JP2014063842A - Method for manufacturing optical waveguide type semiconductor element, and optical waveguide type semiconductor element - Google Patents

Method for manufacturing optical waveguide type semiconductor element, and optical waveguide type semiconductor element Download PDF

Info

Publication number
JP2014063842A
JP2014063842A JP2012207404A JP2012207404A JP2014063842A JP 2014063842 A JP2014063842 A JP 2014063842A JP 2012207404 A JP2012207404 A JP 2012207404A JP 2012207404 A JP2012207404 A JP 2012207404A JP 2014063842 A JP2014063842 A JP 2014063842A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical waveguide
semiconductor
mesa structure
layer
region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2012207404A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5962373B2 (en
Inventor
Masahiro Yoneda
昌博 米田
Ryuji Masuyama
竜二 増山
Hideki Yagi
英樹 八木
Naoko Inoue
尚子 井上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP2012207404A priority Critical patent/JP5962373B2/en
Publication of JP2014063842A publication Critical patent/JP2014063842A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5962373B2 publication Critical patent/JP5962373B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing an optical waveguide type semiconductor element in which the number of disconnections in a metal wiring layer arranged from the top surface of a mesa structure to the outside of the mesa structure can be reduced, and also to provide the optical waveguide type semiconductor element.SOLUTION: By forming an etching mask M1 extending in the optical waveguide direction on a semiconductor lamination part and then by etching the semiconductor lamination part, a mesa structure 25 is formed which has an end surface 25 g including a layer structure of a light receiving element part 6 and a layer structure of an optical waveguide part 5. At this time, the mesa structure 25 is formed so that an angle θ formed by the end surface 25 g and [110]direction of an InP substrate 21 satisfies 0°<θ<90°. After that a semiconductor embedding area which covers the end surface of mesa structure 25 and the side surface of mesa structure 25 is developed.

Description

本発明は、光導波路型半導体素子の製造方法および光導波路型半導体素子に関するものである。   The present invention relates to an optical waveguide semiconductor device manufacturing method and an optical waveguide semiconductor device.

特許文献1には、半導体受光装置が記載されている。この半導体受光装置は、主表面を有する基板と、主表面の一部の領域上に形成された光検出部と、光検出部の前方に形成された光導波路とを備えている。この半導体受光装置は、更に、光検出部の後方に形成され、光導波路と同一の積層構造を有する第1の半導体部材と、光検出部の側面を覆う絶縁性または高抵抗の第2の半導体部材と、光検出部上に配置された電極と、第1の半導体部材よりもさらに後方に形成されたパッドと、電極とパッドとを接続する配線とを備えている。   Patent Document 1 describes a semiconductor light receiving device. The semiconductor light-receiving device includes a substrate having a main surface, a light detection unit formed on a partial region of the main surface, and an optical waveguide formed in front of the light detection unit. The semiconductor light receiving device further includes a first semiconductor member formed behind the light detection unit and having the same stacked structure as the optical waveguide, and an insulating or high resistance second semiconductor covering the side surface of the light detection unit. A member, an electrode disposed on the light detection unit, a pad formed further rearward than the first semiconductor member, and a wiring connecting the electrode and the pad are provided.

特開2001−127333号公報JP 2001-127333 A

光導波路型半導体素子は、光を閉じ込めるコア層を含む光導波路部と、光導波路部に結合された受光素子部などの光半導体素子部とが、共通の半導体基板上にモノリシックに形成された構造を備えている。このような素子では、光導波路部の半導体層構造と、光半導体素子部の半導体層構造とを含むメサ構造が半導体基板上に設けられる。更に、光半導体素子部の半導体層構造上には金属電極膜が設けられ、この金属電極膜は、メサ構造の周辺に設けられたパッド電極と配線パターンを介して接続される。そして、金属電極膜とパッド電極とを配線パターンを介して接続する際、パッド電極の位置によっては、メサ構造の長手方向の端面を越えて配線パターンを延ばすことがある(例えば特許文献1を参照)。   An optical waveguide type semiconductor element has a structure in which an optical waveguide part including a core layer for confining light and an optical semiconductor element part such as a light receiving element part coupled to the optical waveguide part are monolithically formed on a common semiconductor substrate It has. In such an element, a mesa structure including the semiconductor layer structure of the optical waveguide portion and the semiconductor layer structure of the optical semiconductor element portion is provided on the semiconductor substrate. Furthermore, a metal electrode film is provided on the semiconductor layer structure of the optical semiconductor element portion, and this metal electrode film is connected to a pad electrode provided around the mesa structure via a wiring pattern. And when connecting a metal electrode film and a pad electrode through a wiring pattern, depending on the position of a pad electrode, a wiring pattern may be extended beyond the end surface of the longitudinal direction of a mesa structure (for example, refer patent document 1). ).

図17及び図18は、光導波路型半導体素子の製造過程の一部を示す図である。図17(a)は、光導波路型半導体素子の製造工程(埋込領域形成工程)を示す平面図であり、図17(b)は、図17(a)のXVII−XVII線に沿った側断面図である。また、図18(a)は、光導波路型半導体素子の製造工程(配線形成工程)を示す平面図であり、図18(b)は、図18(a)のXVIII−XVIII線に沿った側断面図である。   17 and 18 are views showing a part of the manufacturing process of the optical waveguide type semiconductor device. FIG. 17A is a plan view showing a manufacturing process (embedded region forming process) of the optical waveguide type semiconductor device, and FIG. 17B is a side along the line XVII-XVII in FIG. It is sectional drawing. FIG. 18A is a plan view showing a manufacturing process (wiring forming process) of the optical waveguide type semiconductor device, and FIG. 18B is a side along the line XVIII-XVIII in FIG. It is sectional drawing.

図17に示されるように、この光導波路型半導体素子100は、InP基板101を備えている。InP基板101は、該InP基板101の(100)面に沿った主面101aを有する。また、この光導波路型半導体素子100は、InP基板101の主面101a上に形成されたメサ構造130を更に備えている。メサ構造130は所定の光導波方向に沿って延びており、該所定の光導波方向に沿った両側面130aと、該所定の光導波方向における端面130bとを有する。なお、図17は製造途中を示すので、メサ構造130の上にはエッチングマスク150が残存している。   As shown in FIG. 17, the optical waveguide semiconductor device 100 includes an InP substrate 101. The InP substrate 101 has a main surface 101 a along the (100) plane of the InP substrate 101. The optical waveguide semiconductor device 100 further includes a mesa structure 130 formed on the main surface 101 a of the InP substrate 101. The mesa structure 130 extends along a predetermined optical waveguide direction, and has both side surfaces 130a along the predetermined optical waveguide direction and end surfaces 130b in the predetermined optical waveguide direction. Note that since FIG. 17 shows the manufacturing process, the etching mask 150 remains on the mesa structure 130.

メサ構造130は、主面101a上に設けられたn型バッファ層131と、n型バッファ層131上に設けられた光導波路部110のためのコア層111及びクラッド層112と、n型バッファ層131上に設けられた受光素子部120のための光吸収層121、ヘテロ障壁緩和層122、p型クラッド層123、p型ヘテロ障壁緩和層124、及びp型コンタクト層125とを有する。光導波路部110のためのコア層111と、受光素子部120のための光吸収層121とは、互いに接しており光学的に結合されている。なお、受光素子部120において光導波路部110と接する端面とは反対側の端面には、光導波路部110と同じ半導体層構造を有する半導体領域140が形成されている。   The mesa structure 130 includes an n-type buffer layer 131 provided on the main surface 101a, a core layer 111 and a cladding layer 112 for the optical waveguide unit 110 provided on the n-type buffer layer 131, and an n-type buffer layer. A light absorption layer 121, a hetero barrier relaxation layer 122, a p-type cladding layer 123, a p-type hetero barrier relaxation layer 124, and a p-type contact layer 125 for the light receiving element portion 120 provided on 131 are provided. The core layer 111 for the optical waveguide portion 110 and the light absorption layer 121 for the light receiving element portion 120 are in contact with each other and optically coupled. A semiconductor region 140 having the same semiconductor layer structure as that of the optical waveguide portion 110 is formed on the end surface of the light receiving element portion 120 opposite to the end surface in contact with the optical waveguide portion 110.

図17に示される工程では、メサ構造130の両側面130a及び端面130bを覆うように半導体埋込領域160を形成する。この半導体埋込領域160は半絶縁性InPから成り、エッチングマスク150上を除く主面101a上の領域に選択的に成長する。   In the step shown in FIG. 17, the semiconductor buried region 160 is formed so as to cover the both side surfaces 130 a and the end surface 130 b of the mesa structure 130. This semiconductor buried region 160 is made of semi-insulating InP, and selectively grows in a region on the main surface 101 a except on the etching mask 150.

半導体埋込領域160を形成したのち、エッチングマスク150を除去する。そして、図18に示されるように、絶縁膜162によってメサ構造130の上面及び半導体埋込領域160の表面を覆ったのち、受光素子部120上の絶縁膜162に開口を形成してオーミック電極層164を該開口に形成する。その後、オーミック電極層164上からメサ構造130の外部に至る金属配線層166を形成し、メサ構造130の外部における金属配線層166の上にパッド電極168を形成する。   After forming the semiconductor buried region 160, the etching mask 150 is removed. Then, as shown in FIG. 18, after covering the upper surface of the mesa structure 130 and the surface of the semiconductor buried region 160 with the insulating film 162, an opening is formed in the insulating film 162 on the light receiving element portion 120 to form an ohmic electrode layer. 164 is formed in the opening. Thereafter, a metal wiring layer 166 extending from the ohmic electrode layer 164 to the outside of the mesa structure 130 is formed, and a pad electrode 168 is formed on the metal wiring layer 166 outside the mesa structure 130.

図17及び図18に示された製造方法においては、メサ構造130の長手方向をInP基板の[110]方向とする場合がある。しかしながらそのような場合、次の問題が生じる。図19(a)は、メサ構造130の端面130b上に成長する半導体埋込領域160の成長過程を模式的に示す断面図である。また、図19(b)は、比較のためメサ構造130の側面130a付近における半導体埋込領域160の成長過程を模式的に示す断面図である。   In the manufacturing method shown in FIGS. 17 and 18, the longitudinal direction of the mesa structure 130 may be the [110] direction of the InP substrate. However, in such a case, the following problems arise. FIG. 19A is a cross-sectional view schematically showing the growth process of the semiconductor buried region 160 that grows on the end face 130 b of the mesa structure 130. FIG. 19B is a sectional view schematically showing the growth process of the semiconductor buried region 160 in the vicinity of the side surface 130a of the mesa structure 130 for comparison.

メサ構造130の長手方向がInP基板101の[110]方向に沿っている場合、メサ構造130の端面130b付近では、InP結晶の(111)A面が、図19(a)に示される位置に存在することとなる。そして、(111)A面の法線方向へのInPの成長速度は、他の方向への成長速度よりも速い。したがって、図19(a)に示されるように、半導体埋込領域160の表面はA11、A12、及びA13のように成長し、メサ構造130の上面に覆い被さるように突出してしまう。半導体埋込領域160は、信頼性確保の観点から主面101a上における成長厚さに換算して0.3μm程度を必要とするが、その場合、半導体埋込領域160の突出部分(図中の部分B)の高さは0.6μm〜0.9μmにもなる。なお、メサ構造130の端面130b付近では、図19(b)に示されるように、半導体埋込領域160の表面はA21、A22、及びA23の順に成長し、メサ構造130の上面を超えることはない。   When the longitudinal direction of the mesa structure 130 is along the [110] direction of the InP substrate 101, the (111) A plane of the InP crystal is located at the position shown in FIG. 19A near the end face 130b of the mesa structure 130. Will exist. The growth rate of InP in the normal direction of the (111) A plane is faster than the growth rate in other directions. Accordingly, as shown in FIG. 19A, the surface of the semiconductor buried region 160 grows like A11, A12, and A13 and protrudes so as to cover the upper surface of the mesa structure 130. The semiconductor buried region 160 requires about 0.3 μm in terms of the growth thickness on the main surface 101a from the viewpoint of ensuring reliability. In this case, the protruding portion of the semiconductor buried region 160 (in FIG. The height of part B) can be as high as 0.6 μm to 0.9 μm. In the vicinity of the end face 130b of the mesa structure 130, as shown in FIG. 19B, the surface of the semiconductor buried region 160 grows in the order of A21, A22, and A23, and exceeds the upper surface of the mesa structure 130. Absent.

このように、半導体埋込領域160がメサ構造130の上面に覆い被さるように突出すると、図18(b)に示されたように、金属配線層166が半導体埋込領域160の突出部分Bを越えて配設されることとなる。したがって、半導体埋込領域160の突出部分B付近において金属配線層166が断線し易くなり、光導波路型半導体素子の信頼性が低下してしまう。   Thus, when the semiconductor buried region 160 protrudes so as to cover the upper surface of the mesa structure 130, the metal wiring layer 166 covers the protruding portion B of the semiconductor buried region 160 as shown in FIG. It will be arranged beyond. Therefore, the metal wiring layer 166 is easily disconnected in the vicinity of the protruding portion B of the semiconductor buried region 160, and the reliability of the optical waveguide semiconductor device is lowered.

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、メサ構造の上面からメサ構造の外部へ配設される金属配線層の断線を低減することができる光導波路型半導体素子の製造方法、および光導波路型半導体素子を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and manufacture of an optical waveguide semiconductor device capable of reducing disconnection of a metal wiring layer disposed from the upper surface of the mesa structure to the outside of the mesa structure. It is an object to provide a method and an optical waveguide type semiconductor device.

上述した課題を解決するために、本発明による光導波路型半導体素子の製造方法は、光を閉じ込めるコア層を含む光導波路部と、該光導波路部に結合された光半導体素子部とを共通のInP基板上に有する光導波路型半導体素子を製造する方法であって、InP基板の主面上において光導波路部の光導波方向に順に並ぶ第1、第2及び第3の領域のうち第2の領域上に、光半導体素子部のための層構造を有する第1の半導体積層部を形成し、第1及び第3の領域上に、光導波路部のための層構造を有する第2の半導体積層部を形成する半導体積層部形成工程と、第1及び第2の半導体積層部上において光導波方向に延びるエッチングマスクを第1の領域上から第3の領域上に亘って形成し、該エッチングマスクを用いて第1及び第2の半導体積層部をエッチングすることにより、光半導体素子部の層構造及び光導波路部の層構造を含み第3の領域上に端面を有するメサ構造を形成するエッチング工程と、メサ構造の端面、及び第2の領域上から第3の領域上に亘るメサ構造の側面を覆う半導体埋込領域を成長させる埋込層形成工程と、メサ構造の光半導体素子部上から端面上を経てメサ構造の外部に至る金属配線層を形成する配線層形成工程とを備え、光導波方向がInP基板の[110]方向に沿っており、エッチング工程の際に、主面に沿った面内における端面とInP基板の[110]方向との成す角度θが0°<θ<90°を満たすようにメサ構造を形成することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, an optical waveguide semiconductor device manufacturing method according to the present invention includes a common optical waveguide portion including a core layer that confines light, and an optical semiconductor element portion coupled to the optical waveguide portion. A method of manufacturing an optical waveguide type semiconductor device having an InP substrate, wherein the second of the first, second, and third regions arranged in order in the optical waveguide direction of the optical waveguide portion on the main surface of the InP substrate. A first semiconductor laminated portion having a layer structure for the optical semiconductor element portion is formed on the region, and a second semiconductor laminated portion having a layer structure for the optical waveguide portion on the first and third regions. And forming an etching mask extending from the first region to the third region on the first and second semiconductor stacked portions, and forming the etching mask on the first and second semiconductor stacked portions. First and second semiconductors using Etching the layer portion to form a mesa structure including the layer structure of the optical semiconductor element portion and the layer structure of the optical waveguide portion and having an end face on the third region, the end face of the mesa structure, and the second A buried layer forming step for growing a semiconductor buried region covering the side surface of the mesa structure extending from the first region to the third region, and from the optical semiconductor element portion of the mesa structure to the outside of the mesa structure through the end face. A wiring layer forming step of forming a metal wiring layer, wherein the optical waveguide direction is along the [110] direction of the InP substrate, and in the etching step, the end surface in the plane along the main surface and the [ 110] direction, the mesa structure is formed so that the angle θ satisfies 0 ° <θ <90 °.

また、本発明による光導波路型半導体素子は、光導波路型半導体素子の製造方法は、所定の光導波方向に順に並ぶ第1、第2及び第3の領域を含む主面を有するInP基板と、光を閉じ込めるコア層を含む光導波路部のための層構造を第1及び第3の領域上に含み、光導波路部に結合された光半導体素子部のための層構造を第2の領域上に含み、光導波方向を長手方向として主面上に設けられ、第3の領域上に端面を有するメサ構造と、メサ構造の端面、及び第2の領域上から第3の領域上に亘るメサ構造の側面を覆う半導体埋込領域と、メサ構造の光半導体素子部上から端面上を経てメサ構造の外部に至る金属配線層とを備え、光導波方向がInP基板の[110]方向に沿っており、主面に沿った面内における端面とInP基板の[110]方向との成す角度θが0°<θ<90°を満たすことを特徴とする。   An optical waveguide semiconductor device according to the present invention includes an InP substrate having a main surface including first, second, and third regions arranged in order in a predetermined optical waveguide direction. A layer structure for an optical waveguide portion including a core layer for confining light is included on the first and third regions, and a layer structure for an optical semiconductor element portion coupled to the optical waveguide portion is provided on the second region. A mesa structure having an optical waveguide direction as a longitudinal direction on the main surface and having an end surface on the third region, an end surface of the mesa structure, and a mesa structure extending from the second region to the third region And a metal wiring layer extending from the mesa structure of the optical semiconductor element portion to the outside of the mesa structure, and the optical waveguide direction is along the [110] direction of the InP substrate. And [11] the end face in the plane along the main surface and the InP substrate. ] Angle theta is 0 ° formed by the direction <theta and satisfies the <90 °.

上記の光導波路型半導体素子の製造方法および光導波路型半導体素子では、InP基板の主面に沿った面内における、メサ構造の端面とInP基板の[110]方向との成す角度θが、0°<θ<90°を満たしている。換言すれば、InP基板の主面の法線方向から見て、メサ構造の端面がInP基板の(110)面に対して傾斜している。このようにメサ構造の端面を傾斜させることによって、メサ構造の端面に対する半導体埋込領域の(111)A面の位置が変化し、半導体埋込領域がメサ構造の上面に覆い被さるように成長する(図19(a)を参照)現象を抑えることができる。したがって、上記の光導波路型半導体素子の製造方法および光導波路型半導体素子によれば、メサ構造の上面から端面上を経てメサ構造の外部へ配設される金属配線層の断線を低減することができる。   In the optical waveguide semiconductor device manufacturing method and the optical waveguide semiconductor device described above, the angle θ between the end face of the mesa structure and the [110] direction of the InP substrate in the plane along the main surface of the InP substrate is 0. ° <θ <90 ° is satisfied. In other words, when viewed from the normal direction of the main surface of the InP substrate, the end surface of the mesa structure is inclined with respect to the (110) plane of the InP substrate. By inclining the end face of the mesa structure in this way, the position of the (111) A plane of the semiconductor buried region with respect to the end face of the mesa structure is changed, and the semiconductor buried region grows so as to cover the upper surface of the mesa structure. (See FIG. 19A) The phenomenon can be suppressed. Therefore, according to the method for manufacturing an optical waveguide semiconductor device and the optical waveguide semiconductor device described above, it is possible to reduce disconnection of the metal wiring layer disposed outside the mesa structure from the upper surface of the mesa structure to the end surface. it can.

また、光導波路型半導体素子の製造方法は、角度θが
θ≦(1/2)・[arcsin{d2/(n・d1)−1}]+45°
(但し、d1は主面上における半導体埋込領域の成長厚さ、d2はエッチングマスクの厚さ、nは2以上3以下の定数)を満たすようにメサ構造を形成することを特徴としてもよい。これにより、半導体埋込領域の突出部分の高さがエッチングマスクの高さを下回るので、金属配線層の断線をより効果的に低減することができる。
Further, in the manufacturing method of the optical waveguide type semiconductor element, the angle θ is θ ≦ (1/2) · [arcsin {d2 / (n · d1) −1}] + 45 °.
The mesa structure may be formed so as to satisfy (where d1 is the growth thickness of the semiconductor buried region on the main surface, d2 is the thickness of the etching mask, and n is a constant not less than 2 and not more than 3). . Thereby, since the height of the protruding portion of the semiconductor buried region is lower than the height of the etching mask, disconnection of the metal wiring layer can be more effectively reduced.

また、光導波路型半導体素子の製造方法では、半導体埋込領域の平坦化のため、半導体埋込領域を成長させる際に塩化メチルを添加することがある。塩化メチルは、メサ構造の上面に覆い被さる半導体埋込領域の成長を助長するので、上記の光導波路型半導体素子の製造方法は、このような場合に有用である。   Further, in the method of manufacturing an optical waveguide semiconductor device, methyl chloride may be added when growing a semiconductor buried region in order to planarize the semiconductor buried region. Since methyl chloride promotes the growth of a semiconductor buried region covering the upper surface of the mesa structure, the above-described method for manufacturing an optical waveguide semiconductor device is useful in such a case.

また、光導波路型半導体素子は、InP基板上に、光導波路部のための層構造、及び光半導体素子部のための層構造を含むメサ構造が複数形成されており、複数のメサ構造は、光導波方向に垂直な方向に並んで配置されており、金属配線層は、光導波方向に延伸して設けられていることを特徴としてもよい。このような構成により、複数の光半導体素子部の各電極パッドを、光導波路型半導体素子の端縁に沿って配置することができる。したがって、複数の光半導体素子部の各電極パッドと、他の電極パッドとを電気的に接続するボンディングワイヤを、光導波路型半導体素子の端縁に沿って、光導波路方向に垂直な方向に、ほぼ同じ長さで、かつ短い距離で、それぞれ配置することが可能となる。その結果、大きなリードインダクタンス成分による周波数応答特性の劣化や、各信号間での周波数応答特性のばらつきを回避することができる。   In addition, the optical waveguide semiconductor element has a plurality of mesa structures including a layer structure for the optical waveguide part and a layer structure for the optical semiconductor element part formed on the InP substrate. The metal wiring layers may be arranged side by side in a direction perpendicular to the optical waveguide direction, and the metal wiring layer may be provided extending in the optical waveguide direction. With such a configuration, each electrode pad of the plurality of optical semiconductor element portions can be disposed along the edge of the optical waveguide semiconductor element. Therefore, bonding wires that electrically connect each electrode pad of the plurality of optical semiconductor element portions and the other electrode pads, along the edge of the optical waveguide type semiconductor element, in a direction perpendicular to the optical waveguide direction, It is possible to arrange them at approximately the same length and at a short distance. As a result, it is possible to avoid deterioration of frequency response characteristics due to a large lead inductance component and variations in frequency response characteristics between signals.

本発明による光導波路型半導体素子の製造方法および光導波路型半導体素子によれば、メサ構造の上面からメサ構造の外部へ配設される金属配線層の断線を低減することができる。   According to the method for manufacturing an optical waveguide semiconductor device and the optical waveguide semiconductor device according to the present invention, it is possible to reduce the disconnection of the metal wiring layer disposed from the upper surface of the mesa structure to the outside of the mesa structure.

図1は、本発明の第1実施形態に係る光導波路型半導体素子を備える受光デバイスの構成を示す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a light receiving device including an optical waveguide semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 図2(a)は図1のIIa−IIa線に沿った断面を示しており、図2(b)は図1のIIb−IIb線に沿った断面を示しており、図2(c)は図1のIIc−IIc線に沿った断面を示しており、図2(d)は図1のIId−IId線に沿った断面を示している。2A shows a cross section along the line IIa-IIa in FIG. 1, FIG. 2B shows a cross section along the line IIb-IIb in FIG. 1, and FIG. 2 shows a cross section taken along line IIc-IIc in FIG. 1, and FIG. 2D shows a cross section taken along line IId-IId in FIG. 図3は、半導体部分及びその周辺の構成を詳細に示す断面図であって、図2(c)のIII−III線に沿った断面を示している。FIG. 3 is a cross-sectional view showing in detail the configuration of the semiconductor portion and its periphery, and shows a cross section taken along line III-III in FIG. 図4は、半導体積層部形成工程を示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing a semiconductor laminated portion forming step. 図5は、エッチング工程を示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing an etching process. 図6は、エッチング工程を示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing an etching process. 図7は、埋込層形成工程を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a buried layer forming step. 図8は、埋込層形成工程を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a buried layer forming step. 図9(a)は、半導体埋込領域成長後のメサ構造の端面付近を示す平面図である。図9(b)は、図9(a)に示されるIXb−IXb線に沿った断面図である。FIG. 9A is a plan view showing the vicinity of the end face of the mesa structure after the growth of the semiconductor buried region. FIG. 9B is a cross-sectional view taken along line IXb-IXb shown in FIG. 図10は、メサ構造の端面と[110]方向との成す角度θと、メサ構造の上面を基準とする半導体埋込領域の成長高さとの関係を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing the relationship between the angle θ formed between the end face of the mesa structure and the [110] direction and the growth height of the semiconductor buried region based on the top face of the mesa structure. 図11(a)〜図11(c)は、それぞれ角度θが0°、45°、90°である場合の半導体埋込領域の断面形状を模式的に示している。FIG. 11A to FIG. 11C schematically show the cross-sectional shapes of the semiconductor buried region when the angle θ is 0 °, 45 °, and 90 °, respectively. 図12は、マスク除去工程を示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view showing the mask removing process. 図13は、素子分離工程を示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view showing the element isolation step. 図14は、絶縁膜及びオーミック電極を形成する工程を示す断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view showing a process of forming an insulating film and an ohmic electrode. 図15は、配線層形成工程を示す断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view showing the wiring layer forming step. 図16は、本発明の第2実施形態として、光導波路型半導体素子を含む多チャネル光導波路型受光デバイスの構成を示す平面図である。FIG. 16 is a plan view showing a configuration of a multi-channel optical waveguide light-receiving device including an optical waveguide semiconductor element as a second embodiment of the present invention. 図17は、光導波路型半導体素子の製造過程の一部を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing a part of the manufacturing process of the optical waveguide type semiconductor device. 図18は、光導波路型半導体素子の製造過程の一部を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing a part of the manufacturing process of the optical waveguide type semiconductor device. 図19(a)は、メサ構造の端面上に成長する半導体埋込領域の成長過程を模式的に示す断面図である。図19(b)は、比較のためメサ構造の側面付近における半導体埋込領域の成長過程を模式的に示す断面図である。FIG. 19A is a cross-sectional view schematically showing a growth process of a semiconductor buried region grown on the end face of the mesa structure. FIG. 19B is a sectional view schematically showing the growth process of the semiconductor buried region in the vicinity of the side surface of the mesa structure for comparison.

以下、添付図面を参照しながら本発明による光導波路型半導体素子の製造方法および光導波路型半導体素子の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of a method for manufacturing an optical waveguide semiconductor device and an optical waveguide semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る光導波路型半導体素子を備える受光デバイス1Aの構成を示す平面図である。また、図2(a)は図1のIIa−IIa線に沿った断面を示しており、図2(b)は図1のIIb−IIb線に沿った断面を示しており、図2(c)は図1のIIc−IIc線に沿った断面を示しており、図2(d)は図1のIId−IId線に沿った断面を示している。
(First embodiment)
FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a light receiving device 1A including an optical waveguide type semiconductor element according to the first embodiment of the present invention. 2A shows a cross section taken along line IIa-IIa in FIG. 1, and FIG. 2B shows a cross section taken along line IIb-IIb in FIG. ) Shows a cross section taken along the line IIc-IIc in FIG. 1, and FIG. 2D shows a cross section taken along the line IId-IId in FIG.

図1に示されるように、本実施形態の受光デバイス1Aは、光導波路型半導体素子2と、信号増幅部3と、キャパシタ4とを備えている。光導波路型半導体素子2は、略矩形状といった平面形状を有しており、InP基板上に形成された光導波路部5、受光素子部6、金属配線層7a及び7b、並びに電極パッド8a及び8bを備えている。光導波路部5は、所定の光導波方向Aに沿って延びている。光導波路部5は、屈折率が比較的大きい材料(例えばInGaAsP)から成るコアと、屈折率が該コアよりも小さい材料(例えばInP)から成り該コアを覆うクラッドとによって好適に構成される。   As shown in FIG. 1, the light receiving device 1 </ b> A according to the present embodiment includes an optical waveguide semiconductor element 2, a signal amplifier 3, and a capacitor 4. The optical waveguide type semiconductor element 2 has a planar shape such as a substantially rectangular shape, and includes an optical waveguide part 5, a light receiving element part 6, metal wiring layers 7a and 7b, and electrode pads 8a and 8b formed on an InP substrate. It has. The optical waveguide portion 5 extends along a predetermined optical waveguide direction A. The optical waveguide portion 5 is preferably configured by a core made of a material having a relatively high refractive index (for example, InGaAsP) and a clad made of a material having a refractive index smaller than that of the core (for example, InP) and covering the core.

受光素子部6は、本実施形態における光半導体素子部である。受光素子部6は、PINフォトダイオードとしての構成を有しており、光導波方向Aにおける光導波路部5の一端と光学的に結合されている。受光素子部6のカソードには、一定のバイアス電圧が供給される。受光素子部6は、光導波路部5を介して光信号を受け、この光信号の光強度に応じた電気信号(光電流)を生成する。光導波路型半導体素子2上には、受光素子部6のアノードと電気的に接続された信号出力用電極パッド8aが設けられている。信号出力用電極パッド8aは、光導波路型半導体素子2の端縁2bと受光素子部6との間に配置されている。信号出力用電極パッド8aは、ボンディングワイヤ27aを介して、後述する信号増幅部3の信号入力用電極パッド3aと電気的に接続されている。   The light receiving element portion 6 is an optical semiconductor element portion in the present embodiment. The light receiving element portion 6 has a configuration as a PIN photodiode, and is optically coupled to one end of the optical waveguide portion 5 in the optical waveguide direction A. A constant bias voltage is supplied to the cathode of the light receiving element section 6. The light receiving element unit 6 receives an optical signal through the optical waveguide unit 5 and generates an electric signal (photocurrent) corresponding to the light intensity of the optical signal. On the optical waveguide type semiconductor element 2, a signal output electrode pad 8 a electrically connected to the anode of the light receiving element portion 6 is provided. The signal output electrode pad 8 a is disposed between the edge 2 b of the optical waveguide semiconductor element 2 and the light receiving element portion 6. The signal output electrode pad 8a is electrically connected to a signal input electrode pad 3a of the signal amplifying unit 3 described later via a bonding wire 27a.

キャパシタ4は、光導波路型半導体素子2の側方に並んで配置されている。キャパシタ4は、バイアス電圧が供給される受光素子部6のカソードと、基準電位線(GND線)との間に電気的に接続される。すなわち、キャパシタ4を構成する一対の電極のうち一方が受光素子部6のカソード及びバイアス電源に接続され、他方が基準電位線(GND線)に接続される。光導波路型半導体素子2上には、受光素子部6のカソードと電気的に接続されたバイアス電圧側電極パッド8bが設けられている。キャパシタ4の一方の電極は、ボンディングワイヤ27bを介してバイアス電圧側電極パッド8bと電気的に接続されており、また、ボンディングワイヤ27cを介してバイアス電源と電気的に接続されている。   The capacitor 4 is arranged side by side on the optical waveguide semiconductor element 2. The capacitor 4 is electrically connected between the cathode of the light receiving element portion 6 to which a bias voltage is supplied and a reference potential line (GND line). That is, one of the pair of electrodes constituting the capacitor 4 is connected to the cathode of the light receiving element portion 6 and the bias power supply, and the other is connected to the reference potential line (GND line). A bias voltage side electrode pad 8 b electrically connected to the cathode of the light receiving element portion 6 is provided on the optical waveguide type semiconductor element 2. One electrode of the capacitor 4 is electrically connected to the bias voltage side electrode pad 8b via the bonding wire 27b, and is electrically connected to the bias power source via the bonding wire 27c.

信号増幅部3は、受光素子部6から出力された電気信号(光電流)を増幅する増幅器(プリアンプ)である。信号増幅部3は、信号入力用電極パッド3aを有しており、信号入力用電極パッド3aに入力された電気信号の差動増幅を行って一つの電圧信号を生成する。前述したように、信号入力用電極パッド3aは、ボンディングワイヤ27aを介して信号出力用電極パッド8aと電気的に接続されている。   The signal amplifying unit 3 is an amplifier (preamplifier) that amplifies the electric signal (photocurrent) output from the light receiving element unit 6. The signal amplifying unit 3 includes a signal input electrode pad 3a, and generates a single voltage signal by performing differential amplification of the electric signal input to the signal input electrode pad 3a. As described above, the signal input electrode pad 3a is electrically connected to the signal output electrode pad 8a through the bonding wire 27a.

ここで、図2(a)〜図2(d)を参照して、光導波路型半導体素子2の断面構造について詳細に説明する。図2(a)〜図2(d)に示されるように、本実施形態の光導波路型半導体素子2は、InP基板21を備えている。InP基板21は、InP結晶の(100)に沿った主面21aを有している。図2(c)に示されるように、主面21aは、光導波方向A(図1を参照)に沿って順に並ぶ第1の領域21b、第2の領域21c、及び第3の領域21dを含んでいる。また、光導波路型半導体素子2は、光導波方向A(図1を参照)を長手方向とするメサ構造25を備えている。光導波方向Aは、InP基板21の[110]方向に沿っている。メサ構造25は、光導波路部5のための層構造を領域21b上及び領域21d上に含んでおり、受光素子部6のための層構造を領域21c上に含んでいる。また、メサ構造25は、光導波方向Aにおける端面25g(図2(c)を参照)を領域21d上に有する。   Here, the cross-sectional structure of the optical waveguide semiconductor device 2 will be described in detail with reference to FIGS. As shown in FIGS. 2A to 2D, the optical waveguide semiconductor device 2 of the present embodiment includes an InP substrate 21. The InP substrate 21 has a main surface 21a along (100) of the InP crystal. As shown in FIG. 2C, the main surface 21a includes a first region 21b, a second region 21c, and a third region 21d arranged in order along the optical waveguide direction A (see FIG. 1). Contains. In addition, the optical waveguide type semiconductor element 2 includes a mesa structure 25 whose longitudinal direction is the optical waveguide direction A (see FIG. 1). The optical waveguide direction A is along the [110] direction of the InP substrate 21. The mesa structure 25 includes a layer structure for the optical waveguide portion 5 on the region 21b and the region 21d, and includes a layer structure for the light receiving element portion 6 on the region 21c. The mesa structure 25 has an end face 25g (see FIG. 2C) in the optical waveguide direction A on the region 21d.

図2(b)及び図2(c)を参照して、光導波路部5の断面構造について説明する。光導波路部5は、InP基板21の領域21b上に設けられたバッファ層22と、バッファ層22上に設けられた光導波コア層23と、光導波コア層23上に設けられたクラッド層24とを含んで構成されている。InP基板21は半絶縁性のInPからなり、バッファ層22はn型のInPからなる。光導波コア層23は、屈折率がバッファ層22よりも大きく且つバッファ層22と格子整合できる材料(例えばInGaAsP)からなり、光導波路部5を伝搬する光を閉じ込める。一例では、光導波コア層23のInGaAsPのバンドギャップ波長は1.05μmである。クラッド層24は、屈折率が光導波コア層23よりも小さく且つ光導波コア層23と格子整合できる材料(例えばアンドープInP)からなる。バッファ層22の一部、光導波コア層23、及びクラッド層24は、所定の光導波方向に延びるメサ構造25に含まれている。このメサ構造25により、光導波路部5において光導波コア層23内を光信号が伝搬することができる。なお、光導波路部5におけるメサ構造25の一対の側面25a,25b及び上面25cは、絶縁膜26に覆われることによって保護されている。絶縁膜26は、例えば絶縁性シリコン化合物(SiN、SiON、またはSiO)から成る。 With reference to FIG. 2B and FIG. 2C, a cross-sectional structure of the optical waveguide portion 5 will be described. The optical waveguide unit 5 includes a buffer layer 22 provided on the region 21 b of the InP substrate 21, an optical waveguide core layer 23 provided on the buffer layer 22, and a cladding layer 24 provided on the optical waveguide core layer 23. It is comprised including. The InP substrate 21 is made of semi-insulating InP, and the buffer layer 22 is made of n-type InP. The optical waveguide core layer 23 is made of a material (for example, InGaAsP) having a refractive index larger than that of the buffer layer 22 and capable of lattice matching with the buffer layer 22, and confines light propagating through the optical waveguide unit 5. In one example, the band gap wavelength of InGaAsP in the optical waveguide core layer 23 is 1.05 μm. The cladding layer 24 is made of a material (for example, undoped InP) having a refractive index smaller than that of the optical waveguide core layer 23 and capable of lattice matching with the optical waveguide core layer 23. A part of the buffer layer 22, the optical waveguide core layer 23, and the cladding layer 24 are included in a mesa structure 25 extending in a predetermined optical waveguide direction. With this mesa structure 25, an optical signal can propagate in the optical waveguide core layer 23 in the optical waveguide unit 5. Note that the pair of side surfaces 25 a and 25 b and the upper surface 25 c of the mesa structure 25 in the optical waveguide portion 5 are protected by being covered with the insulating film 26. The insulating film 26 is made of, for example, an insulating silicon compound (SiN, SiON, or SiO 2 ).

次に、図2(a)及び図2(c)を参照して、受光素子部6の断面構造について説明する。受光素子部6は、InP基板21の主面21a上に順に積層された、n型バッファ層22、光吸収層34、i型またはp型のヘテロ障壁緩和層35、p型クラッド層36、p型ヘテロ障壁緩和層37、及びp型コンタクト層38を有している。n型バッファ層22は、前述した光導波路部5と共通の層である。光吸収層34は、例えばアンドープInGaAsからなる。i型またはp型ヘテロ障壁緩和層35は、例えば2層のアンドープまたはZnドープInGaAsPからなり、2層それぞれのバンドギャップ波長は例えば1.3μm及び1.1μmである。p型クラッド層36は、例えばZnドープInPからなる。p型ヘテロ障壁緩和層37は、例えば2層のZnドープInGaAsPからなり、2層それぞれのバンドギャップ波長は例えば1.1μm及び1.3μmである。p型コンタクト層38は、例えばZnドープInGaAsからなる。   Next, a cross-sectional structure of the light receiving element portion 6 will be described with reference to FIGS. 2 (a) and 2 (c). The light receiving element portion 6 includes an n-type buffer layer 22, a light absorption layer 34, an i-type or p-type hetero barrier relaxation layer 35, a p-type cladding layer 36, and a p-layer, which are sequentially stacked on the main surface 21 a of the InP substrate 21. A type hetero barrier relaxation layer 37 and a p type contact layer 38 are provided. The n-type buffer layer 22 is a layer common to the optical waveguide unit 5 described above. The light absorption layer 34 is made of undoped InGaAs, for example. The i-type or p-type hetero barrier relaxation layer 35 is made of, for example, two layers of undoped or Zn-doped InGaAsP, and the band gap wavelengths of the two layers are, for example, 1.3 μm and 1.1 μm. The p-type cladding layer 36 is made of, for example, Zn-doped InP. The p-type hetero barrier relaxation layer 37 is made of, for example, two layers of Zn-doped InGaAsP, and the band gap wavelengths of the two layers are, for example, 1.1 μm and 1.3 μm. The p-type contact layer 38 is made of, for example, Zn-doped InGaAs.

図2(a)に示されるように、n型バッファ層22の一部、n型ヘテロ障壁緩和層33、光吸収層34、i型またはp型ヘテロ障壁緩和層35、p型クラッド層36、p型ヘテロ障壁緩和層37、及びp型コンタクト層38は、所定の光導波方向に延びるメサ構造25に含まれている。そして、光導波方向における光吸収層34及びヘテロ障壁緩和層35の一端は、前述した光導波路部5の光導波コア層23と接することにより、光導波コア層23と光学的に結合されている。また、受光素子部6におけるメサ構造25の一対の側面25d,25eは、例えばFeドープInPといった半絶縁性材料からなる半導体埋込領域41によって埋め込まれている。   As shown in FIG. 2A, a part of the n-type buffer layer 22, an n-type hetero barrier relaxation layer 33, a light absorption layer 34, an i-type or p-type hetero barrier relaxation layer 35, a p-type cladding layer 36, The p-type hetero barrier relaxation layer 37 and the p-type contact layer 38 are included in the mesa structure 25 extending in a predetermined optical waveguide direction. One end of the light absorption layer 34 and the hetero barrier relaxation layer 35 in the optical waveguide direction is optically coupled to the optical waveguide core layer 23 by contacting the optical waveguide core layer 23 of the optical waveguide portion 5 described above. . In addition, the pair of side surfaces 25d and 25e of the mesa structure 25 in the light receiving element portion 6 are buried with a semiconductor buried region 41 made of a semi-insulating material such as Fe-doped InP.

受光素子部6は、絶縁膜26を更に有している。絶縁膜26は、前述した光導波路部5と共通のものであり、メサ構造25の上面25fから半導体埋込領域41上にかけて設けられており、これらを覆って保護している。また、絶縁膜26は、受光素子部6におけるメサ構造25の上面25f上に開口を有しており、該開口により絶縁膜26から露出したp型コンタクト層38の上には、p型オーミック電極39が設けられている。p型オーミック電極39は、例えばAuZn若しくはPtとコンタクト層38との合金からなる。そして、p型オーミック電極39上には、金属配線層7aが設けられている。図2(c)に示されるように、金属配線層7aは、光導波方向に延びており、該方向におけるメサ構造25の端面25gを越えて、p型オーミック電極39と信号出力用電極パッド8aとを電気的に接続する。金属配線層7aは例えばTiW/Au若しくはTi/Pt/Auといった積層構造を有しており、信号出力用電極パッド8aは例えばAuメッキによって形成される。   The light receiving element portion 6 further includes an insulating film 26. The insulating film 26 is common to the optical waveguide portion 5 described above, and is provided from the upper surface 25f of the mesa structure 25 to the semiconductor buried region 41, and covers and protects them. Further, the insulating film 26 has an opening on the upper surface 25f of the mesa structure 25 in the light receiving element portion 6, and a p-type ohmic electrode is formed on the p-type contact layer 38 exposed from the insulating film 26 through the opening. 39 is provided. The p-type ohmic electrode 39 is made of, for example, an alloy of AuZn or Pt and the contact layer 38. A metal wiring layer 7 a is provided on the p-type ohmic electrode 39. As shown in FIG. 2 (c), the metal wiring layer 7a extends in the optical waveguide direction, exceeds the end face 25g of the mesa structure 25 in this direction, and the p-type ohmic electrode 39 and the signal output electrode pad 8a. And electrically connect. The metal wiring layer 7a has a laminated structure such as TiW / Au or Ti / Pt / Au, and the signal output electrode pad 8a is formed by Au plating, for example.

また、図2(a)に示されるように、絶縁膜26は、受光素子部6のメサ構造25から離れたn型バッファ層22の上にも、別の開口を有している。該開口により絶縁膜26から露出したn型バッファ層22の上には、n型オーミック電極43が設けられている。n型オーミック電極43は、例えばAuGe若しくはAuGeNiとn型バッファ層22との合金からなる。そして、n型オーミック電極43上には、金属配線層7bが設けられている。金属配線層7bは、n型オーミック電極43とバイアス電圧側電極パッド8bとを電気的に接続する。金属配線層7bは例えばTiW/Au若しくはTi/Pt/Auといった積層構造を有しており、バイアス電極側電極パッド8bは例えばAuメッキによって形成される。   Further, as shown in FIG. 2A, the insulating film 26 has another opening also on the n-type buffer layer 22 away from the mesa structure 25 of the light receiving element portion 6. An n-type ohmic electrode 43 is provided on the n-type buffer layer 22 exposed from the insulating film 26 through the opening. The n-type ohmic electrode 43 is made of, for example, an alloy of AuGe or AuGeNi and the n-type buffer layer 22. A metal wiring layer 7 b is provided on the n-type ohmic electrode 43. The metal wiring layer 7b electrically connects the n-type ohmic electrode 43 and the bias voltage side electrode pad 8b. The metal wiring layer 7b has a laminated structure such as TiW / Au or Ti / Pt / Au, and the bias electrode side electrode pad 8b is formed by Au plating, for example.

図2(c)に示されるように、メサ構造25は、InP基板21の領域21d上に、上述した光導波路部5と同一の層構造を有する半導体部分9を更に含んでいる。すなわち、この半導体部分9は、バッファ層22と、光導波コア層23と、クラッド層24とを有する。また、前述したメサ構造25の端面25gは、この半導体部分9によって構成されている。領域21d上におけるメサ構造25の両側面及び端面25gは、受光素子部6と共通の半導体埋込領域41によって埋め込まれている。つまり、半導体埋込領域41は、メサ構造25の端面25g、及び領域21c上から領域21d上に亘るメサ構造25の側面を覆っている。また、絶縁膜26は、受光素子部6と共通のものであり、半導体部分9の上面から半導体埋込領域41上にかけて設けられ、これらを覆って保護している。   As shown in FIG. 2C, the mesa structure 25 further includes a semiconductor portion 9 having the same layer structure as that of the optical waveguide portion 5 described above on the region 21 d of the InP substrate 21. That is, the semiconductor portion 9 has a buffer layer 22, an optical waveguide core layer 23, and a cladding layer 24. Further, the end face 25 g of the mesa structure 25 described above is constituted by the semiconductor portion 9. Both side surfaces and the end surface 25g of the mesa structure 25 on the region 21d are embedded by a semiconductor embedded region 41 common to the light receiving element portion 6. That is, the semiconductor buried region 41 covers the end face 25g of the mesa structure 25 and the side surface of the mesa structure 25 extending from the region 21c to the region 21d. The insulating film 26 is common to the light receiving element portion 6, is provided from the upper surface of the semiconductor portion 9 to the semiconductor buried region 41, and covers and protects them.

ここで、図3は、半導体部分9及びその周辺の構成を詳細に示す断面図であって、図2(c)のIII−III線に沿った断面(主面21aに沿ったメサ構造25の断面)を示している。また、図3には、InP基板21の[110]方向及び(110)面が示されている。図3に示されるように、メサ構造25の端面25gは、主面21aの法線方向から見て、InP基板21の(110)面に対して傾斜している。言い換えると、主面21aに沿った面内における、メサ構造25の端面25gとInP基板21の[110]方向との成す角度θは、0°<θ<90°を満たしている。   Here, FIG. 3 is a cross-sectional view showing in detail the configuration of the semiconductor portion 9 and its periphery, and is a cross-section along the line III-III in FIG. 2C (the mesa structure 25 along the main surface 21a). Cross section). FIG. 3 also shows the [110] direction and (110) plane of the InP substrate 21. As shown in FIG. 3, the end face 25g of the mesa structure 25 is inclined with respect to the (110) plane of the InP substrate 21 when viewed from the normal direction of the main surface 21a. In other words, the angle θ formed by the end face 25g of the mesa structure 25 and the [110] direction of the InP substrate 21 in the plane along the main surface 21a satisfies 0 ° <θ <90 °.

以上の構成を備える光導波路型半導体素子2を製造する方法について、以下に説明する。   A method for manufacturing the optical waveguide semiconductor device 2 having the above configuration will be described below.

<半導体積層部形成工程>
図4は、半導体積層部形成工程を示す斜視図である。この工程では、まず、所定の光導波方向(図中の矢印A)に並ぶ領域21b〜21dを主面21aに有するInP基板21を準備する。次に、図4に示されるように、受光素子部6のための層構造を有する第1の半導体積層部60をInP基板21の領域21c上に成長させ、また、光導波路部5のための層構造を有する第2の半導体積層部70をInP基板21の領域21b上及び領域21d上に成長させる。
<Semiconductor laminated part formation process>
FIG. 4 is a perspective view showing a semiconductor laminated portion forming step. In this step, first, an InP substrate 21 having regions 21b to 21d arranged in a predetermined optical waveguide direction (arrow A in the drawing) on the main surface 21a is prepared. Next, as shown in FIG. 4, a first semiconductor laminated portion 60 having a layer structure for the light receiving element portion 6 is grown on the region 21 c of the InP substrate 21, and the optical waveguide portion 5 A second semiconductor stacked portion 70 having a layer structure is grown on the region 21b and the region 21d of the InP substrate 21.

具体的には、まず、n型バッファ層22のための半導体層58、光吸収層34のための半導体層61、ヘテロ障壁緩和層35のための半導体層62、p型クラッド層36のための半導体層63、p型ヘテロ障壁緩和層37のための半導体層64、及びp型コンタクト層38のための半導体層65をInP基板21上の全面に成長させる。そして、これらの半導体層61〜65のうち領域21c上の部分を覆うエッチングマスクを半導体層65上に形成し、このエッチングマスクを用いて、半導体層61〜65をエッチングする。その後、エッチングマスクに覆われていない基板21上の領域(すなわち領域21b及び21d)に、光導波コア層23のための半導体層71、及びクラッド層24のための半導体層72を選択的に成長させる。以上の工程により、受光素子部6のための半導体層58,61〜65を含む第1の半導体積層部60と、光導波路部5のための半導体層58,71及び72を含む第2の半導体積層部70とが好適に形成される。   Specifically, first, a semiconductor layer 58 for the n-type buffer layer 22, a semiconductor layer 61 for the light absorption layer 34, a semiconductor layer 62 for the hetero barrier relaxation layer 35, and a p-type cladding layer 36. A semiconductor layer 63, a semiconductor layer 64 for the p-type hetero barrier relaxation layer 37, and a semiconductor layer 65 for the p-type contact layer 38 are grown on the entire surface of the InP substrate 21. Then, an etching mask that covers a portion of the semiconductor layers 61 to 65 on the region 21c is formed on the semiconductor layer 65, and the semiconductor layers 61 to 65 are etched using the etching mask. Thereafter, a semiconductor layer 71 for the optical waveguide core layer 23 and a semiconductor layer 72 for the cladding layer 24 are selectively grown in regions on the substrate 21 that are not covered with the etching mask (ie, regions 21b and 21d). Let Through the above steps, the first semiconductor laminated portion 60 including the semiconductor layers 58 and 61 to 65 for the light receiving element portion 6 and the second semiconductor including the semiconductor layers 58, 71 and 72 for the optical waveguide portion 5. The stacked portion 70 is suitably formed.

<エッチング工程>
図5及び図6は、エッチング工程を示す斜視図である。この工程では、まず、図5に示されるように、第1及び第2の半導体積層部60,70上において、光導波方向(図中の矢印A)に延びるエッチングマスクM1を、領域21b上から領域21d上に亘って形成する。このエッチングマスクM1は、シリコン化合物(SiN、SiON、またはSiO)から成り、その平面形状はメサ構造25(図2を参照)の平面形状と一致している。すなわち、エッチングマスクM1の一部分は、半導体積層部70のうち光導波路部5及び半導体部分9となる領域を覆う。また、エッチングマスクM1の他の部分は、半導体積層部60のうち受光素子部6となる領域を覆う。また、エッチングマスクM1は、領域21d上に直線状の端縁M1aを有しており、端縁M1aは、主面21aの法線方向から見て、InP基板21の(110)面に対して傾斜している。言い換えると、端縁M1aとInP基板21の[110]方向(すなわち光導波方向A)との成す角度θは、0°<θ<90°を満たしている。
<Etching process>
5 and 6 are perspective views showing the etching process. In this step, first, as shown in FIG. 5, an etching mask M1 extending in the optical waveguide direction (arrow A in the drawing) is formed on the first and second semiconductor stacked portions 60 and 70 from above the region 21b. It is formed over the region 21d. The etching mask M1 is made of a silicon compound (SiN, SiON, or SiO 2 ), and the planar shape thereof matches the planar shape of the mesa structure 25 (see FIG. 2). That is, a part of the etching mask M <b> 1 covers a region to be the optical waveguide portion 5 and the semiconductor portion 9 in the semiconductor stacked portion 70. Further, the other part of the etching mask M <b> 1 covers a region to be the light receiving element part 6 in the semiconductor stacked part 60. The etching mask M1 has a linear edge M1a on the region 21d, and the edge M1a is relative to the (110) plane of the InP substrate 21 when viewed from the normal direction of the main surface 21a. Inclined. In other words, the angle θ formed by the edge M1a and the [110] direction of the InP substrate 21 (that is, the optical waveguide direction A) satisfies 0 ° <θ <90 °.

その後、図6に示されるように、このエッチングマスクM1を用いて、半導体積層部60,70に対しドライエッチングを行う。このエッチングは、半導体層58の途中で停止されるとよい。このエッチングによって、領域21d上に端面25gを有するメサ構造25が形成されるとともに、受光素子部6のn型バッファ層22、光吸収層34、ヘテロ障壁緩和層35、p型クラッド層36、p型ヘテロ障壁緩和層37、及びp型コンタクト層38が形成される。また、このエッチングによって、光導波路部5及び半導体部分9のn型バッファ層22、光導波コア層23及びクラッド層24が形成される。また、エッチングマスクM1がInP基板21の[110]方向に対して傾斜した端縁M1aを有する結果、光導波方向におけるメサ構造25の端面25gと、InP基板21の[110]方向との成す角度θは0°<θ<90°を満たすこととなる。   Thereafter, as shown in FIG. 6, dry etching is performed on the semiconductor stacked portions 60 and 70 using the etching mask M <b> 1. This etching may be stopped in the middle of the semiconductor layer 58. By this etching, the mesa structure 25 having the end face 25g is formed on the region 21d, and the n-type buffer layer 22, the light absorption layer 34, the hetero barrier relaxation layer 35, the p-type cladding layer 36, p of the light receiving element portion 6 are formed. A type hetero barrier relaxation layer 37 and a p type contact layer 38 are formed. Further, the n-type buffer layer 22, the optical waveguide core layer 23, and the cladding layer 24 of the optical waveguide portion 5 and the semiconductor portion 9 are formed by this etching. Further, as a result of the etching mask M1 having the edge M1a inclined with respect to the [110] direction of the InP substrate 21, the angle formed between the end face 25g of the mesa structure 25 in the optical waveguide direction and the [110] direction of the InP substrate 21 θ satisfies 0 ° <θ <90 °.

<埋込層形成工程>
図7及び図8は、埋込層形成工程を示す断面図である。図7及び図8の(a)〜(d)それぞれは、この工程における図2(a)〜図2(d)それぞれに相当する断面を表している。この工程では、メサ構造25の端面25g、及び領域21c上から領域21d上に亘るメサ構造25の側面を覆う半導体埋込領域41を成長させる。
<Built-in layer formation process>
7 and 8 are cross-sectional views showing a buried layer forming step. Each of FIGS. 7 and 8 (a) to (d) represents a cross section corresponding to each of FIGS. 2 (a) to 2 (d) in this step. In this step, a semiconductor buried region 41 is grown that covers the end face 25g of the mesa structure 25 and the side surface of the mesa structure 25 extending from the region 21c to the region 21d.

具体的には、まず、図7(b)及び図7(c)に示されるように、光導波路部5の上面及び両側面を覆うマスクM2を形成する。また、このとき、図7(a)に示されるように、n型バッファ層22の露出表面の一部の領域上にマスクM3を形成する。なお、マスクM2及びM3は、シリコン化合物(SiN、SiON、またはSiO)から成る。マスクM2及びM3が形成された結果、受光素子部6および半導体部分9がマスクM2から露出し、更に、n型バッファ層22のうちマスクM3に覆われた部分を除く領域が露出する。そして、これらの露出部分の表面に対して、ダメージ除去のためのウェットエッチングを行う。 Specifically, first, as shown in FIGS. 7B and 7C, a mask M2 that covers the upper surface and both side surfaces of the optical waveguide portion 5 is formed. At this time, as shown in FIG. 7A, a mask M3 is formed on a partial region of the exposed surface of the n-type buffer layer 22. The masks M2 and M3 are made of a silicon compound (SiN, SiON, or SiO 2 ). As a result of forming the masks M2 and M3, the light receiving element portion 6 and the semiconductor portion 9 are exposed from the mask M2, and further, a region of the n-type buffer layer 22 excluding the portion covered with the mask M3 is exposed. Then, wet etching for removing damage is performed on the surfaces of these exposed portions.

続いて、図8(a)〜図8(d)に示されるように、マスクM2及びM3から露出した部分上に、例えばFeドープInPといった半絶縁性のInPからなる半導体埋込領域41を成長させる。この工程において、半導体埋込領域41は、メサ構造25における受光素子部6及び半導体部分9の両側面、及びメサ構造25の端面25gを埋め込むように成長する。更に、半導体埋込領域41は、露出したn型バッファ層22の表面を埋め込むように成長する。なお、半導体埋込領域41の表面の平坦性を高めるため、半導体埋込領域41を成長させる際、塩化メチルを添加することが望ましい。   Subsequently, as shown in FIGS. 8A to 8D, a semiconductor buried region 41 made of semi-insulating InP such as Fe-doped InP is grown on the portions exposed from the masks M2 and M3. Let In this step, the semiconductor buried region 41 is grown so as to bury both side surfaces of the light receiving element portion 6 and the semiconductor portion 9 in the mesa structure 25 and the end face 25g of the mesa structure 25. Further, the semiconductor buried region 41 grows so as to bury the exposed surface of the n-type buffer layer 22. In order to improve the flatness of the surface of the semiconductor buried region 41, it is desirable to add methyl chloride when the semiconductor buried region 41 is grown.

ここで、図9(a)は、半導体埋込領域41成長後のメサ構造25の端面25g付近を示す平面図である。また、図9(b)は、図9(a)に示されるIXb−IXb線に沿った断面図である。図9(a)にはInP基板21の[110]方向及び(110)面が示されており、図9(b)には半導体埋込領域41の(111)A面が示されている。   Here, FIG. 9A is a plan view showing the vicinity of the end face 25g of the mesa structure 25 after the semiconductor buried region 41 is grown. FIG. 9B is a cross-sectional view taken along the line IXb-IXb shown in FIG. FIG. 9A shows the [110] direction and the (110) plane of the InP substrate 21, and FIG. 9B shows the (111) A plane of the semiconductor buried region 41.

前述したように、本実施形態では、主面21aに沿った面内におけるメサ構造25の端面25gとInP基板21の[110]方向との成す角度θが0°よりも大きく、90°よりも小さい。したがって、図17に示されたようにメサ構造の端面が[110]方向に対して垂直である場合と比較して、メサ構造25の端面25gと半導体埋込領域の(111)A面との相対的な位置及び角度の関係が変化する。したがって、図19に示されたような、半導体埋込領域がメサ構造の上面に覆い被さるように成長する現象を効果的に抑えることができる。   As described above, in the present embodiment, the angle θ between the end surface 25g of the mesa structure 25 and the [110] direction of the InP substrate 21 in the plane along the main surface 21a is larger than 0 ° and larger than 90 °. small. Therefore, as shown in FIG. 17, the end face 25g of the mesa structure 25 and the (111) A face of the semiconductor buried region are compared with the case where the end face of the mesa structure is perpendicular to the [110] direction. The relative position and angle relationship changes. Accordingly, it is possible to effectively suppress the phenomenon that the semiconductor buried region grows so as to cover the upper surface of the mesa structure as shown in FIG.

図10は、端面25gと[110]方向との成す角度θと、メサ構造25の上面を基準とする半導体埋込領域41の成長高さh(図9(b)を参照)との関係を示すグラフである。また、図11(a)〜図11(c)は、それぞれ角度θが0°、45°、90°である場合の半導体埋込領域41の断面形状を模式的に示している。   FIG. 10 shows the relationship between the angle θ formed by the end face 25g and the [110] direction and the growth height h of the semiconductor buried region 41 with reference to the upper surface of the mesa structure 25 (see FIG. 9B). It is a graph to show. 11A to 11C schematically show the cross-sectional shape of the semiconductor buried region 41 when the angle θ is 0 °, 45 °, and 90 °, respectively.

なお、このグラフは、試みとして円柱状のメサ構造を(100)面InP基板上に作製し、そのメサ構造の周囲を塩化メチル添加FeドープInPによって埋め込んだのち、InP基板の結晶方位とメサ構造の上面へのFeドープInPの成長高さとの関係を調べることにより得られたものである。図10に示された関係は、主面21a上における半導体埋込領域41の成長厚さをd1(図9(b)を参照)として、次の近似式(1)によって求められる。
h≒n・d1・[sin{2(θ−45°)}+1] ・・・(1)
(但し、nは2以上3以下の定数)
In this graph, as a trial, a cylindrical mesa structure is fabricated on a (100) plane InP substrate, and the periphery of the mesa structure is filled with methyl chloride-added Fe-doped InP, and then the crystal orientation and mesa structure of the InP substrate are shown. It was obtained by investigating the relationship with the growth height of Fe-doped InP on the upper surface. The relationship shown in FIG. 10 is obtained by the following approximate expression (1), where d1 is a growth thickness of the semiconductor buried region 41 on the main surface 21a (see FIG. 9B).
h≈n · d1 · [sin {2 (θ−45 °)} + 1] (1)
(Where n is a constant between 2 and 3)

図10及び図11に示されるように、θ=90°である場合(すなわち端面25gが[110]方向に対して垂直である場合、言い換えると[1−10]方向に対して平行である場合)に成長高さhが最も高くなり、θ=0°である場合(すなわち端面25gが[110]方向に対して平行である場合)に成長高さhが最も低くなる。そして、θが90°から0°に近づくに従い、成長高さhは次第に低くなる。   As shown in FIGS. 10 and 11, when θ = 90 ° (that is, when the end face 25g is perpendicular to the [110] direction, in other words, parallel to the [1-10] direction) ), The growth height h is the highest, and the growth height h is the lowest when θ = 0 ° (that is, when the end face 25g is parallel to the [110] direction). Then, as θ approaches 90 ° from 90 °, the growth height h gradually decreases.

また、後の工程において半導体埋込領域41を越えて金属配線層7aを引き出すことを考慮すると、半導体埋込領域41の成長高さhは、エッチングマスクM1の厚さd2(図9(b)を参照)よりも小さいことが望ましい。すなわち、成長高さhは、次の関係式(2)
h=n・d1・[sin{2(θ−45°)}+1]≦d2 ・・・(2)
を満たすことが望ましい。上記の関係式(2)を書き換えると、角度θは
θ≦(1/2)・[arcsin{d2/(n・d1)−1}]+45° ・・・(3)
を満たすことが望ましい。
Further, considering that the metal wiring layer 7a is drawn beyond the semiconductor buried region 41 in a later step, the growth height h of the semiconductor buried region 41 is equal to the thickness d2 of the etching mask M1 (FIG. 9B). Smaller than that). That is, the growth height h is expressed by the following relational expression (2)
h = n · d1 · [sin {2 (θ−45 °)} + 1] ≦ d2 (2)
It is desirable to satisfy. Rewriting the above relational expression (2), the angle θ is θ ≦ (1/2) · [arcsin {d2 / (n · d1) −1}] + 45 ° (3)
It is desirable to satisfy.

<マスク除去工程>
図12は、マスク除去工程を示す断面図である。なお、図12(a)〜図12(d)それぞれは、この工程における図2(a)〜図2(d)それぞれに相当する断面を表している。上述した埋込層形成工程において半導体埋込領域41を成長させた後、マスクM1〜M3を除去する。この工程により、光導波路部5の上面及び両側面、並びに受光素子部6及び半導体部分9の各上面が露出するとともに、マスクM3に覆われていたn型バッファ層22の一部分が露出する。
<Mask removal process>
FIG. 12 is a cross-sectional view showing the mask removing process. Each of FIG. 12A to FIG. 12D represents a cross section corresponding to each of FIG. 2A to FIG. 2D in this step. After the semiconductor buried region 41 is grown in the above-described buried layer forming step, the masks M1 to M3 are removed. By this step, the upper surface and both side surfaces of the optical waveguide portion 5 and the upper surfaces of the light receiving element portion 6 and the semiconductor portion 9 are exposed, and a part of the n-type buffer layer 22 covered with the mask M3 is exposed.

<素子分離工程>
図13は、素子分離工程を示す断面図である。なお、図13(a)〜図13(d)それぞれは、この工程における図2(a)〜図2(d)それぞれに相当する断面を表している。この工程では、メサ構造25を基板21上の他の領域から電気的に分離するため、メサ構造25の周囲の半導体埋込領域41及びバッファ層22をエッチングして基板21を露出させる。
<Element isolation process>
FIG. 13 is a cross-sectional view showing the element isolation step. Each of FIGS. 13A to 13D represents a cross-section corresponding to FIGS. 2A to 2D in this step. In this step, in order to electrically isolate the mesa structure 25 from other regions on the substrate 21, the semiconductor buried region 41 and the buffer layer 22 around the mesa structure 25 are etched to expose the substrate 21.

<絶縁膜及びオーミック電極形成工程>
図14は、絶縁膜及びオーミック電極を形成する工程を示す断面図である。なお、図14(a)〜図14(d)それぞれは、この工程における図2(a)〜図2(d)それぞれに相当する断面を表している。この工程では、基板21上の全面に絶縁膜26を形成する。これにより、光導波路部5の上面及び両側面、並びに受光素子部6及び半導体部分9の各上面が絶縁膜26によって覆われる。その後、半導体埋込領域41から露出しているn型バッファ層22上の絶縁膜26に開口を形成してn型バッファ層22を露出させ、また、受光素子部6上の絶縁膜26に開口を形成してp型コンタクト層38を露出させる。
<Insulating film and ohmic electrode formation process>
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a process of forming an insulating film and an ohmic electrode. Each of FIG. 14A to FIG. 14D represents a cross section corresponding to each of FIG. 2A to FIG. 2D in this step. In this step, the insulating film 26 is formed on the entire surface of the substrate 21. Thereby, the upper surface and both side surfaces of the optical waveguide portion 5 and the upper surfaces of the light receiving element portion 6 and the semiconductor portion 9 are covered with the insulating film 26. Thereafter, an opening is formed in the insulating film 26 on the n-type buffer layer 22 exposed from the semiconductor buried region 41 to expose the n-type buffer layer 22, and the opening is formed in the insulating film 26 on the light receiving element portion 6 And the p-type contact layer 38 is exposed.

その後、絶縁膜26から露出したn型バッファ層22上にn型オーミック電極43を形成する。また、絶縁膜26から露出したp型コンタクト層38上にp型オーミック電極39を形成する。   Thereafter, an n-type ohmic electrode 43 is formed on the n-type buffer layer 22 exposed from the insulating film 26. A p-type ohmic electrode 39 is formed on the p-type contact layer 38 exposed from the insulating film 26.

<配線層形成工程>
図15は、配線層形成工程を示す断面図である。なお、図15(a)〜図15(d)それぞれは、この工程における図2(a)〜図2(d)それぞれに相当する断面を表している。この工程では、p型オーミック電極39上からメサ構造25の端面25g上を経てメサ構造25の外部に至る金属配線層7aを形成する。また、同時に、n型オーミック電極43上からメサ構造25の側方へ延びる金属配線層7bを形成する。その後、金属配線層7a上には信号出力用電極パッド8aを、金属配線層7b上にはバイアス電圧側電極パッド8bを、それぞれ形成する。
<Wiring layer formation process>
FIG. 15 is a cross-sectional view showing the wiring layer forming step. Each of FIG. 15A to FIG. 15D represents a cross section corresponding to each of FIG. 2A to FIG. 2D in this step. In this step, a metal wiring layer 7 a is formed from the p-type ohmic electrode 39 to the outside of the mesa structure 25 through the end face 25 g of the mesa structure 25. At the same time, a metal wiring layer 7 b extending from the n-type ohmic electrode 43 to the side of the mesa structure 25 is formed. Thereafter, a signal output electrode pad 8a is formed on the metal wiring layer 7a, and a bias voltage side electrode pad 8b is formed on the metal wiring layer 7b.

以上の工程を経て、図1及び図2に示された光導波路型半導体素子2が完成する。   Through the above steps, the optical waveguide type semiconductor device 2 shown in FIGS. 1 and 2 is completed.

本実施形態の光導波路型半導体素子2及びその製造方法によって得られる効果について説明する。上述した光導波路型半導体素子2及びその製造方法では、InP基板21の主面21aに沿った面内における、メサ構造25の端面25gとInP基板21の[110]方向との成す角度θが、0°<θ<90°を満たしている。このように端面25gを傾斜させることによって、図10及び図11に示されたように、半導体埋込領域41の成長高さhを小さく抑制し、半導体埋込領域41がメサ構造25の上面に覆い被さるように成長する現象を抑えることができる。したがって、メサ構造25の上面から端面25g上を経てメサ構造25の外部へ配設される金属配線層7aの断線を低減することができる。   The effects obtained by the optical waveguide semiconductor device 2 and the manufacturing method thereof according to this embodiment will be described. In the optical waveguide semiconductor device 2 and the manufacturing method thereof described above, the angle θ between the end face 25g of the mesa structure 25 and the [110] direction of the InP substrate 21 in the plane along the main surface 21a of the InP substrate 21 is 0 ° <θ <90 ° is satisfied. By inclining the end face 25g in this way, as shown in FIGS. 10 and 11, the growth height h of the semiconductor buried region 41 is suppressed to be small, and the semiconductor buried region 41 is formed on the upper surface of the mesa structure 25. It is possible to suppress the phenomenon of growing so as to cover it. Accordingly, disconnection of the metal wiring layer 7a disposed from the upper surface of the mesa structure 25 to the outside of the mesa structure 25 through the end surface 25g can be reduced.

また、本実施形態では、角度θが上述した関係式(3)を満たすようにメサ構造25を形成することがより好ましい。これにより、半導体埋込領域41の突出部分の高さがエッチングマスクM1の表面の高さを下回るので、金属配線層7aの断線をより効果的に低減することができる。   In the present embodiment, it is more preferable to form the mesa structure 25 so that the angle θ satisfies the relational expression (3) described above. Thereby, since the height of the protruding portion of the semiconductor buried region 41 is lower than the height of the surface of the etching mask M1, disconnection of the metal wiring layer 7a can be more effectively reduced.

また、本実施形態のように、半導体埋込領域41の平坦化のため、半導体埋込領域41を成長させる際に塩化メチルを添加する場合がある。塩化メチルは、メサ構造25の上面に覆い被さるような半導体埋込領域41の成長(すなわちInPの(111)A面の法線方向への成長)を助長する作用を有する。本実施形態の光導波路型半導体素子2及びその製造方法によれば、このような場合であっても、半導体埋込領域41の成長高さhを十分に抑制し、金属配線層7aの断線を低減することができる。   Further, as in this embodiment, in order to planarize the semiconductor buried region 41, methyl chloride may be added when the semiconductor buried region 41 is grown. Methyl chloride has a function of promoting the growth of the semiconductor buried region 41 that covers the upper surface of the mesa structure 25 (that is, the growth of the (111) A plane of InP in the normal direction). According to the optical waveguide semiconductor device 2 and the manufacturing method thereof of the present embodiment, even in such a case, the growth height h of the semiconductor buried region 41 is sufficiently suppressed, and the disconnection of the metal wiring layer 7a is prevented. Can be reduced.

(第2の実施の形態)
図16は、本発明の第2実施形態として、光導波路型半導体素子を含む多チャネル光導波路型受光デバイス(以下、単に受光デバイスという)の構成を示す平面図である。
(Second Embodiment)
FIG. 16 is a plan view showing a configuration of a multi-channel optical waveguide light receiving device (hereinafter simply referred to as a light receiving device) including an optical waveguide semiconductor element as a second embodiment of the present invention.

図16に示されるように、本実施形態の受光デバイス1Bは、光導波路型半導体素子10と、信号増幅部50A,50Bとを備えている。光導波路型半導体素子10は、略矩形状といった平面形状を有しており、InP基板上に光導波路部15a〜15fが形成されて成る。光導波路型半導体素子10は、2つの入力ポート11a,11bと、光分岐部(光カプラ)12とを有している。また、光導波路型半導体素子10は、InP基板上に形成された第1〜第4の受光素子部13a〜13dと、第1〜第4のキャパシタ14a〜14dとを更に有している。   As shown in FIG. 16, the light receiving device 1 </ b> B of this embodiment includes an optical waveguide semiconductor element 10 and signal amplification units 50 </ b> A and 50 </ b> B. The optical waveguide semiconductor element 10 has a planar shape such as a substantially rectangular shape, and is formed by forming optical waveguide portions 15a to 15f on an InP substrate. The optical waveguide type semiconductor device 10 has two input ports 11 a and 11 b and an optical branching unit (optical coupler) 12. The optical waveguide semiconductor device 10 further includes first to fourth light receiving element portions 13a to 13d formed on the InP substrate and first to fourth capacitors 14a to 14d.

2つの入力ポート11a,11bは、光導波路型半導体素子10の一方の端縁10aに設けられている。一方の入力ポート11aには、QPSK方式によって変調された4つの信号成分を含む光信号Laが受光デバイス1Bの外部より入力される。また、他方の入力ポート11bには、局部発振光Lbが入力される。入力ポート11a,11bそれぞれは、光導波路部15a,15bそれぞれを介して光分岐部12と光学的に結合されている。なお、光導波路部15a,15bは、第1実施形態の光導波路部5と同様の構成を有する。   The two input ports 11 a and 11 b are provided on one end edge 10 a of the optical waveguide semiconductor element 10. One input port 11a receives an optical signal La including four signal components modulated by the QPSK method from the outside of the light receiving device 1B. Further, the local oscillation light Lb is input to the other input port 11b. Each of the input ports 11a and 11b is optically coupled to the optical branching section 12 through the optical waveguide sections 15a and 15b. The optical waveguide portions 15a and 15b have the same configuration as the optical waveguide portion 5 of the first embodiment.

光分岐部12は、90°光ハイブリッドを構成する。すなわち、光分岐部12は、MMIカプラによって構成されており、光信号Laと局部発振光Lbとを相互に干渉させることによって、光信号Laを、QPSK方式によって変調された4つの信号成分Lc1〜Lc4それぞれに分岐する。なお、これら4つの信号成分Lc1〜Lc4のうち、信号成分Lc1及びLc2は偏波状態が互いに等しく、同相(In-phase)関係を有する。また、信号成分Lc3及びLc4の偏波状態は、互いに等しく且つ信号成分Lc1及びLc2の偏波状態とは異なっている。信号成分Lc3及びLc4は、直角位相(Quadrature)関係を有する。   The optical branching unit 12 constitutes a 90 ° optical hybrid. That is, the optical branching unit 12 is configured by an MMI coupler, and causes the optical signal La and the local oscillation light Lb to interfere with each other, whereby the optical signal La is converted into four signal components Lc1 to Lc1 modulated by the QPSK system. Branches to each Lc4. Of these four signal components Lc1 to Lc4, the signal components Lc1 and Lc2 have the same polarization state and have an in-phase relationship. The polarization states of the signal components Lc3 and Lc4 are equal to each other and different from the polarization states of the signal components Lc1 and Lc2. The signal components Lc3 and Lc4 have a quadrature relationship.

受光素子部13a〜13dそれぞれは、光導波路部15c〜15fそれぞれを介して光分岐部12の4つの出力端と光学的に結合されている。光導波路部15c〜15fは、第1実施形態の光導波路部5と同様の構成を有しており、受光素子部13a〜13dは、第1実施形態の受光素子部6と同様の構成を有している。すなわち、光導波路型半導体素子10は、第1実施形態のメサ構造25と同様の構成を有する4本のメサ構造を備えている。これらのメサ構造は、光導波路部15c〜15f及び受光素子部13a〜13dをそれぞれ含んでおり、更に、第1実施形態の半導体部分9に相当する半導体部分をそれぞれ含んでいる。そして、これらのメサ構造の長手方向(光導波方向)はInP基板の[110]方向に沿っており、且つ、これらのメサ構造の長手方向の端面は、InP基板の主面に沿った面内において、InP基板の[110]方向に対して角度θ(0°<θ<90°)だけ傾斜している。また、受光素子部13a〜13dの両側面、及びメサ構造の長手方向の端面は、第1実施形態の半導体埋込領域41と同様の構成を有する半導体埋込領域によって埋め込まれている。   Each of the light receiving element portions 13a to 13d is optically coupled to the four output ends of the light branching portion 12 via the optical waveguide portions 15c to 15f. The optical waveguide portions 15c to 15f have the same configuration as the optical waveguide portion 5 of the first embodiment, and the light receiving element portions 13a to 13d have the same configuration as the light receiving element portion 6 of the first embodiment. doing. That is, the optical waveguide type semiconductor device 10 has four mesa structures having the same configuration as the mesa structure 25 of the first embodiment. These mesa structures include optical waveguide portions 15c to 15f and light receiving element portions 13a to 13d, respectively, and further include a semiconductor portion corresponding to the semiconductor portion 9 of the first embodiment. The longitudinal direction (optical waveguide direction) of these mesa structures is along the [110] direction of the InP substrate, and the end faces in the longitudinal direction of these mesa structures are in-plane along the main surface of the InP substrate. In FIG. 1, the angle is inclined by an angle θ (0 ° <θ <90 °) with respect to the [110] direction of the InP substrate. Further, both side surfaces of the light receiving element portions 13a to 13d and the end surface in the longitudinal direction of the mesa structure are buried with a semiconductor buried region having the same configuration as the semiconductor buried region 41 of the first embodiment.

受光素子部13a〜13dは、光導波路型半導体素子10の端縁10bに沿って、この順で並んで配置されている。受光素子部13a〜13dのカソードには、一定のバイアス電圧が供給される。受光素子部13a〜13dそれぞれは、4つの信号成分Lc1〜Lc4それぞれを光分岐部12から受け、これら信号成分Lc1〜Lc4それぞれの光強度に応じた電気信号(光電流)を生成する。光導波路型半導体素子10上には、受光素子部13a〜13dのアノードに電気的に接続された信号出力用電極パッド16a〜16dが設けられている。信号出力用電極パッド16a〜16dは、第1実施形態の信号出力用電極パッド8aと同様に、受光素子部13a〜13dを含むリッジ構造の端面上を経て配設される金属配線層(第1実施形態の金属配線層7aに相当)を介して、受光素子部13a〜13dそれぞれのアノードと電気的に接続されている。また、信号出力用電極パッド16a〜16dそれぞれは、ボンディングワイヤ20a〜20dそれぞれを介して、後述する信号増幅部50A,50Bの信号入力用電極パッド51a〜51dそれぞれと電気的に接続されている。   The light receiving element portions 13 a to 13 d are arranged in this order along the edge 10 b of the optical waveguide semiconductor element 10. A constant bias voltage is supplied to the cathodes of the light receiving element portions 13a to 13d. Each of the light receiving element portions 13a to 13d receives the four signal components Lc1 to Lc4 from the optical branching portion 12, and generates an electric signal (photocurrent) corresponding to the light intensity of each of the signal components Lc1 to Lc4. On the optical waveguide semiconductor element 10, signal output electrode pads 16a to 16d electrically connected to anodes of the light receiving element portions 13a to 13d are provided. Similarly to the signal output electrode pad 8a of the first embodiment, the signal output electrode pads 16a to 16d are metal wiring layers (first electrodes) disposed on the end face of the ridge structure including the light receiving element portions 13a to 13d. (Corresponding to the metal wiring layer 7a of the embodiment) and electrically connected to the anodes of the light receiving element portions 13a to 13d. The signal output electrode pads 16a to 16d are electrically connected to signal input electrode pads 51a to 51d of signal amplifiers 50A and 50B, which will be described later, via bonding wires 20a to 20d, respectively.

キャパシタ14a〜14dは、例えば、光導波路型半導体素子10上に積層された2層の金属層と、該2層の金属層間に挟まれた絶縁層とを有するMIM(Metal Insulation Metal)キャパシタによって好適に構成される。キャパシタ14a〜14dそれぞれは、バイアス電圧が供給される受光素子部13a〜13dそれぞれのカソードと、基準電位線(GND線)との間に電気的に接続される。すなわち、2層の金属層のうち一方の金属層が受光素子部13a〜13dのカソードに接続され、他方の金属層が基準電位線(GND線)に接続される。   The capacitors 14a to 14d are preferably, for example, MIM (Metal Insulation Metal) capacitors having two metal layers stacked on the optical waveguide semiconductor element 10 and an insulating layer sandwiched between the two metal layers. Configured. Each of the capacitors 14a to 14d is electrically connected between the cathode of each of the light receiving element portions 13a to 13d to which a bias voltage is supplied and a reference potential line (GND line). That is, one of the two metal layers is connected to the cathodes of the light receiving element portions 13a to 13d, and the other metal layer is connected to the reference potential line (GND line).

キャパシタ14a〜14dそれぞれは、上記一方の金属層に接続されたバイアス電圧側電極パッド17a〜17dそれぞれと、上記他方の金属層に接続された基準電位側電極パッド18a〜18dそれぞれとを有している。バイアス電圧側電極パッド17a〜17dそれぞれには、ボンディングワイヤ20i〜20mそれぞれの一端が接続されている。ボンディングワイヤ20i〜20mそれぞれの他端は、図示しないバイアス電圧源と電気的に接続されている。   Each of the capacitors 14a to 14d has a bias voltage side electrode pad 17a to 17d connected to the one metal layer and a reference potential side electrode pad 18a to 18d connected to the other metal layer. Yes. One end of each of the bonding wires 20i to 20m is connected to each of the bias voltage side electrode pads 17a to 17d. The other end of each of the bonding wires 20i to 20m is electrically connected to a bias voltage source (not shown).

基準電位側電極パッド18a〜18dそれぞれには、ボンディングワイヤ20e〜20hそれぞれの一端が接続されている。ボンディングワイヤ20e〜20hは、ボンディングワイヤ20a〜20dに沿って設けられており、ボンディングワイヤ20e〜20hそれぞれの他端は、信号増幅部50A,50Bの基準電位用電極パッド52a、52c、52d及び52fそれぞれに接続されている。   One end of each of the bonding wires 20e to 20h is connected to each of the reference potential side electrode pads 18a to 18d. The bonding wires 20e to 20h are provided along the bonding wires 20a to 20d, and the other ends of the bonding wires 20e to 20h are the reference potential electrode pads 52a, 52c, 52d, and 52f of the signal amplification units 50A and 50B. Connected to each.

信号増幅部50A及び50Bは、受光素子部13a〜13dから出力された電気信号(光電流)を増幅する増幅器(プリアンプ)である。信号増幅部50Aは、2つの信号入力用電極パッド51a及び51bを有しており、信号入力用電極パッド51a及び51bに入力された電気信号の差動増幅を行って一つの電圧信号を生成する。また、信号増幅部50Bは、2つの信号入力用電極パッド51c及び51dを有しており、信号入力用電極パッド51c及び51dに入力された電気信号の差動増幅を行って一つの電圧信号を生成する。前述したように、信号入力用電極パッド51a〜51dそれぞれは、ボンディングワイヤ20a〜20dそれぞれを介して信号出力用電極パッド16a〜16dそれぞれと電気的に接続されている。   The signal amplification units 50A and 50B are amplifiers (preamplifiers) that amplify the electric signals (photocurrents) output from the light receiving element units 13a to 13d. The signal amplifier 50A has two signal input electrode pads 51a and 51b, and generates a single voltage signal by performing differential amplification of the electric signals input to the signal input electrode pads 51a and 51b. . The signal amplifying unit 50B includes two signal input electrode pads 51c and 51d, and performs differential amplification of the electric signal input to the signal input electrode pads 51c and 51d to generate one voltage signal. Generate. As described above, each of the signal input electrode pads 51a to 51d is electrically connected to each of the signal output electrode pads 16a to 16d via the bonding wires 20a to 20d.

また、信号増幅部50Aは、3つの基準電位用電極パッド52a〜52cを更に有している。信号入力用電極パッド51aは基準電位用電極パッド52a及び52bの間に配置されており、信号入力用電極パッド51bは基準電位用電極パッド52b及び52cの間に配置されている。同様に、信号増幅部50Bは、3つの基準電位用電極パッド52d〜52fを更に有している。信号入力用電極パッド51cは基準電位用電極パッド52d及び52eの間に配置されており、信号入力用電極パッド51dは基準電位用電極パッド52e及び52fの間に配置されている。前述したように、信号増幅部50A,50Bの基準電位用電極パッド52a、52c、52d及び52fそれぞれは、ボンディングワイヤ20e〜20hそれぞれを介して基準電位側電極パッド18a〜18dそれぞれと電気的に接続されている。   The signal amplification unit 50A further includes three reference potential electrode pads 52a to 52c. The signal input electrode pad 51a is disposed between the reference potential electrode pads 52a and 52b, and the signal input electrode pad 51b is disposed between the reference potential electrode pads 52b and 52c. Similarly, the signal amplifying unit 50B further includes three reference potential electrode pads 52d to 52f. The signal input electrode pad 51c is disposed between the reference potential electrode pads 52d and 52e, and the signal input electrode pad 51d is disposed between the reference potential electrode pads 52e and 52f. As described above, the reference potential electrode pads 52a, 52c, 52d, and 52f of the signal amplifiers 50A and 50B are electrically connected to the reference potential side electrode pads 18a to 18d via the bonding wires 20e to 20h, respectively. Has been.

以上の説明した本実施形態の受光デバイス1Bによって得られる効果について説明する。上述した受光デバイス1Bは、光導波路型半導体素子10を備えている。光導波路型半導体素子10では、第1実施形態の光導波路型半導体素子2と同様に、メサ構造の端面とInP基板の[110]方向との成す角度θが、0°<θ<90°を満たしている。これにより、半導体埋込領域の成長高さを小さく抑制し、半導体埋込領域がメサ構造の上面に覆い被さるように成長する現象を抑えることができる。したがって、メサ構造の上面から端面上を経て信号出力用電極パッド16a〜16dへ配設される金属配線層の断線を低減することができる。   The effects obtained by the light receiving device 1B of the present embodiment described above will be described. The light receiving device 1 </ b> B described above includes the optical waveguide semiconductor element 10. In the optical waveguide semiconductor device 10, as in the optical waveguide semiconductor device 2 of the first embodiment, the angle θ formed by the end face of the mesa structure and the [110] direction of the InP substrate satisfies 0 ° <θ <90 °. Satisfies. Thereby, the growth height of the semiconductor buried region can be suppressed to be small, and the phenomenon that the semiconductor buried region grows so as to cover the upper surface of the mesa structure can be suppressed. Therefore, disconnection of the metal wiring layer disposed on the signal output electrode pads 16a to 16d from the upper surface of the mesa structure to the end surface can be reduced.

また、光導波路型半導体素子10は、複数の受光素子部13a〜13dと、当該複数の受光素子部にそれぞれ光学的に接続された光導波路部15c〜15fを備えており、これらの受光素子部13a〜13dは、光導波路型半導体素子10の端縁10bに沿って、光導波方向と垂直な方向に、配置されている。これにより、複数の受光素子部13a〜13dの信号出力用電極パッド16a〜16dは、光導波路型半導体素子10の端縁10bに沿って配置することができる。このような配置を採用することで、複数の受光素子部13a〜13dの信号出力用電極パッド16a〜16dに対して、信号増幅部50A,50Bの信号入力用電極パッド51a〜51dも光導波路型半導体素子10の端縁10bに沿って配置することができる。また、信号出力用電極パッド16a〜16dのそれぞれと、信号入力用電極パッド51a〜51dのそれぞれとを電気的に接続するボンディングワイヤ20a〜20dは、光導波路型半導体素子10の端縁10bに沿って、光導波路方向に垂直な方向に、ほぼ同じ長さで、かつ短い距離で、それぞれ配置することが可能となる。この結果、大きなリードインダクタンス成分による周波数応答特性の劣化や、各信号間での周波数応答特性のばらつきを回避することができる。このような効果は、光導波路型半導体素子10が、複数の光導波路部に光学的接続された複数の受光素子部を備える場合により顕著である。   The optical waveguide semiconductor element 10 includes a plurality of light receiving element portions 13a to 13d and optical waveguide portions 15c to 15f optically connected to the plurality of light receiving element portions, respectively. 13 a to 13 d are arranged along the edge 10 b of the optical waveguide semiconductor element 10 in a direction perpendicular to the optical waveguide direction. Thereby, the signal output electrode pads 16 a to 16 d of the plurality of light receiving element portions 13 a to 13 d can be arranged along the edge 10 b of the optical waveguide type semiconductor element 10. By adopting such an arrangement, the signal input electrode pads 51a to 51d of the signal amplifiers 50A and 50B are also optical waveguide type with respect to the signal output electrode pads 16a to 16d of the plurality of light receiving element portions 13a to 13d. The semiconductor element 10 can be disposed along the edge 10b. Bonding wires 20 a to 20 d that electrically connect each of the signal output electrode pads 16 a to 16 d and each of the signal input electrode pads 51 a to 51 d extend along the edge 10 b of the optical waveguide semiconductor element 10. Thus, they can be arranged in the direction perpendicular to the direction of the optical waveguide and at substantially the same length and at a short distance. As a result, it is possible to avoid deterioration of frequency response characteristics due to a large lead inductance component and variations in frequency response characteristics between signals. Such an effect is more remarkable when the optical waveguide semiconductor element 10 includes a plurality of light receiving element portions optically connected to the plurality of optical waveguide portions.

また、本実施形態のように光導波路型半導体素子10がMIMキャパシタ14a〜14dを備える場合、MIMキャパシタ14a〜14dは、第1実施形態の素子分離工程(図13を参照)と同様の工程によって露出したInP基板の表面上に形成されることがある。そして、InPウェハの面内においてMIMキャパシタ14a〜14dの耐圧分布を均一に近づける為には、MIMキャパシタ14a〜14dが形成されるInP基板の表面の平坦性が高いことが望ましい。しかしながら、素子分離工程においてInP基板を露出させる際、半導体埋込領域の表面の凹凸がInP基板の表面に転写されてしまい、InP基板の表面の平坦性が損なわれることがある。特に、半導体埋込領域を成長させるときにジクロロエチレンを添加する場合、半導体埋込領域の成長表面に多数のヒロック(Hillock)が発生し、素子分離工程においてそれらのヒロックがInP基板の表面に転写されてしまうので、InP基板の表面の平坦性が大きく損なわれてしまう。   Further, when the optical waveguide semiconductor device 10 includes the MIM capacitors 14a to 14d as in the present embodiment, the MIM capacitors 14a to 14d are formed by the same process as the element isolation process (see FIG. 13) of the first embodiment. It may be formed on the surface of the exposed InP substrate. Then, in order to make the breakdown voltage distribution of the MIM capacitors 14a to 14d close to uniform within the surface of the InP wafer, it is desirable that the surface of the InP substrate on which the MIM capacitors 14a to 14d are formed has high flatness. However, when the InP substrate is exposed in the element isolation step, irregularities on the surface of the semiconductor buried region are transferred to the surface of the InP substrate, and the flatness of the surface of the InP substrate may be impaired. In particular, when dichloroethylene is added when growing a semiconductor buried region, a large number of hillocks are generated on the growth surface of the semiconductor buried region, and these hillocks are transferred to the surface of the InP substrate in the element isolation process. Therefore, the flatness of the surface of the InP substrate is greatly impaired.

このような問題は、半導体埋込領域を成長させる際に塩化メチルを添加剤として用いることによって解決できる。塩化メチルは、半導体埋込領域の成長表面のヒロックの発生を抑え、成長表面を平坦にする作用を有するからである。しかし、半導体埋込領域に塩化メチルを添加すると、(111)A面の法線方向への成長速度がより速くなるので、従来の光導波路型半導体素子ではメサ構造上面への半導体埋込領域の被り(図19を参照)が大きくなってしまうという問題が生じる。   Such a problem can be solved by using methyl chloride as an additive when the semiconductor buried region is grown. This is because methyl chloride has a function of suppressing the generation of hillocks on the growth surface of the semiconductor buried region and flattening the growth surface. However, when methyl chloride is added to the semiconductor buried region, the growth rate in the normal direction of the (111) A plane becomes faster. Therefore, in the conventional optical waveguide semiconductor device, the semiconductor buried region on the upper surface of the mesa structure is increased. There arises a problem that the covering (see FIG. 19) becomes large.

この問題に対し、本実施形態の光導波路型半導体素子では、上述したようにメサ構造の端面とInP基板の[110]方向との成す角度θが、0°<θ<90°を満たしているので、メサ構造上面への半導体埋込領域の被りを効果的に抑制することができる。そして、塩化メチルの添加によって半導体埋込領域の表面の平坦性を高め、MIMキャパシタ14a〜14dの耐圧分布を均一に近づけることができる。   With respect to this problem, in the optical waveguide semiconductor device of this embodiment, as described above, the angle θ formed by the end face of the mesa structure and the [110] direction of the InP substrate satisfies 0 ° <θ <90 °. Therefore, it is possible to effectively suppress the semiconductor buried region from being covered on the upper surface of the mesa structure. Further, the addition of methyl chloride can improve the flatness of the surface of the semiconductor buried region, and the breakdown voltage distribution of the MIM capacitors 14a to 14d can be made closer to uniform.

本発明による光導波路型半導体素子の製造方法および光導波路型半導体素子は、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記各実施形態では、光半導体素子部として受光素子部を例示しているが、本発明における光半導体素子部は、光導波路部との間で光の入射又は出射を行う半導体構造と、該半導体構造上の電極とを有していればよく、受光素子部に限られるものではない。   The method for manufacturing an optical waveguide semiconductor device and the optical waveguide semiconductor device according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various other modifications are possible. For example, in each of the above embodiments, the light receiving element portion is exemplified as the optical semiconductor element portion, but the optical semiconductor element portion in the present invention includes a semiconductor structure that performs light incidence or emission with the optical waveguide portion, As long as it has an electrode on the semiconductor structure, it is not limited to the light receiving element portion.

また、上記各実施形態では、光導波コア層及び光吸収層の組成としてInGaAsPを例示しているが、光導波コア層及び光吸収層の組成は、InGaAsP系に限られず、例えばAlGaInAs系といった他の組成であってもよい。   In each of the above embodiments, InGaAsP is exemplified as the composition of the optical waveguide core layer and the light absorption layer. However, the composition of the optical waveguide core layer and the light absorption layer is not limited to the InGaAsP system, and other examples such as an AlGaInAs system are available. The composition may also be

また、上記各実施形態では、InP基板上のバッファ層をn型とし、光導波コア層及び光吸収層上のクラッド層をp型としているが、各半導体層の導電型はこの逆であってもよい。   In each of the above embodiments, the buffer layer on the InP substrate is n-type, and the cladding layer on the optical waveguide core layer and the light absorption layer is p-type. However, the conductivity type of each semiconductor layer is the opposite. Also good.

また、上記各実施形態のInP基板上では、光導波路部及び光半導体素子部の他に、InP系電子デバイス(例えばヘテロ接合バイポーラトランジスタ)、キャパシタ、及び抵抗が更に設けられ、これらが光電変換回路を構成しても良い。   In addition to the optical waveguide portion and the optical semiconductor element portion, an InP-based electronic device (for example, a heterojunction bipolar transistor), a capacitor, and a resistor are further provided on the InP substrate of each of the above embodiments, and these are photoelectric conversion circuits. May be configured.

1A,1B…受光デバイス、2…光導波路型半導体素子、3…信号増幅部、4…キャパシタ、5…光導波路部、6…受光素子部、7a,7b…金属配線層、8a…信号出力用電極パッド、8b…バイアス電圧側電極パッド、9…半導体部分、10…光導波路型半導体素子、21…InP基板、21a…主面、21b…第1の領域、21c…第2の領域、21d…第3の領域、22…n型バッファ層、23…光導波コア層、24…クラッド層、25…メサ構造、25g…端面、26…絶縁膜、27a〜27c…ボンディングワイヤ、33…n型ヘテロ障壁緩和層、34…光吸収層、35…ヘテロ障壁緩和層、36…p型クラッド層、37…p型ヘテロ障壁緩和層、38…p型コンタクト層、39…p型オーミック電極、41…半導体埋込領域、43…n型オーミック電極、A…光導波方向、B…突出部分、M1…マスク。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1A, 1B ... Light receiving device, 2 ... Optical waveguide type semiconductor element, 3 ... Signal amplification part, 4 ... Capacitor, 5 ... Optical waveguide part, 6 ... Light receiving element part, 7a, 7b ... Metal wiring layer, 8a ... For signal output Electrode pad, 8b ... Bias voltage side electrode pad, 9 ... Semiconductor portion, 10 ... Optical waveguide semiconductor element, 21 ... InP substrate, 21a ... Main surface, 21b ... First region, 21c ... Second region, 21d ... 3rd area | region, 22 ... n-type buffer layer, 23 ... Optical waveguide core layer, 24 ... Cladding layer, 25 ... Mesa structure, 25g ... End face, 26 ... Insulating film, 27a-27c ... Bonding wire, 33 ... N-type hetero Barrier relaxation layer, 34 ... light absorption layer, 35 ... hetero barrier relaxation layer, 36 ... p-type cladding layer, 37 ... p-type hetero barrier relaxation layer, 38 ... p-type contact layer, 39 ... p-type ohmic electrode, 41 ... semiconductor Buried region, 3 ... n-type ohmic electrode, A ... optical waveguide direction, B ... projecting portion, M1 ... mask.

Claims (5)

光を閉じ込めるコア層を含む光導波路部と、該光導波路部に結合された光半導体素子部とを共通のInP基板上に有する光導波路型半導体素子を製造する方法であって、
前記InP基板の主面上において前記光導波路部の光導波方向に順に並ぶ第1、第2及び第3の領域のうち前記第2の領域上に、前記光半導体素子部のための層構造を有する第1の半導体積層部を形成し、前記第1及び第3の領域上に、前記光導波路部のための層構造を有する第2の半導体積層部を形成する半導体積層部形成工程と、
前記第1及び第2の半導体積層部上において前記光導波方向に延びるエッチングマスクを前記第1の領域上から前記第3の領域上に亘って形成し、該エッチングマスクを用いて前記第1及び第2の半導体積層部をエッチングすることにより、前記光半導体素子部の層構造及び前記光導波路部の層構造を含み前記第3の領域上に端面を有するメサ構造を形成するエッチング工程と、
前記メサ構造の前記端面、及び前記第2の領域上から前記第3の領域上に亘る前記メサ構造の側面を覆う半導体埋込領域を成長させる埋込層形成工程と、
前記メサ構造の前記光半導体素子部上から前記端面上を経て前記メサ構造の外部に至る金属配線層を形成する配線層形成工程と
を備え、
前記光導波方向が前記InP基板の[110]方向に沿っており、前記エッチング工程の際に、前記主面に沿った面内における前記端面と前記InP基板の[110]方向との成す角度θが0°<θ<90°を満たすように前記メサ構造を形成することを特徴とする、光導波路型半導体素子の製造方法。
A method of manufacturing an optical waveguide semiconductor device having an optical waveguide portion including a core layer for confining light and an optical semiconductor element portion coupled to the optical waveguide portion on a common InP substrate,
On the main surface of the InP substrate, a layer structure for the optical semiconductor element portion is formed on the second region of the first, second and third regions arranged in order in the optical waveguide direction of the optical waveguide portion. Forming a first semiconductor multilayer portion, and forming a second semiconductor multilayer portion having a layer structure for the optical waveguide portion on the first and third regions; and
An etching mask extending in the optical waveguide direction is formed on the first and second semiconductor stacked portions from the first region to the third region, and the first and second semiconductor masks are formed using the etching mask. An etching step of forming a mesa structure including an end surface on the third region, including the layer structure of the optical semiconductor element portion and the layer structure of the optical waveguide portion, by etching the second semiconductor stacked portion;
A buried layer forming step of growing a semiconductor buried region covering the end face of the mesa structure and a side surface of the mesa structure extending from the second region to the third region;
A wiring layer forming step of forming a metal wiring layer from the optical semiconductor element portion of the mesa structure to the outside of the mesa structure through the end face;
The optical waveguide direction is along the [110] direction of the InP substrate, and the angle θ formed by the end face in the plane along the main surface and the [110] direction of the InP substrate during the etching process. The mesa structure is formed so as to satisfy 0 ° <θ <90 °. A method for manufacturing an optical waveguide semiconductor device, comprising:
前記角度θが
θ≦(1/2)・[arcsin{d2/(n・d1)−1}]+45°
(但し、d1は前記主面上における前記半導体埋込領域の成長厚さ、d2は前記エッチングマスクの厚さ、nは2以上3以下の定数)を満たすように前記メサ構造を形成することを特徴とする、請求項1に記載の光導波路型半導体素子の製造方法。
The angle θ is θ ≦ (1/2) · [arcsin {d2 / (n · d1) −1}] + 45 °.
(Where d1 is the growth thickness of the semiconductor buried region on the main surface, d2 is the thickness of the etching mask, and n is a constant not less than 2 and not more than 3). The method for manufacturing an optical waveguide type semiconductor device according to claim 1, wherein the method is characterized in that:
前記半導体埋込領域を成長させる際に塩化メチルを添加しながら行うことを特徴とする、請求項1または2に記載の光導波路型半導体素子の製造方法。   3. The method for manufacturing an optical waveguide semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor buried region is grown while adding methyl chloride. 所定の光導波方向に順に並ぶ第1、第2及び第3の領域を含む主面を有するInP基板と、
光を閉じ込めるコア層を含む光導波路部のための層構造を前記第1及び第3の領域上に含み、前記光導波路部に結合された光半導体素子部のための層構造を前記第2の領域上に含み、前記光導波方向を長手方向として前記主面上に設けられ、前記第3の領域上に端面を有するメサ構造と、
前記メサ構造の前記端面、及び前記第2の領域上から前記第3の領域上に亘る前記メサ構造の側面を覆う半導体埋込領域と、
前記メサ構造の前記光半導体素子部上から前記端面上を経て前記メサ構造の外部に至る金属配線層と
を備え、
前記光導波方向が前記InP基板の[110]方向に沿っており、前記主面に沿った面内における前記端面と前記InP基板の[110]方向との成す角度θが0°<θ<90°を満たすことを特徴とする、光導波路型半導体素子。
An InP substrate having a main surface including first, second and third regions arranged in order in a predetermined optical waveguide direction;
A layer structure for an optical waveguide portion including a core layer for confining light is included on the first and third regions, and a layer structure for an optical semiconductor element portion coupled to the optical waveguide portion is the second structure. A mesa structure included on a region, provided on the main surface with the optical waveguide direction as a longitudinal direction, and having an end surface on the third region;
A semiconductor buried region covering the end surface of the mesa structure and a side surface of the mesa structure extending from the second region to the third region;
A metal wiring layer extending from the optical semiconductor element portion of the mesa structure to the outside of the mesa structure through the end face;
The optical waveguide direction is along the [110] direction of the InP substrate, and the angle θ formed by the end surface in the plane along the main surface and the [110] direction of the InP substrate is 0 ° <θ <90. An optical waveguide type semiconductor device characterized by satisfying the angle.
前記InP基板上に、前記光導波路部のための層構造、及び前記光半導体素子部のための層構造を含む前記メサ構造が複数形成されており、
前記複数のメサ構造は、前記光導波方向に垂直な方向に並んで配置されており、
前記金属配線層は、前記光導波方向に延伸して設けられていることを特徴とする、請求項4に記載の光導波路型半導体素子。
A plurality of mesa structures including a layer structure for the optical waveguide portion and a layer structure for the optical semiconductor element portion are formed on the InP substrate,
The plurality of mesa structures are arranged side by side in a direction perpendicular to the optical waveguide direction,
5. The optical waveguide semiconductor device according to claim 4, wherein the metal wiring layer is provided extending in the optical waveguide direction.
JP2012207404A 2012-09-20 2012-09-20 Optical waveguide semiconductor device manufacturing method and optical waveguide semiconductor device Expired - Fee Related JP5962373B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012207404A JP5962373B2 (en) 2012-09-20 2012-09-20 Optical waveguide semiconductor device manufacturing method and optical waveguide semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012207404A JP5962373B2 (en) 2012-09-20 2012-09-20 Optical waveguide semiconductor device manufacturing method and optical waveguide semiconductor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014063842A true JP2014063842A (en) 2014-04-10
JP5962373B2 JP5962373B2 (en) 2016-08-03

Family

ID=50618826

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012207404A Expired - Fee Related JP5962373B2 (en) 2012-09-20 2012-09-20 Optical waveguide semiconductor device manufacturing method and optical waveguide semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5962373B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017017102A (en) * 2015-06-29 2017-01-19 住友電気工業株式会社 Method for manufacturing semiconductor optical element and semiconductor optical element
JP2017201353A (en) * 2016-05-02 2017-11-09 住友電気工業株式会社 Spot size converter and semiconductor optical device

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09197154A (en) * 1996-01-17 1997-07-31 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Optical waveguide
JPH10326942A (en) * 1997-03-26 1998-12-08 Mitsubishi Electric Corp Compound optical device and its manufacture
JP2002314192A (en) * 2001-04-10 2002-10-25 Sumitomo Electric Ind Ltd Semiconductor optical integrated device and its manufacturing method
JP2004207675A (en) * 2002-10-30 2004-07-22 Fujitsu Ltd Semiconductor photodetector and avalanche photodiode
JP2005051039A (en) * 2003-07-29 2005-02-24 Mitsubishi Electric Corp Waveguide type photodetector
JP2010097174A (en) * 2008-09-19 2010-04-30 Fujitsu Ltd Method for manufacturing optical waveguide, and optical waveguide

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09197154A (en) * 1996-01-17 1997-07-31 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Optical waveguide
JPH10326942A (en) * 1997-03-26 1998-12-08 Mitsubishi Electric Corp Compound optical device and its manufacture
JP2002314192A (en) * 2001-04-10 2002-10-25 Sumitomo Electric Ind Ltd Semiconductor optical integrated device and its manufacturing method
JP2004207675A (en) * 2002-10-30 2004-07-22 Fujitsu Ltd Semiconductor photodetector and avalanche photodiode
JP2005051039A (en) * 2003-07-29 2005-02-24 Mitsubishi Electric Corp Waveguide type photodetector
JP2010097174A (en) * 2008-09-19 2010-04-30 Fujitsu Ltd Method for manufacturing optical waveguide, and optical waveguide

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017017102A (en) * 2015-06-29 2017-01-19 住友電気工業株式会社 Method for manufacturing semiconductor optical element and semiconductor optical element
JP2017201353A (en) * 2016-05-02 2017-11-09 住友電気工業株式会社 Spot size converter and semiconductor optical device

Also Published As

Publication number Publication date
JP5962373B2 (en) 2016-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9366835B2 (en) Integrated optical semiconductor device and integrated optical semiconductor device assembly
JP5451332B2 (en) Optical semiconductor device
US8811830B2 (en) Multi-channel optical waveguide receiver
JP6094268B2 (en) Semiconductor integrated photo detector
JP5920128B2 (en) Manufacturing method of optical waveguide type light receiving element and optical waveguide type light receiving element
JP2010157691A5 (en)
JP2018148209A (en) Optical waveguide-type light receiving element
JP2010010450A (en) Waveguide type light receiving element
US9696496B2 (en) Semiconductor optical device and semiconductor assembly
JP6961621B2 (en) Optical integrated device and optical transmitter module
US9122003B2 (en) Semiconductor optical device
JP7056827B2 (en) Optical waveguide type light receiving element
JP6414365B1 (en) Semiconductor optical integrated device
JP7302775B2 (en) Semiconductor light receiving element
JP5962373B2 (en) Optical waveguide semiconductor device manufacturing method and optical waveguide semiconductor device
JP7294572B2 (en) Optical waveguide photodetector
JP2012248649A (en) Semiconductor element and method for manufacturing semiconductor element
JP7485262B2 (en) Optical waveguide type photodetector
US10859766B2 (en) Optical semiconductor device
JP6957825B2 (en) Light receiving device for coherent optical communication
JP6213222B2 (en) Optical semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2009038120A (en) Semiconductor optical integrated device and manufacturing method thereof
JP5109931B2 (en) Semiconductor optical integrated device and method for manufacturing semiconductor optical integrated device
JP5906593B2 (en) Manufacturing method of optical semiconductor integrated device
US20220254940A1 (en) Light-receiving device and method of manufacturing light-receiving device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150820

TRDD Decision of grant or rejection written
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160525

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160531

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160613

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5962373

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees