(57)【要約】【課題】信頼性と作製歩留まりが高い、リッジ導波路型半導体光集積素子を提供する。【解決手段】第一半導体光素子２０１は、光を発生あるいは吸収する活性層３を含む複数層からなる第一コア層２と、第一コア層２の上方に位置するエッチング停止層４と、を含んで半導体基板１上に形成される。第二半導体光素子２０２は、第二コア層７を含んで半導体基板１上に形成される。第一コア層２の第二コア層７と対向する側面と、第二コア層７の第一コア層２と対向する側面と、に接するように、側壁形状制御層６が半導体基板１上に形成される。側壁形状制御層６は、第一コア層２よりも少ない数の層からなる。エッチング停止層４は、第一コア層２の上面から側壁形状制御層６の上面に至るように配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、第一半導体光素子及び第二半導体光素子が、光軸を揃え突き合わせ接続して形成されたリッジ導波路型半導体光集積素子であって、
前記第一半導体光素子は、光を発生あるいは吸収する活性層を含む複数層からなる第一コア層と、前記第一コア層の上方に位置するエッチング停止層と、を含んで前記半導体基板上に形成され、
前記第二半導体光素子は、第二コア層を含んで前記半導体基板上に形成され、
前記第一コア層の前記第二コア層と対向する側面と、前記第二コア層の前記第一コア層と対向する側面と、に接するように、側壁形状制御層が前記半導体基板上に形成され、
前記側壁形状制御層は、前記第一コア層よりも少ない数の層からなり、
前記エッチング停止層は、前記第一コア層の上面から前記側壁形状制御層の上面に至るように配置されていることを特徴とするリッジ導波路型半導体光集積素子。
【請求項２】
請求項１に記載されたリッジ導波路型半導体光集積素子であって、
前記第一コア層の前記上面及び前記側壁形状制御層の前記上面は、同じ高さで面一になるように形成されていることを特徴とするリッジ導波路型半導体光集積素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載されたリッジ導波路型半導体光集積素子であって、
前記第二コア層は、前記側壁形状制御層よりも高く形成されて、前記エッチング停止層に密着し、
前記側壁形状制御層の全体が、前記第二コア層及び前記エッチング停止層によって覆われていることを特徴とするリッジ導波路型半導体光集積素子。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載されたリッジ導波路型半導体光集積素子であって、
前記側壁形状制御層は、前記エッチング停止層とは異なる元素の材料からなることを特徴とするリッジ導波路型半導体光集積素子。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載されたリッジ導波路型半導体光集積素子であって、
前記側壁形状制御層は、前記第二コア層とは異なる元素の材料からなることを特徴とするリッジ導波路型半導体光集積素子。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載されたリッジ導波路型半導体光集積素子であって、
前記側壁形状制御層は、前記半導体基板と同一の組成からなることを特徴とするリッジ導波路型半導体光集積素子。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載されたリッジ導波路型半導体光集積素子であって、
前記エッチング停止層は、ドーピングされたイオンを除いて、前記第二コア層と同じ元素の材料からなることを特徴とするリッジ導波路型半導体光集積素子。
【請求項８】
請求項３に記載されたリッジ導波路型半導体光集積素子であって、
前記第一コア層及び前記第二コア層の上方に形成されて光導波領域に沿って延びるクラッド層をさらに有し、
前記クラッド層は、ドーピングされたイオンを除いて、前記側壁形状制御層と同じ元素の材料であって前記第二コア層及び前記エッチング停止層とは異なる元素の材料からなり、
前記クラッド層のエッチングが、前記第二コア層及び前記エッチング停止層でストップすることを特徴とするリッジ導波路型半導体光集積素子。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載されたリッジ導波路型半導体光集積素子であって、
前記エッチング停止層及び前記第二コア層を連続的に覆う第２エッチング停止層をさらに有し、
前記エッチング停止層及び前記第２エッチング停止層は、同じ元素の材料からなることを特徴とするリッジ導波路型半導体光集積素子。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載されたリッジ導波路型半導体光集積素子であって、
前記エッチング停止層の上方に配置された回折格子をさらに有することを特徴とするリッジ導波路型半導体光集積素子。
【請求項１１】
請求項１０に記載されたリッジ導波路型半導体光集積素子であって、
前記第二コア層の上方に配置された第二回折格子をさらに有することを特徴とするリッジ導波路型半導体光集積素子。
【請求項１２】
請求項１から９のいずれか１項に記載されたリッジ導波路型半導体光集積素子であって、
前記第一コア層の下方に配置された回折格子をさらに有することを特徴とするリッジ導波路型半導体光集積素子。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか１項に記載されたリッジ導波路型半導体光集積素子であって、
前記第二コア層は、第二活性層を含む複数層からなることを特徴とするリッジ導波路型半導体光集積素子。
【請求項１４】
半導体基板上に、第一半導体光素子及び第二半導体光素子を、光軸を揃え突き合わせ接続して形成するリッジ導波路型半導体光集積素子の製造方法であって、
光を発生あるいは吸収する活性層を含む複数層からなる第一層を半導体基板上に積層する工程と、
前記第一層の上にエッチング停止層をパターニング形成する工程と、
前記エッチング停止層をマスクとして、前記第一層をエッチングして前記複数層からなる第一コア層を形成し、さらに前記エッチング停止層が前記第一コア層から庇状に突出させるように前記第一コア層にサイドエッチングを施す工程と、
マストランスポート現象によって前記半導体基板の表面形状を変化させて、前記第一コア層の側面に接触して前記エッチング停止層の下面で高さが規制されるように、側壁形状制御層を形成する工程と、
前記側壁形状制御層の前記第一コア層とは反対の側面に接触するように、前記半導体基板上に第二コア層を形成する工程と、
前記エッチング停止層及び前記第二コア層の上方に第二層を形成する工程と、
前記エッチング停止層及び前記第二コア層でエッチングがストップするエッチャントを使用して、前記第二層をエッチングしてクラッド層を形成する工程と、
を含むことを特徴とするリッジ導波路型半導体光集積素子の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載されたリッジ導波路型半導体光集積素子の製造方法であって、
前記エッチング停止層をパターニング形成する工程は、前記エッチング停止層の形成と前記エッチング停止層のパターニングを含み、
前記エッチング停止層のパターニング前に、前記エッチング停止層を形成し、前記エッチング停止層上に回折格子層を形成し、前記回折格子層上にエッチングマスクを形成し、
前記エッチングマスクを介して、前記回折格子層及び前記エッチング停止層をエッチングによってパターニングし、前記回折格子層及び前記エッチング停止層にサイドエッチングを進行させて、前記エッチングマスクを庇状に突出させ、
前記エッチング停止層及び前記第二コア層の上方に前記第二層を形成する工程は、
前記第二コア層上に前記第二層の下層部を、パターニングされた前記回折格子層に隣接する部分の高さが、前記エッチングマスクの前記庇状の部分の下面で規制されるように形成する工程と、
前記エッチングマスクを除去して、パターニングされた前記回折格子層をさらにエッチングして回折格子を形成する工程と、
前記回折格子及び前記下層を覆うように、前記第二層の上層部を形成する工程と、
を含むことを特徴とするリッジ導波路型半導体光集積素子の製造方法。
【請求項１６】
請求項１４又は１５に記載されたリッジ導波路型半導体光集積素子の製造方法であって、
前記第二コア層を、前記エッチング停止層に密着するように、前記側壁形状制御層よりも高く形成して、前記第二コア層及び前記エッチング停止層によって、前記側壁形状制御層の全体を覆わせることを特徴とするリッジ導波路型半導体光集積素子の製造方法。
【請求項１７】
請求項１４から１６のいずれか１項に記載されたリッジ導波路型半導体光集積素子の製造方法であって、
前記第二コア層を形成した後であって、前記第二層を形成する前に、前記エッチング停止層及び前記第二コア層を連続的に覆う第２エッチング停止層を形成する工程をさらに有し、
前記エッチング停止層及び前記第２エッチング停止層は、同じ元素の材料から形成することを特徴とするリッジ導波路型半導体光集積素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の半導体光素子が基板上に集積された半導体光集積素子に関し、特に、異種材料が接続される境界近傍における結晶欠陥抑制による素子の信頼性向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スマートフォンに代表されるポータブルデバイスの普及や、クラウドコンピューティングの利用拡大に伴いインターネットトラフィックが著しく増加している。このトラフィック増大に対応するため、光通信用光送受信モジュールには大容量化が要求されている。また同時に、設備投資や運用コストを抑制するため、小型化、低消費電力化、低価格化も併せて要求されている。これらの要求を満たすために、光送受信モジュールを構成する主要部品である、光源、導波路、合分波器、変調器、検出器など、複数の半導体光素子を一枚のチップ内に集積した半導体光集積素子の開発が進んでいる。複数の半導体光素子をチップ内に集積することで、個々の半導体光素子を小型で低消費電力なものにすることができ、結果として小型、低消費電力な光送受信モジュールを実現できる。さらには、半導体光集積素子を用いれば、複数の半導体光素子からモジュールを構成する場合と比較し、組み立て工程や検査工程を簡略化することができるため、低価格なモジュールを実現することもできる。
【０００３】
複数の半導体光素子が基板上に集積された半導体光集積素子では、それぞれの半導体光素子において活性層などの半導体積層構造が異なる場合がある。異なる半導体積層構造を同一基板上に集積して形成するための方法の１つとして、最初に結晶成長した半導体積層構造の一部の領域にマスクを形成し、不要部分をエッチングにより除去し、除去した領域に異なる半導体積層構造を再度結晶成長（以下、単に「再成長」という）する方法がある。異なる半導体積層構造が接続する領域では、光軸をそろえて形成されるため、本手法は一般的に突き合わせ接続（バットジョイント：ＢＪ）法と呼ばれている。ＢＪ法を用いれば、集積される半導体光素子それぞれに対して、最適な半導体積層構造を独立に設計できるため、高機能な半導体光集積素子を形成できる。さらに、それぞれの半導体光素子が光軸をそろえて突き合わせ接続されているため、素子間での光結合効率が高い半導体光集積素子を実現できる。ＢＪ部が理想的に形成されていれば、素子間での光結合効率は略１００％である。
【０００４】
しかしながら、現実的には光結合効率が略１００％の半導体光集積素子を形成することは困難である。例えばIII−V族系の化合物波導体においては、エッチングにより除去した領域に異なる半導体積層構造を再成長する工程において、ＢＪ部近傍でIII族元素が供給過剰となることと関係している。ＢＪ部近傍ではマスク上からIII族元素が拡散するため、再成長する半導体積層構造の成長速度が速く、膜厚が設計値よりも厚く形成される。このように作製された半導体光集積素子においては、はじめに形成した第一半導体光素子と、再成長を含む工程により形成した第二半導体光素子が理想的に突き合わせ接続されず、両者の光結合効率が低下する。このように、ＢＪ法を用いて作製される半導体光集積素子においては、ＢＪ部近傍での異常成長によって光結合効率が低下する課題がある。
【０００５】
上記課題を解決するための手段として、特許文献１には、ＢＪ成長前に、マスク下部に適度なサイドエッチングを施すことが記載されている。ここでは、マスク上からの選択成長効果が抑制され、光結合効率が高い平坦な接続が得られる。
【０００６】
次に集積される半導体光素子の具体的な形状について述べる。半導体光素子は電流や光を閉じ込めるための構造として、埋め込みヘテロ（ＢＨ：Buried-Hetero）構造とリッジ構造に大別される。両構造にはそれぞれ一長一短があるため、どちらの構造が優れるかは用途に依存する。ＢＨ構造とは光を放出、もしくは吸収する活性層と、それを上下から挟み込むクラッド層をエッチングし、ストライプ状のメサ構造を形成した後、除去した領域に半導体層を再成長することで、活性層を埋め込んだ構造である。活性層が上下左右とも半導体層で完全に埋め込まれているため、効率よく活性層に電流を注入できる利点がある。一方、リッジ構造とは活性層上部のクラッド層のみをエッチングすることで形成されるストライプ状のメサ構造である。活性層はエッチングされないため、メサ形成時に活性層が損傷されることはなく、高い信頼性が得られる利点がある。また、ストライプ下部とその周辺部との等価屈折率差が大きいため、光を強く閉じ込めることが出来る。
【０００７】
特許文献２には、第一半導体光素子中の第一コア層上方に設けられた第一クラッド層が第一コア層の側壁の少なくとも一部を覆ったＢＨ構造型半導体光集積素子が開示されている。
【０００８】
また、特許文献３には、第一及び第二コア間にInP層が挿入され、上記InP層の上方に保護層を備えるリッジ導波路型半導体光集積素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−２４３９６４号公報
【特許文献２】特開２０１１−２１０７６１号公報
【特許文献３】特開２００９−４４８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
発明者らは、半導体光集積素子を形成するため、III−V族の化合物半導体の多重量子井戸構造を有する半導体積層構造の一部の領域にマスクを形成し、不要部分をエッチングにより除去し、さらにウェットエッチングによりサイドエッチングを施した後、エッチング除去した領域にIII−V族の化合物半導体のバルク構造を再成長した。作製したウエハの断面を電子顕微鏡により鋭意観察したところ、一部のＢＪ部近傍において、再成長したバルク層中に結晶欠陥が発生していることを発見した。これはウェットエッチングによりサイドエッチングを施した場合、半導体積層構造を形成する複数の半導体層のエッチング速度がそれぞれ異なるため、サイドエッチングを施した側壁には複数の面方位が存在していることに起因していると考えられる。エッチング除去した領域にIII−V族の化合物半導体のバルク層を再成長した場合、面方位によってIII族元素の取り組まれ具合が異なるため、組成が異なる、すなわち格子定数が異なる複数の半導体層が成長することになる。格子定数が異なる複数の再成長層が衝突した面には結晶欠陥が発生しやすいものと考えられる。特許文献１及び２に開示されているように、結晶欠陥が存在する半導体光素子を長時間駆動すると、結晶欠陥が増殖し、素子特性が劣化する問題が生じ得る。また、一般的に、半導体光素子を駆動するための電流密度や光密度が高いほど、特性の劣化速度が速い。将来、半導体光素子を従来よりもさらに高速に駆動するために電流密度や光密度を増大させても、従来と同じく高い信頼性が確保されるよう、結晶欠陥の発生が抑制された半導体光素子の実現が望まれる。
【００１１】
特許文献２にはサイドエッチング後に熱処理を施すことで、第一導波路層上部のクラッド層を第一導波路層の側壁を覆いかぶさるように形状変化させることでＢＪ部での結晶欠陥の発生を抑制した半導体光集積素子が開示されているが、かかる素子においてリッジ構造を形成した場合、第一及び第二導波路層間に挿入された層がエッチングされることで、ＢＪ部が断絶してしまう問題が生じ得る。すなわち、かかる素子においてリッジ構造を作製すると、歩留まりが低下するおそれがある。
【００１２】
なお、特許文献３に、第一及び第二導波路層間にInP層が挿入され、上記InP層の上方に、上記InP層がリッジ構造形成時にエッチングされることを防止するための保護層を備える半導体光集積素子が開示されている。ここで、上記保護層は第一導波路層上方のうちＢＪ部近傍の一部のみ形成されており、第一導波路層全面にわたり形成されていない。よって、かかる素子においてもリッジ構造を形成した場合、第一導波路層がエッチングされる問題が生じ得るため、高い歩留まりでリッジ構造を形成することはできないおそれがある。また、上記特許文献に記載の半導体光集積素子において、第一及び第二導波路層間に挿入されたInP層の面方位や、再成長により形成された第二導波路層のＢＪ部近傍における結晶性に関する記述はない。
【００１３】
本発明の目的は、ＢＪ部での光結合効率の低下や、結晶欠陥の発生をともに抑制するとともに、リッジ構造を高い歩留まりで作製可能な、リッジ導波路型半導体光集積素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
（１）本発明に係るリッジ導波路型半導体光集積素子は、半導体基板上に、第一半導体光素子及び第二半導体光素子が、光軸を揃え突き合わせ接続して形成されたリッジ導波路型半導体光集積素子であって、前記第一半導体光素子は、光を発生あるいは吸収する活性層を含む複数層からなる第一コア層と、前記第一コア層の上方に位置するエッチング停止層と、を含んで前記半導体基板上に形成され、前記第二半導体光素子は、第二コア層を含んで前記半導体基板上に形成され、前記第一コア層の前記第二コア層と対向する側面と、前記第二コア層の前記第一コア層と対向する側面と、に接するように、側壁形状制御層が前記半導体基板上に形成され、前記側壁形状制御層は、前記第一コア層よりも少ない数の層からなり、前記エッチング停止層は、前記第一コア層の上面から前記側壁形状制御層の上面に至るように配置されていることを特徴とする。本発明によれば、側壁形状制御層は、第一コア層よりも少ない数の層からなるので、側壁形状制御層に接する第二コア層中での結晶欠陥の発生は、それが第一コア層に接する場合よりも少なくなる。また、エッチング停止層によって、側壁形状制御層が保護されている。
【００１５】
（２）（１）に記載されたリッジ導波路型半導体光集積素子であって、前記第一コア層の前記上面及び前記側壁形状制御層の前記上面は、同じ高さで面一になるように形成されていることを特徴としてもよい。
【００１６】
（３）（１）又は（２）に記載されたリッジ導波路型半導体光集積素子であって、前記第二コア層は、前記側壁形状制御層よりも高く形成されて、前記エッチング停止層に密着し、前記側壁形状制御層の全体が、前記第二コア層及び前記エッチング停止層によって覆われていることを特徴としてもよい。
【００１７】
（４）（１）から（３）のいずれか１項に記載されたリッジ導波路型半導体光集積素子であって、前記側壁形状制御層は、前記エッチング停止層とは異なる元素の材料からなることを特徴としてもよい。
【００１８】
（５）（１）から（４）のいずれか１項に記載されたリッジ導波路型半導体光集積素子であって、前記側壁形状制御層は、前記第二コア層とは異なる元素の材料からなることを特徴としてもよい。
【００１９】
（６）（１）から（５）のいずれか１項に記載されたリッジ導波路型半導体光集積素子であって、前記側壁形状制御層は、前記半導体基板と同一の組成からなることを特徴としてもよい。
【００２０】
（７）（１）から（６）のいずれか１項に記載されたリッジ導波路型半導体光集積素子であって、前記エッチング停止層は、ドーピングされたイオンを除いて、前記第二コア層と同じ元素の材料からなることを特徴としてもよい。
【００２１】
（８）（３）に記載されたリッジ導波路型半導体光集積素子であって、前記第一コア層及び前記第二コア層の上方に形成されて光導波領域に沿って延びるクラッド層をさらに有し、前記クラッド層は、ドーピングされたイオンを除いて、前記側壁形状制御層と同じ元素の材料であって前記第二コア層及び前記エッチング停止層とは異なる元素の材料からなり、前記クラッド層のエッチングが、前記第二コア層及び前記エッチング停止層でストップすることを特徴としてもよい。
【００２２】
（９）（１）から（８）のいずれか１項に記載されたリッジ導波路型半導体光集積素子であって、前記エッチング停止層及び前記第二コア層を連続的に覆う第２エッチング停止層をさらに有し、前記エッチング停止層及び前記第２エッチング停止層は、同じ元素の材料からなることを特徴としてもよい。
【００２３】
（１０）（１）から（９）のいずれか１項に記載されたリッジ導波路型半導体光集積素子であって、前記エッチング停止層の上方に配置された回折格子をさらに有することを特徴としてもよい。
【００２４】
（１１）（１０）に記載されたリッジ導波路型半導体光集積素子であって、前記第二コア層の上方に配置された第二回折格子をさらに有することを特徴としてもよい。
【００２５】
（１２）（１）から（９）のいずれか１項に記載されたリッジ導波路型半導体光集積素子であって、前記第一コア層の下方に配置された回折格子をさらに有することを特徴としてもよい。
【００２６】
（１３）（１）から（１２）のいずれか１項に記載されたリッジ導波路型半導体光集積素子であって、前記第二コア層は、第二活性層を含む複数層からなることを特徴としてもよい。
【００２７】
（１４）本発明に係るリッジ導波路型半導体光集積素子の製造方法は、半導体基板上に、第一半導体光素子及び第二半導体光素子を、光軸を揃え突き合わせ接続して形成するリッジ導波路型半導体光集積素子の製造方法であって、光を発生あるいは吸収する活性層を含む複数層からなる第一層を半導体基板上に積層する工程と、前記第一層の上にエッチング停止層をパターニング形成する工程と、前記エッチング停止層をマスクとして、前記第一層をエッチングして前記複数層からなる第一コア層を形成し、さらに前記エッチング停止層が前記第一コア層から庇状に突出させるように前記第一コア層にサイドエッチングを施す工程と、マストランスポート現象によって前記半導体基板の表面形状を変化させて、前記第一コア層の側面に接触して前記エッチング停止層の下面で高さが規制されるように、側壁形状制御層を形成する工程と、前記側壁形状制御層の前記第一コア層とは反対の側面に接触するように、前記半導体基板上に第二コア層を形成する工程と、前記エッチング停止層及び前記第二コア層の上方に第二層を形成する工程と、前記エッチング停止層及び前記第二コア層でエッチングがストップするエッチャントを使用して、前記第二層をエッチングしてクラッド層を形成する工程と、を含むことを特徴とする。本発明によれば、側壁形状制御層は、第一コア層よりも少ない数の層からなるので、側壁形状制御層に接する第二コア層中での結晶欠陥の発生は、それが第一コア層に接する場合よりも少なくなる。また、第二層をエッチングしてクラッド層を形成するときに、エッチング停止層は、側壁形状制御層がエッチングされないように保護している。
【００２８】
（１５）（１４）に記載されたリッジ導波路型半導体光集積素子の製造方法であって、前記エッチング停止層をパターニング形成する工程は、前記エッチング停止層の形成と前記エッチング停止層のパターニングを含み、前記エッチング停止層のパターニング前に、前記エッチング停止層を形成し、前記エッチング停止層上に回折格子層を形成し、前記回折格子層上にエッチングマスクを形成し、前記エッチングマスクを介して、前記回折格子層及び前記エッチング停止層をエッチングによってパターニングし、前記回折格子層及び前記エッチング停止層にサイドエッチングを進行させて、前記エッチングマスクを庇状に突出させ、前記エッチング停止層及び前記第二コア層の上方に前記第二層を形成する工程は、前記第二コア層上に前記第二層の下層部を、パターニングされた前記回折格子層に隣接する部分の高さが、前記エッチングマスクの前記庇状の部分の下面で規制されるように形成する工程と、前記エッチングマスクを除去して、パターニングされた前記回折格子層をさらにエッチングして回折格子を形成する工程と、前記回折格子及び前記下層を覆うように、前記第二層の上層部を形成する工程と、を含むことを特徴としてもよい。
【００２９】
（１６）（１４）又は（１５）に記載されたリッジ導波路型半導体光集積素子の製造方法であって、前記第二コア層を、前記エッチング停止層に密着するように、前記側壁形状制御層よりも高く形成して、前記第二コア層及び前記エッチング停止層によって、前記側壁形状制御層の全体を覆わせることを特徴としてもよい。
【００３０】
（１７）（１４）から（１６）のいずれか１項に記載されたリッジ導波路型半導体光集積素子の製造方法であって、前記第二コア層を形成した後であって、前記第二層を形成する前に、前記エッチング停止層及び前記第二コア層を連続的に覆う第２エッチング停止層を形成する工程をさらに有し、前記エッチング停止層及び前記第２エッチング停止層は、同じ元素の材料から形成することを特徴としてもよい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明により、ＢＪ部での光結合効率の低下や、結晶欠陥の発生をともに抑制するとともに、リッジ構造を高い歩留まりで作製可能な、リッジ導波路型半導体光集積素子が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体光集積素子の要部断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体光集積素子の断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る半導体光集積素子の製造方法に関する断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る半導体光集積素子の製造方法に関する断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る半導体光集積素子の製造方法に関する断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る半導体光集積素子の製造方法に関する断面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る半導体光集積素子の製造方法に関する断面図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る半導体光集積素子の他の例を示す断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る半導体光集積素子の断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る半導体光集積素子の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明の実施形態に係る半導体光集積素子について、以下に、詳細な説明をする。なお、以下に示す図は、あくまで、各実施形態の実施例を説明するものであって、図の大きさと本実施例記載の縮尺は必ずしも一致するものではない。また、同一の構成要素には同一の符号を付け、それらの説明については繰り返さない。
【００３４】
図１は本発明の実施形態に係る半導体光集積素子の一例の要部断面図を模式的に示す図である。
【００３５】
図１に示す半導体光集積素子は基板１の（００１）面上方に形成された第一半導体光素子２０１及び第二半導体光素子２０２を有している。第一半導体光素子２０１は光を発生、または吸収する活性層３を含む第一コア層２と第一コア層２０３上方に形成された第一クラッド層５を含んでいる。また、第二半導体光素子２０２は第二コア層７と、第二コア層７上方に形成された第二クラッド層８とを含んでいる。
【００３６】
第一半導体光素子２０１及び第二半導体光素子２０２は基板の［１１０］方向、または［１-１０］方向（例えば図１の左右方向）に延伸するストライプ状のメサ部を有しており、ストライプ長手方向に互いに対向するように形成されている。
【００３７】
本発明の実施形態に係る半導体光集積素子の特徴の１つ目は、ストライプ状のメサ部下方の第一コア層２において、第二コア層７に対向する側壁の少なくとも一部に側壁形状制御層６が設けられており、第二コア層７の側壁と接続している点である。好ましくは、第二コア層７に対向する第一コア層２の側壁の全面に側壁形状制御層６が設けられており、側壁形状制御層６の第二コア層７と接続する面が（１００）面、（１０１）面、（０１０）面、（０１１）面のいずれかの面である。
【００３８】
側壁形状制御層６が設けられていない従来の半導体光集積素子においては、上述したように第一コア層と第二コア層が直接接合したＢＪ部近傍において、第二コア層中に結晶欠陥が発生しやすい。ＢＪ部近傍の第二コア層中に存在する結晶欠陥は、半導体光集積素子に長時間通電したとき、半導体光集積素子の駆動条件によっては第一コア層中にまで増殖し得る。第一コア層中への結晶欠陥の増殖は、半導体光集積素子の特性劣化や、さらには故障を引き起こす。一方、側壁形状制御層６が設けられた本発明の実施形態における半導体光集積素子においては、ＢＪ部近傍において、第二コア層７中に結晶欠陥が発生しにくい。これは第二コア層７を再成長により形成させるときに、側壁形状制御層６の側壁の面方位の数が、複数層からなる第一コア層２の面方位の数よりも少ない（例えば１つのみ）であるため、ＢＪ部近傍において格子定数が異なる複数の成長面が衝突することがないためである。よって、本発明の実施形態における半導体光集積素子においては、素子特性の経年劣化が抑制される。
【００３９】
ここでは、第二コア層７に対向する第一コア層２の側壁の全面に側壁形状制御層６が設けられており、側壁形状制御層６の第二コア層７と接続する面が（１００）面、（１０１）面、（０１０）面、（０１１）面のいずれかの１つの面のみである理想的な場合について述べたが、第一コア層２の側壁の一部（ただし複数層）のみに側壁形状制御層６が設けられた場合や、側壁形状制御層６の第二コア層７と接続する面が複数の面方位（ただし第一コア層２よりも少ない数の面方位）からなる場合でも、結晶欠陥の発生を抑制し、結果として素子特性の経年劣化を抑制する効果をもたらす。
【００４０】
再成長により形成する第二コア層７のＢＪ部近傍における結晶性は、再成長させる側壁形状のみではなく、側壁を構成する材料にも依存するため、側壁形状制御層６の材料を適切に選択することで結晶性が改善される。例えば第一コア層２及び第二コア層７がそれぞれ、InGaAlAs系材料、InGaAsP系材料からなるとき、側壁形状制御層６をInP材料とすればＢＪ部近傍での結晶性が改善される。InGaAlAs系材料とInGaAsP系材料が直接接続するＢＪ部近傍においては、InGaAlAs系材料が酸化されやすいことに起因し結晶欠陥が発生しやすいのに対し、InP材料とInGaAsP系材料が接続するＢＪ部には欠陥は発生しにくい。
【００４１】
また、仮にInGaAsP系材料中に結晶欠陥が発生したとしても、InGaAsP系材料とInGaAlAs系材料の間に挿入されたInP層が、欠陥がInGaAlAs系材料にまで増殖することを防止するため、素子特性の経年劣化が抑制される。
【００４２】
本発明の実施形態に係る半導体光集積素子の特徴の２つ目は、第一コア層２と側壁形状制御層６の上方に、第一コア層２と側壁形状制御層６の全面にわたりエッチング停止層４が設けられており、エッチング停止層４と第二コア層７が接続（接触）している点である。
【００４３】
第一コア層２がInGaAlAs系材料からなり、第一コア層２の側壁のうち第二コア層７に対向する側壁にInP材料からなる側壁形状制御層６が形成された半導体光集積素子においては、ストライプ状のメサ部を形成した場合、第一コア層２及び側壁形状制御層６がエッチングされる問題が生じ得る。エッチング停止層４は、メサ部を形成する工程において、第一コア層２と側壁形状制御層６がエッチングされることを防ぎ、側壁形状制御層６が備えられたリッジ構造型半導体光集積素子を高い歩留まりで作製することを可能とする。
【００４４】
以下、半導体光集積素子について、より具体的に説明する。
【００４５】
［第１の実施形態］
まず、第一の実施例について説明する。
【００４６】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る半導体光集積素子の断面図である。当該実施形態に係る半導体光集積素子は、１．３μｍ帯、または１．５μｍ帯の光を発生するInGaAlAs系量子井戸層からなる活性層を含む分布帰還型レーザ（Distributed-Feedback Lasers、以降ＤＦＢレーザ）と、InGaAsP系バルク層を含むパッシブ光導波路が集積されたリッジ構造型光導波路集積ＤＦＢレーザである。
【００４７】
当該実施形態に係る半導体光集積素子は、図２に示す通り、ｎ型InP半導体基板１０１の（００１）面上に形成されており、ｎ型InGaAlAs光ガイド層１０２、InGaAlAs多重量子井戸活性層１０３、ｐ型InGaAlAs光ガイド層１０４、ｐ型InAlAs電子ストップ層１０５、ｐ型InGaAsPエッチング停止層１０６、ｐ型InPスペーサ層１０７、ｐ型InGaAsP回折格子層１０８、ｐ型InPクラッド層１１２及びｐ型InGaAsコンタクト層１１３からなる半導体多層が形成されたＤＦＢレーザと、ノンドープInGaAsP光導波路層１１０、ノンドープInP層１１１及びｐ型InPクラッド層１１２からなる半導体多層が形成された光導波路が集積されている。ここで、ノンドープInGaAsP光導波路層１１０は、組成波長が異なる複数層からなるInGaAsP積層膜であってもよい。また、ノンドープInP層１１１はＦｅやＲｕなどがドープされた半絶縁性InP層であってもよい。各層において、ｐ型層、ｎ型層はそれぞれ、例えば、Ｚｎ，Ｓｉがドーピングされている。
【００４８】
ｐ型InPクラッド層１１２及びｐ型InGaAsコンタクト層１１３は、光導波路領域の上方領域の両側には存在せず、図２では左右方向に延びるストライプ状のメサ部となっている。上記メサ部はｎ型InP半導体基板１の［１１０］方向、または［１-１０］方向に延伸している。
【００４９】
当該実施形態の主な特徴は、ストライプ状のメサ部下方のInGaAlAs量子井戸活性層１０３の、ノンドープInGaAsP光導波路層１１０に対向する側壁に、ｎ型InP側壁形状制御層１０９が設けられており、ｎ型InP側壁形状制御層１０９がノンドープInGaAsP光導波路層１１０と接続している点である。
【００５０】
ここで、ｎ型InP側壁形状制御層１０９は、ｎ型InGaAlAs光ガイド層１０２、InGaAlAs多重量子井戸活性層１０３、ｐ型InGaAlAs光ガイド層１０４及びｐ型InAlAs電子ストップ層１０５から形成される側壁（ノンドープInGaAsP光導波路層１１０と対向する側壁）の全領域と接続していることが好ましいが、少なくともＩｎＧａＡｌＡ多重量子井戸活性層１０３のノンドープInGaAsP光導波路層１１０と対向する側壁の全領域と接続していればよい。
【００５１】
また、ｎ型InP側壁形状制御層１０９のノンドープInGaAsP光導波路層１１０と対向する側壁は全領域にわたって、例えば（１００）など１つの面方位であることが好ましいが、それに限ったことではない。
【００５２】
ｎ型InP側壁形状制御層１０９とInGaAlAs多重量子井戸活性層１０３とが接続する側面から、ｎ型InP側壁形状制御層１０９とノンドープInGaAsP光導波路層１１０とが接続する側面までの長さ、すなわちｎ型InP側壁形状制御層１０９のメサ長手方向への厚さ（幅）は、素子の長期信頼性と、素子の初期特性を考慮し適宜決定すればよい。ｎ型InP側壁形状制御層１０９のメサ長手方向への厚さが薄いほど、ＤＦＢレーザと光導波路間の光結合効率が大きいため、素子の初期特性は良好であるが、薄すぎるとＢＪ部近傍における結晶欠陥の発生を抑制する効果が小さく、素子の信頼性は向上しない。具体的にはｎ型InP側壁形状制御層１０９のメサ長手方向への厚さは３０ｎｍから７００ｎｍ程度であればよい。より好ましくは１００ｎｍから５００ｎｍである。
【００５３】
当該実施形態のその他の特徴は、ｐ型InGaAsPエッチング停止層１０６がInGaAlAs多重量子井戸活性層１０３とｎ型InP側壁形状制御層１０９上部の全領域に設けられており、ｐ型InGaAsPエッチング停止層１０６がノンドープInGaAsP光導波路層１１０と接続（接触）している点である。
【００５４】
ここで、ＢＪ部近傍において、ｎ型InP半導体基板１０１上面からノンドープInGaAsP光導波路層１１０のｎ型InP半導体基板１０１と反対側の表面までの長さは、ｎ型InP半導体基板１０１上面からｐ型InGaAsPエッチング停止層１０６のｎ型InP半導体基板１０１と反対側の表面までの長さと略等しいことが好ましいが、少なくともｎ型InP半導体基板１０１上面からｐ型InGaAsPエッチング停止層１０６のｎ型InP半導体基板１０１側の表面までの長さよりも長ければ良い。
【００５５】
当該実施形態に係る半導体光集積素子は、ＢＪ部近傍での結晶欠陥の発生、及びInGaAlAs多重量子井戸活性層１０３中への欠陥増殖が抑制され、素子の信頼性が向上している。また、本素子には、ｐ型InGaAsPエッチング停止層１０６がｎ型InP側壁形状制御層１０９上部に設けられているので、ＢＪ部の断絶不良も発生せず、高い歩留まりで作製可能であり、さらには光が、InGaAlAs多重量子井戸活性層１０３からノンドープInGaAsP光導波路層１１０方向に進行するとき、InGaAsP光導波路層１１０と同じ材料からなるｐ型InGaAsPエッチング停止層１０６を介することで、高い効率でノンドープInGaAsP光導波路層１１０に進行することができる。
【００５６】
当該実施形態に係る半導体光集積素子は、信頼性が高い素子を、高い歩留まりで作製可能であり、光通信用高速直接変調レーザに好適である。
【００５７】
次に、当該実施形態に係る半導体光集積素子の製造方法を、以下に説明する。
【００５８】
図３に示すように、ｎ型InP半導体基板１０１上に、有機金属気相成長法などを用いて、ｎ型InGaAlAs光ガイド層１０２、InGaAlAs多重量子井戸活性層１０３、ｐ型InGaAlAs光ガイド層１０４、ｐ型InAlAs電子ストップ層１０５、ｐ型InGaAsPエッチング停止層１０６、ｐ型InPスペーサ層１０７、ｐ型InGaAsP回折格子層１０８を順に積層し、半導体多層を形成する。例えば、これら半導体層の厚さはそれぞれ、１００ｎｍ、１００ｎｍ、２０ｎｍ、２０ｎｍ、２０ｎｍ、２０ｎｍ、５０ｎｍ程度である。また、InGaAlAs多重量子井戸活性層１０３を所望の波長の光を放出させることが可能なものとする。ここで、半導体多層表面には表面保護のため、図示しないｐ型InPキャップ層も合わせて積層しておいてもよい。
【００５９】
次に、ウエハ表面のうち、レーザが形成される領域を覆うようにＳｉＯ２マスク１２５を形成する。ここでＳｉＯ２マスク１２５の外周端部のうち、光導波路が形成される領域との接合部は、ｎ型InP半導体基板１０１の（１００）面、もしくは（０１０）面から±１０°以内の角度である。
【００６０】
図４に示すように、ＳｉＯ２マスク１２５をエッチングマスクとして、ｐ型InGaAsP回折格子層１０８、ｐ型InPスペーサ層１０７、ｐ型InGaAsPエッチング停止層１０６をエッチングする。
【００６１】
図５に示すように、ｐ型InAlAs電子ストップ層１０５、ｐ型InGaAlAs光ガイド層１０４、InGaAlAs多重量子井戸活性層１０３、ｎ型InGaAlAs光ガイド層１０２をエッチング除去する。
【００６２】
ここで、それぞれの層には適切な量のサイドエッチングが施されているようにする。例えば、図５に示すように、ＳｉＯ２マスク１２５の側壁よりも内側にｐ型InGaAsP回折格子層１０８の側壁が形成されており、ＳｉＯ２マスク１２５が庇形状になっている。ＳｉＯ２マスク１２５の庇長さを適宜設定することで、エッチングにより除去した領域への再成長時にＳｉＯ２マスク１２５周辺での異常成長を抑制することが出来る。なお、ＳｉＯ２マスク１２５の庇が長すぎるとＢＪ部近傍においてノンドープInP層１１１の上面が窪み、短すぎるとノンドープInP層１１１の上面が膨らむ。
【００６３】
また、図５に示すように、ｐ型InGaAsPエッチング停止層１０６の側壁よりも内側にｐ型InAlAs電子ストップ層１０５の側壁が形成されており、ｐ型InGaAsPエッチング停止層１０６が庇形状になっているようにする。また、ｐ型InGaAsPエッチング停止層１０６の庇長さを適宜設定することで、ｎ型InP側壁形状制御層１０９のメサ長手方向への厚さ（幅）を調整することが出来る。
【００６４】
例えば、ＳｉＯ２マスク１２５及びｐ型InGaAsPエッチング停止層１０６の庇長さをともに３００ｎｍ程度となるように形成する。このような２段の庇形状は２種類のエッチャントを用い、２回のウェットエッチングによって形成することが可能である。
【００６５】
次に、図６に示すように、ウエハを成長炉内に導入し、ホスフィン（ＰＨ３）雰囲気中で熱処理を加える。ここで熱処理の温度、時間は、例えば６５０℃、１０分程度とする。このとき、ｎ型InP半導体基板１０１表面からのＰ原子の脱離が生じることによって、Ｉｎ原子の表面拡散が起こり，表面エネルギーが最低になる形状に固体表面の形状が変化する、いわゆるマストランスポート現象が生じることによって、エッチングにより露出したｎ型InGaAlAs光ガイド層１０２、InGaAlAs多重量子井戸活性層１０３、ｐ型InGaAlAs光ガイド層１０４、ｐ型InAlAs電子ストップ層１０５の側壁に、ｎ型InP側壁形状制御層１０９が形成される。ｎ型InP側壁形状制御層１０９は、組成変化が生じない2元系材料であるため欠陥が少ない。本実施例で示すように、側壁形状制御層を通常の有機金属気相成長法などを用いた結晶成長による形成しないで、ｎ型InP半導体基板１０１からのマストランポート現象を利用することで、安価に側壁形状制御層を形成することが出来る。本実施例ではｎ型InP半導体基板における例を示したが、半導体基板はこれに限定されることはなく、マストランポート現象が生じさせれば、同様に側壁形状制御層を形成することが出来る。
【００６６】
次に、図７に示すように、ノンドープInGaAsP光導波路層１１０及びノンドープInP層１１１を、有機金属気相成長法などによって順次積層する。有機金属気相成長法の性質から、ＳｉＯ２マスク１２５の上には、光導波路層１１０及びノンドープInP層１１１が形成されない。光導波路層１１０は、成長時間を制御することで、ｐ型InGaAsPエッチング停止層１０６の上面と面一になっている。ノンドープInP層１１１の成長は、ＳｉＯ２マスク１２５の下方ではＳｉＯ２マスク１２５の下面で止まる。  ｎ型InP側壁形状制御層１０９と光導波路層１１０は密着し、光導波路層１１０とｐ型InGaAsPエッチング停止層１０６も密着している。相互に密着した光導波路層１１０とｐ型InGaAsPエッチング停止層１０６によって、ｎ型InP側壁形状制御層１０９が保護されている。ノンドープInP層１１１は、ｐ型InPスペーサ層１０７及びｐ型InGaAsP回折格子層１０８と密着するが、ＳｉＯ２マスク１２５とは物理的には密着するが化学結合はしない。
【００６７】
次にウエハを成長炉内から取り出した後、ＳｉＯ２マスク１２５を除去する。次に、回折格子を形成するためのマスクを形成し、ｐ型InGaAsP回折格子層１０８をエッチングして、所望の位置に回折格子を形成する。
【００６８】
その後、再度ウエハを成長炉内に導入し、図２に示すように、ウエハ全面にｐ型InPクラッド層１１２及びｐ型InGaAsコンタクト層１１３を積層する。以上でウエハの成長工程が完了する。
【００６９】
以降の作製工程は通常のリッジ構造型半導体光集積素子の作製プロセスと同様である。すなわち、一部領域のｐ型InPクラッド層１１２、ｐ型InGaAsコンタクト層１１３のエッチングによるストライプ状メサ部の形成、電流注入領域以外のｐ型InGaAsコンタクト層１１３の除去、ｐ型InGaAsコンタクト層１１３以外への絶縁膜形成、ｐ側電極１１４及びｎ側電極１１５の形成、端面保護膜形成などの工程によって素子が完成する。ここで、電流注入領域とは一般的にInGaAlAs多重量子井戸活性層１０３上方のメサ部上面である。以上、リッジ構造型光導波路集積ＤＦＢレーザの製造方法について説明した。
【００７０】
ここでは回折格子層１０８がInGaAlAs多重量子井戸活性層１０３より上方に形成された素子について説明したが、回折格子層の位置はそれに限ったことではなく、InGaAlAs多重量子井戸活性層とｎ型InP基板の間の領域に形成されていてもよい。一例を図８に示す。
【００７１】
図８に示すように、ｎ型InP基板上１０１にｎ型InGaAsP回折格子層１０６を積層し、次に、マスク形成、エッチングなどによりレーザが形成される領域に回折格子を形成する。その後、ウエハ全面にｎ型InPスペーサ層１１７、ｎ型InGaAlAs光ガイド層１０２、InGaAlAs多重量子井戸活性層１０３、ｐ型InGaAlAs光ガイド層１０４、ｐ型InAlAs電子ストップ層１０５、ｐ型InGaAsPエッチング停止層１０６を積層する。次に、レーザが形成される領域にマスクを形成し、不要部分のｐ型InGaAsPエッチング停止層１０６、ｐ型InAlAs電子ストップ層１０５、ｐ型InGaAlAs光ガイド層１０４、InGaAlAs多重量子井戸活性層１０３、InGaAlAs光ガイド層１０２をエッチング除去する。次に、エッチング除去した領域にノンドープInGaAsP光導波路層１１０を形成し、マスクを除去した後、ウエハ全面にｐ型InPクラッド層１１２及びｐ型InGaAsコンタクト層１１３からなる半導体多層を形成することで作製される。ここでマスクを除去した後、ウエハ全面にｐ型InGaAsP第二エッチング停止層１３０を積層した後、ｐ型InPクラッド層１１２及びｐ型InGaAsコンタクト層１１３を積層しても良く、その場合、ノンドープInGaAsP光導波路層１１０とｐ型InGaAsPエッチング停止層１０６の間に隙間があっても、ｐ型ＩｎＧaＡｓＰ第二エッチング停止層１３０によって、より確実にメサ形成時のＢＪ部断絶を防ぐことができる。
【００７２】
当該実施形態に係る半導体光集積素子の動作は従来と同様である。すなわち、ｐ側電極１１４に正バイアス、ｎ側電極１１５に負バイアスをそれぞれ加えると、電流が光導波路に集中して流れる。そして活性層の光導波路領域に電子と正孔が注入され、両者の再結合により発光が生じる。さらに、電流を増加していくとある電流値以上でレーザ発振に至る。
【００７３】
このようにして作製した素子は５ｍＡでレーザ発振し、２５ＧＨｚでの良好な変調特性を示した。また、素子の作製歩留まりも高かった。さらに、長時間動作しても素子特性は劣化せず高い素子信頼性を示した。
【００７４】
［第２の実施形態］
次に、第２の実施例について説明する。
【００７５】
図９は、本発明の第２の実施形態に係る半導体光集積素子の断面図である。当該実施形態に係る半導体光集積素子は、１．３μｍ帯、または１．５μｍ帯の光を発生するInGaAlAs系量子井戸層からなる活性層を含む分布帰還型レーザ（Distributed-Feedback Lasers、以降ＤＦＢレーザ）と、InGaAsP系バルク層を含む分布ブラッグ反射器（Distributed Bragg Reflector、以降ＤＢＲ）が集積されたリッジ構造型ＤＲレーザである。
【００７６】
第２の実施形態の説明図において、第１の実施形態の説明図における同一の構成要素には同一の符号を付す。
【００７７】
当該実施形態に係る半導体光集積素子は、図９に示す通り、ｎ型InP半導体基板１０１の（００１）面上に形成されており、ｎ型InGaAlAs光ガイド層１０２、InGaAlAs多重量子井戸活性層１０３、ｐ型InGaAlAs光ガイド層１０４、ｐ型InAlAs電子ストップ層１０５、ｐ型InGaAsPエッチング停止層１０６、ｐ型InPスペーサ層１０７、ｐ型InGaAsP回折格子層１０８、ｐ型InPクラッド層１１２及びｐ型InGaAsコンタクト層１１３からなる半導体多層が形成されたＤＦＢレーザと、ノンドープInGaAsP光導波路層１１０、ノンドープInPクラッド層１１１、ノンドープInGaAsP回折格子層１１８、ｐ型InPクラッド層１１２からなる半導体多層が形成されたＤＢＲが集積されている。ここで、ノンドープInGaAsP光導波路層１１０は、組成波長が異なる複数層からなるInGaAsP積層膜であってもよい。また、ノンドープInP層１１１はＦｅやＲｕなどがドープされた半絶縁性InP層であってもよい。各層において、ｐ型層、ｎ型層はそれぞれ、例えば、Ｚｎ，Ｓｉがドーピングされている。
【００７８】
当該実施形態に係る半導体光集積素子の製造方法では、ノンドープInGaAsP光導波路層１１０、ノンドープInPクラッド層１１１、ノンドープInGaAsP回折格子層１１８を順次積層する。そして、エッチングにより、ｐ型InGaAsP回折格子層１０８とノンドープInGaAsP回折格子層１１８の所望の位置に回折格子を形成する。ここで、ｐ型InGaAsP回折格子層１０８とノンドープInGaAsP回折格子層１１８表面に形成された回折格子の周期が異なっていてもよい。
【００７９】
当該実施形態に係る半導体光集積素子は、一般的に、第一実施形態に係る半導体光集積素子よりも低電流でレーザ発振に至る。
【００８０】
このようにして作製した素子は３ｍＡでレーザ発振し、２５ＧＨｚでの良好な変調特性を示した。また、素子の作製歩留まりも高かった。さらに、長時間動作しても素子特性は劣化せず高い素子信頼性を示した。その他の内容は、第１の実施形態で説明した内容が該当する。
【００８１】
［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態について説明する。
【００８２】
図１０は、本発明の第３の実施形態に係る半導体光集積素子の断面図である。当該実施形態に係る半導体光集積素子は、１．３μｍ帯、または１．５μｍ帯の光を発生するInGaAlAs系量子井戸層からなる活性層を含む分布帰還型レーザ（Distributed-Feedback Lasers、以降ＤＦＢレーザ）と、ＤＦＢレーザから発生する光を吸収可能なInGaAsP系量子井戸層からなる活性層を含む電界吸収型光変調器（Electro-Absorption optical modulator、以降ＥＡ変調器）が集積されたリッジ構造型光変調器集積レーザである。
【００８３】
第３の実施形態の説明図において、第１及び２の実施形態の説明図における同一の構成要素には同一の符号を付す。
【００８４】
当該実施形態に係る半導体光集積素子は、図１０に示す通り、ｎ型InP半導体基板１０１の（００１）面上に形成されており、ｎ型InGaAlAs光ガイド層１０２、InGaAlAs多重量子井戸活性層１０３、ｐ型InGaAlAs光ガイド層１０４、ｐ型InAlAs電子ストップ層１０５、ｐ型InGaAsPエッチング停止層１０６、ｐ型InPスペーサ層１０７、ｐ型InGaAsP回折格子層１０８、ｐ型InPクラッド層１１２及びｐ型InGaAsコンタクト層１１３からなる半導体多層が形成されたＤＦＢレーザと、ｎ型InGaAsP光ガイド層１１９、InGaAsP多重量子井戸活性層１２０、ｐ型InGaAsP光ガイド層１２１、ｐ型InPクラッド層１２２、ｐ型InPクラッド層１１２及びｐ型InGaAsコンタクト層１２３からなる半導体多層が形成されたＥＡ変調器が集積されている。各層において、ｐ型層、ｎ型層はそれぞれ、例えば、Ｚｎ，Ｓｉがドーピングされている。
【００８５】
ｐ型InPクラッド層１１２、ｐ型InGaAsコンタクト層１１３及び１２２は、光導波路領域の両側には存在せず、図１０では左右方向に延びるストライプ状のメサ部となっている。上記メサ部はｎ型InP半導体基板１０１の［１１０］方向、または［１-１０］方向に延伸している。
【００８６】
当該実施形態の主な特徴は、ストライプ状のメサ部下方のInGaAlAs多重量子井戸活性層１０３の、InGaAsP多重量子井戸活性層１２０に対向する側壁に、ｎ型InP側壁形状制御層１０９が設けられており、ｎ型InP側壁形状制御層１０９がInGaAsP多重量子井戸活性層１２０と接続している点である。
【００８７】
ここで、ｎ型InP側壁形状制御層１０９は、ｎ型InGaAlAs光ガイド層１０２、InGaAlAs多重量子井戸活性層１０３、ｐ型InGaAlAs光ガイド層１０４及びｐ型InAlAs電子ストップ層１０５から形成される側壁（InGaAsP多重量子井戸活性層１２０と対向する側壁）の全領域と接続していることが好ましいが、少なくともInGaAlAs多重量子井戸活性層１０３のInGaAsP多重量子井戸活性層１２０と対向する側壁の全領域と接続していればよい。
【００８８】
また、ｎ型InP側壁形状制御層１０９のInGaAsP多重量子井戸活性層１２０と対向する側壁は全領域にわたって、例えば（１００）面など１つの面方位であることが好ましいが、それに限ったことではない。
【００８９】
ｎ型InP側壁形状制御層１０９とInGaAlAs多重量子井戸活性層１０３とが接続する側面から、ｎ型InP側壁形状制御層１０９とInGaAsP多重量子井戸活性層１２０とが接続する側面までの長さ、すなわちｎ型InP側壁形状制御層１０９のメサ長手方向への厚さ（幅）は、素子の長期信頼性と、素子の初期特性を考慮し適宜決定すればよい。ｎ型InP側壁形状制御層１０９のメサ長手方向への厚さが薄いほど、ＤＦＢレーザとEA変調器間の光結合効率が大きいため素子初期特性は良好であるが、薄すぎるとＢＪ部近傍における結晶欠陥の発生を抑制する効果が薄く、素子の信頼性は向上しない。具体的にはｎ型InP側壁形状制御層１０９のメサ長手方向への厚さは３０ｎｍから７００ｎｍ程度であればよい。より好ましくは１００ｎｍから５００ｎｍである。
【００９０】
当該実施形態のその他の特徴は、ｐ型InGaAsPエッチング停止層１０６がInGaAlAs多重量子井戸活性層１０３とｎ型InP側壁形状制御層１０９上部の全領域に設けられており、ｐ型InGaAsPエッチング停止層１０６がｐ型InGaAsP光ガイド層１２１と接続（接触）している点である。
【００９１】
ここで、ＢＪ部近傍において、ｎ型InP半導体基板１０１上面からｐ型InGaAsP光ガイド層１２１のｎ型InP半導体基板１０１と反対側の表面までの長さは、ｎ型InP半導体基板１０１上面からｐ型InGaAsPエッチング停止層１０６のｎ型InP半導体基板１０１と反対側の表面までの長さと略等しいことが好ましいが、少なくともｎ型InP半導体基板１０１上面からｐ型InGaAsPエッチング停止層１０６のｎ型InP半導体基板１０１側の表面までの長さよりも長ければ良い。その他の内容は、第１の実施形態で説明した内容が該当する。
【００９２】
当該実施形態に係る半導体光集積素子の製造方法では、ｎ型InGaAsP光ガイド層１１９、InGaAsP多重量子井戸活性層１２０、ｐ型InGaAsP光ガイド層１２１、ｐ型InP光クラッド層１２２を順次積層する。その他のプロセスは、InGaAｓP多重量子井戸活性層１２０上方のメサ部上面にp型InGaAsコンタクト層１２３をパターニング形成し、さらにｐ型InGaAsコンタクト層１２３の上面にｐ側電極１２４を形成することを除いて第１の実施形態で説明した内容が該当する。以上、リッジ構造型変調器集積ＤＦＢレーザの製造方法について説明した。
【００９３】
当該実施形態に係る半導体光集積素子の動作は、第１の実施形態で説明した内容に加えて、ｐ側電極１２４に負バイアスを加えると、光変調器で光が吸収されることで、光出力が弱くなる。
【００９４】
このようにして作製した素子は２５ＧＨｚでの良好な変調特性を示した。また、素子の作製歩留まりも高かった。さらに、長時間動作しても素子特性は劣化せず高い素子信頼性を示した。
【００９５】
ここでは、電界吸収型光変調器の活性層がInGaAsP系量子井戸層からなる実施形態を例にして説明したが、活性層の材料はそれに限ったことではなく、例えばInGaAlAs系量子井戸層からなっていてもよい。その場合、ｎ型InGaAsP光ガイド層１１９、ｐ型InGaAsP光ガイド層１２１をそれぞれ、ｎ型InGaAlAs光ガイド層、ｐ型InGaAlAs光ガイド層とすればよい。
【００９６】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、実施形態で説明した構成は、実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。
【符号の説明】
【００９７】
１  半導体基板、２  第一コア層、３  活性層、４  エッチング停止層、５  第一クラッド層、６  側壁形状制御層、７  第二コア層、８  第二クラッド層、１０１  ｎ型InP基板、１０２  ｎ型InGaAlAs光ガイド層、１０３  InGaAlAs多重量子井戸活性層、１０４  ｐ型InGaAlAs光ガイド層、１０５  ｐ型InAlAs電子ストップ層、１０６  ｐ型InGaAsPエッチング停止層、１０７  ｐ型InPスペーサ層、１０８  ｐ型InGaAsP回折格子層、１０９  ｎ型InP側壁形状制御層、１１０  ノンドープInGaAsP光導波路層、１１１  ノンドープInPクラッド層、１１２  ｐ型InPクラッド層、１１３  ｐ型InGaAsコンタクト層、１１４  ｐ側電極、１１５  ｎ側電極、１１６  ｎ型InGaAsP回折格子層、１１７  ｎ型InPスペーサ層、１１８  ノンドープInGaAsP回折格子層、１１９  ｎ型InGaAsP光ガイド層、１２０  InGaAsP多重量子井戸活性層、１２１  ｐ型InGaAsP光ガイド層、１２２  ｐ型InPクラッド層、１２３  ｐ型InGaAsコンタクト層、１２４  ｐ側電極、１２５  マスク、１３０  ｐ型InGaAsPエッチング停止層、２０１  第一半導体光素子、２０２  第二半導体光素子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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