JP2010267674A - Ｉｉｉ−ｖ化合物半導体光素子を作製する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】埋込半導体層の形成において異常成長の発生を低減可能な、III−Ｖ化合物半導体光素子を作製する方法を提供する。
【解決手段】第１の埋込半導体層３５は、マスク２９を用いて半導体メサ３３の側面３３ｂ及び基板１３の表面１３ｂ上に成長される。半絶縁性のためのドーパント及び原料を成長炉１０ｃに供給して、マスク２９を用いて第１の半絶縁埋込層３５上に第２の埋込半導体層３７を成長する。第２の埋込半導体層３７の成長は、第１の埋込半導体層３５と異なり、ハロゲンを含む雰囲気を用いる。このハロゲンとして、ＨＣｌ、ＨＢｒ及びＨＩの少なくともいずれか一つを含むガスを用いる。埋め込み時にＨＣｌを添加すると[１１０]方向の成長が[００１]方向の成長より遅くなる。
【選択図】図６

Description

本発明は、III−Ｖ化合物半導体光素子を作製する方法に関する。

特許文献１には、光変調器集積半導体レーザダイオードが記載されている。このレーザダイオードの作製では、反応性イオンエッチング法又は化学エッチング法といったエッチングによりリッジ導波路を形成する。このリッジ導波路の両側に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ＦｅドープＩｎＰ埋込層とＩｎＡｌＡｓホールトラップ層とを形成する。この後に、リッジ導波路、ＦｅドープＩｎＰ埋込層及びホールトラップ層上に、ＩｎＧａＡｓコンタクト層を成長する。

特開平１０−２５６６６９号公報

III−Ｖ化合物半導体光素子は、光導波や発光のための光閉じ込め構造を有する。この構造は、例えば、マスクを用いたエッチングによりメサ形状の半導体領域を形成すると共に、マスクを用いてメサ形状の半導体領域の側面を埋込半導体層で覆う。例えばドライエッチングによって形成されたメサ半導体領域上に鉄ドープのＩｎＰ埋込層を成長する際に、マスクの両エッジに異常成長が生じる。この理由は以下のものである。マスクに供給された原料が、成長により消費されずにマスク表面に沿って横に流れて行き、マスクの両エッジの近傍で消費される。このため、本来、マスクのエッジのすぐ横の成長領域における成長レートは、他の部分の成長レートに比べて大きい。一方、メサ半導体領域の側面から＜１１１＞軸の方向に転位欠陥が生じるとき、転位欠陥を含む成長領域の成長速度は遅くなる。この成長レート低下に対して、他の成長部分における通常の成長レートは、相対的に大きいことになる。したがって、これらの成長速度の違いにより、埋め込み層表面が平坦にならない。これとは別に、マスク下面のエッジを基点に双晶や転位欠陥が生じることもある。

上記の異常成長は、マスク上に供給された原料が成長により消費されないことに基づいている。原料の消費に関連する異常成長を避けるために、ＨＣｌガスを原料と一緒に埋込成長中に供給する。ＨＣｌの供給によって、マスク上に供給される原料を消費させることができる。これにより、マスクのエッジへの原料供給を抑えることができる。

しかしながら、上記のＨＣｌガスを供給するとき、メサ半導体領域におけるマスク直下の半導体がエッチングされる。故に、ＨＣｌガスの供給も異常成長の原因となる。

本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、埋込半導体層の形成において異常成長の発生を低減可能な、III−Ｖ化合物半導体光素子を作製する方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面は、III−Ｖ化合物半導体光素子を作製する方法である。この方法は、（ａ）半導体領域の主面上に形成されたマスクを用いて前記半導体領域のドライエッチングを行って、所定の軸の方向に延びる半導体メサを形成する工程と、（ｂ）原料を成長炉に供給して、前記マスクを用いて前記半導体メサの側面及び前記基板上に第１の埋込半導体層を成長する工程と、（ｃ）原料を前記成長炉に供給して、前記マスクを用いて前記第１の埋込半導体層上に第２の埋込半導体層を成長する工程とを備える。前記第２の埋込半導体層は、ハロゲンを含む雰囲気中で成長され、前記第１及び第２の埋込半導体層は半絶縁性を有し、前記半導体メサは、第１、第２、第３及び第４の半導体層を含み、前記第１〜第４の半導体層は、前記半導体領域の前記主面の法線軸の方向に順に配置されており、前記第１の半導体層は第１導電型であり、前記第３の半導体層は前記第１導電型と異なる第２導電型であり、前記第２の半導体層の屈折率は前記第１の半導体層の屈折率より大きく、前記第２の半導体層の屈折率は前記第３の半導体層の屈折率より大きく、前記第４の半導体層の材料は前記第２の半導体層の材料と異なり、前記第４の半導体層の材料は前記第３の半導体層の材料と異なる。

この方法によれば、ドライエッチングにより形成された半導体メサの側面上に、ハロゲンを含む雰囲気中で第２の埋込半導体層の成長も先立って、第１の埋込半導体層を成長する。第１の埋込半導体層の成長は、ハロゲンを含む雰囲気中で行われない。第１の埋込半導体層の成長により、雰囲気中のハロゲンによるエッチングが半導体メサに及ぶ影響を低減できる。また、ハロゲンを含む雰囲気無しで成長される第１の埋込半導体層が、埋込領域の一部であるので、マスク上に供給される原料に起因する異常成長を低減できる。

本発明に係る方法では、前記前記第２の埋込半導体層の成長の際に、ＨＣｌ、ＨＢｒ及びＨＩの少なくともいずれか一つを含むガスを前記原料に加えて前記成長炉に供給することが好ましい。

この方法では、これらのガスの分解により、埋込成長の制御のためにハロゲンが提供されると共に、ガスの分解によりハロゲンに加えて水素が生成される。水素は埋込層の品質に影響を与えない。

本発明に係る方法では、当該半導体光素子の活性層は前記第１の半導体層を含み、当該半導体光素子の上部クラッド層は前記第２の半導体層を含み、前記活性層は前記基板と前記上部クラッド層との間に設けられ、前記半導体メサは前記活性層に光学的に結合された回折格子を含むことができる。

この方法は、導波路構造だけでなく、発光素子の構造を作製するためにも適用される。

本発明に係る方法では、前記第４の半導体層はＩｎＧａＡｓ及びＩｎＧａＡｓＰのいずれかからなり、前記第３の半導体層はＩｎＰからなり、前記マスクは前記第３の半導体層の表面上に位置し、前記第１の埋込半導体層は前記前記第３の半導体層の側面及び前記第４の半導体層の側面を覆うことが好ましい。

この方法によれば、ＩｎＧａＡｓ及びＩｎＧａＡｓＰは、埋込成長中にハロゲンによりエッチングされる可能性がある。しかしながら、第１の埋込半導体層が、ハロゲンを供給せずに成長されると共に第３の半導体層の側面及び第４の半導体層の側面を覆うので、引き続く第２の埋込半導体層の成長に際に、第４の半導体層は第１の埋込半導体層によって保護される。

本発明に係る方法では、前記半導体メサの形成では、前記ドライエッチングにより下部クラッド領域が露出され、前記第１の埋込半導体層の厚さは前記下部クラッド領域上において３００ナノメートル以上であることが好ましい。

この方法によれば、３００ナノメートル以上の第１の埋込半導体層によって、第２の半導体層の側面及び第４の半導体層の側面を確実に覆うことができる。

本発明に係る方法では、III−Ｖ化合物半導体からなる主面を有する基板上に前記半導体領域を形成する工程を更に備えることが好ましい。前記第１の埋込半導体層はＩｎＰからなり、前記第２の埋込半導体層はＩｎＰからなり、前記第１及び第２の埋込半導体層には鉄が添加されており、前記所定の方向は[１１０]方向及び[１−１０]方向のいずれかの方向であることが好ましい。

この方法によれば、第１の埋込半導体層の成長の際に、半導体メサの側面ではＩｎＰは＜１１０＞方向に比較的小さい成長速度で成長する一方、基板の表面上ではＩｎＰは＜００１＞方向に比較的大きい成長速度で成長する。成長当初の際には半導体メサの側面が切り立っているけれども、半導体メサの峰は、上記の成長速度の差により、埋込成長の進行に伴って徐々に埋め込まれていく。

本発明に係る方法は、前記マスクを除去すると共に前記第２の埋込半導体層の表面を平坦化した後に、該平坦化された表面上に、コンタクト窓を有する絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層及び前記半導体メサ上に電極を形成する工程と
を更に備えることが好ましい。

この方法では、埋込成長の完了の際に、マスクの両エッジに沿って半導体の盛り上がりが生じるけれども、異常成長が生じていない。これ故に、第２の埋込半導体層の表面を平坦化した後には、電極の形成を行うことができる。

本発明に係る方法は、前記マスクを除去した後に、前記第１及び第２の埋込半導体層を覆って第２導電型半導体領域を成長する工程を更に備えることが好ましい。

この方法によれば、埋込成長の完了の際に、マスクの両エッジに沿って半導体の盛り上がりが生じるけれども、異常成長が生じていない。これ故に、引き続いて結晶成長の工程を行うことができる。

本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。

以上説明したように、本発明によれば、埋込半導体層の形成において異常成長の発生を低減可能な、III−Ｖ化合物半導体光素子を作製する方法を提供できる。

図１は、本実施の形態に係るIII−Ｖ化合物半導体光素子を作製する方法における結晶成長の工程及びマスク形成の工程を示す図面である。 図２は、本実施の形態に係るIII−Ｖ化合物半導体光素子を作製する方法におけるメサエッチング工程及び第１の埋込成長工程を示す図面である。 図３は、本実施の形態に係るIII−Ｖ化合物半導体光素子を作製する方法における第２の埋込成長工程及びマスク除去工程を示す図面である。 図４は、本実施の形態に係るIII−Ｖ化合物半導体光素子を作製する方法における保護膜形成工程及び電極形成工程を示す図面である。 図５は、本実施の形態に係るIII−Ｖ化合物半導体光素子を作製する方法におけるマスク除去工程及びコンタクト成長工程を示す図面である。 図６は、実験例（ＨＣｌ添加あり）における半導体メサ及び埋込層の断面の走査型電子顕微鏡像を示す図面である。 図７は、実験例（ＨＣｌ添加無し）における半導体メサ及び埋込層の断面の走査型電子顕微鏡像を示す図面である。

本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明のIII−Ｖ化合物半導体光素子を作製する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。

図１は、本実施の形態に係るIII−Ｖ化合物半導体光素子を作製する方法の主要な工程を示す図面である。III−Ｖ化合物半導体光素子は、例えば半導体レータ、半導体光増幅素子等であることができる。

まず、半導体基板１１を準備する。半導体基板１１は、閃亜鉛鉱型の結晶構造を有するIII−Ｖ化合物半導体、例えばＩｎＰ基板でありことができ、半導体基板１１の主面１１ａは例えば（００１）面を有する。本実施の形態に係る説明において、結晶軸及び結晶面方位の表示は、そのもの自身だけでなく、結晶学的に等価な面も示す。主面１１ａは、半導体素子の作製において行われるように、必要な場合には、（００１）面に対して僅かなオフ角を有することができる。引き続く説明では、半導体基板１１はｎ型の導電性を有するものとするが、本実施の形態はこれに限定されるものではない。

図１（ａ）を参照すると、工程Ｓ１０１では、半導体基板１１の主面１１ａ上に、複数のIII−Ｖ化合物半導体層を含む半導体領域１３を形成する。半導体領域１３の形成は、例えば有機金属気相成長法で行われることができる。まず、半導体基板１１を成長炉１０ａに配置する。半導体領域１３は、下側光ガイド層のための半導体膜１５、活性層のための半導体膜１７、上側光ガイド層のための半導体膜１９、及びｐ型クラッド層のための半導体膜２１を含む。これらの半導体膜１５、１７、１９、２１及び２３は、半導体基板１１の主面１１ａ上に順に配列されており、半導体領域１３の主面１３ａの法線軸Ｎｘに沿って配置されている。必要な場合には、半導体領域１３は、バッファ層及び／又はｎ型クラッド層のための半導体膜２５を含むことができる。

図１（ｂ）を参照すると、工程Ｓ１０２では、半導体領域１３の主面１３ａ上にマスク２９を形成する。マスク２９は、例えばシリコン系無機絶縁体からなることができる。好適な実施例では、マスク２９の材料はシリコン酸化物（例えばＳｉＯ_２）である。このシリコン酸化膜の厚さは例えば２マイクロメートルである。マスク２９のパターニングのために、フォトリソグラフィ及びエッチングを用いることができる。マスク２９は、所定の軸Ａｘの方向に延在するメサストライプの形状を規定する。本実施例では、所定の方向は例えば[１１０]方向及び[１−１０]方向のいずれかの方向であることが好ましい。マスク２９は半導体層２３上に位置しており、半導体層２３は例えばｐ型を有する。

図２（ａ）を参照すると、工程Ｓ１０３では、マスク２９を用いて半導体領域１３のドライエッチングを行って、所定の軸Ａｘの方向に延びる半導体メサ３３を形成すると共に下部クラッド領域を露出させる。半導体メサ３３は、エッチングされた半導体膜１５ａ、１８ａ、１９ａ、２１ａ、２３ａ及び２５ａを含む。引き続く説明では、半導体膜１５ａ、１８ａ、１９ａ、２１ａ、２３ａ及び２５ａは、下側光ガイド層１５ａ、活性層１８ａ、上側光ガイド層１９ａ、ｐ型クラッド層２１ａ、ｐ型半導体層２３ａ及び半導体層（ｎ型バッファ層又はｎ型クラッド層）２５ａとして参照される。III−Ｖ化合物半導体光素子が半導体レータであることができる。III−Ｖ化合物半導体光素子が、回折格子を含む光素子（例えば、ＤＦＢレーザ等）であるとき、上側光ガイド層１９ａとｐ型クラッド層２１ａとの間に回折格子を形成することができ、このため、上側光ガイド層１９ａとｐ型クラッド層２１ａとの間に回折格子層を追加することが好適である。この工程Ｓ１０３では、半導体メサ３３の側面３３ｂには、下側光ガイド層１５ａの側面１５ｂ、活性層１８ａの側面１８ｂ、上側光ガイド層１９ａの側面１９ｂ、ｐ型クラッド層２１ａの側面２１ｂ、ｐ型半導体層２３ａの側面２３ｂ及び半導体層２５ａの側面２５ｂが現れている。活性層１８ａのための半導体膜１７は、図１（ａ）に示されるように、例えば量子井戸構造２７を有することができ、量子井戸構造２７は、交互に配列された障壁層２７ｂ及び井戸層２７ａを含む。半導体メサ３３の形成では、ドライエッチングにより下部クラッド領域の表面が露出される。本実施例では、ドライエッチングは、半導体基板１３が露出される深さまで行われる。したがって、ドライエッチングにより半導体基板１３の表面１３ｂが露出される。

半導体メサ３３のボトムでは、具体的には、半導体メサ３３の側面３３ｂは半導体基板１３の表面１３ｂと角度ＡｌＰＨＡを成す。角度ＡＬＰＨＡは８５度以上が好ましい。また、角度ＡＬＰＨＡは９５度以上が好ましい。

半導体メサ３３（半導体領域１３）の一例は以下のものである。
半導体基板１１：ｎ型ＩｎＰ基板；
半導体層２５ａ（２５）：ＳｉドープＩｎＰバッファ層、厚さ５５０ｎｍ、キャリア濃度１．１×１０^１８ｃｍ^−３；
下側光ガイド層１５ａ（１５）：アンドープＧａＩｎＡｓＰ層、厚さ１００ｎｍ、バンドギャップ波長１１５０ｎｍ；
活性層１８ａ（１７）：７ＱＷのＧａＩｎＡｓＰ量子井戸構造
障壁層（２７ａ）：厚さ１０ｎｍ、バンドギャップ波長１２００ｎｍ；
井戸層（２７ｂ）：厚さ５ｎｍ、歪み１．０％、バンドギャップ波長１５５０ｎｍ；
上側光ガイド層１９ａ（１９）：アンドープＧａＩｎＡｓＰ層、厚さ１００ｎｍ、バンドギャップ波長１１５０ｎｍ；
ｐ型クラッド層２１ａ（２１）：ＺｎドープＩｎＰ層、厚さ２０００ｎｍ、キャリア濃度１．０×１０^１８ｃｍ^−３；
半導体層２３ａ（２３）：ＺｎドープＩｎＧａＡｓコンタクト層、厚さ２９０ｎｍ、キャリア濃度１．５×１０^１８ｃｍ^−３。
エッチングにより形成された半導体メサ３３の高さは例えば３．８μｍである。

ドライエッチングおよびアッシングはエッチング装置１０ｂを用いて行われ、ドライエッチングおよびアッシングのための条件は、以下のものである：
エッチャント：ＣＨ_４とＨ_２との混合ガス
ＣＨ_４のガス流量：２５ｓｃｃｍ
Ｈ_２のガス流量：２５ｓｃｃｍ
ガス圧力：１．５Ｐａ
ＲＦパワー：１００Ｗ
エッチングレート：約１．８μｍ／ｈ
エッチング時間：１８０ｓｅｃ／ｃｙｃｌｅ
アッシング時間：１０５ｓｅｃ／ｃｙｃｌｅ
バイアスパワー：３０Ｗ。

図２（ｂ）を参照すると、工程Ｓ１０４では、半絶縁性のためのドーパント及び原料を含むガスＧ１を成長炉１０ｃに供給して、第１の埋込半導体層３５を成長する。図３（ａ）を参照すると、工程Ｓ１０５では、ハロゲン、半絶縁性のためのドーパント及び原料を含むガスＧ２を成長炉１０ｃに供給して、第２の埋込半導体層３７を成長する。第１の埋込半導体層３５の成長の際には、ハロゲンが成長炉１０ｃに供給されないけれども、第２の埋込半導体層３７の成長の際には、ハロゲンが成長炉１０ｃに供給される。

まず、工程Ｓ１０４を説明する。第１の埋込半導体層３５は、マスク２９を用いて半導体メサ３３の側面３３ｂ及び基板１１の表面１１ｂ上に成長される。本実施例では、第１の埋込半導体層３５は半絶縁性のＩｎＰからなることが好ましい。ＩｎＰに半絶縁性を付与するために、成長中にＦｅドーパントが添加される。図２（ｂ）に示されるように、第１の埋込半導体層３５の厚さＨ１は下部クラッド領域（メサ半導体領域から離れた平坦な領域）上において３００ナノメートル以上であることが好ましい。３００ナノメートル以上の第１の埋込半導体層３５によって、下側光ガイド層１５ａの側面１５ｂ、活性層１８ａの側面１８ｂ、上側光ガイド層１９ａの側面１９ｂを覆うことができると共に、半導体層２３ａの側面２３ｂ及び上部クラッド層２１ａの側面１９ｂも確実に覆うことができる。

第１の埋込半導体層３５の成長が完了したとき、第１の埋込半導体層３５の第１の部分３５ａは基板１１の表面１１ｂ上に設けられており、第１の埋込半導体層３５の第２の部分３５ｂは半導体メサ３３の側面３３ｂ上に設けられている。第１の部分３５ａの厚さＨ１は第２の部分３５ｂの厚さＨ２より厚い。この厚みの関係により第１の埋込半導体層３５の成長レートに関して、基板１１の表面１１ｂ上における成長レートは、半導体メサ３３の側面３３ｂ上における成長レートよりも大きい。これにより、成長中に、半導体メサ３３の側面３３ｂにおけるボトムエッジに凹部が形成されない。

本実施例では、第１の埋込半導体層３５はＦｅドープＩｎＰからなる。第１の埋込半導体層３５の成長は例えば以下のものを用いることができる：
ＴＭＩｎ流量：８６６ｓｃｃｍ、
ＰＨ_３流量：３００ｓｃｃｍ、
Ｃｐ_２Ｆｅ流量：４０ｓｃｃｍ、
成長温度：摂氏６２０度、
炉内圧力：８０ｍｂａｒ、
成長レート（平坦な面で）：２．０μｍ／ｈ。
第１の埋込半導体層３５の第１の部分３５ａの厚さＨ１は、第１の埋込半導体層３５の第２の部分３５ｂの厚さＨ２より厚い。

次いで、工程Ｓ１０５を説明する。半絶縁性のためのドーパント及び原料を成長炉１０ｃに供給して、マスク２９を用いて第１の半絶縁埋込層３５上に第２の埋込半導体層３７を成長する。第２の埋込半導体層３７の成長は、第１の埋込半導体層３５と異なり、ハロゲンを含む雰囲気を用いる。このハロゲンとして、ＨＣｌ、ＨＢｒ及びＨＩの少なくともいずれか一つを含むガスを用いることができる。埋め込み可能なハロゲンの流量は２．０ｓｃｃｍ（この値は、ＳＩ系の単位で表現すると、２．５×１０^−４ｍｏｌ／分である）以下であることが好ましい。炭素が結晶中に取り込まれることを防ぐときは、炭素（Ｃ）を含むハロゲン化物を用いないことが良い。第２の埋込半導体層３７は、マスク２９を用いて第１の半絶縁埋込層３５上に成長される。本実施例では、第２の埋込半導体層３７は半絶縁性のＩｎＰからなることが好ましい。ＩｎＰに半絶縁性を付与するために、成長中にＦｅドーパントが添加される。第２の埋込半導体層３７の成長により埋込工程が完了する。

本実施例では、第２の埋込半導体層３７はＦｅドープＩｎＰからなる。第２の埋込半導体層３７の成長は例えば以下のものを用いることができる：
ＴＭＩｎ流量：８６６ｓｃｃｍ（３．０×１０^−４ｍｏｌ／分）、
ＰＨ_３流量：３００ｓｃｃｍ、
Ｃｐ_２Ｆｅ流量：４０ｓｃｃｍ、
ハロゲン（ＨＣｌ）流量：０．２ｓｃｃｍ（２．５×１０^−５ｍｏｌ／分）、
成長温度：摂氏６２０度、
炉内圧力：８０ｍｂａｒ（８０００Ｐａ）、
成長レート（平坦な面で）：１．６μｍ／ｈ。

ドライエッチングで形成した半導体メサ３３上に埋め込み成長する際に、マスク２９の両側に、マスク２９上に供給された原料に起因して半導体の堆積物が盛り上がって成長される。原料ガスにハロゲンを含むガスを加える。この追加によって、第２の埋込半導体層３７の盛り上がり３７ａの量が少なくなる。つまり、半導体メサの埋込における異常成長を抑制できる。

第１の半絶縁埋込層３５の埋め込み成長は、ハロゲンを含むガスを添加することなく行われる。第２の埋込半導体層３７の埋め込み成長は、ハロゲンを含むガスを添加して行われる。

この埋め込み成長では、半導体メサ側面３３ｂ、特にマスク２９直下のＩｎＧａＡｓ層に対するエッチングを防ぐことができる。この防止により、異常成長の起点となりうるマスク２９の下角（マスク下面のエッジ付近）の露出を避けることができる。第１の半絶縁埋込層３５の埋め込み成長ではハロゲンを含むガスを添加しない。第１の半絶縁埋込層３５の成長レートがＩｎＧａＡｓ側面上において遅いけれども、第１の半絶縁埋込層３５がＩｎＧａＡｓ側面を十分に覆うことができる。これ故に、引き続くハロゲン追加の埋込成長において、ハロゲンによるエッチングに対して十分にメサ側面を保護できる。既に説明したように、第１の半絶縁埋込層３５の厚さは３００ｎｍ以上であることが好ましい。埋込完了時における埋込表面３７ｂの平坦性を確保できるので、第１の半絶縁埋込層３５の厚さは９００ｎｍ以下であることが好ましい。

図３（ｂ）に示されるように、工程Ｓ１０６では、マスク２９を除去すると共に第２の埋込半導体層３７の表面を平坦化する。マスク２９がシリコン酸化物からなるとき、マスク２９の除去はフッ化水素酸を用いて行われる。第２の埋込半導体層３７が例えばＦｅドープＩｎＰからなるとき、第２の埋込半導体層３７の平坦化は、エッチャント（塩酸、酢酸及び過酸化水素の混合溶液）を用いて行われ、例えばエッチングの面方位依存性を利用して第２の埋込半導体層３７の表面が平坦になる。

図４（ａ）に示されるように、工程Ｓ１０７では、該平坦化された表面３７ｂ上に、コンタクト窓４１ａを有する絶縁層４１を形成する。絶縁層４１は例えばシリコン酸化物からなることができる。コンタクト窓４１ａは、半導体メサ３３の上面に位置している。絶縁層４１及び半導体メサ３３上に電極（例えばアノード）４３を形成すると共に、基板１１の裏面１１ｃ上に電極（例えばカソード）４５を形成する。この方法では、埋込成長の完了の際に、マスクの両エッジに沿って半導体の盛り上がりが生じるけれども、異常成長が生じていない。これ故に、第２の埋込半導体層３７の表面３７ｂを平坦化した後には、電極４３の形成を行うことができる。

変形例の製造方法では、図５（ａ）に示されるように、工程Ｓ１０９では、マスク２９を除去する。マスク２９がシリコン酸化物からなるとき、マスク２９の除去はフッ化水素酸を用いて行われる。マスク２９の除去の後に、第１及び第２の埋込半導体層３５、３７を覆って第２導電型半導体領域４７を成長炉１０ｄにおいて成長する。第２導電型半導体領域４７は、例えばｐ型クラッド層４９及びｐ型コンタクト層５１を成長することができる。この方法によれば、埋込成長の完了の際に、マスク２９の両エッジに沿って半導体の盛り上がりが生じるけれども、異常成長が生じていない。
第２導電型半導体領域４７の成長条件は例えば以下のものである：
ｐ型クラッド層４９：ＺｎドープＩｎＰ、厚さ２０００ｎｍ、キャリア濃度１×１０^１８ｃｍ^−３。
これ故に、埋込工程に後に平坦化工程を行うことなく、次の結晶成長工程を行うことができる。

この工程の後に、既に説明したように電極を形成する。

[１１０]方向（横方向）の成長モードと[００１]方向（縦方向）の成長モードをはっきり出す必要がある。本実施の形態では、埋め込み時にＨＣｌを添加すると[１１０]方向の成長が[００１]方向の成長より遅くなる。これ故に、埋込層の上面における異常成長が抑制される。

図６は、ＨＣｌ添加有りでＦｅドープＩｎＰ埋込層を成長したエピウエハの断面の走査型電子顕微鏡像を示す図面である。図７は、ＨＣｌ添加無しでＦｅドープＩｎＰ埋込層とＨＣｌ添加ありでＦｅドープＩｎＰ埋込層とを成長したエピウエハの断面の走査型電子顕微鏡像を示す図面である。いずれの試料の作製においても、ＩｎＰ埋込層の成長をモニタするために、参照用の薄層をＩｎＰ埋込層内に成長している。

埋め込み時にハロゲン（ＨＣｌ）を添加すると[１１０]方向のＩｎＰ成長がより遅くなる（図６における符号「１」）。マスク直下のＩｎＧａＡｓ層上におけるＩｎＰの成長レートはハロゲンの添加無し成長においても遅く、ハロゲンのエッチングの効果により、メサ側面がエッチングされる（図６における符号「２」）。このため、ＩｎＧａＡｓ層上ＩｎＰ層との成長レートの差が相対的に大きくなる。[１１０]方向と[００１]方向の成長レートが異なるので、半導体メサのボトムのエッジにＩｎＰ成長の凹部が生成されない（図６における符号「３」）。また、埋込成長の最終段階においても、ハロゲンのエッチング効果により、埋込表面は平坦になる（図６における符号「４」）。

発明者は、ＨＣｌ添加無しの埋込成長時において異常成長が出る過程と、ＨＣｌ添加によって異常成長が抑制される過程とを調べた。通常の成長では、図７に示されるように、メサ横の凹みの原因は、埋込成長の当初に原因があることが示される（図７における参照符号「５」）。また、メサ側面の結晶組成によって埋め込み層の成長レートが異なることが理解される。つまり、ＩｎＰ側面には成長されやすい（図７における参照符号「６」）が、ＩｎＧａＡｓ側面には成長されにくい（図７における参照符号「７」）。また、埋込層の表面に、以上成長が生じる（図７における参照符号「８」）。

一方、ＨＣｌ添加によって、成長初期の＜００１＞軸方向と＜１１０＞軸方向の成長レートに差が生じている。成長レート差の作用により、半導体メサ横の凹みが抑制される。

また、マスク直下の最上層のＩｎＧａＡｓ層の側面では元々埋込層の成長レートが小さい。ハロゲンの添加によって、半導体メサのＩｎＧａＡｓがエッチングされ（１１１）面が形成される。このため、図７では、マスクの下角が完全に露出している。埋込層の成長端がマスクの下角に到達したときに、転位欠陥や双晶などの異常成長の起点を作りやすくなる。もともと異種材料の接触点（マスクと半導体メサとの接触点）は異常成長の起点となりやすい。

これらの課題を解決するために、ハロゲン添加無しの埋込成長と、ハロゲン添加ありの埋め込みとの両方を組み合わせて、異常成長が無く、かつ、半導体メサ内のＩｎＧａＡｓのエッチングを防ぐことができた。埋込初期においてハロゲン添加無しの埋込成長を適用して、半導体メサ側面を埋込層で完全に覆う。その後に、ハロゲン添加の埋込成長を適用して、異常成長を抑制する。ハロゲンの添加量は、正味として半導体メサのエッチングが生じないように規定される（つまり、「埋込成長量＞エッチング量」が満たされる）。

好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。

１１…半導体基板、１１ａ…半導体基板主面、１３…半導体領域、１３ａ…半導体領域主面、１３ｂ…半導体基板表面、１５、１７、１９、２１、２３、２５…半導体層、１５ａ…下側光ガイド層、１８ａ…活性層、１９ａ…上側光ガイド層、２１ａ…ｐ型クラッド層、２３ａ…ｐ型半導体層、２５ａ…半導体層（ｎ型バッファ層又はｎ型クラッド層）、１５ｂ…下側光ガイド層側面、１８ｂ…活性層側面、１９ｂ…上側光ガイド層側面、２１ｂ…ｐ型クラッド層側面、２３ｂ…ｐ型半導体層側面、２５ｂ…半導体層側面（ｎ型バッファ層側面又はｎ型クラッド層側面）、２７…量子井戸構造、２７ａ…井戸層、２７ｂ…障壁層、２９…マスク、Ａｘ…所定の軸、Ｎｘ…法線軸、３３…半導体メサ、３３ｂ…半導体メサ側面、ＡｌＰＨＡ…角度、３５…第１の埋込半導体層、３７…第２の埋込半導体層、３７ａ…第２の埋込半導体層の盛り上がり、３７ｂ…埋込表面、４１ａ…コンタクト窓、４１…絶縁層、４３、４５…電極、４７…第２導電型半導体領域、４９…ｐ型クラッド層、５１…ｐ型コンタクト層

Claims (8)

1. III−Ｖ化合物半導体光素子を作製する方法であって、
   半導体領域上に形成されたマスクを用いて前記半導体領域のドライエッチングを行って、所定の軸の方向に延びる半導体メサを形成する工程と、
   原料を成長炉に供給して、前記マスクを用いて前記半導体メサの側面及び前記基板上に第１の埋込半導体層を成長する工程と、
   原料を前記成長炉に供給して、前記マスクを用いて前記第１の半絶縁埋込層上に第２の埋込半導体層を成長する工程と
   を備え、
   前記第２の埋込半導体層は、ハロゲンを含む雰囲気中で成長され、
   前記第１及び第２の埋込半導体層は半絶縁性を有し、
   前記半導体メサは、第１、第２、第３及び第４の半導体層を含み、
   前記第１〜第４の半導体層は、第１導電型の半導体領域の主面の法線軸の方向に順に配置されており、
   前記第１の半導体層は第１導電型であり、
   前記第３の半導体層は前記第１導電型と異なる第２導電型であり、
   前記第２の半導体層の屈折率は前記第１の半導体層の屈折率より大きく、
   前記第２の半導体層の屈折率は前記第３の半導体層の屈折率より大きく、
   前記第４の半導体層の材料は前記第２の半導体層の材料と異なり、前記第４の半導体層の材料は前記第３の半導体層の材料と異なる、ことを特徴とする方法。
2. 前記第２の埋込半導体層の成長では、ＨＣｌ、ＨＢｒ及びＨＩの少なくともいずれか一つを含むガスを前記原料に加えて前記成長炉に供給する、ことを特徴とする請求項１に記載された方法。
3. 当該半導体光素子の活性層は前記第２の半導体層を含み、
   当該半導体光素子の上部クラッド層は前記第３の半導体層を含み、
   前記活性層は前記基板と前記上部クラッド層との間に設けられ、
   前記半導体メサは前記活性層に光学的に結合された回折格子を含む、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された方法。
4. 前記第４の半導体層はＩｎＧａＡｓ及びＩｎＧａＡｓＰのいずれかからなり、
   前記第３の半導体層はＩｎＰからなり、
   前記マスクは前記第４の半導体層の表面上に位置し、
   前記第１の埋込半導体層は前記前記第３の半導体層の側面及び前記第４の半導体層の側面を覆う、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された方法。
5. 前記半導体メサの形成では、前記ドライエッチングにより下部クラッド領域が露出され、
   前記第１の埋込半導体層の厚さは前記下部クラッド領域上において３００ナノメートル以上である、ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された方法。
6. III−Ｖ化合物半導体からなる主面を有する基板上に前記半導体領域を形成する工程を更に備え、
   前記第１の埋込半導体層はＩｎＰからなり、
   前記第２の埋込半導体層はＩｎＰからなり、
   前記所定の方向は、[１１０]方向及び[１−１０]方向のいずれかの方向であり、
   前記第１及び第２の埋込半導体層には鉄が添加されている、ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載された方法。
7. 前記マスクを除去すると共に前記第２の埋込半導体層の表面を平坦化した後に、該平坦化された表面上に、コンタクト窓を有する絶縁層を形成する工程と、
   前記絶縁層及び前記半導体メサ上に電極を形成する工程と
   を更に備える、ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載された方法。
8. 前記マスクを除去した後に、前記第１及び第２の埋込半導体層を覆って第２導電型半導体領域を成長する工程を更に備える、ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載された方法。