JP5228508B2 - 集積化光半導体装置の製造方法及びその集積化光半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、集積化光半導体装置の製造方法に関し、特に、電流狭窄構造が異なる複数の光半導体装置が光学的に接続されてなる集積化光半導体装置の製造方法及びその集積化光半導体装置に関する。

近年における通信需要の飛躍的な増大に対応するため、複数の半導体光装置（例えば、半導体レーザ装置、変調器、光スイッチ）を半導体基板上に集積して、光半導体装置の多機能化・高性能化を図ろうとする試みが活発化している。

モノリシック集積化光半導体装置すなわち同一半導体基板上に複数の光半導体装置を集積化した光半導体装置を高性能化するためには、個々の光半導体装置の構造を最適化することが重要である。そして、光半導体装置の構造を最適化するためには、能動層と埋め込み層の両面において、その構造を最適化する必要がある。

モノリシック集積化光半導体装置の代表例としては、分布帰還型半導体レーザ装置（以下、ＤＦＢ半導体レーザ装置と呼ぶ）と、半導体光変調器を集積化した光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置がある。そこで、光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置を例として、装置構造の最適化に付いて説明する。

光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置に於ける能動層の最適化とは、そのＤＦＢ半導体レーザ装置の能層層すなわち活性層を光通信に適した１．５５μｍ帯で発光する半導体層で構成し、一方、半導体変調器の能層層すなわち光吸収層を光吸収端が１．５５μｍ帯より僅かに波長が短い半導体層で構成することである。

一方、光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置に於ける埋め込み層の最適化とは、大出力が要求されるＤＦＢ半導体レーザ装置を、大電流の注入に適したｐｎキャリアブロック層で埋め込むことである。これに対して、半導体光変調器に於ける埋め込み層の最適化とは、寄生容量が小さく高速動作に適した半絶縁性半導体層又はポリイミド層で半導体光変調器を埋め込むことである。

すなわち、ｐｎキャリアブロック層は、強い電流狭窄作用を有し、大電流を漏れなく活性層に集中させることができるので、大出力が要求される半導体レーザ装置等に適している。しかし、寄生容量が大きいので、直接変調を目的とする半導体レーザ装置や光変調器等の高速動作が要求される光半導体装置には適していない。

一方、半絶縁性半導体層等の埋め込み層は、寄生容量が小さいので、高速動作が要求される半導体光変調器等の光半導体装置に適している。しかし、半導体レーザ装置等の埋め込み層を半絶縁性半導体層で構成した場合、注入電流を大きくして行くと、半絶縁性半導体層を伝わって漏れる電流が急激に増大する。従って、半絶縁性半導体層は、大出力半導体レーザ装置等、大出力を目的とした光半導体装置の埋め込み層には適していない。

また、ポリイミド層からなる埋め込み層も、寄生容量が小さく、高速動作が要求される光半導体装置の埋め込み層には適している。但し、放熱特性が悪いので、半導体レーザ装置の埋め込み層には適していない。

このように夫々の埋め込み層には利害得失があるので、集積化光半導体装置を高性能化するためには、光半導体装置毎にその機能に応じた埋め込み構造を適用することが必要になる。

ところで、モノリシック集積化光半導体装置の高性能化には、個々の光半導体装置の構造最適化だけでなく、光半導体装置間の光結合効率を高くすることも重要である。

図１は、光半導体装置の光結合率の低下原因を説明するために、中心軸ずれ等を起こしたままで光学的に接続された光導波路２,３の状態を説明する平面図である。

光半導体装置を構成する光導波路の幅は一般的には１〜２μｍと細いため、図１（ａ）のように、光導波路２,３の中心軸４,６が僅かにずれただけでも、光結合率は大きく低下する。また、図１（ｂ）のように、夫々の中心軸４,６が平行でなくなった場合にも、光結合率が低下する。従って、光半導体装置間の光結合効率を高くするためには、個々の光半導体装置を構成する光導波路を一直線上に配置し、その中心軸を一致させることが重要である。

図２は、個々の光半導体装置の構造最適化と光半導体装置間の光結合効率を高くするという上記要請を満した光集積化半導体装置の一例を説明する斜視図である（但し、電極等は省略されている。）。

図２には、ｐｎキャリアブロック層１２を埋め込み層とするＤＦＢ半導体レーザ装置１４と、ポリイミド層１６を埋め込み層とする半導体光変調器１８が同一基板上に集積化された、光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置が示されている（特許文献１）。

図３乃至６は、この光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置２０の製造方法を説明する工程図である。以下、図３乃至６を参照して、この光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置２０の製造方法を説明する。

まず、基板２２（ｎ−ＩｎＰ）の上に、下側クラッド層２４（ｎ−ＩｎＰ層）を形成する。次に、活性層２６（ＩｎＧａＡｓＰ層）、光ガイド層２８（ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層）、グレーティング３０、及び上側クラッド層３２（ｐ−ＩｎＰ層）を順次形成する（図３（ａ）参照）。尚「ｎ−」はｎ型を意味し、同じく、「ｐ−」はｐ型を意味するものとする。

次に、上側クラッド層（ｐ−ＩｎＰ層）３２上に、例えばＳｉＯ_２からなるマスク３３を形成する（図３（ｂ）参照）。

このマスクを用いて、上側クラッド層３２（ｐ−ＩｎＰ層）から活性層２６（ＩｎＧａＡｓＰ層）までをエッチングし、島状の第1の光導波路予備層３４を形成する（図４（ａ）参照）。

次に、エッチングで露出した下側クラッド層２４の上に、光吸収層３６（ＩｎＧａＡｓＰ層）及び上側クラッド層３８（ｐ−ＩｎＰ層）を形成して、第1の光導波路予備層３４の周辺を第２の光導波路予備層４０で埋め込む。その後、マスク３３を除去し、第１及び第２の光導波路予備層３４,４０の表面上に、上側クラッド層４２（ｐ−ＩｎＰ層）及び電極コンタクト層４４（ｐ^＋−ＩｎＧａＡｓ）を順次形成する（図４（ｂ）参照）。

次に、第１及び第２の光導波路予備層３４,４０の上に、上側クラッド層４２及び電極コンタクト層４４を介して、ストライプ状の第１のマスク４６を形成する。第１のマスク４６は、基板２２の＜０１１＞方向に沿って第１及び第２の光導波路予備層３４,４０に跨るように形成する。

次に、第１のマスク４６を保護膜として、上側クラッド層４２及び電極コンタクト層４４が積層された第１及び第２の光導波路予備層３４,４０をエッチングして、ストライプ状のリッジ４８を形成する（図５（ａ）参照）。

ここで、リッジ４８は、上側クラッド層４２及び電極コンタクト層４４が積層された第１の光導波路予備層３４がエッチングされてなる第１の光導波路層５０と、同じく上側クラッド層４２及び電極コンタクト層４４が積層された第２の光導波路予備層４０がエッチングされてなる第２の光導波路層５２によって構成されている。

次に、第１のマスク４６が設けられている第２の光導波路層５２全体を覆うように第２のマスク５４を形成する（図５（ｂ）参照）。

次に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いて、露出している下側クラッド層２４の上に、下側電流ブロック層５６（ｐ−ＩｎＰ）及び上側電流ブロック層５８（ｎ−ＩｎＰ）を形成する（図６（ａ）参照）。

次に、第１および第２のマスク４６,５４を除去する（図６（ｂ）参照）。

次に、第２のマスク５４を除去した露出面上にポリイミド層１６を形成する（図７参照）。

次に、所定の電極等を形成し、光変調器付きＤＦＢレーザ２０を完成する。

このように、従来の光変調器付きＤＦＢレーザ２０では、ＤＦＢ半導体レーザ装置１４をｐｎキャリアブロック層１２で埋め込むことによって、ＤＦＢ半導体レーザ装置１４の大出力化を可能にしている。一方、半導体光変調器１８をポリイミド層１６で埋め込むことによって、半導体光変調器１８の高速動作を可能にしている。
特開平８−１６２７０６号公報 特開２００５−２２３３００号公報

しかし、図２を参照して説明した、ポリイミド層１６で半導体光変調器１８を埋め込んだ光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置２０には、ポリイミド層１６の形成に伴って電極形成工程が複雑になるという欠点がある。

このポリイミド層１６及び電極を形成する工程の詳細は、以下の通りである。

まず、ｐｎキャリアブロック層１２形成後の構造体６２（図６（ｂ）参照）から、第１および第２のマスク４６,５４を除去する。

次に、第１および第２のマスク４６,５４が除去された構造体６４の表面に、粘液状のポリイミドをスピンコートーし、その後、ポリイミドを加熱し固化させる（図７参照）。

この時、ポリイミド層１６は、半導体光変調器１８の両側だけでなく、ＤＦＢ半導体レーザ装置１４及び半導体光変調器１８双方の電極コンタクト層４４の上にも形成される。

従って、電極コンタクト層４４の上に電極を形成するためには、電極コンタクト層４４を覆うポリイミド層１６を除去する工程が必要にある。

しかも、電極を最終的に形成するまでには、ポリイミド層１６の除去後も、更に、電極コンタクト層４４の洗浄やレジストパターの形成等、酸性溶液やアルカリ性溶液による処理を伴う工程が必要になる。

ところが、ポリイミド層１６は、酸性及びアルカリ性溶液双方に対して耐が無いため、これらの処理液に直接晒されると、ポリイミド層１６はエッチングされ減少してしまう。従って、電極コンタクト層４４の上に電極を形成するためには、電極コンタクト層４４上のポリイミド層１６を除去した後、残ったポリイミド層１６をレジスト膜等で保護する工程が必要になる。

このように、ポリイミド層１６で半導体光変調器１８を埋め込むと、電極コンタクト層４４上のポリイミドの除去やその後のポリイミド層の保護という煩雑な工程が必要になる。すなわち、ポリイミド層１６で半導体光変調器１８を埋め込んだ光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置２０では、電極形成工程が複雑になる。

しかも、ポリイミドは、変形しやすく、長期的には、収縮して半導体光変調器１８を形成するリッジ４８の側面から、剥がれてしまうという欠点がある。このため、ポリイミド層を埋め込み層とする光半導体装置の長期的信頼性は低い。

一方、半絶縁性半導体層からなる埋め込み層には、これらの問題点は存在しない。

このため、ＤＦＢ半導体レーザ装置をｐｎキャリアブロック層で埋め込み、一方、半導体変調器は半絶縁性半導体層で埋め込んだ装置構成も検討されたことがある。しかし、ＤＦＢ半導体レーザ装置及び半導体変調器を、夫々の光導波路層の中心軸を一致させた状態で集積化することは困難であった（特許文献１参照）。これは、この試みでは、ＤＦＢ半導体レーザ装置及び半導体変調器を構成する光導波路層を夫々別々に形成しなければならないため、夫々の中心軸を十分に一致させることが困難であったからである。

このような問題があるために、従来は、電極形成工程が複雑化し、しかも長期的信頼性に問題があるにも拘わらず、半導体光変調器をポリイミド層で埋め込んで、光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置２０を形成していた。

そこで、本発明の第１の目的は、ＤＦＢ半導体レーザ装置のように大電流注入を必要とする第１の光半導体装置と、半導体光変調器のような高速動作が要求される第２の光半導体装置とが混在するモノリシック集積化光半導体装置において、夫々の光半導体装置を構成する光導波路層の中心軸が一致した状態で、第１の光半導体装置をｐｎキャリアブロック層で埋め込み、一方第２の光半導体装置は半絶縁性半導体で埋め込むことを可能とする集積化光半導体装置の製造方法を提供することである。

また、本発明の第２の目的は、光導波路層の中心軸を一致させた状態で、第１の光半導体装置をｐｎキャリアブロック層で埋め込み、第２の光半導体装置は半絶縁性半導体層で埋め込むことを可能とする装置構造を備えた集積化光半導体装置を提供することである。

（第１の側面）
上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面は、第１の半導体積層構造と、第２の半導体積層構造を、半導体基板上に形成する第１の工程と、直線状の第１のマスクを、前記第１及び第２の半導体積層構造双方に亘って形成する第２の工程と、前記第１及び第２の半導体積層構造をエッチングして、前記第１のマスクによって保護された領域に、前記第１及び第２の光導波路層を形成する第３の工程と、前記第１のマスクを残存させたままの状態で、前記第２の光導波路層を覆う第２のマスクを形成する第４の工程と、露出する前記第１の光導波路層の両側面に、第１の埋め込み層を成長する第５の工程と、前記第１のマスクを残存させたまま、前記第２のマスクを除去する第６の工程と、露出する前記第２の光導波路層の両側面に前記第２の埋め込み層を形成する第７の工程を具備したことを特徴とする。

本発明の第１の側面によれば、例えばＤＦＢ半導体レーザ装置のような大電流動作を必要とする半導体装置と、例えば半導体光変調器のような高速動作が要求される半導体体装置が混在する集積化光半導体装置を、夫々の動作に適した構造の埋め込み層で埋め込むことが可能になる。

しかも、直線状の一本のマスクによって第１及び第２の半導体積層構造をエッチングして第１及び第２の光導波路層を形成するので、第１及び第２の光導波路層の中心軸を完全に一致させることができる。従って、第１の光導波路層と第１の埋め込み層を有する光半導体装置と、第２の光導波路層と第２の埋め込み層を有する光半導体装置の光結合率を高くすることができる。

（第２の側面）
上記の目的を達成するために、本発明の第２の側面は、第１の側面において、前記第２のマスクが、前記第１のマスクに対して選択的にエッチング可能であることを特徴とする。

（第３の側面）
上記の目的を達成するために、本発明の第３の側面は、第１又は第２の側面において、前記第５の工程が、塩素系化合物を添加した原料ガスを用い、前記第１の埋め込み層を有機金属気相成長法によって成長することを特徴とする。

第３の側面によれば、第１及び第２の光導波路層（リッジ）を高くしても、第１の埋め込み層と第２の埋め込み層の境界に於ける庇構造の発生が抑制されるので、集積化光半導体装置の特性劣化を防止することが可能になり、集積化光半導体装置の歩留まりを高くすることができる。

（第４の側面）
上記の目的を達成するために、本発明の第３の側面は、第３の側面において、前記第５の工程は、第１の塩素系化合物を含む前記原料ガスを用いて第１のｐ型半導体層を形成する工程と、前記第１の塩素系化合物を含む前記原料ガスを用いて前記第１のｐ型半導体層上にｎ型半導体層を形成する工程と、第２の塩素系化合物を含む前記原料ガスを用いて前記ｎ型半導体層上に第２のｐ型半導体層を形成する工程とを含むことを特徴とする。

第４の側面によれば、塩素系化合物によるｎ型半導体層の薄層化を防止して、第１のｐ型半導体層とｎ型半導体層と第２のｐ型半導体層を有する第１の埋め込み層の電流狭窄機能の劣化を阻止することができる。このため、集積化光半導体装置の歩留まりを一層高くすることができる。

（第５の側面）
上記の目的を達成するために、本発明の第５の側面は、第１乃至第４の何れかの側面において、前記第７の工程が、塩素系化合物を添加した原料ガスを用い、前記第２の埋め込み層を有機金属気相成長法によって成長することを特徴とする。

第５の側面によれば、第１及び第２の光導波路層の頂上と第１及び第２の埋め込み層の間には、段差が存在しないため、第１及び第２の光導波路層の頂上に電極を形成するときに問題となる、マスク途切れ及び電極途切れを回避することが可能になる。

（第６の側面）
上記の目的を達成するために、本発明の第６の側面は、半導体基板上に形成された第１の光導波路層と、前記第１の光導波路層の両側に形成され、第ｐ型半導体層とｎ型半導体層が積層されてなる第１の埋め込み層とを有する第１の光半導体装置と、前記半導体基板上に形成され、前記第１の光導波路層に光学的に接続された第２の光導波路層と、前記第２の光導波路層の両側に形成され、半絶縁性半導体からなる第２の埋め込み層とを有する第２の光半導体装置を具備し、前記第１及び第２の光導波路層が一の直線上に配置され、且つ、前記半絶縁性半導体が、前記第１の埋め込み層の上に延在している光半導体装置である。

本発明によれば、例えばＤＦＢ半導体レーザ装置のような大電流動作を必要とする半導体装置と、例えば半導体光変調器のような高速動作が要求される半導体体装置が混在する集積化光半導体装置を、夫々の動作に適した構造の埋め込み層で埋め込むことが可能になる。

しかも、直線状の一本のマスクによって第１及び第２の半導体積層構造をエッチングして第１及び第２の光導波路層を形成するので、第１及び第２の光導波路層の中心軸を完全に一致させることができる。従って、第１の光導波路層と第１の埋め込み層を有する光半導体装置と、第２の光導波路層と第２の埋め込み層を有する光半導体装置の光結合率を高くすることができる。

以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。

（実施の形態１）
本実施の形態は、大電流注入を必要とするＤＦＢ半導体レーザ装置と高速動作が要求される半導体光変調器とが混在する光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置において、 夫々を構成する光導波路層の中心軸が一致した状態で、ＤＦＢ半導体レーザ装置をｐｎキャリアブロック層で埋め込み、一方、半導体光変調器は半絶縁性半導体で埋め込むことを可能とする光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置（集積化光半導体装置）の製造方法の製造方法に関するものである。

図８は、本実施の形態で製造される光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置の要部斜視図である。また、図９は、図８のA-A’線に於ける断面を矢印の方向から見た断面図（図９（ａ））と図８のB-B’線に於ける断面を矢印の方向から見た断面図（図９（ｂ））である。

図８及び図９に示すように、本実施の形態によって製造される光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置２０（集積化光半導体装置）は、半導体基板２２の主面に平行な直線状の第１の光導波路層５０からなり、前記第１の光導波路層５０の両側が、ｐ型半導体層６８とｎ型半導体層７０が積層されてなるｐｎキャリアブロック層１２（第１の埋め込み層）によって埋め込まれてなるＤＦＢ半導体レーザ装置１４（第１の光半導体装置）と、前記第１の光導波路層５０に光学的に接続された直線状の第２の光導波路層５２からなり、前記第２の光導波路層５２が、半絶縁性半導体からなる半絶縁性半導体層６６（第２の埋め込み層）によって両側を埋め込まれてなる半導体光変調器１８（第２の光半導体装置）を具備し、前記第１及び第２の光導波路層５０，５２が一の直線上に配置されている。

ここで、ｐｎキャリアブロック層１２は、第１のｐ型電流ブロック層７６と、ｎ型電流ブロック層７８と、第２のｐ型電流ブロック層８０が順次積層された構成であることが好ましい。

また、半絶縁性半導体からなる半絶縁性半導体層６６（第２の埋め込み層）は、ｐｎキャリアブロック層１２（第１の埋め込み層）の上に延在している。また、半導体基板２２の伝導型はｎ型であり、その主面は（１００）面である。

尚、図８及び９では、電極は省略されている。更に、図８では、第１及び第２の光導波路層５０,５２の頂上（すなわち、電極コンタクト層４４）と半絶縁性半導体層６６の表面が一致するように描かれている。しかし、実際は、半絶縁性半導体層６６は、図９の断面図に示すように、第１及び第２の光導波路層５０,５２の近傍で盛り上がっている。

図１０乃至図１４は、本実施の形態における光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置の製造方法を説明する状態図である。以下、図１０乃至１４を参照して、この光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置２０の製造方法を説明する。

尚、本実施の形態を含め以下に説明する、集積化光半導体装置の製造方法において使用する結晶成長法は、有機金属気相成長法である。原料ガスは、ＩＩＩ族に対してはトリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）を使用し、Ｖ族に対してはフォスフィン（ＰＨ_３）、アルシン（ＡｓＨ₃）を使用する。

まず、（１００）面を主面とするｎ型ＩｎＰ基板２２の上に、ＩｎＧａＡｓＰからなる厚さ０．０５μｍの埋め込み回折格子７２、厚さ０．２５μｍのｎ−ＩｎＰからなる下側クラッド層７４、厚さ０．３μｍのｉ型ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸からなる活性層２６、及びｐ−ＩｎＰからなる上側クラッド層３２を順次形成する（図１０（ａ）参照）。

次に、上側クラッド層３２上に、例えば、ＳｉＯ_２からなるマスク３３を形成する（図１０（ｂ）参照）。

このマスクを用いて、上側クラッド層３２、活性層２６、下側クラッド層７４、埋め込み回折格子７２をエッチングし、島状の第1の光導波路予備層３４を形成する（図１１（ａ）参照）。

次に、エッチングで露出した基板２２の上に、厚さ０．３μｍのｎ−ＩｎＰからなる下側クラッド層７６、厚さ０．３μｍのｉ型ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸からなる光吸収層３６、及び上側クラッド層（ｐ−ＩｎＰ層）３８を形成して、第1の光導波路予備層３４の周囲を第２の光導波路予備層４０で埋め込む。すなわち、第２の光導波路予備層４０を、第１の光導波路予備層３４に対して突き合わせ成長する。

次に、マスク３３を除去し、第１及び第２の光導波路予備層３４,４０の表面上に、上側クラッド層４２（ｐ−ＩｎＰ層）及び電極コンタクト層４４（ｐ^＋−ＩｎＧａＡｓ）を順次形成する（図１１（ｂ）参照）。

次に、上側クラッド層４２及び電極コンタクト層４４が積層された第１及び第２の光導波路予備層３４,４０の上に、例えばＳｉＯ_２からなるストライプ状の第１のマスク４６を形成する。第１のマスク４６は、基板２２の＜０１１＞方向に沿って、上側クラッド層４２及び電極コンタクト層４４が積層された第１及び第２の光導波路予備層３４,４０を跨ぐように形成する。

次に、第１のマスク４６を保護膜として、上側クラッド層４２及び電極コンタクト層４４が積層された第１及び第２の光導波路予備層３４,４０をドレイエッチングして、幅２μｍ、高さ１．５μｍのストライプ状のリッジ４８を形成する（図１２（ａ）参照）。

ここで、リッジ４８は、上側クラッド層４２及び電極コンタクト層４４が積層された第１の光導波路予備層３４がエッチングされてなる第１の光導波路層５０と、同じく上側クラッド層４２及び電極コンタクト層４４が積層された第２の光導波路予備層４０がエッチングされてなる第２の光導波路層５２からなる。

次に、第１のマスク４６が設けられている第２の光導波路層５２全体を覆うように、例えば、ＳｉＮからなる第２のマスク５４を形成する（図１２（ｂ）参照）。ここで、第２のマスク５４は、第１のマスク４６に対して選択的にエッチング可能な材料で形成する（即ち、第２のマスク５４を、特定のエッチング液に対するエッチング速度が、第１のマスク４６を形成する材料より十分遅くなる材料で形成する。）。

次に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いて、露出している基板２２の上に、ｐ−ＩｎＰからなる第１のｐ型電流ブロック層７６と、ｎ−ＩｎＰからなるｎ型電流ブロック層７８と、ｐ−ＩｎＰからなる第２のｐ型電流ブロック層８０を成長し、ｐｎキャリアブロック層８２を形成する。ここで、ｐ−ＩｎＰのドーパントとしては、例えば、ジメチルジンクを用いる。また、ｎ−ＩｎＰのドーパントとしては、例えば、硫化水素を用いる。

次に、フッ化水素酸とフッ化アンモニウムの混合液により第２のマスク５４を選択的に除去する。このエッチングによって、ＤＦＢ半導体レーザ装置１４となる領域（第１の光導波路層３４）及び半導体光変調器１８となる領域（第２の光導波路層３６）の上部が第１のマスク４６によって覆われた図１３（ａ）に示すような構造体が得られる。

次に、このようにして形成された構造体の上に、例えば、Ｆｅのように深い不純物準位を形成する元素がドーピングされたＩｎＰからなる半絶縁半導体層６６を成長し、半導体光変調器１８となる第２の光導波路層３６からなるリッジを埋め込む（図１３（ｂ）参照）。この時、半絶縁半導体層６６は、成長済みのｐｎキャリアブロック層８２の上にも成長する。尚、Ｆｅの原料は、フェロセンである。

図１３には図示されていないが、リッジ４８に覆い被さるように半絶縁半導体層６６がリッジ上に突出して、突起を形成する。この突起は後の電極形成の妨げになるので、ウェットエッチングによって除去する。尚、このような突起の形成は、リッジ４８の方向を変えても防止することはできない。

次に、例えば、フッ化水素酸により、ＳｉＯ_２からなる第１のマスク４６を除去する（図１４参照）。

最後に、ＤＦＢ半導体レーザ装置１４となる第１の光導波路層３４の上に、ｐ型電極を形成する。また、半導体光変調器１８となる第２の光導波路層３６の上にも、ｐ型電極を形成する。

一方、基板２２の裏面にはｎ型電極が形成する。

以上の工程により、図８に示す、ＤＦＢ半導体レーザ装置１４と半導体光変調器１８からなる光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置が完成する（但し、図８には、電極は図示されていない。）。

図１５は、以上の製造工程を纏めたフロー図である。

本実施の形態に従う集積化光半導体装置の製造方法は、図１５に示すように、第１の光導波路層５０となる第１の半導体積層構造（上側クラッド層４２と電極コンタクト層４４が積層された第１の予備導波路層３４）と、前記第２の光導波路層５２となる第２の半導体積層構造（上側クラッド層４２と電極コンタクト層４４が積層された第２の予備導波路層４０）を、前記半導体基板上に形成する第１の工程（ステップＳ１；図１０及び図１１）を備えている。

ここで、第１の半導体積層構造とは、上述した例では、ＩｎＧａＡｓＰからなる埋め込み回折格子７２と、ｎ−ＩｎＰからなる下側クラッド層７４と、ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸からなる活性層２６と、ｐ−ＩｎＰからなる上側クラッド層３２とからなる第１の光導波路予備層３４（図１０（ａ）参照）の上に、更に、上側クラッド層４２と、電極コンタクト層４４が積層された半導体積層構造のことである。

また、第２の半導体積層構造とは、上述した例では、下側クラッド層７６と、ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸からなる光吸収層３６と、上側クラッド層３８とからなる第２の光導波路予備層４０（図１１（ｂ）参照）の上に、更に、上側クラッド層４２と、電極コンタクト層４４が積層された半導体積層構造のことである。

また、本実施の形態に従う集積化光半導体装置の製造方法は、第１の誘電体膜からなる直線状の第１のマスク４６を、上記第１及び第２の半導体積層構造双方に亘って形成する第２の工程（ステップＳ２）と、上記第１及び第２の半導体積層構造をエッチングして、上記第１のマスク４６によって保護された領域に、上記第１及び第２の光導波路層５０,５２を形成する第３の工程（ステップＳ３）を備えている(図１２（ａ）参照)。

また、本実施の形態に従う集積化光半導体装置の製造方法は、上記第１のマスク４６を残存させたままの状態で、上記第２の光導波路層５２及び上記第２の光導波路層５２の両側に、第２の誘電体膜からなる第２のマスク５４を形成する第４の工程（ステップＳ４；図１３（ａ）参照）を備えている。

また、本実施の形態に従う集積化光半導体装置の製造方法は、上記第１及び第２のマスク４６,５４を選択成長膜として、上記第１の光導波路層５０の両側に、ｐｎキャリアブロック層８２からなる第１の埋め込み層を成長する第５の工程（ステップＳ５）を備えている。

ここで、ｐｎキャリアブロック層８２は、有機金属気相成長法によって形成する。原料ガスは、フォスフィン（ＰＨ_３）とトリメチルインジウム（ＴＭＩ）である。ｐ−ＩｎＰのドーパント源としては、例えば、ジメチルジンクを用いる。また、ｎ−ＩｎＰのドーパント源としては、例えば、硫化水素を用いる。

また、本実施の形態に従う集積化光半導体装置の製造方法は、上記第１のマスク４６を残存させたまま、上記第２のマスク５４を除去する第６の工程（ステップＳ６；図１３（ａ）参照）。

更に、本実施の形態に従う集積化光半導体装置の製造方法は、残存させた上記第１のマスク４６を選択成長膜として、上記第２の光導波路層５２の両側に、半絶縁性半導体層６６（例えば、ＦｅがドーピングされたＩｎＰ）からなる上記第２の埋め込み層を形成する工程を備えている（ステップＳ７；図１３（ｂ）参照）。

ここで、半絶縁性半導体層６６は、第６の工程（ステップＳ６）と同様、有機金属気相成長法によって形成する。また、原料ガスは、フォスフィン（ＰＨ_３）とトリメチルインジウム（ＴＭＩ）からなる。但し、ＩｎＰ成長層にＦｅをドーピングするため、原料ガスにはフェロセンを添加する。

従って、本実施の形態によれば、ＤＦＢ半導体レーザ装置のような大電流注入を必要とする第１の光半導体装置と、半導体光変調のような高速動作が要求される第２の光半導体装置とが混在するモノリシック集積化光半導体装置において、第１の光半導体装置はｐｎキャリアブロック層で埋め込み、第２の光半導体装置は半絶縁性半導体で埋め込むことを可能となる。更に、本実施の形態では、ストライプ状の一本のマスクを保護膜として光導波路層５０,５２をエッチングして形成するので、第１及び第２の光半導体装置を構成する夫々の光導波路層の中心軸は一致している。

（実施の形態２）
本実施の形態は、実施の形態１に従う集積化光半導体装置の製造方法において、塩素系化合物を添加した原料ガスを用いた有機金属気相成長法によって、第１の埋め込み層（ｐｎキャリアブロック層８２）を成長する集積化光半導体装置の製造方法に関する。実施の形態１では、第１及び第２の光導波路層５０,５２からなるリッジ４８を、高さ１．５μｍになるように形成する（図１２（ａ）参照）。

しかし、この高さでは、活性層２６（又は光吸収層３６）と電極コンタクト層４４の上に形成される電極（図示せず）が近すぎるため（図９参照）、両者の間隔は、活性層２６（又は光吸収層３６）を伝播する光が、電極によって反射されることを実質上阻止するために必要な最小限の距離しか確保することができない。

このため、成長条件の揺らぎ等により、活性層２６（又は光吸収層３６）の組成が少し短波化したり厚さが薄くなったりすることで光の閉じ込めが少し弱くなっただけでも、光のフィールドが広がり、出射光のファー・フィールド・パターン（以下、フィールドパターンと略す）が乱れ変形してしまう。

その結果、集積化光半導体装置（例えば、光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置１４）の出射光を光ファイバー等へ光結合する際の損失が大きくなってしまう。このような集積化光半導体装置は、使用不能な不良品であり、従って、実施の形態１に従う製造方法の歩留まりは必ずしも高くない。

そこで、本発明者は、リッジ４８の高さを１．５μｍより高くして、実施の形態１と同じ工程によって、光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置１４の製造を試みた。尚、リッジ４８の伸べる方向も、実施の形態１と同じ［０１１］方向である。

その結果、リッジ４８の高さが１．５μｍを超えると、第２のマスク５４との境界領域９０で、ｐｎキャリアブロック層８２が異常成長することが明らかになった（図１６参照）。

図１６は、第２のマスク５４を形成後、ｐｎキャリアブロック層８２を成長する直前の半導体基板２２の状態を説明する斜視図である。

図１７は、ｐｎキャリアブロック層８２を成長した直後の境界領域９０の状態を示す断面図である。

図１８は、更に、半絶縁性半導体層６６を成長した直後の状態を示している。尚、図１７及び１８は、リッジ４８に垂直な、第２のマスクの辺８４が、紙面に対して垂直になるように描かれている。

図１７に示すように、第２のマス５４がリッジ４８を覆った状態の基板２２の上にｐｎキャリアブロック層８２を成長すると、図１７に示すように、（１１１）Ａ面８５が異常に早く成長するため第２のマスク５４に覆い被さるように庇構造８６が形成される。即ち、第２のマスク５４との境界領域９０で、ｐｎキャリアブロック層８２が異常成長する。

このようなｐｎキャリアブロック層８２の上に、半絶縁性半導体層６６を成長すると、図１８に示すように、庇構造８６の下に空洞８８が形成される。

この空洞８８は、リッジ４８に垂直な辺８４全体に渡って形成され、リッジ４８の直近にも及ぶ。このため、活性層２６（又は光吸収層３６）から滲み出した導波光（活性層等を伝播する光）がこの空洞８８まで到達するため、導波光のモードパターン（電界強度分布）が、空洞８８の屈折率（＝１）と埋め込み層８２,６６の屈折率（≒３．４）の大きな差によって乱される。従って、光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置２０のフィールドパターンが変形し、その装置特性が劣化する。

また、庇構造８６には結晶欠陥が発生しやすく、その結晶欠陥が、庇構造８６の上に成長した半絶縁性半導体層６６にも伝播する。これらの結晶欠陥は、第１及び第２の埋め込み層内に、電流が流れやすい通り道（パス）を形成し、電流リークの原因となる。

このため、ｐｎキャリアブロック層８２で埋め込まれた光半導体装置（例えば、ＤＦＢ半導体レーザ装置１４）への電流注入効率が低下し、集積化光半導体装置（例えば、変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置２０）の特性を劣化させる。

図１９は、リッジ４８をｐｎキャリアブロック層８２で埋め込んだ直後の断面図である。図１９に示すように、庇構造８６は、第２のマスク５４との境界領域９０だけでなく、リッジ４８の頂上部にも形成される。リッジ４８の頂上で第１のマスク４６に覆い被さるように（１１１）Ａ面９８が成長する。尚、図１９では、ｐｎキャリアブロック層８２の記載は、省略されている。

このような庇構造８６の発生を抑制する方法として、塩素系化合物を添加した原料ガスを用いて有機金属気相成長法によって埋め込み層を成長する方法が報告されている（特許文献２）。

そこで、本発明者は、図１５を参照して実施の形態１で説明した第５の工程（ステップＳ５）すなわちｐｎキャリアブロック層８２を成長する工程に於いて、原料ガスに塩素系化合物を添加することによって、第２のマスク５４とｐｎキャリアブロック層８２の境界領域９０に於ける庇構造８６の発生が抑制できるか試みた。

具体的には、例えば、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）とフォスフィン（ＰＨ_３）からなる原料ガスにジクロロエチレンを添加し、ｐｎキャリアブロック層８２を成長した。この際、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）の流量に対するジクロロエチレンの流量の割合（＝ジクロロエチレンの流量/ＴＭＩの流量）を３０とした。

以上のような条件下でｐｎキャリアブロック層８２を成長したところ、リッジ４８の頂上だけでなく、第２のマスク５４とｐｎキャリアブロック層８２の境界領域意９０にも庇構造８６は形成されなかった。

この庇構造の抑制作用は、以下のようなメカニズムによって発揮されるものと考えられる。

図２０は、原料ガスにジクロロエチレンを添加して、リッジ４８をｐｎキャリアブロック層８２で埋め込んだ時の断面図である。

図１９に示すように、ジクロロエチレン等の塩素系化合物を原料ガスに添加しない通常の有機金属気相成長法では、ＩｎＰからなる基板２２の主面に平行な結晶面（（１００）面９２）とリッジ４８に覆い被さる（１１１）Ａ面９８の成長が速く、リッジ４８の側面に対して斜めに成長する結晶面（例えば、（３１１）Ｂ面９４）のような結晶面の成長は遅い。

ところが、ジクロロエチレンが添加されると、図２０に示すように、例えば、リッジ４８の側面に対して傾いた結晶面（例えば、（３１１）Ｂ面９４）の成長が著しく促進される。その結果、庇構造８６の発生原因となる結晶面（（１１１）Ａ面９８）の成長が抑制される。この時、第２のマスク５４とｐｎキャリアブロック層８２の境界領域９０に於ける庇構造８６の発生原因となっている（１１１）Ａ面８５の成長も同時に抑制される。

このため、リッジ４８の頂上だけでなく、ｐｎキャリアブロック層８２と第２のマスク５４の境界領域９０でも、庇構造８６の成長が抑制される。従って、ｐｎキャリアブロック層１２の上に、半絶縁性半導体層６６を成長しても、空洞８８や結晶欠陥が形成されることはない。

故に、リッジ４８を高くして庇構造が成長しやすくなっても、空洞や結晶欠陥の発生を原因とする集積化光半導体装置の特性劣化を防止することが可能になる。

以上説明したとおり、本実施の形態は、図１５を参照して実施の形態１で説明した集積化光半導体装置の製造方法において、上記第５の工程が、塩素系化合物を添加した原料ガスを用い、前記第１の埋め込み層を有機金属気相成長法によって成長する点が具体的に特定されている。

そして、本実施の形態によれば、リッジ４８を高くしても、第２のマスク５４の周囲に於ける庇構造の発生が抑制されるので、集積化光半導体装置の特性劣化を防止することが可能になり、集積化光半導体装置の歩留まりを高くすることができる。

（実施の形態３）
本実施の形態は、実施の形態２に従う集積化光半導体装置の製造方法において、第２のｐ型電流ブロック層８０の成長開始に合わせて、原料ガスに添加する塩素系化合物の種類を切り替えて、ｐｎキャリアブロック層（第１の埋め込み層）を成長する集積化光半導体装置の製造方法に関するものである。

実施の形態２では、ｐｎキャリアブロック層８２を成長するための原料ガスに塩素系化合物を添加して、庇構造の発生原因となる（１１１）Ａ面の成長を抑制する。この時、基板２２の主面に平行な結晶面（例えば、（１００）面９２）の成長も同時に抑制される（図２０参照）。

このため、基板２２の主面に平行な結晶面を主要部９６とするｎ型電流ブロック層７８が薄くなり、ｐｎキャリアブロック層８２の電流狭窄機能が劣化することがある。従って、ｐｎキャリアブロック層８２によって埋め込まれた光半導体装置（例えば、ＤＦＢ半導体レーザ装置１４）への電流注入効率が低下し、所定の性能が得られない集積化光半導体装置が製造される。このため、実施の形態２によっても、集積化光半導体装置の歩留まりは、未だ不十分である。

そこで、本実施の形態では、このようなｎ型電流ブロック層７８の薄層化による電流狭窄機能の低下を緩和するため、塩素系化合物添加による庇構造８６の抑制作用を、第１のｐ型電流ブロック層７６及びｎ型電流ブロック層７８を成長する際には控え目にして、庇構造８６の抑制作用の副作用としてｎ型電流ブロック層７８の薄層化を抑制する。一方、第２のｐ型電流ブロック層８０を成長する時には、塩素系化合物の種類を切り替えて、塩素系化合物添加による庇構造８６の抑制作用を強化して、庇構造８６の顕在化を阻止する。尚、塩素系化合物の原料ガスに対する添加割合は、塩素系化合物の切り替えに合わせて、適宜変更するものとする。

このため、本実施の形態によれば、原料ガスへの塩素系化合物の添加に起因する、ｐｎキャリアブロック層８２の電流狭窄機能の低下を防止することが可能になる。また、本実施の形態によれば、実施の形態２と同様に、リッジ４８を高くしても、第２のマスク５４との境界領域に於ける庇構造の形成に起因する集積化光半導体装置の特性劣化を防止することができる。

以下、本実施の形態に従う光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置２０の製造方法を具体的に説明する。

本実施の形態に従う製造方法は、ｐｎキャリアブロック層を成長する第５の工程を除き、図１５を参照して実施の形態１で説明した製造方法と略同じである。従って、第５の工程（ステップＳ５）以外の工程の説明は省略する。

図２１は、本実施の形態に従うｐｎキャリアブロック層８２の形成手順を説明するフロー図である。

まず、図１２（ａ）に示すようにリッジ４８の頂上に第１のマスク４６が形成され、更に、第２の光導波路層５２を覆うように第２のマスク５４が形成された構造体を、成長炉に設置する（ステップＳ５１）。

次に、フォスフィン（ＰＨ_３）を供給しながら、反応炉の温度を６００℃に昇温する。また、反応炉内の圧力は、１５０Ｔｏｒｒに設定する。

次に、フォスフィン（ＰＨ_３）とトリメチルインジウム（ＴＭＩ）からなる原料ガスに塩化メチルを添加し、反応炉に供給する。この時、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）の流量に対する塩化メチルの流量の割合（＝塩化メチルの流量/ＴＭＩの流量；添加割合）は３０とする。

このような条件の下、第１の光導波路層５０の両側に、ｐ型ＩｎＰからなる第１のｐ型電流ブロック層７６及びｎ型ＩｎＰからなるｎ型電流ブロック層７８を成長する。ここで、ｐ−ＩｎＰのドーパント源としては、実施の形態２と同様に、例えば、ジメチルジンクを用いる。また、ｎ−ＩｎＰのドーパント源としては、例えば、硫化水素を用いる（ステップＳ５２）。

次に、塩化メチルをジクロロエチレンに切り替え、ｐ型ＩｎＰからなる第２のｐ型電流ブロック層７８を成長する。ここで、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）の流量に対するジクロロエチレンの流量の割合（＝ジクロロエチレンの流量/ＴＭＩの流量）は６０である（ステップＳ５３）。尚、ｐ−ＩｎＰのドーパント源は、例えば、ジメチルジンクを用いる。

以上の工程により、十分な厚さを備えたｎ型電流ブロック層７８が形成される。従って、本実施の形態によれば、ｐｎキャリアブロック層８２の電流ブロック機能の劣化をすることができる。

以上の説明から明らかなように、本実施の形態に従う集積化光半導体装置の製造方法は、実施の形態２に従う製造方法において、以下のような点が特定されている。

まず、本実施の形態に従って製造される集積化光半導体装置は、第１の埋め込み層（例えば、ｐｎ電流ブロック層１２）が、第１のｐ型半導体層（第１のｐ型電流ブロック層７６）とｎ型半導体層（ｎ型電流ブロック層７８）と第２のｐ型半導体層（第２のｐ型ブロック８０）が順次積層されて構成されている。

また、原料ガスに添加される塩素系化合物が、第１のｐ型半導体層７６及びｎ型半導体層７８を形成する際に原料ガスに添加する第１の塩素系化合物（例えば、塩化メチル）と、第２のｐ型半導体層８０を形成する際に原料ガスに添加する第２の塩素系化合物（例えば、ジクロロエチレン）からなる。

また、第１及び第２の塩素系化合物を、夫々上記原料ガスに第１及び第２の割合（例えば、塩化化合物の流量/ＴＭＩの流量）で添加する。

そして、第１の割合に於いて第１の塩素系化合物（例えば、塩化メチル）が半導体基板２２の主面に平行な結晶面の成長を抑制する作用は、第２の割合に於いて第２の塩素系化合物（例えば、ジクロロエチレン）が上記主面に平行な結晶面の成長を抑制する作用より弱くなるように、第１及び第２の塩素系化合物の種類及び原料ガスに対する添加割合が選ばれている。

そして、本実施の形態では、第１及び第２の塩素系化合物が異なる化合物である。

従って、本実施の形態によれば、塩素系化合物によるｎ型電流ブロック層の薄層化を緩和して、ｐｎキャリアブロック層８２の電流狭窄機能の劣化を阻止することができる。このため、集積化光半導体装置の歩留まりを一層高くすることができる。

（実施の形態４）
本実施の形態は、実施の形態２に従う集積化光半導体装置の製造方法において、第２のｐ型電流ブロック層８０の成長開始に合わせて、原料ガスに添加する塩素系化合物の種類は変えずに添加割合を切り替えて、ｐｎキャリアブロック層（第１の埋め込み層）を成長する集積化光半導体装置の製造方法に関するものである。

実施の形態３は、第２のｐ型電流ブロック層８０の成長開始に合わせて、原料ガスに添加する塩素系化合物の種類を切り替えて、ｎ型電流ブロック層の薄層化を抑制する。これに対して、本実施の形態では、原料ガスに添加する塩素系化合物の種類は変えずに、その添加割合を、第２のｐ型電流ブロック層８０を成長する時より、第１のｐ型電流ブロック層７６及びｎ型電流ブロック層を成長する時の方を小さくする。

このようにすると、第１のｐ型電流ブロック層７６及びｎ型電流ブロック層７８を成長する際のｎ型電流ブロック層７８の薄層化が抑制される一方、第２のｐ型電流ブロック層８０を成長する際の庇構造形成の抑制作用が強化されるので、第２のマスク５４との境界領域に於ける庇構造８６の顕在化が阻止することができる。

このため、本実施の形態によれば、実施の形態３と同様に、原料ガスへの塩素系化合物の添加に起因する、ｐｎキャリアブロック層８２の電流狭窄機能の低下を防止することが可能になる。また、本実施の形態によれば、実施の形態２と同様に、リッジ４８を高くしても、第２のマスク５４との境界領域に於ける庇構造の形成に起因する集積化光半導体装置の特性劣化を防止することができる。

以下、本実施の形態に従う光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置２０の製造方法を具体的に説明する。

本実施の形態に従う製造方法は、ｐｎキャリアブロック層を成長する第５の工程を除き、図１５を参照して実施の形態１で説明した製造方法と略同じである。従って、第５の工程（ステップＳ５）以外の工程の説明は省略する。

図２２は、本実施の形態に従うｐｎキャリアブロック層８２の形成手順を説明するフロー図である。

まず、図１２（ａ）に示すようにリッジ４８の頂上に第１のマスク４６が形成され、更に、第２の光導波路層５２を覆うように第２のマスク５４が形成された構造体を、成長炉に設置する（ステップＳ５１）。

次に、フォスフィン（ＰＨ_３）を供給しながら、反応炉の温度を５７５℃に昇温する。また、反応炉内の圧力は、１５０Ｔｏｒｒに設定する。

次に、フォスフィン（ＰＨ_３）とトリメチルインジウム（ＴＭＩ）からなる原料ガスに塩化メチルを添加し、反応炉に供給する。この時、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）の流量に対する塩化メチルの流量の割合（＝塩化メチルの流量/ＴＭＩの流量；添加割合）は２０とする。

このような条件の下、第１の光導波路層５０の両側に、ｐ型ＩｎＰからなる第１のｐ型電流ブロック層７６及びｎ型ＩｎＰからなるｎ型電流ブロック層７８を成長する。ここで、ｐ−ＩｎＰのドーパント源としては、実施の形態２と同様に、例えば、ジメチルジンクを用いる。また、ｎ−ＩｎＰのドーパント源としては、例えば、硫化水素を用いる（ステップＳ５２）。

次に、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）の流量に対する塩化メチルの流量の割合（＝ジクロロエチレンの流量/ＴＭＩの流量）は３０に切り替える（ステップＳ５３）。尚、ｐ−ＩｎＰのドーパント源は、例えば、ジメチルジンクを用いる。

以上の工程によれば、ｎ型電流ブロック層７８を成長する際に添加する塩素系化合物の添加割合が小さいので、ｎ型電流ブロック層７８の薄層化が抑制される。従って、本実施の形態によれば、ｐｎキャリアブロック層８２の電流ブロック機能の劣化を阻止することができる。

以上の説明から明らかなように、本実施の形態に従う集積化光半導体装置の製造方法は、実施の形態２に従う製造方法と以下の点で相違する。

まず、本実施の形態３では、第１及び第２の塩素系化合物が異なる化合物であったが、本実施の形態では、同一に化合物である。更に、本実施の形態では、第１の塩素化合物を原料ガスに添加する割合が、第２の塩素化合物を原料ガスに添加する割合より小さい。

従って、本実施の形態によれば、塩素系化合物によるｎ型電流ブロック層の薄層化を緩和して、ｐｎキャリアブロック層８２の電流狭窄機能の劣化を阻止することができる。このため、集積化光半導体装置の歩留まりを、実施の形態２より一層高くすることができる。

（実施の形態５）
本実施の形態は、実施の形態２乃至４において、第２の埋め込み層を形成する第６の工程が、塩素系化合物を添加した原料ガスを用いて半絶縁性半導体からなる埋め込み層を有機金属気相成長法で成長する工程からなる集積化光半導体装置の製造方法に関するものである。

図２３は、本実施の形態で製造される光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置の要部斜視図である。また、図２４は、図２３のA-A’線に於ける断面を矢印の方向から見た断面図（図２４（ａ））と図２３のB-B’線に於ける断面を矢印の方向から見た断面図（図２４（ｂ））である。

図２３及び図２４に示すように、本実施の形態によって製造される光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置１００（集積化光半導体装置）は、半導体基板２２の主面に平行な直線状の第１の光導波路層５０からなり、前記第１の光導波路層５０の両側が、ｐ型半導体層６８（第１のｐ型電流ブロック層７６）とｎ型半導体層７０（ｎ型電流ブロック層７８）が積層されてなるｐｎキャリアブロック層１２（第１の埋め込み層）によって埋め込まれてなるＤＦＢ半導体レーザ装置１４（第１光半導体装置）と、前記第１の光導波路層５０に光学的に接続された直線状の第２の光導波路層５２からなり、前記第２の光導波路層５２が、半絶縁性半導体からなる半絶縁性半導体層６６（第２の埋め込み層）によって両側を埋め込まれてなる半導体光変調器１８（第２光半導体装置）を具備し、前記第１及び第２の光導波路層５０，５２が一の直線上に配置されている。

更に、半絶縁性半導体からなる半絶縁性半導体層６６（第２の埋め込み層）は、ｐｎキャリアブロック層１２（第１の埋め込み層）の上に延在している。

ここで、ｐｎキャリアブロック層１２は、実施の形態１乃至４のｐｎキャリアブロック層８２ように、第１のｐ型電流ブロック層７６と、ｎ型電流ブロック層７８と、第２のｐ型電流ブロック層８０が順次積層された構成であることが好ましい（図２４）。

すなわち、本実施の形態によって製造される光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置１００（集積化光半導体装置）は、実施の形態１乃至４によって製造される光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置２０（集積化光半導体装置）と同一の部材を備えている。

但し、図２３及び２４（ａ）に示すように、半絶縁性半導体層６６（第２の埋め込み層）の表面が、ＤＦＢ半導体レーザ装置１４（第１光半導体装置）及び半導体光変調器１８（第２光半導体装置）の近傍で平坦であり、且つ、ＤＦＢ半導体レーザ装置１４（第１光半導体装置）及び半導体光変調器１８（第２光半導体装置）の頂上と略同一平面上にある。

尚、本実施の形態では、半導体基板２２の伝導型はｎ型であり、その主面は（１００）面である。また、図２３及び２４では、電極は省略されている。

次に、本実施の形態に従う光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置２０の製造方法を具体的に説明する。

本実施の形態に従う製造方法は、半絶縁性半導体層６６からなる第２の埋め込み層を成長する第７の工程を除き、図１５を参照して実施の形態１で説明した製造方法と略同じである。従って、第７の工程（ステップＳ７）以外の工程の説明は省略する。

本実施の形態に従う製造方法の第７の工程は、原料ガスに、塩素系化合物を添加する点を除いて、実施の形態２乃至４に従う製造方法と略同じである。

すなわち、本実施の形態に従う第７の工程（ステップＳ７）では、第１のマスク４６を選択成長膜として、第２の光導波路層５２の両側に、フォスフィン（ＰＨ_３）とトリメチルインジウム（ＴＭＩ）からなる原料ガスにフェロセンを添加し、有機金属気相成長法によって半絶縁性半導体層６６（ＦｅがドーピングされたＩｎＰ）からなる上記第２の埋め込み層を形成する（図１３（ａ）及び（ｂ）参照）。

但し、本実施の形態では、原料ガスに、ジクロロエチレンを添加する。この時、ジクロロエチレンの添加割合すなわちトリメチルインジウム（ＴＭＩ）の流量に対する塩化メチルの流量の割合（＝塩化メチルの流量/ＴＭＩの流量）を６０とする。また、成長温度は５７５℃とし、成長圧力は１５０Ｔｏｒｒとする。

上述したように、原料ガスにジクロロエチレンを添加することによって、半導体基板２２の主面（例えば、（１００）面）に対して傾いた、例えば、（３１１）Ｂ結晶面の成長速度が著しく速くなる。このため、庇成長の原因となる（１１１）Ａ面やＢ面の成長や、半導体基板２２の主面方向の成長が抑制される。

このため、図２３及び２４（ａ）に示すように、半絶縁性半導体層６６（第２の埋め込み層）の表面が、ＤＦＢ半導体レーザ装置１４及び半導体光変調器１８の近傍で平坦であり、且つ、ＤＦＢ半導体レーザ装置１４及び半導体光変調器１８の頂上と略同一平面上にある。

一方、ＤＦＢ半導体レーザ装置１４及び半導体光変調器１８から十分離れた場所では、半絶縁性半導体層６６は、ＤＦＢ半導体レーザ装置１４及び半導体光変調器１８近傍の平坦部より極めて薄くなっている。そして、両領域の中間には斜面が形成されている（図２４参照）。

以上説明したように、本実施の形態に従う光半導体装置の製造方法では、図１５等を参照して説明した実施の形態２乃至４の製造方法において、第７の工程が、塩素系化合物を添加した原料ガスを用いて第２の埋め込み層を有機金属気相成長法によって成長するので、各光半導体装置（ＤＦＢ半導体レーザ装置１４及び半導体光変調器１８）の表面が、その両側で平坦になり、且つ光半導体装置の頂上と同一平面になる。従って、各光半導体装置の頂上と埋め込み層の間には、段差が殆ど形成されないため、各光半導体装置の頂上に電極を形成する時に問題となる、マスク途切れおよび電極途切れを回避することが可能なる。

このため、本実施の形態に従えば、製造歩留まりが、更に向上する。

尚、上記実施の形態１乃至５では、各光半導体装置の間の電極コンタクト層４４は除去せずにそのまま残したままである。しかし、この部分で電極コンタクト層４４を除去して分離溝を形成し、各光半導体装置間の電気抵抗を大きくしてもよい。

また、上記実施の形態では、原料ガスに添加する塩素系化合物として、塩化メチル及びジクロロエチレンを例示し集積化半導体装置の製造方法を説明しているが、他の塩素系化合物、例えば、四塩化炭素、モノクロルエタン、モノクロロメタン（塩化メチル）、塩化水素、トリクロロエタン、ジクロロエタン、ジクロロエチレン、ジクロロプロパンを用いてもよい。

また、第２の埋め込み層を構成する半絶縁性半導体として、ＦｅをドーピングしたＩｎＰ（Ｆｅ―ＩｎＰ）を例示したが、例えば、Ｒｕ−ＩｎＰ或いはＴｉ−ＩｎＰなどの他の半絶縁性半導体を使うことも可能である。

また、半導体レーザ装置の活性層及び光変調器の光吸収層を構成する量子井戸構造として、ＩｎＧａＡｓＰからなる量子井戸構造を例示したが、ＡｌＧａＩｎＡｓ，ＡｌＧａＩｎＰ，ＩｎＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓＳｂなどの混晶半導体からなる量子井戸構造を用いてもよい。

中心軸ずれ等を起こしたままで光学的に接続された光導波路の状態を説明する平面図である。 従来の光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置の斜視図である。 従来の光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置の製造方法を説明する工程図である（その１）。 従来の光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置の製造方法を説明する工程図である（その２）。 従来の光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置の製造方法を説明する工程図である（その３）。 従来の光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置の製造方法を説明する工程図である（その４）。 従来の光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置の製造方法を説明する工程図である（その５）。 実施の形態１で製造される光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置の要部斜視図である。 実施の形態１で製造される光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置の断面図である。 実施の形態１の光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置の製造方法を説明する工程図である（その１）。 実施の形態１の光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置の製造方法を説明する工程図である（その２）。 実施の形態１の光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置の製造方法を説明する工程図である（その３）。 実施の形態１の光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置の製造方法を説明する工程図である（その４）。 実施の形態１の光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置の製造方法を説明する工程図である（その５）。 実施の形態１に従う製造方法のフロー図である。 第２のマスクを形成後、ｐｎキャリアブロック層を成長する直前の半導体基板の状態を説明する斜視図である。 ｐｎキャリアブロック層を成長した直後の境界領域の状態を示す断面図である（塩素系化合物非添加）。 ｐｎキャリアブロック層の上に半絶縁性半導体層を成長した直後の境界領域の状態を示す断面図である（塩素系化合物非添加）。 リッジをｐｎキャリアブロック層８２で埋め込んだ時の断面図である（塩素系化合物非添加）。 原料ガスにジクロロエチレンを添加して、リッジをｐｎキャリアブロック層で埋め込んだ時の断面図である。 実施の形態３に従うｐｎキャリアブロック層８２の形成手順を説明するフロー図である。 実施の形態４に従うｐｎキャリアブロック層８２の形成手順を説明するフロー図である。 実施の形態５で製造される光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置の要部斜視図である。 実施の形態５で製造される光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置の断面図である。

符号の説明

２,３・・・光導波路 ４,６・・・中心軸 ８,１０・・・光半導体装置
１２・・・ｐｎキャリアブロック層 １４・・・ＤＦＢ半導体レーザ装置
１６・・・ポリイミド層 １８・・・半導体光変調器
２０・・・光変調器付きＤＦＢ半導体レーザ装置 ２２・・・基板
２４・・・下側クラッド層 ２６・・・活性層
２８・・・光ガイド層 ３０・・・グレーティング
３２,３８,４２・・・上側クラッド層 ３３・・・マスク
３４・・・第1の光導波路予備層
３６・・・光吸収層 ４０・・・第２の光導波路予備層
４４・・・電極コンタクト層 ４６・・・第１のマスク
４８・・・リッジ ５０・・・第１の光導波路層
５２・・・第２の光導波路層 ５４・・・第２のマスク
５６・・・下側電流ブロック層 ５８・・・上側電流ブロック層
６０・・・ポリイミド埋め込み層 ６２,６４・・・構造体
６６・・・半絶縁性半導体層 ６８・・・ｐ型半導体層
７０・・・ｎ型半導体層 ７２・・・埋め込み回折格子
７４,７６・・・下側クラッド層
７６・・・第１のｐ型電流ブロック層 ７８・・・ｎ型電流ブロック層
８０・・・第２のｐ型電流ブロック層 ８２・・・ｐｎキャリアブロック層
８４・・・垂直な辺 ８５・・・（１１１）Ａ面 ８６・・・庇構造
８８・・・空洞 ９０・・・境界領域 ９２・・・（１００）面
９４・・・（３１１）Ｂ面 ９６・・・ｎ型電流ブロック層の主要部
９８・・・（１１１）Ａ面

Claims (3)

1. 第１の半導体積層構造と、第２の半導体積層構造を、（１００）面を主面とする半導体基板上に形成する第１の工程と、
   ＜０１１＞方向に伸びる直線状の第１のマスクを、前記第１及び第２の半導体積層構造双方に亘って形成する第２の工程と、
   前記第１及び第２の半導体積層構造をエッチングして、前記第１のマスクによって保護された領域に、前記第１及び第２の光導波路層を形成する第３の工程と、
   前記第１のマスクを残存させたままの状態で、前記第２の光導波路層を覆う第２のマスクを形成する第４の工程と、
   露出する前記第１の光導波路層の両側面に、ｎ型半導体層と前記ｎ型半導体層を挟むｐ型半導体層とを有し半導体からなる第１の埋め込み層を、前記第１の埋め込み層の（１１１）Ａ面および（１００）面の成長を抑制する塩素系化合物を含む原料ガスであって前記ｎ型半導体層を形成する際に含まれる前記塩素系化合物の種類または添加割合が前記ｎ型半導体層の（１００）面の成長を前記ｎ型半導体層の前記半導体基板とは反対側に形成される前記ｐ型半導体層の（１００）面の成長より抑制しないように選択された原料ガスにより成長する第５の工程と、
   前記第１のマスクを残存させたまま、前記第２のマスクを除去する第６の工程と、
   残存させた前記第１のマスクを選択成長膜として、露出する前記第２の光導波路層の両側面に半導体からなる第２の埋め込み層を形成する第７の工程を、
   具備したことを特徴とする集積化光半導体装置の製造方法。
2. 請求項１に記載の集積化光半導体装置の製造方法において、
   前記第２のマスクが、前記第１のマスクに対して選択的にエッチング可能であることを、
   特徴とする集積化光半導体装置の製造方法。
3. 請求項１又は２に記載の集積化光半導体装置の製造方法において、
   前記第７の工程が、塩素系化合物を添加した原料ガスを用い、前記第２の埋め込み層を有機金属気相成長法によって成長することを、
   特徴とする集積化光半導体装置の製造方法。

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