半導體光元件的製造方法
2023-08-10 06:37:56
專利名稱：半導體光元件的製造方法
技術領域：
本發明涉及一種具有包含Al元素的半導體層的埋入型半導體光元 件的製造方法，特別涉及能夠確保良好特性和較高的可靠性的半導體光 元件的製造方法。
背景技術：
已經提出了如下的埋入型半導體光元件(例如，參考專利文獻l): 使用掩模對半導體層疊結構進行刻蝕，形成條紋結構，由埋入層埋入該 條紋結構。
專利文獻1 特開2001 - 53391號公4艮
說明用於製造埋入型半導體光元件的參考例1的製造方法。首先， 如圖31所示，在p型InP襯底11上依次形成p型InP覆蓋層12、包含 Al元素的活性層15、和n型InP覆蓋層16。並且，在n型InP覆蓋層 16上形成利用光刻進行構圖後的絕緣膜17。
接下來，如圖32所示，將絕緣膜17作為掩模，刻蝕n型InP覆蓋 層16和活性層15,形成條紋結構18。並且，在用於形成埋入層的結晶 生長裝置內，如圖33所示，以包含囟族元素的氣體等刻蝕條紋結構18。
接下來，如圖34所示，由p型InP埋入層19、 n型InP埋入層20 以及p型InP埋入層21埋入條紋結構18。並且，如圖35所示，除去絕 緣膜17,形成n型InP層22、絕緣膜23、表面電極24以及背面電極25。
在參考例1中，在條紋結構18的側壁，含有Al元素的活性層15 暴露在附著有氧氣等氣體或雜質的環境中。因此，在活性層15的表面 上附著雜質，形成反應生成物或Al氧化物等。這種化合物妨礙之後的 埋入層的結晶生長。此外，由於該化合物，無效電流或光的損失變大， 所以，半導體光元件的初始特性或長期可靠性惡化。因此，在形成埋入 層之前，以包含卣族元素的氣體等刻蝕條紋結構18。但是，在條紋結構 18的表面所形成的Al氧化物等非常牢固，所以，不能穩定地除去。
說明用於解決該問題的參考例2的製造方法。首先，如圖36所示， 在p型InP襯底11上依次形成p型InP覆蓋層12、包含A1元素的活性層15和n型InP覆蓋層16。並且，在n型InP覆蓋層16上形成利用光 刻進行構圖後的絕緣膜17。
接下來，在用於形成埋入層的結晶生長裝置內，如圖37所示，將 絕緣膜17作為掩模，刻蝕n型InP覆蓋層16和活性層15,形成條紋結 構18。之後，如圖38所示，由p型InP埋入層19、 n型InP埋入層20 以及p型InP埋入層21埋入條紋結構18。並且，如圖39所示，除去絕 緣膜17,形成n型InP層22、絕緣膜23、表面電極24和背面電極25。
這樣僅以用於形成埋入層的結晶生長裝置內的刻蝕來形成條紋結 構18,由此，條紋結構18不暴露在附著氧氣等氣體或雜質的環境中。 但是，由於條紋結構18的側壁具有45度的傾斜，所以，條紋頂上部變 細，元件的電阻增加。與此相對，為了確保條紋頂上部的寬度而使n型 InP覆蓋層16變薄時，不能充分地確保光關閉層。此外，為了確保條紋 頂上部的寬度而加大活性層15的寬度時，基模下的雷射器振蕩會不穩 定。此外，需要長時間的刻蝕，得到良好的刻蝕特性是困難的。
以上的參考例1和參考例2的任何一種製造方法都不能確保半導體 光元件的良好特性和較高的可靠性。
發明內容
本發明是為了解決上述課題而進行的，其目的是獲得一種能夠確保 良好特性和較高的可靠性的半導體光元件的製造方法。
本發明的半導體光元件的製造方法包括如下步驟在第一半導體層 上形成槽；在槽內形成含有Al元素的第二半導體層；在第一半導體層 以及第二半導體層上形成第三半導體層；在第三半導體層上以覆蓋第二 半導體層的上方的方式形成絕緣膜；將絕緣膜作為掩模，不使第二半導 體層露出地刻蝕第一半導體層以及第三半導體層，形成條紋結構；以埋 入層埋入條紋結構。本發明的其他特徵在以下可明確。
根據本發明，能夠確保半導體光元件的良好特性和較高的可靠性。
圖l是用於說明本發明實施方式1的半導體光元件的製造方法的截 面圖。
圖2是用於說明本發明實施方式1的半導體光元件的製造方法的截面圖。
圖3是用於說明本發明實施方式1的半導體光元件的製造方法的截面圖。
圖4是用於說明本發明實施方式1的半導體光元件的製造方法的截 面圖。
圖5是用於說明本發明實施方式1的半導體光元件的製造方法的截 面圖。
圖6是用於說明本發明實施方式1的半導體光元件的製造方法的截 面圖。
圖7是用於說明本發明實施方式1的半導體光元件的製造方法的截 面圖。
圖8是用於說明本發明實施方式1的半導體光元件的製造方法的截面圖。
圖10是用於說明本發明實施方式2的半導體光元件的製造方法的 截面圖。
圖11是用於說明本發明實施方式2的半導體光元件的製造方法的
圖12是用於說明本發明實施方式3的半導體光元件的製造方法的 截面圖。
圖13是用於說明本發明實施方式3的半導體光元件的製造方法的 截面圖。
圖14是用於說明本發明實施方式3的半導體光元件的製造方法的
圖15是用於說明本發明實施方式3的半導體光元件的製造方法的 截面圖。
圖16是用於說明本發明實施方式3的半導體光元件的製造方法的 截面圖。
圖17是用於說明本發明實施方式4的半導體光元件的製造方法的 圖18是用於說明本發明實施方式4的半導體光元件的製造方法的截面圖。
圖19是用於說明本發明實施方式4的半導體光元件的製造方法的 截面圖。
圖20是用於說明本發明實施方式5的半導體光元件的製造方法的 截面圖。
圖21是用於說明本發明實施方式5的半導體光元件的製造方法的 截面圖。
圖22是用於說明本發明實施方式5的半導體光元件的製造方法的 截面圖。
圖23是用於說明本發明實施方式5的半導體光元件的製造方法的
圖24是用於說明本發明實施方式5的半導體光元件的製造方法的 截面圖。
圖25是用於說明本發明實施方式5的半導體光元件的製造方法的 截面圖。
圖26是用於說明本發明實施方式5的半導體光元件的製造方法的 截面圖。
圖27是用於說明本發明實施方式5的半導體光元件的製造方法的 截面圖。
圖28是用於說明本發明實施方式6的半導體光元件的製造方法的 截面圖。
圖29是用於說明本發明實施方式6的半導體光元件的製造方法的 截面圖。
圖30是用於說明本發明實施方式6的半導體光元件的製造方法的 截面圖。
圖31是用於說明參考例1的半導體光元件的製造方法的截面圖。 圖32是用於說明參考例1的半導體光元件的製造方法的截面圖。 圖33是用於說明參考例1的半導體光元件的製造方法的截面圖。 圖34是用於說明參考例1的半導體光元件的製造方法的截面圖。 圖35是用於說明參考例1的半導體光元件的製造方法的截面圖。 圖36是用於說明參考例2的半導體光元件的製造方法的截面圖。 圖37是用於說明參考例2的半導體光元件的製造方法的截面圖。圖38是用於說明參考例2的半導體光元件的製造方法的截面圖。 圖39是用於說明參考例2的半導體光元件的製造方法的截面圖。
具體實施方式
實施方式1
使用附圖對本發明實施方式1的半導體光元件的製造方法進行說 明。此處，作為半導體光元件的一例，說明半導體雷射器的情況。
首先，如圖1所示，在p型InP襯底11上形成p型InP覆蓋層12 (第一半導體層)。並且，在p型InP覆蓋層12上，形成利用光刻進行 構圖後的SiCb或SiN等的絕緣膜13。
接下來，如圖2所示，將絕緣膜13作為掩模，刻蝕p型InP覆蓋層
12,形成槽14。作為該刻蝕，進行利用藥液的溼法刻蝕或者利用包含
HC1等卣類氣體的氣體的幹法刻蝕。此外，槽14的寬度是滿足用於完成 後的半導體雷射器以基^:莫進行振蕩的截止(cut off)條件的值。具體地
說是1.0 ~ 2.0pm左右。
接下來，如圖3所示，在槽14內形成含有Al元素的AlGalnAs量 子阱的活性層15 (第二半導體層)。並且，活性層15的最外表面是不 含Al的InP層。
接下來，如圖4所示，除去絕緣膜13。並且，在p型InP覆蓋層12 和活性層15上，形成n型InP覆蓋層16 (第三半導體層)。
接下來，如圖5所示，在n型InP覆蓋層16上，以覆蓋活性層15 的上方的方式，形成利用光刻進行構圖後的Si02或SiN等絕緣膜17。 絕緣膜17的寬度比活性層15的寬度寬，但卻是完成後的半導體雷射器 的特性不會由於漏電流而降低的值。具體地說，比活性層15的寬度寬 0.2 ~ l.Opm左右。
接下來，如圖6所示，將絕緣膜17作為掩模，不使活性層15露出 地刻蝕位於活性層15的橫側的n型InP覆蓋層16和p型InP覆蓋層12， 形成條紋結構18。作為該刻蝕，進行利用藥液的溼法刻蝕或者利用HC1 等面類氣體以外的氣體的幹法刻蝕。
接下來，如圖7所示，由p型InP'埋入層19、 n型InP埋入層20和 p型InP埋入層21埋入條紋結構18。這些層是在完成後的半導體雷射器 中進行電流狹窄的埋入層。接下來，如圖8所示，除去絕緣膜7。並且，形成電極形成用的n 型lnP覆蓋層22。在該n型InP覆蓋層22上，形成電流注入用的Si02 或SiN等絕緣膜23以及Ti、 Pt、 Au、 AuGe、 AuZn等表面電極24。對 p型InP襯底11進行背面研磨，使厚度薄至100|im,在p型InP襯底11 的背面形成背面電極25。之後，利用劈開等將半導體雷射器切為所希望 的長度，並且，為了得到所希望的反射率，在雷射器端面形成Al203、a-Si、 Si02等反射膜。通過以上步驟，製造出本實施方式的半導體光元件。
如上所述，在形成條紋結構18時不使活性層15露出，所以，含有 Al元素的活性層15未暴露在外部氣體以及藥液中。因此，能夠確保半 導體光元件的良好特性和較高的可靠性。
實施方式2
使用附圖來說明本發明實施方式2的半導體光元件的製造方法。此 處，作為半導體光元件的一例，說明半導體雷射器的情況。
首先，與實施方式1相同地進行圖1~6的步驟。接下來，如圖9 所示，在用於形成埋入層的結晶生長裝置內，利用HC1等卣類氣體的幹 法刻蝕，除去覆蓋活性層15的側面的p型InP覆蓋層12，使活性層15 的側面露出。此時，優選刻蝕到活性層15的側面的一部分。
接下來，如圖10所示，由p型InP埋入層19、 n型InP埋入層20 以及p型InP埋入層21埋入條紋結構18。並且，如圖ll所示，除去絕 緣膜17，形成n型InP層22、絕緣膜23、表面電極24和背面電極25。
如上所述，使活性層15的側面露出，由此，與實施方式l相比， 能夠進一步減少使特性降低的漏電流。此外，刻蝕到活性層15的側面 的一部分，由此，在活性層15的生長時，在活性層15的側面形成引起 光或載流子損失的區域的情況下，也能夠除去該區域。此外，在用於形 成埋入層的結晶生長裝置內進行刻蝕，所以，含有A1元素的活性層15 不暴露在外部氣體以及藥液中。
實施方式3
使用附圖來說明本發明實施方式3的半導體光元件的製造方法。本 實施方式中，將實施方式1應用於在活性層上形成有衍射光柵的分布反 饋型半導體雷射器(DFB-LD)。
8首先，與實施方式l相同地，進行圖1~3的步驟。接下來，如圖 12所示，除去絕緣膜13。並且，在p型InP覆蓋層12和活性層15上， 形成n型InP覆蓋層16 (第三半導體層)。並且，利用組合了公知的結 晶生長和照相製版的步驟，在n型InP覆蓋層16中形成衍射光柵26。
接下來，如圖13所示，在n型InP覆蓋層16上，以覆蓋活性層15 的上方的方式，形成利用光刻進行構圖後的Si02或SiN等絕緣膜17。 絕緣膜17的寬度比活性層15的寬度寬，但卻是完成後的半導體雷射器 的特性不會由於漏電流而降低的值。具體地說，比活性層15的寬度寬 0.2 ~ l.Oinm左右。
接下來，如圖14所示，將絕緣膜17作為掩模，不使活性層15露 出地對位於活性層15的橫側的n型InP覆蓋層16以及p型InP覆蓋層 12進行刻蝕，形成條紋結構18。作為該刻蝕，進行利用藥液的溼法刻 蝕或者利用HC1等卣類氣體以外的氣體的幹法刻蝕。
接下來，如圖15所示，由p型InP埋入層19、 n型InP埋入層20 和p型InP埋入層21埋入條紋結構18。並且，如圖16所示，除去絕緣 膜17,形成n型InP層22、絕緣膜23、表面電極24以及背面電極25。
如上所述，除了在活性層15上形成衍射光柵26以外，其他與實施 方式l相同，所以，能夠得到與實施方式1相同的效果。
實施方式4
使用附圖來說明本發明實施方式4的半導體光元件的製造方法。在 本實施方式中，將實施方式2應用於在活性層上形成衍射光柵的分布反 饋型半導體雷射器(DFB-LD)。
首先，與實施方式1相同地，進行圖1 ~3的步驟，與實施方式3 相同地，進行圖12~14的步驟。
接下來，如圖17所示，在用於形成埋入層的結晶生長裝置內，利 用HC1等面類氣體的幹法刻蝕，除去覆蓋活性層15的側面的p型InP 覆蓋層12，使活性層15的側面露出。此時，優選刻蝕到活性層15的側 面的一部分。
接下來，如圖18所示，由p型InP埋入層19、 n型InP埋入層20 和p型InP埋入層21埋入條紋結構18。並且，如圖19所示，除去絕緣 膜17,形成n型InP層22、絕緣膜23、表面電極24和背面電極25。如上所述，除了在活性層15上形成衍射光柵26以外，其他與實施 方式2相同，所以，能夠得到與實施方式2相同的效果。
實施方式5
使用附圖來說明本發明實施方式5的半導體光元件的製造方法。本 實施方式中，將實施方式1應用於在活性層下形成有衍射光柵的分布反 饋型半導體雷射器(DFB-LD)。
首先，如圖20所示，在p型InP襯底11上形成p型InP覆蓋層12 (第一半導體層)。並且，利用組合了公知的結晶生長和照相製版的步 驟，在n型InP覆蓋層16中形成衍射光柵26。此外，在p型InP覆蓋 層12上，形成利用光刻進行構圖後的Si02或SiN等絕緣膜13。
接下來，如圖21所示，將絕緣膜13作為掩才莫，刻蝕p型InP覆蓋 層12,形成槽14。作為該刻蝕，進行利用藥液的溼法刻蝕或者利用包 含HC1等卣類氣體的氣體的幹法刻蝕。此外，槽M的寬度是滿足用於 完成後的半導體雷射器以基模進行振蕩的截止條件的值。具體地說是 1.0~2.0拜左右。
接下來，如圖22所示，在槽14內形成含有Al元素的AlGalnAs量 子阱的活性層15 (第二半導體層)。並且，活性層15的最外表面是不 含Al的InP層。
接下來，如圖23所示，除去絕緣膜13。並且，在p型InP覆蓋層 12和活性層15上，形成n型InP覆蓋層16 (第三半導體層)。
接下來，如圖24所示，在n型InP覆蓋層16上，以覆蓋活性層15 的上方的方式，形成利用光刻進行構圖後的Si02或SiN等絕緣膜17。 絕緣膜17的寬度比活性層15的寬度寬，但卻是完成後的半導體雷射器 的特性不會由於漏電流而降低的值。具體地說，比活性層15的寬度寬 0.2 ~ l.Opm左右。
接下來，如圖25所示，將絕緣膜17作為掩模，不使活性層15露 出地對位於活性層15的橫側的n型InP覆蓋層16和p型InP覆蓋層12 進行刻蝕，形成條紋結構18。作為該刻蝕，進行利用藥液的溼法刻蝕或 者利用HC1等卣類氣體以外的氣體的幹法刻蝕。
接下來，如圖26所示，由p型InP埋入層19、 n型InP埋入層20 和p型InP埋入層21埋入條紋結構18。並且，如圖27所示，除去絕緣膜17,形成n型InP層22、絕緣膜23、表面電才及24和背面電極25。
如上所述，除了在活性層15下形成衍射光柵26以外，其他與實施 方式l相同，所以，能夠得到與實施方式1相同的效果。
實施方式6
使用附圖來說明本發明實施方式6的半導體光元件的製造方法。本 實施方式中，將實施方式2應用於在活性層下形成有衍射光柵的分布反 饋型半導體雷射器(DFB-LD)。
首先，與實施方式5相同地，進行圖20~25的步驟。接下來，如 圖28所示，在用於形成埋入層的結晶生長裝置內，利用HC1等囟類氣 體的幹法刻蝕，除去覆蓋活性層15的側面的p型InP覆蓋層12,使活 性層15的側面露出。此時，優選刻蝕到活性層15的側面的一部分。
接下來，如圖29所示，由p型InP埋入層19、 n型InP埋入層20 和p型InP埋入層21埋入條紋結構18。並且，如圖30所示，除去絕緣 膜17，形成n型InP層22、絕緣膜23、表面電極24和背面電極25。
如上所述，除了在活性層15下形成衍射光柵26以外，其他與實施 方式2相同，所以，能夠得到與實施方式2相同的效果。
並且，在上述實施方式1~6中，使用p型InP埋入層19、 n型InP 埋入層20以及p型InP埋入層21的疊層結構作用埋入層，但是，不限 於此，也可以使用InP以外的AlInAs等半導體層或摻雜Fe的InP等半 絕緣性半導體層。此外，作為半導體襯底，使用p型InP襯底ll,但是 不限於此，也可以使用n-InP襯底或半絕緣性襯底。此外，作為半導體 光元件的一例，說明了半導體雷射器的情況，但是也可以應用於半導體 調製器、半導體光放大器或這些的複合元件。
符號說明12是p型InP覆蓋層(第一半導體層)，14是槽，15 是活性層(第二半導體層)，16是n型InP覆蓋層(第三半導體層)， 17是絕緣膜，18是條紋結構，19是p型InP埋入層(埋入層)，20是 n型InP埋入層(埋入層)，21是p型InP埋入層(埋入層)。
權利要求
1. 一種半導體光元件的製造方法，其特徵在於，具有如下步驟在第一半導體層上形成槽；在所述槽內形成含有Al元素的第二半導體層；在所述第一半導體層以及所述第二半導體層上形成第三半導體層；在所述第三半導體層上，以覆蓋所述第二半導體層的上方的方式形成絕緣膜；將所述絕緣膜作為掩模，不使所述第二半導體層露出地刻蝕所述第一半導體層以及所述第三半導體層，形成條紋結構；由埋入層埋入所述條紋結構。
2. 根據權利要求1半導體光元件的製造方法，其特徵在於，還包括如下步驟在形成所述條紋結構後、形成所述埋入層前，在用於形成所述埋入層的結晶生長裝置內，利用滷類氣體的幹法刻蝕，使 所述第二半導體層的側面露出。
全文摘要
本發明的目的在於得到一種能夠確保良好特性和較高的可靠性的半導體光元件的製造方法。在p型InP覆蓋層(12)(第一半導體層)上形成槽(14)。在槽(14)內形成含有Al元素的活性層(15)(第二半導體層)。在p型InP覆蓋層(12)和活性層(15)上形成n型InP覆蓋層(16)(第三半導體層)。在n型InP覆蓋層(16)上，以覆蓋活性層15的上方的方式形成絕緣膜(17)。將絕緣膜(17)作為掩模，不使活性層(15)露出地刻蝕p型InP覆蓋層(12)和n型InP覆蓋層(16)，形成條紋結構(18)。由p型InP埋入層(19)、n型InP埋入層(20)和p型InP埋入層(21)埋入條紋結構(18)。
文檔編號H01S5/227GK101499625SQ20081016091
公開日2009年8月5日 申請日期2008年9月19日 優先權日2008年1月31日
發明者境野剛 申請人:三菱電機株式會社