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JP4880903B2 - Optoelectronic integrated circuit and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description

本発明は、光集積回路と半導体集積回路とを同一基板上に混載する技術に係り、特にフォトダイオードや光変調器などの光素子と半導体素子としてのヘテロ接合バイポーラトランジスタとを同一基板上に備える光電子集積回路およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a technology for mounting an optical integrated circuit and a semiconductor integrated circuit on the same substrate, and in particular, includes an optical element such as a photodiode or an optical modulator and a heterojunction bipolar transistor as a semiconductor element on the same substrate. The present invention relates to an optoelectronic integrated circuit and a manufacturing method thereof.

半導体装置の応用技術として、半導体素子(電子素子)と光素子とを同一基板上に設ける、いわゆる光電子集積回路(Opto-Electronic Integrated Circuits:OEIC)がある。具体例としては、電子素子の一種であるヘテロ接合バイポーラトランジスタ(Hetero-junction Bipolar Transistor:HBT)と光デバイスとを、InPからなる半絶縁性基板上に混載したOEICがある。一般に、InP系材料は、高い電子輸送移動度や多彩なバンド設計などの優れた電子物性を有している。また、HBTは、高電流駆動やコンパクトな素子サイズなどのバイポーラトランジスタ固有の特徴を有している。したがって、InP基板上に設けられたHBTであるInP系HBTは、前述したInP系材料およびバイポーラトランジスタのそれぞれの特徴を兼ね備えており、高速性と高集積度に優れた電子素子である。さらに、InP系の半絶縁性基板は、長波長用光素子を作製する際に一般的に用いられている。したがって、InP系HBTは、エピタキシャル成長法により作製されたInP系結晶基板上に、長波長用光素子とともに集積可能であるという利点を有している。   As an applied technology of a semiconductor device, there is a so-called opto-electronic integrated circuit (OEIC) in which a semiconductor element (electronic element) and an optical element are provided on the same substrate. As a specific example, there is an OEIC in which a heterojunction bipolar transistor (HBT) which is a kind of electronic element and an optical device are mixedly mounted on a semi-insulating substrate made of InP. In general, InP-based materials have excellent electronic properties such as high electron transport mobility and various band designs. Further, the HBT has characteristics unique to bipolar transistors such as high current drive and compact element size. Therefore, an InP-based HBT, which is an HBT provided on an InP substrate, combines the characteristics of the InP-based material and the bipolar transistor described above, and is an electronic device that is excellent in high speed and high integration. Further, InP-based semi-insulating substrates are generally used when manufacturing long-wavelength optical elements. Therefore, the InP-based HBT has an advantage that it can be integrated with an optical element for a long wavelength on an InP-based crystal substrate manufactured by an epitaxial growth method.

近年、前述したInP系HBTと光デバイスとをInP系基板上に集積したOEICの研究が盛んに行われている。例えば、InP系HBTとpinフォトダイオードとをInP系基板上に集積したOEICが報告されている(例えば非特許文献1参照)。この半絶縁性InP基板102上にInP系HBT103およびpinフォトダイオード104が集積されたOEIC101の断面図を、図25に示す。このOEIC101においては、図25中一点鎖線の左側が半導体素子形成領域(HBT形成領域)であり、一点鎖線の右側が光素子形成領域(pinフォトダイオード形成領域)である。OEIC101は、次に述べる構成および特徴を有している。   In recent years, research on OEIC in which the above-described InP-based HBT and an optical device are integrated on an InP-based substrate has been actively conducted. For example, an OEIC in which an InP-based HBT and a pin photodiode are integrated on an InP-based substrate has been reported (for example, see Non-Patent Document 1). FIG. 25 shows a cross-sectional view of the OEIC 101 in which the InP-based HBT 103 and the pin photodiode 104 are integrated on the semi-insulating InP substrate 102. In this OEIC 101, the left side of the alternate long and short dash line in FIG. 25 is a semiconductor element formation region (HBT formation region), and the right side of the alternate long and short dash line is an optical element formation region (pin photodiode formation region). The OEIC 101 has the following configuration and characteristics.

図25に示すように、OEIC101では、InP系HBT103とpinフォトダイオード104とが半絶縁性InP基板102を共有している。InP系HBT103は、n形InGaAsからなるコレクタコンタクト層(サブコレクタ層)105を介して半絶縁性InP基板102上に設けられている。また、InP系HBT103は、アンドープInGaAsおよびn形InPなどからなるコレクタ層106、p形InGaAsからなるベース層107、ならびにn形InPからなるエミッタ層108を有している。コレクタコンタクト層105にはコレクタ電極109が、ベース層107にはベース電極110が、そしてエミッタ層108にはエミッタ電極111が、それぞれ設けられている。   As shown in FIG. 25, in the OEIC 101, the InP-based HBT 103 and the pin photodiode 104 share the semi-insulating InP substrate 102. The InP-based HBT 103 is provided on the semi-insulating InP substrate 102 via a collector contact layer (sub-collector layer) 105 made of n-type InGaAs. The InP-based HBT 103 includes a collector layer 106 made of undoped InGaAs and n-type InP, a base layer 107 made of p-type InGaAs, and an emitter layer 108 made of n-type InP. The collector contact layer 105 is provided with a collector electrode 109, the base layer 107 is provided with a base electrode 110, and the emitter layer 108 is provided with an emitter electrode 111.

また、図25に示すように、pinフォトダイオード104はInP系HBT103と略同じ構成に作製されている。すなわち、pinフォトダイオード104は、コレクタコンタクト層105を介して半絶縁性InP基板102上に設けられている。コレクタコンタクト層105は、pinフォトダイオード104の一方の電極であるカソードコンタクト層となる。また、pinフォトダイオード104は、その活性層がコレクタ層106を用いて形成されている。それとともに、pinフォトダイオード104は、その他方の電極であるアノードコンタクト層がベース層107を用いて形成されている。カソードコンタクト層105にはカソード電極112が、またアノードコンタクト層107にはアノード電極113が、それぞれ設けられている。   Also, as shown in FIG. 25, the pin photodiode 104 is fabricated in substantially the same configuration as the InP-based HBT 103. That is, the pin photodiode 104 is provided on the semi-insulating InP substrate 102 via the collector contact layer 105. The collector contact layer 105 becomes a cathode contact layer that is one electrode of the pin photodiode 104. Further, the active layer of the pin photodiode 104 is formed using the collector layer 106. At the same time, in the pin photodiode 104, an anode contact layer which is the other electrode is formed using the base layer 107. The cathode contact layer 105 is provided with a cathode electrode 112, and the anode contact layer 107 is provided with an anode electrode 113.

このような構造によれば、InP系HBT103が有するベース層107、コレクタ層106、およびコレクタコンタクト層(高濃度n形InP層)105を用いて、pinフォトダイオード104を作製することができる。すなわち、活性層106内のアンドープInGaAs層を光吸収層とする、光吸収領域が1.55μm帯のpinフォトダイオード104を作製することができる。このように、OEIC101では、InP系HBT103およびpinフォトダイオード104の製造工程を共通化させて、同一のエピタキシャル結晶基板102上に作製できる。これにより、OEIC101は、その製造プロセスを大幅に簡略化できる。   According to such a structure, the pin photodiode 104 can be manufactured using the base layer 107, the collector layer 106, and the collector contact layer (high-concentration n-type InP layer) 105 included in the InP-based HBT 103. That is, it is possible to manufacture a pin photodiode 104 having a light absorption region in the 1.55 μm band using the undoped InGaAs layer in the active layer 106 as a light absorption layer. As described above, the OEIC 101 can be manufactured on the same epitaxial crystal substrate 102 by making the manufacturing process of the InP-based HBT 103 and the pin photodiode 104 common. Thereby, the manufacturing process of the OEIC 101 can be greatly simplified.

また、OEICの製造方法の一つに、いわゆる選択再成長法と呼ばれる製造方法がある。この選択再成長法とは、光素子形成領域にシリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜等の絶縁膜をマスクとして形成し、このマスクにより覆われていない部分を除去し、基板を露出させ、この露出した基板上に電子回路のエピタキシャル層を選択的に再成長させる方法である。選択再成長法は、電子回路のエピタキシャル層を光素子とは独立に設計して選択的に再成長させることができる利点がある(例えば非特許文献2参照)。
E. Sano et al., IEEE Electron Devices, 43, 1826(1996) M. Ida et al., Journal of Crystal Growth, 158,437 (1996)
Further, as one of OEIC manufacturing methods, there is a manufacturing method called a so-called selective regrowth method. In this selective regrowth method, an insulating film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film is formed in the optical element formation region as a mask, a portion not covered by this mask is removed, the substrate is exposed, and this exposed In this method, an epitaxial layer of an electronic circuit is selectively regrown on a substrate. The selective regrowth method has an advantage that an epitaxial layer of an electronic circuit can be designed independently of an optical element and selectively regrown (for example, see Non-Patent Document 2).
E. Sano et al., IEEE Electron Devices, 43, 1826 (1996) M. Ida et al., Journal of Crystal Growth, 158,437 (1996)

しかしながら、前述したOEIC101においては、HBT103のベース層107、コレクタ層106、およびコレクタコンタクト層105を用いてダイオード104を作製しているため、ダイオード104の受光感度とHBT103との動作速度との間にトレードオフが生ずる。具体的には、HBT103のコレクタ層106を薄肉化してHBT103の高速化を図ると、ダイオード104のInGaAs光吸収層が薄くなりダイオード104の受光感度が低下する。また、ダイオード104のInGaAs光吸収層を厚肉化してダイオード104の高感度化を求めると、HBT103のコレクタ層106が厚くなりHBT103の動作速度が遅くなる。   However, in the above-described OEIC 101, the diode 104 is fabricated using the base layer 107, the collector layer 106, and the collector contact layer 105 of the HBT 103, and therefore, the light receiving sensitivity of the diode 104 and the operating speed of the HBT 103 are between. A trade-off occurs. Specifically, when the collector layer 106 of the HBT 103 is thinned to increase the speed of the HBT 103, the InGaAs light absorption layer of the diode 104 becomes thin, and the light receiving sensitivity of the diode 104 decreases. In addition, if the InGaAs light absorption layer of the diode 104 is made thick to increase the sensitivity of the diode 104, the collector layer 106 of the HBT 103 becomes thick and the operation speed of the HBT 103 becomes slow.

また、前述した選択再成長法では、マスク近傍のInGaAs膜の膜厚が一般的な結晶成長法に比べて約1.3〜1.6倍に上昇し、その組成がInリッチとなる問題が報告されている。このため、InGaAs層がInP層と格子整合となる組成を得るためには、電子回路のエピタキシャル層(電子素子形成領域)をマスク(光素子形成領域)から少なくとも150μm以上離さなければならない。これは、選択再成長法では、電子回路と光素子との物理的最近接距離を150μm以内に設定することが不可能であることを意味している。この結果、選択再成長法を用いて作製されるOEICでは、電子回路と光素子との間に配線遅延が生じ、動作速度の高速化を図ることが困難である。   In the selective regrowth method described above, the thickness of the InGaAs film in the vicinity of the mask increases by about 1.3 to 1.6 times that of a general crystal growth method, and the composition becomes In-rich. It has been reported. Therefore, in order to obtain a composition in which the InGaAs layer is lattice-matched with the InP layer, the epitaxial layer (electronic element forming region) of the electronic circuit must be separated from the mask (optical element forming region) by at least 150 μm. This means that in the selective regrowth method, it is impossible to set the physical closest distance between the electronic circuit and the optical element within 150 μm. As a result, in the OEIC manufactured using the selective regrowth method, a wiring delay occurs between the electronic circuit and the optical element, and it is difficult to increase the operation speed.

本発明は、以上説明したような課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、バイポーラトランジスタおよび光素子がそれぞれの性能を互いに打ち消し合うおそれを抑制されて適正に設けられており、動作速度が速く、かつ、受光感度が高い光電子集積回路を提供することにある。また、そのような光電子集積回路を効率良く、かつ、容易に製造することができる光電子集積回路の製造方法を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and the object of the present invention is to provide a bipolar transistor and an optical element that are properly provided with the possibility that the performance of the bipolar transistor and the optical element cancel each other out. It is an object of the present invention to provide an optoelectronic integrated circuit having a high operating speed and high light receiving sensitivity. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing an optoelectronic integrated circuit capable of efficiently and easily manufacturing such an optoelectronic integrated circuit.

記課題を解決するために、本発明の態様に係る光電子集積回路は、半絶縁性基板と、この半絶縁性基板上に互いに独立かつ隣接して設けられている少なくとも2つの第1の電極層のうちの一方の第1の電極層、ならびに一方の前記第1の電極層上に積層されて設けられた活性層および第2の電極層からなる光素子と、前記各第1の電極層のうち他方の前記第1の電極層上に設けられた導電層、この導電層上に設けられたコレクタ層、このコレクタ層上に設けられたベース層、およびこのベース層上に設けられたエミッタ層からなるとともに、前記導電層、前記コレクタ層、前記ベース層、および前記エミッタ層が前記活性層および前記第2の電極層とはそれぞれ別途に積層されており、前記光素子に隣接して設けられているバイポーラトランジスタと、を具備することを特徴とするものである。 To solve the previous SL problem, opto-electronic integrated circuit according to an embodiment of the present invention is semi-insulating and the substrate, the semi-insulating independently and on a substrate of at least two is provided adjacent the first and one of the first electrode layer, and an optical element consisting of active layer and a second electrode layer provided to be stacked on one of the first electrode layer of the electrode layer, wherein each first electrode A conductive layer provided on the other first electrode layer of the layers, a collector layer provided on the conductive layer, a base layer provided on the collector layer, and provided on the base layer In addition to the emitter layer, the conductive layer, the collector layer, the base layer, and the emitter layer are separately stacked from the active layer and the second electrode layer, respectively, and adjacent to the optical element. Bipolar transistor provided It is characterized in that it comprises a Njisuta, the.

この光電子集積回路においては、光素子とバイポーラトランジスタとが電気的に接触することなく、光素子の第1の電極層とバイポーラトランジスタが設けられる第1の電極層とが同じ材料を用いて形成されている。すなわち、光素子とバイポーラトランジスタとが互いに近接されて設けられている。それとともに、光素子の第1の電極層、活性層、および第2の電極層の各層と、バイポーラトランジスタの導電層、コレクタ層、ベース層、およびエミッタ層の各層とが互いに独立して形成されている。このような構造によれば、光素子の受光感度とバイポーラトランジスタの動作速度との間にトレードオフが生じるおそれは殆どない。また、光素子とバイポーラトランジスタとの間に配線遅延が生じるおそれも殆どない。   In this optoelectronic integrated circuit, an optical element and a bipolar transistor are not in electrical contact, and the first electrode layer of the optical element and the first electrode layer provided with the bipolar transistor are formed using the same material. ing. That is, the optical element and the bipolar transistor are provided close to each other. At the same time, the first electrode layer, the active layer, and the second electrode layer of the optical element and the conductive layer, collector layer, base layer, and emitter layer of the bipolar transistor are formed independently of each other. ing. According to such a structure, there is almost no risk of a trade-off between the light receiving sensitivity of the optical element and the operation speed of the bipolar transistor. In addition, there is almost no risk of wiring delay between the optical element and the bipolar transistor.

また、前記課題を解決するために、本発明の他の態様に係る光電子集積回路の製造方法は、半絶縁性基板上に第1の電極層、活性層、および第2の電極層を順次積層して設ける工程と、前記第2の電極層の表面の一部を選択的に覆って第1のマスクを設けるとともに、前記第1のマスク側から前記第1の電極層側に向かうに連れて前記第2の電極層および前記活性層を多く残しつつ、前記第1のマスク側から前記第1の電極層側に向けて、かつ前記第2の電極層および前記活性層の前記第1のマスクにより覆われている部分からその外側に向けて前記第2の電極層および前記活性層の前記第1のマスクにより覆われていない部分を順次除去して、前記第1の電極層の表面の一部を選択的に露出させる工程と、前記第1のマスクを除去した後、露出された前記第1の電極層の表面、前記第2の電極層、および前記活性層を覆って、導電層、コレクタ層、ベース層、およびエミッタ層を前記半絶縁性基板上に全面的に順次積層して設ける工程と、前記半絶縁性基板上の領域のうち前記第2の電極層および前記活性層を介さずに前記第1の電極層上に前記導電層、前記コレクタ層、前記ベース層、および前記エミッタ層が設けられている第1の領域内において前記エミッタ層の表面の一部を選択的に覆って第2のマスクを設けるとともに、前記エミッタ層の前記第2のマスクにより覆われていない部分を前記半絶縁性基板上から全面的に除去して前記ベース層の表面を露出させ、前記第2のマスクを除去した後、前記第1の領域内において前記ベース層上に残された前記エミッタ層を全面的に覆って露出された前記ベース層の表面上に選択的に第3のマスクを設けるとともに、前記ベース層、前記コレクタ層、および前記導電層の前記第3のマスクにより覆われていない部分を前記半絶縁性基板上から順次全面的に除去して少なくとも前記第1の領域内の前記第1の電極層の表面の一部を選択的に露出させる工程と、前記第3のマスクを除去した後、前記第2の電極層の表面の一部を選択的に覆って第4のマスクを設けるとともに、前記第2の電極層および前記活性層の前記第4のマスクにより覆われていない部分を前記半絶縁性基板上から順次全面的に除去して、前記半絶縁性基板上の領域のうち前記第1の領域を除く第2の領域内の前記第1の電極層の表面の一部を選択的に露出させる工程と、前記第4のマスクを除去した後、前記第1の領域内に残された前記導電層、前記コレクタ層、前記ベース層、および前記エミッタ層を全面的に覆って露出された前記第1の電極層の表面上に選択的に第5のマスクを設けるとともに、この第5のマスクとは独立した第6のマスクを前記第2の領域内に残された前記活性層および前記第2の電極層を全面的に覆って露出された前記第1の電極層の表面上に選択的に設けた後、前記第1の電極層の前記第5のマスクおよび前記第6のマスクにより覆われていない部分を前記半絶縁性基板上から全面的に除去して、前記第1の領域内に残された前記第1の電極層、前記導電層、前記コレクタ層、前記ベース層、および前記エミッタ層と、前記第2の領域内に残された前記第1の電極層、前記活性層、および前記第2の電極層とを電気的に切り離す工程と、を含むことを特徴とするものである。   In order to solve the above problems, a method for manufacturing an optoelectronic integrated circuit according to another aspect of the present invention includes sequentially stacking a first electrode layer, an active layer, and a second electrode layer on a semi-insulating substrate. And providing a first mask so as to selectively cover part of the surface of the second electrode layer and moving from the first mask side toward the first electrode layer side The first mask of the second electrode layer and the active layer from the first mask side toward the first electrode layer side while leaving a large amount of the second electrode layer and the active layer The second electrode layer and the portion of the active layer not covered by the first mask are sequentially removed from the portion covered by A step of selectively exposing a portion, and after removing the first mask, Covering the exposed surface of the first electrode layer, the second electrode layer, and the active layer, a conductive layer, a collector layer, a base layer, and an emitter layer are entirely formed on the semi-insulating substrate. A step of sequentially stacking the conductive layer, the collector layer, and the base on the first electrode layer without passing through the second electrode layer and the active layer in the region on the semi-insulating substrate; In the first region where the emitter layer and the emitter layer are provided, a part of the surface of the emitter layer is selectively covered to provide a second mask, and the emitter layer is covered by the second mask. Unexposed portions are completely removed from the semi-insulating substrate to expose the surface of the base layer, and the second mask is removed, and then left on the base layer in the first region. The emitter layer on the entire surface A third mask is selectively provided on the surface of the base layer exposed over the substrate, and a portion of the base layer, the collector layer, and the conductive layer not covered by the third mask is formed on the surface of the base layer. A step of sequentially removing the entire surface from the semi-insulating substrate to selectively expose at least part of the surface of the first electrode layer in the first region, and after removing the third mask Providing a fourth mask so as to selectively cover a part of the surface of the second electrode layer, and forming a portion of the second electrode layer and the active layer not covered by the fourth mask as described above. A part of the surface of the first electrode layer in the second region excluding the first region is selected from the region on the semi-insulating substrate by sequentially removing the entire surface from the semi-insulating substrate. After the step of exposing and removing the fourth mask , Selectively on the surface of the first electrode layer exposed to cover the entire surface of the conductive layer, the collector layer, the base layer, and the emitter layer remaining in the first region. 5 is provided, and a sixth mask independent of the fifth mask is exposed to cover the active layer and the second electrode layer left in the second region. After selectively providing on the surface of the first electrode layer, a portion of the first electrode layer that is not covered by the fifth mask and the sixth mask is entirely exposed from above the semi-insulating substrate. The first electrode layer, the conductive layer, the collector layer, the base layer, and the emitter layer left in the first region and left in the second region. The first electrode layer, the active layer, and the second electrode layer are electrically connected. It is characterized in that comprising the steps of disconnecting a manner.

この光電子集積回路の製造方法においては、光素子の第1の電極層、活性層、および第2の電極層の各層と、バイポーラトランジスタの導電層、コレクタ層、ベース層、およびエミッタ層の各層とを互いに独立して形成することができる。また、導電層、コレクタ層、ベース層、およびエミッタ層を半絶縁性基板上に全面的に設けた後、所定の形状に形成するので、選択再成長法で生じ易いマスク近傍の膜の組成に欠陥が生じるおそれが殆ど無い。さらに、光素子の第1の電極層から独立して電気的に切断された第1の電極層上にバイポーラトランジスタを設けることにより、光素子とバイポーラトランジスタとを電気的に接触させることなく近接して設けることができる。このような方法によれば、光素子の受光感度とバイポーラトランジスタの動作速度との間にトレードオフが生じるおそれを殆ど無くすことができる。また、光素子とバイポーラトランジスタとの間に配線遅延が生じるおそれも殆ど無くすことができる。さらに、光素子の第1の電極層とバイポーラトランジスタが設けられる第1の電極層とを、同じ工程で形成することができる。   In this method of manufacturing an optoelectronic integrated circuit, the first electrode layer, the active layer, and the second electrode layer of the optical element, the conductive layer, the collector layer, the base layer, and the emitter layer of the bipolar transistor Can be formed independently of each other. In addition, since the conductive layer, collector layer, base layer, and emitter layer are formed over the entire surface of the semi-insulating substrate and then formed into a predetermined shape, the composition of the film in the vicinity of the mask that is likely to occur in the selective regrowth method is achieved. There is almost no risk of defects. Furthermore, by providing a bipolar transistor on the first electrode layer that is electrically disconnected independently from the first electrode layer of the optical element, the optical element and the bipolar transistor are brought into close proximity without being in electrical contact. Can be provided. According to such a method, there is almost no possibility that a trade-off occurs between the light receiving sensitivity of the optical element and the operation speed of the bipolar transistor. In addition, there is almost no possibility of wiring delay between the optical element and the bipolar transistor. Furthermore, the first electrode layer of the optical element and the first electrode layer provided with the bipolar transistor can be formed in the same process.

本発明に係る光電子集積回路においては、光素子の受光感度とバイポーラトランジスタの動作速度との間にトレードオフが生じるおそれが殆どない。また、光素子とバイポーラトランジスタとの間に配線遅延が生じるおそれも殆どない。すなわち、本発明の一態様に係る光電子集積回路は、バイポーラトランジスタおよび光素子がそれぞれの性能を互いに打ち消し合うおそれを抑制されて適正に設けられており、動作速度が速く、かつ、受光感度が高い。   In the optoelectronic integrated circuit according to the present invention, there is almost no risk of a trade-off between the light receiving sensitivity of the optical element and the operating speed of the bipolar transistor. In addition, there is almost no risk of wiring delay between the optical element and the bipolar transistor. That is, in the optoelectronic integrated circuit according to one embodiment of the present invention, the bipolar transistor and the optical element are appropriately provided with the possibility of canceling the performances of each other, the operating speed is high, and the light receiving sensitivity is high. .

また、本発明に係る光電子集積回路の製造方法によれば、光素子の受光感度とバイポーラトランジスタの動作速度との間にトレードオフが生じるおそれを殆ど無くすことができる。また、光素子とバイポーラトランジスタとの間に配線遅延が生じるおそれも殆ど無くすことができる。さらに、光素子の第1の電極層とバイポーラトランジスタが設けられる第1の電極層とを、同じ工程で形成することができる。したがって、本発明の光電子集積回路の製造方法によれば、バイポーラトランジスタおよび光素子がそれぞれの性能を互いに打ち消し合うおそれを抑制されて適正に設けられており、動作速度が速く、かつ、受光感度が高い光電子集積回路を効率良く、かつ、容易に製造することができる。   In addition, according to the method of manufacturing an optoelectronic integrated circuit according to the present invention, there is almost no possibility of causing a trade-off between the light receiving sensitivity of the optical element and the operation speed of the bipolar transistor. In addition, there is almost no possibility of wiring delay between the optical element and the bipolar transistor. Furthermore, the first electrode layer of the optical element and the first electrode layer provided with the bipolar transistor can be formed in the same process. Therefore, according to the method of manufacturing an optoelectronic integrated circuit of the present invention, the bipolar transistor and the optical element are appropriately provided with the possibility of canceling the performances of each other, and the operation speed is high, and the light receiving sensitivity is high. A high optoelectronic integrated circuit can be manufactured efficiently and easily.

以下、本発明に係る各実施形態を図面を参照しつつ説明する。   Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施の形態)
先ず、本発明に係る第1実施形態を図1〜図6を参照しつつ説明する。図1は、本実施形態に係る光電子集積回路を示す断面図である。図2〜図5は、本実施形態に係る光電子集積回路の製造方法を示す工程断面図である。図6は、本実施形態に係る光電子集積回路の製造方法の特性および背景技術に係る光電子集積回路の製造方法の特性をそれぞれグラフにして示す図である。
(First embodiment)
First, a first embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a sectional view showing an optoelectronic integrated circuit according to this embodiment. 2 to 5 are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing an optoelectronic integrated circuit according to the present embodiment. FIG. 6 is a graph showing characteristics of the optoelectronic integrated circuit manufacturing method according to this embodiment and characteristics of the optoelectronic integrated circuit manufacturing method according to the background art.

本実施形態は、半導体素子を構成する層を基板上に全面的に再成長させて設けることにより光電子集積回路を製造する技術に係る。特に、ヘテロ接合バイポーラトランジスタおよび光素子を、それらの各層を個別に最適化しつつエピタキシャル層構造に形成して、同一のエピタキシャル結晶基板上に作製する技術に関する。この技術より、光電子集積回路(光送受信回路)の高速化、高感度化、および高集積化の実現を図る。以下、詳しく説明する。   The present embodiment relates to a technique for manufacturing an optoelectronic integrated circuit by providing a layer constituting a semiconductor element by being completely regrown on a substrate. In particular, the present invention relates to a technique for forming a heterojunction bipolar transistor and an optical element on the same epitaxial crystal substrate by forming each of these layers in an epitaxial layer structure while individually optimizing each layer. With this technology, an optoelectronic integrated circuit (optical transmission / reception circuit) can be realized at higher speed, higher sensitivity, and higher integration. This will be described in detail below.

先ず、図1を参照しつつ、本実施形態に係る光電子集積回路1について説明する。   First, an optoelectronic integrated circuit 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

図1に示すように、光電子集積回路(Opto-Electronic Integrated Circuits:OEIC)1においては、図1中一点鎖線の右側が光素子形成領域であり、一点鎖線の左側が半導体素子形成領域である。本実施形態においては、光素子(光集積回路)としてフォトダイオード2が設けられている。それとともに、半導体素子(半導体集積回路、電子素子)としてヘテロ接合バイポーラトランジスタ(Hetero-junction Bipolar Transistor:HBT)3が設けられている。フォトダイオード2およびHBT3は、InPにより形成された同一の半絶縁性基板4上に搭載されている。すなわち、OEIC1では、フォトダイオード2およびInP系HBT3が半絶縁性InP基板4を共有している。   As shown in FIG. 1, in an opto-electronic integrated circuit (OEIC) 1, the right side of the alternate long and short dash line in FIG. 1 is an optical element formation region, and the left side of the alternate long and short dash line is a semiconductor element formation region. In the present embodiment, a photodiode 2 is provided as an optical element (optical integrated circuit). In addition, a hetero-junction bipolar transistor (HBT) 3 is provided as a semiconductor element (semiconductor integrated circuit, electronic element). The photodiode 2 and the HBT 3 are mounted on the same semi-insulating substrate 4 made of InP. That is, in the OEIC 1, the photodiode 2 and the InP-based HBT 3 share the semi-insulating InP substrate 4.

フォトダイオード2は、n形InPからなる第1の電極層としてのカソードコンタクト層5、活性層6、およびp形InGaAsPからなる第2の電極層としてのアノードコンタクト層7から構成されている。また、本実施形態においては、活性層6は、その下側が傾斜InGaAsPおよびn形InPからなる走行層6a、その上側がp形InGaAsからなる光吸収層6bにより構成されている。カソードコンタクト層5にはカソード電極8が、またアノードコンタクト層7にはアノード電極9が、それぞれ設けられている。   The photodiode 2 includes a cathode contact layer 5 as a first electrode layer made of n-type InP, an active layer 6, and an anode contact layer 7 as a second electrode layer made of p-type InGaAsP. Further, in the present embodiment, the active layer 6 is composed of a traveling layer 6a made of inclined InGaAsP and n-type InP on the lower side and a light absorption layer 6b made of p-type InGaAs on the upper side. The cathode contact layer 5 is provided with a cathode electrode 8, and the anode contact layer 7 is provided with an anode electrode 9.

InP系HBT3は、カソードコンタクト層5と同じ材料(n形InP)を用いてカソードコンタクト層5とは独立に設けられた導電層10を介して、半絶縁性InP基板4上に搭載されている。導電層10は、いわゆるコレクタコンタクト層となる。InP系HBT3は、傾斜InGaAsPおよびn形InPからなるコレクタ層11、p形InGaAsからなるベース層12、およびn形InPからなるエミッタ層13から構成されている。このように、ベース層12とエミッタ層13とは、互いに異なる材料により形成されてヘテロ接合されている。それとともに、ベース層12は、アノードコンタクト層7とは異なる材料により形成されている。コレクタコンタクト層10にはコレクタ電極14が、ベース層12にはベース電極15が、そしてエミッタ層13にはエミッタ電極16が、それぞれ設けられている。   The InP-based HBT 3 is mounted on the semi-insulating InP substrate 4 through the conductive layer 10 provided independently of the cathode contact layer 5 using the same material (n-type InP) as the cathode contact layer 5. . The conductive layer 10 becomes a so-called collector contact layer. The InP-based HBT 3 includes a collector layer 11 made of inclined InGaAsP and n-type InP, a base layer 12 made of p-type InGaAs, and an emitter layer 13 made of n-type InP. Thus, the base layer 12 and the emitter layer 13 are formed of different materials and are heterojunctioned. At the same time, the base layer 12 is formed of a material different from that of the anode contact layer 7. The collector contact layer 10 is provided with a collector electrode 14, the base layer 12 is provided with a base electrode 15, and the emitter layer 13 is provided with an emitter electrode 16.

次に、図2〜図5および図1を参照しつつ、OEIC1の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the OEIC 1 will be described with reference to FIGS. 2 to 5 and FIG.

先ず、図2に示すように、半絶縁性InP基板4上に、フォトダイオード2のカソードコンタクト層5、活性層6、アノードコンタクト層7を順次積層して設ける。これら各層5,6,7は、有機金属気相成長(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:MOCVD)法および分子線エピタキシャル成長(Molecular Beam Epitaxy:MBE)法の少なくとも一方の方法により設けられる。すなわち、フォトダイオード2のカソードコンタクト層5、活性層6、およびアノードコンタクト層7は、それぞれ半絶縁性InP基板4上にエピタキシャル成長されて形成される。   First, as shown in FIG. 2, the cathode contact layer 5, the active layer 6, and the anode contact layer 7 of the photodiode 2 are sequentially stacked on the semi-insulating InP substrate 4. Each of these layers 5, 6, and 7 is provided by at least one of a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method and a molecular beam epitaxy (MBE) method. That is, the cathode contact layer 5, the active layer 6, and the anode contact layer 7 of the photodiode 2 are each formed by epitaxial growth on the semi-insulating InP substrate 4.

次に、図3に示すように、光素子形成領域内のアノードコンタクト層7の表面の一部を覆ってマスク17を設ける。このマスク17は、具体的にはフォトリソグラフィ技術により所定の形状にパターニングされたフォトレジスト膜である。フォトレジスト膜17は、例えば塗布法によりアノードコンタクト層7上に設けられる。   Next, as shown in FIG. 3, a mask 17 is provided to cover a part of the surface of the anode contact layer 7 in the optical element formation region. Specifically, the mask 17 is a photoresist film patterned into a predetermined shape by a photolithography technique. The photoresist film 17 is provided on the anode contact layer 7 by, for example, a coating method.

次に、図4に示すように、アノードコンタクト層7上にフォトレジスト膜17が塗布された状態で、ドライエッチングもしくはウェットエッチングを行う。これにより、アノードコンタクト層7および活性層6のフォトレジスト膜17で覆われていない部分を除去して、カソードコンタクト層5の表面の一部を選択的に露出させる。この後、フォトレジスト膜17をアノードコンタクト層7上から除去する。   Next, as shown in FIG. 4, dry etching or wet etching is performed with the photoresist film 17 applied on the anode contact layer 7. As a result, portions of the anode contact layer 7 and the active layer 6 that are not covered with the photoresist film 17 are removed, and a part of the surface of the cathode contact layer 5 is selectively exposed. Thereafter, the photoresist film 17 is removed from the anode contact layer 7.

次に、図5に示すように、カソードコンタクト層5の露出面、活性層6、およびアノードコンタクト層7を覆って、InP系HBT3のコレクタ層11、ベース層12、およびエミッタ層13を半絶縁性InP基板4上に全面的に順次積層して設ける。すなわち、本実施形態においては、InP系HBT3のコレクタ層11、ベース層12、およびエミッタ層13を、それぞれ全面再成長法により設ける。これら各層11,12,13も、フォトダイオード2のカソードコンタクト層5、活性層6、およびアノードコンタクト層7と同様に、MOCVD法およびMBE法の少なくとも一方の方法により設けられる。すなわち、InP系HBT3のコレクタ層11、ベース層12、およびエミッタ層13は、それぞれ半絶縁性InP基板4上に全面的にエピタキシャル成長されて形成される。   Next, as shown in FIG. 5, the InP-based HBT 3 collector layer 11, base layer 12, and emitter layer 13 are semi-insulated so as to cover the exposed surface of the cathode contact layer 5, the active layer 6, and the anode contact layer 7. And sequentially stacked on the entire surface of the InP substrate 4. That is, in this embodiment, the collector layer 11, the base layer 12, and the emitter layer 13 of the InP-based HBT 3 are provided by the entire surface regrowth method. Each of these layers 11, 12, and 13 is also provided by at least one of the MOCVD method and the MBE method, similarly to the cathode contact layer 5, the active layer 6, and the anode contact layer 7 of the photodiode 2. That is, the collector layer 11, the base layer 12, and the emitter layer 13 of the InP-based HBT 3 are each formed by being epitaxially grown on the entire surface of the semi-insulating InP substrate 4.

この後、所望されるOEIC1の仕様などに応じて、フォトダイオード2のカソードコンタクト層5、活性層6、およびアノードコンタクト層7、ならびにInP系HBT3のコレクタ層11、ベース層12、およびエミッタ層13を、所定のフォトリソグラフィ工程やエッチング工程によりそれぞれ所定の形状に整える。   Thereafter, the cathode contact layer 5, the active layer 6, and the anode contact layer 7 of the photodiode 2, and the collector layer 11, base layer 12, and emitter layer 13 of the InP-based HBT 3 according to the desired specification of the OEIC 1 and the like. Are adjusted to a predetermined shape by a predetermined photolithography process and an etching process.

具体的には、アノードコンタクト層7および活性層6を覆うコレクタ層11、ベース層12、およびエミッタ層13を除去する。これにより、コレクタ層11、ベース層12、およびエミッタ層13を、アノードコンタクト層7および活性層6から電気的に切り離してカソードコンタクト層5上にのみ残す。それとともに、コレクタ層11、ベース層12、およびエミッタ層13のみにより覆われているカソードコンタクト層5を、アノードコンタクト層7および活性層6のみにより覆われているカソードコンタクト層5から電気的に切り離す。これにより、コレクタ層11、ベース層12、およびエミッタ層13のみにより覆われているカソードコンタクト層5を、InP系HBT3のコレクタ層11が電気的に接触するコレクタコンタクト層10とする。すなわち、InP系HBT3は、フォトダイオード2のカソードコンタクト層5を、コレクタコンタクト層10として利用している。   Specifically, the collector layer 11, the base layer 12, and the emitter layer 13 that cover the anode contact layer 7 and the active layer 6 are removed. As a result, the collector layer 11, the base layer 12, and the emitter layer 13 are electrically disconnected from the anode contact layer 7 and the active layer 6 and left only on the cathode contact layer 5. At the same time, the cathode contact layer 5 covered only with the collector layer 11, the base layer 12 and the emitter layer 13 is electrically separated from the cathode contact layer 5 covered only with the anode contact layer 7 and the active layer 6. . Thus, the cathode contact layer 5 covered only with the collector layer 11, the base layer 12, and the emitter layer 13 is used as the collector contact layer 10 with which the collector layer 11 of the InP-based HBT 3 is in electrical contact. That is, the InP-based HBT 3 uses the cathode contact layer 5 of the photodiode 2 as the collector contact layer 10.

この後、カソードコンタクト層5にはカソード電極8を、またアノードコンタクト層7にはアノード電極9を、それぞれ設ける。同様に、コレクタコンタクト層10にはコレクタ電極14を、ベース層12にはベース電極15を、そしてエミッタ層13にはエミッタ電極16を、それぞれ設ける。以後、予め定められている所定の工程を経ることにより、所望の構造からなるOEIC1を得る。すなわち、図1に示すように、1枚の半絶縁性InP基板4上に、フォトダイオード2とInP系HBT3とがそれぞれ予め規定された領域内で近接して設けられたOEIC1を得る。   Thereafter, a cathode electrode 8 is provided on the cathode contact layer 5, and an anode electrode 9 is provided on the anode contact layer 7. Similarly, a collector electrode 14 is provided on the collector contact layer 10, a base electrode 15 is provided on the base layer 12, and an emitter electrode 16 is provided on the emitter layer 13. Thereafter, an OEIC 1 having a desired structure is obtained through a predetermined process. That is, as shown in FIG. 1, an OEIC 1 is obtained in which a photodiode 2 and an InP-based HBT 3 are provided close to each other in a predetermined region on a single semi-insulating InP substrate 4.

ここで、図6を参照しつつ、前述した本実施形態の光電子集積回路の製造方法の特徴について説明する。図6には、光素子形成領域からの距離に対するInGaAs層(膜)中のIn濃度増加量の変化をグラフにより示す。図6中実線で示すグラフは、本実施形態に係る全面再成長法により形成されたInGaAs層についてのIn濃度増加量の変化を示すグラフである。また、図6中破線で示すグラフは、背景技術に係る選択再成長法により形成されたInGaAs層についてのIn濃度増加量の変化を示すグラフである。   Here, with reference to FIG. 6, the characteristics of the method for manufacturing the optoelectronic integrated circuit of the present embodiment described above will be described. FIG. 6 is a graph showing changes in the amount of increase in In concentration in the InGaAs layer (film) with respect to the distance from the optical element formation region. A graph indicated by a solid line in FIG. 6 is a graph showing a change in the In concentration increase amount for the InGaAs layer formed by the entire surface regrowth method according to the present embodiment. Further, the graph shown by the broken line in FIG. 6 is a graph showing a change in the In concentration increase amount for the InGaAs layer formed by the selective regrowth method according to the background art.

図6中破線で示すグラフによれば、選択再成長法により形成されたInGaAs層では、光素子形成領域に近づくに連れてIn濃度増加量の変化が著しく大きくなっている。これに対して、図6中実線で示すグラフによれば、成長マスクを使用せずにHBT3層を基板4上に全面的に再成長させる全面再成長法により形成されたInGaAs層では、光素子形成領域からの距離に拘らず、In濃度増加量の変化は殆ど無い。すなわち、全面再成長法を用いる本実施形態の光電子集積回路の製造方法によれば、選択再成長法を用いる背景技術の光電子集積回路の製造方法で問題とされている光素子領域近傍のInGaAs層の組成のずれ(欠陥)は殆ど発生しないことが分かった。この結果、本実施形態の光電子集積回路の製造方法によれば、フォトダイオード2とInP系HBT3との物理的再近接距離を、従来では殆ど不可能であった約10μm以下に容易に設定できることが明らかになった。したがって、本実施形態の光電子集積回路の製造方法によれば、フォトダイオード2とInP系HBT3との間の配線遅延を容易に低減して、光電子集積回路1の動作速度を高速化することができる。それとともに、光電子集積回路1の集積度を容易に高めることができる。   According to the graph shown by the broken line in FIG. 6, in the InGaAs layer formed by the selective regrowth method, the change in the In concentration increase is remarkably increased as the optical element formation region is approached. On the other hand, according to the graph shown by the solid line in FIG. 6, in the InGaAs layer formed by the whole surface regrowth method in which the HBT 3 layer is completely regrown on the substrate 4 without using the growth mask, Regardless of the distance from the formation region, there is almost no change in the In concentration increase. That is, according to the optoelectronic integrated circuit manufacturing method of the present embodiment using the entire surface regrowth method, the InGaAs layer in the vicinity of the optical element region, which is a problem in the background art optoelectronic integrated circuit manufacturing method using the selective regrowth method. It was found that almost no deviation (defect) in the composition occurred. As a result, according to the method of manufacturing the optoelectronic integrated circuit of this embodiment, the physical re-proximity distance between the photodiode 2 and the InP-based HBT 3 can be easily set to about 10 μm or less, which has been almost impossible in the past. It was revealed. Therefore, according to the optoelectronic integrated circuit manufacturing method of the present embodiment, the wiring delay between the photodiode 2 and the InP-based HBT 3 can be easily reduced, and the operation speed of the optoelectronic integrated circuit 1 can be increased. . At the same time, the degree of integration of the optoelectronic integrated circuit 1 can be easily increased.

以上説明したように、この第1実施形態によれば、InP系HBT3は、フォトダイオード2のカソードコンタクト層5を、コレクタコンタクト層10として利用している。これにより、InP系HBT3を全面再成長させる際に、フォトダイオード2のカソードコンタクト層5および活性層6のそれぞれの厚みの和に略相当する段差を、0.5μm程度に低減することができる。この結果、背景技術に係る選択再成長法に比べて、InP系HBT3をより平滑に成長させることができる。   As described above, according to the first embodiment, the InP-based HBT 3 uses the cathode contact layer 5 of the photodiode 2 as the collector contact layer 10. As a result, when the InP-based HBT 3 is regrown on the entire surface, the step substantially corresponding to the sum of the thicknesses of the cathode contact layer 5 and the active layer 6 of the photodiode 2 can be reduced to about 0.5 μm. As a result, the InP-based HBT 3 can be grown more smoothly than the selective regrowth method according to the background art.

また、InP系HBT3のコレクタ層11、ベース層12、およびエミッタ層13を半絶縁性InP基板4上に全面的に再成長させる。これにより、InP系HBT3を構成する各エピタキシャル結晶層11,12,13の層構造をそれぞれ適正化しつつ設けることができる。それとともに、InP系HBT3のコレクタ層11およびベース層12を、フォトダイオード2の活性層6およびアノードコンタクト層7とは別途成長させる。これにより、フォトダイオード2を構成するカソードコンタクト層5、活性層6、およびアノードコンタクト層7の各エピタキシャル結晶層5,6,7の層構造も、それぞれ適正化しつつ設けることができる。この結果、背景技術において説明したInP系HBT3の動作速度とフォトダイオード2の受光感度とのトレードオフを殆ど無くして、InP系HBT3の動作速度の高速化およびフォトダイオード2の高感度化を両立させることができる。すなわち、フォトダイオード2およびInP系HBT3を、それぞれの性能を互いに打ち消し合うおそれを殆ど無くして、それぞれ適正な設定で半絶縁性InP基板4上に混載させることができる。   Further, the collector layer 11, the base layer 12, and the emitter layer 13 of the InP-based HBT 3 are regrown on the entire surface of the semi-insulating InP substrate 4. Thereby, it is possible to provide the respective epitaxial crystal layers 11, 12, and 13 constituting the InP-based HBT 3 while optimizing the layer structure. At the same time, the collector layer 11 and the base layer 12 of the InP-based HBT 3 are grown separately from the active layer 6 and the anode contact layer 7 of the photodiode 2. Thereby, the layer structures of the respective epitaxial crystal layers 5, 6, 7 of the cathode contact layer 5, the active layer 6, and the anode contact layer 7 constituting the photodiode 2 can be provided while being optimized. As a result, the trade-off between the operating speed of the InP HBT 3 and the light receiving sensitivity of the photodiode 2 described in the background art is almost eliminated, and both the operating speed of the InP HBT 3 is increased and the sensitivity of the photodiode 2 is increased. be able to. That is, the photodiode 2 and the InP-based HBT 3 can be mixedly mounted on the semi-insulating InP substrate 4 with appropriate settings, with almost no risk of canceling out the respective performances.

したがって、本実施形態のOEIC1は、フォトダイオード2およびInP系HBT3がそれぞれの性能を互いに打ち消し合うおそれを抑制されて適正に設けられており、動作速度が速く、かつ、受光感度が高い。また、本実施形態によれば、全面再成長法を用いることにより、そのようなOEIC1を効率良く、かつ、容易に製造することができる。   Therefore, the OEIC 1 of the present embodiment is appropriately provided with the possibility that the photodiode 2 and the InP-based HBT 3 cancel each other's performances, and has a high operating speed and high light receiving sensitivity. Further, according to the present embodiment, such an OEIC 1 can be efficiently and easily manufactured by using the whole surface regrowth method.

(第2の実施の形態)
次に、本発明に係る第2実施形態を図7および図8を参照しつつ説明する。図7は、本実施形態に係る光電子集積回路を示す断面図である。図8は、本実施形態に係る光電子集積回路の製造方法を示す工程断面図である。なお、前述した第1実施形態と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a cross-sectional view showing the optoelectronic integrated circuit according to the present embodiment. FIG. 8 is a process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the optoelectronic integrated circuit according to the present embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as 1st Embodiment mentioned above, and the detailed description is abbreviate | omitted.

本実施形態は、n形InPからなるコレクタコンタクト層(カソードコンタクト層)の一部を絶縁化するためにイオン注入を行っている点、および光素子として光変調器を設けている点が前述した第1実施形態と異なっている。以下、説明する。   In the present embodiment, as described above, ion implantation is performed in order to insulate part of the collector contact layer (cathode contact layer) made of n-type InP, and an optical modulator is provided as an optical element. This is different from the first embodiment. This will be described below.

図7に示すように、本実施形態に係る光電子集積回路(OEIC)21においては、InP系HBT22が搭載されているn形InPからなるコレクタコンタクト層23の一部に、絶縁層24が設けられている。この絶縁層24は、具体的には、次に述べる工程により形成される。   As shown in FIG. 7, in the optoelectronic integrated circuit (OEIC) 21 according to the present embodiment, an insulating layer 24 is provided on a part of a collector contact layer 23 made of n-type InP on which an InP-based HBT 22 is mounted. ing. Specifically, the insulating layer 24 is formed by the following process.

先ず、図8に示すように、前述した第1実施形態と同様の工程により、コレクタコンタクト層23の表面の一部を選択的に露出させる。この後、図8中白抜き矢印で示すように、InP系HBT22の傾斜InGaAsPおよびn形InPからなるコレクタ層11、p形InGaAsからなるベース層12、およびn形InPからなるエミッタ層13を半絶縁性InP基板4上に全面的に再成長させるのに先立って、半導体素子形成領域内のコレクタコンタクト層23の露出面の一部に選択的にイオンを注入する。この選択的に注入されるイオンには、例えばH,He,O,Feのうちの少なくとも1つが用いられる。続けて、イオン注入されたコレクタコンタクト層23などに活性化アニール処理(加熱処理)を施す。これにより、コレクタコンタクト層23の一部を絶縁化させて絶縁層24を設ける。   First, as shown in FIG. 8, a part of the surface of the collector contact layer 23 is selectively exposed by the same process as that of the first embodiment described above. Thereafter, as shown by the white arrow in FIG. 8, the InP-based HBT 22 inclined InGaAsP and the collector layer 11 made of n-type InP, the base layer 12 made of p-type InGaAs, and the emitter layer 13 made of n-type InP are half-finished. Prior to the overall growth on the insulating InP substrate 4, ions are selectively implanted into a part of the exposed surface of the collector contact layer 23 in the semiconductor element formation region. For example, at least one of H, He, O, and Fe is used as the selectively implanted ions. Subsequently, activation annealing treatment (heating treatment) is performed on the ion-implanted collector contact layer 23 and the like. Thereby, a part of the collector contact layer 23 is insulated and the insulating layer 24 is provided.

この後、半絶縁性InP基板4上にInP系HBT22のコレクタ層11、ベース層12、およびエミッタ層13を全面的に再成長させる。以後、第1実施形態と同様の工程を経ることにより、所望の構造からなるOEIC21を得る。すなわち、図7に示すように、1枚の半絶縁性InP基板4上に、フォトダイオード2とInP系HBT3とがそれぞれ予め規定された領域内で近接して設けられているとともに、コレクタコンタクト層23の一部に絶縁層24が設けられたOEIC21を得る。   Thereafter, the collector layer 11, the base layer 12, and the emitter layer 13 of the InP-based HBT 22 are entirely regrown on the semi-insulating InP substrate 4. Thereafter, an OEIC 21 having a desired structure is obtained through the same steps as in the first embodiment. That is, as shown in FIG. 7, the photodiode 2 and the InP-based HBT 3 are provided close to each other in a predetermined region on a single semi-insulating InP substrate 4, and the collector contact layer The OEIC 21 in which the insulating layer 24 is provided on a part of the OEIC 21 is obtained.

また、本実施形態においては、光素子形成領域に光素子として光変調器25を設けている。この場合、活性層26は、第1および第2の2層のクラッド層26a,26cの間にコア層26bを挟んだ構成に形成されている。それら各層26a,26b,26cもエピタキシャル結晶層である。具体的には、活性層26は、そのカソードコンタクト層5に接する側がn形InPからなる第1のクラッド層(下部クラッド層)26aとして、またそのアノードコンタクト層27に接する側がアンドープInGaAlAsからなる第2のクラッド層(上部クラッド層)26cとして、それぞれ形成されている。そして、それら第1のクラッド層26aと第2のクラッド層26cとの間に挟まれて、n形InPおよびp形InPからなるコア層26bが形成されている。さらに、この光変調器25においては、アノードコンタクト層27がn形InPからなるエピタキシャル結晶層により形成されている。   In the present embodiment, the optical modulator 25 is provided as an optical element in the optical element formation region. In this case, the active layer 26 is formed in a configuration in which the core layer 26b is sandwiched between the first and second clad layers 26a and 26c. Each of these layers 26a, 26b, and 26c is also an epitaxial crystal layer. Specifically, the active layer 26 is a first clad layer (lower clad layer) 26a made of n-type InP on the side in contact with the cathode contact layer 5 and the side in contact with the anode contact layer 27 is made of undoped InGaAlAs. Two clad layers (upper clad layers) 26c are formed respectively. A core layer 26b made of n-type InP and p-type InP is formed between the first clad layer 26a and the second clad layer 26c. Further, in this optical modulator 25, the anode contact layer 27 is formed of an epitaxial crystal layer made of n-type InP.

以上説明したように、この第2実施形態によれば、前述した第1実施形態と同様の効果を得ることができる。また、コレクタコンタクト層23の一部に絶縁層24を設けることにより、InP系HBT22の外部ベースにおける寄生コレクタ容量成分を排除して、InP系HBT22の動作速度をより高めることが出来る。   As described above, according to the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained. Further, by providing the insulating layer 24 in a part of the collector contact layer 23, the parasitic collector capacitance component in the external base of the InP HBT 22 can be eliminated, and the operation speed of the InP HBT 22 can be further increased.

(第3の実施の形態)
次に、本発明に係る第3実施形態を図9〜図24を参照しつつ説明する。図9は、本実施形態に係る光電子集積回路を示す断面図である。図10〜図23は、本実施形態に係る光電子集積回路の製造方法を示す工程断面図である。図24は、本実施形態に係る光電子集積回路の製造方法の特性および背景技術に係る光電子集積回路の製造方法の特性をそれぞれグラフにして示す図である。なお、前述した第1および第2の各実施形態と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明を省略する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is a cross-sectional view showing the optoelectronic integrated circuit according to the present embodiment. 10 to 23 are process cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the optoelectronic integrated circuit according to the present embodiment. FIG. 24 is a graph showing characteristics of the optoelectronic integrated circuit manufacturing method according to the present embodiment and characteristics of the optoelectronic integrated circuit manufacturing method according to the background art. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as each 1st and 2nd embodiment mentioned above, and the detailed description is abbreviate | omitted.

本実施形態は、光素子が有する第1の電極層と同じ工程で作られて電気的に切り離された他の第1の電極層上に導電層を介してバイポーラトランジスタが設けられている点、およびそれら各第1の電極層が2層構造に形成されている点が前述した第1実施形態と異なっている。以下、図9〜図24を参照しつつ詳しく説明する。   In the present embodiment, a bipolar transistor is provided via a conductive layer on another first electrode layer that is formed in the same process as the first electrode layer of the optical element and is electrically separated. The first embodiment is different from the first embodiment in that each of the first electrode layers is formed in a two-layer structure. Hereinafter, a detailed description will be given with reference to FIGS.

先ず、図9を参照しつつ、本実施形態に係る光電子集積回路31について説明する。   First, the optoelectronic integrated circuit 31 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

図9に示すように、本実施形態のOEIC31も、前述した第1および第2の各実施形態のOEIC1,21と同様に、図9中一点鎖線の右側が光素子形成領域であり、一点鎖線の左側が半導体素子形成領域である。光素子形成領域には、フォトダイオード32が設けられている。また、半導体素子形成領域には、HBT33が設けられている。フォトダイオード32およびHBT33は、InPにより形成された同一の半絶縁性基板4上に搭載されている。すなわち、OEIC31では、フォトダイオード32およびInP系HBT33が半絶縁性InP基板4を共有している。   As shown in FIG. 9, the OEIC 31 of the present embodiment is also an optical element formation region on the right side of the alternate long and short dash line in FIG. 9, similarly to the OEICs 1 and 21 of the first and second embodiments described above. The left side is a semiconductor element formation region. A photodiode 32 is provided in the optical element formation region. Further, the HBT 33 is provided in the semiconductor element formation region. The photodiode 32 and the HBT 33 are mounted on the same semi-insulating substrate 4 made of InP. That is, in the OEIC 31, the photodiode 32 and the InP-based HBT 33 share the semi-insulating InP substrate 4.

フォトダイオード32は、高濃度のn形InPおよびn形InGaAsからなる第1の電極層としてのカソードコンタクト層34、活性層6、およびp形InGaAsからなる第2の電極層としてのアノードコンタクト層35から構成されている。本実施形態においては、カソードコンタクト層34は、その下側が高濃度のn形InP層34a、その上側が高濃度のn形InGaAs層34bの2層からなる積層構造に形成されている。n形InP層34aは、そのドーピング濃度を5×1018 cm-3 以上に設定されているとともに、その膜厚を約400〜l000nmに形成されている。また、n形InGaAs層34bは、そのドーピング濃度を5×1018 cm-3 以上に設定されているとともに、その膜厚を約10〜50nmに形成されている。また、活性層6は、その下側が傾斜InGaAsPおよびn形InPの層からなる走行層6a、その上側がp形InGaAs層からなる光吸収層6bの2層からなる積層構造に形成されている。カソードコンタクト層34にはカソード電極8が、またアノードコンタクト層35にはアノード電極層9が、それぞれ設けられている。 The photodiode 32 includes a cathode contact layer 34 as a first electrode layer made of high-concentration n-type InP and n-type InGaAs, an active layer 6, and an anode contact layer 35 as a second electrode layer made of p-type InGaAs. It is composed of In the present embodiment, the cathode contact layer 34 is formed in a laminated structure including two layers of a high concentration n-type InP layer 34a on the lower side and a high concentration n-type InGaAs layer 34b on the upper side. The n-type InP layer 34a has a doping concentration set to 5 × 10 18 cm −3 or more and a film thickness of about 400 to 1000 nm. The n-type InGaAs layer 34b has a doping concentration set to 5 × 10 18 cm −3 or more and a film thickness of about 10 to 50 nm. Further, the active layer 6 is formed in a laminated structure including two layers, a traveling layer 6a composed of inclined InGaAsP and n-type InP layers on the lower side and a light absorption layer 6b composed of p-type InGaAs layers on the upper side. The cathode contact layer 34 is provided with the cathode electrode 8, and the anode contact layer 35 is provided with the anode electrode layer 9.

また、InP系HBT33は、フォトダイオード32が有するカソードコンタクト層34と同じn形InP層34aおよびn形InGaAs層34bの2層構造からなるとともに、カソードコンタクト層34とは電気的に切り離されて互いに独立に設けられた他の第1の電極層36を介して、半絶縁性InP基板4上に搭載されている。この第1の電極層36は、いわゆるコレクタコンタクト層となる。InP系HBT33は、高濃度のn形InP層からなる導電層37、傾斜InGaAsPおよびn形InPからなるコレクタ層11、高濃度のp形InGaAsからなるベース層38、およびn形InPからなるエミッタ層13から構成されている。このように、ベース層38とエミッタ層13とは、互いに異なる材料により形成されてヘテロ接合されている。また、高濃度のn形InP層からなる導電層37は、そのドーピング濃度を5×1018 cm-3 以上に設定されているとともに、その膜厚を約20〜l00nmに形成されている。コレクタコンタクト層36にはコレクタ電極14が、ベース層38にはベース電極15が、そしてエミッタ層13にはエミッタ電極16が、それぞれ設けられている。 The InP HBT 33 has the same two-layer structure of the n-type InP layer 34a and the n-type InGaAs layer 34b as the cathode contact layer 34 of the photodiode 32, and is electrically separated from the cathode contact layer 34. It is mounted on the semi-insulating InP substrate 4 via another first electrode layer 36 provided independently. The first electrode layer 36 becomes a so-called collector contact layer. The InP-based HBT 33 includes a conductive layer 37 made of a high-concentration n-type InP layer, a collector layer 11 made of inclined InGaAsP and n-type InP, a base layer 38 made of high-concentration p-type InGaAs, and an emitter layer made of n-type InP. 13. Thus, the base layer 38 and the emitter layer 13 are formed of different materials and are heterojunctioned. The conductive layer 37 made of a high-concentration n-type InP layer has a doping concentration set to 5 × 10 18 cm −3 or more and a film thickness of about 20 to 100 nm. The collector electrode 14 is provided on the collector contact layer 36, the base electrode 15 is provided on the base layer 38, and the emitter electrode 16 is provided on the emitter layer 13.

次に、図10〜図23を参照しつつ、OEIC31を形成する工程について説明する。先ず、図10〜図17を参照しつつ、InP系HBT33を形成する工程について説明する。   Next, a process of forming the OEIC 31 will be described with reference to FIGS. First, the process of forming the InP-based HBT 33 will be described with reference to FIGS.

先ず、図10に示すように、半絶縁性InP基板4上に、カソードコンタクト層34、活性層6、アノードコンタクト層35を順次積層して設ける。これら各層34、6、35は、MOCVD法およびMBE法の少なくとも一方の方法により設けられる。すなわち、フォトダイオード32のカソードコンタクト層34、活性層6、およびアノードコンタクト層35は、それぞれ半絶縁性InP基板4上にエピタキシャル成長されて形成される。   First, as shown in FIG. 10, the cathode contact layer 34, the active layer 6, and the anode contact layer 35 are sequentially stacked on the semi-insulating InP substrate 4. Each of these layers 34, 6 and 35 is provided by at least one of the MOCVD method and the MBE method. That is, the cathode contact layer 34, the active layer 6, and the anode contact layer 35 of the photodiode 32 are each formed by epitaxial growth on the semi-insulating InP substrate 4.

次に、図11に示すように、光素子形成領域のアノードコンタクト層35の表面の一部を覆って第1のマスク39を設ける。この第1のマスク39は、具体的にはフォトリソグラフィ技術により所定の形状にパターニングされたフォトレジスト膜である。第1のフォトレジスト膜39は、例えば塗布法によりアノードコンタクト層35上に設けられる。   Next, as shown in FIG. 11, a first mask 39 is provided to cover a part of the surface of the anode contact layer 35 in the optical element formation region. Specifically, the first mask 39 is a photoresist film patterned into a predetermined shape by a photolithography technique. The first photoresist film 39 is provided on the anode contact layer 35 by, for example, a coating method.

次に、図12に示すように、アノードコンタクト層35上に第1のフォトレジストマスク39が塗布された状態で、アノードコンタクト層35および活性層6をドライエッチングによりエッチングして除去する。この際、第1のフォトレジスト膜39側からカソードコンタクト層34側に向けて、かつアノードコンタクト層35および活性層6のフォトレジスト膜39により覆われている部分からその外側に向けて、アノードコンタクト層35および活性層6の第1のフォトレジスト膜39により覆われていない部分を順次エッチングして除去する。すなわち、アノードコンタクト層35および活性層6の第1のフォトレジスト膜39により覆われている部分から斜め下方に向けて、アノードコンタクト層35および活性層6の第1のフォトレジスト膜39により覆われていない部分を順次エッチングして除去する。これにより、第1のフォトレジスト膜39側からカソードコンタクト層34側に向かうに連れてアノードコンタクト層35および活性層6を多く残しつつ、カソードコンタクト層34上から不要なアノードコンタクト層35および活性層6を除去する。すなわち、アノードコンタクト層35および活性層6を所定の形状でカソードコンタクト層34上に残すとともに、カソードコンタクト層34の表面の一部を選択的に露出させる。この後、第1のフォトレジスト膜39をアノードコンタクト層35上から除去する。また、このドライエッチング後、ウェットエッチングによりカソードコンタクト層34上に残されたアノードコンタクト層35および活性層6に表面処理を施す。   Next, as shown in FIG. 12, with the first photoresist mask 39 applied on the anode contact layer 35, the anode contact layer 35 and the active layer 6 are etched and removed by dry etching. At this time, the anode contact is directed from the first photoresist film 39 side toward the cathode contact layer 34 side and from the portion of the anode contact layer 35 and the active layer 6 covered with the photoresist film 39 toward the outside. The portions of the layer 35 and the active layer 6 that are not covered with the first photoresist film 39 are sequentially etched and removed. That is, the anode contact layer 35 and the first photoresist film 39 of the active layer 6 are covered with the first photoresist film 39 of the anode contact layer 35 and the active layer 6 obliquely downward from the portion covered with the first photoresist film 39 of the anode contact layer 35 and the active layer 6. The parts that are not removed are removed by sequential etching. As a result, unnecessary anode contact layers 35 and active layers are formed on the cathode contact layer 34 while leaving more anode contact layers 35 and active layers 6 from the first photoresist film 39 side toward the cathode contact layer 34 side. 6 is removed. That is, the anode contact layer 35 and the active layer 6 are left on the cathode contact layer 34 in a predetermined shape, and a part of the surface of the cathode contact layer 34 is selectively exposed. Thereafter, the first photoresist film 39 is removed from the anode contact layer 35. Further, after this dry etching, surface treatment is applied to the anode contact layer 35 and the active layer 6 left on the cathode contact layer 34 by wet etching.

本実施形態のようにアノードコンタクト層35および活性層6のエッチングにドライエッチングを適用することにより、アノードコンタクト層35および活性層6の結晶方位に拘らずそれら各層35,6のすべての面の傾斜角度を殆ど同じ大きさにすることができる。本実施形態においては、カソードコンタクト層34上に残すアノードコンタクト層35および活性層6の傾斜角度が約45°となるようにエッチングを行った。   By applying dry etching to the etching of the anode contact layer 35 and the active layer 6 as in the present embodiment, all the surfaces of the layers 35 and 6 are inclined regardless of the crystal orientation of the anode contact layer 35 and the active layer 6. The angles can be made almost the same size. In the present embodiment, the etching is performed so that the inclination angle of the anode contact layer 35 and the active layer 6 left on the cathode contact layer 34 is about 45 °.

次に、図13に示すように、カソードコンタクト層34の露出面、活性層6、およびアノードコンタクト層35を覆って、InP系HBT33の導電層37、コレクタ層11、ベース層38、およびエミッタ層13を、それぞれ全面再成長により半絶縁性InP基板4上に順次積層して設ける。これら各層37,11,38,13も、フォトダイオード2のカソードコンタクト層34、活性層6、およびアノードコンタクト層35と同様に、MOCVD法およびMBE法の少なくとも一方の方法により設けられる。すなわち、InP系HBT33の導電層37、コレクタ層11、ベース層38、およびエミッタ層13は、それぞれ半絶縁性InP基板4上に全面的にエピタキシャル成長されて形成される。また、前述したように、光素子形成領域のメサは45°程度の傾斜がある。このため、カソードコンタクト層34およびアノードコンタクト層35上の平坦な領域を覆う各層37,11,38,13の層厚と、アノードコンタクト層35および活性層6の傾斜部分を覆う各層37,11,38,13の層厚とは、ほとんど同じ大きさとなっている。   Next, as shown in FIG. 13, the exposed surface of the cathode contact layer 34, the active layer 6, and the anode contact layer 35 are covered, and the conductive layer 37, the collector layer 11, the base layer 38, and the emitter layer of the InP-based HBT 33. 13 are sequentially stacked on the semi-insulating InP substrate 4 by regrowth over the entire surface. Each of these layers 37, 11, 38, 13 is also provided by at least one of the MOCVD method and the MBE method, like the cathode contact layer 34, the active layer 6, and the anode contact layer 35 of the photodiode 2. That is, the conductive layer 37, the collector layer 11, the base layer 38, and the emitter layer 13 of the InP-based HBT 33 are each formed by epitaxial growth over the entire surface of the semi-insulating InP substrate 4. Further, as described above, the mesa in the optical element forming region has an inclination of about 45 °. Therefore, the layer thicknesses of the layers 37, 11, 38, 13 covering flat regions on the cathode contact layer 34 and the anode contact layer 35, and the layers 37, 11, 11 covering the inclined portions of the anode contact layer 35 and the active layer 6, The layer thicknesses 38 and 13 are almost the same.

次に、図14に示すように、半絶縁性InP基板4上の領域のうちアノードコンタクト層35および活性層6を介さずにカソードコンタクト層34上に導電層37、コレクタ層11、ベース層38、およびエミッタ層13が設けられている第1の領域内において、エミッタ層13の表面の一部を選択的に覆って第2のマスクを設ける。具体的には、半絶縁性InP基板4上の領域のうちInP系HBT33を形成する領域において、エミッタ層13の表面の一部を選択的に覆って第2のフォトレジストマスク40を設ける。   Next, as shown in FIG. 14, the conductive layer 37, collector layer 11, base layer 38 on the cathode contact layer 34 without the anode contact layer 35 and the active layer 6 in the region on the semi-insulating InP substrate 4. In the first region where the emitter layer 13 is provided, a second mask is provided to selectively cover part of the surface of the emitter layer 13. Specifically, the second photoresist mask 40 is provided so as to selectively cover a part of the surface of the emitter layer 13 in the region where the InP-based HBT 33 is formed in the region on the semi-insulating InP substrate 4.

次に、図15に示すように、ドライエッチングおよびウェットエッチングにより、エミッタ層13の第2のフォトレジストマスク40で覆われていない部分を半絶縁性InP基板4(ベース層38)上から全面的に除去し、ベース層13の表面を露出させる。したがって、このエッチング工程により、HBT形成領域(第1の領域)内の第2のフォトレジストマスク40で覆われていないエミッタ層13のみならず、半絶縁性InP基板4上の領域のうち第1の領域を除く第2の領域であるフォトダイオード形成領域内のエミッタ層13も併せて除去される。   Next, as shown in FIG. 15, the portion of the emitter layer 13 that is not covered with the second photoresist mask 40 is entirely exposed from above the semi-insulating InP substrate 4 (base layer 38) by dry etching and wet etching. And the surface of the base layer 13 is exposed. Therefore, by this etching process, not only the emitter layer 13 not covered with the second photoresist mask 40 in the HBT formation region (first region) but also the first of the regions on the semi-insulating InP substrate 4. The emitter layer 13 in the photodiode formation region, which is the second region excluding the first region, is also removed.

次に、図16に示すように、第2のフォトレジストマスク40を除去した後、第1の領域内においてベース層38上に残されたエミッタ層13を全面的に覆って、露出されたベース層38の表面上に選択的に第3のマスクとしての第3のフォトレジストマスク41を設ける。この後、ベース層38の表面上に第3のフォトレジストマスク41が塗布された状態でウェットエッチングを行う。これにより、ベース層38、コレクタ層11、および導電層37の第3のフォトレジストマスク41により覆われていない部分を半絶縁性InP基板4(カソードコンタクト層34)上から順次全面的に除去して、少なくともHBT形成領域内のカソードコンタクト層34の表面の一部を選択的に露出させる。この際、HBT形成領域内の第3のフォトレジストマスク41で覆われていないベース層38、コレクタ層11、および導電層37のみならず、フォトダイオード形成領域内のベース層38、コレクタ層11、導電層37も併せて除去される。これにより、フォトダイオード形成領域内でカソードコンタクト層34上に設けられているアノードコンタクト層35および活性層6が露出される。この後、第3のフォトレジストマスク41をベース層38上から除去する。フォトダイオード形成領域のInGaAsから構成されるアノードコンタクト層35は、導電層37のエッチング時において、エッチングストッパー層としての役割を果たす。このため、アノードコンタクト層35および活性層6を覆う導電層37を選択的に除去して、アノードコンタクト層35および活性層6を露出させることが可能となる。   Next, as shown in FIG. 16, after the second photoresist mask 40 is removed, the emitter layer 13 left on the base layer 38 in the first region is entirely covered to expose the exposed base. A third photoresist mask 41 as a third mask is selectively provided on the surface of the layer 38. Thereafter, wet etching is performed with the third photoresist mask 41 applied on the surface of the base layer 38. As a result, portions of the base layer 38, the collector layer 11, and the conductive layer 37 that are not covered by the third photoresist mask 41 are sequentially and entirely removed from the semi-insulating InP substrate 4 (cathode contact layer 34). Thus, at least a part of the surface of the cathode contact layer 34 in the HBT formation region is selectively exposed. At this time, not only the base layer 38, the collector layer 11 and the conductive layer 37 that are not covered with the third photoresist mask 41 in the HBT formation region, but also the base layer 38, the collector layer 11 in the photodiode formation region, The conductive layer 37 is also removed. As a result, the anode contact layer 35 and the active layer 6 provided on the cathode contact layer 34 in the photodiode formation region are exposed. Thereafter, the third photoresist mask 41 is removed from the base layer 38. The anode contact layer 35 made of InGaAs in the photodiode formation region serves as an etching stopper layer when the conductive layer 37 is etched. Therefore, the conductive layer 37 covering the anode contact layer 35 and the active layer 6 can be selectively removed to expose the anode contact layer 35 and the active layer 6.

次に、図17に示すように、HBT形成領域において、コレクタコンタクト層36となるカソードコンタクト層34上にはコレクタ電極14を、ベース層38上にはベース電極15を、そしてエミッタ層13上にはエミッタ電極16を、それぞれ設ける。これにより、前述した構造からなるInP系HBT33を得る。また、フォトダイオード形成領域においては、アノードコンタクト層35上にアノード電極9を設ける。   Next, as shown in FIG. 17, in the HBT formation region, the collector electrode 14 is formed on the cathode contact layer 34 to be the collector contact layer 36, the base electrode 15 is formed on the base layer 38, and the emitter layer 13 is formed. Are each provided with an emitter electrode 16. As a result, an InP-based HBT 33 having the structure described above is obtained. Further, the anode electrode 9 is provided on the anode contact layer 35 in the photodiode formation region.

次に、図18〜図21を参照しつつ、フォトダイオード32を形成する工程について説明する。   Next, a process of forming the photodiode 32 will be described with reference to FIGS.

前述した各工程により露出されたアノードコンタクト層35および活性層6の傾斜部分は、再成長による熱履歴でエピタキシャル層内欠陥密度が増加して品質が劣化しているおそれがある。傾斜部分に生じた欠陥は、フォトダイオード32におけるリーク電流増加の原因となり、結果としてフォトダイオード32の信頼性低下を招く。したがって、カソードコンタクト層34上に残されたアノードコンタクト層35および活性層6のうち傾斜部分のエピタキシャル層を除去して、品質劣化のおそれが殆ど無い内部のエピタキシャル層を用いてフォトダイオード2を形成する必要がある。   The inclined portions of the anode contact layer 35 and the active layer 6 exposed by the above-described processes may be deteriorated in quality due to an increase in defect density in the epitaxial layer due to a thermal history due to regrowth. A defect generated in the inclined portion causes an increase in leakage current in the photodiode 32, resulting in a decrease in reliability of the photodiode 32. Therefore, the epitaxial layer in the inclined portion of the anode contact layer 35 and the active layer 6 left on the cathode contact layer 34 is removed, and the photodiode 2 is formed using an internal epitaxial layer that hardly causes quality degradation. There is a need to.

先ず、図18に示すように、カソードコンタクト層34の全露出表面、InP系HBT33全体、アノードコンタクト層35の上面の一部、および活性層6の走行層(傾斜InGaAsPおよびn形InP)6aの傾斜部分の一部を覆って、第4のマスクとしての第4のフォトレジストマスク42を設ける。   First, as shown in FIG. 18, the entire exposed surface of the cathode contact layer 34, the entire InP-based HBT 33, a part of the upper surface of the anode contact layer 35, and the running layer (graded InGaAsP and n-type InP) 6a of the active layer 6 are formed. A fourth photoresist mask 42 as a fourth mask is provided so as to cover a part of the inclined portion.

次に、図19に示すように、硫酸系ウェットエッチングにより第4のフォトレジストマスク42により覆われていないアノードコンタクト層35および活性層6の光吸収層(p形InGaAs層)6bを半絶縁性InP基板4(走行層6a)上から順次全面的に除去して、活性層6の走行層6aの表面の一部を選択的に露出させる。このエッチング工程により除去されるアノードコンタクト層7および活性層6の幅を図19中にW1で示す。本実施形態では、この幅W1は約5μm以下に設定される。   Next, as shown in FIG. 19, the anode contact layer 35 and the light absorption layer (p-type InGaAs layer) 6b of the active layer 6 that are not covered with the fourth photoresist mask 42 by sulfuric acid-based wet etching are semi-insulating. The entire surface is sequentially removed from the InP substrate 4 (running layer 6a) to selectively expose a part of the surface of the running layer 6a of the active layer 6. The width of the anode contact layer 7 and the active layer 6 removed by this etching process is indicated by W1 in FIG. In the present embodiment, the width W1 is set to about 5 μm or less.

次に、図20に示すように、塩酸系ウェットエッチングにより第4のフォトレジストマスク42により覆われていない活性層6の走行層6aを半絶縁性InP基板4(カソードコンタクト層34)上から順次全面的に除去して、フォトダイオード形成領域におけるカソードコンタクト層5の表面の一部を選択的に露出させる。この後、第4のフォトレジストマスク42をカソードコンタクト層34上から除去する。   Next, as shown in FIG. 20, the running layer 6a of the active layer 6 that is not covered with the fourth photoresist mask 42 by hydrochloric acid-based wet etching is sequentially applied from the semi-insulating InP substrate 4 (cathode contact layer 34). By removing the entire surface, a part of the surface of the cathode contact layer 5 in the photodiode formation region is selectively exposed. Thereafter, the fourth photoresist mask 42 is removed from the cathode contact layer 34.

次に、図21に示すように、フォトダイオード形成領域においてカソードコンタクト層34上にカソード電極8を設ける。これにより、前述した構造からなるフォトダイオード32を得る。   Next, as shown in FIG. 21, the cathode electrode 8 is provided on the cathode contact layer 34 in the photodiode formation region. As a result, the photodiode 32 having the above-described structure is obtained.

次に、図22に示すように、HBT形成領域内においてInP系HBT33を全面的に覆って、露出されたカソードコンタクト層34上に選択的に第5のマスクとしての第5のフォトレジストマスク43を設ける。それとともに、第5のフォトレジストマスク43とは独立した第6のマスクとしての第6のフォトレジストマスク44を、フォトダイオード形成領域においてフォトダイオード32を全面的に覆って、露出されたカソードコンタクト層34上に選択的に設ける。   Next, as shown in FIG. 22, a fifth photoresist mask 43 as a fifth mask is selectively formed on the exposed cathode contact layer 34 by covering the entire surface of the InP-based HBT 33 in the HBT formation region. Is provided. At the same time, a sixth photoresist mask 44 as a sixth mask independent of the fifth photoresist mask 43 covers the entire surface of the photodiode 32 in the photodiode formation region, and is exposed to the cathode contact layer. 34 is selectively provided.

次に、図23に示すように、ウェットエッチングにより、第5のフォトレジストマスク43および第6のフォトレジストマスク44により覆われていないカソードコンタクト層34を半絶縁性InP基板4上から全面的に除去する。これにより、半絶縁性InP基板4上のカソードコンタクト層34を、HBT形成領域およびフォトダイオード形成領域のそれぞれの領域に電気的に切り離して互いに独立に残す。この結果、フォトダイオード32とInP系HBT33とは電気的に切り離される。HBT形成領域に残されたカソードコンタクト層34は、InP系HBT33のコレクタコンタクト層36となる。   Next, as shown in FIG. 23, the cathode contact layer 34 that is not covered with the fifth photoresist mask 43 and the sixth photoresist mask 44 is entirely removed from the semi-insulating InP substrate 4 by wet etching. Remove. As a result, the cathode contact layer 34 on the semi-insulating InP substrate 4 is electrically separated from each other in the HBT formation region and the photodiode formation region and left independent from each other. As a result, the photodiode 32 and the InP-based HBT 33 are electrically disconnected. The cathode contact layer 34 left in the HBT formation region becomes the collector contact layer 36 of the InP-based HBT 33.

以後、予め定められている所定の工程を経ることにより、所望の構造からなるOEIC31を得る。すなわち、図23に示すように、1枚の半絶縁性InP基板4上に、フォトダイオード32とInP系HBT33とがそれぞれ予め規定された領域内で近接して設けられたOEIC31を得る。   Thereafter, an OEIC 31 having a desired structure is obtained through a predetermined process. That is, as shown in FIG. 23, an OEIC 31 is obtained in which a photodiode 32 and an InP-based HBT 33 are provided close to each other in a predetermined region on a single semi-insulating InP substrate 4.

ここで、図24を参照しつつ、前述した本実施形態の光電子集積回路の製造方法の特徴である全面再成長の効果について説明する。図24には、光素子形成領域からの距離に対するInGaAs層中のIn濃度増加量の変化をグラフにより示す。図24中実線で示すグラフは、本実施形態に係る全面再成長法により形成されたInGaAs層についてのIn濃度増加量の変化を示すグラフである。また、図24中破線で示すグラフは、背景技術に係る選択再成長法により形成されたInGaAs層についてのIn濃度増加量の変化を示すグラフである。   Here, with reference to FIG. 24, the effect of the entire surface regrowth, which is a feature of the above-described method for manufacturing the optoelectronic integrated circuit of the present embodiment, will be described. FIG. 24 is a graph showing changes in the In concentration increase in the InGaAs layer with respect to the distance from the optical element formation region. A graph indicated by a solid line in FIG. 24 is a graph showing a change in the In concentration increase amount for the InGaAs layer formed by the entire surface regrowth method according to the present embodiment. A graph indicated by a broken line in FIG. 24 is a graph showing a change in the In concentration increase in the InGaAs layer formed by the selective regrowth method according to the background art.

図24中破線で示すグラフによれば、選択再成長法により形成されたInGaAs層では、光素子形成領域に近づくにつれてIn濃度増加量の変化が著しく大きくなっている。これに対して、図24中実線で示すグラフによれば、成長マスクを使用せずにHBT3層を基板4上に全面的に再成長させる全面再成法により形成されたInGaAs層では、光素子形成領域からの距離によらず、In濃度増加量の変化は殆どない。すなわち、全面再成長法を用いる本実施形態の光電子集積回路の製造方法によれば、選択再成長法を用いる背景技術の光電子集積回路の製造方法で問題とされている光素子近傍のInGaAs層の組成のずれ(欠陥)は殆ど発生しないことが分かった。この結果、本実施形態の光電子集積回路の製造方法によれば、図23中W2で示すフォトダイオード32とInP系HBT33との物理的最近接距離を、従来では殆ど不可能であった10μm以内に容易に設定できることが明らかになった。したがって、本実施形態の光電子集積回路の製造方法によれば、フォトダイオード32とInP系HBT33との間の配線遅延を容易に低減して、光電子集積回路1の動作速度を高速化することができる。それとともに、光電子集積回路1の集積度を容易に高めることができる。すなわち、本実施形態においても。前述した第1実施形態と同様の効果を得ることができることが分かった。   According to the graph shown by the broken line in FIG. 24, in the InGaAs layer formed by the selective regrowth method, the change in the In concentration increase amount becomes remarkably large as it approaches the optical element formation region. On the other hand, according to the graph shown by the solid line in FIG. 24, in the InGaAs layer formed by the entire surface regenerating method in which the HBT 3 layer is completely regrown on the substrate 4 without using the growth mask, Regardless of the distance from the formation region, there is almost no change in the amount of increase in In concentration. That is, according to the optoelectronic integrated circuit manufacturing method of the present embodiment using the entire surface regrowth method, the InGaAs layer in the vicinity of the optical element, which is a problem in the background art optoelectronic integrated circuit manufacturing method using the selective regrowth method, is used. It was found that almost no compositional deviation (defect) occurred. As a result, according to the method of manufacturing the optoelectronic integrated circuit of this embodiment, the physical closest distance between the photodiode 32 and the InP-based HBT 33 indicated by W2 in FIG. 23 is within 10 μm, which was almost impossible in the past. It became clear that it was easy to set. Therefore, according to the optoelectronic integrated circuit manufacturing method of the present embodiment, the wiring delay between the photodiode 32 and the InP-based HBT 33 can be easily reduced, and the operation speed of the optoelectronic integrated circuit 1 can be increased. . At the same time, the degree of integration of the optoelectronic integrated circuit 1 can be easily increased. That is, also in this embodiment. It has been found that the same effect as in the first embodiment described above can be obtained.

以上説明したように、この第3実施形態によれば、InP系HBT33は、フォトダイオード32のカソードコンタクト層34と同じ電極層を、コレクタコンタクト層36として利用している。これにより、InP系HBT33を全面再成長させる際に、フォトダイオード32のカソードコンタクト層34および活性層6のそれぞれの厚みの和に略相当する段差を、半分の0.5μm程度に低減することができる。この結果、背景技術に係る選択再成長法に比べて、InP系HBT33をより平滑に成長させることができる。   As described above, according to the third embodiment, the InP-based HBT 33 uses the same electrode layer as the cathode contact layer 34 of the photodiode 32 as the collector contact layer 36. Thus, when the InP-based HBT 33 is regrown on the entire surface, the step substantially corresponding to the sum of the thicknesses of the cathode contact layer 34 and the active layer 6 of the photodiode 32 can be reduced to about 0.5 μm. it can. As a result, the InP-based HBT 33 can be grown more smoothly than the selective regrowth method according to the background art.

また、本実施形態においては、再成長界面となる第1の電極層としてのカソードコンタクト層34の上層34bは、そのドーピング濃度が5×1018 cm-3 以上の高濃度のn形InGaAs層となっている。このため、カソードコンタクト層34が大気に接触することにより、カーボン、酸素、シリコンなどのn形ドーパントになり得る不純物がカソードコンタクト層34内に混入したとしても、それらの不純物がカソードコンタクト層34のドーピング濃度に影響を与えるおそれは殆ど無い。すなわち、カソードコンタクト層34の抵抗には影響が殆ど無い。それとともに、本実施形態においては、カソードコンタクト層34の高濃度のn形InGaAs層34b上で、ドーピング濃度が5×1018 cm-3 以上に設定されている高濃度のn形InP層からなる導電層37を約20〜l00nmの膜厚になるまで成長させる。このため、カーボン、酸素、シリコンなどの不純物がカソードコンタクト層34内に混入したとしても、それらの不純物は導電層37内に取り込まれる。したがって、それらの不純物が導電層37に成長させられるコレクタ層11のドーピング濃度に影響を与えるおそれは殆ど無い。すなわち、再成長により導電層37上にエピタキシャル成長させられる、エピタキシャル層としてのコレクタ層11の品質が低下するおそれは殆ど無い。この結果、InP系HBT33の動作速度が低下するおそれは殆ど無く、ひいてはInP系HBT33の性能が劣化するおそれも殆ど無い。 In the present embodiment, the upper layer 34b of the cathode contact layer 34 as the first electrode layer serving as the regrowth interface is a high concentration n-type InGaAs layer having a doping concentration of 5 × 10 18 cm −3 or more. It has become. For this reason, even if impurities that can be n-type dopants such as carbon, oxygen, and silicon are mixed in the cathode contact layer 34 due to the cathode contact layer 34 coming into contact with the atmosphere, the impurities in the cathode contact layer 34 There is little risk of affecting the doping concentration. That is, there is almost no influence on the resistance of the cathode contact layer 34. At the same time, in the present embodiment, the high-concentration n-type InP layer having a doping concentration of 5 × 10 18 cm −3 or more is formed on the high-concentration n-type InGaAs layer 34 b of the cathode contact layer 34. The conductive layer 37 is grown to a thickness of about 20 to 100 nm. For this reason, even if impurities such as carbon, oxygen, and silicon are mixed in the cathode contact layer 34, these impurities are taken into the conductive layer 37. Therefore, there is almost no possibility that these impurities will affect the doping concentration of the collector layer 11 grown on the conductive layer 37. That is, there is almost no possibility that the quality of the collector layer 11 as an epitaxial layer which is epitaxially grown on the conductive layer 37 by regrowth will deteriorate. As a result, there is almost no possibility that the operation speed of the InP-based HBT 33 is lowered, and there is almost no possibility that the performance of the InP-based HBT 33 is deteriorated.

また、本実施形態においては、InP系HBT33の導電層37、コレクタ層11、ベース層38、およびエミッタ層13を、それぞれ半絶縁性InP基板4上に全面的に再成長させる。これにより、InP系HBT33を構成する各エピタキシャル結晶37,11,38,13の層構造をそれぞれ適正化しつつ設けることができる。それとともに、InP系HBT33のコレクタ層11およびベース層38を、フォトダイオード32の活性層6およびアノードコンタクト層35とは別途成長させる。これにより、フォトダイオード32を構成するカソードコンタクト層34、活性層6、およびアノードコンタクト層35の各エピタキシャル結晶層34,6,35の層構造も、それぞれ適正化しつつ設けることができる。この結果、背景技術において説明したInP系HBTの動作速度とフォトダイオードの受光感度とのトレードオフを殆ど無くして、InP系HBT33の動作速度の高速化およびフォトダイオード32の高感度化を両立させることができる。すなわち、フォトダイオード32およびInP系HBT33を、それぞれの性能を互いに打ち消し合うおそれを殆ど無くして、それぞれ適正な設定で半絶縁性InP基板4上に混載させることができる。   In this embodiment, the conductive layer 37, the collector layer 11, the base layer 38, and the emitter layer 13 of the InP-based HBT 33 are regrown on the semi-insulating InP substrate 4 over the entire surface. Thereby, it is possible to provide the respective epitaxial crystals 37, 11, 38, and 13 constituting the InP-based HBT 33 while optimizing the layer structure. At the same time, the collector layer 11 and the base layer 38 of the InP-based HBT 33 are grown separately from the active layer 6 and the anode contact layer 35 of the photodiode 32. Thereby, the layer structures of the epitaxial crystal layers 34, 6 and 35 of the cathode contact layer 34, the active layer 6 and the anode contact layer 35 constituting the photodiode 32 can be provided while being optimized. As a result, the trade-off between the operating speed of the InP-based HBT and the light receiving sensitivity of the photodiode described in the background art is almost eliminated, and both the operating speed of the InP-based HBT 33 is increased and the sensitivity of the photodiode 32 is increased. Can do. That is, the photodiode 32 and the InP-based HBT 33 can be mixedly mounted on the semi-insulating InP substrate 4 with appropriate settings, with almost no risk of canceling out the respective performances.

したがって、本実施形態のOEIC31は、フォトダイオード32およびInP系HBT33がそれぞれの性能を互いに打ち消し合うおそれを抑制されて適正に設けられており、動作速度が速く、かつ、受光感度が高い。また、本実施形態によれば、全面再成長法を用いることにより、そのようなOEIC31を効率良く、かつ、容易に製造することができる。   Therefore, the OEIC 31 of this embodiment is appropriately provided with the possibility that the photodiode 32 and the InP-based HBT 33 cancel each other's performances, and has a high operating speed and high light receiving sensitivity. In addition, according to the present embodiment, such an OEIC 31 can be efficiently and easily manufactured by using the whole surface regrowth method.

なお、本発明に係る光電子集積回路およびその製造方法は、前述した第1〜第3の各実施形態には制約されない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、それらの構成、あるいは製造工程などの一部を種々様々な設定に変更したり、あるいは各種設定を適宜、適当に組み合わせて用いたりして実施することができる。   Note that the optoelectronic integrated circuit and the manufacturing method thereof according to the present invention are not limited to the first to third embodiments described above. Without departing from the spirit of the present invention, a part of the configuration or manufacturing process can be changed to various settings, or various settings can be appropriately combined and used. .

例えば、第1〜第3の各実施形態では、半絶縁性基板としてInPからなる半絶縁性基板を用いたが、これに限定されるものではない。所望される光電子集積回路の仕様などに応じて、適宜、InP以外の様々な材料を用いて半絶縁性基板を形成しても構わない。   For example, in each of the first to third embodiments, the semi-insulating substrate made of InP is used as the semi-insulating substrate, but the present invention is not limited to this. A semi-insulating substrate may be formed using various materials other than InP as appropriate depending on the specifications of a desired optoelectronic integrated circuit.

さらに、例えば第1実施形態のフォトダイオード2のカソードコンタクト層5(コレクタコンタクト層10)、活性層6、およびアノードコンタクト層7は、それぞれ前述したn形InP、p形InGaAs、傾斜InGaAsP、n形InP、およびp形InGaAsPから形成されるとは限らない。同様に、InP系HBT3のコレクタ層11、ベース層12、およびエミッタ層13も、それぞれ前述した傾斜InGaAsP、n形InP、p形InGaAs、およびn形InPから形成されるとは限らない。また同様に、光変調器25の活性層26およびアノードコンタクト層27も、それぞれ前述したn形InP、p形InP、アンドープInGaAlAs、およびn形InPから形成されるとは限らない。これら各層5〜7,10〜13,26,27も、所望される光電子集積回路の仕様などに応じて、適宜、前記各材料以外の様々な材料を用いて形成しても構わない。   Further, for example, the cathode contact layer 5 (collector contact layer 10), the active layer 6, and the anode contact layer 7 of the photodiode 2 of the first embodiment are respectively formed of the n-type InP, the p-type InGaAs, the inclined InGaAsP, and the n-type. It is not necessarily formed from InP and p-type InGaAsP. Similarly, the collector layer 11, the base layer 12, and the emitter layer 13 of the InP-based HBT 3 are not necessarily formed from the above-described inclined InGaAsP, n-type InP, p-type InGaAs, and n-type InP, respectively. Similarly, the active layer 26 and the anode contact layer 27 of the optical modulator 25 are not necessarily formed from the above-described n-type InP, p-type InP, undoped InGaAlAs, and n-type InP, respectively. These layers 5 to 7, 10 to 13, 26, and 27 may be formed using various materials other than the above materials as appropriate according to the desired specifications of the optoelectronic integrated circuit.

同様に、例えば第3実施形態のフォトダイオード32のカソードコンタクト層34、活性層6、およびアノードコンタクト層35は、それぞれ前述した高濃度のn形InP層34aおよび高濃度のn形InGaAs層34b、傾斜InGaAsPおよびn形InPからなる走行層6aおよびp形InGaAs層からなる光吸収層6b、およびp形InGaAs層から形成されるとは限らない。同様に、InP系HBT33のコレクタコンタクト層36(カソードコンタクト層34)、導電層11、コレクタ層12、ベース層13、およびエミッタ層14も、それぞれ前述した高濃度のn形InP層34aおよび高濃度のn形InGaAs層34b、高濃度のn形InP層、傾斜InGaAsPおよびn形InPからなる層、高濃度のp形InGaAs層、およびn形InPから形成されるとは限らない。これら各層34,6,35,36,37,11,38,13も、所望される光電子集積回路の仕様などに応じて、適宜、前記各材料以外の様々な材料を用いても構わない。   Similarly, for example, the cathode contact layer 34, the active layer 6, and the anode contact layer 35 of the photodiode 32 of the third embodiment are the high-concentration n-type InP layer 34 a and the high-concentration n-type InGaAs layer 34 b, respectively. It is not necessarily formed of the traveling layer 6a made of inclined InGaAsP and n-type InP, the light absorption layer 6b made of p-type InGaAs layer, and the p-type InGaAs layer. Similarly, the collector contact layer 36 (cathode contact layer 34), the conductive layer 11, the collector layer 12, the base layer 13 and the emitter layer 14 of the InP-based HBT 33 also have the above-described high concentration n-type InP layer 34a and high concentration, respectively. The n-type InGaAs layer 34b, the high-concentration n-type InP layer, the layer composed of inclined InGaAsP and n-type InP, the high-concentration p-type InGaAs layer, and the n-type InP are not necessarily formed. Each of these layers 34, 6, 35, 36, 37, 11, 38, and 13 may be made of various materials other than the above materials as appropriate according to the desired specifications of the optoelectronic integrated circuit.

また、本発明が備え得る光素子にはフォトダイオード2,32以外の素子も含まれ得る。例えば、n形InP層からなる第1コンタクト層と、p形InP層、アンドープInP層、およびInGaAIAsMQW層からなる活性層と、n形InP層からなる第2のコンタクト層と、から構成される光変調器などである。   Moreover, elements other than the photodiodes 2 and 32 may be included in the optical element that the present invention may be provided. For example, a light composed of a first contact layer made of an n-type InP layer, an active layer made of a p-type InP layer, an undoped InP layer, and an InGaAIAsMQW layer, and a second contact layer made of an n-type InP layer Such as a modulator.

さらに、第3実施形態で用いた高濃度のn形InP層34aおよび高濃度のn形InGaAs層34bからなるカソードコンタクト層34(コレクタコンタクト層36)を、第1実施形態のカソードコンタクト層5(コレクタコンタクト層10)に適用しても構わないのはもちろんである。   Further, the cathode contact layer 34 (collector contact layer 36) composed of the high concentration n-type InP layer 34a and the high concentration n-type InGaAs layer 34b used in the third embodiment is replaced with the cathode contact layer 5 ( Of course, it may be applied to the collector contact layer 10).

第1実施形態に係る光電子集積回路を示す断面図。1 is a cross-sectional view showing an optoelectronic integrated circuit according to a first embodiment. 第1実施形態に係る光電子集積回路の製造方法を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the optoelectronic integrated circuit which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る光電子集積回路の製造方法を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the optoelectronic integrated circuit which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る光電子集積回路の製造方法を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the optoelectronic integrated circuit which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る光電子集積回路の製造方法を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the optoelectronic integrated circuit which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る光電子集積回路の製造方法の特性および背景技術に係る光電子集積回路の製造方法の特性をそれぞれグラフにして示す図。The figure which shows the characteristic of the manufacturing method of the optoelectronic integrated circuit which concerns on 1st Embodiment, and the characteristic of the manufacturing method of the optoelectronic integrated circuit which concerns on background art as a graph, respectively. 第2実施形態に係る光電子集積回路を示す断面図。Sectional drawing which shows the optoelectronic integrated circuit which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る光電子集積回路の製造方法を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the optoelectronic integrated circuit which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る光電子集積回路を示す断面図。Sectional drawing which shows the optoelectronic integrated circuit which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る光電子集積回路の製造方法を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the optoelectronic integrated circuit which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る光電子集積回路の製造方法を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the optoelectronic integrated circuit which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る光電子集積回路の製造方法を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the optoelectronic integrated circuit which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る光電子集積回路の製造方法を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the optoelectronic integrated circuit which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る光電子集積回路の製造方法を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the optoelectronic integrated circuit which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る光電子集積回路の製造方法を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the optoelectronic integrated circuit which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る光電子集積回路の製造方法を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the optoelectronic integrated circuit which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る光電子集積回路の製造方法を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the optoelectronic integrated circuit which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る光電子集積回路の製造方法を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the optoelectronic integrated circuit which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る光電子集積回路の製造方法を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the optoelectronic integrated circuit which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る光電子集積回路の製造方法を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the optoelectronic integrated circuit which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る光電子集積回路の製造方法を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the optoelectronic integrated circuit which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る光電子集積回路の製造方法を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the optoelectronic integrated circuit which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る光電子集積回路の製造方法を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the optoelectronic integrated circuit which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る光電子集積回路の製造方法の特性および背景技術に係る光電子集積回路の製造方法の特性をそれぞれグラフにして示す図。The figure which shows the characteristic of the manufacturing method of the optoelectronic integrated circuit which concerns on 3rd Embodiment, and the characteristic of the manufacturing method of the optoelectronic integrated circuit which concerns on background art as a graph, respectively. 背景技術に係る光電子集積回路を示す断面図。Sectional drawing which shows the optoelectronic integrated circuit which concerns on background art.

符号の説明Explanation of symbols

1,21,31…OEIC(光電子集積回路)
2,32…フォトダイオード(光集積回路、光素子)
3,22,33…InP系HBT(半導体集積回路、半導体素子、電子素子)
4…半絶縁性InP基板(半絶縁性基板)
5…カソードコンタクト層(第1の電極層、n形InP層、エピタキシャル結晶層)
6…活性層(p形InGaAs層、傾斜InGaAsP層、n形InP層、エピタキシャル結晶層)
6a…走行層(傾斜InGaAsP層、n形InP層)
6b…光吸収層(p形InGaAs層)
7…アノードコンタクト層(第2の電極層、p形InGaAsP層、エピタキシャル結晶層)
10…コレクタコンタクト層(導電層、n形InP層)
11…コレクタ層(傾斜InGaAsP層、n形InP層、エピタキシャル結晶層)
12…ベース層(p形InGaAs層、エピタキシャル結晶層)
13…エミッタ層(n形InP層、エピタキシャル結晶層)
17…フォトレジスト膜(マスク)
23…コレクタコンタクト層
24…絶縁層
25…光変調器(光集積回路、光素子)
26…活性層(n形InP層、p形InP層、アンドープInGaAlAs層、エピタキシャル結晶層)
26a…第1のクラッド層(n形InP層、下部クラッド層)
26b…コア層(n形InP層、p形InP層)
26c…第2のクラッド層(アンドープInGaAlAs層、上部クラッド層)
27…アノードコンタクト層(第2の電極層、n形InP層、エピタキシャル結晶層)
34…カソードコンタクト層(一方の第1の電極層、高濃度のn形InP層、高濃度のn形InGaAs層、エピタキシャル結晶層)
34a…カソードコンタクト層の下層(高濃度のn形InP層、第1の電極層の下層)
34b…カソードコンタクト層の上層(高濃度のn形InGaAs層、第1の電極層の上層)
35…アノードコンタクト層(第2の電極層、p形InGaAs層、エピタキシャル結晶層)
36…コレクタコンタクト層(カソードコンタクト層、他方の第1の電極層、高濃度のn形InP層、高濃度のn形InGaAs層、エピタキシャル結晶層)
37…導電層(高濃度のn形InP層、エピタキシャル結晶層)
38…ベース層(高濃度p形InGaAs層、エピタキシャル結晶層)
39…第1のフォトレジストマスク(第1のマスク)
40…第2のフォトレジストマスク(第2のマスク)
41…第3のフォトレジストマスク(第3のマスク)
42…第4のフォトレジストマスク(第4のマスク)
43…第5のフォトレジストマスク(第5のマスク)
44…第6のフォトレジストマスク(第6のマスク)
1, 21, 31 ... OEIC (optoelectronic integrated circuit)
2, 32 ... Photodiode (optical integrated circuit, optical element)
3, 22, 33 ... InP-based HBT (semiconductor integrated circuit, semiconductor element, electronic element)
4 ... Semi-insulating InP substrate (semi-insulating substrate)
5 ... Cathode contact layer (first electrode layer, n-type InP layer, epitaxial crystal layer)
6 ... Active layer (p-type InGaAs layer, inclined InGaAsP layer, n-type InP layer, epitaxial crystal layer)
6a ... traveling layer (gradient InGaAsP layer, n-type InP layer)
6b: Light absorption layer (p-type InGaAs layer)
7 ... anode contact layer (second electrode layer, p-type InGaAsP layer, epitaxial crystal layer)
10 ... Collector contact layer (conductive layer, n-type InP layer)
11 ... Collector layer (gradient InGaAsP layer, n-type InP layer, epitaxial crystal layer)
12 ... Base layer (p-type InGaAs layer, epitaxial crystal layer)
13 ... Emitter layer (n-type InP layer, epitaxial crystal layer)
17 ... Photoresist film (mask)
23 ... Collector contact layer 24 ... Insulating layer 25 ... Optical modulator (optical integrated circuit, optical element)
26 ... Active layer (n-type InP layer, p-type InP layer, undoped InGaAlAs layer, epitaxial crystal layer)
26a: first cladding layer (n-type InP layer, lower cladding layer)
26b ... Core layer (n-type InP layer, p-type InP layer)
26c ... second clad layer (undoped InGaAlAs layer, upper clad layer)
27 ... Anode contact layer (second electrode layer, n-type InP layer, epitaxial crystal layer)
34 ... cathode contact layer (one first electrode layer, high-concentration n-type InP layer, high-concentration n-type InGaAs layer, epitaxial crystal layer)
34a: Lower layer of cathode contact layer (high concentration n-type InP layer, lower layer of first electrode layer)
34b ... Upper layer of cathode contact layer (high concentration n-type InGaAs layer, upper layer of first electrode layer)
35 ... Anode contact layer (second electrode layer, p-type InGaAs layer, epitaxial crystal layer)
36 ... Collector contact layer (cathode contact layer, other first electrode layer, high concentration n-type InP layer, high concentration n-type InGaAs layer, epitaxial crystal layer)
37. Conductive layer (high-concentration n-type InP layer, epitaxial crystal layer)
38 ... Base layer (high concentration p-type InGaAs layer, epitaxial crystal layer)
39: First photoresist mask (first mask)
40. Second photoresist mask (second mask)
41 ... Third photoresist mask (third mask)
42 ... Fourth photoresist mask (fourth mask)
43 ... Fifth photoresist mask (fifth mask)
44 ... Sixth photoresist mask (sixth mask)

Claims (24)

半絶縁性基板と、
この半絶縁性基板上に互いに独立かつ隣接して設けられている少なくとも2つの第1の電極層のうちの一方の前記第1の電極層、ならびに一方の前記第1の電極層上に積層されて設けられた活性層および第2の電極層からなる光素子と、
前記各第1の電極層のうち他方の前記第1の電極層上に設けられた導電層、この導電層上に設けられたコレクタ層、このコレクタ層上に設けられたベース層、およびこのベース層上に設けられたエミッタ層からなるとともに、前記導電層、前記コレクタ層、前記ベース層、および前記エミッタ層が前記活性層および前記第2の電極層とはそれぞれ別途に積層されており、前記光素子に隣接して設けられているバイポーラトランジスタと、
を具備することを特徴とする光電子集積回路。
A semi-insulating substrate;
One of the first electrode layers of at least two first electrode layers provided independently and adjacent to each other on the semi-insulating substrate, and one of the first electrode layers are stacked. An optical element composed of an active layer and a second electrode layer,
A conductive layer provided on the other first electrode layer among the first electrode layers, a collector layer provided on the conductive layer, a base layer provided on the collector layer, and the base The conductive layer, the collector layer, the base layer, and the emitter layer are separately laminated with the active layer and the second electrode layer, respectively. A bipolar transistor provided adjacent to the optical element;
An optoelectronic integrated circuit comprising:
前記第1の電極層は、高濃度のn形InP層および高濃度のn形InGaAs層の2層からなる積層構造に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の光電子集積回路。 2. The optoelectronic integrated circuit according to claim 1, wherein the first electrode layer is formed in a laminated structure including two layers of a high concentration n-type InP layer and a high concentration n-type InGaAs layer. 前記導電層は、高濃度のn形InP層からなることを特徴とする請求項1または2のうちのいずれかに記載の光電子集積回路。 The conductive layer, optoelectronic integrated circuit according to any of claims 1 or 2, characterized in that it consists of high-concentration n-type InP layer. 前記第1の電極層、前記活性層、および前記第2の電極層は、エピタキシャル結晶層であることを特徴とする請求項1〜のうちのいずれかに記載の光電子集積回路。 The optoelectronic integrated circuit according to any one of claims 1 to 3 , wherein the first electrode layer, the active layer, and the second electrode layer are epitaxial crystal layers. 前記導電層、前記コレクタ層、前記ベース層、および前記エミッタ層は、エピタキシャル結晶層であることを特徴とする請求項1〜のうちのいずれかに記載の光電子集積回路。 Said conductive layer, said collector layer, said base layer, and the emitter layer, optoelectronic integrated circuit according to any of claims 1-4, characterized in that the epitaxial crystal layer. 前記半絶縁性基板は、InPにより形成されていることを特徴とする請求項1〜のうちのいずれかに記載の光電子集積回路。 It said semi-insulating substrate, an optoelectronic integrated circuit according to any one of claims 1-5, characterized in that it is formed by InP. 前記バイポーラトランジスタは、前記ベース層と前記エミッタ層とが互いに異なる材料により形成されているヘテロ接合バイポーラトランジスタであることを特徴とする請求項1〜のうちのいずれかに記載の光電子集積回路。 The optoelectronic integrated circuit according to any one of claims 1 to 6 , wherein the bipolar transistor is a heterojunction bipolar transistor in which the base layer and the emitter layer are formed of different materials. 前記バイポーラトランジスタは、前記ベース層が前記第2の電極層と異なる材料により形成されているヘテロ接合バイポーラトランジスタであることを特徴とする請求項1〜のうちのいずれかに記載の光電子集積回路。 The bipolar transistor, optoelectronic integrated circuit according to any one of claims 1-7, characterized in that said base layer is a heterojunction bipolar transistor formed by a different material as the second electrode layer . 前記他方の第1の電極層の一部に、イオン注入により絶縁層が形成されていることを特徴とする請求項のうちのいずれかに記載の光電子集積回路。 Some of the first electrode layer of the other, optoelectronic integrated circuit according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the insulating layer is formed by ion implantation. 前記イオンは、H,He,O,Feのうちの少なくとも1つであることを特徴とする請求項に記載の光電子集積回路。 The optoelectronic integrated circuit according to claim 9 , wherein the ion is at least one of H, He, O, and Fe. 前記光素子は、前記活性層が光吸収層および走行層からなるフォトダイオードであることを特徴とする請求項1〜10のうちのいずれかに記載の光電子集積回路。 Optoelectronic integrated circuit according to any one of the optical element, according to claim 1-10, wherein the active layer is characterized in that it is a photodiode comprising a light absorbing layer and transport layer. 前記光素子は、前記活性層が第1のクラッド層と第2のクラッド層との間にコア層を挟んでなる光変調器であることを特徴とする請求項1〜10のうちのいずれかに記載の光電子集積回路。 The optical device is any of the claims 1-10, wherein the active layer is a light modulator comprising sandwiching a core layer between the first cladding layer and the second clad layer An optoelectronic integrated circuit according to 1. 半絶縁性基板上に第1の電極層、活性層、および第2の電極層を順次積層して設ける工程と、
前記第2の電極層の表面の一部を選択的に覆って第1のマスクを設けるとともに、前記第1のマスク側から前記第1の電極層側に向かうに連れて前記第2の電極層および前記活性層を多く残しつつ、前記第1のマスク側から前記第1の電極層側に向けて、かつ前記第2の電極層および前記活性層の前記第1のマスクにより覆われている部分からその外側に向けて前記第2の電極層および前記活性層の前記第1のマスクにより覆われていない部分を順次除去して、前記第1の電極層の表面の一部を選択的に露出させる工程と、
前記第1のマスクを除去した後、露出された前記第1の電極層の表面、前記第2の電極層、および前記活性層を覆って、導電層、コレクタ層、ベース層、およびエミッタ層を前 記半絶縁性基板上に全面的に順次積層して設ける工程と、
前記半絶縁性基板上の領域のうち前記第2の電極層および前記活性層を介さずに前記第1の電極層上に前記導電層、前記コレクタ層、前記ベース層、および前記エミッタ層が設けられている第1の領域内において前記エミッタ層の表面の一部を選択的に覆って第2のマスクを設けるとともに、前記エミッタ層の前記第2のマスクにより覆われていない部分を前記半絶縁性基板上から全面的に除去して前記ベース層の表面を露出させ、前記第2のマスクを除去した後、前記第1の領域内において前記ベース層上に残された前記エミッタ層を全面的に覆って露出された前記ベース層の表面上に選択的に第3のマスクを設けるとともに、前記ベース層、前記コレクタ層、および前記導電層の前記第3のマスクにより覆われていない部分を前記半絶縁性基板上から順次全面的に除去して少なくとも前記第1の領域内の前記第1の電極層の表面の一部を選択的に露出させる工程と、
前記第3のマスクを除去した後、前記第2の電極層の表面の一部を選択的に覆って第4のマスクを設けるとともに、前記第2の電極層および前記活性層の前記第4のマスクにより覆われていない部分を前記半絶縁性基板上から順次全面的に除去して、前記半絶縁性基板上の領域のうち前記第1の領域を除く第2の領域内の前記第1の電極層の表面の一部を選択的に露出させる工程と、
前記第4のマスクを除去した後、前記第1の領域内に残された前記導電層、前記コレクタ層、前記ベース層、および前記エミッタ層を全面的に覆って露出された前記第1の電極層の表面上に選択的に第5のマスクを設けるとともに、この第5のマスクとは独立した第6のマスクを前記第2の領域内に残された前記活性層および前記第2の電極層を全面的に覆って露出された前記第1の電極層の表面上に選択的に設けた後、前記第1の電極層の前記第5のマスクおよび前記第6のマスクにより覆われていない部分を前記半絶縁性基板上から全面的に除去して、前記第1の領域内に残された前記第1の電極層、前記導電層、前記コレクタ層、前記ベース層、および前記エミッタ層と、前記第2の領域内に残された前記第1の電極層、前記活性層、および前記第2の電極層とを電気的に切り離す工程と、
を含むことを特徴とする光電子集積回路の製造方法。
A step of sequentially laminating a first electrode layer, an active layer, and a second electrode layer on a semi-insulating substrate;
A first mask is provided to selectively cover a part of the surface of the second electrode layer, and the second electrode layer is moved from the first mask side toward the first electrode layer side. And a portion covered with the first mask of the second electrode layer and the active layer from the first mask side toward the first electrode layer side while leaving a large amount of the active layer The portions of the second electrode layer and the active layer that are not covered with the first mask are sequentially removed from the outer surface toward the outside thereof, and a part of the surface of the first electrode layer is selectively exposed. A process of
After removing the first mask, a conductive layer, a collector layer, a base layer, and an emitter layer are formed to cover the exposed surface of the first electrode layer, the second electrode layer, and the active layer. A step of sequentially laminating the entire surface on the semi-insulating substrate,
The conductive layer, the collector layer, the base layer, and the emitter layer are provided on the first electrode layer without the second electrode layer and the active layer in the region on the semi-insulating substrate. A second mask is provided to selectively cover a part of the surface of the emitter layer in the first region formed, and a portion of the emitter layer not covered by the second mask is semi-insulated After removing the entire surface from the conductive substrate to expose the surface of the base layer and removing the second mask, the emitter layer left on the base layer in the first region is entirely exposed. A third mask is selectively provided on the surface of the base layer exposed over the substrate, and a portion of the base layer, the collector layer, and the conductive layer not covered by the third mask is formed on the surface of the base layer. Semi-insulated A step for selectively exposing a portion of the surface of at least said first electrode layer in the first region from the substrate by sequentially entirely removed,
After removing the third mask, a fourth mask is provided so as to selectively cover a part of the surface of the second electrode layer, and the fourth electrode of the second electrode layer and the active layer are provided. The portion not covered by the mask is sequentially and entirely removed from the semi-insulating substrate, and the first region in the second region excluding the first region among the regions on the semi-insulating substrate is removed. Selectively exposing part of the surface of the electrode layer;
The first electrode exposed after covering the conductive layer, the collector layer, the base layer, and the emitter layer left in the first region after removing the fourth mask. A fifth mask is selectively provided on the surface of the layer, and a sixth mask independent of the fifth mask is left in the second region and the second electrode layer. Is selectively provided on the exposed surface of the first electrode layer, and then is not covered by the fifth mask and the sixth mask of the first electrode layer. Is removed from the entire surface of the semi-insulating substrate, and the first electrode layer, the conductive layer, the collector layer, the base layer, and the emitter layer left in the first region; The first electrode layer left in the second region, the active layer, A step of electrically disconnecting the reserve the second electrode layer,
A method of manufacturing an optoelectronic integrated circuit.
前記第1の電極層を、高濃度のn形InP層および高濃度のn形InGaAs層の2層からなる積層構造に形成することを特徴とする請求項13に記載の光電子集積回路の製造方法。 14. The method of manufacturing an optoelectronic integrated circuit according to claim 13 , wherein the first electrode layer is formed in a laminated structure including two layers of a high concentration n-type InP layer and a high concentration n-type InGaAs layer. . 前記導電層を、高濃度のn形InP層により形成することを特徴とする請求項13または14のうちのいずれかに記載の光電子集積回路の製造方法。 15. The method of manufacturing an optoelectronic integrated circuit according to claim 13 , wherein the conductive layer is formed of a high concentration n-type InP layer. 前記第1の電極層、前記活性層、および前記第2の電極層を、有機金属気相成長法および分子線エピタキシャル成長法の少なくとも一方によって連続して設けることを特徴とする請求項1315のうちのいずれかに記載の光電子集積回路の製造方法。 It said first electrode layer, the active layer, and the second electrode layer, the claims 13-15, characterized in that provided in succession by at least one of a metal organic vapor phase epitaxy and molecular beam epitaxy The manufacturing method of the optoelectronic integrated circuit in any one of them. 前記コレクタ層、前記ベース層、および前記エミッタ層を、有機金属気相成長法および分子線エピタキシャル成長法の少なくとも一方によって連続して設けることを特徴とする請求項1316のうちのいずれかに記載の光電子集積回路の製造方法。 Said collector layer, said base layer, and said emitter layer, according to any one of claims 13 to 16, characterized in that provided in succession by at least one of a metal organic vapor phase epitaxy and molecular beam epitaxy Of manufacturing an optoelectronic integrated circuit. 前記半絶縁性基板を、InPにより形成することを特徴とする請求項1317のうちのいずれかに記載の光電子集積回路の製造方法。 The method of manufacturing an optoelectronic integrated circuit according to any one of claims 13 to 17 , wherein the semi-insulating substrate is formed of InP. 前記ベース層と前記エミッタ層とを互いに異なる材料により形成してヘテロ接合することにより、前記コレクタ層、前記ベース層、および前記エミッタ層からなるヘテロ接合バイポーラトランジスタを前記第1の電極層上に設けることを特徴とする請求項1318のうちのいずれかに記載の光電子集積回路の製造方法。 A heterojunction bipolar transistor comprising the collector layer, the base layer, and the emitter layer is provided on the first electrode layer by forming the base layer and the emitter layer from different materials and performing heterojunction. The method of manufacturing an optoelectronic integrated circuit according to any one of claims 13 to 18 . 前記ベース層が前記第2の電極層と異なる材料により形成されているヘテロバイポーラトランジスタを前記第1の電極層上に設けることを特徴とする請求項1319のうちのいずれかに記載の光電子集積回路の製造方法。 Photoelectrons according to any one of claims 13 to 19, characterized by providing a heterojunction bipolar transistor in which the base layer is formed of a material different from said second electrode layer on the first electrode layer A method of manufacturing an integrated circuit. 前記第1の電極層の表面の一部を選択的に露出させた後、前記コレクタ層、前記ベース層、および前記エミッタ層を設けるのに先立って、前記コレクタ層、前記ベース層、および前記エミッタ層のみにより覆われる前記第1の電極層の一部に選択的にイオン注入して加熱処理を施すことにより、前記第1の電極層の前記イオン注入された部分を絶縁化することを特徴とする請求項1320のうちのいずれかに記載の光電子集積回路の製造方法。 After selectively exposing a portion of the surface of the first electrode layer, prior to providing the collector layer, the base layer, and the emitter layer, the collector layer, the base layer, and the emitter Insulating the ion-implanted portion of the first electrode layer by selectively ion-implanting a portion of the first electrode layer covered only by the layer and performing a heat treatment 21. A method of manufacturing an optoelectronic integrated circuit according to any one of claims 13 to 20 . 前記イオンとして、H,He,O,Feのうちの少なくとも1つを用いることを特徴とする請求項21に記載の光電子集積回路の製造方法。 The method of manufacturing an optoelectronic integrated circuit according to claim 21 , wherein at least one of H, He, O, and Fe is used as the ion. 前記活性層を光吸収層および走行層から形成し、前記光吸収層および前記走行層を前記第1の電極層と前記第2の電極層との間に挟んでなるフォトダイオードを前記半絶縁性基板上に設けることを特徴とする請求項1322に記載の光電子集積回路の製造方法。 The active layer is formed of a light absorption layer and a running layer, and a photodiode having the light absorption layer and the running layer sandwiched between the first electrode layer and the second electrode layer is semi-insulating. the method of manufacturing an optoelectronic integrated circuit according to claims 13 to 22, characterized in that provided on the substrate. 前記活性層を第1のクラッド層と第2のクラッド層との間にコア層を挟んで形成し、前記第1のクラッド層、前記第2のクラッド層、および前記コア層を前記第1の電極層と前記第2の電極層との間に挟んでなる光変調器を前記半絶縁性基板上に設けることを特徴とする請求項1322に記載の光電子集積回路の製造方法。 The active layer is formed by sandwiching a core layer between a first cladding layer and a second cladding layer, and the first cladding layer, the second cladding layer, and the core layer are formed as the first cladding layer. method of manufacturing an optoelectronic integrated circuit according to claims 13 to 22, characterized in providing an optical modulator formed by interposing between the electrode layer a second electrode layer on the semi-insulating substrate.
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