(57)【要約】【課題】リッジ導波路構造を有する光半導体装置及びその製造方法に関し、寄生容量の低減と横高次モード発振の抑制とを同時に実現可能な光半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】下部クラッド層１２と、キャリアを再結合させる活性層を含む光導波路層１４，１６，１８と、上部クラッド層２０と、コンタクト層２２とを有し、上部クラッド層２０は、コンタクト層２２に接し、第１の幅を有する第１のメサ部と、光導波路層１８に接し、第１の幅よりも広い第２の幅を有する第２のメサ部とを有するメサストライプ形状を有し、第１の幅、第２の幅及び第１のメサ部の厚さが、横高次モードが発振しないように設定されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成された下部クラッド層と、
前記下部クラッド層上に形成され、キャリアを再結合させる活性層を含む光導波路層と、
前記光導波路層上に形成された上部クラッド層と、
前記上部クラッド層上に形成されたコンタクト層とを有し、
前記上部クラッド層は、前記コンタクト層に接し、第１の幅を有する第１のメサ部と、前記光導波路層に接し、前記第１の幅よりも広い第２の幅を有する第２のメサ部とを有するメサストライプ形状を有し、前記第１の幅、前記第２の幅及び前記第１のメサ部の厚さが、横高次モードが発振しないように設定されている
ことを特徴とする光半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の光半導体装置において、
前記上部クラッド層の側面部分を埋め込むように形成された絶縁膜と、
前記コンタクト層上に形成されたストライプ状電極と、
前記絶縁膜上に形成され、前記ストライプ状電極に接続された引き出し電極及びパッド電極と
を更に有することを特徴とする光半導体装置。
【請求項３】
請求項１記載の光半導体装置において、
前記上部クラッド層の側面部分に形成されたパッシベーション膜と、
前記コンタクト層上に形成されたストライプ状電極と、
前記ストライプ状電極に接続された引き出し電極及びパッド電極とを更に有し、
前記パッシベーション膜と前記引き出し電極との間に空隙が形成されている
ことを特徴とする光半導体装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光半導体装置において、
前記光導波路層は、下部光閉じ込め層と、前記下部光閉じ込め層上に形成された前記活性層と、前記活性層上に形成された上部光閉じ込め層とを有する
ことを特徴とする光半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光半導体装置において、
前記活性層は、量子ドット又は量子細線とスペーサ層とを有する
ことを特徴とする光半導体装置。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光半導体装置において、
前記活性層は、量子井戸とバリア層とを有する
ことを特徴とする光半導体装置。
【請求項７】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光半導体装置において、
前記活性層は、バルク活性層である
ことを特徴とする光半導体装置。
【請求項８】
半導体基板上に、下部クラッド層と、キャリアを再結合させる活性層を含む光導波路層と、上部クラッド層と、コンタクト層とを順次形成する工程と、
第１のストライプ型エッチングマスクをマスクとして、前記コンタクト層及び前記上部クラッド層を、前記上部クラッド層のエッチング部分の残膜が所定の膜厚となるまでエッチングし、第１の幅の第１のメサ部を形成する工程と、
前記第１のメサ部を覆う第２のストライプ型エッチングマスクをマスクとして、少なくとも前記光導波路層が露出するまで前記上部クラッド層をエッチングし、前記第１の幅よりも広い第２の幅の第２のメサ部を形成する工程とを有し、
前記所定の膜厚、前記第１の幅及び前記第２の幅は、横高次モードが発振しないように設定する
ことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項８記載の光半導体装置の製造方法において、
前記第２のメサ部を形成する工程の後に、前記第１のメサ部及び前記第２のメサ部の側面部分を埋め込むように絶縁膜を形成する工程と、
前記コンタクト層上に形成された電極と、前記絶縁膜上に形成され、前記電極に電気的に接続された引き出し電極及びパッド電極とを形成する工程と
を更に有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項８又は９記載の光半導体装置の製造方法において、
前記第２のメサ部を形成する工程の後に、前記第１のメサ部及び前記第２のメサ部の側面部分に、パッシベーション膜を形成する工程と、
前記パッシベーション膜が形成された前記第１のメサ部及び前記第２のメサ部の側面部分を埋め込むように、前記パッシベーション膜に対して選択的に除去可能な選択除去膜を形成する工程と、
前記コンタクト層上に形成された電極と、前記選択除去膜上に形成され、前記電極に接続された引き出し電極と、前記引き出し電極に接続されたパッド電極とを形成する工程と、
前記引き出し電極下の前記選択除去膜を除去し、前記パッシベーション膜と前記引き出し電極との間に空隙を形成する工程と
を更に有することを特徴とする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、光半導体装置及びその製造方法に係り、特に、リッジ導波路構造を有する光半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速光通信用の半導体レーザとしては、埋め込みへテロ（ＢＨ：Buried Heterostrucure）構造や、リッジ構造が知られている。
【０００３】
埋め込みへテロ構造は、活性層を屈折率の異なる材料中に埋設し、屈折率の相違によって活性層中に光を閉じ込めるものである。埋め込みへテロ構造では、電流と光とを微小領域に縦横両方向で閉じ込めることによる低閾値発振と横単一モード化が可能である。
【０００４】
一方、リッジ構造は、活性層上にクラッド層のメサストライプが形成されただけの単純な構造であり、電流と光とを狭窄するための構造を簡単な製造方法によって実現することができる。このため、リッジ構造は、埋め込みへテロ構造と比較して製造コストを低減できるというメリットがある。
【０００５】
リッジ構造を有する従来の光半導体装置について、図１１を用いて説明する。
【０００６】
基板１００上には、下部クラッド層１０２と、下部光閉じ込め層１０４と、活性層１０６と、上部光閉じ込め層１０８と、上部クラッド層１１０と、コンタクト層１１２とが形成されている。コンタクト層１１２及び上部クラッド層１１０は、メサストライプ形状に加工されている。メサストライプは、上部光閉じ込め層１０８には達しておらず、上部クラッド層１１０の途中まで形成されている。メサストライプの側面及びクラッド層１１０の上面には、パッシベーション膜１１４が形成されている。基板１０の裏面及びコンタクト層１１２上には、電極１１６，１１８がそれぞれ形成されている。
【特許文献１】特開平０２−１７８９８９号公報
【特許文献２】特開平１０−１７８２００号公報
【特許文献３】特開平０８−２５５９３２号公報
【特許文献４】特開２００１−１２７３３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の通り、低コストの直接変調光源を実現するためには、リッジ構造が有望である。しかしながら、リッジ構造では、寄生容量の低減と横高次モード発振の抑制とを同時に実現することが困難であった。
【０００８】
図１１に示すリッジ構造の光半導体装置では、メサストライプの幅を２μｍ程度にすることにより、横高次モードの発振を抑制することができる。しかしながら、上部クラッド層１１０と下部クラッド層１０２との間に形成されるｐｉｎ接合が素子の全体に及んでいるため、寄生容量は非常に大きい。そのため、素子のＣＲ積で決定される周波数帯域が狭くなり、高速変調が困難となる。
【０００９】
素子の寄生容量を低減するためには、例えば図１２に示すように、上部クラッド層１１０を完全にエッチオフし、上部光閉じ込め層１０８に達するメサストライプを構成することが有効である。しかしながら、この構造では、光の閉じ込めが強くなりすぎるため、横高次モードが発振しやすい。
【００１０】
また、電極形成時にメサストライプを電極材料が覆っていると、染み出した光が電極材料による吸収を受け、発振閾値が増加することがあった。
【００１１】
本発明の目的は、寄生容量の低減と横高次モード発振の抑制とを同時に実現可能な光半導体装置及びその製造方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、電極材料に起因する発振閾値の増加を防止しうる光半導体装置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】
【００１２】
本発明の一観点によれば、半導体基板上に形成された下部クラッド層と、前記下部クラッド層上に形成され、キャリアを再結合させる活性層を含む光導波路層と、前記光導波路層上に形成された上部クラッド層と、前記上部クラッド層上に形成されたコンタクト層とを有し、前記上部クラッド層は、前記コンタクト層に接し、第１の幅を有する第１のメサ部と、前記光導波路層に接し、前記第１の幅よりも広い第２の幅を有する第２のメサ部とを有するメサストライプ形状を有し、前記第１の幅、前記第２の幅及び前記第１のメサ部の厚さが、横高次モードが発振しないように設定されている光半導体装置が提供される。
【００１３】
また、本発明の他の観点によれば、半導体基板上に、下部クラッド層と、キャリアを再結合させる活性層を含む光導波路層と、上部クラッド層と、コンタクト層とを順次形成する工程と、第１のストライプ型エッチングマスクをマスクとして、前記コンタクト層及び前記上部クラッド層を、前記上部クラッド層のエッチング部分の残膜が所定の膜厚となるまでエッチングし、第１の幅の第１のメサ部を形成する工程と、前記第１のメサ部を覆う第２のストライプ型エッチングマスクをマスクとして、少なくとも前記光導波路層が露出するまで前記上部クラッド層をエッチングし、前記第１の幅よりも広い第２の幅の第２のメサ部を形成する工程とを有し、前記所定の膜厚、前記第１の幅及び前記第２の幅は、横高次モードが発振しないように設定する光半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、上部クラッド層を、コンタクト層に接する第１のメサ部と、光導波路層に接し、第１のメサ部よりも幅の広い第２のメサ部とを有するメサストライプにより構成するので、ｐｉｎ接合の面積、すなわち素子の寄生容量を大幅に低減することができる。これにより、周波数帯域幅を増加することができる。また、第１のメサ部の幅、第２のメサ部の幅、第２のメサ部の厚さを適宜設定することにより、横高次モードの発振を抑制することができる。
【００１５】
また、メサストライプの側面部分に絶縁膜を埋め込むことにより、或いは、メサストライプ上の電極とパッド電極とをエアブリッジ構造で接続するので、活性層から染み出した光が電極材料に吸収されて発振閾値が増加することを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の一実施形態による光半導体装置及びその製造方法について図１乃至図１０を用いて説明する。
【００１７】
図１は本実施形態による光半導体装置の構造を示す概略断面図、図２は本実施形態による光半導体装置の構造を示す斜視図、図３及び図４はレーザの電流−光出力特性をシミュレーションにより求めた結果を示すグラフ、図５は上部クラッド層の形状と３ｄＢ周波数帯域幅との関係を示すグラフ、図６はメサストライプの幅と横高次モードの発振条件との関係を示すグラフ、図７はメサストライプの形状と横高次モードの発振条件との関係を示すグラフ、図８乃至図１０は本実施形態による光半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【００１８】
はじめに、本実施形態による光半導体装置の構造について図１を用いて説明する。
【００１９】
図１（ａ）に示すように、ｎ−ＧａＡｓよりなる基板１０上には、ｎ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓよりなる下部クラッド層１２と、アンドープＧａＡｓよりなる下部光閉じ込め層１４と、活性層１６と、アンドープＧａＡｓよりなる上部光閉じ込め層１８と、ｐ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓよりなる上部クラッド層２０と、ｐ−ＧａＡｓよりなるコンタクト層２２とが形成されている。
【００２０】
活性層１６は、例えば図１（ｂ）に示すように、ＩｎＡｓ量子ドット１６ａがＩｎ0.17Ｇａ0.83Ａｓ層１６ｂで埋め込まれてなる量子ドット層１６ｃを、アンドープＧａＡｓよりなるスペーサ層１６ｄを介して積層した量子ドット活性層である。
【００２１】
上部クラッド層２０及びコンタクト層２２は、メサストライプ形状を有している。上部クラッド層２０は、上部光閉じ込め層１８に接する部分では、コンタクト層２２に接する部分の幅よりも広くなっている。上部クラッド層２０は、上部光閉じ込め層１８上の全面には形成されていない。すなわち、上部クラッド層２０は、コンタクト層２２に接する第１のメサ部と、上部光閉じ込め層１８に接し、第１のメサ部よりも幅の広い第２のメサ部とからなるメサストライプを有している。
【００２２】
メサストライプの側面部分には、屈折率が上部クラッド層２０よりも小さい材料よりなるパッシベーション膜２８が形成されている。パッシベーション膜２８上には、絶縁膜３０が埋め込まれている。コンタクト層２２上には、ｐ側電極３８が形成されている。また、基板１０の裏面には、ｎ側電極４４が形成されている。
【００２３】
ｐ側電極３８は、図２（ａ）に示すように、引き出し電極４２を介してパッド電極４０に接続されている。パッド電極４０は、ワイヤー付着用の電極である。メサストライプの側面部分には、誘電率がパッシベーション膜２８の誘電率以下の材料よりなる絶縁膜３０が埋め込まれており、引き出し電極４２及びパッド電極４０はこの絶縁膜３０上に形成されている。
【００２４】
このように、本実施形態による光半導体装置は、上部クラッド層２０が、コンタクト層２２に接する第１のメサ部と、上部光閉じ込め層１８に接し、第１のメサ部よりも幅の広い第２のメサ部とからなるメサストライプを有していることを一つの特徴としている。以下に、上部クラッド層をこのような形状にする理由について説明する。
【００２５】
上部クラッド層２０を、上部光閉じ込め層１８に達するメサストライプ形状とすることにより、ｐｉｎ接合はメサストライプの部分にのみ存在することとなる。したがって、図１１に示すような上部光閉じ込め層１８に接する部分の全面に上部クラッド層２０を残存する光半導体装置と比較して、素子の寄生容量を大幅に低減することができる。
【００２６】
また、上部クラッド層２０の第２のメサ部の幅（光閉じ込め層に接する部分の幅）を、第１のメサ部の幅（コンタクト層２２に接する部分の幅）よりも広くすることにより、図１２に示すような均一幅のメサストライプを有する従来の光半導体装置と比較して、光の閉じ込めを弱くすることができる。これにより、横高次モードの発生を抑制することができる。
【００２７】
図３は、上部クラッド層２０が、上部光閉じ込め層１８に達する幅一定のメサストライプ形状である場合（図１２に示す従来構造）の、レーザの電流−光出力特性をシミュレーションにより求めた結果を示すグラフである。メサストライプの幅は、４μｍとした。また、図４は、上部クラッド層２０が、コンタクト層に接する第１のメサ部と上部光閉じ込め層に接する第２のメサ部とを有し、第２のメサ部の幅が第１のメサ部の幅よりも広いメサストライプ形状である場合（本発明の構造）の、レーザの電流−光出力特性をシミュレーションにより求めた結果を示すグラフである。メサストライプの幅は、上部光閉じ込め層に接する部分を１０μｍ、コンタクト層２２に接する部分を４μｍとした。
【００２８】
メサストライプの幅が一定の場合、図３に示すように、基本モードが発振した後に高次モードが発振していることが判る。これに対し、上部光閉じ込め層１８に接する部分の幅がコンタクト層２２に接する部分の幅よりも広いメサストライプの場合、図４に示すように、発振しているのは基本モードのみである。
【００２９】
図５は、上部クラッド層２０が、コンタクト層に接する第１のメサ部と上部光閉じ込め層に接する第２のメサ部とを有し、第２のメサ部の幅が第１のメサ部の幅よりも広いメサストライプ形状である場合と、上部光閉じ込め層１８に接する部分の全面に上部クラッド層２０を残存する場合とにおける、３ｄＢ周波数帯域幅を示すグラフである。なお、上部光閉じ込め層１８に達するメサストライプ形状では、上部光閉じ込め層１８に接する上部クラッド層２０の幅ｗ２を１０μｍ一定とし、コンタクト層２２に接する部分の幅ｗ１を２μｍ、３μｍ、又は４μｍとした。また、上部クラッド層２０を全面に残すメサストライプ形状においても、コンタクト層２２に接する部分の幅ｗ１を２μｍ、３μｍ、４μｍとした。
【００３０】
図５に示すように、上部光閉じ込め層１８に接する部分の全面に上部クラッド層２０を残存したメサストライプでは３ｄＢ周波数帯域幅が約１ＧＨｚであるのに対し、コンタクト層に接する第１のメサ部と上部光閉じ込め層に接する第２のメサ部とを有し、第２のメサ部の幅が第１のメサ部の幅よりも広いメサストライプでは、ｗ１が２μｍの場合で約１３ＧＨｚ、ｗ１が４μｍ場合で約１６．５ＧＨｚと、極めて広い周波数帯域幅を得ることができた。
【００３１】
メサストライプの形状を規定するパラメータのうち、横高次モードの発振に密接に関係するのは、主として、コンタクト層２２に接する部分の幅ｗ１、上部光閉じ込め層１８に接する部分の幅ｗ２、上部光閉じ込め層１８に接する部分の厚さｄである。
【００３２】
本願発明者等がこれらパラメータの関係について検討を行ったところ、厚さｄが０．４μｍの場合、横高次モードが発振しないようにするには、幅ｗ１が２μｍのときに幅ｗ２を５μｍ以上に、幅ｗ１が３μｍのときに幅ｗ２を７μｍ以上に、幅ｗ１が４μｍのときに幅ｗ２を８μｍ以上に、それぞれ設定する必要があった。
【００３３】
また、厚さｄが０．２μｍと薄くなった場合、横高次モードが発振しないようにするには、幅ｗ１が２μｍのときに幅ｗ２を５μｍ以上に、幅ｗ１が３μｍのときに幅ｗ２を７μｍ以上に、幅ｗ１が４μｍのときに幅ｗ２を１０μｍ以上に、それぞれ設定する必要があった。
【００３４】
更に、厚さｄが０．１μｍと更に薄くなった場合、横高次モードが発振しないようにするに、は、幅ｗ１が２μｍのときに幅ｗ２を７μｍ以上にする必要があった。幅ｗ１が３μｍ以上では、横高次モードの発振を抑えることができなかった。
【００３５】
上記関係をグラフ化すると、図６のようになる。図中、△印は厚さｄが０．１μｍの場合、○印は厚さｄが０．２μｍの場合、□印は厚さｄが０．４μｍの場合である。
【００３６】
これらプロットを直線回帰すると、回帰直線の左上の領域が横高次モード非発振の領域となり、右下の領域が横高次モードの発振する領域となる。また、厚さｄが０．２μｍの場合の回帰直線の傾き（ｗ２／ｗ１）は約２．５、厚さｄが０．４μｍの場合の回帰直線の傾き（ｗ２／ｗ１）は約１．５となる。
【００３７】
これらの結果に基づき、幅ｗ１に対する幅ｗ２の割合（ｗ２／ｗ１）と厚さｄとの関係をグラフ化すると、図７のようになる。図７のプロットを直線回帰すると、回帰直線の右上の領域が横高次モード非発振の領域となり、左下の領域が横高次モードの発振する領域となる。このときの回帰直線の方程式は、
（ｗ２／ｗ１） ＝ −６．４ｄ ＋ ４
となる。したがって、図７のグラフにおいて回帰直線よりも右上の領域に位置するように、幅ｗ１［μｍ］、幅ｗ２［μｍ］、厚さｄ［μｍ］が、
（ｗ２／ｗ１） ＞ −６．４ｄ ＋ ４
の関係を満たすように設定すれば、横高次モードを抑えることができるものと考えられる。
【００３８】
上述した通り、メサ形状を規定するパラメータは互いに影響するものであり、各パラメータを個別に規定することは困難である。横高次モードの発振を防止するためには、これらパラメータの関係を考慮したうえで適宜設定する必要がある。また、幅ｗ２は、広いほど横高次モードの発振を抑制する効果があるが、幅ｗ２を広くするほどに寄生容量は増加する。したがって、幅ｗ２の上限は、必要とする周波数帯域幅に応じて適宜設定することが望ましい。
【００３９】
また、本実施形態による光半導体装置は、図２（ａ）に示すように、メサストライプの側面部分に絶縁膜３０が埋め込まれており、ｐ側電極３８に接続される引き出し電極４２及びパッド電極４０が絶縁膜３０上に形成されていることにも特徴がある。このようにしてｐ側電極３８とパッド電極４０とを引き出し電極４２により接続することにより、メサストライプの側面部分が電極材料により覆わることはない。したがって、活性層１６から染み出した光が電極材料に吸収されて発振閾値が増加することを防止できる。
【００４０】
或いは、図２（ｂ）に示すように、パッシベーション膜２８と引き出し電極４２との間に空隙が設けられたエアブリッジ構造としてもよい。エアブリッジ構造においても、メサストライプの側面部分が電極材料により覆われないため、染み出した光が電極材料に吸収されて発振閾値が増加することを防止できる。
【００４１】
次に、本実施形態による光半導体装置の製造方法について図８乃至図１０を用いて説明する。以下では、１．３μｍ帯の量子ドットレーザに本発明を適用した一例を示す。
【００４２】
まず、例えばｎ−ＧａＡｓ（Ｓｉ：１×１０18ｃｍ-3）よりなる基板１０上に、ＭＢＥ法により、例えば膜厚１．４μｍのｎ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ（Ｓｉ：１×１０18ｃｍ-3）よりなる下部クラッド層１２と、例えば膜厚１１４ｎｍのアンドープＧａＡｓよりなる下部光閉じ込め層１４と、活性層１６と、例えば膜厚１１４ｎｍのアンドープＧａＡｓよりなる上部光閉じ込め層１８と、例えば膜厚１．４μｍのｐ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ（Ｂｅ：１×１０18ｃｍ-3）よりなる上部クラッド層２０と、例えば膜厚０．４μｍのｐ−ＧａＡｓ（Ｂｅ：１×１０19ｃｍ-3）よりなるコンタクト層２２とを成長する（図８（ａ））。
【００４３】
なお、活性層１６は、例えば図１（ｂ）に示すように、例えばＩｎ0.17Ｇａ0.83Ａｓ層１６ｂで埋め込まれたＩｎＡｓ量子ドット１６ａからなる３層の量子ドット層１６ｃを、例えば膜厚３０ｎｍのアンドープＧａＡｓよりなるスペーサ層１６ｄを介して積層することにより形成する。
【００４４】
次いで、全面に、例えばＣＶＤ法により、例えば膜厚３００ｎｍのＳｉＯ2膜を堆積する。
【００４５】
次いで、フォトリソグラフィー及びウェットエッチングにより、このＳｉＯ2膜をパターニングし、ＳｉＯ2膜よりなる幅６μｍのストライプ型のエッチングマスク２４を形成する。
【００４６】
次いで、エッチングマスク２４をマスクとして、リン酸系エッチング液を用いたウェットエッチングにより、コンタクト層２２及び上部クラッド層２０をエッチングする。この際、上部クラッド層２０は、上部光閉じ込め層１８上まで除去せずに途中でエッチングを停止し、０．２μｍ程度残るようにする。こうして、第１のメサ部を形成する。なお、エッチングは横方向にも進行するため、エッチング後の最終的なメサの幅は約４μｍとなる（図８（ｂ））。
【００４７】
次いで、例えばフッ酸系水溶液を用いたウェットエッチングにより、エッチングマスク２４を除去する。
【００４８】
次いで、全面に、例えばＣＶＤ法により、例えば膜厚３００ｎｍのＳｉＯ2膜を堆積する。
【００４９】
次いで、フォトリソグラフィー及びウェットエッチングにより、このＳｉＯ2膜をパターニングし、ＳｉＯ2膜よりなる幅１０μｍのストライプ型のエッチングマスク２６を形成する。これにより、エッチングマスク２４を用いて形成した第１のメサ部は、エッチングマスク２６により覆われる。
【００５０】
次いで、エッチングマスク２６をマスクとして、リン酸系エッチング液を用いたウェットエッチングにより、エッチングマスク２６により覆われていない領域のクラッド層２０を完全に除去する（図８（ｃ））。こうして、第２のメサ部を形成する。なお、上部光閉じ込め層１８がエッチングされても差し支えない。
【００５１】
次いで、例えばフッ酸系水溶液を用いたウェットエッチングにより、エッチングマスク２６を除去する。
【００５２】
次いで、全面に、例えばＣＶＤ法により、例えば膜厚５００ｎｍのＳｉＯ2膜を堆積し、ＳｉＯ2膜よりなるパッシベーション膜２８を形成する。
【００５３】
次いで、例えばポリイミドをスピンコートにより塗布した後、このポリイミドをアッシングしてメサストライプの頂部を露出することにより、メサストライプの両側に、ポリイミドよりなる絶縁膜３０を埋め込む（図９（ａ））。なお、ポリイミドの代わりに、ハードベークしたレジスト膜を形成してもよい。
【００５４】
次いで、フォトリソグラフィー及びウェットエッチングにより、パッシベーション膜２８をパターニングし、メサストライプ上のコンタクト層２２を露出する。
【００５５】
次いで、例えば真空蒸着法により、メサストライプ上に露出したコンタクト層２２上に、ＡｕＺｎ電極３２を形成する。
【００５６】
次いで、全面に、例えば真空蒸着法により、Ｐｔ／Ｔｉ膜３４を形成する。
【００５７】
次いで、メサストライプ上及びパッド形成領域のＰｔ／Ｔｉ膜３４上に、めっき法により、Ａｕ膜３６を形成する（図９（ｂ））。
【００５８】
次いで、Ａｕ膜３６が形成されていない領域のＰｔ／Ｔｉ膜３４を除去し、メサストライプ上及びパッド形成領域に、ＡｕＺｎ電極３２、Ｐｔ／Ｔｉ膜３４及びＡｕ膜３６よりなるｐ側電極３８を形成する（図１０（ａ））。
【００５９】
これにより、メサストライプ上のｐ側電極３８とパッド電極４０とを接続する引き出し電極４２は、絶縁膜３０上に形成される（図２（ａ））。したがって、メサストライプの側面部分が電極材料により覆われず、染み出した光が電極材料に吸収されて発振閾値が増加することを防止できる。
【００６０】
なお、絶縁膜３０をハードベークしたレジストなど、後工程で選択的に除去可能な物質により構成した場合には、絶縁膜３０を除去するようにしてもよい。これにより、メサストライプとパッド電極４０とを接続する引き出し電極４２の真下部分を空気とするエアブリッジ構造が構成される（図２（ｂ））。この場合、パッド領域には、上部クラッド層２０又は上部クラッド層２０及びコンタクト層２２を残存しておく。エアブリッジ構造においても、メサストライプの側面部分が電極材料により覆われないため、染み出した光が電極材料に吸収されて発振閾値が増加することを防止できる。
【００６１】
次いで、基板１０の裏面を研磨し、基板１０の厚さを例えば１００μｍまで薄くする。
【００６２】
次いで、基板１０の研磨面上に、真空蒸着法によりＡｕ／ＡｕＧｅ膜を堆積後、Ａｕ膜をめっき法により堆積し、Ａｕ／Ａｕ／ＡｕＧｅ膜よりなるｎ側電極４４を形成する（図１０（ｂ））。
【００６３】
この後、基板１０を劈開して、素子が完成する。
【００６４】
このように、本実施形態によれば、上部クラッド層２０を、コンタクト層２２に接する第１のメサ部と、上部光閉じ込め層１８に接し、第１のメサ部よりも幅の広い第２のメサ部とを有するメサストライプにより構成するので、ｐｉｎ接合の面積、すなわち素子の寄生容量を大幅に低減することができる。これにより、周波数帯域幅を増加することができる。また、第１のメサ部の幅、第２のメサ部の幅、第２のメサ部の厚さを適宜設定することにより、横高次モードの発振を抑制することができる。
【００６５】
また、メサストライプの側面部分に絶縁膜を埋め込むことにより、或いは、メサストライプ上の電極とパッド電極とをエアブリッジ構造で接続するので、活性層から染み出した光が電極材料に吸収されて発振閾値が増加することを防止できる。
【００６６】
［変形実施形態］
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【００６７】
例えば、上記実施形態では、１．３μｍ帯の量子ドットレーザを例にして本発明を説明したが、本発明は他の光半導体装置にも適用することができる。例えば、上記実施形態では、量子ドット活性層を光閉じ込め層により挟んだ構造を適用したが、キャリアを再結合させる活性層を含む光導波路層であれば、他の構造を適用してもよい。
【００６８】
また、活性層は、量子ドット活性層のほか、バルク活性層、量子井戸活性層、量子細線活性層等により構成することができる。量子井戸活性層の場合、量子井戸層とバリア層とにより、活性層を構成することができる。量子細線活性層又は量子ドット活性層の場合、量子細線又は量子ドットとスペーサ層とにより、活性層を構成することができる。
【００６９】
また、素子を構成する材料系としては、上述のＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系のほか、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系等を適用することができる。
【００７０】
また、上記実施形態では、メサストライプの側面部分を垂直形状としたが、必ずしも垂直形状とする必要はない。メサストライプの側面部分がテーパ形状であっても、上部光閉じ込め層に接する部分の幅とコンタクト層に接する部分の幅とが不連続に変化する２段階のメサストライプ形状であれば、上記実施形態と同様の効果を奏する。
【００７１】
また、上記実施形態では、上部光閉じ込め層に接する部分の幅がコンタクト層に接する部分の幅よりも広くなっている２段階のメサストライプ形状を有する上部クラッド層を構成したが、３段階以上のメサストライプ形状を有する上部クラッド層を構成してもよい。
【００７２】
また、上記実施形態では、上部光閉じ込め層に達するメサストライプを形成したが、下部クラッド層に達するメサストライプを形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の一実施形態による光半導体装置の構造を示す概略断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による光半導体装置の構造を示す斜視図である。
【図３】従来の光半導体装置の電流−光出力特性をシミュレーションにより求めた結果を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施形態による光半導体装置の電流−光出力特性をシミュレーションにより求めた結果を示すグラフである。
【図５】上部クラッド層の形状と３ｄＢ周波数帯域幅との関係を示すグラフである。
【図６】メサストライプの幅と横高次モードの発振条件との関係を示すグラフである。
【図７】メサストライプの形状と横高次モードの発振条件との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の一実施形態による光半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図９】本発明の一実施形態による光半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図１０】本発明の一実施形態による光半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その３）である。
【図１１】従来の光半導体装置の構造を示す概略断面図である。
【図１２】従来の他の光半導体装置の構造を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０…基板
１２…下部クラッド層
１４…下部光閉じ込め層
１６…活性層
１８…上部光閉じ込め層
２０…上部クラッド層
２２…コンタクト層
２４，２６…エッチングマスク
２８…パッシベーション膜
３０…絶縁膜
３２…ＡｕＺｎ膜
３４…Ｐｔ／Ｔｉ膜
３６…Ａｕ膜
３８…ｐ側電極
４０…パッド電極
４２…引き出し電極
４４…ｎ側電極
１００…基板
１０２…下部クラッド層
１０４…下部光閉じ込め層
１０６…活性層
１０８…上部光閉じ込め層
１１０…上部クラッド層
１１２…コンタクト層
１１４…パッシベーション膜
１１６，１１８…電極
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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