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JP2012204640A - Method for forming alignment mark and method for manufacturing optical semiconductor element - Google Patents

Method for forming alignment mark and method for manufacturing optical semiconductor element Download PDF

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JP2012204640A
JP2012204640A JP2011068303A JP2011068303A JP2012204640A JP 2012204640 A JP2012204640 A JP 2012204640A JP 2011068303 A JP2011068303 A JP 2011068303A JP 2011068303 A JP2011068303 A JP 2011068303A JP 2012204640 A JP2012204640 A JP 2012204640A
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JP
Japan
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semiconductor layer
alignment mark
recesses
forming
semiconductor
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Application number
JP2011068303A
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Japanese (ja)
Inventor
Takamitsu Miura
貴光 三浦
Kenji Hiratsuka
健二 平塚
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

【課題】再成長された半導体層をエッチングしてアライメントマークを掘り出す際に、アライメントマークの複数の凹部の形状の崩れを抑制できるアライメントマーク形成方法及び光半導体素子の製造方法を提供する。
【解決手段】この方法は、組成中にAlを含む半導体層16と、半導体層16上に成長した半導体層18とを有する半導体積層物10において半導体層18の一部を除去することにより、半導体層16を底面とする複数の凹部22を含むアライメントマーク24を形成する工程と、半導体層18上および複数の凹部22上に埋込半導体層26を成長させる工程と、アライメントマーク24上に形成された埋込半導体層26を除去して複数の凹部22を露出させる工程とを備える。凹部22の幅を1μmより大きく且つ6μmより小さく形成し、凹部22の深さDと凹部22同士の間隔Sとの比(S/D)を3以上とする。
【選択図】図2
An alignment mark forming method and an optical semiconductor device manufacturing method capable of suppressing the collapse of the shape of a plurality of recesses in an alignment mark when an regrowth semiconductor layer is etched to dig out an alignment mark.
In this method, a part of a semiconductor layer is removed from a semiconductor laminate having a semiconductor layer containing Al in the composition and a semiconductor layer grown on the semiconductor layer. Formed on the alignment mark 24; a step of forming an alignment mark 24 including a plurality of recesses 22 with the layer 16 as a bottom surface; a step of growing an embedded semiconductor layer 26 on the semiconductor layer 18 and the plurality of recesses 22; Removing the embedded semiconductor layer 26 and exposing the plurality of recesses 22. The width of the concave portion 22 is formed to be larger than 1 μm and smaller than 6 μm, and the ratio (S / D) between the depth D of the concave portion 22 and the interval S between the concave portions 22 is set to 3 or more.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、アライメントマーク形成方法及び光半導体素子の製造方法に関するものである。   The present invention relates to an alignment mark forming method and an optical semiconductor device manufacturing method.

特許文献1には、回折格子を有する半導体レーザ素子が開示されている。この文献に記載された半導体レーザ素子では、活性層の上下にクラッド層が設けられている。これらのクラッド層の少なくとも一方には、ストライプ状の開口部を有する電流ブロック層が埋め込まれている。そして、電流ブロック層の界面、または該界面と活性層との間であってストライプ状の開口部を除いた領域に、発振波長を制御するための回折格子が形成されている。   Patent Document 1 discloses a semiconductor laser element having a diffraction grating. In the semiconductor laser device described in this document, cladding layers are provided above and below the active layer. A current blocking layer having a stripe-shaped opening is embedded in at least one of these cladding layers. A diffraction grating for controlling the oscillation wavelength is formed at the interface of the current blocking layer, or between the interface and the active layer and excluding the stripe-shaped opening.

特開平11−168261号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-168261

半導体プロセスでは、ウエハ上での位置合わせを行う為のアライメントマークが、半導体素子が形成される領域以外の領域に形成される。アライメントマークは、例えば、エッチング等によって半導体層に形成された、所定方向に並ぶ複数の凹部によって好適に構成される。しかしながら、作製される半導体素子の構造によっては、半導体プロセスにおいて一旦形成されたアライメントマークが、再成長した半導体層によって埋まってしまうことがある。そのような場合、アライメントマークを覆う半導体層部分をエッチング等により除去し、アライメントマークを再び露出させる工程が必要となる。   In a semiconductor process, alignment marks for alignment on a wafer are formed in a region other than a region where a semiconductor element is formed. The alignment mark is preferably configured by a plurality of recesses formed in the semiconductor layer by etching or the like and arranged in a predetermined direction. However, depending on the structure of the manufactured semiconductor element, the alignment mark once formed in the semiconductor process may be filled with the regrown semiconductor layer. In such a case, a step of removing the semiconductor layer covering the alignment mark by etching or the like and exposing the alignment mark again is necessary.

このような工程を必要とする半導体素子としては、例えば分布帰還型(Distribution Feedback;DFB)レーザ素子がある。DFBレーザ素子の作製に際しては、まず活性層上に回折格子用の半導体層を成長させたのち、この回折格子用の半導体層をエッチングすることにより、所定の周期構造を有する回折格子を形成する。このとき、回折格子の形成位置を把握するためのアライメントマークとなる複数の凹部を、ウエハ上の所定領域に形成する。次に、回折格子を埋め込むための半導体層を回折格子層上に成長させる。そして、この半導体層の所定領域上の部分を除去してアライメントマークを露出させたのち、このアライメントマークを基準として、ストライプ状のパターンを有するエッチングマスクを半導体層上の所定の位置に形成する。その後、該エッチングマスクを用いて半導体層のエッチングを行うことにより、電流の狭窄や光導波路の形成の為の構造(メサストライプ構造など)が得られる。   As a semiconductor element that requires such a process, for example, there is a distribution feedback (DFB) laser element. In fabricating the DFB laser element, a diffraction grating semiconductor layer is first grown on the active layer, and then the diffraction grating semiconductor layer is etched to form a diffraction grating having a predetermined periodic structure. At this time, a plurality of concave portions serving as alignment marks for grasping the formation position of the diffraction grating are formed in a predetermined region on the wafer. Next, a semiconductor layer for embedding the diffraction grating is grown on the diffraction grating layer. Then, after removing a portion of the semiconductor layer on a predetermined region to expose the alignment mark, an etching mask having a stripe pattern is formed at a predetermined position on the semiconductor layer with reference to the alignment mark. Thereafter, the semiconductor layer is etched using the etching mask to obtain a structure for narrowing current and forming an optical waveguide (eg, mesa stripe structure).

しかしながら、上述したDFBレーザ素子の作製工程において、次のような課題が存在することが本発明者の研究により明らかとなった。すなわち、DFBレーザ素子には、Alを含む化合物半導体結晶(例えばAlGaInAs)によって活性層が構成されているものがある。更に、アライメントマークの複数の凹部は、回折格子用の半導体層をエッチングして形成されるので、それらの底面が活性層に達することがある。そのような場合、凹部の底面において露出したAlが酸化し、Al酸化層が生じてしまう。このようなAl酸化層の上に半導体層を再成長させた場合、該半導体層に異常成長が生じ、所定のエッチャントに対する該異常成長部分のエッチング特性は他の領域と異なるものとなってしまう。その結果、該半導体層をエッチングしてアライメントマークを露出させる際に、複数の凹部上に限って該半導体層のエッチング速度が速くなり、複数の凹部の形状まで該エッチングによって崩れてしまう。   However, the present inventors have clarified that the following problems exist in the manufacturing process of the DFB laser element described above. That is, some DFB laser elements have an active layer made of a compound semiconductor crystal containing Al (for example, AlGaInAs). Further, since the plurality of recesses of the alignment mark are formed by etching the semiconductor layer for the diffraction grating, their bottom surfaces may reach the active layer. In such a case, Al exposed at the bottom surface of the recess is oxidized and an Al oxide layer is formed. When a semiconductor layer is regrown on such an Al oxide layer, abnormal growth occurs in the semiconductor layer, and the etching characteristics of the abnormally grown portion with respect to a predetermined etchant become different from other regions. As a result, when the semiconductor layer is etched to expose the alignment mark, the etching rate of the semiconductor layer is increased only on the plurality of recesses, and the shape of the plurality of recesses is broken by the etching.

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、再成長した半導体層をエッチングしてアライメントマークを掘り出す際に、アライメントマークの複数の凹部の形状の崩れを抑制できるアライメントマーク形成方法及び光半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and alignment mark formation that can suppress the collapse of the shape of the plurality of recesses of the alignment mark when the regrowth semiconductor layer is etched to dig out the alignment mark. It is an object to provide a method and a method for manufacturing an optical semiconductor device.

上述した課題を解決するために、本発明によるアライメントマーク形成方法は、半導体素子を作製する際の位置合わせに用いられるアライメントマークを形成する方法であって、(1)組成中にAlを含む第1の半導体層と、第1の半導体層上に成長した第2の半導体層とを有する半導体積層物において第2の半導体層の一部を除去することにより、所定方向に並んでおり第1の半導体層を底面とする複数の凹部を含むアライメントマークを形成するアライメントマーク形成工程と、(2)第2の半導体層上および複数の凹部上に第3の半導体層を成長させる成長工程と、(3)アライメントマーク上に形成された第3の半導体層を除去することにより、複数の凹部を露出させるアライメントマーク掘り出し工程とを備える。そして、アライメントマーク形成工程において、各凹部の所定方向における幅を1μmより大きく且つ6μmより小さく形成し、各凹部の深さDと、所定方向に互いに隣り合う凹部同士の間隔Sとの比(S/D)を3以上とする。   In order to solve the above-described problems, an alignment mark forming method according to the present invention is a method of forming an alignment mark used for alignment in manufacturing a semiconductor element, and includes (1) a first element containing Al in the composition. By removing a part of the second semiconductor layer in the semiconductor stack including the first semiconductor layer and the second semiconductor layer grown on the first semiconductor layer, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are arranged in a predetermined direction. An alignment mark forming step of forming an alignment mark including a plurality of recesses with the semiconductor layer as a bottom surface; (2) a growth step of growing a third semiconductor layer on the second semiconductor layer and the plurality of recesses; 3) An alignment mark digging step for exposing a plurality of recesses by removing the third semiconductor layer formed on the alignment mark. Then, in the alignment mark forming step, the width of each concave portion in a predetermined direction is larger than 1 μm and smaller than 6 μm, and the ratio between the depth D of each concave portion and the interval S between the concave portions adjacent to each other in the predetermined direction (S / D) is 3 or more.

このアライメントマーク形成方法では、アライメントマークを構成する各凹部の幅を1μmより大きく且つ6μmより小さく形成し、各凹部の深さDと、所定方向に互いに隣り合う凹部同士の間隔Sとの比(S/D)を3以上とする。本発明者は、アライメントマークを掘り出す際に複数の凹部が崩れる程度は、複数の凹部の寸法によって左右されることを見出した。すなわち、凹部の幅を広くすると凹部の底面積が広くなり、底面に生じたAl酸化層の影響が顕著に現れてしまう。また、凹部の深さDと凹部同士の間隔Sとの比(S/D)が小さいと、凹部を仕切る側壁が薄くなって凹部の形状が崩れ易くなってしまう。そして、本発明者による研究の結果、各凹部の幅を1μmより大きく且つ6μmより小さく形成し、且つ各凹部の深さDと凹部同士の間隔Sとの比(S/D)を3以上とすることによって、複数の凹部の形状の崩れを効果的に抑制できることが明らかとなった。すなわち、上述したアライメントマーク形成方法によれば、再成長した第3の半導体層をエッチングしてアライメントマークを掘り出す際に、アライメントマークの複数の凹部の形状の崩れを抑制することができる。   In this alignment mark forming method, the width of each recess constituting the alignment mark is formed to be larger than 1 μm and smaller than 6 μm, and the ratio between the depth D of each recess and the interval S between the recesses adjacent to each other in a predetermined direction ( S / D) is set to 3 or more. The inventor has found that the degree to which the plurality of recesses collapse when the alignment mark is dug depends on the dimensions of the plurality of recesses. That is, when the width of the concave portion is increased, the bottom area of the concave portion is increased, and the influence of the Al oxide layer generated on the bottom surface becomes remarkable. Moreover, when the ratio (S / D) of the depth D of a recessed part and the space | interval S between recessed parts is small, the side wall which partitions a recessed part will become thin, and the shape of a recessed part will fall easily. As a result of research by the present inventors, the width of each recess is formed to be larger than 1 μm and smaller than 6 μm, and the ratio (S / D) between the depth D of each recess and the interval S between the recesses is 3 or more. By doing this, it became clear that collapse of the shape of the plurality of recesses can be effectively suppressed. That is, according to the above-described alignment mark forming method, when the regrown third semiconductor layer is etched to dig out the alignment mark, it is possible to suppress the collapse of the shape of the plurality of recesses of the alignment mark.

また、上述したアライメントマーク形成方法は、第3の半導体層が、Al、Ga及びInのうち少なくとも一つの元素と、P及びAsのうち少なくとも一つの元素とを組成中に含んでもよい。   In the above-described alignment mark forming method, the third semiconductor layer may include at least one element of Al, Ga, and In and at least one element of P and As in the composition.

また、本発明による光半導体素子の製造方法は、(1)組成中にAlを含む第1の半導体層と、第1の半導体層上に成長した第2の半導体層とを基板上に有する半導体積層物において第2の半導体層の一部を除去することにより、所定方向に並んでおり第1の半導体層を底面とする複数の凹部を含むアライメントマークを形成する第1の工程と、(2)アライメントマークを用いて、基板の所定領域上の第2の半導体層に、周期的な凹凸を有する回折格子を形成する第2の工程と、(3)複数の凹部及び回折格子を覆うように第3の半導体層を成長させる第3の工程と、(4)アライメントマーク上に形成された第3の半導体層を除去することにより、複数の凹部を露出させる第4の工程と、(5)所定の光導波方向に延びるパターンを含むエッチングマスクを第3の半導体層上に形成する第5の工程と、(6)エッチングマスクを用い、少なくとも第3の半導体層に対してエッチングを行う第6の工程とを備える。そして、第1の工程において、各凹部の所定方向における幅を1μmより大きく且つ6μmより小さく形成し、各凹部の深さDと、所定方向に互いに隣り合う凹部同士の間隔Sとの比(S/D)を3以上とする。   The method of manufacturing an optical semiconductor device according to the present invention includes (1) a semiconductor having a first semiconductor layer containing Al in the composition and a second semiconductor layer grown on the first semiconductor layer on a substrate. Removing a part of the second semiconductor layer in the stacked body to form an alignment mark including a plurality of recesses arranged in a predetermined direction and having the first semiconductor layer as a bottom surface; ) A second step of forming a diffraction grating having periodic irregularities in the second semiconductor layer on a predetermined region of the substrate using the alignment mark; and (3) so as to cover the plurality of recesses and the diffraction grating. A third step of growing a third semiconductor layer; (4) a fourth step of exposing a plurality of recesses by removing the third semiconductor layer formed on the alignment mark; and (5). Including a pattern extending in a predetermined optical waveguide direction Comprising a fifth step of forming a Tchingumasuku the third semiconductor layer, and a sixth step of etching with respect to (6) using an etching mask, at least a third semiconductor layer. In the first step, the width of each concave portion in a predetermined direction is formed to be larger than 1 μm and smaller than 6 μm, and the ratio of the depth D of each concave portion to the interval S between the concave portions adjacent to each other in the predetermined direction (S / D) is 3 or more.

この光半導体素子の製造方法では、上述したアライメントマーク形成方法と同様に、各凹部の幅を1μmより大きく且つ6μmより小さく形成し、各凹部の深さDと凹部同士の間隔Sとの比(S/D)を3以上としている。したがって、再成長した第3の半導体層をエッチングしてアライメントマークを掘り出す際に、アライメントマークの複数の凹部の形状の崩れを抑制することができる。   In this optical semiconductor device manufacturing method, as in the alignment mark forming method described above, the width of each recess is formed to be greater than 1 μm and less than 6 μm, and the ratio between the depth D of each recess and the spacing S between the recesses ( S / D) is set to 3 or more. Therefore, when the regrowth third semiconductor layer is etched to dig out the alignment mark, it is possible to suppress the collapse of the shape of the plurality of recesses of the alignment mark.

本発明によるアライメントマーク形成方法及び光半導体素子の製造方法によれば、再成長した半導体層をエッチングしてアライメントマークを掘り出す際に、アライメントマークの複数の凹部の形状の崩れを抑制することができる。   According to the method for forming an alignment mark and the method for manufacturing an optical semiconductor element according to the present invention, it is possible to suppress the collapse of the shape of the plurality of recesses of the alignment mark when the regrowth semiconductor layer is etched to dig out the alignment mark. .

図1は、第1実施形態に係るアライメントマーク形成方法の各工程を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing each step of the alignment mark forming method according to the first embodiment. 図2は、第1実施形態に係るアライメントマーク形成方法の各工程を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing each step of the alignment mark forming method according to the first embodiment. 図3は、アライメントマークの複数の凹部の寸法に起因する視認性の違いについて説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the difference in visibility due to the dimensions of the plurality of recesses of the alignment mark. 図4(a)は、複数の凹部の幅を4μmとした場合に、掘り出されたアライメントマークの様子を示す写真である。図4(b)は、複数の凹部の幅を2μmとした場合に、掘り出されたアライメントマークの様子を示す写真である。FIG. 4A is a photograph showing the state of the alignment marks dug when the width of the plurality of recesses is 4 μm. FIG. 4B is a photograph showing the state of the alignment mark dug when the width of the plurality of recesses is 2 μm. 図5は、第2実施形態に係る光半導体素子の製造方法の一工程を示す図である。(a)は平面図であり、(b)は(a)のV−V断面を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating one process of the method of manufacturing an optical semiconductor device according to the second embodiment. (A) is a top view, (b) is a figure which shows the VV cross section of (a). 図6は、第2実施形態に係る光半導体素子の製造方法の一工程を示す図である。(a)は平面図であり、(b)は(a)のVI−VI断面を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating one step of the method of manufacturing an optical semiconductor device according to the second embodiment. (A) is a top view, (b) is a figure which shows the VI-VI cross section of (a). 図7は、第2実施形態に係る光半導体素子の製造方法の一工程を示す図である。(a)は平面図であり、(b)は(a)のVII−VII断面を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating one process of the method of manufacturing an optical semiconductor device according to the second embodiment. (A) is a top view, (b) is a figure which shows the VII-VII cross section of (a). 図8は、第2実施形態に係る光半導体素子の製造方法の一工程を示す図である。(a)は平面図であり、(b)は(a)のVIII−VIII断面を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating one step of the method of manufacturing an optical semiconductor device according to the second embodiment. (A) is a top view, (b) is a figure which shows the VIII-VIII cross section of (a). 図9は、第2実施形態に係る光半導体素子の製造方法の一工程を示す図である。(a)は平面図であり、(b)は(a)のIX−IX断面を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a step of the method of manufacturing the optical semiconductor device according to the second embodiment. (A) is a top view, (b) is a figure which shows the IX-IX cross section of (a). 図10は、第2実施形態に係る光半導体素子の製造方法の一工程を示す図である。(a)は平面図であり、(b)は(a)のX−X断面を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a step of the method of manufacturing the optical semiconductor device according to the second embodiment. (A) is a top view, (b) is a figure which shows the XX cross section of (a). 図11は、第2実施形態に係る光半導体素子の製造方法の一工程を示す図である。(a)は平面図であり、(b)は(a)のXI−XI断面を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a step of the method of manufacturing an optical semiconductor device according to the second embodiment. (A) is a top view, (b) is a figure which shows the XI-XI cross section of (a). 図12は、第2実施形態に係る光半導体素子の製造方法の一工程を示す図である。(a)は平面図であり、(b)は(a)のXII−XII断面を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating one process of the method of manufacturing an optical semiconductor device according to the second embodiment. (A) is a top view, (b) is a figure which shows the XII-XII cross section of (a). 図13(a)及び図13(b)は、第2実施形態に係る光半導体素子の製造方法の各工程を示す図である。FIG. 13A and FIG. 13B are diagrams showing each step of the method for manufacturing the optical semiconductor device according to the second embodiment. 図14(a)及び図14(b)は、第2実施形態に係る光半導体素子の製造方法の各工程を示す図である。FIG. 14A and FIG. 14B are diagrams showing respective steps of the method for manufacturing the optical semiconductor element according to the second embodiment.

以下、添付図面を参照しながら本発明によるアライメントマーク形成方法及び光半導体素子の製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。   Embodiments of an alignment mark forming method and an optical semiconductor device manufacturing method according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

(第1の実施の形態)
図1及び図2は、本発明の第1実施形態に係るアライメントマーク形成方法の各工程を示す図である。本実施形態では、一般的な光半導体素子の作製過程において種々の位置合わせに用いられるアライメントマークを形成する。
(First embodiment)
1 and 2 are diagrams showing each step of the alignment mark forming method according to the first embodiment of the present invention. In the present embodiment, alignment marks used for various alignments are formed in a general optical semiconductor element manufacturing process.

まず、図1(a)に示されるように、ウエハ12上に半導体層14、16、及び18をこの順で成長させることにより、半導体積層物10を作製する。ここで、ウエハ12は例えばn型InPから成る半導体基板である。半導体層14、16、及び18は、Al、Ga及びInのうち少なくとも一つの元素と、P及びAsのうち少なくとも一つの元素とを組成中に含んでいる。半導体層14は例えばn型InPから成る。半導体層16は組成中にAlを含んでおり、例えばAlGaInAs多重量子井戸構造を有する活性層である。半導体層18は例えばp型InGaAsPから成り、例えば回折格子の為の半導体層である。なお、本実施形態において、半導体層16は第1の半導体層であり、半導体層18は第2の半導体層である。半導体層14、16及び18の成長には、例えば有機金属気相成長(OrganoMetaric Vapor Phase Epitaxy;OMVPE)装置が用いられる。   First, as shown in FIG. 1A, semiconductor layers 10, 16, and 18 are grown on the wafer 12 in this order to produce the semiconductor stacked body 10. Here, the wafer 12 is a semiconductor substrate made of, for example, n-type InP. The semiconductor layers 14, 16, and 18 contain at least one element of Al, Ga, and In and at least one element of P and As in the composition. The semiconductor layer 14 is made of, for example, n-type InP. The semiconductor layer 16 contains Al in the composition, and is an active layer having, for example, an AlGaInAs multiple quantum well structure. The semiconductor layer 18 is made of, for example, p-type InGaAsP and is, for example, a semiconductor layer for a diffraction grating. In the present embodiment, the semiconductor layer 16 is a first semiconductor layer, and the semiconductor layer 18 is a second semiconductor layer. For the growth of the semiconductor layers 14, 16 and 18, for example, an organometallic vapor phase epitaxy (OMVPE) apparatus is used.

次に、図1(b)に示されるように、エッチングマスク20を半導体層18上に形成する(エッチングマスク形成工程)。このエッチングマスク20は、例えばSiOやSiNといったシリコン化合物から成り、アライメントマークとなる複数の凹部の平面形状に応じた複数の開口部20aを有する。この複数の開口部20aは、所定方向(図中の矢印A)に並んでいる。このようなエッチングマスク20は、例えば化学気相成長法(Chemical Vapor Deposition;CVD)によってシリコン化合物膜を半導体層18上の全面に形成したのち、通常のフォトリソグラフィ技術を用いてシリコン化合物膜に複数の開口部20aを形成することによって好適に作製される。 Next, as shown in FIG. 1B, an etching mask 20 is formed on the semiconductor layer 18 (etching mask forming step). This etching mask 20 is made of, for example, a silicon compound such as SiO 2 or SiN, and has a plurality of openings 20a corresponding to the planar shape of a plurality of recesses that serve as alignment marks. The plurality of openings 20a are arranged in a predetermined direction (arrow A in the drawing). Such an etching mask 20 is formed by forming a silicon compound film on the entire surface of the semiconductor layer 18 by, for example, chemical vapor deposition (CVD), and then forming a plurality of silicon masks on the silicon compound film using a normal photolithography technique. It is suitably manufactured by forming the opening 20a.

続いて、図1(c)に示されるように、エッチングマスク20を用いて半導体層18をエッチングすることにより、半導体層18の一部を除去し、半導体層16を露出させる。この工程におけるエッチング方法としては、例えばドライエッチングが好適である。この工程によって、複数の凹部22を含むアライメントマーク24が形成される(アライメントマーク形成工程)。なお、複数の凹部22は、上述した所定方向Aに沿って並んでいる。また、各凹部22の底面は半導体層16によって構成され、各凹部22の側面は主に半導体層18によって構成されている。   Subsequently, as shown in FIG. 1C, the semiconductor layer 18 is etched using the etching mask 20 to remove a part of the semiconductor layer 18 and expose the semiconductor layer 16. As an etching method in this step, for example, dry etching is suitable. By this step, an alignment mark 24 including a plurality of recesses 22 is formed (alignment mark forming step). In addition, the some recessed part 22 is located in a line along the predetermined direction A mentioned above. The bottom surface of each recess 22 is constituted by the semiconductor layer 16, and the side surface of each recess 22 is mainly constituted by the semiconductor layer 18.

ここで、上述したエッチングマスク形成工程及びアライメントマーク形成工程では、各凹部22の所定方向Aにおける幅Wを1μmより大きく且つ6μmより小さく形成する。加えて、各凹部22の深さDと、所定方向Aに互いに隣り合う凹部22同士の間隔Sとの比(S/D)を3以上とする。   Here, in the above-described etching mask formation step and alignment mark formation step, the width W of each concave portion 22 in the predetermined direction A is formed to be larger than 1 μm and smaller than 6 μm. In addition, the ratio (S / D) between the depth D of each recess 22 and the interval S between the recesses 22 adjacent to each other in the predetermined direction A is set to 3 or more.

続いて、図2(a)に示されるように、半導体層18上および複数の凹部22上に埋込半導体層26を再成長させる(成長工程)。なお、本実施形態において、埋込半導体層26は第3の半導体層であって、Al、Ga及びInのうち少なくとも一つの元素と、P及びAsのうち少なくとも一つの元素とを組成中に含んでいる。埋込半導体層26は、例えばp型InPから成る。埋込半導体層26の成長には、例えばOMVPE装置が用いられる。   Subsequently, as shown in FIG. 2A, the embedded semiconductor layer 26 is regrown on the semiconductor layer 18 and the plurality of recesses 22 (growth step). In the present embodiment, the buried semiconductor layer 26 is a third semiconductor layer, and contains at least one element of Al, Ga, and In and at least one element of P and As in the composition. It is out. The buried semiconductor layer 26 is made of, for example, p-type InP. For example, an OMVPE apparatus is used for the growth of the buried semiconductor layer 26.

続いて、図2(b)に示されるように、アライメントマーク24上に形成された埋込半導体層26を除去することにより、アライメントマーク24の複数の凹部22を露出させる(アライメントマーク掘り出し工程)。具体的には、アライメントマーク24上に開口を有するエッチングマスクを埋込半導体層26上に形成したのち、エッチングマスクで覆われていない埋込半導体層26の部分をウェットエッチング等によって除去する。ウェットエッチングのエッチャントとしては、例えば塩酸系のエッチャントが好適である。   Subsequently, as shown in FIG. 2B, the embedded semiconductor layer 26 formed on the alignment mark 24 is removed to expose the plurality of recesses 22 of the alignment mark 24 (alignment mark digging step). . Specifically, after forming an etching mask having an opening on the alignment mark 24 on the embedded semiconductor layer 26, the portion of the embedded semiconductor layer 26 not covered with the etching mask is removed by wet etching or the like. As the etchant for wet etching, for example, a hydrochloric acid-based etchant is suitable.

以上に説明した本実施形態によるアライメントマーク形成方法によって得られる効果について説明する。図3は、アライメントマーク24の複数の凹部22の寸法に起因する視認性の違いについて説明するための図である。前述したように、Alを含む化合物半導体結晶(例えばAlGaInAs)によって半導体層16が構成されている場合、凹部22の底面において露出したこの半導体層16の表面のAlが酸化し、Al酸化層が生じる。このようなAl酸化層の上に埋込半導体層26を再成長させると、図3(a)に示されるように異常成長部分26aが生じる。そして、埋込半導体層26をエッチングする際には、この異常成長部分26aのエッチング速度が、他の部分と較べて速くなる。図1(c)に示された複数の凹部22の幅Wが広く、且つ凹部22同士の間隔Sが短い場合には、図3(b)に示されるように、半導体層16がエッチャントによって浸食され、複数の凹部22の根元部分が削り取られてその形状が崩れてしまう。これにより、アライメントマーク24の視認性が顕著に低下してしまう。これに対し、本実施形態では、複数の凹部22の幅Wが6μmより小さく、且つ凹部22同士の間隔Sが短い(凹部22の深さDと間隔Sとの比(S/D)が3以上)ことによって、図3(c)に示されるように、半導体層16が浸食される程度を低く抑え、複数の凹部22の形状を好適に維持することができる。   The effects obtained by the alignment mark forming method according to the present embodiment described above will be described. FIG. 3 is a diagram for explaining a difference in visibility due to the dimensions of the plurality of recesses 22 of the alignment mark 24. As described above, when the semiconductor layer 16 is composed of a compound semiconductor crystal containing Al (for example, AlGaInAs), Al on the surface of the semiconductor layer 16 exposed at the bottom surface of the recess 22 is oxidized to produce an Al oxide layer. . When the buried semiconductor layer 26 is regrown on such an Al oxide layer, an abnormally grown portion 26a is generated as shown in FIG. When etching the buried semiconductor layer 26, the etching rate of the abnormally grown portion 26a is higher than that of other portions. When the width W of the plurality of recesses 22 shown in FIG. 1C is wide and the interval S between the recesses 22 is short, the semiconductor layer 16 is eroded by the etchant as shown in FIG. As a result, the base portions of the plurality of recesses 22 are scraped off and the shape thereof is destroyed. As a result, the visibility of the alignment mark 24 is significantly reduced. On the other hand, in this embodiment, the width W of the plurality of recesses 22 is smaller than 6 μm, and the interval S between the recesses 22 is short (the ratio (S / D) of the depth D to the interval S of the recesses 22 is 3). As described above, as shown in FIG. 3C, the degree to which the semiconductor layer 16 is eroded can be kept low, and the shapes of the plurality of recesses 22 can be suitably maintained.

ここで、図4(a)は、複数の凹部22の幅Wを4μmとし、凹部22の深さDと凹部22同士の間隔Sとの比(S/D)を2とした場合における、掘り出されたアライメントマークの様子を示す写真である。また、図4(b)は、複数の凹部22の幅Wを2μmとし、比(S/D)を4とした場合における、掘り出されたアライメントマークの様子を示す写真である。図4(a)を参照すると、幅Wを4μmとし、比(S/D)を2とした場合には、ステッパーにて認識できない程度まで複数の凹部22の形状が崩れている。これに対し、図4(b)を参照すると、幅Wを2μmとし、比(S/D)を4とした場合には、ステッパーにて十分に認識できる程度に複数の凹部22の形状が明確に維持されている。このように、本実施形態のアライメントマーク形成方法によれば、再成長された埋込半導体層26をエッチングしてアライメントマーク24を掘り出す際に、複数の凹部22の形状の崩れを顕著に抑制することができる。   Here, FIG. 4A shows the digging when the width W of the plurality of recesses 22 is 4 μm and the ratio (S / D) between the depth D of the recesses 22 and the interval S between the recesses 22 is 2. It is a photograph which shows the mode of the alignment mark taken out. Further, FIG. 4B is a photograph showing the state of the excavated alignment mark when the width W of the plurality of recesses 22 is 2 μm and the ratio (S / D) is 4. Referring to FIG. 4A, when the width W is 4 μm and the ratio (S / D) is 2, the shape of the plurality of recesses 22 is broken to the extent that it cannot be recognized by the stepper. On the other hand, referring to FIG. 4B, when the width W is 2 μm and the ratio (S / D) is 4, the shape of the plurality of recesses 22 is clear enough to be recognized by the stepper. Is maintained. As described above, according to the alignment mark forming method of the present embodiment, when the regrowth embedded semiconductor layer 26 is etched to dig out the alignment mark 24, the shape of the plurality of recesses 22 is significantly prevented from being deformed. be able to.

なお、複数の凹部22の幅Wは、1μmより大きいことが好ましい。これにより、ステッパーにおいてアライメントマーク24を好適に認識することができる。   The width W of the plurality of recesses 22 is preferably larger than 1 μm. Thereby, the alignment mark 24 can be suitably recognized in the stepper.

また、本実施形態のように、埋込半導体層26は、Al、Ga及びInのうち少なくとも一つの元素と、P及びAsのうち少なくとも一つの元素とを組成中に含んでもよい。このような場合、埋込半導体層26に異常成長部分26a(図3(a)を参照)が生じ易いので、本実施形態のアライメントマーク形成方法による効果が一層顕著となる。   Further, as in this embodiment, the embedded semiconductor layer 26 may include at least one element of Al, Ga, and In and at least one element of P and As in the composition. In such a case, an abnormally grown portion 26a (see FIG. 3A) tends to occur in the embedded semiconductor layer 26, so that the effect of the alignment mark forming method of the present embodiment becomes more remarkable.

(第2の実施の形態)
図5〜図14は、本発明の第2実施形態に係る光半導体素子の製造方法の各工程を示す図である。なお、図5〜図12において、(a)は製造途中のウエハの平面図であり、(b)は(a)に示された切断線に沿った断面図である。本実施形態では、光半導体素子としてのDFBレーザ素子の作製過程において、回折格子とメサストライプ構造との位置合わせの為にアライメントマークが使用される。
(Second Embodiment)
5 to 14 are views showing each step of the method of manufacturing the optical semiconductor element according to the second embodiment of the present invention. 5 to 12, (a) is a plan view of a wafer being manufactured, and (b) is a cross-sectional view taken along the cutting line shown in (a). In this embodiment, an alignment mark is used for alignment between the diffraction grating and the mesa stripe structure in the process of manufacturing the DFB laser element as the optical semiconductor element.

まず、図5に示されるように、ウエハ32を準備する。ウエハ32は、例えばn型InPから成る。このウエハ32は、素子形成領域32bと、アライメントマーク形成領域32cとを主面32aに有する。次に、図6に示されるように、ウエハ32の主面32a上に、クラッド層34、活性層36、及び回折格子層38をこの順で成長させることにより、半導体積層物30を作製する。クラッド層34、活性層36、及び回折格子層38は、Al、Ga及びInのうち少なくとも一つの元素と、P及びAsのうち少なくとも一つの元素とを組成中に含んでいる。クラッド層34は例えばn型InPから成る。活性層36は組成中にAlを含んでおり、例えばAlGaInAs多重量子井戸構造を有する。回折格子層38は例えばp型InGaAsPから成る。なお、本実施形態において、活性層36は第1の半導体層であり、回折格子層38は第2の半導体層である。クラッド層34、活性層36及び回折格子層38の成長には、例えばOMVPE装置が用いられる。   First, as shown in FIG. 5, a wafer 32 is prepared. The wafer 32 is made of, for example, n-type InP. The wafer 32 has an element formation region 32b and an alignment mark formation region 32c on the main surface 32a. Next, as illustrated in FIG. 6, the semiconductor layer 30 is manufactured by growing the cladding layer 34, the active layer 36, and the diffraction grating layer 38 in this order on the main surface 32 a of the wafer 32. The cladding layer 34, the active layer 36, and the diffraction grating layer 38 contain at least one element of Al, Ga, and In and at least one element of P and As in the composition. The clad layer 34 is made of, for example, n-type InP. The active layer 36 contains Al in the composition and has, for example, an AlGaInAs multiple quantum well structure. The diffraction grating layer 38 is made of, for example, p-type InGaAsP. In the present embodiment, the active layer 36 is a first semiconductor layer, and the diffraction grating layer 38 is a second semiconductor layer. For the growth of the cladding layer 34, the active layer 36, and the diffraction grating layer 38, for example, an OMVPE apparatus is used.

続いて、図7に示されるように、エッチングマスク40を回折格子層38上に形成する(エッチングマスク形成工程)。このエッチングマスク40は、例えばSiOといったシリコン化合物から成り、アライメントマークとなる複数の凹部の平面形状に応じた複数の開口部40aと、回折格子を形成するための周期的な複数の開口部40bとを有する。複数の開口部40aは、所定方向Aに沿って並んでいる。エッチングマスク40は、例えばCVDによってシリコン化合物膜を回折格子層38上の全面に形成したのち、通常のフォトリソグラフィ技術を用いてシリコン化合物膜に開口部40a及び40bを形成することによって好適に作製される。 Subsequently, as shown in FIG. 7, an etching mask 40 is formed on the diffraction grating layer 38 (etching mask forming step). The etching mask 40 is made of, for example, a silicon compound such as SiO 2 , and includes a plurality of openings 40a corresponding to the planar shape of a plurality of recesses serving as alignment marks, and a plurality of periodic openings 40b for forming a diffraction grating. And have. The plurality of openings 40 a are arranged along the predetermined direction A. The etching mask 40 is preferably manufactured by forming a silicon compound film on the entire surface of the diffraction grating layer 38 by CVD, for example, and then forming openings 40a and 40b in the silicon compound film using a normal photolithography technique. The

続いて、エッチングマスク40を用いて回折格子層38をエッチングすることにより、図8に示されるように、回折格子層38の一部を除去し、活性層36を露出させる。この工程におけるエッチング方法としては、例えばドライエッチングが好適である。この工程によって、複数の凹部42を含むアライメントマーク44が形成される(アライメントマーク形成工程)。続けて、例えばCVDによって、SiOといったシリコン化合物膜を、アライメントマーク44が形成された回折格子層38上の全面に形成する。その後、シリコン化合物膜上にレジストを塗布し、干渉露光法又はEB露光法等を用いて、レジストに回折格子パターンを形成する。次に、回折格子パターンが形成されたレジストを用いて、シリコン化合物膜をエッチングすることにより、回折格子パターンをシリコン化合物膜に転写し、回折格子形成用マスクを作成する(図示せず)。なお、回折格子形成用マスクを形成する際は、アライメントマーク形成工程で形成されたアライメントマークを用いて、ウエハ32の回折格子パターンを形成すべき領域に回折格子を形成するための位置合わせを行う。アライメントマークを用いた位置合わせの結果、回折格子パターンを、ウエハ32の所定の領域に形成することができる。また、このアライメントマークは、後述する半導体メサを形成するためのエッチングマスクを形成する工程、および半導体メサの所定領域に電極を形成する工程においても使用される。回折格子を形成する領域、半導体メサを形成する領域および半導体メサ上に電極を形成する領域の位置合わせには、サブミクロンメートル単位の精度が要求される。アライメントマーク44を基準とすることによって、これらの回折格子を形成する領域、半導体メサを形成する領域および半導体メサ上に電極を形成する領域の各領域の位置関係を正確に精度よく制御することができる。なお、複数の凹部42は、上述した所定方向Aに沿って並んでいる。また、各凹部42の底面は活性層36によって構成され、各凹部42の側面は主に回折格子層38によって構成されている。 Subsequently, the diffraction grating layer 38 is etched using the etching mask 40 to remove a part of the diffraction grating layer 38 and expose the active layer 36 as shown in FIG. As an etching method in this step, for example, dry etching is suitable. By this step, an alignment mark 44 including a plurality of recesses 42 is formed (alignment mark forming step). Subsequently, a silicon compound film such as SiO 2 is formed on the entire surface of the diffraction grating layer 38 on which the alignment mark 44 is formed by, for example, CVD. Thereafter, a resist is applied on the silicon compound film, and a diffraction grating pattern is formed on the resist by using an interference exposure method or an EB exposure method. Next, the silicon compound film is etched using the resist on which the diffraction grating pattern is formed, whereby the diffraction grating pattern is transferred to the silicon compound film, and a diffraction grating forming mask is created (not shown). When forming the diffraction grating forming mask, the alignment mark formed in the alignment mark forming step is used for alignment for forming the diffraction grating in the region where the diffraction grating pattern of the wafer 32 is to be formed. . As a result of alignment using the alignment mark, a diffraction grating pattern can be formed in a predetermined region of the wafer 32. This alignment mark is also used in a step of forming an etching mask for forming a semiconductor mesa described later and a step of forming an electrode in a predetermined region of the semiconductor mesa. In order to align the region where the diffraction grating is formed, the region where the semiconductor mesa is formed, and the region where the electrode is formed on the semiconductor mesa, an accuracy of submicrometer unit is required. By using the alignment mark 44 as a reference, it is possible to accurately and accurately control the positional relationship between the regions where the diffraction grating is formed, the region where the semiconductor mesa is formed, and the region where the electrode is formed on the semiconductor mesa. it can. The plurality of recesses 42 are arranged along the predetermined direction A described above. The bottom surface of each recess 42 is formed by an active layer 36, and the side surface of each recess 42 is mainly formed by a diffraction grating layer 38.

ここで、図8(b)の部分拡大図に示されるように、上述したエッチングマスク形成工程及びアライメントマーク形成工程では、第1実施形態と同様に、各凹部42の所定方向Aにおける幅Wを1μmより大きく且つ6μmより小さく形成する。加えて、各凹部42の深さDと、所定方向Aに互いに隣り合う凹部42同士の間隔Sとの比(S/D)を3以上とする。   Here, as shown in the partially enlarged view of FIG. 8B, in the above-described etching mask formation step and alignment mark formation step, the width W in the predetermined direction A of each recess 42 is set as in the first embodiment. It is larger than 1 μm and smaller than 6 μm. In addition, the ratio (S / D) between the depth D of each recess 42 and the interval S between the recesses 42 adjacent to each other in the predetermined direction A is 3 or more.

続いて、図9に示されるように、半導体積層物30の全面上に埋込半導体層48を再成長させることにより、回折格子50および複数の凹部42を埋込半導体層48によって覆う(成長工程)。なお、本実施形態において、埋込半導体層48は第3の半導体層であって、Al、Ga及びInのうち少なくとも一つの元素と、P及びAsのうち少なくとも一つの元素とを組成中に含んでいる。埋込半導体層48は、例えばp型InPから成る。埋込半導体層48の成長には、例えばOMVPE装置が用いられる。   Subsequently, as shown in FIG. 9, the buried semiconductor layer 48 is regrown on the entire surface of the semiconductor stack 30 to cover the diffraction grating 50 and the plurality of recesses 42 with the buried semiconductor layer 48 (growth step). ). In the present embodiment, the buried semiconductor layer 48 is a third semiconductor layer, and contains at least one element of Al, Ga, and In and at least one element of P and As in the composition. It is out. The buried semiconductor layer 48 is made of, for example, p-type InP. For example, an OMVPE apparatus is used for the growth of the buried semiconductor layer 48.

続いて、アライメントマーク44上に形成された埋込半導体層48を除去することにより、アライメントマーク44の複数の凹部42を露出させる(アライメントマーク掘り出し工程)。具体的には、図10に示されるように、アライメントマーク44上に開口52aを有するエッチングマスク52を埋込半導体層48上に形成したのち、図11に示されるように、エッチングマスク52で覆われていない埋込半導体層48の部分をウェットエッチング等によって除去する。ウェットエッチングのエッチャントとしては、例えば塩酸系のエッチャントが好適である。   Subsequently, the embedded semiconductor layer 48 formed on the alignment mark 44 is removed to expose the plurality of recesses 42 of the alignment mark 44 (alignment mark digging step). Specifically, as shown in FIG. 10, an etching mask 52 having an opening 52a on the alignment mark 44 is formed on the embedded semiconductor layer 48, and then covered with the etching mask 52 as shown in FIG. The portion of the buried semiconductor layer 48 that has not been removed is removed by wet etching or the like. As the etchant for wet etching, for example, a hydrochloric acid-based etchant is suitable.

続いて、図12に示されるように、埋込半導体層48上にエッチングマスク54を形成する(エッチングマスク形成工程)。このエッチングマスク54は、所定の光導波方向に延びるパターンを含んでおり、本実施形態では、半導体レーザ素子の光導波路となる領域上に限定して形成されている。エッチングマスク54は、回折格子50の並設方向に延びるストライプ状といった平面形状を有する。本工程では、アライメントマーク44に基づいて、回折格子50とエッチングマスク54との相対位置関係が決定される。なお、エッチングマスク54は、前述したエッチングマスク40と同様の方法によって好適に形成される。   Subsequently, as shown in FIG. 12, an etching mask 54 is formed on the embedded semiconductor layer 48 (etching mask forming step). The etching mask 54 includes a pattern extending in a predetermined optical waveguide direction. In the present embodiment, the etching mask 54 is formed only on a region to be an optical waveguide of the semiconductor laser element. The etching mask 54 has a planar shape such as a stripe shape extending in the parallel direction of the diffraction grating 50. In this step, the relative positional relationship between the diffraction grating 50 and the etching mask 54 is determined based on the alignment mark 44. The etching mask 54 is preferably formed by the same method as the etching mask 40 described above.

続いて、図13(a)に示されるように、エッチングマスク54を用いてドライエッチングを行うことにより、活性層36、回折格子層38及び埋込半導体層48の一部を除去する。これにより、光導波構造としてのメサ構造56が形成される。なお、図13(a)では、エッチング深さがクラッド層34にまで達しており、メサ構造56は、クラッド層34の一部と、活性層36と、回折格子層38と、埋込半導体層48とを含んでいる。   Subsequently, as shown in FIG. 13A, dry etching is performed using the etching mask 54 to remove a part of the active layer 36, the diffraction grating layer 38 and the embedded semiconductor layer 48. Thereby, a mesa structure 56 as an optical waveguide structure is formed. In FIG. 13A, the etching depth reaches the cladding layer 34, and the mesa structure 56 includes a part of the cladding layer 34, the active layer 36, the diffraction grating layer 38, and the buried semiconductor layer. 48.

続いて、図13(b)に示されるように、エッチングマスク54を残したまま選択的にn型InP領域58a及びp型InP領域58bを順に成長させることにより、電流ブロック領域58を形成する。n型InP領域58a及びp型InP領域58bの成長には、例えばOMVPE装置が用いられる。   Subsequently, as shown in FIG. 13B, a current blocking region 58 is formed by selectively growing an n-type InP region 58a and a p-type InP region 58b in order while leaving the etching mask 54. For the growth of the n-type InP region 58a and the p-type InP region 58b, for example, an OMVPE apparatus is used.

続いて、エッチングマスク54を除去したのち、図14(a)に示されるように、メサ構造56上から電流ブロック領域58上にわたって、クラッド層60及びコンタクト層62を順に成長させる。クラッド層60は例えばp型InPから成る。コンタクト層62は例えばp型InGaAsから成る。クラッド層60及びコンタクト層62の成長には、例えばOMVPE装置が用いられる。そして、ウエハ32の裏面32dを研磨することによってウエハ32の厚さを例えば100μm程度まで薄くしたのち、図14(b)に示されるように、コンタクト層62上にアノード電極64を形成するとともに、ウエハ32の裏面32d上にカソード電極66を形成する。最後に、このウエハ生産物をチップ状に分割することによって、DFBレーザ素子が完成する。   Subsequently, after removing the etching mask 54, as shown in FIG. 14A, the cladding layer 60 and the contact layer 62 are grown in order from the mesa structure 56 to the current blocking region 58. The clad layer 60 is made of, for example, p-type InP. The contact layer 62 is made of, for example, p-type InGaAs. For the growth of the cladding layer 60 and the contact layer 62, for example, an OMVPE apparatus is used. Then, after polishing the back surface 32d of the wafer 32 to reduce the thickness of the wafer 32 to, for example, about 100 μm, an anode electrode 64 is formed on the contact layer 62 as shown in FIG. A cathode electrode 66 is formed on the back surface 32 d of the wafer 32. Finally, the wafer product is divided into chips to complete a DFB laser device.

本実施形態による光半導体素子の製造方法では、第1実施形態と同様に、アライメントマーク44を構成する各凹部42の幅Wを1μmより大きく且つ6μmより小さく形成し、各凹部42の深さDと、所定方向Aに沿って互いに隣り合う凹部42同士の間隔Sとの比(S/D)を3以上としている。したがって、再成長された埋込半導体層48をエッチングしてアライメントマーク44を掘り出す際に、アライメントマーク44の複数の凹部42の形状の崩れを抑制することができる。   In the optical semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment, as in the first embodiment, the width W of each recess 42 constituting the alignment mark 44 is formed to be greater than 1 μm and less than 6 μm, and the depth D of each recess 42. And the ratio (S / D) between the recesses 42 adjacent to each other along the predetermined direction A is 3 or more. Therefore, when the regrowth embedded semiconductor layer 48 is etched to dig out the alignment mark 44, the shape of the plurality of recesses 42 of the alignment mark 44 can be prevented from being deformed.

なお、Al酸化層上に埋込半導体層を成長させる場合、埋込半導体層を成長させる前にウエハの温度を上げ、AsHやPHによってAl酸化層をエッチングすることによって異常成長を防ぐ方法も考えられる。しかしながら、本実施形態のように埋込半導体層48の成長前の状態において回折格子50が露出している場合、高温下では回折格子50の形状が崩れてしまい、DFBレーザ素子の特性に影響を及ぼすので、ウエハの温度を上げることは難しいという問題がある。本実施形態による光半導体素子の製造方法によれば、このような場合であっても、アライメントマーク44の複数の凹部42の形状の崩れを効果的に抑制することができる。 In the case where an embedded semiconductor layer is grown on an Al oxide layer, a method of preventing abnormal growth by increasing the wafer temperature before growing the embedded semiconductor layer and etching the Al oxide layer with AsH 3 or PH 3 . Is also possible. However, when the diffraction grating 50 is exposed in the state before the buried semiconductor layer 48 is grown as in this embodiment, the shape of the diffraction grating 50 is destroyed at a high temperature, which affects the characteristics of the DFB laser element. Therefore, it is difficult to raise the wafer temperature. According to the method for manufacturing an optical semiconductor element according to the present embodiment, even in such a case, the collapse of the shapes of the plurality of recesses 42 of the alignment mark 44 can be effectively suppressed.

本発明によるアライメントマーク形成方法及び光半導体素子の製造方法は、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記第2実施形態では光半導体素子としてDFBレーザ素子を例示したが、本発明が適用される光半導体素子はこれに限られるものではなく、再成長により形成される半導体層の再成長前に形成される構造と、再成長後に形成される構造との相互の位置合わせが必要な素子であればよい。また、上記第2実施形態では光導波構造として埋め込みメサ構造を例示したが、例えばリッジ構造といった他の光導波構造に対しても、本発明を適用することができる。   The alignment mark forming method and the optical semiconductor device manufacturing method according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various other modifications are possible. For example, in the second embodiment, the DFB laser element is exemplified as the optical semiconductor element. However, the optical semiconductor element to which the present invention is applied is not limited to this, and the semiconductor layer formed by regrowth is not regrown. Any device may be used as long as it is necessary to align the structure formed after and the structure formed after regrowth. In the second embodiment, the embedded mesa structure is exemplified as the optical waveguide structure. However, the present invention can be applied to other optical waveguide structures such as a ridge structure.

10,30…半導体積層物、12,32…ウエハ、14,16,18…半導体層、20,40,52,54…エッチングマスク、20a,40a,40b,52a…開口部、22,42…凹部、24,44…アライメントマーク、26,48…埋込半導体層、26a…異常成長部分、32b…素子形成領域、32c…アライメントマーク形成領域、34,60…クラッド層、36…活性層、38…回折格子層、50…回折格子、56…メサ構造、58…電流ブロック領域、58a…n型InP領域、58b…p型InP領域、62…コンタクト層、64…アノード電極、66…カソード電極、A…所定方向、S…間隔、W…幅、D…深さ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,30 ... Semiconductor laminated body, 12, 32 ... Wafer, 14, 16, 18 ... Semiconductor layer, 20, 40, 52, 54 ... Etching mask, 20a, 40a, 40b, 52a ... Opening, 22, 42 ... Recess 24, 44 ... alignment mark, 26, 48 ... buried semiconductor layer, 26a ... abnormally grown portion, 32b ... element forming region, 32c ... alignment mark forming region, 34, 60 ... clad layer, 36 ... active layer, 38 ... Diffraction grating layer, 50 ... Diffraction grating, 56 ... Mesa structure, 58 ... Current blocking region, 58a ... n-type InP region, 58b ... p-type InP region, 62 ... contact layer, 64 ... anode electrode, 66 ... cathode electrode, A ... predetermined direction, S ... interval, W ... width, D ... depth.

Claims (3)

半導体素子を作製する際の位置合わせに用いられるアライメントマークを形成する方法であって、
組成中にAlを含む第1の半導体層と、前記第1の半導体層上に成長した第2の半導体層とを有する半導体積層物において前記第2の半導体層の一部を除去することにより、所定方向に並んでおり前記第1の半導体層を底面とする複数の凹部を含むアライメントマークを形成するアライメントマーク形成工程と、
前記第2の半導体層上および前記複数の凹部上に第3の半導体層を成長させる成長工程と、
前記アライメントマーク上に形成された前記第3の半導体層を除去することにより、前記複数の凹部を露出させるアライメントマーク掘り出し工程と
を備え、
前記アライメントマーク形成工程において、各凹部の前記所定方向における幅を1μmより大きく且つ6μmより小さく形成し、
各凹部の深さDと、前記所定方向に互いに隣り合う前記凹部同士の間隔Sとの比(S/D)を3以上とする
ことを特徴とする、アライメントマーク形成方法。
A method of forming an alignment mark used for alignment in manufacturing a semiconductor element,
Removing a part of the second semiconductor layer in a semiconductor laminate having a first semiconductor layer containing Al in the composition and a second semiconductor layer grown on the first semiconductor layer; An alignment mark forming step for forming an alignment mark that includes a plurality of recesses arranged in a predetermined direction and having the first semiconductor layer as a bottom surface;
A growth step of growing a third semiconductor layer on the second semiconductor layer and on the plurality of recesses;
An alignment mark digging step for exposing the plurality of recesses by removing the third semiconductor layer formed on the alignment mark,
In the alignment mark formation step, the width of each recess in the predetermined direction is formed to be larger than 1 μm and smaller than 6 μm,
A method for forming an alignment mark, wherein a ratio (S / D) between a depth D of each recess and an interval S between the recesses adjacent to each other in the predetermined direction is 3 or more.
前記第3の半導体層が、Al、Ga及びInのうち少なくとも一つの元素と、P及びAsのうち少なくとも一つの元素とを組成中に含むことを特徴とする、請求項1に記載のアライメントマーク形成方法。   2. The alignment mark according to claim 1, wherein the third semiconductor layer includes at least one element of Al, Ga, and In and at least one element of P and As in the composition. Forming method. 組成中にAlを含む第1の半導体層と、前記第1の半導体層上に成長した第2の半導体層とを基板上に有する半導体積層物において前記第2の半導体層の一部を除去することにより、所定方向に並んでおり前記第1の半導体層を底面とする複数の凹部を含むアライメントマークを形成する第1の工程と、
前記アライメントマークを用いて、前記基板の所定領域上の前記第2の半導体層に、周期的な凹凸を有する回折格子を形成する第2の工程と、
前記複数の凹部及び前記回折格子を覆うように第3の半導体層を成長させる第3の工程と、
前記アライメントマーク上に形成された前記第3の半導体層を除去することにより、前記複数の凹部を露出させる第4の工程と、
所定の光導波方向に延びるパターンを含むエッチングマスクを前記第3の半導体層上に形成する第5の工程と、
前記エッチングマスクを用い、少なくとも前記第3の半導体層に対してエッチングを行う第6の工程と
を備え、
前記第1の工程において、各凹部の前記所定方向における幅を1μmより大きく且つ6μmより小さく形成し、
各凹部の深さDと、前記所定方向に互いに隣り合う前記凹部同士の間隔Sとの比(S/D)を3以上とする
ことを特徴とする、光半導体素子の製造方法。
A part of the second semiconductor layer is removed from a semiconductor stack having a first semiconductor layer containing Al in the composition and a second semiconductor layer grown on the first semiconductor layer on a substrate. A first step of forming an alignment mark including a plurality of recesses arranged in a predetermined direction and having the first semiconductor layer as a bottom surface;
A second step of forming a diffraction grating having periodic irregularities in the second semiconductor layer on a predetermined region of the substrate using the alignment mark;
A third step of growing a third semiconductor layer so as to cover the plurality of recesses and the diffraction grating;
A fourth step of exposing the plurality of recesses by removing the third semiconductor layer formed on the alignment mark;
A fifth step of forming an etching mask including a pattern extending in a predetermined optical waveguide direction on the third semiconductor layer;
A sixth step of etching at least the third semiconductor layer using the etching mask,
In the first step, the width of each recess in the predetermined direction is formed to be larger than 1 μm and smaller than 6 μm,
A method of manufacturing an optical semiconductor element, wherein a ratio (S / D) between a depth D of each recess and an interval S between the recesses adjacent to each other in the predetermined direction is 3 or more.
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