(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リッジ形状を有する光半導体素子において、
リッジ上面側のオーミック性電極が該リッジ上面側と完全に接触するとともに前記オーミック性電極の電極幅が前記リッジ上面の幅よりも大きい形状を有するとともに、該リッジ上面側のオーミック性電極が同時にリッジ外部のパッド部にまでエアーブリッジ状に引き出される形状を有することを特徴とする光半導体素子。
【請求項２】
リッジ形状を有する光半導体素子の製造方法において、
（ａ）リッジ型の導波路形状を得る工程と、
（ｂ）該リッジ型の導波路形状を覆うようにレジストを形成する工程と、
（ｃ）半導体基板全体をアッシングして前記レジストを膜べりさせ、前記リッジ型の導波路形状の頂面上が露出したレジストパターンを得る工程と、
（ｄ）開口幅が前記リッジ型の導波路形状より大きい新たなレジストパターンを形成する工程と、
（ｅ）前記リッジ型の導波路形状の頂面とオーミック接触する配線金属によってオーミック性電極及び前記リッジ上面側のオーミック性電極が同時にリッジ外部のパッド部にまでエアーブリッジ状に引き出される形状を有する配線を形成する工程とを施すことを特徴とする光半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光半導体素子に係り、特に、導波路型の受光ダイオードの構造及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システムにおいて、ギガヘルツの高周波光信号を電気信号に変換する受光素子として、導波路型の受光ダイオードが用いられる。受光ダイオードの良好な高周波特性を得るためには、半導体部分を微細に加工するだけでなく、電極と半導体の接触抵抗や、配線の浮遊容量などをできるだけ低減させる必要がある。
【０００３】
ここで、従来のエアーブリッジ配線構造のＩｎＰ系の導波路型受光ダイオードの製造方法を図４の製造工程断面図に従って説明する。図４の左列は正面断面図、右列は側面断面図である。
【０００４】
まず、図４（ａ）に示すように、半絶縁性ＩｎＰ基板１上にＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法やＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などの結晶成長法によって、ｎ型ＩｎＰオーミック層２、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰクラッド層３、ノンドープのＩｎＧａＡｓ光吸収層４、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰクラッド層５、ｐ型ＩｎＰオーミック層６を順次堆積後、ホトリソ法によってマスクパターン７を形成する。
【０００５】
次に、図４（ｂ）に示すように、マスクパターン７によってｐ型ＩｎＰオーミック層６、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰクラッド層５、ノンドープのＩｎＧａＡｓ光吸収層４、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰクラッド層３を順次エッチングし、リッジ型の導波路形状９を得る。同様に、ホトリソ法とエッチングにより、ｎ型ＩｎＰオーミック層２をパターニングし、ｎ型オーミック領域１０を形成した後、素子表面全体に絶縁膜１１を堆積する。
【０００６】
次いで、図４（ｃ）に示すように、ホトリソ法とマスク合わせによって、ｎ型オーミック領域１０上にレジスト開口を形成し、絶縁膜のエッチング、オーミック性の金属の蒸着と、リフトオフによりｎ電極１２を形成する。同様に、導波路形状９の頂面内のｐ型ＩｎＰオーミック層６上にｐ電極１３を形成する。
【０００７】
次に、図４（ｄ）に示すように、ホトリソ法によって、エアーブリッジで配線用下地レジスト１４を形成する。
【０００８】
次に、図４（ｅ）に示すように、ホトリソと配線金属の蒸着により、ｎ電極の配線１５を形成する。
【０００９】
次いで、図４（ｆ）に示すように、配線用下地レジスト１４を溶解除去して、エアーブリッジ配線１６を形成する。
【００１０】
最後に、図４（ｆ）中に示す位置で半導体を劈開し、導波路型素子を得る。入射光は、矢印の方向からＩｎＧａＡｓ光吸収層４に吸収され、電気信号に変換される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
受光素子を高周波動作させるためには、素子に連結される直列抵抗、インダクタンスや寄生容量を極力低減することが重要である。しかしながら、高周波用の導波路型受光素子のリッジ型の導波路形状９の寸法は幅が４〜６μｍ、長さが１０〜２０μｍ、高さが２〜３μｍと非常に微小に設計されている。
【００１２】
図４（ｃ）において、ｐ電極１３をリッジ型の導波路形状９の頂上面内に確実に形成するためには、ホトリソ工程のマスク合わせ精度の限界から、ｐ電極１３の幅をリッジ型の導波路形状９の頂面の幅よりも、通常２〜３μｍ小さくすることが必要である。このため、頂上面幅を４μｍとするとｐ電極１３の幅は１μｍ程度となり、オーミック接触面積が小さくなってコンタクト抵抗が増大するという欠点があった。
【００１３】
また、同様に、図４（ｄ）〜（ｆ）における配線工程においても、前記と同じ理由により、リッジ型の導波路形状９の配線幅が１μｍ程度と細くなるために、インダクタンスや配線抵抗が大きくなってしまうという欠点があった。
【００１４】
本発明は、上記問題点を除去し、素子に連結される直列抵抗、インダクタンスや寄生容量を極力低減し、高周波特性に優れた光半導体素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕リッジ形状を有する光半導体素子において、リッジ上面側のオーミック性電極がこのリッジ上面側と完全に接触するとともに前記オーミック性電極の電極幅が前記リッジ上面の幅よりも大きい形状を有するとともに、このリッジ上面側のオーミック性電極が同時にリッジ外部のパッド部にまでエアーブリッジ状に引き出される形状を有するようにしたものである。
【００１６】
〔２〕リッジ形状を有する光半導体素子の製造方法において、リッジ型の導波路形状を得る工程と、このリッジ型の導波路形状を覆うようにレジストを形成する工程と、半導体基板全体をアッシングして前記レジストを膜べりさせ、前記リッジ型の導波路形状の頂面上が露出したレジストパターンを得る工程と、開口幅が前記リッジ型の導波路形状より大きい新たなレジストパターンを形成する工程と、前記リッジ型の導波路形状の頂面とオーミック接触する配線金属によってオーミック性電極及び前記リッジ上面側のオーミック性電極が同時にリッジ外部のパッド部にまでエアーブリッジ状に引き出される形状を有する配線を形成する工程とを施すようにしたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１８】
図１は本発明の実施例を示す半導体受光素子の正面断面図、図２はその半導体受光素子の側面断面図、図３は本発明の実施例を示す半導体受光素子の製造工程断面図である。なお、図３の左列は正面断面図、右列は側面断面図である。
【００１９】
この実施例の半導体受光素子は、図１及び図２に示すように、半絶縁性ＩｎＰ基板２１上に、ｎ型ＩｎＰオーミック層２２、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰクラッド層２３、ノンドープのＩｎＧａＡｓ光吸収層２４、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰクラッド層２５、ｐ型ＩｎＰオーミック層２６からなるリッジ型の導波路形状を有し、このリッジ型の導波路形状の両側には、オーミック性電極３２が形成され、ｎ型ＩｎＰオーミック層２２に接続されている。
【００２０】
更に、リッジ型の導波路形状の上部には、ｐ型ＩｎＰオーミック層２６の幅よりも広い幅のオーミック性電極３５が形成されている。また、このオーミック性電極３５は、図２に示すように、半絶縁性ＩｎＰ基板２１上のパッド部３７に、オーミック性電極３５と一体に接続される配線３６により接続されている。なお、３８は入射光３９が入射される劈開面である。
【００２１】
以下、この実施例の半導体受光素子の製造方法を図３を用いて説明する。
【００２２】
（１）従来工程と同様に、まず、図３（ａ）に示すように、半絶縁性ＩｎＰ基板２１上に結晶成長法によって、ｎ型ＩｎＰオーミック層２２、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰクラッド層２３、ノンドープのＩｎＧａＡｓ光吸収層２４、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰクラッド層２５、ｐ型ＩｎＰオーミック層２６を順次堆積後、ホトリソ法によって、マスクパターン２７を形成する。
【００２３】
（２）次に、図３（ｂ）に示すように、マスクパターン２７によってｐ型ＩｎＰオーミック層２６、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰクラッド層２５、ノンドープのＩｎＧａＡｓ光吸収層２４、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰクラッド層２３を順次エッチングし、リッジ型の導波路形状２９を得る。同様に、ホトリソ法とエッチングによりｎ型ＩｎＰオーミック層２２をパターニングし、ｎ型オーミック領域３０を形成した後、素子正面全体に絶縁膜３１を堆積する。
【００２４】
（３）次に、図３（ｃ）に示すように、ｎ型オーミック領域３０に対するオーミック性電極３２を形成後、リッジ型の導波路形状２９を包含するようにレジストパターン３３を形成する。ここで、レジストパターン３３は通常のレジスト材料やポリイミドなどの樹脂を用いても効用は同じである。また、液状の樹脂材料を凹凸上に塗布する場合、その粘性のために凸部上では薄く被着するため、リッジ型の導波路形状２９の頂面上では特に薄くなる。
【００２５】
（４）次に、図３（ｄ）に示すように、半導体基板全体をアッシング（酸素プラズマによる樹脂の灰化）してレジスト３３を膜べりさせ、リッジ型の導波路形状２９の頂面上が露出したレジストパターン３３′を得る。次いで、開口幅がリッジ型の導波路形状２９より大きい新たなレジストパターン３４を形成する。
【００２６】
（５）次に、図３（ｅ）に示すように、ｐ型ＩｎＰオーミック層２６とオーミック接触する配線金属（例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造）の蒸着／リフトオフによって、オーミック性電極３５とそれに接続される配線３６を形成する。この工程では、配線ホトリソ後、絶縁膜３１をエッチングしてから配線金属の蒸着を行っても良い。ここで、オーミック性電極３５の電極幅は、図３（ｅ）の正面断面図から分かるように、リッジ型の導波路形状２９を包含するように幅広く形成され、また、図３（ｅ）の側面断面図から分かるように、リッジ型の導波路形状２９の頂面から半絶縁性ＩｎＰ基板２１上のパッド部３７と接続されるように形成される。
【００２７】
最後に、図３（ｆ）に示すように、レジストパターン３３′を除去してから劈開を行って、導波路型の受光素子を得る。ここで、レジストパターン３３をポリイミド等の樹脂材料とし、最終的に除去しないままでも良く、さらにこのときパッド部３７をポリイミド上に形成しても良い。
【００２８】
上記したように、本実施例によれば、図３（ｃ）に示すように、ホトリソの精密なマスク合わせを用いることなく、リッジ型の導波路形状２９の頂部全体と配線金属がオーミック接触できるため、再現性良くコンタクト抵抗を大きく低減することができる。また、配線用レジストパターン３４をレジストパターン３３′の上に形成しているため、リッジ型の導波路形状２９の頂部のオーミック性電極３５の電極幅を、リッジ型の導波路形状２９の頂部の幅よりも大きくすることができ、配線３６のコンダクタンスを小さくできるという利点がある。
【００２９】
更に、リッジ型の導波路形状２９の頂部のオーミック電極３５はオーバーハング上に形成できるため、リッジ型の導波路形状２９の側面に接触することもなく、つまり、上部配線と半導体素子との間の寄生容量を増大させる恐れがない。また、本実施例における配線はオーミック性電極３５と一体に形成されているため、工程の簡略化を図ることができる。
【００３０】
このように、本実施例によれば、寄生容量を増大させることなく、直列抵抗や配線のインダクタンスが小さいという、高周波特性に優れた半導体受光素子を簡便に再現性良く製造できる利点がある。
【００３１】
なお、本発明は、以下のような利用形態を有する。
【００３２】
上記実施例においては、光が結晶側面より入射する導波路型の受光素子について説明したが、本発明は、導波路型の光半導体素子に関し、簡便で再現性良く、上面側のオーミック性電極を低コンタクト抵抗、低インダクタンスで形成し、また、同時にパッド部に配線を引き出すことができるように構成している。つまり、本発明は、受光素子ばかりでなく、高周波で動作する導波路型のレーザーダイオードや光変調器等の光半導体素子にも適用できることは言うまでもない。
【００３３】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００３４】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００３５】
（１）請求項１記載の発明によれば、素子に連結される直列抵抗、インダクタンスや寄生容量を極力低減し、高周波特性に優れた光半導体素子を提供するとともに、同時にパッド部に配線を引き出すことができる。
【００３６】
（２）請求項２記載の発明によれば、寄生容量を増大させることなく、直列抵抗や配線のインダクタンスが小さい、高周波特性に優れた半導体受光素子を簡便に再現性良く製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す半導体受光素子の正面断面図である。
【図２】本発明の実施例を示す半導体受光素子の側面断面図である。
【図３】本発明の実施例を示す半導体受光素子の製造工程断面図である。
【図４】従来の半導体受光素子の製造工程断面図である。
【符号の説明】
２１    半絶縁性ＩｎＰ基板
２２    ｎ型ＩｎＰオーミック層
２３    ｎ型ＩｎＧａＡｓＰクラッド層
２４    ノンドープのＩｎＧａＡｓ光吸収層
２５    ｐ型ＩｎＧａＡｓＰクラッド層
２６    ｐ型ＩｎＰオーミック層
２７    マスクパターン
２９    リッジ型の導波路形状
３０    ｎ型オーミック領域
３１    絶縁膜
３２，３５    オーミック性電極
３３，３３′，３４    レジストパターン
３６    配線
３７    パッド部
３８    劈開面
３９    入射光
【図１】
0003623638.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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