JP2012124361A - 半導体光素子の製造方法及び半導体光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＢＨ構造の半導体光素子に含まれる導波路部の電気的な分離を行うために設けられる分離溝が適切に形成されないことに起因してリーク電流が発生してしまうのを抑止する。
【解決手段】ｎ型ＩｎＰ基板１０の上にメサストライプ状の活性層１２を形成する工程と、活性層１２の両隣に、活性層１２よりも高い位置までＲｕ−ＩｎＰ層１４を形成する工程と、Ｒｕ−ＩｎＰ層１４の表面に設けた分離溝形成領域２０にシリコン酸化膜１８を形成する工程と、シリコン酸化膜１８が形成された前記Ｒｕ−ＩｎＰ層１４の上に、Ｐ−ＩｎＰ層１６を結晶成長させて形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体光素子の製造方法。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体光素子の製造方法及び半導体光素子に関する。

半導体光素子（半導体レーザー）の構造の一つにＰＢＨ構造（Planer Buried Heterostructure：プレーナ埋込ヘテロ構造）がある（例えば、下記の特許文献１を参照）。

従来、ＰＢＨ構造の半導体光素子を製造する上では、例えば以下の図７乃至図１０に示す手順により、半導体光素子内に設けられる導波路の電気的な分離を行うための分離溝を形成していた。

すなわち、図７に示されるように、従来のＰＢＨ構造の半導体光素子２においては、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に、活性層１２、埋込層（Ｒｕ−ＩｎＰ層１４）を形成した後に、埋込層の上にｐ型のクラッド層（Ｐ−ＩｎＰ層１６）を形成していた。

さらに、図８に示されるように、形成されたＰ−ＩｎＰ層１６の表面に対し、エッチング箇所以外をレジスト剤１００によりマスクした後に、Ｂｒ系ウェットエッチングによりＰ−ＩｎＰ層１６をエッチングすることで分離溝を形成していた。図９には、Ｐ−ＩｎＰ層１６をエッチングして分離溝が形成された状態の半導体光素子２を示した。

そして、図１０に示されるように、エッチングにより形成された分離溝に対して、パッシベーション膜２４（保護膜）を形成した後に電極２６を蒸着させて、ＰＢＨ構造の半導体光素子２を製造していた。

特開２０００−０７７７８０号公報

図７乃至図１０に示した工程によりＰＢＨ構造の半導体光素子２を製造した場合には、Ｐ−ＩｎＰ層１６のエッチング深さが、図９に示したようにＲｕ−ＩｎＰ層１４にまで深く達してしまったり、逆にＰ−ＩｎＰ層１６で止まってしまったりする等、分離溝の深さを制御するのが困難であった。また、図９に示されるように、分離溝をエッチングにより形成することにより、図１０に示されるように分離溝に垂直面が形成されてしまい、こうした垂直面にはパッシベーション膜２４や電極２６が十分に形成されなくなるため、断線が起きてリーク電流が発生してしまうことがあった。

本発明の目的の一つは、ＰＢＨ構造の半導体光素子に含まれる導波路部の電気的な分離を行うために設けられる分離溝が適切に形成されないことに起因してリーク電流が発生してしまうのを抑止できる半導体光素子の製造方法及び半導体光素子を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る半導体光素子の製造方法は、ｎ型ＩｎＰ基板上にメサストライプ状の活性層を形成する工程と、前記活性層の両隣に、前記活性層よりも高い位置まで埋込層を形成する工程と、前記埋込層の表面に設けた分離溝形成領域に酸化膜マスクを形成する工程と、前記酸化膜マスクが形成された前記埋込層の上に、導電型のクラッド層を結晶成長させて形成する工程と、を含むことを特徴とする。

また、本発明の一態様では、前記半導体光素子の製造方法は、前記導電型のクラッド層が形成された後に、前記酸化膜マスクを除去する工程と、前記分離溝形成領域と、当該分離溝形成領域の周囲に形成された前記導電型のクラッド層との上に、パッシベーション膜を形成する工程と、前記パッシベーション膜が形成された後に、前記導電型のクラッド層の上に電極を形成する工程と、をさらに含むこととする。

また、本発明の一態様では、前記埋込層は、ルテニウムがドーピングされたインジウムリンにより構成され、前記酸化膜マスクは、シリコン酸化膜により構成され、前記導電型のクラッド層は、ｐ型のインジウムリンにより構成されることとする。

また、本発明に係る半導体光素子は、前記半導体光素子の製造方法により製造されたことを特徴とする。

また、本発明に係る半導体光素子は、ｎ型ＩｎＰ基板上に形成されたメサストライプ状の活性層と、前記活性層の両隣に前記活性層よりも高い位置まで形成された埋込層と、前記埋込層の表面に設けた分離溝形成領域を除く領域に形成された、導電型のクラッド層と、を含み、前記導電型のクラッド層は、前記分離溝形成領域から当該導電型のクラッド層を構成する結晶の成長方位に沿った面を有することを特徴とする。

また、本発明に係る半導体光素子は、ｎ型ＩｎＰ基板上に形成されたメサストライプ状の活性層と、前記活性層の両隣に前記活性層よりも高い位置まで形成された埋込層と、前記埋込層の上に形成され、分離溝を有する、導電型のクラッド層と、を含み、前記分離溝の底が、前記埋込層の表面上にあることを特徴とする。

本発明の一態様によれば、ＰＢＨ構造の半導体光素子に含まれる導波路部の電気的な分離を行うために設けられる分離溝が適切に形成されないことに起因してリーク電流が発生してしまうのを抑止できる。

本実施形態に係る製造方法の一工程における半導体光素子の断面図の一例を示す図である。 図１に続く工程における半導体光素子の断面図の一例を示す図である。 図２に続く工程における半導体光素子の断面図の一例を示す図である。 図３に続く工程における半導体光素子の断面図の一例を示す図である。 図４に続く工程における半導体光素子の断面図の一例を示す図である。 図５に続く工程における半導体光素子の断面図の一例を示す図である。 従来の製造方法の一工程における半導体光素子の断面図の一例を示す図である。 図７に続く工程における半導体光素子の断面図の一例を示す図である。 図８に続く工程における半導体光素子の断面図の一例を示す図である。 図９に続く工程における半導体光素子の断面図の一例を示す図である。

以下、本発明を実施するための好適な実施の形態（以下、実施形態という）を、図面に従って説明する。

図１乃至図６には、本実施形態に係る半導体光素子１の製造方法における工程を説明する図を示した。なお、図１乃至図６に示されているのは、各工程におけるＰＢＨ構造の半導体光素子１の断面図である。

図１に示される半導体光素子１は、ｎ型ＩｎＰ基板１０（ＩｎＰ：インジウムリン）上においてメサストライプ状に設けられた活性層１２、活性層１２の両隣に活性層１２よりも高い位置まで設けられた埋込層であるＲｕ−ＩｎＰ層１４が形成された状態の半導体光素子１である。活性層１２は、ＩｎＧａＡｓＰ（インジウムガリウム砒素リン）により構成することとしてよく、図示されるように活性層１２には複数の活性層領域１３を含むこととしてよい。この際、一部の活性層領域１３と、他の活性層領域１３とのＩｎＧａＡｓＰの組成比を変化させることで、一部の活性層領域１３を導波路として機能させることとしてよい。また、埋込層は、ルテニウム（Ｒｕ）がドーピングされた高抵抗のＩｎＰ層として構成することとしてよい。

図１に示される半導体光素子１までの製造工程は、公知の工程を用いて行われることしてよい。例えば、ｎ型のＩｎＰ基板１０の上に、ＩｎＧａＡｓＰから組成される活性層１２を積層した後に、積層した活性層１２の中央のストライプ領域のみを残して、両横の部分を活性層１２がなくなるまでエッチングにより除去することとしてよい。こうして、メサストライプ状の活性層１２を形成した後に、活性層１２の両隣の領域にＲｕ−ＩｎＰから組成される埋込層を結晶成長（エピタキシャル成長）させて形成することとしてよい。

次に、図２に示されるように、Ｒｕ−ＩｎＰ層１４の表面に設けられる分離溝形成領域２０に、シリコン酸化膜１８（ＳｉＯ_２）のマスクを形成する。なお、本実施形態における分離溝形成領域２０とは、ＰＢＨ構造の半導体光素子１において、活性層１２の電気的な分離を行うために、上部クラッド層（ｐ型クラッド層）に設けられる溝の底となる領域のことをいう。この分離溝形成領域２０は、活性層１２を中心として左右にそれぞれ設けることとしてよい。また、分離溝形成領域２０に形成するマスクには、ＳｉＮ等の他の材料から組成されるマスクを用いることとしてもよい。

次に、図３に示されるように、Ｒｕ−ＩｎＰ層１４の表面の分離溝形成領域２０にシリコン酸化膜１８を設けた状態で、Ｒｕ−ＩｎＰ層１４の上にｐ型のＩｎＰ層（Ｐ−ＩｎＰ層１６）を結晶成長させる。結晶成長には、有機金属気相成長(ＭＯＣＶＤ)法を用いることとしてよい。

図３に示されるように、Ｒｕ−ＩｎＰ層１４のシリコン酸化膜１８を設けた部分には結晶が成長せず、Ｐ−ＩｎＰ層１６のシリコン酸化膜１８に隣接した部分には、Ｐ−ＩｎＰの結晶成長の方位に沿った斜面が形成される。

次に、図４に示されるように、Ｐ−ＩｎＰ層１６を結晶成長した後に、シリコン酸化膜１８を除去する。これにより、Ｐ−ＩｎＰ層１６に形成された分離溝の底が、Ｒｕ−ＩｎＰ層１４の表面と一致する。なお、本実施形態における分離溝とは、Ｒｕ−ＩｎＰ層１４の分離溝形成領域２０を底とし、分離溝形成領域２０に隣接するＰ−ＩｎＰ層１６の斜面２２から構成される部分のことをいう。

次に、図５に示されるように、シリコン酸化膜１８を除去した後に、分離溝を含む周囲をパッシベーション膜２４により覆う。パッシベーション膜２４には、絶縁膜を用いることとしてよい。パッシベーション膜２４は、活性層１２を中心とした周辺を除く、各分離溝の周囲に渡り形成することとしてよい。

さらに、図６に示されるように、パッシベーション膜２４が形成されたＰ−ＩｎＰ層１６の表面に電極２６（Ｐ型電極）を形成する。例えば、電極２６は蒸着により形成することとしてよい。

以上の工程により形成されたＰＢＨ構造の半導体光素子１では、Ｐ−ＩｎＰ層１６に形成される分離溝の斜面２２がＰ−ＩｎＰの結晶方位（１１１面）に沿った角度（例えば約４５度）に構成されるため、分離溝の斜面２２が急峻とならず、分離溝に設けられるパッシベーション膜２４や電極２６の厚みが不均一とならない。そのため、電極２６の断線が起こりにくくなる。

また、以上の工程により形成されたＰＢＨ構造の半導体光素子１では、Ｐ−ＩｎＰ層１６に形成される分離溝の底がＲｕ−ＩｎＰ層１４の表面に一致するため、分離溝深さが一定となる。そのため、Ｐ−ＩｎＰ層１６をエッチングして分離溝を形成する場合に比べて、Ｐ−ＩｎＰ層１６の残渣がなく、またＲｕ−ＩｎＰ層１４が削られることがないため、リーク電流の発生を抑止することができる。

また、以上の半導体光素子１の製造方法によれば、Ｐ−ＩｎＰ層１６をエッチングして分離溝を形成する場合に比べて、分離溝形状がロット間、ウェハ面内でばらつかないため、安定した品質の半導体光素子１を提供することができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、この分野の通常の知識を有する当業者によって多様な変更、変形又は置換が可能であることはもちろんである。

１ 半導体光素子、２ 半導体光素子（従来）、１０ ｎ型ＩｎＰ基板、１２ 活性層、１３ 活性層領域、１４ Ｒｕ−ＩｎＰ層、１６ Ｐ−ＩｎＰ層、１８ シリコン酸化膜、２０ 分離溝形成領域、２２ 斜面、２４ パッシベーション膜、２６ 電極、１００ レジスト剤。

Claims (6)

1. ｎ型ＩｎＰ基板上にメサストライプ状の活性層を形成する工程と、
   前記活性層の両隣に、前記活性層よりも高い位置まで埋込層を形成する工程と、
   前記埋込層の表面に設けた分離溝形成領域に酸化膜マスクを形成する工程と、
   前記酸化膜マスクが形成された前記埋込層の上に、導電型のクラッド層を結晶成長させて形成する工程と、
   を含むことを特徴とする半導体光素子の製造方法。
2. 前記導電型のクラッド層が形成された後に、前記酸化膜マスクを除去する工程と、
   前記分離溝形成領域と、当該分離溝形成領域の周囲に形成された前記導電型のクラッド層との上に、パッシベーション膜を形成する工程と、
   前記パッシベーション膜が形成された後に、前記導電型のクラッド層の上に電極を形成する工程と、
   をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体光素子の製造方法。
3. 前記埋込層は、ルテニウムがドーピングされたインジウムリンにより構成され、
   前記酸化膜マスクは、シリコン酸化膜により構成され、
   前記導電型のクラッド層は、ｐ型のインジウムリンにより構成される
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体光素子の製造方法。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体光素子の製造方法により製造されたことを特徴とする半導体光素子。
5. ｎ型ＩｎＰ基板上に形成されたメサストライプ状の活性層と、
   前記活性層の両隣に前記活性層よりも高い位置まで形成された埋込層と、
   前記埋込層の表面に設けた分離溝形成領域を除く領域に形成された、導電型のクラッド層と、を含み、
   前記導電型のクラッド層は、前記分離溝形成領域から当該導電型のクラッド層を構成する結晶の成長方位に沿った面を有する
   ことを特徴とする半導体光素子。
6. ｎ型ＩｎＰ基板上に形成されたメサストライプ状の活性層と、
   前記活性層の両隣に前記活性層よりも高い位置まで形成された埋込層と、
   前記埋込層の上に形成され、分離溝を有する、導電型のクラッド層と、を含み、
   前記分離溝の底が、前記埋込層の表面上にある
   ことを特徴とする半導体光素子。
   

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