(57)【要約】【課題】本発明は、ウェットエッチングを行いメサ構造を形成する半導体光素子とその製造方法において、メサ構造の角部で異常エッチングが起こることを回避できる半導体光素子とその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】ウェットエッチングによりメサ構造が形成された半導体光素子であって、半導体基板上に形成されたリッジ型またはハイメサ型の該メサ構造と、該半導体基板上に形成され、かつ、該メサ構造の角部に接続された該メサ構造と同一材料である延伸メサと、を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェットエッチングによりメサ構造が形成された半導体光素子であって、
半導体基板上に形成されたリッジ型またはハイメサ型の前記メサ構造と、
前記半導体基板上に形成され、かつ、前記メサ構造の角部に接続された前記メサ構造と同一材料である延伸メサとを有することを特徴とする半導体光素子。
【請求項２】
前記延伸メサが前記メサ構造と接続される部分の幅は１５μｍ以下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３】
前記延伸メサはストライプ状に形成され、
前記延伸メサの一端が前記メサ構造の角部に接続され、
前記延伸メサの他端は、前記メサ構造とともにチャネルを形成するように配置されたチャネル外側メサに接続され、
前記延伸メサと前記メサ構造と前記チャネル外側メサは同一材料であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体光素子。
【請求項４】
下地層上に半導体光素子のメサ構造の材料となるエピタキシャル層を形成する工程と、
前記エピタキシャル層上にマスク材料を形成する工程と、
前記メサ構造となるべき部分の直上、および、前記メサ構造の角部となるべき部分から所定距離離れた部分まで伸びる領域である延伸メサ領域の直上の前記マスク材料を残すように前記マスク材料をパターニングする工程と、
前記パターニングする工程のあと、前記エピタキシャル層をエッチングできるエッチング薬液を利用して前記エピタキシャル層をウェットエッチングする工程とを備え、
前記ウェットエッチングする工程では前記延伸メサ領域の前記エピタキシャル層が消失する前にウェットエッチを終了することを特徴とする半導体光素子の製造方法。
【請求項５】
前記ウェットエッチングする工程では前記メサ構造の角部となる部分から伸びる前記エピタキシャル層の幅は１５μｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載の半導体光素子の製造方法。
【請求項６】
前記パターニングする工程ではチャネル外側メサを形成する領域直上の前記マスク材料も残すように前記マスク材料がパターニングされ、
前記パターニングする工程後の前記延伸メサ領域の直上のマスク材料はストライプ形状であり、前記延伸メサ領域の直上のマスク材料は、前記メサ構造となるべき部分の直上のマスク材料と前記チャネル外側メサを形成する領域直上の前記マスク材料を接続することを特徴とする請求項４または５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】
本発明はリッジ型またはハイメサ型のメサ構造を有する半導体光素子とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体光素子はリッジ型またはハイメサ型の光導波路を用いる。リッジ型の光導波路は上部クラッド層をメサストライプ状にエッチングして水平方向の光閉じ込めを行うものである。そして、リッジ型はコア層をエッチングしないため欠陥準位を低減できる。一方、ハイメサ型の光導波路は上部クラッド層のみでなくコア層および下部クラッド層もメサストライプ状にエッチングした構造を有する。ハイメサ型は水平方向の光閉じ込め効果が大きいため、半導体光素子に適用した場合、電気キャパシタンスを低減できるなどの特徴をもつ。
【０００３】
このようにリッジ型の導波路を有する半導体光素子もハイメサ型の導波路を有する半導体光素子もメサ構造を有するが、このメサ構造はウェットエッチングを用いて形成される。ウェットエッチングを用いることによる利点は主に以下の２点である。第１に、エッチング薬液およびエッチングされるべき半導体層を適切に選択することにより異なる組成を持つ層間でエッチングを停止することができる利点がある。第２に、エッチング後に特定の面方位をもつ面を備えるメサ構造を形成することができる利点がある。よって、ウェットエッチングを用いれば所望のメサ構造の作成が可能となる。
【０００４】
たとえば、“S.Adachi et al.,Journal of The Electrochemical Society, vol.129, no.5, pp.1053-1062(1982)”には以下の記載がある。すなわち、（００１）面ｎ−ＩｎＰ基板上にｎ−ＩｎＰクラッド層、アンドープＩｎＧａＡｓＰ導波路、ｐ−ＩｎＰクラッド層を積層したウェハにＳｉＯ２マスクを形成する。その後ＨＣｌ（塩酸）：Ｈ３ＰＯ４（燐酸）＝１：５混合液でエッチングするとｐ−ＩｎＰクラッド層はエッチングされ、ＩｎＧａＡｓＰ導波層上面でエッチングが停止する。そして、このエッチング後に形成されるメサ構造の側面形状は（１００）面で劈開した場合は（００１）面に対しほぼ垂直であるのに対し（−１１０）面で劈開すると（１００）面に対して３５°傾いた傾斜面となる。
ウェットエッチングではたとえばこのようにしてメサ構造を形成する。半導体光素子のほかの製造方法については特許文献１−４に開示がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３２７９０４号公報
【特許文献２】特開２００１−１８９５２３号公報
【特許文献３】特開２００４−０７１７０１号公報
【特許文献４】特開２００２−１９８５１４号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】S.Adachi et al.,Journal of The Electrochemical  Society, vol.129, no.5, pp.1053-1062(1982)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したようにウェットエッチングを用いれば、所望の面方位でエッチングがストップしメサ構造を形成することが出来る。ところが、形成しようとするメサ構造が角部を有する構造である場合には、当該角部において異常エッチングが起こり所望のメサ構造を形成できない問題があった。
【０００８】
角部とはたとえばメサ構造の２の側面が９０度の角度をなすようにして交わる部分をいう。異常エッチングの具体例として、（００１）面ｎ−ＩｎＰ基板上にｎ−ＩｎＰクラッド層、ＩｎＧａＡｓＰ導波路、ｐ−ＩｎＰクラッド層を順に積層したウェハにＳｉＯ２マスクを形成し、その後ＨＣｌ：Ｈ３ＰＯ４＝１：５混合液でｐ−ＩｎＰクラッド層をエッチングするリッジ型多モード干渉（ＭＭＩ）光カプラについて説明する。
【０００９】
リッジ型ＭＭＩ光カプラでは、長方形のメサ構造に入力側および出力側導波路が接続される。長方形のメサ構造は長辺がＩｎＰ基板の（−１１０）面と平行方向であり、短辺はＩｎＰ基板の（１１０）面と平行方向である場合、長辺は（００１）面とほぼ垂直な面（垂直面）が形成され、短辺は（００１）面に対し３５°傾斜した面（３５°面）が形成される。そして、前述の長辺と短辺が交わる「角部」では垂直面と３５°面でエッチングが停止せず、さらにエッチングが進行する。このようにメサ構造の角部でエッチングが進行することを異常エッチングと称する。
【００１０】
メサ構造の角部が異常エッチングされた結果、メサ構造が設計通りに形成されず半導体光素子の素子特性が狙い通りとならない問題があった。
【００１１】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ウェットエッチングを行いメサ構造を形成する半導体光素子とその製造方法において、メサ構造の角部で異常エッチングが起こることを回避できる半導体光素子とその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願の発明にかかる半導体光素子は、ウェットエッチングによりメサ構造が形成された半導体光素子であって、半導体基板上に形成されたリッジ型またはハイメサ型の該メサ構造と、該半導体基板上に形成され、かつ、該メサ構造の角部に接続された該メサ構造と同一材料である延伸メサとを有することを特徴とする。
【００１３】
本願の発明にかかる半導体光素子の製造方法は、下地層上に半導体光素子のメサ構造の材料となるエピタキシャル層を形成する工程と、該エピタキシャル層上にマスク材料を形成する工程と、該メサ構造となるべき部分の直上、および、該メサ構造の角部となるべき部分から所定距離離れた部分まで伸びる領域である延伸メサ領域の直上の該マスク材料を残すように該マスク材料をパターニングする工程と、該パターニングする工程のあと、該エピタキシャル層をエッチングできるエッチング薬液を利用して該エピタキシャル層をウェットエッチングする工程とを備える。そして該ウェットエッチングする工程では該延伸メサ領域の該エピタキシャル層が消失する前にウェットエッチを終了することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により弊害なくウェットエッチングによるメサ構造を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態１の半導体光素子の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図１のＣ−Ｃ断面図である。
【図５】半導体光素子の製造方法を説明するフローチャートである。
【図６】マスク材料を形成する工程のあとの半導体光素子の断面を説明する図である。
【図７】マスク材料のパターニングについて説明する平面図である。
【図８】課題を説明する図である。
【図９】実施形態１の構成の変形例を説明する図である。
【図１０】実施形態２の半導体光素子の平面図である。
【図１１】図１０のＤ−Ｄ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の形態１
本実施形態は図１−９を参照して説明する。なお、同一材料または同一、対応する構成要素には同一の符号を付して複数回の説明を省略する場合がある。他の実施形態についても同様である。
【００１７】
本実施形態はＭＭＩ光カプラ１０に関する。図１は本実施形態のＭＭＩ光カプラ１０の平面図である。また、図２は図１におけるＡ−Ａ断面図であり、図３は図１におけるＢ−Ｂ断面図であり、図４は図１におけるＣ−Ｃ断面図である。図２−４に示されるとおり、本実施形態のＭＭＩ光カプラ１０は表面が（００１）面であるｎ型ＩｎＰ基板１１に形成される。ｎ型ＩｎＰ基板１１上には０．５μｍの膜厚のｎ型ＩｎＰクラッド層１２が形成される。ｎ型ＩｎＰクラッド層１２上には０．４μｍの膜厚で発光波長が１．３μｍのアンドープＩｎＧａＡｓＰ層１３が形成される。アンドープＩｎＧａＡｓＰ層１３上には３．２μｍの膜厚でｐ型ＩｎＰクラッド層１４が形成される。
【００１８】
図１における斜線で示す部分は前述のｐ型ＩｎＰクラッド層１４が形成された領域である。一方図１における斜線部以外の部分はｐ型ＩｎＰクラッド層１４がウェットエッチングされてアンドープＩｎＧａＡｓＰ層１３があらわれた部分である。つまり、図１において斜線で示す部分はメサ状に突起した部分である。前述した斜線部は用途機能別に、ＭＭＩ光カプラの長方形メサ構造１５、入力側導波路１６、出力側導波路１７、延伸メサ１８に分類されている。
【００１９】
長方形メサ構造１５は長辺がｎ型ＩｎＰ基板１１の（−１１０）面と平行方向であり、短辺はＩｎＰ基板の（１１０）面と平行方向である。長方形メサ構造１５の長辺は５５μｍであり短辺は６．５μｍである。入力側導波路１６、出力側導波路１７の幅はともに２μｍである。延伸メサ１８は長方形メサ構造１５の４つの角部と接続されるストライプ形状を有している。延伸メサ１８が長方形メサ構造１５の角部から伸びる長さ（図１にＬで示す）は３０μｍである。
【００２０】
図２に示すとおり、長方形メサ構造１５の長辺垂直方向の側面はｎ型ＩｎＰ基板１１の法線に対し２〜５°傾斜している。すなわち長方形メサ構造１５の長辺垂直方向の側面は（００１）面に対しほぼ垂直である。
【００２１】
図３には、長方形メサ構造１５の短辺垂直方向の側面は（００１）面に対し３５°傾斜していることが示されている。
【００２２】
図４には延伸メサ１８幅方向の断面が示されている。この図において、延伸メサ１８の上面の幅は１．５μｍであり、下面（底面）の幅は７．２μｍである。
【００２３】
次に本実施形態のＭＭＩ光カプラの製造方法について図５−７を参照して説明する。図５は当該製造方法を説明するフローチャートである。このフローチャートに沿って説明を進める。まず、ステップ２０では、ｎ型ＩｎＰ基板１１上にｎ型ＩｎＰクラッド層１２、アンドープＩｎＧａＡｓＰ層１３、ｐ型ＩｎＰクラッド層１４がこの順にエピタキシャル結晶成長により形成される。次いで、ステップ２２ではエピタキシャル層であるｐ型ＩｎＰクラッド層１４上にマスク材料が形成される。断面図である図６にはマスク材料２８が記載されている。本実施形態ではマスク材料２８はＳｉＯ２である。
【００２４】
ステップ２２を終えるとステップ２４へと処理が進められる。ステップ２４ではマスク材料２８がパターニングされる。このパターニングは、図１におけるＭＭＩ光カプラの長方形メサ構造１５、入力側導波路１６、出力側導波路１７、延伸メサ１８を形成できるようにこれらの直上にマスク材料２８が残るように行われる。つまり、パターニング後のマスク材料２８は平面図である図７に示すパターンを有する。図７では延伸メサとなるべき部分の直上のマスク材料２８の長さ（ＬＭで示す）は図１における延伸メサ１８の長さ（Ｌ）よりも長くなるようにマスク材料２８がパターニングされることが示されている。
【００２５】
ステップ２４を終えるとステップ２６へと処理が進められる。ステップ２６ではマスク材料２８で覆われていない部分のｐ型ＩｎＰクラッド層１４がウェットエッチングにより除去される。このウェットエッチングは２０℃のＨＣｌ：Ｈ３ＰＯ４＝１：５混合液をエッチング薬液として用いて６分間行うものである。前述のエッチング薬液はＩｎＧａＡｓＰ層１３に対するエッチングレートは極めて小さい、よってこのウェットエッチングはｐ型ＩｎＰクラッド層１４とＩｎＧａＡｓＰ層１３の境界で停止する選択的なウェットエッチングである。このウェットエッチングにより、図１に示す長方形メサ構造１５および延伸メサ１８を有するＭＭＩ光カプラが作成される。
【００２６】
ここで、延伸メサ１８に対応する部分のマスク材料２８は図１における長さＬよりも長いＬＭで形成されているためこのパターニングのとおりｐ型ＩｎＰクラッド層１４がエッチングされればＬＭはＬと一致するはずである。しかしながら、延伸メサの「角部」では上述した異常エッチングが起こるため延伸メサの長さはウェットエッチングにより短くなる。そして本実施形態のウェットエッチングは、延伸メサとなるべき部分の角部が異常エッチングされ、延伸メサ１８が長さＬとなった時点でウェットエッチングを終了する。よって長方形メサ構造１５の角部は延伸メサで保護されるため、図８に示すような長方形メサ構造１００の角部１０６で異常エッチングが起こり当該部分が後退することを回避できる。従って、長方形メサ構造１５が設計通りに形成され半導体光素子（ＭＭＩ光カプラ）の素子特性を狙い通りとすることができる。また歩留まり向上などの効果も得られる。
【００２７】
ところで、ＭＭＩ光カプラは光の合成あるいは分波を行うため、メサとなる分の設計は素子特性を考慮して定められる。ところがメサ構造の角部が異常エッチングされるとメサ構造のサイズが設計データと一致しないこととなり、所望の素子特性（合波、分波）を発揮できないこととなる。そこで本実施形態のように延伸メサを形成しておくことでメサ構造を設計データと一致させることができ、所望の素子特性を得ることができる。このような特徴を考慮すれば、メサ構造の角部がウェットエッチによって後退し得る限り本発明の効果を得ることができるため半導体光素子はＭＭＩ光カプラに限定されない。
【００２８】
上述のとおり、本実施形態の構成はウェットエッチング後も延伸メサ１８が残存するものである。そして、延伸メサ１８は長方形メサ構造１５の角部に接続されているから、長方形メサ構造１５内の光が延伸メサ１８に漏れ出すことが考えられる。つまり、延伸メサの幅が大きいと光の過剰損失を生じる懸念がある。そこで、本実施形態では図１にｄで表される延伸メサ１８の幅を１５μｍ以下として、当該過剰損失を抑制することが好ましい。
【００２９】
本実施形態ではリッジ型導波路を備える構成であるが、角部を有するメサ構造をウェットエッチングで形成する限りにおいて本発明の効果を享受し得るためリッジ型に限定されずたとえばハイメサ型の導波路を有する構成であってもよい。
【００３０】
本実施形態では延伸メサ１８はストライプ状であるがこれに限定されない。すなわち延伸メサの形状は、メサ構造の角部に接続されて当該角部を異常エッチングから保護することができれば特に限定されない。従ってたとえば図９に示すように正方形の延伸メサ３０を備えてもよい。この場合、長方形メサ１５の角部と延伸メサ３０の接続は長さｄ１、ｄ２ともに（マスクサイズで）１．５μ程度としておくと前述の光の過剰損失を抑制することができる点で好ましい。なお、図９のＬ１、Ｌ２はともに３０μｍである。
【００３１】
本実施形態では長方形メサ構造１５は長方形であるが、本発明の趣旨に鑑みると、長方形であることは必須でなく、角部を有することが要件であるからこの形状に限定されない。
【００３２】
本実施形態ではＨＣｌ：Ｈ３ＰＯ４＝１：５混合液をエッチング薬液として用いたがこれに限定されない。ウェットエッチングで用いる薬液としてはメサ構造を形成するべき層をエッチングできれば本発明の効果を得ることができる。また、下地層との選択性を有することも「異常エッチング抑制」の観点からは必須でない。
【００３３】
実施の形態２
本実施形態は図１０、１１を参照して説明する。図１０は平面図であり、図１１は図１０のＤ−Ｄ断面図である。本実施形態は延伸メサ１８がストライプ状に形成され、延伸メサ１８の一端が長方形メサ構造１５の角部に接続され、延伸メサ１８の他端は長方形メサ構造１５とともにチャネル４１を形成するように配置されたチャネル外側メサ４０に接続されることが特徴である。チャネル４１の幅（図１０にＬｃで示す）は２０μｍ程度であるが特に限定されない。
【００３４】
本実施形態のＭＭＩ光カプラ４２の製造方法は、概ね実施形態１と同様である。しかし、マスク材料をパターニングする工程ではチャネル外側メサ４０を形成するためのマスク材料をも残すようにパターニングされる。よって、延伸メサ１８が形成されるべき領域である延伸メサ領域の直上のマスク材料は、長方形メサ構造１５となるべき部分の直上のマスク材料とチャネル外側メサ４０を形成する領域直上のマスク材料を接続する。
【００３５】
このようにして実施形態１相当のウェットエッチングを行うことにより実施形態１で記載した効果を得る。さらに本実施形態の構成によれば延伸メサに角部がないため、延伸メサに異常エッチングが起こらない。よって、実施形態１のように延伸メサの長さを長く取る必要がないため延伸メサの長さの自由度を高めることができる。
【００３６】
さらに、本実施形態のパワーモジュールについても、少なくとも実施形態１相当の変形は可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１５  長方形メサ構造、  １８  延伸メサ、  ２８  マスク材料、  ４０  チャネル外側メサ
【図１】
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【図２】
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【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】
2010256707.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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