JP6519921B2 - 光半導体素子及び光半導体素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光半導体素子及び光半導体素子の製造方法に関するものである。

近年、光通信システムの低消費電力化に伴い、光通信システムに用いられる光半導体素子には、クーラーレスでの高温動作が可能であること、及び光出力が高いことが求められる。光半導体素子の高温高出力動作を実現するためには、光半導体素子内部の直列抵抗を低減し、また活性層に対して効率的に電流を注入することが望ましい。光半導体素子内部の直列抵抗を低減する為には、例えば活性層上に設けられるクラッド層におけるキャリア（不純物）濃度を高めるとよい。また、活性層に対して効率的に電流を注入する為には、例えば一対の電流ブロック領域を活性層の近傍に設けるとよい。なお、特許文献１には、一対の電流ブロック領域（埋め込み層）を有する半導体レーザの製造方法が記載されている。

特開平５−５５６９６号公報

活性層上に設けられるクラッド層への高濃度の不純物添加は、活性層へのキャリア拡散を引き起こす。特に、ｐ型キャリアである亜鉛の拡散は比較的速い。活性層へのキャリアの拡散は、非発光再結合中心の増加や、活性層を構成する多重量子井戸の混晶化の原因となり、結果として、光半導体素子の光出力の低下や通電劣化を引き起こす。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、活性層へのキャリアの拡散を低減することができる光半導体素子及び光半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、一実施形態に係る光半導体素子は、第一導電型の第一クラッド層と、第一クラッド層上に形成された活性層と、活性層上に形成され、第一導電型とは反対の第二導電型を有する第二クラッド層と、積層方向と交差する方向に並んで第二クラッド層を挟む一対のブロック領域と、第二クラッド層上および一対のブロック領域上に形成された第二導電型の第三クラッド層とを備え、第二クラッド層のキャリア濃度が、第三クラッド層のキャリア濃度よりも高い。

また、一実施形態に係る光半導体素子の製造方法は、第一導電型の第一クラッド層上に、活性層、ブロック層、及び第一導電型とは反対の第二導電型を有する第三クラッド層を順に成長させる第１の工程と、積層方向と交差する所定方向に延びる開口を有するエッチングマスクを第三クラッド層上に形成し、エッチングマスクの開口を介して第三クラッド層及びブロック層をエッチングすることにより凹部を形成する第２の工程と、第二導電型を有する第二クラッド層を凹部に成長させる第３の工程と、を含む。

本発明による光半導体素子及び光半導体素子の製造方法によれば、活性層へのキャリアの拡散を低減することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る光半導体素子の構成を示す断面図である。 図２は、第１実施形態の光半導体素子の製造方法の各工程を示す図である。 図３は、第１実施形態の光半導体素子の製造方法の各工程を示す図である。 図４は、ｐ型キャリアとして亜鉛が添加されたＩｎＰのｐ型キャリア濃度と成長面方位との関係について実験を行った結果を示すグラフである。 図５は、凹部の内部におけるｐ型クラッド層の結晶成長の様子を概念的に示す図である。 図６は、ｎ型ＩｎＰチャネル層へのｐ型キャリアの拡散の様子を示すグラフである。 図７は、ｐ型キャリア（亜鉛）の拡散距離と拡散時間との関係を示すグラフである。 図８は、一対のブロック領域間の部分（ｐ型クラッド層）と、該部分を除くクラッド層（ｐ型クラッド層）とのそれぞれにおけるｐ型キャリア濃度を変化させたときの光半導体素子の直列抵抗の変化を示すグラフである。 図９は、本発明の第２実施形態に係る光半導体素子の構成を示す断面図である。 図１０は、第２実施形態の光半導体素子を製造する方法における各工程を示す図である。 図１１は、第２実施形態の光半導体素子を製造する方法における各工程を示す図である。 図１２は、第２実施形態の光半導体素子を製造する方法における各工程を示す図である。 図１３は、本発明の第３実施形態に係る光半導体素子の構成を示す断面図である。 図１４は、第３実施形態の光半導体素子を製造する方法における各工程を示す図である。 図１５は、第３実施形態の光半導体素子を製造する方法における各工程を示す図である。 図１６は、第３実施形態の光半導体素子を製造する方法における各工程を示す図である。 図１７は、本発明の第４実施形態に係る光半導体素子の構成を示す断面図である。 図１８は、第４実施形態の光半導体素子を製造する方法における各工程を示す図である。 図１９は、第４実施形態の光半導体素子を製造する方法における各工程を示す図である。 図２０は、第４実施形態の光半導体素子を製造する方法における各工程を示す図である。 図２１は、図１３に示された光半導体素子において、チャネル層が設けられない場合の製造方法における各工程を示す図である。 図２１は、図１３に示された光半導体素子において、チャネル層が設けられない場合の製造方法における各工程を示す図である。 図２１は、図１３に示された光半導体素子において、チャネル層が設けられない場合の製造方法における各工程を示す図である。

［本願発明の実施形態の説明］
最初に、本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。（１）本願発明の一実施形態に係る光半導体素子は、第一導電型の第一クラッド層と、第一クラッド層上に形成された活性層と、活性層上に形成され、第一導電型とは反対の第二導電型を有する第二クラッド層と、積層方向と交差する方向に並んで第二クラッド層を挟む一対のブロック領域と、第二クラッド層上および一対のブロック領域上に形成された第二導電型の第三クラッド層とを備え、第二クラッド層のキャリア濃度が、第三クラッド層のキャリア濃度よりも高い。

本発明者は、一対のブロック領域を有する光半導体素子において、素子内部の直列抵抗を低減する為には、クラッド層の中でも特にブロック領域間に位置する部分のキャリア濃度を高濃度化することが効果的であることを見出した。すなわち、クラッド層全体ではなくブロック領域間の部分のみのキャリア濃度を高濃度化することにより、クラッド層全体のキャリア濃度を抑えて活性層へのキャリアの拡散を低減しつつ、素子内部の直列抵抗を効果的に低減することが可能となる。上記の光半導体素子では、一対のブロック領域間に位置する第二クラッド層のキャリア濃度が、第二クラッド層上および一対のブロック領域上に形成された第三クラッド層のキャリア濃度よりも高い。従って、上記の光半導体素子によれば、高温高出力動作を可能にし、且つクラッド層全体のキャリア濃度を抑えて活性層へのキャリアの拡散を低減することができる。

（２）また、光半導体素子は、第二クラッド層と活性層との間に形成され、第二クラッド層のキャリア濃度よりも低いキャリア濃度の第二導電型、若しくは第一導電型と第二導電型との中間の導電型である第三導電型を有するチャネル層を更に備えてもよい。このようなチャネル層を更に備えることによって、第二クラッド層から活性層へのキャリアの移動が妨げられ、活性層へのキャリアの拡散を更に低減することができる。

（３）また、光半導体素子では、第二クラッド層がＩｎＰ系化合物半導体からなり、積層方向と交差する方向における第二クラッド層の幅をＷ（μｍ）としたとき、第二クラッド層の厚さＴ（μｍ）が
Ｔ≧Ｗ／ｔａｎ（５５°）
を満たしてもよい。これにより、キャリア濃度が高い第二クラッド層を好適に実現することができる。

（４）また、光半導体素子では、活性層及び第二クラッド層がＩｎＰ系化合物半導体からなり、活性層の表面の面方位が（１００）面であり、第二クラッド層の結晶成長方向と［１００］方向との成す角が８０°以上９０°以下の範囲内に含まれてもよい。これにより、キャリア濃度が高い第二クラッド層を好適に実現することができる。

（５）本願発明の一実施形態に係る光半導体素子の製造方法は、第一導電型の第一クラッド層上に、活性層、ブロック層、及び第一導電型とは反対の第二導電型を有する第三クラッド層を順に成長させる第１の工程と、積層方向と交差する所定方向に延びる開口を有するエッチングマスクを第三クラッド層上に形成し、エッチングマスクの開口を介して第三クラッド層及びブロック層をエッチングすることにより凹部を形成する第２の工程と、第二導電型を有する第二クラッド層を凹部に成長させる第３の工程とを含み、第二クラッド層のキャリア濃度が、第三クラッド層のキャリア濃度よりも高い。

前述したように、クラッド層全体ではなくブロック領域間の部分のみのキャリア濃度を高濃度化することにより、クラッド層全体のキャリア濃度を抑えて活性層へのキャリアの拡散を低減しつつ、素子内部の直列抵抗を効果的に低減することが可能となる。上記の光半導体素子の製造方法では、一対のブロック領域間の凹部に成長する第二クラッド層のキャリア濃度が、第三クラッド層のキャリア濃度よりも高い。従って、上記の光半導体素子の製造方法によれば、高温高出力動作を可能にし、且つクラッド層全体のキャリア濃度を抑えて活性層へのキャリアの拡散を低減することができる。

（６）また、光半導体素子の製造方法では、第２の工程において、凹部の底面にブロック層の一部を残存させてチャネル層とし、チャネル層の厚さをブロック層の厚さの５分の１以下としてもよい。

（７）また、光半導体素子の製造方法では、第二クラッド層がＩｎＰ系化合物半導体からなり、第２の工程において、開口の幅をＷ（μｍ）としたとき、エッチング深さＤ（μｍ）が
Ｄ≧Ｗ×ｔａｎ（５５°）
を満たしてもよい。これにより、キャリア濃度が高い第二クラッド層を好適に実現することができる。

（８）また、光半導体素子の製造方法では、活性層及び第二クラッド層がＩｎＰ系化合物半導体からなり、活性層の表面の面方位が（１００）面であり、第３の工程において、第二クラッド層の結晶成長方向と［１００］方向との成す角が８０°以上９０°以下の範囲内に含まれてもよい。これにより、キャリア濃度が高い第二クラッド層を好適に実現することができる。

（９）また、光半導体素子の製造方法では、第２の工程において、凹部の底面にブロック層の一部を残存させてチャネル層とし、第３の工程の後に、第二クラッド層の第二導電型のキャリアをチャネル層に拡散させる拡散工程を更に含み、チャネル層の一部の厚さをＴ（μｍ）とし、第二導電型のキャリアの拡散速度をｖ（μｍ／時間）としたとき、拡散工程における拡散時間ｔ（時間）が、
ｔ≧Ｔ／ｖ
を満たしてもよい。

（１０）本願発明の一実施形態に係る光半導体素子の製造方法は、第一導電型の第一クラッド層上に、活性層、第一導電型とは反対の第二導電型を有する第五クラッド層、及び第一導電型のチャネル層を順に成長させる第１の工程と、積層方向と交差する所定方向に延びるエッチングマスクをチャネル層上に形成し、チャネル層、第五クラッド層、活性層、及び第一クラッド層をエッチングすることによりメサ部を形成する第２の工程と、エッチングマスクを残した状態で、第二導電型の第一ブロック領域、第一導電型の第二ブロック領域、及び第二導電型の第三クラッド層をメサ部の両側に選択的に成長させる第３の工程と、エッチングマスクを除去し、第二導電型を有する第二クラッド層をチャネル層上に成長させる第４の工程とを含み、第二クラッド層のキャリア濃度が、第三クラッド層のキャリア濃度よりも高い。

前述したように、クラッド層全体ではなくブロック領域間の部分のみのキャリア濃度を高濃度化することにより、クラッド層全体のキャリア濃度を抑えて活性層へのキャリアの拡散を低減しつつ、素子内部の直列抵抗を効果的に低減することが可能となる。上記の光半導体素子の製造方法では、メサ部上すなわち第一ブロック領域間及び第二ブロック領域間に成長する第二クラッド層のキャリア濃度が、第三クラッド層のキャリア濃度よりも高い。従って、上記の光半導体素子の製造方法によれば、高温高出力動作を可能にし、且つクラッド層全体のキャリア濃度を抑えて活性層へのキャリアの拡散を低減することができる。

［本願発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る光半導体素子及び光半導体素子の製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。以下の説明では、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る光半導体素子１Ａの構成を示す断面図であって、光半導体素子１Ａの光導波方向に垂直な断面を示している。本実施形態の光半導体素子１Ａは、リッジ構造を有する。図１に示されるように、光半導体素子１Ａは、ｎ型（第一導電型）の半導体基板１１、活性層１２、ｐ型（第二導電型）半導体層１３、ｐ型クラッド層１４、チャネル層１５、一対のｎ型ブロック領域１６ａ及び１６ｂ、ｐ型クラッド層１７、ｐ型コンタクト層１８、ｐ側電極１９及びｎ側電極２０を備えている。

半導体基板１１は、例えばｎ型ＩｎＰといったＩｎＰ系化合物半導体からなり、主面１１ａ及び裏面１１ｂを有する。半導体基板１１は、ｎ型クラッドとして機能し、本実施形態における第一クラッド層を構成する。半導体基板１１のキャリア濃度は、例えば１×１０^１８ｃｍ^−３である。活性層１２は、半導体基板１１の主面１１ａ上に結晶成長された層であり、例えば井戸層及び障壁層が交互に積層された多重量子井戸構造を有する。井戸層及び障壁層は、例えばＩｎＧａＡｓＰといったＩｎＰ系化合物半導体からなる。一実施例では、活性層１２は半導体基板１１の主面１１ａに接している。ｐ型半導体層１３は、活性層１２上に設けられており、例えばｐ型ＩｎＰといったＩｎＰ系化合物半導体からなる。

ｐ型クラッド層１４は、本実施形態における第二クラッド層であり、活性層１２のうち光導波方向に延びるストライプ状の領域上に設けられている。ｐ型クラッド層１４は、例えばｐ型ＩｎＰといったＩｎＰ系化合物半導体からなる。ｐ型クラッド層１４のキャリア濃度は、後述するｐ型クラッド層１７のキャリア濃度よりも高い。ｐ型クラッド層１４のキャリア濃度は、例えば５×１０^１７ｃｍ^−３以上３×１０^１８ｃｍ^−３以下である。光導波方向及び積層方向と交差する方向におけるｐ型クラッド層１４の幅Ｗは例えば０．４μｍ以上１．５μｍ以下であり、積層方向におけるｐ型クラッド層１４の厚さＴ１は例えば０．５７μｍ以上２．２μｍ以下である。

チャネル層１５は、活性層１２のうち光導波方向に延びるストライプ状の領域上において、活性層１２とｐ型クラッド層１４との間に設けられている。チャネル層１５は、例えばＩｎＰといったＩｎＰ系化合物半導体からなる。また、チャネル層１５は、例えばｐ型クラッド層１４のキャリア濃度よりも低いキャリア濃度のｐ型、若しくはｎ型とｐ型との中間の導電型であるｉ型（第三導電型）を有する。積層方向におけるチャネル層１５の厚さＴ２は例えば０．０１μｍ以上０．５μｍ以下である。なお、チャネル層１５は省略されてもよい。

一対のｎ型ブロック領域１６ａ及び１６ｂは、活性層１２へ流れる電流の流路を狭窄するために設けられている。ｎ型ブロック領域１６ａ及び１６ｂは、例えばｎ型ＩｎＰといったＩｎＰ系化合物半導体からなる。ｎ型ブロック領域１６ａ及び１６ｂは、積層方向と交差する方向に並んで、ｐ型クラッド層１４を挟むように配置されている。ｎ型ブロック領域１６ａ及び１６ｂは、ｐ型半導体層１３との間のｐｎ接合によって電流を阻止する。ｎ型ブロック領域１６ａ及び１６ｂのキャリア濃度は、例えば３×１０^１８ｃｍ^−３である。なお、ｐ型クラッド層１４を挟むように設けられる一対のブロック領域は、この形態に限られず、例えば高抵抗層によって構成されてもよい。

ｐ型クラッド層１７は、本実施形態における第三クラッド層であり、ｐ型クラッド層１４上、並びに一対のｎ型ブロック領域１６ａ及び１６ｂ上にわたって半導体基板１１上の全面に形成されている。ｐ型クラッド層１７は、例えばｐ型ＩｎＰといったＩｎＰ系化合物半導体からなる。ｐ型クラッド層１７のキャリア濃度は、例えば５×１０^１７ｃｍ^−３である。ｐ型コンタクト層１８は、ｐ型クラッド層１７上に形成されており、例えばｐ型ＩｎＧａＡｓといったＩｎＰ系化合物半導体からなる。

ｐ側電極（アノード電極）１９は、ｐ型コンタクト層１８上に設けられており、ｐ型コンタクト層１８と接触している。ｎ側電極（カソード電極）２０は、半導体基板１１の裏面１１ｂ上に設けられており、半導体基板１１と接触している。ｐ側電極１９及びｎ側電極２０は、例えば金及びゲルマニウムの混合、並びにチタン及び白金の混合等の金属により構成されている。

図２及び図３は、本実施形態の光半導体素子１Ａの製造方法の各工程を示す図である。まず、第１の工程として、図２（ａ）に示されるように、ｎ型ＩｎＰからなる半導体基板１１（第一クラッド層）の主面１１ａ上に、活性層１２、ｐ型半導体層１３、ｎ型ブロック層２２、及びｐ型クラッド層２３（第三クラッド層）を、例えば有機金属気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ）によって順に成長させる。半導体基板１１のキャリア濃度は、例えば１×１０^１８ｃｍ^−３である。ｎ型ブロック層２２は、一対のｎ型ブロック領域１６ａ，１６ｂとなる層であり、例えばｎ型ＩｎＰといったＩｎＰ系化合物半導体からなる。ｎ型ブロック層２２のキャリア濃度は、例えば３×１０^１８ｃｍ^−３である。ｎ型ブロック層２２の厚さは、例えば０．５μｍである。ｐ型クラッド層２３は、ｐ型クラッド層１７の一部となる層であり、例えばｐ型ＩｎＰといったＩｎＰ系化合物半導体からなる。ｐ型クラッド層２３のキャリア濃度は、例えば５×１０^１７ｃｍ^−３である。ｐ型クラッド層２３の厚さは、例えば０．４μｍである。

活性層１２の原料ガスは、例えばトリメチルインジウム（Trimethyl Indium：ＴＭＩｎ）、トリエチルガリウム（Triethyl Gallium：ＴＥＧａ）、フォスフィン（ＰＨ_３）及びアルシン（ＡｓＨ_３）を含む。ｐ型クラッド層２３の原料ガスは、ＴＭＩｎ、ＰＨ_３、及びジメチル亜鉛（ＤＭＺ）を含む。ｎ型ブロック層２２の原料ガスは、例えばＴＭＩｎ、ＰＨ_３、及びシラン（ＳｉＨ_３）を含む。ＭＯＣＶＤ装置内の成長温度は例えば６２０℃であり、成長圧力は例えば０．１気圧である。

次に、第２の工程として、図２（ｂ）に示されるように、ｐ型クラッド層２３の上面にエッチングマスクＭ１を形成する。エッチングマスクＭ１は、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）といったシリコン酸化物からなり、積層方向と交差する所定方向（すなわち光導波方向）に延びるストライプ状の開口Ｍ１ａを有する。そして、例えばドライエッチングにより、エッチングマスクＭ１の開口Ｍ１ａを介して、ｐ型クラッド層２３と、ｎ型ブロック層２２の一部とをエッチングする。これにより、ｐ型クラッド層２３からｎ型ブロック層２２に達する凹部２４が形成され、その両側に一対のブロック領域１６ａ，１６ｂが形成される。このとき、積層方向における凹部２４の深さは例えば０．８μｍであり、上記所定方向と交差する方向における凹部２４の幅は例えば０．６μｍである。

また、このとき、凹部２４の底面にｎ型ブロック層２２の一部分を残存させ、チャネル層１５を形成する。チャネル層１５の厚さは、ｎ型ブロック層２２の厚さの５分の１以下であるとよい。これにより、後述する拡散工程に必要な時間を短縮することができる。一実施例では、チャネル層１５の厚さは０．１μｍである。なお、ｎ型ブロック層２２の一部分を残存させることなく、ｐ型半導体層１３に達するまでエッチングを行ってもよい。

続いて、第３の工程として、図３（ａ）に示されるように、ｐ型クラッド層２３のキャリア濃度よりも高いキャリア濃度を有するｐ型クラッド層１４を、例えばＭＯＣＶＤ法を用いて凹部２４の内部に成長させる。そして、ｐ型クラッド層１４の成長と連続して、ｐ型クラッド層１４のキャリア濃度よりも低いキャリア濃度を有するｐ型クラッド層２６をｐ型クラッド層１４上及びｐ型クラッド層２３上に成長させる。ｐ型クラッド層２６は、ｐ型クラッド層２３とともにｐ型クラッド層１７を構成する。ｐ型クラッド層２６の厚さは、例えば１．５μｍである。その後、ｐ型コンタクト層１８をｐ型クラッド層１７上に例えばＭＯＣＶＤ法を用いて成長させる。ｐ型コンタクト層１８の厚さは、例えば０．１μｍである。

上述した第３の工程において、ｐ型クラッド層１４及び２６の原料ガスは例えばＴＭＩｎ、ＰＨ_３、及びＤＭＺを含む。ｐ型コンタクト層１８の原料ガスは例えばＴＭＩｎ、ＴＥＧａ、ＡｓＨ_３及びＤＭＺを含む。ｐ型クラッド層２６のキャリア濃度は例えば５×１０^１７ｃｍ^−３である。ｐ型クラッド層１４及び２６の成長時間は双方合わせて例えば１時間であり、成長温度は例えば６２０℃である。ｐ型コンタクト層１８の成長時間は例えば０．５時間であり、成長温度は例えば５５０℃である。

続いて、拡散工程を行う。拡散工程では、拡散炉において、ｐ型クラッド層１４に含まれるｐ型キャリア（例えば亜鉛）をチャネル層１５に拡散させる。これにより、ｎ型ＩｎＰであったチャネル層１５は、ｐ型クラッド層１４のキャリア濃度よりも低いキャリア濃度のｐ型ＩｎＰ、若しくはｎ型とｐ型との中間の導電型であるｉ型ＩｎＰとなる。これにより、光半導体素子１Ａの直列抵抗が低減される。拡散炉内のキャリアガスは例えば水素であり、拡散温度は例えば６３０℃である。

続いて、図３（ｂ）に示されるように、ｐ側電極１９及びｎ側電極２０を例えば蒸着法により形成する。以上の工程により、光半導体素子１Ａが作製される。

ここで、第３の工程について詳細に説明する。図４は、ｐ型キャリアとして亜鉛が添加されたＩｎＰのｐ型キャリア濃度と成長面方位との関係について実験を行った結果を示すグラフである。図４において、横軸は、（１００）面を０°とし、（０１−１）面を９０°としたときの成長面の傾斜角を示す。縦軸は、ｐ型ＩｎＰのｐ型キャリア濃度である。図４に示されるように、傾斜角が０°以上８０°未満の範囲内に含まれる場合、ｐ型キャリア濃度はほぼ一定である。これに対し、傾斜角が８０°以上９０°以下の範囲内に含まれる場合、ｐ型キャリア濃度は格段に増加し、（１００）面を成長面とする場合（傾斜角０°）の２倍以上となる。従って、活性層１２の表面の面方位が（１００）面である場合、ｐ型クラッド層１４の結晶成長方向と［１００］方向との成す角は、８０°以上９０°以下の範囲内に含まれるとよい。また、ｐ型クラッド層１７の結晶成長方向と［１００］方向との成す角は、０°以上８０°以下の範囲内に含まれるとよい。これにより、ｐ型クラッド層１４のキャリア濃度を、ｐ型クラッド層１７のキャリア濃度よりも高くすることができる。

図５（ａ）及び図５（ｂ）は、凹部２４の内部におけるｐ型クラッド層１４の結晶成長の様子を概念的に示す図であって、凹部２４の深さＤと幅Ｗとの比（Ｄ／Ｗ）が小さい場合（図５（ａ））と、比（Ｄ／Ｗ）が大きい場合（図５（ｂ））とをそれぞれ示している。なお、これらの図では、ドットの密度によりキャリア濃度の濃淡が表されており、ドットの密度が高いほどキャリア濃度が高い。

凹部２４の底面の面方位は活性層１２の表面の面方位と同じ（１００）面であり、凹部２４の側面の面方位は（０１１）面である。従って、凹部２４の底面上にはｐ型クラッド層１４の低濃度領域が成長し、凹部２４の側面上にはｐ型クラッド層１４の高濃度領域が成長する。図５（ａ）に示されるように、比（Ｄ／Ｗ）が小さい場合には、低濃度領域が高濃度領域よりも広くなり、ｐ型クラッド層１４全体でのｐ型キャリア濃度は比較的低くなる。一方、図５（ｂ）に示されるように、比（Ｄ／Ｗ）が小さい場合には、高濃度領域が低濃度領域よりも広くなり、ｐ型クラッド層１４全体でのｐ型キャリア濃度は比較的高くなる。このことから、凹部２４の比（Ｄ／Ｗ）によってｐ型クラッド層１４のｐ型キャリア濃度を制御できることがわかる。ｐ型クラッド層１４の成長表面１４ａが、（１００）面に対する傾斜角が５５°である（１１１）Ｂ面から成ることに鑑みれば、第２の工程において、図２（ｂ）に示される凹部２４の幅（すなわちエッチングマスクＭ１の開口Ｍ１ａの幅）Ｗ（μｍ）と、エッチング深さＤ（μｍ）とが
Ｄ≧Ｗ×ｔａｎ（５５°）
を満たすとよい。これにより、ｐ型クラッド層１７よりも高濃度のｐ型クラッド層１４を好適に形成することができる。

次に、チャネル層１５にｐ型キャリアを拡散させるための拡散工程について詳細に説明する。図６は、本発明者によって測定された、ｎ型ＩｎＰチャネル層へのｐ型キャリアの拡散の様子を示すグラフである。図６において、縦軸はキャリア濃度（単位：ｃｍ^−３）を示し、横軸は積層方向の位置（単位：μｍ）を示している。チャネル層１５の積層方向の位置は、０．７３μｍ〜０．８３μｍの範囲である。図中において、グラフＧ１１はｐ型キャリアとしての亜鉛の濃度分布を示し、グラフＧ１２はｎ型キャリアとしてのシリコンの濃度分布を示す。図６に示されるように、チャネル層１５のｎ型キャリア濃度がｐ型クラッド層１４のｐ型キャリア濃度よりも高い場合には、チャネル層１５に拡散したｐ型キャリアの濃度は、ｎ型キャリア濃度とほぼ一致した。従って、チャネル層１５の導電型は主にｉ型となる。

また、図７は、本発明者によって測定されたｐ型キャリア（亜鉛）の拡散距離と拡散時間との関係を示すグラフである。図７において、縦軸は拡散距離（単位：ｎｍ）を示し、横軸は拡散時間（単位：時間）を示している。なお、測定に用いられたｎ型ＩｎＰ層のキャリア濃度は、隣接するｐ型ＩｎＰ層のキャリア濃度の２倍であった。図７に示されるように、ｎ型ＩｎＰ層のキャリア濃度がｐ型ＩｎＰ層のキャリア濃度よりも高い場合には、拡散距離は拡散時間に比例する。このことから、拡散工程において、チャネル層１５の厚さをＴ（μｍ）とし、ｐ型キャリアの拡散速度をｖ（μｍ／時間）としたとき、拡散時間ｔ（時間）は、
ｔ≧Ｔ／ｖ
を満たすとよい。一実施例では、拡散時間は８時間である。なお、ｎ型ＩｎＰ層のキャリア濃度がｐ型ＩｎＰ層のキャリア濃度よりも低い場合には、拡散したｐ型キャリア濃度は、ｎ型キャリア濃度よりも高くなる。従って、この場合にはチャネル層１５の導電型はｐ型となる。

以上の構成を備える本実施形態の光半導体素子１Ａ及びその製造方法によって得られる効果について説明する。前述したように、本発明者は、一対のブロック領域１６ａ，１６ｂを有する光半導体素子１Ａにおいて、素子内部の直列抵抗を低減する為には、クラッド層の中でも特にブロック領域１６ａ，１６ｂ間に位置する部分のキャリア濃度を高濃度化することが効果的であることを見出した。図８は、一対のブロック領域１６ａ，１６ｂ間の部分（ｐ型クラッド層１４）と、該部分を除くクラッド層（ｐ型クラッド層１７）とのそれぞれにおけるｐ型キャリア濃度を変化させたときの光半導体素子の直列抵抗の変化を示すグラフである。図において、プロットＰ１はｐ型クラッド層１４のｐ型キャリア濃度を変化させた場合を示しており、プロットＰ２はｐ型クラッド層１７のｐ型キャリア濃度を変化させた場合を示している。図８を参照すると、ｐ型クラッド層１７のｐ型キャリア濃度を高くするよりも、ｐ型クラッド層１４すなわちブロック領域１６ａ，１６ｂ間の部分のｐ型キャリア濃度を高くする方が、直列抵抗がより低減している。この結果は、ｐ型クラッド層１７において比較的に広い幅で流れていた電流の流路が、ブロック領域１６ａ，１６ｂによって狭められることに起因する考えられる。なお、一対のブロック領域１６ａ，１６ｂ間の部分と該部分を除くｐ型クラッド層との双方においてｐ型キャリア濃度を高くすれば、直列抵抗は更に低減する。しかしながら、この場合には、活性層１２へのキャリアの拡散が顕著となる。従って、ブロック領域１６ａ，１６ｂ間の部分に限定してｐ型キャリア濃度を高くすることによって、直列抵抗の低減と、活性層１２へのキャリアの拡散の抑制とを両立させることができる。

すなわち、本実施形態においては、クラッド層全体ではなくブロック領域１６ａ，１６ｂ間の部分のみのキャリア濃度を高濃度化することにより、クラッド層全体のキャリア濃度を抑えて活性層１２へのキャリアの拡散を低減しつつ、素子内部の直列抵抗を効果的に低減することが可能となる。光半導体素子１Ａ及びその製造方法では、ブロック領域１６ａ，１６ｂ間に位置するｐ型クラッド層１４のキャリア濃度が、ｐ型クラッド層１４上およびブロック領域１６ａ，１６ｂ上に形成されたｐ型クラッド層１７のキャリア濃度よりも高い。従って、本実施形態の光半導体素子１Ａ及びその製造方法によれば、高温高出力動作を可能にし、且つクラッド層全体のキャリア濃度を抑えて活性層１２へのキャリアの拡散を低減することができる。

また、本実施形態のように、光半導体素子１Ａは、ｐ型クラッド層１４と活性層１２との間に形成され、ｐ型クラッド層１４のキャリア濃度よりも低いキャリア濃度のｐ型若しくはｉ型を有するチャネル層１５を更に備えてもよい。このようなチャネル層１５を更に備えることによって、ｐ型クラッド層１４から活性層１２へのキャリアの移動が妨げられ、活性層１２へのキャリアの拡散を更に低減することができる。また、チャネル層１５の導電型がブロック層２２と同じｎ型である場合にはｐｎ接合によって直列抵抗が増加するが、拡散工程によりチャネル層１５の導電型をｉ型若しくはｐ型とすることにより、直列抵抗の低減が可能となる。

また、本実施形態のように、拡散前におけるチャネル層１５のｎ型キャリア濃度が、ｐ型クラッド層１４のｐ型キャリア濃度よりも高いとよい。これにより、ｐ型クラッド層１４からチャネル層１５へのキャリアの拡散速度が遅くなり、活性層１２へのキャリアの拡散をより一層低減することができる。

なお、チャネル層１５の厚さがブロック領域１６ａ，１６ｂの厚さよりも薄いことによって、拡散工程を経てチャネル層１５の導電型を容易にｉ型若しくはｐ型とするとともに、ブロック領域１６ａ，１６ｂの導電型（ｎ型）を維持することができる。ブロック領域１６ａ，１６ｂの導電型が反転することなく良好な電流狭窄構造を形成することにより、高温高出力動作に寄与できる。但し、チャネル層１５の厚さとブロック領域１６ａ，１６ｂの厚さとが同じである場合においても、チャネル層１５の（拡散工程前の）ｎ型キャリア濃度をブロック領域１６ａ，１６ｂのｎ型キャリア濃度よりも低くすることにより、良好な電流狭窄構造を形成することができる。

また、本実施形態のように、光半導体素子１Ａの製造方法の第２の工程において、凹部２４の底面にブロック層２２の一部を残存させてチャネル層１５とし、チャネル層１５の厚さをブロック層２２の厚さの５分の１以下としてもよい。これにより、チャネル層１５へのｐ型キャリアの拡散に必要な時間を短縮することができる。

また、本実施形態のように、光半導体素子１Ａ及びその製造方法では、ｐ型クラッド層１４の幅Ｗ（μｍ）に対して、ｐ型クラッド層１４の厚さＴ（μｍ）が
Ｔ≧Ｗ／ｔａｎ（５５°）
を満たしてもよい。これにより、キャリア濃度が高いｐ型クラッド層１４を好適に実現することができる。

また、本実施形態のように、光半導体素子１Ａ及びその製造方法では、活性層１２の表面の面方位が（１００）面であり、ｐ型クラッド層１４の結晶成長方向と［１００］方向との成す角が８０°以上９０°以下の範囲内に含まれてもよい。これにより、キャリア濃度が高いｐ型クラッド層１４を好適に実現することができる。

（第２の実施の形態）
図９は、本発明の第２実施形態に係る光半導体素子１Ｂの構成を示す断面図であって、光半導体素子１Ｂの光導波方向に垂直な断面を示している。本実施形態の光半導体素子１Ｂは、第１実施形態の光半導体素子１Ａと異なり、埋め込みヘテロ（Buried Heterostructure：ＢＨ）構造を有する。図９に示されるように、光半導体素子１Ｂは、半導体基板３１、活性層３２、ｐ型半導体層３３、チャネル層１５、ｐ型クラッド層１４、一対のｎ型ブロック領域１６ａ及び１６ｂ、ｐ型クラッド層１７、ｐ型コンタクト層１８、ｐ側電極１９及びｎ側電極２０を備えている。これらのうち、半導体基板３１、活性層３２、及びｐ型半導体層３３を除く他の部分の構成については、第１実施形態と同様であるため詳細な説明を省略する。

半導体基板３１は、例えばｎ型ＩｎＰといったＩｎＰ系化合物半導体からなり、主面３１ａ及び裏面３１ｂを有する。半導体基板３１は、ｎ型クラッドとして機能し、本実施形態における第一クラッド層を構成する。半導体基板３１のキャリア濃度は、例えば１×１０^１８ｃｍ^−３である。活性層３２は、半導体基板３１の主面３１ａ上に結晶成長された層であり、例えば井戸層及び障壁層が交互に積層された多重量子井戸構造を有する。井戸層及び障壁層は、例えばＩｎＧａＡｓＰといったＩｎＰ系化合物半導体からなる。一実施例では、活性層３２は半導体基板３１の主面３１ａに接している。活性層３２と、半導体基板３１の一部とは、光導波方向に沿って延びるストライプ状のメサ部３４を構成している。ｐ型半導体層３３は、メサ部３４の上面および両側面を覆うように設けられており、例えばｐ型ＩｎＰといったＩｎＰ系化合物半導体からなる。チャネル層１５及びｐ型クラッド層１４は、ｐ型半導体層３３の表面のうちメサ部３４上の領域に設けられている。ブロック領域１６ａ，１６ｂは、ｐ型半導体層３３とともに、電流狭窄のためのｐｎ接合を構成している。

図１０〜図１２は、本実施形態の光半導体素子１Ｂを製造する方法における各工程を示す図である。まず、第１の工程として、図１０（ａ）に示されるように、ｎ型ＩｎＰからなる半導体基板３１（第一クラッド層）の主面３１ａ上に、活性層３２、及びｐ型半導体層３５を、例えばＭＯＣＶＤによって順に成長させる。ｐ型半導体層３５は、ｐ型半導体層３３の一部となる層であり、例えばｐ型ＩｎＰといったＩｎＰ系化合物半導体からなる。ｐ型半導体層３５のキャリア濃度は例えば５×１０^１７ｃｍ^−３である。活性層３２の原料ガスは、例えばＴＭＩｎ、ＴＥＧａ、ＰＨ_３及びＡｓＨ_３を含む。ｐ型半導体層３５の原料ガスは、ＴＭＩｎ、ＰＨ_３、及びＤＭＺを含む。ＭＯＣＶＤ装置内の成長温度は例えば６２０℃であり、成長圧力は例えば０．１気圧である。

次に、図１０（ｂ）に示されるように、ｐ型半導体層３５の上面にエッチングマスクＭ２を形成する。エッチングマスクＭ２は、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）といったシリコン酸化物からなり、積層方向と交差する所定方向（すなわち光導波方向）に延びるストライプ状といった形状を有する。そして、例えばドライエッチングにより、エッチングマスクＭ２に覆われていないｐ型半導体層３５、活性層３２、及び半導体基板３１の一部をエッチングする。これにより、ｐ型半導体層３３の一部、活性層３２、及び半導体基板３１の一部を含むメサ部３４が形成される。エッチング深さは例えば１．５μｍである。

続いて、図１０（ｃ）に示されるように、エッチングマスクＭ２を選択成長マスクとして、例えばＭＯＣＶＤ法を用いてｐ型半導体層３３の残りの部分を成長させる。このとき、原料ガスは例えばＴＭＩｎ、ＰＨ_３、及びＤＭＺを含む。その後、エッチングマスクＭ２をフッ化水素酸に浸すことにより（例えば１分間）、エッチングマスクＭ２を除去する。

続いて、図１１（ａ）に示されるように、ｎ型ブロック層２２及びｐ型クラッド層２３（第三クラッド層）を例えばＭＯＣＶＤによりｐ型半導体層３３上に成長させる。なお、ｎ型ブロック層２２及びｐ型クラッド層２３の成長方法は第１実施形態（図２（ａ）を参照）と同様なので、詳細な説明を省略する。

続いて、第２の工程として、図１１（ｂ）に示されるように、ｐ型クラッド層２３の上面にエッチングマスクＭ１を形成する。そして、例えばドライエッチングにより、ｐ型クラッド層２３と、ｎ型ブロック層２２の一部とをエッチングする。これにより、ｐ型クラッド層２３からｎ型ブロック層２２に達する凹部２４が形成され、その両側に一対のブロック領域１６ａ，１６ｂが形成される。また、このとき、凹部２４の底面にｎ型ブロック層２２の一部分を残存させ、チャネル層１５を形成する。なお、エッチングマスクＭ１の構成及びエッチング方法、並びに凹部２４及びチャネル層１５の構成は第１実施形態と同様である。

続いて、第３の工程として、図１２（ａ）に示されるように、ｐ型クラッド層２３のキャリア濃度よりも高いキャリア濃度を有するｐ型クラッド層１４を、例えばＭＯＣＶＤ法を用いて凹部２４の内部に成長させる。そして、ｐ型クラッド層１４の成長と連続して、ｐ型クラッド層１４のキャリア濃度よりも低いキャリア濃度を有するｐ型クラッド層２６をｐ型クラッド層１４上及びｐ型クラッド層２３上に成長させる。ｐ型クラッド層２６は、ｐ型クラッド層２３とともにｐ型クラッド層１７を構成する。その後、ｐ型コンタクト層１８をｐ型クラッド層１７上に例えばＭＯＣＶＤ法を用いて成長させる。なお、ｐ型クラッド層１４、ｐ型クラッド層２６及びｐ型コンタクト層１８の成長方法は、第１実施形態と同様である。

続いて、拡散工程を行う。拡散工程では、拡散炉において、ｐ型クラッド層１４に含まれるｐ型キャリア（例えば亜鉛）をチャネル層１５に拡散させる。これにより、ｎ型ＩｎＰであったチャネル層１５は、ｐ型クラッド層１４のキャリア濃度よりも低いキャリア濃度のｐ型ＩｎＰ、若しくはｎ型とｐ型との中間の導電型であるｉ型ＩｎＰとなる。最後に、図１２（ｂ）に示されるように、ｐ側電極１９及びｎ側電極２０を例えば蒸着法により形成する。以上の工程により、光半導体素子１Ｂが作製される。

本実施形態の光半導体素子１Ｂ及びその製造方法では、ブロック領域１６ａ，１６ｂ間に位置するｐ型クラッド層１４のキャリア濃度が、ｐ型クラッド層１４上およびブロック領域１６ａ，１６ｂ上に形成されたｐ型クラッド層１７のキャリア濃度よりも高い。従って、第１実施形態と同様に、高温高出力動作を可能にし、且つクラッド層全体のキャリア濃度を抑えて活性層３２へのキャリアの拡散を低減することができる。

（第３の実施の形態）
図１３は、本発明の第３実施形態に係る光半導体素子１Ｃの構成を示す断面図であって、光半導体素子１Ｃの光導波方向に垂直な断面を示している。本実施形態の光半導体素子１Ｃは、ｐ型クラッド層１４の側面が（００１）面に対して５５°〜６０°の角度でもって傾斜している点を除き、上述した第２実施形態の光半導体素子１Ｂ（図９を参照）と同様の構成を備えている。

図１４〜図１６は、本実施形態の光半導体素子１Ｃを製造する方法における各工程を示す図である。まず、第１の工程として、図１４（ａ）に示されるように、ｎ型ＩｎＰからなる半導体基板３１（第一クラッド層）の主面３１ａ上に、活性層３２、ｐ型半導体層３５（第五クラッド層）、及びｎ型半導体層３６を、例えばＭＯＣＶＤによって順に成長させる。ｐ型半導体層３５は、ｐ型半導体層３３（図１２を参照）の一部となる層であり、例えばｐ型ＩｎＰといったＩｎＰ系化合物半導体からなる。ｐ型半導体層３５のキャリア濃度は例えば５×１０^１７ｃｍ^−３である。ｎ型半導体層３６は、チャネル層１５（図１３を参照）となる層であり、例えばｎ型ＩｎＰといったＩｎＰ系化合物半導体からなる。ｎ型半導体層３６のキャリア濃度は例えば３×１０^１８ｃｍ^−３である。

次に、第２の工程として、図１４（ｂ）に示されるように、ｎ型半導体層３６の上面にエッチングマスクＭ３を形成する。エッチングマスクＭ３は、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）といったシリコン酸化物からなり、積層方向と交差する所定方向（すなわち光導波方向）に延びるストライプ状といった形状を有する。そして、例えばドライエッチングにより、エッチングマスクＭ３に覆われていないｎ型半導体層３６、ｐ型半導体層３５、活性層３２、及び半導体基板３１の一部をエッチングする。これにより、チャネル層１５、ｐ型半導体層３３の一部、活性層３２、及び半導体基板３１の一部を含むメサ部３７が形成される。エッチング深さは例えば１．５μｍである。

続いて、第３の工程として、図１４（ｃ）に示されるように、エッチングマスクＭ３を残した状態で選択成長マスクとし、例えばＭＯＣＶＤ法を用いてｐ型半導体層３３の残りの部分（第一ブロック領域）、ブロック領域１６ａ及び１６ｂ（第二ブロック領域）、及びｐ型キャップ層１７ａ及び１７ｂ（第三クラッド層）をメサ部３７の両側に選択的に成長させる。ｐ型キャップ層１７ａ及び１７ｂは、ｐ型クラッド層１７の一部分となる層であり、例えばｐ型ＩｎＰといったＩｎＰ系化合物半導体からなる。このとき、ｐ型半導体層３３のキャリア濃度を例えば５×１０^１７ｃｍ^−３とし、ブロック領域１６ａ及び１６ｂのキャリア濃度を例えば３×１０^１８ｃｍ^−３とし、ｐ型キャップ層１７ａ及び１７ｂのキャリア濃度を例えば５×１０^１７ｃｍ^−３とする。

続いて、第４の工程として、エッチングマスクＭ３をフッ化水素酸に浸すことにより（例えば１分間）、エッチングマスクＭ３を除去する。その後、図１５（ａ）に示されるように、ｐ型キャップ層１７ａ及び１７ｂの上面に選択成長マスクＭ４を形成する。選択成長マスクＭ４は、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）といったシリコン酸化物からなり、積層方向と交差する所定方向（すなわち光導波方向）に延びるストライプ状の開口Ｍ４ａを有する。そして、図１５（ｂ）に示されるように、ｐ型キャップ層１７ａ及び１７ｂのキャリア濃度よりも高いキャリア濃度を有するｐ型クラッド層１４を、例えばＭＯＣＶＤ法を用いてチャネル層１５上に選択的に成長させる。ｐ型クラッド層１４の厚さは例えば０．７μｍであり、ｐ型クラッド層１４のキャリア濃度は例えば１．５×１０^１８ｃｍ^−３である。ｐ型クラッド層１４の原料ガスはＴＭＩｎ、ＰＨ_３、及びＤＭＺを含む。ｐ型クラッド層１４の成長時間は例えば１時間であり、成長温度は例えば６２０℃である。

続いて、選択成長マスクＭ４を除去し、図１６（ａ）に示されるように、ｐ型クラッド層１４のキャリア濃度よりも低いキャリア濃度を有するｐ型クラッド層２６をｐ型クラッド層１４上並びにｐ型キャップ層１７ａ及び１７ｂ上に成長させる。ｐ型クラッド層２６は、ｐ型キャップ層１７ａ及び１７ｂとともにｐ型クラッド層１７を構成する。その後、ｐ型コンタクト層１８をｐ型クラッド層１７上に例えばＭＯＣＶＤ法を用いて成長させる。

続いて、拡散工程を行う。拡散工程では、拡散炉において、ｐ型クラッド層１４に含まれるｐ型キャリア（例えば亜鉛）をチャネル層１５に拡散させる。これにより、ｎ型ＩｎＰであったチャネル層１５は、ｐ型クラッド層１４のキャリア濃度よりも低いキャリア濃度のｐ型ＩｎＰ、若しくはｎ型とｐ型との中間の導電型であるｉ型ＩｎＰとなる。最後に、図１６（ｂ）に示されるように、ｐ側電極１９及びｎ側電極２０を例えば蒸着法により形成する。以上の工程により、光半導体素子１Ｃが作製される。

本実施形態の光半導体素子１Ｃ及びその製造方法では、ブロック領域１６ａ，１６ｂ間に位置するｐ型クラッド層１４のキャリア濃度が、ｐ型クラッド層１４上およびブロック領域１６ａ，１６ｂ上に形成されたｐ型クラッド層１７のキャリア濃度よりも高い。従って、第１実施形態と同様に、高温高出力動作を可能にし、且つクラッド層全体のキャリア濃度を抑えて活性層３２へのキャリアの拡散を低減することができる。

（第４の実施の形態）
図１７は、本発明の第４実施形態に係る光半導体素子１Ｄの構成を示す断面図であって、光半導体素子１Ｄの光導波方向に垂直な断面を示している。本実施形態の光半導体素子１Ｄは、上述した第２実施形態の光半導体素子１Ｂと同様の構成を備えている。

図１８〜図２０は、本実施形態の光半導体素子１Ｄを製造する方法における各工程を示す図である。まず、第１の工程として、図１８（ａ）に示されるように、ｎ型ＩｎＰからなる半導体基板３１（第一クラッド層）の主面３１ａ上に、活性層３２、ｐ型半導体層３５（第五クラッド層）、及びｎ型半導体層３６を、例えばＭＯＣＶＤによって順に成長させる。ｐ型半導体層３５は、ｐ型半導体層３３（図１７を参照）の一部となる層であり、例えばｐ型ＩｎＰといったＩｎＰ系化合物半導体からなる。ｐ型半導体層３５のキャリア濃度は例えば５×１０^１７ｃｍ^−３である。ｎ型半導体層３６は、チャネル層１５（図１７を参照）となる層であり、例えばｎ型ＩｎＰといったＩｎＰ系化合物半導体からなる。ｎ型半導体層３６のキャリア濃度は例えば３×１０^１８ｃｍ^−３である。

次に、第２の工程として、図１８（ｂ）に示されるように、ｎ型半導体層３６の上面にエッチングマスクＭ３を形成する。エッチングマスクＭ３は、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）といったシリコン酸化物からなり、積層方向と交差する所定方向（すなわち光導波方向）に延びるストライプ状といった形状を有する。そして、例えばドライエッチングにより、エッチングマスクＭ３に覆われていないｎ型半導体層３６、ｐ型半導体層３５、活性層３２、及び半導体基板３１の一部をエッチングする。これにより、チャネル層１５、ｐ型半導体層３３の一部、活性層３２、及び半導体基板３１の一部を含むメサ部３７が形成される。エッチング深さは例えば１．５μｍである。

続いて、第３の工程として、図１９（ａ）に示されるように、エッチングマスクＭ３を残した状態で選択成長マスクとし、例えばＭＯＣＶＤ法を用いてｐ型半導体層３３の残りの部分（第一ブロック領域）、ブロック領域１６ａ及び１６ｂ（第二ブロック領域）、及びｐ型キャップ層１７ａ及び１７ｂ（第三クラッド層）をメサ部３７の両側に選択的に成長させる。ｐ型キャップ層１７ａ及び１７ｂは、ｐ型クラッド層１７の一部分となる層であり、例えばｐ型ＩｎＰといったＩｎＰ系化合物半導体からなる。このとき、ｐ型半導体層３３のキャリア濃度を例えば５×１０^１７ｃｍ^−３とし、ブロック領域１６ａ及び１６ｂのキャリア濃度を例えば３×１０^１８ｃｍ^−３とし、ｐ型キャップ層１７ａ及び１７ｂのキャリア濃度を例えば５×１０^１７ｃｍ^−３とする。

そして、図１９（ｂ）に示されるように、臭化水素及び水の１：１混合液に浸すことにより（例えば３０秒）、ｐ型キャップ層１７ａ及び１７ｂの各側面、及びブロック領域１６ａ及び１６ｂの各側面に（０１−１）面を露出させる。

続いて、第４の工程として、エッチングマスクＭ３をフッ化水素酸に浸すことにより（例えば１分間）、エッチングマスクＭ３を除去する。その後、図２０（ａ）に示されるように、ｐ型キャップ層１７ａ及び１７ｂのキャリア濃度よりも高いキャリア濃度を有するｐ型クラッド層１４を、例えばＭＯＣＶＤ法を用いてチャネル層１５上、ｐ型キャップ層１７ａ及び１７ｂの各側面上、並びにブロック領域１６ａ及び１６ｂの各側面上に成長させる。このとき、ｐ型クラッド層１４の成長と連続して、ｐ型クラッド層１４のキャリア濃度よりも低いキャリア濃度を有するｐ型クラッド層２６をｐ型クラッド層１４上並びにｐ型キャップ層１７ａ及び１７ｂ上に成長させる。ｐ型クラッド層２６は、ｐ型キャップ層１７ａ及び１７ｂとともにｐ型クラッド層１７を構成する。ｐ型クラッド層２６の厚さは、例えば１．５μｍである。その後、ｐ型コンタクト層１８をｐ型クラッド層１７上に例えばＭＯＣＶＤ法を用いて成長させる。ｐ型コンタクト層１８の厚さは、例えば０．１μｍである。

続いて、拡散工程を行う。拡散工程では、拡散炉において、ｐ型クラッド層１４に含まれるｐ型キャリア（例えば亜鉛）をチャネル層１５に拡散させる。これにより、ｎ型ＩｎＰであったチャネル層１５は、ｐ型クラッド層１４のキャリア濃度よりも低いキャリア濃度のｐ型ＩｎＰ、若しくはｎ型とｐ型との中間の導電型であるｉ型ＩｎＰとなる。最後に、図２０（ｂ）に示されるように、ｐ側電極１９及びｎ側電極２０を例えば蒸着法により形成する。以上の工程により、光半導体素子１Ｄが作製される。

本実施形態の光半導体素子１Ｄ及びその製造方法では、ブロック領域１６ａ，１６ｂ間に位置するｐ型クラッド層１４のキャリア濃度が、ｐ型クラッド層１４上およびブロック領域１６ａ，１６ｂ上に形成されたｐ型クラッド層１７のキャリア濃度よりも高い。従って、第１実施形態と同様に、高温高出力動作を可能にし、且つクラッド層全体のキャリア濃度を抑えて活性層３２へのキャリアの拡散を低減することができる。

（第５の実施の形態）
図２１〜図２３は、図１３に示された光半導体素子１Ｃにおいて、チャネル層１５が設けられない場合の製造方法における各工程を示す図である。まず、第１の工程として、図２１（ａ）に示されるように、ｎ型ＩｎＰからなる半導体基板３１（第一クラッド層）の主面３１ａ上に、活性層３２、及びｐ型半導体層３５（第五クラッド層）を、例えばＭＯＣＶＤによって順に成長させる。ｐ型半導体層３５は、ｐ型半導体層３３（図１３を参照）の一部となる層であり、例えばｐ型ＩｎＰといったＩｎＰ系化合物半導体からなる。ｐ型半導体層３５の不純物濃度は例えば５×１０¹⁷ｃｍ^-3である。

次に、第２の工程として、図２１（ｂ）に示されるように、ｐ型半導体層３５の上面にエッチングマスクＭ３を形成する。エッチングマスクＭ３は、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）といったシリコン酸化物からなり、積層方向と交差する所定方向（すなわち光導波方向）に延びるストライプ状といった形状を有する。そして、例えばドライエッチングにより、エッチングマスクＭ３に覆われていないｐ型半導体層３５、活性層３２、及び半導体基板３１の一部をエッチングする。これにより、ｐ型半導体層３３の一部、活性層３２、及び半導体基板３１の一部を含むメサ部３８が形成される。エッチング深さは例えば１．５μｍである。

続いて、第３の工程として、図２１（ｃ）に示されるように、エッチングマスクＭ３を残して選択成長マスクとし、例えばＭＯＣＶＤ法を用いてｐ型半導体層３３の残りの部分（第一ブロック領域）、ブロック領域１６ａ及び１６ｂ（第二ブロック領域）、及びｐ型キャップ層１７ａ及び１７ｂ（第三クラッド層）をメサ部３８の両側に選択的に成長させる。ｐ型キャップ層１７ａ及び１７ｂは、ｐ型クラッド層１７の一部分となる層であり、例えばｐ型ＩｎＰといったＩｎＰ系化合物半導体からなる。このとき、ｐ型半導体層３３の不純物濃度を例えば５×１０¹⁷ｃｍ^-3とし、ブロック領域１６ａ及び１６ｂの不純物濃度を例えば３×１０¹⁸ｃｍ^-3とし、ｐ型キャップ層１７ａ及び１７ｂの不純物濃度を例えば５×１０¹⁷ｃｍ^-3とする。

続いて、第４の工程として、エッチングマスクＭ３をフッ化水素酸に浸すことにより（例えば１分間）、エッチングマスクＭ３を除去する。その後、図２２（ａ）に示されるように、ｐ型キャップ層１７ａ及び１７ｂの上面に選択成長マスクＭ４を形成する。選択成長マスクＭ４は、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）といったシリコン酸化物からなり、積層方向と交差する所定方向（すなわち光導波方向）に延びるストライプ状の開口Ｍ４ａを有する。そして、図２２（ｂ）に示されるように、ｐ型キャップ層１７ａ及び１７ｂの不純物濃度よりも高い不純物濃度を有するｐ型クラッド層１４を、例えばＭＯＣＶＤ法を用いてｐ型半導体層３３上に選択的に成長させる。

ｐ型クラッド層１４の厚さは例えば０．７μｍであり、ｐ型クラッド層１４の不純物濃度は例えば１．５×１０¹⁸ｃｍ^-3である。ｐ型クラッド層１４の原料ガスはＴＭＩｎ、ＰＨ₃、及びＤＭＺを含む。ｐ型クラッド層１４の成長時間は例えば１時間であり、成長温度は例えば６２０℃である。

続いて、選択成長マスクＭ４を除去し、図２３（ａ）に示されるように、ｐ型クラッド層１４の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有するｐ型クラッド層２６を、ｐ型クラッド層１４上、並びにｐ型キャップ層１７ａ及び１７ｂ上に成長させる。ｐ型クラッド層２６は、ｐ型キャップ層１７ａ及び１７ｂとともにｐ型クラッド層１７を構成する。その後、ｐ型コンタクト層１８をｐ型クラッド層１７上に例えばＭＯＣＶＤ法を用いて成長させる。

最後に、図２３（ｂ）に示されるように、ｐ側電極１９及びｎ側電極２０を例えば蒸着法により形成する。以上の工程により、光半導体素子１Ｃが作製される。本実施形態の光半導体素子１Ｃ及びその製造方法では、ブロック領域１６ａ及び１６ｂ間に位置するｐ型クラッド層１４の不純物濃度が、ｐ型クラッド層１４上およびブロック領域１６ａ，１６ｂ上に形成されたｐ型クラッド層１７の不純物濃度よりも高い。従って、第１実施形態と同様に、高温高出力動作を可能にし、且つクラッド層全体の不純物濃度を抑えて活性層３２への不純物の拡散を低減することができる。

１Ａ…光半導体素子、１１，３１…半導体基板、１２，３２…活性層、１３…ｐ型半導体層、１４…ｐ型クラッド層、１５…チャネル層、１６ａ，１６ｂ…ｎ型ブロック領域、１７…ｐ型クラッド層、１８…ｐ型コンタクト層、１９…ｐ側電極、２０…ｎ側電極、２２…ｎ型ブロック層、２３…ｐ型クラッド層、２４…凹部、２６…ｐ型クラッド層、３３，３５…ｐ型半導体層、３４，３７，３８…メサ部、３６…ｎ型半導体層、Ｍ１〜Ｍ３…エッチングマスク、Ｍ４…選択成長マスク。

Claims (9)

1. 第一導電型の第一クラッド層と、
   前記第一クラッド層上に形成された活性層と、
   前記活性層上に形成され、前記第一導電型とは反対の第二導電型を有する第二クラッド層と、
   前記第一クラッド層、前記活性層、及び前記第二クラッド層の積層方向と交差する方向に並んで前記第二クラッド層を挟む二つのブロック領域と、
   前記第二クラッド層上および前記二つのブロック領域上に形成された前記第二導電型の第三クラッド層とを備え、
   前記第二クラッド層のキャリア濃度が、前記第三クラッド層のキャリア濃度よりも高く、
   前記第二クラッド層がＩｎＰ系化合物半導体からなり、
   前記積層方向と交差する方向における前記第二クラッド層の幅をＷ（μｍ）としたとき、前記第二クラッド層の厚さＴ（μｍ）が
   Ｔ≧Ｗ／ｔａｎ（５５°）
   を満たす、光半導体素子。
2. 前記第二クラッド層と前記活性層との間に形成され、前記第二クラッド層のキャリア濃度よりも低いキャリア濃度の前記第二導電型、若しくは前記第一導電型と前記第二導電型を示さないチャネル層を更に備える、請求項１に記載の光半導体素子。
3. 前記活性層がＩｎＰ系化合物半導体からなり、
   前記活性層の表面の面方位が（１００）面であり、
   前記第二クラッド層の結晶成長方向と［１００］方向との成す角が８０°以上９０°以下の範囲内に含まれる、請求項１又は２に記載の光半導体素子。
4. 第一導電型の第一クラッド層上に、活性層、ブロック層、及び前記第一導電型とは反対の第二導電型を有する第三クラッド層を順に成長させる第１の工程と、
   前記第三クラッド層及び前記ブロック層に凹部を形成する第２の工程と、
   前記第二導電型を有する第二クラッド層を前記凹部に成長させる第３の工程とを含み、
   前記第二クラッド層のキャリア濃度が、前記第三クラッド層のキャリア濃度よりも高い、光半導体素子の製造方法。
5. 前記第２の工程において、前記凹部の底面に前記ブロック層の厚さの５分の１以下で前記ブロック層を残存させる、請求項４に記載の光半導体素子の製造方法。
6. 前記第二クラッド層がＩｎＰ系化合物半導体からなり、
   前記第２の工程において、前記凹部を、前記第三クラッド層上に形成した開口を有するマスクを用いて形成し、前記開口の幅をＷ（μｍ）、エッチング深さをＤ（μｍ）としたとき、前記開口の幅Ｗが
   Ｗ≧Ｄ／ｔａｎ（５５°）
   を満たす、請求項４又は５に記載の光半導体素子の製造方法。
7. 前記活性層及び前記第二クラッド層がＩｎＰ系化合物半導体からなり、
   前記活性層の表面の面方位が（１００）面であり、
   前記第３の工程において、前記第二クラッド層の結晶成長方向と［１００］方向との成す角が８０°以上９０°以下の範囲内に含まれる、請求項４〜６のいずれか一項に記載の光半導体素子の製造方法。
8. 前記第３の工程の後に、前記第二クラッド層のキャリアを前記ブロック層の残存部に拡散させる拡散工程を更に含み、
   前記残存部の厚さをＴ（μｍ）とし、前記キャリアの拡散速度をｖ（μｍ／時間）としたとき、前記拡散工程における拡散時間ｔ（時間）が、
   ｔ≧Ｔ／ｖ
   を満たす、請求項５に記載の光半導体素子の製造方法。
9. 第一導電型の第一クラッド層上に、活性層、前記第一導電型とは反対の第二導電型を有する第五クラッド層、及び前記第一導電型のチャネル層を順に成長させる第１の工程と、
   前記チャネル層、前記第五クラッド層、前記活性層、及び前記第一クラッド層にメサ部を形成する第２の工程と、
   前記メサ部の両側に、前記第二導電型の第一ブロック領域、前記第一導電型の第二ブロック領域、及び前記第二導電型の第三クラッド層を選択的に成長させる第３の工程と、
   前記第二導電型を有する第二クラッド層を前記チャネル層上に形成する第４の工程とを含み、
   前記第二クラッド層のキャリア濃度が、前記第三クラッド層のキャリア濃度よりも高い、光半導体素子の製造方法。

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