JP2002026461A - 光半導体装置とその製造方法および光半導体装置を備えた光装置モジュール、光通信装置 - Google Patents

光半導体装置とその製造方法および光半導体装置を備えた光装置モジュール、光通信装置

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JP2002026461A
JP2002026461A JP2000207462A JP2000207462A JP2002026461A JP 2002026461 A JP2002026461 A JP 2002026461A JP 2000207462 A JP2000207462 A JP 2000207462A JP 2000207462 A JP2000207462 A JP 2000207462A JP 2002026461 A JP2002026461 A JP 2002026461A
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optical
optical semiconductor
group
manufacturing
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Yasutaka Sakata
康隆 阪田
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    • H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer
    • H01S5/2272—Buried mesa structure ; Striped active layer grown by a mask induced selective growth

Abstract

(57)【要約】 【課題】 選択ＭＯＶＰＥ法によって作製されるＩｎＧ
ａＡｓＰ等のＶ族元素を２種類以上含む化合物半導体は
十分高い結晶品質を得る事が難しく、この化合物半導体
を主要構成要素とする半導体光デバイスの素子特性を十
分良好な物とすることができなかった。 【解決手段】 選択有機金属気相成長法によって結晶成
長された III−Ｖ族化合物半導体を構成要素とする光半
導体装置であって、Ｖ族元素を少なくとも２種類以上含
み、前記化合物半導体のＶ組成比が所望の値となるよう
非選択有機気相成長法とは異なるＶ族原料供給条件で形
成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光半導体装置とそ
の製造方法および光半導体装置を備えた光装置モジュー
ル、光通信装置に用いて好適な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザや半導体光変調器は、光フ
ァイバー通信システムを支える基幹デバイスであり、近
年急激に伸びている通信需要を賄うための技術進展に伴
い高性能化、高機能化、低コスト化が強く求められてい
る。たとえば、高速、超長距離伝送を行う必要のある基
幹幹線網には、分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ−Ｌ
Ｄ：distributed feedback laser diode）と外部光変調
器とが光信号の発生光源として重要な役割を果たしてい
る。特に最近では、この両者をモノリシックに集積する
事によって小型化、低消費電力化、低コスト化を行う事
が可能となってきている。
【０００３】この集積デバイスは、電界吸収型光変調器
集積ＤＦＢ−ＬＤ（ＤＦＢ／ＭＯＤ）と呼ばれ、選択有
機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Metal-organic vapor ph
aseepitaxy ）法による面内バンドギャップ制御技術を
駆使して作製されている。一方、光加入者系ではより一
層の低コスト化要求があり、光源となる半導体レーザを
温度調節器やレンズを用いずにモジュール化するため、
広温度範囲で動作しかつ半導体レーザ素子自体にレンズ
の機能を持たせたスポットサイズ変換レーザ（ＳＳＣ−
ＬＤ: Spot-size converter integrated laser diode）
がキーデバイスとなっている。このＳＳＣ−ＬＤの作製
にも選択ＭＯＶＰＥ法による面内バンドギャップ及び膜
厚制御技術が使われている。
【０００４】このように、半導体光デバイスの作製手段
として幅広く用いられている選択ＭＯＶＯＰＥ法の結晶
成長メカニズムや特徴についてはＴ．Ｓａｋａｋｉらに
よる１９９３年発行のジャーナル・オブ・クリスタル・
グロース誌、第１３２巻、４３５から４４４頁やＹ．
Ｓａｋａｔａらによる２０００年発行のジャーナル・オ
ブ・クリスタル・グロース誌、第２０８巻、１３０から
１３６頁に詳述されている。これらの文献にて述べられ
ている様に、選択ＭＯＶＰＥ法によってウエハ面内でバ
ンドギャップ波長や膜厚を変化させることができるメカ
ニズムは次の通りである。選択成長によって成長膜厚
（成長速度）が変化する理由には２つある。
【０００５】第１の理由は、選択成長を行うために半導
体基板表面に設けられた誘電体マスク上へ到達した III
族原料種は誘電体上には取り込まれない（結晶成長しな
い）ため、マスク上を表面マイグレーションし成長領域
へ到達する。その結果、マスク幅が大きくなるにつれマ
イグレーションする III族原料種が増加し、選択成長領
域の成長速度が増加する。またＩｎＧａＡｓＰのような
複数の III族元素を含む化合物半導体の場合、異なる I
II族原料種間でマイグレーション長や選択成長領域への
取り込み確率が異なるため、選択成長層の III族組成
（ＩｎＧａＡｓＰではＩｎとＧａの組成比）が変わるこ
とによりバンドギャップが変化する。
【０００６】第２の理由は、第１の理由と同様に誘電体
マスク上へ到達した III族原料種は誘電体上には取り込
まれない（結晶成長しない）ため、誘電体マスク上気相
中の原料濃度が高くなる一方、選択成長領域では結晶成
長し原料が消費されるため気相中の原料濃度が低くな
る。この結果気相中の基板と平行な横方向に原料濃度勾
配が発生することから気相拡散が生じ、誘電体マスク領
域から選択成長領域への原料流れ込みが発生する。この
拡散量は誘電体マスク幅が広いほど多くなるため、誘電
体マスク幅に応じて成長速度の増加が起こるとともに、
ＩｎＧａＡｓＰような複数の III族元素を含む化合物半
導体の場合、異なる III族原料種間で気相拡散長や選択
成長領域への取り込み確率が異なるため、選択成長層の
III族組成（ＩｎＧａＡｓＰではＩｎとＧａの組成比）
が変わることによりバンドギャップが変化する。
【０００７】従来は、誘電体マスク幅の変化に伴う選択
成長層の組成変化は III族組成のみでありＶ族組成は変
化しないとされていた。これはＭＯＶＰＥ法がＶ族原料
の付着係数が非常に小さくＶ族過剰供給状態で行う成長
法であるため、選択成長領域と誘電体マスク形成領域と
でＶ族原料の濃度勾配は発生しない、したがって誘電体
マスク領域から選択成長領域へのＶ族原料の流れ込みは
発生せずＶ族の組成変化は起こらないと考えられていた
ためである。
【０００８】しかし最近になって我々は、ＩｎＧａＡｓ
Ｐ選択成長層に対してミクロンスケールで評価可能なマ
イクロＸ線回折測定法から導き出される選択成長領域の
結晶格子定数と顕微フォトルミネッセンス測定法から求
まるバンドギャップ波長からIII族、Ｖ族の組成を求め
たところ、誘電体マスク幅に応じて III族組成のみなら
ずＶ族組成も変化している事を発見した。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】したがって、Ｖ族元素
を少なくとも２種類含む化合物半導体を選択ＭＯＶＰＥ
法によって作製する場合、 III族組成のみならずＶ族組
成も誘電体マスク幅に応じて変化するが、これまでは成
長条件を設定するに当たって、 III族組成変化のみを考
慮しＶ族組成変化を考慮していなかったために以下の様
な問題が生じていた。 Ｖ族元素を少なくとも２種類含む化合物半導体を選択
ＭＯＶＰＥ法によって作製する場合、所望の組成比の結
晶を実現する事が出来ない。 選択ＭＯＶＰＥ法によって作製されたＶ族元素を少な
くとも２種類含む化合物半導体を主要構成要素とする半
導体光デバイスの素子特性が劣化する。
【００１０】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、ＩｎＧａＡｓＰのようにＶ族元素を２種類以上含
む化合物半導体を選択ＭＯＶＰＥ法によって作製する場
合、Ｖ族組成を所望の値とする事でバンドギャップ波長
と格子定数の両方を設計値に一致させる手段を提供する
ことである。また、選択ＭＯＶＰＥ法によって作製され
たＩｎＧａＡｓＰのようなＶ族元素を２種類以上含む化
合物半導体を主要構成要素とする光半導体デバイスの素
子特性の向上を図ることを達成しようとするものであ
る。また、本発明の光半導体装置およびその製造方法の
目的は、選択ＭＯＶＰＥ成長によって形成される半導体
光デバイスの特性向上を図る手段を提供することにあ
る。すなわち、従来考慮されていなかったＶ族組成変動
を補正することにより、高品質な選択ＭＯＶＰＥ結晶を
実現する方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の光半導体装置
は、選択有機金属気相成長法によって結晶成長された I
II−Ｖ族化合物半導体を構成要素とする光半導体装置で
あって、Ｖ族元素を少なくとも２種類以上含み、前記化
合物半導体のＶ組成比が所望の値となるよう非選択有機
金属気相成長法とは異なるＶ族原料供給条件で形成され
ていることにより上記課題を解決した。ここで、本発明
の光半導体装置は、選択有機金属気相成長法によって結
晶成長された III−Ｖ族化合物半導体が光導波路構造で
あることが好ましい。本発明において、選択有機金属気
相成長法によって結晶成長された III−Ｖ族化合物半導
体が半導体レーザの活性層であることができる。本発明
において、選択有機金属気相成長法によって結晶成長さ
れた III−Ｖ族化合物半導体が半導体光変調器の光吸収
層であることを特徴とする。本発明において、選択有機
金属気相成長法によって結晶成長された III−Ｖ族化合
物半導体が半導体光検出器の光吸収層であることができ
る。本発明において、選択有機金属気相成長法によって
結晶成長された III−Ｖ族化合物半導体が半導体光合分
波器のコア層であることができる。本発明において、選
択有機金属気相成長法によって結晶成長された III−Ｖ
族化合物半導体が半導体光スイッチのコア層であること
ができる。本発明の光半導体装置は、選択有機金属気相
成長法によって結晶成長された III−Ｖ族化合物半導体
が構成要素である前記光半導体装置が少なくとも２種類
以上集積化されている手段を採用することができる。本
発明の光半導体装置の製造方法は、Ｖ族元素を２種類以
上含む III−Ｖ族化合物半導体を構成要素とする光半導
体の製造方法であって、前記製造方法が選択有機金属気
相成長法であり、その選択成長領域におけるＶ族組成が
所望の値となるようＶ族原料の供給量を非選択有機金属
気相成長条件から補正するにより上記課題を解決した。
本発明における光半導体装置の製造方法は、また、 III
族元素を２種類以上、Ｖ族元素を２種類以上含む III−
Ｖ族化合物半導体からなる光半導体装置の製造方法であ
って、前記製造方法が選択有機金属気相成長法であり、
その選択成長領域においてバンドギャップエネルギーお
よびＶ族組成が所望の値となるよう III族原料およびＶ
族原料両方の供給量を非選択有機金属気相成長条件から
補正することにより上記課題を解決した。本発明におい
て、前記選択有機気金属相拡散成長法が、半導体光導波
路を直接形成できる狭幅選択有機金属気相成長法である
ことができる。本発明において、有機金属気相成長条件
からの補正量を決定するに当たり、バンドギャップ波長
が一定となる条件で III族とＶ族の原料供給量を同時に
変化させ、バンドギャップ波長を決定するフォトルミネ
ッセンスのスペクトルピーク強度が最大となる補正量を
用いることができる。本発明において、有機金属気相成
長条件からの補正量を決定するに当たり、バンドギャッ
プ波長が一定となる条件で III族とＶ族の原料供給量を
同時に変化させ、バンドギャップ波長を決定するフォト
ルミネッセンスのスペクトル半値幅が最小となる補正量
を用いることができる本発明において、 III−Ｖ族化合
物半導体の構成元素が III族元素にはインジウム、ガリ
ウム、アルミニウム、タリウムのうち少なくとも１つを
含み、Ｖ族元素に燐、ヒ素、窒素、アンチモンのうち少
なくとも２つを含むことができる本発明において、 III
−Ｖ族化合物半導体が特にＩｎＧａＡｓＰであることが
できる本発明における光装置モジュールは、前記光半導
体装置あるいは製造方法によって製造された光半導体装
置と該光半導体装置からの出力光を外部に導波するため
の手段とこの導波手段に前記半導体装置からの出力光を
入力する機構と、上記半導体装置を駆動するための電気
的インターフェースを備えることにより上記課題を解決
した。本発明において、前記光半導体装置あるいは製造
方法によって製造された光半導体装置と該光半導体装置
への入力光を外部から導波するための手段とこの導波手
段から前記半導体装置への出力光を入力する機構と、上
記半導体装置を駆動するための電気的インターフェース
を備えることができる本発明における光通信装置であっ
て、前記光半導体装置あるいは製造方法によって製造さ
れた光半導体装置もしくは光装置モジュールが搭載され
た光送信装置とこの光送信装置からの出力光を受信する
ための受信装置を備えることにより上記課題を解決し
た。本発明において、前記光半導体装置あるいは製造方
法によって製造された光半導体装置もしくは光装置モジ
ュールが搭載された光受信装置とこの光受信装置への入
力光を送信するための送信装置を備えることができる
【００１２】図１は、本発明の選択ＭＯＶＰＥ成長した
ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰの光半導体装置を示す
断面模式図を示しており、図１において、符号１は（１
００）ＩｎＰ基板、２はＳｉＯ２ ストライプマスクで
ある。本発明においては、図１に示すように、（１０
０）ＩｎＰ基板１上へ［０１１］方向に間隔１．５ミク
ロンで形成された一対の誘電体（ＳｉＯ２ ）からなる
ストライプマスク（マスク）２を用いてＩｎＰ層３ａと
ＩｎＧａＡｓＰ層３ｂとＩｎＰ層３ｃとの積層されたＩ
ｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ構造をＭＯＶＰＥ法によ
って選択成長する。すると、側面が（１１１）Ｂ面、上
面が（１００）面に囲まれた台形型に結晶が成長する。
【００１３】さらに、マスク２の幅Ｗｍ を増加させる
と、マスク２上からの原料流れ込みによって成長速度
（膜厚）が増加するとともにＩｎＧａＡｓＰ層３ｂにお
いてはＩｎ組成の増加が生じることが知られている。こ
れらの現象を利用すると、マスク２の幅Ｗｍ を変える
だけで異なるバンドギャップ波長を有する層構造を同一
基板面内に作り込むことが可能となる。
【００１４】従来は、マスク２の幅Ｗｍ の変化に伴う
組成変化は III族組成のみでありＶ族組成は変化しない
と考えられていた。それは、次のような理由によるもの
である。ＭＯＶＰＥ法はＶ族原料の付着係数が非常に小
さくＶ族過剰供給状態で行う成長法であるため、選択成
長領域と誘電体マスク形成領域とでＶ族原料の濃度勾配
は発生しない、したがって誘電体マスク領域から選択成
長領域へのＶ族原料の流れ込みは発生せずＶ族の組成変
化は起こらないと考えられていたためである。
【００１５】ところが我々は図１に示したＩｎＧａＡｓ
Ｐ選択成長層３ｂに対して、ミクロンスケールで評価可
能な顕微フォトルミネッセンス（顕微ＰＬ）測定法から
求まるバンドギャップ波長とマイクロＸ線回折測定法か
ら導き出される選択成長領域の結晶格子定数から III
族、Ｖ族の組成の誘電体マスク２幅Ｗｍ 依存性を解析
したところ、マスク２幅Ｗｍ に応じて III族組成のみ
ならずＶ族組成も変化している事を見出した。次にその
実験と結果について述べる。
【００１６】顕微ＰＬは、アルゴンイオンレーザの５１
４．５ｎｍ発振光を直径１ミクロンに集光したものを励
起光源として用いた。またマイクロＸ線回折測定は、エ
ネルギー１５ｋｅＶ、Ｘ線波長０．０８２７ｎｍのシン
クロトロン放射光（ＳＲ光）を直径５ミクロンに圧縮し
たマイクロＸ線ビーム用いて行った。図２は顕微フォト
ルミネッセンス（ＰＬ）法によって測定したＩｎＧａＡ
ｓＰ選択成長層３ｂのバンドギャップ波長とＳｉＯ２
マスク幅の関係を示しており、図２において、縦軸はバ
ンドギャップ波長に相当するＰＬピーク波長（ＰＬ pea
k wavelength）を示し、横軸にはＳｉＯ２ マスク幅（M
ask width）を示している。これによれば、マスク幅が
増加するにつれＰＬピーク波長（バンドギャップ波長）
が長波化していることが分かる。従来は、この現象を I
II族のＩｎ組成が増加する事によって圧縮歪が導入され
るためであると解釈されていた。
【００１７】次にマイクロＸ線回折測定によって求めた
ＩｎＧａＡｓＰ選択成長層３ｂのＩｎＰ基板に対する格
子歪量（Δｄ／ｄ）のマスク幅依存性（Mask width）を
図３に示す。図３においてΔｄ／ｄは格子歪量であり、
図から、マスク幅が増加するにつれ、格子定数が増加し
圧縮歪側へシフトしていく様子が分かる。
【００１８】また走査型電子顕微鏡で測定した、ＩｎＧ
ａＡｓＰ選択成長層３ｂの成長膜厚（Thickness ）とマ
スク幅（Mask width）との関係を図４に示す。バンドギ
ャップ波長と格子定数、およびバンドギャップ波長に量
子効果が加わっている場合は膜厚の情報があればＩｎＧ
ａＡｓＰの各構成元素の組成比を一義的に決定する事が
出来る。
【００１９】そこで、これら図２、図３、図４の実験結
果を用いてＩｎＧａＡｓＰ選択成長層３ｂの結晶組成を
計算した。ＩｎＧａＡｓＰの組成を ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓｙＰ１−ｙ、（０≦ｘ≦１、０≦
ｙ≦１） と表現した場合のＶ族Ａｓ組成ｙと III族Ｉｎ組成ｘ各
々のマスク幅依存性を図５に示す。この結果、Ｖ族Ａｓ
組成は従来言われていたような一定値ではなく、マスク
幅（Mask width）に応じて明確に変化しており、特にマ
スク幅の広い領域で変化量が大きく最大１５％以上の変
化を伴う事が明らかとなった（図５ａ）。一方 III族の
Ｉｎ組成ｘは従来通りマスク幅の増加とともに大きくな
るが、図５ｂに●で示しているように従来のＶ族組成変
化なしとして求めた値（○印）よりも小さな変化量であ
る事が明らかとなった。
【００２０】従来、ＩｎＧａＡｓＰの選択ＭＯＶＰＥ法
においてＶ族組成変動は生じないと思われていたことお
よび、ミクロンスケールの領域で格子定数を決定できる
ようなＸ線回折測定法が確立されていなかったため、結
晶成長条件を決定するに当たっては、図２と図４に示し
たＰＬピーク波長と膜厚のみから格子歪みを推定し、こ
の推定値をもとに III族原料の流量補正を行っていた。
この場合、推定された格子歪は実際の格子歪とは異なっ
たものになっていたことになる。
【００２１】例えば図２と図４の実測データのみからＶ
族組成一定として計算される格子歪量（Δｄ／ｄ）を、
図３で示したマイクロＸ線回折測定で導出した格子歪量
（Δｄ／ｄ）の実測値と比較すると、図６の様な結果と
なる。マスク幅（Mask width）が１０ミクロン以下の領
域では両者に顕著な差は認められないが、Ｖ族組成が大
きく変化するマスク幅の広い領域では従来の計算値と実
測値に大きな差が発生し、圧縮歪側へ過大評価してしま
うことになる。
【００２２】したがって、従来の計算方法で求めた格子
歪み量を用いて、選択ＭＯＶＰＥ成長するＩｎＧａＡｓ
Ｐ層３ｂがＩｎＰ基板へ格子整合する様成長条件を設定
した場合には、伸長歪結晶となってしまうことになる。
一例を述べると、図６に示すようなＩｎＧａＡｓＰ選択
成長層において、マスク幅３０ミクロンでは本来なら格
子歪が存在せずＩｎＰ基板に格子整合しているが（図６
中○印）、従来方法の計算値（図６中の●印）ではΔｄ
／ｄ＝＋０．００３（＋０．３％）の圧縮歪が存在して
いると誤認識される。したがって、この計算をもとに選
択ＭＯＶＰＥ条件へフィードバックするとΔｄ／ｄ＝−
０．００３（−０．３％）の歪が導入されてしまう事に
なる。同様なことは意図的に格子歪みを導入する歪量子
井戸構造のような場合にも当てはまり、所望の格子歪量
が導入されないという問題が発生する。
【００２３】したがって選択ＭＯＶＰＥ法によってＩｎ
ＧａＡｓＰ等のＶ族元素を２種類以上含む化合物半導体
を作製する場合には、 III族のみならずＶ族もマスク幅
に応じて組成が変動する事を考慮して条件設定を行うこ
とが非常に重要となることがわかる。
【００２４】ＩｎＧａＡｓＰはバンドギャップ波長と格
子定数の２つ、バンドギャップ波長に量子効果の影響が
ある場合は膜厚を加えたの３つを知る事が出来れば、Ｉ
ｎ、Ｇａ、Ａｓ、Ｐの組成を一義的に導出する事ができ
る。しかし、選択成長領域の格子定数を同定するための
マイクロＸ線ビームを用いたミクロンスケールでのＸ線
回折測定技術はまだ簡便に使える技術ではない。
【００２５】そこで次に、選択ＭＯＶＰＥ法によってＩ
ｎＧａＡｓＰ等の化合物半導体を、III族、Ｖ族両方が
マスク幅に応じて組成変動する事を考慮して結晶成長条
件設定を行う簡易な方法について述べる。それは、Ｉｎ
ＧａＡｓＰの狭幅選択成長を行うに当たって、所望のマ
スク幅においてＩｎＰ基板にある範囲で格子整合する条
件を顕微ＰＬ測定のみで行う方法である。
【００２６】選択ＭＯＶＰＥ成長するＩｎＧａＡｓＰ層
の膜厚を数百ｎｍ程度以上の厚膜とする。このとき格子
不整合がある範囲を超えると結晶に転位が導入されるた
め、非発光中心の増加をまねくと同時に格子歪の緩和に
よるバンドギャップエネルギーの変動が発生する。した
がってＰＬ測定を行うと、ＰＬ発光強度が低下すると同
時にＰＬスペクトル幅の広がりが生じる。このことか
ら、ＰＬ強度が最大もしくはＰＬスペクトル幅が最小と
なるような結晶成長条件を導出すればある範囲で格子整
合条件を導き出す事が可能となる。転位が導入され始め
る膜厚は臨界膜厚と呼ばれるが、一般に臨界膜厚は歪量
に反比例しＩｎＧａＡｓＰ系結晶の場合臨界膜厚が１０
０ｎｍとなる歪み量が０．１３％、２００ｎｍの場合
０．０７％程度である。したがって所望のマスク幅で２
００ｎｍ程度の膜厚となる様選択ＭＯＶＰＥ成長を行い
ＰＬ強度最大あるいはＰＬスペクトル幅最小となる条件
を求めることで残留歪み量が０．１％以下の精度で格子
整合条件を求める事ができる。
【００２７】つぎに、具体的に行った実験について図面
を用いて説明する。選択成長を行う初期条件として、全
面（ＭＯＶＰＥ）成長での格子整合条件を初期値として
スタートし、バンドギャップ波長（ＰＬピーク波長）が
一定となる条件で、Ａｓ／Ｐ比とＩｎ／Ｇａ比の両方を
同時に変化させる。この変化量を変えながら顕微ＰＬ測
定を行い、ＰＬ発光強度が最大もしくはＰＬスペクトル
幅が最小となるＡｓ／Ｐ比、Ｇａ／Ｉｎ比の組み合わせ
を導出する。
【００２８】図７はマスク幅（Ｗｍ）２５ミクロンにお
いて、バンドギャップ波長１．２７ミクロンのＩｎＧａ
ＡｓＰ（以下Ｑ１．２７と表記）の格子整合条件を導出
した例を示すものである。図７においては、Ｗｍ＝２５
ミクロンのマスクパターンでバンドギャップ波長（ＰＬ
ピーク波長）が１．２７ミクロン（±０．００５ミクロ
ン）となる様々なＡｓ／Ｐ、Ｉｎ／Ｇａ比の組み合わせ
のＩｎＧａＡｓＰ選択ＭＯＶＰＥ結晶のＰＬ強度（PL i
ntensity）の測定値を図７ａに示し、ＰＬスペクトル半
値幅（PL linewidth）の測定値を図７ｂに示している。
【００２９】図７ａ，図７ｂではいずれも横軸にＡｓ組
成変化量（Δｙ）をとっている。Δｙ値は、ＩｎＧａＡ
ｓＰ組成をＩｎｘＧａ１−ｘＡｓｙＰ１−ｙ（０≦ｘ≦
１、０≦ｙ≦１）とした場合に、Ｑ１．２７の全面ＭＯ
ＶＰＥでの格子整合条件からの変化量である。図７から
明らかなようにΔｙ＝−０．０６付近で最大ＰＬ強度、
最小ＰＬ半値幅となっている。上述した様に、このΔｙ
＝−０．０６の条件がＷｍ＝２５ミクロンにおけるＱ
１．２７の格子整合条件であることいえる。この値は、
図５で示したマイクロＸ線ビームを用いたＸ線回折測定
と顕微ＰＬ測定結果から導出したＡｓ組成変動量に一致
する（図５では記載していないがＷｍ＝０ではｙ＝０．
６０６であった）。
【００３０】図７はＡｓ／ＰというＶ族組成シフト量に
対する関数としてＰＬ強度、ＰＬ半値幅をプロットして
いるが、同じデータをＩｎ／Ｇａの III族組成シフト量
に対する関数としても表わすことができる。これを図８
に示す。
【００３１】図８においては、横軸をΔｘ（全面ＭＯＶ
ＰＥでの格子整合条件からのＩｎ組成変化量）としたＰ
Ｌ強度を図８ａに示すとともに、ＰＬ半値幅の関係を図
８ｂに示している。この図からは、Δｘ＝−０．１１６
（この時、Δｙ＝−０．０６）の条件がＷｍ＝２５ミク
ロンにおけるＱ１．２７の格子整合条件であると判断で
きる。
【００３２】つぎに、上記の図７、図８で示した方法で
マスク幅Ｗｍ＝０〜５０ミクロンの範囲でＱ１．２７が
格子整合となるΔｘ、Δｙを求めた結果を図９に示す。
図９の結果を用いる事により、任意のＷｍにおいてＱ
１．２７がＩｎＰに格子整合するΔｘ、Δｙを求めるこ
とができる。さらに、バンドギャップ波長１．１３ミク
ロン、１．２０ミクロン、１．５０ミクロンのＩｎＧａ
ＡｓＰ（各々、以下Ｑ１．１３、Ｑ１．２０、Ｑ１．５
０と表記）について、マスク幅Ｗｍ＝０〜５０ミクロン
の範囲で格子整合となるΔｘ、Δｙを求めた結果を図１
０に示している。
【００３３】次に、導出したＩｎＧａＡｓＰ選択ＭＯＶ
ＰＥ条件を用いて１．３ミクロン帯歪ＩｎＧａＡｓＰ多
重量子井戸（ＭＱＷ：Multi-quantum well）構造を作製
し、そのＰＬ特性評価を行った結果について示す。ここ
で、選択成長に用いたマスク幅はＷｍ＝２５ミクロンと
した。量子井戸構造はＱ１．２７格子整合条件から III
族組成をシフトする事によって１．０％の圧縮歪を導入
した歪ＩｎＧａＡｓＰを井戸層とし、障壁層には格子整
合したＱ１．１３を用いた。井戸層とバリア層の膜厚は
各々５ｎｍ、１０ｎｍとしＭＱＷの周期は８周期とし
た。またＭＱＷ構造の上下には格子整合したＱ１．１
３、６０ｎｍからなる光閉じ込め（ＳＣＨ）層を導入し
た。
【００３４】図１１にこの選択ＭＯＶＰＥ成長した歪Ｍ
ＱＷ構造のＰＬスペクトルを示す。実線が、Ｑ１．２
７、Ｑ１．１３を図１０で示したΔｘ、Δｙ条件を用い
て結晶成長したものであり、破線が従来のＶ族組成の変
化を考慮しない条件設定で結晶成長したものである。実
線のＶ族組成変動を考慮したものではＰＬスペクトル半
値全幅が２５ｍｅＶと非常に狭いのに対し、破線の従来
条件では４４ｍｅＶと広くＰＬピーク強度も４０％以上
低下した。これは、Ｖ族組成変動を考慮していない条件
では、井戸層へ所望の歪量が導入されていないと同時
に、障壁層、ＳＣＨ層がＩｎＰ基板に格子整合しておら
ず、結晶欠陥が導入されているためである。
【００３５】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る光半導体装置
とその製造方法および光半導体装置を備えた光装置モジ
ュール、光通信装置の第１実施形態を、図面に基づいて
説明する。図１２は、本実施形態の半導体レーザ（光半
導体装置）の製造工程を示す工程図、図１３は本実施形
態の半導体レーザ（光半導体装置）を示す模式斜視図で
ある。図１２，図１３において、符号２０１は（１０
０）ＩｎＰ基板である。
【００３６】本実施形態の半導体レーザは、図１３に示
すように、ｎ−電極２１１を下面に有する（１００）ｎ
−ＩｎＰ基板２０１上［０１１］方向にストライプパタ
ーンニングされた歪みＩｎＧａＡｓＰ−ＭＱＷ構造２０
３が形成された構成とされている。ここで、選択ＭＯＶ
ＰＥによって形成される層構造としては、ＩｎＧａＡｓ
Ｐ−ＭＱＷ構造層２０３ｂ、の上下にｎ−ＩｎＰ層２０
３ａ、ｐ−ＩｎＰ層２０３ｃが積層された状態となって
いる。ＭＱＷ構造２０３の両サイドにはｐ−ＩｎＰ層２
０５がｐ−ＩｎＰ層２０３ｃの上面よりも高い位置まで
形成されており、該ｐ−ＩｎＰ層２０５の上には、ｎ−
ＩｎＰ層２０６が積層されている。
【００３７】ｐ−ＩｎＰ層２０３ｃおよびｎ−ＩｎＰ層
２０６の全面は、ｐ−ＩｎＰクラッド層２０７によって
覆われており、このｐ−ＩｎＰクラッド層２０７は、ｐ
−ＩｎＰ層２０５およびｎ−ＩｎＰ層２０６によって形
成されその内部に歪ＭＱＷ構造２０３の位置する溝部分
に入り込んでおりｎ−ＩｎＰ層２０６に接続している。
このｐ−ＩｎＰクラッド層２０７は、その全面が ｐ＋
−ＩｎＧａＡｓ層２０８によって覆われており、この
ｐ＋−ＩｎＧａＡｓ層２０８上には、歪ＭＱＷ構造２０
３に対応してパターンニングされたｐ−電極２１０が設
けられ、 ｐ＋−ＩｎＧａＡｓ層２０８上におけるｐ−
電極２１０以外はＳｉＯ２ 層２０９により覆われた構
造とされている。
【００３８】本実施形態の半導体レーザの製造方法は、
図１２に示すように、（１００）ｎ−ＩｎＰ基板２０１
上［０１１］方向に一対のＳｉＯ２ ストライプマスク
２０２を間隔１．５ミクロンでパターニングする。この
時ＳｉＯ２ ストライプマスクのマスク幅（Ｗｍ）は２
５ミクロンとした（図１２ａ）。このパターニングされ
た基板２０１上へ選択ＭＯＶＰＥ法により歪みＩｎＧａ
ＡｓＰ−ＭＱＷ構造２０３を形成する。成長条件は成長
温度６２５℃、成長圧力１０００ｈＰａとする。ここ
で、図１２（ｂ）に示すように、選択ＭＯＶＰＥによっ
て形成する層構造は、ｎ−ＩｎＰ層２０３ａ、歪ＩｎＧ
ａＡｓＰ−ＭＱＷ構造層２０３ｂ、ｐ−ＩｎＰ層２０３
ｂとなっている。ｎ−ＩｎＰ層２０３ａにおいては、ｎ
＝１×１０１８ｃｍ−３、０．１５ミクロン厚とされ、
また、ｐ−ＩｎＰ層２０３ｂにおいては、ｐ＝７×１０
１７ｃｍ−３、０．１０ミクロン厚とされている。
【００３９】歪ＭＱＷ構造層２０３ｂはＱ１．２７の格
子整合条件からから III族組成比を変更する事によって
１．０％の圧縮歪を導入したＩｎＧａＡｓＰ層（５ｎｍ
厚）を井戸層、格子整合したＱ１．１３（１０ｎｍ厚）
を障壁層とし８周期繰り返された構造の上下に格子整合
したＱ１．１３（６０ｎｍ厚）からなるＳＣＨ層を付加
した構造となっている。ここで、前述したように、Ｗｍ
＝２５ミクロンにおけるＶ族、 III族両方の組成変動を
考慮した条件設定とした。つまり全面ＭＯＶＰＥ成長で
の格子整合条件からのＡｓ組成変化量、Ｉｎ組成変化量
を各々Δｙ、Δｘとした場合、Ｑ１．１３障壁層、ＳＣ
Ｈ層はΔｙ＝−０．０２２、Δｘ＝−０．０７０、歪Ｑ
１．２７井戸層は、Δｙ＝−０．０６０、Δｘ＝−０．
１１６＋０．１２５４＝＋０．００９４と設定した。
【００４０】Δｘについて追加説明すると、Δｘ＝−
０．１１６はＷｍ＝２５ミクロンにおいて格子整合する
条件であり、さらに III族組成比変更によって＋１．０
％の圧縮歪を導入するためにΔｘ＝＋０．１２５４の変
化量を設定する必要があるため、全体ではΔｘ＝＋０．
００９４となる。このように形成した選択成長構造に対
し、顕微ＰＬ法によってＰＬスペクトル評価を行った
所、ＰＬピーク波長は１．３１ミクロンであり、ＰＬス
ペクトル半値幅は２５ｍｅＶという非常に狭い値を確認
した。
【００４１】次に図１２（ｃ）に示すように選択成長メ
サ２０３の上面にのみＳｉＯ２ マスク２０４を形成す
る。この工程については、Ｙ． Ｓａｋａｔａらによる
１９９９年発行のＩＥＥＥ、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑ
ｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ誌、第３５巻、
３６８頁〜３７６頁に詳述されているものと同様にして
おこなうものとする。
【００４２】このＳｉＯ２ マスク２０４を成長阻止マ
スクとして、図１２（ｄ）に示すようにｐ−ＩｎＰ層２
０５（ｐ＝１×１０１８ｃｍ−３、０．７ミクロン
厚）、ｎ−ＩｎＰ層２０６（ｎ＝１×１０１８ｃｍ−
３、０．７ミクロン厚）からなる電流狭窄構造による埋
め込み選択成長をＭＯＶＰＥ法によって行う。
【００４３】次にＳｉＯ２ マスク２０４を除去した
後、図１２（ｅ）の様にｐ−ＩｎＰクラッド層２０７
（ｐ＝１×１０１８ｃｍ−３、１．５ミクロン厚）、ｐ
−ＩｎＧａＡｓ層２０８（ｐ＝１×１０１９ｃｍ−３、
０．３ミクロン厚）のＭＯＶＰＥ成長を行う。
【００４４】この成長ウエハに対し、電極形成プロセス
を経て図１３に示すような半導体レーザ構造を作成す
る。ここで、レーザは共振器長３００ミクロンに切り出
し後端面に反射率９５％の高反射膜コーティングを行っ
て素子特性を評価した。
【００４５】室温２５℃におけるレーザ発振しきい値電
流は３．５ｍＡ、スロープ効率は０．６２Ｗ／Ａ、発振
波長は１．３１５ｎｍであった。また８５℃におけるレ
ーザ発振しきい値電流およびスロープ効率は各々７．９
ｍＡ、０．４８Ｗ／Ａと低しきい値、高効率動作を確認
した。次にこの素子を用いて６２２Ｍｂ／ｓ伝送実験を
行った所良好なアイ開口が確認され、−４０℃〜＋８５
℃の全温度範囲で６２２Ｍｂ／ｓ伝送可能である事を確
認した。
【００４６】本実施形態の半導体レーザによれば、選択
ＭＯＶＰＥ成長によって形成される半導体光デバイスの
特性向上を図ることができるという効果を奏する。
【００４７】次に、本発明に係る光半導体装置とその製
造方法および光半導体装置を備えた光装置モジュール、
光通信装置の第２実施形態を、図面に基づいて説明す
る。図１４（ａ）（ｂ）は、本実施形態の半導体レーザ
（光半導体装置）の製造工程を示す工程図である。本実
施形態としては、スポットサイズ変換器を集積した１．
３ミクロン帯半導体レーザが適応される。
【００４８】この本実施形態の素子は、レーザ光出射端
にビームスポットを拡大するスポットサイズ変換器（Ｓ
ＳＣ：Spot-size converter ）を集積したものであり、
ビーム放射角が通常のレーザの１／２〜１／３と狭く、
光学レンズを用いることなく効率よく光ファイバーに結
合させることができる。
【００４９】本実施形態の半導体レーザは、（１００）
ｎ−ＩｎＰ基板３０１上の［０１１］方向へ、図１４
（ｂ）に示すように、図１３に示す第１実施形態と同
様、パターニングされた歪みＩｎＧａＡｓＰ−ＭＱＷ構
造３０３が形成された構成とされている。歪ＭＱＷ構造
３０３は、レーザ領域３０２ａの幅をＷｍ＝２５ミクロ
ンとし、レーザ領域長は３００ミクロンとし、これに続
くＳＳＣ領域３０２ｂは１５０ミクロンの遷移領域３０
２ｃを経てＷｍが２５ミクロンから５ミクロンまで狭く
なり最後５０ミクロンはＷｍ＝５ミクロン一定となるマ
スクパターン以外の部分に形成されている。これ以外の
本実施形態構成としては、第１実施形態で示したｐ−Ｉ
ｎＰ層２０５，ｎ−ＩｎＰ層２０６，ｐ−ＩｎＰクラッ
ド層２０７， ｐ＋−ＩｎＧａＡｓ層２０８，ｐ−電極
２１０，ＳｉＯ２ 層２０９に対応する構成が同様に形
成されるが、図示を省略する。
【００５０】本実施形態の半導体レーザは、（１００）
ｎ−ＩｎＰ基板３０１上［０１１］方向へ、図１４
（ａ）に示すような一対のＳｉＯ２ マスク３０２を間
隔１．５ミクロンでパターニングする。このとき、レー
ザ領域３０２ａのマスク幅をＷｍ＝２５ミクロンとし、
レーザ領域長は３００ミクロンとした。これに続くＳＳ
Ｃ領域３０２ｂは１５０ミクロンの遷移領域３０２ｃを
経てＷｍが２５ミクロンから５ミクロンまで狭くなり最
後５０ミクロンはＷｍ＝５ミクロン一定となるマスクパ
ターンとした。
【００５１】このパターニングされた基板３０１上へ、
第１実施形態と同様に、ｎ−ＩｎＰ／歪ＭＱＷ／ｐ−Ｉ
ｎＰ構造３０３を選択ＭＯＶＰＥによって形成する。成
長条件も第１の実施例と同じである。
【００５２】レーザ領域３０２ａでのＰＬ特性は図１１
の実線を再現した。ＳＳＣ領域ではマスク幅Ｗｍが狭く
なるに従いＰＬピーク波長が短波化し、Ｗｍ＝５ミクロ
ンの領域では１．１０ミクロンまで短くなった。この選
択成長構造に対し、図１２、図１３で示した第１実施形
態と同じ工程を経てＳＳＣ集積半導体レーザとした。
【００５３】レーザ領域３００ミクロン、ＳＳＣ領域２
００ミクロンの合計５００ミクロン長に切り出し、レー
ザ側の後端面へ反射率９５％の高反射膜をコーティング
して素子特性の評価を行った。室温２５℃において、レ
ーザ発振波長１３１５ｎｍ、しきい値電流５．５ｍＡ、
スロープ効率０．５５Ｗ／Ａ、高温の８５℃では、レー
ザ発振波長１．３３６ｎｍ、しきい値電流１２．５ｍ
Ａ、スロープ効率０．４５Ｗ／Ａであった。また、ファ
ー・フィールド・パターン（ＦＦＰ）を測定したとこ
ろ、後端面側の放射角が２７ｏ×３０ｏであるのに対
し、前端面側の放射角は、１０．５ｏ×１１．０ｏであ
った。次に、端面に無反射コーティングを施したフラッ
トエンドシングルモードファイバ（１．３ミクロン零分
散）との結合特性を評価した。ファイバとレーザの距離
を１０ミクロンまで近づけた時、最大結合効率−２．２
ｄＢを得た。
【００５４】本実施形態の半導体レーザによれば、択Ｍ
ＯＶＰＥ成長によって形成される半導体光デバイスの特
性向上を図ることができるという効果を奏する。
【００５５】次に、本発明に係る光半導体装置とその製
造方法および光半導体装置を備えた光装置モジュール、
光通信装置の第３実施形態を、図面に基づいて説明す
る。図１５、図１６、図１７は、本実施形態の半導体レ
ーザ（光半導体装置）の製造工程を示す工程図、図１８
は本実施形態の半導体レーザ（光半導体装置）を示す模
式斜視図である。本実施形態としては、電界吸収型（Ｅ
Ａ：electro-absorption）変調器集積型分布帰還（ＤＦ
Ｂ：distributed feedback）半導体レーザが適応され
る。
【００５６】本実施形態の半導体レーザは、（１００）
ｎ−ＩｎＰ基板３０１上の［０１１］方向へ、図１６に
示すように、図１３に示す第１実施形態、図１４に示す
第２実施形態と同様、パターニングされた歪みＩｎＧａ
ＡｓＰ−ＭＱＷ構造４０３が形成された構成とされてい
る。歪ＭＱＷ構造４０３は、回折格子４００が形成され
ているＤＦＢレーザ領域４０２ａの幅をＷＬＤ＝９ミク
ロンとし、ＤＦＢレーザ領域長は４００ミクロンとし、
これに続くＥＡ変調器となる領域４０２ｂの幅をＷＭＯ
Ｄ ＝５ミクロンとするマスクパターン以外の部分に形
成されている。
【００５７】この歪ＭＱＷ構造４０３の幅１．５ミクロ
ンとされる中央の部分には、図１７に示すように、その
両側にまではみ出すよう幅広にｐ−ＩｎＰクラッド層４
０４が被さった構造とされている。そして、前記マスク
パターンの外側におけるこの歪ＭＱＷ構造４０３にもｐ
−ＩｎＰクラッド層４０４が積層されている。これらｐ
−ＩｎＰクラッド層４０４の上には ｐ＋−ＩｎＧａＡ
ｓキャップ層４０５が積層されている。
【００５８】ＤＦＢレーザ領域４０２ａとＥＡ変調器領
域４０２ｂの間においては、 ｐ＋−ＩｎＧａＡｓキャ
ップ層４０５が３０ミクロン除去されており、図１８に
示すように、ＳｉＯ２ 膜４０６を層間膜としてｐ電極
４０７がパターニングされている。そして、ｎ−ＩｎＰ
基板４０１裏面には、その全面にｎ型電極４０８が形成
されている。
【００５９】本実施形態の半導体レーザの製造方法とし
ては、まず図１５に示すように、（１００）ｎ−ＩｎＰ
基板４０１上へ電子ビーム露光法とウエットエッチング
により回折格子４００を部分的に形成する。次に、［０
１１］方向へ一対のＳｉＯ２ マスク４０２を間隔１．
５ミクロンでパターニングする。
【００６０】この時回折格子４００が形成されている領
域がＤＦＢレーザとなる領域でありここでのマスク幅を
ＷＬＤ＝９ミクロン（領域長４００ミクロン）とし、そ
れに続くＥＡ変調器となる領域のマスク幅をＷＭＯＤ
＝５ミクロンと設定した。このＳｉＯ２ ストライプマ
スク４０２を用いて、図１６に示すように、ｎ−ＩｎＧ
ａＡｓＰガイド層４０３ａ Ｑ１．２０（膜厚１００ｎ
ｍ、ｎ＝１×１０１８ｃｍ−３）、歪ＭＱＷ層４０３ｂ
（井戸層： ＩｎＧａＡｓＰ（＋０．５０％歪、７ｎｍ
厚）と、障壁層：Ｑ１．２０（６ｎｍ厚）の８周期）、
ｐ−ＩｎＰ層４０３ｃ（１５０ｎｍ厚、ｐ＝５×１０１
７ｃｍ−３）を選択ＭＯＶＰＥ法により形成する。
【００６１】この膜厚、歪量は、ＥＡ変調器となるＷＭ
ＯＤ ＝５ミクロンの領域での値である。歪ＩｎＧａＡ
ｓＰ井戸層は、Ｑ１．５０の格子整合条件から III族組
成を変更して＋０．５０％の圧縮歪が導入されるよう設
定した。このＱ１．２０および、歪Ｑ１．５０の選択成
長条件設定について詳述する。
【００６２】マスク幅ＷＭＯＤ＝５ミクロンにおいて
も、選択ＭＯＶＰＥ成長領域ではＶ族、 III族ともに組
成が変化するため、図１０で示したΔｙ値、Δｘ値を用
いて条件設定した。具体的には、Ｑ１．２０の場合はΔ
ｙ＝−０．０１７３３、Δｘ＝−０．０５１７２、歪
（ε＝＋０．５０％）Ｑ１．５０の場合は、Δｙ＝−
０．０３０３、Δｘ＝−０．０８７９＋０．０７３０＝
−０．０１４９とした。
【００６３】歪Ｑ１．５０のΔｘについて追加説明する
と、Δｘ＝−０．０８７９はＷｍ＝５ミクロンにおいて
格子整合する条件であり、さらに III族組成比変更によ
って＋０．５％の圧縮歪を導入するためにΔｘ＝＋０．
０７３０の変化量を設定する必要があるため、全体では
Δｘ＝−０．０１４９となる。ＷＬＤ （＝９ミクロ
ン）およびＷＭＯＤ （＝５ミクロン）でのＰＬピーク
波長とスペクトル半値幅は、各々１４９６ｎｍ、２８ｍ
ｅＶ、１５５６ｎｍ、３４ｎｍと十分狭いスペクトル半
値幅を確認した。
【００６４】次に、図１７に示す図１６のＣ−Ｃ’断面
のように、選択成長層の両脇のＳｉＯ２ を一部除去し
（図１７（ｂ））、ついで、図１７（ｃ）に示すように
ｐ−ＩｎＰクラッド層４０４（１．５ミクロン厚、ｐ＝
１×１０１８ｃｍ−３）、および、 ｐ＋−ＩｎＧａＡ
ｓキャップ層４０５（０．２５ミクロン厚、ｐ＝６×１
０１８ｃｍ−３）を選択ＭＯＶＰＥ成長した後、ＤＦＢ
レーザ領域４０２ａとＥＡ変調器領域４０２ｂの間３０
ミクロンの ｐ＋−ＩｎＧａＡｓキャップ層４０５を除
去して電気的分離を行い、図１８に示すように、ＳｉＯ
２ 膜４０６を層間膜に用いてｐ電極４０７のパターニ
ングをおこなう。
【００６５】そして、ｎ−ＩｎＰ基板４０１が１２０ミ
クロン厚になるまで裏面研磨を行いｎ型電極４０８を形
成する。この半導体レーザを、ＤＦＢレーザ部４００ミ
クロン長、ＥＡ変調器部２００ミクロン長の合計６００
ミクロン長に切り出し、ＤＦＢレーザ側端面には反射率
９５％の高反射膜、変調器側端面には反射率０．１％以
下の無反射膜をコーティングして素子特性の評価をおこ
なった。
【００６６】レーザ発振しきい値電流は４．５ｍＡ、ま
たスロープ効率も０．３０Ｗ／Ａと高い値が得られ、Ｄ
ＦＢレーザへの注入電流を６０ｍＡ、ＥＡ変調器へのバ
イアスを０Ｖとした時の光出力として１６ｍＷを得た。
更にＥＡ変調器へ−２Ｖの電圧を印加した時の消光比
（ＯＮ／ＯＦＦ比）が−２５ｄＢと非常に大きな値を確
認した。これは良好な結晶性を反映して、電界印加によ
る大きな吸収係数の変化が実現されたためである。この
素子を用いて２．５Ｇｂ／ｓ−１０００ｋｍ伝送実験を
１．３ミクロン零分散シングルモードファイバを用いて
行った所、符号誤り率１０−１１で評価したパワーペナ
ルティーが１．５ｄＢ以下と良好な結果を得た。
【００６７】本実施形態の半導体レーザによれば、選択
ＭＯＶＰＥ成長によって形成される半導体光デバイスの
特性向上を図ることができるという効果を奏する。
【００６８】次に、本発明に係る光半導体装置とその製
造方法および光半導体装置を備えた光装置モジュール、
光通信装置の第４実施形態を、図面に基づいて説明す
る。図１９は、本実施形態の光装置モジュール（光送信
モジュール）を示す模式斜視図である。本実施形態とし
ては、第３実施形態の電界吸収型（ＥＡ：electro-abso
rption）変調器集積型分布帰還（ＤＦＢ：distributed
feedback）半導体レーザを搭載した光通信モジュールが
適応される。
【００６９】本実施形態の光送信モジュールは、図１９
に示すように、第３実施形態の電界吸収型（ＥＡ：elec
tro-absorption）変調器集積型分布帰還（ＤＦＢ：dist
ributed feedback）半導体レーザに対応する構成とされ
る光半導体装置５０２と、非球面レンズ５０３と、光ア
イソレータ５０４と、電気インターフェース５０１を融
資、光ファイバ５０５が接続されている。
【００７０】この光送信モジュールは、光半導体装置５
０２からの出力光が非球面レンズ５０３および光アイソ
レータ５０４を介して光ファイバ５０５へ入力されるよ
うに固定し、さらに光半導体装置５０２駆動用の電気イ
ンターフェース５０１が内蔵された構造となっている。
本実施形態の光送信モジュールにより、高速光通信信号
を効率よく作り出す事ができる。これは本発明に係わる
光半導体装置が、低しきい値、高効率動作特性に優れて
いる事に起因するものである。
【００７１】次に、本発明に係る光半導体装置とその製
造方法および光半導体装置を備えた光装置モジュール、
光通信装置の第５実施形態を、図面に基づいて説明す
る。図２０は、本実施形態の光通信システムを示す模式
斜視図である。本実施形態としては、第４実施形態の光
通信モジュール５００を搭載した波長分割多重（ＷＤ
Ｍ）光通信システムが適応される。
【００７２】本実施形態の光通信システムは、図２０に
示すように、光ファイバ５０５を介して互いに接続され
た光送信装置６００および光受信装置６０１を有する構
成とされる。光送信装置６００は、発光波長の異なる６
４個の光送信モジュール５００と、該光送信モジュール
５００からの光を合波する光合波器６０５と、光送信モ
ジュール５００を駆動するための駆動系６０２とを有す
る。光受信装置６０１は、光送信モジュール５００の異
なる波長に対応した６４個の受光モジュール６０３と、
光ファイバ５０５に接続された光分波器６０６と、該受
光モジュール６０３を制御するための受光モジュール駆
動系６０４とを有する。
【００７３】本実施形態の光通信システムにおいては、
光送信装置６００から出力された信号光が、光ファイバ
５０５を通して光受信装置６０１へ送られる。光受信装
置６０１へ入力された６４波長の光は光分波器６０６を
介して、受光モジュール駆動系６０４によって制御され
る６４個の受光モジュール６０３へ１波長づつ入力され
信号を検出する。
【００７４】本発明に係わる光通信システムによってＷ
ＤＭ伝送が容易に実現される。これは、光送信装置に搭
載されている光半導体装置が低しきい値、高光出力特性
を有している事に起因する。
【００７５】以上の各実施形態では、半導体レーザ、ス
ポットサイズ変換器集積半導体レーザ、ＥＡ変調器集積
型ＤＦＢレーザおよびそれらを用いたモジュール、装置
について説明したが、本発明はこれらに限定されるもの
ではなく、選択ＭＯＶＰＥ法によって形成された III−
Ｖ族化合物半導体層を主要構成要素とする光半導体装置
であれば適応することが可能である。例えば、半導体光
変調器、半導体光検出器、半導体光スイッチ、半導体光
導波路やこれらを集積した半導体光デバイス等へ適用可
能である。さらに、上述の実施形態では半導体光導波路
構造を半導体層のエッチングを行う事なく直接形成可能
ないわゆる狭幅選択ＭＯＶＰＥ法を用いた場合のみを説
明したが、選択成長領域を数ミクロン以上として行う広
幅選択ＭＯＶＰＥ法へも全く同様に適用することができ
る。
【００７６】
【発明の効果】本発明に係る光半導体装置とその製造方
法および光半導体装置を備えた光装置モジュール、光通
信装置は、上述のように構成され、選択ＭＯＶＰＥ法を
用いて形成されたＩｎＧａＡｓＰ層を主要構成要素とし
てもつ場合に、従来は考慮されていなかったＶ族（Ａｓ
／Ｐ）組成変動効果を結晶成長条件に取り込むことによ
り、高品質な半導体結晶を実現し、素子特性の向上を図
るという効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明における光半導体装置の作用を説明す
るための結晶成長断面図である。
【図２】 本発明における光半導体装置の作用を説明す
るための結晶成長特性曲線である。
【図３】 本発明における光半導体装置の作用を説明す
るための結晶成長特性曲線である。
【図４】 本発明における光半導体装置の作用を説明す
るための結晶成長特性曲線である。
【図５】 本発明における光半導体装置の作用を説明す
るための結晶成長特性曲線である。
【図６】 本発明における光半導体装置の作用を説明す
るための結晶成長特性曲線である。
【図７】 本発明における光半導体装置の作用を説明す
るための結晶成長特性曲線である。
【図８】 本発明における光半導体装置の作用を説明す
るための結晶成長特性曲線である。
【図９】 本発明における光半導体装置の作用を説明す
るための結晶成長特性曲線である。
【図１０】 本発明における光半導体装置の作用を説明
するための結晶成長特性曲線である。
【図１１】 本発明における光半導体装置の作用を説明
するための結晶成長特性曲線である。
【図１２】 本発明に係る光半導体装置の製造方法の第
１実施形態を示す断面工程図である。
【図１３】 本発明に係る光半導体装置の第１実施形態
を示す模式斜視図である。
【図１４】 本発明に係る光半導体装置の製造方法の第
２実施形態を示す斜視工程図である。
【図１５】 本発明に係る光半導体装置の製造方法の第
３実施形態を示す斜視工程図である。
【図１６】 本発明に係る光半導体装置の製造方法の第
３実施形態を示す斜視工程図である。
【図１７】 本発明に係る光半導体装置の製造方法の第
３実施形態を示す断面工程図である。
【図１８】 本発明に係る光半導体装置の第３実施形態
を示す模式斜視図である。
【図１９】 本発明に係る光送信モジュールの第４実施
形態を示す模式図である。
【図２０】 本発明に係る光通信システムの第５実施形
態を示す模式図である。
【符号の説明】
１ （１００）ＩｎＰ基板 ２ ＳｉＯ２ マスク ３ａ ＩｎＰ選択成長層 ３ｂ ＩｎＧａＡｓＰ選択成長層 ３ｃ ＩｎＰ選択成長層 ２０１ （１００）ｎ−ＩｎＰ基板 ２０３ ＭＱＷ構造 ２０２ ＳｉＯ２ マスク ２０３ａ ｎ−ＩｎＰ層 ２０３ｂ ＭＱＷ構造層 ２０３ｃ ｐ−ＩｎＰ層 ２０４ ＳｉＯ２ マスク ２０５ ｐ−ＩｎＰ層 ２０６ ｎ−ＩｎＰ層 ２０７ ｐ−ＩｎＰ層 ２０８ ｐ−ＩｎＧａＡｓ層 ２０９ ＳｉＯ２ ２１０ ｐ−電極 ２１１ ｎ−電極 ３０１ （１００）ｎ−ＩｎＰ基板 ３０２ ＳｉＯ２ マスク ３０２ａ レーザ領域 ３０２ｂ ＳＳＣ領域 ３０２ｃ 遷移領域 ３０３ ＭＱＷ構造 ３０３ａ ｎ−ＩｎＰ層 ３０３ｂ ＭＱＷ構造層 ３０３ｃ ｐ−ＩｎＰ層 ４００ 回折格子 ４０１ （１００）ｎ−ＩｎＰ基板 ４０２ ＳｉＯ２ マスク ４０３ ＭＱＷ構造 ４０３ａ ＩｎＧａＡｓＰガイド層 ４０３ｂ ＭＱＷ構造層 ４０３ｃ ｐ−ＩｎＰ層 ４０４ ｐ−ＩｎＰ層 ４０５ ｐ−ＩｎＧａＡｓ層 ４０６ ＳｉＯ２ ４０７ ｐ−電極 ４０８ ｎ−電極 ５００ 光送信モジュール ５０１ 光半導体装置駆動用電気インターフェース ５０２ 本発明に係わる光半導体装置 ５０３ 非球面レンズ ５０４ 光アイソレータ ５０５ 光ファイバ ６００ 光送信装置 ６０１ 光受信装置 ６０２ 光送信モジュール駆動系 ６０３ 受光モジュール ６０４ 受光モジュール駆動系 ６０５ 光結合器 ６０６ 光分波器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 31/0232 Ｈ０１Ｓ 5/026 ５Ｆ０８８ 31/10 Ｈ０１Ｌ 31/02 Ｃ ５Ｆ１０３ Ｈ０１Ｓ 5/026 31/10 Ａ Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA03 CA00 CA15 DA03 DA04 DA05 DA06 DA36 2H079 AA02 AA13 BA01 CA05 DA16 EA03 EA07 EA08 EB04 KA11 KA18 5F045 AA04 AB09 AD10 AE25 AF04 CA12 DA54 DA63 DB02 DB05 5F049 MA04 MB07 NA20 NB01 PA04 QA08 QA15 QA16 TA14 5F073 AA22 AA64 AA74 AA83 AB21 AB27 AB28 AB30 CA12 DA05 EA23 EA24 HA12 5F088 AA03 AB07 BB01 CB04 GA05 JA14 5F103 AA10 DD01 GG01 GG06 HH03 HH07 LL03 LL16 LL17 NN05

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 選択有機金属気相成長法によって結晶成
    長された III−Ｖ族化合物半導体を構成要素とする光半
    導体装置であって、Ｖ族元素を少なくとも２種類以上含
    み、前記化合物半導体のＶ組成比が所望の値となるよう
    非選択有機金属気相成長法とは異なるＶ族原料供給条件
    で形成されていることを特徴とする光半導体装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の光半導体装置であって、
    選択有機金属気相成長法によって結晶成長された III−
    Ｖ族化合物半導体が光導波路構造であることを特徴とす
    る光半導体装置。
  3. 【請求項３】 請求項１または２記載の光半導体装置で
    あって、選択有機金属気相成長法によって結晶成長され
    た III−Ｖ族化合物半導体が半導体レーザの活性層であ
    ることを特徴とする光半導体装置。
  4. 【請求項４】 請求項１または２記載の光半導体装置で
    あって、選択有機金属気相成長法によって結晶成長され
    た III−Ｖ族化合物半導体が半導体光変調器の光吸収層
    であることを特徴とする光半導体装置。
  5. 【請求項５】 請求項１または２記載の光半導体装置で
    あって、選択有機金属気相成長法によって結晶成長され
    た III−Ｖ族化合物半導体が半導体光検出器の光吸収層
    であることを特徴とする光半導体装置。
  6. 【請求項６】 請求項１または２記載の光半導体装置で
    あって、選択有機金属気相成長法によって結晶成長され
    た III−Ｖ族化合物半導体が半導体光合分波器のコア層
    であることを特徴とする光半導体装置。
  7. 【請求項７】 請求項１または２記載の光半導体装置で
    あって、選択有機金属気相成長法によって結晶成長され
    た III−Ｖ族化合物半導体が半導体光スイッチのコア層
    であることを特徴とする光半導体装置。
  8. 【請求項８】 選択有機金属気相成長法によって結晶成
    長された III−Ｖ族化合物半導体が光半導体光装置の構
    成要素である請求項１から７のいずれか記載の光半導体
    装置が少なくとも２種類以上集積化されていることを特
    徴とする光半導体装置。
  9. 【請求項９】 Ｖ族元素を２種類以上含む III−Ｖ族化
    合物半導体を構成要素とする光半導体の製造方法であっ
    て、前記製造方法が選択有機金属気相成長法であり、そ
    の選択成長領域におけるＶ族組成が所望の値となるよう
    Ｖ族原料の供給量を非選択有機金属気相成長条件から補
    正することを特徴とする光半導体装置の製造方法。
  10. 【請求項１０】 III族元素を２種類以上、Ｖ族元素を
    ２種類以上含む III−Ｖ族化合物半導体からなる光半導
    体装置の製造方法であって、前記製造方法が選択有機金
    属気相成長法であり、その選択成長領域においてバンド
    ギャップエネルギーおよびＶ族組成が所望の値となるよ
    う III族原料およびＶ族原料両方の供給量を非選択有機
    金属気相成長条件から補正することを特徴とする光半導
    体装置の製造方法。
  11. 【請求項１１】 請求項９または１０記載の光半導体装
    置の製造方法であって、選択有機金属気相成長法が、半
    導体光導波路を直接形成できる狭幅選択有機金属気相成
    長法であることを特徴とする光半導体装置の製造方法。
  12. 【請求項１２】 請求項９から１１のいずれか記載の光
    半導体装置の製造方法であって、有機金属気相成長条件
    からの補正量を決定するに当たり、バンドギャップ波長
    が一定となる条件で III族とＶ族の原料供給量を同時に
    変化させ、バンドギャップ波長を決定するフォトルミネ
    ッセンスのスペクトルピーク強度が最大となる補正量を
    用いることを特徴とする光半導体装置の製造方法。
  13. 【請求項１３】 請求項９から１１のいずれか記載の光
    半導体装置の製造方法であって、有機金属気相成長条件
    からの補正量を決定するに当たり、バンドギャップ波長
    が一定となる条件で III族とＶ族の原料供給量を同時に
    変化させ、バンドギャップ波長を決定するフォトルミネ
    ッセンスのスペクトル半値幅が最小となる補正量を用い
    ることを特徴とする光半導体装置の製造方法。
  14. 【請求項１４】 請求項９から１３のいずれか記載の光
    半導体装置の製造方法であって、 III−Ｖ族化合物半導
    体の構成元素が III族元素にはインジウム、ガリウム、
    アルミニウム、タリウムのうち少なくとも1つを含み、
    Ｖ族元素に燐、ヒ素、窒素、アンチモンのうち少なくと
    も2つを含むことを特徴とする光半導体装置の製造方
    法。
  15. 【請求項１５】 請求項１４記載の光半導体装置の製造
    方法であって、 III-Ｖ族化合物半導体が特にＩｎＧａ
    ＡｓＰであることを特徴とする光半導体装置の製造方
    法。
  16. 【請求項１６】 請求項１から８のいずれか記載の光半
    導体装置あるいは請求項９から１５のいずれか記載の光
    半導体装置の製造方法によって製造された光半導体装置
    と、該光半導体装置からの出力光を外部に導波するため
    の手段と、この導波手段に前記半導体装置からの出力光
    を入力する機構と、前記半導体装置を駆動するための電
    気的インターフェースを備えることを特徴とする光装置
    モジュール。
  17. 【請求項１７】 請求項１から８のいずれか記載の光半
    導体装置あるいは請求項９から１５のいずれか記載の光
    半導体装置の製造方法によって製造された光半導体装置
    と、該光半導体装置への入力光を外部から導波するため
    の手段と、この導波手段から前記半導体装置への出力光
    を入力する機構と、上記半導体装置を駆動するための電
    気的インターフェースを備えることを特徴とする光装置
    モジュール。
  18. 【請求項１８】 請求項１から８のいずれか記載の光半
    導体装置、請求項９から１５のいずれか記載の光半導体
    装置の製造方法によって製造された光半導体装置、ある
    いは、請求項１６または１７記載の光装置モジュールが
    搭載された光送信装置と、この光送信装置からの出力光
    を受信するための受信装置を備えることを特徴とする光
    通信装置。
  19. 【請求項１９】 請求項１から８のいずれか記載の光半
    導体装置、請求項９から１５のいずれか記載の光半導体
    装置の製造方法によって製造された光半導体装置、ある
    いは、請求項１６または１７記載の光装置モジュールが
    搭載された光送信装置と、この光受信装置への入力光を
    送信するための送信装置を備えることを特徴とする光通
    信装置。
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