JP2017017282A - 半導体光素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】キャリアのオーバーフローを抑制し、かつ素子容量の増加とリーク電流の増加を抑制し、高温高速変調特性、光出力効率の素子特性を向上させた光半導体素子を提供する。【解決手段】本発明は、第１の導電型をもつＩｎＰ基板上に、少なくとも、第１の導電型のクラッドと、Ａｌ元素を含む半導体結晶からなる活性層領域と、第２の導電型を有するクラッド層とが積層された積層体がメサストライプ状に形成される埋め込み型光半導体素子であって、メサストライプ状の積層体の両側の側壁上及び前記ＩｎＰ基板上の前記積層体が形成されていない部分に、半導体埋め込み層が形成され、メサストライプ状の積層体の両側の側壁上の前記半導体埋め込み層は、ｐ型ドーピングされていることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、活性領域の両側を半導体結晶で埋め込んだ埋め込み型半導体光素子およびその製造方法に関し、より詳細には、活性領域の両側の半導体結晶がｐ型半導体である埋め込み型半導体光素子およびその製造方法に関する。

半導体結晶を埋め込み層とする埋め込み構造を半導体レーザなどの半導体光素子に用いると、電流注入効率と放熱性が向上するため、レーザ出力の高出力化が可能となる。従って、このような構造の半導体レーザは、大容量光伝送システムに不可欠である。また、Ａｌ含む半導体結晶からなる量子井戸構造を活性層に用いた半導体レーザは、井戸層のバンドエネルギーの深さに相当するΔＥｃが大きいため、高い温度においても、キャリアの注入効率の低下が小さく、高温でも良好なレーザ特性が維持できる特徴がある。したがって、Ａｌを含む半導体結晶の量子井戸構造からなる活性層を埋め込み層とする半導体レーザは、高温でも優れた素子特性が実現できる。

近年、半導体レーザは、低価格化の市場要求が強いため、半導体レーザの温度上昇を防ぐためのペルチェ素子を削減することが必須となっている。ここで、高い温度でも十分な特性が実現できるＡｌ系活性層（Ａｌを含む半導体結晶の量子井戸構造からなる活性層）を埋め込み層とする半導体レーザは、ペルチェ素子を使用しなくとも動作させることが可能であり、低価格化を実現することができる。

特開２０１４−０４５０８３号公報

Ａｌ系活性層を半導体埋込み層で埋込む構造には、以下のような問題がある。Ａｌ系活性層の構造は、量子井戸構造の上下層であるｐ層側、ｎ層側の両方、あるいはｐ層側のみにキャリアストップ層（ｃａｒｒｉｅｒ ｓｔｏｐ：ＣＳ層）と呼ばれる注入キャリア（主に電子）のオーバーフローを抑制する層が配置される。このＣＳ層には、通常バンドギャップの大きいＩｎＡｌＡｓ層が用いられる。このＣＳ層により、高温においても、注入キャリアが活性層からオーバーフローすることが抑制され、優れた高温度特性が維持できる。しかしながら、高抵抗埋込み構造を用いたレーザの場合、高抵抗埋込み層には、通常ＩｎＰ結晶を用いており、ＩｎＰ層はＩｎＡｌＡｓ層より伝導帯バンドのエネルギーレベルが低いため、ＩｎＰ層にキャリアが漏れだし、活性層へのキャリアの注入効率が低下するため、素子特性が劣化する問題があった。

したがって、キャリアのオーバーフローが抑制でき十分な素子特性が得られる半導体埋め込み層が必要とされていた。ここで、キャリアのオーバーフローをストップするために、効果があるとされている埋込み層は、ｐ型半導体である。従って、メサの側壁の活性層領域の側面に、高濃度のｐ型ドーピング半導体膜を形成することが、キャリアストップ効果を最大限に発揮させるために必要である。

図１は、メサストライプ状の積層体の活性層領域の側面に、高濃度のｐ型ドーピング半導体膜を形成した、半導体レーザ１００の構成を示す、光の導波方向の断面図を示す図である（特許文献１参照）。半導体レーザ１００は、ＭＱＷ（多重量子井戸）を活性層にした半導体レーザであり、面方位（１００）のｎ型ＩｎＰ基板１０１上に、メサストライプ状の積層体が形成されている。メサストライプ状の積層体は、ｎ型ＩｎＰクラッド層１０２、ｎ型ＩｎＡｌＧａＡｓクラッド層１０３、ｎ型ＩｎＡｌＡｓキャリアストップ（ＣＳ）層１０４、ノンドープＩｎＡｌＧａＡｓＳＣＨ層１０５、ノンドープＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＡｌＧａＡｓ歪ＭＱＷ活性層１０６、ノンドープＩｎＡｌＧａＡｓＳＣＨ層１０７、ｐ型ＩｎＡｌＡｓＣＳ層１０８、ｐ型ＩｎＰクラッド層１０９、ｐ型インジウムガリウム砒素燐（ＩｎＧａＡｓＰ）コンタクト層１１０が順に積層されている。ここで、活性層以外の化合物半導体は特に断らない限り、ＩｎＰ基板１０１に格子整合する組成である。

半導体レーザ１００のメサストライプ状の積層体は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、幅２μｍ、高さ３μｍ程度に形成される。半導体レーザ１００のメサストライプ状の積層体の両側は、キャリアストップ層を形成する半導体結晶である炭素ドープｐ型ＩｎＡｌＡｓ半導体埋め込み層１１２が形成され、炭素ドープｐ型ＩｎＡｌＡｓ半導体埋め込み層１１２上にＲｕ（ルテニウム）ドープした半絶縁性ＩｎＰ埋込み層１１３を成長させる。

通常、メサの側壁の活性層領域の側面にｐ型半導体埋め込み層を形成するには、半導体結晶成長法を用いる。しかし、半導体結晶成長法により、メサストライプ状の積層体の活性層領域の側面に、高濃度のｐ型ドーピング半導体膜を形成した場合、埋め込み再成長界面の全面にｐ型半導体層が形成されてしまう。すなわち、メサストライプ状の積層体の側面全面だけでなく、メサストライプ両側にあるＩｎＰ基板１０１の積層体が形成されていない部分の上面全体に炭素ドープｐ型ＩｎＡｌＡｓ半導体埋め込み層１１２が形成されてしまう。このｐ型半導体埋め込み構造では、炭素ドープｐ型ＩｎＡｌＡｓ半導体埋め込み層１１２が形成される埋め込み再成長界面のほぼ全面にｐｎ接合が形成される。したがって、素子容量が増加して、高速変調特性を低下させる要因となるほか、電流リークパスが形成されるため、電流注入効率が低下し、素子特性が劣化するという問題がある。特に、ｐ型ドーピング濃度の高い半導体膜を形成した場合は、素子容量とリーク電流とが顕著に増加するため、素子特性が著しく低下してしまう。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、メサストライプ状の積層体を覆う半導体埋め込み領域近傍だけをｐ型ドーピングされた半導体埋め込み層とする、埋め込み構造の半導体光素子及びその製造方法を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明の第１の態様は、第１の導電型をもつＩｎＰ基板上に、少なくとも、第１の導電型のクラッドと、Ａｌ元素を含む半導体結晶からなる活性層領域と、第２の導電型を有するクラッド層とが積層された積層体がメサストライプ状に形成される埋め込み型光半導体素子であって、前記メサストライプ状の積層体の両側の側壁上及び前記ＩｎＰ基板上の前記積層体が形成されていない部分に、半導体埋め込み層が形成され、前記メサストライプ状の積層体の両側の側壁上の前記半導体埋め込み層は、ｐ型ドーピングされていることを特徴とする。

また、本発明の第２の態様は、第１の態様の埋め込み型半導体光素子であって、ｐ型ドーピングされた前記半導体埋め込み層のドーパントには、ベリリウム、炭素、マグネシウム及び亜鉛のうちの少なくとも１つの元素が使用されることを特徴とする。

また、本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様の埋め込み型半導体光素子であって、前記半導体埋め込み層は、ＩｎＰ結晶により形成されることを特徴とする。

また、本発明の第４の態様は、第１又は第２の態様の埋め込み型半導体光素子であって、前記半導体埋め込み層は、ＩｎＰ結晶より伝導帯バンドのエネルギーレベル高い半導体結晶であることを特徴とする。

また、本発明の第５の態様は、第１の導電型をもつＩｎＰ基板上に、少なくとも、第１の導電型のクラッドと、Ａｌ元素を含む半導体結晶からなる活性層領域と、第２の導電型を有するクラッド層とが積層された積層体がメサストライプ状に形成される埋め込み型光半導体素子の製造方法であって、前記ＩｎＰ基板上に、前記積層体を形成するステップと、エッチングにより、前記積層体をメサストライプ状に加工するステップと、メサストライプ状に加工された前記積層体の両側の側壁上及び前記ＩｎＰ基板上の前記積層体が形成されていない部分に、第１の半導体埋め込み層を形成するステップと、前記メサストライプ状の積層体の両側の側壁上の前記第１の半導体埋め込み層に、イオン注入によりｐ型ドーピングするステップと、前記第１の半導体埋め込み層上に、第２の半導体埋め込み層を形成するステップとを含むことを特徴とする。

また、本発明の第６の態様は、第１の導電型をもつＩｎＰ基板上に、少なくとも、第１の導電型のクラッドと、Ａｌ元素を含む半導体結晶からなる活性層領域と、第２の導電型を有するクラッド層とが積層された積層体がメサストライプ状に形成される埋め込み型光半導体素子の製造方法であって、前記ＩｎＰ基板上に、前記積層体を形成するステップと、
エッチングにより、前記積層体をメサストライプ状に加工するステップと、メサストライプ状に加工された前記積層体の両側の側壁上及び前記ＩｎＰ基板上の前記積層体が形成されていない部分に、第１の半導体埋め込み層を形成するステップと、前記メサストライプ状の積層体の両側の側壁上の前記半導体埋め込み層に、イオン注入によりｐ型ドーピングするステップとを含むことを特徴とする。

また、本発明の第７の態様は、第１の導電型をもつＩｎＰ基板上に、少なくとも、第１の導電型のクラッドと、Ａｌ元素を含む半導体結晶からなる活性層領域と、第２の導電型を有するクラッド層とが積層された積層体がメサストライプ状に形成される埋め込み型光半導体素子の製造方法であって、前記ＩｎＰ基板上に、前記積層体を形成するステップと、
エッチングにより、前記積層体をメサストライプ状に加工するステップと、メサストライプ状に加工された前記積層体の両側の側壁上及び前記ＩｎＰ基板上の前記積層体が形成されていない部分に、ｐ型ドーピングされた第１の半導体埋め込み層を形成するステップと、前記第１の半導体埋め込み層を、前記メサストライプ状の積層体の両側の側壁上に形成された部分を残して、エッチングにより除去するステップと、残された前記第１の半導体埋め込み層上及び前記ＩｎＰ基板上の前記積層体が形成されていない部分に、第２の半導体埋め込み層を形成するステップとを含むことを特徴とする。

また、本発明の第８の態様は、第５乃至第７のいずれか１つの態様の埋め込み型半導体光素子であって、ｐ型ドーピングされた前記半導体埋め込み層のドーパントには、ベリリウム、炭素、マグネシウム及び亜鉛のうちの少なくとも１つの元素が使用されることを特徴とする。

また、本発明の第９の態様は、第５乃至第８のいずれか１つの態様の埋め込み型半導体光素子であって、前記第１の半導体埋め込み層は、ＩｎＰ結晶により形成されることを特徴とする。

また、本発明の第１０の態様は、第５乃至第８のいずれか１つの態様の埋め込み型半導体光素子であって、
前記第１の半導体埋め込み層は、ＩｎＰ結晶より伝導帯バンドのエネルギーレベル高い半導体結晶であることを特徴とする。

本発明によれば、Ａｌを含む半導体結晶からなる活性層を含むメサストライプ状の積層体の側面を半導体層で埋込む構造とする場合、メサストライプ状の積層体を覆う半導体埋め込み領域近傍だけをｐ型ドーピングされた半導体埋め込み層とする。これにより、キャリアのオーバーフローを抑制し、かつ素子容量の増加とリーク電流の増加を抑制し、高温高速変調特性、光出力効率の素子特性が著しく向上する効果が得られる。

メサストライプ状の積層体の活性層領域の側面に、高濃度のｐ型ドーピング半導体膜を形成した、半導体レーザの構成を示す、光の導波方向の断面図を示す図である。 本発明の実施例１に係る半導体光素子である半導体レーザの製造工程を示す図であり、（ａ）〜（ｄ）は、半導体レーザの光の導波方向と直交する方向の断面図を元に、各工程を示している。 本発明の実施例２に係る半導体光素子である半導体レーザの製造工程を示す図であり、（ａ）〜（ｄ）は、半導体レーザの光の導波方向と直交する方向の断面図を元に、各工程を示している。 本発明の実施例３に係る半導体光素子である半導体レーザの製造工程を示す図であり、（ａ）〜（ｄ）は、半導体レーザの光の導波方向と直交する方向の断面図を元に、各工程を示している。 本発明の実施例４に係る半導体光素子である半導体レーザの製造工程を示す図であり、（ａ）〜（ｄ）は、半導体レーザの光の導波方向と直交する方向の断面図を元に、各工程を示している。 本発明の実施例５に係る半導体光素子である半導体レーザの製造工程を示す図であり、（ａ）〜（ｅ）は、半導体レーザの光の導波方向と直交する方向の断面図を元に、各工程を示している。

［発明の基本構成］
以下、本発明の基本構成について詳細に説明する。本発明の半導体光素子は、第１の導電型をもつＩｎＰ基板上に、少なくとも、第１の導電型のクラッドと、Ａｌ元素を含む半導体結晶からなる活性層領域と、第２の導電型を有するクラッド層とが積層された積層体がＲＩＥによりメサストライプ状に形成されている。メサストライプ状の積層体の側壁の両側及び積層体が形成されていないＩｎＰ基板上面部分（メサストライプのＲＩＥにより露出した部分）には、半導体結晶が充填された半導体埋め込み層が形成される。ここで、半導体埋め込み層の、メサストライプ状の積層体の両側の側壁に接する部分を、高濃度にｐ型ドーピングする。メサストライプ状の積層体の両側の側壁が、高濃度にｐ型ドーピングされた半導体埋め込み層により覆われることにより、キャリアのオーバーフローを抑制し、かつ素子容量の増加とリーク電流の増加を抑制できるため、十分な素子特性が得られる。

メサストライプ状の積層体の側壁の両側に接する部分の半導体埋め込み層は、ＩｎＰ結晶、あるいは、ＩｎＰ結晶より伝導帯バンドのエネルギーレベルが高い、ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｌＡｓ、又はＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＧａＡｓ多層構造から形成される。

メサストライプ状の積層体の側壁の両側に接する部分の半導体埋め込み層のドーパントには、ベリリウム又は炭素を用いる。ベリリウム及び炭素は、膜中で拡散しにくいドーパントであるため、半導体埋め込み層のｐ型ドーパントとして用いることにより、半導体埋め込み層に対し、高濃度のｐ型ドーピングを制御性良好に行うことが可能である。また、マグネシウム及び亜鉛についても、ベリリウムおよび炭素と同様に高濃度のｐ型ドーピングを制御性良好に行うことが可能である。ここで、ｐ型の半導体埋め込み層のドーピング濃度は、１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上で、層厚が０．２μｍ以下であることが、光吸収ロスの点でより好適である。

メサストライプ状の積層体の両側の側壁を覆う高濃度にｐ型ドーピングされた半導体埋め込み層については、以下のように製造する。まず、メサストライプ状の積層体の側壁の両側及びＩｎＰ基板上面に、第１の半導体埋め込み層（薄膜）を形成する。次に、メサストライプ状の積層体の側壁の両側に形成した第１の半導体埋め込み層のみにイオン注入によりベリリウム又は炭素を打ち込む。その後、第１の半導体埋め込み層上に、第２の半導体埋め込み層を形成する。これにより、メサストライプ状の積層体の両側のＩｎＰ基板上面全面にｐ型半導体層を形成することなく、メサストライプ状の積層体の側壁の両側のみにｐ型半導体埋め込み層を形成することができる。

また、第１の半導体埋め込み層（薄膜）にイオン注入によりベリリウム又は炭素を打ち込むことなく、ドライエッチングと埋め込み成長を２回繰り返すことにより、メサストライプ状の積層体の側壁の両側にｐ型半導体埋め込み層を配置し、その両側を半絶縁性半導体層で埋め込むこともできる。

なお、活性層領域と、第１及び／又は第２の導電方クラッド層との間には、ｐ型の半導体結晶のＣＳ層が挿入される。ここで、ＣＳ層のｐ型の半導体結晶は、ＩｎＰ結晶より伝導帯バンドのエネルギーレベルが高い半導体結晶がＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＡｌＧａＡｓ、又は歪ＩｎＡｌＡｓ／無歪ＩｎＡｌＡｓの多層構造であれば、キャリアストップ層としてより好適である。

以下、本発明を、各実施例を用いて説明する。

［実施例１］
図２は、本発明の実施例１に係る光半導体素子である半導体レーザ２００の製造工程を示す図であり、図２（ａ）〜（ｄ）は、半導体レーザ２００の光の導波方向と直交する方向の断面図を元に、各工程を示している。ここで、半導体レーザ２００は、ＭＱＷを活性層にした半導体レーザである。

第１の工程（図２（ａ））において、まず、面方位（１００）のｎ型ＩｎＰ基板２０１上に、ｎ型ＩｎＰクラッド層２０２を成長させ、ｎ型ＩｎＰクラッド層２０２上にｎ型ＩｎＡｌＧａＡｓクラッド層２０３を成長させる。ｎ型ＩｎＰクラッド層２０２とｎ型ＩｎＡｌＧａＡｓクラッド層２０３とにより第１の導電型クラッドを形成している。

次に、ｎ型ＩｎＡｌＧａＡｓクラッド層２０３上にｎ型ＩｎＡｌＡｓキャリアストップ（ＣＳ）層２０４を成長させる。

ｎ型ＩｎＡｌＡｓＣＳ層２０４層上にノンドープＩｎＡｌＧａＡｓＳＣＨ層２０５を成長させ、ノンドープＩｎＡｌＧａＡｓＳＣＨ層２０５上にノンドープＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＡｌＧａＡｓ歪ＭＱＷ（多重量子井戸）活性層２０６を成長させ、ノンドープＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＡｌＧａＡｓ歪ＭＱＷ活性層２０６上にノンドープＩｎＡｌＧａＡｓＳＣＨ層２０７を成長させる。ｎ型ＩｎＡｌＡｓＣＳ層２０４層と、ノンドープＩｎＡｌＧａＡｓＳＣＨ層２０５と、ノンドープＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＡｌＧａＡｓ歪ＭＱＷ活性層２０６と、ノンドープＩｎＡｌＧａＡｓＳＣＨ層２０７とにより、Ａｌ元素を含む半導体結晶からなる活性層領域を形成している。

さらに、ノンドープＩｎＡｌＧａＡｓＳＣＨ層２０７上にｐ型ＩｎＡｌＡｓＣＳ層２０８を成長させる。

ｐ型ＩｎＡｌＡｓＣＳ層２０８上にｐ型ＩｎＰクラッド層２０９を成長させ、ｐ型ＩｎＰクラッド層２０９上にｐ型インジウムガリウム砒素燐（ＩｎＧａＡｓＰ）コンタクト層２１０を成長させる。ｐ型ＩｎＡｌＡｓＣＳ層２０８と、ｐ型ＩｎＰクラッド層２０９と、ｐ型ＩｎＰクラッド層２０９上にｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２１０とにより第２の導電型クラッドを形成している。

ここで、活性層以外の化合物半導体は、特に断りがない限り、ＩｎＰ基板に格子整合する組成である。

最後に、メサストライプ状の積層体を形成する部分に、幅２μｍのＳｉＯ₂マスク２１１を形成する。

第２の工程（図２（ｂ））において、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行う。ＲＩＥにより、幅２μｍ、高さ３μｍ程度のメサストライプ状の積層体を形成することができる。

第３の工程（図２（ｃ））において、メサストライプ状の積層体の両側に、第１の半導体埋め込み層を形成する。第１の半導体埋込み層は、メサストライプ状の積層体の両側の側壁にＲｕドープしたＩｎＰ半絶縁性埋込み層２１３（層厚０．２ｕｍ）を成長する。

次に、レジストを用いてメサストライプ状の積層体の両側のＩｎＰ基板上面をマスクする。一方で、第１の半導体埋め込み層であるＩｎＰ半絶縁性埋込み層２１３のメサストライプ状の積層体の側壁部分には、イオン注入によりベリリウムイオン（濃度１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上）を打ち込み、メサストライプ状の積層体の側壁に、ｐ型半導体埋め込み層２１４を形成する。その後レジストを除去する。

第４の工程（図２（ｄ））において、第１の半導体埋め込み層であるＩｎＰ半絶縁性埋込み層２１３上に、第２の半導体埋め込み層であるＲｕドープしたＩｎＰ半絶縁性埋込み層２１５（層厚２．８μｍ）を成長する。その後、打ち込んだベリリウムイオン２１４を活性化するために熱アニールを行った。

なお、第１及び第２の半導体埋め込み層のドーパントは、Ｒｕ（ルテニウム）のほかに、Ｆｅ（鉄）を使用しても良い。

最後に、半導体レーザ２００をチップ化する。作成した半導体レーザ２００の小信号変調特性は、３ｄＢ帯域、８５℃において約１０ＧＨｚであった。発振しきい値は、８５℃のとき、約１５ｍＡで、光出力効率は約２３％であった。したがって、優れた変調特性及び光出力特性が得られた。

［実施例２］
図３は、本発明の実施例２に係る光半導体素子である半導体レーザ３００の製造工程を示す図であり、図３（ａ）〜（ｄ）は、半導体レーザ３００の光の導波方向と直交する方向の断面図を元に、各工程を示している。ここで、半導体レーザ３００は、ＭＱＷを活性層にした半導体レーザである。

第１の工程（図３（ａ））において、まず、面方位（１００）のｎ型ＩｎＰ基板３０１上に、ｎ型ＩｎＰクラッド層３０２を成長させ、ｎ型ＩｎＰクラッド層３０２上にｎ型ＩｎＡｌＧａＡｓクラッド層３０３を成長させる。次に、ｎ型ＩｎＡｌＧａＡｓクラッド層３０３上にｎ型ＩｎＡｌＡｓキャリアストップ（ＣＳ）層３０４を成長させる。ｎ型ＩｎＡｌＡｓＣＳ層３０４層上にノンドープＩｎＡｌＧａＡｓＳＣＨ層３０５を成長させ、ノンドープＩｎＡｌＧａＡｓＳＣＨ層３０５上にノンドープＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＡｌＧａＡｓ歪ＭＱＷ（多重量子井戸）活性層３０６を成長させ、ノンドープＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＡｌＧａＡｓ歪ＭＱＷ活性層３０６上にノンドープＩｎＡｌＧａＡｓＳＣＨ層３０７を成長させる。さらに、ノンドープＩｎＡｌＧａＡｓＳＣＨ層３０７上にｐ型ＩｎＡｌＡｓＣＳ層３０８を成長させる。ｐ型ＩｎＡｌＡｓＣＳ層３０８上にｐ型ＩｎＰクラッド層３０９を成長させ、ｐ型ＩｎＰクラッド層３０９上にｐ型インジウムガリウム砒素燐（ＩｎＧａＡｓＰ）コンタクト層３１０を成長させる。ここで、活性層以外の化合物半導体は、特に断りがない限り、ＩｎＰ基板に格子整合する組成である。

最後に、メサストライプ状の積層体を形成する部分に、幅２μｍのＳｉＯ₂マスク３１１を形成する。

第２の工程（図３（ｂ））において、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行う。ＲＩＥにより、幅２μｍ、高さ３μｍ程度のメサストライプ状の積層体を形成することができる。

第３の工程（図３（ｃ））において、メサストライプ状の積層体の両側に、第１の半導体埋め込み層を形成する。第１の半導体埋込み層は、メサストライプ状の積層体の両側の側壁にＲｕドープしたＩｎＰ半絶縁性埋込み層３１３（層厚０．２ｕｍ）を成長する。

次に、レジストを用いてメサストライプ状の積層体の両側のＩｎＰ基板上面をマスクする。一方で、第１の半導体埋め込み層であるＩｎＰ半絶縁性埋込み層３１３のメサストライプ状の積層体の側壁部分には、イオン注入により炭素イオン（濃度１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上）を打ち込み、メサストライプ状の積層体の側壁に、ｐ型半導体埋め込み層３１４を形成する。その後レジストを除去する。

第４の工程（図１（ｄ））において、第１の半導体埋め込み層であるＩｎＰ半絶縁性埋込み層３１３上に、第２の半導体埋め込み層であるＲｕドープしたＩｎＰ半絶縁性埋込み層３１５（層厚２．８μｍ）を成長する。その後、打ち込んだ炭素イオンを活性化するために熱アニールを行った。

最後に、半導体レーザ３００をチップ化する。作成した半導体レーザ３００の小信号変調特性は、３ｄＢ帯域、８５℃において約１１ＧＨｚであった。発振しきい値は、８５℃のとき、約１５ｍＡで、光出力効率は約２３％であった。したがって、優れた変調特性及び光出力特性が得られた。

［実施例３］
図４は、本発明の実施例１に係る光半導体素子である半導体レーザ４００の製造工程を示す図であり、図４（ａ）〜（ｄ）は、半導体レーザ４００の光の導波方向と直交する方向の断面図を元に、各工程を示している。ここで、半導体レーザ４００は、ＭＱＷを活性層にした半導体レーザである。

第１の工程（図４（ａ））において、まず、面方位（１００）のｎ型ＩｎＰ基板４０１上に、ｎ型ＩｎＰクラッド層４０２を成長させ、ｎ型ＩｎＰクラッド層４０２上にｎ型ＩｎＡｌＧａＡｓクラッド層４０３を成長させる。次に、ｎ型ＩｎＡｌＧａＡｓクラッド層４０３上にｎ型ＩｎＡｌＡｓキャリアストップ（ＣＳ）層４０４を成長させる。ｎ型ＩｎＡｌＡｓＣＳ層４０４層上にノンドープＩｎＡｌＧａＡｓＳＣＨ層４０５を成長させ、ノンドープＩｎＡｌＧａＡｓＳＣＨ層４０５上にノンドープＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＡｌＧａＡｓ歪ＭＱＷ（多重量子井戸）活性層４０６を成長させ、ノンドープＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＡｌＧａＡｓ歪ＭＱＷ活性層４０６上にノンドープＩｎＡｌＧａＡｓＳＣＨ層４０７を成長させる。さらに、ノンドープＩｎＡｌＧａＡｓＳＣＨ層４０７上にｐ型ＩｎＡｌＡｓＣＳ層４０８を成長させる。ｐ型ＩｎＡｌＡｓＣＳ層４０８上にｐ型ＩｎＰクラッド層４０９を成長させ、ｐ型ＩｎＰクラッド層４０９上にｐ型インジウムガリウム砒素燐（ＩｎＧａＡｓＰ）コンタクト層４１０を成長させる。ここで、活性層以外の化合物半導体は、特に断りがない限り、ＩｎＰ基板に格子整合する組成である。

最後に、メサストライプ状の積層体を形成する部分に、幅２μｍのＳｉＯ₂マスク４１１を形成する。

第２の工程（図４（ｂ））において、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行う。ＲＩＥにより、幅２μｍ、高さ３μｍ程度のメサストライプ状の積層体を形成することができる。

第３の工程（図４（ｃ））において、メサストライプ状の積層体の両側に、第１の半導体埋め込み層を形成する。第１の半導体埋込み層は、メサストライプ状の積層体の両側の側壁にＲｕドープしたＩｎＡｌＡｓ埋込み層４１３（層厚０．２ｕｍ）を成長する。

次に、レジストを用いてメサストライプ状の積層体の両側のＩｎＰ基板上面をマスクする。一方で、第１の半導体埋め込み層であるＩｎＡｌＡｓ埋込み層４１３のメサストライプ状の積層体の側壁部分には、イオン注入によりベリリウムイオン（濃度１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上）を打ち込み、メサストライプ状の積層体の側壁に、ｐ型半導体埋め込み層４１４を形成する。その後レジストを除去する。

第４の工程（図４（ｄ））において、第１の半導体埋め込み層であるＩｎＡｌＡｓ埋込み層４１３上に、第２の半導体埋め込み層であるＲｕドープしたＩｎＰ半絶縁性埋込み層４１５（層厚２．８μｍ）を成長する。その後、打ち込んだベリリウムイオンを活性化するために熱アニールを行った。

最後に、半導体レーザ４００をチップ化する。作成した半導体レーザ４００の小信号変調特性は、３ｄＢ帯域、８５℃において約１０ＧＨｚであった。発振しきい値は、８５℃のとき、約１４ｍＡで、光出力効率は約２５％であった。したがって、優れた変調特性及び光出力特性が得られた。

実施例１〜３では、半導体レーザ単体について述べたが、本発明の各実施例は、半導体レーザに光変調器を集積した集積素子に対しても有効であることは言うまでもない。

［実施例４］
図５は、本発明の実施例１に係る光半導体素子である半導体レーザ５００の製造工程を示す図であり、図５（ａ）〜（ｄ）は、半導体レーザ５００の光の導波方向と直交する方向の断面図を元に、各工程を示している。ここで、半導体レーザ５００は、ＭＱＷを活性層にした半導体レーザである。

第１の工程（図５（ａ））において、まず、面方位（１００）のｎ型ＩｎＰ基板５０１上に、ｎ型ＩｎＰクラッド層５０２を成長させ、ｎ型ＩｎＰクラッド層５０２上にｎ型ＩｎＡｌＧａＡｓクラッド層５０３を成長させる。次に、ｎ型ＩｎＡｌＧａＡｓクラッド層５０３上にｎ型ＩｎＡｌＡｓキャリアストップ（ＣＳ）層５０４を成長させる。ｎ型ＩｎＡｌＡｓＣＳ層５０４層上にノンドープＩｎＡｌＧａＡｓＳＣＨ層５０５を成長させ、ノンドープＩｎＡｌＧａＡｓＳＣＨ層５０５上にノンドープＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＡｌＧａＡｓ歪ＭＱＷ（多重量子井戸）活性層５０６を成長させ、ノンドープＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＡｌＧａＡｓ歪ＭＱＷ活性層５０６上にノンドープＩｎＡｌＧａＡｓＳＣＨ層５０７を成長させる。さらに、ノンドープＩｎＡｌＧａＡｓＳＣＨ層５０７上にｐ型ＩｎＡｌＡｓＣＳ層５０８を成長させる。ｐ型ＩｎＡｌＡｓＣＳ層５０８上にｐ型ＩｎＰクラッド層５０９を成長させ、ｐ型ＩｎＰクラッド層５０９上にｐ型インジウムガリウム砒素燐（ＩｎＧａＡｓＰ）コンタクト層５１０を成長させる。ここで、活性層以外の化合物半導体は、特に断りがない限り、ＩｎＰ基板に格子整合する組成である。

最後に、メサストライプ状の積層体を形成する部分に、幅２μｍのＳｉＯ₂マスク１１１を形成する。

第２の工程（図５（ｂ））において、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行う。ＲＩＥにより、幅２μｍ、高さ３μｍ程度のメサストライプ状の積層体を形成することができる。

第３の工程（図５（ｃ））において、メサストライプ状の積層体の両側に、ＲｕドープしたＩｎＰ半絶縁性埋込み層５１５（層厚３μｍ）を成長する。

第４の工程（図５（ｄ））において、ＩｎＰ半絶縁性埋込み層５１６のメサストライプ状の積層体の側壁から約０．２μｍを残して、レジストによりマスクをする。次に、ＩｎＰ半絶縁性埋込み層５１６のメサストライプ状の積層体の側壁周辺に、イオン注入によりベリリウムイオン（濃度１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上）を打ち込み、メサストライプ状の積層体の側壁に、ｐ型半導体埋め込み層５１４を形成する。その後、打ち込んだベリリウムイオンを活性化するために熱アニールを行った。

最後に、半導体レーザ５００をチップ化する。作成した半導体レーザ５００の小信号変調特性は、３ｄＢ帯域、８５℃において約１０ＧＨｚであった。発振しきい値は、８５℃のとき、約１５ｍＡで、光出力効率は約２３％であった。したがって、優れた変調特性及び光出力特性が得られた。

［実施例５］
図６は、本発明の実施例１に係る光半導体素子である半導体レーザ６００の製造工程を示す図であり、図６（ａ）〜（ｄ）は、半導体レーザ６００の光の導波方向と直交する方向の断面図を元に、各工程を示している。ここで、半導体レーザ６００は、ＭＱＷを活性層にした半導体レーザである。

第１の工程（図６（ａ））において、まず、面方位（１００）のｎ型ＩｎＰ基板６０１上に、ｎ型ＩｎＰクラッド層６０２を成長させ、ｎ型ＩｎＰクラッド層６０２上にｎ型ＩｎＡｌＧａＡｓクラッド層６０３を成長させる。次に、ｎ型ＩｎＡｌＧａＡｓクラッド層６０３上にｎ型ＩｎＡｌＡｓキャリアストップ（ＣＳ）層６０４を成長させる。ｎ型ＩｎＡｌＡｓＣＳ層６０４層上にノンドープＩｎＡｌＧａＡｓＳＣＨ層６０５を成長させ、ノンドープＩｎＡｌＧａＡｓＳＣＨ層６０５上にノンドープＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＡｌＧａＡｓ歪ＭＱＷ（多重量子井戸）活性層６０６を成長させ、ノンドープＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＡｌＧａＡｓ歪ＭＱＷ活性層６０６上にノンドープＩｎＡｌＧａＡｓＳＣＨ層６０７を成長させる。さらに、ノンドープＩｎＡｌＧａＡｓＳＣＨ層６０７上にｐ型ＩｎＡｌＡｓＣＳ層６０８を成長させる。ｐ型ＩｎＡｌＡｓＣＳ層６０８上にｐ型ＩｎＰクラッド層６０９を成長させ、ｐ型ＩｎＰクラッド層６０９上にｐ型インジウムガリウム砒素燐（ＩｎＧａＡｓＰ）コンタクト層６１０を成長させる。ここで、活性層以外の化合物半導体は、特に断りがない限り、ＩｎＰ基板に格子整合する組成である。

最後に、メサストライプ状の積層体を形成する部分に、幅２μｍのＳｉＯ₂マスク１１１を形成する。

第２の工程（図６（ｂ））において、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行う。ＲＩＥにより、幅２μｍ、高さ３μｍ程度のメサストライプ状の積層体を形成することができる。

第３の工程（図６（ｃ））において、メサストライプ状の積層体の両側に、炭素をドープしたＩｎＰ埋込み層６１７（層厚３μｍ）を成長する。

第４の工程（図６（ｄ））において、メサストライプ状の積層体上及び炭素をドープしたＩｎＰ埋込み層６１７の側壁から約０．２μｍまでの部分に、ＳｉＯ₂マスク６１９を形成し、ドライエッチングにより、ＩｎＰ基板までエッチングし、幅２．４μｍ、高さ３．５μｍ程度のメサストライプ状の積層体を形成する。

第５の工程（図６（ｅ））において、メサストライプ状の積層体の両側に、ＲｕドープしたＩｎＰ埋込み層６１８（層厚３．５μｍ）を成長する。

最後に、半導体レーザ６００をチップ化する。作成した半導体レーザ６００の小信号変調特性は、３ｄＢ帯域、８５℃において約１１ＧＨｚであった。発振しきい値は、８５℃のとき、約１５ｍＡで、光出力効率は約２３％であった。したがって、優れた変調特性及び光出力特性が得られた。

１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１ ｎ型ＩｎＰ基板
１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２ ｎ型ＩｎＰクラッド層
１０３、２０３、３０３、４０３、５０３、６０３ ｎ型ＩｎＡｌＧａＡｓクラッド層
１０４、２０４、３０４、４０４、５０４、６０４ ｎ型ＩｎＡｌＡｓＣＳ層
１０５、２０５、３０５、４０５、５０５、６０５ ノンドープＩｎＡｌＧａＡｓＳＣＨ層
１０６、２０６、３０６、４０６、５０６、６０６ ノンドープＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＡｌＧａＡｓ歪ＭＱＷ活性層
１０７、２０７、３０７、４０７、５０７、６０７ ノンドープＩｎＡｌＧａＡｓＳＣＨ層
１０８、２０８、３０８、４０８、５０８、６０８ ｐ型ＩｎＡｌＡｓＣＳ層
１０９、２０９、３０９、４０９、５０９、６０９ ｐ型ＩｎＰクラッド層
１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０ ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層
１１２ 炭素ドープｐ型ＩｎＡｌＡｓ埋め込み層
１１３、２１２、３１２ ＲｕドープＩｎＰ埋込み層
２１１、３１１、４１１、５１１、６１１、７１９ ＳｉＯ₂マスク
３１３、４１３ ＲｕドープＩｎＡｌＡｓ埋め込み層
２１４、３１４、４１４、５１４ ｐ型ドーパントイオン打ち込み領域
２１５、３１５、４１５、５１６、６１８ ＲｕドープＩｎＰ埋め込み層
６１７ 炭素ドープＩｎＰ埋め込み層

Claims (10)

1. 第１の導電型をもつＩｎＰ基板上に、少なくとも、第１の導電型のクラッドと、Ａｌ元素を含む半導体結晶からなる活性層領域と、第２の導電型を有するクラッド層とが積層された積層体がメサストライプ状に形成される埋め込み型光半導体素子であって、
   前記メサストライプ状の積層体の両側の側壁上及び前記ＩｎＰ基板上の前記積層体が形成されていない部分に、半導体埋め込み層が形成され、
   前記メサストライプ状の積層体の両側の側壁上の前記半導体埋め込み層は、ｐ型ドーピングされていることを特徴とする埋め込み型半導体光素子。
2. ｐ型ドーピングされた前記半導体埋め込み層のドーパントには、ベリリウム、炭素、マグネシウム及び亜鉛のうちの少なくとも１つの元素が使用されることを特徴とする請求項１に記載の埋め込み型半導体光素子。
3. 前記半導体埋め込み層は、ＩｎＰ結晶により形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の埋め込み型半導体光素子。
4. 前記半導体埋め込み層は、ＩｎＰ結晶より伝導帯バンドのエネルギーレベル高い半導体結晶であることを特徴とする請求項１又は２に記載の埋め込み型半導体光素子。
5. 第１の導電型をもつＩｎＰ基板上に、少なくとも、第１の導電型のクラッドと、Ａｌ元素を含む半導体結晶からなる活性層領域と、第２の導電型を有するクラッド層とが積層された積層体がメサストライプ状に形成される埋め込み型光半導体素子の製造方法であって、
   前記ＩｎＰ基板上に、前記積層体を形成するステップと、
   エッチングにより、前記積層体をメサストライプ状に加工するステップと、
   メサストライプ状に加工された前記積層体の両側の側壁上及び前記ＩｎＰ基板上の前記積層体が形成されていない部分に、第１の半導体埋め込み層を形成するステップと、
   前記メサストライプ状の積層体の両側の側壁上の前記第１の半導体埋め込み層に、イオン注入によりｐ型ドーピングするステップと、
   前記第１の半導体埋め込み層上に、第２の半導体埋め込み層を形成するステップと
   を含むことを特徴とする埋め込み型半導体光素子の製造方法。
6. 第１の導電型をもつＩｎＰ基板上に、少なくとも、第１の導電型のクラッドと、Ａｌ元素を含む半導体結晶からなる活性層領域と、第２の導電型を有するクラッド層とが積層された積層体がメサストライプ状に形成される埋め込み型光半導体素子の製造方法であって、
   前記ＩｎＰ基板上に、前記積層体を形成するステップと、
   エッチングにより、前記積層体をメサストライプ状に加工するステップと、
   メサストライプ状に加工された前記積層体の両側の側壁上及び前記ＩｎＰ基板上の前記積層体が形成されていない部分に、第１の半導体埋め込み層を形成するステップと、
   前記メサストライプ状の積層体の両側の側壁上の前記半導体埋め込み層に、イオン注入によりｐ型ドーピングするステップと
   を含むことを特徴とする埋め込み型半導体光素子の製造方法。
7. 第１の導電型をもつＩｎＰ基板上に、少なくとも、第１の導電型のクラッドと、Ａｌ元素を含む半導体結晶からなる活性層領域と、第２の導電型を有するクラッド層とが積層された積層体がメサストライプ状に形成される埋め込み型光半導体素子の製造方法であって、
   前記ＩｎＰ基板上に、前記積層体を形成するステップと、
   エッチングにより、前記積層体をメサストライプ状に加工するステップと、
   メサストライプ状に加工された前記積層体の両側の側壁上及び前記ＩｎＰ基板上の前記積層体が形成されていない部分に、ｐ型ドーピングされた第１の半導体埋め込み層を形成するステップと、
   前記第１の半導体埋め込み層を、前記メサストライプ状の積層体の両側の側壁上に形成された部分を残して、エッチングにより除去するステップと、
   残された前記第１の半導体埋め込み層上及び前記ＩｎＰ基板上の前記積層体が形成されていない部分に、第２の半導体埋め込み層を形成するステップと
   を含むことを特徴とする埋め込み型半導体光素子の製造方法。
8. ｐ型ドーピングされた前記半導体埋め込み層のドーパントには、ベリリウム、炭素、マグネシウム及び亜鉛のうちの少なくとも１つの元素が使用されることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の埋め込み型半導体光素子の製造方法。
9. 前記第１の半導体埋め込み層は、ＩｎＰ結晶により形成されることを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項に記載の埋め込み型半導体光素子の製造方法。
10. 前記第１の半導体埋め込み層は、ＩｎＰ結晶より伝導帯バンドのエネルギーレベル高い半導体結晶であることを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項に記載の埋め込み型半導体光素子の製造方法。