JP6160318B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、基板上に半導体層が成膜された半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, a method of manufacturing a semiconductor device in which a semiconductor layer is deposited on the substrate.
例えば、基板上に半導体層を成膜し、半導体層を光の導波路とすることがある。このような場合、半導体層は細長い形状の構造となる。光の導波路においては、光を集光または分散させるため膜厚を変調することがある。例えば特許文献1には、アンダーカット型のシャドウマスクを用い、基板上に膜厚が変調した半導体層を形成することが記載されている。半導体層は光の導波路として用いられている。
For example, a semiconductor layer may be formed on a substrate, and the semiconductor layer may be an optical waveguide. In such a case, the semiconductor layer has an elongated structure. In an optical waveguide, the film thickness may be modulated to collect or disperse the light. For example,
特許文献1の方法では、導波路となる半導体層の幅方向に膜厚が変調される。しかしながら、導波路の長手方向に膜厚が変調された半導体層を、膜質および精度よく形成することは難しい。
In the method of
本発明は、上記課題に鑑みみなされたものであり、長手方向に膜厚が変調された半導体層を、膜質および寸度よく形成することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to form a semiconductor layer whose film thickness is modulated in the longitudinal direction with good film quality and size.
本発明は、第1領域、第2領域、第3領域および第4領域を備える基板上に下から順に、第1層および第2層を形成する工程と、前記第1層および前記第2層を形成する工程の後、マスクを形成する工程と、前記マスクを用い、前記基板上の前記第1領域と前記第4領域とに半導体層を成膜する工程と、を有し、前記マスクを形成する工程は、長手方向の一端から他端にかけてその幅が変調された前記第1領域において前記第2層を残存させ前記第1層を除去するステップと、前記第1領域の短手方向の両側に設けられ前記第1領域から離間した前記第2領域において、前記第1層と前記第2層とを残存させるステップと、前記第1領域と前記第2領域とを接続する前記第3領域において、前記第2層を残存させ前記第1層を除去するステップと、前記第1領域と前記第2領域との間の前記第3領域以外の前記第4領域において前記第1層と前記第2層とを除去するステップと、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法である。本発明によれば、長手方向に膜厚が変調された半導体層を、膜質および寸法精度よく形成することができる。 The present invention includes a step of forming a first layer and a second layer in order from the bottom on a substrate including a first region, a second region, a third region, and a fourth region, and the first layer and the second layer. A step of forming a mask after the step of forming a semiconductor layer, and a step of forming a semiconductor layer in the first region and the fourth region on the substrate using the mask. The forming step includes a step of removing the first layer by leaving the second layer in the first region, the width of which is modulated from one end to the other end in the longitudinal direction, and a lateral direction of the first region. The step of leaving the first layer and the second layer in the second region provided on both sides and separated from the first region, and the third region connecting the first region and the second region In the step, the second layer is left and the first layer is removed. And removing the first layer and the second layer in the fourth region other than the third region between the first region and the second region. It is a manufacturing method of an apparatus. According to the present invention, a semiconductor layer whose film thickness is modulated in the longitudinal direction can be formed with high film quality and dimensional accuracy.
上記構成において、前記マスクを形成する工程は、前記第1領域、前記第2領域および前記第3領域の前記第2層を残存させるように前記第4領域の前記第2層を除去する工程と、前記第1領域、前記第2領域および前記第3領域に残存した第2層をマスクに前記第1領域、前記第3領域および前記第4領域の前記第1層を除去する工程と、を含む構成とすることができる。 In the above configuration, the step of forming the mask includes the step of removing the second layer in the fourth region so that the second layer in the first region, the second region, and the third region remains. Removing the first layer of the first region, the third region, and the fourth region using the second layer remaining in the first region, the second region, and the third region as a mask, and It can be set as the structure containing.
上記構成において、前記第1層と前記第2層とは半導体である構成とすることができる。 The said structure WHEREIN: The said 1st layer and the said 2nd layer can be set as the structure which is a semiconductor.
上記構成において、前記第1領域と前記第2領域との間隔は、18μm以上かつ100μm以下である構成とすることができる。 The said structure WHEREIN: The space | interval of the said 1st area | region and the said 2nd area | region can be set as the structure which is 18 micrometers or more and 100 micrometers or less.
上記構成において、前記第2層の膜厚は、3μm以上かつ8μm以下である構成とすることができる。 The said structure WHEREIN: The film thickness of a said 2nd layer can be set as the structure which is 3 micrometers or more and 8 micrometers or less.
上記構成において、前記第3領域は、前記第1領域の長手軸に対し対称に形成されている構成とすることができる。 The said structure WHEREIN: The said 3rd area | region can be set as the structure formed symmetrically with respect to the longitudinal axis of the said 1st area | region.
上記構成において、前記第1層はGaInAsであり、前記マスクを形成する工程は、前記第2層を除去する工程の後、前記第1層を除去する工程前に、前記第2領域の角の前記第2層上に絶縁膜を形成する工程を含む構成とすることができる。 In the above structure, the first layer is made of GaInAs, and the step of forming the mask is performed after the step of removing the second layer and before the step of removing the first layer. The method may include a step of forming an insulating film on the second layer.
上記構成において、前記第1領域の前記第2層は前記第3領域の前記第2層より薄い構成とすることができる。 The said structure WHEREIN: The said 2nd layer of the said 1st area | region can be set as the structure thinner than the said 2nd layer of the said 3rd area | region.
本発明は、基板と、前記基板上に下側から順に形成されたバッファ層、コア層およびキャップ層を備える半導体層と、を有し、前記半導体層は、その長手方向の一端から他端にかけて膜厚が変調され、前記半導体層の短手方向における膜厚は、端部に比べ中心部が薄くなることを特徴とする半導体装置である。 The present invention includes a substrate, and a semiconductor layer including a buffer layer, a core layer, and a cap layer that are sequentially formed on the substrate from the lower side, and the semiconductor layer extends from one end to the other end in the longitudinal direction. The semiconductor device is characterized in that the film thickness is modulated, and the film thickness in the short direction of the semiconductor layer is thinner at the center than at the end.
本発明は、基板と、前記基板上に下側から順に形成されたバッファ層、AlGaInAsまたはAlInAsを含むコア層およびキャップ層を備える半導体層と、を有し、前記半導体層は、その長手方向の一端から他端にかけて膜厚が変調されていることを特徴とする半導体装置である。 The present invention includes a substrate, and a semiconductor layer including a buffer layer, a core layer including AlGaInAs or AlInAs, and a cap layer, which are sequentially formed on the substrate from the lower side. The semiconductor device is characterized in that the film thickness is modulated from one end to the other end.
本発明によれば、長手方向に膜厚が変調された半導体層を、膜質および精度よく形成することができる。 According to the present invention, a semiconductor layer whose film thickness is modulated in the longitudinal direction can be formed with high film quality and accuracy.
図1(a)は、基板上の半導体層を示す平面図、図1(b)は、図1(a)のA−A断面図である。半導体層12が延伸する方向(長手方向)をX方向、幅方向(短手方向)をY方向、基板10の法線をZ方向とする。以下の図においても同じである。
FIG. 1A is a plan view showing a semiconductor layer on a substrate, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. A direction (longitudinal direction) in which the
図1(a)および図1(b)を参照し、基板10上に半導体層12が形成されている。半導体層12は細長い形状を有している。半導体層12はX方向に膜厚が変調されている。例えば、半導体層12は+X方向に行くにしたがい厚くなる。
With reference to FIGS. 1A and 1B, a
このように膜厚を変調する比較例について説明する。図2は、比較例1における半導体層を成膜するときの断面図である。基板10上に、第1層82および第2層84からなるマスク80が設けられている。第1層82には開口81が形成されている。第2層84には、幅W0の開口83が形成されている。第2層84の開口83に比べ第1層82の開口81が広い。これにより、開口81上の第2層84は庇状となっている。マスク80を用い基板10上に半導体層12を成膜する。成膜方法としては、例えばMOVPE(Metal
Organic Vapor Phase Epitaxy)法を用いる。半導体層12の例としてAlGaInAsについて説明する。
A comparative example for modulating the film thickness will be described. FIG. 2 is a cross-sectional view when the semiconductor layer in Comparative Example 1 is formed. A
Organic Vapor Phase Epitaxy) method is used. AlGaInAs will be described as an example of the
半導体層12を成膜するときに、マスク80上に半導体層12と同じ組成の膜86が形成される。開口83の幅W0上に成膜されるべき膜86が開口81内の基板10上に形成される。半導体層12が開口83から直線的に形成されれば、半導体層12は仮想膜70のような断面形状となる。しかしながら、矢印72および74のように原料ガスが±Y方向に拡散する。このため、半導体層12は、仮想膜70より薄くなる。例えば、幅W0を変調することにより、半導体層12の膜厚を変調できる。
When the
しかしながら、III族原料の拡散速度は、Al、GaがInより大きい。矢印72がAlおよびGaの原料ガスに、矢印74がInの原料ガスに対応する。したがって、半導体層12のY方向の両端において、半導体層12の組成が目標と異なってしまう。これにより、半導体層12にクロスハッチが生じることがある。このように、比較例1では、膜質を均一にできない。
However, the diffusion rate of the group III raw material is higher for Al and Ga than for In.
なお、Alの原料ガスとしては、例えばトリメチルアルミニウム(TMA)またはトリエチルアルミニウム(TEA)を用いることができる。Gaの原料ガスとしては、例えばトリメチルガリウム(TMG)またはトリエチルガリウム(TEG)を用いることができる。Inの原料ガスとしては、例えばトリメチルインジウム(TMI)またはトリエチルインジウム(TEI)を用いることができる。 For example, trimethylaluminum (TMA) or triethylaluminum (TEA) can be used as the Al source gas. For example, trimethylgallium (TMG) or triethylgallium (TEG) can be used as the Ga source gas. As the In source gas, for example, trimethylindium (TMI) or triethylindium (TEI) can be used.
図3は、比較例2における半導体層を成膜するときの断面図である。基板10から離してマスク80を配置する。マスク80と基板10との距離は例えば50μm以上である。原料ガスが矢印72および74のようにマスク80下に回り込むため、マスク80下の基板10上に半導体層12を形成できる。マスク80下の半導体層12の膜厚は仮想膜70より小さくなる。マスク80の幅をX方向で変調することにより、半導体層12の膜厚をX方向に変調できる。また、原料ガスがマスク80の両側から供給されるため比較例1に比べると膜質が均一となる。
FIG. 3 is a cross-sectional view when a semiconductor layer is formed in Comparative Example 2. A
しかしながら、半導体層12の長手方向に膜厚を変調するためには、マスク80のX方向の幅を大きくし、マスク80と基板10との距離を大きくすることになる。これにより、膜厚変調の精度が悪くなってしまう。
However, in order to modulate the film thickness in the longitudinal direction of the
図4は、比較例3における半導体層を成膜するときの断面図である。マスク80に複数のスリット88が形成されている。スリットの幅W9は、−X方向にいくにしたがい狭くなる。位置89より−X側ではスリット88は形成されてない。スリット88の間のマスク80下においては、両側のスリット88から原料ガスが供給され半導体層12が成膜される。スリット88の幅W9をX方向に変調することにより、半導体層12の膜厚を変調できる。例えば、−X方向にいくにしたがい膜厚を薄くできる。
FIG. 4 is a cross-sectional view when the semiconductor layer in Comparative Example 3 is formed. A plurality of
しかしながら、位置89より−X側では、矢印72および74のように原料ガスが一方向からのみ供給される。これにより、原料ガスの拡散速度に起因し、半導体層12の膜質が異なってしまう。
However, on the −X side from the
比較例1から3のように、長手方向に膜厚が変調された半導体層12を、膜質よく(例えばクロスハッチが形成されることなく)、かつ精度よく形成することは難しい。
As in Comparative Examples 1 to 3, it is difficult to accurately form the
図5(a)は、実施例1の半導体層を成膜するときの平面図、図5(b)は、D−Dに沿った位置Xに対する半導体層の膜厚T1を示す図である。図6(a)から図6(c)は、図5(a)のそれぞれA−A断面図、B−B断面図およびC−C断面図である。図5(a)から図6(c)を参照し、マスク80は、基板10上に形成された第1層14と第1層14上に形成された第2層16とを有している。
FIG. 5A is a plan view when the semiconductor layer of Example 1 is formed, and FIG. 5B is a diagram showing the thickness T1 of the semiconductor layer with respect to the position X along DD. FIG. 6A to FIG. 6C are an AA sectional view, a BB sectional view, and a CC sectional view, respectively, of FIG. 5A. With reference to FIG. 5A to FIG. 6C, the
X方向に延伸した第1領域50は、短手方向に幅W1が変調されている。位置X0より−X方向では幅W1はほぼ一定である。位置X0より+X方向では幅W1が一様に小さくなる。第1領域50の幅方向(±Y方向)の両側に離間して第2領域52が設けられている。第3領域54は、第1領域50と第2領域52とを接続している。第1領域50の第2層16は、遮蔽体60となる。第2領域52の第1層14および第2層16は、遮蔽体60を基板10に支持する支持体62となる。第3領域54の第2層16は、遮蔽体60を支持体62に固定する梁64となる。第3領域54は、Y方向に長い形状を有している。原料ガスが第3領域54の第2層16下に十分回り込むように、第3領域54のX方向の長さL3は、第1領域50の幅W1に比べ十分に小さい。第4領域56は、第1領域50と第2領域52との間の第3領域54以外の領域である。
The
マスク80は、第1領域50、第2領域52および第3領域54に形成されている。第4領域56においては、第1層14および第2層16が除去されており、マスク80は形成されていない。第1領域50および第3領域54において第1層14が除去され、第2層16が残存している。第2領域52において第1層14および第2層16が残存している。第2領域52の第4領域56側は第2層16が第1層14よりサイドエッチングされており、第1層14は庇状となっている。
The
図6(a)を参照し、基板10上に半導体層12を形成する。半導体層12の形成方法は例えばMOVPE法である。半導体層12は例えばAlGaInAsである。遮蔽体60の下(領域76)に原料ガスが拡散するため遮蔽体60下の基板10上に膜厚T1が小さい半導体層12が形成される。第2領域52(支持体62)における庇状の第2層16の下(領域78)においては、原料ガスは+Y方向または−Y方向の1方向から拡散するため、比較例1と同様にIn原料ガスとGaおよびAl原料ガスとの拡散速度の差により組成比が不均一となり、クロスハッチが生じやすくなる。一方、領域76においては、原料ガスは矢印72および74のように±Y方向の2方向から拡散する。このため、In原料ガス(矢印74)とGaおよびAl原料ガス(矢印72)との拡散速度が異なっても、半導体層12の膜質は均一に形成されやすくなる。よって、クロスハッチが形成されにくくなる。
With reference to FIG. 6A, the
図6(b)を参照し、第1領域50の幅W1が図6(a)より小さくなるため、膜厚T1は、図6(a)より大きくなる。第3領域54(梁64)のX方向の長さL3が十分小さいため、半導体層12の膜厚に梁64の影響は少ない。図6(c)を参照し、第1領域50の幅W1が図6(b)より小さくなるため、膜厚T1は、図6(b)より大きくなる。
6B, since the width W1 of the
図5(b)を参照し、位置Xに対し膜厚T1は、位置X0よりも−X側では一定の膜厚である。位置Xに対し+X側では、Xに行くにしたがい膜厚が厚くなる。 Referring to FIG. 5B, the film thickness T1 with respect to the position X is a constant film thickness on the −X side from the position X0. On the + X side with respect to the position X, the film thickness increases as going to X.
比較例1のマスク80を用い半導体層12を形成した。
マスク80の各層の材料膜厚は以下である。
第1層82:Al0.52In0.48As、膜厚 H0
第2層84:InP、膜厚 1μm
The
The material film thickness of each layer of the
First layer 82: Al 0.52 In 0.48 As, film thickness H0
Second layer 84: InP,
図7は、平坦な基板上に形成された半導体層12の断面図である。半導体層12は、基板10上にバッファ層12a、コア層12bおよびキャップ層12cを順に成膜した。各層の材料および膜厚は以下である。
バッファ層12a:InP、膜厚:20nm
コア層12b :AlGaInAsMQW(Multi Quantum Well)層、膜厚:400nm
キャップ層12c:InP、膜厚:400nm
FIG. 7 is a cross-sectional view of the
図8は、比較例1における遮蔽体の幅W0に対するコア層12bの規格化膜厚を示す図である。平坦な基板10上に成膜した半導体層12のコア層12bの膜厚をToとし、開口83の半導体層12のコア層12bの膜厚をT0としたとき、規格化膜厚はT0/Toとした。第1層14の膜厚H0が1.67μmおよび4.75μmのマスク80を用いた。図8を参照し、幅W0が小さくなると規格化膜厚は小さくなる。第1層82の膜厚H0が大きい方が規格化膜厚は小さい。マスク80を除去後に、半導体層12の表面におけるクロスハッチの有無を光学顕微鏡を用い観察した。規格化膜厚が0.85より小さくなると、H0がいずれのものにおいても半導体層12にクロスハッチが観察された。
FIG. 8 is a diagram illustrating the normalized film thickness of the
図9(a)および図9(b)は、比較例1および実施例1の表面写真を示す模式図である。図9(a)および図9(b)は、マスク80を用い半導体層12を形成し、マスク80を除去した後の基板10および半導体層12の表面を光学顕微鏡を用い観察した写真の模式図である。図9(a)は、比較例1においてクロスハッチが観察された例であり、図9(b)は、実施例1においてクロスハッチが観察されなかった例である。図9(a)に示すように、半導体層12の表面にクロスハッチ30が観察される。
FIG. 9A and FIG. 9B are schematic views showing surface photographs of Comparative Example 1 and Example 1. FIG. 9A and 9B are schematic diagrams of photographs in which the
以下は、実施例1の第1領域50(遮蔽体60)W1の変調(xとW1の関係)の最適値を求めるために、第1領域50(遮蔽体60)の幅に対する膜厚比について、第1領域50の幅を一定にした時の実験結果を示している。
実験条件は、次に示す通りである。
実施例1のマスク80を用い半導体層12を形成した。
マスク80の各層の材料膜厚は以下である。
第1層14:Al0.52In0.48As、膜厚:1.67μm
第2層16:InP、膜厚:6μm
半導体層12の構造は、比較例1と同じである。
マスク80の形成方法は、後述する実施例2と同じである。
The following is the film thickness ratio with respect to the width of the first region 50 (shielding body 60) in order to obtain the optimum value of the modulation (relationship between x and W1) of the first region 50 (shielding body 60) W1 of the first embodiment. The experimental results when the width of the
The experimental conditions are as follows.
The
The material film thickness of each layer of the
First layer 14: Al 0.52 In 0.48 As, film thickness: 1.67 μm
Second layer 16: InP, film thickness: 6 μm
The structure of the
The method for forming the
図10は、マスクの平面図である。図10を参照し、第1領域50(遮蔽体60)の幅W1を一定とした。第3領域54(梁64)のY方向の幅をW3、X方向の長さをL3とした、X方向の第3領域54のピッチをL4とした。第2領域52(支持体62)のY方向の間隔をW5とした。W5=2×W3+W1である。
FIG. 10 is a plan view of the mask. With reference to FIG. 10, the width W <b> 1 of the first region 50 (the shield 60) is constant. The width of the third region 54 (beam 64) in the Y direction is W3, the length in the X direction is L3, and the pitch of the
図11は、実施例1で支持体62の間隔W5=140μmにおける遮蔽体の幅W1に対するコア層12bの規格化膜厚を示す図である。規格化膜厚の算出方法は図8と同じである。図11を参照し、幅W1が小さくなると規格化膜厚は大きくなる。
FIG. 11 is a diagram illustrating the normalized film thickness of the
図12は、遮蔽体60の幅W1と支持体62の間隔W5とに対するクロスハッチの有無を示す図である。図12を参照し、マスク80を除去後に、半導体層12の表面におけるクロスハッチの有無を光学顕微鏡を用い観察した。「○」はクロスハッチが観察されないことを示し、「×」はクロスハッチが観察されることを示す。W5=50μmのとき、W1=15μmおよび20μmにおいてクロスハッチが観察された。この条件以外においてクロスハッチは観察されなかった。W5=50μmおよびW1=15μmのとき、W3=17.5μmである。W5=50μmおよびW1=20μmのとき、W3=15μmである。その他の条件では、W3は19μm以上となる。
FIG. 12 is a diagram showing the presence or absence of a cross hatch with respect to the width W1 of the
以上のように、梁64のY方向の幅W3(第1領域50と第2領域52との間隔(遮蔽体60と支持体62との間隔)に相当する)が小さくなると、半導体層12にクロスハッチが形成される。よって、半導体層12にクロスハッチが形成されないようにするため、幅W3は大きいことが好ましい。図12の場合、幅W3は、18μm以上が好ましい。余裕を持たせるため、幅W3は、20μm以上がより好ましく、30μm以上がさらに好ましい。
As described above, when the width W3 in the Y direction of the beam 64 (corresponding to the interval between the
図13(a)から図13(c)は、梁の幅W3および長さL3に対する遮蔽体の垂れ下がりの有無を示す図である。図13(a)を参照し、梁64のX方向のピッチL4を50μmとして、梁64のY方向の幅W3およびX方向の長さL3に対し、遮蔽体60の垂れ下がりを観察した。遮蔽体60のY方向の幅W1は、コア層12bの規格化膜厚0.2以下を実現するのに必要な幅である。「○」は垂れ下がりなしを示し、「×」は垂れ下がりありを示す。梁64の長さL3が1μm、1.5μmおよび2μmのとき、梁64の幅W3がそれぞれ62μm以上、73μm以上および91μm以上において「×」となる。
FIG. 13A to FIG. 13C are diagrams showing the presence or absence of sagging of the shield with respect to the beam width W3 and length L3. With reference to FIG. 13A, the pitch L4 in the X direction of the
図13(b)を参照し、梁64のX方向のピッチL4を150μmとして、梁64のY方向の幅W3およびX方向の長さL3に対し遮蔽体60の垂れ下がりを観察した。遮蔽体60のY方向の幅W1は、15μmであり、梁64の長さL3が1μm、1.5μmおよび2μmのとき、梁64の幅W3がそれぞれ42μm以上、50μm以上および62μm以上において「×」となる。
With reference to FIG. 13B, the pitch L4 in the X direction of the
図13(c)は、図13(a)における梁64の幅W1を10μm(コア層12bの規格化膜厚0.33を実現するのに必要な幅)としたときの換算した結果である。図13(c)を参照し、梁64の長さL3が1μm、1.5μmおよび2μmのとき、梁64の幅W3がそれぞれ93μm以上、110μm以上および137μm以上において「×」となる。
FIG. 13C shows the result of conversion when the width W1 of the
遮蔽体60は梁64により支持体62に支持されている。よって、遮蔽体60の幅W1が大きくなる、梁64の長さL3が小さくなる、または、梁64の幅W3が大きくなると、遮蔽体60が重力等により垂れ下がってしまう。梁64のピッチL4を大きくすると、図13(b)のように、遮蔽体60は垂れ下がりやすくなる。しかし、梁64のピッチL4を大きくすると、半導体層12の膜厚変調に梁64の影響が少なくなる。これにより、ピッチL4は大きくなる方が好ましい。また、梁64の幅W3を大きくすると、遮蔽体60が垂れ下がりやすくなる。よって、梁64の幅W3を大きくし過ぎるのは好ましくない。よって、幅W3は、100μm以下が好ましい。幅W3は、80μm以下がより好ましく、60μm以下がさらに好ましい。
The
第2層16を薄くすると、遮蔽体60が垂れ下がりやすくなり、梁64の幅W3を大きくできない。これにより、図12のように、半導体層12にクロスハッチが生じやすくなる。遮蔽体60の幅W1を小さくすれば、図13(a)から図13(c)のように、垂れ下がりは生じにくくなる。しかし、半導体層12の膜厚変調できる範囲が狭くなる。よって、第2層16の膜厚は、3μm以上が好ましく、4μm以上がより好ましい。第2層16が厚くなると、第2層16のエッチングが難しくなる。よって、第2層16の膜厚は8μm以下が好ましく、7μm以下がより好ましい。
When the
さらに、梁64(第3領域54)が遮蔽体60(第1領域50)の片側に複数設けられる。これにより、遮蔽体60の垂れ下がりを抑制できる。
Further, a plurality of beams 64 (third region 54) are provided on one side of the shield 60 (first region 50). Thereby, the sagging of the
次に、半導体層12の膜厚変調の例を説明する。
Next, an example of film thickness modulation of the
図14(a)は、マスクの一例の平面図、図14(b)は、遮蔽体60の中心線の直下における半導体層12の膜厚を示す図である。図14(a)を参照し、X方向において、マスク80は、X1からX2の間に設けられている。位置X0より−X側では、遮蔽体60(第1領域50)のY方向の幅W1は一定である。位置X0より+X側では、遮蔽体60のY方向の幅W1は一様に小さくなる。位置X2での遮蔽体60の幅をWHとする。支持体62(第2領域52)のY方向の幅をWA、X0より−X側の遮蔽体60のY方向の幅をWC、第4領域56(遮蔽体60と支持体62のとの間)のY方向の幅をWBとする。X1とX2との距離をLG、X0とX2との距離をLFとする。梁64のX方向の長さLE、梁64のX方向のピッチをLDとする。
FIG. 14A is a plan view of an example of the mask, and FIG. 14B is a diagram showing the film thickness of the
位置X2を0、位置X2から−X方向をxとする。第1領域50の幅W1(x)がxに対し直線的に変化する場合、W1(x)は、以下の数式となる。
W1(x)=WH+(WC−WH)×x/LF
図14(b)を参照し、xが0からX2−X0にかけては半導体層12の膜厚は指数関数的に減少する。xがX2−X0以上においては、膜厚は一定となる。
The position X2 is 0, and the −X direction from the position X2 is x. When the width W1 (x) of the
W1 (x) = WH + (WC−WH) × x / LF
Referring to FIG. 14B, the film thickness of the
図15(a)は、マスクの別の一例の平面図、図15(b)は、xに対する半導体層の膜厚を示す図である。図15(a)を参照し、以下の式のように、第1領域50の幅W1(x)はxに対し指数関数的に変化する。
W1(x)=WH×exp(X/LF×Log(WC/WH))
図15(b)を参照し、xが0からX2−X0にかけては半導体層12の膜厚は直線的に減少する。
FIG. 15A is a plan view of another example of the mask, and FIG. 15B is a diagram showing the thickness of the semiconductor layer with respect to x. Referring to FIG. 15A, the width W1 (x) of the
W1 (x) = WH × exp (X / LF × Log (WC / WH))
Referring to FIG. 15B, the film thickness of the
図14(a)から図15(b)に示すように、遮蔽体60(第1領域50)の幅W1(x)をX方向に変調することにより、半導体層12の膜厚をX方向に任意に変調することができる。
As shown in FIGS. 14A to 15B, the film thickness of the
例えばWA=40μm、WB=27.5μm、WC=15μm、LD=150μm、LE=1μm、LF=200μm、LG=301μm、WH=1μmとすることができる。WAは、第1層14をエッチングした際に、第1層14のY方向の最小幅が3μm以上(マスク80の第2層16の膜厚の1/2)となるように設定することが好ましい。原料ガスの気相拡散による半導体層12の組成分布を小さくするため、WBは、20μm以上が好ましく、30μm以上がより好ましい。LDは、30μm以上が好ましく、50μm以上がより好ましい。第3領域54により半導体層12の組成分布を小さくするため、LEは、3μm以下が好ましく、2μm以下がより好ましい。LE/LD≦0.1が好ましく、LE/LD≦0.05がより好ましい。
For example, WA = 40 μm, WB = 27.5 μm, WC = 15 μm, LD = 150 μm, LE = 1 μm, LF = 200 μm, LG = 301 μm, and WH = 1 μm. The WA may be set so that when the
実施例1によれば、マスク80を用い、基板10上に半導体層12を成長する。これにより、図5(b)のように、遮蔽体60の長手方向に膜厚を変調させることができる。また、半導体層12の膜質を均一化できる。さらに、第1層14上に第2層16を形成しマスク80とする。これにより、膜厚の制御が容易となる。
According to the first embodiment, the
第3領域54は、第1領域50の長手軸に対し対称に形成されている。これにより、半導体層12を長手軸に対し対称に形成できる。
The
実施例1により製造された半導体層12は、図6(a)から図6(c)のように、短手方向における膜厚が端部に比べ中心部が薄い。半導体層12における幅方向の中心の凹み量は、半導体層12の膜厚T1が薄い方が大きくなる。
As shown in FIGS. 6A to 6C, the
さらに、半導体層12として、基板10上に形成されたInPバッファ層12aと、バッファ層12a上に形成されたAlGaInAsまたはAlInAsを含むコア層12bと、コア層12b上に形成されたInPキャップ層12cとを有する。このようにAlGaInAsまたはAlInAsを含む半導体層12は、これまで膜厚変調が難しかったが、実施例1により、膜厚変調が容易となる。
Further, as the
実施例1としては、例えば以下のような材料を用いることもできる。
基板10の最上層:InP
第1層14:AlInAs、GaInAsまたはAlGaInAs
第2層16:InP
バッファ層12a:InP
コア層12b:InGaAsPMQW層
キャップ層12c:InP
第1層14のエッチング溶液:硫酸:過酸化水素水:水=1:1:1
As Example 1, the following materials can also be used, for example.
Top layer of substrate 10: InP
First layer 14: AlInAs, GaInAs, or AlGaInAs
Second layer 16: InP
Etching solution for the first layer 14: sulfuric acid: hydrogen peroxide solution: water = 1: 1: 1
また、以下のような材料を用いることもできる。
基板10の最上層:InGaAsP
第1層14:InP
第2層16:InGaAsPまたはGaInAs
バッファ層12a:InPまたはInGaAsP
コア層12b:InGaAsPMQW層
キャップ層12c:InGaAsP
第1層14のエッチング溶液:塩酸:水=1:1
The following materials can also be used.
Top layer of substrate 10: InGaAsP
First layer 14: InP
Second layer 16: InGaAsP or GaInAs
Etching solution for first layer 14: hydrochloric acid: water = 1: 1
さらに、以下のような材料を用いることもできる。
基板10の最上層:GaInAsP
第1層14:InP
第2層16:InGaAsP
バッファ層12a:InPまたはInGaAsP
コア層12b:AlGaInAsMQW層
キャップ層12c:AlGaInAsまたはInGaAsP
第1層のエッチング溶液:塩酸:水=1:1
Furthermore, the following materials can also be used.
Top layer of substrate 10: GaInAsP
First layer 14: InP
Second layer 16: InGaAsP
Etching solution for the first layer: hydrochloric acid: water = 1: 1
半導体層12の成膜時に元素同士の拡散速度が異なると、半導体層12の組成が均一になりにくい。よって、半導体層12が、InとAlを含む場合、またはInとGaを含む場合、実施例1を用いることが有効である。例えば、実施例1において、AlGaInAsは、AlInAsまたはGaInAsを含んでもよい。半導体層12の構成は上記に限られない。例えば、半導体層12に複数の元素が含まれる場合、半導体層12の成膜時に元素同士の拡散速度が異なる場合がある。よって、実施例1を用いることが有効である。また、第1層14、第2層16、バッファ層12a、コア層12bおよびキャップ層12cは、それぞれエピタキシャル成長する材料の組み合わせが好ましい。
If the diffusion rates of elements differ during the formation of the
第1層14のエッチング液としては、第1層14がエッチングされ、基板10の最表面および第2層16がエッチングされにくい溶液が好ましい。例えば、基板10の最表面および第1層14がInP、第2層16がAsを含む場合、第1層14のエッチング液として過酸化水素を含む硫酸系または過酸化水素を含む塩酸系の溶液を用いることができる。基板10の最表面および第1層14がAsを含み、第2層16がInPの場合、第1層14のエッチング液として過酸化水素を含まない塩酸系の溶液または臭素系の溶液を用いることができる。
The etchant for the
実施例1が用いられる半導体装置としてスポットサイズコンバータを例を説明する。図16は、実施例2に係る半導体装置が用いられるシステムのブロック図である。図16を参照し、基板90に、スポットサイズコンバータ91および92、マッハツェンダー変調器93、導波路94および95、および配線102が形成されている。先球ファイバ96からレーザ光98がスポットサイズコンバータ91に照射される。スポットサイズコンバータ91は、レーザ光98のスポットサイズを導波路95のサイズに変換する。マッハツェンダー変調器93は、導波路94を伝搬した光信号を配線102を伝搬した電気信号103を用い変調し、導波路95に出力する。スポットサイズコンバータ92は、変調光99のスポットサイズを先球ファイバ97のサイズに変換する。このように、スポットサイズコンバータ91および92は、光信号のスポットサイズを変換する機能を有する。
An example of a spot size converter will be described as a semiconductor device in which the first embodiment is used. FIG. 16 is a block diagram of a system in which the semiconductor device according to the second embodiment is used. Referring to FIG. 16,
図17(a)から図32(c)は、実施例2に係る半導体装置(スポットサイズコンバータ)の製造方法を示す図である。図17(a)から図32(a)および図25(d)は平面図、図17(b)から図32(b)は、それぞれ図17(a)から図32(a)のA−A断面図、図17(c)から図31(c)は、それぞれ図17(a)から図31(a)のB−B断面図である。図25(e)、図31(d)および図32(c)は、それぞれ図25(a)、図31(a)および図32(a)のC−C断面図である。 FIG. 17A to FIG. 32C are diagrams illustrating a method for manufacturing the semiconductor device (spot size converter) according to the second embodiment. FIGS. 17A to 32A and 25D are plan views, and FIGS. 17B to 32B are AA in FIGS. 17A to 32A, respectively. Cross-sectional views, FIGS. 17 (c) to 31 (c) are cross-sectional views taken along the line BB of FIGS. 17 (a) to 31 (a), respectively. FIGS. 25 (e), 31 (d), and 32 (c) are CC cross-sectional views of FIGS. 25 (a), 31 (a), and 32 (a), respectively.
図17(a)から図17(c)を参照し、InP基板上にn型InPクラッド層を形成することにより基板10を準備する。以下、InP基板とn型InPクラッド層とを基板10として示す。n型InPクラッド層は、MOVPE法を用い成長する。成長圧力は1×104Paであり、成長温度はそれぞれ650℃および600℃である。n型InPクラッド層の膜厚は2μmである。基板10の主面は(100)面であり、−X方向が[011]方向である。
Referring to FIGS. 17A to 17C, the
図18(a)から図18(c)を参照し、基板10上に第1層14としてAlInAs層、第2層16としてInP層を形成する。第1層14および第2層16はMOVPE法を用い形成する。成長圧力は1×104Paであり、成長温度は650℃である。第1層14および第2層16の膜厚は、それぞれ1.6μmおよび6μmである。第1層14は、InP層と格子整合するAl0.52In0.48Asであることが好ましい。
Referring to FIGS. 18A to 18C, an AlInAs layer is formed as the
図19(a)から図19(c)を参照し、第2層16上に絶縁膜18を形成する。絶縁膜18は、窒化シリコン膜であり、スパッタリング法を用い形成する。絶縁膜18の膜厚は0.6μmである。絶縁膜18は、酸化シリコン膜でもよい。
Referring to FIGS. 19A to 19C, an insulating
図20(a)から図20(c)を参照し、絶縁膜18を露光技術およびエッチング法を用いパターニングする。絶縁膜18は、第1領域50、第2領域52および第3領域54に形成され、第4領域56から除去される。第4領域56は、絶縁膜18の開口19となり、開口19に第2層16の表面が露出する。位置X0より−X側では第1領域50の幅は一定である。位置X0より+X側では第1領域50の幅はX方向に行くにしたがい小さくなる。
Referring to FIGS. 20A to 20C, the insulating
図21(a)から図21(c)を参照し、絶縁膜18をマスクに第2層16をドライエッチングする。あらかじめ求めたエッチングレートからエッチング時間を制御することにより第1層14が所望の開口で露出するまでドライエッチングを行う。エッチングは、基板10まで達しなければ問題ないが、基板10上にダメージが入らないように第1層14を1μm以上残すドライエッチング量であることが好ましい。これにより、第2層16に開口19が形成され、開口19に第1層14が露出する。
Referring to FIGS. 21A to 21C, the
図22(a)から図22(c)を参照し、絶縁膜18を除去する。絶縁膜18の除去にはフッ酸系溶液を用いる。その後、水洗を行ない乾燥する。
Referring to FIGS. 22A to 22C, the insulating
図23(a)から図23(c)を参照し、第2層16をマスクに、第1領域50、第3領域54および第4領域56の第1層14をエッチングする。エッチング液として、硫酸:過酸化水素:水が1:1:1の溶液を用いる。このエッチング溶液はInPをほとんどエッチングせず、AlInAsをエッチングする。これにより、第1層14に開口19が形成され、開口19に基板10の表面が露出する。第1領域50および第3領域54内の第1層14が除去され、第1領域50の第2層16下に空洞20が形成される。第2領域52の端部において第1層14が除去され空隙21が形成される。その後、水洗を行ない乾燥する。以上により、第1層14および第2層16からマスク80が形成される。第1領域50の第2層16が遮蔽体60となる。第2領域52の第1層14および第2層16が支持体62となる。第3領域54の第2層16が梁64となる。
Referring to FIGS. 23A to 23C, the
図24(a)から図24(c)を参照し、マスク80を用い、基板10上に半導体層12を形成する。半導体層12は、MOVPE法を用い成長する。成長圧力は1×104Paであり、成長温度は650℃および530℃である。半導体層12は、基板10側から、順に、成長温度が650℃で膜厚が20nmのInPバッファ層、膜厚が400nmのAlGaInAsMQW層を形成する。続いて、MQW層上に成長温度が530℃で膜厚が400nmのアンドープInPクラッド層を形成する。マスク80の上面、下面および側面に半導体膜86が形成される。
With reference to FIG. 24A to FIG. 24C, the
図25(a)から図25(e)を参照し、第2領域52の第1層14をエッチングすることにより、第2層16と第2層16の上面、下面および側面に形成された膜86をリフトオフする。エッチング液には、硫酸:過酸化水素:水が1:1:1の溶液を用いる。このエッチング溶液はInPをほとんどエッチングしないため、半導体層12および基板10はほとんどエッチングされない。
Referring to FIGS. 25A to 25E, the
図25(a)において、破線は、半導体層12の膜厚の等高線のうち1つを示している。図25(d)において、実線は、半導体層12の膜厚の等高線を示している。第1領域50において形成された半導体層12には凹部が形成される。凹部内のX0とX2との間のC−C(第1領域50の中心線)線において、Xが大きくなるに従い半導体層12は厚くなる。
In FIG. 25A, the broken line indicates one of the contour lines of the film thickness of the
図26(a)から図26(c)を参照し、基板10および半導体層12上に絶縁膜22を形成する。絶縁膜22は、窒化シリコン膜であり、スパッタリング法を用い形成する。絶縁膜22の膜厚は、0.2μmである。絶縁膜22は、酸化シリコン膜でもよい。絶縁膜22を露光技術およびエッチング法を用いパターニングする。絶縁膜22は、第1領域50において除去される。位置X0より−X側では絶縁膜22に形成された開口の幅はほぼ一定である。位置X0よりX側ではX方向に行くにしたがい、絶縁膜22に形成された開口の幅は大きくなる。位置X2よりX側には絶縁膜22は形成しない。なお、絶縁膜22の開口の変化点は位置X0およびX2以外でもよい。絶縁膜22の開口の幅は第1領域50と一致していなくともよい。
Referring to FIGS. 26A to 26C, an insulating
図27(a)から図27(c)を参照し、絶縁膜22をマスクに半導体層24を形成する。半導体層24は、MOVPE法を用い成長する。成長圧力は1×104Paであり、成長温度は600℃および530℃である。半導体層24として、成長温度が600℃で、半導体層12側から順に、膜厚が100nmのアンドープInPクラッド層、膜厚が800nmのp型InPクラッド層、および膜厚が100nmのp型InGaAsP中間層を形成する。中間層上に、成長温度が530℃で、p型GaInAsコンタクト層を成長する。InGaAsP中間層は、InPと格子整合し、組成がInPからGaInAsに徐々に変化する層である。p型GaInAsコンタクト層はIn0.53Ga0.47Asである。
Referring to FIGS. 27A to 27C, the
半導体層24の膜厚は絶縁膜22のマスクのY方向の開口幅W8に依存する。開口幅W8が大きいと半導体層24は薄くなり、開口幅W8が小さいと半導体層24は厚くなる。
The film thickness of the
図28(a)から図28(c)を参照し、絶縁膜22を除去する。絶縁膜22の除去にはフッ酸系溶液を用いる。その後、水洗を行ない乾燥する。
Referring to FIGS. 28A to 28C, the insulating
図29(a)から図29(c)を参照し、基板10および半導体層12および24上に絶縁膜26を形成する。絶縁膜26は、窒化シリコン膜であり、スパッタリング法を用い形成する。絶縁膜26の膜厚は、0.6μmである。絶縁膜26は、酸化シリコン膜でもよい。絶縁膜26を露光技術およびエッチング法を用いパターニングする。絶縁膜26は、第1領域50のY方向の中央部分と、第1領域50に対し+Y側部分と、および第1領域50に対し−Y側部分の3つの部分に分割されている。第1領域50と重なる中央部分は第1領域50よりも幅が狭い。位置X0より−X側と位置X2よりX側では絶縁膜26の幅は一定である。位置X0とX2の間においては、X方向に行くにしたがい絶縁膜26の幅が小さくなる。+Y側部分とと−Y側部分との間の距離は一定である。
Referring to FIGS. 29A to 29C, an insulating
図30(a)から図30(c)を参照し、絶縁膜26をマスクに半導体層12および24並びに基板10をドライエッチングする。ドライエッチングは、塩素系のガスを用いる。これにより、基板10および半導体層12に凹部28が形成され、凹部28の間に、半導体層12および半導体層24を含む凸部29が形成される。半導体層24の影響で、凹部28内の基板10には段差27が形成される。
Referring to FIGS. 30A to 30C, the semiconductor layers 12 and 24 and the
図31(a)から図31(d)を参照し、絶縁膜26を除去する。絶縁膜26の除去にはフッ酸系溶液を用いる。その後、水洗を行ない乾燥する。位置X1近傍からX0の間において、凸部29の幅および高さはほぼ一定である。図31(a)のように、位置X0からX2の間において、凸部29の幅は+X方向に行くにしたがい小さくなる。図31(d)のように、位置X0からX2の間において、凸部29内の半導体層12の膜厚は+X方向に行くにしたがい大きくなる。凸部29内の半導体層24の膜厚は+X方向に行くにしたがい小さくなる。
Referring to FIGS. 31A to 31D, the insulating
図32(a)から図32(c)を参照し、A−Aにおいて、基板10を劈開する。以上によりスポットサイズコンバータ35が形成される。スポットサイズコンバータ35の凸部29において、+X方向に行くにしたがい、半導体層12のY方向の幅は小さくなる。これにより、−X方向から+X方向に入射された光は+X方向に行くにしたがいスポットサイズが小さくなる。+X方向に行くにしたがい、半導体層12の膜厚が大きくなる。コア層12bの膜厚も大きくなる。これにより、−X方向に入射された光は+X方向に行くにしたがいクラッド層からコア層に集まり、スポットサイズが小さくなる。このように、−X方向から+X方向に入射された光は、スポットサイズが小さくなるように変換される。一方、+X方向から−X方向に入射された光は、スポットサイズが大きくなるように変換される。
32A to 32C, the
実施例2によれば、図18(a)から図18(c)のように、基板10上に第1層14を、第1層14上に第2層16を形成する。図21(a)から図23(c)のように、第1領域50および第3領域54において第2層16を残存させ第1層14を除去し、第2領域52において第1層14と第2層16とを残存させ、第4領域56において第1層14と第2層16とを除去する。これにより、マスク80を形成する。図24(a)から図24(c)のように、マスク80を用い、基板10上の第1領域50と第4領域56とに半導体層12を成膜する。これにより、実施例1と同様に、マスク80の長手方向に膜厚を変調させることができる。また、半導体層12の膜質を均一化できる。さらに、膜厚の制御が容易となる。
According to the second embodiment, as shown in FIGS. 18A to 18C, the
また、マスク80の形成を以下のように行なう。図21(a)から図21(c)のように、第1領域50、第2領域52および第3領域54の第2層16を残存させるように第4領域56の第2層16を除去する。図23(a)から図23(c)のように、第1領域50、第2領域52および第3領域54に残存した第2層16をマスクに第1領域50、第3領域54および第4領域56の第1層14を除去する。これにより、マスク80を簡単に作成できる。
The
図33(a)から図33(c)は、実施例3の半導体層を成膜するときの断面図である。図33(a)から図33(c)は、第1領域50および第4領域56を示している。第2層16は絶縁膜により形成される。絶縁膜としては例えば酸化シリコン膜または窒化シリコン膜である。半導体層12内の破線およびハッチング領域は、第2層16を半導体とした実施例1の場合の半導体層12を示す。半導体層12の実線は、実施例3の半導体層12を示す。
33A to 33C are cross-sectional views when the semiconductor layer of Example 3 is formed. FIG. 33A to FIG. 33C show the
実施例1においては、図6(a)から図6(c)のように、第2層16の上下に半導体膜86が形成される。これは、第2層16が半導体により形成されているためである。一方、第2層16を絶縁膜とすると、図33(a)から図33(c)のように、第2層16の上下には膜86が形成されない。このため、膜86の分の半導体が半導体層12として成膜される。よって、半導体層12が実施例1より厚くなる。このため、実施例3において実施例1と同じ半導体層12の膜厚を得るためには、幅W1をより大きくすることになる。これにより、膜質が不均一となりやすくなる。
In Example 1, as shown in FIGS. 6A to 6C,
実施例3のように、第2層16を絶縁膜とすることもできる。しかしながら、半導体層12の膜質をより均一とするためには、実施例1のように、第2層16を半導体とすることが好ましい。それぞれの半導体がエピタキシャルに成長する組成であることがより好ましい。第2層16として半導体を形成するためには、第1層14を半導体とすることが好ましい。第2層16を絶縁膜とする場合、第1層14は、半導体とすることができる。この場合は、絶縁膜および基板10に対して選択的にエッチングできる半導体であれば、エピタキシャルに成長する組成でなくてもよい。
As in the third embodiment, the
基板10を(001)を主面とするInP、第1層14をGaInAs、第2層16をInPとし、第2層16のエッチングに過酸化水素を含むエッチング溶液を用いマスク80を形成した。
The
図34は、第1層をエッチングした後のマスクの平面図である。図34を参照し、第2層16をマスクに第1層14をエッチングすると、第1層14が[100]方向に大きくサイドエッチングされる。[110]方向のサイドエッチング量L00が14.3μmのとき、[100]方向のサイドエッチング量L01は69.7μmである。これにより、第2層16の一部68が基板10に接触してしまう。
FIG. 34 is a plan view of the mask after etching the first layer. Referring to FIG. 34, when the
図35は、第1層をエッチングした後のマスクの平面図である。図35を参照し、円形の第2層16を用い第1層14をサイドエッチングした。[100]方向のサイドエッチング量が[110]方向より大きい。このように、[100]方向のエッチング速度が[110]方向より速いことがわかる。
FIG. 35 is a plan view of the mask after etching the first layer. Referring to FIG. 35, the
図36(a)から図36(g)は、実施例4に係るマスクの製造方法を示す断面図である。中心線より右側は、[110]方向の断面図であり、左側は「100」方向の断面図である。図37(a)および図38(a)は、実施例4に係るマスクの製造方法を示す平面図である。図37(b)および図38(b)は、図37(a)および図38(a)のA−A断面図である。 FIG. 36A to FIG. 36G are cross-sectional views illustrating the mask manufacturing method according to the fourth embodiment. The right side of the center line is a cross-sectional view in the [110] direction, and the left side is a cross-sectional view in the “100” direction. FIG. 37A and FIG. 38A are plan views showing a method for manufacturing a mask according to the fourth embodiment. FIGS. 37 (b) and 38 (b) are cross-sectional views taken along the line AA in FIGS. 37 (a) and 38 (a).
図36(a)を参照し、(001)InP基板10上に、第1層14としてGaInAs層を形成する。第1層14上に第2層16としてInP層を形成する。第2層16上に絶縁膜18を形成する。図36(b)を参照し、絶縁膜18をパターニングする。図37(a)および図37(b)を参照し、絶縁膜18は、[110]方向および[110]に等価な方向を辺とする長方形である。頂点の方向は[100]方向である。
Referring to FIG. 36A, a GaInAs layer is formed as the
図36(c)を参照し、絶縁膜18をマスクに第2層16を除去する。図36(d)を参照し、絶縁膜18を除去する。図36(e)を参照し、絶縁膜32を形成する。
Referring to FIG. 36C, the
図38(a)および図38(b)を参照し、第2層16の頂点を覆うように絶縁膜32を形成する。第2層16の辺を通る[110]方向を方向33bと頂点を通る[100]方向を方向33aとする。図36(f)を参照し、絶縁膜32および第2層16をマスクに第1層14を硫酸系エッチング溶液を用いエッチングする。方向33aのサイドエッチング量が方向33bより大きくなる。図36(g)を参照し、絶縁膜32を除去する。
Referring to FIGS. 38A and 38B, an insulating
[100]方向の頂点が絶縁膜32により覆われるため、第1層14の[100]方向へのサイドエッチングが抑制される。
Since the apex in the [100] direction is covered with the insulating
図39は、第2層と絶縁膜との関係を示す平面図である。図39を参照し、第2層16をマスクとした第1層14の[110]方向のサイドエッチング量をL00とする。第2層16のパターンをL00内側に小さくしたパターンをパターン40とする。パターン40と(100)面との接線を直線42とする。直線42は、パターン40の頂点を通りパターン40の辺に対し45°の角度を有する直線となる。直線42に平行であり、かつ絶縁膜32のパターンの頂点に接する直線を直線44とする。直線42と直線44との距離をL02とする。図34のように、[100]方向の第1層14のサイドエッチング量は[110]方向の約5倍である。よって、L02はL00の5倍以上が好ましい。
FIG. 39 is a plan view showing the relationship between the second layer and the insulating film. Referring to FIG. 39, the amount of side etching in the [110] direction of the
実施例4によれば、第2層16はGaInAsである。マスク80を形成する際に、図36(e)のように、第2層16を除去した後、第1層14を除去する前に、第2領域52の角の第2層16上に絶縁膜32を形成する。これにより、第1層14の異常なサイドエッチングを抑制できる。
According to Example 4, the
実施例5は、第1領域の第2層を第3領域の第2層より薄くすることで、遮蔽体60を垂れ下がり難くするためのマスクの製造方法の例である。図40(a)から図41(e)は、実施例5の製造方法を示す図である。図40(a)および図41(a)は平面図、図40(b)および図41(b)は、それぞれ図40(a)および図41(a)のA−A断面図、図40(c)および図41(c)は、それぞれ図40(a)および図41(a)のB−B断面図、図40(d)および図41(d)は、それぞれ図40(a)および図41(a)のC−C断面図、図40(e)および図41(e)は、それぞれ図40(a)および図41(a)のD−D断面図である。
Example 5 is an example of a mask manufacturing method for making the
図40(a)から図40(e)を参照し、第2層16は、第3層16aと、第3層16a上に形成された第4層16bを含む。第3層16aおよび第4層16bは、例えばそれぞれInP層およびGaInAs層である。実施例2の図22(a)から図22(c)の後に、第2領域52および第3領域54を覆うように絶縁膜46を形成する。第1領域50には絶縁膜46はほとんど形成しない。その後、絶縁膜46をマスクに第4層16bをエッチングする。絶縁膜46を除去する。
Referring to FIGS. 40A to 40E, the
図41(a)から図41(e)を参照し、実施例2の図23(a)から図23(c)の工程において開口19、空洞20、空隙21を形成すると同時に絶縁膜46をマスクに第4層16bをエッチングする。絶縁膜46を除去する。これにより、第1領域50の第2層16は第3領域54より薄くなる。
Referring to FIGS. 41A to 41E, in the steps of FIGS. 23A to 23C of the second embodiment, the
図10における第2領域52の間隔W5、遮蔽体60の体積をVm、梁64の体積をVsとすると、第2層16の膜厚H2は、近似的に以下の式を満足すれば、遮蔽体60は垂れ下がらない。なお、αは材料固有の定数であり、第2層16内の密度は均一とする。
H2≧α×(W5)2×(1+(Vm/Vs))
Assuming that the interval W5 of the
H2 ≧ α × (W5) 2 × (1+ (Vm / Vs))
このように、膜厚H2を小さくするには、Vm/Vsを小さくすればよい。 Thus, in order to reduce the film thickness H2, Vm / Vs may be reduced.
実施例5によれば、第1領域50の第2層16は第3領域54の第2層16より薄い。これにより、遮蔽体60を梁64より薄くできる。よって、Vm/Vsを小さくできる。これにより、梁64の第2層16の膜厚を小さくしても遮蔽体60が垂れ下がり難くなる。
According to the fifth embodiment, the
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.
10 基板
12 半導体層
14 第1層
16 第2層
18 絶縁膜
32 絶縁膜
50 第1領域
52 第2領域
54 第3領域
56 第4領域
80 マスク
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記第1層および前記第2層を形成する工程の後、マスクを形成する工程と、
前記マスクを用い、前記基板上の前記第1領域と前記第4領域とに半導体層を成膜する工程と、
を有し、
前記マスクを形成する工程は、
長手方向の一端から他端にかけてその幅が変調された前記第1領域において前記第2層を残存させ前記第1層を除去するステップと、
前記第1領域の短手方向の両側に設けられ前記第1領域から離間した前記第2領域において、前記第1層と前記第2層とを残存させるステップと、
前記第1領域と前記第2領域とを接続する前記第3領域において、前記第2層を残存させ前記第1層を除去するステップと、
前記第1領域と前記第2領域との間の前記第3領域以外の前記第4領域において前記第1層と前記第2層とを除去するステップと、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming the first layer and the second layer in order from the bottom on the substrate including the first region, the second region, the third region, and the fourth region;
A step of forming a mask after the step of forming the first layer and the second layer;
Using the mask to form a semiconductor layer in the first region and the fourth region on the substrate;
Have
The step of forming the mask includes
Removing the first layer by leaving the second layer in the first region whose width is modulated from one end to the other in the longitudinal direction;
Leaving the first layer and the second layer in the second region provided on both sides of the first region in the short direction and spaced from the first region;
Leaving the second layer and removing the first layer in the third region connecting the first region and the second region;
A step of removing the first layer and the second layer in the fourth region other than the third region between the first region and the second region. Production method.
前記第1領域、前記第2領域および前記第3領域に残存した前記第2層をマスクに前記第1領域、前記第3領域および前記第4領域の前記第1層を除去する工程と、を含むことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。 Forming the mask includes removing the second layer in the fourth region so as to leave the second layer in the first region, the second region, and the third region;
Removing the first layer of the first region, the third region, and the fourth region using the second layer remaining in the first region, the second region, and the third region as a mask, and The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising:
前記マスクを形成する工程は、前記第2層を除去する工程の後、前記第1層を除去する工程の前に、前記第2領域の角の前記第2層上に絶縁膜を形成する工程を含むことを特徴とする請求項1から6のいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。 The first layer is GaInAs;
The step of forming the mask includes a step of forming an insulating film on the second layer at the corner of the second region after the step of removing the second layer and before the step of removing the first layer. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, comprising:
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the second layer in the first region is thinner than the second layer in the third region.
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