(57)【要約】【課題】光導波路の先端に上面が高い窓構造を容易に形成することができる光半導体装置を提供する。【解決手段】基板１上面に段差を形成し、低い面に光導波路形成領域１Ｂを、高い面に窓構造形成領域１Ａを画定する。そして、光導波路形成領域１Ｂに形成されたメサストライプ８（光導波路３を含む）を埋め込む埋込み層７を、基板１上に堆積する。窓構造５はこの埋込み層７を一部として構成される。かかる窓構造５は、光導波路形成領域１Ｂ及び窓構造形成領域１Ａ上に同一厚さの半導体層を堆積することで容易に形成することができる。【選択図】図１
2008066647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、光導波路と、前記光導波路の端面に形成された窓構造とを有する光半導体装置において、
前記基板上面に画定された、前記光導波路が形成される光導波路形成領域と、
前記基板上面に画定された、前記光導波路形成領域より高い上面を有し、前記窓構造が形成される窓構造形成領域と、
前記光導波路上に形成された上部クラッド層と、
前記窓構造形成領域上に前記上部クラッド層の上面より高く形成された、前記窓構造を構成する半導体層とを有することを特徴とする光半導体装置。
【請求項２】
第１導電型のバッファ層及び前記バッファ層上に形成された前記光導波路を含むメサストライプと、
前記基板上に形成された、前記メサストライプの側面及び端面を前記光導波路の上面まで埋め込む第２導電型の埋込み層と、
前記埋込み層上に形成され、前記メサストライプ上に開口を有する第１導電型のブロック層と、
前記開口を埋込み前記ブロック層上に延在する第２導電型の前記上部クラッド層とを有することを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
【請求項３】
前記光導波路及び前記上部クラッド層を含むメサストライプと、
前記メサストライプの延長線の両側に前記延長線に沿って、前記窓構造形成領域上に形成されたダミーメサストライプと、
前記メサストライプ及び前記ダミーメサストライプの側面及び端面を埋め込む半絶縁性の埋込み層とを有することを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
【請求項４】
基板上に、光導波路と、前記光導波路の端面に形成された窓構造とを有する光半導体装置の製造方法において、
前記基板表面の端面近くに窓構造形成領域を残して、前記基板表面に凹部からなる光導波路形成領域を形成する工程と、
前記光導波路形成領域上に、第１導電型のバッファ層及び前記バッファ層上に形成された前記光導波路を含むメサストライプを形成する工程と、
前記基板上に、前記メサストライプの側面及び端面を埋め込む第２導電型の埋込み層を形成する工程と
前記埋込み層上に、前記メサストライプ上に開口を有する第１導電型のブロック層を形成する工程と、
前記開口を埋込み前記ブロック層上に延在する第２導電型の上部クラッド層を形成する工程とを有することを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【請求項５】
基板上に、光導波路と、前記光導波路の端面に形成された窓構造とを有する光半導体装置の製造方法において、
前記基板表面の端面近くに窓構造形成領域を残して、前記基板表面に凹部からなる光導波路形成領域を形成する工程と、
前記光導波路形成領域上に、前記光導波路及び前記光導波路上に形成された上部クラッド層を含むメサストライプを形成する工程と、
前記窓構造形成領域上の前記メサストライプの延長線の両側に、前記メサストライプと同一構造のダミーメサストライプを前記メサストライプと同時に形成する工程と、
前記基板上に、前記メサストライプ及び前記ダミーメサストライプの側面及び端面を埋め込む半絶縁性の埋込み層を形成する工程とを有す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】
基板上に形成された光導波路へ窓構造を通して光を入出射する光半導体装置及びその製造方法に関し、とくに上面が高い窓構造を容易に形成することがてきる光半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ストライプ状の光導波路を用いた光半導体装置、例えば光増幅器、光変調器又はＤＦＢレーザでは、安定に動作させるために、光導波路に入射又は出射する光の素子端面での反射を抑制する必要がある。例えば、半導体光増幅器（ＳＯＡ）は、端面の反射が大きいと利得スペクトルにリップルを発生し、利得を初めとする増幅特性が入力波長に対してばらついてしまう。また、回折格子の中央にλ／４シフトを導入したＤＦＢレーザでは、端面の反射により動作が不安定になることがある。
【０００３】
素子端面の反射を防止する方法として、素子端面に無反射コーテング膜を設ける方法、あるいは光導波路を端面に傾斜して配置する方法が広く知られている。さらに、端面反射の影響が大きな光半導体装置では、素子端面の反射を抑制するためにしばしば窓構造が採用されている。以下、従来の光半導体装置に用いられる窓構造について説明する。
【０００４】
図８は従来の光半導体装置構造図であり、光導波路と窓構造を表している。なお、図８（ａ）は窓構造近傍の平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）の光導波路の中心線を通る垂直断面（紙面に垂直な面）図である。
【０００５】
図８を参照して、従来の光半導体装置は、基板１上に、両側が埋込み層７により埋め込まれたメサストライプ８が形成されており、基板１の端面、即ち素子端面の近くの基板１上面に、光導波路を含まない半導体層からなる窓構造５が設けられる。メサストライプ８は、光導波路３、その上下にそれぞれ設けられたｐ型上部クラッド層３及びｎ型バッファ層２の多層構造から構成されている。窓構造５は、入出射光に対して透明な半導体層から構成され、光導波路３の端面（先端）に接して設けられる。
【０００６】
この光半導体装置では、光導波路から窓構造５へ出射された出射光１６は、窓構造５内を拡がって進行する。このため、窓構造５の端面５−１（光半導体装置の端面でもあり光の入出面をなす。）で反射された反射光は、窓構造５内をさらに拡がって光導波路３方向へ進行するので、光導波路３に再度入力する反射光は非常に少なく、高い反射抑制効果を実現することができる。
【０００７】
しかし、窓構造５の高さが低いと、拡がった出射光１６の一部が窓構造５の上面で反射されて、再度下方へ進行する。このため、窓構造５の端面５−１を通過して出射する光の強度分布が、窓構造５の上面での反射により乱され、端面５−１で結合する光ファイバとの結合効率を低下させる。
【０００８】
そこで、上部クラッド層４を厚く形成して窓構造５を高くし、導波路３から窓構造５の上面までの距離を長くすることで、窓構造５の上面での出射光１６の反射を回避した光半導体装置が考案されている。
【０００９】
図９は従来の改良された半導体装置構造図（その１）であり、上部クラッド層４を厚くして窓構造５を高くした光半導体装置の導波路と窓構造を表している。なお、図９（ａ）は窓構造近傍の平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）の光導波路の中心線を通る垂直断面図である。
【００１０】
図９を参照して、この光半導体装置では、窓構造５を高く形成するために、上部クラッド層４を厚くする。導波路３から窓構造５へ出射されて拡がる出射光１６は、窓構造５の上面が高いため窓構造５の上面で反射する光は無視できる程度に減少する。このため、この光半導体装置では、端面５−１の反射の影響を極めて小さくすることができる。
【００１１】
しかし、この光半導体装置では、上部クラッド層４を、クラッド層として要求される必要な厚さ以上に厚くしなければならず、その結果、上部クラッド層４の電気抵抗が増加し、素子特性が劣化してしまう。
【００１２】
この上部クラッド層４の電気抵抗の増加を回避して高い窓構造５を形成する方法が考案されている。
【００１３】
図１０は従来の改良された半導体装置構造図（その２）であり、上部クラッド層４の電気抵抗の増加を回避して高い窓構造５を形成した光半導体装置の導波路と窓構造を表している。なお、図１０（ａ）は窓構造近傍の平面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の光導波路の中心線を通る垂直断面図である。なお、図１０（ｂ）ではマスク５１、５２を除去した状態を表している。（例えば特許文献１参照。）
図１０を参照して、この光半導体装置では、上部クラッド層４は、図８に示した通常のメサストライプ８に含まれる上部クラッド層４と同じ厚さを有し、窓構造５部分がメサストライプ８上面、即ち上部クラッド層４上面より高く形成されている。従って、上部クラッド層４の電気抵抗の増加はなく、また、出射光１６が窓構造５上面に反射することもない。
【００１４】
かかる窓構造５は、ＣＶＤ法（化学的気相堆積法）を用いた選択成長により製造される。図１０（ａ）を参照して、まず、バッファ層２、導波路層３及び上部クラッド層４の下層を堆積したのち、その上に、メサストライプ８を画定するＳｉＯ2 マスク５２と窓構造５を画定する開口を有するＳｉＯ2 マスク５１を形成する。窓構造５を画定するマスク５１は、基板１の端面部、導波路３の端面より基板１端面近くに設けられ、マスク５１の開口幅に比べて広い幅を有する。
【００１５】
次いで、これらのＳｉＯ2 ５１、５２マスクを用いて、上部クラッド層４の下層、導波路層３及びバッファ層２をパターニングする、その結果、マスク５２の直下にメサストライプ８が形成され、さらに、マスク５１直下にメサストライプ８と同一層構造、同一高さの半導体層が残される。
【００１６】
次いで、上記ＳｉＯ2 マスク５１、５２を用いたＣＶＤ法により、メサストライプ８及びマスク５１直下の半導体層を埋込み層７により埋め込む。このとき、幅広のマスク５１の開口部に堆積する埋込み層７は、他の部分より厚く堆積される。その結果、メサストライプ８の両側はメサストライプ８とほぼ同じ高さの埋込み層７により埋め込まれ、幅広のマスク５１の開口部にはメサストライプ８より厚い埋込み層７が形成される。
【００１７】
次いで、マスク５２及びマスク５１を除去し、基板１上全面に上部クラッド層４の上層となる残りの層を形成して、光半導体装置が製造される。
【００１８】
このように製造された光半導体装置では、窓構造５は、埋込み層７及び上部クラッド層４の残りの層からなる半導体層として構成される。そして、窓構造５部分に堆積する埋込み層７がメサストライプ８より厚く堆積するため、窓構造５の上面はメサストライプ８の上面より高く形成される。このため、上部クラッド層４を厚くすることなく、上面が高い窓構造５を形成することができる。
【００１９】
しかし、このマスク５１を用いて窓構造５が形成される領域にのみ埋込み層７を厚く堆積する方法は、十分に高い窓構造５を形成することが難しいという問題がある。
【００２０】
なぜなら、マスク５１を用いた成長方法において、マスク５１の開口部に堆積する埋込み層７の厚さを高く（厚く）するためには、マスク５１の開口部を狭くしなければならない。その場合、狭い開口部にのみ厚く埋込み層７が堆積されるため、窓構造５に必要な横方向の幅（基板１表面に平行でかつ導波路３に垂直方向の幅）が狭い開口部の幅で制限されてしまう。その結果、窓構造５内に拡がる出射光が窓構造５の側面（即ち、マスク５１の開口部の内壁面）で反射されるという新たな問題を生ずる。
【００２１】
このため、窓構造５を構成する埋込み層７の厚さを、メサストライプ８の厚さ（高さ）よりあまり高くすることは難しい。メサストライプ８と窓構造５の通常の配置では、窓構造５の埋込み層７の厚さをメサストライプ８の３倍程度に抑える必要がある。
【００２２】
特許文献１の図２６は、十分に低い反射率を得るための窓構造５の厚さとして、窓構造５部分での光導波路３から窓構造５上面までの距離は、窓構造５の長さが２５μｍのとき４μｍ以上、窓構造５の長さが５０μｍのとき７μｍ以上必要であることを示唆している。一方、メサストライプ８の高さは、バッファ層を０．５μｍ、光導波路３を０．２μｍ、上部クラッド層４を０．５μｍとすると、２．２μｍ程度であり、埋込み層７の膜厚分布の悪影響を避けるには、窓構造５部の埋込み層７の膜厚はその３倍の膜厚、６．６μｍ程度が限界である。このため、５０μｍ以上の長さの窓構造５をこの方法で形成することは難しい。さらに、上部クラッド層を薄くして電気抵抗を減らすと、メサストライプ８はより低くなり、厚い窓構造５部の埋込み層７の形成がより困難になる。
【００２３】
また、上記のマスク５１を用いた選択成長を、半絶縁性の埋込み層の形成に適用することは難しい。なぜなら、半絶縁性の埋込み層は、メサストライプ８の先端付近で生ずる異常成長を防止するため、有機塩素化合物を添加して堆積される。しかし、この場合、埋込み層７はメサストライプ８の上面までしか堆積することができず、しかも、幅広のＳｉＯ2 マスク５１を用いてもその開口部に埋込み層７を厚く堆積することはできない。このため、窓構造５部を含む埋込み層７を一度の堆積で形成することはできない。（特許文献２参照。）
【特許文献１】特開２００３−６９１４９号公報
【特許文献２】特開２００５−２２３３００公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
上述したように、上部クラッド層と同じ高さの窓構造を有する従来の光半導体集積装置では、窓構造の上面を高くすると上部クラッド層も厚くしなければならず、上部クラッド層の電気抵抗が増加して特性が劣化する。このため、窓構造を高くして窓構造の上面での反射による反射率の増加を十分に抑制することができない。
【００２５】
また、マスクを用いた選択成長により窓構造部のみに厚い埋込み層を形成する従来の改良された光半導体装置では、窓構造形成するに十分な幅で厚い埋込み層を形成することが難しい。
【００２６】
また、このマスクを用いた選択成長を半絶縁性埋込み層の堆積に用いると、窓構造部の厚い埋込み層を形成することができない。このため、埋込み層が半絶縁性の光半導体装置については、窓構造部のみに厚い埋込み層を形成した光半導体装置を製造することができない。
【００２７】
加えて、マスクを用いた選択成長では、マスクの部分に半導体層の段差が生ずるため、後の電極形成の工程で悪影響を及ぼすことがある。
【００２８】
本発明は、光導波路の端面に厚い半導体層からなる窓構造を有し、かつ製造が容易な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】
【００２９】
上記課題を解決するための本発明の第１構成の光半導体装置は、基板上面に窓構造形成領域及び光導波路形成領域が画定され、窓構造形成領域が光導波路形成領域より高く形成されている。そして、窓構造形成領域及び光導波路形成領域との間の段差に応じて、窓構造が光導波路上に形成された上部クラッド層より高く形成される。
【００３０】
この第１の構成では、基板上面の窓構造形成領域が基板上面の光導波路形成領域より高く形成されている。このため、窓構造形成領域及び光導波路形成領域の両領域上に同じ厚さに半導体層を堆積すると、その半導体層の上面は、窓構造形成領域上で光導波路形成領域よりも両領域の段差分だけ高く形成される。
【００３１】
従って、光導波路を形成するための光導波路形成領域上の半導体層と、窓構造を構成する窓構造形成領域上の半導体層とを、同一堆積速度で同時に堆積して形成することができる。即ち、光導波路形成領域上にほぼ上部クラッド層に等しい高さの半導体層を堆積し、その半導体層を同時に同じ厚さで窓構造形成領域上に堆積することで、この半導体層を含む窓構造を構成する。このとき、窓構造の上面は、両領域の段差に応じて上部クラッド層の上面より高く形成される。
【００３２】
このように、本構成では、両領域上に同じ厚さの半導体層を堆積するだげで、上部クラッドより高い上面を有する窓構造を形成することができる。このとき、基板上面に段差を形成する他は、窓構造を形成するための特別な工程を必要としない。
【００３３】
この上部クラッド層と窓構造との高低差は、基板上面の段差の高さで定まる。この段差は、エッチングにより容易に所望の高さに制御することができるので、窓構造の高さを任意の高さに精密に制御することができる。
【００３４】
また、窓構造を構成する半導体層の堆積に、堆積速度分布を有する堆積方法を必要としない。このため、横方向（基板表面に平行かつ光導波路に垂直方向）に広い埋込み層が堆積されるため、窓構造として十分な幅を確保しつつ、窓構造として十分な高さまで埋込み層を堆積することができる。
【００３５】
本発明の第２構成は、ｐｎ接合による電流ブロック構造を採用したメサストライプ型の第１構成の光半導体装置に関する。本第２構成では、メサストライプはバッファ層とその上に形成された光導波路とを含み、このメササストライプは基板上に形成された埋込み層により光導波路の上面まで埋め込まれる。そして、メサストライプ上に開口するブロック層と、その開口を埋込みブロック層上に延在する上部クラッド層とを有する。これら、埋込み層及びブロック層はよく知られたｐｎ接合による電流ブロック構造を構成する。
【００３６】
この本第２構成では、導電性の埋込み層によりメサストライプを埋込み、窓構造形成領域上に堆積された埋込み層を窓構造を構成する半導体層とする。導電性の埋込み層は、基板上に均一な厚さで堆積するから、この埋込み層を含む窓構造の上面は基板上面の段差分だけ上部クラッド層より高く形成される。従って、埋込み層を含む通常の電流ブロック構造の半導体層の堆積と同時に、高い上面を有する窓構造を形成することができる。この本第２構成の光半導体装置は、基板上面に段差を形成するのみで、それ以上の工程増加を必要とすることなく、上面が高い窓構造を形成することができる。
【００３７】
本発明の第３構成は、絶縁埋込み構造を採用したメサストライプ型の第１構成の光半導体装置に関する。本第３構成では、光導波路形成領域上にメサストライプが形成され、窓構造形成領域上にダミーメサストライプが形成される。メサストライプは、光導波路とその上に形成された上部クラッド層を含み構成される。ダミーメサストライプはメサストライプと同一構造をなし、メサストライプの延長線の両側に設けられる。即ち、光が通過するメサストライプの延長線上にはダミーメサストライプは形成されない。そして、メサストライプ及びダミーメサストライプの側面及び端面は半絶縁性の埋込み層により埋め込まれている。
【００３８】
この第３構成では、窓構造形成領域上に少なくとも２本のダミーメサストライプを設け、半絶縁性の埋込み層によりメサストライプ及びダミーメサストライプを埋込む。そして、窓構造形成領域上に形成されたダミーメサストライプの間に堆積された埋込み層を窓構造を構成する半導体層とする。半絶縁性の埋込み層は、よく知られているようにメサストライプの側面及び端面に上面がメサストライプとほぼ同じ高さに堆積するので、メサストライプの周囲を囲むようにメサストライプとほぼ同じ高さの埋込み層が形成される。従って、半絶縁性の埋込み層がメサストライプの周囲に堆積すると同時に、ダミーメサストライプの間にもダミーメサストライプとほぼ同じ高さの埋込み層が堆積する。ダミーメサストライプはメサストライプより段差分だけ高い基板上面に形成されているから、ダミーメサストライプの間に堆積した埋込み層を窓構造を構成する半導体層とすることで、メサストライプの埋込み層とメサストライプより高い窓構造とを一度の埋込み層の堆積により形成することができる。また、ダミーメサストライプはメサストライプと同時に形成される。従って、本第３構成の光半導体装置の製造では、基板上面に段差を形成するのみで、窓構造の製作のために特別な製造工程を用いることなく上面が高い窓構造を形成することができる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、段差を有する基板上に均一な厚さの半導体層を堆積するだけで窓構造が形成されるから、十分に幅広のかつ上部クラッド層の上面より十分高い上面を有する窓構造を容易に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
本発明の第１実施形態は、半導体光増幅器に関し、とくにｐｎ接合を用いた電流ブロック構造を有するメサストライプ型光導波路を有する光半導体装置に関する。
【００４１】
図１は本発明の第１実施形態の光半導体装置構造図であり、ｐｎ接合を用いた電流ブロック構造を有するメサストライプ型光導波路を有する半導体光増幅器を表している。なお、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）中のＡＡ’断面図、及び、図１（ｃ）は図１（ａ）中のＢＢ’断面図である。
【００４２】
図１を参照して、第１実施形態の光半導体装置は、基板１上面の中央部に設けられた光導波路形成領域１Ｂ上にメサストライプ８が形成され、基板１上面のメサストライプ８の両端に光導波路形成領域１Ｂに隣接して設けられた窓構造形成領域１Ａ上に、窓構造５が形成されている。
【００４３】
基板１の中央部に設けられた光導波路形成領域１Ｂは、基板の端面部に設けられる窓構造形成領域１Ａより上面が低く形成される。この窓構造形成領域１Ａは、基板１端面側に平坦面１ａを有し、平坦面１ａと光導波路形成領域１Ｂとを接続する斜面１ｂを有する。なお、窓構造形成領域１Ａは、メサストライプ８と斜面１ｂとの間に、光導波路形成領域１Ｂと同一平面をなす平面領域１ｄを含むことが好ましい。このように、メサストライプ８と斜面１ｂとの間に平面領域１ｄを挟んで距離をおくことで、メサストライプ８を埋め込む半導体層を均一に堆積することができる。
【００４４】
メサストライプ８は、ｎ型バッファ層２と、その上に形成された光導波路３とを有する。このメサストライプ８は、その上面（即ち、光導波路３の上面）まで，ｐ型埋込み層７により埋め込まれる。なお、このｐ型埋込み層７は、メサストライプ８を除く基板１上全面に、従って窓構造形成領域１Ａ上にも、ほぼ均一な厚さで形成される。その結果、埋込み層７の上面は、ほほ基板１上面と同じ凹凸形状を引き継ぎ、基板１上面の段差がそのまま埋込み層７の上面へ引き継がれる。
【００４５】
埋込み層７上に、ｎ型半導体からなるブロック層６が形成されている。このｎ型ブロック層６は、ｐ型埋込み層７と逆方向のｐｎ接合を形成し、上方から埋込み層７への電流を阻止する。ブロック層６には、光導波路３上面を表出する開口が設けられおり、この開口が光導波路３への電流通路となる。このブロック層６の厚さも均一であり、その上面には基板１上面の段差と同様の段差が形成されている。
【００４６】
このブロック層６上に、ブロック層６の開口を埋込み、ブロック層６上に延在するｐ型上部クラッド層４が設けられている。さらに、上部クラッド層４上にコンタクト層１１が設けられる。この上部クラッド層４及びコンタクト層１１も、厚さは均一なため、その上面には基板１上面の段差と同様の段差が形成される。
【００４７】
窓構造５は、基板１〜上部クラッド層４からなる半導体層５Ａから構成される。この半導体層５Ａを構成する各層はそれぞれ均一な厚さを有し、従って、それぞれの層の上面は基板１上面の段差にほぼ等しい段差を形成している。即ち、窓構造５の上面は、窓構造形成領域１Ａを構成する平面領域１ｄ、斜面１ｂ及び平坦面１ａに応じてそれぞれ、光導波路形成領域１Ｂ上に形成された上部クラッド層４と同じ高さの平面、斜面１ｂ上に形成される斜面及び平坦面１ａ上に形成される平面から構成される。
【００４８】
このように、基板１上面の段差を高くすることで、窓構造５の上面を光導波路形成領域１Ｂ上に形成された上部クラッド層４の上面より十分に高くすることで、反射率の小さな光半導体装置が実現される。この段差はエッチング等により容易に形成することができる。また、窓構造５を構成する半導体層５Ａは導波路３対して垂直な方向かつ基板表面に平行な方向に幅広く堆積するので、横方向の光強度分布が劣化しない。従って、反射が少ない光半導体装置を、容易に製造することができる。
【００４９】
さらに、コンタクト層１１上に、メサストライプ８上に開口１２ａを有するパッシベーション用の絶縁膜１２が設けられ、この開口を埋込む上電極１３が設けられる。また、基板１下面に下電極が設けられる。
【００５０】
上述した第１実施形態の光半導体装置の製造工程を以下に説明する。
【００５１】
図２は本発明の第１実施形態の光半導体装置製造工程を表す図（その１）、図３は本発明の第１実施形態の光半導体装置製造工程を表す図（その２）であり、図２（ａ）、（ｃ）、（ｅ）及び（ｇ）、並びに図３（ｉ）、（ｋ）及び（ｍ）は平面図を、図２（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）及び（ｈ）、並びに図３（ｊ）、（ｌ）及び（ｎ）は断面図を表している。
【００５２】
まず、図２（ａ）及び（ｂ）を参照して、スクライブラインにより基板１となるべき領域が画定されたｎ型の（１００）ＩｎＰウエーハを準備し、その基板１の両端近くの上面に、窓構造形成領域１Ａの平坦面１ａを画定する矩形のＳｉＯ2 マスク３１をフォトリソグラフィにより形成する。なお、以後、説明を簡潔にするために本製造工程の説明において、基板１を、個別に分離された基板の意味の他に、ＩｎＰウエーハ上にスクライブラインにより画定された領域、即ち、スクライブラインに沿って個別の基板１に分割されるべきウエーハの領域の意味でも使用している。
【００５３】
次いで、図２（ｃ）及び（ｄ）を参照して、マスク３１をエッチングマスクとする塩酸系のエッチャントを用いたウエットエッチングにより、基板１上面を３．５μｍエッチングする。その結果、マスク３１により被覆された平坦面１ａから３．５μｍ低い上面を有する光導波路形成領域１Ｂが基板１上面に形成される。同時に、平坦面１ａと光導波路形成領域１Ｂとの間に、これらをつなぐ斜面１ｂが形成される。
【００５４】
次いで、図２（ｅ）及び（ｆ）を参照して、マスク３１を除去した後、基板１上全面に、ＣＶＤ法を用いて、厚さ０．５μｍのｎ型ＩｎＰからなるバッファ層３、厚さ２００ｎｍの光導波路層３−１、及び厚さ０．５μｍのｐ型ＩｎＰ上部クラッド層４−１を堆積する。この上部クラッド層４−１は、図１を参照して、上部クラッド層４の下層部分を構成する。なお、光導波路層３−１は、波長１．５５μｍのバンドギャップ波長を有するＭＱＷ構造の活性層とその上下に設けられた光閉じ込め層とから構成されている。
【００５５】
次いで、図２（ｇ）及び（ｈ）を参照して、光導波路形成領域１Ｂ上に、＜０１１＞方向に延在するメサストライプ８を画定するＳｉＯ2 マスク３２をフォトリソグラフィにより形成する。次いで、上部クラッド層４−１、光導波路層３−１及びバッファ層３を、マスク３２を用いて基板１上面までエッチングして除去し、バッファ層３、パターニングされた光導波路層３−１からなる光導波路３及び上部クラッド層４−１を有するメサストライプ８を形成する。このメサストライプ８は、両端が斜面１ｂにかからないように斜面１ｂとの間に例えば幅５μｍ程度の平面領域１ｄをおいて形成される。この平面領域１ｄは、斜面１ｂ及び平坦面１ａと共に窓構造形成領域１Ａを構成する。
【００５６】
次いで、図３（ｉ）及び（ｊ）を参照して、基板１上全面にＣＶＤ法により、メサストライプ８を光導波路３上面まで埋め込むｐ型ＩｎＰ埋込み層７を堆積する。次いで、メサストライプ８の残りの上部を埋め込む、ｎ型ＩｎＰからなるブロック層６、及び、ｐ型ＩｎＰからなる上部クラッド層４−２をＣＶＤ法によりこの順で堆積する。この埋込み層７、ｎ型ブロック層６及びｐ型上部クラッド層４−２は、基板１上に均一な厚さに堆積される。また、ブロック層６は、メサストライプ８の部分には形成されず、この部分はブロック層６の開口となる。さらにこの開口は上部クラッド層４−１により充填されている。
【００５７】
その結果、メサストライプ８は、その上面まで、ｐ型埋込み層７／ｎ型ブロック層６／ｐ型上部クラッド層４−２からなる３層構造の半導体層により埋め込まれる。また、この３層構造の半導体層は窓構造形成領域１Ａ上にも形成され、その上面には基板１の窓構造形成領域１Ａと同じ形状の段差が形成される。
【００５８】
次いで、図３（ｋ）及び（ｌ）を参照して、マスク３２を除去した後、ＣＶＤ法により、基板１上全面に厚さ１．０μｍのｐ型ＩｎＰからなる上部クラッド層４−３を堆積し、さらにその上にＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓからなる２層構造のコンタクト層１１を堆積する。この上部クラッド層４−３は、上部クラッド層４−１、４−２と共に上部クラッド層４を構成する。また、上部クラッド層４−３及びコンタクト層１１の上面も、基板１の窓構造形成領域１Ａと同じ形状の段差が形成される。
【００５９】
次いで、図３（ｍ）及び（ｎ）を参照して、コンタクト層１１上に、上電極１３を画定する開口を有するパッシベーション用のＳｉＯ2 絶縁層１２を形成し、その開口を埋込むＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる上電極１３を形成する。さらに、基板１下面にＡｕＧｅ／Ａｕからなる下電極１４を形成する。
【００６０】
次いで、スクライブラインにそってウエーハを切断し、個々の光半導体装置に分割する。その後、光半導体装置の端面に反射防止膜１５を形成して本第１実施形態に係る光半導体装置が製造される。
【００６１】
本第１実施形態形態の光半導体装置では、光導波路３上の上部クラッド層４は、上部クラッド層４−１、４−３から構成されその厚さは１．５μｍである。従って、上部クラッド層４として十分な厚さを有する一方、十分に低い上部クラッド層４の抵抗が実現される。
【００６２】
また、窓構造５は、窓構造形成領域１Ａ上に形成された埋込み層７、ブロック層６、上部クラッド層４−２、４−３及び基板１の上層（窓領域形成領域１Ａ部分の基板１）から構成される。この窓構造５の上面は、段差が形成された上部クラッド層４−３の上面であり、光導波路３上の上部クラッド層４−３の上面より３．５μｍ高い段差面として形成される。光導波路３上のクラッド層４厚さは１．５μｍであり、窓構造５上面はそれより３．５μｍ高い。従って、窓構造５の上面は光導波路３上面より５μｍ高くなる。このように、光導波路３と窓構造５上面の間隔が広いので、光導波路３からの出射光が窓構造５の上面で反射される割合がすくなく、低い反射率が実現される。
【００６３】
上述した本第１実施形態の光半導体装置の製造方法では、基板１に段差を形成することで、他は通常の均一な半導体層の堆積工程により、薄い上部クラッド層４と高い上面を有する窓構造とを製造することができる。
【００６４】
本発明の第２実施形態は、半導体光増幅器に関し、とくに半絶縁性の埋込み層によりメサストライプを埋め込むメサストライプ型光導波路を有する光半導体装置に関する。
【００６５】
図４は本発明の第２実施形態の光半導体装置構造図であり、半絶縁性の埋込み層によりメサストライプを埋め込むメサストライプ型光導波路を有する半導体光増幅器を表している。なお、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）中のＣＣ’断面図、及び、図４（ｃ）は図４（ａ）中のＤＤ’断面図である。
【００６６】
図４を参照して、本第２実施形態の光半導体装置は、ダミーメサストライプ２２を有することと、メサストライプ８を埋め込む埋込み層２１が半絶縁性の半導体層からなることを除き、他は第１実施形態の光半導体装置とほぼ同様である。
【００６７】
先ず、（００１）ＩｎＰ基板１上に段差が設けられ、基板１上面に、段差上面をなす平坦面１ａ、斜面１ｂ及び段差下面の一部をなす平面領域１ｄからなる窓構造形成領域１Ａ、及び段差下面をなす光導波路形成領域１Ｂが形成される。そして、光導波路形成領域１Ｂに＜１１０＞方向に延在するメサストライプ８が形成されている。これらは第１実施形態と同様である。
【００６８】
メサストライプ８は、厚さ０．５μｍのｎ型ＩｎＰからなるバッファ層２、厚さ２００ｎｍの光導波路３、厚さ１．５μｍのｐ型ＩｎＰからなる上部クラッド層４及びＩｎＰＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓの２層構造のコンタクト層１１からなる。この光導波路３は、第１実施形態と同様の層構造を有する。
【００６９】
ダミーメサストライプ２２は、メサストライプ８と同一層構造を有し、窓構造形成領域１Ａに、例えば平坦面１ａ、平坦面１ａ及び斜面１ｂ、又は、平坦面１ａ、斜面１ｂ及び平面領域１ｄに設けられる。このダミーメサストライプ２２は、メサストライプ８の延長線の両側に、例えばメサストライプ８に平行に設けられる。なお、ダミーメサストライプ２２は非平行に配置することもできる。これにより、窓構造５の上面を傾斜させ、反射率をより減少することができる。また、製造工程の増加が許される用途では、メサストライプ８と異なる任意の層構造とすることもできる。
【００７０】
メサストライプ８及びダミーメサストライプ２２は、半絶縁性のＩｎＰ埋込み層２１により埋め込まれている。埋込み層２１は、メサストライプ８及びダミーメサストライプ２２の近傍ではメサストライプ８及びダミーメサストライプ２２の上面、即ちコンタクト層１１の上面にほぼ近い高さを有し、離れた位置ではこれより低く形成される。この離れた位置で低く形成されるのは、後述するように埋込み層２１の堆積方法に起因するものであり、堆積方法が許すならば埋込み層２１の高さをメサストライプ８及びダミーメサストライプ２２の上面とほぼ同じにしても差し支えない。
【００７１】
ダミーメサストライプ２２は、その間に堆積する埋込み層２１がダミーメサストライプ２２の高さとほぼ同じ高さに堆積するように狭い間隔をおいて配置される。このダミーメサストライプ２２の間に堆積した埋込み層２１は、窓構造５を形成する。従って、本第２実施形態では、第１実施形態と同様、一度の埋込み層２１の堆積により、その上面が基板１上面に形成された段差の高さだけ高い窓構造を形成することができる。この窓構造の端面（光半導体装置の端面）には反射防止膜１５がコーテングされている。
【００７２】
さらに、メサストライプ８上に開口を有するパッシベーション用の絶縁層１２が設けられ、その開口を埋め込む上電極１３が設けられ、さらに、基板１下面に下電極１４が設けられている。
【００７３】
次に、上述した本第２実施形態の光半導体装置（半導体光増幅器）の製造方法を説明する。
【００７４】
図５は本発明の第２実施形態の光半導体装置製造工程を表す図であり、図５（ａ）、（ｃ）及び（ｅ）は平面図を、図５（ｂ）及び（ｄ）はメサストライプの中心線を含む垂直断面図を、図５（ｆ）は図（ｃ）のＥＥ’垂直断面図を表している。
【００７５】
本発明の第２実施形態の光半導体装置の製造方法では、（００１）を主面とするｎ型ＩｎＰ基板１上面に、平坦面１ａ及び斜面１ｂを有する３．５μの段差を形成し、段差の高い面を含む窓構造形成領域１Ａと段差の低い面からなる光導波路形成領域１Ｂとを形成するまでは、図３（ｃ）までの第１実施形態の製造工程と同様である。
【００７６】
次いで、図５（ａ）を参照して、基板１上面に、ＣＶＤ法を用いて、厚さ０．５μｍのｎ型ＩｎＰからなるバッファ層２、厚さ２００ｎｍの光導波路層３−１、厚さ１．５μｍのｐ型ＩｎＰからなる上部クラッド層４、及び、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓの二層からなるコンタクト層１１をこの順に堆積する。これらの半導体層は、基板１上面にほぼ均一な厚さで堆積される。
【００７７】
次いで、図５（ｃ）を参照して、コンタクト層１１上に、メサストライプ８を画定するＳｉＯ2 マスク２３、及び、ダミーメサストライプ２２を画定するＳｉＯ2 ２３−１マスクをフォトリソグラフィにより形成する。ダミーメサストライプ２２は、例えば斜面１ｂ及び平坦面１ａ上に設けられる。また、メサストライプ８及びダミーメサストライプ２２は、例えば＜１１０＞方向に延在する。
【００７８】
次いで、図５（ｃ）及び（ｄ）を参照して、マスク２３、２３−１をマスクとするイオンエッチングにより、コンタクト層１１、上部クラッド層４、光導波路層３−１及びバッファ層２を除去し、メサストライプ８及びダミーメサストライプ２２を形成する。この工程により、コンタクト層１１、上部クラッド層４、光導波路層３−１及びバッファ層２は、メサストライプ８及びダミーメサストライプ２２を構成する層を除き基板１上面から除去される。なお、基板１上面は、メサストライプ８及びダミーメサストライプ２２が形成されていない領域を除き表出される。
【００７９】
次いで、有機塩素化合物、例えば１，２−ジクロロエタン（Ｃ２Ｈ４Ｃｌ２）、１，２−ジクロロプロパン（Ｃ３Ｈ６Ｃｌ２）または１，２−ジクロロエチレン（Ｃ２Ｈ２Ｃｌ２）の何れかのガスを添加した原料ガスを用いたＣＶＤ法により、基板１上にメサストライプ８及びダミーメサストライプ２２をその上面（コンタクト層１１の上面）まで埋め込む半絶縁性のＩｎＰからなる埋込み層２１を堆積する。このとき埋込み層２１として、ＩｎＰ以外のＩｎＰ系の埋込み層、例えばＩｎＰ、ＩｎＧａＰ又はＩｎＧａＡｓＰからなる埋込み層を用いることもできる。
【００８０】
図５（ｅ）及び（ｆ）を参照して、有機塩素系化合物を含有する原料ガスを用いたＣＶＤ法により堆積される半絶縁性のＩｎＰ埋込み層２１は、（１１０）及び（１−１０）面からなるメサストライプ８及びダミーメサストライプ２２の側面及び端面に、メサストライプ８及びダミーメサストライプ２２の上面より上方に這い上がらない条件で堆積される。
【００８１】
その結果、埋込み層２１は、メサストライプ８の両側、ダミーメサストライプ２２の間とその外側、及び、メサストライプ８とダミーメサストライプ２２の間等のメサ８、２２に近い領域では、メサストライプ８及びダミーメサストライプ２２と同じ高さに形成され、それより外側ではそれより低く形成される。
【００８２】
本第２実施形態の光半導体装置では、ダミーメサストライプ２２の間（メサストライプ８の先端からメサストライプ８の延長線上の領域）に形成された埋込み層２１（及び基板１上面部分を含むこともある。）が窓構造５を構成する。この窓構造５を構成する埋込み層２１は、上面が平面で、その高さはほぼダミーメサストライプ２２の高さに等しい。従って、窓構造５の上面は、メサストライプ８の上面より基板１の段差分だけ高く形成される。メサストライプ８の上面は、少なくとも上部クラッド層４の上面よりコンタクト層１１の厚さだけ高いので、窓構造５の上面は、少なくとも光導波路３より、上部クラッド層４の厚さ１．５μｍと段差分３．５μｍを加算した５μｍだけ高くなる。このように、上部クラッド層４を必要最小の厚さに留めたまま高い窓構造５を形成することができるので、低いクラッド層抵抗と高い反射防止効果を有する光半導体装置が提供される。さらに、かかる光半導体装置の高い上面を有する窓構造５を、通常の光半導体装置の製造工程に段差の形成工程を追加するだけで製作することができる。
【００８３】
次いで、マスク２３、２３−１を除去し、さらに図３（ｍ）及び（ｎ）を参照して、メサストライプ８上に開口を有する絶縁膜１２、その開口を埋める上電極１３、及び、基板１下面に下電極１４を形成する。その後、ウエーハを個別の光半導体装置へ分割し、さらに光半導体装置の端面に反射防止膜１５をコーテングして本第２実施形態の光半導体装置（半導体光増幅器）が製造される。                                            図６は本発明の第１実施形態の変形例平面図であり、ｐｎ接合を用いた電流ブロック構造を有する光半導体装置を表している。
【００８４】
図６を参照して、本変形例では、第１実施形態の光半導体装置のメサストライプ８を、基板１端面に対して斜めに、例えば１０度傾けて配置する。それ以外は第１実施形態と同様である。かかる配置では、光導波路３からの出射光が基板１端面に斜めに入射するので、基板１端面で反射され再び光導波路３へ戻る光が少ない光半導体装置が実現される。
【００８５】
図７は本発明の第２実施形態の変形例平面図であり、半絶縁性の埋込み層によりメサストライプを埋め込むメサストライプ型の光半導体装置を表している。
【００８６】
図７を参照して、本変形例では、第２実施形態の光半導体装置のメサストライプ８を、基板１端面に対して斜めに、例えば１０度傾けて配置する。それ以外は第２実施形態と同様である。かかる配置の光半導体装置では、図６に示す光半導体装置と同様に、基板１端面で反射され再び光導波路３へ戻る光を少なくすることができる。
【００８７】
上述したように、本明細書には以下の付記記載の発明が開示されている。
（付記１）基板上に、光導波路と、前記光導波路の端面に形成された窓構造とを有する光半導体装置において、
前記基板上面に画定された、前記光導波路が形成される光導波路形成領域と、
前記基板上面に画定された、前記光導波路形成領域より高い上面を有し、前記窓構造が形成される窓構造形成領域と、
前記光導波路上に形成された上部クラッド層と、
前記窓構造形成領域上に前記上部クラッド層の上面より高く形成された、前記窓構造を構成する半導体層とを有することを特徴とする光半導体装置。
（付記２）第１導電型のバッファ層及び前記パッファ層上に形成された前記光導波路を含むメサストライプと、
前記基板上に形成された、前記メサストライプの側面及び端面を前記光導波路の上面まで埋め込む第２導電型の埋込み層と、
前記埋込み層上に形成され、前記メサストライプ上に開口を有する第１導電型のブロック層と、
前記開口を埋込み前記ブロック層上に延在する第２導電型の前記上部クラッド層とを有することを特徴とする付記１記載の光半導体装置。
（付記３）前記光導波路及び前記上部クラッドを含むメサストライプと、
前記メサストライプの延長線の両側に前記延長線に沿って、前記窓構造形成領域上に形成されたダミーメサストライプと、
前記メサストライプ及び前記ダミーメサストライプの側面及び端面を埋め込む半絶縁性の埋込み層と、
前記メサストライプ、前記ダミーメサストライプ及び前記埋込み層上に形成された上部クラッド層とを有することを特徴とする付記１記載の光半導体装置。
（付記４）前記ダミーメサストライプは、前記メサストライプと同一構造を有することを特徴とする付記３記載の光半導体装置。
（付記５）前記光導波路への入出力光が透過する前記窓構造の外側端面に、無反射コーテング膜を有することを特徴とする付記１、２、３又は４記載の半導体装置。
（付記６）前記導波路は、前記窓構造の外側端面に対して斜めに配置されることを特徴とする付記１、２、３、４又は５記載の半導体装置。
（付記７）基板上に、光導波路と、前記光導波路の端面に形成された窓構造とを有する光半導体装置の製造方法において、
前記基板表面の端面近くに窓構造形成領域を残して、前記基板表面に凹部からなる光導波路形成領域を形成する工程と、
前記光導波路形成領域上に、第１導電型のバッファ層及び前記バッファ層上に形成された前記光導波路を含むメサストライプを形成する工程と、
前記基板上に、前記メサストライプの側面及び端面を埋め込む第２導電型の埋込み層を形成する工程と
前記埋込み層上に、前記メサストライプ上に開口を有する第１導電型のブロック層を形成する工程と、
前記開口を埋込み前記ブロック層上に延在する第２導電型の上部クラッド層を形成する工程とを有することを特徴とする光半導体装置の製造方法。
（付記８）基板上に、光導波路と、前記光導波路の端面に形成された窓構造とを有する光半導体装置の製造方法において、
前記基板表面の端面近くに窓構造形成領域を残して、前記基板表面に凹部からなる光導波路形成領域を形成する工程と、
前記光導波路形成領域上に、前記光導波路及び前記光導波路上に形成された上部クラッド層を含むメサストライプを形成する工程と、
前記窓構造形成領域上の前記メサストライプの延長線の両側に、前記メサストライプと同一構造のダミーメサストライプを前記メサストライプと同時に形成する工程と、
前記基板上に、前記メサストライプ及び前記ダミーメサストライプの側面及び端面を埋め込む半絶縁性の埋込み層を形成する工程とを有することを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明を埋込みメサストライプ型の光導波路と窓構造とを有する光半導体装置に適用することで、戻り光が少なく、安定した動作をする光半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の第１実施形態の光半導体装置構造図
【図２】本発明の第１実施形態の光半導体装置製造工程を表す図（その１）
【図３】本発明の第１実施形態の光半導体装置製造工程を表す図（その２）
【図４】本発明の第２実施形態の光半導体装置構造図
【図５】本発明の第２実施形態の光半導体装置製造工程を表す図
【図６】本発明の第１実施形態の変形例平面図
【図７】本発明の第２実施形態の変形例平面図
【図８】従来の半導体装置構造図
【図９】従来の改良された半導体装置構造図（その１）
【図１０】従来の改良された半導体装置構造図（その２）
【符号の説明】
【００９０】
１  基板
１Ａ  窓構造形成領域
１Ｂ  光導波路形成領域
１ａ  平坦部
１ｂ  斜面
１ｄ  平面領域
２  バッファ層
３  光導波路
３−１  光導波路層
４、４−１、４−２  上部クラッド層
５  窓構造
５−１  端面
５Ａ  窓構造を形成する半導体層
６  ブロック層
７、２１  埋込み層
８  メサストライプ
１１  コンタクト層
１２  絶縁層
１３  上電極
１４  下電極
１５  反射防止膜
１６  出射光
２２  ダミーメサストライプ
２３、２３１、３２、５１  マスク
５１、５２  マスク
【図１】
2008066647.tif 000003
【図２】
2008066647.tif 000004
【図３】
2008066647.tif 000005
【図４】
2008066647.tif 000006
【図５】
2008066647.tif 000007
【図６】
2008066647.tif 000008
【図７】
2008066647.tif 000009
【図８】
2008066647.tif 000010
【図９】
2008066647.tif 000011
【図１０】
2008066647.tif 000012