JP2008041881A - Method for manufacturing semiconductor light-emitting element and semiconductor substrate for semiconductor light-emitting element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体光素子の製造方法および半導体光素子用半導体基板に係り、特に、4元半導体をクラッド層に使用した半導体光素子の製造方法およびこの半導体光素子の製造に使用する半導体基板に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor optical device and a semiconductor substrate for a semiconductor optical device, and more particularly to a method of manufacturing a semiconductor optical device using a quaternary semiconductor as a cladding layer and a semiconductor substrate used for manufacturing the semiconductor optical device. .
光通信システム等で広く使用されている半導体レーザをはじめとする半導体光素子は、安定して高い出力が得られることが望ましいため、本出願人も4元半導体をn型クラッド層に使用した半導体光素子を既に提案している(例えば、特許文献1参照)。 Since semiconductor optical devices such as semiconductor lasers widely used in optical communication systems and the like are desirably capable of stably obtaining high output, the present applicant also uses a quaternary semiconductor as an n-type cladding layer. An optical element has already been proposed (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1に開示されている従来の半導体光素子40は、図3の斜視図(a)に示すように、多重量子井戸構造の活性層34が、第1の光閉込構造(SCH)層33および第2のSCH層35を介して、インジウム・ガリウム・ヒ素・リン(InGaAsP)からなるn型クラッド層32およびインジウム・リン(InP)からなるp型クラッド層36で挟まれた構造を有している。
As shown in the perspective view (a) of FIG. 3, the conventional semiconductor
そして、図3(b)に示すように、第1のSCH層33および第2のSCH層35の屈折率を、活性層34の屈折率よりも小とし、かつn型クラッド層32およびp型クラッド層36の屈折率よりも大とすることにより、キャリアと光とを同時に同一領域に集中させ発光効率を高めている。
Then, as shown in FIG. 3 (b), the refractive index of the
しかしながら、活性層34に過度に光を閉じ込めると、発生した光が活性層34に吸収され却って出力が低下してしまう。
However, if light is confined excessively in the
そこで、高出力半導体レーザにあっては、活性層34ならびに第1のSCH層33および第2のSCH層35の光閉じ込め係数を小さくすることが有効となるが、光閉じ込め係数を小さくすると光分布が広大化し、n型クラッド層32およびp型クラッド層36に沁み出す光の量が増加する。
Therefore, in a high-power semiconductor laser, it is effective to reduce the optical confinement factor of the
特に、InPからなるp型クラッド層36に漏れる光の量が増大すると、価電子帯間光吸収による光損失が増大してしまう。価電子帯間光吸収は、InP内の不純物濃度を小さくすることで低減できるが、不純物濃度を小さくするとp型クラッド層36の電気抵抗が増大するため、半導体光素子40を高電流で使用する際には発熱によって光出力が低下してしまう。
In particular, when the amount of light leaking to the p-
また、光分布が広大化することに伴いn型クラッド層32およびp型クラッド層36の厚さをある程度確保することが必要となる。ところが、p型クラッド層36の厚さを増した場合には、p型クラッド層36の電気抵抗が増大するため、先に述べた発熱による光出力の低下をもたらしてしまう。
Further, as the light distribution becomes wider, it is necessary to secure the thicknesses of the n-
図4は、図3(a)の点線で囲んだ部分の拡大図(a)および光分布特性を示す図(b)である。n型クラッド層32とp型クラッド層36の屈折率が等しい場合の光分布(点線)に対して、n型クラッド層32の屈折率がp型クラッド層36の屈折率より大きい場合の光分布(実線)はn型クラッド層32側に偏る。
FIG. 4 is an enlarged view (a) of a portion surrounded by a dotted line in FIG. 3 (a) and a diagram (b) showing light distribution characteristics. Light distribution in the case where the refractive index of the n-
そこで、上記提案に係る半導体光素子にあっては、n型クラッド層32の屈折率をp型クラッド層36の屈折率より大きくして、光分布をn型クラッド層32に偏らせることにより、光出力の低下および光損失の増大を回避している。
しかしながら、図4に示したように光分布をn型クラッド層に偏らせた場合には、n型クラッド層の厚さを十分に厚く、望ましくは5マイクロメートル以上とする必要があるため、n型クラッド層を積層するためには2時間程度を要し製造時間がかかるという課題があった。 However, when the light distribution is biased to the n-type cladding layer as shown in FIG. 4, the thickness of the n-type cladding layer needs to be sufficiently thick, preferably 5 micrometers or more. In order to laminate the mold clad layer, it took about 2 hours, and there was a problem that it took a manufacturing time.
上記の光分布をn型クラッド層に偏らせる構造は、レーザだけでなく、光増幅器、スーパールミネッセントダイオード(SLD)に対しても適用可能であるため、n型半導体基板上にn型クラッド層を積層した中間製品を一度に大量に製造しておけば、この中間製品上に活性層等の光機能層およびp型クラッド層を積層することにより半導体光素子の製造時間を実質的に短縮できる。 The structure in which the light distribution is biased to the n-type cladding layer can be applied not only to a laser but also to an optical amplifier and a super luminescent diode (SLD). If an intermediate product with multiple layers is manufactured in large quantities at once, the optical functional layer such as the active layer and the p-type cladding layer are stacked on this intermediate product, thereby substantially reducing the manufacturing time of the semiconductor optical device. it can.
本発明は、上記知見に鑑みなされたものであって、製造時間を短縮することのできる半導体光素子の製造方法および半導体光素子用半導体基板を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above knowledge, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor optical device and a semiconductor substrate for a semiconductor optical device that can shorten the manufacturing time.
本発明の半導体光素子の製造方法は、n型半導体基板に前記n型半導体基板と組成の異なるn型クラッド層を積層するn型クラッド層積層段階と、前記n型クラッド層の上面に保護膜を形成する保護膜形成段階と、前記保護膜を削除する保護膜削除段階と、前記保護膜を削除した前記n型クラッド層の上面に光機能層を積層する光機能層積層段階と、前記光機能層の上面に前記n型クラッド層の光屈折率より小さい光屈折率のp型クラッド層を積層するp型クラッド層積層段階とを含む。 The method of manufacturing a semiconductor optical device according to the present invention includes an n-type cladding layer stacking step of stacking an n-type cladding layer having a composition different from that of the n-type semiconductor substrate on an n-type semiconductor substrate, and a protective film on the upper surface of the n-type cladding layer. Forming a protective film, removing the protective film, removing the protective film, laminating an optical functional layer on the upper surface of the n-type clad layer from which the protective film has been removed, and laminating the optical function layer A p-type cladding layer stacking step of stacking a p-type cladding layer having a light refractive index smaller than that of the n-type cladding layer on the upper surface of the functional layer.
この製造方法により、半導体光素子の製造時間を短縮することができることとなる。 With this manufacturing method, the manufacturing time of the semiconductor optical device can be shortened.
本発明の半導体光素子の製造方法は、前記n型クラッド層積層段階が前記n型クラッド層を予め定められた所定厚さ以上に積層するものである。 In the method for manufacturing a semiconductor optical device according to the present invention, the n-type cladding layer stacking step stacks the n-type cladding layer to a predetermined thickness or more.
この製造方法により、n型クラッド層側への光分布の偏りに対して、n型クラッド層の厚さを十分な厚さとすることができることとなる。 With this manufacturing method, the thickness of the n-type cladding layer can be made sufficiently thick against the deviation of the light distribution toward the n-type cladding layer.
本発明の半導体光素子の製造方法は、前記保護膜形成段階が、前記保護膜として組成波長が1.3マイクロメートル以上のInGaAsPまたはInGaAsを積層するものであってもよい。 In the method of manufacturing a semiconductor optical device according to the present invention, the protective film forming step may include laminating InGaAsP or InGaAs having a composition wavelength of 1.3 micrometers or more as the protective film.
本発明の半導体光素子の製造方法は、n型半導体基板に前記n型半導体基板と組成の異なるn型クラッド層を積層するn型クラッド層積層段階と、前記n型クラッド層の上面を予め定められた切削厚さ切削する切削段階と、切削後の前記n型クラッド層の上面に光機能層を積層する光機能層積層段階と、前記光機能層の上面に前記n型クラッド層の光屈折率より小さい光屈折率のp型クラッド層を積層するp型クラッド層積層段階とを含む。 The method for manufacturing a semiconductor optical device according to the present invention includes: an n-type cladding layer stacking step of stacking an n-type cladding layer having a composition different from that of the n-type semiconductor substrate; and an upper surface of the n-type cladding layer in advance. A cutting step for cutting the cut thickness, an optical functional layer stacking step for stacking an optical functional layer on the upper surface of the n-type cladding layer after cutting, and a light refraction of the n-type cladding layer on the upper surface of the optical functional layer And a p-type cladding layer stacking step of stacking a p-type cladding layer having an optical refractive index smaller than the refractive index.
この製造方法により、半導体光素子の製造時間を短縮することができることとなる。 With this manufacturing method, the manufacturing time of the semiconductor optical device can be shortened.
本発明の半導体光素子の製造方法は、前記n型クラッド層積層段階が前記n型クラッド層を予め定められた所定厚さと前記切削厚さを加算した厚さ以上に積層するものである。 In the method of manufacturing a semiconductor optical device according to the present invention, the n-type cladding layer stacking step stacks the n-type cladding layer to a thickness equal to or greater than a predetermined thickness and a cutting thickness.
この製造方法により、n型クラッド層の厚さが所定の厚さである半導体光素子を製造することができることとなる。 With this manufacturing method, a semiconductor optical device in which the n-type cladding layer has a predetermined thickness can be manufactured.
本発明の半導体光素子の製造方法は、前記n型クラッド層積層段階が前記n型クラッド層としてInGaAsPを積層し、前記p型クラッド層積層段階が前記p型クラッド層としてInPを積層するものであってもよい。 In the method of manufacturing a semiconductor optical device according to the present invention, the n-type cladding layer stacking step stacks InGaAsP as the n-type cladding layer, and the p-type cladding layer stacking step stacks InP as the p-type cladding layer. There may be.
本発明の半導体光素子の製造方法は、前記n型クラッド層積層段階が前記n型クラッド層として組成波長が0.97マイクロメートル以下のInGaAsPを積層するものであってもよい。 In the method for manufacturing a semiconductor optical device of the present invention, the n-type cladding layer stacking step may stack InGaAsP having a composition wavelength of 0.97 micrometers or less as the n-type cladding layer.
本発明の半導体光素子の製造方法は、前記n型クラッド層積層段階が、前記所定厚さが5マイクロメートル以上の前記n型クラッド層を積層するものである。 In the method of manufacturing a semiconductor optical device according to the present invention, the n-type cladding layer stacking step stacks the n-type cladding layer having the predetermined thickness of 5 micrometers or more.
この製造方法により、n型クラッド層側への光分布の偏りに対して、n型クラッド層の厚さを十分な厚さとすることができることとなる。 With this manufacturing method, the thickness of the n-type cladding layer can be made sufficiently thick against the deviation of the light distribution toward the n-type cladding layer.
本発明の半導体光素子用半導体基板は、n型半導体基板と、前記n型半導体基板上に予め定められた所定厚さ以上に積層されたn型クラッド層と、前記n型クラッド層上に形成された保護膜とを含む構成を有している。 A semiconductor substrate for a semiconductor optical device according to the present invention is formed on an n-type semiconductor substrate, an n-type clad layer laminated on the n-type semiconductor substrate at a predetermined thickness or more, and the n-type clad layer. And a protective film formed.
この構成により、n型クラッド層の上面を長期間に渡ってクリーンな状態に保つことができることとなる。 With this configuration, the upper surface of the n-type cladding layer can be kept clean for a long period of time.
本発明の半導体光素子用半導体基板は、n型半導体基板と、前記n型半導体基板上に予め定められた所定厚さと切削厚さを加算した厚さ以上に積層されたn型クラッド層とを含む構成を有している。 The semiconductor optical device semiconductor substrate according to the present invention includes an n-type semiconductor substrate and an n-type cladding layer laminated on the n-type semiconductor substrate to a thickness equal to or greater than a predetermined thickness and a cutting thickness. It has the composition which includes.
この構成により、n型クラッド層のクリーンな面を表出するための切削厚さを確保することができることとなる。 With this configuration, a cutting thickness for exposing a clean surface of the n-type cladding layer can be ensured.
本発明は、n型半導体基板にn型クラッド層を積層した中間製品を製造することにより、半導体光素子の製造時間を短縮することができる半導体光素子の製造方法および半導体光素子用半導体基板を提供することができるものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor optical device and a semiconductor substrate for a semiconductor optical device capable of reducing the manufacturing time of the semiconductor optical device by manufacturing an intermediate product in which an n-type cladding layer is laminated on an n-type semiconductor substrate. It can be provided.
以下、本発明に係る半導体光素子の製造方法の実施形態について、図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of a method for manufacturing a semiconductor optical device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態の半導体光素子の製造方法は、図1に示すように、(a)〜(h)の8段階から成る。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the method for manufacturing a semiconductor optical device according to the first embodiment of the present invention comprises eight steps (a) to (h).
(a)n型クラッド層積層段階:n型半導体基板11上にn型クラッド層12を積層する。
n型半導体としては、インジウム・リン(InP)を使用することが適当である。また、n型クラッド層12としては、インジウム・ガリウム・ヒ素・リン(InGaAsP)を使用することが適当である。なお、InGaAsPの組成波長は0.97マイクロメートル以下であることが好ましい。
(A) n-type cladding layer stacking step: an n-
It is appropriate to use indium phosphorus (InP) as the n-type semiconductor. As the n-
InGaAsPは、InPからなるn型半導体基板11の格子間隔と一致させて積層することが必要であり、これらを5マイクロメートル以上の所定厚さに積層するためには2〜3時間を要することとなる。
InGaAsP needs to be laminated so as to coincide with the lattice spacing of the n-
(b)保護膜形成段階:n型クラッド層12の上面に保護膜13を形成する。
n型クラッド層12の上面を長期間に渡ってクリーンな状態に保つために、保護膜13として、例えばInGaAsPと組成の異なるインジウム・ガリウム・ヒ素(InGaAs)を用いることが適当である。なお、保護膜13は、n型クラッド層12と選択エッチング可能な組成差を有する組成波長が1.3マイクロメートルよりも大きなInGaAsPであってもよい。この段階で、n型半導体基板11上にn型クラッド層12および保護膜13を積層した半導体光素子用半導体基板10が完成することとなる。
(B) Protective film formation step: A
In order to keep the upper surface of the n-
(c)保護膜削除段階:選択エッチングなどの手法で半導体光素子用半導体基板10から保護膜13を削除し、クリーンなn型クラッド層12の上面を表出する。
(C) Protective film removal step: The
(d)光機能層積層段階:保護膜13を削除したn型クラッド層12の上面に光機能層14を積層する。
光機能層14としては、レーザ、光増幅器、SLDなどの機能を持った層を形成することができる。
(D) Optical functional layer lamination step: The optical
As the optical
(e)p型クラッド層積層段階:光機能層14の上面にn型クラッド層12の光屈折率より小さい光屈折率のp型クラッド層15を積層する。
p型クラッド層15としては、InPを使用することが適当である。
(E) p-type cladding layer stacking step: a p-
It is appropriate to use InP as the p-
(f)メサ形状形成段階:プラズマCVD法等により全面にSiNx膜を堆積し、これをフォトリソグラフィ工程でストライプ状に形成したものをエッチングマスクとして、エッチング溶液に浸し、メサ形状を形成する。 (F) Mesa shape forming step: A SiNx film is deposited on the entire surface by a plasma CVD method or the like, and this is formed into a stripe shape by a photolithography process, and is immersed in an etching solution to form a mesa shape.
(g)埋込段階:上記SiNx膜を成長阻害マスクに利用して、MOVPE法により、p型下部埋込層16、n型上部埋込層17を積層して、メサ両側部を埋め込んだ後、SiNx膜を除去する。その後全面にp型クラッド層15の上層部18を成長する。
(G) Embedding step: After the p-type lower buried
(h)電極形成段階:上層部18にp型コンタクト層19を成長し、p型コンタクト層19の上面にp電極20を形成し、n型半導体基板11の下側にn電極21を形成する。
(H) Electrode forming step: A p-
最後に、(a)から(h)までの工程を経て製造された半導体光素子のウエハを劈開、ダイシング等の分離方法を用いて、個々の半導体光素子に分離する。 Finally, the semiconductor optical device wafer manufactured through steps (a) to (h) is separated into individual semiconductor optical devices using a separation method such as cleaving and dicing.
以上説明したように、5マイクロメートル以上の所定厚さのn型クラッド層12を積層した半導体光素子用半導体基板10を中間製品として一度に大量生産して貯蔵しておき、半導体レーザ、光増幅器、SLD等の半導体光素子を製造するときに、保護膜13を削除した半導体光素子用半導体基板10を使用することとすれば、半導体光素子の製造に要する時間を実質的に短縮することが可能となる。
As described above, the
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態の半導体光素子の製造方法は、図2に示すように、(a)〜(g)の7段階から成る。なお、上述の第1の実施形態と同様の段階については説明を省略する。
(Second Embodiment)
The method for manufacturing a semiconductor optical device according to the second embodiment of the present invention comprises seven steps (a) to (g) as shown in FIG. Note that description of steps similar to those in the first embodiment described above is omitted.
(a)n型クラッド層積層段階:n型半導体基板11上にn型クラッド層12を積層する。
n型クラッド層12の層厚は、5マイクロメートル以上の厚さの所定厚さに、(b)の切削段階で切削するための切削厚さtを加えた厚さとする。この段階で、n型半導体基板11上にn型クラッド層12を積層した半導体光素子用半導体基板30が完成することとなる。
(A) n-type cladding layer stacking step: an n-
The layer thickness of the n-
(b)切削段階:n型クラッド層12を切削厚さt切削する。
選択エッチングなどの手法で半導体光素子用半導体基板10のn型クラッド層12を切削厚さt切削することにより、n型クラッド層12のクリーンな面を表出することができる。なお、このエッチングは、MOVPE装置などの半導体積層装置内で行ってもよい。
(B) Cutting stage: The n-
A clean surface of the n-
(c)光機能層積層段階:切削厚さt切削したn型クラッド層12の上面に光機能層14を積層する。
(C) Optical functional layer lamination step: The optical
(d)p型クラッド層積層段階:光機能層14の上面にn型クラッド層12の光屈折率より小さい光屈折率のp型クラッド層15を積層する。
(D) p-type cladding layer stacking step: a p-
(e)メサ形状形成段階:プラズマCVD法等により全面にSiNx膜を堆積し、これをフォトリソグラフィ工程でストライプ状に形成したものをエッチングマスクとして、エッチング溶液に浸し、メサ形状を形成する。 (E) Mesa shape forming step: A SiNx film is deposited on the entire surface by a plasma CVD method or the like, and this is formed into a stripe shape by a photolithography process, and is immersed in an etching solution to form a mesa shape.
(f)埋込段階:上記SiNx膜を成長阻害マスクに利用して、MOVPE法により、p型下部埋込層16、n型上部埋込層17を積層して、メサ両側部を埋め込んだ後、SiNx膜を除去する。その後全面にp型クラッド層15の上層部18を成長する。
(F) Embedding step: After the p-type lower buried
(g)電極形成段階:上層部18にp型コンタクト層19を成長し、p型コンタクト層19の上面にp電極20を形成し、n型半導体基板11の下側にn電極21を形成する。
(G) Electrode formation step: A p-
最後に、(a)から(g)までの工程を経て製造された半導体光素子のウエハを劈開、ダイシング等の分離方法を用いて、個々の半導体光素子に分離する。 Finally, the semiconductor optical device wafer manufactured through steps (a) to (g) is separated into individual semiconductor optical devices using a separation method such as cleaving and dicing.
以上説明したように、5マイクロメートル以上の所定厚さと切削厚さtを加えた厚さのn型クラッド層12を積層した半導体光素子用半導体基板30を中間製品として一度に大量生産して貯蔵しておき、半導体レーザ、光増幅器、SLD等の半導体光素子を製造するときに、切削厚さt切削した半導体光素子用半導体基板30を使用することとすれば、半導体光素子の製造に要する時間を実質的に短縮することが可能となる。
As described above, the
以上のように、本発明に係る半導体光素子の製造方法および半導体光素子用半導体基板は、半導体光素子の製造時間を短縮することができるという効果を有し、半導体基板等として有効である。 As described above, the method for manufacturing a semiconductor optical device and the semiconductor substrate for a semiconductor optical device according to the present invention have an effect that the manufacturing time of the semiconductor optical device can be shortened, and are effective as a semiconductor substrate or the like.
10、30 半導体光素子用半導体基板
11 n型半導体基板
12 n型クラッド層
13 保護膜
14 光機能層
15 p型クラッド層
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記n型クラッド層の上面に保護膜を形成する保護膜形成段階と、
前記保護膜を削除する保護膜削除段階と、
前記保護膜を削除した前記n型クラッド層の上面に光機能層を積層する光機能層積層段階と、
前記光機能層の上面に前記n型クラッド層の光屈折率より小さい光屈折率のp型クラッド層を積層するp型クラッド層積層段階とを含む半導体光素子の製造方法。 an n-type cladding layer stacking step of stacking an n-type cladding layer having a composition different from that of the n-type semiconductor substrate on the n-type semiconductor substrate;
Forming a protective film on the upper surface of the n-type cladding layer; and
A protective film removing step of removing the protective film;
An optical functional layer laminating step of laminating an optical functional layer on the upper surface of the n-type cladding layer from which the protective film has been removed;
And a p-type cladding layer stacking step of stacking a p-type cladding layer having a light refractive index smaller than that of the n-type cladding layer on an upper surface of the optical functional layer.
前記n型クラッド層の上面を予め定められた切削厚さ切削する切削段階と、
切削後の前記n型クラッド層の上面に光機能層を積層する光機能層積層段階と、
前記光機能層の上面に前記n型クラッド層の光屈折率より小さい光屈折率のp型クラッド層を積層するp型クラッド層積層段階とを含む半導体光素子の製造方法。 an n-type cladding layer stacking step of stacking an n-type cladding layer having a composition different from that of the n-type semiconductor substrate on the n-type semiconductor substrate;
A cutting step of cutting the upper surface of the n-type cladding layer by a predetermined cutting thickness;
An optical functional layer laminating step of laminating an optical functional layer on the upper surface of the n-type cladding layer after cutting;
And a p-type cladding layer stacking step of stacking a p-type cladding layer having a light refractive index smaller than that of the n-type cladding layer on an upper surface of the optical functional layer.
前記n型半導体基板上に予め定められた所定厚さ以上に積層されたn型クラッド層と、
前記n型クラッド層上に形成された保護膜とを含む半導体光素子用半導体基板。 an n-type semiconductor substrate;
An n-type cladding layer laminated on the n-type semiconductor substrate to a predetermined thickness or more,
A semiconductor substrate for a semiconductor optical device, comprising a protective film formed on the n-type cladding layer.
前記n型半導体基板上に予め定められた所定厚さと切削厚さを加算した厚さ以上に積層されたn型クラッド層とを含む半導体光素子用半導体基板。 an n-type semiconductor substrate;
A semiconductor substrate for a semiconductor optical device, comprising: an n-type clad layer laminated on the n-type semiconductor substrate at a thickness equal to or greater than a predetermined thickness and a cutting thickness.
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