(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のエッチングマーカー層を基板上に成長させる第１のエッチングマーカー層成長工程と、
第１のクラッド層、光導波層および第２のクラッド層を前記第１のエッチングマーカー層上に順に成長させる半導体成長工程と、
前記第１のクラッド層、前記光導波層および前記第２のクラッド層に対してプラズマエッチングを行うことにより、所定の光導波方向に延びるメサ部を形成するメサエッチング工程とを備え、
前記第１のエッチングマーカー層のプラズマ発光強度は、該第１のエッチングマーカー層に接する上下の半導体層のプラズマ発光強度より大きく、
前記メサエッチング工程は、当該プラズマ発光強度の変化に基づいて前記プラズマエッチングを停止し、
前記半導体成長工程は、
前記第１のクラッド層を成長させる第１のクラッド層成長工程と、
第２のエッチングマーカー層を前記第１のクラッド層上に成長させる第２のエッチングマーカー層成長工程と、
前記光導波層の一部分を構成する第１の半導体層を前記第２のエッチングマーカー層上に成長させる第１の光導波層成長工程と、
前記第１の半導体層の一部をプラスマエッチングにより除去し前記第１のクラッド層の一部を露出する選択エッチング工程と、
前記露出した第１のクラッド層の領域に第２の半導体層を選択的に成長させる第２の光導波層成長工程と、
前記第１の半導体層および前記第２の半導体層上に前記第２のクラッド層を成長させる第２のクラッド層成長工程とを有しており、
前記第２のエッチングマーカー層のプラズマ発光強度は、該第２のエッチングマーカー層に接する上下の半導体層のプラズマ発光強度より大きく、
前記選択エッチング工程は、プラズマ発光強度の変化に基づいて前記プラズマエッチングを停止することを特徴とする、光半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記第１のエッチングマーカー層に接する上下の半導体層はＡｌを含まず、前記第１のエッチングマーカー層はＡｌを含むことを特徴とする、請求項１に記載の光半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記第２のエッチングマーカー層に接する上下の半導体層がＡｌを含まず、前記第２のエッチングマーカー層がＡｌを含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の光半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記製造方法は、第３のエッチングマーカー層を前記基板上に成長させる第３のエッチングマーカー層成長工程と、前記第３のエッチングマーカー層上にコンタクト層を成長させるコンタクト層成長工程とを前記第１のエッチングマーカー層成長工程の前に、前記コンタクト層の所定の領域をプラズマエッチングするコンタクト層エッチング工程を前記メサエッチング工程の後に更に備えており、
前記第３のエッチングマーカー層のプラズマ発光強度は、該第３のエッチングマーカー層に接する上下の半導体層のプラズマ発光強度より大きく、
前記コンタクト層エッチング工程は、プラズマ発光強度の変化に基づいて前記プラズマエッチングを停止することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記第３のエッチングマーカー層に接する上下の半導体層がＡｌを含まず、前記第３のエッチングマーカー層がＡｌを含むことを特徴とする、請求項４に記載の光半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に光ファイバ通信システムに使用される光半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１５は、従来の光半導体素子が有する内部構造を示す斜視図である。図１５に示されるように、この光半導体素子１００は、半絶縁性基板１０１と、半絶縁性基板１０１上に設けられたｎ型コンタクト層１１０と、ｎ型コンタクト層上に並んで設けられた３本のメサ部１０２、１０３及び１０４とを備える。各メサ部１０２〜１０４は、所定の光導波方向に沿って延びており、該光導波方向と直交する方向に並んで配置されている。メサ部１０２〜１０４は、下部クラッド層１０５、光導波層１０６、及び上部クラッド層１０７を有する。光導波層１０６は、光導波方向に並んだ２種類のコア層１０６ａ及び１０６ｂを含んでおり、これらのコア層１０６ａ及び１０６ｂが互いに接する、いわゆるバットジョイント構造を成している。
【０００３】
中央のメサ部１０３では、図示しない電極から電流が供給されることにより、光導波層１０６において光が発生または変調される。電極パターンの形成のため、このメサ部１０３の両側面は、図示しない樹脂によって埋め込まれる。なお、他のメサ部１０２及び１０４は、この樹脂を支えるために設けられる。
【０００４】
このような光半導体素子１００は、例えば次のようにして製造される。まず、半絶縁性基板１０１上にｎ型コンタクト層１１０、下部クラッド層１０５、コア層１０６ａの為の半導体層を順にエピタキシャル成長させる。次に、コア層１０６ａの為の半導体層を上記光導波方向に並ぶ２つの領域に分け、そのうち一方の領域をエッチングにより除去する。続いて、このエッチングのためのマスクを残した状態で、コア層１０６ｂの為の半導体層を下部クラッド層１０５上に選択的に成長させる。こうして、コア層１０６ａ及びコア層１０６ｂを含む光導波層１０６を形成したのち、光導波層１０６上に上部クラッド層１０７を成長させる。
【０００５】
続いて、メサ部１０２〜１０４の平面形状に応じた形状を有するマスクを上部クラッド層１０７上に形成し、このマスクを介して上部クラッド層１０７、光導波層１０６、及び下部クラッド層１０５をエッチングすることにより、メサ部１０２〜１０４を形成する。最後に、メサ部１０２〜１０４の周囲に位置するｎ型コンタクト層１１０をエッチングにより除去する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−０７１０６７号公報
【特許文献２】特開２００２−３１４１９２号公報
【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、光半導体素子を製造する際には、メサ部を形成する為にエッチングを行う。このエッチング工程には、エッチング深さに関して高い精度が要求される場合がある。例えば、上述した光半導体素子１００では、ｎ型コンタクト層１１０までエッチングしてしまうと、ｎ型コンタクト層１１０が分断されてしまいメサ部に電流を供給することができなくなってしまうおそれがある。
【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、メサ部を形成するためのエッチング深さを精度良く制御できる光半導体素子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】
【０００９】
上述した課題を解決するために、本発明による光半導体素子の製造方法は、第１のエッチングマーカー層を基板上に成長させる第１のエッチングマーカー層成長工程と、第１のクラッド層、光導波層および第２のクラッド層を第１のエッチングマーカー層上に順に成長させる半導体成長工程と、第１のクラッド層、光導波層および第２のクラッド層に対してプラズマエッチングを行うことにより、所定の光導波方向に延びるメサ部を形成するメサエッチング工程とを備え、第１のエッチングマーカー層のプラズマ発光強度は、該第１のエッチングマーカー層に接する上下の半導体層のプラズマ発光強度より大きく、メサエッチング工程は、当該プラズマ発光強度の変化に基づいてプラズマエッチングを停止することを特徴とする。
【００１０】
この光半導体素子の製造方法では、第１のクラッド層（図１５に示された下部クラッド層１０５に相当）を成長させる前に、第１のエッチングマーカー層を基板上に成長させる。この第１のエッチングマーカー層のプラズマ発光強度は、第１のエッチングマーカー層に接する上下の半導体層のプラズマ発光強度より大きいので、メサ部を形成するためのメサエッチング工程におけるプラズマ発光強度は、エッチング深さが第１のエッチングマーカー層に達すると大きくなり、第１のエッチングマーカー層を過ぎると小さくなる。したがって、このプラズマ発光強度の変化に基づいてプラズマエッチングを停止することにより、メサ部を形成するためのエッチング深さを精度良く制御できる。
【００１１】
また、上記製造方法は、第１のエッチングマーカー層に接する上下の半導体層はＡｌを含まず、第１のエッチングマーカー層はＡｌを含むことが好ましい。これにより、第１のエッチングマーカー層のプラズマ発光強度が、該第１のエッチングマーカー層に接する上下の半導体層のプラズマ発光強度より大きい構成を好適に実現できる。
【００１２】
また、上記製造方法は、半導体成長工程が、第１のクラッド層を成長させる第１のクラッド層成長工程と、第２のエッチングマーカー層を第１のクラッド層上に成長させる第２のエッチングマーカー層成長工程と、光導波層の一部分を構成する第１の半導体層を第２のエッチングマーカー層上に成長させる第１の光導波層成長工程と、第１の半導体層の一部をプラスマエッチングにより除去し第１のクラッド層の一部を露出する選択エッチング工程と、露出した第１のクラッド層の領域に第２の半導体層を選択的に成長させる第２の光導波層成長工程と、第１の半導体層および第２の半導体層上に第２のクラッド層を成長させる第２のクラッド層成長工程とを有しており、第２のエッチングマーカー層のプラズマ発光強度は、該第２のエッチングマーカー層に接する上下の半導体層のプラズマ発光強度より大きく、選択エッチング工程は、プラズマ発光強度の変化に基づいてプラズマエッチングを停止することを特徴としてもよい。
【００１３】
この光半導体素子の製造方法では、第１のクラッド層を成長させたのち、第１の半導体層（図１５に示されたコア層１０６ａの為の半導体層に相当）を成長させる前に、第２のエッチングマーカー層を第１のクラッド層上に成長させる。この第２のエッチングマーカー層のプラズマ発光強度は、第２のエッチングマーカー層に接する上下の半導体層のプラズマ発光強度より大きいので、バットジョイント構造を形成するための選択エッチング工程におけるプラズマ発光強度は、エッチング深さが第２のエッチングマーカー層に達すると大きくなり、第２のエッチングマーカー層を過ぎると小さくなる。したがって、このプラズマ発光強度の変化に基づいてプラズマエッチングを停止することにより、バットジョイント構造を形成するためのエッチング深さを精度良く制御できる。
【００１４】
この場合、上記製造方法は、第２のエッチングマーカー層に接する上下の半導体層がＡｌを含まず、第２のエッチングマーカー層がＡｌを含むことが好ましい。これにより、第２のエッチングマーカー層のプラズマ発光強度が、該第２のエッチングマーカー層に接する上下の半導体層のプラズマ発光強度より大きい構成を好適に実現できる。
【００１５】
また、上記製造方法は、第３のエッチングマーカー層を基板上に成長させる第３のエッチングマーカー層成長工程と、第３のエッチングマーカー層上にコンタクト層を成長させるコンタクト層成長工程とを第１のエッチングマーカー層成長工程の前に、コンタクト層の所定の領域をプラズマエッチングする工程をメサエッチング工程の後に更に備えており、第３のエッチングマーカー層のプラズマ発光強度は、該第３のエッチングマーカー層に接する上下の半導体層のプラズマ発光強度より大きく、コンタクト層エッチング工程は、プラズマ発光強度の変化に基づいてプラズマエッチングを停止することを特徴としてもよい。
【００１６】
この光半導体素子の製造方法では、第１のエッチングマーカー層を成長させる前に、第３のエッチングマーカー層及びコンタクト層を基板上に成長させる。この第３のエッチングマーカー層のプラズマ発光強度は、第３のエッチングマーカー層に接する上下の半導体層のプラズマ発光強度より大きいので、ワイヤボンディングパッドを形成するためにコンタクト層をエッチングするコンタクト層エッチング工程におけるプラズマ発光強度は、エッチング深さが第３のエッチングマーカー層に達すると大きくなり、第３のエッチングマーカー層を過ぎると小さくなる。したがって、このプラズマ発光強度の変化に基づいてプラズマエッチングを停止することにより、コンタクト層に対するエッチング深さを精度良く制御できる。
【００１７】
この場合、上記製造方法は、第３のエッチングマーカー層に接する上下の半導体層がＡｌを含まず、第３のエッチングマーカー層がＡｌを含むことが好ましい。これにより、第３のエッチングマーカー層のプラズマ発光強度が、該第３のエッチングマーカー層に接する上下の半導体層のプラズマ発光強度より大きい構成を好適に実現できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明による光半導体素子の製造方法によれば、メサ部を形成するためのエッチング深さを精度良く制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る光半導体素子の構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、光半導体素子の内部構造を示す斜視図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る製造方法の各工程を示す斜視図である。
【図４】図４は、本実施形態に係る製造方法の各工程を示す斜視図である。
【図５】図５は、本実施形態に係る製造方法の各工程を示す斜視図である。
【図６】図６は、本実施形態に係る製造方法の各工程を示す斜視図である。
【図７】図７は、本実施形態に係る製造方法の各工程を示す斜視図である。
【図８】図８は、本実施形態に係る製造方法の各工程を示す斜視図である。
【図９】図９は、本実施形態に係る製造方法の各工程を示す斜視図である。
【図１０】図１０は、本実施形態に係る製造方法の各工程を示す斜視図である。
【図１１】図１１は、本実施形態に係る製造方法の各工程を示す斜視図である。
【図１２】図１２（ａ）は、半絶縁性基板上に成長した積層構造を示す側断面図である。図１２（ｂ）は、プラズマ発光強度の変化を表しており、縦軸は厚さ方向位置を、横軸は８５０ｎｍ帯プラズマ発光強度をそれぞれ示している。
【図１３】図１３（ａ）は、半絶縁性基板上に成長した積層構造を示す側断面図である。図１３（ｂ）は、プラズマ発光強度の変化を表しており、縦軸は厚さ方向位置を、横軸は８５０ｎｍ帯プラズマ発光強度をそれぞれ示している。
【図１４】図１４（ａ）は、半絶縁性基板上に成長した積層構造を示す側断面図である。図１４（ｂ）は、プラズマ発光強度の変化を表しており、縦軸は厚さ方向位置を、横軸は８５０ｎｍ帯プラズマ発光強度をそれぞれ示している。
【図１５】図１５は、従来の光半導体素子が有する内部構造を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照しながら本発明による光半導体素子の製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態に係る光半導体素子１０の構成を示す斜視図である。また、図２は、光半導体素子１０の内部構造を示す斜視図である。図１及び図２に示されるように、光半導体素子１０は、半絶縁性基板２０と、半絶縁性基板２０上に設けられたエッチングマーカー層４１と、エッチングマーカー層４１上に設けられたｎ型コンタクト層２１と、ｎ型コンタクト層２１上に並んで設けられた３本のメサ部２２、２３及び２４とを備える。半絶縁性基板２０は、例えばアンドープＩｎＰといった半絶縁性の半導体材料からなる基板である。ｎ型コンタクト層２１は、Ａｌを含まない第１導電型のIII−Ｖ族化合物半導体材料からなり、例えばｎ型のＩｎＧａＡｓＰ系半導体からなる。ｎ型コンタクト層２１は、メサ部２３に電流を供給するために設けられている。エッチングマーカー層４１は、本実施形態における第３のエッチングマーカー層であり、エッチングマーカー層４１に接する上下の半導体層（本実施形態では、半絶縁性基板２０及びｎ型コンタクト層２１）のプラズマ発光強度より大きいプラズマ発光強度を有する。例えば、エッチングマーカー層４１は、Ａｌを含む第１導電型のIII−Ｖ族化合物半導体材料からなる。一実施例では、エッチングマーカー層４１はｎ型ＡｌＩｎＡｓからなる。
【００２２】
各メサ部２２〜２４は、所定の光導波方向Ａに沿って延びており、該光導波方向Ａと交差する方向に並んで配置されている。図２に示されるように、メサ部２２〜２４は、それぞれ下部クラッド層２５、光導波層２６、上部クラッド層２７、並びにエッチングマーカー層４２及び４３を有する。
【００２３】
エッチングマーカー層４２は、本実施形態における第１のエッチングマーカー層である。エッチングマーカー層４２は、ｎ型コンタクト層２１上に設けられている。エッチングマーカー層４２は、エッチングマーカー層４２に接する上下の半導体層（本実施形態では、ｎ型コンタクト層２１及び下部クラッド層２５）のプラズマ発光強度より大きいプラズマ発光強度を有する。例えば、エッチングマーカー層４２は、Ａｌを含む第１導電型のIII−Ｖ族化合物半導体材料からなる。一実施例では、エッチングマーカー層４２はｎ型ＡｌＩｎＡｓからなる。
【００２４】
下部クラッド層２５は、本実施形態における第１のクラッド層である。下部クラッド層２５は、ｎ型コンタクト層２１上に設けられている。下部クラッド層２５は、Ａｌを含まない第１導電型のIII−Ｖ族化合物半導体材料、例えばｎ型ＩｎＰからなる。
【００２５】
エッチングマーカー層４３は、本実施形態における第２のエッチングマーカー層である。エッチングマーカー層４３は、下部クラッド層２５上において、光導波方向Ａに沿って並ぶ２つの領域のうち一方の領域上に設けられている。エッチングマーカー層４３は、エッチングマーカー層４３に接する上下の半導体層（本実施形態では、下部クラッド層２５及び光導波層２６のコア層２６ａ（後述））のプラズマ発光強度より大きいプラズマ発光強度を有する。例えば、エッチングマーカー層４３は、Ａｌを含む第１導電型のIII−Ｖ族化合物半導体材料からなる。一実施例では、エッチングマーカー層４３はｎ型ＡｌＩｎＡｓからなる。
【００２６】
光導波層２６は、光導波方向Ａに沿って並んだ２種類のコア層２６ａ及び２６ｂを含む。コア層２６ａ及び２６ｂは、互いの端面同士が接する、いわゆるバットジョイント構造を成している。コア層２６ａは、本実施形態における第１の半導体層であり、光導波方向Ａに沿って並ぶ下部クラッド層２５上の２つの領域のうち一方の領域において、エッチングマーカー層４３上に設けられ、光導波層２６の一部分を構成する。コア層２６ａは、Ａｌを含まないアンドープIII−Ｖ族化合物半導体材料からなり、例えばＩｎＧａＡｓＰからなる。コア層２６ｂは、本実施形態における第２の半導体層であり、光導波方向Ａに沿って並ぶ下部クラッド層２５上の２つの領域のうち他方の領域において、下部クラッド層２５上に設けられ、光導波層２６の他の部分を構成する。コア層２６ｂは、コア層２６ａとは組成が異なるアンドープIII−Ｖ族化合物半導体材料からなり、例えばＡｌＧａＩｎＡｓからなる。
【００２７】
上部クラッド層２７は、本実施形態における第２のクラッド層であり、光導波層２６上に設けられている。上部クラッド層２７は、第２導電型のIII−Ｖ族化合物半導体材料を含み、例えばｐ型ＩｎＰからなる。なお、上部クラッド層２７上には、図示しないｐ型コンタクト層が設けられる。このｐ型コンタクト層は、第２導電型のIII−Ｖ族化合物半導体材料、例えばｐ型のＩｎＧａＡｓＰ系半導体からなる。
【００２８】
図１に示されるように、光半導体素子１０は、更に、樹脂製の埋込領域２７ａ，２７ｂを備える。埋込領域２７ａは、メサ部２２とメサ部２３との間に設けられており、メサ部２３の一方の側面を埋め込んでいる。埋込領域２７ｂは、メサ部２３とメサ部２４との間に設けられており、メサ部２３の他方の側面を埋め込んでいる。埋込領域２７ａ，２７ｂの上面とメサ部２２〜２４の上面とは互いに面一となっており、光半導体素子１０の平坦な上面を構成している。埋込領域２７ａ，２７ｂは、例えばＢＣＢ、ＡＬポリマー、ポリイミド等の様々な樹脂（ポリマー）によって構成することができる。これら埋込領域２７ａ，２７ｂは、伝播光の散乱や吸収を抑える為に、メサ部２３の側面への配線形成を回避する目的で設けられる。
【００２９】
また、光半導体素子１０は、２つのアノード電極３２及び３３と、カソード電極３４と、配線３５ａ、３５ｂ及び３５ｃと、ワイヤボンディングパッド３６ａ、３６ｂ及び３６ｃとを更に備える。アノード電極３２は、コア層２６ａに電流を供給するための電極であり、メサ部２３上においてコア層２６ａ上の位置に設けられている。アノード電極３３は、コア層２６ｂに電流を供給するための電極であり、メサ部２３上においてコア層２６ｂ上の位置に設けられている。アノード電極３２、３３は、例えばＡｕ／Ｚｎ合金といった金属からなり、メサ部２３のｐ型コンタクト層とオーミック接合を成す。
【００３０】
カソード電極３４は、コア層２６ａ及び２６ｂの双方に電流を供給するための電極であり、メサ部２２の脇のｎ型コンタクト層２１上に設けられている。カソード電極３４は、例えばＡｕ／Ｇｅ合金といった金属からなり、ｎ型コンタクト層２１とオーミック接合を成す。
【００３１】
ワイヤボンディングパッド３６ａ、３６ｂ及び３６ｃのそれぞれには、アノード電極３２及び３３、並びにカソード電極３４のそれぞれと光半導体素子１０の外部回路とを電気的に接続するためのボンディングワイヤ（不図示）が取り付けられる。ワイヤボンディングパッド３６ａ、３６ｂ及び３６ｃは、半絶縁性基板２０の所定の領域上に配置されており、当該領域では、エッチングマーカー層４１及びｎ型コンタクト層２１が除去されている。ワイヤボンディングパッド３６ａ、３６ｂ及び３６ｃは、例えばＡｕメッキにより形成される。
【００３２】
配線３５ａは、アノード電極３２とワイヤボンディングパッド３６ａとを互いに接続する。同様に、配線３５ｂは、アノード電極３３とワイヤボンディングパッド３６ｂとを互いに接続する。配線３５ａ及び３５ｂは、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕといった金属からなり、メサ部２３の上面から埋込領域２７ｂの平坦な上面を通り、メサ部２４の上面および側面を通ってワイヤボンディングパッド３６ａ、３６ｂへそれぞれ配設されている。なお、図１に示されるように、メサ部２２〜２４のコア層２６ａの側面を保護するために、半絶縁性ＩｎＰ領域３７によってメサ部２２〜２４の側面が覆われる場合がある。この場合、配線３５ａは、半絶縁性ＩｎＰ領域３７の側面上を通って配設されるとよい。配線３５ｃは、カソード電極３４とワイヤボンディングパッド３６ｃとを互いに接続する。配線３５ｃは、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕといった金属からなり、カソード電極３４が設けられているｎ型コンタクト層２１上の領域からワイヤボンディングパッド３６ｃへ配設されている。
【００３３】
続いて、上記構造を備える本実施形態の光半導体素子１０の製造方法について説明する。図３〜図１１は、本実施形態に係る製造方法の各工程を示す斜視図である。
【００３４】
まず、図３（ａ）に示されるように、エッチングマーカー層４１を半絶縁性基板２０上に成長させる（第３のエッチングマーカー成長工程）。次に、このエッチングマーカー層４１上に、コンタクト層２１を成長させる（コンタクト層成長工程）。
【００３５】
続いて、エッチングマーカー層４２を半絶縁性基板２０上に成長させる（第１のエッチングマーカー層成長工程）。なお、本実施形態では、エッチングマーカー層４２をコンタクト層２１上に成長させる。そして、エッチングマーカー層４２上に、下部クラッド層２５を成長させる（第１のクラッド層成長工程）。
【００３６】
続いて、エッチングマーカー層４３を下部クラッド層２５上に成長させたのち（第２のエッチングマーカー層成長工程）、コア層２６ａをエッチングマーカー層４３上に成長させる（第１の光導波層成長工程）。この後、図３（ｂ）に示されるように、所定の光導波方向Ａに沿って並ぶクラッド層２５上の２つの領域のうち一方の領域上に、エッチングマスクＭ１を形成する。エッチングマスクＭ１は、例えば酸化シリコンや窒化シリコン等の誘電体絶縁膜からなる。そして、図４（ａ）に示されるように、エッチングマスクＭ１に覆われていないコア層２６ａの部分に対してプラズマエッチングを行うことにより、該一方の領域上に成長したコア層２６ａの部分を除去し、下部クラッド層２５の一部を露出させる（選択エッチング工程）。この工程では、コア層２６ａ及び下部クラッド層２５とエッチングマーカー層４３とのプラズマ発光強度の差異に起因して、エッチング深さがエッチングマーカー層４３に達するとプラズマ発光強度が大きくなり、エッチングマーカー層４３を過ぎて下部クラッド層２５に達すると小さくなる。このプラズマ発光強度の変化を観察しつつ、変化したタイミングに合わせて（好ましくはプラズマ発光強度が小さくなるタイミングに合わせて）プラズマエッチングを停止する。
【００３７】
続いて、図４（ｂ）に示されるように、下部クラッド層２５の上記一方の領域（露出した領域）上に、コア層２６ｂを選択的に成長させる（第２の光導波層成長工程）。こうして、バットジョイント構造を成すコア層２６ａ及び２６ｂを含む光導波層２６が形成される。その後、図５（ａ）に示されるように、光導波層２６上に上部クラッド層２７及びｐ型コンタクト層（図示せず）を成長させる（第２のクラッド層成長工程）。
【００３８】
続いて、図５（ｂ）に示されるように、メサ部２２〜２４の平面形状に対応するパターンを有するエッチングマスクＭ２をｐ型コンタクト層上に形成する。エッチングマスクＭ２は、例えば酸化シリコンや窒化シリコン等の誘電体絶縁膜からなる。そして、図６（ａ）に示されるように、エッチングマスクＭ２に覆われていない上部クラッド層２７、光導波層２６および下部クラッド層２５に対してプラズマエッチングを行うことにより、メサ部２２〜２４を形成する（メサエッチング工程）。この工程では、下部クラッド層２５及びｎ型コンタクト層２１とエッチングマーカー層４２とのプラズマ発光強度の差異に起因して、エッチング深さがエッチングマーカー層４２に達するとプラズマ発光強度が大きくなり、エッチングマーカー層４２を過ぎてｎ型コンタクト層２１に達するとプラズマ発光強度が小さくなる。このプラズマ発光強度の変化を観察しつつ、変化したタイミングに合わせて（好ましくはプラズマ発光強度が小さくなるタイミングに合わせて）プラズマエッチングを停止する。
【００３９】
続いて、図６（ｂ）に示されるように、メサ部２２〜２４の上面および側面と、露出したｎ型コンタクト層２１の表面とを覆うエッチングマスクＭ３を形成する。このエッチングマスクＭ３は、図１に示されたワイヤボンディングパッド３６ａ〜３６ｃを形成するための領域を半絶縁性基板２０上に確保する為に、ｎ型コンタクト層２１の当該領域上の部分を除去する目的で形成される。エッチングマスクＭ３は、例えば酸化シリコンや窒化シリコン等の誘電体絶縁膜からなる。なお、エッチングマスクＭ３を形成する際、既に形成されているエッチングマスクＭ２を除去する必要はない。そして、図７（ａ）に示されるように、エッチングマスクＭ３に覆われていないｎ型コンタクト層２１の部分に対してプラズマエッチングを行うことにより、当該領域に成長したｎ型コンタクト層２１の部分を除去する（コンタクト層エッチング工程）。この工程では、ｎ型コンタクト層２１及び半絶縁性基板２０とエッチングマーカー層４１とのプラズマ発光強度の差異に起因して、エッチング深さがエッチングマーカー層４１に達するとプラズマ発光強度が大きくなり、エッチングマーカー層４１を過ぎて半絶縁性基板２０に達するとプラズマ発光強度が小さくなる。このプラズマ発光強度の変化を観察しつつ、変化したタイミングに合わせて（好ましくはプラズマ発光強度が小さくなるタイミングに合わせて）プラズマエッチングを停止する。その後、図７（ｂ）に示されるように、エッチングマスクＭ３を除去する。なお、エッチングマスクＭ２は、残存されて後の工程で再び使用される。
【００４０】
続いて、図８（ａ）に示されるように、半絶縁性ＩｎＰ領域３７（図１を参照）を形成するためのマスクＭ４を形成する。このマスクＭ４は、半絶縁性ＩｎＰ領域３７が形成される領域を除く半絶縁性基板２０上の全面に形成される。そして、図８（ｂ）に示されるように、半絶縁性ＩｎＰ領域３７を選択的に成長させる。この後、図９（ａ）に示されるように、マスクＭ４を除去する。
【００４１】
続いて、図９（ｂ）に示されるように、保護膜としての絶縁膜３８を半絶縁性基板２０上の全面（メサ部２２〜２４の上面及び側面、ｎ型コンタクト層２１の表面を含む）に形成する。絶縁膜３８は、例えばＳｉＮ又はＳｉＯ２からなることができる。そして、図１０（ａ）に示されるように、メサ部２２とメサ部２３との間の領域、及びメサ部２３とメサ部２４との間の領域に、樹脂製の埋込領域２７ａ及び２７ｂを形成する。埋込領域２７ａ及び２７ｂは、例えば、半絶縁性基板２０上に樹脂層を塗布し、該樹脂層上にマスクを形成したのち、マスクを介して樹脂層を部分的に硬化させることによって好適に形成される。
【００４２】
続いて、図１０（ｂ）に示されるように、メサ部２３のコア層２６ａ上及びコア層２６ｂ上に位置する絶縁膜３８の各部分に開口（コンタクトホール）を形成し、該開口を埋め込むようにアノード電極３２及び３３を形成する。また、図１１（ａ）に示されるように、ｎ型コンタクト層２１上に位置する絶縁膜３８の一部分に開口（コンタクトホール）を形成し、該開口を埋め込むようにカソード電極３４を形成する。最後に、図１１（ｂ）に示されるように、ボンディングパッド３６ａ〜３６ｃ及び配線３５ａ〜３５ｃを形成する。以上の工程を経て、本実施形態に係る光半導体素子１０が完成する。
【００４３】
本実施形態に係る光半導体素子１０の製造方法による効果について説明する。本実施形態の製造方法では、下部クラッド層２５を成長させたのち、コア層２６ａを成長させる前に、エッチングマーカー層４３を下部クラッド層２５上に成長させる。このエッチングマーカー層４３は、コア層２６ａ及び下部クラッド層２５のプラズマ発光強度より大きいプラズマ発光強度を有する。したがって、バットジョイント構造を形成するための選択エッチング工程（図４（ａ））において、エッチング深さがコア層２６ａからエッチングマーカー層４３に達するとプラズマ発光強度が大きくなり、エッチングマーカー層４３を過ぎて下部クラッド層２５に達するとプラズマ発光強度が小さくなる。
【００４４】
ここで、図１２を参照して、プラズマ発光強度の変化について詳しく説明する。図１２（ａ）は、半絶縁性基板２０上に成長したエッチングマーカー層４１、ｎ型コンタクト層２１、エッチングマーカー層４２、下部クラッド層２５、エッチングマーカー層４３、及びコア層２６ａからなる積層構造を示す側断面図である。また、図１２（ｂ）は、プラズマ発光強度の変化を表しており、縦軸は厚さ方向位置を、横軸は８５０ｎｍ帯プラズマ発光強度をそれぞれ示している。III−Ｖ族化合物半導体において、Ａｌのプラズマ発光強度が最も大きく、Ｇａのプラズマ発光強度はＡｌより小さく、Ｉｎのプラズマ発光強度はＧａより小さい。したがって、図１２に示されるように、ＩｎＧａＡｓＰ系半導体からなるコア層２６ａをエッチングしているときのプラズマ発光強度をＰ１とすると、ＡｌＩｎＡｓからなるエッチングマーカー層４３をエッチングしているときのプラズマ発光強度Ｐ２は、Ｐ１より大きくなる。すなわち、エッチング深さがコア層２６ａの厚さを超えてエッチングマーカー層４３に達した瞬間に、プラズマ発光強度が大きくなる。また、ｎ型ＩｎＰからなる下部クラッド層２５をエッチングしているときのプラズマ発光強度をＰ３とすると、Ｐ３はＰ２より小さくなる。すなわち、プラズマ発光強度は、エッチング深さがエッチングマーカー層４３を過ぎて下部クラッド層２５に達した瞬間に小さくなる。本実施形態の製造方法によれば、このようなプラズマ発光強度の変化に基づいてプラズマエッチングを停止することにより、コア層２６ａに対するエッチング深さを精度良く制御できる。
【００４５】
コア層２６ａをエッチングする際、エッチング深さが所定の深さを超えてしまうと下部クラッド層２５までエッチングが進行し、その後に成長するコア層２６ｂと、コア層２６ａとの高さ位置が合致しなくなってしまう。このことから、コア層２６ａをエッチングする際には高いエッチング精度が求められる。上述したように、本実施形態の製造方法によれば、コア層２６ａに対するエッチング深さを精度良く制御できる。
【００４６】
また、本実施形態では、コア層２６ａ及び下部クラッド層２５が組成中にＡｌを含まず、エッチングマーカー層４３が組成中にＡｌを含む。上述したように、III−Ｖ族化合物半導体においてはＡｌのプラズマ発光強度が最も大きいので、このような構成によって、コア層２６ａ及び下部クラッド層２５のプラズマ発光強度より大きいプラズマ発光強度を有するエッチングマーカー層４３を好適に実現できる。
【００４７】
また、本実施形態の製造方法では、ｎ型コンタクト層２１を成長させたのち、下部クラッド層２５を成長させる前に、エッチングマーカー層４２をｎ型コンタクト層２１上に成長させる。このエッチングマーカー層４２のプラズマ発光強度は、下部クラッド層２５及びｎ型コンタクト層２１のプラズマ発光強度より大きい。したがって、メサ部２２〜２４を形成するためのメサエッチング工程（図６（ａ））において、エッチング深さが下部クラッド層２５からエッチングマーカー層４２に達するとプラズマ発光強度が大きくなり、更にｎ型コンタクト層２１に達するとプラズマ発光強度が小さくなる。
【００４８】
図１３（ａ）は、半絶縁性基板２０上に成長したエッチングマーカー層４１、ｎ型コンタクト層２１、エッチングマーカー層４２、下部クラッド層２５、エッチングマーカー層４３、コア層２６ａ、上部クラッド層２７、及びｐ型コンタクト層２９からなる積層構造を示す側断面図である。また、図１３（ｂ）は、プラズマ発光強度の変化を表しており、縦軸は厚さ方向位置を、横軸は８５０ｎｍ帯プラズマ発光強度をそれぞれ示している。上述したように、III−Ｖ族化合物半導体において、Ａｌのプラズマ発光強度が最も大きく、Ｇａのプラズマ発光強度はＡｌより小さく、Ｉｎのプラズマ発光強度はＧａより小さい。したがって、図１３に示されるように、ｎ型ＩｎＰからなる下部クラッド層２５をエッチングしているときのプラズマ発光強度をＰ３とすると、ＡｌＩｎＡｓからなるエッチングマーカー層４２をエッチングしているときのプラズマ発光強度Ｐ４（＝Ｐ２）は、Ｐ３より大きくなる。すなわち、エッチング深さが下部クラッド層２５の厚さを超えてエッチングマーカー層４２に達した瞬間に、プラズマ発光強度が大きくなる。また、ＩｎＧａＡｓＰ系半導体からなるｎ型コンタクト層２１をエッチングしているときのプラズマ発光強度をＰ１とすると、Ｐ１はＰ４より小さくなる。すなわち、プラズマ発光強度は、エッチング深さがエッチングマーカー層４２を過ぎてｎ型コンタクト層２１に達した瞬間に小さくなる。本実施形態の製造方法によれば、このようなプラズマ発光強度の変化に基づいてプラズマエッチングを停止することにより、メサ部２２〜２４を形成する為のエッチング深さを精度良く制御できる。
【００４９】
メサ部２２〜２４を形成する際、エッチング深さが所定の深さを超えてしまうとｎ型コンタクト層２１までエッチングが進行し、ｎ型コンタクト層２１が分断されてメサ部２３とカソード電極３４との電気的な接続が取れなくなってしまうおそれがある。このことから、メサ部２２〜２４を形成する際には高いエッチング精度が求められる。上述したように、本実施形態の製造方法によれば、メサ部２２〜２４を形成する際のエッチング深さを精度良く制御できる。
【００５０】
また、本実施形態では、下部クラッド層２５及びｎ型コンタクト層２１が組成中にＡｌを含まず、エッチングマーカー層４２が組成中にＡｌを含む。上述したように、III−Ｖ族化合物半導体においてはＡｌのプラズマ発光強度が最も大きいので、このような構成によって、下部クラッド層２５及びｎ型コンタクト層２１のプラズマ発光強度より大きいプラズマ発光強度を有するエッチングマーカー層４２を好適に実現できる。
【００５１】
また、本実施形態の製造方法では、ｎ型コンタクト層２１を成長させる前に、エッチングマーカー層４１を半絶縁性基板２０上に成長させる。このエッチングマーカー層４１のプラズマ発光強度は、ｎ型コンタクト層２１及び半絶縁性基板２０のプラズマ発光強度より大きい。したがって、ワイヤボンディングパッド３６ａ〜３６ｃを形成する為の領域を確保する為にｎ型コンタクト層２１の部分をエッチングする工程（図７（ａ））において、エッチング深さがｎ型コンタクト層２１からエッチングマーカー層４１に達するとプラズマ発光強度が大きくなり、更に半絶縁性基板２０に達するとプラズマ発光強度が小さくなる。
【００５２】
図１４（ａ）は、図１３（ａ）と同様の積層構造を示す断面図である。また、図１４（ｂ）は、プラズマ発光強度の変化を表しており、縦軸は厚さ方向位置を、横軸は８５０ｎｍ帯プラズマ発光強度をそれぞれ示している。前述したように、III−Ｖ族化合物半導体において、Ａｌのプラズマ発光強度が最も大きく、Ｇａのプラズマ発光強度はＡｌより小さく、Ｉｎのプラズマ発光強度はＧａより小さい。したがって、図１４に示されるように、ＩｎＧａＡｓＰ系半導体からなるｎ型コンタクト層２１をエッチングしているときのプラズマ発光強度をＰ５とすると、ＡｌＩｎＡｓからなるエッチングマーカー層４１をエッチングしているときのプラズマ発光強度Ｐ６（＝Ｐ２）は、Ｐ５より大きくなる。すなわち、エッチング深さがｎ型コンタクト層２１の厚さを超えてエッチングマーカー層４１に達した瞬間に、プラズマ発光強度が大きくなる。また、ＩｎＰからなる半絶縁性基板２０をエッチングしているときのプラズマ発光強度をＰ３とすると、Ｐ３はＰ６より小さくなる。すなわち、プラズマ発光強度は、エッチング深さがエッチングマーカー層４１を過ぎて半絶縁性基板２０に達した瞬間に小さくなる。本実施形態の製造方法によれば、このようなプラズマ発光強度の変化に基づいてプラズマエッチングを停止することにより、ｎ型コンタクト層２１に対するエッチング深さを精度良く制御できる。
【００５３】
ｎ型コンタクト層２１をエッチングする際、エッチング深さが所定の深さを超えてしまうと半絶縁性基板２０までエッチングが進行し、ワイヤボンディングパッド３６ａ〜３６ｃが形成される面とｎ型コンタクト層２１の表面との段差が大きくなるので、配線３５ａ〜３５ｃの形成が難しくなってしまう。このことから、ｎ型コンタクト層２１をエッチングする際には高いエッチング精度が求められる。上述したように、本実施形態の製造方法によれば、ｎ型コンタクト層２１に対するエッチング深さを精度良く制御できる。
【００５４】
また、本実施形態では、ｎ型コンタクト層２１及び半絶縁性基板２０が組成中にＡｌを含まず、エッチングマーカー層４１が組成中にＡｌを含む。上述したように、III−Ｖ族化合物半導体においてはＡｌのプラズマ発光強度が最も大きいので、このような構成によって、ｎ型コンタクト層２１及び半絶縁性基板２０のプラズマ発光強度より大きいプラズマ発光強度を有するエッチングマーカー層４１を好適に実現できる。
【００５５】
また、本実施形態では、基板として半絶縁性基板２０を例示している。光半導体素子に不要な導電層が存在すると、素子構造によってはこの導電層が浮遊容量の形成を促し、光半導体素子の高周波特性を劣化させるおそれがある。従って、光半導体素子における基板は半絶縁性であることが望ましい。
【００５６】
また、本実施形態では、メサエッチング工程、選択エッチング工程、及びコンタクト層エッチング工程のそれぞれにおいて、プラズマエッチングを行っている。光導波路を有する光半導体素子において、良好な光の伝播特性を得るためには、垂直性が高い形状と平滑な表面が得られるドライエッチングが好ましく、特にＩｎＰ系半導体に対するエッチングには、プラズマエッチング（例えば誘導結合プラズマエッチング）が好ましい。
【００５７】
また、本実施形態に係る製造方法によれば、バットジョイント集積導波路型の光半導体素子の量産化及び製造コストの低減に有利な大口径ウェハプロセス（例えば、φ４インチプロセス）を採用する場合、他のプロセスや素子特性を犠牲にすることなく、ウェハサイズに依存しない容易なメサ部形成プロセスを提供できる。したがって、ウェハプロセスの大口径化に寄与することができる。
【００５８】
本発明による光半導体素子の製造方法は、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では光導波路層が２つのコア層を含み、これらのコア層が光導波方向に並ぶいわゆるバットジョイント構造を例示したが、本発明はこのような構成に限られず、単一の層からなる光導波路層を有する光半導体素子にも適用可能である。その場合、第２のエッチングマーカー層は不要となる。
【００５９】
また、上記実施形態では基板として半絶縁性基板を例示したが、本発明における基板はｎ型やｐ型の半導体からなる導電性基板であってもよい。その場合、ｎ型コンタクト層及び第３のエッチングマーカー層は不要となる。
【００６０】
また、上記実施形態では誘電体絶縁膜として酸化シリコン（ＳｉＯ２）や窒化シリコン（ＳｉＮ）を挙げたが、誘電体絶縁膜の材料はこれらに限定されない。誘電体絶縁膜は、シリコン、アルミニウム、及びチタン等の、フッ化物、酸化物、或いは窒化物であっても良い。
【００６１】
また、上記実施形態では基板と光導波層との間にｎ型半導体を配置し、光導波層上にｐ型半導体を配置した例を示したが、本発明では、基板と光導波層との間にｐ型半導体を配置し、光導波層上にｎ型半導体を配置してもよい。
【００６２】
また、半絶縁基板上には、上述した実施形態に係るデバイスに加えて、他の光デバイスや電子デバイス（例えば、フォトダイオードやヘテロ接合バイポーラトランジスタなど）、キャパシタ、抵抗等を形成し、光電変換回路を形成しても良い。
【符号の説明】
【００６３】
１０…光半導体素子、２０…半絶縁性基板、２１…ｎ型コンタクト層、２２〜２４…メサ部、２５…下部クラッド層、２５…クラッド層、２５…下部クラッド層、２６…光導波層、２６ａ…コア層（第１の半導体層）、２６ｂ…コア層（第２の半導体層）、２７…上部クラッド層、２７ａ，２７ｂ…埋込領域、２９…ｐ型コンタクト層、３２…アノード電極、３３…アノード電極、３４…カソード電極、３５ａ〜３５ｃ…配線、３６ａ〜３６ｃ…ワイヤボンディングパッド、３８…絶縁膜、４１〜４３…エッチングマーカー層、Ａ…光導波方向、Ｍ１〜Ｍ３…エッチングマスク。
【図１】
0005500035.tif 000002
【図２】
0005500035.tif 000003
【図３】
0005500035.tif 000004
【図４】
0005500035.tif 000005
【図５】
0005500035.tif 000006
【図６】
0005500035.tif 000007
【図７】
0005500035.tif 000008
【図８】
0005500035.tif 000009
【図９】
0005500035.tif 000010
【図１０】
0005500035.tif 000011
【図１１】
0005500035.tif 000012
【図１２】
0005500035.tif 000013
【図１３】
0005500035.tif 000014
【図１４】
0005500035.tif 000015
【図１５】
0005500035.tif 000016