JP2932441B2 - 半導体光導波路の製造方法 - Google Patents
半導体光導波路の製造方法Info
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- JP2932441B2 JP2932441B2 JP2078090A JP2078090A JP2932441B2 JP 2932441 B2 JP2932441 B2 JP 2932441B2 JP 2078090 A JP2078090 A JP 2078090A JP 2078090 A JP2078090 A JP 2078090A JP 2932441 B2 JP2932441 B2 JP 2932441B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体光導波路の製造方法に関する。
（従来の技術） 光エレクトロニクスの進歩とともに、半導体光デバイ
スの集積化の研究開発が近年盛んに進められてる。特に
半導体光導波路は、半導体電子デバイスで培われた微細
加工技術を応用することによって半導体基板上に実現で
き、半導体光マトリクススイッチの各スイッチ間の接続
や、同一基板内での半導体光機能素子間の接続（例え
ば、光源とスイッチやアンプなどとの接続）に用いら
れ、半導体光集積回路の重要なコンポーネントの一つと
考えられる。このような半導体光導波路の形成方法とし
ては、通常のフォトリソグラフィ法によって半導体基板
上に導波路形状のマスクを形成した後に、BCl3ガスによ
る反応性イオンビームエッチング法（RIBE法）によって
リブ型の光導波路を形成できることが竹内らによってエ
レクトロニクス・レターズ第22巻1243頁（ELCTRONICS L
ETTERS Vol.22 p.1243）に報告されている。
スの集積化の研究開発が近年盛んに進められてる。特に
半導体光導波路は、半導体電子デバイスで培われた微細
加工技術を応用することによって半導体基板上に実現で
き、半導体光マトリクススイッチの各スイッチ間の接続
や、同一基板内での半導体光機能素子間の接続（例え
ば、光源とスイッチやアンプなどとの接続）に用いら
れ、半導体光集積回路の重要なコンポーネントの一つと
考えられる。このような半導体光導波路の形成方法とし
ては、通常のフォトリソグラフィ法によって半導体基板
上に導波路形状のマスクを形成した後に、BCl3ガスによ
る反応性イオンビームエッチング法（RIBE法）によって
リブ型の光導波路を形成できることが竹内らによってエ
レクトロニクス・レターズ第22巻1243頁（ELCTRONICS L
ETTERS Vol.22 p.1243）に報告されている。
（発明が解決しようとする課題） ところで、半導体光導波路を形成する際には、リブ部
の高さ、すなわちエッチング深さの制御性が重要であ
る。これは、エッチングの深さがそのまま半導体導波路
の光の閉じ込めの強さを左右するからであり、例えば、
方向性結合器型半導体光スイッチを作製するときは、リ
ブ部形成時のエッチング深さをある程度精密に制御しな
ければ、設計通りの動作は得られない。ところが、従来
のRIBE法によるドライエッチングでは、ウエハの表面状
態にエッチング深さの制御性が左右されてしまい、エッ
チング深さの制御性が高々±５％程度である。このよう
に、従来の半導体導波路の製造方法にはリブ型導波路の
深さの制御性に関し解決すべき課題があった。
の高さ、すなわちエッチング深さの制御性が重要であ
る。これは、エッチングの深さがそのまま半導体導波路
の光の閉じ込めの強さを左右するからであり、例えば、
方向性結合器型半導体光スイッチを作製するときは、リ
ブ部形成時のエッチング深さをある程度精密に制御しな
ければ、設計通りの動作は得られない。ところが、従来
のRIBE法によるドライエッチングでは、ウエハの表面状
態にエッチング深さの制御性が左右されてしまい、エッ
チング深さの制御性が高々±５％程度である。このよう
に、従来の半導体導波路の製造方法にはリブ型導波路の
深さの制御性に関し解決すべき課題があった。
（課題を解決するための手段） 上述の課題を解決するために、本発明による半導体光
導波路の製造方法は、半導体基板上に少なくとも半導体
第１クラッド層、半導体導波層および半導体第２クラッ
ド層を積層して積層構造半導体ウェハを形成する工程
と、形成しようとする光導波路の形のエッチング用マス
クを前記積層構造半導体ウェハ上に設ける工程と、前記
マスクで覆われた部分以外の半導体第２クラッド層の少
なくとも一部をエッチングにより除去してリブ型光導波
路を形成する工程とを含み、前記マスクで覆われた部分
以外の半導体第２クラッド層をエッチングにより除去し
てリブ型光導波路を形成する工程が、排気速度を速くし
かつガス流量を増加させることによって実現される比較
的物理スパッタ性の強い状態で清浄なエッチング面を出
す第１のエッチング工程と、排気速度を遅くしかつガス
流量を減少させることによって実現される比較的反応性
の高い状態で行なう第２のエッチング工程とが、同一の
ガスを用いて連続して行なわれるドライエッチング工程
であることを特徴とする。
導波路の製造方法は、半導体基板上に少なくとも半導体
第１クラッド層、半導体導波層および半導体第２クラッ
ド層を積層して積層構造半導体ウェハを形成する工程
と、形成しようとする光導波路の形のエッチング用マス
クを前記積層構造半導体ウェハ上に設ける工程と、前記
マスクで覆われた部分以外の半導体第２クラッド層の少
なくとも一部をエッチングにより除去してリブ型光導波
路を形成する工程とを含み、前記マスクで覆われた部分
以外の半導体第２クラッド層をエッチングにより除去し
てリブ型光導波路を形成する工程が、排気速度を速くし
かつガス流量を増加させることによって実現される比較
的物理スパッタ性の強い状態で清浄なエッチング面を出
す第１のエッチング工程と、排気速度を遅くしかつガス
流量を減少させることによって実現される比較的反応性
の高い状態で行なう第２のエッチング工程とが、同一の
ガスを用いて連続して行なわれるドライエッチング工程
であることを特徴とする。
（作用） 一般に、半導体光導波路のリブ部を形成する場合、エ
ッチング深さの制御性は重要である。これは、エッチン
グの深さがそのまま半導体光導波路の光の閉じ込めの強
さを左右するからであり、例えば、方向性結合器型半導
体光スイッチを作製するときは、リブ部形成時のエッチ
ングの深さをある程度精密に制御しなければ、設計通り
の動作は得られない。ところが、従来のRIBE法によるド
ライエッチングでは、ウェハの表面状態にエッチング深
さの制御性が左右されてしまい、制御性のよいエッチン
グ深さが得られない。
ッチング深さの制御性は重要である。これは、エッチン
グの深さがそのまま半導体光導波路の光の閉じ込めの強
さを左右するからであり、例えば、方向性結合器型半導
体光スイッチを作製するときは、リブ部形成時のエッチ
ングの深さをある程度精密に制御しなければ、設計通り
の動作は得られない。ところが、従来のRIBE法によるド
ライエッチングでは、ウェハの表面状態にエッチング深
さの制御性が左右されてしまい、制御性のよいエッチン
グ深さが得られない。
これに対して、本発明においては、リブ部形成時のド
ライエッチング工程において、排気速度を速くしかつガ
ス流量を増加させることによって実現される比較的物理
スパッタ性の強い状態による第１のエッチング工程をま
ず行うから、ウェハの表面状態によらず、エッチング深
さの制御性が改善される。また、第１のエッチング工程
の直後に排気速度を遅くしかつガス流量を減少させるこ
とによって実現される比較的反応性の高い状態による第
２のエッチング工程を行なうから、マスクとの選択比が
確保され、マスクの後退による垂直性の低下の心配が無
いうえに、エッチング面のダメージが少ない。このた
め、終始反応性の強い状態で行なうエッチングに比べて
エッチング深さの制御性がよく、かつ、垂直性は確保さ
れエッチング面のダメージも少ない。
ライエッチング工程において、排気速度を速くしかつガ
ス流量を増加させることによって実現される比較的物理
スパッタ性の強い状態による第１のエッチング工程をま
ず行うから、ウェハの表面状態によらず、エッチング深
さの制御性が改善される。また、第１のエッチング工程
の直後に排気速度を遅くしかつガス流量を減少させるこ
とによって実現される比較的反応性の高い状態による第
２のエッチング工程を行なうから、マスクとの選択比が
確保され、マスクの後退による垂直性の低下の心配が無
いうえに、エッチング面のダメージが少ない。このた
め、終始反応性の強い状態で行なうエッチングに比べて
エッチング深さの制御性がよく、かつ、垂直性は確保さ
れエッチング面のダメージも少ない。
（実施例） 以下図面を参照して本発明をさらに詳しく説明する。
第１図は本発明の方法の一実施例により製造されたGa
As/AlGaAs半導体光導波路の構造を示す断面図である。G
aAs基板１上に、Al0.5Ga0.5As第１クラッド層２が成長
され、Al0.5Ga0.5As第１クラッド層２のうえにGaAs導波
層３が形成されている。前記GaAs導波層３の上には、リ
ブ部を有するAl0.5Ga0.5As第２クラッド層４が形成され
ている。
As/AlGaAs半導体光導波路の構造を示す断面図である。G
aAs基板１上に、Al0.5Ga0.5As第１クラッド層２が成長
され、Al0.5Ga0.5As第１クラッド層２のうえにGaAs導波
層３が形成されている。前記GaAs導波層３の上には、リ
ブ部を有するAl0.5Ga0.5As第２クラッド層４が形成され
ている。
第１図に示した半導体光導波路の製造方法について以
下に述べる。GaAs基板１上に、分子線エピタキシャル成
長法（MBE法）もしくは有機金属気相成長法（MO-CVD
法）を用いて、Al0.5Ga0.5As第１クラッド層２、GaAs導
波層３、Al0.5Ga0.5As第２クラッド層４を順次に成長す
る。各層の厚さは、Al0.5Ga0.5As第１クラッド層２が１
〜２μｍ程度、GaAs導波層３が0.2μｍ程度、Al0.5Ga
0.5As第２クラッド層４が1.2μｍ程度である。
下に述べる。GaAs基板１上に、分子線エピタキシャル成
長法（MBE法）もしくは有機金属気相成長法（MO-CVD
法）を用いて、Al0.5Ga0.5As第１クラッド層２、GaAs導
波層３、Al0.5Ga0.5As第２クラッド層４を順次に成長す
る。各層の厚さは、Al0.5Ga0.5As第１クラッド層２が１
〜２μｍ程度、GaAs導波層３が0.2μｍ程度、Al0.5Ga
0.5As第２クラッド層４が1.2μｍ程度である。
以上のように結晶を成長させた後、導波路リブ部をCl
2ガスを用いたRIBE（Reactive Ion Beam Etching）法に
よって形成する。この工程の概要を第２図に示す。まず
第２図（ａ）のように、通常のフォトリソグラフィ法を
用いて、GaAs/AlGaAsウェハ10上に形成すべき導波路形
状のフォトレジストマスク11を形成する。次に、第２図
（ｂ）のように物理スパッタ性の強い状態の第１のエッ
チング工程によって前記フォトレジスト11で覆われてい
ない部分を0.1μｍ程度エッチングする。ここでは、物
理スパッタ性の高い状態にするために、エッチング・チ
ャンバーの排気側のバルブの開度を60％程度、Cl2ガス
の流量を20sccm程度、エッチングチャンバー内の圧力を
1mTorr程度に設定する。このとき、フォトレジストマス
ク11は高々0.1μｍ程度エッチングされる程度である。
この直後に、今度は反応性の高い状態の第２のエッチン
グ工程によって前記フォトレジスト11に覆われていない
部分をさらに0.9μｍ程度エッチングする。ここでは、
反応性の高い状態にするために、排気側のバルブの開度
を30％程度、Cl2ガスの流量を5sccm程度、エッチングチ
ャンバー内の圧力を1mTorr程度に設定し、前述の第１の
エッチング工程に比べてCl2ガスの流量を少なくしかつ
チャンバーの排気速度を遅くしている。この後、前記フ
ォトレジスト11を有機溶剤等で除去すると、第２図
（ｃ）のような半導体光導波路が得られる。
2ガスを用いたRIBE（Reactive Ion Beam Etching）法に
よって形成する。この工程の概要を第２図に示す。まず
第２図（ａ）のように、通常のフォトリソグラフィ法を
用いて、GaAs/AlGaAsウェハ10上に形成すべき導波路形
状のフォトレジストマスク11を形成する。次に、第２図
（ｂ）のように物理スパッタ性の強い状態の第１のエッ
チング工程によって前記フォトレジスト11で覆われてい
ない部分を0.1μｍ程度エッチングする。ここでは、物
理スパッタ性の高い状態にするために、エッチング・チ
ャンバーの排気側のバルブの開度を60％程度、Cl2ガス
の流量を20sccm程度、エッチングチャンバー内の圧力を
1mTorr程度に設定する。このとき、フォトレジストマス
ク11は高々0.1μｍ程度エッチングされる程度である。
この直後に、今度は反応性の高い状態の第２のエッチン
グ工程によって前記フォトレジスト11に覆われていない
部分をさらに0.9μｍ程度エッチングする。ここでは、
反応性の高い状態にするために、排気側のバルブの開度
を30％程度、Cl2ガスの流量を5sccm程度、エッチングチ
ャンバー内の圧力を1mTorr程度に設定し、前述の第１の
エッチング工程に比べてCl2ガスの流量を少なくしかつ
チャンバーの排気速度を遅くしている。この後、前記フ
ォトレジスト11を有機溶剤等で除去すると、第２図
（ｃ）のような半導体光導波路が得られる。
以上が本発明による半導体光導波路の製造方法の実施
例であり、上述の製造方法によるとエッチング深さの制
御性が改善される原理を以下に説明する。
例であり、上述の製造方法によるとエッチング深さの制
御性が改善される原理を以下に説明する。
従来、ドライエッチングによるエッチング深さの制御
性は、エッチングされるウェハの表面状態に依存してお
り、はじめから反応性の高い状態でドライエッチングを
行なうとウェハの表面状態によってエッチング深さがバ
ラついてしまっていた。これに対して本実施例は、はじ
めに物理スパッタ性の高い状態の第１のエッチング工程
によって0.1μｍ程度ウェハ表面をエッチングしている
ので、エッチング深さはウェハの表面状態には依存せ
ず、また、新たに真空中に於て清浄なエッチング面を出
すことができる。このため、第１のエッチング工程終了
後は常に同一状態の清浄なエッチング面が同一のエッチ
ング深さで得られることになる。この、物理スパッタ性
の高い状態は、排気速度を上昇すること、及び単位時間
内に導入されるガス分子の速度を上昇させることによっ
て実現している。すなわち、一般にガスの排気速度はガ
スの分子量の平方根に逆比例するので、排気側のバルブ
開度を大きくして排気速度を上昇させるとClラジカルよ
りもCl2ラジカルがチャンバー内に於てより支配的にな
る。かつ、単位時間当りに導入されるガス分子の量を上
昇させると、Cl2ガス１分子当りに与えられる単位時間
当りのエネルギーが減少し、Cl2からClに解離するため
に必要なエネルギーが減少するから、さらにCl2ラジカ
ルが支配的になる。従って、チャンバー内にはClラジカ
ルよりも質量が大きく比較的反応性が低いCl2ラジカル
が支配的になるから物理スパッタ性の高い状態が得られ
る。そして、第１のエッチング工程の直後に、はじめて
反応性の高い状態による第２エッチング工程を行なって
いるので、エッチング深さの制御性が、はじめから反応
性の高い状態によるエッチングに比べて改善される。こ
の反応性の高い状態は、排気速度を減少させ、かつ、単
位時間当りに導入されるガス分子量を減少させることに
よって実現している。また、第１のエッチング工程の直
後に反応性の高い状態による第２のエッチング工程を行
なっているので、マスクとの選択比は確保され、マスク
の後退による垂直性の低下の心配が無い上に、エッチン
グ面のダメージが少ない。さらに、Ar等の物理スパッタ
性の高いガスを用いた第１のエッチング工程を行なった
後にCl2等の反応性の高いガスを用いた第２エッチング
工程を行なうドライエッチング工程に比べ、ガスを切り
替える工程が省け、かつ、第１のエッチング工程と第２
のエッチング工程との間に於て真空排気をする必要が無
い。
性は、エッチングされるウェハの表面状態に依存してお
り、はじめから反応性の高い状態でドライエッチングを
行なうとウェハの表面状態によってエッチング深さがバ
ラついてしまっていた。これに対して本実施例は、はじ
めに物理スパッタ性の高い状態の第１のエッチング工程
によって0.1μｍ程度ウェハ表面をエッチングしている
ので、エッチング深さはウェハの表面状態には依存せ
ず、また、新たに真空中に於て清浄なエッチング面を出
すことができる。このため、第１のエッチング工程終了
後は常に同一状態の清浄なエッチング面が同一のエッチ
ング深さで得られることになる。この、物理スパッタ性
の高い状態は、排気速度を上昇すること、及び単位時間
内に導入されるガス分子の速度を上昇させることによっ
て実現している。すなわち、一般にガスの排気速度はガ
スの分子量の平方根に逆比例するので、排気側のバルブ
開度を大きくして排気速度を上昇させるとClラジカルよ
りもCl2ラジカルがチャンバー内に於てより支配的にな
る。かつ、単位時間当りに導入されるガス分子の量を上
昇させると、Cl2ガス１分子当りに与えられる単位時間
当りのエネルギーが減少し、Cl2からClに解離するため
に必要なエネルギーが減少するから、さらにCl2ラジカ
ルが支配的になる。従って、チャンバー内にはClラジカ
ルよりも質量が大きく比較的反応性が低いCl2ラジカル
が支配的になるから物理スパッタ性の高い状態が得られ
る。そして、第１のエッチング工程の直後に、はじめて
反応性の高い状態による第２エッチング工程を行なって
いるので、エッチング深さの制御性が、はじめから反応
性の高い状態によるエッチングに比べて改善される。こ
の反応性の高い状態は、排気速度を減少させ、かつ、単
位時間当りに導入されるガス分子量を減少させることに
よって実現している。また、第１のエッチング工程の直
後に反応性の高い状態による第２のエッチング工程を行
なっているので、マスクとの選択比は確保され、マスク
の後退による垂直性の低下の心配が無い上に、エッチン
グ面のダメージが少ない。さらに、Ar等の物理スパッタ
性の高いガスを用いた第１のエッチング工程を行なった
後にCl2等の反応性の高いガスを用いた第２エッチング
工程を行なうドライエッチング工程に比べ、ガスを切り
替える工程が省け、かつ、第１のエッチング工程と第２
のエッチング工程との間に於て真空排気をする必要が無
い。
なお、本実施例においては、RIBE法を用いたが、これ
に限るものではなく、例えば他のドライエッチング法と
して反応性イオンエッチング（RIE）法であっても本発
明は適用できる。
に限るものではなく、例えば他のドライエッチング法と
して反応性イオンエッチング（RIE）法であっても本発
明は適用できる。
（発明の効果） 以上に述べたように、本発明によれば、リブ部形成時
のドライエッチング工程において、ウェハの表面状態に
よらず、エッチング深さの制御性が改善される。さら
に、マスクとの選択比も確保され、マスクの後退による
垂直性の低下の心配が無いうえに、エッチング面のダメ
ージが少ない。また、同一のガスを用いているので、ガ
ス切り替え工程が省け、ガス切り替えにともなう真空排
気も不要である。
のドライエッチング工程において、ウェハの表面状態に
よらず、エッチング深さの制御性が改善される。さら
に、マスクとの選択比も確保され、マスクの後退による
垂直性の低下の心配が無いうえに、エッチング面のダメ
ージが少ない。また、同一のガスを用いているので、ガ
ス切り替え工程が省け、ガス切り替えにともなう真空排
気も不要である。
第１図は本発明の一実施例の方法で製造したGaAs/AlGaA
s半導体光導波路の構造を示す断面図、第２図はその実
施例におけるエッチング工程を示す概念図である。 １……GaAs基板、２……Al0.5Ga0.5As第１クラッド層、
３……GaAs導波路、４……Al0.5Ga0.5As第２クラッド
層、10……GaAs/AlGaAsウェハ、11……フォトレジスト
マスク。
s半導体光導波路の構造を示す断面図、第２図はその実
施例におけるエッチング工程を示す概念図である。 １……GaAs基板、２……Al0.5Ga0.5As第１クラッド層、
３……GaAs導波路、４……Al0.5Ga0.5As第２クラッド
層、10……GaAs/AlGaAsウェハ、11……フォトレジスト
マスク。
Claims (1)
- 【請求項１】半導体基板上に少なくとも半導体第１クラ
ッド層、半導体導波層および半導体第２クラッド層を積
層して積層構造半導体ウェハを形成する工程と、形成し
ようとする光導波路の形のエッチング用マスクを前記積
層構造半導体ウェハ上に設ける工程と、前記マスクで覆
われた部分以外の半導体第２クラッド層の少なくとも一
部をエッチングにより除去してリブ型光導波路を形成す
る工程とを含み、該リブ型光導波路を形成する工程が、
排気速度を速くしかつガス流量を増加させることによっ
て実現される比較的物理スパッタ性の強い状態で清浄な
エッチング面を出す第１のエッチング工程と、排気速度
を遅くしかつガス流量を減少させることによって実現さ
れる比較的反応性の高い状態で行う第２のエッチング工
程とが、同一のガスを用いて連続して行われるドライエ
ッチング工程であることを特徴とする半導体光導波路の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2078090A JP2932441B2 (ja) | 1990-01-31 | 1990-01-31 | 半導体光導波路の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2078090A JP2932441B2 (ja) | 1990-01-31 | 1990-01-31 | 半導体光導波路の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03225303A JPH03225303A (ja) | 1991-10-04 |
| JP2932441B2 true JP2932441B2 (ja) | 1999-08-09 |
Family
ID=12036651
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2078090A Expired - Fee Related JP2932441B2 (ja) | 1990-01-31 | 1990-01-31 | 半導体光導波路の製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2932441B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5968845A (en) | 1996-02-13 | 1999-10-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for etching a compound semiconductor, a semi-conductor laser device and method for producing the same |
| US7754999B2 (en) * | 2003-05-13 | 2010-07-13 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Laser micromachining and methods of same |
-
1990
- 1990-01-31 JP JP2078090A patent/JP2932441B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03225303A (ja) | 1991-10-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |