(57)【要約】【課題】半導体光素子の発光・受光部のリッジ高さが高く、リッジトップ幅も狭い場合、リッジトップ部にのみ絶縁膜の開口を設けることは難しく、メサ側面に開口が空いてしまい、メサ側面の半導体と電極金属が接触し、電流リークなどの不具合が生じていた。また、エッチング深さが深くなると、リッジトップ幅がサイドエッチングにより狭くなり、電極コンタクト面積が小さくなり、素子抵抗が増大するという問題がある。【解決手段】複数種類の絶縁膜でリッジ側面を覆い、リッジトップ部のみに絶縁膜の開口を設けることで電流リークや信頼性の低下を防ぐことができる。また、リッジトップ幅を広く出来るため、コンタクト抵抗、素子抵抗を小さくすることが可能となる。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リッジを有する半導体光素子であって、
前記リッジがその側面に段差を有し、該段差より上のリッジ側面に第一の絶縁膜が形成され、前記第一の絶縁膜と一部重なるようにリッジの側面を第二の絶縁膜が形成されていることを特徴とする半導体光素子。
【請求項２】
前記第二の絶縁膜は前記第一の絶縁膜よりエッチング選択比が大きい材料からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体光素子。
【請求項３】
前記第一の絶縁膜と前記第二の絶縁膜の、ウェットエッチングのエッチングレートが異なることを特徴とする請求項１に記載の半導体光素子。
【請求項４】
前記第一の絶縁膜と前記第二の絶縁膜の、ドライエッチングのエッチングレートが異なることを特徴とする請求項１に記載の半導体光素子。
【請求項５】
前記第一の絶縁膜と前記第二の絶縁膜がそれぞれシリコン酸化膜とシリコン窒化膜あるいはそれぞれシリコン窒化膜とシリコン酸化膜であるであることを特徴とする請求項１に記載の半導体光素子。
【請求項６】
リッジの高さが１．５μｍ以上５μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体光素子。
【請求項７】
リッジトップの幅が０．５μｍ以上１．２μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体光素子。
【請求項８】
リッジを有する半導体光素子の製造方法であって、
リッジとなるメサの、所望の深さの途中までエッチングする第一のエッチング工程と、
前記第一のエッチング工程の後、メサ側面を第一の絶縁膜で覆う第一絶縁膜形成工程と、
前記第一絶縁膜形成工程の後、所望のメサ深さにまで追加でエッチングする第二のエッチング工程と、
前記第二のエッチング工程の後、新たに生じたメサ側面を第二の絶縁膜で覆う第ニ絶縁膜形成工程と有する半導体光素子の製造方法。
【請求項９】
前記第二のエッチング工程で、絶縁膜マスクを用い、前記絶縁膜マスクのエッチングレートが前記第一の絶縁膜のエッチングレートより大きいことを特徴とする請求項８に記載の半導体光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第一のエッチング工程で金属のエッチングマスクを用い、前記エッチングマスクをコンタクト電極とすることを特徴とする請求項８に記載の半導体光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記第二のエッチング工程で金属のエッチングマスクを用い、前記エッチングマスクをコンタクト電極とすることを特徴とする請求項８に記載の半導体光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記第二の絶縁膜のエッチングレートが前記第一の絶縁膜のエッチングレートより大きいことを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の半導体光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体光素子およびその製造方法に関するもので、より詳細にはリッジ導波路を有する半導体光素子およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムあるいは情報処理システムにおいて用いるリッジ型半導体レーザや導波路型受光素子、半導体光増幅器などの半導体光素子は、フォトリソグラフィー法を用いて、光導波路となるリッジ部が形成される。この際、リッジ部が基板に対して略垂直となるようにすることによって、デバイスの抵抗を増加させることなしにリッジ幅を狭くすることが可能となる。これにより、高出力レーザなどでは、横モードが抑制されてキンクレベルが向上するという効果が得られる。このような半導体光素子として特開２００６−２９５０７２に記載のものがある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２９５０７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、発光・受光部のリッジ高さが１μｍ以上と高く、リッジトップ幅も１μｍ以下と狭い場合、リッジトップ部にのみ絶縁膜の開口を設けることは写真製版の技術が難しく、メサ側面にも開口が空いてしまい、メサトップにコンタクト電極を形成した場合、メサ側面の半導体と金属が接触し、電流リークが金属の沈み込みによる信頼性への悪影響などの不具合が生じていた。また、エッチング深さが深くなると、リッジトップ幅がサイドエッチングにより狭くなり、電極コンタクト面積が小さくなり、素子抵抗が増大するという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題を解消するためになされたもので、エッチングレートの異なる複数種類の絶縁膜でリッジ側面を覆い、リッジトップ部のみに絶縁膜の開口を設けることで電流リークや信頼性の低下を防ぐことができ、またコンタクト抵抗、素子抵抗が小さい半導体光素子およびその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る半導体光素子は、リッジを有する半導体光素子であって、前記リッジがその側面に段差を有し、該段差より上のリッジ側面に第一の絶縁膜が形成され、前記第一の絶縁膜と一部重なるようにリッジの側面を第二の絶縁膜が形成され、前記第一の絶縁膜と前記第二の絶縁膜のエッチングレートが異なることを特徴とする半導体光素子である。
【０００７】
また、この発明に係る半導体光素子の製造方法は、リッジを有する半導体光素子の製造方法であって、リッジとなるメサの、所望の深さの途中までエッチングする第一のエッチング工程と、前記第一のエッチング工程の後、メサ側面を第一の絶縁膜で覆う第一絶縁膜形成工程と、前記第一絶縁膜形成工程の後、所望のメサ深さにまで追加でエッチングする第二のエッチング工程と、前記第二のエッチング工程の後、新たに生じたメサ側面を前記第一の絶縁膜とはエッチングレートが異なる第二の絶縁膜で覆う第ニ絶縁膜形成工程と有する半導体光素子の製造方法である。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る半導体光素子およびその製造方法は上記のように構成され、リッジトップ部のみに絶縁膜の開口を設けることができ、メサ側面の半導体と金属が接触しないので、電流リークや金属の沈み込みによる信頼性の影響などの不具合が生じない。また、リッジトップ幅を広く出来るため、コンタクト抵抗、素子抵抗が小さい半導体光素子およびその製造方法を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態に係る半導体光素子を示す概略斜視図である。また、図２ないし図４は本発明の実施の形態に係る半導体光素子の製造工程を示す概略図である。本実施の形態では、半導体レーザ装置を例に本発明を説明する。なお、以下に説明する各実施の形態で用いられる説明図において、同一または相当部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００１０】
図１を参照して、本実施の形態の半導体レーザ装置は、第一導電性ＩｎＰ基板１０１上に第一導電性ＩｎＰクラッド層１０３を有し、その上にＩｎＧａＡｓＰ活性層が形成され、さらにその上にリッジが形成された第二ＩｎＰクラッド層１０７が形成されている。リッジの上部にＩｎＧａＡｓからなる第二導電性コンタクト層１０９が形成され、その上にＴｉ／Ａｕからなるコンタクト用電極１１１が形成されている。リッジ側面は、リッジの途中まで第二の絶縁膜１１３で覆われ、この第二の絶縁膜１１３に一部重なるように第四の絶縁膜１１５が形成されている。
図２（ａ）を参照して、第一導電性ＩｎＰ基板１０１に第一導電性ＩｎＰクラッド層１０３、活性層１０５、第二導電性ＩｎＰクラッド層１０７、第二導電性コンタクト層１０９を全面に成長する。
【００１１】
次に、図２（ｂ）を参照して、シリコン酸化膜からなる第一の絶縁膜１１７でマスクしてウエットエッチングあるいはドライエッチングで第一のエッチング工程を行い、所望のエッチング深さより浅く、リッジ状のストライプを形成する。本発明は、リッジの高さが高い場合に効果的であるが、リッジ高さが１．５μｍ以上で特に効果を有する。また、リッジの高さが高くなると電極と活性層の距離が長くなるが、リッジの高さが５μｍくらいまでであれば特性上問題はない。本発明がさらに効果を有するにはリッジの高さが２．５μｍ以上、４μｍ以下が望ましい。
【００１２】
次に、図２（ｃ）を参照して、第一の絶縁膜１１７を除去した後、シリコン酸化膜からなる第二の絶縁膜１１３を全面に形成し、リッジトップに開口を形成し、リッジ側面のみ残して、リッジ底面部分の第二の絶縁膜１１３を除去する。このとき、リッジ高さが低いため、リッジの側面が絶縁膜でカバーしきれていない状態の、いわゆるリッジトップ開口の肩落ちというものが発生しない。特に第一のエッチング工程でのエッチング深さを、０．３μｍ以上、１μｍ以下にすると、安定してリッジトップの絶縁膜の開口を形成することができる。
【００１３】
次に、図３（ａ）を参照して、リッジトップにのみシリコン窒化膜からなる第三の絶縁膜１１９を形成し、リッジトップの第二の絶縁膜１１３の開口をカバーする。
【００１４】
次に図３（ｂ）を参照して、ウエットエッチングあるいはドライエッチングを用いて、所望のエッチング深さになるように追加で行うエッチングである第二のエッチング工程を行い、リッジ状のストライプを形成する。このときリッジトップの側面は第二の絶縁膜１１３でカバーされているので、エッチングプロセス中のリッジトップのサイドエッチングが抑えられる。従来の方法では、このサイドエッチングのためにエッチングプロセス中にリッジトップの幅が狭くなる問題があったが、本発明では、第二のエッチング工程中に、この時点でのリッジトップの幅を維持することができる。リッジトップの幅の減少を抑えることができるので、その分のコンタクト面積を広く取ることが可能となる。また、リッジトップの幅の減少を抑えることができるので、リッジトップの幅が狭い構造を形成することも可能となる。特にリッジトップ幅が１．２μｍ以下の構造を形成する場合に本発明は効果的である。また、リッジトップ幅が狭い場合には、絶縁膜の開口の肩落ちが発生しやすくなるので、リッジトップ幅０．５μｍ以上が適当である。
【００１５】
次に図３（ｃ）を参照して、第三の絶縁膜１１９を選択的に除去する。このとき、第三の絶縁膜１１９のエッチングレートが、第二の絶縁膜１１３のエッチングレートより大きければ、確実に第二の絶縁膜１１３を残し、選択的に第三の絶縁膜１１９を除去することができる。本実施の形態では、エッチャントにＣＦ４系のガスを用いたドライエッチングを行った。
【００１６】
次に図４（ａ）を参照して、全面にシリコン酸化膜からなる第四の絶縁膜１１５を形成し、写真製版工程を用いて、電極コンタクト部分において開口を形成する。このとき、リッジトップの部分は全面に開口が形成され、リッジ側面で第二の絶縁膜１１３の上側で、第四の絶縁膜１１５の開口が形成される状態でよい。すなわち、第二の絶縁膜１１３と第四の絶縁膜１１５が重なっていればよい。このとき、第二の絶縁膜１１３と第四の絶縁膜１１５のエッチングレートが異なり、第四の絶縁膜１１５をエッチングする過程で第二の絶縁膜１１３がエッチングされなければ、より確実にリッジ側面に絶縁膜を残すことができる。例えば、このときのエッチャントにＣＦ４系のガスを用いてドライエッチングすると、第四の絶縁膜１１５は第二の絶縁膜１１３よりエッチング選択比が大きいので、リッジ側面に絶縁膜を安定して残すことができる。
【００１７】
次に図４（ｂ）を参照して、Ｔｉ／Ａｕからなるコンタクト用電極１１１を形成する。その後、基板を研磨により１００μｍ程度に薄くして、裏面にＡｕ／Ｇｅからなる裏面電極（図示せず）を形成する。
【００１８】
本実施の形態では、リッジ側面を第二の絶縁膜１１３及び第四の絶縁膜１１５で覆うため、リッジ側面でコンタクト用電極１１１が直接半導体に接触せず、電流リークや金属の沈み込みによる信頼性の低下を防ぐことができる。
【００１９】
また、リッジトップを第二の絶縁膜１１３でカバーして追加エッチングを行うため、リッジトップのサイドエッチングが少なく抑えられ、リッジトップ幅を広くできるため、コンタクト抵抗及び素子抵抗を小さくすることができる。
【００２０】
本実施の形態では、第二の絶縁膜１１３にシリコン酸化膜を用い、第三の絶縁膜１１９および第四の絶縁膜１１５にシリコン窒化膜を用いて、第三の絶縁膜１１９および第四の絶縁膜１１５をエッチングする際に、エッチャントにＣＦ４系のガスを用いたドライエッチングを行ったが、第二の絶縁膜１１３にシリコン窒化膜を用い、第三の絶縁膜１１９および第四の絶縁膜１１５にシリコン酸化膜を用いてもよい。その場合には第三の絶縁膜１１９および第四の絶縁膜１１５のエッチングには、バッファドフッ酸（ＢＨＦ）をエッチャントとしたウエットエッチングが適している。
【００２１】
実施の形態２．
実施の形態１では、リッジの側面に二種類の絶縁膜を用いた。これに対し、本実施の形態では、リッジ側面の絶縁膜形成の前に金属のエッチングマスクを用い、そのまま除去せずコンタクト電極とし、さらに二種類の絶縁膜をリッジの側面に形成するものである。その他の構造は実施の形態１と同様である。
図５は本発明の実施の形態２に係る半導体光素子を示す概略斜視図である。図６ないし図７は本発明の実施の形態２に係る半導体光素子の製造工程を示す概略図である。
【００２２】
図６（ａ）を参照して、第一導電性ＩｎＰ基板１０１に第一導電性ＩｎＰクラッド層１０３、活性層１０５、第二導電性ＩｎＰクラッド層１０７、第二導電性コンタクト層１０９を全面に成長する。
【００２３】
次に、図６（ｂ）を参照して、第一のコンタクト用電極２０１でマスクしてウエットエッチングあるいはドライエッチングを行い、所望のエッチング深さより浅く、リッジ状のストライプを形成する。
【００２４】
次に、図６（ｃ）を参照して、第二の絶縁膜１１３を全面に形成し、リッジトップに開口を形成し、リッジ側面のみ残して、リッジ底面部分の第二の絶縁膜１１３を除去する。このとき、リッジ高さが低いため、リッジトップ開口に肩落ちは発生しない。
【００２５】
次に図７（ａ）を参照して、ウエットエッチングあるいはドライエッチングを用い、所望のエッチング深さになるように第二のエッチング工程を行い、リッジ状のストライプを形成する。このときリッジトップの側面は第二の絶縁膜１１３でカバーされているので、エッチングプロセス中のリッジトップのサイドエッチングが抑えられる。そのため、リッジトップ幅の減少を抑えることができる。
【００２６】
次に図７（ｂ）を参照して、全面に第四の絶縁膜１１５を形成し、電極コンタクト部分において開口を形成する。このとき、リッジトップの部分は全面に開口が形成され、リッジ側面では第二の絶縁膜１１３の上側の部分に第四の絶縁膜１１５の開口が形成される状態でよい。すなわち、第二の絶縁膜１１３と第四の絶縁膜１１５が重なっていればよい。このとき、第二の絶縁膜１１３と第四の絶縁膜１１５のエッチングレートが異なり、第四の絶縁膜１１５をエッチングする過程で第二の絶縁膜１１３がエッチングされなければ、より確実にリッジ側面に絶縁膜を残すことができる。
【００２７】
次に図７（ｃ）を参照して、コンタクト用電極１１１を形成する。その後、基板を研磨により１００μｍ程度に薄くして、裏面に裏面電極（図示せず）を形成する。
【００２８】
本実施の形態では、リッジ側面を第二の絶縁膜１１３及び第四の絶縁膜１１５で覆うため、リッジ側面でコンタクト用電極１１１が直接半導体に接触せず、電流リークや金属の沈み込みによる信頼性の低下を防ぐことができる。
【００２９】
また、リッジトップを第二の絶縁膜１１３でカバーして追加エッチングを行うため、リッジトップのサイドエッチングが少なく抑えられ、リッジトップ幅を広くできるため、コンタクト抵抗及び素子抵抗を小さくすることができる。
【００３０】
また、本実施の形態では、リッジトップを第二の絶縁膜１１３で覆って開口を形成する前に第一のコンタクト用電極２０１を形成するので、コンタクト層と電極とのコンタクト面積を大きくすることが可能となり、コンタクト抵抗及び素子抵抗をさらに小さくすることができる。
【００３１】
さらに、本実施の形態では、リッジトップの第一のコンタクト用電極２０１とさらにその上に形成するコンタクト用電極１１１の２種類の電極を用いるので、それぞれの電極の材料や形状を変えることによって加工性および加工精度上げることが可能となる。
【００３２】
実施の形態３．
本実施の形態は、二種類の絶縁膜を用いて、リッジ側面の絶縁膜を形成する途中で金属のエッチングマスクを用い、そのまま除去せずコンタクト電極とするものである。その他の構造は実施の形態１と同様である。
図８は本発明の実施の形態３に係る半導体光素子を示す概略斜視図である。図９ないし図１１は本発明の実施の形態３に係る半導体光素子の製造工程を示す概略図である。
【００３３】
図９（ａ）を参照して、第一導電性ＩｎＰ基板１０１に第一導電性ＩｎＰクラッド層１０３、活性層１０５、第二導電性ＩｎＰクラッド層１０７、第二導電性コンタクト層１０９を全面に成長する。
【００３４】
次に、図９（ｂ）を参照して、第一の絶縁膜１１７でマスクしてウエットエッチングあるいはドライエッチングを行い、所望のエッチング深さより浅く、リッジ状のストライプを形成する。
【００３５】
次に、図９（ｃ）を参照して、第一の絶縁膜１１７を除去した後、第二の絶縁膜１１３を全面に形成し、リッジトップに開口を形成し、リッジ側面のみ残して、リッジ底面部分の第二の絶縁膜１１３を除去する。このとき、リッジ高さが低いため、リッジトップ開口に肩落ちは発生しない。
【００３６】
次に、図１０（ａ）を参照して、リッジトップにのみ第一のコンタクト電極３０１を形成し、リッジトップの第二の絶縁膜１１３の開口をカバーする。
【００３７】
次に図１０（ｂ）を参照して、第一のコンタクト電極３０１および第二の絶縁膜１１３をマスクとして、ウエットエッチングあるいはドライエッチングを用いて、所望のエッチング深さになるように第二のエッチング工程を行い、リッジ状のストライプを形成する。このときリッジトップの側面は第二の絶縁膜１１３でカバーされているので、エッチングプロセス中のリッジトップのサイドエッチングが抑えられる。そのため、リッジトップ幅減少を抑えることができる。
【００３８】
次に図１０（ｃ）を参照して、全面に第四の絶縁膜１１５を形成し、電極コンタクト部分において開口を形成する。このとき、リッジトップの部分は全面に開口が形成され、リッジ側面では第二の絶縁膜１１３の上側の部分に第四の絶縁膜１１５の開口が形成される状態でよい。すなわち、第二の絶縁膜１１３と第四の絶縁膜１１５が重なっていればよい。このとき、第二の絶縁膜１１３と第四の絶縁膜１１５のエッチングレートが異なり、第四の絶縁膜１１５をエッチングする過程で第二の絶縁膜１１３がエッチングされなければ、より確実にリッジ側面に絶縁膜を残すことができる。
【００３９】
次に図１１（ａ）を参照して、コンタクト用電極１１１を形成する。その後、基板を研磨により１００μｍ程度に薄くして、裏面に裏面電極（図示せず）を形成する。
【００４０】
本実施の形態では、リッジ側面を第二の絶縁膜１１３及び第四の絶縁膜１１５で覆うため、リッジ側面でコンタクト用電極１１１が直接半導体に接触せず、電流リークや金属の沈み込みによる信頼性の低下を防ぐことができる。
【００４１】
また、リッジトップを第二の絶縁膜１１３でカバーして追加エッチングを行うため、リッジトップのサイドエッチングが少なく抑えられ、リッジトップ幅を広くできるため、コンタクト抵抗及び素子抵抗を小さくすることができる。
【００４２】
また、本実施の形態では、リッジトップを第二の絶縁膜１１３でカバーして開口を形成した後に第一のコンタクト用電極３０１を形成するので、第一のエッチング工程で第一のコンタクト用電極をエッチングする必要がなく、その分だけのエッチング深さが浅くなる。また、第二の絶縁膜で第一のコンタクト用電極を覆う必要がないので、その分だけリッジを第二の絶縁膜で覆う際の段差が低くなる。そのため加工精度をさらに上げることができる。
【００４３】
なお、本発明は、ＩｎＰ系半導体レーザ装置を例に、レーザダイオードについて説明してきたが、それ以外にも導波路型受光素子、半導体光増幅器などの半導体光素子にも適応することができる。
【００４４】
また、図面および明細書では本発明の典型的な好ましい実施形態を開示しており、特定の用語を使用しているが、それらは一般的かつ記述的な意味合いでのみ使用しており、本明細書に記載の特許請求の範囲を限定することを目的とするものではないことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態における半導体光素子を示す概略斜視図
【図２】本発明の実施の形態における半導体光素子の製造工程を示す概略図
【図３】本発明の実施の形態における半導体光素子の製造工程を示す概略図
【図４】本発明の実施の形態における半導体光素子の製造工程を示す概略図
【図５】本発明の実施の形態２における半導体光素子を示す概略斜視図
【図６】本発明の実施の形態２における半導体光素子の製造工程を示す概略図
【図７】本発明の実施の形態２における半導体光素子の製造工程を示す概略図
【図８】本発明の実施の形態３における半導体光素子を示す概略斜視図
【図９】本発明の実施の形態３における半導体光素子の製造工程を示す概略図
【図１０】本発明の実施の形態３における半導体光素子の製造工程を示す概略図
【図１１】本発明の実施の形態３における半導体光素子の製造工程を示す概略図
【符号の説明】
【００４６】
１０１  ＩｎＰ基板
１０３  第一導電性ＩｎＰクラッド層
１０５  ＩｎＧａＡｓＰ活性層
１０７  第ニ導電性ＩｎＰクラッド層
１０９  第ニ導電性ＩｎＧａＡｓコンタクト層
１１１  コンタクト用電極
１１３  第二の絶縁膜
１１５  第四の絶縁膜
１１７  第一の絶縁膜
１１９  第三の絶縁膜
２０１、３０１  第一のコンタクト用電極
【図１】
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【図２】
2010067763.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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