CN113169521A - 光半导体装置以及光半导体装置的制造方法 - Google Patents

光半导体装置以及光半导体装置的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明的光半导体装置具备：n型第二埋入层(8)，其具有朝向脊状条带(5)的顶部伸出的部分隔开间隔地对置的电流狭窄窗(8a)的n型第二埋入层(8)；p型第二包覆层(9)，其将n型第二埋入层(8a)与电流狭窄窗(8a)一起埋入；以及衍射光栅(6)，其在光行进方向(Dr)上的中间部分配置有λ/4相移(6q)，该光半导体装置构成为电流狭窄窗(8a)的截面形状根据光行进方向(Dr)上的位置而变化，经由电流狭窄窗(8a)的从p型第二包覆层(9)向p型第一包覆层(4)的电流路径的电阻(R)在配置有λ/4相移(6q)的区域最小。

Description

光半导体装置以及光半导体装置的制造方法
技术领域
本申请涉及光半导体装置以及光半导体装置的制造方法。
背景技术
在分布反馈型的光半导体装置(DFB-LD：Distributed Feed Back Laser Diode)中，构成为用上下包覆层夹着活性层的波导路构造，包覆层的一个被掺杂成n型，另一个被掺杂成p型。若电极被导通，则从p型包覆层侧注入空穴，从n型包覆层侧注入电子，在活性层内再结合而发光。而且，通过由波导路内的光的行进方向(光行进方向)上的端面和出射介质即空气的界面构成的反射镜、以及衍射光栅而形成共振器。
在波导路内传播的光在端面一部分向外部出射，成为镜损失，但剩余的光通过端面或衍射光栅反射，再次在波导路内传播。在衍射光栅设置有使相位偏移λ/4的区域，并设计为在共振器内仅使特定的波长谐振，光在该波导路内传播期间得到增益而被放大。而且，在波导路传播时的内部损失以及端面反射时的镜损失之和与在传播中得到的增益相等时进行激光振荡，从端面出射相干光。
另一方面，激光振荡时的光行进方向上的活性层内的光强度成为不均匀分布，与衍射光栅的λ/4偏移位置相当的部位的光强度最强。在光强度的较强的区域中由于受激辐射而产生载流子密度相对降低的轴向烧孔的现象，在光的行进方向上产生折射率变动，而存在单一模式动作不稳定化的问题点。与此相对，公开有一种激光装置(例如，参照专利文献1。)，该激光装置沿着光行进方向将电极分割为多个，控制每个电极的注入电流比，使得光行进方向上的载流子密度接近均匀。并且，公开有使光行进方向上的元件内部的电阻率的分布变化的光半导体元件(例如，参照专利文献2。)。
专利文献1：日本特开平1-231388号公报(第3页右上栏第14行～第5页左上栏第13行，第2图～第3图)
专利文献2：日本特开昭64-11391号公报(第3页右上栏第13行～第4页左下栏3行，第4图～第8图)
然而，为了控制向每个分割后的电极注入的电流比，需要多个电流源，因此装置结构繁琐，动作控制也复杂。另外，为了使元件内部的电阻率，即作为材料的电阻率变化，需要高精度地控制掺杂剂的密度分布，使制造变得困难。
发明内容
本申请公开用于解决上述课题的技术，其目的在于得到一种不需要复杂的动作控制，就能够容易地进行稳定的动作的光半导体装置。
本申请所公开的光半导体装置的特征在于，具备：脊状条带，其在第一导电型基板的表面依次层叠第一导电型包覆层、活性层、和导电型与第一导电型相反的第二导电型第一包覆层而成；第一埋入层，其以使上述脊状条带的顶部露出的方式将上述脊状条带的两侧分别埋入；第一导电型第二埋入层，其覆盖每个上述第一埋入层，并且具有朝向上述脊状条带的上述顶部伸出的部分在上述顶部之上隔开间隔地对置的电流狭窄窗；第二导电型第二包覆层，其将上述第一导电性第二埋入层与上述电流狭窄窗一起埋入；以及衍射光栅，其形成于上述第一导电型包覆层或上述第二导电型第一包覆层内，并在光行进方向上的中间部分配置有λ/4相移，上述电流狭窄窗的与上述光行进方向垂直的截面形状根据上述光行进方向上的位置而变化，经由上述电流狭窄窗的从上述第二导电型第二包覆层向上述第二导电型第一包覆层的电流路径的电阻，在上述光行进方向上的配置有上述λ/4相移的区域最小。
本申请所公开的光半导体装置的制造方法的特征在于，具有：在第一导电型基板的表面依次层叠第一导电型包覆层、活性层、和导电型与第一导电型相反的第二导电型第一包覆层而形成层叠构造体的工序；将上述层叠构造体的两侧蚀刻至比上述活性层接近上述第一导电型基板的位置为止，而形成脊状条带的工序；以使上述脊状条带的顶部露出的方式，用掺杂了半绝缘性材料的埋入材料将上述脊状条带的两侧分别埋入，而形成第一埋入层的工序；以具有从上述第一埋入层朝向上述脊状条带的上述顶部伸出而每一个伸出的部分隔开间隔地对置的电流狭窄窗的方式，用掩模覆盖上述脊状条带的顶部的除两端之外的中间部分，而形成第一导电型第二埋入层的工序；以及用第二导电型的材料，形成将上述第一导电型第二埋入层与上述电流狭窄窗一起埋入的第二导电型第二包覆层的工序，在形成上述层叠构造体的工序中，在上述第一导电型包覆层或上述第二导电型第一包覆层内，形成在光行进方向上的中间部分配置有λ/4相移的衍射光栅，在形成上述第一导电型第二埋入层的工序中，以满足在上述光行进方向上的配置有上述λ/4相移的区域中，上述电流狭窄窗的开口宽度最大，以及上述第一导电型第二埋入层的上述突出的部分的厚度最小这两者中的至少一个条件的方式，根据上述光行进方向上的位置，变更上述掩模的宽度、以及上述掩模的使用次数这两者中的至少一个。
根据本申请所公开的光半导体装置或光半导体装置的制造方法，由于通过形状的变化来控制电阻分布，因此能够得到不需要复杂的动作控制，就能够容易地进行稳定的动作的光半导体装置。
附图说明
图1A～图1C是用于说明实施方式1所涉及的光半导体装置的结构的剖视图。
图2A～图2F是用于说明实施方式1所涉及的光半导体装置的制造方法的每个工序的剖视图。
图3是表示作为比较例的以往的光半导体装置的光行进方向上的光强度、p包层电阻以及载流子密度的分布的特性图。
图4是表示实施方式1所涉及的光半导体装置的光行进方向上的光强度、p包层电阻、载流子密度以及电流狭窄窗的开口宽度的分布的特性图。
图5A和图5B是用于说明实施方式2所涉及的光半导体装置的结构的剖视图。
图6A～图6D以及图6E1、图6E2是用于说明实施方式2所涉及的光半导体装置的制造方法的每个工序的剖视图。
图7A和图7B是用于说明实施方式3所涉及的光半导体装置的结构的剖视图。
图8是表示实施方式3所涉及的光半导体装置的光行进方向上的光强度、p包层电阻、载流子密度以及电流狭窄窗的宽度和埋入层的厚度的分布的特性图。
具体实施方式
实施方式1
图1～图4是用于说明实施方式1所涉及的光半导体装置以及光半导体装置的制造方法的图。图1是用于说明光半导体装置的结构的剖视图，图1A是脊状条带部分(与图1B的A线对应)的与光行进方向以及层叠方向平行的剖视图，图1B是光半导体装置的光行进方向上的端面附近(与图1A的B-B线对应)的与光行进方向垂直的剖视图，图1C是光半导体装置的光行进方向上的半导体装置的形成有λ/4相移的部分(与图1A的C-C线对应)的与光行进方向垂直的剖视图。而且，图2A～图2F是在基于层叠进行的光半导体装置的制造方法中，从在n型基板上形成了脊状条带的时刻起的每个工序的与光行进方向垂直的剖视图(与图1B对应)。
另外，图3是作为比较例，为了说明以往的光半导体装置的特性，而与图1A对应的剖面示意图一起，分别表示激光振荡时的光行进方向上的活性层内的光强度分布、p包层电阻分布以及载流子密度分布的特性图。另一方面，图4是为了说明实施方式1所涉及的光半导体装置的特性，而与相当于图1A的剖面示意图一起，分别表示激光振荡时的光行进方向上的活性层内的光强度分布、p包层电阻分布、载流子密度分布以及用于控制p包层电阻分布的电流狭窄窗的开口宽度的分布的特性图。此外，在对以往的光半导体装置进行说明时，对本实施方式所涉及的光半导体装置的对应的结构所附的附图标记的末尾附加“C”来进行区别。
以下，参照附图对本申请的实施方式1所涉及的光半导体装置以及光半导体装置的制造方法进行说明。如图1A所示，光半导体装置100构成为沿着光行进方向Dr延伸的半导体层的层叠体被电极10所夹。如图1B、图1C所示，在半导体层的最下面配置有以(001)面为主面的n型InP基板1。在该基板上依次层叠n型包覆层2、包含多量子阱在内的活性层3、由厚度为0.1μm的InP构成的p型第一包覆层4，而构成还被称为活性层脊的脊状条带5。
在n型InP基板1掺杂有浓度为4.0×1018cm-3的S(硫黄)，在n型包覆层2掺杂有浓度为4.0×1018cm-3的S。活性层3由AlGaInAs系或InGaAsP系材料形成，p型第一包覆层4掺杂有浓度为1.0×1018cm-3的Zn(锌)。
另外，在n型包覆层2中埋入有由InGaAsP系材料构成的厚度为40nm、宽度为100nm、周期为200nm左右的衍射光栅6，如图1A所示，在衍射光栅6的光行进方向Dr上的中央部设置有λ/4相移6q。此外，衍射光栅6也可以不是埋入于n型包覆层2中而是埋入于p型第一包覆层4中，λ/4相移6q并不限于光行进方向Dr上的中央部，也可以配置于任意的位置。
脊状条带5是以保留如上述那样层叠的半导体层的宽度方向(与层叠方向和光行进方向Dr垂直的方向)的中央部分的方式，蚀刻至比活性层3低的位置而形成。由此，与n型InP基板1的光行进方向Dr垂直的截面成为(倒)T字状。此外，脊状条带5的宽度W5通常为0.8～1.4μm左右，但并不局限于该范围。对于该脊状条带5的侧面，则通过由以浓度5.0×1016cm-3掺杂作为半绝缘性材料的Fe的InP构成的第一埋入层7而分别埋入到比活性层3更高的位置。第一埋入层7并不限于上述材料，也可以为掺杂了Ti、Co、Ru等其他材料的InP之类的其他半绝缘性材料。
另外，第一埋入层7也可以通过与杂质浓度或导电型不同的其他半导体层的组合而构成。在第一埋入层7之上形成有由掺杂了浓度为7.0×1018cm-3的S的厚度为0.4μm的InP构成的n型第二埋入层8，n型第二埋入层8的朝向宽度方向上的中央的末端伸出到脊状条带5的上表面为止。n型第二埋入层8以及脊状条带5被由掺杂了浓度为2.0×1018cm-3的Zn的InP构成的p型第二包覆层9埋入。并且，在n型InP基板1之下以及p型第二包覆层9之上形成有由Au、Ge、Zn、Pt、Ti等金属构成的电极10。
在具有活性层3的脊状条带5的最上部(顶部)的宽度方向的中央部分，n型第二埋入层8在宽度方向上开口，而形成沿光行进方向Dr延伸的电流狭窄窗8a，p型第一包覆层4和p型第二包覆层9经由该电流狭窄窗8a接触。电流狭窄窗8a的开口宽度Wa基本上为0.7μm，但以沿着光行进方向Dr变化的方式进行调整。具体而言，图1C所示的处于配置有λ/4相移6q的区域之上的电流狭窄窗8a的开口宽度Waq，构成为比图1B所示的其他区域的开口宽度Wa宽、且最大。此外，电流狭窄窗8a的基本的开口宽度Wa通常为0.5～1.0μm程度，但只要比脊状条带5(严格来说为p型第一包覆层4)的宽度窄，就不局限于该范围。
本实施方式1所涉及的光半导体装置100由通过解理而形成的前端面100fe和后端面100fe构成共振器。通过电流注入而在活性层3得到的发光在共振器内被放大，而达到激光振荡。共振器长度大多设为150μm到300μm，但并不局限于该范围。
接下来，使用图2对本实施方式1所涉及的光半导体装置100的制造方法的一个例子进行说明。首先，如图2A所示，在n型InP基板1之上层叠埋入了衍射光栅6的n型包覆层2、活性层3以及p型第一包覆层4。其后，形成具有与电流狭窄窗8a的开口宽度Wa的沿着光行进方向Dr的分布对应的宽度Wm的分布的第一掩模24，并以覆盖该第一掩模24的方式以脊状条带5的宽度W5形成第二掩模25。第一掩模24使用蚀刻速率比第二掩模25慢的材料。另外，优选为第一掩模24的宽度Wm比第二掩模25的宽度W5窄，第一掩模24相对于第二掩模25位于中央的位置。使用由该第一掩模24和第二掩模构成的双重掩模蚀刻到比活性层3低的位置，而形成脊状条带5。
接下来，如图2B所示，用第一埋入层7将脊状条带5的两旁埋入至比活性层3高的位置。其后，如图2C那样，进行第二掩模25的选择蚀刻。例如在将第一掩模24的材料设为SiO2，将第二掩模25的材料设为SiN的情况下，若作为蚀刻气体使用SF6，则能够利用蚀刻速率之差选择性地仅蚀刻第二掩模25。
接下来，如图2D所示，以埋入第一埋入层7以及脊状条带5的方式使n型第二埋入层8成长。然后，如图2E那样，在使用缓冲氢氟酸或氢氟酸去除第一掩模24后，如图2F那样，以覆盖第一包覆层4以及n型第二埋入层8的方式使p型第二包覆层9成长。最后在n型InP基板1之下以及p型第二包覆层9之上形成电极10，由此构成图1所示的光半导体装置100。
若从这样构成的光半导体装置100的上下的电极10进行电流注入，则分别从n型InP基板1以及n型包覆层2供给电子，从p型第一包覆层4以及p型第二包覆层9供给空穴。从p型第二包覆层9供给的空穴朝向n型基板的方向流出。空穴被存在于p型第二包覆层9与n型第二埋入层8的界面的垒势(potential barrier)阻挡，而经由电流狭窄窗8a通过p型第一包覆层4注入到活性层3。对于电流所流动的路径的电阻R，当电阻率为ρ、路径的截面积为S、路径的长度为L时一般由(1)式表示。
R＝ρ(L/S)…(1)
配置有λ/4相移6q的光行进方向Dr上的中央附近的电流狭窄窗8a的开口宽度Waq，由于比端面附近等其他区域的开口宽度Wa宽、且截面面积S大，因此如(1)式所示电阻R变低而容易注入电流。
为了根据上述结构，对本实施方式1所涉及的光半导体装置100的特性进行说明，而首先使用图3对以往构造的光半导体装置100C的特性进行说明。对于光半导体装置100C，以通常的单一模式进行了激光振荡时的光强度分布为，配置有λ/4相移6qC的区域最强，随着远离λ/4相移6qC的配置位置而变弱。因此，在光行进方向DrC上，配置有λ/4相移6qC的光密度高的区域，相比于除此之外的区域，容易引起受激辐射，载流子密度相对降低。
这里，在以往的光半导体装置100C中，电流狭窄窗8aC的开口宽度WaC保持恒定而与光行进方向DrC的位置无关，p包层电阻分布保持恒定。因此，与光行进方向DrC的位置无关，空穴被大致均匀地注入，因此λ/4相移6qC配置位置附近的载流子密度降低，而产生轴向烧孔(longitudinal hole burning)的现象，产生光行进方向DrC的折射率变动，导致单一模式动作不稳定化。
另一方面，在本实施方式1所涉及的光半导体装置100中，以通常的单一模式进行了激光振荡时的光强度分布，也是配置有λ/4相移6q的区域最强，随着远离λ/4相移6q的配置位置而变弱。因此，在光行进方向Dr上，配置有λ/4相移6q的光密度高的区域，比除此之外的区域容易引起受激辐射，载流子密度相对降低。
针对于此，在本实施方式1所涉及的光半导体装置100中，电流狭窄窗8a的开口宽度Wa如最下段所示以配置有λ/4相移6q的区域的开口宽度Waq变得最宽的方式沿着光行进方向Dr使开口宽度Wa变化。因此，p包层电阻在配置有λ/4相移6q的区域表示出最低值，并沿着光行进方向Dr而变化。因此，在光行进方向Dr上，空穴在配置有λ/4相移6q的区域被注入最多的量，因此能够使沿着光行进方向Dr的位置的载流子密度分布恒定。由此能够抑制轴向烧孔，而实现稳定的单一模式动作。
此外，实施方式1所涉及的光半导体装置100中的电流狭窄窗8a，通过由一般的半导体光刻进行的元件的尺寸设计(形状控制)，调整开口宽度Wa，由此使电阻变化。因此，形状控制与材质控制不同，能够容易地进行高精度的制造，如图4所示，可以沿着光行进方向Dr无级地控制开口宽度Wa，以补偿光强度的分布。此时，配置有λ/4相移6q的区域的开口宽度Waq相对于端面100fe附近的最窄的宽度Wce，优选为1.2～2.4倍程度的范围。
但是，开口宽度Wa的分布并非一定需要与补偿光强度分布的曲线完全拟合。例如，即使在配置有λ/4相移6q的区域和除此之外的区域使开口宽度Wa阶梯状地变化，也能够降低配置有λ/4相移6q的区域的相比于其他区域的过量的受激辐射。即，只要以能够抑制轴向烧孔的程度使p包层电阻变化的方式调整电流狭窄窗8a的开口宽度Wa即可。通过进行这样的形状控制，在运转完成后的光半导体装置时，也不需要复杂的动作控制。
实施方式2
在上述实施方式1中，示出有为了调整光行进方向上的p包层电阻的分布，而使电流狭窄窗的宽度根据光行进方向上的位置而变化的例子。在本实施方式2中，对使电流狭窄窗部分的层厚度根据光行进方向上的位置而变化来调整光行进方向上的p包层电阻的分布的例子进行说明。
图5和图6是用于说明本实施方式2所涉及的光半导体装置以及光半导体装置的制造方法的图，图5是用于说明光半导体装置的结构的剖视图，图5A是光半导体装置的光行进方向上的端面附近(与图1A的B-B线对应)的与光行进方向垂直的剖视图，图5B是光半导体装置的光行进方向上的形成有半导体装置的λ/4相移的部分(与图1A的C-C线对应)的与光行进方向垂直的剖视图。而且，图6A～图6D、图6E1以及图6E2是在基于层叠进行的光半导体装置的制造方法中，从在n型基板之上形成了脊状条带的时刻起的每个工序的与光行进方向垂直的剖视图(与图5A、图5B对应)。此外，对与实施方式1同样的部分标注相同的附图标记，并且省略对相同规格进行的说明。
如图5所示，在本实施方式2所涉及的光半导体装置100中，脊状条带5也通过在n型InP基板1之上依次层叠埋入了衍射光栅6的n型包覆层2、活性层3、p型第一包覆层4而构成。而且，在形成为脊状后，用第一埋入层7、n型第二埋入层8以及p型第二包覆层9埋入。另外，p型第二包覆层9与构成脊状条带5的最上部的p型第一包覆层4经由被n型第二埋入层8所夹的电流狭窄窗8a接触。以上的结构基本与实施方式1相同。
而且，与实施方式1的不同之处在于，构成为图5B所示的处于配置有λ/4相移6q的区域之上的n型第二埋入层8的厚度D8q，比图5A所示的设置于其他区域的基本的厚度D8薄、且最小。此时，即使n型第二埋入层8的厚度D8变化，p型第二包覆层9的电流狭窄窗8a上的厚度在光行进方向Dr上也保持恒定。
接下来，使用图6对本实施方式2所涉及的光半导体装置100的制造方法进行说明。此外，在图6中，图6A～图6D的工序与实施方式1中说明的图2A～图2D的工序相同，因此省略图6C为止的说明，从图6D的工序开始进行说明。虽然在实施方式1中，以埋入第一埋入层7以及脊状条带5的方式，一次形成n型第二埋入层8，但在本实施方式2中，分多次(例如，2次)作成n型第二埋入层8。首先，如图6D所示，使n型第二埋入层8的下层部81与光行进方向Dr上的位置无关地成长至设定为配置有λ/4相移6q的区域用的厚度D8q为止。其后，在配置有λ/4相移6q的区域和除此之外的区域(称为其他区域。)以不同的工序形成半导体层。
具体而言，相对于其他区域，如图6E1所示，直到作为n型第二埋入层8的总厚度成为规定厚度D8为止，使n型第二埋入层8的上层部82在下层部81之上连续成长。另一方面，在配置有λ/4相移6q的区域中，由于如图6E2所示，在下层部81之上形成有第三掩模26，因此不形成上层部82，作为n型第二埋入层8的厚度D8成为下层部81的厚度D8q。
接着，在使用缓冲氢氟酸或氢氟酸去除第一掩模24以及第三掩模26后，与通过实施方式1的图2F说明的工序同样，以覆盖第一包覆层4以及n型第二埋入层8的方式使p型第二包覆层9成长。最后，在n型InP基板1之下以及p型第二包覆层9之上分别形成电极10。其结果，如图5A、图5B所示，能够构成处于配置有λ/4相移6q的区域之上的n型第二埋入层8的厚度D8q比设定于其他区域的厚度D8薄且最小的光半导体装置100。
其结果，如图5和实施方式1中说明的(1)式所示，配置有λ/4相移6q的区域的n型第二埋入层8的厚度D8q，比端面100fe附近等其他区域薄，经由电流狭窄窗8a的电流路径的长度L变短。由此，与图4同样，配置有λ/4相移6q的区域的电阻R变低，因此容易向活性层3注入电流，能够使沿着光行进方向Dr的载流子密度分布变得恒定。由此，抑制轴向烧孔，能够成为稳定的单一模式动作。
该效果是通过n型第二埋入层8的厚度分布即形状(尺寸)的调整，使电阻变化。因此，与材质控制不同，与实施方式1同样，能够容易地进行高精度的制造，在使用时也不需要复杂的动作控制。
此外，在上述例子中，示出有将n型第二埋入层8分成下层部81和上层部82这两层而形成的例子，但并不限定于此。例如，也可以使由第三掩模26覆盖的部分(光行进方向Dr上的范围)一点一点增大的同时使n型第二埋入层8分成3层以上的多层而成长。即，通过反复进行2次以上的基于光行进方向Dr上的位置进行的图6E1和图6E2的分开使用工序，也能够使沿着光行进方向Dr的n型第二埋入层8的厚度D8细微地变化。此外，厚度调整并不仅限于生长厚度的不同。例如，也能够以使光行进方向Dr上的掩模范围变化，通过蚀刻(厚度削减量)的程度，调整厚度的方式制造。
另一方面，为了使n型第二埋入层8的厚度D8细微地变化，不管是生长，还是蚀刻，都会使工序的反复次数增加，因此电流狭窄窗的开口宽度Wa适合求出变化的细微度。然而，与电流狭窄窗8a的开口宽度Wa不同，没有脊状条带5的宽度W5那样的极限，因此在欲将配置有λ/4相移6q的区域的电阻与其他区域的电阻之比大幅改变的情况下，优选调整厚度D8。
实施方式3
本实施方式3是将上述实施方式1和2组合而成的，对使电流狭窄窗的宽度、和电流狭窄窗部分的层厚度这两者变化，来调整光行进方向上的p包层电阻的分布的例子进行说明。图7和图8是用于对本实施方式3所涉及的光半导体装置的结构进行说明的图，图7是用于说明光半导体装置的结构的剖视图，图7A是光半导体装置的光行进方向上的端面附近(与图1A的B-B线对应)的与光行进方向垂直的剖视图，图7B是光半导体装置的光行进方向上的形成有半导体装置的λ/4相移的部分(与图1A的C-C线对应)的与光行进方向垂直的剖视图。
而且，图8是为了说明实施方式3所涉及的光半导体装置的特性，而与相当于图1A的剖面示意图一起分别表示激光振荡时的光行进方向上的活性层内的光强度分布、p包层电阻分布、载流子密度分布、用于控制p包层电阻分布的电流狭窄窗的开口宽度的分布、以及n型第二埋入层的厚度分布的特性图。此外，对与上述的实施方式1或实施方式2同样的部分标注相同的附图标记并且省略对相同规格的说明。
虽然本实施方式3所涉及的光半导体装置100的特征既能够以实施方式1为基准进行说明，也能够以实施方式2为基准进行说明，但这里，以实施方式2为基准进行说明。对于实施方式2所涉及的光半导体装置100而言，n型第二埋入层8的厚度D8根据光行进方向Dr的位置而变化，但电流狭窄窗8a的开口宽度Wa与光行进方向Dr的位置无关，是恒定且相同的。但是，在实施方式3所涉及的光半导体装置100中，如图7所示，构成为根据光行进方向Dr的位置，除了n型第二埋入层8的厚度D8之外，电流狭窄窗8a的开口宽度Wa也不同。
例如，如图7B所示，处于配置有λ/4相移6q的区域之上的电流狭窄窗8a与图7A所示的端面100fe附近等其他区域相比，开口宽度Wa宽，且n型第二埋入层8的厚度D8薄。由此，如根据实施方式1的(1)式说明的那样，配置有λ/4相移6q的光行进方向Dr上的中央附近，经由电流狭窄窗8a的电流的路径长度L变短，因此如图8所示，p包层电阻(电阻R)变低。并且，电流狭窄窗8a的宽度也变大，截面面积S变大，因此电阻R变得更低，而更容易注入电流。
即，在本实施方式3所涉及的半导体装置100中，除了得到与实施方式1中说明的效果相同的效果(图4说明的与光强度分布对应的p包层电阻分布调整所带来的载流子密度分布的均匀化)以外，通过同时改变电流狭窄窗8a的路径的长度L和截面面积S，能够进行p包层电阻的更宽范围、且更细微的控制。即，通过组合有利于范围扩大的厚度D8的调整、和有利于细微控制的开口宽度Wa的调整，能够容易地进行光行进方向Dr上的理想的电阻分布的调整。
此时，虽然可以将开口宽度Wa、厚度D8均设计成将配置有λ/4相移6q的区域作为顶点，分别单调减少和单调增加，但也可以以补偿厚度D8的阶梯状的变化的方式控制开口宽度Wa。例如，在图8(最下段)中，通过两个阶段的厚度D8，相对于光强度的变化，使λ/4相移6q区域的厚度D8q与其他区域的厚度D8e之比大幅变化。在该情况下，若在从中心朝向端面100fe的方向进行研究，则厚度D8急剧减少的部分中，由于厚度D8的变化，电阻非连续地减少。
因此，例如，在图8中的厚度D8急剧减少(从D8e向D8q的变化)的部分中，为了补偿由厚度D8变化引起的电阻的非连续的减少，也可以调整为使开口宽度Wa非连续地增大。而且，对于相同的厚度D8持续的区域，也可以使开口宽度Wa无级地变化。由此，即使不强制扩大最大开口宽度Waq和最小开口宽度Wae之比，也能够形成宽的电阻范围。当然，在该情况下，厚度D8的调整也不局限于两个阶段，也可以为3个阶段以上。
而且，这样的特性能够通过基于半导体光刻以及结晶生长进行的元件尺寸设计的电阻调整来实现，因此能够控制良好地制造，并且也不需要运转时的复杂的动作控制。
此外，在上述各实施方式中，说明了使用n型InP基板1的光半导体装置100以及其制造方法，但也可以为使用p型InP基板使各半导体层的导电型相反的构造。因此，能够将在本申请中说明的p型以及n型的导电型中的一方称为第一导电型，将另一方称为第二导电型。即，第二导电型是与第一导电型相反的导电型，若第一导电型为p型则第二导电型为n型，若第一导电型为n型则第二导电型为p型。因此，不特定导电型以及材料，例如作为n型InP基板1进行说明的部件能够读作第一导电型基板，作为n型包覆层2进行说明的部件能够读作第一导电型包覆层，作为p型第一包覆层4进行说明的部件能够读作第二导电型第一包覆层，作为p型第二包覆层9进行说明的部件能够读作第二导电型第二包覆层。
并且，本申请记载有各种例示的实施方式以及实施例，但一个、或多个实施方式所记载的各种特征、形态以及功能并不限定于特定的实施方式的应用，可以单独、或以各种组合的方式应用于实施方式。因此，在本申请说明书中公开的技术的范围内可以想到未例示的无数的变形例。例如，包含对至少一个构成要素进行变形的情况、追加的情况或省略的情况，还包含提取至少一个构成要素与其他实施方式的构成要素组合的情况。
如以上这样，根据各实施方式所涉及的光半导体装置100，具备：脊状条带5，其在第一导电型基板(例如，n型InP基板1)的表面依次层叠第一导电型包覆层(n型包覆层2)、活性层3、和导电型与第一导电型相反的第二导电型第一包覆层(p型第一包覆层4)而成；第一埋入层7，其以使脊状条带5的顶部(层叠方向的最末端)露出的方式，分别埋入脊状条带5的(与光行进方向Dr以及层叠方向垂直的方向上的)两侧；第一导电型第二埋入层(n型第二埋入层8)，其覆盖各个第一埋入层7，并且具有朝向脊状条带5的顶部伸出的部分在顶部上隔开间隔(开口宽度Wa)地对置的电流狭窄窗8a；第二导电型第二包覆层(p型第二包覆层9)，其将n型第二埋入层8与电流狭窄窗8a一起埋入；以及衍射光栅6，其形成于n型包覆层2或p型第一包覆层4内，在光行进方向Dr上的中间部分配置有λ/4相移6q，该半导体装置100构成为电流狭窄窗8a的与光行进方向Dr垂直的截面形状(开口宽度Wa、厚度D8、或它们的组合)根据光行进方向Dr上的位置而变化，经由电流狭窄窗8a的从p型第二包覆层9向p型第一包覆层4的电流路径的电阻R在光行进方向Dr上的配置有λ/4相移6q的区域中最小，因此能够容易地得到不需要复杂的动作控制，降低载流子密度的偏差，而可以进行稳定的动作的光半导体装置。
特别是在实施方式1中说明的那样，若构成为电流狭窄窗8a的开口宽度Wa在光行进方向Dr上的配置有λ/4相移6q的区域中成为最大，则通过与光强度的分布对应的细微的控制，能够抑制载流子密度的偏差。
或者，如实施方式2或3中说明的那样，若构成为n型第二埋入层8的朝向脊状条带5的顶部伸出的部分的厚度D8在光行进方向Dr上的配置有λ/4相移6q的区域中最小，则即使在光强度的最大值与最小值之比大的情况下，也能够对其进行补偿，来抑制载流子密度的偏差。
另外，若构成为光行进方向Dr上的配置有λ/4相移6q的区域的电流路径的电阻R相对于其他区域的电流路径的电阻R处在5/12～10/12倍(2.4和1.2各自的倒数)的范围内，则能够使绝大多数规格的光半导体装置100最佳化。
另外，如以上这样，根据各实施方式所涉及的光半导体装置100的制造方法，具有：在第一导电型基板(例如，n型InP基板1)的表面依次层叠第一导电型包覆层(n型包覆层2)、活性层3、和导电型与第一导电型相反的第二导电型第一包覆层(p型第一包覆层4)而形成层叠构造体的工序；将层叠构造体的两侧蚀刻至比活性层3接近n型InP基板1的位置为止，而形成脊状条带5的工序；以使脊状条带5的顶部露出的方式，用掺杂了半绝缘性材料的埋入材料将脊状条带5的两侧分别埋入，而形成第一埋入层7的工序；以具有从第一埋入层7朝向脊状条带5的顶部伸出而各伸出的部分隔开间隔(开口宽度Wa)地对置的电流狭窄窗8a的方式，用掩模(第一掩模24或第三掩模26)覆盖脊状条带5的顶部的除两端外的中间部分，而形成第一导电型第二埋入层(n型第二埋入层8)的工序；以及用第二导电型(p型)的材料形成将n型第二埋入层8与电流狭窄窗8a一起埋入的第二导电型第二包覆层(p型第二包覆层9)的工序，构成为在形成层叠构造体的工序中，在n型包覆层2或p型第一包覆层4内形成在光行进方向Dr上的中间部分配置有λ/4相移6q的衍射光栅6，在形成第一导电型第二埋入层的工序中，以满足在光行进方向Dr上的配置有λ/4相移6q的区域中，电流狭窄窗8a的开口宽度Wa最大，以及n型第二埋入层8的向脊状条带5的顶部伸出的部分的厚度D8最小这两者中的至少一个条件的方式，根据光行进方向Dr上的位置，变更掩模的宽度以及掩模的使用次数中的至少一方，因此能够容易地按照与光行进方向Dr对应的设计形成截面形状，容易地得到不需要复杂的动作控制，降低载流子密度的偏差，从而可进行稳定的动作的光半导体装置。
附图标记说明
1...n型InP基板(第一导电型基板)；2...n型包覆层(第一导电型包覆层)；3...活性层；4...p型第一包覆层(第二导电型第一包覆层)；5...脊状条带；6...衍射光栅；6q...λ/4相移；7...第一埋入层；8...n型第二埋入层(第一导电型第二埋入层)；8a...电流狭窄窗；9...p型第二包覆层(第二导电型第二包覆层)；10...电极；24...第一掩模(掩模)；25...第二掩模；26...第三掩模(掩模)；100...光半导体装置；100fe...端面；D8...厚度；Dr...光行进方向；R...电阻；Wa...开口宽度。

Claims (5)

1.一种光半导体装置，其特征在于，
具备：
脊状条带，其在第一导电型基板的表面依次层叠第一导电型包覆层、活性层、和导电型与第一导电型相反的第二导电型第一包覆层而成；
第一埋入层，其以使所述脊状条带的顶部露出的方式将所述脊状条带的两侧分别埋入；
第一导电型第二埋入层，其覆盖每个所述第一埋入层，并且具有朝向所述脊状条带的所述顶部伸出的部分在所述顶部之上隔开间隔地对置的电流狭窄窗；
第二导电型第二包覆层，其将所述第一导电型第二埋入层与所述电流狭窄窗一起埋入；以及
衍射光栅，其形成于所述第一导电型包覆层或所述第二导电型第一包覆层内，并在光行进方向上的中间部分配置有λ/4相移，
所述电流狭窄窗的与所述光行进方向垂直的截面形状根据所述光行进方向上的位置而变化，经由所述电流狭窄窗的从所述第二导电型第二包覆层向所述第二导电型第一包覆层的电流路径的电阻，在所述光行进方向上的配置有所述λ/4相移的区域最小。
2.根据权利要求1所述的光半导体装置，其特征在于，
所述电流狭窄窗的开口宽度在所述光行进方向上的配置有所述λ/4相移的区域最大。
3.根据权利要求1或2所述的光半导体装置，其特征在于，
所述第一导电型第二埋入层的朝向所述顶部伸出的部分的厚度，在所述光行进方向上的配置有所述λ/4相移的区域最小。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的光半导体装置，其特征在于，
所述光行进方向上的配置有所述λ/4相移的区域的所述电流路径的电阻，相对于其他区域的所述电流路径的电阻处于从5/12到10/12倍的范围内。
5.一种光半导体装置的制造方法，其特征在于，
具有：
在第一导电型基板的表面依次层叠第一导电型包覆层、活性层、和导电型与第一导电型相反的第二导电型第一包覆层而形成层叠构造体的工序；
将所述层叠构造体的两侧蚀刻至比所述活性层接近所述第一导电型基板的位置为止，而形成脊状条带的工序；
以使所述脊状条带的顶部露出的方式，用掺杂了半绝缘性材料的埋入材料将所述脊状条带的两侧分别埋入，而形成第一埋入层的工序；
以具有从所述第一埋入层朝向所述脊状条带的所述顶部伸出而每一个伸出的部分隔开间隔地对置的电流狭窄窗的方式，用掩模覆盖所述脊状条带的顶部的除两端之外的中间部分，而形成第一导电型第二埋入层的工序；以及
用第二导电型的材料，形成将所述第一导电型第二埋入层与所述电流狭窄窗一起埋入的第二导电型第二包覆层的工序，
在形成所述层叠构造体的工序中，在所述第一导电型包覆层或所述第二导电型第一包覆层内，形成在光行进方向上的中间部分配置有λ/4相移的衍射光栅，
在形成所述第一导电型第二埋入层的工序中，
以满足在所述光行进方向上的配置有所述λ/4相移的区域中，所述电流狭窄窗的开口宽度最大，以及所述第一导电型第二埋入层的所述伸出的部分的厚度最小这两者中的至少一个条件的方式，根据所述光行进方向上的位置，变更所述掩模的宽度、以及所述掩模的使用次数这两者中的至少一个。
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