JP5108687B2

JP5108687B2 - Optical semiconductor device and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP5108687B2
Application number: JP2008223696A
Authority: JP
Inventors: 理人植竹; 充菅原
Original assignee: Fujitsu Ltd; QD Laser Inc
Current assignee: Fujitsu Ltd; QD Laser Inc
Priority date: 2008-09-01
Filing date: 2008-09-01
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2028-09-01
Also published as: JP2010062202A

Description

本発明は、回折格子を有する光半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an optical semiconductor device having a diffraction grating and a method for manufacturing the same.

例えばＤＦＢ（Distributed Feedback）レーザのように回折格子を有する光半導体装置は、波長選択性が高く、高性能光半導体装置を実現する上で重要である。
このような回折格子を有する光半導体装置の製造方法としては、結晶成長による光半導体装置の層構造の形成を途中で一旦中断し、パターニングとエッチングによって半導体層の表面に回折格子の凹凸を形成した後、その上に他の半導体層を成長させる手法がある。 For example, an optical semiconductor device having a diffraction grating such as a DFB (Distributed Feedback) laser has high wavelength selectivity and is important for realizing a high-performance optical semiconductor device.
As a method of manufacturing an optical semiconductor device having such a diffraction grating, the formation of the layer structure of the optical semiconductor device by crystal growth is temporarily interrupted, and irregularities of the diffraction grating are formed on the surface of the semiconductor layer by patterning and etching. After that, there is a method of growing another semiconductor layer thereon.

ここで、回折格子とレーザ導波路構造を導波する光との結合効率κは、回折格子の凹凸や屈折率差、レーザの活性層からの距離によって決まるため、回折格子の凹凸を構成する溝の深さが製造過程でばらつくと、素子特性もばらついてしまい、歩留まりが著しく低下してしまう。
そこで、回折格子を安定して形成する方法として、回折格子層の下にエッチングストップ層を形成しておき、回折格子層のみを選択的にエッチングし、細線状の回折格子を形成した後、この回折格子が埋め込まれるようにエッチングストップ層と同じ材料からなる埋込層を再成長させることによって、いわゆる埋込型回折格子を形成する方法がある。
Jun-ichi Hashimoto, “GaInNAs DFB Laser with Buried GaAs Grating”, IEEE 20th Internal Semiconductor Laser Conference, P9, 2006, pp.57-58 Here, since the coupling efficiency κ between the diffraction grating and the light guided through the laser waveguide structure is determined by the unevenness of the diffraction grating, the refractive index difference, and the distance from the active layer of the laser, the grooves constituting the unevenness of the diffraction grating If the depth varies in the manufacturing process, the device characteristics also vary, and the yield significantly decreases.
Therefore, as a method of stably forming the diffraction grating, an etching stop layer is formed under the diffraction grating layer, and only the diffraction grating layer is selectively etched to form a thin-line diffraction grating. There is a method of forming a so-called buried type diffraction grating by re-growing a buried layer made of the same material as the etching stop layer so that the diffraction grating is buried.
Jun-ichi Hashimoto, “GaInNAs DFB Laser with Buried GaAs Grating”, IEEE 20th Internal Semiconductor Laser Conference, P9, 2006, pp.57-58

しかしながら、例えば、回折格子層をＧａＡｓ層とし、エッチングストップ層及び埋込層をＩｎＧａＰ層とし、ＧａＡｓのみをエッチングし、ＩｎＧａＰをエッチングしないエッチャントを用いて、ＧａＡｓ回折格子層のみを選択的にエッチングすることで、埋込型回折格子を形成することとすると、回折格子を埋め込む埋込再成長工程を行なう際に、ウェハ表面が、回折格子層を構成するＡｓ系半導体材料と、エッチングストップ層を構成するＰ系半導体材料とが混在した再成長表面となる。 However, for example, the diffraction grating layer is a GaAs layer, the etching stop layer and the buried layer are InGaP layers, only GaAs is etched, and only the GaAs diffraction grating layer is selectively etched using an etchant that does not etch InGaP. Thus, when the buried type diffraction grating is formed, when performing the buried regrowth process for embedding the diffraction grating, the wafer surface constitutes an As-based semiconductor material constituting the diffraction grating layer and an etching stop layer. The regrowth surface is mixed with P-based semiconductor material.

このため、ＩｎＧａＰ層の表面からのＰ抜けを抑制するために、埋込再成長温度までＰ雰囲気で昇温すると、ＧａＡｓ層の表面でＡｓ／Ｐ置換が生じてしまう。この結果、ＧａＡｓ層の表面が荒れてしまう。また、Ａｓ／Ｐ置換を抑制するために昇温時の雰囲気中のＰ圧を下げると、ＩｎＧａＰ層の表面でＰ抜けが発生してしまう。この結果、ＩｎＧａＰ層の表面が荒れてしまう。 For this reason, if the temperature is raised in the P atmosphere up to the burying regrowth temperature in order to suppress P loss from the surface of the InGaP layer, As / P substitution occurs on the surface of the GaAs layer. As a result, the surface of the GaAs layer becomes rough. Further, if the P pressure in the atmosphere at the time of raising the temperature is lowered in order to suppress As / P substitution, P loss occurs on the surface of the InGaP layer. As a result, the surface of the InGaP layer becomes rough.

また、埋込再成長温度までＡｓ雰囲気で昇温すると、ＩｎＧａＰ層の表面でＡｓ／Ｐ置換が生じてしまう。この結果、ＩｎＧａＰ層の表面が荒れてしまう。また、Ａｓ／Ｐ置換を抑制するために昇温時の雰囲気中のＡｓ圧を下げると、ＧａＡｓ層の表面でＡｓ抜けが発生してしまう。この結果、ＧａＡｓ層の表面が荒れてしまう。
このように、荒れている再成長表面に埋込層を成長させると、埋込層に欠陥などが生じ、結晶性が著しく劣化してしまう。この結果、電流注入効率が低下してしまい、信頼性も低下してしまう。 Further, when the temperature is raised in the As atmosphere to the burying regrowth temperature, As / P substitution occurs on the surface of the InGaP layer. As a result, the surface of the InGaP layer becomes rough. Further, if the As pressure in the atmosphere at the time of temperature rise is lowered to suppress As / P substitution, As missing occurs on the surface of the GaAs layer. As a result, the surface of the GaAs layer becomes rough.
As described above, when the buried layer is grown on the rough regrowth surface, defects or the like are generated in the buried layer, and the crystallinity is significantly deteriorated. As a result, the current injection efficiency is lowered and the reliability is also lowered.

そこで、回折格子を形成する半導体層とその下の半導体層とを、異なるＶ族元素を含む半導体材料によって形成する場合に、回折格子を埋め込む層の結晶性を向上させ、これにより、高電流注入効率で、高信頼性の光半導体装置を実現したい。 Therefore, when the semiconductor layer for forming the diffraction grating and the semiconductor layer therebelow are formed of a semiconductor material containing different group V elements, the crystallinity of the layer in which the diffraction grating is embedded is improved, thereby enabling high current injection. We want to realize an efficient and highly reliable optical semiconductor device.

このため、光半導体装置の製造方法は、化合物半導体基板の上方に、第１のＶ族元素を含む第１の化合物半導体層を形成する工程と、第１の化合物半導体層上に、Ｖ族元素として第１のＶ族元素と異なる第２のＶ族元素のみを含む第２の化合物半導体層を形成する工程と、第２の化合物半導体層をパターニングして回折格子を形成する工程と、回折格子をマスクとして前記第１の化合物半導体層を除去して第１の化合物半導体層の下のＶ族元素として第２のＶ族元素のみを含む層を露出させる工程と、第１の化合物半導体層の側面を、Ｖ族元素として第２のＶ族元素のみを含む化合物半導体膜で被覆する工程と、回折格子を、第１のＶ族元素を含む第３の化合物半導体層で埋め込む工程とを備えることを要件とする。 Therefore, a method of manufacturing an optical semiconductor device, the above compound semiconductor substrate, forming a first compound semiconductor layer containing a first group V element, the first compound semiconductor layer, V group element as a step of forming a second compound semiconductor layer including only the first group V element different from the second group V element, a step of patterning the second compound semiconductor layer to form a diffraction grating, a diffraction grating Removing the first compound semiconductor layer using the mask as a mask to expose a layer containing only the second group V element as the group V element under the first compound semiconductor layer; and Covering a side surface with a compound semiconductor film containing only the second group V element as a group V element, and embedding the diffraction grating with a third compound semiconductor layer containing the first group V element. Is a requirement.

また、光半導体装置は、化合物半導体基板の上方に周期的に形成され、第１のＶ族元素を含む第１の化合物半導体層と、第１の化合物半導体層上に形成され、Ｖ族元素として第１のＶ族元素と異なる第２のＶ族元素のみを含む第２の化合物半導体層にパターニングされた回折格子と、第１の化合物半導体層の下のＶ族元素として第２のＶ族元素のみを含む層と、第１の化合物半導体層の側面を被覆し、Ｖ族元素として第２のＶ族元素のみを含む化合物半導体膜と、回折格子を埋め込み、第１のＶ族元素を含む第３の化合物半導体層とを備えることを要件とする。 Further, the optical semiconductor device is periodically formed above the compound semiconductor substrate, formed on the first compound semiconductor layer including the first group V element, the first compound semiconductor layer, and as a group V element. A diffraction grating patterned on a second compound semiconductor layer containing only a second group V element different from the first group V element, and a second group V element as a group V element under the first compound semiconductor layer A layer containing only the first compound semiconductor layer, a compound semiconductor film containing only the second group V element as the group V element, a diffraction grating embedded, and a first group containing the first group V element 3 compound semiconductor layers.

したがって、光半導体装置及びその製造方法によれば、回折格子を形成する半導体層とその下の半導体層とを、異なるＶ族元素を含む半導体材料によって形成する場合に、回折格子を埋め込む層の結晶性を向上させることができ、これにより、高電流注入効率で、高信頼性の光半導体装置を実現することができるという利点がある。 Therefore, according to the optical semiconductor device and the manufacturing method thereof, when the semiconductor layer forming the diffraction grating and the semiconductor layer therebelow are formed of a semiconductor material containing different group V elements, the crystal of the layer in which the diffraction grating is embedded Therefore, there is an advantage that a highly reliable optical semiconductor device can be realized with high current injection efficiency.

以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる光半導体装置及びその製造方法について説明する。
［第１実施形態］
まず、第１実施形態にかかる光半導体装置及びその製造方法について、図１、図２を参照しながら説明する。 Hereinafter, an optical semiconductor device and a manufacturing method thereof according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
First, the optical semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.

本光半導体装置及びその製造方法は、回折格子を形成する半導体層（回折格子層）と回折格子を埋め込む半導体層（エッチングストッパ層及び埋込層）とが異なるＶ族元素によって形成される埋込型回折格子を有する光半導体素子［例えば分布帰還型半導体レーザ（Distributed Feedback Laser；ＤＦＢレーザ）］及びその製造方法に適用することができる。 In this optical semiconductor device and its manufacturing method, a semiconductor layer (diffraction grating layer) forming a diffraction grating and a semiconductor layer (etching stopper layer and buried layer) embedding the diffraction grating are formed of different V group elements. The present invention can be applied to an optical semiconductor device having a diffraction grating (for example, a distributed feedback laser (DFB laser)) and a manufacturing method thereof.

以下、本光半導体装置をＤＦＢレーザに適用した場合を例に挙げて説明する。
最初に、本光半導体装置（ＤＦＢレーザ）の製造方法について、図１、図２を参照しながら説明する。
まず、図１（Ａ）に示すように、例えば（１００）面を主面とするｐ型ＧａＡｓ基板１（化合物半導体基板）上に、例えば分子線エピタキシ法（ＭＢＥ法）によって、ｐ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層２、ｉ型ＧａＡｓ下部光導波層（光ガイド層）３、発光波長が１．３μｍである量子ドット活性層４、ｉ型ＧａＡｓ上部光導波層（光ガイド層）５、ｎ型ＩｎＧａＰ上部第１クラッド層６［例えば厚さ５ｎｍ；第１のＶ族元素（ここではＰ）を含む第１の化合物半導体層；エッチングストップ層］、及び、ｎ型ＧａＡｓ回折格子層７［例えば厚さ３０ｎｍ；第１のＶ族元素（ここではＰ）と異なる第２のＶ族元素（ここではＡｓ）を含む第２の化合物半導体層］を順に積層させて形成する。 Hereinafter, a case where the present optical semiconductor device is applied to a DFB laser will be described as an example.
First, a method for manufacturing the present optical semiconductor device (DFB laser) will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 1A, a p-type AlGaAs lower portion is formed on a p-type GaAs substrate 1 (compound semiconductor substrate) having, for example, a (100) plane as a main surface by, for example, molecular beam epitaxy (MBE). Cladding layer 2, i-type GaAs lower optical waveguide layer (optical guide layer) 3, quantum dot active layer 4 having an emission wavelength of 1.3 μm, i-type GaAs upper optical waveguide layer (optical guide layer) 5, upper n-type InGaP First cladding layer 6 [for example, thickness 5 nm; first compound semiconductor layer containing first group V element (here, P); etching stop layer] and n-type GaAs diffraction grating layer 7 [for example, thickness 30 nm A second compound semiconductor layer containing a second group V element (here, As) different from the first group V element (here, P)] in order.

次いで、成長炉から取り出して、ＳｉＯ_２膜（図示せず）を成膜し、例えば、電子ビーム露光法や干渉露光法などを用いてパターニングを行ない、エッチングすることで、図１（Ｂ）に示すように、ＧａＡｓ回折格子層７を加工し、光の進行方向に周期的に配置された細線状の回折格子（回折格子パターン）７Ａを形成する。
ここで、エッチャントとして例えばアンモニアと過酸化水素の混合液を用いることで、ＩｎＧａＰ上部第１クラッド層６をエッチングせずに、ＧａＡｓ回折格子層７のみを選択的にエッチングすることができる。これにより、回折格子７Ａの高さは、回折格子層７の厚さによって規定され、エッチングの深さによってばらつくことがなく、回折格子７Ａを安定して形成することができる。 Next, it is taken out from the growth furnace, and a SiO ₂ film (not shown) is formed. For example, patterning is performed using an electron beam exposure method, an interference exposure method, or the like, and etching is performed, so that FIG. As shown, the GaAs diffraction grating layer 7 is processed to form fine-line diffraction gratings (diffraction grating patterns) 7A periodically arranged in the light traveling direction.
Here, by using, for example, a mixed solution of ammonia and hydrogen peroxide as an etchant, only the GaAs diffraction grating layer 7 can be selectively etched without etching the InGaP upper first cladding layer 6. Accordingly, the height of the diffraction grating 7A is defined by the thickness of the diffraction grating layer 7, and does not vary depending on the etching depth, so that the diffraction grating 7A can be formed stably.

次に、図１（Ｃ）に示すように、ＧａＡｓ回折格子層７に形成された回折格子パターン７Ａをマスクとして、回折格子７Ａの直下のＩｎＧａＰ上部第１クラッド層６だけが残るように、ＩｎＧａＰ上部第１クラッド層６を周期的にエッチングして除去する。ここで、エッチャントとして例えば塩酸を用いることで、ＧａＡｓ上部光導波層５をエッチングせずに、ＩｎＧａＰ上部第１クラッド層６のみを選択的にエッチングすることができる。 Next, as shown in FIG. 1C, with the diffraction grating pattern 7A formed on the GaAs diffraction grating layer 7 as a mask, only the InGaP upper first cladding layer 6 immediately below the diffraction grating 7A remains. The upper first cladding layer 6 is periodically removed by etching. Here, by using, for example, hydrochloric acid as an etchant, only the InGaP upper first cladding layer 6 can be selectively etched without etching the GaAs upper optical waveguide layer 5.

これにより、ＩｎＧａＰ上部第１クラッド層６の側面のみが表面に露出することになり、それ以外の表面は、ＧａＡｓ回折格子層７の上面及び側面、ＧａＡｓ上部光導波層５の表面によって構成されることになる。
このように、ＧａＡｓ回折格子層７に形成された回折格子パターン７Ａの溝部（凹部）の底面を構成していたＩｎＧａＰ上部第１クラッド層６（ＧａＡｓ回折格子層７に回折格子７Ａを形成する際にエッチングストップ層として機能し、その表面が露出したＩｎＧａＰ上部第１クラッド層６）を除去し、その下に形成されているＧａＡｓ上部光導波層５の表面を露出させることによって、表面に露出するＩｎＧａＰの全表面に対する割合を小さくする。 As a result, only the side surface of the InGaP upper first cladding layer 6 is exposed to the surface, and the other surfaces are constituted by the upper surface and side surfaces of the GaAs diffraction grating layer 7 and the surface of the GaAs upper optical waveguide layer 5. It will be.
As described above, when the InGaP upper first cladding layer 6 (the diffraction grating 7A is formed on the GaAs diffraction grating layer 7) constituting the bottom surface of the groove (recess) of the diffraction grating pattern 7A formed in the GaAs diffraction grating layer 7 is formed. The InGaP upper first cladding layer 6) that functions as an etching stop layer and whose surface is exposed is removed, and the surface of the GaAs upper optical waveguide layer 5 that is formed thereunder is exposed to be exposed to the surface. The ratio of InGaP to the entire surface is reduced.

つまり、回折格子７Ａを形成するＧａＡｓ回折格子層７（Ａｓ系半導体材料からなる半導体層）とその下のＩｎＧａＰ上部第１クラッド層６（Ｐ系半導体材料からなる半導体層）とを、異なるＶ族元素を含む半導体材料によって形成する場合、後述するように、回折格子７Ａを埋め込むＩｎＧａＰ上部第２クラッド層９を成長（再成長）させる再成長表面はＡｓ系半導体材料とＰ系半導体材料とが混在したものとなるが、上述のように、回折格子７Ａを形成した後に、ＩｎＧａＰ上部第１クラッド層６をエッチングし、底面にＧａＡｓ上部光導波層５を露出させることで、表面に露出するＩｎＧａＰ上部第１クラッド層６の面積を小さくする。 That is, a GaAs diffraction grating layer 7 (semiconductor layer made of an As-based semiconductor material) forming the diffraction grating 7A and an InGaP upper first cladding layer 6 (semiconductor layer made of a P-based semiconductor material) thereunder are different from each other in the V group. In the case of forming with a semiconductor material containing an element, as will be described later, the regrowth surface on which the InGaP upper second cladding layer 9 for embedding the diffraction grating 7A is grown (regrowth) is a mixture of As-based semiconductor material and P-based semiconductor material As described above, after the diffraction grating 7A is formed, the InGaP upper first cladding layer 6 is etched to expose the GaAs upper optical waveguide layer 5 on the bottom surface, thereby exposing the InGaP upper portion exposed on the surface. The area of the first cladding layer 6 is reduced.

そして、再び成長炉に入れ、図１（Ｄ）に示すように、ＩｎＧａＰ上部第１クラッド層６の側面をＧａＡｓ膜８［第２のＶ族元素（ここではＡｓ）を含む化合物半導体膜］で被覆する。つまり、回折格子７Ａが形成されたＧａＡｓ回折格子層７と同じ半導体材料からなる膜（ＧａＡｓ膜）でＩｎＧａＰ上部第１クラッド層６の側面を被覆する。これにより、後述するように、回折格子７Ａを埋め込むＩｎＧａＰ上部第２クラッド層９を成長（再成長）させる再成長表面はＶ族元素としてＡｓのみを含むものとなる。 Then, the substrate is again put in the growth furnace, and as shown in FIG. 1D, the side surface of the InGaP upper first cladding layer 6 is covered with a GaAs film 8 [compound semiconductor film containing a second group V element (here, As)]. Cover. That is, the side surface of the InGaP upper first cladding layer 6 is covered with a film (GaAs film) made of the same semiconductor material as the GaAs diffraction grating layer 7 on which the diffraction grating 7A is formed. Thereby, as will be described later, the regrown surface on which the InGaP upper second cladding layer 9 in which the diffraction grating 7A is embedded is grown (regrown) contains only As as a group V element.

例えば、圧力５０ｔｏｒｒ、反応室内の総流量７Ｌｍの条件で、図２に示すように、ＡｓＨ_３流量８ｃｃｍのＡｓ雰囲気中で、１０分間で４００℃に昇温し、ＧａＡｓの原料ガスを供給して、ＩｎＧａＰ上部第１クラッド層６の側面（側壁）が覆われるようにＧａＡｓ膜８（ＧａＡｓ薄膜；ＧａＡｓ被膜）を形成する。
この場合、本発明者の鋭意研究によると、ＩｎＧａＰ上部第１クラッド層６の側面を覆うＧａＡｓ膜８の厚さ（膜厚）は、その側面で２ｎｍよりも少ないと、その後に成長（再成長）させるＩｎＧａＰ上部第２クラッド層９の表面の結晶性が悪く、結晶欠陥の指標であるエッチピット密度（Etch-pit density；ＥＰＤ）が大きくなる［例えばＥＰＤ＞１０^８ｃｍ^−２となる］。このため、ＩｎＧａＰ上部第１クラッド層６の側面を覆うＧａＡｓ膜８の厚さは、その側面で２ｎｍ以上にするのが好ましい。 For example, under the conditions of a pressure of 50 torr and a total flow rate of 7 Lm in the reaction chamber, as shown in FIG. 2, the temperature is raised to 400 ° C. in 10 minutes in an As atmosphere with an AsH ₃ flow rate of 8 ccm, and a GaAs source gas is supplied. A GaAs film 8 (GaAs thin film; GaAs film) is formed so that the side surface (side wall) of the InGaP upper first cladding layer 6 is covered.
In this case, according to the earnest study of the inventor, if the thickness (film thickness) of the GaAs film 8 covering the side surface of the InGaP upper first cladding layer 6 is less than 2 nm on the side surface, it grows (re-growth) thereafter. ) The crystallinity of the surface of the InGaP upper second cladding layer 9 is poor, and the etch pit density (EPD), which is an index of crystal defects, is increased [eg, EPD> 10 ⁸ cm ⁻² ]. For this reason, the thickness of the GaAs film 8 covering the side surface of the InGaP upper first cladding layer 6 is preferably 2 nm or more on the side surface.

一方、回折格子パターン７Ａの溝部の底面でＧａＡｓ膜８が５ｎｍよりも厚く堆積してしまうと、回折格子７Ａの深さが変化してしまい、結合係数の変化量が大きくなりすぎてしまうため、回折格子パターン７Ａの溝部の底面に堆積するＧａＡｓ膜８の厚さは５ｎｍ以下にするのが好ましい。
なお、本実施形態では、露出したＧａＡｓ上部光導波層５の表面全面を覆うようにＧａＡｓ膜８を形成しているが、これに限られるものではない。つまり、本実施形態では、ＩｎＧａＰ上部第１クラッド層６の下に形成されている上部光導波層５もＧａＡｓによって形成されているため、ＧａＡｓ膜８はＩｎＧａＰ上部第１クラッド層６の側面のみを覆うように形成すれば良く、ＧａＡｓ上部光導波層５の表面全面を覆っていなくても良い。 On the other hand, if the GaAs film 8 is deposited thicker than 5 nm on the bottom surface of the groove portion of the diffraction grating pattern 7A, the depth of the diffraction grating 7A changes, and the amount of change in the coupling coefficient becomes too large. The thickness of the GaAs film 8 deposited on the bottom surface of the groove portion of the diffraction grating pattern 7A is preferably 5 nm or less.
In the present embodiment, the GaAs film 8 is formed so as to cover the entire surface of the exposed GaAs upper optical waveguide layer 5, but the present invention is not limited to this. That is, in this embodiment, since the upper optical waveguide layer 5 formed under the InGaP upper first cladding layer 6 is also formed of GaAs, the GaAs film 8 is formed only on the side surface of the InGaP upper first cladding layer 6. What is necessary is just to form so that it may cover, and it does not need to cover the whole surface of the GaAs upper optical waveguide layer 5.

また、ＧａＡｓ膜８でＩｎＧａＰ上部第１クラッド層６の側面を被覆する際の温度が４５０℃よりも高いと、ＩｎＧａＰ上部第１クラッド層６の側面においてＡｓ／Ｐ置換やＶ族抜けが多くなり、再成長表面で結晶欠陥が生じやすくなり、その後に再成長させるＩｎＧａＰ上部第２クラッド層９の表面のエッチピット密度が大きくなる（ＥＰＤ＞１０^８ｃｍ^−２）。このため、ＧａＡｓ膜８でＩｎＧａＰ上部第１クラッド層６の側面を被覆する工程は、４５０℃以下の低い温度で行なうのが好ましい。これにより、再成長させるＩｎＧａＰ上部第１クラッド層６の結晶性を良くすることができる。 In addition, when the temperature when the side surface of the InGaP upper first cladding layer 6 is covered with the GaAs film 8 is higher than 450 ° C., As / P substitution and V group omission increase on the side surface of the InGaP upper first cladding layer 6. Then, crystal defects are likely to occur on the regrown surface, and the etch pit density on the surface of the second InGaP upper cladding layer 9 to be regrown thereafter increases (EPD> 10 ⁸ cm ⁻² ). For this reason, the step of covering the side surface of the InGaP upper first cladding layer 6 with the GaAs film 8 is preferably performed at a low temperature of 450 ° C. or lower. Thereby, the crystallinity of the InGaP upper first cladding layer 6 to be regrown can be improved.

また、ＧａＡｓ膜８でＩｎＧａＰ上部第１クラッド層６の側面を被覆するまでの昇温中は（４５０℃以下の温度では）、雰囲気中のＡｓ圧（Ａｓ分圧）が高いほどＡｓＨ_３から分解した水素ラジカルによる表面クリーニング効果が強くなるため、再成長表面がきれいになり、その後に再成長させるＩｎＧａＰ上部第２クラッド層９の結晶性が向上する。このため、ＧａＡｓ膜８でＩｎＧａＰ上部第１クラッド層６の側面を被覆する工程の前に、Ａｓを含む雰囲気で昇温する昇温工程（第１昇温工程）は、雰囲気中のＡｓ圧を高くするのが好ましい。 Further, during the temperature rise until the side surface of the InGaP upper first cladding layer 6 is covered with the GaAs film 8 (at a temperature of 450 ° C. or lower), the higher the As pressure in the atmosphere (As partial pressure), the higher the decomposition from AsH _3. Since the surface cleaning effect by the hydrogen radicals becomes strong, the regrowth surface becomes clean, and the crystallinity of the InGaP upper second cladding layer 9 to be regrown thereafter is improved. Therefore, before the step of covering the side surface of the InGaP upper first cladding layer 6 with the GaAs film 8, the temperature raising step (first temperature raising step) in which the temperature is raised in an atmosphere containing As is the As pressure in the atmosphere. Higher is preferred.

なお、本実施形態では、第１昇温工程を４５０℃以下の温度で行っているため、Ａｓ圧を高くしてもＡｓ／Ｐ置換が起こることがなく、その後に再成長させるＩｎＧａＰ上部第２クラッド層９の結晶性が悪くなることはない。また、本実施形態では、ＩｎＧａＰ上部第１クラッド層６の下に形成されている上部光導波層５もＧａＡｓによって形成されているため、Ａｓ圧を高くしてもＡｓ／Ｐ置換が起こることがなく、その後に再成長させるＩｎＧａＰ上部第２クラッド層９の結晶性が悪くなることはない。 In this embodiment, since the first temperature raising step is performed at a temperature of 450 ° C. or lower, the As / P substitution does not occur even when the As pressure is increased, and the InGaP upper second layer to be regrown after that is used. The crystallinity of the cladding layer 9 does not deteriorate. In this embodiment, since the upper optical waveguide layer 5 formed below the InGaP upper first cladding layer 6 is also formed of GaAs, As / P substitution may occur even when the As pressure is increased. In addition, the crystallinity of the InGaP upper second cladding layer 9 to be regrown thereafter is not deteriorated.

このようにして、低温・高Ａｓ圧という条件下で、ＧａＡｓ膜８でＩｎＧａＰ上部第１クラッド層６の側面を被覆した後、埋込再成長温度まで昇温し、高温・低Ａｓ圧という条件下で、図１（Ｅ）に示すように、ＧａＡｓ回折格子層７に形成された回折格子７Ａを埋め込む埋込再成長を行なう。
ここでは、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）によって、ＩｎＧａＰ上部第１クラッド層６と同じ半導体材料からなるｎ型ＩｎＧａＰ上部第２クラッド層９［第１のＶ族元素（ここではＰ）を含む第３の化合物半導体層；埋込層］を成長させて、ＧａＡｓ回折格子層７に形成された回折格子７Ａを埋め込む。 Thus, after covering the side surface of the InGaP upper first cladding layer 6 with the GaAs film 8 under the conditions of low temperature and high As pressure, the temperature is raised to the burying regrowth temperature, and the condition of high temperature and low As pressure is reached. Below, as shown in FIG. 1E, buried regrowth for embedding the diffraction grating 7A formed in the GaAs diffraction grating layer 7 is performed.
Here, the n-type InGaP upper second cladding layer 9 [first V group element (here, P) made of the same semiconductor material as the InGaP upper first cladding layer 6 is formed by, for example, metal organic chemical vapor deposition (MOVPE). A third compound semiconductor layer including a buried layer] is grown, and the diffraction grating 7A formed in the GaAs diffraction grating layer 7 is buried.

例えば、図２に示すように、ＡｓＨ_３流量０．４ｃｃｍのＡｓ雰囲気中で、１０分間で６００℃（例えば５５０℃〜７００℃の高温）まで昇温した後、ＩｎＧａＰの原料ガスを供給して、ＧａＡｓ回折格子層７に形成された回折格子７Ａが埋め込まれるようにｎ型ＩｎＧａＰ上部第２クラッド層９を形成する。
この場合、ＧａＡｓ膜８で被覆後、ｎ型ＩｎＧａＰ上部第２クラッド層９を形成するまでの昇温中は、雰囲気中のＡｓ圧を低くすることで、高温・高Ａｓ分圧雰囲気で多くなるＧａＡｓマストランスポート量を少なくすることができ、回折格子７Ａの変形を抑制することができる。このため、ＧａＡｓ膜８でＩｎＧａＰ上部第１クラッド層６の側面を被覆した後、ｎ型ＩｎＧａＰ上部第２クラッド層９を形成する前に、Ａｓを含む雰囲気中で昇温する昇温工程（第２昇温工程）は、雰囲気中のＡｓ圧を低くするのが好ましい。なお、本実施形態では、回折格子７Ａを埋め込むＩｎＧａＰ上部第２クラッド層９をさせる再成長表面はＶ族元素としてＡｓのみを含むものとなっているため、Ａｓ圧を低くしてもＡｓ抜け（Ｖ族抜け）が起こることがなく、その後に再成長させるＩｎＧａＰ上部第２クラッド層９の結晶性が悪くなることはない。 For example, as shown in FIG. 2, after raising the temperature to 600 ° C. (for example, a high temperature of 550 ° C. to 700 ° C.) in 10 minutes in an As atmosphere with an AsH ₃ flow rate of 0.4 ccm, an InGaP source gas is supplied. The n-type InGaP upper second cladding layer 9 is formed so that the diffraction grating 7A formed in the GaAs diffraction grating layer 7 is embedded.
In this case, during the temperature rise after the coating with the GaAs film 8 until the n-type InGaP upper second cladding layer 9 is formed, the As pressure in the atmosphere is lowered to increase in a high temperature / high As partial pressure atmosphere. The amount of GaAs mass transport can be reduced, and deformation of the diffraction grating 7A can be suppressed. For this reason, after the side surface of the InGaP upper first cladding layer 6 is covered with the GaAs film 8 and before the n-type InGaP upper second cladding layer 9 is formed, the temperature raising step (first step) In the (2 temperature raising step), it is preferable to lower the As pressure in the atmosphere. In the present embodiment, the regrowth surface for forming the InGaP upper second cladding layer 9 in which the diffraction grating 7A is embedded contains only As as a group V element. (Group V omission) does not occur, and the crystallinity of the InGaP upper second cladding layer 9 to be regrown after that does not deteriorate.

このように、本実施形態では、第２昇温工程における雰囲気中のＡｓ圧は、第１昇温工程における雰囲気中のＡｓ圧よりも低くなっている。
上述のように、ＩｎＧａＰ上部第１クラッド層６の側面をＧａＡｓ膜８で被覆し、回折格子７Ａを埋め込むＩｎＧａＰ上部第２クラッド層９を成長（再成長）させる再成長表面がＶ族元素としてＡｓのみを含むものとした後で、ＩｎＧａＰ上部第２クラッド層９を形成するため、埋込再成長温度まで昇温させる昇温工程において生じていたＶ族抜けやＡｓ／Ｐ置換を抑制することができる。この結果、ＩｎＧａＰ上部第２クラッド層９の結晶性が良くなり、高電流注入効率、かつ、高信頼性の素子を作製することが可能となる。 As described above, in the present embodiment, the As pressure in the atmosphere in the second temperature raising step is lower than the As pressure in the atmosphere in the first temperature raising step.
As described above, the side surface of the InGaP upper first cladding layer 6 is covered with the GaAs film 8, and the regrowth surface on which the InGaP upper second cladding layer 9 for embedding the diffraction grating 7A is grown (regrowth) is the group V element. In order to form the InGaP upper second clad layer 9 after the inclusion, the V group loss and As / P substitution that occurred in the temperature raising step of raising the temperature to the buried regrowth temperature can be suppressed. it can. As a result, the crystallinity of the InGaP upper second cladding layer 9 is improved, and an element with high current injection efficiency and high reliability can be manufactured.

ところで、例えばＡｌＧａＡｓで形成された回折格子をＧａＡｓで埋め込むようにすると、曝露されて酸化したＡｌＧａＡｓの表面の酸化物を除去するためにクリーニング工程が必要になる。クリーニング工程として高温・高Ａｓ圧過程を経ると、マストランスポートによって回折格子が変形し、回折格子のピッチや深さが変化してしまう。このため、回折格子の結合係数κが安定せず、素子特性にばらつきが生じる。 By the way, if a diffraction grating formed of, for example, AlGaAs is embedded with GaAs, a cleaning process is required to remove the oxide on the exposed and oxidized AlGaAs surface. When a high temperature and high As pressure process is performed as a cleaning process, the diffraction grating is deformed by the mass transport, and the pitch and depth of the diffraction grating are changed. For this reason, the coupling coefficient κ of the diffraction grating is not stable, and the element characteristics vary.

これに対し、本実施形態では、上述のように、回折格子７Ａを埋め込む第１及び第２の上部クラッド層６，９がＩｎＧａＰから成り、回折格子７ＡがＧａＡｓから成り、上述のような昇温工程ではＧａＡｓはマストランスポートしにくい材料特性を有する。このため、昇温工程での回折格子７Ａの変形を抑制でき、回折格子７Ａの結合係数κを制御しやすい。 On the other hand, in the present embodiment, as described above, the first and second upper cladding layers 6 and 9 embedding the diffraction grating 7A are made of InGaP, the diffraction grating 7A is made of GaAs, and the temperature rise as described above. In the process, GaAs has material properties that are difficult to mass transport. For this reason, deformation of the diffraction grating 7A in the temperature raising step can be suppressed, and the coupling coefficient κ of the diffraction grating 7A can be easily controlled.

次に、図１（Ｅ）に示すように、例えばＭＯＶＰＥ法によって、ＩｎＧａＰ上部第２クラッド層９上にｎ型ＧａＡｓコンタクト層１０を成長させる。
次いで、ＧａＡｓコンタクト層１０の表面にＳｉＯ_２を成膜し、パターニングによってマスクを形成し、ＧａＡｓコンタクト層１０及びＩｎＧａＰ上部第２クラッド層９をエッチングして、図１（Ｆ）に示すように、リッジ構造１２を形成する。 Next, as shown in FIG. 1E, an n-type GaAs contact layer 10 is grown on the InGaP upper second cladding layer 9 by, eg, MOVPE.
Next, a SiO ₂ film is formed on the surface of the GaAs contact layer 10, a mask is formed by patterning, and the GaAs contact layer 10 and the InGaP upper second cladding layer 9 are etched, as shown in FIG. A ridge structure 12 is formed.

続いて、例えばフッ化水素酸によってＳｉＯ_２マスクを除去した後、再び、図１（Ｆ）に示すように、ＳｉＯ_２を成膜してリッジ導波路のパッシベーション膜１３とし、上部及び下部に電流注入用の電極１４，１５を形成する。
最後に、アレー状にへき開後、端面コーティングを施して、光半導体装置（ＤＦＢレーザ）が完成する。素子の共振器構造は設計によっていろいろな構造をとりうるが、例えば素子長を３００μｍとし、前端面に無反射コーティングを施し、後端面に高反射コーティングを施せば良い。 Subsequently, after removing the SiO ₂ mask, for example by hydrofluoric acid, again, as shown in FIG. 1 (F), a passivation film 13 of the ridge waveguide by forming a SiO _2, top and current to the lower Electrodes 14 and 15 for injection are formed.
Finally, after cleaving into an array, end face coating is applied to complete the optical semiconductor device (DFB laser). The resonator structure of the element can take various structures depending on the design. For example, the element length may be 300 μm, an antireflection coating may be applied to the front end face, and a high reflection coating may be applied to the rear end face.

このようにして製造された光半導体装置（ここではＤＦＢレーザ）は、ｐ型ＧａＡｓ基板（化合物半導体基板）１の上方に回折格子７Ａと同一周期で周期的に形成されたｎ型ＩｎＧａＰ上部第１クラッド層６［第１のＶ族元素（ここではＰ）を含む第１の化合物半導体層；エッチングストップ層］と、ｎ型ＩｎＧａＰ上部第１クラッド層６の直上のみに形成され、ｎ型ＧａＡｓ回折格子層７［第１のＶ族元素（ここではＰ）と異なる第２のＶ族元素（ここではＡｓ）を含む第２の化合物半導体層］にパターニングされた回折格子７Ａと、ｎ型ＩｎＧａＰ上部第１クラッド層６の側面を被覆するＧａＡｓ膜８［第２のＶ族元素（ここではＡｓ）を含む化合物半導体膜］と、回折格子７Ａを埋め込むｎ型ＩｎＧａＰ上部第２クラッド層９［第１のＶ族元素（ここではＰ）を含む第３の化合物半導体層；埋込層］とを備える［図１（Ｅ）参照］。 The optical semiconductor device manufactured in this way (here, the DFB laser) has a first upper n-type InGaP formed periodically with the same period as the diffraction grating 7A above the p-type GaAs substrate (compound semiconductor substrate) 1. The n-type GaAs diffraction is formed only on the cladding layer 6 [first compound semiconductor layer containing first group V element (here, P); etching stop layer] and the n-type InGaP upper first cladding layer 6. A diffraction grating 7A patterned on the grating layer 7 [second compound semiconductor layer containing a second group V element (here As) different from the first group V element (here P)), and an n-type InGaP upper portion A GaAs film 8 [compound semiconductor film containing a second group V element (As) here) covering the side surface of the first cladding layer 6 and an n-type InGaP upper second cladding layer 9 [first layer embedded in the diffraction grating 7A of Group elements third compound semiconductor layer containing (P in this case); burying layer] and a [FIG 1 (E) Reference.

したがって、本実施形態にかかる光半導体装置及びその製造方法によれば、回折格子７Ａを形成する半導体層７とその下の半導体層６とを、異なるＶ族元素を含む半導体材料によって形成する場合に、回折格子７Ａを埋め込む層９の結晶性を向上させることができ、これにより、高電流注入効率で、高信頼性の光半導体装置を実現することができるという利点がある。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態にかかる光半導体装置及びその製造方法について、図３を参照しながら説明する。 Therefore, according to the optical semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present embodiment, when the semiconductor layer 7 forming the diffraction grating 7A and the semiconductor layer 6 therebelow are formed of a semiconductor material containing different group V elements. The crystallinity of the layer 9 in which the diffraction grating 7A is embedded can be improved, and there is an advantage that a highly reliable optical semiconductor device can be realized with high current injection efficiency.
[Second Embodiment]
Next, an optical semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the second embodiment will be described with reference to FIG.

本実施形態にかかる光半導体装置（ＤＦＢレーザ）及びその製造方法は、上述の第１実施形態のものに対し、図３に示すように、ｎ型半導体基板２０を用い、量子井戸活性層２８を採用し、活性層２８の下方に回折格子２４Ａを設けている点が異なる。なお、図３では、上述の第１実施形態のもの（図１参照）と同一のものには同一の符号を付している。
本光半導体装置は、以下のようにして製造される。 The optical semiconductor device (DFB laser) and the method for manufacturing the same according to this embodiment use an n-type semiconductor substrate 20 and a quantum well active layer 28 as shown in FIG. The difference is that a diffraction grating 24A is provided below the active layer 28. In FIG. 3, the same components as those in the first embodiment described above (see FIG. 1) are denoted by the same reference numerals.
This optical semiconductor device is manufactured as follows.

まず、図３（Ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板２０（化合物半導体基板）上に、例えばＭＯＶＰＥ法によって、ｎ型ＩｎＧａＰ層２１、ｎ型ＧａＡｓ層２２、ｎ型ＩｎＧａＰ下部第１クラッド層２３［例えば厚さ５ｎｍ；第１のＶ族元素（ここではＰ）を含む第１の化合物半導体層；エッチングストップ層］、及び、ｎ型ＧａＡｓ回折格子層２４［第１のＶ族元素（ここではＰ）と異なる第２のＶ族元素（ここではＡｓ）を含む第２の化合物半導体層］を順に積層させて形成する。 First, as shown in FIG. 3A, an n-type InGaP layer 21, an n-type GaAs layer 22, and an n-type InGaP lower first cladding layer are formed on an n-type GaAs substrate 20 (compound semiconductor substrate) by, eg, MOVPE. 23 [for example, thickness 5 nm; first compound semiconductor layer containing first group V element (here, P); etching stop layer] and n-type GaAs diffraction grating layer 24 [first group V element (here Then, a second compound semiconductor layer containing a second group V element (here, As) different from P) is sequentially stacked.

次いで、成長炉から取り出して、ＳｉＯ_２膜（図示せず）を成膜し、例えば、電子ビーム露光法や干渉露光法などを用いてパターニングを行ない、エッチングすることで、図３（Ｂ）に示すように、ＧａＡｓ回折格子層２４を加工し、光の進行方向に周期的に配置された細線状の回折格子（回折格子パターン）２４Ａを形成する。
次に、図３（Ｃ）に示すように、ＧａＡｓ回折格子層２４に形成された回折格子パターン２４Ａをマスクとして、回折格子２４Ａの直下のＩｎＧａＰ下部第１クラッド層２３だけが残るように、ＩｎＧａＰ下部第１クラッド層２３を周期的にエッチングして除去する。 Next, it is taken out from the growth furnace, and a SiO ₂ film (not shown) is formed. For example, patterning is performed using an electron beam exposure method, an interference exposure method, or the like, and etching is performed, so that FIG. As shown, the GaAs diffraction grating layer 24 is processed to form fine-line diffraction gratings (diffraction grating patterns) 24A periodically arranged in the light traveling direction.
Next, as shown in FIG. 3C, with the diffraction grating pattern 24A formed on the GaAs diffraction grating layer 24 as a mask, only the InGaP lower first cladding layer 23 immediately below the diffraction grating 24A remains. The lower first cladding layer 23 is periodically removed by etching.

そして、再び成長炉に入れ、図３（Ｃ）に示すように、ＩｎＧａＰ下部第１クラッド層２３の側面をＧａＡｓ膜２５［第２のＶ族元素（ここではＡｓ）を含む化合物半導体膜］で被覆する。つまり、回折格子２４Ａが形成されたＧａＡｓ回折格子層２４Ａと同じ半導体材料からなる膜（ＧａＡｓ膜）でＩｎＧａＰ下部第１クラッド層２３の側面を被覆する。これにより、後述するように、回折格子２４Ａを埋め込むＩｎＧａＰ下部第２クラッド層２６を成長（再成長）させる再成長表面はＶ族元素としてＡｓのみを含むものとなる。 Then, the substrate is again put into the growth furnace, and as shown in FIG. 3C, the side surface of the InGaP lower first cladding layer 23 is covered with a GaAs film 25 [compound semiconductor film containing a second group V element (here, As)]. Cover. That is, the side surface of the InGaP lower first cladding layer 23 is covered with a film (GaAs film) made of the same semiconductor material as the GaAs diffraction grating layer 24A on which the diffraction grating 24A is formed. Thereby, as will be described later, the regrowth surface on which the InGaP lower second cladding layer 26 in which the diffraction grating 24A is embedded is grown (regrown) contains only As as a group V element.

例えば、Ａｓ雰囲気中で４００℃まで昇温し、ＧａＡｓの原料ガスを供給して、ＩｎＧａＰ下部第１クラッド層２３の側面（側壁）が覆われるようにＧａＡｓ膜２５（ＧａＡｓ薄膜；ＧａＡｓ被膜）を形成する。
このようにして、ＧａＡｓ膜２５でＩｎＧａＰ下部第１クラッド層２３の側面を被覆した後、埋込再成長温度まで昇温し、ＧａＡｓ回折格子層２４に形成された回折格子２４Ａを埋め込む埋込再成長を行なう。 For example, the temperature is raised to 400 ° C. in an As atmosphere, GaAs source gas is supplied, and the GaAs film 25 (GaAs thin film; GaAs film) is formed so that the side surface (side wall) of the InGaP lower first cladding layer 23 is covered. Form.
In this way, after the side surface of the InGaP lower first cladding layer 23 is covered with the GaAs film 25, the temperature is raised to the burying regrowth temperature, and the burying grating 24A formed in the GaAs diffractive grating layer 24 is buried. Growing up.

ここでは、例えばＭＯＶＰＥ法によって、ＩｎＧａＰ下部第１クラッド層２３と同じ半導体材料からなるｎ型ＩｎＧａＰ下部第２クラッド層２６［第１のＶ族元素（ここではＰ）を含む第３の化合物半導体層；埋込層］を成長させて、ＧａＡｓ回折格子層２４に形成された回折格子２４Ａを埋め込む。
例えば、Ａｓ雰囲気中で６００℃まで昇温した後、ＩｎＧａＰの原料ガスを供給して、ＧａＡｓ回折格子層２４に形成された回折格子２４Ａが埋め込まれるようにｎ型ＩｎＧａＰ下部第２クラッド層２６を形成する。 Here, for example, by MOVPE, an n-type InGaP lower second cladding layer 26 made of the same semiconductor material as the InGaP lower first cladding layer 23 [third compound semiconductor layer containing the first group V element (here P) is used. A buried layer] is grown, and the diffraction grating 24A formed in the GaAs diffraction grating layer 24 is buried.
For example, after raising the temperature to 600 ° C. in an As atmosphere, the source gas of InGaP is supplied, and the n-type InGaP lower second cladding layer 26 is formed so that the diffraction grating 24A formed in the GaAs diffraction grating layer 24 is embedded. Form.

次に、図３（Ｄ）に示すように、ｎ型ＩｎＧａＰ下部第２クラッド層２６上に、ｎ型ＧａＡｓ下部光導波層２７（光ガイド層）、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸活性層２８、ｐ型ＧａＡｓ上部光導波層２９（光ガイド層）、ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層３０、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層３１を順に積層させて形成する。
次いで、ＧａＡｓコンタクト層３１の表面にＳｉＯ_２を成膜し、パターニングによってマスクを形成し、ＧａＡｓコンタクト層３１、ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層３０、ＧａＡｓ上部光導波層２９、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸活性層２８、ＧａＡｓ下部光導波層２７をエッチングして、図３（Ｅ）に示すように、リッジ構造３２を形成する。 Next, as shown in FIG. 3D, on the n-type InGaP lower second cladding layer 26, an n-type GaAs lower optical waveguide layer 27 (light guide layer), a GaInNAs / GaAs quantum well active layer 28, a p-type. The GaAs upper optical waveguide layer 29 (light guide layer), the p-type AlGaAs upper clad layer 30, and the p-type GaAs contact layer 31 are sequentially stacked.
Next, SiO ₂ is formed on the surface of the GaAs contact layer 31, a mask is formed by patterning, the GaAs contact layer 31, the AlGaAs upper cladding layer 30, the GaAs upper optical waveguide layer 29, the GaInNAs / GaAs quantum well active layer 28, The GaAs lower optical waveguide layer 27 is etched to form a ridge structure 32 as shown in FIG.

続いて、例えばフッ化水素酸によってＳｉＯ_２マスクを除去した後、再び、図３（Ｅ）に示すように、ＳｉＯ_２を成膜してリッジ導波路３２のパッシベーション膜３３とし、上部及び下部に電流注入用の電極３４，３５を形成する。
最後に、アレー状にへき開後、端面コーティングを施して、光半導体装置（ＤＦＢレーザ）が完成する。素子の共振器構造は設計によっていろいろな構造をとりうるが、例えば素子長を３００μｍとし、前端面に無反射コーティングを施し、後端面に高反射コーティングを施せば良い。 Subsequently, for example, after removing the SiO ₂ mask with hydrofluoric acid, as shown in FIG. 3 (E), SiO ₂ is formed again to form a passivation film 33 of the ridge waveguide 32. Electrodes 34 and 35 for current injection are formed.
Finally, after cleaving into an array, end face coating is applied to complete the optical semiconductor device (DFB laser). The resonator structure of the element can take various structures depending on the design. For example, the element length may be 300 μm, an antireflection coating may be applied to the front end face, and a high reflection coating may be applied to the rear end face.

このようにして製造された光半導体装置（ここではＤＦＢレーザ）は、ｎ型ＧａＡｓ基板２０（化合物半導体基板）の上方に回折格子２４Ａと同一周期で周期的に形成されたｎ型ＩｎＧａＰ下部第１クラッド層２３［第１のＶ族元素（ここではＰ）を含む第１の化合物半導体層；エッチングストップ層］と、ｎ型ＩｎＧａＰ下部第１クラッド層２３の直上のみに形成され、ｎ型ＧａＡｓ回折格子層２４［第１のＶ族元素（ここではＰ）と異なる第２のＶ族元素（ここではＡｓ）を含む第２の化合物半導体層］にパターニングされた回折格子２４Ａと、ｎ型ＩｎＧａＰ下部第１クラッド層２３の側面を被覆するＧａＡｓ膜２５［第２のＶ族元素（ここではＡｓ）を含む化合物半導体膜］と、回折格子２４Ａを埋め込むｎ型ＩｎＧａＰ下部第２クラッド層２６［第１のＶ族元素（ここではＰ）を含む第３の化合物半導体層；埋込層］とを備える［図３（Ｄ）参照］。 The optical semiconductor device manufactured in this way (here, the DFB laser) has an n-type InGaP lower first formed periodically at the same period as the diffraction grating 24A above the n-type GaAs substrate 20 (compound semiconductor substrate). The clad layer 23 [first compound semiconductor layer containing a first group V element (here, P); an etching stop layer] and the n-type InGaP lower first clad layer 23 are formed only on the n-type GaAs diffraction layer. A diffraction grating 24A patterned on a grating layer 24 [second compound semiconductor layer containing a second group V element (here, As) different from the first group V element (here, P)), and an n-type InGaP lower portion A GaAs film 25 [compound semiconductor film containing a second group V element (here As)] covering the side surface of the first cladding layer 23, and an n-type InGaP lower second layer embedded in the diffraction grating 24A. Head layer 26 First V group element the third compound semiconductor layer containing (P in this case); burying layer] and a [FIG 3 (D) References.

なお、その他の詳細は、上述の第１実施形態のものと同じであるため、ここではその説明を省略する。
したがって、本光半導体装置及びその製造方法によれば、上述の第１実施形態の場合と同様に、回折格子２４Ａを形成する半導体層２４とその下の半導体層２３とを、異なるＶ族元素を含む半導体材料によって形成する場合に、回折格子２４Ａを埋め込む層２６の結晶性を向上させることができ、これにより、高電流注入効率で、高信頼性の光半導体装置を実現することができるという利点がある。
［その他］
なお、上述の各実施形態では、ＩｎＧａＰクラッド層の側面を被覆するＧａＡｓ膜は、ＧａＡｓの原料ガスを供給して形成しているが、これに限られるものではなく、例えば、ＧａＡｓの原料ガスを供給しないで、回折格子７Ａ（２４Ａ）を埋め込むＩｎＧａＰクラッド層９（２６）を再成長させるための埋込再成長温度まで昇温する昇温工程中にマストランスポートが起こるようにし、これによってＩｎＧａＰクラッド層６（２３）の側面を覆うようにしても良い［図４（Ａ），（Ｂ）参照］。例えば、上述の各実施形態の昇温工程において、４３０℃まで昇温した後、ＧａＡｓの原料ガスを供給せずにＡｓＨ_３を供給したままの状態で（Ａｓ雰囲気中で）、４３０℃の状態を３０分程度保持することで、マストランスポートを生じさせることができる。つまり、Ａｓ雰囲気中で高温アニールを行なうことでマストランスポートを生じさせることができる。なお、図４では、上述の第１実施形態（図１参照）及び第２実施形態（図３参照）と同一のものには同一の符号を付している。 Since other details are the same as those of the first embodiment described above, the description thereof is omitted here.
Therefore, according to the present optical semiconductor device and the manufacturing method thereof, as in the case of the first embodiment described above, the semiconductor layer 24 forming the diffraction grating 24A and the semiconductor layer 23 below the semiconductor layer 24 are made of different V group elements. In the case of forming with a semiconductor material containing, it is possible to improve the crystallinity of the layer 26 embedding the diffraction grating 24A, thereby realizing an optical semiconductor device with high current injection efficiency and high reliability. There is.
[Others]
In each of the above-described embodiments, the GaAs film covering the side surface of the InGaP cladding layer is formed by supplying a GaAs source gas. However, the present invention is not limited to this. For example, a GaAs source gas is used. Without being supplied, mass transport is caused to occur during the temperature raising step of raising the temperature to the burying regrowth temperature for regrowth of the InGaP cladding layer 9 (26) in which the diffraction grating 7A (24A) is buried. The side surface of the clad layer 6 (23) may be covered [see FIGS. 4A and 4B]. For example, in the temperature raising process of each of the above-described embodiments, after raising the temperature to 430 ° C., the AsH ₃ is supplied without supplying the GaAs source gas (in the As atmosphere), at a temperature of 430 ° C. Is maintained for about 30 minutes, mass transport can be generated. That is, mass transport can be generated by performing high-temperature annealing in an As atmosphere. In FIG. 4, the same components as those in the first embodiment (see FIG. 1) and the second embodiment (see FIG. 3) are denoted by the same reference numerals.

また、上述の各実施形態では、ＩｎＧａＰクラッド層の側面を被覆する膜をＧａＡｓ膜とし、回折格子を形成する半導体材料（ＧａＡｓ）と同じ半導体材料によって形成しているが、これに限られるものではなく、少なくとも、回折格子を形成する半導体材料とＶ族元素が同じ半導体材料によって形成されていれば良い。
また、上述の各実施形態では、回折格子の下のクラッド層（第１クラッド層；エッチングストッパ層）と、回折格子を埋め込むクラッド層（第２クラッド層；埋込層）とを同じ半導体材料（ＩｎＧａＰ）によって形成しているが、これに限られるものではなく、これらのクラッド層を異なる半導体材料（Ｖ族元素を含む半導体材料）によって形成しても良い。例えば、第１クラッド層をＩｎＧａＰによって形成し、第２クラッド層をＩｎＡｌＡｓによって形成しても良い。 In each of the above-described embodiments, the film that covers the side surface of the InGaP cladding layer is a GaAs film and is formed of the same semiconductor material as the semiconductor material (GaAs) that forms the diffraction grating. However, the present invention is not limited to this. In other words, at least the semiconductor material forming the diffraction grating and the group V element may be formed of the same semiconductor material.
In each of the above-described embodiments, the clad layer (first clad layer; etching stopper layer) under the diffraction grating and the clad layer (second clad layer; buried layer) in which the diffraction grating is embedded are made of the same semiconductor material ( However, the present invention is not limited to this, and these cladding layers may be formed of different semiconductor materials (semiconductor materials containing a group V element). For example, the first cladding layer may be formed of InGaP and the second cladding layer may be formed of InAlAs.

また、上述の各実施形態では、回折格子をＧａＡｓによって形成し、回折格子の下のクラッド層（第１クラッド層；エッチングストッパ層）及び回折格子を埋め込むクラッド層（第２クラッド層；埋込層）をＩｎＧａＰによって形成しているが、これに限られるものではなく、異なるＶ族元素を含む半導体材料によって形成されていれば良い。例えば、回折格子をＩｎＧａＰやＩｎＡｌＧａＰによって形成し、第１及び第２クラッド層をＧａＡｓやＩｎＡｌＡｓによって形成しても良い。 In each of the above embodiments, the diffraction grating is formed of GaAs, the cladding layer (first cladding layer; etching stopper layer) under the diffraction grating, and the cladding layer (second cladding layer; embedded layer) in which the diffraction grating is embedded. ) Is formed of InGaP, but is not limited thereto, and may be formed of a semiconductor material containing a different group V element. For example, the diffraction grating may be formed of InGaP or InAlGaP, and the first and second cladding layers may be formed of GaAs or InAlAs.

また、上述の各実施形態では、ＧａＡｓ基板を用いているが、これに限られるものではなく、化合物半導体基板であれば良い。 In each of the above embodiments, a GaAs substrate is used. However, the present invention is not limited to this, and any compound semiconductor substrate may be used.

（Ａ）〜（Ｆ）は、本発明の第１実施形態にかかる光半導体装置及びその製造方法を説明するための模式的断面図であって、（Ａ）〜（Ｅ）は光の進行方向に沿う断面図であり、（Ｆ）は光の進行方向に直交する方向に沿う断面図である。(A)-(F) are typical sectional drawings for demonstrating the optical semiconductor device concerning 1st Embodiment of this invention, and its manufacturing method, Comprising: (A)-(E) are the advancing directions of light. (F) is a cross-sectional view along the direction orthogonal to the traveling direction of light. 本発明の第１実施形態にかかる光半導体装置の製造方法に含まれる再成長工程における温度の変化とＶ族ガス流量の変化を示すシーケンス図である。It is a sequence diagram which shows the change of the temperature in the regrowth process included in the manufacturing method of the optical semiconductor device concerning 1st Embodiment of this invention, and the change of V group gas flow rate. （Ａ）〜（Ｅ）は、本発明の第２実施形態にかかる光半導体装置及びその製造方法を説明するための模式的断面図であって、（Ａ）〜（Ｄ）は光の進行方向に沿う断面図であり、（Ｅ）は光の進行方向に直交する方向に沿う断面図である。(A)-(E) are typical sectional drawings for demonstrating the optical semiconductor device concerning 2nd Embodiment of this invention, and its manufacturing method, Comprising: (A)-(D) are the advancing directions of light. (E) is a cross-sectional view along a direction orthogonal to the traveling direction of light. （Ａ），（Ｂ）は、本発明の各実施形態の変形例にかかる光半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図である。(A), (B) is typical sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the optical semiconductor device concerning the modification of each embodiment of this invention.

Explanation of symbols

１ｐ型ＧａＡｓ基板（化合物半導体基板）
２ｐ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層
３ｉ型ＧａＡｓ下部光導波層
４量子ドット活性層
５ｉ型ＧａＡｓ上部光導波層
６ｎ型ＩｎＧａＰ上部第１クラッド層（エッチングストップ層）
７ｎ型ＧａＡｓ回折格子層
７Ａ回折格子（回折格子パターン）
８ＧａＡｓ膜
９ｎ型ＩｎＧａＰ上部第２クラッド層
１０ｎ型ＧａＡｓコンタクト層
１２リッジ構造
１３パッシベーション膜
１４，１５電極
２０ｎ型ＧａＡｓ基板（化合物半導体基板）
２１ｎ型ＩｎＧａＰ層
２２ｎ型ＧａＡｓ層
２３ｎ型ＩｎＧａＰ下部第１クラッド層（エッチングストップ層）
２４ｎ型ＧａＡｓ回折格子層
２４Ａ回折格子（回折格子パターン）
２５ＧａＡｓ膜
２６ｎ型ＩｎＧａＰ下部第２クラッド層
２７ｎ型ＧａＡｓ下部光導波層
２８ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸活性層
２９ｐ型ＧａＡｓ上部光導波層
３０ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層
３１ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
３２リッジ構造
３３パッシベーション膜
３４，３５電極 1 p-type GaAs substrate (compound semiconductor substrate)
2 p-type AlGaAs lower cladding layer 3 i-type GaAs lower optical waveguide layer 4 quantum dot active layer 5 i-type GaAs upper optical waveguide layer 6 n-type InGaP upper first cladding layer (etching stop layer)
7 n-type GaAs diffraction grating layer 7A diffraction grating (diffraction grating pattern)
8 GaAs film 9 n-type InGaP upper second cladding layer 10 n-type GaAs contact layer 12 ridge structure 13 passivation film 14, 15 electrode 20 n-type GaAs substrate (compound semiconductor substrate)
21 n-type InGaP layer 22 n-type GaAs layer 23 n-type InGaP lower first cladding layer (etching stop layer)
24 n-type GaAs diffraction grating layer 24A diffraction grating (diffraction grating pattern)
25 GaAs film 26 n-type InGaP lower second cladding layer 27 n-type GaAs lower optical waveguide layer 28 GaInNAs / GaAs quantum well active layer 29 p-type GaAs upper optical waveguide layer 30 p-type AlGaAs upper cladding layer 31 p-type GaAs contact layer 32 Ridge structure 33 Passivation film 34, 35 Electrode

Claims

Forming a first compound semiconductor layer containing a first group V element above the compound semiconductor substrate;
Forming a second compound semiconductor layer containing only a second group V element different from the first group V element as a group V element on the first compound semiconductor layer;
Patterning the second compound semiconductor layer to form a diffraction grating;
Removing the first compound semiconductor layer using the diffraction grating as a mask to expose a layer containing only the second group V element as a group V element under the first compound semiconductor layer ;
Coating a side surface of the first compound semiconductor layer with a compound semiconductor film containing only the second group V element as a group V element;
A step of embedding the diffraction grating with a third compound semiconductor layer containing the first group V element.

2. The method of manufacturing an optical semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of raising a temperature in an atmosphere containing the second group V element before the step of forming the third compound semiconductor layer.

The second group V element is As;
Before the step of coating with the compound semiconductor film, a first temperature raising step of raising the temperature in an atmosphere containing As ;
After the step of coating with the compound semiconductor film, and before the step of forming the third compound semiconductor layer, a second temperature raising step of raising the temperature in an atmosphere containing As ,
2. The method of manufacturing an optical semiconductor device according to claim 1, wherein an As pressure in the atmosphere in the second temperature raising step is lower than an As pressure in the atmosphere in the first temperature raising step.

The first group V element is P;
The method of manufacturing an optical semiconductor device according to claim 1, wherein the second group V element is As.

The first compound semiconductor layer includes InGaP,
The method for manufacturing an optical semiconductor device according to claim 1, wherein the second compound semiconductor layer contains GaAs.

A first compound semiconductor layer periodically formed above the compound semiconductor substrate and including a first group V element;
A diffraction grating formed on the first compound semiconductor layer and patterned on a second compound semiconductor layer including only a second group V element different from the first group V element as a group V element;
A layer containing only the second group V element as a group V element under the first compound semiconductor layer;
A compound semiconductor film that covers a side surface of the first compound semiconductor layer and includes only the second group V element as a group V element;
An optical semiconductor device comprising: a third compound semiconductor layer that embeds the diffraction grating and includes the first group V element.