TW201004077A - Method of manufacturing semiconductor optical element - Google Patents

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TW201004077A
TW201004077A TW098105216A TW98105216A TW201004077A TW 201004077 A TW201004077 A TW 201004077A TW 098105216 A TW098105216 A TW 098105216A TW 98105216 A TW98105216 A TW 98105216A TW 201004077 A TW201004077 A TW 201004077A
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resist
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semiconductor
semiconductor layer
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Masatsugu Kusunoki
Takafumi Oka
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Mitsubishi Electric Corp
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Description

201004077 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於在波導脊頂 夕制、止古、土 、沁成電極的半導體光元件 之衣以方法，尤其係關於藉 ^ ^ ^ a 門早的步驟，防止波導脊頂 樹導體層與電極的接觸面積減少，且可防止波導㈣ 部的半導體層㈣刻而受到彳 、 〜干等體先兀件之製造方 法0 【先前技術】 所需之可在藍色區域至紫 ’盛行採用AIGalnN等It 氮化物系半導體雷射的研 近年來，以光碟之高密度化 外線區域發光的半導體雷射而言 化物系111 - V族化合物半導體的 究開發’且業已實用化。 如上所不之藍紫色LD (以下脾帝如_ , „ ^ 、 下將田射二極體記載為LD) 係在GaN基板上使化合物半導體 亍导體結日日成長而形成。以代表 性的化合物半導體而言’有111族元素與V族元素相結合 的ιιι-ν族化合物半導體。複數的ΠΙ族原子或v族原子 以各種組成比相結合’藉此獲得混晶化合物半導體。以藍 紫色LD所使用的化合物半導體， q卞等體而5，有例如GaN、GapN、
GaNAs、InGaN、AIGaN 等。 在波導脊型的LD中，波導脊禆由绍祕 叹守为你田絕緣膜所包覆。在該 絕緣膜係在波導脊頂部設置開口，經由 '工田連開口而在屬於波 導脊之最上厣的接觸層連接有電極。 ' 絕緣膜的開口係藉由採用在形成波導脊時所使用的阻 2：U8-10327-PF 4 201004077 劑遮罩的舉離法rι 接觸層的表面凹陷m〇⑴而形成。該阻劑遮罩係沿著 留在該凹二：因此在舉雜後亦有絕緣膜的-部分殘 接觸的接觸面積會#j、緣膜，電極與接觸層 的問題。 會有小於波導舍頂部之接觸層之全表面積 接觸層的材料，因；使㈣觸電阻較低的GaAs等作為 阿科’因此即使接觸面積 阻並不太會增加。、/，/、電極的接觸電 阻較高的_等作二：紫色以中，由於使用接觸電 少，而使盘電極Λ 的材料’因此由於接觸面積減 為了解電…增加，而使動作《上升。 層積構造上形成電極。接著方法。[先，在半導體 進行蝕刻，另外脾主道_ 極上形成阻劑，將電極 波導脊。接著：積構造钱刻至中途為止而形成 ”接者，在殘留阻劑的情 絕緣膜。接薯 直接在日日圓上面形成 以覆蓋_使料脊的上面Η。接著， 復现電極的方式形成p I之第9頁第42 f極（例如參照專利文獻 主50仃及第1圖）。 此外，亦已提出以下方 的-部分進行_而形成波導脊:將半導體層積構造 成絕緣膜。接著，在絕緣 者，在波導脊表面形 阻劑。但是，以下層阻劑而二序形成下層阻劑與上層 的光起反應者，以上層阻二使用僅對未達波長3 — 上的光起反應者。接著 。使用僅對波長300mn以 方式將上層阻劑圖案化。’=出波導脊附近之下層阻劑的 考以使波導脊上的絕緣膜露 2118-10327-PF 、 201004077 出的方式將下層阻劑圖案化。接著1 了去除波導脊外側 的絕緣膜而進行㈣。接著，去除殘存的下層阻劑及上層 阻劑，以金屬層為電極而進行蒸鑛（例如參照專利文獻2 之段落0024至0034及第7圖至第18圖）。 此外，亦已提出以下方法。首先，使用金屬遮罩’將 接觸層進行㈣。接著’在殘留金屬遮罩的情形下直接以 接觸層為遮罩而將半導體層積構造進行㈣而形成波導 脊。接著，在全面形成絕緣膜，#由舉離來去除金屬遮罩 及=成在其上的絕緣膜。接著，#由微影，形成使p側電 極露出的阻劑。以該阻劑為遮罩而將電極材料進行真空蒸 鍍。接著，藉由舉離來去除阻劑及其上㈣極材料:形: 接觸波導脊之接觸層的電極（例如參照專利文獻3之段落 0025至〇〇34及第1圖）。 此外，亦已提出以下方法。首先，在接觸層上形成第 1保。蔓膜，在則i保護膜上形成長條狀的m呆護膜。 接著’在时f 2保護膜的情形τ將第〗保護膜進行姓刻 *隻去除第2保5蔓膜’而以長條狀成形第1保護膜。接 者藉由以g Η呆護膜為遮I，將半導體層積構造姓刻至 中途為止而形成波導脊。接著，將不同於帛^保護膜之屬 二、巴緣材料的帛3保護膜形成在波導脊的側面及因姓刻而 出之半導體層的平面。接著，藉舉離僅去除第1保護膜， 而在第3保護膜與接觸層之上形成與接觸層作電性連接的 電極t例如參照專利文獻4之段落0 020至0 0 2 7及第i圖）。 藉由該以法’彳防止料脊的接觸層#電極的接觸
2il8-l〇327-PF 6 201004077 面積減少。但是，由於治 ;3有，將金屬的電極與半導體層 同時進行蝕刻的步驟、在 吏用2層阻劑時，殘留下層阻劑 而停止上層阻密彳；^w u μ 步驟、使用金屬遮罩的步驟、在 使用複數保護膜時，進扞蛊 ^ , 舉離的步騾等複雜的步驟，因此， 無法:定地製造=性-致的裝置，製程的自由度較低。 的接觸面藉：由間早的步驟’防止波導脊的接觸層與電極 的接觸面積減少，因此已 ^ ΛΛ 出乂下方法。首先，藉由在層 f有丰導體層的晶圓形成溝部，而形成波導脊。接著 曰曰圓全面形成Si〇2膜。接著， M ^膜厚在溝部比在波導脊頂 邛厚的方式形成阻劑。接著， 部的阻劑，-面去除波導脊，一面殘留溝 w 除/皮導相部中的阻劑。㈣，以阻劑 s:r進::刻，一面殘留形成在溝部侧面及底部的 面確實地去除形成在波導脊頂部的抓膜 在去除阻劑後，在波導脊了頁部形成電極。 此外，亦已提出以下方法。首 面帮士互丸 型接觸層的上 成長條狀的金屬層。接著，進行熱處理（合金化） c"“ 著U p側歐姆電極為遮罩，倍用 12作為蝕刻氣體，進行蝕刻至露 吏用 參照專利文獻5…。州 導引層為止（例如 兮不j又馱b之奴洛0035至〇〇38及第2圖）。 此外，亦已提出以下方法。首 致全面形成由Sl，在p側接觸層的大 :成由S1氧化物所構成的第“呆護媒， 遷膜之上形成長條狀的帛3保護膜。在 保 情*形下直接將第！保護膜進行姓刻，去3保護膜的 成長條狀的第！保護膜。接著未：#保護膜，形 由未形成有第1保護膜的 2118-i〇327-pf Ί 201004077 部分對p側接觸層進行蝕刻，在第i ― 形成與保護膜的形狀相對應的長條狀：：：二正下方部分 將不同於第i保護膜之屬於絕緣材料 '域。接著’ 長條狀波導的側面、經#刻 Ί蒦膜形成在 路'出之氮化物车道/ 側被覆層）的平面、及第〗保護膜之上 +導體層（p 例如氫氟酸的乾式蝕刻，去除接著，藉由使用 形成在第！保護膜上的第2保護膜，=，僅去除 側被覆層的平面係連續形成有第2 條狀的側面及Ρ 文獻6之段落0018至0024及第6圖、)°。、（例如參照專利 此外，亦已提出以下方法。首先，在藍寶 成GaN系材料的磊晶成長層，在 土板上形 取上層之P~GaN接觸届夕 上形成長條狀的第1遮罩‘（以〇2膜 為遮罩進行乾式㈣，形成波導脊長條接:著以= 在Α制埋人層之上形成第2遮罩（Si_),另 旋塗來形成阻劑。該阻劑係、相較於波導脊 3 波導脊長條之頂點的SlQ $、的兩側’與 — 对屦的部分為較薄。接著， 精由利用氧氣等所進行的乾式蝕 ^ ^ 川去除與波導脊長條部 相對應之…阻劑，而使第2遮罩露出。使用I對該 2出的第2遮罩選擇性地進行兹刻，而使埋入層 =:接著：藉由灰化，去除殘留的阻劑，而使第2遮罩 2广第、2遮罩為遮罩而進行濕式蝕刻，去除 ^曰’使波導脊頂部的第1遮*罩露出。接著，藉由渴式 餘刻’去除第i遮罩與第2遮罩（例如參照專利文獻了之
2118-10327-pp . R 201004077 段落0030至〇040及第2圖至第12圖）。 此外，亦已提出以下方法。首先，藉由等 藍寶石基板上形成GaN系層積構造。接著， 在 之接觸層上形成長條狀的電極。接著“曰積構造 找’以該電極蛊奋 形成波導脊。接著，以包含波導脊 :而 > 4费a > 1叫々'波導脊所包含 之被覆層之兩側面及接觸層之兩側面各個的下部 成絕緣層。接著，在絕緣層之上塗布阻劑。該阻劑在波導
脊之上形成為較薄，在波導脊的兩側則形成為較厚 的頂面高度係形成為大致相同的高度。接著，冑由姓刻， 使電極的頂面及兩側面、接觸層的兩側面各個的上部露 出心成具有與台地構造才目同寬幅的長條狀的金屬膜（例 如參照專利文獻8之段落_4至〇〇73及帛3圖至第 (專利文獻1 ) W0200 3/ 085790號公報 (專利文獻2)日本特開2〇〇〇_22261號公報 (專利文獻3)日本特開2000-340880號公報 (專利文獻4)日本特開2〇〇3_142769號公報 (專利文獻5)日本特開2〇〇4_253545號公報 (專利文獻6)日本特開2000-1 14664號公報 (專利文獻7)日本特開2000-1 64987號公報 (專利文獻8)日本特開2002-335043號公報 【發明内容】 (發明所欲解決之課題） 在習知方法中，首先’形成波導脊，且以Si〇2膜覆蓋。 2118-10327-pp 201004077 接者，在全面塗布阻劑 波導脊丁頁部的阻劑。接著自殘留溝部的阻劑，一面去除 训2膜由表面门/ 該阻劑為遮罩，將所露出的 01U2胰田表面同樣地進行 山町 部的，_面去 ^ 1殘留溝部的側面及底
, ς.π 導脊頂部的w〇2膜，在波導|TS 邛形成Si〇2膜的開口部。 甘收等會頂 仁疋在去除S i eh膜時若使 覆蓋的波導脊頂部的半導 u 刻，被Si〇2膜所 ♦波導脊頂：1層會因飯刻而受到損傷。例如 ”皮導含頂部的半導體層為？型接 ： 阻。此外，GaN条从冰1换 s增加接觸電 ㈣糸材枓難以被濕式 層以_系材料構成時，係 因此…接觸 傷部分。 、#由濕式餘刻來去除該損 本發明係為了解決如上 在獲得一種半導體光元件之題而研創者，其目的 κ ^ 件之製造方法可藉自冑單的步驟决 防止波導脊項部的半導 驟來 干守遐層與電極的接觸面 防止波導脊頂部的半導體層因㈣而㈣㈣。且了 (用以解決課題的手段） 本發明之半導體光元件之製造方法係包括：在 依序層積第1導電型的第丨半導體 "上 ^ 干守篮層活性層及第2導雷 尘的第2半導體層的步驟；在第2 —丄， 卞等遐層上塗布阻劑， 精由光微影，將阻_案化成長條狀的步驟；以阻劑 罩’將第2半導體層進行乾式蝕刻至中途為止，形成在底 部殘留有第2半導體層的凹部及與該凹部相鄰接的波導脊 的步驟；在殘留有阻劑的情形下直接在波導脊及凹部上形 2118-10327-pp 10 201004077 成絕緣膜的步驟；利 用死^成在阻齊j上的 部上的絕緣模㈣㈣h 的，，·邑'緣膜與形成在凹 絕緣膜，… 羊的不同，-面殘留形成在凹部上的 步驟，·去降路♦ , w上的絕緣膜而使阻劑露出的 -斤路出的阻劑的步驟·芬卢丄人 波導脊頂部形…及在去除阻劑之後，在 知。 的步驟。本發明之其他特徵由以下可 (發明效果） 防止波導脊頂部的 防止波導脊頂部的 根據本發明，可藉由簡單的步驟來 半導體層舆電極的接觸面積減少，且可 半導體層因蝕刻而受到損傷。 【實施方式】 一面參照圖示，一面說明本發明之實施形態之半導體 光元件之製造方法。 百先，如第1圖所示’預先在藉由熱清洗（thermai cleaning)等將表面予以洗淨後的打型—基板n (基板) 之屬於其中-方主面的Ga面上，藉由有機金屬化學氣相成 長法（以下稱為M0CVD法），以例如i〇〇〇t：的成長溫度形 成由η型GaN所構成的緩衝層GaN基板u的層厚 為ΙΟΟαπι左右，緩衝層12的層厚為1//m左右。 在其上依序層積有：η型被覆層13、n型被覆層u、n 型被覆層15、n側光，導引層16、n側SCH ( Separat、e
Confinement Heterostructure)層 17、活性層 18、p 側 2118-10327-PF 11 201004077 SCH層19、電子障壁層20、P側光導引層21、p型被覆層 22、及接觸層23。 曰 在此’η型破覆層13係由層厚4〇〇11111的n型μ。— 所構成’Π型被覆層14係由層厚1 0 0 0㈣的η型A1d.。— 所構成’η型被覆層15係由層厚綱·的η型Ah.„15Gae.9 8 5 N 所構成’ n側光導引層16係由層厚8q⑽的未推雜 IH08N所構成，n側—層17係由膜厚3〇⑽的未換 雜 In。. “Gao. S8n 所構成。 活性層18係在n側SCH|17上依序層積有層厚— 之未摻雜ine.12Ga().88N的阱層、層厚8nm之未摻雜 =一的阻障層、及層厚5·之未摻雜一 的阱層的雙重量子井構造。 構/，層19係由膜厚3〇隨的未推雜In°.〇2Ga°.9_ 構 障壁層20係由層厚20nm的P型AluGu所 所構成?側？導引層21係由層厚^的…1。·“』 P型被覆層22係由層厚500nm的 所構成，由垃鉬 sP ^ Al〇.„7Ga〇.93N 、觸層23的層厚20nm的p型_所構成。 n型被覆層13至15係n刑f筮1播 導俨居，，、 15係n型（弟1導電型）的第i半 曰p !被覆層22與接觸層23係 的第2半導體層。但是，第2半導體：二(：2V:型) 3層以上。盆中，栋^ 曰了為1層，亦可為 型雜質。、 Sl作為n型雜質，使用心作為。 *由=如第.2圖所示，在接觸層23上塗布阻劑，24, 微，"阻齊"4圖案化成長條狀。將長條狀阻劑 2ll8^10327'pp 12 201004077 24的寬幅形成么，c 為1 · 5 A m，將長條狀阻劑24彼此的間隔形 成為 1 0 g JU。货 ΒΘ |、社. "、 關於p側光導引層21更為下側的屛， 由於沒有產生變化，因此省略圖示。 接者’如第3圖所示，以阻齊d 24為遮罩，藉由例如 22 Ve iQn Etchlng)，將接觸層23與P型被覆層 在广至p型被覆122的中途為止。藉此形成 在广"㈣有p難覆層22的通道25( U相鄰接的波導脊26及電極焊塾基台… -紅 面j此’^導脊2 6係配設在作為雷射二極體之共振器端 …開端面的寬幅方向的中央部分’延伸存在於作為共 u端面之兩劈開端面之間。該波導脊別之長邊方向的尺 & ’亦即共振H長為1G_m，與該長邊方向呈正交的方 塾舍寬幅為！❹至數十㈣，例如U”。電極焊 二基』係隔著通道25而形成在波導脊 片部。波導脊^之距離通道25底面的高度3為5〇_ (0.5”）左右。通道25的寬㈣ 由如第4圖所示’在殘留阻劑24的情形下直接藉 5缝法或蒸鍍法等，在通道25、波導脊26及 的=Γ7上形成Si°2膜28(絕緣膜)。— 旧膜/子為0.2/zm。SiO?膜？p尨费甘 、係覆|波導脊26及殘留在電 = 之阻劑24的上面及侧面、通…底面 及側面。 22及接广成在通道25上，亦即形成在P型被覆層 接觸層23上的Si〇2膜28 7勝質相比較，形成在阻劑
2118-10327-pF 13 201004077 24上的Si 〇2膜28的膜晳 膜質並不緻密。因此，阻劑24上的
Sl02膜28的姓刻率會比通道Μ上的咖膜28快。尤並 *使用誠法來形成咖膜28時，該餘刻率的差較大。 利用該蝕刻率的不同， ..„ τ ^ 门如第5圖所示，藉由使用緩衝 氬親i I尋的濕式钱刻，一品成⑶ 面殘留形成在通道25上的Si〇2 膜28，一面去除形成在阻劑 24 Μ ih ^ Φ古 的Si 〇2膜28而使阻劑 24路出。其中，亦可進行 取代濕式姓刻。 u體等的乾式姓刻’來 接者’如第6圖所千，雜丄 圃斤不，藉由有機溶劑來去除 阻劑24。其中，亦可使用坊缺南 7路出的 灰化裝Η 、 ，丨1酸/、過氧化氫水的混合液或〇2 Γ由=二二除阻齊"4。此外，雖然考慮應用 猎由丙酮超音波處理而將阻劑24及形成在阻劑24上的 ^〇2膜28同時去除的舉離法，但是在超音波處理中，會有 發生Sl〇2膜28之殘渣的情形，故較不理想。 接著，如第7圖所示，在波導脊部的接❹23 上’藉由真空蒸錄法依序層積AuGa、Au、pt P側電極29(電極）。且栌而丄士人 取 “丄 ”體而，，在全面塗布阻劑（未圖示）， :致影：在屬於波導脊26之最上層的接觸層23的上 ::導脊26的側壁及通道25底部的—部分形成開口。 =在全面形“側電極29’ .藉由舉離法來去 :成在阻劑…。❹。結果，p側電極Μ 層23作電性連接’覆蓋SW的上端、波導脊、26: 側壁^1^28、及通道25底部之咖膜^的一部2 接者，如第8圖所示’形成抓膜3。。具體而言，在 21i.8-l〇327-pp 201004077 全面塗布阻劑（未圖示）’藉由光微影，在除了 -上以外的部分形成開口。接著，藉由蒸鐘在全面 厚1〇〇n_Sl⑴膜3〇,藉由舉離法來去除藉由舉離法形成 在P側電極29上的P且劍；g r 幻及形成在阻劑上的Si〇2膜。姓 f係覆蓋電極焊塾基台27上、通道25側”
Sl〇2膜28、及通道25底部的Siow 28的—部分。 接著，如第9圖所示，藉由真空蒸鍍法’在P側電極 29、通道 25 及 Si〇2M qn μ a 姓 T. ^ 、上層積Ti、Pt及Au而形成焊墊 電極3：!。焊墊電極31係與p側電極29作電性連接，覆蓋 通道25内的p側電極29、咖膜28及抓膜⑽， 伸至電極焊墊基台27的Sl〇2膜30上為止。 延 最後，如第1〇圖所示：，藉由真空蒸鍍法，^型㈣ 基板U的背面依序層積Ti、p^Au而形成η側電極32。 藉由乂上步驟’形成本實施形態之波導脊型的藍紫色 二極體。 ' 如以上說明所示，在本實施形態中，由於在藉由阻劑 24覆瓜波導脊26頂部的狀態下形成Si⑴膜28，因此 會有在接觸層23上殘留Si〇2膜28的情形。因此，可防 波導脊26項部的接觸層㈡與P側電極29的接觸 少。此外’由於利用蝕刻率的不同來去除形成在阻劑2“ 的Si〇2膜28,因此步驟較為簡單。此外，當在s他膜 藉乾式_形成開口部時，在接觸層23上殘留有阻劑^。 該阻劑24具有作為保護膜的功能，阻劑24係藉由有 劑予以去除，因此可防止波導脊26 了頁部的接觸層23因= 2118-10327-pf 15 201004077 式#刻而受到&傷。因此’卩防止接觸面積減少或因損傷 以致接觸電阻增纟，且可防止動作電壓增加。 其中’亦可使用 Si0x(〇<x<2)、SiN、Si〇N, TiC)2、 Ta2〇5、Al2〇3、AIN、Zr〇2、Nb2〇5、MgO、SiC 等的絕緣膜來 取代Si〇2膜28、30。此外，在本實施形態中，係以藍紫色 LD作為半導體光兀件為例加以說明，但是並非侷限於此， 本發明係可適用於紅色LD等半導體光元件全體。 【圖式簡單說明】 第1圖係用以說明本發明之實施形態之半導體光元件 之製造方法的剖面圖。 第2圖係用以說明本發明之實施形態之半導體光元件 之製造方法的剖面圖。 第3圖係用以說明本發明之實施形態之半導體光元件 之製造方法的剖面圖。 第4圖係用以說明本發明之實施形態之半導體光元件 之製造方法的剖面圖。 第5圖係用以說明本發明之實施形態之半導體光元件 之製造方法的剖面圖。 第圖係用Μ言兒明本發明之實施形態之半導體光元件 之製造方法的剖面圖。 第圖係用以說明本發明之實施形態之半導體光元件 之製造方法的剖面圖。 第8圖係用以說明本發明之實施形態之半導體光元件 2118-l〇327~PF , 201004077 之製造方法的剖面圖。 係用以說明本發明之實施形態之半導體光元件 之製造方法的剖面圖。 第0圖係用以說明本發明之實施形態之半導體光元 件之製造方法的剖面圖。 【主要元件符號說明】 11 η型GaN基板 (基板） 12 緩衝層 13 n型被覆層（ 第 1半導體層） 14 η型被覆層（ 第 1半導體層） 15 η型被覆層（ 第 1半導體層） 16 η側光導引層 ( 第1半導體層） IT η侧SCH層（ 第 1半導體層） 18 活性層 19 Ρ側SCH層（ 第 2半導體層） 20 電子障壁層（ 第 2半導體層） 21 Ρ側光導引層 ( 第2半導體層） 22 Ρ型被覆層（ 第 2半導體層） 23 接觸層（第2 半導體層） 24 阻劑 25 通道（凹部） 26 波導脊 27 電極焊墊基台 2118-10327-PF 17 201004077 28 Si〇2 膜（ 29 p側電極 30 S i 〇2 膜 31 焊墊電極 絕緣膜） (電極）
2118-10327-PF

Claims (1)

  1. 201004077 七、申請專利範圍： 1 · 一種半導體光元件 < 冑 表以方法，其特徵在於包括： 在基板上依序層積第1導 的弟1半導體層、活性 層及第2導電型的第2半導體層的步驟； 在前述第2半導體芦糸士 .f tI s, ^ "塗布阻劑，藉由光微影，將前 述阻劑圖案化成長條狀的步驟； 以前述阻劑為遮罩，脾访 將則述第2半導體層進行乾式蝕 刻至中途為止，形成在底部 增進订乾式钱 有别述第2半導體層的四 邛及與該凹部相鄰接的波導脊的步驟； 在殘留有前述阻劑的情形 凹邱F报占傾祕μ 直接在剛逑波導脊及前述 凹°卩上I成絕緣膜的步驟； 利㈣心前述㈣上的前述絕緣 部上的前述絕緣_刻率的不同， == 阻劑上的前述 凹部上的前述絕緣膜，—面去除形成在“别述 絕緣膜而使前述阻劑露出的步驟； 去除所露出的前述阻劑的步騍；及 在去除前述阻劑之後，在 步驟。 述波導脊頂部形成電極的 2.如申請專利範圍第丨項之半導體 法，其中，前述形成絕緣膜的 70件之製造方 的步驟。 緣膜的步驟係㈣•形成抓膜 2118-10327-pf
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