JP2000286508A - 半導体装置の製造方法および半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 キャリア注入効率が向上し高温動作に適し製
造容易な半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供す
る。 【解決手段】 半導体レーザ１００は，光導波路１２０
を備えている。光導波路１２０は，下部クラッド層１３
０とコア層１４０と第１上部クラッド層１５０と第２上
部クラッド層１６０とが順次積層された構成となってい
る。かかる光導波路１２０では，第１上部クラッド層１
５０とコア層１４０とを含むチャネル部１２０ａが形成
されており，該チャネル部１２０ａの側方は，下部埋め
込み層１８０と上部埋め込み層１９０とにより埋め込ま
れている。コア層１４０は，下部クラッド層１３０側か
ら，ＩｎＧａＡｓＰからなる下部ＳＣＨ層１４１とホー
ル停止層１４３とＡｌＩｎＧａＡｓからなる活性層１４
５と電子停止層１４７とＩｎＧａＡｓＰからなる上部Ｓ
ＣＨ層１４９とが順次積層された構成となっている。か
かる半導体レーザ１００では，チャネル部１２０ａのＡ
ｌ組成比率が小さいために，チャネル部１２０ａ側面の
Ａｌ自然酸化膜の生成が抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，半導体装置の製造
方法および半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年，光通信技術や光エレクトロニクス
技術の発展に伴い，光源装置として用いられる半導体レ
ーザの開発が進められている。かかる状況において，一
般に光通信で使用される１．３μｍや１．５５μｍの波
長領域では，ＩｎＰ（インジウムリン）基板上に形成さ
れる半導体レーザが光源装置として用いられている。

【０００３】従来，ＩｎＰ基板上に形成される半導体レ
ーザでは，活性層にＩｎＧａＡｓＰ（インジウムガリウ
ムヒ素リン）／ＩｎＧａＡｓＰ−ＱＷ（Ｑｕａｎｔｕｍ
Ｗｅｌｌ；量子井戸）構造を採用した構成が一般的で
あった。ところが，かかる組成の活性層は，井戸層−バ
リア（障壁）層間での電子側のバンドオフセットが小さ
いため，特に高温での動作時に，活性層からの電子の溢
れ出しが生じキャリアの注入効率が低下しレーザ特性が
悪化するという問題が生じる。

【０００４】かかる問題は，”Ｃ．Ｅ．Ｚａｈ，Ｒ．
Ｂ．Ｂｈａｔ，Ｂ．Ｐａｔｈａｋ，Ｆ．Ｆａｖｉｒｅ，
Ｗ．Ｌｉｎ，Ｍ．Ｃ．Ｗａｎｇ，Ｎ．Ｃ．Ａｎｄｒｅａ
ｄａｋｉｓ，Ｄ．Ｍ．Ｈｗａｎｇ，Ｍ．Ａ．Ｋｏｚａ，
Ｔ．Ｐ．Ｌｅｅ・Ｚ．Ｗａｎｇ，Ｄ．Ｄａｒｂｙ，Ｄ．
Ｃ．Ｆｌａｎｄｅｒｓ ａｎｄ Ｊ．Ｊ．Ｈｓｉｅｈ著
「Ｈｉｇｈ−ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｕｎｃｏｏｌｅ
ｄ １．３μｍ ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＡｓ／Ｉ
ｎＰ ｓｔｒａｉｎｅｄ−ｌａｙｅｒ ｑｕａｎｔｕｍ
ｗｅｌｌ ｌａｓｅｒｓ ｆｏｒ ｓｕｂｓｃｒｉｂ
ｅｒ ｌｏｏｐａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ」ＩＥＥＥ Ｊ
ｏｕｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｏｒｏ
ｎ．，ｖｏｌ．３０，ｐｐ．５１１〜５２３，１９９
４”に開示された半導体レーザにおいて，一応の解決が
図られている。

【０００５】本文献の半導体レーザの活性層には，電子
側のバンドオフセットがＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓ
Ｐ−ＱＷ構造よりも大きいＡｌＧａＩｎＡｓ（アルミニ
ウムガリウムインジウムヒ素）／ＡｌＧａＩｎＡｓ−Ｑ
Ｗ構造が採用されている。本文献によれば，活性層をＡ
ｌＧａＩｎＡｓから形成するかかる構成により，活性層
からの電子の溢れ出しが抑制されて，高温状態における
レーザ特性の改善が実現される。

【０００６】しかし，上記文献の半導体レーザでは，Ｓ
ＣＨ層（Ｓｅｐａｒａｔｅ Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ
Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；光閉じ込め層）がＡ
ｌＧａＩｎＡｓから形成されるとともにクラッド層がＡ
ｌＩｎＡｓから形成されており，ＳＣＨ層及びクラッド
層でのＡｌ組成比率が大きい。したがって，上記文献の
半導体レーザの構成を埋め込み導波路型レーザに適用す
るには，埋め込み層の成長前にＡｌ自然酸化膜の生成防
止又は除去のための特別な処理が必要となる。

【０００７】かかる特別な処理としては，”Ｔａｗｅｅ
Ｔａｎｂｕｎ−Ｅｋ，Ｓ．Ｎ．Ｇ．Ｃｈｕ，Ｐ．Ｗ．
Ｗｉｓｋ，Ｒ．Ｐａｗｅｌｅｋ，ａｎｄ Ａ．Ｍ．Ｓｅ
ｒｇｅｎｔ著「Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｂ
ｕｒｉｅｄ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ １．５
５μｍ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ＡｌＧａＩｎＡｓ／Ｉ
ｎＰ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ
Ｌａｓｅｒｓ Ｇｒｏｗｎ Ｅｎｔｉｒｅｌｙ ＭＯＶ
ＰＥ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ」１０ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａ
ｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｉｎｄｉ
ｕｍ Ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ
Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｐｐ７０２，１９９８”におい
て，ＮＨ_４Ｓ（硫化アンモニウム）等による前処理が開
示されている。

【０００８】本文献記載の前処理では，メサエッチング
終了後に，ウェハをＮＨ_４Ｓ溶液中に浸しメサストライ
プ側面にＳ（硫黄）からなる酸化防止膜を形成し，埋め
込み層の成長前に，該ウェハを高温処理してメサストラ
イプ側面の該酸化防止膜を除去する。しかし，かかる前
処理は，長時間（１時間程度）ウェハをＮＨ_４Ｓ溶液に
浸す必要があるために，工業性・実用性に乏しい。さら
に，埋め込み層成長前にウェハの高温処理が必要である
ために，処理工程数の増加による製造コストの上昇を招
く。

【０００９】そこで，従来，活性層がＡｌＧａＩｎＡｓ
からなる半導体レーザでは，Ａｌ自然酸化膜の生成が問
題とならない，リッジ導波路型レーザが主流となってい
る。しかし，リッジ導波路型レーザは，レーザ発振のし
きい値電流が比較的大きく放熱性が悪く，又ジャンクシ
ョンダウンでの組立が難しいという問題がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように，
従来の半導体装置及びその製造方法では，高温動作の適
性を確保すると製造容易性及び動作信頼性の維持が困難
であった。本発明は，従来の半導体装置の製造方法およ
び半導体装置が有する上記その他の問題点に鑑みてなさ
れたものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に，請求項１に記載の発明は，光導波路を備える半導体
装置の製造方法において，下部クラッド層を形成する第
１工程と，非アルミニウム化合物からなる第１光導波層
及び第２光導波層とＡｌＧａＩｎＡｓ系の材料からなり
第１光導波層と第２光導波層との間に介在する活性層と
を含むコア層を，下部クラッド層上に積層する第２工程
と，コア層上に上部クラッド層を積層し，下部クラッド
層とコア層と上部クラッド層とを含む層構造を形成する
第３工程と，層構造に上部クラッド層側から少なくとも
活性層を貫通するメサエッチングを施して少なくとも上
部クラッド層と活性層とを含む光導波路のチャネル部を
形成する第４工程と，チャネル部の側部に埋め込み層を
形成する第５工程とを含む構成を採用する。

【００１２】ここで，埋め込み層は，埋め込み型光導波
路においてチャネル部を構成するコア層での幅方向の光
波閉じ込め効果を向上させるものであり，一般にコア層
よりも低屈折率の材料から形成される。また，チャネル
部は，光導波路において光波の伝搬経路を形成するため
の部分である。さらに，光導波層（第１光導波層及び第
２光導波層）は，活性層で発生・増幅した光波が伝搬可
能でありコア層での高さ方向の光波閉じ込め効果を向上
させるものである。尚，光導波層には，例えば，活性層
とクラッド層との間で屈折率構造を形成する活性層より
屈折率が小さくクラッド層より屈折率が大きい層である
ＳＣＨ層（光閉じ込め層）がある。

【００１３】かかる構成を有する請求項１に記載の発明
によれば，活性層をＡｌＧａＩｎＡｓ系の材料から形成
するとともに第１光導波層及び第２光導波層を設けるこ
とにより，高温動作時等における活性層へのキャリア注
入効率とコア層への光波閉じ込め効果との向上が図られ
た半導体装置において，第１光導波層と第２光導波層と
が非アルミニウム化合物から形成される。したがって，
請求項１に記載の発明によれば，チャネル部に含まれる
Ａｌ組成比率が低減し，埋め込み層の形成前のチャネル
部側面について，Ａｌ自然酸化膜の生成を抑制すること
ができる。

【００１４】尚，かかる構成を有する請求項１に記載の
発明では，埋め込み層を利用してチャネル部への電流狭
窄構造を形成することにより，活性層へのキャリア注入
効率の一層の向上を図ることができる。かかる電流狭窄
構造は，例えば，埋め込み層内にサイリスタ構造や光導
波路への印加電圧が逆方向バイアスとなるダイオード構
造を形成したり，或いは埋め込み層を一部に含むサイリ
スタ構造を形成する等により実現することができる。

【００１５】また，請求項２に記載の発明は，第１工程
は，活性層と第１光導波層又は第２光導波層の少なくと
も一方との間に介在し電子又はホールのいずれかに対し
て移動障壁となるキャリア停止層を形成する第６工程を
含む構成を採用する。かかる構成を有する請求項２に記
載の発明によれば，活性層から光導波層へのキャリア
（電子又はホール）の溢れ出しが抑制されて，活性層へ
のキャリア注入効率の一層の向上が可能となる。

【００１６】また，請求項３に記載の発明によれば，第
１導電型の半導体からなる下部クラッド層と上部クラッ
ド層上に積層されたコア層と第２導電型の半導体からな
りコア層上に積層された第１上部クラッド層とを有する
光導波路を備える半導体装置において，ＡｌＧａＩｎＡ
ｓ系の材料からなりコア層に含まれる活性層と，非アル
ミニウム化合物からなりコア層において第１上部クラッ
ド層又は下部クラッド層の少なくとも一方と活性層との
間に介在する光導波層と，少なくとも第１上部クラッド
層とコア層とを含む光導波路のチャネル部と，第２導電
型の半導体からなりチャネル部の側部に形成される下部
埋め込み層と，第１導電型の半導体からなりチャネル部
の側部において下部埋め込み層上に積層される上部埋め
込み層と，第２導電型の半導体からなり上部埋め込み層
上及びチャネル部上に積層される第２上部クラッド層
と，を備える構成が採用される。

【００１７】かかる構成を有する請求項３に記載の発明
では，チャネル部に含まれるＡｌ組成比率を低減するこ
とにより，チャネル部側面にＡｌ自然酸化膜が生成しづ
らい半導体装置を提供することができる。したがって，
チャネル部側面に生成した酸化アルミニウムによる弊害
を抑制することができる。

【００１８】さらに，請求項３に記載の発明では，チャ
ネル下方に位置する第１導電型の下部クラッド層とチャ
ネル側部に位置する第２導電型の下部埋め込み層及び第
１導電型の上部クラッド層とチャネル上方に位置する第
２上部クラッド層とから，サイリスタ構造が形成され
る。したがって，請求項３に記載の発明によれば，チャ
ネル部への電流狭窄構造が実現されてチャネル部への電
流注入効率が向上し，半導体装置の発光特性・増幅特性
・レーザ特性が向上する。

【００１９】また，請求項４に記載の発明は，光導波層
を組成する非アルミニウム化合物がＩｎＧａＡｓＰであ
る構成を採用する。ＩｎＧａＡｓＰは，上記従来の半導
体装置において光導波層に相当するＳＣＨ層に用いられ
ていたＡｌＧａＩｎＡｓよりも光吸収係数が小さい。し
たがって，請求項４に記載の発明によれば，光導波層で
の吸収による光損失が低減され，活性層で発生・増幅し
た光を効率的に装置外部に取り出すことができる。

【００２０】ここで，ＩｎＧａＡｓＰとＡｌＧａＩｎＡ
ｓ系の物質とでは，ＩｎＧａＡｓＰの方が伝導帯上端の
エネルギが小さく，また荷電子帯下端のエネルギ差が小
さい。したがって，請求項４に記載の発明においては，
活性層内に捕らえられなかった電子が室温動作等の高温
状態での動作時にバンドオフセットの効果で光導波層に
到達し易く，又活性層内に捕らえられなかったホールが
荷電子帯のエネルギ差を越えて光導波層に到達し易い。
この様な活性層からのキャリアの漏洩は，キャリアの注
入効率の低下による発光・増幅特性の劣化を生じさせ
る。

【００２１】そこで，コア層には，例えば，請求項５に
記載の発明のように，更に活性層と光導波層との間に介
在し電子又はホールのいずれかに対して移動障壁となる
キャリア停止層を含む構成を採用することが好適であ
る。かかる構成を有する請求項５に記載の発明において
は，活性層と光導波層との間での電子又はホールの移動
をキャリア停止層が抑制する。したがって，特に高温動
作時に問題となる活性層から光導波層へのホールのオー
バーフロウを抑制したり，活性層から光導波層への電子
の流れを断ち切ることができる。即ち，請求項５に記載
の発明によれば，注入キャリアが活性層を突き抜ける或
いは活性層から溢れ出す確率が減少し，発光・増幅特性
の向上と高温動作での劣化防止とを図ることが可能とな
る。

【００２２】尚，ホールのオーバーフロウを抑制するキ
ャリア停止層には，ＩｎＧａＡｓＰからなる光導波層よ
りも荷電子帯上端のエネルギが低い電位障壁層，例えば
ｎ−ＩｎＰからなる層などを適用することができる。ま
た，電子の溢れ出しを抑制するキャリア停止層には，Ａ
ｌＧａＩｎＡｓからなる活性層よりも伝導体下端のエネ
ルギが高い電位障壁層，例えばｐ−ＡｌＩｎＡｓからな
る層などを適用することができる。

【００２３】以上説明した各請求項に記載の発明の構成
は，特に，請求項６に記載の発明のように，活性層が量
子井戸型の活性層である構成において，大きな効果を発
揮する。量子井戸構造は，材料本来の特性とは異なる電
子物性を人為的に設計・変更可能であり，光学装置の特
性改善に有効な微細構造である。かかる量子井戸構造の
活性層は，単一量子井戸（Ｓｉｎｇｌｅ Ｑｕｗａｎｔ
ｕｍ Ｗｅｌｌ；以下，「ＳＱＷ」という。）構造でも
多重量子井戸（Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ Ｑｕｗａｎ
ｔｕｍ Ｗｅｌｌ；以下，「ＭＱＷ」という。）構造で
も非常に薄いため，光波閉じ込め効果が弱い。

【００２４】したがって，量子井戸型の活性層を持つ半
導体装置では，しばしば，ＳＣＨ層を設けることによっ
て，屈折率構造による光波閉じ込めの向上が図られる。
そこで，上記請求項１〜５に記載の発明において光導波
層としてＳＣＨ層を適用することにより，コア層での光
の吸収の低減と活性層へのキャリアの注入効率の向上と
が図られ高温動作に適した高性能の半導体レーザや光増
幅器を提供することが可能となる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下，本発明の好適な実施の形態
について，本発明を適用可能な半導体レーザの製造方法
及び半導体レーザを例示して，添付図面を参照しながら
詳細に説明する。尚，以下の説明及び添付図面において
は，同一の機能及び構成を有する構成要素については，
同一符号を付することにより重複説明を省略する。

【００２６】まず，図１及び図２を参照しながら，本実
施の形態にかかる半導体レーザ１００の構成について説
明する。ここで，図１は，半導体レーザ１００の概略構
成を示す見取図である。また，図２は，半導体レーザ１
００のバンド構造についての説明図である。

【００２７】図１に示すように，本実施の形態にかかる
半導体レーザ１００は，ｎ−ＩｎＰからなる基板１１０
上に形成された例えば約１．３μｍの発振波長を持つワ
ンチップ状のレーザ素子である。かかる半導体レーザ１
００は，ＳＣＨ構造（Ｓｅｐａｒａｔｅ Ｃｏｎｆｉｎ
ｅｍｅｎｔ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；分離閉
じ込めヘテロ構造）により光波閉じ込め効果の向上が図
られたＢＨ構造（Ｂｕｒｒｉｅｄ−Ｈｅｔｅｒｏ ｓｔ
ｒｕｃｔｕｒｅ：埋め込みヘテロ）の光導波路１２０を
備えている。

【００２８】半導体レーザ１００において，光導波路１
２０は，下部クラッド層１３０とコア層１４０と第１上
部クラッド層１５０と第２上部クラッド層１６０とを順
次積層することにより形成されている。本実施の形態に
おいて，かかる光導波路１２０には，下部クラッド層１
３０とコア層１４０と第１上部クラッド層１５０とから
メサストライプ構造のチャネル部１２０ａが形成されて
いる。

【００２９】さらに，半導体レーザ１００では，チャネ
ル部１２０ａの両側が第１埋め込み層１８０と第２埋め
込み層１９０とにより埋め込まれており，光導波路１２
０における幅方向の光波閉じ込め効果の向上及び安定な
モード特性が実現されている。さらにまた，チャネル部
１２０ａの最上面（第１上部クラッド層１５０上面）と
第２埋め込み層１９０上面とは，略同一の平面を成して
おり，該平面上に第２上部クラッド層１６０が形成され
ている。

【００３０】以上説明した概略構成を有する半導体レー
ザ１００では，下部クラッド層１３０がｎ−ＩｎＰから
形成されており，第１上部クラッド層１５０及び第２上
部クラッド層１６０がｐ−ＩｎＰから形成されている。
また，下部埋め込み層１８０がｐ−ＩｎＰから形成され
ており，上部埋め込み層１９０がｎ−ＩｎＰから形成さ
れている。

【００３１】即ち，半導体レーザ１００では，下部埋め
込み層１８０が下部クラッド層１３０と逆極性の半導体
から形成されており，上部埋め込み層１９０が下部埋め
込み層１８０と逆極性の半導体から形成されており，第
２上部クラッド層１６０が上部埋め込み層１５０と逆極
性の半導体から形成されている。したがって，チャネル
部１２０ａ側方には，下部クラッド層１３０と下部埋め
込み層１８０と上部埋め込み層１９０と第２上部クラッ
ド層１６０とから成るサイリスタ構造が形成される。結
果として，本実施の形態に係る半導体レーザ１００で
は，チャネル部１２０ａ側部での電流パスの形成が防止
されて，コア層１４０への集中的な電流注入が可能とな
る。

【００３２】また，半導体レーザ１００において，コア
層１４０は，下部クラッド層１３０側から上部クラッド
層１５０側へ向かって，下部ＳＣＨ層１４１とホール停
止層１４３と活性層１４５と電子停止層１４７と上部Ｓ
ＣＨ層１４９とを順次積層することにより構成されてい
る。図２に示すように，かかるコア層１４０において，
活性層１４５は，ホール停止層１４３側から電子停止層
１４７側に向かって，バリア層１４５ａと井戸層１４５
ｂとバリア層１４５ｃとを順次積層するＳＱＷ（単一量
子井戸）構造となっている。

【００３３】活性層１４５において，井戸層１４５ｂ
は，例えば約１．４μｍのバンドギャップ波長を持つＡ
ｌＧａＩｎＡｓから，量子論レベルの厚さ（非常に薄
い）に形成されている。一方，バリア層１４５ａ及びバ
リア層１４５ｃは，例えば約１．０μｍのバンドギャッ
プ波長を持つＡｌＧａＩｎＡｓから，量子論レベルの厚
さに形成されている。

【００３４】また，光導波層に相当する下部ＳＣＨ層１
４１は，例えば１．２〜１．０μｍのバンドギャップ波
長を持つＩｎＧａＡｓＰから，下部クラッド層１３０よ
りも大きな屈折率を持つように形成されている。さら
に，光導波層に相当する上部ＳＣＨ層１４９は，例えば
１．２〜１．０μｍのバンドギャップ波長を持つＩｎＧ
ａＡｓＰから，上部クラッド層１５０よりも大きな屈折
率を持つように形成されている。

【００３５】光導波路１２０には，活性層１４５で発生
・増幅した光が下部クラッド層１３０と下部ＳＣＨ層１
４１との境界及び上部クラッド層１５０と上部ＳＣＨ層
１４９との境界で全反射を起こす屈折率構造（ＳＣＨ構
造）が形成される。光導波路１２０においては，かかる
構成によって，積層方向におけるコア層１４０への光波
閉じ込め効果が向上し，伝搬損失の低減が図られる。

【００３６】さらに，本実施の形態において，下部ＳＣ
Ｈ層１４１及び上部ＳＣＨ層１４９は，ＡｌＧａＩｎＡ
ｓよりも光吸収係数の小さいＩｎＧａＡｓＰから形成さ
れている。したがって，本実施の形態にかかる半導体レ
ーザ１００においては，コア層１４０での吸収による光
損失が低減される。

【００３７】尚，半導体レーザ１００において，バリア
層１４５ａと下部ＳＣＨ層１４１とのバンドオフセット
の関係は，エネルギ的にみると，電子側（伝導帯下端）
で例えば１８０ｍｅＶ程度下部ＳＣＨ層１４１の方が小
さく，ホール側（価電子帯上端）で例えば７０ｍｅＶ程
度バリア層１４５ａの方が小さい。同様に，バリア層１
４５ｃと上部ＳＣＨ層１４９とのバンドオフセットの関
係は，エネルギ的にみると，電子側で例えば１８０ｍｅ
Ｖ程度上部ＳＣＨ層１４９の方が小さく，ホール側では
例えば７０ｍｅＶ程度バリア層１４５ｃの方が小さい。

【００３８】さらに，ホール停止層１４３は，ｎ−Ｉｎ
Ｐから形成されており，ＩｎＧａＡｓＰからなる下部ク
ラッド層１４１よりも価電子帯上端が低エネルギ側にあ
るバンド構造を持つ。かかるホール停止層１４３は，ホ
ールがトンネリングを起こさないように，例えば１００
オングストローム以上の膜厚で形成されている。また，
電子停止層１４７は，ｐ−ＡｌＩｎＡｓから形成されて
おり，ＡｌＧａＡｓＰからなるバリア層１４５ｃよりも
伝導帯下端が高エネルギ側にあるバンド構造を持つ。か
かる電子停止層１４７は，電子がトンネリングを起こさ
ないように，例えば１００オングストローム以上の膜厚
で形成されている。本実施の形態においては，かかるホ
ール停止層１４３と電子停止層１４７とによって，活性
層１４５内のキャリア（電子及びホール）が活性層１４
５から漏洩する確率の低減が図られている。

【００３９】再び図１に示すように，本実施の形態にか
かる半導体レーザ１００には，更に，ｎ型電極１０５と
コンタクト層１７０とｐ型電極１７５とが設けられてい
る。ｎ側電極１０５は，基板１１０の裏面を覆うように
設置されている。コンタクト層１７０は，第２上部クラ
ッド層１６０表面に積層されるようにｐ^＋−ＩｎＧａＡ
ｓから形成されている。さらに，ｐ側電極１７５は，コ
ンタクト層１７０表面を覆うように設置される。

【００４０】以上説明した構成を有する半導体レーザ１
００は，本実施の形態にかかる半導体レーザの一例にす
ぎない。例えば，半導体レーザ１００の発振波長は，例
として約１．３μｍとしてあるが，本実施の形態は，他
の様々な発振波長，例えば１．５μｍ等の半導体レーザ
に対しても適用可能である。

【００４１】さらに，半導体レーザ１００の活性層１４
５は，繰り返し数が１のＳＱＷ構造であるが，本実施の
形態は，他の様々な構造，例えば繰り返し数が２以上の
ＭＱＷ構造或いは歪みＱＷ構造やバルク構造等の活性層
を持つ半導体レーザに対しても適用可能である。さらに
また，半導体レーザ１００のＳＣＨ層（下部ＳＣＨ層１
４１及び上部ＳＣＨ層１４９）は，バンドギャップ波長
が例として１．２〜１．０μｍとしてあるが，本実施の
形態は，他の様々なバンドギャップ波長を持つＳＣＨ層
を有する半導体レーザに対しても適用することができ
る。

【００４２】次に，本実施の形態にかかる半導体レーザ
１００の製造方法について，図３〜図７を参照しながら
説明する。尚，図３〜図７は，半導体レーザ１００の各
製造工程についての説明図である。

【００４３】ここで説明する半導体レーザ１００の製造
方法では，最初に，図３に示す積層工程が行われる。か
かる積層工程においては，ＭＯＶＰＥ（Ｍｅｔａｌ−Ｏ
ｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘ
ｙ；有機金属気相エピタキシ）法による結晶成長を用い
て，各層を順次形成する。

【００４４】即ち，積層工程では，まず，ｎ−ＩｎＰか
らなる基板１１０表面にｎ−ＩｎＰを結晶成長させて，
下部クラッド層１３０を形成する。さらに，下部クラッ
ド層１３０表面に，ＩｎＧａＡｓＰ（下部ＳＣＨ層１４
１）とｎ−ＩｎＰ（ホール停止層１４３）とＡｌＧａＩ
ｎＡｓ（活性層１４５）とｐ−ＡｌＩｎＡｓ（電子停止
層１４７）とＩｎＧａＡｓＰ（上部ＳＣＨ層１４９）と
を順次結晶成長させて，コア層１４０を形成する。さら
にまた，コア層１４０表面に，ｐ−ＩｎＰを結晶成長さ
せて，第１の上部クラッド層１５０を形成する。

【００４５】尚，本実施の形態においては，ＭＯＶＰＥ
法以外に，例えば，ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅ
ａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ；分子線エピタキシ）法やＣＢＥ
（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ；ケミ
カルビームエピタキシ）法等を用いることもできる。

【００４６】半導体レーザ１００の製造方法では，次い
で，図４に示すエッチングマスク形成工程が行われる。
かかるエッチングマスク形成工程では，第１上部クラッ
ド層１５０表面に，例えばＳｉＯ_２（二酸化珪素）又は
ＳｉＮ（窒化珪素）等の誘電体膜からなる幅２〜５μｍ
のストライプ状のエッチングマスク２００が形成され
る。図４において，かかるエッチングマスク２００は，
紙面に垂直な方向にストライプ状に延伸している。

【００４７】次いで，図５に示すチャネル部形成工程が
行われる。本工程では，エッチングマスク２００を用い
たドライエッチング又はウェットエッチングによって，
第１上部クラッド層１５０表面から下部クラッド層１３
０にまで達する深さのメサエッチングを行う。結果とし
て，本工程では，第１上部クラッド層１５０とコア層１
４０と下部クラッド層１３０とからなるチャネル部１２
０ａが形成される。

【００４８】ここで，チャネル部１２０ａ側方のエッチ
ング溝内では，チャネル部１２０ａ側面及びエッチング
溝底面に，下部クラッド層１３０とコア層１４０と第１
の上部クラッド層１５０とが露出する。しかし，本実施
の形態においては，上述のように，下部クラッド層１３
０はｐ−ＩｎＰから形成されており，第１の上部クラッ
ド層１５０はｎ−ＩｎＰから形成されている。また，下
部ＳＣＨ層１４１と上部ＳＣＨ層１４９とは，ＩｎＧａ
ＡｓＰから形成されている。即ち，下部クラッド層１３
０とコア層１４０と第１の上部クラッド層１５０とは，
Ａｌの組成比率が極めて小さい。結果として，本実施の
形態によれば，エッチング溝内の露出部分におけるＡｌ
自然酸化膜の生成が抑制される。

【００４９】次いで，図６に示す埋め込み成長工程が行
われる。本工程では，まず，チャネル部１２０ａ上に残
っているエッチングマスク２００（図４及び図５）を除
去する。次に，ウェハに，例えばＨＦによる前処理を施
す。次に，チャネル部１２０ａの側部の溝部分に，下部
クラッド層１３０と逆極性でコア層よりも小さな屈折率
を持つ半導体材料であるｐ−ＩｎＰを成長させて下部埋
め込み層１８０を形成する。次に，下部埋め込み層１８
０上に，下部埋め込み層１８０と逆極性の半導体材料で
あるｎ−ＩｎＰを成長させて上部埋め込み層１９０を形
成し，ウェハ表面を平坦化する。

【００５０】次いで，図７に示す第２上部クラッド層１
６０及びコンタクト層１７０の形成工程と電極形成工程
とが行われる。第２上部クラッド層１６０及びコンタク
ト層１７０の形成工程では，まず，平坦化されたウェハ
全体に，例えばＭＯＶＰＥ法により上部埋め込み層１９
０と逆極性の半導体材料であるｐ−ＩｎＰを成長させ
て，第２上部クラッド層１６０を形成する。次に，第２
上部クラッド層１６０上に，例えばＭＯＶＰＥ法により
ｐ^＋−ＩｎＧａＡｓを成長させて，コンタクト層１７０
を形成する。電極形成工程では，コンタクト層１７０上
部にｐ型電極１７５を形成し，基板１１０の裏面研磨後
に，該裏面にｎ型電極１０５を形成する。

【００５１】次に，本実施の形態にかかる半導体レーザ
１００の動作時における電流注入について，図１及び図
２を参照しながら説明する。まず，半導体レーザ１００
においては，活性層１４５内で形成されたレーザ光は，
コア層１４０内に閉じ込められて伝搬し，半導体レーザ
１００外部に出力される。

【００５２】図１に示すように，かかる半導体レーザ１
００の動作時には，半導体レーザ１００外部から，電極
パッド１７０及びｐ型電極１７５とｎ型電極１０５とを
介して光導波路１２０に順方向バイアス電圧が印加さ
れ，活性層１４５への電流注入が行われる。半導体レー
ザ１００において，かかる活性層１４５への電流注入
は，チャネル部１２０ａ側方に電流狭窄構造であるサイ
リスタ構造が形成されているために，チャネル部１２０
ａに対してのみ行われる。

【００５３】図２に示すように，活性層１４５への電流
注入は，下部クラッド層１３０側から活性層１４５への
電子の注入及び第１上部クラッド層１５０側から活性層
１４５へのホールの注入という形で行われる。

【００５４】下部クラッド層１３０側から注入される電
子は，下部ＳＣＨ層１４１とホール停止層１４３とを介
して，活性層１４５に流れ込む。かかる電子は，活性層
１４５と電子停止層１４７との境界に形成される電位障
壁によって，上部ＳＣＨ層１４９への移動を阻止され
る。したがって，光導波路１２０内では，例えば室温
（高温状態）での動作等電子が高いエネルギを持つ場合
でも，活性層１４５から上部ＳＣＨ層１４９への電子の
漏洩が抑制される。

【００５５】また，上部クラッド層１５０側から注入さ
れるホールは，上部ＳＣＨ層１４９と電子停止層１４７
とを介して，活性層１４５に流れ込む。かかるホール
は，活性層とホール停止層１４３との境界に形成される
電位障壁によって，下部ＳＣＨ層１４１への移動を阻止
される。したがって，光導波路１２０内では，活性層１
４５から下部ＳＣＨ層１４１へのホールのオーバーフロ
ウが抑制される。

【００５６】以上から，本実施の形態にかかる半導体レ
ーザ１００では，活性層１４５へのキャリア注入が効率
的に行われることがわかる。

【００５７】以上説明したように本実施の形態によれ
ば，ＳＣＨ層にＩｎＧａＡｓＰを用いることで，特に埋
め込み型光導波路で問題となるチャネル部形成後のチャ
ネル部側面でのＡｌ自然酸化膜の生成が抑制される。し
たがって，埋め込み層成長前に，Ａｌ自然酸化膜の生成
防止又は除去のための特別な処理を実施する必要がな
い。即ち，本実施の形態によれば，Ａｌ系化合物を活性
層に含む半導体レーザにおいて，チャネル幅方向での光
波閉じ込め効果及びコア層への電流注入効率の向上を図
ることができる。

【００５８】また，本実施の形態によれば，ＳＣＨ層が
ＡｌＧａＩｎＡｓよりも吸収係数の小さなＩｎＧａＡｓ
Ｐから形成されているため，素子内での光損失を減少さ
せることができる。さらに，本実施の形態によれば，キ
ャリア停止層を活性層の両側に設けることにより，ＳＣ
Ｈ層へのキャリアの漏れを低減させることができる。し
たがって，本実施の形態によれば，例えば時間及び工程
数等の面で製造の効率化が可能な，低閾値かつ高温動作
の半導体レーザの提供が可能となる。

【００５９】以上，本発明に係る好適な実施の形態につ
いて説明したが，本発明はかかる構成に限定されない。
当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術思想
の範囲内において，各種の修正例及び変更例を想定しう
るものであり，それら修正例及び変更例についても本発
明の技術範囲に包含されるものと了解される。

【００６０】例えば，上記実施の形態においては，温度
調節機構を持たない半導体レーザを例に挙げたが，本発
明はかかる構成に限定されない。本発明は，温度調節機
構を備えた半導体レーザに対しても適用することができ
る。本発明を適用した半導体レーザは，温度上昇に対し
て発振効率が低下し難い。したがって，温度調節機構を
持たなくても正常な発振動作を確保できる。また，温度
調節機構を持つ場合には，温度調節機構を必要以上に作
動させる必要がなくなる。

【００６１】また，上記実施の形態においては，光導波
路内部で発光する半導体レーザを例に挙げたが，本発明
はかかる構成に限定されない。本発明は，他の様々な半
導体装置，例えば，面発光レーザ，スポットサイズ変換
器付きレーザ，ＤＢＲレーザ，ＤＦＢレーザ，或いは光
増幅器等を適用した半導体装置についても適用すること
ができる。

【００６２】さらにまた，上記実施の形態においては，
非アルミニウム化合物としてＩｎＧａＡｓＰを適用した
半導体装置を例に挙げて説明したが，本発明はかかる構
成に限定されない。本発明は，他の様々な非アルミニウ
ム化合物，例えばＩｎＧａＡｓやＩｎＧａＡｓＮ等を適
用した半導体装置に対しても適用することができる。

【００６３】

【発明の効果】本発明においては，高温動作に適したＡ
ｌＧａＩｎＡｓ系の材料を活性層に用いる。さらに，Ａ
ｌＧａＩｎＡｓ系の材料の吸収が大きいという欠点をカ
バーするために，光導波層には光損失の小さいＩｎＧａ
ＡｓＰを用いている。結果として，本発明によれば，装
置性能を劣化させずに高温状態での動作が可能な半導体
装置を提供することができる。

【００６４】さらに，本発明においては，バンドオフセ
ットの関係に起因したＡｌＧａＩｎＡｓ系材料からＩｎ
ＧａＡｓＰへのキャリアの移動を抑制するために，キャ
リア停止層を設けている。これにより，例えば高温状態
における熱エネルギによるキャリアオーバーフロウ等の
活性層からのキャリア漏洩の確率が低減され，活性層へ
のキャリア注入の効率化が図られる。結果として，本発
明によれば，活性層からのキャリアの漏れが抑制される
とともに，光損失の小さな良好なレーザ発振や光増幅等
の実現が可能となる。

【００６５】さらにまた，本発明によれば，チャネル部
周囲でのＡｌ自然酸化膜の生成が防止され，製造工程の
複雑化を招かずに，埋め込み型の光導波路を備える半導
体装置を提供することができる。したがって，高温動作
時の特性劣化が生じず，発振しきい値電流が低く，放熱
性に優れ，更にはジャンクションダウンでの組立が容易
な，半導体レーザを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用可能な半導体レーザの概略構成を
示す見取り図である。

【図２】図１に示す半導体レーザのバンド構造について
の説明図である。

【図３】図１に示す半導体レーザの製造方法についての
説明図である。

【図４】図１に示す半導体レーザの製造方法についての
他の説明図である。

【図５】図１に示す半導体レーザの製造方法についての
他の説明図である。

【図６】図１に示す半導体レーザの製造方法についての
他の説明図である。

【図７】図１に示す半導体レーザの製造方法についての
他の説明図である。

【符号の説明】

１００ 半導体レーザ １２０ 光導波路 １２０ａ チャネル部 １３０ 下部クラッド層 １４０ コア層 １４１ 下部ＳＣＨ層 １４３ ホール停止層 １４５ 活性層 １４７ 電子停止層 １４９ 上部ＳＣＨ層 １５０ 第１上部クラッド層 １６０ 第２上部クラッド層 １８０ 下部埋め込み層 １９０ 上部埋め込み層

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光導波路を備える半導体装置の製造方法
   であって：下部クラッド層を形成する，第１工程と；非
   アルミニウム化合物からなる第１光導波層及び第２光導
   波層とアルミニウムガリウムインジウムヒ素（ＡｌＧａ
   ＩｎＡｓ）系の材料からなり前記第１光導波層と前記第
   ２光導波層との間に介在する活性層とを含むコア層を，
   前記下部クラッド層上に積層する，第２工程と；前記コ
   ア層上に上部クラッド層を積層し，前記下部クラッド層
   と前記コア層と前記上部クラッド層とを含む層構造を形
   成する，第３工程と；前記層構造に前記上部クラッド層
   側から少なくとも前記活性層を貫通するメサエッチング
   を施して，少なくとも前記上部クラッド層と前記活性層
   とを含む前記光導波路のチャネル部を形成する，第４工
   程と；前記チャネル部の側部に埋め込み層を形成する，
   第５工程と；を含むことを特徴とする，半導体装置の製
   造方法。
2. 【請求項２】 前記第１工程は，前記活性層と前記第１
   光導波層又は前記第２光導波層の少なくとも一方との間
   に介在し電子又はホールのいずれかに対して移動障壁と
   なるキャリア停止層を形成する第６工程を含むことを特
   徴とする，請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 第１導電型の半導体からなる下部クラッ
   ド層と前記上部クラッド層上に積層されたコア層と第２
   導電型の半導体からなり前記コア層上に積層された第１
   上部クラッド層とを有する光導波路を備える半導体装置
   であって：アルミニウムガリウムインジウムヒ素系の材
   料からなり前記コア層に含まれる活性層と；非アルミニ
   ウム化合物からなり前記コア層において前記第１上部ク
   ラッド層又は前記下部クラッド層の少なくとも一方と前
   記活性層との間に介在する光導波層と；少なくとも前記
   第１上部クラッド層と前記活性層とを含む前記光導波路
   のチャネル部と；第２導電型の半導体からなり前記チャ
   ネル部の側部に形成される下部埋め込み層と；第１導電
   型の半導体からなり前記チャネル部の側部において前記
   下部埋め込み層上に積層される上部埋め込み層と，第２
   導電型の半導体からなり前記上部埋め込み層上及び前記
   チャネル部上に積層される第２上部クラッド層と；を備
   えることを特徴とする，半導体装置。
4. 【請求項４】 前記光導波層を組成する非アルミニウム
   化合物は，インジウムガリウムヒ素リン（ＩｎＧａＡｓ
   Ｐ）であることを特徴とする，請求項３に記載の半導体
   装置。
5. 【請求項５】 前記コア層は，更に，前記活性層と前記
   光導波層との間に介在し電子又はホールのいずれかに対
   して移動障壁となるキャリア停止層を含むことを特徴と
   する，請求項３又は４に記載の半導体装置。
6. 【請求項６】 前記活性層は，量子井戸型の活性層であ
   ることを特徴とする，請求項３，４又は５のいずれかに
   記載の半導体装置。