JP3194503B2 - 化合物半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡ
ｓ系の半導体などにおいて、一度大気中にさらしたＡｌ
ＧａＡｓなどの上に、再びＡｌＧａＡｓあるいはＧａＡ
ｓなどを再成長する方法および化合物半導体装置に関す
る。
ｓ系の半導体などにおいて、一度大気中にさらしたＡｌ
ＧａＡｓなどの上に、再びＡｌＧａＡｓあるいはＧａＡ
ｓなどを再成長する方法および化合物半導体装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】回折格子を具備する半導体レーザ等を作
製する場合、ウェハを一度大気中にさらして加工したあ
とに、再成長技術が不可欠である。そのなかで、図１１
に示すように回折格子５４５を具備する領域と具備しな
い領域を併せ持ち、回折格子領域にも電流注入できる波
長可変ＤＢＲ（分布反射）型のレーザなどの場合、作製
工程は複雑になる。図１１において、５３１はＧａＡｓ
基板、５３２はｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、５３３は
活性層、５３４はｐ−ＡｌＧａＡｓキャリア閉じ込め
層、５３５はｐ−ＡｌＧａＡｓ光ガイド層、５３６はｐ
−ＡｌＧａＡｓクラッド層、５３７はコンタクト層、５
４０と５４２はｐ電極、５４３はｎ−電極である。
製する場合、ウェハを一度大気中にさらして加工したあ
とに、再成長技術が不可欠である。そのなかで、図１１
に示すように回折格子５４５を具備する領域と具備しな
い領域を併せ持ち、回折格子領域にも電流注入できる波
長可変ＤＢＲ（分布反射）型のレーザなどの場合、作製
工程は複雑になる。図１１において、５３１はＧａＡｓ
基板、５３２はｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、５３３は
活性層、５３４はｐ−ＡｌＧａＡｓキャリア閉じ込め
層、５３５はｐ−ＡｌＧａＡｓ光ガイド層、５３６はｐ
−ＡｌＧａＡｓクラッド層、５３７はコンタクト層、５
４０と５４２はｐ電極、５４３はｎ−電極である。
【０００３】図１２は、従来例により作製したＤＢＲレ
ーザの断面図を示す。その作製工程を図１３に示す。以
下、その作製方法を簡単に説明する。
ーザの断面図を示す。その作製工程を図１３に示す。以
下、その作製方法を簡単に説明する。
【０００４】図１３（ａ）において、ｎ−ＧａＡｓ基板
５３１上に、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５３２、活性
層５３３、ｐ−ＡｌＧａＡｓキャリア閉じ込め層５３
４、ｐ−ＡｌＧａＡｓ光ガイド層５３５、ｐ−ＡｌＧａ
Ａｓクラッド層５３６、コンタクト層５３７までをＭＢ
Ｅ（分子線エピタキシー）法などで成長させ、レーザ構
造を形成する。図１３（ｂ）において、回折格子５４５
を形成しない領域をレジスト５３９でカバーし、光ガイ
ド層５３５までエッチングを行う。図１３（ｃ）におい
て、レジスト５３９とは異なるレジスト５３８の回折格
子をパターニングし、図１３（ｄ）でエッチングを行っ
て光ガイド層５３５にのみ回折格子５４５を形成する。
図１３（ｅ）でレジスト５３８、５３９を除去し、図１
３（ｆ）で回折格子５４５を形成した領域のみＬＰＥ
（液相成長）法などで、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５
３６とコンタクト層５３７を選択再成長させる。
５３１上に、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５３２、活性
層５３３、ｐ−ＡｌＧａＡｓキャリア閉じ込め層５３
４、ｐ−ＡｌＧａＡｓ光ガイド層５３５、ｐ−ＡｌＧａ
Ａｓクラッド層５３６、コンタクト層５３７までをＭＢ
Ｅ（分子線エピタキシー）法などで成長させ、レーザ構
造を形成する。図１３（ｂ）において、回折格子５４５
を形成しない領域をレジスト５３９でカバーし、光ガイ
ド層５３５までエッチングを行う。図１３（ｃ）におい
て、レジスト５３９とは異なるレジスト５３８の回折格
子をパターニングし、図１３（ｄ）でエッチングを行っ
て光ガイド層５３５にのみ回折格子５４５を形成する。
図１３（ｅ）でレジスト５３８、５３９を除去し、図１
３（ｆ）で回折格子５４５を形成した領域のみＬＰＥ
（液相成長）法などで、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５
３６とコンタクト層５３７を選択再成長させる。
【０００５】この様に、回折格子を具備する半導体レー
ザを作製する場合、一度大気中にさらして、加工したあ
との再成長技術が不可欠である。
ザを作製する場合、一度大気中にさらして、加工したあ
との再成長技術が不可欠である。
【０００６】また、図１５に示すような半導体型積層グ
レーティングフィルタ（例えば、１）Ｒ．Ｃ．Ａｌｆｅ
ｒｎｅｓｓ ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅ
ｔｔ．，５５，２０１３（１９８９）、２）坂田 他、
１９９０年電子情報通信学会春季全国大会予稿Ｃ−２４
７）において、比較的ピッチの大きい回折格子（１０μ
ｍ程度）に結晶を再成長する必要がある。文献１）の場
合、材料がＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系のため回折格子上
への再成長に関して問題はなく、設計の自由度が大き
く、回折格子領域への電流注入も可能になる。一方、文
献２）では、材料がＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系であり、
結晶表面がＡｌＧａＡｓの場合、ピッチの大きい回折格
子上へ再成長は困難であった。尚、図１５、１６におい
て、６４０は下部導波路、６４１は上部導波路、６０１
はクラッド層である。
レーティングフィルタ（例えば、１）Ｒ．Ｃ．Ａｌｆｅ
ｒｎｅｓｓ ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅ
ｔｔ．，５５，２０１３（１９８９）、２）坂田 他、
１９９０年電子情報通信学会春季全国大会予稿Ｃ−２４
７）において、比較的ピッチの大きい回折格子（１０μ
ｍ程度）に結晶を再成長する必要がある。文献１）の場
合、材料がＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系のため回折格子上
への再成長に関して問題はなく、設計の自由度が大き
く、回折格子領域への電流注入も可能になる。一方、文
献２）では、材料がＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系であり、
結晶表面がＡｌＧａＡｓの場合、ピッチの大きい回折格
子上へ再成長は困難であった。尚、図１５、１６におい
て、６４０は下部導波路、６４１は上部導波路、６０１
はクラッド層である。
【０００７】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、図
１３で説明した上記作製方法で作製した場合、図１２に
示すように再成長した界面に段差５５０が生じやすく、
ウェハ表面に凹凸が生じてしまう。そのため、その後の
埋め込み加工工程（横方向閉じ込め構造作製の為に、例
えば、ストライプ状にパターニングし、それをマスクと
してエッチングを行った後に再成長を行う）、電極工程
（図１１のストライプ状の電極５４０、５４２を形成す
る工程）におけるパターニングが困難になったり、ヒー
トシンクにマウントする場合（このマウントは活性層５
３３に近いウェハ上面で行われる）、熱接触が悪くなる
という問題が生じる。
１３で説明した上記作製方法で作製した場合、図１２に
示すように再成長した界面に段差５５０が生じやすく、
ウェハ表面に凹凸が生じてしまう。そのため、その後の
埋め込み加工工程（横方向閉じ込め構造作製の為に、例
えば、ストライプ状にパターニングし、それをマスクと
してエッチングを行った後に再成長を行う）、電極工程
（図１１のストライプ状の電極５４０、５４２を形成す
る工程）におけるパターニングが困難になったり、ヒー
トシンクにマウントする場合（このマウントは活性層５
３３に近いウェハ上面で行われる）、熱接触が悪くなる
という問題が生じる。
【０００８】この段差５５０が生じるのは、結晶の側面
（エッチングされたクラッド層５３６の側面５５１（図
１３（ｅ）参照））における成長速度が平面における速
度に勝るためで、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法な
どでは条件によっては緩和することもできるが、完全に
段差５５０をなくすことはできない。
（エッチングされたクラッド層５３６の側面５５１（図
１３（ｅ）参照））における成長速度が平面における速
度に勝るためで、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法な
どでは条件によっては緩和することもできるが、完全に
段差５５０をなくすことはできない。
【０００９】また、図１３（ｄ）で示すように、光ガイ
ド層５３５までエッチングした境界の部分でレジスト５
３８がたまるために膜厚が厚くなり、回折格子５４５が
形成できない領域ができてしまう。そこで、設計通りの
構造が作製できないという問題がある。
ド層５３５までエッチングした境界の部分でレジスト５
３８がたまるために膜厚が厚くなり、回折格子５４５が
形成できない領域ができてしまう。そこで、設計通りの
構造が作製できないという問題がある。
【００１０】さらに、このような作製方法では、活性層
５３３を成長してから回折格子５４５を作製するため、
活性層５３３にプロセスダメージを与えてしまうという
問題もある。。
５３３を成長してから回折格子５４５を作製するため、
活性層５３３にプロセスダメージを与えてしまうという
問題もある。。
【００１１】そこで、第１回目の成長は光ガイド層５３
５までとし、平坦な状態で部分的に回折格子５４５を作
製し、その上に再成長する方法がよい。この方法は、Ｉ
ｎＰ系の材料の場合には可能であるが、ＧａＡｓ系の材
料の場合に光ガイド層５３５がＡｌＧａＡｓであると、
図１４に示すように回折格子５４５の形成した部分にの
みクラッド層５３６等が核成長してしまう。
５までとし、平坦な状態で部分的に回折格子５４５を作
製し、その上に再成長する方法がよい。この方法は、Ｉ
ｎＰ系の材料の場合には可能であるが、ＧａＡｓ系の材
料の場合に光ガイド層５３５がＡｌＧａＡｓであると、
図１４に示すように回折格子５４５の形成した部分にの
みクラッド層５３６等が核成長してしまう。
【００１２】これらは、ＡｌＧａＡｓ（１００）面には
酸化の影響で再成長が困難で、（１００）面以外の他の
面が出ている回折格子５４５の存在する領域にのみ再成
長可能であるというＬＰＥ特有の成長メカニズムに起因
している。
酸化の影響で再成長が困難で、（１００）面以外の他の
面が出ている回折格子５４５の存在する領域にのみ再成
長可能であるというＬＰＥ特有の成長メカニズムに起因
している。
【００１３】また、図１５で説明した様に、ＡｌＧａＡ
ｓ表面にピッチの大きい回折格子を形成し、ＬＰＥ（液
相成長）法で再成長させると、図１６に示すように核成
長がおこり（６４２は核成長したＬＰＥ結晶層であ
る）、作製上の歩留まり、平坦性、結晶の質などが著し
く悪く、使用に供さない。
ｓ表面にピッチの大きい回折格子を形成し、ＬＰＥ（液
相成長）法で再成長させると、図１６に示すように核成
長がおこり（６４２は核成長したＬＰＥ結晶層であ
る）、作製上の歩留まり、平坦性、結晶の質などが著し
く悪く、使用に供さない。
【００１４】これも、ＡｌＧａＡｓ（１００）面には酸
化の影響で再成長が困難で、回折格子などを形成するこ
とで他の面が存在する領域にのみ再成長可能であるとい
うＬＰＥ特有の成長機構に起因している。
化の影響で再成長が困難で、回折格子などを形成するこ
とで他の面が存在する領域にのみ再成長可能であるとい
うＬＰＥ特有の成長機構に起因している。
【００１５】そのため、回折格子領域に電流注入するこ
とができず、フィルタ選択波長を変化させることができ
ない。また、グレーティングを２つの導波路間に形成す
ることができず、設計の自由度（導波路の構造、結合長
等）が制限されてしまう。
とができず、フィルタ選択波長を変化させることができ
ない。また、グレーティングを２つの導波路間に形成す
ることができず、設計の自由度（導波路の構造、結合長
等）が制限されてしまう。
【００１６】従って、本発明の目的は、逆に、この性質
を積極的に使うことで従来困難であった構造の装置を作
製することができる方法及びその製法を可能にする構造
を持つ化合物半導体装置を提供することにある。。
を積極的に使うことで従来困難であった構造の装置を作
製することができる方法及びその製法を可能にする構造
を持つ化合物半導体装置を提供することにある。。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の製造方法では、化合物半導体基板上にエピタキシャ
ル成長してなる化合物半導体装置の製造方法において、
第１の成長工程と、一度成長を中断し成長炉から外部に
出す工程と、再度成長炉に投入し第２の成長を行う工程
とを少なくとも含み、前記一度成長を中断し成長炉から
外部に取り出す工程が、前記第１の成長工程の最終エピ
タキシャル結晶表面にフォトリソグラフィ工程とエッチ
ング工程からなる微細凹凸形状を形成する工程を含み、
且つ、前記微細凹凸形状のうち少なくとも１部分は、使
用する光の波長に対して回折効果を与えない程度に浅い
ことを特徴とする。
明の製造方法では、化合物半導体基板上にエピタキシャ
ル成長してなる化合物半導体装置の製造方法において、
第１の成長工程と、一度成長を中断し成長炉から外部に
出す工程と、再度成長炉に投入し第２の成長を行う工程
とを少なくとも含み、前記一度成長を中断し成長炉から
外部に取り出す工程が、前記第１の成長工程の最終エピ
タキシャル結晶表面にフォトリソグラフィ工程とエッチ
ング工程からなる微細凹凸形状を形成する工程を含み、
且つ、前記微細凹凸形状のうち少なくとも１部分は、使
用する光の波長に対して回折効果を与えない程度に浅い
ことを特徴とする。
【００１８】また、上記目的を達成する本発明の製造方
法では、化合物半導体基板上にエピタキシャル成長して
なる化合物半導体装置の製造方法において、第１の成長
工程と、一度成長を中断し成長炉から外部に出す工程
と、再度成長炉に投入し第２の成長を行う工程とを少な
くとも含み、前記一度成長を中断し成長炉から外部に取
り出す工程が、前記第１の成長工程の最終エピタキシャ
ル結晶表面にフォトリソグラフィ工程とエッチング工程
からなる微細凹凸形状を形成する工程を含み、且つ、前
記微細凹凸形状のうち少なくとも１部分は、使用する光
の波長に対して回折効果を与えないような短い周期をも
つ回折格子であることを特徴とする。
法では、化合物半導体基板上にエピタキシャル成長して
なる化合物半導体装置の製造方法において、第１の成長
工程と、一度成長を中断し成長炉から外部に出す工程
と、再度成長炉に投入し第２の成長を行う工程とを少な
くとも含み、前記一度成長を中断し成長炉から外部に取
り出す工程が、前記第１の成長工程の最終エピタキシャ
ル結晶表面にフォトリソグラフィ工程とエッチング工程
からなる微細凹凸形状を形成する工程を含み、且つ、前
記微細凹凸形状のうち少なくとも１部分は、使用する光
の波長に対して回折効果を与えないような短い周期をも
つ回折格子であることを特徴とする。
【００１９】また、上記目的を達成する本発明の製造方
法では、化合物半導体基板上にエピタキシャル成長して
なる装置の製造方法において、第１の成長工程と、一度
成長を中断し成長炉から外部に出す工程と、再度成長炉
に投入し第２の成長を行う工程とを少なくとも含み、前
記一度成長を中断し成長炉から外部に取り出す工程が、
前記第１の成長工程の最終エピタキシャル結晶表面にフ
ォトリソグラフィ工程とエッチング工程からなる微細凹
凸形状を形成する工程を含み、且つ、前記微細凹凸形状
のうち少なくとも１部分は、使用する光の波長に対して
回折効果を与えない様に微細凹凸形状の配列方向が光の
進行方向に対して垂直となるように形成されていること
を特徴としたり、化合物半導体基板上にエピタキシャル
成長してなる装置の製造方法において、第１の成長工程
と、一度成長を中断し成長炉から外部に出す工程と、再
度成長炉に投入し第２の成長を行う工程とを少なくとも
含み、前記一度成長を中断し成長炉から外部に取り出す
工程が、前記第１の成長工程の最終エピタキシャル結晶
表面にフォトリソグラフィ工程とエッチング工程からな
る微細凹凸形状を形成する工程を含み、且つ、前記微細
凹凸形状のうち少なくとも１部分は、化合物半導体装置
の光の導波路構造を導波する導波光に回折効果を与えな
いように該導波路構造から充分離れた位置に形成されて
いることを特徴とする。また、化合物半導体基板上にエ
ピタキシャル成長してなる装置の製造方法において、第
１の成長工程と、一度成長を中断し成長炉から外部に出
す工程と、再度成長炉に投入し第２の成長を行う工程と
を少なくとも含み、前記一度成長を中断し成長炉から外
部に取り出す工程が、前記第１の成長工程の最終エピタ
キシャル結晶表面にフォトリソグラフィ工程とエッチン
グ工程からなる微細凹凸形状を形成する工程を含み、該
微細凹凸形状は複数の異なるものが同一領域に重ね合わ
されて構成され、更に前記微細凹凸形状のうち少なくと
も１つは、使用する光の波長に対して回折効果を与えな
い程度に浅いことを特徴としたり、化合物半導体基板上
にエピタキシャル成長してなる装置の製造方法におい
て、第１の成長工程と、一度成長を中断し成長炉から外
部に出す工程と、再度成長炉に投入し第２の成長を行う
工程とを少なくとも含み、前記一度成長を中断し成長炉
から外部に取り出す工程が、前記第１の成長工程の最終
エピタキシャル結晶表面にフォ トリソグラフィ工程とエ
ッチング工程からなる微細凹凸形状を形成する工程を含
み、該微細凹凸形状は複数の異なるものが同一領域に重
ね合わされて構成され、更に前記微細凹凸形状のうち少
なくとも１つは、使用する光の波長に対して回折効果を
与えない様に微細凹凸形状の配列方向が光の進行方向に
対して垂直となるように形成されていることを特徴とす
る。
法では、化合物半導体基板上にエピタキシャル成長して
なる装置の製造方法において、第１の成長工程と、一度
成長を中断し成長炉から外部に出す工程と、再度成長炉
に投入し第２の成長を行う工程とを少なくとも含み、前
記一度成長を中断し成長炉から外部に取り出す工程が、
前記第１の成長工程の最終エピタキシャル結晶表面にフ
ォトリソグラフィ工程とエッチング工程からなる微細凹
凸形状を形成する工程を含み、且つ、前記微細凹凸形状
のうち少なくとも１部分は、使用する光の波長に対して
回折効果を与えない様に微細凹凸形状の配列方向が光の
進行方向に対して垂直となるように形成されていること
を特徴としたり、化合物半導体基板上にエピタキシャル
成長してなる装置の製造方法において、第１の成長工程
と、一度成長を中断し成長炉から外部に出す工程と、再
度成長炉に投入し第２の成長を行う工程とを少なくとも
含み、前記一度成長を中断し成長炉から外部に取り出す
工程が、前記第１の成長工程の最終エピタキシャル結晶
表面にフォトリソグラフィ工程とエッチング工程からな
る微細凹凸形状を形成する工程を含み、且つ、前記微細
凹凸形状のうち少なくとも１部分は、化合物半導体装置
の光の導波路構造を導波する導波光に回折効果を与えな
いように該導波路構造から充分離れた位置に形成されて
いることを特徴とする。また、化合物半導体基板上にエ
ピタキシャル成長してなる装置の製造方法において、第
１の成長工程と、一度成長を中断し成長炉から外部に出
す工程と、再度成長炉に投入し第２の成長を行う工程と
を少なくとも含み、前記一度成長を中断し成長炉から外
部に取り出す工程が、前記第１の成長工程の最終エピタ
キシャル結晶表面にフォトリソグラフィ工程とエッチン
グ工程からなる微細凹凸形状を形成する工程を含み、該
微細凹凸形状は複数の異なるものが同一領域に重ね合わ
されて構成され、更に前記微細凹凸形状のうち少なくと
も１つは、使用する光の波長に対して回折効果を与えな
い程度に浅いことを特徴としたり、化合物半導体基板上
にエピタキシャル成長してなる装置の製造方法におい
て、第１の成長工程と、一度成長を中断し成長炉から外
部に出す工程と、再度成長炉に投入し第２の成長を行う
工程とを少なくとも含み、前記一度成長を中断し成長炉
から外部に取り出す工程が、前記第１の成長工程の最終
エピタキシャル結晶表面にフォ トリソグラフィ工程とエ
ッチング工程からなる微細凹凸形状を形成する工程を含
み、該微細凹凸形状は複数の異なるものが同一領域に重
ね合わされて構成され、更に前記微細凹凸形状のうち少
なくとも１つは、使用する光の波長に対して回折効果を
与えない様に微細凹凸形状の配列方向が光の進行方向に
対して垂直となるように形成されていることを特徴とす
る。
【００２０】上記目的を達成する本発明の化合物半導体
装置では、化合物半導体基板上にエピタキシャル成長し
てなる装置において、第１の成長を行う工程と、一度該
第１の成長を中断する中断工程と、該中断工程の後に第
２の成長を行う工程とを少なくとも含む製造方法で製造
され、前記第１の成長工程で形成された最終エピタキシ
ャル結晶表面に少なくとも１種の微細凹凸形状が形成さ
れており、且つ、前記微細凹凸形状のうち少なくとも１
部分は、使用する光の波長に対して回折効果を与えない
程度に浅いことを特徴としたり、第１の成長を行う工程
と、一度該第１の成長を中断する中断工程と、該中断工
程の後に第２の成長を行う工程とを少なくとも含む製造
方法で製造され、前記第１の成長工程で形成された最終
エピタキシャル結晶表面に少なくとも１種の微細凹凸形
状が形成されており、且つ、前記微細凹凸形状のうち少
なくとも１部分は、使用する光の波長に対して回折効果
を与えないような短い周期をもつ回折格子であることを
特徴としたり、第１の成長を行う工程と、一度該第１の
成長を中断する中断工程と、該中断工程の後に第２の成
長を行う工程とを少なくとも含む製造方法で製造され、
前記第１の成長工程で形成された最終エピタキシャル結
晶表面に少なくとも１種の微細凹凸形状が形成されてお
り、且つ、前記微細凹凸形状のうち少なくとも１部分
は、使用する光の波長に対して回折効果を与えない様に
微細凹凸形状の配列方向が光の進行方向に対して垂直と
なるように形成されていることを特徴としたり、第１の
成長を行う工程と、一度該第１の成長を中断する中断工
程と、該中断工程の後に第２の成長を行う工程とを少な
くとも含む製造方法で製造され、前記第１の成長工程で
形成された最終エピタキシャル結晶表面に少なくとも１
種の微細凹凸形状が形成されており、且つ、前記微細凹
凸形状のうち少なくとも１部分は、化合物半導体装置の
光の導波路構造を導波する導波光に回折効果を与えない
ように該導波路構造から充分離れた位置に形成されてい
ることを特徴とする。また、化合物半導体基板上にエピ
タキシャル成長してなる分布帰還型半導体レーザ構造に
おいて、第１の成長を行う工程と、一度該第１の成長を
中断する中断工程と、該中断工程の後に第２の成長を行
う工程とを少なくとも含む製造方法で製造され、前記第
１の成長工程で形成された最終エピタキシャル結晶表面
に複数種の微細凹凸形状が形成 され、該複数の微細凹凸
形状に注入する電流を独立に制御できる様に形成され、
該凹凸形状は一定周期の回折格子であり、更に前記複数
種の微細凹凸形状のうち少なくとも１部分は、使用する
光の波長に対して回折効果を与えない程度に浅いことを
特徴としたり、化合物半導体基板上にエピタキシャル成
長してなる分布反射型半導体レーザ構造において、第１
の成長を行う工程と、一度該第１の成長を中断する中断
工程と、該中断工程の後に第２の成長を行う工程とを少
なくとも含む製造方法で製造され、前記第１の成長工程
で形成された最終エピタキシャル結晶表面に複数種の微
細凹凸形状が形成され、該複数の微細凹凸形状に注入す
る電流を独立に制御できる様に形成され、該凹凸形状は
一定周期の回折格子であり、更に前記複数種の微細凹凸
形状のうち少なくとも１部分は、使用する光の波長に対
して回折効果を与えない程度に浅いことを特徴とする。
装置では、化合物半導体基板上にエピタキシャル成長し
てなる装置において、第１の成長を行う工程と、一度該
第１の成長を中断する中断工程と、該中断工程の後に第
２の成長を行う工程とを少なくとも含む製造方法で製造
され、前記第１の成長工程で形成された最終エピタキシ
ャル結晶表面に少なくとも１種の微細凹凸形状が形成さ
れており、且つ、前記微細凹凸形状のうち少なくとも１
部分は、使用する光の波長に対して回折効果を与えない
程度に浅いことを特徴としたり、第１の成長を行う工程
と、一度該第１の成長を中断する中断工程と、該中断工
程の後に第２の成長を行う工程とを少なくとも含む製造
方法で製造され、前記第１の成長工程で形成された最終
エピタキシャル結晶表面に少なくとも１種の微細凹凸形
状が形成されており、且つ、前記微細凹凸形状のうち少
なくとも１部分は、使用する光の波長に対して回折効果
を与えないような短い周期をもつ回折格子であることを
特徴としたり、第１の成長を行う工程と、一度該第１の
成長を中断する中断工程と、該中断工程の後に第２の成
長を行う工程とを少なくとも含む製造方法で製造され、
前記第１の成長工程で形成された最終エピタキシャル結
晶表面に少なくとも１種の微細凹凸形状が形成されてお
り、且つ、前記微細凹凸形状のうち少なくとも１部分
は、使用する光の波長に対して回折効果を与えない様に
微細凹凸形状の配列方向が光の進行方向に対して垂直と
なるように形成されていることを特徴としたり、第１の
成長を行う工程と、一度該第１の成長を中断する中断工
程と、該中断工程の後に第２の成長を行う工程とを少な
くとも含む製造方法で製造され、前記第１の成長工程で
形成された最終エピタキシャル結晶表面に少なくとも１
種の微細凹凸形状が形成されており、且つ、前記微細凹
凸形状のうち少なくとも１部分は、化合物半導体装置の
光の導波路構造を導波する導波光に回折効果を与えない
ように該導波路構造から充分離れた位置に形成されてい
ることを特徴とする。また、化合物半導体基板上にエピ
タキシャル成長してなる分布帰還型半導体レーザ構造に
おいて、第１の成長を行う工程と、一度該第１の成長を
中断する中断工程と、該中断工程の後に第２の成長を行
う工程とを少なくとも含む製造方法で製造され、前記第
１の成長工程で形成された最終エピタキシャル結晶表面
に複数種の微細凹凸形状が形成 され、該複数の微細凹凸
形状に注入する電流を独立に制御できる様に形成され、
該凹凸形状は一定周期の回折格子であり、更に前記複数
種の微細凹凸形状のうち少なくとも１部分は、使用する
光の波長に対して回折効果を与えない程度に浅いことを
特徴としたり、化合物半導体基板上にエピタキシャル成
長してなる分布反射型半導体レーザ構造において、第１
の成長を行う工程と、一度該第１の成長を中断する中断
工程と、該中断工程の後に第２の成長を行う工程とを少
なくとも含む製造方法で製造され、前記第１の成長工程
で形成された最終エピタキシャル結晶表面に複数種の微
細凹凸形状が形成され、該複数の微細凹凸形状に注入す
る電流を独立に制御できる様に形成され、該凹凸形状は
一定周期の回折格子であり、更に前記複数種の微細凹凸
形状のうち少なくとも１部分は、使用する光の波長に対
して回折効果を与えない程度に浅いことを特徴とする。
【００２１】以上において、より具体的には、前記微細
凹凸形状或いは前記微細凹凸形状のうち少なくとも１つ
は、該最終エピタキシャル結晶層の結晶方位と異なり前
記第２の成長が容易になるような結晶方位を多く含んだ
り、前記化合物半導体の第１の成長工程の最終エピタキ
シャル結晶はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜Ｘ＜１ｏｒ＝
１）であったり、前記第１の成長工程が活性層を形成す
る工程を含み、該活性層上に形成された前記最終エピタ
キシャル結晶表面に前記微細凹凸形状が形成されたり、
前記第２の成長工程が活性層を形成する工程を含んだり
する。
凹凸形状或いは前記微細凹凸形状のうち少なくとも１つ
は、該最終エピタキシャル結晶層の結晶方位と異なり前
記第２の成長が容易になるような結晶方位を多く含んだ
り、前記化合物半導体の第１の成長工程の最終エピタキ
シャル結晶はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜Ｘ＜１ｏｒ＝
１）であったり、前記第１の成長工程が活性層を形成す
る工程を含み、該活性層上に形成された前記最終エピタ
キシャル結晶表面に前記微細凹凸形状が形成されたり、
前記第２の成長工程が活性層を形成する工程を含んだり
する。
【００２２】また、本発明によれば、ＧａＡｓ／ＡｌＧ
ａＡｓ系の材料において、上記段差を生じさせることな
く、回折格子のある領域と実質的にない領域を備えた半
導体装置を提供できる。
ａＡｓ系の材料において、上記段差を生じさせることな
く、回折格子のある領域と実質的にない領域を備えた半
導体装置を提供できる。
【００２３】具体的には、回折格子を不要とする領域
に、光の回折効果がほとんどない程度の非常に浅い（数
１０Å程度）、回折格子領域と同じピッチの回折格子を
作製する。チップ上のＡｌＧａＡｓ光ガイド層上にこの
非常に浅い回折格子と、通常の回折格子（深さ１０００
Å程度）が交互に作製されていれば、この上に再成長し
た場合に表面は完全に平坦になる。このような回折格子
を形成するには、レジストで回折格子パターンを形成
し、わずかなエッチングを行って浅い回折格子を作製
後、一部を他のレジストでカバーし、さらにエッチング
を行って通常の回折格子を作製すればよい。本製造方法
によれば、活性層を再成長によっても形成でき、プロセ
スダメージを回避することもできる。
に、光の回折効果がほとんどない程度の非常に浅い（数
１０Å程度）、回折格子領域と同じピッチの回折格子を
作製する。チップ上のＡｌＧａＡｓ光ガイド層上にこの
非常に浅い回折格子と、通常の回折格子（深さ１０００
Å程度）が交互に作製されていれば、この上に再成長し
た場合に表面は完全に平坦になる。このような回折格子
を形成するには、レジストで回折格子パターンを形成
し、わずかなエッチングを行って浅い回折格子を作製
後、一部を他のレジストでカバーし、さらにエッチング
を行って通常の回折格子を作製すればよい。本製造方法
によれば、活性層を再成長によっても形成でき、プロセ
スダメージを回避することもできる。
【００２４】更に、本発明によれば、ＧａＡｓ／ＡｌＧ
ａＡｓ系の材料などにおいて、ピッチの大きい回折格子
上にも結晶が存在する半導体装置及びその製造方法を提
供できる。
ａＡｓ系の材料などにおいて、ピッチの大きい回折格子
上にも結晶が存在する半導体装置及びその製造方法を提
供できる。
【００２５】即ち、本発明によれば、化合物半導体基板
上にエピタキシャル成長してなる製造方法において、第
１の成長工程と、一度成長を中断し成長炉から外部に出
す工程と、再度成長炉に投入し第２の成長を行う工程と
を少なくとも含み、前記一度成長を中断し成長炉から外
部に取り出す工程が、前記第１の成長工程の最終エピタ
キシャル結晶表面にフォトリソグラフィ工程とエッチン
グ工程からなる凹凸形状を形成する工程を含む化合物半
導体装置の製造方法において、前記半導体装置は光を導
波する導波路を有し、前記凹凸形状は、前記導波路を導
波する光に回折効果を与える周期的構造としての回折格
子と、前記導波する光の波長に対して回折効果を与えな
い微細凹凸構造とが同一領域に重ね合わされて構成さ
れ、更に前記回折格子の周期が導波する光の波長の１０
倍以上であり、前記微細凹凸形状の周期が導波する光の
波長以下であることを特徴とする。また、化合物半導体
基板上にエピタキシャル成長してなる装置において、第
１の成長工程と、一度成長を中断し成長炉から外部に出
す工程と、再度成長炉に投入し第２の成長を行う工程と
を少なくとも含み、前記一度成長を中断し成長炉から外
部に取り出す工程が、前記第１の成長工程の最終エピタ
キシャル結晶表面にフォトリソグラフィ工程とエッチン
グ工程からなる微細凹凸形状を形成する工程を含む製造
方法で形成され、該微細凹凸形状は複数の異なるものが
同一領域に重ね合わされて構成され、更に前記微細凹凸
形状のうち少なくとも１つは、使用する光の波長に対し
て回折効果を与えない程度に浅いことを特徴としたり、
第１の成長工程と、一度成長を中断し成長炉から外部に
出す工程と、再度成長炉に投入し第２の成長を行う工程
とを少なくとも含み、前記一度成長を中断し成長炉から
外部に取り出す工程が、前記第１の成長工程の最終エピ
タキシャル結晶表面にフォトリソグラフィ工程とエッチ
ング工程からなる微細凹凸形状を形成する工程を含む製
造方法で形成され、該微細凹凸形状は複数の異なるもの
が同一領域に重ね合わされて構成され、更に前記微細凹
凸形状のうち少なくとも１つは、使用する光の波長に対
して回折効果を与えない様に微細凹凸形状の配列方向が
光の進行方向に対して垂直となるように形成されている
ことを特徴としたり、第１の成長工程と、一度成長を中
断し成長炉から外部に出す工程と、再度成長炉に投入し
第２の成長を行う工程とを少な くとも含み、前記一度成
長を中断し成長炉から外部に取り出す工程が、前記第１
の成長工程の最終エピタキシャル結晶表面にフォトリソ
グラフィ工程とエッチング工程からなる凹凸形状を形成
する工程を含む製造方法で形成された化合物半導体装置
において、前記半導体装置は光を導波する導波路を有
し、前記凹凸形状は、前記導波路を導波する光に回折効
果を与える周期的構造としての回折格子と、前記導波す
る光の波長に対して回折効果を与えない微細凹凸構造と
が同一領域に重ね合わされて構成され、更に前記回折格
子の周期が導波する光の波長の１０倍以上であり、前記
微細凹凸形状の周期が導波する光の波長以下であること
を特徴とする。
上にエピタキシャル成長してなる製造方法において、第
１の成長工程と、一度成長を中断し成長炉から外部に出
す工程と、再度成長炉に投入し第２の成長を行う工程と
を少なくとも含み、前記一度成長を中断し成長炉から外
部に取り出す工程が、前記第１の成長工程の最終エピタ
キシャル結晶表面にフォトリソグラフィ工程とエッチン
グ工程からなる凹凸形状を形成する工程を含む化合物半
導体装置の製造方法において、前記半導体装置は光を導
波する導波路を有し、前記凹凸形状は、前記導波路を導
波する光に回折効果を与える周期的構造としての回折格
子と、前記導波する光の波長に対して回折効果を与えな
い微細凹凸構造とが同一領域に重ね合わされて構成さ
れ、更に前記回折格子の周期が導波する光の波長の１０
倍以上であり、前記微細凹凸形状の周期が導波する光の
波長以下であることを特徴とする。また、化合物半導体
基板上にエピタキシャル成長してなる装置において、第
１の成長工程と、一度成長を中断し成長炉から外部に出
す工程と、再度成長炉に投入し第２の成長を行う工程と
を少なくとも含み、前記一度成長を中断し成長炉から外
部に取り出す工程が、前記第１の成長工程の最終エピタ
キシャル結晶表面にフォトリソグラフィ工程とエッチン
グ工程からなる微細凹凸形状を形成する工程を含む製造
方法で形成され、該微細凹凸形状は複数の異なるものが
同一領域に重ね合わされて構成され、更に前記微細凹凸
形状のうち少なくとも１つは、使用する光の波長に対し
て回折効果を与えない程度に浅いことを特徴としたり、
第１の成長工程と、一度成長を中断し成長炉から外部に
出す工程と、再度成長炉に投入し第２の成長を行う工程
とを少なくとも含み、前記一度成長を中断し成長炉から
外部に取り出す工程が、前記第１の成長工程の最終エピ
タキシャル結晶表面にフォトリソグラフィ工程とエッチ
ング工程からなる微細凹凸形状を形成する工程を含む製
造方法で形成され、該微細凹凸形状は複数の異なるもの
が同一領域に重ね合わされて構成され、更に前記微細凹
凸形状のうち少なくとも１つは、使用する光の波長に対
して回折効果を与えない様に微細凹凸形状の配列方向が
光の進行方向に対して垂直となるように形成されている
ことを特徴としたり、第１の成長工程と、一度成長を中
断し成長炉から外部に出す工程と、再度成長炉に投入し
第２の成長を行う工程とを少な くとも含み、前記一度成
長を中断し成長炉から外部に取り出す工程が、前記第１
の成長工程の最終エピタキシャル結晶表面にフォトリソ
グラフィ工程とエッチング工程からなる凹凸形状を形成
する工程を含む製造方法で形成された化合物半導体装置
において、前記半導体装置は光を導波する導波路を有
し、前記凹凸形状は、前記導波路を導波する光に回折効
果を与える周期的構造としての回折格子と、前記導波す
る光の波長に対して回折効果を与えない微細凹凸構造と
が同一領域に重ね合わされて構成され、更に前記回折格
子の周期が導波する光の波長の１０倍以上であり、前記
微細凹凸形状の周期が導波する光の波長以下であること
を特徴とする。
【００２６】具体的には、前記微細凹凸形状のうち少な
くとも１つは、該最終エピタキシャル層の面方位と異な
り前記第２の成長が容易になるような結晶方位を多く含
むことを特徴としたり、前記化合物半導体の第１の成長
工程の最終エピタキシャル結晶はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ
（０＜Ｘ＜１ｏｒ＝１）であることを特徴としたり、前
記導波路がエピタキシャル層の層方向に或る結合度をも
って複数積層されており、該導波路のいずれかの近傍
に、前記回折格子及び微細凹凸形状が重ね合わされて備
えられ、複数の導波路間の結合に波長選択性を持たせる
とともに、その選択波長を変化できるように電極を形成
することを特徴としたりする。
くとも１つは、該最終エピタキシャル層の面方位と異な
り前記第２の成長が容易になるような結晶方位を多く含
むことを特徴としたり、前記化合物半導体の第１の成長
工程の最終エピタキシャル結晶はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ
（０＜Ｘ＜１ｏｒ＝１）であることを特徴としたり、前
記導波路がエピタキシャル層の層方向に或る結合度をも
って複数積層されており、該導波路のいずれかの近傍
に、前記回折格子及び微細凹凸形状が重ね合わされて備
えられ、複数の導波路間の結合に波長選択性を持たせる
とともに、その選択波長を変化できるように電極を形成
することを特徴としたりする。
【００２７】具体的に、ピッチの大きい回折格子を作製
した領域に、更に該回折格子と同方向に光の回折効果が
ほとんどない程度の非常に浅く（数１０Å程度）、ピッ
チの小さい（２００ｎｍ程度）回折格子を重畳して作製
する場合について説明する。
した領域に、更に該回折格子と同方向に光の回折効果が
ほとんどない程度の非常に浅く（数１０Å程度）、ピッ
チの小さい（２００ｎｍ程度）回折格子を重畳して作製
する場合について説明する。
【００２８】ＡｌＧａＡｓ光ガイド層などの上にこのピ
ッチの大きい回折格子と、ピッチの小さい回折格子が作
製されていれば、この上に再成長した場合に表面は完全
に平坦になることは、既に説明した理由による。
ッチの大きい回折格子と、ピッチの小さい回折格子が作
製されていれば、この上に再成長した場合に表面は完全
に平坦になることは、既に説明した理由による。
【００２９】ピッチが大きい方の回折格子のピッチは、
フィルタなどの半導体装置の設計した選択波長から決定
される。一方、ピッチの小さい方の回折格子のピッチ
は、回折格子のブラッグ条件 Λ＝ｍ×λ／（２ｎ） （ｍ：回折格子の次数、λ：導波光の波長、ｎ：屈折
率）に整合しないピッチにする。例えば、導波光が８３
０ｎｍ、屈折率が３．４で２次の格子の場合、ピッチΛ
＝２４４ｎｍで整合するため、整合しないピッチは２０
０ｎｍ程度にする。これは、小さいピッチの回折格子で
の回折効果を減らすためである。小さいピッチの回折が
大きいと、光の散乱のため、フィルタなどを導波する光
の損失につながる。小さいピッチの回折格子は回折効果
を与えないわけであるから、上述した様に、上記以外の
形態の格子も考えられる。例えば、方向を大きいピッチ
の回折格子と異なる方向にしたり、形状を回折効果の小
さいサイン形状に制御したりすることも考えられる。
フィルタなどの半導体装置の設計した選択波長から決定
される。一方、ピッチの小さい方の回折格子のピッチ
は、回折格子のブラッグ条件 Λ＝ｍ×λ／（２ｎ） （ｍ：回折格子の次数、λ：導波光の波長、ｎ：屈折
率）に整合しないピッチにする。例えば、導波光が８３
０ｎｍ、屈折率が３．４で２次の格子の場合、ピッチΛ
＝２４４ｎｍで整合するため、整合しないピッチは２０
０ｎｍ程度にする。これは、小さいピッチの回折格子で
の回折効果を減らすためである。小さいピッチの回折が
大きいと、光の散乱のため、フィルタなどを導波する光
の損失につながる。小さいピッチの回折格子は回折効果
を与えないわけであるから、上述した様に、上記以外の
形態の格子も考えられる。例えば、方向を大きいピッチ
の回折格子と異なる方向にしたり、形状を回折効果の小
さいサイン形状に制御したりすることも考えられる。
【００３０】
【実施例１】本実施例は、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系の
ＤＢＲレーザの作製に適用するものである。図２（ａ）
に示すように、ＭＢＥ（分子線エピタキシー）法によ
り、ｎ−ＧａＡｓ基板１上に、厚さ０．５μｍのｎ−Ｇ
ａＡｓバッファ層（不図示）、厚さ１．５μｍのｎ−Ａ
ｌXＧａ1-XＡｓ（Ｘ＝０．４５）クラッド層２、活性層
３、厚さ４００Åのｐ−ＡｌXＧａ1-XＡｓ（Ｘ＝０．
４）キャリア閉じ込め層４、厚さ０．２５μｍのｐ−Ａ
ｌXＧａ1-XＡｓ（Ｘ＝０．１５）光ガイド層５の順に成
長する。活性層３の構造は、ＧａＡｓ（厚さ６０Å）の
量子井戸層及びそれを隔てるＡｌXＧａ1-XＡｓ（Ｘ＝
０．２；厚さ１００Å）の障壁層を３組重ねたものであ
る。３組重ねたものの外側には、５００Å厚のＡｌ組成
が徐々に変化しているＧＲＩＮ−ＳＣＨ層がある。
ＤＢＲレーザの作製に適用するものである。図２（ａ）
に示すように、ＭＢＥ（分子線エピタキシー）法によ
り、ｎ−ＧａＡｓ基板１上に、厚さ０．５μｍのｎ−Ｇ
ａＡｓバッファ層（不図示）、厚さ１．５μｍのｎ−Ａ
ｌXＧａ1-XＡｓ（Ｘ＝０．４５）クラッド層２、活性層
３、厚さ４００Åのｐ−ＡｌXＧａ1-XＡｓ（Ｘ＝０．
４）キャリア閉じ込め層４、厚さ０．２５μｍのｐ−Ａ
ｌXＧａ1-XＡｓ（Ｘ＝０．１５）光ガイド層５の順に成
長する。活性層３の構造は、ＧａＡｓ（厚さ６０Å）の
量子井戸層及びそれを隔てるＡｌXＧａ1-XＡｓ（Ｘ＝
０．２；厚さ１００Å）の障壁層を３組重ねたものであ
る。３組重ねたものの外側には、５００Å厚のＡｌ組成
が徐々に変化しているＧＲＩＮ−ＳＣＨ層がある。
【００３１】次に、図２（ｂ）に示すように、光ガイド
層５上にレジスト（例えばＡＺ１３５０Ｊ（ヘキスト社
製）：シンナー＝１：１０）８を塗布し、Ｈｅ−Ｃｄレ
ーザによる２光束干渉露光によるパターニングを行う。
図２（ｃ）において、ＲＩＢＥ（反応性イオンビームエ
ッチング）によるエッチングでピッチ２４４０Å、深さ
１０Åの回折格子ｇ1を形成する。
層５上にレジスト（例えばＡＺ１３５０Ｊ（ヘキスト社
製）：シンナー＝１：１０）８を塗布し、Ｈｅ−Ｃｄレ
ーザによる２光束干渉露光によるパターニングを行う。
図２（ｃ）において、ＲＩＢＥ（反応性イオンビームエ
ッチング）によるエッチングでピッチ２４４０Å、深さ
１０Åの回折格子ｇ1を形成する。
【００３２】図２（ｄ）において、回折格子ｇ1と平行
に３００μｍ幅のストライプ状に、２光束干渉露光で用
いたものとは異種のレジスト（例えばＯＭＲ８７東京応
化製）９でパターニングを行う。図２（ｅ）において、
再びＲＩＢＥによるエッチングで深さ１０００Åの回折
格子ｇ2を形成した後、レジスト８、９を除去する。こ
の結果、ピッチが同じで深さが異なる回折格子ｇ1、ｇ2
がウエハ全面に形成される（図２（ｆ））。
に３００μｍ幅のストライプ状に、２光束干渉露光で用
いたものとは異種のレジスト（例えばＯＭＲ８７東京応
化製）９でパターニングを行う。図２（ｅ）において、
再びＲＩＢＥによるエッチングで深さ１０００Åの回折
格子ｇ2を形成した後、レジスト８、９を除去する。こ
の結果、ピッチが同じで深さが異なる回折格子ｇ1、ｇ2
がウエハ全面に形成される（図２（ｆ））。
【００３３】次に、図２（ｇ）のようにＬＰＥ（液相成
長）法により、厚さ１．５μｍのｐ−ＡｌXＧａ1-XＡｓ
（Ｘ＝０．４５）クラッド層６、厚さ０．５μｍのｐ−
ＧａＡｓコンタクト層７を、回折格子ｇ1、ｇ2が形成さ
れた光ガイド層５上に再成長する。
長）法により、厚さ１．５μｍのｐ−ＡｌXＧａ1-XＡｓ
（Ｘ＝０．４５）クラッド層６、厚さ０．５μｍのｐ−
ＧａＡｓコンタクト層７を、回折格子ｇ1、ｇ2が形成さ
れた光ガイド層５上に再成長する。
【００３４】電極１０、１１、１２、１３の形成工程を
経て、図１に示すような完全に平坦化したＤＢＲレーザ
が作製できる。
経て、図１に示すような完全に平坦化したＤＢＲレーザ
が作製できる。
【００３５】つぎに、本装置の機能について説明する。
ＤＢＲレーザとして機能させる場合には、図１の電極１
０、１１にレーザ駆動電流を注入する。電極１２に電流
注入を行えば、分布反射器部（回折格子ｇ2の形成され
た部分）の有効屈折率を変化せしめ、選択反射波長を変
えられるため、発振波長を数ｎｍ変化することができ
る。その際、モード飛びを抑制するために、電極１１
（位相調整領域）の注入電流を変化せしめ、位相を調整
する。
ＤＢＲレーザとして機能させる場合には、図１の電極１
０、１１にレーザ駆動電流を注入する。電極１２に電流
注入を行えば、分布反射器部（回折格子ｇ2の形成され
た部分）の有効屈折率を変化せしめ、選択反射波長を変
えられるため、発振波長を数ｎｍ変化することができ
る。その際、モード飛びを抑制するために、電極１１
（位相調整領域）の注入電流を変化せしめ、位相を調整
する。
【００３６】このような駆動方法において、レーザ発振
しきい値近傍の電流を注入しておけば、外部からレーザ
発振波長に近い光を入射せしめると、電極１０、１１の
部分で光は増幅され、電極１２のある領域では波長選択
性がありその波長は可変であるため、波長可変フィルタ
としての機能を持つ。透過スペクトルの半値幅は０．０
５ｎｍ、可変幅は数ｎｍ、増幅度は１０ｄＢ程度であ
る。
しきい値近傍の電流を注入しておけば、外部からレーザ
発振波長に近い光を入射せしめると、電極１０、１１の
部分で光は増幅され、電極１２のある領域では波長選択
性がありその波長は可変であるため、波長可変フィルタ
としての機能を持つ。透過スペクトルの半値幅は０．０
５ｎｍ、可変幅は数ｎｍ、増幅度は１０ｄＢ程度であ
る。
【００３７】図１の構成をＤＦＢ（分布帰還）レーザと
して使用することもできる。電極１２のみに電流を注入
すれば、回折格子ｇ2のない領域は吸収領域となり、片
端面で反射のないレーザとなる。このため、無反射コー
ティングを施さなくてもファブリペローモードを抑制し
た単一モード発振となる。
して使用することもできる。電極１２のみに電流を注入
すれば、回折格子ｇ2のない領域は吸収領域となり、片
端面で反射のないレーザとなる。このため、無反射コー
ティングを施さなくてもファブリペローモードを抑制し
た単一モード発振となる。
【００３８】
【実施例２】図３に、本発明による製造方法で作製した
第２の実施例である波長可変ＤＢＲレーザ装置を示す。
これは、浅い回折格子ｇ1の領域が中心部にあり、その
両側に通常の回折格子ｇ2が具備されたものである。図
１のものと同一番号で示す部分は、同一機能部であるこ
とを示す。製法も、図２で説明したものと本質的に同じ
で、ストライプ状のレジスト９（図２（ｄ））の位置を
中央部に持ってくればよい。
第２の実施例である波長可変ＤＢＲレーザ装置を示す。
これは、浅い回折格子ｇ1の領域が中心部にあり、その
両側に通常の回折格子ｇ2が具備されたものである。図
１のものと同一番号で示す部分は、同一機能部であるこ
とを示す。製法も、図２で説明したものと本質的に同じ
で、ストライプ状のレジスト９（図２（ｄ））の位置を
中央部に持ってくればよい。
【００３９】この構造の駆動は以下の様に行われる。中
央部の電極１５にレーザ駆動電流を注入し、電極１４、
１６に注入する電流量によって屈折率を変えて、発振波
長を変化せしめる。
央部の電極１５にレーザ駆動電流を注入し、電極１４、
１６に注入する電流量によって屈折率を変えて、発振波
長を変化せしめる。
【００４０】あるいは、電極１４、１６にレーザ駆動電
流を注入し、その電流比で発振波長を変化せしめてもよ
い。この場合、電極１４、１６への電流注入で同時に平
均屈折率が変えられ、発振波長が変化する。その際、電
極１５に注入する電流によって位相を調整する。この装
置では、電極１５で位相を調整するために、回折格子ｇ
2にλ／４シフト領域（この作製方法については、同一
出願人による特願平２−４０９７９４号明細書等を参
照）を設けなくても安定に単一モード発振可能である。
流を注入し、その電流比で発振波長を変化せしめてもよ
い。この場合、電極１４、１６への電流注入で同時に平
均屈折率が変えられ、発振波長が変化する。その際、電
極１５に注入する電流によって位相を調整する。この装
置では、電極１５で位相を調整するために、回折格子ｇ
2にλ／４シフト領域（この作製方法については、同一
出願人による特願平２−４０９７９４号明細書等を参
照）を設けなくても安定に単一モード発振可能である。
【００４１】さらに、通常は中心部の光密度が高くなる
が（図４（ａ））、本装置では両端面近傍での回折格子
ｇ2との結合効率が高いため（回折効率が高いので）、
光密度を共振器方向に対してほぼ均一に（図４（ｂ））
でき、キャリア密度に窪みが生じるいわゆる軸方向ホー
ルバーニングが抑制される。そのため、飽和状態などの
関係から、レーザのしきい値電流の低減化、高出力化、
発振スペクトルの狭スペクトル線幅化が図られる。
が（図４（ａ））、本装置では両端面近傍での回折格子
ｇ2との結合効率が高いため（回折効率が高いので）、
光密度を共振器方向に対してほぼ均一に（図４（ｂ））
でき、キャリア密度に窪みが生じるいわゆる軸方向ホー
ルバーニングが抑制される。そのため、飽和状態などの
関係から、レーザのしきい値電流の低減化、高出力化、
発振スペクトルの狭スペクトル線幅化が図られる。
【００４２】また、レーザしきい値近傍の電流を注入し
ておけば、第１の実施例と同様に波長可変フィルタとし
て機能する。
ておけば、第１の実施例と同様に波長可変フィルタとし
て機能する。
【００４３】
【実施例３】図１の構成で浅い回折格子ｇ1の領域の深
さを１００Å程度にすると（これは図２（ｃ）の工程を
調整すればよい）、ＤＦＢとＤＢＲの特徴を合わせ持つ
レーザが作製できる。この構造は、東工大の荒井らによ
って提案されている（Ｊ．Ｉ．Ｓｈｉｎ，ｅｔ ａｌ．
ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，
Ｊｕｎｅ，１９９１等）。本発明の製法によれば、簡単
にこれを作製することができ、単一モード性、効率など
において優れたレーザを提供できる。
さを１００Å程度にすると（これは図２（ｃ）の工程を
調整すればよい）、ＤＦＢとＤＢＲの特徴を合わせ持つ
レーザが作製できる。この構造は、東工大の荒井らによ
って提案されている（Ｊ．Ｉ．Ｓｈｉｎ，ｅｔ ａｌ．
ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，
Ｊｕｎｅ，１９９１等）。本発明の製法によれば、簡単
にこれを作製することができ、単一モード性、効率など
において優れたレーザを提供できる。
【００４４】
【実施例４】図５に本発明による第４の実施例を示す。
本実施例は活性層２３の下部に回折格子ｇ1、ｇ2を具備
する構造である。従来、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系で
は、このように回折格子のある部分とない部分（実質的
にない）を活性層２３下部に設けることは不可能であっ
た（図９の説明参照）。
本実施例は活性層２３の下部に回折格子ｇ1、ｇ2を具備
する構造である。従来、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系で
は、このように回折格子のある部分とない部分（実質的
にない）を活性層２３下部に設けることは不可能であっ
た（図９の説明参照）。
【００４５】第１の成長では、基板１上に、クラッド層
２、光ガイド層２５まで成長する。回折格子ｇ1、ｇ2作
製後（図２の方法に準じて行う）、キャリア閉じ込め層
２４、活性層２３、クラッド層６、コンタクト層７を再
成長すれば第４の実施例が作製できる。
２、光ガイド層２５まで成長する。回折格子ｇ1、ｇ2作
製後（図２の方法に準じて行う）、キャリア閉じ込め層
２４、活性層２３、クラッド層６、コンタクト層７を再
成長すれば第４の実施例が作製できる。
【００４６】この作製方法の場合、回折格子作製後に活
性層２３を成長できるので、従来問題となっていた回折
格子作製時の活性層へのプロセスダメージが解消され
る。また、設計の自由度（回折格子の深さ、活性層の構
成等について）を拡大することができる。
性層２３を成長できるので、従来問題となっていた回折
格子作製時の活性層へのプロセスダメージが解消され
る。また、設計の自由度（回折格子の深さ、活性層の構
成等について）を拡大することができる。
【００４７】
【実施例５、６、７】前記微細凹凸形状のうち少なくと
も１部分（すなわち、再成長する必要はあるが回折格子
を必要としない領域）は、使用する光の波長に対して回
折効果を与えないような短い周期をもつ回折格子として
もよい（実施例５）。
も１部分（すなわち、再成長する必要はあるが回折格子
を必要としない領域）は、使用する光の波長に対して回
折効果を与えないような短い周期をもつ回折格子として
もよい（実施例５）。
【００４８】また、前記再成長する必要はあるが回折格
子を必要としない領域には、使用する光の波長に対して
回折効果を与えない様に、光の進行方向に対して傾けて
回折格子を形成してもよい（実施例６）。この為には、
再成長が容易となる様な結晶方位を多く含むこの傾斜回
折格子を形成する様に、この領域に異なる形態のレジス
ト８（図２参照）の回折格子パターンを形成しエッチン
グを施して傾斜回折格子を形成すればよい。
子を必要としない領域には、使用する光の波長に対して
回折効果を与えない様に、光の進行方向に対して傾けて
回折格子を形成してもよい（実施例６）。この為には、
再成長が容易となる様な結晶方位を多く含むこの傾斜回
折格子を形成する様に、この領域に異なる形態のレジス
ト８（図２参照）の回折格子パターンを形成しエッチン
グを施して傾斜回折格子を形成すればよい。
【００４９】更に、前記再成長する必要はあるが回折格
子を必要としない領域には、化合物半導体装置の光の導
波路構造を導波する導波光に回折効果を与えないよう
に、導波路構造から充分離れた位置に必要としない回折
格子を形成してもよい（実施例７）。この為には、図１
及び図３の構造で言えば、光ガイド層５を充分厚く形成
して、必要としない回折格子及び必要とする回折格子を
形成した後に、前者の回折格子の保護レジスト９をその
ままにして更に後者の回折格子部分を等方的にエッチン
グしてゆき、必要とする回折格子のみを導波路構造に近
付ければよい。
子を必要としない領域には、化合物半導体装置の光の導
波路構造を導波する導波光に回折効果を与えないよう
に、導波路構造から充分離れた位置に必要としない回折
格子を形成してもよい（実施例７）。この為には、図１
及び図３の構造で言えば、光ガイド層５を充分厚く形成
して、必要としない回折格子及び必要とする回折格子を
形成した後に、前者の回折格子の保護レジスト９をその
ままにして更に後者の回折格子部分を等方的にエッチン
グしてゆき、必要とする回折格子のみを導波路構造に近
付ければよい。
【００５０】
【実施例８】本発明の第８の実施例によるグレーティン
グフィルタを、図６ないし図７を用いて説明する。図６
は一部を破断した斜視図、図７は断面図である。
グフィルタを、図６ないし図７を用いて説明する。図６
は一部を破断した斜視図、図７は断面図である。
【００５１】第８の実施例の作製方法を説明する。ｎ−
ＧａＡｓ基板４１上に、ＭＢＥ（分子ビームエピタキシ
ー）法により、０．５μｍのｎ−ＧａＡｓバッファ層
（不図示）、１．５μｍのｎ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラ
ッド層４２、９層のｎ−ＧａＡｓ（厚さ３０Åの井戸）
／Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ（厚さ８０Åのバリア）から成る
多重量子井戸層（ＭＱＷ）４３、１．０μｍのｎ−Ａｌ
0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層４４、３層のアンドープ−Ｇ
ａＡｓ（厚さ６０Åの井戸）／Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ（厚
さ１００Åのバリア）から成るＭＱＷ４５、０．２５μ
ｍのｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ光ガイド層４６の順に成長
する。
ＧａＡｓ基板４１上に、ＭＢＥ（分子ビームエピタキシ
ー）法により、０．５μｍのｎ−ＧａＡｓバッファ層
（不図示）、１．５μｍのｎ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラ
ッド層４２、９層のｎ−ＧａＡｓ（厚さ３０Åの井戸）
／Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ（厚さ８０Åのバリア）から成る
多重量子井戸層（ＭＱＷ）４３、１．０μｍのｎ−Ａｌ
0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層４４、３層のアンドープ−Ｇ
ａＡｓ（厚さ６０Åの井戸）／Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ（厚
さ１００Åのバリア）から成るＭＱＷ４５、０．２５μ
ｍのｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ光ガイド層４６の順に成長
する。
【００５２】次に、光ガイド層４６上に、ピッチ１０μ
ｍ（凸部７μｍ、凹部３μｍ）、深さ０．１μｍの荒い
グレーティングｇ１をフォトリソグラフィ、ＲＩＢＥエ
ッチングにより形成する。この結合領域の構成で、波長
約８３０ｎｍの光を図６のａ方向からＭＱＷ４３を中心
とする下部導波路に入射すると、結合領域が５００μｍ
長の場合に、光は完全にＭＱＷ４５を中心とする上の導
波路に移り、ｂ方向に出射する。よって、この結合領域
は５００μｍ長にした。
ｍ（凸部７μｍ、凹部３μｍ）、深さ０．１μｍの荒い
グレーティングｇ１をフォトリソグラフィ、ＲＩＢＥエ
ッチングにより形成する。この結合領域の構成で、波長
約８３０ｎｍの光を図６のａ方向からＭＱＷ４３を中心
とする下部導波路に入射すると、結合領域が５００μｍ
長の場合に、光は完全にＭＱＷ４５を中心とする上の導
波路に移り、ｂ方向に出射する。よって、この結合領域
は５００μｍ長にした。
【００５３】次に、この荒いグレーティングｇ１と同じ
方向にピッチ２００ｎｍ、深さ３０Åの細かい回折格子
ｇ２を作製する。２光束干渉露光法によりレジストのパ
ターニングを行い、ＲＩＢＥによりエッチングして形成
した。
方向にピッチ２００ｎｍ、深さ３０Åの細かい回折格子
ｇ２を作製する。２光束干渉露光法によりレジストのパ
ターニングを行い、ＲＩＢＥによりエッチングして形成
した。
【００５４】次に、ＬＰＥ法により、上記光ガイド層４
６上に、１．５μｍのｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド
層４７、０．５μｍのｐ−ＧａＡｓコンタクト層４８を
成長する。細かいピッチのグレーティングｇ２があるた
めに、基板全面に平坦なエピタキシャル成長を行うこと
ができた。
６上に、１．５μｍのｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド
層４７、０．５μｍのｐ−ＧａＡｓコンタクト層４８を
成長する。細かいピッチのグレーティングｇ２があるた
めに、基板全面に平坦なエピタキシャル成長を行うこと
ができた。
【００５５】次に、ＳｉＯ2膜をマグネトロンスパッタ
法により成膜し、１．５μｍ幅のストライプ状にレジス
トを形成後、レジストをマスクとしてＲＩＢＥによりＧ
ａＡｓ基板４１までメサエッチングを行う。レジスト除
去後、ＳｉＯ2をマスクとして、再びＬＰＥ法により、
ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ５０及びｎ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａ
ｓ５１で選択再成長し、メサ部を埋め込む。ＳｉＯ2除
去後、上部電極Ｃｒ／Ａｕ４９を蒸着する。その後、基
板４１を１００μｍ厚まで研磨し、下部電極Ａｕ−Ｇｅ
／Ａｕ５３を蒸着しアロイ化して完成する。
法により成膜し、１．５μｍ幅のストライプ状にレジス
トを形成後、レジストをマスクとしてＲＩＢＥによりＧ
ａＡｓ基板４１までメサエッチングを行う。レジスト除
去後、ＳｉＯ2をマスクとして、再びＬＰＥ法により、
ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ５０及びｎ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａ
ｓ５１で選択再成長し、メサ部を埋め込む。ＳｉＯ2除
去後、上部電極Ｃｒ／Ａｕ４９を蒸着する。その後、基
板４１を１００μｍ厚まで研磨し、下部電極Ａｕ−Ｇｅ
／Ａｕ５３を蒸着しアロイ化して完成する。
【００５６】勿論、本実施例では、ピッチの小さい方の
回折格子ｇ２のピッチは、回折格子のブラッグ条件 Λ＝ｍ×λ／（２ｎ） （ｍ：回折格子の次数、λ：導波光の波長、ｎ：屈折
率）に整合しないピッチにされている。
回折格子ｇ２のピッチは、回折格子のブラッグ条件 Λ＝ｍ×λ／（２ｎ） （ｍ：回折格子の次数、λ：導波光の波長、ｎ：屈折
率）に整合しないピッチにされている。
【００５７】本素子の動作を簡単に述べる。このグレー
ティングフィルタは、下部導波路から上部導波路に結合
できる波長帯をグレーティングピッチにより選べる。本
素子では図８のように８３０ｎｍを中心とする半値幅
２．５ｎｍのフィルター特性を有する。また、電圧源６
０により電極４９、５３を通して電界を印加することに
より、連続的にフィルタ波長を５ｎｍ程度まで短波長側
にシフトすることができ、上部導波路への結合効率を変
えることができる。
ティングフィルタは、下部導波路から上部導波路に結合
できる波長帯をグレーティングピッチにより選べる。本
素子では図８のように８３０ｎｍを中心とする半値幅
２．５ｎｍのフィルター特性を有する。また、電圧源６
０により電極４９、５３を通して電界を印加することに
より、連続的にフィルタ波長を５ｎｍ程度まで短波長側
にシフトすることができ、上部導波路への結合効率を変
えることができる。
【００５８】
【実施例９】本発明による第９の実施例によるグレーテ
ィングフィルタを、図９を用いて説明する。実施例８で
は、グレーティングが上部導波路近傍にあった。本実施
例では、下部導波路近傍にグレーティングを形成したも
のである。従来、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系ではこのよ
うな構造が知られているが（例えば、従来技術で挙げた
文献１）参照）、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系ではピッチ
の大きい回折格子上への再成長が困難であったため、作
製できなかった。この再成長は本発明の製造方法によれ
ば実現可能である。
ィングフィルタを、図９を用いて説明する。実施例８で
は、グレーティングが上部導波路近傍にあった。本実施
例では、下部導波路近傍にグレーティングを形成したも
のである。従来、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系ではこのよ
うな構造が知られているが（例えば、従来技術で挙げた
文献１）参照）、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系ではピッチ
の大きい回折格子上への再成長が困難であったため、作
製できなかった。この再成長は本発明の製造方法によれ
ば実現可能である。
【００５９】本実施例のように下部導波路に回折格子を
形成する利点は、上部導波路に結合する光が回折格子に
より散乱されて損失することがなく、フィルタリングの
効率が良いことである。
形成する利点は、上部導波路に結合する光が回折格子に
より散乱されて損失することがなく、フィルタリングの
効率が良いことである。
【００６０】次に、、第８の実施例の作製方法を説明す
る。ｎ−ＧａＡｓ基板４１上に、ＭＢＥ法により、０．
５μｍのｎ−ＧａＡｓバッファ層（不図示）、１．５μ
ｍのｎ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層４２、９層のア
ンドープ−ＧａＡｓ（厚さ３０Åの井戸）／Ａｌ0.3Ｇ
ａ0.7Ａｓ（厚さ８０Åのバリア）から成るＭＱＷ６
２、０．２５μｍのｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ光ガイド層
６６の順に成長する。次に、光ガイド層６６上にピッチ
１０μｍ（凸部７μｍ、凹部３μｍ）、深さ０．１μｍ
のグレーティングｇ1をフォトリソグラフィ、ＲＩＢＥ
によるエッチングで形成する。続いて、このグレーティ
ングｇ1と同じ方向に、ピッチ２００ｎｍ、深さ３０Å
の回折格子ｇ2を第８の実施例と同様に形成する。
る。ｎ−ＧａＡｓ基板４１上に、ＭＢＥ法により、０．
５μｍのｎ−ＧａＡｓバッファ層（不図示）、１．５μ
ｍのｎ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層４２、９層のア
ンドープ−ＧａＡｓ（厚さ３０Åの井戸）／Ａｌ0.3Ｇ
ａ0.7Ａｓ（厚さ８０Åのバリア）から成るＭＱＷ６
２、０．２５μｍのｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ光ガイド層
６６の順に成長する。次に、光ガイド層６６上にピッチ
１０μｍ（凸部７μｍ、凹部３μｍ）、深さ０．１μｍ
のグレーティングｇ1をフォトリソグラフィ、ＲＩＢＥ
によるエッチングで形成する。続いて、このグレーティ
ングｇ1と同じ方向に、ピッチ２００ｎｍ、深さ３０Å
の回折格子ｇ2を第８の実施例と同様に形成する。
【００６１】次に、ＬＰＥ法により上記光ガイド層６６
上に、１．０μｍのｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層
６３、０．１μｍのｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ光ガイド層
６４、１．０μｍのｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層
４７、０．５μｍのｐ−ＧａＡｓコンタクト層４８を成
長する。この場合も、細かいピッチのグレーティングｇ
2があるために、基板全面に平坦なエピタキシャル成長
を行うことができた。この後の製造方法は、第８の実施
例と同様である。
上に、１．０μｍのｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層
６３、０．１μｍのｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ光ガイド層
６４、１．０μｍのｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層
４７、０．５μｍのｐ−ＧａＡｓコンタクト層４８を成
長する。この場合も、細かいピッチのグレーティングｇ
2があるために、基板全面に平坦なエピタキシャル成長
を行うことができた。この後の製造方法は、第８の実施
例と同様である。
【００６２】勿論、本実施例でも、ピッチの小さい方の
回折格子ｇ２のピッチは、回折格子ｇ２のブラッグ条件
に整合しないピッチにされている。
回折格子ｇ２のピッチは、回折格子ｇ２のブラッグ条件
に整合しないピッチにされている。
【００６３】
【実施例１０】本発明による第１０の実施例を、図１０
を用いて説明する。第８の実施例及び第９の実施例で
は、ＬＰＥによる再成長を助ける細かいグレーティング
ｇ２をグレーティングフィルタを機能させる荒いグレー
ティングｇ1と同じ方向に形成していた。本実施例で
は、細かいグレーティングｇ2による散乱をさらに小さ
くするため、荒いグレーティングｇ1のピッチ方向とは
垂直の方向にピッチを形成したものである。
を用いて説明する。第８の実施例及び第９の実施例で
は、ＬＰＥによる再成長を助ける細かいグレーティング
ｇ２をグレーティングフィルタを機能させる荒いグレー
ティングｇ1と同じ方向に形成していた。本実施例で
は、細かいグレーティングｇ2による散乱をさらに小さ
くするため、荒いグレーティングｇ1のピッチ方向とは
垂直の方向にピッチを形成したものである。
【００６４】素子の構成、作製方法は実質的に第８の実
施例あるいは第９の実施例と同様である。
施例あるいは第９の実施例と同様である。
【００６５】
【発明の効果】以上説明したごとく、本発明によれば、
ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザなどにおい
て、結合効率の異なる回折格子を部分的に具備する装置
を容易に製造でき、波長可変特性、高出力特性などに優
れた波長多重通信あるいは計測用などの光源、フィルタ
などを提供できる。また、第１の成長後に、その上に再
成長させたい場合にも、所望の部分に確実に再成長させ
ることができる。
ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザなどにおい
て、結合効率の異なる回折格子を部分的に具備する装置
を容易に製造でき、波長可変特性、高出力特性などに優
れた波長多重通信あるいは計測用などの光源、フィルタ
などを提供できる。また、第１の成長後に、その上に再
成長させたい場合にも、所望の部分に確実に再成長させ
ることができる。
【００６６】また、本発明によれば、ＡｌＧａＡｓ／Ｇ
ａＡｓ系で、半導体型積層グレーティングフィルタなど
加工基板上に再成長が必要とされる装置が作製可能とな
る。これにより、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系の装置の設
計の自由度が広がり、新しい機能をもつ装置を開発でき
る。
ａＡｓ系で、半導体型積層グレーティングフィルタなど
加工基板上に再成長が必要とされる装置が作製可能とな
る。これにより、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系の装置の設
計の自由度が広がり、新しい機能をもつ装置を開発でき
る。
【図１】本発明により製造した半導体装置の第１実施例
の断面図。
の断面図。
【図２】本発明による第１実施例の製造方法を説明する
工程図。
工程図。
【図３】本発明による第２実施例の半導体装置の断面
図。
図。
【図４】従来のＤＦＢ（分布帰還）型レーザの光密度分
布及び本発明による第２実施例のレーザの光密度分布を
比較して示す図。
布及び本発明による第２実施例のレーザの光密度分布を
比較して示す図。
【図５】本発明による第４実施例の半導体装置の断面
図。
図。
【図６】本発明による第８実施例の素子の斜視図。
【図７】第８実施例の素子の断面図。
【図８】第８実施例の素子の結合効率の波長依存性を示
す図。
す図。
【図９】本発明による第９実施例の素子を説明する図。
【図１０】本発明による第１０実施例を説明する図。
【図１１】ＤＢＲ（分布反射）型レーザの断面図。
【図１２】従来の製造方法で作製した半導体装置の例の
断面図。
断面図。
【図１３】従来の製造方法の例を説明する工程図。
【図１４】再成長後の従来例を示す断面図。
【第１５図】グレーティングフィルタの従来例を示す
図。
図。
【図１６】再成長の従来例を示す図。
【符号の説明】 １ ｎ−ＧａＡｓ基板 ２ ｎ−ＡｌXＧａ1-XＡｓ（Ｘ＝０．４５）クラッ
ド層 ３，２３ 活性層 ４，２４ ｐ−ＡｌXＧａ1-XＡｓ（Ｘ＝０．４）
キャリア閉じ込め層 ５，２５ ｐ−ＡｌXＧａ1-XＡｓ（Ｘ＝０．１５）
光ガイド層 ６ ｐ−ＡｌXＧａ1-XＡｓ（Ｘ＝０．４５）クラッド
層 ７ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 ８ レジスト ９ レジスト８と異種材料のレジスト １０，１１，１２，１４，１５，１６ ｐ電極 １３ ｎ電極 ｇ1 必要としない回折格子 ｇ2 必要とする回折格子 ４１ ｎ−ＧａＡｓ基板 ４２ ｎ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層 ４３ ｎ−ＭＱＷ下部導波層 ４４ ｎ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層 ４５ ＭＱＷ上部導波層 ４６、６６ ｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ光ガイド層 ４７ ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層 ４８ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 ４９ 上部電極 ５３ 下部電極 ６０ 電圧源 ａ 素子に入射する光の方向 ｂ 素子から出射する光の方向 ｃ 下部から上部導波路に結合する光の方向 ５０ ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ埋め込み層 ５１ ｎ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ埋め込み層 ６２ アンドープ−ＭＱＷ下部導波層 ６３ ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層 ６４ ｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ上部導波層 ６４０ 下部導波路 ６４１ 上部導波路 ６４２ 核成長したＬＰＥ結晶層
ド層 ３，２３ 活性層 ４，２４ ｐ−ＡｌXＧａ1-XＡｓ（Ｘ＝０．４）
キャリア閉じ込め層 ５，２５ ｐ−ＡｌXＧａ1-XＡｓ（Ｘ＝０．１５）
光ガイド層 ６ ｐ−ＡｌXＧａ1-XＡｓ（Ｘ＝０．４５）クラッド
層 ７ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 ８ レジスト ９ レジスト８と異種材料のレジスト １０，１１，１２，１４，１５，１６ ｐ電極 １３ ｎ電極 ｇ1 必要としない回折格子 ｇ2 必要とする回折格子 ４１ ｎ−ＧａＡｓ基板 ４２ ｎ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層 ４３ ｎ−ＭＱＷ下部導波層 ４４ ｎ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層 ４５ ＭＱＷ上部導波層 ４６、６６ ｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ光ガイド層 ４７ ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層 ４８ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 ４９ 上部電極 ５３ 下部電極 ６０ 電圧源 ａ 素子に入射する光の方向 ｂ 素子から出射する光の方向 ｃ 下部から上部導波路に結合する光の方向 ５０ ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ埋め込み層 ５１ ｎ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ埋め込み層 ６２ アンドープ−ＭＱＷ下部導波層 ６３ ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層 ６４ ｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ上部導波層 ６４０ 下部導波路 ６４１ 上部導波路 ６４２ 核成長したＬＰＥ結晶層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大栗 宣明 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−126882（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−86162（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50
Claims (30)
- 【請求項１】 化合物半導体基板上にエピタキシャル成
長してなる装置の製造方法において、第１の成長工程
と、一度成長を中断し成長炉から外部に出す工程と、再
度成長炉に投入し第２の成長を行う工程とを少なくとも
含み、前記一度成長を中断し成長炉から外部に取り出す
工程が、前記第１の成長工程の最終エピタキシャル結晶
表面にフォトリソグラフィ工程とエッチング工程からな
る微細凹凸形状を形成する工程を含み、且つ、前記微細
凹凸形状のうち少なくとも１部分は、使用する光の波長
に対して回折効果を与えない程度に浅いことを特徴とす
る化合物半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】 化合物半導体基板上にエピタキシャル成
長してなる装置の製造方法において、第１の成長工程
と、一度成長を中断し成長炉から外部に出す工程と、再
度成長炉に投入し第２の成長を行う工程とを少なくとも
含み、前記一度成長を中断し成長炉から外部に取り出す
工程が、前記第１の成長工程の最終エピタキシャル結晶
表面にフォトリソグラフィ工程とエッチング工程からな
る微細凹凸形状を形成する工程を含み、且つ、前記微細
凹凸形状のうち少なくとも１部分は、使用する光の波長
に対して回折効果を与えないような短い周期をもつ回折
格子であることを特徴とする化合物半導体装置の製造方
法。 - 【請求項３】 化合物半導体基板上にエピタキシャル成
長してなる装置の製造方法において、第１の成長工程
と、一度成長を中断し成長炉から外部に出す工程と、再
度成長炉に投入し第２の成長を行う工程とを少なくとも
含み、前記一度成長を中断し成長炉から外部に取り出す
工程が、前記第１の成長工程の最終エピタキシャル結晶
表面にフォトリソグラフィ工程とエッチング工程からな
る微細凹凸形状を形成する工程を含み、且つ、前記微細
凹凸形状のうち少なくとも１部分は、使用する光の波長
に対して回折効果を与えない様に微細凹凸形状の配列方
向が光の進行方向に対して垂直となるように形成されて
いることを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】 化合物半導体基板上にエピタキシャル成
長してなる装置の製造方法において、第１の成長工程
と、一度成長を中断し成長炉から外部に出す工程と、再
度成長炉に投入し第２の成長を行う工程とを少なくとも
含み、前記一度成長を中断し成長炉から外部に取り出す
工程が、前記第１の成長工程の最終エピタキシャル結晶
表面にフォトリソグラフィ工程とエッチング工程からな
る微細凹凸形状を形成する工程を含み、且つ、前記微細
凹凸形状のうち少なくとも１部分は、化合物半導体装置
の光の導波路構造を導波する導波光に回折効果を与えな
いように該導波路構造から充分離れた位置に形成されて
いることを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。 - 【請求項５】 前記微細凹凸形状は、該最終エピタキシ
ャル結晶層の結晶方位と異なり前記第２の成長が容易に
なるような結晶方位を多く含むことを特徴とする請求項
１乃至４のいずれか一項に記載の化合物半導体装置の製
造方法。 - 【請求項６】 前記化合物半導体の第１の成長工程の最
終エピタキシャル結晶はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜Ｘ
＜１ｏｒ＝１）であることを特徴とする請求項１乃至５
のいずれか一項に記載の化合物半導体装置の製造方法。 - 【請求項７】 前記第１の成長工程が活性層を形成する
工程を含み、該活性層上に形成された前記最終エピタキ
シャル結晶表面に前記微細凹凸形状が形成されることを
特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の化合
物半導体装置の製造方法。 - 【請求項８】 前記第２の成長工程が活性層を形成する
工程を含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか
一項に記載の化合物半導体装置の製造方法。 - 【請求項９】 化合物半導体基板上にエピタキシャル成
長してなる装置において、第１の成長を行う工程と、一
度該第１の成長を中断する中断工程と、該中断工程の後
に第２の成長を行う工程とを少なくとも含む製造方法で
製造され、前記第１の成長工程で形成された最終エピタ
キシャル結晶表面に少なくとも１種の微細凹凸形状が形
成されており、且つ、前記微細凹凸形状のうち少なくと
も１部分は、使用する光の波長に対して回折効果を与え
ない程度に浅いことを特徴とする化合物半導体装置。 - 【請求項１０】 化合物半導体基板上にエピタキシャル
成長してなる装置において、第１の成長を行う工程と、
一度該第１の成長を中断する中断工程と、該中断工程の
後に第２の成長を行う工程とを少なくとも含む製造方法
で製造され、前記第１の成長工程で形成された最終エピ
タキシャル結晶表面に少なくとも１種の微細凹凸形状が
形成されており、且つ、前記微細凹凸形状のうち少なく
とも１部分は、使用する光の波長に対して回折効果を与
えないような短い周期をもつ回折格子であることを特徴
とする化合物半導体装置。 - 【請求項１１】 化合物半導体基板上にエピタキシャル
成長してなる装置において、第１の成長を行う工程と、
一度該第１の成長を中断する中断工程と、該中断工程の
後に第２の成長を行う工程とを少なくとも含む製造方法
で製造され、前記第１の成長工程で形成された最終エピ
タキシャル結晶表面に少なくとも１種の微細凹凸形状が
形成されており、且つ、前記微細凹凸形状のうち少なく
とも１部分は、使用する光の波長に対して回折効果を与
えない様に微細凹凸形状の配列方向が光の進行方向に対
して垂直となるように形成されていることを特徴とする
化合物半導体装置。 - 【請求項１２】 化合物半導体基板上にエピタキシャル
成長してなる装置において、第１の成長を行う工程と、
一度該第１の成長を中断する中断工程と、該中断工程の
後に第２の成長を行う工程とを少なくとも含む製造方法
で製造され、前記第１の成長工程で形成された最終エピ
タキシャル結晶表面に少なくとも１種の微細凹凸形状が
形成されており、且つ、前記微細凹凸形状のうち少なく
とも１部分は、化合物半導体装置の光の導波路構造を導
波する導波光に回折効果を与えないように該導波路構造
から充分離れた位置に形成されていることを特徴とする
化合物半導体装置。 - 【請求項１３】 前記微細凹凸形状は、該最終エピタキ
シャル結晶層の結晶方位と異なり前記第２の成長が容易
になるような結晶方位を多く含むことを特徴とする請求
項９乃至１２のいずれか一項に記載の化合物半導体装
置。 - 【請求項１４】 前記化合物半導体の第１の成長工程の
最終エピタキシャル結晶はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜
Ｘ＜１ｏｒ＝１）であることを特徴とする請求項９乃至
１３のいずれか一項に記載の化合物半導体装置。 - 【請求項１５】 化合物半導体基板上にエピタキシャル
成長してなる分布帰還型半導体レーザ構造において、第
１の成長を行う工程と、一度該第１の成長を中断する中
断工程と、該中断工程の後に第２の成長を行う工程とを
少なくとも含む製造方法で製造され、前記第１の成長工
程で形成された最終エピタキシャル結晶表面に複数種の
微細凹凸形状が形成され、該複数の微細凹凸形状に注入
する電流を独立に制御できる様に形成され、該凹凸形状
は一定周期の回折格子であり、更に前記複数種の微細凹
凸形状のうち少なくとも１部分は、使用する光の波長に
対して回折効果を与えない程度に浅いことを特徴とする
分布帰還型半導体レーザ構造。 - 【請求項１６】 化合物半導体基板上にエピタキシャル
成長してなる分布反射型半導体レーザ構造において、第
１の成長を行う工程と、一度該第１の成長を中断する中
断工程と、該中断工程の後に第２の成長を行う工程とを
少なくとも含む製造方法で製造され、前記第１の成長工
程で形成された最終エピタキシャル結晶表面に複数種の
微細凹凸形状が形成され、該複数の微細凹凸形状に注入
する電流を独立に制御できる様に形成され、該凹凸形状
は一定周期の回折格子であり、更に前記複数種の微細凹
凸形状のうち少なくとも１部分は、使用する光の波長に
対して回折効果を与えない程度に浅いことを特徴とする
分布反射型半導体レーザ構造。 - 【請求項１７】 前記最終エピタキシャル結晶はＡｌｘ
Ｇａ１−ｘＡｓ（０＜Ｘ＜１ｏｒ＝１）であることを特
徴とする請求項１５記載の分布帰還型半導体レーザ構
造。 - 【請求項１８】 前記最終エピタキシャル結晶はＡｌｘ
Ｇａ１−ｘＡｓ（０＜Ｘ＜１ｏｒ＝１）であることを特
徴とする請求項１６記載の分布反射型半導体レーザ構
造。 - 【請求項１９】 化合物半導体基板上にエピタキシャル
成長してなる装置の製造方法において、第１の成長工程
と、一度成長を中断し成長炉から外部に出す工程と、再
度成長炉に投入し第２の成長を行う工程とを少なくとも
含み、前記一度成長を中断し成長炉から外部に取り出す
工程が、前記第１の成長工程の最終エピタキシャル結晶
表面にフォトリソグラフィ工程とエッチング工程からな
る微細凹凸形状を形成する工程を含み、該微細凹凸形状
は複数の異なるものが同一領域に重ね合わされて構成さ
れ、更に前記微細凹凸形状のうち少なくとも１つは、使
用する光の波長に対して回折効果を与えない程度に浅い
ことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。 - 【請求項２０】 化合物半導体基板上にエピタキシャル
成長してなる装置の製造方法において、第１の成長工程
と、一度成長を中断し成長炉から外部に出す工程と、再
度成長炉に投入し第２の成長を行う工程とを少なくとも
含み、前記一度成長を中断し成長炉から外部に取り出す
工程が、前記第１の成長工程の最終エピタキシャル結晶
表面にフォトリソグラフィ工程とエッチング工程からな
る微細凹凸形状を形成する工程を含み、該微細凹凸形状
は複数の異なるものが同一領域に重ね合わされて構成さ
れ、更に前記微細凹凸形状のうち少なくとも１つは、使
用する光の波長に対して回折効果を与えない様に微細凹
凸形状の配列方向が光の進行方向に対して垂直となるよ
うに形成されていることを特徴とする化合物半導体装置
の製造方法。 - 【請求項２１】 前記微細凹凸形状のうち少なくとも１
つは、該最終エピタキシャル層の面方位と異なり前記第
２の成長が容易になるような結晶方位を多く含むことを
特徴とする請求項１９又は２０に記載の化合物半導体装
置の製造方法。 - 【請求項２２】 前記化合物半導体の第１の成長工程の
最終エピタキシャル結晶はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜
Ｘ＜１ｏｒ＝１）であることを特徴とする請求項１９又
は２０に記載の化合物半導体装置の製造方法。 - 【請求項２３】 化合物半導体基板上にエピタキシャル
成長してなり、第１の成長工程と、一度成長を中断し成
長炉から外部に出す工程と、再度成長炉に投入し第２の
成長を行う工程とを少なくとも含み、前記一度成長を中
断し成長炉から外部に取り出す工程が、前記第１の成長
工程の最終エピタキシャル結晶表面にフォトリソグラフ
ィ工程とエッチング工程からなる凹凸形状を形成する工
程を含む化合物半導体装置の製造方法において、前記半
導体装置は光を導波する導波路を有し、前記凹凸形状
は、前記導波路を導波する光に回折効果を与える周期的
構造としての回折格子と、前記導波する光の波長に対し
て回折効果を与えない微細凹凸構造とが同一領域に重ね
合わされて構成され、更に前記回折格子の周期が導波す
る光の波長の１０倍以上であり、前記微細凹凸形状の周
期が導波する光の波長以下であることを特徴とする化合
物半導体装置の製造方法。 - 【請求項２４】 前記導波路がエピタキシャル層の層方
向に或る結合度をもって複数積層されており、該導波路
のいずれかの近傍に、前記回折格子及び微細凹凸形状が
重ね合わされて備えられ、複数の導波路間の結合に波長
選択性を持たせるとともに、その選択波長を変化できる
ように電極を形成することを特徴とする請求項２３記載
の化合物半導体装置の製造方法。 - 【請求項２５】 化合物半導体基板上にエピタキシャル
成長してなる装置において、第１の成長工程と、一度成
長を中断し成長炉から外部に出す工程と、再度成長炉に
投入し第２の成長を行う工程とを少なくとも含み、前記
一度成長を中断し成長炉から外部に取り出す工程が、前
記第１の成長工程の最終エピタキシャル結晶表面にフォ
トリソグラフィ工程とエッチング工程からなる微細凹凸
形状を形成する工程を含む製造方法で形成され、該微細
凹凸形状は複数の異なるものが同一領域に重ね合わされ
て構成され、更に前記微細凹凸形状のうち少なくとも１
つは、使用する光の波長に対して回折効果を与えない程
度に浅いことを特徴とする化合物半導体装置。 - 【請求項２６】 化合物半導体基板上にエピタキシャル
成長してなる装置において、第１の成長工程と、一度成
長を中断し成長炉から外部に出す工程と、再度成長炉に
投入し第２の成長を行う工程とを少なくとも含み、前記
一度成長を中断し成長炉から外部に取り出す工程が、前
記第１の成長工程の最終エピタキシャル結晶表面にフォ
トリソグラフィ工程とエッチング工程からなる微細凹凸
形状を形成する工程を含む製造方法で形成され、該微細
凹凸形状は複数の異なるものが同一領域に重ね合わされ
て構成され、更に前記微細凹凸形状のうち少なくとも１
つは、使用する光の波長に対して回折効果を与えない様
に微細凹凸形状の配列方向が光の進行方向に対して垂直
となるように形成されていることを特徴とする化合物半
導体装置。 - 【請求項２７】 前記微細凹凸形状のうち少なくとも１
つは、該最終エピタキシャル層の面方位と異なり前記第
２の成長が容易になるような結晶方位を多く含むことを
特徴とする請求項２５又は２６に記載の化合物半導体装
置。 - 【請求項２８】 前記化合物半導体の第１の成長工程の
最終エピタキシャル結晶はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜
Ｘ＜１ｏｒ＝１）であることを特徴とする請求項２５又
は２６に記載の化合物半導体装置。 - 【請求項２９】 化合物半導体基板上にエピタキシャル
成長してなり、第１の成長工程と、一度成長を中断し成
長炉から外部に出す工程と、再度成長炉に投入し第２の
成長を行う工程とを少なくとも含み、前記一度成長を中
断し成長炉から外部に取り出す工程が、前記第１の成長
工程の最終エピタキシャル結晶表面にフォトリソグラフ
ィ工程とエッチング工程からなる凹凸形状を形成する工
程を含む製造方法で形成された化合物半導体装置におい
て、前記半導体装置は光を導波する導波路を有し、前記
凹凸形状は、前記導波路を導波する光に回折効果を与え
る周期的構造としての回折格子と、前記導波する光の波
長に対して回折効果を与えない微細凹凸構造とが同一領
域に重ね合わされて構成され、更に前記回折格子の周期
が導波する光の波長の１０倍以上であり、前記微細凹凸
形状の周期が導波する光の波長以下であることを特徴と
する化合物半導体装置。 - 【請求項３０】 前記導波路がエピタキシャル層の層方
向に或る結合度をもって複数積層されており、該導波路
のいずれかの近傍に、前記回折格子及び微細凹凸形状が
重ね合わされて備えられ、複数の導波路間の結合に波長
選択性を持たせるとともに、その選択波長を変化できる
ように電極を形成することを特徴とする請求項２９記載
の化合物半導体装置。
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