TWI528671B - 半導體裝置之製造方法、半導體裝置以及半導體裝置之製造系統 - Google Patents

半導體裝置之製造方法、半導體裝置以及半導體裝置之製造系統 Download PDF

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Description

半導體裝置之製造方法、半導體裝置以及半導體裝置之製造系 統
本發明關於例如光纖通信之光源使用的半導體裝置之製造方法、以該製造方法製造的半導體裝置、及該半導體裝置之製造系統。
於專利文獻1揭示，將具有活化層的雷射部，及具有光吸收層的光調變器部形成於單體(Monolithic)的半導體裝置。該半導體裝置，例如先形成光調變器部之光導波路之後，藉由對接(butt joint)法形成雷射部之光導波路而製造。
【先行技術文獻】 【專利文獻】
【專利文獻1】日本特開2001-91913號公報
為獲得良好的電流-光輸出特性及高頻特性，較好是將光調變器部之光致發光波長(Photoluminescence wave) 與雷射部的振盪波長之差分值設為事先決定的值。理想的差分值係考慮諸多特性而決定。
如專利文獻1之揭示，比起雷射部先行形成光調變器部，而可於平坦之面形成光調變器部。因此，具有可使光吸收層之組成均一化，獲得穩定的光調變器部之光致發光波長的効果。但是，和理想差分值間僅容許例如±2nm之誤差之情況亦有可能存在。該情況下，僅依據專利文獻1揭示之方法並無法達成充分減低差分值之誤差。
本發明為解決上述課題者，目的在於提供可以充分減少差分值之誤差的半導體裝置之製造方法、半導體裝置及半導體裝置之製造系統。
本發明的半導體裝置之製造方法，其特徵在於包括：於基板形成下部光閉鎖層、該下部光閉鎖層之上的光吸收層、及該光吸收層之上的上部光閉鎖層，藉由除去該下部光閉鎖層、該光吸收層及該上部光閉鎖層之一部分，而形成光調變器部的第1工程；在該基板之未形成有該光調變器部的部分，形成具有繞射光柵(diffraction grating)之雷射部的第2工程；於該上部光閉鎖層之上形成擴散抑制層的工程，該擴散抑制層用於抑制摻雜劑之擴散；及於該雷射部與該擴散抑制層之上形成接觸層的第3工程；將該接觸層之摻雜劑之種類，與該上部光閉鎖層之摻雜劑之種類設為一致。
本發明另一半導體裝置之製造方法，其特徵在於包括：於晶圓形成下部光閉鎖層、該下部光閉鎖層之上的光吸 收層及該光吸收層之上的上部光閉鎖層，藉由除去該下部光閉鎖層、該光吸收層及該上部光閉鎖層之一部分，而形成複數個光調變器部的第1工程；對該複數個光調變器部之各個光調變器部之光致發光波長進行評估的評估工程；於該晶圓，以使該複數個光調變器部分別與具有繞射光柵的雷射部呈連接的方式，形成複數個雷射部的第2工程；及於該複數個光調變器部與該複數個雷射部之上形成接觸層的第3工程；於該第2工程，係以使該評估工程獲得的光致發光波長與該雷射部之振盪波長之差分值成為事先決定之值的方式，來形成該複數個雷射部之各個之該繞射光柵。
本發明的半導體裝置，係包括：基板；光調變器部，其具有形成於該基板之上的下部光閉鎖層，形成於該下部光閉鎖層之上的光吸收層，及形成於該光吸收層之上的上部光閉鎖層；擴散抑制層，係形成於該上部光閉鎖層之上，用於抑制摻雜劑之擴散；雷射部，係於該基板之上與該光調變器部相接而形成；及接觸層，形成於該雷射部與該擴散抑制層之上；該光吸收層全體為均一之組成，該接觸層之摻雜劑與該上部光閉鎖層之摻雜劑之種類一致。
本發明的半導體裝置之製造系統，其特徵在於包括：PL評估裝置，係對形成於晶圓的複數個光調變器部之各個光調變器部之光致發光波長進行評估；電子線描繪裝置，係形成與該複數個光調變器部之各個相接而設的雷射部之繞射光柵；及運算部，係由該PL評估裝置受取該光致發光波長之資訊，對該繞射光柵之密度進行運算，以使該光致發光波長與該 雷射部之振盪波長之差分值成為事先決定的值，並將該結果傳送至該電子線描繪裝置。
依據本發明，可以抑制摻雜劑對光吸收層之擴散，達成繞射光柵之密度最佳化，減少差分值之誤差。
10‧‧‧半導體裝置
12‧‧‧基板
14‧‧‧雷射部
16‧‧‧n型被覆層
18‧‧‧活化層
20‧‧‧p型被覆層
22‧‧‧繞射光柵
24‧‧‧填埋層
32、36‧‧‧光閉鎖層
34‧‧‧光吸收層
38‧‧‧擴散抑制層
40‧‧‧接觸層
42‧‧‧絕緣膜
100‧‧‧半導體裝置之製造系統
102‧‧‧PL評估裝置
120‧‧‧運算部
130‧‧‧電子線描繪裝置
第1圖係實施形態1的半導體裝置之剖面圖。
第2圖係第1工程後之半導體裝置之剖面圖。
第3圖係第2工程後之半導體裝置之剖面圖。
第4圖係實施形態2的半導體裝置之製造系統之圖。
參照圖面說明本發明之實施形態的半導體裝置之製造方法、半導體裝置、及半導體裝置之製造系統。同一或對應的構成要素附加同一符號，並有可能省略重複說明。
實施形態1.
第1圖係本發明之實施形態1的半導體裝置10之剖面圖。半導體裝置10包括例如由n型InP形成的基板12。於基板12之上形成雷射部14。說明雷射部14。雷射部14包括形成於基板12之上的n型被覆層16。於n型被覆層16之上，例如藉由以InGaAsP為材料的MQW(Multi Quantum Well)形成活化層18。於活化層18之上形成p型被覆層20。於p型被覆層20形成繞射光柵22。於p型被覆層20之上形成p型填埋層24。
於基板12之上形成和雷射部14相接的光調變器部 30。說明光調變器部30。光調變器部30，係包括形成於基板12之上的下部光閉鎖層32。於下部光閉鎖層32摻雜有例如S。於下部光閉鎖層32之上形成光吸收層34。光吸收層34全體為均一之組成。光吸收層34例如由以InGaAsP為材料的MQW形成。於光吸收層34未摻雜有摻雜劑。於光吸收層34之上形成上部光閉鎖層36。於上部光閉鎖層36摻雜有Be。
於上部光閉鎖層36之上形成擴散抑制層38。擴散抑制層38係由例如i型InP形成。於雷射部14與擴散抑制層38之上形成接觸層40。於接觸層40摻雜有Be。因此，接觸層40之摻雜劑(Be)與上部光閉鎖層36之摻雜劑(Be)之種類一致。
於接觸層40之上形成絕緣膜42。於絕緣膜42之上，形成作為雷射部14之p側電極使用的第1p側電極44，及作為光調變器部30之p側電極使用的第2p側電極46。於基板12之背面形成共通n側電極48。
半導體裝置10，係將雷射部14與光調變器部30形成於單體的裝置。因此，CW(連續波(Continuous Wave))驅動的雷射部14之輸出光，可被RF(射頻(Radio Frequency))驅動的光調變器部30之光吸收層34吸收，可以實現高速響應、大容量傳送及長距離通信。
說明半導體裝置10之製造方法。首先，形成光調變器部30。將形成光調變器部30的工程稱為第1工程。於第1工程，首先，於基板12之全面藉由磊晶成長形成下部光閉鎖層32、下部光閉鎖層32之上的光吸收層34及光吸收層34之上的上部光閉鎖層36。之後，形成遮罩，藉由乾蝕刻或濕蝕刻除去下 部光閉鎖層32、光吸收層34及上部光閉鎖層36之一部分。依此而形成第2圖所示下部光閉鎖層32、光吸收層34及上部光閉鎖層36。於上部光閉鎖層36摻雜Be。之後，於上部光閉鎖層36之上形成擴散抑制層38，完成第2圖所示構造。又，將下部光閉鎖層、光吸收層、上部光閉鎖層及擴散抑制層形成於基板12之全面，對彼等進行蝕刻而完成第2圖所示構造亦可，於第2工程之後形成擴散抑制層38亦可。
接著，形成雷射部14。將形成雷射部14的工程稱為第2工程。於第2工程，係在基板12之未形成有光調變器部30的部分，形成具有繞射光柵22之雷射部14。繞射光柵22，係藉由電子線描繪裝置於p型被覆層20形成圖案，藉由蝕刻形成週期性段差之後，將和p型被覆層20具不同折射率的結晶填埋於該段差而形成。第3圖表示第2工程後的半導體裝置之剖面圖。又，光調變器部30、擴散抑制層38及雷射部14，較好是以對接法形成。
接著，於雷射部14與擴散抑制層38之上形成接觸層40。將形成接觸層40的工程稱為第3工程。於接觸層40摻雜Be。
於本發明實施形態1的半導體裝置之製造方法，比起雷射部14先行形成光調變器部30，將接觸層40之摻雜劑(Be)與上部光閉鎖層36之摻雜劑(Be)之種類設為一致，形成擴散抑制層38。彼等全部以設定光調變器部30之光致發光波長成為事先決定的值(第1特定值)為目的。
形成雷射部之後形成光調變器部時，和光吸收層 之雷射部相接的組成會劣化。如此則，無法將光調變器部之光致發光波長設為第1特定值。因此，本發明實施形態1之中，藉由較雷射部14先行形成光調變器部30，可以針對無雷射部14之側面的平坦基板12之表面形成光調變器部30，因此和較光調變器部先行形成雷射部時比較，可使光吸收層34之組成均一化，可將光調變器部30之光致發光波長設為第1特定值。
於本發明之實施形態1，雷射部14之形成時及接觸層40之形成時之熱會影響到光調變器部30。因此，接觸層等之p型摻雜劑(例如Zn、Be等)擴散至光吸收層34之可能性存在。p型摻雜劑由光吸收層之外部擴散至光吸收層時，光調變器部之光致發光波長會偏離第1特定值。
因此，於本發明之實施形態1，係使接觸層40之摻雜劑(Be)與上部光閉鎖層36之摻雜劑(Be)之種類一致。因此，可以抑制接觸層40之摻雜劑擴散至光吸收層34。又，使p型被覆層20及p型填埋層24之摻雜劑，與上部光閉鎖層36之摻雜劑之種類-致，而構成為p型被覆層20與p型填埋層24之摻雜劑不容易擴散至光吸收層34乃較好者。
藉由擴散抑制層38可以抑制摻雜劑由接觸層40擴散至光調變器部30。擴散抑制層38太薄時無法抑制p型摻雜劑之擴散，擴散抑制層38太厚時無法施加光調變器部30之驅動用之電場。因此，擴散抑制層38之厚度較好是設為最佳厚度，以便能抑制p型摻雜劑之擴散，而且可對光調變器部30施加足夠的電場。例如，較好是擴散抑制膚38之厚度設為100~400nm之範圍，而且擴散抑制層之摻雜劑濃度≦1E+16cm-3。
接觸層40與上部光閉鎖層36之摻雜劑之種類設為一致，以及形成擴散抑制層38，有助於光調變器部30之光致發光波長之穩定化，主要是有助於光吸收量之設為一定。因此，依據半導體裝置10，可使光調變器部30之光致發光波長穩低於第1特定值之同時，可將光吸收量設為一定。
但是，雷射部14之振盪波長係由繞射光柵22之間隔決定。繞射光柵22係藉由電子線描繪裝置形成，因此，容易將雷射部14的振盪波長設為事先決定的值(第2特定值)。
如上述說明，依據本發明實施形態1的半導體裝置之製造方法，可將光調變器部30之光致發光波長設為第1特定值，將雷射部14的振盪波長設為第2特定值。如此則，可以充分減低該光致發光波長與該振盪波長之差分值之誤差。
光吸收層34使用InGaAsP等之InP系材料時，較好於接觸層40與上部光閉鎖層36摻雜Be。光吸收層使用AlGalnAs等之Al系材料時，較好於接觸層與上部光閉鎖層36摻雜Zn。又，繞射光柵22可以形成於n型被覆層16。又，彼等之變形亦可應用於以下實施形態的半導體裝置之製造方法等。
實施形態2.
針對實施形態2以其和實施形態1之差異點為中心進行說明。實施形態2，係關於在1片晶圓製造複數個半導體裝置的半導體裝置之製造方法及半導體裝置之製造系統。第4圖表示本發明實施形態2的半導體裝置之製造系統100之圖。半導體裝置之製造系統100(以下簡單稱為系統100)係包括PL評估裝置102。於PL評估裝置102連接運算部120。於運算部120連接電子 線描繪裝置130。電子線描繪裝置130，係用於形成雷射部之繞射光柵的裝置，該雷射部之繞射光柵係和複數個光調變器部分別相接而設置。
說明實施形態2的半導體裝置之製造方法。首先，於晶圓104形成下部光閉鎖層、光吸收層及上部光閉鎖層，藉由除去彼等之一部分而形成複數個光調變器部。該工程為第1工程。
於第1工程之後，使用PL評估裝置102，針對形成於晶圓104的複數個光變調器部之各個光調變器部之光致發光波長進行評估。稱該工程為評估工程。於評估工程，係將晶圓104朝PL評估裝置102移動，對形成於晶圓的36個光調變器部之光致發光波長進行測定。又，36個光調變器部，係於虛線包圍的區域1個個被形成。
PL評估裝置102之上的晶圓104係顯現出晶圓面內的光致發光波長之分布。晶圓外周部106之光致發光波長為λ1。外周部106之內側之中間部108的光致發光波長為大於λ1的λ2。中間部108之內側之中央部110的光致發光波長為大於λ2的λ3。亦即，越是晶圓104之外周側光致發光波長變為越小。光致發光波長之資料被傳送至運算部120。
評估工程後進入第2工程之處理。於第2工程，係使具有繞射光柵的雷射部和複數個光調變器部之各個呈連接的方式，於晶圓形成複數個雷射部。複數個雷射部之各別之繞射光柵，係以使評估工程獲得的光致發光波長與雷射部的振盪波長之差分值成為事先決定之值的方式加以形成。
說明具體的處理。首先，運算都120係由PL評估裝置102受取光致發光波長之資訊，針對繞射光柵之密度進行運算，以使光致發光波長與雷射部之振盪波長之差分值成為事先決定的值。亦即，針對各個光調變器部，進行最佳繞射光柵之密度之運算。又，「繞射光柵之密度」係表示繞射光柵圖案之密度。增大繞射光柵之密度時雷射元件之振盪波長變小，縮小繞射光柵之密度時雷射元件的振盪波長變大。
於晶圓中央部110光調變器部之光致發光波長較大，因此欲設定差分值成為事先決定的值時，需縮小繞射光柵之密度。反之，於晶圓外周部106，其之光調變器部之光致發光波長較小，因此欲設定差分值成為事先決定的值時，需增大繞射光柵之密度。接著，將該運算結果傳送至電子線描繪裝置130。
於電子線描繪裝置130，係依據運算部120之運算結果，進行電子線照射而於晶圓104形成繞射光柵。亦即，針對晶圓之外周部132增大繞射光柵之密度，針對中間部134則較外周部132縮小繞射光柵之密度，於中央部136則較中間部134縮小繞射光柵之密度。
接著，於複數個光調變器部與複數個雷射部之上形成接觸層。該工程為第3工程。如此而完成就差分值觀點而言具有最佳化繞射光柵的36個半導體裝置。
如上述說明，光致發光波長於晶圓面內具有一定之誤差。因此，晶圓面內之全部半導體裝置之繞射光柵以均一間隔形成時，光致發光波長與雷射部的振盪波長之差分值於晶 圓面內會顯現誤差。結果，形成的半導體裝置具有的差分值會偏離事先決定的差分值。
但是，在使用本發明實施形態2的系統100之半導體裝置之製造方法，係依據評估工程獲得的光致發光波長，於各半導體裝置形成有最佳的繞射光柵，該繞射光柵之差分值被設為事先決定的值。因此，針對形成於晶圓的36個半導體裝置全部，可將差分值設為事先決定的值。
可以將實施形態1之特徴與實施形態2之特徴適當組合。例如，於實施形態2的半導體裝置之製造方法中，將接觸層之摻雜劑與上部光閉鎖層之摻雜劑之種類設為一致，而且形成擴散抑制層，則可以提高減低差分值之誤差的効果。
10‧‧‧半導體裝置
12‧‧‧基板
14‧‧‧雷射部
16‧‧‧n型被覆層
18‧‧‧活化層
20‧‧‧p型被覆層
22‧‧‧繞射光柵
24‧‧‧填埋層
32、36‧‧‧光閉鎖層
34‧‧‧光吸收層
38‧‧‧擴散抑制層
40‧‧‧接觸層
42‧‧‧絕緣膜
30‧‧‧光調變器部
44‧‧‧第1p側電極
46‧‧‧第2p側電極
48‧‧‧共通n側電極

Claims (4)

  1. 一種半導體裝置之製造方法，其特徵在於包括：於基板形成下部光閉鎖層、上述下部光閉鎖層之上的光吸收層、及上述光吸收層之上的上部光閉鎖層，藉由除去上述下部光閉鎖層、上述光吸收層及上述上部光閉鎖層之一部分，而形成光調變器部的第1工程；在上述基板之未形成有上述光調變器部的部分，形成具有繞射光柵之雷射部的第2工程；於該上部光閉鎖層之上形成擴散抑制層的工程，該擴散抑制層用於抑制摻雜劑之擴散；及於上述雷射部與上述擴散抑制層之上形成接觸層的第3工程；將上述接觸層之摻雜劑之種類，與上述上部光閉鎖層之摻雜劑之種類設為一致。
  2. 一種半導體裝置之製造方法，其特徵在於包括：於晶圓形成下部光閉鎖層、上述下部光閉鎖層之上的光吸收層及上述光吸收層之上的上部光閉鎖層，藉由除去上述下部光閉鎖層、上述光吸收層及上述上部光閉鎖層之一部分，而形成複數個光調變器部的第1工程；對上述複數個光調變器部之各個光調變器部之光致發光波長進行評估的評估工程；於上述晶圓，以使上述複數個光調變器部分別與具有繞射光柵的雷射部呈連接的方式，形成複數個雷射部的第2工程；及 於上述複數個光調變器部與上述複數個雷射部之上，形成接觸層的第3工程；於上述第2工程，係以使上述評估工程獲得的光致發光波長與上述雷射部之振盪波長之差分值成為事先決定之值的方式，來形成上述複數個雷射部之各個之上述繞射光柵。
  3. 一種半導體裝置，其特徵在於包括：基板；光調變器部，係具有形成於上述基板之上的下部光閉鎖層，形成於上述下部光閉鎖層之上的光吸收層，及形成於上述光吸收層之上的上部光閉鎖層；擴散抑制層，係形成於上述上部光閉鎖層之上，用於抑制摻雜劑之擴散；雷射部，係於上述基板之上與上述光調變器部相接而形成；及接觸層，形成於上述雷射部與上述擴散抑制層之上；上述光吸收層全體為均一之組成，將上述接觸層之摻雜劑與上述上部光閉鎖層之摻雜劑之種類設為一致。
  4. 一種半導體裝置之製造系統，其特徵在於包括：PL評估裝置，係對形成於晶圓的複數個光調變器部之各個光調變器部之光致發光波長進行評估；電子線描繪裝置，用於形成雷射部之繞射光柵，該繞射光柵係與上述複數個光調變器部之各個相接而設；及運算部，係由上述PL評估裝置受取上述光致發光波長之資 訊，對上述繞射光柵之密度進行運算，以使上述光致發光波長與上述雷射部之振盪波長之差分值成為事先決定的值，並將該結果傳送至上述電子線描繪裝置。
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