(57)【要約】【課題】平坦性と形状均一性に優れた４５度反射面を持つ受発光デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】シリコン酸化膜１０１をマスクとして、シリコン基板１００をイオン系界面活性剤が添加したアルカリ溶液を用いたウエットエッチングによって、（１００）面を底面とした（１１０）面からなる４５°の角度を持った斜面を凹部１０７に形成する。凹部１０７における一方向側の側壁は、半導体レーザ素子１０から出射されたレーザ光を装置の上方に反射するための反射面２０に相当する。このとき、エッチング液にはイオン系界面活性剤が添加されたアルカリ溶液を用いる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に受光デバイスを形成する工程と、
前記半導体基板に、前記半導体基板表面と４５度の角度をなす傾斜面を少なくとも一つ備えた溝を形成する工程と、
前記溝の底部に発光デバイスを載置する工程と、を備えた受発光デバイスの製造方法であって、
イオン性界面活性剤が添加されたエッチング液を用いたウエットエッチングにより前記溝を形成することを特徴とする受発光デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記エッチング液はアルカリ水溶液を含むことを特徴とする請求項１記載の受発光デバイスの製造方法。
【請求項３】
前記イオン性界面活性剤はポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩であることを特徴とする請求項１記載の受発光デバイスの製造方法。
【請求項４】
前記イオン性界面活性剤は０．１ｗｔ％よりも高濃度であることを特徴とする請求項１または３記載の受発光デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記半導体基板は（１００）シリコン基板であることを特徴とする請求項１記載の受発光デバイスの製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の受発光デバイスの製造方法により製造された受発光デバイスであって、
前記半導体基板表面と４５度の角度をなす傾斜面の表面粗さの曲率半径が２０ｎｍ以下であることを特徴とする受発光デバイス。
【請求項７】
前記半導体基板表面と４５度の角度をなす傾斜面は、前記発光デバイスからの光を反射して、前記半導体基板上方に導くための反射面であることを特徴とする請求項６記載の受発光デバイス。
【請求項８】
前記反射面上にはＡｕ層が形成されていることを特徴とする請求項７記載の受発光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスク装置に用いる受発光デバイスの製造方法およびそれを用いて製造された受発光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤ−Ｒ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｋ−Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）ドライブやＤＶＤ−ＲＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ−Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）ドライブなどの光ディスク装置に用いられる光ピックアップ装置には、主要部品として受発光デバイスが搭載されている。
【０００３】
この受発光デバイスは、対象とする光ディスクへレーザ光を出射する半導体レーザ素子、光ディスクで反射されて戻ってきたレーザ光を受光する受光素子、電気信号を処理するための信号処理回路などから構成されている。また、装置の小型化のため、半導体レーザ素子、受光素子、信号処理回路は同一の半導体基板に形成されていることが多い。
【０００４】
特許文献１では、出射光が半導体基板表面と平行となるように半導体レーザ素子が載置された構造が開示されており、さらに出射されたレーザ光を光ディスク方向（基板厚み方向）に反射させるために、半導体基板の表面に対してある一定の角度を持った反射面が形成されている。
【０００５】
特にレーザ光が半導体基板の表面と略平行な方向に出射されるように半導体レーザ素子を形成した場合は、反射面は半導体基板の表面に対して４５度の角度を持たせて形成する必要がある。
【０００６】
さらに反射面は、レーザ光の乱反射等を防止するため、高精度の平坦性が要求される。
【０００７】
そこで反射面を形成する方法として、水酸化カリウム水溶液や水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液等のアルカリ溶液を用いたエッチング技術が開発されている。
【０００８】
次に、図１２、１３を参照にしながら、特許文献２に開示された別の反射面を形成する方法について説明する。ここで、図１３は、図１２のＡ−Ａ’ラインにおける断面図である。
【０００９】
先ず、図１２に示すように、＜１００＞方向に端面が現れるようにパターン４０を形成する。
【００１０】
次に、図１３に示すように、ウエットエッチングにより反射面２０を形成する。
【００１１】
この時、ウエットエッチング処理中には超音波を印加する。また、エッチング液にはアルカリ溶液と、非イオン系界面活性剤を用いる。
【００１２】
以上の工程により、４５度の角度を持った反射面２０を形成する。
【特許文献１】特開２００３−２９８１６８号公報
【特許文献２】特開２０００−７７３８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献２に開示された技術では、超音波を印加するため、シリコン基板に物理的衝撃が加わる。このため、マスクであるシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等の破損が起き、反射面の形状が崩れるという課題を有している。
【００１４】
また、マスクであるシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等の破損によりパーティクルが発生する。これが、エッチング中にエッチング面に付着すると、局所的にエッチングレートに差が生じて、反射面の平坦性が低下するという課題も有している。
【００１５】
そこで、本発明は、前記課題に鑑み、平坦性と形状均一性に優れた４５度反射面を持つ受発光デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、本発明の受発光デバイスの製造方法は、半導体基板上に受光デバイスを形成する工程と、半導体基板に、半導体基板表面と４５度の角度をなす傾斜面を少なくとも一つ備えた溝を形成する工程と、溝の底部に発光デバイスを載置する工程と、を備え、イオン性界面活性剤が添加されたエッチング液を用いたウエットエッチングにより溝を形成することを特徴とするものである。
【００１７】
なお、本発明の受発光デバイスの製造方法において、エッチング液はアルカリ水溶液を含むことがより好ましい。
【００１８】
なお、本発明の受発光デバイスの製造方法において、イオン性界面活性剤はポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩であることがより好ましい。
【００１９】
なお、本発明の受発光デバイスの製造方法において、イオン性界面活性剤は０．１ｗｔ％よりも高濃度であることがより好ましい。
【００２０】
なお、本発明の受発光デバイスの製造方法において、半導体基板は（１００）シリコン基板であることがより好ましい。
【００２１】
また、本発明の受発光デバイスの製造方法により製造された受発光デバイスは、半導体基板表面と４５度の角度をなす傾斜面の表面粗さの曲率半径が２０ｎｍ以下であることがより好ましい。
【００２２】
また、本発明の受発光デバイスの製造方法により製造された受発光デバイスにおいて、半導体基板表面と４５度の角度をなす傾斜面は、発光デバイスからの光を反射して、半導体基板上方に導くための反射面であることがより好ましい。
【００２３】
また、本発明の受発光デバイスの製造方法により製造された受発光デバイスにおいて、
反射面上にはＡｕ層が形成されていることがより好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の受発光デバイスの製造方法では、平坦性と形状均一性に優れた４５度反射面を形成することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態に係る受発光デバイスについて、図面を参照にしながら説明する。
【００２６】
図１、図２は本発明の実施の形態に係る受発光デバイスを示した構造図である。但し図２は、図１におけるＪ−Ｊ’ラインの断面図である。
【００２７】
図１に示すように、受発光デバイスには、光ディスクに対してレーザ光を出射する半導体レーザ素子１０とともに、反射面２０が形成されている。
【００２８】
また受発光デバイスは、略直方体状であり、片側の主表面中央部分に、その厚み方向に向け大きな凹部が設けられている。その凹部の内側底面には、半導体レーザ素子１０が収納されている。そして、半導体レーザ素子１０が収納された凹部は、その深さ方向の下部分における４つの側壁面が装置の表面に対して４５度の傾斜角を有し、その中の１つの側壁面が反射面２０となっている。
【００２９】
さらに反射面２０の表面はＡｕ層で覆われている。即ち、半導体レーザ素子１０から基板表面と略平行方向に出射されたレーザ光（出射光）は、反射面２０で反射し、図１における装置上方に向けレーザ光を出射することができる。
【００３０】
また、図２に示すように、受発光デバイスは、（１００）シリコン基板（以下、シリコン基板）１００の上に、シリコン酸化膜１０１、シリコン窒化膜１０２が順に積層されている。
【００３１】
受発光デバイスの中央部には、底面に半導体レーザ素子１０を取り付けるための凹部１０７が形成されている。この凹部１０７においては、シリコン酸化膜１０１は形成されてなく、シリコン基板１００の上にシリコン窒化膜１０２が積層された構成となっている。
【００３２】
凹部１０７は、基板の厚み方向小程までが垂直の側壁面を有し、小程から内底面にかけての側壁面がシリコン基板１００の表面方向に対して４５度の傾斜角を有している。ここで４５度の傾斜角を有する側壁面は、その最下層のシリコン基板１００において、結晶方位（１１０）面からなる。
【００３３】
また、凹部１０７における一方向側の側壁は、シリコン窒化膜１０２の上にＴｉ層１０３ａ、１０３ｂおよびＡｕ層１０４ａ、１０４ｂが順次積層されている。Ｔｉ層１０３ａ、１０３ｂは、ともに０．２μｍの厚みを有しており、Ａｕ層１０４ａ、１０４ｂは、ともに０．４μｍの膜厚を有している。この側壁面は、最表面に形成されたＡｕ層１０４ｂによって半導体レーザ素子１０から出射されたレーザ光を装置の上方に反射するための反射面２０である。
【００３４】
また、シリコン基板１００上に形成されたシリコン窒化膜１０２との間に、Ｔｉ層１０３ａ、１０３ｂおよびＡｕ層１０４ａ、１０４ｂに加えてヒートシンク層１０５およびはんだ層１０６（例えば、膜厚４μｍ程度）を介して載置・接合されている。
【００３５】
ヒートシンク層１０５は、Ａｕ層１０４ａとＴｉ層１０３ｂとの間に介挿されており、２０μｍ程度の厚みを有する。このようにヒートシンク層１０５がＡｕ層１０４ａ、１０４ｂよりも厚いのは、これにより装置の厚み方向における半導体レーザ素子１０の取り付け位置を確保するためのものである。
【００３６】
つまり、ヒートシンク層１０５は、駆動時における半導体レーザ素子１０の熱を逃がすという機能とともに、半導体レーザ素子１０における片側の電極という機能と、取り付け時における装置厚み方向の寸法精度確保のための台座としての機能を有する。
【００３７】
また、凹部１０７の内底部は、半導体レーザ素子１０が形成された領域と反射面２０とは、Ｔｉ層１０３ａ、１０３ｂおよびＡｕ層１０４ａ、１０４ｂを溝部１１によって分離し、電気的にも分離している。
【００３８】
以上の構成による半導体レーザ素子１０と反射面２０は、同一基板に実装されているため、光ピックアップ装置のコンパクト化を図ることができる。
【００３９】
また、Ａｕ層１０４ｂとヒートシンク層１０５との間に介挿されたＴｉ層１０３ｂがヒートシンク層１０５とはんだ層１０６との間における拡散抑制層として機能することから、半導体レーザ素子１０を装置の厚み方向に対して高い位置精度をもって実装することができ、高い位置精度でレーザ光を出射することができる。
【００４０】
また、凹部１０７深さ方向下部分の装置の表面に対して４５度の傾斜角を有する４つの側壁面は、その最下層であるシリコン基板１００の結晶方位を（１１０）面としている。
【００４１】
次に、図３〜図１１を参照にしながら、本発明の実施の形態に係る受発光デバイスの製造方法を説明する。但し、図３〜図１１では、図１に示す受発光デバイスにおけるＪ−Ｊ’ラインの断面部分について各製造工程を図示している。
【００４２】
先ず、図３に示すように、シリコン基板１００上に、シリコン酸化膜１０１が積層された構成の基板に対して、シリコン酸化膜１０１に対してエッチングを行い、シリコン基板１００を露出させる。
【００４３】
次に、図４に示すように、シリコン酸化膜１０１をマスクとして、シリコン基板１００をイオン系界面活性剤が添加したアルカリ溶液を用いたウエットエッチングによって、（１００）面を底面とした（１１０）面からなる４５度の角度を持った斜面を凹部１０７に形成する。凹部１０７における一方向側の側壁（図では左側側壁）は、半導体レーザ素子１０から出射されたレーザ光を装置の上方に反射するための反射面２０に相当する。
【００４４】
このとき、本発明ではエッチング液にイオン系界面活性剤が添加されたアルカリ溶液を用いることを特徴とする。具体的には、アルカリ溶液には、２０ｗｔ％水酸化カリウム水溶液を用い、イオン系界面活性剤として、０．１ｗｔ％ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩を添加する。
【００４５】
次に、図５に示すように、凹部１０７の内壁面を含めた基板の表面全体に、ＣＶＤ法によりシリコン窒化膜１０２を形成する。
【００４６】
次に、図６に示すように、シリコン窒化膜１０２の上に、スパッタ法を用いてＴｉ層１０３ａ、Ａｕ層１０４ａを順に積層する。各層の厚みは、上述のように、Ｔｉ層１０３ａが０．２μｍ、Ａｕ層１０４ａが０．４μｍである。
【００４７】
次に、図７に示すように、凹部１０７の底部におけるＡｕ層１０４ａの上に、台座としての機能を兼ね備えるヒートシンク層１０５を、ウエットエッチングによって形成する。ヒートシンク層１０５の厚みは、図６における凹部１０７の開口上端面から底面におけるＡｕ層１０４ａの表面までの距離を測定し、これより半導体レーザ素子１０を所望の高さ位置に実装するために必用な距離に相当するものである。そして、ヒートシンク層１０５の厚みの中心値は、例えば、２０μｍである。ただし、この数値については、凹部１０７の深さの設定、あるいは、半導体レーザ装置から光ディスクまでの光路長の設定などによって各々設定する必要がある。
【００４８】
なお、図示していないが、ヒートシンク層１０５は、半導体レーザ素子１０の駆動用電源に接続するために、反射面２０に相当する部分を除く領域を通って凹部１０５の外部などに続いている。この際、配線用と、台座用との２回に分けてウエットエッチングを行なってヒートシンク層１０５を形成してもよい。
【００４９】
次に、図８に示すように、凹部１０７の底面にヒートシンク層１０５が形成された基板に対して、図６と同様にＴｉ層１０３ｂとＡｕ層１０４ｂとを積層する。各層１０３ｂ、１０４ｂについても、上記Ｔｉ層１０３ａおよびＡｕ層１０４ａと同様に、各々０．２μｍ、０、４μｍである。
【００５０】
次に、図９に示すように、ヒートシンク層１０５の上におけるＡｕ層１０４ｂに対して、メッキによってはんだ層１０６を形成する。このはんだ層１０６は、４μｍの厚みで形成されている。
【００５１】
次に、図１０に示すように、フォトリソ法を用いて、ヒートシンク層１０５が形成された領域および反射面２０以外の領域のＴｉ層１０３ａ、１０３ｂおよびＡｕ層１０４ａ、１０４ｂを除去し、溝部１１を形成する。ただし、このとき、ヒートシンク層１０５から延びる接続部分（不図示）については、残すようにする。
【００５２】
最後に、図１１に示すように、予め作製された半導体レーザ素子１０をはんだ層１０６を介して載置・接合する。
【００５３】
以上の工程により、本発明の実施形態に係る受発光デバイスを形成する。
【００５４】
以上の方法では、エッチングによって、装置表面に対して４５度の角度を持った反射面２０を形成する際に、エッチング液であるアルカリ溶液にイオン系界面活性剤を添加することを特徴とする。
【００５５】
イオン系界面活性剤は、ウエットエッチング時のマスク下へのサイドエッチング量を低減させ、４５度の角度を持った斜面を形成することが出来る。これは、非イオン系界面活性剤と同様である。
【００５６】
上記特性とともに、イオン系界面活性剤はウエットエッチング中に発生したシリコン反応生成物と異物を吸着しながら電気的極性を制御し、シリコン基板１００表面への付着を抑制する。
【００５７】
また、ウエットエッチング時には、シリコン基板に対し超音波印加などの物理的衝撃を加えないため、マスクであるシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等の破損が発生しない。
【００５８】
以上より、本発明の実施形態では、ウエットエッチングはシリコン反応生成物及び異物の影響を受けず、平坦性と形状均一性に優れた４５度反射面を形成することが出来る。
【００５９】
なお、本発明では界面活性剤の選択によっては、イオン性界面活性剤とともに、非イオン性界面活性剤を同時に添加しても良い。
【００６０】
本実施形態では具体的な条件として、エッチング液に２０ｗｔ％ＫＯＨ溶液と、イオン系界面活性剤として１ｗｔ％ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩とを用いてエッチングを行った。
【００６１】
このとき、反射面２０の算術表面粗さＲａが１２ｎｍであり、青色半導体レーザ（波長λ＝４１０ｎｍ）に対してもλ／３７以下であった。この値は、１／４波長の１０％程度だから干渉等の影響を与えない。
【００６２】
このため、青色半導体レーザを波長ずれ、散乱等を起こさずに、光ディスク方向へ送る反射面として必要とする平坦性を得る事が出来た。
【００６３】
また、シリコン酸化膜１０１の破損もなく、凹部１０７のパターン形状は良好であった。
【００６４】
（第１の比較例）
エッチング液に２０ｗｔ％水酸化カリウム水溶液のみを用い、エッチングを行った。その他の製造工程は本発明の実施の形態と同様である。
【００６５】
このとき、反射面２０を形成した場合の算術表面粗さＲａを非接触式表面粗さ計で測定すると２０１３ｎｍと表面が非常に荒れていて、光学反射面として充分な平坦性を得ることは出来なかった。
【００６６】
（第２の比較例）
エッチング液に２０ｗｔ％水酸化カリウム水溶液と、非イオン系界面活性剤である１ｗｔ％ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルとを用いてエッチングを行った。その他の工程は本発明の実施の形態と同様である。
【００６７】
このとき、反射面２０の算術表面粗さＲａは５７ｎｍであった。この値は、青色半導体レーザの１／４波長に対し５０％程度であり、レーザ反射時には干渉等が発生する。
【００６８】
このため、青色半導体レーザを波長ずれ、散乱等を起こさず光ディスク方向へ送る反射面として、必要とする平坦性を得る事が出来なかった。
【００６９】
（第３の比較例）
エッチング液に２０ｗｔ％水酸化カリウム水溶液と、イオン系界面活性剤として０．１ｗｔ％ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩とを用いてエッチングを行った。その他の工程は本発明の実施の形態と同様である。
【００７０】
このとき、反射面２０を形成した場合の算術表面粗さＲａを非接触式表面粗さ計で測定すると２７ｎｍであった。
【００７１】
この値は、非イオン性界面活性剤を用いた場合と比較をすれば高い平坦性である。
【００７２】
しかし、青色半導体レーザなどの短波長レーザに用いる反射面としては、充分な平坦性ではなく、受発光デバイスとしても求める特性は得られない。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明にかかる受発光デバイスの製造方法は、平坦性と形状均一性に優れた４５度反射面を形成することができ、光ディスク装置に用いる受発光デバイスの製造方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施の形態に係る受発光デバイスを示す斜視図
【図２】本発明の実施の形態に係る受発光デバイスを示す断面図
【図３】本発明の実施の形態に係る受発光デバイスの製造方法の工程を示す断面図
【図４】本発明の実施の形態に係る受発光デバイスの製造方法の工程を示す断面図
【図５】本発明の実施の形態に係る受発光デバイスの製造方法の工程を示す断面図
【図６】本発明の実施の形態に係る受発光デバイスの製造方法の工程を示す断面図
【図７】本発明の実施の形態に係る受発光デバイスの製造方法の工程を示す断面図
【図８】本発明の実施の形態に係る受発光デバイスの製造方法の工程を示す断面図
【図９】本発明の実施の形態に係る受発光デバイスの製造方法の工程を示す断面図
【図１０】本発明の実施の形態に係る受発光デバイスの製造方法の工程を示す断面図
【図１１】本発明の実施の形態に係る受発光デバイスの製造方法の工程を示す断面図
【図１２】従来技術に係る受発光デバイスの製造方法の工程を示す平面図
【図１３】従来技術に係る受発光デバイスの製造方法の工程を示す断面図
【符号の説明】
【００７５】
１０  半導体レーザ素子
１１  溝部
２０  反射面
４０  パターン
１００  （１００）シリコン基板
１０１  シリコン酸化膜
１０２  シリコン窒化膜
１０３  Ｔｉ層
１０４  Ａｕ層
１０５  ヒートシンク層
１０６  はんだ層
１０７  凹部
【図１】
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【図２】
2006147616.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2006147616.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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