JPH08288583A

JPH08288583A - 半導体光素子およびその製造方法

Info

Publication number: JPH08288583A
Application number: JP8787295A
Authority: JP
Inventors: Makoto Suzuki; 鈴木　　誠; Masahiro Aoki; 雅博青木; Tatsuro Kanetake; 達郎金武; Masateru Ohira; 昌輝大平
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-04-13
Filing date: 1995-04-13
Publication date: 1996-11-01

Abstract

(57)【要約】【目的】Ｉｎを含む混晶半導体層におけるＩＩＩ族組成
比の制御性を向上させて臨界膜厚の大きなコア層を成長
し、高品質かつ高機能な光素子若しくは光集積素子を提
供する。【構成】光軸方向にマスク幅が部分的に変化している絶
縁膜マスク（２´）および半導体マスク（３）が形成さ
れた半導体基板（１）を用い、基板（１）上における成
長層の膜厚が、光軸方向に滑らかに変化するコア層
（５）（６）および薄いクラッド層（１０）を含む半導
体層を形成する。【効果】混晶半導体層におけるＩＩＩ族組成比の制御性
が向上して、臨界膜厚の大きな半導体結晶が得られ、高
品質な光集積素子が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体光素子およびその
製造方法に関し、詳しくは、単一基板上にコア層とグラ
ッド層が積層して形成された半導体光素子およびこのよ
うな半導体光素子を、領域選択成長によって容易に形成
することのできる、半導体光素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザ、光変調器、光スイッチ、
光検出器もしくは光増幅器など、異種機能を有する半導
体光素子を、同一の半導体基板上に集積化して形成する
方法として、絶縁膜マスクを用いた領域選択成長技術が
知られている。この領域選択成長技術は、半導体基板上
に絶縁膜からなるマスクを形成し、半導体基板表面の、
マスクされずに露出されている領域上のみに、半導体結
晶を気相成長させる方法である。

【０００３】半導体光素子を作製するために、光の伝搬
方向における絶縁膜マスクの幅や半導体基板面の露出領
域の幅を変えて、混晶半導体結晶を気相成長すると、混
晶半導体結晶を構成する原子を含む各原料種の、気相中
における濃度勾配や成長表面での平均自由工程が、原料
ガスの種類によって異なるため、組成および成長層厚が
互いに異なる混晶半導体層が、同一の工程で同時に形成
される。これによって半導体レーザおよび光変調器な
ど、異種機能を有する半導体光素子が、同一の半導体基
板上に、異種光素子間の良好な光結合を行なうように、
同一の製造工程で形成できる。

【０００４】なお、領域選択成長技術を用いて作製した
従来の半導体光素子に関しては、たとえば、１９９１年
電子情報通信学会秋季全国大会講演論文集Ｃー１３１お
よび１９９２年電子情報通信学会春季全国大会講演論文
集Ｃ−１７８に記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、例
えば、ＩｎとＧａの両者を含む混晶半導体を選択成長す
る際に、膜厚変化率を大きくするためにマスク幅を大き
くすると、それにともなって成長層におけるＩｎ／Ｇａ
比が大きくなる。成長層におけるこのような組成変化に
よって、臨界膜厚（欠陥が生じない最大膜厚）が小さく
なり、同一基板上に形成される異種素子間のバンドギャ
ップエネルギー差が大きい場合は、光学的結晶性ひいて
は素子特性の劣化をもたらす原因となる。

【０００６】本発明の目的は、従来技術における上記問
題を解決し、混晶半導体層中におけるＩＩＩ族元素の組
成を良好に制御して、ＩＩＩ族組成比の面内変化率を効
果的に抑制することができ、かつ、臨界膜厚が十分大き
い高品質な半導体光素子およびこのような高品質な半導
体光素子を、単一基板上に１回の選択成長によって形成
することのできる半導体光素子の製造方法を提供するこ
とである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、コア層とクラッド層を具備した半導体光
素子において、膜厚および組成の少なくとも一方が、単
調かつ滑らかに変化する部分を有するコア層を、基板上
に形成するものである。上記コア層における最大相対膜
厚変化率の最大値は２．５倍〜１０倍、好ましくは倍
〜倍とし、上記コア層の基板面に垂直な方向における
相対的な格子歪率の差は、素子内の全領域において０〜
０．２％の範囲内である。

【０００８】上記膜厚が変化している部分を有するコア
層は、少なくとも１種類のＩＩＩ族原子の成長表面への
取り込まれ率が、基板とは異なる面方位を有する半導体
マスクを基板表面上に形成して、基板上にコア層を成長
させ、かつ、上記半導体マスクとともに絶縁膜マスクを
使用して、成長を行うことによって形成される。

【０００９】

【作用】図１（ａ）に示したように、ＳｉＯ₂からなる
絶縁膜マスク２および表面の面方位が（１１１）Ｂ面で
あるＩｎＰからなる半導体マスク３を、（１００）Ｉｎ
Ｐ基板１上に所定部分上にそれぞれ形成する。

【００１０】ＴＭＩｎ（トリ・メチル・インジウム）、
ＴＭＧａ（トリ・メチル・ガリウム）およびＡｓＨ₃を
原料ガスとして使用した、周知の気相成長法によって、
上記基板１上にＩｎＧａＡｓを成長させると、Ｇａを含
むメチル原料種の成長表面での相対的濃度分布は、ほぼ
図１（ｂ）に示したようになる。Ｇａの成長表面への取
り込まれ率が、（１１１）Ｂ面よりも（１００）面での
方が高く、また、ＳｉＯ₂マスク２の表面上にはＩｎＧ
ａＡｓが成長しないため、ＳｉＯ₂マスク２の表面上に
おける上記Ｇａを含むメチル原料種の濃度は、半導体マ
スク３上における濃度ょり高くなり、基板１の露出され
た表面上における濃度が最も低くなる。

【００１１】そのため、Ｘ−Ｘ´方向において、ＳｉＯ
₂マスク２の表面上から半導体マスク３の方向へ、メチ
ル系Ｇａ原料種（ＴＭＧａ）が、気相拡散や表面拡散に
よって移動するが、それよりも多量のメチル系Ｇａ原料
種が逆向き、つまり、ＳｉＯ₂マスク２の表面上から、
互いに隣接するＳｉＯ₂マスク２間の目空き領域の、露
出された基板１の表面上へ拡散し移動する。

【００１２】そのため、ＳｉＯ₂マスク２のみを用いた
従来の選択成長において起こった、ＩｎＧａＡｓ選択成
長層におけるＩＩＩ族元素の組成比Ｉｎ／Ｇａの増大は
効果的に抑制されて、組成変化の少ない成長層が得られ
る。従って、ＳｉＯ₂マスク２の幅に応じて半導体マス
ク３の幅を適切に設定することによって、ＩｎＧａＡｓ
成長層におけるＩＩＩ族組成は、基板１の表面上でほぼ
一定になる。

【００１３】また、例えば、ＩｎＧａＡｓＰやＩｎＧａ
ＡｌＡｓなど、４元混晶材料に対しても、同様の方法に
よって組成の変動を有効に抑制することができる。例え
ばＩｎＰの（１１１）Ａ面を半導体マスクとして用いた
場合でも、Ｉｎ／Ｇａ比の増大抑制の効果はやや低下す
るが、図１（ｂ）に示した効果と類似した効果が認めら
れた。

【００１４】比較のため、図２（ａ）に示した、ＳｉＯ
₂マスクのみを用いた従来の場合の基板１とＳｉＯ₂マス
ク２の表面上における、メチル系Ｇａ原料種の相対的濃
度分布を図２（ｂ）に示した。図２（ｂ）から明らかな
ように、ＳｉＯ₂マスク２の上におけるメチル系Ｇａ原
料種の濃度は、基板１の露出された表面よりはるかに高
いため、Ｘ−Ｘ´方向において、ＳｉＯ₂マスク２の表
面上から基板１の露出された部分方向へ、メチル系Ｇａ
原料種が気相拡散や表面拡散によって移動する。

【００１５】メチル系Ｉｎ原料種においても、メチル系
Ｇａ原料種の場合とほぼ相似形の表面濃度分布が生ずる
が、Ｉｎ原料種は相対的に不安定な化学的性質を有して
いるので、互いに燐接するＳｉＯ₂マスク２の間におけ
るＩｎＧａＡｓ選択成長層では、Ｉｎ／Ｇａ比の増加が
生ずる。

【００１６】本発明およびＳｉＯ₂マスクのみを用いた
従来の場合について、選択成長したＩｎＧａＡｓの規格
化成長速度と歪率の、マスク幅依存性を図３に示した。
図３から明らかなように、ＳｉＯ₂マスクのみを用いた
従来の場合は、ＳｉＯ₂マスクの幅の増大にともなっ
て、規格化成長速度は増大するが、同時に歪率も増大し
てしまう。一方、ＳｉＯ₂マスク２と半導体マスク３を
併用した本発明の場合は、ＳｉＯ₂マスク幅が等しい場
合における規格化成長速度は、従来よりも若干低下する
が、歪率の変化は上記従来の場合よりはるかに少なく、
規格化成長速度が５以上の場合においても、０〜０．２
％であった。

【００１７】したがって、本発明において、規格化成長
速度が約５と十分大きい場合でも、比較的大きな臨界膜
厚を有する混晶半導体コア層を選択成長でき、その結
果、高品質な半導体光素子や半導体光集積素子の作製が
可能になった。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。＜実施例１＞図４に示したように、（１００）ｎ−Ｉｎ
Ｐ基板１の平坦な表面上に、ＳｉＯからなるマスク２、
２´を形成して、パターニング基板を作製した。

【００１９】マスク２、２´のストライプの方向は［０
１１］に平行とした。目空き幅ｂ´は１０μｍ、マスク
２´の幅ａ´は、レーザ用の半導体コア層が形成される
目空き領域の両端で１２０μｍとし、光導波路用の半導
体コア層が形成される目空き領域の両端では１２０μｍ
から０μｍまでテーパ状に漸減させた。

【００２０】目空き幅ｂとマスク幅ａの合計は、レーザ
用の半導体コア層が形成される目空き領域の両端で２０
０μｍとし、光導波路用の半導体コア層が形成される目
空き領域の両端では２００μｍから０μｍまで漸減させ
た。

【００２１】次に、ＴＭＩｎ（トリメチルインジウ
ム）、ＰＨ₃およびＳｉ₂Ｈ₆をソース・ガスとして用い
る周知の気相成長法を用いて、ｎ−ＩｎＰを成長させ、
図５に示したように、表面の面方位が（１１１）Ｂ面で
あるＩｎＰからなる半導体マスク３１を、目空き幅ｂが
１μｍである目空き領域上に形成した。この際、目空き
幅ｂ´が１０μｍである目空き領域上のみに、表面が平
坦なｎ−ＩｎＰ膜３１が形成され、この膜の表面の面方
位は（１００）面であった。

【００２２】周知の有機金属気相成長法を用いて、コア
層であるｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層５、ＩｎＧａＡｓＰ／Ｉ
ｎＧａＡｓＰ量子井戸層６および薄いｐ−ＩｎＰクラッ
ド層１０を順次積層して形成し、図６に示す構造を形成
した。ただし、上記ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層１１のみ
に１．３％の圧縮歪を加えた。図６に示したように、表
面方位が（１１１）Ｂ面である上記半導体マスク３上に
おける積層膜の成長膜厚は、表面面方位が（１００）面
である上記ｎ−ＩｎＰ膜３´上における成長膜厚より十
分小さかった。

【００２３】次に、上記ＳｉＯ₂からなるマスク２、２
´を、周知のエッチング方法を用いて除去した後、この
集積導波路をメサ形状にエッチングして電流狭窄層１６
を形成した。さらに、ｐ−ＩｎＰクラッド層１０、ｐ⁺
−コンタクト層１７を形成した後、ｐ側電極１８および
ｎ側電極１９を周知の方法を用いて形成して、図８に示
す低損失導波路集積化分布帰還型半導体レーザを形成し
た。

【００２４】図８に示したように、幅１２０μｍのＳｉ
Ｏ₂膜からなる絶縁体マスク２´に挟まれた幅が１０μ
ｍと均一な目空き領域上に形成された量子井戸層６の膜
厚はほぼ均一であり、この部分における発光波長は、図
７から明らかなように１．３０μｍであった。一方、Ｓ
ｉＯ₂膜２´の、幅が１２０μｍから０μｍ幅までテー
パ状に漸減されている部分に挟まれた、目空き領域上に
形成された量子井戸層６は、光軸に沿ってテーパ状に変
る膜厚分布を有し、発光波長は約１．３０μｍ〜１．０
０μｍまで連続的に変化した。

【００２５】ＳｉＯ₂膜からなる絶縁体マスク２´の幅
が、０μｍのときに発光波長が長くなるのは、Ｇａ原料
種の表面濃度が（１００）面より相対的に高い表面が
（１１１）Ｂ面の半導体マスク３の影響が、平坦部では
ほとんど無いためである。また、上記のように、コア層
全体の基板１に対する平均的格子歪率は、０．２％以下
であり、臨界膜厚が十分厚いコア層が得られた。従っ
て、基板に対する格子定数の差に起因する転位等は生じ
にくく、低しきい値特性が得られた。さらに、導波路部
端面のビーム径が拡大し、放射光径が小さくなるので、
フラット端面光ファイバとの光結合率を容易に高くする
ことができた。

【００２６】＜実施例２＞（１００）ｎ−ＩｎＰ基板１
の表面上に、ＳｉＯ₂からなる絶縁体マスク２およびｎ
−ＩｎＰからなる半導体マスク３を形成し、さらに回折
格子４を部分的に形成して図９に示すパタニング基板を
形成した。上記半導体マスク３は、実施例１と同様の方
法によって形成した。マスクストライプの方向は［０１
１］に平行であり、半導体マスク３の表面の面方位は
（１１１）Ｂ面である。ＳｉＯ₂マスク２の幅ａは９０
μｍ、半導体マスク３の幅ａ´´および目空き幅ｂは、
それぞれ２００μｍおよび１０μｍとした。

【００２７】次に、図１１に示したように、上記パター
ニング基板上に、コア層であるｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層５
およびＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層７およ
び薄いｐ−ＩｎＰクラッド層１０を、周知の有機金属気
相成長法を用いて順次積層して成長させた。ＩｎＧａＡ
ｓ井戸層１２のみに１．３％の圧縮歪を加えた。

【００２８】上記量子井戸層７を成長したときの、発光
波長のＳｉＯ₂マスク２の幅依存性を図１０に示した。
ＳｉＯ₂マスク２の幅ａは、上記のように９０μｍであ
るので、図１０から明らかなように、この場合の、Ｓｉ
Ｏ₂マスク２の間の目空き領域上に形成された量子井戸
層７の発光波長は１．５５μｍであった。

【００２９】一方、マスクが形成されていない平坦部上
に形成された量子井戸層７の発光波長は約１．３０μｍ
であった。このＳｉＯ₂マスク２の幅が０μｍの時に発
光波長が長くなるのは、Ｇａ原料種の表面濃度が（１０
０）面より相対的に高い（１１１）Ｂ面の半導体マスク
３の影響が平坦部ではほとんどど無いためである。

【００３０】以下、実施例１と同様に処理して、図１１
に示す低損失導波路集積化分布帰還型半導体レーザを形
成した。図１１に示したように、コア層５および７の膜
厚はレーザ部の方が導波路部よりも大きい。しかし、先
に説明したように、コア層５および７の格子歪率変化
は、レーザ部および光導波路部間においていずれも０．
２％以下であり、さらに、コア層全体の基板１に対する
平均的格子歪率も０．２％以下であった。

【００３１】すなわち、絶縁膜マスクのみを利用して選
択成長を行った場合に比べて、十分大きな臨界膜厚を有
する混晶半導体コア層を成長することができ、転位等に
よる光学的結晶性の劣化は生じにくい。その結果、低し
きい値特性を有する高品質な低損失導波路集積化分布帰
還型半導体レーザが作製できた。なお、マスク２、２´
として、本実施例では酸化シリコン膜を用いたが、酸化
シリコンの代わりに窒化シリコン膜を用いることができ
る。

【００３２】＜実施例３＞まず、実施例１で使用したも
のと同一のパタニング基板（図４、５）を形成した。次
に、上記パタニング基板上にｎ−ＩｎＧａＡｓＰコア層
５およびＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｌＡｓ量子井戸
層８、および薄いｐ−ＩｎＰクラッド層１０を、周知の
有機金属気相成長法を用いて順次積層して成長させた。
ＩｎＧａＡｌＡｓ井戸層１３にのみ、１．３％の圧縮歪
を加えた。

【００３３】ＳｉＯ₂マスク２および半導体マスク３を
除去した後、ｐ−ＩｎＰ層１０およびｐ⁺−コンタクト
層１７を成長し、さらにｐ側電極１８とｎ側電極１９を
形成した。得られた集積導波路をメサ形状にエッチング
した後、ＳｉＯ₂保護膜２０で覆い、図１３に示す低損
失導波路集積化半導体レーザを形成した。上記幅１２０
μｍのＳｉＯ₂マスク２´に挟まれた目空き領域上に形
成された量子井戸層８の膜厚は図１３に示したように、
均一であった。上記量子井戸層８を成長したときの発光
波長のＳｉＯ₂マスク２´の幅依存性を示した図１２か
ら明らかなように、発光波長は、１．３０μｍであっ
た。

【００３４】一方、１２０μｍから０μｍまで、幅がテ
ーパ状に漸減する上記ＳｉＯ₂マスク２´に挟まれた目
空き領域上に形成された量子井戸層８は、光軸に沿って
テーパ上の膜厚分布を有しており、そこでの発光波長は
約１．３０μｍ〜１．００μｍまで連続的に変化した。
本実施例においても、実施例１と同様に、コア層全体の
基板１に対する平均的格子歪率は、０．２％以下に抑制
できた。すなわち、成長層と基板との格子定数差に起因
する転位等が殆ど存在しない半導体コア層が得られ、そ
の結果、本実施例の集積化素子では、極めて低いしきい
値特性が得られた。さらに、導波路部端面のビーム径が
拡大し、放射光径が小さくなるので、フラット端面光フ
ァイバとの光結合率を容易に高くできた。

【００３５】＜実施例４＞図１４に示したように、平坦
な（１００）ｎ−ＩｎＰ基板１の表面上に、ＳｉＯ₂マ
スク２´および半導体マスク３を形成してパタニング基
板を形成した。マスクストライプの方向は［０１１］に
平行であり、半導体マスク３の表面の面方位は（１１
１）Ｂ面、目空き幅ｂ´は１０μｍとした。

【００３６】ＳｉＯ₂マスク２´の幅は、光軸方向に膜
厚が一定である半導体コア層が形成される目空き領域の
両端で１２０μｍとし、光軸方向に膜厚がテーパ状に順
次変化する半導体コア層が形成される目空き領域の両端
では、１２０μｍから０μｍまでテーパ状に漸減させ
た。半導体マスク３の幅は、光軸方向に膜厚が一定の半
導体コア層が形成される目空き領域の両端で２００μｍ
とし、光軸方向に膜厚がテーパ上に変化する半導体コア
層が形成される目空き領域の両端では２００μｍから０
μｍまで漸減させた。

【００３７】次に、上記パタニング基板上にｎ−ＩｎＧ
ａＡｓＰコア層５およびＩｎＧａＡｓＰバルク活性層
９、および薄いｐ−ＩｎＰクラッド層１０を、周知の有
機金属気相成長法を用いて、順次積層して成長させた。
以下、実施例３と同様に処理し、さらに、劈開端面にお
ける反射率が約０．１％である低反射膜２１を形成し
て、図１５に示す異種導波路集積化光増幅器を形成し
た。

【００３８】光軸方向における膜厚が一定であるＩｎＧ
ａＡｓＰバルク活性層９の発光波長は約１．３０μｍで
あり、光軸方向において膜厚がテーパ状に変化する活性
層９の発光波長は、約１．２９μｍ〜１．３１μｍの範
囲内でほぼ一定であった。上記実施例１と同様に、本実
施例においても、成長層と基板との間の格子定数差に起
因する転位などがほとんどど存在しない、高品質な半導
体コア層が得られた。本実施例で得られた光増幅器は、
偏波無依存特性を有し、しかも、導波路部端面のビーム
径が拡大し、放射光径が小さくなるので、フラット端面
光ファイバとの光結合率を容易に高くすることができ
た。

【００３９】＜実施例５＞まず、図１４に示したよう
に、上記実施例４で使用したと同一のパタニング基板を
形成した。次に、上記パタニング基板上にｎ−ＩｎＧａ
ＡｓＰコア層５、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ量子
井戸層７、および薄いｐ−ＩｎＰクラッド層１０を、周
知の有機金属気相成長法を用いて順次積層して成長し
た。ＩｎＧａＡｓＰ井戸層１１のみに、０．５％の引っ
張り歪を加えた。以下、実施例４と同様に処理して、図
１６に示す異種導波路集積化光増幅器を形成した。

【００４０】図７から明らかなように、光軸方向におけ
る膜厚が一定である量子井戸層６の発光波長は、約１．
３０μｍであり、また、光軸方向に膜厚がテーパ状に変
化する量子井戸層６における発光波長は約１．３０μｍ
〜１．００μｍまで連続的に変化した。本実施例によれ
ば、上記実施例１と同様に、成長層と基板との格子定数
差に起因する転位などが、ほとんど存在しない高品質な
半導体コア層が得られた。本実施例による光増幅器は、
約１．００μｍ〜１．３０μｍの範囲にわたる波長の信
号光を増幅できた。また、偏波無依存特性を有し、さら
に、導波路部端面のビーム径が拡大し、放射光径が小さ
くなるので、フラット端面光ファイバとの光結合率を容
易に高くできた。

【００４１】＜実施例６＞（１００）ｎ−ＩｎＰ基板１
の平坦な表面上に、ＳｉＯ₂マスク２´と半導体マスク
３を形成して、図１７に示すパターニング基板を形成し
た。マスクストライプの方向は［０１１］に平行であ
り、半導体マスク３の表面の面方位は（１１１）Ｂ面で
ある。目空き幅ｂは１０μｍとした。ＳｉＯ₂マスク２
´の幅は、１２０μｍから０μｍまでテーパ状に変化
し、半導体マスク３の幅は２００μｍから０μｍまでテ
ーパ状に変化させた。

【００４２】次に、上記パタニング基板上に、ｎ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰコア層５およびＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡ
ｓＰ量子井戸層６、および薄いｐ−ＩｎＰクラッド層１
０を周知の有機金属気相成長法を用いて、順次積層して
形成した。ＩｎＧａＡｓＰ井戸層１１のみに、０．５％
の引っ張り歪を加えた。以下、上記実施例４と同様に処
理して、図１８に示す光増幅器を形成した。

【００４３】図７に示したように、量子井戸層６の発光
波長は、素子全体で約１．００μｍ〜１．３０μｍまで
連続的に変化した。上記実施例１と同様に、本実施例に
おいても、成長層と基板との格子定数差に起因する転位
等が殆ど存在しない高品質な半導体結晶が得られた。本
実施例による光増幅器は、波長範囲が約１．００μｍ〜
１．３０μｍである信号光を増幅できた。また、偏波無
依存特性および高出力特性を有すると共に、片側の劈開
端面ではビーム径が拡大され、放射光径が小さくなるの
で、フラット端面光ファイバとの光結合率を容易に高く
できる。

【００４４】〈実施例７〉図１９（ｉ）に示したよう
に、（１００）ｎ−ＩｎＰ基板１の平坦な表面上にＳｉ
Ｏ₂膜を全面に形成した後、周知のホトエッチング法を
用いて所定部分を除去し、ＳｉＯ₂マスク２を有するパ
タニング基板を形成した。マスクストライプの方向は
［０１１］と平行であり、マスク幅ａは１μｍ、目空き
幅ｂは３μｍ、ａ´´は約２００μｍとした。

【００４５】臭素濃度が１％であるメタノール溶液を使
用して基板１の露出された部分をエッチングし、図１９
（ｉｉ）に示したように、（１１１）Ａ面２２を形成し
た。この（１１１）Ａ面２２は、半導体マスクとして利
用される。

【００４６】幅が最も広いＳｉＯ₂マスク２の中央部を
上記方法によって除去し、図１９（ｉｉｉ）に示すパタ
ーニング基板を形成した。マスク幅ａ´は１２０μｍ、
目空き幅ｂ´は１０μｍである。幅１２０μｍのＳｉＯ
₂マスク２に挟まれた半導体基板１上には、同一基板上
のＳｉＯ₂マスク２から十分離れた個所とほぼ等しいＩ
ＩＩ族組成比の混晶半導体が成長する。その結果、格子
不整合に起因する欠陥が少ない高品質な半導体コア層が
形成できる。本実施例において、エッチングによって形
成された半導体マスク２２は、上記実施例１〜６におい
て、結晶成長によって形成された半導体マスクと類似し
た効果が得られるので、半導体光素子に同様に使用でき
る。

【００４７】

【発明の効果】上記説明から明らかなように、本発明に
よれば、同一基板上に絶縁膜マスクと共に半導体マスク
を有するパタニング基板を用い、マスク間の目空き領域
上に半導体コア層が選択的に形成される。本発明によれ
ば、上記絶縁体マスクおよび半導体マスクの幅を、それ
ぞれ最適に設定すえることにより、同一面内のＩｎを含
む混晶半導体層のＩＩＩ族組成変化を低減することがで
きる。従って、臨界膜厚の大きな半導体結晶が得られ、
その結果、高品質な半導体光集積素子が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の作用を説明するための図、

【図２】本発明の作用を説明するための図、

【図３】成長速度および歪率のＳｉＯ₂マスク膜厚依存
性を示す図、

【図４】本発明の第１および第３の実施例を説明するた
めの図、

【図５】本発明の第１および第３の実施例を説明するた
めの図、

【図６】本発明の第１の実施例を説明するための図、

【図７】量子井戸層の発光波長のＳｉＯ₂マスク幅依存
性を示す図、

【図８】本発明の第１の実施例において形成された半導
体光集積素子の斜視図、

【図９】本発明の第２の実施例において用いたパタニン
グ基板を示す斜視図、

【図１０】量子井戸層の発光波長のＳｉＯ₂マスク膜幅
依存性を示す図、

【図１１】本発明の第２の実施例において形成された半
導体光集積素子を示す斜視図、

【図１２】量子井戸層の発光波長のＳｉＯ₂マスク幅依
存性を示す図、

【図１３】本発明の第３の実施例において形成された半
導体光集積素子の斜視図、

【図１４】本発明の第４および第５の実施例におけるパ
タニング基板の斜視図、

【図１５】本発明の第４の実施例によって形成された半
導体光集積素子の斜視図、

【図１６】本発明の第５の実施例によって形成された半
導体光集積素子の斜視図、

【図１７】本発明の第６の実施例におけるパタニング基
板の斜視図、

【図１８】本発明の第６の実施例において形成された半
導体光素子の斜視図、

【図１９】本発明の第７の実施例を説明するための工程
図。

【符号の説明】

１……（１００）ｎ−ＩｎＰ、２……ＳｉＯ₂マス
ク、３……（１１１）Ｂ面半導体マスク、３´……ｎ
−ＩｎＰ層、４……回折格子、５……ｎ−ＩｎＧａＡ
ｓＰ層、６……ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ量子井
戸層、７……ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸
層、８……ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｌＡｓ量子井
戸層、９……ＩｎＧａＡｓＰバルク活性層、１０……
ｐ−ＩｎＰ層、１１……ＩｎＧａＡｓＰ井戸層、１２
……ＩｎＧａＡｓ井戸層、１３……ＩｎＧａＡｌＡｓ井
戸層、１４……ＩｎＧａＡｓＰ障壁層、１５……Ｉｎ
ＧａＡｌＡｓ障壁層、１６……電流狭窄層、１７……
ｐ⁺−コンタクト層、１８……ｐ側電極、１９……
ｎ側電極、２０……ＳｉＯ₂保護膜、２１……低反射
膜、２２……半導体マスク。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大平昌輝東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に形成された化合物半導体か
らなるコア層およびクラッド層を少なくとも具備し、上
記コア層は、膜厚若しくは膜厚および組成の両者が、単
調かつ滑らかに変化する部分を有し、上記コア層の相対
的膜厚変化率の最大値は２．５倍以上であり、かつ、上
記コア層の上記半導体基板の基板面と垂直な方向におけ
る相対的な格子歪率差が、全領域で０．２％以下である
ことを特徴とする半導体光素子。
【請求項２】半導体基板上に形成された化合物半導体か
らなるコア層およびクラッド層を少なくとも具備し、上
記コア層は、膜厚若しくは膜厚および組成の両者が、単
調かつ滑らかに変化する部分を有し、上記コア層の相対
的膜厚変化率の最大値は２．５倍以上であり、かつ、上
記コア層の上記半導体基板の基板面と垂直な方向におけ
る平均的格子歪率の絶対値が、全領域で０．２％以下で
あることを特徴とする半導体光素子。
【請求項３】上記コア層は、ＩＩＩ族原子として少なく
ともＩｎを含む混晶半導体層を有することを特徴とする
請求項１若しくは２に記載の半導体光素子。
【請求項４】上記半導体素子は、レーザ、光増幅器、光
導波路、光変調器、光スイッチ若しくは光検出器である
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一に記載の
半導体光素子。
【請求項５】上記レーザ、光増幅器、光導波路、光変調
器、光スイッチおよび光検出器からなる群から選択され
た少なくとも２種を具備していることを特徴とする請求
項４に記載の半導体光素子。
【請求項６】上記コア層が量子井戸構造を含んでいるこ
とを特徴とする請求項４若しくは５に記載の半導体光素
子。
【請求項７】上記半導体光素子は半導体レーザーであ
り、当該半導体レーザーの活性層における量子井戸層の
圧縮歪率が１．０以上１．５％以下であることを特徴と
する請求項６に記載の半導体光素子。
【請求項８】上記半導体光素子は半導体光増幅器であ
り、当該半導体光増幅器の活性層における井戸層の引っ
張り歪率が０．４以上０．６％以下であることを特徴と
する請求項６に記載の半導体光素子。
【請求項９】上記半導体光素子は光増幅器であり、当該
光増幅器の活性層はバルクであることを特徴とする請求
項４若しくは５に記載の半導体光素子。
【請求項１０】上記コア層は、少なくともＩｎＧａＡｓ
Ｐを含むことを特徴とする請求項１から９のいずれか一
に記載の半導体光素子。
【請求項１１】上記クラッド層は、ＩｎＰからなること
を特徴とする請求項１から１０のいずれか一に記載の半
導体光素子。
【請求項１２】上記半導体基板と上記コア層の間にはＩ
ｎＰ層が介在していることを特徴とする請求項１から１
１のいずれか一に記載の半導体光素子。
【請求項１３】半導体基板の表面上に、所定の形状を有
する絶縁体膜からなる絶縁体マスクを形成する工程と、
上記半導体基板の露出された表面上にエピタキシャル成
長を行って、上記半導体基板の基板面と平行な面方位を
有する第１の半導体膜および上記基板表面とは異なる面
方位を有する第２の半導体膜からなる半導体マスクを形
成する工程と、上記第１の半導体膜上に、半導体膜から
なるコア層およびクラッド層を順次積層して形成する工
程を少なくとも含むことを特徴とする半導体光素子の製
造方法。
【請求項１４】半導体基板の表面上に所定の形状を有す
る絶縁体膜からなる絶縁体マスクを形成する工程と、上
記半導体基板の露出された表面をエッチングして、上記
半導体基板の基板面とは異なる面方位を有する半導体面
を形成する工程と、上記基板面と平行な面方位を有する
露出された半導体面上に、半導体膜からなるコア層およ
びクラッド層を順次積層して形成する工程を少なくとも
含むことを特徴とする半導体光素子の製造方法。
【請求項１５】上記絶縁体マスクは、マスク幅が異なる
複数のマスクからなり、互いに隣り合う上記マスクの間
の第１の間隙によって露出された上記半導体基板表面の
第１の領域上に、半導体膜からなるコア層およびクラッ
ド層が順次積層して形成され、上記第１の間隙より幅が
小さい第２の間隙によって露出された上記半導体基板表
面の第２の領域は半導体マスクとして使用されることを
特徴とする請求項１３若しくは１４に記載の半導体光素
子の製造方法。
【請求項１６】上記絶縁体マスクは、第１の絶縁体マス
クおよび当該第１の絶縁体マスクよりマスク幅が小さい
第２の絶縁体マスクからなり、当該第２の絶縁体マスク
をエッチングして除去することによって露出された上記
半導体基板の表面上には、半導体層からなるコア層およ
びクラッド層が順次積層して形成されることを特徴とす
る請求項１３から１５のいずれか一に記載の半導体光素
子の製造方法。
【請求項１７】上記半導体基板の面方位が（１００）面
と平行であることを特徴とする請求項１３から１６のい
ずれか一に記載の半導体光素子の製造方法。
【請求項１８】上記半導体マスクの面方位が（ｎ１１）
面（ｎは５以下の整数）であることを特徴とする請求項
１３から１７のいずれか一に記載の半導体光素子の製造
方法。
【請求項１９】上記半導体マスクの面方位が（１１１）
Ｂ面であることを特徴とする請求項１８に記載の半導体
光素子の製造方法。
【請求項２０】上記半導体マスクの面方位が（１１１）
Ａ面であることを特徴とする請求項１８に記載の半導体
光素子の製造方法。
【請求項２１】上記絶縁体マスクは、酸化シリコンおよ
び窒化シリコンからなる群から選ばれた材料からなる膜
であることを特徴とする請求項１３から２０のいずれか
一に記載の半導体光素子の製造方法。