(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の上方に形成され、量子ドットを有する活性層を備えた光導波路と
を含み、
前記光導波路は、ＴＥモード偏波利得の方がＴＭモード偏波利得よりも大きい第１の領域と、ＴＭモード偏波利得の方がＴＥモード偏波利得よりも大きい第２の領域とを備えており、
前記第２の領域の長さは、全体としてＴＥモード偏波利得とＴＭモード偏波利得との差が所定範囲内となる長さであり、
前記第１の領域の方向が（１−１０）面に平行であり、前記第２の領域の方向が（１１０）面に平行であることを特徴とする光半導体装置。
【請求項２】
半導体基板と、
前記半導体基板の上方に形成され、量子ドットを有する活性層を備えた光導波路と
を含み、
前記光導波路は、ＴＥモード偏波利得の方がＴＭモード偏波利得よりも大きい第１の領域と、ＴＭモード偏波利得の方がＴＥモード偏波利得よりも大きい第２の領域とを備えており、
前記第２の領域の長さは、全体としてＴＥモード偏波利得とＴＭモード偏波利得との差が所定範囲内となる長さであり、
前記第１の領域の方向が（１−１０）面から６°〜９°傾斜しており、前記第２の領域の方向が（１１０）面から６°〜９°傾斜していることを特徴とする光半導体装置。
【請求項３】
前記光導波路は、２箇所の前記第２の領域を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光半導体装置。
【請求項４】
前記第１の領域に対応した第１の電極と、
前記第２の領域に対応した第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間の屈曲部分に対応した、前記第１の電極及び前記第２の電極と独立な第３の電極と
を更に含み、
前記第１の電極、前記第２の電極、及び前記第３の電極は、各々独立に電流注入されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光半導体装置。
【請求項５】
半導体基板と、
前記半導体基板の上方に形成され、量子ドットを有する活性層を備えた光導波路と
を含む光半導体装置の製造方法であって、
ＴＥモード偏波利得の方がＴＭモード偏波利得よりも大きい第１の領域と、ＴＭモード偏波利得の方がＴＥモード偏波利得よりも大きい第２の領域とを備えた前記光導波路を形成する第１の工程と、
前記光導波路のＴＭモード偏波利得及びＴＥモード偏波利得を測定する第２の工程と、
前記測定の結果に基づいて、前記第２の領域を、前記ＴＥモード偏波利得と前記ＴＭモード偏波利得との差が所定範囲内となる長さに規定してへき開し、前記第２の領域の端部にへき開面を形成する第３の工程と
を含み、
前記光導波路は、前記第１の領域の方向が（１−１０）面に平行であり、前記第２の領域の方向が（１１０）面に平行であることを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【請求項６】
半導体基板と、
前記半導体基板の上方に形成され、量子ドットを有する活性層を備えた光導波路と
を含む光半導体装置の製造方法であって、
ＴＥモード偏波利得の方がＴＭモード偏波利得よりも大きい第１の領域と、ＴＭモード偏波利得の方がＴＥモード偏波利得よりも大きい第２の領域とを備えた前記光導波路を形成する第１の工程と、
前記光導波路のＴＭモード偏波利得及びＴＥモード偏波利得を測定する第２の工程と、
前記測定の結果に基づいて、前記第２の領域を、前記ＴＥモード偏波利得と前記ＴＭモード偏波利得との差が所定範囲内となる長さに規定してへき開し、前記第２の領域の端部にへき開面を形成する第３の工程と
を含み、
前記光導波路は、前記第１の領域の方向が（１−１０）面から６°〜９°傾斜しており、前記第２の領域の方向が（１１０）面から６°〜９°傾斜していることを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光半導体装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
量子ドット活性層を備えた半導体光増幅器（Semiconductor Optical Amplifier：ＳＯＡ）は、パターン効果が小さく利得帯域の広い素子が実現できるため、その実用化が望まれている。
ところが、通常の量子ドットは偏波依存性を有している。そのため、量子ドット形状を制御してＳＯＡの偏波無依存化を実現すべく、量子ドット形状の制御で偏波状態を変化させ、設計した波長範囲内で偏波間利得差を１ｄＢ以下に抑える必要があった。現在、量子ドットを成長方向に積層させたコラムナ量子ドットが開発され、これを用いた偏波無依存のＳＯＡが実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−７６６６９号公報
【特許文献２】特開２００７−９４１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
コラムナ量子ドットの偏波特性は、成長条件に敏感に変化してしまい、ロット間、基板間に大きなばらつきが生じる。そのため、偏波無依存のＳＯＡは、その歩留まりが極めて低い状態であった。歩留まりを改善する手法としては、実際の製造プロセスに先立って、量子ドット活性層の成長条件を決定するための偏波評価を行う方法がある。この手法は、半導体基板上に量子ドット活性層を成長した状態で、端面からの偏波をＴＥ方向、ＴＭ方向に分解してその強度比を求め、実験的に導出したＳＯＡの偏波間強度差から偏波無依存となる成長条件を導き出すものである。この手法を用いることにより、ＳＯＡの動作時に近い状態で正確な評価が可能となり、ロット間で生じる各製造ロット毎の歩留まりを向上させることができる。
【０００５】
偏波無依存のＳＯＡでは、ＴＥモード偏波利得（ＴＥモードの入射信号光に対する利得）とＴＭモード偏波利得（ＴＭモードの入射信号光に対する利得）との差（ＴＥ−ＴＭ偏波間利得差）を所期値、例えば１ｄＢ以下に抑えることが必要である。上記の手法を用いてＳＯＡを製造した場合、合格品が全く得られない半導体基板が幾つか確認された。この手法では、歩留まりは向上したものの充分なものではなく、ロット全体として歩留まり向上させるには限界がある。
【０００６】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、容易且つ確実にＴＥ−ＴＭ偏波間利得差を所期値以下に抑え、半導体基板間の製造ばらつきを低減し、製造ロット毎の歩留まりを大幅に向上させることを可能とする光半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
光半導体装置の一態様は、半導体基板と、前記半導体基板の上方に形成され、量子ドットを有する活性層を備えた光導波路とを含み、前記光導波路は、ＴＥモード偏波利得の方がＴＭモード偏波利得よりも大きい第１の領域と、ＴＭモード偏波利得の方がＴＥモード偏波利得よりも大きい第２の領域とを備えており、前記第２の領域の長さは、全体としてＴＥモード偏波利得とＴＭモード偏波利得との差が所定範囲内となる長さであり、前記第１の領域の方向が（１−１０）面に平行であり、前記第２の領域の方向が（１１０）面に平行である。
光半導体装置の一態様は、半導体基板と、前記半導体基板の上方に形成され、量子ドットを有する活性層を備えた光導波路とを含み、前記光導波路は、ＴＥモード偏波利得の方がＴＭモード偏波利得よりも大きい第１の領域と、ＴＭモード偏波利得の方がＴＥモード偏波利得よりも大きい第２の領域とを備えており、前記第２の領域の長さは、全体としてＴＥモード偏波利得とＴＭモード偏波利得との差が所定範囲内となる長さであり、前記第１の領域の方向が（１−１０）面から６°〜９°傾斜しており、前記第２の領域の方向が（１１０）面から６°〜９°傾斜している。
【０００８】
光半導体装置の製造方法の一態様は、半導体基板と、前記半導体基板の上方に形成され、量子ドットを有する活性層を備えた光導波路とを含む光半導体装置の製造方法であって、ＴＥモード偏波利得の方がＴＭモード偏波利得よりも大きい第１の領域と、ＴＭモード偏波利得の方がＴＥモード偏波利得よりも大きい第２の領域とを備えた前記光導波路を形成する第１の工程と、前記光導波路のＴＭモード偏波利得及びＴＥモード偏波利得を測定する第２の工程と、前記測定の結果に基づいて、前記第２の領域を、前記ＴＥモード偏波利得と前記ＴＭモード偏波利得との差が所定範囲内となる長さに規定してへき開し、前記第２の領域の端部にへき開面を形成する第３の工程とを含み、前記光導波路は、前記第１の領域の方向が（１−１０）面に平行であり、前記第２の領域の方向が（１１０）面に平行である。
光半導体装置の製造方法の一態様は、半導体基板と、前記半導体基板の上方に形成され、量子ドットを有する活性層を備えた光導波路とを含む光半導体装置の製造方法であって、ＴＥモード偏波利得の方がＴＭモード偏波利得よりも大きい第１の領域と、ＴＭモード偏波利得の方がＴＥモード偏波利得よりも大きい第２の領域とを備えた前記光導波路を形成する第１の工程と、前記光導波路のＴＭモード偏波利得及びＴＥモード偏波利得を測定する第２の工程と、前記測定の結果に基づいて、前記第２の領域を、前記ＴＥモード偏波利得と前記ＴＭモード偏波利得との差が所定範囲内となる長さに規定してへき開し、前記第２の領域の端部にへき開面を形成する第３の工程とを含み、前記光導波路は、前記第１の領域の方向が（１−１０）面から６°〜９°傾斜しており、前記第２の領域の方向が（１１０）面から６°〜９°傾斜している。
【発明の効果】
【０００９】
上記の各態様によれば、容易且つ確実にＴＥ−ＴＭ偏波間利得差を所期値以下に抑え、半導体基板間の製造ばらつきを低減し、製造ロット毎の歩留まりを大幅に向上させることを可能とする光半導体装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】コラムナ量子ドットの形状を示す模式図である。
【図２】ＳＯＡについて、各面方位からの偏波強度を測定した結果を示す特性図である。
【図３】本実施形態によるＳＯＡの製造方法を工程順に示すフロー図である。
【図４】本実施形態によるＳＯＡの製造方法を示す模式図である。
【図５】図４に引き続き、本実施形態によるＳＯＡの製造方法を示す模式図である。
【図６】図５に引き続き、本実施形態によるＳＯＡの製造方法を示す模式図である。
【図７】図６に引き続き、本実施形態によるＳＯＡの製造方法を示す模式図である。
【図８】図７に引き続き、本実施形態によるＳＯＡの製造方法を示す模式図である。
【図９】図８に引き続き、本実施形態によるＳＯＡの製造方法を示す模式図である。
【図１０】図９に引き続き、本実施形態によるＳＯＡの製造方法を示す模式図である。
【図１１】図１０に引き続き、本実施形態によるＳＯＡの製造方法を示す模式図である。
【図１２】図１１に引き続き、本実施形態によるＳＯＡの製造方法を示す模式図である。
【図１３】図１２に引き続き、本実施形態によるＳＯＡの製造方法を示す模式図である。
【図１４】図１３に引き続き、本実施形態によるＳＯＡの製造方法を示す模式図である。
【図１５】図１４に引き続き、本実施形態によるＳＯＡの製造方法を示す模式図である。
【図１６】図１５に引き続き、本実施形態によるＳＯＡの製造方法を示す模式図である。
【図１７】図１６に引き続き、本実施形態によるＳＯＡの製造方法を示す模式図である。
【図１８】図１７に引き続き、本実施形態によるＳＯＡの製造方法を示す模式図である。
【図１９】図１８に引き続き、本実施形態によるＳＯＡの製造方法を示す模式図である。
【図２０】図１９に引き続き、本実施形態によるＳＯＡの製造方法を示す模式図である。
【図２１】本実施形態によるＳＯＡの光導波路の基本的な構成を示す概略平面図である。
【図２２】工程Ｓ２４まで行われたＳＯＡについて偏波評価を行う様子を示す概略斜視図である。
【図２３】偏波利得と光導波路の第２の領域の長さとの関係を示す特性図である。
【図２４】半導体基板１から切り出された一部における複数ＳＯＡを示す概略平面図である。
【図２５】第２の実施形態によるＳＯＡの構成を示す概略平面図である。
【図２６】第３の実施形態によるＳＯＡの構成を示す概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、光半導体装置として半導体増幅器（ＳＯＡ）に適用した具体的な諸実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）
偏波無依存のＳＯＡにおいて、そのロット全体として歩留まり向上させるには、半導体基板毎の歩留まりを向上させる必要がある。ロット全体として歩留まり向上させるには、コラムナ量子ドットの僅かな成長ばらつきにより発生する、ロット全体のばらつきを少なくする必要がある。一方、これらの状況から判断して、量子ドット活性層のエピタキシャル成長の半導体基板面における製造誤差は少ないことが予想される。本実施形態では、量子ドット活性層の形成工程でばらつきを抑えるのではなく、量子ドット活性層、光導波路の形成等の後に、偏波状態を微妙に制御する手法を開示する。
【００１３】
コラムナ量子ドットでは、図１に示すように、各量子ドットの形状が楕円となっているため、(１１０)面と(１−１０)面とでの光学偏波特性が異なる。コラムナ量子ドットの偏波特性は材料の縦横比に依存しており、縦横比の大きくなる(１１０)面からの発光はＴＥモードの成分が支配的となり、(１−１０)面からの発光は縦成分が多くなるためにＴＭモードの成分が増強される傾向にある。本実施形態では、この特性を利用して、電極の形成工程の終了後に偏波状態を制御する。コラムナ量子ドットの成長条件を最適化することにより、ＳＯＡの半導体基板における１つの面ではＴＥ偏波強度が強く、他の面ではＴＭ偏波強度が強い構造とすることができる。
【００１４】
図２は、ＳＯＡについて、各面方位からの偏波強度を測定した結果を示す特性図であり、（ａ）に(１１０)面、（ｂ）に(１−１０)面における偏波強度をそれぞれ示す。これは、ＳＯＡのへき開面からのＰＬスペクトルを偏波分解して評価した結果であり、その強度比が面方位で異なることが確認される。本実施形態では、コラムナ量子ドットの成長軸方向で偏波特性が異なるという特徴を利用し、相異なる成長軸方向に沿った光導波路の長さの割合を調節することで偏波状態を制御する。これにより、製造ロット毎の歩留まりを大幅に向上させる偏波無依存のＳＯＡを実現する。
【００１５】
以下、本実施形態による偏波無依存のＳＯＡの構成について、その製造方法と共に説明する。
図３は、本実施形態によるＳＯＡの製造方法を工程順に示すフロー図である。図４〜図２０は、図３の各工程に対応して、本実施形態によるＳＯＡの製造方法を工程順に示す模式図である。図４〜図２０の各図において、（ａ）が断面図、（ｂ）が平面図であり、（ａ）は（ｂ）の破線Ｉ−Ｉ'に沿った断面に相当する。
【００１６】
本実施形態によるＳＯＡの製造プロセスは、図３に示すように、条件決定工程群Ｓ１と、製品製造工程群Ｓ２と、素子長調節工程群Ｓ３とを有して構成される。条件決定工程群Ｓ１は、量子ドット活性層の形成条件を定めるための諸工程であるＳ１１〜Ｓ１３からなる。製品製造工程群Ｓ２は、実際のＳＯＡを製造するための諸工程であるＳ２１〜Ｓ２６からなる。素子長調節工程群Ｓ３は、製品製造工程の途中で素子長を調節するための諸工程であるＳ３１，Ｓ３２からなる。
【００１７】
条件決定工程群Ｓ１について説明する。
工程Ｓ１１では、図４に示すように、テスト堆積として、ｎ型ＩｎＰからなる半導体基板１上に、厚みが例えば１００ｎｍ程度のｎ−ＩｎＰバッファ層１ａと、厚みが例えば１５０ｎｍ程度のＩｎＧａＡｓＰからなる光ガイド層２と、量子ドット活性層５と、厚みが例えば１５０ｎｍ程度のＩｎＧａＡｓＰからなる光ガイド層６を順次堆積する。これらの堆積は、例えば何れもＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法を用いる。光ガイド層２、量子ドット活性層５、及び光ガイド層６からコア層が構成される。
【００１８】
量子ドット活性層５は、量子ドット３とその間を埋める中間層４とから構成される。量子ドット活性層５は、極薄い（例えば単原子層以下の）ＩｎＡｓ層の堆積と、ＩｎＧａＡｓＰ層の堆積とを交互に所定回数（例えばＩｎＡｓ層を９層）繰り返し堆積することで形成される。
【００１９】
ＩｎＡｓは、下地の光ガイド層２又は中間層のＩｎＧａＡｓＰと格子定数が大きく異なるので、薄いＩｎＡｓ層は島状に堆積する。その上に堆積されるＩｎＧａＡｓＰは、島状のＩｎＡｓを覆い、ほぼ平坦に堆積する。２層目以上の島状ＩｎＡｓは、自発的に下層の島状ＩｎＡｓの直上に形成される。従って、ＩｎＡｓ層とＩｎＧａＡｓＰ層とを交互に複数回堆積することで、複数の島状ＩｎＡｓが薄いＩｎＧａＡｓＰ層を介して垂直に積層された量子ドット３が形成される。一方、隣接する量子ドット３の間に堆積したＩｎＧａＡｓＰ層は、平坦に堆積して量子ドット３を分離する中間層４を形成する。これにより、量子ドット３を中間層４により分離した構造の活性層５が形成される。活性層５の厚みは量子ドット３の形成条件により異なるが、例えば９回のＩｎＡｓ層の堆積により高さ１３ｎｍ程度の量子ドット３が、即ち厚み１３ｎｍ程度の量子ドット活性層５が形成される。
【００２０】
工程Ｓ１２では、図５に示すように、光ガイド層６上にＩｎＰからなる足し積み層７を、例えばＭＯＶＰＥ法を用いて堆積する。足し積み層７は、ＳＯＡの実際の製品におけるクラッド層に対応するものである。足し積み層７の厚みは、クラッド層としてコア層の光閉じ込めに十分な厚み、例えば３μｍ程度とする。足し積み層７が薄いと光閉じ込め効果が小さく、量子ドット活性層５の偏光特性がフォトルミネッセンス光の偏光特性に十分に反映されないのみならず、足し積み層７の厚みの変動によりフォトルミネッセンス光の偏光特性の変化が生ずるので好ましくない。逆に厚すぎると堆積時間が長いという問題がある。従って、足し積み層７の厚みは、光閉じ込め効果及び測定の安定性の観点から１μｍ以上、堆積時間の観点から５μｍ以下とすることが好ましい。
【００２１】
以上、工程Ｓ１１，Ｓ１２により、評価用の試料１０が形成される。試料１０は、ＩｎＰからなる半導体基板１及びＩｎＰからなる足し積み層７に対して、コア層の屈折率が高く、フォトルミネッセンス光はコア層内に有効に閉じ込められる。光ガイド層２，６は量子ドット活性層５とほぼ等しい屈折率を有し、これにより光はコア層内に閉じ込められて伝播する。
【００２２】
工程Ｓ１３では、量子ドット活性層の偏波評価（偏光特性の評価）を行う。
試料１０の上面に対して、当該上面に垂直な入射方向から、励起光を入射する。励起光は、既述の従来の活性層の評価方法における励起光と同じ方法で作製された。即ち、レーザ光を拡幅しコリメータを通して平行ビームとした後、スリットを通過させて細長い長方形状の断面、例えば幅が約１０μｍ、長さ４００μｍの長方形断面を有する光ビームに整形して励起光とする。この励起光は、長方形の長辺方向にガウシアン光強度分布を有している。
【００２３】
励起光は、長方形断面の光ビームの長辺がへき開面に垂直になるように入射される。従って、足し積み層７の下のコア層（より正確には、コア層に含まれる量子ドット活性層５）は、へき開面に垂直に延在する線状領域のみが励起され、この量子ドット活性層５の線状領域に沿って光が伝播する光導波路が形成される。なお、この線状領域の左右は励起された領域と励起されない領域との屈折率差により、上下は半導体基板１及び足し積み層７により屈折率差による光閉じ込めがなされる。
【００２４】
励起された量子ドット活性層５の線状領域には、フォトルミネッセンス光が生成される。このフォトルミネッセンス光は線状領域を伝播する間に増幅されて、へき開面に表出する量子ドット活性層５の端面から放射されるフォトルミネッセンス光として、へき開面から垂直に出射される。
【００２５】
へき開面から放射されるフォトルミネッセンス光は、量子ドット活性層５の面内に平行な偏光方向を有するＴＥモードの光と、量子ドット活性層５の面内に垂直な偏光方向を有するＴＭモードの光とを含む。工程Ｓ１３では、ＴＥモードとＴＭモードの光強度比を例えば偏光板と分光器を用いて測定する。これらＴＥモード及びＴＭモードの光強度は、それぞれ量子ドット活性層のＴＥモード及びＴＭモードの偏光に対する光ゲインとの相関がある。従って、このＴＥモードの光とＴＭモードの光の光強度比を測定し、その光強度比から量子ドット活性層５の偏光特性を見積ることができる。
【００２６】
工程Ｓ１３では、測定された光強度比が規定値以内であるか否かを評価する。規定値以内にあれば、後述する製品製造工程群Ｓ２を開始する。光強度比が規定値の範囲を超える場合は、再び工程Ｓ１１から工程Ｓ１３までの条件決定工程群Ｓ１の実行を繰り返す。この条件決定工程群Ｓ１の繰り返しは、Ｓ１３で測定される光強度比が規定値以内になるまで行われる。
【００２７】
この再度繰り返す条件決定工程群Ｓ１では、工程Ｓ１１における量子ドット活性層５及び中間層の形成条件（例えば堆積温度、ＩｎＡｓ層の堆積層厚）及びＩｎＡｓ層の層数、中間層４の形成条件（例えば堆積温度、中間層の組成比及び層厚）を調整して、量子ドット活性層５の偏光特性が規定値に近づくように調整する。
【００２８】
例えば、ＴＥモードのフォトルミネッセンス光でＴＭモードのフォトルミネッセンス光より大きな光強度が測定されたとき、堆積温度を下げる、ＩｎＡｓ層の堆積層厚を厚くする、又はＩｎＡｓ層の層数を大きくする。これらの量子ドット活性層５の形成条件の調整により、量子ドットの直径に対する高さの比を大きくしてＴＭモードに対する光ゲインを大きくする。そして、工程Ｓ１３で測定される光強度比が規定値以内、例えば±０．５ｄＢ以内になると、製品とするＳＯＡを製造する製品製造工程群Ｓ２を開始する。
【００２９】
製品製造工程群Ｓ２及び素子長調節工程群Ｓ３について説明する。
工程Ｓ１３に引き続き、工程Ｓ２１では、図６に示すように、半導体基板１上にｎ−ＩｎＰ層１ａ、光ガイド層２、量子ドット３並びに中間層４からなる量子ドット活性層５、及び光ガイド層６を順次形成する。光ガイド層２、量子ドット活性層５、及び光ガイド層６からなるコア層の形成は、光強度比が規定値以内になる形成条件、即ち、直前の量子ドット活性層の形成工程Ｓ１１の形成条件で行われる。本実施形態では、図６（ｂ）において、端面Ａが量子ドット３の(１−１０)面と平行な面、端面Ｂが量子ドット３の(１１０)面と平行な面とされる。
【００３０】
工程Ｓ２２では、図７に示すように、光ガイド層６上に低圧ＣＶＤ法等によりシリコン酸化物（ＳｉＯ2）を堆積し、リソグラフィー及びドライエッチングによりシリコン酸化物を加工して、ＳｉＯ2マスク３０を形成する。
次に、ＳｉＯ2マスク３０を用いて、光ガイド層２、量子ドット活性層５、及び光ガイド層６からなるコア層をドライエッチングで加工する。これにより、ｎ−バッファＩｎＰ層１ａ上に光導波路１１が形成される。
【００３１】
光導波路１１の基本的な構成を図２１に示す。
光導波路１１は、平面視において、端面Ａと略平行な第１の領域１１ａと、端面Ｂと略平行な第２の領域１１ｂとが一体形成された略Ｌ字形状とされている。第１の領域１１ａは、量子ドットの(１−１０)面に略平行であり、ＴＥモード偏波利得の方がＴＭモード偏波利得よりも大きい部位とされている。第２の領域１１ｂは、量子ドットの(１１０)面に略平行であり、ＴＭモード偏波利得の方がＴＥモード偏波利得よりも大きい部位とされている。後述するように、第２の領域１１ｂの長さを端面Ａ側のへき開により調節すべく、第２の領域１１ｂが所期の長さよりも長めに形成される。
【００３２】
図２１のような形状に光導波路１１を形成しても良いが、本実施形態では、端面Ａ，Ｂからの光反射を減衰させることを考慮する。図７（ｂ）のように、第１及び第２の領域１１ａ，１１ｂが端面Ａ，Ｂから６°〜９°、例えば８°傾斜する形状に光導波路１１を形成する場合を例示する。
【００３３】
工程Ｓ２３では、図８及び図９に示すように、クラッド層８を形成する。
先ず、図８に示すように、ＳｉＯ2マスク３０を用いて平坦に、光導波路１１の側面を覆うように、光ガイド層２上にｐ型ＩｎＰ及びｎ型ＩｎＰを例えばＭＯＶＰＥ法により埋め込み成長する。ｎ型ＩｎＰは電流阻止層８ａとなる。
続いて、ＳｉＯ2マスク３０を除去した後、図９に示すように、全面を覆うように、ｐ型ＩｎＰを例えばＭＯＶＰＥ法により平坦化成長する。これにより、ｐ型ＩｎＰ中に電流阻止層８ａを有するクラッド層８が形成される。
クラッド層８は、条件決定工程群Ｓ１の工程Ｓ１２で形成した足し積み層７に基づいて、その厚み等が決定されて形成される。
【００３４】
工程Ｓ２４では、図１０〜図２０に示すように、第１の電極１３、第２の電極１４、及び第３の電極１５を形成する。
先ず、図１０に示すように、漏れ電流を低減させるため、クラッド層８の光導波路１１の両脇に位置する部位をリソグラフィー及びウェットエッチングで加工し、溝８ｂを形成する。
続いて、図１１に示すように、全面を覆うように、例えばＳｉＮをプラズマＣＶＤ法等により堆積し、パッシベーション膜１２を形成する。
続いて、図１２に示すように、パッシベーション膜１２の光導波路１１に沿った部位を、リソグラフィー及びドライエッチングで除去し、パッシベーション膜１２に開口１２ａを形成する。
【００３５】
続いて、図１３に示すように、例えば蒸着法により、表面全面に表面側電極膜２１を形成する。
続いて、図１４に示すように、表面側電極膜２１上にレジストを塗布し、リソグラフィーによりレジストを加工する。これにより、各電極形成部位を露出する開口２２ａ，２２ｂ，２２ｃを有するレジストマスク２２が形成される。
【００３６】
続いて、図１５に示すように、レジストマスク２２の開口２２ａ，２２ｂ，２２ｃを埋め込むように、例えばメッキ法により電極材料、例えばＡｕ２０を堆積する。
続いて、図１６に示すように、レジストマスク２２を有機溶剤で除去する。更に、Ａｕ２０をマスクとして、加工面に露出している表面側電極２１を例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により除去する。以上により、第１の電極１３、第２の電極１４、及び第３の電極１５が形成される。
【００３７】
第１の電極１３は光導波路１１の第１の領域１１ａ上に、第２の電極１４は第２の領域１１ｂ上に、第３の電極１５は第１の領域１１ａと第２の領域１１ｂとを連結する屈曲部分上に、それぞれ位置する。第１〜第３の電極１３〜１５は各々独立に、第１の領域１１ａ、第２の電極１４、及び屈曲部分に所期の電流注入を行うことができる（所期の電圧を印加することができる）構造とされている。第１及び第２の電極１３，１４に加えて、第３の電極１５を設けることにより、光導波路１１の全域に亘って、その各部位に所期の電流注入を行うことができ、量子ドットによる過剰損失が低減される。
【００３８】
続いて、図１７に示すように、方端面を形成するため、全面にレジストを塗布し、リソグラフィーによりレジストを加工する。これにより、端面Ｂで光導波路１１の一端を含む所定位置のみを露出する開口２３ａを有するレジストマスク２３が形成される。
続いて、図１８に示すように、レジストマスク２３を用いてドライエッチングし、方端面１６を形成する。
続いて、図１９に示すように、方端面１６に反射防止膜（ＡＲ膜）１７を形成する。レジストマスク２３をアッシング処理等により除去する。
続いて、図２０に示すように、例えば蒸着法により、裏面側電極１８を形成する。
【００３９】
工程Ｓ２４に引き続き、素子長調節工程群Ｓ３を行う。
工程Ｓ２４まで行われたＳＯＡが複数形成された半導体基板の一部を切り出し、光導波路１１の偏波評価（偏光特性の評価）を行う。本実施形態では、光導波路１１について、ＴＥモード偏波利得とＴＭモード偏波利得との差（ＴＥ−ＴＭ偏波間利得差）を評価する。ＡＳＥスペクトルで偏波強度差を評価しても良い。
【００４０】
図２２は、工程Ｓ２４まで行われたＳＯＡについて偏波評価を行う様子を示す概略斜視図であり、（ａ）が端面Ａ（(１−１０)面）から光を入射し、対向する端面（(１−１０)面）から出射光を得る場合、（ｂ）が端面Ｂ（(１１０)面）から光を入射し、対向する端面（(１１０)面）から出射光を得る場合を示す。図２２では、図示の便宜上、半導体基板１上の構造物をまとめて構造物層９と記載する。本実施形態では、光導波路１１の第２の領域１１ｂの長さが相異なる２種以上、例えば３種のＳＯＡ（工程Ｓ２４まで行われたもの）を用いることが望ましい。
【００４１】
通常フォトルミネッセンスの評価では光信号が増幅されていないため偏波強度差が小さくＳＯＡの偏波間強度差との誤差が大きくなる。例えば、特開２００９−７６６６９号公報に開示された評価方法を用いることで、十分な強度差を得ることができる。
【００４２】
図２２（ａ）に示すように、第１〜第３の電極１３〜１５により光導波路１１に所期の電流注入を行い、(１−１０)面となる端面Ａから光を入射し、端面Ａの対向面から出射光を得る。この出射光について、ＴＥモードの偏波利得及びＴＭモードの偏波利得を導出する。この偏波利得の導出は、光導波路１１の第２の領域１１ｂの長さが相異なる３種のＳＯＡの各々について実行する。
【００４３】
図２２（ｂ）に示すように、第１〜第３の電極１３〜１５により光導波路１１に所期の電流注入を行い、(１１０)面となる端面Ｂから光を入射し、端面Ｂの対向面から出射光を得る。この出射光について、ＴＥモードの偏波利得及びＴＭモードの偏波利得を導出する。この偏波利得の導出は、光導波路１１の第２の領域１１ｂの長さが相異なる３種のＳＯＡの各々について実行する。
【００４４】
工程Ｓ３２では、導出されたＴＥモードの偏波利得及びＴＭモードの偏波利得に基づいて、光導波路１１の第２の領域１１ｂの長さを決定する。
ＴＥモードの偏波利得ＧTE及びＴＭモードの偏波利得ＧTMは、各面方位について以下の式が成り立つ。ΓTE，ｇTE，αTEはＴＥモードの光閉じ込め係数、材料利得、損失であり、ΓTM，ｇTM，αTMはＴＭモードの光閉じ込め係数、材料利得、損失である。Ｌは光導波路の長さである。
ＧTE＝（ΓTE・ｇTE−αTE）・Ｌ    （１）
ＧTM＝（ΓTM・ｇTM−αTM）・Ｌ    （２）
【００４５】
偏波無依存のＳＯＡとしては、ＴＥモードの偏波利得とＴＭモードの偏波利得との差が所期値以内、例えば±１ｄＢ以内であることを要する。即ち、
｜ＧTE−ＧTM｜≦１    （３）
と規定される。
本実施形態では、光導波路１１のうち、第１の領域１１ａの長さは固定されているため、（１），（２），（３）式より、各面方位毎に、第２の領域１１ｂの長さの範囲が導出される。ここでは、各面方位毎に３種の相異なる範囲を導出することが望ましい。
【００４６】
実際に上記のようにして導出された、偏波利得と光導波路１１の第２の領域１１ｂの長さとの関係を示す一例を、図２３に示す。
図２３の例では、（３）式の規定により、第２の領域１１ｂの長さを１．２０ｍｍ〜１．５２ｍｍの範囲内の値とすることにより、偏波無依存のＳＯＡが実現することが判る。本実施形態では、第２の領域１１ｂの長さについて各面方位毎に３種の相異なる範囲を導出することにより、最適な長さを決定することができる。
【００４７】
なお本実施形態では、光導波路１１について、第１の領域１１ａの長さを固定し、第２の領域１１ｂの長さを調節する場合を例示したが、第２の領域１１ｂの長さを固定し、第１の領域１１ａの長さを調節するようにしても良い。
【００４８】
工程Ｓ３２に引き続き、製品製造工程群Ｓ２の工程Ｓ２５を行う。
工程Ｓ２５では、工程Ｓ３２の結果に基づいて、第２の領域１１ｂの長さが上記の所定範囲内の値となるように、ＳＯＡの［１−１０］面である端面Ａをへき開する。
【００４９】
半導体基板１では、複数のＳＯＡがアレイ状に形成されている。本実施形態では、例えば図２４に示すように、半導体基板１から切り出された一部（所定数のＳＯＡが形成されている）であって、製品製造工程群Ｓ２を実行したＳＯＡについて、第２の領域１１ｂの長さを調節する。具体的には、上記の例でいえば、第２の領域１１ｂの長さが１．２ｍｍ〜１．５２ｍｍの範囲内の値となるように、例えばポイントスクライバーを用いてスクライブラインＳＬ（図２４中、破線で示す）を書き込み、このＳＬに沿ってへき開する。そして、半導体基板１から各ＳＯＡの素子を切り出す。
【００５０】
工程Ｓ２６では、各ＳＯＡの両端面に反射防止膜（ＡＲ膜）を形成する。以上により、本実施形態によるＳＯＡが形成される。各ＳＯＡでは、第２の領域１１ｂの長さが上記のように規定された光導波路１１を備えており、偏波無依存が達成される。
しかる後、各ＳＯＡの特性評価を経て、製品の出荷がなされる。
【００５１】
本実施形態では、ＴＥ−ＴＭ偏波間利得差の調整が、実際の製品に対応した半導体基板で調整できるため、従来では仕様外で不合格となった半導体基板から合格製品を得ることが可能となる。その結果、ロット全体でのＳＯＡの歩留まりが大幅に改善される。
【００５２】
なお、本実施形態では、半導体基板としてｎ型ＩｎＰ基板を、量子ドット活性層の量子ドットとしてＩｎＡｓ層を用いる場合を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、半導体基板としてＧａＡｓ基板を、量子ドット活性層の量子ドットとしてＩｎＡｓ層を用いる場合にも、適用することができる。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態によれば、容易且つ確実にＴＥ−ＴＭ偏波間利得差を所期値以下に抑え、半導体基板間の製造ばらつきを低減し、製造ロット毎の歩留まりを大幅に向上させることを可能とするＳＯＡが実現する。
【００５４】
（第２の実施形態）
本実施形態では、第１の実施形態と同様にＳＯＡを製造するが、ＳＯＡの構成が若干異なる点で第１の実施形態と相違する。なお、第１の実施形態によるＳＯＡの構成部材等と同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。
【００５５】
図２５は、第２の実施形態によるＳＯＡの構成を示す概略平面図である。
このＳＯＡでは、第１の実施形態によるＳＯＡの第３の電極の代わりに、プリズム状の反射膜３１が設けられている。この反射膜３１に適合して、光導波路１１における第１の領域１１ａ及び第２の領域１１ｂをそれぞれ略直線状とし、屈曲部分を小さくすることができ、素子の小型化に貢献する。
【００５６】
本実施形態によれば、容易且つ確実にＴＥ−ＴＭ偏波間利得差を所期値以下に抑え、半導体基板間の製造ばらつきを低減し、製造ロット毎の歩留まりを大幅に向上させることを可能とするＳＯＡが実現する。
【００５７】
（第３の実施形態）
本実施形態では、第１の実施形態と同様にＳＯＡを製造するが、ＳＯＡの構成が若干異なる点で第１の実施形態と相違する。なお、第１の実施形態によるＳＯＡの構成部材等と同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。
【００５８】
図２６は、第３の実施形態によるＳＯＡの構成を示す概略平面図である。
このＳＯＡでは、光導波路１１が、第２の領域を２箇所備えた略コ字形状に形成されている。光導波路１１には２箇所の屈曲部分が存在し、これに対応して第３の電極１５が２箇所設けられている。この構成では、光導波路１１の入射と出射が同一の端面で行われるため、反射膜（ＡＲ膜）の形成工程を１回に削減することができる。
【００５９】
なお本実施形態でも、第２の実施形態と同様に、第３の電極の代わりにプリズム状の反射膜を設けるようにしても良い。
【００６０】
本実施形態によれば、容易且つ確実にＴＥ−ＴＭ偏波間利得差を所期値以下に抑え、半導体基板間の製造ばらつきを低減し、製造ロット毎の歩留まりを大幅に向上させることを可能とするＳＯＡが実現する。
【００６１】
以下、光半導体装置及びその製造方法の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００６２】
（付記１）半導体基板と、
前記半導体基板の上方に形成され、量子ドットを有する活性層を備えた光導波路と
を含み、
前記光導波路は、ＴＥモード偏波利得及びＴＭモード偏波利得の一方が他方よりも大きい第１の領域と、前記他方が前記一方よりも大きい第２の領域とを備えており、全体としてＴＥモード偏波利得とＴＭモード偏波利得との差が所定範囲内に調節されてなることを特徴とする光半導体装置。
【００６３】
（付記２）前記光導波路は、ＴＥモード偏波利得とＴＭモード偏波利得との差が前記所定範囲内となるように前記第２の領域の長さが規定され、前記第２の領域の端部にへき開面が形成されていることを特徴とする付記１に記載の光半導体装置。
【００６４】
（付記３）前記光導波路は、前記第１の領域の方向が(１−１０)面に平行であり、前記第２の領域の方向が(１１０)面に平行であることを特徴とする付記１又は２に記載の光半導体装置。
【００６５】
（付記４）前記光導波路は、前記第１の領域の方向が(１−１０)面から６°〜９°傾斜しており、前記第２の領域の方向が(１１０)面から６°〜９°傾斜していることを特徴とする付記１又は２に記載の光半導体装置。
【００６６】
（付記５）前記光導波路は、２箇所の前記第２の領域を有することを特徴とする付記１〜４のいずれか１項に記載の光半導体装置。
【００６７】
（付記６）前記第１の領域に対応した第１の電極と、
前記第２の領域に対応した第２の電極と
を更に含み、
前記第１の電極及び前記第２の電極とは、各々独立に電流注入されることを特徴とする付記１〜５のいずれか１項に記載の光半導体装置。
【００６８】
（付記７）前記第１の電極と前記第２の電極との間の屈曲部分に対応した、前記第１の電極及び前記第２の電極と独立な第３の電極を更に含むことを特徴とする付記６に記載の光半導体装置。
【００６９】
（付記８）前記第１の電極と前記第２の電極との間の屈曲部分に設けられた反射部材を更に含むことを特徴とする付記６に記載の光半導体装置。
【００７０】
（付記９）前記所定範囲は、１ｄＢ以下であることを特徴とする付記１〜８のいずれか１項に記載の光半導体装置。
【００７１】
（付記１０）半導体基板と、
前記半導体基板の上方に形成され、量子ドットを有する活性層を備えた光導波路と
を含む光半導体装置の製造方法であって、
ＴＥモード偏波利得及びＴＭモード偏波利得の一方が他方よりも大きい第１の領域と、前記他方が前記一方よりも大きい第２の領域とを備えた前記光導波路を形成する第１の工程と、
前記光導波路のＴＭモード偏波利得及びＴＥモード偏波利得を測定する第２の工程と、
前記測定の結果に基づいて、前記光導波路のＴＥモード偏波利得とＴＭモード偏波利得との差が全体として所定範囲内となるように調節する第３の工程と
を含むことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【００７２】
（付記１１）前記第３の工程では、前記第２の領域を、ＴＥモード偏波利得とＴＭモード偏波利得との差が前記所定範囲内となる長さに規定してへき開し、前記第２の領域の端部にへき開面を形成することを特徴とする付記１０に記載の光半導体装置の製造方法。
【００７３】
（付記１２）前記光導波路は、前記第１の領域の方向が(１−１０)面に平行であり、前記第２の領域の方向が(１１０)面に平行であることを特徴とする付記１０又は１１に記載の光半導体装置の製造方法。
【００７４】
（付記１３）前記光導波路は、前記第１の領域の方向が(１−１０)面から６°〜９°傾斜しており、前記第２の領域の方向が(１１０)面から６°〜９°傾斜していることを特徴とする付記１０又は１１に記載の光半導体装置の製造方法。
【００７５】
（付記１４）前記光導波路は、２箇所の前記第２の領域を有することを特徴とする付記１０〜１３のいずれか１項に記載の光半導体装置の製造方法。
【００７６】
（付記１５）前記所定範囲は、１ｄＢ以下であることを特徴とする付記１０〜１４のいずれか１項に記載の光半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【００７７】
１  半導体基板
１ａ  ｎ−バッファＩｎＰ層
２，６  光ガイド層
３  量子ドット
４  中間層
５  量子ドット活性層
７  足し積み層
８  クラッド層
８ａ  電流阻止層
８ｂ  溝
９  構成層
１０  試料
１１  光導波路
１２  パッシベーション膜
１２ａ，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２３ａ  開口
１３  第１の電極
１４  第２の電極
１５  第３の電極
１６  方端面
１７  反射防止膜
１８  裏面側電極
２０  Ａｕ
２１  表面側電極膜
２２，２３  レジストマスク
３１  反射膜
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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