JP6809655B1 - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

半導体基板（１０）の上に積層体（２２）が形成されている。積層体（２２）には２つ以上の溝（５４）が形成されている。２つ以上の溝（５４）のうちの２つが両脇に配置されたメサ（２４）が形成されている。２つ以上の溝（５４）には絶縁性樹脂膜（３０）が埋め込まれている。２つ以上の溝（５４）のうちの１つに埋め込まれた絶縁性樹脂膜（３０）に第１の開口部（３２）が形成され、底面（３６）から上に引き出された電極（４６）が形成されている。絶縁性樹脂膜（３０）の第１の側面（３４）は順テーパ方向の傾斜を持つ。

Description

本開示は半導体装置および半導体装置の製造方法に関するものである。

半導体レーザなどの光半導体装置を高速動作させるためには、電極の寄生容量を低減させることが重要である。寄生容量は、２つの電極が対向するように配置されていると、大きくなってしまう。この寄生容量の増大が高速動作を妨げる。

電極の寄生容量を低減するために、表面実装型の半導体レーザが用いられている。表面実装型の半導体レーザは２つの電極が同一面側に形成されている。すなわち２つの電極が対向していない。そのため電極の寄生容量を低減できる。

表面実装型の半導体レーザでは、下側から引き出す電極を上面から掘られた開口部に沿って上まで引き出す。半導体レーザでは発光部において電流が基板に対して垂直に流れるため、表面実装型の半導体レーザでは、下側の電極が基板に近いところから上まで引き出される必要がある。この構造を実現するために、開口部の底で接続された電極を上まで引き出している。

この開口部の側面の角度が急峻になると、電極の剥がれまたは断線が起こりやすくなる。電極には、開口部の底面から上まで引き出される間に折れ曲がる箇所がある。開口部の側面の角度が急峻であれば、折れ曲がりの角度も急になる。この角度が急であれば電極の剥がれまたは断線が起こりやすくなる。

開口部の側面の角度が急峻でない表面実装型の半導体レーザが開示されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１で開示された半導体レーザは、発光部を含むメサの左右に高抵抗半導体埋め込み層が配されている。この高抵抗半導体埋め込み層に開口部を設け、電極を引き出している。開口部に接する高抵抗半導体埋め込み層の側面は、ＭＯＶＰＥ法の特性を利用して約７０°の角度で形成されている。

特開平７−１３５３６９号公報

上述の半導体レーザでは寄生容量低減の効果が十分でない場合がある。このような半導体レーザはメサの両脇に比較的誘電率が高い高抵抗半導体埋め込み層を埋め込むため、電極の寄生容量が十分低減できない可能性がある。

本開示は上記の問題を解決するためになされたもので、その目的は、電極の寄生容量を抑え、電極の剥がれおよび断線が起こりにくいし半導体装置およびその製造方法を得ることである。

この開示に係る半導体装置は、半導体基板と、半導体基板の上に形成され、最下層が第１導電型クラッド層、最上層が第２導電型クラッド層で構成され、第２導電型クラッド層の上面から第１導電型クラッド層の途中まで掘られた２つ以上の溝が形成された積層体と、半導体基板に近いほうから順に第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型クラッド層で構成されたリッジ導波路を有し、２つ以上の溝のうちの２つが両脇に配置されたメサと、２つ以上の溝に埋め込まれた絶縁性樹脂膜と、を備え、２つ以上の溝のうちの１つに埋め込まれた絶縁性樹脂膜には第１導電型クラッド層が底面で露出する第１の開口部が形成され、底面で第１導電型クラッド層と接続され、第１の開口部と接する絶縁性樹脂膜の第１の側面に沿って絶縁性樹脂膜より上へ引き出された電極が形成され、第１の側面は順テーパ方向の傾斜を持ち、絶縁性樹脂膜および第２導電型クラッド層の上には絶縁膜が形成され、第１の側面に連なる絶縁膜の第２の側面は順テーパ方向の傾斜を持ち、電極は第２の側面に沿って絶縁膜の上へ引き出されている。

また、この開示に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板の上に順に第１導電型クラッド層、活性層および第２導電型クラッド層を形成する工程と、第２導電型クラッド層の上面から第１導電型クラッド層の途中までエッチングすることで、２つ以上の溝を形成し、半導体基板に近いほうから第１導電型クラッド層、活性層および第２導電型クラッド層で構成されたリッジ導波路を有し、２つ以上の溝のうちの２つが両脇に配置されたメサを形成する工程と、２つ以上の溝を埋め込む絶縁性樹脂膜を形成する工程と、絶縁性樹脂膜および第２導電型クラッド層の上に絶縁膜を形成する工程と、２つ以上の溝のうちの１つに埋め込まれた絶縁性樹脂膜の上の絶縁膜をエッチングすることにより第２の開口部を形成し、第２の開口部と接する絶縁膜の第２の側面に順テーパ方向の傾斜を持たせる工程と、絶縁膜をマスクとし、第２の開口部の下の絶縁性樹脂膜を第１導電型クラッド層が露出するようにエッチングすることにより第１の開口部を形成し、第１の開口部と接する絶縁性樹脂膜の第１の側面に順テーパ方向の傾斜を持たせる工程と、第１の開口部の底面で第１導電型クラッド層と接続され、第１の側面に沿って絶縁性樹脂膜より上へ引き出された電極を形成する工程と、を備える。

本開示の半導体装置および半導体装置の製造方法によれば、メサの両脇の溝に絶縁性樹脂膜を埋め込み、絶縁性樹脂膜に開けた開口部から電極を上まで引き出す。また、開口部に接する絶縁性樹脂膜の側面が順テーパ方向の傾斜を持つ。そのため、電極の寄生容量を抑え、電極の剥がれおよび断線が起こりにくい半導体装置が得られる。

実施の形態１に係る半導体装置を示す断面図である。 実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。 実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。 実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。 実施の形態１に係る絶縁膜のエッチングの実験結果を示すＳＥＭ写真である。 実施の形態１に係るエッチングレートおよび選択比の実験結果を示すグラフである。 実施の形態１に係る絶縁性樹脂膜のエッチングの実験結果を示すＳＥＭ写真である。 実施の形態１に係る絶縁膜および絶縁性樹脂膜のエッチングによる傾斜角度を説明するための図である。 実施の形態１に係る半導体装置の変形例を示す断面図である。 実施の形態１に係る半導体装置の別の変形例を示す断面図である。 実施の形態２に係る半導体装置を示す断面図である。 実施の形態２に係る半導体装置を示す上面図である。 実施の形態２に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。 実施の形態２に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。 実施の形態２に係る半導体装置の変形例を示す断面図である。 実施の形態２に係る半導体装置の別の変形例を示す断面図である。

実施の形態１．
実施の形態１に係る半導体装置の構成を説明する。実施の形態１に係る半導体装置は図１に示した半導体レーザ１０である。図１は半導体レーザ１０の共振器方向に垂直な面を含む断面図である。

半導体レーザ１０は半導体基板１２を備える。半導体基板１２は例えばＩｎＰから成る半絶縁性基板である。

半導体基板１２の上には第１導電型クラッド層１４が形成されている。第１導電型クラッド層１４は例えばｎ型ＩｎＰから成る。第１導電型クラッド層１４のうち電極４６と接続される箇所は、電気抵抗を下げるために不純物濃度を高くしてもよい。

下から順に第１導電型クラッド層１４、活性層１６および第２導電型クラッド層１８で構成されるリッジ導波路２６が形成されている。活性層１６は例えばｉ型ＡｌＧａＩｎＡｓから成る多重量子井戸構造を含む。ここでｉ型とは意図したドーピングがされていない半導体のことである。第２導電型クラッド層１８は例えばｐ型ＩｎＰから成る。

リッジ導波路２６の左右には電流ブロック層２０が埋め込まれている。電流ブロック層２０は例えばＦｅ−ＩｎＰ（ＦｅがドープされたＩｎＰ）から成る。

リッジ導波路２６および電流ブロック層２０の上には第２導電型クラッド層１８がさらに形成されている。

第１導電型クラッド層１４、リッジ導波路２６、電流ブロック層２０、第２導電型クラッド層１８で構成されたメサ２４が形成されている。メサ２４は例えば幅が４．０μｍ〜１０．０μｍ、高さが６．０μｍ〜８．０μｍである。

最下層が第１導電型クラッド層１４、最上層が第２導電型クラッド層１８で構成された積層体２２に溝５４が形成されている。溝５４の位置は、製造工程を示す図２（ｅ）に図示されている。溝５４はメサ２４の両脇に掘られている。溝５４は第２導電型クラッド層１８の上面から第１導電型クラッド層１４の途中まで掘られている。

溝５４には絶縁性樹脂膜３０が埋め込まれている。絶縁性樹脂膜３０は、誘電率が低く、埋め込み平坦性に優れたＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）樹脂またはポリイミド樹脂等から成る。

メサ２４の両脇の絶縁性樹脂膜３０の一方には第１の開口部３２が開けられている。第１の開口部３２の底面３６は第１導電型クラッド層が露出している。第１の開口部３２と接する絶縁性樹脂膜３０の側面（第１の側面３４）は、半導体基板１２へ近づくにつれて絶縁性樹脂膜が広がる順テーパ方向の傾斜を持つ。第１の側面３４と絶縁性樹脂膜３０の下面が成す角度αは２０°以上６０°以下である。

絶縁性樹脂膜３０および第２導電型クラッド層１８の上には絶縁膜３８が形成されている。絶縁膜３８には第１の開口部３２と連なるように第２の開口部４０が形成されている。図１には第２の開口部４０の位置を示すために破線が描かれている。第２の開口部４０に接する絶縁膜３８の側面（第２の側面４２）、すなわち第１の側面３４に連なる絶縁膜３８の第２の側面４２は、順テーパ方向の傾斜を持つ。絶縁膜３８は例えばシリコン酸化膜から成る。

底面３６で第１導電型クラッド層１４と接続され、第１の側面３４および第２の側面４２に沿って絶縁膜３８の上へ引き出された電極４６が形成されている。電極４６は例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層構造から成る。

メサ２４の上の絶縁膜３８に開けられた第３の開口部４４を通じて第２導電型クラッド層１８と接続された電極４８が形成されている。電極４８は例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層構造から成る。

半導体レーザ１０の製造方法を図２〜４を用いて説明する。

まず図２（ａ）に示すように、半導体基板１２の上に第１導電型クラッド層１４、活性層１６および第２導電型クラッド層１８を順に形成する。これらはエピタキシャル成長で形成される。

次に図２（ｂ）に示すように、リッジ導波路２６を形成する。リッジ導波路２６を形成するには、まずシリコン酸化膜から成るストライプパターンのマスク５０を形成する。そしてマスク５０をエッチングマスクとしてドライエッチングを行う。このとき第１導電型クラッド層１４の途中までエッチングする。

次に図２（ｃ）に示すように、リッジ導波路２６の左右に電流ブロック層２０を埋め込む。電流ブロック層２０を埋め込むには、マスク５０を用いて選択エピタキシャル成長させる。このときリッジ導波路２６の上面まで電流ブロック層２０で埋め込む。

次に図２（ｄ）に示すように、リッジ導波路２６および電流ブロック層２０の上に第２導電型クラッド層１８をさらに成長させる。第２導電型クラッド層１８を成長させるには、マスク５０をバッファードフッ酸などのフッ化水素酸で除去したあと、エピタキシャル成長させる。

次に図２（ｅ）に示すように、２つの溝５４を形成し、メサ２４が形成される。この工程では、マスク５２を用いて第２導電型クラッド層１８の上面から第１導電型クラッド層１４の途中までドライエッチングすることで、２つの溝５４を形成する。これにより２つの溝５４が両脇に配置されたメサ２４を形成する。

次に図３（ａ）に示すように、図２（ｅ）の状態からマスク５２を除去し、全面に絶縁性樹脂膜３０を形成する。絶縁性樹脂膜３０の形成には、まず付着強化剤を塗布し、その上にスピンコート法により絶縁性樹脂である非感光性ＢＣＢ樹脂を塗布して成膜したあと、熱硬化処理を行う。絶縁性樹脂は熱硬化処理時に重合反応により収縮変形するため、あらかじめ収縮量を見込んで膜厚を設計する。絶縁性樹脂には、低誘電率（例えば比誘電率が２．５０〜２．６５）の熱硬化処理時の収縮量の小さい非感光性ＢＣＢ樹脂を用いるのが好ましい。絶縁性樹脂膜の膜厚は、粘度やスピンコート時の主回転数を調整することにより例えば１．０μｍ〜２６．０μｍの値を得られる。またベーク炉にて例えば２５０℃〜３５０℃の加熱により熱硬化処理が可能だが、昇温時には酸化の影響を受けやすいため、酸素濃度を例えば１００ｐｐｍ以下に保つよう窒素やアルゴンなどの不活性化ガス雰囲気で熱処理を行う必要がある。後にメサ２４の上に電極を形成する必要があるため、メサ２４の上の絶縁性樹脂膜３０の厚さは１．０μｍ以下が望ましい。

次に図３（ｂ）に示すように、絶縁性樹脂膜３０のエッチバックによりメサ２４の上を露出させることで、メサ２４の両脇の２つの溝５４をそれぞれ埋め込む絶縁性樹脂膜３０を形成する。絶縁性樹脂としてＢＣＢ樹脂を用いた場合、エッチバックには、例えば酸素ガスと、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_８などのフロロカーボン系ガスとの混合ガスによるプラズマエッチングが適用できる。

次に図３（ｃ）に示すように、絶縁性樹脂膜３０および第２導電型クラッド層１８の上に絶縁膜３８を形成する。絶縁膜３８は例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により成膜される。

次に図３（ｄ）に示すように、フォトレジスト５６を形成する。フォトレジスト５６は例えばスピンコート法などを使用して形成される。フォトレジスト５６として、一般的なステッパ露光用のｉ線用ポジレジストあるいはネガレジストなどが使用できる。

次に図３（ｅ）に示すように、２つの溝５４のうちの１つに埋め込まれた絶縁性樹脂膜３０の上のフォトレジスト５６に、フォトリソグラフィ法を使用して開口パターン５８を形成する。

次に図４（ａ）に示すように、開口パターン５８の下にある絶縁膜３８に第２の開口部４０を形成する。第２の開口部４０の形成には、フッ化水素酸の薬液を含むウェットエッチング処理を行う。このとき、第２の開口部４０と接する絶縁膜３８の第２の側面４２に順テーパ方向の傾斜が出来る。絶縁膜３８が等方的にエッチングされるからである。

次に図４（ｂ）に示すように、フォトレジスト５６を除去する。フォトレジスト５６の除去には、例えば剥離液や酸素アッシング等を用いる。フォトレジスト５６の除去は、次の工程で行う絶縁性樹脂膜３０のエッチングと同一のチャンバー内で連続処理することも可能で、工程を簡略化できる。

次に図４（ｃ）に示すように、第２の開口部４０の下の絶縁性樹脂膜３０を第１導電型クラッド層１４が露出するようにエッチングすることにより第１の開口部３２を形成し、第１の開口部３２と接する絶縁性樹脂膜３０の第１の側面３４に順テーパ方向の傾斜を持たせる。エッチングは絶縁膜３８をハードマスクとして行う。エッチングには例えばフロロカーボン系ガスと酸素ガスを使用したプラズマエッチングを使用できる。このとき、フロロカーボン系ガスと酸素ガスの混合比を調整して絶縁性樹脂膜３０のエッチングレート（Ｒ_ＢＣＢ）と絶縁膜３８のエッチングレート（Ｒ_ＳｉＯ）の比率（Ｒ_ＢＣＢ／Ｒ_ＳｉＯ、以下選択比と呼ぶ）を調整できる。ここでは、Ｃ_３Ｆ_８ガスと酸素ガスの混合ガスを用い、例えば酸素ガスの混合比を５７％とすることで選択比を４程度に調整して絶縁性樹脂膜３０のエッチングを行う。これにより絶縁性樹脂膜３０に絶縁膜３８の傾斜を転写できる。このとき絶縁膜３８はエッチングにより後退し、膜厚は薄くなる。

次に図４（ｄ）に示すように、メサ２４の上の絶縁膜３８に第３の開口部４４を形成する。第３の開口部４４を形成するには、再びフォトリソグラフィ法と例えばフッ素系ガスを含む反応性イオンエッチングを行う。

次に電極４６およびメサ上電極４８を形成し、図１の半導体レーザ１０を得る。これらの電極を形成するには、例えば、まずイメージリバーサルレジストまたはリフトオフ用レジスト等を使用してフォトリソグラフィ法により開口パターンを形成する。そして蒸着やスパッタ法によりＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層構造から成る電極をウエハ全面に積層したあとリフトオフする。これによりレジストを開口した部分に電極が形成できる。このとき形成された電極４６は、順テーパ方向の傾斜を持つ第１の側面３４および第２の側面４２に沿って、絶縁膜３８の上へ引き出されている。

シリコン酸化膜から成る絶縁膜３８の第２の側面４２、および、ＢＣＢからなる絶縁性樹脂膜３０の第１の側面３４が順テーパ方向の傾斜を持つことを確認した３つの実験結果を説明する。

１つ目の実験では図５に示すように、絶縁膜３８の第２の側面４２が順テーパ方向の傾斜を持つことを確認した。この実験ではまず、半絶縁性ＩｎＰからなる半導体基板１２の上にＢＣＢから成る絶縁性樹脂膜３０およびシリコン酸化膜からなる絶縁膜３８を形成したものを準備した。次に絶縁膜３８の上にフォトレジストを形成し、さらにフォトレジストに開口パターンを設けた。さらにフッ化水素酸を用いて絶縁膜３８をウェットエッチングした。最後にフォトレジストを除去することで、図５に示す断面形状を得た。絶縁膜３８の第２の側面４２と絶縁性樹脂膜３０の上面が成す角度βは２０°以下となっている。

２つ目の実験では図６に示すように、ＢＣＢ樹脂膜とシリコン酸化膜のエッチングの選択比（Ｒ_ＢＣＢ／Ｒ_ＳｉＯ）が、酸素ガスの混合比の増加に伴い増大することを確認した。この実験では、上で説明した第１の開口部３２を形成する工程（図４（ｃ））と同様、Ｃ_３Ｆ_８ガスと酸素ガスの混合ガスを用いたプラズマエッチングを行った。その際、酸素ガスの混合比を変化させ、選択比を調べた。その結果、ＢＣＢとＳｉＯのエッチングレートは図６（ａ）のようになることが分かった。これから、図６（ｂ）に示すように、酸素ガスの混合比を高めるにつれて、選択比も高くなることが分かる。

３つ目の実験では図７に示すように、絶縁性樹脂膜３０のエッチングを酸素ガスの混合比を変えて実施し、絶縁性樹脂膜３０の第１の側面３４を観察した。酸素ガスの混合比の条件は５７％、６７％、８３％の３つである。この実験では１つ目の実験で得られた図５の状態のものに、２つ目の実験と同様のプラズマエッチングを施した。

混合比が５７％の条件では、図７（ａ）に示すように、絶縁性樹脂膜３０の傾斜角αが５５°程度であり、第１の側面３４にはケバも凹凸も目立たないことが分かった。この条件は電極形成に適している。

混合比が６７％の条件では、図７（ｂ）に示すように、ケバおよび凹凸が目立つ結果となった。絶縁膜３８の第２の側面４２にはウェットエッチングにより微細な凹凸が形成されている。この凹凸は絶縁性樹脂膜３０のエッチング時に、絶縁性樹脂膜３０の第１の側面３４に転写される。混合比５７％の場合、図６に示したようにエッチング選択比は４である。一方混合比６７％では選択比は７．１である。このため混合比６７％では第１の側面３４が急峻になることで凹凸が強調され、ケバもできやすい。

混合比が８３％の条件では、図７（ｃ）に示すように、第１の側面３４がほぼ垂直となった。混合比８３％では、エッチング選択比は図６には示されていないが、高い値になると予想される。このような場合、第１の側面３４に凹凸はできないが、ほぼ垂直になってしまう。すなわち順テーパ方向の傾斜は得られない。

選択比は４付近であればよく、具体的には３〜５が望ましい。選択比を小さくすればさらに凹凸ができにくくなるというメリットがある。しかし絶縁膜３８を厚くしなければならない等のデメリットも生じる。これを考慮し、選択比は３〜５が望ましい。

選択比が３〜５であれば、絶縁性樹脂膜の第１の側面の傾斜角αと絶縁膜の第２の側面の傾斜角βには３≦ｔａｎα／ｔａｎβ≦５という関係がある。この関係を、第１の開口部３２を形成するエッチングの様子を模式的に示した図８を用いて説明する。エッチングによって絶縁膜３８と絶縁性樹脂膜３０の両方が削られる。絶縁性樹脂膜３０のエッチングレートはＲ_ＢＣＢ、絶縁膜３８のエッチングレートはＲ_ＳｉＯである。絶縁膜３８および絶縁性樹脂膜３０が、ある時間に削られる縦方向の長さをそれぞれｄ_ＳｉＯ、ｄ_ＢＣＢとすると、ｄ_ＳｉＯはＲ_ＳｉＯに比例し、ｄ_ＢＣＢはＲ_ＢＣＢに比例する。するとＲ_ＳｉＯ／Ｒ_ＢＣＢ＝ｔａｎα／ｔａｎβの関係が成り立つ。Ｒ_ＳｉＯ／Ｒ_ＢＣＢはエッチングの選択比ＲだからＲ＝Ｒ_ＳｉＯ／Ｒ_ＢＣＢ＝ｔａｎα／ｔａｎβがいえる。これから３≦Ｒ≦５であれば３≦ｔａｎα／ｔａｎβ≦５が成立する。

以上のとおり実施の形態１によれば、メサ２４の両脇の溝５４に絶縁性樹脂膜３０を埋め込み、第１導電型クラッド層１４と接続された電極４６を表面側から引き出すため、電極の寄生容量を抑えた半導体装置が得られる。絶縁性樹脂膜は、半導体材料、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜等の絶縁膜に比べ、一般的に誘電率が低いため、メサ２４の両脇に絶縁性樹脂膜を形成することで、電極の寄生容量が抑えられる。また、電極４６を表面側に引き出した表面実装型とすることでも寄生容量が低減される。

また、絶縁性樹脂膜３０の第１の側面３４および絶縁膜３８の第２の側面４２が順テーパ方向の傾斜を持つため、電極４６が第１の開口部３２の底面３６から絶縁膜３８の上まで引き出される間の折れ曲がりの角度が鈍角になり、電極４６の剥がれおよび断線を防げる。

また、第１の側面３４および第２の側面４２の傾斜角度（αとβ）はばらつきが小さい。第２の側面４２は、絶縁膜３８を等方的にウェットエッチングすることで形成されるため、傾斜角度のばらつきは小さい。第１の側面３４は、絶縁性樹脂膜３０と絶縁膜３８のエッチング選択比に従って第２の側面４２の傾斜が転写されるため、傾斜角度のばらつきが小さい。よって誤って傾斜角度が急峻になることがないため、電極４６の剥がれおよび断線を防げる。

なお、実施の形態１では絶縁膜３８を除去せず残したが、図９のように絶縁膜を除去してもよい。絶縁膜の除去は電極４６およびメサ上電極４８を形成する前に実施する。この図では電極４６を絶縁性樹脂膜３０の上に引き出している。絶縁膜３８を除去することで、電極等の密着性悪化を防ぐことができる場合がある。絶縁膜３８は、エッチング条件によって上層に反応生成物として残る場合があるため、これを除去しない場合は、後に電極等を形成する際に密着性悪化の原因となりうる。これを除去すれば、その心配がなくなる。

また、この実施の形態ではメサ２４の両脇に２つの溝５４が形成されているが、３つ以上あってもよい。すなわち積層体２２には２つ以上の溝５４が形成されていることになる。そして２つ以上の溝５４のうちの２つはメサ２４の両脇にあることになる。図１０に溝が３つの場合を示した。この図では電極４６をメサ２４の両脇から離れた場所にある溝３２に設けている。

また、ここでは、第１導電型と第２導電型は、半導体のｐ型またはｎ型のどちらかであり、互いに異なる導電型を持つ。例えば第１導電型がｐ型の場合、第２導電型はｎ型であり、第１導電型がｎ型の場合、第２導電型はｐ型である。

実施の形態２．
実施の形態２に係る半導体装置について記載する。実施の形態１では半導体装置が半導体レーザであったのに対し、実施の形態２ではマッハツェンダー型位相変調器である。ここでは主に実施の形態１との違いを記載する。

実施の形態２に係る半導体装置の構成を説明する。実施の形態２に係る半導体装置は図１１に示したマッハツェンダー型位相変調器６０である。図１１は、図１２に示したマッハツェンダー型位相変調器６０の上面図におけるＡ−Ａでの断面図である。なお図１２では説明のためメサ上電極９８、絶縁膜８８等の図示は省略した。

図１１に示すように、マッハツェンダー型位相変調器６０は半導体基板６２を備える。

半導体基板６２の上には第１導電型クラッド層６４が形成されている。

下から順に第１導電型クラッド層６４、活性層６６および第２導電型クラッド層６８で構成されるメサ７４が形成されている。活性層６６は例えばｉ型ＡｌＧａＩｎＡｓから成る多重量子井戸構造を含む。第２導電型クラッド層６８は例えばｐ型ＩｎＰから成る。メサ７４はハイメサ構造のリッジ導波路でもある。すなわちメサ７４はリッジ導波路を有している。

最下層が第１導電型クラッド層６４、最上層が第２導電型クラッド層６８で構成された積層体７２に溝１０４が形成されている。溝１０４の位置は、製造工程を示す図１４（ｂ）に図示されている。積層体７２の、第１導電型クラッド層６４と第２導電型クラッド層６８の間にある中間層は、メサ７４では活性層６６、メサ７４以外では電流ブロック層７０である。溝１０４はメサ７４の両脇と、それらと離れた場所にある合計３つが掘られている。溝１０４は第２導電型クラッド層６８の上面から第１導電型クラッド層６４の途中まで掘られている。積層体７２の側壁には保護絶縁膜１００が形成されている。保護絶縁膜１００は例えばシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜から成る。保護絶縁膜１００にはメサ７４を水分の侵入から保護する目的がある。この目的のためにはシリコン窒化膜が望ましい。ただし保護絶縁膜１００は無くてもかまわない。溝１０４には絶縁性樹脂膜８０が埋め込まれている。

溝１０４のうち、メサ７４の両脇から離れた場所にある溝には第１の開口部８２が開けられている。第１の側面８４は順テーパ方向の傾斜を持つ。

絶縁性樹脂膜８０および第２導電型クラッド層６８の上には絶縁膜８８が形成されている。絶縁膜８８には第２の開口部９０が形成されている。図１１には第２の開口部９０の位置を示すために破線が描かれている。第２の開口部９０に接する絶縁膜８８の側面（第２の側面９２）、すなわち第１の側面８４に連なる絶縁膜８８の第２の側面９２は、順テーパ方向の傾斜を持つ。

底面８６で第１導電型クラッド層６４と接続された電極９６が形成されている。

メサ７４の上にはメサ上電極９８が形成されている。

マッハツェンダー型位相変調器６０の製造方法を図１３−１４を用いて説明する。

まず図１３（ａ）に示すように、半導体基板６２の上に第１導電型クラッド層６４、活性層６６および第２導電型クラッド層６８を順に形成する。

次に図１３（ｂ）に示すように、マスク１０２を用い、エッチングする。この工程では第２導電型クラッド層６８の上面から第１導電型クラッド層６４の途中までドライエッチングする。

次に図１３（ｃ）に示すように、電流ブロック層７０を埋め込む。電流ブロック層７０を埋め込むには、マスク１０２を用いて選択エピタキシャル成長させる。このとき第２導電型クラッド層６８の上面まで電流ブロック層７０で埋め込む。

次に図１４（ａ）に示すように、第２導電型クラッド層６８をさらに成長させる。第２導電型クラッド層６８を成長させるには、マスク１０２をバッファードフッ酸などのフッ化水素酸で除去したあと、エピタキシャル成長させる。この工程で、積層体７２が形成される。

次に図１４（ｂ）に示すように、３つの溝１０４を形成し、メサ７４が形成される。この工程では、マスク１０３を用いて第２導電型クラッド層６８の上面から第１導電型クラッド層６４の途中までドライエッチングすることで、３つの溝１０４を形成する。これにより３つの溝１０４のうちの２つの溝１０４が両脇に配置されたメサ７４を形成する。

次に図１４（ｃ）に示すように、例えばＣＶＤ法により全面にシリコン窒化膜を形成したあと、ドライエッチングにより積層体７２の側壁のシリコン窒化膜を残しつつシリコン窒化膜をエッチバックし、保護絶縁膜１００を形成する。ドライエッチングには例えばＣＦ_４、ＣＨＦ_３などのフッ素系ガスによる反応性イオンエッチングを用いることができる。このとき、側壁のシリコン窒化膜のサイドエッチングによる目減りを抑えるため、エッチングは低圧、具体的には０．５Ｐａ以下で行うことが望ましい。

これ以降、実施の形態１と同様の工程を行い、図１１のマッハツェンダー型位相変調器を得る。具体的には実施の形態１の図３（ａ）〜４（ｄ）の工程および図４（ｄ）から図１に至る工程と同様の工程を行う。ただし実施の形態１では図１に示したように第１の開口部３２はメサ２４の脇に形成された絶縁性樹脂膜３０に開けたが、この実施の形態２では図１１に示すようにメサ７４の両脇から離れた場所にある溝１０４に第１の開口部８２を開けている。

以上のとおり実施の形態２によれば、電極の寄生容量を抑え、電極の剥がれおよび断線が起こりにくい半導体装置が得られる。

なお、図１５のように絶縁膜を除去してもよい。絶縁膜除去により電極等の密着性悪化を防ぐことができるのは実施の形態１と同様である。

また、この実施の形態では溝１０４が３つ形成されているが、少なくともメサ７４の両脇に２つ形成されていればよい。すなわち積層体７２には２つ以上の溝１０４が形成されていることになる。そして２つ以上の溝１０４のうちの２つはメサ７４の両脇にあることになる。図１６に溝が２つの場合を示した。この図では電極９６をメサ７４の両脇の溝の一方に設けている。

１０，１１０，１２０ 半導体レーザ
１２，６２ 半導体基板
１４，６４ 第１導電型クラッド層
１６，６６ 活性層
１８，６８ 第２導電型クラッド層
２０，７０ 電流ブロック層
２２，７２ 積層体
２４，７４ メサ
２６，７６ リッジ導波路
２８，７８ 溝
３０，８０ 絶縁性樹脂膜
３２，８２ 第１の開口部
３４，８４ 第１の側面
３６，８６ 底面
３８，８８ 絶縁膜
４０，９０ 第２の開口部
４２，９２ 第２の側面
４４，９４ 第３の開口部
４６，９６ 電極
４８，９８ メサ上電極
５０，１０２，５２，１０３ マスク２
５４，１０４ 溝
５６ フォトレジスト
５８ 開口パターン
６０，１３０，１４０ マッハツェンダー型位相変調器
１００ 保護絶縁膜

Claims (8)

1. 半導体基板と、
   前記半導体基板の上に形成され、最下層が第１導電型クラッド層、最上層が第２導電型クラッド層で構成され、前記第２導電型クラッド層の上面から前記第１導電型クラッド層の途中まで掘られた２つ以上の溝が形成された積層体と、
   前記半導体基板に近いほうから順に前記第１導電型クラッド層、活性層、前記第２導電型クラッド層で構成されたリッジ導波路を有し、前記２つ以上の溝のうちの２つが両脇に配置されたメサと、
   前記２つ以上の溝に埋め込まれた絶縁性樹脂膜と、を備え、
   前記２つ以上の溝のうちの１つに埋め込まれた前記絶縁性樹脂膜には前記第１導電型クラッド層が底面で露出する第１の開口部が形成され、
   前記底面で前記第１導電型クラッド層と接続され、前記第１の開口部と接する前記絶縁性樹脂膜の第１の側面に沿って前記絶縁性樹脂膜より上へ引き出された電極が形成され、
   前記第１の側面は順テーパ方向の傾斜を持ち、
   前記絶縁性樹脂膜および前記第２導電型クラッド層の上には絶縁膜が形成され、
   前記第１の側面に連なる前記絶縁膜の第２の側面は順テーパ方向の傾斜を持ち、
   前記電極は前記第２の側面に沿って前記絶縁膜の上へ引き出された半導体装置。
2. 前記第１の側面と前記絶縁性樹脂膜の下面が成す角度をαとすると、
   ２０°≦α≦６０°を満たす請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記第１の側面と前記絶縁性樹脂膜の下面が成す角度をαとし、
   前記第２の側面と前記絶縁性樹脂膜の上面が成す角度をβとすると、
   ３≦ｔａｎα／ｔａｎβ≦５
   を満たす請求項１に記載の半導体装置。
4. 前記絶縁性樹脂膜はＢＣＢまたはポリイミド樹脂から成る請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
5. 前記リッジ導波路は半導体レーザの共振器である請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
6. 前記リッジ導波路はマッハツェンダー型位相変調器の変調導波路である請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
7. 半導体基板の上に順に第１導電型クラッド層、活性層および第２導電型クラッド層を形成する工程と、
   前記第２導電型クラッド層の上面から前記第１導電型クラッド層の途中までエッチングすることで、２つ以上の溝を形成し、前記半導体基板に近いほうから前記第１導電型クラッド層、前記活性層および前記第２導電型クラッド層で構成されたリッジ導波路を有し、前記２つ以上の溝のうちの２つが両脇に配置されたメサを形成する工程と、
   前記２つ以上の溝を埋め込む絶縁性樹脂膜を形成する工程と、
   前記絶縁性樹脂膜および前記第２導電型クラッド層の上に絶縁膜を形成する工程と、
   前記２つ以上の溝のうちの１つに埋め込まれた前記絶縁性樹脂膜の上の前記絶縁膜をエッチングすることにより第２の開口部を形成し、前記第２の開口部と接する前記絶縁膜の第２の側面に順テーパ方向の傾斜を持たせる工程と、
   前記絶縁膜をマスクとし、前記第２の開口部の下の前記絶縁性樹脂膜を前記第１導電型クラッド層が露出するようにエッチングすることにより第１の開口部を形成し、前記第１の開口部と接する前記絶縁性樹脂膜の第１の側面に順テーパ方向の傾斜を持たせる工程と、
   前記第１の開口部の底面で前記第１導電型クラッド層と接続され、前記第１の側面に沿って前記絶縁性樹脂膜より上へ引き出された電極を形成する工程と、を備えた半導体装置の製造方法。
8. 前記第１の側面に順テーパ方向の傾斜を持たせる工程と、前記電極を形成する工程の間に、前記絶縁膜を除去する工程を備える請求項７に記載の半導体装置の製造方法。

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