(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１領域と、前記第１領域よりも屈折率が高い第２領域とを交互に有する回折格子を形成する工程を備え、
前記回折格子形成工程は、互いに間隔をあけて周期的に設けられたＧａＡｓ層を形成する工程と、前記ＧａＡｓ層を埋め込むＡｌＧａＡｓ層を形成する工程とを含み、
前記ＡｌＧａＡｓ層形成工程は、マストランスポートを抑制しうる温度で前記ＧａＡｓ層を覆うように前記第２領域でマストランスポートしにくいＡｌ組成を有する下部ＡｌＧａＡｓ層を形成する工程と、組成不均一を抑制しうる温度で前記下部ＡｌＧａＡｓ層上に前記第２領域で前記下部ＡｌＧａＡｓ層による前記第２領域の屈折率の低下を補う屈折率を有する上部ＡｌＧａＡｓ層を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記マストランスポートを抑制しうる温度は、６５０℃以下の温度であり、
前記組成不均一を抑制しうる温度は、７００℃以上の温度であることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記下部ＡｌＧａＡｓ層形成工程において前記下部ＡｌＧａＡｓ層を形成するためのＡｌとＧａの原料供給比と、前記上部ＡｌＧａＡｓ層形成工程において前記上部ＡｌＧａＡｓ層を形成するためのＡｌとＧａの原料供給比とが同じであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記下部ＡｌＧａＡｓ層形成工程において前記下部ＡｌＧａＡｓ層を形成するためのＡｌとＧａの原料供給比と、前記上部ＡｌＧａＡｓ層形成工程において前記上部ＡｌＧａＡｓ層を形成するためのＡｌとＧａの原料供給比とが異なることを特徴とする、請求項１又は２に記載の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、半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光エレクトロニクスの分野では、フィルター、光結合器、分布帰還型（Distributed Feedback：ＤＦＢ）レーザ、分布ブラッグ反射型（Distributed Bragg Reflector：ＤＢＲ）レーザ等の光素子（光回路素子）において回折格子が用いられている。
特に、ＤＦＢレーザやＤＢＲレーザ等の半導体レーザでは、回折格子を波長制御又は波長可変のために用いるため、回折格子の周期、形状、深さ、屈折率差、結合定数等のパラメータが、例えば発振閾値などのレーザ特性に大きな影響を与える。このため、高精度の回折格子を制御性良く作製することが重要である。
【０００３】
例えば、ＧａＡｓ層の表面に凹凸構造を形成した後、この凹凸構造をＡｌＧａＡｓ層で埋め込むことで回折格子を作製している。また、例えば、ＧａＡｓ層を細線状に分断した後、これをＡｌＧａＡｓ層で埋め込むことで回折格子を作製している。このように、互いに間隔をあけて周期的に設けられたＧａＡｓ層をＡｌＧａＡｓ層で埋め込むことで回折格子を作製している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】L. Hoffmann et al., “Patterned growth of (AlGa)As using metalorganic vapor-phase epitaxy”, Journal of Crystal Growth 206 (1999) 255-262
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、回折格子を構成するＧａＡｓ層は、高温に晒されるとマストランスポートが起こり、その形状や厚さ、即ち、回折格子の形状や深さが変化してしまうため、結合定数の制御が困難である。このため、ＧａＡｓ層をＡｌＧａＡｓ層で埋め込んで回折格子を形成する際にＧａＡｓ層のマストランスポートを抑制するには、成長温度を約６５０℃以下の低温にする必要がある。
【０００６】
一方、成長温度約６５０℃以下の低温でＡｌＧａＡｓ層を成長させると、ＡｌＧａＡｓ層の組成不均一が発生してしまう。
ここで、ＧａＡｓ層を埋め込むＡｌＧａＡｓ層の組成が均一であれば、互いに間隔をあけて周期的に設けられたＧａＡｓ層の上方に形成されるＡｌＧａＡｓ層は回折格子の一部を構成しない。つまり、互いに間隔をあけて周期的に設けられたＧａＡｓ層と、これらのＧａＡｓ層の間に形成されたＡｌＧａＡｓ層とによって回折格子が構成されることになる。
【０００７】
しかしながら、ＧａＡｓ層を埋め込むＡｌＧａＡｓ層に組成不均一が発生し、ＧａＡｓ層の上方のＡｌＧａＡｓ層と、ＧａＡｓ層とＧａＡｓ層の間の上方のＡｌＧａＡｓ層とが組成が異なるものとなると、これらの部分も回折格子の一部を構成することになる。
そして、互いに間隔をあけて周期的に設けられたＧａＡｓ層の上方ではＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成が高くなって屈折率が低くなり、ＧａＡｓ層とＧａＡｓ層の間ではＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成が低くなって屈折率が高くなる。
【０００８】
このため、第１領域にＡｌＧａＡｓ層を設け、第２領域にＧａＡｓ層を設けて、第１領域と、第１領域よりも屈折率が高い第２領域とを交互に有する回折格子を構成する場合に、屈折率を高くしたい第２領域に第１領域のＡｌＧａＡｓ層よりも屈折率が低いＡｌＧａＡｓ層が含まれてしまうことになる。
この結果、回折格子を構成する第１領域と第２領域との屈折率差が小さくなって、結合定数が小さくなってしまう。
【０００９】
このように、成長温度約６５０℃以下の低温でＡｌＧａＡｓ層を成長させると、回折格子を構成する異なる屈折率を有する領域で屈折率差が小さくなって、結合定数が小さくなってしまう。このため、ＧａＡｓ層をＡｌＧａＡｓ層で埋め込んで回折格子を形成する際にＡｌＧａＡｓ層の組成不均一を抑制するには、成長温度を約７００℃以上の高温にする必要がある。
【００１０】
上述のように、ＧａＡｓ層のマストランスポートを抑制するために、成長温度を約６５０℃以下の低温にすると、ＡｌＧａＡｓ層の組成不均一が発生してしまい、結合定数が小さくなってしまう。一方、ＡｌＧａＡｓ層の組成不均一を抑制するために、成長温度を約７００℃以上の高温にすると、ＧａＡｓ層のマストランスポートが起こってしまい、結合定数の制御が困難となる。
【００１１】
そこで、ＧａＡｓ層のマストランスポートを抑制しながら、ＡｌＧａＡｓ層の組成不均一を抑制して異なる屈折率を有する領域を交互に有する回折格子の屈折率差を確保することで、大きい結合定数を有する回折格子を制御性良く実現したい。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本半導体装置の製造方法は、第１領域と、第１領域よりも屈折率が高い第２領域とを交互に有する回折格子を形成する工程を備え、回折格子形成工程は、互いに間隔をあけて周期的に設けられたＧａＡｓ層を形成する工程と、ＧａＡｓ層を埋め込むＡｌＧａＡｓ層を形成する工程とを含み、ＡｌＧａＡｓ層形成工程は、マストランスポートを抑制しうる温度でＧａＡｓ層を覆うように第２領域でマストランスポートしにくいＡｌ組成を有する下部ＡｌＧａＡｓ層を形成する工程と、組成不均一を抑制しうる温度で下部ＡｌＧａＡｓ層上に第２領域で下部ＡｌＧａＡｓ層による第２領域の屈折率の低下を補う屈折率を有する上部ＡｌＧａＡｓ層を形成する工程とを含むことを要件とする。
【発明の効果】
【００１４】
したがって、本半導体装置の製造方法によれば、ＧａＡｓ層のマストランスポートを抑制しながら、ＡｌＧａＡｓ層の組成不均一を抑制して異なる屈折率を有する領域を交互に有する回折格子の屈折率差を確保することで、大きい結合定数を有する回折格子を制御性良く実現できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態にかかる半導体装置に備えられる回折格子の構成を示す模式的断面図である。
【図２】第１実施形態にかかる半導体装置の構成を示す模式的斜視図である。
【図３】比較例の回折格子の構成を示す模式的断面図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は、第１実施形態にかかる半導体装置に備えられる回折格子の形成方法を説明するための模式的断面図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｅ）は、第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図であって、［−１１０］方向から見た断面図である。
【図６】第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図であって、［−１１０］方向から見た断面図である。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）は、第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図であって、［１１０］方向から見た断面図である。
【図８】第１実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図であって、［１１０］方向から見た断面図である。
【図９】第２実施形態にかかる半導体装置の構成を示す模式的斜視図である。
【図１０】（Ａ）、（Ｂ）は、第２実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図であって、［−１１０］方向から見た断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる半導体装置及びその製造方法について説明する。
［第１実施形態］
まず、第１実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法について、図１〜図８を参照しながら説明する。
【００１７】
本実施形態にかかる半導体装置は、例えばＤＦＢレーザやＤＢＲレーザ等の半導体レーザを備える。このため、本半導体装置は、図１に示すように、互いに間隔をあけて周期的に設けられたＧａＡｓ層６ＡがＡｌＧａＡｓ層６Ｂ、６Ｃ、６Ｄで埋め込まれており、第１領域６Ｙと、第１領域６Ｙよりも屈折率が高い第２領域６Ｚとを交互に有する回折格子６Ｘを備える。なお、半導体装置を、光半導体素子ともいう。
【００１８】
以下、ＧａＡｓ層５の表面に形成された凹凸構造をＡｌＧａＡｓ層６Ｂ、６Ｃ、６Ｄで埋め込むことによって形成され、第１領域６Ｙと、第１領域６Ｙよりも屈折率が高い第２領域６Ｚとを交互に有する回折格子６Ｘを備えるＤＦＢレーザを例に挙げて説明する。
本ＤＦＢレーザは、図２に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層２、ｎ−ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層３、活性層４、ｐ−ＧａＡｓ層５、ｐ−ＧａＡｓ／ｐ−ＡｌＧａＡｓ回折格子層６、ｐ−ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層７、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層８を積層させた半導体積層構造を有する。このため、半導体積層構造（レーザ素子）の中に回折格子６Ｘを備えることになる。
【００１９】
ここで、ｎ−ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層３は、例えばＡｌ組成が約０．３０である。
また、ｐ−ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層７は、例えばＡｌ組成が約０．３５である。なお、上部クラッド層７の材料は、ＡｌＧａＡｓに限られるものではなく、例えばＩｎＧａＰを用いても良い。例えば、格子整合する組成であるＩｎ組成が０．４８のＩｎＧａＰを用いれば良い。
【００２０】
また、ｐ−ＧａＡｓ／ｐ−ＡｌＧａＡｓ回折格子層６は、後述するように、ｐ−ＧａＡｓ層５の表面に形成された凹凸構造を、少なくとも凸部６Ａの上方で２層構造となるｐ−ＡｌＧａＡｓ層６Ｂ、６Ｃ、６Ｄで埋め込むことによって形成される。つまり、ｐ−ＧａＡｓ／ｐ−ＡｌＧａＡｓ回折格子層６は、表面に凹凸構造が形成されたｐ−ＧａＡｓ層５上に、少なくとも凸部６Ａの上方で２層構造となるｐ−ＡｌＧａＡｓ層６Ｂ、６Ｃ、６Ｄを積層することによって形成される。
【００２１】
具体的には、図１に示すように、ｐ−ＧａＡｓ層５の表面に形成された凹凸構造の凹部上に、Ａｌ組成が０．１５のｐ−ＡｌＧａＡｓ層（ｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層）６Ｄが形成されている。また、ｐ−ＧａＡｓ層５の表面に形成された凹凸構造の凸部６Ａ上に、Ａｌ組成が０．３５のｐ−ＡｌＧａＡｓ層（ｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層）６Ｂと、Ａｌ組成が０．２７のｐ−ＡｌＧａＡｓ層（ｐ−Ａｌ０．２７Ｇａ０．７３Ａｓ層）６Ｃが積層されており、２層構造のｐ−ＡｌＧａＡｓ層６Ｂ、６Ｃを構成している。つまり、ｐ−ＧａＡｓ層５上に、ｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層６Ｄを備える第１領域６Ｙと、ｐ−ＧａＡｓ層５の凸部６Ａ、ｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層６Ｂ及びｐ−Ａｌ０．２７Ｇａ０．７３Ａｓ層６Ｃを備える第２領域６Ｚとを交互に有する回折格子６Ｘを含むｐ−ＧａＡｓ／ｐ−ＡｌＧａＡｓ回折格子層６を備える。
【００２２】
このように、本ＤＦＢレーザは、ｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層６Ｄを備える第１領域６Ｙと、ｐ−ＧａＡｓ層（凸部）６Ａ、ｐ−ＧａＡｓ層（凸部）６Ａ上に設けられたｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層６Ｂ、及び、ｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層６Ｂ上に設けられたｐ−Ａｌ０．２７Ｇａ０．７３Ａｓ層６Ｃを備える第２領域６Ｚとを交互に有する回折格子６Ｘを備える。
【００２３】
なお、ｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層６Ｄを第１ＡｌＧａＡｓ層といい、ｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層６Ｂを第２ＡｌＧａＡｓ層又は下部ＡｌＧａＡｓ層といい、ｐ−Ａｌ０．２７Ｇａ０．７３Ａｓ層６Ｃを第３ＡｌＧａＡｓ層又は上部ＡｌＧａＡｓ層という。
ここで、ｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層６Ｄは、屈折率が約３．３８である。また、ｐ−ＧａＡｓ層（凸部）６Ａは、屈折率が約３．５０である。また、ｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層６Ｂは、屈折率が約３．３０である。また、ｐ−Ａｌ０．２７Ｇａ０．７３Ａｓ層６Ｃは、屈折率が約３．３４である。このように、第２領域６Ｚの下部ＡｌＧａＡｓ層６Ｂ（ｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層）は、第１領域６ＹのＡｌＧａＡｓ層６Ｄ（ｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層）よりもＡｌ組成が高く、屈折率が低い。また、第２領域６Ｚの上部ＡｌＧａＡｓ層６Ｃ（ｐ−Ａｌ０．２７Ｇａ０．７３Ａｓ層）は、下部ＡｌＧａＡｓ層６Ｂ（ｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層）よりもＡｌ組成が低く、屈折率が高い。つまり、第２領域６Ｚは、ＧａＡｓ層（凸部）６Ａと、ＧａＡｓ層（凸部）６Ａ上に設けられ、第１ＡｌＧａＡｓ層６Ｄよりも屈折率が低い第２ＡｌＧａＡｓ層６Ｂと、第２ＡｌＧａＡｓ層６Ｂ上に設けられ、第２ＡｌＧａＡｓ層６Ｂよりも屈折率が高い第３ＡｌＧａＡｓ層６Ｃとを備える。
【００２４】
この場合、第１領域６Ｙは、ｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層６Ｄからなるため、第１領域６Ｙの屈折率は、ｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層６Ｄの屈折率となり、約３．３８である。
また、第２領域６Ｚは、ｐ−ＧａＡｓ層（凸部）６Ａ、ｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層６Ｂ及びｐ−Ａｌ０．２７Ｇａ０．７３Ａｓ層６Ｃからなるため、第２領域６Ｚの屈折率は、各層６Ａ〜６Ｃの屈折率の平均屈折率となる。つまり、第２領域６Ｚの屈折率は、厚さ約３０ｎｍのｐ−ＧａＡｓ層（凸部）６Ａ、厚さ約５ｎｍのｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層６Ｂ及び厚さ約３５ｎｍのｐ−Ａｌ０．２７Ｇａ０．７３Ａｓ層６Ｃの合計の厚さ（約７０ｎｍ）に対する各層６Ａ〜６Ｃの厚さの割合を考慮して、次式によって求めることができ、約３．４１である。
（３．５０×３０／７０）＋（３．３０×５／７０）＋（３．３４×３５／７０）
このように、本ＤＦＢレーザは、屈折率約３．３８の第１領域６Ｙと、これよりも屈折率が高い屈折率約３．４１の第２領域６Ｚとを交互に有する回折格子６Ｘを備える。この場合、第１領域６Ｙと第２領域６Ｚの屈折率差は約０．０３である。
【００２５】
ここで、回折格子６Ｘのデューティ比を約５０％とすると、結合定数κは、次式（１）によって求めることができる。
【００２６】
【数１】
0006031783.tif 000002
【００２７】
ここで、ｎ１、ｎ２は、回折格子６Ｘの第２領域６Ｚ、第１領域６Ｙの屈折率である（ｎ１＞ｎ２）。また、Γgratingは、回折格子領域における光強度の割合、即ち、光閉じ込め係数である。また、λは、導波光の波長である。また、ｎｅｑは、導波光の等価屈折率である。
例えば、λ＝約１０６４ｎｍ、ｎｅｑ＝約３．３３、Γgrating＝約０．０４とし、上述の第２領域６Ｚの屈折率ｎ１＝約３．４１、第１領域６Ｙの屈折率ｎ２＝約３．３８を代入すると、結合定数κは、約２３となる。
【００２８】
ここで、例えば図３に示すような比較例の構成、即ち、ｐ−Ａｌ０．２７Ｇａ０．７３Ａｓ層６Ｃが備えられておらず、ｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層６Ｂが厚くなっている構成について、第１領域６Ｙと第２領域６Ｚの屈折率差、及び、結合定数を求めてみる。
このような比較例では、第１領域６Ｙの屈折率は、ｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層６Ｄの屈折率となり、約３．３８である。また、第２領域６Ｚは、ｐ−ＧａＡｓ層（凸部）６Ａ及びｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層６Ｂからなるため、第２領域６Ｚの屈折率は、各層６Ａ、６Ｂの屈折率の平均屈折率となる。つまり、第２領域６Ｚの屈折率は、厚さ約３０ｎｍのｐ−ＧａＡｓ層（凸部）６Ａ及び厚さ約４０ｎｍのｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層６Ｂの合計の厚さ（約７０ｎｍ）に対する各層６Ａ、６Ｂの厚さの割合を考慮して、次式によって求めることができ、約３．３９である。
（３．５０×３０／７０）＋（３．３０×４０／７０）
このように、屈折率約３．３８の第１領域６Ｙと、これよりも屈折率が高い屈折率約３．３９の第２領域６Ｚとを交互に有する回折格子６Ｘとなる。この場合、第１領域６Ｙと第２領域６Ｚの屈折率差は約０．０１である。
【００２９】
また、結合定数κは、上記式（１）によって求めることができ、例えば、λ＝約１０６４ｎｍ、ｎｅｑ＝約３．３３、Γgrating＝約０．０４とし、上述の第２領域６Ｚの屈折率ｎ１＝約３．３９、第１領域６Ｙの屈折率ｎ２＝約３．３８を代入すると、結合定数κは、約８となる。
このように、上述の実施形態の構成を採用することで、この比較例のものに対し、第１領域６Ｙと第２領域６Ｚの屈折率差を大きくすることができ、これにより、結合定数κを大きくすることができる。この結果、例えば発振閾値などのレーザ特性を向上させることができる。
【００３０】
ところで、本ＤＦＢレーザでは、図２に示すように、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層８及びｐ−ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層７がリッジ状に加工された構造になっている。つまり、本ＤＦＢレーザは、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層８及びｐ−ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層７を含むリッジ構造１２を備える。
また、本ＤＦＢレーザでは、表面が、リッジ構造１２の上方に開口部を有するＳｉＯ２パッシベーション膜９で覆われている。
【００３１】
また、本ＤＦＢレーザでは、リッジ構造１２及びＳｉＯ２パッシベーション膜９の上にｐ側電極１０が設けられており、ｎ−ＧａＡｓ基板１の裏面にｎ側電極１１が設けられている。
次に、本実施形態にかかる半導体装置の製造方法について、図４を参照しながら説明する。
【００３２】
つまり、本半導体装置の製造方法は、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）に示すように、第１領域６Ｙと、第１領域６Ｙよりも屈折率が高い第２領域６Ｚとを交互に有する回折格子６Ｘを形成する工程を備える。この回折格子形成工程は、図４（Ａ）に示すように、互いに間隔をあけて周期的に設けられたＧａＡｓ層（ここでは凸部）６Ａを形成する工程と、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）に示すように、ＧａＡｓ層（凸部）６Ａを埋め込むＡｌＧａＡｓ層６Ｂ〜６Ｄを形成する工程とを含む。このうち、ＡｌＧａＡｓ層形成工程は、図４（Ｂ）に示すように、マストランスポートを抑制しうる温度、即ち、約６５０℃以下の温度で、ＧａＡｓ層（凸部）６Ａを覆うように下部ＡｌＧａＡｓ層６Ｌ（６Ｂ、６Ｄ）を形成する工程と、図４（Ｃ）に示すように、組成不均一を抑制しうる温度、即ち、約７００℃以上の温度で、下部ＡｌＧａＡｓ層６Ｌ上に上部ＡｌＧａＡｓ層６Ｕ（６Ｃ、６Ｄ）を形成する工程とを含む。
【００３３】
以下、ＧａＡｓ基板１上に形成される半導体積層構造の中に、ＧａＡｓ層５の表面に形成された凹凸構造をＡｌＧａＡｓ層６Ｂ〜６Ｄで埋め込むことによって形成される回折格子６Ｘを備えるＤＦＢレーザを例に挙げて、図５〜図８を参照しながら、具体的に説明する。
なお、ここでは、結晶成長法として、有機金属気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ）法を用いる場合を例に挙げて説明するが、これに限られるものではなく、例えば分子線エピタキシー（Molecular Beam Epitaxy：ＭＢＥ）法等を用いても良い。
【００３４】
まず、図５（Ａ）に示すように、例えばＭＯＣＶＤ法を用いて、ｎ−ＧａＡｓ基板１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層２、ｎ−ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層３、活性層４、ｐ−ＧａＡｓ層２０を形成する。
ここでは、ｎ−ＧａＡｓバッファ層２は、厚さが例えば約０．３μｍである。また、ｎ−ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層３は、厚さが例えば約２μｍであり、Ａｌ組成が例えば約０．３０である。また、活性層４は、例えばＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸（ＭＱＷ：Multi Quantum Well）活性層である。また、ｐ−ＧａＡｓ層２０は、厚さが例えば約５０ｎｍである。
【００３５】
次に、図５（Ｂ）〜図５（Ｅ）に示すように、ｐ−ＧａＡｓ／ｐ−ＡｌＧａＡｓ回折格子層６を形成する。なお、この工程は、第１領域６Ｙと、第１領域６Ｙよりも屈折率が高い第２領域６Ｚとを交互に有する回折格子６Ｘを形成する工程である。
ここでは、まず、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）に示すように、ｐ−ＧａＡｓ層２０の表面に凹凸構造を形成する。
【００３６】
つまり、図５（Ｂ）に示すように、ＳｉＯ2膜を全面に形成し、フォトレジストを塗布後、例えば電子線（Electron Beam：ＥＢ）露光法や干渉露光法によって、レジストパターン２１を用いて、ＳｉＯ2ストライプパターン２２を形成する。
次に、フォトパターン２１を除去した後、ＳｉＯ2ストライプパターン２２をエッチングマスクとして用いてｐ−ＧａＡｓ層２０を所望の深さまでエッチングして、図５（Ｃ）に示すように、ｐ−ＧａＡｓ層２０の表面に凹凸構造を形成する。その後、ＳｉＯ2ストライプパターン２２を除去する。
【００３７】
ここでは、例えばアンモニア系のエッチャントを用いて、ｐ−ＧａＡｓ層２０の表面側から深さ約３０ｎｍ程度までエッチングすることで、ｐ−ＧａＡｓ層２０の表面に凹凸構造を形成する。このようにして、厚さ約２０ｎｍのｐ−ＧａＡｓ層５と、ｐ−ＧａＡｓ層５上に設けられた凸部（ｐ−ＧａＡｓ層）６Ａとが形成される。この場合、ｐ−ＧａＡｓ層５の表面上に形成された凸部６Ａは、互いに間隔をあけて周期的に設けられることになる。このため、この工程は、互いに間隔をあけて周期的に設けられたＧａＡｓ層（ここでは凸部）６Ａを形成する工程である。また、ｐ−ＧａＡｓ層５の表面上に形成された凸部６Ａは、後述するように回折格子６Ｘを構成することになる。このため、回折格子形成工程は、この工程を含むことになる。
【００３８】
次に、図５（Ｄ）、図５（Ｅ）に示すように、例えばＭＯＣＶＤ法を用いて、ｐ−ＧａＡｓ層５、６Ａ上にｐ−ＡｌＧａＡｓ層６Ｌ、６Ｕを成長（再成長）させる。つまり、ｐ−ＧａＡｓ層５の表面に形成された凹凸構造を少なくとも凸部６Ａの上方で２層構造となるｐ−ＡｌＧａＡｓ層６Ｂ〜６Ｄで埋め込む。
なお、この工程は、互いに間隔をあけて周期的に設けられたＧａＡｓ層（ここでは凸部）６Ａを埋め込むＡｌＧａＡｓ層６Ｂ〜６Ｄを形成する工程である。また、埋め込まれるＡｌＧａＡｓ層６Ｂ〜６Ｄは、後述するように回折格子６Ｘを構成することになる。このため、回折格子形成工程は、この工程を含むことになる。
【００３９】
ここでは、まず、マストランスポートを抑制しうる温度、即ち、マストランスポートによるＧａＡｓ層の形状や厚さの変化、即ち、回折格子の形状や深さの変化を抑制しうる温度で、図５（Ｄ）に示すように、ｐ−ＧａＡｓ層５、６Ａを覆うように下部ＡｌＧａＡｓ層としてのｐ−ＡｌＧａＡｓ層６Ｌを形成する。つまり、約６５０℃以下の温度で、ｐ−ＧａＡｓ層５、６Ａを覆うように下部ＡｌＧａＡｓ層としてのｐ−ＡｌＧａＡｓ層６Ｌを形成する。なお、下部ＡｌＧａＡｓ層としてのｐ−ＡｌＧａＡｓ層６Ｌは、マストランスポートによるＧａＡｓ層の形状や厚さの変化、即ち、回折格子の形状や深さの変化を抑制するための保護層として機能するため、ＡｌＧａＡｓ保護層又はＡｌＧａＡｓコート層ともいう。また、マストランスポートを抑制しうる温度は、ＧａＡｓ層の熱変形、即ち、回折格子の熱変形を抑制しうる温度である。
【００４０】
次に、組成不均一を抑制しうる温度、即ち、ＡｌＧａＡｓ層の組成不均一を抑制しうる温度で、図５（Ｅ）に示すように、下部ＡｌＧａＡｓ層としてのｐ−ＡｌＧａＡｓ層６Ｌ上に、上部ＡｌＧａＡｓ層としてのｐ−ＡｌＧａＡｓ層６Ｕを形成する。つまり、約７００℃以上の温度で、下部ＡｌＧａＡｓ層としてのｐ−ＡｌＧａＡｓ層６Ｌ上に、上部ＡｌＧａＡｓ層としてのｐ−ＡｌＧａＡｓ層６Ｕを形成する。
【００４１】
より具体的に説明すると、まず、例えばＭＯＣＶＤ法を用いて、成長温度を例えば６４０℃で、例えばＡｌ組成約０．２５のＡｌＧａＡｓ層を形成するためのＡｌとＧａの原料供給比（Ａｌ供給組成約０．２５）として、図５（Ｄ）に示すように、下部ＡｌＧａＡｓ層として、例えば厚さ約５ｎｍのｐ−ＡｌＧａＡｓ層６Ｌを形成する。なお、Ａｌ供給組成約０．２５とは、凹凸のない平坦な面上にＡｌＧａＡｓ層を形成した場合に、Ａｌ組成約０．２５のＡｌＧａＡｓ層が形成されるＡｌとＧａの原料供給比である。
【００４２】
この場合、成長温度が約６４０℃で低いため、マストランスポートによるＧａＡｓ層の形状や厚さの変化、即ち、回折格子の形状や深さの変化を抑制することができる。また、成長温度が約６４０℃で低いため、下部ＡｌＧａＡｓ層としてのｐ−ＡｌＧａＡｓ層６Ｌは、組成不均一となる。つまり、下部ＡｌＧａＡｓ層としてのｐ−ＡｌＧａＡｓ層６Ｌは、凹部に形成される部分がｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層となり、この部分がｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層６Ｄの一部となり、凸部６Ａ上に形成された部分がｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層となり、この部分がｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層６Ｂとなる。このように、ｐ−ＧａＡｓ層５の表面に形成された凹凸構造の凹部上に、Ａｌ組成が約０．１５のｐ−ＡｌＧａＡｓ層（ｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層）６Ｄの一部が形成され、凸部６Ａ上に、Ａｌ組成が約０．３５のＡｌＧａＡｓ層（ｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層）６Ｂが形成されることになる。
【００４３】
続いて、例えばＡｓＨ３を供給しながら、例えば約６４０℃から約７００℃まで昇温する。
この場合、ｐ−ＧａＡｓ層５の表面に形成された凹凸構造の凸部６Ａ上に形成されたｐ−ＡｌＧａＡｓ層６Ｂは、ｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層であり、Ａｌ組成が高く、マストランスポートしにくい材料からなる。このため、マストランスポートによる回折格子の形状や深さの変化を抑制することができる。つまり、約６４０℃という低温でｐ−ＡｌＧａＡｓ層を成長させることで発生する組成不均一を利用して、ｐ−ＧａＡｓ層５の凸部６Ａ上に、Ａｌ組成が高く、マストランスポートしにくいｐ−ＡｌＧａＡｓ層６Ｂを形成することで、約７００℃の高温まで昇温しても、回折格子の形状や深さを維持することを可能とし、結合定数の制御を容易にしている。このように、マストランスポートによるＧａＡｓ層の形状や厚さの変化を抑制しうる温度（ここでは約６４０℃）で、ＧａＡｓ層（ここでは凸部）６Ａを覆うようにマストランスポートしにくいＡｌＧａＡｓ層６Ｂを形成し、昇温後も回折格子の形状や深さが維持されるようにすることで、結合定数の制御性を向上させている。
【００４４】
このようにして昇温した後、例えばＭＯＣＶＤ法を用いて、例えば成長温度約７００℃で、例えばＡｌ組成約０．２５のＡｌＧａＡｓ層を形成するためのＡｌとＧａの原料供給比（Ａｌ供給組成約０．２５）として、図５（Ｅ）に示すように、上部ＡｌＧａＡｓ層として、例えば厚さ約４０ｎｍのｐ−ＡｌＧａＡｓ層６Ｕを形成する。つまり、ｐ−ＧａＡｓ層５の表面に形成された凹凸構造、及び、この凹凸構造の表面を覆っている下部ＡｌＧａＡｓ層としてのｐ−ＡｌＧａＡｓ層６Ｌを埋め込むように、上部ＡｌＧａＡｓ層としてのｐ−ＡｌＧａＡｓ層６Ｕを形成する。これにより、ｐ−ＧａＡｓ層５の表面に形成された凹凸構造は平坦化される。
【００４５】
なお、ここでは、下部ＡｌＧａＡｓ層６Ｌを形成するためのＡｌとＧａの原料供給比と、上部ＡｌＧａＡｓ層６Ｕを形成するためのＡｌとＧａの原料供給比とは同じである。つまり、約６５０℃以下の温度で下部ＡｌＧａＡｓ層６Ｌを形成する際のＡｌとＧａの原料供給比と、約７００℃以上の温度で上部ＡｌＧａＡｓ層６Ｕを形成する際のＡｌとＧａの原料供給比とは同じである。
【００４６】
この場合、成長温度が約７００℃で高いため、上部ＡｌＧａＡｓ層としてのｐ−ＡｌＧａＡｓ層６Ｕは、組成不均一が抑制されたものとなる。つまり、上部ＡｌＧａＡｓ層としてのｐ−ＡｌＧａＡｓ層６Ｕは、凹部及びその上方に形成される部分がｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層となり、この部分がｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層６Ｄの残りの部分となり、凸部６Ａの上方に形成された部分がｐ−Ａｌ０．２７Ｇａ０．７３Ａｓ層となり、この部分がｐ−Ａｌ０．２７Ｇａ０．７３Ａｓ層６Ｃとなる。このように、ｐ−ＧａＡｓ層５の表面に形成された凹凸構造の凹部のｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層６Ｄの一部の上に、Ａｌ組成が約０．１５のｐ−ＡｌＧａＡｓ層（ｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層）６Ｄの残りの部分が形成され、凸部６Ａ上に形成されたｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層６Ｂ上に、Ａｌ組成が約０．２７のＡｌＧａＡｓ層（ｐ−Ａｌ０．２７Ｇａ０．７３Ａｓ層）６Ｃが形成されることになる。
【００４７】
このように、成長温度を７００℃以上の高温にすることで、Ｇａ原子の表面マイグレーションを促進し、凹部の主成長面である（３１１）Ａ面におけるＧａ原子の取り込みを抑制し、凸部６Ａの主成長面である（００１）面におけるＧａ原子の取り込みとの差を縮小することで、ＡｌＧａＡｓ層の組成不均一を抑制することが可能である。
なお、上部ＡｌＧａＡｓ層としてのｐ−ＡｌＧａＡｓ層６Ｕは、Ａｌ組成約０．２５で均一になるまで成長させるようにしても良い。この場合、Ａｌ組成約０．２５で均一になった領域のｐ−ＡｌＧａＡｓ層は、回折格子を構成しない。このため、ＤＦＢレーザを構成する半導体積層構造は、ｐ−ＧａＡｓ／ｐ−ＡｌＧａＡｓ回折格子層６とｐ−ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層７との間にｐ−ＡｌＧａＡｓ層（ｐ−Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓ層）を備えるものとなる。
【００４８】
上述のようにして、ｐ−ＧａＡｓ層５の表面に形成された凹凸構造の凹部上に、ｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層６Ｄが形成され、凸部６Ａ上に、ｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層６Ｂ、ｐ−Ａｌ０．２７Ｇａ０．７３Ａｓ層６Ｃを積層させた２層構造のｐ−ＡｌＧａＡｓ層が形成される。つまり、ｐ−ＧａＡｓ層５上に、ｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層６Ｄを備える第１領域６Ｙと、ｐ−ＧａＡｓ層（凸部）６Ａ、ｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層６Ｂ及びｐ−Ａｌ０．２７Ｇａ０．７３Ａｓ層６Ｃを備える第２領域６Ｚとを交互に有する回折格子６Ｘを含むｐ−ＧａＡｓ／ｐ−ＡｌＧａＡｓ回折格子層６が形成される。
【００４９】
上述のようにして組成不均一が抑制された上部ＡｌＧａＡｓ層６Ｕを下部ＡｌＧａＡｓ層６Ｌ上に積層すると、ｐ−ＧａＡｓ層５の表面に形成された凹凸構造の凸部６Ａ上に形成されたＡｌ組成の高いｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層６Ｂ上に、Ａｌ組成の低いｐ−Ａｌ０．２７Ｇａ０．７３Ａｓ層６Ｃが形成されることになる。ここで、ＡｌＧａＡｓ層は、Ａｌ組成が高くなるほど屈折率が低くなる。このため、ＧａＡｓ層（ここでは凸部）６Ａを備え、屈折率を高くしたい回折格子６Ｘの第２領域６Ｚにおいて、マストランスポートを抑制するために形成する屈折率の低いｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層６Ｂ上に、屈折率の高いｐ−Ａｌ０．２７Ｇａ０．７３Ａｓ層６Ｃが形成されることになる。これにより、マストランスポートを抑制するためにｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層６Ｂを設けることで、回折格子６Ｘの第２領域６Ｚの屈折率が低くなり、第１領域６Ｙとの屈折率差が小さくなって、結合定数が小さくなってしまうが、ｐ−Ａｌ０．２７Ｇａ０．７３Ａｓ層６Ｃを設けることで、回折格子６Ｘの第１領域６Ｙと第２領域６Ｚの屈折率差を大きくし、結合定数を大きくすることが可能となる。
【００５０】
本実施形態では、上述のようにして形成されたｐ−ＧａＡｓ／ｐ−ＡｌＧａＡｓ回折格子層６は、屈折率約３．３８の第１領域６Ｙと、これよりも屈折率が高い屈折率約３．４１の第２領域６Ｚとを交互に有する回折格子６Ｘを備えるものとなり、第１領域６Ｙと第２領域６Ｚの屈折率差は約０．０３となる。また、結合定数κは約２３となる。
これに対し、上述の比較例の場合（図３参照）、次のようにして回折格子６Ｘを形成することになる。つまり、マストランスポートを抑制すべく成長温度を約６５０℃以下（例えば約６４０℃）とし、例えばＡｌ組成約０．２５のＡｌＧａＡｓ層を形成するためのＡｌとＧａの原料供給比（Ａｌ供給組成約０．２５）として、ｐ−ＧａＡｓ層５上に１層のｐ−ＡｌＧａＡｓ層を成長させて、ｐ−ＧａＡｓ層５の表面に形成された凹凸構造を１層のｐ−ＡｌＧａＡｓ層で埋め込んで回折格子６Ｘを形成することになる。この場合、成長温度が約６５０℃以下（例えば約６４０℃）で低いため、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層は組成不均一となる。つまり、ｐ−ＧａＡｓ層５の表面に形成された凹凸構造の凹部上に、Ａｌ組成が約０．１５のｐ−ＡｌＧａＡｓ層（ｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層）６Ｄが形成され、凸部６Ａ上に、Ａｌ組成が約０．３５のＡｌＧａＡｓ層（ｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層）６Ｂが形成されることになる。この現象は、表面マイグレーションするＧａ原子が凹部の主成長面である（３１１）Ａ面に優先的に取り込まれることで、凹部上でＡｌ組成が低くなり、凸部６Ａ上でＡｌ組成が高くなることに起因する。この比較例では、屈折率約３．３８の第１領域６Ｙと、これよりも屈折率が高い屈折率約３．３９の第２領域６Ｚとを交互に有する回折格子６Ｘを備えるものとなり、第１領域６Ｙと第２領域６Ｚの屈折率差は約０．０１となる。また、結合定数κは約８となる。
【００５１】
このように、上述の実施形態の製造方法を採用することで、この比較例のもの（図３参照）に対し、第１領域６Ｙと第２領域６Ｚの屈折率差を大きくすることができ、これにより、結合定数κを大きくすることができる。この結果、例えば発振閾値などのレーザ特性を向上させることができる。
次に、図６に示すように、ｐ−ＧａＡｓ／ｐ−ＡｌＧａＡｓ回折格子層６上に、例えばＭＯＣＶＤ法を用いて、ｐ−ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層７、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層８を形成する。
【００５２】
ここでは、ｐ−ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層７は、厚さが例えば約１μｍであり、Ａｌ組成が例えば約０．３５である。また、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層８は、厚さが例えば約０．３μｍである。
このようにして、ＤＦＢレーザを構成する半導体積層構造が形成される。
次に、図７（Ａ）に示すように、溝を形成する領域に開口部を有するＳｉＯ２膜２３を形成する。その後、このＳｉＯ２膜２３をエッチングマスクとして、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層８及びｐ−ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層７を、例えばドライエッチングやウエットエッチングを施して、図７（Ｂ）に示すようなリッジ構造１２を形成する。
【００５３】
次いで、図８に示すように、ＳｉＯ２膜２３を除去し、表面を覆うように、リッジ構造１２の上方に開口部を有するＳｉＯ２パッシベーション膜９を形成する。
その後、リッジ構造１２及びＳｉＯ２パッシベーション膜９の上に、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層８に接するｐ側電極１０（上部電極）を形成し、ｎ−ＧａＡｓ基板１の裏面にｎ側電極（下部電極）１１を形成する。
【００５４】
このようにして、本実施形態にかかる半導体装置（ここではＤＦＢレーザ）を作製することができる。
したがって、本実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法によれば、ＧａＡｓ層のマストランスポートを抑制しながら、ＡｌＧａＡｓ層の組成不均一を抑制して異なる屈折率を有する領域を交互に有する回折格子の屈折率差を確保することで、大きい結合定数を有する回折格子を制御性良く実現できるという利点がある。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法について、図９、図１０を参照しながら説明する。
【００５５】
本実施形態では、上述の第１実施形態のもの（図２参照）に対し、図９に示すように、ＧａＡｓ層５の表面に形成された凹凸構造の凹部に、異なる組成を有する２層構造のＡｌＧａＡｓ層６Ｄ、６Ｅを備える点が異なる。つまり、回折格子６Ｘの第１領域６Ｙに、異なる組成を有する２層構造のＡｌＧａＡｓ層６Ｄ、６Ｅを備える点が異なる。
また、ＧａＡｓ層５の表面に形成された凹凸構造の凸部６Ａ上に形成される２層構造のＡｌＧａＡｓ層６Ｂ、６Ｃのうち、上部ＡｌＧａＡｓ層としてのＡｌＧａＡｓ層６ＣのＡｌ組成も異なる。
【００５６】
また、下部ＡｌＧａＡｓ層６Ｌを形成するためのＡｌとＧａの原料供給比と、上部ＡｌＧａＡｓ層６Ｕを形成するためのＡｌとＧａの原料供給比とを異なるようにしている点も異なる。
具体的には、ｐ−ＧａＡｓ層５の表面に形成された凹凸構造の凹部上に、Ａｌ組成が０．１５のｐ−ＡｌＧａＡｓ層（ｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層）６Ｄ、Ａｌ組成が０．２０のｐ−ＡｌＧａＡｓ層（ｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ａｓ層）６Ｅが積層されており、２層構造のｐ−ＡｌＧａＡｓ層６Ｄ、６Ｅを構成している。また、ｐ−ＧａＡｓ層５の表面に形成された凹凸構造の凸部６Ａ上に、Ａｌ組成が０．３５のｐ−ＡｌＧａＡｓ層（ｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層）６Ｂ、Ａｌ組成が０．３２のｐ−ＡｌＧａＡｓ層（ｐ−Ａｌ０．３２Ｇａ０．６８Ａｓ層）６Ｃが積層されており、２層構造のｐ−ＡｌＧａＡｓ層６Ｂ、６Ｃを構成している。
【００５７】
つまり、ｐ−ＧａＡｓ層５上に、ｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層６Ｄ及びｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ａｓ層６Ｅを備える第１領域６Ｙと、ｐ−ＧａＡｓ層（凸部）６Ａ、ｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層６Ｂ及びｐ−Ａｌ０．３２Ｇａ０．６８Ａｓ層６Ｃを備える第２領域６Ｚとを交互に有する回折格子６Ｘを含むｐ−ＧａＡｓ／ｐ−ＡｌＧａＡｓ回折格子層６を備える。
【００５８】
このように、本ＤＦＢレーザは、ｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層６Ｄ、及び、ｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層６Ｄ上に設けられたｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ａｓ層６Ｅを備える第１領域６Ｙと、ｐ−ＧａＡｓ層（凸部）６Ａ、ｐ−ＧａＡｓ層（凸部）６Ａ上に設けられたｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層６Ｂ、及び、ｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層６Ｂ上に設けられたｐ−Ａｌ０．３２Ｇａ０．６８Ａｓ層６Ｃを備える第２領域６Ｚとを交互に有する回折格子６Ｘを備える。
【００５９】
なお、ｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層６Ｄを第１ＡｌＧａＡｓ層又は下部ＡｌＧａＡｓ層といい、ｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層６Ｂを第２ＡｌＧａＡｓ層又は下部ＡｌＧａＡｓ層といい、ｐ−Ａｌ０．３２Ｇａ０．６８Ａｓ層６Ｃを第３ＡｌＧａＡｓ層又は上部ＡｌＧａＡｓ層といい、ｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ａｓ層６Ｅを第４ＡｌＧａＡｓ層又は上部ＡｌＧａＡｓ層という。この変形例では、第１領域６Ｙは、第１ＡｌＧａＡｓ層６Ｄ上に第４ＡｌＧａＡｓ層６Ｅを備える。
【００６０】
ここで、ｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層６Ｄは、屈折率が約３．３８である。また、ｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ａｓ層６Ｅは、屈折率が約３．３６である。また、ｐ−ＧａＡｓ層（凸部）６Ａは、屈折率が約３．５０である。また、ｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層６Ｂは、屈折率が約３．３０である。また、ｐ−Ａｌ０．３２Ｇａ０．６８Ａｓ層６Ｃは、屈折率が約３．３１である。
【００６１】
このように、第２領域６Ｚの下部ＡｌＧａＡｓ層６Ｂ（ｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層）は、第１領域６Ｙの下部ＡｌＧａＡｓ層６Ｄ（ｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層）及び上部ＡｌＧａＡｓ層６Ｅ（ｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ａｓ層）よりもＡｌ組成が高く、屈折率が低い。また、第２領域６Ｚの上部ＡｌＧａＡｓ層６Ｃ（ｐ−Ａｌ０．３２Ｇａ０．６８Ａｓ層）は、下部ＡｌＧａＡｓ層６Ｂ（ｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層）よりもＡｌ組成が低く、屈折率が高い。つまり、第２領域６Ｚは、ＧａＡｓ層（凸部）６Ａと、ＧａＡｓ層（凸部）６Ａ上に設けられ、第１ＡｌＧａＡｓ層６Ｄよりも屈折率が低い第２ＡｌＧａＡｓ層６Ｂと、第２ＡｌＧａＡｓ層６Ｂ上に設けられ、第２ＡｌＧａＡｓ層６Ｂよりも屈折率が高い第３ＡｌＧａＡｓ層６Ｃとを備える。
【００６２】
また、第１領域６Ｙの上部ＡｌＧａＡｓ層６Ｅ（ｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ａｓ層）と第２領域６Ｚの上部ＡｌＧａＡｓ層６Ｃ（ｐ−Ａｌ０．３２Ｇａ０．６８Ａｓ層）との屈折率差（絶対値）は、約０．０５である。また、第１領域６Ｙの下部ＡｌＧａＡｓ層６Ｄ（ｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層）と第２領域６Ｚの下部ＡｌＧａＡｓ層６Ｂ（ｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層）との屈折率差（絶対値）は、約０．０８である。つまり、第３ＡｌＧａＡｓ層６Ｃと第４ＡｌＧａＡｓ層６Ｅとの屈折率差は、第１ＡｌＧａＡｓ層６Ｄと第２ＡｌＧａＡｓ層６Ｂとの屈折率差よりも小さい。逆に言うと、第１ＡｌＧａＡｓ層６Ｄと第２ＡｌＧａＡｓ層６Ｂとの屈折率差は、第３ＡｌＧａＡｓ層６Ｃと第４ＡｌＧａＡｓ層６Ｅとの屈折率差よりも大きい。また、第４ＡｌＧａＡｓ層６Ｅは、第１ＡｌＧａＡｓ層６Ｄよりも屈折率が小さい。
【００６３】
この場合、第１領域６Ｙは、ｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層６Ｄ及びｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ａｓ層６Ｅからなるため、第１領域６Ｙの屈折率は、各層６Ｄ、６Ｅの屈折率の平均屈折率となる。つまり、第１領域６Ｙの屈折率は、厚さ約１０ｎｍのｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層、厚さ約６０ｎｍのｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ａｓ層の合計の厚さ（約７０ｎｍ）に対する各層６Ｄ、６Ｅの厚さの割合を考慮して、次式によって求めることができ、約３．３６である。
（３．３８×１０／７０）＋（３．３６×６０／７０）
また、第２領域６Ｚは、ｐ−ＧａＡｓ層（凸部）６Ａ、ｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層６Ｂ及びｐ−Ａｌ０．３２Ｇａ０．６８Ａｓ層６Ｃからなるため、第２領域６Ｚの屈折率は、各層６Ａ〜６Ｃの屈折率の平均屈折率となる。つまり、第２領域６Ｚの屈折率は、厚さ約３０ｎｍのｐ−ＧａＡｓ層（凸部）６Ａ、厚さ約５ｎｍのｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層６Ｂ及び厚さ約３５ｎｍのｐ−Ａｌ０．３２Ｇａ０．６８Ａｓ層６Ｃの合計の厚さ（約７０ｎｍ）に対する各層６Ａ〜６Ｃの厚さの割合を考慮して、次式によって求めることができ、約３．４０である。
（３．５０×３０／７０）＋（３．３０×５／７０）＋（３．３１×３５／７０）
このように、この変形例のＤＦＢレーザは、屈折率約３．３６の第１領域６Ｙと、これよりも屈折率が高い屈折率約３．４０の第２領域６Ｚとを交互に有する回折格子６Ｘを備える。この場合、第１領域６Ｙと第２領域６Ｚの屈折率差は約０．０４である。
【００６４】
また、結合定数κは、上記式（１）によって求めることができ、例えば、λ＝約１０６４ｎｍ、ｎｅｑ＝約３．３３、Γgrating＝約０．０４とし、上述の第２領域６Ｚの屈折率ｎ１＝約３．４０、第１領域６Ｙの屈折率ｎ２＝約３．３６を代入すると、結合定数κは、約３０となる。
このように、本実施形態の構成を採用することで、上述の比較例のもの（図３参照）に対し、第１領域６Ｙと第２領域６Ｚの屈折率差を大きくすることができ、これにより、結合定数κを大きくすることができる。この結果、例えば発振閾値などのレーザ特性を向上させることができる。
【００６５】
なお、その他の構成の詳細は、上述の第１実施形態のものと同じであるため、ここではその説明を省略する。
次に、本実施形態にかかる半導体装置の製造方法について、図１０を参照しながら説明する。
ここで、上述の本実施形態のｐ−ＧａＡｓ／ｐ−ＡｌＧａＡｓ回折格子層６は、上述の第１実施形態の半導体装置の製造方法の具体例における、ｐ−ＧａＡｓ層５、６Ａ上にｐ−ＡｌＧａＡｓ層６Ｌ、６Ｕを成長させる工程、即ち、ｐ−ＧａＡｓ層５の表面に形成された凹凸構造を少なくとも凸部６Ａの上方で２層構造となるｐ−ＡｌＧａＡｓ層６Ｂ〜６Ｄで埋め込む工程［図５（Ｄ）、図５（Ｅ）参照］を、以下のように変更することで形成することができる。
【００６６】
つまり、まず、上述の第１実施形態の場合と同様に、成長温度を例えば６４０℃で、例えばＡｌ組成約０．２５のＡｌＧａＡｓ層を形成するためのＡｌとＧａの原料供給比（Ａｌ供給組成約０．２５）として、図１０（Ａ）に示すように、下部ＡｌＧａＡｓ層として、例えば厚さ約５ｎｍのｐ−ＡｌＧａＡｓ層６Ｌを形成する。
この場合、成長温度が約６４０℃で低いため、マストランスポートによるＧａＡｓ層の形状や厚さの変化を抑制することができる。また、下部ＡｌＧａＡｓ層としてのｐ−ＡｌＧａＡｓ層６Ｌは、組成不均一となる。つまり、下部ＡｌＧａＡｓ層としてのｐ−ＡｌＧａＡｓ層６Ｌは、凹部に形成される部分がｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層となり、この部分がｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層６Ｄとなり、凸部６Ａ上に形成された部分がｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層となり、この部分がｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層６Ｂとなる。このように、ｐ−ＧａＡｓ層５の表面に形成された凹凸構造の凹部上に、Ａｌ組成が約０．１５のｐ−ＡｌＧａＡｓ層（ｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層）６Ｄが形成され、凸部６Ａ上に、Ａｌ組成が約０．３５のＡｌＧａＡｓ層（ｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層）６Ｂが形成されることになる。
【００６７】
続いて、上述の第１実施形態の場合と同様に、例えば約６４０℃から約７００℃まで昇温する。
この場合、ｐ−ＧａＡｓ層５の表面に形成された凹凸構造の凸部６Ａ上に形成されたｐ−ＡｌＧａＡｓ層６Ｂは、ｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層であり、Ａｌ組成が高く、マストランスポートしにくい材料からなる。このため、マストランスポートによる回折格子の形状や深さの変化を抑制することができる。
【００６８】
このようにして昇温した後、例えばＭＯＣＶＤ法を用いて、例えば成長温度約７００℃で、例えばＡｌ組成約０．３０のＡｌＧａＡｓ層を形成するためのＡｌとＧａの原料供給比（Ａｌ供給組成約０．３０）として、図１０（Ｂ）に示すように、上部ＡｌＧａＡｓ層として、例えば厚さ約４０ｎｍのｐ−ＡｌＧａＡｓ層６Ｕを形成する。つまり、ｐ−ＧａＡｓ層５の表面に形成された凹凸構造、及び、この凹凸構造の表面を覆っている下部ＡｌＧａＡｓ層としてのｐ−ＡｌＧａＡｓ層６Ｌを埋め込むように、上部ＡｌＧａＡｓ層としてのｐ−ＡｌＧａＡｓ層６Ｕを形成する。これにより、ｐ−ＧａＡｓ層５の表面に形成された凹凸構造は平坦化される。
【００６９】
なお、ここでは、下部ＡｌＧａＡｓ層６Ｌを形成するためのＡｌとＧａの原料供給比と、上部ＡｌＧａＡｓ層６Ｕを形成するためのＡｌとＧａの原料供給比とは異なる。つまり、約６５０℃以下の温度で下部ＡｌＧａＡｓ層６Ｌを形成する際のＡｌとＧａの原料供給比と、約７００℃以上の温度で上部ＡｌＧａＡｓ層６Ｕを形成する際のＡｌとＧａの原料供給比とは異なる。
【００７０】
この場合、成長温度が約７００℃で高いため、上部ＡｌＧａＡｓ層としてのｐ−ＡｌＧａＡｓ層６Ｕは、組成不均一が抑制されたものとなる。つまり、上部ＡｌＧａＡｓ層としてのｐ−ＡｌＧａＡｓ層６Ｕは、凹部及びその上方に形成される部分がｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ａｓ層となり、この部分がｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ａｓ層６Ｅとなり、凸部６Ａの上方に形成された部分がｐ−Ａｌ０．３２Ｇａ０．６８Ａｓ層となり、この部分がｐ−Ａｌ０．３２Ｇａ０．６８Ａｓ層６Ｃとなる。このように、ｐ−ＧａＡｓ層５の表面に形成された凹凸構造の凹部のｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層６Ｄ上に、Ａｌ組成が約０．２０のｐ−ＡｌＧａＡｓ層（ｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ａｓ層）が形成され、凸部６Ａ上に形成されたｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層６Ｂ上に、Ａｌ組成が約０．３２のＡｌＧａＡｓ層（ｐ−Ａｌ０．３２Ｇａ０．６８Ａｓ層）６Ｃが形成されることになる。
【００７１】
このように、成長温度を７００℃以上の高温にすることで、Ｇａ原子の表面マイグレーションを促進し、凹部の主成長面である（３１１）Ａ面におけるＧａ原子の取り込みを抑制し、凸部６Ａの主成長面である（００１）面におけるＧａ原子の取り込みとの差を縮小することで、ＡｌＧａＡｓ層の組成不均一を抑制することが可能である。
このようにして、ｐ−ＧａＡｓ層５の表面に形成された凹凸構造の凹部上に、ｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層６Ｄ、ｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ａｓ層６Ｅを積層させた２層構造のｐ−ＡｌＧａＡｓ層が形成され、凸部６Ａ上に、ｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層６Ｂ、ｐ−Ａｌ０．３２Ｇａ０．６８Ａｓ層６Ｃを積層させた２層構造のｐ−ＡｌＧａＡｓ層が形成される。つまり、ｐ−ＧａＡｓ層５上に、ｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層６Ｄ及びｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ａｓ層６Ｅを備える第１領域６Ｙと、ｐ−ＧａＡｓ層（凸部）６Ａ、ｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層６Ｂ及びｐ−Ａｌ０．３２Ｇａ０．６８Ａｓ層６Ｃを備える第２領域６Ｚとを交互に有する回折格子６Ｘを含むｐ−ＧａＡｓ／ｐ−ＡｌＧａＡｓ回折格子層６が形成される。
【００７２】
上述のようにして組成不均一が抑制された上部ＡｌＧａＡｓ層６Ｕを下部ＡｌＧａＡｓ層６Ｌ上に積層すると、ｐ−ＧａＡｓ層５の表面に形成された凹凸構造の凸部６Ａ上に形成されたＡｌ組成の高いｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層６Ｂ上に、Ａｌ組成の低いｐ−Ａｌ０．３２Ｇａ０．６８Ａｓ層６Ｃが形成されることになる。ここで、ＡｌＧａＡｓ層は、Ａｌ組成が高くなるほど屈折率が低くなる。このため、ＧａＡｓ層（ここでは凸部）６Ａを備え、屈折率を高くしたい回折格子６Ｘの第２領域６Ｚにおいて、マストランスポートを抑制するために形成する屈折率の低いｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層６Ｂ上に、屈折率の高いｐ−Ａｌ０．３２Ｇａ０．６８Ａｓ層６Ｃが形成されることになる。これにより、マストランスポートを抑制するためにｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ層６Ｂを設けることで、回折格子６Ｘの第２領域６Ｚの屈折率が低くなり、第１領域６Ｙとの屈折率差が小さくなって、結合定数が小さくなってしまうが、ｐ−Ａｌ０．３２Ｇａ０．６８Ａｓ層６Ｃを設けることで、回折格子６Ｘの第１領域６Ｙと第２領域６Ｚの屈折率差を大きくし、結合定数を大きくすることが可能となる。
【００７３】
また、上述のようにして組成不均一が抑制された上部ＡｌＧａＡｓ層６Ｕを下部ＡｌＧａＡｓ層６Ｌ上に積層すると、ｐ−ＧａＡｓ層５の表面に形成された凹凸構造の凹部上に形成されたＡｌ組成の低いｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層６Ｄ上に、Ａｌ組成の高いｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ａｓ層６Ｅが形成されることになる。このため、屈折率を低くしたい回折格子６Ｘの第１領域６Ｙに形成されているｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層６Ｄ上に、これよりも屈折率の低いｐ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ａｓ層６Ｅが形成されることになる。これにより、回折格子６Ｘの第１領域６Ｙの屈折率が低くなり、回折格子６Ｘの第１領域６Ｙと第２領域６Ｚの屈折率差を大きくし、結合定数を大きくすることが可能となる。
【００７４】
本実施形態では、上述のようにして形成されたｐ−ＧａＡｓ／ｐ−ＡｌＧａＡｓ回折格子層６は、屈折率約３．３６の第１領域６Ｙと、これよりも屈折率が高い屈折率約３．４０の第２領域６Ｚとを交互に有する回折格子６Ｘを備えるものとなり、第１領域６Ｙと第２領域６Ｚの屈折率差は約０．０４となる。また、結合定数κは約３０となる。
このように、上述の実施形態の製造方法を採用することで、上述の比較例のもの（図３参照）に対し、第１領域６Ｙと第２領域６Ｚの屈折率差を大きくすることができ、これにより、結合定数κを大きくすることができる。この結果、例えば発振閾値などのレーザ特性を向上させることができる。
【００７５】
なお、その他の製造方法の詳細は、上述の第１実施形態の場合と同じであるため、ここではその説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法によれば、上述の第１実施形態の場合と同様に、ＧａＡｓ層のマストランスポートを抑制しながら、ＡｌＧａＡｓ層の組成不均一を抑制して異なる屈折率を有する領域を交互に有する回折格子の屈折率差を確保することで、大きい結合定数を有する回折格子を制御性良く実現できるという利点がある。
［その他］
なお、本発明は、上述した各実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
【００７６】
例えば、上述の各実施形態では、ＧａＡｓ層の表面に形成された凹凸構造がＡｌＧａＡｓ層で埋め込まれた回折格子を備えるＤＦＢレーザを例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、互いに間隔をあけて周期的に設けられたＧａＡｓ層がＡｌＧａＡｓ層で埋め込まれた回折格子を備える半導体装置であれば良い。例えば、細線状に分断されたＧａＡｓ層がＡｌＧａＡｓ層で埋め込まれた回折格子を備えるＤＦＢレーザであっても良い。また、例えば、ＤＢＲレーザ等の他の半導体レーザであっても良い。
【００７７】
また、上述の各実施形態のＤＦＢレーザの構成は、一例にすぎず、他の材料や構造によって構成しても良い。また、例えば、ｐ型の導電性を有する基板を用いても良い。この場合、基板上に形成される各層の導電性は全て逆になる。また、半絶縁性などの他の基板を用いても良い。また、例えば、活性層にバルク活性層や量子ドット活性層などを用いても良い。また、例えば、ｐｎ埋込構造や半絶縁性埋込構造などの埋込構造を用いても良い。また、回折格子層を活性層の下側に設けても良い。
【符号の説明】
【００７８】
１  ｎ−ＧａＡｓ基板
２  ｎ−ＧａＡｓバッファ層
３  ｎ−ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層
４  活性層
５  ｐ−ＧａＡｓ層
６  ｐ−ＧａＡｓ／ｐ−ＡｌＧａＡｓ回折格子層
６Ａ  ｐ−ＧａＡｓ層（凸部）
６Ｂ  ｐ−ＡｌＧａＡｓ層（第２ＡｌＧａＡｓ層）
６Ｃ  ｐ−ＡｌＧａＡｓ層（第３ＡｌＧａＡｓ層）
６Ｄ  ｐ−ＡｌＧａＡｓ層（第１ＡｌＧａＡｓ層）
６Ｅ  ｐ−ＡｌＧａＡｓ層（第４ＡｌＧａＡｓ層）
６Ｘ  回折格子
６Ｙ  第１領域
６Ｚ  第２領域
６Ｌ  下部ＡｌＧａＡｓ層（ｐ−ＡｌＧａＡｓ層）
６Ｕ  上部ＡｌＧａＡｓ層（ｐ−ＡｌＧａＡｓ層）
７  ｐ−ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層
８  ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
９  ＳｉＯ２パッシベーション膜
１０  ｐ側電極
１１  ｎ側電極
１２  リッジ構造
２０  ｐ−ＧａＡｓ層
２１  レジストパターン
２２  ＳｉＯ2ストライプパターン
２３  ＳｉＯ2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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