(57)【要約】【課題】メサストライプ構造に含まれるＺｎとの相互拡散を抑制しつつ、安定的に形成される高抵抗な埋め込み層を備える半導体光素子、及び、その製造方法の提供。【解決手段】メサストライプ構造の両側部に隣接して配置される、ルテニウムを含む１以上の不純物が添加される半導体を含む埋め込み層には、メサストライプ構造に接して形成されるルテニウムが添加される半導体層からなる第１埋め込み層と、ルテニウムと前記半導体の禁制帯のディープレベルに不純物準位を付与する他の金属が添加される半導体層からなる第２埋め込み層と、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上方に、
少なくとも、第１の導電型の光ガイド層、活性領域、第２の導電型の光ガイド層が、順に積層されたメサストライプ構造と、
前記メサストライプ構造の両側部に隣接して配置される、ルテニウムを含む１以上の不純物が添加される半導体を含む埋め込み層と、
を、備える半導体光素子であって、
前記埋め込み層には、
前記メサストライプ構造に接して形成されるルテニウムが添加される半導体層からなる第１埋め込み層と、
前記第１埋め込み層の、前記メサストライプ構造側とは反対側に、ルテニウムと、前記半導体の禁制帯のディープレベルに不純物準位を付与する他の金属が添加される半導体層からなる第２埋め込み層と、
を含むことを特徴とする、半導体光素子。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体光素子であって、
前記他の金属とは、鉄、若しくは、オスミウム、又は、鉄とオスミウムの両方、である、
ことを特徴とする半導体光素子。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体光素子であって、
前記埋め込み層に含まれる前記半導体は、インジウム燐である、
ことを特徴とする半導体光素子。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体光素子であって、
前記第１埋め込み層のうち、前記メサストライプ構造の両側部に隣接して位置する領域の厚みは、０．５μｍ以上１μｍ以下である、
ことを特徴とする半導体素子。
【請求項５】
半導体基板上方に、
少なくとも、第１の導電型の光ガイド層、活性領域、第２の導電型の光ガイド層が、順に積層されたメサストライプ構造と、
前記メサストライプ構造の両側部に隣接して配置される、不純物が添加される半導体を含む埋め込み層と、
を、備える半導体光素子の製造方法であって、
前記メサストライプ構造を形成する工程と、
第１成長温度により、前記メサストライプ構造の両側に接し、ルテニウムが不純物として添加される半導体を含む第１埋め込み層を形成する工程と、
前記第１成長温度より高温となる第２成長温度により、ルテニウムを含む１以上の不純物が添加される半導体を含む第２埋め込み層を形成する工程とを、含む、
ことを特徴とする半導体光素子の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体光素子の製造方法であって、
前記第２埋め込み層の少なくとも一部には、前記半導体の禁制帯のディープレベルに不純物準位を付与する他の金属が添付される、
ことを特徴とする半導体光素子の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体光素子の製造方法であって、
前記他の金属とは、鉄、若しくは、オスミウム、又は、鉄とオスミウムの両方、である、
ことを特徴とする半導体光素子の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体光素子の製造方法であって、
前記埋め込み層に含まれる前記半導体は、インジウム燐である、
ことを特徴とする半導体光素子の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の半導体光素子の製造方法であって、
前記第１埋め込み層のうち、前記メサストライプ構造の両側部に隣接して位置する領域の厚みは、０．５μｍ以上１μｍ以下である、
ことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光素子に関する。特に、半導体光素子の活性領域の両側が、半絶縁半導体によって埋め込まれる、埋め込みヘテロ構造を有する半導体光素子の特性向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体光素子の活性領域などを含むメサストライプ構造の両側が、埋め込み層によって埋め込まれている構造を、埋め込みヘテロ構造という。埋め込み層を半絶縁性半導体からなる埋め込みヘテロ構造は、大容量光伝送系半導体光素子として、例えば、光変調器集積型レーザなどにおいて用いられている。埋め込み層が半絶縁性半導体からなる構造は、従来の埋め込み層がｐｎ接合となる構造よりも、素子容量を小さく、より高速変調などが可能となるからである。
【０００３】
埋め込み層として、高抵抗となる半絶縁性半導体が用いられ、従来より、鉄（Ｆｅ）が不純物として添加された半導体が用いられている。しかし、Ｆｅと亜鉛（Ｚｎ）は相互拡散しやすいため、埋め込み層のＦｅと、メサストライプ構造に含まれるｐ型クラッド層やｐ型コンタクト層に添加されたＺｎとが、界面において相互拡散するという問題がある。その結果、埋め込み層にＦｅが不純物として添加された半導体が用いられると、Ｚｎが埋め込み層に拡散し、素子特性の劣化、特に、変調特性の劣化を引き起こす要因となっている。
【０００４】
Ｚｎの埋め込み層への拡散が抑制される不純物として、ルテニウム（Ｒｕ）が添加されたインジウム燐（ＩｎＰ）を埋め込み層に用いた半導体光素子が特許文献１に開示されている。特許文献１には、Ｒｕが不純物として添加されたＩｎＰ層の成長温度は、５８０℃から６４０℃の間であり、典型的には６００℃であるとの記載がある。この成長温度は、Ｆｅが不純物として添加されたＩｎＰ層の成長温度として知られている温度と同じである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１１４４０７号公報
【特許文献２】特開２００３−７８２１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発明者らが研究を重ねた結果、添加するＲｕの濃度と、形成される埋め込み層の抵抗率は、単に比例関係となっておらず、成長温度が重要な要因となることが明らかとなった。すなわち、Ｒｕが不純物として添加された半導体を埋め込み層として形成される半導体光素子は、埋め込み層の成長温度によって、作製された半導体光素子の特性が異なってしまう。
【０００７】
例えば、Ｒｕが不純物として添加されたＩｎＰ層が、異なる成長温度によって形成された場合に、作製されたＩｎＰ層の抵抗率と、ＩｎＰ層に含まれるＲｕ原子の濃度について測定をした結果を、以下に記す。成長温度が５７０℃である場合、作製されたＩｎＰ層の抵抗率は２×１０７Ωｃｍであり、ＩｎＰ層に含まれるＲｕ原子の濃度は７×１０１７ａｔｏｍ／ｃｍ３であった。また、成長温度６１０℃である場合、作製されたＩｎＰ層の抵抗率は５×１０４Ωｃｍであり、ＩｎＰ層に含まれるＲｕ原子の濃度は２×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３であった。このように、抵抗率とＲｕ原子の濃度は、比例関係になく、成長温度が重要な要因となっている。なお、参考のために記すと、Ｆｅが不純物として添加されたＩｎＰ層が、成長温度が６１０℃で形成された場合、ＩｎＰ層の抵抗率は２×１０６Ωｃｍであった。
【０００８】
このため、特許文献１に記載されるような高い成長温度によって、当該埋め込み層が形成されると、Ｒｕが添加されたＩｎＰ層自体の抵抗率が低下してしまう。その場合、本来、埋め込み層として必要とされる高抵抗という特性を満たしておらず、その結果、当該埋め込み層にリーク電流が発生してしまい、閾値電流が増大するなど、半導体光素子としての特性に不具合が生じる。
【０００９】
これに対して、前述の成長温度より低い、例えば、５５０℃から５９０℃の間となる成長温度で、当該埋め込み層が形成されると、Ｒｕが添加されたＩｎＰ層の抵抗率は上昇し、その抵抗率は、半導体光素子として十分な特性を満たし得る。
【００１０】
図３は、従来技術に係る半導体光素子の断面図である。当該半導体光素子は、埋め込みヘテロ構造を有しており、埋め込み層にはＲｕが添加されたＩｎＰが用いられている。図３は、後述する本発明の実施形態に係る変調器集積型半導体レーザ素子の断面図である図２に対応している。５５０℃から５９０℃の間となる低い成長温度で、Ｒｕが添加されたＩｎＰからなる埋め込み層１００が形成され、かつ、同一ウェハ上に作製される複数の半導体光素子のうち、ウェハ端部から１０ｍｍ近傍といったウェハ外周部に位置する半導体光素子について、図３は示している。
【００１１】
このような低い成長温度で、Ｒｕが添加されたＩｎＰからなる埋め込み層１００が形成されると、インジウム（Ｉｎ）原子の移動（マイグレーション）が十分にされなくなる。その結果、図３に示すように、ウェハ外周部に位置する半導体光素子において、埋め込み層１００の上面に、突起形状１０１が出現してしまう。また、メサストライプ構造の上方にも、Ｒｕが添加されたＩｎＰが異常結晶成長される異常結晶成長層１０２が形成されることとなる。すなわち、異常結晶成長層１０２により、メサストライプ構造が埋没してしまう。
【００１２】
このような問題が生じてしまうと、メサストライプ構造の上部に、レジスト被覆を行うことが不十分となり、埋め込み層１００の一部がエッチングされるというプロセス上の不具合が生じて、１個のウェハで作製される半導体光素子の歩留まりが低下する。
【００１３】
本発明は、上記課題を鑑みて、メサストライプ構造に含まれるＺｎとの相互拡散を抑制しつつ、安定的に形成される高抵抗な埋め込み層を備える半導体光素子、及び、その製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
（１）上記課題を解決するために、本発明に係る半導体光素子は、半導体基板上方に、少なくとも、第１の導電型の光ガイド層、活性領域、第２の導電型の光ガイド層が、順に積層されたメサストライプ構造と、前記メサストライプ構造の両側部に隣接して配置される、ルテニウムを含む１以上の不純物が添加される半導体を含む埋め込み層と、を、備える半導体光素子であって、前記埋め込み層には、前記メサストライプ構造に接して形成されるルテニウムが添加される半導体層からなる第１埋め込み層と、前記第１埋め込み層の、前記メサストライプ構造側とは反対側に、ルテニウムと、前記半導体の禁制帯のディープレベルに不純物準位を付与する他の金属が添加される半導体層からなる第２埋め込み層と、を含むことを特徴とする。
【００１５】
（２）上記（１）に記載の半導体光素子であって、前記他の金属とは、鉄、若しくは、オスミウム、又は、鉄とオスミウムの両方、であってもよい。
【００１６】
（３）上記（２）に記載の半導体光素子であって、前記埋め込み層に含まれる前記半導体は、インジウム燐であってもよい。
【００１７】
（４）上記（３）に記載の半導体光素子であって、前記第１埋め込み層のうち、前記メサストライプ構造の両側部に隣接して位置する領域の厚みは、０．５μｍ以上１μｍ以下であってもよい。
【００１８】
（５）また、上記課題を解決するために、本発明に係る半導体光素子の製造方法は、半導体基板上方に、少なくとも、第１の導電型の光ガイド層、活性領域、第２の導電型の光ガイド層が、順に積層されたメサストライプ構造と、前記メサストライプ構造の両側部に隣接して配置される、不純物が添加される半導体を含む埋め込み層と、を、備える半導体光素子の製造方法であって、前記メサストライプ構造を形成する工程と、第１成長温度により、前記メサストライプ構造の両側に接し、ルテニウムが不純物として添加される半導体を含む第１埋め込み層を形成する工程と、前記第１成長温度より高温となる第２成長温度により、ルテニウムを含む１以上の不純物が添加される半導体を含む第２埋め込み層を形成する工程とを、含む、ことを特徴とする。
【００１９】
（６）上記（５）に記載の半導体光素子の製造方法であって、前記第２埋め込み層の少なくとも一部には、前記半導体の禁制帯のディープレベルに不純物準位を付与する他の金属が添付されてもよい。
【００２０】
（７）上記（６）に記載の半導体光素子の製造方法であって、前記他の金属とは、鉄、若しくは、オスミウム、又は、鉄とオスミウムの両方、であってもよい。
【００２１】
（８）上記（７）に記載の半導体光素子の製造方法であって、前記埋め込み層に含まれる前記半導体は、インジウム燐であってもよい。
【００２２】
（９）上記（８）に記載の半導体光素子の製造方法であって、前記第１埋め込み層のうち、前記メサストライプ構造の両側部に隣接して位置する領域の厚みは、０．５μｍ以上１μｍ以下であってもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明により、メサストライプ構造に含まれるＺｎとの相互拡散を抑制しつつ、安定的に形成される高抵抗な埋め込み層を備える半導体光素子、及び、その製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係る変調器集積型半導体レーザ素子の構造を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る変調器集積型半導体レーザ素子の断面図である。
【図３】従来技術に係る半導体光素子の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の実施形態に係る半導体光素子について、図面に基づいて、以下に説明する。
【００２６】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る半導体光素子は、半導体レーザの前方に変調器をモノリシックに集積した変調器集積型半導体レーザ素子１である。すなわち、変調器集積型半導体レーザ素子１は、レーザ部１１と変調器部１２を備えている。レーザ部１１は、例えば、回折格子層を有する分布帰還型レーザ（Distributed Feedback Laser：以下、ＤＦＢレーザと記す）である。また、変調器部１２は、例えば、電界吸収（Electro-Absorption）型変調器（以下、ＥＡ変調器と記す）である。
【００２７】
図１は、当該実施形態に係る変調器集積型半導体レーザ素子１の構造を示す斜視図である。図１には、変調器集積型半導体レーザ素子１のレーザ部１１の中心部から、光導波路方向に対して垂直となる断面と、光導波路方向に平行に延び、メサストライプ構造の積層方向に対して垂直となる断面とが、示されている。
【００２８】
当該変調器集積型半導体レーザ素子１には、活性領域、及び、活性領域の上下に位置する光ガイド層などにより、多層構造となっており、さらに、多層構造の両側が、光導波路となる領域の外方で除去されたメサストライプ構造となっている。当該変調器集積型半導体レーザ素子１は、埋め込みヘテロ構造を有しており、前述の通り、メサストライプ層の両側が、埋め込み層によって埋め込まれている。
【００２９】
図２は、当該実施形態に係る変調器集積型半導体レーザ素子１の断面図である。図２は、図１に示す当該実施形態に係る変調器集積型半導体レーザ素子１のＡ−Ａ断面図である。すなわち、変調器集積型半導体レーザ素子のレーザ部１１の中心部から、光導波路方向に対して垂直となる断面である。
【００３０】
当該変調器集積型半導体レーザ素子１は、レーザ部１１及び変調器部１２に、それぞれ多層構造を備えている。ここでは、レーザ部１１の多層構造を第１多層構造、変調器部１２の多層構造を第２多層構造とする。
【００３１】
なお、図１及び図２には、変調器集積型半導体レーザ素子１の構造を理解するために、図示されていなかったり、実際の縮尺とは異なり誇張されて図示されている部位がある。
【００３２】
図１及び図２に示す通り、第１多層構造には、ｎ型ＩｎＰ基板２０上に、ｎ型ＩｎＰバッファ層（図示せず）、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層２５（図１には図示せず）、活性層２２、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層２６（図１には図示せず）、ｐ型ＩｎＰスペーサ層（図示せず）、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層（図示せず）、ｐ型ＩｎＰクラッド層２３、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰノッチ低減層（図示せず）、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層２４が積層されている。
【００３３】
ここで、活性層２２は、アンドープＩｎＧａＡｓＰ系の材料によって形成され、たとえば多重量子井戸を構成している。レーザ部１１において、活性層２２が活性領域となっている。
【００３４】
同様に、図１に示す通り、第２多層構造には、ｎ型ＩｎＰ基板２０上に、ｎ型ＩｎＰバッファ層（図示せず）、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層２５（図１には図示せず）、光吸収層３２、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層２６（図１には図示せず）、ｐ型ＩｎＰクラッド層２３、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰノッチ軽減層（図示せず）、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層２４が積層されている。
【００３５】
ここで、光吸収層３２は、アンドープＩｎＧａＡｓＰ系の材料によって形成され、たとえば多重量子井戸を構成している。変調器部１２において、光吸収層３２が活性領域となっている。
【００３６】
レーザ部１１の第１多層構造から変調器部１２の第２多層構造に渡って、光導波路領域の外側が、多層構造の上面からｎ型ＩｎＰ基板２０の上表面から約１μｍの深さまで除去されており、メサストライプ構造となっている。メサストライプ構造のメサストライプ幅は、１〜２．５μｍ程度である。
【００３７】
当該変調器集積型半導体レーザ素子１は、メサストライプ構造の両側が、埋め込み層によって埋め込まれており、埋め込みヘテロ構造を有している。当該変調器集積型半導体レーザ素子１の埋め込み層は、図２に示す通り、メサストライプ構造の両側と、メサストライプ構造の両脇に位置するｎ型ＩｎＰ基板２０の上面とを覆う第１埋め込み層４１と、第１埋め込み層４１のメサストライプ構造側とは反対側に配置される第２埋め込み層４２とで、構成されている。
【００３８】
第１埋め込み層４１は、Ｒｕが不純物として添加されたＩｎＰ層であり、５５０℃から５９０℃の間であり、典型的には５７０℃である第１成長温度で形成されている。このような成長温度で、第１埋め込み層４１が形成されたことにより、レーザ部１１における活性層２２、変調器部１２における光吸収層３２など、光導波路を形成している活性領域の両側を、高抵抗の半導体層で埋め込むことが可能となる。また、第１埋め込み層４１には、Ｒｕが不純物として添加されており、メサストライプ構造に位置するｐ型ＩｎＰクラッド層２３やｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層２４などに含まれるＺｎとの相互拡散が抑制されるので、第１埋め込み層４１の抵抗率の低下が抑制され、半導体光素子として十分な特性を維持することが出来る。
【００３９】
第２埋め込み層４２は、Ｒｕが不純物として添加されたＩｎＰ層であり、５８０℃から６４０℃の間であり、典型的には６１０℃である第２成長温度で形成されている。第２成長温度は、第１成長温度よりも高温に設定されることが望ましい。
【００４０】
第２埋め込み層４２は、Ｒｕが添加されたＩｎＰ層であり、第１成長温度より高温となる第２成長温度で形成されると、前述の通り、第２埋め込み層４２の抵抗率が低下する。しかし、この場合であっても、第１埋め込み層４１が十分に高抵抗に維持されるので、電流のリークは抑制されている。そして、第２埋め込み層４２は、第１成長温度より高温となる第２成長温度で形成されているので、埋め込み層が結晶成長する際に、III族元素であるＩｎ原子のマイグレーションが促進される。それゆえ、図３に示す従来技術に係るＲｕが不純物として添加されたＩｎＰ層とは異なり、埋め込み層上面に突起形状１０１が出現したり、異常結晶成長層１０２によってメサストライプ構造が埋没したりすることが抑制される。その結果、従来において問題となっていたプロセス上の不具合は抑制され、１個のウェハで作製される半導体素子の歩留まりを向上することが可能となる。
【００４１】
第２埋め込み層４２を、Ｒｕのみならず、Ｆｅが不純物としてさらに添加されたＩｎＰ層とするのが、望ましい。第２埋め込み層４２がＲｕのみを不純物として添加されたＩｎＰ層の場合、第１成長より高温となる第２成長温度で形成される場合、前述の通り、第２埋め込み層４２の抵抗率が低下する。しかし、第２埋め込み層４２が、ＲｕとＦｅと複数の不純物が添加されたＩｎＰ層である場合、第２埋め込み層４２の抵抗率が高めることが可能である。これにより、埋め込み層へのリーク電流をさらに抑制することが可能となり、半導体光素子の特性が向上することが出来る。
【００４２】
特許文献２に、埋め込みヘテロ構造を有する半導体光素子において、埋め込み層が２層構造をしており、メサストライプ構造の両側に対して、Ｒｕが添加されたＩｎＰ層、Ｆｅが添加されたＩｎＰ層が、順に形成されている構造について、記載がある。
【００４３】
しかし、特許文献２には、Ｆｅが添加されたＩｎＰ層について開示しているのに対して、当該実施形態に係る第２埋め込み層４２のように、ＲｕとＦｅなど複数の不純物が添加されたＩｎＰ層についての記載はなく、構造的に異なっている。また、特許文献２には、Ｆｅが添加されたＩｎＰ層自体の抵抗率が低いという問題点について言及はなく、前述したような、複数の不純物を添加することにより、第２埋め込み層４２の抵抗率を高めるという技術的思想に対する示唆もない。
【００４４】
さらに、特許文献２に開示されているように、埋め込み層として、Ｒｕが不純物として添加されたＩｎＰ層に重ねて、Ｆｅが不純物として添加されたＩｎＰを形成した場合、界面において、Ｆｅ原子の偏析が生じてしまう。それゆえ、埋め込み層の抵抗率が、膜厚方向に対して、局所的に不均一となってしまうという問題が生じる。しかし、当該実施形態に係る埋め込み層のように、第２埋め込み層４２に、第１埋め込み層と同じ不純物であるＲｕが含まれており、第２埋め込み層４２が、ＲｕとＦｅが同時に添加されて形成されることにより、そのような偏析は抑制されると考えられるので、半導体光素子の特性の低下が抑制される。
【００４５】
なお、ここで、レーザ部１１の活性層２２及び変調器部１２の光吸収層３２は、ＩｎＧａＡｓＰ系の材料によって形成されるとしているが、ＩｎＧａＡｌＡｓ系の材料によって形成されてもよいし、ＩｎＧａＡｓＰ系の材料とＩｎＧａＡｌＡｓ系の材料との組み合わせによって形成されてもよい。
【００４６】
次に、当該実施形態に係る変調器集積型半導体レーザ素子１の製造方法について、説明する。
【００４７】
まず、ｎ型ＩｎＰ基板２０上に、レーザ部１１の第１多層構造の一部の形成を行う。すなわち、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法を用いて、ｎ型ＩｎＰ基板２０上に、ｎ型ＩｎＰバッファ層（図示せず）、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層２５、活性層２２、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層２６、ｐ型ＩｎＰスペーサ層（図示せず）、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層（図示せず）、ｐ型ＩｎＰキャップ層（図示せず）が形成される。ここで、活性層２２とは、前述の通り、アンドープＩｎＧａＡｓＰ層である。
【００４８】
そして、ｐ型ＩｎＰキャップ層の上面に、酸化膜や窒化膜などの絶縁膜を用いてパターンを形成し、これをマスク材料として、ドライエッチング若しくはウェットエッチングを施し、レーザ部１１以外の部分の多層構造が、ｎ型ＩｎＰバッファ層表面まで除去される。
【００４９】
次に、ｎ型ＩｎＰ基板２０上に、変調器部１２の第２多層構造の一部の形成を行う。すなわち、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層２５、光吸収層３２、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層２６、ｐ型ＩｎＰキャップ層（図示せず）が形成される。ここで、光吸収層３２とは、前述の通り、アンドープＩｎＧａＡｓＰ層である。
【００５０】
なお、ここでは、レーザ部１１の第１多層構造と、変調器部１２の第２多層構造とが、この順に形成されると説明したが、もちろん逆の順に、形成されるとしても構わない。
【００５１】
続いて、変調器部１２の多層構造の上面を酸化膜や窒化膜などの絶縁膜により覆い、レーザ部１１に対してのみ、ホトリソグラフィとエッチングを施すことにより、光軸と垂直方向に短冊状を為した回折格子が形成される。
【００５２】
この絶縁膜を除去した後、ＭＯＣＶＤ法を用いて、レーザ部１１及び変調器部１２に渡る多層構造の上面に、さらに、ｐ型ＩｎＰクラッド層２３、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰノッチ低減層（図示せず）、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層２４、アンドープＩｎＰキャップ層（図示せず）が形成される。
【００５３】
レーザ部１１及び変調器部１２に形成された多層構造に対して、光導波路領域の上方に対して、絶縁膜により幅１〜２．５μｍ程度のストライプパターンを形成し、これをマスク材料として、ドライエッチングを施し、ストライプパターンの両側の多層構造が、ｎ型ＩｎＰ基板２０の上面から１μｍ程度の深さまで、除去される。これにより、メサストライプ構造が形成される。
【００５４】
なお、当該実施形態においては、活性領域の下側には、第１の導電型となるｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層２５が、活性領域の上側には、第２の導電型となるｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層２６が、それぞれ配置されている。
【００５５】
次に、ストライプ構造の両側に、埋め込み層が形成される。ＭＯＣＶＤ法を用いて、メサストライプ構造の両側、及び、上記ＩｎＰ基板２０の上面に対して、第１成長温度である５７０℃で、第１埋め込み層４１が形成される。第１埋め込み層４１は、Ｒｕが不純物として添加されたＩｎＰ層である。メサストライプ構造の両側が十分に被膜されるよう、第１埋め込み層４１の層厚は０．５〜１．０μｍ程度が望ましい。
【００５６】
そして、第２成長温度である６１０℃まで温度を上げた後、この温度で、第２埋め込み層４２が形成される。第２埋め込み層４２は、例えば、Ｒｕ及びＦｅが不純物として添加されたＩｎＰ層である。第２埋め込み層４２の層厚は、メサストライプ構造の多層成長方向に沿って５μｍ程度である。
【００５７】
さらに、レーザ部１１及び変調器部１２に、それぞれｐ型電極５１が形成される。そのために、絶縁膜のストライプパターンが除去され、酸化膜や窒化膜などの絶縁膜が、基板表面全体に形成される。そして、ホトリソグラフィとエッチングを施すことにより、メサストライプ構造の上面を中心に、絶縁膜が除去され、幅が５μｍ程度で光導波路方向に延伸するスルーホールが形成される。
【００５８】
メサストライプ構造の上面のうち、スルーホール内に位置するアンドープＩｎＰキャップ層がエッチングにより除去され、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層２４が露出する。続いて、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）の順に、電極材料がメサストライプ構造の上方に形成される。所望の電極形状にパターン化されることで、レーザ部１１及び変調器部１２それぞれに、ｐ型電極５１が形成される。
【００５９】
この後、ｎ型ＩｎＰ基板２０の裏面が厚さ１００μｍ程度になるまで研磨され、その裏面に、ｎ型電極５２が形成され、ウエハ工程が完了する。続いて、素子の前方後方が露出されるように、ウェハが劈開され、前方及び後方の面に、それぞれ、低反射膜及び高反射膜が、スパッタリングにより形成される。さらに、チップ化することにより、変調器集積型半導体レーザ素子１が完成する。
【００６０】
以上、本実施形態に係る変調器集積型半導体レーザ素子１の製造方法について、説明した。埋め込み層の形成をする際に、第１埋め込み層を形成するための第１成長温度から、第２埋め込み層を形成するための第２成長温度まで、温度を上昇させている。第１成長温度から第２成長温度まで変化する間、埋め込み層の結晶成長が中断されてもよいし、そのまま続行されてもよい。
【００６１】
埋め込み層の結晶成長が中断される場合、第１埋め込み層４１に重ねて、第２埋め込み層４２が形成される。成長温度が高いほど、ＩｎＰ層に添加されるＲｕ原子の濃度は高いので、埋め込み層のそれぞれの位置におけるＲｕ原子の濃度を測定すると、第１埋め込み層４１と第２埋め込み層４２との界面において、第１埋め込み層４１から第２埋め込み層４２に、Ｒｕ原子の濃度が不連続に（ステップ状に）増加する。
【００６２】
これに対して、埋め込み層の結晶成長が続行される場合、第１埋め込み層４１と第２埋め込み層４２の間にも、埋め込み層が位置することとなる。この場合、この領域において、第１埋め込み層４１側から第２埋め込み層４２側にかけて、Ｒｕ原子の濃度が連続的に（グラデーション状に）増加している。なお、層内の位置に対するＲｕ原子の濃度の変化を測定したものは、Ｒｕ原子濃度デプスプロファイルと呼ばれている。
【００６３】
なお、前述の通り、第１埋め込み層４１は、５５０℃から５９０℃の間であり、典型的には５７０℃である第１成長温度で形成されるのが、第１埋め込み層４１の抵抗率の上昇の観点から望ましい。しかし、プロセス工程の簡略化の観点からは、第１埋め込み層４１が形成される第１成長温度を、第２埋め込み層４２が形成される第２成長温度と同じ５８０℃から６４０℃の間であり、典型的には６１０℃である成長温度としてもよい。一定の成長温度で、第１埋め込み層４１と第２埋め込み層４２がともに形成されることにより、プロセス工程が簡略化される。この場合、前述の通り、第１埋め込み層４１の抵抗率は低下してしまうものの、第２埋め込み層４２が十分に高い抵抗率で形成される場合、埋め込み層全体として高抵抗に維持される。第１埋め込み層には、Ｒｕが不純物として添加されており、メサストライプ構造に含まれるＺｎとの相互拡散を抑制し、なおかつ、図３に示す突起形状１０１や異常結晶成長層１０２の出現を抑制しつつ、半導体光素子として十分な特性が得られる。
【００６４】
また、ここで、ＭＯＣＶＤ法を用いて埋め込み層が形成される場合について説明したが、ＭＯＣＶＤ法に限定されることはない。例えば、分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法や、有機金属による分子線エピタキシー（ＭＯＭＢＥ：Metal-organic Molecular Beam Epitaxy)法など、他の方法を用いて埋め込み層が形成されてもよい。
【００６５】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る半導体光素子は、第１の実施形態に係る半導体光素子と同様に、変調器集積型半導体レーザ素子１であり、基本的な構成は、第１の実施形態に係る半導体光素子と同じである。
【００６６】
第２の実施形態に係る変調器集積型半導体レーザ素子１は、第２埋め込み層４２の構成が異なる。第２埋め込み層４２を、Ｒｕとオスミウム（Ｏｓ）、又は、ＲｕとＦｅとＯｓが、不純物として添加されたＩｎＰ層とする。
【００６７】
半導体に不純物を添加すると、価電子帯上端と伝導帯下端の間にあるバンドギャップ（禁制帯）の中に、不純物によるエネルギー準位が出現する場合がある。不純物によるエネルギー準位が、価電子帯上端近傍に位置する場合、不純物によるエネルギー準位と価電子帯との間で、熱によって電子の遷移が起こり得る。同様に、不純物によるエネルギー準位が、伝導帯下端近傍に位置する場合、不純物によるエネルギー準位と伝導帯との間で、熱によって電子の遷移が起こり得る。このような場合、半導体に不純物が添加されると、電気伝導性が高くなる。すなわち、抵抗率が低下する。
【００６８】
これに対して、不純物によるエネルギー準位が、バンドギャップの中央付近、すなわち、価電子帯上端からも、伝導体下端からも離れているエネルギーに位置する場合、不純物によるエネルギー準位と価電子帯の間や、不純物によるエネルギー準位と伝導帯の間のいずれとも、熱によって電子が遷移されることがほとんどない。すなわち、電子が不純物によるエネルギー準位に捕獲されるので、このような場合、半導体に不純物が添加されると、電気伝導性が低下し、抵抗率が上昇する。このようなエネルギー準位は、ディープレベル（深い準位）と呼ばれている。ここで、ディープレベルとは、バンドギャップ内に位置しており、価電子帯上端より、素子の使用環境温度（０℃〜９５℃）の熱エネルギー以上高く、伝導帯下端より、素子の使用環境温度（０℃〜９５℃）の熱エネルギー以上低い準位であるとする。
【００６９】
ＲｕやＦｅ，Ｏｓなどが、ＩｎＰなどの半導体に添加されると、バンドギャップの中に、ディープレベルとなる不純物によるエネルギー準位を形成する。それゆえ、電気伝導性が低下し、抵抗率が上昇する。そして、このような不純物が複数添加されることにより、不純物によるエネルギー準位が増え、これらエネルギー準位に電子が捕獲されるので、電気伝導性がより低下し、抵抗率がより上昇する。
【００７０】
それゆえ、第１の実施形態に係る第２埋め込み層４２が、ＲｕとＦｅが不純物として添加されたＩｎＰ層とすることにより、Ｒｕのみが不純物として添加されたＩｎＰ層より抵抗率が上昇し、半導体光素子の特性が向上したのと同様に、第２埋め込み層４２が、ＲｕとＯｓ、又は、ＲｕとＦｅとＯｓが、不純物として添加されたＩｎＰ層としてもよい。
【００７１】
その他、ロジウム（Ｒｈ）やチタン（Ｔｉ）などのいずれかを、Ｒｕに加えて添加する不純物としてもよいし、Ｆｅ、Ｏｓ、Ｒｈ、Ｔｉのうち複数の組み合わせをＲｕに加えて添加する不純物としてもよい。また、Ｒｕを含まず、Ｆｅ，Ｏｓ、Ｒｈ、Ｔｉのうち、複数の組み合わせを添加する不純物としてもよい。
【００７２】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る半導体光素子は、第１の実施形態に係る半導体光素子と同様に、変調器集積型半導体レーザ素子１であり、基本的な構成は、第１の実施形態に係る半導体光素子と同じである。
【００７３】
第３の実施形態に係る変調器集積型半導体レーザ素子１は、埋め込み層の構成が異なる。第１の実施形態や第２の実施形態に係る埋め込み層は、半導体としてＩｎＰが材料に用いられているが、当該実施形態に係る埋め込み層は、ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｌＡｓなどの半導体が材料に用いられる。このように、基板と異なる化合物半導体混晶であっても、基板と格子整合する材料であれば、埋め込み層の半導体として用いることが出来、Ｒｕなどの不純物が添加されることにより、埋め込み層の抵抗率が上昇し、埋め込み層としての特性を満たす。
【００７４】
［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態に係る半導体光素子は、直接電流変調型レーザ素子である。すなわち、第１の実施形態に係る変調器集積型半導体レーザ素子１と異なり、変調器部１２が形成されていない。当該直接電流変調型レーザ素子は、第１の実施形態に係る変調器集積型半導体レーザ素子１と同様に、例えば、ＤＦＢレーザである。そして、直接電流変調型レーザ素子の活性層２２は、ＩｎＧａＡｓＰ系の材料によって構成されている。しかし、この材料に限定されることはなく、ＩｎＧａＡｌＡｓ系の材料のみに構成されていてもよいし、ＩｎＧａＡｓＰ系の材料とＩｎＧａＡｌＡｓ系の材料との組み合わせによって構成されていてもよい。
【００７５】
［第５の実施形態］
本発明の第５の実施形態に係る半導体光素子は、半導体レーザ素子に、外部変調器を備える半導体光素子である。すなわち、第１の実施形態に係る変調器集積型半導体レーザ素子１と異なり、変調器部１２の代わりに、半導体レーザ素子の出力側に、外部変調器が設けられている。ここで、外部変調器とは、例えば、マッハツェンダー型変調器である。また、半導体レーザ素子は、第１の実施形態に係る変調器集積型半導体レーザ素子１と同様に、例えば、ＤＦＢレーザである。
【００７６】
［第６の実施形態］
本発明の第６の実施形態に係る半導体光素子の基本的な構成は、第１の実施形態乃至第５の実施形態に係る半導体光素子のいずれかと同じである。当該実施形態に係る半導体光素子の特徴は、その製造方法にある。
【００７７】
第１埋め込み層４１及び第２埋め込み層４２など、埋め込み層を形成する際に、総ガス流速を５．６〜６．０ｃｍ／ｓの範囲としている。ここで、総ガス流速とは、単位時間当たりの総ガス流量を、ガス供給時の石英治具断面積で割ったものである。
【００７８】
従来において、総ガス流速が４．８ｃｍ／ｓ程度であったが、総ガス流速を５．６〜６．０ｃｍ／ｓとすることにより、例えば、埋め込み層が不純物が添付されたＩｎＰ層である場合は、Ｉｎ原子のマイグレーションがさらに促進される。これにより、ウェハ外周部
に位置する半導体光素子においても、図３に示す突起形状１０１や異常結晶成長層１０２が出現することがさらに抑制される。
【００７９】
以上、本発明の実施形態に係る半導体光素子について説明した。本発明は、埋め込みヘテロ構造の埋め込み層に特徴があり、埋め込みヘテロ構造を有する半導体光素子であれば、実施形態において説明した変調器型集積型レーザや直接電流変調型レーザ素子などに限定されないのは、言うまでもない。また、レーザ素子としても、ＤＦＢレーザに限定されることはなく、変調器についてもＥＡ変調器に限定されず、他のレーザや他の変調器であってもよいのは、言うまでもない。
【符号の説明】
【００８０】
１  変調器集積型半導体レーザ素子、１１  レーザ部、１２  変調器部、２０  ｎ型ＩｎＰ基板、２２  活性層、２３  ｐ型ＩｎＰクラッド層、２４  ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層、２５  ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層、２６  ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層、３２  光吸収層、４１  第１埋め込み層、４２  第２埋め込み層、５１  ｐ型電極、５２  ｎ型電極、１００  埋め込み層、１０１  突起形状、１０２  異常結晶成長層。
【図１】
2011124390.tif 000003
【図２】
2011124390.tif 000004
【図３】
2011124390.tif 000005