專利名稱：半導(dǎo)體光元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有脊(ridge)型或高臺(high mesa)型的臺面結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體光元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
一般，半導(dǎo)體光元件使用脊型或高臺型的光波導(dǎo)。脊型的光波導(dǎo)中將頂部包層蝕 刻成臺面條狀而進行水平方向的光封閉。又，由于脊型的光波導(dǎo)中不蝕刻芯層而能夠降低 缺陷水平。另一方面，高臺型的光波導(dǎo)具有不僅將頂部包層蝕刻為臺面條狀而且將芯層及 底部包層也蝕刻為臺面條狀的結(jié)構(gòu)。高臺型的水平方向的光封閉效果較大，所以在應(yīng)用于 半導(dǎo)體光元件時，具有能夠降低電容量等的特征。這種具有脊型的波導(dǎo)的半導(dǎo)體光元件和具有高臺型的波導(dǎo)的半導(dǎo)體光元件都具 有臺面結(jié)構(gòu)，該臺面結(jié)構(gòu)是利用濕蝕刻來形成的。利用濕蝕刻的優(yōu)點主要有以下兩方面。 第一，具有通過適當?shù)剡x擇蝕刻藥液及要蝕刻的半導(dǎo)體層來能夠在具有不同成分的層間停 止蝕刻的優(yōu)點。第二，具有在蝕刻后能夠形成具備具有特定面方位的面的臺面結(jié)構(gòu)的優(yōu)點。 因而，如果使用濕蝕刻就能作成所希望的臺面結(jié)構(gòu)。例如，在 “S. Adachi et al. , Journal of The Electrochemical Society, vol. 129，no. 5，pp. 1053-1062(1982) ” 中有如下記載。即，在(001)面 n_InP 襯底上層疊 了 n-InP包層、不摻雜InGaAsP波導(dǎo)、p-InP包層的晶片形成SiO2掩模。其后若用HCl (鹽 酸)H3PO4 (磷酸)=1 5混合液進行蝕刻，則p-InP包層被蝕刻，且在InGaAsP導(dǎo)波 層上面停止蝕刻。再者，該蝕刻后所形成的臺面結(jié)構(gòu)的側(cè)面形狀為在(100)面劈開時，相對 (001)面大致垂直，與之相對，在(-110)面劈開時成為相對(100)面傾斜35°的傾斜面。在濕蝕刻中例如這樣形成臺面結(jié)構(gòu)。對于半導(dǎo)體光元件的其它制造方法公開于專 利文獻1-4。專利文獻1 日本特開2004-327904號公報專利文獻2 日本特開2001-189523號公報專利文獻3 日本特開2004-071701號公報專利文獻4 日本特開2002-198514號公報非專利文獻 1 :S. Adachi et al. , Journal of The Electrochemical Society, vol. 129，no. 5，pp.1053-1062(1982)

發(fā)明內(nèi)容
如上述那樣使用濕蝕刻的情況下，能夠在所希望的面方位停止蝕刻并形成臺面結(jié) 構(gòu)。可是，當所要形成的臺面結(jié)構(gòu)為具有角部的結(jié)構(gòu)時，存在該角部中發(fā)生異常蝕刻而無法 形成所希望的臺面結(jié)構(gòu)的問題。角部指的是例如臺面結(jié)構(gòu)的2個側(cè)面以呈90°角度地相交的部分。作為異常蝕刻 的具體例，就在(001)面n-InP襯底上依次層疊了 n_InP包層、InGaAsP波導(dǎo)、p-InP包層的晶片形成SiO2掩模，其后用HCl H3PO4 = 1 5混合液蝕刻P-InP包層的脊型多模干涉 (MMI)光耦合器進行說明。在脊型MMI光耦合器中，輸入側(cè)及輸出側(cè)波導(dǎo)連接于長方形的臺面結(jié)構(gòu)。長方形 的臺面結(jié)構(gòu)中當長邊與InP襯底的(-110)面平行、短邊與InP襯底的(110)面平行時，長 邊形成與(001)面大致垂直的面(垂直面)，短邊形成相對(001)面傾斜35°的面(35° 面)。由此，在上述的長邊和短邊相交的“角部”中在垂直面和35°面上蝕刻不會停止，而 進一步進行蝕刻。將這樣在臺面結(jié)構(gòu)的角部進行蝕刻的情形稱為異常蝕刻。臺面結(jié)構(gòu)的角部被異常蝕刻的結(jié)果，臺面結(jié)構(gòu)沒有按設(shè)計的那樣形成而存在不是 所要目標的半導(dǎo)體光元件的元件特性的問題。本發(fā)明為了解決上述課題而構(gòu)思，提供在進行濕蝕刻并形成臺面結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體光 元件及其制造方法中能夠避免在臺面結(jié)構(gòu)的角部發(fā)生異常蝕刻的情況的半導(dǎo)體光元件及 其制造方法。本發(fā)明的半導(dǎo)體光元件是經(jīng)濕蝕刻而形成了臺面結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體光元件，其特征在于包括脊型或高臺型的該臺面結(jié)構(gòu)，形成在半導(dǎo)體襯底上；以及延伸臺，形成在該半導(dǎo)體 襯底上，且該延伸臺的材料與連接于該臺面結(jié)構(gòu)的角部的該臺面結(jié)構(gòu)的材料相同。本發(fā)明的半導(dǎo)體光元件的制造方法包括在基底層上形成成為半導(dǎo)體光元件的臺 面的材料的外延層的工序；在該外延層上形成掩模材料的工序；將該掩模材料圖案化，以 使要成為該臺面結(jié)構(gòu)的部分的正上方及延伸至距離要成為該臺面結(jié)構(gòu)的角部的部分規(guī)定 距離的部分的區(qū)域即延伸臺區(qū)域的正上方的該掩模材料殘留的工序；以及在該圖案化工序 之后，利用能夠蝕刻該外延層的蝕刻藥液對該外延層進行濕蝕刻的工序。其特征在于在該 濕蝕刻工序中在該延伸臺區(qū)域的該外延層消失之前結(jié)束濕蝕刻。通過本發(fā)明能夠無負面影響地利用濕蝕刻形成臺面結(jié)構(gòu)。


圖1是實施方式1的半導(dǎo)體光元件的平面圖。圖2是圖1的A-A剖視圖。圖3是圖1的B-B剖視圖。圖4是圖1的C-C剖視圖。圖5是說明半導(dǎo)體光元件的制造方法的流程圖。圖6是說明形成掩模材料的工序之后的半導(dǎo)體光元件的剖面的圖。圖7是對掩模材料的圖案化進行說明的平面圖。圖8是說明課題的圖。圖9是說明實施方式1的構(gòu)成的變形例的圖。圖10是實施方式2的半導(dǎo)體光元件的平面圖。圖11是圖10的D-D剖視圖。
具體實施例方式實施方式1參照圖1至圖9，說明本實施方式。此外，有時對于相同的材料或相同、對應(yīng)的構(gòu)成要素賦予相同的符號，省略其重復(fù)說明。對于其它實施方式也同樣。
本實施方 式涉及MMI光耦合器10。圖1是本實施方式的MMI光耦合器10的平面 圖。此外，圖2是圖1中的A-A剖視圖，圖3是圖1中的B-B剖視圖，圖4是圖1中的C-C剖 視圖。如圖2至圖4所示，本實施方式的匪I光耦合器10形成在表面為(001)面的η型InP 襯底11。在η型InP襯底11上形成有0.5 ym膜厚的η型InP包層12。在η型InP包層 12上以0. 4 μ m的膜厚形成發(fā)光波長為1. 3 μ m的不摻雜InGaAsP層13。在不摻雜InGaAsP 層13上以3. 2 μ m的膜厚形成ρ型InP包層14。圖1中的用陰影線表示的部分是形成有上述ρ型InP包層14的區(qū)域。另一方面， 圖1中的陰影線部以外的部分是P型InP包層14被濕蝕刻而呈現(xiàn)不摻雜InGaAsP層13的 部分。即，圖1中用陰影線表示的部分是以臺狀突起的部分。上述陰影線部按用途功能分 類為MMI光耦合器的長方形臺面結(jié)構(gòu)15、輸入側(cè)波導(dǎo)16、輸出側(cè)波導(dǎo)17及延伸臺18。在長方形臺面結(jié)構(gòu)15中長邊為與η型InP襯底11的(-110)面平行的方向，且 短邊為與InP襯底的(110)面平行的方向。長方形臺面結(jié)構(gòu)15的長邊為55 μ m且短邊為 6.5μπι。輸入側(cè)波導(dǎo)16、輸出側(cè)波導(dǎo)17的寬度均為2 μ m。延伸臺18具有與長方形臺面結(jié) 構(gòu)15的4個角部連接的條(stripe)形狀。延伸臺18從長方形臺面結(jié)構(gòu)15的角部延伸的 長度(圖1中用L來表示)為30μπι。如圖2所示，長方形臺面結(jié)構(gòu)15的長邊垂直方向的側(cè)面相對η型InP襯底11的法 線傾斜2° 5°。即長方形臺面結(jié)構(gòu)15的長邊垂直方向的側(cè)面相對(001)面大致垂直。在圖3中示出長方形臺面結(jié)構(gòu)15的短邊垂直方向的側(cè)面相對(001)面傾斜35° 的情況。在圖4中示出延伸臺18寬度方向的剖面。在該圖中，延伸臺18的上面的寬度為 1. 5 μ m，下面(底面)的寬度為7. 2 μ m。接著參照圖5至圖7，說明本實施方式的匪I光耦合器的制造方法。圖5是說明該 制造方法的流程圖。按照該流程圖進行說明。首先，在步驟20中，通過外延晶體生長來在η 型InP襯底11上依次形成η型InP包層12、不摻雜InGaAsP層13及ρ型InP包層14。接 著，在步驟22中在外延層即ρ型InP包層14上形成掩模材料。在剖視圖即圖6中記載有 掩模材料28。在本實施方式中掩模材料28為Si02。如果步驟22結(jié)束就向步驟24的處理進入。在步驟24中圖案化掩模材料28。以 能形成圖1中的MMI光耦合器的長方形臺面結(jié)構(gòu)15、輸入側(cè)波導(dǎo)16、輸出側(cè)波導(dǎo)17及延伸 臺18且以在它們的正上方殘留掩模材料28的方式進行該圖案化。即，圖案化后的掩模材料 28具有平面圖即圖7所示的圖案。在圖7中示出掩模材料28被圖案化成使要成為延伸臺 的部分的正上方的掩模材料28的長度(用Lm表示)長于圖1中的延伸臺18的長度(L)。如果步驟24結(jié)束，就向步驟26的處理進入。在步驟26中沒有被掩模材料28覆 蓋的部分的P型InP包層14通過濕蝕刻而被除去。該濕蝕刻中作為蝕刻藥液使用20°C的 HCl H3PO4 = 1 5混合液，進行6分鐘的蝕刻。上述蝕刻藥液對于InGaAsP層13的蝕刻 速率極小，因而該濕蝕刻是在P型InP包層14和InGaAsP層13的邊界被輸入停止的選擇 性濕蝕刻。通過該濕蝕刻，作成具有圖1所示的長方形臺面結(jié)構(gòu)15及延伸臺18的MMI光 華禹合器。在此，與延伸臺18對應(yīng)的部分的掩模材料28以比圖1中的長度L長的長度Lm形成，因此按照該圖案化那樣蝕刻P型InP包層14，Lm就會與L 一致。但是，在延伸臺的“角部”會發(fā)生上述異常蝕刻，因此延伸臺的長度會因濕蝕刻而變短。又，本實施方式的濕蝕刻 在要成為延伸臺的部分的角部被異常蝕刻，且在延伸臺18成為長度L的時刻結(jié)束濕蝕刻。 因而長方形臺面結(jié)構(gòu)15的角部是用延伸臺來保護的，因此能夠避免在如圖8所示的長方形 臺面結(jié)構(gòu)100的角部106發(fā)生異常蝕刻而該部分倒退的情況。因而，能夠按設(shè)計的那樣形 成長方形臺面結(jié)構(gòu)15并達到目標的半導(dǎo)體光元件(MMI光耦合器)的元件特性。此外也獲 得提高成品率等的效果。然而，MMI光耦合器進行光的合成或分波，因此成為臺面的分量的設(shè)計是考慮元件 特性而定的?？墒侨绻_面結(jié)構(gòu)的角部被異常蝕刻，則臺面結(jié)構(gòu)的尺寸就不會與設(shè)計數(shù)據(jù) 相一致，無法發(fā)揮所希望的元件特性(合波、分波)。于是如本實施方式那樣通過形成延伸 臺能夠使臺面結(jié)構(gòu)與設(shè)計數(shù)據(jù)相一致，能夠得到所希望的元件特性。如果考慮這種特征，只 要臺面結(jié)構(gòu)的角部通過濕蝕刻而能夠倒退就能得到本發(fā)明的效果，因此半導(dǎo)體光元件并不 限定于MMI光耦合器。如上所述，本實施方式的構(gòu)成為延伸臺18在濕蝕刻后也殘留的結(jié)構(gòu)。再者，延伸 臺18連接至長方形臺面結(jié)構(gòu)15的角部，因此認為長方形臺面結(jié)構(gòu)15內(nèi)的光會泄漏到延伸 臺18。即，擔心延伸臺的寬度較大時會發(fā)生光的過損耗。于是，在本實施方式中優(yōu)選使圖1 中用d表示的延伸臺18的寬度在15 μ m以下，抑制該過損耗。在本實施方式中采用具備脊型波導(dǎo)的構(gòu)成，但是只要用濕蝕刻形成具有角部的臺 面結(jié)構(gòu)就能享受本發(fā)明的效果，因此并不局限于脊型，可為例如具有高臺型的波導(dǎo)的構(gòu)成。在本實施方式中延伸臺18為條狀，但并不局限于此。即延伸臺的形狀只要能連接 至臺面結(jié)構(gòu)的角部而使該角部免受異常蝕刻的影響，就沒有特別的限定。因而也可以具備 例如圖9所示那樣正方形的延伸臺30。這時，若將長方形臺15的角部和延伸臺30的連接 部分的長度dl、d2均為(在掩模尺寸中)1.5μ左右，則能夠抑制上述光的過損耗，在這方 面是優(yōu)選的。再者，圖9的Li、L2均為30 μ m。在本實施方式中長方形臺面結(jié)構(gòu)15為長方形，但鑒于本發(fā)明的宗旨，未必為長方 形，重要的是具有角部，因此對該形狀沒有限定。在本實施方式中使用HCl H3PO4 = 1 5混合液作為蝕刻藥液，但并不限定于此。 作為濕蝕刻中使用的藥液，如果能蝕刻要形成臺面結(jié)構(gòu)的層就能得到本發(fā)明的效果。此外， 從“抑制異常蝕刻”的觀點來看具有與基底層的選擇性的情況也不是必需的。實施方式2參照圖10、圖11，說明本實施方式。圖10為平面圖，圖11為圖10的D-D剖視圖。 本實施方式的特征在于延伸臺18形成為條狀，且延伸臺18的一端連接至長方形臺面結(jié)構(gòu) 15的角部，并且延伸臺18的另一端連接至配置成與長方形臺面結(jié)構(gòu)15 —起形成通道41的 通道外側(cè)臺40。通道41的寬度(圖10中用Lc表示)為20μπι左右，但并沒有特別的限定。本實施方式的MMI光耦合器42的制造方法大致與實施方式1相同。但是，在將掩 模材料圖案化的工序中圖案化成也殘留用于形成通道外側(cè)臺40的掩模材料。因而，要形成 延伸臺18的區(qū)域即延伸臺區(qū)域的正上方的掩模材料連接要成為長方形臺面結(jié)構(gòu)15的部分 的正上方的掩模材料和形成通道外側(cè)臺40的區(qū)域正上方的掩模材料。
如此通過進行與實施方式1相當?shù)臐裎g刻來得到實施方式1中記載的效果。而且 依據(jù)本實施方式的構(gòu)成，由于在延伸臺沒有角部，在延伸臺不會發(fā)生異常蝕刻。因而，無需 像實施方式1那樣使延伸臺的長度取較長的值，因此能夠提高延伸臺的長度的自由度。
而且，關(guān)于本實施方式的功率模塊，也至少可以進行與實施方式1相當?shù)淖冃?。符號說明15長方形臺面結(jié)構(gòu)；18延伸臺；28掩模材料；40通道外側(cè)臺。
權(quán)利要求
一種半導(dǎo)體光元件，經(jīng)濕蝕刻而形成臺面結(jié)構(gòu)，其特征在于包括脊型或高臺型的所述臺面結(jié)構(gòu)，形成在半導(dǎo)體襯底上；以及延伸臺，形成在所述半導(dǎo)體襯底上，且該延伸臺的材料與連接于所述臺面結(jié)構(gòu)的角部的所述臺面結(jié)構(gòu)的材料相同。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光元件，其特征在于所述延伸臺與所述臺面結(jié)構(gòu)連接 的部分的寬度為15 μ m以下。
3.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體光元件，其特征在于所述延伸臺形成為條狀，所述延伸臺的一端連接至所述臺面結(jié)構(gòu)的角部，所述延伸臺的另一端連接至配置成與所述臺面結(jié)構(gòu)一起形成通道的通道外側(cè)臺，所述延伸臺的材料與所述臺面結(jié)構(gòu)和所述通道外側(cè)臺的材料相同。
4.一種半導(dǎo)體光元件的制造方法，其特征在于包括在基底層上形成成為半導(dǎo)體光元件的臺面結(jié)構(gòu)的材料的外延層的工序；在所述外延層上形成掩模材料的工序；將所述掩模材料圖案化，以使要成為所述臺面結(jié)構(gòu)的部分的正上方及延伸至距離要成 為所述臺面結(jié)構(gòu)的角部的部分規(guī)定距離的部分的區(qū)域即延伸臺區(qū)域的正上方的所述掩模 材料殘留的工序；以及在所述圖案化工序之后，利用能夠蝕刻所述外延層的蝕刻藥液對所述外延層進行濕蝕 刻的工序，在所述濕蝕刻工序中在所述延伸臺區(qū)域的所述外延層消失之前結(jié)束濕蝕刻。
5.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體光元件的制造方法，其特征在于在所述濕蝕刻工序中 從成為所述臺面結(jié)構(gòu)的角部的部分延伸的所述外延層的寬度為15 μ m以下。
6.如權(quán)利要求4或5所述的半導(dǎo)體光元件的制造方法，其特征在于在所述圖案化工序中以使形成通道外側(cè)臺的區(qū)域正上方的所述掩模材料也殘留的方 式對所述掩模材料進行圖案化，所述圖案化工序后的所述延伸臺區(qū)域的正上方的掩模材料為條形狀，所述延伸臺區(qū)域 的正上方的掩模材料連接要成為所述臺面結(jié)構(gòu)的部分的正上方的掩模材料和形成所述通 道外側(cè)臺的區(qū)域正上方的所述掩模材料。
全文摘要
本發(fā)明提供在進行濕蝕刻并形成臺面結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體光元件及其制造方法中能夠避免在臺面結(jié)構(gòu)的角部發(fā)生異常蝕刻的情況的半導(dǎo)體光元件及其制造方法。一種半導(dǎo)體光元件，經(jīng)濕蝕刻而形成了臺面結(jié)構(gòu)，其特征在于包括脊型或高臺型的該臺面結(jié)構(gòu)，形成在半導(dǎo)體襯底上；以及延伸臺，形成在該半導(dǎo)體襯底上，且該延伸臺的材料與連接于該臺面結(jié)構(gòu)的角部的該臺面結(jié)構(gòu)的材料相同。
文檔編號G02B6/26GK101872036SQ201010159579
公開日2010年10月27日 申請日期2010年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月27日
發(fā)明者大和屋武, 森田佳道, 綿谷力 申請人:三菱電機株式會社