JP4137407B2

JP4137407B2 - 光半導体装置の製造方法

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Publication number: JP4137407B2
Application number: JP2001150731A
Authority: JP
Inventors: 真二佐々木; 博昭上原; 浩徳柳澤; 佳秋加藤
Original assignee: 日本オプネクスト株式会社
Priority date: 2001-05-21
Filing date: 2001-05-21
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2021-05-21
Also published as: JP2002343727A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体結晶成長技術に係わり、例えば、半導体レーザの製造技術に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
波長多重伝送光通信システムの光源として変調器集積半導体レーザが使用されている。変調器集積半導体レーザについては、例えば、工業調査会発行「電子材料」1999年11月号、Ｐ22〜Ｐ26に記載されている。同文献には、量子井戸構造は量子井戸に電界を加えると量子閉じ込めシュタルク効果が発生すること、この量子閉じ込めシュタルク効果を利用した光変調器は導波路単位長さ当たりの消光比（ＯＮ時とＯＦＦ時の光透過量の比）が高いことが記載されている。また、素子製造において、ｎ型ＩｎＰ基板上にＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ）法により、ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸活性層と吸収層を形成する旨記載されている。また、変調器集積半導体レーザの伝送特性を劣化させる波長チャープを低減するためには、変調器のバンドギャップの最適化が重要である旨記載されている。
【０００３】
ＭＯＣＶＤ装置としては、例えば、ＧａＡｓ系ＭＯＣＶＤ装置が知られている。このＧａＡｓ系ＭＯＣＶＤ装置（２号機）については、インターネット、ホームページ、http://qdot.iis.u-tokyo.ac.jp/setsubi/mo2.htmlに開示されている。
【０００４】
また、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法で結晶成長（エピタキシャル成長：Epitaxial growth）を行う際、半導体基板（ウエハ）を平坦なサセプタ上にセットしてＭＯＣＶＤを行う技術については、コロナ社発行「III-Ｖ族半導体混晶（フォトニクスシリーズ６）、P138〜P140に記載されている。
【０００５】
また、特開平7-58040 号公報には、半導体ウエハの変形を少なくし、均一に加熱することができる気相成長装置用サセプタが開示されている。このサセプタは、半導体ウエハの平面部を支持する円形座ぐり部を有する気相成長装置用サセプタにおいて、前記円形座ぐり部に同心する一つの円環状凸部を有し、前記円環状凸部の内側に断面が凹状部となる内側凹状部を設け、外側に断面が凹状部となる外側凹状部を設けられている。外側凹状部の深さは内側凹状部の１．２〜２．０倍である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
半導体デバイスの製造における結晶成長技術はデバイス性能を左右する重要な技術である。結晶成長を行う装置の一つとしてＭＯＣＶＤ装置が知られている。従来のＭＯＣＶＤ装置では、ウエハと呼称される面積の大きな半導体の基板の表面（主面）に結晶を成長させる場合、ウエハを平坦なサセプタ上に載置して行っている。
【０００７】
本出願人においても化合物半導体層の形成にはＭＯＣＶＤ装置を多用している。例えば、光デバイスの製造において、従来の平坦なサセプタを用いるＭＯＣＶＤ法で結晶を成長させた場合、ウエハの周辺部分では組成が変わって格子定数が小さくなり波長が短波長化することが分かった。
【０００８】
この組成の変化は、例えば、ファブリペローレーザダイオード（ＦＰＬＤ：Fabry-Perot laser diode ）の場合には発振波長の変化となり、分布帰還型レーザダイオード（ＤＦＢＬＤ：Distributed feedback laser diode）の場合にはデチューニング量不均一による動特性低下となり、電界吸収型（ＥＡ：Electro Absorpution ）変調器を有するＤＦＢレーザダイオード（ＥＡ−ＤＦＢＬＤ）では消光比と光出力のトレードオフ関係に余裕が少なくなり歩留り低下を引き起こす。そして、これらの現象はいずれも半導体レーザ素子の製造歩留り低下を引き起こすことになる。
【０００９】
そこで、本発明者等はウエハの周縁での結晶組成の変化は、ＭＯＣＶＤによる熱に起因する結晶成長の違いであると認識し、ウエハを載置するサセプタの構造について分析検討した結果本発明をなした。
【００１０】
本発明の目的は、基板の周縁においても中央部分と同様に均質な結晶成長が行える結晶成長方法を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、基板の周縁においても中央部分と同様に均質な結晶成長が行える結晶成長装置を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、高歩留りでかつ特性が安定する半導体デバイスの製造方法を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、高歩留りでかつ特性が安定する光デバイスの製造方法を提供することにある。
【００１４】
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【００１６】
（１）半導体基板（ウエハ）の主面側に部分的に回折格子を形成するとともに、１回の活性層形成を含む１乃至複数回の半導体層形成と１乃至複数回の加工の組み合わせ処理を行い、その後所定部に電極形成を行って半導体レーザ（ＤＦＢＬＤ）を含む光デバイス構造を複数列形成する工程と、
前記半導体基板を前記列に直交する方向に沿って所定間隔に劈開して複数の短冊体を形成する工程と、
前記短冊体の両端面にそれぞれ所定の反射膜を形成する工程と、
前記短冊体を各光デバイス構造ごとに分割する工程とを有する光デバイスの製造方法であって、
前記半導体層を形成する工程では、
前記半導体基板の周縁に沿いかつ前記周縁に対応して延在する所定の幅を有する溝が上面（主面）に形成されたサセプタを前記処理空間内に配置した後、前記半導体基板の周縁が前記サセプタに接触することなく前記溝上に位置するように前記半導体基板を前記サセプタの上面上に載置させ、かつ前記半導体基板を囲むようにドーナツ状のダミー基板を配置し、
前記処理空間の温度、真空度、処理ガス供給量を含む各種処理条件を設定し、その後前記処理空間内に所定のガスを供給して前記サセプタを回転させながら前記半導体基板の主面に多層の半導体層を形成することを特徴とする。
【００１７】
前記半導体レーザの活性層を多重量子井戸（ＭＱＷ：multi-quantum well）構造に形成する。前記半導体層として、アルシンやホスフィンを含むガスを用いてＩｎＧａＡｓＰ層、ＩｎＧａＡｓ層及びＩｎＰ層を形成して発振波長が１．５５μｍ帯の半導体レーザを形成する。前記半導体基板に半導体レーザを制御する制御用光デバイス構造を作り込む。制御用光デバイス構造は、例えば変調器，増幅器、減衰器等であり、この例では制御用光デバイス構造として変調器部を作り込む。前記溝の深さは０．４〜０．５ｍｍ前後程度とし、前記半導体基板の周縁の前記溝上への突出長さは零よりも大きく１０ｍｍよりも小さい。
【００１８】
このような光デバイス製造において結晶層を形成する結晶成長装置は以下の構成になっている。
【００１９】
結晶成長を行う処理空間と、前記処理空間内に配置され回転制御されるステージと、前記ステージ上に載置され被処理物を載置するサセプタと、前記処理空間の温度、真空度、処理ガス供給量を含む各種処理条件を設定する処理雰囲気制御装置群とを有する結晶成長装置であって、
前記基板の周縁部分の加熱温度をその内側の領域の加熱温度よりも低い温度状態に設定できる温度制御手段を有する。具体的には、前記被処理物を周縁が前記サセプタに接触することなく載置できるように前記サセプタの上面（主面）には前記被処理物の周縁に沿いかつ前記周縁に対応して延在する所定幅の溝が設けられている。前記溝の深さは０．４〜０．５ｍｍ前後程度である。前記基板の周縁の前記溝上への突出長さは零よりも大きく１０ｍｍよりも小さい。
【００２０】
前記（１）の手段によれば、（ａ）活性層（多重量子井戸構造）形成において、半導体基板（ウエハ）の周縁に対応する溝を有するサセプタが使用されるため、ウエハの周縁はサセプタに直接接触しない。この結果、ウエハの周縁はその内側のサセプタに直接接触する部分に比較して温度が上昇せず、半導体層の組成が変化し難くなり、ウエハの略全域において均質な半導体層を形成することができる。従って、この半導体層を使用して製造した半導体レーザを含む光デバイスの製造において、ウエハの外周近傍まで光デバイスを製造することができ、取得数増大によって光デバイスのコスト低減を図ることができる。
【００２１】
（ｂ）ＩｎＧａＡｓＰ系結晶では、その製造時、原料のＡｓＨ_３とＰＨ_３の熱分解効率の差が成長温度付近で大きい。従って、ウエハ全体がサセプタに接触する構成では、ウエハ周辺はその内側の部分に比較して高温となり、中央に比べてＰの組成が大となり、組成波長が短く格子定数が小さくなる。しかし、本発明によれば、ウエハの周縁は溝が存在するため直接サセプタに接触しないとともに、溝の深さや幅が適正化されているため、ウエハの周縁は適度に加熱され、ウエハ全域は均一な温度となる。この結果、ＩｎＧａＡｓＰ系の均質な半導体層を形成することができる。
【００２２】
（ｃ）光デバイスがＤＦＢＬＤの場合には、発振波長の均一化はデチューニング量均一に結び付き動特性が改善され歩留りが向上する。
【００２３】
（ｄ）光デバイスが変調器集積半導体レーザ（ＤＦＢＬＤ）である場合には、発振波長の均一化は消光比と光出力のトレードオフ関係に余裕を生じさせ、歩留り向上を図ることができる。
【００２４】
（ｅ）上記（ｃ）により、１．５μｍ帯の半導体レーザを含む光デバイスを高精度かつ高歩留りで製造することができる。
【００２５】
（ｆ）結晶成長装置においては、被処理物を載置するサセプタの表面には前記被処理物に対応して溝が設けられている。この溝は、例えば、被処理物が半導体基板（ウエハ）である場合、ウエハの周縁に沿いかつ前記周縁に対応し、かつウエハの周縁がサセプタに直接接触しないような幅に形成されている。また、この溝の深さと幅は、ウエハの周縁の温度がその内側のサセプタに直接接触する部分の温度と同じ温度となるように設定されている。従って、ウエハの全域に均質均一な半導体層を形成することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００２７】
（実施形態１）
本実施形態１では、先ず最初に図１乃至図１５を参照しながら半導体基板（ウエハ）の表面（主面）に半導体層を形成する結晶成長方法と結晶成長装置について説明する。その後、半導体レーザ素子（半導体レーザ）の製造方法と、その半導体レーザ素子を組み込んだ半導体レーザモジュールの製造方法について説明する。
【００２８】
図２は本発明の一実施形態（実施形態１）である結晶成長方法において使用する結晶成長装置（ＭＯＣＶＤ装置）の概略を示す模式図である。
【００２９】
図２のＭＯＣＶＤ装置は横型であり、結晶成長を行う処理空間を形成するチャンバー１と、このチャンバー１内に配置され被処理物を載置するステージを有するステージ部２と、前記ステージ部２に対する被処理物のローダ・アンローダを行うローダ・アンローダ装置３とを有している。被処理物としては、ここでは半導体基板（ウエハ）５について説明する。
【００３０】
ローダ・アンローダ装置３のアーム４の先端上にはウエハ５が保持されるようになり、このローダ・アンローダ装置３によってチャンバー１にウエハ５がローディングされ、かつチャンバー１からウエハ５がアンローディングされる。即ち、チャンバー１には予備室７が接続されている。チャンバー１と予備室７との間にはゲートバルブのオン・オフによって開閉するゲート６が設けられている。
【００３１】
ウエハのローディング・アンローディングを行う際、アーム４の先端は予備室７内に入れられ、予備室７は気密状態にされる。その後、予備室７は所定の雰囲気に設定され、ついでゲートバルブ６が開かれ、アーム４が前進してステージ上にウエハ５が供給される。また、ウエハのアンローディングを行う際はアーム４の先端にウエハを保持してウエハをチャンバー１の外に運び出す。本実施形態１ではウエハは図１に示すようなサセプタ９の上面（主面）上に載置されて取り扱われる。
【００３２】
サセプタ９は、図１に示すように、円形のウエハ５の周縁に対応する溝１０を有している。この溝１０はウエハ５の周縁が直接サセプタ９に接触しないように所定の溝幅ｃとなるとともに、所定の深さｂとなっている。また、溝内周面からウエハ５は所定長さ突出（突出長さａ）するようになっている。従って、ウエハの直径が異なるごとにサセプタも異なる。図１に二点鎖線で示すように、ウエハ５の外周にはウエハの方向性を示す直線縁からなるオリエンテーション・フラット面（ＯＦ）１１が設けられている。従って、このＯＦ１１に沿って溝１０が設けられている。一例を挙げるならば、溝１０の深さｂは０．４〜０．５ｍｍ前後程度であり、ウエハ５の溝内周面からの突出長さａは零よりも大きく１０ｍｍよりも小さい。また、溝幅ｃは５〜１６ｍｍ程度である。
【００３３】
また、ウエハ５の外側にはウエハ５を囲むようにドーナツ状のダミーウエハ８が配置される。ダミーウエハ８の内周面とウエハ５の外周面との間には、例えば、０〜２ｍｍ程度のクリアランスが発生するようになる。
【００３４】
サセプタ９は、例えば、カーボンで形成されている。そして、本実施形態ではウエハ５としてＩｎＰの半導体基板がサセプタ９上に載置される。また、ダミーウエハ８もウエハ５と同じくＩｎＰである。特に限定はされないが、ウエハ５は２インチ直径で厚さ４５０μｍ、ダミーウエハ８は３インチ直径で厚さ６００μｍである。
【００３５】
ステージ部２の図示しないステージはチャンバー１の外側に配置されるモータ１２によって回転する構成になっている。従って、処理中サセプタ９は回転し、ウエハ５の主面には均一に気相化学成長が行われるようになっている。
【００３６】
また、ＭＯＣＶＤ装置は、チャンバー１内の処理空間の温度、真空度、処理ガス供給量を含む各種処理条件を設定する処理雰囲気制御装置群を有している。処理雰囲気制御装置としては、例えば、チャンバー１内の温度を制御する温度制御システム、チャンバー１内の真空度を制御する真空排気システム、チャンバー１内に所定のガスを供給するガス供給システムである。
【００３７】
温度制御システムは、チャンバー１の外壁を囲むように巻かれる高周波コイル１３ａと、この高周波コイル１３ａを制御する図示しない制御部とからなる。また、チャンバー１の壁は二重壁構造となるとともに、この二重壁内の空間と連通するように設けられた供給口１３ｂ及び排出口１３ｃが設けられている。そして、前記供給口１３ｂから冷却水１３ｄが供給されてチャンバー壁内を冷却する。温度が上昇した排水１３ｅは排出口１３ｃから排出される。
【００３８】
真空排気システムは、チャンバー１に接続される排気管１４ａと、この排気管１４ａに順次接続されるフィルタ１４ｂ、真空ポンプ１４ｃ、除外装置１４ｄとで構成されている。図示しない制御部による制御によって真空ポンプ１４ｃが動作することによってチャンバー１内の処理空間は所定の真空度になる。
【００３９】
ガス供給システムはチャンバー１に接続される管路１５ａを有している。この管路１５ａはチャンバー１との接続部分では１本となるが、供給側では複数に分岐している。１本の管路１５ｘでは、水素（Ｈ_２）ガスが供給される。この水素ガスは精製器１５ｂを通過して精製された後３本の管路１５ａに分岐され、また管路１５ａに合流される。その分岐された３本のうち１本はトリメチルインジウム（ＴＭＩ）が収容されたシリンダ１５ｆに繋がり、ＴＭＩを供給する構成になる。他の１本ではトリエチルガリウム（ＴＥＧ）が収容されたシリンダ１５ｇに繋がり、ＴＥＧを供給する構成になっている。また、精製器１５ｂ側の３本の分岐管路１５ａには流量制御装置（ＭＦＣ）１５ｃ〜１５ｅが取り付けられている。
【００４０】
また、他の管路１５ｙはアルシン（ＡｓＨ_３）が充填されたボンベ１５ｊに接続され、ＭＦＣ１５ｍを介して管路１５ａに接続されている。また、他の管路１５ｚはホスフィン（ＰＨ_３）が充填されたボンベ１５ｋに接続され、ＭＦＣ１５ｎを介して管路１５ａに接続されている。
【００４１】
なお、本明細書中では、基板であるウエハを支持する支持部をサセプタと呼称する。図２に示すステージ部２はその上面側に回転するステージを有し、このステージ上にサセプタが載る構造となっている。また、基板を回転させないこの種装置では、基板を載置する部分を単にサセプタとも呼称する場合がある。
【００４２】
前述のＭＯＣＶＤ装置を用いてウエハ５の主面に半導体層を形成する場合、例えば、図３に示すように、変調器集積半導体レーザの製造における活性層を含む多層の結晶層（半導体層）を形成した場合、ウエハの全域に亘って良好な半導体層が形成できる。
【００４３】
即ち、図１に示すように、サセプタ９上にＩｎＰからなる半導体基板（ウエハ）５を載置するとともに、ウエハ５の外周にダミーウエハ８を配置する。このサセプタ９をチャンバー１内のステージ部２の所定位置に載置し、モータ１２を駆動させてサセプタ９を矢印で示すように回転させる。一方、温度制御システム、真空排気システム及びガス供給システムを動作させてチャンバー１内を所定の温度と所定の真空度に維持しつつ後、所定のガスを送り込み、ウエハ５の主面に半導体層を形成する。この際、サセプタ９は所定の温度となる。従って、サセプタ９に接触する半導体基板部分は伝熱によっても加熱され、また、サセプタ９の溝１０上に位置する半導体基板５の外周縁部分は溝底や溝外周部分のサセプタ部分からの輻射熱でも加熱されることになる。
【００４４】
図３はウエハの一部、即ち、単一の変調器集積半導体レーザが形成されるウエハ部分を示すものである。ＩｎＰからなる半導体基板（ウエハ）５の主面にはあらかじめ回折格子１６を部分的に形成してある。また、選択結晶成長を行うために、ウエハ５の主面には平行に延在する２本の選択成長マスク２３が部分的に形成されている。この選択成長マスク２３は絶縁膜で形成されている。
【００４５】
このウエハ５を図２のＭＯＣＶＤ装置に収容し、チャンバー１内の温度、真空度を適正に保ち、水素ガスをキャリアガスとしてアルシンやホスフィンをチャンバー１内に流し、ウエハ５の主面にＩｎＧａＡｓＰ層、ＩｎＧａＡｓ層、ＩｎＰ層等の半導体層を順次形成する。本実施形態１のウエハ５からは最終的には発振波長が１．５５μｍ帯の変調器集積半導体レーザが形成される。
【００４６】
ＩｎＰからなる半導体基板（ウエハ）５の主面には、図３の部分拡大図に示すように、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰガイド層２４，ＭＱＷ構造からなる活性層２５，ｐ型ＩｎＧａＡｓＰガイド層２６，ｐ型ＩｎＰクラッド層２７及びＩｎＧａＡｓＰキャップ層２８が順次設けられる。ＭＱＷ層はＩｎＧａＡｓＰバリア層とＩｎＧａＡｓウェル層を繰り返し重ねた構造となり、ウェル層が９層となる。また、ウェル層の厚さは約５ｎｍ、バリア層は８ｎｍになっている。
【００４７】
この時点で本発明者は半導体基板（ウエハ）５の中央部分に対して周縁部分の変化がどの程度発生するかを測定した。測定はホトルミネッセンス（ＰＬ）測定法によって行った。即ち、レーザ発振器（出力０．２Ｗ）から出射するレーザ光（Ａｒレーザによる波長が４８８ｎｍのレーザ光）をウエハ５にスポット照射（スポット直径：１〜２ｍｍ）し、そのホトルミネッセンス光を分光器スリット（４ｍｍ）を通して検出器で検出し、図４に示すようなＰＬ波長を得る（中央部の波長を０とした）。検出器としてＰｂＳ受光素子を使用する。このＰｂＳ受光素子は１．０μｍ〜１．６μｍ前後の波長の検出ができる。
【００４８】
ＰＬスキャンは、図４に示すようにウエハ５において右側から中心に向かうスキャン方式（測定点白丸）、左側から中心に向かうスキャン方式（測定点黒丸）、上側から中心に向かうスキャン方式（測定点四角）で行い、それぞれの相対ＰＬ波長を示す。太線は後述する通常用いられサセプタによるもの（通常品）による分布状態を示す。
【００４９】
ここで、相対ＰＬ波長が±５ｍｍ以内の半導体レーザ（製品）をＣグレード品とし、相対ＰＬ波長が±３ｍｍ以内の製品をＢグレード品とし、相対ＰＬ波長が±１ｍｍ以内の製品をＡグレード品とした場合、通常品分布では、相対ＰＬ波長が±５ｎｍ以内となる領域はウエハ（ウエーハ）の中心からウエハの端から６ｍｍ程度（±３ｎｍ以内で８．５ｍｍ程度）に至る領域である。従って、ウエハの端から６ｍｍ程度に至る領域では所定の発振波長を有する半導体レーザの製造はできないことになり、歩留りが低下する。
【００５０】
これに対して、本実施形態１による結晶成長方法によれば、ウエハの端まで、即ちウエハの面内全域で相対ＰＬ波長は±５ｍｍ以内のばらつきになり、ウエハ周縁に近接する部分まで均一波長の半導体レーザを製造することができ、歩留りが格段向上することになる。
【００５１】
相対ＰＬ波長が±３ｍｍ以内のＢグレード品は、通常品分布ではウエハの端から８．５ｍｍ程度の領域では製造できなくなり、当然にしてさらに歩留りが低くなる。この場合本実施形態１によれば、Ｂグレード品であっても製造できない領域はウエハの端から２．５〜３ｍｍ程度の極狭い領域であり、通常のサセプタを使用した場合に比較して大幅に歩留り及び品質を高めることができる。
【００５２】
Ａグレード品に対しても本実施形態１によれば従来に比較して歩留り及び品質を高めることができる。
【００５３】
つぎに、本発明者による実験に用いた２種類のサセプタを用いて結晶成長を行った場合の相対ＰＬ波長分布について説明する。図５は実験による２種類のサセプタ、通常のサセプタ及び本実施形態１によるサセプタを用いた場合の説明図であり、図５（ａ）は本実施形態１によるサセプタを用いた例、図５（ｂ）は第１の実験品サセプタの例、図５（ｃ）は第２の実験品サセプタの例、図５（ｄ）は通常のサセプタの例である。各図において、上段にはサセプタ上に載るウエハの模式的平面図を示し、下段には模式的断面図を示すものである。またウエハの直径はいずれも２インチ（〜５０ｍｍ）のものを使用している。
【００５４】
図５（ａ）は本実施形態１による溝付きサセプタによって結晶成長を行う方法である。サセプタ９の主面にはウエハ５の周縁に対応して溝１０が設けられている。溝１０の深さｂは１．２ｍｍ、溝幅ｃは１１ｍｍ、ドーナツ状の溝１０の内周の直径ｄは３９ｍｍ、ドーナツ状の溝１０の外周の直径ｅは６１ｍｍである。位置ずれ防止用のドーナツ状のダミーウエハ８は３インチＩｎＰウエハで内径は５１．５ｍｍである。溝１０の内周の平坦面部分がウエハ５を密着状態で支持して結晶成長が行われる。従って、本実施形態１の構造のサセプタ９は凸型構造のサセプタとも呼称し、前記ｄを凸型の幅とも呼称する。
【００５５】
図５（ｂ）は第１の実験品サセプタの例であり、石英からなるサセプタ９ｂの主面にウエハ５ｂを載置し、ドーナツ状のカバーウエハ８ｂでウエハ５ｂの外周縁をカバーして結晶成長を行う方法である。ドーナツ状のカバーウエハ８ｂの内周下部は座繰りを設け、この座繰り部分がウエハ５ｂの外周縁を被うようになっている。カバーウエハ８ｂはシリコン製であり、座繰りの底の厚さｈは０．２ｍｍである。また、カバーウエハ８ｂの内径ｊは４８ｍｍである。
【００５６】
図５（ｃ）は第２の実験品サセプタの例であり、カーボン製のサセプタ９ｃである。このサセプタ９ｃはウエハ５ｃの直径よりも大きな平坦な底面を有する窪み１７が設けられている。この窪み１７の直径ｓは５２ｍｍ、深さｔは０．３５ｍｍである。ドーナツ状のダミーウエハ８ｃの内径ｕは４６ｍｍであり、内周縁はウエハ５ｃ上に載る。
【００５７】
図５（ｄ）は通常使用されている石英製のサセプタ９ｄであり、平坦な主面にウエハ５ｄを載置する。そして、ＩｎＰウエハを分割して小片１８としたものを、ウエハ５ｄの周縁に接触するように複数配置したものである。
【００５８】
ウエハは２インチの厚さ４５０μｍのＩｎＰ板であり、ダミーウエハは外径が３インチとなる厚さ６００μｍのドーナツ状のＩｎＰ板である。
【００５９】
図４の相対ＰＬ波長分布を示すグラフは既に説明した本実施形態１（図５（ａ）によるものである。また、同グラフで示す太い線の分布曲線は図５（ｄ）による通常品分布曲線である。
【００６０】
図６の相対ＰＬ波長分布を示すグラフは図５（ｂ）による第１の実験品サセプタによるものである。また、同グラフで示す太い線の分布曲線は図５（ｄ）による通常品分布曲線である。このグラフから分かるように、±５ｍｍ以上のばらつきが発生する領域は、ウエハ端から約９ｍｍの範囲またはウエハ端から約１２ｍｍの範囲となる。この結果、ウエハからの光デバイスの取得数が低くなる。
【００６１】
図７の相対ＰＬ波長分布を示すグラフは図５（ｃ）による第２の実験品サセプタによるものである。また、同グラフで示す太い線の分布曲線は図５（ｄ）による通常品分布曲線である。このグラフから分かるように、±５ｍｍ以上のばらつきが発生する領域は、ウエハ端から約８ｍｍの範囲またはウエハ端から約９ｍｍの範囲となる。この結果、ウエハからの光デバイスの取得数が低くなる。
【００６２】
このことから、本実施形態１の溝１０を有するサセプタ９を使用した結晶成長が品質向上及び歩留り向上を図ることができる。
【００６３】
つぎに、本発明者はＭＱＷ構造の活性層の歪み量（ウェル層とバリア層との歪み）を大きくしたもの（製品Ａ）と、活性層の歪み量を小さくしたもの（製品Ｂ）における相対ＰＬ波長分布の変化を調べた。
【００６４】
歪み量を大きくしたもの（製品Ａ）の場合、ウェル層の厚さを８ｎｍ（ウェル層数を７層）、バリア層の厚さを１０ｎｍ、バリア層組成波長は１．３μｍで、ＭＱＷウェル層の歪み量はリラックス（relax）状態で＋０．６％、ストレイン（strain）状態でおよそ＋１．２％である。
【００６５】
歪み量を小さくしたもの（製品Ｂ）の場合、ウェル層の厚さを７ｎｍ（ウェル層数を６層）、バリア層の厚さを８ｎｍとすると、バリア層組成波長は１．１６μｍで、ＭＱＷウェル層の歪み量は、リラックス状態で＋０．３％とストレイン状態でおよそ＋０．６％である。
【００６６】
ここで、ストレイン（strain）状態とは、下地の基板格子の間隔にａ，ｂ軸が合っていてｃ軸が伸縮している状態（主に薄膜状態）であり、リラックス（relax）状態とは、基板格子間隔から開放され、ａ，ｂ，ｃ軸が合っている状態（主に厚膜状態）である。
【００６７】
図８乃至図１０は、サセプタ９の溝１０の深さｂを、０．２ｍｍ（図８）、０．５ｍｍ（図９）、０．７ｍｍ（図１０）と変えて歪み量を大きくした活性層を形成した例（製品Ａ）における相対ＰＬ波長分布を示すグラフである。凸型の幅はいずれの場合も３９ｍｍである。溝１０の深さｂが、０．５ｍｍ（図９）の場合はウエハ５の周縁近傍まで相対ＰＬ波長のばらつきが小さく、光デバイスの製造に適したものであることがわかる。これに対して、溝１０の深さｂを、０．２ｍｍ（図８）、０．７ｍｍ（図１０）とした場合は、ウエハ周辺での相対ＰＬ波長のばらつきが大きく、使用した場合歩留りが低下することが分かる。
【００６８】
また、図１４は相対ＰＬ波長とサセプタ９の溝１０の深さとの相関を示すグラフであり、ウエハの端から３ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ及び１５ｍｍウエハの中心側に寄った位置での相対ＰＬ波長を示すグラフである。これらのグラフから、例えば、相対ＰＬ波長のばらつきが±５ｍｍ以内とする場合、溝１０の深さｂは０．４ｍｍよりも下側のＡ点から０．５５ｍｍよりも僅か上のＢ点の範囲とすることで、相対ＰＬ波長を±５ｍｍ以内のばらつきとすることができる。従って、製品のグレードによって溝深さを選択使用すればよいことが分かり、溝１０の深さは０．４〜０．５ｍｍ前後程度が適切であることが分かる。
【００６９】
図１１は溝深さｂを０．２ｍｍとし、凸型の幅を３０ｍｍに小さくした例、即ち、溝１０の幅ｃを広くした例である。この例ではウエハの端から４ｍｍ程度内側の領域では相対ＰＬ波長が±５ｍｍ以上となることが分かる。また、４ｍｍ以上内側のばらつきも大きくなる。
【００７０】
図１２及び図１３は歪み量を小さくした活性層を形成した例（製品Ｂ）における相対ＰＬ波長分布を示すグラフである。製品Ｂの分布は、図１０と図１１から分かるように製品ＡのＰＬ分布と等しい。従ってサセプタは共通で使える。
【００７１】
図１５は溝１０内へのウエハ５の周縁の突出長さａと相対ＰＬ波長との相関を示すグラフである。突出長さａ＝０ｍｍであれば、図５（ｄ）と近い状態なので分布は良くなく、突出長さａ＝１０ｍｍは今までの実験の多くがこのウエハ寸法位置からＰＬ波長動き出しているので、これより小さくさせて熱を均一に加える必要があると考える。従って０〜１０ｍｍの間でかつ図１５のグラフを考慮すると深さ０．４５ｍｍでは突出長さ３〜５ｍｍが最適である。
【００７２】
このように、本実施形態１の結晶成長方法では、溝１０を有するサセプタ９を使用することによって、半導体基板（ウエハ）５の周縁部分の温度をその内側の領域の温度よりも低い温度状態に設定できる。このような温度制御手段使用することによってウエハの周縁近傍まで均一なホトルミネッセンス波長を発光する活性層を形成することができ、半導体レーザの歩留り向上を図ることができる。
【００７３】
なお、前記温度制御手段としては、サセプタとダミーウエハ等の位置ずれ防止構造以外に、高周波コイル加熱手段、ランプ加熱手段、レーザ加熱手段等の複数の加熱手段を組み合わせて、半導体基板（ウエハ）の周縁部分の温度をその内側の領域の温度よりも低い温度状態に設定して均質・均一な半導体層を製造するようにしてもよい。
【００７４】
つぎに、図１６乃至図３７を参照しながら本実施形態１に係わる光デバイスの製造方法について説明する。本実施形態１では光デバイスとして半導体レーザ素子の製造方法、特に変調器を集積した分布帰還型半導体レーザ（変調器集積半導体レーザ）の製造方法と、この半導体レーザ素子を組み込んだ半導体レーザモジュールについて説明する。図１６乃至図２９が半導体レーザ素子の製造に係わる図であり、図３０乃至図３７が半導体レーザモジュールの製造に係わる図である。
【００７５】
本実施形態１では、１枚のウエハから変調器を有するＤＦＢ半導体レーザ（変調器集積半導体レーザ）を複数製造する技術について説明する。この変調器集積半導体レーザは、ＩｎＰ基板上に多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の活性層を形成する発振波長が１５５０ｎｍ帯となる波長多重伝送用の光源に好適な半導体レーザである。
【００７６】
半導体レーザ素子（変調器付分布帰還型半導体レーザ素子）２０は、図２９に示すように光導波路方向に沿って半導体レーザ部２１と、変調器部２２とを有する四角形構造となっている。半導体レーザ部２１には発振波長を決定するために光導波路に沿って回折格子１６が設けられている。この回折格子１６は、変調器部２２には設けられていない。
【００７７】
つぎに、このような変調器付分布帰還型半導体レーザ（素子）２０の製造方法について説明する。半導体レーザ素子２０の製造において、説明の便宜上、単一の半導体レーザ素子（半導体レーザチップ）を製造する状態で説明する。
【００７８】
半導体レーザ素子２０は、図１６のフローチャートに示すように、回折格子形成（Ｓ１０１）、選択成長マスク形成（Ｓ１０２）、第一多層成長層形成（Ｓ１０３）、第二多層成長層形成（Ｓ１０４）、メサ形成（Ｓ１０５）、埋め込み成長層形成（Ｓ１０６）、キャップ層除去（Ｓ１０７）、分離溝形成（Ｓ１０８）、絶縁膜形成（Ｓ１０９）、ｐ電極形成（Ｓ１１０）、裏面エッチング（Ｓ１１１）、ｎ電極形成（Ｓ１１２）、劈開（短冊体形成：Ｓ１１３）、反射膜形成（Ｓ１１４）、分断（チップ化：Ｓ１１５）の各工程を経て製造される。
【００７９】
最初に、図１７に示すように、半導体基板（ウエハ）５上に選択的に回折格子１６を形成する（Ｓ１０１）。図１７は単一の半導体レーザ素子を形成する部分を示すものである。以後の説明においてもこのような部分的に半導体基板（ウエハ）５を示すものとする。また、半導体レーザ素子の製造においては、各工程で薄い半導体層を形成する。従って、以降の図面では、各半導体層が薄いこともあって、図を明瞭とするために一部は図を省略することもある。また、各所で符号を省略することもある。
【００８０】
図１７に示すように、半導体基板（ウエハ）５はｎ型ＩｎＰ基板からなり、その表面（主面、図１７では上面）には、半導体レーザ部２１を形成する領域ｆに回折格子１６が形成され、制御用光デバイスである変調器部２２を形成する領域ｇに回折格子は形成されていない。分布帰還型半導体レーザ素子２０となった状態での素子（チップ）の長さは６００μｍ、幅は４００μｍ、厚さは１００μｍとなる。そして、チップの長さ方向に延在する前記領域ｆの長さＬｆは４００μｍ、領域ｇの長さＬｇは１６０μｍ、領域ｆと領域ｇの間の分離溝（図２３参照）は４０μｍとなる。
【００８１】
つぎに、図１８に示すように、半導体基板５の中央に沿って回折格子１６に交差（直交）するように幅が同一となる２本の絶縁膜からなる選択成長マスク２３が形成される（Ｓ１０２）。この選択成長マスク２３は、例えば、ＳｉＯ_２膜とＰＳＧ（リンシリケートガラス）膜による積層膜となる。
【００８２】
つぎに、前記選択成長マスク２３を使用して、例えば、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法による選択成長法によって第一多層成長層が形成される（Ｓ１０３）。第一多層成長層形成によって、図１９の部分拡大図に示すように、半導体基板５の主面上には、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰガイド層２４，ＭＱＷ（多重量子井戸）構造からなる活性層２５，ｐ型ＩｎＧａＡｓＰガイド層２６，ｐ型ＩｎＰクラッド層２７及びＩｎＧａＡｓＰキャップ層２８が順次設けられる。ＭＱＷ層はＩｎＧａＡｓＰバリア層とＩｎＧａＡｓウェル層を繰り返し重ねた構造となり、ウェル層が９層となる。また、ウエル層の厚さは約５ｎｍ、バリア層は８ｎｍになっている。
【００８３】
選択成長法では、半導体基板５の主面を覆う選択成長マスク２３の幅や、マスクとマスクの間の目開き幅の違いによって形成される量子井戸の各層の厚さは異なる。従って、マスク幅や目開き幅は適当に選択する。本実施形態１では２本の選択成長マスク２３の目開き幅Ｗは１８μｍ以下、例えば、１８μｍとなっている。
【００８４】
この第一多層成長層の形成は、図２に示すＭＯＣＶＤ装置で行い、かつ図１に示すサセプタ９を用いて行う。
【００８５】
つぎに、前記選択成長マスク２３を除去した後、図２０に示すように、半導体基板５の主面側に第二多層成長層を形成する（Ｓ１０４）。この第二多層成長層の形成も、図２に示すＭＯＣＶＤ装置で行い、かつ図１に示すサセプタ９を用いて行う。第二多層成長層は、ｐ型ＩｎＰ層２９，ｐ型ＩｎＧａＡｓ層３０及び不純物を含まないアンドープのＩｎＰ層（キャップ層）３１とからなる。なお、前記ＩｎＧａＡｓＰキャップ層２８は第二多層成長層形成時最初に除去される。
【００８６】
つぎに、図２１に示すように、半導体基板５の主面にストライプ状に絶縁膜３２を形成した後、この絶縁膜をエッチングマスクとしてメサエッチングを行いストライプ状のメサ３３をチップの略中央に沿って形成する（Ｓ１０５）。エッチングはｎ型ＩｎＧａＡｓＰガイド層２４を越えて半導体基板５の表層まで行われる。メサ３３の最も幅が狭い中段部分の幅は１〜２μｍ程度となる。このメサ３３は光導波路部分を構成することになる。なお、エッチングを行わず、プロトンを打ち込んでストライプ状の光導波路部分を形成してもよい。
【００８７】
つぎに、図２２に示すように、前記メサ３３の両側の窪んだ部分に鉄（Ｆｅ）をドープしたＩｎＰ埋め込み成長層３４を形成する（Ｓ１０６）。このＩｎＰ埋め込み成長層３４の形成も、図２に示すＭＯＣＶＤ装置で行い、かつ図１に示すサセプタ９を用いて行う。
【００８８】
つぎに、図２３に示すように、絶縁膜３２を除去するとともに、ＩｎＰ層（キャップ層）３１を除去する（Ｓ１０７）。その後、領域ｆと領域ｇとの間に幅４０μｍの分離溝３５を形成する（Ｓ１０８）。この分離溝３５はｐ型ＩｎＧａＡｓ層３０を越えてｐ型ＩｎＰ層２９の表層部分にまで到達するように設けられる。この結果、分離溝３５の存在によって、半導体レーザに印加する電流が変調器に印加されず、また変調器に印加する電流が半導体レーザに印加されないようになる。
【００８９】
つぎに、図２４に示すように、半導体基板（ウエハ）５の主面側に選択的に絶縁膜３６を形成する（Ｓ１０９）。絶縁膜３６は領域ｆ及び領域ｇのメサ３３上には設けられないが、領域ｆではチップ端側に設けられ、領域ｇではその両端側には設けられる。
【００９０】
つぎに、図２５に示すように、半導体基板（ウエハ）５の主面側に電極形成層３７が設けられ、その後この電極形成層３７は選択的エッチングによって所定のパターンに形成され、図２６に示すように、ｐ電極が形成される（Ｓ１１０）。前記電極形成層３７は、例えば、下層がＣｒ、上層がＡｕからなる２層構造となっている。エッチングによって、領域ｆには半導体レーザ用のｐ電極３８ａが形成され、領域ｇには変調器用のｐ電極３８ｂが形成される（図２６参照）。これらｐ電極の一部はメサ３３上から外れる部分にワイヤボンディングが可能な面積を有するワイヤボンディング用パッドが形成されている。
【００９１】
つぎに、半導体基板（ウエハ）５は裏面研磨及び裏面エッチングが施され所定の厚さに形成される（Ｓ１１１）。この工程によって半導体基板（ウエハ）５の厚さは１００μｍ程度にされる。
【００９２】
つぎに、図２７に示すように、半導体基板（ウエハ）５の裏面にｎ電極３９が形成される（Ｓ１１２）。このｎ電極３９は、例えば、半導体レーザ及び変調器ともに共通電極となる。ｎ電極３９は、例えば、ＡｕＧｅＮｉ，Ｐｄ，Ａｕを順次積層形成した３層構造となっている。
【００９３】
つぎに、図２８に示すように、半導体基板（ウエハ）５を劈開させて短冊体４０を形成する（Ｓ１１３）。この短冊体の幅Ｌは、６００μｍとなり、分布帰還型半導体レーザ素子の長さとなる。この短冊体４０の両側面にはスパッタ等によって反射膜が形成される（Ｓ１１４）。半導体レーザ部の露出面側には高反射膜４１が形成され、変調器部の露出面側には低反射膜４２が形成される。前記低反射膜４２は、たとえば、反射率が１％以下であり、高反射膜４１は９０％以上である。
【００９４】
つぎに、短冊体４０は所定間隔毎に分断されて、図２９に示すように幅Ｋの分布帰還型半導体レーザ素子２０が製造される。前記幅Ｋは４００μｍである。
【００９５】
このような分布帰還型半導体レーザ素子２０は、所定のパッケージに組み込まれて図３７に示すような半導体レーザモジュール４５となる。つぎに、図３０乃至図３７を参照しながら半導体レーザモジュール４５の製造（組立）について説明する。
【００９６】
半導体レーザモジュール４５は、図３０のフローチャートで示すように、チップ搭載（Ｓ２０１）、支持基板搭載（Ｓ２０２）、ワイヤボンディング（Ｓ２０３）、ファイバ組み込み（Ｓ２０４）、ゲル充填（Ｓ２０５）、真空脱泡処理（Ｓ２０６）、ベーク（Ｓ２０７）、パッケージ化（Ｓ２０８）の各工程を経て製造される。
【００９７】
最初に、光ファイバをガイドするガイド付きのプラスチック製のケース５１（図３２参照）及び前記ケース５１を塞ぐように取り付けられるプラスチック製のキャップ５８（図３６参照）ならびに一面に半導体レーザ素子２０や受光素子を搭載しかつ半導体レーザ素子２０に向かって延在する光ファイバを案内する溝４７を有する支持基板（シリコンプラットフォーム）４８（図３１参照）等を用意する。
【００９８】
シリコンプラットフォーム４８は特に各部の詳細は説明しないが、図３１に示すように、その一面（主面）に所定パターンのメタライズ層が設けられ、一部は搭載部やワイヤを接続するボンディングパッド部、さらには半導体レーザ素子２０等の搭載時の位置決めマーク等を形成している。また、シリコンプラットフォーム４８の主面に設けられた溝４７に交差して排出溝４９が設けられている。この排出溝４９は光ファイバを固定する際流入する接着剤を外部に案内して、接着剤が半導体レーザ素子２０側に流れないようにする役割を果たす。
【００９９】
そこで、図３１に示すように、シリコンプラットフォーム４８のそれぞれ所定の搭載部に、半導体レーザ素子２０や受光素子５０を固定する（Ｓ２０１）。半導体レーザ素子２０及び受光素子５０はともに電極が上面と下面に設けられていることから、この接合構造によって下面の電極はそれぞれ搭載部と電気的に接続されることになる。前記受光素子５０は半導体レーザ素子２０の半導体レーザ部２１から出射する後方レーザ光を受光して、レーザ光強度をモニターする。
【０１００】
つぎに、図３２に示すように、ケース５１のベース板５２に接合材、例えば銀ペーストによって前記シリコンプラットフォーム４８を固定する（Ｓ２０２）。ケース５１は、光ファイバケーブル５３及びこの光ファイバケーブル５３の先端から突出する光ファイバ５４を案内するファイバガイド５１ｂと、前記シリコンプラットフォーム４８を取り付ける箱構造の本体部分５１ａとを有している。また、本体部分５１ａには金属板からなる前記ベース板５２を有するとともに、本体部分５１ａの内外に延在する複数のリード５５を有している。リード５５は本体部分５１ａから突出したつけ根部分で下方に折り曲げられ、いわゆるデュアルインライン形となっている。一部のリード５５の内端は前記ベース板５２の側方に位置し、ワイヤが接続されるパッド部分を構成している。
【０１０１】
つぎに、半導体レーザ素子２０及び受光素子５０の上面電極と、シリコンプラットフォーム４８の配線部分はワイヤで電気的に接続されるとともに、シリコンプラットフォーム４８のパッドとリード５５の内端も導電性のワイヤで電気的に接続される（Ｓ２０３）。ワイヤは図３２において太い線で示すものであり、特に符号は省略する。
【０１０２】
つぎに、図３３に示すようにファイバ組み込みが行われる（Ｓ２０４）。光ファイバケーブル５３の先端は所定長さ被覆材が除去され、いずれも石英で形成されるコアとこのコアを被うクラッド（直径１２５μｍ）からなる光ファイバ５４が突出している。また、クラッドの表面はメタライズ層で被われている。そこで、この光ファイバ５４部分と光ファイバケーブル５３部分を本体部分５１ａの溝５６に嵌合させて図示しない接合材を使用して固定する。
【０１０３】
この固定に先立って、光ファイバ５４の先端は、図３１に示すシリコンプラットフォーム４８の溝４７に嵌め込まれ、かつシリコンプラットフォーム４８に搭載された半導体レーザ素子２０の変調器部２２側の端のレーザ光出射部分に対面するように位置決め配置されて固定される。例えば、実際に半導体レーザ素子２０を駆動させ、半導体レーザ素子２０から出射されるレーザ光の光ファイバ５４での取り込み量が最大になる状態で光ファイバ５４の固定がなされる。図３４は半導体レーザ素子２０と光ファイバ５４の先端との位置関係を示す模式図である。光ファイバ５４の先端面と半導体レーザ素子２０の出射面との距離Ｑは５０μｍ程度になる。
【０１０４】
つぎに、図３５に示すように、本体部分５１ａにシリコーンゲル５７を充填し（Ｓ２０５）、その後真空脱泡処理を行い（Ｓ２０６）、シリコーンゲル５７内に含まれる気泡（ボイド）の除去を行う。その後、ベークしてシリコーンゲル５７の硬化処理を行う（Ｓ２０７）。これにより、耐湿性が良好になる。
【０１０５】
つぎに、図３６に示すように、ケース５１にキャップ５８を被せ、図示しない接合材によってキャップ５８をケース５１に固定し、図３７に示すようなパッケージ５９を有する半導体レーザモジュール４５を製造する（Ｓ２０８）。キャップ５８はケース５１と同様な外観形状になっている。
【０１０６】
これにより１枚の半導体基板（ウエハ）５から多数の分布帰還型半導体レーザ素子２０を製造することができるとともに、これら分布帰還型半導体レーザ素子２０を所定のパッケージに組み込むことによって図３７に示すような半導体レーザモジュール４５を複数製造することができる。
【０１０７】
本実施形態１によれば、以下の効果を奏する。
（１）活性層（多重量子井戸構造）２５形成において、半導体基板（ウエハ）５の周縁に対応する溝１０を有するサセプタ９が使用されるため、ウエハ５の周縁はサセプタに直接接触しない。この結果、ウエハ５の周縁はその内側のサセプタ部分に直接接触する部分に比較して温度が上昇せず、半導体層の組成が変化し難くなり、ウエハ５の略全域において均質な半導体層を形成することができる。従って、このような結晶成長を行なって製造する半導体レーザを含む光デバイスの製造において、ウエハの外周近傍まで光デバイスの製造に使用することができることになり、歩留り向上、コスト低減を図ることができる。
【０１０８】
（２）ＩｎＧａＡｓＰ系結晶では、その製造時、原料のＡｓＨ_３とＰＨ_３の熱分解効率の差が成長温度付近で大きい。従って、ウエハ全体がサセプタに接触する構成では、ウエハ周辺はその内側の部分に比較して高温となり、中央に比べてＰの組成が大となり、組成波長が短く格子定数が小さくなる。しかし、本発明によれば、ウエハ５の周縁は溝１０が存在するため直接サセプタ９に接触しないとともに、溝１０の深さや幅が適正化されているため、ウエハ５の周縁は適度に加熱され、ウエハ全域は均一な温度となる。この結果、ＩｎＧａＡｓＰ系の均質な半導体層を形成することができる。従って、発振波長が均一化された分布帰還型半導体レーザ素子２０を製造することができる。
【０１０９】
（３）ＤＦＢＬＤの場合には、発振波長の均一化はデチューニング量均一に結び付き動特性が改善され歩留りが向上する。
【０１１０】
（４）変調器集積半導体レーザにおいて、発振波長の均一化は消光比と光出力のトレードオフ関係に余裕を生じさせ、歩留り向上を図ることができる。
【０１１１】
（５）結晶成長装置においては、被処理物を載置するサセプタ９の表面には前記被処理物に対応して溝１０が設けられている。この溝１０は、例えば、被処理物が半導体基板（ウエハ）５である場合、ウエハ５の周縁に対応し、かつウエハ５の周縁がサセプタ９に直接接触しないような幅に形成されている。また、この溝１０の深さと幅は、ウエハ５の周縁の温度がその内側のサセプタ９に直接接触する部分の温度と同じ温度となるように設定されている。従って、ウエハ５の全域に均質均一な半導体層を形成することができる。
【０１１２】
（実施形態２）
図３８乃至図４１は本発明の他の実施形態（実施形態２）である光デバイスの製造方法に係わる図である。図３８は結晶成長において使用するサセプタとウエハを示す模式的平面図、図３９は図３８のＥ−Ｅ線に沿う断面図、図４０は図３８のＦ−Ｆ線に沿う断面図、図４１は相対ＰＬ波長と溝内に突出するウエハの周縁の突出長さとの相関を示すグラフである。
【０１１３】
本実施形態２では、図３８に示すように、実施形態１の構成において、ダミーウエハを使用することなく、サセプタ９に設けた爪７０で半導体基板（ウエハ）５の位置決めを行う構成になっている。実施形態１では、サセプタ９の上面（主面）にドーナツ状の溝１０を設け、前記溝１０の内側に半導体基板５を載置し、前記溝１０の外側にダミーウエハ８を載置し、ダミーウエハ８の内周縁で半導体基板５の位置を規定している。
【０１１４】
これに対し、本実施形態２では、図３９及び図４０に示すように、サセプタ９の溝１０の内側の溝内側サセプタ上面９ｇは、溝１０の外側の溝外側サセプタ上面９ｈに比較して低くなるとともに、溝１０の外側のサセプタ部分（外周壁）から部分的に突部が設けられて爪７０が形成されている。この爪７０は、特に限定はされないが、１２０度間隔で３個設けられている。そして、これら複数の爪７０で半導体基板５の位置決めを行う。半導体基板５の外周縁と爪７０の先端との間隔は、例えば、０〜２ｍｍ程度となっている。
【０１１５】
実際の例の一例を挙げるならば、厚さ０．４ｍｍで直径が５０ｍｍの半導体基板５の場合、溝１０の内周直径は４３．５ｍｍ、溝１０の外周直径は６１ｍｍ、溝内側サセプタ上面９ｇからの溝１０の深さは０．４５ｍｍである。
【０１１６】
また、溝外側サセプタ上面９ｈの高さは溝内側サセプタ上面９ｇに載置した半導体基板５の上面の高さと略同じになっている。これは、所定温度となるサセプタ９の溝１０の底部分や溝外側部分からの輻射熱によっても、溝内側サセプタ上面９ｇの縁から突出する半導体基板部分を加熱させるためである。これは、半導体基板５の中央から外周縁に亘って均一に結晶成長を行わせるためである。
【０１１７】
このような構成のサセプタ９を使用して結晶成長を行った場合、図４０のグラフに示すような相対ＰＬ波長の分布状態が得られる。横軸は溝内側サセプタ上面９ｇの直径寸法である。相対ＰＬ波長を±３ｎｍとした場合、Ａなる範囲が好ましい範囲となる。即ち、５０ｍｍ直径の半導体基板５の場合、サセプタ９及び溝１０の寸法を前述のように選択した場合、溝内側サセプタ上面９ｇの直径は、例えば、４２〜４３．５ｍｍ程度が好ましいことになる。
【０１１８】
本実施形態２の場合も実施形態１と同様に均一な結晶成長が行えることになる。本実施形態２では、ダミー基板を使用しない分、作業性が良くなる。
【０１１９】
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない、たとえば、前記実施形態では、回折格子は半導体基板に形成した後、光導波路を形成する多層成長層を形成したが、半導体基板の主面に活性層を含む多層成長層を形成した後、活性層上の半導体層の表面に回折格子を形成する方法にも同様に適用でき同様な効果を有する。
【０１２０】
また、前記実施形態では、半導体レーザを制御する制御用光デバイスとして変調器を組み込んだ例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、制御用光デバイスとしては他に増幅器や減衰器等があるがこれらを組み込んだ半導体レーザにおいても同様に適用できる。
【０１２１】
また、制御用光デバイスを組み込まないファブリペロー型の半導体レーザの製造に適用した場合、発振波長が均一な半導体レーザ素子を１枚のウエハから多数製造することができる。
【０１２２】
また、実施形態では化合物半導体の結晶成長例について説明したが、シリコン（Ｓｉ）等の他の半導体の結晶成長技術にも同様に適用でき、半導体基板（ウエハ）の周縁近傍まで均一で均質な半導体層を形成できる。従って、高品質の半導体デバイスを高歩留りで製造することもでき、半導体デバイスの製造コスト低減も達成することができる。
【０１２３】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【０１２４】
（１）半導体基板（ウエハ）の周縁においても中央部分と同様に均質，均一な結晶成長層を形成する結晶成長技術を提供することができる。
【０１２５】
（２）半導体基板（ウエハ）の周縁近傍まで均質で均一な結晶層を形成できるため、高品質の半導体デバイスを製造することができる。
【０１２６】
（３）１枚の半導体基板（ウエハ）からより多く半導体デバイスを製造することができ、コストの低減を図ることができる。
【０１２７】
（４）１枚の半導体基板（ウエハ）からより多く光デバイスを製造することができ、コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態（実施形態１）である結晶成長方法において使用するサセプタとウエハを示す一部を断面として斜視図である。
【図２】本実施形態１の結晶成長方法において使用する結晶成長装置（ＭＯＣＶＤ装置）の概略を示す模式図である。
【図３】本実施形態１の結晶成長方法によって半導体層が形成されたウエハの一部を示す模式図である。
【図４】本実施形態１の結晶成長方法によって形成された半導体層の相対ＰＬ波長分布を示すグラフである。
【図５】本実施形態１の結晶成長方法において用いるサセプタの構造及び実験による２種類のサセプタと通常のサセプタの構造を示す模式図である。
【図６】前記第１の実験品サセプタを用いて形成した半導体層の相対ＰＬ波長分布を示すグラフである。
【図７】前記第２の実験品サセプタを用いて形成した半導体層の相対ＰＬ波長分布を示すグラフである。
【図８】本実施形態１の構成のサセプタにおいて溝の深さｂを０．２ｍｍにしたもので形成した歪み量が大きい半導体層の相対ＰＬ波長分布を示すグラフである。
【図９】本実施形態１の構成のサセプタにおいて溝の深さｂを０．５ｍｍにしたもので形成した歪み量が大きい半導体層の相対ＰＬ波長分布を示すグラフである。
【図１０】本実施形態１の構成のサセプタにおいて溝の深さｂを０．７ｍｍにしたもので形成した歪み量が大きい半導体層の相対ＰＬ波長分布を示すグラフである。
【図１１】本実施形態１の構成のサセプタにおいて溝の深さｂを０．２ｍｍ、凸型の幅を３０ｍｍにしたもので形成した歪み量が大きい半導体層の相対ＰＬ波長分布を示すグラフである。
【図１２】本実施形態１の構成のサセプタにおいて溝の深さｂを０．２ｍｍ、凸型の幅を３０ｍｍにしたもので形成した歪み量が小さい半導体層の相対ＰＬ波長分布を示すグラフである。
【図１３】本実施形態１の構成のサセプタにおいて溝の深さｂを０．７ｍｍ、凸型の幅を３９ｍｍにしたもので形成した歪み量が小さい半導体層の相対ＰＬ波長分布を示すグラフである。
【図１４】本実施形態１の構成のサセプタにおける相対ＰＬ波長とサセプタの溝の深さとの相関を示すグラフである。
【図１５】本実施形態１の構成のサセプタにおける相対ＰＬ波長と溝内に突出するウエハの周縁の突出長さとの相関を示すグラフである。
【図１６】本実施形態１の半導体レーザ素子の製造方法を示すフローチャートである。
【図１７】本実施形態１の半導体レーザ素子の製造方法において、回折格子を一部に形成した一部の半導体基板の斜視図である。
【図１８】前記半導体レーザ素子の製造方法において、回折格子溝を横切るように２本の選択成長マスクを形成した半導体基板部分の斜視図である。
【図１９】前記半導体レーザ素子の製造方法において、第一多層成長層を形成した半導体基板部分の斜視図である。
【図２０】前記半導体レーザ素子の製造方法において、第二多層成長層を形成した半導体基板部分の斜視図である。
【図２１】前記半導体レーザ素子の製造方法において、メサを形成した半導体基板部分の斜視図である。
【図２２】前記半導体レーザ素子の製造方法において、埋め込み成長層を形成した半導体基板部分の斜視図である。
【図２３】前記半導体レーザ素子の製造方法において、分離溝を形成した半導体基板部分の斜視図である。
【図２４】前記半導体レーザ素子の製造方法において、絶縁膜を形成した半導体基板部分の斜視図である。
【図２５】前記半導体レーザ素子の製造方法において、電極形成層を形成した半導体基板部分の斜視図である。
【図２６】前記半導体レーザ素子の製造方法において、ｐ電極を形成した半導体基板部分の斜視図である。
【図２７】前記半導体レーザ素子の製造方法において、ｎ電極を形成した半導体基板部分の斜視図である。
【図２８】前記半導体レーザ素子の製造方法において、劈開によって形成した短冊体の劈開面に反射膜を形成した半導体基板部分の斜視図である。
【図２９】前記半導体レーザ素子の製造方法において、短冊体を分断して得た半導体レーザ素子の斜視図である。
【図３０】本実施形態１の製法で製造された半導体レーザ素子を組み込んで半導体レーザモジュールを製造する方法を示すフローチャートである。
【図３１】前記半導体レーザモジュールの製造において、チップを搭載した支持基板を示す斜視図である。
【図３２】前記半導体レーザモジュールの製造において、支持基板を搭載し、ワイヤボンディングが終了したケースを示す斜視図である。
【図３３】前記半導体レーザモジュールの製造において、ケースにファイバを組み込む状態を示す模式的斜視図である。
【図３４】前記ファイバ先端と半導体レーザ素子との位置関係を示す模式的平面図である。
【図３５】前記半導体レーザモジュールの製造において、ゲルを充填したケースを示す模式的斜視図である。
【図３６】前記半導体レーザモジュールの製造において、ケースにキャップを取り付ける状態を示す模式的斜視図である。
【図３７】完成した半導体レーザモジュールを示す斜視図である。
【図３８】本発明の他の実施形態（実施形態２）である結晶成長方法において使用するサセプタとウエハを示す模式的平面図である。
【図３９】図３８のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。
【図４０】図３８のＦ−Ｆ線に沿う断面図である。
【図４１】本実施形態２の構成のサセプタにおける相対ＰＬ波長と溝内に突出するウエハの周縁の突出長さとの相関を示すグラフである。
【符号の説明】
１…チャンバー、２…ステージ部、３…ローダ・アンローダ装置、４…アーム、５，５ｂ，５ｃ，５ｄ…半導体基板（ウエハ）、６…ゲート、７…予備室、８，８ｂ，８ｃ，８ｄ…ダミーウエハ、９，９ｂ，９ｃ，９ｄ…サセプタ、９ｇ…溝内側サセプタ上面、９ｈ…溝外側サセプタ上面、１０…溝、１１…オリエンテーション・フラット面（ＯＦ）、１２…モータ、１３…温度制御システム、１３ａ…高周波コイル、１３ｂ…供給口、１３ｃ…排出口、１３ｄ…冷却水、１３ｅ…排水、１４…真空排気システム、１４ａ…排気管、１４ｂ…フィルタ、１４ｃ…真空ポンプ、１４ｄ…除外装置、１５…ガス供給システム、１５ａ，１５ｘ，１５ｙ，１５ｚ…管路、１５ｂ…精製器、１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｍ，１５ｎ…ＭＦＣ、１５ｆ，１５ｇ…シリンダ、１５ｊ，１５ｋ…ボンベ、１６…回折格子、１７…窪み、１８…小片、２０…半導体レーザ素子（変調器付分布帰還型半導体レーザ素子）、２１…半導体レーザ部、２２…変調器部、２３…選択成長マスク、２４…ｎ型ＩｎＧａＡｓＰガイド層、２５…活性層、２６…ｐ型ＩｎＧａＡｓＰガイド層、２７…ｐ型ＩｎＰクラッド層、２８…ＩｎＧａＡｓＰキャップ層、２９…ｐ型ＩｎＰ層、３０…ｐ型ＩｎＧａＡｓ層、３１…アンドープのＩｎＰ層、３２…絶縁膜、３３…メサ、３４…ＩｎＰ埋め込み層、３５…分離溝、３６…絶縁膜、３７…電極形成層、３８ａ，３８ｂ…ｐ電極、３９…ｎ電極、４０…短冊体、４１…高反射膜、４２…低反射膜、４５…半導体レーザモジュール、４７…溝、４８…シリコンプラットフォーム（支持基板）、４９…排出溝、５０…受光素子、５１…ケース、５１ａ…本体部分、５１ｂ…ファイバガイド、５２…ベース板、５３…光ファイバケーブル、５４…光ファイバ、５５…リード、５６…溝、５７…シリコーンゲル、５８…キャップ、５９…パッケージ、７０…爪。

Claims

（ａ）結晶成長装置の処理空間内に配置されるサセプタ上にＩｎＰ基板を載置する工程と、
（ｂ）前記処理空間の温度、真空度、処理ガス供給量を含む各種処理条件を設定する工程と、
（ｃ）ＭＯＣＶＤ法により、前記処理空間内にアルシン及びホスフィンを含むガスを供給して前記ＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓＰのバリア層を有する多重量子井戸活性層を形成する工程と、
を有する光半導体装置の製造方法であって、
前記サセプタは、前記ＩｎＰ基板の周縁に沿いかつ前記周縁に対応して延在する溝を有し、
前記（ｃ）工程は、前記ＩｎＰ基板の周縁が前記サセプタに接触することなく前記溝上に位置するように前記ＩｎＰ基板を前記サセプタ上に載置した状態、前記溝の深さが０．４〜０．５ｍｍ、前記ＩｎＰ基板の周縁の前記溝上への突出長さが零よりも大きく１０ｍｍよりも小さい状態で行うことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
前記溝の外周壁から複数箇所で突出する爪を設け、これら複数の爪の先端で前記ＩｎＰ基板を位置決めすることを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置の製造方法。
前記溝の外側の溝外側サセプタ上面の高さを前記溝の内側の溝内側サセプタ上面よりも高くすることを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置の製造方法。
前記（ｃ）工程は、前記ＩｎＰ基板を回転させながら行うことを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置の製造方法。