(57)【要約】【課題】  単純な再成長プロセスを用いることはできない長波長の埋め込みヘテロ構造導波路レーザに適用可能な側方閉じ込め構造を提供する。【解決手段】  あるバンドギャップ・エネルギ及び屈折率を有する第１の半導体材料からなる１つ以上の量子井戸層３１〜３３と、量子井戸層３１〜３３を挟み、前記第１の半導体材料より大きいバンドギャップ・エネルギ及び小さい屈折率をそれぞれ有する、第２の半導体材料からなるバリヤ層３４〜３７と、１つ以上の量子井戸層３１〜３３の前記第１の半導体材料とバリヤ層３４〜３７の前記第２の半導体材料との間の、Ｖ族副格子上における空間的に選択性のある原子の相互混合により形成される第３の半導体材料から形成される領域であって、該第３の半導体材料が、前記第１の半導体材料のバンドギャップ・エネルギ及び屈折率と、前記第２の半導体材料のバンドギャップ・エネルギ及び屈折率との中間のバンドギャップ・エネルギ及び屈折率をそれぞれ有するものである、第３の半導体材料から形成される領域１２２、１２４とを含んでなるＩＩＩ−Ｖ族半導体素子を提供する。【選択図】        図２
2004179657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
あるバンドギャップ・エネルギ及び屈折率を有する第１の半導体材料からなる１つ以上の量子井戸層と、
該量子井戸層を挟み、前記第１の半導体材料より大きいバンドギャップ・エネルギ及び小さい屈折率をそれぞれ有する、第２の半導体材料からなるバリヤ層と、
前記１つ以上の量子井戸層の前記第１の半導体材料と前記バリヤ層の前記第２の半導体材料との間の、Ｖ族副格子上における空間的に選択性のある原子の相互混合により形成される第３の半導体材料から形成される領域であって、該第３の半導体材料が、前記第１の半導体材料のバンドギャップ・エネルギ及び屈折率と、前記第２の半導体材料のバンドギャップ・エネルギ及び屈折率との中間のバンドギャップ・エネルギ及び屈折率をそれぞれ有するものである、第３の半導体材料から形成される領域と
を含んでなるＩＩＩ−Ｖ族半導体素子。
【請求項２】
混合を促進する不純物が、前記第３の半導体材料にドープされている請求項１に記載の半導体素子。
【請求項３】
前記第１の半導体材料が、ＧａＡｓＳｂ及びＩｎxＧａ1-xＡｓＮ（ｘ≧０）から選択される請求項１または２に記載の半導体素子。
【請求項４】
前記第２の半導体材料が、ＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｙ≧０）及びＩｎzＧａ1-zＡｓＮ（ｚ≧０）から選択される請求項１から３のいずれかに記載の半導体素子。
【請求項５】
前記半導体素子が埋め込みヘテロ構造導波路レーザの一部を構成しており、
前記領域が第１の領域であり、
前記埋め込みヘテロ構造導波路レーザが、
前記量子井戸層の前記第１の半導体材料と前記バリヤ層の前記第２の半導体材料との間に、Ｖ族副格子上の原子の空間的に選択性のある混合により形成される、前記第３の半導体材料からなる第２の領域であって、前記第１の領域とこの第２の領域とによってその間に導波路を規定する側方閉じ込め構造を構成するものである、第２の領域と、
該導波路がその間に置かれている、ＡｌＧａＡｓを含む複数のクラッディング層と
を含む請求項１から４のいずれかに記載の半導体素子。
【請求項６】
前記クラッディング層の１つに隣接して配置されたキャップ層をさらに含む請求項５に記載の半導体素子。
【請求項７】
前記第３の半導体材料が、前記量子井戸層の前記第１の半導体材料と前記バリヤ層の前記第２の半導体材料との間の、ＩＩＩ族副格子上のにおける空間的に選択性のある原子の相互混合によりさらに形成される請求項１から６のいずれかに記載の半導体素子。
【請求項８】
前記半導体素子が、共通導波路を共用する分布フィードバック・レーザ及び電子吸収変調器の一部を構成することと、
前記１つ以上の量子井戸層及び障壁層が、前記分布フィードバック・レーザの活性層の少なくとも一部を構成することと、
前記第３の半導体材料の前記領域が、前記電子吸収変調器の制御領域を構成することとを含む請求項１から７のいずれかに記載の半導体素子。
【請求項９】
あるバンドギャップ・エネルギ及び屈折率を有する第１の半導体材料によって１つ以上の第１の層を形成するステップであって、該第１の半導体材料よりもバンドギャップが大きくて屈折率が小さい第２の半導体材料を、第２の隣接層の間に挟みこむようにするステップと、
前記１つ以上の第１の層の前記第１の半導体材料と前記第２の層の前記第２の半導体材料との間に、Ｖ族副格子上の原子の空間的に選択性のある混合を促進して、第３の半導体材料による領域を形成するステップであって、該第３の半導体材料が、前記第１の半導体材料のバンドギャップ・エネルギ及び屈折率と前記第２の半導体材料のバンドギャップ・エネルギ及び屈折率との中間のバンドギャップ・エネルギ及び屈折率をそれぞれ備えるようにするステップと
を含んでなる、半導体素子の製作方法。
【請求項１０】
前記混合を促進するステップが、前記第３の半導体材料による前記領域が形成されることになる前記第１の層及び前記第２の層の領域へと、選択的に不純物を導入するものである請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記不純物を導入するステップが、不純物注入を含むものである請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記混合を促進するステップが、キャップド・アニールを実施するものである請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の半導体材料が、ＧａＡｓＳｂ及び及びＩｎxＧａ1-xＡｓＮ（ｘ≧０）から選択されるものである請求項９から１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の半導体材料が、ＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｙ≧０）及びＩｎzＧａ1-zＡｓＮ（ｚ≧０）から選択されるものである請求項９から１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記１つ以上の第１の層の前記第１の半導体材料と前記第２の層の前記第２の半導体材料との間における、前記ＩＩＩ族副格子上の原子間の領域において空間的に選択性のある混合を促進するステップをさらに含む請求項９から１４のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｖ族副格子上の空間的に選択性のある原子混合により製作される半導体材料を含むＩＩＩ−Ｖ族半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
単一モード光ファイバ（single-mode optical fiber）との効率の良い結合を必要とする用途や、例えば光データ記憶やレーザ印刷等の回折制限ビーム（diffraction-limited beam）が必要とされる用途等においては、単一空間モードで動作するレーザが用いられている。単一空間モードで動作可能な半導体レーザは、埋め込みヘテロ構造導波路レーザ(buried heterostructure waveguide)を含む。
【０００３】
埋め込みヘテロ構造導波路レーザは、基板上に順次に配置された、屈折率の異なる材料層から構成される層構造を製作することによって形成される、埋め込みヘテロ構造導波路を含む。埋め込みヘテロ構造導波路は、活性ストライプと、層構造において活性ストライプのすぐ次に位置するクラッディング層との間に、極めて大きな屈折率のステップ（△ｎ〜０．１）があることを特徴とする。層構造の主表面に対して平行な方向でのヘテロ構造導波路の幅は、一般に、レーザのしきい値電流を最小限（Ｉth＜１０ｍＡ）に抑えるため、極めて狭く（〜１μｍ）される。埋め込みヘテロ構造導波路レーザは、一般に、埋め込みヘテロ構造導波路の幅を決める１対の側方閉じ込め構造（lateral confinement structure）を含む。
【０００４】
側方閉じ込め構造は、再成長表面に界面状態を導入することなく、砒化燐化インジウム・ガリウム（ＩｎＧａＡｓＰ）等のアルミニウムを含まない材料から多重再成長により形成することができるので、埋め込みヘテロ構造導波路レーザは、このような材料から容易に製作することができる。しかし、レーザの活性領域は、砒化アルミニウム・ガリウム（ＡｌＧａＡｓ）等のアルミニウムを含む材料から製作される場合には、単純な再成長プロセスを用いることはできない。従って、アルミニウムを含む材料をその活性層に含むレーザは、一般に、リッジ導波路レーザ（ridge waveguide laser）として構成されるか、または、導波路の幅を決める側方酸化構造(laterally-oxidized structure)を含んでいる。
【０００５】
１つ以上の材料による活性層にアルミニウムが含まれている埋め込みヘテロ構造導波路レーザの導波路の幅を決めるもう１つの別の方法が、層の不規則化である。側方閉じ込め構造は、層の不規則化によって形成される半導体材料から構成される。一般に、普通はシリコン（Ｓｉ）であるドナー不純物は、一般に、側方閉じ込め構造が配置されることになる領域に選択的に拡散される。ｎ型不純物によって、ＩＩＩ族格子における空格子点の密度が増加し、その結果、ＩＩＩ族元素の混合が促進される。アルミニウム（Ａｌ）原子及びガリウム（Ｇａ）原子が、ドナー不純物によって生じた空格子点を介してＩＩＩ族副格子上を移動することによって、混合が生じる。アルミニウムの比率が大きい層からアルミニウムの比率の小さい層へとアルミニウムが拡散することは、側方閉じ込め構造に配置される層領域内におけるアルミニウム比率を均一化するのに役立つ。
【０００６】
側方閉じ込め層内のアルミニウムの比率が増加すると、側方閉じ込め構造の材料のバンドギャップ・エネルギが増加し、バンドギャップ・エネルギと屈折率との間のクラマーズ・クローニッヒの関係（Kramers-Kronig relationship）の結果として、この材料の屈折率が小さくなる。シリコン等のドナー不純物の拡散によって促進される、ＩＩＩ族副格子（group III sublattice）上の混合（intermixing）により形成される半導体材料は、層構造内に強固な（△ｎ≧０．１）側方光閉じ込め構造を備える。
【０００７】
ＩＩＩ族副格子上の原子の混合は、ＡｌＧａＡｓベースのインデックス・ガイド式レーザ(index-guided laser)に強固な側方閉じ込め構造を形成するのに有効な技法である。ＩＩＩ族副格子上の原子を混合することにより製作される、側方閉じ込め構造を用いた埋め込みヘテロ構造導波路は、７８０〜９８０ｎｍの波長範囲で動作する、極めてパワーの強い単一モード・レーザの製作に利用されてきている。
【０００８】
光通信システムにおいて用いられる光ファイバは、約１．２μｍ〜約１．６５μｍの波長範囲において損失が最小になる。国際電気通信連合は、約１．４９２μｍ〜約１．６１２μｍの波長範囲にわたる光周波数標準グリッドを設定している。この波長範囲で動作する光通信システムは、レーザを用いて、光信号を発生する。最近では、量子井戸層の半導体材料が、砒化窒化ガリウム、砒化窒化インジウム・ガリウム（（Ｉｎ）ＧａＡｓＮ）、または砒化アンチモン化ガリウム（ＧａＡｓＳｂ）であり、バリヤ層の半導体材料が、砒化アルミニウム・ガリウムまたは砒化ガリウム（（Ａｌ）ＧａＡｓ）である量子井戸へテロ構造を、１．２５μｍを超える波長で光を発生する埋め込みヘテロ構造導波路レーザに用いることが提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、量子井戸層の半導体材料が（Ｉｎ）ＧａＡｓＮまたはＧａＡｓＳｂであり、バリヤ層の半導体材料が（Ａｌ）ＧａＡｓである量子井戸へテロ構造を備え、長波長の埋め込みヘテロ構造導波路レーザに用いられる側方閉じ込め構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、量子井戸層と、量子井戸層を挟むバリヤ層と、量子井戸の第１の半導体材料とバリヤ層の第２の半導体材料との間に、ＩＩＩ族副格子上の原子の空間的に選択性のある混合により形成される、第３の半導体材料による領域を備えたＩＩＩ−Ｖ族半導体素子が得られる。量子井戸層は、あるバンドギャップ・エネルギ及び屈折率を備えた、第１の半導体材料の層である。バリヤ層は、第１の半導体材料よりもバンドギャップ・エネルギが大きくて屈折率が小さい第２の半導体材料の層である。第３の半導体材料は、第１の半導体材料のバンドギャップ・エネルギ及び屈折率と、第２の半導体材料のバンドギャップ・エネルギ及び屈折率との中間のバンドギャップ・エネルギ及び屈折率をそれぞれ備えている。
【００１１】
本発明によれば、半導体素子の制作方法も得られる。この方法では、あるバンドギャップ・エネルギ及び屈折率を備えた第１の半導体材料による第１の層が、第１の半導体材料よりもバンドギャップ・エネルギが大きくて屈折率の小さい第２の半導体材料に隣接する第２の層の間に形成される。Ｖ族副格子上の原子の空間的に選択性のある混合が、第１の層の第１の半導体材料と第２の層の第２の半導体材料との間で促進されて、第３の半導体材料による領域が形成される。第３の半導体材料は、第１の半導体材料のバンドギャップ・エネルギ及び屈折率と、第２の半導体材料のバンドギャップ・エネルギ及び屈折率との中間のバンドギャップ・エネルギ及び屈折率をそれぞれ備えている。
【００１２】
第３の半導体材料のバンドギャップ・エネルギ及び屈折率は、第１の半導体材料のバンドギャップ・エネルギ及び屈折率と、第２の半導体材料のバンドギャップ・エネルギ及び屈折率との中間にある。これらの特性によって、第３の半導体材料による領域は、埋め込みヘテロ構造導波路レーザの側方閉じ込め構造と、電子吸収変調器の制御領域とに用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明によれば、量子井戸層と、量子井戸層を挟むバリヤ層を含むＩＩＩ−Ｖ族半導体素子が得られる。半導体素子は、量子井戸層の半導体材料とバリヤ層の半導体材料との間に、Ｖ族副格子上の原子の空間的に選択性のある混合によって形成される半導体材料による領域をさらに含む。この領域の半導体材料のバンドギャップ・エネルギ及び屈折率は、量子井戸層とバリヤ層との半導体材料のバンドギャップ・エネルギ及び屈折率とのそれぞれ中間にある。後述するＩＩＩ−Ｖ族半導体素子の典型的な応用例では、量子井戸層の半導体材料とこの領域の半導体材料との間におけるバンドギャップ・エネルギ及び屈折率の差が利用される。
【００１４】
図１には、本発明により多くのＩＩＩ−Ｖ族半導体素子の製作を可能にする層構造１０が示されている。層構造１０は、ｎ型砒化アルミニウム・ガリウム（ＡｌＧａＡｓ）のクラッディング層１４と、活性層１６と、ｐ型ＡｌＧａＡｓのクラッディング層１８と、ｐ型砒化ガリウム（ＧａＡｓ）のキャップ層２０とが順番にその上に配置されるＧａＡｓウェハ１２から構成されている。活性層１６は、量子井戸（quantum well：ＱＷ）ヘテロ構造３０を含む。
【００１５】
量子井戸へテロ構造３０は、ＧａＡｓのバリヤ層３４と３５と３６と３７との間に挟み込まれた、砒化窒化インジウム・ガリウム（ＩｎＧａＡｓＮ）の量子井戸層３１と３２と３３とから構成されている。バリヤ層３４及び３７は、バリヤ層３５及び３６とは厚さが異なり、活性層の厚さの大部分を構成している。代わりに、バリヤ層３４〜３７を全て同じ厚さにすることができる。この場合には、量子井戸へテロ構造は、屈折率がクラッディング層１４及び１８よりもかなり大きい半導体材料によって、２つの導波路層の間に挟まれる。ここで説明した量子井戸材料との組み合わせによって、層構造１０をなすように製作される埋め込みヘテロ構造導波路レーザが、光ファイバを介した光通信と他の用途とに用いられる１．３μｍ以上の波長の光を発生することができるようになる。
【００１６】
層構造１０の代替実施態様において、量子井戸層３１〜３３の材料は、砒化窒化ガリウム（ＧａＡｓＮ）または砒化アンチモン化ガリウム（ＧａＡｓＳｂ）であり、バリヤ層３４〜３７の材料は、砒化インジウム・ガリウム（ＩｎＧａＡｓ）、ＧａＡｓ、または、ＩｎＧａＡｓＮである。図１には、量子井戸へテロ構造３０が、３つの量子井戸層と、４つのバリヤ層から構成される複数量子井戸ヘテロ構造である例が示されている。量子井戸層及びバリヤ層の数は、図示の数とは異なる場合があり、量子井戸へテロ構造は、わずか１つの量子井戸層によって構成することもできる。量子井戸層は、バリヤ層の間に挟み込まれる。従って、バリヤ層の数は、量子井戸層の数よりも１つ多い。
【００１７】
図２Ａ及び図２Ｂは、本発明によるＩＩＩ−Ｖ族半導体素子の一例として、埋め込みヘテロ構造導波路レーザ１００を示す。埋め込みヘテロ構造導波路レーザ１００は、側方閉じ込め構造１２２及び１２４を構成する半導体材料による２つの領域を含む。側方閉じ込め構造によって、活性層における導波路１２６の側方範囲が決まる。
【００１８】
埋め込みヘテロ構造導波路レーザ１００は、量子井戸へテロ構造３０の領域内においてＶ族副格子上における空間的に選択性のある原子の相互混合を促進して、側方閉じ込め構造１２２及び１２４を形成することによって、図１に示す層構造１０をなすように製作された多くの埋め込みヘテロ構造導波路レーザの１つである。側方閉じ込め構造は、混合が促進される領域に形成される。空間的に選択性のある混合は、量子井戸層３１〜３３の領域とバリヤ層３４〜３７の対応する領域との間で生じる。この混合は、量子井戸へテロ構造全体を通じて、量子井戸へテロ構造の決められた領域だけにしか生じないという意味において空間的に選択性がある。空間的に選択性のある混合によって、側方閉じ込め構造が形成されると、量子井戸層及びバリヤ層は、導波路１２６内にしか存在しないことになる。
【００１９】
混合によって、側方閉じ込め構造１２２及び１２４の半導体材料は、量子井戸層の材料のバンドギャップ・エネルギ及び屈折率よりも大きいバンドギャップ・エネルギ及び小さい屈折率をそれぞれ備え、バリヤ層の半導体材料のバンドギャップ・エネルギ及び屈折率よりも小さいバンドギャップ・エネルギ及び大きい屈折率をそれぞれ備えることになる。
【００２０】
側方閉じ込め構造１２２及び１２４は、共働して、図２Ａに示すｘ方向における導波路１２６の側方範囲を決める。すなわち、導波路の側方範囲は、量子井戸層３１〜３３の半導体材料と側方閉じ込め構造の半導体材料との間の屈折率の差が大きいことによって決まる。ｚ方向における導波路１２６の範囲は、バリヤ層３４及び３７とクラッディング層１４及び１８との間の屈折率の差が大きいことによってそれぞれ決まる。導波路内１２６に位置する量子井戸層３１〜３３の領域内におけるキャリヤの再結合によって生じる光は、ｘ方向とｚ方向との両方の屈折率の著しい差異によって導波路内に閉じ込められる。量子井戸層と側方閉じ込め構造との間のバンドギャップ・エネルギの差によって、キャリヤが量子井戸層に側方にさらに閉じ込められることになる。
【００２１】
上述のように、側方閉じ込め構造１２２及び１２４は、量子井戸へテロ構造３０の半導体材料の間であって、側方閉じ込め構造が配置されることになる領域に、Ｖ族副格子上の原子の混合を促進することによって形成される。混合することによって、導波路１２６内に位置する量子井戸へテロ構造の領域の材料に対して、上述の異なるバンドギャップ・エネルギ及び屈折率を備えた半導体材料による側方閉じ込め構造が形成されることになる。
【００２２】
上述したように、１．３μｍを超える波長の光を発生する、長波長の埋め込みヘテロ構造導波路レーザにおける量子井戸層３１〜３３の半導体材料は、（Ｉｎ）ＧａＡｓＮ及びＧａＡｓＳｂを含む。（Ｉｎ）ＧａＡｓＮは、インジウムの比率が０以上の砒化窒化インジウム・ガリウムである。これらの材料のＶ族元素は、砒素（Ａｓ）と、窒素（Ｎ）またはアンチモン（Ｓｂ）である。これらの元素のいずれかを含む半導体材料の光学特性及び電気特性は、材料中における元素の比率によって決まる。
【００２３】
（Ｉｎ）ＧａＡｓＮの場合には、窒素の比率が増加するにつれて、バンドギャップ・エネルギが低減し、屈折率が増加する。長波長レーザの量子井戸層に用いられる（Ｉｎ）ＧａＡｓＮでの窒素の比率は一般に５％未満と小さいが、窒素は、（Ｉｎ）ＧａＡｓＮにおける大きい湾曲係数（bowing parameter）を有している。従って、（Ｉｎ）ＧａＡｓＮのバンドギャップ・エネルギは、窒素の比率によって強く左右される。側方閉じ込め構造１２２及び１２４の場合には、Ｖ族副格子上の空間的に選択性のある原子の相互混合は、量子井戸層３１〜３３の半導体材料と隣接バリヤ層３４〜３７の半導体材料との間で生じる。バリヤ層の半導体材料は、当初、量子井戸層の半導体材料よりも窒素の比率が低い（例えばゼロである）。窒素の比率が量子井戸層の半導体材料よりも低くてバリヤ層の半導体材料よりも高い側方閉じ込め構造の半導体材料が混合により形成される。従って、側方閉じ込め構造の半導体材料は、量子井戸層の半導体材料とバリヤ層の半導体材料とは、バンドギャップ・エネルギ及び屈折率が大幅に異なっている。
【００２４】
量子井戸層３１〜３３の半導体材料がＧａＡｓＳｂである実施態様の場合には、アンチモンの比率は約３０〜６０％であるが、これは上述の窒素の比率よりかなり高い。このような実施態様の場合には、アンチモンの比率を増加すると、材料のバンドギャップ・エネルギが低減し屈折率が大きくなる。側方閉じ込め構造１２２及び１２４の場合には、Ｖ族副格子上の原子の混合は、量子井戸層３１〜３３の半導体材料と、隣接バリヤ層３４〜３７の半導体材料との間で生じる。バリヤ層の半導体材料は、当初、量子井戸層の半導体材料よりもアンチモンの比率が低い（例えば、ゼロである）。アンチモンの比率が量子井戸層の半導体材料よりも低くてバリヤ層の半導体材料よりも高い側方閉じ込め構造の半導体材料が、混合によって形成される。従って、側方閉じ込め構造の半導体材料は、量子井戸層の半導体材料とバリヤ層の半導体材料とは、バンドギャップ・エネルギ及び屈折率が大幅に異なっている。
【００２５】
図３Ａは、埋め込みヘテロ構造導波路レーザ１００の半導体材料内の窒素の比率の変化と基板からの距離（破線による曲線１５０）、及び、Ｖ族副格子上の原子の空間的に選択性のある混合を促進して、側方閉じ込め構造１２２が形成される以前の層構造１０の対応する領域の半導体材料内の窒素の比率の変化と基板からの距離（実線による曲線１５２）を概念的に比較している。層構造及び埋め込みヘテロ構造の導波路レーザの層は、図１及び図２Ａで用いられているものと同じ参照番号により表示されている。Ｖ族副格子上の原子の混合を促進する以前の窒素の比率は、量子井戸層３１〜３３の半導体材料とバリヤ層３４〜３７の半導体材料との間で全く異なっている。これは、量子井戸層の半導体材料だけにしか窒素が含まれていないためである。混合によって、量子井戸層から隣接バリヤ層への窒素の正味の拡散（net diffusion）が生じる。結果として、埋め込みヘテロ構造導波路レーザ１００の側方閉じ込め構造１２２の半導体材料内の窒素の比率は、層構造１０の量子井戸層の半導体材料内の窒素の比率とバリヤ層の半導体材料内の窒素の比率との中間になる。さらに、Ｖ族副格子上の原子の空間的に選択性のある混合が生じたとしても、埋め込みヘテロ構造導波路レーザ１００の導波路１２６内での量子井戸層及びバリヤ層の材料内の窒素の比率は、層構造１０の対応する層に対して不変のままであるため、側方閉じ込め構造の半導体材料内の窒素の比率は、導波路内の量子井戸層の半導体材料内の窒素の比率よりも低く、バリヤ層の半導体材料内の窒素の比率よりも高くなる。
【００２６】
図３Ｂは、埋め込みヘテロ構造導波路レーザ１００の半導体材料内のバンドギャップ・エネルギの変化と基板からの距離（破線による曲線１６０）、及び、Ｖ族副格子上の原子の混合を促進して、側方閉じ込め構造１２２が形成される以前の層構造１０の対応する領域の半導体材料内のバンドギャップ・エネルギの変化と基板からの距離（実線による曲線１６２）を概念的に比較している。（Ｉｎ）ＧａＡｓにおける窒素の湾曲係数が大きいので、Ｖ族副格子上の原子の少量の混合によって、量子井戸層及びバリヤ層の材料に対するバンドギャップ・エネルギの差が大きい、側方閉じ込め構造の半導体材料が得られる。これによって、導波路１２６の半導体材料と側方閉じ込め構造１２２及び１２４の半導体材料との間に、有効な光導波及びキャリヤ閉じ込めを施すのに必要な、屈折率とバンドギャップ・エネルギの差が生じることになる。側方閉じ込め構造１２２及び１２４によって、ＩｎＧａＡｓＮの量子井戸層を備えた埋め込みヘテロ構造導波路レーザ１００が、効率が高く、しきい値電流が少ない、波長１．３μｍを超える光を発生することができるようになる。
【００２７】
再び図１を簡単に参照すると、層構造１０の典型的な実施態様の場合には、ウェハ１２は、その主表面にｎ型ＧａＡｓの緩衝層（図示せず）が配置された、ｎ型ＧａＡｓの（１００）ウェハである。クラッディング層１４は、１×１０18ｃｍ-3のシリコンがドープされた、厚さが１．５μｍのｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓの層である。バリヤ層３４及び３７は、それぞれ厚さが１２０ｎｍのＧａＡｓ層である。量子井戸層３１〜３３は、それぞれ厚さが７ｎｍのＩｎ0.35Ｇａ0.65Ａｓ0.99Ｎ0.01の層である。バリヤ層３５及び３６は、それぞれ厚さが１７ｎｍのＧａＡｓ層である。クラッディング層１８は、１×１０18ｃｍ-3の炭素がドープされた、厚さが１．５μｍのｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓの層である。キャップ層は、炭素がドープされた、厚さが１００ｎｍのｐ型ＧａＡｓである。
【００２８】
有機金属気相成長（metal-organic chemical vapor deposition：ＭＯＣＶＤ）または分子線エピタキシ（molecular beam epitaxy：ＭＢＥ）等の適切なエピタキシャル成長プロセスを利用して、ｎ型ＧａＡｓのウェハ上に説明した層をエピタキシャル成長させて層構造１０を製作する。成長中に、活性層１６を構成する層にはドーパントは添加されない。
【００２９】
図４は、本発明によるＩＩＩ−Ｖ族半導体素子を製作するための方法の実施態様２００を例示したフローチャートである。この方法では、ブロック２０２において、第１の半導体材料よりもバンドギャップ・エネルギが大きくて屈折率が小さい第２の半導体材料による第２の隣接層の間に、あるバンドギャップ・エネルギ及び屈折率を備えた第１の半導体材料による第１の層を形成する。そして、ブロック２０４では、第１の層の第１の半導体材料と第２の層の第２の半導体材料との間に、Ｖ族副格子上の原子の空間的に選択性のある混合を促進して、第３の半導体材料による領域を形成する。第３の半導体材料のバンドギャップ・エネルギ及び屈折率は、それぞれ、第１の半導体材料のバンドギャップ・エネルギ及び屈折率と、第２の半導体材料のバンドギャップ・エネルギ及び屈折率との中間である。
【００３０】
例えば、層構造１０を製作する場合には、ＩｎＧａＡｓＮの量子井戸層３２が、ＧａＡｓの隣接層３５と３６との間に形成される。ＩｎＧａＡｓＮのバンドギャップ・エネルギ及び屈折率は、ＧａＡｓのバンドギャップ・エネルギ及び屈折率とは異なっている。そして、量子井戸層のＩｎＧａＡｓＮと第２の層のＧａＡｓとの間に、Ｖ族副格子上の原子の空間的に選択性のある混合を促進して、第３の半導体材料の側方閉じ込め構造１２２及び１２４が形成される。第３の半導体材料は、窒素の比率が、量子井戸層のＩｎＧａＡｓＮにおける窒素の比率よりも低くてバリヤ層のＧａＡｓにおける窒素の比率よりも高いＧａＡｓＮである。従って、側方閉じ込め構造の半導体材料のバンドギャップ・エネルギ及び屈折率は、それぞれ、量子井戸層のＩｎＧａＡｓＮのバンドギャップ・エネルギ及び屈折率と、バリヤ層のＧａＡｓのバンドギャップ・エネルギ及び屈折率との中間である。
【００３１】
ブロック２０４において、Ｖ族副格子上の原子の空間的に選択性のある混合を促進して、側方閉じ込め構造１２２及び１２４を形成するために用いるのに、いくつかの異なる技法が利用することができる。２つの基本的な混合促進メカニズムが必要とされる。第１の混合促進メカニズムでは、側方閉じ込め構造を形成することになる、量子井戸へテロ構造の領域へとアクセプタ（ｐ型）不純物の原子が導入される。ｐ型ドーピングによってＶ族副格子上に高密度の空格子点が生じ、この結果、Ｖ副格子上での混合が可能となる。第２の混合促進メカニズムでは、他のＶ族原子による占有が可能な空格子点をＶ族副格子に生じさせることが必要となる。
【００３２】
第１の混合促進技法の例では、亜鉛またはマグネシウム等のアクセプタ不純物が、側方閉じ込め構造１２２及び１２４の配置が所望される層構造１０の領域に選択的に拡散される。アクセプタ不純物が拡散する量子井戸へテロ構造３０の領域では、量子井戸層の材料とバリヤ層の材料とをＶ族副格子上で混合し、側方閉じ込め構造を形成できるようにする高密度の空格子点を、ｐ型ドーピングによってＶ族副格子上に生成する。
【００３３】
図５Ａは、本発明による埋め込みヘテロ構造導波路レーザの例３００を示しており、図１に示す層構造１０のいくつかの部分へのアクセプタ不純物の空間的に選択性のある拡散により促進されるＶ族副格子上の原子の空間的に選択性のある混合によって、側方閉じ込め構造３２２及び３２４が、埋め込みヘテロ構造導波路レーザ３００内に製作される。
【００３４】
マスク材料の層が、層構造１０の表面４２に被着させられる。マスク材料として窒化珪素を用いることができる。マスク材料層にパターン形成を施して、層構造をなすように製作される各レーザに、導波路３２６の対象となる位置の上にある表面４２の一部に置かれるマスク３４０が形成される。ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料に用いるのに適したマスク被着プロセスとパターン形成プロセスとは、当業者によく知られている。
【００３５】
層構造１０は、亜鉛源と共に密閉アンプル内に配置される。適合する亜鉛源は、金属亜鉛、砒化亜鉛、金属亜鉛と砒素との混合物、または、金属亜鉛と砒化インジウムとの混合物を含む。このアンプルを加熱する。このことにより、マスク３４０によって保護されていない表面４２の領域に亜鉛原子３４４が置かれる。亜鉛原子は、表面から層構造内へと拡散し、層構造材料にｐ型ドープを行ってｐ型ドープされた領域３４６及び３４８が形成されるようにする。加熱は、量子井戸へテロ構造３０において、混合の促進に十分なアクセプタ不純物の濃度が達成されるまで継続される。ある実施態様では、数時間にわたって、４００℃〜５００℃の範囲の温度までアンプルが加熱される。プロセス時間は、表面４２と活性層１６との間の層構造１０の厚さによって決まる。
【００３６】
量子井戸へテロ構造３０の場合には、ｐ型ドープされた領域３４６及び３４８におけるアクセプタ不純物によって、Ｖ族原子の一部、すなわち、砒素原子及び窒素原子がＶ族副格子から押しのけられる。これによって、量子井戸層３１〜３３の半導体材料のＶ族原子とバリヤ層３４〜３７の半導体材料のＶ族原子との間において、ドープされた領域での混合が促進され、側方閉じ込め構造３２２及び３２４が形成される。すなわち、量子井戸層からバリヤ層窒素原子への正味の拡散（net diffusion）がある。このことは、側方閉じ込め構造３２２及び３２４を形成するために、ｐ型ドープされた領域３４４及び３４６に位置付けられた量子井戸ヘテロ構造３０の領域での窒素分率を均質にする。従って、導波路３２６の側面の側方閉じ込め構造は、導波路内に配置された量子井戸層３１〜３３よりもバンドギャップ・エネルギが大きくて屈折率が小さい。
【００３７】
図５Ａに例示の空間的に選択性のある混合を促進するためのプロセスは、量子井戸層３１〜３３の材料がＧａＡｓＳｂである層構造１０の実施態様にも適用することができる。ｐ型拡散領域３４６及び３４８内のアクセプタ不純物の原子によってＶ族副格子から原子が排出され、排出された原子は自由に混合できるようになる。この場合には、量子井戸層から隣接バリヤ層３４〜３７へと、アンチモン原子の正味の拡散が生じる。アンチモン原子の正味拡散により形成される側方閉じ込め構造の半導体材料は、量子井戸層３１〜３３の半導体材料よりもバンドギャップ・エネルギが大きくて屈折率が小さい。
【００３８】
バリヤ層３４〜３７の材料が（Ｉｎ）ＧａＡｓまたは（Ｉｎ）ＧａＡｓＮである層構造において、アクセプタ不純物を導入することによって促進される空間的に選択性のある混合を側方閉じ込め構造の製作に利用することもできる。（Ｉｎ）ＧａＡｓＮが量子井戸層とバリヤ層との両方の材料である実施態様の場合には、Ｖ族副格子内での混合によって上述の特性を備えた側方閉じ込め構造の材料が得られるようにするためには、バリヤ層の（Ｉｎ）ＧａＡｓＮ内の窒素の比率が、量子井戸層の（Ｉｎ）ＧａＡｓＮ内の窒素の比率よりも小さいことが望ましい。
【００３９】
代わりに、説明したような拡散ではなく、アクセプタ不純物を層構造１０へと注入することによって、空間的に選択性のある混合を促進するアクセプタ不純物を導入することもできる。砒素または燐等のＶ族元素のイオンを注入することによって、空間的に選択性のある混合を促進することもできる。
【００４０】
さらなる代替方法としては、クラッディング層１８及びキャップ層２０を活性層１６の上に成長させる前に、活性層１６に空間的に選択性のある拡散または注入を施すことによって、アクセプタ不純物またはＶ族原子を導入することができる。あるいはまた、クラッディング層１８を部分的に成長させてから、空間的に選択性のある拡散または注入を実施することもできる。これらの代替方法では、拡散または注入の実施に先立って、部分的に仕上がった層構造の表面にＳｉ3Ｎ4等の適合するマスク材料を被着させ、パターン形成を施すことによって、層構造をなすように製作される各レーザ内の導波路の対象となる位置の上方に置かれるマスクが形成される。
【００４１】
側方閉じ込め領域３２２及び３２４に存在するアクセプタ不純物の濃度のほうが導波路３２６よりも高いことによって、上述した空間的に選択性のある混合プロセスの効用が明示される。
【００４２】
アクセプタ不純物またはＶ族原子を導入して、空間的に選択性のある混合を促進する方法に対する代案として、ドナー不純物を導入することもできる。適合するドナー不純物は、シリコン（Ｓｉ）や硫黄（Ｓ）やセレン（Ｓｅ）やテルル（Ｔｅ）等のＶＩ族元素を含む。空間的に選択性のある拡散または注入によって、活性層１６または部分的に成長した活性層１８へとドナー不純物が導入される。空間的に選択性のある混合を促進するために導入されるＶＩ族原子は、Ｖ族副格子の位置を占める。そうすることによって、ＶＩ族原子は、Ｖ族副格子からＶ族原子を排出する。そして、排出されたＶ族原子は自由に混合できるようになる。
【００４３】
完成した素子において、側方閉じ込め領域３２２及び３２４存在するドナー不純物の濃度のほうが導波路３２６よりも高いということによって、説明された空間的に選択性のある混合プロセスの効用が明示される。
【００４４】
側方閉じ込め構造を層構造１０に形成するために空間的に選択性のある混合を促進することができる別のプロセスは、図５Ｂに例示されたキャップド熱アニール（capped thermal annealing）である。キャップド・アニール・プロセスによって、他のＶ族原子により占めることができる空格子点がＶ族副格子に生じることになる。
【００４５】
図５Ｂは、本発明による埋め込みヘテロ構造導波路レーザの例４００を示しており、図１に示す層構造１０に施されるキャップド・アニールにより促進されるＶ族副格子上の原子の空間的に選択性のある混合によって、このヘテロ構造導波路レーザ４００内に側方閉じ込め構造４２２及び４２４が製作される。二酸化珪素または窒化珪素等の適合するキャップ層材料のキャップ層（図示せず）が、層構造の表面４２上に被着される。キャップ層にパターン形成を施して、層構造をなすように製作される各レーザ内の導波路４２６の対象となる位置の上にある表面４２の一部に置かれるキャップ４５０を形成する。ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料に用いるのに適したキャップ層の被着プロセスとパターン形成プロセスとは、当業者によく知られている。
【００４６】
レーザ構造１０が、炉内に入れられて、約６００℃の温度で数時間にわたるアニール処理がレーザ構造１０に施される。アニールによって、より揮発性の高いＶ族元素４５２が層構造から選択的に脱出する。より揮発性の高いＶ族元素が脱出すると、キャップ４５０によって被覆されていない表面４２の部分に隣接する層構造の半導体材料のＶ族副格子に空格子点が生じることになる。時間が経過するにつれて、空格子点は、層構造の大部分に拡散し、最終的には、量子井戸へテロ構造３０に達する。量子井戸へテロ構造におけるＶ族副格子に空格子点が生じると、窒素またはアンチモンの原子が、量子井戸層３１〜３３から隣接バリヤ層３４〜３７に拡散し、キャップ４５０によって保護されていない量子井戸へテロ構造の領域における窒素またはアンチモンの比率が均一になる。窒素またはアンチモンの比率が均一になった半導体材料によって、側方閉じ込め構造４２２及び４２４が形成される。
【００４７】
まず、説明したキャップド・アニール・プロセスを高温で実施して、層構造１０の表面４２の近くにあるＶ族副格子に空格子点を生じさせることができる。そして、温度を低下させるか、別な方法でもとの高温を維持することにより生じる層構造の結晶構造がさらなる損傷を被ることなく、層構造の大部分へと空格子点を拡散させるようにすることができる。
【００４８】
量子井戸層３１〜３３とバリヤ層３４〜３７との材料が異なるＩＩＩ族元素を含む量子井戸へテロ構造３０の実施態様の場合には、側方閉じ込め構造の材料は、上述のＶ族副格子上の原子の空間的に選択性のある混合と、ＩＩＩ族副格子上の原子の空間的に選択性のある混合との組み合わせにより形成することができる。例えば、バリヤ層の材料がＡｌＧａＡｓであり、量子井戸層の材料が（Ｉｎ）ＧａＡｓＮまたはＧａＡｓＳｂである実施態様の場合には、バリヤ層から量子井戸層の（Ｉｎ）ＧａＡｓＮまたはＧａＡｓＳｂへのアルミニウムの空間的に選択性のある混合によって、量子井戸層の材料と混合の結果生じる側方閉じ込め構造の材料との間の屈折率及びバンドギャップ・エネルギの差がさらに増大する。さらに、量子井戸から隣接バリヤ層へのインジウムの拡散によって、側方閉じ込め構造の材料のバンドギャップ・エネルギが増大し、屈折率が低下する。
【００４９】
ＩＩＩ族副格子とＶ族副格子との両方の原子の空間的に選択性のある混合は、次のように促進することが可能である。クラッディング層１８が約１００ｎｍ〜２００ｎｍの厚さに達すると、層構造１０の成長が中断される。拡散マスク材料の層が層構造の表面に被着され、拡散マスク材料の層にパターン形成が施されて、導波路１２６の対象となる位置の上に拡散マスクが形成される。層構造の上にシラン（ＳＨ4）を通過させることによって、層構造の露出表面と拡散マスクとの上にシリコン層が被着させられる。約１時間〜約１０時間の範囲の時間にわたって約６００℃〜約８００℃の範囲の温度まで層構造を加熱すると、量子井戸へテロ構造３０の側方閉じ込め構造が形成されることになる領域へとシリコンが拡散する。量子井戸へテロ構造へとシリコンが拡散すると、領域内の量子井戸層３１〜３３と隣接バリヤ層３４〜３７との間において、ＩＩＩ族副格子上の原子の空間的に選択性のある混合が促進される。この結果、これらの領域のＩＩＩ族組成物が均一化され、部分的に仕上がった側方閉じ込め構造１２２及び１２４が形成される。ＩＩＩ族副格子上の原子の混合によって、部分的に仕上がった側方閉じ込め構造１２２及び１２４の材料は、バンドギャップ・エネルギ及び屈折率が、両方とも、量子井戸層の材料とは異なることになる。
【００５０】
そして、層構造１０にエッチングを施して、拡散マスクとその表面に残留するシリコンとが除去される。そして、層構造１０の成長を完了する、言い換えると、クラッディング層１８をその全厚まで成長させ、キャップ層２０を成長させる。そして、上述のように、アクセプタ不純物の原子が層構造へと選択的に導入される。部分的に仕上がった側方閉じ込め構造が配置される量子井戸へテロ構造３０の領域へとアクセプタ不純物を導入すると、量子井戸層３１〜３３と隣接バリヤ層３４〜３７との間において、Ｖ族副格子上の原子の空間的に選択性のある混合が促進される。この結果、これらの領域のＶ族組成物が均一化され、側方閉じ込め構造１２２及び１２４の製作が完了する。ＩＩＩ族副格子とＶ族副格子との両方の原子の混合によって、側方閉じ込め構造１２２及び１２４の半導体材料のバンドギャップ・エネルギ及び屈折率は、上記に説明したように、部分的に仕上がった側方閉じ込め構造１２２及び１２４の半導体材料の場合よりも共に大きくなり、量子井戸層の半導体材料とは異なるものになる。
【００５１】
図６Ａ〜図６Ｄは、Ｖ族副格子上の原子の空間的に選択性のある混合を促進することによって製作される半導体材料の領域を含む、ＩＩＩ−Ｖ族半導体素子の第２の例として、一体型レーザ及び電子吸収変調器（electro-absorption modulator：以下、「ＥＡＭ」とよぶ）５００の実施態様を示している。このレーザは、１つ以上の量子井戸層と、対応する数のバリヤ層から構成される量子井戸へテロ構造を含む活性層とを備えた分布フィードバック・レーザである。この光変調器は、レーザの量子井戸へテロ構造も構成する層間において、Ｖ族副格子上の原子の空間的に選択性のある混合を促進することにより製作される、半導体材料の制御領域を含む。制御領域の半導体材料の屈折率は、帯域端に対応する波長を５０ｎｍだけ短縮するのに十分な量だけ、量子井戸層と異なっている。この結果、量子井戸へテロ構造において発生する光の波長において制御領域は透明になる。制御領域に逆電界を印加すると、帯域端に対応する波長が、量子井戸へテロ構造において発生する光の波長を超える値まで長くなり、制御領域は不透明になる。図２Ａ及び図６Ａに示すものと同様の構造を利用して、透明な導波路または非吸収ミラー領域等の他の光学素子及び電気光学素子を製作することもできる。
【００５２】
次に、図６Ａ〜図６Ｄを参照すると、複数の一体型レーザ及びＥＡＭ５００が、図１に関連して上述の層構造１０をなすように製作される。層構造の諸部分を構成する一体型レーザ及びＥＡＭ５００の構成要素は、同じ参照番号を用いて表示されており、再度の詳述は控えることにする。一体型レーザ及びＥＡＭは、共通導波路５２６を共用する、レーザ５０２及びＥＡＭ５０４から構成されている。導波路は、ｚ方向では閉じ込め層１４及び１８により、ｙ方向ではリッジ構造５０６により束縛されている。
【００５３】
導波路５２６は、クラッディング層１４及び１８の間に挟まれた活性層１６を含む。量子井戸へテロ構造３０は、当初は、活性層全体にわたって存在する。量子井戸へテロ構造の領域内では、Ｖ族副格子上の原子の空間的に選択性のある混合が促進されて、ＥＡＭ５０４の制御領域５２０が形成される。制御領域が形成されると、量子井戸へテロ構造は、分布フィードバック（distributed feedback：以下、「ＤＦＢ」とよぶ）レーザ５０２だけにしか存在しなくなる。
【００５４】
ＤＦＢレーザ５０２は、クラッディング層１８に配置されたグレーティング５１０も含む。グレーティングは、バリヤ層３７から約２００ｎｍだけ離隔されている。このグレーティングが、ＤＦＢレーザのためのフィードバックを与える。
【００５５】
ＤＦＢレーザ５０２のｐ電極５３０が、ＤＦＢレーザの上方にあるクラッディング層２０の上に配置されている。ＥＡＭ５０４のｐ電極５４０が、制御領域５２０の上方にあるクラッディング層２０の上に配置されている。ｎ電極５６０は、ＤＦＢレーザとＥＡＭとの両方に共通であり、基板１２によって支持されている。
【００５６】
ｎ電極５３０とｎ電極５４０との間には、分離トレンチ５５０が配置されている。分離トレンチによって、キャップ層２０は、電極５３０の下に位置する部分と、電極５４０の下に位置する部分とに分割されている。分離トレンチは、部分的にクラッディング層１８内までさらに延びている。分離トレンチによって、ＤＦＢレーザ５０２はＥＡＭ５０４から電気的に分離されている。
【００５７】
一体型レーザ及びＥＡＭ５００は、次のように製作される。多くの一体型レーザ及びＥＡＭが製作される層構造が、ｎ型ＧａＡｓのウェハ上に成長される。層構造は、図１に関連して上述した層構造１０に対応する層を含む。
【００５８】
ＭＯＣＶＤまたはＭＢＥ等の適合するエピタキシャル成長プロセスによって、ｎ型ＡｌＧａＡｓのクラッディング層１４をＧａＡｓのウェハ１２上にエピタキシャル成長させる。緩衝層３４と、量子井戸層３１と、緩衝層３５と、量子井戸層３２と、緩衝層３６と、量子井戸層３３と、緩衝層３７との順に、これらの層をエピタキシャル成長させることによって、クラッディング層１４上に活性層１６を形成する。活性層を構成する層の材料及び厚さについては、上述したとおりである。
【００５９】
約１００ｎｍ〜約２００ｎｍの範囲の厚さまでクラッディング層１８をエピタキシャル成長させ、部分的に成長したクラッディング層の表面にグレーティング層５０８を成長させる。グレーティング層は、その屈折率がクラッディング層の屈折率とは異なる、半導体材料の薄層である。グレーティング層の厚さは、例えば、約４０ｎｍである。ＡｌＧａＡｓをクラッディング層の材料とする例の場合には、グレーティング層の材料はＧａＡｓである。そして、部分的に製作された層構造が、エピタキシ反応器から取り出される。
【００６０】
二酸化珪素、窒化珪素、または、別の適合する材料によるマスク層を、層構造の露出表面上に被着させ、各ＥＡＭ５０２の制御領域５２０の対象となる位置の上方にある層構造表面が露出するように、マスク層にパターン形成が施される。そして、量子井戸層３１〜３３の材料と隣接するバリヤ層３４〜３７の材料との間において、Ｖ族副格子上の原子の空間的に選択性のある混合が促進される。上述したように、アクセプタ不純物またはＶ族元素を層構造に導入するか、または、キャップド・アニールを実施することによって混合を促進することができる。空間的に選択性のある混合によって、制御領域としての半導体材料の領域が形成される。半導体材料のバンドギャップ・エネルギ及び屈折率は、それぞれ、量子井戸層の材料のバンドギャップ・エネルギ及び屈折率と、バリヤ層のバンドギャップ・エネルギ及び屈折率との中間である。
【００６１】
そして、マスクを除去して、エッチング・マスク材料の層を層構造の表面に被着させる。例えば、エッチング・マスク層として、フォトレジストの薄層を被着させることができる。エッチング・マスク層にパターン形成を施して、グレーティング５１０を形成するエッチング・マスクが形成される。そして、この層構造にエッチングを施して、グレーティング層５０８にグレーティングが形成される。混合を促進してグレーティングを形成するという順序を逆にすることもできるが、混合の促進には高温が必要とされるため、混合が済んでから、グレーティングを形成することが望ましい。
【００６２】
そして、部分的に製作された層構造をエピタキシ反応器に戻し、クラッディング層１８の残りを成長させ、キャップ層２０を成長させることによって、層構造の製作が完了する。
【００６３】
そして、エピタキシ反応器から完成した層構造が取り出され、層構造の露出表面にマスク層を被着させ、マスク層にパターン形成を施して、分離トレンチ５５０を形成するエッチング・マスクが形成される。部分的にクラッディング層１８に入り込む深さまで、エッチングを施して、エッチング・マスクにより保護されていない層構造の部分に分離トレンチが形成される。エッチングは、ドライ・エッチング・プロセスまたはウェット・エッチング・プロセスを利用して実施される。ウェット・エッチング・プロセスが利用される場合には、クラッディング層１８にエッチング停止層を成長させて、分離トレンチの深さを決めることが望ましい。
【００６４】
エッチング・マスクを除去して、別のマスク層を層構造の露出表面に被着させる。マスク層にパターン形成を施して、リッジ構造５０６を形成するエッチング・マスクが形成される。図６Ｃ及び図６Ｄに示すように、部分的にクラッディング層１８に入り込むか、または、層３７に達する深さまでエッチングを施すことによって、エッチング・マスクによって保護されていない層構造の部分にリッジ構造が形成される。再度、ドライ・エッチング・プロセスまたはウェット・エッチング・プロセスを利用して、エッチングを実施することができる。ウェット・エッチング・プロセスを利用する場合には、クラッディング層１８とバリヤ層３７との間において選択性のエッチング液を利用して、バリヤ層３７がエッチング停止層の働きをできるようにすることが望ましい。
【００６５】
層構造の両表面に金属層を被着させる。層構造の表面４２に被着した金属層にパターン形成を施して、ｐ電極５３０及び５４０が形成される。その層構造の他の表面上にある金属層にｎ電極５６０が備えられる。
【００６６】
そして、層構造が、個別の一体型レーザ及びＥＡＭへと分割される。
【００６７】
ｐ電極５４０とｎ電極５６０との間にバイアスがかかっていない場合には、ＥＡＭ５０４の制御領域５２０は、ＤＦＢレーザ５０２によって発生する光に対して透明になる。制御領域の半導体材料が、Ｖ族副格子上の原子の空間的に選択性のある混合により形成されるため、バンドギャップ・エネルギが量子井戸へテロ構造の量子井戸層の材料よりも大きくなる結果として、制御領域が透明になる。電極５４０及び５６０によって制御領域の両端に逆バイアスが印加されると、量子閉じ込めシュタルク効果（quantum-confined Stark effect）によって、制御領域の半導体材料の吸収端が長波長の方向にシフトされる。これによって、制御領域はＤＦＢによって発生する光を吸収するようになる。電極５４０と電極５６０との間に、数十ＧＨｚもの高い周波数の電気変調信号を加えることによって、ＤＦＢによって発生する光を変調することができる。
【００６８】
本明細書では、例証となる実施態様を用いて本発明を詳述している。しかしながら、添付の請求項によって定義される本発明が、説明した実施態様にそっくりそのまま制限されるものではないことはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明による半導体素子を製作することが可能な典型的な半導体層構造の端面図である。
【図２】Ａは、本発明による半導体素子の第１の例としての、埋め込みヘテロ構造導波路レーザの実施態様に関する端面図である。  Ｂは、Ａに示す埋め込みヘテロ構造導波路レーザの実施態様の線２Ｂ−２Ｂに沿った断面図である。
【図３】Ａは、図２Ａ及び２Ｂに示す埋め込みヘテロ構造導波路レーザの側方閉じ込め構造、及び、図１に示す層構造の対応する領域における、混合の促進前の窒素の比率の変化と基板からの距離との概略を比較したグラフである。  Ｂは、図２Ａ及び２Ｂに示す埋め込みヘテロ構造導波路レーザの側方閉じ込め構造、及び、図１に示す層構造の対応する領域における、混合の促進前のバンドギャップ・エネルギの変化と基板からの距離との概略を比較したグラフである。
【図４】半導体素子を製作するための本発明による方法の実施態様に関するフローチャートである。
【図５】Ａは、アクセプタ不純物の導入による、Ｖ族副格子上の原子の空間的に選択性のある混合の促進を例示した、図１に示す層構造の端面図である。  Ｂは、キャップド・アニールによる、Ｖ族副格子上の原子の空間的に選択性のある混合の促進を例示した、図１に示す層構造の端面図である。
【図６】Ａは、本発明による半導体素子の第２の例としての、電子吸収変調器（ＥＡＭ）と一体化した分布フィードバック・レーザの実施態様に関する平面図である。  Ｂ〜Ｄは、Ａに示す一体型分布フィードバック・レーザ及びＥＡＭの実施態様に関する、線６Ｂ−６Ｂと、線６Ｃ−６Ｃと、線６Ｄ−６Ｄとにそれぞれ沿った断面図である。
【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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