(57)【要約】【課題】半導体レーザおよびＥＡ変調器を含む半導体光素子を基板上に作製する方法において、異常成長を低減して半導体の曲がりを小さくすること。【解決手段】第１半導体部１９のエッチング端面１９ａを形成した後に、ＥＡ変調器のための活性層２７を成長するに先立つ半導体層の成長、例えば第１光閉じ込め層２３に際して、第１光閉じ込め層２３の成長のための原料ガスに加えて塩化水素を供給しながら、第１光閉じ込め層２３を成長する。エッチング端面上の堆積物、つまり第１光閉じ込め層２３の成長時に、異常成長による堆積物が低減される。この後に、ＥＡ変調器のための活性層２７を成長する。これにより、ＥＡ変調器のための活性層２７が、異常成長による堆積物のため曲がることを小さくできる。活性層２７を成長した後に、第２光閉じ込め層２９の成長のための原料ガスに加えて塩化水素を供給しながら、第２光閉じ込め層２９を成長する。【選択図】図４
2009194023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体光集積素子を作製する方法であって、
当該半導体光集積素子内の第１及び第２の半導体光デバイスのためにそれぞれ設けられた第１及び第２のエリアと前記半導体光集積素子内の第２半導体光デバイスのための第２エリアとを含む主面を有する基板を準備する工程と、
前記第１半導体光デバイスのための複数の半導体層を含む半導体領域を前記基板上に成長する工程と、
前記第１エリア上における前記複数の半導体層上に絶縁体マスクを形成する工程と、
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て、前記主面に交差する基準面に沿った端面を有する第１半導体部を前記第１エリア上に形成する工程と、
前記複数の半導体層をエッチングした後に、前記第２半導体光デバイスのための第１の半導体層を、前記絶縁体マスクを用いて成長する工程と、
前記第１の半導体層上に前記第２半導体光デバイスのための第２の半導体層を、前記絶縁体マスクを用いて成長する工程と
を備え、
前記第１の半導体層の成長では、該成長のための原料ガスに加えて、ハロゲン元素を含むエッチャントガスが供給される、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第２半導体光デバイスのための前記第１の半導体層は光閉じ込め層を含む、ことを特徴とする請求項１に記載された方法。
【請求項３】
前記第２半導体光デバイスのための前記第２の半導体層は活性層である、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された方法。
【請求項４】
前記第２の半導体層の成長では、該成長のための原料ガスに加えて、ハロゲン元素を含むエッチャントガスが供給される、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された方法。
【請求項５】
当該方法は、
前記絶縁体マスクを用いて、前記第２の半導体層上に前記第２半導体光デバイスの第３の半導体層を堆積する工程を更に備え、
前記第３の半導体層の成長では、該成長のための原料ガスに加えて、ハロゲン元素を含むエッチャントガスが供給される、ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載された方法。
【請求項６】
前記半導体領域は、前記第１半導体光デバイスのための活性層を含む、ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載された方法。
【請求項７】
前記第１および第２半導体光デバイスの一方は半導体レーザを含み、
前記第１および第２半導体光デバイスの他方は電界吸収型変調器を含む、ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載された方法。
【請求項８】
前記ハロゲン元素を含むエッチャントガスとして、塩化水素ガスを用いることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載された方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光素子を作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、埋め込み型半導体レーザが記載されている。この半導体レーザの作製において、半導体積層上にメサストライプＳｉＯ２マスクが形成された基板を有機金属気相成長炉にロードする。ヨウ化メチルをエッチャントとして有機金属気相成長炉に供給すると共に、ＰＨ３ガスを有機金属気相成長炉に供給する。これによりメサエッチが行われる。このエッチングの後に直接、選択埋め込み再成長が行われる。この選択埋め込み再成長によりｐｎブロック層が形成される。
【非特許文献１】K.Hinzeret al., Technical Digest of Optical Fiber Communication,2003, FG7, p.684~685.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
半導体レーザおよび電界吸収型変調器を集積した半導体光素子がある。この半導体光素子は、半導体レーザおよび電界吸収型変調器を互いに光学的に結合するためにバットジョイント構造を有する。この構造は、例えば以下のように作製される。基板上に、ｎ型クラッド層、活性層およびｐ型クラッド層のための複数の半導体膜からなる半導体積層が形成される。この後に、半導体レーザのための基板のエリア上に絶縁体マスクを形成する。このマスクを用いて半導体積層をエッチングして、変調器のための基板のエリア上の活性層のための半導体膜を除去する。エッチングにより半導体積層の端面が形成された後に、変調器のための半導体膜を成長する。この成長では、変調器のための基板のエリア上だけでなく上記の端面上にも堆積物が生じる。この異常成長の結果、半導体積層の端面に沿って堆積物のせり上がりが生じる。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、絶縁体マスクに沿って流れ、変調器のための基板のエリアに到達する。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、変調器のための基板のエリアと半導体レーザのための基板のエリアとの境界近傍には、より多くの原料ガスが供給される。堆積物は、変調器のための基板のエリアだけでなく、半導体積層の端面上にも生じる。
【０００４】
この後に、引き続いて順に半導体膜を成長すると、半導体レーザおよび電界吸収型変調器の境界面における異常成長の堆積物が原因となって一方の活性層が曲げられて、この結果、半導体レーザのための活性層の高さが電界吸収型変調器のための活性層の高さと整合しなくなる。故に、光学的結合が良好なバットジョイント構造を作製できない。一方、非特許文献１では、ヨウ化メチルを有機金属気相成長炉に供給して、メサエッチを行っているが、複数の半導体デバイスを集積することは記載されていない。
【０００５】
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及び第２半導体光デバイスを含む半導体光集積素子を基板上に作製する方法において、異常成長を低減して半導体層の曲がりを小さくできる半導体光集積素子を作製す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】
【０００６】
本発明の一側面は、半導体光集積素子を作製する方法である。この方法は、（ａ）当該半導体光集積素子内の第１及び第２の半導体光デバイスのためにそれぞれ設けられた第１及び第２のエリアと前記半導体光集積素子内の第２半導体光デバイスのための第２エリアとを含む主面を有する基板を準備する工程と、（ｂ）前記第１半導体光デバイスのための複数の半導体層を含む半導体領域を前記基板上に成長する工程と、（ｃ）前記第１エリア上における前記複数の半導体層上に絶縁体マスクを形成する工程と、（ｄ）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て、前記主面に交差する基準面に沿った端面を有する第１半導体部を前記第１エリア上に形成する工程と、（ｅ）前記複数の半導体層をエッチングした後に、前記第２半導体光デバイスのための第１の半導体層を、前記絶縁体マスクを用いて成長する工程と、（ｆ）前記第１の半導体層上に前記第２半導体光デバイスのための第２の半導体層を、前記絶縁体マスクを用いて成長する工程とを備える。前記第１の半導体層の成長では、該成長のための原料ガスに加えて、ハロゲン元素を含むエッチャントガスが供給される。
【０００７】
このように、本発明の半導体光素子を作製する方法によれば、複数の半導体層をエッチングした後に、絶縁体マスクを用いて第２エリア上に第１の半導体層を成長する際に、該成長のための原料ガスに加えて塩化水素が供給される。絶縁体マスク上には半導体結晶のエピタキシャル成長が生じないので、絶縁体マスク上に供給された原料ガスは、絶縁体マスク上では反応によって消費されることなく第２のエリアに流れてくる。同様に、絶縁体マスク上に供給されたハロゲン元素を含むエッチャントガスも、絶縁体マスク上で消費されることなく第２のエリアに流れてくる。故に、ハロゲン元素を含むエッチャントガスの供給により、第１半導体部の端面上に成長される堆積物が低減される。したがって、端面上の堆積物により、第２半導体光デバイスのための第２の半導体層の曲がりを小さくできる。
【０００８】
本発明に係る方法では、前記第２半導体光デバイスのための前記第１の半導体層は光閉じ込め層を含むことができる。この方法によれば、光閉じ込め層の成長の際に、半導体の堆積とエッチングとを同時に行える。このため、光閉じ込め層の成長の際に、第１半導体部の端面上への異常堆積が生じにくい。
【０００９】
本発明に係る方法では、前記第２半導体光デバイスのための前記第２の半導体層は活性層であることができる。この方法によれば、光導波路を構成する活性層の曲がりが小さくできるので、第１半導体光デバイスと第２半導体光デバイスとの境界における光の反射が低減される。
【００１０】
本発明に係る方法では、前記第２の半導体層の成長では、該成長のための原料ガスに加えて、ハロゲン元素を含むエッチャントガスが供給されることができる。この方法によれば、第１の半導体層の成長だけでなく、第２の半導体層の成長の際にも、原料ガスに加えて、ハロゲン元素を含むエッチャントガスを供給することができる。
【００１１】
本発明に係る方法は、前記絶縁体マスクを用いて、前記第２の半導体層上に前記第２半導体光デバイスの第３の半導体層を堆積する工程を更に備えることができる。前記第３の半導体層の成長では、該成長のための原料ガスに加えて、ハロゲン元素を含むエッチャントガスが供給される。この方法によれば、第１の半導体層の成長だけでなく、第３の半導体層の成長の際にも、原料ガスに加えて、ハロゲン元素を含むエッチャントガスを供給することができる。
【００１２】
本発明に係る方法では、前記半導体領域は、前記第１半導体光デバイスのための活性層を含むことができる。この方法によれば、端面上の堆積物による第１の半導体が曲がることを小さくできるので、第２半導体光デバイスのための活性層を第１半導体光デバイスのための活性層の高さに合わせることが容易になる。
【００１３】
本発明に係る方法では、第１半導体光デバイスおよび第２半導体光デバイスの一方は半導体レーザを含み、第１半導体光デバイスおよび第２半導体光デバイスの他方は電界吸収型変調器を含む。この方法は、作製する半導体光素子が半導体レーザおよび電界吸収型変調器を含む場合に、特に有用である。
【００１４】
本発明に係る方法では、前記ハロゲン元素を含むエッチャントガスとして、塩化水素ガスを用いることができる。
【００１５】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、第１半導体光デバイスおよび第２半導体光デバイスを含む半導体光集積素子を基板上に作製する方法において、異常成長を低減して半導体の曲がりを小さくできる半導体光集積素子を作製する方法を提供することを目的とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。
【００１８】
図１〜図８は、本発明の実施の形態に係わ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を模式的に示す図面である。引き続く例示的な説明では、第１半導体光デバイスとして半導体レーザ(ＬＤ)と、第２半導体光デバイスとして電界吸収型(ＥＡ)変調器が基板上に形成される。
【００１９】
図１(ａ)に示されるように、半導体基板を準備する。この半導体基板は、例えばＩｎＰ半導体基板１からなることができる。引き続く説明では、ＩｎＰ半導体基板１を用いて光集積素子を作製する。半導体基板１は、所定の基準平面に沿って配列された第１及び第２の基板領域を有しており、第１及び第２の基板領域は、半導体基板１の主面において第１及び第２エリアとして現れている。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(以下、「ＬＤエリア」という)１ｂと、ＥＡ変調器のための第２エリア(以下、「ＥＡエリア」という)１ｃとを有する。図面、例えば図１(ａ)に描かれている一点鎖線は、ＬＤエリア１ｂとＥＡエリア１ｃとの間の境界線を示す。
【００２０】
以下の成長において形成される半導体層は、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。このとき、ガリウム原料、インジウム原料、リン原料、ヒ素原料として、例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、フォスフィン（ＰＨ３）、アルシン（ＡｓＨ３）を用いることができる。
【００２１】
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。この成長は、有機金属気相成長装置といった結晶成長装置を用いて行われる。バッファ層３は、例えば、厚さ５５０ｎｍのＳｉドープＩｎＰ膜である。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、例えばバンドギャップ波長１１５０ｎｍのＧａＩｎＡｓＰ膜であり、その厚さは例えば１００ｎｍである。
【００２２】
活性層７は、例えば、ＧａＩｎＡｓＰから構成されている。活性層７は、多重量子井戸構造を有している。多重量子井戸構造は、交互に配列されたバリア層とウエル層とを含み、例えば８つのウエル層と９つのバリア層とからなる。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１０ｎｍであり、ウエル層の厚さは５ｎｍである。活性層７の歪は、例えば１．０％である。また、活性層７の成長においては、例えば１．２μｍ／ｈｒ〜１．５μｍ／ｈｒの成長速度とすることができる。
【００２３】
図１(ｃ)を参照すると、第２光閉じ込め層９上には、回折格子１１のための周期構造が形成される。この周期構造上にはクラッド層１３を堆積して、回折格子１１を形成する。クラッド層１３は、例えば厚さ２４０ｎｍのＺｎドープＩｎＰ膜である。この回折格子１１の周期は、例えば２４２ｎｍである。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、厚さ１００ｎｍのＺｎドープＩｎＧａＡｓ膜である。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。クラッド層１３及びキャップ層１５の成長によって、半導体積層１６が形成される。半導体積層１６は、基板１１の第１及び第２基板領域上に設けられている。半導体積層１６は、ＬＤエリア１ｂ及びＥＡエリア１ｃ上にそれぞれ位置する第１及び第２の部分１６ａ、１６ｂを含む。
【００２４】
図２(ａ)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に位置する半導体積層１６の部分１６ａ上に形成されている。絶縁膜マスク１７は、例えば、厚さ２００ｎｍのシリコン酸化膜(ＳｉＯ2膜)である。
【００２５】
図２(ｂ)に示されるように、絶縁膜マスク１７を用いて半導体積層１６のエッチングを行う。このエッチングによりＥＡエリア１ｃに位置する半導体積層１６の第２の部分１６ｂが除去される。第２の部分１６ｂには、ＥＡエリア１ｃ上に位置する第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が含まれる。
【００２６】
このエッチング方法としては、例えば反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ）が使われる。エッチャントとして、ＣＨ４とＨ２との混合ガスをＲＩＥ装置に供給する。ＣＨ４及びＨ２の流量は、例えばいずれも２５ｓｃｃｍである。また、ＲＦパワーは例えば１００Ｗであり、エッチングの深さは例えば約０．８μｍである。このエッチングの結果、バッファ層１３の表層が部分的に除去されている。
【００２７】
以上のような反応性イオンエッチングが終了すると、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に位置するエッチング端面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。この基準平面は、例えば半導体基板１１の主面１１ａにほぼ垂直である。
【００２８】
図２(ｂ)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、該ダメージ層をエッチングにより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ウエットエッチングにより行われる。
【００２９】
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と同じ材料で形成されることが好ましく、またその厚さは、例えば５０ｎｍである。具体的には、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。バッファ層の成長の際に、バッファ層の成長のための原料ガスに加えて塩化水素ガスを供給することが好ましい。例えば、ＩｎＰの原料ガス（ＴＭＩｎ及びＰＨ３）に加えて、塩化水素（ＨＣｌ）を成長炉Ｒに供給することができる。
【００３０】
このバッファ層３ｄは、有機金属気相成長炉に原料ガス及び塩化水素を供給して、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。側壁に近い部分では、絶縁膜マスクの影響により、堆積物のエッチングレート、成膜レートが共に高いので、図３(ａ)に示すように、平坦な下地の形状を保ちながら、ＥＡエリア１ｃでは半導体の成長が生じる。
【００３１】
絶縁膜マスク１７が残されているＬＤエリア１ｂでは、原料ガスＧ０ＬＤが、絶縁膜マスク１７上では成膜のために消費されず、絶縁体マスク１７に沿って流れ、ＥＡエリア１ｃに到達する。また、塩化水素Ｅ０ＬＤも絶縁膜マスク１７上では消費されず、絶縁体マスク１７に沿って流れ、ＥＡエリア１ｃに到達する。到達した原料ガスＧ０ＬＤは境界１ｄに沿ったＥＡエリア１ｃで消費されるけれども、塩化水素Ｅ０ＬＤも境界１ｄに沿ったＥＡエリア１ｃで消費される。故に、堆積物の生成が少なくなる。このため、境界１ｄに沿ったＥＡエリアには、エッチング端面１９ａにおける異常成長の発生が低減される。一方、絶縁体マスク１７がないＥＡエリア１ｃでは、原料ガスＧ０ＥＡ及び塩化水素Ｅ０ＬＤの両方が消費されて、これらのガスの反応により半導体膜の成長が生じる。
【００３２】
図３(ｂ)に示されるように、ＬＤエリア１ｂ上の原料ガスによる堆積物は境界１ｄ近傍に実質的に生成することなく、バッファ層３ｃ上にバッファ層３ｄを形成できる。これは、異常成長が、成膜ガス中のエッチャントにより低減されることを示している。この成膜の際には、ＨＣｌと原料ガスとの混合ガスを有機金属気相成長炉に供給する。ＨＣｌを添加しても、堆積された半導体層にＨＣｌの残留はなく、ＨＣｌの添加無しに成長された半導体層と同等の結晶性をバッファ層３ｄは示す。ＨＣｌの流量は、例えば５％希釈で、２．０ｓｃｃｍである。
【００３３】
有機金属気相成長炉に原料ガス及びエッチャントガスを供給しながら、絶縁膜マスク１７を用いて成膜が行われる。この成膜中のエッチャントは、ＥＡエリア１ｃだけでなく、ＬＤエリア１ｂ上にも供給される。このエッチャントガスは、ＬＤエリア１ｂ上で絶縁膜マスク１７上では消費されず、絶縁体マスク１７に沿って流れ、ＥＡエリア１ｃに到達する。到達したエッチャントガスは、境界１ｄ近傍のＥＡエリア１ｃでエッチングのために消費される。すなわち、エッチャントガスを供給することなく成膜したときに異常成長を引き起こすガス流から類推されるように、境界１ｄには、ＥＡエリア１ｃへ直接に供給されるガス（原料がガス及びエッチャント）だけではなく、ＬＤエリア１ｂからもガス（原料がガス及びエッチャント）が流れてくる。このため、堆積が低減される。
【００３４】
図３(ｂ)に示すように、このエッチャントの添加により異常成長の発生を低減しつつ、平坦な表面を有するバッファ層３ｄの成長を行うことができる。このような成膜の結果、バッファ層３ｄの表面が平坦化される。
【００３５】
また、エッチャントガスとして、ＨＣｌガスの代わりに、ハロゲンガス（ＨＢｒ）、あるいはハロゲン元素を含む有機化合物ガスＣＸＨＹＸＺ（Ｘ：Ｃｌ、Ｂｒなどのハロゲン元素）、具体的にはＣ２Ｈ５Ｃｌやターシャルブチルクロライド（ＴＢＣｌ）を用いてもよい。
【００３６】
図４(ａ)を参照すると、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が成長される。絶縁膜マスク１７が残されているＬＤエリア１ｂでは、原料ガスＧ１ＬＤが、絶縁膜マスク１７上では成膜のために消費されず、絶縁体マスク１７に沿って流れ、ＥＡエリア１ｃに到達する。また、塩化水素Ｅ１ＬＤも絶縁膜マスク１７上では消費されず、絶縁体マスク１７に沿って流れ、ＥＡエリア１ｃに到達する。到達した原料ガスＧ１ＬＤは境界１ｄに沿ったＥＡエリア１ｃで消費されるけれども、塩化水素Ｅ１ＬＤも境界１ｄに沿ったＥＡエリア１ｃで消費される。故に、堆積物の生成が少なくなる。このため、境界１ｄに沿ったＥＡエリアでは、異常成長の発生が、エッチング端面１９ａにおいて低減される。一方、絶縁体マスク１７がないＥＡエリア１ｃでは、原料ガスＧ１ＥＡ及び塩化水素Ｅ１ＬＤの両方が消費されて、これらのガスの比率から半導体膜の堆積が生じる。この成膜の際には、ＨＣｌと原料ガスとの混合ガスを有機金属気相成長炉に供給する。ＨＣｌの流量は、例えば５％希釈で、２．０ｓｃｃｍである。
【００３７】
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、厚さは例えば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。このため、第１光閉じ込め層２３の成長の際に、第１光閉じ込め層２３の成長のための原料ガスに加えて塩化水素ガスを供給することが好ましい。例えば、ＧａＩｎＡｓＰの原料ガス（ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、ＡｓＨ３及びＰＨ３）に加えて、塩化水素（ＨＣｌ）を成長炉に供給することができる。エッチング端面１９ａに沿って、また境界１ｄ近傍のＥＡエリアに異常成長が形成されることなく、図４(ｂ)に示すように、第１光閉じ込め層２３がバッファ層３ｄ上に成長された。
【００３８】
図４(ｂ)に示すように、このエッチャントの添加により異常成長の発生を低減しつつ、第１光閉じ込め層２３の成長を行うことができる。このような成膜の結果、第１光閉じ込め層２３の表面が平坦化される。
【００３９】
図４(ｃ)を参照すると、第１光閉じ込め層２３上に、ＥＡ変調器のための活性層２７が成長されている。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、量子井戸構造を有しており、例えば、ＧａＩｎＡｓＰ膜を含むことができ、量子井戸構造は、交互に配列された複数のバリア層とウエル層とを含む。活性層２７の量子井戸構造の厚さは、例えば１０５ｎｍである。上述した第１光閉じ込め層２３の表面は平坦化されており、また、活性層２７を構成するそれぞれの層が薄いので、個々の成長における層の湾曲が小さい。本実施例では、活性層２７の原料ガスにエッチャントを添加していない。しかしながら、必要な場合には、塩化水素といったエッチャントを原料ガスに加えることができる。
【００４０】
図５を参照すると、エッチャントの添加を行わずに、バッファ層４、第１光閉じ込め層２４及び活性層２６を成長したとき、境界１ｄにおいてバッファ層４、第１光閉じ込め層２４及び活性層２６に異常成長が発生している。このため、第１光閉じ込め層２４及び活性層２６に屈曲が生じている。
【００４１】
図６(ａ)を参照すると、活性層２７上に、ＥＡ変調器のための第２光閉じ込め層２９が成長される。絶縁膜マスク１７が残されているＬＤエリア１ｂでは、原料ガスＧ２ＬＤが、絶縁膜マスク１７上では成膜のために消費されず、絶縁体マスク１７に沿って流れ、ＥＡエリア１ｃに到達する。また、塩化水素Ｅ２ＬＤも絶縁膜マスク１７上では成膜のために消費されず、絶縁体マスク１７に沿って流れ、ＥＡエリア１ｃに到達する。到達した原料ガスＧ２ＬＤは境界１ｄに沿ったＥＡエリア１ｃで消費されるけれども、塩化水素Ｅ２ＬＤも境界１ｄに沿ったＥＡエリア１ｃで消費される。故に、堆積物の生成が少なくなる。このため、境界１ｄに沿ったＥＡエリアには、異常成長が、エッチング端面１９ａに生じにくくなる。一方、絶縁体マスク１７がないＥＡエリア１ｃでは、原料ガスＧ２ＥＡ及び塩化水素Ｅ２ＬＤの両方が消費されて、これらのガスの比率から半導体膜の成長が生じる。
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、厚さは例えば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。このため、第２光閉じ込め層２９の成長の際に、第２光閉じ込め層２９の成長のための原料ガスに加えて塩化水素ガスを供給することが好ましい。例えば、ＧａＩｎＡｓＰの原料ガス（ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、ＡｓＨ３及びＰＨ３）に加えて、塩化水素（ＨＣｌ）を成長炉に供給することができる。エッチング端面１９ａに沿って、また境界１ｄ近傍のＥＡエリアに異常成長が形成されることなく、図４(ｂ)に示すように、活性層２７上に第２光閉じ込め層２９が成長された。ＨＣｌの流量は、例えば５％希釈で、２．０ｓｃｃｍである。
【００４２】
図６(ｂ)に示すように、このエッチャントの添加により異常成長の発生を低減しつつ、第２光閉じ込め層２９の成長を行うことができる。このような成膜の結果、第２光閉じ込め層２９の表面が平坦化される。
【００４３】
図６(ｃ)を参照すると、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が成長される。クラッド層３３は、例えばＺｎドープＩｎＰ膜であり、例えば厚さ１００ｎｍを有する。クラッド層３３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ドープＩｎＧａＡｓ膜であり、例えば厚さ１００ｎｍを有する。キャップ層３５におけるキャリア濃度は、例えば２．０×１０＋１７ｃｍ−３である。
【００４４】
クラッド層３３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。必要な場合には、クラッド層３３の成膜の成長の際に、クラッド層３３の成長のための原料ガスに加えて塩化水素ガスを供給することが好ましい。例えば、ＩｎＰの原料ガス（ＴＭＩｎ及びＰＨ３）に加えて、塩化水素（ＨＣｌ）を成長炉に供給することができる。エッチング端面１９ａに沿って、また境界１ｄ近傍のＥＡエリアに異常成長が形成されることなく、図６(ｃ)に示すように、第２光閉じ込め層２９上にクラッド層３３が成長されている。ＨＣｌの流量は、例えば５％希釈で、２．０ｓｃｃｍである。
【００４５】
図６(ｃ)に示すように、このエッチャントの添加により異常堆積物の発生を低減しつつ、クラッド層３３の成長を行うことができる。このような成膜の結果、クラッド層３３の表面が平坦化される。
【００４６】
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。必要な場合には、キャップ層３５の成膜の成長の際に、キャップ層３５の成長のための原料ガスに加えて塩化水素ガスを供給することが好ましい。例えば、ＩｎＰの原料ガス（ＴＭＩｎ及びＰＨ３）に加えて、塩化水素（ＨＣｌ）を成長炉に供給することができる。エッチング端面１９ａに沿って、また境界１ｄ近傍のＥＡエリアに異常成長が形成されることなく、図６(ｃ)に示すように、クラッド層３３上にキャップ層３５が成長されている。ＨＣｌの流量は、例えば５％希釈で、２．０ｓｃｃｍである。
【００４７】
図６(ｃ)に示すように、このエッチャントの添加により異常成長の発生を低減しつつ、クラッド層３３の成長を行うことができる。このような成膜の結果、クラッド層３３の表面が平坦化される。
【００４８】
以上のように、ＥＡ変調器のための半導体膜の成長によって、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。ＥＡエリア１ｃ上に成長された第２半導体部３７の各層の成長の際に、原料ガスにエッチャントを添加したので、異常成長が低減されて、各層の表面が平坦化されている。このため、半導体レーザのための活性層７ｂとＥＡ変調器のための活性層２７との間での位置ずれが少ない。
【００４９】
また、活性層７ｂとＥＡ変調器のための活性層２７とが、光学的に結合するためには、活性層７ｂとＥＡ変調器のための活性層２７との基板からの高さ（位置）を精密に一致させる必要がある。原料ガスにエッチャントを添加して、成長する場合、エッチャントを添加しない通常の成長に比較して、半導体層の成長速度にバラツキが生じやすい。このため、あらかじめエッチャントガスであるＨＣｌの流量と成長速度の関係を求めた上で、成長速度が安定しているＨＣｌの流量の範囲を用いている。ＨＣｌの流量として、例えば５％希釈で、２０ｓｃｃｍ以下の流量であれば、半導体層の成長速度が安定していることが分かっている。さらに、成長速度を精密に制御するために、ＥＡエリア１ｃ上に成長された第２半導体部３７の各層の成長の際には、成長速度を小さくして行っている。具体的には、ＥＡエリア１ｃ上に成長された第２半導体部３７の各層の成長速度は、０．７５μｍ／ｈｒ〜０．８５μｍ／ｈｒである。
【００５０】
図７(ａ)に示されるように、絶縁膜マスク１７が除去されている。図７(ｂ)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７(ａ)における工程断面は、図７(ｂ)に示されたＩ−Ｉ線に沿って取られており、同様に、図１〜図６における工程断面もＩ−Ｉ線に沿って取られている。
【００５１】
図７(ｂ)に示すように、光導波路部３９ｂ，３９ｃを形成するために、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、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。
【００５２】
図７(ｂ)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のためのストライプメサ３９が形成されており、ストライプメサ３９は光導波路部３９ｂ，３９ｃを含む。光導波路部３９ｂはＬＤエリア１ｂ上における光導波路部であり、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。光導波路部３９ｂ，３９ｃの形成のために、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。
【００５３】
図７(ｃ)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。
【００５４】
図８(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。
【００５５】
図８(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、境界１ｄ上のコンタクト層が除かれる。光導波路部３９ｂ，３９ｃの軸と交差する方向に沿って伸びるエリアからコンタクト層４５を除去することによって、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。
【００５６】
図８(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を使用できる。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。
【００５７】
図８(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。また、ＩｎＰ半導体基板１の裏面にカソード電極４９が形成されている。これまでの工程によって、図８(ｄ)に示されるような半導体光素子５３が完成した。
【００５８】
本実施形態によれば、第１半導体部１９のエッチング端面１９ａ上の堆積物、つまり第１光閉じ込め層２３の成長時に端面１９ａ上に形成される異常成長が非常に少ない。これにより、ＥＡ変調器のための活性層２７が、異常成長による堆積物が原因で曲がることを小さくできる。したがって、半導体レーザのための活性層７ｂとＥＡ変調器のための活性層２７との間の光結合性が、活性層２７の湾曲により小さくなることを防止できる。
【００５９】
また、バッファ層３ｄ、第２光閉じ込め層２９、クラッド層３３及びキャップ層３５においても、成長と同時にエッチングを行うことによって、異常成長部が原因となって境界において半導体層が曲がることを小さくできる。
【００６０】
また、ＥＡ変調器のための半導体の成長工程初期において、異常成長の発生の低減のためのエッチングが成長炉内で同時に行われる。故に、成長面上の酸化層を除去でき、良好な結晶の成長が可能になる。
【００６１】
また、原料ガスへのエッチャントの添加により半導体層の曲がりが低減されて、半導体層の表面は平坦化されるので、異常成長に起因した半導体層の屈曲による、半導体光素子５３の特性劣化を防止できる。
【００６２】
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】
【００６３】
【図１】図１（ａ）〜図１（ｃ）は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】図２（ａ）および図２（ｂ）は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】図３（ａ）および図３（ｂ）は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】図４（ａ）〜図４（ｃ）は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】図５は、エッチャントの添加なく成長されたバッファ層、第１光閉じ込め層及び活性層の異常成長を示す図面である。
【図６】図６（ａ）〜図６（ｃ）は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】図７（ａ）〜図７（ｃ）は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８】図８（ａ）〜図８（ｄ）は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。
【符号の説明】
【００６４】
１…半導体基板、１ａ…半導体基板の主面、１ｂ…ＬＤエリア、１ｃ…ＥＡエリア、１ｄ…境界、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】
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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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