JP5370096B2 - 光半導体集積素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光半導体集積素子の製造方法に関する。

これまで、Ｃバンド帯光通信変調用素子として、ＬｉＮｂＯ_３（ＬＮ；Lithium Niobate）変調器が用いられてきたが、近年、小型の半導体マッハツェンダ（ＭＺ；Mach-Zehnder）変調器の研究が進められている。
また、半導体ＭＺ変調器と波長可変レーザとをモノリシックに集積した光半導体集積素子の研究も進められている。

そして、このような光半導体集積素子の製造方法としては、選択成長法やバットジョイント法が知られている。
選択成長法は、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ；Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法で成長する半導体層の組成や膜厚が誘電体マスクパターンの幅や面積に依存することを利用して、膜厚や組成の異なる半導体積層体を各領域に同時に成長させる方法である。

しかしながら、選択成長法では、積層構造の異なる半導体積層体を各領域に同時に形成することはできない。このため、各領域の設計自由度が低い。
一方、バットジョイント法は、積層構造の異なる半導体積層体を別々に成長させる方法である。つまり、バットジョイント法では、基板上に一の半導体積層体を成長させ、一の領域に誘電体マスクをパターニングし、これをエッチングマスクとしてエッチングした後、他の領域に積層構造の異なる他の半導体積層体をバットジョイント成長させる。このため、各領域の設計自由度が高い。なお、誘電体マスクをバットジョイント成長用マスクともいう。

したがって、光半導体集積素子の製造方法として、バットジョイント法が広く用いられている。
ところで、バットジョイント法を用いる場合、歩留まりの観点から、バットジョイントされる領域の間に空洞ができないようにすることやバットジョイントされる領域間の表面に段差ができないようにすることが求められる。

このため、例えば、バットジョイントされる領域間の表面に段差ができないようにするために、バットジョイント成長用マスクを形成する前にキャップ層を成長するようにした技術がある。この技術では、キャップ層を成長した後にバットジョイント成長用マスクを形成し、キャップ層にサイドエッチングを入れ、バットジョイント成長用マスクを庇状にした後にバットジョイント成長を行なう。この技術を用いると、サイドエッチングによって形成されるマスクの庇の下側へマスク近傍から原料が拡散することにより、マスク近傍での被り成長を抑制でき、表面に段差ができないようにバットジョイント成長させることができる。つまり、バットジョイントされる領域間の表面に段差ができないようにすることができる。

特開２００１−１８９５２３号公報 特開２００９−７１０６７号公報

ところで、バットジョイント法を用いて、斜め光導波路を有する光導波路部にＡｌＧａＩｎＡｓ層を含む半導体積層構造を有する素子部がバットジョイントされた光半導体集積素子を製造する場合、歩留まりが良くないことがわかった。
例えば図１１に示すように、バットジョイント成長用マスクとして、光導波路部全体を覆う長方形マスクパターンを有するものを用いると、マスクの被覆率が大きくなるため、選択成長効果を受けやすくなる。これにより、光導波路部と素子部との接合部において成長が速くなり、バットジョイント成長させる素子部の膜厚が変わってしまう。このため、バットジョイント成長させる素子部の半導体積層構造を設計通りに形成するのが困難である。

そこで、本発明者は、マスクの被覆率を下げるために、図１２に示すようなバットジョイント成長用マスク、即ち、光導波路部に備えられる斜め光導波路に沿った斜めのマスクパターンを有するマスク１０５を用いて、上述の光半導体集積素子を製造してみた。
つまり、まず、図１３（Ａ）に示すように、（１００）面ＩｎＰ基板１００上に、斜め光導波路を有する光導波路部を形成するための光導波路層１０１と、ＩｎＰクラッド層１０２と、ＩｎＧａＡｓＰキャップ層１０３と、ＩｎＰキャップ層１０４とを順に成長させた。なお、図１３（Ａ）は、光導波路部と素子部との接合部近傍を示す断面図、即ち、図１２のａ−ａ′矢視断面図である。

次に、ＩｎＰキャップ層１０４上に、光導波路部に備えられる斜め光導波路に沿った斜めのマスクパターンを有するバットジョイント成長用マスク１０５をパターニングした。
そして、このバットジョイント成長用マスク１０５を用いてウェットエッチングを行なって、ＩｎＰキャップ層１０４と、ＩｎＧａＡｓＰキャップ層１０３と、ＩｎＰクラッド層１０２と、光導波路層１０１とを除去した。

その後、図１３（Ｂ）に示すように、素子部の半導体積層構造を構成するＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１０６と、ＩｎＰクラッド層１０７とを順にバットジョイント成長させた。この場合、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１０６は、光導波路部を構成する光導波路層１０１及びＩｎＰクラッド層１０２の脇に這い上がり成長することになる。なお、図１３（Ｂ）は、光導波路部と素子部との接合部近傍を示す断面図、即ち、図１２のａ−ａ′矢視断面図である。

このようにして、斜め光導波路を有する光導波路部にＡｌＧａＩｎＡｓ層を含む半導体積層構造を有する素子部がバットジョイントされた光半導体集積素子を製造した。
ところで、ここでは、光導波路部と素子部との接合部［図１２のａ−ａ′矢視断面図参照］において、図１３（Ａ），（Ｂ）に示すように、表面に段差ができないように、ウェットエッチングを行なった。

このようにしてウェットエッチングを行なうと、斜め光導波路に沿った斜めのマスクパターンの近傍［図１２のｂ−ｂ′矢視断面図参照］では、図１３（Ｃ）に示すように、深いサイドエッチングが入ってしまうことがわかった。そして、素子部を構成するＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１０６と、ＩｎＰクラッド層１０７とを順にバットジョイント成長させると、図１３（Ｄ）に示すように、斜めのマスクパターンの近傍でマスクの庇下まで入り込む大きな凹みができてしまうことがわかった。なお、図１３（Ｃ），（Ｄ）は、光導波路部に備えられる斜め光導波路に沿ったマスク近傍（片側）を示す断面図、即ち、図１２のｂ−ｂ′矢視断面図であって、（Ｃ）は上述のウェットエッチング後の断面図であり、（Ｄ）は上述のバットジョイント成長後の断面図である。

つまり、素子部の半導体積層構造を構成するＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１０６と、ＩｎＰクラッド層１０７とを再成長させた場合、図１３（Ｂ）に示すように、光導波路部と素子部との接合部に段差ができないように成長させることができる。
これに対し、斜め光導波路に沿った斜めのマスクパターンの近傍では、図１３（Ｃ）に示すように、深いサイドエッチングが入る。このため、マスク１０５の庇下まで十分に原料が拡散せず、図１３（Ｄ）に示すように、光導波路層１０１及びＩｎＰクラッド層１０２の脇に這い上がり成長するに留まり、マスク近傍で素子部の半導体積層構造は凹んだ形状になってしまうことがわかった。

また、その後、マスク１０５を除去し、表面全体にＩｎＰ層（図示せず）の足し積み成長を行なったところ、図１４に示すように、斜め光導波路の両側近傍のＩｎＰ層にクロスハッチと呼ばれる格子緩和が生じているのを確認した。
図１４に示すように、クロスハッチは、斜め光導波路の直上には見られず、マスク１０５の庇下にあった部分から発生している。これは、以下の理由によるものと思われる。つまり、マスク１０５の庇下の光導波路層１０１及びＩｎＰクラッド層１０２の側壁の面方位での取り込み量（成長速度）及び各原料の拡散長が、ＩｎＰ基板１００の面方位である（１００）面での取り込み量及び各原料の拡散長と大きく異なっている。このため、マスク１０５の庇下の光導波路層１０１及びＩｎＰクラッド層１０２の脇に這い上がり成長するＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１０６が局所的に大きく歪んだ層となる。この結果、歪みの入ったＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１０６に格子緩和が発生し、これを起点として、足し積み成長されたＩｎＰ層に格子緩和が発生したためであると思われる。

ここでは、［０１１］方向と斜め光導波路の成す角度、即ち、［０１１］方向と斜め光導波路に沿った斜めのマスクパターンの成す角度を１０度、３０度としてみた。いずれの場合も、サイドエッチング量が大きく、ＩｎＰ層を足し積み成長した後にクロスハッチが現れた。
このように、図１２に示すようなマスクパターンを有するバットジョイント成長用マスク１０５を用いた場合、クロスハッチが発生してしまうため、十分な品質を有する光半導体集積素子を歩留まり良く製造するのは困難であることがわかった。

なお、ここでは、斜め光導波路を有する光導波路部にＡｌＧａＩｎＡｓ層を含む素子部をバットジョイントする場合の課題として説明しているが、斜め光導波路を有する光導波路部にＡｌ及びＡｓを含む半導体層を含む素子部をバットジョイントする場合にも同様の課題がある。
そこで、斜め光導波路を有する光導波路部にＡｌ及びＡｓを含む半導体層を含む素子部がバットジョイントされた光半導体集積素子を製造する場合の歩留まりを良くしたい。

このため、本光半導体集積素子の製造方法は、半導体基板の上方に斜め光導波路を形成するための第１半導体積層構造を成長させる工程と、第１半導体積層構造上に第１バットジョイント成長用マスクを形成する工程と、第１バットジョイント成長用マスクをエッチングマスクとして用いて第１半導体積層構造を除去する工程と、第１バットジョイント成長用マスクを用いてＡｌ及びＡｓを含む第２半導体層を含む第２半導体積層構造をバットジョイント成長させる工程とを含み、第１バットジョイント成長用マスクは、光伝播方向に対して平行な直線及び直交する直線のみによって規定される複数の矩形部分が斜め光導波路を形成する領域に沿って接合された平面形状を有することを要件とする。

したがって、本光半導体集積素子の製造方法によれば、斜め光導波路を有する光導波路部にＡｌ及びＡｓを含む半導体層を含む素子部がバットジョイントされた光半導体集積素子を製造する場合の歩留まりを良くすることができるという利点がある。

（Ａ）は、本実施形態にかかる光半導体集積素子の製造方法によって製造される光半導体集積素子の構成を示す模式図であり、（Ｂ）は、本実施形態にかかる光半導体集積素子の製造方法において用いられるバットジョイント成長用マスクのマスクパターンの一部を示す模式図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、本実施形態にかかる光半導体集積素子の製造方法を説明するための模式的断面図である。 （Ａ），（Ｂ）は、本実施形態にかかる光半導体集積素子の製造方法において用いられるバットジョイント成長用マスクによる作用を説明するための模式的断面図である。 本実施形態にかかる光半導体集積素子の製造方法によって製造される光半導体集積素子の構成を示す模式的斜視図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、本実施形態にかかる光半導体集積素子の製造方法の具体例を説明するための模式的断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、本実施形態にかかる光半導体集積素子の製造方法の具体例を説明するための模式的断面図である。 （Ａ），（Ｂ）は、本実施形態にかかる光半導体集積素子の製造方法の具体例において用いられるバットジョイント成長用マスクのマスクパターンを示す模式図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、本実施形態にかかる光半導体集積素子の製造方法の具体例を説明するための模式的断面図である。 本実施形態にかかる光半導体集積素子の製造方法の具体例において用いられるメサストライプ形成用マスクのマスクパターンを示す模式図である。 本実施形態にかかる光半導体集積素子の製造方法によって製造される他の光半導体集積素子の構成を示す模式的平面図である。 本発明の課題を説明するための模式図である。 本発明の課題を説明するための模式図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の課題を説明するための模式図である。 本発明の課題を説明するための模式図である。

以下、図面により、本実施形態にかかる光半導体集積素子の製造方法について、図１〜図９を参照しながら説明する。
本実施形態では、図４に示すような波長可変レーザ及びＭＺ変調器をモノリシックに集積した光半導体集積素子の製造方法を例に挙げて説明する。
つまり、本実施形態では、波長可変レーザ部５０と、斜め光導波路５４及びカプラ５５を有する光導波路部５１と、ＭＺ変調器部５２とを含む光半導体集積素子５３を、バットジョイント法を用いて製造する方法を例に挙げて説明する。

この場合、波長可変レーザ部５０に含まれる波長可変レーザ６０を構成する半導体積層構造に、光導波路部５１に含まれる斜め光導波路５４を構成する半導体積層構造がバットジョイントされる。また、光導波路部５１に含まれる斜め光導波路５４を構成する半導体積層構造に、ＭＺ変調器部５２に含まれるＭＺ変調器６１を構成する半導体積層構造がバットジョイントされる。

本実施形態では、これまでＣバンド帯光通信変調用素子として用いられているＬＮ変調器と互換性を有するものとすべく、ＭＺ変調器を構成する半導体積層構造６２に含まれる活性層の材料として、チャープ特性等の駆動条件から、ＡｌＧａＩｎＡｓを用いる。また、斜め光導波路５４は、光の進行方向（光伝播方向；光伝搬方向）に対して斜め方向に傾いた斜め光導波路である。

本光半導体集積素子５３は、以下のような工程を含む。
まず、図２（Ａ）に示すように、ＩｎＰ基板（半導体基板）１上に、例えばＭＯＣＶＤ法を用いて、ＩｎＧａＡｓＰ活性層（導波路コア）２と、ＩｎＰクラッド層３と、ＩｎＧａＡｓＰキャップ層４と、ＩｎＰキャップ層５とを順に成長させる。これにより、ＩｎＰ基板１上に、複数の半導体層２，３，４，５が積層されて、波長可変レーザ６０を形成するための半導体積層構造（第３半導体積層構造）６が形成される。なお、ＩｎＧａＡｓＰキャップ層４及びＩｎＰキャップ層５は、庇作製用キャップ層である。

次に、図２（Ｂ）に示すように、ＩｎＰキャップ層５上に、斜め光導波路５４及びカプラ５５を形成するための半導体積層構造１２を成長させるのに用いるバットジョイント成長用マスク（第２バットジョイント成長用マスク）７を形成する。
ここでは、バットジョイント成長用マスク７として、例えばＳｉＯ_２等の誘電体マスクを、波長可変レーザ６０を形成する直線状に延びる領域（図４参照）に沿ってパターニングする。

次いで、バットジョイント成長用マスク７をエッチングマスクとして用いて半導体積層構造６を除去する。つまり、波長可変レーザ部５０（図４参照）のマスク７で覆われた部分以外のＩｎＰキャップ層５と、ＩｎＧａＡｓＰキャップ層４と、ＩｎＰクラッド層３と、ＩｎＧａＡｓＰ活性層２とを例えばウェットエッチングによって除去する。
その後、マスク７を用いて、ＩｎＰ基板１上に、例えばＭＯＣＶＤ法を用いて、ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層（導波路コア）８と、ＩｎＰクラッド層９と、ＩｎＧａＡｓＰキャップ層１０と、ＩｎＰキャップ層１１とを順にバットジョイント成長させる。これにより、ＩｎＰ基板１上に、複数の半導体層８，９，１０，１１が積層されて、斜め光導波路５４及びカプラ５５を形成するための半導体積層構造（第１半導体積層構造）１２が形成される。この場合、ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層８は、波長可変レーザ６０を構成するＩｎＧａＡｓＰ活性層２及びＩｎＰクラッド層３の脇に這い上がり成長することになる。なお、ＩｎＧａＡｓＰキャップ層１０及びＩｎＰキャップ層１１は、庇作製用キャップ層である。

続いて、上述のマスク７を除去した後、図２（Ｃ）に示すように、ＩｎＰキャップ層５，１１上に、ＭＺ変調器６１を形成するための半導体積層構造１６を成長させるのに用いるバットジョイント成長用マスク（第１バットジョイント成長用マスク）１３を形成する。
次いで、バットジョイント成長用マスク１３をエッチングマスクとして用いて半導体積層構造１２を除去する。つまり、波長可変レーザ部５０及び光導波路部５１のマスク１３で覆われた部分以外のＩｎＰキャップ層１１と、ＩｎＧａＡｓＰキャップ層１０と、ＩｎＰクラッド層９と、ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層８とを例えばウェットエッチングによって除去する。

その後、バットジョイント成長用マスク１３を用いて、例えばＭＯＣＶＤ法によって、ＩｎＰ基板１上に、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層（導波路コア）１４と、ＩｎＰクラッド層１５とを順にバットジョイント成長させる。これにより、ＩｎＰ基板１上に、複数の半導体層１４，１５が積層されて、ＭＺ変調器６１を形成するための半導体積層構造（第２半導体積層構造）１６が形成される。この場合、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１４は、斜め光導波路５４及びカプラ５５を構成するＩｎＧａＡｓＰ光導波路層８及びＩｎＰクラッド層９の脇に這い上がり成長することになる。なお、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１４は、Ａｌ及びＡｓを含む第２半導体層とも言う。このため、第２半導体積層構造１６は、Ａｌ及びＡｓを含む第２半導体層を含む。また、ＭＺ変調器部５２は、Ａｌ及びＡｓを含む半導体層１４を含む素子部である。

ところで、本実施形態では、図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、バットジョイント成長用マスク１３として、斜め光導波路５４及びカプラ５５を形成するための領域に沿って、複数の矩形部分１３Ａ〜１３Ｇが連なるようにパターニングされたマスクを用いる。なお、バットジョイント成長用マスク１３は、例えばＳｉＯ_２等の誘電体マスクである。
この場合、バットジョイント成長用マスク１３は、光伝播方向に対して平行な直線及び直交する直線のみによって規定される複数の矩形部分１３Ａ〜１３Ｇが斜め光導波路５４を形成する領域に沿って接合された平面形状を有する。つまり、マスク１３は、斜め光導波路５４を形成するための半導体積層構造１２を残すためのマスクパターンとして、光伝播方向に対して平行な直線及び直交する直線のみによって規定される複数の矩形部分１３Ａ〜１３Ｇを接合したマスクパターンを有する。なお、光伝播方向に対して平行な直線及び直交する直線のみによって規定される矩形部分とは、光導波路部５１とＭＺ変調器部５２との境界線に対して平行な直線及び直交する直線のみによって規定される矩形部分である。

これは、斜め光導波路５４を有する光導波路部５１の全体を長方形パターンで覆ってしまうと（図１１参照）、マスクの被覆率が大きくなってしまい、ＭＺ変調器６１を形成するための半導体積層構造１６を成長させる際に選択成長効果を受けやすくなるからである。そこで、斜め光導波路５４に沿って複数の矩形状の直線パターン１３Ａ〜１３Ｇを繋ぐことで、マスクの被覆率を抑えるようにしている。

一方、光伝播方向に対して平行な直線及び直交する直線のみによって規定される複数の矩形部分１３Ａ〜１３Ｇを接合したマスクパターンとすることで、光伝播方向に対して斜めになっている箇所がなくなる。これにより、上部にクラッド層やコンタクト層などの半導体層を成長させた場合に、格子緩和によるクロスハッチの発生を防ぐことができる。つまり、斜め光導波路５４に沿った斜めのマスクパターンを用いると、サイドエッチング量が多く、マスクの庇下に十分原料が拡散しなくなり、上部に半導体層を成長させた場合にクロスハッチが発生してしまう。これに対し、マスクパターンにおいて、光伝播方向に対して斜めになっている箇所をなくすと、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、サイドエッチング量が多くならず、凹みがマスクの庇下までそれほど入り込まなくなる。これにより、上部に半導体層を成長させた場合に、格子緩和によるクロスハッチの発生を回避することができる。なお、図３（Ａ），（Ｂ）は、光導波路部５１に備えられる斜め光導波路５４に沿ったマスク近傍（片側）を示す断面図、即ち、図１（Ｂ）のａ−ａ′矢視断面図である。また、図３（Ａ）は半導体積層構造１２をウェットエッチングした後の断面図であり、図３（Ｂ）は半導体積層構造１６をバットジョイント成長させた後の断面図である。

また、バットジョイント成長用マスク１３は、図１（Ｂ）に示すように、さらに、光伝播方向に対して平行な直線及び直交する直線のみによって規定され、矩形部分の角部から光伝播方向に対して直交する方向へ延びる複数の帯状矩形部分１３ａ〜１３ｋを有する。ここでは、複数の矩形部分１３Ａ〜１３Ｇのそれぞれの角部に連なるように複数の帯状矩形部分１３ａ〜１３ｋが形成されている。これにより、マスクパターンの矩形部分１３Ａ〜１３Ｇの角部における過度なサイドエッチングを抑制することができる。つまり、角度が９０度未満となると、その直下ではサイドエッチング速度が非常に速くなる。このため、各矩形部分１３Ａ〜１３Ｇの角部に連なるように帯状矩形部分１３ａ〜１３ｋを設けることで、角度が鋭角にならないようにして、過度なサイドエッチングを抑制できるようにしている。

このようなマスクパターンを有するバットジョイント成長用マスク１３を用いることで、実際にＩｎＰクラッド層（図示せず）を足し積み成長した後に表面にクロスハッチが発生しないことを確認した。
このように、上述のバットジョイント成長用マスク１３を用いることで、斜め光導波路５４を形成するための半導体積層構造１２を残しつつ、再成長させる半導体積層構造１６を、組成変調を起こしていない化合物半導体層１４，１５によって形成することができる。この結果、十分な品質を有する光半導体集積素子５３を安定的に製造することができるようになり、歩留まりが良くなる。

なお、ここでは、斜め光導波路５４及びカプラ５５を形成するための半導体積層構造１２を形成する前に、波長可変レーザ６０を形成するための半導体積層構造６が形成されている。このため、バットジョイント成長用マスク１３は、光導波路部５１において上述のように複数の矩形部分１３Ａ〜１３Ｇが連なる平面形状を有するとともに、波長可変レーザ部５０も覆うようになっている。

以下、本光半導体集積素子の製造方法について、図５〜図８を参照しながら、より具体的に説明する。
まず、図５（Ａ）に示すように、ｎ型（１００）面ＩｎＰ基板２１上に、例えばＭＯＣＶＤ法によって、ＩｎＧａＡｓＰ活性層２２と、ｐ型ＩｎＰクラッド層２３と、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層２４と、ｐ型ＩｎＰキャップ層２５とを順に成長させる。これにより、ｎ型（１００）面ＩｎＰ基板２１上に、複数の半導体層２２，２３，２４，２５が積層されて、波長可変レーザ６０を形成するための半導体積層構造（第３半導体積層構造）２６が形成される。なお、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層２４及びｐ型ＩｎＰキャップ層２５は、庇作製用キャップ層である。

ここでは、ｎ型（１００）面ＩｎＰ基板２１の表面上には回折格子２１Ａが形成されている。
また、ＩｎＧａＡｓＰ活性層２２は、ＩｎＧａＡｓＰ−ＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure；光閉じ込め）層２２ＡとＩｎＧａＡｓＰ−ＭＱＷ（Multiple Quantum Well；多重量子井戸）層２２Ｂとを含む活性層である。

次いで、図５（Ａ）に示すように、ｐ型ＩｎＰキャップ層２５上に、例えばＳｉＯ_２膜を成膜し、例えばリソグラフィー技術によって、バットジョイント成長用マスク（第２バットジョイント成長用マスク；マスクパターン）２７を形成する。このバットジョイント成長用マスク２７は、斜め光導波路５４及びカプラ５５を形成するための半導体積層構造１２を成長させるのに用いられる。

ここでは、バットジョイント成長用マスク２７として、図７（Ａ）に示すように、波長可変レーザ部５０において波長可変レーザ６０を形成する領域（図４参照）に沿って直線状に延びる複数の矩形部分２７Ａ，２７Ｂを含む平面形状を有するマスクを用いる。また、バットジョイント成長用マスク２７は、矩形部分２７Ａ，２７Ｂの角部から延びる帯状矩形部分２７ａ，２７ｂを有する。

次に、図５（Ｂ）に示すように、バットジョイント成長用マスク２７をエッチングマスクとして用いて、波長可変レーザ部５０のマスク２７で覆われている部分［図７（Ａ）、図４参照］以外の半導体積層構造２６を除去する。つまり、波長可変レーザ部５０のマスク２７で覆われた部分以外のｐ型ＩｎＰキャップ層２５と、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層２４と、ｐ型ＩｎＰクラッド層２３と、ＩｎＧａＡｓＰ活性層２２とを例えばウェットエッチングによって除去する。

その後、図５（Ｃ）に示すように、マスク２７を用いて、例えばＭＯＣＶＤ法によって、ｎ型ＩｎＰ基板２１上に、ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層２８と、ｐ型ＩｎＰクラッド層２９と、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層３０と、ｐ型ＩｎＰキャップ層３１とを順にバットジョイント成長させる。これにより、ｎ型ＩｎＰ基板２１上に、複数の半導体層２８，２９，３０，３１が積層されて、斜め光導波路５４及びカプラ５５を形成するための半導体積層構造（第１半導体積層構造）３２が形成される。なお、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層３０及びｐ型ＩｎＰキャップ層３１は、庇作製用キャップ層である。

ここでは、ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層２８は、ＩｎＧａＡｓＰ−ＳＣＨ層２８ＡとＩｎＧａＡｓＰコア層２８Ｂとを含む光導波路層である。
続いて、上述のバットジョイント成長用マスク２７を除去する。その後、図５（Ｄ）に示すように、ｐ型ＩｎＰキャップ層２５，３１上に、再度、例えばＳｉＯ_２膜を成膜し、例えばリソグラフィー技術によって、バットジョイント成長用マスク（第１バットジョイント成長用マスク）３３を形成する。このバットジョイント成長用マスク３３は、ＭＺ変調器６１を形成するための半導体積層構造３６を成長させるのに用いられる。

ここでは、バットジョイント成長用マスク３３として、図７（Ｂ）に示すような平面形状を有するマスクを用いる。ここでは、マスク３３は、波長可変レーザ部５０において波長可変レーザ６０を形成する領域（図４参照）に沿って直線状に延びる複数の矩形部分３３Ａ，３３Ｂを含む平面形状を有する。また、マスク３３は、光導波路部５１において斜め光導波路５４及びカプラ５５を形成する領域に沿って連なる複数の矩形部分３３Ｃ〜３３Ｋを含む平面形状を有する。なお、ここでは、カプラ５５の入力側及び出力側のそれぞれに斜め光導波路５４が接続されているため（図４参照）、バットジョイント成長用マスク３３は、これらの斜め光導波路５４のそれぞれに沿って複数の矩形部分３３Ｃ〜３３Ｅ，３３Ｇ〜３３Ｋが連なる平面形状を有する。

本実施形態では、上述のように、半導体基板として（１００）面を主面とする（１００）面ＩｎＰ基板２１を用いている。この場合、斜め光導波路５４は、［０１１］方向に対して傾いた斜め光導波路である。このため、バットジョイント成長用マスク３３は、［０１１］方向及び［０−１１］方向のみの直線成分からなる複数の矩形部分３３Ｃ〜３３Ｅ，３３Ｇ〜３３Ｋが斜め光導波路５４を形成する領域（図４参照）に沿って連なるように接合された平面形状を有する。また、波長可変レーザ６０及びカプラ５５は、［０１１］方向に直線状に延びている。このため、バットジョイント成長用マスク３３は、波長可変レーザ６０及びカプラ５５を形成する領域において、［０１１］方向及び［０−１１］方向のみの直線成分からなる矩形部分３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｆを含む平面形状を有する。そして、これらの矩形部分３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｆが斜め光導波路５４を形成する領域に沿って設けられる複数の矩形部分３３Ｃ〜３３Ｅ，３３Ｇ〜３３Ｋに連なるように接合されている。なお、［０−１１］方向に延びる直線は、光伝播方向に対して直交する直線である。つまり、［０−１１］方向に延びる直線は、光導波路部５１とＭＺ変調器部５２との境界線に対して平行な直線である。また、［０１１］方向に延びる直線は、光伝播方向に対して平行な直線である。つまり、［０１１］方向に延びる直線は、光導波路部５１とＭＺ変調器部５２との境界線に対して直交する直線である。

また、バットジョイント成長用マスク３３は、さらに、［０１１］方向及び［０−１１］方向のみの直線成分から成り、矩形部分３３Ａ〜３３Ｋの角部から［０−１１］方向へ延びる帯状矩形部分３３ａ〜３３ｈを有する。
次いで、図６（Ａ）に示すように、バットジョイント成長用マスク３３をエッチングマスクとして用いて、マスク３３で覆われている部分［図７（Ｂ）、図４参照］以外の半導体積層構造３２を除去する。つまり、波長可変レーザ部５０及び光導波路部５１のマスク３３で覆われた部分以外のｐ型ＩｎＰキャップ層３１と、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層３０と、ｐ型ＩｎＰクラッド層２９と、ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層２８とを例えばウェットエッチングによって除去する。

その後、図６（Ｂ）に示すように、バットジョイント成長用マスク３３を用いて、例えばＭＯＣＶＤ法によって、ｎ型（１００）面ＩｎＰ基板２１上に、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層３４と、ｐ型ＩｎＰクラッド層３５とを順にバットジョイント成長させる。この場合、光導波路部５１とＭＺ変調器部５２との境界部分は適当な量のサイドエッチングが施されているため、表面に段差ができることなく、良好に成長させることが可能である。これにより、ｎ型（１００）面ＩｎＰ基板２１上に、複数の半導体層３４，３５が積層されて、ＭＺ変調器６１を形成するための半導体積層構造（第２半導体積層構造）３６が形成される。なお、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層３４は、Ａｌ及びＡｓを含む第２半導体層とも言う。このため、第２半導体積層構造３６は、Ａｌ及びＡｓを含む第２半導体層を含む。また、ＭＺ変調器部５２は、Ａｌ及びＡｓを含む半導体層３４を含む素子部である。

そして、バットジョイント成長用マスク３３を除去した後、図６（Ｃ）に示すように、例えばＭＯＣＶＤ法によって、全面に、ｐ型ＩｎＰクラッド層３７、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層３８を順に成長させる。このようにして成長させたｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層３８の表面にはクロスハッチが存在せず、良好に成長させることができていた。
ところで、本実施形態では、上述のバットジョイント成長用マスク３３を用いたエッチングを行なう際に、光導波路部５１とＭＺ変調器部５２との境界部（接合部）、即ち、［０１１］方向において最適なエッチングが行なわれるようにする。

本実施形態では、上述のように、バットジョイント成長用マスク３３は、［０１１］方向と［０−１１］方向の間の角度を持つ、斜めになっている箇所がないため、［０１１］方向と［０−１１］方向のマスク近傍におけるサイドエッチング量のみを考慮すれば良い。そして、［０１１］方向において最適なエッチングを行なう場合、［０−１１］方向では［０１１］方向と比較して大きなサイドエッチングが入る。しかしながら、斜め光導波路５４に沿った斜めのマスクパターンを用いた場合に見られたような非常に大きなサイドエッチング量とはならない［図１３（Ｃ）参照］。つまり、［０１１］方向において最適なエッチングを行なう場合に、これ以外の方向に入るサイドエッチング量を低減することができる。また、バットジョイント成長用マスク３３には、矩形部分３３Ａ〜３３Ｋの角部から［０−１１］方向へ延びる帯状矩形部分３３ａ〜３３ｈが設けられているため［図７（Ｂ）参照］、角度が９０度未満となる角部での過度なサイドエッチングを抑制することができる。これにより、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層３４に格子緩和が発生するのを回避することができ、さらには、上部に足し積み成長させるｐ型ＩｎＰクラッド層３７及びｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層３８に格子緩和が発生するのを回避することができる。この結果、ｐ型ＩｎＰクラッド層３７及びｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層３８にクロスハッチが発生しないようにすることができる。したがって、十分な品質を有する光半導体集積素子５３を安定的に製造することができるようになり、歩留まりが良くなる。

次に、図８（Ａ）に示すように、例えばＳｉＯ_２膜を成膜し、例えばリソグラフィー技術によって、メサストライプ形成用マスク３９（マスクパターン）を形成する。
ここでは、メサストライプ形成用マスク３９として、図９に示すようなマスクを用いる。つまり、マスク３９として、波長可変レーザ６０、斜め光導波路５４及びＭＺ変調器６１が所望の導波路幅（例えば幅１．４μｍ）を有するものとなるように、所望の導波路幅よりも広い幅（例えば幅３．９μｍ）を有する平面形状を有するマスクを用いる。また、マスク３９は、斜め光導波路５４に沿った斜めのマスクパターンを有する。なお、上述のバットジョイント成長用マスク３３は、メサストライプ形成用マスク３９よりも幅が広くなっている。

そして、図８（Ａ）に示すように、このメサストライプ形成用マスク３９を用いて、例えばドライエッチングによって、例えば幅１〜２μｍのメサストライプ構造４０を形成する。
本実施形態では、このドライエッチングの際に、バットジョイント成長用マスク３３によって複数の矩形部分が連なるように残されていた半導体積層構造３２が、設計通りの形状に加工されることになる。なお、この段階では、半導体積層構造３２はＩｎＧａＡｓＰ光導波路層２８及びｐ型ＩｎＰクラッド層２９からなる。つまり、波長可変レーザ６０、斜め光導波路５４、カプラ５５及びＭＺ変調器６１が、設計通りの形状に形成されることになる。

その後、図８（Ｂ），図４に示すように、例えばＭＯＣＶＤ法によって、波長可変レーザ部５０のメサストライプ構造４０の脇を半絶縁性ＩｎＰ層４１で埋め込む。
そして、メサストライプ形成用マスクパターン３９を除去した後、図８（Ｃ）に示すように、表面側に波長可変レーザ用ｐ側電極４２及びＭＺ変調器用ｐ側電極４３を形成するとともに、基板裏面側にｎ側電極４４を形成する。

このようにして、波長可変レーザ部５０と、斜め光導波路５４及びカプラ５５を有する光導波路部５１と、ＭＺ変調器部５２とを備える光半導体集積素子５３が製造される。
したがって、本実施形態にかかる光半導体集積素子の製造方法によれば、斜め光導波路５４を有する光導波路部５１にＡｌ及びＡｓを含む半導体層１４，３４を含む素子部５２がバットジョイントされた光半導体集積素子５３を製造する場合の歩留まりを良くすることができるという利点がある。

特に、（１００）面ＩｎＰ基板２１上に、［０１１］方向から傾いた斜め光導波路５４にＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１４，３４を含むＭＺ変調器６１をバットジョイントした光半導体集積素子５３を、高品質で、歩留まり良く製造することが可能となる。この結果、ＬＮ変調器と互換性を有するＭＺ変調器６１と、波長可変レーザ６０とを集積した光半導体集積素子５３を歩留まり良く製造することが可能となる。

なお、本発明は、上述した実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
例えば、上述の実施形態では、波長可変レーザ部５０と、斜め光導波路５４を有する光導波路部５１と、ＭＺ変調器部５２とを備える光半導体集積素子５３を、バットジョイント法を用いて製造する場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではない。本発明は、斜め光導波路を有する光導波路部にＡｌ及びＡｓを含む半導体層を含む素子部がバットジョイントされた光半導体集積素子の製造方法に対して、広く適用することができる。

例えば、導波路コアの構造が異なる複数の領域を備える光半導体集積素子の製造方法であって、最後に形成される領域以外の領域に斜め光導波路が存在する場合に、本発明を適用することができる。
また、例えば図１０に示すように、８チャネルＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier）部７０と、斜め光導波路７３を含む光導波路７４及びカプラ７５を含む光導波路部７１と、１チャネルＳＯＡ部７２とを備える集積型ＳＯＡに、本発明を適用することもできる。つまり、斜め光導波路７３を含む集積型ＳＯＡ７６において、８チャネルＳＯＡ部又は１チャネルＳＯＡ部７８に含まれるＳＯＡ７７，７８の活性層をＡｌＧａＩｎＡｓ活性層とし、バットジョイント法を用いて製造する場合に本発明を適用可能である。なお、集積型ＳＯＡを光半導体集積素子ともいう。また、斜め光導波路７３を含む光導波路７４及びカプラ７５は、例えばＩｎＧａＡｓＰ光導波路層を含むものとすれば良い。

この場合、２つの製造方法がある。
第１の製造方法では、まず、８チャネルＳＯＡ部７０に含まれる各ＳＯＡ７７を形成するための半導体積層構造を成長させる。次に、斜め光導波路７３を含む光導波路７４及びカプラ７５を形成するための半導体積層構造をバットジョイント成長させる。最後に、１チャネルＳＯＡ部７２に含まれるＳＯＡ７８を形成するための半導体積層構造をバットジョイント成長させる。そして、最後の１チャネルＳＯＡ部７２に含まれるＳＯＡ７８を形成するための半導体積層構造を成長させる際に用いるバットジョイント成長用マスクとして、上述の実施形態のバットジョイント成長用マスクを用いれば良い。つまり、斜め光導波路７３を形成する領域の半導体積層構造を残し、１チャネルＳＯＡ部７２に含まれるＳＯＡ７８のＡｌＧａＩｎＡｓ活性層をバットジョイント成長する際に用いるバットジョイント成長用マスクとして、斜め光導波路７３に沿って連なる複数の矩形部分を有するマスクを用いれば良い。

第２の製造方法では、まず、１チャネルＳＯＡ部７２に含まれるＳＯＡ７８を形成するための半導体積層構造を成長させる。次に、斜め光導波路７３を含む光導波路７４及びカプラ７５を形成するための半導体積層構造をバットジョイント成長させる。最後に、８チャネルＳＯＡ部７０に含まれる各ＳＯＡ７７を形成するための半導体積層構造をバットジョイント成長させる。そして、最後の８チャネルＳＯＡ部７０に含まれる各ＳＯＡ７７を形成するための半導体積層構造を成長させる際に用いるバットジョイント成長用マスクとして、上述の実施形態のバットジョイント成長用マスクを用いれば良い。つまり、斜め光導波路７３を形成する領域の半導体積層構造を残し、８チャネルＳＯＡ部７０に含まれるＳＯＡ７７のＡｌＧａＩｎＡｓ活性層をバットジョイント成長する際に用いるバットジョイント成長用マスクとして、斜め光導波路７３に沿って連なる複数の矩形部分を有するマスクを用いれば良い。

このように、斜め光導波路７３を有する光導波路部７１にＡｌＧａＩｎＡｓ活性層を含むＳＯＡ７７（７８）がバットジョイントされた集積型ＳＯＡ７６を製造する場合の歩留まりを良くすることができる。
また、上述の実施形態では、斜め光導波路５４を有する光導波路部５１にバットジョイントされるＡｌ及びＡｓを含む半導体層をＡｌＧａＩｎＡｓ層１４，３４としているが、これに限られるものではなく、例えばＩｎＡｌＡｓ等のＡｌ及びＡｓを含む半導体層であれば良い。つまり、バットジョイント成長させる導波路コアの材料として、Ａｌ及びＡｓを含む化合物半導体混晶を用いれば良い。

また、上述の実施形態では、波長可変レーザ部５０のメサストライプ構造の脇に半絶縁性ＩｎＰ層４１を埋め込み成長するようにしているが、これに限られるものではない。例えば、波長可変レーザ部だけではなく、光導波路部やＭＺ変調器部のメサストライプ構造の脇にも半絶縁性ＩｎＰ層を埋め込み成長するようにしても良い。また、半絶縁性ＩｎＰ層を埋め込み成長することで埋込構造を有するものとしているが、これに限られるものではなく、リッジ構造を有するものとしても良い。この場合、メサストライプ形成時にリッジ状に加工し、メサストライプ形成用マスクパターンを除去した後、表面側に波長可変レーザ用ｐ側電極とＭＺ変調器用ｐ側電極を形成するとともに、基板裏面側にｎ側電極を形成するようにすれば良い。

１ ＩｎＰ基板（半導体基板）
２ ＩｎＧａＡｓＰ活性層（導波路コア）
３ ＩｎＰクラッド層
４ ＩｎＧａＡｓＰキャップ層
５ ＩｎＰキャップ層
６ 波長可変レーザを形成するための半導体積層構造（第３半導体積層構造）
７ バットジョイント成長用マスク（第２バットジョイント成長用マスク）
８ ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層（導波路コア）
９ ＩｎＰクラッド層
１０ ＩｎＧａＡｓＰキャップ層
１１ ＩｎＰキャップ層
１２ 斜め光導波路及びカプラを形成するための半導体積層構造（第１半導体積層構造）
１３ バットジョイント成長用マスク（第１バットジョイント成長用マスク）
１３Ａ〜１３Ｇ 矩形部分
１３ａ〜１３ｋ 帯状矩形部分
１４ ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層（導波路コア）
１５ ＩｎＰクラッド層
１６ ＭＺ変調器を形成するための半導体積層構造（第２半導体積層構造）
２１ ｎ型（１００）面ＩｎＰ基板
２１Ａ 回折格子
２２ ＩｎＧａＡｓＰ活性層
２２Ａ ＩｎＧａＡｓＰ−ＳＣＨ層
２２Ｂ ＩｎＧａＡｓＰ−ＭＱＷ層
２３ ｐ型ＩｎＰクラッド層
２４ ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層
２５ ｐ型ＩｎＰキャップ層
２６ 波長可変レーザを形成するための半導体積層構造（第３半導体積層構造）
２７ バットジョイント成長用マスク（第２バットジョイント成長用マスク）
２７Ａ，２７Ｂ 矩形部分
２７ａ，２７ｂ 帯状矩形部分
２８ ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層
２８Ａ ＩｎＧａＡｓＰ−ＳＣＨ層
２８Ｂ ＩｎＧａＡｓＰコア層
２９ ｐ型ＩｎＰクラッド層
３０ ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層
３１ ｐ型ＩｎＰキャップ層
３２ 斜め光導波路及びカプラを形成するための半導体積層構造（第１半導体積層構造）
３３ バットジョイント成長用マスク（第１バットジョイント成長用マスク）
３３Ａ〜３３Ｋ 矩形部分
３３ａ〜３３ｈ 帯状矩形部分
３４ ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層
３５ ｐ型ＩｎＰクラッド層
３６ ＭＺ変調器を形成するための半導体積層構造（第２半導体積層構造）
３７ ｐ型ＩｎＰクラッド層
３８ ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層
３９ メサストライプ形成用マスク
４０ メサストライプ構造
４１ 半絶縁性ＩｎＰ層
４２ 波長可変レーザ用ｐ側電極
４３ ＭＺ変調器用ｐ側電極
４４ ｎ側電極
５０ 波長可変レーザ部
５１ 光導波路部
５２ ＭＺ変調器部
５３ 光半導体集積素子
５４ 斜め光導波路
５５ カプラ
６０ 波長可変レーザ
６１ ＭＺ変調器
６２ ＭＺ変調器を構成する半導体積層構造
７０ ８チャネルＳＯＡ部
７１ 光導波路部
７２ １チャネルＳＯＡ部
７３ 斜め光導波路
７４ 光導波路
７５ カプラ
７６ 集積型ＳＯＡ（光半導体集積素子）
７７，７８ ＳＯＡ

Claims (5)

1. 半導体基板の上方に斜め光導波路を形成するための第１半導体積層構造を成長させる工程と、
   前記第１半導体積層構造上に第１バットジョイント成長用マスクを形成する工程と、
   前記第１バットジョイント成長用マスクをエッチングマスクとして用いて前記第１半導体積層構造を除去する工程と、
   前記第１バットジョイント成長用マスクを用いてＡｌ及びＡｓを含む第２半導体層を含む第２半導体積層構造をバットジョイント成長させる工程とを含み、
   前記第１バットジョイント成長用マスクは、光伝播方向に対して平行な直線及び直交する直線のみによって規定される複数の矩形部分が前記斜め光導波路を形成する領域に沿って接合された平面形状を有することを特徴とする光半導体集積素子の製造方法。
2. 前記第１バットジョイント成長用マスクが、さらに、前記光伝播方向に対して平行な直線及び直交する直線のみによって規定され、前記矩形部分の角部から前記光伝播方向に対して直交する方向へ延びる複数の帯状矩形部分を有することを特徴とする、請求項１に記載の光半導体集積素子の製造方法。
3. 前記第１半導体積層構造を成長させる工程の前に、
   前記半導体基板の上方に第３半導体積層構造を成長させる工程と、
   前記第３半導体積層構造上に第２バットジョイント成長用マスクを形成する工程と、
   前記第２バットジョイント成長用マスクをエッチングマスクとして用いて前記第３半導体積層構造を除去する工程とをさらに含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の光半導体集積素子の製造方法。
4. 前記半導体基板は、（１００）面ＩｎＰ基板であり、
   前記斜め光導波路は、［０１１］方向に対して傾いた斜め光導波路であり、
   前記光伝播方向に対して平行な直線は、［０１１］方向に延びる直線であり、
   前記光伝播方向に対して直交する直線は、［０−１１］方向に延びる直線であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光半導体集積素子の製造方法。
5. 前記Ａｌ及びＡｓを含む第２半導体層は、ＡｌＧａＩｎＡｓ層又はＩｎＡｌＡｓ層であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光半導体集積素子の製造方法。