JP2003188475A - 半導体素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】埋込樹脂内の気泡の発生を低減できる半導体メ
サの埋込構造を有する半導体素子を提供する。 【解決手段】半導体素子1aは、半導体メサ部12,52と、
樹脂埋込部24とを備える。半導体メサ部12,52は、所定
の波長の光が伝搬可能な光導波路を有する。樹脂埋込部
24は、半導体メサ部12,52を埋め込むように設けられＢ
ＣＢ樹脂を含む。半導体メサ部12,52の光導波路は、III
−Ｖ系化合物半導体を含む活性層6,46を備える。活性層
6,46は、第１導電型III−Ｖ系化合物半導体を含む半導
体部8,48と第２導電型III−Ｖ系化合物半導体を含む半
導体部10,50との間に配置されている。活性層6,46は、
光を発生するために利用されることができ、または光を
変調するために利用されることができる。半導体素子1a
は、パッド電極30,60を更に備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子および
その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信のために、様々な半導体光素子が
利用されている。半導体光素子は、半導体基板上に様々
な光素子を含む。半導体光素子には、発光素子、変調素
子、光合波器、光分波器および光導波路といった素子が
ある。これらの素子は、半導体材料で形成された半導体
メサを備えている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】発明者は、半導体光素
子の特性を向上させるために技術開発を行っている。最
近、光通信の伝送容量の需要が増している。この要求に
応じるために、半導体光素子の動作速度を上げることが
求められている。発明者は、１０Ｇｂｐ／ｓを越えるよ
うな光伝送速度を実現できるような半導体光素子が求め
られると考えている。また、発明者は、半導体光素子の
利用範囲が今後も拡大されることを考えに入れると、半
導体光素子の製造工程が簡素であることも重要であると
考えている。

【０００４】発明者は、動作速度を向上するために、光
素子に付随する寄生容量等を低減することが重要である
と考えている。発明者は、１．５５マイクロメートル帯
のための光素子を例示として光素子の構造について検討
をしている。この光素子は、ＩｎＰ基板上に形成された
半導体メサを有しており、この半導体メサを平坦化する
ためにＩｎＰ半導体により埋め込んでいる。

【０００５】また、半導体メサに付与される寄生容量を
低減するために、別の素子構造が提案されている。この
構造では、ポリイミド樹脂により半導体メサを埋め込ん
でいる。この構造の検討において、発明者は、様々な実
験を行ってきた。この実験において、ポリイミド樹脂の
樹脂特性に起因するいくつかの技術的課題を発見した。
ポリイミド樹脂を用いる構造では、半導体メサの埋込を
形成するために、ポリイミド樹脂を塗布した後に熱処理
を行う。この熱処理の後に、半導体メサの側壁に空孔が
発生する。この不具合を解決するために、発明者は、ポ
リイミド樹脂の埋込構造を形成する条件だけでなく、半
導体メサを埋め込むために材料について更に検討を行っ
た。

【０００６】本発明の目的は、半導体メサ側壁部に発生
する空孔を低減できる半導体メサの埋込構造を有する半
導体素子、およびこの半導体素子を製造する方法を提供
することにした。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の一側面は、半導
体素子に係わる。半導体素子は、半導体メサ部と、樹脂
埋込部とを備える。半導体メサ部は、所定の波長の光が
伝搬可能な光導波路を有する。樹脂埋込部は、半導体メ
サ部を埋め込むと共に半導体メサ部から盛り上がるよう
に設けられている。

【０００８】樹脂埋込部の高さが半導体メサ部の高さよ
り大きい形状を形成するために、埋込用樹脂部の形成の
ために用いる樹脂の収縮率は、熱硬化処理においてポリ
イミド樹脂の収縮率より小さいことが必要である。この
樹脂を用いると、半導体メサ側壁部に発生する空孔を低
減できる。

【０００９】このような半導体素子の樹脂特性は、下記
の少なくともいずれかを更に備えてもよい。埋込用樹脂
部の形成のために用いる樹脂は、所定の波長の光に感光
性を有している。埋込用樹脂部の形成のために用いる樹
脂は、熱硬化性を有している。埋込用樹脂部の樹脂の比
誘電率は、ポリイミド樹脂の比誘電率より小さい。ま
た、樹脂埋込部の高さの最高値は半導体メサ部の高さよ
り大きいことが好ましい。

【００１０】発明者は、実験により、半導体メサ側壁部
に発生する空孔は熱硬化の際に発生していることを発見
した。すなわち、この半導体光素子においては、熱硬化
のときの樹脂収縮率が重要であるという知見を得た。こ
の知見によれば、本願に係わる半導体光素子の埋込用樹
脂部の樹脂は、ポリイミド樹脂の収縮率より小さいこと
が好適である。この樹脂によれば、半導体メサの埋込構
造において、熱硬化の際に発生する半導体メサ側壁部の
空孔を低減できる。

【００１１】また、本発明の一側面は半導体素子に係わ
る。この半導体素子では、樹脂埋込部は、所定の波長の
光が伝搬可能な光導波路を有する半導体メサ部を埋め込
むように設けられビスベンゾシクロブテン樹脂(以下、
ＢＣＢ樹脂という)を含む。発明者の実験によれば、Ｂ
ＣＢ樹脂を用いると半導体メサ側壁部の空孔を低減でき
ることが示された。

【００１２】さらに、本発明の一側面は、半導体素子に
係わる。この半導体素子では、半導体メサ部は、III−
Ｖ系化合物半導体を含んでおり、２μｍ以上の高さを有
するように設けられている。発明者の実験によれば、こ
のような高さの半導体メサ部であっても、ＢＣＢ樹脂を
含む埋込樹脂を用いると、半導体メサの側壁部に空孔を
発生させることなく埋め込むことができる。

【００１３】上記の半導体素子では、半導体メサ部の光
導波路は、III−Ｖ系化合物半導体を含む活性層を備え
るようにしてもよい。活性層は、第１導電型III−Ｖ系
化合物半導体を含む半導体部と第２導電型III−Ｖ系化
合物半導体を含む半導体部との間に配置されている。活
性層は、光を発生するために利用されることができ、ま
たは光を変調するために利用されることができる。

【００１４】また、半導体メサ部は、第１および第２の
半導体層を有することができる。第１の半導体層は、第
２導電型III−Ｖ系化合物半導体を含み半導体メサ部の
光導波路上に設けられている。第２の半導体層は、基板
上において活性層の両側に位置する。この配置によれ
ば、第２の半導体層は、第１の半導体層からのキャリア
を活性層に導くことが可能である。

【００１５】半導体素子は、パッド電極を更に備えるよ
うにしてよい。パッド電極は、樹脂埋込部上に設けられ
ており、また半導体メサ部に接続されている。半導体メ
サ部は、光導波路上に設けられたコンタクト層を更に有
する。コンタクト層は、パッド電極に接続されている。
この構造によれば、パッド電極は、ポリイミド樹脂の比
誘電率より小さい埋込用樹脂部上に設けられる。

【００１６】半導体素子は、半導体メサ部と樹脂埋込部
との間に設けられた無機絶縁膜を更に備えることができ
る。無機絶縁膜によれば、半導体素子の信頼性を向上で
きる。

【００１７】半導体素子は、別の半導体メサ部と、別の
パッド電極と、III−Ｖ系化合物半導体層とを更に備え
ることができる。別の半導体メサ部は、樹脂埋込部によ
り埋め込まれ所定の波長の光が伝搬可能な光導波路を有
する。別の半導体メサ部は、半導体メサ部と光学的に結
合されている。この構造によれば、半導体素子は、複数
の光素子を搭載できる。

【００１８】また、別の半導体メサ部の光導波路は、II
I−Ｖ系化合物半導体を含む別の活性層を備えている。
別の活性層は、第１導電型III−Ｖ系化合物半導体を含
む半導体部と第２導電型III−Ｖ系化合物半導体部との
間に配置されている。半導体メサ部の光導波路および別
の半導体メサ部の光導波路上には、III−Ｖ系化合物半
導体層が設けられるようにしてもよい。この構造は、２
つの光導波路の接続部に形成される可能性がある段差を
小さくするために役立つ。

【００１９】別のパッド電極は、樹脂埋込部上に設けら
れ別の半導体メサ部に接続されている。この構造によれ
ば、別のパッド電極は、ポリイミド樹脂の比誘電率より
小さい埋込用樹脂部上に設けられている。

【００２０】別の半導体メサ部は、該光導波路上に設け
られ別のパッド電極に接続された別のコンタクト層を有
する。複数の光素子は、それぞれのコンタクト層を備え
ている。別個のコンタクト層は、両素子間の分離抵抗を
大きくするために役立つ。

【００２１】本発明の別の側面は、半導体素子を製造す
る方法に係わる。この方法は、(ａ)III−Ｖ系化合物半
導体を含むメサ部を基板上に形成する工程、(ｂ)メサ部
上及び基板上にＢＣＢ樹脂体を形成する工程、(ｃ)メサ
部上のＢＣＢ樹脂部分が露光されないようなマスクを用
いてＢＣＢ樹脂体を露光する工程、(ｄ)露光されたＢＣ
Ｂ樹脂体を現像する工程、(ｅ)基板、メサ部、および現
像されたＢＣＢ樹脂体を熱処理する工程を備える。

【００２２】この製造方法によれば、ＢＣＢ樹脂体から
メサ部のトップが露出していると共に、メサ部の側面が
樹脂で覆われている構造を形成できる。

【００２３】本発明の別の側面は半導体素子を製造する
方法に係わる。この方法は(ｆ)複数のIII−Ｖ系化合物
半導体層を含む半導体多層膜を基板上に形成する工程、
(ｇ)半導体多層膜に複数のトレンチを形成して半導体多
層膜部を形成する工程、(ｈ)トレンチを形成する工程の
後に、基板上にＢＣＢ樹脂体を形成する工程、(ｉ)半導
体多層膜部とのＢＣＢ樹脂部分を覆うパターンを有する
マスクを用いてＢＣＢ樹脂体を露光する工程、(ｊ)露光
されたＢＣＢ樹脂体を現像する工程、(ｋ)基板、半導体
多層膜部及び現像されたＢＣＢ樹脂体を熱処理する工程
を備える。

【００２４】この製造方法によれば、トレンチをＢＣＢ
樹脂により埋め込みできると共に、半導体多層膜部の上
部が露出されている構造を形成できる。

【００２５】本発明の上記の目的および他の目的、特
徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発
明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述からより容易
に明らかになる。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明は、添付図面と共に以下の
詳細な記述を考慮することによって容易に理解される。
図面に共通な同一要素を示すために、可能な場合には、
同一の参照番号が使用される。

【００２７】(第１の実施の形態)図１は、第１の実施の
形態に係わる半導体光素子を示す斜視図である。図２
は、Ｉ−Ｉ線で示された断面図である。図１および図２
を参照しながら、第１の実施の形態に係わる半導体素子
を説明する。この半導体素子１ａは、半導体発光デバイ
ス２ａ、半導体変調デバイス２ｂおよび分離デバイス２
ｃを備える。素子分離デバイス２ｃは、半導体発光デバ
イス２ａと半導体変調デバイス２ｂとの間に位置してい
る。半導体変調デバイス２ｂは、半導体発光デバイス２
ａに分離デバイス２ｃを介して光学的に結合されてい
る。半導体発光デバイス２ａは、所定の波長の光を発生
できる。半導体変調デバイス２ｂは、素子分離デバイス
２ｃを介して半導体発光デバイス２ａから受けた光を変
調できる。半導体発光デバイス２ａ、半導体変調デバイ
ス２ｂおよび分離デバイス２ｃは、ｎ型ＩｎＰ半導体基
板といった半導体基板４に設けられている。

【００２８】半導体発光デバイス２ａは、半導体メサ部
１２を備えている。半導体メサ部１２は、活性層６、ｎ
型半導体層８およびｐ型半導体層１０を備えている。活
性層６は、基板４の主面４ａ上に設けられている。活性
層６は、III−Ｖ系化合物半導体を含む。活性層６は、I
II−Ｖ系化合物半導体を含むｎ型半導体層８とIII−Ｖ
系化合物半導体を含むｐ型半導体層１０との間に設けら
れている。ｎ型半導体部８およびｐ型半導体層１０は、
基板４上に設けられている。活性層６は、単一の半導体
層から成ることができ、またＳＱＷ構造あるいはＭＱＷ
構造を備えることもできるが、これらに限定されるもの
ではない。活性層６の屈折率は、ｎ型半導体層８および
ｐ型半導体層１０の屈折率より大きいので、これらの半
導体層６、８、１０は光導波路１２ａを構成する。つま
り、ｎ型半導体層８はｎ型クラッド層として働くと共
に、ｐ型半導体層１０はｐ型クラッド層として働く。

【００２９】半導体メサ部１２は、活性層６、ｎ型半導
体層８およびｐ型半導体層１０からなる光導波路１２ａ
の側面に電流狭窄部１２ｂを有する。電流狭窄部１２ｂ
は、光導波路１２ａの半導体層に比べて比抵抗が大きい
半導体層１４を有する。半導体層１４上には、ｐ型半導
体層１０と異なる導電型のｎ型半導体層１６が設けられ
ている。半導体層１６は、ホールトラップ層として働
く。このような構造により、電流狭窄部１２ｂは、電流
を光導波路１２ａに導くように働く。

【００３０】半導体メサ部１２は、光導波路１２ａおよ
び電流狭窄部１２ｂ上に設けられｐ型半導体層２０を備
える。ｐ型半導体層２０は第２のクラッド層として働
く。半導体メサ部１２はｐ型半導体層２０上にコンタク
ト層２２を更に備える。

【００３１】また、半導体発光デバイス２ａは、半導体
メサ部１２を形成するように設けられた凹部１８を有す
る。凹部１８は、半導体層１４、１６、２０、２２を貫
通して基板４に到達している。凹部１８内には、樹脂埋
込部２４が設けられている。樹脂埋込部２４は、ＢＣＢ
樹脂を熱硬化して形成されたＢＣＢ樹脂体である。

【００３２】なお、半導体発光デバイス２ａは、樹脂埋
込部２４と半導体メサ部１２との間に、シリコン窒化
膜、シリコン酸化膜またはシリコン酸窒化膜といったシ
リコン系無機絶縁膜層２６を備えることができる。無機
絶縁膜層２６により、半導体メサ部１２を保護できるの
で、半導体発光デバイス２ａの信頼性が向上される。

【００３３】半導体発光デバイス２ａは、半導体メサ部
１２上に設けられたオーミック電極２８を備える。電極
２８は、アノードのためのために設けられている。半導
体発光デバイス２ａが無機絶縁膜層２６を備える場合に
は、無機絶縁膜層２６はコンタクト層２２に通じる開口
部を有する。電極２８は、この開口部を介してコンタク
ト層２２に電気的に接続されている。電極２８は、パッ
ド電極３０に接続されている。パッド電極３０は、樹脂
埋込部２４上に設けられている。また、半導体発光デバ
イス２ａは、基板４の裏面４ｂ上に設けられたオーミッ
ク電極３２を備える。電極３２は、裏面４ｂの全面にカ
ソードのためのために設けられている。

【００３４】図１に示されるように、ＢＣＢ樹脂体は、
半導体メサ部１２の上部より盛り上がるように形成され
ている。この形状のために、半導体メサ部１２と樹脂埋
込部２４との間に段差が実質的に無いので、電極２８に
断線が生じにくい。

【００３５】好適な実施例としては、下記のものが例示
される。 活性層６：ＧａＡｌＩｎＰ層(膜厚３００ナノメートル) ｎ型クラッド層８：ＩｎＰ層(膜厚５５０ナノメートル) ｐ型クラッド層１０：ＩｎＰ層(膜厚２００ナノメート
ル) 高抵抗半導体層１４：ＦｅドープＩｎＰ層(膜厚１００
０ナノメートル) ｎ型ホールトラップ層１６：ＩｎＰ層(膜厚１０００ナ
ノメートル) 第２のｐ型クラッド層２０：ＩｎＰ層(膜厚２００ナノ
メートル) ｐ型コンタクト層２２：ＧａＩｎＡｓ層(膜厚５００ナ
ノメートル) 無機絶縁膜層２６：シリコン窒化層(膜厚３５０ナノメ
ートル)。

【００３６】半導体変調デバイス２ｂは、半導体メサ部
５２を備える。半導体メサ部５２は、活性層４６、ｎ型
半導体層４８及びｐ型半導体層５０を備えている。活性
層４６は、基板４の主面４ａ上に設けられている。活性
層４６は、III−Ｖ系化合物半導体を含む。活性層４６
は、III−Ｖ系化合物半導体を含むｎ型半導体層４８とI
II−Ｖ系化合物半導体を含むｐ型半導体層５０との間に
設けられている。ｎ型半導体部４８及びｐ型半導体層５
０は基板４上に設けられている。活性層４６は、単一の
半導体層から成ることができ、またＳＱＷ構造あるいは
ＭＱＷ構造を備えることもできるが、これらに限定され
るものではない。活性層４６の屈折率は、ｎ型半導体層
４８およびｐ型半導体層５０の屈折率より大きいので、
これらの半導体層４６、４８、５０は光導波路５２ａを
構成する。ｎ型半導体層４８はｎ型クラッド層として働
くと共にｐ型半導体層５０はｐ型クラッド層として働
く。

【００３７】半導体メサ部５２は、活性層４６、ｎ型半
導体層４８およびｐ型半導体層５０からなる光導波路５
２ａの側面に電気絶縁部５２ｂを有する。電気絶縁部５
２ｂは、光導波路５２ａの半導体層に比べて比抵抗が大
きい半導体層１４を有する。半導体層１４上には、ｎ型
半導体層１６が設けられている。半導体変調デバイス２
ｂにおいて、光導波路５２ａは、光導波路１２ａと同様
に、電流狭窄部１２ｂと同じ構造である電気絶縁部５２
ｂにより挟まれている。

【００３８】半導体メサ部５２は、光導波路５２ａおよ
び電気絶縁部５２ｂ上に設けられｐ型半導体層２０を備
える。ｐ型半導体層２０は第２のクラッド層として働
く。半導体メサ部５２はｐ型半導体層２０上にコンタク
ト層５４を更に備える。

【００３９】また、半導体変調デバイス２ｂは、半導体
メサ部５２を形成するように設けられた凹部１８を有す
る。凹部１８は、半導体層１４、１６、２０、２２を貫
通して基板４に到達している。凹部１８内には、樹脂埋
込部２４が設けられている。樹脂埋込部２４は、半導体
発光素子２ａと同様に、ＢＣＢ樹脂を熱硬化して形成さ
れたＢＣＢ樹脂体である。半導体変調デバイス２ｂは、
半導体発光デバイス２ａと同様に、樹脂埋込部２４と半
導体メサ部１２との間に無機絶縁膜層２６を備えること
ができる。

【００４０】半導体変調デバイス２ｂは、半導体メサ部
５２上に設けられたオーミック電極５８を備える。電極
５８は、アノード用に設けられている。半導体変調デバ
イス２ｂが無機絶縁膜層２６を備える場合には、無機絶
縁膜層２６はコンタクト層５４に通じる開口部を有す
る。電極５８は、この開口部を介してコンタクト層５４
に電気的に接続されている。電極５８は、パッド電極６
０に接続されている。パッド電極６０は、樹脂埋込部２
４上に設けられている。また、半導体変調デバイス２ｂ
は、半導体発光素子２ａと共用されるオーミック電極３
２を備える。電極３２は、半導体変調デバイス２ｂのカ
ソードのためのために設けられている。

【００４１】図２に示されるように、ＢＣＢ樹脂体は、
半導体メサ部５２の上部より盛り上がるように形成され
ている。この形状のために、半導体メサ部５２と樹脂埋
込部２４との間に段差が実質的に無いので、電極５８に
断線が生じにくい。また、この形状は、半導体素子１ａ
のチップに加工するとき、あるいはこのチップを実装す
るときに行われるハンドリングから半導体メサ部５２を
保護するために役立つ。

【００４２】ＢＣＢ樹脂の比誘電率(２．６５)は、Ｉｎ
Ｐ半導体の比誘電率に比べて小さく、またポリイミド樹
脂の比誘電率(約３．５)に比べて小さい。このため、パ
ッド電極６０に付与される寄生容量は小さい。

【００４３】好適な実施例としては、下記のものが例示
される。 活性層４６：ＩｎＧａＡｓＰ(膜厚２６０ナノメートル) ｎ型クラッド層４８：ＩｎＰ(膜厚５０ナノメートル) ｐ型クラッド層５０：ＩｎＰ(膜厚１００ナノメートル) ｐ型コンタクト層５４：ＧａＩｎＡｓ(膜厚５３０ナノ
メートル)。

【００４４】半導体発光デバイス２ａにおいて、第２の
クラッド層２０及びコンタクト層２２が光導波路１２ａ
と電流狭窄部１２ｂとの上に設けられている場合には、
電極２８とコンタクト層２２との接触面積を広くでき
る。また、半導体変調デバイス２ｂにおいて、第２のク
ラッド層２０及びコンタクト層５４が光導波路５２ａと
電流阻止部５２ｂとの上に設けられている場合には、電
極５８とコンタクト層５４との接触面積を広くできる。
これらの構造により、素子の寄生抵抗を低減できる。加
えて、半導体メサ部１２と樹脂埋込部２４との境界だけ
でなく、半導体メサ部５２と樹脂埋込部２４との境界に
おいて実質的に段差が無いので、フォトリソグラフィ工
程においてコンタクトのための開口部を境界に近くまで
大きくできる。この構造によっても、素子の寄生抵抗を
低減できる。

【００４５】再び図１を参照すると、素子分離デバイス
２ｃは、半導体発光デバイス２ａを半導体変調デバイス
２ｂから電気的に分離するように働く。このために、素
子分離デバイス２ｃにおいては、コンタクト層が除かれ
て分離部６２が形成されている。分離部６２において
は、凹部が形成されコンタクト層２２はコンタクト層５
４と分離されている。この構造により、半導体発光デバ
イス２ａがコンタクト層を介して半導体変調デバイス２
ｂと電気的に接続されることを防止している。素子分離
のための構造は、本実施の形態の構造に限定されるもの
ではない。本実施の形態では、素子分離デバイス２ｃが
備える半導体層は、半導体変調デバイス２ｂの構造と同
一であるが、本発明は、この形態に限定されるものでは
ない。

【００４６】半導体発光デバイス２ａは、半導体基板４
と半導体層８との境界に形成された回折格子３４を備え
る。回折格子３４は、半導体基板４と半導体層８との界
面の形状を周期的に変化させることにより構成される。
回折格子３４は、活性層６と光学的に結合されるように
設けられている。この構成により、半導体発光デバイス
２ａは、分布帰還型半導体レーザ素子として動作するた
めに好適である。

【００４７】半導体変調デバイス２ｂでは、活性層４６
は、ｎ型半導体層４８およびｐ型半導体層５０により挟
まれており、活性層４６のフォトルミネッセンス波長
は、活性層６のフォトルミネッセンス波長よりわずかに
小さい(活性層４６が単一の半導体層から成る場合に
は、活性層４６のバンドギャップは、活性層６のバンド
ギャップよりも大きい)。この構造により、半導体変調
デバイス２ｂは、電界吸収型変調素子として動作するた
めに好適である。

【００４８】半導体変調デバイス２ｂ及び素子分離デバ
イス２ｃの光導波路１２ａは、半導体発光デバイス２ａ
の光導波路１２ａに境界面６４において突き当てられて
おり、この突き当てにより、光導波路１２ａは光導波路
５２ａに光学的に結合される。

【００４９】また、典型的な半導体メサ部１２、５２の
寸法は、幅５マイクロメートル、高さ６マイクロメート
ルである。

【００５０】図３は、半導体光素子と電源とを示す回路
図である。半導体発光デバイス２ａは、電源７０により
順方向にバイアスされている。半導体変調デバイス２ｂ
は、電源７２により逆方向にバイアスされている。電源
７２は、外部信号に応じて変調された駆動信号を半導体
変調デバイス２ｂに提供する。この構造により、半導体
変調デバイス２ｂは、半導体発光デバイス２ａから連続
的に提供される光を外部信号７４に応答して変調する。

【００５１】(第２の実施の形態)別の実施の形態は、半
導体光素子を製造する方法に関する。図４(ａ)、図４
(ｂ)、図５(ａ)、図５(ｂ)、図６(ａ)、図６(ｂ)、図７
(ａ)、図７(ｂ)、図８(ａ)、図８(ｂ)、図９(ａ)、図９
(ｂ)、図１０(ａ)、図１０(ｂ)を参照しながら半導体光
素子を製造する方法について説明する。

【００５２】(第１の半導体多層膜形成工程)図４(ａ)を
参照すると、ｎ型ＩｎＰ基板８０ａ上には、ｎ型ＩｎＰ
バッファ層８０ｂが形成されている。ｎ型ＩｎＰ基板８
０ａとｎ型ＩｎＰバッファ層８０ｂとは、基板８２を構
成する。半導体基板８２は、半導体発光デバイス領域８
２ａ、半導体変調デバイス領域８２ｂ、および素子分離
デバイス領域８２ｃを備える。これらの領域８２ａ〜８
２ｃは、所定の軸方向に沿って配置されている。基板８
２の半導体発光デバイス領域８２ａには、ｎ型ＩｎＰ半
導体膜８４、半導体活性層膜８６およびｐ型ＩｎＰ半導
体膜８８が順に形成されている。これらの半導体膜は、
バッファ層８０ｂの全面に所定の多層半導体膜およびシ
リコン系無機絶縁膜のマスク９０を形成した後に、半導
体変調デバイス領域８２ｂおよび素子分離デバイス領域
８２ｃの多層膜を選択的に除去することにより形成され
る。半導体多層膜の形成に先立って、半導体発光デバイ
ス領域８２ａには回折格子９２として機能する周期的に
凹部が形成されている。

【００５３】(第２の半導体多層膜形成工程)図４(ｂ)を
参照すると、ｎ型ＩｎＰバッファ層８０ｂ上には、ｎ型
ＩｎＰ半導体膜９４、半導体活性層膜９６およびｐ型Ｉ
ｎＰ半導体膜９８が順に選択的に形成されている。これ
らの半導体多層膜は、半導体変調デバイス領域８２ｂお
よび素子分離デバイス領域８２ｃに、マスク９０を用い
て選択的に形成される。選択成長の後に、マスク９０を
除去する。

【００５４】好適な実施例では、ｎ型ＩｎＰバッファ層
８０ｂ、ｎ型ＩｎＰ半導体膜８４、半導体活性層膜８
６、ｐ型ＩｎＰ半導体膜８８、ｎ型ＩｎＰ半導体膜９
４、半導体活性層膜９６およびｐ型ＩｎＰ半導体膜９８
は、有機金属気相成長(ＯＭＣＶＤ)法によりエピタキシ
ャル成長される。

【００５５】(光導波路メサ形成工程)図５(ａ)を参照す
ると、光導波路メサ１００ａ、１００ｂが形成されてい
る。光導波路メサ１００ａ、１００ｂを形成するため
に、導波路用マスク１０２を形成する。マスク１０２
は、シリコン系無機絶縁膜のマスクであり、所定の方向
に伸びている。マスク１０２を用いて、半導体発光デバ
イス領域８２ａ、半導体変調デバイス領域８２ｂ、およ
び素子分離デバイス領域８２ｃに形成された半導体多層
膜をエッチングする。このエッチングは、好適な実施例
ではウエットエッチングにより行われる。エッチング溶
液は、ブロムメタノ−ル液である。このエッチングは、
ｎ型ＩｎＰ半導体膜８４、半導体活性層膜８６、ｐ型Ｉ
ｎＰ半導体膜８８、ｎ型ＩｎＰ半導体膜９４、半導体活
性層膜９６およびｐ型ＩｎＰ半導体膜９８が除去されて
基板８２が露出するまで行われる。エッチング工程の結
果、光導波路部メサ１００ａは、ｎ型ＩｎＰ半導体層
(ｎ型クラッド層)８４ａ、半導体活性層８６ａ、ｐ型Ｉ
ｎＰ半導体層(ｐ型クラッド層)８８ａを備える。光導波
路部メサ１００ｂは、ｎ型ＩｎＰ半導体層(ｎ型クラッ
ド層)９４ａ、半導体活性層９６ａおよびｐ型ＩｎＰ半
導体層(ｐ型クラッド層)９８ａを備える。

【００５６】(埋込半導体膜形成工程)図５(ｂ)を参照す
ると、光導波路メサ１００ａ、１００ｂを埋め込むよう
に、高抵抗ＩｎＰ半導体膜１０４及びｎ型ＩｎＰ半導体
膜１０６が形成されている。半導体膜１０４及び１０６
は、マスク１０２を用いて、半導体発光デバイス領域８
２ａ、半導体変調デバイス領域８２ｂ、および素子分離
デバイス領域８２ｃに選択的に形成される。好適な実施
例では、半導体膜１０４及び１０６は、有機金属気相成
長(ＯＭＣＶＤ)法により形成される。高抵抗ＩｎＰ半導
体膜１０４は、例えばＦｅドープＩｎＰ半導体から成
り、光導波路部メサ１００ａの側面と、光導波路部メサ
１００ｂの側面とに接触するように形成されている。ｎ
型ＩｎＰ半導体膜は、ＩｎＰ半導体膜１０４上に形成さ
れており、ｐ型ＩｎＰ半導体層８８ａ及びｐ型ＩｎＰ半
導体層９８ａの側面に接触するように形成されている。
埋込半導体部が形成された後に、マスク１０２を除去す
る。

【００５７】光導波路メサ１００ａにおいて、ｎ型Ｉｎ
Ｐ半導体膜１０６は、ＦｅドープＩｎＰ半導体内を伝導
してしまうホールを捕獲するホールトラップとして機能
するように形成されており、また、高抵抗ＩｎＰ半導体
膜１０４は、電子を阻止すると共に光導波路メサ１００
ａに電流をガイドするように形成されている。

【００５８】(コンタクト半導体膜形成工程)図６(ａ)を
参照すると、光導波路メサ１００ａ及び１００ｂ並びに
埋込半導体部１０８上に、ｐ型ＩｎＰ半導体膜１１０及
びｐ型ＧａＩｎＡｓ半導体膜１１２が形成されている。
ｐ型ＩｎＰ半導体膜１１０は、光導波路メサ１００ａ及
び１００ｂ上に形成されるので、光導波路メサ１００ａ
と光導波路メサ１００ｂとの境界部を埋め込むことがで
きる。ｐ型ＧａＩｎＡｓ半導体膜１１２もまた、光導波
路メサ１００ａ及び１００ｂ上に形成されている。ｐ型
ＧａＩｎＡｓ半導体膜１１２は、半導体発光デバイス領
域８２ａ及び半導体変調デバイス領域８２ｂのためのコ
ンタクト層として利用されると共に、後の工程において
素子分離デバイス領域８２ｃにおいては除去される。

【００５９】(トレンチマスク形成工程)図６(ａ)を参照
すると、ｐ型ＩｎＰ半導体膜１１０及びｐ型ＧａＩｎＡ
ｓ半導体膜１１２上に、トレンチマスク１１４が形成さ
れている。トレンチマスク１１４は、所定の方向に伸び
ており、光導波路メサ１００ａ及び１００ｂを含む半導
体メサ部を形成するために用いられる。

【００６０】(トレンチ形成工程)図６(ｂ)を参照する
と、トレンチ溝１１６が形成されている。トレンチ溝１
１６は、埋込半導体部１０８、ｐ型ＩｎＰ半導体膜１１
０及びｐ型ＧａＩｎＡｓ半導体膜１１２を貫通して基板
８２に到達するようにトレンチマスク１１４を用いて形
成されている。トレンチ溝１１６により、半導体メサ部
１１８が形成される。半導体メサ部１１８は、光導波路
メサ１００ａ及び１００ｂ、埋込半導体部１０８ａ、第
２のクラッド層１１０ａ、並びにコンタクト層１１２ａ
を備える。半導体メサ部１１８は、半導体発光デバイス
領域８２ａのための半導体メサ部１１８ａ、半導体変調
デバイス領域８２ｂのための半導体メサ部１１８ｂ、お
よび素子分離デバイス領域８２ｃのための半導体メサ部
１１８ｃから構成される。トレンチ溝１１６を形成した
後に、トレンチマスク１１４を除去する。

【００６１】トレンチ部１１６は、半導体発光デバイス
領域８２ａにおいて埋込半導体部の電流阻止機能を増強
するために、ＦｅドープＩｎＰ半導体膜１０４に加えて
ｎ型ＩｎＰ半導体膜１０６を形成している。この構造の
ため、ｎ型ＩｎＰ半導体膜１０６と第２のｐ型クラッド
層１１０ａとの間にｐｎ接合が形成されてしまい、この
ｐｎ接合は、寄生容量として作用する。この寄生容量を
低減するために、トレンチ１１４が形成される。

【００６２】(樹脂埋込工程)図７(ａ)を参照すると、基
板８２上にＢＣＢ樹脂が塗布されている。ＢＣＢ樹脂が
半導体メサ部１１８上において約１マイクロメートル以
上の厚さになるように塗布され、ＢＣＢ樹脂体１２２を
形成する。塗布の結果、ＢＣＢ樹脂体１２２の表面は、
トレンチ１１６の部分がややへこんだ形状になる。この
塗布工程の完了後に、中間生産物１２０が形成される。
ＢＣＢ樹脂の塗布に先だって、またトレンチ１１６を形
成した後に、シリコン系無機絶縁膜１２４を形成しても
よい。

【００６３】(露光工程)図７(ｂ)を参照すると、中間生
産物１２０のＢＣＢ樹脂１２２上にマスク１２８は配置
されている。マスク１２８を介して、所定の波長の光１
２６がＢＣＢ樹脂体１２２に照射される。マスク１２８
は、ガラス基板１２８ａと、ガラス基板１２８ａ上に形
成された遮光層１２８ｂとを有する。遮光層１２８ｂ
は、半導体メサ部１１８に沿って伸びるストライプ形状
を有する。

【００６４】図８は、図７(ａ)に示された中間生産物１
２０と、マスク１２８とを示す正面図である。水銀ラン
プ１３０から光１２６がマスク１２８に照射される。遮
光層１２４ｂに到達する光１２６ａは、ＢＣＢ樹脂体１
２２に到達することない。ガラス基板１２４ａを透過し
た光１２６ｂは、ＢＣＢ樹脂体１２２に吸収される。こ
れにより、遮光層１２８ｂのパターンが、ＢＣＢ樹脂体
１２２に転写される。

【００６５】遮光層１２８ｂの幅Ｌ₁は、中間生産物１
２０の半導体メサ部１１８の幅Ｌ₂より広い。しかし、
遮光層１２４ｂのエッジ近傍を通過する光１２６ｂの一
部は、回折現象により遮光層１２４ｂの裏側に回り込む
回折光１２６ｃになる。回折光１２６ｃは、遮光層１２
４ｂのエッジから離れるにつれて徐々に弱くなる。回折
光１２６ｃは遮光層１２４ｂの影になるＢＣＢ樹脂体１
２２の部分に吸収される。

【００６６】発明者が行った実験によれば、半導体メサ
部１１８のエッジとマスク１２４の遮光層１２４ｂのエ
ッジとの間隔(Ｌ₁／２−Ｌ₂／２)は、２〜５マイクロメ
ートルが好適である。遮光層の幅Ｌ₁は１０マイクロメ
ートル〜１５マイクロメートルである。実施例では、遮
光層の幅Ｌ₁は約１３マイクロメートルであり、半導体
メサ部の幅Ｌ₂は約５マイクロメートルである。

【００６７】(現像工程)ＢＣＢ樹脂は、光感光性を示す
と共にネガ特性を有している。この特性により、露光さ
れたＢＣＢ樹脂を現像液１３２に浸すと、光が照射され
なかったＢＣＢ樹脂は現像液１３２に溶ける。故に、半
導体メサ部１１８上のＢＣＢ樹脂は、現像液１３２に溶
けて消失する。一方、遮光層１２４ｂにより光が遮られ
なかったＢＣＢ樹脂の領域は、現像液１３２に溶けるこ
となく残る。回折光１２６ｃが吸収されたＢＣＢ樹脂の
領域は、光の吸収量に応じてＢＣＢ樹脂が現像液１３２
に溶け出す。

【００６８】図９(ａ)は、現像工程後の中間生産物を示
す斜視図である。ＢＣＢ樹脂体１２２の表面は、塗布直
後では半導体メサ部１１８上の樹脂部分が盛り上がりト
レンチ１１４上の樹脂部分がやや陥没しているけれど
も、現像後ではトレンチ１１４上の位置から半導体メサ
部１１８のエッジへ向けて緩やかな下り坂になってい
る。

【００６９】(キュア工程)図９(ｂ)を参照すると、現像
されたＢＣＢ樹脂１２２ａを有する中間生産物に熱エネ
ルギ１３４が与えられる。この熱処理により、ＢＣＢ樹
脂体１２２ａが熱硬化して、ＢＣＢ樹脂体１２２ｂにな
る。実施例では、熱処理温度は２５０℃であり、熱処理
時間は１時間である。

【００７０】発明者の実験によれば、熱処理温度は、２
１０℃から２５０℃程度(好ましくは２５０℃未満)で行
うことができ、この温度範囲は、ポリイミド樹脂の熱処
理温度(約４００℃)に比べて低い。故に、この熱処理に
起因する半導体層中の不純物の再拡散が生じ難い。

【００７１】また、発明者の実験によれば、ＢＣＢ樹脂
は熱収縮が小さい。発明者の見積もりでは、熱処理の前
後における収縮率は、５％以下であった。故に、ＢＣＢ
樹脂の表面の形状は、現像後の形状とほとんど同じであ
る。

【００７２】さらに、ＢＣＢ樹脂を用いたときは、ポリ
イミド樹脂を用いた場合に半導体メサ部１１８の側壁に
生じた気泡(エアーホール)も観察されなかった。

【００７３】(デスカム工程)まず、キュアされた中間生
産物に対してデスカム処理が施される。デスカム処理で
は、この中間生産物がＣＦ₄(又はＳＦ₆)＋Ｏ₂のプラズ
マに曝される。このプラズマにより、半導体メサ部１１
８の上面に存在する残留樹脂物が除去される。好適な実
施例では、プロセスガスはＣＦ₄とＯ₂との混合ガスであ
り、ガス比率はＣＦ₄：Ｏ₂＝１：４である。

【００７４】(オーミック電極形成工程)次いで、半導体
メサ部１１８上の絶縁膜１２４に開口部を形成する。こ
のため、半導体メサ部１１８およびＢＣＢ樹脂体１２２
ｂ上に、ポジレジストマスク１３６を形成する。ポジレ
ジストマスク１３６には、半導体発光デバイスのための
コンタクト開口部１３６ａと、半導体変調デバイスのた
めのコンタクト開口部１３６ｂとを有する。

【００７５】ポジレジストマスク１３６を用いて、エッ
チングにより絶縁膜１２４を除去する。この工程によ
り、絶縁膜１２４には、各デバイス毎にコンタクト層に
到達するコンタクト孔が形成される。この後、ポジレジ
ストマスク１３６を除去する。

【００７６】マスク除去後に、ポジレジストマスクを形
成する。このポジレジストマスクは、電極パターンを有
する。この上に金属を蒸着した後に、リフトオフ法を用
いて溶剤でポジレジストマスクを溶かし、ｐオーミック
電極１３８ａ、１３８ｂを形成する。また、基板８２の
裏面には、その全面にｎオーミック電極１４０が形成さ
れる。

【００７７】これらの工程により、図１０(ｂ)に示され
るような半導体光素子１４２が完成した。この製造方法
によれば、埋込樹脂として、ポリイミド樹脂の代わりに
ＢＣＢ樹脂を用いている。ＢＣＢ樹脂は、誘電率、熱処
理による収縮率、吸湿率の点でポリイミド樹脂よりも優
れた特性を有する。これらの特性は、本実施の形態によ
る製造方法に対して好適である。例えば、ポリイミド樹
脂を用いる場合では、ポリイミド樹脂内の水分により半
導体デバイスの信頼性を低下させる可能性があるので、
ＳｉＮ膜といった保護膜が半導体メサ部の側壁に必須で
あると考えられている。しかしながら、ＢＣＢ樹脂は、
半導体メサ部の側壁に直接に塗布できる。故に、半導体
メサ部の側壁に形成される保護膜が不要である。

【００７８】(第３の実施の形態)図１１は、第３の実施
の形態に係わる別の半導体光素子を示す斜視図である。
図１２は、ＩＩ−ＩＩ線で示された断面図である。図１
１および図１２を参照しながら、第３の実施の形態に係
わる半導体光素子を説明する。この半導体光素子１ｂ
は、半導体発光デバイス１５２ａ、半導体変調デバイス
１５２ｂおよび分離デバイス１５２ｃを備える。素子分
離デバイス１５２ｃは、半導体発光デバイス１５２ａと
半導体変調デバイス１５２ｂとの間に位置している。半
導体変調デバイス１５２ｂは、半導体発光デバイス１５
２ａと素子分離デバイス１５２ｃを介して光学的に結合
されている。半導体発光デバイス１５２ａは、所定の波
長の光を発生できる。半導体変調デバイス１５２ｂは、
素子分離デバイス１５２ｃを介して半導体発光デバイス
１５２ａから受けた光を変調できる。半導体発光デバイ
ス１５２ａ、半導体変調デバイス１５２ｂおよび素子分
離デバイス１５２ｃは、ｎ型ＩｎＰ半導体基板といった
半導体基板１５４に設けられている。

【００７９】半導体発光デバイス１５２ａは半導体メサ
部１６２を備えている。半導体メサ部１６２は、活性層
１５６、ｎ型半導体層１５８及びｐ型半導体層１６０を
備えている。活性層１５６は、基板１５４の主面１５４
ａ上に設けられている。活性層１５６は、III−Ｖ系化
合物半導体を含む。活性層１５６は、III−Ｖ系化合物
半導体を含むｎ型半導体層１５８とIII−Ｖ系化合物半
導体を含むｐ型半導体層１６０との間に設けられてい
る。活性層１５６は、単一の半導体層から成ることがで
き、またＳＱＷ構造あるいはＭＱＷ構造を備えることも
できるが、これらに限定されるものではない。また、ｎ
型半導体部１５８及びｐ型半導体層１６０は、基板１５
４上に設けられている。活性層１５６の屈折率は、ｎ型
半導体層１５８およびｐ型半導体層１６０の屈折率より
大きいので、これらの半導体層１５６、１５８、１６０
は光導波路１６２ａを構成する。つまり、ｎ型半導体層
１５８はｎ型クラッド層として働くと共にｐ型半導体層
１６０はｐ型クラッド層として働く。

【００８０】第１の実施の形態の半導体光素子１ａと異
なり、半導体メサ部１６２は、光導波路１２６ａの側面
に電流狭窄部を備えていない。この構造のため、電流狭
窄部を形成するための工程が不要になる。

【００８１】半導体メサ部１６２は、光導波路１６２ａ
上に設けられｐ型半導体層１６０を備える。ｐ型半導体
層１５８は第２のクラッド層として働く。半導体メサ部
１６２はｐ型半導体層１６０上にコンタクト層１６４を
更に備える。

【００８２】また、半導体発光デバイス１５２ａは、半
導体メサ部１６２を形成するように設けられた凹部１６
６を有する。凹部１６６は、半導体層１５６、１５８、
１６０、１６４を貫通して基板１５４に到達している。
凹部１６６には、樹脂埋込部１６８が設けられている。
樹脂埋込部１６８は、ＢＣＢ樹脂を熱硬化して形成され
たＢＣＢ樹脂体である。

【００８３】なお、本実施の形態の半導体光素子では設
けられていないけれども、半導体発光デバイス１５２ａ
は、樹脂埋込部１６８と半導体メサ部１６２との間に、
シリコン系無機絶縁膜といった絶縁膜を備えることがで
きる。

【００８４】半導体発光デバイス１５２ａは、半導体メ
サ部１６２上に設けられたオーミック電極１７０を備え
る。電極１７０は、アノードのためのために設けられて
いる。半導体発光デバイス１５２ａは無機絶縁膜を備え
ないので、電極１７０は、この開口部を介することなく
コンタクト層１６４に電気的に接続されている。電極１
７０は、パッド電極１７２に接続されている。パッド電
極１７２は、樹脂埋込部１６８上に設けられている。ま
た、半導体発光デバイス１５２ａは、基板１５４の裏面
１５４ｂ上に設けられたオーミック電極１７４を備え
る。電極１７４は、裏面１５４ｂの全面にカソードのた
めのために設けられている。

【００８５】図１１に示されるように、ＢＣＢ樹脂体
は、半導体メサ部１６２の上部より盛り上がるように形
成されている。この形状のために、半導体メサ部１６２
と樹脂埋込部１６８との間に段差が実質的に無いので、
電極１７０に断線が生じにくい。また、無機絶縁膜が設
けられていないので、半導体メサ部１６２の上面が、そ
のまま、電極１７０と接触する。

【００８６】好適な実施例としては、下記のものが例示
される。 活性層１５６：ＧａＡｌＩｎＰ層(膜厚３００ナノメー
トル) ｎ型クラッド層１５８：ＩｎＰ層(膜厚５００ナノメー
トル) ｐ型クラッド層１６０：ＩｎＰ層(膜厚２００ナノメー
トル) ｐ型コンタクト層１６４：ＧａＩｎＡｓ層(膜厚５００
ナノメートル)。

【００８７】半導体変調デバイス１５２ｂは、半導体メ
サ部１８２を備えている。半導体メサ部１８２は、活性
層１７６、ｎ型半導体層１７８およびｐ型半導体層１８
０(ｐ型半導体層１６０と同一半導体層)を備えている。
活性層１７６は、基板１５４の主面１５４ａ上に設けら
れている。活性層１７６は、III−Ｖ系化合物半導体を
含む。活性層１７６は、III−Ｖ系化合物半導体を含む
ｎ型半導体層１７８とIII−Ｖ系化合物半導体を含むｐ
型半導体層１８０との間に設けられている。活性層１７
６は、単一の半導体層から成ることができ、またＳＱＷ
構造あるいはＭＱＷ構造を備えることもできるが、これ
らに限定されるものではない。また、ｎ型半導体部１７
８およびｐ型半導体層１８０は、基板１５４上に設けら
れている。活性層１７６の屈折率は、ｎ型半導体層１７
８およびｐ型半導体層１８０の屈折率より大きいので、
これらの半導体層１７６、１７８、１８０は光導波路１
８２ａを構成する。つまり、ｎ型半導体層１７８はｎ型
クラッド層として働くと共に、ｐ型半導体層１８０はｐ
型クラッド層として働く。

【００８８】半導体光素子１ｂでは、半導体メサ部１８
２は、光導波路１８２ａの側面に電気絶縁部５２ｂを備
えていない。しかしながら、半導体メサ部１８２は、光
導波路１８２ａ上にコンタクト層１８４を備える。

【００８９】また、半導体変調デバイス１５２ｂは、半
導体メサ部１８２を形成するように設けられた凹部１６
６を有する。凹部１６６は、半導体層１７６、１７８、
１８０、１８４を貫通して基板１５４に到達している。
凹部１８２には、樹脂埋込部１６８が設けられている。
樹脂埋込部１６８は、半導体発光素子１５２ａ同様に、
ＢＣＢ樹脂を熱硬化して形成されたＢＣＢ樹脂体であ
る。

【００９０】半導体変調デバイス１５２ｂは、半導体メ
サ部１８２上に設けられたオーミック電極１８８を備え
る。電極１８８は、アノードのためのために設けられて
いる。半導体変調デバイス１５２ｂは無機絶縁膜を備え
ないので、直接に、コンタクト層１８４に電気的に接続
されている。電極１８８は、パッド電極１９０に接続さ
れている。パッド電極１９０は、樹脂埋込部１６８上に
設けられている。また、半導体変調デバイス１５２ｂ
は、半導体発光素子１５２ａと共用されるオーミック電
極１７４を備える。電極１７４は、半導体変調デバイス
１５２ｂのカソードのためのために設けられている。

【００９１】図１２に示されるように、第１の実施の形
態の半導体光素子と同様に、ＢＣＢ樹脂体は、半導体メ
サ部１８２の上部より盛り上がるように形成されてい
る。この形状のために半導体メサ部１８２と樹脂埋込部
１６６との間に段差が実質的に無いので、電極１８８に
断線が生じ難い。また、この形状は、半導体素子１ｂの
チップに加工するとき、或いはこのチップを実装すると
きに行われるハンドリングから半導体メサ部１８２を保
護するために役立つ。さらに、無機絶縁膜が設けられて
いないので、半導体メサ部１８２の上面がそのまま電極
１９０と接触する。

【００９２】好適な実施例としては、下記のものが例示
される。 活性層１７６：ＧａＩｎＡｓＰ(膜厚２５０ナノメート
ル) ｎ型クラッド層１７８：ＩｎＰ(膜厚４５０ナノメート
ル) ｐ型クラッド層１８０：ＩｎＰ(膜厚３００ナノメート
ル) ｐ型コンタクト層１８４：ＧａＩｎＡｓ(膜厚５００ナ
ノメートル)。

【００９３】再び図１１を参照すると、素子分離デバイ
ス１５２ｃは、半導体発光デバイス１５２ａを半導体変
調デバイス１５２ｂから電気的に分離するように働く。
このために、素子分離デバイス１５２ｃにおいては、コ
ンタクト層が除かれて分離部１９２が形成されている。
分離部１９２においては、凹部が形成されコンタクト層
１６４はコンタクト層１８４と分離されている。この構
造により、半導体発光デバイス１５２ａがコンタクト層
を介して半導体変調デバイス１５２ｂと接続されること
を防止している。素子分離のための構造は、本実施の形
態の構造に限定されるものではない。本実施の形態で
は、素子分離デバイス１５２ｃが備える半導体層は、半
導体変調デバイス１５２ｂの構造と同一であるが、本発
明は、この形態に限定されない。

【００９４】半導体発光デバイス１５２ａは、半導体基
板１５４と半導体層１５８との境界に形成された回折格
子１９６を備える。回折格子１９６は、半導体基板１５
４と半導体層１７８との界面の形状を周期的に変化させ
ることにより構成される。回折格子１９６は、活性層１
７６と光学的に結合されるように設けられている。これ
により、半導体発光デバイス１５２ａは、分布帰還型半
導体レーザ素子として動作するために好適である。

【００９５】半導体変調デバイス１５２ｂでは、活性層
１７６は、ｎ型半導体層１７８およびｐ型半導体層１８
０により挟まれており、活性層１７６のフォトルミネッ
センス波長は、活性層１５６のフォトルミネッセンス波
長よりわずかに小さい(活性層１７６が単一の半導体層
から成る場合には、活性層１７６のバンドギャップは、
活性層１５６のバンドギャップよりも大きい)。この構
造により、半導体変調デバイス１５２ｂは、電界吸収型
変調素子として動作するために好適である。

【００９６】半導体変調デバイス１５２ｂおよび素子分
離デバイス１５２ｃの光導波路１８２ａは、半導体発光
デバイス１５２ａの光導波路１８２ａに境界面１９４に
おいてを突き当てられており、この突き当てにより、光
導波路１８２ａは、光導波路１６２ａに光学的に結合さ
れる。

【００９７】また、典型的な半導体メサ部１６２、１８
２の寸法は、幅５マイクロメートル、高さ６マイクロメ
ートルである。

【００９８】(第４の実施の形態)本実施の形態は、第３
の実施の形態の半導体光素子を製造する方法に関する。
第３の実施の形態の半導体光素子を製造する方法は、主
に半導体メサ部を製造する工程の点で、第２の実施の形
態に記載された製造方法と異なる。

【００９９】図１３(ａ)、図１３(ｂ)、図１４(ａ)、図
１４(ｂ)、図１５(ａ)、図１５(ｂ)を参照しながら半導
体光素子を製造する方法について説明する。

【０１００】(半導体多層膜形成工程)図１３(ａ)を参照
すると、第２の実施の形態と同様に、半導体基板２０２
は、ｎ型ＩｎＰバッファ層２００ａとｎ型ＩｎＰ基板２
００ｂとを備える。基板２０２は、半導体発光デバイス
領域２０２ａ、半導体変調デバイス領域２０２ｂおよび
素子分離デバイス領域２０２ｃを備える。これらの領域
２０２ａ〜２０２ｃは、所定の軸方向に沿って配置され
ている。半導体基板２０２上の半導体発光デバイス領域
２０２ａには、ｎ型ＩｎＰ半導体膜２０４、半導体活性
層膜２０６およびｐ型ＩｎＰ半導体膜２０８が順に形成
されている。これらの半導体膜は、バッファ層２００ａ
の全面に所定の多層半導体膜及びシリコン系無機絶縁膜
のマスク２１０を形成した後に、半導体変調デバイス領
域２０２ｂ及び素子分離デバイス領域２０２ｃの多層膜
を選択的に除去することにより形成される。半導体発光
デバイス領域２０２ａには回折格子２１２として働く周
期的に凹部が形成されている。

【０１０１】図１３(ｂ)を参照すると、ｎ型ＩｎＰバッ
ファ層２００ａ上には、ｎ型ＩｎＰ半導体膜２１４、半
導体活性層膜２１６及びｐ型ＩｎＰ半導体膜２１８が順
に選択的に形成される。この半導体多層膜は、半導体変
調デバイス領域２０２ｂ及び素子分離デバイス領域２０
２ｃに、マスク２１０を用いて選択的に形成される。

【０１０２】(コンタクト半導体膜形成工程)図１４(ａ)
を参照すると、マスク２１０を除去した後に、ｐ型Ｉｎ
Ｐ半導体膜２０８、２１８上に、ｐ型ＧａＩｎＡｓ半導
体膜２２０が形成されている。ｐ型ＧａＩｎＡｓ半導体
膜２２０は、半導体発光デバイス領域２０２ａ及び半導
体変調デバイス領域２０２ｂのためのコンタクト層(以
下、コンタクト半導体膜２２０としても引用する)とし
て利用されると共に、後の工程において素子分離デバイ
ス領域２０２ｃにおいては除去される。

【０１０３】コンタクト半導体膜の形成に先立って、ｐ
型ＩｎＰ半導体膜２０８、２１８上にｐ型ＩｎＰ半導体
膜を形成するようにしてもよい。このｐ型ＩｎＰ半導体
膜は、ｐ型ＩｎＰ半導体膜２０８、２１８上に形成され
るので、ｐ型ＩｎＰ半導体膜２０８とｐ型ＩｎＰ半導体
膜２１８との境界部を埋め込むことができる。このｐ型
ＩｎＰ半導体膜はクラッド層として機能する。

【０１０４】好適な実施例では、ｎ型ＩｎＰバッファ層
２００ａ、ｎ型ＩｎＰ半導体膜２０４、半導体活性層膜
２０６、ｐ型ＩｎＰ半導体膜２０８、ｎ型ＩｎＰ半導体
膜２１４、半導体活性層膜２１６、ｐ型ＩｎＰ半導体膜
２１８及びｐ型ＧａＩｎＡｓ半導体膜２２０は、有機金
属気相成長(ＯＭＣＶＤ)法によりエピタキシャル成長さ
れる。

【０１０５】(メサ形成用マスク形成工程)図１４(ａ)を
参照すると、半導体メサを形成するためのマスク２２２
がコンタクト半導体膜２２０上に形成される。マスク２
２２は、所定の方向に伸びており、半導体メサ部を形成
するために用いられる。

【０１０６】(半導体メサ部形成工程)図１４(ｂ)を参照
すると、半導体メサ部(光導波路メサ)２２４ａ、２２４
ｂが形成されている。半導体メサ部２２４ａ、２２４ｂ
を形成するために、半導体発光デバイス領域２０２ａ、
半導体変調デバイス領域２０２ｂ、および素子分離デバ
イス領域２０２ｃに形成された半導体多層膜をマスク２
２２を用いてエッチングする。このエッチングは、好適
な実施例ではウエットエッチングにより行われる。この
エッチングは、ｎ型ＩｎＰ半導体膜２０４、半導体活性
層膜２０６、ｐ型ＩｎＰ半導体膜２０８、ｎ型ＩｎＰ半
導体膜２０４、半導体活性層膜２０６およびｐ型ＩｎＰ
半導体膜２０８が除去されて、基板２０２に到達するま
で行われる。エッチング工程の結果、半導体メサ２２４
ａは、ｎ型ＩｎＰ半導体層(ｎ型クラッド層)２０４ａ、
半導体活性層２０６ａ、ｐ型ＩｎＰ半導体層(ｐ型クラ
ッド層)２０８ａおよびｐ型ＧａＩｎＡｓ半導体膜２２
０ａ(コンタクト膜)を備える。半導体メサ２２４ｂは、
ｎ型ＩｎＰ半導体層(ｎ型クラッド層)２１４ａ、半導体
活性層２１６ａおよびｐ型ＩｎＰ半導体層(ｐ型クラッ
ド層)２１８ａおよびｐ型ＧａＩｎＡｓ半導体膜(コンタ
クト膜)２２０ａを備える。半導体メサ２２４を形成し
た後に、マスク２２２を除去する。

【０１０７】(樹脂埋込工程)図１５(ａ)を参照すると、
基板２０２上にＢＣＢ樹脂が塗布されている。ＢＣＢ樹
脂は、半導体メサ部２２４上において約１マイクロメー
トル以上の厚さになるように塗布され、ＢＣＢ樹脂体２
２６を形成する。塗布の結果、ＢＣＢ樹脂体２２６の表
面は、半導体メサ部２２４の両側の部分がややへこんだ
形状になる。この塗布工程の完了後に、中間生産物２２
８が形成される。

【０１０８】ＢＣＢ樹脂の塗布に先だって、また半導体
メサ部２２４を形成した後に、メサ部２２４上にシリコ
ン系無機絶縁膜１２４を形成してもよい。

【０１０９】半導体メサ部２２４は、半導体発光デバイ
ス領域２０２ａで電流を狭窄するために設けられてい
る。本実施の形態では、ＦｅドープＩｎＰ半導体膜の代
わりにＢＣＢ樹脂を用いている。ＦｅドープＩｎＰ半導
体膜は、電子をトラップできるけれども、正孔をトラッ
プできない。このため、半導体レーザのアノードとカソ
ードとの間にリーク電流が存在する。この電流を低減す
るために、ＦｅドープＩｎＰ半導体膜上にｎ型ＩｎＰ膜
を設けて、正孔をトラップするようにしている。ところ
が、この構造では、ｎ型ＩｎＰ半導体膜とｐ型ＩｎＰ半
導体膜との間にＦｅドープＩｎＰ半導体膜が位置する。
この構造は、寄生容量を生じされる。この寄生容量を低
減するために、半導体メサ部２２４をＢＣＢ樹脂で埋め
込んでいる。

【０１１０】この工程の後に、ＢＣＢ樹脂を露光する露
光工程、露光されたＢＣＢ樹脂を現像する現像工程、現
像されたＢＣＢ樹脂を熱処理するキュア工程、半導体メ
サ部の露出面の残留樹脂等を除去するデスカム工程を、
第２の実施の形態と同様に行う。しかしながら、第２の
実施の形態の条件と異なる条件で行うこともできる。

【０１１１】(オーミック電極形成工程)次いで、半導体
メサ部２２４およびＢＣＢ樹脂体２２６ａ上に、ポジレ
ジストマスクを形成する。この上から金属を蒸着した
後、リフトオフ法を用いて溶剤でポジレジストマスクを
溶かし、ｐオーミック電極２３０ａ、２３０ｂを形成す
る。また、基板２０２の裏面には、その全面にｎオーミ
ック電極２３２が形成される。さらに、コンタクト膜２
２０ａは部分的にエッチングされて、コンタクト層２２
０ｂ、２２０ｃが形成されている。

【０１１２】これらの工程により、図１５(ｂ)に示され
るような半導体光素子２３４が完成した。オーミック電
極２３０ａは、半導体発光デバイスのための電極であ
り、オーミック電極２３０ｂは、半導体変調デバイスの
ための電極である。オーミック電極２３２は、半導体発
光デバイスおよび半導体変調デバイスのための共有電極
である。半導体分離デバイス領域のコンタクト膜は除去
されている。この製造方法によれば、埋込樹脂としてポ
リイミド樹脂の代わりにＢＣＢ樹脂を用いている。本実
施の形態でも、第２の実施の形態と同様な作用及び効果
が得られる。

【０１１３】本実施の形態では、半導体メサ部を直接に
埋め込んでいるので、第２の実施の形態と比較して製造
工程の数が少ない。また、樹脂埋込部は、ＢＣＢ樹脂の
厚さが半導体メサ部から滑らかに増すように形成されて
いる。オーミック電極の形成が容易であり、メタル膜の
断線が生じない。ＢＣＢ樹脂は、半導体メサ部の側壁に
直接に塗布できる。故に、オーミックメタル膜をコンタ
クト層上に直接に形成できる。このため、半導体メサ部
のエッジまでコンタクト層とオーミック電極との接触面
積を大きくでき、コンタクト抵抗を低減できる。

【０１１４】本実施の形態における好適な実施例として
は、下記のものが例示される。 半導体発光デバイス領域 活性層２０６ａ：ＧａＡｌＩｎＰ層(膜厚３００ナノメ
ートル) ｎ型クラッド層２０４ａ：ＩｎＰ層(膜厚５００ナノメ
ートル) ｐ型クラッド層２０８ａ：ＩｎＰ層(膜厚２００ナノメ
ートル) ｐ型コンタクト層２２０ｃ：ＧａＩｎＡｓ層(膜厚５０
０ナノメートル) 半導体変調デバイス領域 活性層２１６ａ：ＧａＩｎＡｓＰ(膜厚３００ナノメー
トル) ｎ型クラッド層２１４ａ：ＩｎＰ(膜厚５５０ナノメー
トル) ｐ型クラッド層２１８ａ：ＩｎＰ(膜厚２００ナノメー
トル) ｐ型コンタクト層２２０ｄ：ＧａＩｎＡｓ(膜厚５００
ナノメートル)。

【０１１５】(第５の実施の形態)図１６(ａ)〜図１６
(ｃ)を参照しながら、基板(Ｓ)上に形成された半導体メ
サ部(Ｍ)の埋込のためにＢＣＢ樹脂ではなくポリイミド
樹脂を用いたときの不具合を説明する。

【０１１６】図１６(ａ)は、半導体メサ部(Ｍ)を埋め込
むようにポリイミド樹脂を塗布した形態を示している。
塗布されたポリイミド樹脂体(Ｒ)の形状は、凸形状にな
る。これは、ポリイミド樹脂は粘性が大きいので、基板
上に形成された半導体メサ部(Ｍ)の形状が反映された形
状になるためである。メサ上のポリイミド樹脂の膜厚
は、トレンチ上の膜厚とほぼ同じになる。

【０１１７】このポリイミド樹脂体をキュアすると、ポ
リイミド樹脂の熱収縮性により樹脂が収縮する。発明者
が実験に利用したポリイミド樹脂では、キュア条件(４
００℃、３０分)により熱処理により、樹脂体の体積が
５３％変化した。詳細に観察すると、図１６(ｂ)に示す
ように、ほぼ半数のサンプルに半導体メサ部(Ｍ)の側壁
にギャップ(Ｇ)が生じていることが明らかになった。こ
のギャップ(Ｇ)は、後の工程のプラズマ処理により拡大
されてしまう。つまり、ポリイミド樹脂の樹脂埋込部と
半導体メサ部との密着性が低下する可能性がある。

【０１１８】キュア後に、半導体メサ部の上面から樹脂
をドライエッチング法(例えば、ＲＩＥ法)により除く。
エッチング後のポリイミド樹脂体の厚さは半導体メサ部
のエッジから薄くなり、ポリイミド樹脂体の形状は、半
導体素子のために好適ではない。半導体メサ部の埋込に
ポリイミド樹脂を用いると、常にメサ頂部より、ポリイ
ミド樹脂体の高さは低くある。一方、ＢＣＢ樹脂では、
半導体メサ部から滑らかに高さが増すような形状が実現
され、樹脂体の最大の高さがメサ半導体部の頂上の高さ
より大きい。これにより、電極の寄生容量を低減でき
る。

【０１１９】ポリイミド樹脂を用いた場合、埋込形状
は、第１〜第４の実施の形態で説明したＢＣＢ樹脂を用
いる場合に比べて好適な結果が得られない。

【０１２０】発明者の調査によれば、ＢＣＢ樹脂の特性
は、ポリイミド樹脂に比べて、誘電率だけでなく、吸水
率も小さい。このため、ＢＣＢ樹脂を用いると、ポリイ
ミド樹脂を用いる場合に比べて、水分による半導体素子
の特性変動を小さくできる。ＢＣＢ樹脂を用いると、半
導体メサ部に直接に埋め込むような構造の光素子を得る
ことができる。

【０１２１】ＢＣＢ樹脂の膜厚の変化は、露光及び現像
により、７５％の減少が生じるけれども、熱処理では、
５％程度の減少である。ＢＣＢ樹脂のガラス転移点(３
５０℃)はポリイミド樹脂のガラス転移点(４００℃)よ
りも低いので、プロセスが低温化できる。

【０１２２】好適な実施の形態において本発明の原理を
図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から
逸脱することなく配置および詳細において変更されるこ
とができることは、当業者によって認識される。以上、
説明した半導体素子は特定の半導体材料から形成されて
いるけれども、必要なように変更され得る。したがっ
て、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全て
の修正および変更に権利を請求する。

【０１２３】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
半導体メサ側壁部上に生じる空孔の発生を低減できる半
導体メサの埋込構造を有する半導体素子、およびこの半
導体素子を製造する方法が提供された。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、第１の実施の形態に係わる半導体光素
子の斜視図である。

【図２】図２は、第１の実施の形態の半導体光素子のI-
I線における断面図である。

【図３】図３は、半導体光素子と電源とを示す図面であ
る。

【図４】図４(ａ)および図４(ｂ)は、第２の実施の形態
に係わる半導体光素子の製造工程を示す斜視図である。

【図５】図５(ａ)および図５(ｂ)は、第２の実施の形態
に係わる半導体光素子の製造工程を示す斜視図である。

【図６】図６(ａ)および図６(ｂ)は、第２の実施の形態
に係わる半導体光素子の製造工程を示す斜視図である。

【図７】図７(ａ)および図７(ｂ)は、第２の実施の形態
に係わる半導体光素子の製造工程を示す斜視図である。

【図８】図８は、第２の実施の形態に係わる半導体光素
子の製造工程を示す斜視図である。

【図９】図９(ａ)および図９(ｂ)は、第２の実施の形態
に係わる半導体光素子の製造工程を示す斜視図である。

【図１０】図１０(ａ)および図１０(ｂ)は、第２の実施
の形態に係わる半導体光素子の製造工程を示す斜視図で
ある。

【図１１】図１１は、第３の実施の形態に係わる半導体
光素子の斜視図である。

【図１２】図１２は、第３の実施の形態の半導体光素子
のII -II線の断面図である。

【図１３】図１３(ａ)および図１３(ｂ)は、第４の実施
の形態に係わる半導体光素子の製造工程を示す斜視図で
ある。

【図１４】図１４(ａ)および図１４(ｂ)は、第４の実施
の形態に係わる半導体光素子の製造工程を示す斜視図で
ある。

【図１５】図１５(ａ)および図１５(ｂ)は、第４の実施
の形態に係わる半導体光素子の製造工程を示す斜視図で
ある。

【図１６】図１６(ａ)〜図１６(ｃ)は、比較例を示すた
めの図面である。

【符号の説明】

１ａ…半導体光素子、２ａ…半導体発光デバイス領域、
２ｂ…半導体変調デバイス領域、２ｃ…素子分離デバイ
ス領域、４…半導体基板、６、４６…活性層、８、１
０、４８、５０…クラッド層、１２…半導体メサ部、１
４…埋込半導体層、１６…ホールトラップ層、１８…シ
リコン系無機絶縁膜、２０…クラッド層、２２、５４…
コンタクト層、２４…ＢＣＢ樹脂部、２８、３２、５８
…電極、３４…回折格子、１ｂ…半導体光素子、１５２
ａ…半導体発光デバイス領域、１５２ｂ…半導体変調デ
バイス領域、１５２ｃ…素子分離デバイス領域、１５４
…半導体基板、１５６、１７６…活性層、１５８、１６
０、１７８…クラッド層、１６２…半導体メサ部、１６
４、１８４…コンタクト層、１６８…ＢＣＢ樹脂部、１
７０、１７４、１８８…電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H047 KA04 LA01 MA07 NA02 PA05 PA21 PA24 QA02 QA05 2H079 AA02 AA13 BA01 CA05 DA16 EA03 EA07 5F058 AA10 AB01 AC07 AF04 AG01 AH06 5F073 AA22 CB11

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２μｍ以上の高さを有するように設けら
   れIII−Ｖ系化合物半導体を含む半導体メサ部と、 前記半導体メサ部を埋め込むように設けられビスベンゾ
   シクロブテン樹脂を含む樹脂埋込部とを備える半導体素
   子。
2. 【請求項２】 III−Ｖ系化合物半導体を含み所定の波
   長の光が伝搬可能な光導波路を有する半導体メサ部と、 前記半導体メサ部を埋め込むと共に半導体メサ部から盛
   り上がるように設けられた樹脂埋込部とを備える半導体
   素子。
3. 【請求項３】 III−Ｖ系化合物半導体を含み所定の波
   長の光が伝搬可能な光導波路を有する半導体メサ部と、 前記半導体メサ部を埋め込むように設けられビスベンゾ
   シクロブテン樹脂を含む樹脂埋込部とを備える半導光素
   子。
4. 【請求項４】 前記半導体メサ部の光導波路は、III−
   Ｖ系化合物半導体を含む活性層を備え、前記活性層は、
   第１導電型III−Ｖ系化合物半導体を含む半導体部と第
   ２導電型III−Ｖ系化合物半導体を含む半導体部との間
   に配置されている、請求項２または請求項３に記載の半
   導体光素子。
5. 【請求項５】 前記半導体メサ部は、 第２導電型III−Ｖ系化合物半導体を含み前記半導体メ
   サ部の前記光導波路上に設けられた半導体層と、 前記半導体層からのキャリアを前記活性層に導くように
   前記基板上において前記活性層の両側に位置する半導体
   埋込層とを有する、請求項４に記載の半導体素子。
6. 【請求項６】 前記樹脂埋込部上に設けられ前記半導体
   メサ部に接続されたパッド電極を更に備え、 前記半導体メサ部は、前記光導波路上に設けられ前記パ
   ッド電極に接続されたコンタクト層を更に有する、請求
   項１〜請求項５のいずれかに記載の半導体素子。
7. 【請求項７】 前記半導体メサ部と前記樹脂埋込部との
   間に設けられた無機絶縁膜を更に備える請求項１〜請求
   項６のいずれかに記載の半導体光素子。
8. 【請求項８】 前記樹脂埋込部により埋め込まれ所定の
   波長の光が伝搬可能な光導波路を有する別の半導体メサ
   部と、 前記樹脂埋込部上に設けられ前記別の半導体メサ部に接
   続された別のパッド電極と、 前記半導体メサ部の光導波路および前記別の半導体メサ
   部の光導波路上に設けられたIII−Ｖ系化合物半導体層
   とを更に備え、 前記別の半導体メサ部は、前記半導体メサ部と光学的に
   結合されており、 前記別の半導体メサ部の光導波路は、III−Ｖ系化合物
   半導体を含む別の活性層を備えており、 前記別の活性層は、第１導電型III−Ｖ系化合物半導体
   を含む半導体部と第２導電型III−Ｖ系化合物半導体部
   との間に配置されており、 前記別の半導体メサ部は、該光導波路上に設けられ前記
   別のパッド電極に接続された別のコンタクト層を有す
   る、請求項２〜７のいずれかに記載の半導体素子。
9. 【請求項９】 III−Ｖ系化合物半導体を含むメサ部を
   基板上に形成する工程と、 前記メサ部と前記基板との上にビスベンゾシクロブテン
   樹脂体を形成する工程と、 前記メサ部上のビスベンゾシクロブテン樹脂部分が露光
   されないようなマスクを用いて前記ビスベンゾシクロブ
   テン樹脂体を露光する工程と、 露光されたビスベンゾシクロブテン樹脂体を現像する工
   程と、 前記基板、前記メサ部、および現像されたビスベンゾシ
   クロブテン樹脂体を熱処理する工程とを備える半導体素
   子の製造方法。
10. 【請求項１０】 複数のIII−Ｖ系化合物半導体層を含
    む半導体多層膜を基板上に形成する工程と、 前記半導体多層膜に複数のトレンチを形成して半導体多
    層膜部を形成する工程と、 トレンチを形成する前記工程の後に、前記基板上にビス
    ベンゾシクロブテン樹脂体を形成する工程と、 前記半導体多層膜部上のビスベンゾシクロブテン樹脂部
    分を覆うパターンを有するマスクを用いて前記ビスベン
    ゾシクロブテン樹脂体を露光する工程と、 露光されたビスベンゾシクロブテン樹脂体を現像する工
    程と、 前記基板、前記半導体多層膜部、および現像されたビス
    ベンゾシクロブテン樹脂体を熱処理する工程とを備える
    半導体素子の製造方法。