(57)【要約】【課題】高周波特性を損なうことなく、チップ単体又はウェハレベルでプローブ検査を可能とする半導体素子を提供する。【解決手段】ＥＡＭ領域１２に電界を印加又は電流を注入するＥＡＭ部電極１４と、ＥＡＭ部電極１４と接続されたワイヤボンディング用のパッド電極１５とを有するＥＡＭ付き半導体レーザにおいて、パッド電極１５を複数のメッシュ穴１６を有するメッシュ形状に形成した。【選択図】図１
2012023065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
素子部分に電界を印加又は電流を注入する電極と、前記電極と接続されたワイヤボンディング用のパッド電極とを有する半導体素子において、
前記パッド電極をメッシュ形状に形成したことを特徴とする半導体素子。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体素子において、
前記メッシュ形状の穴部分を円とすると共に、当該円を最密充填構造状に配置したことを特徴とする半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子、特に、半導体素子の電極構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子において、チップ単体又はウェハレベルでプローブ検査を行う場合、半導体素子の直近にパッド電極を設け、このパッド電極にプローブを接触させて、検査を行っている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】W. Kobayashi et. al., "Design and Fabrication of 10-/40-Gb/s, Uncooled Electroabsorption Modulator Integrated DFB Laser With Butt-Joint Structure", Journal of Lightwave Technology, Vol. 28, No. 1, 2010年1月1日, pp. 164-171
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
高速変調を行う半導体素子、例えば、電界吸収型変調器（Electroabsorption modulator；以降、ＥＡＭと呼ぶ。）付き半導体レーザにおいて、その変調速度は、ＥＡＭ部に通電する電極の面積やモジュール部材のインピーダンスの影響を受ける。特に、ＥＡＭ部は、使用する変調速度より確実に高速な高周波特性が求められる。そのため、１０ＧＨｚ程度の変調速度で使用されるものでも、電極サイズは５０μｍ〜１００μｍ角であり、メサストライプ上の電極を除くＥＡＭ電極の面積Ｓ［μｍ2］は、［２５００≦Ｓ≦１００００］と、非常に小さい面積のものが用いられていた。
【０００５】
ここで、参考のため、図４に従来のＥＡＭ付き半導体レーザの電極パタンを示す。ＥＡＭ付き半導体レーザは、直列に光接続されたレーザ領域３１とＥＡＭ領域３２とを有する。ＥＡＭ付き半導体レーザの大きさを一例として挙げると、レーザ領域３１の長さが４５０μｍ、ＥＡＭ領域３２の長さが２００μｍの場合、光導波路に垂直な方向の幅は２００〜４００μｍ程度である。このような素子の上面に、各々、レーザ領域３１のレーザ部電極３３、ＥＡＭ領域３２のＥＡＭ部電極３４を設け、ＥＡＭ部電極３４に隣接して、ワイヤボンディング用のパッド電極３５を設けている。
【０００６】
レーザ領域３１では、インピーダンスの影響を考慮しなくてもよいので、レーザ部電極３３の面積を小さくする必要は無く、ワイヤボンディングを考慮して、大きい面積のものが用いられている。一方、ＥＡＭ領域３２では、電極自体が寄生容量として作用するため、上述したように、インピーダンスの影響を考慮する必要がある。メサストライプ上のＥＡＭ部電極３４の面積は小さくすることができないので、ＥＡＭ部電極３４を除くＥＡＭ部の電極、即ち、パッド電極３５の面積を可能な限り小さくする必要があり、図４に示すように、そのサイズを５０μｍ〜１００μｍ角の小さな面積のものにしている。
【０００７】
ここで、変調速度を制限する静電容量Ｃ［Ｆ］は、誘電率εと導体間に設置された誘電体の厚さｄ［ｍ］及び導体の面積Ｓ［ｍ2］により、下記式の関係で決まる。
Ｃ＝ε×Ｓ／ｄ
従って、パッド電極３５の面積Ｓを低減することで、静電容量Ｃが減少し、より高速な変調が可能となる。
【０００８】
一方、特性選別のための自動測定器において、チップ単体又はウェハレベルでのプローブ検査を行う場合には、パッド電極３５に直接プローブを接触させる必要がある。ところが、プローブの先端サイズは、５０μｍ若しくはそれ以上であるため、ＥＡＭ部の自動測定を行うと、パッド電極３５が小さいためにプローブを接触させにくいことに加えて、パッド電極３５が光導波路（素子部分）に隣接していると、プローブがパッド電極３５からずれて接触した際に光導波路を直撃して、光導波路を破損するおそれがあった。
【０００９】
そのため、ＥＡＭ部の特性選別は、ヒートシンクに搭載し、ワイヤボンディングを行った後に行っており、不良品は搭載したヒートシンク毎に廃棄することになり、コスト低減を妨げる一因となっていた。
【００１０】
又、非特許文献１に示すように、ＥＡ変調器自体の電極とパッド電極との間をリード配線で接続した構造も提案されている（Fig.13等参照）。しかしながら、このような構造においても、高周波特性を向上させるためには、リード配線の部分を短距離又は極力無くすようにして、両電極を直結する必要があり、この場合、高周波特性の向上とチップ単体又はウェハレベルでのプローブ検査の両立が難しい。
【００１１】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、高周波特性を損なうことなく、チップ単体又はウェハレベルでプローブ検査を可能とする半導体素子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】
【００１２】
上記課題を解決する第１の発明に係る半導体素子は、
素子部分に電界を印加又は電流を注入する電極と、前記電極と接続されたワイヤボンディング用のパッド電極とを有する半導体素子において、
前記パッド電極をメッシュ形状に形成したことを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する第２の発明に係る半導体素子は、
上記第１の発明に記載の半導体素子において、
前記メッシュ形状の穴部分を円とすると共に、当該円を最密充填構造状に配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
第１の発明によれば、パッド電極をメッシュ形状に形成したので、パッド電極の素子部分への付着面積の増大を抑えつつ、プローブに対する接触可面積を拡大することができ、その結果、高周波特性を損なうことなく、プローブをパッド電極に接触させ易くして、チップ単体又はウェハレベルでプローブ検査が可能となる。
【００１５】
第２の発明によれば、メッシュ形状の穴部分を円とすると共に、当該円を最密充填構造状に配置したので、パッド電極の素子部分への接着力の低下を防止して、パッド電極の剥がれを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態の一例（実施例１）として、ＥＡＭ付き半導体レーザの電極パタンを示す上面図である。
【図２】本発明の実施形態の他の一例（実施例２）として、ＥＡＭ付き半導体レーザの電極パタンを示す上面図である。
【図３】本発明の実施形態の他の一例（実施例３）として、ＥＡＭ付き半導体レーザの電極パタンを示す上面図である。
【図４】従来のＥＡＭ付き半導体レーザの電極パタンを示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る半導体素子について、その実施形態のいくつかを、図１〜図３を参照して説明を行う。なお、以下の実施例においては、半導体素子として、ＥＡＭ付き半導体レーザを例に取って説明するが、ＥＡＭに限らず、例えば、直接変調半導体レーザやマッハ・ツェンダー型光変調器等、素子に電界を印加或いは電流を注入する電極に隣接して、プローブ検査用のパッド電極が必要なもの全ての半導体素子に適用可能である。
【００１８】
（実施例１）
図１は、本実施例のＥＡＭ付き半導体レーザの電極パタンを示す上面図である。本実施例のＥＡＭ付き半導体レーザの素子部分の構造は、公知のどのような構造のものでもよい。例えば、図１では、直列に光接続されたレーザ領域１１とＥＡＭ領域１２とを有し、レーザ領域１１には、レーザ光を発振する半導体層が積層され、ＥＡＭ領域１２には、レーザ光を高速変調する半導体層が積層されている。そして、各領域の素子上面に、各々、レーザ領域１１のレーザ部電極１３、ＥＡＭ領域１２のＥＡＭ部電極１４を設け、ＥＡＭ部電極１４に隣接して、ワイヤボンディング用のパッド電極１５を設けている。
【００１９】
前述したように、レーザ領域１１では、インピーダンスの影響を考慮しなくてもよいので、レーザ部電極１３の面積を小さくする必要は無く、ワイヤボンディングを考慮して、大きい面積のものが用いられている。一方、ＥＡＭ領域１２では、前述したように、インピーダンスの影響を考慮する必要があり、メサストライプ上のＥＡＭ部電極１４は面積を小さくすることができないので、ＥＡＭ部電極１４を除くＥＡＭ部の電極、即ち、パッド電極１５の構造を工夫することにより、その実質的な電極面積（素子部分に付着する付着面積）を小さくしている。
【００２０】
具体的には、ＥＡＭ部電極１４に隣接して（電気的に接続して）パッド電極１５を設け、パッド電極１５にプローブの先端よりも小さなメッシュ穴１６を複数設けることにより、パッド電極１５の実質的な電極面積を小さくしている。このとき、パッド電極１５の全体（外形）のサイズについては、従来と比較して、ＥＡＭ部電極１４から離れる方向において大きくしている。
【００２１】
一例として、ＥＡＭ付き半導体レーザの大きさを、レーザ領域１１の長さ４５０μｍ、ＥＡＭ領域１２の長さ２００μｍ、光導波路に垂直な方向の幅２００〜４００μｍとする場合、パッド電極１５のサイズを８０μｍ×１３０μｍとし、そのパッド電極１５に、２０μｍ×２０μｍのサイズの正方形のメッシュ穴１６を１５個設けている。つまり、正方形のメッシュ穴１６で、パッド電極１５の内部を１５箇所抜くことで、メッシュ形状の電極としている。又、パッド電極１５におけるＥＡＭ部電極１４からの長さを１３０μｍとしており、従来、最大でも１００μｍ程度であった長さと比較して、長くしている。
【００２２】
このパッド電極１５の面積Ｓを計算すると、以下の面積となり、前述した規定［２５００≦Ｓ≦１００００］を満たす面積となる。
Ｓ＝８０μｍ×１３０μｍ−２０μｍ×２０μｍ×１５個＝４４００μｍ2
【００２３】
上述した構造のパッド電極１５を設けたので、実質的には、寄生容量に直結する電極面積は従来と同等となり、加えて、検査用のプローブに対しては、その接触可能面積が拡大することになる。従って、パッド電極１５の素子部分への付着面積は増加させずに、パッド電極１５の占有面積を拡大することができる。
【００２４】
これにより、低い電気容量を実現することができる。加えて、ＥＡＭ部電極１４とパッド電極１５が隣接していても、パッド電極１５の占有面積が増加しているので、パッド電極１５にプローブを接触させやすくなり、又、プローブの位置が多少ずれても、ＥＡＭ部１２の光導波路を破壊することなく、パッド電極１５に接触することが可能となる。この結果、素子の高周波特性を損なうことなく、チップ単体又はウェハレベルでプローブ検査を可能とし、自動測定が可能となった。
【００２５】
なお、レーザ領域１１におけるメサストライプ上の電極１３ａとレーザ部電極１３、そして、ＥＡＭ領域１２におけるメサストライプ上のＥＡＭ部電極１４とパッド電極１５とは、図１において、各々独立した電極として示されており、各々独立して形成してもよいが、１つのマスクを用い、フォトリソグラフィー技術等により、一括して形成してもよい。又、メッシュ穴１６の形状については、メッシュ穴１６がプローブの先端よりも小さいサイズであれば、どのような形状も適用可能であり、その形状、配置間隔によりメッシュ穴１６の数は自ずと決まる。
【００２６】
（実施例２）
図２は、本実施例のＥＡＭ付き半導体レーザの電極パタンを示す上面図である。本実施例のＥＡＭ付き半導体レーザは、実施例１に示したＥＡＭ付き半導体レーザと略同等の構成でよいので、相違する構成を除き、同じ符号を付し、重複する説明は割愛する。なお、本実施例においても、ＥＡＭ付き半導体レーザの素子部分の構造は、公知のどのような構造のものでもよい。
【００２７】
本実施例においても、ＥＡＭ部電極１４を除くＥＡＭ部の電極、即ち、ワイヤボンディング用のパッド電極１８等の構造を工夫することにより、その実質的な電極面積（素子部分に付着する付着面積）を小さくしている。具体的には、ＥＡＭ部電極１４に隣接して（電気的に接続して）引き延ばし電極１７を設け、この引き延ばし電極１７に隣接して（電気的に接続して）パッド電極１８を設けており、パッド電極１８にプローブの先端よりも小さなメッシュ穴１９を複数設けることにより、パッド電極１８の実質的な電極面積を小さくしている。このとき、パッド電極１８の全体（外形）のサイズは従来と略同等であるが、ＥＡＭ部電極１４とパッド電極１８との間に引き延ばし電極１７を設けることにより、ＥＡＭ部電極１４（下部のメサストライプ）から離れた位置にパッド電極１８を配置している。
【００２８】
一例として、ＥＡＭ付き半導体レーザの大きさを、レーザ領域１１の長さ４５０μｍ、ＥＡＭ領域１２の長さ２００μｍ、光導波路に垂直な方向の幅２００〜４００μｍとする場合、パッド電極１８のサイズを８０μｍ×８０μｍとし、そのパッド電極１８に、２０μｍ×２０μｍのサイズの正方形のメッシュ穴１９を９個設けている。つまり、正方形のメッシュ穴１９で、パッド電極１８の内部を９箇所抜くことで、メッシュ形状の電極としている。又、引き延ばし電極１７の幅は５μｍ、長さは１００μｍとしており、ＥＡＭ部電極１４からパッド電極１８を遠ざけると共に面積を小さくするため、ＥＡＭ部電極１４とパッド電極１８との間の長さは長く、その幅は短くしている。
【００２９】
パッド電極１８の面積Ｓ１を計算すると、以下の面積となる。
Ｓ１＝８０μｍ×８０μｍ−２０μｍ×２０μｍ×９個＝２８００μｍ2
又、引き延ばし電極１７の面積Ｓ２を計算すると、以下の面積となる。
Ｓ２＝５μｍ×１００μｍ＝５００μｍ2
従って、パッド電極１８の面積Ｓ１及び引き延ばし電極１７の面積Ｓ２の合計の面積Ｓは、以下の面積となり、前述した規定［２５００≦Ｓ≦１００００］を満たす面積となる。
Ｓ＝２８００μｍ2＋５００μｍ2＝３３００μｍ2
【００３０】
上述した構造のパッド電極１８を設けたので、実質的には、寄生容量に直結する電極面積は従来と同等となり、加えて、上述した構造の引き延ばし電極１７を設けたので、検査用のプローブに対しては、ＥＡＭ部電極１４から離れた位置にあるパッド電極１８と接触することになる。従って、パッド電極１８及び引き延ばし電極１７の素子部分への付着面積は増加させずに、パッド電極１８をＥＡＭ部電極１４から遠ざけることができる。
【００３１】
これにより、低い電気容量を実現することができる。加えて、プローブの位置が多少ずれても、ＥＡＭ部１２の光導波路を破壊することなく、パッド電極１８に接触することが可能となる。この結果、素子の高周波特性を損なうことなく、チップ単体又はウェハレベルでプローブ検査を可能とし、自動測定が可能となった。
【００３２】
本実施例においては、引き延ばし電極１７があっても、上述したように、実施例１と略同等の効果を得ることができるが、高周波特性上、引き延ばし電極１７の長さは極力短い方が望ましい。
【００３３】
なお、レーザ領域１１におけるメサストライプ上の電極１３ａとレーザ部電極１３、そして、ＥＡＭ領域１２におけるメサストライプ上のＥＡＭ部電極１４と引き延ばし電極１７とパッド電極１８とは、図２において、各々独立した電極として示されており、各々独立して形成してもよいが、１つのマスクを用い、フォトリソグラフィー技術等により、一括して形成してもよい。又、メッシュ穴１９の形状については、メッシュ穴１９がプローブの先端よりも小さいサイズであれば、どのような形状も適用可能であり、その形状、配置間隔によりメッシュ穴１９の数は自ずと決まる。
【００３４】
（実施例３）
図３は、本実施例のＥＡＭ付き半導体レーザの電極パタンを示す上面図である。本実施例のＥＡＭ付き半導体レーザも、実施例１、２に示したＥＡＭ付き半導体レーザと略同等の構成でよいので、相違する構成を除き、同じ符号を付し、重複する説明は割愛する。なお、本実施例においても、ＥＡＭ付き半導体レーザの素子部分の構造は、公知のどのような構造のものでもよい。
【００３５】
本実施例においても、ＥＡＭ部電極１４を除くＥＡＭ部の電極、即ち、ワイヤボンディング用のパッド電極２０の構造を工夫することにより、その実質的な電極面積（素子部分に付着する付着面積）を小さくしている。具体的には、ＥＡＭ部電極１４に隣接して（電気的に接続して）パッド電極２０を設け、パッド電極２０にプローブの先端よりも小さなメッシュ穴２１を複数設けることにより、パッド電極２０の実質的な電極面積を小さくしている。このとき、パッド電極２０の全体（外形）のサイズについては、従来と比較して、ＥＡＭ部電極１４から離れる方向において大きくしている。
【００３６】
一例として、ＥＡＭ付き半導体レーザの大きさを、レーザ領域１１の長さ４５０μｍ、ＥＡＭ領域１２の長さ２００μｍ、光導波路に垂直な方向の幅２００〜４００μｍとする場合、パッド電極２０のサイズを８０μｍ×１３０μｍとし、そのパッド電極２０に、直径８μｍ（半径４μｍ）のサイズの円形のメッシュ穴２１を１１２個（＝８個×１４列）設けている。つまり、円形のメッシュ穴２１で、パッド電極２０の内部を１１２箇所抜くことで、メッシュ形状の電極としている。このとき、メッシュ穴２１を最密充填構造状（六角形の各頂点と中心とに円を置いたものを敷き詰めた形状）に配置している。又、パッド電極２０におけるＥＡＭ部電極１４からの長さを１３０μｍとしており、従来、最大でも１００μｍ程度であった長さと比較して、長くしている。
【００３７】
このパッド電極２０の面積Ｓを計算すると、以下の面積となり、前述した規定［２５００≦Ｓ≦１００００］を満たす面積となる。
Ｓ＝８０μｍ×１３０μｍ−π×４μｍ×４μｍ×１１２個≒４７７４μｍ2
【００３８】
上述した構造のパッド電極２０を設けたので、実質的には、寄生容量に直結する電極面積は従来と同等となり、加えて、検査用のプローブに対しては、その接触可能面積が拡大することになる。従って、パッド電極２０の素子部分への付着面積は増加させずに、パッド電極２０の占有面積を拡大することができる。
【００３９】
これにより、低い電気容量を実現することができる。加えて、ＥＡＭ部電極１４とパッド電極２０が隣接していても、パッド電極２０の占有面積が増加しているので、パッド電極２０にプローブを接触させやすくなり、又、プローブの位置が多少ずれても、ＥＡＭ部１２の光導波路を破壊することなく、パッド電極２０に接触することが可能となる。この結果、素子の高周波特性を損なうことなく、チップ単体又はウェハレベルでプローブ検査を可能とし、自動測定が可能となった。又、円形のメッシュ穴２１の配置を最密充填構造状としたので、パッド電極２０の付着力も高く、プローブ接触時の剥がれも起こらなくなった。
【００４０】
なお、レーザ領域１１におけるメサストライプ上の電極１３ａとレーザ部電極１３、そして、ＥＡＭ領域１２におけるメサストライプ上のＥＡＭ部電極１４とパッド電極２０とは、図３において、各々独立した電極として示されており、各々独立して形成してもよいが、１つのマスクを用い、フォトリソグラフィー技術等により、一括して形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、プローブ検査用のパッド電極を有する半導体素子に適用可能なものであり、特に、高速の光変調器を備えた光半導体素子に好適なものである。
【符号の説明】
【００４２】
１１  レーザ領域
１２  ＥＡＭ領域
１３  レーザ部電極
１４  ＥＡＭ部電極
１５  パッド電極
１６  メッシュ穴
１７  引き延ばし電極
１８  パッド電極
１９  メッシュ穴
２０  パッド電極
２１  メッシュ穴
【図１】
2012023065.tif 000003
【図２】
2012023065.tif 000004
【図３】
2012023065.tif 000005
【図４】
2012023065.tif 000006