(57)【要約】【課題】本発明の目的は、レーザ素子等の実温と測定される温度との間に生じる誤差を少なくすることができる温度センサ及びサブマウント並びにサブマウントの製造方法を提供することにある。【解決手段】少なくとも一層の薄膜状部材であって、金属，金属酸化物，金属窒化物及び半導体のうち少なくとも一種で形成された測温抵抗体であることを特徴とする温度センサ。サブマウント上に、金属，金属酸化物，金属窒化物及び半導体のうち少なくとも一種で、少なくとも一層の薄膜を形成することを特徴とするサブマウント。【効果】レーザ素子等の実温を簡易な構造で正確に測定できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一層の薄膜状部材であって、金属，金属酸化物，金属窒化物及び半導体のうち少なくとも一種で形成された測温抵抗体であることを特徴とする温度センサ。
【請求項２】
少なくとも二層の薄膜状部材であって、上層をＴｉ膜、下層をＰｔ膜で形成された測温抵抗体であることを特徴とする温度センサ。
【請求項３】
少なくとも二層の薄膜状部材であって、上層をＴｉ膜、下層をＰｔ膜で形成し、Ｔｉ膜とＰｔ膜の膜厚をＴｉ／Ｐｔ≧１．５  とする測温抵抗体であることを特徴とする温度センサ。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れかに記載の温度センサにおいて、
前記測温抵抗体の一部がトリミングされていることを特徴とする温度センサ。
【請求項５】
請求項１〜請求項３の何れかに記載の温度センサにおいて、
前記測温抵抗体の一部がトリミングされていることを特徴とする温度センサ。
【請求項６】
請求項１〜請求項３の何れかに記載の温度センサにおいて、
前記測温抵抗体の表面に無機絶縁膜又は有機絶縁膜が形成されていることを特徴とする温度センサ。
【請求項７】
少なくとも一層の薄膜状部材であって、金属，金属酸化物，金属窒化物及び半導体のうち少なくとも一種で形成された測温抵抗体を備えたサブマウント。
【請求項８】
サブマウント上に、金属，金属酸化物，金属窒化物及び半導体のうち少なくとも一種で、少なくとも一層の薄膜を形成することを特徴とするサブマウントの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度センサ及びサブマウント並びにサブマウントの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザ素子の温度制御のためにその温度を測定する技術として、特開２０００−３４９３８３号公報（特許文献１）があげられる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３４９３８３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
多層構造のチップ形サーミスタを適用した場合、はんだ又はろう材などでサブマウントとチップ形サーミスタの接合を行う必要があるが、はんだを溶融する際にサブマウントの温度が上がってしまい、サブマウント上に予め形成されているレーザ素子を接合するためのはんだが溶けてしまい、サブマウント上のはんだ特性に悪影響を及ぼす。また、チップ形サーミスタははんだを介してサブマウントと接合するため、レーザ素子とある程度の距離が出来てしまい、レーザ素子等の実温とチップ形サーミスタにて検出される温度との間に誤差が生じる。サブマウント上に薄膜で温度センサを形成し、サブマウント上のはんだに全く影響を及ぼさず、サブマウント上であるためレーザ素子等との距離を短くすることが望まれる。
【０００５】
本発明の目的は、レーザ素子等の実温と測定される温度との間に生じる誤差を少なくすることができる温度センサ及びサブマウント並びにサブマウントの製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
少なくとも一層の薄膜状部材で、測温抵抗体を形成して温度センサとする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
半導体レーザなどの光部品の内部にあるレーザ素子は、レーザ素子の発熱による温度上昇を感知する必要がある。本発明の実施の形態では、レーザ素子の固定に用いるサブマウント上に温度センサを形成するものである。
【０００８】
まず、図２を用い、レーザ素子の温度感知方法として、サブマウントに後付けしたチップ形サーミスタについて説明する。図２は、チップ形サーミスタを搭載したサブマウントの形態を示す斜視図である。
【０００９】
サブマウント上に、レーザ素子固定用のはんだ３と、チップ形サーミスタ固定用のはんだ５を介してチップ形サーミスタ４とが形成されている。このチップ形サーミスタ４は、２つのＡｕ電極の間にＭｎ−Ｎｉ−Ｏなどからなる測温抵抗体を挟みこむような重ね構造（断層）となっている。ここで、一方のＡｕ電極は、サブマウントとはんだで接合される。つまり、はんだ５を介してサブマウントと接合される。他方のＡｕ電極はワイヤボンディングを行い、温度変動による抵抗値変化を感知することができる。このようなチップ形サーミスタ４では、はんだ５でサブマウントとチップ形サーミスタ４の接合を行う必要があるが、はんだ５を溶融する際にサブマウントの温度が上がってしまい、サブマウント上に予め形成されているレーザ素子を接合するためのはんだ３が溶けてしまい、サブマウント上のはんだ特性に悪影響を及ぼす。また、チップ形サーミスタ４は、はんだ５を介してサブマウントと接合するため、レーザ素子とある程度の距離が出来てしまい、レーザ素子の実温とチップ形サーミスタ４にて検出される温度との間に誤差が生じる。
【００１０】
本発明の実施の形態では、図１（ａ），（ｂ）に示すように、薄膜温度センサをサブマウント上に形成するものである。図１は、本発明の実施の形態の薄膜温度センサを搭載したサブマウントの形態を示す図であり、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は断面図を示す。サブマウント上のほぼ同一水平面上に、レーザ素子固定用のはんだ３と、測温抵抗体１と、ＡｕまたはＡｌ電極２とを形成している。
【００１１】
薄膜温度センサの形成方法の概略は、Ｓｉ，ＳｉＣ，ＡｌＮ，Ａｌ２Ｏ３などのサブマウント上に測温抵抗体の薄膜を蒸着，スパッタなどの成膜方法により形成し、ホトリソグラフィー技術により測温抵抗体上にホトレジストのパターンを形成，ホトレジストの無い部分をドライエッチング，ウェットエッチングなどの技術により除去することにより、サブマウント上に測温抵抗体の配線パターンを形成するものである。
【００１２】
その際、測温抵抗体の抵抗値測定の目的で形成するＡｕ，Ａｌ電極は、測温抵抗体を形成する前，形成途中，形成後のどの工程でも形成可能である。
【００１３】
また、測温抵抗体の材料としては、金属，金属酸化物，金属窒化物，半導体等を用いることが好ましい。また、二層にする際には、上層をＰｔ，Ｎｉ，Ａｕ，Ｃｕ等とし下層をＣｒ，Ｔｉとしても良い。但し、特に、更に、感度及び信頼性の両者の観点から測温抵抗体として、Ｔｉ／Ｐｔ層を用いる事が望ましい。Ｔｉ／Ｐｔの測温抵抗体につき、図８及び図９を用い以下説明する。
【００１４】
Ｐｔ膜厚に関し、図８（Ｃ）と図８（Ａ）と比較すると、Ｔｉ／Ｐｔ構造で
Ｐｔの膜厚を薄くすると温度変化に対する抵抗値の変化量が増大し、すなわち、感度が向上することがわかる。また、図８（Ｄ）と図８（Ｂ）とを比較しても、同様の見地が得られる。
【００１５】
Ｔｉ膜厚に関しては、図８（Ａ）と図８（Ｂ）との比較、図８（Ｃ）と図８（Ｄ）との比較をみても、Ｐｔ膜厚程度の顕著性は見られない。
【００１６】
Ｐｔ膜厚とＴｉ膜厚とのこの影響の違いは、比抵抗の違いによるものである。つまり、比抵抗（バルクの）がＴｉ：４．２×Ｅ−６Ωｃｍ、Ｐｔ：１．０６×Ｅ−６Ωｃｍであり、抵抗値はＰｔ側の影響が大きくなってしまう（並列接続）ためと考えられる。
【００１７】
図９（Ａ）及び図９（Ｂ）のエラーバーは、ウェハー内５点のばらつき（最大値，最小値）を示す。Ｐｔの膜厚をＦｉｘした場合、Ｔｉの膜厚が薄くなると、抵抗値の面内ばらつきが大きくなる。この理由は、Ｔｉを薄くした場合、Ｔｉ成膜時の膜厚の誤差（値でなくばらつきの割合）が大きくなるためと考えられる。
【００１８】
従って、Ｔｉ／Ｐｔ構造の際には、Ｐｔ層が有ると感度が低下し、抵抗値ばらつきも大きくなるため、感度やばらつきのみ考慮すると、Ｔｉ単層の方が好ましいが、Ｔｉ／Ｐｔとした場合には、Ｐｔが酸化防止の作用効果を果たし、より品質の良いものとすることができる。つまり、Ｔｉ／Ｐｔ構造により劣悪環境でも使用できる。
【００１９】
ここで、Ｔｉ／Ｐｔ構造を適用する場合のＴｉ／Ｐｔの膜厚比について説明する。図１０はＰｔの膜厚を０．０５μｍ  で一定とし、Ｔｉの膜厚をＴｉ／Ｐｔ＝１〜２となるように（すなわち、Ｔｉの膜厚は０．０５〜０．１μｍ）振った場合のウェハー内５点での抵抗値ばらつきを示すものである。抵抗値ばらつきの値としては、｛［（最大値−最小値）／２］／平均値｝×１００（％）を用いており、室温での抵抗値を評価している。温度センサとしての抵抗値バラツキは一般的には２％以下が望ましいため、本薄膜温度センサを適用して抵抗値ばらつきが２％以下になるのは、Ｔｉ／Ｐｔ≧１．５  の場合であるため、Ｔｉ／Ｐｔの膜厚比としては１．５  以上を推奨する。
【００２０】
（実施例１）
具体的に図５を用い薄膜温度センサ付きのチップ状のサブマウントを形成する方法について説明する。薄膜温度センサの測温抵抗体の材料としては、金属，金属酸化物，金属窒化物，半導体、層の構造としては一層もしくは二層以上のものがあるが、ここでは、Ｔｉ／Ｐｔを測温抵抗体として用いた場合につき詳細に説明する。薄膜温度センサの形成は、図５に示す次の（１）〜（９）の工程により可能である。この形成法は、Ｔｉ／Ｐｔ構造だけでなく他の金属，金属酸化物，金属窒化物，半導体についても全く同じように適用可能である。
【００２１】
（１）Ｓｉ，ＳｉＣ，ＡｌＮ，Ａｌ２Ｏ３などの材料であるサブマウント８（基板状）を準備する。
【００２２】
（２）このサブマウント８上に、サブマウント８側から順次、Ｔｉ膜９，Ｐｔ膜１０，Ａｕ膜１１を電子ビーム蒸着により形成した。つまり、サブマウント８上にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ多層膜が形成される。Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕそれぞれの膜厚は０．１μｍ／０．０５μｍ／０．５μｍ  とした。ここでＴｉ／Ｐｔの代わりに他の金属，金属酸化物，金属窒化物，半導体を成膜［（スピンコート，ディッピング等の液体塗布又は真空装置による電子ビーム蒸着，スパッタ，ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等により成膜可能）すれば、それらを測温抵抗体とする薄膜温度センサの形成が可能である。ただし、液体塗布を適用する場合、Ａｕは液体塗布が不可能であるため、測温抵抗体となる薄膜を液体塗布にて形成後、Ａｕを単独で電子ビーム蒸着により形成する。
【００２３】
（３）この多層膜の上にホトリソグラフィー技術により測温抵抗体となる部分とＡｕ電極上にホトレジスト１２のパターンを形成する。
【００２４】
（４）イオンミリング（Ａｒイオンを用いたドライエッチング）によりこの基板全面をエッチングするとホトレジスト１２の無い部分のＴｉ／Ｐｔ／Ａｕがエッチングされ、測温抵抗体となる部分とＡｕ電極上のレジストが多少エッチングされ薄くなる。ここで、測温抵抗体として金属，金属酸化物，金属窒化物，半導体を適用した場合でもイオンミリングは物理的なドライエッチングであるため、エッチング可能である。
【００２５】
（５）ここでホトレジスト１２を除去すれば測温抵抗体となる部分とＡｕ電極上のみＴｉ／Ｐｔ／Ａｕのパターンが形成される。ここで、測温抵抗体として金属，金属酸化物，金属窒化物，半導体を適用した場合は、測温抵抗体／Ａｕのパターンが形成されている。
【００２６】
（６）この基板の上に、再度ホトリソグラフィー技術により測温抵抗体となる部分のみレジストがなくなるようにホトレジスト１２のパターンを形成する。
【００２７】
（７）基板をヨウ素とヨウ化アンモニウムの混合液に浸すと測温抵抗体となる部分のＡｕのみがエッチングされる。
【００２８】
（８）ホトレジスト１２を除去すればＴｉ／Ｐｔ／ＡｕからなるＡｕ電極とＴｉ／Ｐｔからなる測温抵抗体が形成される。ここで、測温抵抗体として金属，金属酸化物，金属窒化物，半導体を適用した場合は、Ａｕ電極とそれら測温抵抗体のパターンが形成されている。
【００２９】
（９）このようにして形成した基板状のサブマウントを任意の形状にダイシングにより切断することにより、薄膜温度センサの形成されたチップ状のサブマウントが形成される。
【００３０】
以上のような工程（１）〜（９）等で薄膜温度センサ付きのチップ状のサブマウントを形成することができ、このような薄膜温度センサでは、チップ形サーミスタのように、サブマウントとチップ形サーミスタとの接合工程を行う必要が無く、工程短縮が図れる。また、サブマウント上の予め形成されているレーザ素子用等の他素子用のはんだに悪影響を与えることが無く、レーザ素子用はんだの特性を維持でき、レーザ素子の接合信頼性が向上する。また、薄膜温度センサとレーザ素子の距離が極小であるためレーザの温度を正確に感知することができる。
【００３１】
（実施例２）
次に、更に、温度検知精度を向上する形態につき説明する。図３に示すように、測温抵抗体の一部をトリミングして、測温抵抗体の抵抗値精度を向上することができる。例えば、狙い抵抗値よりも１０％程度低い抵抗値となる様に測温抵抗体とＡｕまたはＡｌ電極のパターンを形成した後、抵抗値を測定しながら最適な長さだけ測温抵抗体の一部をレーザにてトリミングすることにより少しずつ抵抗値を高くしていき、狙いの抵抗値（±１％以内に制御可能）となる測温抵抗体を得ることができる。
【００３２】
（実施例３）
次に、高温・高湿等の悪条件でレーザ素子が用いられる場合の対処につき説明する。薄膜温度センサが適用される半導体レーザなどの光部品が、高温・高湿等の悪条件で用いられる場合は、図４に示すように、測温抵抗体の表面に無機絶縁膜もしくは有機絶縁膜を形成する。このような絶縁膜によって、配線間の表面リークなどの課題を効果的に改善できる。無機絶縁膜としてはＳｉＯ２  膜，Ｓｉ３Ｎ４膜等、有機絶縁膜としてはポリイミド膜等が有るが、これらの膜はスピンコート，ディッピング等の液体塗布又は真空装置によるスパッタ，ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等により基板全面に形成した後、ホトリソグラフィー技術により絶縁膜を残したい部分（測温抵抗体部のみまたは測温抵抗体とその周辺）にホトレジストを形成し、ドライエッチングまたはウェットエッチング技術によりレジスト部以外の絶縁膜を除去することにより所望のサイズの絶縁膜を形成する。
【００３３】
（実施例４）
図６に、Ｓｉのサブマウント８上に絶縁膜である熱酸化膜を施した基板に、上記の薄膜温度センサのパターンを形成したサンプルの温度と抵抗値の関係を示す。
【００３４】
このサンプルの薄膜温度センサ部のサイズは、１．０ｍｍ  、Ａｕ電極部のサイズは、０．２ｍｍ（２箇所），測温抵抗体（Ｔｉ／Ｐｔ＝０．１／０．０５μｍ）部のパターン幅は１０μｍ、パターンスペースは１５μｍとしている。このパターンが薄膜温度センサ内を張り巡らされて測温抵抗体を形成している。図１１は測温抵抗体を薄膜温度センサ内に張り巡らせた場合の斜視図である。
【００３５】
測温抵抗体部は金属であるため温度が上昇すると抵抗も上昇し、その関係は直線関係になっている。このため簡単にシステムに組み入れることができ、温度上昇を抵抗値でダイレクトに感知することが出来る。つまり、簡単な構成で温度センサ部を形成でき、且つ精度良く温度変化を検知できる。
【００３６】
（実施例５）
図７に示すように、応用例として、レーザ素子の直下に薄膜温度センサを形成する手法があげられる。図７（ａ）は斜視図、図７（ｂ）は断面図、図７（ｃ）は図７（ｂ）のＡ−Ａ′断面図を示す。
【００３７】
この手法は、サブマウント８の上に薄膜温度センサとして、測温抵抗体１、及びＡｕまたはＡｌ電極２を形成する、その測温抵抗体１の直上にレーザ素子の接着層１３を載せ、その直上にレーザ素子１４を形成するものである。
【００３８】
この手法によれば、薄膜温度センサとレーザ素子１４が積層されており、薄膜温度センサとレーザ素子１４の距離が極小であるため、更に温度感知の誤差が少なくなり、且つ光部品全体の小型化に顕著に貢献することが出来る。
【００３９】
以上のような本発明の実施の形態によれば、Ｓｉ，ＳｉＣ，ＡｌＮ，Ａｌ２Ｏ３などのサブマウント上に薄膜温度センサを形成することにより、サブマウントとチップ形サーミスタの接合の手間を省くことができるためサブマウント上の予め形成されているはんだに悪影響を与えることが無く、薄膜温度センサとレーザ素子の距離が極小であるためレーザの温度を正確に感知することのできる温度センサを提供することが出来る。つまり、レーザ素子等の実温を簡易な構造で正確に測定できる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によると、レーザ素子等の実温と測定される温度との間に生じる誤差を少なくすることができる温度センサ及びサブマウント並びにサブマウントの製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の薄膜温度センサを搭載したサブマウントの形態を示す図である。
【図２】チップ形サーミスタを搭載したサブマウントの形態を示す斜視図である。
【図３】測温抵抗体にトリミングを施した薄膜温度センサを搭載したサブマウントの形態を示す斜視図である。
【図４】測温抵抗体の上に有機または無機の絶縁体を形成した薄膜温度センサを搭載したサブマウントの形態を示す斜視図である。
【図５】サブマウント上にＴｉ／Ｐｔを測温抵抗体として用いた薄膜温度センサを形成する場合のプロセスフローを示す。
【図６】薄膜温度センサのパターンを形成したサンプルの温度と抵抗値の関係を示す図。
【図７】本発明の薄膜温度センサとレーザ素子を層状に積層したサブマウントの形態を示す斜視図である。
【図８】薄膜温度センサのパターンを形成したサンプルの温度と抵抗値の関係を示す図。
【図９】薄膜温度センサのパターンを形成したサンプルの温度と抵抗値の関係を示す図。
【図１０】Ｔｉ／Ｐｔ比とウェハー内の抵抗値ばらつきの関係を示す図。
【図１１】測温抵抗体を薄膜温度センサ内に張り巡らせた場合の上面図である。
【符号の説明】
１…測温抵抗体、２…ＡｕまたはＡｌ電極、３…レーザ素子固定用はんだ、４…チップ形サーミスタ、５…チップ形サーミスタ固定用はんだ、６…測温抵抗体のトリミングされた領域、７…有機または無機の絶縁膜、８…Ｓｉ，ＳｉＣ，ＡｌＮ，Ａｌ２Ｏ３などのサブマウント、９…電子ビーム蒸着により形成した膜厚０．１μｍ  のＴｉ、１０…電子ビーム蒸着により形成した膜厚０．０５μｍ  のＰｔ、１１…電子ビーム蒸着により形成した膜厚０．５μｍ  のＡｕ、１２…ホトレジスト、１３…レーザ素子の接着層、１４…レーザ素子。
【図１】
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【図２】
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【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】
2004158734.tif 000009
【図８】
2004158734.tif 000010
【図９】
2004158734.tif 000011
【図１０】
2004158734.tif 000012
【図１１】
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