(57)【要約】【課題】活性層から入力した光のスポットサイズを拡大し且つ光の反射を低減する光導波路層を有する光半導体素子の製造方法を提供する。【解決手段】光半導体素子の製造方法は、基板１１と、基板上に配置されたクラッド層１１２と、クラッド層上に配置された活性層１４とが積層された積層体上に選択成長マスク３０を形成する第１工程であって、選択成長マスク３０は、選択成長マスク３０の端縁から内側へ向かって延びる開口部３１を有し、開口部３１は、端縁側の幅よりも内側の幅の方が広い第１工程と、選択成長マスク３０を用いて、開口部３１の内側に位置する活性層１４の部分を除去する第２工程と、選択成長マスク３を活性層１４上に残した状態で、開口部３１内に光導波路層１５を形成する第３工程と、を備える。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板上に配置されたクラッド層と、前記クラッド層上に配置された活性層とが積層された積層体上に選択成長マスクを形成する第１工程であって、前記選択成長マスクは、前記選択成長マスクの端縁から内側へ向かって延びる開口部を有し、前記開口部は、前記端縁側の幅よりも前記内側の幅の方が広い第１工程と、
前記選択成長マスクを用いて、前記開口部の内側に位置する前記活性層の部分を除去する第２工程と、
前記選択成長マスクを前記活性層上に残した状態で、前記開口部内に光導波路層を形成する第３工程と、
を備える光半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記開口部は、前記選択成長マスクの前記端縁側から前記内側に向かって、幅が段階的に広がる請求項１に記載の光半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記開口部は、前記選択成長マスクの前記端縁側から前記内側に向かって、幅が連続的に広がる請求項１に記載の光半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記開口部は、前記選択成長マスクの前記端縁から前記内側に向かって所定の距離の部分の幅が一定である請求項１〜３の何れか一項に記載の光半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記開口部は、前記選択成長マスクの前記端縁から前記内側へ向かって延びる１対の側縁を有し、
少なくとも一の前記側縁は、前記開口部の内部に向かって凸な形状を有する請求項１〜４の何れか一項に記載の光半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記選択成長マスクは、幅が狭くなる幅狭部を有する請求項１〜５の何れか一項に記載の光半導体素子の製造方法。
【請求項７】
前記幅狭部は、前記開口部に対して、前記開口部が前記選択成長マスクの前記端縁から前記内側へ向かって延びる方向と交差する方向に配置される請求項６に記載の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、光半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光のスポットサイズが異なる光学素子の間では、２つの光学素子間を伝搬する光の光学損失を低減するために、スポットサイズコンバータを用いて、光のスポットサイズを変換することが行われている。
【０００３】
複数の光学素子をシリコン基板上に高密度に集積するシリコンフォトニクス技術は、小型で大容量な光送受信部を実現する上で有望な技術として期待されている。
【０００４】
シリコンは、キャリアの間接遷移に基づいて発光する半導体であるので、半導体レーザ等の発光素子の材料として用いるには課題が多い。そこで、直接遷移に基づいて発光する化合物半導体により形成される発光素子をシリコン基板に搭載することが試みられている。
【０００５】
シリコン基板に搭載される発光素子は、ＬＳＩユニットのような発熱量の大きい素子の近傍に配置される場合があるので、高温でも安定して動作することが求められる。そこで、広い温度範囲で安定して発光する量子ドットを含む活性層を有する発光素子を、シリコン基板に搭載することが検討されている。
【０００６】
量子ドットを含む活性層を有する発光素子をシリコン基板に搭載して、シリコン光導波路と光学的に結合する場合には、光の結合損失が大きくなるという問題が生じ得る。
【０００７】
この理由は、量子ドットを含む活性層を有する発光素子の垂直方向におけるスポットサイズ（近視野像のモードフィールド径の１／ｅ２の位置における全幅）が狭いので（例えば１．４μｍ）、シリコン光導波路のスポットサイズ（例えば３μｍ）とは寸法が異なるためである。
【０００８】
そこで、量子ドットを含む活性層を有する発光素子とシリコン光導波路との間に、スポットサイズ変換部を配置することが検討されている。
【０００９】
図１は、従来例の光半導体素子を示す図である。
【００１０】
光半導体素子１１０は、レーザ光を生成する光生成部１１０Ａと、スポットサイズ変換部１１０Ｂを備える。スポットサイズ変換部１１０Ｂは、光生成部１１０Ａが出力する光のスポットサイズを拡大して外部へ出力する。光生成部１１０Ａ及びスポットサイズ変換部１１０Ｂは、化合物半導体を用いて形成される。
【００１１】
光生成部１１０Ａは、基板１１１と、基板１１１上に配置される下部クラッド層１１３と、下部クラッド層１１３上に配置される活性層１１４と、活性層１１４上に配置される上部クラッド層１１６を有する。活性層１１４は、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する。上部クラッド層１１６上には、第１電極層１１９ａが配置され、基板１１１の下には、第２電極層１１９ｂが配置される。基板１１１と、下部クラッド層１１３と、第２電極層１１９ｂは、光生成部１１０Ａからスポットサイズ変換部１１０Ｂにわたって延びている。
【００１２】
スポットサイズ変換部１１０Ｂは、下部クラッド層１１３上に配置される光導波路層１１５と、光導波路層１１５上に配置される上部クラッド層１１７を有する。光導波路層１１５と活性層１１４とは、バットジョイント接合して、光学的に結合する。
【００１３】
光導波路層１１５は、活性層１１４との接合部Ｊでは、活性層１１４と同じ厚さを有するが、接合部Ｊから離れるのと共に、厚さが急激に低減する。活性層１１４から出力して光導波路層１１５を伝搬する光は、光導波路層１１５の厚さが薄くなるのと共に、光導波路層１１５から上部クラッド層１１６及び下部クラッド層１１３へしみだす量が増加してスポットサイズが拡大していく。このようにして、光生成部１１０Ａで生成された光は、スポットサイズ変換部１１０Ｂでスポットサイズが拡大されて、光半導体素子１１０の外部（例えばシリコン光導波路）へ出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００１−１３５８８７号公報
【特許文献２】特開平８−１２５２７９号公報
【特許文献３】特開平９−６１６５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
図１に示す光半導体素子１１０では、光導波路層１１５の厚さが、接合部Ｊから急激に減少するので、活性層１１４から出力した光の一部が光導波路層１１５と上部クラッド層１１７との界面で反射する。そのため、図１に示す光半導体素子１１０は、スポットサイズ変換部１１０Ｂにおける光の損失が大きいという問題がある。
【００１６】
光導波路層１１５の厚さが、接合部Ｊから離れるのと共に、急激に減少する理由は、その製造方法に起因する。以下、図２〜図５を参照して、図１に示す光半導体素子１１０の製造方法を説明する。
【００１７】
まず、図２に示すように、基板１１１と、基板１１１上に配置された下部クラッド層１１３と、下部クラッド層１１３上に配置された活性層１１４と、活性層１１４上に配置された上部クラッド層１１６を有する積層体１１１ａが形成される。図２（Ｂ）は、積層体１１１ａの平面図である。図２（Ａ）は、図２（Ｂ）のＺ１−Ｚ１線断面図である。基板１１１はＩｎＰを用いて形成され、下部クラッド層１１３もＩｎＰを用いて形成される。活性層１１４は、ＩｎＧａＡｓＰを含む多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する。上部クラッド層１１６は、ＩｎＰを用いて形成される。
【００１８】
次に、図３に示すように、積層体１１１ａ上に選択成長マスク１３０が形成される。選択成長マスク１３０は、マスクに覆われていない領域に層を成長させる機能を有する。選択成長マスク１３０は、開口部１３１を有する。開口部１３１は、選択成長マスク１３０の長手方向の端部からマスクの内側へ向かって、幅が狭まりならが延びている。選択成長マスク１３０はＳｉＮを用いて形成される。図３（Ｂ）は、積層体１１１ａの平面図であり、図３（Ａ）は、図３（Ｂ）のＺ２−Ｚ２線断面図である。
【００１９】
次に、図４に示すように、選択成長マスク１３０を用いて、開口部１３１の内側に位置する上部クラッド層１１６及び活性層１１４の部分をエッチングにより除去して、開口部１３１から下部クラッド層１１３が露出する。なお、開口部１３１の内側に位置していなくとも、選択成長マスク１３０に覆われていない上部クラッド層１１６及び活性層１１４の部分が同時に除去される。図４（Ｂ）は、平面図であり、図４（Ａ）は、図４（Ｂ）のＺ３−Ｚ３線断面図である。
【００２０】
次に、図５に示すように、選択成長マスク１３０を上部クラッド層１１６上に残した状態で、開口部１３１内に光導波路層１１５が形成される。光導波路層１１５は、例えば有機金属気相成長法又は分子線エピタキシー法により、ＩｎＧａＡｓＰを用いて形成される。図５（Ｂ）は、平面図であり、図５（Ａ）は、図５（Ｂ）のＺ４−Ｚ４線断面図である。
【００２１】
光導波路層１１５の原料は、選択性成長マスク１３０上には堆積せず、選択成長マスク１３０上から開口部１３１内に露出している下部クラッド層１１３上に移動して堆積する。そのため、開口部１３１の活性層１１４側には、開口部１３１の開放端部よりも多くの原料が堆積する。その結果、光導波路層１１５は、活性層１１４との接合部Ｊから離れるのと共に、厚さが急激に低減するように形成される。
【００２２】
以上が、光導波路層１１５の厚さが、接合部Ｊから離れるのと共に、急激に減少する理由の説明である。このように、光導波路層１１５の厚さが急激に減少することにより、光の反射が生じて、光の結合損失が生じることになる。
【００２３】
本明細書では、活性層から入力した光のスポットサイズを拡大し且つ光の反射を低減する光導波路層を有する光半導体素子の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の一形態によれば、基板と、上記基板上に配置されたクラッド層と、上記クラッド層上に配置された活性層とが積層された積層体上に選択成長マスクを形成する第１工程であって、上記選択成長マスクは、上記選択成長マスクの端縁から内側へ向かって延びる開口部を有し、上記開口部は、上記端縁側の幅よりも上記内側の幅の方が広い第１工程と、上記選択成長マスクを用いて、上記開口部の内側に位置する上記活性層の部分を除去する第２工程と、上記選択成長マスクを上記活性層上に残した状態で、上記開口部内に光導波路層を形成する第３工程と、を備える。
【発明の効果】
【００２５】
上述した本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の一形態によれば、活性層から入力した光のスポットサイズを拡大し且つ光の反射を低減する光導波路層を有する光半導体素子が得られる。
【００２６】
本発明の目的及び効果は、特に請求項において指摘される構成要素及び組み合わせを用いることによって認識され且つ得られるだろう。
【００２７】
前述の一般的な説明及び後述の詳細な説明の両方は、例示的及び説明的なものであり、特許請求の範囲に記載されている本発明を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来例の光半導体素子を示す図である。
【図２】従来例の光半導体素子を製造する工程（その１）を説明する図である。
【図３】従来例の光半導体素子を製造する工程（その２）を説明する図である。
【図４】従来例の光半導体素子を製造する工程（その３）を説明する図である。
【図５】従来例の光半導体素子を製造する工程（その４）を説明する図である。
【図６】（Ａ）は、本明細書に開示する光半導体素子の第１実施形態を示す断面図であり、（Ｂ）は平面図である。
【図７】（Ａ）は、本明細書に開示する光半導体素子の第１実施形態を示すＸ２−Ｘ２線断面図であり、（Ｂ）はＸ３−Ｘ３線断面図である。
【図８】異なる選択成長マスクの形状を示す図である。
【図９】選択成長マスクの形状と光導波路層の厚さ変化との関係を示す図である。
【図１０】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第１実施形態の工程（その１）を説明する図である。
【図１１】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第１実施形態の工程（その２）を説明する図である。
【図１２】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第１実施形態の工程（その３）を説明する図である。
【図１３】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第１実施形態の工程（その４）を説明する図である。
【図１４】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第１実施形態の工程（その５）を説明する図である。
【図１５】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第１実施形態の工程（その６）を説明する図である。
【図１６】（Ａ）は、本明細書に開示する光半導体素子の第２実施形態を示す断面図であり、（Ｂ）は平面図である。
【図１７】（Ａ）は、本明細書に開示する光半導体素子の第２実施形態を示すＹ２−Ｙ２線断面図であり、Ｙ３−Ｙ３線断面図である。
【図１８】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第２実施形態の工程（その１）を説明する図である。
【図１９】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第２実施形態の工程（その２）を説明する図である。
【図２０】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第２実施形態の工程（その３）を説明する図である。
【図２１】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第２実施形態の工程（その４）を説明する図である。
【図２２】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第２実施形態の工程（その５）を説明する図である。
【図２３】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第２実施形態の工程（その６）を説明する図である。
【図２４】選択成長マスクの変形例１を示す図である。
【図２５】選択成長マスクの変形例２を示す図である。
【図２６】選択成長マスクの変形例３を示す図である。
【図２７】実験例及び比較実験例で用いた選択成長マスクを示す図である。
【図２８】実施例及び比較例の光導波路層の厚さ変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本明細書で開示する光半導体素子の好ましい第１実施形態を、図を参照して説明する。但し、本発明の技術範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶものである。
【００３０】
図６（Ｂ）は、本明細書に開示する光半導体素子の第１実施形態の平面図であり、図６（Ａ）は、図６（Ｂ）のＸ１−Ｘ１線断面図である。図７（Ａ）は、図６（Ｂ）のＸ２−Ｘ２線断面図であり、図７（Ｂ）は、図６（Ｂ）のＸ３−Ｘ３線断面図である。
【００３１】
本実施形態の光半導体素子１０は、レーザ光を生成する光生成部１０Ａと、スポットサイズ変換部１０Ｂを備える。スポットサイズ変換部１０Ｂは、光生成部１０Ａから光を入力し、光生成部１０Ａとは反対側の端部から、スポットサイズを拡大した光を出力する。スポットサイズ変換部１０Ｂは、光生成部１０Ａから出力された光のスポットサイズを垂直方向に拡大すると共に、水平方向にも拡大する。
【００３２】
光生成部１０Ａは、基板１１と、基板１１上に配置される第２下部クラッド層１２と、第２下部クラッド層１２上に配置され、第２下部クラッド層１２よりも屈折率の高い第１下部クラッド層１３を備える。第１下部クラッド層１３上には、多層の量子ドット層を有する活性層１４が配置される。量子ドットの形状は、所定の波長（例えば波長１３００ｎｍ）で利得が得られるように適宜設計され得る。活性層１４上には、活性層１４よりも屈折率の低い第１上部クラッド層１６が配置され、第１上部クラッド層１６上には、第１上部クラッド層１６よりも屈折率の低い第２上部クラッド層１７が配置される。第２上部クラッド層１７上には、コンタクト層１８が配置される。
【００３３】
コンタクト層１８上には、第１電極層１９ａが配置され、基板１１の下には、第２電極層１９ｂが配置される。基板１１と、第２下部クラッド層１２と、第１下部クラッド層１３と、第１上部クラッド層１６と、第２上部クラッド層１７と、コンタクト層１８と、第２電極層１９ｂは、光生成部１０Ａからスポットサイズ変換部１０Ｂにわたって延びている。
【００３４】
図７（Ａ）に示すように、光生成部１０Ａでは、積層された第１上部クラッド層１６と第２上部クラッド層１７とコンタクト層１８は、活性層１４よりも幅が狭く、メサ構造が形成される。
【００３５】
スポットサイズ変換部１０Ｂは、第１下部クラッド層１３上に配置される光導波路層１５を有する。光導波路層１５上には、第１上部クラッド層１６と第２上部クラッド層１７とコンタクト層１８とが順番に配置される。光導波路層１５と活性層１４とは、接合部Ｊにおいてバットジョイント接合して、光学的に結合する。
【００３６】
図７（Ｂ）に示すように、スポットサイズ変換部１０Ｂでは、第１上部クラッド層１６と第２上部クラッド層１７とコンタクト層１８は、光導波路層１５よりも幅が狭く、メサ構造が形成される。
【００３７】
光導波路層１５は、接合部Ｊでは活性層１４と同じ厚さを有するが、接合部Ｊから離れるのと共に厚さが減少していく。例えば、接合部Ｊにおける光導波路層１５の厚さを４００ｎｍとして、接合部Ｊと反対側の光導波路層１５の端部の厚さを２００ｎｍとすることができる。即ち、光導波路層１５の厚さは、光が伝搬する向きにおける厚さが、接合部Ｊから離れるのと共に減少する。
【００３８】
活性層１４から光導波路層１５に入力した光は、光導波路層１５を伝搬していく過程において、光導波路層１５の厚さが薄くなるのと共に、光導波路層１５内に閉じ込められる作用が弱まる。そのため、光導波路層１５を伝搬する光は、光導波路層１５の厚さが薄くなるのと共に、光導波路層１５の厚さ方向において、光導波路層１５の外へしみだして、スポットサイズが拡大していく。
【００３９】
ここで、第２上部クラッド層１７の屈折率は、第１上部クラッド層１６よりも小さく且つ第２下部クラッド層１２の屈折率は、第１下部クラッド層１３よりも小さいので、光が、第１上部クラッド層１６及び第１下部クラッド層１３よりも外側に拡がることが抑制される。このような構成を用いて、スポットサイズ変換部１０Ｂの厚さ方向におけるスポットサイズが所定の大きさに拡大されるようになされている。
【００４０】
また、図６（Ｂ）に示すように、光導波路層１５は、接合部Ｊから、接合部Ｊとは反対側の端部に向かって、幅が拡がりながら延びている。光導波路層１５を伝搬する光は、光導波路層１５の面内方向におけるスポットサイズが、光導波路層１５の幅の増加と共に拡大していく。
【００４１】
光半導体素子１０では、スポットサイズ変換部１０Ｂにおける光導波路層１５の光が伝搬する向きにおける厚さの低減する割合が、上述した従来例の光導波路層よりも緩やかである。そのため、活性層１４から出力した光が、光導波路層１５と第１上部クラッド層１６との界面で反射する量が低減するので、スポットサイズ変換部１０Ｂにおける光の損失が低減する。また、伝搬する向きにおける厚さを低減する割合が緩やかなためスポットサイズ変換部で拡大する伝搬光のモード変化の変換損失が低減する。
【００４２】
本願発明者は、光導波路層１５を形成する時に用いる選択成長マスクの形状を工夫することにより、光導波路層１５の厚さの低減する割合を緩やかにするための知見を得た。以下、選択成長マスクの形状と、光導波路層１５の厚さとの関係を、図８及び図９を参照しながら説明する。
【００４３】
図８は、異なる選択成長マスクの形状を示す図である。
【００４４】
図８（Ａ）に示す選択成長マスクＭ１は、直線状の端縁Ｅを有する。選択成長マスクＭ１は、活性層１４上に配置されており、選択成長マスクＭ１に覆われていない部分では、第１下部クラッド層１３上に配置された活性層１４が露出している。
【００４５】
図８（Ｂ）に示す選択成長マスクＭ２は、選択成長マスクの端縁Ｅから内側へ向かって延びる開口部Ｎ２を有する。開口部Ｎ２は、一定の幅を有する。
【００４６】
図８（Ｃ）に示す選択成長マスクＭ３は、本明細書に開示する上述した第１実施形態の光導波路層１５を形成するのに用いたマスクである。選択成長マスクＭ３は、選択成長マスクＭ３の端縁Ｅから内側へ向かって延びる開口部Ｎ３を有する。開口部Ｎ３は、端縁Ｅ側の幅よりも内側の幅の方が広い。具体的には、開口部Ｎ３は、選択成長マスクＭ３の端縁Ｅ側から内側に向かって、幅が段階的に広がっている。開口部Ｎ３は、端縁Ｅ側から内側に向かって、所定の幅で延びる第１部３１ａと、第１部３１ａから幅が拡がって更に内側に延びる第２部３１ｂを有する。第１部３１ａの幅は、図８（Ｂ）に示す開口部Ｎ２の幅よりも狭く、第２部３１ｂの幅は、開口部Ｎ２の幅よりも広い。
【００４７】
次に、各選択成長マスクＭ１〜Ｍ３を用いて、マスクに覆われていない活性層１４の部分をエッチングにより除去して、第１下部クラッド層１３を露出する。次に、選択成長マスクＭ１〜Ｍ３を活性層１４上に残した状態で、露出している第１下部クラッド層１３上に、光導波路層を、選択成長により形成した。選択成長マスクＭ２及びＭ３を用いた場合には、第１下部クラッド層１３が露出している開口部Ｎ２、Ｎ３内にも光導波路層が形成される。
【００４８】
図９に示すカーブＣ１は、図８（Ａ）の鎖線Ｐ１に沿った方向の光導波路層の厚さの変化を示す。カーブＣ１は、選択成長マスクＭ１の端縁Ｅから離れる方向の光導波路層の厚さの分布を示している。横軸の原点は、選択成長マスクＭ１の端縁Ｅの位置を示す。
【００４９】
図９に示すカーブＣ２は、図８（Ｂ）の鎖線Ｐ２に沿った方向の光導波路層の厚さの変化を示す。カーブＣ２は、開口部Ｎ２内において、選択成長マスクＭ２の端縁Ｇから離れる方向の光導波路層の厚さの分布を示している。横軸の原点は、開口部Ｎ２における端縁Ｇの位置を示す。
【００５０】
図９に示すカーブＣ３は、図８（Ｃ）の鎖線Ｐ３に沿った方向の光導波路層の厚さの変化を示す。カーブＣ３は、開口部Ｎ３内において、選択成長マスクＭ３の端縁Ｇから離れる方向の光導波路層の厚さの分布を示している。横軸の原点は、開口部Ｎ３における端縁Ｇの位置を示す。
【００５１】
図９のカーブＣ１に示すように、選択成長マスクＭ１を用いて光導波路層を形成した場合には、光導波路層の厚さは、選択成長マスクＭ１の端縁Ｅから離れるのと共に、指数関数的に減少する。選択成長マスクＭ１の端縁Ｅに近い部分では、端縁Ｅから遠い部分よりも、選択成長マスクＭ２から多くの光導波路層の原料が供給されるので、光導波路層の厚さがより厚くなる。
【００５２】
図９のカーブＣ２に示すように、選択成長マスクＭ２を用いて光導波路層を形成した場合には、開口部Ｎ２内の光導波路層の厚さは、全体として、図９（Ａ）の場合よりも増加する。これは、開口部Ｎ２の周囲の選択成長マスクＭ２の部分から、光導波路層の原料が、開口部Ｎ２内に供給されるためである。
【００５３】
図９のカーブＣ３に示すように、選択成長マスクＭ３を用いて光導波路層を形成した場合には、開口部Ｎ３内の光導波路層の厚さは、選択成長マスクＭ３の端縁Ｇに近い部分では、カーブＣ２よりも薄くなり、一方、選択成長マスクＭ３の端縁Ｇから離れた部分では、カーブＣ２よりも厚くなる。この理由を、以下に説明する。
【００５４】
選択成長マスクＭ３の開口部Ｎ３の第２部３１ｂは、開口部Ｎ２よりも幅が広いので、第２部３１ｂの単位面積に対して、選択成長マスク上からの原料の供給量が減少する。一方、第１部３１ａは、開口部Ｎ２よりも幅が狭いので、第１部３１ａの単位面積に対して、選択成長マスク上からの原料の供給量が増加する。
【００５５】
このようにして、選択成長マスクＭ３を用いることにより、マスクの端縁Ｇ側の光導波路層の成長速度を、選択成長マスクＭ２を用いる場合よりも高くする。同時に、マスクの端縁Ｇから離れた位置における光導波路層の成長速度を、選択成長マスクＭ２を用いる場合よりも低くする。その結果、選択成長マスクＭ３を用いることにより、マスクＭ１又はＭ２を用いる場合よりも、マスクの端縁Ｇ側の光導波路層の厚さの低減する割合を緩やかにできる。
【００５６】
選択成長マスクＭ３の開口部Ｎ３は、一般に、選択成長マスクの端縁Ｅから内側へ向かって延びる１対の側縁Ｆ（図８（Ｃ）参照）を有する。一対の側縁Ｆのうちの少なくとも一の側縁Ｆは、開口部Ｎ３の内部に向かって凸な形状を有することが、開口部Ｎ３内に形成される光導波路層の厚さが緩やかに低減するように形成する上で好ましい。図８（Ｃ）に示す開口部Ｎ３は、幅が内側に向かって拡がる階段状の側縁Ｆを有しており、開口部Ｎ３の内部に向かって凸な形状を有する側縁の一例である。また、側縁Ｆは、開口部の内側に向かって凸に湾曲する形状（図８（Ｃ）参照）を有していてもよい。
【００５７】
次に、上述した第１実施形態の光半導体素子の好ましい製造方法を、図面を参照しながら、以下に説明する。
【００５８】
まず、図１０に示すように、基板１１上に、第２下部クラッド層１２と第１下部クラッド層１３と活性層１４とが積層された積層体１１ａが形成される。活性層１４は、多層の量子ドット層を積層した構造を有する。図１０（Ｂ）は、積層体１１ａの平面図であり、図１０（Ａ）は、図１０（Ｂ）のＸ４−Ｘ４線断面図である。将来、光生成部が形成される領域をＲ１として示し、スポットサイズ変換部が形成される領域をＲ２として示す。
【００５９】
本実施形態では、基板１１として、（１００）面を有するｐ−ＧａＡｓ基板を用いた。第２下部クラッド層１２は、ｐ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓを用いて形成された。第１下部クラッド層１３は、ｐ−Ａｌ０．２７Ｇａ０．７７Ａｓを用いて形成された。第２下部クラッド層１２のＡｌ組成比を、第１下部クラッド層１３よりも大きくして、第２下部クラッド層１２の屈折率を、第１下部クラッド層１３よりも小さくした。活性層１４の構造は、ＧａＡｓを用いて形成されるバリア層の中にＩｎＡｓを用いて形成される量子ドットが配置された量子ドット層が、８層積層されて形成される。バリア層の厚さは４０ｎｍであった。８層積層された量子ドット層構造の上下には、量子ドット層構造を挟み込むように、ＧａＡｓを用いて形成されるＳＣＨ（Ｓｅｐａｒａｔｅ  Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）層が配置された。各量子ドット層の厚さは４０ｎｍであり、各ＳＣＨ層の厚さは、４０ｎｍであり、全体として活性層１４の厚さは、４００ｎｍであった。各層は、例えば、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）を用いて形成される。活性層１４の発振波長は１３００ｎｍであった。
【００６０】
次に、図１１に示すように、リソグラフィ法及びエッチング法を用いて、選択成長マスク３０が、積層体１１ａの活性層１４上に形成される。図１１（Ｂ）は、積層体１１ａの平面図であり、図１１（Ａ）は、図１１（Ｂ）のＸ５−Ｘ５線断面図である。選択成長マスク３０は、例えば、ＳｉＯ２又はＳｉＮを用いて形成される。選択成長マスク３０は、開口部３１を有する。開口部３１の形状は、図８（Ｃ）に示す開口部と同じである。選択成長マスク３０の寸法は、長手方向の長さを８００μｍとし、幅方向の長さを４００μｍとすることができる。開口部３１の第１部３１ａの長さＬ１を５０μｍとし、幅Ｌ２を１０μｍとし、第２部３１ｂの長さＬ３を５０μｍとし、幅Ｌ４を１５μｍとすることができる。活性層１４と光導波路層１５との接合部Ｊは、領域Ｒ１と領域Ｒ２との境界と一致する位置に形成され、選択成長マスク３０の端縁Ｅから内側に向かって１００μｍの位置となる。
【００６１】
なお、領域Ｒ１における選択成長マスク３０は、図１１中の鎖線で示すように、将来、メサ構造が形成される部分を覆う程度に幅狭に形成してもよい。選択成長マスク３０における領域Ｒ２とは反対側の部分は、開口部３１内の光導波路層の選択成長に与える影響が小さいので、面積を小さくしてもよい。また、選択成長マスク３０を小さくすることにより、光導波路層を形成する原料の一部が、マスク上に堆積することを抑制することができる。
【００６２】
次に、図１２に示すように、選択成長マスク３０を用いて、開口部３１の内側に位置する活性層１４の部分を含めて、選択成長マスク３０に覆われていない活性層１４が除去され、第１下部クラッド層１３が露出する。図１２（Ｂ）は、平面図であり、図１２（Ａ）は、図１２（Ｂ）のＸ６−Ｘ６線断面図である。
【００６３】
活性層１４を除去するエッチングでは、活性層１４に対するエッチング速度が速く、第１下部クラッド層１３に対するエッチング速度が遅いエッチング選択性を有するエッチャントを用いることが好ましい。ＧａＡｓ及びＩｎＡｓを主成分とする活性層１４に対するエッチング速度が速く、ＡｌＧａＡｓを主成分とする第１下部クラッド層１３に対するエッチング速度が遅いエッチャントとしては、具体的には、クエン酸・過酸化水素水系のエッチャントが挙げられる。本明細書では、クエン酸とは、純水にクエン酸の粉末をクエン酸：純水＝１ｇ：１ｃｃで混合したものを意味する。本実施形態では、クエン酸：過酸化水素水＝４：１のエッチャントを使用した。
【００６４】
次に、図１３に示すように、選択成長マスク３０を活性層１４上に残した状態で、開口部３１内に光導波路層１５が、選択成長により形成される。図１３（Ｂ）は、平面図であり、図１３（Ａ）は、図１３（Ｂ）のＸ７−Ｘ７線断面図である。本実施形態では、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法により、ＧａＡｓを用いて光導波路層１５が形成された。開口部３１内の光導波路層１５は、図９のカーブＣ３に示すように、接合部Ｊの近傍において緩やかなに厚さが低減するように形成される。領域Ｒ１と領域Ｒ２との境界には、活性層１４と光導波路層１５とがバッドジョイントした接合部Ｊが形成される。そして、選択成長マスク３０が、活性層１４上から除去される。
【００６５】
次に、図１４に示すように、活性層１４と、光導波路層１５と、第１下部クラッド層１３とを覆うように、第１上部クラッド層１６と、第２上部クラッド層１７と、コンタクト層１８とが順番に形成される。図１４（Ｂ）は、平面図であり、図１４（Ａ）は、図１４（Ｂ）のＸ８−Ｘ８線断面図である。第２上部クラッド層１７は、ｐ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓを用いて形成された。第１上部クラッド層１６は、ｐ−Ａｌ０．２７Ｇａ０．７７Ａｓを用いて形成された。第２上部クラッド層１７のＡｌ組成比を、第１上部クラッド層１６よりも大きくして、第２下部クラッド層１２の屈折率を、第１下部クラッド層１３よりも小さくした。コンタクト層１８は、ｎ−ＧａＡｓを用いて形成された。各層は、例えば、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）や有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）を用いて形成される。
【００６６】
次に、図１５に示すように、コンタクト層１８上に、マスク３２が形成される。図１５（Ｂ）は、平面図であり、図１５（Ａ）は、図１５（Ｂ）のＸ９−Ｘ９線断面図である。マスク３２は、領域Ｒ１では同じ幅で長手方向に延びており、領域Ｒ２では、幅が拡がりながら長手方向に延びている。そして、マスク３２を用いて、コンタクト層１８から第１上部クラッド層１６までの部分がエッチングされて、光生成部１０Ａ及びスポットサイズ変換部１０Ｂのメサ構造が形成される。メサ構造の周囲は大気に囲まれており、リッジ導波路構造が形成される。そして、領域Ｒ１のコンタクト層１８上に第１電極層１９ａが形成され、領域Ｒ１から領域Ｒ２の基板１１の下に第２電極層１９ｂが形成されて、光半導体素子１０が得られる。なお、領域Ｒ２のコンタクト層１８は除去してもよい。
【００６７】
上述した本実施形態の光半導体素子の製造方法によれば、活性層１４から入力した光のスポットサイズを拡大し且つ光の反射を低減する光導波路層１５を有する光半導体素子１０が得られる。具体的には、接合部Ｊから所定の範囲における光導波路層１５の厚さが緩やかに低減するので、活性層１４から入力した光を、光導波路層１５と第１上部クラッド層１６との界面から反射する量を低減できる。
【００６８】
上述した第１実施形態の製造方法では、選択成長マスク３０の開口部３１の幅は、２段階に変化していたが、開口部３１の幅の変化は、３段階以上に変化させてもよい。また、上述した第１実施形態の製造方法では、ｐ−ＧａＡｓ基板を用いていたが、ｎ−ＧａＡｓ基板を用いてもよい。この場合には、ｐ−ＡｌＧａＡｓを用いて、上部クラッド層及び下部クラッド層を形成し、ｐ−ＧａＡｓを用いて、コンタクト層を形成することが好ましい。更に、基板１１と第２下部クラッド層１２との間に、バッファ層を配置することが、下部クラッド層の結晶品質を向上する観点から好ましい。
【００６９】
次に、上述した光半導体素子の第２実施形態を、図１６及び図１７を参照しながら以下に説明する。他の実施形態について特に説明しない点については、上述の第１実施形態に関して詳述した説明が適宜適用される。また、同一の構成要素には同一の符号を付してある。
【００７０】
図１６（Ｂ）は、本明細書に開示する光半導体素子の第２実施形態の平面図であり、図１６（Ａ）は、図１６（Ｂ）のＹ１−Ｙ１線断面図である。図１７（Ａ）は、図１６（Ｂ）のＹ２−Ｙ２線断面図であり、図１７（Ｂ）は、図１６（Ｂ）のＹ３−Ｙ３線断面図である。
【００７１】
本実施形態の光半導体素子１０も、上述した第１実施形態と同様に、レーザ光を生成する光生成部１０Ａと、スポットサイズ変換部１０Ｂを備える。スポットサイズ変換部１０Ｂは、光生成部１０Ａから光を入力し、光生成部１０Ａとは反対側の端部から、スポットサイズを拡大した光を出力する。スポットサイズ変換部１０Ｂは、光生成部１０Ａから出力された光のスポットサイズを垂直方向に拡大すると共に、水平方向にも拡大する。
【００７２】
本実施形態のスポットサイズ変換部１０Ｂの光導波路層１５は、上述した第１実施形態よりも、接合部Ｊ近傍の厚さの低減する割合が、更に緩やかになっている。この理由については、製造方法において後述する。
【００７３】
光生成部１０Ａは、基板１１と、基板１１上に配置される第１下部クラッド層１３を備える。第１下部クラッド層１３上には、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する活性層１４が配置される。図１７（Ａ）に示すように、第１下部クラッド層１３は、幅方向の中央部が上方に向かって突出しており、活性層１４は、第１下部クラッド層１３の中央の突出している部分の上に配置される。多重量子井戸構造は、所定の波長で利得が得られるように適宜設計され得る。活性層１４上には、第１上部クラッド層１６が配置され、第１上部クラッド層１６上には、第２上部クラッド層１７が配置される。第２上部クラッド層１７上には、コンタクト層１８が配置される。本実施形態の光半導体素子１０では、第２下部クラッド層は配置されない。
【００７４】
コンタクト層１８上には、第１電極層１９ａが配置され、基板１１の下には、第２電極層１９ｂが配置される。基板１１と、第１下部クラッド層１３と、第２上部クラッド層１７と、コンタクト層１８と、第２電極層１９ｂは、光生成部１０Ａからスポットサイズ変換部１０Ｂにわたって延びている。
【００７５】
図１７（Ａ）に示すように、光生成部１０Ａでは、積層された活性層１４と第１上部クラッド層１６と第２上部クラッド層１７とコンタクト層１８は、第１下部クラッド層１３よりも幅が狭く、メサ構造が形成される。メサ構造の周囲には、埋め込み層２１が配置される。
【００７６】
スポットサイズ変換部１０Ｂは、第１下部クラッド層１３上に配置される光導波路層１５を有する。図１７（Ｂ）に示すように、第１下部クラッド層１３は、幅方向の中央部が上方に向かって突出しており、光導波路層１５は、第１下部クラッド層１３の中央の突出している部分の上に配置される。光導波路層１５上には、第３上部クラッド層２０と、第２上部クラッド層１７と、コンタクト層１８とが順番に配置される。光導波路層１５と活性層１４とは、接合部Ｊにおいてバットジョイント接合して、光学的に結合する。
【００７７】
図１７（Ｂ）に示すように、スポットサイズ変換部１０Ｂでは、光導波路層１５と第３上部クラッド層２０と第２上部クラッド層１７とコンタクト層１８は、第１下部クラッド層１３よりも幅が狭く、メサ構造が形成される。メサ構造の周囲には、埋め込み層２１が配置される。埋め込み層２１は、光生成部１０Ａからスポットサイズ変換部１０Ｂにわたって延びている。
【００７８】
光導波路層１５は、活性層１４との接合部Ｊでは、活性層１４と同じ厚さを有するが、接合部Ｊから離れるのと共に厚さが減少していく。例えば、接合部Ｊにおける光導波路層１５の厚さを４００ｎｍとして、接合部Ｊと反対側の光導波路層１５の端部の厚さを１００ｎｍとすることができる。即ち、光導波路層１５の厚さは、光が伝搬する向きにおける厚さが、接合部Ｊから離れるのと共に減少する。
【００７９】
活性層１４から光導波路層１５に入力した光は、光導波路層１５を伝搬していく過程において、光導波路層１５の厚さが薄くなるのと共に、光導波路層１５内に閉じ込められる作用が弱まる。そのため、光導波路層１５を伝搬する光は、光導波路層１５の厚さが薄くなるのと共に、光導波路層１５の厚さ方向において、光導波路層１５の外へしみだして、スポットサイズが拡大していく。
【００８０】
また、図１６（Ｂ）に示すように、光導波路層１５は、接合部Ｊから、接合部Ｊとは反対側の端部に向かって、幅が狭まりながら延びている。光導波路層１５を伝搬する光は、光導波路層１５の層方向におけるスポットサイズが、光導波路層１５の幅の減少と共に、光導波路層１５内に閉じ込められる作用が弱まる。そのため、光導波路層１５を伝搬する光は、光導波路層１５の幅が薄くなるのと共に、光導波路層１５の層方向において、光導波路層１５の外の埋め込み層２１へしみだして、スポットサイズが拡大していく。
【００８１】
次に、第２実施形態の光半導体素子１０の好ましい製造方法を、図面を参照しながら、以下に説明する。
【００８２】
まず、図１８に示すように、基板１１上に、第１下部クラッド層１３と活性層１４と第１上部クラッド層１６とが積層された積層体１１ａが形成される。活性層１４は、多重量子井戸構造を有する。図１８（Ｂ）は、積層体１１ａの平面図であり、図１８（Ａ）は、図１８（Ｂ）のＹ４−Ｙ４線断面図である。将来、光生成部が形成される領域をＲ１として示し、スポットサイズ変換部が形成される領域をＲ２として示す。
【００８３】
本実施形態では、基板１１として、（１００）面を有するｎ−ＩｎＰ基板を用いた。第１下部クラッド層１３は、ｎ−ＩｎＰを用いて形成された。活性層１４の多重量子井戸構造は、ｉ−ＩｎＧａＡｓＰを用いて形成される厚さが１０ｎｍのバリア層と、ｉ−ＩｎＧａＡｓＰを用いて形成される厚さが５ｎｍの井戸層を有する量子井戸層が、６層積層されて形成される。多重量子井戸構造の上下には、多重量子井戸構造を挟み込むように、ｉ−ＩｎＧａＡｓＰを用いて形成されるＳＣＨ（Ｓｅｐａｒａｔｅ  Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）層が配置された。各ＳＣＨ層の厚さは、５５ｎｍであり、全体として活性層１４の厚さは、４００ｎｍであった。各層は、例えば、ＭＯＶＰＥ法を用いて形成される。
【００８４】
次に、図１９に示すように、リソグラフィ法及びエッチング法を用いて、選択成長マスク３０が、積層体１１ａの活性層１４の上の第１上部クラッド層１６上に形成される。図１９（Ｂ）は、積層体１１ａの平面図であり、図１９（Ａ）は、図１９（Ｂ）のＹ５−Ｙ５線断面図である。選択成長マスク３０は、例えば、ＳｉＯ２又はＳｉＮを用いて形成される。選択成長マスク３０は、開口部３１を有する。開口部３１は、端縁Ｅ側から内側に向かって、所定の幅で延びる第１部３１ａと、第１部３１ａから幅が連続的に直線状に広がりながら更に内側に延びる第２部３１ｃを有する。
【００８５】
開口部３１の第２部３１ｂにおける幅の変化の割合を調節することにより、接合部Ｊの近傍における光導波路層１５の厚さの変化する割合を調整することができる。例えば、第２部３１ｂにおける幅の変化の割合を調節することによって、接合部Ｊの近傍の所定の領域における光導波路層１５の厚さをほぼ一定にすることもできる。
【００８６】
選択成長マスク３０の寸法は、長手方向の長さを６００μｍとし、幅方向の長さを４００μｍとすることができる。開口部３１の第１部３１ａの長さＬ１を５０μｍとし、幅Ｌ２を１０μｍとし、第２部３１ｂの長さＬ３を５０μｍとし、幅Ｌ４を２０μｍとすることができる。活性層１４と光導波路層１５との接合部Ｊは、領域Ｒ１と領域Ｒ２との境界に形成され、選択成長マスク３０の端縁Ｅから内側に向かって１００μｍの位置となる。
【００８７】
次に、図２０に示すように、選択成長マスク３０を用いて、開口部３１の内側に位置する第１上部クラッド層１６及び活性層１４の部分を含めて、選択成長マスク３０に覆われていない第１上部クラッド層１６及び活性層１４が除去されて、第１下部クラッド層１３が露出する。図２０（Ｂ）は、平面図であり、図２０（Ａ）は、図２０（Ｂ）のＹ６−Ｙ６線断面図である。
【００８８】
本実施形態では、まず、第１上部クラッド層１６に対してエッチング選択性の高いエッチャントを用いて、第１上部クラッド層１６をエッチングし、次に、活性層１４に対してエッチング選択性の高いエッチャントを用いて、活性層１４をエッチングした。具体的には、ＩｎＰを主成分とする第１上部クラッド層１６に対してエッチング選択性の高いエッチャントとして、塩酸を用いた。また、ＩｎＧａＡｓＰを主成分とする活性層１４に対してエッチング選択性の高いエッチャントとして、硫酸：過酸化水素水系のエッチャントを用いた。
【００８９】
次に、図２１に示すように、選択成長マスク３０を活性層１４の上に位置する第１上部クラッド層１６上に残した状態で、開口部３１内に光導波路層１５が、選択成長により形成される。図２１（Ｂ）は、平面図であり、図２１（Ａ）は、図２１（Ｂ）のＹ７−Ｙ７線断面図である。本実施形態では、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法により、ＩｎＧａＡｓＰを用いて光導波路層１５が形成された。本実施形態の選択成長マスク３０の第２部３１ｂは、幅が連続的に広がっているので、接合部Ｊの近傍における光導波路層１５の厚さの低減する割合が、上述した第１実施形態の光導波路層よりも更に緩やかになる。領域Ｒ１と領域Ｒ２との境界には、活性層１４と光導波路層１５とがバッドジョイントした接合部Ｊが形成される。そして、選択成長マスク３０が、活性層１４上から除去される。
【００９０】
ここで、光導波路層１５を形成する原料（例えば、Ｉｎ及びＧａ）の拡散長の違いに起因して、光導波路層１５の組成及び格子状数が均一ではなくなる場合がある。そこで、光導波路層１５の結晶性を向上する観点から、接合部Ｊの近傍において、光導波路層１５が第１下部クラッド層１３と格子整合するように、光導波路層１５の成膜条件を選択することが好ましい。臨界膜厚は、歪みと膜厚の積で決定されるので、接合部Ｊの近傍では、光導波路層１５の厚さが厚いので、光導波路層１５と第１下部クラッド層１３とを格子整合させることが好ましい。一方、接合部Ｊから離れた領域では、光導波路層１５の厚さが薄いので、光導波路層１５と第１下部クラッド層１３とを格子整合させなくてもよい。
【００９１】
次に、選択成長マスク３０を活性層１４の上に位置する第１上部クラッド層１６上に残した状態で、光導波路層１５上に、第３上部クラッド層２０が、選択成長により形成される。本実施形態では、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法を用いて、第３上部クラッド層２０が、ｉ−ＩｎＰを用いて形成された。
【００９２】
そして、図２２に示すように、選択成長マスク３０が、活性層１４上から除去された後、第１上部クラッド層１６及び第３上部クラッド層２０上に、第２上部クラッド層１７とコンタクト層１８とが順番に形成される。図２２（Ｂ）は、平面図であり、図２２（Ａ）は、図２２（Ｂ）のＹ８−Ｙ８線断面図である。第２上部クラッド層１７は、ｐ−ＩｎＰを用いて形成された。コンタクト層１８は、ｐ−ＩｎＧａＡｓを用いて形成された。各層は、例えば、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法を用いて形成される。
【００９３】
次に、図２３に示すように、コンタクト層１８上に、マスク３２が形成される。図２３（Ｂ）は、平面図であり、図２３（Ａ）は、図２３（Ｂ）のＹ９−Ｙ９線断面図である。マスク３２は、領域Ｒ１では長手方向に同じ幅で延びており、領域Ｒ２では、長手方向に幅が狭まりながら延びている。そして、マスク３２を用いて、コンタクト層１８から第１下部クラッド層１３の表面の部分までがエッチングされて、光生成部１０Ａ及びスポットサイズ変換部１０Ｂのメサ構造が形成される。なお、図２３（Ｂ）に示すマスク３２の形状として、図１５（Ｂ）に示すように、長手方向に幅が拡がりながら延びる形状を用いてもよい。
【００９４】
そして、光生成部１０Ａ及びスポットサイズ変換部１０Ｂのメサ構造を埋め込むように、埋め込み層２１が形成される。本実施形態では、埋め込み層２１は、ＭＯＶＰＥ法により、Ｆｅが添加されたＩｎＰを用いて形成された。ＩｎＰ層中のＦｅはバンドギャップ中に深いアクセプタ準位を形成し電子をトラップする性質があるため半絶縁性半導体層となり、Ｆｅが添加されたＩｎＰ層は高抵抗を有する。このようにして、高抵抗を有する埋め込み型の導波路構造が形成される。
【００９５】
そして、領域Ｒ１のコンタクト層１８上に第１電極層１９ａが形成され、領域Ｒ１から領域Ｒ２の基板１１の下に第２電極層１９ｂが形成されて、光半導体素子１０が得られる。
【００９６】
上述した本実施形態の光半導体素子の製造方法によれば、活性層１４から入力した光の反射を更に低減する光導波路層１５を有する光半導体素子１０が得られる。本実施形態の光半導体素子では、接合部Ｊの近傍における光導波路層１５の厚さの低減する割合が、上述した第１実施形態の光導波路層よりも更に緩やかである。そのため、活性層１４から入力した光が、光導波路層１５と第３上部クラッド層２０との界面から反射する量を一層低減できる。
【００９７】
次に、上述した本明細書に開示する光半導体素子の製造方法で用いられる選択成長マスクの変形例を、図面を参照しながら、以下に説明する。
【００９８】
図２４は、選択成長マスクの変形例１を示す図である。
【００９９】
変形例１の選択成長マスク３０は、幅が狭くなる幅狭部３０ａを有する。幅狭部３０ａは、開口部３１に対して、開口部３１が選択成長マスク３０の端縁Ｅから内側へ向かって延びる方向と交差する方向に配置されることが好ましい。幅狭部３０ａを設けることにより、選択成長マスク３０の面積を部分的に低減し、幅狭部３０ａの近くに位置する開口部３１内へ供給される光導波路層の原料の量を減少することにより、接合部の近傍の光導波路層の厚さの変化を緩やかにすることができる。
【０１００】
また、図２４には、他の形態の幅狭部３０ｂを鎖線で示す。幅狭部３０ｂは、選択成長マスク３０の幅が連続的に狭まるように形成される。
【０１０１】
次に、選択成長マスクの変形例２を、以下に説明する。
【０１０２】
図２５は、選択成長マスクの変形例２を示す図である。
【０１０３】
上述した第１実施形態及び第２実施形態の製造方法の説明では、個々の光半導体素子を製造することを述べていた。実際には、一枚の大きな基板上に複数の光半導体素子を同時に形成する場合がある。図２５は、このような場合に用いられる複数の選択成長マスク３０が並べて配置される状態を示す。図２５中の枠Ｔ内に示される部分が、一個の光半導体素子を形成する選択成長マスクである。
【０１０４】
図２５に示す例では、複数の選択成長マスク３０が、領域Ｒ１同士が対向するように結合して配置される。なお、複数の選択成長マスク３０が、領域Ｒ２同士が対向するように結合して配置されてもよい。
【０１０５】
次に、選択成長マスクの変形例３を、以下に説明する。
【０１０６】
図２６は、選択成長マスクの変形例３を示す図である。
【０１０７】
本変型例では、上下方向に隣接する選択成長マスク３０の領域Ｒ２が結合している点が、上述した変形例２とは異なっている。それ以外の構造は、変形例２と同様である。
【実施例】
【０１０８】
以下、本明細書に開示する光半導体素子の製造方法について、実施例を用いて更に説明する。ただし、本発明の範囲はかかる実施例に制限されるものではない。
【０１０９】
[実施例]
まず、基板上に、下部クラッド層と活性層とが積層された積層体が形成された。基板１１として、（１００）面を有するｐ−ＧａＡｓ基板を用いた。下部クラッド層は、ｐ−Ａｌ０．２７Ｇａ０．７３Ａｓを用いて形成され、厚さは２．５μｍであった。活性層の多層の量子ドット層を有する構造は、ＧａＡｓを用いて形成されるバリア層の中にＩｎＡｓを用いて形成される量子ドットが配置された量子ドット層が８層積層されて形成された。バリア層の厚さは４０ｎｍであった。多重量子井戸構造の上下には、多層の量子ドット層を有する構造を挟み込むように、ＧａＡｓを用いて形成されるＳＣＨ（Ｓｅｐａｒａｔｅ  Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）層が配置された。各量子ドット層の厚さは４０ｎｍであり、各ＳＣＨ層の厚さは、４０ｎｍであり、全体として活性層の厚さは、４００ｎｍであった。
【０１１０】
次に、リソグラフィ法及びエッチング法を用いて、選択成長マスクが、積層体の活性層上に形成された。選択成長マスクは、例えば、ＳｉＯ２を用いて形成された。選択成長マスクの形状を、図２７（Ａ）に示す。図２７（Ａ）に示す開口部３１の形状は、図８（Ｃ）に示す開口部と同じである。選択成長マスク３０の寸法は、長手方向の長さを４００μｍとし、幅方向の長さを４００μｍとした。開口部３１の第１部３１ａの長さＬ１を５０μｍとし、幅Ｌ２を１０μｍとし、第２部３１ｂの長さＬ３を５０μｍとし、幅Ｌ４を１５μｍとした。
【０１１１】
次に、選択成長マスク３０を用いて、開口部３１の内側に位置する活性層の部分を含めて、選択成長マスク３０に覆われていない活性層が除去されて、下部クラッド層を露出させた。活性層は、クエン酸：過酸化水素水＝４：１のエッチャントを使用して、エッチングにより除去した。
【０１１２】
次に、選択成長マスク３０を活性層上に残した状態で、開口部３１内に光導波路層が形成された。
【０１１３】
[比較例]
選択成長マスクとして、図２７（Ｂ）に示す選択成長マスク２３０を用いたことを除いて、上述した実施例と同様にして、比較例を得た。選択成長マスク２３０は、選択成長マスクの端縁から内側へ向かって延びる開口部２３１を有する。開口部２３１は、一定幅を有する。選択成長マスク２３０の寸法は、長手方向の長さを４００μｍとし、幅方向の長さを４００μｍとした。開口部２３１の長さＬ５は、１００μｍであり、幅は１０μｍであった。
【０１１４】
図２８は、実施例及び比較例の光導波路層の厚さ変化を示す図である。カーブＤ１は、図２７（Ａ）の鎖線Ｑ１に沿った方向の光導波路層の厚さの変化を示す。カーブＤ２は、図２７（Ｂ）の鎖線Ｑ１に沿った方向の光導波路層の厚さの変化を示す。図２８の横軸は、接合部からの距離を示す。
【０１１５】
実施例のカーブＤ１によれば、光導波路層の厚さは、活性層との接合部では、活性層と同じ４００ｎｍを示しており、接合部からの距離が５０μｍ程度の範囲では、ほぼ４００ｎｍの厚さを維持しており、その後、緩やかに厚さが低減する。
【０１１６】
比較例のカーブＤ２によれば、光導波路層の厚さは、接合部から離れるに従って、ほぼ指数関数的に低減する。
【０１１７】
本発明では、上述した実施形態の光半導体素子の製造方法は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。また、一の実施形態が有する構成要件は、他の実施形態又は変形例にも適宜適用することができる。
【０１１８】
例えば、上述した各実施形態では、活性層は、多層の量子ドット層からなる構造や多重量子井戸構造を有していたが、活性層は、多層の量子ドット層からなる構造や多重量子井戸構造以外の発光構造を有していてもよい。
【０１１９】
また、上述した各実施形態では、光生成部は、レーザ光を出力していたが、光生成部は、スポットサイズ変換部から光を入力して、光を増幅する光増幅部であってもよい。また、光生成部は、スポットサイズ変換部から光を入力して、光を検出する光検出部であってもよい。これらの場合、スポットサイズ変換部は、外部から入力した光のスポットサイズを縮小して、光増幅部又は光検出部へ入力する。
【０１２０】
上述した活性層又は光導波路層の形成材料は、特に制限されるものではない。例えば、活性層又は光導波路層の形成材料として、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ又はＩｎＧａＡｓを用いてもよい。
【０１２１】
ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、読者が、発明者によって寄与された発明及び概念を技術を深めて理解することを助けるための教育的な目的を意図する。ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、そのような具体的に述べられた例及び条件に限定されることなく解釈されるべきである。また、明細書のそのような例示の機構は、本発明の優越性及び劣等性を示すこととは関係しない。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、その様々な変更、置き換え又は修正が本発明の精神及び範囲を逸脱しない限り行われ得ることが理解されるべきである。
【符号の説明】
【０１２２】
１０    光半導体素子
１０Ａ    光生成部
１０Ｂ    スポットサイズ変換部
１１    基板
１２    第２下部クラッド層
１３    第１下部クラッド層
１４    活性層
１５    光導波路層
１６    第１上部クラッド層
１７    第２上部クラッド層
１８    コンタクト層
１９ａ    第１電極層
１９ｂ    第２電極層
２０    第３上部クラッド層
２１    埋め込み層
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３    選択成長マスク
Ｎ２、Ｎ３    開口部
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３    厚さのカーブ
Ｒ１    第１領域
Ｒ２    第２領域
３０    選択成長マスク
３０ａ    幅狭部
３１    開口部
３１ａ    第１部
３１ｂ、３１ｃ    第２部
３３    マスク
Ｔ    素子領域
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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