JP2002071992A - 光半導体素子の製造方法 - Google Patents
光半導体素子の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光半導体素子の製造方法に関し、テーパ光導
波層の膜厚比を十分に大きくするとともに、マスクの剥
離を防止する。 【解決手段】 光導波路２に対応する開口部を有すると
ともに、光能動部１に対応する連結部を有する一対の矩
形マスク部４，５の角部に光導波路２のストライプ方向
に伸びる帯状マスク部６，７を有し、帯状マスク部６，
７の内、光導波路２の両側に位置する帯状マスク部６の
間隔が、角部から離れるにしたがって拡がる形状のマス
クパターンを用いて、サイドエッチングを伴うエッチン
グと選択成長を行う。
波層の膜厚比を十分に大きくするとともに、マスクの剥
離を防止する。 【解決手段】 光導波路２に対応する開口部を有すると
ともに、光能動部１に対応する連結部を有する一対の矩
形マスク部４，５の角部に光導波路２のストライプ方向
に伸びる帯状マスク部６，７を有し、帯状マスク部６，
７の内、光導波路２の両側に位置する帯状マスク部６の
間隔が、角部から離れるにしたがって拡がる形状のマス
クパターンを用いて、サイドエッチングを伴うエッチン
グと選択成長を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光半導体素子の製造
方法に関するものであり、例えば、ｐｉｎフォトダイオ
ードからなる受光部とテーパ光導波路部とをバットジョ
イント成長で結合する際のマスク剥がれの問題と層厚分
布の問題を同時に解決するためのマスク形状に特徴のあ
る光半導体素子の製造方法に関するものである。
方法に関するものであり、例えば、ｐｉｎフォトダイオ
ードからなる受光部とテーパ光導波路部とをバットジョ
イント成長で結合する際のマスク剥がれの問題と層厚分
布の問題を同時に解決するためのマスク形状に特徴のあ
る光半導体素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年の急激な情報量の増加に伴い、超高
速大容量光通信用の光源や受光素子の開発が急務となっ
ており、その一つとして、ｉ型ＩｎＧａＡｓを光吸収層
とするｐｉｎフォトダイオードと集光レンズ機能を有す
る膜厚テーパ光導波路とをバットジョイント成長で集積
化した超高速受光素子の開発が行われている。
速大容量光通信用の光源や受光素子の開発が急務となっ
ており、その一つとして、ｉ型ＩｎＧａＡｓを光吸収層
とするｐｉｎフォトダイオードと集光レンズ機能を有す
る膜厚テーパ光導波路とをバットジョイント成長で集積
化した超高速受光素子の開発が行われている。
【０００３】従来の受光素子においてはｎ型基板と反対
側のｐ型層の表面から光を入射していたが、膜厚テーパ
光導波路を集積化することによって、レンズなしでも効
率良くｐｉｎフォトダイオードを構成するｉ型ＩｎＧａ
Ａｓ光吸収層に集光させることが可能になる。
側のｐ型層の表面から光を入射していたが、膜厚テーパ
光導波路を集積化することによって、レンズなしでも効
率良くｐｉｎフォトダイオードを構成するｉ型ＩｎＧａ
Ａｓ光吸収層に集光させることが可能になる。
【０００４】ここで、図５を参照して、従来のテーパ光
導波路を集積化したｐｉｎフォトダイオードの製造工程
を説明するが、断面構造は、後述する本発明の製造工程
と同様であるので、図３及び図４も借用して説明する。
なお、図５は、ｐｉｎフォトダイオードを２個分製造す
るための従来のマスクパターンの概略的平面図であり、
実際には、このようなマスクパターンがウェハ上に周期
的に設けられているものであり、また、図３及び図４の
各図は受光部１８を含む位置の〔０１１〕方向に沿った
概略的断面図である。
導波路を集積化したｐｉｎフォトダイオードの製造工程
を説明するが、断面構造は、後述する本発明の製造工程
と同様であるので、図３及び図４も借用して説明する。
なお、図５は、ｐｉｎフォトダイオードを２個分製造す
るための従来のマスクパターンの概略的平面図であり、
実際には、このようなマスクパターンがウェハ上に周期
的に設けられているものであり、また、図３及び図４の
各図は受光部１８を含む位置の〔０１１〕方向に沿った
概略的断面図である。
【０００５】図５及び図３（ａ）参照 まず、（１００）面を主面とする半絶縁性ＩｎＰ基板１
１上に、例えば、ＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長法）
を用いて、厚さが、例えば、２μｍのｎ型ＩｎＰバッフ
ァ層１２、厚さが、例えば、０．３μｍのｉ型ＩｎＧａ
Ａｓ光吸収層１３、厚さが、例えば、２μｍのｐ型Ｉｎ
Ｐクラッド層１４、厚さが０．０５μｍで波長組成が
１．３μｍのｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１５、及
び、厚さが、例えば、０．０５μｍのｐ型ＩｎＰ保護層
１６を順次成長させる。
１上に、例えば、ＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長法）
を用いて、厚さが、例えば、２μｍのｎ型ＩｎＰバッフ
ァ層１２、厚さが、例えば、０．３μｍのｉ型ＩｎＧａ
Ａｓ光吸収層１３、厚さが、例えば、２μｍのｐ型Ｉｎ
Ｐクラッド層１４、厚さが０．０５μｍで波長組成が
１．３μｍのｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１５、及
び、厚さが、例えば、０．０５μｍのｐ型ＩｎＰ保護層
１６を順次成長させる。
【０００６】次いで、ＣＶＤ法を用いて、全面にＳｉＯ
2 膜を堆積させ、図５に示すパターンにエッチングして
ＳｉＯ2 マスク１７を形成する。例えば、長手方向であ
る〔０１１〕方向の長さＬa を１２００μｍ、大きな矩
形マスク部の長さＬb を８００μｍ、受光部１８の幅Ｌ
c を１０μｍ、〔０−１１〕方向の幅Ｗa を５００μ
ｍ、ストライプ状開口部の幅Ｗb を１５μｍ、隣接する
チップとマスクとの間隔Ｗe を７０μｍ、矩形マスク部
の角部から〔０１１〕方向に伸びる帯状マスク部２３，
３１の幅をＷm とする。なお、本明細書においては、明
細書作成の都合上、通常“１バー”で表される結晶指数
を“−１”で表記するものであり、また、〔０１１〕方
向は〈１０１〉方向や〈１１０〉方向等の結晶学的に
〈０１１〉方向と等価な結晶方位を含むものである。
2 膜を堆積させ、図５に示すパターンにエッチングして
ＳｉＯ2 マスク１７を形成する。例えば、長手方向であ
る〔０１１〕方向の長さＬa を１２００μｍ、大きな矩
形マスク部の長さＬb を８００μｍ、受光部１８の幅Ｌ
c を１０μｍ、〔０−１１〕方向の幅Ｗa を５００μ
ｍ、ストライプ状開口部の幅Ｗb を１５μｍ、隣接する
チップとマスクとの間隔Ｗe を７０μｍ、矩形マスク部
の角部から〔０１１〕方向に伸びる帯状マスク部２３，
３１の幅をＷm とする。なお、本明細書においては、明
細書作成の都合上、通常“１バー”で表される結晶指数
を“−１”で表記するものであり、また、〔０１１〕方
向は〈１０１〉方向や〈１１０〉方向等の結晶学的に
〈０１１〉方向と等価な結晶方位を含むものである。
【０００７】この場合の帯状マスク部２３，３１は、後
述するサイドエッチング工程において、矩形マスク部の
角部が過剰に深くエッチングされないようにするために
設けるものであり、また、凹状開口部３０は、後述する
ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波層を成長する際に、Ａ点とＢ
点における膜厚比を大きくして、良好な特性のテーパ光
導波路を形成するために設けるものである。因に、Ａ点
とＢ点における膜厚比ｄA ／ｄB は、通常の素子設計に
際しては４以上が要求される。
述するサイドエッチング工程において、矩形マスク部の
角部が過剰に深くエッチングされないようにするために
設けるものであり、また、凹状開口部３０は、後述する
ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波層を成長する際に、Ａ点とＢ
点における膜厚比を大きくして、良好な特性のテーパ光
導波路を形成するために設けるものである。因に、Ａ点
とＢ点における膜厚比ｄA ／ｄB は、通常の素子設計に
際しては４以上が要求される。
【０００８】図３（ｂ）参照 次いで、ＨＣｌ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏ混合液をエッチャン
トとして用いて、ｐ型ＩｎＰ保護層１６のみを選択的に
エッチングしてｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１５を
露出させる。
トとして用いて、ｐ型ＩｎＰ保護層１６のみを選択的に
エッチングしてｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１５を
露出させる。
【０００９】図３（ｃ）参照 次いで、Ｈ2 ＳＯ4 ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏ混合液をエッチ
ャントとして用いてコントロールエッチングすることに
よって、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１５を選択的
にエッチングするとともに、オーバーエッチングするこ
とによって深さｗ1 が約１μｍのサイドエッチング部２
４を形成する。
ャントとして用いてコントロールエッチングすることに
よって、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１５を選択的
にエッチングするとともに、オーバーエッチングするこ
とによって深さｗ1 が約１μｍのサイドエッチング部２
４を形成する。
【００１０】図４（ｄ）参照 次いで、ＨＢｒ液を用いて、ｐ型ＩｎＰクラッド層１４
を選択的にエッチングする。この場合、ｐ型ＩｎＰクラ
ッド層１４エッチングは、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタク
ト層１５のエッジ部分から伸長した（１１１）Ａ面で自
動的に停止する。なお、このエッチング工程において、
ｐ型ＩｎＰ保護層１６もサイドエッチングされる。
を選択的にエッチングする。この場合、ｐ型ＩｎＰクラ
ッド層１４エッチングは、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタク
ト層１５のエッジ部分から伸長した（１１１）Ａ面で自
動的に停止する。なお、このエッチング工程において、
ｐ型ＩｎＰ保護層１６もサイドエッチングされる。
【００１１】図４（ｅ）参照 次いで、Ｈ2 ＳＯ4 ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏ混合液をエッチ
ャントとして用いてコントロールエッチングすることに
よって、ｉ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層１３を選択的にエッ
チングするとともに、オーバーエッチングすることによ
って、ｐ型ＩｎＰクラッド層１４の（１１１）Ａ面の先
端部から深さｗ2 が約０．３μｍのサイドエッチング部
２５を形成する。
ャントとして用いてコントロールエッチングすることに
よって、ｉ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層１３を選択的にエッ
チングするとともに、オーバーエッチングすることによ
って、ｐ型ＩｎＰクラッド層１４の（１１１）Ａ面の先
端部から深さｗ2 が約０．３μｍのサイドエッチング部
２５を形成する。
【００１２】図４（ｆ）参照 次いで、再び、ＭＯＶＰＥ法によって、ＳｉＯ2 マスク
１７を選択成長マスクとして結晶成長を行うことによっ
て、波長組成が、例えば、１．２μｍのｉ型ＩｎＧａＡ
ｓＰ光導波層２６及びｉ型ＩｎＰクラッド層２７を順次
成長させて、テーパ光導波路を形成し、図５のＣ点のマ
スク下のｉ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層１３を主要部とする
ｐｉｎフォトダイオードとバットジョイントする。
１７を選択成長マスクとして結晶成長を行うことによっ
て、波長組成が、例えば、１．２μｍのｉ型ＩｎＧａＡ
ｓＰ光導波層２６及びｉ型ＩｎＰクラッド層２７を順次
成長させて、テーパ光導波路を形成し、図５のＣ点のマ
スク下のｉ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層１３を主要部とする
ｐｉｎフォトダイオードとバットジョイントする。
【００１３】この場合、ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波層２
６の成長に際しては、成長雰囲気ガス圧を高くして原料
ガスの気相拡散長を短くし、ＳｉＯ2 マスク１７の形状
に起因して図５におけるＡ点とＢ点において膜厚分布が
形成されるようにする。
６の成長に際しては、成長雰囲気ガス圧を高くして原料
ガスの気相拡散長を短くし、ＳｉＯ2 マスク１７の形状
に起因して図５におけるＡ点とＢ点において膜厚分布が
形成されるようにする。
【００１４】一方、ｉ型ＩｎＰクラッド層２７の成長に
際しては、成長雰囲気ガス圧を低くして原料ガスの気相
拡散長を長くし、表面が平坦になって良好なバットジョ
イントを形成するようにする。最後に、中央において
〔０−１１〕方向に沿って素子分割することによって、
２個のテーパ導波路集積化フォトダイオードが得られ
る。
際しては、成長雰囲気ガス圧を低くして原料ガスの気相
拡散長を長くし、表面が平坦になって良好なバットジョ
イントを形成するようにする。最後に、中央において
〔０−１１〕方向に沿って素子分割することによって、
２個のテーパ導波路集積化フォトダイオードが得られ
る。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のＳｉＯ
2 マスク１７における帯状マスク部２３，３１の幅Ｗm
が、太すぎると、Ａ点とＢ点におけるｉ型ＩｎＧａＡｓ
Ｐ光導波層２６の膜厚比ｄA ／ｄB を十分大きくするこ
とができず、一方、幅Ｗm を細くし過ぎると、ｐ型Ｉｎ
ＧａＡｓＰコンタクト層１５のサイドエッチング工程に
おいて帯状マスク部２３，３１の下のｐ型ＩｎＧａＡｓ
Ｐコンタクト層１５が完全にエッチングされてＳｉＯ2
マスク１７が剥離してしまうという問題がある。
2 マスク１７における帯状マスク部２３，３１の幅Ｗm
が、太すぎると、Ａ点とＢ点におけるｉ型ＩｎＧａＡｓ
Ｐ光導波層２６の膜厚比ｄA ／ｄB を十分大きくするこ
とができず、一方、幅Ｗm を細くし過ぎると、ｐ型Ｉｎ
ＧａＡｓＰコンタクト層１５のサイドエッチング工程に
おいて帯状マスク部２３，３１の下のｐ型ＩｎＧａＡｓ
Ｐコンタクト層１５が完全にエッチングされてＳｉＯ2
マスク１７が剥離してしまうという問題がある。
【００１６】図６参照 図６は、上述の図４（ｆ）に示す工程において、ｉ型Ｉ
ｎＧａＡｓＰ光導波層２６を１５０Ｔｏｒｒの圧力の下
で選択成長した場合の膜厚比ｄA ／ｄB の帯状マスク部
の幅Ｗm 依存性を示す図である。図から明らかように、
帯状マスク部の幅Ｗm の増加とともに、膜厚比ｄA ／ｄ
B が低下することが理解される。
ｎＧａＡｓＰ光導波層２６を１５０Ｔｏｒｒの圧力の下
で選択成長した場合の膜厚比ｄA ／ｄB の帯状マスク部
の幅Ｗm 依存性を示す図である。図から明らかように、
帯状マスク部の幅Ｗm の増加とともに、膜厚比ｄA ／ｄ
B が低下することが理解される。
【００１７】上述のように、素子設計上は、通常、膜厚
比ｄA ／ｄB としては４以上の値が要求されるので、膜
厚比ｄA ／ｄB を４以上にするためには、帯状マスク部
の幅Ｗm は５μｍ以下にしなければならないことが理解
される。
比ｄA ／ｄB としては４以上の値が要求されるので、膜
厚比ｄA ／ｄB を４以上にするためには、帯状マスク部
の幅Ｗm は５μｍ以下にしなければならないことが理解
される。
【００１８】一方、高さが約２μｍのメサ構造において
良好なバットジョイント成長を実現するためには、図５
におけるＣ点のマスク下のｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタク
ト層１５に〔０１１〕方向に深さが約１μｍのサイドエ
ッチング部２４を形成する必要がある。
良好なバットジョイント成長を実現するためには、図５
におけるＣ点のマスク下のｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタク
ト層１５に〔０１１〕方向に深さが約１μｍのサイドエ
ッチング部２４を形成する必要がある。
【００１９】しかし、このエッチング工程におけるエッ
チング速度は、〔０−１１〕方向のエッチング速度が
〔０１１〕方向のエッチング速度の約２倍という異方性
を有しているので、〔０−１１〕方向に約２μｍの深い
サイドエッチング部が形成される。
チング速度は、〔０−１１〕方向のエッチング速度が
〔０１１〕方向のエッチング速度の約２倍という異方性
を有しているので、〔０−１１〕方向に約２μｍの深い
サイドエッチング部が形成される。
【００２０】したがって、膜厚比ｄA ／ｄB を４以上に
するためには、帯状マスク部の幅Ｗ m を細くし過ぎた場
合、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１５のサイドエッ
チング工程において、帯状マスク部２３，３１の下のｐ
型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１５が両側から完全にエ
ッチングされてＳｉＯ2 マスク１７が剥離することにな
る。
するためには、帯状マスク部の幅Ｗ m を細くし過ぎた場
合、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１５のサイドエッ
チング工程において、帯状マスク部２３，３１の下のｐ
型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１５が両側から完全にエ
ッチングされてＳｉＯ2 マスク１７が剥離することにな
る。
【００２１】このマスク剥離の問題を解決するために
は、帯状マスク部の幅Ｗm を太くすれば良いが、そうす
ると、上述の膜厚比ｄA ／ｄB を大きくすることができ
ないことになる。即ち、膜厚比ｄA ／ｄB とマスクの剥
離の問題は、トレードオフの関係にあり、帯状マスク部
の幅Ｗm をどのように設定しても、上述の２つの問題を
同時に解決することができなかった。
は、帯状マスク部の幅Ｗm を太くすれば良いが、そうす
ると、上述の膜厚比ｄA ／ｄB を大きくすることができ
ないことになる。即ち、膜厚比ｄA ／ｄB とマスクの剥
離の問題は、トレードオフの関係にあり、帯状マスク部
の幅Ｗm をどのように設定しても、上述の２つの問題を
同時に解決することができなかった。
【００２２】したがって、本発明は、テーパ光導波層の
膜厚比を十分に大きくするとともに、マスクの剥離を防
止することを目的とする。
膜厚比を十分に大きくするとともに、マスクの剥離を防
止することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理的構
成の説明図であり、この図１を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。なお、図１はテ
ーパ導波路集積化受光素子１個分のマスクパターンの概
略的平面図である。 図１参照 上述の目的を達成するために、本発明においては、光能
動部１と光導波路２とをバットジョイント成長によって
結合する光半導体装置の製造方法において、光導波路２
に対応する開口部を有するとともに光能動部１に対応す
る連結部を有する一対の矩形マスク部４，５の角部に、
光導波路２のストライプ方向に伸びる帯状マスク部６，
７を有し、帯状マスク部６，７の内、光導波路２の両側
に位置する帯状マスク部６の間隔が、角部から離れるに
したがって拡がる形状のマスクパターンを用いて、サイ
ドエッチングを伴うエッチングと選択成長を行うことを
特徴とする。
成の説明図であり、この図１を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。なお、図１はテ
ーパ導波路集積化受光素子１個分のマスクパターンの概
略的平面図である。 図１参照 上述の目的を達成するために、本発明においては、光能
動部１と光導波路２とをバットジョイント成長によって
結合する光半導体装置の製造方法において、光導波路２
に対応する開口部を有するとともに光能動部１に対応す
る連結部を有する一対の矩形マスク部４，５の角部に、
光導波路２のストライプ方向に伸びる帯状マスク部６，
７を有し、帯状マスク部６，７の内、光導波路２の両側
に位置する帯状マスク部６の間隔が、角部から離れるに
したがって拡がる形状のマスクパターンを用いて、サイ
ドエッチングを伴うエッチングと選択成長を行うことを
特徴とする。
【００２４】このように、帯状マスク部６，７の内、光
導波路２の両側に位置する帯状マスク部６の間隔が角部
から離れるにしたがって拡がるように形成することによ
って、帯状マスク部６，７の幅Ｗm を太くしても、光導
波路２の膜厚比、即ち、光導波路２の光能動部１との結
合部の膜厚と、テーパ光導波路３の光入力端部の膜厚の
比を十分大きく取ることができ、それによって、サイド
エッチング工程において、マスクの剥離を防止すること
ができる。
導波路２の両側に位置する帯状マスク部６の間隔が角部
から離れるにしたがって拡がるように形成することによ
って、帯状マスク部６，７の幅Ｗm を太くしても、光導
波路２の膜厚比、即ち、光導波路２の光能動部１との結
合部の膜厚と、テーパ光導波路３の光入力端部の膜厚の
比を十分大きく取ることができ、それによって、サイド
エッチング工程において、マスクの剥離を防止すること
ができる。
【００２５】この場合の帯状マスク部６，７の幅Ｗm は
７μｍ以上であることが望ましく、また、光導波路２の
幅ＷS は２０μｍ以下で、且つ、光導波路２の先端部に
おける一対の帯状マスク部６の間隔ＷT は２０μｍ以上
であることが望ましい。
７μｍ以上であることが望ましく、また、光導波路２の
幅ＷS は２０μｍ以下で、且つ、光導波路２の先端部に
おける一対の帯状マスク部６の間隔ＷT は２０μｍ以上
であることが望ましい。
【００２６】上述のように、光導波路２の両側に位置す
る帯状マスク部６の間隔が角部から離れるにしたがって
拡がるように形成することによって、帯状マスク部６，
７の幅Ｗm を７μｍ以上にしても、光導波路２の膜厚比
を４以上にすることが可能になり、帯状マスク部６，７
の直下におけるコンタクト層のサイドエッチングによる
消失を防止することができる。
る帯状マスク部６の間隔が角部から離れるにしたがって
拡がるように形成することによって、帯状マスク部６，
７の幅Ｗm を７μｍ以上にしても、光導波路２の膜厚比
を４以上にすることが可能になり、帯状マスク部６，７
の直下におけるコンタクト層のサイドエッチングによる
消失を防止することができる。
【００２７】また、光導波路２の幅ＷS を２０μｍ以下
とし、且つ、光導波路２の先端部における一対の帯状マ
スク部６の間隔ＷT を２０μｍ以上とすることによっ
て、光導波路２の膜厚比を４以上にすることができる。
とし、且つ、光導波路２の先端部における一対の帯状マ
スク部６の間隔ＷT を２０μｍ以上とすることによっ
て、光導波路２の膜厚比を４以上にすることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】ここで、図２乃至図４を参照し
て、本発明の実施の形態の製造工程を説明する。なお、
図２は、ｐｉｎフォトダイオードを２個分製造するため
のマスクパターンの概略的平面図であり、実際には、こ
のようなマスクパターンがウェハ状に周期的に設けられ
ているものであり、また、図３及び図４の各図は受光部
１８を含む位置の〔０１１〕方向に沿った概略的断面図
である。
て、本発明の実施の形態の製造工程を説明する。なお、
図２は、ｐｉｎフォトダイオードを２個分製造するため
のマスクパターンの概略的平面図であり、実際には、こ
のようなマスクパターンがウェハ状に周期的に設けられ
ているものであり、また、図３及び図４の各図は受光部
１８を含む位置の〔０１１〕方向に沿った概略的断面図
である。
【００２９】図２及び図３（ａ）参照 まず、（１００）面を主面とする半絶縁性ＩｎＰ基板１
１上に、ＭＯＶＰＥ法を用いて、厚さが、例えば、２μ
ｍのｎ型ＩｎＰバッファ層１２、厚さが、例えば、０．
３μｍで、Ｉｎ組成比が０．５３のｉ型ＩｎＧａＡｓ光
吸収層１３、厚さが、例えば、２μｍのｐ型ＩｎＰクラ
ッド層１４、厚さが０．０５μｍで波長組成が１．３μ
ｍのｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１５、及び、厚さ
が、例えば、０．０５μｍのｐ型ＩｎＰ保護層１６を順
次成長させる。
１上に、ＭＯＶＰＥ法を用いて、厚さが、例えば、２μ
ｍのｎ型ＩｎＰバッファ層１２、厚さが、例えば、０．
３μｍで、Ｉｎ組成比が０．５３のｉ型ＩｎＧａＡｓ光
吸収層１３、厚さが、例えば、２μｍのｐ型ＩｎＰクラ
ッド層１４、厚さが０．０５μｍで波長組成が１．３μ
ｍのｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１５、及び、厚さ
が、例えば、０．０５μｍのｐ型ＩｎＰ保護層１６を順
次成長させる。
【００３０】この場合、後述するエッチングによって、
図２における受光部１８におけるｐ型ＩｎＰクラッド層
１４／ｉ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層１３／ｎ型ＩｎＰクラ
ッド層１２によって、ｐｉｎフォトダイオードが構成さ
れる。
図２における受光部１８におけるｐ型ＩｎＰクラッド層
１４／ｉ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層１３／ｎ型ＩｎＰクラ
ッド層１２によって、ｐｉｎフォトダイオードが構成さ
れる。
【００３１】次いで、ＣＶＤ法を用いて、全面にＳｉＯ
2 膜を堆積させ、図２に示すパターンにエッチングして
ＳｉＯ2 マスク１７を形成する。例えば、長手方向であ
る〔０１１〕方向の長さＬa を１２００μｍ、大きな矩
形マスク部の長さＬb を８００μｍ、受光部１８の幅Ｌ
c を１０μｍ、テーパ導波路部２０の先端の平行部分の
長さＬd を４０μｍ、〔０−１１〕方向の幅Ｗaを５０
０μｍ、ストライプ状開口部の幅Ｗb を２０μｍ以下、
例えば、１５μｍ、テーパ導波路部２０の端部の幅Ｗc
を２０μｍ以上、例えば、７５μｍ、矩形マスク部の角
部から〔０１１〕方向に伸びる帯状マスク部２２，２３
の幅Ｗd を７μｍ以上、例えば、１０μｍ、隣接するチ
ップとマスクとの間隔Ｗe を７０μｍとする。なお、こ
の場合の凹状開口部２１も、後述するｉ型ＩｎＧａＡｓ
Ｐ光導波層を成長する際に、Ａ点とＢ点における膜厚比
を大きくして、テーパ光導波路を形成する効果を増すた
めに設けるものである。
2 膜を堆積させ、図２に示すパターンにエッチングして
ＳｉＯ2 マスク１７を形成する。例えば、長手方向であ
る〔０１１〕方向の長さＬa を１２００μｍ、大きな矩
形マスク部の長さＬb を８００μｍ、受光部１８の幅Ｌ
c を１０μｍ、テーパ導波路部２０の先端の平行部分の
長さＬd を４０μｍ、〔０−１１〕方向の幅Ｗaを５０
０μｍ、ストライプ状開口部の幅Ｗb を２０μｍ以下、
例えば、１５μｍ、テーパ導波路部２０の端部の幅Ｗc
を２０μｍ以上、例えば、７５μｍ、矩形マスク部の角
部から〔０１１〕方向に伸びる帯状マスク部２２，２３
の幅Ｗd を７μｍ以上、例えば、１０μｍ、隣接するチ
ップとマスクとの間隔Ｗe を７０μｍとする。なお、こ
の場合の凹状開口部２１も、後述するｉ型ＩｎＧａＡｓ
Ｐ光導波層を成長する際に、Ａ点とＢ点における膜厚比
を大きくして、テーパ光導波路を形成する効果を増すた
めに設けるものである。
【００３２】図３（ｂ）参照 以降は、従来例と同様に、ＨＣｌ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏ混
合液をエッチャントとして用いて、ｐ型ＩｎＰ保護層１
６のみを選択的にエッチングしてｐ型ＩｎＧａＡｓＰコ
ンタクト層１５を露出させる。
合液をエッチャントとして用いて、ｐ型ＩｎＰ保護層１
６のみを選択的にエッチングしてｐ型ＩｎＧａＡｓＰコ
ンタクト層１５を露出させる。
【００３３】図３（ｃ）参照 次いで、Ｈ2 ＳＯ4 ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏ混合液をエッチ
ャントとして用いてコントロールエッチングすることに
よって、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１５を選択的
にエッチングするとともに、オーバーエッチングするこ
とによって深さｗ1 が約１μｍのサイドエッチング部２
４を形成する。
ャントとして用いてコントロールエッチングすることに
よって、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１５を選択的
にエッチングするとともに、オーバーエッチングするこ
とによって深さｗ1 が約１μｍのサイドエッチング部２
４を形成する。
【００３４】図４（ｄ）参照 次いで、ＨＢｒ液を用いて、ｐ型ＩｎＰクラッド層１４
を選択的にエッチングする。この場合、ｐ型ＩｎＰクラ
ッド層１４エッチングは、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタク
ト層１５のエッジ部分から伸長した（１１１）Ａ面で自
動的に停止する。なお、このエッチング工程において、
ｐ型ＩｎＰ保護層１６もサイドエッチングされる。
を選択的にエッチングする。この場合、ｐ型ＩｎＰクラ
ッド層１４エッチングは、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタク
ト層１５のエッジ部分から伸長した（１１１）Ａ面で自
動的に停止する。なお、このエッチング工程において、
ｐ型ＩｎＰ保護層１６もサイドエッチングされる。
【００３５】図４（ｅ）参照 次いで、Ｈ2 ＳＯ4 ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏ混合液をエッチ
ャントとして用いてコントロールエッチングすることに
よって、ｉ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層１３を選択的にエッ
チングするとともに、オーバーエッチングすることによ
って、ｐ型ＩｎＰクラッド層１４の（１１１）Ａ面の先
端部から深さｗ2 が約０．３μｍのサイドエッチング部
２５を形成する。
ャントとして用いてコントロールエッチングすることに
よって、ｉ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層１３を選択的にエッ
チングするとともに、オーバーエッチングすることによ
って、ｐ型ＩｎＰクラッド層１４の（１１１）Ａ面の先
端部から深さｗ2 が約０．３μｍのサイドエッチング部
２５を形成する。
【００３６】この一連のエッチング工程における、ｐ型
ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１５の〔０−１１〕方向の
サイドエッチング量は約２μｍであった。しかし、帯状
マスク部２２，２３の幅Ｗd は１０μｍであるので、両
側からサイドエッチングされても約６μｍの幅でｐ型Ｉ
ｎＧａＡｓＰコンタクト層１５が残存するので、ＳｉＯ
2 マスク１７が剥離することはない。
ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１５の〔０−１１〕方向の
サイドエッチング量は約２μｍであった。しかし、帯状
マスク部２２，２３の幅Ｗd は１０μｍであるので、両
側からサイドエッチングされても約６μｍの幅でｐ型Ｉ
ｎＧａＡｓＰコンタクト層１５が残存するので、ＳｉＯ
2 マスク１７が剥離することはない。
【００３７】図４（ｆ）参照 次いで、再び、ＭＯＶＰＥ法によって、ＳｉＯ2 マスク
１７を選択成長マスクとして、例えば、１５０Ｔｏｒｒ
の圧力下で結晶成長を行うことによって、波長組成が、
例えば、１．２μｍのｉ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波層２６
を堆積させる。この場合、図２のＡ点におけるｉ型Ｉｎ
ＧａＡｓＰ光導波層２６の膜厚ｄA とＢ点における膜厚
ｄB の比ｄA ／ｄB は４であり、十分高い膜厚比を実現
することができた。
１７を選択成長マスクとして、例えば、１５０Ｔｏｒｒ
の圧力下で結晶成長を行うことによって、波長組成が、
例えば、１．２μｍのｉ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波層２６
を堆積させる。この場合、図２のＡ点におけるｉ型Ｉｎ
ＧａＡｓＰ光導波層２６の膜厚ｄA とＢ点における膜厚
ｄB の比ｄA ／ｄB は４であり、十分高い膜厚比を実現
することができた。
【００３８】なお、ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波層２６の
成長に際して、ｐ型ＩｎＰクラッド層の（１１１）Ａ面
にも若干ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ層が堆積するが、素子特性
上の問題は発生しない。
成長に際して、ｐ型ＩｎＰクラッド層の（１１１）Ａ面
にも若干ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ層が堆積するが、素子特性
上の問題は発生しない。
【００３９】引き続いて、例えば、１０Ｔｏｒｒの圧力
下で結晶成長を行うことによって、ｉ型ＩｎＰクラッド
層２７を堆積させて、テーパ光導波路を形成する。この
場合、図２のＡ点におけるｉ型ＩｎＰクラッド層２７の
膜厚ＤA とＢ点における膜厚ＤB の比ＤA ／ＤB は約
１．５であり、平坦性の良好なバットジョイントを実現
することができた。最後に、中央において〔０−１１〕
方向に沿って素子分割することによって、２個のテーパ
導波路集積化フォトダイオードが得られる。なお、この
場合の膜厚比ｄA ／ｄB 及びＤA ／ＤB は図５に示した
従来例と同様であった。
下で結晶成長を行うことによって、ｉ型ＩｎＰクラッド
層２７を堆積させて、テーパ光導波路を形成する。この
場合、図２のＡ点におけるｉ型ＩｎＰクラッド層２７の
膜厚ＤA とＢ点における膜厚ＤB の比ＤA ／ＤB は約
１．５であり、平坦性の良好なバットジョイントを実現
することができた。最後に、中央において〔０−１１〕
方向に沿って素子分割することによって、２個のテーパ
導波路集積化フォトダイオードが得られる。なお、この
場合の膜厚比ｄA ／ｄB 及びＤA ／ＤB は図５に示した
従来例と同様であった。
【００４０】この様に、本発明の実施の形態において
は、テーパ導波路形成領域における開口部の幅を受光部
から離れるにしたがって広くなるようにしているので、
開口部の幅を規定する帯状マスク部の幅を太くしても、
図５に示した従来の場合と同程度にテーパ光導波層の膜
厚比を十分大きくすることができ、、ＳｉＯ2 マスクは
ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層のサイドエッチングに
伴って剥離することがない。
は、テーパ導波路形成領域における開口部の幅を受光部
から離れるにしたがって広くなるようにしているので、
開口部の幅を規定する帯状マスク部の幅を太くしても、
図５に示した従来の場合と同程度にテーパ光導波層の膜
厚比を十分大きくすることができ、、ＳｉＯ2 マスクは
ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層のサイドエッチングに
伴って剥離することがない。
【００４１】以上、本発明の実施の形態を説明してきた
が、本発明は実施の形態に記載された構成・条件に限ら
れるものではなく、各種の変更が可能である。例えば、
上記の実施の形態においては、エッチングマスク及び選
択成長マスクとしてＳｉＯ2 マスクを用いているが、Ｓ
ｉＯ2 マスクに限られるものではなく、ＳｉＮマスクを
用いても良いものである。
が、本発明は実施の形態に記載された構成・条件に限ら
れるものではなく、各種の変更が可能である。例えば、
上記の実施の形態においては、エッチングマスク及び選
択成長マスクとしてＳｉＯ2 マスクを用いているが、Ｓ
ｉＯ2 マスクに限られるものではなく、ＳｉＮマスクを
用いても良いものである。
【００４２】また、上記の実施の形態においては、ディ
スクリートデバイスとしてのテーパ導波路集積化ｐｉｎ
フォトダイオードとして説明しているが、光集積回路装
置に設けたフォトダイオードの光入力部の構成として用
いても良いものである。
スクリートデバイスとしてのテーパ導波路集積化ｐｉｎ
フォトダイオードとして説明しているが、光集積回路装
置に設けたフォトダイオードの光入力部の構成として用
いても良いものである。
【００４３】また、上記の実施の形態においては、光能
動部を受光部として説明しているが、発光部としても良
いものであり、その場合には、テーパ導波路は光出力用
テーパ導波路として作用することになる。
動部を受光部として説明しているが、発光部としても良
いものであり、その場合には、テーパ導波路は光出力用
テーパ導波路として作用することになる。
【００４４】ここで、再び、図１を参照して、本発明の
詳細な構成の特徴点を説明する。 図１参照 （付記１） 光能動部１と光導波路２とをバットジョイ
ント成長によって結合する光半導体素子の製造方法にお
いて、前記光導波路２に対応する開口部を有するととも
に前記光能動部１に対応する連結部を有する一対の矩形
マスク部４，５の角部に、前記光導波路２のストライプ
方向に伸びる帯状マスク部６，７を有し、前記帯状マス
ク部６，７の内、前記光導波路２の両側に位置する帯状
マスク部６の間隔が、前記角部から離れるにしたがって
拡がる形状のマスクパターンを用いて、サイドエッチン
グを伴うエッチングと選択成長を行うことを特徴とする
光半導体素子の製造方法。 （付記２） 上記帯状マスク部６，７の幅が、７μｍ以
上であることを特徴とする付記１記載の光半導体装置の
製造方法。 （付記３） 上記光導波路２の幅は２０μｍ以下で、且
つ、前記光導波路２の先端部における上記一対の帯状マ
スク部６の間隔が２０μｍ以上であることを特徴とする
付記１または２に記載の光半導体装置の製造方法。 （付記４） 上記光能動部１が、ｐｉｎフォトダイオー
ドであり、上記光導波路２の先端部がテーパ光導波路３
であることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１に記
載の光半導体装置の製造方法。 （付記５） 上記ストライプ方向が〔０１１〕方向であ
り、上記矩形マスクの短手方向が〔０−１１〕方向であ
ることを特徴とする付記１乃至４のいずれか１に記載の
光半導体装置の製造方法。 （付記６） 上記サイドエッチングを伴うエッチング工
程の一つが、光能動部１の大きさを決定するためのコン
タクト層のエッチング工程であることを特徴とする付記
１乃至５のいずれか１に記載の光半導体装置の製造方
法。
詳細な構成の特徴点を説明する。 図１参照 （付記１） 光能動部１と光導波路２とをバットジョイ
ント成長によって結合する光半導体素子の製造方法にお
いて、前記光導波路２に対応する開口部を有するととも
に前記光能動部１に対応する連結部を有する一対の矩形
マスク部４，５の角部に、前記光導波路２のストライプ
方向に伸びる帯状マスク部６，７を有し、前記帯状マス
ク部６，７の内、前記光導波路２の両側に位置する帯状
マスク部６の間隔が、前記角部から離れるにしたがって
拡がる形状のマスクパターンを用いて、サイドエッチン
グを伴うエッチングと選択成長を行うことを特徴とする
光半導体素子の製造方法。 （付記２） 上記帯状マスク部６，７の幅が、７μｍ以
上であることを特徴とする付記１記載の光半導体装置の
製造方法。 （付記３） 上記光導波路２の幅は２０μｍ以下で、且
つ、前記光導波路２の先端部における上記一対の帯状マ
スク部６の間隔が２０μｍ以上であることを特徴とする
付記１または２に記載の光半導体装置の製造方法。 （付記４） 上記光能動部１が、ｐｉｎフォトダイオー
ドであり、上記光導波路２の先端部がテーパ光導波路３
であることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１に記
載の光半導体装置の製造方法。 （付記５） 上記ストライプ方向が〔０１１〕方向であ
り、上記矩形マスクの短手方向が〔０−１１〕方向であ
ることを特徴とする付記１乃至４のいずれか１に記載の
光半導体装置の製造方法。 （付記６） 上記サイドエッチングを伴うエッチング工
程の一つが、光能動部１の大きさを決定するためのコン
タクト層のエッチング工程であることを特徴とする付記
１乃至５のいずれか１に記載の光半導体装置の製造方
法。
【００４５】
【発明の効果】本発明によれば、テーパ光導波層を形成
するための帯状マスク部の幅を７μｍ以上にするととも
に、帯状マスク部の間隔が、光能動部から離れるにつれ
て拡がる形状にしているので、テーパ光導波層の膜厚比
を十分に大きくすることができるとともに、マスクの剥
離を防止することができ、高性能のテーパ導波路集積化
光半導体素子の実用化に寄与するところが大きい。
するための帯状マスク部の幅を７μｍ以上にするととも
に、帯状マスク部の間隔が、光能動部から離れるにつれ
て拡がる形状にしているので、テーパ光導波層の膜厚比
を十分に大きくすることができるとともに、マスクの剥
離を防止することができ、高性能のテーパ導波路集積化
光半導体素子の実用化に寄与するところが大きい。
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の実施の形態の途中までの製造工程の説
明図である。
明図である。
【図３】本発明の実施の形態の図２以降の途中までの製
造工程の説明図である。
造工程の説明図である。
【図４】本発明の実施の形態の図３以降の製造工程の説
明図である。
明図である。
【図５】従来のマスクパターンの概略的平面図である。
【図６】ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波層の膜厚比ｄA ／ｄ
B の帯状マスク部の幅依存性の説明図である。
B の帯状マスク部の幅依存性の説明図である。
１ 光能動部 ２ 光導波路 ３ テーパ光導波路 ４ 矩形マスク部 ５ 矩形マスク部 ６ 帯状マスク部 ７ 帯状マスク部 １１ 半絶縁性ＩｎＰ基板 １２ ｎ型ＩｎＰバッファ層 １３ ｉ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層 １４ ｐ型ＩｎＰクラッド層 １５ ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層 １６ ｐ型ＩｎＰ保護層 １７ ＳｉＯ2 マスク １８ 受光部 １９ ストライプ状開口部 ２０ テーパ導波路部 ２１ 凹状開口部 ２２ 帯状マスク部 ２３ 帯状マスク部 ２４ サイドエッチング部 ２５ サイドエッチング部 ２６ ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波層 ２７ ｉ型ＩｎＰクラッド層 ２９ テーパ導波路部 ３０ 凹部開口部 ３１ 帯状マスク部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA11 CA34 DA03 DA06 2H047 KA04 KA13 KB03 MA07 PA21 PA24 QA02 TA00 5F049 MA04 MB07 NA08 NA20 NB01 PA04 PA14 QA03 QA08 SS04 SZ20 5F088 AA03 AB07 BB01 CB04 CB14 DA01 DA17 DA20 GA05
Claims (5)
- 【請求項１】 光能動部と光導波路とをバットジョイン
ト成長によって結合する光半導体素子の製造方法におい
て、前記光導波路に対応する開口部を有するとともに前
記光能動部に対応する連結部を有する一対の矩形マスク
部の角部に、前記光導波路のストライプ方向に伸びる帯
状マスク部を有し、前記帯状マスク部の内、前記光導波
路の両側に位置する帯状マスク部の間隔が、前記角部か
ら離れるにしたがって拡がる形状のマスクパターンを用
いて、サイドエッチングを伴うエッチングと選択成長を
行うことを特徴とする光半導体素子の製造方法。 - 【請求項２】 上記帯状マスク部の幅が、７μｍ以上で
あることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置の製
造方法。 - 【請求項３】 上記光導波路の幅は２０μｍ以下で、且
つ、前記光導波路の先端部における上記一対の帯状マス
ク部の間隔が２０μｍ以上であることを特徴とする請求
項１または２に記載の光半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】 上記光能動部が、ｐｉｎフォトダイオー
ドであり、上記光導波路の先端部がテーパ光導波路であ
ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記
載の光半導体装置の製造方法。 - 【請求項５】 上記ストライプ方向が〔０１１〕方向で
あり、上記矩形マスクの短手方向が〔０−１１〕方向で
あることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に
記載の光半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000262167A JP2002071992A (ja) | 2000-08-31 | 2000-08-31 | 光半導体素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000262167A JP2002071992A (ja) | 2000-08-31 | 2000-08-31 | 光半導体素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002071992A true JP2002071992A (ja) | 2002-03-12 |
Family
ID=18749887
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000262167A Withdrawn JP2002071992A (ja) | 2000-08-31 | 2000-08-31 | 光半導体素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002071992A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010109215A (ja) * | 2008-10-31 | 2010-05-13 | Nec Corp | 半導体光集積素子および半導体光集積素子の製造方法 |
| JP2013051319A (ja) * | 2011-08-31 | 2013-03-14 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光半導体レーザ素子の製造方法 |
| WO2023161971A1 (ja) * | 2022-02-22 | 2023-08-31 | 三菱電機株式会社 | 導波路型受光素子及び光受信装置 |
-
2000
- 2000-08-31 JP JP2000262167A patent/JP2002071992A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010109215A (ja) * | 2008-10-31 | 2010-05-13 | Nec Corp | 半導体光集積素子および半導体光集積素子の製造方法 |
| JP2013051319A (ja) * | 2011-08-31 | 2013-03-14 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光半導体レーザ素子の製造方法 |
| WO2023161971A1 (ja) * | 2022-02-22 | 2023-08-31 | 三菱電機株式会社 | 導波路型受光素子及び光受信装置 |
| JP7433563B2 (ja) | 2022-02-22 | 2024-02-19 | 三菱電機株式会社 | 光受信装置 |
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|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
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