JP2011151075A - Method of fabricating semiconductor optical integrated element - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体光素子間の光学的な接続損失を低減可能な、半導体光集積素子を作製する方法を提供する。
【解決手段】第1の部分6a及び第1のエリア1bと第2のエリア1cとの境界L1を横切るように配置される第2の部分6bを含むマスク6を形成し、マスク6を用いてエッチングし、第1の導波路メサ7及び半導体メサ8を形成し、第1の導波路メサ7及び半導体メサ8を埋め込み、第1の部分11a及び半導体メサ上で第1の部分11aと接続された第2の部分11bを含むマスク11を形成し、マスク11を用いてエッチングし、第2の部分11bにより規定される第2の導波路メサ12を形成する。第2の部分6bの幅は、x軸の方向に単調に広くなっており、第2の部分11bの幅W2は、少なくとも第2の部分6bの幅W1よりも狭い。
【選択図】図3A method of manufacturing a semiconductor optical integrated device capable of reducing optical connection loss between semiconductor optical devices is provided.
A mask 6 including a first portion 6a and a second portion 6b disposed so as to cross a boundary L1 between the first area 1b and the second area 1c is formed, and the mask 6 is used. Etching is performed to form a first waveguide mesa 7 and a semiconductor mesa 8, and the first waveguide mesa 7 and the semiconductor mesa 8 are embedded and connected to the first portion 11 a and the first portion 11 a on the semiconductor mesa. Then, a mask 11 including the second portion 11b is formed, and etching is performed using the mask 11 to form a second waveguide mesa 12 defined by the second portion 11b. The width of the second portion 6b is monotonously increased in the x-axis direction, and the width W2 of the second portion 11b is at least narrower than the width W1 of the second portion 6b.
[Selection] Figure 3
Description
本発明は、半導体光集積素子を作製する方法に関する。 The present invention relates to a method for fabricating a semiconductor optical integrated device.
特許文献1には、埋め込み構造を有する半導体レーザ(LD)と、ハイメサ構造を有するアレイ型導波路(AWG)と、を突き合わせて形成する方法が記載されている。この方法は、AWG領域に接続されたメサストライプ構造を半導体基板上に形成する工程と、このメサストライプ構造を形成するために用いたマスクのうち、AWG領域上に配置された部分を除去して新たなマスクを形成する工程と、この新たなマスクを選択成長マスクとして、半導体基板上に埋め込み層を成長してメサストライプ構造を埋め込む工程と、を含んでいる。
しかしながら、上記の特許文献1に記載の方法では、メサストライプ構造を埋め込む工程において、マスクが形成されていないAWG領域から、メサストライプ構造の上へ、異常成長の半導体が乗り上げて成長してしまう場合がある。この場合、異常成長の半導体は、埋め込み構造とハイメサ構造との接続部分となる領域上に堆積されることとなる。その結果、埋め込み構造とハイメサ構造との接続部分において段切れが生じてしまい、LDとAWGとの間の光学的な接続損失が大きいものとなってしまう。
However, in the method described in
半導体光集積素子を作製するための他の方法として次のようなものを適用することができる。この方法では、図5(a)に示されるように、マスク30を用いて半導体基板33上の半導体積層をエッチングし、第1の半導体光素子のための第1の導波路メサ31と半導体メサ32とを半導体基板33の主面33a上に形成する。続いて、図5(b)に示されるように、マスク30を選択成長マスクとして用いて、半導体基板33の主面33a上に埋込半導体層34を成長し、第1の導波路メサ31と半導体メサ32とを埋め込む。続いて、図5(c)に示されるように、マスク30を除去した後に、新たなマスク35を形成する。そして、図6(a)に示されるように、マスク35を用いて半導体メサ32と埋込半導体層34とをエッチングし、第2の半導体光素子のための第2の導波路メサ36を形成する。
As another method for manufacturing a semiconductor optical integrated device, the following can be applied. In this method, as shown in FIG. 5A, a semiconductor stack on a
この方法では、第1の導波路メサ31と半導体メサ32とを埋め込む際に、半導体メサの側面32aで異常成長が生じる場合がある。その場合、図6(b)に示されるように、第1の導波路メサ31と第2の導波路メサ32との接続部分となる領域上に、異常成長による半導体が堆積されて堆積物Eが形成されてしまう。そして、堆積物Eが形成された領域には、その後の工程においてメサ構造を設けることができない。その結果、第2の導波路メサ36のエッジを、第1の導波路メサ31のエッジから離して形成する必要が生じてしまう。このため、この方法においても、第1の半導体光素子と第2の半導体光素子との間の光学的な接続損失が大きいものとなってしまう。
In this method, when the
そこで、本発明は、半導体光素子間の光学的な接続損失を低減可能な、半導体光集積素子を作製する方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor optical integrated device that can reduce optical connection loss between semiconductor optical devices.
本発明に係る半導体光集積素子を作製する方法は、半導体光集積素子を作製する方法であって、第1の半導体光素子のための第1の導波路層を含む第1の半導体積層を半導体基板の主面における第1のエリア上に形成する工程と、第2の半導体光素子のための第2の導波路層を含む第2の半導体積層を半導体基板の主面における第2のエリア上に形成する工程と、所定の軸の方向に延びるストライプ形状を有しており第1の半導体積層上に配置される第1の部分と、第1のエリアと第2のエリアとの境界を横切るように第1の半導体積層及び第2の半導体積層上に配置される第2の部分と、第2の半導体積層上に配置される第3の部分と、を含む第1のマスクを形成する工程と、第1のマスクを用いて第1の半導体積層及び第2の半導体積層をエッチングし、第1の部分により規定される第1の半導体光素子のための第1の導波路メサと、第2の部分により規定される半導体メサと、第3の部分により規定される第3の半導体積層と、を形成する工程と、第1のマスクを用いて主面上に埋込半導体層を成長し、第1の導波路メサ及び半導体メサを埋め込む工程と、第1のマスクを除去した後に、埋込半導体層、第1の導波路メサ、半導体メサ及び第1のエリア上に配置される第1の部分と、所定の軸の方向に延びるストライプ形状を有すると共に半導体メサ上で第1の部分と接続されており半導体メサ、第3の半導体積層及び第2のエリア上に配置される第2の部分と、を含む第2のマスクを形成する工程と、第2のマスクを用いて、埋込半導体層、半導体メサ及び第3の半導体積層をエッチングし、第2のマスクの第2の部分により規定される第2の半導体光素子のための第2の導波路メサを形成する工程と、を備え、第1のマスクの第2の部分の幅は、所定の軸の方向に単調に広くなっており、第2のマスクの第2の部分の幅は、第1のマスクの第2の部分の幅よりも狭い、ことを特徴とする。 A method of manufacturing a semiconductor optical integrated device according to the present invention is a method of manufacturing a semiconductor optical integrated device, in which a first semiconductor stack including a first waveguide layer for a first semiconductor optical device is a semiconductor. Forming a second semiconductor stack including a second waveguide layer for the second semiconductor optical device on the second area on the main surface of the semiconductor substrate; Crossing the boundary between the first area and the second area, the first portion having a stripe shape extending in the direction of a predetermined axis and disposed on the first semiconductor stack. Forming a first mask including a second portion disposed on the first semiconductor stack and the second semiconductor stack and a third portion disposed on the second semiconductor stack. And a first semiconductor stack and a second semiconductor stack using the first mask Etch and a first waveguide mesa for the first semiconductor optical device defined by the first portion, a semiconductor mesa defined by the second portion, and a third defined by the third portion A step of forming the semiconductor stack, a step of growing a buried semiconductor layer on the main surface using the first mask, a step of filling the first waveguide mesa and the semiconductor mesa, and a step of removing the first mask. After that, the buried semiconductor layer, the first waveguide mesa, the semiconductor mesa, the first portion disposed on the first area, the stripe shape extending in the direction of a predetermined axis, and the first portion on the semiconductor mesa. Forming a second mask connected to the first portion and including the semiconductor mesa, the third semiconductor stack, and the second portion disposed on the second area, and using the second mask Embedded semiconductor layer, semiconductor mesa and third semiconductor product And forming a second waveguide mesa for the second semiconductor optical device defined by the second portion of the second mask, the second portion of the first mask Is monotonically wide in the direction of the predetermined axis, and the width of the second portion of the second mask is narrower than the width of the second portion of the first mask. .
この方法においては、第1のマスクの第2の部分の幅が、所定の軸の方向に単調に広くなっている。また、第2のマスクの第2の部分の幅は、第1のマスクの第2の部分の幅よりも狭い。したがって、半導体メサを埋込半導体層で埋め込む工程において、第1のマスクの第2の部分の両側部上に異常成長の半導体が乗り上げて形成されても、第2のマスクの第2の部分を用いて半導体メサをエッチングして第2の導波路メサを形成する工程で、半導体メサの両側部と共に異常成長の半導体が除去される。このため、第1の半導体光素子と第2の半導体光素子との間における光学的な接続損失が低減できる。 In this method, the width of the second portion of the first mask monotonously increases in the direction of the predetermined axis. Further, the width of the second portion of the second mask is narrower than the width of the second portion of the first mask. Accordingly, in the step of embedding the semiconductor mesa with the buried semiconductor layer, even if the abnormally grown semiconductor is formed on both sides of the second portion of the first mask, the second portion of the second mask is formed. In the step of forming the second waveguide mesa by etching the semiconductor mesa, the abnormally grown semiconductor is removed together with both sides of the semiconductor mesa. For this reason, the optical connection loss between the first semiconductor optical device and the second semiconductor optical device can be reduced.
また、本発明に係る方法では、所定の軸の方向は[011]方向であり、第1のマスクの第2の部分は、所定の軸の方向に対して所定の角度をもって傾いた直線で規定されるテーパ形状を有しており、所定の角度は30度以下である、ことが好ましい。この場合、第1のマスクの第2の部分のテーパ形状を規定する直線の傾きが[011]方向に対して30度以下であるので、半導体メサを埋込半導体層で埋め込む工程において、半導体メサの側面からの異常成長が生じにくい。 In the method according to the present invention, the direction of the predetermined axis is the [011] direction, and the second portion of the first mask is defined by a straight line inclined at a predetermined angle with respect to the direction of the predetermined axis. It is preferable that the predetermined angle is 30 degrees or less. In this case, since the inclination of the straight line defining the taper shape of the second portion of the first mask is 30 degrees or less with respect to the [011] direction, the semiconductor mesa is embedded in the embedded semiconductor layer step. Abnormal growth from the side is difficult to occur.
本発明によれば、半導体光素子間の光学的な接続損失を低減可能な、半導体光集積素子を作製する方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the method of producing a semiconductor optical integrated device which can reduce the optical connection loss between semiconductor optical devices can be provided.
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて添付図面を参照しながら、本発明の半導体光集積素子を作製する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。 The knowledge of the present invention can be easily understood by considering the following detailed description with reference to the accompanying drawings shown as examples. Next, embodiments of the method for producing a semiconductor optical integrated device of the present invention will be described with reference to the attached drawings. Where possible, the same parts are denoted by the same reference numerals.
図1、図2及び図3は、本実施の形態に係る半導体光集積素子を作製する方法の主要な工程を示す図面である。図1〜3には、直交座標系Cが示されている。図1〜3を参照して、第1及び第2の半導体光素子を含む半導体光集積素子を作製する方法を説明する。第1の半導体光素子としては、例えば半導体レーザ素子、半導体受光素子及び半導体光増幅素子等があり、第2の素子としは、例えばリング共振器、マッハツェンダ干渉器及びアレイ型導波路がある。 1, 2 and 3 are drawings showing the main steps of a method for fabricating a semiconductor optical integrated device according to the present embodiment. 1-3, a rectangular coordinate system C is shown. A method of manufacturing a semiconductor optical integrated device including the first and second semiconductor optical devices will be described with reference to FIGS. Examples of the first semiconductor optical element include a semiconductor laser element, a semiconductor light receiving element, and a semiconductor optical amplification element. Examples of the second element include a ring resonator, a Mach-Zehnder interferometer, and an arrayed waveguide.
まず、半導体基板を用意する。図1(a)に示されるように、半導体基板1は、主面1aを有している。半導体基板1の主面1aは、第1のエリア1bと第2のエリア1cとを含む。第1のエリア1bと第2のエリア1cとは、互いに隣り合うエリアであり、x軸の方向に沿って配列されている。第1のエリア1bは第1の半導体光素子のためのエリアであり、第2のエリア1cは第2の半導体光素子のためのエリアである。この半導体基板1は、例えばn型InP半導体基板とすることができる。半導体基板1の主面1aは、例えば(100)面とすることができる。また、本実施の形態においては、x軸は[011]方向を示し、y軸は[01−1]方向を示している。
First, a semiconductor substrate is prepared. As shown in FIG. 1A, the
続いて、工程S101では、図1(a)に示されるように、半導体基板1の主面1a上に半導体積層2を成長する。半導体積層2は、下部クラッド層2a、活性層2b、上部クラッド層2c及びコンタクト層2dを含む。下部クラッド層2a、活性層2b、上部クラッド層2c及びコンタクト層2dは、半導体基板1の主面1a上において、z軸の方向に順次積層されている。
Subsequently, in step S <b> 101, the semiconductor stack 2 is grown on the
下部クラッド層2aの材料は、例えばn型InPとすることができる。上部クラッド層2cの材料は、例えばp型InPとすることができる。コンタクト層2dの材料は、例えばp型InGaAsとすることができる。また、活性層2bは、例えばアンドープのGaInAsPからなる多重量子井戸により構成することができる。これらの各層の成長には、例えば有機金属気相エピタキシャル成長法を用いることができる。
The material of the lower cladding layer 2a can be n-type InP, for example. The material of the upper cladding layer 2c can be p-type InP, for example. The material of the
続いて、工程S102では、図1(b)に示されるように、半導体積層2及び第1のエリア1b上にマスク3を形成し、このマスク3を用いて第2のエリア1c上の半導体積層2をエッチングにより除去する。この工程により、半導体基板1の主面1aの第1のエリア1b上には、半導体積層4が形成される。半導体積層4は、下部クラッド層4a、活性層4b、上部クラッド層4c及びコンタクト層4dを含む。下部クラッド層4a、活性層4b、上部クラッド層4c及びコンタクト層4dは、下部クラッド層2a、活性層2b、上部クラッド層2c及びコンタクト層2dがそれぞれエッチングされることによって形成される。
Subsequently, in step S102, as shown in FIG. 1B, a
マスク3は、誘電体により形成することが好ましい。マスク3の材料の具体例としては、シリコン酸化物(例えばSiO2)やシリコン窒化物(例えばSiN)を挙げることができる。マスク3の材料をSiO2もしくはSiNとする場合には、例えば、CH4とH2との混合ガスによるRIE(Reactive Ion Etching:反応性イオンエッチング)により、半導体積層2をエッチングすることができる。
The
続いて、工程S103では、図1(c)に示されるように、マスク3を選択成長マスクとして用いて、第2のエリア1c上に半導体積層5を選択成長する。半導体積層4と半導体積層5とは、互いに隣り合うと共に、x軸の方向に配列されている。半導体積層5は、下部クラッド層5a、導波路層5b、上部クラッド層5c及びコンタクト層5dを含む。下部クラッド層5a、導波路層5b、上部クラッド層5c及びコンタクト層5dは、半導体基板1の主面1aの第2のエリア1c上において、z軸の方向に順次積層されている。半導体積層4の活性層4bと半導体積層5の導波路層5bとは、互いに光学的に結合されている。半導体積層4の活性層4bと半導体積層5の導波路層5bとは、z軸方向において略同一の高さに形成されることが好ましい。
Subsequently, in step S103, as shown in FIG. 1C, the
下部クラッド層5aの材料は、例えばn型InPとすることができる。上部クラッド層5cの材料は、例えばp型InPとすることができる。コンタクト層5dの材料は、例えばp型InGaAsとすることができる。また、導波路層5bは、例えばアンドープのGaInAsPにより構成することができる。導波路層5bのPL(Photo Luminescence)波長は、第2の素子の導波損失を下げるために、導波路層4bのPL波長よりも短波長であることが好ましい。
The material of the
以上の工程S101〜S103によって、第1の半導体光素子のための活性層4bを含む半導体積層4が第1のエリア1b上に形成され、第2の半導体光素子のための導波路層5bを含む第2の半導体積層が第2のエリア1c上に形成される。
Through the above steps S101 to S103, the
続いて、工程S104では、マスク3を除去した後に、図2(a)に示されるように、半導体積層4及び半導体積層5上にマスク6を形成する。マスク6は、第1の部分6a、第2の部分6b及び第3の部分6cを含む。第1の部分6a、第2の部分6b及び第3の部分6cは、x軸の方向に順次配列されている。
Subsequently, in step S104, after removing the
第1の部分6aは、半導体積層4の表面4e上に配置されている。第1の部分6aは、x軸の方向に延びるストライプ形状を有している。このストライプの端部は、半導体積層4上において、半導体積層4と半導体積層5との境界L2近傍に位置している。
The
第2の部分6bは、第1のエリア1bと第2のエリア1cとの境界L1及び半導体積層4と半導体積層5の境界L2を横切るように半導体積層4の表面4e及び半導体積層5の表面5e上に配置されている。第2の部分6bの幅は、x軸の方向に単調に広くなっている。一実施例としては、第2の部分6bは、例えばテーパ形状を有している。このテーパ形状は、x軸の方向に対して角度θをもって傾斜した直線で規定される。傾斜角度θは、例えば30度以下であることが好ましい。そして、第2の部分6bの幅の狭い側の端部E1は、第1の部分6aのx軸の正の方向における端部と接続されており、幅の広い側の端部E2は、第3の部分6cに接続されている。第2の部分6bの端部E2の幅をW1とする。
The
第3の部分6cは、半導体積層5上に配置されている。一実施例としては、第3の部分6cは、例えば、半導体積層4と半導体積層5との境界L2を含みy軸方向に延びる領域R以外の半導体積層5の表面5eを覆うように配置される。
The
このマスク6も、マスク3と同様に、誘電体により形成されることが好ましい。マスク6の材料の具体例としては、シリコン酸化物(例えばSiO2)やシリコン窒化物(例えばSiN)を挙げることができる。マスク6の材料をSiO2とする場合には、マスク6は、以下のようにして形成することができる。まず、マスク3を除去した後に、半導体積層4の表面4e及び半導体積層5の表面5eの全面にSiO2膜を成膜する。その後、フォトリソグラフィ法によってSiO2膜上にレジストマスクを形成する。このレジストマスクは、第1の部分6a、第2の部分6b及び第3の部分6cに対応する形状を有している。そして、このレジストマスクを用いてSiO2膜をエッチングした後に、このレジストマスクを除去する。
The
続いて、工程S105では、図2(b)に示されるように、マスク6を用いて、半導体積層4及び半導体積層5をエッチングする。マスク6の材料をSiO2もしくはSiNとした場合には、例えば、CH4とH2との混合ガスによるRIEにより、半導体積層4及び半導体積層5をエッチングすることができる。このエッチングにより、半導体基板1の主面1a上には、第1の導波路メサ7、半導体メサ8及び半導体積層9が形成される。
Subsequently, in step S105, as illustrated in FIG. 2B, the
第1の導波路メサ7は、マスク6の第1の部分6aにより規定されている。したがって、この第1の導波路メサ7は、x軸の方向に延びるストライプメサであり、第1のエリア1b上に配置されている。そして、第1の導波路メサ7のx軸の正の方向における端部は、半導体メサ8に接続されている。
The
半導体メサ8は、マスク6の第2の部分6bにより規定されている。したがって、この半導体メサ8は、x軸の方向に幅が広くなるテーパ形状のメサである。また、半導体メサ8は、第1のエリア1bと第2のエリア1cとの境界L1を横切るように、第1のエリア1b及び第2のエリア1c上に形成されている。このため、半導体メサ8は、半導体積層4と半導体積層5との境界L2を含んでいる。半導体メサ8の幅の狭い側の端部は、第1の導波路メサ7のx軸の正の方向の端部に接続されており、幅の広い側の端部は、半導体積層9に接続されている。
The
半導体積層9は、マスク6の第3の部分6cにより規定されている。したがって、半導体積層9は、第2のエリア1c上に配置されている。
The
続いて、工程S106では、図2(c)に示されるように、マスク6を選択成長マスクとして用いて半導体基板1の主面1a上に埋込半導体層10を成長し、第1の導波路メサ7及び半導体メサ8を埋込半導体層10で埋め込む。埋込半導体層10は、第1の導波路メサ7における電流狭窄のために、FeをドープしたInPとすることが好ましい。
Subsequently, in step S106, as shown in FIG. 2C, the buried
続いて、工程S107では、マスク6を除去した後に、図3(a)に示されるように、第1の導波路メサ7、半導体メサ8、半導体積層9及び埋込半導体層10上にマスク11を形成する。マスク11は、第1の部分11a及び第2の部分11bを含む。第1の部分11aは、第1の導波路メサ7、半導体メサ8、埋込半導体層10及び第1のエリア1b上に配置されている。
Subsequently, in step S107, after removing the
第2の部分11bは、半導体メサ8、半導体積層9及び第2のエリア1c上に配置されている。第2の部分11bは、x軸の方向に延びるストライプ形状を有している。第2の部分11bは、半導体メサ9上で第1の部分11aと接続されている。また、第2の部分11bの幅W2は、マスク6の第2の部分6bの端部E2の幅W1よりも狭い。
The
このようなマスク11も、マスク3及びマスク6と同様に、誘電体により形成されることが好ましい。マスク11の材料の具体例としては、シリコン酸化物(例えばSiO2)やシリコン窒化物(例えばSiN)を挙げることができる。マスク11の材料をSiO2とする場合には、マスク6と同様に、フォトリソグラフィ法を用いて形成することができる。
Such a
続いて、工程S108では、図3(b)に示されるように、マスク11を用いて、半導体メサ8、半導体積層9及び埋込半導体層10をエッチングする。マスク11の材料をSiO2もしくはSiNとする場合には、例えば、CH4とH2との混合ガスによるRIEにより、このエッチングを行うことができる。特に、半導体メサ8の両側部8aの表面が、マスク11によって覆われていないので、半導体メサ8の両側部8aがこのエッチングにより除去される。
Subsequently, in step S108, as shown in FIG. 3B, the
この工程S108により、半導体基板1の主面1aの第2のエリア1c上に、第2の半導体光素子のための第2の導波路メサ12が形成される。第2の導波路メサ12は、マスク11の第2の部分11bにより規定されている。したがって、第2の導波路メサ12は、第2のエリア1c上においてx軸の方向に延びるストライプメサである。第2の導波路メサ12は、半導体メサ8の残存部8bを介して第1の導波路メサ7に光学的に結合されている。
By this step S108, the
そして、工程S109では、図3(c)に示されるように、第1の導波路メサ7上に上部電極13を形成すると共に、半導体基板1の裏面に下部電極14を形成する。上部電極13は、第1の導波路メサ7のコンタクト層4dに接触して形成されている。その後、所定の劈開線に沿って劈開することにより、第1の半導体光素子と第2の半導体光素子とを含む半導体光集積素子を得る。
In step S109, as shown in FIG. 3C, the
図4(a)は、半導体の異常成長について説明するための図である。本実施形態に係る方法においては、マスク6の第2の部分6bは、図4(a)に示されるように、[011]方向(x軸の方向)に対して角度θをもって広がっている。このため、半導体メサ8を埋込半導体層10で埋め込む工程S106において、マスク6の第2の部分6bの両側部ba上に、異常成長の半導体が[011]方向から乗り上げて成長する場合がある。また、[01−1]方向に沿った面の成長レートが、(100)面の成長レートとあまり違わないので、[01−1]方向に沿った面と(100)面とにおいて結晶成長を行う場合、[01−1]方向に沿った面で異常成長が発生し易い。このため、本実施形態に係る方法においても、特に、[01−1]方向(y軸の方向)に沿った面9aと半導体メサ8の側面8cとの境界L3の近傍から、マスク6の第2の部分6bの両側部6ba上に半導体が乗り上げて異常成長する。なお、マスク6の第2の部分は、両側部6baの間に中間部6bbを有している。この中間部6bbは、例えば、x軸方向に沿って延びるストライプ状の領域である。
FIG. 4A is a diagram for explaining abnormal growth of a semiconductor. In the method according to the present embodiment, the
本実施の形態に係る方法においては、マスク6の第2の部分6bの幅が、x軸の方向に単調に広くなっていると共に、マスク11の第2の部分11bの幅W2が、マスク6の第2の部分6bの端部E2の幅W1よりも狭い。このため、半導体メサ8を埋込半導体層10で埋め込む工程S106において、上述のようにマスク6の第2の部分6bの両側部6ba上に異常成長の半導体が乗り上げて形成されても、マスク11の第2の部分11bを用いて半導体メサ8をエッチングして第2の導波路メサ12を形成する工程S108で、半導体メサ8の両側部8aと共に異常成長の半導体が除去される。その結果、第1の導波路メサ7と第2の導波路メサ12との接続部分における段切れを抑制可能であると共に、第2の導波路メサ12のエッジを第1の導波路メサ7のエッジから離す必要が生じない。よって、第1の半導体光素子と第2の半導体光素子との間における光学的な接続損失が低減できる。
In the method according to the present embodiment, the width of the
ここで、本実施の形態に係る方法においては、マスク6の第2の部分6bのテーパ形状を規定する直線の傾きを、[011]方向に対して30度以下とすることが好ましい。この場合、マスク6の第2の部分6bのテーパ形状を規定する直線の傾きが[011]方向に対して30度以下であるので、半導体メサ8の側面8cと第1の導波路メサ7の側面7aとの成す角度が、概ね30度以下となる。このため、第1の導波路メサ7の側面7aに直交する面(即ち[01−1]方向に沿って延びる面)と半導体メサ8の側面8cとの成す角度が比較的大きいものとなる。その結果、埋込半導体層10を成長する工程S106において、半導体メサ8の側面8cからの異常成長が生じにくい。
Here, in the method according to the present embodiment, it is preferable that the slope of the straight line defining the taper shape of the
また、本実施の形態に係る方法においては、マスク6の第3の部分6cは、半導体積層8上においてマスク6の第2の部分6bに接続されている。このため、第1の導波路メサ7及び半導体メサ8を埋め込む工程S106において、半導体積層9上から、マスク6の第2の部分6b上へ半導体が乗り上げて成長することが抑制される。
In the method according to the present embodiment, the
なお、マスク11の第2の部分11bの幅W2は、少なくとも、マスク6の第2の部分の端部E2の幅W1よりも狭ければよい。したがって、マスク11の第2の部分の幅W2は、例えば、半導体基板1の第1のエリア1bと第2のエリア1cとの境界L1上におけるマスク6の第2の部分の幅よりも狭くしてもよいし、マスク6の第2の部分の端部E1の幅よりも狭くしてもよい。
Note that the width W2 of the
また、工程S107において、第2の部分11bが半導体メサ8の幅の狭い側の端部上で第1の部分11aに接続されるようにマスク11を形成してもよい。この場合、マスク11の第1の部分11aと第2の部分11bとは、第1の導波路メサ7のエッジの上で接続されることとなるので、工程S108でのエッチングにより、半導体メサ8の残存部8bが形成されない。
Further, in step S107, the
また、本実施の形態に係る方法は、工程S108で第2の導波路メサ12を形成した後に、ポリイミド等の低屈折率材料によって第2の導波路メサ12を埋め込む工程をさらに備えていてもよい。
Further, the method according to the present embodiment may further include the step of embedding the
さらに、本実施の形態に係る方法は、工程S108で第2の導波路メサ12を形成した後に、所定の絶縁膜によって第2の導波路メサ12を覆う工程を備えていてもよい。
Furthermore, the method according to the present embodiment may include a step of covering the
ここで、図5,6に示される方法では、マスク30の半導体メサ32を規定する部分は、矩形状を成している。このため、第1の導波路メサ31と半導体メサ32とを埋め込む工程において、半導体メサ32の側面32aから異常成長が進行して、後の工程で第2の導波路メサ36となる領域上に異常成長の半導体が堆積されてしまう場合がある。
Here, in the method shown in FIGS. 5 and 6, the portion defining the
これに対して、本実施の形態に係る方法では、マスク6の半導体メサ8を規定する第2の部分6bは、x軸の方向に徐々に幅が広くなるテーパ形状を有している。このため、第1の導波路メサ7と半導体メサ8とを埋め込む工程で、半導体積層9の側面9aから異常成長が進行しても、第2のマスク6の第2の部分6bの両側部6baで留まって、後の工程で第2の導波路メサ12となる領域の上に位置する中間部6bbには、異常成長の半導体が到達し難い。このため、中間部分6bb上に堆積される異常成長の半導体を比較的少なくすることができる。
On the other hand, in the method according to the present embodiment, the
中間部6bb上に異常成長の半導体が到達しないようにするためには、テーパ形状を規定する直線のx軸方向に対する傾きを、例えば30度以下とすることが好ましい。更に、中間部6bb上に異常成長の半導体が到達しないようにするためには、両側部6baの幅W3を所定値以上に大きくとることが好ましい。異常成長の進行の度合いが埋込半導体層10の高さに依存するので、この所定値も埋込半導体層10の高さに依存するが、例えば4μm程度とすることができる。
In order to prevent the abnormally grown semiconductor from reaching the intermediate portion 6bb, the inclination of the straight line defining the taper shape with respect to the x-axis direction is preferably set to 30 degrees or less, for example. Further, in order to prevent the abnormally grown semiconductor from reaching the intermediate portion 6bb, it is preferable to set the width W3 of the both side portions 6ba to be larger than a predetermined value. Since the degree of abnormal growth depends on the height of the buried
上述した本実施の形態に係る方法は、例えば、図4(b)に示されるような、半導体光集積素子20の作製に適用することができる。半導体光集積素子20は、チャープ回折格子21、利得領域22及びリング共振器23を含む。利得領域22は、電流を注入して利得を発生させる為に、電流狭窄構造が必要とされる。このため、利得領域22の導波路22aは、FeをドープしたInPによる埋め込み構造を有する導波路であることが好ましい。一方で、リング共振器103においては、その導波路23aは、10μm程度の曲率半径をもって曲げる必要があるので、ハイメサ構造を有する導波路であることが好ましい。
The method according to this embodiment described above can be applied to the fabrication of the semiconductor optical integrated device 20 as shown in FIG. 4B, for example. The semiconductor optical integrated device 20 includes a chirped
したがって、例えば、利得領域22とリング共振器23との接続部分Dにおいては、埋め込み構造を有する導波路22aとハイメサ構造を有する導波路23aとが接続されることとなる。上記の方法において、第1の半導体光素子を利得領域22とし、第2の半導体光素子をリング共振器23として、半導体光集積素子20を作製することによって、上述の理由から、利得領域22の導波路22aとリング共振器23の導波路23aとの接続部分における不具合が生じ難いため、利得領域22とリング共振器23との光学的な接続損失が低減される。
Therefore, for example, in the connection portion D between the
以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。 While the principles of the invention have been illustrated and described in the preferred embodiments, it will be appreciated by those skilled in the art that the invention may be modified in detail without departing from such principles. We therefore claim all modifications and changes that come within the scope and spirit of the following claims.
1…半導体基板、1a…主面、1b…第1のエリア、1c…第2のエリア、4…半導体積層(第1の半導体積層)、4b…活性層(第1の導波路層)、5…半導体積層(第2の半導体積層)、5b…導波路層(第2の導波路層)、6…マスク(第1のマスク)、6a…第1の部分、6b…第2の部分、6c…第3の部分、7…第1の導波路メサ、8…半導体メサ、9…半導体積層(第3の半導体積層)、10…埋込半導体層、11…マスク(第2のマスク)、11a…第1の部分、11b…第2の部分、12…第2の導波路メサ。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
第1の半導体光素子のための第1の導波路層を含む第1の半導体積層を半導体基板の主面における第1のエリア上に形成する工程と、
第2の半導体光素子のための第2の導波路層を含む第2の半導体積層を前記半導体基板の前記主面における第2のエリア上に形成する工程と、
所定の軸の方向に延びるストライプ形状を有しており前記第1の半導体積層上に配置される第1の部分と、前記第1のエリアと前記第2のエリアとの境界を横切るように前記第1の半導体積層及び前記第2の半導体積層上に配置される第2の部分と、前記第2の半導体積層上に配置される第3の部分と、を含む第1のマスクを形成する工程と、
前記第1のマスクを用いて前記第1の半導体積層及び前記第2の半導体積層をエッチングし、前記第1の部分により規定される前記第1の半導体光素子のための第1の導波路メサと、前記第2の部分により規定される半導体メサと、前記第3の部分により規定される第3の半導体積層と、を形成する工程と、
前記第1のマスクを用いて前記主面上に埋込半導体層を成長し、前記第1の導波路メサ及び前記半導体メサを埋め込む工程と、
前記第1のマスクを除去した後に、前記埋込半導体層、前記第1の導波路メサ、前記半導体メサ及び前記第1のエリア上に配置される第1の部分と、前記所定の軸の方向に延びるストライプ形状を有すると共に前記半導体メサ上で前記第1の部分と接続されており前記半導体メサ、前記第3の半導体積層及び前記第2のエリア上に配置される第2の部分と、を含む第2のマスクを形成する工程と、
前記第2のマスクを用いて、前記埋込半導体層、前記半導体メサ及び第3の半導体積層をエッチングし、前記第2のマスクの第2の部分により規定される第2の半導体光素子のための第2の導波路メサを形成する工程と、を備え、
前記第1のマスクの前記第2の部分の幅は、前記所定の軸の方向に単調に広くなっており、
前記第2のマスクの前記第2の部分の幅は、前記第1のマスクの前記第2の部分の幅よりも狭い、ことを特徴とする方法。 A method for producing a semiconductor optical integrated device, comprising:
Forming a first semiconductor stack including a first waveguide layer for a first semiconductor optical device on a first area of a main surface of a semiconductor substrate;
Forming a second semiconductor stack including a second waveguide layer for a second semiconductor optical device on a second area of the main surface of the semiconductor substrate;
The first portion having a stripe shape extending in the direction of a predetermined axis and disposed on the first semiconductor stack, and the boundary between the first area and the second area, Forming a first mask including a first semiconductor stack, a second portion disposed on the second semiconductor stack, and a third portion disposed on the second semiconductor stack; When,
The first waveguide mesa for the first semiconductor optical device defined by the first portion is etched using the first mask to etch the first semiconductor stack and the second semiconductor stack. Forming a semiconductor mesa defined by the second portion and a third semiconductor stack defined by the third portion;
Growing a buried semiconductor layer on the main surface using the first mask, and embedding the first waveguide mesa and the semiconductor mesa;
After removing the first mask, the buried semiconductor layer, the first waveguide mesa, the semiconductor mesa, the first portion disposed on the first area, and the direction of the predetermined axis And a second portion disposed on the semiconductor mesa, the second portion disposed on the second area, and connected to the first portion on the semiconductor mesa. Forming a second mask including:
Etching the buried semiconductor layer, the semiconductor mesa, and the third semiconductor stack using the second mask, for a second semiconductor optical device defined by the second portion of the second mask Forming a second waveguide mesa of
The width of the second portion of the first mask is monotonously wide in the direction of the predetermined axis,
The width of the second portion of the second mask is narrower than the width of the second portion of the first mask.
前記第1のマスクの前記第2の部分は、前記所定の軸の方向に対して所定の角度をもって傾いた直線で規定されるテーパ形状を有しており、
前記所定の角度は30度以下である、ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 The direction of the predetermined axis is the [011] direction,
The second portion of the first mask has a tapered shape defined by a straight line inclined at a predetermined angle with respect to the direction of the predetermined axis;
The method of claim 1, wherein the predetermined angle is 30 degrees or less.
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| JP2010009309A JP2011151075A (en) | 2010-01-19 | 2010-01-19 | Method of fabricating semiconductor optical integrated element |
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