JP5962373B2 - 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 - Google Patents
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 Download PDFInfo
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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。
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。
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。
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SiO2)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。
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。
h≒n・d1・[sin{2(θ−45°)}+1] ・・・(1)
(但し、nは2以上3以下の定数)
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。 - 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。 - 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。
- 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。 - 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。
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