JP2686764B2 - 光半導体素子の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明は、光半導体素子製造時に行なわれるイオン注
入工程とアニール工程を含む半導体素子の製造方法に関
するものであるである。
入工程とアニール工程を含む半導体素子の製造方法に関
するものであるである。
（従来技術とその問題点） 化合物半導体層の導電型を任意の導電型にする手段あ
るいは半絶縁性領域を設ける手段のひとつとしてイオン
注入がある。このイオン注入は結晶成長したウエーハ
に、亜鉛、ベリリウム等の原子を注入するものである。
一般にイオン注入するとウエーハの結晶がくずれてしま
うため、イオン注入工程の後にイオン注入されたウエー
ハを加熱して結晶を回復するためのアニール工程が必要
となる。
るいは半絶縁性領域を設ける手段のひとつとしてイオン
注入がある。このイオン注入は結晶成長したウエーハ
に、亜鉛、ベリリウム等の原子を注入するものである。
一般にイオン注入するとウエーハの結晶がくずれてしま
うため、イオン注入工程の後にイオン注入されたウエー
ハを加熱して結晶を回復するためのアニール工程が必要
となる。
第１図（ａ）〜（ｃ）は従来の光半導体に所望の領域
にイオン注入を行なって、アニールをする場合の製造工
程図である。まず、同図（ａ）のように所望の領域以外
にイオン注入されないように金、タングステン、モリブ
デン等の膜をイオン注入マスク２としてウエーハ１の上
に形成し、イオン注入３を行なう。
にイオン注入を行なって、アニールをする場合の製造工
程図である。まず、同図（ａ）のように所望の領域以外
にイオン注入されないように金、タングステン、モリブ
デン等の膜をイオン注入マスク２としてウエーハ１の上
に形成し、イオン注入３を行なう。
次にイオン注入マスク２を除去後、結晶を回復するた
めにアニールを行う。アニール時において、注入原子の
外部拡散、構成元素の解離を防ぐために、同図（ｂ）の
ように新たに表面に例えばSiO2、Si3N4、AIN等の保護膜
４を形成してアニールを行うか、または同図（ｃ）のよ
うに蒸気圧の高い構成元素の雰囲気５、例えばInPならP
H3、GaAsならAsH3の雰囲気でアニールを行なう。
めにアニールを行う。アニール時において、注入原子の
外部拡散、構成元素の解離を防ぐために、同図（ｂ）の
ように新たに表面に例えばSiO2、Si3N4、AIN等の保護膜
４を形成してアニールを行うか、または同図（ｃ）のよ
うに蒸気圧の高い構成元素の雰囲気５、例えばInPならP
H3、GaAsならAsH3の雰囲気でアニールを行なう。
しかし、イオン注入マスク２の金、タングステン、モ
リブデン等を所望のパターンにエッチングする際にエッ
ジがだれ、イオン注入領域に精密に制御するのは困難で
あった。さらに、同図（ｂ）の場合、アニール保護膜４
の材料、質によってウエーハ１の表面で異常なキャリア
の増減を生じることがあった。また、同図（ｃ）の場合
には、PH3、AsH3等の危険なガスを使用するための特殊
なアニール装置を必要とした。
リブデン等を所望のパターンにエッチングする際にエッ
ジがだれ、イオン注入領域に精密に制御するのは困難で
あった。さらに、同図（ｂ）の場合、アニール保護膜４
の材料、質によってウエーハ１の表面で異常なキャリア
の増減を生じることがあった。また、同図（ｃ）の場合
には、PH3、AsH3等の危険なガスを使用するための特殊
なアニール装置を必要とした。
このように従来の光半導体にイオン注入し、アニール
をする工程と、イオン注入領域を精密に制御するのが困
難な上に、アニール保護膜４の選択が難かしいかまたは
特殊なアニール装置を必要とする欠点があった。
をする工程と、イオン注入領域を精密に制御するのが困
難な上に、アニール保護膜４の選択が難かしいかまたは
特殊なアニール装置を必要とする欠点があった。
（発明の目的） 本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するため
になされたもので、光半導体に容易にかつ精密に所望の
領域にイオン注入し、かつイオン注入後のアニールを容
易に行うことが可能な光半導体素子の製造方法を提供す
ることを目的とする。
になされたもので、光半導体に容易にかつ精密に所望の
領域にイオン注入し、かつイオン注入後のアニールを容
易に行うことが可能な光半導体素子の製造方法を提供す
ることを目的とする。
（発明の構成） 本発明の構成上の特徴は、基板上に光導波路層と該光
導波路層よりも屈折率の小なる複数のクラッド層から構
成される光導波路をエッチングマスクを用いてメサ状に
形成すると共に該メサ状の側面に埋め込み層を埋め込
み、該埋め込み層と該光導波路との上に少なくとも１層
の半導体層を積層した半導体ウエーハ中にイオン注入マ
スクを用いてイオン注入するイオン注入工程とアニール
保護膜を用いて該化合物半導体ウエーハ中の原子を活性
化するアニール工程とを有する光半導体素子の製造方法
において、 低キャリア濃度ｎ型半導体である前記埋め込み層の上
部に高キャリア濃度ｐ型半導体層を少なくとも１層結晶
成長して、該高キャリア濃度半導体層の不純物ドーパン
トが前記埋め込み層へ拡散して前記光導波路の上部まで
前記高キャリア濃度半導体層が達するように形成する工
程と、該イオン注入マスクと該アニール保護膜としてそ
れぞれ単層または多層の化合物半導体層を前記化合物半
導体ウエーハ上に積層し、前記イオン注入マスクとなる
ように該化合物半導体層の上に金属からなる金属薄膜及
び絶縁物からなる絶縁膜とのうち少なくとも金属薄膜を
形成したのち、前記イオン注入工程とアニール工程とを
順次行うことにある。
導波路層よりも屈折率の小なる複数のクラッド層から構
成される光導波路をエッチングマスクを用いてメサ状に
形成すると共に該メサ状の側面に埋め込み層を埋め込
み、該埋め込み層と該光導波路との上に少なくとも１層
の半導体層を積層した半導体ウエーハ中にイオン注入マ
スクを用いてイオン注入するイオン注入工程とアニール
保護膜を用いて該化合物半導体ウエーハ中の原子を活性
化するアニール工程とを有する光半導体素子の製造方法
において、 低キャリア濃度ｎ型半導体である前記埋め込み層の上
部に高キャリア濃度ｐ型半導体層を少なくとも１層結晶
成長して、該高キャリア濃度半導体層の不純物ドーパン
トが前記埋め込み層へ拡散して前記光導波路の上部まで
前記高キャリア濃度半導体層が達するように形成する工
程と、該イオン注入マスクと該アニール保護膜としてそ
れぞれ単層または多層の化合物半導体層を前記化合物半
導体ウエーハ上に積層し、前記イオン注入マスクとなる
ように該化合物半導体層の上に金属からなる金属薄膜及
び絶縁物からなる絶縁膜とのうち少なくとも金属薄膜を
形成したのち、前記イオン注入工程とアニール工程とを
順次行うことにある。
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
第２図（ａ）〜（ｅ）は本発明の原理説明のために、
接合型電界効果トランジスタを製造する場合を示した工
程図である。以下に図面の番号にしたがって製造工程を
説明する。
接合型電界効果トランジスタを製造する場合を示した工
程図である。以下に図面の番号にしたがって製造工程を
説明する。
（ａ）＜100＞面方位の半絶縁性InP基板11上に有機金属
気相成長法や分子線成長法等でn-−InGaAsバッファ層1
2、ｎ−InGaAs能動層13（以下、「ｎ−InGaAs層13」と
称す）、アニール保護膜であるn-−InP層14とn-−InGaA
s層15、イオン注入マスクn-−InP層16を順次結晶成長す
る。n-−InP層16の上にエッチングマスクSi3N4膜17を堆
積し、さらにフォトレジスト膜18を塗布する。
気相成長法や分子線成長法等でn-−InGaAsバッファ層1
2、ｎ−InGaAs能動層13（以下、「ｎ−InGaAs層13」と
称す）、アニール保護膜であるn-−InP層14とn-−InGaA
s層15、イオン注入マスクn-−InP層16を順次結晶成長す
る。n-−InP層16の上にエッチングマスクSi3N4膜17を堆
積し、さらにフォトレジスト膜18を塗布する。
本発明では、イオン注入されるｎ−InGaAs層13の上に
化合物半導体層からなるアニール保護膜14,15及びイオ
ン注入マスク16を用いているところが特徴である。な
お、アニール保護膜14,15及びイオン注入マスク16は、
ｎ−InGaAs層13にイオン注入される深さよりも層厚が厚
く、かつｎ−InGaAs層13と格子整合がとれる半導体層で
あれば他の材料でもよい。
化合物半導体層からなるアニール保護膜14,15及びイオ
ン注入マスク16を用いているところが特徴である。な
お、アニール保護膜14,15及びイオン注入マスク16は、
ｎ−InGaAs層13にイオン注入される深さよりも層厚が厚
く、かつｎ−InGaAs層13と格子整合がとれる半導体層で
あれば他の材料でもよい。
（ｂ）フォトレジスト膜18にパターンを露光、現像し、
該パターンをSi3N4膜17に転写する。Si3N4膜17をエッチ
ングマスクとしてイオン注入マスクn-−InP層16を例え
ば塩酸１、燐酸３の割合の混合溶液を用いて垂直にエッ
チングする。この混合溶液は＜011＞方向にメサを形成
する場合、垂直にエッチングでき、n-−InGaAs層15をエ
ッチングしない。
該パターンをSi3N4膜17に転写する。Si3N4膜17をエッチ
ングマスクとしてイオン注入マスクn-−InP層16を例え
ば塩酸１、燐酸３の割合の混合溶液を用いて垂直にエッ
チングする。この混合溶液は＜011＞方向にメサを形成
する場合、垂直にエッチングでき、n-−InGaAs層15をエ
ッチングしない。
このように、本発明ではイオン注入マスクとしてInP
層16を用いてエッチング溶液を選択することにより、垂
直にエッチングが可能となる。
層16を用いてエッチング溶液を選択することにより、垂
直にエッチングが可能となる。
（ｃ）フォトレジスト膜18を除去し、Si3N4膜17をエッ
チオフする。イオン注入行程でBeイオン201を注入し、
チャネルとなるイオン注入領域19を形成する。この時、
複数の化合物半導体層14、15、16がイオン注入マスクと
して作用する。なお、イオン注入領域19の深さはｎ−In
GaAs層13の表面からｄ［cm］である。引き続き、アニー
ル行程では窒素ガス雰囲気中でアニールを行なう。この
アニール工程では化合物半導体層14、15がアニール保護
膜として作用する。
チオフする。イオン注入行程でBeイオン201を注入し、
チャネルとなるイオン注入領域19を形成する。この時、
複数の化合物半導体層14、15、16がイオン注入マスクと
して作用する。なお、イオン注入領域19の深さはｎ−In
GaAs層13の表面からｄ［cm］である。引き続き、アニー
ル行程では窒素ガス雰囲気中でアニールを行なう。この
アニール工程では化合物半導体層14、15がアニール保護
膜として作用する。
（ｄ）n-−InP層16を例えば塩酸１、燐酸３の割合の混
合溶液を用いてエッチオフし、n-−InGaAs層15を例えば
硫酸１、過酸化水素水８、水１エッチングの割合の混合
溶液を用いてエッチオフし、さらにn-−InP層14を例え
ば塩酸１、燐酸３の割合の混合溶液を用いてエッチオフ
する。
合溶液を用いてエッチオフし、n-−InGaAs層15を例えば
硫酸１、過酸化水素水８、水１エッチングの割合の混合
溶液を用いてエッチオフし、さらにn-−InP層14を例え
ば塩酸１、燐酸３の割合の混合溶液を用いてエッチオフ
する。
（ｅ）ソース電極20、ゲート電極21、ドレイン電極22を
形成することにより、接合型電界効果トランジスタがで
きる。
形成することにより、接合型電界効果トランジスタがで
きる。
このように、本発明ではデバイス形成用結晶成長と同
時にイオン注入マスク16とアニール保護膜14、15が形成
できるため、従来のようにイオン注入マスクの形成、ア
ニール保護膜の形成または特殊なアニール装置を必要と
しない。従って、プロセスが簡略化される。さらに、イ
オン注入マスク16が化合物半導体よりなるため、垂直に
エッチングできるのでイオン注入領域が精密に制御する
ことができる。また、イオン注入された原子の分布は深
さ方向にガウス分布をするためにウエーハ表面の注入原
子数は少ないが、これをアニール後エッチオフするので
表面の注入原子の少ない領域を除去することができる。
さらに蒸気圧の高い構成元素がウエーハ表面で解離して
もその領域をエッチオフするためにウエーハ表面での異
常なキャリアの増減を生じることがない。
時にイオン注入マスク16とアニール保護膜14、15が形成
できるため、従来のようにイオン注入マスクの形成、ア
ニール保護膜の形成または特殊なアニール装置を必要と
しない。従って、プロセスが簡略化される。さらに、イ
オン注入マスク16が化合物半導体よりなるため、垂直に
エッチングできるのでイオン注入領域が精密に制御する
ことができる。また、イオン注入された原子の分布は深
さ方向にガウス分布をするためにウエーハ表面の注入原
子数は少ないが、これをアニール後エッチオフするので
表面の注入原子の少ない領域を除去することができる。
さらに蒸気圧の高い構成元素がウエーハ表面で解離して
もその領域をエッチオフするためにウエーハ表面での異
常なキャリアの増減を生じることがない。
（実施例） 次に、イオン注入工程時におけるイオン阻止能力を向
上させるために、前述のイオン注入マスク16及びアニー
ル保護膜14,15の上にエネルギー損失の大きい金属薄膜
及び絶縁膜のうち少なくとも一方の膜を積層する実施例
について説明する。なお、実施例では同一発明者により
同日に特許出願がされている「光半導体素子の製造方
法」（選択成長するときにエッチングマスクであるSiO2
膜を用いないで、高キャリア濃度半導体層の不純物ドー
パントが低キャリア濃度半導体層からなる埋め込み層へ
拡散させる製造方法）とも組み合わせた製造工程を記載
してある。
上させるために、前述のイオン注入マスク16及びアニー
ル保護膜14,15の上にエネルギー損失の大きい金属薄膜
及び絶縁膜のうち少なくとも一方の膜を積層する実施例
について説明する。なお、実施例では同一発明者により
同日に特許出願がされている「光半導体素子の製造方
法」（選択成長するときにエッチングマスクであるSiO2
膜を用いないで、高キャリア濃度半導体層の不純物ドー
パントが低キャリア濃度半導体層からなる埋め込み層へ
拡散させる製造方法）とも組み合わせた製造工程を記載
してある。
第３図は本発明の製造方法を説明するための光半導体
素子の断面模式図であり、発光素子として発光導波路が
周期的な凹凸構造を有するレーザ（以下「DFBレーザ」
と略す）と光変調素子と同一の基板に集積化にされた光
半導体素子である。
素子の断面模式図であり、発光素子として発光導波路が
周期的な凹凸構造を有するレーザ（以下「DFBレーザ」
と略す）と光変調素子と同一の基板に集積化にされた光
半導体素子である。
レーザ領域はｎ型InP基板31上に発光導波路となるInG
aAsP光導波路層32（発光波長が約1.3μｍ）とInGaAsP発
光層33（発光波長約1.55μｍ）とを有し、発光導波路が
ｐ型InP層34が低キャリア濃度ｎ型InP層37に埋め込まれ
た構造となっている。なお、周期的な凹凸からなるグレ
ーティング（あるいは回折格子）101がｎ型InP基板31と
InGaAsP光導波路層32との境界に形成されており、発光
層33に電流を注入することにより凹凸の周期と屈折率で
決まるブラッグ波長近傍で単一波長発振する。単一波長
性を向上するために、グレーティング101に４分の１波
長シフト102を設けている。DFBレーザの出力は発光導波
路（32,33）に接続された変調用の変調導波路層であるI
nGaAsP変調導波路層35に導波される。
aAsP光導波路層32（発光波長が約1.3μｍ）とInGaAsP発
光層33（発光波長約1.55μｍ）とを有し、発光導波路が
ｐ型InP層34が低キャリア濃度ｎ型InP層37に埋め込まれ
た構造となっている。なお、周期的な凹凸からなるグレ
ーティング（あるいは回折格子）101がｎ型InP基板31と
InGaAsP光導波路層32との境界に形成されており、発光
層33に電流を注入することにより凹凸の周期と屈折率で
決まるブラッグ波長近傍で単一波長発振する。単一波長
性を向上するために、グレーティング101に４分の１波
長シフト102を設けている。DFBレーザの出力は発光導波
路（32,33）に接続された変調用の変調導波路層であるI
nGaAsP変調導波路層35に導波される。
一方、変調領域は変調導波路層35とｐ型InP層36とを
有する変調導波路が、DFBレーザ側と同様に低キャリア
濃度ｎ型InP層37に埋め込まれた構造となっている。実
施例１と同様にｐ型InP層34および36クラッド層の上部
に高キャリア濃度ｐ型InP層38がそれぞれつながってい
る。39はｐ型InGaAsPコンタクト層、43はレーザ領域の
ｐ側電極、44は変調領域のｐ側電極、45はレーザ領域と
変調領域とのｎ型電極である。DFBレーザ領域の発光導
波路層32の横側と変調領域の光導波路（35,36）の横側
に酸素、プロトン、アルゴン等の深い準位を形成して半
絶縁性を示すイオンを注入し、半絶縁性領域46を形成し
ている。レーザ領域と変調領域との電気的相互分離のた
めに両者の間にもイオンを注入して半絶縁性領域47を設
けている。
有する変調導波路が、DFBレーザ側と同様に低キャリア
濃度ｎ型InP層37に埋め込まれた構造となっている。実
施例１と同様にｐ型InP層34および36クラッド層の上部
に高キャリア濃度ｐ型InP層38がそれぞれつながってい
る。39はｐ型InGaAsPコンタクト層、43はレーザ領域の
ｐ側電極、44は変調領域のｐ側電極、45はレーザ領域と
変調領域とのｎ型電極である。DFBレーザ領域の発光導
波路層32の横側と変調領域の光導波路（35,36）の横側
に酸素、プロトン、アルゴン等の深い準位を形成して半
絶縁性を示すイオンを注入し、半絶縁性領域46を形成し
ている。レーザ領域と変調領域との電気的相互分離のた
めに両者の間にもイオンを注入して半絶縁性領域47を設
けている。
第４図（ａ）〜（ｈ）は本発明による実施例であり、
レーザ領域と変調領域とが同一基板上に集積化された光
半導体素子の製造方法を示した工程図である。
レーザ領域と変調領域とが同一基板上に集積化された光
半導体素子の製造方法を示した工程図である。
（ａ）λ/4シフト部102を設けたグレーティングｎ型InP
31基板上にInGaAsP導波路層32、InGaAsP発光層33および
ｐ型InP層34を気相成長法や液相成長法によって順次結
晶成長させる。
31基板上にInGaAsP導波路層32、InGaAsP発光層33および
ｐ型InP層34を気相成長法や液相成長法によって順次結
晶成長させる。
（ｂ）光変調素子を形成する変調領域をエッチングによ
って除去する。
って除去する。
（ｃ）InGaAsP変調導波路層35及びｐ型InP層36の結晶成
長を全面に亘って行なう。
長を全面に亘って行なう。
（ｄ）DFBレーザ領域と変調領域との結合部近傍で変調
導波路35が発光導波路層33上部に残るようにして発光導
波路層33上部の成長層を除去し、DFBレーザ領域と変調
領域との全体に渡ってメサ状にエッチングする。ここ
で、変調導波路35が発光導波路層33上部に残るように構
成するのは、同一出願人によって特許出願（特願昭62−
17252号）されているように、DFBレーザ領域と変調領域
との結合効率を高めたものである。
導波路35が発光導波路層33上部に残るようにして発光導
波路層33上部の成長層を除去し、DFBレーザ領域と変調
領域との全体に渡ってメサ状にエッチングする。ここ
で、変調導波路35が発光導波路層33上部に残るように構
成するのは、同一出願人によって特許出願（特願昭62−
17252号）されているように、DFBレーザ領域と変調領域
との結合効率を高めたものである。
第５図（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、第４図（ｄ）
におけるA1−A2およびB1−B2に沿う断面図である。第５
図（ａ）は変調領域におけるメサ状の光導波路構成図、
第５図（ｂ）はレーザ領域における発光導波路構成図を
それぞれ示している。ここまでは、従来の製造工程であ
る。
におけるA1−A2およびB1−B2に沿う断面図である。第５
図（ａ）は変調領域におけるメサ状の光導波路構成図、
第５図（ｂ）はレーザ領域における発光導波路構成図を
それぞれ示している。ここまでは、従来の製造工程であ
る。
（ｅ）ここでは、同日の特許出願と同様に絶縁膜を用い
た選択成長を行なわないようにするために、気相成長法
を用いて、DFBレーザ領域と変調領域のウエーハ全体に
低キャリア濃度ｎ型InP層37を結晶成長（第６図の破
線）し、次に高キャリア濃度半導体として亜鉛ドープの
ｐ型InP層38を成長させる。そのとき、高キャリア濃度
ｐ型InP層38中の不純物ドーパントである亜鉛が低キャ
リア濃度ｎ型InP層37に拡散してメサの頂上の上部クラ
ッド層であるｐ型InP層34および36にまで達して（第６
図実線）ｐ型領域がつながる。従って、本発明と同日出
願特許の特徴であるSiO2膜などの絶縁膜を用いないで等
価的に選択成長を行うことができる。
た選択成長を行なわないようにするために、気相成長法
を用いて、DFBレーザ領域と変調領域のウエーハ全体に
低キャリア濃度ｎ型InP層37を結晶成長（第６図の破
線）し、次に高キャリア濃度半導体として亜鉛ドープの
ｐ型InP層38を成長させる。そのとき、高キャリア濃度
ｐ型InP層38中の不純物ドーパントである亜鉛が低キャ
リア濃度ｎ型InP層37に拡散してメサの頂上の上部クラ
ッド層であるｐ型InP層34および36にまで達して（第６
図実線）ｐ型領域がつながる。従って、本発明と同日出
願特許の特徴であるSiO2膜などの絶縁膜を用いないで等
価的に選択成長を行うことができる。
なお、第６図（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ第４図
（ｅ）におけるA1−A2およびB1−B2に沿う断面図であ
る。第６図（ａ）は変調領域における断面構造図、第６
図（ｂ）はレーザ領域における断面構造図をそれぞれ示
している。
（ｅ）におけるA1−A2およびB1−B2に沿う断面図であ
る。第６図（ａ）は変調領域における断面構造図、第６
図（ｂ）はレーザ領域における断面構造図をそれぞれ示
している。
電極コンタクト層としての亜鉛ドープのp+−InGaAsP
層39のあとに、本発明の第１の特徴であるイオン注入マ
スク兼アニール保護膜としてp+−InP層40の結晶成長を
する。
層39のあとに、本発明の第１の特徴であるイオン注入マ
スク兼アニール保護膜としてp+−InP層40の結晶成長を
する。
次に、本発明の一つの特徴であるp+−InP層40の上に
絶縁膜であるSiO2エッチング保護膜41を堆積し、さらに
イオン阻止能力を向上させるためにエネルギー損失の大
きい金属薄膜（非化合物半導体膜）例えば金の薄膜42を
蒸着する。SiO2膜41は金の薄膜42のエッチング液にp+−
InP層40が侵されないようにするためである。なお、本
実施例ではイオン注入マスク兼アニール保護膜であるp+
−InP層40の上に絶縁膜41及び金属薄膜42とを設けたが
少なくとも金属薄膜42があればよい。
絶縁膜であるSiO2エッチング保護膜41を堆積し、さらに
イオン阻止能力を向上させるためにエネルギー損失の大
きい金属薄膜（非化合物半導体膜）例えば金の薄膜42を
蒸着する。SiO2膜41は金の薄膜42のエッチング液にp+−
InP層40が侵されないようにするためである。なお、本
実施例ではイオン注入マスク兼アニール保護膜であるp+
−InP層40の上に絶縁膜41及び金属薄膜42とを設けたが
少なくとも金属薄膜42があればよい。
（ｆ）レーザ領域の発光導波路層33の側面、光変調導波
路層35の側面及びレーザ領域と変調領域との接続部にイ
オンを注入するために金の薄膜42、SiO2エッチング保護
膜41とp+−InP層40をエッチングする。
路層35の側面及びレーザ領域と変調領域との接続部にイ
オンを注入するために金の薄膜42、SiO2エッチング保護
膜41とp+−InP層40をエッチングする。
イオン注入として例えばプロトンイオン202の注入を
行なう。注入を行なった結果、半絶縁性領域46と47が形
成される。
行なう。注入を行なった結果、半絶縁性領域46と47が形
成される。
なお、第７図（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、第４図
（ｆ）におけるA1−A2およびB1−B2に沿う断面図であ
る。第７図（ａ）は変調領域における断面構造図、第７
図（ｂ）はレーザ領域における断面構造図をそれぞれ示
している。
（ｆ）におけるA1−A2およびB1−B2に沿う断面図であ
る。第７図（ａ）は変調領域における断面構造図、第７
図（ｂ）はレーザ領域における断面構造図をそれぞれ示
している。
金薄膜42が施されている部分ではプロトンイオンが深
くまで到達せず、一部金薄膜42を通過したプロトンイオ
ンもSiO2膜41とp+−InP層40でほぼ完全に阻止される。
くまで到達せず、一部金薄膜42を通過したプロトンイオ
ンもSiO2膜41とp+−InP層40でほぼ完全に阻止される。
（ｇ）SiO2エッチング保護膜41を例えばフッ酸、フッ化
アンモニウム20の割合の混合溶液でエッチングして、リ
フトオフ法により金の薄膜42を取り除く。続いてアニー
ル工程において窒素雰囲気中でアニールを行なう。この
ときはp+−InGaAsP層39とp+−InP層40がアニール保護膜
として作用する。
アンモニウム20の割合の混合溶液でエッチングして、リ
フトオフ法により金の薄膜42を取り除く。続いてアニー
ル工程において窒素雰囲気中でアニールを行なう。この
ときはp+−InGaAsP層39とp+−InP層40がアニール保護膜
として作用する。
（ｈ）p+−InP層40をエッチオフ後、p+−InGaAsP層39の
プロトンイオンを注入した領域をエッチングによって取
り除き、DFBレーザのｐ型電極43、光変調素子のｐ型電
極44、ｎ型電極45を形成する。
プロトンイオンを注入した領域をエッチングによって取
り除き、DFBレーザのｐ型電極43、光変調素子のｐ型電
極44、ｎ型電極45を形成する。
以上は、半導体としてInP/InGaAs系とInP/InGaAsP系
の材料を用いる場合について説明を行なったが、AlGaAs
/GaAs系やAlInGaAs/InP系などの材料にも適用すること
ができる。
の材料を用いる場合について説明を行なったが、AlGaAs
/GaAs系やAlInGaAs/InP系などの材料にも適用すること
ができる。
（発明の効果） 以上、詳細に説明したように、本発明ではイオン注入
マスクやアニール保護膜として化合物半導体を用いるた
め、デバイス形成用結晶成長と同時にイオン注入マスク
とアニール保護膜が形成でき、従来のようにイオン注入
マスクの形成、アニール保護膜の形成または特殊なアニ
ール装置を必要としないため、製造方法が簡略化され
る。さらに化合物半導体からなるイオン注入マスクは垂
直にエッチングできるのでイオン注入領域が精密に制御
することができる。また、イオン注入された原子の分布
は深さ方向にガウス分布をするためにウエーハ表面の注
入原子数は少ないが、アニール後エッチオフするので表
面の注入原子の少ない領域が除去できる。さらに、蒸気
圧の高い構成元素がウエーハ表面で解離しても、その領
域の化合物半導体からなるアニール保護膜をエッチオフ
するために、ウエーハ表面での異常なキャリアの増減を
生じることがない。
マスクやアニール保護膜として化合物半導体を用いるた
め、デバイス形成用結晶成長と同時にイオン注入マスク
とアニール保護膜が形成でき、従来のようにイオン注入
マスクの形成、アニール保護膜の形成または特殊なアニ
ール装置を必要としないため、製造方法が簡略化され
る。さらに化合物半導体からなるイオン注入マスクは垂
直にエッチングできるのでイオン注入領域が精密に制御
することができる。また、イオン注入された原子の分布
は深さ方向にガウス分布をするためにウエーハ表面の注
入原子数は少ないが、アニール後エッチオフするので表
面の注入原子の少ない領域が除去できる。さらに、蒸気
圧の高い構成元素がウエーハ表面で解離しても、その領
域の化合物半導体からなるアニール保護膜をエッチオフ
するために、ウエーハ表面での異常なキャリアの増減を
生じることがない。
また、上述の製造方法に加えて、化合物半導体イオン
注入マスクと金属膜42などの非化合物半導体イオン注入
マスクを併用することにより、マスク部分でのイオン注
入の阻止が完全に行なわれる。
注入マスクと金属膜42などの非化合物半導体イオン注入
マスクを併用することにより、マスク部分でのイオン注
入の阻止が完全に行なわれる。
さらに、同一発明者らによって提案され同日出願され
ているSiO2等の絶縁膜を用いないで選択成長することに
より、不純物や格子欠陥の少ない光半導体素子を製造す
ることができる。
ているSiO2等の絶縁膜を用いないで選択成長することに
より、不純物や格子欠陥の少ない光半導体素子を製造す
ることができる。
従って、本発明ではイオン注入を用いた電界効果トラ
ンジスタや集積型光変調素子などの高性能電子デバイ
ス、光デバイスが容易に製造され、超高速コンピュー
タ、超高速光ファイバ通信等の素子として応用が可能と
なり、その効果は極めて大である。
ンジスタや集積型光変調素子などの高性能電子デバイ
ス、光デバイスが容易に製造され、超高速コンピュー
タ、超高速光ファイバ通信等の素子として応用が可能と
なり、その効果は極めて大である。
第１図（ａ）〜（ｃ）は従来のイオン注入の工程を説明
するための断面図、第２図（ａ）〜（ｅ）は本発明に用
いる接合型電界効果トランジスタの製造工程を説明する
ための断面図、第３図は本発明によりDFBレーザと変調
素子とを同一基板状に集積化した光半導体素子を説明す
るための断面を含む斜視図、第４図（ａ）〜（ｈ）は本
発明の実施例として光半導体素子の製造工程を説明する
ための断面図、第５図（ａ）及び（ｂ）は第４図（ｄ）
におけるA1−A2およびB1−B2に沿う断面図、第６図
（ａ）及び（ｂ）は第４図（ｅ）におけるA1−A2および
B1−B2に沿う断面図、第７図（ａ）及び（ｂ）は第４図
（ｆ）におけるA1−A2およびB1−B2に沿う断面図であ
る。 １……基板、２……イオン注入マスク、３……イオン注
入領域、４……アニール保護膜、５……蒸気圧の高い構
成元素の雰囲気、11……半絶縁性InP基板、12,15……n-
−InGaAs層、13……ｎ−InGaAs層、14,16……n-−InP
層、17……Si3N4膜、18……フォトレジスト膜、19……
イオン注入領域、20……ソース電極、21……ゲート電
極、22……ドレイン電極、31……n+−InP基板、32……I
nGaAsP光導波路層、33……InGaAsP発光層、34,36,38,40
……p+−InP層、35……InGaAsP変調導波路層、37……n-
−InP層、39……p+−InGaAsPコンタクト層、41……SiO2
エッチング保護膜（絶縁膜）、42……金の薄膜（金属薄
膜）、43,44……ｐ側電極、45……ｎ側電極、46,47……
イオン注入領域、101……グレーティング、102……４分
の１波長シフト、201……Beイオン、202……プロトンイ
オン。
するための断面図、第２図（ａ）〜（ｅ）は本発明に用
いる接合型電界効果トランジスタの製造工程を説明する
ための断面図、第３図は本発明によりDFBレーザと変調
素子とを同一基板状に集積化した光半導体素子を説明す
るための断面を含む斜視図、第４図（ａ）〜（ｈ）は本
発明の実施例として光半導体素子の製造工程を説明する
ための断面図、第５図（ａ）及び（ｂ）は第４図（ｄ）
におけるA1−A2およびB1−B2に沿う断面図、第６図
（ａ）及び（ｂ）は第４図（ｅ）におけるA1−A2および
B1−B2に沿う断面図、第７図（ａ）及び（ｂ）は第４図
（ｆ）におけるA1−A2およびB1−B2に沿う断面図であ
る。 １……基板、２……イオン注入マスク、３……イオン注
入領域、４……アニール保護膜、５……蒸気圧の高い構
成元素の雰囲気、11……半絶縁性InP基板、12,15……n-
−InGaAs層、13……ｎ−InGaAs層、14,16……n-−InP
層、17……Si3N4膜、18……フォトレジスト膜、19……
イオン注入領域、20……ソース電極、21……ゲート電
極、22……ドレイン電極、31……n+−InP基板、32……I
nGaAsP光導波路層、33……InGaAsP発光層、34,36,38,40
……p+−InP層、35……InGaAsP変調導波路層、37……n-
−InP層、39……p+−InGaAsPコンタクト層、41……SiO2
エッチング保護膜（絶縁膜）、42……金の薄膜（金属薄
膜）、43,44……ｐ側電極、45……ｎ側電極、46,47……
イオン注入領域、101……グレーティング、102……４分
の１波長シフト、201……Beイオン、202……プロトンイ
オン。
Claims (1)
- 【請求項１】基板上に光導波路層と該導波路層よりも屈
折率の小なる複数のクラッド層から構成される光導波路
をエッチングマスクを用いてメサ状に形成すると共に該
メサ状の側面に埋め込み層を埋め込み、該埋め込み層と
該光導波路との上に少なくとも１層の半導体層を積層し
た半導体ウエーハ中にイオン注入マスクを用いてイオン
注入するイオン注入工程とアニール保護膜を用いて該化
合物半導体ウエーハ中の原子を活性化するアニール工程
とを有する光半導体素子の製造方法において、 低キャリア濃度ｎ型半導体である前記埋め込み層の上部
に高キャリヤ濃度ｐ型半導体層を少なくとも１層結晶成
長して、該高キャリア濃度半導体層の不純物ドーパント
が前記埋め込み層へ拡散して前記光導波路の上部まで前
記高キャリヤ濃度半導体層が達するように形成する工程
と、 該イオン注入マスクと該アニール保護膜としてそれぞれ
単層または多層の化合物半導体層を前記化合物半導体ウ
エーハ上に積層し、前記イオン注入マスクとなるように
該化合物半導体層の上に金属からなる金属薄膜及び絶縁
物からなる絶縁膜とのうち少なくとも金属薄膜を形成し
たのち、前記イオン注入工程とアニール工程とを順次行
うことを特徴とする光半導体素子の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63056248A JP2686764B2 (ja) | 1988-03-11 | 1988-03-11 | 光半導体素子の製造方法 |
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