JPS6335114B2 - - Google Patents
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- JPS6335114B2 JPS6335114B2 JP8915779A JP8915779A JPS6335114B2 JP S6335114 B2 JPS6335114 B2 JP S6335114B2 JP 8915779 A JP8915779 A JP 8915779A JP 8915779 A JP8915779 A JP 8915779A JP S6335114 B2 JPS6335114 B2 JP S6335114B2
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/80—Constructional details
- H10H20/81—Bodies
- H10H20/819—Bodies characterised by their shape, e.g. curved or truncated substrates
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- Formation Of Insulating Films (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、光半導体装置の製造方法に関し、特
に略球面状半導体結晶層を有する光半導体装置を
製造するのに好適な方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for manufacturing an optical semiconductor device, and particularly to a method suitable for manufacturing an optical semiconductor device having a substantially spherical semiconductor crystal layer.
例えば、光通信用半導体発光ダイオードでは、
その光取出し面を略球面状に形成し、光取出し効
率、光フアイバとの結合効率などを向上すること
が行なわれている。 For example, in semiconductor light emitting diodes for optical communication,
The light extraction surface is formed into a substantially spherical shape to improve the light extraction efficiency and the coupling efficiency with the optical fiber.
第1図はその様子を表わすものであり、1はス
テム、2は金(Au)層、3は金・亜鉛・金
(Au/Zn/Au)の電極、4は二酸化シリコン
(SiO2)絶縁膜、5はp+―InGaAsP層、6はp―
InP層、7はInGaAsP層、8はn―InP層、9は
n+―InP層、9′は光取出し部、10は金・ゲル
マニウム・ニツケル(Au/Ge/Ni)の電極、1
1は光通信用フアイバ、11′は先球部である。 Figure 1 shows the situation. 1 is the stem, 2 is the gold (Au) layer, 3 is the gold/zinc/gold (Au/Zn/Au) electrode, and 4 is the silicon dioxide (SiO 2 ) insulation. film, 5 is p + -InGaAsP layer, 6 is p-
InP layer, 7 is InGaAsP layer, 8 is n-InP layer, 9 is
n + -InP layer, 9' is a light extraction part, 10 is a gold/germanium/nickel (Au/Ge/Ni) electrode, 1
1 is a fiber for optical communication, and 11' is a bulbous end.
ところで、このような装置を実現するにあたり
問題となるのは略球面状の光取出し部9′をどの
ようにして形成するかである。 By the way, in realizing such a device, the problem is how to form the substantially spherical light extraction portion 9'.
従来、例えば発光素子用半導体結晶を成長する
為の基板に化学的エツチング法で凹面鏡状凹所を
形成してからその上に半導体結晶を成長させ、そ
の後、前記基板のみを化学的に選択エツチングし
て除去することに依り半導体結晶表面に凸レンズ
を形成する方法、或いは、第2図に見られるよう
に、例えばInPの半導体結晶層21を円形の開口
パターン22Aを有するマスク22で覆い、エツ
チング液として例えばブロム・メタノールを用い
て化学エツチングを行なつて図に破線で示されて
いるように球面形状を形成する方法などが知られ
ている。 Conventionally, for example, a concave mirror-like recess is formed on a substrate for growing a semiconductor crystal for a light emitting device by chemical etching, a semiconductor crystal is grown thereon, and then only the substrate is selectively etched chemically. Alternatively, as shown in FIG. 2, a semiconductor crystal layer 21 of, for example, InP is covered with a mask 22 having a circular opening pattern 22A, and an etching solution is used to form a convex lens on the surface of a semiconductor crystal. For example, a method is known in which chemical etching is performed using bromine methanol to form a spherical shape as shown by the broken line in the figure.
しかしながら、これ等の方法はいずれも化学エ
ツチングを利用するものである為、それ特有の結
晶面方位依存性などに依り、異方性のない球面形
状を得ることは困難であり、また、結晶の種類に
対応させてエツチング液を選択しなければならな
いなどの問題がある。 However, since all of these methods utilize chemical etching, it is difficult to obtain a spherical shape without anisotropy due to the unique crystal plane orientation dependence. There are problems such as having to select an etching solution depending on the type.
本発明は、結晶面方位依存性が少ない物理的エ
ツチング法を採用し、半導体発光素子の光取出し
面に等方性の略球面形状を形成できるようにする
ものであり、以下これを詳細に説明する。 The present invention employs a physical etching method that is less dependent on crystal plane orientation, and enables the formation of an isotropic, approximately spherical shape on the light extraction surface of a semiconductor light emitting device.This will be explained in detail below. do.
さて、半導体発光素子の光取出し面に等方性球
面形状を形成するには前記したような物理的エツ
チング法、例えばアルゴンなど不活性ガスを用い
るイオン・ビーム・エツチング法を適用すれば結
晶面方位依存性が無いので好都合であるが、その
場合、略球面形状を形成する為にどのようなマス
クを使用するかが問題になる。尚、本発明に於け
る球面とは楕円面,抛物面などの曲面を含むもの
とする。 Now, in order to form an isotropic spherical shape on the light extraction surface of a semiconductor light emitting device, it is possible to apply the physical etching method described above, for example, the ion beam etching method using an inert gas such as argon. This is advantageous because there is no dependence, but in that case, the problem is what kind of mask to use to form a substantially spherical shape. Note that the spherical surface in the present invention includes curved surfaces such as an elliptical surface and a parapet surface.
本発明では、フオト・レジスト、電子ビーム・
レジスト、X線レジストなど、通常のレジストを
用い、そのベーキング時に若干特殊な処理を施す
ことに依り所望のマスクを得ている。 In the present invention, photoresist, electron beam
A desired mask is obtained by using a normal resist, such as a resist or an X-ray resist, and performing a slightly special process during baking.
第3図乃至第7図は本発明の一実施例を説明す
る為の工程途中に於ける半導体装置の要部側断面
図であり、次に、これ等の図を参照しつつ記述す
る。 3 to 7 are sectional side views of essential parts of a semiconductor device in the middle of a process for explaining one embodiment of the present invention, and the following description will be made with reference to these figures.
第3図参照
(1) 光取出し面部を形成すべき半導体結晶層31
全面にポジ(或いはネガ)型フオト・レジスト
膜32を形成する。See Figure 3 (1) Semiconductor crystal layer 31 to form the light extraction surface portion
A positive (or negative) type photoresist film 32 is formed on the entire surface.
第4図参照
(2) 通常のフオト・マスク密着露光及び現像を行
なつて前記フオト・レジスト膜をパターニング
して、略円形パターン・マスク32′を形成す
る。Refer to FIG. 4 (2) The photoresist film is patterned by performing normal photomask contact exposure and development to form a substantially circular pattern mask 32'.
第5図参照
(3) 前記略円形のレジストマスクが燃焼しない程
度の高熱を加え、非酸化性雰囲気中にてベーキ
ングを行なう。これに依り前記レジストマスク
32′は溶融軟化し、表面張力によつて安定な
球面に変形して、球面状レジストマスク32″
に変形される。Refer to FIG. 5 (3) Baking is performed in a non-oxidizing atmosphere by applying high heat such that the approximately circular resist mask does not burn. As a result, the resist mask 32' is melted and softened and deformed into a stable spherical surface due to surface tension, resulting in a spherical resist mask 32''.
transformed into.
第6図参照
(4) アルゴンなど不活性ガスのイオン・ビーム・
エツチングにより、球面状レジストマスク3
2″が形成された前記半導体結晶層31全面を
エツチングし、マスク32″が完全に除去され
るまでエツチングを継続する。不活性ガスによ
るイオン・ビーム・エツチングは物質選択性が
化学エツチングに比較して少ないので、図示の
状態でエツチングを行なうとレジストマスク3
2″の球面形状が結晶層31上に転写されたよ
うな状態になるものである。イオン・ビームは
必要に応じて軸33に対し角度θをなして斜め
に入射させ、また、同じく必要に応じて結晶層
31は軸33を中心に回転させることにより、
レジストマスクと半導体結晶とのエツチング速
度の比を制御することができ、レジストマスク
の球面形状を半導体結晶に転写することができ
るものである。実験結果によれば結晶層31が
GaAsであるときは角度θは然程重要な因子に
はならないが、InPであるときにはθ>40゜〜
50゜にする必要があり、また、前記回転はθ≠
0のときに必要である。See Figure 6 (4) Ion beam of inert gas such as argon
Spherical resist mask 3 is created by etching.
The entire surface of the semiconductor crystal layer 31 on which the mask 32'' is formed is etched, and the etching is continued until the mask 32'' is completely removed. Ion beam etching using an inert gas has less material selectivity than chemical etching, so if etching is performed under the conditions shown in the figure, the resist mask 3
2" spherical shape is transferred onto the crystal layer 31. The ion beam is incident obliquely at an angle θ with respect to the axis 33 as necessary. Accordingly, by rotating the crystal layer 31 around the axis 33,
The etching rate ratio between the resist mask and the semiconductor crystal can be controlled, and the spherical shape of the resist mask can be transferred to the semiconductor crystal. According to the experimental results, the crystal layer 31
When it is GaAs, the angle θ is not a very important factor, but when it is InP, θ > 40°~
50°, and the rotation is θ≠
Required when 0.
第7図参照
(5) エツチングが完了すると球面状光取出し部3
1′が形成される。図に於けるdはエツチング
深さ、Lは光取出し部31′の直径である。See Figure 7 (5) When the etching is completed, the spherical light extraction part 3
1' is formed. In the figure, d is the etching depth, and L is the diameter of the light extraction portion 31'.
このようにして形成した光取出し部31′は
等方性の球面状であつて良好なピントを結ぶこ
とができる。 The light extraction portion 31' formed in this manner has an isotropic spherical shape and can achieve good focusing.
前記工程で重要であるのは工程(3)として記述し
たフオト・レジストマスクのベーキングである。
即ち、該ベーキングはフオト・レジスト等の熱軟
化性有機皮膜粘度を充分に低下させはするが、燃
焼はしない程度の温度で行なわなければならな
い。最適温度はレジストの化学組成に依つて相違
するが、一般にポジ型レジストの方がネガ型レジ
ストよりも低温(例えば120〜200〔℃〕)で、しか
も制御性の良いものが得られる。また、光取出し
部31′の形状を左右する因子としては前記レジ
ストのベーキングの他に工程(4)の傾斜角度θに於
けるレジスト対半導体のエツチング・レート比が
挙げられる。 What is important in the above steps is the baking of the photoresist mask described as step (3).
That is, the baking must be carried out at a temperature that sufficiently reduces the viscosity of the heat-softening organic film such as photoresist, but does not cause combustion. The optimum temperature differs depending on the chemical composition of the resist, but in general, positive resists are lower than negative resists (for example, 120 to 200 [° C.]) and can be obtained with better controllability. Factors that influence the shape of the light extraction portion 31' include, in addition to the baking of the resist, the etching rate ratio of the resist to the semiconductor at the inclination angle θ in step (4).
次にInP半導体結晶層に球面形状を形成した際
の具体的データを例示する。 Next, specific data when forming a spherical shape in the InP semiconductor crystal layer will be illustrated.
レジスト種類 ポジ型紫外線用レジストAZ―
1350J(シツプレー社)
レジスト厚さ 約2〔μm〕
ベーキング温度 約200〔℃〕
ベーキング時間 5〔分〕
イオン・ビーム アルゴン・イオン・ビーム
傾斜角度θ 50゜
電流密度 0.57〔A/cm2〕
エツチング時間 45〔分〕
d(第7図参照) 4〔μm〕
L(第7図参照) 80〜150〔μm〕
これにより実現された光取出し部は異方性が小
さい、即ち収差が少ない略球面のものであつた。 Resist type: Positive UV resist AZ-
1350J (Shipley) Resist thickness: Approximately 2 [μm] Baking temperature: Approximately 200 [℃] Baking time: 5 [minutes] Ion beam Argon ion beam inclination angle θ 50° Current density 0.57 [A/cm 2 ] Etching time 45 [minutes] d (see Figure 7) 4 [μm] L (see Figure 7) 80 to 150 [μm] The light extraction section thus realized has a nearly spherical surface with low anisotropy, that is, with little aberration. It was hot.
第8図は、上記本発明により形成されたInP半
導体発光素子の球面状光取出し部による倍率β
を、第9図に示すように、p電極面上に設けた金
電極パターンに対する該球面状光取出し部を通し
て測定される発光パターンとの比から求めた結果
を示すもので、第8図及び第9図において、s
は、p電極3と光取出し部表面との間の距離、rp
は光取出し部球面の曲率半径を示す。第8図の測
定結果に球面全域にわたつて曲率が一定であるレ
ンズの倍率βと前記s及びrpのパラメータとの間
の関係を表わす()式を適用して、屈折率npを
求めた結果np=3.5が得られた。 FIG. 8 shows the magnification β due to the spherical light extraction portion of the InP semiconductor light emitting device formed according to the present invention.
As shown in FIG. 9, this shows the results obtained from the ratio of the light emission pattern measured through the spherical light extraction part to the gold electrode pattern provided on the p-electrode surface. In Figure 9, s
is the distance between the p-electrode 3 and the surface of the light extraction part, r p
indicates the radius of curvature of the spherical surface of the light extraction portion. The refractive index n p is calculated by applying the equation ( ) that expresses the relationship between the magnification β of a lens whose curvature is constant over the entire spherical surface and the parameters s and r p to the measurement results shown in Figure 8. As a result, n p =3.5 was obtained.
1/β=1−np−1/np s/rp ……()
これは既知のInPの屈折率3.5と一致することか
ら本発明により形成される光取出し部は、球面全
域にわたつて曲率が一定であることがわかる。 1/β=1−n p −1/n p s/r p () Since this matches the known refractive index of InP of 3.5, the light extraction portion formed by the present invention extends over the entire spherical surface. It can be seen that the curvature is constant.
このようにして作製された半導体発光素子は
n+―InP層の厚さと球面形状との適当な組合せに
依り光フアイバと良好な効率をもつて結合させる
ことができる。 The semiconductor light emitting device produced in this way is
By a suitable combination of the thickness and spherical shape of the n + -InP layer, it can be coupled with optical fibers with good efficiency.
第10図は、上述の本発明により製造された
InP半導体発光装置の電流・結合光パワー特性を
示すもので、第10図において横軸は電流
〔mA〕,縦軸は結合光パワー〔μW〕を示す。第
10図に示す測定に用いたフアイバーは、コア径
85〔μm〕,開口数0.16,フアイバーの先球の曲率
半径75〔μm〕である。 FIG. 10 shows a sample manufactured according to the invention described above.
This shows the current/coupled light power characteristics of an InP semiconductor light emitting device. In FIG. 10, the horizontal axis shows current [mA] and the vertical axis shows coupled light power [μW]. The fiber used in the measurements shown in Figure 10 has a core diameter of
85 [μm], numerical aperture 0.16, and radius of curvature of the tip of the fiber 75 [μm].
本発明によれば、発光径30〔μm〕,電流100
〔mA〕の場合、結合光パワーとして約200〔μW〕
と大きな結合光パワーが得られる。 According to the present invention, the emission diameter is 30 [μm] and the current is 100 [μm].
[mA], the combined optical power is approximately 200 [μW]
A large combined optical power can be obtained.
前記実施例では、InP―InGaAsP系のものにつ
いて説明したが、本発明は他の種類、例えば、
Ga1-xAlxAs系のものにも有用である。またマス
ク膜として厚いものが必要とされるときは電子ビ
ーム用或いはX線用のレジストを用いると良い。
また、マスク皮膜としては、上述のフオト・レジ
スト皮膜に限らず、アクリル樹脂等の熱軟化性有
機物質皮膜を用いることができる。 In the above embodiment, the InP-InGaAsP type was explained, but the present invention is also applicable to other types, for example,
It is also useful for Ga 1-x Al x As systems. Further, when a thick mask film is required, it is preferable to use a resist for electron beams or X-rays.
Furthermore, the mask film is not limited to the above-mentioned photoresist film, but may also be a heat-softening organic material film such as acrylic resin.
以上の説明で判るように、本発明に依ると、化
学エツチング法に依ることなく半導体発光素子の
光取出し面に球面形状の光取出し部を形成するこ
とができ、そして、その球面形状は収差が少ない
ものである為、光の取出し効率或いは光フアイバ
との結合効率を向上することができる。 As can be seen from the above description, according to the present invention, a spherical light extraction portion can be formed on the light extraction surface of a semiconductor light emitting device without relying on chemical etching, and the spherical shape has no aberration. Since the number is small, the light extraction efficiency or the coupling efficiency with the optical fiber can be improved.
第1図は半導体発光装置の要部側断面図、第2
図は球面状光取出し部を形成する従来技術を説明
する為の半導体発光素子の要部側断面図、第3図
乃至第7図は本発明一実施例を説明する為の半導
体発光素子の要部側断面図である。第8図はレン
ズ倍率βの測定結果を示す図、第9図は第8図の
測定に用いた発光素子の概略図、第10図は本発
明による発光素子の電流・結合光パワーを示す図
である。
図に於いて、31は結晶層、31′は光取出し
部、32はレジスト膜、32′,32″はレジスト
マスク、33は軸、θは傾斜角度、dはエツチン
グ深さ、Lは光取出し部の径である。
Figure 1 is a side sectional view of the main part of a semiconductor light emitting device, Figure 2
The figure is a sectional side view of a main part of a semiconductor light emitting device for explaining a conventional technique for forming a spherical light extraction part, and FIGS. 3 to 7 are main parts of a semiconductor light emitting device for explaining an embodiment of the present invention. FIG. FIG. 8 is a diagram showing the measurement results of lens magnification β, FIG. 9 is a schematic diagram of the light emitting device used for the measurement in FIG. 8, and FIG. 10 is a diagram showing the current and combined optical power of the light emitting device according to the present invention. It is. In the figure, 31 is a crystal layer, 31' is a light extraction part, 32 is a resist film, 32', 32'' are resist masks, 33 is an axis, θ is an inclination angle, d is an etching depth, and L is a light extraction part. This is the diameter of the part.
Claims (1)
膜を形成し、次いで、該熱軟化性有機物質皮膜を
選択的に除去して略円状にパターニングし、次い
で、該熱軟化性有機物質皮膜をベーキングして表
面が略球面の一部をなして突出するマスクとな
し、次いで、全面を粒子の物理的衝撃によるエツ
チング法で該熱軟化性有機物質皮膜が完全に除去
されるまでエツチングし前記半導体結晶層表面の
一部を略球面の一部をなして突出する形状に加工
する工程が含まれてなることを特徴とする光半導
体装置の製造方法。1. Forming a heat-softening organic material film on the entire surface of the semiconductor crystal layer, then selectively removing the heat-softening organic material film to pattern it into a substantially circular shape, and then removing the heat-softening organic material film. is baked to form a mask whose surface forms a part of a substantially spherical surface and protrudes, and then the entire surface is etched by an etching method using physical impact of particles until the heat-softening organic material film is completely removed. 1. A method for manufacturing an optical semiconductor device, comprising the step of processing a part of the surface of a semiconductor crystal layer into a protruding shape that forms part of a substantially spherical surface.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8915779A JPS5613782A (en) | 1979-07-13 | 1979-07-13 | Preparation of semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8915779A JPS5613782A (en) | 1979-07-13 | 1979-07-13 | Preparation of semiconductor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5613782A JPS5613782A (en) | 1981-02-10 |
| JPS6335114B2 true JPS6335114B2 (en) | 1988-07-13 |
Family
ID=13962997
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8915779A Granted JPS5613782A (en) | 1979-07-13 | 1979-07-13 | Preparation of semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5613782A (en) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63197382A (en) * | 1987-02-12 | 1988-08-16 | Hitachi Ltd | Method for manufacturing dome-shaped structure |
| JPH05136460A (en) * | 1991-06-19 | 1993-06-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Microlens formation method |
| CA2071598C (en) * | 1991-06-21 | 1999-01-19 | Akira Eda | Optical device and method of manufacturing the same |
| DE69225130T2 (en) * | 1991-08-30 | 1998-09-17 | Mitsui Chemicals Inc | OPTICAL MIRROR AND DEVICE USING THIS |
| JP2767543B2 (en) * | 1994-01-17 | 1998-06-18 | 眞幸 小川 | Rubber mat |
-
1979
- 1979-07-13 JP JP8915779A patent/JPS5613782A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5613782A (en) | 1981-02-10 |
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