JP2010010284A - 集積型光半導体装置の製造方法及び集積型光半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バットジョイント接合位置近傍に於ける欠陥の発生を抑制して、AlGaInAs製の活性層を備えた集積型光半導体装置の性能を向上させる、集積型光半導体装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】誘電体マスクによって形成される庇の下に、［-１１０］方向を向いた側面を第１の上部クラッド層及びAlGaInAs製の第１の活性層に形成し、基板上の前記誘電体マスクによって覆われていない領域に第２の活性層と第２の上部クラッド層を成長する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、複数の半導体素子が集積された集積型光半導体装置の製造方法及び集積型光半導体装置に関する。

AlGaInAsによって活性層が形成された半導体レーザ（以下、AlGaInAs半導体レーザと呼ぶ）は、光通信波長帯（１．５μｍ帯）で動作可能な半導体レーザの一つである。また、AlGaInAs半導体レーザは、高温でも動作可能なので、低消費電力化の観点からも光通信用光源として重要である。

一方、光通信用光源の小型化の観点からは、半導体レーザと光変調器が、同一基板上に集積化されることが好ましい。このような光半導体素子集積化の要請は、半導体レーザと光変調器が集積化された変調器集積型半導体レーザに限らず、種々の光素子に対して広く存在する。

ところで、複数の光半導体素子が単一の半導体基板上に集積化されるためには、各光半導体素子に対応した半導体積層構造が同一半導体基板上に形成されなければならない。このような複数の半導体積層構造が設けられた構造体を製作するためには、バットジョイント（突合せ接合）成長が広く用いられている。

バットジョイント成長では、先ず半導体基板上に一の光半導体素子（以下、第１の光半導体素子と呼ぶ）に対応した半導体積層構造（以下、第１の半導体積層構造と呼ぶ）が成長される。

次に、この第１の光半導体素子と他の光半導体素子（以下、第２の光半導体素子）の接合が予定されている位置に一辺が設けられ、且つ第１の光半導体素子の形成予定領域を覆う誘電体マスク（例えば、ＳｉＯ_２膜）が第１の半導体積層構造の上に形成される。

次に、この誘電体マスクをエッチングマスクとして、誘電体マスクで被覆されていない第１の半導体積層構造がエッチングされる。

その後、第１の半導体積層構造がエッチングされて露出した基板上に、上記誘電体マスクを選択成長マスクとして、第２の光半導体素子に対応する半導体積層構造（以下、第２の半導体積層構造と呼ぶ）が有機金属気相成長法（metal organic chemical vapor phase epitaxy；以下、ＭＯＶＰＥ法と呼ぶ）によって再成長される。３つ以上の光半導体素子を集積化する場合には、上記手順が繰り返される。

その後、再成長によって形成された構造体がストライプメサに加工され、当該ストライプメサがキャリアブロック層（半絶縁性半導体層、ｐｎｐキャリアブロック層等）で埋め込まれて、集積型光半導体装置が形成される。

ところで、バットジョイント成長によって接合される第１及び第２の半導体積層構造は、通所、光導波路層とこの光導波路層を上下から挟むクラッド層を備えており、両光導波路層が接合面で突き合わされるように形成される。従って、バットジョイント接合が理想的に形成されていれば、第１及び第２の光半導体素子の光結合率は略１００％になる。

しかしながら、バットジョイント成長では、バットジョイント接合形成予定位置の近傍に誘電体マスク上からIII族元素が拡散して来て、III元素の供給量が過剰になる。このため、第２の半導体積層構造は、バットジョイント接合部近傍で体積が増加する。従って、第２の半導体積層構造を形成する光導波路層は、バットジョイント接合部近傍で設計値より厚く形成される。

その結果、第２の光半導体素子の等価屈折率がバットジョイント接合部近傍で設計値から乖離して、両光半導体素子間の光結合率が低下する。このため、第１及び第２の光半導体素子によって形成される集積型光半導体装置の光出力が低下する。

この問題を解決するために、第１の活性層にサイドエッチングを導入して、バットジョイント接合部近傍における第２の半導体積層構造の体積増加を抑制する手法が提案されている（特許文献1）。この方法では、サイドエッチングによって光導波路層の側面に窪みを設け、エッチングにより露出した基板表面への再成長と同時に、この窪みにも第２の半導体積層構造が再成長する。その結果、過剰に供給されたIII族元素が消費され、バットジョイント接合部における再成長層の体積増加が抑制される。

尚、上記各光導波路層は、夫々が作りこまれる光半導体素子の機能に応じて、例えば、発光層や光変調層として機能する。このように、上記光導波路層は、夫々が作りこまれる光半導体素子の機能を担う主たる半導体層となるので、以後、活性層と呼ぶことにする。
特開２００２−２４３９６４号公報

そこで、本発明者は、再成長層の体積増加をサイドエッチングを利用して抑制する上記提案に倣って、AlGaInAs半導体レーザと光変調器が集積された変調器集積型レーザ（以下、AlGaInAs変調器集積型レーザと呼ぶ）を製作した。

光導波路層の側面に窪みを設けそこに過剰なIII族元素を吸収させれると、確かに、再成長層の体積増加は抑制され、バットジョイント接合部近傍の再成長層表面は平坦になる。しかしながら、バットジョイント接合部近傍の再成長層表面が荒れるという別の問題が顕在化する。

このような再成長層を加工してAlGaInAs変調器集積型レーザを製造しても、出力の小さな変調器集積型レーザしか得られない。これは、バットジョイント接合部近傍に何等かの欠陥が発生して、変調器集積型レーザの正常な動作を阻害しているためと考えられる。

そこで、本発明の目的は、バットジョイント接合部近傍に於ける欠陥の発生を抑制して、AlGaInAs製の活性層を備えた集積型光半導体装置の性能を向上させる、集積型光半導体装置の製造方法を提供することである。

上記の目的を達成するために、集積型光半導体装置の製造方法は、（００１）面を主面とするInP製の基板上にAlGaInAsによって形成された第１の活性層と、上記第１の活性層の上に形成されたInP製の第１の上部クラッド層とを具備する半導体積層構造に、前記基板の［-１１０］方向に延伸した島状の誘電体マスクを形成する第１の工程と、前記誘電体マスクをエッチングマスクとして、前記上部クラッド層及び前記第１の活性層をドライエッチングする第２の工程と、前記ドライエッチングの後、ウエットエッチングにより前記誘電体マスクによって形成される庇の下に、前記［-１１０］方向を向いた第１の側面を前記上部クラッド層に形成する第３の工程と、前記第１の側面の形成後、前記庇の下に、ウェットエッチングにより前記［-１１０］方向を向いた第２の側面を前記活性層に形成する第４の工程と、前記第２の側面の形成後、前記基板上の前記誘電体マスクで覆われていない領域に、AlGaInAs及びInGaAsPの何れか一方の半導体によって形成された第２の活性層と、InP製の第２の上部クラッド層を成長する第５の工程と、前記第１及び第２の活性層を光導波路層とし、前記［-１１０］方向に延在する光導波路を形成する第６の工程を具備する。

本集積型光半導体装置の製造方法によれば、バットジョイント接合部近傍に於ける欠陥の発生が抑制されるので、AlGaInAs製の活性層を備えた集積型光半導体装置の性能を向上させることができる。

本集積型光半導体装置の製造方法によれば、AlGaInAs製の活性層を備えた集積型光半導体装置の性能を向上させることができる。

以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。

上述したように、光導波路層の側面に窪みを設けて再成長層の体積増加を抑制しても、出力の小さな変調器集積型レーザしか形成できない。そこで、まず、変調器集積型レーザの低出力化の原因が説明され、次に、当該原因が除去された集積型光半導体装置の製造方法及びその原理が説明される。

（１）低光出力の原因
図１は、半導体レーザとなる第１の半導体積層構造８がサイドエッチングされた状態を説明する断面図である。図１の右端には、基板２の結晶方位が図示されている。

図１に示すように、（００１）面を主面とするInP製の基板２の上に、AlGaInAs製の第１の活性層４とInP製の第１の上部クラッド層６が積層され、第１の半導体積層構造８が形成されている。ここで、第１の活性層４は、AlGaInAs製の多重量子井戸であってもよし、AlGaInAs製の単一半導体層であってもよい。尚、AlGaInAsは、Al、Ga、及びInの３種類の元素をIII族元素として含み、AsをV族元素とするIII-V族化合物半導体である。

この第１の半導体積層構造８の上に、例えばＳｉＯ_２製の誘電体マスク１０が形成され、この誘電体マスク１０をエッチングマスクとして、第１の活性層４の途中まで第１の半導体積層構造８がドライエッチングされる。その後、希硫酸と過酸化水素の混合液によって、第１の活性層４が（InPに対して）選択的にエッチングされる。

その結果、InP基板２の表面が露出すると共に、第１の活性層４がサイドエッチングされて図１に示すような断面構造が形成される。

ところで、半導体レーザや光変調器等の導波路型の光半導体素子は、活性層を備えた線状のメサ（以後、ストライプメサと呼ぶ）が半絶縁性半導体層等によって埋め込まれて形成される。ここで、ストライプメサは、通常、[１１０]方向に延在するように形成される。これは、[１１０]方向に延在しているストライプメサが、最も埋め込みが容易だからである。従って、図１に示した例では、[１１０]方向に延在するストライプメサの形成を予定して、[１１０]方向に向いた側面１３,１４がバットジョイント接合用に形成されている。ここで、ある側面が一の方向（例えば、[１１０]方向）を向いているとは、基板表面に平行で且つ当該一の方向に垂直な他の方向（ここでは、[-１１０]方向）と当該側面がなす角度より、当該一の方向と当該側面がなす角度が小さいことを意味するものとする。

ところで、AlGaInAs製の半導体層をエッチングすると、まずエッチング速度の遅い（１１１）Ａ面が形成され、その後エッチングが定常的に進行していく。従って、AlGaInAs製活性層４のサイドエッチングも、まず（１１１）Ａ面が形成された後、（１１１）Ａを保ったまま進行していく。このため、サイドエッチング終了後の活性層４の側面は（１１１）Ａ面によって形成されており、基板２の主面に対して５５°傾いている（図１参照）。

活性層４のサイドエッチングが終了した後、基板２は、ＭＯＣＶＤ装置に装着される。その後、露出した基板２の表面に、第２の半導体積層構造が成長される。ここで、第２の半導体積層構造の成長は、ＭＯＣＶＤ装置内で基板２が加熱され、成長温度に達した後に開始される。

図２は、基板が成長温度に達した後の、第１の半導体積層構造８の状態を説明する断面図である。基板２の昇温は、ＭＯＣＶＤ装置にフォスフィン（ＰＨ_３）が流された状態で実施される。この昇温過程で、第１の上部クラッド層６を形成するInPがマストランスポートして、活性層４の側面に新たな結晶面１６を出現させる。

この結晶面１６の出現によって、サイドエッチングによって形成された窪みは、少なくても４つの結晶面によって囲まれることになる（図２参照）。すなわち、サイドエッチングによって形成された窪み２４は、マストランスポートによって形成された結晶面１６、サイドエッチングによって形成された結晶面１８、上部クラッド層６の下面２０、及び基板表面２２によって囲まれている。この窪み２４で過剰に供給されるIII族原子による結晶成長が進行し、第２の半導体積層構造の体積増加が抑制される。

しかし、これら複数の面上の成長速度は、その面方位に応じて異なっている。ところで、第２の活性層を再成長させて、第１の活性層４に接合させる場合には、Ａｌ，Ｇａ，及びＩｎという複数のIII元素が同時に供給される。この時、これらIII族元素の拡散長は一律ではない。従って、成長速度の速い結晶面上には、拡散長の長いIII元素をより多く取り込んだ混晶半導体が再成長し、一方、成長速度の遅い結晶面上には、拡散長の短いIII元素をより多く取り込んだ半導体が再成長する。このように、サイドエッチングによって形成された窪み２４には、成長方向（すなわち、面方位）が異なりしかも組成が異なる複数の半導体層が再成長する。

組成の異なる複数の半導体層の成長（所謂、組成変調）は、バットジョイント接合部近傍に再成長する第２の活性層に、屈折率の揺らぎをもたらす。この屈折率の揺らぎは、第１の活性層４から第２の活性層に入射した導波光を散乱または反射する。その結果、第１の半導体積層構造８から形成される第１の光半導体素子と、第２の半導体積層構造から形成される第２の光半導体素子の間の光結合率が低下する。

一方、成長方向の異なる複数の再成長層はやがて衝突し、衝突面に結晶欠陥を発生させる。このような結晶欠陥は、キャリアの非発光再結合中心として働き、例えば半導体レーザの閾値を上昇さてその光出力を低下させる等の弊害をもたらすと考えられる。

ここで、組成変調や結晶欠陥は、再成長層の欠陥であり、バットジョイント接合近傍の再成長層の表面荒れの原因にもなっていると考えられる。

最初に形成した半導体積層構造にサイドエッチングによって窪みを設けてから別構造の半導体積層構造を再成長すると、バットジョイント接合部近傍の体積増加が抑制され、再成長表面が平坦になる。しかし、結晶欠陥や組成変調等の欠陥が発生し、バットジョイント接合部近傍には、再成長層表面の荒れが現れる。この再成長層表面の荒れの原因となった欠陥が、変調器集積型レーザの特性を劣化させると考えられる。

以上、変調器集積型レーザを例として、サイドエッチングを利用するバットジョイント成長の問題点が説明された。しかし、この問題点は、バットジョイント成長によって他の集積型光半導体装置を形成する場合にも、共通する問題である。

（２）製造方法
次に、このような問題を解決した集積型光半導体装置の製造方法を説明する。

図３は、本実施の形態に従う集積型光半導体装置の製造方法を説明するフロー図である。図４は、本実施の形態で使用する誘電体マスクが半導体基板上に形成された状態を説明する平面図である。図５及び図６は、本実施の形態に従う集積型光半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。

（i）ステップＳ１
本ステップでは、まず、（００１）面を主面とするInP製の基板上にAlGaInAsによって形成された第１の活性層と、上記第１の活性層の上に形成されたInP製の第１の上部クラッド層とを具備する半導体積層構造が用意される。

次に、この半導体積層構造の表面２６に、上記基板の［-１１０］方向に延伸した島状の第１の誘電体マスク２８が形成される（図４及び図５（ｂ）参照）。

尚、図４の右下には上記基板２の結晶方位が記載されている。また、図４〜図６は、下記実施例でも参照されるものであり、図４中に記載された寸法は、当該実施例で使用する誘電体マスクの寸法である。また、図５及び図６は、本実施の形態に従って製造される集積型光半導体装置の状態を、ステップ毎に図４のＡ−Ａ線に於ける断面を矢印方向から見て説明する図である。但し、図５（ａ）は、この断面に於ける上記基板の結晶方位を説明する図である。

（ii）ステップＳ２
次に、誘電体マスク２８をエッチングマスクとして、上記第１の上部クラッド層６及び上記第１の活性層４がドライエッチングされる（図５（ｃ）参照）。

（iii）ステップＳ３
次に、ドライエッチングされた上記上部クラッド層６が選択的にウェットエッチングされ、上記第１の誘電体マスク２８によって形成される庇３０の下に、上記［-１１０］方向を向いた第１の側面３２が上記上部クラッド層６に形成される（図５（ｄ）参照）。ここで、図５（ｄ）に示された領域は、バットジョイント接合の形成予定位置を含む領域であり、上記誘電体マスク２８の［-１１０］方向に垂直な短辺３１の下側に形成される。

上記「（１）低光出力の原因」で説明した例では、［１１０］方向に向いた側面が、ドライエッチングによって、上部クラッド層６に形成される（図１参照）。しかし、InP製の半導体層に形成された［１１０］方向の側面は、選択エッチング液に曝されても殆どエッチングされない。

従って、［１１０］方向に向いた側面１３がドライエッチングによって形成される上記例では、InP製の上部クラッド層６がサイドエッチングされて、誘電体マスク１０を庇とする側面が上部クラッド層６に形成されることはない（図１参照）。

一方、［-１１０］方向を向いたInP製の半導体層の側面は、選択エッチング液によって容易にエッチングされる。従って、図５（ｄ）のように、上部クラッド層６をサイドエッチングして、第１の誘電体マスク２８を庇とする側面３２を形成することは容易である。

ここで、側面３２は、[−１１０]方向に対して略垂直に形成される。すなわち、側面３２と（−１１０）面がなす角度は極僅かである。そこで、以後このような側面（酸を主成分とするエッチング液によって形成され、（-１１０）面との間に5°程度の小さな角度をなす面）を、（−１１０）近似面と呼ぶこととする。

（iv）ステップＳ４
次に、上記第１の活性層４が選択的にウェットエッチングされ、上記庇３０の下に、上記［-１１０］方向を向いた第２の側面３４が上記活性層４に形成される（図６（ａ）参照）。

ここで、第１の活性層３４のウェットエッチングの深さは、第１及び第２の側面３２,３４が連続して接続するように調整される。

本ステップで形成される側面３４も、基板２に対して略垂直な（−１１０）近似面となる。一方、上記「（１）光出力低下の原因」で説明した例では、基板２に対して傾いた（１１１）Ａが活性層４の側面となる。両者の違いは、側面が向いている方向（すなわち、［−１１０］方向に向いているか、［１１０］方向に向いているか）の違いに由来すると考えられる。

（v）ステップＳ５
次に、上記基板上の前記誘電体マスク２８で覆われていない領域に、AlGaInAs及びInGaAsPの何れか一方の半導体によって形成された第２の活性層３６と、InP製の第２の上部クラッド層３８が順次再成長される。

（ｖｉ）ステップＳ６
次に、第１の誘電体マスク２８が除去され、ｐ型クラッド層及びコンタクト層の成長、ストライプメサの形成、及び半絶縁性InP層による埋め込み成長等を経て、上記第１及び第２の活性層４,３６を光導波路層とし［-１１０］方向に延在する光導波路が形成される。

次に、製造予定の集積型光半導体装置の構造に応じて、必要な電極等がこの光導波路上及び基板裏面等に形成される。その後、電極の形成された基板２がへき開され、個々の装置に分割されて集積型光半導体装置が完成する。

本製造方法によれば、バットジョイント接合部近傍に於ける欠陥の発生が抑制され、AlGaInAs製の活性層を有する集積型光半導体装置の性能が向上する。

（３）原 理
次に、上記製造方法の原理が説明される。

図７及び図８は、第２の活性層３６と第２の上部クラッド層３８が積層された第２の半導体積層構造４２の成長過程を説明する断面図である。夫々の図面の右下には、基板２の結晶方位が示されている。ここで、図７は、第２の活性層３６の成長が終了した状態を示している。一方、図８は、第２のクラッド層３８の成長が終了した状態を示している。一方、図６（ａ）には、第２の活性層３６が成長される前のバットジョイント接合部近傍の状態が表されている。

上述したように、［１１０］方向に向いた側面１４が、サイドエッチングによって形成される場合（図１参照）には、多くの結晶面１６,１８,２０,２２から第２の活性層３６の再成長が始まる（図２参照）。しかし、［-１１０］方向に向いた側面３２,３４によってバットジョイント接合面が形成される本実施の形態の形態では、第２の活性層３６が再成長可能な表面は、基板２の主面（基板表面２２）、第１の活性層４の側面３４、及び第１のクラッド層６の側面３２だけである（図６（ａ）参照）。ここで、基板２の主面の面方位は（００１）面であり、第１の活性層４及び第１のクラッド層６の側面３４,３２は、（-１１０）近似面である。

ところで、上述したように結晶速度は面方位により異なっており、（００１）面の成長速度は他の面たとえば（-１１０）近似面より格段に速い。しかも、AlGaInAsは酸化されやすいので、AlGaInAs製の第１の活性層４の側面３４には、殆ど第２の活性層３６は成長しない。

このため、第２の活性層３６は、基板２の表面に垂直な方向にのみ成長して、図７のように基板２の表面に水平な表面を持った活性層３６が成長する。従って、成長速度の異なる複数の結晶面の成長が競合して組成変調が起きたり、異なる方向に成長する半導体層同士が衝突して結晶欠陥が発生することはない。

第２の活性層３６の成長が終了すると、第２のクラッド層３８の成長が開始する。この時は、InP製の第１のクラッド層６の側面３２からも、ある程度の結晶が成長する。従って、図８に破線で示すように、成長途中の第２のクラッド層３８の表面は、第１のクラッド層６の側面近傍で傾いている。このまま成長が進行すると、第２のクラッド層３８の表面に突起部が発生し、結晶成長後の工程（ストライプメサの埋め込みや電極の形成）の障害になる。

しかし、庇３０によってこの様な突起部の形成は阻害され第１のクラッド層３８の表面が平坦になるので、結晶成長後の工程に障害が生じることはない（図８参照）。

図９は、以上の工程により形成されたバットジョイント接合近傍の断面を、走査電子線顕微鏡によって観察した画像の特徴を説明する図である。図９の下半分には、基板２に対する結晶方位が示されている。

図７及び図８を参照した上記説明から明らかなように、第２の活性層３６の表面は、基板２の表面に水平で且つ平坦である。更に、第２のクラッド層３８の表面も平坦で、バットジョイント接合面３９の近傍に、再成長層の盛り上がりは観察されない。すなわち、本製造方法によれば、バットジョイント接合部近傍に於ける再成長層の体積増加は阻止される。

また、バットジョイント接合部近傍の表面を光学顕微鏡で観察しても、再成長層表面の荒れは観察されなかった。これは、先に説明した例で問題となったバットジョイント接合部近傍の欠陥が、本製造方法では発生しないことを意味している。

ところで、第１の活性層４がInGaAsPで形成されている場合には、第１の活性層４の側面でも、ある程度の結晶が成長する。図１０は、第１の活性層４がInGaAsPで形成されている場合に、第２の活性層３６を基板２の上に成長した状態を説明する断面図である。図１０に示すように、第２の活性層３６は、第１の活性層４の側面近傍で斜めに成長する。従って、第２の活性層３６にある程度の組成変調が生じることは避けられない。

これに対して、第１の活性層４がAlGaInAsで形成されている本実施の形態では、このような斜め成長は起こらないので、組成変調は殆ど発生しない。

以上の例では、第１及び第２の側面３２,３４が連続するように、第１の活性層４のエッチング時間が調整される。しかし、両側面３２,３４が、厳密に連続することは稀である。しかし、たとえ、両者の間に段差が生じても、図２を参照して説明した［１１０］方向に向いた側面が形成される場合よりは、欠陥の発生原因となる半導体表面（例えば、上部クラッド層の下面２０等）の面積が小さくなる。従って、このような場合にも、バットジョイント接合部近傍の欠陥発生は、程度の差はあるが抑制される。

次に、AlGaInAs変調器集積型レーザを上記製造方法に従って形成した例の詳細が、図４〜図６及び図１１〜図１５を参照して説明される。ここで、図４は、上記実施の形態で参照した第１の誘電体マスク２８の平面図である。図５及び図６は、上記実施の形態で参照した工程断面図である。また、図１１は、本実施例に従う集積型光半導体装置の製造手順を説明するフロー図である。尚、図１２〜図１５の内容は、下記本実施例の説明に於いて適宜説明される。

（i）ステップＳ１
図１２は、本実施例に従う第１の半導体積層構造８の構成を説明する図である。

本実施例では、（００１）面を主面とするｎ型InP製の基板２の上に、ＭＯＶＰＥ法によって、第１の半導体積層構造８が成長される。尚、基板２の表面のうち、半導体レーザの形成予定領域には、発振波長１．５５μｍに相等する回折格子が形成されている。

ここで、III族元素の原料（以下、III族ガス原料と呼ぶ）としては、トリメチルインジウム（TMIn）、トリエチルガリウム（TEGa）、及びトリメチルアルミニウム（TMAl）が使用される。一方、V族元素の原料（以下、V族ガス原料と呼ぶ）としては、アルシン（AsH₃）及びフォスフィン（PH₃）が使用される。また、ドーピング用のガス原料（以下、ドーピングガスと呼ぶ）としては、モノシランSiH₄、及びジエチルジンクDEZnが使用される。更に、キャリアガスとしては、水素H₂が用いられる。尚、結晶成長時のＭＯＶＰＥ成長装置内の圧力は、50 Torrである。

まず、ＭＯＶＰＥ成長装置内でInP基板２が６３０℃に加熱され、その状態で、PH₃、TMIn、及びSiH₄が供給され、厚さ３００ｎｍのInP製バッファ層４４がInP基板２の上に成長される（図１２参照）。この時、バッファ層４４にはSiがドープされ、キャリア濃度5.0x10¹⁷cm^-3のｎ型InPバッファ層４４が形成される。

次に、基板温度を替えずに、V族ガス原料をPH₃からAsH₃に切り替え、III族ガス原料として、TMIn、TEGa、及びTMAlを供給してAlGaInAs製の光閉じ込め層４６（separate confinement heterostrutre layer;以下、SCH層と略す）が３０ｎｍ成長される。この際、SiH₄の供給は停止されるので、光閉じ込め層４６に不純物はドーピングされない。

次に、厚さ１２ｎｍのAlGaInAs製のバリア層４８と厚さ３ｎｍのAlGaInAs製の井戸層５０が交互に５周期成長された後、最後にバリア層４９が追加されて多重量子井戸５２が形成される。

次に、再度AlGaInAs製のSCH層４７が３０ｎｍ成長される。ここで、多重量子井戸５２のバンドギャップ波長λｇが１．５５μｍになるように、井戸層のAlGaInAsの組成が調整される。

その後、III族ガス原料及びV族ガス原料が、TMIn及びPH₃に切り替えられると共に、ドーピングガスとしてDEZnが供給されて、厚さ１５０ｎｍのｐ型InP製上部クラッド層６が形成される。ここで、第１の上部クラッド層６のドーピング濃度は、5.0x10¹⁷cm^-3である。

本ステップにより、InP製の基板２の上に、バッファ層４４と、多重量子井戸５２とSCH層４６,４７によって形成される第１の活性層４と、InP製の第１の上部クラッド層６とを具備する第１の半導体積層構造８が形成される。

（ii）ステップＳ２
次に、減圧気相成長法(low pressure chemical vapor deposition;LPCVDと略す)によって、SiO₂膜が第１の半導体積層構造８の上に堆積される。

その後、このSiO₂膜が、フォトリソグラフィ技術によって、［−１１０］方向に延伸した、幅が２０μｍで長さが３００μｍの複数の第１の誘電体マスク２８に加工される（図４及び図５（ｂ）参照）。

尚、第１の誘電体マスク２８は縦及び横方向に整列されて配置され、横方向の間隔は図４に示すように３００μｍに設定される。但し、図４には、縦方向に配置された第１の誘電体マスク２８は図示されていない。

（iii）ステップＳ３
次に、ドライエッチングによって、第１の半導体積層構造８が約２００ｎｍエッチングされる。このエッチングによって、第１の活性層４が途中まで除去される（図５（ｃ）参照）。

（iv）ステップＳ４
次に、ZnがドープされたInP上部クラッド層６が、希塩酸によって［−１１０］方向に約１００ｎｍサイドエッチングされる。このエッチングにより、上部クラッド層６の側壁３２として（−１１０）近似面が形成される（図５（ｄ）参照）。

一方、AlGaInAsは、希塩酸によっては殆どエッチングされない（すなわち、InPは、AlGaInAsに対して選択エッチングされる。）。従って、AlGaInAs製の第１の活性層４及びAlGaInAs製のSCH層４６,４７（図示せず）は、そのまま残される。

（v）ステップＳ５
次に、希硫酸と過酸化水素水の混合溶液によって、AlGaInAs製の第１の活性層４及び同じくAlGaInAs製のSCH層４６,４７が、選択的にウェットエッチングされる。この際、第１の活性層４及びSCH層４６,４７が［−１１０］方向に約１００ｎｍサイドエッチングされるように、エッチング時間が設定される。このサイドエッチング量は、上部クラッド層６のサイドエッチング量と同じである。

その結果、図６（ａ）に示すように、第１の活性層４及び上部クラッド層６の側面３４,３２として（-１１０）近似面が形成され、両側面は連続し段差が形成されない。また、AlGaInAs製の第１の活性層４が選択エッチングされ、InP基板２の表面が露出する。

（vi）ステップＳ６
次に、ステップＳ５によって露出した基板表面に、光変調器となる第２の半導体積層構造４２が形成される。第２の半導体積層構造４２の再成長は、ステップＳ１に準じて実施される(図６（ｂ）参照)。

但し、光変調層となる多重量子井戸（第２の活性層３６）のバリア層の厚さは１２ｎｍであり、井戸層の厚さは３ｎｍである。ここで、第２の多重量子井戸３６のバンドギャップ波長λｇが１．４５μｍになるように、井戸層のAlGaInAsの組成が調整される。従って、第１の活性層４が生成するレーザ光を、第２の活性層３６によって変調することが可能になる。

本ステップにより、バットジョイント接合が形成される。

（vii）ステップＳ７
次に、第１の誘電体マスク２８が剥離され、MOVPE法により、バットジョイント接合が形成された基板上に、厚さ１．５μｍのｐ型InP層５４と厚さ０．５μｍのInGaAs製コンタクト層５６が成長される（図６（ｃ）参照）。ここで、InP層５４及びコンタクト層５６にはＺｎがドーピングされ、夫々のキャリア濃度は1.0x10¹⁸cm^-3及び1.0x10¹⁹cm^-3になる。

このInP層５４は第１の上部クラッド層６と一体となって、第１の活性層４によって形成される光導波路層を上側から挟むクラッド層として機能する。更に、InP層５４は第２の上部クラッド層３８と一体となって、第２の活性層３６によって形成される光導波路層を上側から挟むクラッド層として機能する。

一方、InP製のバッファ層４４と基板２が一体となって、上記両光導波層を下側から挟むクラッド層として機能する。

（viii）ステップＳ８
次に、ストライプメサ形成用の第２の誘電体マスクが形成される。図１３は、コンタクト層５６の表面に形成された第２の誘電体マスク５８の配置を説明する平面図である。

まず、LPCVDによって、コンタクト層５６の表面にSiO₂膜が堆積される。その後、このSiO₂膜が、フォトリソグラフィ技術によって、［−１１０］方向に延伸した、幅が１．５μｍで長さが５００μｍの複数の第２の誘電体マスク５８に加工される（図１３参照）。

ここで、第２の誘電体マスク５８は、その中心軸が先に形成された第１の誘電体マスク２８の中心軸に一致し、第１の誘電体マスク２８が配置されていた領域６０を貫くように配置される。

第２の誘電体マスク５８によって覆われた部位のうち、上記領域６０に含まれる部分は半導体レーザとなる。一方、上記領域６０から突き抜けた部分６２は、光変調器となる。

次に、第２の誘電体マスク６０をエッチングマスクとして、ドライエッチング法により、ステップＳ１〜Ｓ７で形成した第１及び第２の半導体積層構造がエッチングされて、高さ３．０μｍのストライプメサが形成される。

（ix）ステップＳ９
次に、ストライプメサが、FeドープInP層によって埋め込まれる。

図１４は、ストライプメサ６２がFeドープInP層６４により埋め込まれ、その後平坦化された状態を説明する断面図である。ここで、図１４は、第２の誘電体マスク５８の延伸方向に垂直な断面を説明する図である。

埋め込みは、第２の誘電体マスク５８を選択成長マスクとして、ステップＳ８によって露出した基板２の表面にFeドープInP層６４を成長して行われる。FeドープInP層６４の成長は、PH₃及びTMInをガス原料とし、フェロセンC₁₀H₁₀Feをドーピングガスとして実施される。この時、FeドープInP層６４の表面は、ストライプメサ６２より高くなる。

このままでは、次のステップに於ける電極形成の障害になるので、ウェットエッチング等によりFeドープInP層６４の表面がエッチングされ、その高さがストライプメサ６２の高さに一致させられる（図１４参照）。

（x）ステップＳ１０
図１５は、本ステップによって完成する変調器集積型レーザ６６の光の進行方向（［-１１０］方向）に沿った断面図である。

FeドープInPで埋め込まれたストライプメサ６２は、第１の半導体積層構造８を含む部位と第２の半導体積層構造４２を含む部位に分けられる。ここで、第１の半導体積層構造８を含む部位は、半導体レーザとなる第１の光導波路６８である。一方、第２の半導体積層構造４２を含む部位は、光変調器となる第２の光導波路７２である。

本ステップでは、まず、第１及び第２の光導波路６８,７２の上にｐ電極７０,７４が夫々形成される。次に、基板２の裏面に、ｎ電極７６が形成される。

次に、半導体レーザ６８及び光変調器７２の端部に対応する位置で基板２がへき開され、複数の変調器集積型レーザ６６が搭載された短冊状の小片が形成される。この小片の幅は、変調器集積型レーザ６６の長さに相等する５００μｍである。

次に、光変調器（第２の光導波路７２）側の端面にAR膜（anti-reflection coat）が形成される。一方、半導体レーザ（第１の光導波路６８）側の端面にHR膜（high-reflection coat）膜が形成される。

最後に、上記小片が個々の光半導体素子に分割され、変調器集積型レーザ６６が完成する。

（４）構 成
以上説明した製造方法によって製造される変調器集積型レーザ６６の要部を纏めると、以下のようになる。

本実施例に従って製造される変調器集積型レーザ６６は、図１５に示すように、（００１）面を主面とするInP製の基板２の上に、AlGaInAsによって形成された第１の活性層４と、上記第１の活性層４の上に形成されたInP製の第１の上部クラッド層６とを備え、上記基板の［-１１０］方向に延在し半導体レーザとなる第１の光導波路６８を備えている。

更に、本実施例に従って製造される変調器集積型レーザ６６は、上記基板２の上に、AlGaInAsによって形成された第２の活性層３６と、上記第２の活性層３６の上に形成されたInP製の第２の上部クラッド層３８とを備え、上記基板の［-１１０］方向に延在し光変調器となる第２の光導波路７２とを具備している。

そして、本実施例に従って製造される変調器集積型レーザ６６では、上記第１及び第２の光導波路６８,７２が突合せ接合されている。

上記変調器集積型レーザ６６は、本実施例の製造方法に従って生成することができるので、バットジョイント接合部近傍の欠陥が少なく、従って大出力光を発生することができる。

以上の説明では、変調器集積型レーザを例として集積型光半導体装置の製造方法（及び当該製造方法によって製造される集積型光半導体装置）が説明された。しかし、上記実施の形態は、変調器集積型レーザ以外の他の集積型光半導体装置にも適用可能である。このような集積型光半導体装置としては、例えば、発振波長が少しずつ異なる複数の分布帰還型半導体レーザとこれら複数の分布帰還型半導体レーザの出力を合波する多モード干渉導波路によって形成される可変波長レーザがある。

また、以上の例では、誘電体マスク２８ ,５８はSiO_２によって形成されている。しかし、誘電体マスク２８は、他の材料、例えばSiNで形成されてもよい。

また、以上の例では、第１の上部クラッド層は希塩酸でエッチングされる。しかし、第１の上部クラッドは、酸を主成分とする他のエッチング液で選択的にウェットエッチングされてもよい。このようなエッチング液としては、例えば、臭化水素酸を純水で希釈したエッチング液がある。
また、以上の例では、第１の活性層は希硫酸と過酸化水素水の混合液でエッチングされる。しかし、第１の活性層は、酸及び過酸化水素水を主成分とするエッチング液によって選択的にウェットエッチングされてもよい。このようなエッチング液としては、例えば、硫酸、塩酸、及び燐酸からなる群の何れかの一つの酸と過酸化水素水の混合液を純水で希釈したエッチング液がある。

以上の実施の形態をまとめると、次の付記のとおりである。

（付記１）
（００１）面を主面とするInP製の基板上にAlGaInAsによって形成された第１の活性層と、上記第１の活性層の上に形成されたInP製の第１の上部クラッド層とを具備する半導体積層構造に、
前記基板の［-１１０］方向に延伸した島状の誘電体マスクを形成する第１の工程と、
前記誘電体マスクをエッチングマスクとして、前記上部クラッド層及び前記第１の活性層をドライエッチングする第２の工程と、
前記ドライエッチングの後、ウエットエッチングにより前記誘電体マスクに庇を形成し、かつ、前記［-１１０］方向を向いた第１の側面を前記上部クラッド層に形成する第３の工程と、
前記第１の側面の形成後、前記庇の下に、ウエットエッチングにより前記［-１１０］方向を向いた第２の側面を前記第１の活性層に形成する第４の工程と、
前記第２の側面の形成後、前記基板上の前記誘電体マスクで覆われていない領域に、AlGaInAs及びInGaAsPの何れか一方の半導体によって形成される第２の活性層と、InP製の第２の上部クラッド層を成長する第５の工程と、
前記第１及び第２の活性層を光導波路層とし、前記［-１１０］方向に延在する光導波路を形成する第６の工程を、
具備する集積型光半導体装置の製造方法。

（付記２）
付記１に記載の集積型光半導体装置の製造方法において、
ドライエッチングされた前記第１の上部クラッドは、第１の酸を主成分とする第１のエッチング液によって選択的にウェットエッチングされ、
ドライエッチングされた前記第１の活性層は、第１の酸及び過酸化水素水を主成分とする第２のエッチング液によって選択的にウェットエッチングされることを、
特徴とする集積型光半導体装置の製造方法。

（付記３）
付記２に記載の集積型光半導体装置の製造方法において、
前記第１の酸は塩酸及び臭化水素酸の何れかであり、
前記第２の酸は、硫酸、塩酸、及び燐酸からなる群の何れか一つの酸であることを、
特徴とする集積型光半導体装置の製造方法。

（付記４）
付記１乃至３に記載の集積型光半導体装置の製造方法において、
前記第１及び第２の側面が、（−１１０）近似面であることを、
特徴する集積型光半導体装置の製造方法。

（付記５）
付記１乃至４に記載の集積型光半導体装置の製造方法において、
前記第４の工程が、前記第１及び第２の側面が連続するように、前記第１の活性層をウェットエッチングすることを、
特徴とする集積型光半導体装置の製造方法。

（付記６）
付記１乃至５に記載の集積型光半導体装置の製造方法において、
前記第１の活性層が、AlGaInAs製の量子井戸層とAlGaInAs製の障壁層が交互に積層された多重量子井戸によって形成されていることを、
特徴とする集積型光半導体装置の製造方法。

（付記７）
（００１）面を主面とするInP製の基板上に成長された、AlGaInAsによって形成された第１の活性層と、
前記第１の活性層の上に形成されたInP製の第１の上部クラッド層とを備え、前記基板の［-１１０］方向に延在する第１の光導波路と、
前記基板上にAlGaInAs及びInGaAsPの何れか一方によって形成された第２の活性層と、
前記第２の活性層の上に形成されたInP製の第２の上部クラッド層とを備え、前記基板の［-１１０］方向に延在する第２の光導波路とを具備し、
前記第１及び第２の光導波路が突合せ接合されている、
集積型光半導体装置。

（付記８）
付記７に記載の集積型光半導体装置において、
前記第１及び第２の上部クラッド層の第１の境界面と、前記第１及び第２の活性層の第２の境界面とが連続していることを、
特徴とする集積型光半導体装置。

（付記９）
付記７又は８に記載の集積型光半導体装置において、
前記第１及び第２の側面が、（−１１０）近似面であることを、
特徴とする集積型光半導体装置。

半導体レーザとなる半導体積層構造をサイドエッチングした状態を説明する断面図である。 基板が成長温度に達した後の、第１の半導体積層構造の状態を説明する断面図である。 実施の形態に従う、集積型光半導体装置の製造方法を説明するフロー図である。 実施の形態で使用する誘電体マスクが半導体基板上に形成された状態を説明する平面図である。 実施の形態に従う、集積型光半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である（その１）。 実施の形態に従う、集積型光半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である（その２）。 第２の半導体積層構造の成長過程を説明する断面図である（その１）。 第２の半導体積層構造の成長過程を説明する断面図である（その２）。 実施の形態に従って形成したバットジョイント接合部近傍の断面を、走査電子線顕微鏡によって観察した画像の特徴を説明する図である。 第１の活性層をInGaAsPして、第２の活性層を再成長した状態を説明する断面図である。 実施例に従う集積型光半導体装置の製造手順を説明するフロー図である。 実施例１で形成される、第１の半導体積層構造の積層構造を説明する図である。 ストライプメサ形成用の誘電体マスクの配置を説明する平面図である。 FeドープInP層で埋め込まれたストライプメサの状態を説明する断面図である。 実施例に従う変調器集積型レーザの光の進行方向に沿った断面図である。

符号の説明

２・・・基板 ４・・・第１の活性層
６・・・第１の上部クラッド層 ８・・・第１の半導体積層構造
１０・・・誘電体マスク １２・・・ストライプメサの形成予定方向
１３・・・側面 １４・・・（サイドエッチングされた）活性層の側面
１６・・・（マストランスポートによって形成された）結晶面
１８・・・（サイドエッチングによって形成された）結晶面
２０・・・上部クラッド層の下面 ２２・・・基板表面
２４・・・（サイドエッチングによって形成された）窪み
２６・・・表面 ２８・・・第１の誘電体マスク
３０・・・庇 ３１・・・誘電体マスクの短辺
３２・・・第１の側面 ３４・・・第２の側面
３６・・・第２の活性層 ３８・・・第２の上部クラッド層
３９・・・バットジョイント接合面 ４０・・・第１の半導体積層構造の側面
４２・・・第２の半導体積層構造 ４４・・・バッファ層
４６,４７・・・SCH層 ４８,４９・・・バリア層
５０・・・井戸層 ５２・・・多重量子井戸
５４・・・ｐ型InP層 ５６・・・コンタクト層
５８・・・第２の誘電体マスク
６０・・・（第１の誘電体マスクが配置されていた）領域
６２・・・ストライプメサ ６４・・・FeドープInP
６６・・・変調器集積型レーザ ６８，７２・・・光導波路
７０,７４・・・ｐ電極 ７６・・・ｎ電極

Claims (2)

1. （００１）面を主面とするInP製の基板上にAlGaInAsによって形成された第１の活性層と、上記第１の活性層の上に形成されたInP製の第１の上部クラッド層とを具備する半導体積層構造に、
   前記基板の［-１１０］方向に延伸した島状の誘電体マスクを形成する第１の工程と、
   前記誘電体マスクをエッチングマスクとして、前記上部クラッド層及び前記第１の活性層をドライエッチングする第２の工程と、
   前記ドライエッチングの後、ウエットエッチングにより前記誘電体マスクに庇を形成し、かつ、前記［-１１０］方向を向いた第１の側面を前記上部クラッド層に形成する第３の工程と、
   前記第１の側面の形成後、前記庇の下に、ウエットエッチングにより前記［-１１０］方向を向いた第２の側面を前記第１の活性層に形成する第４の工程と、
   前記第２の側面の形成後、前記基板上の前記誘電体マスクで覆われていない領域に、AlGaInAs及びInGaAsPの何れか一方の半導体によって形成される第２の活性層と、InP製の第２の上部クラッド層を成長する第５の工程と、
   前記第１及び第２の活性層を光導波路層とし、前記［-１１０］方向に延在する光導波路を形成する第６の工程を、
   具備する集積型光半導体装置の製造方法。
2. （００１）面を主面とするInP製の基板上に成長された、AlGaInAsによって形成された第１の活性層と、
   前記第１の活性層の上に形成されたInP製の第１の上部クラッド層とを備え、前記基板の［-１１０］方向に延在する第１の光導波路と、
   前記基板上にAlGaInAs及びInGaAsPの何れか一方によって形成された第２の活性層と、
   前記第２の活性層の上に形成されたInP製の第２の上部クラッド層とを備え、前記基板の［-１１０］方向に延在する第２の光導波路とを具備し、
   前記第１及び第２の光導波路が突合せ接合されている、
   集積型光半導体装置。

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