(57)【要約】【課題】窓領域への電流注入及び窓領域における自由キャリア吸収損失を効果的に抑制しうる光半導体素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】第１導電型の第１のクラッド層と、第１のクラッド層上に形成された活性層と、活性層上に形成された第２導電型の第２のクラッド層とを有し、対向する一対の端部に不純物の添加によって活性層のエネルギーバンドギャップが広げられた窓領域が形成された積層構造体を有し、第１のクラッド層及び第２のクラッド層のうちの一方は、第１の層と、活性層と第１の層との間に設けられ、第１の層よりもキャリア濃度の低い第２の層とを有し、窓領域が設けられた部分の第２の層の導電型が窓領域を形成する不純物によって反転している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成された第２導電型の第２のクラッド層とを有し、対向する一対の端部に不純物の添加によって前記活性層のエネルギーバンドギャップが広げられた窓領域が形成された積層構造体を有し、
前記第１のクラッド層及び前記第２のクラッド層のうちの一方は、第１の層と、前記活性層と前記第１の層との間に設けられ、前記第１の層よりもキャリア濃度の低い第２の層とを有し、前記窓領域が設けられた部分の前記第２の層の導電型が前記不純物によって反転している
ことを特徴とする光半導体素子。
【請求項２】
請求項１記載の光半導体素子において、
前記窓領域の前記不純物の濃度は、前記第２の層のキャリア濃度よりも高く、前記第１の層のキャリア濃度よりも低い
ことを特徴とする光半導体素子。
【請求項３】
請求項１又は２記載の光半導体素子において、
前記第２の層のキャリア濃度をＸ２、前記窓領域の前記不純物の濃度をＹとして、Ｙ−Ｘ２≧１×１０１７ｃｍ−３の関係を満たしている
ことを特徴とする光半導体素子。
【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素子において、
前記窓領域の前記不純物の濃度は、５×１０１７ｃｍ−３以下である
ことを特徴とする光半導体素子。
【請求項５】
第１導電型の半導体基板上に、第１導電型を有する第１の下部クラッド層を形成する工程と、
前記第１のクラッド層上に、前記第１導電型を有し、前記第１の下部クラッド層よりもキャリア濃度の低い第２の下部クラッド層を形成する工程と、
前記第２の下部クラッド層上に、活性層を形成する工程と、
前記活性層上に、第２導電型を有する上部クラッド層を形成する工程と、
共振器を形成するための一対の端面となる領域の近傍の前記活性層及び前記第２の下部クラッド層に第２導電型の不純物を添加し、不純物を添加した領域の前記活性層のエネルギーバンドギャップを他の領域の前記活性層のエネルギーバンドギャップよりも広げるとともに、前記不純物を添加した領域の前記第２の下部クラッド層の導電型を反転させる工程と
を有することを特徴とする光半導体素子の製造方法。
【請求項６】
第１導電型の半導体基板上に、第１導電型を有する下部クラッド層を形成する工程と、
前記下部クラッド層上に、活性層を形成する工程と、
前記活性層上に、第２導電型を有する第１の上部クラッド層を形成する工程と、
前記第１の上部クラッド層上に、前記第２導電型を有し、前記第１の上部クラッド層よりキャリア濃度の高い第２の上部クラッド層を形成する工程と、
共振器を形成するための一対の端面となる領域の近傍の前記活性層及び前記第１の上部クラッド層に第１導電型の不純物を添加し、不純物を添加した領域の前記活性層のエネルギーバンドギャップを他の領域の前記活性層のエネルギーバンドギャップよりも広げるとともに、前記不純物を添加した領域の前記第１の上部クラッド層の導電型を反転させる工程と
を有することを特徴とする光半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光半導体素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザの高出力化を阻害する要因として、破壊的光学損傷（Catastrophic Optical Damage：ＣＯＤ）と呼ばれる現象が挙げられる。ＣＯＤとは、半導体レーザの出射端面における非発光再接合による端面温度の上昇と、温度上昇に伴うエネルギーバンドギャップの狭小化による光吸収の増大との相乗効果により、最終的には端面が溶解して瞬時劣化する現象である。
【０００３】
ＣＯＤに対しては、レーザ共振器の端面近傍の活性層のバンドギャップを大きくして端面におけるレーザ光の吸収を小さくした構造、いわゆる端面窓構造が有効であることが知られている。端面窓構造は、例えば、出射端面近傍に亜鉛などの不純物を拡散し、出射端面近傍の活性層を無秩序化してバンドギャップを広げることにより形成される。
【０００４】
端面窓構造を有する半導体レーザにおいて利得部（窓領域以外の領域）と同じように窓領域にも電流注入を行うと、窓領域ではエネルギーバンドギャップが異なるため注入された電子−ホールペアがレーザ発振に寄与することができず、無効電流となってしまう。また、注入されたキャリアが表面準位を介して非発光再結合を起こし発熱するため、エネルギーバンドギャップが狭くなって端面窓構造の効果を打ち消してしまう。
【０００５】
そこで、このような不具合を改善するものとして、窓領域に電流ブロック層を設けて窓領域への電流注入を抑制する方法が提案されている。例えば、リッジ導波路の窓領域上に選択的に電流ブロック層を設ける方法や、窓領域を形成する不純物によってクラッド層の導電型を反転して電流ブロック層とする方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０３−２０８３８８号公報
【特許文献２】特開平１１−１１２０７８号公報
【特許文献３】特開２００７−０６６９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、リッジ導波路の窓領域上に選択的に電流ブロック層を設ける方法は、３回の結晶成長工程を要するため量産性に劣っていた。また、リッジ導波路上に凹凸が形成されるため、ジャンクションダウン組立を行う際に端面部にストレスが印加され、信頼性が低下することがあった。また、クラッド層の導電型を反転する方法では、クラッド層の導電型を反転するために高濃度の窓領域を形成するが、活性層周辺に存在する高濃度不純物によって自由キャリア吸収損失が増加することがあった。
【０００８】
本発明の目的は、ジャンクションダウン組立が容易であり、窓領域への電流注入及び窓領域における自由キャリア吸収損失を効果的に抑制しうる光半導体素子を提供することにある。また、簡便な製造プロセスによってそのような光半導体素子を製造しうる光半導体素子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】
【０００９】
実施形態の一観点によれば、第１導電型の第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成された第２導電型の第２のクラッド層とを有し、対向する一対の端部に不純物の添加によって前記活性層のエネルギーバンドギャップが広げられた窓領域が形成された積層構造体を有し、前記第１のクラッド層及び前記第２のクラッド層のうちの一方は、第１の層と、前記活性層と前記第１の層との間に設けられ、前記第１の層よりもキャリア濃度の低い第２の層とを有し、前記窓領域が設けられた部分の前記第２の層の導電型が前記不純物によって反転している光半導体素子が提供される。
【００１０】
また、実施形態の他の観点によれば、第１導電型の半導体基板上に、第１導電型を有する第１の下部クラッド層を形成する工程と、前記第１のクラッド層上に、前記第１導電型を有し、前記第１の下部クラッド層よりもキャリア濃度の低い第２の下部クラッド層を形成する工程と、前記第２の下部クラッド層上に、活性層を形成する工程と、前記活性層上に、第２導電型を有する上部クラッド層を形成する工程と、共振器を形成するための一対の端面となる領域の近傍の前記活性層及び前記第２の下部クラッド層に第２導電型の不純物を添加し、不純物を添加した領域の前記活性層のエネルギーバンドギャップを他の領域の前記活性層のエネルギーバンドギャップよりも広げるとともに、前記不純物を添加した領域の前記第２の下部クラッド層の導電型を反転させる工程とを有する光半導体素子の製造方法が提供される。
【００１１】
また、実施形態の更に他の観点によれば、第１導電型の半導体基板上に、第１導電型を有する下部クラッド層を形成する工程と、前記下部クラッド層上に、活性層を形成する工程と、前記活性層上に、第２導電型を有する第１の上部クラッド層を形成する工程と、前記第１の上部クラッド層上に、前記第２導電型を有し、前記第１の上部クラッド層よりキャリア濃度の高い第２の上部クラッド層を形成する工程と、共振器を形成するための一対の端面となる領域の近傍の前記活性層及び前記第１の上部クラッド層に第１導電型の不純物を添加し、不純物を添加した領域の前記活性層のエネルギーバンドギャップを他の領域の前記活性層のエネルギーバンドギャップよりも広げるとともに、前記不純物を添加した領域の前記第１の上部クラッド層の導電型を反転させる工程とを有する光半導体素子の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
開示の光半導体素子及びその製造方法によれば、共振器を形成する端面となる領域の近傍に不純物を添加する簡便な製造プロセスにより、端面窓構造を形成するとともに、窓領域の電流注入を抑制する電流ブロック層を形成することができる。また、電流ブロック層は、上部クラッド層又は下部クラッド層の一部の領域の導電型を反転することにより形成するため、リッジ導波路構造上を平坦にすることができる。これにより、ジャンクションダウン組立を行う場合に端面部にストレスが加わるのを防止することができ、光半導体素子の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、第１実施形態による光半導体素子の構造を示す斜視図である。
【図２】図２は、第１実施形態による光半導体素子の製造方法を示す斜視図（その１）である。
【図３】図３は、第１実施形態による光半導体素子の製造方法を示す斜視図（その２）である。
【図４】図４は、第１実施形態による光半導体素子の製造方法を示す斜視図（その３）である。
【図５】図５は、第１実施形態による光半導体素子の製造方法を示す斜視図（その４）である。
【図６】図６は、第１実施形態による光半導体素子の製造方法を示す斜視図（その５）である。
【図７】図７は、第２実施形態による光半導体素子の構造を示す斜視図である。
【図８】図８は、第２実施形態による光半導体素子の製造方法を示す斜視図（その１）である。
【図９】図９は、第２実施形態による光半導体素子の製造方法を示す斜視図（その２）である。
【図１０】図１０は、第２実施形態による光半導体素子の製造方法を示す斜視図（その３）である。
【図１１】図１１は、第２実施形態による光半導体素子の製造方法を示す斜視図（その４）である。
【図１２】図１２は、第２実施形態による光半導体素子の製造方法を示す斜視図（その５）である。
【図１３】図１３は、第３実施形態による光半導体素子の構造を示す斜視図である。
【図１４】図１４は、第３実施形態による光半導体素子の製造方法を示す斜視図（その１）である。
【図１５】図１５は、第３実施形態による光半導体素子の製造方法を示す斜視図（その２）である。
【図１６】図１６は、第３実施形態による光半導体素子の製造方法を示す斜視図（その３）である。
【図１７】図１７は、第３実施形態による光半導体素子の製造方法を示す斜視図（その４）である。
【図１８】図１８は、第３実施形態による光半導体素子の製造方法を示す斜視図（その５）である。
【図１９】図１９は、第３実施形態による光半導体素子の製造方法を示す斜視図（その６）である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［第１実施形態］
第１実施形態による光半導体素子及びその製造方法について図１乃至図６を用いて説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態による光半導体素子の構造を示す斜視図である。図２乃至図６は、本実施形態による光半導体素子の製造方法を示す斜視図である。
【００１６】
はじめに、本実施形態による光半導体素子の構造について図１を用いて説明する。
【００１７】
ｎ−ＧａＡｓ基板１０上には、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１２、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１４，１６、ＭＱＷ活性層２０、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２２、及びｐ−ＧａＡｓコンタクト層２８が順次形成されている。
【００１８】
ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２８及びｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２２は、リッジ形状に加工されており、リッジ導波路構造４０を形成している。これら半導体層の積層構造体は、リッジ導波路構造４０が所定の長さになるようにリッジ導波路構造４０と交差する方向に劈開されており、一対の端面によって共振器を形成している。リッジ導波路構造４０の両端面部のｐ−ＧａＡｓコンタクト層２８、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２２、ＭＱＷ活性層２０、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１６及びｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１４には、窓領域３６が形成されている。窓領域３６は、Ｚｎが選択的に添加された領域であり、Ｚｎの添加によってＭＱＷ活性層２０のＭＱＷ構造が無秩序化され、他の領域よりもＭＱＷ活性層２０のエネルギーバンドギャップが広がっている。
【００１９】
ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１６は、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１４よりもキャリア濃度が低くなっており、窓領域３６が形成された領域のｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１６の導電型は、Ｎ型からＰ型に反転している。窓領域３６が形成された領域のｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１４の導電型は、Ｎ型のままである。
【００２０】
リッジ導波路構造４０の側面部には、パッシベーション膜４２が形成されている。リッジ導波路構造４０のｐ−ＧａＡｓコンタクト層２８上には、Ｐ型電極４６が形成されている。また、ｎ−ＧａＡｓ基板１０の裏面には、Ｎ型電極４４が形成されている。
【００２１】
このように、本実施形態による光半導体素子は、下部クラッド層が、第１の膜（ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１４）と、第１の膜よりもキャリア濃度の低い第２の膜（ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１６）とを有している。そして、窓領域３６が形成された領域の第２の膜の導電型が反転しており、窓領域３６が形成された領域の第１の膜とは逆導電型になっている。これにより、窓領域３６の第２の膜が電流ブロック層として機能する。
【００２２】
各層のキャリア濃度の関係は、Ｘ１＞Ｙ＞Ｘ２と表すことができる。ここで、Ｘ１は第１の膜（ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１４）のキャリア濃度、Ｘ２は第２の膜（ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１６）、Ｙは窓領域３６内のＺｎの濃度である。
【００２３】
電流ブロック層としての機能を十分に確保するためには、第２の膜の導電型が十分に反転していることが求められる。かかる観点から、Ｙ−Ｘ２≧１×１０１７ｃｍ−３の関係を満たすことが望ましい。また、不純物を添加して窓領域３６を形成する場合、自由キャリア吸収損失を抑制する観点からは、窓領域３６におけるＺｎ濃度を５×１０１７ｃｍ−３以下に設定することが望ましい（例えば、特許文献３を参照）。
【００２４】
本実施形態による光半導体素子では、下部クラッド層の一部の導電型を反転することにより電流ブロック層を形成しているため、電流ブロック層がリッジ導波路構造４０の形状に影響することはない。これにより、リッジ導波路構造４０上を平坦にすることができ、リッジ導波路構造４０側にサブマウントを接合するジャンクションダウン組立を行う場合にもリッジ導波路構造４０の端面部にストレスが加わることを防止することができる。したがって、光半導体素子の信頼性を向上することができる。
【００２５】
次に、本実施形態による光半導体素子の製造方法について図２乃至図６を用いて説明する。
【００２６】
まず、ｎ−ＧａＡｓ基板１０上に、例えば有機金属気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ）法により、例えば膜厚が０．３μｍ、キャリア濃度が１×１０１８ｃｍ−３のＳｉドープＧａＡｓをエピタキシャル成長し、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１２を形成する。ｎ−ＧａＡｓ基板１０としては、例えば、キャリア濃度が１×１０１８ｃｍ−３のＳｉドープＧａＡｓ（００１）基板を用いる。
【００２７】
次いで、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１２上に、例えばＭＯＣＶＤ法により、例えば膜厚が１．５μｍ、キャリア濃度が１×１０１８ｃｍ−３のＳｉドープＡｌＧａＡｓをエピタキシャル成長し、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１４を形成する。
【００２８】
次いで、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１４上に、例えばＭＯＣＶＤ法により、例えば膜厚が０．５μｍ、キャリア濃度が１×１０１７ｃｍ−３のＳｉドープＡｌＧａＡｓをエピタキシャル成長し、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１６を形成する。
【００２９】
次いで、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１６上に、例えばＭＯＣＶＤ法により、バリア層としてのＧａＡｓと井戸層としてのＩｎＧａＡｓとを繰り返し成長し、所定層数の井戸層を有するＭＱＷ（Multiple Quantum Well）活性層２０を形成する。
【００３０】
次いで、ＭＱＷ活性層２０上に、例えばＭＯＣＶＤ法により、例えば膜厚が１．０μｍ、キャリア濃度が１×１０１８ｃｍ−３のＺｎドープＡｌＧａＡｓをエピタキシャル成長し、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２２を形成する。
【００３１】
次いで、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２２上に、例えばＭＯＣＶＤ法により、例えば膜厚が０．３μｍ、キャリア濃度が１×１０１９ｃｍ−３のＺｎドープＧａＡｓをエピタキシャル成長し、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２８を形成する（図２）。
【００３２】
本実施形態による光半導体素子の製造に必要な結晶成長工程は、上記一連の半導体層を成長するための１回だけである。
【００３３】
次いで、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２８上に、例えばＣＶＤ法により、例えばシリコン酸化膜を堆積し、シリコン酸化膜のマスク層３０を形成する。
【００３４】
次いで、フォトリソグラフィ及びエッチングによりマスク層３０をパターニングし、レーザ端面となる領域のマスク層３０に、例えば幅４０μｍの開口部３２を形成する（図３）。
【００３５】
次いで、全面に、例えばスパッタ法により、例えばＺｎＯを堆積し、不純物（Ｚｎ）の拡散源となるＺｎＯ膜３４を形成する。
【００３６】
次いで、約６００℃の熱処理を行い、ＺｎＯ膜３４中のＺｎを、マスク層３０をマスクとして、少なくともｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１６とｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１４との界面まで、ここではｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１４の途中まで、拡散させる。これにより、レーザ端面となる開口部３２内の領域に、Ｚｎが選択的に添加された窓領域３６を形成する（図４）。
【００３７】
この際、拡散したＺｎによって窓領域３６内のｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１６の導電型がＮ型からＰ型に反転し、一方、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１４の導電型はＰ型に反転しないように、熱処理温度及び熱処理時間を適宜設定する。自由キャリア吸収損失を抑制する観点からは、窓領域３６内に添加するＺｎの濃度を５×１０１７ｃｍ−３以下に設定することが望ましい。
【００３８】
Ｐ型に反転したｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１６は、電流ブロック層として機能する。ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１６の不純物濃度を低く設定しておくことにより、窓領域３６内に添加するＺｎの濃度が５×１０１７ｃｍ−３を超えることなく、電流ブロック層を形成することができる。
【００３９】
次いで、例えば弗酸水溶液を用いたウェットエッチングにより、ＺｎＯ膜３４及びマスク層３０を除去する。
【００４０】
次いで、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２８上に、例えばＣＶＤ法により、例えばシリコン酸化膜を堆積し、シリコン酸化膜のマスク層３８を形成する。
【００４１】
次いで、フォトリソグラフィ及びエッチングによりマスク層３８をパターニングし、リッジ導波路を形成するストライプ状の領域にマスク層３８を選択的に残存させる。
【００４２】
次いで、マスク層３８をマスクとして、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２８及びｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２２をエッチングし、リッジ導波路構造４０を形成する（図５）。
【００４３】
次いで、例えば弗酸水溶液を用いたウェットエッチングにより、マスク層３８を除去する。
【００４４】
次いで、全面に、例えばＣＶＤ法により、例えばシリコン酸化膜を堆積し、シリコン酸化膜のパッシベーション膜４２を形成する。
【００４５】
次いで、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、リッジ導波路構造４０のコンタクト層２８上のパッシベーション膜４２を除去する。
【００４６】
次いで、ｎ−ＧａＡｓ基板１０の裏面にＮ型電極４４を、リッジ導波路構造４０のコンタクト層２８上にＰ型電極４６を形成し、本実施形態による光半導体素子を完成する（図６）。
【００４７】
このように、本実施形態によれば、共振器を形成する端面となる領域の近傍に不純物を添加する簡便な製造プロセスにより、端面窓構造を形成するとともに、窓領域への電流注入を抑制するための電流ブロック層を形成することができる。また、電流ブロック層は、上部クラッド層又は下部クラッド層の一部の領域の導電型を反転することにより形成するため、リッジ導波路構造上を平坦にすることができる。これにより、ジャンクションダウン組立を行う場合に端面部にストレスが加わるのを防止することができ、光半導体素子の信頼性を向上することができる。
【００４８】
［第２実施形態］
第２実施形態による光半導体素子及びその製造方法について図７乃至図１２を用いて説明する。図１乃至図６に示す第１実施形態による光半導体素子及びその製造方法と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し又は簡潔にする。
【００４９】
図７は、本実施形態による光半導体素子の構造を示す斜視図である。図８乃至図１２は、本実施形態による光半導体素子の製造方法を示す斜視図である。
【００５０】
はじめに、本実施形態による光半導体素子の構造について図７を用いて説明する。
【００５１】
ｎ−ＧａＡｓ基板１０上には、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１２、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１８、ＭＱＷ活性層２０、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２４，２６、及びｐ−ＧａＡｓコンタクト層２８が順次形成されている。
【００５２】
ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２８及びｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２６は、リッジ形状に加工されており、リッジ導波路構造４０を形成している。これら半導体層の積層構造体は、リッジ導波路構造４０が所定の長さになるようにリッジ導波路構造４０と交差する方向に劈開されており、一対の端面によって共振器を形成している。リッジ導波路構造４０の両端面部のｐ−ＧａＡｓコンタクト層２８、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２６，２４、ＭＱＷ活性層２０及びｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１８には、窓領域３６が形成されている。窓領域３６は、Ｓｉが選択的に添加された領域であり、Ｓｉの添加によってＭＱＷ活性層２０のＭＱＷ構造が無秩序化され、他の領域よりもＭＱＷ活性層２０のエネルギーバンドギャップが広がっている。
【００５３】
ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２４は、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２６よりもキャリア濃度が低くなっており、窓領域３６が形成された領域のｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２４の導電型は、Ｐ型からＮ型に反転している。窓領域３６が形成された領域のｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２６の導電型は、Ｐ型のままである。
【００５４】
リッジ導波路構造４０の側面部には、パッシベーション膜４２が形成されている。リッジ導波路構造４０のｐ−ＧａＡｓコンタクト層２８上には、Ｐ型電極４６が形成されている。また、ｎ−ＧａＡｓ基板１０の裏面には、Ｎ型電極４４が形成されている。
【００５５】
このように、本実施形態による光半導体素子は、上部クラッド層が、第１の膜（ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２６）と、第１の膜よりもキャリア濃度の低い第２の膜（ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２４）とを有している。そして、窓領域３６が形成された領域の第２の膜の導電型が反転しており、窓領域３６が形成された領域の第１の膜とは逆導電型になっている。これにより、窓領域３６の第２の膜が電流ブロック層として機能する。
【００５６】
各層のキャリア濃度の関係は、Ｘ１＞Ｙ＞Ｘ２と表すことができる。ここで、Ｘ１は第１の膜（ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２６）のキャリア濃度、Ｘ２は第２の膜（ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２４）、Ｙは窓領域３６内のＳｉの濃度である。
【００５７】
電流ブロック層としての機能を十分に確保するためには、第２の膜の導電型が十分に反転していることが求められる。かかる観点から、Ｙ−Ｘ２≧１×１０１７ｃｍ−３の関係を満たすことが望ましい。また、不純物を添加して窓領域３６を形成する場合、自由キャリア吸収損失を抑制する観点から、窓領域３６におけるＳｉ濃度を５×１０１７ｃｍ−３以下に設定することが望ましい。
【００５８】
本実施形態による光半導体素子では、上部クラッド層の一部の導電型を反転することにより電流ブロック層を形成しているため、電流ブロック層がリッジ導波路構造４０の形状に影響することはない。これにより、リッジ導波路構造４０上を平坦にすることができ、リッジ導波路構造４０側にサブマウントを接合するジャンクションダウン組立を行う場合にもリッジ導波路構造４０の端面部にストレスが加わることを防止することができる。したがって、光半導体素子の信頼性を向上することができる。
【００５９】
次に、本実施形態による光半導体素子の製造方法について図８乃至図１２を用いて説明する。
【００６０】
まず、ｎ−ＧａＡｓ基板１０上に、例えばＭＯＣＶＤ法により、例えば膜厚が０．３μｍ、キャリア濃度が１×１０１８ｃｍ−３のＳｉドープＧａＡｓをエピタキシャル成長し、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１２を形成する。
【００６１】
次いで、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１２上に、例えばＭＯＣＶＤ法により、例えば膜厚が２．０μｍ、キャリア濃度が１×１０１８ｃｍ−３のＳｉドープＡｌＧａＡｓをエピタキシャル成長し、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１８を形成する。
【００６２】
次いで、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１８上に、例えばＭＯＣＶＤ法により、バリア層としてのＧａＡｓと井戸層としてのＩｎＧａＡｓとを繰り返し成長し、所定層数の井戸層を有するＭＱＷ活性層２０を形成する。
【００６３】
次いで、ＭＱＷ活性層２０上に、例えばＭＯＣＶＤ法により、例えば膜厚が０．５μｍ、キャリア濃度が１×１０１７ｃｍ−３のＺｎドープＡｌＧａＡｓをエピタキシャル成長し、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２４を形成する。
【００６４】
次いで、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２４上に、例えばＭＯＣＶＤ法により、例えば膜厚が０．５μｍ、キャリア濃度が１×１０１８ｃｍ−３のＺｎドープＡｌＧａＡｓをエピタキシャル成長し、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２６を形成する。
【００６５】
次いで、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２６上に、例えばＭＯＣＶＤ法により、例えば膜厚が０．３μｍ、キャリア濃度が１×１０１９ｃｍ−３のＺｎドープＧａＡｓをエピタキシャル成長し、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２８を形成する（図８）。
【００６６】
本実施形態による光半導体素子の製造に必要な結晶成長工程は、上記一連の半導体層を成長するための１回だけである。
【００６７】
次いで、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２８上に、例えばＣＶＤ法により、例えばシリコン酸化膜を堆積し、シリコン酸化膜のマスク層３０を形成する。
【００６８】
次いで、フォトリソグラフィ及びエッチングによりマスク層３０をパターニングし、レーザ端面となる領域のマスク層３０に開口部３２を形成する（図９）。
【００６９】
次いで、マスク層３０をマスクとして、Ｓｉイオンをイオン注入する。この際、少なくともＭＱＷ活性層２０とｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１８との界面まで、ここではｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１８の途中まで、Ｓｉイオンをイオン注入する。例えば、上述の層構成の場合、Ｓｉイオンを、加速エネルギー３００ｋｅＶ、ドーズ量１×１０１４ｃｍ−２の条件でイオン注入する。次いで、Ａｓ圧をかけながら約７００℃の熱処理を行うことで、ＭＱＷ活性層を無秩序化してバンドギャップを広げる。これにより、レーザ端面となる開口部３２内の領域に、Ｓｉが選択的に添加された窓領域３６を形成される（図１０）。
【００７０】
この際、注入したＳｉによって窓領域３６内のｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２４の導電型がＰ型からＮ型に反転し、一方、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２６の導電型はＮ型に反転しないように、Ｓｉイオンのイオン注入条件を適宜設定する。
【００７１】
Ｎ型に反転したｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２４は、電流ブロック層として機能する。ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２４の不純物濃度を低く設定しておくことにより、窓領域３６内に添加するＺｎの濃度が５×１０１７ｃｍ−３を超えることなく、電流ブロック層を形成することができる。
【００７２】
次いで、例えば弗酸水溶液を用いたウェットエッチングにより、マスク層３０を除去する。
【００７３】
次いで、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２８上に、例えばＣＶＤ法により、例えばシリコン酸化膜を堆積し、シリコン酸化膜のマスク層３８を形成する。
【００７４】
次いで、フォトリソグラフィ及びエッチングによりマスク層３８をパターニングし、リッジ導波路を形成するストライプ状の領域にマスク層３８を選択的に残存させる。
【００７５】
次いで、マスク層３８をマスクとして、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２８及びｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２６をエッチングし、リッジ導波路構造４０を形成する（図１１）。
【００７６】
次いで、例えば弗酸水溶液を用いたウェットエッチングにより、マスク層３８を除去する。
【００７７】
次いで、全面に、例えばＣＶＤ法により、シリコン酸化膜を堆積し、シリコン酸化膜のパッシベーション膜４２を形成する。
【００７８】
次いで、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、リッジ導波路構造４０のコンタクト層２８上のパッシベーション膜４２を除去する。
【００７９】
次いで、ｎ−ＧａＡｓ基板１０の裏面にＮ型電極４４を、リッジ導波路構造４０のコンタクト層２８上にＰ型電極４６を形成し、本実施形態による光半導体素子を完成する（図１２）。
【００８０】
このように、本実施形態によれば、共振器を形成する端面となる領域の近傍に不純物を添加する簡便な製造プロセスにより、端面窓構造を形成するとともに、窓領域への電流注入を抑制するための電流ブロック層を形成することができる。また、電流ブロック層は、上部クラッド層又は下部クラッド層の一部の領域の導電型を反転することにより形成するため、リッジ導波路構造上を平坦にすることができる。これにより、ジャンクションダウン組立を行う場合に端面部にストレスが加わるのを防止することができ、光半導体素子の信頼性を向上することができる。
【００８１】
［第３実施形態］
第３実施形態による光半導体素子及びその製造方法について図１３乃至図１９を用いて説明する。図１乃至図１２に示す第１及び第２実施形態による光半導体素子及びその製造方法と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し又は簡潔にする。
【００８２】
図１３は、本実施形態による光半導体素子の構造を示す斜視図である。図１４乃至図１９は、本実施形態による光半導体素子の製造方法を示す斜視図である。
【００８３】
本実施形態による光半導体装置は、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２２及びｐ−ＧａＡｓコンタクト層２８に窓領域３６が形成されていないほかは、第１実施形態による光半導体装置と同様である。窓領域３６は、必ずしもｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２２及びｐ−ＧａＡｓコンタクト層２８に形成されている必要はなく、この場合にも第１実施形態による光半導体素子と同様の効果を得ることができる。
【００８４】
次に、本実施形態による光半導体素子の製造方法について図１４乃至図１９を用いて説明する。
【００８５】
まず、例えば第１実施形態による光半導体素子の製造方法と同様にして、ｎ−ＧａＡｓ基板１０上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１２、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１４，１６、ＭＱＷ活性層２０を形成する。
【００８６】
次いで、ＭＱＷ活性層２０上に、例えばＭＯＣＶＤ法により、例えば膜厚が５０ｎｍのＺｎドープＧａＡｓをエピタキシャル成長し、ｐ−ＧａＡｓキャップ層４８を形成する（図１４）。
【００８７】
次いで、ｐ−ＧａＡｓキャップ層４８上に、例えばＣＶＤ法により、例えばシリコン酸化膜を堆積し、シリコン酸化膜のマスク層３０を形成する。
【００８８】
次いで、フォトリソグラフィ及びエッチングによりマスク層３０をパターニングし、レーザ端面となる領域のマスク層３０に開口部３２を形成する（図１５）。
【００８９】
次いで、全面に、例えばスパッタ法により、例えばＺｎＯを堆積し、不純物（Ｚｎ）の拡散源となるＺｎＯ膜３４を形成する。
【００９０】
次いで、約６００℃の熱処理を行い、ＺｎＯ膜３４中のＺｎを、マスク層３０をマスクとして、少なくともｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１６とｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１４との界面まで、ここではｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１４の途中まで、拡散させる。これにより、レーザ端面となる開口部３２内の領域に、Ｚｎが選択的に添加された窓領域３６を形成する（図１６）。
【００９１】
この際、拡散したＺｎによって窓領域３６内のｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１６の導電型がＮ型からＰ型に反転し、一方、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１４の導電型はＰ型に反転しないように、熱処理温度及び熱処理時間を適宜設定する。自由キャリア吸収損失を抑制する観点からは、窓領域３６内に拡散するＺｎの濃度を５×１０１７ｃｍ−３以下に設定することが望ましい。Ｐ型に反転したｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１６は、電流ブロック層として機能する。
【００９２】
なお、第１実施形態では、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２８及びｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２２を介してＭＱＷ活性層２０及びｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１６にＺｎを拡散している。これに対し、本実施形態では、ＭＱＷ活性層２０上のｐ−ＧａＡｓキャップ層４８のみを介してＺｎを拡散している。このため、Ｚｎの拡散を短時間で行うことができ、素子製造のスループットを向上することができる。
【００９３】
次いで、例えば弗酸水溶液を用いたウェットエッチングにより、ＺｎＯ膜３４及びマスク層３０を除去する。
【００９４】
次いで、ｐ−ＧａＡｓキャップ層４８上に、例えばＭＯＣＶＤ法により、例えば膜厚が１．０μｍ、キャリア濃度が１×１０１８ｃｍ−３のＺｎドープＡｌＧａＡｓをエピタキシャル成長し、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２２を形成する。
【００９５】
次いで、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２２上に、例えばＭＯＣＶＤ法により、例えば膜厚が０．３μｍ、キャリア濃度が１×１０１９ｃｍ−３のＺｎドープＧａＡｓをエピタキシャル成長し、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２８を形成する（図１７）。
【００９６】
次いで、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２８上に、例えばＣＶＤ法により、例えばシリコン酸化膜を堆積し、シリコン酸化膜のマスク層３８を形成する。
【００９７】
次いで、フォトリソグラフィ及びエッチングによりマスク層３８をパターニングし、リッジ導波路を形成するストライプ状の領域にマスク層３８を選択的に残存させる。
【００９８】
次いで、マスク層３８をマスクとして、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２８及びｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２２をエッチングし、リッジ導波路構造４０を形成する（図１８）。
【００９９】
次いで、例えば弗酸水溶液を用いたウェットエッチングにより、マスク層３８を除去する。
【０１００】
次いで、全面に、例えばＣＶＤ法により、シリコン酸化膜を堆積し、シリコン酸化膜のパッシベーション膜４２を形成する。
【０１０１】
次いで、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、リッジ導波路構造４０のコンタクト層２８上のパッシベーション膜４２を除去する。
【０１０２】
次いで、ｎ−ＧａＡｓ基板１０の裏面にＮ型電極４４を、リッジ導波路構造４０のコンタクト層２８上にＰ型電極４６を形成し、本実施形態による光半導体素子を完成する（図１９）。
【０１０３】
このように、本実施形態によれば、共振器を形成する端面となる領域の近傍に不純物を添加する簡便な製造プロセスにより、端面窓構造を形成するとともに、窓領域への電流注入を抑制するための電流ブロック層を形成ことができる。また、電流ブロック層は、上部クラッド層又は下部クラッド層の一部の領域の導電型を反転することにより形成するため、リッジ導波路構造上を平坦にすることができる。これにより、ジャンクションダウン組立を行う場合に端面部にストレスが加わるのを防止することができ、光半導体素子の信頼性を向上することができる。
【０１０４】
［変形実施形態］
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【０１０５】
例えば、上記第３実施形態には、ＭＱＷ活性層２０上のｐ−ＧａＡｓキャップ層４８を介してＺｎを拡散することにより窓領域３６を形成する例を示したが、同様の手法を第２実施形態による光半導体素子の製造方法に適用することもできる。
【０１０６】
この場合、例えば、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２４を形成する工程の後からｐ−ＧａＡｓコンタクト層２８を形成する工程前までの間に、Ｓｉイオン注入を行うようにすればよい。これにより、Ｓｉイオン注入する深さが浅くなるため、加速電圧を下げることができ、イオン注入によるダメージを低減することができる。
【０１０７】
また、上記実施形態に記載した光半導体素子の構造、構成材料、製造条件等は、一例を示したものにすぎず、当業者の技術常識等に応じて適宜修正や変更が可能である。
【０１０８】
例えば、上記実施形態では、基板１０としてｎ−ＧａＡｓ基板を用いたが、ｐ−ＧａＡｓ基板でもよい。また、基板材料はＧａＡｓに限定されるものではなく、例えばＩｎＰ等でもよい。
【０１０９】
また、各層の組成も、上記実施形態に記載のものに限定されるものではなく、結晶成長が可能な範囲で他の材料を用いるようにしてもよい。
【０１１０】
例えば、上記実施形態では、クラッド層にＡｌＧａＡｓ、活性層にＩｎＧａＡｓを用いた構造を示したが、クラッド層にＩｎＧａＰやＡｌＧａＩｎＰを用い、活性層にＩｎＧａＰやＡｌＧａＡｓを用いた構造としてもよい。
【０１１１】
また、上記第１及び第３実施形態では、窓領域３６を形成するＰ型不純物としてＺｎを用いたが、窓領域３６を形成するＰ型不純物はＺｎに限定されるものではない。Ｚｎのほか、Ｂｅ（ベリリウム）、Ｃ（炭素）、Ｍｇ（マグネシウム）等を適用することができる。
【０１１２】
また、上記実施形態では、ファブリペロー（Fabry Perot：ＦＰ）レーザに適用した例を示したが、特にこれに限定されるものではなく、例えば、単一縦モードで発振させるために回折格子を形成した分布帰還型（Distributed Feedback：ＤＦＢ）レーザ、分布ブラッグ反射型（Distributed Bragg Reflector：ＤＢＲ）レーザ等に適用してもよい。
【０１１３】
以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【０１１４】
（付記１）  第１導電型の第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成された第２導電型の第２のクラッド層とを有し、対向する一対の端部に不純物の添加によって前記活性層のエネルギーバンドギャップが広げられた窓領域が形成された積層構造体を有し、
前記第１のクラッド層及び前記第２のクラッド層のうちの一方は、第１の層と、前記活性層と前記第１の層との間に設けられ、前記第１の層よりもキャリア濃度の低い第２の層とを有し、前記窓領域が設けられた部分の前記第２の層の導電型が前記不純物によって反転している
ことを特徴とする光半導体素子。
【０１１５】
（付記２）  付記１記載の光半導体素子において、
前記窓領域の前記不純物の濃度は、前記第２の層のキャリア濃度よりも高く、前記第１の層のキャリア濃度よりも低い
ことを特徴とする光半導体素子。
【０１１６】
（付記３）  付記１又は２記載の光半導体素子において、
前記第２の層のキャリア濃度をＸ２、前記窓領域の前記不純物の濃度をＹとして、Ｙ−Ｘ２≧１×１０１７ｃｍ−３の関係を満たしている
ことを特徴とする光半導体素子。
【０１１７】
（付記４）  付記１乃至３のいずれか１項に記載の光半導体素子において、
前記窓領域の前記不純物の濃度は、５×１０１７ｃｍ−３以下である
ことを特徴とする光半導体素子。
【０１１８】
（付記５）  付記１乃至４のいずれか１項に記載の光半導体素子において、
前記不純物は、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｃ若しくはＭｇ又はＳｉである
ことを特徴とする光半導体素子。
【０１１９】
（付記６）  第１導電型の半導体基板上に、第１導電型を有する第１の下部クラッド層を形成する工程と、
前記第１のクラッド層上に、前記第１導電型を有し、前記第１の下部クラッド層よりもキャリア濃度の低い第２の下部クラッド層を形成する工程と、
前記第２の下部クラッド層上に、活性層を形成する工程と、
前記活性層上に、第２導電型を有する上部クラッド層を形成する工程と、
共振器を形成するための一対の端面となる領域の近傍の前記活性層及び前記第２の下部クラッド層に第２導電型の不純物を添加し、不純物を添加した領域の前記活性層のエネルギーバンドギャップを他の領域の前記活性層のエネルギーバンドギャップよりも広げるとともに、前記不純物を添加した領域の前記第２の下部クラッド層の導電型を反転させる工程と
を有することを特徴とする光半導体素子の製造方法。
【０１２０】
（付記７）  付記６記載の光半導体素子の製造方法において、
前記不純物を添加する工程では、前記不純物を添加した領域の前記不純物の濃度が、前記第２の下部クラッド層のキャリア濃度よりも高く、前記第１の下部クラッド層のキャリア濃度よりも低くなるように、前記不純物を添加する
ことを特徴とする光半導体素子の製造方法。
【０１２１】
（付記８）  付記６又は７記載の光半導体素子の製造方法において、
前記第２の下部クラッド層のキャリア濃度をＸ、前記不純物を添加した領域の前記不純物の濃度をＹとして、Ｙ−Ｘ≧１×１０１７ｃｍ−３の関係を満たしている
ことを特徴とする光半導体素子の製造方法。
【０１２２】
（付記９）  付記６乃至８のいずれか１項に記載の光半導体素子において、
前記不純物を添加した領域の前記不純物の濃度は、５×１０１７ｃｍ−３以下である
ことを特徴とする光半導体素子。
【０１２３】
（付記１０）  付記６乃至９のいずれか１項記載の光半導体素子の製造方法において、
前記不純物を添加する工程は、前記上部クラッド層を形成する工程の前に行う
ことを特徴とする光半導体素子の製造方法。
【０１２４】
（付記１１）  第１導電型の半導体基板上に、第１導電型を有する下部クラッド層を形成する工程と、
前記下部クラッド層上に、活性層を形成する工程と、
前記活性層上に、第２導電型を有する第１の上部クラッド層を形成する工程と、
前記第１の上部クラッド層上に、前記第２導電型を有し、前記第１の上部クラッド層よりキャリア濃度の高い第２の上部クラッド層を形成する工程と、
共振器を形成するための一対の端面となる領域の近傍の前記活性層及び前記第１の上部クラッド層に第１導電型の不純物を添加し、不純物を添加した領域の前記活性層のエネルギーバンドギャップを他の領域の前記活性層のエネルギーバンドギャップよりも広げるとともに、前記不純物を添加した領域の前記第１の上部クラッド層の導電型を反転させる工程と
を有することを特徴とする光半導体素子の製造方法。
【０１２５】
（付記１２）  付記１１記載の光半導体素子の製造方法において、
前記不純物を添加する工程では、前記不純物を添加した領域の前記不純物の濃度が、前記第１の上部クラッド層のキャリア濃度よりも高く、前記第２の上部クラッドのキャリア濃度よりも低くなるように、前記不純物を添加する
ことを特徴とする光半導体素子の製造方法。
【０１２６】
（付記１３）  付記１１又は１２記載の光半導体素子の製造方法において、
前記第１の上部クラッド層のキャリア濃度をＸ、前記不純物を添加した領域の前記不純物の濃度をＹとして、Ｙ−Ｘ≧１×１０１７ｃｍ−３の関係を満たしている
ことを特徴とする光半導体素子の製造方法。
【０１２７】
（付記１４）  付記１１乃至１３のいずれか１項に記載の光半導体素子において、
前記不純物を添加した領域の前記不純物の濃度は、５×１０１７ｃｍ−３以下である
ことを特徴とする光半導体素子。
【０１２８】
（付記１５）  付記１１乃至１４のいずれか１項に記載の光半導体素子の製造方法において、
前記不純物を添加する工程は、前記第２の上部クラッド層を形成する工程の前に行う
ことを特徴とする光半導体素子の製造方法。
【符号の説明】
【０１２９】
１０…ｎ−ＧａＡｓ基板
１２…ｎ−ＧａＡｓバッファ層
１４，１６，１８…ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層
２０…ＭＱＷ活性層
２２，２４，２６…ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層
２８…ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
３０，３８…マスク層
３２…開口部
３４…ＺｎＯ膜
３６…窓領域
４０…リッジ導波路構造
４２…パッシベーション膜
４４…Ｎ型電極
４６…Ｐ型電極
４８…ｐ−ＧａＡｓキャップ層
【図１】
2013058682.tif 000003
【図２】
2013058682.tif 000004
【図３】
2013058682.tif 000005
【図４】
2013058682.tif 000006
【図５】
2013058682.tif 000007
【図６】
2013058682.tif 000008
【図７】
2013058682.tif 000009
【図８】
2013058682.tif 000010
【図９】
2013058682.tif 000011
【図１０】
2013058682.tif 000012
【図１１】
2013058682.tif 000013
【図１２】
2013058682.tif 000014
【図１３】
2013058682.tif 000015
【図１４】
2013058682.tif 000016
【図１５】
2013058682.tif 000017
【図１６】
2013058682.tif 000018
【図１７】
2013058682.tif 000019
【図１８】
2013058682.tif 000020
【図１９】
2013058682.tif 000021