表面直至其切割表面。層間絕緣層24的形狀與常規(guī)排列的形狀十分不同。
下面將說(shuō)明本發(fā)明的第一至第三實(shí)施例。圖2A是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器的芯片的平面圖，圖2B是沿圖2A中所示的線(xiàn)B-B取的剖視圖。為了簡(jiǎn)化，在圖2中省略了位于襯底12上的下鏡層14。
層間絕緣膜24的邊緣比限定芯片的四個(gè)外側(cè)端的切割表面107更靠?jī)?nèi)。特別是根據(jù)本發(fā)明，層間絕緣膜24的末端從切割表面回退(偏移)以形成一個(gè)與激光元件部分(臺(tái)體結(jié)構(gòu))3、引出互連26和電極焊盤(pán)27的外部形狀相對(duì)應(yīng)的形狀。
這樣設(shè)計(jì)的層間絕緣膜24可以防止層間絕緣膜24的末端部分從半導(dǎo)體層(下鏡層14)的表面上剝離，因?yàn)榍懈畹端鸬臋C(jī)械應(yīng)力沒(méi)有直接作用到層間絕緣膜24上。在圖2A和2B中所示的例子中，層間絕緣膜24的末端部分大大地回退并靠近激光元件部分3、引出互連26和電極焊盤(pán)27的外端。這樣，層間絕緣膜24比常規(guī)的層間絕緣膜24小得多。因此，層間絕緣膜24的內(nèi)應(yīng)力大大減少，該內(nèi)應(yīng)力是由于下鏡層14和層間絕緣膜24之間不同的熱膨脹系數(shù)引起的。根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施例，可以防止層間絕緣膜24的剝離并減少其中的內(nèi)應(yīng)力，并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的激光發(fā)射和獲得更長(zhǎng)的使用壽命。
在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，防止層間絕緣膜24的剝離和內(nèi)應(yīng)力的減小可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)。另選地，層間絕緣膜24可以具有如圖2A中所示虛線(xiàn)所指出的形狀。通過(guò)僅將層間絕緣膜24的末端從切割表面107稍微回退一些的方式，使得層間絕緣膜24和切割表面107上的下鏡層14之間沒(méi)有接口。從而可以解決層間絕緣膜24剝離的問(wèn)題。切割時(shí)采用刀刃的工藝寬度可以適當(dāng)?shù)剡x取回退的程度。
簡(jiǎn)而言之，圖2A和2B中所示的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器包括襯底12；襯底12上的半導(dǎo)體層疊層13和14；在疊層上形成的并具有激光發(fā)射窗20a的臺(tái)體；和至少覆蓋臺(tái)體的側(cè)面和外圍部分的絕緣膜24，該臺(tái)體的外圍部分由疊層形成。絕緣膜24的末端比襯底的切割末端更靠?jī)?nèi)。這樣，在絕緣膜24和襯底的切割表面上的半導(dǎo)體層14-1之間沒(méi)有接口。因此，可以防止水或其他類(lèi)似物從接口侵入，并防止絕緣膜24剝離。絕緣膜24的這種簡(jiǎn)單布置使其末端位于比襯底的切割表面更靠?jī)?nèi)的位置，從而使絕緣膜24的剝離非常困難。優(yōu)選地，絕緣膜的末端靠近臺(tái)體的外圍。即，絕緣膜24的面積大大減小了，從而使得水從絕緣膜24的末端侵入的可能性非常小。
下面參考附圖3A到3C，來(lái)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器的制造方法。參考圖3A，通過(guò)MOCVD(金屬有機(jī)化合物氣相淀積)將n型GaAs緩沖層13淀積于n型GaAs襯底12上。將形成諧振器的下部的n型下DBR鏡層14層疊在緩沖層13上。通過(guò)將例如Al0.9Ga0.1As的第一鏡層14-1和例如Al0.3Ga0.7As的第二鏡層14-2以40.5周期厚度交替層疊，可以形成下DBR鏡層14。
將Al0.6Ga0.4As的下隔離層15淀積在下鏡層14上。將未摻雜的Al0.12Ga0.88As的量子阱層19以9nm的厚度淀積在下隔離層15上。將Al0.3Ga0.7As的阻擋層16-1和16-2分別以5nm的厚度淀積在量子阱層17的上表面和下表面上。這樣，可以限定量子阱有源區(qū)4。將Al0.6Ga0.4As的上隔離層18淀積在有源區(qū)4上。接著將p型Al6.9Ga0.1As層19、p型AlAs層20和p型Al0.9Ga0.1As層21以此順序?qū)盈B在上隔離層18上。
把形成諧振器上部的上DBR鏡層22形成在p型Al0.9Ga0.1As層21上。通過(guò)交替層疊Al0.3Ga0.7As的第一鏡層22-1和AlAs的第二鏡層22-2至24周期的厚度，來(lái)形成上DBR鏡層22。將p型GaAs接觸層23淀積在上DBR鏡層22上，并且完成外延生長(zhǎng)工藝(圖3A)。
接下來(lái)，如圖3B中所示，通過(guò)濺射或氣相淀積來(lái)形成p側(cè)電極25，并且對(duì)其進(jìn)行光刻構(gòu)圖以形成發(fā)射窗。接著對(duì)光致抗蝕劑層進(jìn)行光刻構(gòu)圖，并且采用RIE來(lái)加工晶片，其中所構(gòu)圖的光致抗蝕劑層用作掩膜。這將產(chǎn)生臺(tái)體結(jié)構(gòu)。至少需要在AlAs層20上進(jìn)行上面所述的蝕刻，優(yōu)選地，這樣的蝕刻要進(jìn)行至鏡層14暴露出來(lái)。形成臺(tái)體結(jié)構(gòu)后，將襯底12或晶片在爐內(nèi)的高溫氧中暴露一段給定的時(shí)間，以便從臺(tái)體的側(cè)表面氧化AlAs層20，并且限定電流限制層。
如圖3C中所示，通過(guò)濺射或等離子輔助CVD使層間絕緣膜24均勻地覆蓋整個(gè)晶片。層間絕緣膜24可以是SiNx或SiON單層，或者是包含兩種單層的疊層。光刻形成構(gòu)圖的光致抗蝕劑層，并通過(guò)蝕刻除去層間絕緣膜24的多余部分。如圖2A和2B中所示，加工臺(tái)體的外圍上的層間絕緣膜24，以使其形狀與激光元件部分3、引出互連26和電極焊盤(pán)27的形狀相對(duì)應(yīng)。同時(shí)，在臺(tái)體的表面上形成用于接觸p側(cè)電極25的接觸孔。
接下來(lái)，淀積多層Ti/Au并且通過(guò)移去(liftoff)工藝形成引出互連26和電極焊盤(pán)27。此后，對(duì)晶片進(jìn)行臨時(shí)切割(provisional dicing)，并且將晶片后表面拋光。接著，在晶片(n型GaAs襯底12)的后表面上淀積用于形成n側(cè)電極11的Au/AuGe疊層，最后將晶片切割成為獨(dú)立的芯片。這樣可以制造出各自具有圖2A和2B中所示結(jié)構(gòu)的芯片。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，通過(guò)簡(jiǎn)單地改進(jìn)常規(guī)制造工藝，以便通過(guò)蝕刻將層間絕緣膜24形成預(yù)定的形狀，可以防止層間絕緣膜的剝離并且減少其中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。
圖4A和4B示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器的芯片。更具體地，圖4A是芯片的平面圖，圖4B是沿圖4A所示的C-C線(xiàn)取的剖視圖。本發(fā)明采用的層間絕緣膜24從芯片四個(gè)末端回退了一芯片切割沒(méi)有到達(dá)的距離32。此外，在圓柱激光元件部分(臺(tái)體結(jié)構(gòu))3、引出互連26和電極焊盤(pán)27的附近的層間絕緣膜內(nèi)開(kāi)一個(gè)切口。圖4A中，陰影區(qū)域?qū)?yīng)層間絕緣膜。
根據(jù)本發(fā)明，層間絕緣膜24的回退末端將防止其從切割表面剝離，并且如果層間絕緣膜24已從切割表面剝離，防止剝離進(jìn)一步發(fā)展。切口部分31使靠近激光元件部分3的層間絕緣膜24的第一部分與其第二部分相分離，該第二部分的位置比第一部分更靠外。該分離將防止膜24的第一和第二部分中所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力相互干擾，并且防止第一和第二部分之一中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力被施加到另一部分上。根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，可以防止層間絕緣膜24的剝離并減少在其中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的激光發(fā)射和獲得更長(zhǎng)的使用壽命。
如果希望減少層間絕緣膜24中由于激光元件部分3的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的應(yīng)力，可以?xún)H在激光元件部分3的附近設(shè)置切口部分。
簡(jiǎn)而言之，根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器包括襯底12；形成在襯底12上的半導(dǎo)體層疊層13和14；設(shè)置在疊層上并具有激光發(fā)射窗20a的臺(tái)體；和至少覆蓋臺(tái)體的側(cè)面和外圍部分的絕緣膜24，臺(tái)體的外圍部分由疊層形成。絕緣膜24有一個(gè)切口部分31以圍繞臺(tái)體的外圍。采用這種布置，將絕緣膜24分割成幾部分，從而可以分散并減少絕緣膜24中的內(nèi)應(yīng)力。絕緣膜24的分割部分之一中的內(nèi)應(yīng)力不會(huì)被施加給其他部分。絕緣膜24的分割部分不需要彼此隔離，只要防止內(nèi)應(yīng)力彼此影響就可以部分連接。
圖5A和5B示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器的芯片。更具體地，圖5A是芯片的平面圖，圖5B是沿D-D線(xiàn)取的剖視圖。根據(jù)第三實(shí)施例，在襯底上的下鏡層14上設(shè)置一凹槽35以圍繞臺(tái)體3。層間絕緣膜24的末端部分被形成在包括凹槽35的區(qū)域內(nèi)。層間絕緣膜24的末端部分可以截止到凹槽35內(nèi)。
采用上面所述的結(jié)構(gòu)，可以增加層間絕緣膜24和下面的半導(dǎo)體層之間的接觸區(qū)域，使得接觸力加強(qiáng)，從而防止膜24的剝離。凹槽35設(shè)置在激光元件部分(臺(tái)體)3、引出互連26和電極焊盤(pán)27的附近，并且沿著它們的形狀成形。因此，即使由于激光元件部分3、引出互連26和電極焊盤(pán)27的形狀和材料而在層間絕緣膜內(nèi)形成過(guò)度的應(yīng)力，也可以防止層間絕緣膜24的剝離和劣化。如果僅希望防止層間絕緣膜24的剝離，則可以在芯片的四側(cè)邊的附近設(shè)置凹槽35。
在圖5A和5B中，連續(xù)設(shè)置了凹槽35，并且該凹槽容納層間絕緣膜的末端。另選地，可不連續(xù)地形成凹槽35。在圖5A和5B中，層間絕緣膜24設(shè)置在激光元件部分3的外圍附近。另選地，層間絕緣膜24可以設(shè)置在包含凹槽35的延伸區(qū)域上。優(yōu)選地，層間絕緣膜24截止在尚未到達(dá)切割表面的位置。
通過(guò)在形成臺(tái)體3時(shí)暴露出的下鏡層14上形成凹槽35可以制造出本發(fā)明的第三實(shí)施例的激光器設(shè)備?？梢酝ㄟ^(guò)干法蝕刻或者化學(xué)腐蝕來(lái)形成凹槽35。例如，采用硫酸化學(xué)腐蝕，可以形成沒(méi)有任何陡峭臺(tái)階的凹槽35。柱體工藝與本發(fā)明的第一實(shí)施例所述相同。即，通過(guò)濺射或者等離子輔助CVD來(lái)均勻地淀積層間絕緣膜24，并且通過(guò)蝕刻對(duì)其進(jìn)行光刻構(gòu)圖。
圖6A和6B示出具有TO-管型晶體管座41的設(shè)備，在該晶體管座41上安裝圖4A和4B中所示的根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的芯片。更具體地，圖6A是印模安裝有芯片的設(shè)備的平面圖，而圖6B是沿圖6A中所示的E-E線(xiàn)取的剖視圖。如上所述，層間絕緣膜24的部分剝離導(dǎo)致沒(méi)有被層間絕緣膜覆蓋的半導(dǎo)體層部分暴露了出來(lái)。因此需要保護(hù)暴露的部分免受空氣侵蝕。
考慮上述問(wèn)題，沒(méi)有被層間絕緣膜24覆蓋的芯片40的暴露部分用模制樹(shù)脂45覆蓋。層間絕緣膜24的回退形成的芯片的暴露部分由模制樹(shù)脂45保護(hù)。模制樹(shù)脂45用于防止水從沒(méi)有被層間絕緣膜24覆蓋的暴露部分侵入，從而可以改善抗潮性。
圖6A和6B中所示的結(jié)構(gòu)可以按照下列方法制造。在TO管型金屬晶體管座(metal stem)41上設(shè)置熱固性導(dǎo)電粘接劑，并且通過(guò)向其施加壓力將芯片40安裝在一個(gè)預(yù)定的位置。將其上安裝有芯片40的晶體管座41放入一個(gè)爐子中，導(dǎo)電粘接劑就被熱固化。導(dǎo)電粘接劑可以是銀基環(huán)氧樹(shù)脂粘接劑。除去這種粘接劑，還可以采用銦焊料、鉛焊箔和AuSn合成焊料等。
接下來(lái)，用涂層機(jī)涂上并固化熱固性模制樹(shù)脂45。模制樹(shù)脂45可以是冷固型環(huán)氧樹(shù)脂粘接劑。另選地，可以使用聚酰亞胺基材料或者硅樹(shù)脂基材料。通過(guò)接合線(xiàn)42將芯片側(cè)面上的電極焊盤(pán)27和外部引線(xiàn)43連接起來(lái)。在芯片40上設(shè)置沒(méi)有覆蓋模制樹(shù)脂的區(qū)域，用于防止導(dǎo)線(xiàn)的毛細(xì)管(capillary)接觸到模制樹(shù)脂。覆蓋有模制樹(shù)脂的區(qū)域被適當(dāng)?shù)卣{(diào)整到一個(gè)范圍內(nèi)，其中可以調(diào)節(jié)模的高度和毛細(xì)管的移動(dòng)。調(diào)節(jié)后設(shè)置密封蓋。在圖6A和6B中，標(biāo)號(hào)47表示接地的引線(xiàn)，并且該引線(xiàn)通過(guò)金屬晶體管座41與芯片40的n側(cè)電極電氣連接。
在前面所述圖6A和6B的說(shuō)明中，去除了層間絕緣膜的部分由樹(shù)脂覆蓋保護(hù)。另選地，可以在芯片上設(shè)置例如聚酰亞胺保護(hù)膜。
本發(fā)明不限于具體揭示的實(shí)施例，在不偏離本發(fā)明的保護(hù)范圍的條件下，可以進(jìn)行各種變型和修改。的末端更靠?jī)?nèi)。這樣可以抑制絕緣膜從襯底或下面的半導(dǎo)體層上剝離，從而防止臺(tái)體脫離襯底并防止電極互連斷開(kāi)。因此，可以使表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器的操作穩(wěn)定并延長(zhǎng)其使用壽命。此外，在絕緣膜上設(shè)置的切口部分減輕了絕緣膜中的內(nèi)應(yīng)力并可防止其劣化。這也有利于延長(zhǎng)表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器的使用壽命。
雖然示出并說(shuō)明了本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以意識(shí)到在不偏離本發(fā)明的精神和原則以及權(quán)利要求及其等同物所限定的范圍的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行改變。
權(quán)利要求
1.一種表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，該激光器包括襯底；襯底上的半導(dǎo)體層疊層；在該疊層上形成的并且具有激光發(fā)射窗的臺(tái)體；以及至少覆蓋臺(tái)體的側(cè)面和外圍部分的絕緣膜，該臺(tái)體的外圍部分由疊層形成，該絕緣膜的末端比襯底的截?cái)喽烁績(jī)?nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，其中所述的截?cái)喽耸乔懈畋砻妗?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，其中截?cái)喽耸乔懈畋砻?；并且絕緣膜的末端從切割表面向內(nèi)回退。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，其中所述的絕緣膜末端的形狀與臺(tái)體的外形相對(duì)應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，其中臺(tái)體包括限定激光發(fā)射窗并接收電流的電極；在臺(tái)體的外圍部分上的絕緣膜上設(shè)置有與電極電氣連接并從電極延伸的電極焊盤(pán)；以及絕緣膜末端的形狀與電極的外形相對(duì)應(yīng)。
6.一種表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，其包括襯底；形成在襯底上的半導(dǎo)體層疊層；設(shè)置在該疊層上并且具有激光發(fā)射窗的臺(tái)體；以及至少覆蓋臺(tái)體的側(cè)面和外圍部分的絕緣膜，臺(tái)體的外圍部分由疊層形成，絕緣膜具有一個(gè)切口部分以環(huán)繞臺(tái)體的外圍。
7.根據(jù)權(quán)利要求6中所述的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，其中所述的絕緣膜末端的形狀與臺(tái)體的外形相對(duì)應(yīng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6中所述的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，其中臺(tái)體包括限定激光發(fā)射窗并接收電流的電極；在臺(tái)體的外圍部分上的絕緣膜上設(shè)置有與電極電氣連接并從電極延伸的電極焊盤(pán)；以及絕緣膜末端的形狀與電極的外形相對(duì)應(yīng)。
9.一種表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，其包括襯底；形成在襯底上的半導(dǎo)體層疊層；設(shè)置在該疊層上并且具有激光發(fā)射窗的臺(tái)體；以及至少覆蓋臺(tái)體的側(cè)面和外圍部分的絕緣膜，該臺(tái)體的外圍部分由疊層形成，在該疊層的一部分上形成有一凹槽，絕緣膜設(shè)置在包括凹槽的區(qū)域上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9中所述的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，其中所述的絕緣膜末端的形狀與臺(tái)體的外形相對(duì)應(yīng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9中所述的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，其中臺(tái)體包括限定激光發(fā)射窗并接收電流的電極；在臺(tái)體的外圍部分上的絕緣膜上設(shè)置有與電極電氣連接并從電極延伸的電極焊盤(pán)；以及絕緣膜末端的形狀與電極的外形相對(duì)應(yīng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，其中所述的疊層包括含鋁的半導(dǎo)體層，在該半導(dǎo)體層上設(shè)置有所述絕緣膜。
13.根據(jù)權(quán)利要求6中所述的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，其中所述的疊層包括含鋁的半導(dǎo)體層，在該半導(dǎo)體層上設(shè)置有所述絕緣膜。
14.根據(jù)權(quán)利要求9中所述的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，其中所述的疊層包括含鋁的半導(dǎo)體層，在該半導(dǎo)體層上設(shè)置有所述絕緣膜。
15.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，其中疊層包括含鋁的半導(dǎo)體層，在該半導(dǎo)體層上設(shè)置有所述絕緣膜；含鋁的半導(dǎo)體層是具有半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)的第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體鏡的一部分，并且它含有AlGaAs成份。
16.根據(jù)權(quán)利要求6中所述的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，其中疊層包括含鋁的半導(dǎo)體層，在該半導(dǎo)體層上設(shè)置有所述絕緣膜；含鋁的半導(dǎo)體層是具有半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)的第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體鏡的一部分，并且它含有AlGaAs成份。
17.根據(jù)權(quán)利要求9中所述的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，其中疊層包括含鋁的半導(dǎo)體層，在該半導(dǎo)體層上設(shè)置有所述絕緣膜；含鋁的半導(dǎo)體層是具有半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)的第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體鏡的一部分，并且它含有AlGaAs成份。
18.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，其中臺(tái)體至少包括一有源區(qū)，一包含選擇性氧化區(qū)的電流限制層，和一導(dǎo)電類(lèi)型與由疊層形成的另一鏡不同的半導(dǎo)體鏡。
19.根據(jù)權(quán)利要求6中所述的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，其中臺(tái)體至少包括一有源區(qū)，一包含選擇性氧化區(qū)的電流限制層，和一導(dǎo)電類(lèi)型與由疊層形成的另一鏡不同的半導(dǎo)體鏡。
20.根據(jù)權(quán)利要求9中所述的表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，其中臺(tái)體至少包括一有源區(qū)，一包含選擇性氧化區(qū)的電流限制層，和一導(dǎo)電類(lèi)型與由疊層形成的另一鏡不同的半導(dǎo)體鏡。
21.一種制造表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器的方法，該方法包括下列步驟在襯底上形成半導(dǎo)體層疊層；在該疊層上形成具有激光發(fā)射窗的臺(tái)體；在疊層和臺(tái)體上形成絕緣膜；以及去除部分絕緣膜以使絕緣膜至少覆蓋臺(tái)體的側(cè)面和外圍部分，該臺(tái)體的外圍部分由疊層形成，將絕緣膜的末端設(shè)置得比襯底的截?cái)喽烁績(jī)?nèi)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21中所述的方法，進(jìn)一步包括將半導(dǎo)體襯底切割成芯片的步驟，通過(guò)切割限定芯片的末端。
23.一種制造表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器的方法，該方法包括下列步驟在襯底上形成半導(dǎo)體層疊層；在該疊層上形成具有激光發(fā)射窗的臺(tái)體；在疊層和臺(tái)體上形成絕緣膜；以及去除部分絕緣膜以使絕緣膜至少覆蓋臺(tái)體的側(cè)面和外圍部分并且圍繞臺(tái)體，該臺(tái)體的外圍部分由疊層形成。
24.一種制造表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器的方法，該方法包括下列步驟在襯底上形成半導(dǎo)體層疊層；在該疊層上形成具有激光發(fā)射窗的臺(tái)體；在疊層和臺(tái)體上形成絕緣膜；以及去除部分絕緣膜以便使絕緣膜至少覆蓋臺(tái)體的側(cè)面和外圍部分并且具有一個(gè)切口部分，該臺(tái)體的外圍部分由疊層形成。
25.一種制造表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器的方法，該方法包括下列步驟在襯底上形成半導(dǎo)體層疊層；在該疊層上形成具有激光發(fā)射窗的臺(tái)體；在疊層上形成凹槽；在疊層和臺(tái)體上形成絕緣膜；以及去除部分絕緣膜以使絕緣膜至少覆蓋臺(tái)體的側(cè)面和外圍部分，該臺(tái)體的外圍部分由疊層形成。
26.根據(jù)權(quán)利要求25中所述的方法，進(jìn)一步包括對(duì)絕緣膜構(gòu)圖以使絕緣膜的末端位于凹槽內(nèi)的步驟。
全文摘要
一種表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器包括襯底、襯底上的半導(dǎo)體層疊層、在疊層上形成并具有激光發(fā)射窗的臺(tái)體，和至少覆蓋臺(tái)體的側(cè)面和外圍部分的絕緣膜，該臺(tái)體的外圍部分由疊層形成。絕緣膜的末端被設(shè)置得比襯底的截?cái)喽烁績(jī)?nèi)。
文檔編號(hào)H01S5/028GK1508916SQ0315693
公開(kāi)日2004年6月30日 申請(qǐng)日期2003年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月16日
發(fā)明者大森誠(chéng)也 申請(qǐng)人:富士施樂(lè)株式會(huì)社