JPH07297140A - Fabrication of optical semiconductor device - Google Patents

Fabrication of optical semiconductor device

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JPH07297140A
JPH07297140A JP8614294A JP8614294A JPH07297140A JP H07297140 A JPH07297140 A JP H07297140A JP 8614294 A JP8614294 A JP 8614294A JP 8614294 A JP8614294 A JP 8614294A JP H07297140 A JPH07297140 A JP H07297140A
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crystal layer
selective growth
semiconductor
length
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山崎  進
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満 江川
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卓也 藤井
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晴久 雙田
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宏彦 小林
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Abstract

PURPOSE:To obtain a high quality crystal by growing a semiconductor crystal film selectively in stripe with uniform thickness over the entire length of required part and eliminating the influence of damage to an underlying layer at the time of forming a mask for selective growth. CONSTITUTION:The mask length LM is set equal to the length L at a laser part plus at least twice the diffusion length of material gas in metal organic CVD. Subsequently, mask M for selective growth having a stripe opening for exposing a selective growth region (width: W), e.g. a clad layer 2, an active layer 3 and a clad layer 4, on a semiconductor substrate 1 is formed. A semiconductor crystal layer constituting the laser part L and a semiconductor crystal layer constituting an optical waveguide part G having a different thickness are then formed simultaneously on the semiconductor substrate 1 including the selective growth region through the mask M for selective growth.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば光通信用半導体
発光素子及び光導波路などを集積化した光半導体装置を
製造するのに好適な方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method suitable for manufacturing an optical semiconductor device in which, for example, a semiconductor light emitting device for optical communication and an optical waveguide are integrated.

【0002】一般に、光半導体装置に於いて、例えば、
発光素子と光導波路など、複数種類の素子を作り付ける
には、多くの工程が必要であり、しかも、高品質のもの
を制御性良く形成することは難しい。そこで、このよう
な問題を解消しなければならない。
Generally, in an optical semiconductor device, for example,
Many steps are required to fabricate a plurality of types of elements such as a light emitting element and an optical waveguide, and it is difficult to form a high quality element with good controllability. Therefore, such a problem must be resolved.

【0003】[0003]

【従来の技術】現在、有機金属気相成長(metalo
rganic vapor phase epitax
y:MOVPE)法を適用し、また、半導体基板表面に
形成された選択成長用マスク・パターンを利用し、各種
の三族−五族化合物半導体素子を作製する試みがなされ
ている。
2. Description of the Related Art At present, metal-organic vapor phase epitaxy (metalo)
organic vapor phase epitax
y: MOVPE) method is applied, and various masks for selective growth formed on the surface of a semiconductor substrate are used to make various Group III-Group 5 compound semiconductor devices.

【0004】即ち、選択成長用マスク・パターンの幅、
即ち、マスクに形成されたストライプの開口幅に依存し
て半導体結晶層の成長速度を制御できることが報告さ
れ、複数の素子、例えば発光素子及び光導波路の構成部
分を一回の成長工程で形成する選択成長技術が実現され
た。
That is, the width of the mask pattern for selective growth,
That is, it has been reported that the growth rate of the semiconductor crystal layer can be controlled depending on the opening width of the stripe formed on the mask, and a plurality of elements, for example, a light emitting element and an optical waveguide are formed in one growth step. Selective growth technology was realized.

【0005】前記成長速度の変化は、当然のことなが
ら、半導体結晶層の膜厚変化と結び付くことになり、そ
の膜厚変化が特性変化に劇的な影響を及ぼすのは、量子
サイズ効果が現れる素子の一つである多重量子井戸を作
製した場合であって、膜厚変化に依って実現された発光
波長の変化幅として160〔nm〕が得られた旨の報告
がなされている。因みに、膜厚が小である場合には、発
光波長は短くなる。
The change in the growth rate is naturally associated with the change in the film thickness of the semiconductor crystal layer, and the quantum size effect appears that the change in the film thickness has a dramatic effect on the characteristic change. It has been reported that, when a multiple quantum well, which is one of the devices, is manufactured, 160 [nm] was obtained as the change width of the emission wavelength realized by changing the film thickness. Incidentally, when the film thickness is small, the emission wavelength becomes short.

【0006】現在、前記のような選択成長用マスク・パ
ターンを用いたMOVPE法を適用することに依って、
DFB(distributed feedback)
レーザと光変調器とを集積化した半導体装置が実現され
ている。
At present, by applying the MOVPE method using the mask pattern for selective growth as described above,
DFB (distributed fedback)
A semiconductor device in which a laser and an optical modulator are integrated has been realized.

【0007】ところで、選択成長用マスク・パターン
は、その材料として、Si酸化膜或いはSi窒化膜など
の絶縁膜を用い、通常のリソグラフィ技術でパターニン
グして作製されている。
By the way, the selective growth mask pattern is manufactured by using an insulating film such as a Si oxide film or a Si nitride film as a material thereof and patterning it by a usual lithography technique.

【0008】図15は選択成長用マスクを例示する要部
平面説明図であり、そのマスクを用いて成長させた半導
体結晶膜の膜厚分布を表す線図が付加されている。
FIG. 15 is a plan view of an essential part illustrating a selective growth mask, and a diagram showing the film thickness distribution of a semiconductor crystal film grown using the mask is added.

【0009】図に於いて、WM はマスク幅、WS は選択
成長領域幅、LM はマスク長、Xは方向をそれぞれ示し
ている。
In the figure, W M is the mask width, W S is the selective growth region width, L M is the mask length, and X is the direction.

【0010】一般に、選択成長用マスクは、図15に見
られるようなストライプ・パターンをもつものを組み合
わせて用いられることが多く、通常、マスク幅WM は、
20〜30〔μm〕乃至200〜300〔μm〕、そし
て、選択成長領域幅WS は2〜3〔μm〕乃至20〜3
0〔μm〕である。また、マスク長LM は、半導体レー
ザを含む半導体発光素子であれば、その生産性の面か
ら、同時に二個分を作製するので、約500〔μm〕〜
600〔μm〕程度に設計される。
In general, selective growth masks are often used in combination with those having a stripe pattern as shown in FIG. 15. Usually, the mask width W M is
20 to 30 [μm] to 200 to 300 [μm], and the selective growth region width W S is 2 to 3 [μm] to 20 to 3
It is 0 [μm]. Further, the mask length L M is about 500 [μm], since two semiconductor light emitting elements including a semiconductor laser are manufactured at the same time from the viewpoint of productivity.
It is designed to be about 600 [μm].

【0011】マスク率、即ち、WM /WM +WS 、を大
きくすると選択成長膜の成長速度が増加するので、この
性質を利用し、例えば、複数の量子井戸構造のエネルギ
・バンド・ギャップを制御することが行われている。
Increasing the mask rate, that is, W M / W M + W S , increases the growth rate of the selective growth film. Therefore, this property is utilized to, for example, the energy band gap of a plurality of quantum well structures. Control is taking place.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】前記選択成長技術を実
用化半導体装置、例えば、半導体レーザと光導波路とを
集積化した半導体装置を実現する為に適用する場合、ス
トライプ方向に沿って共振器長程度の長さはレーザ活性
領域の厚さを一定に維持して形成できるようにすること
が必須要件となる。
When the selective growth technique is applied to realize a practical semiconductor device, for example, a semiconductor device in which a semiconductor laser and an optical waveguide are integrated, the resonator length is set along the stripe direction. It is an essential requirement that the laser active region can be formed while maintaining a constant thickness.

【0013】然しながら、MOVPE法を適用して、一
回の選択成長で前記のような半導体装置の部分を形成す
る場合、図15の線図に見られるように、ストライプ方
向に沿い厚さの分布を生じてしまう。レーザ活性領域の
厚さに分布が生じた場合、充分な利得が得られない。
However, when the MOVPE method is applied to form a portion of the semiconductor device as described above by one-time selective growth, as shown in the diagram of FIG. 15, the distribution of thickness along the stripe direction is shown. Will occur. When the thickness of the laser active region is distributed, sufficient gain cannot be obtained.

【0014】また、選択成長用マスクは、前記したよう
に、絶縁膜で構成され、それを作製するには、熱CVD
(thermal chemical vapor d
eposition)法やスパッタリング法などが適用
される。従って、その際、半導体基板表面はダメージを
受けてしまい、その後、選択成長された結晶に悪影響を
与える。
Further, the selective growth mask is made of an insulating film as described above.
(Thermal chemical vapor d
The deposition method and the sputtering method are applied. Therefore, at that time, the surface of the semiconductor substrate is damaged, and thereafter, the selectively grown crystal is adversely affected.

【0015】このダメージに関しては、現在、有効な対
策について提案がなく、従って、前記の問題を抱えたま
まの状態で技術展開がなされている。
With respect to this damage, at present, there is no proposal for effective countermeasures, and therefore, the technical development is carried out in the state where the above problems are still kept.

【0016】本発明は、半導体結晶膜をストライプに選
択成長した場合、必要部分の全長に亙って成長膜厚が均
一となるようにし、又、選択成長用マスクを形成する際
に選択成長の下地に与えられたダメージの影響を解消し
て、良質の結晶が得られるようにする。
According to the present invention, when a semiconductor crystal film is selectively grown in stripes, the growth film thickness is made uniform over the entire length of a necessary portion, and the selective growth is performed when forming a selective growth mask. Eliminate the effect of damage given to the underlayer and obtain good quality crystals.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明を成すに当たり、
多くの実験を行ってデータを収集したので、先ず、それ
から説明しなければならない。
In order to achieve the present invention,
Since we have done many experiments and collected data, we must first explain it.

【0018】図1は半導体レーザ及び光導波路を含む光
半導体素子の平面パターン、選択成長用マスク、膜厚分
布などを表す説明図であり、図15に於いて用いた記号
と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものと
する。尚、図では、二個分の光半導体素子を同時に作製
する場合を表している。
FIG. 1 is an explanatory view showing a plane pattern, a selective growth mask, a film thickness distribution, etc. of an optical semiconductor element including a semiconductor laser and an optical waveguide, and the same symbols as those used in FIG. Or have the same meaning. The figure shows a case where two optical semiconductor elements are manufactured at the same time.

【0019】図に於いて、MはSiO2 からなる選択成
長用マスク、Lはレーザ部分、Gは光導波路部分、Wは
光半導体素子の幅、1/2WM は光半導体素子が選択成
長用マスクMで覆われている部分の幅、t1 はマスクが
ない領域に於ける半導体結晶層の成長膜厚、t2 はマス
クがある領域に於ける半導体結晶層の成長膜厚、1は半
導体基板、2はクラッド層、3は活性層、4はクラッド
層をそれぞれ示している。
In the figure, M is a mask for selective growth made of SiO 2 , L is a laser portion, G is an optical waveguide portion, W is a width of an optical semiconductor element, and ½W M is an optical semiconductor element for selective growth. The width of the portion covered with the mask M, t 1 is the grown film thickness of the semiconductor crystal layer in the region without the mask, t 2 is the grown film thickness of the semiconductor crystal layer in the region with the mask, 1 is the semiconductor Substrates 2, clad layers, 3 active layers, and 4 clad layers, respectively.

【0020】マスクMに於ける選択成長領域幅WS を変
化させると、マスクがある領域に於ける半導体結晶層の
成長膜厚t2 とマスクがない領域に於ける半導体結晶層
の成長膜厚t1 との膜厚比を制御することができる。
When the selective growth region width W S in the mask M is changed, the growth film thickness t 2 of the semiconductor crystal layer in the region with the mask and the growth film thickness of the semiconductor crystal layer in the region without the mask are changed. The film thickness ratio with t 1 can be controlled.

【0021】光半導体素子の幅Wを例えば300〔μ
m〕、そして選択成長領域幅WS を例えば20〔μm〕
とした場合、t2 /t1 は約4となり、また、10〔μ
m〕とした場合には約5となる。
The width W of the optical semiconductor element is, for example, 300 [μ
m], and the selective growth region width W S is, for example, 20 [μm]
, Then t 2 / t 1 is about 4, and 10 [μ
m], it becomes about 5.

【0022】図1に見られる結晶層の膜厚分布は、理想
的な状態を示したものであって、実際には図15につい
て説明したように、マスクMの内側にまで入り込む「だ
れ」を生じ、その入り込み長さは原料ガスの拡散長程度
に達する。
The film thickness distribution of the crystal layer shown in FIG. 1 shows an ideal state. Actually, as described with reference to FIG. It is generated and its penetration length reaches the diffusion length of the source gas.

【0023】図2は半導体結晶層を選択成長させた実験
について解説する為のマスクの大きさ、及び、膜厚分布
を表す線図であり、図1及び図15に於いて用いた記号
と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものと
する。尚、以下の説明では、図1及び図15も参照する
と良い。
FIG. 2 is a diagram showing the mask size and the film thickness distribution for explaining the experiment in which the semiconductor crystal layer was selectively grown. The same symbols as those used in FIGS. Symbols represent the same part or have the same meaning. In addition, in the following description, it is preferable to refer to FIGS. 1 and 15.

【0024】図に於いて、(A)はマスクの大きさ、
(B)は膜厚分布をそれぞれ示し、また、(A)の縦軸
はマスク幅方向の長さを、横軸はマスク長方向の長さを
それぞれ示し、(B)の縦軸は膜厚を、横軸はマスク長
方向の長さをそれぞれ示している。尚、図では、対称性
を考慮して全体の四分の一を表してある。
In the figure, (A) is the size of the mask,
(B) shows the film thickness distribution, the vertical axis of (A) shows the length in the mask width direction, the horizontal axis shows the length in the mask length direction, and the vertical axis of (B) shows the film thickness. And the horizontal axis represents the length in the mask length direction. It should be noted that in the figure, a quarter is represented in consideration of symmetry.

【0025】図2のデータを得た際の具体的な諸条件と
しては、選択成長領域幅WS は20〔μm〕、従って、
1/2では10〔μm〕、マスク幅WM は280〔μ
m〕、従って、1/2WM では140〔μm〕、マスク
長LM は600〔μm〕、従って、1/2では300
〔μm〕である。尚、1〔μm〕帯のレーザに於いて
は、通常、レーザ長は300〔μm〕とする。
As specific conditions for obtaining the data shown in FIG. 2, the selective growth region width W S is 20 [μm].
In the case of 1/2, the mask width W M is 280 [μm].
m], therefore, 140 [μm] at 1/2 W M , the mask length L M is 600 [μm], and therefore 300 at 1/2.
[Μm]. In the case of a laser of 1 [μm] band, the laser length is usually 300 [μm].

【0026】図2から看取できるように、レーザ部分L
には、かなり大きな膜厚分布を生じていて、これでは、
勿論、活性層も膜厚分布をもつことになるから、レーザ
は充分な利得が得られないものとなる。
As can be seen from FIG. 2, the laser portion L
Has a fairly large film thickness distribution.
Of course, since the active layer also has a film thickness distribution, the laser cannot obtain a sufficient gain.

【0027】図2を解析したところ、原料ガスの拡散長
として、マスクMがある領域では126〔μm〕、マス
クMがない領域では69〔μm〕が得られた。即ち、原
料ガスの拡散長はマスクM上では長く、そして、マスク
Mの外では、光導波路として必要な長さである250
〔μm〕に比較して遙に短い。
As a result of analyzing FIG. 2, the diffusion length of the source gas was 126 [μm] in the region with the mask M and 69 [μm] in the region without the mask M. That is, the diffusion length of the source gas is long on the mask M, and outside the mask M, the length required for the optical waveguide is 250.
It is much shorter than [μm].

【0028】前記のような実験結果に基づいて、本発明
では、レーザに於ける活性層のように、膜厚分布を少な
くすることが必要な部分を含む光半導体素子の半導体結
晶層を一回の選択成長で形成するには、選択成長用マス
クMに於けるマスク長LM を延長し、レーザ部分を覆う
長さに少なくとも原料ガスの拡散長の二倍分の長さを加
えるようにする。
On the basis of the above experimental results, in the present invention, the semiconductor crystal layer of the optical semiconductor element including the portion where the film thickness distribution needs to be reduced, such as the active layer in the laser, is provided once. to form in the selective growth, extended in mask length L M to the selective growth mask M, to apply a diffusion length double minute length of at least a raw material gas to a length to cover the laser portion .

【0029】前記した事項を踏まえ、例えば半導体レー
ザと光導波路とを集積化する為の半導体結晶層の構成を
一回の選択成長で形成する場合について本発明の原理を
説明する。
Based on the above-mentioned matters, the principle of the present invention will be described in the case of forming a semiconductor crystal layer for integrating a semiconductor laser and an optical waveguide by one-time selective growth.

【0030】図3は本発明の原理を明らかにする為の半
導体レーザ及び光導波路を含む光半導体素子に於ける平
面パターン、選択成長用マスク、膜厚分布などを表す説
明図であり、図15に於いて用いた記号と同記号は同部
分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。尚、この
図でも、二個分の光半導体素子を同時に作製する場合を
表している。
FIG. 3 is an explanatory view showing a plane pattern, a selective growth mask, a film thickness distribution, etc. in an optical semiconductor element including a semiconductor laser and an optical waveguide for clarifying the principle of the present invention. The same symbols as those used in represent the same parts or have the same meanings. It should be noted that this figure also shows a case where two optical semiconductor elements are manufactured at the same time.

【0031】図に於いて、LM1はマスクMに於けるスト
ライプと同方向に延長した部分を示している。
In the figure, L M1 indicates a portion of the mask M extending in the same direction as the stripe.

【0032】本発明に於いて、マスク長LM は、レーザ
部分Lの長さに少なくとも「原料ガスの拡散長×2」の
長さ、即ち、「マスク延長部分LM1の長さ×2」の長さ
を加えたものにする。尚、図3では、光半導体素子は二
個分であるから、レーザ部分Lの長さも二倍であるが、
この場合であっても、「マスク延長部分LM1の長さ×
2」の長さを付加すれば良い。
In the present invention, the mask length L M is at least “diffusion length of source gas × 2” in length of the laser portion L, that is, “length of mask extension portion L M1 × 2”. Add the length of. In FIG. 3, since the number of optical semiconductor elements is two, the length of the laser portion L is double,
Even in this case, "the length of the mask extension L M1 ×
The length of 2 "should be added.

【0033】原料ガスの拡散長は、トリメチルインジウ
ム(TMIn:In(CH3 3 )、トリエチルガリウ
ム(TEGa:Ga(C2 5 3 )、ホスフィン(P
3 )、アルシン(AsH3 )などの場合、圧力50
〔Torr〕〜80〔Torr〕の減圧下に於いて、温
度を600〔℃〕とした場合、マスクが形成されている
部分では、100〔μm〕〜140〔μm〕、そして、
マスクがない部分では、60〔μm〕乃至70〔μm〕
である。
The diffusion length of the source gas is trimethylindium (TMIn: In (CH 3 ) 3 ), triethylgallium (TEGa: Ga (C 2 H 5 ) 3 ), phosphine (P
H 3 ), arsine (AsH 3 ) etc., pressure 50
When the temperature is set to 600 [° C.] under a reduced pressure of [Torr] to 80 [Torr], 100 [μm] to 140 [μm] in the portion where the mask is formed, and
60 [μm] to 70 [μm] in the area without the mask
Is.

【0034】ここで、レーザ並びに光導波路を集積化し
た光半導体素子の全長が550〔μm〕、レーザ長が3
00〔μm〕、光導波路長が250〔μm〕であるとし
た場合、前記した原料ガスの拡散長を考慮すれば、この
ような寸法をもつ光半導体素子に適合する諸半導体層
は、膜厚分布がない活性層を含めて、一回の選択成長に
依って容易に実現することが可能である。
Here, the total length of the optical semiconductor element in which the laser and the optical waveguide are integrated is 550 [μm], and the laser length is 3
When the optical waveguide length is 00 [μm] and the optical waveguide length is 250 [μm], the various semiconductor layers suitable for the optical semiconductor device having such dimensions are formed in consideration of the diffusion length of the raw material gas. It can be easily realized by one selective growth including the active layer having no distribution.

【0035】前記した本発明の原理では、マスク長LM
が重要な役割を果たしているが、その長さは、「レーザ
長+原料ガスの拡散長×2」、であれば充分に目的を達
成することができるので、徒に大きいマスクを用いる必
要はない。
According to the above-mentioned principle of the present invention, the mask length L M
Plays an important role, but if the length is “laser length + diffusion length of source gas × 2”, the objective can be sufficiently achieved, so it is not necessary to use a large mask. .

【0036】図3について説明した本発明の原理では、
ストライプの選択成長領域幅WS が全マスク長LM に亙
り一定であって変わりないものとした。然しながら、前
記説明したところからすると、選択成長領域幅WS を変
えたり、マスク・パターンを適切に変化させることで、
半導体結晶の成長速度を制御して選択成長層の膜厚分布
を制御可能であることが容易に類推できよう。
In accordance with the principles of the present invention described with reference to FIG.
The width W S of the selective growth region of the stripe is constant over the entire mask length L M and does not change. However, from the above description, by changing the selective growth region width W S or appropriately changing the mask pattern,
It can be easily analogized that the film thickness distribution of the selectively grown layer can be controlled by controlling the growth rate of the semiconductor crystal.

【0037】図4及び図5は本発明の原理を明らかにす
る為の選択成長用マスク、膜厚分布などを表す説明図で
あり、図1乃至図3に於いて用いた記号と同記号は同部
分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
FIGS. 4 and 5 are explanatory views showing a mask for selective growth, a film thickness distribution, etc. for clarifying the principle of the present invention. The same symbols as those used in FIGS. They represent the same part or have the same meaning.

【0038】図に於いて、WS1はマスクMに形成された
選択成長領域幅WS の拡幅部分幅、OM はマスクMの中
心近傍に形成された矩形の成長制御用開口部分をそれぞ
れ示している。
In the figure, W S1 is the width of the expanded portion of the selective growth region width W S formed in the mask M, and O M is the rectangular growth control opening formed near the center of the mask M. ing.

【0039】図4及び図5に見られるマスクMは、両方
共、ストライプ中心近傍のマスク率をストライプ端近傍
に比較して低下させ、従って、ストライプ中心近傍に於
ける半導体結晶層の成長速度を減少させている。
The masks M shown in FIGS. 4 and 5 both reduce the mask rate in the vicinity of the stripe center as compared with the vicinity of the stripe edges, and therefore the growth rate of the semiconductor crystal layer in the vicinity of the stripe center. Is decreasing.

【0040】このように、成長速度の減少をマスク率に
依って適切に制御すれば、選択成長領域、即ち、ストラ
イプ部分の膜厚分布を均一化することができる。勿論、
この場合、マスクMのマスク長LM は、レーザを作り込
む部分を覆う長さであれば良く、図1について説明した
ように、「原料ガスの拡散長×2」分だけ長くするなど
は原則的に不要である。然しながら、このマスク・パタ
ーンを変化させる技術及び前記説明したマスク長を変化
させる技術を併用すると更に良い結果を得ることができ
るので、これについては、後に詳細に説明する。
As described above, by appropriately controlling the decrease in the growth rate depending on the mask rate, the film thickness distribution in the selective growth region, that is, the stripe portion can be made uniform. Of course,
In this case, the mask length L M of the mask M may be any length as long as it covers the portion where the laser is formed, and as described with reference to FIG. 1, in principle, it is increased by “diffusion length of source gas × 2”. Is unnecessary. However, even better results can be obtained by using the technique of changing the mask pattern and the technique of changing the mask length described above, which will be described in detail later.

【0041】さて、図1乃至図5について説明した選択
成長用マスクMを形成する場合、熱CVD法やスパッタ
リング法を適用して成膜しているのであるが、そのよう
にした場合、半導体結晶層を選択成長させるべき基板表
面がダメージを受けるので、良質の半導体結晶が得られ
ない。
When forming the selective growth mask M described with reference to FIGS. 1 to 5, the film is formed by applying the thermal CVD method or the sputtering method. In such a case, the semiconductor crystal is formed. Since the substrate surface on which the layer is to be selectively grown is damaged, a good quality semiconductor crystal cannot be obtained.

【0042】本発明では、ダメージを受けた選択成長領
域をエッチングすることで選択成長させる半導体結晶層
に与える悪影響を除去し、また、そのままでは選択成長
させる各半導体結晶層の平坦性が悪くなり、延いては膜
厚分布の生成にも結びつくので、そのエッチングに依っ
て生じた凹所を平坦に埋め込み、その後、所要の半導体
結晶層を選択成長させる。
In the present invention, the adverse effect on the selectively grown semiconductor crystal layer is removed by etching the damaged selectively grown region, and the flatness of each selectively grown semiconductor crystal layer deteriorates as it is. Further, since it also leads to the generation of the film thickness distribution, the recesses caused by the etching are flatly filled, and then the required semiconductor crystal layer is selectively grown.

【0043】尚、この場合、ダメージ層を除去すること
で生じた凹所を平坦に埋め込む半導体層として、三族−
五族化合物半導体に対してn型ドーパントとして作用す
る六族元素、特にSeを略1×1019〔cm-3〕程度ドー
ピングしたものを用いると好結果が得られる。
In this case, as a semiconductor layer for filling the recess formed by removing the damaged layer in a flat manner, the group III-
Good results can be obtained by using a Group 6 element that acts as an n-type dopant to the Group 5 compound semiconductor, particularly one doped with Se in an amount of about 1 × 10 19 [cm −3 ].

【0044】前記したところから、本発明に依る光半導
体装置の製造方法に於いては、 (1)ストライプ方向のマスク長(マスク長LM :図3
参照)を特に平坦な半導体結晶層を必要とする素子の長
さ(例えばレーザ部分Lの長さ:図3参照)に有機金属
気相成長法に於ける原料ガスの拡散長の少なくとも二倍
の長さを加えた長さに設定して半導体基板(半導体基板
1:図3参照)上に於ける半導体結晶層(クラッド層2
及び活性層3及びクラッド層4など:図3参照)の選択
成長領域(幅がWS である選択成長領域:図3参照)を
表出させるストライプの開口をもつ選択成長用マスク
(選択成長用マスクM:図3参照)を形成する工程と、
次いで、有機金属気相成長法を適用して前記選択成長用
マスクを介して前記選択成長領域を含む前記半導体基板
上に特に平坦性が要求される半導体結晶層及び前記半導
体結晶層とは少なくとも厚さを異にする半導体結晶層
(レーザ部分Lと同じ半導体結晶層であって光導波路部
分Gに存在する部分:図3参照)を同時に成長させる工
程とが含まれてなることを特徴とするか、或いは、
From the above, in the method of manufacturing an optical semiconductor device according to the present invention, (1) the mask length in the stripe direction (mask length L M : FIG. 3)
(See FIG. 3) has a device length that requires a particularly flat semiconductor crystal layer (for example, the length of the laser portion L: see FIG. 3) and is at least twice the diffusion length of the source gas in the metal-organic vapor phase epitaxy. The semiconductor crystal layer (clad layer 2) on the semiconductor substrate (semiconductor substrate 1: see FIG. 3) is set to a length obtained by adding the lengths.
A mask for selective growth (for selective growth) having a stripe opening for exposing the selective growth region (selective growth region having a width W S : see FIG. 3) of the active layer 3, the clad layer 4, etc. Mask M: see FIG. 3),
Next, at least a thickness of the semiconductor crystal layer and the semiconductor crystal layer which are required to have a flatness on the semiconductor substrate including the selective growth region through the selective growth mask by applying the metal organic chemical vapor deposition method are at least thick. And a step of simultaneously growing different semiconductor crystal layers (the same semiconductor crystal layer as the laser portion L and existing in the optical waveguide portion G: see FIG. 3). Or

【0045】(2)前記(1)に於いて、平坦性が要求
される半導体結晶層が活性層(活性層3:図3参照)及
びそれを挟むクラッド層(クラッド層2並びに4:図3
参照)などからなる半導体レーザ(レーザ部分L:図3
参照)の構成要素をなす半導体結晶層であると共にその
半導体結晶層とは厚さを異にする半導体結晶層が前記半
導体レーザと集積化される光導波路(光導波路部分G:
図3参照)の構成要素をなす半導体結晶層であることを
特徴とするか、或いは、
(2) In (1) above, the semiconductor crystal layer required to be flat is an active layer (active layer 3: see FIG. 3) and clad layers (clad layers 2 and 4: FIG. 3) sandwiching the active layer.
Semiconductor laser (laser part L: FIG. 3)
An optical waveguide (an optical waveguide portion G: a semiconductor crystal layer having a thickness different from that of the semiconductor crystal layer, which is a constituent element of the optical waveguide portion G:
(See FIG. 3), which is a semiconductor crystal layer forming a component, or

【0046】(3)前記(1)或いは(2)に於いて、
ストライプ方向のマスク長(マスク長LM:図3参照)
を特に平坦な半導体結晶層を必要とする素子の長さ(レ
ーザ部分Lの長さ:図3参照)の二倍の長さ(レーザ部
分Lの二個分の長さ:図3参照)に有機金属気相成長法
に於ける原料ガスの拡散長の少なくとも二倍の長さを加
えた長さに設定することを特徴とするか、或いは、
(3) In the above (1) or (2),
Mask length in stripe direction (mask length L M : see FIG. 3)
To a length twice as long as the length of the device requiring a particularly flat semiconductor crystal layer (length of laser portion L: see FIG. 3) (length of two laser portions L: see FIG. 3). It is characterized in that the length is set to be a length obtained by adding at least twice the diffusion length of the source gas in the metal organic chemical vapor deposition method, or

【0047】(4)半導体基板上に於ける半導体結晶層
の選択成長領域(幅がWS である選択成長領域:図7及
び図8参照)を表出させるストライプの開口をもつ選択
成長用マスク(選択成長用マスクM:図7及び図8参
照)をストライプ中央近傍のマスク率がストライプ端近
傍のマスク率に比較し低いパターン(幅がWS1なる拡幅
部分をもつ構成:図7参照、或いは、成長制御用開口部
分OM をもつ構成:図8参照)に形成する工程と、次い
で、有機金属気相成長法を適用して前記選択成長用マス
クを介して前記選択成長領域を含む前記半導体基板上に
特に平坦性が要求される半導体結晶層(レーザ部分L:
図7及び図8参照)及び前記半導体結晶層とは少なくと
も厚さを異にする半導体結晶層(レーザ部分Lと同じ半
導体結晶層であって光導波路部分Gに存在する部分:図
7及び図8参照)を同時に成長させる工程とが含まれて
なることを特徴とするか、或いは、
(4) Selective growth mask having a stripe opening for exposing the selective growth region of the semiconductor crystal layer on the semiconductor substrate (selective growth region having width W S : see FIGS. 7 and 8) (Selective growth mask M: see FIGS. 7 and 8) A pattern in which the mask ratio in the vicinity of the stripe center is lower than the mask ratio in the vicinity of the stripe edge (a structure having a widened portion having a width W S1 : see FIG. 7, or , A structure having a growth control opening O M : see FIG. 8), and then applying the metal organic chemical vapor deposition method to the semiconductor including the selective growth region through the selective growth mask. A semiconductor crystal layer (laser portion L:
7 and 8) and a semiconductor crystal layer having a thickness different from that of the semiconductor crystal layer (the same semiconductor crystal layer as the laser portion L and present in the optical waveguide portion G: FIGS. 7 and 8). (See reference), and the step of simultaneously growing

【0048】(5)前記(4)に於いて、選択成長用マ
スク(選択成長用マスクM:図7参照)のストライプ中
央近傍に於けるマスク率を低減させる為に拡幅された選
択成長領域(拡幅部分幅がWS1になっている領域:図7
参照)を形成することを特徴とするか、或いは、
(5) In the above (4), the selective growth region (widened for reducing the mask ratio in the vicinity of the stripe center of the selective growth mask (selective growth mask M: see FIG. 7)) Area where the widening width is W S1 : Fig. 7
Reference), or

【0049】(6)前記(4)に於いて、選択成長用マ
スク(選択成長用マスクM:図8参照)のストライプ中
央近傍に於けるマスク率を低減させる為に前記選択成長
用マスクに成長制御用開口(成長制御用開口部分OM
図8参照)を形成して半導体基板の一部を選択的に表出
させることを特徴とするか、或いは、
(6) In the above (4), the selective growth mask is grown to reduce the mask rate in the vicinity of the stripe center of the selective growth mask (selective growth mask M: see FIG. 8). Control opening (growth control opening portion O M :
(See FIG. 8) to selectively expose a part of the semiconductor substrate, or

【0050】(7)前記(4)或いは(5)或いは
(6)に於いて、ストライプ方向のマスク長(マスク長
M :図7及び図8参照)が特に平坦な半導体結晶層を
必要とする素子の長さ(レーザ部分Lの長さ、或いは、
その二倍の長さ:図7及び図8参照)に等しく設定され
ることを特徴とするか、或いは、
(7) In (4), (5) or (6) above, a semiconductor crystal layer having a particularly flat mask length in the stripe direction (mask length L M : see FIGS. 7 and 8) is required. The length of the element to be operated (the length of the laser portion L, or
Double the length thereof: see FIG. 7 and FIG. 8), or

【0051】(8)ストライプ方向のマスク長を特に平
坦な半導体結晶層を必要とする素子の長さ(レーザ部分
Lの長さ:図9参照)に有機金属気相成長法に於ける原
料ガスの拡散長の少なくとも二倍の長さを加えた長さに
設定すると共にストライプ中央近傍のマスク率がストラ
イプ端近傍のマスク率に比較し低いパターン(幅がWS1
なる拡幅部分をもつ構成:図9参照、或いは、成長制御
用開口部分をもつ構成)に設定して半導体基板上に於け
る半導体結晶層の選択成長領域を表出させるストライプ
の開口をもつ選択成長用マスク(選択成長用マスクM:
図9参照)を形成する工程と、次いで、有機金属気相成
長法を適用して前記選択成長用マスクを介して前記選択
成長領域を含む前記半導体基板上に特に平坦性が要求さ
れる半導体結晶層(レーザ部分L:図9参照)及び前記
半導体結晶層とは少なくとも厚さを異にする半導体結晶
層(レーザ部分Lと同じ半導体結晶層であって光導波路
部分Gに存在する部分:図9参照)を同時に成長させる
工程とが含まれてなることを特徴とするか、或いは、
(8) The mask length in the stripe direction is particularly equal to the length of the element requiring a flat semiconductor crystal layer (the length of the laser portion L: see FIG. 9) and the source gas used in the metal organic chemical vapor deposition method. The length is set to be a value obtained by adding at least twice the diffusion length of the pattern, and the mask ratio near the stripe center is lower than the mask ratio near the stripe edge (width W S1
9) or a structure having an opening portion for growth control), and selective growth having a stripe opening for exposing the selective growth region of the semiconductor crystal layer on the semiconductor substrate. Mask (selective growth mask M:
(See FIG. 9), and then, a semiconductor crystal in which flatness is particularly required on the semiconductor substrate including the selective growth region through the selective growth mask by applying a metal organic chemical vapor deposition method. Layer (laser portion L: see FIG. 9) and a semiconductor crystal layer having a different thickness from the semiconductor crystal layer (the same semiconductor crystal layer as the laser portion L and present in the optical waveguide portion G: FIG. 9) (See reference), and the step of simultaneously growing

【0052】(9)前記(8)に於いて、平坦性が要求
される半導体結晶層が活性層及びそれを挟むクラッド層
などからなる半導体レーザの構成要素をなす半導体結晶
層であると共にその半導体結晶層とは厚さを異にする半
導体結晶層が前記半導体レーザと集積化される光導波路
の構成要素をなす半導体結晶層であることを特徴とする
か、或いは、
(9) In (8), the semiconductor crystal layer required to be flat is a semiconductor crystal layer which is a constituent element of a semiconductor laser including an active layer and a cladding layer sandwiching the active layer, and the semiconductor layer. A semiconductor crystal layer having a thickness different from that of the crystal layer is a semiconductor crystal layer forming a component of an optical waveguide integrated with the semiconductor laser, or

【0053】(10)前記(8)或いは(9)に於い
て、ストライプ方向のマスク長を特に平坦な半導体結晶
層を必要とする素子の長さ(レーザ部分Lの長さ:図9
参照)の二倍の長さ(レーザ部分Lの二個分の長さ)に
有機金属気相成長法に於ける原料ガスの拡散長の少なく
とも二倍の長さを加えた長さに設定することを特徴とす
るか、或いは、
(10) In the above (8) or (9), the mask length in the stripe direction is the length of the element requiring a particularly flat semiconductor crystal layer (the length of the laser portion L: FIG. 9).
(Refer to FIG. 2) (the length of two laser portions L) plus at least twice the diffusion length of the source gas in the metalorganic vapor phase epitaxy method. Or

【0054】(11)前記(8)或いは(9)或いは
(10)に於いて、選択成長用マスク(選択成長用マス
クM:図9参照)のストライプ中央近傍に於けるマスク
率を低減させる為に拡幅された選択成長領域(幅がWS1
なる拡幅部分をもつ構成:図9参照)を形成することを
特徴とするか、或いは、
(11) In order to reduce the mask ratio in the vicinity of the stripe center of the selective growth mask (selective growth mask M: see FIG. 9) in the above (8), (9) or (10). Selective growth area (width W S1
A structure having a widened portion (see FIG. 9) is formed, or

【0055】(12)前記(8)或いは(9)或いは
(10)に於いて、選択成長用マスク(選択成長用マス
クM:図9参照)のストライプ中央近傍に於けるマスク
率を低減させる為に前記選択成長用マスクに成長制御用
開口を形成して半導体基板の一部を選択的に表出させる
ことを特徴とするか、或いは、
(12) In (8), (9), or (10), the mask ratio in the vicinity of the stripe center of the selective growth mask (selective growth mask M: see FIG. 9) is reduced. A growth control opening is formed in the selective growth mask to selectively expose a part of the semiconductor substrate, or

【0056】(13)前記(1)或いは(2)或いは
(3)或いは(4)或いは(5)或いは(6)或いは
(7)或いは(8)或いは(9)或いは(10)或いは
(11)或いは(12)に於いて、選択成長用マスク
(選択成長用マスク12:図13参照)を形成した後、
ダメージを受けた半導体基板(InP基板11:図13
参照)に於ける半導体結晶層の選択成長領域(選択成長
領域11A:図13参照)表面を除去する工程が含まれ
てなることを特徴とするか、或いは、
(13) The above (1) or (2) or (3) or (4) or (5) or (6) or (7) or (8) or (9) or (10) or (11) Alternatively, in (12), after the selective growth mask (selective growth mask 12: see FIG. 13) is formed,
Damaged semiconductor substrate (InP substrate 11: FIG. 13)
(Refer to FIG. 13), the step of removing the surface of the selective growth region (selective growth region 11A: see FIG. 13) of the semiconductor crystal layer is included.

【0057】(14)前記(13)に於いて、ダメージ
を受けた半導体基板に於ける半導体結晶層の選択成長領
域表面を除去することで生成された凹所を不純物含有半
導体結晶層(凹所埋め込み兼n側クラッド層13:図1
3参照)で平坦に埋め込む工程が含まれてなることを特
徴とするか、或いは、
(14) In (13) above, the recesses formed by removing the surface of the selectively grown region of the semiconductor crystal layer in the damaged semiconductor substrate are replaced by the impurity-containing semiconductor crystal layer (recess). Buried and n-side clad layer 13: FIG.
3), the step of flatly embedding is included, or

【0058】(15)前記(13)或いは(14)に於
いて、ダメージを受けた半導体基板に於ける半導体結晶
層の選択成長領域表面を除去することで生成された凹所
を平坦に埋め込む不純物含有半導体結晶層が三族−五族
化合物半導体(n−InP:図13参照)であると共に
不純物が周期律表の六族元素(Se)であることを特徴
とするか、或いは、
(15) In (13) or (14) above, an impurity that flatly fills the recess created by removing the surface of the selectively grown region of the semiconductor crystal layer in the damaged semiconductor substrate. The contained semiconductor crystal layer is a Group III-Group 5 compound semiconductor (n-InP: see FIG. 13) and the impurity is a Group 6 element (Se) of the periodic table, or

【0059】(16)前記(13)或いは(14)或い
は(15)に於いて、周期律表の六族元素がSeである
ことを特徴する。
(16) In the above (13), (14) or (15), the sixth group element of the periodic table is Se.

【0060】[0060]

【作用】前記手段を採ることに依り、選択成長用マスク
を用いて半導体結晶層をストライプに選択成長した場
合、必要部分の全長に亙って半導体結晶層の膜厚が均一
となるようにすることができるので、半導体レーザと光
導波路などを集積化した光半導体装置に於ける諸半導体
結晶層を一回の選択成長で完成させるような場合に好適
であり、また、選択成長用マスクを形成する際に選択成
長の下地に与えられたダメージの影響を簡単に解消し
て、良質の半導体結晶層を選択成長させることができる
から、高い信頼性及び高い性能をもつ光半導体装置を少
ない工程で実現させることが可能になった。
By adopting the above means, when the semiconductor crystal layer is selectively grown in stripes by using the selective growth mask, the film thickness of the semiconductor crystal layer is made uniform over the entire length of the necessary portion. Therefore, it is suitable for the case where semiconductor crystal layers in an optical semiconductor device in which a semiconductor laser and an optical waveguide are integrated are completed by a single selective growth, and a mask for selective growth is formed. In doing so, it is possible to easily eliminate the influence of the damage given to the underlayer of the selective growth and to selectively grow a high-quality semiconductor crystal layer. Therefore, an optical semiconductor device having high reliability and high performance can be manufactured in a small number of steps. It has become possible to make it happen.

【0061】[0061]

【実施例】図6は本発明に於ける第一実施例を解説する
為のマスクの大きさ、及び、膜厚分布を表す線図であ
り、図1乃至図5に於いて用いた記号と同記号は同部分
を表すか或いは同じ意味を持つものとする。尚、以下の
説明では、図1乃至図5も参照すると良い。また、ここ
では、1〔μm〕帯に於ける光半導体素子、即ち、半導
体レーザと光導波路とを集積化したものを対象としてい
る。
EXAMPLE FIG. 6 is a diagram showing the mask size and film thickness distribution for explaining the first example of the present invention. The symbols used in FIGS. The same symbol represents the same part or has the same meaning. In addition, in the following description, it is preferable to refer to FIGS. 1 to 5. Further, here, an optical semiconductor element in the 1 [μm] band, that is, an integrated semiconductor laser and an optical waveguide is targeted.

【0062】図に於いて、(A)はマスクの大きさ、
(B)は膜厚分布をそれぞれ示し、また、(A)の縦軸
はマスク幅方向の長さを、横軸はマスク長方向の長さを
それぞれ示し、(B)の縦軸は膜厚を、横軸はマスク長
方向の長さをそれぞれ示している。尚、図では、二個分
の光半導体素子を同時に作製する場合に於ける対称性を
考慮して全体の四分の一を表してある。
In the figure, (A) is the size of the mask,
(B) shows the film thickness distribution, the vertical axis of (A) shows the length in the mask width direction, the horizontal axis shows the length in the mask length direction, and the vertical axis of (B) shows the film thickness. And the horizontal axis represents the length in the mask length direction. In the figure, a quarter of the whole is shown in consideration of the symmetry in the case of manufacturing two optical semiconductor elements at the same time.

【0063】一般に、1〔μm〕帯のレーザは、レーザ
長が300〔μm〕であって、マスク長LM の延長部分
M1の長さを片側で100〔μm〕とすると、両側で2
00〔μm〕となり、従って、光半導体素子の二個分を
同時に作製する場合、全体のマスク長LM は800〔μ
m〕になる。若し、光半導体素子の一個分を作製する場
合であれば、マスクの全長は500〔μm〕になる。
In general, a laser of 1 [μm] band has a laser length of 300 [μm], and if the length of the extended portion L M1 of the mask length L M is 100 [μm] on one side, 2 on both sides.
00 [μm]. Therefore, when two optical semiconductor elements are manufactured at the same time, the total mask length L M is 800 [μm].
m]. If one optical semiconductor element is to be manufactured, the total length of the mask will be 500 [μm].

【0064】図6のデータを得た際の具体的な諸条件と
しては、選択成長領域幅WS は20〔μm〕(1/2と
して10〔μm〕)、マスク幅WM は280〔μm〕
(1/2として140〔μm〕)、マスク長LM は80
0〔μm〕であるが、図に於いては、二個分の光半導体
素子を作製するのに必要なマスクの四分の一を表してい
るので、図に見られるマスク長は1/2LM であって4
00〔μm〕となっている。
As specific conditions for obtaining the data of FIG. 6, the selective growth region width W S is 20 [μm] (1/2 is 10 [μm]) and the mask width W M is 280 [μm]. ]
(1/2 is 140 [μm]), the mask length L M is 80
Although it is 0 [μm], the figure shows a quarter of the mask required to manufacture two optical semiconductor elements, so the mask length shown in the figure is 1 / 2L. M is 4
It is 00 [μm].

【0065】図6から看取できるように、レーザ部分L
では、大きな膜厚分布が解消され、かなり均一化された
半導体結晶層が得られ、勿論、活性層の膜厚分布も少な
くなっているから、レーザは充分な利得を得ることがで
きる。
As can be seen from FIG. 6, the laser portion L
Then, the large film thickness distribution is eliminated, a considerably uniform semiconductor crystal layer is obtained, and of course, the film thickness distribution of the active layer is also small, so that the laser can obtain a sufficient gain.

【0066】本発明に依れば、図4及び図5について解
説したように、マスク長LM を延長することなく、マス
クMのストライプ中心近傍に於けるマスク率をストライ
プ端近傍に比較して低下させることで、ストライプ中心
近傍に於ける半導体結晶層の成長速度を減少できること
を明らかにした。そこで、次に、その実施例について説
明する。
According to the present invention, as described with reference to FIGS. 4 and 5, the mask ratio in the vicinity of the stripe center of the mask M is compared with that in the vicinity of the stripe edge without extending the mask length L M. It was clarified that the growth rate of the semiconductor crystal layer in the vicinity of the stripe center can be reduced by lowering it. Therefore, next, an example thereof will be described.

【0067】図7は本発明に於ける第二実施例を解説す
る為のマスクの大きさ、及び、膜厚分布を表す線図であ
り、図1乃至図6に於いて用いた記号と同記号は同部分
を表すか或いは同じ意味を持つものとする。尚、以下の
説明では、図1乃至図6も参照すると良い。また、ここ
でも、1〔μm〕帯に於ける光半導体素子、即ち、半導
体レーザと光導波路とを集積化したものを対象としてい
る。
FIG. 7 is a diagram showing the mask size and film thickness distribution for explaining the second embodiment of the present invention, which is the same as the symbols used in FIGS. 1 to 6. Symbols represent the same part or have the same meaning. In addition, in the following description, it is preferable to refer to FIGS. 1 to 6. Also here, an optical semiconductor element in the 1 [μm] band, that is, an integrated semiconductor laser and an optical waveguide is targeted.

【0068】図に於いて、(A)はマスクの大きさ、
(B)は膜厚分布をそれぞれ示し、また、(A)の縦軸
はマスク幅方向の長さを、横軸はマスク長方向の長さを
それぞれ示し、(B)の縦軸は膜厚を、横軸はマスク長
方向の長さをそれぞれ示している。尚、図では、二個分
の光半導体素子を同時に作製する場合に於ける対称性を
考慮して全体の四分の一を表してある。
In the figure, (A) is the size of the mask,
(B) shows the film thickness distribution, the vertical axis of (A) shows the length in the mask width direction, the horizontal axis shows the length in the mask length direction, and the vertical axis of (B) shows the film thickness. And the horizontal axis represents the length in the mask length direction. In the figure, a quarter of the whole is shown in consideration of the symmetry in the case of manufacturing two optical semiconductor elements at the same time.

【0069】本実施例の特徴は、ストライプの中央近傍
に於ける選択成長領域幅WS が拡幅されているところに
ある。
The feature of this embodiment is that the selective growth region width W S near the center of the stripe is widened.

【0070】第二実施例でも、1〔μm〕帯のレーザが
対象であるから、レーザ長は300〔μm〕であり、従
って、光半導体素子二個分のマスク長LM は600〔μ
m〕(1/2として300〔μm〕)、選択成長領域幅
S はストライプの中央近傍で40〔μm〕(1/2と
して20〔μm〕)、そして、その他で20〔μm〕
(1/2として10〔μm〕)、マスク幅WM は中央近
傍で260〔μm〕(1/2として130〔μm〕)、
また、その他で280〔μm〕(1/2として140
〔μm〕)である。
Also in the second embodiment, since the laser in the 1 [μm] band is the target, the laser length is 300 [μm], and therefore the mask length L M for two optical semiconductor elements is 600 [μ].
m] (1/2 is 300 [μm]), the selective growth region width W S is 40 [μm] near the center of the stripe (1/2 is 20 [μm]), and the other is 20 [μm].
(1/2 is 10 [μm]), the mask width W M is 260 [μm] near the center (1/2 is 130 [μm]),
In addition, 280 [μm] (1/2 as 140
[Μm]).

【0071】ここで、選択成長領域幅WS が40〔μ
m〕と広くなっている部分、即ち、マスク幅WM が26
0〔μm〕(1/2として130〔μm〕)と狭くなっ
ている部分の長さは240〔μm〕、従って、1/2で
120〔μm〕であり、この場合のマスク率はストライ
プの中央近傍で87〔%〕、それから外れたところでは
93〔%〕である。因みに、図2の場合、マスク率は全
てに亙って93〔%〕である。
Here, the selective growth region width W S is 40 [μ
m], that is, the mask width W M is 26.
The length of the portion which is narrowed to 0 [μm] (130 [μm] as 1/2) is 240 [μm], and therefore the length is 120 [μm] at 1/2, and the mask ratio in this case is the stripe ratio. It is 87 [%] near the center and 93 [%] outside the center. By the way, in the case of FIG. 2, the mask rate is 93% in all.

【0072】図7の(B)から看取できるように、レー
ザ部分Lでは、大きな膜厚分布が解消され、かなり均一
化された半導体結晶層が得られている。従って、活性層
の膜厚分布も少なくなっているから、レーザは充分な利
得を得ることができる。
As can be seen from FIG. 7B, in the laser portion L, the large film thickness distribution is eliminated, and a considerably uniform semiconductor crystal layer is obtained. Therefore, since the thickness distribution of the active layer is also small, the laser can obtain a sufficient gain.

【0073】図8は本発明に於ける第三実施例を解説す
る為のマスクの大きさ、及び、膜厚分布を表す線図であ
り、図1乃至図7に於いて用いた記号と同記号は同部分
を表すか或いは同じ意味を持つものとする。尚、以下の
説明では、図1乃至図7も参照すると良い。また、ここ
でも、1〔μm〕帯に於ける光半導体素子、即ち、半導
体レーザと光導波路とを集積化したものを対象としてい
る。
FIG. 8 is a diagram showing the mask size and film thickness distribution for explaining the third embodiment of the present invention, which is the same as the symbols used in FIGS. 1 to 7. Symbols represent the same part or have the same meaning. In addition, in the following description, it is preferable to refer to FIGS. 1 to 7. Also here, an optical semiconductor element in the 1 [μm] band, that is, an integrated semiconductor laser and an optical waveguide is targeted.

【0074】図に於いて、(A)はマスクの大きさ、
(B)は膜厚分布をそれぞれ示し、また、(A)の縦軸
はマスク幅方向の長さを、横軸はマスク長方向の長さを
それぞれ示し、(B)の縦軸は膜厚を、横軸はマスク長
方向の長さをそれぞれ示している。尚、図では、二個分
の光半導体素子を同時に作製する場合に於ける対称性を
考慮して全体の四分の一を表してある。
In the figure, (A) is the size of the mask,
(B) shows the film thickness distribution, the vertical axis of (A) shows the length in the mask width direction, the horizontal axis shows the length in the mask length direction, and the vertical axis of (B) shows the film thickness. And the horizontal axis represents the length in the mask length direction. In the figure, a quarter of the whole is shown in consideration of the symmetry in the case of manufacturing two optical semiconductor elements at the same time.

【0075】本実施例の特徴は、マスクの一部、即ち、
マスク中心近傍に成長制御用開口が形成され、従って、
マスク幅WM は一部で狭幅化されているところにある。
The feature of this embodiment is that a part of the mask, that is,
A growth control opening is formed near the center of the mask, and
The mask width W M is partly narrowed.

【0076】第三実施例でも、1〔μm〕帯のレーザが
対象であるから、レーザ長は300〔μm〕であり、従
って、光半導体素子二個分のマスク長LM は600〔μ
m〕(1/2として300〔μm〕)、選択成長領域幅
S はストライプ全長に亙って20〔μm〕(1/2と
して10〔μm〕)、マスク幅WM はマスク中心近傍に
於いて160〔μm〕(1/2として80〔μm〕)、
また、その他で280〔μm〕(1/2として140
〔μm〕)である。
Also in the third embodiment, since the laser in the 1 [μm] band is the target, the laser length is 300 [μm], and therefore the mask length L M for two optical semiconductor elements is 600 [μ].
m] (1/2 is 300 [μm]), the selective growth region width W S is 20 [μm] (1/2 is 10 [μm]) over the entire stripe length, and the mask width W M is near the mask center. In that case, 160 [μm] (1/2 is 80 [μm]),
In addition, 280 [μm] (1/2 as 140
[Μm]).

【0077】ここで、成長制御用開口の全体の大きさ
は、マスク幅方向で120〔μm〕、マスク長方向で2
00〔μm〕、従って、図示の1/4の大きさでは、マ
スク幅方向で60〔μm〕、マスク長方向で100〔μ
m〕であって、この場合のマスク率は、成長制御用開口
が存在する領域で53〔%〕、その他のところでは93
〔%〕である。
Here, the overall size of the growth control opening is 120 [μm] in the mask width direction and 2 in the mask length direction.
00 [μm], therefore, with the size of ¼ shown in the drawing, 60 [μm] in the mask width direction and 100 [μ in the mask length direction.
m], and the mask ratio in this case is 53 [%] in the region where the growth control opening is present, and 93 in other places.
It is [%].

【0078】図8の(B)から看取できるように、レー
ザ部分Lでは、大きな膜厚分布が解消され、かなり均一
化された半導体結晶層が得られている。従って、活性層
の膜厚分布も少なくなっているから、レーザは充分な利
得を得ることができる。
As can be seen from FIG. 8B, in the laser portion L, the large film thickness distribution is eliminated, and a considerably uniform semiconductor crystal layer is obtained. Therefore, since the thickness distribution of the active layer is also small, the laser can obtain a sufficient gain.

【0079】前記説明した第一実施例乃至第三実施例で
は、選択成長用マスクにマスク延長部分を設ける手段を
採るか、或いは、選択成長用マスクのストライプに拡幅
部分を形成したり、また、選択成長用マスクに成長制御
用開口を形成するなどしてマスク率を低下させる手段を
採っているが、これ等を併用すると更に有効な膜厚分布
解消が可能になる。
In the above-described first to third embodiments, the means for providing the mask extension portion in the selective growth mask is adopted, or the widened portion is formed in the stripe of the selective growth mask, or Although a means for reducing the mask ratio is adopted by forming a growth control opening in the selective growth mask, it is possible to more effectively eliminate the film thickness distribution by using these means together.

【0080】図9は本発明に於ける第四実施例を解説す
る為のマスクの大きさ、及び、膜厚分布を表す線図であ
り、図1乃至図8に於いて用いた記号と同記号は同部分
を表すか或いは同じ意味を持つものとする。尚、以下の
説明では、図1乃至図8も参照すると良い。また、ここ
でも、1〔μm〕帯に於ける光半導体素子、即ち、半導
体レーザと光導波路とを集積化したものを対象としてい
る。
FIG. 9 is a diagram showing the mask size and film thickness distribution for explaining the fourth embodiment of the present invention, which is the same as the symbols used in FIGS. 1 to 8. Symbols represent the same part or have the same meaning. In addition, in the following description, it is preferable to refer to FIGS. 1 to 8. Also here, an optical semiconductor element in the 1 [μm] band, that is, an integrated semiconductor laser and an optical waveguide is targeted.

【0081】図に於いて、(A)はマスクの大きさ、
(B)は膜厚分布をそれぞれ示し、また、(A)の縦軸
はマスク幅方向の長さを、横軸はマスク長方向の長さを
それぞれ示し、(B)の縦軸は膜厚を、横軸はマスク長
方向の長さをそれぞれ示している。尚、図では、二個分
の光半導体素子を同時に作製する場合に於ける対称性を
考慮して全体の四分の一を表してある。
In the figure, (A) is the size of the mask,
(B) shows the film thickness distribution, the vertical axis of (A) shows the length in the mask width direction, the horizontal axis shows the length in the mask length direction, and the vertical axis of (B) shows the film thickness. And the horizontal axis represents the length in the mask length direction. In the figure, a quarter of the whole is shown in consideration of the symmetry in the case of manufacturing two optical semiconductor elements at the same time.

【0082】本実施例の特徴は、第一実施例と同様、選
択成長用マスクにはマスク延長部分が設けられ、且つ、
第二実施例と同様、ストライプの中央近傍に於ける選択
成長領域幅が拡幅されているところにある。
The feature of this embodiment is that the mask for selective growth is provided with a mask extension portion as in the first embodiment, and
Similar to the second embodiment, the width of the selective growth region near the center of the stripe is widened.

【0083】第四実施例でも、1〔μm〕帯のレーザが
対象であるから、レーザ長は300〔μm〕であり、マ
スク長LM の延長部分LM1の長さを片側で100〔μ
m〕とすると、両側では200〔μm〕となり、従っ
て、光半導体素子二個分のマスク長LM は800〔μ
m〕(1/2として400〔μm〕)、選択成長領域幅
Sはストライプの中央近傍で40〔μm〕(1/2と
して20〔μm〕)、また、その他で20〔μm〕(1
/2として10〔μm〕)、マスク幅WM は中央近傍で
260〔μm〕(1/2として130〔μm〕)、ま
た、その他で280〔μm〕(1/2として140〔μ
m〕)である。
Also in the fourth embodiment, since the laser in the 1 [μm] band is the target, the laser length is 300 [μm], and the length of the extended portion L M1 of the mask length L M is 100 [μ on one side.
m] is 200 [μm] on both sides, and therefore the mask length L M for two optical semiconductor elements is 800 [μm].
m] (1/2 is 400 [μm]), the selective growth region width W S is 40 [μm] near the center of the stripe (1/2 is 20 [μm]), and the other is 20 [μm] (1
/ 10 [μm]), the mask width W M is 260 [μm] near the center (1/2 is 130 [μm]), and the other is 280 [μm] (1/2 is 140 [μm]).
m]).

【0084】図9の(B)から看取できるように、レー
ザ部分Lでは、膜厚分布は長い範囲に亙って解消され、
充分に均一化された半導体結晶層が得られている。従っ
て、第一実施例乃至第三実施例に比較し、活性層の膜厚
分布は更に少なくなっているから、レーザは充分な利得
を得ることができる。
As can be seen from FIG. 9B, in the laser portion L, the film thickness distribution is eliminated over a long range,
A sufficiently uniform semiconductor crystal layer is obtained. Therefore, as compared with the first to third embodiments, the thickness distribution of the active layer is further reduced, so that the laser can obtain a sufficient gain.

【0085】前記第一実施例乃至第四実施例では、選択
成長用マスクMを形成する場合に基板表面が受けるダメ
ージを解消する手段について説明していないが、発明の
原理として説明したように、本発明に依れば、前記ダメ
ージを容易に解消することができる。
In the first to fourth embodiments, the means for eliminating damage to the surface of the substrate when forming the selective growth mask M is not described, but as described as the principle of the invention, According to the present invention, the damage can be easily eliminated.

【0086】図10乃至図13は本発明に於ける第五実
施例を解説する為の工程要所に於ける光半導体素子を表
す要部切断正面図であり、以下、これ等の図を参照しつ
つ説明する。尚、ここでも、1〔μm〕帯に於ける光半
導体素子、即ち、半導体レーザと光導波路とを集積化し
たものを対象としている。
FIGS. 10 to 13 are front sectional views showing an essential part of an optical semiconductor device in the process steps for explaining the fifth embodiment of the present invention. Refer to these figures below. I will explain. Incidentally, here also, an optical semiconductor element in the 1 [μm] band, that is, an integrated semiconductor laser and an optical waveguide is targeted.

【0087】図10参照 10−(1) Snをドーピングした面指数(100)のInP基板1
1の表面を洗浄してから、熱CVD法を適用することに
依り、成膜温度を約600〔℃〕として、厚さが例えば
200〔nm〕であるSiO2 膜を形成する。
See FIG. 10. 10- (1) Sn-doped InP substrate 1 having a plane index (100)
After cleaning the surface of No. 1, a thermal CVD method is applied to form a SiO 2 film having a thickness of, for example, 200 [nm] at a film forming temperature of about 600 [° C.].

【0088】InPは加熱された場合、表面からPが脱
離し易く、従って、前記のようにしてSiO2 膜を形成
すると、表面にダメージが与えられたり、或いは、変成
層が生成されてしまう。
When InP is heated, P is easily desorbed from the surface. Therefore, when the SiO 2 film is formed as described above, the surface is damaged or a metamorphic layer is formed.

【0089】図11参照 11−(1) 通常のリソグラフィ技術を適用することに依り、前記工
程10−(1)で形成したSiO2 膜の選択的エッチン
グを行って、幅が例えば20〔μm〕のストライプ開口
12Aをもつ選択成長用マスク12を形成する。ここ
で、ストライプ開口12A内に表出されたInP基板1
1の一部であるストライプが選択成長領域11Aとな
る。
See FIG. 11 11- (1) By applying a normal lithography technique, the SiO 2 film formed in the step 10- (1) is selectively etched to have a width of, for example, 20 [μm]. The selective growth mask 12 having the stripe openings 12A is formed. Here, the InP substrate 1 exposed in the stripe opening 12A
The stripe which is a part of 1 becomes the selective growth region 11A.

【0090】図12参照 12−(1) エッチャントをブロムメタノール、硫酸系エッチング
液、燐酸系エッチング液などとするウエット・エッチン
グ法を適用することに依って、選択成長領域11Aに於
けるInPをエッチングして約0.5〔μm〕程度の深
さ分を除去する。
See FIG. 12 12- (1) Etch InP in the selective growth region 11A by applying a wet etching method using an etchant such as brommethanol, sulfuric acid type etching solution, phosphoric acid type etching solution. Then, a depth of about 0.5 [μm] is removed.

【0091】図13参照 13−(1) MOVPE法を適用することに依り、凹所埋め込み兼n
側クラッド層13、n側SCH(separate c
onfinement heterostructur
e)層14、歪み多重量子井戸活性層15、p側SCH
層16、p側クラッド層17を形成する。
See FIG. 13 13- (1) By applying the MOVPE method, the recess filling and n
Side cladding layer 13, n-side SCH (separate c
onfinement heterostructure
e) Layer 14, strained multiple quantum well active layer 15, p-side SCH
The layer 16 and the p-side clad layer 17 are formed.

【0092】ここで、成長させた各半導体層に関する主
要なデータを例示すると次の通りである。尚、以下の記
述に現れる「PL」はホトルミネセンス(photol
uminescence)である。
Here, the main data regarding the grown semiconductor layers are exemplified as follows. In addition, "PL" appearing in the following description is photoluminescence (photol).
Uminescience).

【0093】 凹所埋め込み兼n側クラッド層13に
ついて 材料:n−InP 不純物:Se 不純物濃度:1×1019〔cm-3〕 厚さ:0.5〔μm〕
Recess Embedding and n-side Cladding Layer 13 Material: n-InP Impurity: Se Impurity concentration: 1 × 10 19 [cm −3 ] Thickness: 0.5 [μm]

【0094】 n側SCH層14について 材料:n−InGaAsP (InPに格子整合してPL波長1.1〔μm〕組成) 不純物:Si 不純物濃度:5×1017〔cm-3〕 厚さ:0.1〔μm〕Regarding the n-side SCH layer 14 Material: n-InGaAsP (PL wavelength 1.1 [μm] composition with lattice matching with InP) Impurity: Si Impurity concentration: 5 × 10 17 [cm −3 ] Thickness: 0 .1 [μm]

【0095】 歪み多重量子井戸活性層15について 材料:InGaAsP/InGaAsP (井戸層は厚さ6〔nm〕で1.0〔%〕の圧縮歪み)Strained Multiple Quantum Well Active Layer 15 Material: InGaAsP / InGaAsP (well layer has a thickness of 6 nm and a compressive strain of 1.0%)

【0096】 p側SCH層16について 材料:p−InGaAsP (InPに格子整合してPL波長1.1〔μm〕組成) 不純物:Zn 不純物濃度:5×1017〔cm-3〕 厚さ:0.1〔μm〕Regarding the p-side SCH layer 16 Material: p-InGaAsP (PL wavelength 1.1 [μm] composition with lattice matching with InP) Impurity: Zn Impurity concentration: 5 × 10 17 [cm −3 ] Thickness: 0 .1 [μm]

【0097】 p側クラッド層17について 材料:p−InP 不純物:Zn 不純物濃度:5×1017〔cm-3〕 厚さ:0.2〔μm〕About p-side clad layer 17 Material: p-InP Impurity: Zn Impurity concentration: 5 × 10 17 [cm −3 ] Thickness: 0.2 μm

【0098】成長条件 圧力:76〔Torr〕 温度:600〔℃〕Growth conditions Pressure: 76 [Torr] Temperature: 600 [° C.]

【0099】原料ガス(キャリヤ・ガスは水素) In:トリメチルインジウム(TMIn:In(C
3 3 ) Ga:トリエチルガリウム(TEGa:Ga(C
2 5 3 ) As:アルシン(AsH3 ) P:ホスフィン(PH3 ) Zn:ジメチル亜鉛(DMZn:Zn(CH3 2 ) Si:モノシラン(SiH4 )(n型ドーパント) Se:H2 Se(n型ドーパント)
Raw material gas (carrier gas is hydrogen) In: trimethylindium (TMIn: In (C
H 3 ) 3 ) Ga: triethylgallium (TEGa: Ga (C
2 H 5 ) 3 ) As: arsine (AsH 3 ) P: phosphine (PH 3 ) Zn: dimethylzinc (DMZn: Zn (CH 3 ) 2 ) Si: monosilane (SiH 4 ) (n-type dopant) Se: H 2 Se (n-type dopant)

【0100】13−(2) この後、通常の技術を適用して、例えば電流閉じ込め、
或いは、光閉じ込めなどの埋め込み構造を形成したり、
保護膜や電極を形成するなどして半導体レーザを完成さ
せる。
13- (2) After that, by applying a usual technique, for example, current confinement,
Alternatively, a buried structure such as light confinement is formed,
A semiconductor laser is completed by forming a protective film and electrodes.

【0101】ところで、前記ダメージを除去する為に生
成された凹所を埋める為の半導体層を成長させる場合、
その半導体層にドーピングする不純物としては、必要な
導電型の不純物を適宜に用いることができるのである
が、前記のように、Seを高ドープした場合、埋め込み
が特に良好に行われ、優れた平坦性が得られる。その理
由は、Seの高ドープに依って、原子の拡散長が長くな
る為と推定される。尚、同様な効果は、他の六族不純
物、例えばTeでも確認された。
By the way, in the case of growing a semiconductor layer for filling the recess formed to remove the damage,
As the impurities to be doped into the semiconductor layer, necessary conductivity type impurities can be appropriately used. However, as described above, when Se is highly doped, the burying is performed particularly well and the excellent flatness is achieved. Sex is obtained. It is presumed that the reason is that the diffusion length of atoms becomes long due to the high doping of Se. Similar effects were confirmed with other Group 6 impurities, such as Te.

【0102】図14は完成した光半導体素子の光軸方向
(選択成長用マスクのストライプ方向)に於ける半導体
結晶層の膜厚分布をSEM(scanning ele
ctron microscopy)で測定した結果を
纏めた線図であり、縦軸には光導波路膜厚みを、また、
横軸には光軸方向の位置をそれぞれ採ってある。
FIG. 14 shows the SEM (scanning electron) of the film thickness distribution of the semiconductor crystal layer in the optical axis direction (stripe direction of the selective growth mask) of the completed optical semiconductor element.
FIG. 4 is a diagram summarizing the results of measurement by ctron microscopy), in which the vertical axis represents the optical waveguide film thickness, and
The horizontal axis represents the position in the optical axis direction.

【0103】このデータで、厚さは歪み多重量子井戸活
性層15及びそれを挟むn側SCH層14及びp側SC
H層16の合計であって、レーザ部分Lと光導波路部分
Gとで最大3倍の成長速度差になっている。また、光学
的特性の指標となる室温PL強度も通常の平坦な基板上
に作製したものと遜色なく、高品質が保たれていること
を確認している。
According to this data, the thickness is the strained multiple quantum well active layer 15 and the n-side SCH layer 14 and the p-side SC sandwiching it.
In the total of the H layers 16, the growth rate difference between the laser portion L and the optical waveguide portion G is three times at the maximum. Further, it has been confirmed that the room temperature PL intensity, which is an index of optical characteristics, is comparable to that produced on an ordinary flat substrate, and high quality is maintained.

【0104】前記光半導体素子に組み込まれている半導
体レーザは、しきい値電流15〔mA〕でCW(con
tinuous wave)発振し、光出力20〔m
W〕が達成され、また、その半導体レーザと結合されて
いる光導波路の作用で、狭ビーム特性も良好であり、従
来のものが放射角30°であるのに対して10°が得ら
れた。このような特性は、複雑なレンズ系を減少させ、
半導体レーザを低価格に導く為の重要な要素となる。
The semiconductor laser incorporated in the optical semiconductor device has a threshold current of 15 [mA] and a CW (con)
tunable wave) oscillation and optical output 20 [m
W] was achieved, and due to the action of the optical waveguide coupled to the semiconductor laser, the narrow beam characteristic was also good, and 10 ° was obtained compared with the emission angle of 30 ° of the conventional one. . Such characteristics reduce complicated lens system,
It will be an important factor for reducing the cost of semiconductor lasers.

【0105】[0105]

【発明の効果】本発明に依る光半導体装置の製造方法に
於いては、ストライプ方向のマスク長を例えば半導体レ
ーザなどの素子の長さに有機金属気相成長法に於ける原
料ガスの拡散長の二倍の長さを加えた長さに設定する
か、或いは、素子の長さのままに設定してマスク率を変
えるなどして半導体結晶層の選択成長領域を表出させる
ストライプの開口をもつ選択成長用マスクを形成し、そ
の選択成長用マスクを介して前記選択成長領域を含む半
導体基板上に例えば半導体レーザに必要な半導体結晶層
及びその半導体結晶層とは厚さなどを異にする半導体結
晶層を同時に成長させる。
In the method of manufacturing an optical semiconductor device according to the present invention, the mask length in the stripe direction is set to the length of the element such as a semiconductor laser, and the diffusion length of the source gas in the metal organic chemical vapor deposition method. Or double the length, or by changing the mask ratio by setting the length of the device as it is, the stripe opening for exposing the selectively grown region of the semiconductor crystal layer is formed. A selective growth mask having the same is formed, and a semiconductor crystal layer required for a semiconductor laser and a thickness different from that of the semiconductor crystal layer are formed on the semiconductor substrate including the selective growth region through the selective growth mask. A semiconductor crystal layer is grown at the same time.

【0106】前記構成を採ることに依り、選択成長用マ
スクを用いて半導体結晶層をストライプに選択成長した
場合、必要部分の全長に亙って半導体結晶層の膜厚が均
一となるようにすることができるので、半導体レーザと
光導波路などを集積化した光半導体装置に於ける諸半導
体結晶層を一回の選択成長で完成させるような場合に好
適であり、また、選択成長用マスクを形成する際に選択
成長の下地に与えられたダメージの影響を簡単に解消し
て、良質の半導体結晶層を選択成長させることができる
から、高い信頼性及び高い性能をもつ光半導体装置を少
ない工程で実現させることが可能になった。
By adopting the above structure, when the semiconductor crystal layer is selectively grown in stripes by using the selective growth mask, the film thickness of the semiconductor crystal layer is made uniform over the entire length of the necessary portion. Therefore, it is suitable for the case where semiconductor crystal layers in an optical semiconductor device in which a semiconductor laser and an optical waveguide are integrated are completed by a single selective growth, and a mask for selective growth is formed. In doing so, it is possible to easily eliminate the influence of the damage given to the underlayer of the selective growth and to selectively grow a high-quality semiconductor crystal layer. Therefore, an optical semiconductor device having high reliability and high performance can be manufactured in a small number of steps. It has become possible to make it happen.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】半導体レーザ及び光導波路を含む光半導体素子
の平面パターン、選択成長用マスク、膜厚分布などを表
す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory view showing a plane pattern, a mask for selective growth, a film thickness distribution, etc. of an optical semiconductor element including a semiconductor laser and an optical waveguide.

【図2】半導体結晶層を選択成長させた実験について解
説する為のマスクの大きさ、及び、膜厚分布を表す線図
である。
FIG. 2 is a diagram showing a mask size and a film thickness distribution for explaining an experiment in which a semiconductor crystal layer is selectively grown.

【図3】本発明の原理を明らかにする為の半導体レーザ
及び光導波路を含む光半導体素子に於ける平面パター
ン、選択成長用マスク、膜厚分布などを表す説明図であ
る。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a plane pattern, a mask for selective growth, a film thickness distribution, etc. in an optical semiconductor element including a semiconductor laser and an optical waveguide for clarifying the principle of the present invention.

【図4】本発明の原理を明らかにする為の選択成長用マ
スク、膜厚分布などを表す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory view showing a mask for selective growth, a film thickness distribution, etc. for clarifying the principle of the present invention.

【図5】本発明の原理を明らかにする為の選択成長用マ
スク、膜厚分布などを表す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a mask for selective growth, a film thickness distribution, etc. for clarifying the principle of the present invention.

【図6】本発明に於ける第一実施例を解説する為のマス
クの大きさ、及び、膜厚分布を表す線図である。
FIG. 6 is a diagram showing a mask size and a film thickness distribution for explaining a first embodiment of the present invention.

【図7】本発明に於ける第二実施例を解説する為のマス
クの大きさ、及び、膜厚分布を表す線図である。
FIG. 7 is a diagram showing a mask size and a film thickness distribution for explaining a second embodiment of the present invention.

【図8】本発明に於ける第三実施例を解説する為のマス
クの大きさ、及び、膜厚分布を表す線図である。
FIG. 8 is a diagram showing a mask size and a film thickness distribution for explaining a third embodiment of the present invention.

【図9】本発明に於ける第四実施例を解説する為のマス
クの大きさ、及び、膜厚分布を表す線図である。
FIG. 9 is a diagram showing a mask size and a film thickness distribution for explaining a fourth embodiment of the present invention.

【図10】本発明に於ける第五実施例を解説する為の工
程要所に於ける光半導体素子を表す要部切断正面図であ
る。
FIG. 10 is a fragmentary front view showing an optical semiconductor element in a process essential part for explaining a fifth embodiment of the present invention.

【図11】本発明に於ける第五実施例を解説する為の工
程要所に於ける光半導体素子を表す要部切断正面図であ
る。
FIG. 11 is a fragmentary front view showing an optical semiconductor element in a process key point for explaining a fifth embodiment of the present invention.

【図12】本発明に於ける第五実施例を解説する為の工
程要所に於ける光半導体素子を表す要部切断正面図であ
る。
FIG. 12 is a fragmentary front view showing an optical semiconductor element in a process essential part for explaining a fifth embodiment of the present invention.

【図13】本発明に於ける第五実施例を解説する為の工
程要所に於ける光半導体素子を表す要部切断正面図であ
る。
FIG. 13 is a fragmentary front view showing an optical semiconductor element in a process key point for explaining a fifth embodiment of the present invention.

【図14】完成した光半導体素子の光軸方向(選択成長
用マスクのストライプ方向)に於ける半導体結晶層の膜
厚分布をSEM(scanning electron
microscopy)で測定した結果を纏めた線図で
ある。
FIG. 14 is a SEM (scanning electron) showing the film thickness distribution of the semiconductor crystal layer in the optical axis direction (stripe direction of the selective growth mask) of the completed optical semiconductor element.
It is the diagram which put together the result measured by microscopy).

【図15】選択成長用マスクを例示する要部平面説明図
である。
FIG. 15 is a plan view of a principal part illustrating a selective growth mask.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

M マスク幅 WS 選択成長領域幅 LM マスク長 X 方向 M 選択成長用マスク L レーザ部分 G 光導波路部分 W 光半導体素子の幅 t1 マスクがない領域に於ける半導体結晶層の成長膜
厚 t2 マスクがある領域に於ける半導体結晶層の成長膜
厚 1 半導体基板 2 クラッド層 3 活性層 4 クラッド層 LM1 マスクMに於けるストライプと同方向に延長した
部分 WS1 マスクMに形成された選択成長領域幅WS の拡幅
部分幅 OM マスクMの中心近傍に形成された矩形の成長制御
用開口部分 11 InP基板 11A 選択成長領域 12 選択成長用マスク 12A ストライプ開口 13 凹所埋め込み兼n側クラッド層 14 n側SCH層 15 歪み多重量子井戸活性層 16 p側SCH層 17 p側クラッド層
W M Mask width W S Selective growth region width L M Mask length X direction M Selective growth mask L Laser part G Optical waveguide part W Optical semiconductor element width t 1 Growth film thickness of semiconductor crystal layer in no mask region t 2 Growth film thickness of semiconductor crystal layer in a region with mask 1 Semiconductor substrate 2 Cladding layer 3 Active layer 4 Cladding layer L M1 Part formed in the same direction as the stripe in the mask M W S1 mask M Widened part width of selective growth region width W S O M Rectangular growth control opening formed near the center of mask M 11 InP substrate 11A Selective growth region 12 Selective growth mask 12A Stripe opening 13 Concave filling and n Side clad layer 14 n-side SCH layer 15 Strained multiple quantum well active layer 16 p-side SCH layer 17 p-side clad layer

フロントページの続き (72)発明者 雙田 晴久 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 小林 宏彦 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内Front page continued (72) Haruhisa Kyoda, Inventor Haruhisa Kouda, 1015 Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki, Kanagawa, Fujitsu Limited

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ストライプ方向のマスク長を特に平坦な半
導体結晶層を必要とする素子の長さに有機金属気相成長
法に於ける原料ガスの拡散長の少なくとも二倍の長さを
加えた長さに設定して半導体基板上に於ける半導体結晶
層の選択成長領域を表出させるストライプの開口をもつ
選択成長用マスクを形成する工程と、 次いで、有機金属気相成長法を適用して前記選択成長用
マスクを介して前記選択成長領域を含む前記半導体基板
上に特に平坦性が要求される半導体結晶層及び前記半導
体結晶層とは少なくとも厚さを異にする半導体結晶層を
同時に成長させる工程とが含まれてなることを特徴とす
る光半導体装置の製造方法。
1. The mask length in the stripe direction is at least twice as long as the diffusion length of a source gas in the metal organic chemical vapor deposition method to the length of an element requiring a particularly flat semiconductor crystal layer. A step of forming a selective growth mask having stripe openings for setting the length to expose the selective growth region of the semiconductor crystal layer on the semiconductor substrate, and then applying a metal organic chemical vapor deposition method. A semiconductor crystal layer that requires particularly flatness and a semiconductor crystal layer having a thickness at least different from that of the semiconductor crystal layer are simultaneously grown on the semiconductor substrate including the selective growth region through the selective growth mask. And a step of manufacturing the optical semiconductor device.
【請求項2】平坦性が要求される半導体結晶層が活性層
及びそれを挟むクラッド層などからなる半導体レーザの
構成要素をなす半導体結晶層であると共にその半導体結
晶層とは厚さを異にする半導体結晶層が前記半導体レー
ザと集積化される光導波路の構成要素をなす半導体結晶
層であることを特徴とする請求項1記載の光半導体装置
の製造方法。
2. A semiconductor crystal layer which is required to have flatness is a semiconductor crystal layer which is a constituent element of a semiconductor laser including an active layer and a cladding layer sandwiching the active layer, and has a thickness different from that of the semiconductor crystal layer. 2. The method of manufacturing an optical semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor crystal layer is a semiconductor crystal layer that constitutes a constituent element of an optical waveguide integrated with the semiconductor laser.
【請求項3】ストライプ方向のマスク長を特に平坦な半
導体結晶層を必要とする素子の長さの二倍の長さに有機
金属気相成長法に於ける原料ガスの拡散長の少なくとも
二倍の長さを加えた長さに設定することを特徴とする請
求項1或いは2記載の光半導体装置の製造方法。
3. The mask length in the stripe direction is twice as long as the length of an element requiring a particularly flat semiconductor crystal layer, and at least twice as long as the diffusion length of the source gas in the metal organic chemical vapor deposition method. 3. The method for manufacturing an optical semiconductor device according to claim 1, further comprising:
【請求項4】半導体基板上に於ける半導体結晶層の選択
成長領域を表出させるストライプの開口をもつ選択成長
用マスクをストライプ中央近傍のマスク率がストライプ
端近傍のマスク率に比較し低いパターンに形成する工程
と、 次いで、有機金属気相成長法を適用して前記選択成長用
マスクを介して前記選択成長領域を含む前記半導体基板
上に特に平坦性が要求される半導体結晶層及び前記半導
体結晶層とは少なくとも厚さを異にする半導体結晶層を
同時に成長させる工程とが含まれてなることを特徴とす
る光半導体装置の製造方法。
4. A pattern for a selective growth mask having a stripe opening for exposing a selective growth region of a semiconductor crystal layer on a semiconductor substrate, wherein the mask ratio near the stripe center is lower than the mask ratio near the stripe edge. And a semiconductor crystal layer that requires particularly flatness on the semiconductor substrate including the selective growth region through the selective growth mask by applying a metal organic chemical vapor deposition method and the semiconductor. A method of manufacturing an optical semiconductor device, comprising: simultaneously growing a semiconductor crystal layer having a thickness different from that of the crystal layer.
【請求項5】選択成長用マスクのストライプ中央近傍に
於けるマスク率を低減させる為に拡幅された選択成長領
域を形成することを特徴とする請求項4記載の光半導体
装置の製造方法。
5. The method of manufacturing an optical semiconductor device according to claim 4, wherein a selective growth region widened to reduce the mask ratio near the stripe center of the selective growth mask is formed.
【請求項6】選択成長用マスクのストライプ中央近傍に
於けるマスク率を低減させる為に前記選択成長用マスク
に成長制御用開口を形成して半導体基板の一部を選択的
に表出させることを特徴とする請求項4記載の光半導体
装置の製造方法。
6. A growth control opening is formed in the selective growth mask in order to reduce the mask ratio in the vicinity of the stripe center of the selective growth mask to selectively expose a part of the semiconductor substrate. 5. The method for manufacturing an optical semiconductor device according to claim 4, wherein.
【請求項7】ストライプ方向のマスク長が特に平坦な半
導体結晶層を必要とする素子の長さに等しく設定される
ことを特徴とする請求項4或いは5或いは6記載の光半
導体装置の製造方法。
7. The method for manufacturing an optical semiconductor device according to claim 4, wherein the mask length in the stripe direction is set equal to the length of an element requiring a particularly flat semiconductor crystal layer. .
【請求項8】ストライプ方向のマスク長を特に平坦な半
導体結晶層を必要とする素子の長さに有機金属気相成長
法に於ける原料ガスの拡散長の少なくとも二倍の長さを
加えた長さに設定すると共にストライプ中央近傍のマス
ク率がストライプ端近傍のマスク率に比較し低いパター
ンに設定して半導体基板上に於ける半導体結晶層の選択
成長領域を表出させるストライプの開口をもつ選択成長
用マスクを形成する工程と、 次いで、有機金属気相成長法を適用して前記選択成長用
マスクを介して前記選択成長領域を含む前記半導体基板
上に特に平坦性が要求される半導体結晶層及び前記半導
体結晶層とは少なくとも厚さを異にする半導体結晶層を
同時に成長させる工程とが含まれてなることを特徴とす
る光半導体装置の製造方法。
8. The mask length in the stripe direction is at least twice as long as the diffusion length of the source gas in the metal organic chemical vapor deposition method to the length of the device requiring a particularly flat semiconductor crystal layer. Along with the length, the mask rate near the stripe center is set lower than the mask rate near the stripe edge, and there is a stripe opening that exposes the selective growth region of the semiconductor crystal layer on the semiconductor substrate. A step of forming a selective growth mask, and then a semiconductor crystal which is required to have particularly flatness on the semiconductor substrate including the selective growth region through the selective growth mask by applying a metal organic chemical vapor deposition method. And a step of simultaneously growing a semiconductor crystal layer having a thickness different from that of the semiconductor crystal layer, the method of manufacturing an optical semiconductor device.
【請求項9】平坦性が要求される半導体結晶層が活性層
及びそれを挟むクラッド層などからなる半導体レーザの
構成要素をなす半導体結晶層であると共にその半導体結
晶層とは厚さを異にする半導体結晶層が前記半導体レー
ザと集積化される光導波路の構成要素をなす半導体結晶
層であることを特徴とする請求項8記載の光半導体装置
の製造方法。
9. A semiconductor crystal layer required to have flatness is a semiconductor crystal layer which is a constituent element of a semiconductor laser including an active layer and a clad layer sandwiching the active layer, and has a thickness different from that of the semiconductor crystal layer. 9. The method of manufacturing an optical semiconductor device according to claim 8, wherein the semiconductor crystal layer is a semiconductor crystal layer forming a component of an optical waveguide integrated with the semiconductor laser.
【請求項10】ストライプ方向のマスク長を特に平坦な
半導体結晶層を必要とする素子の長さの二倍の長さに有
機金属気相成長法に於ける原料ガスの拡散長の少なくと
も二倍の長さを加えた長さに設定することを特徴とする
請求項8或いは9記載の光半導体装置の製造方法。
10. A mask length in the stripe direction is twice as long as a length of an element requiring a particularly flat semiconductor crystal layer, and at least twice as long as a diffusion length of a source gas in the metal organic chemical vapor deposition method. 10. The method for manufacturing an optical semiconductor device according to claim 8 or 9, wherein the length is set to the sum of the above.
【請求項11】選択成長用マスクのストライプ中央近傍
に於けるマスク率を低減させる為に拡幅された選択成長
領域を形成することを特徴とする請求項8或いは9或い
は10記載の光半導体装置の製造方法。
11. The optical semiconductor device according to claim 8, wherein the selective growth region is formed to be widened to reduce the mask ratio near the stripe center of the selective growth mask. Production method.
【請求項12】選択成長用マスクのストライプ中央近傍
に於けるマスク率を低減させる為に前記選択成長用マス
クに成長制御用開口を形成して半導体基板の一部を選択
的に表出させることを特徴とする請求項8或いは9或い
は10記載の光半導体装置の製造方法。
12. A growth control opening is formed in the selective growth mask to selectively expose a part of a semiconductor substrate in order to reduce the mask rate in the vicinity of the stripe center of the selective growth mask. 11. The method for manufacturing an optical semiconductor device according to claim 8, 9, or 10.
【請求項13】選択成長用マスクを形成した後、ダメー
ジを受けた半導体基板に於ける半導体結晶層の選択成長
領域表面を除去する工程が含まれてなることを特徴とす
る請求項1或いは2或いは3或いは4或いは5或いは6
或いは7或いは8或いは9或いは10或いは11或いは
12記載の光半導体装置の製造方法。
13. The method according to claim 1, further comprising the step of removing the surface of the selectively grown region of the semiconductor crystal layer in the damaged semiconductor substrate after forming the selective growth mask. Or 3 or 4 or 5 or 6
Alternatively, 7 or 8 or 9 or 10 or 11 or 12 is a method for manufacturing an optical semiconductor device.
【請求項14】ダメージを受けた半導体基板に於ける半
導体結晶層の選択成長領域表面を除去することで生成さ
れた凹所を不純物含有半導体結晶層で平坦に埋め込む工
程が含まれてなることを特徴とする請求項13記載の光
半導体装置の製造方法。
14. A step of flatly filling a recess formed by removing a surface of a selectively grown region of a semiconductor crystal layer in a damaged semiconductor substrate with an impurity-containing semiconductor crystal layer. 14. The method for manufacturing an optical semiconductor device according to claim 13, which is characterized in that.
【請求項15】ダメージを受けた半導体基板に於ける半
導体結晶層の選択成長領域表面を除去することで生成さ
れた凹所を平坦に埋め込む不純物含有半導体結晶層が三
族−五族化合物半導体であると共に不純物が周期律表の
六族元素であることを特徴とする請求項13或いは14
記載の光半導体装置の製造方法。
15. An impurity-containing semiconductor crystal layer that flatly fills a recess formed by removing a surface of a selectively grown region of a semiconductor crystal layer in a damaged semiconductor substrate is a Group III-V compound semiconductor. 15. The impurity is a Group 6 element of the periodic table, and the impurity is present.
A method for manufacturing the optical semiconductor device described.
【請求項16】周期律表の六族元素がSeであることを
特徴する請求項13或いは14或いは15記載の光半導
体装置の製造方法。
16. The method for manufacturing an optical semiconductor device according to claim 13, 14 or 15, wherein the Group 6 element of the periodic table is Se.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015533025A (en) * 2012-10-31 2015-11-16 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーションInternational Business Machines Corporation Semiconductor device

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