JP2015138894A - 光半導体素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】縦横のスポットサイズが良好なスポットサイズ変換器部のリッジ導波路構造を制御性良く形成できる光半導体素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】ＧａＡｓ基板１１上に第１導電型の下部クラッド層１２と、量子ドット層を含む活性層１４と、活性層１４側から第１上部クラッド層１６と、第１上部クラッド層１６より屈折率の高い第２上部クラッド層１７からなる上部クラッド層を設け、第１上部クラッド層１６が、導波路出射側領域において出射端に近いほど厚さが薄く、且つ、導波路出射側領域において出射端に近いほど幅が広がるリッジ導波路構造とする。【選択図】図１

Description

本発明は、光半導体素子及びその製造方法に関するものであり、例えば、量子ドットを有する活性層を備えたリッジ導波路型半導体レーザなどの光半導体素子及びその製造方法に関するものである。

ＩｎＡｓ／ＧａＡｓ自己形成量子ドット層を活性層に用いる波長１．３μｍ帯量子ドットレーザは、量子ドットにおけるキャリアの３次元的な閉じ込めにより温度変動の極めて小さい電流-光出力特性など優れた特長を有することが知られている。このような特長を生かして、光ファイバ通信やシリコン基板上光集積デバイスの光源として用いられている。

ＩｎＡｓ／ＧａＡｓ自己形成量子ドットは、ＧａＡｓ層の表面にＧａＡｓと格子定数の異なるＩｎＡｓを数ＭＬ（分子層）成長した際の格子不整合に基づく島状成長により、１ｃｍ^２当たり６×１０^１０個という高密度で形成することができる。

ここで、結晶性を維持しつつ次の量子ドット層を積層するためには、量子ドット層間にＧａＡｓ層を４０ｎｍ程度の厚さで挿入する必要がある。さらに、活性層として十分な利得を確保するために８層程度の積層が必要なため、量子ドットレーザの活性層は通常の量子井戸レーザの活性層よりも厚い構造となる。

そのため、上下のクラッド層よりも屈折率が相対的に高いコア層(活性層)がより厚くなるため、量子ドットレーザの導波路においては垂直方向の光閉じ込めが強くなる。以上の結果として、ＧａＡｓ基板上量子ドットレーザの近視野像は水平方向に比べて垂直方向のスポットサイズが小さい扁平な形状になりやすい。

この量子ドットレーザを光ファイバやシリコン光導波路など他の光導波路と結合する際は、結合効率及びトレランスを改善するために、量子ドットレーザの垂直方向のスポットサイズを拡大し、結合する相手のスポットサイズに近づけることが望ましい。このため、導波路出射側に垂直方向のスポットサイズを拡大するためのスポットサイズ変換領域を形成することが求められる。

垂直方向のスポットサイズを拡大するためには、例えば、誘電体マスクを利用した選択成長法によって活性層の厚さを導波路出射側で変調する膜厚テーパ型のスポットサイズ変換器が有効であることが知られている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、量子ドットの自己形成には数ＭＬレベルでの膜厚制御精度が要求されるため、このような選択成長技術を用いて下部クラッド層や量子ドット層の厚さを共振器方向に変調しつつ良好な量子ドット層を成長することは一般的に難しい。

そこで、垂直方向のスポットサイズを拡大するためには、下部クラッド層と量子ドット層の厚さは一定とし、量子ドット層上側の上部クラッド層を構成する層の厚さを調整することによりクラッド層側への導波光の染み出しを増大させる方法が最も簡易で好ましい。

例えば、量子井戸活性層とその上部クラッド層の間に上部クラッド層よりも屈折率の高い高屈折率クラッド層を設け、この高屈折率クラッド層の厚さ、幅のいずれか、または両方を出射側にいくにしたがって増大させるスポットサイズ変換器が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この提案においては、量子井戸活性層の厚さが一定の場合でも、出射側において高屈折率のクラッド層が厚くなることで高屈折率クラッド層への光の染み出しが増大し、垂直方向のスポットサイズが拡大する効果がある。

特開平０８−０４６２９５号公報 特開平１０−２２１５５４号公報

Ｙ.Ｋａｎｅｋｏ, Ｋ.Ｋｉｓｈｉｎｏ, Ｊ.Ａｐｐｌ.Ｐｈｙｓ., ７６, ｎｏ.３, ｐｐ.１８０９−１８１８ （１９９４） Ｄ.Ｗ.Ｊｅｎｋｉｎｓ, Ｊ. Ａｐｐｌ. Ｐｈｙｓ., ６８, ｎｏ.４, ｐｐ.１８４８−１８５３ （１９９０）

しかしながら、ＧａＡｓ基板上リッジ導波路型レーザにおいて、下部クラッド層と活性層の厚さを一定にしたまま、上部クラッド層内下側の高屈折率層の厚さを調整するだけでスポットサイズを拡大する場合、以下の二つの問題が生じる。

第１の問題は、垂直方向のスポットサイズ拡大の効果が小さいことである。スポットサイズ変換領域において活性層上部の高屈折率クラッド層の厚さが厚くなることにより、高屈折率クラッド層内に導波光が染み出すためスポットサイズは拡大するものの、高屈折率クラッド層直上の低屈折率クラッド層内には光は染み出しにくい。また、膜厚は誘電体マスクを用いた選択成長によって変調されるので膜厚比は自由に調整できるわけではなく、一般的には、例えば１：３程度に制約される。このため、スポットサイズ拡大の効果は限定的となり、その結果、結合する光導波路との結合効率及びトレランスの改善度合いが小さいという問題が生じる。

第２の問題は、活性層をエッチングすることなくリッジ導波路構造を制御性良く形成することができないことである。ＧａＡｓ基板上量子ドットレーザにおいて上述の特許文献２の技術を適用する場合、高屈折率クラッド層は低Ａｌ組成のＡｌＧａＡｓとなる。この場合、量子ドット活性層と低Ａｌ組成のＡｌＧａＡｓからなる高屈折率クラッド層との間で選択的なエッチングが難しい。

このため、量子ドット活性層はエッチングせずに高屈折率クラッド層の下面でエッチングをストップさせて望ましいリッジ導波路構造を制御性良く形成することが難しいという問題がある。リッジ高さの制御性が悪く、リッジ構造の下面と活性層との間の厚さが狙いよりも厚くなった場合、リーク電流が増大し発振特性が著しく悪化するなど問題が生じる。また、ウェーハ内や製造ロット毎の発振特性のばらつきが大きくなるという問題もある。

したがって、光半導体素子及びその製造方法において、縦横のスポットサイズが良好なスポットサイズ変換器部のリッジ導波路構造を制御性良く形成することを目的とする。

開示する一観点からは、ＧａＡｓ基板と、前記ＧａＡｓ基板上に順次設けられた第１導電型の下部クラッド層と、量子ドット層を含む活性層と、前記第１導電型とは反対導電型の第２導電型の上部クラッド層とを有し、前記上部クラッド層が、前記活性層側から第１上部クラッド層と、前記第１上部クラッド層より屈折率の高い第２上部クラッド層からなり、前記第１上部クラッド層は、導波路出射側領域において出射端に近いほど厚さが薄く、且つ、導波路出射側領域において出射端に近いほど幅が広がり、リッジ導波路型の電流狭窄構造を有することを特徴とする光半導体素子が提供される。

また、開示する別の観点からは、ＧａＡｓ基板上に少なくとも第１導電型の下部クラッド層と量子ドット層を含む活性層とを含む第１の積層構造を順次成長する工程と、前記第１の積層構造の表面にストライプ状開口部を有する選択成長マスクをスポットサイズ変換器形成領域を覆わないように設ける工程と、前記選択成長マスクをマスクとして前記第１導電型と反対導電型の第２導電型の第１上部クラッド層を形成する工程と、前記選択成長マスクを除去したのち、前記第１上部クラッド層より屈折率の高い第２導電型の第２上部クラッド層を少なくとも含む第２の積層構造を成長する工程と、前記第２の積層構造成長層の表面に前記スポットサイズ変換器形成領域において、出射端面側がテーパ状に拡大するとともに、前記スポットサイズ変換器形成領域以外の領域では一定の幅のストライプ状のハードマスクを形成する工程と、前記ハードマスクをマスクとして、前記第２上部クラッド層に対するエッチングレートが前記第１上部クラッド層に対するエッチングレートより高い第１のエッチング液で前記第２上部クラッド層を選択的にエッチングしたのち、前記ハードマスクをマスクとして、前記第１上部クラッド層に対するエッチングレートが前記第２上部クラッド層に対するエッチングレートより高い第２のエッチング液で前記第１上部クラッド層を選択的にエッチングしてリッジ構造を形成する工程とを有することを特徴とする光半導体素子の製造方法が提供される。

開示の光半導体素子及びその製造方法によれば、縦横のスポットサイズが良好なスポットサイズ変換器部のリッジ導波路構造を制御性良く形成することが可能になる。

本発明の実施の形態の光半導体素子の説明図である。 本発明の実施例１のスポットサイズ変換器付き半導体レーザの構造説明図である。 本発明の実施例１のスポットサイズ変換器付き半導体レーザの製造工程の途中までの説明図である。 本発明の実施例１のスポットサイズ変換器付き半導体レーザの製造工程の図３以降の途中までの説明図である。 本発明の実施例１のスポットサイズ変換器付き半導体レーザの製造工程の図４以降の途中までの説明図である。 本発明の実施例１のスポットサイズ変換器付き半導体レーザの製造工程の図５以降の途中までの説明図である。 本発明の実施例１のスポットサイズ変換器付き半導体レーザの製造工程の図６以降の説明図である。 本発明の実施例２のスポットサイズ変換器付き半導体レーザの構造説明図である。

ここで、図１を参照して、本発明の実施の形態の光半導体素子を説明する。図１は、本発明の実施の形態の光半導体素子の説明図であり、図１（ａ）は概略的斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ′を結ぶ線を中心とする断面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）におけるＢ−Ｂ′を結ぶ線を中心とする断面図である。図に示すように、ＧａＡｓ基板１１上に第１導電型の下部クラッド層１２と、量子ドット層を含む活性層１４と、第２導電型の第１上部クラッド層１６及び第２上部クラッド層１７を少なくとも成膜する。なお、量子ドッド層を含む活性層１４を挟むように上下に光ガイド層１３，１５を設けても良いし、第２上部クラッド層１７上にコンタクト層１８を設けても良い。

第１上部クラッド層１６は、第２上部クラッド層より屈折率が低く、導波路出射側領域において出射端に近いほど厚さが薄くなるように形成する。この第１上部クラッド層１６及び第２上部クラッド層１７を、導波路出射側領域において出射端に近いほど幅広のテーパ状のリッジ導波路を形成してスポットサイズ変換器部とし、その他の領域では幅細のリッジ導波路となるリッジ導波路型の電流狭窄構造を形成する。なお、ＧａＡｓ基板１１の裏面には基板側電極２０を設け、リッジ導波路側にはＳｉＯ_２等の保護膜１９を介してリッジ側電極２１を形成する。

この時、第１上部クラッド層１６と第２上部クラッド層１７の屈折率差が０．１５〜０．２５となるように材料・組成を選択する。特に、第１上部クラッド層１６と第２上部クラッド層１７とが互いに選択エッチングが可能な材料を選択することが望ましい。

具体的には、第１上部クラッド層１６としてＧａＡｓと構成整合する組成のＩｎ_０．４９Ｇａ_０．５１Ｐを用い、第２上部クラッド層１７としてＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（但し、０＜ｘ≦０．５）、例えば、Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓを用いることができる。この場合、Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓはリン酸と過酸化水素水と水の混合液を用いれば選択エッチングが可能となり、Ｉｎ_０．４９Ｇａ_０．５１Ｐは塩酸と酢酸の混合液を用いれば選択エッチングが可能となる。なお、ＩｎＧａＰの屈折率は、例えば、非特許文献１の図６に示されており、また、ＡｌＧａＡｓの屈折率は、例えば、上記の非特許文献２に示されている。

或いは、第１上部クラッド層１６としてＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ（但し、０．７≦ｙ≦１．０）、例えば、Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３Ａｓを用い、第２上部クラッド層１７としてＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ (但し、０＜ｚ＜０．７) 、例えば、Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓを用いても良い。この場合、Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓは酒石酸と過酸化水素水の混合液を用いれば選択エッチングが可能となり、Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３Ａｓはフッ酸を用いれば選択エッチングが可能となる。

この様に、導波路出射側のスポットサイズ変換領域において第１上部クラッド層１６の厚さが薄くなるように形成すると、第１上部クラッド層１６より屈折率の大きい第２上部クラッド層１７への導波光の染み出しが大きくなる。したがって、垂直方向のスポットサイズを拡大することができるので、縦横のスポットサイズを好適な形状にすることができる。その結果、光ファイバやシリコン導波路などの異なる導波路との結合効率、及びトレランスが向上し、光モジュール、あるいは光集積素子の性能向上に寄与する。

さらに、第１上部クラッド層１６として、ＩｎＧａＰ或いはＡｌ組成比が０．７以上のＡｌＧａＡｓを用いると下地の光ガイド層１５或いは量子ドット層を含む活性層１４の最上層のｉ型ＧａＡｓ層に対して選択エッチング性を持たせることができる。したがって、リッジ導波路構造を形成する際に活性層１４をエッチングすることなく制御性良くリッジ導波路構造を形成することができる。その結果、ウェーハ内や製造ロット毎のばらつきなく、リーク電流の小さい良好な発振特性を有する半導体レーザを製造することができる。なお、光半導体素子としては半導体レーザや半導体光増幅器が典型的なものである。

次に、図２乃至図７を参照して、本発明の実施例１のスポットサイズ変換器付き半導体レーザを説明する。図２は、本発明の実施例１のスポットサイズ変換器付き半導体レーザの構成説明図である。図２（ａ）は概略的斜視図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＡ−Ａ′を結ぶ線を中心とする断面図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）におけるＢ−Ｂ′を結ぶ線を中心とする断面図、即ち、スポットサイズ変換器部の断面図である。主面が（００１）面のｎ型ＧａＡｓ基板３１上に、厚さが２．０μｍのｎ型Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓ下部クラッド層３２、厚さ５０ｎｍのｉ型ＧａＡｓ下部光ガイド層３３、量子ドット活性層４０、厚さ５０ｎｍのｉ型ＧａＡｓ上部光ガイド層３４を積層する。次いで、ｐ型Ｉｎ_０．４９Ｇａ_０．５１Ｐ上部クラッド層３６、ｐ型Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ上部クラッド層３７及び厚さが３００ｎｍのｐ型ＧａＡｓコンタクト層３８を設け、ストライプ状にエッチングしてリッジ導波路型の電流狭窄構造を形成する。

この時、図２（ｂ）に示すように、ｐ型Ｉｎ_０．４９Ｇａ_０．５１Ｐ上部クラッド層３６の厚さは、スポットサイズ変換器部以外で３００ｎｍとする。また、図２（ｃ）に示すように、スポットサイズ変換器部では出射端に近づくにつれて徐々に薄くなり、出射端面では１００ｎｍとなるように形成する。

一方、ｐ型Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ上部クラッド層３７の厚さは、スポットサイズ変換器部以外で１．４μｍとし、出射端面で１．６μｍとする。リッジ幅はスポットサイズ変換器部以外で２．０μｍとし、スポットサイズ変換器部で徐々に広げ、出射端面では３．０μｍとする。リッジ側面には保護膜としてＳｉＯ_２膜５１を厚さ５００ｎｍに形成し、ｎ側電極５２及びｐ側電極５３を設ける。なお、量子ドット活性層４０は、ｐ型変調ドープ層を含む構造とし、量子ドット層を８層積層して形成する。

次に、図３乃至図７を参照して、本発明の実施例１のスポットサイズ変換器付き半導体レーザの製造工程を説明する。まず、図３（ａ）に示すように、分子線エピタキシー法(ＭＢＥ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ)を用いて主面が（００１）面のｎ型ＧａＡｓ基板３１上に、厚さが２．０μｍのｎ型Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓ下部クラッド層３２、厚さ５０ｎｍのｉ型ＧａＡｓ下部光ガイド層３３を成長させる。

引き続いて、量子ドット活性層４０を成長させる。まず、ｉ型ＧａＡｓ下部光ガイド層３３上に、厚さが１０ｎｍのｉ型ＧａＡｓ層４１を成長させたのち、ＩｎとＡｓを供給するとｉ型ＩｎＡｓ濡層４２が形成され、数ＭＬ成長するとｉ型ＩｎＡｓ量子ドット４３が自己形成される。これは、下地のＧａＡｓとＩｎＡｓとの格子定数ミスマッチにより、臨界膜厚を超えると島状成長が始まりｉ型ＩｎＡｓ量子ドット４３が自己形成される。

引き続いて、ｉ型ＩｎＡｓ量子ドット４３を埋め込むようにｉ型Ｉｎ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ歪緩和層４４、ｉ型ＧａＡｓ層４５、不純物濃度が５．０×１０^１７ｃｍ^−３のｐ型ＧａＡｓ変調ドープ層４６及びｉ型ＧａＡｓ層４１を順次成長させる。ここでは、ｉ型Ｉｎ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ歪緩和層４４のＩｎ組成比を０．１５に調整することにより、量子ドット活性層４０の利得波長を１２９０ｎｍとなるようにしている。また、ｐ型ＧａＡｓ変調ドープ層４６を挿入することにより、ｉ型ＩｎＡｓ量子ドット４３へのホールの供給が改善し、温度安定動作性の向上など、発振特性が向上する。

このような積層構造の量子ドット構造を８層積層して量子ドット活性層４０とする。次いで、量子ドット活性層４０上に、厚さが５０ｎｍのｉ型ＧａＡｓ上部光ガイド層３４を成長させる。

次いで、図３（ｂ）に示すように、ｉ型ＧａＡｓ上部光ガイド層３４上にＳｉＯ_２膜を成膜したのち、パターニングすることによって、スポットサイズ変換器形成領域外では導波路を形成する領域にストライプ状の開口を有するＳｉＯ_２膜パターン３５を形成する。この時、スポットサイズ変換器形成領域の長さを２００μｍとし、横方向にはＳｉＯ_２膜が無いようにする。

次いで、図４（ｃ）に示すように、ＳｉＯ_２膜パターン３５を選択成長マスクとして、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）を用いて、ｐ型Ｉｎ_０．４９Ｇ_{ａ０．５１}Ｐ上部クラッド層３６を成長させる。この時、選択成長の効果により、ＳｉＯ_２膜パターン３５に挟まれている領域は成長速度が速くなるため膜厚が厚く、スポットサイズ変換器形成領域においては出射端面に近いほど膜厚が薄くなる。成長条件の調整により、３：１程度の膜厚変調度が可能であるので、ここでは、スポットサイズ変換器形成領域においては出射端面での膜厚を１００ｎｍとし、スポットサイズ変換器形成領域以外の領域における膜厚を３００ｎｍとする。次いで、図４（ｄ）に示すように、次にバッファードフッ酸を用いてＳｉＯ_２膜パターン３５を除去する。

次いで、再び、ＭＯＶＰＥを用いて全面に厚さが５ｎｍのｐ型Ｉｎ_０．４９Ｇａ_０．５１Ｐ薄膜と厚さが５ｎｍのｐ型ＧａＡｓ薄膜（いずれも図示は省略）をバッファ層として順次成膜する。引き続いて、図５（ｅ）に示すように、ｐ型Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ上部クラッド層３７及び厚さが３００ｎｍのｐ型ＧａＡｓコンタクト層３８を順次成長させる。

次いで、図５（ｆ）に示すように、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層３８上にＳｉＯ_２膜を成膜したのち、パターニングすることによってスポットサイズ変換器形成領域においてテーパ状となるＳｉＯ_２膜パターン３９を形成する。この時、スポットサイズ変換器形成領域以外では２．０μｍの幅とし、スポットサイズ変換器形成領域の出射端面では３．０μｍとなるように、〈０−１−１〉方向にストライプ状にパターニングする。

次いで、図６（ｇ）に示すように、ＳｉＯ_２膜パターン３９をマスクとしてリン酸と過酸化水素水と水の混合液によりｐ型ＧａＡｓコンタクト層３８及びｐ型Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ上部クラッド層３７を順次選択エッチンする。この時、エッチングはｐ型Ｉｎ_０．４９Ｇａ_０．５１Ｐ上部クラッド層３６で停止する。

次いで、図６（ｈ）に示すように、塩酸と酢酸の混合液によりｐ型Ｉｎ_０．４９Ｇａ_０．５１Ｐ上部クラッド層３６をエッチングする。この時、塩酸と酢酸の混合液ではＧａＡｓやＡｌＧａＡｓはエッチングされないので、ｉ型ＧａＡｓ上部光ガイド層３４でエッチングは停止し、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層３８及びｐ型Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ上部クラッド層３７は変形しない。

次いで、図７（ｉ）に示すように、次にバッファードフッ酸を用いてＳｉＯ_２膜パターン３５を除去すると、スポットサイズ変換器部以外では幅２．０μｍで、スポットサイズ変換器部において導波路出射端で３．０μｍとなるリッジ導波路構造が現れる。

以降は、図７（ｊ）に示すように、厚さが５００ｎｍのＳｉＯ_２膜５１を成膜したのち、レジストパターン（図示は省略）をマスクとしてｐ型ＧａＡｓコンタクト層３８上に堆積したＳｉＯ_２膜を選択的にエッチング除去する。次いで、ｎ型ＧａＡｓ基板３１の裏面を研磨して全体の厚さを１２０μｍにしたのち、Ａｕ・ＧｅとＮｉを順次成膜してｎ側電極５２とする。また、リッジ導波路構造側にはＴｉ、Ｐｔ、Ａｕを順次成膜してｐ側電極５３とすることで本発明の実施例１のスポットサイズ変換器付き半導体レーザの基本構造が完成する。

本発明の実施例１においては、出射端側において、相対的に屈折率の低いｐ型Ｉｎ_０．４９Ｇａ_０．５１Ｐ上部クラッド層３６の厚さをテーパ状に薄くしているので、導波光がｐ型Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ層３７内に染み出し、垂直方向のスポットサイズが拡大する。これにより、光ファイバやシリコン導波路などの他導波路との結合効率及びトレランスが改善する。また、量子ドット活性層をエッチングすることなく、簡易な方法で制御性良くリッジ導波路を形成することができる。

次に、図８を参照して、本発明の実施例２のスポットサイズ変換器付き半導体レーザを説明するが、上部クラッド層の構成材料を変えた以外は、基本的には上記の実施例１と同様であるので、最終的な構造を説明する。図８は本発明の実施例２のスポットサイズ変換器付き半導体レーザの構成説明図である。図８（ａ）は概略的斜視図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）におけるＡ−Ａ′を結ぶ線を中心とする断面図であり、図８（ｃ）は図８（ａ）におけるＢ−Ｂ′を結ぶ線を中心とする断面図、即ち、スポットサイズ変換器部の断面図である。

主面が（００１）面のｎ型ＧａＡｓ基板６１上に、厚さが２．０μｍのｎ型Ａｌ_０．３５Ｇａ_０．６５Ａｓ下部クラッド層６２、厚さ５０ｎｍのｉ型ＧａＡｓ下部光ガイド層６３、量子ドット活性層６４、厚さ５０ｎｍのｉ型ＧａＡｓ上部光ガイド層６５を積層する。次いで、ｐ型Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３Ａｓ上部クラッド層６６、ｐ型Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ上部クラッド層６７及び厚さが３００ｎｍのｐ型ＧａＡｓコンタクト層６８を設け、ストライプ状にエッチングしてリッジ導波路型の電流狭窄構造を形成する。なお、量子ドット活性層６４は、上記の実施例１と同様にする。

この時、図８（ｂ）に示すように、ｐ型Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３Ａｓ上部クラッド層６６の厚さは、スポットサイズ変換器部以外で３００ｎｍとする。また、図８（ｃ）に示すように、スポットサイズ変換器部では出射端に近づくにつれて徐々に薄くなり、出射端面では１００ｎｍとなるように形成する。

一方、ｐ型Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ上部クラッド層６７の厚さは、スポットサイズ変換器部以外で１．４μｍとし、出射端面で１．６μｍとする。リッジ幅はスポットサイズ変換器部以外で２．０μｍとし、スポットサイズ変換器部で徐々に広げ、出射端面では３．０μｍとする。リッジ側面には保護膜としてＳｉＯ_２膜６９を厚さ５００ｎｍに形成し、ｎ側電極７０及びｐ側電極７１を設ける。

この実施例２においてもリッジ光導波路構造を形成する際に、選択エッチングを用いる。ｐ型ＧａＡｓコンタクト層６８及びｐ型Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ上部クラッド層６７を選択エッチする際には、酒石酸と過酸化水素水の混合液を用いると、ｐ型Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３Ａｓ上部クラッド層６６はエッチングされない。また、ｐ型Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３Ａｓ上部クラッド層６６を選択エッチングする際には、フッ酸を用いると、ＧａＡｓ及びＡｌ組成の低いＡｌＧａＡｓはエッチングされないため、ｉ型ＧａＡｓ上部光ガイド層６５の表面においてエッチングが停止する。

この実施例２においても、出射端側において、相対的に屈折率の低いｐ型Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３Ａｓ上部クラッド層６６の厚さをテーパ状に薄くしているので、導波光がｐ型Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ上部クラッド層６７内に染み出し、垂直方向のスポットサイズが拡大する。これにより、光ファイバやシリコン導波路などの他導波路との結合効率及びトレランスが改善する。また、量子ドット活性層をエッチングすることなく、簡易な方法で制御性良くリッジ導波路を形成することができる。なお、この実施例２においては、上部クラッド層全体の屈折率が上記の実施例１より小さくなっているので、上下のクラッド層の屈折率のバランスを取るために、下部クラッド層のＡｌ組成比を０．３５にしている。

ここで、実施例１及び実施例２を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を付す。
（付記１）ＧａＡｓ基板と、前記ＧａＡｓ基板上に順次設けられた第１導電型の下部クラッド層と、量子ドット層を含む活性層と、前記第１導電型とは反対導電型の第２導電型の上部クラッド層とを有し、前記上部クラッド層が、前記活性層側から第１上部クラッド層と、前記第１上部クラッド層より屈折率の高い第２上部クラッド層からなり、前記第１上部クラッド層は、導波路出射側領域において出射端に近いほど厚さが薄く、且つ、導波路出射側領域において出射端に近いほど幅が広がり、リッジ導波路型の電流狭窄構造を有することを特徴とする光半導体素子。
（付記２）前記第１上部クラッド層と屈折率と前記第２上部クラッド層の屈折率の差が０．１５〜０．２５であることを特徴とする付記１に記載の光半導体素子。
（付記３）前記量子ドット層を含む活性層がノンドープ層で挟まれた第２導電型の変調ドープ層を有していることを特徴とする付記１または付記２に記載の光半導体素子。
（付記４）前記下部クラッド層と前記活性層との間に光ガイド層を有し、且つ、前記活性層と前記第１上部クラッド層との間に光ガイド層を有することを特徴とする付記１乃至付記３のいずれかに記載の光半導体素子。
（付記５）前記第１上部クラッド層がＩｎ_０．４９Ｇａ_０．５１Ｐからなり、且つ、前記第２上部クラッド層がＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（但し、０＜ｘ≦０．５）からなることを特徴とする付記１乃至付記４のいずれかに記載の光半導体素子。
（付記６）前記第１上部クラッド層がＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ（但し、０．７≦ｙ≦１．０）からなり、且つ、前記第２上部クラッド層がＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ (但し、０＜ｚ＜０．７) からなることを特徴とする付記１乃至付記４のいずれかに記載の光半導体素子。
（付記７）ＧａＡｓ基板上に少なくとも第１導電型の下部クラッド層と量子ドット層を含む活性層とを含む第１の積層構造を順次成長する工程と、前記第１の積層構造の表面にストライプ状開口部を有する選択成長マスクをスポットサイズ変換器形成領域を覆わないように設ける工程と、前記選択成長マスクをマスクとして前記第１導電型と反対導電型の第２導電型の第１上部クラッド層を形成する工程と、前記選択成長マスクを除去したのち、前記第１上部クラッド層より屈折率の高い第２導電型の第２上部クラッド層を少なくとも含む第２の積層構造を成長する工程と、前記第２の積層構造成長層の表面に前記スポットサイズ変換器形成領域において、出射端面側がテーパ状に拡大するとともに、前記スポットサイズ変換器形成領域以外の領域では一定の幅のストライプ状のハードマスクを形成する工程と、前記ハードマスクをマスクとして、前記第２上部クラッド層に対するエッチングレートが前記第１上部クラッド層に対するエッチングレートより高い第１のエッチング液で前記第２上部クラッド層を選択的にエッチングしたのち、前記ハードマスクをマスクとして、前記第１上部クラッド層に対するエッチングレートが前記第２上部クラッド層に対するエッチングレートより高い第２のエッチング液で前記第１上部クラッド層を選択的にエッチングしてリッジ構造を形成する工程とを有することを特徴とする光半導体素子の製造方法。
（付記８）前記第１上部クラッド層がＩｎ_０．４９Ｇａ_０．５１Ｐからなり、且つ、前記第２上部クラッド層がＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（但し、０＜ｘ≦０．５）からなり、前記第１のエッチング液が、リン酸と過酸化水素水と水の混合液であり、前記第２のエッチング液が塩酸と酢酸の混合液であることを特徴とする付記７に記載の光半導体素子の製造方法。
（付記９）前記第１上部クラッド層がＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ（但し、０．７≦ｙ≦１．０）からなり、且つ、前記第２上部クラッド層がＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ (但し、０＜ｚ＜０．７) からなり、前記第１のエッチング液が、酒石酸と過酸化水素水の混合液であり、前記第２のエッチング液がフッ酸であることを特徴とする付記７に記載の光半導体素子の製造方法。

１１ ＧａＡｓ基板
１２ 下部クラッド層
１３ 光ガイド層
１４ 活性層
１５ 光ガイド層
１６ 第１上部クラッド層
１７ 第２上部クラッド層
１８ コンタクト層
１９ 保護層
２０ 基板側電極
２１ リッジ側電極
３１，６１ ｎ型ＧａＡｓ基板
３２ ｎ型Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓ下部クラッド層
３３，６３ ｉ型ＧａＡｓ下部光ガイド層
３４，６５ ｉ型ＧａＡｓ上部光ガイド層
３５，３９ ＳｉＯ_２膜パターン
３６ ｐ型Ｉｎ_０．４９Ｇａ_０．５１Ｐ上部クラッド層
３７ ｐ型Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ上部クラッド層
３８，６８ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
４０，６４ 量子ドット活性層
４１，４５ ｉ型ＧａＡｓ層
４２ ｉ型ＩｎＡｓ濡層
４３ ｉ型ＩｎＡｓ量子ドット
４４ ｉ型Ｉｎ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ歪緩和層
４６ ｐ型ＧａＡｓ変調ドープ層
５１，６９ ＳｉＯ_２膜
５２，７０ ｎ側電極
５３，７１ ｐ側電極
６２ ｎ型Ａｌ_０．３５Ｇａ_０．６５Ａｓ下部クラッド層
６６ ｐ型Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３Ａｓ上部クラッド層
６７ ｐ型Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ上部クラッド層

Claims (5)

1. ＧａＡｓ基板と、
   前記ＧａＡｓ基板上に順次設けられた第１導電型の下部クラッド層と、量子ドット層を含む活性層と、前記第１導電型とは反対導電型の第２導電型の上部クラッド層と
   を有し、
   前記上部クラッド層が、前記活性層側から第１上部クラッド層と、前記第１上部クラッド層より屈折率の高い第２上部クラッド層からなり、
   前記第１上部クラッド層は、導波路出射側領域において出射端に近いほど厚さが薄く、且つ、導波路出射側領域において出射端に近いほど幅が広がり、リッジ導波路型の電流狭窄構造を有することを特徴とする光半導体素子。
2. 前記第１上部クラッド層と屈折率と前記第２上部クラッド層の屈折率の差が０．１５〜０．２５であることを特徴とする請求項１に記載の光半導体素子。
3. 前記第１上部クラッド層がＩｎ_０．４９Ｇａ_０．５１Ｐからなり、且つ、前記第２上部クラッド層がＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（但し、０＜ｘ≦０．５）からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光半導体素子。
4. 前記第１上部クラッド層がＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ（但し、０．７≦ｙ≦１．０）からなり、且つ、前記第２上部クラッド層がＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ (但し、０＜ｚ＜０．７) からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光半導体素子。
5. ＧａＡｓ基板上に少なくとも第１導電型の下部クラッド層と量子ドット層を含む活性層とを含む第１の積層構造を順次成長する工程と、
   前記第１の積層構造の表面にストライプ状開口部を有する選択成長マスクをスポットサイズ変換器形成領域を覆わないように設ける工程と、
   前記選択成長マスクをマスクとして前記第１導電型と反対導電型の第２導電型の第１上部クラッド層を形成する工程と、
   前記選択成長マスクを除去したのち、前記第１上部クラッド層より屈折率の高い第２導電型の第２上部クラッド層を少なくとも含む第２の積層構造を成長する工程と、
   前記第２の積層構造成長層の表面に前記スポットサイズ変換器形成領域において、出射端面側がテーパ状に拡大するとともに、前記スポットサイズ変換器形成領域以外の領域では一定の幅のストライプ状のハードマスクを形成する工程と、
   前記ハードマスクをマスクとして、前記第２上部クラッド層に対するエッチングレートが前記第１上部クラッド層に対するエッチングレートより高い第１のエッチング液で前記第２上部クラッド層を選択的にエッチングしたのち、前記ハードマスクをマスクとして、前記第１上部クラッド層に対するエッチングレートが前記第２上部クラッド層に対するエッチングレートより高い第２のエッチング液で前記第１上部クラッド層を選択的にエッチングしてリッジ構造を形成する工程と
   を有することを特徴とする光半導体素子の製造方法。

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