(57)【要約】      （修正有）【課題】（１００）面を有する半導体基板上に形成され、導波路メサストライプを備え、高速動作する光半導体装置において、出射端面に戻り光阻止構造を形成する。【解決手段】ＩｎＰ基板４１上には、出射端５０ａの前方の領域Ｌ２に、各々メサストライプＭ１と同一の積層構造を有する二つのダミーメサパターンＭ２，Ｍ３が、前記メサストライプＭ１の延長線に対して左右両側に、前記メサストライプＭ１の延在方向に平行な関係で位置するように、また左右対称な関係で形成されている。光半導体装置４０では、メサストライプＭ１の出射端面５０ａから出射した光ビームが前記領域Ｌ２においてダミーメサストライプＭ２，Ｍ３の間に形成されたＩｎＰ埋込層５０中に入射すると、ビーム系が拡大し、光半導体装置４０の出射端面５０ｂで反射されても、前記メサストライプＭ１中に戻り光として注入される反射光の割合はわずかである。【選択図】図３
2008177405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１００）面を有する半導体基板と、
前記半導体基板上の第１の領域に形成され光を導波する導波路メサストライプと、
前記半導体基板上、前記第１の領域の前方の第２の領域に形成された複数のダミーメサパターンと、
前記半導体基板上に、前記第１の領域および第２の領域を連続して覆うように形成され、前記第１の領域において前記導波路メサストライプの左右を充填し、また前記第２の領域において前記複数のダミーメサパターンの間を充填する半絶縁性埋込半導体膜と、
を有する光半導体装置。
【請求項２】
前記第１の領域において前記半絶縁性埋込半導体膜は、前記導波路メサストライプに沿って前記導波路メサストライプの両側に形成され、前記導波路メサストライプの上面と一致するような高さの平坦面を形成する平坦部と、前記平坦部の左右外側にそれぞれ形成され、前記導波路メサストライプから離間するにつれて膜厚を減少させる傾斜面部とを含み、
前記第２の領域において前記半絶縁性埋込半導体膜は、前記複数のダミーメサパターンの間を、前記半絶縁性埋込半導体膜の上面が、前記複数のダミーメサパターンの高さを下回らないような厚さで充填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】
前記複数のダミーメサパターンの各々は、前記導波路メサストライプの同一の幅を有することを特徴とする請求項１または２記載の光半導体装置。
【請求項４】
前記複数のダミーメサパターンは、前記第２の領域において、前記導波路メサストライプの延在方向に互いに平行に延在し、ダミーメサストライプを形成することを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか一項記載の光半導体装置。
【請求項５】
前記導波路メサストライプは、前記半導体基板上を、［０１１］方向に延在することを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか一項記載の光半導体装置。
【請求項６】
前記導波路メサストライプは、前記半導体基板上を、［０１１］方向から傾斜した方向に延在することを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか一項記載の光半導体装置。
【請求項７】
前記半絶縁性半導体埋込絶縁膜は、深い不純物準位を形成する元素をドープされていることを特徴とする請求項１〜６のうち、いずれか一項記載の光半導体装置。
【請求項８】
前記導波路メサストライプの先端部は、前記導波路メサストライプの延在方向に対して斜交する斜面を形成することを特徴とする請求項１〜７うち、いずれか一項記載の光半導体装置。
【請求項９】
前記複数のダミーメサパターンは、互いに１０μｍ以上、５０μｍ以下の間隔で形成されることを特徴とする請求項１〜８のうち、いずれか一項記載の光半導体装置。
【請求項１０】
前記導波路メサストライプにおいて前記上側クラッド層は、１．５μｍを超える厚さを有することを特徴とする請求項１〜９のうち、いずれか一項記載の光半導体装置。
【請求項１１】
（１００）面を有する半導体基板と、前記半導体基板上の第１の領域に形成され光を導波する導波路メサストライプと、前記半導体基板上、前記第１の領域の前方の第２の領域に形成され、各々前記導波路メサストライプの延在方向に平行に延在する複数のダミーメサパターンと、を含む光半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板上に、前記第１の領域および第２の領域を連続して覆うように、また前記第１の領域において前記導波路メサストライプの左右を充填し、前記第２の領域において前記複数のダミーメサパターンの間を充填するように、半絶縁性埋込半導体膜をＭＯＣＶＤ法により堆積する工程を含み、
前記半絶縁性埋込半導体膜の堆積工程は、有機塩素系材料を添加することにより、前記第１の領域において前記導波路メサストライプに沿って前記導波路メサストライプの両側に、前記導波路メサストライプの上面と一致するような高さの平坦面を有する平坦部が形成されるように、また前記平坦部の左右外側に、前記導波路メサストライプから離間するにつれて膜厚を減少させる傾斜面部がそれぞれ形成されるように、さらに前記第２の領域において前記半絶縁性埋込半導体膜が、前記複数のダミーメサパターンの間を、前記半絶縁性埋込半導体膜の上面が、前記複数のダミーメサパターンの高さを下回らないような厚さで充填するように、実行され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】
本発明は一般に半導体装置に係り、特に半導体光増幅器、レーザダイオード、光変調器などを含む光半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信ネットワークにおいては、半導体光増幅器、レーザダイオード、光変調器などの光半導体装置は、安定に、かつ高速で動作することが要求される。特に半導体光増幅器やレーザダイオードなど、光増幅部を含む光半導体装置では、出射端面で反射が生じると、反射光が増幅され、光半導体装置の安定動作を損なうため、光通信ネットワークで使われる光半導体装置では従来、出射端面において反射を抑制する構造が設けられている。同様な問題は、光吸収層を備えた光変調器でも生じる。
【特許文献１】特開２００３−６９１４９号公報
【特許文献２】特開２００５−２２３３００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１は、活性領域を含み、導波路構造を形成するメサストライプの出射端に、このような反射防止構造を設けた構成のレーザダイオードを記載している。
【０００４】
特許文献１では、前記メサストライプの両側を、ｐ／ｎキャリアブロック層を含む半導体積層構造で埋め込み、その際、前記ストライプの先端部から前方に向かって幅が増加する形状のマスクパターンを使うことにより、前記ストライプの先端部に、前記ストライプが形成する導波路構造の一部として、前記ストライプ先端部から前方に向かって高さを増大させる形状の窓部を形成している。
【０００５】
かかる構造のレーザダイオードでは、前記ストライプの先端部から出射したレーザビームは前記窓部においてビーム径を増大させ、その結果、このようにビーム径を増大させたレーザビームが前記窓部の出射端面で反射された場合、反射光のうち前記ストライプに注入される戻り光の割合を効果的に減少させることができる。
【０００６】
一方、前記特許文献１の構成では、レーザダイオードを構成するメサストライプの両側が、ｐ／ｎキャリアブロック層で埋め込まれているため、寄生容量が増加し、レーザダイオードの高速動作が困難な問題点を有している。
【０００７】
また、前記特許文献１の構成では、（１００）面上に形成されるメサストライプの延在方向が［０１１］方向に限定され、これからわずかでもずれると、これら埋込層が前記メサストライプ上で、（１１１）Ａ面により画成され両側から互いに向き合って成長する庇構造を形成してしまう問題が生じる。
【０００８】
図１は、このような庇構造の例を示す。
【０００９】
図１を参照するに、ＩｎＰなどの基板１上には、例えば<０−１１>方向に延在するメサストライプ２が形成されており、前記メサ構造２の両側には、ＩｎＰなどよりなる埋込層３Ａ，３Ｂが形成されている。
【００１０】
かかる構造では、埋込層３Ａ，３Ｂは、前記メサストライプ２の両側からはい上がり、庇構造３ａ，３ｂをそれぞれ形成する。前記庇構造３ａ，３ｂの下面、すなわちメサストライプの上面に面する面は（１１１）Ａ面方位を有している。特にメサストライプ中を導波される光の前記メサストライプの上面での反射を抑制するため、メサストライプの高さを増大させた、いわゆるハイメサ構造の導波路においては、かかる庇構造３ａ，３ｂの高さが１μｍ以上に達する場合がある。
【００１１】
すなわち、前記特許文献１のレーザダイオードでは、メサストライプの延在方向が、厳密に［０１１］方向に限定され、設計の自由度がなく、また歩留まりが低下しやすい。
【００１２】
一方、特許文献２によれば、このような庇構造の形成は、埋込層の堆積の際に、原料に有機塩素系材料を添加することにより抑制できることが知られている。
【００１３】
そこで、本発明の発明者は、本発明の基礎となる研究において、光半導体装置のメサストライプを埋込層で埋め込む場合、有機塩素系材料を添加したＭＯＣＶＤ法により埋込層を形成することで、前記庇構造の形成を抑制する実験を行った。この研究では、光半導体装置の動作速度を向上させるため、埋込層として、深い不純物準位を形成する元素をドープした半絶縁性半導体膜を使った。
【００１４】
図２（Ａ）〜（Ｃ）は、上記実験で得られた光半導体構造を示す。ただし図２（Ａ）は平面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）中、線Ａ−Ａ'に沿った断面図、図２（Ｃ）は図２（Ａ）中、線Ｂ―Ｂ'に沿った断面図を示す。
【００１５】
最初に図２（Ｂ），（Ｃ）の断面図を参照するに、前記光半導体装置はｎ型ＩｎＰ基板２１上に形成されており、ｎ型ＩｎＰよりなる下側クラッド層２２上にＩｎＧａＡｓＰ活性層２３が形成され、前記ＩｎＧａＡｓＰ活性層２３上にｐ型ＩｎＰよりなる上側クラッド層２４が形成されている。さらに前記上側クラッド層２４上にｐ型ＩｎＧａＡｓよりなるコンタクト層２５が形成されている。
【００１６】
さらにこのようにして形成された積層構造をパターニングすることにより、前記下側クラッド層２２にまで到達するメサストライプ２２Ｍが形成されており、前記メサストライプ２２Ｍの左右が、Ｆｅドープされた半絶縁性ＩｎＰ埋込層２６により埋め込まれている。その際、図２（Ｃ）に示すように、前記半絶縁性ＩｎＰ埋込層２６は、前記メサストライプ２２Ｍの光ビーム出射端をも覆っている。
【００１７】
この実験では、前記半絶縁性ＩｎＰ埋込層２６の成長をＭＯＣＶＤ法で行う際、使われるＴＭＩｎやフォスフィン（ＰＨ3）などの原料に、有機塩素系材料として塩化メチルＣＨ3Ｃｌを添加している。また前記ＩｎＰ埋込層２６のフェルミレベルをピニングし、半絶縁性を実現するためにフェロセン（Ｃｐ2Ｆｅ）を添加している。
【００１８】
このようにＩｎＰ埋込層２６の堆積時に有機塩素系材料を添加することにより、Ｉｎ原子およびＰ原子の下地膜表面における移動距離が増大し、（３１１）Ｂ面などを主成長面とした横方向への成長速度が異常に速くなる。その結果、ＩｎＰ埋込層２６は、前記メサストライプ２２Ｍから左右方向に急速に成長する。
【００１９】
その結果、図２（Ｂ）に示すように前記ＩｎＰ埋込層２６は、前記メサストライプ２２Ｍに沿って一定の幅で延在する（１００）面で画成された平坦部２６Ａと、前記平坦部２６Ａの外側で膜厚を急峻に減少させる傾斜部２６Ｂ，２６Ｃとより構成される、特徴的な断面構造が生じる。このようにして形成された構造では、メサストライプ２２Ｍの延在方向が<０１１>方向からずれても、図１のような庇構造の発生を抑制することができる。
【００２０】
ところが、このようにして形成された構造では、図２（Ｃ）に示すようにメサストライプ２２Ｍの出射端方向に、（４１１）Ａ面などを主成長面とする成長が生る。平坦部２６Ｄに接して傾斜部２６Ｅが形成されてしまうため、メサストライプ２２Ｍの出射端方向に窓部を形成すると、前記メサストライプ２２Ｍから出射した光ビームを対応する光ファイバなどの光導波路に注入するのが困難になってしまう問題が生じるのが見いだされた。
【００２１】
このような傾斜部２６Ｅは、ＩｎＰ膜２６の埋込成長を長時間行えば解消するものではあるが、原料の消費量が増大するだけでなく、製造スループットの低下や装置メンテナンス頻度の増大など、半導体装置の量産工程への適用を困難とする様々な問題が生じる。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
一の側面によれば本発明は、（１００）面を有する半導体基板と、前記半導体基板上の第１の領域に形成され光を導波する導波路メサストライプと、前記半導体基板上、前記第１の領域の前方の第２の領域に形成された複数のダミーメサパターンと、前記半導体基板上に、前記第１の領域および第２の領域を連続して覆うように形成され、前記第１の領域において前記導波路メサストライプの左右を充填し、また前記第２の領域において前記複数のダミーメサパターンの間を充填する半絶縁性埋込半導体膜とよりなる光半導体装置であって、前記第１の領域において前記半絶縁性埋込半導体膜は、前記導波路メサストライプに沿って前記導波路メサストライプの両側に形成され前記導波路メサストライプの上面と一致するような高さの平坦面を形成する平坦部と、前記平坦部の左右外側にそれぞれ形成され、前記導波路メサストライプから離間するにつれて膜厚を減少させる傾斜面部とを含み、
前記第２の領域において前記半絶縁性埋込半導体膜は、前記複数のダミーメサパターンの間を、前記半絶縁性埋込半導体膜の上面が、前記複数のダミーメサパターンの高さを下回らないような厚さで充填することを特徴とする光半導体装置を提供する。
【００２３】
他の側面によれば本発明は、（１００）面を有する半導体基板と、前記半導体基板上の第１の領域に形成され光を導波する導波路メサストライプと、前記半導体基板上、前記第１の領域の前方の第２の領域に形成され、各々前記導波路メサストライプの延在方向に平行に延在する複数のダミーメサパターンと、を含む光半導体装置の製造方法であって、前記半導体基板上に、前記第１の領域および第２の領域を連続して覆うように、また前記第１の領域において前記導波路メサストライプの左右を充填し、前記第２の領域において前記複数のダミーメサパターンの間を充填するように、半絶縁性埋込半導体膜をＭＯＣＶＤ法により堆積する工程を含み、前記半絶縁性埋込半導体膜の堆積工程は、有機塩素系材料を添加することにより、前記第１の領域において前記導波路メサストライプに沿って前記導波路メサストライプの両側に前記導波路メサストライプの上面と一致するような高さの平坦面を有する平坦部が形成されるように、また前記平坦部の左右外側に、前記導波路メサストライプから離間するにつれて膜厚を減少させる第１および第２の傾斜面部がそれぞれ形成されるように、さらに前記第２の領域において前記半絶縁性埋込半導体膜が、前記複数のダミーメサパターンの間を、前記半絶縁性埋込半導体膜の上面が、前記複数のダミーメサパターンの高さを下回らないような厚さで充填するように、実行されることを特徴とする光半導体装置の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、光半導体装置を製造する際に、（１００）面を有する半導体基板の第１の領域に光を導波する導波路メサストライプを形成し、前記半導体基板上、前記第１の領域の前方の第２の領域に複数のダミーメサパターンを形成し、前記半導体基板上に、前記第１の領域および第２の領域を連続して覆うように、また前記第１の領域において前記導波路メサストライプの左右を充填し、前記第２の領域において前記複数のダミーメサパターンの間を充填するように、半絶縁性埋込半導体膜をＭＯＣＶＤ法により堆積し、その際、前記半絶縁性埋込半導体膜の堆積を、有機塩素系材料を添加した状態で実行することにより、前記第１の領域において前記導波路メサストライプに沿って前記導波路メサストライプの両側に前記導波路メサストライプの上面と一致するような高さの平坦面を有する平坦部を形成することができる。また前記平坦部の左右外側に、前記導波路メサストライプから離間するにつれて膜厚を減少させる傾斜面部がそれぞれ形成される。このように、本発明では、前記半絶縁性埋込半導体膜の堆積時に有機塩素系材料を添加しているため、前記導波路メサストライプの前方の前記第２の領域においても、出射端部に向かって半絶縁性埋込半導体膜の膜厚が減少しようとする傾向が生じるが、本発明では前記第２の領域に前記複数のダミーメサパターンを形成してあり、その結果、このような第２の領域においては、前記半絶縁性埋込半導体膜は両側のダミーメサパターンからの急速な横方向成長により膜厚を速やかに増大させ、前記半絶縁性埋込半導体膜を、これら複数のダミーメサパターンの間に、前記半絶縁性埋込半導体膜の上面が前記複数のダミーメサパターンの高さを下回らないような厚さで充填することが可能となる。その結果、前記半絶縁性埋込層の異常成長が、前記導波路メサストライプの延在方向が［０１１］方向からずれている場合でも、前記有機塩素系材料の使用により効果的に抑制され、かつ前記第２の領域において、前記導波路メサストライプから出射した出射光が反射により戻り光として導波路メサストライプに再注入されるのを抑制する戻り光抑制構造が、前記ダミーメサパターンの形成により、効率良く、また歩留まり良く形成される。このような反射抑制構造は、前記光半導体装置の出射端面まで一定の膜厚を維持し、このため、かかる反射抑制構造を介して前記光半導体装置を光ファイバなど、他の光導波路あるいは他の光半導体装置に結合した場合でも、光損失を効果的に抑制できる。
【００２５】
また本発明では、前記導波路メサストライプの両側を充填する埋込層が半絶縁性半導体膜より構成されており、ｐ／ｎ接合を含まないため、寄生容量による光半導体装置の動作速度の低下の問題は生じない。このため、本発明の光半導体装置は高速で動作する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
［第１の実施形態］
図３（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の第１の実施形態による光半導体装置４０の構成を示す。
【００２７】
図３（Ａ）〜（Ｄ）を参照するに、図示の例では光半導体装置４０は半導体光増幅器（ＳＯＡ）であり、（１００）面を主面とするｎ型ＩｎＰ基板４１上に構成される。ただし図３（Ａ）はレーザダイオード４０の平面図を、図３（Ｂ）は図３（Ａ）中、線Ａ−Ａ'に沿った断面図を、図３（Ｃ）は図３（Ａ）中、線Ｂ−Ｂ'に沿った断面図を、図３（Ｃ）は、図３（Ａ）中、線Ｃ−Ｃ'に沿った縦断面図を示す。
【００２８】
最初に図３（Ｂ）の断面図を参照するに、前記ｎ型ＩｎＰ基板４１上には、例えばキャリア密度が１．０×１０18ｃｍ-3でｎ型にドープされたＩｎＰ下部クラッド層４２が、例えば０．３μｍの膜厚でエピタキシャルに形成されており、前記下部クラッド層４２上には、前記ＩｎＰ基板４１に格子整合する組成、例えばＩｎ0.85Ｇａ0.15Ａｓ0.33Ｐ0.67の組成を有しバンドギャップ波長が１．１μｍのｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層よりなる下側ＳＣＨ（separate confinement heterostructure）層４３が３０ｎｍの厚さでエピタキシャルに形成されている。
【００２９】
さらに前記下側ＳＣＨ層４３上には、組成がＩｎ0.78Ｇａ0.22Ａｓ0.48Ｐ0.52、バンドギャップ波長が１．２μｍで厚さが６ｎｍのバリア層と、組成がＩｎ0.56Ｇａ0.44Ａｓ0.91Ｐ0.09、バンドギャップ波長が１．５５μｍで厚さが５ｎｍの量子井戸層を交互に４周期繰り返し積層した活性層４４が、エピタキシャルに形成されており、前記活性層４４上には、前記下側クラッド層４２と同じ組成を有し、ただしｐ型にドープされた上側ＳＣＨ層４５が３０ｎｍの厚さでエピタキシャルに形成されている。
【００３０】
さらに前記上側ＳＣＨ層４５上には、キャリア密度が１．０×１０18ｃｍ-3のｐ型ＩｎＰよりなる上部クラッド層４６が、例えば１．５μｍの膜厚でエピタキシャルに形成されており、さらに前記上部クラッド層４６上には、キャリア密度が１．０×１０19ｃｍ-3のｐ型ＩｎＧａＡｓよりなるコンタクト層４７が、０．３μｍの膜厚で形成されている。
【００３１】
このようにして前記ＩｎＰ基板４１上に形成された半導体積層体は、図３（Ａ）に示すように前記ＩｎＰ基板４１の第１の領域Ｌ１において前記半導体光増幅器の活性部となるメサストライプＭ１を、例えば２μｍの幅、および２μｍを超える例えば３μｍの高さで形成する。
【００３２】
図３（Ｂ）の断面図を参照するに、このようにして形成されたメサストライプＭ１の両側は、Ｆｅなどの深い不純物準位を形成する元素をドープされた半絶縁性ＩｎＰ膜よりなる埋込ＩｎＰ膜５０により充填されているが、本発明では、かかる埋込ＩｎＰ膜５０の堆積を、後で説明するように有機塩素系材料を添加したＭＯＣＶＤ法により行っており、その結果、前記メサストライプＭ１の直近の中央領域５０Ａにおいては、前記埋込層５０は（１００）面で画成された平坦な上面を有しているのに対し、前記領域５０Ａの左右外側領域においては、前記ＩｎＰ埋込層５０は、前記メサストライプＭ１から離間するにつれて厚さを急激に減少させ、前記図２（Ｂ）の場合と同様な（３１１）Ｂ面を主要面とする傾斜部５０Ｃ，５０Ｄを有する特徴的な断面形状が得られる。
【００３３】
さらに前記中央領域５０Ａには、前記コンタクト層４７にコンタクトして、ｐ側オーミック電極４８が形成されており、また前記ＩｎＰ基板４１の下面には、ｎ側オーミック電極４９が形成されている。
【００３４】
そこで、前記オーミック電極４８，４９を介してホールおよび電子を注入することにより、前記メサストライプＭ１中をメサストライプＭ１の出射端５０ａに向かって導波される光が、誘導放出により増幅される。
【００３５】
また、図３（Ａ）の平面図に示されるように、前記ＩｎＰ基板４１上には、前記領域Ｌ１の前方、すなわち前記出射端５０ａの前方の領域Ｌ２に、図３Ｃに示すように、各々前記メサストライプＭ１と同一の積層構造を有する二つのダミーメサパターンＭ２，Ｍ３が、前記メサストライプＭ１の延長線に対して左右両側に、前記メサストライプＭ１の延在方向に平行な関係で位置するように、また左右対称な関係で形成されている。図示の例では、前記ダミーメサパターンＭ２，Ｍ３の各々は、前記メサストライプＭ１と同一の２μｍの幅および３μｍの高さで連続的に延在しダミーメサストライプを形成している。ただし、本発明は、前記ダミーメサパターンＭ２，Ｍ３が、このような連続的で互いに平行なダミーメサストライプよりなる場合に限定されるものではない。また、本発明は、このような前記ダミーメサパターンＭ２，Ｍ３を、前記メサストライプＭ１の延長線に対して対称的に配置した構成に限定されるものではない。
【００３６】
そこで前記埋込ＩｎＰ膜５０は、前記ダミーメサストライプＭ２，Ｍ３の両側をも充填するように堆積されており、その結果、前記ダミーメサストライプＭ２およびＭ３のそれぞれの外側には、傾斜部５０Ｂ，５０Ｃが、前記領域Ｌ１から連続して形成されているが、前記ダミーメサＭ２，Ｍ３の間は、最上部のコンタクト層４７まで前記ＩｎＰ層５０により完全に充填されており、その結果、図３（Ｄ）の縦断面図に示すように、前記ＩｎＰ基板４１の前端面まで前記ＩｎＰ膜５０が形成され、（０１１）面よりなる光半導体装置４０の出射端面５０ｂが形成される。
【００３７】
このように前記ダミーメサストライプＭ２，Ｍ３の間をＩｎＰ膜５０が前記端面５０ｂまで完全に充填した構造を得るためには、前記ダミーメサストライプＭ２，Ｍ３の間隔は、１０μm以上、５０μm以下、例えば３０μｍとするのが好ましい。なお、前記ダミーメサストライプＭ２，Ｍ３の間において前記ＩｎＰ膜５０の上面は、前記ダミーメサストライプＭ２，Ｍ３の上面と同じ高さに形成される必要はなく、異常成長が抑制できるならば、より高く形成してもよい。
【００３８】
そこで図３（Ａ）〜（Ｄ）の光半導体装置４０では、前記メサストライプＭ１の出射端面５０ａから出射した光ビームが前記領域Ｌ２においてダミーメサストライプＭ２，Ｍ３の間に形成されたＩｎＰ埋込層５０中に入射すると、ビーム系が拡大し、光半導体装置４０の出射端面５０ｂで反射されても、前記メサストライプＭ１中に戻り光として注入される反射光の割合はわずかである。
【００３９】
図示の例では、前記メサストライプＭ１，Ｍ２，Ｍ３は、いずれも［０１１］方向に２μｍの幅で延在し、２μｍを超える高さを有している。ただし本発明では、前記ＩｎＰ埋込層５０の堆積を、先にも説明したように有機塩素系材料を添加した状態で行っているため、メサストライプＭ１，Ｍ２，Ｍ３の延在方向は［０１１］方向に限定されることがなく、前記［０１１］方向に対して任意の角度だけ傾斜していても、先に図１で説明したようなＩｎＰ埋込層の異常成長を回避することができる。
【００４０】
また、本発明では、メサストライプＭ１を、導波路上面での反射を抑制できるように１．５μｍを超えて、２μｍ以上の高さに形成しているが、本発明では前記ＩｎＰ埋込層５０の堆積を、有機塩素系材料を添加した状態で行っているため、前記ＩｎＰ埋込層５０によりこのような、いわゆるハイメサ構造を埋め込んでも、図１で説明したようなＩｎＰ埋込層の異常成長の問題を抑制することができる。
【００４１】
特に本実施形態では、前記メサストライプＭ１およびダミーメサストライプＭ２，Ｍ３が同一の幅を有している場合でも、すなわちダミーメサストライプＭ２，Ｍ３の幅を前記メサストライプＭ１に対して増大させたり、あるいはダミーメサストライプＭ２，Ｍ３の幅を出射端方向に向かって増大させたりしなくても、図３（Ｄ）の戻り光防止構造を安定に、形成できる。
【００４２】
次に、図３（Ａ）〜（Ｄ）の光半導体装置４０の製造工程を、図４（Ａ）〜（Ｃ）および図５（Ｄ）を参照しながら説明する。ただし図中、左図は図３（Ｃ）の断面に対応しており、右図は図３（Ｄ）の断面に対応している。
【００４３】
図４（Ａ）を参照するに、前記ｎ型ＩｎＰ基板４１の（１００）主面上には、前記ＩｎＰ下部クラッド層４２、前記下側ＳＣＨ層４３、前記活性層４４、前記上側ＳＣＨ層４５、前記上部クラッド層４６およびコンタクト層４７を順次積層した積層構造が形成され、図４（Ｂ）の工程において、前記メサストライプＭ１〜Ｍ３の形成予定位置に、ＳｉＯ2よりなるマスクパターンＰ１〜Ｐ３を、それぞれ２μmの幅で形成する。
【００４４】
ここで前記ＩｎＰ下部クラッド層４２は、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）とフォスフィン（ＰＨ3）を原料としたＭＯＣＶＤ法により、例えば６００℃の基板温度において２．０μｍ／時間の成長速度で０．３μｍの厚さに形成され、その際前記ＩｎＰ下部クラッド層４２は、前記原料にＳｉＨ4ガスをｎ型ドーパントとして添加することで、ｎ型キャリア濃度が１．０×１０18／ｃｍ3となるようにドープされる。また前記下側ＳＣＨ層４３は、前記ＴＭＩｎおよびフォスフィンにトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）およびアルシン（ＡｓＨ3）を加えたＭＯＣＶＤ法により、前記下側ＳＣＨ層４３が、先にも述べたように前記ＩｎＰ基板４１に格子整合する組成、例えばＩｎ0.85Ｇａ0.15Ａｓ0.33Ｐ0.67の組成を有しバンドギャップ波長が１．１μｍを有するように、１．０μｍ／時間の成長速度で形成される。その際、前記ＳｉＨ4ドーパントガスの供給は継続されており、このため、前記下側ＳＣＨ層４３はｎ型にドープされる。
【００４５】
また前記活性層４４は、組成がＩｎ0.78Ｇａ0.22Ａｓ0.48Ｐ0.52、バンドギャップ波長が１．２μｍで厚さが６ｎｍのバリア層と、組成がＩｎ0.56Ｇａ0.44Ａｓ0.91Ｐ0.09、バンドギャップ波長が１．５５μｍで厚さが５ｎｍの量子井戸層を交互に４周期繰り返し積層することにより形成されており、前記上側ＳＣＨ層４５は、前記ＴＭＩｎ，ＴＭＧａ，フォスフィンおよびアルシンを原料としたＭＯＣＶＤ法により、前記下側クラッド層４２と同じ組成を有するように、１．０μｍ／時間の成長速度で３０ｎｍの厚さに、ただしジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）をドーパントとして添加することによりｐ型に形成されている。
【００４６】
また前記上側ＩｎＰクラッド層４６は、ＴＭＩｎおよびフォスフィンを原料として使い、ＤＭＺｎをｐ型ドーパントガスとして添加したＭＯＣＶＤ法により、厚さが１．５μｍになるように、またｐ型キャリア密度が１．０×１０18／ｃｍ3となるようにドープされる。
【００４７】
前記コンタクト層１７は、ＴＥＧａとアルシンを原料に、ＤＭＺｎをドーパントガスとして添加することにより形成される。
【００４８】
さらに図４（Ｃ）の工程において、このようにして形成された半導体積層構造が、前記ＳｉＯ2パターンＰ１〜Ｐ３をマスクとしたドライエッチングによりパターニングされ、幅が２μmのメサストライプＭ１〜Ｍ３が、先に説明したように形成される。
【００４９】
次に図５（Ｄ）の工程において、図４（Ｃ）の構造上にＩｎＰ埋込層５０を、前記ＳｉＯ2パターンＰ１〜Ｐ３をそのままマスクとして使い、前記ＴＭＩｎおよびフォスフィンを原料としたＭＯＣＶＤ法により、成膜速度が平坦面上で測定して２．０μｍ／時間となるように堆積する。その際、本発明では、上記気相原料に、フェロセン（Ｃｐ2Ｆｅ）および塩化メチル（ＣＨ3Ｃｌ）を、例えば２０ｓｃｃｍの流量で添加し、これにより、形成されるＩｎＰ埋込層５０は深い不純物準位を形成する元素としてＦｅを１×１０17／ｃｍ3の濃度で含み、このようにして導入されたＦｅは、膜中において効果的なキャリアキラーとして作用する。
【００５０】
本発明では、前記ＩｎＰ埋込層５０形成時に塩化メチルを添加することにより、ＩｎＰ膜の成長速度の面方位依存性が増大し、（１００）面や（１１１）Ａ面の成長が抑制され、前記領域Ｌ１において傾斜面５０Ｂ，５０Ｃが出現する一方で、領域Ｌ２において、前記ダミーメサストライプＭ２，Ｍ３の間をＩｎＰ膜５０により、完全に充填することが可能となる。また前記ダミーメサストライプＭ２，Ｍ３の間の領域では、先の図２（Ｃ）と同様な（４１１）Ａ面を主成長面とする埋込が生じるが、ダミーメサストライプＭ２，Ｍ３の側壁面からの成長により、図２（Ｃ）のような傾斜面２６Ｅが形成ざれることはなく、図５（Ｄ）に示すように、端面が（０１１）面よりなる埋込構造を短時間に得ることが可能となる。
【００５１】
さらに図５（Ｄ）の工程の後、前記ＳｉＯ2マスクパターンＰ１〜Ｐ３をＨＦ中でのウェット処理により除去し、電極４８，４９を形成することにより、図３（Ａ）〜（Ｄ）の光半導体装置４０が得られる。
【００５２】
先にも述べたように、このようなダミーメサパターンＭ２，Ｍ３の間の埋込を行う場合、ダミーメサパターンＭ２，Ｍ３の間隔は、１０μｍ以上、５０μｍ以下に設定するのが効果的である。
［第２の実施形態］
図６（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の第２の実施形態による光半導体装置６０の構成を示す。ただし図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５３】
図６（Ａ）の平面図を参照するに、本実施形態の光半導体装置６０では、メサストライプＭ１〜Ｍ３の各々が、前記ＩｎＰ基板４１上、［０１１］方向から［０−１１］方向に１０°ずれた角度に形成されている。
【００５４】
また本実施形態では、前記ＩｎＰ埋込層５０を堆積する際に、塩化メチルの代わりに、１，２ジクロロエチレンを、５０ｓｃｃｍの流用で添加している。
【００５５】
本実施形態においても、前記メサストライプＭ１〜Ｍ３は２μmの幅および３μmの高さを有し、メサストライプＭ２，Ｍ３は、前記メサストライプＭ１の延在方向から見て互いに１０μm以上、５０μm以下、例えば３０μmの距離だけ離間するように形成されており、前記メサストライプＭ２，Ｍ３の間は、前記Ｆｅドープ、半絶縁性ＩｎＰ埋込層５０により、前記メサストライプＭ２，Ｍ３の高さを下回らないような厚さで充填されている。
【００５６】
なお、本実施形態においても、前記メサストライプＭ１〜Ｍ３のパターニングは、図４（Ｃ）および図５（Ｄ）で説明したのと同様なＳｉＯ2マスクを使って実行され、その結果、前記メサストライプＭ１の出射端面５０ａを、前記メサストライプＭ１の延在方向に対して斜交するように形成することができる。このため、前記出射端面５０ａにおける反射光の、メサストライプへの逆注入が抑制され、光半導体装置６０の動作はさらに安定する。
【００５７】
本実施形態では、このようにメサストライプＭ１〜Ｍ３の延在方向が、従来必須とされてきた［０１１］方向に対してずれているが、図１で説明したようなＩｎＰ埋込層５０の異常成長は生じていない。
【００５８】
なお本実施形態において、前記メサストライプＭ１の出射端面５０ａを、前記メサストライプＭ１〜Ｍ３をパターニングする際のドライエッチング条件を最適化することにより、図７に示す縦断面を有するように形成することも可能である。
本発明の光半導体装置によれば、前記ＩｎＰ基板４１の出射側端面においては、ＩｎＰの（０１１）面あるいはそれに近い面よりなる出射面が得られ、光ファイバなどの光導波路、あるいは他の光半導体装置への結合が容易に達成される。また前記領域Ｌ１においてメサストライプＭ１中を導波される光波は前記領域Ｌ２におけるＩｎＰ埋込層５０でビーム径を増大させ、その結果、前記出射面５０ｂにおいて反射が生じても、反射光のうち、前記メサストライプＭ１に注入されて戻り光を形成する割合はわずかであり、光通信システムの安定性が向上する。さらに前記メサストライプＭ１の埋込層が、半絶縁性ＩｎＰ膜であるため、ｐ／ｎ接合が含まれることがなく、半導体装置は、１０Ｇｂｐｓを超える高速で動作することが可能である。
【００５９】
以上の説明では、光半導体装置として半導体光増幅器を例に説明をしたが、本発明は、レーザダイオードあるいは光変調器など、基板上に導波路メサストライプ構造を有する光半導体装置に対して広く適用可能である。例えば前記上側あるいは下側のＳＣＨ層に回折格子を形成することにより、レーザダイオードを簡単に構成することができる。また前記活性層として光吸収層を設けることにより、光変調器を簡単に構成することができる。
【００６０】
また、以上の実施形態では、有機塩素系材料として塩化メチルおよび１，２−ジクロロエチレンを使った例を説明したが、前記塩素系原料としては他に、塩化エチル、１，２−ジクロロエタン，１，２−ジクロロプロパンなどを使うことも可能で、同様な効果を得ることができる。
【００６１】
上記の各実施形態では、前記ダミーメサパターンＭ２，Ｍ３は、前記ＩｎＰ基板上を連続的に延在するダミーメサストライプを形成するとして説明したが、本発明では前記ダミーメサパターンＭ２，Ｍ３はこのような連続的なメサストライプを形成する必要はなく、またこれらのダミーメサパターンが、互いに平行に延在する必要もない。
【００６２】
さらに上記の各実施形態では、前記ダミーメサパターンＭ２，Ｍ３は、前記メサストライプＭ１の延長線に対し、左右対称に形成される場合を説明したが、前記ダミーメサパターンＭ２，Ｍ３を、前記メサストライプＭ１の延長線に対して非対称に形成することも可能である。
【００６３】
さらに上記各実施形態では、前記ダミーメサパターンＭ２，Ｍ３は、前記メサストライプＭ１と同一の幅を有するものとして説明したが、本発明では前記ダミーメサパターンＭ２，Ｍ３の間が半絶縁性埋込層で埋め込まれておればよく、前記ダミーメサパターンＭ２，Ｍ３は、前記メサストライプＭ１よりも小さな幅を有するものであってもよい。
【００６４】
さらに、前記ダミーメサパターンは、導波路メサストライプとは異なる高さを有するものであってもよく、また異なる積層構造を有するものであってもよい。
【００６５】
さらに上記の各実施形態では、一対のダミーメサパターンが設けられた例を説明したが、ダミーメサパターンは３つあるいはそれ以上設けられてもよい。
【００６６】
また以上の説明では、半絶縁性埋込層５０として、ＦｅドープＩｎＰ膜を使った場合を説明したが、他にＲｕドープＩｎＰ膜あるいはＴｉドープＩｎＰ膜などを使うことも可能である。ＦｅドープＩｎＰ膜あるいはＲｕドープＩｎＰ膜では、ＩｎＰ膜は電子が捕獲されることで絶縁性を示すのに対し、ＴｉドープＩｎＰ膜では、ＩｎＰ膜はホールが捕獲されることで絶縁性を示す。
【００６７】
また、以上の各実施形態では、量子井戸層とバリア層にＩｎＧａＡｓＰを使った例を説明しているが、ＡｌＧａＩｎＡｓ，ＡｌＧａＩｎＰ，ＩｎＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓＳｂなどの混晶を使うことも可能である。
【００６８】
以上、本発明を好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
（付記１）
（１００）面を有する半導体基板と、
前記半導体基板上の第１の領域に形成され光を導波する導波路メサストライプと、
前記半導体基板上、前記第１の領域の前方の第２の領域に形成された複数のダミーメサパターンと、
前記半導体基板上に、前記第１の領域および第２の領域を連続して覆うように形成され、前記第１の領域において前記導波路メサストライプの左右を充填し、また前記第２の領域において前記複数のダミーメサパターンの間を充填する半絶縁性埋込半導体膜と、
を有することを特徴とする光半導体装置。
（付記２）
前記第１の領域において前記半絶縁性埋込半導体膜は、前記導波路メサストライプに沿って前記導波路メサストライプの両側に形成され前記導波路メサストライプの上面と一致するような高さの平坦面を形成する平坦部と、前記平坦部の左右外側にそれぞれ形成され、前記導波路メサストライプから離間するにつれて膜厚を減少させる傾斜面部とを含み、
前記第２の領域において前記半絶縁性埋込半導体膜は、前記複数のダミーメサパターンの間を、前記半絶縁性埋込半導体膜の上面が、前記複数のダミーメサパターンの高さを下回らないような厚さで充填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）
前記複数のダミーメサパターンの各々は、前記導波路メサストライプの同一の幅を有することを特徴とする付記１または２記載の光半導体装置。
（付記４）
前記複数のダミーメサパターンの各々は、前記導波路メサストライプと同一の高さを有することを特徴とする付記１〜３のうち、いずれか一項記載の光半導体装置。
（付記５）
前記半絶縁性埋込半導体膜は、前記第１の領域において（１００）面よりなる上面を有することを特徴とする付記１〜４のうち、いずれか一項記載の光半導体装置。
（付記６）
前記複数のダミーメサパターンは、前記第２の領域において、前記導波路メサストライプの延在方向に互いに平行に延在し、ダミーメサストライプを形成することを特徴とする付記１〜５のうち、いずれか一項記載の光半導体装置。
（付記７）
前記導波路メサストライプは、前記半導体基板上を、［０１１］方向に延在することを特徴とする付記１〜６のうち、いずれか一項記載の光半導体装置。
（付記８）
前記導波路メサストライプは、前記半導体基板上を、［０１１］方向から傾斜した方向に延在することを特徴とする付記１〜６のうち、いずれか一項記載の光半導体装置。
（付記９）
前記半絶縁性半導体埋込絶縁膜は、深い不純物準位を形成する元素をドープされていることを特徴とする付記１〜８のうち、いずれか一項記載の光半導体装置。
（付記１０）
前記複数のダミーメサパターンは、前記導波路メサストライプの先端部よりも前方に形成されていることを特徴とする付記１〜９のうち、いずれか一項記載の光半導体装置。
（付記１１）
前記導波路メサストライプの先端部は、前記導波路メサストライプの延在方向に対して斜交する斜面を形成することを特徴とする付記１〜１０のうち、いずれか一項記載の光半導体装置。
（付記１２）
前記斜面は、前記半導体基板の主面に垂直な方向から見た場合に、前記導波路メサストライプの延在方向に対して斜交することを特徴とする付記１１記載の光半導体装置。
（付記１３）
前記斜面は、前記導波路メサストライプに沿って前記半導体基板の主面に垂直な断面で見た場合に、前記半導体基板の主面に対して斜交することを特徴とする付記１１記載の光半導体装置。
（付記１４）
前記複数のダミーメサパターンは、互いに１０μｍ以上、５０μｍ以下の間隔で形成されることを特徴とする付記１〜１３のうち、いずれか一項記載の光半導体装置。
（付記１５）
前記導波路メサストライプにおいて前記上側クラッド層は、１．５μｍを超える厚さを有することを特徴とする付記１〜１４のうち、いずれか一項記載の光半導体装置。
（付記１６）
（１００）面を有する半導体基板と、前記半導体基板上の第１の領域に形成され光を導波する導波路メサストライプと、前記半導体基板上、前記第１の領域の前方の第２の領域に形成され、各々前記導波路メサストライプの延在方向に平行に延在する複数のダミーメサパターンと、を含む光半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板上に、前記第１の領域および第２の領域を連続して覆うように、また前記第１の領域において前記導波路メサストライプの左右を充填し、前記第２の領域において前記複数のダミーメサパターンの間を充填するように、半絶縁性埋込半導体膜をＭＯＣＶＤ法により堆積する工程を含み、
前記半絶縁性埋込半導体膜の堆積工程は、有機塩素系材料を添加することにより、前記第１の領域において前記導波路メサストライプに沿って前記導波路メサストライプの両側に前記導波路メサストライプの上面と一致するような高さの平坦面を有する平坦部が形成されるように、また前記平坦部の左右外側に、前記導波路メサストライプから離間するにつれて膜厚を減少させる傾斜面部がそれぞれ形成されるように、さらに前記第２の領域において、前記複数のダミーメサパターンの間を、前記半絶縁性埋込半導体膜の上面が、前記複数のダミーメサパターンの高さを下回らないような厚さで充填するように、実行されることを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】従来技術とその課題を説明する図である。
【図２】（Ａ）〜Ｃ）は、本発明の課題を説明する図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の第１の実施形態を説明する図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は、図３の光半導体装置の製造工程を説明する図（その１）である。
【図５】（Ｄ）は、図３の光半導体装置の製造工程を説明する図（その２）である。
【図６】（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の第２の実施形態を説明する図である。
【図７】図６の光半導体装置の一変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
４０，６０  光半導体装置
４１  ｎ型ＩｎＰ基板
４２  下部クラッド層
４３  下側ＳＣＨ層
４４  活性層
４５  上側ＳＣＨ層
４６  上部クラッド層
４７  コンタクト層
４８  ｐ側オーミック電極
４９  ｎ側オーミック電極
５０  半絶縁性ＩｎＰ埋込層
５０Ａ  先端部
５０Ｂ，５０Ｃ  傾斜部
５０ａ，５０ｂ  出射端面
Ｌ１  第１領域
Ｌ２  第２領域
Ｍ１  導波路メサストライプ
Ｍ２，Ｍ３  ダミーメサパターン
【図１】
2008177405.tif 000003
【図２】
2008177405.tif 000004
【図３】
2008177405.tif 000005
【図４】
2008177405.tif 000006
【図５】
2008177405.tif 000007
【図６】
2008177405.tif 000008
【図７】
2008177405.tif 000009