JP2006245222A - 光半導体装置の製造方法および光半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 所望の活性層幅の制御が可能で、アルミニウムを含む活性層を空気に接触させることなく、かつ、高いメサ構造を実現する。
【解決手段】 光半導体装置の製造過程において、基板上に設けられた異なる導電性の一対のクラッド層間にアルミニウムを含む活性層を有する積層構造体に対して結晶成長炉の外で前記活性層の近傍までエッチングを行い（ステップＳ１）、結晶成長炉内で活性層と一対のクラッド層とに対してエッチングを行い（ステップＳ２）、埋め込み層を形成する（ステップＳ３）。そのため、高いメサ構造体を形成しても、アルミニウムを含む活性層を空気に接触させることなく光半導体装置に適した活性層幅にエッチングすることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は光半導体装置の製造方法および光半導体装置に関し、特にアルミニウムを含む半導体層を活性層に用いた光半導体装置の製造方法および光半導体装置に関する。

近年、光通信システムの通信速度（伝送速度）の高速化に向けて、例えば、ＡｌＧａＩｎＡｓ系多重量子井戸（Multiple Quantum Well:MQW）構造を活性層に用いた高抵抗埋め込み型半導体レーザや光変調器等の開発が行われている（例えば、非特許文献１参照）。

図２０は、高抵抗埋め込み型の光半導体装置を示す断面図である。
図２０に示す光半導体装置９０は、電流路以外の領域を高い抵抗にするための高抵抗層９７で埋め込んだ構造（ストライプ構造）をなしている。このような構造にすることにより、活性層のみに電流を注入することができるので動作電流を低減することができる。また、通常のｐｎ埋め込み構造に比べて素子容量を低減でき、よって通信速度の高速化を図ることができる。

また、ＡｌＧａＩｎＡｓ系ＭＱＷ構造は、ＩｎＧａＡｓＰ系ＭＱＷ構造に比べて伝導帯のバンド不連続が大きく電子の閉じ込めが強いため、活性層９３に用いると高温での素子特性を向上できる。また、逆に価電子帯のバンド不連続が小さいため、正孔の引き抜きが容易で、変調特性の向上が期待できる。

この光半導体装置９０は、例えば、以下のようにして作製される。
まず、ｎ型ＩｎＰ基板上に、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属化学気相成長）装置（ＭＯＣＶＤ法）により、少なくとも、ｎ型ＩｎＰクラッド層９２、アルミニウムを含む活性層９３、ｐ型ＩｎＰクラッド層９４およびｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層９５が含まれる半導体積層構造体を結晶成長する。

次に、この半導体積層構造体にストライプ状のＳｉＯ₂マスクを形成し、ウェットエッチングもしくはドライエッチングにより、少なくともｎ型ＩｎＰクラッド層中に到達するメサエッチングを行う。これにより、基板上に、ｎ型ＩｎＰクラッド層９２の一部、Ａｌを含む活性層９３、ｐ型ＩｎＰクラッド層９４およびｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層９５とで構成されるストライプ状のメサ構造体９８が形成される。

その後、メサ構造体９８をＭＯＣＶＤ装置に導入し、メサ構造体９８を前述した高抵抗層９７で埋め込む。
その後、ＳｉＯ₂マスクを除去し、ｐ側電極９６、ｎ側電極９１を形成する。これにより、光半導体装置９０が完成する。

ここで、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層９５の上面からの活性層９３上面までの深さＤは、活性層９３の光放射がｐ側電極９６に到達しない深さ（一例として、２μｍ以上）に設計するのが好ましい。したがって、形成するメサ構造体９８は、その高さが３μｍ程度であるのが好ましい。また、活性層９３の幅Ｗは、横高次モード（複数の横モード）を抑制するために通常２μｍ以下であるのが好ましい。

ところで、前述した製造過程においては、半導体積層構造体をＭＯＣＶＤ装置に導入する際に、活性層９３が空気（外気）に触れてしまう恐れがある。
前述したように、活性層９３は、アルミニウムを含んでいる。アルミニウムは、非常に酸化しやすい材料であるため、作製プロセス中にアルミニウムを含む活性層９３が空気に接触すると、活性層９３がすぐに酸化されてしまう。この酸化の度合いが大きいと、表面に形成されるＡｌ₂Ｏ₃酸化膜により高抵抗層９７の埋め込み再成長が阻害され、活性層９３の脇にボイド（未成長による空洞）や積層欠陥が発生し、素子特性や歩留まりを低下させてしまう。また、再成長界面に高濃度の酸素が残留すると素子の信頼性を低下させる要因になる。

上述したように、アルミニウムを含む半導体層を活性層に用いた埋め込み型光半導体装置の製造においては、アルミニウムの酸化を防止することが必要となる。
アルミニウムの酸化を防止する埋め込み技術としては、例えば、ＭＯＣＶＤ法を用いて、アルミニウムを含む活性層を形成し、その側面を空気に接触させること無くＩｎＰ層で被覆する選択成長法（例えば、特許文献１参照）や、アルミニウムを含む半導体積層構造にストライプ状絶縁膜マスクを施したウエハを、ＭＯＣＶＤ装置の反応炉内で気相エッチングすることによりメサ構造体を形成し、その後連続して結晶成長を行い、メサ構造体を半導体層で埋め込む気相エッチング法（例えば、特許文献２および非特許文献２参照）等が挙げられる。

いずれの方法を用いた場合も、（１００）面を基板面とするとき、ストライプ方向を［０１１］方向に形成すると、メサ構造体の側面には（１００）面に対して約５５°の傾斜をなす（１１１）Ｂ面が形成される。
特開２００３−１３３６４７号公報 特開平６−２３２０９９号公報 Jpn. Journal of Applied Physics Vol41（2002）1171−1174 Jpn. Journal of Applied Physics Vol43（2004）L1247−L1249

これらの方法では、メサ構造体の側面に（１１１）Ｂ面が形成されるため、比較的低いメサ構造の埋め込みには有効であるが、図２０に示すような比較的高いメサ構造の埋め込みに適用した場合には、活性層の［０１−１］方向の幅が広くなってしまい（一例として、３μｍ以上）、光の横高次モードが発生して素子特性が劣化するという問題があった。すなわち、光半導体装置９０に適した２μｍ以下の活性層幅に制御することができないという問題があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、所望の活性層幅の制御が可能で、アルミニウムを含む活性層を空気に接触させることなく、かつ、高いメサ構造を実現することができる光半導体装置の製造方法および光半導体装置を提供することを目的とする。

本発明では上記課題を解決するために、図１に示す製造フローによって実現可能な光半導体装置の製造方法が提供される。
本発明に係る光半導体装置の製造方法は、アルミニウムを含む活性層を有する光半導体装置の製造方法において、結晶成長装置を用いて基板上に異なる導電性の一対のクラッド層間にアルミニウムを含む活性層を成長させた積層構造体を、前記結晶成長装置の外で前記活性層の近傍までエッチングする第１の工程と、前記結晶成長装置を用いて前記活性層と前記一対のクラッド層とに対してエッチングを行ってメサ構造体を形成する第２の工程と、前記メサ構造体の露出面を覆うように、前記結晶成長装置を用いて埋め込み層を形成する第３の工程と、を有することを特徴とする。

このような光半導体装置の製造方法では、積層構造体を形成し、結晶成長装置の外でこの積層構造体を活性層の近傍までエッチングし（ステップＳ１）、結晶成長装置内でこの積層構造体を例えば、気相エッチングなどの方法を用いてエッチングしてメサ構造体を形成し（ステップＳ２）、ステップＳ２に連続して、このメサ構造体の露出面を覆うように、埋め込み層を形成する（ステップＳ３）。

この方法では、エッチングを、結晶成長炉の外でのエッチングと結晶成長炉内でのエッチングとに分けて行うことを特徴としているため、高いメサ構造体を形成しても、アルミニウムを含む活性層を空気に接触させることなく光半導体装置に適した活性層幅にエッチングすることができる。

また、本発明に係る光半導体装置は、アルミニウムを含む活性層を有する光半導体装置において、（１００）面を基板面とする基板と、前記基板上に設けられ、かつ、［０１１］方向に延在する、異なる導電性を有する一対のクラッド層および前記一対のクラッド層間に設けられアルミニウムを含む活性層を備えるメサ構造体と、前記活性層および前記一対のクラッド層の露出面を覆うように、前記基板上に設けられた埋め込み層とを有し、前記一対のクラッド層のうちの、前記活性層を介して前記基板と反対側のクラッド層は、その側面が（１００）面に対してほぼ垂直に形成され、かつ、前記活性層には、（１１１）Ｂ面が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、エッチングを、結晶成長炉の外でのエッチングと結晶成長炉内でのエッチングとに分けて行うため、アルミニウムを含む活性層を空気に接触させることなくエッチング加工することができる。これにより、活性層の結晶の品質を向上させることができ、高抵抗埋め込み層への電流リーク低減による動作電流の低減や、再成長界面の酸素濃度低減による素子の信頼性を向上させることができる。

また、高いメサ構造を製造しても、活性層を光半導体装置に適した幅にエッチング加工することができる。これにより、光の横高次モードの発生を低減または抑制することができるため、素子の特性の劣化を防止することができる。

また、埋め込み層のほぼ全部を高抵抗層で構成するため、寄生容量を小さくすることができ、高速変調等の高周波特性を向上させることができる。これらにより、光半導体装置の高性能化、高品質化を図ることができる。

以下、本発明の光半導体装置の製造方法および光半導体装置について、図面を参照して詳細に説明する。
図２は、本発明の光半導体装置の第１の実施の形態を示す断面図である。

なお、以下の説明では、各層の上側の面を「上面」、下側の面を「下面」という。
また、図２の上側に進む方向を［１００］方向、図２の紙面に向かって奥側に進む方向を［０１１］方向、図２の右側に向かって進む方向を［０１−１］方向とする。

なお、括弧内の値は、一例を示す。
図２に示す光半導体装置１００は、活性層に多重量子井戸構造（以下「ＭＱＷ構造」という）を適用し、［０１１］方向を長手方向とする（［０１１］方向に延在する）メサ構造体６０（後述）以外の領域に高抵抗層を埋め込んだ構造（ストライプ構造）をなしており、ｎ型電極１、ｎ型基板２、ｎ型クラッド層３、アルミニウムを含む活性層４、ｐ型エッチストップ層５、ｐ型クラッド層６、ｐ型コンタクト層７、高抵抗層を構成する埋め込み層８およびｐ型電極９を有している。以下、各層（各部）の構成について説明する。

ｎ型電極１およびｐ型電極９は、各層３〜８を挟んで対向して設けられている。このｎ型電極２の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ、ＡｕＳｎ／Ｍｏ／Ａｕ等が挙げられる。また、ｐ型電極９の構成材料としては、例えば、Ｃｒ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、ＡｕＺｎ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ａｕ／Ｚｎ／Ａｕ等が挙げられる。

ｎ型電極１の上面には、ｎ型基板２が設けられている。
ｎ型基板２は、ｎ型クラッド層３、活性層４、ｐ型エッチストップ層５、ｐ型クラッド層６、ｐ型コンタクト層７および埋め込み層８の各層を支持するものである。

ｎ型基板２の構成材料としては、例えば、ＩｎＰ、ＧａＡｓ等が挙げられる。
ｎ型基板２の上面には、側面視でほぼ台形状をなすｎ型クラッド層３が設けられている。

このｎ型クラッド層３の両側部３ａ、３ａは、ｎ型基板２（１００面）に対して５５°程度傾斜した面、（１１１）Ｂ面が形成されている。
ｎ型クラッド層３の構成材料としては、例えば、ｎ型基板２と同様のものが挙げられる。

ｎ型クラッド層３の上面には、側面視でほぼ台形状をなす活性層４が設けられている。
この活性層４の両側部４ａ、４ａは、ｎ型クラッド層３の両側部３ａ、３ａに連続して設けられており、（１１１）Ｂ面が形成されている。

この活性層４は、例えば、ｎ型ＡｌＧａＩｎＡｓ光ガイド層、ノンドープＡｌＧａＩｎＡｓ井戸層とノンドープＡｌＧａＩｎＡｓ障壁層で構成されるＭＱＷ構造およびノンドープＡｌＧａＩｎＡｓ光ガイド層が、それぞれ、所定の層数および所定の厚さで積み重ねられて構成されている。

この活性層４は、後述するように、アルミニウムが実質的に酸化されていない。
活性層４の上面には、側面視でほぼ台形状をなすエッチストップ層５が設けられている。

エッチストップ層５は、後述するエッチング工程（ウェットエッチング工程）において、エッチングをこの層で停止させるために設けられている。
このエッチストップ層５の両側部５ａ、５ａは、活性層４の両側部４ａ、４ａに連続して設けられており、（１１１）Ｂ面が形成されている。

エッチストップ層５の構成材料としては、例えば、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ等が挙げられる。
エッチストップ層５の上面には、ｐ型クラッド層６が設けられている。

このｐ型クラッド層６の両側部６ａ、６ａは、（１００）面にほぼ垂直な面となっている。
ｐ型クラッド層６の構成材料としては、例えば、ＩｎＰ等が挙げられる。

ｐ型クラッド層６の上面には、ｐ型コンタクト層７が設けられている。
このｐ型コンタクト層７の構成材料としては、例えば、ＩｎＧａＡｓ等が挙げられる。
ｎ型クラッド層３、活性層４、エッチストップ層５、ｐ型クラッド層６およびｐ型コンタクト層７でメサ構造体６０が構成される。

メサ構造体６０の両側部には、電流路以外の領域を高い抵抗（高抵抗）にして、電流狭窄構造を形成するための埋め込み層８が設けられている。この埋め込み層８の構成材料としては、例えば、ＦｅドープＩｎＰ、ＲｕドープＩｎＰ等が挙げられる。埋め込み層８の［１００］方向の長さ（高さ）は、メサ構造体６０の［１００］方向の長さ（高さ）とほぼ等しい。

ここで、活性層４の幅（最大幅）をＷ１とすると、幅Ｗ１は、１〜２μｍ程度であるのが好ましく、１．２〜１．５μｍ程度であるのがより好ましい。幅Ｗ１が上記よりも大きくなると、使用時に、光の横高次モードが発生し、素子特性を劣化させるため、好ましくない。

また、ｐ型コンタクト層７の上面から活性層４の上面までの深さ（長さ）をＤとすると、深さＤは、２〜３μｍ程度であるのが好ましい。深さＤが上記の下限値未満であると、活性層４の光放射が、ｐ型電極９に反射されてしまうため、好ましくない。

この光半導体装置１００は、ｎ型電極１とｐ型電極９とに、ｐ型電極９が正電圧になる向きの電圧を印加すると、ｐ型コンタクト層７、ｐ型クラッド層６、エッチストップ層５を介して活性層４に正孔が注入され、ｎ型基板２、ｎ型クラッド層３を介して活性層４に電子が注入される。これにより、電子−正孔が再結合し、そのエネルギーが光として出射する。

この光半導体装置１００によれば、活性層４のアルミニウムの酸化がなく、かつ、光の活性層４の光放射が、ｐ型電極９に反射されることのない高いメサ構造体６０と、高抵抗の埋め込み層８とを有するため、光の横高次モードが発生することによる素子特性の劣化を低減または抑制することができ、また、埋め込み層８への電流リーク低減による動作電流の低減や再成長界面の酸素濃度低減による素子の信頼性を向上させることができる。

また、埋め込み層８のほぼ全部が高抵抗層で構成されているため、寄生容量が小さく、高速変調等の高周波特性が向上した光半導体装置１００を実現することができる。
このような光半導体装置１００は、例えば、次のようにして製造される。

図３は、ウエハの形成工程を示す断面図である。
まず、ＭＯＣＶＤ装置（エピタキシャル成長装置）を用いて、図３に示すように、（１００）面を成長面とするｎ型ＩｎＰ基板１１上に、ｎ型ＩｎＰ第１クラッド層（膜厚０．５μｍ程度）１２、活性層（膜厚０．２１μｍ程度）１３、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰエッチストップ層（組成波長１．０μｍ程度、膜厚０．０２μｍ程度）１４、ｐ型ＩｎＰ第２クラッド層（膜厚２μｍ程度）１５、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層（膜厚０．５μｍ程度）１６を［１００］方向に順次結晶成長させてウエハ１０を形成する。

ここで、活性層１３は、ｎ型ＡｌＧａＩｎＡｓ光ガイド層（膜厚０．０２μｍ程度）上に、ノンドープＡｌＧａＩｎＡｓ井戸層（膜厚６ｎｍ程度、１０層）とノンドープＡｌＧａＩｎＡｓ障壁層（膜厚１０ｎｍ程度、１１層）とを交互に積層したＭＱＷ構造を形成し、さらにその上にノンドープＡｌＧａＩｎＡｓ光ガイド層（膜厚０．０２μｍ程度）を成長させたものである。

図４は、ＳｉＯ₂膜の成膜工程を示す断面図である。
次に、このウエハ１０をＭＯＣＶＤ装置外に配置し、図４に示すように、ＣＶＤ法により、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１６上に所定厚さのＳｉＯ₂膜を成膜し、フォトリソグラフィー法により、［０１１］方向に幅２μｍ程度のマスク６１をパターニングする。

図５は、ウェットエッチング工程を示す断面図である。
次に、図５に示すように、このマスク６１をマスクとして、Ｈ₂ＳＯ₄：Ｈ₂Ｏ₂：Ｈ₂Ｏ混合液を用いて、マスク６１で覆われていない領域のｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１６を選択的にウェットエッチングし、その後、ＨＣｌ：Ｈ₂Ｏ₂：Ｈ₂Ｏ混合液を用いて、ｐ型ＩｎＰ第２クラッド層１５をウェットエッチングする。ＨＣｌ：Ｈ₂Ｏ₂：Ｈ₂Ｏ混合液は、液組成を調整することにより、ＩｎＰに対するＩｎＧａＡｓＰのエッチング速度比をかなり小さくできるため、ｐ型ＩｎＰ第２クラッド層１５の下のｐ型ＩｎＧａＡｓＰエッチストップ層１４の表面でエッチングを停止することができる。

図６は、気相エッチング工程を示す断面図である。
次に、このウエハ１０をＭＯＣＶＤ装置の反応炉に入れ、ＰＨ₃雰囲気下で昇温し、ＨＣｌガスを導入して、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰエッチストップ層１４、活性層１３、およびｎ型ＩｎＰ第１クラッド層１２を気相エッチングする。この際、［１００］方向の気相エッチング量は０．５μｍ程度にする。この気相エッチングにより、図６に示すように、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰエッチストップ層１４より下部のメサ両側壁には（１１１）Ｂ面が形成される。これによりメサ構造体６０が得られる。

なお、図６では、気相エッチング前のウエハ１０の外形を破線で示している（以後の各実施形態においても同様）。
なお、本工程においてｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１６およびｐ型ＩｎＰ第２クラッド層１５にはサイドエッチが入る可能性があるが、気相エッチング条件を最適化することにより、［１００］方向のエッチング量に対する影響を無視できる程度に少なくすることができる。

図７は、埋め込み層を形成する工程を示す断面図である。
次に、気相エッチング工程に連続して、ＭＯＣＶＤ装置の反応炉内でＦｅドープ高抵抗ＩｎＰ層を結晶成長する。これにより、図７に示すように、メサ構造体６０の露出面を覆うように埋め込み層８を形成する。

その後、マスク６１を除去し、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１６の上面にｐ型電極９を形成し、ｎ型ＩｎＰ基板１１の下面にｎ側電極１を形成することにより図１に示す光半導体装置１００が得られる。

第１の実施の形態の光半導体装置１００の製造方法によれば、エッチングをＭＯＣＶＤ装置の外でのウェットエッチングとＭＯＣＶＤ装置の反応炉内での気相エッチングとに分けて行うため、ＭＯＣＶＤ装置外で行う１回目のエッチングにおいて、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰエッチストップ層１４の表面でエッチングを停止することができる。これにより、深さＤの大きい（比較的高い）メサ構造体６０を作製する際においても、アルミニウムを含む活性層１３の外気（酸素）との接触を防止することができる。

また、１回目のエッチングを選択ウェットエッチングで行うため、メサ構造体６０の高さの制御を容易かつ確実に行うことができる。これにより、活性層１３の直上でエッチングを停止することができる。その結果、２回目のエッチング（気相エッチング）における活性層１３の幅の制御性を向上させることができる。

また、埋め込み層８は、ほぼ全部高抵抗層で構成できるため、信頼性が高く、かつ、高周波特性に優れた光半導体装置１００を製造することができる。
なお、第１の実施の形態では、活性層１３上にｐ型ＩｎＧａＡｓＰエッチストップ層１４を配置してウエハ１０を構成したが、これに限らず、例えば、ｐ型ＩｎＰ第２クラッド層１５が、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰエッチストップ層１４を挟むように（ｐ型ＩｎＰ第２クラッド層１５の内部に位置するように）、かつ、可及的に活性層１３に近い位置にｐ型ＩｎＧａＡｓＰエッチストップ層１４を配置してウエハ１０を構成してもよい。

次に、第２の実施の形態の光半導体装置について説明する。
図８は、第２の実施の形態の光半導体装置を示す断面図である。
以下、第２の実施の形態の光半導体装置２００について、前述した第１の実施の形態の光半導体装置１００との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

図８に示す第２の実施の形態の光半導体装置２００は、エッチストップ層が存在しない点が第１の実施の形態と異なっている。すなわち、ｎ型基板２２上のメサ構造体７０は、ｎ型クラッド層２３と、活性層２４と、ｐ型クラッド層２５と、ｐ型コンタクト層２６とで構成される。

このような光半導体装置２００においても第１の実施の形態の光半導体装置１００と同様の効果が得られる。
次に、第２の実施の形態の光半導体装置２００の製造方法について説明する。

図９はウエハの形成工程を示す断面図である。
まず、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、図９に示すように、（１００）面を成長面とするｎ型ＩｎＰ基板上４１に、ｎ型ＩｎＰ第１クラッド層（膜厚０．５μｍ程度）４２、活性層（膜厚０．２１μｍ程度）４３、ｐ型ＩｎＰ第２クラッド層（膜厚１．５μｍ程度）４４、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層（膜厚０．５μｍ程度）４５を順次結晶成長させて、ウエハ２０を形成する。ここで、活性層４３は、ノンドープＡｌＧａＩｎＡｓ井戸層（引っ張り歪み０．３％、各層厚１０ｎｍ程度、１０層）とノンドープＩｎＡｌＡｓ障壁層（圧縮歪み０．３％、各層厚１０ｎｍ程度、１１層）とを交互に積層したＭＱＷ構造で構成する。これにより、各層の歪みが補償される。

図１０は、ＳｉＯ₂膜の成膜工程を示す断面図である。
次に、このウエハ２０をＭＯＣＶＤ装置外に配置し、図１０に示すように、ＣＶＤ法により、ウエハ２０上にＳｉＯ₂膜を成膜し、フォトリソグラフィー法により、［０１１］方向に幅１．６μｍ程度のマスク６２をパターニングする。

図１１は、ドライエッチング工程を示す断面図である。
次に、塩素系ガスを用いて、マスク６２に覆われていない領域のｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層４５とｐ型ＩｎＰ第２クラッド層４４とをドライエッチングする。この際、ドライエッチングの時間を制御することにより、活性層４３の上方５０ｎｍ程度の位置でエッチングを停止させる。このドライエッチングにより、図１１に示すように、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層４５およびｐ型ＩｎＰ第２クラッド層４４の側面は、（１００）面にほぼ垂直になる。また、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層４５およびｐ型ＩｎＰ第２クラッド層４４の幅Ｗ２は１．５μｍ程度となる。

図１２は、気相エッチング工程を示す断面図である。
次に、このウエハ２０をＭＯＣＶＤ装置の反応炉に入れ、ＰＨ₃雰囲気で昇温し、ＨＣｌガスを導入して、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層４５、ｐ型ＩｎＰ第２クラッド層４４、活性層４３、およびｎ型ＩｎＰ第１クラッド層４２の一部を気相エッチングする。この際、［１００］方向の気相エッチング量は０．５μｍ程度にする。この気相エッチングにより、図１２に示すように、活性層４３、およびｎ型ＩｎＰ第１クラッド層４２の両側壁には（１１１）Ｂ面が形成される。これによりメサ構造体７０が得られる。このときの活性層４３の幅（最大幅）Ｗ３は１．７μｍ程度になる。

図１３は、埋め込み層の形成工程を示す断面図である。
次に、気相エッチング工程に連続して、ＭＯＣＶＤ装置の反応炉内でＲｕドープ高抵抗ＩｎＰ層を結晶成長する。これにより、図１３に示すように、メサ構造体７０の露出面を覆うように埋め込み層２７を形成する。

その後、マスク６２を除去し、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層４５の上面にｐ側電極２８を形成し、ｎ型ＩｎＰ基板４１の下面にｎ側電極２１を形成することにより図８に示す第２の実施の形態の光半導体装置２００が得られる。

この第２の実施の形態の光半導体装置２００の製造方法においては、ＭＯＣＶＤ装置外でのエッチングをドライエッチングで行うことを特徴としているため、１回目のエッチングにおいて、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層４５およびｐ型ＩｎＰ第２クラッド層４４は、ｎ型ＩｎＰ基板４１の（１００）面に対して、その側面がより垂直な状態にエッチングされる。その結果、２回目の気相エッチング時の活性層４３の幅Ｗ３の制御を、より容易かつ確実に行うことができる。

次に、第３の実施の形態の光半導体装置について説明する。
図１４は、第３の実施の形態の光半導体装置を示す断面図である。
なお以下では、図１４の上側に進む方向を［１００］方向、図１４の紙面に向かって奥側に進む方向を［０１−１］方向、図１４の右側に向かって進む方向を［０１１］方向とする。

以下、第３の実施の形態の光半導体装置３００について、前述した第２の実施の形態の光半導体装置２００との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

図１４に示す第３の実施の形態の光半導体装置３００は、ｐ型クラッド層３５とｐ型コンタクト層３６との間にｐ型中間層３９を有している。
また、この光半導体装置３００は、［０１−１］方向を長手方向とするメサ構造体８０が形成されている。すなわち、第３の実施の形態の光半導体装置３００のメサ構造体８０は、第１の実施の形態および第２の実施の形態の各光半導体装置１００、２００のメサ構造体６０、７０に対しては直交する向きで形成されている。

また、ｎ型基板３２上のｎ型クラッド層３３の側面３３１と、（１００）面とのなす角度は、第２の実施の形態のｎ型クラッド層２３の（１１１）Ｂ面と（１００）面とのなす角度に比べて小さくなっており、活性層３４は、その側面３４１が、（１００）面に対してほぼ垂直になっている。

このような光半導体装置３００においても第２の実施の形態の光半導体装置１００と同様の効果が得られる。
次に、第３の実施の形態の光半導体装置３００の製造方法について説明する。

図１５は、ウエハの形成工程を示す断面図である。
まず、ＭＯＣＶＤ装置（エピタキシャル成長装置）を用いて、図１５に示すように、（１００）面を成長面とするｎ型ＩｎＰ基板５１上に、ｎ型ＩｎＰ第１クラッド層（膜厚０．５μｍ程度）５２、活性層（膜厚０．２１μｍ程度）５３、ｐ型ＩｎＰ第２クラッド層（膜厚２μｍ程度）５４、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ中間層（膜厚０．１μｍ程度）５５、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層（膜厚０．５μｍ程度）５６を順次結晶成長させてウエハ５０を形成する。

ここで、活性層５３は、ｎ型ＡｌＧａＩｎＡｓ光ガイド層（膜厚０．０２μｍ）上に、ノンドープＡｌＧａＩｎＡｓ井戸層（膜厚６ｎｍ、１０層）とノンドープＡｌＧａＩｎＡｓ障壁層（膜厚１０ｎｍ、１１層）とを交互に積層したＭＱＷ構造を形成し、さらにその上にノンドープＡｌＧａＩｎＡｓ光ガイド層（膜厚０．０２μｍ）を成長させたものである。

図１６は、ＳｉＯ₂膜の成膜工程を示す断面図である。
次に、このウエハ５０をＭＯＣＶＤ装置の外に配置し、図１６に示すように、ＣＶＤ法により、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層５６上にマスク６３を成膜し、フォトリソグラフィー法により、［０１−１］方向に幅１．８μｍ程度のマスク６３をパターニングする。

図１７は、ドライエッチング工程を示す断面図である。
次に、図１７に示すように、塩素系ガスを用いて、マスク６３で覆われていない領域のｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層５６、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ中間層５５およびｐ型ＩｎＰ第２クラッド層５４の一部をドライエッチングする。この際、ドライエッチング時間を制御することにより、ｐ型ＩｎＰ第２クラッド層５４の、活性層５３の上方５０ｎｍ程度の位置でエッチングを停止する。このドライエッチングにより、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層５６、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ中間層５５およびｐ型ＩｎＰ第２クラッド層５４の側面は、（０１１）面に対してほぼ平行になり、メサ幅Ｗ４は１．５μｍ程度となる。

図１８は、気相エッチング工程を示す断面図である。
次に、このウエハ５０をＭＯＣＶＤ装置の反応炉に入れ、ＰＨ₃雰囲気下で昇温し、ターシャルブチルクロライドガスを導入し、残りのｐ型ＩｎＰ第２クラッド層５４、活性層５３、およびｎ型ＩｎＰ第１クラッド層５２の一部を気相エッチングする。この際、これら各層の［１００］方向の気相エッチング量は０．５μｍ程度にする。この気相エッチングにより、図１８に示すように、メサ構造体８０が得られる。このときの気相エッチング後の活性層の幅Ｗ５は１．３μｍ程度になる。

図１９は、埋め込み層の形成工程を示す断面図である。
次に、気相エッチング工程に連続して、ＭＯＣＶＤ装置の反応炉内でＦｅドープ高抵抗ＩｎＰ層を結晶成長する。これにより、図１９に示すように、メサ構造体８０の露出面を覆うように埋め込み層３７を形成する。

その後、マスク６３を除去し、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層５６の上面にｐ側電極３８を形成し、ｎ型ＩｎＰ基板５１の下面にｎ側電極３１を形成することにより図１４に示す第３の実施形態の光半導体装置３００が完成する。

この製造方法では、［０１−１］方向にマスク６３を形成したことにより、［０１１］方向にＳｉＯ₂膜を形成する場合に比べてＦｅドープＩｎＰで構成される埋め込み層３７のＦｅ濃度を高くすることができるため、埋め込み層３７をより高抵抗化することができる。その結果、高温や大電流での動作時でもリーク電流の少ない光半導体装置３００を得ることができる。

さらに、この製造方法では、［０１−１］方向へのエッチングは、ドライエッチングを行う。ここで、もし［０１−１］方向に形成したマスク６３に対してウェットエッチングを行うと、エッチングが下方に進むにつれて、活性層５３の幅Ｗ５が漸増する（広くなる）順メサ形状になり、光半導体装置３００に適した活性層の幅Ｗ５の制御が困難になる。第３の実施の形態では、ドライエッチングを適用することにより、幅Ｗ５の増加を低減または抑制することができ、その結果、光の横高次モードの発生を低減または抑制することができる。

以上本発明の好適な実施の形態について詳述したが、本発明は、その特定の実施の形態に限定されるものではない。
また、本発明の光半導体装置では、その他の構成（例えば、各層の間に、任意の目的の１層以上の層）が付加されていてもよい。

なお、ｐ型コンタクト層は、初めに成長させないで、メサ構造体を埋め込み層で埋め込んでＳｉＯ₂膜を除去した工程後に、成長させてもよい。
また、前記各実施形態では、エッチングを２回に分けて行ったが、これに限らず、１回目のウェットエッチングやドライエッチングをそれぞれ複数回に分けて行ったり、２回目の気相エッチングを複数回に分けて行ったりしてもよい。

なお、本発明の光半導体装置は、例えば、埋め込みヘテロ型ＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体レーザなどの半導体レーザや、埋め込みヘテロ型ＡｌＧａＩｎＡｓ系光変調器などの光変調器や、さらには、例えば半導体レーザと光変調器を集積した変調器集積レーザなどに対して好適に適用することができる。また、半導体光変調器に適用する場合、前述した活性層は、光を吸収する光吸収層として機能するものである。

（付記１） アルミニウムを含む活性層を有する光半導体装置の製造方法において、
結晶成長装置を用いて基板上に異なる導電性の一対のクラッド層間にアルミニウムを含む活性層を成長させた積層構造体を、前記結晶成長装置の外で前記活性層の近傍までエッチングする第１の工程と、
前記結晶成長装置を用いて前記活性層と前記一対のクラッド層とに対してエッチングを行ってメサ構造体を形成する第２の工程と、
前記メサ構造体の露出面を覆うように、前記結晶成長装置を用いて埋め込み層を形成する第３の工程と、
を有することを特徴とする光半導体装置の製造方法。

（付記２） 前記積層構造体は、前記一対のクラッド層のうちの一方のクラッド層の、内部または前記活性層との間に、前記第１の工程のエッチングにより実質的にエッチングされないエッチストップ層を有し、
前記第１の工程では、前記エッチストップ層までエッチングすることを特徴とする付記１記載の光半導体装置の製造方法。

（付記３） 前記第１の工程のエッチングをウエットエッチングで行うことを特徴とする付記２記載の光半導体装置の製造方法。
（付記４） 前記第１の工程のエッチングをドライエッチングで行うことを特徴とする付記１記載の光半導体装置の製造方法。

（付記５） 前記基板が、（１００）面を基板面とし、前記積層構造体の積層方向を［１００］方向としたとき、
前記第１の工程は、［０１１］方向にマスクを形成し、前記マスクを用いて前記第１の工程のエッチングを行うことを特徴とする付記１記載の光半導体装置の製造方法。

（付記６） 前記基板が、（１００）面を基板面とし、前記積層構造体の積層方向を［１００］方向としたとき、
前記第１の工程は、［０１−１］方向にマスクを形成し、前記マスクを用いて前記第１の工程のエッチングを行うことを特徴とする付記１記載の光半導体装置の製造方法。

（付記７） アルミニウムを含む活性層を有する光半導体装置において、
（１００）面を基板面とする基板と、
前記基板上に設けられ、かつ、［０１１］方向に延在する、異なる導電性を有する一対のクラッド層および前記一対のクラッド層間に設けられアルミニウムを含む活性層を備えるメサ構造体と、
前記活性層および前記一対のクラッド層の露出面を覆うように、前記基板上に設けられた埋め込み層とを有し、
前記一対のクラッド層のうちの、前記活性層を介して前記基板と反対側のクラッド層は、その側面が（１００）面に対してほぼ垂直に形成され、かつ、前記活性層には、（１１１）Ｂ面が形成されていることを特徴とする光半導体装置。

本発明の光半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。 第１の実施の形態の光半導体装置を示す断面図である。 ウエハの形成工程を示す断面図である。 ＳｉＯ₂膜の成膜工程を示す断面図である。 ウェットエッチング工程を示す断面図である。 気相エッチング工程を示す断面図である。 埋め込み層の形成工程を示す断面図である。 第２の実施の形態の光半導体装置を示す断面図である。 ウエハの形成工程を示す断面図である。 ＳｉＯ₂膜の成膜工程を示す断面図である。 ドライエッチング工程を示す断面図である。 気相エッチング工程を示す断面図である。 埋め込み層の形成工程を示す断面図である。 第３の実施の形態の光半導体装置を示す断面図である。 ウエハの形成工程を示す断面図である。 ＳｉＯ₂膜の成膜工程を示す断面図である。 ドライエッチング工程を示す断面図である。 気相エッチング工程を示す断面図である。 埋め込み層の形成工程を示す断面図である。 高抵抗埋め込み型の光半導体装置を示す断面図である。

符号の説明

２、２２、３２ ｎ型基板
３、２３、３３ ｎ型クラッド層
４、２４、３４ 活性層
５ エッチストップ層
６、２５、３５ ｐ型クラッド層
７、２６、３６ ｐ型コンタクト層
８、２７、３７ 埋め込み層
１０、２０、５０ ウエハ
３９ 中間層
６１、６２、６３ マスク
６０、７０、８０ メサ構造体
１００、２００、３００ 光半導体装置

Claims (5)

1. アルミニウムを含む活性層を有する光半導体装置の製造方法において、
   結晶成長装置を用いて基板上に異なる導電性の一対のクラッド層間にアルミニウムを含む活性層を成長させた積層構造体を、前記結晶成長装置の外で前記活性層の近傍までエッチングする第１の工程と、
   前記結晶成長装置を用いて前記活性層と前記一対のクラッド層とに対してエッチングを行ってメサ構造体を形成する第２の工程と、
   前記メサ構造体の露出面を覆うように、前記結晶成長装置を用いて埋め込み層を形成する第３の工程と、
   を有することを特徴とする光半導体装置の製造方法。
2. 前記積層構造体は、前記一対のクラッド層のうちの一方のクラッド層の、内部または前記活性層との間に、前記第１の工程のエッチングにより実質的にエッチングされないエッチストップ層を有し、
   前記第１の工程では、前記エッチストップ層までエッチングすることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置の製造方法。
3. 前記第１の工程のエッチングをドライエッチングで行うことを特徴とする請求項１記載の光半導体装置の製造方法。
4. 前記基板が、（１００）面を基板面とし、前記積層構造体の積層方向を［１００］方向としたとき、
   前記第１の工程は、［０１１］方向にマスクを形成し、前記マスクを用いて前記第１の工程のエッチングを行うことを特徴とする請求項１記載の光半導体装置の製造方法。
5. アルミニウムを含む活性層を有する光半導体装置において、
   （１００）面を基板面とする基板と、
   前記基板上に設けられ、かつ、［０１１］方向に延在する、異なる導電性を有する一対のクラッド層および前記一対のクラッド層間に設けられアルミニウムを含む活性層を備えるメサ構造体と、
   前記活性層および前記一対のクラッド層の露出面を覆うように、前記基板上に設けられた埋め込み層とを有し、
   前記一対のクラッド層のうちの、前記活性層を介して前記基板と反対側のクラッド層は、その側面が（１００）面に対してほぼ垂直に形成され、かつ、前記活性層には、（１１１）Ｂ面が形成されていることを特徴とする光半導体装置。

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