JP2007324474A - 光集積素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
基板16の主面16aの第1の領域r1上に設けられた半導体光素子34と、第2の領域r2上に設けられ半導体光素子34と光学的に結合された半導体光素子52とを備える光集積素子10を製造する。基板16の主面16a上に、Al元素を含むIII−V族化合物半導体層18を形成する。III−V族化合物半導体層18上に、半導体光素子34を形成するためのIII−V族化合物半導体層34pを形成する。第1の領域r1上にエッチングマスクMを形成する。エッチングマスクMを用いて、Al元素を検出しながらIII−V族化合物半導体層34pをドライエッチングすることによってドライエッチングの終点を検出する。半導体光素子34を形成する。第2の領域r2上に半導体光素子52を形成する。
【選択図】図3
Description
図1は、第1実施形態に係る光集積素子の一例を模式的に示す断面図である。図1に示される光集積素子10は、基板16の主面16aの第1の領域r1上に設けられた第1の半導体光素子34と、基板16の主面16aの第2の領域r2上に設けられた第2の半導体光素子52とを備える。半導体光素子52は、半導体光素子34と光学的に結合されている。したがって、光集積素子10はバットジョイント構造を有する。また、基板16と半導体光素子34との間には、Al元素を含むIII−V族化合物半導体層18が設けられている。半導体光素子34及び半導体光素子52上には、それぞれ電極E1,E2が設けられている。基板16の裏面上には、電極E3が設けられている。
まず、図2(a)に示されるように、基板16の主面16a上に第1のIII−V族化合物半導体層18pを形成する。III−V族化合物半導体層18pは、上述のIII−V族化合物半導体層18を形成するためのものである。III−V族化合物半導体層18pは、気相成長法を用いてエピタキシャル成長されることが好ましい。気相成長法としては、MOVPE法が好適である。
次に、図2(b)に示されるように、III−V族化合物半導体層18p上に、半導体光素子34を形成するための第2のIII−V族化合物半導体層34pを形成する。この場合、III−V族化合物半導体層18p及びIII−V族化合物半導体層34pを一括して成長させることができる。III−V族化合物半導体層34pの構成材料は、III−V族化合物半導体層18pの構成材料と異なっている。III−V族化合物半導体層34pは、気相成長法を用いてエピタキシャル成長されることが好ましい。III−V族化合物半導体層34pは例えば以下のように形成される。III−V族化合物半導体層18p上に、III−V族化合物半導体層20p、III−V族化合物半導体層26p、III−V族化合物半導体層28p、III−V族化合物半導体層30p及びIII−V族化合物半導体層32pをこの順に形成する。III−V族化合物半導体層20p、III−V族化合物半導体層26p、III−V族化合物半導体層28p、III−V族化合物半導体層30p及びIII−V族化合物半導体層32pは、それぞれ、上述の光閉じ込め層20、活性層26、光閉じ込め層28、クラッド層30及びキャップ層32を形成するためのものである。
次に、図3(a)に示されるように、基板16の主面16aにおける第1の領域r1上にエッチングマスクMを形成する。エッチングマスクMは、III−V族化合物半導体層34p上に形成される。エッチングマスクMは、例えばフォトリソグラフィー法を用いて絶縁層をパターニングすることにより形成される。エッチングマスクMはSiO2からなり、エッチングマスクMの厚さは200nmである。
次に、図3(b)に示されるように、エッチングマスクMを用いて、III−V族化合物半導体層34pをプラズマPによりドライエッチングすることにより、半導体光素子34を形成する。ドライエッチングとしては反応性イオンエッチング(ReactiveIon Etching:RIE)が好ましい。エッチングガスとしては、例えばCH4ガスとH2ガスとの混合ガス、又はHBrガス等を好適に用いることができる。HBrガスを用いると、InAlAsに対してGaInAsPを選択的にドライエッチングすることができるので、III−V族化合物半導体層18pをエッチングストップ層とすることができる。一実施例において、CH4ガス及びH2ガスの流量はいずれも25sccmであり、RFパワーは100Wであり、エッチング深さは約0.8μmである。
次に、図4(a)に示されるように、エッチングマスクMを用いて、III−V族化合物半導体層18pをウェットエッチングすることが好ましい。これにより、上述のIII−V族化合物半導体層18が形成される。この場合、例えばドライエッチングにより形成されるIII−V族化合物半導体層18pのダメージ領域(結晶性の低下した領域)を除去することができると共に、基板16の主面16aにダメージを与えないようにIII−V族化合物半導体層18pをエッチングすることができる。その結果、後述する第2の半導体光素子形成工程において形成される半導体光素子52の構成材料の結晶性を向上させることができる。
次に、図4(b)に示されるように、基板16の主面16aにおける第2の領域r2上に半導体光素子52を形成する。半導体光素子52は例えば以下のように形成される。第2の領域r2上に、バッファ層36、光閉じ込め層38、活性層44、光閉じ込め層46、クラッド層48及びキャップ層50をこの順に形成する。活性層44は例えば以下のように形成される。光閉じ込め層38上に、複数の障壁層40と複数の井戸層42とを交互に形成する。バッファ層36、光閉じ込め層38、活性層44、光閉じ込め層46、クラッド層48及びキャップ層50は、気相成長法を用いてエピタキシャル成長されることが好ましい。
図5は、第2実施形態に係る光集積素子の一例を模式的に示す断面図である。図2に示される光集積素子110は、基板16の主面16aの第1の領域r1上に設けられた第1の半導体光素子134と、基板16の主面16aの第2の領域r2上に設けられた第2の半導体光素子152とを備える。半導体光素子152は、半導体光素子134と光学的に結合されている。したがって、光集積素子110はバットジョイント構造を有する。また、基板16と半導体光素子134との間には、Al元素を含むIII−V族化合物半導体層118が設けられている。半導体光素子134及び半導体光素子152上には、それぞれ電極E1,E2が設けられている。基板16の裏面上には、電極E3が設けられている。
まず、図6(a)及び図6(b)に示されるように、基板16の主面16a上に第1のIII−V族化合物半導体層118pを形成する。III−V族化合物半導体層118pには、上述の回折格子118aを形成するための回折格子118apが設けられている。III−V族化合物半導体層118pは、上述のIII−V族化合物半導体層118を形成するためのものである。III−V族化合物半導体層118pは、例えば以下のように形成される。まず、図6(a)に示されるように、基板16の主面16a上にIII−V族化合物半導体層118qを形成する。続いて、図6(b)に示されるように、III−V族化合物半導体層118qの表面をエッチングすることにより、回折格子118apが設けられたIII−V族化合物半導体層118pを形成する。III−V族化合物半導体層118pは、気相成長法を用いてエピタキシャル成長されることが好ましい。
次に、図6(c)に示されるように、III−V族化合物半導体層118p上に、半導体光素子134を形成するための第2のIII−V族化合物半導体層134pを形成する。III−V族化合物半導体層134pの構成材料は、III−V族化合物半導体層118pの構成材料と異なっている。III−V族化合物半導体層134pは、気相成長法を用いてエピタキシャル成長されることが好ましい。III−V族化合物半導体層134pは例えば以下のように形成される。III−V族化合物半導体層118p上に、III−V族化合物半導体層120p、III−V族化合物半導体層26p、III−V族化合物半導体層128p、III−V族化合物半導体層130p及びIII−V族化合物半導体層32pをこの順に形成する。III−V族化合物半導体層120p、III−V族化合物半導体層128p及びIII−V族化合物半導体層130pは、それぞれ、上述の光閉じ込め層120、光閉じ込め層128及びクラッド層130を形成するためのものである。
次に、図7(a)に示されるように、基板16の主面16aにおける第1の領域r1上にエッチングマスクMを形成する。エッチングマスクMは、III−V族化合物半導体層134p上に形成される。
次に、図7(b)に示されるように、エッチングマスクMを用いて、III−V族化合物半導体層134pをプラズマPによりドライエッチングすることにより、半導体光素子134を形成する。ドライエッチングとしては反応性イオンエッチングが好ましい。エッチングガスとしては、例えばCH4ガスとH2ガスとの混合ガス、又はHBrガス等を好適に用いることができる。HBrガスを用いると、InAlAsに対してGaInAsPを選択的にドライエッチングすることができるので、III−V族化合物半導体層118pをエッチングストップ層とすることができる。
次に、図8(a)に示されるように、エッチングマスクMを用いて、III−V族化合物半導体層118pをエッチングすることが好ましい。これにより、上述のIII−V族化合物半導体層118が形成される。III−V族化合物半導体層118pはウェットエッチングされることが好ましい。この場合、例えばドライエッチングにより形成されるIII−V族化合物半導体層118pのダメージ領域を除去することができると共に、基板16の主面16aにダメージを与えないようにIII−V族化合物半導体層118pをエッチングすることができる。その結果、後述する第2の半導体光素子形成工程において形成される半導体光素子152の構成材料の結晶性を向上させることができる。
次に、図8(b)に示されるように、基板16の主面16aにおける第2の領域r2上に半導体光素子152を形成する。半導体光素子152は例えば以下のように形成される。第2の領域r2上に、バッファ層136、光閉じ込め層38、活性層44、光閉じ込め層46、クラッド層48及びキャップ層50をこの順に形成する。バッファ層136は、気相成長法を用いてエピタキシャル成長されることが好ましい。
Claims (6)
- 基板の主面の第1の領域上に設けられた第1の半導体光素子と、前記基板の前記主面の第2の領域上に設けられ前記第1の半導体光素子と光学的に結合された第2の半導体光素子とを備える光集積素子の製造方法であって、
前記基板の前記主面上に、Al元素を含む第1のIII−V族化合物半導体層を形成する工程と、
前記第1のIII−V族化合物半導体層上に、前記第1の半導体光素子を形成するための第2のIII−V族化合物半導体層を形成する工程と、
前記第2のIII−V族化合物半導体層を形成した後、前記第1の領域上にエッチングマスクを形成する工程と、
前記エッチングマスクを用いて、前記第2のIII−V族化合物半導体層をドライエッチングすることにより、前記第1の半導体光素子を形成する工程と、
前記第1の半導体光素子を形成した後、前記第2の領域上に前記第2の半導体光素子を形成する工程と、
を含み、
前記第1の半導体光素子を形成する工程では、Al元素を検出しながらドライエッチングすることによってドライエッチングの終点を検出する、光集積素子の製造方法。 - 前記第1の半導体光素子を形成する工程では、プラズマ発光スペクトルを用いてAl元素を検出する、請求項1に記載の光集積素子の製造方法。
- 前記第1の半導体光素子を形成した後、前記第2の半導体光素子を形成する前に、前記エッチングマスクを用いて、前記第1のIII−V族化合物半導体層をウェットエッチングする工程を更に含む、請求項1又は2に記載の光集積素子の製造方法。
- 前記第1のIII−V族化合物半導体層をウェットエッチングする工程では、前記第1のIII−V族化合物半導体層にサイドエッチを形成する、請求項3に記載の光集積素子の製造方法。
- 前記基板はInPを含み、
前記第1のIII−V族化合物半導体層はInxAl1−xAs(0≦x≦1)を含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の光集積素子の製造方法。 - 基板の主面の第1の領域上に設けられた第1の半導体光素子と、
前記基板の前記主面の第2の領域上に設けられ前記第1の半導体光素子と光学的に結合された第2の半導体光素子と、
前記基板と前記第1の半導体光素子との間に設けられAl元素を含むIII−V族化合物半導体層と、
を備え、
前記III−V族化合物半導体層には回折格子が設けられている、光集積素子。
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