(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上にクラッド層および活性層を含む複数の半導体層を堆積した活性層エピタキシャルウエハを製造する活性層エピタキシャルウエハ製造段階と、
前記活性層エピタキシャルウエハに複数のストライプ状のエッチングマスクを形成するエッチングマスク形成段階と、
前記エッチングマスク形成後の前記活性層エピタキシャルウエハの前記複数の半導体層を少なくとも前記活性層まで厚さ方向にエッチングにより除去してストライプ状の光導波路を形成する光導波路形成段階と、
前記光導波路を埋め込み層により埋め込む埋め込み段階と、
前記エッチングマスクを除去した後に、埋め込みクラッド層を含む複数の半導体層を堆積し、さらに上部電極および下部電極を形成して半導体ウエハを製造する半導体ウエハ製造段階と、
前記半導体ウエハを、前記光導波路を横断する劈開予定面に沿って劈開し、かつ前記劈開予定面に垂直な方向に分離して、複数の半導体光素子を分離する半導体光素子分離段階とを含む半導体光素子の製造方法において、
前記エッチングマスク形成段階が、１つの半導体光素子となる領域の一方の劈開予定面を垂直に貫通する第１の直線部と、他方の劈開予定面を前記第１の直線部と予め定められた角度を成して貫通する第２の直線部と、前記第１の直線部と前記第２の直線部とを接続する第１の曲線部とを含み、当該１つの半導体光素子となる領域および当該１つの半導体光素子となる領域に光の導波方向で隣接する半導体光素子となる領域の少なくとも３つの劈開予定面を通過する連続線状のエッチングマスクを形成する段階である半導体光素子の製造方法。
【請求項２】
半導体基板上にクラッド層および活性層を含む複数の半導体層を堆積した活性層エピタキシャルウエハを製造する活性層エピタキシャルウエハ製造段階と、
前記活性層エピタキシャルウエハに複数のストライプ状のエッチングマスクを形成するエッチングマスク形成段階と、
前記エッチングマスク形成後の前記活性層エピタキシャルウエハの前記複数の半導体層を少なくとも前記活性層まで厚さ方向にエッチングにより除去してストライプ状の光導波路を形成する光導波路形成段階と、
前記光導波路を埋め込み層により埋め込む埋め込み段階と、
前記エッチングマスクを除去した後に、埋め込みクラッド層を含む複数の半導体層を堆積し、さらに上部電極および下部電極を形成して半導体ウエハを製造する半導体ウエハ製造段階と、
前記半導体ウエハを、前記光導波路を横断する劈開予定面に沿って劈開し、かつ前記劈開予定面に垂直な方向に分離して、複数の半導体光素子を分離する半導体光素子分離段階とを含む半導体光素子の製造方法において、
前記エッチングマスク形成段階が、１つの半導体光素子となる領域の劈開予定面に垂直な第１の直線部と、前記第１の直線部と予め定められた角度を成して当該劈開予定面のそれぞれを貫通する第２の直線部および第３の直線部と、前記第１の直線部と前記第２の直線部とを接続する第１の曲線部と、前記第１の直線部と前記第３の直線部とを接続する第２の曲線部とを含み、当該１つの半導体光素子となる領域および当該１つの半導体光素子となる領域に光の導波方向で隣接する半導体光素子となる領域の少なくとも３つの劈開予定面を通過する連続線状のエッチングマスクを形成する段階である半導体光素子の製造方法。
【請求項３】
前記エッチングマスク形成段階は、
前記連続線状のエッチングマスクを形成するための連続線状のフォトマスクパターンが形成されているとともに、前記連続線状のフォトマスクパターンの前記第１の直線部と平行であり、かつ前記少なくとも３つの劈開予定面を垂直に貫通する直線状のフォトマスクパターンが形成されているフォトマスクを用いて前記エッチングマスクを形成することを特徴とする請求項１または請求項２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、半導体光素子の製造方法に係り、特に、斜め端面構造を有する高信頼性の埋め込み型半導体光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
外部共振器型半導体レーザ（ＥＣＬＤ）、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）、半導体光増幅器(ＳＯＡ）等の半導体光素子にあっては、半導体光素子の両端面のうち少なくとも一方の端面の反射率を低反射率にする必要がある。
【０００３】
端面の反射率を光導波路の構造によって低反射率化した半導体光素子としては、例えば、低反射率側の光導波路端面を窓構造とした半導体光素子が公知である。
【０００４】
また、光導波路の低反射面側開口を斜め端面構造として光導波路端面の反射率を低減した半導体光素子およびその製造方法が既に提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図６（ａ）は特許文献１に開示された半導体光素子製造方法で製造した劈開前の半導体ウエハ４の上面図、図６（ｂ）は劈開により分離した１つの半導体光素子４２の上面図である。
【０００６】
特許文献１の半導体製造方法によれば、図６（ａ）に示すように、複数の斜め端面構造を有する複数の半導体光素子（４１、４２、４３等）が半導体ウエハ４上にモノリシックに形成される。そして、１つの半導体光素子、例えば半導体光素子４２の光導波路４２ｇは、図中の一点鎖線で示された劈開予定面を挟んで隣接する半導体光素子４１および半導体光素子４３の領域に所定の長さだけ延伸するように形成されている。
【０００７】
半導体光素子４２の光導波路４２ｇを隣接する半導体光素子４１および半導体光素子４３にまで延伸することによって、劈開予定面から実際の劈開面が例えば±１０マイクロメートル程度ずれた場合でも、実際の劈開面に光導波路４２ｇの端面を確実に開口させることができることとなる。
【特許文献１】特開昭６２−２６９３７９号公報（第６頁第１２行目〜第７頁第２行目、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の半導体製造方法によれば、図６（ｂ）に破線の丸で囲んで示すように、劈開によって生成された１つの半導体光素子４２に、劈開前に隣接していた半導体光素子４１の光導波路４１ｇの延伸部分および半導体光素子４３の光導波路４３ｇの延伸部分が残存することとなる。
【０００９】
残存部分の光導波路端面は、光導波路を形成する際のエッチングによって上述した窓構造の光導波路の端面と同一の構造となるので、光導波路端面近傍を流れる電流のために半導体光素子としての信頼性が低下することを回避できないという課題があった。
【００１０】
本発明は、従来の問題を解決するためになされたものであって、斜め端面構造を有する高信頼性の埋め込み型半導体光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】
【００１１】
本発明に係る半導体光素子の製造方法は、半導体基板上にクラッド層および活性層を含む複数の半導体層を堆積した活性層エピタキシャルウエハを製造する活性層エピタキシャルウエハ製造段階と、前記活性層エピタキシャルウエハに複数のストライプ状のエッチングマスクを形成するエッチングマスク形成段階と、前記エッチングマスク形成後の前記活性層エピタキシャルウエハの前記複数の半導体層を少なくとも前記活性層まで厚さ方向にエッチングにより除去してストライプ状の光導波路を形成する光導波路形成段階と、前記光導波路を埋め込み層により埋め込む埋め込み段階と、前記エッチングマスクを除去した後に、埋め込みクラッド層を含む複数の半導体層を堆積し、さらに上部電極および下部電極を形成して半導体ウエハを製造する半導体ウエハ製造段階と、前記半導体ウエハを、前記光導波路を横断する劈開予定面に沿って劈開し、かつ前記劈開予定面に垂直な方向に分離して、複数の半導体光素子を分離する半導体光素子分離段階とを含む半導体光素子の製造方法において、前記エッチングマスク形成段階が、１つの半導体光素子となる領域の一方の劈開予定面を垂直に貫通する第１の直線部と、他方の劈開予定面を前記第１の直線部と予め定められた角度を成して貫通する第２の直線部と、前記第１の直線部と前記第２の直線部とを接続する第１の曲線部とを含み、当該１つの半導体光素子となる領域および当該１つの半導体光素子となる領域に光の導波方向で隣接する半導体光素子となる領域の少なくとも３つの劈開予定面を通過する連続線状のエッチングマスクを形成する段階であることを特徴とする。
【００１２】
この製造方法により、劈開前に隣接していた半導体光素子の埋め込み層によって埋め込まれた光導波路の一部が残存しないので、半導体光素子の信頼性を高めることができることとなる。
【００１３】
本発明に係る半導体光素子の製造方法は、半導体基板上にクラッド層および活性層を含む複数の半導体層を堆積した活性層エピタキシャルウエハを製造する活性層エピタキシャルウエハ製造段階と、前記活性層エピタキシャルウエハに複数のストライプ状のエッチングマスクを形成するエッチングマスク形成段階と、前記エッチングマスク形成後の前記活性層エピタキシャルウエハの前記複数の半導体層を少なくとも前記活性層まで厚さ方向にエッチングにより除去してストライプ状の光導波路を形成する光導波路形成段階と、前記光導波路を埋め込み層により埋め込む埋め込み段階と、前記エッチングマスクを除去した後に、埋め込みクラッド層を含む複数の半導体層を堆積し、さらに上部電極および下部電極を形成して半導体ウエハを製造する半導体ウエハ製造段階と、前記半導体ウエハを、前記光導波路を横断する劈開予定面に沿って劈開し、かつ前記劈開予定面に垂直な方向に分離して、複数の半導体光素子を分離する半導体光素子分離段階とを含む半導体光素子の製造方法において、前記エッチングマスク形成段階が、１つの半導体光素子となる領域の劈開予定面に垂直な第１の直線部と、前記第１の直線部と予め定められた角度を成して当該劈開予定面のそれぞれを貫通する第２の直線部および第３の直線部と、前記第１の直線部と前記第２の直線部とを接続する第１の曲線部と、前記第１の直線部と前記第３の直線部とを接続する第２の曲線部とを含み、当該１つの半導体光素子となる領域および当該１つの半導体光素子となる領域に光の導波方向で隣接する半導体光素子となる領域の少なくとも３つの劈開予定面を通過する連続線状のエッチングマスクを形成する段階であることを特徴とする。
【００１４】
この製造方法により、劈開前に隣接していた半導体光素子の埋め込み層によって埋め込まれた光導波路の一部が残存しないので、半導体光素子の信頼性を高めることができることとなる。
本発明に係る半導体光素子の製造方法は、前記エッチングマスク形成段階が、前記連続線状のエッチングマスクを形成するための連続線状のフォトマスクパターンが形成されているとともに、前記連続線状のフォトマスクパターンの前記第１の直線部と平行であり、かつ前記少なくとも３つの劈開予定面を垂直に貫通する直線状のフォトマスクパターンが形成されているフォトマスクを用いて前記エッチングマスクを形成することを特徴とする。
この製造方法により、エッチングマスクを形成するためのフォトリソグラフィにおいて、ウエハの結晶面に対する平行合わせを容易にすることができることとなる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、１つの半導体光素子となる領域の劈開予定面を貫通する直線部を有するエッチングマスクを連続線状に形成することにより、劈開前に隣接していた半導体光素子の埋め込み層によって埋め込まれた光導波路が残存しないので半導体光素子の信頼性を高めることができるという効果を有する半導体光素子の製造方法を提供することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態の半導体光素子の製造方法について、図面を用いて説明する。
【００１７】
図１（ａ）は本発明に係る半導体光素子の製造方法によって製造される、一方の劈開予定面１ｓに開口する光導波路２の端面２ｅが斜め端面である半導体光素子１の上面図であって、光導波路２の端面２ｅから予め定められた長さＬの第２の直線部２ａが劈開予定面１ｓの法線に対して予め定められた角度θを成す。
【００１８】
即ち、光導波路２は、劈開予定面１ｓの法線に対して予め定められた角度θを成す１つの端面２ｅを起点とする予め定められた長さＬの第２の直線部２ａと、劈開予定面１ｓに垂直な方向に延伸する第１の直線部２ｃと、第２の直線部２ａおよび第１の直線部２ｃに接続する第１の曲線部２ｂとから構成されている。
【００１９】
図１（ｂ）は両方の劈開予定面１ｓおよび１ｓ’に開口する光導波路２の端面２ｅおよび２ｅ’が斜め端面である半導体光素子１の上面図である。
【００２０】
即ち、光導波路２は、２つの端面２ｅおよび２ｅ’を起点とし、劈開予定面１ｓおよび１ｓ’に対して予め定められた角度θおよびθ’を成す予め定められた長さＬおよびＬ’の直線である第２の直線部２ａおよび第３の直線部２ａ’と、劈開予定面１ｓおよび１ｓ’に垂直な方向に延伸する第１の直線部２ｃと、第１の直線部２ｃと第２、第３の直線部２ａおよび２ａ’にそれぞれ接続する第１、第２の曲線部２ｂおよび２ｂ’とを含む。
【００２１】
本発明に係る半導体光素子の製造方法は、図２に示すように、（Ｉ）半導体基板上にクラッド層および活性層を含む複数の半導体層を堆積した活性層エピタキシャルウエハを製造する活性層エピタキシャルウエハ製造段階と、（II）活性層エピタキシャルウエハに複数のストライプ状のエッチングマスクを形成するエッチングマスク形成段階と、（III）活性層エピタキシャルウエハをエッチングして光導波路を形成する光導波路形成段階と、（ＩＶ）光導波路を埋め込み層により埋め込む埋め込み段階と、（Ｖ）エッチングマスクを除去した後に、埋め込みクラッド層を含む複数の半導体層を堆積し、さらに上部電極および下部電極を形成して半導体ウエハを製造する半導体ウエハ製造段階と、（ＶＩ）半導体ウエハを、光導波路を横断する劈開予定面に沿って劈開し、前記劈開予定面に垂直な方向に分離して、複数の半導体光素子を分離する半導体光素子分離段階とを含む。
【００２２】
即ち、活性層エピタキシャルウエハ製造段階（Ｉ）においては、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法を用いて半導体基板３０上にｎ−ＩｎＰからなる第１のクラッド層３１、光導波路を形成するＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸からなる活性層３２、ｐ−ＩｎＰからなる第２のクラッド層３３を順次積層して活性層エピタキシャルウエハ３を製造する。
【００２３】
エッチングマスク形成段階（II）においては、例えば、プラズマＣＶＤ法を用いてＳｉＮｘ膜を堆積し、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて、複数のストライプ状のエッチングマスク３４を形成する。
【００２４】
図３は本発明に係る半導体光素子の製造方法で使用する光導波路パターン、即ち、エッチングマスク３４のパターンを示す上面図であって、図３（ａ）は一方の劈開予定面に開口する光導波路の端面が斜め端面である半導体光素子用の光導波路パターンであり、図３（ｂ）は両方の劈開予定面に開口する光導波路の端面が共に斜め端面である半導体光素子用の光導波路パターンである。
【００２５】
即ち、図３（ａ）に示す本発明に係る半導体光素子の製造方法で使用する光導波路パターンは、図１（ａ）に示した光導波路が少なくとも３つの劈開予定面を貫通して切れ目なしに繋がる形状を有しており、劈開予定面を中心とする予め定められた範囲を通過する部分の形状が、劈開予定面に対して予め定められた角度θを成す直線、または、劈開予定面に対して垂直に交わる直線となっている。
【００２６】
また、図３（ｂ）に示す本発明に係る半導体光素子の製造方法で使用する光導波路パターンは、図１（ｂ）に示した光導波路が少なくとも３つの劈開予定面を貫通して切れ目なしに繋がる形状を有しており、劈開予定面を中心とする予め定められた範囲を通過する部分の形状が、劈開予定面に対して予め定められた角度θまたはθ’を成す直線となっている。
【００２７】
３以上の半導体光素子に跨る光導波路を切り出す光導波路パターンにあっては、すべての半導体光素子の光導波路の形状を同一とするために、劈開予定面を通過する光導波路の直線が劈開予定面と成す角度θとθ’を同じ角度とすることが望ましい。
【００２８】
前述したようにエッチングマスクのパターンは切れ目なしに繋がる形状をしているため、半導体基板の劈開予定面方向の結晶面に対して垂直を成す直線部分が、従来のエッチングマスクのパターンと比較して短くなってしまう。そのため、フォトリソグラフィにおいて、ウエハの結晶面（オリフラもしくはウエハの劈開面）に対して平行合わせをする際、図４に示すようにフォトマスク５０のフォトマスクパターン５０ａのみでは平行合わせをすることが困難になってしまう。そのため、フォトリソグラフィにおいて用いるフォトマスク５０に劈開予定面に垂直な平行合わせ用直線５０ｂを設ける。ウエハの結晶面（オリフラもしくはウエハの劈開面）をその平行合わせ用直線５０ｂに合わせてフォトリソグラフィを行う。
【００２９】
光導波路形成段階（III）においては、上記により設計されたエッチングマスク３４と、塩酸、過酸化水素水および水の混合液からなるエッチング液を用いて、第１のクラッド層３１、活性層３２、第２のクラッド層３３をエッチングして、メサストライプ（光導波路パターン）を形成する。
【００３０】
埋め込み段階（ＩＶ）においては、光導波路形成を段階（III）で除去された部分にＭＯＶＰＥ法でｐ−ＩｎＰからなる下部埋め込み層３５およびｎ−ＩｎＰからなる上部埋め込み層３６を堆積して埋め込む。
【００３１】
半導体ウエハ製造段階（Ｖ）においては、まず、エッチングマスク３４を除去する。次に、ｐ−ＩｎＰからなる埋め込みクラッド層３７を形成し、その上部にｐ−ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層３８を形成する。次に、半導体基板３０の底面に第１の電極３９を形成し、コンタクト層３８上に第２の電極４０を形成する。
【００３２】
半導体光素子分離段階（ＶＩ）では、半導体ウエハを図２（ＶＩ）の模式的な光導波路パターン上面図に示した予め定められた劈開予定面Ａ１Ａ１’、Ａ２Ａ２’等で劈開し、複数の半導体光素子が横方向に連なった半導体ウエハに分離する。
【００３３】
最後に、複数の半導体光素子が横方向に連なった半導体ウエハを劈開予定面Ａ１Ａ１’、Ａ２Ａ２’等に垂直なＢ１Ｂ１’、Ｂ２Ｂ２’等の方向に分離して、個々の半導体光素子に分離する。なお、具体的な分離方法としては、劈開、ダイシング等がある。
【００３４】
なお、前述してきた本発明に係る半導体光素子の製造方法によって製造される斜め端面を有する半導体光素子には第１、第２の曲線部２ｂ、２ｂ’および第２、第３の直線部２ａ、２ａ’が存在し、それらの部分は劈開予定面に平行な結晶面の法線に対して角度を持っているため、光導波路形成段階においてその部分のエッチングにばらつきが生じる可能性がある。このため、半導体光素子の特性検査において、このようなエッチングのばらつきが生じた場合には特性が変化してしまうことがある。従って、半導体光素子に分離する前の半導体ウエハ（特に活性層の特性）の良し悪しを判断することができない。
【００３５】
そのため、エッチングのばらつきに影響を受けずに半導体ウエハ自体の良し悪しを評価するために、１つの第１の直線部が２つの劈開予定面に垂直に開口するようなパターン（ファブリペロー型レーザダイオードとなる部分）を、図５に示すようにエッチングマスクパターン上の一部に挿入する。半導体光素子分離段階において半導体光素子を分離する際に、ファブリペロー型レーザダイオードも分離し、これを半導体ウエハ評価用素子１０として利用する。
【００３６】
それらの半導体ウエハ評価用素子１０の特性を測定することにより、光導波路形成段階において、第１、第２の曲線部２ｂ、２ｂ’および第２、第３の直線部２ａ、２ａ’のエッチングのばらつきの影響を受けずに、半導体ウエハ（特に活性層の特性）の良し悪しを把握することができる。
【００３７】
半導体ウエハ評価用素子１０の光の導波方向の長さは適宜設計可能であるが、できれば半導体光素子１と同程度の長さとすることが望ましい。そのためには、半導体ウエハ評価用素子１０となる領域の第１の直線部の長さを半導体光素子１の光の導波方向の長さ分だけ延長してやればよい。半導体ウエハ評価用素子１０の光の導波方向の長さを半導体光素子１のそれと同程度にすることで、異なる長さの素子が同時にプロセスされることによって生じうる不便を防ぎ、かつ利得や内部損失などの特性比較が行いやすくなるという利点が得られる。
【００３８】
なお、以上はＩｎＰ系の半導体光素子について説明してきたが、もちろんＧａＡｓ系の半導体光素子に対しても本発明の製造方法を適用できる。
【００３９】
即ち、本発明に係る半導体光素子の製造方法によれば、半導体光素子内に隣接する半導体光素子の光導波路が残存しないため、半導体光素子の信頼性を向上することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上のように、本発明に係る半導体光素子の製造方法は、劈開前に隣接していた半導体光素子の埋め込み層によって埋め込まれた光導波路が残存しないので半導体光素子の信頼性を高めることができるという効果を有し、光通信等において有効である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る半導体光素子の製造方法によって製造される半導体光素子の上面図
【図２】本発明に係る半導体光素子の製造方法の製造段階を示す断面図および上面図
【図３】本発明に係る半導体光素子の製造方法で使用する窒化シリコンパターンの上面図
【図４】本発明に係る半導体光素子の製造方法の製造段階を示す上面図
【図５】本発明に係る半導体光素子の製造方法で使用する窒化シリコンパターンの上面図
【図６】従来の斜め端面光導波路を備える半導体光素子ウエハおよび半導体光素子の上面図
【符号の説明】
【００４２】
１  半導体光素子
１ｓ、１ｓ’  劈開予定面
２  光導波路
２ａ  第２の直線部
２ａ’  第３の直線部
２ｂ  第１の曲線部
２ｂ’  第２の曲線部
２ｃ  第１の直線部
２ｅ、２ｅ’  端面
３  活性層エピタキシャルウエハ
４  半導体ウエハ
１０  半導体ウエハ評価用素子
３０  半導体基板
３１  第１のクラッド層
３２  活性層
３３  第２のクラッド層
３４  エッチングマスク
３５  下部埋め込み層
３６  上部埋め込み層
３７  埋め込みクラッド層
３８  コンタクト層
３９  第１の電極
４０  第２の電極
４１、４２、４３  半導体光素子
４１ｇ、４２ｇ、４３ｇ  光導波路
５０  フォトマスク
５０ａ  フォトマスクパターン
５０ｂ  平行合わせ用直線
【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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