(57)【要約】【課題】  埋め込み構造のウエットエッチング後の段差を低減する。【解決手段】  各選択ウエットエッチングに必要な総エッチング時間を決定する（Ｓ１，Ｓ２）。基板上にＳＣＨ層、活性層、ＳＣＨ層、クラッド層を成長させ（Ｓ３）、クラッド層上に誘電体マスクを形成する（Ｓ４）。ドライエッチングにより、マスクの下部の半導体層のみを残す（Ｓ５）。リン酸系（又は硫酸系）の選択ウエットエッチングと、塩酸系の選択ウエットエッチングを２回に分けて行う（Ｓ６−Ｓ９）。残った層を埋める結晶を成長させる（Ｓ１０）。【選択図】  図１
2005321666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
埋め込み構造の半導体光導波路を製造する方法であって、
活性層（１４）をウエットエッチングする第１の総エッチング時間、及び、クラッド層（１８）をウエットエッチングする第２の総エッチング時間を決定し（Ｓ１，Ｓ２）、
基板（１０）上に活性層（１４）及びクラッド層（１８）を成長させ（Ｓ３）、
マスクを形成し（Ｓ４）、
ドライエッチングを行い（Ｓ５）、
当該活性層（１４）のウエットエッチング及び当該クラッド層（１８）のウエットエッチングを、それぞれ、当該第１及び第２の総エッチング時間に達するまで複数回に分けて、実行し（Ｓ６−Ｓ９）、
当該ウエットエッチング後の当該活性層（１４）を埋めるように結晶（２２，２４）を成長する（Ｓ１０）
ことを特徴とする半導体光導波路製造方法。
【請求項２】
当該活性（１４）が、分離閉じ込め層（１２，１６）で挟まれていることを特徴とする請求項１に記載の半導体光導波路製造方法。
【請求項３】
当該第１の総エッチング時間が当該第２の総エッチング時間と等しいことを特徴とする請求項１に記載の半導体光導波路製造方法。
【請求項４】
当該活性層（１４）のウエットエッチング及び当該クラッド層（１８）のウエットエッチングを、それぞれ、当該第１及び第２の総エッチング時間に達するまで２回に分けて、実行し、
１回目のエッチング時間を総エッチング時間に係数αを乗算した時間とし、
係数αが０．５５乃至０．８５である
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の半導体光導波路製造方法。
【請求項５】
係数αが０．６であることを特徴とする請求項４に記載の半導体光導波路製造方法。
【請求項６】
活性層が、４元化合物からなること特徴とする請求項１に記載の半導体光導波路製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、埋め込み型構造の半導体光導波路を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
埋め込み型半導体光導波路を作製する工程は、基本的には、埋め込むべき半導体層を成長させる成長工程と、その半導体層から埋め込む部分以外の部分をエッチングにより除去するエッチング工程と、残った半導体層を埋め込む埋め込み工程とからなる。
【０００３】
エッチング工程でエッチングを防ぐために半導体層上に配置する誘電体マスクは、埋め込み工程で導波路上に結晶が成長するのを防止するためにも使用されるので、エッチング工程では、マスクより狭い幅まで半導体層をエッチングするのが一般的である。これは、誘電体マスク上への結晶成長を抑制するために必要な条件である。エッチングには、ウエットエッチングとドライエッチングがある。
【０００４】
半導体光導波路は例えば、ＩｎＧａＡｓＰ及びＡｌＧａＡｓＰ等の４元化合物からなり、これらの組成比を変えることで、光導波路構造のコアとクラッドを製造できる。
【０００５】
結晶成長とエッチングによる半導体光導波路の製造方法が、例えば、特許文献１，２に記載されている。
【特許文献１】特開２００１−２４９２３８公報
【特許文献２】特開２０００−１７４３７６公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
エッチング能力は一般に、対象となる半導体の組成及び結晶構造に依存する。半導体光導波路のように組成の異なる材料が積層される場合、異種材料間における境界面に段差が生じ、その箇所において、埋め込み結晶成長時に空隙及び欠陥を生じやすい。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決する半導体光導波路製造方法を提示することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る半導体光導波路製造方法は、埋め込み構造の半導体光導波路を製造する方法である。活性層をウエットエッチングする第１の総エッチング時間、及び、クラッド層をウエットエッチングする第２の総エッチング時間を決定する。基板上に活性層及びクラッド層を成長させる。マスクを形成する。ドライエッチングを行う。当該活性層のウエットエッチング及び当該クラッド層のウエットエッチングを、それぞれ、当該第１及び第２の総エッチング時間に達するまで複数回に分けて、実行する。ウエットエッチング後の当該活性層を埋めるように結晶を成長する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ドライエッチングとウエットエッチングの組み合わせにより、メサを作製することで、メサの幅と高さを厳密に制御可能となる。
【００１０】
選択ウエットエッチングを繰り返し行うことで、クラッド層とコア層の界面における段差を低減でき、さらに、メサの垂直性を向上させることが可能となる。これにより、導波路埋め込み成長時における空隙等の欠陥の発生を抑制でき、損失の小さい光導波路を歩留まり良く製造できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明の一実施例のフローチャートを示し、図２は、主要層を成長させ、誘電体マスクを形成した後の斜視図を示し、図３乃至図８は、本実施例による各段階での断面図を示す。ここでは、ＩｎＧａＡｓＰ系の半導体光導波路に適用した実施例を説明する。
【００１３】
先ず、ＩｎＧａＡｓＰを選択的にエッチングするリン酸系エッチャントのエッチング速度、誘電体マスク幅、及び埋め込み状態での活性層幅から、リン酸系エッチャントの総エッチング時間Ｔａを決定する（Ｓ１）。なお、ＩｎＧａＡｓＰを選択的にエッチングするには、リン酸系エッチャント以外に、硫酸系エッチャントも使用可能である。同様に、ＩｎＰを選択的にエッチングする塩酸系エッチャントのエッチング速度、誘電体マスク幅、及び埋め込み状態での活性層幅から、塩酸系エッチャントの総エッチング時間Ｔｂを決定する（Ｓ２）。これらの総エッチング時間Ｔａ，Ｔｂは、試作した半導体層に対して個別に決定しても良い。ここでは、時間管理の容易さから、Ｔａ＝Ｔｂとなるように、リン酸系エッチャント及び塩酸系エッチャントの組成を決定した。
【００１４】
ｎ−Ｉｎｐ基板１０の［１００］面上に、Ｉｎ１−ｘＧａｘＡｓｙＰ１−ｙからなる分離閉込め（ＳＣＨ：Separate Confinement Heterostructures）層１２、Ｉｎ１−ａＧａａＡｓｂＰ１−ｂからなる活性層１４、Ｉｎ１−ｘＧａｘＡｓｙＰ１−ｙからなる分離閉込め層１６、ｐ−ＩｎＰからなるクラッド層１８を成長させる（Ｓ３）。ｘ，ｙ，ａ，ｂは０より大きく、且つ１より小さい。ｂはｙ以上である。更に、周知の方法により、クラッド層１８の上に、活性層１４の導波路幅によりも広い誘電体マスク２０を配置する（Ｓ４）。図２は、この状態の斜視図を示す。
【００１５】
本実施例では、図２に示すように、製造しようとする光導波路は、［１００］面上にあり、その光導波路の光軸方向は、［０１１］面に直交又はほぼ直交する方向に延びるように、以下の処理で光導波路を製造する。
【００１６】
図２に示す半導体層から、ドライエッチングにより、誘導体マスク２０から外れた層１２，１４，１６，１８の部分を除去する（Ｓ５）。即ち、誘電体マスク２０と同じ幅のメサを形成する。図３は、ドライエッチング後の断面図を示す。ドライエッチングでは、異なる半導体材料を一括にエッチングできるので、ウエットエッチングでは作製困難な高アスペクト比（幅と深さの比）のメサを実現できる。ドライエッチングは、メサ深さの制御性の点でウエットエッチングより優れている。
【００１７】
リン酸系エッチャントにより、ＩｎＧａＡｓＰからなる層１２，１４，１６を選択的にエッチングする（Ｓ６）。この選択エッチング後の断面図を図４に示す。活性層１４はほぼ均等にエッチングされるが、ＳＣＨ層１２，１６は、それぞれＩｎＰ基板１０及びＩｎＰ層１８に近い側が遅くエッチングされ、活性層１４に近い側が速くエッチングされる。この結果、ＳＣＨ層１２，１６のエッチングされた端面は、斜めになる。これが、将来的には埋め込みの邪魔になる。１回目のリン酸系エッチャントによるウエットエッチング（Ｓ６）のエッチング時間は、αＴａに設定される。
【００１８】
塩酸系エッチャントにより、ＩｎＰからなる基板１０及び層１８を選択的にエッチングする（Ｓ７）。この選択エッチング後の断面図を図５に示す。図５に示すように、ＩｎＰ基板１０は、深さ方向と横方向にエッチングされ、ＩｎＰ層１８は、誘電体マスク２０下側で遅く、ＳＣＨ層１６に近い側で速くエッチングされる。この結果、基板１０の層１２，１４，１６，１８を支える部分は、上辺よりも下辺が短い逆台形状のメサになる。このメサの角度θは、埋め込み成長を考慮すると、９０°に近い角度であることが好ましいと考えられている。また、一般に、ＩｎＰ層１８のＳＣＨ層１６に近い部分は、ＳＣＨ層１６よりも深くエッチングされる。この結果、エッチング端面全体で見ると、ＳＣＨ層１６が飛び出たようになり、これによる段差が大きいほど、埋め込み成長時の結晶欠陥が多くなる。
【００１９】
１回目のリン酸系エッチャントによるウエットエッチング（Ｓ６）のエッチング時間は、αＴａに設定され、１回目の塩酸系エッチャントによるウエットエッチング（Ｓ７）のエッチング時間は、αＴｂに設定される。ここでは、Ｔａ＝Ｔｂとしているので、結局、１回目のリン酸系エッチャントによるウエットエッチング時間と、１回目の塩酸系エッチャントによるウエットエッチング時間は、互いに等しく設定される。詳細な理由は後述するが、αは、２回に分けたエッチングで層１２，１４，１６の段差を最小に抑えるように決定される係数であり、最適には０．６であり、好ましくは、０．５５乃至０．８５程度である。また、ＩｎＰの選択エッチングを必要なエッチング量に対して２回以上に分けることで、メサの角度θを９０°に近づけることができる。
【００２０】
リン酸系エッチャントによる２回目のウエットエッチングを行う（Ｓ８）。この選択エッチング後の断面図を図６に示す。ここでのエッチング時間は（１−α）Ｔａである。活性層１４及びＳＣＨ層１２，１６が更に、エッチングされる。活性層１４の横幅は、希望値にまで小さくなる。ＳＣＨ層１２，１６のエッチングされた端面は、斜めのままであるが、それぞれ、ＩｎＰ基板１０に接する箇所及びクラッド層１８に接する箇所では、ＩｎＰ基板１０及びクラッド層１８よりも狭くなる。
【００２１】
塩酸系エッチャントによる２回目のウエットエッチングを行う（Ｓ９）。この選択エッチング後の断面図を図７に示す。ここでのエッチング時間は（１−α）Ｔｂである。ＩｎＰ基板１０及びクラッド層１８が更に、エッチングされる。クラッド層１８の下面の横幅は、ＳＣＨ層１６の上面の横幅と同程度になる。
【００２２】
このように、リン酸系エッチャントによる選択エッチングと塩酸系エッチャントによる選択エッチングをそれぞれ２回、行うことで、ＩｎＰ基板１０のメサ部、ＳＣＨ層１２，活性層１４，ＳＣＨ層１６及びクラッド層１８からなるエッチング端面を、段差の無い又は小さい、ほぼ連続する端面とすることができる。これにより、この後の埋め込み成長が容易になり、結晶欠陥が少なくなる。
【００２３】
最後に、活性層１４を埋め込む結晶を成長させる（Ｓ１０）。埋め込み成長後の断面図を図８に示す。具体的には、先ず、ＩｎＰ基板１０のメサ部、ＳＣＨ層１２，活性層１４，ＳＣＨ層１６及びクラッド層１８の周囲に、ｐ−ＩｎＰクラッド層２２を成長させ、更に、ｎ−ＩｎＰクラッド層２４を成長させる。これにより、分離閉じ込めヘテロ構造の光導波路が製造されたことになる。
【００２４】
以後、必要量を製造し終えるまで（Ｓ１１）、ステップＳ３からＳ１０までの繰り返す。
【００２５】
図７に示すウエットエッチングの終了後の状態では、ＳＣＨ層１６とクラッド層１８の界面でＳＣＨ層１６が突出している量がある程度以上になると、埋め込み成長によっても、クラッド層１８とクラッド層２２との間に空隙が発生しやすくなる。本実施例では、ウエットエッチングを２回に分けて行い、なおかつ、その時間配分の係数αを適切に設定することで、ＳＣＨ層１６の突出量を少なくすることができる。その結果として、クラッド層１８とクラッド層２２との間に空隙ができにくくなる。
【００２６】
図９は、ＳＣＨ層１６とクラッド層１８との間の段差と、係数αとの関係を示す。幅１．５ｕｍの誘電体マスク２０を用いて、活性層１４の幅１μｍにする場合で、実測した。横軸はαを示し、縦軸は、クラッド層１８に対するＳＣＨ層１６の突出量（ｎｍ）を示す。ＳＣＨ層１６とクラッド層１８との間の段差は１００ｎｍ以下が好ましいと言われている。この観点では、図９から、αは最適には０．６であり、好ましくは、０．５５乃至０．８５であればよいことが分かる。
【実施例２】
【００２７】
リン酸系と塩酸系の選択ウエットエッチングをそれぞれ２回、行う実施例を説明したが、３回以上行うようにしても、同様の作用効果を得ることができる。図１０は、ウエットエッチングの回数と、それによるＳＣＨ層１６の段差幅（ｎｍ）および、メサ角度θとの関係の測定例を示す。横軸は、選択ウエットエッチングの回数を示し、縦軸は、ＳＣＨ層１６の段差及びメサ角度を示す。
【００２８】
２回及び３回のウエットエッチングでは、必要なエッチング量に対する総時間を比例配分している。即ち、２回のウエットエッチングでは、必要なエッチング量に対する総時間の半分のウエットエッチングを２回、行い、３回のウエットエッチングでは、必要なエッチング量に対する総時間の１／３のウエットエッチングを３回、行う。図１０から、許容される段差幅を１００ｎｍ、メサ角度θを８５°以上とすると、３回以上に分けて選択エッチングを行えばよいことが分かる。
【００２９】
２回の場合でも、図９に示すように、係数αでエッチング時間を配分することで、段差を小さくできる。図示していないが、メサ角度も小さくできる。
【００３０】
特定の説明用の実施例を参照して本発明を説明したが、特許請求の範囲に規定される本発明の技術的範囲を逸脱しないで、上述の実施例に種々の変更・修整を施しうることは、本発明の属する分野の技術者にとって自明であり、このような変更・修整も本発明の技術的範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施例の動作フローチャートである。
【図２】ステップＳ４後の断面の模式図である。
【図３】ステップＳ５後の断面の模式図である。
【図４】ステップＳ６後の断面の模式図である。
【図５】ステップＳ７後の断面の模式図である。
【図６】ステップＳ８後の断面の模式図である。
【図７】ステップＳ９後の断面の模式図である。
【図８】ステップＳ１０後の断面の模式図である。
【図９】係数αとＳＣＨ層１６の段差幅との関係を示す図である。
【図１０】選択ウエットエッチングの回数とＳＣＨ１６の段差及びメサ角度θとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０：ｎ−Ｉｎｐ基板
１２：分離閉込め（ＳＣＨ）層
１４：活性層
１６：分離閉込め（ＳＣＨ）層
１８：クラッド層
２０：誘電体マスク
２２：クラッド層
２４：クラッド層
【図１】
2005321666.tif 000003
【図２】
2005321666.tif 000004
【図３】
2005321666.tif 000005
【図４】
2005321666.tif 000006
【図５】
2005321666.tif 000007
【図６】
2005321666.tif 000008
【図７】
2005321666.tif 000009
【図８】
2005321666.tif 000010
【図９】
2005321666.tif 000011
【図１０】
2005321666.tif 000012