WO2018211689A1 - 半導体装置、半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置、半導体装置の製造方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor device having a semiconductor laser portion and an optical modulator or an optical waveguide on the same substrate, and a method for manufacturing the semiconductor device.
  • Patent Document 1 discloses that a butt joint technique is one of methods for integrally forming a plurality of optical elements such as a semiconductor laser or an optical modulator on a semiconductor substrate.
  • Patent Document 1 discloses that the butt joint technique is a technique in which a plurality of optical elements are butt-joined by aligning the optical axes on the same substrate.
  • an optical modulator or an optical waveguide is formed by butt joint growth in a state where a plurality of crystal layers having different compositions such as an active layer and a cladding layer are exposed on the side surfaces.
  • the crystal quality of the side surface portion of the butt joint growth layer is deteriorated.
  • the initial characteristics or reliability of the device deteriorates.
  • Another problem of the integrated device is that carriers injected into the active layer reach the butt joint interface through the well layer and the carriers concentrate on the butt joint. Carrier concentration deteriorates the reliability of semiconductor devices.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a semiconductor device capable of suppressing deterioration in characteristics of a semiconductor device in which a plurality of portions having different functions are joined, and a method for manufacturing the semiconductor device.
  • a semiconductor device includes a substrate, a semiconductor laser part formed on the substrate and having an active layer, and a light having a core layer formed on the substrate and in contact with the semiconductor laser part.
  • An adjacent portion that is a modulator or an optical waveguide, and a portion of the semiconductor laser portion that contacts the adjacent portion is disordered.
  • a method of manufacturing a semiconductor device includes a step of forming a semiconductor laser part having an active layer on a substrate, and an optical modulator or an optical waveguide joined to the semiconductor laser part and a butt joint on the substrate.
  • Another method of manufacturing a semiconductor device includes a step of forming a multilayer structure having an active layer on a substrate, a disordering step of disordering a part of the multilayer structure, A removal step of forming a semiconductor laser part having a non-disordered part and a disordered disordered part by removing a part of the disordered part and having the disordered part exposed on the side surface; Forming an adjacent portion which is an optical modulator or an optical waveguide bonded to the semiconductor laser portion and a butt joint on the substrate.
  • the present invention it is possible to suppress deterioration in characteristics of a semiconductor device in which parts having different functions are joined by disordering the butt joint joint.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a first embodiment. It is sectional drawing of the semiconductor device after epitaxial growth. It is a top view which shows a mask. It is sectional drawing of the semiconductor device after an etching. It is sectional drawing which shows an adjacent part. It is sectional drawing which shows an implantation mask and a disordered part. It is a top view which shows a mask. It is a perspective view of the semiconductor device in which the electrode was formed.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a second embodiment. It is sectional drawing which shows the multilayer structure which has an active layer. It is a top view of an implantation mask. It is sectional drawing which shows an implantation mask and a disordered part. It is a top view of a new mask. It is sectional drawing of the semiconductor device after a removal process. It is a perspective view of the semiconductor device in which the electrode was formed.
  • a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, and repeated description may be omitted.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device 10 according to the first embodiment.
  • the semiconductor device 10 constitutes a ridge type optical integrated element in which a semiconductor laser part 12 and an adjacent part 14 constituted by an EA (Electro-Absorption) modulator are integrated.
  • the adjacent portion 14 can be an optical modulator other than the EA modulator or an optical waveguide.
  • a broken line indicates a boundary between the semiconductor laser portion 12 and the adjacent portion 14.
  • the semiconductor device 10 includes a substrate 16 made of, for example, n-type InP.
  • a lower cladding layer 18 made of, for example, n-type InP is provided on the substrate 16 .
  • an active layer 20 is formed in the semiconductor laser portion 12, and a core layer 30 is formed in the adjacent portion 14.
  • Both the active layer 20 and the core layer 30 have an InGaAsP multiple quantum well (MQW) structure.
  • the active layer 20 and the core layer 30 are connected by a butt joint.
  • the active layer 20 may have a structure in which an MQW structure is sandwiched between an upper SCH (Separated Confinement Heterostructure) layer and a lower SCH layer.
  • the SCH layer is an InGaAsP separate confinement heterolayer.
  • the core layer 30 may have two SCH layers.
  • a first upper cladding layer 22 made of, for example, p-type InP is provided on the active layer 20.
  • a second upper clad layer 32 made of, for example, p-type InP is provided on the core layer 30.
  • a first upper cladding layer 22 is provided in the semiconductor laser portion 12, and a second upper cladding layer 32 is provided in the adjacent portion 14.
  • a contact layer 40 made of, for example, p-type InGaAs is formed on the first upper cladding layer 22 and the second upper cladding layer 32.
  • the semiconductor laser unit 12 includes a lower cladding layer 18, an active layer 20, and a first upper cladding layer 22.
  • the adjacent portion 14 includes a lower cladding layer 18, a core layer 30, and a second upper cladding layer 32. As described above, the semiconductor laser portion 12 and the adjacent portion 14 in contact with the semiconductor laser portion 12 are formed on the substrate 16.
  • the portion in contact with the adjacent portion 14 of the semiconductor laser portion 12 is disordered.
  • a portion of the adjacent portion 14 that contacts the semiconductor laser portion 12 is disordered.
  • These disordered portions form disordered portions 42.
  • the disordered portion 42 is formed across the semiconductor laser portion 12 and the adjacent portion 14 at a portion including the boundary between the semiconductor laser portion 12 and the adjacent portion 14.
  • the disordered part 42 is a part in which the band gap is expanded by disordering the multiple quantum well structure. Therefore, the disordered portion of the active layer 20 has a larger band gap than the non-disordered portion of the active layer 20.
  • the disordered portion of the core layer 30 has a larger band gap than the unordered portion of the core layer 30.
  • the disordered portion is transparent to the laser oscillation light.
  • the adjacent part 14 is an optical modulator or an optical waveguide
  • the case where the adjacent part 14 is comprised with an optical waveguide is demonstrated here.
  • the lower clad layer 18 is formed on the substrate 16 made of n-type InP, and then the active layer 20 and the first upper clad layer 22 are epitaxially grown sequentially.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the semiconductor device after epitaxial growth.
  • the lower cladding layer 18 is n-type InP
  • the active layer 20 has an InGaAsP multiple quantum well structure
  • the first upper cladding layer 22 is p-type InP.
  • the left side of the broken line is a portion that becomes the semiconductor laser portion 12, and the right side of the broken line is a portion that becomes the adjacent portion 14.
  • FIG. 3 is a plan view showing the mask 24.
  • the mask 24 is formed in a stripe shape on the first upper cladding layer 22 of the semiconductor laser section 12.
  • Material of the mask 24 is, for example, SiO 2.
  • the pattern of the mask 24 is formed by performing photo-etching using a resist pattern, for example.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the semiconductor device after etching.
  • a portion not covered with the mask 24 by dry etching such as RIE is etched halfway through the active layer 20. Further, the remaining portion of the active layer 20 is etched by etching using a chemical solution having etching selectivity of InGaAsP and InP such as tartaric acid. Thereby, the lower cladding layer 18 is exposed. The lower cladding layer 18 may be exposed by another method. Thus, the semiconductor laser portion 12 having the active layer 20 is formed on the substrate 16.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing the adjacent portion 14.
  • the core layer 30 and the second upper cladding layer 32 are epitaxially grown sequentially.
  • the core layer 30 is formed on the lower cladding layer 18 of the adjacent portion 14, and the second upper cladding layer 32 is formed on the core layer 30.
  • This growth is called butt joint growth.
  • the adjacent portion 14 joined to the semiconductor laser portion 12 and the butt joint is formed on the substrate 16.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing the implantation mask 44.
  • the implantation mask 44 is formed on the first upper cladding layer 22 and the second upper cladding layer 32.
  • the implantation mask 44 has an opening 44a in the butt joint portion. The opening 44a extends over the semiconductor laser part 12 and the adjacent part 14.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining processing in the disordering step.
  • impurities are implanted into the semiconductor laser portion 12 and the adjacent portion 14 through the opening 44 a of the implantation mask 44.
  • Thermal annealing is performed after impurity ion implantation.
  • FIG. 6 shows that the disordered portion 42 is formed by disordering a part of the semiconductor laser portion 12 and the adjacent portion 14 by implanting Si ions from the upper surface side and performing thermal annealing.
  • the disordered portion 42 extends from the upper surface of the first upper cladding layer 22 to the middle of the lower cladding layer 18 in the semiconductor laser unit 12 and extends from the upper surface of the second upper cladding layer 32 to the middle of the lower cladding layer 18 in the adjacent portion 14. It extends.
  • the bottom surface of the disordered portion 42 is above the lower surface of the lower cladding layer 18.
  • the disordered portion 42 may be formed on the substrate 16 by the bottom surface of the disordered portion 42 extending below the lower surface of the lower cladding layer 18.
  • a layer serving as a diffusion source is formed immediately above the boundary between the first upper cladding layer 22 and the second upper cladding layer 32, impurities are diffused from the layer, and then thermal annealing is performed to form the disordered portion 42. It may be formed.
  • the implantation mask 44 is removed with, for example, hydrofluoric acid, and film formation is performed.
  • the first upper cladding layer 22 and the second upper cladding layer 32 are thickened by additionally growing a cladding layer made of p-type InP.
  • the contact layer 40 is grown on the first upper cladding layer 22 and the second upper cladding layer 32.
  • the contact layer 40 is preferably formed with an opening that exposes a boundary portion between the semiconductor laser portion 12 and the adjacent portion 14.
  • the material of the contact layer 40 is, for example, p-type InGaAs. 1 is obtained by the additional growth of the first upper cladding layer 22 and the second upper cladding layer 32 and the growth of the contact layer 40.
  • FIG. 7 is a plan view showing the mask 50.
  • the mask 50 is a SiO 2 film formed by performing photo-etching using a resist pattern, for example.
  • the portion exposed from the mask 50 is etched using the mask 50 as a mask.
  • the contact layer 40, the first upper cladding layer 22, and the second upper cladding layer 32 are etched by dry etching such as RIE.
  • the basic crystal structure of the semiconductor device 10 shown in FIG. 1 is completed by removing the mask 50 using hydrofluoric acid.
  • Each process so far is a process of disordering a part of the structure in which the active layer 20 and the core layer 30 are provided adjacent to each other on the substrate 16.
  • a process other than the above process may be employed.
  • FIG. 8 is a perspective view of a semiconductor device on which electrodes are formed.
  • the first ridge structure R1 of the semiconductor laser part 12 and the second ridge structure R2 of the adjacent part 14 are connected by a butt joint.
  • An electrode EL1 is formed on the contact layer 40 of the semiconductor laser section 12.
  • An electrode EL ⁇ b> 2 is formed on the contact layer 40 in the adjacent portion 14.
  • a portion including the boundary between the semiconductor laser portion 12 and the adjacent portion 14 may be called a passive waveguide. By not providing the contact layer 40 in this passive waveguide, the isolation between the semiconductor laser portion 12 and the adjacent portion 14 can be enhanced. Note that the contact layer 40 may be provided in the passive waveguide if such isolation improvement is unnecessary.
  • a plurality of layers having different physical properties are exposed on the side surface of the semiconductor laser portion 12, and the crystal quality of the side surface portion of the adjacent portion 14 grown by butt joint so as to be in contact with the side surface is deteriorated.
  • the portion of the adjacent portion 14 that contacts the semiconductor laser portion 12 is disordered, and this portion is transparent to the laser oscillation light. Therefore, deterioration of the characteristics of the semiconductor device can be suppressed.
  • the active layer 20 may be a strained active layer.
  • the strain active layer is an active layer in which layers having different strains are typically provided at intervals of several nm.
  • the strain active layer is provided for the purpose of improving the light output.
  • a strained active layer is used as the active layer 20
  • the crystal quality of the side surface portion of the adjacent portion 14 is remarkably deteriorated, so that the side surface portion is disordered so that the characteristics of the semiconductor device are largely deteriorated.
  • the disorder of crystallinity is recovered by forming the disordered portion 42. It is preferable to avoid an increase in the size of the semiconductor device by shortening the length of the disordered portion 42 in the resonator direction which is the x direction in FIG.
  • the semiconductor device 10 and the manufacturing method of the semiconductor device 10 according to the first embodiment can be variously modified without losing the characteristics.
  • the semiconductor device 10 is a waveguide integrated semiconductor laser element. That is, the optical waveguide was joined to the semiconductor laser unit 12 by butt joint.
  • the optical modulator integrated semiconductor laser element in which the optical modulator is butt-jointed to the semiconductor laser unit 12 can also achieve the above effect by forming the disordered part.
  • the semiconductor laser unit 12 may be provided with a diffraction grating layer.
  • the widths of the first ridge structure R1 and the second ridge structure R2 may be different.
  • the ridge height of the first ridge structure R1 may be different from the ridge height of the second ridge structure R2.
  • the active layer 20 is provided on the entire semiconductor laser portion 12, and the core layer 30 is provided only on the second ridge structure R2.
  • the first ridge structure R1 has a smaller z-direction length than the second ridge structure R2.
  • the additional growth of the first upper cladding layer 22 and the second upper cladding layer 32 may be omitted if unnecessary.
  • the modifications described in the first embodiment can be applied to the semiconductor device and the method for manufacturing the semiconductor device according to the following embodiment. It should be noted that the semiconductor device and the method for manufacturing the semiconductor device according to the following embodiment have much in common with the first embodiment, and therefore the description will focus on the difference from the first embodiment.
  • FIG. FIG. 9 is a cross-sectional view of the semiconductor device 60 according to the second embodiment.
  • a portion of the semiconductor laser portion 12 that is in contact with the adjacent portion 14 is a disordered disordered portion 62.
  • the portion of the adjacent portion 14 in contact with the semiconductor laser portion 12 is not disordered. That is, the disordered part 62 is formed only in the semiconductor laser part 12.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a multilayer structure having the active layer 20.
  • the multilayer structure is the lower cladding layer 18, the active layer 20, and the first upper cladding layer 22, but other layers may be added as necessary.
  • the multilayer structure is preferably formed over the entire portion where the semiconductor laser portion 12 and the adjacent portion 14 are formed.
  • FIG. 11 is a plan view of the implantation mask 64.
  • the implantation mask 64 is formed in a stripe shape in a portion that becomes the semiconductor laser portion 12.
  • the implantation mask 64 is not formed at the boundary between the semiconductor laser portion 12 and the adjacent portion 14. Therefore, the implantation mask 64 and the boundary are separated by a predetermined distance.
  • FIG. 12 shows that the disordered part 62 is formed in a part of the semiconductor laser part 12 and the disordered part 66 is formed in the adjacent part 14 by implanting Si ions from the upper surface side and performing thermal annealing. .
  • the disordered portion 66 is formed in the entire adjacent portion 14 in plan view.
  • FIG. 13 is a plan view of a new mask 70.
  • the mask 70 is formed in a stripe shape in the semiconductor laser portion 12.
  • the mask 70 reaches the boundary between the semiconductor laser portion 12 and the adjacent portion 14.
  • the material of the implantation mask 64 and the mask 70 is, for example, SiO 2 .
  • a part of the disordered portion of the multilayer structure is removed using the mask 70 as a mask.
  • This process is called a removal process.
  • the disordered portions 62 and 66 exposed from the mask 70 are removed, and the lower cladding layer 18 is exposed.
  • a method for removing the disordered portions 62 and 66 exposed from the mask 70 is not particularly limited. For example, it is preferable that etching is performed to the middle of the active layer 20 by dry etching, and then selective etching is performed such that the etching rate for the active layer 20 is higher than the etching rate of the lower cladding layer 18 below the active layer 20.
  • the dry etching is, for example, RIE, and the selective etching is, for example, etching with tartaric acid. Since the adjacent portion 14 is disordered, the etching depth in etching with tartaric acid can be made uniform. That is, the exposed upper surface of the lower cladding layer 18 can be made flat. Further, side etching in wet etching can be suppressed by improving crystallinity by disordering. Since the above-described effect can be obtained by removing the disordered portion in the removal step, it is preferable to remove only the disordered portion of the multilayer structure in the removal step.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of the semiconductor device after the removal process.
  • the semiconductor laser part 12 By removing a part of the disordered part 62 and the whole disordered part 66 by the removing step, the semiconductor laser part 12 having a part that is not disordered and a part that is disordered is formed.
  • the disordered part is the disordered part 62.
  • the disordered portion 62 is exposed on the side surface of the semiconductor laser portion 12.
  • the adjacent portion 14 is formed. Specifically, butt joint growth is performed to form the adjacent portion 14 in contact with the semiconductor laser portion 12.
  • the adjacent portion 14 is an optical modulator or an optical waveguide that is butt-joined to the semiconductor laser portion 12. Since the disordered disordered part 62 is formed on the side surface of the semiconductor laser part 12, the side part of the semiconductor laser part 12 is a stable crystal. Therefore, the crystallinity of the portion in contact with the semiconductor laser portion 12 in the adjacent portion 14 can be improved.
  • the mask 70 is removed, and the first upper cladding layer 22 and the second upper cladding layer 32 are additionally grown to form the contact layer 40.
  • a mask 50 shown in FIG. 7 is formed.
  • the contact layer 40, the first upper cladding layer 22 and the second upper cladding layer 32 exposed from the mask 50 are etched by, for example, dry etching.
  • the mask 50 is removed using hydrofluoric acid. Thereby, the basic crystal structure of the semiconductor device 60 shown in FIG. 9 is completed.
  • FIG. 15 is a perspective view of the semiconductor device 60 on which electrodes are formed.
  • the first ridge structure R1 of the semiconductor laser part 12 and the second ridge structure R2 of the adjacent part 14 are connected by a butt joint.
  • An electrode EL1 is formed on the contact layer 40 of the semiconductor laser section 12.
  • An electrode EL ⁇ b> 2 is formed on the contact layer 40 in the adjacent portion 14.
  • disordering is performed after the butt joint growth, but in the second embodiment, disordering is performed before the butt joint growth. Therefore, the adjacent portion 14 can be butt-jointed with respect to the semiconductor laser portion 12 in which the disordered portion having a stable crystal composition on the side surface is exposed. For this reason, it is possible to prevent the crystal quality of the portion of the adjacent portion 14 in contact with the semiconductor laser portion 12 from deteriorating.

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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

基板と、該基板の上に活性層を含む複数の層が積層されることで形成された半導体レーザ部と、該基板の上にコア層を含む複数の層が積層されることで形成された、該半導体レーザ部にバットジョイント接合することで接する光変調器又は光導波路である隣接部と、を備える。該半導体レーザ部と該隣接部がバットジョイント接合した半導体装置において、少なくとも該半導体レーザ部の該隣接部に接する部分は無秩序化されたことを特徴とする。

Description

半導体装置、半導体装置の製造方法
　この発明は、半導体レーザ部と光変調器又は光導波路とを同一基板に有する半導体装置とその半導体装置の製造方法に関する。
　光通信ネットワークの大容量化に伴う要求から、光変調器あるいは光導波路を集積した半導体レーザ素子の利用が増えている。複数の機能を集積した光素子では、機能ごとに異なる結晶構造が必要となる。そのような光素子の作製方法として、絶縁膜マスクを用いた部分エッチングと再成長を繰り返す方法をとることが多い。
　特許文献１には、半導体レーザ又は光変調器等の複数の光素子を半導体基板上に集積形成する手法の一つにバットジョイント技術があることが開示されている。特許文献１には、バットジョイント技術とは、同一基板上に光軸を揃えて、複数の光素子を突き合わせ接合させる技術であることが開示されている。
日本特開２０１０－１６５７５９号公報
　例えば活性層とクラッド層などの組成の異なる複数の結晶層が側面に露出した状態で、バットジョイント成長で光変調器又は光導波路を形成する場合を考える。この場合、局所的に組成および格子定数等が異なる複雑な側面に対してバットジョイント成長を行うことになるので、バットジョイント成長層の側面部分の結晶品質が悪化してしまう。バットジョイント成長層の側面部分の結晶品質が悪化すると、装置の初期特性又は信頼性が劣化する。
　特に活性層として歪活性層を用いる場合、バットジョイント成長では周期的に歪が変化した側面に結晶成長を行うことになる。この場合、バットジョイント成長層の側面部分の結晶品質の悪化が顕著になる。
　また集積素子のもう一つの問題として、活性層に注入されたキャリアが井戸層を伝ってバットジョイント界面まで到達し、バットジョイント部にキャリアが集中することが挙げられる。キャリアの集中は半導体装置の信頼性を悪化させる。
　本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、複数の機能の異なる部分を接合した半導体装置の特性悪化を抑制できる半導体装置とその半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
　本願の発明にかかる半導体装置は、基板と、該基板の上に形成され、活性層を有する半導体レーザ部と、該基板の上に形成され、コア層を有し、該半導体レーザ部に接する光変調器又は光導波路である隣接部と、を備え、該半導体レーザ部の該隣接部に接する部分は無秩序化されたことを特徴とする。
　本願の発明にかかる半導体装置の製造方法は、基板の上に、活性層を有する半導体レーザ部を形成する工程と、該基板の上に該半導体レーザ部とバットジョイント接合された光変調器又は光導波路である隣接部を形成する工程と、該半導体レーザ部の該隣接部に接する部分と、該隣接部の該半導体レーザ部に接する部分とを無秩序化する無秩序化工程と、を備えたことを特徴とする。
　本願の発明にかかる他の半導体装置の製造方法は、基板の上に、活性層を有する多層構造を形成する工程と、該多層構造の一部を無秩序化する無秩序化工程と、該多層構造のうち無秩序化された部分の一部を除去することで、無秩序化されていない部分と無秩序化された無秩序部を有し、側面に該無秩序部が露出した半導体レーザ部を形成する除去工程と、該基板の上に、該半導体レーザ部とバットジョイント接合された光変調器又は光導波路である隣接部を形成する工程と、を備えたことを特徴とする。
　本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。
　この発明によれば、バットジョイント接合部を無秩序化することで、複数の機能の異なる部分を接合した半導体装置の特性悪化を抑制できる。
実施の形態１に係る半導体装置の断面図である。 エピタキシャル成長後の半導体装置の断面図である。 マスクを示す平面図である。 エッチング後の半導体装置の断面図である。 隣接部を示す断面図である。 注入マスクと無秩序部を示す断面図である。 マスクを示す平面図である。 電極が形成された半導体装置の斜視図である。 実施の形態２に係る半導体装置の断面図である。 活性層を有する多層構造を示す断面図である。 注入マスクの平面図である。 注入マスクと無秩序部を示す断面図である。 新たなマスクの平面図である。 除去工程後の半導体装置の断面図である。 電極が形成された半導体装置の斜視図である。
　本発明の実施の形態に係る半導体装置と半導体装置の製造方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る半導体装置１０の断面図である。半導体装置１０は、半導体レーザ部１２と、ＥＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）変調器で構成された隣接部１４を集積したリッジ型光集積素子を構成している。隣接部１４は、ＥＡ変調器以外の光変調器又は光導波路とすることができる。破線は半導体レーザ部１２と隣接部１４の境界を示す。
　半導体装置１０は例えばｎ型ＩｎＰで形成された基板１６を備えている。基板１６の上には、例えばｎ型ＩｎＰで形成された下クラッド層１８が設けられている。下クラッド層１８の上には、半導体レーザ部１２においては活性層２０が形成され、隣接部１４においてはコア層３０が形成されている。活性層２０とコア層３０はともにＩｎＧａＡｓＰの多重量子井戸（ＭＱＷ）構造となっている。活性層２０とコア層３０はバットジョイントで接続されている。活性層２０は、上側のＳＣＨ（Ｓｅｐａｒａｔｅｄ　Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ　Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）層と下側のＳＣＨ層でＭＱＷ構造を挟み込む構成としてもよい。ＳＣＨ層とはＩｎＧａＡｓＰ分離閉じ込めヘテロ層である。コア層３０も同様に２層のＳＣＨ層を有してもよい。
　活性層２０の上には、例えばｐ型ＩｎＰで形成された第１上クラッド層２２が設けられている。コア層３０の上には、例えばｐ型ＩｎＰで形成された第２上クラッド層３２が設けられている。半導体レーザ部１２に第１上クラッド層２２が設けられ、隣接部１４に第２上クラッド層３２が設けられている。第１上クラッド層２２と第２上クラッド層３２の上には例えばｐ型ＩｎＧａＡｓを材料とするコンタクト層４０が形成されている。
　半導体レーザ部１２は、下クラッド層１８と、活性層２０と、第１上クラッド層２２を備えている。隣接部１４は、下クラッド層１８と、コア層３０と、第２上クラッド層３２を備えている。このように、基板１６の上に半導体レーザ部１２と、半導体レーザ部１２に接する隣接部１４とが形成されている。
　半導体レーザ部１２の隣接部１４に接する部分は無秩序化されている。隣接部１４の半導体レーザ部１２に接する部分は無秩序化されている。これらの無秩序化された部分は無秩序部４２を形成している。無秩序部４２は、半導体レーザ部１２と隣接部１４の境界を含む部分に、半導体レーザ部１２と隣接部１４に跨って形成されている。無秩序部４２は、多重量子井戸構造を無秩序化することでバンドギャップを拡大させた部分である。したがって活性層２０の無秩序化された部分は、活性層２０の無秩序化されていない部分よりバンドギャップが大きい。また、コア層３０の無秩序化された部分は、コア層３０の無秩序化されていない部分よりバンドギャップが大きい。無秩序化された部分はレーザ発振光に対して透明である。
　実施の形態１に係る半導体装置１０の製造方法について説明する。隣接部１４は光変調器又は光導波路であるが、ここでは光導波路で隣接部１４を構成した場合について説明する。まず、ｎ型ＩｎＰで形成された基板１６の上に、下クラッド層１８を形成し、その後、活性層２０、第１上クラッド層２２を順次エピタキシャル成長させる。図２は、エピタキシャル成長後の半導体装置の断面図である。下クラッド層１８はｎ型のＩｎＰであり、活性層２０はＩｎＧａＡｓＰの多重量子井戸構造であり、第１上クラッド層２２はｐ型のＩｎＰである。破線の左側が半導体レーザ部１２となる部分であり、破線の右側が隣接部１４となる部分である。
　次いで、マスクを形成する。図３は、マスク２４を示す平面図である。マスク２４は半導体レーザ部１２の第１上クラッド層２２の上にストライプ状に形成する。マスク２４の材料は例えばＳｉＯ２である。マスク２４のパターンは例えばレジストパターンを用いたフォトエッチングを行うことで形成する。
　次いで、エッチング処理を行う。図４は、エッチング後の半導体装置の断面図である。ＲＩＥなどのドライエッチングでマスク２４に覆われていない部分を、活性層２０の途中までエッチングする。さらに酒石酸などのＩｎＧａＡｓＰとＩｎＰのエッチング選択性のある薬液を用いてエッチングすることで、活性層２０の残り部分をエッチングする。これにより、下クラッド層１８を露出させる。別の方法で下クラッド層１８を露出させてもよい。こうして、基板１６の上に、活性層２０を有する半導体レーザ部１２が形成される。
　次いで、隣接部１４を形成する。図５は、隣接部１４を示す断面図である。この工程では、コア層３０と第２上クラッド層３２を順次エピタキシャル成長させる。これにより隣接部１４の下クラッド層１８の上にコア層３０が形成され、そのコア層３０の上に第２上クラッド層３２が形成される。この成長はバットジョイント成長と呼ばれるものである。バットジョイント成長により、基板１６の上に半導体レーザ部１２とバットジョイント接合された隣接部１４が形成される。
　次いで、例えばフッ酸でマスク２４を除去する。マスク２４を除去すると表面に第１上クラッド層２２と第２上クラッド層３２が露出する。次いで、注入マスクを形成する。図６は、注入マスク４４を示す断面図である。注入マスク４４は、第１上クラッド層２２と第２上クラッド層３２の上に形成されている。注入マスク４４は、バットジョイント部に開口４４ａを有する。開口４４ａは、半導体レーザ部１２と隣接部１４に跨っている。
　次いで、半導体レーザ部１２の隣接部１４に接する部分と、隣接部１４の半導体レーザ部１２に接する部分とを無秩序化する。この工程を無秩序化工程と称する。図６は、無秩序化工程における処理を説明する図である。無秩序化工程では、注入マスク４４の開口４４ａを介して半導体レーザ部１２と隣接部１４に不純物注入する。不純物のイオン注入後に熱アニールを施す。図６には、上面側からＳｉイオンを注入し熱アニールを行うことで半導体レーザ部１２と隣接部１４の一部を無秩序化して無秩序部４２を形成したことが示されている。
　無秩序部４２は、半導体レーザ部１２では第１上クラッド層２２の上面から下クラッド層１８の途中にまで及び、隣接部１４では第２上クラッド層３２の上面から下クラッド層１８の途中にまで及んでいる。無秩序部４２の底面は、下クラッド層１８の下面よりも上にある。無秩序部４２の底面が下クラッド層１８の下面よりも下に及ぶことで、基板１６にまで無秩序部４２を形成してもよい。無秩序化工程により、活性層２０の隣接部１４に接する部分は無秩序化され、コア層３０の半導体レーザ部１２に接する部分は無秩序化される。
　無秩序化工程では、第１上クラッド層２２と第２上クラッド層３２の境界直上に拡散源となる層を形成し、その層から不純物を拡散させ、その後熱アニールを施すことで無秩序部４２を形成してもよい。
　次いで、例えばフッ酸で注入マスク４４を除去し成膜処理を行う。具体的には、ｐ型ＩｎＰを材料とするクラッド層を追加成長することで、第１上クラッド層２２と第２上クラッド層３２を厚くする。その後、第１上クラッド層２２と第２上クラッド層３２の上にコンタクト層４０を成長させる。コンタクト層４０には、半導体レーザ部１２と隣接部１４の境界部分を露出させる開口を形成することが好ましい。コンタクト層４０の材料は例えばｐ型ＩｎＧａＡｓである。第１上クラッド層２２と第２上クラッド層３２の追加成長と、コンタクト層４０の成長により、図１の断面構造が得られる。
　次いで、リッジの平面形状と一致するマスクを形成する。図７は、マスク５０を示す平面図である。マスク５０は、例えばレジストパターンを用いたフォトエッチングを行うことで形成されたＳｉＯ２膜である。
　次いで、マスク５０をマスクとしてマスク５０から露出した部分をエッチングする。例えば、ＲＩＥなどのドライエッチングによりコンタクト層４０と第１上クラッド層２２と第２上クラッド層３２をエッチングする。次いで、フッ酸を用いてマスク５０を除去することで、図１に示す半導体装置１０の基本結晶構造が完成する。ここまでの各工程は、基板１６の上に活性層２０とコア層３０が隣接して設けられた構造において、その構造の一部を無秩序化する工程である。結果的に図１に示す基本結晶構造が完成すれば上記のプロセス以外のプロセスを採用してもよい。
　次いで、基本結晶構造に電極を形成する。図８は、電極が形成された半導体装置の斜視図である。半導体レーザ部１２の第１リッジ構造Ｒ１と隣接部１４の第２リッジ構造Ｒ２はバットジョイントで接続されている。半導体レーザ部１２のコンタクト層４０の上に電極ＥＬ１が形成されている。隣接部１４のコンタクト層４０の上に電極ＥＬ２が形成されている。半導体レーザ部１２と隣接部１４の境界を含む部分はパッシブ導波路と呼ばれることがある。このパッシブ導波路にコンタクト層４０を設けないことで半導体レーザ部１２と隣接部１４のアイソレーションを高めることができる。なお、そのようなアイソレーションの向上が不要であればパッシブ導波路にコンタクト層４０を設けてもよい。
　半導体レーザ部１２の側面には物性の異なる複数の層が露出しており、その側面に接するようにバットジョイント成長された隣接部１４の側面部分の結晶品質が悪化してしまう。しかしながら、本発明の実施の形態１に係る半導体装置では、隣接部１４の半導体レーザ部１２に接する部分は無秩序化されているので、この部分はレーザ発振光に対して透明となる。よって、半導体装置の特性悪化を抑制できる。
　また、活性層２０は歪活性層としてもよい。歪活性層とは、典型的には数ｎｍ間隔で歪の異なる層が周期的に設けられた活性層である。歪活性層は光出力向上などを目的として設けられる。活性層２０として歪活性層を用いる場合、隣接部１４の側面部分の結晶品質が顕著に悪化するので、当該側面部分を無秩序化することで半導体装置の特性が大きく悪化することを抑制できる。
　さらに、半導体レーザ部１２の隣接部１４に接する部分を無秩序化することで、活性層２０に注入されたキャリアが多重量子井戸構造を伝ってバットジョイント界面まで到達することを抑制できる。したがって、バットジョイント界面にキャリアが集中し半導体装置の信頼性が悪化することを抑制できる。
　このように、実施の形態１に係る半導体装置１０と半導体装置１０の製造方法では、無秩序部４２を形成することで結晶性の乱れを回復させる。図８におけるｘ方向である共振器方向の無秩序部４２の長さを短くして半導体装置の大型化を回避することが好ましい。
　実施の形態１に係る半導体装置１０と半導体装置１０の製造方法はその特徴を失わない範囲で様々な変形が可能である。半導体装置１０は導波路集積型の半導体レーザ素子である。つまり、半導体レーザ部１２に光導波路をバットジョイント接合させた。しかしながら、半導体レーザ部１２に光変調器をバットジョイント接合させた光変調器集積型の半導体レーザ素子についても、無秩序部を形成することで上記効果を得ることができる。
　また、半導体レーザ部１２と隣接部１４に上述していない層を追加してもよい。例えば半導体レーザ部１２に回折格子層を設けてもよい。最適な導波路幅を実現するために、第１リッジ構造Ｒ１と第２リッジ構造Ｒ２の幅が相違してもよい。第１リッジ構造Ｒ１のリッジ高さと第２リッジ構造Ｒ２のリッジ高さが相違してもよい。例えば、半導体レーザ部１２の全体に活性層２０を設け、コア層３０は第２リッジ構造Ｒ２にだけ設ける。そうすると、第１リッジ構造Ｒ１は第２リッジ構造Ｒ２よりもｚ方向長さが小さくなる。第１上クラッド層２２と第２上クラッド層３２の追加成長は不要であれば省略してもよい。
　実施の形態１で説明した変形については以下の実施の形態に係る半導体装置と半導体装置の製造方法にも応用できる。なお、以下の実施の形態に係る半導体装置と半導体装置の製造方法は実施の形態１との共通点が多いので実施の形態１との相違点を中心に説明する。
実施の形態２．
　図９は、実施の形態２に係る半導体装置６０の断面図である。半導体レーザ部１２の隣接部１４に接する部分は無秩序化された無秩序部６２となっている。しかしながら、隣接部１４の半導体レーザ部１２に接する部分は無秩序化されていない。つまり、半導体レーザ部１２だけに無秩序部６２が形成されている。
　半導体装置６０の製造方法を説明する。まず、基板１６の上に、活性層２０を有する多層構造を形成する。図１０は、活性層２０を有する多層構造を示す断面図である。多層構造とは、下クラッド層１８、活性層２０および第１上クラッド層２２であるが、必要に応じて他の層を追加してもよい。多層構造は、半導体レーザ部１２と隣接部１４が形成される部分全体に形成されることが好ましい。
　次いで、多層構造の一部を無秩序化する。この工程を無秩序化工程と称する。無秩序化工程では、まず注入マスクを形成する。図１１は、注入マスク６４の平面図である。注入マスク６４は、半導体レーザ部１２となる部分にストライプ状に形成される。注入マスク６４は半導体レーザ部１２と隣接部１４の境界には形成されない。よって、注入マスク６４と当該境界は予め定められた距離だけ離れている。
　注入マスク６４を形成した後に、半導体レーザ部１２と隣接部１４の注入マスク６４から露出した部分に不純物注入する。不純物のイオン注入後に熱アニールを施す。図１２には、上面側からＳｉイオンを注入し熱アニールを行うことで半導体レーザ部１２の一部に無秩序部６２を形成し、隣接部１４に無秩序部６６を形成したことが示されている。無秩序化工程では、平面視した隣接部１４の全体に無秩序部６６が形成される。
　次いで、注入マスク６４を除去した後に新たなマスクを形成する。図１３は、新たなマスク７０の平面図である。マスク７０は、半導体レーザ部１２にストライプ状に形成されている。マスク７０は、半導体レーザ部１２と隣接部１４の境界に達している。なお、注入マスク６４とマスク７０の材料は例えばＳｉＯ２である。
　次いで、マスク７０をマスクとして多層構造のうち無秩序化された部分の一部を除去する。この工程を除去工程と称する。除去工程では、マスク７０から露出した無秩序部６２、６６を除去し下クラッド層１８を露出させる。マスク７０から露出した無秩序部６２、６６の除去方法は特に限定されない。例えば、ドライエッチングで活性層２０の途中までエッチングし、次に、活性層２０に対するエッチングレートが活性層２０の下層の下クラッド層１８のエッチングレートより高い選択エッチングを行うことが好ましい。ドライエッチングは例えばＲＩＥであり、選択エッチングは例えば酒石酸によるエッチングである。隣接部１４は無秩序化されているため酒石酸によるエッチングでのエッチング深さを均一にできる。つまり、露出する下クラッド層１８の上面を平坦にできる。また、無秩序化により結晶性を改善することで、ウェットエッチングでのサイドエッチを抑制できる。除去工程で無秩序化された部分を除去することにより上述の効果を得ることができるので、除去工程では多層構造のうち無秩序化された部分だけを除去することが好ましい。
　図１４は、除去工程後の半導体装置の断面図である。除去工程によって、無秩序部６２の一部と無秩序部６６の全部を除去することで、無秩序化されていない部分と無秩序化された部分を有する半導体レーザ部１２が形成される。無秩序化された部分とは無秩序部６２である。除去工程により、半導体レーザ部１２の側面に無秩序部６２が露出する。
　次いで、隣接部１４を形成する。具体的にはバットジョイント成長を行い、半導体レーザ部１２に接する隣接部１４を形成する。隣接部１４は、半導体レーザ部１２とバットジョイント接合された光変調器又は光導波路である。半導体レーザ部１２の側面には無秩序化された無秩序部６２が形成されているため、半導体レーザ部１２の側面部分は安定した結晶となっている。よって、隣接部１４の半導体レーザ部１２に接する部分の結晶性を改善できる。
　次いで、マスク７０を除去し、第１上クラッド層２２と第２上クラッド層３２を追加成長し、コンタクト層４０を形成する。次いで、図７に示すマスク５０を形成する。さらに、マスク５０から露出したコンタクト層４０と第１上クラッド層２２と第２上クラッド層３２を例えばドライエッチングでエッチングする。次いで、フッ酸を用いてマスク５０を除去する。これにより図９に示す半導体装置６０の基本結晶構造が完成する。
　その後、基本結晶構造に電極を形成する。図１５は、電極が形成された半導体装置６０の斜視図である。半導体レーザ部１２の第１リッジ構造Ｒ１と隣接部１４の第２リッジ構造Ｒ２はバットジョイントで接続されている。半導体レーザ部１２のコンタクト層４０の上に電極ＥＬ１が形成されている。隣接部１４のコンタクト層４０の上に電極ＥＬ２が形成されている。パッシブ導波路にコンタクト層４０を設けないことで半導体レーザ部１２と隣接部１４のアイソレーションを高めることができる。
　実施の形態１ではバットジョイント成長後に無秩序化を行ったが、実施の形態２ではバットジョイント成長前に無秩序化を行う。よって、側面に結晶組成が安定している無秩序部が露出した半導体レーザ部１２に対して、隣接部１４をバットジョイント成長できる。そのため、隣接部１４の半導体レーザ部１２に接する部分の結晶品質が悪化することを防止できる。
　１０　半導体装置、　１２　半導体レーザ部、　１４　隣接部、　４２，６２　無秩序部

Claims (10)

  1. 　基板と、
    　前記基板の上に形成され、活性層を有する半導体レーザ部と、
    　前記基板の上に形成され、コア層を有し、前記半導体レーザ部に接する光変調器又は光導波路である隣接部と、を備え、
    　前記半導体レーザ部の前記隣接部に接する部分は無秩序化されたことを特徴とする半導体装置。
  2. 　前記隣接部の前記半導体レーザ部に接する部分は無秩序化されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  3. 　前記活性層と前記コア層の下に形成された下クラッド層を備え、
    　前記活性層の前記隣接部に接する部分は無秩序化され、
    　前記コア層の前記半導体レーザ部に接する部分は無秩序化され、
    　無秩序化された部分の底面は、前記下クラッド層の下面よりも上にあることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
  4. 　前記活性層は歪活性層であることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の半導体装置。
  5. 　基板の上に、活性層を有する半導体レーザ部を形成する工程と、
    　前記基板の上に前記半導体レーザ部とバットジョイント接合された光変調器又は光導波路である隣接部を形成する工程と、
    　前記半導体レーザ部の前記隣接部に接する部分と、前記隣接部の前記半導体レーザ部に接する部分とを無秩序化する無秩序化工程と、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 　基板の上に、活性層を有する多層構造を形成する工程と、
    　前記多層構造の一部を無秩序化する無秩序化工程と、
    　前記多層構造のうち無秩序化された部分の一部を除去することで、無秩序化されていない部分と無秩序化された無秩序部を有し、側面に前記無秩序部が露出した半導体レーザ部を形成する除去工程と、
    　前記基板の上に、前記半導体レーザ部とバットジョイント接合された光変調器又は光導波路である隣接部を形成する工程と、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  7. 　前記除去工程では、前記多層構造のうち無秩序化された部分だけをドライエッチングで前記活性層の途中までエッチングし、次に、前記活性層に対するエッチングレートが前記活性層の下層に対するエッチングレートより高い選択エッチングを行うことを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
  8. 　前記無秩序化工程では、不純物注入による無秩序化を行うことを特徴とする請求項５～７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  9. 　前記無秩序化工程では、不純物拡散による無秩序化を行うことを特徴とする請求項５～７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  10. 　前記活性層は歪活性層であることを特徴とする請求項５～９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
    　
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