(57)【要約】【課題】半導体順メサ構造のメサ側面が滑らかな半導体順メサ構造を作製する。【解決手段】下部半導体層１、中間半導体層３、上部半導体層５が含まれる積層構造をエッチングすることにより得られた半導体順メサ構造を有する半導体素子の製造方法であって、上記中間半導体層３に対してはエッチング耐性が示されるドライエッチング手法により、略垂直方向にエッチングする第一の工程と、上記上部半導体層５および上記下部半導体層に対してはエッチング耐性が示されるウェットエッチング手法により、上記中間半導体層３のみをサイドエッチング側部を含ませてエッチングする第二の工程と、上記中間半導体層３に対してはエッチング耐性が示されるドライエッチング手法により、略垂直方向にエッチングする第三の工程と、ウェットエッチング手法により、エッチングすることにより上記半導体順メサ構造を完成させる第四の工程とを有する。【選択図】図６
2013165123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、下部半導体層、前記下部半導体層上に形成された中間半導体層、及び前記中間半導体層上に形成された上部半導体層が含まれる半導体積層構造であって、上記中間半導体層の厚さが上記下部半導体層および上記上部半導体層の厚さよりも薄い積層構造をエッチングすることにより得られた半導体順メサ構造を有する半導体素子の製造方法であって、
上記上部半導体層に対してはエッチング作用が有り、上記中間半導体層に対してはエッチング耐性が示されるドライエッチング手法により、上記上部半導体層のみを略垂直方向にエッチングする第一の工程と、
上記中間半導体層に対してはエッチング作用が有り、上記上部半導体層および上記下部半導体層に対してはエッチング耐性が示されるウェットエッチング手法により、上記第一の工程でエッチングされた上記上部半導体層をマスクとして上記中間半導体層のみをサイドエッチング側部を含ませてエッチングする第二の工程と、
上記下部半導体層に対してはエッチング作用が有り、上記中間半導体層に対してはエッチング耐性が示されるドライエッチング手法により、上記第二の工程でエッチングされた上記中間半導体層をマスクとして上記下部半導体層のみを略垂直方向にエッチングする第三の工程と、
上記第一の工程、上記第二の工程、及び上記第三の工程でエッチングされた積層構造のエッチング側面に対し、上記上部半導体層および上記下部半導体層に対してはエッチング作用が有り、かつ、上記中間半導体層に対しては上記上部半導体層および上記下部半導体層に対するエッチング速度よりも遅くなるウェットエッチング手法により、上記上部半導体層および上記下部半導体層のエッチング側面に、上記中間半導体層に含まれるサイドエッチング側部よりもサイドエッチング量の多いサイドエッチング側部を含ませてエッチングすることにより上記半導体順メサ構造を完成させる第四の工程と
を有する半導体素子の製造方法。
【請求項２】
上記半導体積層構造であって、当該半導体積層構造に上記第三の工程でのドライエッチング手法に対してエッチング耐性が示されるエッチングストップ層がさらに含まれる半導体積層構造において、上記第四の工程でサイドエッチング側部を含ませてエッチングすることにより上記半導体順メサ構造を完成させる、請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３】
上記半導体順メサ構造のメサ側部を半導体層で埋め込む工程をさらに有する、請求項１または請求項２に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項４】
上記半導体素子が、半導体発光素子であり、少なくとも、上記中間半導体層には当該半導体発光素子の活性層が含まれる半導体素子を形成する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項５】
上記上部半導体層および上記下部半導体層を構成する半導体材料がＩｎＰ系であり、上記活性層を構成する半導体材料に少なくとも、ＡｌＧａＩｎＡｓが含まれる、請求項４に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項６】
上記半導体素子が、半導体導波路であり、上記下部半導体層には当該半導体導波路の下部クラッド層に相当する層が含まれ、上記上部半導体層には当該半導体導波路の上部クラッド層に相当する層が含まれ、上記中間半導体層には当該半導体導波路のコア層に相当する層が含まれる半導体素子を形成する、請求項１から請求項３のいずれか一項の半導体素子の製造方法。
【請求項７】
少なくとも、複数の半導体発光素子、および、複数の半導体導波路、またはいずれか一方が集積された集積型半導体発光素子の製造方法であって、上記半導体発光素子は請求項４または請求項５に記載の半導体素子の製造方法を用いて製造し、上記半導体導波路は請求項６に記載の半導体素子の製造方法で製造することを特徴とする集積型半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
上記複数の半導体発光素子、および、上記複数の半導体導波路、またはいずれか一方における、上記複数の半導体素子に含まれる複数の順メサ構造がメサストライプ方向に並列に配列され、上記複数の半導体導波路に含まれる順メサ構造がメサストライプ方向に並列に配列された上記集積型半導体発光素子を製造する、請求項７に記載の集積型半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体順メサ構造を有する半導体素子の製造方法、当該半導体素子を有する集積型半導体発光素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子において、順メサ構造（メサの底部がメサの頂部よりも広がっているメサ構造）を含む様々な素子が存在する。
例えば、埋め込み（ＢＨ：Ｂｕｒｉｅｄ  Ｈｅｔｅｒｏ）型半導体レーザーは、基板上に積層された下部クラッド層、下部クラッド層上に形成された活性層、活性層上に形成された上部クラッド層、上部クラッド層上に形成されたコンタクト層が含まれる半導体積層構造をエッチングしてメサ形状に加工し、メサ側壁部を埋込半導体層で埋め込む。
【０００３】
例えば、図８で示したように、ＩｎＰ半導体基板（図示せず）、ＩｎＰ下部クラッド層１９、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１７、ＩｎＰ上部クラッド層１５、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１３が順次積層された積層構造に対して、マスク層７をメサストライプ形成のマスクとして、ウェットエッチングを行う。
【０００４】
ウェットエッチングのエッチング溶液として、例えば、臭素系の溶液を使用し、マスク層７をマスクとして、積層構造の最上層のコンタクト層１３から、下部クラッド層１までを下部クラッド層１の所定の鉛直方向の深さまでウェットエッチングされる。ウェットエッチングが終了すると、図８で示したように、半導体の順メサ構造が形成され、また、半導体順メサ構造のメサ両側壁にはサイドエッチングがなされる。
【０００５】
ここで、積層構造を構成する半導体層のすべてはＩｎＰ系を基礎とするので、当該積層楮に含まれる、ＩｎＰ下部クラッド層１９、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１７、ＩｎＰ上部クラッド層１５、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１３は、マスク層７をエッチングマスクとして利用して一度にウェットエッチングされる。
【０００６】
そのため、原則として、半導体順メサ構造のメサ両側壁は滑らかな面となるので、メサ両側壁を埋込半導体層（例えば、ｎ（若しくはｐ）型のＩｎＰ第１の埋込半導体層９ａ、ｐ（若しくはｎ）型のＩｎＰ第２の埋込半導体層９ｂ）で埋め込み成長を行う場合でも、滑らかな面に成長を行うことになるので、埋込半導体層の埋め込み品質は原則良好である。
【０００７】
その他、上記の順メサ構造を形成するためのエッチングの手法として、上述したウェットエッチングの手法以外にドライエッチングの手法がある。
たとえば、ＩｎＰ半導体基板（図示せず）、ＩｎＰ下部クラッド層１９、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１７、ＩｎＰ上部クラッド層１５、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１３が順次積層された積層構造に対し、ウェットエッチング手法の場合と同様にマスク層７をメサストライプ形成のマスクとして、メタン水素系のエッチングガスを利用したドライエッチングの手法を適用する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−１５７７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図８に示した半導体順メサ構造では、エッチングされる積層構造を構成する半導体層のすべてがＩｎＰ系を基礎としているので、一回のウェットエッチング工程、若しくは一回のドライエッチング工程のみで、メサ両側壁が滑らかな半導体順メサ構造が得られる。
【００１０】
しかし、積層構造を構成するための複数の半導体層の半導体材料の性質が共通でない場合には、各半導体層のエッチング速度の相違により、完成した順メサ構造の両メサ側面が滑らかにならない。
【００１１】
例えば、上記の埋め込み（ＢＨ）型半導体レーザーの温度特性を向上させるために、活性層を構成する半導体材料ＩｎＧａＡｓＰに代えて、価電子帯のバンドオフセットの大きなＡｌＧａＩｎＡｓを使用した場合には、ＩｎＰとＡｌＧａＩｎＡｓのエッチング速度が違うため、メサ側面を滑らかにすることができなくなる。
【００１２】
なお、図８に示した半導体順メサ構造では、エッチングされる積層構造を構成する半導体層のすべてがＩｎＰ系を基礎とした場合であっても、複数の順メサ構造を同一の基板上に並列に形成する場合で、隣接する順メサ構造同士の間隔が狭い場合には問題が生ずる。すなわち、このような場合はサイドエッチングが進行しすぎて、メサそのものがエッチング中に消滅してしまい、順メサ構造を形成できなくなる問題が生ずる。
【００１３】
一方、ドライエッチング手法を採用した場合には、そのような問題が生じないが、活性層を構成する半導体材料にＡｌＧａＩｎＡｓを使用した場合には、ＡｌＧａＩｎＡｓをエッチングできないこともある。その場合、積層構造を一度のドライエッチング手法で形成することができず、複数回のエッチングを繰り返す必要があり、メサ側面を滑らかにすることができなくなる。
【００１４】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、半導体順メサ構造のメサ側面が滑らかな半導体順メサ構造を作製することを目的とした、半導体順メサ構造を有する半導体素子の製造方法を提供することである。
また、本発明が解決しようとする課題は、半導体順メサ構造のメサ側面が滑らかな半導体順メサ構造が含まれる半導体素子を有する集積型半導体発光素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る半導体素子の製造方法は、少なくとも、下部半導体層、前記下部半導体層上に形成された中間半導体層、及び前記中間半導体層上に形成された上部半導体層が含まれる積層構造であって、上記中間半導体層の厚さが上記下部半導体層および上記上部半導体層の厚さよりも薄い積層構造をエッチングすることにより得られた半導体順メサ構造を有する半導体素子の製造方法であって、上記上部半導体層に対してはエッチング作用が有り、上記中間半導体層に対してはエッチング耐性が示されるドライエッチング手法により、上記上部半導体層のみを略垂直方向にエッチングする第一の工程と、上記中間半導体層に対してはエッチング作用が有り、上記上部半導体層および上記下部半導体層に対してはエッチング耐性が示されるウェットエッチング手法により、上記第一の工程でエッチングされた上記上部半導体層をマスクとして上記中間半導体層のみをサイドエッチング側部を含ませてエッチングする第二の工程と、上記下部半導体層に対してはエッチング作用が有り、上記中間半導体層に対してはエッチング耐性が示されるドライエッチング手法により、上記第二の工程でエッチングされた上記中間半導体層をマスクとして上記下部半導体層のみを略垂直方向にエッチングする第三の工程と、上記第一の工程、上記第二の工程、及び上記第三の工程でエッチングされた積層構造のエッチング側面に対し、上記上部半導体層および上記下部半導体層に対してはエッチング作用が有り、かつ、上記中間半導体層に対しては上記上部半導体層および上記下部半導体層に対するエッチング速度よりも遅くなるウェットエッチング手法により、上記上部半導体層および上記下部半導体層のエッチング側面に、上記中間半導体層に含まれるサイドエッチング側部よりもサイドエッチング量の多いサイドエッチング側部を含ませてエッチングすることにより上記半導体順メサ構造を完成させる第四の工程とを有する。
【００１６】
本発明に係る半導体素子の製造方法は、さらに好適には、上記半導体積層構造であって、当該半導体積層構造に上記第三の工程でのドライエッチング手法に対してエッチング耐性が示されるエッチングストップ層がさらに含まれる半導体積層構造において、上記第四の工程でサイドエッチング側部を含ませてエッチングすることにより上記半導体順メサ構造を完成させる。
【００１７】
本発明に係る半導体素子の製造方法は、上記半導体順メサ構造のメサ側部を半導体層で埋め込む工程をさらに有する、としても良い。
【００１８】
本発明に係る半導体素子の製造方法は、上記半導体素子が、半導体発光素子であり、少なくとも、上記中間半導体層には当該半導体発光素子の活性層が含まれる半導体素子を形成する、とすることもできる。
【００１９】
本発明に係る半導体素子の製造方法は、上記において、上記上部半導体層および上記下部半導体層を構成する半導体材料がＩｎＰ系であり、上記活性層を構成する半導体材料に少なくとも、ＡｌＧａＩｎＡｓが含まれる、ものであっても良い。
【００２０】
本発明に係る半導体素子の製造方法は、上記半導体素子が、半導体導波路であり、上記下部半導体層には当該半導体導波路の下部クラッド層に相当する層が含まれ、上記上部半導体には当該半導体導波路の上部クラッド層に相当する層が含まれ、上記中間半導体層には当該半導体導波路のコア層に相当する層が含まれる半導体素子を形成する、とすることもできる。
【００２１】
また、本発明の半導体順メサ構造を有する半導体素子を有する集積型半導体発光素子の製造方法は、少なくとも、複数の半導体発光素子、および、複数の半導体導波路、またはいずれか一方が集積された集積型半導体発光素子の製造方法であって、上記半導体発光素子は上記の本発明に係る半導体素子の製造方法に記載の半導体発光素子、上記半導体導波路は上記の本発明に係る半導体素子の製造方法に記載の半導体導波路である。
【００２２】
好適には、上記複数の半導体発光素子、および、上記複数の半導体導波路、またはいずれか一方における、上記複数の半導体素子に含まれる複数の順メサ構造がメサストライプ方向に並列に配列され、上記複数の半導体導波路に含まれる順メサ構造がメサストライプ方向に並列に配列された上記集積型半導体発光素子を製造する、としても良い。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の半導体順メサ構造を有する半導体素子の製造方法によれば、半導体順メサ構造のメサ側面が滑らかな半導体順メサ構造を得ることができる。また、本発明の集積型半導体発光素子の製造方法によれば、上記半導体順メサ構造を有する半導体素子の製造方法によって得られたメサ側面が滑らかな半導体順メサ構造を有する集積型半導体発光素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体順メサ構造を作製するための工程を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る半導体順メサ構造を作製するための工程を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る半導体順メサ構造を作製するための工程を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る半導体順メサ構造を作製するための工程を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る半導体順メサ構造を作製するための工程を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る半導体順メサ構造の断面図である。
【図７】本発明の別の実施形態に係る半導体順メサ構造の断面図である。
【図８】本発明の実施形態に係る（若しくは従来の）半導体順メサ構造が含まれる半導体発光素子の断面図である。
【図９】本発明の実施形態に係る半導体順メサ構造が含まれる半導体導波路の断面図である。
【図１０】集積型発光素子の平面図である。
【図１１】集積型発光素子に集積された半導体発光素子を製造するための工程の一部を示す断面図である。
【図１２】集積型発光素子の断面図である。
【図１３】集積型発光素子の断面図である。
【図１４】集積型発光素子の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の実施の形態についての半導体素子に含まれる半導体順メサ構造の断面図を図６に示す。
図６に、半導体順メサ構造では、その構成において、少なくとも下部半導体層１、下部半導体層１上に形成された中間半導体層３、及び中間半導体層３上に形成された上部半導体層５が含まれる積層構造を有している。
そして、上記の半導体順メサ構造は、上記の積層構造が、以下で説明するようにエッチングされて、メサ側面が図６に示したようにオーバーハングしていない斜面を形成することにより得られる。
【００２６】
なお、後述するように、図６に示した半導体順メサ構造の一対のメサ側面の少なくとも一方の側面側は必要に応じて埋込半導体層９が埋め込まれ、また、図６に示されたマスク層７は、積層構造をエッチングしてメサ側面を形成するために利用される。
【００２７】
図６に示した半導体順メサ構造を作成する手順について図面を参照しながら説明する。
まず、図１に示したように、下部半導体層１、下部半導体層１上に形成された中間半導体層３、及び中間半導体層３上に形成された上部半導体層５が含まれる積層構造を通常の半導体成長方法により作製する。
そして、図１に示したように、順メサのメサ幅に相当するメサ形成領域の箇所にマスク層７を形成する。
【００２８】
上記の積層構造を構成する、下部半導体層１、中間半導体層３、及び上部半導体層５の厚さ、Ｔｂｏｔ、Ｔｍｉｄ、Ｔｔｏｐは、中間半導体層３の厚さＴｍｉｄが、下部半導体層１の厚さＴｂｏｔ及び上部半導体層５Ｔｔｏｐよりも薄い、Ｔｍｉｄ＜Ｔｔｏｐ，Ｔｂｏｔの関係を有している。
【００２９】
図６に示した半導体順メサ構造は、図１に示した積層構造をエッチングすることにより得られる。当該構造を得るためのエッチング手法において、ドライエッチング手法とウェットエッチング手法とを併用する。
【００３０】
以下の表１において、図６に示した半導体順メサ構造を作製するための適用されるエッチング手法の種類と、各エッチング手法において、図１に示した積層構造の下部半導体層１、中間半導体層３、上部半導体層５のエッチング速度を示した。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
表１からわかるように、エッチング手法はウェットエッチング手法として、ウェットエッチングＡ、ウェットエッチングＢの２種類のウェットエッチング手法が適用され、ドライエッチング手法として、１種類のものが適用される。
【００３３】
表１において、ウェットエッチング手法Ａでは、エッチング速度が上部半導体層と下部半導体層ではＶＡとなっているのに対して、中間半導体層では、ＶＡ`＜ＶＡとなっており、上部半導体層及び下部半導体層でのエッチング速度よりも遅い。
また、ウェットエッチング手法Ｂでは、エッチング速度が中間半導体層では、ＶＢとなっているのに対して、上部半導体層と下部半導体層では、ＶＢ`≒０となっており、エッチング耐性が示される。
【００３４】
適用されるエッチング手法に、ウェットエッチングＡ，Ｂ以外に、ドライエッチング手法も適用される。本実施の形態の場合、エッチング速度が、上部半導体層と下部半導体層では所定のエッチング速度ＶＤとなっているのに対して、中間半導体層ではエッチング耐性が示されるＶＤ`≒０となるドライエッチング手法が適用される。
【００３５】
表１で示されたエッチング手法を適用して、図１に示した積層構造をエッチングして、図６に示した半導体メサ構造を作製する工程を図２〜図５を参照しながら説明する。
まず、メサ形成領域に形成されたマスク層７を有する図１の積層構造に対して、表１に示したドライエッチング手法を適用して、上部半導体層５のドライエッチングを、マスク層７をエッチングマスクとして、行う。
【００３６】
上部半導体層５は、表１に示したドライエッチング手法が適用されると、所定のエッチング速度ＶＤによって、ほぼ鉛直方向にエッチングされる。そして、ドライエッチングが進行して、中間半導体層３に至ると、中間半導体層３では、上記のドライエッチング手法に対してエッチング耐性が示されるので、上部半導体層５と中間半導体層３との界面で、ドライエッチングが停止する。
このとき、図２に示されたように、マスク層７幅に相当する幅を有するほぼ鉛直な上部半導体層５からなるメサが形成される。
【００３７】
次に、中間半導体層３をエッチングするために、表１に示したウェットエッチング手法Ｂを図２に示した積層構造に適用する。
ここで、ウェットエッチング手法Ｂによれば、中間半導体層３はエッチング速度ＶＢでエッチングされる。そして、ウェットエッチングが進行して下部半導体層１に至ると、下部半導体層１ではウェットエッチング手法Ｂに対してエッチング耐性が示されるので、中間半導体層３と下部半導体層１との界面でウェットエッチングが停止する。
【００３８】
ウェットエッチング手法Ｂによるウェットエッチングが終了した積層構造を図３に示す。中間半導体層３はウェットエッチングによってエッチングがされるので、エッチングされた中間半導体層３の側部においてＳＥに相当するサイドエッチングが行われる。
一方で、上部半導体層５はウェットエッチング手法Ｂに対してエッチング耐性が示されるので、ほとんどエッチングがされず、図２で示したほぼ鉛直な上部半導体層５のメサがそのまま維持されることになる。
【００３９】
図３に示した積層構造における、下部半導体層１をエッチングするために、再び表１に示したドライエッチング手法を適用する。
下部半導体層１は、下部半導体層１上の中間半導体層３、中間半導体層３上の上部半導体層５、及び、上部半導体層５上のマスク層７をエッチングマスクとして、表１に示したドライエッチング手法が適用されると、所定のエッチング速度ＶＤによって、ほぼ鉛直方向にエッチングされる。なお、下部半導体層１におけるドライエッチング手法によるエッチング深さは任意に設定することができる。
【００４０】
下部半導体層１に対して、表１に示したドライエッチング手法によるエッチングが停止した状態を図４に示した。
下部半導体層１がドライエッチングされる際には、上部半導体層５もドライエッチングの作用を受けることになるが、マスク層７によって、上部半導体層５もドライエッチングはほとんどなされず、図２で示した鉛直な上部半導体層５のメサ部分がそのまま維持される。そして、下部半導体層１のエッチングもドライエッチング手法により行われるので、ほぼ鉛直な下部半導体層１のメサ部分が形成される。
【００４１】
図４に示した積層構造に対して、さらにエッチングを行って、図６に示した半導体順メサ構造を完成させるため、さらに、表１に示したウェットエッチング手法Ａを適用する。
【００４２】
ウェットエッチング手法Ａによれば、下部半導体層１および上部半導体層５はエッチング速度ＶＡでエッチングされる。一方で、中間半導体層３ではＶＡ`＜ＶＡとなっており、上部半導体層５及び下部半導体層１でのエッチング速度よりも遅い。
【００４３】
そのため、図４に示した積層構造に対してウェットエッチング手法Ａを適用すると、下部半導体層１が鉛直下方向へエッチングされると共に、上部半導体層５のドライエッチングされた両側面、下部半導体層１のドライエッチングされた両側面が中間半導体層３よりも大きくエッチングされる。
そのため、図５に示したように、上部半導体層５にはサイドエッチングＳＥｔｏｐが形成され、下部半導体層１にもサイドエッチングＳＥｂｏｔが形成される。一方で、中間半導体層３はウェットエッチング手法Ａに対してエッチング速度が遅いので、前述のウェットエッチング手法Ｂで形成されたサイドエッチングＳＥｍｉｄの形状がほぼそのまま維持される。
【００４４】
上述の作用により、任意の深さの鉛直下方向へのウェットエッチング手法Ａが終了すると、図５に示したように、半導体順メサ構造が完成する。
ここで、単位時間当たりサイドエッチングが入る割合は、中間半導体層３へのエッチングの場合の方が、上部半導体層５および下部半導体層１へのエッチングの場合よりも、小さくなる。
しかし、図１に示したように、上部半導体層５および下部半導体層の厚さＴｔｏｐ，Ｔｂｏｔは、中間半導体層３の厚さＴｍｉｄよりも厚い、Ｔｍｉｄ＜Ｔｔｏｐ，Ｔｂｏｔの関係が成立しているため、単位深さ方向あたりのサイドエッチングの量は、上部半導体層５、中間半導体層３、下部半導体層１のすべてについて、近接させることができる。
【００４５】
そのため、図５に示したように、ＳＥｂｏｔ，ＳＥｍｉｄ＜ＳＥｔｏｐとなるようにサイドエッチングの調整を行う事ができ、完成した半導体順メサ構造の両側面の傾斜面Ｗ−Ｚに含まれる曲線Ｗ´−Ｘ−Ｙ−Ｚ´を滑らかにすることができる。
これにより、図５に示した半導体順メサ構造の両側面を埋込半導体層で埋め込み成長を行う場合、滑らかな曲線Ｗ´−Ｘ−Ｙ−Ｚ´に含まれる曲面上に、埋込半導体層が成長されることとなるので、異常成長が生じにくく、良好な品質の埋込半導体層を形成することができる。ここで、図５に示した半導体順メサ構造の両側面を埋込半導体層９で埋め込まれた状態の断面を、図６に示した。
【００４６】
図５に示した半導体順メサ構造の場合では、図４に示した積層構造に対して、表１に示したドライエッチング手法を適用し、任意の深さの位置の下部半導体層１での鉛直下方向で、当該エッチングを終了した。
しかし、図７に示したように、半導体積層構造に含まれる下部半導体層１の任意の位置にドライエッチング手法に対してエッチング耐性が示されるドライエッチングストップ層１１が設けられた状態で、図４に示した積層構造に対してドライエッチング手法を適用して半導体順メサ構造を形成するようにしても良い。
【００４７】
その場合、下部半導体層１へのドライエッチング手法による鉛直下方向へのエッチングは、ドライエッチングストップ層１１の界面で終了する。これにより、メサの高さの面内均一性を高く保つことができる。
【００４８】
ＳＥｔｏｐ，ＳＥｂｏｔの量を適切に調整することにより、完成した半導体順メサ構造の両側面の傾斜面Ｗ−Ｚに含まれる曲線Ｗ´−Ｘ−Ｙ−Ｚ´を一層滑らかになるようにすることができ、曲線Ｗ´−Ｘ−Ｙ−Ｚ´に含まれる曲面上に、埋込半導体層９を成長する場合に、異常成長を効率的に防止することができる。
【００４９】
図６での、半導体順メサ構造では、その構成において、少なくとも下部半導体層１、下部半導体層１上に形成された中間半導体層３、及び中間半導体層３上に形成された上部半導体層５が含まれる積層構造を有し、オーバーハングしていない斜面が形成されている。
このような半導体順メサ構造は、半導体により構成される半導体素子において、以下の具体的なものに適用することができる。
【００５０】
すなわち、図８に示したような半導体順メサ構造の断面を有する、半導体発光素子に図６に示した半導体順メサ構造を適用することができる。
図８に示した半導体発光素子では、下部クラッド層１９（その他の層であっても良い。）、下部クラッド層１９上に形成された活性層１７、活性層１７上に形成された上部クラッド層１５（その他の層であっても良い。）、上部クラッド層１５上に形成されたコンタクト層１３が含まれる積層構造において、半導体順メサ構造が構成されている。そして、必要に応じて順メサ構造のメサ両側面は埋込半導体層（この場合は、下層から第１の埋込半導体層９ａ、第２の埋込半導体層９ｂが順次埋め込まれている）によって埋め込まれている。
【００５１】
半導体発光素子においては、鉛直方向に光閉じ込めを行うため、活性層１７の屈折率を下部クラッド層１９、上部クラッド層１５の屈折率よりも大きくする必要がある。すなわち、活性層１７の半導体材料を、下部クラッド層１９および上部クラッド層１５の半導体材料とは異ならせる必要がある。さらに、活性層１７に閉じ込められた光が下部クラッド層１９および上部クラッド層１５から漏れないように、活性層１７の厚さは、下部クラッド層１９および上部クラッド層１５の厚さよりも薄くする必要がある。
【００５２】
この場合、下部クラッド層１９、活性層１７、上部クラッド層１５の半導体材料のエッチングに対する性質が、前述したような図６に示した半導体順メサ構造における下部半導体層１、中間半導体層３、上部半導体層５のエッチングに対する性質と同様の関係を満たすとき、半導体発光素子の半導体順メサ構造の両側面の傾斜面が滑らかに形成される。これにより、埋込半導体層９の埋め込み品質が向上する。
【００５３】
具体的には、図８に示した半導体順メサ構造における、下部クラッド層１９（その他の層であっても良い。）および上部クラッド層１５（その他の層であっても良い。）を構成する半導体材料がＩｎＰ系であり、活性層１７を構成する半導体材料に少なくとも、ＡｌＧａＩｎＡｓが含まれる場合が該当する。
すなわち、下部クラッド層１９および上部クラッド層１５を構成する半導体材料のＶ族の材料がＰのみであり、活性層１７を構成する半導体材料のＶ族の材料がＡｓのみとなっている。
【００５４】
この場合は、下部クラッド層１９および上部クラッド層１５をウェットエッチングできる所定のエッチング溶液（Ａ）は、活性層１７ではエッチング速度が遅くなるのに対して、活性層１７をウェットエッチングできる所定のエッチング溶液（Ｂ）は、下部クラッド層１９および上部クラッド層１５ではエッチング耐性が示される。
【００５５】
さらに、下部クラッド層１９、活性層１７、上部クラッド層１５のうち、下部クラッド層１９および上部クラッド層１５にのみエッチング作用があり、活性層１７に対してはエッチング耐性が示されるドライエッチング手法を採用することで、図６と同様な半導体順メサ構造を作製することができる。
【００５６】
特に活性層１７がＡｌＧａＩｎＡｓで構成されている場合には、当該構成される半導体材料にＡｌが含まれるので、ドライエッチングを下部クラッド層１９、活性層１７、上部クラッド層１５が含まれる積層構造に適用すると、下部クラッド層１９および上部クラッド層１５に対してのみエッチング作用があり、活性層１７に対してはエッチング耐性が示されるドライエッチング手法を適用できる。
【００５７】
図６で示した半導体順メサ構造は、半導体により構成される半導体素子において、図８に示したような半導体順メサ構造の断面を有する半導体発光素子以外にも、図９で示した半導体順メサ構造の断面を有する半導体導波路にも適用することができる。
【００５８】
図９に示した半導体導波路では、下部クラッド層１９、下部クラッド層１９上に形成されたコア層２１、コア層２１上に形成された上部クラッド層１５が含まれる積層構造において、半導体順メサ構造が構成されている。そして、必要に応じて順メサ構造のメサ両側面は埋込半導体層（この場合は、下層から第１の埋込半導体層９ａ、第２の埋込半導体層９ｂが順次埋め込まれている）によって埋め込まれている。
【００５９】
半導体導波路においては、鉛直方向に光閉じ込めを行うため、コア層２１の屈折率を下部クラッド層１９、上部クラッド層１５の屈折率よりも大きくする必要がある。すなわち、コア層２１の半導体材料を、下部クラッド層１９および上部クラッド層１５の半導体材料とは異ならせる必要がある。さらに、コア層２１に閉じ込められた光が下部クラッド層１９および上部クラッド層１５から漏れないように、コア層２１の厚さは、下部クラッド層１９および上部クラッド層１５よりも薄くする必要がある。
【００６０】
この場合、下部クラッド層１９、コア層２１、上部クラッド層１５の半導体材料のエッチングに対する性質が、前述したような図６に示した半導体順メサ構造における下部半導体層１、中間半導体層３、上部半導体層５のエッチングに対する性質と同様の関係を満たすとき、半導体発光素子の半導体順メサ構造の両側面の傾斜面が滑らかに形成される。これにより、埋込半導体層９の埋め込み品質が向上する。
【００６１】
具体的な例としては、図９に示した半導体導波路は、図８に示した半導体順メサ構造の場合と同様な半導体材料、すなわち、下部クラッド層１９および上部クラッド層１５を構成する半導体材料がＩｎＰ系であり、コア層２１を構成する半導体材料に少なくとも、ＡｌＧａＩｎＡｓが含まれる場合が該当する。
【００６２】
この場合は、下部クラッド層１９および上部クラッド層１５をウェットエッチングできる所定のエッチング溶液（Ａ）は、活性層１７ではエッチング速度が遅いのに対して、活性層１７をウェットエッチングできる所定のエッチング溶液（Ｂ）は、下部クラッド層１９および上部クラッド層１５ではエッチング耐性が示される。
【００６３】
さらに、下部クラッド層１９、コア層２１、上部クラッド層１５のうち、下部クラッド層１９および上部クラッド層１５にのみエッチング作用があり、活性層１７に対してはエッチング耐性が示されるドライエッチング手法を採用することで、図６と同様な半導体順メサ構造を作製することができる。
【００６４】
特にコア層がＡｌＧａＩｎＡｓで構成されている場合には、当該構成される半導体材料にＡｌが含まれるので、ドライエッチングを下部クラッド層１９、コア層２１、上部クラッド層１５が含まれる積層構造に適用した場合に、下部クラッド層１９および上部クラッド層１５に対してのみエッチング作用があり、コア層２１に対してはエッチング耐性が示されるドライエッチング手法を適用できる。
【００６５】
図８で示した半導体発光素子、および、図９で示した半導体導波路、若しくはいずれか一方は、例えば、一つの集積型の半導体素子として集積させることができる。
その一例として、図１０で示した集積型半導体レーザー素子３０がある。
【００６６】
図１０で示した集積型半導体レーザー素子３０は、半導体発光素子として、互いに発振波長が異なる複数のＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ）型のレーザー３１−１〜３１−ｎ（ｎは２以上の整数）と、半導体導波路として複数の光導波路３３−１〜３３−ｎと、光合流器３５と、半導体光増幅器を一つの基板上に集積したものである。
【００６７】
なお、図１０で示した集積型半導体レーザー素子３０では、半導体発光素子として複数のＤＦＢ型のレーザーと半導体導波路としての複数の光導波路を一つの基板に集積したものとなっているが、本発明の実施形態に係る半導体導波路のみを一つの基板上に集積した受動型の光平面回路で有っても良いし、本発明の実施形態に係る半導体発光素子のみをアレー状に一つの基板上に集積した半導体光素子アレーで有っても良い。
【００６８】
いずれの場合でも、これらの基板上に集積された各半導体導波路、または、半導体発光素子に含まれる半導体順メサ構造の両側面の傾斜面が滑らかに形成される。これにより、埋込半導体層９を埋め込んだ場合に埋め込み品質が向上する。
さらに、埋込半導体層９を埋め込まない場合であっても、半導体順メサ構造の両側面の傾斜面が滑らかであるので、例えば、当該順メサ構造の横方向に閉じ込められる光の閉じ込め効率が向上する。
【００６９】
図１０で例示した集積型半導体レーザー素子３０において、基板上に集積された複数のＤＦＢ型のレーザー３１−１〜３１−ｎのメサのストライプは、メサストライプ方向に並列に配列されている。
この状態において、集積型半導体レーザー素子３０における複数のＤＦＢ型のレーザー３１−１〜３１−ｎを作製する工程で、下部クラッド層１９、活性層１７、上部クラッド層１５、上部クラッド層１５上に形成されたコンタクト層１３が含まれる積層構造をエッチングして、メサストライプ方向に並列した各ＤＦＢ型のレーザーの半導体順メサ構造を一括して作製する場合を考える。
【００７０】
先述したように、下部半導体層１としての下部クラッド層１９、上部半導体層５としての上部クラッド層１５は、メサ側面が滑らかな斜面をなす半導体順メサ構造を作製する場合の前工程として、これらの層がドライエッチングよって、マスク層７を利用してほぼ鉛直方向にエッチングされる。
【００７１】
ここで、複数のＤＦＢ型レーザー３１−１〜３１−ｎを作製するためのマスク層７は、図１１（ａ）で示したように、互いに隣接して配置される。この状態で、ドライエッチング手法を適用して、上部クラッド層１５、若しくは、下部クラッド層１９をドライエッチングする場合は、エッチングが進行するにつれてエッチング部分は、図１１（ｂ）で示したように互いに隣接するＤＦＢ型レーザーのエッチング側壁によって囲まれる。
【００７２】
この状態では、上方から流入しようとするドライエッチングのガスは、エッチング部分の底部に向かってほぼ鉛直方向に整流されることになる。そのため、下部クラッド層１９と上部クラッド層のエッチング側壁の鉛直性を一層高く保つ事ができるようになる。
【００７３】
なお、半導体発光素子としての複数のＤＦＢ型レーザーの順メサ構造がメサストライプ方向に並列に配置された場合だけではなく、複数の半導体導波路の順メサ構造がメサストライプ方向に並列に配置された場合であっても、上記と同様な効果が得られる。
すなわち、半導体導波路を構成する上部クラッド層１５と下部クラッド層１９をドライエッチングする場合に、下部クラッド層１９と上部クラッド層のエッチング側壁の鉛直性を高く保つ事ができるようになる。
【実施例１】
【００７４】
本発明の実施の形態１に係る集積型半導体レーザー素子３０について説明する。図１０は、上記の半導体順メサ構造を有する半導体素子を有する集積型半導体発光素子の製造方法を具体的に適用した、集積型半導体レーザー素子３０の模式的な平面図である。
なお、より詳細には、例えば、特開２０１１−３５０６０号公報といった公知文献を参照することができる。
【００７５】
図１０に示すように、本実施の形態１に係る集積型半導体レーザー素子３０は、それぞれがメサ構造を有する、複数のＤＦＢレーザー３１−１〜３１−ｎ（ｎは２以上の整数）と、複数の光導波路３３−１〜３３−ｎと、光合流器３５と、半導体光増幅器３７とを一つの半導体基板上に集積し、埋め込み部３９により埋め込んだ構造を有する。なお、図１０に示すＤＦＢレーザー３１−１〜３１−ｎ等の各構成要素の輪郭線は、各構成要素におけるメサ構造の輪郭線を示しているものとする。
【００７６】
ＤＦＢレーザー３１−１〜３１−ｎは、各々が幅１．５〜３μｍ、長さ６００μｍのストライプ状の埋め込み構造を有する端面発光型レーザーであり、集積型半導体レーザー素子３０の一端において幅方向に２５μｍピッチで形成されている。ＤＦＢレーザー３１−１〜３１−ｎは、各ＤＦＢレーザーに備えられた回折格子の間隔を互いに異ならせることにより、出力光が単一モード発振のレーザー光となり、その発振波長が約１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍの範囲で相違するように構成されている。また、ＤＦＢレーザーの発振波長は、集積型半導体レーザー素子３０の設定温度を変化させることにより微調整することができる。すなわち、集積型半導体レーザー素子３０は、駆動するＤＦＢレーザーの切り替えと温度制御とにより、広い波長可変範囲を実現している。
【００７７】
図１２は、図１０に示す集積型半導体レーザー素子３０のＡ−Ａ線断面の一部を示す図である。なお、図１２中では、Ａ−Ａ線断面の活性層の部分を拡大して示し、その積層構造を示している。図１２に示すように、たとえばＤＦＢレーザー３１−２は、ｎ型ＩｎＰ基板４１上に、順次積層した、下部クラッドを兼ねるｎ型ＩｎＰバッファ層４２、組成を連続的に変化させた下部ＡｌＧａＩｎＡｓ−ＳＣＨ（Ｓｅｐａｒａｔｅ  Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）層４３、ＡｌＧａＩｎＡｓ層が量子井戸層として含まれるＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ−Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）構造の活性層４４ａ、上部ＡｌＧａＩｎＡｓ−ＳＣＨ層４５、ＩｎＰスペーサ層４６、ＩｎＧａＡｓＰからなるグレーティング層４７、およびｐ型ＩｎＰ層４８を備えている。ｐ型ＩｎＰ層４８からｎ型ＩｎＰバッファ層４２の一部に到るまでの層はメサ構造を有しており、このメサ構造はｐ型ＩｎＰ埋め込み層５２とｎ型ＩｎＰ電流ブロッキング層５３により埋め込まれている。また、ｐ型ＩｎＰ層４８とｎ型ＩｎＰ電流ブロッキング層５３との上にはｐ型ＩｎＰクラッド層５４、ＩｎＧａＡｓコンタクト層５５が順次積層している。また、各半導体層の外側表面はＳｉＮ保護膜５８により保護されている。さらに、ＳｉＮ保護膜５８はＩｎＧａＡｓコンタクト層５５上でその一部が開口しており、この開口部にはｐ側電極５９が形成されている。また、ｎ型ＩｎＰ基板４１上の裏面にはｎ側電極６０が形成されている。
【００７８】
なお、活性層４４ａは、厚さＴ１を有し、かつ拡大した断面が示すように、交互に積層した複数の井戸層４４ａａと障壁層４４ａｂとを有しており、その井戸層４４ａａおよび障壁層４４ａｂのいずれもがＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体材料からなる。なお、この厚さＴ１とは、各障壁層４４ａｂと各井戸層４４ａａとを含めた活性層４４ａの厚さの合計を意味するものとし、厚さｔ１を、各井戸層４４ａａのみの厚さの合計とする。また、活性層４４ａの組成は、ＤＦＢレーザー３１−１〜３１−ｎの発振波長が形成する帯域である１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍの中央近傍、すなわち１５５０ｎｍ近傍に利得ピークの波長を有するように設定されている。この組成の設定による半導体レーザーの利得ピークの波長は、集積型半導体レーザー素子３０の動作温度である１０〜５０℃におけるものである。また、他のＤＦＢレーザー３１−１、３１−３〜３１−ｎについては、活性層の組成や厚さを含めて、ＤＦＢレーザー３１−２と略同一の構造を有する。
【００７９】
光合流器３５は集積型半導体レーザー素子３０の中央部付近に形成されている。図１３は、図１０に示す集積型半導体レーザー素子３０のＢ−Ｂ線断面図である。図１３に示すように、光合流器３５は、ＤＦＢレーザー３１−１〜３１−ｎと同様の埋め込みメサ構造を有するが、下部ＡｌＧａＩｎＡｓ−ＳＣＨ層４３からｐ型ＩｎＰ層４８までの積層構造を、ＩｎＧａＡｓＰコア層５０とｉ型ＩｎＰ層５１との積層構造に置き換えた構造を有しており、かつメサ幅がより幅広く形成されている。また、ＳｉＮ保護膜５８の開口部とｐ側電極５９とは形成されていない。
【００８０】
また、光導波路３３−１〜３３−ｎはＤＦＢレーザー３１−１〜３１−ｎと光合流器３５との間に形成されており、光合流器３５と同様の埋め込みメサ構造を有しており、ＤＦＢレーザー３１−１〜３１−ｎと光合流器３５とを光学的に接続している。
【００８１】
また、半導体光増幅器３７は光合流器３５を挟んでＤＦＢレーザー３１−１〜３１−ｎとは反対側に形成されている。
【００８２】
また、図１４は、図１０に示す集積型半導体レーザー素子３０のＣ−Ｃ線断面図である。なお、図１４中では、Ｃ−Ｃ線断面の活性層の部分を拡大して示し、その積層構造を示している。図１４に示すように、半導体光増幅器３７は、ＤＦＢレーザー３１−１〜３１−ｎと同様の埋め込みメサ構造を有するが、活性層４４ａを活性層４４ｂに置き換えた構造を有している。さらに、半導体光増幅器３７はＩｎＧａＡｓＰグレーティング層４７を有さず、その代わりにｐ型ＩｎＰ層４８が形成されている。また、活性層４４ｂは、厚さＴ２を有し、かつ拡大した断面が示すように、交互に積層した複数の井戸層４４ｂａと障壁層４４ｂｂとを有しており、その井戸層４４ｂａおよび障壁層４４ｂｂのいずれもがＡｌＧａＩｎＡｓ系の半導体材料からなる。なお、この厚さＴ２とは、各障壁層４４ｂｂと各井戸層４４ｂａとを含めた活性層４４ｂの厚さの合計を意味するものとし、厚さｔ２を、各井戸層４４ｂａのみの厚さの合計とする。また、活性層４４ｂの組成は、ＤＦＢレーザー３１−１〜３１−ｎの各活性層４４ａの組成と同一であり、井戸層と障壁層とが形成する積層構造も同一であり、かつ厚さＴ２も厚さＴ１と同一である。したがって、後述するように、各活性層４４ａと活性層４４ｂとは一つの工程で製造できる。
【００８３】
上記の集積型半導体レーザー素子３０では、ＤＦＢレーザー３１−１〜３１−ｎは、埋め込みメサ構造をなし、また、光導波路３３−１〜３３−ｎも埋め込みメサ構造をなしており、これらは、すべて半導体順メサ構造のメサ両側面を埋込半導体層で埋め込んだものである。
【００８４】
ＤＦＢレーザー３１−１〜３１−ｎは、説明したように、メサ構造がｐ型ＩｎＰ埋め込み層５２とｎ型ＩｎＰ電流ブロッキング層５３で埋込半導体層として埋め込まれたものである。
メサ構造には、ＡｌＧａＩｎＡｓ層が量子井戸層として含まれるＭＱＷ構造の活性層４４ａを有しており、活性層の厚さは、上下のＳＣＨ層も含めても全体で１５０ｎｍと、メサ構造を構成する積層構造の他の半導体層よりも薄い。
【００８５】
光導波路３３−１〜３３−ｎも、説明したようにＤＦＢレーザー３１−１〜３１−ｎと同様にして、メサ構造がｐ型ＩｎＰ埋め込み層５２とｎ型ＩｎＰ電流ブロッキング層５３によって埋込半導体層として埋め込まれたものである。
メサ構造には、ＧａＩｎＡｓＰ層が光導波路のコア層として利用しており、コア層の厚さは、１５０ｎｍと、メサ構造を構成する積層構造の他の半導体層よりも薄い。
【００８６】
ＤＦＢレーザー３１−１〜３１−ｎ，半導体光増幅器３７における埋込半導体層を埋め込む工程は、通常の方法を採用できるが、積層構造をエッチングして半導体順メサ構造を形成する方法が当該通常の方法とは異なるので、その方法について説明する。
【００８７】
ＤＦＢレーザー３１−１〜３１−ｎにおいて、半導体順メサ構造が形成される積層構造は、ｎ型ＩｎＰ基板４１上に、順次積層した、下部クラッドを兼ねるｎ型ＩｎＰバッファ層４２、組成を連続的に変化させた下部ＡｌＧａＩｎＡｓ−ＳＣＨ層４３、ＡｌＧａＩｎＡｓ層が量子井戸層として含まれるＭＱＷ構造の活性層４４ａ、上部ＡｌＧａＩｎＡｓ−ＳＣＨ層４５、ＩｎＰスペーサ層４６、ＩｎＧａＡｓＰからなるグレーティング層４７、およびｐ型ＩｎＰ層４８である。
【００８８】
かかる積層構造において、下部クラッドを兼ねるｎ型ＩｎＰバッファ層４２の一部が、図１に示した下部半導体層に相当する。そして、上下のＳＣＨ層を含むＭＱＷが中間半導体層３に相当し、上部ＡｌＧａＩｎＡｓ−ＳＣＨ層４５、ＩｎＰスペーサ層４６、ＩｎＧａＡｓＰからなるグレーティング層４７、およびｐ型ＩｎＰ層４８が、上部半導体層５に相当する。
【００８９】
上記の積層構造をエッチングして半導体順メサ構造を形成するためには、ｐ型ＩｎＰ層４８の表面に、図１に示したように、順メサのメサ幅に相当するメサ形成領域の箇所にマスク層７を形成する。
【００９０】
マスク層７を形成後、上部半導体層５に相当する層をドライエッチングするために、メタン水素系のエッチングガスでドライエッチングを行う。上部半導体層５のドライエッチングの速度は、３０ｎｍ／ｍｉｎであるが、ＡｌＧａＩｎＡｓ層が量子井戸層として含まれる上下のＳＣＨ層を含むＭＱＷでは、ほぼゼロｎｍ／ｍｉｎである。
【００９１】
そのため、ドライエッチングが進行して、上部のＡｌＧａＩｎＡｓ−ＳＣＨ層４５の底部に至るとエッチングが停止し、図２で示したような、上部半導体層５で構成される略鉛直なメサが形成される。
【００９２】
ドライエッチングが終了後、中間半導体層３としての上下のＳＣＨ層を含むＭＱＷをエッチングするために、燐酸、水、過酸化水素水を５：１：１で混合したウェットエッチングを行う。ウェットエッチングでは、ＡｌＧａＩｎＡｓ層が量子井戸層として含まれる上下のＳＣＨ層を含むＭＱＷのウェットエッチングの速度は、１００ｎｍ／ｍｉｎであるが、上部半導体層５および下部半導体層では、ほぼゼロｎｍ／ｍｉｎである。
【００９３】
そのため、ウェットエッチングが進行してＭＱＷの底部に至ると、エッチングが停止し、図３で示したような、中間半導体層３としてのＭＱＷと上部半導体層５の積層構造がエッチングされたメサが形成される。ここで、ＭＱＷはドライエッチングではなく、ウェットエッチングでエッチングされるので、図３で示したように、サイドエッチングＳＥの部分が形成される。
【００９４】
ＭＱＷのウェットエッチングが終了後、上部半導体層５でのドライエッチングの手法と同様の手法を採用して、下部半導体層に相当する層のドライエッチングを行う。ドライエッチングは、上部半導体層５のドライエッチングと同様にして、メタン水素系のエッチングガスを使用する。ここで、下部半導体層のドライエッチングの速度は、３０ｎｍ／ｍｉｎであるが、ＡｌＧａＩｎＡｓ層が量子井戸層として含まれる上下のＳＣＨ層を含むＭＱＷでは、ほぼゼロｎｍ／ｍｉｎである。
【００９５】
下部半導体層のドライエッチングは、ｎ型ＩｎＰバッファ層４２の一部の深さに到達したらエッチングを停止させる。エッチング終了後は、図４に示したように下部半導体層、中間半導体層３としてのＭＱＷ、上部半導体層５の積層構造がエッチングされたメサが形成される。
【００９６】
図４に示したメサについて、上記のエッチングで生じたダメージ層を除去し、メサ幅を調整するため、臭素系のウェットエッチング手法でメサをエッチングする。
ウェットエッチングの速度は、上部半導体層５、下部半導体層では、１０ｎｍ／ｍｉｎであるが、ＡｌＧａＩｎＡｓ層が量子井戸層として含まれる上下のＳＣＨ層を含むＭＱＷでは、７ｎｍ／ｍｉｎであり、エッチング速度が遅い。
【００９７】
メサのウェットエッチングが完了したものを図５に示した。図５で示したように、上部半導体層５、下部半導体層には、それぞれサイドエッチングＳＥｔｏｐ、ＳＥｂｏｔの部分が形成される。ここで、ＳＥｂｏｔ，ＳＥｍｉｄ＜ＳＥｔｏｐの関係が成立しているため、図５で示した半導体順メサ構造のメサ両側面は、滑らかな面を有するので、その後の埋込半導体層の埋め込み結晶品質が向上する。
【００９８】
半導体光増幅器３７については、ＤＦＢレーザー３１−１〜３１−ｎでのＡｌＧａＩｎＡｓ層が量子井戸層として含まれるＭＱＷ構造を共用して光導波路のコア層として利用している。そのため、積層構造をエッチングして半導体順メサ構造を形成する方法は、既に説明したＤＦＢレーザー３１−１〜３１−ｎの場合と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【符号の説明】
【００９９】
１…下部半導体層
３…中間半導体層
５…上部半導体層
７…マスク層
９…埋込半導体層
９ａ…第１の埋込半導体層
９ｂ…第２の埋込半導体層
１１…エッチングストップ層
１３…コンタクト層
１５…上部クラッド層
１７…活性層
１９…下部クラッド層
２１…コア層
３０…集積型半導体レーザー素子
３１…ＤＦＢレーザー
３３…光導波路
３５…光合流器
３７…半導体光増幅器
３９…埋め込み部
４１…ｎ型ＩｎＰ基板
４２…ｎ型ＩｎＰバッファ層
４３…下部ＡｌＧａＡｓ−ＳＣＨ層
４４ａ、４４ｂ…活性層
４４ａａ、４４ｂａ…井戸層
４４ａｂ、４４ｂｂ…障壁層
４５…上部ＡｌＧａＡｓ−ＳＣＨ層
４６…ＩｎＰスペーサ層
４７…グレーティング層
４８…ｐ型ＩｎＰ層
５０…ＩｎＧａＡｓコア層
５１…ｉ型ＩｎＰ層
５２…ｐ型ＩｎＰ埋め込み層
５３…ｐ型ＩｎＰ電流ブロッキング層
５４…ｐ型ＩｎＰクラッド層
５５…ＩｎＧａＡｓコンタクト層
５８…ＳｉＮ保護層
５９…ｐ側電極
６０…ｎ側電極
【図１】
2013165123.tif 000004
【図２】
2013165123.tif 000005
【図３】
2013165123.tif 000006
【図４】
2013165123.tif 000007
【図５】
2013165123.tif 000008
【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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【図１３】
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【図１４】
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