JP6206247B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば光通信などに用いられる半導体装置の製造方法に関する。
特許文献１は、リッジストライプの左右に化合物半導体層（ＩｎＰ埋め込み層）をエピタキシャル成長すると、化合物半導体層に凸部が形成されることを開示している。特許文献１に開示の技術は、この凸部を、塩酸と酢酸と過酸化水素水とよりなるエッチャントを使ってウェットエッチングするものである。
特開２００２−２４６６８４号公報
化合物半導体層の凸部は半導体装置の特性を劣化させるので除去することが望ましい。この凸部はウェットエッチングで除去できる。しかしながら、化合物半導体層に接し、かつ活性層の上に形成された上部半導体層が、当該ウェットエッチングによってエッチングされて、活性層が露出する問題があった。活性層が露出すると、活性層が表面酸化して半導体装置の光閉じ込め性などが劣化する。そのため、凸部を除去する際には、活性層が露出しないようにすべきである。また、上部半導体層のエッチング量が増えると光閉じ込め効果を損なうので、上部半導体層のエッチング量を抑制するべきである。
特許文献１に開示の技術では、当該凸部をウェットエッチングする際に、クラッド層（上部半導体層）上のコンタクト層及び速度調整層によってクラッド層のエッチングを防止している。そして、確実にクラッド層のエッチングを防止するためには、コンタクト層及び速度調整層の層厚を厚くする必要があり、製造コストが増加する問題があった。さらに、コンタクト層にドープされたドーパントが、化合物半導体層の形成時の高温によって拡散し、半導体装置の特性を低下させる問題があった。
また、特許文献１では、クラッド層のエッチングを抑制するために、化合物半導体層の凸部を構成する成長停止面（１１１）面を速度調整層の上面よりも高くしていた。そのため、化合物半導体層の層厚が限定される問題があった。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、弊害を伴うことなく、活性層の露出及び上部半導体層のエッチング量を抑制しつつ、化合物半導体層の凸部を除去できる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
本願の発明に係る半導体装置の製造方法は、基板の一部に、活性層と、該活性層の上に形成された上部半導体層と、該上部半導体層の上に形成されたマスクとを備えるレーザ部を形成するレーザ部形成工程と、Ｉｎを含有する材料で、該レーザ部の側面に接し、該レーザ部と接する部分に凸部を有する化合物半導体層を形成する半導体層形成工程と、臭化水素酸と酢酸を含むエッチャントによって、該凸部を除去し、該化合物半導体層を平坦にするウェットエッチング工程と、を備える。そして、該ウェットエッチング工程によって、該マスクの下の該上部半導体層に（１１１）Ａ面が形成される。
本発明によれば、ウェットエッチング工程において上部半導体層に（１１１）Ａ面を形成して上部半導体層のサイドエッチングを停止させるので、活性層の露出及び上部半導体層のエッチング量を抑制しつつ、化合物半導体層の凸部を除去できる。
実施の形態１に係るレーザ部を示す断面図である。 化合物半導体層を示す断面図である。 ウェットエッチングの途中の化合物半導体層等の断面図である。 ウェットエッチング終了時の半導体装置の断面図である。 コンタクト層を形成したことを示す断面図である。 レジストを形成したことを示す断面図である。 パターニングされたレジストを示す断面図である。 ウェットエッチング後の半導体装置の断面図である。 マスクの種類と、上部半導体層のサイドエッチング量との関係を示すグラフである。 実施の形態２に係るレーザ部を示す断面図である。 化合物半導体層を示す断面図である。 ウェットエッチング工程の初期段階の化合物半導体層等を示す断面図である。 ウェットエッチング工程終了後の半導体装置の断面図である。 実施の形態３に係るレーザ部を示す断面図である。 化合物半導体層を示す断面図である。 ウェットエッチング工程の初期段階の化合物半導体層等を示す断面図である。 ウェットエッチング工程終了後の半導体装置の断面図である。 実施の形態４に係る半導体装置の平面図である。 レーザ部を示す断面図である。 化合物半導体層を示す断面図である。 ウェットエッチング工程の初期段階を示す半導体装置の断面図である。 ウェットエッチング工程終了後の半導体装置の断面図である。 リッジストライプの形状の変形例を示す平面図である。 レーザ部の変形例を示す図である。
本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法では、リッジストライプ形状を有するレーザ部の左右に電流ブロック層として機能する化合物半導体層を備えた半導体装置を形成する。まずレーザ部を形成する。図１は、レーザ部１８を示す断面図である。基板１０はＩｎＰで形成されている。基板１０の一部に活性層１２が形成されている。活性層１２は、ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層とＩｎＧａＡｓＰバリア層が交互に繰り返し積層した多重量子井戸構造となっている。活性層１２の上にＩｎＰを材料とする上部半導体層１４が形成されている。
上部半導体層１４の上にマスク１６が形成されている。マスク１６はＩｎＧａＡｓで形成されている。活性層１２、上部半導体層１４、及びマスク１６がレーザ部１８を構成している。図１に示すレーザ部１８を形成する工程をレーザ部形成工程と称する。レーザ部形成工程では、まず、基板１０の全面に、活性層、上部半導体層、及びマスクを形成する。次いで、マスクをパターニングした後に、上部半導体層と活性層のうちマスク１６に覆われていない部分をドライエッチング又はウェットエッチングする。このとき基板の一部をエッチングする。こうして、図１に示すレーザ部１８を形成する。なお、別の方法でレーザ部１８を形成してもよい。
次に、化合物半導体層を形成する。図２は、化合物半導体層２０Ａ、２０Ｂを示す断面図である。化合物半導体層２０Ａ、２０Ｂは、基板１０の（１００）面の上に、レーザ部１８の側面に接するように形成されている。化合物半導体層２０Ａ、２０ＢはＩｎＰで形成されている。活性層１２と上部半導体層１４は、化合物半導体層２０Ａ、２０Ｂによって埋め込まれている。
化合物半導体層２０Ａ、２０Ｂは、例えば、ｐ−ＩｎＰ層とｎ−ＩｎＰ層を交互に積層し、ｐｎｐｎ又はｎｐｎｐのサイリスタ構造とする。しかしながら、化合物半導体層２０Ａ、２０Ｂの構造は、電流ブロック層として機能する限り特に限定されない。
化合物半導体層２０Ａ、２０Ｂは、それぞれ、レーザ部１８と接する部分に凸部２０ａ、２０ｂを有している。凸部２０ａ、２０ｂは、化合物半導体層２０Ａ、２０Ｂの中で最も上方に高く伸びる部分である。凸部２０ａ、２０ｂには（１１１）Ｂ面が露出している。
図２に示す化合物半導体層２０Ａ、２０Ｂを形成する工程を半導体層形成工程と称する。半導体層形成工程では、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）で化合物半導体層２０Ａ、２０Ｂをエピタキシャル成長させる。凸部２０ａ、２０ｂが形成される理由は２つある。第１の理由は、成長レートの面方位依存性である。ＩＩＩＩ-Ｖ族結晶材料をＭＯＣＶＤによって成長する場合、通常はＶ族原料ガス供給量がＩＩＩ族ガス供給量より多い。そのような成長条件においては、（１００）面に比べて（１１１）Ａ面の成長レートが高くなり、一方、（１１１）Ｂ面の成長レートは低くなる。そのため、凸部２０ａ、２０ｂが形成される。
第２の理由は、マスク上に供給された材料がマスク表面から半導体基板表面へマイグレーションすることである。その結果、マスクの横での化合物半導体層のエピタキシャル成長が促進され、マスク１６のすぐ横に凸部２０ａ、２０ｂが形成される。なお、凸部２０ａ、２０ｂの高さは、成膜条件等で変動するが、例えば０．１μｍ〜３μｍ程度である。
次に、ウェットエッチングで凸部を除去する。図３は、ウェットエッチングの途中の化合物半導体層等の断面図である。ウェットエッチングには、臭化水素酸：酢酸：水の混合比が１：３：１のエッチャントを用いる。このエッチャントによるエッチングレートは、被エッチング物の結晶面方位に依存している。ウェットエッチングをはじめると、凸部２０ａ、２０ｂの（１１１）Ｂ面のエッチングが進行し、図３に示されるように、凸部２０ａ、２０ｂが小さくなる。
ウェットエッチングは、凸部２０ａ、２０ｂが除去され、化合物半導体層２０Ａ、２０Ｂが平坦になると終了する。図４は、ウェットエッチング終了時の半導体装置の断面図である。ウェットエッチングで化合物半導体層２０Ａ、２０Ｂの（１００）面のエッチングが進行した結果、マスク１６の下の上部半導体層１４がサイドエッチングされる。このサイドエッチングにより、マスク１６の下の上部半導体層１４に（１１１）Ａ面１４ａ、１４ｂが形成される。（１１１）Ａ面１４ａ、１４ｂが形成されるのは、（１１１）Ａ面１４ａ、１４ｂに対するエッチングレートが低く、（１１１）Ａ面１４ａ、１４ｂでエッチングが停止するためである。
ウェットエッチング工程で上部半導体層１４に（１１１）Ａ面１４ａ、１４ｂが形成された結果、上部半導体層１４は逆メサ形状となる。なお、ここではリッジストライプ方向は（０１１）面であるが、リッジストライプ方向が（０−１１）面の場合は、上部半導体層は順メサ形状となる。
このように、化合物半導体層２０Ａ、２０Ｂの表面に（１００）面を露出させて化合物半導体層２０Ａ、２０Ｂの表面を平坦にして、上部半導体層１４の側面に（１１１）Ａ面を形成する工程を、ウェットエッチング工程と称する。
ウェットエッチング工程は、凸部２０ａ、２０ｂを除去するために行われるので化合物半導体層２０Ａ、２０Ｂの（１００）面のエッチングは可能な限り抑制することが望ましい。そして、臭化水素酸：酢酸：水の混合比が１：３：１のエッチャントを使うことで、（１００）面のエッチングを抑制することができる。
発明者が行った実験では、ウェットエッチング工程における（１００）面のエッチングレートは３０ｎｍ／ｍｉｎであり、凸部の（０−１１）面のエッチングレートは４５００ｎｍ／ｍｉｎであった。従って、（１００）面よりも、（０−１１）面及び（０１−１）面のウェットエッチングを急速に進行させることができる。この効果は、臭化水素酸のエッチングレートの面方位依存性が、酢酸によって促進されたためである。
ただし、 (０−１１)面のエッチングレートは、エッチャントの濃度に依存しており、エッチャントを水で希釈していくとエッチングレートの面方位依存性が弱まる傾向にある。また、凸部上にマスクを形成しない場合は、 (０−１１)面のエッチングレートが高くなるが、凸部上にマスクを形成した場合は、凸部の（１１１）Ｂ面が露出していても、(０−１１)面のエッチングはほとんど進行しない。
図１のレーザ部１８を形成するドライエッチングにより基板１０にダメージが及ぼされたり基板１０のラフネスが高くなったりすると、基板表面に（１００）面以外の面が形成される。その結果、ウェットエッチング工程での（１００）面のエッチングレートが例えば５６ｎｍ／ｍｉｎにまで上昇してしまう。そのため、ドライエッチングを行う際は、基板の（１００）面のダメージ及びラフネスを低減するべきである。
次に、マスクを除去し、コンタクト層を形成する。図５は、コンタクト層２２を形成したことを示す断面図である。コンタクト層２２は、ＩｎＧａＡｓで、化合物半導体層２０Ａ、２０Ｂと上部半導体層１４を覆うようにエピタキシャル成長で形成する。
次に、レジストを形成する。図６は、レジスト２４を形成したことを示す断面図である。レジスト２４は全面に形成する。次に、このレジスト２４をパターニングする。図７は、パターニングされたレジスト２４を示す断面図である。次に、このレジスト２４をマスクにしてコンタクト層２２の一部と化合物半導体層２０Ａ、２０Ｂの一部をウェットエッチングする。図８は、ウェットエッチング後の半導体装置の断面図である。図８の構造を形成した後、レジスト２４を剥離し、絶縁膜を形成し、電極を形成し、半導体装置の表面プロセスが完了する。さらに、基板厚が１００μｍ程度になるまで基板を薄板化し、裏面電極を形成し、チップ状に分離することで、半導体装置が完成する。なお、完成した半導体装置は、チップ端面にコート膜を形成し、パッケージング等のアセンブリ工程を経て製品となる。
化合物半導体層の凸部を残したままコンタクト層をエピタキシャル成長すると、コンタクト層内に結晶欠陥及び結晶転移が発生することがある。そして、コンタクト層の一部をウェットエッチングする際に、欠陥等の存在する部分が選択的にエッチングされて、コンタクト層が形状異常となってしまう。そして、この光導波路近傍の不均一な形状が、実効的な屈折率を変化させ、導波する光を散乱又は反射させてしまう。
さらに、凸部を残したままにすると、レジスト２４の形成及びそのパターニングの精度を悪化させたり、コンタクト層上に形成する電極の被覆異常を引き起こしたりする。このように、化合物半導体層の凸部を残したままプロセスを続けると、後の工程が狙い通り行えないことがある。
そこで、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法では、ウェットエッチング工程で凸部２０ａ、２０ｂを除去し化合物半導体層２０Ａ、２０Ｂを平坦化する。化合物半導体層２０Ａ、２０Ｂを平坦にすることで上記の弊害を回避できる。
例えば、ウェットエッチング工程で塩酸、酢酸、過酸化水素水、及び水を含むエッチャントを用いた場合、凸部の除去は可能であるものの、上部半導体層にエッチングレートの低い（１１１）Ａ面が形成されにくい。従って、上部半導体層のサイドエッチングが進行し、マスクが剥がれることでさらに上部半導体層のエッチングが進み、活性層が露出してしまう。
これを防止するために、本発明の実施の形態１のウェットエッチング工程では、臭化水素酸：酢酸：水の混合比が１：３：１のエッチャントを用いた。このエッチャントを用いることによる主要な効果は３つある。第１に、このエッチャントを用いるとエッチングが進みにくい（１１１）Ａ面が上部半導体層１４に形成され、上部半導体層１４のサイドエッチングを止めることができる。そのため、マスクを残すことができるので、活性層の露出を回避できる。なお、ここでいう（１１１）Ａ面とは、（１１１）Ａ面に非常に近く、（１１１）Ａ面と同様にエッチングが進みにくい面を含む。
第２に、臭化水素酸：酢酸：水の混合比が１：３：１のエッチャントは、凸部の（１１１）Ｂ面に対して高いエッチレートを有しているので、凸部を速やかに除去できる。凸部２０ａ、２０ｂの横方向へのエッチングを速やかに進めつつ、上部半導体層１４のサイドエッチングを停止できるのは、凸部２０ａ、２０ｂはマスクで覆われていないため、エッチング中に（１１１）Ａ面を保持することができないが、上部半導体層１４はマスク１６で覆われているため、エッチング中に形成された（１１１）Ａ面を保持することができるためと考えられる。
第３に、臭化水素酸：酢酸：水の混合比が１：３：１のエッチャントは、（１００）面へのエッチレートは比較的低いので、（１００）面のエッチングは抑制することができる。第１〜第３の効果により、マスク剥離を回避し、凸部を速やかに除去し、（１００）面のエッチングを抑制できる。
このように、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法によれば、活性層の露出及び上部半導体層のエッチング量を抑制しつつ、化合物半導体層の凸部を除去できる。そして、コンタクト層２２をウェットエッチング工程におけるマスクとして使用することはないので、コンタクト層２２を所望の厚さにすることができる。しかもコンタクト層２２は、化合物半導体層２０Ａ、２０Ｂの形成後に形成するので、コンタクト層２２のドーパントが化合物半導体層２０Ａ、２０Ｂの形成に伴う熱で拡散することはない。また、上部半導体層１４の（１１１）Ａ面で上部半導体層１４のサイドエッチングを停止するので、当該サイドエッチング回避のために化合物半導体層を厚くする必要はなく、化合物半導体層２０Ａ、２０Ｂの層厚は自由に設定できる。
ところで、マスク１６と上部半導体層１４の密着性が低いと、ウェットエッチング工程で用いるエッチャントがマスク１６と上部半導体層１４の界面に侵入し、上部半導体層１４のサイドエッチングが進行してしまう。本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法では、マスク１６の材料にＩｎＧａＡｓを用いたので、ＳｉＯ２でマスクを形成した場合と比較して、マスク１６と上部半導体層１４の密着性が高い。マスクと上部半導体層の密着性を高めるためには、マスクをエピタキシャル層で形成することが望ましい。
図９は、マスクの種類と、上部半導体層のサイドエッチング量との関係を示すグラフ（測定結果）である。サイドエッチング量とは、マスクと上部半導体層の界面における上部半導体層のエッチング量である。マスクは、スパッタで形成したＳｉＯ２層（層厚１００nm、ＲＦパワー２ｋＷ）、スパッタで形成したＳｉＯ２層（層厚４００nm、ＲＦパワー１ｋＷ）、及びＭＯＣＶＤ法で形成したＩｎＧａＡｓ層（層厚５００ｎｍ）の３種類用意した。ウェットエッチングには、臭化水素酸：酢酸：水の混合比が１：３：１のエッチャントを使用した。
図９に示すように、ＳｉＯ２層で形成されたマスクでは微量のサイドエッチングが生じたが、ＩｎＧａＡｓ層で形成されたマスクでは全くサイドエッチングは見られなかった。マスクをＩｎＧａＡｓで形成するとサイドエッチング量を低減できるのは、ＩｎＧａＡｓ層と上部半導体層（ＩｎＰ）との密着力が、ＳｉＯ２層と上部半導体層（ＩｎＰ）との密着力より高いことが原因と考えられる。
また、マスク１６の材料は、ウェットエッチング工程でマスクのエッチ速度が凸部のエッチ速度より遅くなる材料である限り、特に限定されない。例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）若しくはシリコン窒化膜（ＳｉＮ）等の絶縁膜、又はＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、若しくはＧａＩｎＮＡｓ等のエピタキシャル層を使用しても良い。なお、マスクのＧａ又はＡｓの組成比を高くすることでウェットエッチング工程でのマスクのエッチングレートを低減できるので、Ｇａ又はＡｓの組成比が高い材料でマスクを形成することが望ましい。
化合物半導体層２０Ａ、２０Ｂの材料は、Ｉｎを含有する材料である限り特に限定されない。化合物半導体層２０Ａ、２０Ｂは、ＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓのいずれか１つのエピタキシャル層で形成しても良い。また、化合物半導体層２０Ａ、２０ＢにドーパントとしてＲｕ、Ｚｎ、Ｓ、Ｆｅ、Ｂｅ、又はＭｇなどを混入させてもよい。
ウェットエッチング工程で用いるエッチャントは、臭化水素酸と酢酸を含めば特に限定されない。例えば、臭化水素酸と酢酸に、水、硝酸、過酸化水素水、臭素の少なくとも一つを加えたエッチャントを用いてもよい。
レーザ部１８の形状は、垂直メサ型に限らず、順メサ型又は逆メサ型でもよく、これらとは別の形状でもよい。これらの変形は、以下の実施の形態に係る半導体装置の製造方法にも適宜応用することができる。
以下の実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、実施の形態１に係る半導体装置の製造方法との共通点が多いので、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
実施の形態２．
実施の形態１では化合物半導体層として電流ブロック層を形成したが、実施の形態２では化合物半導体層として光変調器を形成する。つまり、実施の形態２に係る半導体装置の製造方法は、光変調器付きレーザダイオードを形成するものである。まず、レーザ部形成工程により、図１０に示すレーザ部１８を形成する。
次いで、半導体層形成工程により、図１１に示す化合物半導体層６０を形成する。化合物半導体層６０は、レーザ部１８の（０１１）面又は（０−１−１）面に接する光変調器を構成している。化合物半導体層６０は、基板１０の上に形成されたクラッド層６２、クラッド層６２の上に形成された活性層６４、及び活性層６４の上に形成されたクラッド層６６を備えている。これらの層はＭＯＣＶＤ法で形成するので、クラッド層６６のレーザ部１８に接する部分には凸部６６ａが形成される。
次いで、ウェットエッチング工程に処理を進める。ウェットエッチング工程では、臭化水素酸：酢酸：水の混合比が１：３：１のエッチャントに、硝酸、過酸化水素水、又は臭素などの酸化剤を加えたエッチャントを用いて凸部６６ａを除去する。図１２は、ウェットエッチング工程の初期段階の化合物半導体層等を示す断面図である。図１２には、凸部６６ａがエッチングされていることが示されている。
ウェットエッチング工程は、凸部６６ａが完全に除去されてクラッド層６６が平坦化されると終了する。図１３は、ウェットエッチング工程終了後の半導体装置の断面図である。クラッド層６６の（１００）面へのエッチングが進行した結果、マスク１６下の上部半導体層１４の側面に（１１１）Ａ面１４ｃが形成され、この（１１１）Ａ面１４ｃによって上部半導体層１４のエッチングが停止する。
ところで、本発明の実施の形態２の半導体層形成工程では、（０１１）面又は（０−１−１）方向へ結晶成長するので、凸部６６ａに（１１１）Ａ面が形成される場合がある。（１１１）Ａ面は臭化水素酸と酢酸を含むエッチャントではエッチングしづらい。
そこで、本発明の実施の形態２では、臭化水素酸、酢酸、及び水のエッチャントに、硝酸、過酸化水素水、又は臭素などの酸化剤を加えて（１１１）Ａ面のエッチングレートを高めた。そのため、確実に凸部６６ａを除去することができる。エッチャントに酸化剤を加えることで、凸部６６ａの（１１１）Ａ面のエッチングを促進しつつ、上部半導体層１４の（１１１）Ａ面のエッチングは抑制できる。これは、凸部６６ａはマスクで覆われていないので（１１１）Ａ面以外の面からもエッチングが進みやすいのに対して、上部半導体層１４はマスク１６に覆われているので（１１１）Ａ面以外の面のエッチングが進みにくいためである。
実施の形態３．
実施の形態３に係る半導体装置の製造方法では、基板にレーザダイオード、光変調器、及び光導波路を形成する。まず、レーザ部形成工程により、図１４に示すレーザ部１８を形成する。次いで、基板１０に光変調器１００を形成する。光変調器１００は、最上層に、ＩｎＧａＡｓで形成されたマスク１０２を有している。
次いで、半導体層形成工程により、図１５に示す化合物半導体層１０４を形成する。化合物半導体層１０４は、レーザ部１８の（０１１）面又は（０−１−１）面に接し、光変調器１００の（０１１）面又は（０−１−１）面に接している。化合物半導体層１０４は、ＩｎＰを材料とするクラッド層１０６、クラッド層１０６の上に形成されたＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰを材料とする活性層１０８、活性層１０８の上に形成されたＩｎＰを材料とするクラッド層１１０を備えている。化合物半導体層１０４はＭＯＣＶＤ法で形成する。化合物半導体層１０４は凸部１１０ａ、１１０ｂを備えている。
次いで、ウェットエッチング工程に処理を進める。ウェットエッチング工程では、臭化水素酸：酢酸：水の混合比が１：３：１のエッチャントを用いる。図１６は、ウェットエッチング工程の初期段階の化合物半導体層等を示す断面図である。ウェットエッチング工程は、凸部１１０ａ、１１０ｂが完全に除去されてクラッド層１１０が平坦化されると終了する。
図１７は、ウェットエッチング工程終了後の半導体装置の断面図である。クラッド層１１０の（１００）面へのエッチングが進行した結果、上部半導体層１４の側面に（１１１）Ａ面１４ｄが形成され、クラッド層６６の側面に（１１１）Ａ面６６ｂが形成される。（１１１）Ａ面１４ｄによって上部半導体層１４のサイドエッチングが停止し、（１１１）Ａ面６６ｂによってクラッド層６６のサイドエッチングが停止する。なお、エッチャントに酸化剤を加えてもよい。
こうして、活性層の露出及び上部半導体層のエッチング量を抑制しつつ、化合物半導体層の凸部を除去できる。実施の形態２、３の半導体装置の製造方法は、レーザ部と他の素子を１つの基板に混載した複合デバイスを製造するものである。このような複合デバイスでは、凸部を有する化合物半導体層の上にエピタキシャル成長する工程が複数回繰り返されるので、本発明の半導体装置の製造方法が特に有効である。そして、化合物半導体層で光変調器又は光導波路を構成することに限定されず、化合物半導体層で光結合器、光増幅器、ＥＡ変調器、又は位相変調器を構成しても良い。
実施の形態４．
実施の形態４に係る半導体装置の製造方法では、マルチモード干渉（ＭＭＩ：Ｍｕｌｔｉ−Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）を利用した光合分波器を形成する。図１８は、実施の形態４に係る半導体装置の平面図である。この半導体装置は、リッジストライプ１５０と、リッジストライプ１５０を埋め込む化合物半導体層１５２を備えている。リッジストライプ１５０は左側と中央と右側で形状が異なっている。つまり、リッジストライプ１５０は、左側で１本であり、中央で幅が最大となり、右側で２本に分岐する。なお、リッジストライプは光の伝達効率を最適化するために別の形状としてもよい。
まず、レーザ部形成工程により、図１９に示すレーザ部１８を形成する。図１９Ａは図１８のＩ−Ｉ´線に対応する部分の断面図であり、図１９Ｂは図１８のＩＩ−ＩＩ´線に対応する部分の断面図であり、図１９Ｃは図１８のＩＩＩ−ＩＩＩ´線に対応する断面図である。なお、図２０、２１、２２におけるＡＢＣも、図１９のＡＢＣと同じ意味である。
次いで、半導体層形成工程により、図２０に示す化合物半導体層２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃを形成する。化合物半導体層２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃは、ＩｎＰで形成され、電流ブロック層として機能する。化合物半導体層２０Ａは凸部２０ａを有し、化合物半導体層２０Ｂは凸部２０ｂを有し、化合物半導体層２０Ｃは２つの凸部２０ｃを有している。
次いで、ウェットエッチング工程により凸部を除去する。ウェットエッチング工程では、臭化水素酸：酢酸：水の混合比が１：３：１のエッチャントを用いる。図２１は、ウェットエッチング工程の初期段階を示す断面図である。ウェットエッチング工程は、凸部が完全に除去されて化合物半導体層２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃが平坦化されると終了する。図２２は、ウェットエッチング工程終了後の断面図である。
図２２Ａには上部半導体層１４の側面に形成された（１１１）Ａ面１４ｅ、１４ｆが示されている。図２２Ｂには上部半導体層１４の側面に形成された（１１１）Ａ面１４ｇ、１４ｈが示されている。図２２Ｃには上部半導体層１４の側面に形成された（１１１）Ａ面１４ｉ、１４ｊが示されている。なお、ウェットエッチング工程で用いるエッチャントに酸化剤を加えてもよい。
マルチモード光干渉を利用した光合分波器は、複数の光導波路を連結させるため、マスク幅が広くなる部分がある。半導体層形成工程において、幅が広いマスクの上では大量のガス種がマイグレーションするので、マスクの横の凸部が大きくなる。そのため、マスクの剥離を防止しつつ凸部を除去できる本発明の方法が特に有効である。また、光合分波器では、化合物半導体層の表面を平坦にすることで伝達効率の改善が可能となる。
図２３は、リッジストライプの形状の変形例を示す平面図である。図２３Ａのリッジストライプ１５０はストレート型である。図２３Ｂのリッジストライプ１５０はフレア型である。図２３Ｃのリッジストライプ１５０は曲がり光導波路型である。図２３Ｄのリッジストライプ１５０は分岐型である。図２３Ｅのリッジストライプ１５０はマッハツェンダー導波路型である。リッジストライプの平面形状とマスクの平面形状は同じである。つまり、マスクの平面形状を変形させることで、任意の形状のリッジストライプを形成できる。
ここまでに説明した各実施の形態の特徴は適宜に組み合わせて用いてもよい。
ところで、実施の形態１−４におけるレーザ部１８は、活性層１２、上部半導体層１４、及びマスク１６を有する非常にシンプルな構成とした。しかしながら、レーザ部１８の構成は、このようなシンプルな構成に限定されず、様々な変形をなし得る。
つまり、レーザ部１８は、マスク１６、上部半導体層１４、及び活性層１２を有する限り様々な変形をなし得る。例えば、上部半導体層１４は、クラッド層を最上層に備える複数の半導体層で形成してもよい。
図２４は、レーザ部１８の変形例を示す図である。図２４に示すレーザ部１８は、分布帰還型レーザ素子（ＤＦＢ−ＬＤ）を構成している。上部半導体層１４は、光閉じ込め層１４Ａ、バリア層１４Ｂ、回折格子構造を有するガイド層１４Ｃ、及びクラッド層１４Ｄを備えた多層構造になっている。また、活性層１２と基板１０の間には、光閉じ込め層とクラッド層を備えた下部半導体層２００が形成されている。ガイド層１４Ｃは活性層１２と基板１０の間に形成してもよい。クラッド層１４Ｄは、コンタクト層又はキャップ層の役割を兼ねてもよい。その場合、クラッド層１４Ｄを、コンタクト層又はキャップ層と呼ぶことがある。基板１０はｎ型半導体で形成してもよい。
図２４のレーザ部１８の場合、ウェットエッチング工程においてクラッド層１４Ｄに（１１１）Ａ面が形成され、上部半導体層１４（クラッド層１４Ｄ）のサイドエッチングを停止させることができる。この場合、ガイド層１４Ｃの露出、及びクラッド層１４Ｄのエッチング量を抑制できる。当然ながら、活性層１２の露出も回避できる。
１０ 基板、 １２ 活性層、 １４ 上部半導体層、 １４ａ、１４ｂ （１１１）Ａ面、 １６ マスク、 １８ レーザ部、 ２０Ａ,２０Ｂ 化合物半導体層、 ２０ａ,２０ｂ 凸部、 ２２ コンタクト層、 ２４ レジスト、 ６０ 化合物半導体層、 ６２,６６ クラッド層、 ６４ 活性層、 ６６ａ 凸部、 １００ 光変調器、 １０２ マスク、 １０４ 化合物半導体層、 １１０ａ,１１０ｂ 凸部、 １５０ リッジストライプ、 １５２ 化合物半導体層

Claims (7)

  1. 基板の一部に、活性層と、前記活性層の上に形成された上部半導体層と、前記上部半導体層の上に形成されたマスクとを備えるレーザ部を形成するレーザ部形成工程と、
    Ｉｎを含有する材料で、前記レーザ部の側面に接し、前記レーザ部と接する部分に凸部を有する化合物半導体層を形成する半導体層形成工程と、
    臭化水素酸と酢酸を含むエッチャントによって、前記凸部を除去し、前記化合物半導体層を平坦にするウェットエッチング工程と、を備え、
    前記ウェットエッチング工程によって、前記マスクの下の前記上部半導体層に（１１１）Ａ面が形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 前記化合物半導体層は、前記レーザ部の（０１１）面又は（０−１−１）面に接し、
    前記エッチャントは、前記臭化水素酸と前記酢酸に加えて、酸化剤を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記上部半導体層はＩｎＰで形成され、
    前記化合物半導体層は、ＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓのいずれか１つで形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記マスクは、前記ウェットエッチング工程で前記マスクのエッチ速度が前記凸部のエッチ速度より遅くなる材料で形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 前記マスクはエピタキシャル層で形成されたことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
  6. 前記ウェットエッチング工程後の前記化合物半導体層の表面には（１００）面が露出することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  7. 前記化合物半導体層は、電流ブロック層、光変調器、光導波路、光結合器、光増幅器、ＥＡ変調器、又は位相変調器を構成することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
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