专利名称：半导体光元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及具有脊(ridge)型或高台(high mesa)型的台面结构的半导体光元件及其制造方法。
背景技术：
一般，半导体光元件使用脊型或高台型的光波导。脊型的光波导中将顶部包层蚀 刻成台面条状而进行水平方向的光封闭。又，由于脊型的光波导中不蚀刻芯层而能够降低 缺陷水平。另一方面，高台型的光波导具有不仅将顶部包层蚀刻为台面条状而且将芯层及 底部包层也蚀刻为台面条状的结构。高台型的水平方向的光封闭效果较大，所以在应用于 半导体光元件时，具有能够降低电容量等的特征。这种具有脊型的波导的半导体光元件和具有高台型的波导的半导体光元件都具 有台面结构，该台面结构是利用湿蚀刻来形成的。利用湿蚀刻的优点主要有以下两方面。 第一，具有通过适当地选择蚀刻药液及要蚀刻的半导体层来能够在具有不同成分的层间停 止蚀刻的优点。第二，具有在蚀刻后能够形成具备具有特定面方位的面的台面结构的优点。 因而，如果使用湿蚀刻就能作成所希望的台面结构。例如，在 “S. Adachi et al. , Journal of The Electrochemical Society, vol. 129，no. 5，pp. 1053-1062(1982) ” 中有如下记载。即，在(001)面 n_InP 衬底上层叠 了 n-InP包层、不掺杂InGaAsP波导、p-InP包层的晶片形成SiO2掩模。其后若用HCl (盐 酸)H3PO4 (磷酸)=1 5混合液进行蚀刻，则p-InP包层被蚀刻，且在InGaAsP导波 层上面停止蚀刻。再者，该蚀刻后所形成的台面结构的侧面形状为在(100)面劈开时，相对 (001)面大致垂直，与之相对，在(-110)面劈开时成为相对(100)面倾斜35°的倾斜面。在湿蚀刻中例如这样形成台面结构。对于半导体光元件的其它制造方法公开于专 利文献1-4。专利文献1 日本特开2004-327904号公报专利文献2 日本特开2001-189523号公报专利文献3 日本特开2004-071701号公报专利文献4 日本特开2002-198514号公报非专利文献 1 :S. Adachi et al. , Journal of The Electrochemical Society, vol. 129，no. 5，pp.1053-1062(1982)
发明内容
如上述那样使用湿蚀刻的情况下，能够在所希望的面方位停止蚀刻并形成台面结 构。可是，当所要形成的台面结构为具有角部的结构时，存在该角部中发生异常蚀刻而无法 形成所希望的台面结构的问题。角部指的是例如台面结构的2个侧面以呈90°角度地相交的部分。作为异常蚀刻 的具体例，就在(001)面n-InP衬底上依次层叠了 n_InP包层、InGaAsP波导、p-InP包层的晶片形成SiO2掩模，其后用HCl H3PO4 = 1 5混合液蚀刻P-InP包层的脊型多模干涉 (MMI)光耦合器进行说明。在脊型MMI光耦合器中，输入侧及输出侧波导连接于长方形的台面结构。长方形 的台面结构中当长边与InP衬底的(-110)面平行、短边与InP衬底的(110)面平行时，长 边形成与(001)面大致垂直的面(垂直面)，短边形成相对(001)面倾斜35°的面(35° 面)。由此，在上述的长边和短边相交的“角部”中在垂直面和35°面上蚀刻不会停止，而 进一步进行蚀刻。将这样在台面结构的角部进行蚀刻的情形称为异常蚀刻。台面结构的角部被异常蚀刻的结果，台面结构没有按设计的那样形成而存在不是 所要目标的半导体光元件的元件特性的问题。本发明为了解决上述课题而构思，提供在进行湿蚀刻并形成台面结构的半导体光 元件及其制造方法中能够避免在台面结构的角部发生异常蚀刻的情况的半导体光元件及 其制造方法。本发明的半导体光元件是经湿蚀刻而形成了台面结构的半导体光元件，其特征在于包括脊型或高台型的该台面结构，形成在半导体衬底上；以及延伸台，形成在该半导体 衬底上，且该延伸台的材料与连接于该台面结构的角部的该台面结构的材料相同。本发明的半导体光元件的制造方法包括在基底层上形成成为半导体光元件的台 面的材料的外延层的工序；在该外延层上形成掩模材料的工序；将该掩模材料图案化，以 使要成为该台面结构的部分的正上方及延伸至距离要成为该台面结构的角部的部分规定 距离的部分的区域即延伸台区域的正上方的该掩模材料残留的工序；以及在该图案化工序 之后，利用能够蚀刻该外延层的蚀刻药液对该外延层进行湿蚀刻的工序。其特征在于在该 湿蚀刻工序中在该延伸台区域的该外延层消失之前结束湿蚀刻。通过本发明能够无负面影响地利用湿蚀刻形成台面结构。
图1是实施方式1的半导体光元件的平面图。图2是图1的A-A剖视图。图3是图1的B-B剖视图。图4是图1的C-C剖视图。图5是说明半导体光元件的制造方法的流程图。图6是说明形成掩模材料的工序之后的半导体光元件的剖面的图。图7是对掩模材料的图案化进行说明的平面图。图8是说明课题的图。图9是说明实施方式1的构成的变形例的图。图10是实施方式2的半导体光元件的平面图。图11是图10的D-D剖视图。
具体实施例方式实施方式1参照图1至图9，说明本实施方式。此外，有时对于相同的材料或相同、对应的构成要素赋予相同的符号，省略其重复说明。对于其它实施方式也同样。
本实施方 式涉及MMI光耦合器10。图1是本实施方式的MMI光耦合器10的平面 图。此外，图2是图1中的A-A剖视图，图3是图1中的B-B剖视图，图4是图1中的C-C剖 视图。如图2至图4所示，本实施方式的匪I光耦合器10形成在表面为(001)面的η型InP 衬底11。在η型InP衬底11上形成有0.5 ym膜厚的η型InP包层12。在η型InP包层 12上以0. 4 μ m的膜厚形成发光波长为1. 3 μ m的不掺杂InGaAsP层13。在不掺杂InGaAsP 层13上以3. 2 μ m的膜厚形成ρ型InP包层14。图1中的用阴影线表示的部分是形成有上述ρ型InP包层14的区域。另一方面， 图1中的阴影线部以外的部分是P型InP包层14被湿蚀刻而呈现不掺杂InGaAsP层13的 部分。即，图1中用阴影线表示的部分是以台状突起的部分。上述阴影线部按用途功能分 类为MMI光耦合器的长方形台面结构15、输入侧波导16、输出侧波导17及延伸台18。在长方形台面结构15中长边为与η型InP衬底11的(-110)面平行的方向，且 短边为与InP衬底的(110)面平行的方向。长方形台面结构15的长边为55 μ m且短边为 6.5μπι。输入侧波导16、输出侧波导17的宽度均为2 μ m。延伸台18具有与长方形台面结 构15的4个角部连接的条(stripe)形状。延伸台18从长方形台面结构15的角部延伸的 长度(图1中用L来表示)为30μπι。如图2所示，长方形台面结构15的长边垂直方向的侧面相对η型InP衬底11的法 线倾斜2° 5°。即长方形台面结构15的长边垂直方向的侧面相对(001)面大致垂直。在图3中示出长方形台面结构15的短边垂直方向的侧面相对(001)面倾斜35° 的情况。在图4中示出延伸台18宽度方向的剖面。在该图中，延伸台18的上面的宽度为 1. 5 μ m，下面(底面)的宽度为7. 2 μ m。接着参照图5至图7，说明本实施方式的匪I光耦合器的制造方法。图5是说明该 制造方法的流程图。按照该流程图进行说明。首先，在步骤20中，通过外延晶体生长来在η 型InP衬底11上依次形成η型InP包层12、不掺杂InGaAsP层13及ρ型InP包层14。接 着，在步骤22中在外延层即ρ型InP包层14上形成掩模材料。在剖视图即图6中记载有 掩模材料28。在本实施方式中掩模材料28为Si02。如果步骤22结束就向步骤24的处理进入。在步骤24中图案化掩模材料28。以 能形成图1中的MMI光耦合器的长方形台面结构15、输入侧波导16、输出侧波导17及延伸 台18且以在它们的正上方残留掩模材料28的方式进行该图案化。即，图案化后的掩模材料 28具有平面图即图7所示的图案。在图7中示出掩模材料28被图案化成使要成为延伸台 的部分的正上方的掩模材料28的长度(用Lm表示)长于图1中的延伸台18的长度(L)。如果步骤24结束，就向步骤26的处理进入。在步骤26中没有被掩模材料28覆 盖的部分的P型InP包层14通过湿蚀刻而被除去。该湿蚀刻中作为蚀刻药液使用20°C的 HCl H3PO4 = 1 5混合液，进行6分钟的蚀刻。上述蚀刻药液对于InGaAsP层13的蚀刻 速率极小，因而该湿蚀刻是在P型InP包层14和InGaAsP层13的边界被输入停止的选择 性湿蚀刻。通过该湿蚀刻，作成具有图1所示的长方形台面结构15及延伸台18的MMI光 華禹合器。在此，与延伸台18对应的部分的掩模材料28以比图1中的长度L长的长度Lm形成，因此按照该图案化那样蚀刻P型InP包层14，Lm就会与L 一致。但是，在延伸台的“角部”会发生上述异常蚀刻，因此延伸台的长度会因湿蚀刻而变短。又，本实施方式的湿蚀刻 在要成为延伸台的部分的角部被异常蚀刻，且在延伸台18成为长度L的时刻结束湿蚀刻。 因而长方形台面结构15的角部是用延伸台来保护的，因此能够避免在如图8所示的长方形 台面结构100的角部106发生异常蚀刻而该部分倒退的情况。因而，能够按设计的那样形 成长方形台面结构15并达到目标的半导体光元件(MMI光耦合器)的元件特性。此外也获 得提高成品率等的效果。然而，MMI光耦合器进行光的合成或分波，因此成为台面的分量的设计是考虑元件 特性而定的。可是如果台面结构的角部被异常蚀刻，则台面结构的尺寸就不会与设计数据 相一致，无法发挥所希望的元件特性(合波、分波)。于是如本实施方式那样通过形成延伸 台能够使台面结构与设计数据相一致，能够得到所希望的元件特性。如果考虑这种特征，只 要台面结构的角部通过湿蚀刻而能够倒退就能得到本发明的效果，因此半导体光元件并不 限定于MMI光耦合器。如上所述，本实施方式的构成为延伸台18在湿蚀刻后也残留的结构。再者，延伸 台18连接至长方形台面结构15的角部，因此认为长方形台面结构15内的光会泄漏到延伸 台18。即，担心延伸台的宽度较大时会发生光的过损耗。于是，在本实施方式中优选使图1 中用d表示的延伸台18的宽度在15 μ m以下，抑制该过损耗。在本实施方式中采用具备脊型波导的构成，但是只要用湿蚀刻形成具有角部的台 面结构就能享受本发明的效果，因此并不局限于脊型，可为例如具有高台型的波导的构成。在本实施方式中延伸台18为条状，但并不局限于此。即延伸台的形状只要能连接 至台面结构的角部而使该角部免受异常蚀刻的影响，就没有特别的限定。因而也可以具备 例如图9所示那样正方形的延伸台30。这时，若将长方形台15的角部和延伸台30的连接 部分的长度dl、d2均为(在掩模尺寸中)1.5μ左右，则能够抑制上述光的过损耗，在这方 面是优选的。再者，图9的Li、L2均为30 μ m。在本实施方式中长方形台面结构15为长方形，但鉴于本发明的宗旨，未必为长方 形，重要的是具有角部，因此对该形状没有限定。在本实施方式中使用HCl H3PO4 = 1 5混合液作为蚀刻药液，但并不限定于此。 作为湿蚀刻中使用的药液，如果能蚀刻要形成台面结构的层就能得到本发明的效果。此外， 从“抑制异常蚀刻”的观点来看具有与基底层的选择性的情况也不是必需的。实施方式2参照图10、图11，说明本实施方式。图10为平面图，图11为图10的D-D剖视图。 本实施方式的特征在于延伸台18形成为条状，且延伸台18的一端连接至长方形台面结构 15的角部，并且延伸台18的另一端连接至配置成与长方形台面结构15 —起形成通道41的 通道外侧台40。通道41的宽度(图10中用Lc表示)为20μπι左右，但并没有特别的限定。本实施方式的MMI光耦合器42的制造方法大致与实施方式1相同。但是，在将掩 模材料图案化的工序中图案化成也残留用于形成通道外侧台40的掩模材料。因而，要形成 延伸台18的区域即延伸台区域的正上方的掩模材料连接要成为长方形台面结构15的部分 的正上方的掩模材料和形成通道外侧台40的区域正上方的掩模材料。
如此通过进行与实施方式1相当的湿蚀刻来得到实施方式1中记载的效果。而且 依据本实施方式的构成，由于在延伸台没有角部，在延伸台不会发生异常蚀刻。因而，无需 像实施方式1那样使延伸台的长度取较长的值，因此能够提高延伸台的长度的自由度。
而且，关于本实施方式的功率模块，也至少可以进行与实施方式1相当的变形。符号说明15长方形台面结构；18延伸台；28掩模材料；40通道外侧台。
权利要求
一种半导体光元件，经湿蚀刻而形成台面结构，其特征在于包括脊型或高台型的所述台面结构，形成在半导体衬底上；以及延伸台，形成在所述半导体衬底上，且该延伸台的材料与连接于所述台面结构的角部的所述台面结构的材料相同。
2.如权利要求1所述的半导体光元件，其特征在于所述延伸台与所述台面结构连接 的部分的宽度为15 μ m以下。
3.如权利要求1或2所述的半导体光元件，其特征在于所述延伸台形成为条状，所述延伸台的一端连接至所述台面结构的角部，所述延伸台的另一端连接至配置成与所述台面结构一起形成通道的通道外侧台，所述延伸台的材料与所述台面结构和所述通道外侧台的材料相同。
4.一种半导体光元件的制造方法，其特征在于包括在基底层上形成成为半导体光元件的台面结构的材料的外延层的工序；在所述外延层上形成掩模材料的工序；将所述掩模材料图案化，以使要成为所述台面结构的部分的正上方及延伸至距离要成 为所述台面结构的角部的部分规定距离的部分的区域即延伸台区域的正上方的所述掩模 材料残留的工序；以及在所述图案化工序之后，利用能够蚀刻所述外延层的蚀刻药液对所述外延层进行湿蚀 刻的工序，在所述湿蚀刻工序中在所述延伸台区域的所述外延层消失之前结束湿蚀刻。
5.如权利要求4所述的半导体光元件的制造方法，其特征在于在所述湿蚀刻工序中 从成为所述台面结构的角部的部分延伸的所述外延层的宽度为15 μ m以下。
6.如权利要求4或5所述的半导体光元件的制造方法，其特征在于在所述图案化工序中以使形成通道外侧台的区域正上方的所述掩模材料也残留的方 式对所述掩模材料进行图案化，所述图案化工序后的所述延伸台区域的正上方的掩模材料为条形状，所述延伸台区域 的正上方的掩模材料连接要成为所述台面结构的部分的正上方的掩模材料和形成所述通 道外侧台的区域正上方的所述掩模材料。
全文摘要
本发明提供在进行湿蚀刻并形成台面结构的半导体光元件及其制造方法中能够避免在台面结构的角部发生异常蚀刻的情况的半导体光元件及其制造方法。一种半导体光元件，经湿蚀刻而形成了台面结构，其特征在于包括脊型或高台型的该台面结构，形成在半导体衬底上；以及延伸台，形成在该半导体衬底上，且该延伸台的材料与连接于该台面结构的角部的该台面结构的材料相同。
文档编号G02B6/26GK101872036SQ201010159579
公开日2010年10月27日 申请日期2010年3月25日 优先权日2009年4月27日
发明者大和屋武, 森田佳道, 绵谷力 申请人:三菱电机株式会社