(57)【要約】【課題】不純物の不要な拡散を抑制しながら抵抗を低減することができる半導体光デバイス及びその製造方法を提供する。【解決手段】ｐ型クラッド層６には、ｐ型のドーパントであるＺｎだけでなく、Ｆｅもドーピングされている。Ｚｎ濃度は１．５×１０18ｃｍ-3であり、Ｆｅ濃度は１．８×１０17ｃｍ-3である。半絶縁性の埋め込み層１０には、深いアクセプタ準位を形成する不純物としてＦｅが添加されており、その濃度は、６．０×１０16ｃｍ-3である。従って、ｐ型クラッド層６中のＦｅ濃度は、埋め込み層１０中のＦｅ濃度の３倍である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成され、ｐ型不純物が添加されたｐ型半導体層を含むメサ部と、
前記メサ部を埋め込み、深いアクセプタ準位を形成する不純物が添加されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる埋め込み層と、
を有し、
前記ｐ型半導体層には、前記深いアクセプタ準位を形成する不純物が前記埋め込み層よりも高い濃度で添加されていることを特徴とする半導体光デバイス。
【請求項２】
前記ｐ型半導体層における前記深いアクセプタ準位を形成する不純物の濃度は、前記埋め込み層における前記深いアクセプタ準位を形成する不純物の濃度の２乃至８倍であることを特徴とする請求項１に記載の半導体光デバイス。
【請求項３】
前記ｐ型半導体層における前記ｐ型不純物の濃度は、１．０×１０18ｃｍ-3以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体光デバイス。
【請求項４】
前記ｐ型不純物は、Ｚｎ、Ｃｄ及びＭｇからなる群から選択された少なくとも１種であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体光デバイス。
【請求項５】
前記深いアクセプタ準位を形成する不純物は、Ｆｅ、Ｃｏ及びＣｕからなる群から選択された少なくとも１種であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体光デバイス。
【請求項６】
半導体基板の上に、ｐ型不純物が添加されたｐ型半導体層を含むメサ部を形成する工程と、
前記メサ部を埋め込み、深いアクセプタ準位を形成する不純物が添加されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる埋め込み層を形成する工程と、
を有し、
前記ｐ型半導体層として、前記深いアクセプタ準位を形成する不純物が前記埋め込み層よりも高い濃度で添加されている層を形成することを特徴とする半導体光デバイスの製造方法。
【請求項７】
前記ｐ型半導体層における前記深いアクセプタ準位を形成する不純物の濃度を、前記埋め込み層における前記深いアクセプタ準位を形成する不純物の濃度の２乃至８倍とすることを特徴とする請求項６に記載の半導体光デバイスの製造方法。
【請求項８】
前記ｐ型半導体層における前記ｐ型不純物の濃度を、１．０×１０18ｃｍ-3以上とすることを特徴とする請求項６又は７に記載の半導体光デバイスの製造方法。
【請求項９】
前記ｐ型不純物として、Ｚｎ、Ｃｄ及びＭｇからなる群から選択された少なくとも１種を用いることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の半導体光デバイスの製造方法。
【請求項１０】
前記深いアクセプタ準位を形成する不純物として、Ｆｅ、Ｃｏ及びＣｕからなる群から選択された少なくとも１種を用いることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の半導体光デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ等に好適な半導体光デバイス及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ等の半導体光デバイスにおける電流狭窄構造として、半絶縁性埋め込み構造（ＳＩＢＨ：Semi-Insulating Buried-heterostructure）が知られている。電流狭窄構造の他の例として、活性層を含むメサ構造部をｐｎｐｎサイリスタ構造によって埋め込んだ構造もあるが、このような構造よりも、ＳＩＢＨ構造は変調帯域を制限する要因となる寄生容量を低減することができる。このため、１０Ｇｂ／ｓ及び４０Ｇｂ／ｓ等の高ビットレートの変調動作を行うために有利である。
【０００３】
ＳＩＢＨ構造では、導電性がｎ型のＩｎＰ基板上に、ｎ型ＩｎＰクラッド層、活性層及びｐ型ＩｎＰクラッド層を含むメサ構造部が形成され、このメサ構造部が半絶縁性のＩｎＰ層（埋め込み層）によって埋め込まれている。埋め込み層として用いられている半絶縁性のＩｎＰ層は、ＦｅがドーピングされたＩｎＰ層であり、Ｆｅが深い準位を形成するため、半絶縁性のＩｎＰ層の抵抗が高い。また、ｐ型ＩｎＰクラッド層のドーパントとしてはＺｎが用いられている。
【０００４】
ＳＩＢＨ構造は、上述のように構成されているが、ｐ型ＩｎＰクラッド層中のＺｎと埋め込み層中のＦｅとが相互に拡散しやすいことが知られている。つまり、Ｚｎがｐ型ＩｎＰクラッド層から埋め込み層に拡散し、Ｆｅが埋め込み層からｐ型ＩｎＰクラッド層に拡散する。このような現象は、例えば非特許文献１にも記載されている。また、特許文献１には、このような相互拡散に関し、Ｆｅ及びＺｎの二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ：Secondary Ion Mass Spectrometry）を行った結果が記載されている。
【０００５】
このようなＦｅ及びＺｎの相互拡散が生じると、埋め込み層のｐ型ＩｎＰクラッド層との界面の近傍の領域の絶縁性が低下し、埋め込み層を流れるリーク電流が増大する。この結果、活性層へのキャリアの注入効率が低下し、しきい値電流の増大及び光出力特性の悪化等の問題が生じる。また、電界吸収型光変調器では、素子容量が増大し変調帯域が狭まってしまうという問題が生じる。
【０００６】
そこで、特許文献１には、この相互拡散を抑制するために、ｐ型ＩｎＰクラッド層に、Ｚｎと共に、埋め込み層と同濃度のＦｅをドーピングする技術が記載されている。つまり、ｐ型ＩｎＰクラッド層及び埋め込み層におけるＦｅ濃度を、いずれも６×１０16ｃｍ-3とする技術が記載されている。この技術によれば、埋め込み層中のＦｅがｐ型ＩｎＰクラッド層へ拡散しにくくなり、相互拡散を抑制することが可能となる。この結果、埋め込み層の絶縁性が高く保たれ、埋め込み層を流れるリーク電流が抑制され、優れた光出力特性が得られる。このように、特許文献１に記載の技術によれば、所期の目的が達成されている。
【０００７】
その一方で、半導体レーザ等の半導体光デバイスの低抵抗化の要請が強くなっており、ｐ型ＩｎＰクラッド層中の不純物濃度を高くすることが検討されている。特許文献１におけるｐ型ＩｎＰクラッド層中のＺｎ濃度（不純物濃度）は５×１０17ｃｍ-3であるが、近時では、１．０×１０18ｃｍ-3以上にすることが望ましいといわれている。
【０００８】
しかしながら、詳細は後述するが、本願発明者等が行った検証の結果、特許文献１に記載の技術において、ｐ型ＩｎＰクラッド層中のＺｎ濃度を１．０×１０18ｃｍ-3以上にすると、Ｆｅ及びＺｎの相互拡散の抑制が不十分となることが判明した。
【０００９】
【特許文献１】特許第３２５７０４５号公報（特開平６−３７３９２号公報）
【特許文献２】特開２００３−１１４４０７号公報  （段落０００８−０００９、図９）
【非特許文献１】E.W.A. Young, et. al., "Zinc-stimulated outdiffusion of iron in InP", Appl. Phys. Lett., 56, pp146, 1990
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、不純物の不要な拡散を抑制しながら抵抗を低減することができる半導体光デバイス及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願発明者は、上記課題を解決すべく、鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。
【００１２】
本発明に係る半導体光デバイスには、半導体基板と、前記半導体基板上に形成され、ｐ型不純物が添加されたｐ型半導体層を含むメサ部と、前記メサ部を埋め込み、深いアクセプタ準位を形成する不純物が添加されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる埋め込み層と、が設けられている。そして、前記ｐ型半導体層には、前記深いアクセプタ準位を形成する不純物が前記埋め込み層よりも高い濃度で添加されている。
【００１３】
本発明に係る半導体光デバイスの製造方法では、半導体基板の上に、ｐ型不純物が添加されたｐ型半導体層を含むメサ部を形成し、その後、前記メサ部を埋め込み、深いアクセプタ準位を形成する不純物が添加されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる埋め込み層を形成する。前記ｐ型半導体層として、前記深いアクセプタ準位を形成する不純物が前記埋め込み層よりも高い濃度で添加されている層を形成する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ｐ型半導体層に埋め込み層と同じ不純物が埋め込み層よりも高い濃度で添加されているため、ｐ型半導体層中のｐ型不純物の不要な拡散を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。
【００１６】
（第１の実施形態）
先ず、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザについて説明する。この半導体レーザは、ＳＩＢＨ構造を適用した波長１．５５μｍ帯の半導体レーザである。図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザの構造を示す断面図である。
【００１７】
この半導体レーザでは、図１に示すように、ｎ型ＩｎＰからなるｎ型基板１上に、ｎ型ＩｎＰからなるｎ型クラッド層２が形成されている。ｎ型クラッド層２上に、ノンドープのＩｎＧａＡｓＰからなる光ガイド層３、ＩｎＧａＡｓＰ系の材料からなり１．５５μｍ帯に利得を持つ多重量子井戸活性層４、及びノンドープのＩｎＧａＡｓＰからなる光ガイド層５が積層されている。光ガイド層５上に、ｐ型ＩｎＰ等からなるｐ型クラッド層６及びｐ+−ＩｎＧａＡｓＰからなるｐ+コンタクト層７が積層されている。なお、ｐ+コンタクト層７、ｐ型クラッド層６、光ガイド層５、多重量子井戸活性層４、光ガイド層３、及びｎ型クラッド層２からなる積層体の構造は、エッチングによりメサ構造とされている。このようにしてメサ部が構成されている。そして、この積層体（メサ部）の周囲に半絶縁性の埋め込み層１０が埋め込まれている。埋め込み層１０には、深いアクセプタ準位を形成する不純物としてＦｅが添加されている。
【００１８】
例えば、光ガイド層３及び５の厚さは５０ｎｍであり、組成は１．１５μｍである。なお、本願明細書では、化合物半導体の組成を、そのバンドギャップから求まる波長で表すこととする。また、多重量子井戸活性層４内では、例えば、厚さが５．０ｎｍ、圧縮歪が０．８％のＩｎＧａＡｓＰからなる井戸層と、厚さが１０ｎｍ、組成が１．３μｍで格子整合のＩｎＧａＡｓＰからなるバリア層とが交互に積層されている。井戸層の数は、例えば６である。
【００１９】
また、例えば、ｐ型クラッド層６の厚さは１．５μｍであり、ｐ型のドーパントであるＺｎだけでなく、Ｆｅもドーピングされている。例えば、Ｚｎ濃度は１．５×１０18ｃｍ-3であり、Ｆｅ濃度は１．８×１０17ｃｍ-3である。また、ｐ+コンタクト層７の厚さは、例えば３００ｎｍである。また、半絶縁性の埋め込み層１０のＦｅ濃度は、例えば６．０×１０16ｃｍ-3である。従って、ｐ型クラッド層６中のＦｅ濃度は、埋め込み層１０中のＦｅ濃度の３倍である。
【００２０】
更に、埋め込み層１０上には、ＳｉＯ2等からなり、ｐ+コンタクト層７を露出する絶縁膜１１が形成されている。そして、ｐ+コンタクト層７に接する電極８及びｎ型基板１の裏面に接する電極９が形成されている。
【００２１】
このように構成された半導体レーザにおいては、ｐ型クラッド層６に埋め込み層１０よりも高濃度のＦｅがドーピングされているため、Ｆｅ及びＺｎの相互拡散が抑制される。このため、抵抗を低減しながら、リーク電流を抑制し、優れた光出力特性を得ることができる。つまり、ｐ型クラッド層６にドーピングされているＦｅの濃度が埋め込み層１０にドーピングされているＦｅの濃度よりも高いため、ｐ型クラッド層６におけるＺｎの濃度が１．５×１０18ｃｍ-3と高いにもかかわらず、Ｆｅ及びＺｎの相互拡散を十分に抑制することができる。
【００２２】
ここで、本願発明者が実際に行った実験の内容及び結果について説明する。この実験では、４種類の試料を作製した。試料の作製に当たっては、図５Ａに示すように、ｎ型ＩｎＰ基板５０上に、ｐ型ＩｎＰ層５１及び半絶縁性ＩｎＰ層５２をこの順で形成した。半絶縁性ＩｎＰ層５２としては、濃度が６．０×１０16ｃｍ-3のＦｅがドーピングされたものを形成した。また、ｐ型ＩｎＰ層５１としては、濃度が１．５×１０18ｃｍ-3のＺｎがドーピングされ、更に、表１に記載された濃度のＦｅがドーピングされたものを使用した。なお、表１中の濃度比ｒは、半絶縁性ＩｎＰ層５２中のＦｅ濃度を基準とした、ｐ型ＩｎＰ層５１中のＦｅ濃度の比を示す。そして、これら４種類の試料の内部におけるｐ型不純物の濃度を測定した。この結果を図５Ｂに示す。なお、この実験では、ｐ型不純物濃度はＺｎ濃度とほぼ一致する。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
図５Ｂに示すように、ｒ＝０の試料Ｎｏ．１では、半絶縁性ＩｎＰ層５２内の、ｐ型ＩｎＰ層５１と半絶縁性ＩｎＰ層５２との界面から０．２８μｍ程度離間した位置において、ｐ型不純物濃度が１０17ｃｍ-3台半ばから１０16ｃｍ-3台半ばへ急峻に変化していた。界面から更に離間した領域では、ｐ型不純物濃度が１０16ｃｍ-3台前半となっていた。このことから、ｐ型ＩｎＰ層５１にドーピングされていたＺｎ原子がこれらの領域に拡散していると考えられる。ここで、このような拡散の機構について考察する。
【００２５】
試料Ｎｏ．１では、半絶縁性ＩｎＰ層５２の形成の際に、ｐ型ＩｎＰ層５１内において格子間原子（原子が占めていない隙間に侵入した不純物原子）として存在していたＺｎ原子と半絶縁性ＩｎＰ層５２中のＦｅ原子とが相互に入れ替わるように拡散したと考えられる。この相互拡散では、Ｚｎ原子が、その濃度が半絶縁性ＩｎＰ層５２中のＦｅ濃度と同程度となるまで拡散したと考えられる。この現象は、特許文献１においても検証されており、ｐ型ＩｎＰ層５１中のＺｎ濃度が低い場合でも生じる。この拡散は、界面から０．２８μｍ以上離間した領域までのＺｎ原子の拡散に相当するものと考えられる。
【００２６】
更に、試料Ｎｏ．１では、特許文献１に記載されたｐ型クラッド層よりもｐ型ＩｎＰ層５１中のＺｎ濃度が大幅に高いため、ｐ型ＩｎＰ層５１内の格子間原子が非常に多く、これらが直ぐに半絶縁性ＩｎＰ層５２まで拡散したと考えられる。そして、このＺｎ原子は、半絶縁性ＩｎＰ層５２内において、Ｉｎの空孔に取り込まれるか、又は格子サイトに配置されていたＩｎを押し出してこの格子サイトに取り込まれ、置換型不純物原子（格子サイトに配置された不純物原子）となったと考えられる。このように、過剰な格子間原子（Ｚｎ原子）の拡散により、半絶縁性ＩｎＰ層５２内の格子サイトに入り込む置換型不純物原子（Ｚｎ原子）が増大したと考えられる。この拡散は、界面に近い領域までのＺｎ原子の拡散に相当するものと考えられる。
【００２７】
このように、試料Ｎｏ．１では、Ｚｎ原子が半絶縁性ＩｎＰ層５２まで大量に拡散したため、リーク電流が大きくなり、光出力特性が低下してしまう。
【００２８】
試料Ｎｏ．２では、ｐ型ＩｎＰ層５１に半絶縁性ＩｎＰ層５２と同じ濃度のＦｅがドーピングされているが、特許文献１に記載されたｐ型クラッド層よりもｐ型ＩｎＰ層５１中のＺｎ濃度が大幅に高いため、図５Ｂに示すように、試料Ｎｏ．１よりは抑制されたものの、半絶縁性ＩｎＰ層５２へのＺｎ原子の拡散が確認された。従って、試料Ｎｏ．２でも、リーク電流が大きくなり、光出力特性が低下してしまう。
【００２９】
一方、試料Ｎｏ．３では、ｐ型ＩｎＰ層５１に半絶縁性ＩｎＰ層５２の４倍ものＦｅがドーピングされているため、図５Ｂに示すように、半絶縁性ＩｎＰ層５２へのＺｎ原子の拡散が著しく抑制された。即ち、Ｚｎ原子の濃度プロファイルとほぼ一致するｐ型不純物濃度のプロファイルが、ｐ型ＩｎＰ層５１と半絶縁性ＩｎＰ層５２との界面近傍で急峻なものとなった。従って、試料Ｎｏ．３では、リーク電流が抑制され、優れた光出力特性が得られる。
【００３０】
更に、試料Ｎｏ．４では、ｐ型ＩｎＰ層５１に半絶縁性ＩｎＰ層５２の８倍ものＦｅがドーピングされているため、図５Ｂに示すように、半絶縁性ＩｎＰ層５２へのＺｎ原子の拡散が更に抑制された。従って、試料Ｎｏ．４でも、リーク電流が抑制され、優れた光出力特性が得られる。
【００３１】
これらの結果から、ｐ型ＩｎＰ層５１に、半絶縁性ＩｎＰ層５２よりも高い濃度のＦｅをドーピングしておくことにより、Ｆｅ及びＺｎの相互拡散を抑制することができるといえる。そして、第１の実施形態と比較すると、ｐ型ＩｎＰ層５１がｐ型クラッド層６に相当し、半絶縁性ＩｎＰ層５２が埋め込み層１０に相当するため、第１の実施形態においてＦｅ及びＺｎの相互拡散が抑制されることが実験的に裏付けられたといえる。
【００３２】
また、図５Ｂに示すグラフから、Ｚｎ原子が半絶縁性ＩｎＰ層５２内の置換型不純物原子となったと考えられる領域の界面からの幅をＺｎ拡散幅として求め、これと濃度比ｒとの関係をグラフにすると、図６に示すグラフが得られる。リーク電流の低減のためには、Ｚｎ拡散幅を０．１μｍ以下とすることが好ましいと考えられるが、図６のグラフを検証すると、濃度比ｒを２以上にすることにより、Ｚｎ拡散幅をこの範囲に抑えることができるといえる。また、図６に示すグラフを見る限りでは、Ｚｎ拡散幅は、濃度比ｒが大きくなるほど小さくなると考えられるが、試料Ｎｏ．４（ｒ＝８）では、ｐ型ＩｎＰ層５１内において、Ｆｅ原子の格子サイトへの取り込みが飽和し、Ｆｅ原子の一部が凝集していた。このことから、濃度比ｒを８よりも大きくしても、本発明の効果が飽和する可能性がる。従って、濃度比ｒは、２〜８とすることが好ましい。
【００３３】
次に、第１の実施形態に係る半導体レーザを製造する方法について説明する。図２Ａ乃至図２Ｆは、第１の実施形態に係る半導体レーザを製造する方法を工程順に示す断面図である。
【００３４】
先ず、図２Ａに示すように、ｎ型基板１上に、ｎ型クラッド層２、光ガイド層３、多重量子井戸活性層４、光ガイド層５、ｐ型クラッド層６及びｐ+コンタクト層７を、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）により、順次積層する。なお、ｐ型クラッド層６を形成する際には、濃度が１．５×１０18ｃｍ-3のＺｎ及び濃度が１．８×１０17ｃｍ-3のＦｅをドーピングする。
【００３５】
次に、図２Ｂに示すように、ｐ+コンタクト層７上にストライプ状のマスク３１を形成する。
【００３６】
次いで、マスク３１を用いて、誘導結合型プラズマ反応性イオンエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ：Inductive Coupled Plasma - Reactive Ion Etching）等のエッチングを行う。この結果、図２Ｃに示すように、ｐ+コンタクト層７、ｐ型クラッド層６、光ガイド層５、多重量子井戸活性層４、光ガイド層３、及びｎ型クラッド層２からなる積層体の構造がメサ構造となる。
【００３７】
その後、図２Ｄに示すように、メサ構造の積層体の周囲に、半絶縁性の埋め込み層１０を埋め込む。この結果、電流狭窄構造が得られる。なお、埋め込み層１０を形成する際には、濃度が６．０×１０16ｃｍ-3のＦｅをドーピングする。つまり、濃度比ｒを３とする。
【００３８】
続いて、図２Ｅに示すように、マスク３１を除去し、ｐ+コンタクト層７を露出する絶縁膜１１を形成する。
【００３９】
そして、図２Ｆに示すように、ｐ+コンタクト層７に接する電極８及びｎ型基板１の裏面に接する電極９を形成する。
【００４０】
なお、この製造方法の説明では、濃度比ｒを３としているが、濃度比ｒは１より大きければよく、２〜８とすることが好ましい。
【００４１】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る電界吸収型光変調器（ＥＡ変調器：Electro-absorption Modulator）について説明する。図３は、本発明の第２の実施形態に係るＥＡ変調器の構造を示す断面図である。
【００４２】
このＥＡ変調器では、図３に示すように、第１の実施形態における量子井戸活性層４に代わってＩｎＧａＡｓＰ系の材料からなる光吸収層１４が設けられ、光ガイド層５に代わってノンドープのＩｎＧａＡｓＰからなる光ガイド層１５が設けられている。光吸収層１４内では、例えば、厚さが９．０ｎｍ、圧縮歪が０．５％のＩｎＧａＡｓＰからなる井戸層と、厚さが５．０ｎｍ、組成が１．３μｍで引張歪が０．３％のＩｎＧａＡｓＰからなるバリア層とが交互に積層されている。つまり、光吸収層１４は多重量子井戸構造を備えている。井戸層の数は、例えば６である。なお、光吸収層１４の多重量子井戸構造の遷移波長は特に限定されないが、入力波長が１．５５μｍの場合、例えば１．４９μｍ〜１．５０μｍ程度に設定すればよい。また、例えば、光ガイド層１５の厚さは５０ｎｍであり、組成は１．１５μｍから１．００μｍまで連続的に変化している。つまり、光吸収層１４との界面における光ガイド層１５の組成は１．１５μｍであり、ｐ型クラッド層６との界面における光ガイド層１５の組成は１．００μｍであり、光ガイド層１５はグレーデット層となっている。他の構成は第１の実施形態のものと同様である。
【００４３】
このように構成されたＥＡ変調器においても、ｐ型クラッド層６に埋め込み層１０よりも高濃度のＦｅがドーピングされているため、Ｆｅ及びＺｎの相互拡散が抑制される。このため、抵抗を低減しながら、広い帯域を確保することができ、優れた変調特性を得ることができる。
【００４４】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る変調器集積半導体レーザについて説明する。図４は、本発明の第３の実施形態に係る変調器集積半導体レーザの構造を示す部分断面図である。
【００４５】
この変調器集積半導体レーザでは、図４に示すように、第１の実施形態と同様の半導体レーザ３１と第２の実施形態と同様のＥＡ変調器３２とが互いにバットジョイント接合（直接突き合わせ接合）されて集積されている。なお、半導体レーザ３１には、光ガイド層３、多重量子井戸活性層４及び光ガイド層５からなる発光部２１が設けられており、この発光部２１の下部には、回折格子２２が形成されている。従って、半導体レーザ３１は、単一モードで発振する。また、ＥＡ変調器３２には、光ガイド層３、光吸収層１４及び光ガイド層１５からなる変調部２３が設けられている。
【００４６】
このように構成された変調器集積半導体レーザによれば、第１の実施形態の効果及び第２の実施形態の効果を得ることができる。つまり、抵抗を低減しながら、優れた光出力特性及び広い変調帯域を得ることができる。
【００４７】
なお、第１及び第３の実施形態では、１．５５μｍ帯に利得を持つ多重量子井戸活性層４をＩｎ1-xＧａxＡｓyＰ1-y（０≦ｘ，ｙ≦１）系の材料から構成しているが、他の材料、例えばＩｎxＧａyＡｌ1-x-yＡｓ（０≦ｘ，ｙ≦１）系から構成してもよい。この場合、多重量子井戸活性層４内では、例えば、厚さが５．０ｎｍ、圧縮歪が１．０％のＩｎＧａＡｌＡｓからなる井戸層と、厚さが１０ｎｍ、組成が１．２μｍで引張歪が０．３％のＩｎＧａＡｌＡｓからなるバリア層とが交互に積層されている。井戸層の数は、例えば６である。
【００４８】
また、多重量子井戸活性層４の下の光ガイド層３として、例えば、厚さが５０ｎｍ、組成が１．２μｍでノンドープのＩｎＧａＡｌＡｓからなるものが用いられる。更に、多重量子井戸活性層4の上の光ガイド層５として、例えば、厚さが５０ｎｍ、組成が１．０５μｍでノンドープのＩｎＧａＡｓＰからなるものが用いられる。
【００４９】
このようなＩｎＧａＡｌＡｓ系の材料からなる多重量子井戸活性層４を含む半導体レーザでは、ＩｎＧａＡｓＰ系の材料からなる多重量子井戸活性層４を含む第1の実施形態と比較して、量子井戸構造における伝導帯のバンドオフセットが大きい。このため、第1の実施形態と比較して、電子の閉じ込めが大きく、優れた高温特性が得られる。
【００５０】
なお、ＥＡ変調器等においても、ＩｎxＧａyＡｌ1-x-yＡｓ（０≦ｘ，ｙ≦１）系の材料を用いることは可能である。
【００５１】
また、ｐ型クラッド層６に添加されるｐ型不純物はＺｎに限定されず、例えばＣｄ及び／又はＭｇが添加されてもよい。これらのｐ型不純物の濃度は、抵抗の低減のためには、１．０×１０18ｃｍ-3以上であることが好ましい。また、埋め込み層１０及びｐ型クラッド層６に添加される深いアクセプタ準位を形成する不純物はＦｅに限定されず、Ｃｏ及び／又はＣｕが添加されてもよい。
【００５２】
更に、ｐ型クラッド層６及び埋め込み層１０の一部にＧａＡｓ層等が含まれていてもよい。例えば、ｐ型クラッド層６及び埋め込み層１０を形成する際に、ＩｎＰ層のみを形成してもよく、また、ＧａＡｓ層を薄く形成した後に、その上にＩｎＰ層を形成してもよい。
【００５３】
また、上述の実施形態は、半導体基板上に形成され、ｐ型半導体層を含むメサ部及び埋め込み層を有する半導体光デバイス（半導体レーザや半導体ＥＡ変調器）に関するものであるが、本発明はこれらに限定されない。例えば、本発明は、半導体光増幅器及びマッハ−ツェンダー型光変調器等の同様の構造を有する半導体光デバイスに適用することも可能である。
【００５４】
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００５５】
（付記１）
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成され、ｐ型不純物が添加されたｐ型半導体層を含むメサ部と、
前記メサ部を埋め込み、深いアクセプタ準位を形成する不純物が添加されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる埋め込み層と、
を有し、
前記ｐ型半導体層には、前記深いアクセプタ準位を形成する不純物が前記埋め込み層よりも高い濃度で添加されていることを特徴とする半導体光デバイス。
【００５６】
（付記２）
前記ｐ型半導体層における前記深いアクセプタ準位を形成する不純物の濃度は、前記埋め込み層における前記深いアクセプタ準位を形成する不純物の濃度の２乃至８倍であることを特徴とする付記１に記載の半導体光デバイス。
【００５７】
（付記３）
前記ｐ型半導体層における前記ｐ型不純物の濃度は、１．０×１０18ｃｍ-3以上であることを特徴とする付記１又は２に記載の半導体光デバイス。
【００５８】
（付記４）
前記ｐ型不純物は、Ｚｎ、Ｃｄ及びＭｇからなる群から選択された少なくとも１種であることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の半導体光デバイス。
【００５９】
（付記５）
前記ｐ型半導体層は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなることを特徴とする付記１乃至４のいずれか１項に記載の半導体光デバイス。
【００６０】
（付記６）
前記埋め込み層は、少なくともＩｎＰ層を有することを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載の半導体光デバイス。
【００６１】
（付記７）
前記ｐ型半導体層は、少なくともＩｎＰ層を有することを特徴とする付記１乃至６のいずれか１項に記載の半導体光デバイス。
【００６２】
（付記８）
前記深いアクセプタ準位を形成する不純物は、Ｆｅ、Ｃｏ及びＣｕからなる群から選択された少なくとも１種であることを特徴とする付記１乃至７のいずれか１項に記載の半導体光デバイス。
【００６３】
（付記９）
前記半導体基板は、導電型がｎ型のＩｎＰ基板であることを特徴とする付記１乃至８のいずれか１項に記載の半導体光デバイス。
【００６４】
（付記１０）
前記メサ部は、Ｉｎ1-xＧａxＡｓyＰ1-y（０≦ｘ，ｙ≦１）系の材料又はＩｎxＧａyＡｌ1-x-yＡｓ（０≦ｘ，ｙ≦１）系の材料からなる活性層を有することを特徴とする付記１乃至９のいずれか１項に記載の半導体光デバイス。
【００６５】
（付記１１）
半導体レーザとして機能することを特徴とする付記１乃至１０のいずれか１項に記載の半導体光デバイス。
【００６６】
（付記１２）
電界吸収型半導体光変調器として機能することを特徴とする付記１乃至１０のいずれか１項に記載の半導体光デバイス。
【００６７】
（付記１３）
集積された電界吸収型半導体光変調器及び半導体レーザとして機能することを特徴とする付記１乃至１０のいずれか１項に記載の半導体光デバイス。
【００６８】
（付記１４）
半導体基板の上に、ｐ型不純物が添加されたｐ型半導体層を含むメサ部を形成する工程と、
前記メサ部を埋め込み、深いアクセプタ準位を形成する不純物が添加されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる埋め込み層を形成する工程と、
を有し、
前記ｐ型半導体層として、前記深いアクセプタ準位を形成する不純物が前記埋め込み層よりも高い濃度で添加されている層を形成することを特徴とする半導体光デバイスの製造方法。
【００６９】
（付記１５）
前記ｐ型半導体層における前記深いアクセプタ準位を形成する不純物の濃度を、前記埋め込み層における前記深いアクセプタ準位を形成する不純物の濃度の２乃至８倍とすることを特徴とする付記１４に記載の半導体光デバイスの製造方法。
【００７０】
（付記１６）
前記ｐ型半導体層における前記ｐ型不純物の濃度を、１．０×１０18ｃｍ-3以上とすることを特徴とする付記１４又は１５に記載の半導体光デバイスの製造方法。
【００７１】
（付記１７）
前記ｐ型不純物として、Ｚｎ、Ｃｄ及びＭｇからなる群から選択された少なくとも１種を用いることを特徴とする付記１４乃至１６のいずれか１項に記載の半導体光デバイスの製造方法。
【００７２】
（付記１８）
前記埋め込み層として、少なくともＩｎＰ層を形成することを特徴とする付記１４乃至１７のいずれか１項に記載の半導体光デバイスの製造方法。
【００７３】
（付記１９）
前記ｐ型半導体層として、少なくともＩｎＰ層を形成することを特徴とする付記１４乃至１８のいずれか１項に記載の半導体光デバイスの製造方法。
【００７４】
（付記２０）
前記深いアクセプタ準位を形成する不純物として、Ｆｅ、Ｃｏ及びＣｕからなる群から選択された少なくとも１種を用いることを特徴とする付記１４乃至１９のいずれか１項に記載の半導体光デバイスの製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザの構造を示す断面図である。
【図２Ａ】第１の実施形態に係る半導体レーザを製造する方法を示す断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａに引き続き、半導体レーザを製造する方法を示す断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｂに引き続き、半導体レーザを製造する方法を示す断面図である。
【図２Ｄ】図２Ｃに引き続き、半導体レーザを製造する方法を示す断面図である。
【図２Ｅ】図２Ｄに引き続き、半導体レーザを製造する方法を示す断面図である。
【図２Ｆ】図２Ｅに引き続き、半導体レーザを製造する方法を示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るＥＡ変調器の構造を示す断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る変調器集積半導体レーザの構造を示す部分断面図である。
【図５Ａ】実験で作製した試料を示す断面図である。
【図５Ｂ】実験の結果を示すグラフである。
【図６】濃度比ｒとＺｎの拡散幅との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７６】
１：ｎ型基板
２：ｎ型クラッド層
３、５：光ガイド層
４：多重量子井戸活性層
６：ｐ型クラッド層
７：ｐ+コンタクト層
８、９：電極
１０：埋め込み層
１１：絶縁膜
１４：光吸収層（活性層）
２１：発光部
２２：回折格子
２３：変調部
３１：半導体レーザ
３２：ＥＡ変調器
【図１】
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【図２Ａ】
2008244264.tif 000005
【図２Ｂ】
2008244264.tif 000006
【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
2008244264.tif 000008
【図２Ｅ】
2008244264.tif 000009
【図２Ｆ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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