(57)【要約】【課題】第１半導体部および第２半導体部を含む半導体素子を作製する際に半導体の曲がりを小さくする。【解決手段】絶縁体マスク１７を用いて、ＬＤエリア１ｂに第１半導体部１９を形成し、ＥＡエリア１ｃに第２半導体部３７を形成する。絶縁体マスク１７内では、キャップ層１５に近い下部では線膨張率が高く、キャップ層１５から遠い上部では線膨張率が低い。ＥＡエリア１ｃに第２半導体部３７を形成する前に、エッチング端面１９ａ側から第１半導体部１９の最上層であるキャップ層１５を部分的にエッチングする。これで、境界１ｄ近傍で、絶縁体マスク１７とキャップ層１５との間にギャップＧを生じさせると、このギャップＧ部分の絶縁体マスク１７において、キャップ層１５に近い下部１７ｅは多く膨張し、キャップ層１５から遠い上部１７ｆは少なく膨張する。その結果、境界１ｄ近傍の絶縁体マスクが上に曲がる。【選択図】図４
2009177076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１半導体部および第２半導体部を含む半導体素子を作製する方法であって、
前記第１半導体部のための第１エリアおよび前記第２半導体部のための第２エリアを含む主面を有する基板上に、前記第１半導体部のための複数の半導体層を有機金属気相成長炉で成長する工程と、
前記複数の半導体層上おける前記第１エリア上に、当該複数の半導体層に接する下面における線膨張率が上面における線膨張率より高い材料からなる絶縁体マスクを形成する工程と、
前記第１エリア上の前記絶縁体マスクを用いて前記複数の半導体層をエッチングし、前記主面に交差する端面を有する前記第１半導体部を前記第１エリア上に形成する工程と、
前記第１半導体部を構成する複数の半導体層のうち最上層の半導体層を前記端面側から部分的にエッチングする工程と、
加熱によって、前記絶縁体マスクを変形させる工程と、
前記絶縁体マスクを用いて、前記基板上の前記第２エリアに、前記第２半導体部のための半導体層を前記有機金属気相成長炉で成長する工程と、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記加熱は前記有機金属気相成長炉に備えられたヒータを用いて行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記絶縁体マスクは、ボロン（Ｂ）を含む酸化シリコンから形成され、
前記絶縁体マスクにおいて、前記絶縁体マスクの下面から上面に向かう方向に、ボロン（Ｂ）の濃度が単調に減少することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記絶縁体マスクは、前記第１半導体部のための複数の半導体層上に複数の絶縁体層を積層することにより形成され、且つ前記複数の絶縁体層のうちで、前記第１半導体部のための複数の半導体層に接する絶縁体層の線膨張率が、最上部に形成された絶縁体層の線膨張率より高いことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記絶縁体マスクは、前記第１半導体部のための複数の半導体層上に単一層の絶縁体層を積層することにより形成され、且つ前記単一層の絶縁体層において、前記第１半導体部のための複数の半導体層に接する下面における線膨張率が、上面における線膨張率より高いことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記第１半導体部および前記第２半導体部の一方は半導体レーザのための半導体であり、前記第１半導体部および前記第２半導体部の他方は電界吸収型変調器のための半導体であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子を作製する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、バットジョイント構造を有する半導体光素子が知られている（例えば、特許文献１を参照）。この半導体光素子では、半導体レーザと電界吸収型変調器とが光学的に結合されている。
【特許文献１】特開平７−２６３６５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のような半導体光素子は、例えば以下のような工程により作製される。すなわち、図７（ａ）に示すように、まず、基板１０１上に、ｎ型クラッド層、活性層およびｐ型クラッド層等のための複数の半導体膜からなる半導体積層１０３を形成する。次に、半導体レーザのためのエリア１０１ｂ上に絶縁体マスク１０５を形成する。次に、図７（ｂ）に示すように、絶縁体マスク１０５を用いて半導体積層１０３をエッチングして、変調器のためのエリア１０１ｃ上の半導体積層を除去し、半導体積層１０３ｂを形成する。このエッチングにより半導体積層の端面１０３ｃが形成された後に、図７（ｃ）に示すように、変調器のための複数の半導体膜１０７を成長する。この成長では、変調器のためのエリア１０１ｃ上だけでなく端面１０３ｃ上にも堆積物が生じて、異常成長が行われる。この異常成長の結果、図７（ｃ）に示すように、半導体レーザのための半導体積層１０３ｂの端面１０３ｃに沿って、つまり半導体レーザのためのエリア１０１ｂと変調器のためのエリア１０１ｃとの間の境界１０１ｄに沿って、堆積物のせり上がりが生じる。
【０００４】
このような異常成長は次のような理由により発生する。絶縁体マスク１０５上では原料ガスが成膜のために消費されず、この原料ガスは、絶縁体マスク１０５に沿って流れ、基板１０１上の変調器のためのエリア１０１ｃに到達する。到達した原料ガスは、ここで消費されて堆積物になる。このため、境界１０１ｄ近傍には、より多くの原料ガスが供給されることとなる。堆積物は、変調器のためのエリア１０１ｃだけでなく、半導体積層１０３ｂの端面１０３ｃ上にも生じる。この結果、図７（ｃ）に示すように、半導体積層１０３ｂの端面１０３ｃに沿って堆積物のせり上がりが生じる。
【０００５】
このようなせり上がりによって表面に凸凹ができてしまうと、その後の工程（例えば電極形成）などに難が生じる。また、例えば一般的な埋め込み成長においても、活性層近傍に異常成長によるせり上がりが生じると、例えば電極形成などの後続の工程に難が生じる。
【０００６】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、第１半導体部および第２半導体部を含む半導体素子を作製する際に半導体の曲がりを小さくできる方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明は、第１半導体部および第２半導体部を含む半導体素子を作製する方法であって、第１半導体部のための第１エリアおよび第２半導体部のための第２エリアを含む主面を有する基板上に、第１半導体部のための複数の半導体層を有機金属気相成長炉で成長する工程と、複数の半導体層上おける第１エリア上に、当該複数の半導体層に接する下面における線膨張率が上面における線膨張率より高い材料からなる絶縁体マスクを形成する工程と、第１エリア上の絶縁体マスクを用いて複数の半導体層をエッチングし、主面に交差する端面を有する第１半導体部を第１エリア上に形成する工程と、第１半導体部を構成する複数の半導体層のうち最上層の半導体層を端面側から部分的にエッチングする工程と、加熱によって、前記絶縁体マスクを変形させる工程と、絶縁体マスクを用いて、基板上の第２エリアに、第２半導体部のための半導体層を有機金属気相成長炉で成長する工程と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
このような本発明によれば、第１エリア上に形成した絶縁体マスクを用いて、第１エリアに第１半導体部を形成し、且つ第２エリアに第２半導体部を形成する。このとき、絶縁体マスクは、例えば複数の組成から形成するか、または成分やドーパントを異ならせることにより、積層方向における位置によって線膨張率を異ならせる。具体的に、絶縁体マスクの積層方向において、第１半導体部に近い下部では線膨張率が高く、第１半導体部から遠い上部では線膨張率が低い。
【０００９】
ここで、基板上の第２エリアに第２半導体部のための半導体層を形成する前に、第１半導体部のエッチング端面側から第１半導体部の最上層を部分的にエッチングする。このエッチングの後には、熱が加えられる。以上により、第１エリアと第２エリアとの間の境界近傍で、絶縁体マスクと第１半導体部との間にギャップを生じさせる。すると、このギャップ部分の絶縁体マスクにおいて、線膨張率が高い部分は多く膨張し、線膨張率が低い部分は少なく膨張する。つまり、第１半導体部に近い下部は多く膨張し、第１半導体部から遠い上部は少なく膨張する。その結果、上記の境界近傍の絶縁体マスクは上に曲がることとなる。
【００１０】
したがって、基板上の第２エリアに第２半導体部のための複数の半導体層を形成する際に、絶縁体マスクの位置する第１エリア上の原料ガスが第２エリアまでに到達しにくくなる。なぜなら、第１エリアと第２エリアとの間の境界近傍で絶縁体マスクが上に曲がっているため、その曲がりが、絶縁体マスク上で消費されなかった原料ガスが第２エリアへ流れることを抑制する役割を果たすからである。以上により、第２エリアでの半導体の異常成長を抑制し、第２半導体部のための半導体層が異常成長により曲がることを抑制できる。
【００１１】
また、絶縁体マスクが上に曲がることは、曲がった絶縁体マスクの下に空間が生じることとなる。したがって、仮に絶縁体マスク上で消費されなかった原料ガスが第２エリアまでに到達したとしても、上記空間や上記ギャップに異常成長した分の半導体を収めることができる。このことにより、第２エリアで成長した第２半導体部のための半導体層が曲がることを更に抑制できる。
【００１２】
また、本発明において、第１半導体部を構成する複数の半導体層のうち最上層の半導体層を部分的にエッチングする際の加熱は、有機金属気相成長炉に備えられたヒータを用いて行っても良い。
【００１３】
このように、第１半導体部の最上層を部分的にエッチングする際に熱を加えることにより、第１半導体部から離れた絶縁体マスクの一部分を線膨張率の相違によって上に曲げることができる。
【００１４】
また、本発明における絶縁体マスクは、ボロン（Ｂ）を含む酸化シリコンから形成され、当該絶縁体マスクの下面から上面に向かう方向に、ボロン（Ｂ）の濃度が単調に減少することが好ましい。
【００１５】
この場合には、絶縁体マスクにおいて、第１半導体部に接する下面近傍にボロン（Ｂ）を多く含ませ、上面に向かってはボロン（Ｂ）の濃度を減らすことにより、絶縁体マスクの下面近傍の線膨張率を高くし、上面近傍の線膨張率を低くすることができる。また、ボロン（Ｂ）の濃度を単調に減少させることにより、線膨張率を単調に減少させることができ、絶縁体マスクが曲がりやすくなる。
【００１６】
また、本発明における絶縁体マスクは、第１半導体部のための複数の半導体層上に複数の絶縁体層を積層することにより形成され、且つ複数の絶縁体層のうちで、第１半導体部のための複数の半導体層に接する絶縁体層の線膨張率が、最上部に形成された絶縁体層の線膨張率より高いことが好ましい。
【００１７】
この場合には、組成や材料の異なる複数のガラス層等の絶縁体層を積層することにより、絶縁体マスク内の積層方向上の位置によって線膨張率を異ならせることができる。
【００１８】
また、本発明における絶縁体マスクは、第１半導体部のための複数の半導体層上に単一層の絶縁体層を積層することにより形成され、且つ単一層の絶縁体層において、第１半導体部のための複数の半導体層に接する下面における線膨張率が、上面における線膨張率より高いことが好ましい。
【００１９】
この場合には、単一層の絶縁体層内で組成や材料を異ならせることにより、絶縁体マスク内の積層方向上の位置によって線膨張率を異ならせることができる。
【００２０】
また、本発明における第１半導体部および第２半導体部の一方は半導体レーザのための半導体であり、第１半導体部および第２半導体部の他方は電界吸収型変調器のための半導体であることが好ましい。
【００２１】
本発明の方法は、第１半導体部および第２半導体部のうちの一方が半導体レーザのための半導体であり、他方が電界吸収型変調器のための半導体である場合に、特に有用である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、第１半導体部および第２半導体部を含む半導体素子を作製する際に半導体の曲がりを小さくできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００２４】
図１〜図６は、本発明の実施の形態に係る半導体光素子を作製する方法を説明するための工程断面図である。引き続く説明では、第１半導体部として半導体レーザ(ＬＤ)と、第２半導体部として電界吸収型(ＥＡ)変調器が基板上に形成される。
【００２５】
図１(ａ)を参照すると、ＩｎＰ半導体基板１が示されている。半導体基板１の主面１ａは、半導体レーザのための第１エリア１ｂ(以下、「ＬＤエリア１ｂ」という。)と、ＥＡ変調器のための第２エリア１ｃ(以下、「ＥＡエリア１ｃ」という。)とを有する。図１(ａ)等において、ＬＤエリア１ｂとＥＡエリア１ｃとの間の仮想的な境界線を一点鎖線で表示する。
【００２６】
（半導体レーザのための半導体積層）
図１(ｂ)を参照すると、ＩｎＰ半導体基板１の主面１ａの全面に、バッファ層３、第１光閉じ込め層５、活性層７、第２光閉じ込め層９が順に成長される。バッファ層３は、例えば、ＳｉがドープされたＩｎＰ膜であり、５５０ｎｍの厚さを有する。本実施形態において、バッファ層３におけるキャリア濃度は、例えば１．１×１０＋１８ｃｍ−３である。第１光閉じ込め層５及び第２光閉じ込め層９は、例えば、波長１１５０ｎｍ相当のバンドギャップを有するＧａＩｎＡｓＰ膜であり、厚さは１００ｎｍである。
【００２７】
活性層７は、例えば、ＧａＩｎＡｓＰから構成されている。活性層７は、図示はしないが、バリア層とウエル層とが交互に例えば合計７層積層された多重量子井戸構造を有している。本実施形態において、バリア層は１２００ｎｍのバンドギャップ波長を有し、ウエル層は１５５０ｎｍのバンドギャップ波長を有している。バリア層の厚さは例えば１０ｎｍであり、ウエル層の厚さは例えば５ｎｍである。ウエル層は圧縮歪１．０％を受けている。
【００２８】
図１(ｃ)を参照すると、第２光閉じ込め層９上に回折格子１１が形成されている。この回折格子１１の周期は、例えば２４２ｎｍである。回折格子１１上にはクラッド層１３が形成されている。クラッド層１３は、例えば、ＺｎがドープされたＩｎＰ膜であり、２４０ｎｍの厚さを有する。クラッド層１３におけるキャリア濃度は、例えば６．５×１０＋１７ｃｍ−３である。クラッド層１３上にはキャップ層１５が形成されている。キャップ層１５は、例えば、ＺｎがドープされたＩｎＧａＡｓ膜であり、１００ｎｍの厚さを有する。キャップ層１５におけるキャリア濃度は、例えば２．０×１０＋１７ｃｍ−３である。
【００２９】
以上で説明した各層は、有機金属気相成長法(ＭＯＶＰＥ)によって、ＩｎＰ半導体基板１の主面１ａの全面に成長される。
【００３０】
（絶縁体マスクの形成）
図２および図３を参照すると、絶縁膜マスク１７がキャップ層１５上に形成されている。ただし、絶縁膜マスク１７は、キャップ層１５の全面ではなく、ＬＤエリア１ｂに相当する部分のみに形成されている。絶縁体マスク１７は、例えば図２および図３のような断面図で表したときにキャップ層１５に近い方の線膨張率がキャップ層１５から遠い方の線膨張率より高くなるよう形成されている。以下、絶縁膜マスク１７を形成する方法について詳細に説明する。
【００３１】
（絶縁体マスクの形成、その１）
図２（ａ）に示すように、第１半導体部のための複数の半導体層３〜１５上に複数層のガラス層を積層することにより、キャップ層１５に対する位置により線膨張率が異なる絶縁膜マスク１７を形成することができる。本実施形態では、キャップ層１５上に、２層のガラス層１７ａ，１７ｂを順に積層することにより、上記の絶縁膜マスク１７を形成する。
【００３２】
ガラス層１７ａは、例えばＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３ガラスマスクであり、組成は例えばＳｉＯ２：Ｂ２Ｏ３＝７０：３０である。このガラス層１７ａの熱に対する線膨張率は２５×１０−７である。この熱は、例えば、後述するように、キャップ層１５をＬＤエリア１ｂとＥＡエリア１ｃとの境界近傍から部分的にエッチングする際のヒータによる熱である。ガラス層１７ａは、例えば、原料としてＳｉ（ＯＣ２Ｈ５）４（ＴＥＯＳ）とＢ（ＯＣ２Ｈ５）３（ＴＥＢ）を用いて、プラズマＣＶＤ法にて製膜することができる。このときの条件の一例を以下に示す。
ＴＥＯＳ：１１ｓｃｃｍ
ＴＥＢ：０．１ｓｃｃｍ
Ｏ２：３００ｓｃｃｍ
製膜温度：６００度（真空加熱）
厚さ：０．１μｍ
【００３３】
ガラス層１７ａの製膜後に、ガラス層１７ｂをガラス層１７ａの上に積層する。ガラス層１７ｂは、例えばＳｉＯ２ガラスマスクである。このガラス層１７ｂの熱に対する線膨張率は５×１０−７であり、これはガラス層１７ａの線膨張率の１／５に過ぎない。ガラス層１７ｂは、例えば、原料としてＳｉ（ＯＣ２Ｈ５）４（ＴＥＯＳ）を用いて、プラズマＣＶＤ法にて製膜することができる。このときの条件の一例を以下に示す。
ＴＥＯＳ：１１ｓｃｃｍ
Ｏ２：３００ｓｃｃｍ
製膜温度：６００度（真空加熱）
厚さ：０．１μｍ
【００３４】
以上により、図２（ａ）に示すように、絶縁膜マスク１７のための複数のガラス層１７ａ，１７ｂがキャップ層１５上の全面に形成された。キャップ層１５に近い方の下部のガラス層１７ａには、キャップ層１５から遠い方の上部のガラス層１７ｂに比べて、単位体積当たりにボロン（Ｂ）が多く含まれている。また、ガラス層１７ａの下面からガラス層１７ｂの上面まで、ボロン（Ｂ）の濃度を単調に減少させても良い。
【００３５】
次に、図２（ｂ）に示すように、複数のガラス層１７ａ，１７ｂにおいてＥＡエリア１ｃ上の部分をエッチングにより除去することにより、絶縁膜マスク１７を形成することができる。エッチング手法としては例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いることができ、このときのエッチングガスとしては例えばＣＨＦ３を１００ｓｃｃｍ用いることができる。なお、図示はしないが、上記ＲＩＥの後に、レジスト残渣を除去するためのＯ２アッシングおよび硫酸エッチングを更に行っても良い。
【００３６】
（絶縁体マスクの形成、その２）
図３は、絶縁膜マスク１７を形成するための他の方法を説明するための図である。図３（ａ）に示すように、この方法においては、第１半導体部のための複数の半導体層３〜１５上に単一層のガラス層１７ｃを製膜することにより、キャップ層１５に対する位置により線膨張率が異なる絶縁膜マスク１７を形成することができる。ガラス層１７ｃを製膜する際には、例えば、原料ガスを供給するタイミングに応じて当該原料ガスの成分をコントロールすることにより、キャップ層１５に対する位置により線膨張率を異ならせることができる。
【００３７】
ガラス層１７ｃを製膜するための原料ガスを供給する際に、最初のときには、例えばＳｉ（ＯＣ２Ｈ５）４（ＴＥＯＳ）とＢ（ＯＣ２Ｈ５）３（ＴＥＢ）を原料ガスとして供給し、プラズマＣＶＤ法にてボロン（Ｂ）が多く含まれた酸化シリコンからなるガラスマスクを製膜する。そして、徐々にボロン（Ｂ）の含有量を減らしていき、ガラス層１７ｃを製膜するために原料ガスを供給する最後のときには、例えばＳｉ（ＯＣ２Ｈ５）４（ＴＥＯＳ）を原料ガスとして供給し、プラズマＣＶＤ法にてボロン（Ｂ）が含まれていない酸化シリコンからなるガラスマスクを製膜する。
【００３８】
このときの条件の一例を以下に示す。
ＴＥＯＳ：１１ｓｃｃｍ
ＴＥＢ：０．１ｓｃｃｍ
Ｏ２：３００ｓｃｃｍ
製膜温度：６００度（真空加熱）
厚さ：０．２μｍ
ただし、ＴＥＢは、最初のときのみ供給し、その後は徐々に減らしていき、最後のきには供給しない。
【００３９】
以上により、図３（ａ）に示すように、絶縁膜マスク１７のための単一層のガラス層１７ｃがキャップ層１５上の全面に形成された。ガラス層１７ｃにおいて、キャップ層１５に近い下方（下面近傍）には、キャップ層１５から遠い上方（上面近傍）に比べて、単位体積当たりにボロン（Ｂ）が多く含まれている。また、ガラス層１７ｃの下面からガラス層１７ｃの上面まで、ボロン（Ｂ）の濃度を単調に減少させても良い。
【００４０】
次に、図３（ｂ）に示すように、ガラス層１７ｃにおいてＥＡエリア１ｃ上の部分をエッチングにより除去することにより、絶縁膜マスク１７を形成することができる。エッチング手法としては例えばＲＩＥを用いることができ、このときのエッチングガスとしては例えばＣＨＦ３を１００ｓｃｃｍ用いることができる。なお、図示はしないが、上記ＲＩＥの後に、レジスト残渣を除去するためのO2アッシングおよび硫酸エッチングを更に行っても良い。
【００４１】
（エッチングによる第１半導体部の形成）
図２または図３を参照しながら以上で説明したように、絶縁膜マスク１７が形成されると、図４(ａ)に示されるように、上記形成した絶縁膜マスク１７を用いてエッチングを行う。このエッチングにより、第１光閉じ込め層５、活性層７、第２光閉じ込め層９、回折格子１１、クラッド層１３及びキャップ層１５が、ＥＡエリア１ｃから取り除かれる。
【００４２】
このエッチング方法としては、例えばＲＩＥが使われる。この場合には、例えば２５ｓｃｃｍのＣＨ４と２５ｓｃｃｍのＨ２との混合ガスをＲＩＥ装置に供給することができる。また、このときのＲＦパワーを例えば１００Ｗにすることができ、エッチングの深さを例えば約０．８μｍにすることができる。
【００４３】
以上のようなＲＩＥが終了すると、ＬＤエリア１ｂ上に、第１半導体部１９が形成される。第１半導体部１９は、バッファ層３ｂ、第１光閉じ込め層５ｂ、活性層７ｂ、第２光閉じ込め層９ｂ、回折格子１１ｂ、クラッド層１３ｂ及びキャップ層１５ｂを含む。第１半導体部１９は、ＬＤエリア１ｂとＥＡエリア１ｃとの境界１ｄに、エッチング端面１９ａを有している。エッチング端面１９ａは、ＩｎＰ半導体基板１の主面１ａに交差する基準平面に沿って伸びている。
【００４４】
図４(ａ)に示された例示では、バッファ層３のＥＡエリア１ｃ上のバッファ層３ｃの一部がＲＩＥにより取り除かれるので、バッファ層３ｃ上に、いわゆるダメージ層が形成される。このため、該ダメージ層を除去することが好ましい。この除去は、エッチャントとして硫酸を用いたエッチングにより行われることができる。
【００４５】
（第１半導体部の部分エッチング）
以上により、第１半導体部１９が形成されると、図４(ｂ)に示されるように、ＬＤエリア１ｂとＥＡエリア１ｃとの境界１ｄにおけるエッチング端面１９ａ側から、第１半導体部１９の最上層であるキャップ層１５ｂを部分的にエッチング（サイドエッチング）する。このエッチングとしては、例えば、リン酸と過酸化水素水の混合液を用いたウエットエッチングを用いることができる。また、エッチングの深さは例えば０．３μｍであることが好ましい。このエッチングにより、境界１ｄ近傍で絶縁体マスク１７と第１半導体部１９との間にギャップＧが生じる。
【００４６】
この部分的なエッチングの際に、上記ギャップＧ部分の絶縁体マスク１７において、ボロン（Ｂ）が多く含まれ、線膨張率が高い部分は、次工程の半導体積層の際の熱により多く膨張する。一方、ギャップＧ部分の絶縁体マスク１７において、ボロン（Ｂ）が含まれておらず、線膨張率が低い部分は、次工程の半導体積層の際の熱により少なく膨張する。つまり、図４（ｂ）に示すように、キャップ層１５ｂに近い下部１７ｅは多く膨張し、キャップ層１５ｂから遠い上部１７ｆは少なく膨張する。その結果、上記の境界１ｄ近傍の絶縁体マスク１７は上に曲がることとなる。本実施形態において、下部１７ｅの部分における曲率は例えば1×１０＋7 [1/m]であり、上部１７ｆの部分における曲率は例えば5×１０＋６ [1/m]である。
【００４７】
（ＥＡ変調器のための半導体積層）
続いて、ＥＡ変調器のための複数の半導体層をＥＡエリア１ｃ上に積層する。まず、図４(ｃ)に示すように、バッファ層３ｄをバッファ層３ｃ上に形成する。バッファ層３ｄは、バッファ層３ｃと同じ材料であり、例えばその厚さは５０ｎｍである。すなわち、バッファ層３ｄは、ＳｉがドープされたＩｎＰ膜であり、キャリア濃度は１．１×１０＋１８ｃｍ−３である。
【００４８】
次に、バッファ層３ｄ上に、ＥＡ変調器のための第１光閉じ込め層２３を成長する。第１光閉じ込め層２３は、例えば、波長１１５０ｎｍ相当のバンドギャップを有するＧａＩｎＡｓＰ膜であり、厚さは６０ｎｍである。この第１光閉じ込め層２３は、バッファ層３ｄの形成と同様に、絶縁膜マスク１７を用いて、有機金属気相成長法によって成長される。
【００４９】
次に、第１光閉じ込め層２３上に、ＥＡ変調器のための活性層２７を成長する。この活性層２７は、絶縁膜マスク１７を用いて、有機金属気相成長法によって成長される。活性層２７は、例えば、ＧａＩｎＡｓＰ膜を含むことができ、複数のバリア層とウエル層とが交互に積層されている量子井戸構造を有しており、量子井戸構造での活性層２７の厚さは、例えば１０５ｎｍである。
【００５０】
次に、活性層２７上に、ＥＡ変調器のための第２光閉じ込め層２９を成長する。第２光閉じ込め層２９は、例えば、波長１１５０ｎｍ相当のバンドギャップを有するＧａＩｎＡｓＰ膜であり、厚さは６０ｎｍである。この第２光閉じ込め層２９は、絶縁膜マスク１７を用いて、有機金属気相成長法によって成長される。
【００５１】
次に、第２光閉じ込め層２９上に、ＥＡ変調器のためのクラッド層３３及びキャップ層３５を成長する。クラッド層３３は、例えば、ＺｎがドープされたＩｎＰ膜であり、１００ｎｍの厚さを有する。クラッド層３３におけるキャリア濃度は、６．５×１０＋１７ｃｍ−３である。クラッド層３３上にはキャップ層３５が形成されている。キャップ層３５は、例えば、ＺｎがドープされたＩｎＧａＡｓ膜であり、１００ｎｍの厚さを有する。キャップ層３５におけるキャリア濃度は、２．０×１０＋１７ｃｍ−３である。クラッド層３３およびキャップ層３５は、絶縁膜マスク１７を用いて、有機金属気相成長法によって成長される。
【００５２】
以上で説明したようにＥＡ変調器のための複数の半導体層をＥＡエリア１ｃ上に積層する際には、絶縁体マスク１７上にも供給された原料ガスが絶縁体マスク１７に沿って流れてＥＡエリア１ｃまでに到達することを抑制できる。なぜなら、境界１ｄ近傍で絶縁体マスク１７が上に曲がっているため、その曲がりが、絶縁体マスク１７上で消費されなかった原料ガスがＥＡエリア１ｃへ流れることを抑制する壁の役割を果たすからである。以上により、ＥＡエリア１ｃでの半導体の異常成長を抑制し、ＥＡ変調器のための半導体層が当該異常成長により曲がることを抑制できる。
【００５３】
また、仮に原料ガスがＥＡエリア１ｃまで流れて異常成長が発生する場合には、境界１ｄ付近にできているギャップＧの部分で当該異常成長が行われることができる。つまり、絶縁体マスク１７上に供給された原料ガスが、絶縁体マスク１７に沿って流れ、絶縁体マスク１７の境界１ｄ付近における曲がった部分を越えてＥＡエリア１ｃまでに到達し、当該到達した原料ガスがギャップＧの部分で例えばキャップ層３５等の半導体層として成長することとなる。このことにより、異常成長した部分により例えばキャップ層３５等の半導体層が曲がることを抑制できる。曲がった絶縁体マスク１７の下にできているギャップＧの部分に、異常成長した半導体を収めることができるからである。
【００５４】
以上のように、ＥＡエリア１ｃ上に、第２半導体部３７が形成された。第２半導体部３７は、バッファ層３ｃ，３ｄ、第１光閉じ込め層２３、活性層２７、第２光閉じ込め層２９、クラッド層３３及びキャップ層３５を含む。第２半導体部３７は、境界１ｄのところで、第１半導体部１９にジョイントされる。
【００５５】
図４(ｄ)を参照すると、絶縁膜マスク１７が除去されている。上記説明したように、絶縁体マスク１７の曲がった部分およびその下にできているギャップＧにより、ＥＡ変調器のための半導体層が曲がることが抑制されている。つまり、図４(ｄ)において、Ａで表示されている部分の平坦性が、例えば図７（ｃ）に比べて、向上されている。このように、半導体層の曲がりが抑制されることにより、後述する後続工程がやりやすくなる。例えば平坦化プロセスが不要になることから、工程数削減につながる。また、後に形成される例えば電極等における歩留まりが向上される。
【００５６】
（半導体光素子のためのその他の工程）
図５(ａ)は、半導体レーザを製造する工程中における基板の一部を示す斜視図であり、図１〜図４における断面は、図５(ａ)に示されたＩ−Ｉ線に対応する断面線に沿ってとられている。図５(ａ)を参照すると、ＬＤエリア１ｂからＥＡエリア１ｃへ向かう軸に沿って光導波路部３９ｂ，３９ｃが形成されている。光導波路部３９ｂは、ＬＤエリア１ｂ上における光導波路部である。光導波路部３９ｃは、ＥＡエリア１ｃ上における光導波路部である。
【００５７】
図５(ａ)に示すような光導波路部３９ｂ，３９ｃを形成するためには、まず、第１半導体部１９及び第２半導体部３７上に、上記の軸に沿ったマスク４１を形成する。マスク４１は、図５(ａ)に示される例示では、ストライプ形状の絶縁膜からなる。マスク４１のための絶縁膜として、例えばシリコン酸化膜(ＳｉＯ2膜)を使用できる。
【００５８】
次に、ＩｎＰ半導体基板１の主面１ａが露出するまで、マスク４１を用いて、第１半導体部１９及び第２半導体部３７をエッチングする。このエッチングの結果、光導波路として機能するストライプ状メサが形成される。光導波路部３９ｂは、バッファ層３ｅ、第１光閉じ込め層５ｅ、活性層７ｅ、第２光閉じ込め層９ｅ、クラッド層１３ｅ及びキャップ層１５ｅを含み、これらの層はＬＤエリア１ｂ上に位置している。また、光導波路部３９ｃは、バッファ層３ｆ，３ｇ、第１光閉じ込め層２３ｆ、活性層２７ｆ、第２光閉じ込め層２９ｆ、クラッド層３３ｆ及びキャップ層３５ｆを含み、これらの層はＥＡエリア１ｃ上に位置している。
【００５９】
図５(ｂ)を参照すると、光導波路部３９ｂ，３９ｃのメサは、埋込層４３によって埋め込まれている。埋込層４３の形成のために、マスク４１を用いて、例えば、ＦｅドープされたＩｎＰ半導体といった埋込層４３をＩｎＰ半導体基板１上に成長する。この後に、マスク４１を除去する。
【００６０】
図６(ａ)を参照すると、光導波路部３９ｂ，３９ｃのメサ及び埋込層４３上に、コンタクト層４５が形成されている。コンタクト層４５の形成は、例えば、ＺｎドープＧａＩｎＡｓ半導体を光導波路部３９ｂ，３９ｃのメサ及び埋込層４３上の全面に成長することによって行われる。なお、コンタクト層４５として、例えばｐ−ＩｎＰを用いても良い。
【００６１】
図６(ｂ)を参照すると、半導体レーザのためのコンタクト層４５ｂと、ＥＡ変調器のためのコンタクト層４５ｃとが形成されている。コンタクト層４５ｂ，４５ｃを形成するために、光導波路部３９ｂ，３９ｃの軸と交差する方向に沿って伸びる領域から、コンタクト層４５の一部が例えばウエットエッチングにより除去される。これによって、コンタクト層４５ｂがコンタクト層４５ｃから分離され、この分離によって半導体レーザのための一方の電極をＥＡ変調器のための電極から電気的に分離できる。
【００６２】
図６(ｃ)を参照すると、光導波路部３９ｂ，３９ｃ、埋込層４３及びコンタクト層４５ｂ、４５ｃの全面に絶縁膜４７が設けられている。絶縁膜４７としては、絶縁性シリコン化合物(例えばＳｉＯ2)を使用できる。また、絶縁膜４７には、コンタクト層４５ｂ，４５ｃにそれぞれ到達する開口部４７ｂ，４７ｃが設けられている。なお、図示はしないが、図６（ｂ）の状態で例えばＲＩＥで光導波路部３９ｂ，３９ｃの軸に沿うトレンチをし、且つ半導体レーザとＥＡ変調器とを分離する素子分離膜を埋め込んだ後に、絶縁膜４７を設けても良い。そして、当該絶縁膜４７の上にビスベンゾシクロブテン(ＢＣＢ)樹脂を埋め込んだ後に、上記の開口部４７ｂ，４７ｃを設けても良い。
【００６３】
図６(ｄ)を参照すると、絶縁膜４７及び開口部４７ｂ，４７ｃ上には、それぞれ、半導体レーザのためのアノード電極５１ｂと、ＥＡ変調器のためのアノード電極５１ｃが形成されている。オーミック電極５１ｂ，５１ｃは、例えばTi/Pt/Auからなることができる。また、その上に金メッキされていても良い。また、ＩｎＰ半導体基板１の裏面にはカソード電極４９が形成されている。電極４９は、AuGeNi/Au/Ti/Auからなることができる。これまでの工程によって、図６(ｄ)に示されるような半導体光素子５３が完成された。
【００６４】
（本実施形態の作用効果）
本実施形態によれば、半導体レーザのための複数の半導体層上におけるＬＤエリア１ｂ上に絶縁体マスク１７を積層し、当該絶縁体マスク１７を用いて、ＬＤエリア１ｂに第１半導体部１９を形成し、且つＥＡエリア１ｃ上に第２半導体部３７を形成する。このとき、絶縁体マスク１７内においては、積層方向における位置によって線膨張率が異なる。具体的に、絶縁体マスク１７の積層方向において、キャップ層１５に近い下部（例えば図２におけるガラス層１７ａ）では線膨張率が高く、キャップ層１５から遠い上部（例えば図２におけるガラス層１７ｂ）では線膨張率が低い。
【００６５】
ここで、基板１上のＥＡエリア１ｃに第２半導体部３７のための複数の半導体層を形成する前に、第１半導体部１９のエッチング端面１９ａ側から第１半導体部１９の最上層であるキャップ層１５を部分的にエッチングする。このことにより、境界１ｄ近傍で絶縁体マスク１７と第１半導体部１９との間にギャップＧを生じさせる。すると、このギャップＧ部分の絶縁体マスク１７において、線膨張率が高い部分は多く膨張し、線膨張率が低い部分は少なく膨張する。つまり、図４（ｂ）に示したように、キャップ層１５ｂに近い下部１７ｅは多く膨張し、キャップ層１５ｂから遠い上部１７ｆは少なく膨張する。その結果、境界１ｄ近傍の絶縁体マスク１７は上に曲がることとなる。
【００６６】
したがって、基板１上のＥＡエリア１ｃに第２半導体部３７のための複数の半導体層を形成する際に、絶縁体マスク１７の位置するＬＤエリア１ｂ上の原料ガスがＥＡエリア１ｃまでに到達しにくくなる。なぜなら、第１半導体部１９と第２半導体部３７との間の境界１ｄ近傍で絶縁体マスク１７が上に曲がっているため、その曲がりが、絶縁体マスク１７上で消費されなかった原料ガスがＥＡエリア１ｃへ流れることを抑制する役割を果たすからである。このことにより、ＥＡエリア１ｃでの半導体の異常成長を抑制し、第２半導体部３７のための半導体層が異常成長により曲がることを抑制できる。
【００６７】
また、絶縁体マスク１７が上に曲がることは、曲がった絶縁体マスク１７の下でギャップＧが大きくなることとなる。したがって、仮に絶縁体マスク１７上で消費されなかった原料ガスがＥＡエリア１ｃまでに到達したとしても、上記のギャップＧに異常成長した半導体を収めることができる。このことにより、ＥＡエリア１ｃで成長した第２半導体部３７のための半導体層が曲がることを更に抑制できる。
【００６８】
また、本実施形態においては、絶縁体マスク１７においてキャップ層１５ｂに近い下部１７ｅにボロン（Ｂ）を多く含ませることにより、キャップ層１５ｂに近い下部１７ｅの線膨張率を高くし、キャップ層１５ｂから遠い上部１７ｆの線膨張率を低くすることができる。また、ボロン（Ｂ）の濃度を単調に減少させた場合には、線膨張率を単調に減少させることができ、絶縁体マスクを曲がりやすくすることができる。
【００６９】
また、本実施形態は、第１半導体部１９および第２半導体部３７のうちの一方が半導体レーザのための半導体であり、他方がＥＡ変調器のための半導体である場合に、特に有用である。なお、本実施形態は、一般的な埋め込み成長の際にも適用することができる。すなわち、例えば、第１半導体部が活性層を含む半導体メサであり、第２半導体部が埋め込み層である場合にも、本実施形態の方法を適用することができる。この一例として、例えば図５(ｂ)において、埋込層４３により光導波路部３９ｂ，３９ｃのメサを埋め込む際に、本実施形態の方法を適用しても良い。つまり、マスク４１を絶縁体マスク１７のように形成しても良い。
【００７０】
また、本実施形態においては、組成や材料の異なる複数のガラス層１７ａ，１７ｂを積層することにより、絶縁体マスク１７内の積層方向上の位置によって線膨張率を異ならせることができる。
【００７１】
また、本実施形態においては、単一層のガラス層１７ｃ内で組成や材料を異ならせることにより、絶縁体マスク１７内の積層方向上の位置によって線膨張率を異ならせることができる。
【００７２】
以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。すなわち、本発明は、上述の実施形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本実施形態の半導体光素子を作製する方法を説明するための図である。
【図２】本実施形態の半導体光素子を作製する方法を説明するための図である。
【図３】本実施形態の半導体光素子を作製する方法を説明するための図である。
【図４】本実施形態の半導体光素子を作製する方法を説明するための図である。
【図５】本実施形態の半導体光素子を作製する方法を説明するための図である。
【図６】本実施形態の半導体光素子を作製する方法を説明するための図である。
【図７】従来の半導体光素子を作製する方法において、異常成長が発生し、半導体が曲がることを示すための図である。
【符号の説明】
【００７４】
１…ＩｎＰ半導体基板、１ａ…ＩｎＰ半導体基板の主面、１ｂ…ＬＤエリア、１ｃ…ＥＡエリア、１ｄ…境界、１７…絶縁体マスク、１７ａ…絶縁体マスク１７を構成する複数のガラス層のうち下部に位置する層、１７ｂ…絶縁体マスク１７を構成する複数のガラス層のうち上部に位置する層、１７ｃ…絶縁体マスク１７を構成する単一層、１７ｅ…絶縁体マスク１７の積層方向における下部、１７ｆ…絶縁体マスク１７の積層方向における上部、１９…第１半導体部、１９ａ…第１半導体部１９のエッチング端面、２３…第１光閉じ込め層、２７…活性層、２９…第２光閉じ込め層、３３…クラッド層、３５…キャップ層、３７…第１半導体部、５３…半導体光素子。
【図１】
2009177076.tif 000003
【図２】
2009177076.tif 000004
【図３】
2009177076.tif 000005
【図４】
2009177076.tif 000006
【図５】
2009177076.tif 000007
【図６】
2009177076.tif 000008
【図７】
2009177076.tif 000009