JP2970545B2 - Manufacturing method of monolithic lens - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は光通信等に用いる半
導体受光素子あるいは発光素子等の光素子と、この光素
子に対しあるいは光素子からの光を集光するためのレン
ズ、すなわちモノリシックレンズを基板を一体的に有す
る半導体光装置に関し、特にその製造方法に関するもの
である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical element such as a semiconductor light receiving element or a light emitting element used for optical communication and the like, and a lens for condensing light on or from the optical element, that is, a monolithic lens. The present invention relates to a semiconductor optical device having an integrated substrate, and more particularly to a method for manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年における光通信技術の発展には目を
見張るものがあり、光通信技術の高度化に相伴って各コ
ンポーネントの改良、高性能化が精力的に進められてい
る。このうち、光信号を送り出す発光素子、あるいは光
信号を電気信号に変換する受光素子において、光信号の
有効利用と素子高性能化を図る手段としてこれらの素子
を構成する半導体基板を加工してモノリシックレンズを
素子と一体化する技術が注目されている。例えば、光通
信用の半導体受光素子を例として取り上げるならば、シ
リカ光ファイバの低損失波長である１．３〜１．５５μ
ｍ域に対して高い感度を有するＩｎＧａＡｓ材料を光吸
収層としたＰＩＮ型のフォトダイオード（以下、ＰＩＮ
−ＰＤと略称する）を例に説明する。2. Description of the Related Art In recent years, the development of optical communication technology has been remarkable, and with the advancement of optical communication technology, improvements and higher performance of components have been energetically advanced. Of these, monolithic processing of the semiconductor substrate that constitutes these elements is a means for improving the effective use of optical signals and improving the performance of light-emitting elements that send out optical signals or light-receiving elements that convert optical signals into electric signals. Attention has been focused on a technology for integrating a lens with an element. For example, taking a semiconductor light receiving element for optical communication as an example, 1.3 to 1.55 μm, which is a low loss wavelength of a silica optical fiber.
PIN type photodiode (hereinafter referred to as PIN) using an InGaAs material having a high sensitivity to
-PD).
【０００３】この一例を図６に示す（「光通信素子光
学」、米津宏雄著、工学図書株式会社刊、３７２項、図
６．７（ｃ））。ｎ−ＩｎＰ基板５１上に気相成長法等
でｎ−ＩｎＰバッファ層５２、ｎ- −ＩｎＧａＡｓ光吸
収層５３、ｎ−ＩｎＧａＡｓウインドウ層５４を順次成
長し、ｐ+ 領域５５を選択熱拡散により形成し、ｐ−ｉ
−ｎ構造を形成する。プレーナ構造で絶縁膜および反射
防止膜としての用をなすＡＲ膜５６、ｐ電極５７、ｎ電
極５８により素子化される。An example of this is shown in FIG. 6 (“Optical Communication Device Optics”, written by Hiroo Yonezu, published by Kogaku Tosho Co., Ltd., section 372, FIG. 6.7 (c)). n-InP buffer layer 52 by vapor deposition or the like on the n-InP substrate 51, n - -InGaAs optical absorption layer 53, n-InGaAs window layer 54 are successively grown, formed by selective thermal diffusion of p + region 55 And pi
Form an -n structure. An element is formed by an AR film 56, a p-electrode 57, and an n-electrode 58 which have a planar structure and serve as an insulating film and an anti-reflection film.
【０００４】このような構造では、光をエピタキシャル
成長側から導入する点から表面入射型ＰＩＮ−ＰＤと言
われることが多い。このようなＰＩＮ−ＰＤの特徴とし
て、より一層の高速応答が要求される場合にはＣＲ制限
からの回避、即ちｐｎ接合径を縮小し素子容量を低減す
ることが必須となる。また、このｐｎ接合径の縮小は暗
電流低減にも必須となる。この時必然的に生ずる受光感
度を有するｐｎ接合領域縮小に伴う入射光との結合トレ
ランスの低下を解決する技術として、例えば、同図に仮
想線で示すように、基板裏面側にマイクロレンズを一体
形成し、その基板裏面から光を有効に入射する方法が注
目されている。この一体化されたマイクロレンズ、換言
すればモノリシックレンズを利用することにより、受光
感度を有するｐｎ接合面積に対し、入射光の基板裏面に
おける有効受光面積を大幅に拡大することが可能とな
る。Such a structure is often referred to as a front-illuminated PIN-PD because light is introduced from the epitaxial growth side. As a feature of such a PIN-PD, when an even higher speed response is required, it is essential to avoid the CR limitation, that is, to reduce the pn junction diameter and reduce the element capacitance. Further, the reduction of the pn junction diameter is indispensable for the reduction of dark current. As a technique for solving the reduction of the coupling tolerance with incident light due to the reduction of the pn junction region having the light receiving sensitivity inevitably generated at this time, for example, as shown by a virtual line in FIG. Attention has been paid to a method of forming the light and effectively entering light from the back surface of the substrate. By using this integrated micro lens, in other words, a monolithic lens, it is possible to greatly increase the effective light receiving area on the back surface of the substrate with respect to the pn junction area having light receiving sensitivity.
【０００５】このようなモノリシックレンズの形成に
は、ドライエッチングあるいはウェットエッチングによ
る方法が通常用いられており、後者のウェットエッチン
グの例を図７に示す。まず、図７（ａ）のように、所望
の厚さまで研磨した半導体基板６１に対し、エッチング
のトッパとなる円状またはリング状マスク６２（例えば
ＯＭＲレジスト）をパターニングする。ついで、図７
（ｂ）のように、このマスク６２を用いて基板６１の第
一エッチング、例えば、２．５％のＢｒを含んだメタノ
ール液によるエッチング）を行い、メサ形状を形成す
る。次いで、図７（ｃ）のように、マスクを除去した
後、図７（ｄ）のように、第二エッチングにより基板６
１の全面をエッチングし、前記メサ形状を球面化し、モ
ノリシックレンズ６３の作製が行われる。For forming such a monolithic lens, a method by dry etching or wet etching is usually used, and an example of the latter wet etching is shown in FIG. First, as shown in FIG. 7A, a circular or ring-shaped mask 62 (for example, an OMR resist) serving as an etching topper is patterned on a semiconductor substrate 61 polished to a desired thickness. Next, FIG.
As shown in (b), the first etching of the substrate 61 is performed using this mask 62, for example, etching with a methanol solution containing 2.5% Br to form a mesa shape. Next, as shown in FIG. 7C, after removing the mask, as shown in FIG.
1 is etched to make the mesa shape spherical, and a monolithic lens 63 is manufactured.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】このようなウェットエ
ッチングによるモノリシックレンズの形成方法では、エ
ッチング液の被エッチング物による汚染、経時的濃度変
化（特に揮発性のあるエッチャントの場合）等により、
再現性および均一性が乏しい。また、レンズ周辺部分で
は、レンズ球面からのズレ等により有効受光径が大きく
左右、損なわれるという問題を有している。すなわち、
図７の例においては、第一エッチングおいて形成される
メサ形状（メサ高さ、円形メサ直径）は、第二エッチン
グによって行われる球面化により得られるレンズ球面の
曲率を支配する。また、第二エッチングでの球面化は、
メサ角の球面化が不十分の場合には、メサ頂上部のレン
ズ曲率にばらつきを生じさせ、メサ角を十分に取る場
合、レンズ周辺部分がだれを生じさせ、有効受光面積を
低下させる。In such a method of forming a monolithic lens by wet etching, contamination of an etchant by an object to be etched, change in concentration over time (particularly in the case of a volatile etchant), etc.
Poor reproducibility and uniformity. In addition, in the peripheral portion of the lens, there is a problem that the effective light receiving diameter is largely left / right and deteriorated due to a deviation from the lens spherical surface. That is,
In the example of FIG. 7, the mesa shape (mesa height, circular mesa diameter) formed in the first etching governs the curvature of the lens sphere obtained by the sphering performed by the second etching. Also, the sphericalization in the second etching,
If the mesa angle is not sufficiently spherical, the curvature of the lens at the top of the mesa will vary, and if the mesa angle is sufficiently taken, the peripheral portion of the lens will be rounded and the effective light receiving area will be reduced.
【０００７】前者の再現性および均一性においては、エ
ッチング量の多い大口径レンズおよび大面積ウェハに対
して、後者のレンズ球面からのズレにおいては、大きな
円形状台地（メサ角）を球面化する大口径レンズに対し
て、より問題となる。また、モノリシックレンズによる
有効受光径の拡大には、高均一な大口径レンズの実現が
最も効果的であるが、この場合焦点距離が長くなるた
め、基板厚を厚くすることが必須となる。これに伴い素
子分離用の劈開ガイドラインが必要となり、工程数の増
加が生じる。With respect to the former reproducibility and uniformity, a large circular plateau (mesa angle) is made spherical with respect to a large-diameter lens and a large-area wafer with a large amount of etching when the latter is shifted from the lens spherical surface. This is more problematic for large diameter lenses. In order to increase the effective light receiving diameter by the monolithic lens, it is most effective to realize a large-diameter lens with high uniformity. However, in this case, the focal length becomes long, so that it is necessary to increase the substrate thickness. Accordingly, a cleavage guideline for element isolation is required, and the number of steps increases.
【０００８】本発明は、このような問題点に鑑み、エッ
チング面積を最小限に抑えることにより、エッチング液
の汚染を押さえ、エッチング回数を増やすことでエッチ
ング液の濃度変化の影響を抑制することにより、再現
性、均一性に優れたモノリシックレンズを得ることを可
能にしたモノリシックレンズの製造方法を提供すること
を目的とする。In view of the above problems, the present invention suppresses the contamination of the etching solution by minimizing the etching area and suppresses the influence of the concentration change of the etching solution by increasing the number of etchings. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a monolithic lens which enables to obtain a monolithic lens having excellent reproducibility and uniformity.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明の製造方法は、表
面に複数の光素子が形成される半導体基板の裏面の前記
光素子に対向する一円形領域を残してこの周辺部をエッ
チングすることにより円形状台地を形成するとともに、
前記複数の光素子の素子分離領域を同時にエッチングす
る第一のエッチング工程と、この第一のエッチング工程
により形成された円形状台地を含む半導体基板をエッチ
ングすることにより前記円形状台地の中心領域を所望の
曲率を有するレンズとするとともに、前記素複数の光素
子の各境界部に深いエッチング溝を形成する第二のエッ
チング工程とを含み、第一のエッチング工程において前
記円形状台地の傾斜面を緩和する処理を行うことを特徴
とする。Means for Solving the Problems The manufacturing method of the present invention comprises a table
The back surface of the semiconductor substrate on which a plurality of optical elements are formed
A circular plateau is formed by etching this peripheral portion while leaving a circular region facing the optical element ,
Etching the element isolation regions of the plurality of optical elements simultaneously
That the first etching step, with the central region of the circular plateau a lens having a desired curvature by etching a semiconductor substrate including a circular plateau formed by the first etching process, the element Multiple light elements
A second etching step of forming a deep etching grooves in the boundary portion of the slave seen including, and performs a process to alleviate the inclined surface of the circular plateau in the first etching step.
【００１０】ここで、本発明の製造方法においては、第
一のエッチング工程として、所要の開口寸法の第１のエ
ッチングマスクにより円形状台地をエッチング形成する
工程と、前記第１のエッチングマスクよりも開口縁が後
退された第２のエッチングマスクによりエッチングを行
って前記円形状台地の傾斜角を緩和させる工程とを備え
る。あるいは、第１のエッチング工程として、粘性が低
く開口寸法が大きな第１のレジストと、この第１のレジ
ストを覆い粘性が高く開口寸法が小さな第２のレジスト
からなる二重レジストにて形成したエッチングマスクを
用いる。 [0010] Here, in the manufacturing method of the present invention, the
As one etching step, a first etching of a required opening size is performed.
Etching a circular plateau with a etching mask
Process and the opening edge is behind the first etching mask.
Etching is performed using the withdrawn second etching mask.
Reducing the inclination angle of the circular plateau
You. Alternatively, as the first etching step, low viscosity
A first resist having a large opening dimension and a first resist
The second resist which covers the strike and has high viscosity and small opening size
Etching mask made of double resist consisting of
Used.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施形
態を製造工程順に示す断面図である。先ず、図１（ａ）
のように、半導体基板１上に形成した円環状の開口を有
するエッチングマスクパターン２を用い、これを第１マ
スクとしたウェットエッチングにて所望のメサ形状より
若干小さめの円形状台地１ａを形成する。次いで、前記
第１マスク２を除去した後、図１（ｂ）のように、前記
第１マスク２より少なくとも内径の小さいエッチングマ
スクを形成し、これを第２マスク３としたウェットエッ
チングを行う。この２回のウェットエッチングによる第
一エッチングの結果、レンズの曲率を支配する円形状台
地として、メサ傾斜角が緩和された円形状台地１ｂが形
成される。次いで、図１（ｃ）のように、前記第２マス
ク３を除去し、基板１の全面に対してウェットエッチン
グによる第二エッチングを行うことで、所要の曲率のモ
ノリシックレンズ４が形成される。Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps. First, FIG.
As described above, an etching mask pattern 2 having an annular opening formed on a semiconductor substrate 1 is used, and a circular base 1a slightly smaller than a desired mesa shape is formed by wet etching using the etching mask pattern 2 as a first mask. . Next, after the first mask 2 is removed, as shown in FIG. 1B, an etching mask having at least an inner diameter smaller than that of the first mask 2 is formed, and wet etching using the second mask 3 is performed. As a result of the first etching by the two wet etchings, a circular plateau 1b with a reduced mesa tilt angle is formed as a circular plateau that governs the curvature of the lens. Next, as shown in FIG. 1C, the second mask 3 is removed, and a second etching by wet etching is performed on the entire surface of the substrate 1, thereby forming a monolithic lens 4 having a required curvature.
【００１２】ここで、前記したように開口寸法が異なる
第１マスク２および第２マスク３を用いた第一エッチン
グ工程を２回に分けて行うことで、円形状台地１ｂのメ
サ傾斜角が緩和され、メサ角度の球面化を十分なものと
し、レンズ曲率のばらつきを解消する。また、その一方
で、メサ角度を大きくとる必要がなくなり、レンズ周辺
部におけるだれを防止し、有効受光径を拡大させる。因
みに、ｐｎ接合型の受光素子を形成した場合、従来方法
によるレンズの有効受光径１８μｍに対して、本実施形
態による有効受光径は約１００μｍとなり、約５倍以上
（面積にして約３０倍）に拡大されることが確認され
た。また、第一エッチングにおいて２回に分けて所要量
のエッチングを行うことで、エッチング液の濃度の相違
や変化によるエッチング状態のばらつきが解消でき、再
現性、均一性の良いモノリシックレンズが形成できる。Here, as described above, the first etching step using the first mask 2 and the second mask 3 having different opening dimensions is performed in two steps, so that the mesa tilt angle of the circular plateau 1b is reduced. Thus, the mesa angle is made sufficiently spherical, and the variation in lens curvature is eliminated. On the other hand, it is not necessary to increase the mesa angle, which prevents dripping at the lens peripheral portion and enlarges the effective light receiving diameter. By the way, when a pn junction type light receiving element is formed, the effective light receiving diameter according to the present embodiment is about 100 μm, which is about 5 times or more (about 30 times in area), compared with the effective light receiving diameter of the lens according to the conventional method of 18 μm. It was confirmed that it was expanded. In addition, by performing the required amount of etching twice in the first etching, variations in the etching state due to differences or changes in the concentration of the etching solution can be eliminated, and a monolithic lens with good reproducibility and uniformity can be formed.
【００１３】図２は本発明の第２の実施形態を示す断面
図であり、第一エッチング及び第二エッチングのうち、
第一エッチングの工程のみを示す図である。ここでは、
第一エッチングのマスクとして、粘性の異なるレジスト
を用いた二重レジストで構成している。即ち、図２
（ａ）のように、内径の小さいマスクパターン５をサイ
ドエッチングの大きい粘性の低いレジストにて形成し、
その上に粘性の高いレジストにて本来のマスクパターン
６を形成する。そして、この二重レジストを用いて第一
エッチングを行うことにより、図２（ｂ）の破線のよう
に、エッチングの初期では、粘性の高いレジストのマス
クパターン６がマスクとして機能するために、サイドエ
ッチングが小さいエッチングが行われる。そして、エッ
チングが進行されて粘性の高いマスクパターン６がサイ
ドエッチングにより除去されると、今度は粘性の低いレ
ジストのマスクパターン５がマスクとして機能され、同
図の実線のようにサイドエッチングが大きいエッチング
が行われる。FIG. 2 is a sectional view showing a second embodiment of the present invention.
It is a figure showing only a process of the 1st etching. here,
The first etching mask is formed of a double resist using resists having different viscosities. That is, FIG.
As shown in (a), a mask pattern 5 having a small inner diameter is formed by a low-viscosity resist having a large side etching.
An original mask pattern 6 is formed thereon with a highly viscous resist. Then, by performing the first etching using this double resist, the mask pattern 6 of the highly viscous resist functions as a mask in the initial stage of the etching as shown by the broken line in FIG. Etching with small etching is performed. When the etching proceeds and the high-viscosity mask pattern 6 is removed by side etching, the low-viscosity resist mask pattern 5 functions as a mask, and the side etching is large as shown by the solid line in FIG. Is performed.
【００１４】したがって、マスクパターン５，６を構成
する二重レジストの粘性、基板との密着性の差異で生じ
るサイドエッチングスピードの差異を利用することで、
１回のエッチングで前記第１の実施形態の２回のエッチ
ングによる第一エッチングと同様なエッチング効果によ
る円形状台地を得ることができる。これより、第二のエ
ッチングを行って得られるモノリシックレンズは、円形
状台地のメサ傾斜角が緩和され、メサ角度の球面化を十
分なものとし、レンズ曲率のばらつきを解消する。ま
た、その一方で、メサ角度を大きくとる必要がなくな
り、レンズ周辺部におけるだれを防止し、有効受光径を
拡大させる。また、エッチング速度の遅いエッチングを
行うことで、エッチング液の濃度の相違や変化によるエ
ッチング状態のばらつきが解消でき、再現性、均一性の
良いモノリシックレンズが形成できる。なお、密着性の
差異はレジストのポストベーク条件で制御できる。Therefore, by utilizing the difference in the side etching speed caused by the difference in the viscosity of the double resists constituting the mask patterns 5 and 6 and the adhesion to the substrate,
With one etching, a circular plateau can be obtained by the same etching effect as the first etching by the two etchings of the first embodiment. Thus, in the monolithic lens obtained by performing the second etching, the mesa tilt angle of the circular plateau is reduced, the mesa angle is made sufficiently spherical, and the dispersion of the lens curvature is eliminated. On the other hand, it is not necessary to increase the mesa angle, which prevents dripping at the lens peripheral portion and enlarges the effective light receiving diameter. In addition, by performing etching with a low etching rate, variation in the etching state due to a difference or change in the concentration of the etchant can be eliminated, and a monolithic lens with good reproducibility and uniformity can be formed. The difference in adhesion can be controlled by the post-baking condition of the resist.
【００１５】図３は本発明の第３の実施形態を示す図で
ある。ここでは、前記した第１の実施形態あるいは第２
の実施形態と組み合わせて適用が可能な実施形態を示し
ており、図３（ａ）のように、レンズを形成する領域と
その周囲の領域にそれぞれ環状、枠状の開口７ａ，７ｂ
を有するマスク７を用いて第一エッチングを行い、基板
１に円形状台地１ａを形成するのと同時に、その周囲に
素子分離部分のエッチング溝８を同時形成する。そし
て、図３（ｂ）のように、第二エッチング時において
も、基板の全面をエッチングするのではなく、レンズ形
成領域に円形状、枠状の開口９ａ，９ｂを有するマスク
９を用いることにより、モノリシックレンズ４を形成す
るのと同時に素子分離部分をより深くエッチングしてい
る。したがって、この深い溝８は、素子の形成後に半導
体基板１を個々の素子に分離する際の劈開ラインとして
も有効であり、劈開ライン形成工程を削減することが可
能となる。FIG. 3 is a diagram showing a third embodiment of the present invention. Here, the first embodiment or the second embodiment
FIG. 3A shows an embodiment which can be applied in combination with the embodiment shown in FIG. 3. As shown in FIG. 3A, annular and frame-shaped openings 7a and 7b are formed in a region where a lens is formed and a peripheral region thereof, respectively.
The first etching is performed by using the mask 7 having the pattern (1), and at the same time as the formation of the circular plateau 1a on the substrate 1, the etching groove 8 of the element isolation portion is simultaneously formed therearound. Then, as shown in FIG. 3B, even at the time of the second etching, instead of etching the entire surface of the substrate, the mask 9 having the circular and frame-shaped openings 9a and 9b in the lens formation region is used. At the same time as forming the monolithic lens 4, the element isolation portion is etched deeper. Therefore, the deep groove 8 is also effective as a cleavage line when the semiconductor substrate 1 is separated into individual elements after the formation of the element, and the number of cleavage line forming steps can be reduced.
【００１６】図４は前記した本発明の製造方法を適用し
て製造した受光素子の試作例の断面図である。ウェハと
して半絶縁性ＩｎＰ基板１１を用い、気相成長法等でｎ
+ −ＩｎＰバッファ層１２、ＩｎＧａＡｓ光吸収層１
３、ＩｎＰキャップ層１４を順次成長し、ｐ+ 領域１５
を選択拡散法により形成する。１％のＢｒを含んだメタ
ノール液でメサ型にウェットエッチングした後、絶縁膜
１６、ｐ電極１７、ｎ電極１８、および独立電極への配
線用金属１９、バンプ電極２０を形成し素子化される。
さらに、光の入射側の基板裏面に前記実施形態の方法で
作製したモノリシックレンズ２１、および劈開ライン２
２、さらにＡＲ膜２３を有している。このモノリシック
レンズ２１の頂点から光吸収層までの距離は、レンズ曲
率・屈折率等を考慮し、入射光焦点距離が光吸収層上に
なるよう設計されている。FIG. 4 is a sectional view of a prototype of a light receiving element manufactured by applying the manufacturing method of the present invention. Using a semi-insulating InP substrate 11 as a wafer and n
+ -InP buffer layer 12, InGaAs light absorbing layer 1
3. InP cap layer 14 is sequentially grown, and p + region 15 is formed.
Is formed by a selective diffusion method. After performing a mesa-type wet etching with a methanol solution containing 1% Br, an insulating film 16, a p-electrode 17, an n-electrode 18, a metal 19 for wiring to an independent electrode, and a bump electrode 20 are formed to form an element. .
Further, the monolithic lens 21 manufactured by the method of the above embodiment and the cleavage line 2 are formed on the back surface of the substrate on the light incident side.
2. It also has an AR film 23. The distance from the vertex of the monolithic lens 21 to the light absorbing layer is designed such that the focal length of incident light is on the light absorbing layer in consideration of the lens curvature, the refractive index, and the like.
【００１７】なお、本発明は光を発する場合、即ち発光
領域を狭い領域で形成して高速性に優れる面発光型の発
光ダイオードやレーザダイオードにも本発明が適応でき
ることは言うまでもない。例えば、面発光型ダイオード
に本発明を適用した例について述べる。図５に示すよう
に、ウェハとしてｎ−ＩｎＰ基板３１を用い、例えば気
相成長法等でｎ−ＩｎＰ第１クラッド層３２、ｎ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ活性層３３、ｐ−ＩｎＰ第２クラッド層３
４、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層３５を順次成長す
る。次に、電流を発光スポット領域３６に集中させるた
め、メサ型にエッチングした後、絶縁膜３７、ｐ電極３
８、ｎ電極３９、Ａｕメッキ４０を形成し素子化され
る。このようにして作製した発光ダイオードの光出射端
に当たるｎ−ＩｎＰ基板３１には、前記同様、本発明の
レンズ作製方法を適応することにより、モノリシックレ
ンズ４１および劈開ライン４２、さらにＡＲ膜４３を有
している。It is needless to say that the present invention can be applied to a light emitting diode or a laser diode of a surface emitting type in which light is emitted, that is, a light emitting region is formed in a narrow region and the speed is excellent. For example, an example in which the present invention is applied to a surface emitting diode will be described. As shown in FIG. 5, an n-InP substrate 31 is used as a wafer, and the n-InP first cladding layer 32 and the n-InP
GaAsP active layer 33, p-InP second cladding layer 3
4. A p-InGaAsP cap layer 35 is sequentially grown. Next, in order to concentrate the current in the light emitting spot region 36, the film is etched in a mesa shape, and then the insulating film 37 and the p-electrode 3 are etched.
8. An n-electrode 39 and an Au plating 40 are formed to form an element. As described above, a monolithic lens 41, a cleavage line 42, and an AR film 43 are provided on the n-InP substrate 31 corresponding to the light emitting end of the light emitting diode manufactured as described above by applying the lens manufacturing method of the present invention. doing.
【００１８】以上のように、本発明の製造方法を適用し
た受光素子あるいは発光素子においては、前記したよう
にモノリシックレンズの再現性、均一性が優れているた
め、このモノリシックレンズを備える受光素子、発光素
子の制御性、均一性が改善され、素子のアレイ化、集積
化への適応も容易となる。As described above, in the light-receiving element or light-emitting element to which the manufacturing method of the present invention is applied, as described above, the monolithic lens has excellent reproducibility and uniformity. The controllability and uniformity of the light emitting elements are improved, and the adaptation to arraying and integration of the elements is facilitated.
【００１９】[0019]
【発明の効果】以上説明したように本発明は、第一エッ
チング工程において、表面に複数の光素子が形成される
半導体基板の裏面の前記光素子に対向する領域に形成す
る円形状台地の傾斜面う緩和する処理を行うことによ
り、有効受光径が拡大され、かつ再現性、均一性に優れ
たモノリシックレンズを形成することが可能となる。特
に、この第１のエッチング工程を２回のエッチング工程
に分けて行うことで、エッチング液汚染、エッチング濃
度変化等の影響を抑制し、再現性、均一性が改善される
他、第二エッチングでの球面化を第一エッチングで補助
することで、モノリシックレンズの有効受光径を拡大で
きる。これにより、ＰＩＮ−ＰＤ等の半導体受光素子に
おいて、入射光との結合トレランスの低下もなく、応答
特性の高速化（素子容量の低減による）が得られる。ま
た、第一のエッチング工程のマスクを粘性の高いマスク
と低いマスクからなる二重レジスト構造とすることで、
実質的に第一のエッチング工程を２回のエッチングによ
り形成すると同様なエッチング効果が得られ、前記した
レンズの有効受光径の拡大や再現性や均一性が改善され
る。また、本発明を発光素子に適用することで、高い結
合効率が実現される。また、特に大口径レンズの場合、
レンズの曲率が大きくなる（集光点距離が長くなる）た
め、基板厚みも厚くなり、劈開ラインが必須となるが、
本発明では第一エッチング及び第二エッチングによるレ
ンズ形成と同時に深い溝からなる劈開ラインを形成する
ことで、工程数の低減が図れる。As described above, according to the present invention , a plurality of optical elements are formed on the surface in the first etching step.
By performing a process of relaxing the inclined surface of the circular plateau formed in the region facing the optical element on the back surface of the semiconductor substrate , the effective light receiving diameter is enlarged, and a monolithic lens excellent in reproducibility and uniformity is formed. It is possible to do. In particular, by dividing the first etching step into two etching steps, the effects of etchant contamination, changes in the etching concentration, etc. are suppressed, reproducibility and uniformity are improved, and the second etching step is performed. The effective etching diameter of the monolithic lens can be enlarged by assisting the spherical surface of the monolithic lens with the first etching. As a result, in a semiconductor light receiving element such as a PIN-PD or the like, a high response speed (due to a reduction in element capacitance) can be obtained without a decrease in coupling tolerance with incident light. Also, by using a double resist structure composed of a high-viscosity mask and a low-viscosity mask as the mask in the first etching step,
Substantially the same etching effect is obtained by forming the first etching step by two etchings, and the effective light receiving diameter of the lens is increased, and the reproducibility and uniformity are improved. Further, by applying the present invention to a light-emitting element, high coupling efficiency is realized. Also, especially for large aperture lenses,
Since the curvature of the lens increases (the focal point distance increases), the substrate thickness also increases, and a cleavage line is required.
In the present invention, the number of steps can be reduced by forming a cleavage line composed of a deep groove at the same time as forming the lens by the first etching and the second etching .
【図１】本発明の第１の実施形態の製造工程を工程順に
示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process according to a first embodiment of the present invention in the order of processes.
【図２】本発明の第２の実施形態の製造工程のうち、第
一のエッチング工程を工程順に示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a first etching step in a manufacturing order according to a second embodiment of the present invention in the order of steps;
【図３】本発明の第３の実施形態の製造工程を工程順に
示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a manufacturing process according to a third embodiment of the present invention in the order of processes.
【図４】本発明をフォトダイオードに適用した例を示す
断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing an example in which the present invention is applied to a photodiode.
【図５】本発明を発光ダイオードに適用した例を示す断
面図である。FIG. 5 is a sectional view showing an example in which the present invention is applied to a light emitting diode.
【図６】従来のＰＩＮ−フォトダイオードの一例を示す
断面図である。FIG. 6 is a sectional view showing an example of a conventional PIN-photodiode.
【図７】従来のモノリシックレンズの製造方法を工程順
に示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a conventional monolithic lens in the order of steps.
１ 半導体基板 １ａ，１ｂ 円形状台地 ２ 第１マスク ３ 第２マスク ４ モノリシックレンズ ５ 低粘性レジストのマスクパターン ６ 高粘性レジストのマスクパターン ７ マスク ７ａ，７ｂ 開口 ８ 溝 ９ マスク Reference Signs List 1 semiconductor substrate 1a, 1b circular plateau 2 first mask 3 second mask 4 monolithic lens 5 mask pattern of low-viscosity resist 6 mask pattern of high-viscosity resist 7 mask 7a, 7b opening 8 groove 9 mask
Claims (2)
基板の裏面の前記光素子に対向する一円形領域を残して
この周辺部をエッチングすることにより円形状台地を形
成するとともに、前記複数の光素子の素子分離領域を同
時にエッチングする第一のエッチング工程と、前記第一
のエッチング工程により形成された円形状台地を含む半
導体基板をエッチングすることにより前記円形状台地の
中心領域を所望の曲率を有するレンズとするとともに、
前記素複数の光素子の各境界部に深いエッチング溝を形
成する第二のエッチング工程とを含み、前記第一のエッ
チング工程として、所要の開口寸法の第一のエッチング
マスクにより円形状台地をエッチング形成する工程と、
前記第一のエッチングマスクよりも開口縁が後退された
第二のエッチングマスクによりエッチングを行って前記
円形状台地の傾斜角を緩和させる工程とを備えることを
特徴とするモノリシックレンズの製造方法。1. A leaving one circular area facing the optical element of the back surface of the semiconductor substrate on which a plurality of optical devices is formed on the surface to form a circular plateau by etching the peripheral portion, said plurality Of the optical element
A first etching step of at etching to the central region of the circular plateau a lens having a desired curvature by etching the semiconductor substrate including the first circular plateau formed by etching process,
A deep etching groove is formed at each boundary between the plurality of optical elements.
Look including a second etching step for forming the first edge
First etching of required opening size
Etching a circular plateau with a mask;
The opening edge is receded from the first etching mask
Performing etching with a second etching mask,
And a step of reducing the inclination angle of the circular plateau.
Method of manufacturing a monolithic lens characterized.
基板の裏面の前記光素子に対向する一円形領域を残して
この周辺部をエッチングすることにより円形状台地を形
成するとともに、前記複数の光素子の素子分離領域を同
時にエッチングする第一のエッチング工程と、前記第一
のエッチング工程により形成された円形状台地を含む半
導体基板をエッチングすることにより前記円形状台地の
中心領域を所望の曲率を有するレンズとするとともに、
前記素複数の光素子の各境界部に深いエッチング溝を形
成する第二のエッチング工程とを含み、前記第一のエッ
チング工程では、粘性が低く開口寸法が大きな第１のレ
ジストと、この第１のレジストを覆い粘性が高く開口寸
法が小さな第２のレジストからなる二重レジストにて形
成したエッチングマスクを用いることを特徴とするモノ
リシックレンズの製造方法。2. A semiconductor having a plurality of optical elements formed on a surface.
Leaving a circular area on the back side of the substrate facing the optical element
By etching this peripheral part, a circular plateau is formed.
And the element isolation regions of the plurality of optical elements are the same.
A first etching step, sometimes etching,
Half including the circular plateau formed by the etching process
By etching the conductive substrate, the circular plateau
A central region is formed as a lens having a desired curvature,
A deep etching groove is formed at each boundary between the plurality of optical elements.
Forming a second etching step.
In the chucking process, the first resin having a low viscosity and a large opening size is used.
Gyst and this first resist is covered and has high viscosity.
The method is formed by a double resist consisting of a small second resist.
Method for manufacturing a monolithic lens you characterized in that an etching mask form.
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