(57)【要約】【課題】ＤＦＢ半導体レーザの発振波長とＥＡ変調器の吸収端波長との調整をとることが容易な、半導体光集積素子を作製する方法を提供する。【解決手段】第１の半導体積層物２５のIII−Ｖ化合物半導体膜２１ａ上だけでなく第２の半導体積層物３１のIII−Ｖ化合物半導体膜２９上にも回折格子用マスク３３を形成する。回折格子用マスク３３を用いて第１の半導体積層物２５のIII−Ｖ化合物半導体膜２１ａをエッチングして、パターン形成された回折格子構造２１ｂを形成する。回折格子用マスク３３を除去した後に、第１の積層構造物２５内の回折格子構造２１ｂおよび第２の積層構造物３１内の半導体膜２９を覆うように、カバー層のためのIII−Ｖ化合物半導体膜３５を堆積する。回折格子構造２１ｂの屈折率とIII−Ｖ化合物半導体膜３５の屈折率との差により分布帰還のための周期構造が提供される。【選択図】図２
2008047671.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体光集積素子を作製する方法であって、
分布帰還型半導体レーザおよび電界吸収型変調器のうちの一方である第１の素子のための第１のエリアおよび前記分布帰還型半導体レーザおよび電界吸収型変調器のうちの他方である第２の素子のために第２のエリアを含む主面を有する第１導電型III−Ｖ化合物半導体領域上に、前記第１の素子の第１の活性層のための第１のIII−Ｖ化合物半導体膜と前記第１のIII−Ｖ化合物半導体膜上に設けられた第２のIII−Ｖ化合物半導体膜とを含む半導体部を前記第１および第２のエリア上に形成する工程と、
前記第２のエリア上の前記半導体部を選択的に除去して、前記第１のエリア上に第１の半導体積層物を形成する工程と、
前記第１の半導体積層物を形成した後に、前記第２の素子の第２の活性層のための第１のIII−Ｖ化合物半導体膜と、該第２の活性層のための該第１のIII−Ｖ化合物半導体膜上に設けられた第２のIII−Ｖ化合物半導体膜とを含む第２の半導体積層物を前記第２のエリア上に形成する工程と、
前記第１および第２の半導体積層物のうちの一方の半導体積層物に回折格子構造のためのパターンを形成する工程と、
前記第１および第２の半導体積層体上にIII−Ｖ化合物半導体を堆積して前記回折格子構造のためのパターンを覆う工程と
を備える、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
回折格子構造のためのパターンを形成する前記工程は、
前記第１の半導体積層物の前記第２のIII−Ｖ化合物半導体膜および前記第２の半導体積層物の前記第２のIII−Ｖ化合物半導体膜上に、回折格子用マスクを形成する工程と、
前記回折格子用マスクを用いて前記一方の半導体積層物の前記第２のIII−Ｖ化合物半導体膜を選択的にエッチングして、前記回折格子構造のためのパターンを形成する工程と
を含む、ことを特徴とする請求項１に記載された方法。
【請求項３】
第１の半導体積層物を形成する前記工程は、
絶縁物マスクを前記第１のエリアの前記半導体部上に形成する工程と、
前記絶縁物マスクを用いたエッチングにより前記第２のエリア上の前記半導体部を除去する工程と
を含み、
第２の半導体積層物を前記第２のエリア上に形成する前記工程では、前記第２の半導体積層物は前記絶縁物マスクを用いて前記第２のエリア上に有機金属気相成長法で成長され、
回折格子構造のためのパターンを形成する前記工程は、
前記絶縁物マスクを除去した後に、前記第１および第２の半導体積層物上に回折格子用マスクを形成する工程と、
前記第１の半導体積層物の前記第２のIII−Ｖ化合物半導体膜のためのエッチャントにより前記回折格子用マスクを用いてエッチングを行って、前記第１の半導体積層物の前記第２のIII−Ｖ化合物半導体膜に前記回折格子構造のためのパターンを選択的に形成する工程と
を含む、ことを特徴とする請求項１に記載された方法。
【請求項４】
第１の半導体積層物を形成する前記工程は、
絶縁物マスクを前記第１のエリアの前記半導体部上に形成する工程と、
前記絶縁物マスクを用いたエッチングにより前記第２のエリア上の前記半導体部を除去する工程と
を含み、
第２の半導体積層物を前記第２のエリア上に形成する前記工程では、前記第２の半導体積層物は前記絶縁物マスクを用いて前記第２のエリア上に有機金属気相成長法で成長され、
回折格子構造のためのパターンを形成する前記工程は、
前記絶縁物マスクを除去した後に、前記第１および第２の半導体積層物上に回折格子用マスクを形成する工程と、
前記第２の半導体積層物の前記第２のIII−Ｖ化合物半導体膜のためのエッチャントにより前記回折格子用マスクを用いてエッチングを行って、前記第２の半導体積層物の前記第２のIII−Ｖ化合物半導体膜に前記回折格子構造のためのパターンを選択的に形成する工程と
を含む、ことを特徴とする請求項１に記載された方法。
【請求項５】
第１の半導体積層物を形成する前記工程は、
絶縁物マスクを前記第２のエリア上の前記半導体部上に形成する工程と、
前記第１のエリア上に前記第１の半導体積層物を形成するために、前記絶縁物マスクを用いて前記半導体部をエッチングする工程と
を含み、
第２の半導体積層物を前記第２のエリア上に形成する前記工程では、前記第２の半導体積層物は前記絶縁物マスクを用いて前記第２のエリア上に有機金属気相成長法で成長され、
回折格子構造のパターンを形成する前記工程は、
回折格子用パターンを有するマスクを前記絶縁物マスクおよび前記第２の半導体積層体上に形成する工程と、
前記マスクを用いて前記絶縁物マスクに前記回折格子用パターンを転写して、回折格子用マスクを形成する工程と、
前記回折格子用マスクを用いて前記第１の半導体積層物を選択的にエッチングして前記回折格子構造のためのパターンを形成する工程と
を含む、ことを特徴とする請求項１に記載された方法。
【請求項６】
前記回折格子構造を形成するに先立って、前記第１および第２の半導体積層物のうちの他方の半導体積層物の光学スペクトル特性を測定する工程を更に備える、ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載された方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光集積素子を作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、分布帰還型半導体レーザ素子に受動素子を結合すると共に集積した光集積デバイスを作製する方法が記載されている。レーザ素子形成領域に活性層および回折格子を形成した後に、受動素子を構成する積層構造を基板の受動素子形成領域上に形成する。
【特許文献１】特開２００３−６０２８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
光集積デバイスは上記の素子の組み合わせに限定されることなく、半導体レーザを電界吸収型（ＥＡ）変調器と集積する組み合わせの発光集積デバイスもある。この発光集積デバイスの変調特性は、ＤＦＢ半導体レーザの発振波長とＥＡ変調器の吸収端波長との差（デチューニング）に大きく依存する。ＤＦＢ型半導体レーザの発振波長は回折格子の周期によってほぼ規定されるので、所望の変調特性を得るためには、ＤＦＢ型半導体レーザの活性層の利得特性および回折格子の周期だけでなく、ＥＡ変調器の吸収端を示す特性波長と回折格子の周期に対応する波長との差も厳密に制御する必要がある。
【０００４】
特許文献１に記載された光集積デバイスでは、まず分布帰還型（ＤＦＢ）半導体レーザの活性層および回折格子を含む積層を成長した後に受動素子領域上の積層を除去している。特許文献１に記載された方法に従えば、発光集積デバイスのための回折格子を形成した後にＥＡ変調器の活性層を成長する。このため、ＥＡ変調器の活性層の吸収特性を厳密に制御する必要がある。該活性層の吸収特性を厳密に制御するためには、活性層の組成及び量子井戸構造の膜厚を厳密に制御することが求められるが、この制御は実際には容易ではない。
【０００５】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、ＤＦＢ半導体レーザの発振波長とＥＡ変調器の吸収端波長との調整をとることが容易な、半導体光集積素子を作製する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】
【０００６】
本発明の一側面に係る発明は、半導体光集積素子を作製する方法である。この方法は、（ａ）分布帰還型半導体レーザおよび電界吸収型変調器のうちの一方である第１の素子のための第１のエリアおよび前記分布帰還型半導体レーザおよび電界吸収型変調器のうちの他方である第２の素子のために第２のエリアを含む主面を有する第１導電型III−Ｖ化合物半導体領域上に、前記第１の素子の第１の活性層のための第１のIII−Ｖ化合物半導体膜と前記第１のIII−Ｖ化合物半導体膜上に設けられた第２のIII−Ｖ化合物半導体膜とを含む半導体部を前記第１および第２のエリア上に形成する工程と、（ｂ）前記第２のエリア上の前記半導体部を選択的に除去して、前記第１のエリア上に第１の半導体積層物を形成する工程と、（ｃ）前記第１の半導体積層物を形成した後に、前記第２の素子の第２の活性層のための第１のIII−Ｖ化合物半導体膜と、該第２の活性層のための該第１のIII−Ｖ化合物半導体膜上に設けられた第２のIII−Ｖ化合物半導体膜とを含む第２の半導体積層物を前記第２のエリア上に形成する工程と、（ｄ）前記第１および第２の半導体積層物のうちの一方の半導体積層物に回折格子構造のためのパターンを形成する工程とを備える。
【０００７】
この方法によれば、第１および第２の半導体積層物を形成した後に回折格子構造を形成できるので、電界吸収型変調器のための活性層、分布帰還型（ＤＦＢ）半導体レーザのための活性層の光学特性に応じた回折格子構造を形成し得る。
【０００８】
本発明に係る方法では、回折格子構造のためのパターンを形成する前記工程は、前記第１の半導体積層物の前記第２のIII−Ｖ化合物半導体膜および前記第２の半導体積層物の前記第２のIII−Ｖ化合物半導体膜上に、回折格子用マスクを形成する工程と、前記回折格子用マスクを用いて前記一方の半導体積層物の前記第２のIII−Ｖ化合物半導体膜を選択的にエッチングして、前記回折格子構造のためのパターンを形成する工程とを含むことができる。
【０００９】
この方法によれば、第１および第２の半導体積層物の第２のIII−Ｖ化合物半導体膜上に形成された回折格子用マスクを用いて、分布帰還型半導体レーザのための半導体積層を選択的にエッチングするので、ＤＦＢ半導体レーザのための半導体積層の位置に合わせて回折格子用マスクを形成する必要がない。また、ＤＦＢ半導体レーザのための半導体積層以外には回折格子構造が形成されないので、半導体光集積素子では、望まれない回折格子構造に起因して生じる光損失が低減される。
【００１０】
本発明に係る方法では、第１の半導体積層物を形成する前記工程は、絶縁物マスクを前記第１のエリアの前記半導体部上に形成する工程と、前記絶縁物マスクを用いたエッチングにより前記第２のエリア上の前記半導体部を除去する工程と
を含むことができる。第２の半導体積層物を前記第２のエリア上に形成する前記工程では、前記第２の半導体積層物は前記絶縁物マスクを用いて前記第２のエリア上に有機金属気相成長法で成長される。回折格子構造のためのパターンを形成する前記工程は、前記絶縁物マスクを除去した後に、前記第１および第２の半導体積層物上に回折格子用マスクを形成する工程と、前記第１の半導体積層物の前記第２のIII−Ｖ化合物半導体膜のためのエッチャントにより前記回折格子用マスクを用いてエッチングを行って、前記第１の半導体積層物の前記第２のIII−Ｖ化合物半導体膜に前記回折格子構造のためのパターンを選択的に形成する工程とを含むことができる。
【００１１】
この方法によれば、第１および第２の半導体積層物の第２のIII−Ｖ化合物半導体膜上に形成された回折格子用マスクを用いて、第１の半導体積層物の第２のIII−Ｖ化合物半導体膜のためのエッチャントによりエッチングを行うので、ＤＦＢ半導体レーザのための半導体積層の位置に合わせて回折格子用マスクを形成する必要がない。また、ＤＦＢ半導体レーザのための半導体積層以外には回折格子構造が形成されない。これ故に、不要な回折格子構造に起因して生じる光損失が低減される。
【００１２】
本発明に係る方法では、第１の半導体積層物を形成する前記工程は、絶縁物マスクを前記第１のエリアの前記半導体部上に形成する工程と、前記絶縁物マスクを用いたエッチングにより前記第２のエリア上の前記半導体部を除去する工程と
を含むことができる。第２の半導体積層物を前記第２のエリア上に形成する前記工程では、前記第２の半導体積層物は前記絶縁物マスクを用いて前記第２のエリア上に有機金属気相成長法で成長される。回折格子構造のためのパターンを形成する前記工程は、前記絶縁物マスクを除去した後に、前記第１および第２の半導体積層物上に回折格子用マスクを形成する工程と、前記第１の半導体積層物の前記第２のIII−Ｖ化合物半導体膜のためのエッチャントにより前記回折格子用マスクを用いてエッチングを行って、前記第１の半導体積層物の前記第２のIII−Ｖ化合物半導体膜に前記回折格子構造のためのパターンを選択的に形成する工程とを含むことができる。
【００１３】
この方法によれば、第１および第２の半導体積層物の第２のIII−Ｖ化合物半導体膜上に形成された回折格子用マスクを用いて、第２の半導体積層物の第２のIII−Ｖ化合物半導体膜のためのエッチャントによりエッチングを行うので、ＤＦＢ半導体レーザのための半導体積層の位置に合わせて回折格子用マスクを形成する必要がない。また、ＤＦＢ半導体レーザのための半導体積層以外には回折格子構造が形成されない。これ故に、望まれない回折格子構造に起因して生じる光損失が低減される。
【００１４】
本発明に係る方法では、第１の半導体積層物を形成する前記工程は、絶縁物マスクを前記第２のエリア上の前記半導体部上に形成する工程と、前記第１のエリア上に前記第１の半導体積層物を形成するために、前記絶縁物マスクを用いて前記半導体部をエッチングする工程とを含むことができる。第２の半導体積層物を前記第２のエリア上に形成する前記工程では、前記第２の半導体積層物は前記絶縁物マスクを用いて前記第２のエリア上に有機金属気相成長法で成長される。回折格子構造のパターンを形成する前記工程は、回折格子用パターンを有するマスクを前記絶縁物マスクおよび前記第２の半導体積層体上に形成する工程と、前記マスクを用いて前記絶縁物マスクに前記回折格子用パターンを転写して、回折格子用マスクを形成する工程と、前記回折格子用マスクを用いて前記第１の半導体積層物を選択的にエッチングして前記回折格子構造のためのパターンを形成する工程とを含むことができる。
【００１５】
この方法によれば、絶縁物マスクおよび第２の半導体積層体上に回折格子用マスクを形成すると共に、回折格子用マスクを用いて絶縁物マスクに前記回折格子用パターンを転写するので、ＤＦＢ半導体レーザのための半導体積層の位置に合わせて回折格子用マスクを形成する必要がない。また、ＤＦＢ半導体レーザのための半導体積層以外には回折格子構造が形成されない。これ故に、望まれない回折格子構造に起因して生じる光損失が低減される。
【００１６】
本発明に係る方法では、前記回折格子構造を形成するに先立って、前記第１および第２の半導体積層物のうちの他方の半導体積層物の光学スペクトル特性を測定する工程を更に備えることができる。
【００１７】
この方法によれば、第１および第２の半導体積層物の光学スペクトル特性を測定した後に前記回折格子構造を形成するので、ＤＦＢレーザのための半導体積層物およびＥＡ変調器のための半導体積層物の光学特性に合わせた周期の回折格子構造を形成することが出来る。これ故に、半導体光集積素子を用いる光源の特性向上、半導体光集積素子の歩留まり向上、半導体光集積素子の特性の基板間バラツキを抑制することが出来る。
【００１８】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明によれば、ＤＦＢ半導体レーザの発振波長とＥＡ変調器の吸収端波長との調整をとることが容易な、半導体光集積素子を作製する方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の半導体光集積素子を作製する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
図１（Ａ）、図１（Ｂ）、図１（Ｃ）、図１（Ｄ）、図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）および図２（Ｄ）は、本実施の形態に係る半導体光集積素子を作製する方法の主要な工程を示す図面である。半導体基板１１を準備する。半導体基板１１としては、例えばＧａＡｓ基板といったIII−Ｖ化合物半導体基板を用いることができる。半導体基板１１は、引き続いて説明される半導体結晶成長のための下地となる第１導電型III−Ｖ化合物半導体領域を提供する。半導体基板１１は主面１１ａおよび裏面１１ｂを有しており、主面１１ａは、第１のエリア１１ｃおよび第２のエリア１１ｄを含む。第１のエリア１１ｃは、分布帰還（ＤＦＢ）型半導体レーザおよび電界吸収（ＥＡ）型変調器のうちの一方である第１の素子のために設けられている。第２のエリア１１ｄは、ＤＦＢ半導体レーザおよびＥＡ変調器のうちの他方である第２の素子のために設けられている。引き続く説明では、ＤＦＢ半導体レーザが第１のエリアに形成されると共に、ＥＡ変調器が第２のエリアに形成される。
【００２２】
図１（Ａ）に示されるように、半導体基板１１の第１および第２のエリア１１ｃ、１１ｄ上に半導体部１３を形成する。半導体部１３は、複数の半導体膜を含んでおり、例えば、第１の素子の第１の活性層のためのIII−Ｖ化合物半導体膜、この第１のIII−Ｖ化合物半導体膜上に設けられた第２のIII−Ｖ化合物半導体膜を含む。これらの半導体膜の形成は、例えば有機金属気相成長炉を用いて以下のように行われる。半導体基板１１上に下部クラッド層のためのIII−Ｖ化合物半導体膜１５を成長する。このIII−Ｖ化合物半導体膜１５上に、第１の活性層のための半導体領域１７を形成する。半導体領域１７は、例えば量子井戸構造を有することができる。半導体領域１７上に上部クラッド層のためのIII−Ｖ化合物半導体膜１９を成長する。III−Ｖ化合物半導体膜１９上に回折格子層のためのIII−Ｖ化合物半導体膜２１を成長する。
【００２３】
一例の半導体部１３は、
半導体基板１１：ｎ型ＧａＡｓ
III−Ｖ化合物半導体膜（下部クラッド層）１５：ｎ型ＧａＩｎＰ
半導体領域１７（第１の活性層）：ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸構造
III−Ｖ化合物半導体膜（上部クラッド層）１９：ｐ型ＧａＩｎＰ
III−Ｖ化合物半導体膜（回折格子層）２１：ｐ型ＧａＡｓ
を含む。
【００２４】
引き続いて、第２のエリア１１ｄ上の半導体部１３を選択的に除去して、第１のエリア１１ｃ上に第１の半導体積層物２５を形成する。このために、例えば以下の工程が行われる。図１（Ｂ）に示されるように、第１のエリア１１ｃの半導体部１３上に絶縁物マスク２３を形成する。絶縁物としては、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物といったシリコン無機化合物を用いることができる。次いで、図１（Ｃ）に示されるように、絶縁物マスク２３を用いたエッチングにより第２のエリア１１ｄ上の半導体部１３を除去する。このエッチングは、メタンおよび水素を含むガスを用いたドライエッチングにより行うことができる。本実施例では、III−Ｖ化合物半導体膜２１、III−Ｖ化合物半導体膜１９および半導体領域１７が絶縁物マスク２３を用いてエッチングされ、第１のエリア１１ｃ上には、第１の半導体積層物２５が形成される。第１の半導体積層物２５は、エッチングされたIII−Ｖ化合物半導体膜２１ａ、エッチングされたIII−Ｖ化合物半導体膜１９ａおよびエッチングされた半導体領域１７ａを含む。
【００２５】
図１（Ｄ）に示されるように、第１の半導体積層物２５を形成した後に、第２の半導体積層物３１を第２のエリア１１ｄ上に形成する。第２の半導体積層物３１は、第２の素子の第２の活性層のための化合物半導体領域２７および第２の素子の上部クラッド層のための第２のIII−Ｖ化合物半導体膜２９を含む。まず、第１のIII−Ｖ化合物半導体膜２７が第２のエリア１１ｄ上の堆積される。次いで、第２のIII−Ｖ化合物半導体膜２９が第１のIII−Ｖ化合物半導体膜２７上に堆積される。これらのIII−Ｖ化合物半導体膜２７、２９は、絶縁物マスク２３を用いた選択成長により有機金属気相成長炉を用いて形成される。この結果、第２のエリア上に第２の半導体積層物３１が成長される。
【００２６】
一例の第２の半導体積層物３１は、
半導体領域２７（第２の活性層）：ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸構造
III−Ｖ化合物半導体膜（上部クラッド層）２９：ｐ型ＧａＩｎＰ
を含む。
【００２７】
ここで第１および第２の半導体積層物のフォトルミネセンススペクトルを測定する。次いで、絶縁物マスク２３を除去した後に、第１および第２の半導体積層物２５、３１のうちの一方の半導体積層物に回折格子構造のためのパターンを形成する。この方法によれば、第１および第２の半導体積層物２５、３１を形成した後に回折格子構造を形成できるので、電界吸収型変調器のための活性層、ＤＦＢ半導体レーザのための活性層の光学特性に応じた回折格子構造を形成することができる。
【００２８】
このパターンを形成するために、例えば以下の工程を行う。第２の半導体積層物３１の厚みは、第１の半導体積層物２５の上面に合わせて調整される。絶縁物マスク２３を除去したとき、回折格子用マスク３３を形成することができるように平坦化されている。
【００２９】
図２（Ａ）に示されるように、回折格子用マスク３３を形成する。回折格子用マスク３３は、第１の半導体積層物２５のIII−Ｖ化合物半導体膜２１ａ上だけでなく、第２の半導体積層物３１のIII−Ｖ化合物半導体膜２９上にも形成される。回折格子用マスク３３は例えばレジストから成り、電子ビーム描画法および干渉露光法等により形成される。
【００３０】
図２（Ｂ）に示されるように、回折格子用マスク３３を用いて一方の半導体積層物（本実施例は、第１の半導体積層物２５）のIII−Ｖ化合物半導体膜２１ａをエッチングして、パターン形成された回折格子構造２１ｂを形成する。このエッチングは、例えばウエットエッチングにより行うことができる。III−Ｖ化合物半導体膜２５のためのエッチャントにより回折格子用マスクを用いて選択的にエッチングを行って、第１の半導体積層物２５のIII−Ｖ化合物半導体膜２１ａに回折格子構造のためのパターンを形成する。例えば、ＧａＡｓからなる回折格子層のための半導体膜２１ａとＧａＩｎＰから成る上部クラッド層のための半導体膜１９ａ、２９とを用いるとき、リン酸および過酸化水素水を含む混合液が使用される。このエッチャントを用いると、ＧａＡｓが選択的にエッチングされ、ＧａＩｎＰは実質的にエッチングされることはない。エッチング完了後に、図２（Ｃ）に示されるように、回折格子用マスク３３を除去する。回折格子層のための半導体膜２１ａの厚さは例えば１０ｎｍ〜３０ｎｍであり、上部クラッド層のための半導体膜１９ａの厚さは例えば１０ｎｍ〜３０ｎｍである。上部クラッド層のための半導体膜２９の厚さは例えば２０ｎｍ〜６０ｎｍである。
【００３１】
図２（Ｄ）に示されるように、回折格子用マスク３３を除去した後に、第１の積層構造物２５内の回折格子構造２１ｂおよび第２の積層構造物３１内の半導体膜２９を覆うように、カバー層のためのIII−Ｖ化合物半導体膜３５を堆積する。回折格子構造２１ｂは、III−Ｖ化合物半導体膜３５で埋め込まれる。III−Ｖ化合物半導体膜３５は、例えばＧａＩｎＰからなることができる。回折格子構造２１ｂの屈折率とIII−Ｖ化合物半導体膜３５の屈折率との差により分布帰還のための周期構造が提供される。
【００３２】
この方法によれば、第１および第２の半導体積層物２５、３１のIII−Ｖ化合物半導体膜２１ａ、２９上に形成された回折格子用マスク３３を用いて、ＤＦＢ半導体レーザのための半導体積層２５を選択的にエッチングするので、ＤＦＢ半導体レーザのための半導体積層２５の位置に合わせて回折格子用マスク３３を形成する必要がない。また、ＤＦＢ半導体レーザのための半導体積層２５以外には回折格子構造２１ｂが形成されないので、望まれない回折格子構造に起因して生じる光損失が半導体光集積素子では低減される。
【００３３】
引き続き、半導体光集積素子を作製する方法の残りの工程を説明する。図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）、図３（Ｄ）、図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）および図４（Ｄ）は、本実施の形態に係る半導体光集積素子を作製する方法の主要な工程を示す図面である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示されたI−I線に沿ってとられた断面を示す。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示されたII−II線に沿ってとられた断面を示す。
【００３４】
図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示されるように、III−Ｖ化合物半導体膜３５上にマスク３９を形成する。マスク３９は、ストライプ状を有しており、また第１の半導体積層２５および第２の半導体積層３１の境界３７を横切って伸びている。マスク３９は、例えばシリコン酸化物およびシリコン窒化物といったシリコン無機化合物からなることが好ましい。
【００３５】
図３（Ｃ）および図３（Ｄ）に示されるように、III−Ｖ化合物半導体膜３５、第１の半導体積層２５および第２の半導体積層３１をマスク３９を用いてエッチングして、半導体メサ４１を形成する。半導体メサ４１は、第１の素子のための第１のメサ部４１ａおよび第２の素子のための第２のメサ部４１ｂを含む。第１のメサ部４１ａは、下部クラッド層１５ｃ、第１の活性層１７ｃ、上部クラッド層１９ｃ、回折格子層２１ｃおよびカバー層３５ｃを含む。第２のメサ部４１ｂは、下部クラッド層１５ｃ、第２の活性層２７ｃ、上部クラッド層２９ｃおよびカバー層３５ｃを含む。
【００３６】
図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示されるように、半導体メサ４１を埋め込むためのブロック領域４３を堆積する。ブロック領域４３は、例えばマスク３９を用いて有機金属気相成長法で成長される。ブロック領域４３は、下部クラッド層１５ｃ上に成長された第１のブロック層４３ａと、第１のブロック層４３ａ上に成長された第２のブロック層４３ｂとを含む。
【００３７】
図４（Ｃ）および図４（Ｄ）に示されるように、マスク３９を除去した後に、第２の上部クラッド層のためのIII−Ｖ化合物半導体膜４５と、コンタクト層のIII−Ｖ化合物半導体膜４７とそれぞれ堆積する。III−Ｖ化合物半導体膜４５およびIII−Ｖ化合物半導体膜４７の成長は、例えば有機金属気相成長法で行われる。次いで、III−Ｖ化合物半導体膜４７上にアノード電極４９ａを形成すると共に、基板１１の裏面１１ｂにカソード電極４９ｂを形成する。
【００３８】
一例の半導体集積素子は、
第１のブロック層４３ａ：ｐ型ＧａＩｎＰ
第２のブロック層４３ｂ：ｎ型ＧａＩｎＰ
III−Ｖ化合物半導体膜４５（第２の上部クラッド層）：ｐ型ＧａＩｎＰ
III−Ｖ化合物半導体膜４７（コンタクト層）：ｐ型ＧａＡｓ
を含む。これらの工程により、半導体集積素子が作製される。
【００３９】
（第２の実施の形態）
図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）および図５（Ｄ）は、本実施の形態に係る半導体光集積素子を作製する方法の主要な工程を示す図面である。半導体基板１１を準備する。半導体基板１１としては、例えばＧａＡｓ基板といったIII−Ｖ化合物半導体基板を用いることができる。
【００４０】
図５（Ａ）に示されるように、半導体基板１１の第１および第２のエリア１１ｃ、１１ｄ上に半導体部５３を成長する。半導体部５３は、複数の半導体膜を含んでおり、例えば、第２の素子の第２の活性層のためのIII−Ｖ化合物半導体膜、この第１のIII−Ｖ化合物半導体膜上に設けられた第２のIII−Ｖ化合物半導体膜を含む。これらの半導体膜の形成は、例えば有機金属気相成長炉を用いて以下のように行われる。第１の実施の形態と同様に、半導体基板１１上に下部クラッド層のためのIII−Ｖ化合物半導体膜１５を成長する。このIII−Ｖ化合物半導体膜１５上に、第２の活性層のための半導体領域５７を形成する。半導体領域５７は、例えば量子井戸構造を有することができる。半導体領域５７上に上部クラッド層のためのIII−Ｖ化合物半導体膜５９を成長する。
【００４１】
一例の半導体部５３は、
半導体基板１１：ｎ型ＧａＡｓ
III−Ｖ化合物半導体膜（下部クラッド層）１５：ｎ型ＧａＩｎＰ
半導体領域５７（第２の活性層）：ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸構造
III−Ｖ化合物半導体膜（上部クラッド層）５９：ｐ型ＧａＩｎＰ
を含む。
【００４２】
引き続いて、第１のエリア１１ｃ上の半導体部５３を選択的に除去して、第１のエリア１１ｃ上に第１の半導体積層物６５を形成する。このために、例えば以下の工程が行われる。図５（Ｂ）に示されるように、第２のエリア１１ｄの半導体部５３上に絶縁物マスク６１を形成する。絶縁物としては、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物といったシリコン無機化合物を用いることができる。次いで、図５（Ｃ）に示されるように、絶縁物マスク６１を用いたエッチングにより第１のエリア１１ｃ上の半導体部５３を除去する。このエッチングは、メタンおよび水素を含むガスを用いたドライエッチングにより行うことができる。本実施例では、III−Ｖ化合物半導体膜５９および半導体領域５７が絶縁物マスク６１を用いてエッチングされ、第２のエリア１１ｄ上には、第２の半導体積層物６３が形成される。第２の半導体積層物６３は、エッチングされたIII−Ｖ化合物半導体膜５９ａおよびエッチングされた半導体領域５７ａを含む。
【００４３】
図５（Ｄ）に示されるように、第２の半導体積層物６３を形成した後に、第１の半導体積層物６５を第１のエリア１１ｃ上に形成する。第１の半導体積層物６５は、第１の素子の第１の活性層のための化合物半導体領域６７、第１の素子の上部クラッド層のためのIII−Ｖ化合物半導体膜６９および第１の素子の回折格子層のためのIII−Ｖ化合物半導体膜７１を含む。まず、III−Ｖ化合物半導体膜６７が、有機金属気相成長炉を用いて第１のエリア１１ｃ上の堆積される。次いで、III−Ｖ化合物半導体膜６９がIII−Ｖ化合物半導体膜６７上に堆積される。さらに、III−Ｖ化合物半導体膜７１がIII−Ｖ化合物半導体膜６９上に堆積される。III−Ｖ化合物半導体膜６７、６９および７１は、絶縁物マスク６１を用いた選択成長により有機金属気相成長炉で形成される。この結果、第１のエリア上に第１の半導体積層物６５が成長される。
【００４４】
一例の第１の半導体積層物６５は、
半導体領域６７（第１の活性層）：ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸構造
III−Ｖ化合物半導体膜（上部クラッド層）６９：ｐ型ＧａＩｎＰ
III−Ｖ化合物半導体膜（回折格子層）７１：ｐ型ＧａＡｓ
を用いる。
【００４５】
ここで第１および第２の半導体積層物のフォトルミネセンススペクトルを測定する。次いで、絶縁物マスク６１を除去した後に、第１の実施の形態において図２（Ａ）〜図２（Ｄ）を参照しながら説明された工程に従って、第１の半導体積層物６５に回折格子構造のためのパターンを形成する。この方法によれば、第１および第２の半導体積層物２５、３１を形成した後に回折格子構造を形成できるので、ＥＡ変調器のための活性層、ＤＦＢ半導体レーザのための活性層の光学特性に応じた回折格子構造を形成し得る。引き続く作製工程は、例えば第１の実施の形態に従って行われる。
【００４６】
（第３の実施の形態）
図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）、図６（Ｄ）、図７（Ａ）、図７（Ｂ）、図７（Ｃ）および図７（Ｄ）は、第３の実施の形態に係る半導体光集積素子を作製する方法の主要な工程を示す図面である。半導体基板１１を準備する。図６（Ａ）に示されるように、第１の実施の形態と同様に、半導体基板１１の第１および第２のエリア１１ｃ、１１ｄ上に半導体部１３を成長する。
【００４７】
一例の半導体部１３は、
半導体基板１１：ｎ型ＧａＡｓ
III−Ｖ化合物半導体膜（下部クラッド層）１５：ｎ型ＧａＩｎＰ
半導体領域１７（第１の活性層）：ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸構造
III−Ｖ化合物半導体膜（上部クラッド層）１９：ｐ型ＧａＩｎＰ
III−Ｖ化合物半導体膜（回折格子層）２１：ｐ型ＧａＡｓ
を含む。
【００４８】
図６（Ｂ）に示されるように、第１のエリア１１ｃの半導体部１３上に絶縁物マスク７３を形成する。絶縁物マスク７３の厚さは、例えば１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。次いで、図６（Ｃ）に示されるように、絶縁物マスク７３を用いたエッチングにより第２のエリア１１ｄ上の半導体部１３を除去して、第１の半導体積層物２５を形成する。図６（Ｄ）に示されるように、第１の半導体積層物２５を形成した後に、第２の半導体積層物７５を第２のエリア１１ｄ上に形成する。第２の半導体積層物７５は、第２の素子の第２の活性層のための化合物半導体領域７７および第２の素子の上部クラッド層のための第２のIII−Ｖ化合物半導体膜７９を含む。化合物半導体領域７７およびIII−Ｖ化合物半導体膜７９は、例えば、化合物半導体領域２７およびIII−Ｖ化合物半導体膜２９と同様にそれぞれ成長される。
【００４９】
一例の第２の半導体積層物７５は、
III−Ｖ化合物半導体膜（下部クラッド層）１５：ｎ型ＧａＩｎＰ
半導体領域２７（第２の活性層）７７：ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸構造
III−Ｖ化合物半導体膜（上部クラッド層）７９：ｐ型ＧａＩｎＰ
を含む。第２の半導体積層物７５の厚さは、第１の半導体積層物２５上のマスク７３の上面に合わせて調整される。絶縁物マスク７３が残されるとき、回折格子用マスクを形成することができるように平坦化されている。
【００５０】
ここで第１および第２の半導体積層物のフォトルミネセンススペクトルを測定する。次いで、第１の半導体積層物２５に回折格子構造のためのパターンを形成する。この方法によれば、第１および第２の半導体積層物２５、７５を形成した後に回折格子構造を形成できるので、ＥＡ変調器のための活性層、ＤＦＢ半導体レーザのための活性層の光学特性に応じた回折格子構造を形成し得る。
【００５１】
このパターンを形成するために、例えば以下の工程を行う。図７（Ａ）に示されるように、回折格子用パターンを有するマスク８３を、絶縁物マスク７３および第２の半導体積層体７５上に形成する。回折格子用マスク８３は例えばレジストから成り、電子ビーム描画法および干渉露光法等により形成される。
【００５２】
図７（Ｂ）に示されるように、マスク８３を用いて一方の半導体積層物（本実施例は、第１の半導体積層物２５）のIII−Ｖ化合物半導体膜２１ａを選択的にエッチングして、パターン形成された絶縁物マスク７３ａを形成する。このエッチングは、例えばドライエッチングにより行うことができる。絶縁物マスク７３ａのためのガスによりマスク８３を用いてエッチングを行って、第１の半導体積層物２５上の絶縁物マスク７３に回折格子構造のためのパターンを転写する。この転写により、パターン形成された絶縁物からなる回折格子用マスク７３ａが完成される。絶縁物マスク７３がシリコン窒化物からなる場合、ＣＦ４といったガスが使用される。このガスを用いると、シリコン窒化物がエッチングされ、ＧａＡｓ、ＧａＩｎＰは実質的にエッチングされることはない。パターンの転写が完了した後に、マスク８３を除去する。
【００５３】
図７（Ｃ）に示されるように、回折格子用マスク７３ａを用いて第１の半導体積層物２５を選択的にエッチングして回折格子構造のためのパターンを第１の半導体積層物２５に形成する。このエッチングは、例えばウエットエッチングにより行われることができる。III−Ｖ化合物半導体膜２１のためのエッチャントによりエッチングを行うと、第１の半導体積層物２５のIII−Ｖ化合物半導体膜２１ａに回折格子構造のためのパターンが選択的に形成される。例えば、ＧａＡｓからなる回折格子層のための半導体膜２１ａとＧａＩｎＰから成る上部クラッド層のための半導体膜１９ａ、７９とを用いるとき、リン酸および過酸化水素水を含む混合液が使用される。このエッチャントを用いると、ＧａＡｓが選択的にエッチングされ、ＧａＩｎＰは実質的にエッチングされることはない。エッチング完了後に、回折格子用マスク７３ａを除去する。回折格子層のための半導体膜２１ｄの厚さは例えば１０ｎｍ〜２０ｎｍであり、上部クラッド層のための半導体膜１９ａの厚さは例えば１０ｎｍ〜２０ｎｍである。上部クラッド層のための半導体膜７９の厚さは例えば２０ｎｍ〜６０ｎｍである。
【００５４】
図７（Ｄ）に示されるように、第１の積層構造物２５内の回折格子構造２１ｄおよび第２の積層構造物７５内の半導体膜７９を覆うように、カバー層のためのIII−Ｖ化合物半導体膜８５を堆積する。回折格子構造２１ｄは、III−Ｖ化合物半導体膜８５で埋め込まれる。III−Ｖ化合物半導体膜８５は、例えばＧａＩｎＰからなることができる。
【００５５】
この方法によれば、絶縁物マスク７３および第２の半導体積層体７５上にマスク８３を形成すると共に、マスク８３を用いて絶縁物マスク７３に回折格子用パターンを転写するので、ＤＦＢ半導体レーザのための半導体積層３５の位置に合わせてマスク８３を形成する必要がない。また、ＤＦＢ半導体レーザのための半導体積層２５以外には回折格子構造２１ｄが形成されない。引き続く作製工程は、例えば第１の実施の形態に従って行われる。
【００５６】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】図１（Ａ）は、第１の実施の形態においてＤＦＢ半導体レーザのための半導体部を形成する工程を示す図面であり、図１（Ｂ）は、絶縁物マスクを第１のエリア上に形成する工程を示す図面であり、図１（Ｃ）は、第１の半導体積層を形成する工程を示す図面であり、図１（Ｄ）は、第２の半導体積層を形成する工程を示す図面である。
【図２】図２（Ａ）は、第１の実施の形態において回折格子用マスクを形成する工程を示す図面である。図２（Ｂ）は、回折格子層を形成する工程を示す図面である。図２（Ｃ）は、回折格子用マスクを除去する工程を示す図面である。図２（Ｄ）は、カバー膜を形成する工程を示す図面である。
【図３】図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、第１の実施の形態において絶縁物マスクを形成する固定を示すための図面である。図３（Ｃ）および図３（Ｄ）は、半導体メサストライプを形成する工程を説明するための図面である。
【図４】図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、第１の実施の形態において埋め込み成長のための工程を示す図面である。図４（Ｃ）および図４（Ｄ）は、上部クラッド層およびコンタクト層を形成する工程を示す図面である。
【図５】図５（Ａ）はＥＡ半導体レーザのための半導体部を形成する工程を示す図面であり、図５（Ｂ）は第２の実施の形態において絶縁物マスクを第２のエリア上に形成する工程を示す図面であり、図５（Ｃ）は第２の半導体積層を形成する工程を示す図面であり、図５（Ｄ）は、第１の半導体積層を形成する工程を示す図面である。
【図６】図６（Ａ）は第３の実施の形態においてＤＦＢ半導体レーザのための半導体部を形成する工程を示す図面であり、図６（Ｂ）は絶縁物マスクを第１のエリア上に形成する工程を示す図面であり、図６（Ｃ）は第１の半導体積層を形成する工程を示す図面であり、図６（Ｄ）は、第２の半導体積層を形成する工程を示す図面である。
【図７】図７（Ａ）は、回折格子用パターンを有するマスクを除去する工程を示す図面である。図７（Ｂ）は、回折格子用マスクを除去する工程を示す図面である。図７（Ｃ）は回折格子層を形成する工程を示す図面である。図７（Ｄ）は、カバー膜を形成する工程を示す図面である。
【符号の説明】
【００５８】
１１…半導体基板、１１ｃ…第１のエリア、１１ｄ…第２のエリア、１３…半導体部、１５…下部クラッド層のためのIII−Ｖ化合物半導体膜、１５ｃ…下部クラッド層、１７…第１の活性層のための半導体領域、１７ａ…エッチングされた半導体領域、１７ｃ…第１の活性層、１９…上部クラッド層のためのIII−Ｖ化合物半導体膜、１９ａ…エッチングされたIII−Ｖ化合物半導体膜、１９ｃ…上部クラッド層、２１…回折格子層のためのIII−Ｖ化合物半導体膜、２１ａ…エッチングされたIII−Ｖ化合物半導体膜、２１ｂ…回折格子構造、２１ｃ…回折格子層、２１ｄ…回折格子構造、２３…絶縁物マスク、２５…第１の半導体積層物、２７…第２の活性層のための化合物半導体領域、２７ｃ…第２の活性層、２９…上部クラッド層のための第２のIII−Ｖ化合物半導体膜、２９ｃ…上部クラッド層、３１…第２の半導体積層物、３３…回折格子用マスク、３５…カバー層のためのIII−Ｖ化合物半導体膜、３５ｃ…カバー層、３７…境界、３９…マスク、４１…半導体メサ、４１ａ…第１のメサ部、４１ｂ…第２のメサ部、４３…ブロック領域、４５…第２の上部クラッド層のためのIII−Ｖ化合物半導体膜、４７…コンタクト層のIII−Ｖ化合物半導体膜、４９ａ…アノード電極、４９ｂ…カソード電極、５３…半導体部、５７…第２の活性層のための半導体領域、５９…上部クラッド層のためのIII−Ｖ化合物半導体膜、６１…絶縁物マスク、６３…第２の半導体積層物、６５…第１の半導体積層物、６７…第１の活性層のための化合物半導体領域、６９…上部クラッド層のためのIII−Ｖ化合物半導体膜、７１…回折格子層のためのIII−Ｖ化合物半導体膜、７３…絶縁物マスク、７３ａ…絶縁物マスク、７５…第２の半導体積層物、７７…第２の活性層のための化合物半導体領域、７９…上部クラッド層のための第２のIII−Ｖ化合物半導体膜、８３…回折格子用パターンを有するマスク、８５…カバー層のためのIII−Ｖ化合物半導体膜  
【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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