CN109087978A - 光半导体元件、光组件及光模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光半导体元件、光组件以及光模块，通过降低掺杂剂原料的供给不均，从而以低成本制造。所述光半导体元件具备：InP基板、配置于InP基板的上方的活性层、配置于活性层的下方的第一导电型半导体层以及配置于活性层的上方的第二导电型包覆层，第二导电型包覆层包含1或多层第二导电型In1‑xAlxP层，在1或多层第二导电型In1‑xAlxP层的各层中，Al组成x为相当于第二导电型掺杂剂的掺杂浓度的值以上，将第二导电型包覆层整体的总层厚设为临界层厚，第二导电型包覆层整体的平均应变量的绝对值为通过Matthews的关系式求得的临界应变量的绝对值以下。

Description

光半导体元件、光组件及光模块
技术领域
本发明涉及光半导体元件、光组件以及光模块，特别涉及抑制光半导体元件的包覆层中的掺杂剂的掺杂浓度不均的技术。
背景技术
在光半导体元件中，有时使用由p型半导体层和n型半导体层夹持未掺杂(intrinsic)的多量子阱层的所谓pin结构。这里，p型半导体层和n型半导体层各自添加有p型和n型的掺杂剂(添加物)以实现p型和n型的导电性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平7-263804号公报
非专利文献1：Journal of Crystal Growth，27卷，118-125页，1974年。
发明内容
为了以低成本制造光半导体元件，期望提高元件制作成品率。以下，将在n型半导体基板上依次叠层活性层与p型半导体层(p型导电层)的以往的半导体激光元件为例进行说明。p型掺杂剂从p型半导体层等向活性层的扩散的不均对于半导体激光元件的元件特性、可靠性等带来影响，使制作成品率降低。
发明人等对于p型掺杂剂的扩散的不均的原因进行了详细的研究，结果获得了以下认识。掺杂剂原子的扩散长度由作为原子特有的值的扩散系数和扩散时间来决定。在实际的生产工序中，为了重复相同规格的制作，扩散时间是相同的。因此，认为扩散不均的主要原因在于扩散系数本身的不均。进一步，扩散系数是取决于扩散温度和掺杂浓度的参数。与扩散时间同样，对于扩散温度，在实际的生产工序中可以看作相同。因此，认为扩散不均的原因中，掺杂浓度不均的影响大。因此，详细地研究了掺杂浓度的不均的原因，发明人等发现掺杂剂原料的供给稳定性存在问题。
掺杂剂的原料的供给量为微量，易于受到配管、装置内部等供给通路的影响(吸附等)，原料供给工序中需要特别注意。然而，近年来，面对光半导体元件的进一步的高性能化需要以微细的水平控制扩散长度，在这样的状况下，利用与以往相同工序的对应变得困难。此外，认为来自位于活性层附近的包覆层的扩散的影响大。
本发明是鉴于这样的课题而提出的，通过降低掺杂剂原料的供给的不均，来提供以低成本制造的光半导体元件、光组件以及光模块。
(1)为了解决上述课题，本发明涉及的光半导体元件的特征在于，具备InP基板、配置于上述InP基板的上方的活性层、配置于上述活性层的下方的第一导电型半导体层以及配置于上述活性层的上方的第二导电型包覆层，上述第二导电型包覆层包含1层或多层第二导电型In1-xAlxP层，在上述1层或多层第二导电型In1-xAlxP层的各层中，Al组成x为相当于第二导电型掺杂剂的掺杂浓度的值以上，将上述第二导电型包覆层整体的总层厚设为临界层厚，上述第二导电型包覆层整体的平均应变量的绝对值为通过Matthews的关系式求得的临界应变量的绝对值以下。
(2)根据上述(1)所述的光半导体元件，可以是上述第二导电型包覆层包含1层第二导电型In1-xAlxP层，上述1层第二导电型In1-xAlxP层的Al组成x为相当于上述1层第二导电型In1-xAlxP层中的第二导电型掺杂剂的掺杂浓度的值以上，将上述1层第二导电型In1-xAlxP层的层厚设为临界层厚，上述1层第二导电型In1-xAlxP层的应变量的绝对值为通过Matthews的关系式求得的临界应变量的绝对值以下。
(3)根据上述(1)所述的光半导体元件，可以是上述第二导电型包覆层包含1层第二导电型InP层和1层第二导电型In1-xAlxP层，上述1层第二导电型In1-xAlxP层的Al组成x为相当于上述1层第二导电型In1-xAlxP层中的第二导电型掺杂剂的掺杂浓度的值以上，将上述第二导电型包覆层整体的总层厚设为临界层厚，将由Matthews的关系式求得的临界应变量设为上述第二导电型包覆层整体的平均应变量，上述1层第二导电型In1-xAlxP层的应变量的绝对值为由该平均应变量求得的上述1层第二导电型In1-xAlxP层的应变量以下。
(4)根据上述(1)所述的光半导体元件，上述第二导电型包覆层除了n(n为2以上的整数)层第二导电型In1-xAlxP层以外，可以进一步包含在上述n层第二导电型In1-xAlxP层中相邻的第二导电型In1-xAlxP层之间分别配置的n-1层第二导电型InP层。
(5)根据上述(1)～(4)中任一项所述的光半导体元件，可以是上述光半导体元件为半导体发光元件，上述InP基板为第一导电型InP基板，上述第二导电型包覆层整体的层厚为0.5μm以上2μm以下。
(6)根据上述(5)所述的光半导体元件，其可以进一步包含在上述活性层与上述第二导电型包覆层之间配置的衍射光栅层。
(7)根据上述(1)～(4)中任一项所述的光半导体元件，可以是上述光半导体元件为半导体光调制器，上述InP基板为第一导电型InP基板，上述第二导电型包覆层整体的层厚为0.5μm以上2μm以下。
(8)根据上述(1)～(4)中任一项所述的光半导体元件，可以是上述光半导体元件为半导体受光元件，上述InP基板为半绝缘性InP基板，上述第二导电型包覆层整体的层厚为0.5μm以上2μm以下。
(9)根据上述(1)～(8)中任一项所述的光半导体元件，可以是上述第一导电型为n型，上述第二导电型为p型，上述第二导电型掺杂剂为选自Zn、Mg、Be中的1种或多种原子。
(10)本发明涉及的光组件可以具备上述(1)～(9)中任一项所述的光半导体元件。
(11)发明涉及的光模块可以具备上述(10)所述的光组件。
发明效果
利用本发明，通过降低掺杂剂原料的供给的不均，提供以低成本制造的光半导体元件、光组件以及光模块。
附图说明
图1为表示本发明的第一实施方式涉及的光传输装置和光模块的构成的示意图。
图2为本发明的第一实施方式涉及的半导体激光元件的俯瞰图。
图3为表示结晶生长次数与p型掺杂剂的浓度的实验结果的图。
图4为表示在InP层上InAlP层结晶生长的状态的示意图。
图5为表示本发明的第一实施方式涉及的p型包覆层具有叠层结构的情况的概略图。
图6为表示图4所示的p型包覆层中的p型InAlP层的Al组成x的范围的图。
图7为本发明的第二实施方式涉及的EA调制器集成半导体激光元件的俯瞰图。
图8为本发明的第三实施方式涉及的PIN型二极管的截面图。
符号的说明
1：光传输装置，2：光模块，3、3A、3B：光纤，11、21、103：印刷电路基板，12：IC，22A、2B、102：柔性基板，23A：光接收模块，23B：光发送模块，100：半导体激光元件，101、201：n型InP基板，102、202：n型InP缓冲层，103：多量子阱层，104：204p型InP间隔层，105、205：衍射光栅层，106：p型InAlP包覆层，107、308：p+型InGaAs接触层，108：聚酰亚胺，109、209、309：钝化膜，110：上部电极，111、211：下部电极，200：EA调制器集成半导体激光元件，200A：激光器部，200B：调制器部，200C：波导路部，203A：第一多量子阱层，203B：第二多量子阱层，206、307：p型包覆层，206a、307a：p型InP包覆层，206b、307b：p型InAlP包覆层，207A：第一p+型InGaAs接触层，207B：第二p+型InGaAs接触层，208：Ru掺杂InP掩埋层，210A：第一上部电极，210B：第二上部电极，220：波导路层，300：PIN型二极管，301：半绝缘性InP基板，302：n型InGaAs接触层，303：n型InP包覆层，304：n型InGaAsP光限制层，305：未掺杂InGaAs光吸收层，306：p型InGaAsP光吸收层，310：p型电极，311：n侧电极。
具体实施方式
以下基于附图，具体并且详细地说明本发明的实施方式。另外，在用于说明实施方式的全部图中，具有相同功能的构件附上相同的符号，省略其重复的说明。另外，以下所示的图严格来说是说明实施方式的实施例的图，图的大小与本实施例记载的比例尺不一定一致。
[第一实施方式]
图1为表示本发明的第一实施方式涉及的光传输装置1和光模块2的构成的示意图。光传输装置1具备印刷电路基板11(PCB)和IC12。光传输装置1为例如大容量的路由器(router)、开关。光传输装置1具有例如交换机的功能，配置于基站等。光传输装置1中搭载有多个光模块2，由光模块2取得接收用的数据(接收用的电信号)，使用IC12等，判断向何处发送怎样的数据，生成发送用的数据(发送用的电信号)，介由印刷电路基板11，向相当的光模块2传达该数据。
光模块2是具有发送功能和接收功能的收发器(transceiver)。光模块2包含印刷电路基板21、介由光纤3A将接收的光信号转换为电信号的光接收模块23A以及将电信号转换为光信号并向光纤3B发送的光发送模块23B。印刷电路基板21与光接收模块23A和光发送模块23B分别介由柔性基板22A、22B(FPC)来连接。电信号由光接收模块23A介由柔性基板22A传送至印刷电路基板21，电信号由印刷电路基板21介由柔性基板22B传送至光发送模块23B。光模块2与光传输装置1介由电连接器5来连接。光接收模块23A、光发送模块23B与印刷电路基板21电连接，将光信号/电信号分别转换为电信号/光信号。这里，光接收模块23A包含1种或多种光组件，光发送模块23B包含1种或多种光组件。
本实施方式涉及的传送系统包含2个以上的光传输装置1和2个以上的光模块2以及1个以上的光纤3(例如图1的3A、3B)。各光传输装置1连接有1个以上的光模块2。将与2个光传输装置1分别连接的光模块2之间用光纤3连接。一方的光传输装置1所生成的发送用的数据利用所连接的光模块2转换成光信号，将这样的光信号发送至光纤3。光纤3上传送的光信号被与另一方的光传输装置1连接的光模块2接收，光模块2将光信号转换成电信号，作为接收用的数据，传送至该另一方的光传输装置1。
图2为本实施方式涉及的半导体激光元件100的俯瞰图。本实施方式涉及的半导体激光元件100是作为分布反馈型(DFB：Distributed FeedBack)半导体激光元件的光半导体元件，为直接调制型。图2中，为了理解半导体激光元件100的结构，分别示出包含光波导的中心且贯穿叠层方向的截面以及与该截面垂直且贯穿叠层方向的截面。半导体激光元件100是搭载于光发送模块23B的光组件的光半导体元件。这里，半导体激光元件100具有脊形波导(RWG：Ridge wave-guide)结构，但不限定于此，可以具有掩埋(BH：Buried-hetero)结构等其它结构。
如图2所示，在n型InP基板101上，叠层有包含n型InP缓冲层102、多量子阱(MQW：Multi-quantum-well)层103、p型InP间隔层104、衍射光栅层105、p型InAlP包覆层106和p+型InGaAs接触层107的半导体多层，这样的半导体多层成为台面结构。多量子阱层103是同时将由InGaAlAs形成的量子阱层和障碍层多次反复叠层而成的。在台面结构的两侧(和上表面的一部分)和从台面结构的底部向两侧扩展的区域，配置有钝化膜109。而且，台面结构的两侧利用聚酰亚胺108来平坦化。以与p+型InGaAs接触层107的上表面(的至少一部分)物理地连接的同时向半导体多层的两侧扩展的方式，配置有上部电极110。此外，与n型InP基板101的背面物理地连接而配置有下部电极111。另外，为了振动谱的单一模式化，在p型InP间隔层104与p型InAlP包覆层106之间，配置有衍射光栅层105。
本实施方式涉及的半导体激光元件100具备配置于n型InP基板101的上方的活性层以及配置于活性层的上方的p型包覆层。活性层包含多量子阱层103，这里，活性层由多量子阱层103形成。然而，不限定于此，例如，活性层中除了多量子阱层以外，可以进一步包含光限制层(SCH层)。半导体激光元件100进一步具备配置于活性层下方的n型半导体层，这里，n型半导体层为n型InP缓冲层102。然而，n型半导体层可以包含n型InP基板101其自身，此外，n型InP缓冲层102并不一定是必须的。在该情况下，n型半导体层成为n型InP基板101。
活性层在n型InP基板101的上方，介由半导体层(n型InP缓冲层102)来配置。此外，p型包覆层包含1种或多种p型InAlP层，这里，p型包覆层由p型InAlP包覆层106形成。p型InAlP包覆层106(p型包覆层)在活性层(多量子阱层103)的上方，介由半导体层(p型InP间隔层104和衍射光栅层105)来配置。本说明书中，“在A层的上方配置有B层”是指包含下述两种情况：与A层不物理地接触而介由其它层将B层配置于A层的上方的情况以及与A层物理地接触而在A层上直接配置有B层的情况。关于“在A层的下方配置有B层”也同样。
另外，在本说明书中，在半导体多层包含衍射光栅层的情况下，p型包覆层是指从衍射光栅层的上表面直至p型接触层的下表面之间配置的半导体层。此外，在半导体多层在活性层的上方不含衍射光栅层的情况下，是指从活性层的上表面直至p型接触层的下表面之间配置的半导体层。
随着近年来互联网人口的爆炸性增加，要求信息传送的迅速高速化和大容量化，认为将来光通信会发挥重要的作用。以往，作为光通信的光源中所使用的光半导体元件，主要使用了半导体激光元件。对于面向传送距离10km左右为止的短距离用途，主要使用了将半导体激光元件直接用电信号驱动的直接调制方式。另一方面，对于面向传送距离超过10km那样的长距离的光通信，仅将半导体激光器直接调制并不能对应，因此使用了集成有光调制器的电场吸收(EA：Electro-absorption)调制器集成半导体激光元件。为了光通信的进一步普及，不仅这些半导体激光元件的高性能化，而且以低成本供给元件也变得越来越重要，本发明对于这样的半导体激光元件而言是最佳的。
以下，说明本实施方式涉及的半导体激光元件100的制造方法。在n型InP基板101上，使用有机金属气相生长(MOVPE：Metal-organic vapor phase epitaxy)法，依次叠层半导体多层所包含的各半导体层，形成台面结构(半导体多层叠层工序)。这里，作为载气使用氢气。III族元素的原料从三甲基铝(TMA)、三乙基镓(TEG)、三甲基铟(TMI)的组中选择必要的原料来使用。V族元素的原料从胂(AsH3)、膦(PH3)的组中选择必要的原料来使用。n型掺杂剂为Si，原料使用乙硅烷(Si2H6)。p型掺杂剂为Zn，原料使用二甲基锌(DMZn)。将p型掺杂剂设为Zn，但不限定于此，可以为Mg或Be，可以为选自Zn、Mg、Be中的多种原子。在该情况下，只要使用分别包含选择的1种或多种原子的原料即可。另外，结晶生长法不限定于MOVPE法，可以使用分子束外延(MBE：Molecular Beam Epitaxy)法、化学束生长(CBE：Chemical BeamEpitaxy)法或有机金属分子束外延(MOMBE：Metal-organic Molecular Beam Epitaxy)法等任一结晶生长法。
半导体多层叠层工序具体而言如下所述。第一，在n型InP基板101上，使n型InP缓冲层102结晶生长。第二，在n型InP缓冲层102上，使由InGaAlAs形成的多量子阱层103、p型InP间隔层104、用于形成衍射光栅的半导体层以及p型InP盖层依次结晶生长。为了保护p型InP盖层，通常配置于上部。第三，利用公知的工艺，形成衍射光栅。第四，利用p型InAlP来掩埋衍射光栅，形成衍射光栅层105，同时，在衍射光栅层105上使p型InAlP包覆层106结晶生长，进一步，使p+型InGaAs接触层107结晶生长。这里，p型InAlP包覆层106的层厚为1μm，Al组成x为0.001，应变为-0.007％。第五，俯视而在涉及的半导体多层中成为光波导的区域形成台面条状掩模(mesa stripe mask)，利用蚀刻形成台面结构。
除去p+型InGaAs接触层107的上表面(的至少一部分)，在半导体多层和聚酰亚胺108的上表面形成钝化膜109(钝化膜形成工序)。将成为台面结构的半导体多层的两侧利用聚酰亚胺108掩埋，实现平坦化(掩埋工序)。以与p+型InGaAs接触层的上表面(的至少一部分)物理地接触的同时向半导体多层的两侧扩展的方式，形成上部电极110，以与n型InP基板101的背面物理地接触的方式，形成下部电极111(电极形成工序)。以上，晶片工序结束。然后，利用劈开进行条(bar)化，在光的出射面和相反侧的面上分别形成绝缘膜，进一步芯片化，制作出半导体激光元件100(光半导体元件形成工序)。以上，说明了本实施方式涉及的半导体激光元件100的制造方法。
在这样的制造方法中，通过由p型InAlP包覆层106来形成p型包覆层，从而制作时的原料利用效率上升，即使使用相同制造装置，利用多次的结晶生长来形成半导体多层，使得p型掺杂剂的原子浓度的不均也显著地降低，半导体激光元件100的制作成品率提高。
本实施方式涉及的半导体激光元件100的第一特征在于p型包覆层包含1层p型In1-xAlxP层，第二特征在于该1层p型In1-xAlxP层的Al组成x(应变量ε)处于以下所说明的范围内。该1层p型In1-xAlxP层的Al组成x为相当于该1层p型In1-xAlxP层中的p型掺杂剂的掺杂浓度的值以上。即，Al组成x的下限x1成为该值。此外，将该1层p型In1-xAlxP层的层厚设为临界层厚tc，该1层p型In1-xAlxP层的应变量ε的绝对值为通过Matthews的关系式求得的临界应变量εc的绝对值以下。即，Al组成x的上限x2为相当于临界应变量εc的Al组成x的值。另外，对于x1的值和x2的值的详细情况，进行后述。
以往，p型包覆层的母体(基体)主要采用InP，与此相对，通过使本实施方式涉及的半导体激光元件100的p型包覆层的母体为In1-xAlxP(x相对于1小：微量的x)，从而可以提高p型掺杂剂的掺杂浓度的稳定性。本实施方式涉及的半导体激光元件100的p型InAlP包覆层106的Al组成x为0.001，应变量为-0.007％，p型InAlP包覆层106的层厚为1μm。另外，在半导体激光元件100中，期望p型包覆层(p型InAlP包覆层106)的层厚为0.5μm以上2μm。以下，对于第一特征进行考察。
图3为表示结晶生长次数与p型掺杂剂的掺杂浓度的关系的图。图3为实验性地表示这样的关系的图。图3中显示出导入有p型掺杂剂的包覆层为1层p型InAlP(In1-xAlxP：微量的x)层的情况和为1层p型InP层的情况。这里，所谓结晶生长次数，是指使用相同制造装置，从(例如刚清扫制造装置之后等的)初始状态起按顺序制作半导体激光元件100时，制作半导体激光元件100(在半导体基板上进行结晶生长)的次数。即，所谓结晶生长次数k(图中k表示1～5的情况)的掺杂浓度，表示第k次制作的半导体激光元件100的p型包覆层的p型掺杂剂的掺杂浓度。
在包覆层为p型InAlP层和p型InP层的情况下，p型掺杂剂的掺杂浓度的设计值都是1×1018cm-3，导入的p型掺杂剂的流量各自为相同量。在包覆层为p型InP层的情况下，除了结晶生长次数第一次之外，没有达到作为设计值的1×1018cm-3，根据结晶生长次数，p型掺杂剂的掺杂浓度以最大计发生20％左右的不均，没有稳定性。该不均的方向为低浓度侧，没有达到设计值的掺杂浓度。即，表示没有进行预计那样的原料的供给。与此相对，在包覆层为p型InAlP层的情况下，可知不论结晶生长次数如何，在p型掺杂剂的掺杂浓度的目标值1×1018cm-3附近波动，稳定性非常高。
发明人等基于这些结果，如以下所述考察了该效果的机理。在包覆层(半导体层)为InP层的情况下(不含Al的情况下)，p型掺杂剂原料在原料供给工序中，强烈地受到由配管、装置内部等供给通路的影响，到达晶片上时的供给量在多个结晶生长之间产生不均。与此相对，在包覆层为InAlP层的情况下，认为可以大幅降低这些影响。另外，对于这样的影响，p型掺杂剂比n型掺杂剂大，本发明在活性层的上方配置有p型包覆层的情况下，发挥特别的效果。
关于该效果的详细情况，虽然还不清楚，但认为通过包含Al原料进行供给，从而降低了使p型掺杂剂的原料气体易于附着于中途的配管、反应管的要素(杂质等)。其结果是降低了p型掺杂剂的供给量的不均，从而降低了p型掺杂剂的掺杂浓度的不均，稳定地制作p型InAlP包覆层106。本实施方式涉及的半导体激光元件100提高了p型掺杂剂的掺杂浓度的稳定性，与以往的半导体激光元件相比，改善了元件制作成品率，降低了半导体激光元件100的制造成本。
以上，对于第一特征进行了说明。接下来，对于第二特征，以下进行说明。
通过在InP中添加Al，从而InAlP的晶格常数与InP的晶格常数相比减小。InAlP相对于InP受到拉伸应变。应变量的(绝对值的)增大成为在p型包覆层中产生结晶缺陷的原因，有使半导体激光元件100的元件特性、可靠性降低的担忧。因此，应考察拉伸应变对于结晶所带来的影响。
关于p型In1-xAlxP层中的Al组成x的最佳范围，说明对其的考察。第一，对于Al组成x的下限x1进行说明。供给Al原料，向半导体层(p型包覆层)添加Al原子，从而发挥使p型包覆层中的p型掺杂剂的掺杂浓度稳定化的效果，因此期望至少在p型InAlP层中，添加与掺杂的p型掺杂剂的掺杂浓度(p型原子的浓度)同等以上的Al原子。
在p型包覆层包含1层p型InAlP层的情况下，期望Al组成的x为相当于p型掺杂剂的掺杂浓度的值以上。该值为Al组成x的下限x1。下限x1中的Al的原子浓度y与p型掺杂剂的原子浓度y相等，相当于这样的原子浓度的Al组成x可以使用以下所示的数学式(1)来求出。
数学式(1)
y＝(1.98×1022).x····(1)
第二，对于Al组成x的上限x2(应变量ε的绝对值的上限)进行说明。图4为表示在InP层上InAlP层结晶生长的状态的示意图。图4(a)表示Al组成x小的情况，图4(b)表示Al组成x大的情况。如图4(a)所示，在Al组成x小的情况下，拉伸应变的影响小，InAlP层的水平方向(图的横向)的晶格常数以与InP晶格匹配的方式扩展。同时，通过使InAlP层的垂直方向(图的纵向)的晶格常数变小，从而一边进行晶格变形，一边不发生晶格失配位错而结晶生长。该状态被称为伪晶格匹配状态，对于结晶品质的影响几乎没有。与此相对，如图4(b)所示，如果Al组成x的值变大，则已经经不起晶格变形，生长界面发生晶格失配位错，InAlP层基本上恢复到本来的晶格常数而继续结晶生长。晶格失配位错成为载流子的捕获中心、光的损失成分，因此使半导体激光元件100的元件特性降低。如果实质上成为这样的状态，则半导体激光元件(光半导体元件)的性能大幅降低。因此，期望本实施方式涉及的半导体激光元件100的p型包覆层所包含的p型InAlP层的Al组成x维持图4(a)所示的状态，设定为不发生晶格失配位错的范围内，这些决定Al组成x的上限x2。
不发生晶格失配位错的临界层厚和此时可容许的临界应变的关系式由Matthews和Blakeslee示于Journal of Crystal Growth，27卷，118-125页，1974年(的式5)中，利用以下所示的数学式(2)来说明。
数学式(2)
这里，εc为临界应变量，tc为临界层厚，b为伯格斯矢量，ψ为位错线与伯格斯矢量所成的角，为滑动方向与膜面所成的角，ν为泊松比。在本说明书中，将数学式(2)简便地称为Matthews的关系式。
在p型包覆层包含1层p型InAlP层的情况下，期望该1层p型InAlP层的应变量ε的绝对值是通过在Matthews的关系式，即数学式(2)中，将该1层p型InAlP层(p型包覆层)的层厚作为临界层厚tc代入而求得的临界应变量εc的绝对值以下。这样的临界应变量εc是维持伪晶格匹配状态的应变量的(绝对值)的上限，相当于该应变量的Al组成x的值为p型包覆层的Al组成x的上限x2。相当于p型包覆层的应变量ε的Al组成x的值利用以下所示的数学式(3)来说明。
数学式(3)
这里，a为InAlP的晶格常数即a0为InP的晶格常数即通过使用数学式(3)，获得相当于临界应变量εc的Al组成x。
本实施方式涉及的p型包覆层包含1层p型InAlP包覆层106，但不限定于此。在本实施方式涉及的半导体激光元件100中，如图2所示，在p型InP间隔层104与p型InAlP包覆层106之间，配置有衍射光栅层105。如果在衍射光栅上使p型InAlP层直接结晶再生长，则根据衍射光栅的状态，可能存在表面形貌劣化的情况。认为Al原子与In原子相比，在结晶生长表面难以迁移。因此，可能存在难以平坦地掩埋形成有衍射光栅的凹凸形状的情况。
因此，本实施方式的其它例涉及的半导体激光元件100可以具有以下结构。在衍射光栅的凹凸的高度差变大的情况下，平坦地掩埋变得更困难。因此，其它例涉及的半导体激光元件100中，在衍射光栅中配置薄的层厚的p型InP包覆层，将衍射光栅之间用p型InP掩埋而形成衍射光栅层105，同时，可以使配置于衍射光栅层105上的p型InP层平坦化。只要在这样的p型InP层上，配置p型InAlP层即可。即，p型包覆层设为包含1对p型InP层和p型InAlP层(1层p型InP层和1层p型InAlP层)也可以。这里，p型InP层和p型InAlP层依次叠层。由此，可以形成良好品质的p型包覆层，发挥本发明特别的效果。另外，p型包覆层的最下层成为p型InP层，担心p型掺杂剂的掺杂浓度的变动，但如果其层厚为100nm以下，则与p型InAlP层相比，比较薄，下层包含InP所带来的影响是基本上可以忽略的程度。p型包覆层的结构在衍射光栅层105配置于活性层与p型包覆层之间的情况下发挥特别的效果。
另外，通过在衍射光栅上配置原子层水平(1nm左右)的非常薄的p型InAlP层，进一步配置p型InP层，从而可以将衍射光栅的凹凸平坦化。最下层的p型InAlP层可以抑制p型掺杂剂的掺杂浓度的降低。只要在平坦化了的p型InP层上进一步配置p型InAlP层即可。
对于p型包覆层包含1层p型InP层和1层p型InAlP层的情况进行说明。期望该1层p型InAlP层的Al组成x为相当于该1层p型InAlP层中的p型掺杂剂的掺杂浓度的值以上。即，这样的值为Al组成x的下限x1。如上所述，使用数学式(1)，获得Al组成x的下限x1。此外，期望将p型包覆层整体的总层厚设为临界层厚tc，将由Matthews的关系式，即数学式(2)求得的临界应变量εc设为p型包覆层整体的平均应变量εav，该1层p型InAlP层的应变量ε的绝对值为由该平均应变量εav求得的该1层p型InAlP层的应变量ε的绝对值以下。即，期望将p型包覆层整体的总层厚设为临界层厚tc，p型包覆层整体的平均应变量εav的绝对值为由Matthews的关系式，即数学式(2)求得的临界应变量εc以下，作为p型包覆层整体的平均应变量εav得到的p型InAlP层的应变量ε使用以下所示的数学式(4)来获得。
数学式(4)
这里，t0为p型InP层的层厚，t1为p型InAlP层的层厚，ε为p型InAlP层的应变量。另外，期望p型InP层与p型InAlP层相比，充分地薄。即，p型InP层的层厚t0与p型InAlP层的层厚t1相比，充分地小，通过Matthews的关系式求得的临界应变量εc与p型InAlP层的应变量ε的上限的值实质上相等。期望p型InP层的层厚t0为p型InAlP层的层厚t1的25％以下，进一步期望为10％以下。
进一步，p型包覆层可以包含多个p型InAlP层。在该情况下，期望在相邻的p型InAlP层之间配置有p型InP层。例如，在p型包覆层包含n(n为2以上的整数)层p型InAlP层的情况下，n-1层p型InP层分别配置于n层p型InAlP层中相邻的p型InAlP层之间。进一步，还期望在最下层的p型InAlP层与衍射光栅层105(或活性层)之间配置有p型InP层，在该情况下，p型包覆层包含n层p型InP层和n层p型InAlP层。即，p型包覆层具有将p型InP层和p型InAlP层作为1单元重复n次的叠层结构。
图5为表示本实施方式涉及的p型包覆层具有叠层结构的情况的概略图。如图5所示，为了降低拉伸应变的影响，p型包覆层具有n层p型InP层与n层p型InAlP层交替地反复叠层的叠层结构。n层p型InAlP层中，将从下开始第i层(i为满足1≤i≤n的任意的整数)的p型InAlP层的Al组成设为xi，应变量设为εi，层厚设为ti。p型包覆层整体的平均应变量εav利用以下所示的数学式(5)来说明。
数学式(5)
这里，t0表示n层p型InP层的层厚的合计(即，1种或多种p型InP层的总层厚)。如数学式(5)所示，p型包覆层通过包含n层p型InP层，从而可以降低相对于整体的平均应变量εav。n层p型InAlP层各层的Al组成xi、应变量εi和层厚ti可以彼此不同。在图5所示的叠层结构中，配置于相邻的p型InAlP层之间的p型InP层中的p型掺杂剂的掺杂浓度行为会令人担忧。然而，通过发明人等的实验，获得了即使在使p型InAlP层结晶生长之后停止Al原料的供给，如果停止时间为10分钟左右，则其影响小的认识，发明人等确认了在具有叠层结构的p型包覆层中也发挥充分的效果。
在p型包覆层包含具有图5所示的叠层结构等n层p型InAlP层，相邻的p型InAlP层各层之间配置有p型InP层的情况下，n层p型InAlP层各层的Al组成x的下限x1由在n层p型InAlP层中，p型掺杂剂的掺杂浓度取最低值的p型InAlP层进行控速。即，期望n层p型InAlP层全部的Al组成x成为相当于p型掺杂剂的掺杂浓度取最低值的p型InAlP层的p型掺杂剂的掺杂浓度的值以上。即，这样的值为n层p型InAlP层全部的Al组成x的下限x1。下限x1中p型包覆层的Al的原子浓度y与这样的p型InAlP层的p型掺杂剂的掺杂浓度y(原子浓度)相等，相当于这样的掺杂浓度的Al组成x可以使用数学式(1)来求出。通过使n层InAlP层全部的Al组成x成为这样的下限x1以上，从而在至少p型掺杂剂的掺杂浓度取最低值的p型InAlP层中，发挥p型掺杂剂的掺杂浓度稳定化的效果。
在第i层的p型InAlP层(n层p型InAlP层)各层中，进一步期望Al组成xi成为相当于该p型InAlP层的p型掺杂剂的掺杂浓度的值以上。即，在n层p型InAlP层各层中，这样的值为Al组成x的下限x1。在各p型InAlP层中，通过使Al组成x为相当该p型InAlP层的p型掺杂剂的掺杂浓度的值以上，从而在n层p型InAlP层各层中，发挥p型包覆层中的p型掺杂剂的掺杂浓度更稳定化的特别的效果。
此外，进一步期望n层p型InAlP层全部的Al组成x的下限x1为相当于p型掺杂剂的掺杂浓度取最高值的p型InAlP层的p型掺杂剂的掺杂浓度的值。在n层p型InAlP层各层中，发挥p型包覆层中的p型掺杂剂的掺杂浓度进一步更稳定化的特别的效果。
接下来，第i层的p型InAlP层(n层p型InAlP层)各层中的Al组成xi的上限x2彼此可以取不同的值，但期望满足以下条件。在p型包覆层包含n层p型InAlP层的情况下，将p型包覆层整体的总层厚设为临界层厚tc，p型包覆层整体的平均应变量εav的绝对值为通过Matthews的关系式，即数学式(2)求得的临界应变量εc的绝对值以下。
例如，在半导体激光元件100具有图5所示的1对p型InP层与p型InAlP层交替地叠层n次的叠层结构的情况下，不同的第i层的p型InAlP层的Al组成xi、应变量εi以及层厚ti彼此可以不同。只要将p型包覆层整体的总层厚设为临界层厚tc，p型包覆层整体的平均应变量εav的绝对值为通过Matthews的关系式，即数学式(2)求得的临界应变量εc的绝对值以下即可。只要以获得满足这样的条件的p型包覆层整体的平均应变量εav的方式，确定各p型InAlP层的Al组成xi的上限x2即可。n层p型InAlP层各层中维持伪晶格匹配状态，在降低由应变量的增大引起的p型包覆层中的结晶缺陷产生、元件特性、可靠性降低这样的影响的同时，发挥p型掺杂剂的掺杂浓度稳定化的效果。
在n层p型InAlP层中，进一步期望在至少1层p型InAlP层中，将该p型InAlP层的层厚设为临界层厚tc，该p型InAlP层的应变量ε的绝对值为通过Matthews的关系式，即数学式(2)求得的临界应变量εc的绝对值以下。即，该p型InAlP层的Al组成x的上限x2成为相当于临界应变量εc的Al组成x的值。由于使至少该p型InAlP层中伪晶格匹配状态更稳定地维持，因此在降低由应变量的增大引起的p型包覆层中的结晶缺陷产生、元件特性、可靠性降低这样的影响的同时，发挥p型掺杂剂的掺杂浓度进一步稳定化的特别的效果。
进一步期望将第i层的p型InAlP层(n层p型InAlP层)各层的层厚ti设为临界层厚tc，各层中的应变量εi的绝对值为通过Matthews的关系式，即数学式(2)求得的临界应变量εc的绝对值以下。即，各p型InAlP层的Al组成xi的上限x2为相当于第i层的p型InAlP层中的临界应变量εc的Al组成x的值。由于n层p型InAlP层各层中伪晶格匹配状态进一步维持，因此在降低由应变量的增大引起的p型包覆层中的结晶缺陷产生、元件特性、可靠性降低这样的影响的同时，发挥p型掺杂剂的掺杂浓度进一步稳定化的特别的效果。
另外，这里，将p型包覆层具有1对p型InP层与p型InAlP层交替地叠层n次的叠层结构(参照图5)的情况为例进行了说明，但并不限定于此。如果p型包覆层包含n层p型InAlP层，则在相邻的p型InAlP层之间全都可以不配置p型InP层，而配置其它半导体层，也可以配置p型InP层和其它半导体层。在任一情况下，只要将p型包覆层整体的总层厚设为临界层厚tc，p型包覆层整体的平均应变量εav的绝对值为通过Matthews的关系式，即数学式(2)求得的临界应变量εc的绝对值以下即可。n层p型InAlP层各层的Al组成x的上限x2由这样的条件来求得。由各p型InAlP层中的Al组成xi的上限x2，使用数学式(3)，求出各p型InAlP层中的应变量εi的绝对值的上限。而且，使用数学式(5)，求出p型包覆层整体的平均应变量εav的绝对值的上限。只要将p型包覆层整体的总层厚设为临界层厚tc，这样的平均应变量εav的绝对值的上限为通过Matthews的关系式，即数学式(2)求得的临界应变量εc的绝对值以下的方式，决定n层p型InAlP层各层的Al组成xi的上限x2即可。此外，在n层p型InAlP层中，进一步期望在至少1层p型InAlP层中，将该p型InAlP层的层厚设为临界层厚tc，该p型InAlP层的应变量ε的绝对值为通过Matthews的关系式，即数学式(2)求得的临界应变量εc的绝对值以下。进一步期望将第i层的p型InAlP层(n层p型InAlP层)各层的层厚ti设为临界层厚tc，各层中的应变量εi的绝对值为通过Matthews的关系式，即数学式(2)求得的临界应变量εc的绝对值以下。
这里，示出实际所使用的Al组成x的范围的一例。考虑p型包覆层具有图5所示的叠层结构的情况。通常p型包覆层所含的多个p型InAlP层各层的p型掺杂剂的掺杂浓度为1×1017cm-3以上，p型包覆层的层厚为0.5μm以上。因此，显示p型InAlP层的p型掺杂剂的掺杂浓度为1×1017cm-3、层厚为0.5μm的情况下的Al组成x的下限x1和上限x2。Al组成x的下限x1为相当于与p型掺杂剂的掺杂浓度相同原子浓度1×1017cm-3的值，使用数学式(1)，这样的值为5×10-6。接下来，Al组成x的上限x2是将临界膜厚tc设为0.5μm，通过数学式(2)求得的临界应变量εc为0.0014(0.14％)，这样的值为平均应变量εav的上限。此时的p型包覆层的平均Al组成xav的上限为0.02(＝2×10-2)。由以上可知，第i层的p型InAlP层(n层p型InAlP层)各层的Al组成xi的范围为5×10-6≤xi≤0.02。
图6为表示图5所示的p型包覆层中的p型InAlP层的Al组成x的范围的图。图的纵轴为p型包覆层整体的总层厚，为Matthews的关系式，即数学式(2)中的临界层厚tc。图的横轴中的下侧为平均Al组成xav，图的横轴中的上侧为与Al组成x对应的p型掺杂剂的掺杂浓度(原子浓度)。实际上，以使p型包覆层的平均应变量εav(的绝对值)成为0.0014的方式，在数学式(5)中，决定作为n层p型InP层的层厚的合计的总层厚t0、第i层的P型InAlP层(n层p型InAlP层)各层的应变量εi和层厚ti。数学式(5)的右边的分母为p型包覆层整体的层厚，为0.5μm。
期望半导体激光元件对于结晶缺陷敏感，期望根据元件结构，进一步使上限为0.7倍左右而保持冗余。在该情况下，Al组成x的范围为5×10-6≤x≤0.014。另一方面，在Matthews的关系式中，由于得到最严密的临界膜厚和应变，因此认为根据元件结构，相反地即使超过临界膜厚稍许，也被容许。如果临界应变量的1.3倍左右被容许，则该情况下的组成范围为5×10-6≤x≤0.026。
期望本实施方式涉及的p型掺杂剂为选自Be、Mg、Zn中的1种或多种原子。它们是对于InP层而言一般所使用的p型掺杂剂，本发明对于这样的p型掺杂剂是最佳的。
另外，日本特开平7-263804号公报中记载的半导体激光器如日本特开平7-263804号公报的图1所示，具有包含膜厚约2.5μm的n型InAlP膜的包覆层12，包覆层12相对于n-InP基板11的晶格常数具有小约0.9％的晶格常数。构成包覆层12的InAlP膜的应变为约-0.9％，与本实施方式涉及的半导体激光元件100的p型包覆层的应变相比，绝对值成为非常大的值。
在日本特开平7-263804号公报所记载的半导体激光器中，为了改善发光效率，通过在包覆层12中采用Al组成x的值大的InAlP膜，从而谋求能隙的宽(wide)化(参照日本特开平7-263804号公报的图2)。日本特开平7-263804号公报所记载的InAlP膜的应变的绝对值与本实施方式涉及的p型包覆层的应变的绝对值的范围相比，成为非常大的值。为了能隙的宽化，认为需要增大InAlP膜中的Al组成x，在包覆层12中，必然地发生了晶格失配位错。
本发明涉及的发明的主要特征在于，p型包覆层通过包含p型InAlP层，从而可以抑制p型掺杂剂的不均，同时，维持不发生晶格失配位错的伪晶格匹配状态，将p型InAlP层的Al组成x的范围限于低的值。这是因为，近年来对于光半导体元件(特别是，半导体激光元件)所要求的性能进一步提高，由于元件特性提高，因此实现晶格失配位错的发生进一步降低了的高品质的元件结构。
本实施方式涉及的p型包覆层所包含的p型InAlP层的Al组成x限定于维持伪晶格匹配状态的最佳的范围。本实施方式中，p型InAlP层的能隙的增大量仅为40mV左右，与室温的能量相比增大量非常地小，能隙的宽化的效果基本上得不到。
[第二实施方式]
本发明的第二实施方式涉及的EA调制器集成半导体激光元件200是在半导体基板上单片地集成有激光器部200A、调制器部200B和波导路部200C的光半导体元件。这里，激光器部200A为分布反馈型半导体激光元件，调制器部200B为EA调制器。本实施方式涉及的EA调制器集成半导体激光元件200为掩埋结构型。
图7为本实施方式涉及的EA调制器集成半导体激光元件200的俯瞰图。本实施方式涉及的EA调制器集成半导体激光元件200的主要特征与第一实施方式同样，在于p型包覆层的结构，p型包覆层包含1对p型InP层和p型InAlP层。
在激光器部200A中，在n型InP基板201上叠层有包含n型InP缓冲层202、第一多量子阱层203A、p型InP间隔层204、衍射光栅层205、p型InP包覆层206a、p型InAlP包覆层206b以及第一p+型InGaAs接触层207A的第一半导体多层。这里，第一多量子阱层203A是同时将由InGaAsP形成的量子阱层和障碍层多次反复叠层而成的。此外，p型InP包覆层206a的层厚为50nm，p型InAlP包覆层206b的层厚为950nm。本实施方式涉及的激光器部200A中的p型包覆层206包含p型InP包覆层206a和p型InAlP包覆层206b。p型包覆层206整体的总层厚为1μm。p型InAlP包覆层206b的Al组成x为0.003，应变量为-0.0002(-0.02％)。p型包覆层整体的应变量为-0.00019(-0.019％)。
在调制器部200B中，在n型InP基板201上叠层有包含n型InP缓冲层202、第二多量子阱层203B、p型InP包覆层206a、p型InAlP包覆层206b以及第二p+型InGaAs接触层207B的第二半导体多层。这里，第二多量子阱层203B是同时将由InGaAsP形成的量子阱层和障碍层多次反复叠层而成的。这里，本实施方式涉及的调制器部200B中的p型包覆层206包含p型InP包覆层206a和p型InAlP包覆层206b，p型包覆层直接配置于作为活性层的第二多量子阱层203B上。p型InP包覆层206a的层厚为50nm，p型InAlP包覆层206b为950nm，p型包覆层206整体的总层厚为1μm。
此外，在波导路部200C中，在n型InP基板201上叠层有包含n型InP缓冲层202、由InGaAsP形成的波导路层220、p型InP包覆层206a以及p型InAlP包覆层206b的第三半导体多层。
另外，期望在激光器部200A中，调制器部200B中，p型包覆层206整体的总层厚为0.5μm以上2μm。进一步期望p型包覆层206整体的总层厚为1μm以上。
第一半导体多层、第三半导体多层、第二半导体多层依次连接，形成1个半导体多层，半导体多层作为整体具有台面结构。成为台面结构的半导体多层的两侧被Ru掺杂InP掩埋层208掩埋。除去第一p+型InGaAs接触层207A的上表面(的至少一部分)和第二p+型InGaAs接触层207B(的至少一部分)，在半导体多层和Ru掺杂InP掩埋层208的上表面配置有钝化膜209。以与第一p+型InGaAs接触层207A的上表面(的至少一部分)物理地接触的同时向第一半导体多层的两侧扩展的方式，配置有第一上部电极210A。同样地，与第二p+型InGaAs接触层207B的上表面(的至少一部分)物理地接触的同时，配置有具有在第二半导体多层的一方的侧方扩展的衬垫部的第二上部电极210B。此外，与n型InP基板201的背面物理地接触，配置有下部电极211。
以下，说明本实施方式涉及的EA调制器集成半导体激光元件200的制造方法。与第一实施方式同样地，作为结晶生长方法，使用了MOVPE法，但不限定于此。所用的原料与第一实施方式通用。在Ru掺杂掩埋层208中，添加的卤原子的原料使用氯代甲烷(CH3Cl)。掺杂的Ru的有机金属原料使用双乙基环戊二烯基钌。
第一，在n型InP基板201上，使用MOVPE法，使n型InP缓冲层202结晶生长，接着，使第二多量子阱层203B、p型InP盖层依次结晶生长。第二，在晶片上，在要形成调制器部200B的区域形成掩模图案，将其作为蚀刻掩模，除去p型InP盖层和第二多量子阱层203B。第三，将晶片导入至生长炉内，使第一多量子阱层203A、p型InP间隔层204、用于形成衍射光栅的半导体层、p型InP盖层利用对接(BJ：Butt-joint)进行结晶再生长。第四，除去先前的掩模图案，然后，在晶片上，在要形成激光器部200A和调制器部200B的区域形成掩模图案，将其作为蚀刻掩模，除去从p型InP盖层直至第一多量子阱层203A的半导体层。第五，使波导路层220和p型InP盖层利用BJ进行结晶再结晶。这里，将与激光器部200A和调制器部200B的2个连接处同时进行BJ连接。第六，将晶片从生长炉中取出，除去掩模图案，利用公知的工艺，形成衍射光栅。第七，将晶片导入至生长炉内，将衍射光栅通过p型InP掩埋来形成衍射光栅层205的同时，在衍射光栅层205上使p型InP包覆层206a、p型InAlP包覆层206b以及p+型InGaAs接触层依次结晶生长。第八，俯视而在这样的半导体多层中成为光波导的区域形成台面条状掩模，通过蚀刻形成台面结构。另外，在第二半导体多层中，从出射端面直至规定的距离的区域未形成台面条状掩模，通过蚀刻被除去。
第九，进行适当的前处理，对于成为台面结构的半导体多层的两侧利用Ru掺杂InP掩埋层208掩埋，进行生长。此时，同时添加CH3Cl气体。另外，从出射端面直至规定距离的区域被Ru掺杂InP掩埋层208掩埋，成为所谓窗结构。用于降低由出射光的反射导致的返回的光。第十，在作为半导体多层的最上层的p+型InGaAs接触层中，除去波导路部200C中的某一部分，分离成第一p+型InGaAs接触层207A和第二p+型InGaAs接触层207B。第十一，除去第一p+型InGaAs接触层207A的上表面(的至少一部分)和第二p+型InGaAs接触层207B的上表面(的至少一部分)，在半导体多层和Ru掺杂InP掩埋层208的上表面形成钝化膜209。第十二，以与第一p+型InGaAs接触层207A的上表面(的至少一部分)物理地接触的方式形成第一上部电极210A，以与第二p+型InGaAs接触层207B的上表面(的至少一部分)物理地接触的方式形成第二上部电极210B，以与n型InP基板201的背面物理地接触的方式，形成下部电极211。以上，晶片工序结束，之后的工序与第一实施方式相同。以上，说明了本实施方式涉及的EA调制器集成半导体激光元件200的制造方法。
在这样的制造方法中，与衍射光栅接触的部分配置有p型InP，在形成衍射光栅层205的同时，形成p型InP包覆层206a。在p型InP包覆层206a上形成p型InAlP包覆层206b，从而形成高品质的p型包覆层。与第一实施方式同样地，制作时的原料利用效率上升，即使使用相同制造装置将半导体多层通过多次结晶生长来形成，p型掺杂剂的原子浓度的不均也显著地降低，EA调制器集成半导体激光元件200的制作成品率提高。另外，在本实施方式中，第一多量子阱层203A和第二多量子阱层203B使用了InGaAsP系材料，但不限定于此，可以使用InGaAlAs系材料，可以使用其中添加Sb或/和N的材料。
[第三实施方式]
图8为本发明的第三实施方式涉及的PIN型二极管300的截面图。相对于第一和第二实施方式涉及的光半导体元件为半导体发光元件，本实施方式涉及的PIN型二极管是作为半导体受光元件的光半导体元件。本实施方式涉及的PIN型二极管300的主要特征与第一和第二实施方式同样地，在于p型包覆层的结构，p型包覆层包含3对p型InP层和P型InAlP层。
在半绝缘性InP基板301上，叠层有包含n型InGaAs接触层302、n型InP包覆层303、n型InGaAsP光限制层304、未掺杂InGaAs光吸收层305、p型InGaAsP光吸收层306、p型包覆层307以及p+型InGaAs接触层308的半导体多层。这里，n型InGaAs接触层302和n型InP包覆层303为配置于活性层的下方的n型半导体层。n型InGaAsP光限制层304、未掺杂InGaAs光吸收层305以及p型InGaAsP光吸收层306为活性层。而且，p型包覆层307为配置于活性层的上方的p型包覆层。p型包覆层307从下方经上方沿着叠层方向，成为p型InP包覆层307a和p型InAlP包覆层307b反复叠层3次的结构(n＝3)。3层p型InP包覆层307a的层厚分别为100nm，3层p型InAlP包覆层307b的层厚分别为400nm。3层p型InAlP包覆层307b各自的Al组成x分别为0.004，应变量分别为-0.028％。对于p型包覆层307整体而言，平均应变量的绝对值降低，成为-0.022％。这里，p型包覆层307整体的总层厚为1.5μm。
另外，期望p型包覆层307整体的总层厚为0.5μm以上2μm。然而，p型包覆层307整体的总层厚可以小于0.5μm，为0.3μm以上0.5μ以下(小于)。
半导体多层具有截圆锥形状，n型InGaAs接触层302从截圆锥形状进一步扩展来配置。除去p+型InGaAs接触层308的上表面(的至少一部分)和n型InGaAs接触层302的上表面的一部分，以覆盖半导体多层的方式配置有钝化膜309。配置有与p+型InGaAs接触层308的上表面(的至少一部分)物理地接触的同时向截圆锥形状的外部延伸的p侧电极310，配置有与n型InGaAs接触层302的上表面的一部分物理地接触的同时向截圆锥形状的外部延伸的n侧电极311。
以下，说明本实施方式涉及的PIN型二极管300的制造方法。与第一和第二实施方式同样地，作为结晶生长方法，使用了MOVPE法，但不限定于此。
第一，在半绝缘性InP基板301上，使n型InGaAs接触层302、n型InP包覆层303、n型InGaAsP光限制层304、未掺杂InGaAs光吸收层305以及p型InGaAsP光吸收层306依次结晶生长。第二，作为p型包覆层307，使层厚100nm的p型InP包覆层307a和层厚400nm的p型InAlP包覆层307b依次反复结晶生长3次，成为包含3对p型InP包覆层307a和p型InAlP包覆层307b的叠层结构。第三，使p+型InGaAs接触层308结晶生长，结束半导体多层的结晶生长。
第四，以使半导体多层成为截圆锥形状的方式，除去半导体多层的外侧。第五，在半绝缘性InP基板301的半导体多层的整面形成钝化膜309。接着，俯视而在成为p+型InGaAs接触层308的上表面(的至少一部分)的区域，以及成为n型InGaAs接触层302的上表面的一部分的区域，形成通孔。第五，介由通孔，与p+型InGaAs接触层308的上表面(的至少一部分)物理地接触而形成规定形状的p侧电极310，与n型InGaAs接触层302的上表面的一部分物理地接触而形成规定形状的n侧电极311。以上，晶片工序结束，分离成各元件，制作PIN型二极管300。以上，说明了本实施方式涉及的PIN型二极管300的制造方法。
在这样的制造方法中，使p型包覆层307成为由3对p型InP包覆层307a和p型InAlP包覆层307b构成的叠层结构，从而形成高品质的p型包覆层307。与第一和第二实施方式同样地，制作时的原料利用效率上升，即使使用相同制造装置，通过多次结晶生长来形成半导体多层，p型掺杂剂的原子浓度的不均也显著地降低，PIN型二极管300的制作成品率提高。
以上，对于本发明的实施方式涉及的光半导体元件、光组件以及光模块进行了说明。在上述实施方式中，对于第一导电型为n型，第二导电型为p型的情况进行了呈现，但导电型可以为相反的情况。即，例如，在半导体激光元件中，配置于p型InP基板的上方的p型包覆层可以包含1种或多种n型In1-xAlxP层，n型掺杂剂为Si。
第一和第二实施方式涉及的光半导体元件作为半导体激光元件，但不限定于此，可以为LED等其它半导体发光元件。此外，第二实施方式涉及的光半导体元件包含EA调制器，但不限定于此，可以为其它半导体调制器。第三实施方式涉及的光半导体元件作为PIN型二极管，但可以为其它类型的光电二极管，此外，可以为雪崩击穿二极管等其它半导体受光元件。
此外，在上述实施方式涉及的半导体发光元件中，与第三实施方式同样地，可以在半绝缘性InP基板上叠层半导体多层，与n型半导体层连接的n侧电极以及与p型半导体层连接的p侧电极同时配置于半绝缘性基板的一方侧。另一方面，在上述实施方式涉及的半导体受光元件中，与第一和第二实施方式同样地，可以在n型(p型)InP基板上叠层半导体多层，在活性层的上方配置有p型(n型)包覆层。本发明广泛适用于半导体发光元件、半导体受光元件或半导体调制器。
尽管已说明了目前被看作为本发明的特定实施例的这些实施例，但应当理解可以对这些实施例进行各种修改，并且意图是所附权利要求书涵盖所有这些修改而落入本发明的真实构思和范围内。

Claims (11)

1.一种光半导体元件，其特征在于，具备：
InP基板，
配置于所述InP基板的上方的活性层，
配置于所述活性层的下方的第一导电型半导体层，以及
配置于所述活性层的上方的第二导电型包覆层，
所述第二导电型包覆层包含1层或多层第二导电型In1-xAlxP层，
在所述1层或多层第二导电型In1-xAlxP层的各层中，Al组成x为相当于第二导电型掺杂剂的掺杂浓度的值以上，
将所述第二导电型包覆层整体的总层厚设为临界层厚，所述第二导电型包覆层整体的平均应变量的绝对值为通过Matthews的关系式求得的临界应变量的绝对值以下。
2.根据权利要求1所述的光半导体元件，其特征在于，
所述第二导电型包覆层包含1层第二导电型In1-xAlxP层，
所述1层第二导电型In1-xAlxP层的Al组成x为相当于所述1层第二导电型In1-xAlxP层中的第二导电型掺杂剂的掺杂浓度的值以上，
将所述1层第二导电型In1-xAlxP层的层厚设为临界层厚，所述1层第二导电型In1-xAlxP层的应变量的绝对值为通过Matthews的关系式求得的临界应变量的绝对值以下。
3.根据权利要求1所述的光半导体元件，其特征在于，
所述第二导电型包覆层包含1层第二导电型InP层和1层第二导电型In1-xAlxP层，
所述1层第二导电型In1-xAlxP层的Al组成x为相当于所述1层第二导电型In1-xAlxP层中的第二导电型掺杂剂的掺杂浓度的值以上，
将所述第二导电型包覆层整体的总层厚设为临界层厚，将由Matthews的关系式求得的临界应变量设为所述第二导电型包覆层整体的平均应变量，所述1层第二导电型In1-xAlxP层的应变量的绝对值为由该平均应变量求得的所述1层第二导电型In1-xAlxP层的应变量以下。
4.根据权利要求1所述的光半导体元件，其特征在于，
所述第二导电型包覆层除了n层第二导电型In1-xAlxP层以外，进一步包含在所述n层第二导电型In1-xAlxP层中相邻的第二导电型In1-xAlxP层之间分别配置的n-1层第二导电型InP层，其中，n为2以上的整数。
5.根据权利要求1所述的光半导体元件，其特征在于，
所述光半导体元件为半导体发光元件，
所述InP基板为第一导电型InP基板，
所述第二导电型包覆层整体的层厚为0.5μm以上2μm以下。
6.根据权利要求5所述的光半导体元件，其进一步包含在所述活性层与所述第二导电型包覆层之间配置的衍射光栅层。
7.根据权利要求1所述的光半导体元件，其特征在于，
所述光半导体元件为半导体光调制器，
所述InP基板为第一导电型InP基板，
所述第二导电型包覆层整体的层厚为0.5μm以上2μm以下。
8.根据权利要求1所述的光半导体元件，其特征在于，
所述光半导体元件为半导体受光元件，
所述InP基板为半绝缘性InP基板，
所述第二导电型包覆层整体的层厚为0.5μm以上2μm以下。
9.根据权利要求1所述的光半导体元件，其特征在于，
所述第一导电型为n型，
所述第二导电型为p型，
所述第二导电型掺杂剂为选自Zn、Mg、Be中的1种或多种原子。
10.具备权利要求1所述的光半导体元件的光组件。
11.具备权利要求10所述的光组件的光模块。
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