CN110622374A - 半导体装置、半导体装置的制造方法 - Google Patents

半导体装置、半导体装置的制造方法 Download PDF

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Abstract

具备：基板；半导体激光器部，其通过在该基板之上层叠包含有源层在内的多个层而形成；邻接部，其是光调制器或者光波导，通过在该基板之上层叠包含芯层在内的多个层而形成，通过与该半导体激光器部对接接合而与该半导体激光器部相接。特征在于，就该半导体激光器部与该邻接部对接接合的半导体装置而言，至少该半导体激光器部的与该邻接部相接的部分被无序化。

Description

半导体装置、半导体装置的制造方法
技术领域
本发明涉及在同一基板具有半导体激光器部以及光调制器或者光波导的半导体装置和该半导体装置的制造方法。
背景技术
根据与光通信网络的大容量化相伴的要求，集成了光调制器或者光波导的半导体激光元件的利用正在增加。就集成了多个功能的光元件而言，针对每个功能需要不同的晶体构造。作为这样的光元件的制作方法，大多采用反复进行使用了绝缘膜掩模的部分蚀刻和再生长的方法。
在专利文献1公开有如下内容，即，作为将半导体激光器或者光调制器等多个光元件集成形成于半导体基板之上的方法之一，存在对接技术。在专利文献1公开有如下内容，即，对接技术是在同一基板之上将光轴对齐而使多个光元件对接接合的技术。
专利文献1：日本特开2010-165759号公报
发明内容
例如想到如下情况，即，在有源层和包层等组分不同的多个晶体层露出于侧面的状态下，通过对接生长而形成光调制器或者光波导。在该情况下，相对于组分以及晶格常数等局部性地不同的复杂的侧面而进行对接生长，因此，对接生长层的侧面部分的晶体品质会恶化。如果对接生长层的侧面部分的晶体品质恶化，则装置的初始特性或者可靠性劣化。
特别是在使用应变有源层作为有源层的情况下，在对接生长中是在应变周期性地变化的侧面进行晶体生长。在该情况下，对接生长层的侧面部分的晶体品质的恶化变显著。
另外，作为集成元件的另一个问题，举出如下问题，即，向有源层注入的载流子经由阱层到达至对接界面，载流子在对接部集中。载流子的集中使半导体装置的可靠性恶化。
本发明是为了解决上述课题而提出的，目的在于提供能够抑制将多个功能不同的部分进行了接合的半导体装置的特性恶化的半导体装置和该半导体装置的制造方法。
本发明涉及的半导体装置的特征在于，具备：基板；半导体激光器部，其形成于该基板之上，具有有源层；以及邻接部，其是光调制器或者光波导，形成于该基板之上，具有芯层，该邻接部与该半导体激光器部相接，该半导体激光器部的与该邻接部相接的部分被无序化。
本发明涉及的半导体装置的制造方法的特征在于，具备以下工序：在基板之上形成具有有源层的半导体激光器部；在该基板之上形成邻接部，该邻接部是光调制器或者光波导，与该半导体激光器部对接接合；以及无序化工序，将该半导体激光器部的与该邻接部相接的部分和该邻接部的与该半导体激光器部相接的部分无序化。
本发明涉及的其他半导体装置的制造方法的特征在于，具备以下工序：在基板之上形成具有有源层的多层构造；无序化工序，将该多层构造的一部分无序化；去除工序，通过将该多层构造中的无序化的部分的一部分去除，形成具有未无序化的部分和无序化的无序部、且该无序部在侧面露出的半导体激光器部；以及在该基板之上形成邻接部，该邻接部是光调制器或者光波导，与该半导体激光器部对接接合。
本发明的其他特征在下面得以明确。
发明的效果
根据本发明，通过将对接接合部无序化，能够抑制将多个功能不同的部分进行了接合的半导体装置的特性恶化。
附图说明
图1是实施方式1涉及的半导体装置的剖面图。
图2是外延生长后的半导体装置的剖面图。
图3是表示掩模的俯视图。
图4是蚀刻后的半导体装置的剖面图。
图5是表示邻接部的剖面图。
图6是表示注入掩模和无序部的剖面图。
图7是表示掩模的俯视图。
图8是形成了电极的半导体装置的斜视图。
图9是实施方式2涉及的半导体装置的剖面图。
图10是表示具有有源层的多层构造的剖面图。
图11是注入掩模的俯视图。
图12是表示注入掩模和无序部的剖面图。
图13是新的掩模的俯视图。
图14是去除工序后的半导体装置的剖面图。
图15是形成了电极的半导体装置的斜视图。
具体实施方式
参照附图说明本发明的实施方式涉及的半导体装置和半导体装置的制造方法。对于相同或者对应的结构要素标注相同的标号，有时省略重复的说明。
实施方式1
图1是实施方式1涉及的半导体装置10的剖面图。半导体装置10构成将半导体激光器部12和由EA(Electro-Absorption：电吸收)调制器构成的邻接部14进行了集成的脊型光集成元件。邻接部14可以为除了EA调制器以外的光调制器或者光波导。虚线表示半导体激光器部12和邻接部14的边界。
半导体装置10具备由例如n型InP形成的基板16。在基板16之上设置有由例如n型InP形成的下包层18。在下包层18之上，在半导体激光器部12形成有有源层20，在邻接部14形成有芯层30。有源层20和芯层30都呈InGaAsP的多量子阱(MQW)构造。有源层20与芯层30通过对接而连接。有源层20也可以是通过上侧的SCH(Separated ConfinementHeterostructure：分离限制异质结构)层和下侧的SCH层夹着MQW构造的结构。SCH层是InGaAsP分离限制异质层。芯层30也可以同样地具有两层SCH层。
在有源层20之上设置有由例如p型InP形成的第1上包层22。在芯层30之上设置有由例如p型InP形成的第2上包层32。在半导体激光器部12设置有第1上包层22，在邻接部14设置有第2上包层32。在第1上包层22和第2上包层32之上形成有将例如p型InGaAs作为材料的接触层40。
半导体激光器部12具备下包层18、有源层20和第1上包层22。邻接部14具备下包层18、芯层30和第2上包层32。这样，在基板16之上形成有半导体激光器部12和与半导体激光器部12相接的邻接部14。
半导体激光器部12的与邻接部14相接的部分被无序化。邻接部14的与半导体激光器部12相接的部分被无序化。这些无序化的部分形成无序部42。无序部42在包含半导体激光器部12和邻接部14的边界在内的部分，横跨半导体激光器部12和邻接部14而形成。无序部42是通过将多量子阱构造无序化而使带隙扩大的部分。因此，有源层20的无序化的部分与有源层20的未无序化的部分相比带隙大。另外，芯层30的无序化的部分与芯层30的未无序化的部分相比带隙大。无序化的部分相对于激光振荡光是透明的。
说明实施方式1涉及的半导体装置10的制造方法。邻接部14是光调制器或者光波导，但是这里说明通过光波导构成邻接部14的情况。首先，在由n型InP形成的基板16之上形成下包层18，然后，使有源层20、第1上包层22依次外延生长。图2是外延生长后的半导体装置的剖面图。下包层18是n型的InP，有源层20是InGaAsP的多量子阱构造，第1上包层22是p型的InP。虚线的左侧是成为半导体激光器部12的部分，虚线的右侧是成为邻接部14的部分。
接着，形成掩模。图3是表示掩模24的俯视图。掩模24以条带状形成在半导体激光器部12的第1上包层22之上。掩模24的材料例如是SiO2。掩模24的图案通过进行例如使用了抗蚀图案的光刻而形成。
接着，进行蚀刻处理。图4是蚀刻后的半导体装置的剖面图。通过RIE等干蚀刻将未被掩模24覆盖的部分蚀刻至有源层20的中途。然后，通过酒石酸等具有InGaAsP和InP的蚀刻选择性的药液进行蚀刻，对有源层20的剩余部分进行蚀刻。由此，使下包层18露出。也可以通过其他方法使下包层18露出。这样，在基板16之上形成具有有源层20的半导体激光器部12。
接着，形成邻接部14。图5是表示邻接部14的剖面图。在该工序中，使芯层30和第2上包层32依次外延生长。由此，在邻接部14的下包层18之上形成芯层30，在该芯层30之上形成第2上包层32。将该生长称为对接生长。通过对接生长，在基板16之上形成与半导体激光器部12对接接合的邻接部14。
接着，通过例如氢氟酸将掩模24去除。如果将掩模24去除，则在表面露出第1上包层22和第2上包层32。接着，形成注入掩模。图6是表示注入掩模44的剖面图。注入掩模44形成于第1上包层22和第2上包层32之上。注入掩模44在对接部具有开口44a。开口44a横跨半导体激光器部12和邻接部14。
接着，将半导体激光器部12的与邻接部14相接的部分和邻接部14的与半导体激光器部12相接的部分无序化。将该工序称为无序化工序。图6是说明无序化工序中的处理的图。在无序化工序中，经由注入掩模44的开口44a向半导体激光器部12和邻接部14进行杂质注入。在杂质的离子注入后实施热退火。在图6示出通过从上表面侧注入Si离子、进行热退火，从而将半导体激光器部12和邻接部14的一部分无序化而形成了无序部42的情况。
无序部42在半导体激光器部12从第1上包层22的上表面到达下包层18的中途，在邻接部14从第2上包层32的上表面到达下包层18的中途。无序部42的底面与下包层18的下表面相比位于上方。也可以通过使无序部42的底面与下包层18的下表面相比到达更下方，从而直至基板16而形成无序部42。通过无序化工序，有源层20的与邻接部14相接的部分被无序化，芯层30的与半导体激光器部12相接的部分被无序化。
在无序化工序中，也可以在第1上包层22和第2上包层32的边界正上方形成成为扩散源的层，使杂质从该层扩散，然后实施热退火，由此，形成无序部42。
接着，通过例如氢氟酸将注入掩模44去除，进行成膜处理。具体而言，通过追加生长将p型InP作为材料的包层，从而将第1上包层22和第2上包层32加厚。然后，在第1上包层22和第2上包层32之上使接触层40生长。优选在接触层40形成使半导体激光器部12和邻接部14的边界部分露出的开口。接触层40的材料例如是p型InGaAs。通过第1上包层22和第2上包层32的追加生长以及接触层40的生长，得到图1的剖面构造。
接着，形成与脊的俯视形状一致的掩模。图7是表示掩模50的俯视图。掩模50是通过进行例如使用了抗蚀图案的光刻而形成的SiO2膜。
接着，将掩模50作为掩模对从掩模50露出的部分进行蚀刻。例如，通过RIE等干蚀刻对接触层40、第1上包层22和第2上包层32进行蚀刻。接着，使用氢氟酸将掩模50去除，由此，完成图1所示的半导体装置10的基本晶体构造。到此为止的各工序是针对在基板16之上邻接地设置了有源层20和芯层30的构造，将该构造的一部分无序化的工序。只要结果是完成图1所示的基本晶体构造，则也可以采用除了上述工艺以外的工艺。
接着，在基本晶体构造形成电极。图8是形成了电极的半导体装置的斜视图。半导体激光器部12的第1脊构造R1和邻接部14的第2脊构造R2通过对接而连接。在半导体激光器部12的接触层40之上形成有电极EL1。在邻接部14的接触层40之上形成有电极EL2。有时将包含半导体激光器部12和邻接部14的边界在内的部分称为无源波导。能够通过不在该无源波导设置接触层40，而提高半导体激光器部12和邻接部14的隔离性。此外，如果不需要这样的隔离性的提高，则也可以在无源波导设置接触层40。
物理性质不同的多个层在半导体激光器部12的侧面露出，以与该侧面相接的方式对接生长的邻接部14的侧面部分的晶体品质会恶化。但是，就本发明的实施方式1涉及的半导体装置而言，邻接部14的与半导体激光器部12相接的部分被无序化，因此，该部分相对于激光振荡光是透明的。因此，能够抑制半导体装置的特性恶化。
另外，有源层20也可以是应变有源层。应变有源层典型地来说是以几nm间隔周期性地设置了应变不同的层的有源层。应变有源层是以提高光输出等为目的而设置的。在使用应变有源层作为有源层20的情况下，邻接部14的侧面部分的晶体品质显著地恶化，因此，能够通过将该侧面部分无序化，而抑制半导体装置的特性大幅恶化。
并且，能够通过将半导体激光器部12的与邻接部14相接的部分无序化，而抑制注入至有源层20的载流子经由多量子阱构造到达对接界面。因此，能够抑制载流子在对接界面集中而使半导体装置的可靠性恶化这一情况。
这样，就实施方式1涉及的半导体装置10和半导体装置10的制造方法而言，通过形成无序部42而使结晶性的紊乱恢复。优选将图8的x方向即谐振器方向的无序部42的长度缩短而避免半导体装置的大型化。
实施方式1涉及的半导体装置10和半导体装置10的制造方法能够在不失去其特征的范围进行各种变形。半导体装置10是波导集成型的半导体激光元件。即，使光波导与半导体激光器部12对接接合。但是，对于使光调制器与半导体激光器部12进行了对接接合的光调制器集成型的半导体激光元件，也可以通过形成无序部来得到上述效果。
另外，也可以在半导体激光器部12和邻接部14追加上述记载未提及的层。例如也可以在半导体激光器部12设置衍射光栅层。为了实现最佳的波导宽度，第1脊构造R1和第2脊构造R2的宽度也可以不同。第1脊构造R1的脊高度和第2脊构造R2的脊高度也可以不同。例如，在整个半导体激光器部12设置有源层20，而仅在第2脊构造R2设置芯层30。这样，第1脊构造R1与第2脊构造R2相比z方向长度变小。第1上包层22和第2上包层32的追加生长如果不需要则也可以省略。
在实施方式1说明的变形也能够应用于下面的实施方式涉及的半导体装置和半导体装置的制造方法。此外，下面的实施方式涉及的半导体装置和半导体装置的制造方法与实施方式1的共同点多，因此，以与实施方式1的不同点为中心进行说明。
实施方式2
图9是实施方式2涉及的半导体装置60的剖面图。半导体激光器部12的与邻接部14相接的部分是无序化的无序部62。但是，邻接部14的与半导体激光器部12相接的部分没有无序化。即，仅在半导体激光器部12形成有无序部62。
说明半导体装置60的制造方法。首先，在基板16之上形成具有有源层20的多层构造。图10是表示具有有源层20的多层构造的剖面图。多层构造是下包层18、有源层20以及第1上包层22，但是也可以根据需要追加其他层。优选多层构造形成于整个形成半导体激光器部12和邻接部14的部分。
接着，将多层构造的一部分无序化。将该工序称为无序化工序。在无序化工序中，首先形成注入掩模。图11是注入掩模64的俯视图。注入掩模64以条带状形成在成为半导体激光器部12的部分。注入掩模64没有形成于半导体激光器部12和邻接部14的边界。因此，注入掩模64与该边界隔开预定的距离。
在形成了注入掩模64之后，向半导体激光器部12和邻接部14的从注入掩模64露出的部分进行杂质注入。在杂质的离子注入后实施热退火。在图12示出通过从上表面侧注入Si离子后进行热退火而在半导体激光器部12的一部分形成了无序部62、在邻接部14形成了无序部66的情况。在无序化工序中，在俯视时的整个邻接部14形成无序部66。
接着，在将注入掩模64去除之后形成新的掩模。图13是新的掩模70的俯视图。掩模70以条带状形成在半导体激光器部12。掩模70到达半导体激光器部12与邻接部14的边界。此外，注入掩模64和掩模70的材料例如是SiO2。
接着，将掩模70作为掩模而将多层构造中的无序化的部分的一部分去除。将该工序称为去除工序。在去除工序中，将从掩模70露出的无序部62、66去除，使下包层18露出。从掩模70露出的无序部62、66的去除方法不作特别限定。例如，优选通过干蚀刻蚀刻至有源层20的中途，接着，进行针对有源层20的蚀刻速率比有源层20的下层的下包层18的蚀刻速率高的选择蚀刻。干蚀刻例如是RIE，选择蚀刻例如是基于酒石酸的蚀刻。由于邻接部14被无序化，所以能够使基于酒石酸的蚀刻时的蚀刻深度均匀。即，能够使露出的下包层18的上表面平坦。另外，通过无序化改善结晶性，由此，能够抑制湿蚀刻时的侧面蚀刻。通过在去除工序中将无序化的部分去除，从而能够得到上述效果，因此，优选在去除工序中仅将多层构造中的无序化的部分去除。
图14是去除工序后的半导体装置的剖面图。通过去除工序将无序部62的一部分和全部无序部66去除，由此形成具有未无序化的部分和无序化的部分的半导体激光器部12。无序化的部分是无序部62。通过去除工序，无序部62在半导体激光器部12的侧面露出。
接着，形成邻接部14。具体而言，进行对接生长，形成与半导体激光器部12相接的邻接部14。邻接部14是与半导体激光器部12对接接合的光调制器或者光波导。由于在半导体激光器部12的侧面形成有无序化的无序部62，所以半导体激光器部12的侧面部分是稳定的晶体。因此，能够改善邻接部14的与半导体激光器部12相接的部分的结晶性。
接着，将掩模70去除，追加生长第1上包层22和第2上包层32，形成接触层40。接着，形成图7所示的掩模50。然后，通过例如干蚀刻对从掩模50露出的接触层40、第1上包层22和第2上包层32进行蚀刻。接着，使用氢氟酸将掩模50去除。由此，完成图9所示的半导体装置60的基本晶体构造。
然后，在基本晶体构造形成电极。图15是形成了电极的半导体装置60的斜视图。半导体激光器部12的第1脊构造R1和邻接部14的第2脊构造R2通过对接而连接。在半导体激光器部12的接触层40之上形成有电极EL1。在邻接部14的接触层40之上形成有电极EL2。能够通过不在无源波导设置接触层40而提高半导体激光器部12和邻接部14的隔离性。
在实施方式1中，在对接生长后进行了无序化，在实施方式2中，在对接生长前进行无序化。由此，能够相对于晶体组分稳定的无序部在侧面露出的半导体激光器部12，使邻接部14进行对接生长。因此，能够防止邻接部14的与半导体激光器部12相接的部分的晶体品质恶化。
标号的说明
10半导体装置，12半导体激光器部，14邻接部，42、62无序部。

Claims (10)

1.一种半导体装置，其特征在于，具备：
基板；
半导体激光器部，其形成于所述基板之上，具有有源层；以及
邻接部，其是光调制器或者光波导，形成于所述基板之上，具有芯层，该邻接部与所述半导体激光器部相接，
所述半导体激光器部的与所述邻接部相接的部分被无序化。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
所述邻接部的与所述半导体激光器部相接的部分被无序化。
3.根据权利要求2所述的半导体装置，其特征在于，
具备下包层，该下包层形成于所述有源层和所述芯层之下，
所述有源层的与所述邻接部相接的部分被无序化，
所述芯层的与所述半导体激光器部相接的部分被无序化，
无序化的部分的底面与所述下包层的下表面相比位于上方。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述有源层是应变有源层。
5.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，具备以下工序：
在基板之上形成具有有源层的半导体激光器部；
在所述基板之上形成邻接部，该邻接部是光调制器或者光波导，与所述半导体激光器部对接接合；以及
无序化工序，将所述半导体激光器部的与所述邻接部相接的部分和所述邻接部的与所述半导体激光器部相接的部分无序化。
6.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，具备以下工序：
在基板之上形成具有有源层的多层构造；
无序化工序，将所述多层构造的一部分无序化；
去除工序，通过将所述多层构造中的无序化的部分的一部分去除，形成具有未无序化的部分和无序化的无序部、且所述无序部在侧面露出的半导体激光器部；以及
在所述基板之上形成邻接部，该邻接部是光调制器或者光波导，与所述半导体激光器部对接接合。
7.根据权利要求6所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
在所述去除工序中，通过干蚀刻仅将所述多层构造中的无序化的部分蚀刻至所述有源层的中途，接着，进行针对所述有源层的蚀刻速率比针对所述有源层的下层的蚀刻速率高的选择蚀刻。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
在所述无序化工序中，进行基于杂质注入的无序化。
9.根据权利要求5至7中任一项所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
在所述无序化工序中，进行基于杂质扩散的无序化。
10.根据权利要求5至9中任一项所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
所述有源层是应变有源层。
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