(57)【要約】【課題】信頼性の低下の抑制および化合物半導体層の表面に生じる欠陥の抑制が可能な光半導体装置およびその製造方法を提供すること。【解決手段】本発明は、基板１０上に、第１導電型クラッド層１２、活性層１４および第１導電型と反対の導電型である第２導電型クラッド層１６を含む化合物半導体層２２を備える光半導体装置の製造方法において、化合物半導体層上に拡散ソース層４２を形成する工程と、第１熱処理を行い活性層からの光を出射する光出射端面３８を含むように化合物半導体層に第１拡散領域２３を形成する工程と、拡散ソース層を除去する工程と、化合物半導体層上に１．９以上の屈折率を有するＳｉＮ膜４６を形成する工程と、第２熱処理を行い、第１拡散領域２３を第２拡散領域２４とする工程と、を順に実行する光半導体装置の製造方法および光半導体装置である。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、第１導電型クラッド層、活性層および前記第１導電型と反対の導電型である第２導電型クラッド層を含む化合物半導体層を備える光半導体装置の製造方法において、
前記化合物半導体層上に拡散ソース層を形成する工程と、
第１熱処理を行い、前記活性層からの光を出射する光出射端面を含むように、前記化合物半導体層に第１拡散領域を形成する工程と、
前記拡散ソース層を除去する工程と、
前記化合物半導体層上に１．９以上の屈折率を有する第１ＳｉＮ膜を形成する工程と、
第２熱処理を行い、前記第１拡散領域を第２拡散領域とする工程と、
を順に実行することを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第２熱処理の温度は、前記第１熱処理の温度より高いことを特徴とする請求項１記載の光半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第２拡散領域を形成する工程は、前記基板にまで達しないように、前記第２拡散領域を形成する工程であることを特徴とする請求項１または２記載の光半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１熱処理および前記第２熱処理は、ラピッドサーマルアニールもしくはファーネスアニールを用いることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の光半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第２拡散領域を形成する工程の後、前記第１ＳｉＮ膜を除去する工程と、
前記化合物半導体層上に１．８７以下の屈折率を有する第２ＳｉＮ膜を形成する工程と、
第３熱処理を行い、前記第２拡散領域を第３拡散領域とする工程と、
を順に実行することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の光半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第３熱処理の温度は、前記第２熱処理の温度より低いことを特徴とする請求項５記載の光半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第３拡散領域を形成する工程の後、前記第２ＳｉＮ膜を除去する工程を有することを特徴とする請求項５または６記載の光半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第２ＳｉＮ膜を除去する工程の後、前記化合物半導体層の表面を除去する工程を有することを特徴とする請求項７記載の光半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記第３熱処理は、ラピッドサーマルアニールもしくはファーネスアニールを用いることを特徴とする請求項５から８のいずれか一項記載の光半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記化合物半導体層は、ＧａとＡｓを含むことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項記載の光半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記拡散ソース層は、Ｚｎを含むことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項記載の光半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
基板上に順次設けられた、第１導電型クラッド層、活性層および前記第１導電型と反対の導電型である第２導電型クラッド層を含む化合物半導体層と、
前記活性層からの光を出射する光出射端面を含むように、前記化合物半導体層に設けられた第２拡散領域および第３拡散領域のいずれか一方と、を具備し、
前記第２拡散領域および前記第３拡散領域のいずれか一方に含まれる不純物の濃度分布は、前記第２導電型クラッド層から前記活性層にかけて均一であることを特徴とする光半導体装置。
【請求項１３】
前記第２拡散領域および前記第３拡散領域のいずれか一方は、前記基板にまで達していないことを特徴とする請求項１２記載の光半導体装置。
【請求項１４】
前記不純物は、Ｚｎであることを特徴とする請求項１２または１３記載の光半導体装置。
【請求項１５】
前記化合物半導体層は、リッジ部を有することを特徴とする請求項１２から１４のいずれか一項記載の光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光半導体装置およびその製造方法に関し、より詳細には、光出射端面を含むように不純物を拡散した拡散領域を有する光半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば光通信や光記憶媒体装置の分野において、光を発光するレーザダイオード（ＬＤ）等の光半導体装置が用いられている。高出力のレーザダイオードにおいて、ＣＯＤ（Catastrophic Optical Damage）と呼ばれる光学損傷が問題となっており、信頼性の低下をもたらしている。このＣＯＤは、レーザ光が出射される光出射端面が、レーザ光に対して吸収領域になっていることにより発生する。
【０００３】
ＣＯＤを抑制する方法として、レーザ光が出射される光出射端面の活性層のバンドギャップを、光出射端面より内側の活性層より大きくする方法がある。この方法により、光出射端面でのレーザ光に対する吸収が抑えられ、ＣＯＤを抑制することができる。光出射端面の活性層のバンドギャップを大きくする方法として、不純物を拡散させた拡散領域を形成する方法がよく用いられている。
【０００４】
しかし、不純物を拡散させた拡散領域を形成するにあたり、拡散領域の不純物濃度が高くなると、フリーキャリアによる光の吸収が大きくなり、ＣＯＤの課題が再発する。特許文献１および特許文献２に、不純物を拡散させて形成した拡散領域を再度熱処理する方法が開示されている。
【特許文献１】特開平５−２１８５９３号公報
【特許文献２】特開２００６−３０３２１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光半導体装置において、ＡＰＣ（Auto Power Control）等の信頼性試験や光出力特性を評価するパルスＩ−Ｌ測定で、ＣＯＤによる光出射端面での破壊が生じ、信頼性の低下が課題となっている。
【０００６】
また、特許文献１および特許文献２のように、拡散領域を再度熱処理する方法では、基板上に成膜したクラッド層や活性層等の化合物半導体層の表面に欠陥が生じるという課題がある。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、信頼性の低下の抑制および化合物半導体層の表面に生じる欠陥の抑制が可能な光半導体装置およびその製造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】
【０００８】
本発明は、基板上に、第１導電型クラッド層、活性層および前記第１導電型と反対の導電型である第２導電型クラッド層を含む化合物半導体層を備える光半導体装置の製造方法において、前記化合物半導体層上に拡散ソース層を形成する工程と、第１熱処理を行い、前記活性層からの光を出射する光出射端面を含むように、前記化合物半導体層に第１拡散領域を形成する工程と、前記拡散ソース層を除去する工程と、前記化合物半導体層上に１．９以上の屈折率を有するＳｉＮ膜を形成する工程と、第２熱処理を行い、前記第１拡散領域を第２拡散領域とする工程と、を順に実行することを特徴とする光半導体装置の製造方法である。本発明によれば、光出射端面を含む化合物半導体層に不純物濃度が低く、且つ、第２導電型クラッド層から活性層にかけての不純物濃度分布が均一な第２拡散領域を形成することができる。このため、ＣＯＤを起因とした光半導体装置の信頼性の低下を抑制することができる。また、第１拡散領域に熱処理を行う前に、化合物半導体層上に１．９以上の屈折率を有するＳｉＮ膜を形成することで、化合物半導体層の表面に生じる欠陥を抑制することもできる。
【０００９】
上記構成において、前記第２熱処理の温度は、前記第１熱処理の温度より高い構成とすることができる。この構成によれば、不純物の濃度が低く、且つ、第２導電型クラッド層から活性層にかけて不純物濃度分布が均一な第２拡散領域を形成することができる。
【００１０】
上記構成において、前記第２拡散領域を形成する工程は、前記基板にまで達しないように、前記第２拡散領域を形成する工程である構成とすることができる。この構成によれば、第２拡散領域に流れ込むリーク電流を抑制することができる。このため、第２拡散領域での発熱を抑制でき、熱吸収により生じる光半導体装置の信頼性の低下を抑制することができる。
【００１１】
上記構成において、前記第１熱処理および前記第２熱処理は、ラピッドサーマルアニールもしくはファーネスアニールを用いる構成とすることができる。
【００１２】
上記構成において、前記第２拡散領域を形成する工程の後、前記第１ＳｉＮ膜を除去する工程と、前記化合物半導体層上に１．８７以下の屈折率を有する第２ＳｉＮ膜を形成する工程と、第３熱処理を行い、前記第２拡散領域を第３拡散領域とする工程と、を順に実行する構成とすることができる。この構成によれば、不純物濃度が更に低い、第３拡散領域を形成することができる。
【００１３】
上記構成において、前記第３熱処理の温度は、前記第２熱処理の温度より低い構成とすることができる。この構成によれば、化合物半導体層の表面に生じる欠陥を抑制することができる。
【００１４】
上記構成において、前記第３拡散領域を形成する工程の後、前記第２ＳｉＮ膜を除去する工程を有する構成とすることができる。この構成によれば、光半導体装置の信頼性の低下を抑制することができる。
【００１５】
上記構成において、前記第２ＳｉＮ膜を除去する工程の後、前記化合物半導体層の表面を除去する工程を有する構成とすることができる。この構成によれば、光半導体装置の信頼性の低下を抑制することができる。
【００１６】
上記構成において、前記第３熱処理は、ラピッドサーマルアニールもしくはファーネスアニールを用いる構成とすることができる。
【００１７】
上記構成において、前記化合物半導体層は、ＧａとＡｓを含む構成とすることができる。この構成によれば、化合物半導体層の表面に欠陥が生じ易い光半導体装置において、化合物半導体層の表面に生じる欠陥を抑制することができる。
【００１８】
上記構成において、前記拡散ソース層は、Ｚｎを含む構成とすることができる。
【００１９】
本発明は、基板上に順次設けられた、第１導電型クラッド層、活性層および前記第１導電型と反対の導電型である第２導電型クラッド層を含む化合物半導体層と、前記活性層からの光を出射する光出射端面を含むように、前記化合物半導体層に設けられた第２拡散領域および第３拡散領域のいずれか一方と、を具備し、前記第２拡散領域および前記第３拡散領域のいずれか一方に含まれる不純物の濃度分布は、前記第２導電型クラッド層から前記活性層にかけて均一であることを特徴とする光半導体装置である。本発明によれば、ＣＯＤを起因とした光半導体装置の信頼性の低下を抑制することができる。
【００２０】
上記構成において、前記第２拡散領域および前記第３拡散領域のいずれか一方は、前記基板にまで達していない構成とすることができる。この構成によれば、第２拡散領域および第３拡散領域に流れ込むリーク電流を抑制することができる。このため、第２拡散領域および第３拡散領域での発熱を抑制でき、熱吸収により生じる光半導体装置の信頼性の低下を抑制することができる。
【００２１】
上記構成において、前記不純物は、Ｚｎである構成とすることができる。また、上記構成において、前記化合物半導体層は、リッジ部を有する構成とすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、光出射端面を含む化合物半導体層に不純物濃度が低く、且つ、第２導電型クラッド層から活性層にかけて不純物濃度分布が均一な第２拡散領域を形成することができる。このため、ＣＯＤを起因とした光半導体装置の信頼性の低下を抑制することができる。また、第１拡散領域に熱処理を施す前に、化合物半導体層上に１．９以上の屈折率を有するＳｉＮ膜を形成することで、化合物半導体層の表面に生じる欠陥を抑制することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
まず初めに、従来の製造方法により製造される比較例１に係る光半導体装置（レーザダイオード）について説明する。図１（ａ）から図１（ｅ）は、比較例１に係る光半導体装置の製造方法を示す模式的斜視図である。図１（ａ）を参照に、ｎ型ＧａＡｓ基板からなる基板１０上に、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用い、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層からなり厚さ２．６μｍの第１導電型クラッド層１２、ＡｌＧａＩｎＰ／ＩｎＧａＰのＭＱＷ（多重量子井戸）からなり厚さ２０ｎｍの活性層１４、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層からなり厚さ２．０μｍの第２導電型クラッド層１６、ＩｎＧａＰ層からなり厚さ３０ｎｍのストッパー層１８およびｐ型ＧａＡｓ層からなり厚さ０．２μｍのｐ型コンタクト層２０を成長する。これにより、基板１０上に化合物半導体層２２が形成される。
【００２４】
図１（ｂ）を参照に、ｐ型コンタクト層２０上にＳｉＮ層からなるマスク層（不図示）を、例えばＣＶＤ法を用い形成する。マスク層上に第１拡散領域２３を形成すべき開口部を有するフォトレジスト（不図示）を形成する。フォトレジストをマスクにマスク層を除去する。フォトレジストを全面除去した後、マスク層上に拡散ソース層（不図示）を形成し、拡散ソース層に含まれるＺｎをｐ型コンタクト層２０、ストッパー層１８、第２導電型クラッド層１６、活性層１４および第１導電型クラッド層１２内に拡散させる。これにより、活性層１４からの光を出射する光出射端面３８を含むように第１拡散領域２３が形成される。その後、マスク層および拡散ソース層を除去した後、再度第１拡散領域２３に開口部を有するフォトレジスト（不図示）を形成する。フォトレジストをマスクにＰ型コンタクト層２０を除去する。その後、フォトレジストを全面除去する。
【００２５】
図１（ｃ）を参照に、ストッパー層１８およびｐ型コンタクト層２０上にＳｉＯ２膜（不図示）を形成する。窪み部２６を形成すべき開口部を有するフォトレジスト（不図示）をＳｉＯ２膜上に形成し、フォトレジストをマスクにＳｉＯ２膜を除去する。フォトレジストを全面除去した後、ＳｉＯ２膜をマスクに第２導電型クラッド層１６に達するようにｐ型コンタクト層２０、ストッパー層１８および第２導電型クラッド層１６の一部を除去する。これにより、窪み部２６と窪み部２６に挟まれたリッジ部２８とが形成される。その後、ＳｉＯ２膜を全面除去する。
【００２６】
図１（ｄ）を参照に、ｐ型コンタクト層２０、ストッパー層１８および第２導電型クラッド層１６を覆うようにＳｉＮ層からなる保護層３０を形成する。保護層３０上にリッジ部２８の上面に開口部を有するフォトレジスト（不図示）を形成する。フォトレジストをマスクに保護層３０をエッチングする。これにより、リッジ部２８上のｐ型コンタクト層２０が露出する。その後、フォトレジストを全面除去する。
【００２７】
図１（ｅ）を参照に、蒸着法を用い、リッジ部２８上に露出したｐ型コンタクト層２０に接するように、保護層３０上にＴｉ、Ｍｏ、Ａｕを順に堆積して、ｐ側電極３２を形成する。化合物半導体層２２の両端面のうち、光出射端面３８が設けられている側の端面３４に、低反射膜（不図示）を形成する。反対側の端面（不図示）には高反射膜（不図示）を形成する。以上により、比較例１に係る光半導体装置が完成する。
【００２８】
次に、図１（ｂ）を用いて説明した第１拡散領域２３の形成方法についてさらに詳しく説明する。図２（ａ）から図３（ｃ）は、第１拡散領域２３の形成方法を詳しく説明するための模式的断面図である。図２（ａ）を参照に、基板１０上に形成された第１導電型クラッド層１２、活性層１４、第２導電型クラッド層１６、ストッパー層１８、ｐ型コンタクト層２０からなる化合物半導体層２２上に、ＳｉＮ層からなり厚さ１５０ｎｍのマスク層３９を、例えばＣＶＤ法を用い形成する。
【００２９】
図２（ｂ）を参照に、フォトレジスト４０を塗布し、露光技術を用いて、第１拡散領域２３を形成すべき箇所に開口部４１を形成する。図２（ｃ）を参照に、フォトレジスト４０をマスクとして、マスク層３９をエッチングする。これにより、マスク層３９にも開口部４１が形成される。
【００３０】
図３（ａ）を参照に、フォトレジスト４０を除去する。図３（ｂ）を参照に、開口部４１を覆うようにマスク層３９上に、例えばスパッタ法を用いて、ＺｎＯとＳｉＯ２との混合層からなり厚さ１００ｎｍの拡散ソース層４２を形成する。拡散ソース層４２上にＳｉＯ２層からなり厚さ３０ｎｍのキャップ層４４を形成する。図３（ｃ）を参照に、拡散ソース層４２に６１０℃で９分間の熱処理を行う。これにより、拡散ソース層４２に含まれるＺｎが化合物半導体層２２に拡散され、第１拡散領域２３が形成される。第１拡散領域２３は活性層１４に十分に達するように形成する。つまり、化合物半導体層２２の深い領域まで達するように形成する。以上の方法により、比較例１に係る光半導体装置の第１拡散領域２３が形成される。
【００３１】
図４に、比較例１に係る光半導体装置について、２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）を用いて、第１拡散領域２３に含まれるＺｎの濃度分布について評価した結果を示す。図４の横軸は化合物半導体層２２表面からの距離であり、縦軸はＺｎの濃度である。また、Ｚｎの濃度が１×１０１８／ｃｍ３以上になると、Ｚｎが格子位置に入りきらず格子間に存在するようになる。この余剰Ｚｎが素子動作時に格子間を容易に移動することで素子劣化を引き起こすため、Ｚｎ濃度は極力低減することが望ましい。ただし、Ｚｎ濃度が低すぎる場合は、無秩序化によるバンドギャップ拡大の効果が十分に得られない。これらより、Ｚｎ濃度の目標値は、例えば約１×１０１８／ｃｍ３である。図４によれば、活性層１４におけるＺｎの濃度は、約８×１０１８／ｃｍ３と目標値に比べて高濃度である。また、第２導電型クラッド層１６上面から活性層１４下面にかけて（領域Ｄ）のＺｎの濃度分布は大きく、領域Ｄの標準偏差σ／領域Ｄの平均値、の値は約３０％である。
【００３２】
比較例１に係る光半導体装置によれば、図３（ｃ）で説明したように、拡散ソース層４２に熱処理を行うことで、化合物半導体層２２に第１拡散領域２３を形成している。第１拡散領域２３は活性層１４に十分に達するように形成するため、拡散ソース層４２に実施する熱処理の時間が長くなる。このため、Ｚｎがより多く化合物半導体層２２に拡散され、これにより、第１拡散領域２３の拡散ソース層４２近傍に含まれるＺｎの濃度が高濃度になり、活性層１４におけるＺｎの濃度も高濃度になると考えられる。また、第２導電型クラッド層１６上面から活性層１４下面にかけてのＺｎの濃度分布も大きくなると考えられる。
【００３３】
このようなＺｎ濃度の第１拡散領域２３を有する比較例１に係る光半導体装置について実施したＡＰＣ（Auto Power Control）による信頼性試験の結果を図５に示す。図５の横軸は経過時間であり、縦軸は動作電流である。また、環境温度７５℃で、光出力を１００ｍＷに一定にして試験を行っている。図５によれば、約６０時間経過後に動作電流の著しい上昇が発生していることが確認できる。これは、図４に示すように、第１拡散領域２３の活性層１４におけるＺｎ濃度が高濃度であるため、前述したフリーキャリアによる光吸収が大きくなり、ＣＯＤに起因した光出射端面３８近傍の破壊が起こったために発生したものと考えられる。
【００３４】
１００時間におよぶＡＰＣによる信頼性試験にパスした一部の比較例１に係る光半導体装置は、次に、パルスＩ−Ｌ測定が実施される。図６に、パルスＩ−Ｌ測定の結果を示す。図６の横軸は注入電流であり、縦軸は光出力である。図６によれば、規定光出力である３００ｍＷに到達する前に、注入電流２５０ｍＡ付近で光出力が０ｍＷになり、光半導体装置が壊れたことが確認できる。これは、図４に示すように、第２導電型クラッド層１６上面から活性層１４下面にかけて、第１拡散領域２３のＺｎの濃度分布が大きいため、ＡＰＣによる信頼性試験の動作電流により、Ｚｎが濃度の高い方から低い方に移動し、濃度の均一化が生じる。これにより、活性層１４におけるＺｎ濃度が上昇し、フリーキャリアによる光吸収が大きくなり、パルスＩ−Ｌ測定においてＣＯＤに起因した光出射端面３８近傍の破壊が起こったために発生したものと考えられる。
【００３５】
このように、比較例１に係る光半導体装置は信頼性について課題がある。この課題を解決するための実施例を以下に示す。
【実施例１】
【００３６】
図７は実施例１に係る光半導体装置（レーザダイオード）の模式的斜視図である。図８（ａ）は図７のＡ−Ａ間の模式的断面図であり、図８（ｂ）は図７のＢ−Ｂ間の模式的断面図である。
【００３７】
図７、図８（ａ）および図８（ｂ）を参照に、ｎ型ＧａＡｓ基板からなる基板１０上に、化合物半導体層２２として、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層からなり厚さ２．６μｍの第１導電型クラッド層１２、ＡｌＧａＩｎＰ／ＩｎＧａＰのＭＱＷ（多重量子井戸）からなり厚さ２０ｎｍの活性層１４、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層からなり厚さ２．０μｍの第２導電型クラッド層１６、ＩｎＧａＰ層からなり厚さ３０ｎｍのストッパー層１８およびｐ型ＧａＡｓ層からなり厚さ０．２μｍのｐ型コンタクト層２０が順に設けられている。なお、第１導電型クラッド層１２と第２導電型クラッド層１６とは、反対の導電型であれば良く、ｐ型ＧａＡｓ基板を用い、第１導電型クラッド層１２がｐ型クラッド層、第２導電型クラッド層がｎ型クラッド層であってもよい。
【００３８】
図７および図８（ａ）を参照に、ｐ型コンタクト層２０、ストッパー層１８および第２導電型クラッド層１６の一部が除去された窪み部２６が設けられ、窪み部２６間にｐ型コンタクト層２０、ストッパー層１８および第２導電型クラッド層１６からなるリッジ部２８が設けられている。つまり、化合物半導体層２２はリッジ部２８を有する。ｐ型コンタクト層２０、ストッパー層１８および第２導電型クラッド層１６を覆うようにＳｉＮ層からなる保護層３０が設けられている。リッジ部２８上の保護層３０は除去されており、ｐ型コンタクト層２０に接するように保護層３０上にｐ側電極３２が設けられている。図７および図８（ｂ）を参照に、化合物半導体層２２のＢ−Ｂ方向の端部には、活性層１４からの光を出射する光出射端面３８を含むように、Ｚｎが拡散された第２拡散領域２４が設けられている。光出射端面３８が設けられている側の化合物半導体層２２の端面３４には低反射膜（不図示）が設けられており、反対側の端面３６には高反射膜（不図示）が設けられている。
【００３９】
図７および図８（ａ）を参照に、活性層１４は屈折率の低い第１導電型クラッド層１２および第２導電型クラッド層１６に挟まれているため、化合物半導体層２２を伝搬する光は、活性層１４近傍に閉じ込められる。一方、リッジ部２８下の活性層１４近傍を伝搬する光に対する等価屈折率は、リッジ部２８両側の窪み部２６下の活性層１４近傍を伝搬する光に対する等価屈折率より大きい。このため、活性層１４近傍を伝搬する光はリッジ部２８下の活性層１４近傍に閉じ込められる。活性層１４近傍を伝搬する光を閉じ込める部分を導波路４８という。図８（ｂ）を参照に、導波路４８内の光は化合物半導体層２２の両側の端面３４および３６で反射される。このようにして、導波路４８内で誘導放出された光はレーザ光として、光出射端面３８から出力光として出射される。ここで、等価屈折率とは、伝搬する光が感じる屈折率のことである。
【００４０】
実施例１に係る光半導体装置の製造方法については、第２拡散領域２４を形成する方法以外は、比較例１に係る光半導体装置と同じであり、図１（ａ）から図１（ｅ）に示しているので説明を省略する。
【００４１】
次に、図９（ａ）から図９（ｃ）を用いて、実施例１に係る光半導体装置の第２拡散領域２４を形成する方法を説明する。なお、拡散ソース層４２およびキャップ層４４を形成する工程までは比較例１に係る光半導体装置と同じであり、図２（ａ）から図３（ｂ）に示しているので説明を省略する。
【００４２】
図９（ａ）を参照に、マスク層３９をマスクに、拡散ソース層４２に６１０℃で５分間の第１熱処理を行う。これにより、拡散ソース層４２に含まれるＺｎが化合物半導体層２２に拡散され、第１拡散領域２３が形成される。比較例１に係る光半導体装置の形成方法の場合に比べて、第１拡散領域２３を形成する際の熱処理の時間が短いため、第１拡散領域２３は活性層１４に僅かに到達する程度の深さに形成される。
【００４３】
図９（ｂ）を参照に、マスク層３９、拡散ソース層４２およびキャップ層４４を除去する。その後、化合物半導体層２２上に１．９の屈折率を有し、厚さ７５ｎｍの第１ＳｉＮ膜４６を形成する。
【００４４】
図９（ｃ）を参照に、例えば、ラピッドサーマルアニール（ＲＴＡ）を用いて、第１拡散領域２３に６３０℃で３０分間の第２熱処理を行う。これにより、第１拡散領域２３に含まれるＺｎが化合物半導体層２２内部に拡散され、第１拡散領域２３より化合物半導体層２２の深い領域まで達する第２拡散領域２４が形成される。つまり、第２拡散領域２４は、活性層１４に十分に達するように形成される。以上の方法により、実施例１に係る光半導体装置の第２拡散領域２４が形成される。
【００４５】
図１０に実施例１に係る光半導体装置について、２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）を用いて、第２拡散領域２４に含まれるＺｎの濃度分布について評価した結果を示す。図１０の横軸は化合物半導体層２２表面からの距離であり、縦軸はＺｎの濃度である。図１０によれば、活性層１４におけるＺｎの濃度は約２×１０１８／ｃｍ３と比較例１に比べて低濃度である。また、第２導電型クラッド層１６上面から活性層１４下面にかけて（領域Ｄ）のＺｎの濃度分布は、領域Ｄの標準偏差σ／領域Ｄの平均値、の値が約６％と小さいことが確認できる。
【００４６】
比較例１の製造方法によれば、図４に示したように、第１拡散領域２３のＺｎ濃度は高く、また、第２導電型クラッド層１６から活性層１４にかけてのＺｎ濃度分布も大きい。しかしながら、実施例１の製造方法によれば、図９（ａ）に示すように、拡散ソース層４２に第１熱処理を行い、深さの浅い第１拡散領域２３を形成する。そして、図９（ｂ）に示すように、Ｚｎの供給源である拡散ソース層４２を除去した後、図９（ｃ）に示すように、第１拡散領域２３に第２熱処理を行うことで、第１拡散領域２３に含まれるＺｎが拡散し、第１拡散領域２３が第２拡散領域２４となる。このため、図１０に示すように、第２拡散領域２４のＺｎ濃度を低くすることができ、且つ、第２導電型クラッド層１６から活性層１４にかけてのＺｎの濃度分布を均一にすることができる。また、図９（ｂ）に示すように、化合物半導体層２２上に第１ＳｉＮ膜４６を形成した後、第１拡散領域２３に第２熱処理を行うことで、第１拡散領域２３に含まれるＺｎを化合物半導体層２２の内部に向かって拡散させることができる。
【００４７】
次に、図１１に実施例１に係る光半導体装置についてのＡＰＣによる信頼性試験の結果を、図１２にパルスＩ−Ｌ測定の結果を示す。図１１を参照に、１００時間におよぶＡＰＣによる信頼性試験で、動作電流の著しい上昇等は確認されず、安定して動作していることが確認できる。図１２を参照に、注入電流に比例して光出力も増加し、規定出力である３００ｍＷに到達していることが確認できる。
【００４８】
実施例１によれば、図１０に示すように、活性層１４におけるＺｎの濃度が目標値（約１×１０１８／ｃｍ３）に近く、且つ、第２導電型クラッド層１６から活性層１４にかけてのＺｎの濃度分布が均一になっている。このため、ＣＯＤを起因とした光出射端面３８近傍の破壊を抑制することができる。よって、図１１に示すように、ＡＰＣによる信頼性試験で異常が発生する光半導体装置を減少させることができ、図１２に示すように、パルスＩ−Ｌ測定で規定出力を有する光半導体装置を得ることができる。したがって、実施例１に係る光半導体装置によれば、信頼性の低下を抑制することができる。
【００４９】
また、実施例１の製造方法によれば、図９（ｂ）に示すように、化合物半導体層２２上に１．９の屈折率を有する第１ＳｉＮ膜４６を形成している。ここで、発明者が１．９の屈折率を有する第１ＳｉＮ膜４６を用いた理由を以下に説明する。発明者は、図９（ａ）から図９（ｃ）に示す、第２拡散領域２４を形成する工程で、屈折率が１．８、１．８５、１．９の３種類の第１ＳｉＮ膜４６を用いた場合の実験を行った。図１３は屈折率が１．８の第１ＳｉＮ膜４６を用いた場合、図１４（ａ）は屈折率が１．８５の第１ＳｉＮ膜４６を用いた場合、図１４（ｂ）は屈折率が１．９の第１ＳｉＮ膜４６を用いた場合の、図９（ｃ）で説明した工程後における光半導体装置のＳＥＭ断面写真の模式図である。なお、光半導体の分野において、一般的にＳｉＮ膜に用いられる屈折率は１．８から１．８５である。
【００５０】
図１３を参照に、屈折率が１．８の第１ＳｉＮ膜４６の場合は、化合物半導体層２２に形成された第２拡散領域２４の表面に多数の欠陥１３が生じていることが確認できる。屈折率が１．８５の第１ＳｉＮ膜４６の場合は、図１４（ａ）に示すように、第２拡散領域２４表面の欠陥１３が、屈折率が１．８の第１ＳｉＮ膜４６の場合に比べて少ないことが確認できる。屈折率が１．９の第１ＳｉＮ膜４６の場合は、図１４（ｂ）に示すように、第２拡散領域２４表面にほとんど欠陥１３が生じていないことが確認できる。
【００５１】
このように、屈折率の違いにより欠陥１３の発生に差が生じる理由を以下に推測する。ＳｉＮ膜の屈折率が低い場合は、膜質の緻密性が悪くなる。このため、図９（ｃ）で説明した第１拡散領域２３に行う第２熱処理により、化合物半導体層２２中のＧａ（ガリウム）やＡｓ（砒素）等が、第１ＳｉＮ膜４６を通過して外部に蒸発してしまい、化合物半導体層２２表面に欠陥１３が生じると考えられる。つまり、第２拡散領域２４表面に欠陥１３が生じると考えられる。したがって、化合物半導体層２２が、例えばＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ等、ＧａとＡｓを含む場合に、化合物半導体層２２表面に欠陥１３が生じ易いと考えられる。
【００５２】
また、第１拡散領域２３に行う第２熱処理の温度が高温になるほど、化合物半導体層２２表面に生じる欠陥１３が顕著に現れる。図２（ａ）から図３（ｃ）に示した比較例１の製造方法のように、拡散ソース層４２に熱処理を行い、第１拡散領域２３を形成する場合は、熱処理の温度が高温だとＺｎの供給が過剰になるため、通常は熱処理の温度を抑えている。しかしながら、図９（ａ）から図９（ｃ）に示した実施例１の製造方法のように、拡散ソース層４２の第１熱処理と第１拡散領域２３の第２熱処理との２回の熱処理により、第２拡散領域２４を形成する場合は、第１拡散領域２３の第２熱処理の温度を拡散ソース層４２の第１熱処理の温度より高温にすることが好ましい。このため、実施例１の製造方法では、化合物半導体層２２表面に欠陥１３が生じ易くなる。
【００５３】
これらの結果より、発明者は１．９以上の屈折率を有する第１ＳｉＮ膜４６を用いることで、図９（ｃ）に示す、第１拡散領域２３に行う第２熱処理により、化合物半導体層２２表面に生じる欠陥１３を抑制することを可能とした。これにより、化合物半導体層２２上に形成する保護層３０と化合物半導体層２２との密着性の低下の抑制や、ｐ型コンタクト層２０に接するように保護層３０上に形成するｐ側電極３２とｐ型コンタクト層２０とのコンタクト抵抗の増加を抑制することができる。特に、化合物半導体層２２がＧａとＡｓを含む場合は、化合物半導体層２２表面に欠陥１３が生じ易いため、１．９以上の屈折率を有する第１ＳｉＮ膜４６を用いる効果が大きくなる。また、図９（ａ）に示すマスク層３９に、屈折率が１．９以上のＳｉＮ膜を用いてもよい。この場合は、第１拡散領域２３を形成する際の拡散ソース層４２に行う第１熱処理により生じる可能性がある、化合物半導体層２２表面の欠陥１３を抑制することができる。
【００５４】
実施例１の製造方法によれば、図９（ａ）に示すように、第１拡散領域２３を形成する際、拡散ソース層４２に６１０℃で５分間の第１熱処理を実施し、図９（ｃ）に示すように、第２拡散領域２４を形成する際、第１拡散領域２３に６３０℃で３０分間の第２熱処理を実施している。このように、第２拡散領域２４を形成する際に行う第２熱処理の温度を、第１拡散領域２３を形成する際に行う第１熱処理の温度より高くすることで、第１拡散領域２３のＺｎを化合物半導体層２２に拡散させることができ、Ｚｎの濃度が低く、且つ、濃度分布の小さい第２拡散領域２４を形成することができる。特に、第２拡散領域２４を形成する際に第１拡散領域２３に行う第２熱処理の温度は、６３０℃〜８５０℃である場合が好ましい。
【００５５】
また、図９（ｃ）に示すように、第２拡散領域２４を形成する際、第１拡散領域２３に行う第２熱処理に、ラピッドサーマルアニール（ＲＴＡ）を用いた場合を例に示したがこれに限られない。ファーネスアニール等、その他の方法を用いることもできる。また、図９（ａ）に示す第１拡散領域２３の形成の際、拡散ソース層４２に行う第１熱処理にも、ラピッドサーマルアニールやファーネスアニール等を用いることができる。
【００５６】
さらに、拡散ソース層４２はＺｎを含み、Ｚｎを拡散させて、第２拡散領域２４を形成する場合を例に示したがこれに限られない。ＣＯＤに起因した光出射端面３８近傍での破壊を抑制することが可能であれば、拡散ソース層４２はその他の不純物を含んでいる場合でもよい。
【実施例２】
【００５７】
実施例２は、第２熱処理により第２拡散領域２４を形成する工程に続いて、第２拡散領域２４に第３熱処理を行い、第３拡散領域を形成する場合の例である。実施例２に係る光半導体装置の構造は、第２拡散領域２４の代わりに第３拡散領域２５が設けられている以外は、実施例１と同じであり、図７、図８（ａ）および図８（ｂ）に示しているため説明を省略する。また、製造方法は、第２拡散領域２４に第３熱処理を行い、第３拡散領域２５を形成する工程以外は、実施例１と同じであり、図１（ａ）から図１（ｅ）および図９（ａ）から図９（ｃ）に示している。
【００５８】
次に、図１５（ａ）から図１５（ｃ）を用い、第２拡散領域２４に第３熱処理を行い、第３拡散領域２５を形成する工程について説明する。まず、図９（ａ）から図９（ｃ）で示した製造方法を用いて、第２拡散領域２４を形成する。その後、図１５（ａ）を参照に、第１ＳｉＮ膜４６を除去する。
【００５９】
図１５（ｂ）を参照に、化合物半導体層２２上に、新たに、屈折率が１．８５で、厚さが１５０ｎｍの第２ＳｉＮ膜４７を形成する。なお、第２ＳｉＮ膜４７の屈折率は１．８７以下である場合が好ましい。１．８７以下の屈折率を有するＳｉＮ膜を用いる理由は以下の通りである。図１３および図１４で説明したように、屈折率の低いＳｉＮ膜は、膜質の緻密性が悪いため、熱処理により拡散された物質が、ＳｉＮ膜に取り込まれる。この性質を利用し、膜質の緻密性が比較的低い、屈折率１．８７以下の第２ＳｉＮ膜４７を用いて、熱処理により拡散されたＺｎを第２ＳｉＮ膜４７に取り込ませるようにするためである。
【００６０】
図１５（ｃ）を参照に、例えば、ラピッドサーマルアニール（ＲＴＡ）を用いて、第２拡散領域２４に６００℃で３０分間の第３熱処理を行い、第３拡散領域２５を形成する。ここで、第２ＳｉＮ膜４７の屈折率は１．８５と、第２拡散領域２４の形成の際に用いた第１ＳｉＮ膜４６（屈折率１．９）に比べて低屈折率である。このため、図１３および図１４で説明したように、第３熱処理では欠陥１３の発生が多くなる。しかしながら、第３熱処理の温度を第２熱処理の温度に比べて低温とすることで、欠陥１３の発生を抑制している。したがって、第３熱処理での好ましい温度は、５５０℃〜６００℃である。また、前述したように、屈折率の低いＳｉＮ膜は、緻密性が悪く、拡散された物質が取り込まれ易い。よって、第２拡散領域２４に含まれていたＺｎは、第３熱処理により拡散されて、第２ＳｉＮ膜４７に取り込まれる。なお、第３熱処理は、ラピッドサーマルアニールの他にファーネスアニール等を用いることができる。
【００６１】
図１６に、実施例２に係る半導体装置について、２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）を用いて、第２拡散領域２４に含まれるＺｎの濃度分布について評価した結果を示す。図１６の横軸は化合物半導体層２２表面からの距離であり、縦軸はＺｎの濃度である。図１６中の実線のグラフは、実施例２の第３拡散領域２５の濃度プロファイルを示しており、破線のグラフは、実施例１の第２拡散領域２４の濃度プロファイルを示している。図１６に示すように、実施例２によれば、実施例１に比べて、活性層１４におけるＺｎの濃度を更に低くすることができる。これは、第２拡散領域２４に含まれていたＺｎが、第３熱処理により、第２ＳｉＮ膜４７に取り込まれたためと考えられる。
【００６２】
なお、図１５（ｃ）のように、第３熱処理を実行した後、第２ＳｉＮ膜４７とｐ型コンタクト層２０の表面とにＺｎが拡散されて、第２ＳｉＮ膜４７とｐ型コンタクト層２０の表面とのＺｎの濃度は高濃度になる。第２ＳｉＮ膜４７とｐ型コンタクト層２０の表面とに拡散されたＺｎは、光半導体装置が動作する高温、高電界状態において、再び化合物半導体層２２の内部方向に移動する。このため、光半導体装置の信頼性が低下する。したがって、図１７に示すように、第３熱処理を行い、第３拡散領域２５を形成した後、第２ＳｉＮ膜４７を除去し、その後、ｐ型コンタクト層２０の表面部分を除去することが好ましい。ｐ型コンタクト層２０の表面部分の除去は、例えば、ウエットエッチング法を用いて５０ｎｍ程度除去すればよい。また、第２ＳｉＮ膜４７とｐ型コンタクト層２０の表面との両方を除去せずに、第２ＳｉＮ膜４７のみを除去する場合でもよい。
【００６３】
実施例２においても、実施例１と同様に、ＡＰＣによる信頼性試験およびパルスＩ−Ｌ測定に関して、良好な結果を得ることができ、信頼性の低下を抑制することができる。
【実施例３】
【００６４】
実施例３は、第１熱処理の条件および第２熱処理の条件が、実施例１と異なる場合の例である。実施例３に係る光半導体装置の構造は、実施例１と同じであり、図７、図８（ａ）および図８（ｂ）に示しているため説明を省略する。また、製造方法は、第１拡散領域２３を形成する際に、拡散ソース層４２に行う第１熱処理の温度が６１０℃で時間が２分間であること、および、第２拡散領域２４を形成する際に、第１拡散領域２３に行う第２熱処理の温度が６３０℃で時間が５分間であること以外は、図１（ａ）から図１（ｅ）および図９（ａ）から図９（ｃ）に示した、実施例１に係る光半導体装置と同じである。
【００６５】
図１８に実施例３に係る光半導体装置について、２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）を用いて、第２拡散領域２４に含まれるＺｎの濃度分布について評価した結果を示す。図１８の横軸は化合物半導体層２２表面からの距離であり、縦軸はＺｎの濃度である。図１８によれば、活性層１４におけるＺｎの濃度は約１×１０１８／ｃｍ３である。また、第２導電型クラッド層１６上面から活性層１４下面にかけて（領域Ｄ）のＺｎの濃度分布は、領域Ｄの標準偏差σ／領域Ｄの平均値、の値が約９％と小さいことが確認できる。
【００６６】
次に、図１９に実施例３に係る光半導体装置についての、ＡＰＣによる信頼性試験の結果を、図２０にパルスＩ−Ｌ測定の結果を示す。図１９を参照に、１００時間におよぶＡＰＣによる信頼性試験で、動作電流の著しい上昇等は確認されず、安定して動作していることが確認できる。図２０を参照に、注入電流に比例して光出力も増加し、規定出力である３００ｍＷに到達していることが確認できる。このように、実施例３に係る光半導体装置においても、信頼性の低下を抑制することができる。
【００６７】
実施例３によれば、第１拡散領域２３を形成する際に拡散ソース層４２に行う第１熱処理の温度が６１０℃で時間が２分間であり、第２拡散領域２４を形成する際に第１拡散領域２３に行う第２熱処理の温度が６３０℃で時間が５分間である。このため、図１８に示すように、Ｚｎの濃度が１×１０１８／ｃｍ３の領域は基板１０にまで達していない。つまり、第２拡散領域２４は基板１０にまで達していない。
【００６８】
ここで、図２１に、第２拡散領域２４が基板１０にまで達している実施例１（図１０参照）と、第２拡散領域２４が基板１０にまで達していない実施例３と、のＩ−Ｖ特性を示す。図２１を参照に、実施例３は実施例１に比べて、電圧が１．０Ｖ付近から２．２Ｖ付近にかけて、電流が抑制されていることが確認できる。これは、第２拡散領域２４が基板１０に達していない場合は、ｐ側電極３２から第２拡散領域２４を介して基板１０に流れ込むリーク電流を抑制することができるためである。第２拡散領域２４を流れる電流が抑制されると、第２拡散領域２４での発熱を抑制することができる。つまり、熱吸収により生じる光出射端面３８近傍の破壊を抑制することができる。これにより、実施例３に係る光半導体装置は実施例１に係る光半導体装置よりも信頼性を向上させることができる。よって、第２拡散領域２４は基板１０にまで達しないように形成する場合が好ましい。なお、実施例２で形成する第３拡散領域２５においても、同じ理由から、基板１０にまで達しないように形成する場合が好ましい。
【００６９】
実施例１から実施例３において、図１０、図１６および図１８に示すように、活性層１４のＺｎの濃度は、約２×１０１８／ｃｍ３および約１×１０１８／ｃｍ３である場合を示した。しかしながら、これらの場合に限られず、活性層１４のＺｎの濃度が１×１０１８／ｃｍ３から５×１０１８／ｃｍ３の範囲内である場合でも、実施例１から実施例３と同様に、光半導体装置の信頼性の低下を抑制することができる。特に、活性層１４におけるＺｎの濃度が、０．５×１０１８／ｃｍ３から５×１０１８／ｃｍ３の範囲内にある場合が好ましい。
【００７０】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】図１（ａ）から図１（ｅ）は比較例１に係る光半導体装置の製造方法を示す模式的斜視図である。
【図２】図２（ａ）から図２（ｃ）は比較例１に係る光半導体装置において、第１拡散領域を形成する方法を示す模式的断面図（その１）である。
【図３】図３（ａ）から図３（ｃ）は比較例１に係る光半導体装置において、第１拡散領域を形成する方法を示す模式的断面図（その２）である。
【図４】図４は比較例１に係る光半導体装置の第１拡散領域におけるＺｎの濃度分布を、２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）を用いて評価した結果である。
【図５】図５は比較例１に係る光半導体装置についての、ＡＰＣによる信頼性試験の結果である。
【図６】図６は比較例１に係る光半導体装置についての、パルスＩ−Ｌ測定の結果である。
【図７】図７は実施例１に係る光半導体装置の模式的斜視図である。
【図８】図８（ａ）は図７のＡ−Ａ間の模式的断面図であり、図８（ｂ）は図７のＢ−Ｂ間の模式的断面図である。
【図９】図９（ａ）から図９（ｃ）は実施例１に係る光半導体装置において、第２拡散領域を形成する方法を示す模式的断面図である。
【図１０】図１０は実施例１に係る光半導体装置の第２拡散領域におけるＺｎの濃度分布を、２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）を用いて評価した結果である。
【図１１】図１１は実施例１に係る光半導体装置についての、ＡＰＣによる信頼性試験の結果である。
【図１２】図１２は実施例１に係る光半導体装置についての、パルスＩ−Ｌ測定の結果である。
【図１３】図１３は第１ＳｉＮ膜４６の屈折率が１．８の場合の、光半導体装置のＳＥＭ断面写真の模式図である。
【図１４】図１４（ａ）は第１ＳｉＮ膜４６の屈折率が１．８５の場合の、光半導体装置のＳＥＭ断面写真の模式図であり、図１４（ｂ）は第１ＳｉＮ膜４６の屈折率が１．９の場合の、光半導体装置のＳＥＭ断面写真の模式図である。
【図１５】図１５（ａ）から図１５（ｃ）は実施例２に係る光半導体装置において、第３拡散領域を形成する方法を示す模式的断面図である。
【図１６】図１６は実施例２に係る光半導体装置の第３拡散領域におけるＺｎの濃度分布を、２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）を用いて評価した結果である。
【図１７】図１７は第２ＳｉＮ膜および化合物半導体層の表面を除去する工程を示す模式的断面図である。
【図１８】図１８は実施例３に係る光半導体装置の第２拡散領域におけるＺｎの濃度分布を、２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）を用いて評価した結果である。
【図１９】図１９は実施例３に係る光半導体装置についての、ＡＰＣによる信頼性試験の結果である。
【図２０】図２０は実施例３に係る光半導体装置についての、パルスＩ−Ｌ測定の結果である。
【図２１】図２１は実施例１に係る光半導体装置と実施例３に係る光半導体装置とについてのＩ−Ｖ測定の結果である。
【符号の説明】
【００７２】
１０  基板
１２  第１導電型クラッド層
１３  欠陥
１４  活性層
１６  第２導電型クラッド層
１８  ストッパー層
２０  ｐ型コンタクト層
２２  化合物半導体層
２３  第１拡散領域
２４  第２拡散領域
２５  第３拡散領域
２６  窪み部
２８  リッジ部
３０  保護層
３２  ｐ側電極
３４  端面
３６  端面
３８  光出射端面
３９  マスク層
４０  フォトレジスト
４１  開口部
４２  拡散ソース層
４４  キャップ層
４６  第１ＳｉＮ膜
４７  第２ＳｉＮ膜
４８  導波路
【図１】
2009055002.tif 000003
【図２】
2009055002.tif 000004
【図３】
2009055002.tif 000005
【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】
2009055002.tif 000010
【図９】
2009055002.tif 000011
【図１０】
2009055002.tif 000012
【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】
2009055002.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
2009055002.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
2009055002.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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