CN104779519B - 半导体装置的制造方法、半导体装置及其制造系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种半导体装置的制造方法、半导体装置、以及半导体装置的制造系统，能够减小光调制器部的光致发光波长与激光部的振荡波长的差值的波动。其特征在于，具有：第一工序，在该工序中，在衬底上形成下部光限制层、光吸收层和上部光限制层，去除它们的一部分，从而形成光调制器部；第二工序，在该工序中，在该衬底的没有形成该光调制器部的部分，形成具有衍射光栅的激光部；形成扩散抑制层的工序，在该工序中，在该上部光限制层的上方形成抑制掺杂物扩散的扩散抑制层；以及第三工序，在该工序中，在该激光部和该扩散抑制层的上方形成接触层。而且，使该接触层的掺杂物的种类与该上部光限制层的掺杂物的种类一致。

Description

半导体装置的制造方法、半导体装置及其制造系统
技术领域
本发明涉及例如用于光纤通信光源的半导体装置的制造方法、利用该制造方法制造出的半导体装置、及该半导体装置的制造系统。
背景技术
在专利文献1中公开有具有活性层的激光部、和具有光吸收层的光调制器部形成在单片(monolithic)上的半导体装置。该半导体装置例如是先形成光调制器部的光波导路，然后通过对接法形成激光部的光波导路而制造出的。
专利文献1：日本特开2001－91913号公报
为了得到良好的电流-光输出特性和高频特性，光调制器部的光致发光波长与激光部的振荡波长的差值优选设为预先设定的值。理想的差值是考虑各种特性而设定的。
如专利文献1公开所示，在形成激光部之前形成光调制器部，从而能够在平坦的面上形成光调制器部。因此，具有将光吸收层的组成均一化，并使光调制器部的光致发光波长稳定化的效果。然而，有时相对于理想的差值只容许例如±2nm的波动。这种情况下，仅通过专利文献1中公开的方法，差值的波动减小不充分。
发明内容
本发明就是为了解决上述课题而提出的，其目的在于提供一种能够充分减小差值的波动的半导体装置的制造方法、半导体装置、以及半导体装置的制造系统。
本申请的发明所涉及的半导体装置的制造方法，其特征在于，具有：第一工序，在该工序中，在衬底上形成下部光限制层、该下部光限制层上方的光吸收层、以及该光吸收层上方的上部光限制层，去除该下部光限制层、该光吸收层以及该上部光限制层的一部分，从而形成光调制器部；第二工序，在该工序中，在该衬底的没有形成该光调制器部的部分，形成具有衍射光栅的激光部；形成扩散抑制层的工序，在该工序中，在该上部光限制层的上方形成抑制掺杂物扩散的扩散抑制层；以及第三工序，在该工序中，在该激光部和该扩散抑制层的上方形成接触层，使该接触层的掺杂物的种类与该上部光限制层的掺杂物的种类一致。
本申请的发明所涉及的其他的半导体装置的制造方法，其特征在于，具有：第一工序，在该工序中，在晶片上形成下部光限制层、该下部光限制层上方的光吸收层、以及该光吸收层上方的上部光限制层，去除该下部光限制层、该光吸收层以及该上部光限制层的一部分，从而形成多个光调制器部；评价工序，在该工序中，评价该多个光调制器部各自的光致发光波长；第二工序，在该工序中，在该晶片上以具有衍射光栅的激光部分别与该多个光调制器部连接的方式形成多个激光部；以及第三工序，在该工序中，在该多个光调制器部和该多个激光部的上方形成接触层，在该第二工序中，以使在该评价工序中得到的光致发光波长和该激光部的振荡波长的差值成为预先设定的值的方式，形成该多个激光部各自的该衍射光栅。
本申请的发明所涉及的半导体装置，其特征在于，具有：衬底；光调制器部，其具有在该衬底的上方形成的下部光限制层、在该下部光限制层的上方形成的光吸收层、以及在该光吸收层的上方形成的上部光限制层；扩散抑制层，其在该上部光限制层的上方形成，抑制掺杂物的扩散；激光部，其在该衬底的上方以与该光调制器部接触的方式形成；以及接触层，其形成在该激光部和该扩散抑制层的上方，该光吸收层具有整体均一的组成，使该接触层的掺杂物与该上部光限制层的掺杂物的种类一致。
本申请的发明所涉及的半导体装置的制造系统，其特征在于，具有：PL评价装置，其评价在晶片上形成的多个光调制器部各自的光致发光波长；电子束光刻装置，其形成与多个光调制器部各自接触地设置的激光部的衍射光栅；以及运算部，其从该PL评价装置接受该光致发光波长的信息，运算用于使该光致发光波长与该激光部的振荡波长的差值成为预先设定的值的该衍射光栅的密度，并将该运算的结果发送至该电子束光刻装置。
发明的效果
根据本发明，能够通过抑制掺杂物向光吸收层的扩散，或优化衍射光栅的密度，从而减小差值的波动。
附图说明
图1是实施方式1所涉及的半导体装置的剖视图。
图2是第一工序后的半导体装置的剖视图。
图3是第二工序后的半导体装置的剖视图。
图4是表示实施方式2所涉及的半导体装置的制造系统的图。
符号的说明
10半导体装置，12衬底，14激光部，16n型包覆层，18活性层，20p型包覆层，22衍射光栅，24埋入层，32、36光限制层，34光吸收层，38扩散抑制层，40接触层，42绝缘膜，100半导体装置的制造系统，102PL评价装置，120运算部，130电子束光刻装置
具体实施方式
参照附图对本发明的实施方式所涉及的半导体装置的制造方法、半导体装置、半导体装置的制造系统进行说明。对相同或对应的结构要素标注相同的标号，有时省略重复说明。
实施方式1.
图1是本发明的实施方式1所涉及的半导体装置10的剖视图。半导体装置10具有例如由n型InP形成的衬底12。在衬底12的上方形成有激光部14。对激光部14进行说明。激光部14具有在衬底12的上方形成的n型包覆层16。在n型包覆层16的上方，由例如将InGaAsP作为材料的MQW(Multi Quantum Well)形成有活性层18。在活性层18的上方形成有p型包覆层20。在p型包覆层20形成有衍射光栅22。在p型包覆层20的上方形成有p型埋入层24。
在衬底12的上方，形成有与激光部14接触的光调制器部30。对光调制器部30进行说明。光调制器部30具有在衬底12的上方形成的下部光限制层32。在下部光限制层32中例如掺杂有S。在下部光限制层32的上方形成有光吸收层34。光吸收层34具有整体均一的组成。光吸收层34由例如将InGaAsP作为材料的MQW形成。在光吸收层34中没有进行掺杂物的掺杂。在光吸收层34的上方形成有上部光限制层36。在上部光限制层36中掺杂有Be。
在上部光限制层36的上方形成有扩散抑制层38。扩散抑制层38例如由i型InP形成。在激光部14和扩散抑制层38的上方形成有接触层40。在接触层40中掺杂有Be。因此，接触层40的掺杂物(Be)与上部光限制层36的掺杂物(Be)的种类一致。
在接触层40的上方，形成有绝缘膜42。在绝缘膜42的上方，形成有作为激光部14的p侧电极使用的第一p侧电极44、以及作为光调制器部30的p侧电极使用的第二p侧电极46。在衬底12的背面，形成有共通n侧电极48。
半导体装置10是激光部14和光调制器部30形成在单片上的装置。并且，通过利用RF(Radio Frequency)驱动的光调制器部30的光吸收层34对CW(Continuous Wave)驱动的激光部14的输出光进行吸收，从而实现高速响应、大容量传送以及长距离通信。
对半导体装置10的制造方法进行说明。首先形成光调制器部30。将形成光调制器部30的工序称为第一工序。在第一工序中，首先，在衬底12的整个面上，通过外延生长法形成下部光限制层32、下部光限制层32上方的光吸收层34、以及光吸收层34上方的上部光限制层36。之后，形成掩膜，通过干蚀刻或者湿蚀刻去除下部光限制层32、光吸收层34以及上部光限制层36的一部分。由此，形成图2所示的下部光限制层32、光吸收层34、以及上部光限制层36。在上部光限制层36中掺杂Be。之后，在上部光限制层36的上方，形成扩散抑制层38，完成图2所示的构造。此外，也可以在衬底12的整个面上形成下部光限制层、光吸收层、上部光限制层以及扩散抑制层，并对它们进行蚀刻而完成图2所示构造，也可以在第二工序之后形成扩散抑制层38。
接下来，形成激光部14。将形成激光部14的工序称为第二工序。在第二工序中，在衬底12的没有形成光调制器部30的部分，形成具有衍射光栅22的激光部14。衍射光栅22通过下述方式形成，即，利用电子束光刻装置在p型包覆层20上形成图案，通过蚀刻而形成周期性的台阶后，将具有与p型包覆层20不同的折射率的晶体埋入该台阶中。在图3中示出第二工序后的半导体装置的剖视图。此外，光调制器部30、扩散抑制层38以及激光部14优选通过对接法而形成。
接下来，在激光部14和扩散抑制层38的上方形成接触层40。将形成接触层40的工序称为第三工序。在接触层40中掺杂Be。
在本发明的实施方式1所涉及的半导体装置的制造方法中，在形成激光部14之前形成光调制器部30，使接触层40的掺杂物(Be)与上部光限制层36的掺杂物(Be)的种类一致，形成扩散抑制层38。上述这些手段的目的在于，将光调制器部30的光致发光波长设为预先设定的值(第一规定值)。
如果在形成激光部之后形成光调制器部，则与光吸收层的激光部接触的部分的组成会劣化。如果这样，无法将光调制器部的光致发光波长设为第一规定值。因此，在本发明的实施方式1中，通过在形成激光部14之前形成光调制器部30，从而能够在没有激光部14的侧面的、平坦的衬底12的表面上形成光调制器部30。因此，与在形成光调制器部之前形成激光部的情况相比，由于能够使光吸收层34的组成均一化，因此能够将光调制器部30的光致发光波长设为第一规定值。
在本发明的实施方式1中，形成激光部14时以及形成接触层40时的热量会波及至光调制器部30。因此，接触层等的p型掺杂物(例如Zn、Be等)有可能向光吸收层34扩散。如果p型掺杂物从光吸收层的外部向光吸收层扩散，则会导致光调制器部的光致发光波长从第一规定值偏离。
因此，在本发明的实施方式1中，使接触层40的掺杂物(Be)与上部光限制层36的掺杂物(Be)的种类一致。因此，能够抑制接触层40的掺杂物向光吸收层34扩散。并且，优选为p型包覆层20和p型埋入层24的掺杂物、与上部光限制层36的掺杂物的种类一致，从而使p型包覆层20和p型埋入层24的掺杂物难以向光吸收层34扩散。
通过扩散抑制层38，能够抑制掺杂物从接触层40向光调制器部30的扩散。如果扩散抑制层38过薄，则不能抑制p型掺杂物的扩散，如果扩散抑制层38过厚，则变得不能施加用于驱动光调制器部30的电场。因此，优选扩散抑制层38的厚度设为能够抑制p型掺杂物的扩散，且能够向光调制器部30施加足够的电场的最优厚度。例如，优选扩散抑制层38的厚度在100～400nm范围，且扩散抑制层的掺杂浓度≤1E+16cm-3。
使接触层40与上部光限制层36的掺杂物的种类一致，并形成扩散抑制层38，这对光调制器部30的光致发光波长的稳定化也有效，但主要对使光吸收量恒定有效。因此，根据半导体装置10，能够使光调制器部30的光致发光波长稳定于第一规定值并且使光吸收量恒定。
但是，激光部14的振荡波长由衍射光栅22的间隔决定。由于衍射光栅22通过电子束光刻装置而形成，因此容易将激光部14的振荡波长设为预先设定的值(第二规定值)。
如上所述，根据本发明的实施方式1所涉及的半导体装置的制造方法，能够将光调制器部30的光致发光波长设为第一规定值，并且将激光部14的振荡波长设为第二规定值。由此，能够充分减小该光致发光波长和该振荡波长的差值的波动。
在光吸收层34使用InGaAsP等InP类材料的情况下，优选在接触层40和上部光限制层36中掺杂Be。在光吸收层使用AlGaInAs等Al类材料的情况下，优选在接触层和上部光限制层36中掺杂Zn。另外，衍射光栅22也可以形成于n型包覆层16。此外，上述变形能够应用于以下的实施方式所涉及的半导体装置的制造方法等。
实施方式2.
以与实施方式1的不同点为中心，对实施方式2进行说明。实施方式2涉及在单枚晶片上制造多个半导体装置的半导体装置制造方法和半导体装置制造系统。图4是表示本发明的实施方式2所涉及的半导体装置的制造系统100的图。半导体装置的制造系统100(以下，简称为系统100)具有PL评价装置102。运算部120与PL评价装置102相连接。电子束光刻装置130与运算部120相连接。电子束光刻装置130是形成与多个光调制器部各自接触地设置的激光部的衍射光栅的装置。
对实施方式2所涉及的半导体装置的制造方法进行说明。首先，在晶片104上形成下部光限制层、光吸收层、以及上部光限制层，通过去除它们的一部分而形成多个光调制器部。该工序是第一工序。
在第一工序后，使用PL评价装置102，对在晶片104上形成的多个光调制器部的各光调制器部的光致发光波长进行评价。将该工序称为评价工序。在评价工序中，将晶片104向PL评价装置102移动，对在晶片上形成的36个光调制器部的光致发光波长进行测定。此外，36个光调制器部逐一形成在由虚线围成的区域内。
在PL评价装置102上方的晶片104中，示出晶片面内的光致发光波长的分布。晶片外周部106处的光致发光波长是λ1。外周部106内侧的中间部108处的光致发光波长是λ2，λ2比λ1大。中间部108内侧的中央部110处的光致发光波长是λ3，λ3比λ2大。即，越向晶片104的外周侧，光致发光波长越小。光致发光波长的数据传送至运算部120。
在评价工序后，处理进入第二工序中。在第二工序中，以使具有衍射光栅的激光部分别与多个光调制器部各自连接的方式，在晶片上形成多个激光部。多个激光部各自的衍射光栅形成为，在评价工序中得到的光致发光波长和激光部的振荡波长的差值成为预先设定的值。
对具体的处理进行说明。首先，运算部120从PL评价装置102接受光致发光波长的信息，计算用于使光致发光波长和激光部的振荡波长的差值成为预先设定的值的衍射光栅密度。即，针对各光调制器部计算最优的衍射光栅的密度。此外，“衍射光栅的密度”表示衍射光栅图案的密度。如果增大衍射光栅的密度，则激光元件的振荡波长变小，如果减小衍射光栅的密度，则激光元件的振荡波长变大。
由于在晶片中央部110处光调制器部的光致发光波长较大，因此为了将差值设为预先设定的值，而减小衍射光栅的密度。另一方面，由于在晶片外周部106处光调制器部的光致发光波长较小，因此为了将差值设为预先设定的值，而增大衍射光栅的密度。并且，将该运算结果发送至电子束光刻装置130。
在电子束光刻装置130中，根据运算部120的运算结果，对晶片104进行用于形成衍射光栅的电子束照射。即，在晶片的外周部132增大衍射光栅的密度，在中间部134使衍射光栅的密度比外周部132小，在中央部136使衍射光栅的密度比中间部134小。
接下来，在多个光调制器部和多个激光部的上方形成接触层。该工序为第三工序。如上所述，形成具有从差值的角度出发进行优化后的衍射光栅的36个半导体装置。
如上所述，光致发光波长在晶片面内具有一定的波动。因此，如果将晶片面内的所有半导体装置的衍射光栅以均一的间隔形成，则光致发光波长和激光部的振荡波长的差值在晶片面内会产生波动。作为结果，导致形成具有从预先设定的差值偏离的差值的半导体装置。
但是，在使用本发明的实施方式2所涉及的系统100实现的半导体装置的制造方法中，根据在评价工序中得到的光致发光波长，在各半导体装置中形成用于将差值设为预先设定的值的最优的衍射光栅。因此，对于在晶片上形成的36个半导体装置，能够全部将差值设为预先设定的值。
也可以适当地组合实施方式1的特征和实施方式2的特征。例如，在实施方式2所涉及的半导体装置的制造方法中，如果使接触层的掺杂物与上部光限制层的掺杂物的种类一致，且形成扩散抑制层，则能够提高减小差值的波动的效果。

Claims (4)

1.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，具有：
第一工序，在该工序中，在衬底上形成下部光限制层、所述下部光限制层上方的并未掺杂掺杂物的光吸收层、以及所述光吸收层上方的包含Be或Zn的上部光限制层，去除所述下部光限制层、所述光吸收层以及所述上部光限制层的一部分，从而形成光调制器部；
第二工序，在该工序中，在所述衬底的没有形成所述光调制器部的部分，形成具有衍射光栅的激光部；
形成扩散抑制层的工序，在该工序中，在所述上部光限制层的上方形成抑制掺杂物扩散的层厚为100～400nm的扩散抑制层；以及
第三工序，在该工序中，在所述激光部和所述扩散抑制层的上方形成接触层，
使所述接触层的掺杂物的种类与所述上部光限制层的掺杂物的种类一致。
2.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，具有：
第一工序，在该工序中，在晶片上形成下部光限制层、所述下部光限制层上方的光吸收层、以及所述光吸收层上方的上部光限制层，去除所述下部光限制层、所述光吸收层以及所述上部光限制层的一部分，从而形成多个光调制器部；
评价工序，在该工序中，评价所述多个光调制器部各自的光致发光波长；
第二工序，在该工序中，在所述晶片上以具有衍射光栅的激光部分别与所述多个光调制器部连接的方式形成多个激光部；以及
第三工序，在该工序中，在所述多个光调制器部和所述多个激光部的上方形成接触层，
在所述第二工序中，以使在所述评价工序中得到的光致发光波长和所述激光部的振荡波长的差值成为预先设定的值的方式，形成所述多个激光部各自的所述衍射光栅。
3.一种半导体装置，其特征在于，具有：
衬底；
光调制器部，其具有在所述衬底的上方形成的下部光限制层、在所述下部光限制层的上方形成的并未掺杂掺杂物的光吸收层、以及在所述光吸收层的上方形成的包含Be或Zn的上部光限制层；
扩散抑制层，其在所述上部光限制层的上方形成，抑制掺杂物的扩散，层厚为100～400nm；
激光部，其在所述衬底的上方以与所述光调制器部接触的方式形成；以及
接触层，其形成在所述激光部和所述扩散抑制层的上方，
所述光吸收层具有整体均一的组成，
使所述接触层的掺杂物与所述上部光限制层的掺杂物的种类一致。
4.一种半导体装置的制造系统，其特征在于，具有：
PL即光致发光评价装置，其评价在晶片上形成的多个光调制器部各自的光致发光波长；
电子束光刻装置，其形成与所述多个光调制器部各自接触地设置的激光部的衍射光栅；以及
运算部，其从所述PL评价装置接受所述光致发光波长的信息，运算用于使所述光致发光波长与所述激光部的振荡波长的差值成为预先设定的值的所述衍射光栅的密度，并将该运算的结果发送至所述电子束光刻装置。
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