JP2005045162A - 半導体素子およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】電極によって励起することが可能な活性層を有する２次元スラブフォトニック結晶を用いた半導体素子を得ること。
【解決手段】下クラッド層２、活性層１、上クラッド層３の順に積層され、これらの積層面内に導波路７となる線状欠陥領域を導入した周期的屈折率分布構造が形成されたシート状のスラブ層４が基板５によって支持される２次元スラブフォトニック結晶構造を有する半導体素子１０であって、スラブ層４の積層面に対して所定の角度を持ってｐｎ接合面が形成されるように、スラブ層４内にｐ型領域とｎ型領域を形成する。
【選択図】 図１−２

Description

この発明は、光通信や光情報処理に用いる光デバイスにおいて、２次元スラブフォトニック結晶を電流励起駆動して光制御機能を高めた半導体素子およびその製造方法に関するものである。
従来の活性層を含む２次元スラブフォトニック結晶を用いた光アクティブデバイスにおいて、そのアクティブ動作は光励起により実現されている（たとえば、非特許文献１参照）。この非特許文献１には、ＩｎＧａＡｓＰからなる多重量子井戸構造の活性層を空気クラッド層で挟み込む層構造に、２次元三角格子の穴パターンを形成し、この穴パターンに線状欠陥を導入した２次元スラブフォトニック結晶において、線状欠陥によって構成される導波路の上部から励起レーザ光を照射することによって、導波路のエッジからレーザ発振されることが開示されている。
杉立厚志、外１名、「２次元スラブフォトニック結晶導波路レーザの室温光励起発振」、電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会講演論文集、社団法人電子情報通信学会、２００２年、Ｐ．３２９
非特許文献１に示されるように、従来の活性層を有する２次元スラブフォトニック結晶を用いた光アクティブデバイスでは、電極形成手段が確立されていないために電流注入によって励起することができないという問題点があった。そのため、光励起によってしか光アクティブデバイスをレーザや変調器などの能動的な光デバイスとして動作させることができなかった。
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、電極によって励起することが可能な活性層を有する２次元スラブフォトニック結晶を用いた半導体素子およびその製造方法を得ることを目的とする。
上記目的を達成するため、この発明にかかる半導体素子は、下クラッド層、活性層、上クラッド層の順に積層され、これらの積層面内に導波路となる線状欠陥領域を導入した周期的屈折率分布構造が形成されたシート状のスラブ層が基板によって支持される２次元スラブフォトニック結晶構造を有する半導体素子、あるいはシート状スラブ層が誘電体層に積層保持される２次元スラブフォトニック結晶構造を有する半導体素子、あるいは周期的屈折率分布構造を有するシート状のスラブ層が中実の半導体層に積層保持される２次元スラブフォトニック結晶構造を有する半導体素子であって、前記スラブ層の積層面に対して所定の角度を持ってｐｎ接合面が形成されるように、前記スラブ層内にｐ型領域とｎ型領域を形成することを特徴とする。
この発明によれば、スラブ層内で層面に対して所定の角度のｐｎ接合面を有する２次元スラブフォトニック結晶で半導体素子を構成したので、スラブ層内の積層面と平行な方向に活性層を励起するための電流を流すことができるという効果を有する。これによって、この半導体素子を能動素子として使用する場合に、活性層を光でしか励起できずに大型化していた従来の素子サイズを小型化することができるという効果も有する。
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体素子およびその製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。
実施の形態１．
図１−１と図１−２は、この発明にかかる半導体素子を模式的に示す図であり、図１−１は、半導体素子の全体構成を示す斜視図であり、図１−２は、図１−１の半導体素子におけるＡ−Ａ断面図である。
図１−２に示されるように、この半導体素子１０は、２次元スラブフォトニック結晶構造を基本とする構成を有しており、内部が中空にされた基板５上に下クラッド層２、活性層１、上クラッド層３が順に積層されたスラブ層４が形成され、スラブ層４の２次元面内に周期的な屈折率分布構造が形成される。この図１−１と図１−２の場合では、スラブ層４に形成される周期的な屈折率分布構造として、三角格子状の空気穴構造６が積層方向に貫通するように形成されている。また、この２次元面内の周期的な空気穴構造６に対する線状欠陥（導波路７）がスラブ層４の中央付近に形成されている。また、別な実施例では図１−３に示されるように、この半導体素子１０は、２次元スラブフォトニック結晶構造を基本とする構成を有しており、周期的な空気穴構造６の下部に誘電体層２０が形成され、その上にクラッド層２、活性層１、上クラッド層３が順に積層されたスラブ層４が形成され、スラブ層４の２次元面内に周期的な屈折率分布構造が形成される。さらに、別な実施例では図１−４に示されるように、この半導体素子１０は、２次元スラブフォトニック結晶構造を基本とする構成を有しており、周期的な空気穴構造６の下部には中実の半導体層５が形成され、その上にクラッド層２、活性層１、上クラッド層３が順に積層されたスラブ層４が形成され、スラブ層４の２次元面内に周期的な屈折率分布構造が形成される。
このような構成を有する２次元スラブフォトニック結晶を有する半導体素子１０に、電流注入によって活性層１を励起するために、スラブ層４の積層面内にｐ型の領域とｎ型の領域を形成して、スラブ層４の積層面に対して所定の角度を有するｐｎ接合面を形成することを特徴とする。図２−１〜図２−３は、スラブ層内におけるｐｎ接合の形式を模式的に示す図である。なお、これらの図２−１〜図２−３では、ｐｎ接合の形式をわかりやすくするために、空気穴構造６の図示を省略している。上記ｐｎ接合は、図２−１に示されるように活性層１内にｐ型領域１ｐとｎ型領域１ｎを作成して、ｐｎ接合を形成してもよいし、図２−２と図２−３に示されるように活性層１をイントリンシックな層として活性層１を挟む上下のそれぞれのクラッド層２，３内にｐ型領域２ｐとｎ型領域３ｎ、あるいはｐ型領域３ｐとｎ型領域２ｎを作製して、ｐｎ接合を形成するようにしても良く、上記と組み合わせたものでもよい。すなわち、スラブ層４内でスラブ層４の層面に対して所定の角度を有するｐｎ接合面を形成するように活性層１またはクラッド層２，３にｐ型領域とｎ型領域を構成すればよい。
このように、スラブ層４の積層面に対して所定の角度を有するようにｐｎ接合面を形成することによって、このｐｎ接合面を横切るように電流を流すことが可能となる。ここで、ｐｎ接合面とスラブ層４の積層面との交線は、導波路（線状欠陥）７の伸長方向となるべく同じ方向となることが望ましい。ｐｎ接合面を横切るように電流を流すためには、スラブ層４の積層方向の必ずしも上下に電極を取り付ける必要がなく、ｐｎ接合を挟んだ両側に電極を配置すればよい。その結果、電極を取り付けた２次元スラブフォトニック結晶構造を有する半導体素子１０の構造や製造を簡素化することができる。
この発明で用いられる半導体素子１０の構成は、活性層１が１層の場合にはダブルヘテロ接合を有する化合物半導体であり、活性層１が多重量子井戸（以下、ＭＱＷという）構造を有する場合には量子井戸接合を有する化合物半導体である。したがって、化合物半導体全般ならば、活性層１とクラッド層２，３を構成する材料として用いることができる。具体的には、活性層１やクラッド層２，３を形成する材料として、ＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓＰ，ＡｌＧａＡｓ，ＧａＰ，ＧａＡｓＰ，ＡｌＧａＩｎＰ，ＧａＩｎＮＡｓなどを用いることができる。また、これらの材料をｐ型にするためのドーパントとしてＺｎ，Ｂｅ，Ｃｄ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｃ，Ｍｇなどを用いることができ、ｎ型にするためのドーパントとしてＳｉ，Ｇｅ，Ｓ，Ｓｎ，Ｔｅを用いることができる。
つぎに、半導体素子１０の製造方法について説明する。図３−１〜図３−７は、半導体素子の製造方法を模式的に示す断面側面図である。なお、これらの図３−１〜図３−７では、基板５としてＩｎＰを用い、下クラッド層２、活性層１および上クラッド層３にｎ型のＩｎＧａＡｓＰ（以下、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰという）を用い、ｐ型ドーパントとしてＺｎを用いる場合を例に挙げて説明する。
まず、ＩｎＰ基板５上に、エネルギバンドギャップが相対的に大きい下クラッド層２となるｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層を有機金属化学気相成長装置（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition（以下、ＭＯＣＶＤという））や分子線成長装置（Molecular Beam Epitaxy（以下、ＭＢＥという））などの結晶成長装置を用いて薄膜成長させる。つぎに、下クラッド層２と比較してエネルギバンドギャップが相対的に小さい、すなわち下クラッド層２とは組成比が少し異なるｎ−ＩｎＧａＡｓＰからなる量子井戸層とバリア層からなる活性層１を、ＭＯＣＶＤやＭＢＥなどの結晶成長装置を用いて薄膜成長させる。このときの量子井戸層とバリア層の膜厚、層数、エネルギバンドギャップ値が活性層１における発光波長帯域を決定するので、２次元スラブフォトニック結晶構造の波長帯域や作成する半導体素子１０に要求される波長帯域に合わせるようにして、この活性層１を形成する。さらに、活性層１の上に、エネルギバンドギャップが相対的に大きい上クラッド層３となるｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層をＭＯＣＶＤやＭＢＥなどの結晶成長装置を用いて薄膜成長させる。このようにして基板５上に下クラッド層２、活性層１および上クラッド層３が形成された状態が図３−１に示されている。
つぎに、図３−２に示されるように、上記の工程で基板５上にエピタキシャル成長して形成されたｎ−ＩｎＧａＡｓＰの上クラッド層３上のほぼ半面に、ＺｎＯ層１１を積層させ、さらにその上にＳｉ3Ｎ4やＳｉＯ2などのマスク層１２を形成する。その後、高温槽でＺｎＯ層１１とマスク層１２を形成した基板のアニール処理を行なって、Ｚｎを活性層１まで到達するように拡散させる。これによって、活性層１にＺｎが拡散して、活性層１内にｐｎ接合が形成される。この状態が図３−３に示されている。すなわち、活性層１はｎ型領域１ｎとｐ型領域１ｐの２つの領域によって形成される。なお、マスク層１２は、アニール処理の最中に、ドーパントが膜表面からアニール処理時の雰囲気中に拡散してしまうことを防ぐためのふたの役割を担っている。
つぎに、マスク層１２とＺｎＯ層１１を除去し、上クラッド層３の上面に有機材料からなる電子ビーム（Electron Beam（以下、ＥＢという））露光用レジスト１３を塗布する。この状態が図３−４に示されている。
つぎに、図３−５に示されるように、ＥＢ露光機によって、欠陥構造も含めた屈折率周期構造（この場合は、２次元面内に周期的な構造を有する空気穴構造６）形成用のパターンを描画し、屈折率周期構造を形成する領域以外のＥＢ露光用レジスト１３を残し、屈折率周期構造を形成する領域のＥＢ露光用レジスト１３を除去する。
つぎに、図３−６に示されるように、反応性イオンエッチング装置（Reactive Ion Etching（以下、ＲＩＥという））や誘導プラズマエッチング装置（Induced Coupled Plasma Etching（以下、ＩＣＰという））などのエッチング装置によって、上記パターンにしたがって、上クラッド層３から下クラッド層２のＩｎＧａＡｓＰ層を貫き、基板５の上層部まで届くようにエッチング加工して、空気穴構造６を形成する。この際、基板５をある程度エッチングしておくことで周期構造下部の基板５部分のみを選択的に除去する次工程が容易かつ適切にできる。その後、エッチングを行わなかった領域に塗布されているＥＢ露光用レジスト１３を除去する。
そして、図３−７に示されるように、ウエットエッチングによって、２次元の周期的な空気穴構造６の下部の基板５部分のみを選択的に除去することによって、スラブ層４内で層面に対して所定の角度を有するｐｎ接合面を有する２次元スラブフォトニック結晶構造を有する半導体素子が得られる。このとき、基板５は内部が空洞の状態となっており、シート状のスラブ層４の周縁部が基板５によって支持される構造となっている。このような構造によって、スラブ層４の上下両面が空気と接触する。なお、これらの図３−１〜図３−７の場合には、ｐｎ接合はスラブ層４の層面に対してほぼ垂直な角度のｐｎ接合面が形成されている。
上述した図３−１〜図３−７は、この発明による半導体素子の製造方法の一例であり、他の製造方法を用いて製造することもできる。たとえば、図３−３でマスク層とＺｎＯ層を除去した後に、上クラッド層３上に、ＳｉＮxやＳｉＯ2などの誘電体膜やＴｉなどの金属膜からなる誘電体マスクまたは金属マスク層を蒸着する。つぎに、フォトエッチングプロセスや電子ビームエッチングプロセスなどによって、この誘電体マスクまたは金属マスク層上に、欠陥構造も含めた屈折率周期構造（この場合は、周期的な空気穴構造６）形成用のパターンを形成し、このパターンにしたがって、上クラッド層３から下クラッド層２を貫き、基板５の上層部にまで達するようにエッチング加工するとともに、基板５の内部を選択的に除去するウエットエッチングによって空気穴構造６の下部を構成する基板５材料のみを選択的に除去する。そして、最後にエッチング加工されていない部分の誘電体膜や金属膜を除去することによっても、半導体素子が得られる。
図３−１〜図３−７で活性層１にｐｎ接合を形成する場合、特にｐ型ドーパントとしてのＺｎを拡散する前の上下クラッド層２，３をアンドープ（intrinsic）にしておくことで、Ｚｎ拡散によるｐｎ接合は活性層部分だけで形成されることになり、電流を活性層１内のｐｎ接合部に効率よく流すことが可能となる。また、図３−１〜図３−７では、活性層１にｐｎ接合面を形成する場合を説明したが、活性層１をイントリンシックな層とし、活性層１を挟む上下のクラッド層２，３にｐｎ接合を形成してもよい。この場合、導波路７（となる部分）を挟んで上下クラッドでたすきがけ形状にｐ型、ｎ型構造が形成されることが望ましい。すなわち導波路７（となる部分）の中心近傍を境界に面内の片側だけにイオン注入で下クラッド層２にｎ型（またはｐ型）ドーパントをドープし、同じ導波路の中心近傍を境界に面内の反対側（すなわちたすきがけ部分）の上クラッド層３にイオン注入または拡散を用いてｐ型（またはｎ型）ドーパントをドープする。これにより、導波路部分の活性層１にｐ型、ｎ型の境界類似の状態が実現され、電流が局在して効率よく流れる。このとき、ドーパントは下クラッド層２に十分に達するようにアニール処理を行う必要がある。
さらに、結晶成長装置やプロセス条件、ドーパント材料の組合せによって、表面モルホロジーの良否やドーパント拡散時間の管理精度の良否から、全体をｐ型ウエハ、すなわち活性層１または上下クラッド層２，３をｐ型としておき、所望の位置のみにｎ型ドーパントを拡散させるようにしてもよい。また、図４−１に示されるように、図３−７の半導体素子を作製した後に、別に用意した基板２１を、上記スラブ層４の上クラッド層３に融着接続し、元の基板５を切断するようにしてもよい。さらに、図４−２に示されるように、基板５としてＡｌが含まれる化合物半導体材料を選択し、図３−６の工程の後に、上記Ａｌが含まれる化合物半導体材料を、たとえば水蒸気雰囲気ないに配置して３００℃以上の高温にするなどの方法によって、酸化してＡｌ2Ｏ3などの誘電体層２０を形成することによって、図１−３に示される半導体素子を作製することができる。この場合には、その後の図３−７に示される工程は行われない。なお、図１−３では、基板５としてＡｌが含まれる化合物半導体材料を用いたが、Ａｌが含まれない材料からなる基板５と下クラッド層２との間、または基板５と下クラッド層２との間と上クラッド層３上にＡｌが含まれる化合物半導体材料を形成し（たとえば、ＩｎＰ結晶基板などのＡｌの含まれない結晶基板に対して、バッファ層、上下クラッド層、ＭＱＷ活性層やその他の活性層、ＡｌＧａＡｓ層などのＡｌが含まれる化合物半導体膜をエピタキシャル成長させた、エピウエハやエピ基板などと呼ばれるエピ成長基板が該当する）、さらに図３−６の工程の後に、上記Ａｌが含まれる化合物半導体材料を酸化してもよい。
この実施の形態１によれば、スラブ層４内で層面に対して所定の角度のｐｎ接合面を有する２次元スラブフォトニック結晶で半導体素子１０を構成したので、スラブ層内の積層面と平行な方向に活性層１を励起するための電流を流すことが可能になるという効果を有する。なお、この実施の形態１ではｐｎ接合を詳しく説明するため他の層の詳細を省いたが、電極形成に際してオーミック接合を得るためオーミックコンタクト層などを必要に応じて形成する必要があり、それらについては後述する。また、図３−６で周期的な空気穴構造６を形成した後、選択エッチングにより基板５下部を除去する代わりに、選択酸化によりＡｌＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＩｎＡｓなどのＡｌ含有半導体からＡｌ2Ｏ3などの屈折率の低い誘電体へ変化させることで光を効率的に閉じ込める薄い半導体スラブ層を形成することも可能である。さらに、スラブ構造ではなく、融着接合を用いてＧａＡｓとＩｎＰなど異種半導体の接合により通常の同種半導体結晶成長では得られない高屈折率差を得ることが可能となる。これによって同種半導体上に活性層１および上下クラッド層２，３を積層した場合に比べて効率的に光閉じ込め出来ると共に、放熱特性、機械強度特性の向上を図ることができる。
実施の形態２．
図５−１と図５−２は、実施の形態１で製造した半導体素子にさらに電流注入を行なうための電極を形成した半導体素子の構成を模式的に示す図であり、図４−１は半導体素子の平面図であり、図５−２は図５−１における半導体素子のＢ−Ｂ断面図である。
この半導体素子１０に電流を注入するための電極８ｐ，８ｎは、実施の形態１で説明したスラブ層４内で層面に対して所定の角度を有するｐｎ接合面を有する半導体素子１０の導波路７を挟んだ両端部に、導波路７の伸長方向とほぼ平行になるように形成される。このとき、ｐｎ接合面とスラブ層４の層面との交線の方向と導波路の伸長方向とがほぼ一致することが望ましい。活性層１のｐ型領域１ｐに形成された電極８ｐに電源の正極を接続し、活性層１のｎ型領域１ｎに形成された電極８ｎに電源の負極を接続することによって、活性層１に対してほぼ水平に注入電流ｉを注入することができ、その結果、効率的にｐｎ接合部にキャリアを注入することができる。このような構成によって、たとえばこの半導体素子１０を半導体レーザ発振器として使用する場合には、レーザ発振を効率化することができる。
なお、電極８ｐ，８ｎは、実施の形態１の図３−６で作製された半導体素子１０に、電極８ｐ，８ｎを形成しない部分にマスクを被せて、電極材料を堆積させることによって形成される。この場合、ｐ型領域側に形成するｐ型電極８ｐにはＡｕ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ｎｉ，Ｍｇ，Ｉｎ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｓｉ，Ａｌ，Ａｇ，Ｐｔなどの合金を用い、ｎ型領域側に形成するｎ型電極８ｎにはＡｕ，Ｇｅ，Ｎｉ，Ｉｎ，Ｗ，Ａｇ，Ｓｎ，Ｔｅ，Ｍｏ，Ｗ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ｔａ，Ｂｉ，Ｂｅなどの合金を用いることができる。
また、基板５にＦｅなどをドープしたＩｎＰ、アンドープ（真性）ＧａＡｓやＣｒをドープしたＧａＡｓなどの半絶縁性の基板を用いることによって、注入電流ｉの基板５への漏れを抑制することができ、一層効率的な活性層１へのキャリアの注入を実現することができる。さらに、基板５全体を半絶縁性の基板とするのではなく、ｐ型もしくはｎ型の半導体基板５を用い、下クラッド層２を半絶縁性の層もしくはアンドープ層とする場合、または下クラッド層２と基板５との間に１００ｎｍ以上の厚さを有する半絶縁性の層もしくはアンドープ層を形成することによっても、注入電流ｉの基板５への漏れを抑制することができる。
さらにまた、図５−２の断面図において、上クラッド層３をｐ型のドーパントをドープしたクラッド層とし、下クラッド層２をｎ型のドーパントをドープしたクラッド層とすることで、活性層１のｐｎ接合部に効率的に電流を流すことができる。この場合において、少なくとも上クラッド３または下クラッド２の境界部分を導波路部分とすることで導波路部分の活性層１に電流が集中しやすくなり効率的なレーザ発振が実現できる。さらに、上下クラッド２，３とも境界部分を導波路部分とし、図２−２と図２−３に示されるように、断面がたすきがけ配置状態とすることで、さらに、導波路部分の活性層１に電流が集中しやすくなり効率的なレーザ発振が実現できる。この実施の形態２において上クラッド層３をｎ型ドーパントをドープしたクラッド層とし、下クラッド層２をｐ型ドーパントをドープしたクラッド層としても同様の効果を奏する。
この実施の形態２によれば、スラブ層４の層面に対して所定の角度を有するｐｎ接合面の伸長方向とほぼ一致する導波路７をはさんだ２次元スラブフォトニック結晶の両端部に、導波路７の伸長方向とほぼ平行になるように、電極８ｐ，８ｎを形成したので、活性層１のｐｎ接合部に効率よくキャリアを注入することができる。
実施の形態３．
図６−１は、電極を形成した半導体素子の実施の形態３の構成を模式的に示す断面図である。この実施の形態３では、電極８とスラブ層４との間でオーミックコンタクトを得るために、２次元スラブフォトニック結晶（上クラッド層３）と電極８との間に、ＩｎＧａＡｓなどのオーミックコンタクト層９を最上層として形成することを特徴とする。ただし、オーミックコンタクト層９は、レーザ発光部の上部に残してしまうと光吸収層として機能してしまうので、２次元屈折率周期構造から除去する必要がある。また、図６−２と図６−３に示されるように、オーミックコンタクト層９ｂを下クラッド層２の下方にも形成してもよい。たとえば、図６−２に示されるように、ｎ型電極８ｎ側の半導体素子を、後述するように異方性エッチングによって基板５から上クラッド層３までの断面を露出させて、露出した下部のオーミックコンタクト層９ｂ上にｎ側電極８ｎを形成してもよい。また、図６−３に示されるように、ｎ型電極８ｎ側の基板５を下部のオーミックコンタクト層９ｂが露出するように除去し、この除去した部分にｎ側電極８ｎを形成してもよい。
図７−１〜図７−１０は、この実施の形態３の半導体素子の製造方法の一例を示す断面側面図である。まず、実施の形態１の図３−１〜図３−３と同様にして、ＩｎＰ基板５上に、ＭＯＣＶＤやＭＢＥなどの結晶成長装置を用いて作製されたｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層などの下クラッド層２、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰなどの量子井戸層とバリア層からなる活性層１、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層などの上クラッド層３を順に積層させた後に、誘電体マスクなどを用いて上クラッド層３上のほぼ半面に、ＺｎＯ層を積層し、高温槽でアニール処理を行なって、Ｚｎを活性層１または下クラッド層２まで到達するように拡散させ、活性層１または上下のクラッド層２，３にｐｎ接合を形成する（図７−１〜図７−３）。また、このとき、上クラッド層３の電極８などが形成されない不使用部分にｐｎ接合部分を識別することができるアライメントマークを付す。
つぎに、ドーパントの拡散に使用したＺｎＯ層１１やマスク層１２を除去した後に、図７−４に示されるように、上クラッド層３の上面に、オーミックコンタクト層９を積層し、ＳｉＮxやＳｉＯ2などの誘電体マスク層１４とＥＢ露光用レジスト層１５を形成する。その後、図７−５に示されるように、基板５の表面上に付されたアライメントマークを基準にして、欠陥構造も含めた屈折率周期構造形成用のパターンをＥＢ露光機によって描画し、屈折率周期構造を形成する領域以外のＥＢ露光用レジスト層１５を残し、屈折率周期構造を形成する領域のＥＢ露光用レジスト層１５を除去する。ここでは、アライメントマークの位置に導波路７となる線状欠陥の幅の中心がくるように、ＥＢ露光機によって欠陥構造も含めた屈折率周期構造形成用のパターンが描写される。そして、図７−６に示されるように、ＩＣＰなどのエッチング装置によって、スラブ層４の層面をほぼ垂直方向に貫通する空気穴構造６を形成する。
つぎに、ＥＢ露光用レジスト層１５と誘電体マスク層１４を除去した後に、オーミックコンタクト層９上に第１のフォトマスク１６を形成し、ｐ型領域に形成するｐ型電極８ｐの配置位置の第１のフォトマスク１６を除去する。この除去した部分に真空蒸着やスパッタなどの方法によって、たとえばＡｕＺｎ５０ｎｍ、Ｔｉ１０ｎｍ／Ａｌ５００ｎｍのｐ型電極８ｐを形成して、電極８ｐを合金化する。この状態が、図７−７に示されている。
つぎに、第１のフォトマスク１６を除去した後に、再びオーミックコンタクト層９およびｐ型電極８ｐの上に第２のフォトマスク１７を形成し、ｎ型領域に形成するｎ型電極８ｎの配置位置の第２のフォトマスク１７を除去する。この除去した部分に真空蒸着やスパッタなどの方法によって、たとえばＡｕＧｅ５０ｎｍ／Ｎｉ１０ｎｍ／Ａｕ５００ｎｍのｎ型電極８ｎを形成して、電極８ｎを合金化する。この状態が、図７−８に示されている。
つぎに、図７−９に示されるように、第２のフォトマスク１７を除去し、電極８ｐ，８ｎが形成されている位置以外のオーミックコンタクト層９を除去する。その後、図７−１０に示されるように、ウエットエッチングによって、２次元の周期的な空気穴構造６の下部の基板５部分のみを選択的に除去することで、シート状のスラブ層４の周縁部が、内部が空洞の基板５の周縁部によって支持される構造の半導体素子１０が得られる。そして、半導体素子１０を駆動する際に必要な配線が、ワイヤボンディングなどによって行なわれる。
ここで、２次元スラブフォトニック結晶に電極８ｐ，８ｎを取り付ける際に、２つの電極８ｐ，８ｎ間をなるべく近接して配置させることが望ましいが、導波路７の近くに電極８ｐ，８ｎを設けた場合には、オーミックコンタクト層９は光吸収層として働いてしまうために、導波路７からは光をあまり吸収しない程度に離してオーミックコンタクト層９を設ける必要がある。逆に、２つの電極８ｐ，８ｎの間の距離を離して配置すると、２次元スラブフォトニック結晶の周期的な空気穴構造６が注入電流の観点からは抵抗として働いてしまうので、なるべく近接して設ける必要がある。ところで、２次元スラブフォトニック結晶における２次元屈折率周期構造は、導波路７から水平方向に概ね±１０［μｍ］の範囲に形成することによって、十分に導波路７内に光を閉じ込めることができる。一方、オーミックコンタクト層９間（すなわち電極８ｐ，８ｎ間）が２０［μｍ］を越えて大きくなると電気抵抗が大きくなりすぎ、注入電力がレーザ発振に有効に寄与せず発熱に消費される割合が多くなる。したがって、上記図７−９の工程で、ｐｎ接合形成時に付されたアライメントマークを基準にして、導波路７の伸長方向と直交する方向に±１０［μｍ］の範囲以内のオーミックコンタクト層９を、導波路７の伸長方向と平行方向に除去すればよい。光吸収の許容範囲内でオーミックコンタクト層９の除去幅を更に狭くすることが可能で、その場合は電気抵抗によるロスの低減（レーザ発振の高効率化）が可能となる。この場合、空気穴構造６と一部重なる形でオーミックコンタクト層９が形成される場合もある。これによって、精度の高いオーミックコンタクト層９の除去を行うことができる。
また、上述した説明では、ｐｎ接合を形成した後に、周期的な空気穴構造６の加工を行なっているが、これは空気穴構造６のパターンの形状変化を防ぐためのものである。
さらに、上述した半導体素子１０の製造方法は一例であり、他の方法や上述した工程の入れ替えなどの種々の方法で同様の半導体素子１０を製造することができる。たとえば、上述した説明では、ｐｎ接合を形成した後に周期的な空気穴構造６を形成しているが、線状の欠陥構造を含む周期的な空気穴構造６のパターンを形成し、その線状欠陥の幅方向の中心部を識別できる位置にアライメントマークを付して、その後にこのアライメントマークを基準にしてｐｎ接合を形成するようにしてもよい。
この実施の形態３によれば、スラブ層４と電極８との間にオーミックコンタクト層９を形成したので、スラブ層４と電極８との間にオーミック電流を流すことができるという効果を有する。
また、ｐｎ接合形成後に、周期的な空気穴構造６の加工を行なうようにしているので、空気穴構造６の形状変化を防ぐことができる。さらに、ｐｎ接合形成時に、その接合部分を識別するアライメントマークを形成し、このアライメントマークを基準にして周期的な欠陥構造を含む空気穴構造６を形成するようにしたので、空気穴構造６とｐｎ接合部との間の位置合わせを高い制度で制御可能となる。さらにまた、電極８の形成後に、基板５の内部をウエットエッチングによってアンダカットしてスラブを形成するようにしたので、電極形成プロセス時に薄いスラブを破損する虞がなくなるという効果も有する。また、この実施の形態３では下クラッド層２と基板５の間について述べていないが、この間に別にオーミックコンタクト層や、平坦性向上のためのバッファ層などの各種構造を形成することで、後の電極形成の自由度を向上や、結晶品質の向上を実現できる。さらに、この実施の形態３でＺｎの拡散によりｐ型ドーパントのドーピングを行っているが、イオン注入などのよるドーピング、または拡散・注入前のエピ状態と拡散・注入ドーパントを、上述した実施の形態と代えて、ｐ型とｎ型を逆にしても同様の効果を奏する。また、この実施の形態３でも中空スラブ形状だけでなく、誘電体支持や半導体支持構造とする工程なども適用可能である。
実施の形態４．
図８〜図１０は、電極を形成した半導体素子の実施の形態４の構成を模式的に示す断面図である。これらの図８〜図１０に示されるように、この実施の形態４では、一方の電極８の取り付け位置を、上クラッド層３よりも下側の低い位置とすることを特徴とする。
図８は、一方の電極８ｎが形成される領域の下クラッド層２を露出させて、すなわち、一方の電極８ｎが形成される領域が他の領域に比して低くなるように段差を設けて下クラッド層２を露出させて、この露出させた下クラッド層２上に電極８ｎを形成している。このとき形成される電極８ｎの側面は、活性層１と接触している。この段差は、ＩＣＰやＲＩＥなどのドライエッチング装置によって形成することができる。この際、活性層１にｐ型ドーパントおよびｎ型ドーパントがドープされており、１ｐ側の上クラッド層３に同様にｐ型ドーパントがドープされ、および（または）１ｎ側の下クラッド層２に同様にｎ型ドーパントがドープされていれば（すなわち上下クラッド層２，３のどちらか一方あるいは両方のドーピングがされていれば）、活性層１中のｐｎ接合部に効率的に電流が注入され、効率の良いレーザ発振が実現できる。さらに、活性層１のみがｐ型ドーパントおよびｎ型ドーパントがドープされていればより効率的なレーザ発振が実現できる。
図９は、図８のように下クラッド層２を露出させるのではなく、活性層１の領域まで段差を形成して、一部が露出した活性層１上に電極８ｎを形成している。この場合にも、形成される電極８ｎの側面は、活性層１と接触している。この際、活性層１にｐ型ドーパントおよびｎ型ドーパントがドープされており、１ｐ側の上クラッド層３に同様にｐ型ドーパントがドープされ、および（または）１ｎ側の下クラッド層２に同様にｎ型ドーパントがドープされていれば（すなわち上下クラッド層２，３のどちらか一方あるいは両方のドーピングがされていれば）、活性層１中のｐｎ接合部に効率的に電流が注入され、効率の良いレーザ発振が実現できる。さらに、活性層１のみがｐ型ドーパントおよびｎ型ドーパントがドープされていればより効率的なレーザ発振が実現できる。
なお、図８と図９では、電極８ｎの一側面を活性層１と接触させる構成としているが、この方法は形成状態の制御が難しい。そこで、図１０に示されるように、電極８ｎを、活性層１と側面で接触させるのではなく、スラブ層４の積層面とほぼ水平な面で下クラッド層２と接触させるようにしてもよい。この場合には、ドライエッチング方法によって形成された段差部分に、活性層１と側面で接触しないように電極８ｎを形成する。図１０では、電極８ｎが下クラッド層２と水平面接触する場合が例示されているが、活性層１と水平面接触するようにしてもよい。この際、活性層１にｐ型ドーパントおよびｎ型ドーパントがドープされており、１ｐ側の上クラッド層３に同様にｐ型ドーパントがドープされ、および（または）１ｎ側の下クラッド層２に同様にｎ型ドーパントがドープされていれば（すなわち上下クラッド層２，３のどちらか一方あるいは両方のドーピングがされていれば）、活性層１中のｐｎ接合部に効率的に電流が注入され、効率の良いレーザ発振が実現できる。さらに、活性層１のみがｐ型ドーパントおよびｎ型ドーパントがドープされていればより効率的なレーザ発振が実現できる。
また、図８〜図１０では、電極８ｎを、活性層１または下クラッド層２の上部に直接形成するようにしているが、実施の形態３で説明したように、段差を形成した位置にオーミックコンタクト層９を形成し、その上部に電極８ｎを形成するようにしてもよい。
この実施の形態４によれば、一方の電極８が形成される位置を、上クラッド層３よりも下側の低い位置となるように構成したので、電流経路を制御して、活性層１のｐｎ接合部に効率的に電流注入することが可能となる。なお、この実施の形態４においてｐ型とｎ型を入れ替えて構成しても同様の効果を奏する。
実施の形態５．
図１１は、電極を形成した半導体素子の実施の形態５の構成を模式的に示す断面図である。この図１１に示されるように、この実施の形態５では、結晶方位を利用した異方性ウエットエッチングを用いて電極形成部を水平方向に対して傾斜して形成することを特徴とする。
たとえば、ＩｎＧａＡｓＰと同様の構造を有するＩｎＰの場合、［００１］の結晶方位は、［０１１］の結晶方位よりもエッチングレートが速いことが知られている。そこで、スラブ層４を（０１１）面が基板５の表面と平行になるように結晶成長させて、これをウエットエッチングを行うことによって、図１１に示されるように、スラブ層４の端部に（００１）面を露出させることができる。そして、この露出した領域の活性層１を含む部分に電極８ｎを取り付けることができる。このように、電極形成部をスラブ層４の積層面に対して所定の角度を有するように形成して、この電極形成部に電極８を取り付けることによって、良好なコンタクト界面を得ることができる。この際、活性層１にｐ型ドーパントおよびｎ型ドーパントがドープされており、１ｐ側の上クラッド層３に同様にｐ型ドーパントがドープされ、および（または）１ｎ側の下クラッド層２に同様にｎ型ドーパントがドープされていれば（すなわち上下クラッド層２，３のどちらか一方あるいは両方のドーピングがされていれば）、活性層１中のｐｎ接合部に効率的に電流が注入され、効率の良いレーザ発振が実現できる。さらに、活性層１のみがｐ型ドーパントおよびｎ型ドーパントがドープされていればより効率的なレーザ発振が実現できる。
なお、上述した結晶方位の関係は一例であり、結晶におけるウエットエッチングに異方性がある場合には、エッチングレートの速い面が基板５の表面に対して所定の傾斜を有する面となるように、スラブ層４を成長させることができる。
また、図１１では、上クラッド層３のみに電極８ｎを接触させずに活性層１と下クラッド層２に電極８ｎを接触させるようにしているが、上クラッド層３、活性層１ともに電極を接触させずに、下クラッド層２にのみ電極を接触させるようにしてもよい。さらに、この場合にも実施の形態３で説明したように、電極８ｎとスラブ層４との間に、オーミックコンタクト層９を設けてもよい。この際、活性層１にｐ型ドーパントおよびｎ型ドーパントがドープされており、１ｐ側の上クラッド層３に同様にｐ型ドーパントがドープされ、および（または）１ｎ側の下クラッド層２に同様にｎ型ドーパントがドープされていれば（すなわち上下クラッド層２，３のどちらか一方あるいは両方のドーピングがされていれば）、活性層１中のｐｎ接合部に効率的に電流が注入され、効率の良いレーザ発振が実現できる。また、活性層１のみがｐ型ドーパントおよびｎ型ドーパントがドープされていればより効率的なレーザ発振が実現できる。
さらに、図１１では片側の電極８ｎのみに異方性エッチングを施しているが、図１２に示されるように、両側の電極８ｎ，８ｐに異方性エッチングを施してもよい。この際、活性層１にｐ型ドーパントおよびｎ型ドーパントがドープされており、１ｐ側の上クラッド層３に同様にｐ型ドーパントがドープされ、および（または）１ｎ側の下クラッド層２に同様にｎ型ドーパントがドープされており（すなわち上下クラッド層２，３のどちらか一方あるいは両方のドーピングがされており）、かつ、ｐ側の電極８ｐは活性層１および（または）上クラッド層３に接触しており、ｎ側の電極８ｎは活性層１および（または）下クラッド層２に接触していれば、活性層１中のｐｎ接合部に効率的に電流が注入され、効率の良いレーザ発振が実現できる。さらに、活性層１のみがｐ型ドーパントおよびｎ型ドーパントがドープされていればより効率的なレーザ発振が実現できる。この場合は、両電極８ｐ，８ｎとも活性層１、上下クラッド層２，３のいずれかに接触していればよい。
この実施の形態５によれば、スラブ層４を構成する材料のウエットエッチングの異方性を利用して、スラブ層４の積層面に対して所定の傾斜を有する面が露出するようにスラブ層４をウエットエッチングして、その露出した面に電極８を形成するように構成したので、電極８と活性層１または下クラッド層２との間で良好なコンタクト界面を得ることができるという効果を有する。
以上のように、この発明にかかる半導体素子およびその製造方法は、光通信や光情報処理に用いる光デバイスに有用である。
この発明による半導体素子の全体構成を示す斜視図である。 図１−１に示される半導体素子のＡ−Ａ断面図である。 この発明による半導体素子の他の例を示す断面図である。 この発明による半導体素子の他の例を示す断面図である。 スラブ層内におけるｐｎ接合の形式を模式的に示す図である。 スラブ層内におけるｐｎ接合の形式を模式的に示す図である。 スラブ層内におけるｐｎ接合の形式を模式的に示す図である。 半導体素子の製造方法を模式的に示す断面側面図である。 半導体素子の製造方法を模式的に示す断面側面図である。 半導体素子の製造方法を模式的に示す断面側面図である。 半導体素子の製造方法を模式的に示す断面側面図である。 半導体素子の製造方法を模式的に示す断面側面図である。 半導体素子の製造方法を模式的に示す断面側面図である。 半導体素子の製造方法を模式的に示す断面側面図である。 半導体素子の構成の一例を模式的に示す断面図である。 半導体素子の構成の一例を模式的に示す断面図である。 電流注入を行なうための電極を形成した半導体素子の構成を模式的に示す平面図である。 図５−１の半導体素子のＢ−Ｂ断面図である。 電極を形成した半導体素子の実施の形態３の構成を模式的に示す断面図である。 電極を形成した半導体素子の実施の形態３の構成を模式的に示す断面図である。 電極を形成した半導体素子の実施の形態３の構成を模式的に示す断面図である。 この実施の形態３の半導体素子の製造方法の一例を示す断面側面図である。 この実施の形態３の半導体素子の製造方法の一例を示す断面側面図である。 この実施の形態３の半導体素子の製造方法の一例を示す断面側面図である。 この実施の形態３の半導体素子の製造方法の一例を示す断面側面図である。 この実施の形態３の半導体素子の製造方法の一例を示す断面側面図である。 この実施の形態３の半導体素子の製造方法の一例を示す断面側面図である。 この実施の形態３の半導体素子の製造方法の一例を示す断面側面図である。 この実施の形態３の半導体素子の製造方法の一例を示す断面側面図である。 この実施の形態３の半導体素子の製造方法の一例を示す断面側面図である。 この実施の形態３の半導体素子の製造方法の一例を示す断面側面図である。 電極を形成した半導体素子の実施の形態４の構成を模式的に示す断面図である。 電極を形成した半導体素子の実施の形態４の構成を模式的に示す断面図である。 電極を形成した半導体素子の実施の形態４の構成を模式的に示す断面図である。 電極を形成した半導体素子の実施の形態５の構成を模式的に示す断面図である。 電極を形成した半導体素子の実施の形態５の構成を模式的に示す断面図である。
符号の説明
１ 活性層
２ 下クラッド層
３ 上クラッド層
４ スラブ層
５，２１ 基板
６ 空気穴構造
７ 線状欠陥
８ 電極
９，９ｂ オーミックコンタクト層
１０ 半導体素子
１１ ＺｎＯ層
１２ マスク層
１３ 露光用レジスト
１４ 誘電体マスク層
１５ 露光用レジスト層
１６，１７ フォトマスク
２０ 誘電体層

Claims (33)

  1. 下クラッド層、活性層、上クラッド層の順に積層され、これらの積層面内に導波路となる線状欠陥領域を導入した周期的屈折率分布構造が形成されたシート状のスラブ層が基板によって支持される２次元スラブフォトニック結晶構造を有する半導体素子、あるいはシート状スラブ層が誘電体層に積層保持される２次元スラブフォトニック結晶構造を有する半導体素子、あるいは周期的屈折率分布構造を有するシート状のスラブ層が中実の半導体層に積層保持される２次元スラブフォトニック結晶構造を有する半導体素子であって、
    前記スラブ層の積層面に対して所定の角度を持ってｐｎ接合面が形成されるように、前記スラブ層内にｐ型領域とｎ型領域を形成することを特徴とする半導体素子。
  2. 前記ｐｎ接合面と前記スラブ層の積層面との交線の方向が前記線状欠陥領域の伸長方向とほぼ同じ方向であることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
  3. 前記ｐｎ接合は、ＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓＰ，ＡｌＧａＡｓ，ＧａＰ，ＧａＡｓＰ，ＡｌＧａＩｎＰ，ＧａＩｎＮＡｓからなる群より選択される少なくとも１種以上によって構成されるｎ型の前記活性層または前記クラッド層に、Ｚｎ，Ｂｅ，Ｃｄ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｃ，Ｍｇの元素からなる群より選択される少なくとも１種以上の元素をｐ型ドーパントとして使用して形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体素子。
  4. 前記ｐｎ接合は、ＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓＰ，ＡｌＧａＡｓ，ＧａＰ，ＧａＡｓＰ，ＡｌＧａＩｎＰ，ＧａＩｎＮＡｓからなる群より選択される少なくとも１種以上によって構成されるｐ型の前記活性層または前記クラッド層に、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓ，Ｓｎ，Ｔｅの元素からなる群より選択される少なくとも１種以上の元素をｎ型ドーパントとして使用して形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体素子。
  5. 前記ｐ型領域に配置される第１の電極と、前記ｎ型領域に配置される第２の電極をさらに備え、
    前記活性層は、前記スラブ層の積層面とほぼ平行に形成され、
    前記第１と前記第２の電極は、前記活性層にほぼ平行に電流を注入するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
  6. 前記第１と前記第２の電極は、前記スラブ層に接し前記線状欠陥を挟んでほぼ対称的な位置に形成されることを特徴とする請求項５に記載の半導体素子。
  7. 前記基板は、半絶縁性の基板であることを特徴とする請求項５に記載の半導体素子。
  8. 前記基板は、半導体基板であり、
    前記スラブ層は、半絶縁性層またはアンドープ層が堆積された前記半導体基板上に形成されることを特徴とする請求項５に記載の半導体素子。
  9. 前記下クラッド層は、ｎ型ドーパントがドープされた下クラッド層であり、前記上クラッド層は、ｐ型ドーパントがドープされた上クラッド層であることを特徴とする請求項８に記載の半導体素子。
  10. 前記下クラッド層は、ｐ型ドーパントがドープされた下クラッド層であり、前記上クラッド層は、ｎ型ドーパントがドープされた上クラッド層であることを特徴とする請求項８に記載の半導体素子。
  11. 前記スラブ層は、アンドープの前記上および下クラッド層にｎ型の活性層が挟まれる構成を有し、少なくとも前記ｎ型の活性層の一部にｐ型領域を形成し、前記活性層のｐ型領域のみに接する前記上および下クラッド層部分はｐ型領域またはアンドープであることを特徴とする請求項８に記載の半導体素子。
  12. 前記スラブ層は、アンドープの前記上および下クラッド層にｐ型の活性層が挟まれる構成を有し、少なくとも前記ｐ型の活性層の一部にｎ型領域を形成し、前記活性層のｎ型領域のみに接する前記上および下クラッド層部分はｎ型領域またはアンドープであることを特徴とする請求項８に記載の半導体素子。
  13. 前記第１と前記第２の電極と前記スラブ層の間に、オーミックコンタクトを取るためのオーミックコンタクト層がさらに形成されることを特徴とする請求項５に記載の半導体素子。
  14. 前記オーミックコンタクト層は、前記周期的屈折率分布構造の上下部には形成されないことを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子。
  15. 前記オーミックコンタクト層は、前記スラブ層の積層面内で、前記線状欠陥の幅方向の中心からこの方向に１０μｍ以上離れずに形成されることを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子。
  16. 前記第１と前記第２の電極のうち少なくともいずれか１つの電極の取り付け位置に存在する前記上クラッド層と前記活性層を除去して前記下クラッド層を露出させ、この露出した下クラッド層上に前記電極を形成することを特徴とする請求項５に記載の半導体素子。
  17. 前記第１と前記第２の電極のうち少なくともいずれか１つの電極の取り付け位置に存在する前記スラブ層の一部を、前記スラブ層の積層面とほぼ平行に除去して階段状の段差を設け、前記段差部分に前記電極を形成することを特徴とする請求項５に記載の半導体素子。
  18. 前記電極の取り付け位置に存在する前記スラブ層の一部として、前記上クラッド層のみを除去することを特徴とする請求項１７に記載の半導体素子。
  19. 前記電極の取り付け位置に存在する前記スラブ層の一部として、前記上クラッド層と前記活性層を除去することを特徴とする請求項１７に記載の半導体素子。
  20. 前記電極は、その側面が前記階段状の段差の側面部と接触しないように形成されることを特徴とする請求項１９に記載の半導体素子。
  21. 前記スラブ層の一部を、前記スラブ層の積層面に対して所定の角度で傾斜する面に沿って前記活性層を含む前記スラブ層の断面を露出させ、この露出した断面に前記電極を形成することを特徴とする請求項５に記載の半導体素子。
  22. 前記電極は、前記活性層と前記下クラッド層に接触させて形成されることを特徴とする請求項２１に記載の半導体素子。
  23. 前記電極は、前記下クラッド層のみに電極を接触させて形成されることを特徴とする請求項２１に記載の半導体素子。
  24. 前記電極と前記スラブ層の間に、オーミックコンタクトを取るためのオーミックコンタクト層がさらに形成されることを特徴とする請求項１６〜２３のいずれか１つに記載の半導体素子。
  25. 前記基板はＡｌを含む材料から構成され、前記基板の前記下クラッド層との接触部から所定の厚さの部分に前記Ａｌを酸化した誘電体層を形成することを特徴とする請求項５に記載の半導体素子。
  26. 基板上に、下クラッド層と活性層と上クラッド層からなるスラブ層を順に積層する第１の工程と、
    前記スラブ層の積層面に対して所定の角度を持ってｐｎ接合面を形成する第２の工程と、
    前記上クラッド層上に電極を取り付けるためのオーミックコンタクト層を形成する第３の工程と、
    前記スラブ層と前記オーミックコンタクト層に、導波路となる線状欠陥領域を導入した周期的な空気穴構造を形成する第４の工程と、
    前記スラブ層内のｐ型領域とｎ型領域のそれぞれの前記オーミックコンタクト層上に電極を形成する第５の工程と、
    前記オーミックコンタクト層を除去する第６の工程と、
    前記スラブ層をシート状にするために、前記基板内部を中空状にアンダカットする第７の工程と、
    を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
  27. 基板上に、下クラッド層と活性層と上クラッド層からなるスラブ層を順に積層する第１の工程と、
    前記スラブ層の積層面に対して所定の角度を持ってｐｎ接合面を形成する第２の工程と、
    前記上クラッド層上に電極を取り付けるためのオーミックコンタクト層を形成する第３の工程と、
    前記スラブ層と前記オーミックコンタクト層に、導波路となる線状欠陥領域を導入した周期的な空気穴構造を形成する第４の工程と、
    前記スラブ層内のｐ型領域とｎ型領域のそれぞれの前記オーミックコンタクト層上に電極を形成する第５の工程と、
    前記オーミックコンタクト層を除去する第６の工程と、
    前記半導体スラブ層を形成するため下部または上下部のＡｌ含有層を酸化して誘電体層にする第７の工程と、
    を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
  28. 第１の基板上に、下クラッド層と活性層と上クラッド層からなるスラブ層を順に積層する第１の工程と、
    前記スラブ層の積層面に対して所定の角度を持ってｐｎ接合面を形成する第２の工程と、
    前記上クラッド層上に電極を取り付けるためのオーミックコンタクト層を形成する第３の工程と、
    前記スラブ層と前記オーミックコンタクト層に、導波路となる線状欠陥領域を導入した周期的な空気穴構造を形成する第４の工程と、
    前記半導体スラブ層を形成するため下部または上下部を除去する第５の工程と、
    前記第１の基板とは別に用意した第２の基板を前記第１の基板に融着接続する第６の工程と、
    融着形成後の前記第２の基板上にあるｐ型およびｎ型領域のオーミックコンタクト層に接して電極を形成する第７の工程と、
    を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
  29. 前記第１の工程で積層される前記活性層または前記上下クラッド層は、ｎ型の化合物半導体によって形成され、
    前記第２の工程で、前記スラブ層の所定の領域にｐ型ドーパントを拡散させることを特徴とする請求項２６または２７に記載の半導体素子の製造方法。
  30. 前記第１の工程で積層される前記活性層または前記上下クラッド層は、ｐ型の化合物半導体によって形成され、
    前記第２の工程で、前記スラブ層の所定の領域にｎ型ドーパントを拡散させることを特徴とする請求項２６または２７に記載の半導体素子の製造方法。
  31. 前記第２の工程でｐｎ接合面を形成したときに、ｐｎ接合の位置を識別することが可能なアライメントマークをさらに前記スラブ層上に形成し、
    前記第６の工程では、前記アライメントマークを基準にして定めた所定の領域の前記オーミックコンタクト層を除去することを特徴とする請求項２６または２７に記載の半導体素子の製造方法。
  32. 前記第２の工程で、ｐｎ接合面を形成したときに、ｐｎ接合の位置を識別することが可能なアライメントマークをさらに前記スラブ層状に形成し、
    前記第４の工程では、前記アライメントマークを基準にして前記スラブ層と前記オーミックコンタクト層上に形成する前記周期的な空気穴構造の位置合わせを行うことを特徴とする請求項２６または２７に記載の半導体素子の製造方法。
  33. 基板上に、下クラッド層と活性層と上クラッド層からなるスラブ層を順に積層する第１の工程と、
    前記上クラッド層上に電極を取り付けるためのオーミックコンタクト層を形成する第２の工程と、
    前記スラブ層と前記オーミックコンタクト層に、導波路となる線状欠陥領域を導入した周期的な空気穴構造を形成する第３の工程と、
    前記スラブ層の積層面に対して所定の角度を持ってｐｎ接合面を形成する第４の工程と、
    前記スラブ層内のｐ型領域とｎ型領域のそれぞれの前記オーミックコンタクト層上に電極を形成する第５の工程と、
    前記オーミックコンタクト層を除去する第６の工程と、
    前記スラブ層をシート状にするために、前記基板内部を中空状にアンダカットする第７の工程と、
    を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。


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