光半導体素子の製造方法
【課題】メサ構造の側面からの樹脂の剥離を抑制できる光半導体素子の製造方法を提供する。
【解決手段】光導波路層１１、クラッド層１２、コンタクト層１３、及びキャップ層１７を半導体基板２上に順次成長させる。エッチングマスク７０をキャップ層１７上に形成し、キャップ層１７に対してウェットエッチングを行う。少なくともコンタクト層１３及びクラッド層１２に対してドライエッチングを行い、メサ構造１４を形成する。メサ構造１４を覆う絶縁膜１５を形成する。半導体基板２上に樹脂を塗布することにより、メサ構造１４を誘電体樹脂層９によって埋め込む。メサ構造１４上の誘電体樹脂層９及び絶縁膜１５に対してエッチングを行い、キャップ層１７を露出させる。キャップ層１７を除去したのち、メサ構造１４上に電極５０を形成する。
【解決手段】光導波路層１１、クラッド層１２、コンタクト層１３、及びキャップ層１７を半導体基板２上に順次成長させる。エッチングマスク７０をキャップ層１７上に形成し、キャップ層１７に対してウェットエッチングを行う。少なくともコンタクト層１３及びクラッド層１２に対してドライエッチングを行い、メサ構造１４を形成する。メサ構造１４を覆う絶縁膜１５を形成する。半導体基板２上に樹脂を塗布することにより、メサ構造１４を誘電体樹脂層９によって埋め込む。メサ構造１４上の誘電体樹脂層９及び絶縁膜１５に対してエッチングを行い、キャップ層１７を露出させる。キャップ層１７を除去したのち、メサ構造１４上に電極５０を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、光半導体素子及びその製造方法が開示されている。この光半導体素子は、光導波路を含むメサ構造と、該メサ構造を埋め込む樹脂層とを備えている。メサ構造上には樹脂層の開口が形成されており、該開口には、メサ構造に電流を供給するための電極が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２０５０２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
いわゆるリッジ構造やハイメサ構造といったメサ構造の側面が、樹脂によって埋め込まれた構造を備える光半導体素子がある（例えば特許文献１を参照）。図１２は、このような光半導体素子の構造例を示す断面図であり、光導波方向に垂直な断面を示している。図１２に示される光半導体素子１００は、半導体基板１０１と、半導体基板１０１上に設けられた光導波路層１０２と、光導波路層１０２上に設けられたクラッド層１０３と、クラッド層１０３上に設けられたコンタクト層１０４とを備えている。光導波路層１０２、クラッド層１０３及びコンタクト層１０４は、光導波方向に延びるメサ構造１０５を構成しており、このメサ構造１０５の両側面は、絶縁膜１０６によって覆われている。また、メサ構造１０５の両側方には樹脂層１０７が設けられており、樹脂層１０７によってメサ構造１０５が埋め込まれている。コンタクト層１０４の上方には、絶縁膜１０６及び樹脂層１０７の開口が形成されており、該開口内に形成されたオーミック電極膜１０８がコンタクト層１０４と接触している。オーミック電極膜１０８上及び樹脂層１０７上にわたって、メッキ配線層１０９が設けられている。
【０００５】
図１２に示された構造を備える光半導体素子は、例えば以下の方法によって作製される。まず、図１３（ａ）に示されるように、光導波路層１０２、クラッド層１０３、及びコンタクト層１０４を半導体基板１０１上に成長させる。次に、図１３（ｂ）に示されるように、所定の光導波方向に延びるエッチングマスク１２０をコンタクト層１０４上に形成する。そして、図１３（ｃ）に示されるように、エッチングマスク１２０を用いてコンタクト層１０４、クラッド層１０３、及び光導波路層１０２をエッチングすることにより、これらの層１０２〜１０４を含むメサ構造１０５を形成する。
【０００６】
続いて、図１４（ａ）に示されるように、メサ構造１０５および半導体基板１０１を覆う絶縁膜１０６を形成したのち、半導体基板１０１上に樹脂層１０７を塗布することにより、メサ構造１０５を埋め込む。そして、図１４（ｂ）に示されるように、メサ構造１０５上に開口を有するレジストマスク１２１を樹脂層１０７上に形成し、このレジストマスク１２１を用いて樹脂層１０７及び絶縁膜１０６をエッチング（例えばプラズマエッチング）することにより、樹脂層１０７及び絶縁膜１０６に開口を形成してメサ構造１０５のコンタクト層１０４を露出させる（図１４（ｃ））。
【０００７】
続いて、図１５（ａ）に示されるように、樹脂層１０７の表面及び開口、並びに露出したコンタクト層１０４を覆う絶縁膜１１０を形成する。そして、図１５（ｂ）に示されるように、メサ構造１０５上に開口を有するレジストマスク１２２を絶縁膜１１０上に形成したのち、図１５（ｃ）に示されるように、このレジストマスク１２２を用いて絶縁膜１１０をエッチングすることにより、絶縁膜１１０に開口を形成してメサ構造１０５のコンタクト層１０４を再び露出させる。
【０００８】
続いて、図１６（ａ）に示されるようにレジストマスク１２２を除去したのち、図１６（ｂ）に示されるように、コンタクト層１０４上にオーミック電極膜１０８を形成し、更に、オーミック電極膜１０８上から樹脂層１０７上にかけてメッキ配線層１０９を形成する。こうして、図１２に示された構造を備える光半導体素子１００が作製される。
【０００９】
しかしながら、上述した製造方法には、次のような課題がある。すなわち、図１４（ｃ）に示された工程において樹脂層１０７及び絶縁膜１０６をエッチングする際、メサ構造１０５上の樹脂層１０７及び絶縁膜１０６を完全に除去する為には、エッチングを十分な時間行う必要がある。しかし、エッチングを長時間行うことにより、図１７に示されるように、樹脂層１０７及び絶縁膜１０６のうちメサ構造１０５の側面に接する部分までエッチングされてしまい、樹脂層１０７がメサ構造１０５の側面から剥がれてしまう。
【００１０】
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、メサ構造の側面からの樹脂の剥離を抑制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】
【００１１】
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第１の製造方法は、（１）光導波路層、クラッド層、コンタクト層、及びキャップ層を基板上に順次成長する成長工程と、（２）所定の光導波方向に延びるエッチングマスクをキャップ層上に形成するマスク形成工程と、（３）エッチングマスクを用いて、キャップ層に対しウェットエッチングを行う第１のエッチング工程と、（４）エッチングマスクを用いて、少なくともコンタクト層及びクラッド層に対してドライエッチングを行い、光導波方向に延びるメサ構造を形成する第２のエッチング工程と、（５）メサ構造を覆う絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、（６）基板上に樹脂を塗布し、メサ構造を樹脂によって埋め込む樹脂形成工程と、（７）メサ構造上の樹脂及び絶縁膜に対してエッチングを行い、キャップ層を露出させる第３のエッチング工程と、（８）キャップ層に対してエッチングを行い、キャップ層を除去する第４のエッチング工程と、（９）メサ構造上に電極を形成する電極形成工程とを有することを特徴とする。
【００１２】
この第１の製造方法では、まずキャップ層に対してウェットエッチングを行う。このとき、キャップ層に対してサイドエッチングが進行する。次いで、少なくともコンタクト層及びクラッド層に対してドライエッチングを行うことによって、メサ構造を形成する。このような方法によって、光導波方向と交差する方向のキャップ層の幅が、該方向のメサ構造の幅より狭くなる。そして、このような構造では、メサ構造の側面上端より上方に存在する樹脂の厚さが、キャップ層上に存在する樹脂の厚さより厚い。したがって、第３のエッチング工程におけるエッチング深さは、メサ構造の側面上端に達するより早く、キャップ層に達することとなる。これにより、メサ構造の側面近傍の樹脂や絶縁膜がエッチングされる前に、当該エッチングを終了することができる。或いは、キャップ層上の樹脂及び絶縁膜が完全に除去される為に十分な時間のエッチングを行った場合でも、メサ構造の側面近傍の樹脂及び絶縁膜に対する過剰なエッチングを抑制できる。したがって、上述した第１の製造方法によれば、メサ構造の側面からの樹脂の剥離を効果的に抑制することができる。
【００１３】
また、上述した光半導体素子の第１の製造方法は、第２のエッチング工程後における、光導波方向と交差する方向のキャップ層の幅が、該方向のコンタクト層の幅より狭いことを特徴としてもよい。これにより、上述した効果を好適に実現できる。
【００１４】
また、本発明による光半導体素子の第２の製造方法は、（１）光導波路層、クラッド層、及びコンタクト層を基板上に順次成長する成長工程と、（２）所定の光導波方向に延びるエッチングマスクをコンタクト層上に形成するマスク形成工程と、（３）エッチングマスクを用いて、少なくともコンタクト層及びクラッド層に対してドライエッチングを行い、光導波方向に延びるメサ構造を形成する第１のエッチング工程と、（４）コンタクト層の側面に対するウェットエッチングを選択的に行う第２のエッチング工程と、（５）メサ構造を覆う絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、（６）基板上に樹脂を塗布し、メサ構造を樹脂によって埋め込む樹脂形成工程と、（７）メサ構造上の樹脂及び絶縁膜に対してエッチングを行い、コンタクト層を露出させる第３のエッチング工程と、（８）メサ構造上に電極を形成する電極形成工程とを有することを特徴とする。
【００１５】
この第２の製造方法では、まず、少なくともコンタクト層及びクラッド層に対してドライエッチングを行うことによって、メサ構造を形成する。次いで、コンタクト層の側面に対してウェットエッチングを選択的に行う。このとき、コンタクト層の側面に対するサイドエッチングが、クラッド層の側面より深く進行する。このような方法によって、光導波方向と交差する方向のコンタクト層の幅が、コンタクト層を除くメサ構造の幅より狭くなる。そして、このような構造では、コンタクト層を除くメサ構造の側面上端より上方に存在する樹脂の厚さが、コンタクト層上に存在する樹脂の厚さより厚い。したがって、第３のエッチング工程におけるエッチング深さは、コンタクト層を除くメサ構造の側面上端に達するより早く、コンタクト層に達することとなる。これにより、コンタクト層を除くメサ構造の側面近傍の樹脂や絶縁膜がエッチングされる前に、当該エッチングを終了することができる。或いは、コンタクト層上の樹脂及び絶縁膜が完全に除去される為に十分な時間のエッチングを行った場合でも、コンタクト層を除くメサ構造の側面近傍の樹脂及び絶縁膜に対する過剰なエッチングを抑制できる。したがって、上述した第２の製造方法によれば、メサ構造の側面からの樹脂の剥離を効果的に抑制することができる。
【００１６】
また、上述した光半導体素子の第２の製造方法は、第２のエッチング工程後における、光導波方向と交差する方向のコンタクト層の幅が、該方向のクラッド層の幅より狭いことを特徴としてもよい。これにより、上述した効果を好適に実現できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明による光半導体素子の製造方法によれば、メサ構造の側面からの樹脂の剥離を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、第１実施形態に係る製造方法により製造される光半導体素子の例として、マッハツェンダー型の光変調器の構成を示す平面図である。
【図２】図２は、光変調器のII−II線に沿った断面を示す図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る製造方法の各工程を示す断面図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係る製造方法の各工程を示す断面図である。
【図５】図５は、第１実施形態に係る製造方法の各工程を示す断面図である。
【図６】図６は、第１実施形態に係る製造方法の各工程を示す断面図である。
【図７】図７は、図１に示された光変調器のII−II断面構造の別の形態を示す図である。
【図８】図８は、第２実施形態に係る製造方法の各工程を示す断面図である。
【図９】図９は、第２実施形態に係る製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１０】図１０は、第２実施形態に係る製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１１】図１１は、第２実施形態に係る製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１２】図１２は、光半導体素子の構造例を示す断面図である。
【図１３】図１３は、光半導体素子の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１４】図１４は、光半導体素子の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１５】図１５は、光半導体素子の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１６】図１６は、光半導体素子の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１７】図１７は、図１３〜図１６に示された製造方法による問題点を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
（第１の実施の形態）
図１は、本実施形態に係る製造方法により製造される光半導体素子の例として、マッハツェンダー型の光変調器の構成を示す平面図である。また、図２は、この光変調器１ＡのII−II線に沿った断面を示す図である。この光変調器１Ａは、２本の光導波路１０，２０と、入射側分波器３０と、出射側合波器４０と、２つの電極５０，６０とを備えている。光導波路１０及び２０、並びに入射側分波器３０及び出射側合波器４０は、図２に示される共通の半導体基板２の主面２ａ上に形成されている。半導体基板２は、第１導電型（例えばｎ型）の半導体からなる基板であり、半導体基板２としては、例えばｎ型ＩｎＰ基板が好適である。また、図２に示されるように、光変調器１Ａは、半導体基板２の裏面２ｂ上に形成された電極８０を更に備えている。
【００２１】
光導波路１０，２０は、入射側分波器３０と出射側合波器４０との間に延設されており、その一端は入射側分波器３０に結合され、他端は出射側合波器４０に結合されている。また、光導波路１０，２０は、その延在方向に交差する方向に並んで配置されている。光導波路１０は、光導波領域１０ａ、位相制御領域１０ｂ及び光導波領域１０ｃを含む。光導波領域１０ａ、位相制御領域１０ｂ及び光導波領域１０ｃは、光導波方向（すなわち光導波路１０の延在方向）にこの順で配列されている。同様に、光導波路２０は、光導波領域２０ａ、位相制御領域２０ｂ及び光導波領域２０ｃを含む。光導波領域２０ａ、位相制御領域２０ｂ及び光導波領域２０ｃは、光導波方向（すなわち光導波路２０の延在方向）にこの順で配列されている。
【００２２】
入射側分波器３０は、外部から光変調器１Ａに入射した入射光Ｌ１を、光導波路１０，２０それぞれに分波する。出射側合波器４０は、光導波路１０，２０それぞれを伝搬した光を合波する。入射側分波器３０及び出射側合波器４０は、例えばＭＭＩカプラによって好適に構成される。
【００２３】
電極５０は位相制御領域１０ｂ上に形成されており、電極６０は位相制御領域２０ｂ上に形成されている。電極５０，６０それぞれは、ワイヤボンディングのためのボンディングパッド５０ａ，６０ａそれぞれを有している。
【００２４】
図２を参照して、位相制御領域１０ｂ付近の構造について説明する。なお、位相制御領域２０ｂ付近の構造も、図２と同様である。位相制御領域１０ｂは、光導波路層１１と、クラッド層１２と、コンタクト層１３とを有している。光導波路層１１は、アンドープ半導体からなる。このアンドープ半導体としては、ＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＡｌＩｎＡｓ及びＧａＩｎＡｓ等を例示することができる。光導波路層１１は、単一の層（バルク層）からなってもよく、井戸層を該井戸層よりバンドギャップが大きいバリア層によって挟み込んだ量子井戸構造を有していてもよい。
【００２５】
クラッド層１２及びコンタクト層１３は、第２導電型（例えばｐ型）の半導体からなる。クラッド層１２のｐ型半導体としては、例えばｐ型ＩｎＰが好適である。コンタクト層１３のｐ型半導体としては、例えばｐ型ＩｎＧａＡｓが好適である。クラッド層１２及びコンタクト層１３は、所定の光導波方向に延びるメサ構造１４を成している。このメサ構造１４の両側面１４ａ，１４ｂ上には、絶縁膜１５が設けられている。絶縁膜１５は、メサ構造１４の両側面１４ａ，１４ｂ上からメサ構造１４の周囲の半導体基板２上にわたって設けられている。絶縁膜１５は、例えばＳｉＮやＳｉＯ２といったシリコン化合物からなる。絶縁膜１５の厚さは、例えば３００ｎｍである。
【００２６】
メサ構造１４の両側面１４ａ，１４ｂは、誘電体樹脂層９により埋め込まれている。誘電体樹脂層９は、例えばＢＣＢやポリイミドといった樹脂からなり、メサ構造１４の周囲の半導体基板２上に設けられている。半導体基板２の主面２ａを基準とする誘電体樹脂層９の表面の高さは、主面２ａを基準とするメサ構造１４の高さより高い。誘電体樹脂層９の層厚は、例えば２μｍである。誘電体樹脂層９は、メサ構造１４上に開口９ａを有する。なお、誘電体樹脂層９の表面は、絶縁膜１６に覆われている。絶縁膜１６は、例えばＳｉＮやＳｉＯ２といったシリコン化合物からなる。絶縁膜１６の厚さは、例えば２００ｎｍである。絶縁膜１６は、メサ構造１４上に開口を有する。
【００２７】
電極５０は、オーミック電極膜５１と、メッキ配線層５２とを有する。オーミック電極膜５１は、メサ構造１４上に設けられており、メサ構造１４のコンタクト層１３と接触している。オーミック電極膜５１は、例えばＡｕ／Ｚｎ／Ａｕといった積層構造を有する。メッキ配線層５２は、例えばＡｕメッキによって形成される。メッキ配線層５２は、オーミック電極膜５１を完全に覆っており、また誘電体樹脂層９の開口９ａを埋め込んでいる。メッキ配線層５２は、メサ構造１４上から誘電体樹脂層９上にわたって（本実施形態では、オーミック電極膜５１上から絶縁膜１６上にわたって）設けられている。
【００２８】
以上の構成を備える光変調器１Ａの製造方法について説明する。図３〜図６は、光変調器１Ａの製造方法の各工程を示す断面図であり、図１に示されたII−II断面の製造過程を示している。
【００２９】
まず、図３（ａ）に示されるように、光導波路層１１、クラッド層１２、及びコンタクト層１３を半導体基板２の主面２ａ上に順次成長させる（成長工程）。また、コンタクト層１３の上にキャップ層１７を成長させる。キャップ層１７は、例えばアンドープＩｎＰといったＩｎＰ系化合物半導体からなる。なお、これらの層１１〜１４の成長は、例えば有機金属気相成長法（ＯＭＶＰＥ；Organo Metaric Vapor Phase Epitaxy）によって好適に行われる。
【００３０】
次に、図３（ｂ）に示されるように、所定の光導波方向に延びるエッチングマスク７０をキャップ層１７上に形成する（マスク形成工程）。エッチングマスク７０は、例えば次のようにして形成される。まず、プラズマＣＶＤ法を用いて、ＳｉＮといった絶縁膜をキャップ層１７上の全面に形成する。次に、この絶縁膜上に通常のフォトリソグラフィ技術を用いて所定の光導波方向に延びるレジストマスクを形成する。そして、このレジストマスクを用いて、絶縁膜に対しプラズマエッチングを施す。こうして、絶縁膜からなるエッチングマスク７０が形成される。
【００３１】
続いて、図３（ｃ）に示されるように、エッチングマスク７０を用いて、キャップ層１７に対しウェットエッチングを行う（第１のエッチング工程）。キャップ層１７がＩｎＰからなる場合には、エッチング液として塩酸が好適である。このとき、キャップ層１７の側面に対してサイドエッチングが進行するように、エッチング時間を調整する。これにより、図３（ｃ）に示されるように、光導波方向と交差する方向におけるキャップ層１７の幅Ｗ１は、エッチングマスク７０の同方向の幅Ｗ２より狭くなる。このエッチングは、ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層１３において停止する。
【００３２】
続いて、図４（ａ）に示されるように、エッチングマスク７０を用いて、少なくともコンタクト層１３及びクラッド層１２に対してドライエッチングを行い、光導波方向に延びるメサ構造を形成する（第２のエッチング工程）。本実施形態では、コンタクト層１３、クラッド層１２、光導波路層１１及び半導体基板２の一部をエッチングしており、メサ構造１４は、これらの層１１〜１３及び半導体基板２の一部を含んでいる。本工程では、メサ構造１４をドライエッチング（例えばプラズマエッチング）によって形成することにより、メサ構造１４の側面１４ａ，１４ｂを半導体基板２の主面２ａに対して垂直に近づけることができるので、光を効率良く閉じ込める為に好適な光導波路層１１の側面が得られる。
【００３３】
また、この第２のエッチング工程では、メサ構造１４をドライエッチングによって形成するので、光導波方向と交差する方向におけるコンタクト層１３、クラッド層１２、及び光導波路層１１の幅Ｗ６は、エッチングマスク７０の幅Ｗ２とほぼ等しくなる。したがって、キャップ層１７の幅Ｗ１は、コンタクト層１３、クラッド層１２、及び光導波路層１１の幅Ｗ６よりも狭くなる。
【００３４】
続いて、エッチングマスク７０を除去したのち、図４（ｂ）に示されるように、メサ構造１４を覆う絶縁膜１５を形成する（絶縁膜形成工程）。一実施例では、プラズマＣＶＤによってＳｉＮからなる絶縁膜１５を製膜する。続いて、半導体基板２上において、例えばＢＣＢやポリイミドといった樹脂を、メサ構造１４が完全に埋め込まれる程度の厚さにスピン塗布したのち、該樹脂の熱硬化を行う。これにより、誘電体樹脂層９が形成される（樹脂形成工程）。
【００３５】
続いて、図４（ｃ）に示されるように、通常のフォトリソグラフィ技術を用いて、メサ構造１４上に開口を有するレジストマスク７１を誘電体樹脂層９上に形成する。なお、このレジストマスク７１の開口の幅Ｗ３は、メサ構造１４の幅Ｗ６（図４（ａ）を参照）よりも広く形成される。そして、図５（ａ）に示されるように、レジストマスク７１を用いてメサ構造１４上の誘電体樹脂層９及び絶縁膜１５に対してエッチングを行うことにより、キャップ層１７を露出させる（第３のエッチング工程）。このエッチング方法としては、例えばプラズマエッチング等のドライエッチングが好適である。プラズマエッチングを行う場合、エッチャントガスとしては、例えばＣＦ４及びＯ２の混合ガスが好適である。
【００３６】
続いて、レジストマスク７１を除去したのち、図５（ｂ）に示されるように、絶縁膜１６を形成する。絶縁膜１６は、誘電体樹脂層９の表面、開口９ａの側面、及びキャップ層１７を覆う。一実施例では、プラズマＣＶＤによってＳｉＯ２からなる絶縁膜１６を製膜する。
【００３７】
続いて、図５（ｃ）に示されるように、通常のフォトリソグラフィ技術を用いて、メサ構造１４上に開口を有するレジストマスク７２を、誘電体樹脂層９の表面上及び開口９ａの側面上に形成する。なお、このレジストマスク７２は、開口の幅Ｗ４がメサ構造１４の幅Ｗ６（図４（ａ）を参照）とほぼ等しくなるように形成される。
【００３８】
続いて、図６（ａ）に示されるように、レジストマスク７２を用いて、絶縁膜１６のうちメサ構造１４上の部分をエッチングすることにより該部分を除去する。この工程におけるエッチング方法としては、例えばプラズマエッチング等のドライエッチングが好適である。ＳｉＯ２から成る絶縁膜１６に対してプラズマエッチングを行う場合、エッチャントガスとしては、例えばＣＦ４ガスが好適である。
【００３９】
続いて、レジストマスク７２を除去したのち、図６（ｂ）に示されるように、キャップ層１７に対してエッチングを行うことにより、キャップ層１７を除去する（第４のエッチング工程）。ＩｎＰから成るキャップ層１７に対するエッチング方法としては、例えば塩酸をエッチング液とするウェットエッチングが好適である。この工程では、絶縁膜１６がエッチングマスクとして作用する。また、ＩｎＧａＡｓから成るコンタクト層１３は塩酸に対するエッチング速度が格段に遅いので、この工程では、ＩｎＰから成るキャップ層１７のみを選択的にエッチングすることができる。
【００４０】
続いて、図６（ｃ）に示されるように、メサ構造１４上に電極５０（位相制御領域２０ｂの場合は電極６０）を形成する（電極形成工程）。具体的には、いわゆるリフトオフ法を用いてメサ構造１４上にオーミック電極膜５１を形成したのち、Ａｕメッキを施すことにより、メッキ配線層５２をオーミック電極膜５１上に形成する。オーミック電極膜５１は、メサ構造１４上に形成された絶縁膜１６の開口を塞ぐように形成され、メサ構造１４のコンタクト層１３と接触する。メッキ配線層５２は、オーミック電極膜５１を完全に覆い、且つ誘電体樹脂層９の開口９ａを埋め込むように形成される。メッキ配線層５２は、メサ構造１４上から誘電体樹脂層９上にわたって形成される。
【００４１】
以上に説明した本実施形態の製造方法では、キャップ層１７に対してウェットエッチングを行うことにより、キャップ層１７に対してサイドエッチングを進行させ、次いで、コンタクト層１３、クラッド層１２、及び光導波路層１１に対してドライエッチングを行うので、図４（ａ）に示されたように、キャップ層１７の幅Ｗ１が、コンタクト層１３等の幅Ｗ２よりも狭くなる。
【００４２】
そして、このような構造では、メサ構造１４の側面１４ａ，１４ｂの上端より上方に存在する誘電体樹脂層９の厚さ（図４（ｃ）に示される厚さＴ１）が、キャップ層１７上に存在する誘電体樹脂層９の厚さ（同Ｔ２）より厚い。したがって、図５（ａ）に示された第３のエッチング工程におけるエッチング深さは、メサ構造１４の側面１４ａ，１４ｂの上端に達するより早く、キャップ層１７に達することとなる。これにより、メサ構造１４の側面１４ａ，１４ｂ近傍の誘電体樹脂層９や絶縁膜１５がエッチングされる前に、当該エッチングを終了することができる。或いは、キャップ層１７上の誘電体樹脂層９及び絶縁膜１５が完全に除去される為に十分な時間のエッチングを行った場合でも、メサ構造１４の側面１４ａ，１４ｂ近傍の誘電体樹脂層９及び絶縁膜１５に対する過剰なエッチングを抑制することができる。したがって、本実施形態による光変調器１Ａの製造方法によれば、メサ構造１４の側面１４ａ，１４ｂからの誘電体樹脂層９の剥離を抑制することができる。
【００４３】
（第２の実施の形態）
図７は、図１に示された光変調器１ＡのII−II断面構造の別の形態を示す図である。図７を参照すると、本実施形態と第１実施形態との構成上の相違点は、コンタクト層の幅である。すなわち、本実施形態の位相制御領域１０ｂは、光導波路層１１と、クラッド層１２と、コンタクト層１３とを有しており、これらの層はメサ構造１４を構成している。そして、光導波方向と交差する方向におけるコンタクト層１３の幅Ｗ５は、メサ構造１４における他の層（光導波路層１１及びクラッド層１２）の幅Ｗ２よりも狭くなっている。
【００４４】
このような構成を備える本実施形態の光変調器の製造方法について説明する。図８〜図１１は、本実施形態に係る製造方法の各工程を示す断面図であり、図１に示されたII−II断面の製造過程を示している。
【００４５】
まず、図８（ａ）に示されるように、光導波路層１１、クラッド層１２、及びコンタクト層１３を半導体基板２の主面２ａ上に順次成長させる（成長工程）。なお、これらの層１１〜１３の成長は、例えばＯＭＶＰＥによって好適に行われる。次に、図８（ｂ）に示されるように、所定の光導波方向に延びるエッチングマスク７０をコンタクト層１３上に形成する（マスク形成工程）。エッチングマスク７０は、第１実施形態と同様にして形成される。
【００４６】
続いて、図８（ｃ）に示されるように、エッチングマスク７０を用いて、少なくともコンタクト層１３及びクラッド層１２に対してドライエッチングを行い、光導波方向に延びるメサ構造を形成する（第１のエッチング工程）。本実施形態では、コンタクト層１３、クラッド層１２、光導波路層１１及び半導体基板２の一部をエッチングしており、メサ構造１４は、これらの層１１〜１３及び半導体基板２の一部を含んでいる。
【００４７】
続いて、図９（ａ）に示されるように、コンタクト層１３の側面に対してウェットエッチングを選択的に行う（第２のエッチング工程）。すなわち、コンタクト層１３の側面に対するサイドエッチング速度が他の層（光導波路層１１及びクラッド層１２）の側面に対する再度エッチング速度よりも速くなるように、ウェットエッチングを行う。コンタクト層１３がＩｎＧａＡｓからなる場合には、エッチング液としてリン酸と過酸化水素水と水との混合液が好適である。この工程により、光導波方向と交差する方向におけるコンタクト層１３の幅Ｗ５は、光導波路層１１及びクラッド層１２の同方向の幅Ｗ６より狭くなる。
【００４８】
続いて、エッチングマスク７０を除去したのち、図９（ｂ）に示されるように、メサ構造１４を覆う絶縁膜１５を形成し（絶縁膜形成工程）、第１実施形態と同様の方法により、誘電体樹脂層９を形成する（樹脂形成工程）。そして、図９（ｃ）に示されるように、メサ構造１４上に開口を有するレジストマスク７１を誘電体樹脂層９上に形成する。
【００４９】
続いて、図１０（ａ）に示されるように、レジストマスク７１を用いてメサ構造１４上の誘電体樹脂層９及び絶縁膜１５に対してエッチングを行うことにより、コンタクト層１３を露出させる（第３のエッチング工程）。このエッチング方法としては、例えばプラズマエッチング等のドライエッチングが好適である。プラズマエッチングを行う場合、エッチャントガスとしては、例えばＣＦ４及びＯ２の混合ガスが好適である。
【００５０】
続いて、レジストマスク７１を除去したのち、図１０（ｂ）に示されるように、絶縁膜１６を形成する。絶縁膜１６は、第１実施形態と同様の方法によって好適に形成される。そして、図１０（ｃ）に示されるように、通常のフォトリソグラフィ技術を用いて、メサ構造１４上に開口を有するレジストマスク７２を、誘電体樹脂層９の表面上及び開口９ａの側面上に形成する。
【００５１】
続いて、図１１（ａ）に示されるように、レジストマスク７２を用いて、絶縁膜１６のうちメサ構造１４上の部分をエッチングすることにより該部分を除去する。この工程におけるエッチング方法は、第１実施形態と同様である。その後、レジストマスク７２を除去したのち（図１１（ｂ））、メサ構造１４上に電極５０（位相制御領域２０ｂの場合は電極６０）を形成する（電極形成工程）。なお、電極５０のオーミック電極膜５１及びメッキ配線層５２の形成方法は、第１実施形態と同様である。
【００５２】
以上に説明した本実施形態の製造方法では、まず、コンタクト層１３、クラッド層１２及び光導波路層１１に対してドライエッチングを行うことによってメサ構造１４を形成し、次いで、コンタクト層１３の側面に対してウェットエッチングを選択的に行うので、図９（ａ）に示されたように、コンタクト層１３の幅Ｗ５が、クラッド層１２等の幅Ｗ２より狭くなる。
【００５３】
そして、このような構造では、コンタクト層１３を除くメサ構造１４の側面１４ａ，１４ｂの上端より上方に存在する誘電体樹脂層９の厚さ（図９（ｃ）に示される厚さＴ３）が、キャップ層１７上に存在する誘電体樹脂層９の厚さ（同Ｔ４）より厚い。したがって、図１０（ａ）に示された第３のエッチング工程におけるエッチング深さは、メサ構造１４の側面１４ａ，１４ｂの上端に達するより早く、コンタクト層１３に達することとなる。これにより、コンタクト層１３を除くメサ構造１４の側面１４ａ，１４ｂ近傍の誘電体樹脂層９や絶縁膜１５がエッチングされる前に、当該エッチングを終了することができる。或いは、キャップ層１７上の誘電体樹脂層９及び絶縁膜１５が完全に除去される為に十分な時間のエッチングを行った場合でも、コンタクト層１３を除くメサ構造１４の側面１４ａ，１４ｂ近傍の誘電体樹脂層９及び絶縁膜１５に対する過剰なエッチングを抑制することができる。したがって、本実施形態による光変調器１Ａの製造方法によれば、メサ構造１４の側面１４ａ，１４ｂからの誘電体樹脂層９の剥離を抑制することができる。
【００５４】
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、上述した各実施形態では、ＩｎＰ系化合物半導体によって構成される光半導体素子を製造する際に本発明を適用した例を示したが、本発明は、他の種々の半導体によって構成される光半導体素子を製造する際にも適用可能である。
【００５５】
また、上述した各実施形態では、本発明の方法によって製造される光半導体素子としてマッハツェンダー型の光変調器を例示したが、本発明による製造方法は、メサ構造が樹脂によって埋め込まれる構造を備える種々の光半導体素子に適用可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１Ａ…光変調器、２…半導体基板、２ａ…主面、２ｂ…裏面、９…誘電体樹脂層、９ａ…開口、１０，２０…光導波路、１０ａ，２０ａ…光導波領域、１０ｂ，２０ｂ…位相制御領域、１０ｃ，２０ｃ…光導波領域、１１…光導波路層、１２…クラッド層、１３…コンタクト層、１４…メサ構造、１４ａ，１４ｂ…側面、１５，１６…絶縁膜、１７…キャップ層、３０…入射側分波器、４０…出射側合波器、５０，６０，８０…電極、５０ａ，６０ａ…ボンディングパッド、５１…オーミック電極膜、５２…メッキ配線層、７０…エッチングマスク、７１，７２…レジストマスク、Ｌ１…入射光。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、光半導体素子及びその製造方法が開示されている。この光半導体素子は、光導波路を含むメサ構造と、該メサ構造を埋め込む樹脂層とを備えている。メサ構造上には樹脂層の開口が形成されており、該開口には、メサ構造に電流を供給するための電極が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２０５０２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
いわゆるリッジ構造やハイメサ構造といったメサ構造の側面が、樹脂によって埋め込まれた構造を備える光半導体素子がある（例えば特許文献１を参照）。図１２は、このような光半導体素子の構造例を示す断面図であり、光導波方向に垂直な断面を示している。図１２に示される光半導体素子１００は、半導体基板１０１と、半導体基板１０１上に設けられた光導波路層１０２と、光導波路層１０２上に設けられたクラッド層１０３と、クラッド層１０３上に設けられたコンタクト層１０４とを備えている。光導波路層１０２、クラッド層１０３及びコンタクト層１０４は、光導波方向に延びるメサ構造１０５を構成しており、このメサ構造１０５の両側面は、絶縁膜１０６によって覆われている。また、メサ構造１０５の両側方には樹脂層１０７が設けられており、樹脂層１０７によってメサ構造１０５が埋め込まれている。コンタクト層１０４の上方には、絶縁膜１０６及び樹脂層１０７の開口が形成されており、該開口内に形成されたオーミック電極膜１０８がコンタクト層１０４と接触している。オーミック電極膜１０８上及び樹脂層１０７上にわたって、メッキ配線層１０９が設けられている。
【０００５】
図１２に示された構造を備える光半導体素子は、例えば以下の方法によって作製される。まず、図１３（ａ）に示されるように、光導波路層１０２、クラッド層１０３、及びコンタクト層１０４を半導体基板１０１上に成長させる。次に、図１３（ｂ）に示されるように、所定の光導波方向に延びるエッチングマスク１２０をコンタクト層１０４上に形成する。そして、図１３（ｃ）に示されるように、エッチングマスク１２０を用いてコンタクト層１０４、クラッド層１０３、及び光導波路層１０２をエッチングすることにより、これらの層１０２〜１０４を含むメサ構造１０５を形成する。
【０００６】
続いて、図１４（ａ）に示されるように、メサ構造１０５および半導体基板１０１を覆う絶縁膜１０６を形成したのち、半導体基板１０１上に樹脂層１０７を塗布することにより、メサ構造１０５を埋め込む。そして、図１４（ｂ）に示されるように、メサ構造１０５上に開口を有するレジストマスク１２１を樹脂層１０７上に形成し、このレジストマスク１２１を用いて樹脂層１０７及び絶縁膜１０６をエッチング（例えばプラズマエッチング）することにより、樹脂層１０７及び絶縁膜１０６に開口を形成してメサ構造１０５のコンタクト層１０４を露出させる（図１４（ｃ））。
【０００７】
続いて、図１５（ａ）に示されるように、樹脂層１０７の表面及び開口、並びに露出したコンタクト層１０４を覆う絶縁膜１１０を形成する。そして、図１５（ｂ）に示されるように、メサ構造１０５上に開口を有するレジストマスク１２２を絶縁膜１１０上に形成したのち、図１５（ｃ）に示されるように、このレジストマスク１２２を用いて絶縁膜１１０をエッチングすることにより、絶縁膜１１０に開口を形成してメサ構造１０５のコンタクト層１０４を再び露出させる。
【０００８】
続いて、図１６（ａ）に示されるようにレジストマスク１２２を除去したのち、図１６（ｂ）に示されるように、コンタクト層１０４上にオーミック電極膜１０８を形成し、更に、オーミック電極膜１０８上から樹脂層１０７上にかけてメッキ配線層１０９を形成する。こうして、図１２に示された構造を備える光半導体素子１００が作製される。
【０００９】
しかしながら、上述した製造方法には、次のような課題がある。すなわち、図１４（ｃ）に示された工程において樹脂層１０７及び絶縁膜１０６をエッチングする際、メサ構造１０５上の樹脂層１０７及び絶縁膜１０６を完全に除去する為には、エッチングを十分な時間行う必要がある。しかし、エッチングを長時間行うことにより、図１７に示されるように、樹脂層１０７及び絶縁膜１０６のうちメサ構造１０５の側面に接する部分までエッチングされてしまい、樹脂層１０７がメサ構造１０５の側面から剥がれてしまう。
【００１０】
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、メサ構造の側面からの樹脂の剥離を抑制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】
【００１１】
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第１の製造方法は、（１）光導波路層、クラッド層、コンタクト層、及びキャップ層を基板上に順次成長する成長工程と、（２）所定の光導波方向に延びるエッチングマスクをキャップ層上に形成するマスク形成工程と、（３）エッチングマスクを用いて、キャップ層に対しウェットエッチングを行う第１のエッチング工程と、（４）エッチングマスクを用いて、少なくともコンタクト層及びクラッド層に対してドライエッチングを行い、光導波方向に延びるメサ構造を形成する第２のエッチング工程と、（５）メサ構造を覆う絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、（６）基板上に樹脂を塗布し、メサ構造を樹脂によって埋め込む樹脂形成工程と、（７）メサ構造上の樹脂及び絶縁膜に対してエッチングを行い、キャップ層を露出させる第３のエッチング工程と、（８）キャップ層に対してエッチングを行い、キャップ層を除去する第４のエッチング工程と、（９）メサ構造上に電極を形成する電極形成工程とを有することを特徴とする。
【００１２】
この第１の製造方法では、まずキャップ層に対してウェットエッチングを行う。このとき、キャップ層に対してサイドエッチングが進行する。次いで、少なくともコンタクト層及びクラッド層に対してドライエッチングを行うことによって、メサ構造を形成する。このような方法によって、光導波方向と交差する方向のキャップ層の幅が、該方向のメサ構造の幅より狭くなる。そして、このような構造では、メサ構造の側面上端より上方に存在する樹脂の厚さが、キャップ層上に存在する樹脂の厚さより厚い。したがって、第３のエッチング工程におけるエッチング深さは、メサ構造の側面上端に達するより早く、キャップ層に達することとなる。これにより、メサ構造の側面近傍の樹脂や絶縁膜がエッチングされる前に、当該エッチングを終了することができる。或いは、キャップ層上の樹脂及び絶縁膜が完全に除去される為に十分な時間のエッチングを行った場合でも、メサ構造の側面近傍の樹脂及び絶縁膜に対する過剰なエッチングを抑制できる。したがって、上述した第１の製造方法によれば、メサ構造の側面からの樹脂の剥離を効果的に抑制することができる。
【００１３】
また、上述した光半導体素子の第１の製造方法は、第２のエッチング工程後における、光導波方向と交差する方向のキャップ層の幅が、該方向のコンタクト層の幅より狭いことを特徴としてもよい。これにより、上述した効果を好適に実現できる。
【００１４】
また、本発明による光半導体素子の第２の製造方法は、（１）光導波路層、クラッド層、及びコンタクト層を基板上に順次成長する成長工程と、（２）所定の光導波方向に延びるエッチングマスクをコンタクト層上に形成するマスク形成工程と、（３）エッチングマスクを用いて、少なくともコンタクト層及びクラッド層に対してドライエッチングを行い、光導波方向に延びるメサ構造を形成する第１のエッチング工程と、（４）コンタクト層の側面に対するウェットエッチングを選択的に行う第２のエッチング工程と、（５）メサ構造を覆う絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、（６）基板上に樹脂を塗布し、メサ構造を樹脂によって埋め込む樹脂形成工程と、（７）メサ構造上の樹脂及び絶縁膜に対してエッチングを行い、コンタクト層を露出させる第３のエッチング工程と、（８）メサ構造上に電極を形成する電極形成工程とを有することを特徴とする。
【００１５】
この第２の製造方法では、まず、少なくともコンタクト層及びクラッド層に対してドライエッチングを行うことによって、メサ構造を形成する。次いで、コンタクト層の側面に対してウェットエッチングを選択的に行う。このとき、コンタクト層の側面に対するサイドエッチングが、クラッド層の側面より深く進行する。このような方法によって、光導波方向と交差する方向のコンタクト層の幅が、コンタクト層を除くメサ構造の幅より狭くなる。そして、このような構造では、コンタクト層を除くメサ構造の側面上端より上方に存在する樹脂の厚さが、コンタクト層上に存在する樹脂の厚さより厚い。したがって、第３のエッチング工程におけるエッチング深さは、コンタクト層を除くメサ構造の側面上端に達するより早く、コンタクト層に達することとなる。これにより、コンタクト層を除くメサ構造の側面近傍の樹脂や絶縁膜がエッチングされる前に、当該エッチングを終了することができる。或いは、コンタクト層上の樹脂及び絶縁膜が完全に除去される為に十分な時間のエッチングを行った場合でも、コンタクト層を除くメサ構造の側面近傍の樹脂及び絶縁膜に対する過剰なエッチングを抑制できる。したがって、上述した第２の製造方法によれば、メサ構造の側面からの樹脂の剥離を効果的に抑制することができる。
【００１６】
また、上述した光半導体素子の第２の製造方法は、第２のエッチング工程後における、光導波方向と交差する方向のコンタクト層の幅が、該方向のクラッド層の幅より狭いことを特徴としてもよい。これにより、上述した効果を好適に実現できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明による光半導体素子の製造方法によれば、メサ構造の側面からの樹脂の剥離を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、第１実施形態に係る製造方法により製造される光半導体素子の例として、マッハツェンダー型の光変調器の構成を示す平面図である。
【図２】図２は、光変調器のII−II線に沿った断面を示す図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る製造方法の各工程を示す断面図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係る製造方法の各工程を示す断面図である。
【図５】図５は、第１実施形態に係る製造方法の各工程を示す断面図である。
【図６】図６は、第１実施形態に係る製造方法の各工程を示す断面図である。
【図７】図７は、図１に示された光変調器のII−II断面構造の別の形態を示す図である。
【図８】図８は、第２実施形態に係る製造方法の各工程を示す断面図である。
【図９】図９は、第２実施形態に係る製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１０】図１０は、第２実施形態に係る製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１１】図１１は、第２実施形態に係る製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１２】図１２は、光半導体素子の構造例を示す断面図である。
【図１３】図１３は、光半導体素子の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１４】図１４は、光半導体素子の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１５】図１５は、光半導体素子の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１６】図１６は、光半導体素子の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１７】図１７は、図１３〜図１６に示された製造方法による問題点を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
（第１の実施の形態）
図１は、本実施形態に係る製造方法により製造される光半導体素子の例として、マッハツェンダー型の光変調器の構成を示す平面図である。また、図２は、この光変調器１ＡのII−II線に沿った断面を示す図である。この光変調器１Ａは、２本の光導波路１０，２０と、入射側分波器３０と、出射側合波器４０と、２つの電極５０，６０とを備えている。光導波路１０及び２０、並びに入射側分波器３０及び出射側合波器４０は、図２に示される共通の半導体基板２の主面２ａ上に形成されている。半導体基板２は、第１導電型（例えばｎ型）の半導体からなる基板であり、半導体基板２としては、例えばｎ型ＩｎＰ基板が好適である。また、図２に示されるように、光変調器１Ａは、半導体基板２の裏面２ｂ上に形成された電極８０を更に備えている。
【００２１】
光導波路１０，２０は、入射側分波器３０と出射側合波器４０との間に延設されており、その一端は入射側分波器３０に結合され、他端は出射側合波器４０に結合されている。また、光導波路１０，２０は、その延在方向に交差する方向に並んで配置されている。光導波路１０は、光導波領域１０ａ、位相制御領域１０ｂ及び光導波領域１０ｃを含む。光導波領域１０ａ、位相制御領域１０ｂ及び光導波領域１０ｃは、光導波方向（すなわち光導波路１０の延在方向）にこの順で配列されている。同様に、光導波路２０は、光導波領域２０ａ、位相制御領域２０ｂ及び光導波領域２０ｃを含む。光導波領域２０ａ、位相制御領域２０ｂ及び光導波領域２０ｃは、光導波方向（すなわち光導波路２０の延在方向）にこの順で配列されている。
【００２２】
入射側分波器３０は、外部から光変調器１Ａに入射した入射光Ｌ１を、光導波路１０，２０それぞれに分波する。出射側合波器４０は、光導波路１０，２０それぞれを伝搬した光を合波する。入射側分波器３０及び出射側合波器４０は、例えばＭＭＩカプラによって好適に構成される。
【００２３】
電極５０は位相制御領域１０ｂ上に形成されており、電極６０は位相制御領域２０ｂ上に形成されている。電極５０，６０それぞれは、ワイヤボンディングのためのボンディングパッド５０ａ，６０ａそれぞれを有している。
【００２４】
図２を参照して、位相制御領域１０ｂ付近の構造について説明する。なお、位相制御領域２０ｂ付近の構造も、図２と同様である。位相制御領域１０ｂは、光導波路層１１と、クラッド層１２と、コンタクト層１３とを有している。光導波路層１１は、アンドープ半導体からなる。このアンドープ半導体としては、ＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＡｌＩｎＡｓ及びＧａＩｎＡｓ等を例示することができる。光導波路層１１は、単一の層（バルク層）からなってもよく、井戸層を該井戸層よりバンドギャップが大きいバリア層によって挟み込んだ量子井戸構造を有していてもよい。
【００２５】
クラッド層１２及びコンタクト層１３は、第２導電型（例えばｐ型）の半導体からなる。クラッド層１２のｐ型半導体としては、例えばｐ型ＩｎＰが好適である。コンタクト層１３のｐ型半導体としては、例えばｐ型ＩｎＧａＡｓが好適である。クラッド層１２及びコンタクト層１３は、所定の光導波方向に延びるメサ構造１４を成している。このメサ構造１４の両側面１４ａ，１４ｂ上には、絶縁膜１５が設けられている。絶縁膜１５は、メサ構造１４の両側面１４ａ，１４ｂ上からメサ構造１４の周囲の半導体基板２上にわたって設けられている。絶縁膜１５は、例えばＳｉＮやＳｉＯ２といったシリコン化合物からなる。絶縁膜１５の厚さは、例えば３００ｎｍである。
【００２６】
メサ構造１４の両側面１４ａ，１４ｂは、誘電体樹脂層９により埋め込まれている。誘電体樹脂層９は、例えばＢＣＢやポリイミドといった樹脂からなり、メサ構造１４の周囲の半導体基板２上に設けられている。半導体基板２の主面２ａを基準とする誘電体樹脂層９の表面の高さは、主面２ａを基準とするメサ構造１４の高さより高い。誘電体樹脂層９の層厚は、例えば２μｍである。誘電体樹脂層９は、メサ構造１４上に開口９ａを有する。なお、誘電体樹脂層９の表面は、絶縁膜１６に覆われている。絶縁膜１６は、例えばＳｉＮやＳｉＯ２といったシリコン化合物からなる。絶縁膜１６の厚さは、例えば２００ｎｍである。絶縁膜１６は、メサ構造１４上に開口を有する。
【００２７】
電極５０は、オーミック電極膜５１と、メッキ配線層５２とを有する。オーミック電極膜５１は、メサ構造１４上に設けられており、メサ構造１４のコンタクト層１３と接触している。オーミック電極膜５１は、例えばＡｕ／Ｚｎ／Ａｕといった積層構造を有する。メッキ配線層５２は、例えばＡｕメッキによって形成される。メッキ配線層５２は、オーミック電極膜５１を完全に覆っており、また誘電体樹脂層９の開口９ａを埋め込んでいる。メッキ配線層５２は、メサ構造１４上から誘電体樹脂層９上にわたって（本実施形態では、オーミック電極膜５１上から絶縁膜１６上にわたって）設けられている。
【００２８】
以上の構成を備える光変調器１Ａの製造方法について説明する。図３〜図６は、光変調器１Ａの製造方法の各工程を示す断面図であり、図１に示されたII−II断面の製造過程を示している。
【００２９】
まず、図３（ａ）に示されるように、光導波路層１１、クラッド層１２、及びコンタクト層１３を半導体基板２の主面２ａ上に順次成長させる（成長工程）。また、コンタクト層１３の上にキャップ層１７を成長させる。キャップ層１７は、例えばアンドープＩｎＰといったＩｎＰ系化合物半導体からなる。なお、これらの層１１〜１４の成長は、例えば有機金属気相成長法（ＯＭＶＰＥ；Organo Metaric Vapor Phase Epitaxy）によって好適に行われる。
【００３０】
次に、図３（ｂ）に示されるように、所定の光導波方向に延びるエッチングマスク７０をキャップ層１７上に形成する（マスク形成工程）。エッチングマスク７０は、例えば次のようにして形成される。まず、プラズマＣＶＤ法を用いて、ＳｉＮといった絶縁膜をキャップ層１７上の全面に形成する。次に、この絶縁膜上に通常のフォトリソグラフィ技術を用いて所定の光導波方向に延びるレジストマスクを形成する。そして、このレジストマスクを用いて、絶縁膜に対しプラズマエッチングを施す。こうして、絶縁膜からなるエッチングマスク７０が形成される。
【００３１】
続いて、図３（ｃ）に示されるように、エッチングマスク７０を用いて、キャップ層１７に対しウェットエッチングを行う（第１のエッチング工程）。キャップ層１７がＩｎＰからなる場合には、エッチング液として塩酸が好適である。このとき、キャップ層１７の側面に対してサイドエッチングが進行するように、エッチング時間を調整する。これにより、図３（ｃ）に示されるように、光導波方向と交差する方向におけるキャップ層１７の幅Ｗ１は、エッチングマスク７０の同方向の幅Ｗ２より狭くなる。このエッチングは、ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層１３において停止する。
【００３２】
続いて、図４（ａ）に示されるように、エッチングマスク７０を用いて、少なくともコンタクト層１３及びクラッド層１２に対してドライエッチングを行い、光導波方向に延びるメサ構造を形成する（第２のエッチング工程）。本実施形態では、コンタクト層１３、クラッド層１２、光導波路層１１及び半導体基板２の一部をエッチングしており、メサ構造１４は、これらの層１１〜１３及び半導体基板２の一部を含んでいる。本工程では、メサ構造１４をドライエッチング（例えばプラズマエッチング）によって形成することにより、メサ構造１４の側面１４ａ，１４ｂを半導体基板２の主面２ａに対して垂直に近づけることができるので、光を効率良く閉じ込める為に好適な光導波路層１１の側面が得られる。
【００３３】
また、この第２のエッチング工程では、メサ構造１４をドライエッチングによって形成するので、光導波方向と交差する方向におけるコンタクト層１３、クラッド層１２、及び光導波路層１１の幅Ｗ６は、エッチングマスク７０の幅Ｗ２とほぼ等しくなる。したがって、キャップ層１７の幅Ｗ１は、コンタクト層１３、クラッド層１２、及び光導波路層１１の幅Ｗ６よりも狭くなる。
【００３４】
続いて、エッチングマスク７０を除去したのち、図４（ｂ）に示されるように、メサ構造１４を覆う絶縁膜１５を形成する（絶縁膜形成工程）。一実施例では、プラズマＣＶＤによってＳｉＮからなる絶縁膜１５を製膜する。続いて、半導体基板２上において、例えばＢＣＢやポリイミドといった樹脂を、メサ構造１４が完全に埋め込まれる程度の厚さにスピン塗布したのち、該樹脂の熱硬化を行う。これにより、誘電体樹脂層９が形成される（樹脂形成工程）。
【００３５】
続いて、図４（ｃ）に示されるように、通常のフォトリソグラフィ技術を用いて、メサ構造１４上に開口を有するレジストマスク７１を誘電体樹脂層９上に形成する。なお、このレジストマスク７１の開口の幅Ｗ３は、メサ構造１４の幅Ｗ６（図４（ａ）を参照）よりも広く形成される。そして、図５（ａ）に示されるように、レジストマスク７１を用いてメサ構造１４上の誘電体樹脂層９及び絶縁膜１５に対してエッチングを行うことにより、キャップ層１７を露出させる（第３のエッチング工程）。このエッチング方法としては、例えばプラズマエッチング等のドライエッチングが好適である。プラズマエッチングを行う場合、エッチャントガスとしては、例えばＣＦ４及びＯ２の混合ガスが好適である。
【００３６】
続いて、レジストマスク７１を除去したのち、図５（ｂ）に示されるように、絶縁膜１６を形成する。絶縁膜１６は、誘電体樹脂層９の表面、開口９ａの側面、及びキャップ層１７を覆う。一実施例では、プラズマＣＶＤによってＳｉＯ２からなる絶縁膜１６を製膜する。
【００３７】
続いて、図５（ｃ）に示されるように、通常のフォトリソグラフィ技術を用いて、メサ構造１４上に開口を有するレジストマスク７２を、誘電体樹脂層９の表面上及び開口９ａの側面上に形成する。なお、このレジストマスク７２は、開口の幅Ｗ４がメサ構造１４の幅Ｗ６（図４（ａ）を参照）とほぼ等しくなるように形成される。
【００３８】
続いて、図６（ａ）に示されるように、レジストマスク７２を用いて、絶縁膜１６のうちメサ構造１４上の部分をエッチングすることにより該部分を除去する。この工程におけるエッチング方法としては、例えばプラズマエッチング等のドライエッチングが好適である。ＳｉＯ２から成る絶縁膜１６に対してプラズマエッチングを行う場合、エッチャントガスとしては、例えばＣＦ４ガスが好適である。
【００３９】
続いて、レジストマスク７２を除去したのち、図６（ｂ）に示されるように、キャップ層１７に対してエッチングを行うことにより、キャップ層１７を除去する（第４のエッチング工程）。ＩｎＰから成るキャップ層１７に対するエッチング方法としては、例えば塩酸をエッチング液とするウェットエッチングが好適である。この工程では、絶縁膜１６がエッチングマスクとして作用する。また、ＩｎＧａＡｓから成るコンタクト層１３は塩酸に対するエッチング速度が格段に遅いので、この工程では、ＩｎＰから成るキャップ層１７のみを選択的にエッチングすることができる。
【００４０】
続いて、図６（ｃ）に示されるように、メサ構造１４上に電極５０（位相制御領域２０ｂの場合は電極６０）を形成する（電極形成工程）。具体的には、いわゆるリフトオフ法を用いてメサ構造１４上にオーミック電極膜５１を形成したのち、Ａｕメッキを施すことにより、メッキ配線層５２をオーミック電極膜５１上に形成する。オーミック電極膜５１は、メサ構造１４上に形成された絶縁膜１６の開口を塞ぐように形成され、メサ構造１４のコンタクト層１３と接触する。メッキ配線層５２は、オーミック電極膜５１を完全に覆い、且つ誘電体樹脂層９の開口９ａを埋め込むように形成される。メッキ配線層５２は、メサ構造１４上から誘電体樹脂層９上にわたって形成される。
【００４１】
以上に説明した本実施形態の製造方法では、キャップ層１７に対してウェットエッチングを行うことにより、キャップ層１７に対してサイドエッチングを進行させ、次いで、コンタクト層１３、クラッド層１２、及び光導波路層１１に対してドライエッチングを行うので、図４（ａ）に示されたように、キャップ層１７の幅Ｗ１が、コンタクト層１３等の幅Ｗ２よりも狭くなる。
【００４２】
そして、このような構造では、メサ構造１４の側面１４ａ，１４ｂの上端より上方に存在する誘電体樹脂層９の厚さ（図４（ｃ）に示される厚さＴ１）が、キャップ層１７上に存在する誘電体樹脂層９の厚さ（同Ｔ２）より厚い。したがって、図５（ａ）に示された第３のエッチング工程におけるエッチング深さは、メサ構造１４の側面１４ａ，１４ｂの上端に達するより早く、キャップ層１７に達することとなる。これにより、メサ構造１４の側面１４ａ，１４ｂ近傍の誘電体樹脂層９や絶縁膜１５がエッチングされる前に、当該エッチングを終了することができる。或いは、キャップ層１７上の誘電体樹脂層９及び絶縁膜１５が完全に除去される為に十分な時間のエッチングを行った場合でも、メサ構造１４の側面１４ａ，１４ｂ近傍の誘電体樹脂層９及び絶縁膜１５に対する過剰なエッチングを抑制することができる。したがって、本実施形態による光変調器１Ａの製造方法によれば、メサ構造１４の側面１４ａ，１４ｂからの誘電体樹脂層９の剥離を抑制することができる。
【００４３】
（第２の実施の形態）
図７は、図１に示された光変調器１ＡのII−II断面構造の別の形態を示す図である。図７を参照すると、本実施形態と第１実施形態との構成上の相違点は、コンタクト層の幅である。すなわち、本実施形態の位相制御領域１０ｂは、光導波路層１１と、クラッド層１２と、コンタクト層１３とを有しており、これらの層はメサ構造１４を構成している。そして、光導波方向と交差する方向におけるコンタクト層１３の幅Ｗ５は、メサ構造１４における他の層（光導波路層１１及びクラッド層１２）の幅Ｗ２よりも狭くなっている。
【００４４】
このような構成を備える本実施形態の光変調器の製造方法について説明する。図８〜図１１は、本実施形態に係る製造方法の各工程を示す断面図であり、図１に示されたII−II断面の製造過程を示している。
【００４５】
まず、図８（ａ）に示されるように、光導波路層１１、クラッド層１２、及びコンタクト層１３を半導体基板２の主面２ａ上に順次成長させる（成長工程）。なお、これらの層１１〜１３の成長は、例えばＯＭＶＰＥによって好適に行われる。次に、図８（ｂ）に示されるように、所定の光導波方向に延びるエッチングマスク７０をコンタクト層１３上に形成する（マスク形成工程）。エッチングマスク７０は、第１実施形態と同様にして形成される。
【００４６】
続いて、図８（ｃ）に示されるように、エッチングマスク７０を用いて、少なくともコンタクト層１３及びクラッド層１２に対してドライエッチングを行い、光導波方向に延びるメサ構造を形成する（第１のエッチング工程）。本実施形態では、コンタクト層１３、クラッド層１２、光導波路層１１及び半導体基板２の一部をエッチングしており、メサ構造１４は、これらの層１１〜１３及び半導体基板２の一部を含んでいる。
【００４７】
続いて、図９（ａ）に示されるように、コンタクト層１３の側面に対してウェットエッチングを選択的に行う（第２のエッチング工程）。すなわち、コンタクト層１３の側面に対するサイドエッチング速度が他の層（光導波路層１１及びクラッド層１２）の側面に対する再度エッチング速度よりも速くなるように、ウェットエッチングを行う。コンタクト層１３がＩｎＧａＡｓからなる場合には、エッチング液としてリン酸と過酸化水素水と水との混合液が好適である。この工程により、光導波方向と交差する方向におけるコンタクト層１３の幅Ｗ５は、光導波路層１１及びクラッド層１２の同方向の幅Ｗ６より狭くなる。
【００４８】
続いて、エッチングマスク７０を除去したのち、図９（ｂ）に示されるように、メサ構造１４を覆う絶縁膜１５を形成し（絶縁膜形成工程）、第１実施形態と同様の方法により、誘電体樹脂層９を形成する（樹脂形成工程）。そして、図９（ｃ）に示されるように、メサ構造１４上に開口を有するレジストマスク７１を誘電体樹脂層９上に形成する。
【００４９】
続いて、図１０（ａ）に示されるように、レジストマスク７１を用いてメサ構造１４上の誘電体樹脂層９及び絶縁膜１５に対してエッチングを行うことにより、コンタクト層１３を露出させる（第３のエッチング工程）。このエッチング方法としては、例えばプラズマエッチング等のドライエッチングが好適である。プラズマエッチングを行う場合、エッチャントガスとしては、例えばＣＦ４及びＯ２の混合ガスが好適である。
【００５０】
続いて、レジストマスク７１を除去したのち、図１０（ｂ）に示されるように、絶縁膜１６を形成する。絶縁膜１６は、第１実施形態と同様の方法によって好適に形成される。そして、図１０（ｃ）に示されるように、通常のフォトリソグラフィ技術を用いて、メサ構造１４上に開口を有するレジストマスク７２を、誘電体樹脂層９の表面上及び開口９ａの側面上に形成する。
【００５１】
続いて、図１１（ａ）に示されるように、レジストマスク７２を用いて、絶縁膜１６のうちメサ構造１４上の部分をエッチングすることにより該部分を除去する。この工程におけるエッチング方法は、第１実施形態と同様である。その後、レジストマスク７２を除去したのち（図１１（ｂ））、メサ構造１４上に電極５０（位相制御領域２０ｂの場合は電極６０）を形成する（電極形成工程）。なお、電極５０のオーミック電極膜５１及びメッキ配線層５２の形成方法は、第１実施形態と同様である。
【００５２】
以上に説明した本実施形態の製造方法では、まず、コンタクト層１３、クラッド層１２及び光導波路層１１に対してドライエッチングを行うことによってメサ構造１４を形成し、次いで、コンタクト層１３の側面に対してウェットエッチングを選択的に行うので、図９（ａ）に示されたように、コンタクト層１３の幅Ｗ５が、クラッド層１２等の幅Ｗ２より狭くなる。
【００５３】
そして、このような構造では、コンタクト層１３を除くメサ構造１４の側面１４ａ，１４ｂの上端より上方に存在する誘電体樹脂層９の厚さ（図９（ｃ）に示される厚さＴ３）が、キャップ層１７上に存在する誘電体樹脂層９の厚さ（同Ｔ４）より厚い。したがって、図１０（ａ）に示された第３のエッチング工程におけるエッチング深さは、メサ構造１４の側面１４ａ，１４ｂの上端に達するより早く、コンタクト層１３に達することとなる。これにより、コンタクト層１３を除くメサ構造１４の側面１４ａ，１４ｂ近傍の誘電体樹脂層９や絶縁膜１５がエッチングされる前に、当該エッチングを終了することができる。或いは、キャップ層１７上の誘電体樹脂層９及び絶縁膜１５が完全に除去される為に十分な時間のエッチングを行った場合でも、コンタクト層１３を除くメサ構造１４の側面１４ａ，１４ｂ近傍の誘電体樹脂層９及び絶縁膜１５に対する過剰なエッチングを抑制することができる。したがって、本実施形態による光変調器１Ａの製造方法によれば、メサ構造１４の側面１４ａ，１４ｂからの誘電体樹脂層９の剥離を抑制することができる。
【００５４】
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、上述した各実施形態では、ＩｎＰ系化合物半導体によって構成される光半導体素子を製造する際に本発明を適用した例を示したが、本発明は、他の種々の半導体によって構成される光半導体素子を製造する際にも適用可能である。
【００５５】
また、上述した各実施形態では、本発明の方法によって製造される光半導体素子としてマッハツェンダー型の光変調器を例示したが、本発明による製造方法は、メサ構造が樹脂によって埋め込まれる構造を備える種々の光半導体素子に適用可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１Ａ…光変調器、２…半導体基板、２ａ…主面、２ｂ…裏面、９…誘電体樹脂層、９ａ…開口、１０，２０…光導波路、１０ａ，２０ａ…光導波領域、１０ｂ，２０ｂ…位相制御領域、１０ｃ，２０ｃ…光導波領域、１１…光導波路層、１２…クラッド層、１３…コンタクト層、１４…メサ構造、１４ａ，１４ｂ…側面、１５，１６…絶縁膜、１７…キャップ層、３０…入射側分波器、４０…出射側合波器、５０，６０，８０…電極、５０ａ，６０ａ…ボンディングパッド、５１…オーミック電極膜、５２…メッキ配線層、７０…エッチングマスク、７１，７２…レジストマスク、Ｌ１…入射光。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路層、クラッド層、コンタクト層、及びキャップ層を基板上に順次成長する成長工程と、
所定の光導波方向に延びるエッチングマスクを前記キャップ層上に形成するマスク形成工程と、
前記エッチングマスクを用いて、前記キャップ層に対しウェットエッチングを行う第１のエッチング工程と、
前記エッチングマスクを用いて、少なくとも前記コンタクト層及び前記クラッド層に対してドライエッチングを行い、前記光導波方向に延びるメサ構造を形成する第２のエッチング工程と、
前記メサ構造を覆う絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記基板上に樹脂を塗布し、前記メサ構造を前記樹脂によって埋め込む樹脂形成工程と、
前記メサ構造上の前記樹脂及び前記絶縁膜に対してエッチングを行い、前記キャップ層を露出させる第３のエッチング工程と、
前記キャップ層に対してエッチングを行い、前記キャップ層を除去する第４のエッチング工程と、
前記メサ構造上に電極を形成する電極形成工程と
を有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２のエッチング工程後における、前記光導波方向と交差する方向の前記キャップ層の幅が、該方向の前記コンタクト層の幅より狭いことを特徴とする、請求項１に記載の光半導体素子の製造方法。
【請求項３】
光導波路層、クラッド層、及びコンタクト層を基板上に順次成長する成長工程と、
所定の光導波方向に延びるエッチングマスクを前記コンタクト層上に形成するマスク形成工程と、
前記エッチングマスクを用いて、少なくとも前記コンタクト層及び前記クラッド層に対してドライエッチングを行い、前記光導波方向に延びるメサ構造を形成する第１のエッチング工程と、
前記コンタクト層の側面に対するウェットエッチングを選択的に行う第２のエッチング工程と、
前記メサ構造を覆う絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記基板上に樹脂を塗布し、前記メサ構造を前記樹脂によって埋め込む樹脂形成工程と、
前記メサ構造上の前記樹脂及び前記絶縁膜に対してエッチングを行い、前記コンタクト層を露出させる第３のエッチング工程と、
前記メサ構造上に電極を形成する電極形成工程と
を有することを特徴とする、光半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記第２のエッチング工程後における、前記光導波方向と交差する方向の前記コンタクト層の幅が、該方向の前記クラッド層の幅より狭いことを特徴とする、請求項３に記載の光半導体素子の製造方法。
【請求項１】
光導波路層、クラッド層、コンタクト層、及びキャップ層を基板上に順次成長する成長工程と、
所定の光導波方向に延びるエッチングマスクを前記キャップ層上に形成するマスク形成工程と、
前記エッチングマスクを用いて、前記キャップ層に対しウェットエッチングを行う第１のエッチング工程と、
前記エッチングマスクを用いて、少なくとも前記コンタクト層及び前記クラッド層に対してドライエッチングを行い、前記光導波方向に延びるメサ構造を形成する第２のエッチング工程と、
前記メサ構造を覆う絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記基板上に樹脂を塗布し、前記メサ構造を前記樹脂によって埋め込む樹脂形成工程と、
前記メサ構造上の前記樹脂及び前記絶縁膜に対してエッチングを行い、前記キャップ層を露出させる第３のエッチング工程と、
前記キャップ層に対してエッチングを行い、前記キャップ層を除去する第４のエッチング工程と、
前記メサ構造上に電極を形成する電極形成工程と
を有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２のエッチング工程後における、前記光導波方向と交差する方向の前記キャップ層の幅が、該方向の前記コンタクト層の幅より狭いことを特徴とする、請求項１に記載の光半導体素子の製造方法。
【請求項３】
光導波路層、クラッド層、及びコンタクト層を基板上に順次成長する成長工程と、
所定の光導波方向に延びるエッチングマスクを前記コンタクト層上に形成するマスク形成工程と、
前記エッチングマスクを用いて、少なくとも前記コンタクト層及び前記クラッド層に対してドライエッチングを行い、前記光導波方向に延びるメサ構造を形成する第１のエッチング工程と、
前記コンタクト層の側面に対するウェットエッチングを選択的に行う第２のエッチング工程と、
前記メサ構造を覆う絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記基板上に樹脂を塗布し、前記メサ構造を前記樹脂によって埋め込む樹脂形成工程と、
前記メサ構造上の前記樹脂及び前記絶縁膜に対してエッチングを行い、前記コンタクト層を露出させる第３のエッチング工程と、
前記メサ構造上に電極を形成する電極形成工程と
を有することを特徴とする、光半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記第２のエッチング工程後における、前記光導波方向と交差する方向の前記コンタクト層の幅が、該方向の前記クラッド層の幅より狭いことを特徴とする、請求項３に記載の光半導体素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１３−４４７９３（Ｐ２０１３−４４７９３Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８０６５９（Ｐ２０１１−１８０６５９）
【出願日】平成２３年８月２２日（２０１１．８．２２）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２２日（２０１１．８．２２）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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