CN110050396A - 光半导体装置的制造方法 - Google Patents

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Abstract

在半导体衬底(1)之上形成脊构造(9),该脊构造(9)具有脊下部(6)以及脊上部(8),该脊上部(8)配置于脊下部(6)之上,具有比脊下部(6)宽的宽度。将脊构造(9)的凹陷部位(11)通过原子层沉积法而由绝缘膜(10)完全填埋,由此利用半导体衬底(1)、脊构造(9)以及绝缘膜(10)形成在侧面没有台阶的凸形状(19),其中,脊构造(9)的凹陷部位(11)是由于脊下部(6)与脊上部(8)的宽度之差,脊下部(6)相对于脊上部(8)在横向内缩而产生的。

Description

光半导体装置的制造方法
技术领域
本发明涉及将脊构造的凹陷部位由绝缘膜填埋的光半导体装置的制造方法。
背景技术
就具有脊构造的半导体激光器而言,为了降低电阻而需要确保脊上部的面积,且为了实现高速响应而需要使脊下部的宽度变窄。因此,将脊构造设为反向台面脊构造、T字型构造或者Y字型构造。另外,公开了作为用于实现高速响应的器件构造,实现稳定的脊尺寸的方法(例如,参照专利文献1)。
专利文献1:日本专利第5454381号公报
发明内容
在反向台面脊构造、T字型构造或者Y字型构造存在脊下部相对于脊上部而在横向内缩的凹陷部位。以往,绝缘膜的成膜使用的是溅射法或者等离子CVD法,因此绝缘膜的覆盖率不充分,无法将脊构造的凹陷部位由绝缘膜完全填埋。其结果,存在如下问题,即,脊构造相对于温度等外部环境变化、时效变化或者组装时所施加的机械应力较为脆弱。
本发明就是为了解决上述这样的课题而提出的,其目的在于,得到能够提高脊构造的机械强度的光半导体装置的制造方法。
本发明涉及的光半导体装置的制造方法,其特征在于,具备以下工序:在半导体衬底之上形成脊构造,该脊构造具有脊下部以及脊上部,该脊上部配置于所述脊下部之上,具有比所述脊下部宽的宽度;以及将所述脊构造的凹陷部位通过原子层沉积法而由绝缘膜完全填埋,使所述脊构造的侧面的台阶消失,使所述半导体衬底与所述脊上部的底面之间的空间消失,由此利用所述半导体衬底、所述脊构造以及所述绝缘膜形成在侧面没有台阶的凸形状,其中,所述脊构造的所述凹陷部位是由于所述脊下部与所述脊上部的宽度之差,所述脊下部相对于所述脊上部在横向内缩而产生的。
发明的效果
在本发明中,将脊下部相对于脊上部而在横向内缩的脊构造的凹陷部位通过原子层沉积法而由绝缘膜完全填埋。由此,能够提高脊构造的机械强度。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1涉及的光半导体装置的制造方法的剖面图。
图2是表示本发明的实施方式1涉及的光半导体装置的制造方法的剖面图。
图3是表示本发明的实施方式1涉及的光半导体装置的制造方法的剖面图。
图4是表示本发明的实施方式1涉及的光半导体装置的制造方法的剖面图。
图5是表示本发明的实施方式1涉及的光半导体装置的制造方法的剖面图。
图6是表示本发明的实施方式1涉及的光半导体装置的制造方法的剖面图。
图7是表示本发明的实施方式1涉及的光半导体装置的制造方法的剖面图。
图8是表示对比例涉及的光半导体装置的剖面图。
图9是表示本发明的实施方式2涉及的光半导体装置的制造方法的剖面图。
图10是表示本发明的实施方式2涉及的光半导体装置的制造方法的剖面图。
图11是表示本发明的实施方式2涉及的光半导体装置的制造方法的剖面图。
图12是表示本发明的实施方式2涉及的光半导体装置的制造方法的剖面图。
图13是表示本发明的实施方式2涉及的光半导体装置的制造方法的剖面图。
图14是表示本发明的实施方式2涉及的光半导体装置的制造方法的剖面图。
图15是表示本发明的实施方式2涉及的光半导体装置的制造方法的剖面图。
图16是表示本发明的实施方式2涉及的光半导体装置的制造方法的剖面图。
具体实施方式
参照附图,对本发明的实施方式涉及的光半导体装置的制造方法进行说明。对相同或者相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至图7是本发明的实施方式1涉及的光半导体装置的制造方法的剖面图。首先,如图1所示,在半导体衬底1之上形成有源层2。有源层2的最表面层2a是InP层。在有源层2之上形成与有源层2的最表面层2a材料不同的牺牲层3。牺牲层3要求相对于InP具有蚀刻的选择比,例如是InGaAsP层。此外,也可以在InGaAsP层之上作为盖层形成薄的InP层。牺牲层3的厚度与之后形成的脊下部的高度一致。
接下来,如图2所示,将牺牲层3的一部分通过湿蚀刻或者干蚀刻而去除,形成开口4。接下来,如图3所示,在有源层2以及牺牲层3之上形成与牺牲层3材料不同的InP层5,在开口4的内部形成脊下部6。在InP层5之上形成InGaAs接触层7。此外,也可以在InGaAs接触层7之上作为盖层形成薄的InP层。
接下来,如图4所示,使用SiO2等绝缘膜硬掩模等,将InP层5以及InGaAs接触层7干蚀刻或者湿蚀刻至牺牲层3为止,以特性所需的所期望的脊宽度进行图案化而形成脊上部8。接下来,如图5所示,相对于有源层2的最表面层2a以及InP层5将牺牲层3选择性地湿蚀刻而去除。由此,在半导体衬底1之上形成脊构造9,该脊构造9具有脊下部6以及脊上部8,该脊上部8配置于脊下部6之上,具有比脊下部6宽的宽度。由于脊上部8的宽度比脊下部6宽,因此形成脊下部6相对于脊上部8而在横向内缩的脊构造9的凹陷部位11,在脊构造9的侧面产生台阶17。由于该台阶,在有源层2的最表面层2a与脊上部8的底面16之间产生空间18。空间18是不存在半导体或者绝缘体等固体的间隙。在包含这样的空间18的台阶17存在于侧面的状态下,脊构造9的机械强度低。
接下来,如图6所示,通过原子层沉积(Atomic Layer Deposition:ALD)法而在整面形成绝缘膜10,将脊构造9的凹陷部位11由绝缘膜10完全填埋,该脊构造9的凹陷部位11是由于脊上部8与脊下部6的宽度之差,脊下部6相对于脊上部8在横向内缩而产生的。最后,如图7所示,在脊构造9的上表面将绝缘膜10的一部分蚀刻去除而形成电极12。
接着,与对比例进行比较而对本实施方式的效果进行说明。图8是对比例涉及的光半导体装置的剖面图。在图8(a)中,绝缘膜13的成膜使用溅射法或者等离子CVD法,因此绝缘膜13的覆盖率不充分,无法将脊构造9的凹陷部位11由绝缘膜13完全填埋。其结果,存在如下问题,即,脊构造9相对于温度等外部环境变化、时效变化或者组装时所施加的机械应力较为脆弱。与此相对,在本实施方式中,将脊构造9的凹陷部位11通过原子层沉积法而由绝缘膜10完全填埋。由此,能够提高脊构造9的机械强度。但是,如图8(b)所示,在仅仅是使用原子层沉积法而形成绝缘膜13,脊构造9的凹陷部位11未被完全填埋的状态下,无法提高脊构造9的机械强度。在本实施方式中,并非仅仅是使用原子层沉积法,而是如图6所示通过使用原子层沉积法而将脊构造9的凹陷部位11完全填埋,使脊构造9的侧面的台阶17消失,使有源层2的最表面层2a与脊上部8的底面16之间的空间18消失,利用半导体衬底1、脊构造9以及绝缘膜13形成在侧面没有台阶的凸形状19,由此能够提高脊构造9的机械强度。另外,在脊下部6的高度小于或等于300nm,横向宽度小于或等于3μm的情况下,能够将脊构造9的凹陷部位11由绝缘膜10完全填埋,高速响应性也良好。
实施方式2.
图9至图16是本发明的实施方式2涉及的光半导体装置的制造方法的剖面图。首先,如图9所示,在半导体衬底1之上形成有源层2。有源层2的最表面层2a是InP层。在有源层2之上形成InP层14。
接下来,如图10所示,将InP层14通过干蚀刻而图案化,形成脊下部6。此外,还能够通过将有源层2的最表面层2a设为InGaAsP,从而仅通过湿蚀刻或者通过干蚀刻与湿蚀刻的组合而形成脊下部6。
接下来,如图11所示,将与有源层2的最表面层2a以及InP层14材料不同的牺牲层3在脊下部6的周边形成至不覆盖脊下部6的上表面的高度为止。牺牲层3要求相对于InP具有蚀刻的选择比,例如是InGaAsP层。
接下来,如图12所示,在脊下部6以及牺牲层3之上形成与牺牲层3材料不同的InP层15。在InP层15之上形成InGaAs接触层7。此外,也可以在InGaAs接触层7之上作为盖层形成薄的InP层。
接下来,如图13所示,使用SIO2等绝缘膜硬掩模等,将InP层15以及InGaAs接触层7干蚀刻或者湿蚀刻至牺牲层3为止,以特性所需的所期望的脊宽度进行图案化而形成脊上部8。
接下来,如图14所示,相对于有源层2的最表面层2a以及InP层14、15将牺牲层3选择性地湿蚀刻而去除。接下来,如图15所示,通过原子层沉积法而在整面形成绝缘膜10,将脊构造9的凹陷部位11由绝缘膜10完全填埋。最后,如图16所示,在脊构造9的上表面将绝缘膜10的一部分蚀刻去除而形成电极12。
在本实施方式中,也与实施方式1同样地,将脊构造9的凹陷部位11通过原子层沉积法而由绝缘膜10完全填埋,由此能够提高脊构造9的机械强度。
此外,在实施方式1、2中,只要将脊构造9的凹陷部位11通过原子层沉积法而由绝缘膜10完全填埋,也可以进一步使用溅射法或者等离子CVD法而形成绝缘膜。另外,脊下部6以及脊上部8是垂直脊形状,脊构造9是T字型,但不限于此,脊构造9也可以是反向台面脊构造或者Y字型构造。另外,本实施方式的光半导体装置例如是DFB激光器或者调制器激光器等光集成化器件,但可应用本发明的不限于它们。
标号的说明
1半导体衬底,2有源层,2a最表面层,3牺牲层,4开口,5InP层(半导体层),6脊下部,8脊上部,9脊构造,11凹陷部位,14InP层(第1半导体层),15InP层(第2半导体层),16脊上部的底面,17台阶,18空间,19凸形状。

Claims (7)

1.一种光半导体装置的制造方法,其特征在于,具备以下工序:
在半导体衬底之上形成脊构造,该脊构造具有脊下部以及脊上部,该脊上部配置于所述脊下部之上,具有比所述脊下部宽的宽度;以及
将所述脊构造的凹陷部位通过原子层沉积法而由绝缘膜完全填埋,由此利用所述半导体衬底、所述脊构造以及所述绝缘膜形成在侧面没有台阶的凸形状,其中,所述脊构造的所述凹陷部位是由于所述脊下部与所述脊上部的宽度之差,所述脊下部相对于所述脊上部在横向内缩而产生的。
2.根据权利要求1所述的光半导体装置的制造方法,其特征在于,还具备以下工序:
在所述半导体衬底之上形成有源层;
在所述有源层之上形成与所述有源层的最表面层材料不同的牺牲层;
将所述牺牲层的一部分去除而形成开口;
将与所述牺牲层材料不同的半导体层形成于所述有源层以及所述牺牲层之上,在所述开口的内部形成脊下部;
将所述半导体层图案化而形成所述脊上部;以及
在形成所述脊上部之后,在形成所述绝缘膜之前,相对于所述有源层的所述最表面层以及所述半导体层将所述牺牲层选择性地蚀刻、去除。
3.根据权利要求1所述的光半导体装置的制造方法,其特征在于,还具备以下工序:
在所述半导体衬底之上形成有源层;
在所述有源层之上形成第1半导体层;
将所述第1半导体层图案化而形成所述脊下部;
将与所述有源层的最表面层以及所述第1半导体层材料不同的牺牲层,在所述脊下部的周边形成至不覆盖所述脊下部的上表面的高度为止;
在所述脊下部以及所述牺牲层之上形成与所述牺牲层材料不同的第2半导体层;
将所述第2半导体层图案化而形成所述脊上部;以及
在形成所述脊上部之后,在形成所述绝缘膜之前,相对于所述有源层的所述最表面层以及所述第1及第2半导体层将所述牺牲层选择性地蚀刻、去除。
4.根据权利要求2或3所述的光半导体装置的制造方法,其特征在于,
所述有源层的所述最表面层、所述脊下部以及所述脊上部的材料是InP,所述牺牲层的材料是InGaAsP。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光半导体装置的制造方法,其特征在于,
所述脊下部以及所述脊上部是垂直脊形状,
所述脊构造是T字型。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的光半导体装置的制造方法,其特征在于,
所述光半导体装置是DFB激光器。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的光半导体装置的制造方法,其特征在于,
所述光半导体装置是光集成化器件。
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CN112821200A (zh) * 2021-02-05 2021-05-18 中国工程物理研究院应用电子学研究所 一种脊型波导半导体激光器及其制备方法

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