JP2009055002A

JP2009055002A - Optical semiconductor device and method of manufacturing the same

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Publication number: JP2009055002A
Application number: JP2008177391A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Sakashita; 武坂下; Masanori Saito; 昌典斉藤
Original assignee: Sumitomo Electric Device Innovations Inc
Current assignee: Sumitomo Electric Device Innovations Inc
Priority date: 2007-07-27
Filing date: 2008-07-07
Publication date: 2009-03-12

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical semiconductor device capable of suppressing a lowering of reliability and suppressing defects created on a surface of a compound semiconductor layer and method of manufacturing the same. <P>SOLUTION: An optical semiconductor device has a compound semiconductor layer 22 that is provided on a substrate 10 and includes a first conductivity type cladding layer 12, activation layer 14 and a second conductivity type cladding layer 16 that is the opposite of the first conductivity type. The method includes the sequential steps of: forming a diffusion source layer 42 on the compound semiconductor layer; forming a first diffusion region 23 in the compound semiconductor layer by carrying out a first heat treatment so that the first diffusion region 23 includes a light emitting facet 38 for emitting light from the activation layer, removing the diffusion source layer; forming an SiN film 46 having a refractive index of 1.9 or higher on the compound semiconductor layer; and turning the first diffusion region 23 into the second diffusion region 24 by carrying out a second heat treatment. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、光半導体装置およびその製造方法に関し、より詳細には、光出射端面を含むように不純物を拡散した拡散領域を有する光半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to an optical semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to an optical semiconductor device having a diffusion region in which impurities are diffused so as to include a light emitting end face and a manufacturing method thereof.

近年、例えば光通信や光記憶媒体装置の分野において、光を発光するレーザダイオード（ＬＤ）等の光半導体装置が用いられている。高出力のレーザダイオードにおいて、ＣＯＤ（Catastrophic Optical Damage）と呼ばれる光学損傷が問題となっており、信頼性の低下をもたらしている。このＣＯＤは、レーザ光が出射される光出射端面が、レーザ光に対して吸収領域になっていることにより発生する。 In recent years, for example, in the fields of optical communication and optical storage medium devices, optical semiconductor devices such as laser diodes (LDs) that emit light have been used. In high-power laser diodes, optical damage called COD (Catastrophic Optical Damage) has become a problem, leading to a decrease in reliability. This COD occurs when the light emitting end face from which the laser light is emitted is an absorption region for the laser light.

ＣＯＤを抑制する方法として、レーザ光が出射される光出射端面の活性層のバンドギャップを、光出射端面より内側の活性層より大きくする方法がある。この方法により、光出射端面でのレーザ光に対する吸収が抑えられ、ＣＯＤを抑制することができる。光出射端面の活性層のバンドギャップを大きくする方法として、不純物を拡散させた拡散領域を形成する方法がよく用いられている。 As a method for suppressing COD, there is a method in which the band gap of the active layer at the light emitting end face from which the laser light is emitted is made larger than that of the active layer inside the light emitting end face. By this method, absorption of laser light at the light emitting end face can be suppressed, and COD can be suppressed. As a method of increasing the band gap of the active layer on the light emitting end face, a method of forming a diffusion region in which impurities are diffused is often used.

しかし、不純物を拡散させた拡散領域を形成するにあたり、拡散領域の不純物濃度が高くなると、フリーキャリアによる光の吸収が大きくなり、ＣＯＤの課題が再発する。特許文献１および特許文献２に、不純物を拡散させて形成した拡散領域を再度熱処理する方法が開示されている。
特開平５−２１８５９３号公報特開２００６−３０３２１１号公報 However, in forming a diffusion region in which impurities are diffused, if the impurity concentration in the diffusion region increases, light absorption by free carriers increases, and the problem of COD reoccurs. Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose a method in which a diffusion region formed by diffusing impurities is heat-treated again.
JP-A-5-218593 JP 2006-30211 A

光半導体装置において、ＡＰＣ（Auto Power Control）等の信頼性試験や光出力特性を評価するパルスＩ−Ｌ測定で、ＣＯＤによる光出射端面での破壊が生じ、信頼性の低下が課題となっている。 In optical semiconductor devices, reliability tests such as APC (Auto Power Control) and pulse IL measurement for evaluating light output characteristics cause destruction at the light emission end face due to COD, and a decrease in reliability becomes an issue. Yes.

また、特許文献１および特許文献２のように、拡散領域を再度熱処理する方法では、基板上に成膜したクラッド層や活性層等の化合物半導体層の表面に欠陥が生じるという課題がある。 Further, as in Patent Document 1 and Patent Document 2, the method of heat treating the diffusion region again has a problem that defects occur on the surface of the compound semiconductor layer such as a clad layer and an active layer formed on the substrate.

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、信頼性の低下の抑制および化合物半導体層の表面に生じる欠陥の抑制が可能な光半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an optical semiconductor device capable of suppressing a decrease in reliability and suppressing defects generated on the surface of a compound semiconductor layer, and a method for manufacturing the same.

本発明は、基板上に、第１導電型クラッド層、活性層および前記第１導電型と反対の導電型である第２導電型クラッド層を含む化合物半導体層を備える光半導体装置の製造方法において、前記化合物半導体層上に拡散ソース層を形成する工程と、第１熱処理を行い、前記活性層からの光を出射する光出射端面を含むように、前記化合物半導体層に第１拡散領域を形成する工程と、前記拡散ソース層を除去する工程と、前記化合物半導体層上に１．９以上の屈折率を有するＳｉＮ膜を形成する工程と、第２熱処理を行い、前記第１拡散領域を第２拡散領域とする工程と、を順に実行することを特徴とする光半導体装置の製造方法である。本発明によれば、光出射端面を含む化合物半導体層に不純物濃度が低く、且つ、第２導電型クラッド層から活性層にかけての不純物濃度分布が均一な第２拡散領域を形成することができる。このため、ＣＯＤを起因とした光半導体装置の信頼性の低下を抑制することができる。また、第１拡散領域に熱処理を行う前に、化合物半導体層上に１．９以上の屈折率を有するＳｉＮ膜を形成することで、化合物半導体層の表面に生じる欠陥を抑制することもできる。 The present invention relates to a method of manufacturing an optical semiconductor device comprising a compound semiconductor layer including a first conductivity type cladding layer, an active layer, and a second conductivity type cladding layer opposite to the first conductivity type on a substrate. Forming a diffusion source layer on the compound semiconductor layer and performing a first heat treatment to form a first diffusion region in the compound semiconductor layer so as to include a light emitting end face that emits light from the active layer A step of removing the diffusion source layer, a step of forming a SiN film having a refractive index of 1.9 or more on the compound semiconductor layer, a second heat treatment, and forming the first diffusion region in the first region. And a step of forming two diffusion regions in order. According to the present invention, the second diffusion region having a low impurity concentration and a uniform impurity concentration distribution from the second conductivity type cladding layer to the active layer can be formed in the compound semiconductor layer including the light emitting end face. For this reason, the fall of the reliability of the optical semiconductor device resulting from COD can be suppressed. In addition, by forming a SiN film having a refractive index of 1.9 or more on the compound semiconductor layer before performing the heat treatment on the first diffusion region, defects generated on the surface of the compound semiconductor layer can be suppressed.

上記構成において、前記第２熱処理の温度は、前記第１熱処理の温度より高い構成とすることができる。この構成によれば、不純物の濃度が低く、且つ、第２導電型クラッド層から活性層にかけて不純物濃度分布が均一な第２拡散領域を形成することができる。 In the above configuration, the temperature of the second heat treatment may be higher than the temperature of the first heat treatment. According to this configuration, it is possible to form a second diffusion region having a low impurity concentration and a uniform impurity concentration distribution from the second conductivity type cladding layer to the active layer.

上記構成において、前記第２拡散領域を形成する工程は、前記基板にまで達しないように、前記第２拡散領域を形成する工程である構成とすることができる。この構成によれば、第２拡散領域に流れ込むリーク電流を抑制することができる。このため、第２拡散領域での発熱を抑制でき、熱吸収により生じる光半導体装置の信頼性の低下を抑制することができる。 In the above configuration, the step of forming the second diffusion region may be a step of forming the second diffusion region so as not to reach the substrate. According to this configuration, leakage current flowing into the second diffusion region can be suppressed. For this reason, the heat_generation | fever in a 2nd diffusion area | region can be suppressed and the fall of the reliability of the optical semiconductor device which arises by heat absorption can be suppressed.

上記構成において、前記第１熱処理および前記第２熱処理は、ラピッドサーマルアニールもしくはファーネスアニールを用いる構成とすることができる。 In the above configuration, the first heat treatment and the second heat treatment may be configured to use rapid thermal annealing or furnace annealing.

上記構成において、前記第２拡散領域を形成する工程の後、前記第１ＳｉＮ膜を除去する工程と、前記化合物半導体層上に１．８７以下の屈折率を有する第２ＳｉＮ膜を形成する工程と、第３熱処理を行い、前記第２拡散領域を第３拡散領域とする工程と、を順に実行する構成とすることができる。この構成によれば、不純物濃度が更に低い、第３拡散領域を形成することができる。 In the above configuration, after the step of forming the second diffusion region, the step of removing the first SiN film, the step of forming a second SiN film having a refractive index of 1.87 or less on the compound semiconductor layer, The third heat treatment is performed, and the step of setting the second diffusion region as the third diffusion region can be sequentially performed. According to this configuration, it is possible to form the third diffusion region having a lower impurity concentration.

上記構成において、前記第３熱処理の温度は、前記第２熱処理の温度より低い構成とすることができる。この構成によれば、化合物半導体層の表面に生じる欠陥を抑制することができる。 In the above structure, the temperature of the third heat treatment may be lower than the temperature of the second heat treatment. According to this configuration, defects generated on the surface of the compound semiconductor layer can be suppressed.

上記構成において、前記第３拡散領域を形成する工程の後、前記第２ＳｉＮ膜を除去する工程を有する構成とすることができる。この構成によれば、光半導体装置の信頼性の低下を抑制することができる。 In the above-described configuration, the second SiN film may be removed after the step of forming the third diffusion region. According to this configuration, it is possible to suppress a decrease in reliability of the optical semiconductor device.

上記構成において、前記第２ＳｉＮ膜を除去する工程の後、前記化合物半導体層の表面を除去する工程を有する構成とすることができる。この構成によれば、光半導体装置の信頼性の低下を抑制することができる。 The said structure WHEREIN: It can be set as the structure which has the process of removing the surface of the said compound semiconductor layer after the process of removing the said 2nd SiN film | membrane. According to this configuration, it is possible to suppress a decrease in reliability of the optical semiconductor device.

上記構成において、前記第３熱処理は、ラピッドサーマルアニールもしくはファーネスアニールを用いる構成とすることができる。 In the above configuration, the third heat treatment may be configured to use rapid thermal annealing or furnace annealing.

上記構成において、前記化合物半導体層は、ＧａとＡｓを含む構成とすることができる。この構成によれば、化合物半導体層の表面に欠陥が生じ易い光半導体装置において、化合物半導体層の表面に生じる欠陥を抑制することができる。 In the above structure, the compound semiconductor layer may include Ga and As. According to this configuration, in an optical semiconductor device in which defects are likely to occur on the surface of the compound semiconductor layer, defects generated on the surface of the compound semiconductor layer can be suppressed.

上記構成において、前記拡散ソース層は、Ｚｎを含む構成とすることができる。 In the above structure, the diffusion source layer may include Zn.

本発明は、基板上に順次設けられた、第１導電型クラッド層、活性層および前記第１導電型と反対の導電型である第２導電型クラッド層を含む化合物半導体層と、前記活性層からの光を出射する光出射端面を含むように、前記化合物半導体層に設けられた第２拡散領域および第３拡散領域のいずれか一方と、を具備し、前記第２拡散領域および前記第３拡散領域のいずれか一方に含まれる不純物の濃度分布は、前記第２導電型クラッド層から前記活性層にかけて均一であることを特徴とする光半導体装置である。本発明によれば、ＣＯＤを起因とした光半導体装置の信頼性の低下を抑制することができる。 The present invention provides a compound semiconductor layer including a first conductivity type cladding layer, an active layer, and a second conductivity type cladding layer opposite to the first conductivity type, which are sequentially provided on a substrate, and the active layer. One of a second diffusion region and a third diffusion region provided in the compound semiconductor layer so as to include a light emitting end face that emits light from the second diffusion region and the third diffusion region. The optical semiconductor device is characterized in that the concentration distribution of impurities contained in any one of the diffusion regions is uniform from the second conductivity type cladding layer to the active layer. According to the present invention, it is possible to suppress a decrease in reliability of an optical semiconductor device due to COD.

上記構成において、前記第２拡散領域および前記第３拡散領域のいずれか一方は、前記基板にまで達していない構成とすることができる。この構成によれば、第２拡散領域および第３拡散領域に流れ込むリーク電流を抑制することができる。このため、第２拡散領域および第３拡散領域での発熱を抑制でき、熱吸収により生じる光半導体装置の信頼性の低下を抑制することができる。 In the above configuration, any one of the second diffusion region and the third diffusion region may not reach the substrate. According to this configuration, it is possible to suppress leakage current flowing into the second diffusion region and the third diffusion region. For this reason, the heat_generation | fever in a 2nd diffusion area | region and a 3rd diffusion area | region can be suppressed, and the fall of the reliability of the optical semiconductor device produced by heat absorption can be suppressed.

上記構成において、前記不純物は、Ｚｎである構成とすることができる。また、上記構成において、前記化合物半導体層は、リッジ部を有する構成とすることができる。 In the above structure, the impurity may be Zn. In the above structure, the compound semiconductor layer may have a ridge portion.

本発明によれば、光出射端面を含む化合物半導体層に不純物濃度が低く、且つ、第２導電型クラッド層から活性層にかけて不純物濃度分布が均一な第２拡散領域を形成することができる。このため、ＣＯＤを起因とした光半導体装置の信頼性の低下を抑制することができる。また、第１拡散領域に熱処理を施す前に、化合物半導体層上に１．９以上の屈折率を有するＳｉＮ膜を形成することで、化合物半導体層の表面に生じる欠陥を抑制することもできる。 According to the present invention, the second diffusion region having a low impurity concentration and a uniform impurity concentration distribution from the second conductivity type cladding layer to the active layer can be formed in the compound semiconductor layer including the light emitting end face. For this reason, the fall of the reliability of the optical semiconductor device resulting from COD can be suppressed. In addition, by forming a SiN film having a refractive index of 1.9 or more on the compound semiconductor layer before performing the heat treatment on the first diffusion region, defects generated on the surface of the compound semiconductor layer can be suppressed.

まず初めに、従来の製造方法により製造される比較例１に係る光半導体装置（レーザダイオード）について説明する。図１（ａ）から図１（ｅ）は、比較例１に係る光半導体装置の製造方法を示す模式的斜視図である。図１（ａ）を参照に、ｎ型ＧａＡｓ基板からなる基板１０上に、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用い、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層からなり厚さ２．６μｍの第１導電型クラッド層１２、ＡｌＧａＩｎＰ／ＩｎＧａＰのＭＱＷ（多重量子井戸）からなり厚さ２０ｎｍの活性層１４、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層からなり厚さ２．０μｍの第２導電型クラッド層１６、ＩｎＧａＰ層からなり厚さ３０ｎｍのストッパー層１８およびｐ型ＧａＡｓ層からなり厚さ０．２μｍのｐ型コンタクト層２０を成長する。これにより、基板１０上に化合物半導体層２２が形成される。 First, an optical semiconductor device (laser diode) according to Comparative Example 1 manufactured by a conventional manufacturing method will be described. FIG. 1A to FIG. 1E are schematic perspective views showing a method for manufacturing an optical semiconductor device according to Comparative Example 1. FIG. Referring to FIG. 1A, a first conductivity type cladding made of an n-type AlGaInP layer and having a thickness of 2.6 μm is formed on a substrate 10 made of an n-type GaAs substrate by MOCVD (metal organic chemical vapor deposition). The layer 12, the active layer 14 made of AlGaInP / InGaP MQW (multiple quantum well), 20 nm thick, the second conductivity type clad layer 16 made of p-type AlGaInP layer 2.0 μm thick, and the InGaP layer 30 nm thick A p-type contact layer 20 having a thickness of 0.2 μm is grown from the stopper layer 18 and the p-type GaAs layer. Thereby, the compound semiconductor layer 22 is formed on the substrate 10.

図１（ｂ）を参照に、ｐ型コンタクト層２０上にＳｉＮ層からなるマスク層（不図示）を、例えばＣＶＤ法を用い形成する。マスク層上に第１拡散領域２３を形成すべき開口部を有するフォトレジスト（不図示）を形成する。フォトレジストをマスクにマスク層を除去する。フォトレジストを全面除去した後、マスク層上に拡散ソース層（不図示）を形成し、拡散ソース層に含まれるＺｎをｐ型コンタクト層２０、ストッパー層１８、第２導電型クラッド層１６、活性層１４および第１導電型クラッド層１２内に拡散させる。これにより、活性層１４からの光を出射する光出射端面３８を含むように第１拡散領域２３が形成される。その後、マスク層および拡散ソース層を除去した後、再度第１拡散領域２３に開口部を有するフォトレジスト（不図示）を形成する。フォトレジストをマスクにＰ型コンタクト層２０を除去する。その後、フォトレジストを全面除去する。 Referring to FIG. 1B, a mask layer (not shown) made of a SiN layer is formed on the p-type contact layer 20 by using, for example, a CVD method. A photoresist (not shown) having an opening in which the first diffusion region 23 is to be formed is formed on the mask layer. The mask layer is removed using the photoresist as a mask. After removing the entire surface of the photoresist, a diffusion source layer (not shown) is formed on the mask layer, and Zn contained in the diffusion source layer is formed of the p-type contact layer 20, the stopper layer 18, the second conductivity type cladding layer 16, and the active layer. Diffusion into the layer 14 and the first conductivity type cladding layer 12 is performed. Thus, the first diffusion region 23 is formed so as to include the light emitting end face 38 that emits light from the active layer 14. Thereafter, after removing the mask layer and the diffusion source layer, a photoresist (not shown) having an opening in the first diffusion region 23 is formed again. The P-type contact layer 20 is removed using the photoresist as a mask. Thereafter, the entire surface of the photoresist is removed.

図１（ｃ）を参照に、ストッパー層１８およびｐ型コンタクト層２０上にＳｉＯ_２膜（不図示）を形成する。窪み部２６を形成すべき開口部を有するフォトレジスト（不図示）をＳｉＯ_２膜上に形成し、フォトレジストをマスクにＳｉＯ_２膜を除去する。フォトレジストを全面除去した後、ＳｉＯ_２膜をマスクに第２導電型クラッド層１６に達するようにｐ型コンタクト層２０、ストッパー層１８および第２導電型クラッド層１６の一部を除去する。これにより、窪み部２６と窪み部２６に挟まれたリッジ部２８とが形成される。その後、ＳｉＯ_２膜を全面除去する。 Referring to FIG. 1C, an SiO ₂ film (not shown) is formed on the stopper layer 18 and the p-type contact layer 20. The photoresist (not shown) having an opening for forming the recess 26 is formed on the SiO ₂ film and the SiO ₂ film is removed with a photoresist as a mask. After entirely removing the photoresist, removing part of the SiO ₂ p-type contact layer 20 so that the film as a mask reaches a second conductivity type cladding layer 16, a stopper layer 18 and the second conductive type cladding layer 16. Thereby, the dent part 26 and the ridge part 28 sandwiched between the dent parts 26 are formed. Thereafter, the entire SiO ₂ film is removed.

図１（ｄ）を参照に、ｐ型コンタクト層２０、ストッパー層１８および第２導電型クラッド層１６を覆うようにＳｉＮ層からなる保護層３０を形成する。保護層３０上にリッジ部２８の上面に開口部を有するフォトレジスト（不図示）を形成する。フォトレジストをマスクに保護層３０をエッチングする。これにより、リッジ部２８上のｐ型コンタクト層２０が露出する。その後、フォトレジストを全面除去する。 With reference to FIG. 1D, a protective layer 30 made of a SiN layer is formed so as to cover the p-type contact layer 20, the stopper layer 18, and the second conductivity type cladding layer 16. A photoresist (not shown) having an opening on the upper surface of the ridge portion 28 is formed on the protective layer 30. The protective layer 30 is etched using the photoresist as a mask. As a result, the p-type contact layer 20 on the ridge portion 28 is exposed. Thereafter, the entire surface of the photoresist is removed.

図１（ｅ）を参照に、蒸着法を用い、リッジ部２８上に露出したｐ型コンタクト層２０に接するように、保護層３０上にＴｉ、Ｍｏ、Ａｕを順に堆積して、ｐ側電極３２を形成する。化合物半導体層２２の両端面のうち、光出射端面３８が設けられている側の端面３４に、低反射膜（不図示）を形成する。反対側の端面（不図示）には高反射膜（不図示）を形成する。以上により、比較例１に係る光半導体装置が完成する。 Referring to FIG. 1E, Ti, Mo, and Au are sequentially deposited on the protective layer 30 so as to be in contact with the p-type contact layer 20 exposed on the ridge portion 28 by using an evaporation method. 32 is formed. A low reflection film (not shown) is formed on the end face 34 on the side where the light emitting end face 38 is provided, of both end faces of the compound semiconductor layer 22. A highly reflective film (not shown) is formed on the opposite end face (not shown). Thus, the optical semiconductor device according to Comparative Example 1 is completed.

次に、図１（ｂ）を用いて説明した第１拡散領域２３の形成方法についてさらに詳しく説明する。図２（ａ）から図３（ｃ）は、第１拡散領域２３の形成方法を詳しく説明するための模式的断面図である。図２（ａ）を参照に、基板１０上に形成された第１導電型クラッド層１２、活性層１４、第２導電型クラッド層１６、ストッパー層１８、ｐ型コンタクト層２０からなる化合物半導体層２２上に、ＳｉＮ層からなり厚さ１５０ｎｍのマスク層３９を、例えばＣＶＤ法を用い形成する。 Next, the method for forming the first diffusion region 23 described with reference to FIG. FIG. 2A to FIG. 3C are schematic cross-sectional views for explaining in detail the method of forming the first diffusion region 23. Referring to FIG. 2A, a compound semiconductor layer comprising a first conductivity type cladding layer 12, an active layer 14, a second conductivity type cladding layer 16, a stopper layer 18, and a p-type contact layer 20 formed on a substrate 10. On the surface 22, a mask layer 39 made of a SiN layer and having a thickness of 150 nm is formed by using, for example, a CVD method.

図２（ｂ）を参照に、フォトレジスト４０を塗布し、露光技術を用いて、第１拡散領域２３を形成すべき箇所に開口部４１を形成する。図２（ｃ）を参照に、フォトレジスト４０をマスクとして、マスク層３９をエッチングする。これにより、マスク層３９にも開口部４１が形成される。 Referring to FIG. 2B, a photoresist 40 is applied, and an opening 41 is formed at a location where the first diffusion region 23 is to be formed using an exposure technique. Referring to FIG. 2C, the mask layer 39 is etched using the photoresist 40 as a mask. As a result, the opening 41 is also formed in the mask layer 39.

図３（ａ）を参照に、フォトレジスト４０を除去する。図３（ｂ）を参照に、開口部４１を覆うようにマスク層３９上に、例えばスパッタ法を用いて、ＺｎＯとＳｉＯ_２との混合層からなり厚さ１００ｎｍの拡散ソース層４２を形成する。拡散ソース層４２上にＳｉＯ_２層からなり厚さ３０ｎｍのキャップ層４４を形成する。図３（ｃ）を参照に、拡散ソース層４２に６１０℃で９分間の熱処理を行う。これにより、拡散ソース層４２に含まれるＺｎが化合物半導体層２２に拡散され、第１拡散領域２３が形成される。第１拡散領域２３は活性層１４に十分に達するように形成する。つまり、化合物半導体層２２の深い領域まで達するように形成する。以上の方法により、比較例１に係る光半導体装置の第１拡散領域２３が形成される。 Referring to FIG. 3A, the photoresist 40 is removed. Referring to FIG. 3B, a diffusion source layer 42 made of a mixed layer of ZnO and SiO ₂ and having a thickness of 100 nm is formed on the mask layer 39 so as to cover the opening 41 by using, for example, a sputtering method. . A cap layer 44 made of a SiO ₂ layer and having a thickness of 30 nm is formed on the diffusion source layer 42. Referring to FIG. 3C, the diffusion source layer 42 is heat-treated at 610 ° C. for 9 minutes. Thereby, Zn contained in the diffusion source layer 42 is diffused into the compound semiconductor layer 22, and the first diffusion region 23 is formed. The first diffusion region 23 is formed so as to sufficiently reach the active layer 14. That is, it is formed so as to reach a deep region of the compound semiconductor layer 22. With the above method, the first diffusion region 23 of the optical semiconductor device according to Comparative Example 1 is formed.

図４に、比較例１に係る光半導体装置について、２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）を用いて、第１拡散領域２３に含まれるＺｎの濃度分布について評価した結果を示す。図４の横軸は化合物半導体層２２表面からの距離であり、縦軸はＺｎの濃度である。また、Ｚｎの濃度が１×１０^１８／ｃｍ^３以上になると、Ｚｎが格子位置に入りきらず格子間に存在するようになる。この余剰Ｚｎが素子動作時に格子間を容易に移動することで素子劣化を引き起こすため、Ｚｎ濃度は極力低減することが望ましい。ただし、Ｚｎ濃度が低すぎる場合は、無秩序化によるバンドギャップ拡大の効果が十分に得られない。これらより、Ｚｎ濃度の目標値は、例えば約１×１０^１８／ｃｍ^３である。図４によれば、活性層１４におけるＺｎの濃度は、約８×１０^１８／ｃｍ^３と目標値に比べて高濃度である。また、第２導電型クラッド層１６上面から活性層１４下面にかけて（領域Ｄ）のＺｎの濃度分布は大きく、領域Ｄの標準偏差σ／領域Ｄの平均値、の値は約３０％である。 FIG. 4 shows the result of evaluating the concentration distribution of Zn contained in the first diffusion region 23 using secondary ion mass spectrometry (SIMS) for the optical semiconductor device according to Comparative Example 1. The horizontal axis in FIG. 4 is the distance from the surface of the compound semiconductor layer 22, and the vertical axis is the Zn concentration. Further, when the Zn concentration becomes 1 × 10 ¹⁸ / cm ³ or more, Zn does not completely enter the lattice position and exists between the lattices. Since this excess Zn easily moves between the lattices during device operation and causes device deterioration, it is desirable to reduce the Zn concentration as much as possible. However, when the Zn concentration is too low, the effect of expanding the band gap by disordering cannot be sufficiently obtained. Accordingly, the target value of the Zn concentration is, for example, about 1 × 10 ¹⁸ / cm ³ . According to FIG. 4, the Zn concentration in the active layer 14 is about 8 × 10 ¹⁸ / cm ³ , which is a higher concentration than the target value. Further, the Zn concentration distribution in the (region D) is large from the upper surface of the second conductivity type cladding layer 16 to the lower surface of the active layer 14, and the standard deviation σ of the region D / the average value of the region D is about 30%.

比較例１に係る光半導体装置によれば、図３（ｃ）で説明したように、拡散ソース層４２に熱処理を行うことで、化合物半導体層２２に第１拡散領域２３を形成している。第１拡散領域２３は活性層１４に十分に達するように形成するため、拡散ソース層４２に実施する熱処理の時間が長くなる。このため、Ｚｎがより多く化合物半導体層２２に拡散され、これにより、第１拡散領域２３の拡散ソース層４２近傍に含まれるＺｎの濃度が高濃度になり、活性層１４におけるＺｎの濃度も高濃度になると考えられる。また、第２導電型クラッド層１６上面から活性層１４下面にかけてのＺｎの濃度分布も大きくなると考えられる。 In the optical semiconductor device according to Comparative Example 1, as described in FIG. 3C, the first diffusion region 23 is formed in the compound semiconductor layer 22 by performing heat treatment on the diffusion source layer 42. Since the first diffusion region 23 is formed so as to reach the active layer 14 sufficiently, the time for the heat treatment performed on the diffusion source layer 42 becomes long. Therefore, a larger amount of Zn is diffused into the compound semiconductor layer 22, thereby increasing the concentration of Zn contained in the vicinity of the diffusion source layer 42 in the first diffusion region 23 and increasing the concentration of Zn in the active layer 14. It is considered to be a concentration. Further, it is considered that the Zn concentration distribution from the upper surface of the second conductivity type cladding layer 16 to the lower surface of the active layer 14 also increases.

このようなＺｎ濃度の第１拡散領域２３を有する比較例１に係る光半導体装置について実施したＡＰＣ（Auto Power Control）による信頼性試験の結果を図５に示す。図５の横軸は経過時間であり、縦軸は動作電流である。また、環境温度７５℃で、光出力を１００ｍＷに一定にして試験を行っている。図５によれば、約６０時間経過後に動作電流の著しい上昇が発生していることが確認できる。これは、図４に示すように、第１拡散領域２３の活性層１４におけるＺｎ濃度が高濃度であるため、前述したフリーキャリアによる光吸収が大きくなり、ＣＯＤに起因した光出射端面３８近傍の破壊が起こったために発生したものと考えられる。 FIG. 5 shows the result of a reliability test by APC (Auto Power Control) performed on the optical semiconductor device according to Comparative Example 1 having the first diffusion region 23 having such Zn concentration. The horizontal axis in FIG. 5 is the elapsed time, and the vertical axis is the operating current. In addition, the test is performed at an environmental temperature of 75 ° C. with a constant light output of 100 mW. According to FIG. 5, it can be confirmed that a significant increase in operating current occurs after about 60 hours. As shown in FIG. 4, since the Zn concentration in the active layer 14 of the first diffusion region 23 is high, light absorption by the free carriers described above increases, and the vicinity of the light emission end face 38 caused by COD is increased. It is thought to have occurred because of the destruction.

１００時間におよぶＡＰＣによる信頼性試験にパスした一部の比較例１に係る光半導体装置は、次に、パルスＩ−Ｌ測定が実施される。図６に、パルスＩ−Ｌ測定の結果を示す。図６の横軸は注入電流であり、縦軸は光出力である。図６によれば、規定光出力である３００ｍＷに到達する前に、注入電流２５０ｍＡ付近で光出力が０ｍＷになり、光半導体装置が壊れたことが確認できる。これは、図４に示すように、第２導電型クラッド層１６上面から活性層１４下面にかけて、第１拡散領域２３のＺｎの濃度分布が大きいため、ＡＰＣによる信頼性試験の動作電流により、Ｚｎが濃度の高い方から低い方に移動し、濃度の均一化が生じる。これにより、活性層１４におけるＺｎ濃度が上昇し、フリーキャリアによる光吸収が大きくなり、パルスＩ−Ｌ測定においてＣＯＤに起因した光出射端面３８近傍の破壊が起こったために発生したものと考えられる。 Next, a pulse IL measurement is performed on some of the optical semiconductor devices according to the comparative example 1 that passed the reliability test by APC for 100 hours. FIG. 6 shows the result of pulse IL measurement. The horizontal axis of FIG. 6 is the injection current, and the vertical axis is the light output. According to FIG. 6, before reaching the specified light output of 300 mW, it can be confirmed that the light output becomes 0 mW near the injection current of 250 mA, and the optical semiconductor device is broken. As shown in FIG. 4, since the Zn concentration distribution in the first diffusion region 23 is large from the upper surface of the second conductivity type cladding layer 16 to the lower surface of the active layer 14, the Zn current distribution due to the operating current of the reliability test by APC Moves from the higher density to the lower density, and the density becomes uniform. As a result, the Zn concentration in the active layer 14 is increased, the light absorption by free carriers is increased, and this is considered to be caused by the destruction near the light emitting end face 38 caused by COD in the pulse IL measurement.

このように、比較例１に係る光半導体装置は信頼性について課題がある。この課題を解決するための実施例を以下に示す。 Thus, the optical semiconductor device according to Comparative Example 1 has a problem with reliability. An example for solving this problem is shown below.

図７は実施例１に係る光半導体装置（レーザダイオード）の模式的斜視図である。図８（ａ）は図７のＡ−Ａ間の模式的断面図であり、図８（ｂ）は図７のＢ−Ｂ間の模式的断面図である。 FIG. 7 is a schematic perspective view of the optical semiconductor device (laser diode) according to the first embodiment. 8A is a schematic cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 7, and FIG. 8B is a schematic cross-sectional view taken along the line BB in FIG.

図７、図８（ａ）および図８（ｂ）を参照に、ｎ型ＧａＡｓ基板からなる基板１０上に、化合物半導体層２２として、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層からなり厚さ２．６μｍの第１導電型クラッド層１２、ＡｌＧａＩｎＰ／ＩｎＧａＰのＭＱＷ（多重量子井戸）からなり厚さ２０ｎｍの活性層１４、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層からなり厚さ２．０μｍの第２導電型クラッド層１６、ＩｎＧａＰ層からなり厚さ３０ｎｍのストッパー層１８およびｐ型ＧａＡｓ層からなり厚さ０．２μｍのｐ型コンタクト層２０が順に設けられている。なお、第１導電型クラッド層１２と第２導電型クラッド層１６とは、反対の導電型であれば良く、ｐ型ＧａＡｓ基板を用い、第１導電型クラッド層１２がｐ型クラッド層、第２導電型クラッド層がｎ型クラッド層であってもよい。 Referring to FIG. 7, FIG. 8A and FIG. 8B, on the substrate 10 made of an n-type GaAs substrate, the compound semiconductor layer 22 is made of an n-type AlGaInP layer and has a thickness of 2.6 μm. Type cladding layer 12, active layer 14 made of AlGaInP / InGaP MQW (multiple quantum well), thickness 20nm, second conductivity type cladding layer 16 made of p-type AlGaInP layer and thickness 2.0μm, and InGaP layer A stopper layer 18 having a thickness of 30 nm and a p-type contact layer 20 having a thickness of 0.2 μm are sequentially provided. The first conductivity type clad layer 12 and the second conductivity type clad layer 16 may be of the opposite conductivity type, using a p-type GaAs substrate, the first conductivity type clad layer 12 being a p-type clad layer, The two-conductivity-type cladding layer may be an n-type cladding layer.

図７および図８（ａ）を参照に、ｐ型コンタクト層２０、ストッパー層１８および第２導電型クラッド層１６の一部が除去された窪み部２６が設けられ、窪み部２６間にｐ型コンタクト層２０、ストッパー層１８および第２導電型クラッド層１６からなるリッジ部２８が設けられている。つまり、化合物半導体層２２はリッジ部２８を有する。ｐ型コンタクト層２０、ストッパー層１８および第２導電型クラッド層１６を覆うようにＳｉＮ層からなる保護層３０が設けられている。リッジ部２８上の保護層３０は除去されており、ｐ型コンタクト層２０に接するように保護層３０上にｐ側電極３２が設けられている。図７および図８（ｂ）を参照に、化合物半導体層２２のＢ−Ｂ方向の端部には、活性層１４からの光を出射する光出射端面３８を含むように、Ｚｎが拡散された第２拡散領域２４が設けられている。光出射端面３８が設けられている側の化合物半導体層２２の端面３４には低反射膜（不図示）が設けられており、反対側の端面３６には高反射膜（不図示）が設けられている。 With reference to FIGS. 7 and 8A, a p-type contact layer 20, a stopper layer 18, and a depression 26 from which a part of the second conductivity type cladding layer 16 is removed are provided, and a p-type is provided between the depressions 26. A ridge portion 28 including the contact layer 20, the stopper layer 18, and the second conductivity type cladding layer 16 is provided. That is, the compound semiconductor layer 22 has the ridge portion 28. A protective layer 30 made of a SiN layer is provided so as to cover the p-type contact layer 20, the stopper layer 18, and the second conductivity type cladding layer 16. The protective layer 30 on the ridge portion 28 is removed, and a p-side electrode 32 is provided on the protective layer 30 so as to be in contact with the p-type contact layer 20. Referring to FIGS. 7 and 8B, Zn is diffused so as to include a light emitting end face 38 that emits light from the active layer 14 at the end in the BB direction of the compound semiconductor layer 22. A second diffusion region 24 is provided. A low reflection film (not shown) is provided on the end face 34 of the compound semiconductor layer 22 on the side where the light emitting end face 38 is provided, and a high reflection film (not shown) is provided on the end face 36 on the opposite side. ing.

図７および図８（ａ）を参照に、活性層１４は屈折率の低い第１導電型クラッド層１２および第２導電型クラッド層１６に挟まれているため、化合物半導体層２２を伝搬する光は、活性層１４近傍に閉じ込められる。一方、リッジ部２８下の活性層１４近傍を伝搬する光に対する等価屈折率は、リッジ部２８両側の窪み部２６下の活性層１４近傍を伝搬する光に対する等価屈折率より大きい。このため、活性層１４近傍を伝搬する光はリッジ部２８下の活性層１４近傍に閉じ込められる。活性層１４近傍を伝搬する光を閉じ込める部分を導波路４８という。図８（ｂ）を参照に、導波路４８内の光は化合物半導体層２２の両側の端面３４および３６で反射される。このようにして、導波路４８内で誘導放出された光はレーザ光として、光出射端面３８から出力光として出射される。ここで、等価屈折率とは、伝搬する光が感じる屈折率のことである。 Referring to FIGS. 7 and 8A, since the active layer 14 is sandwiched between the first conductivity type cladding layer 12 and the second conductivity type cladding layer 16 having a low refractive index, the light propagating through the compound semiconductor layer 22 Is confined in the vicinity of the active layer 14. On the other hand, the equivalent refractive index for light propagating in the vicinity of the active layer 14 under the ridge 28 is larger than the equivalent refractive index for light propagating in the vicinity of the active layer 14 under the depression 26 on both sides of the ridge 28. Therefore, light propagating in the vicinity of the active layer 14 is confined in the vicinity of the active layer 14 below the ridge portion 28. A portion that confines light propagating in the vicinity of the active layer 14 is referred to as a waveguide 48. Referring to FIG. 8B, the light in the waveguide 48 is reflected by the end faces 34 and 36 on both sides of the compound semiconductor layer 22. In this way, the light stimulated and emitted within the waveguide 48 is emitted as output light from the light emitting end face 38 as laser light. Here, the equivalent refractive index is a refractive index felt by propagating light.

実施例１に係る光半導体装置の製造方法については、第２拡散領域２４を形成する方法以外は、比較例１に係る光半導体装置と同じであり、図１（ａ）から図１（ｅ）に示しているので説明を省略する。 The manufacturing method of the optical semiconductor device according to Example 1 is the same as that of the optical semiconductor device according to Comparative Example 1 except for the method of forming the second diffusion region 24, and FIG. 1 (a) to FIG. 1 (e). The description is omitted here.

次に、図９（ａ）から図９（ｃ）を用いて、実施例１に係る光半導体装置の第２拡散領域２４を形成する方法を説明する。なお、拡散ソース層４２およびキャップ層４４を形成する工程までは比較例１に係る光半導体装置と同じであり、図２（ａ）から図３（ｂ）に示しているので説明を省略する。 Next, a method for forming the second diffusion region 24 of the optical semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 9A to 9C. Note that the steps up to the step of forming the diffusion source layer 42 and the cap layer 44 are the same as those of the optical semiconductor device according to the comparative example 1, and are not shown in FIG. 2A to FIG.

図９（ａ）を参照に、マスク層３９をマスクに、拡散ソース層４２に６１０℃で５分間の第１熱処理を行う。これにより、拡散ソース層４２に含まれるＺｎが化合物半導体層２２に拡散され、第１拡散領域２３が形成される。比較例１に係る光半導体装置の形成方法の場合に比べて、第１拡散領域２３を形成する際の熱処理の時間が短いため、第１拡散領域２３は活性層１４に僅かに到達する程度の深さに形成される。 Referring to FIG. 9A, a first heat treatment is performed on the diffusion source layer 42 at 610 ° C. for 5 minutes using the mask layer 39 as a mask. Thereby, Zn contained in the diffusion source layer 42 is diffused into the compound semiconductor layer 22, and the first diffusion region 23 is formed. Compared to the method of forming the optical semiconductor device according to Comparative Example 1, the heat treatment time for forming the first diffusion region 23 is short, so that the first diffusion region 23 reaches the active layer 14 slightly. Formed to a depth.

図９（ｂ）を参照に、マスク層３９、拡散ソース層４２およびキャップ層４４を除去する。その後、化合物半導体層２２上に１．９の屈折率を有し、厚さ７５ｎｍの第１ＳｉＮ膜４６を形成する。 Referring to FIG. 9B, the mask layer 39, the diffusion source layer 42, and the cap layer 44 are removed. Thereafter, a first SiN film 46 having a refractive index of 1.9 and a thickness of 75 nm is formed on the compound semiconductor layer 22.

図９（ｃ）を参照に、例えば、ラピッドサーマルアニール（ＲＴＡ）を用いて、第１拡散領域２３に６３０℃で３０分間の第２熱処理を行う。これにより、第１拡散領域２３に含まれるＺｎが化合物半導体層２２内部に拡散され、第１拡散領域２３より化合物半導体層２２の深い領域まで達する第２拡散領域２４が形成される。つまり、第２拡散領域２４は、活性層１４に十分に達するように形成される。以上の方法により、実施例１に係る光半導体装置の第２拡散領域２４が形成される。 Referring to FIG. 9C, the second heat treatment is performed on the first diffusion region 23 at 630 ° C. for 30 minutes using, for example, rapid thermal annealing (RTA). Thereby, Zn contained in the first diffusion region 23 is diffused into the compound semiconductor layer 22, and the second diffusion region 24 reaching the deep region of the compound semiconductor layer 22 from the first diffusion region 23 is formed. That is, the second diffusion region 24 is formed so as to sufficiently reach the active layer 14. With the above method, the second diffusion region 24 of the optical semiconductor device according to the first embodiment is formed.

図１０に実施例１に係る光半導体装置について、２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）を用いて、第２拡散領域２４に含まれるＺｎの濃度分布について評価した結果を示す。図１０の横軸は化合物半導体層２２表面からの距離であり、縦軸はＺｎの濃度である。図１０によれば、活性層１４におけるＺｎの濃度は約２×１０^１８／ｃｍ^３と比較例１に比べて低濃度である。また、第２導電型クラッド層１６上面から活性層１４下面にかけて（領域Ｄ）のＺｎの濃度分布は、領域Ｄの標準偏差σ／領域Ｄの平均値、の値が約６％と小さいことが確認できる。 FIG. 10 shows the result of evaluating the concentration distribution of Zn contained in the second diffusion region 24 using secondary ion mass spectrometry (SIMS) for the optical semiconductor device according to Example 1. The horizontal axis in FIG. 10 is the distance from the surface of the compound semiconductor layer 22, and the vertical axis is the Zn concentration. According to FIG. 10, the Zn concentration in the active layer 14 is about 2 × 10 ¹⁸ / cm ³ , which is lower than that in Comparative Example 1. Further, from the upper surface of the second conductivity type cladding layer 16 to the lower surface of the active layer 14 (Zone concentration distribution), the standard deviation σ of the region D / average value of the region D is as small as about 6%. I can confirm.

比較例１の製造方法によれば、図４に示したように、第１拡散領域２３のＺｎ濃度は高く、また、第２導電型クラッド層１６から活性層１４にかけてのＺｎ濃度分布も大きい。しかしながら、実施例１の製造方法によれば、図９（ａ）に示すように、拡散ソース層４２に第１熱処理を行い、深さの浅い第１拡散領域２３を形成する。そして、図９（ｂ）に示すように、Ｚｎの供給源である拡散ソース層４２を除去した後、図９（ｃ）に示すように、第１拡散領域２３に第２熱処理を行うことで、第１拡散領域２３に含まれるＺｎが拡散し、第１拡散領域２３が第２拡散領域２４となる。このため、図１０に示すように、第２拡散領域２４のＺｎ濃度を低くすることができ、且つ、第２導電型クラッド層１６から活性層１４にかけてのＺｎの濃度分布を均一にすることができる。また、図９（ｂ）に示すように、化合物半導体層２２上に第１ＳｉＮ膜４６を形成した後、第１拡散領域２３に第２熱処理を行うことで、第１拡散領域２３に含まれるＺｎを化合物半導体層２２の内部に向かって拡散させることができる。 According to the manufacturing method of Comparative Example 1, as shown in FIG. 4, the Zn concentration in the first diffusion region 23 is high, and the Zn concentration distribution from the second conductivity type cladding layer 16 to the active layer 14 is also large. However, according to the manufacturing method of the first embodiment, as shown in FIG. 9A, the first heat treatment is performed on the diffusion source layer 42 to form the first diffusion region 23 having a shallow depth. Then, as shown in FIG. 9B, after removing the diffusion source layer 42 which is a supply source of Zn, as shown in FIG. 9C, a second heat treatment is performed on the first diffusion region 23. Zn contained in the first diffusion region 23 diffuses, and the first diffusion region 23 becomes the second diffusion region 24. Therefore, as shown in FIG. 10, the Zn concentration in the second diffusion region 24 can be lowered, and the Zn concentration distribution from the second conductivity type cladding layer 16 to the active layer 14 can be made uniform. it can. Further, as shown in FIG. 9B, after the first SiN film 46 is formed on the compound semiconductor layer 22, the second heat treatment is performed on the first diffusion region 23, so that Zn contained in the first diffusion region 23 is formed. Can be diffused toward the inside of the compound semiconductor layer 22.

次に、図１１に実施例１に係る光半導体装置についてのＡＰＣによる信頼性試験の結果を、図１２にパルスＩ−Ｌ測定の結果を示す。図１１を参照に、１００時間におよぶＡＰＣによる信頼性試験で、動作電流の著しい上昇等は確認されず、安定して動作していることが確認できる。図１２を参照に、注入電流に比例して光出力も増加し、規定出力である３００ｍＷに到達していることが確認できる。 Next, FIG. 11 shows the result of the APC reliability test for the optical semiconductor device according to Example 1, and FIG. 12 shows the result of the pulse IL measurement. Referring to FIG. 11, in a reliability test by APC for 100 hours, a significant increase in operating current is not confirmed, and it can be confirmed that the device is operating stably. Referring to FIG. 12, it can be confirmed that the light output increases in proportion to the injection current and reaches 300 mW which is the specified output.

実施例１によれば、図１０に示すように、活性層１４におけるＺｎの濃度が目標値（約１×１０^１８／ｃｍ^３）に近く、且つ、第２導電型クラッド層１６から活性層１４にかけてのＺｎの濃度分布が均一になっている。このため、ＣＯＤを起因とした光出射端面３８近傍の破壊を抑制することができる。よって、図１１に示すように、ＡＰＣによる信頼性試験で異常が発生する光半導体装置を減少させることができ、図１２に示すように、パルスＩ−Ｌ測定で規定出力を有する光半導体装置を得ることができる。したがって、実施例１に係る光半導体装置によれば、信頼性の低下を抑制することができる。 According to Example 1, as shown in FIG. 10, the Zn concentration in the active layer 14 is close to the target value (about 1 × 10 ¹⁸ / cm ³ ), and the second conductivity type cladding layer 16 to the active layer 14. The concentration distribution of Zn is uniform. For this reason, destruction near the light emitting end face 38 caused by COD can be suppressed. Therefore, as shown in FIG. 11, the number of optical semiconductor devices in which an abnormality occurs in a reliability test by APC can be reduced. As shown in FIG. 12, an optical semiconductor device having a prescribed output in pulse IL measurement can be reduced. Obtainable. Therefore, according to the optical semiconductor device according to the first embodiment, a decrease in reliability can be suppressed.

また、実施例１の製造方法によれば、図９（ｂ）に示すように、化合物半導体層２２上に１．９の屈折率を有する第１ＳｉＮ膜４６を形成している。ここで、発明者が１．９の屈折率を有する第１ＳｉＮ膜４６を用いた理由を以下に説明する。発明者は、図９（ａ）から図９（ｃ）に示す、第２拡散領域２４を形成する工程で、屈折率が１．８、１．８５、１．９の３種類の第１ＳｉＮ膜４６を用いた場合の実験を行った。図１３は屈折率が１．８の第１ＳｉＮ膜４６を用いた場合、図１４（ａ）は屈折率が１．８５の第１ＳｉＮ膜４６を用いた場合、図１４（ｂ）は屈折率が１．９の第１ＳｉＮ膜４６を用いた場合の、図９（ｃ）で説明した工程後における光半導体装置のＳＥＭ断面写真の模式図である。なお、光半導体の分野において、一般的にＳｉＮ膜に用いられる屈折率は１．８から１．８５である。 Further, according to the manufacturing method of Example 1, as shown in FIG. 9B, the first SiN film 46 having a refractive index of 1.9 is formed on the compound semiconductor layer 22. Here, the reason why the inventor used the first SiN film 46 having a refractive index of 1.9 will be described below. The inventor forms three types of first SiN films having refractive indexes of 1.8, 1.85, and 1.9 in the step of forming the second diffusion region 24 shown in FIGS. 9A to 9C. An experiment using 46 was conducted. 13 shows the case where the first SiN film 46 having a refractive index of 1.8 is used, FIG. 14A shows the case where the first SiN film 46 having a refractive index of 1.85 is used, and FIG. FIG. 10 is a schematic diagram of an SEM cross-sectional photograph of the optical semiconductor device after the step described with reference to FIG. 9C when the 1.9 first SiN film 46 is used. In the field of optical semiconductors, the refractive index generally used for SiN films is 1.8 to 1.85.

図１３を参照に、屈折率が１．８の第１ＳｉＮ膜４６の場合は、化合物半導体層２２に形成された第２拡散領域２４の表面に多数の欠陥１３が生じていることが確認できる。屈折率が１．８５の第１ＳｉＮ膜４６の場合は、図１４（ａ）に示すように、第２拡散領域２４表面の欠陥１３が、屈折率が１．８の第１ＳｉＮ膜４６の場合に比べて少ないことが確認できる。屈折率が１．９の第１ＳｉＮ膜４６の場合は、図１４（ｂ）に示すように、第２拡散領域２４表面にほとんど欠陥１３が生じていないことが確認できる。 Referring to FIG. 13, in the case of the first SiN film 46 having a refractive index of 1.8, it can be confirmed that many defects 13 are generated on the surface of the second diffusion region 24 formed in the compound semiconductor layer 22. In the case of the first SiN film 46 having a refractive index of 1.85, as shown in FIG. 14A, the defect 13 on the surface of the second diffusion region 24 is the case of the first SiN film 46 having a refractive index of 1.8. It can be confirmed that it is less than that. In the case of the first SiN film 46 having a refractive index of 1.9, it can be confirmed that the defect 13 hardly occurs on the surface of the second diffusion region 24 as shown in FIG.

このように、屈折率の違いにより欠陥１３の発生に差が生じる理由を以下に推測する。ＳｉＮ膜の屈折率が低い場合は、膜質の緻密性が悪くなる。このため、図９（ｃ）で説明した第１拡散領域２３に行う第２熱処理により、化合物半導体層２２中のＧａ（ガリウム）やＡｓ（砒素）等が、第１ＳｉＮ膜４６を通過して外部に蒸発してしまい、化合物半導体層２２表面に欠陥１３が生じると考えられる。つまり、第２拡散領域２４表面に欠陥１３が生じると考えられる。したがって、化合物半導体層２２が、例えばＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ等、ＧａとＡｓを含む場合に、化合物半導体層２２表面に欠陥１３が生じ易いと考えられる。 Thus, the reason for the difference in the generation of the defect 13 due to the difference in refractive index will be estimated below. When the refractive index of the SiN film is low, the denseness of the film quality is deteriorated. Therefore, the second heat treatment performed on the first diffusion region 23 described with reference to FIG. 9C causes Ga (gallium), As (arsenic), or the like in the compound semiconductor layer 22 to pass through the first SiN film 46 and be externally transmitted. It is considered that the defects 13 are generated on the surface of the compound semiconductor layer 22 due to evaporation. That is, it is considered that the defect 13 is generated on the surface of the second diffusion region 24. Therefore, when the compound semiconductor layer 22 contains Ga and As such as GaAs, AlGaAs, InGaAs, etc., it is considered that the defects 13 are likely to occur on the surface of the compound semiconductor layer 22.

また、第１拡散領域２３に行う第２熱処理の温度が高温になるほど、化合物半導体層２２表面に生じる欠陥１３が顕著に現れる。図２（ａ）から図３（ｃ）に示した比較例１の製造方法のように、拡散ソース層４２に熱処理を行い、第１拡散領域２３を形成する場合は、熱処理の温度が高温だとＺｎの供給が過剰になるため、通常は熱処理の温度を抑えている。しかしながら、図９（ａ）から図９（ｃ）に示した実施例１の製造方法のように、拡散ソース層４２の第１熱処理と第１拡散領域２３の第２熱処理との２回の熱処理により、第２拡散領域２４を形成する場合は、第１拡散領域２３の第２熱処理の温度を拡散ソース層４２の第１熱処理の温度より高温にすることが好ましい。このため、実施例１の製造方法では、化合物半導体層２２表面に欠陥１３が生じ易くなる。 Further, as the temperature of the second heat treatment performed on the first diffusion region 23 becomes higher, the defects 13 generated on the surface of the compound semiconductor layer 22 appear more remarkably. When the first diffusion region 23 is formed by performing heat treatment on the diffusion source layer 42 as in the manufacturing method of Comparative Example 1 shown in FIGS. 2A to 3C, the temperature of the heat treatment is high. Since the supply of Zn and Zn becomes excessive, the temperature of the heat treatment is usually suppressed. However, as in the manufacturing method of the first embodiment shown in FIGS. 9A to 9C, the first heat treatment of the diffusion source layer 42 and the second heat treatment of the first diffusion region 23 are performed twice. Thus, when the second diffusion region 24 is formed, the temperature of the second heat treatment of the first diffusion region 23 is preferably higher than the temperature of the first heat treatment of the diffusion source layer 42. For this reason, in the manufacturing method of Example 1, it becomes easy to produce the defect 13 in the compound semiconductor layer 22 surface.

これらの結果より、発明者は１．９以上の屈折率を有する第１ＳｉＮ膜４６を用いることで、図９（ｃ）に示す、第１拡散領域２３に行う第２熱処理により、化合物半導体層２２表面に生じる欠陥１３を抑制することを可能とした。これにより、化合物半導体層２２上に形成する保護層３０と化合物半導体層２２との密着性の低下の抑制や、ｐ型コンタクト層２０に接するように保護層３０上に形成するｐ側電極３２とｐ型コンタクト層２０とのコンタクト抵抗の増加を抑制することができる。特に、化合物半導体層２２がＧａとＡｓを含む場合は、化合物半導体層２２表面に欠陥１３が生じ易いため、１．９以上の屈折率を有する第１ＳｉＮ膜４６を用いる効果が大きくなる。また、図９（ａ）に示すマスク層３９に、屈折率が１．９以上のＳｉＮ膜を用いてもよい。この場合は、第１拡散領域２３を形成する際の拡散ソース層４２に行う第１熱処理により生じる可能性がある、化合物半導体層２２表面の欠陥１３を抑制することができる。 From these results, the inventor uses the first SiN film 46 having a refractive index of 1.9 or more, and the second heat treatment performed on the first diffusion region 23 shown in FIG. It was possible to suppress the defects 13 generated on the surface. Thereby, suppression of the adhesive fall of the protective layer 30 formed on the compound semiconductor layer 22 and the compound semiconductor layer 22 is suppressed, and the p-side electrode 32 formed on the protective layer 30 so as to be in contact with the p-type contact layer 20. An increase in contact resistance with the p-type contact layer 20 can be suppressed. In particular, when the compound semiconductor layer 22 contains Ga and As, the defect 13 is likely to occur on the surface of the compound semiconductor layer 22, so that the effect of using the first SiN film 46 having a refractive index of 1.9 or more is increased. Further, a SiN film having a refractive index of 1.9 or more may be used for the mask layer 39 shown in FIG. In this case, the defects 13 on the surface of the compound semiconductor layer 22 that may be generated by the first heat treatment performed on the diffusion source layer 42 when forming the first diffusion region 23 can be suppressed.

実施例１の製造方法によれば、図９（ａ）に示すように、第１拡散領域２３を形成する際、拡散ソース層４２に６１０℃で５分間の第１熱処理を実施し、図９（ｃ）に示すように、第２拡散領域２４を形成する際、第１拡散領域２３に６３０℃で３０分間の第２熱処理を実施している。このように、第２拡散領域２４を形成する際に行う第２熱処理の温度を、第１拡散領域２３を形成する際に行う第１熱処理の温度より高くすることで、第１拡散領域２３のＺｎを化合物半導体層２２に拡散させることができ、Ｚｎの濃度が低く、且つ、濃度分布の小さい第２拡散領域２４を形成することができる。特に、第２拡散領域２４を形成する際に第１拡散領域２３に行う第２熱処理の温度は、６３０℃〜８５０℃である場合が好ましい。 According to the manufacturing method of Example 1, as shown in FIG. 9A, when the first diffusion region 23 is formed, the diffusion heat source layer 42 is subjected to the first heat treatment at 610 ° C. for 5 minutes. As shown in (c), when the second diffusion region 24 is formed, a second heat treatment is performed on the first diffusion region 23 at 630 ° C. for 30 minutes. As described above, by setting the temperature of the second heat treatment performed when forming the second diffusion region 24 higher than the temperature of the first heat treatment performed when forming the first diffusion region 23, Zn can be diffused into the compound semiconductor layer 22, and the second diffusion region 24 having a low concentration of Zn and a small concentration distribution can be formed. In particular, the temperature of the second heat treatment performed on the first diffusion region 23 when forming the second diffusion region 24 is preferably 630 ° C. to 850 ° C.

また、図９（ｃ）に示すように、第２拡散領域２４を形成する際、第１拡散領域２３に行う第２熱処理に、ラピッドサーマルアニール（ＲＴＡ）を用いた場合を例に示したがこれに限られない。ファーネスアニール等、その他の方法を用いることもできる。また、図９（ａ）に示す第１拡散領域２３の形成の際、拡散ソース層４２に行う第１熱処理にも、ラピッドサーマルアニールやファーネスアニール等を用いることができる。 Further, as shown in FIG. 9C, the case where rapid thermal annealing (RTA) is used for the second heat treatment performed on the first diffusion region 23 when forming the second diffusion region 24 is shown as an example. It is not limited to this. Other methods such as furnace annealing can also be used. In addition, when the first diffusion region 23 shown in FIG. 9A is formed, rapid thermal annealing, furnace annealing, or the like can also be used for the first heat treatment performed on the diffusion source layer 42.

さらに、拡散ソース層４２はＺｎを含み、Ｚｎを拡散させて、第２拡散領域２４を形成する場合を例に示したがこれに限られない。ＣＯＤに起因した光出射端面３８近傍での破壊を抑制することが可能であれば、拡散ソース層４２はその他の不純物を含んでいる場合でもよい。 Furthermore, although the case where the diffusion source layer 42 contains Zn and the second diffusion region 24 is formed by diffusing Zn is shown as an example, the present invention is not limited thereto. The diffusion source layer 42 may contain other impurities as long as the destruction near the light emitting end face 38 due to COD can be suppressed.

実施例２は、第２熱処理により第２拡散領域２４を形成する工程に続いて、第２拡散領域２４に第３熱処理を行い、第３拡散領域を形成する場合の例である。実施例２に係る光半導体装置の構造は、第２拡散領域２４の代わりに第３拡散領域２５が設けられている以外は、実施例１と同じであり、図７、図８（ａ）および図８（ｂ）に示しているため説明を省略する。また、製造方法は、第２拡散領域２４に第３熱処理を行い、第３拡散領域２５を形成する工程以外は、実施例１と同じであり、図１（ａ）から図１（ｅ）および図９（ａ）から図９（ｃ）に示している。 Example 2 is an example in which the third diffusion region is formed by performing the third heat treatment on the second diffusion region 24 following the step of forming the second diffusion region 24 by the second heat treatment. The structure of the optical semiconductor device according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment except that the third diffusion region 25 is provided instead of the second diffusion region 24, and FIGS. Since it is shown in FIG.8 (b), description is abbreviate | omitted. The manufacturing method is the same as that of Example 1 except that a third heat treatment is performed on the second diffusion region 24 to form the third diffusion region 25, and FIGS. 1 (a) to 1 (e) and FIG. This is shown in FIGS. 9A to 9C.

次に、図１５（ａ）から図１５（ｃ）を用い、第２拡散領域２４に第３熱処理を行い、第３拡散領域２５を形成する工程について説明する。まず、図９（ａ）から図９（ｃ）で示した製造方法を用いて、第２拡散領域２４を形成する。その後、図１５（ａ）を参照に、第１ＳｉＮ膜４６を除去する。 Next, a process of forming the third diffusion region 25 by performing the third heat treatment on the second diffusion region 24 will be described with reference to FIGS. First, the second diffusion region 24 is formed using the manufacturing method shown in FIGS. 9A to 9C. Thereafter, referring to FIG. 15A, the first SiN film 46 is removed.

図１５（ｂ）を参照に、化合物半導体層２２上に、新たに、屈折率が１．８５で、厚さが１５０ｎｍの第２ＳｉＮ膜４７を形成する。なお、第２ＳｉＮ膜４７の屈折率は１．８７以下である場合が好ましい。１．８７以下の屈折率を有するＳｉＮ膜を用いる理由は以下の通りである。図１３および図１４で説明したように、屈折率の低いＳｉＮ膜は、膜質の緻密性が悪いため、熱処理により拡散された物質が、ＳｉＮ膜に取り込まれる。この性質を利用し、膜質の緻密性が比較的低い、屈折率１．８７以下の第２ＳｉＮ膜４７を用いて、熱処理により拡散されたＺｎを第２ＳｉＮ膜４７に取り込ませるようにするためである。 Referring to FIG. 15B, a second SiN film 47 having a refractive index of 1.85 and a thickness of 150 nm is newly formed on the compound semiconductor layer 22. The refractive index of the second SiN film 47 is preferably 1.87 or less. The reason for using a SiN film having a refractive index of 1.87 or less is as follows. As described with reference to FIGS. 13 and 14, since the SiN film having a low refractive index has poor film quality, the substance diffused by the heat treatment is taken into the SiN film. This is to make use of this property to incorporate Zn diffused by the heat treatment into the second SiN film 47 using the second SiN film 47 having a relatively low film quality and a refractive index of 1.87 or less. .

図１５（ｃ）を参照に、例えば、ラピッドサーマルアニール（ＲＴＡ）を用いて、第２拡散領域２４に６００℃で３０分間の第３熱処理を行い、第３拡散領域２５を形成する。ここで、第２ＳｉＮ膜４７の屈折率は１．８５と、第２拡散領域２４の形成の際に用いた第１ＳｉＮ膜４６（屈折率１．９）に比べて低屈折率である。このため、図１３および図１４で説明したように、第３熱処理では欠陥１３の発生が多くなる。しかしながら、第３熱処理の温度を第２熱処理の温度に比べて低温とすることで、欠陥１３の発生を抑制している。したがって、第３熱処理での好ましい温度は、５５０℃〜６００℃である。また、前述したように、屈折率の低いＳｉＮ膜は、緻密性が悪く、拡散された物質が取り込まれ易い。よって、第２拡散領域２４に含まれていたＺｎは、第３熱処理により拡散されて、第２ＳｉＮ膜４７に取り込まれる。なお、第３熱処理は、ラピッドサーマルアニールの他にファーネスアニール等を用いることができる。 Referring to FIG. 15C, the third diffusion region 25 is formed by performing a third heat treatment at 600 ° C. for 30 minutes, for example, using rapid thermal annealing (RTA). Here, the refractive index of the second SiN film 47 is 1.85, which is lower than that of the first SiN film 46 (refractive index 1.9) used in forming the second diffusion region 24. For this reason, as described with reference to FIGS. 13 and 14, the number of defects 13 increases in the third heat treatment. However, the generation of the defect 13 is suppressed by setting the temperature of the third heat treatment to be lower than the temperature of the second heat treatment. Therefore, a preferable temperature in the third heat treatment is 550 ° C to 600 ° C. Further, as described above, the SiN film having a low refractive index has poor density, and the diffused material is easily taken in. Therefore, Zn contained in the second diffusion region 24 is diffused by the third heat treatment and taken into the second SiN film 47. For the third heat treatment, furnace annealing or the like can be used in addition to rapid thermal annealing.

図１６に、実施例２に係る半導体装置について、２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）を用いて、第２拡散領域２４に含まれるＺｎの濃度分布について評価した結果を示す。図１６の横軸は化合物半導体層２２表面からの距離であり、縦軸はＺｎの濃度である。図１６中の実線のグラフは、実施例２の第３拡散領域２５の濃度プロファイルを示しており、破線のグラフは、実施例１の第２拡散領域２４の濃度プロファイルを示している。図１６に示すように、実施例２によれば、実施例１に比べて、活性層１４におけるＺｎの濃度を更に低くすることができる。これは、第２拡散領域２４に含まれていたＺｎが、第３熱処理により、第２ＳｉＮ膜４７に取り込まれたためと考えられる。 FIG. 16 shows the results of evaluating the concentration distribution of Zn contained in the second diffusion region 24 using secondary ion mass spectrometry (SIMS) for the semiconductor device according to Example 2. The horizontal axis of FIG. 16 is the distance from the surface of the compound semiconductor layer 22, and the vertical axis is the concentration of Zn. The solid line graph in FIG. 16 shows the concentration profile of the third diffusion region 25 of Example 2, and the broken line graph shows the concentration profile of the second diffusion region 24 of Example 1. As shown in FIG. 16, according to Example 2, the concentration of Zn in the active layer 14 can be further reduced as compared with Example 1. This is presumably because Zn contained in the second diffusion region 24 was taken into the second SiN film 47 by the third heat treatment.

なお、図１５（ｃ）のように、第３熱処理を実行した後、第２ＳｉＮ膜４７とｐ型コンタクト層２０の表面とにＺｎが拡散されて、第２ＳｉＮ膜４７とｐ型コンタクト層２０の表面とのＺｎの濃度は高濃度になる。第２ＳｉＮ膜４７とｐ型コンタクト層２０の表面とに拡散されたＺｎは、光半導体装置が動作する高温、高電界状態において、再び化合物半導体層２２の内部方向に移動する。このため、光半導体装置の信頼性が低下する。したがって、図１７に示すように、第３熱処理を行い、第３拡散領域２５を形成した後、第２ＳｉＮ膜４７を除去し、その後、ｐ型コンタクト層２０の表面部分を除去することが好ましい。ｐ型コンタクト層２０の表面部分の除去は、例えば、ウエットエッチング法を用いて５０ｎｍ程度除去すればよい。また、第２ＳｉＮ膜４７とｐ型コンタクト層２０の表面との両方を除去せずに、第２ＳｉＮ膜４７のみを除去する場合でもよい。 As shown in FIG. 15C, after the third heat treatment is performed, Zn is diffused into the second SiN film 47 and the surface of the p-type contact layer 20, and the second SiN film 47 and the p-type contact layer 20 are formed. The Zn concentration with the surface is high. Zn diffused in the second SiN film 47 and the surface of the p-type contact layer 20 moves again in the internal direction of the compound semiconductor layer 22 in a high temperature and high electric field state where the optical semiconductor device operates. For this reason, the reliability of the optical semiconductor device is lowered. Therefore, as shown in FIG. 17, it is preferable to perform the third heat treatment to form the third diffusion region 25, then remove the second SiN film 47, and then remove the surface portion of the p-type contact layer 20. The surface portion of the p-type contact layer 20 may be removed by, for example, about 50 nm using a wet etching method. Alternatively, only the second SiN film 47 may be removed without removing both the second SiN film 47 and the surface of the p-type contact layer 20.

実施例２においても、実施例１と同様に、ＡＰＣによる信頼性試験およびパルスＩ−Ｌ測定に関して、良好な結果を得ることができ、信頼性の低下を抑制することができる。 In the second embodiment, as in the first embodiment, good results can be obtained with respect to the reliability test by APC and the pulse IL measurement, and a decrease in reliability can be suppressed.

実施例３は、第１熱処理の条件および第２熱処理の条件が、実施例１と異なる場合の例である。実施例３に係る光半導体装置の構造は、実施例１と同じであり、図７、図８（ａ）および図８（ｂ）に示しているため説明を省略する。また、製造方法は、第１拡散領域２３を形成する際に、拡散ソース層４２に行う第１熱処理の温度が６１０℃で時間が２分間であること、および、第２拡散領域２４を形成する際に、第１拡散領域２３に行う第２熱処理の温度が６３０℃で時間が５分間であること以外は、図１（ａ）から図１（ｅ）および図９（ａ）から図９（ｃ）に示した、実施例１に係る光半導体装置と同じである。 Example 3 is an example in which the conditions of the first heat treatment and the conditions of the second heat treatment are different from those of Example 1. The structure of the optical semiconductor device according to the third embodiment is the same as that of the first embodiment, and the description thereof is omitted because it is illustrated in FIGS. 7, 8A, and 8B. In the manufacturing method, when the first diffusion region 23 is formed, the temperature of the first heat treatment performed on the diffusion source layer 42 is 610 ° C. and the time is 2 minutes, and the second diffusion region 24 is formed. In this case, except that the temperature of the second heat treatment performed on the first diffusion region 23 is 630 ° C. and the time is 5 minutes, FIGS. 1A to 1E and FIGS. This is the same as the optical semiconductor device according to Example 1 shown in c).

図１８に実施例３に係る光半導体装置について、２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）を用いて、第２拡散領域２４に含まれるＺｎの濃度分布について評価した結果を示す。図１８の横軸は化合物半導体層２２表面からの距離であり、縦軸はＺｎの濃度である。図１８によれば、活性層１４におけるＺｎの濃度は約１×１０^１８／ｃｍ^３である。また、第２導電型クラッド層１６上面から活性層１４下面にかけて（領域Ｄ）のＺｎの濃度分布は、領域Ｄの標準偏差σ／領域Ｄの平均値、の値が約９％と小さいことが確認できる。 FIG. 18 shows the result of evaluating the concentration distribution of Zn contained in the second diffusion region 24 using secondary ion mass spectrometry (SIMS) for the optical semiconductor device according to Example 3. The horizontal axis in FIG. 18 is the distance from the surface of the compound semiconductor layer 22, and the vertical axis is the concentration of Zn. According to FIG. 18, the concentration of Zn in the active layer 14 is about 1 × 10 ¹⁸ / cm ³ . Further, from the upper surface of the second conductivity type cladding layer 16 to the lower surface of the active layer 14, the Zn concentration distribution (region D) has a small value of about 9% of the standard deviation σ of the region D / the average value of the region D. I can confirm.

次に、図１９に実施例３に係る光半導体装置についての、ＡＰＣによる信頼性試験の結果を、図２０にパルスＩ−Ｌ測定の結果を示す。図１９を参照に、１００時間におよぶＡＰＣによる信頼性試験で、動作電流の著しい上昇等は確認されず、安定して動作していることが確認できる。図２０を参照に、注入電流に比例して光出力も増加し、規定出力である３００ｍＷに到達していることが確認できる。このように、実施例３に係る光半導体装置においても、信頼性の低下を抑制することができる。 Next, FIG. 19 shows the result of the APC reliability test for the optical semiconductor device according to Example 3, and FIG. 20 shows the result of the pulse IL measurement. Referring to FIG. 19, in a reliability test using APC for 100 hours, a significant increase in operating current is not confirmed, and it can be confirmed that the device is operating stably. Referring to FIG. 20, it can be confirmed that the light output increases in proportion to the injection current and reaches 300 mW which is the specified output. Thus, also in the optical semiconductor device according to the third embodiment, it is possible to suppress a decrease in reliability.

実施例３によれば、第１拡散領域２３を形成する際に拡散ソース層４２に行う第１熱処理の温度が６１０℃で時間が２分間であり、第２拡散領域２４を形成する際に第１拡散領域２３に行う第２熱処理の温度が６３０℃で時間が５分間である。このため、図１８に示すように、Ｚｎの濃度が１×１０^１８／ｃｍ^３の領域は基板１０にまで達していない。つまり、第２拡散領域２４は基板１０にまで達していない。 According to the third embodiment, the temperature of the first heat treatment performed on the diffusion source layer 42 when the first diffusion region 23 is formed is 610 ° C. and the time is 2 minutes, and the second diffusion region 24 is formed when the second diffusion region 24 is formed. The temperature of the second heat treatment performed on one diffusion region 23 is 630 ° C. and the time is 5 minutes. Therefore, as shown in FIG. 18, the region where the Zn concentration is 1 × 10 ¹⁸ / cm ³ does not reach the substrate 10. That is, the second diffusion region 24 does not reach the substrate 10.

ここで、図２１に、第２拡散領域２４が基板１０にまで達している実施例１（図１０参照）と、第２拡散領域２４が基板１０にまで達していない実施例３と、のＩ−Ｖ特性を示す。図２１を参照に、実施例３は実施例１に比べて、電圧が１．０Ｖ付近から２．２Ｖ付近にかけて、電流が抑制されていることが確認できる。これは、第２拡散領域２４が基板１０に達していない場合は、ｐ側電極３２から第２拡散領域２４を介して基板１０に流れ込むリーク電流を抑制することができるためである。第２拡散領域２４を流れる電流が抑制されると、第２拡散領域２４での発熱を抑制することができる。つまり、熱吸収により生じる光出射端面３８近傍の破壊を抑制することができる。これにより、実施例３に係る光半導体装置は実施例１に係る光半導体装置よりも信頼性を向上させることができる。よって、第２拡散領域２４は基板１０にまで達しないように形成する場合が好ましい。なお、実施例２で形成する第３拡散領域２５においても、同じ理由から、基板１０にまで達しないように形成する場合が好ましい。 Here, FIG. 21 shows the I of the first example in which the second diffusion region 24 reaches the substrate 10 (see FIG. 10) and the third example in which the second diffusion region 24 does not reach the substrate 10. -V characteristics are shown. Referring to FIG. 21, it can be confirmed that the current in Example 3 is suppressed from around 1.0 V to around 2.2 V compared to Example 1. This is because when the second diffusion region 24 does not reach the substrate 10, a leak current flowing from the p-side electrode 32 into the substrate 10 through the second diffusion region 24 can be suppressed. When the current flowing through the second diffusion region 24 is suppressed, heat generation in the second diffusion region 24 can be suppressed. That is, it is possible to suppress breakage in the vicinity of the light emitting end face 38 caused by heat absorption. As a result, the optical semiconductor device according to the third embodiment can be more reliable than the optical semiconductor device according to the first embodiment. Therefore, the second diffusion region 24 is preferably formed so as not to reach the substrate 10. Note that the third diffusion region 25 formed in Example 2 is also preferably formed so as not to reach the substrate 10 for the same reason.

実施例１から実施例３において、図１０、図１６および図１８に示すように、活性層１４のＺｎの濃度は、約２×１０^１８／ｃｍ^３および約１×１０^１８／ｃｍ^３である場合を示した。しかしながら、これらの場合に限られず、活性層１４のＺｎの濃度が１×１０^１８／ｃｍ^３から５×１０^１８／ｃｍ^３の範囲内である場合でも、実施例１から実施例３と同様に、光半導体装置の信頼性の低下を抑制することができる。特に、活性層１４におけるＺｎの濃度が、０．５×１０^１８／ｃｍ^３から５×１０^１８／ｃｍ^３の範囲内にある場合が好ましい。 In the first to third embodiments, as shown in FIGS. 10, 16 and 18, the concentration of Zn in the active layer 14 is approximately 2 × ¹⁰ 18 / cm ³ and about 1 × ¹⁰ 18 / cm ³ Showed the case. However, the present invention is not limited to these cases, and even when the Zn concentration in the active layer 14 is in the range of 1 × 10 ¹⁸ / cm ³ to 5 × 10 ¹⁸ / cm ³ , the same as in the first to third embodiments. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the reliability of the optical semiconductor device. In particular, it is preferable that the concentration of Zn in the active layer 14 is in the range of 0.5 × 10 ¹⁸ / cm ³ to 5 × 10 ¹⁸ / cm ³ .

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.

図１（ａ）から図１（ｅ）は比較例１に係る光半導体装置の製造方法を示す模式的斜視図である。FIG. 1A to FIG. 1E are schematic perspective views showing a method for manufacturing an optical semiconductor device according to Comparative Example 1. 図２（ａ）から図２（ｃ）は比較例１に係る光半導体装置において、第１拡散領域を形成する方法を示す模式的断面図（その１）である。2A to 2C are schematic cross-sectional views (No. 1) showing a method of forming the first diffusion region in the optical semiconductor device according to Comparative Example 1. FIG. 図３（ａ）から図３（ｃ）は比較例１に係る光半導体装置において、第１拡散領域を形成する方法を示す模式的断面図（その２）である。FIGS. 3A to 3C are schematic cross-sectional views (No. 2) showing a method of forming the first diffusion region in the optical semiconductor device according to Comparative Example 1. FIGS. 図４は比較例１に係る光半導体装置の第１拡散領域におけるＺｎの濃度分布を、２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）を用いて評価した結果である。FIG. 4 shows the results of evaluating the Zn concentration distribution in the first diffusion region of the optical semiconductor device according to Comparative Example 1 using secondary ion mass spectrometry (SIMS). 図５は比較例１に係る光半導体装置についての、ＡＰＣによる信頼性試験の結果である。FIG. 5 shows the result of a reliability test by APC for the optical semiconductor device according to Comparative Example 1. 図６は比較例１に係る光半導体装置についての、パルスＩ−Ｌ測定の結果である。FIG. 6 shows the result of pulse IL measurement for the optical semiconductor device according to Comparative Example 1. 図７は実施例１に係る光半導体装置の模式的斜視図である。FIG. 7 is a schematic perspective view of the optical semiconductor device according to the first embodiment. 図８（ａ）は図７のＡ−Ａ間の模式的断面図であり、図８（ｂ）は図７のＢ−Ｂ間の模式的断面図である。8A is a schematic cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 7, and FIG. 8B is a schematic cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 図９（ａ）から図９（ｃ）は実施例１に係る光半導体装置において、第２拡散領域を形成する方法を示す模式的断面図である。FIG. 9A to FIG. 9C are schematic cross-sectional views illustrating a method for forming the second diffusion region in the optical semiconductor device according to the first embodiment. 図１０は実施例１に係る光半導体装置の第２拡散領域におけるＺｎの濃度分布を、２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）を用いて評価した結果である。FIG. 10 shows the results of evaluating the Zn concentration distribution in the second diffusion region of the optical semiconductor device according to Example 1 using secondary ion mass spectrometry (SIMS). 図１１は実施例１に係る光半導体装置についての、ＡＰＣによる信頼性試験の結果である。FIG. 11 shows the results of a reliability test by APC for the optical semiconductor device according to Example 1. 図１２は実施例１に係る光半導体装置についての、パルスＩ−Ｌ測定の結果である。FIG. 12 shows the results of pulse IL measurement for the optical semiconductor device according to Example 1. 図１３は第１ＳｉＮ膜４６の屈折率が１．８の場合の、光半導体装置のＳＥＭ断面写真の模式図である。FIG. 13 is a schematic diagram of an SEM cross-sectional photograph of the optical semiconductor device when the refractive index of the first SiN film 46 is 1.8. 図１４（ａ）は第１ＳｉＮ膜４６の屈折率が１．８５の場合の、光半導体装置のＳＥＭ断面写真の模式図であり、図１４（ｂ）は第１ＳｉＮ膜４６の屈折率が１．９の場合の、光半導体装置のＳＥＭ断面写真の模式図である。14A is a schematic diagram of a SEM cross-sectional photograph of the optical semiconductor device when the refractive index of the first SiN film 46 is 1.85, and FIG. 9 is a schematic diagram of an SEM cross-sectional photograph of an optical semiconductor device in the case of 9. FIG. 図１５（ａ）から図１５（ｃ）は実施例２に係る光半導体装置において、第３拡散領域を形成する方法を示す模式的断面図である。FIG. 15A to FIG. 15C are schematic cross-sectional views illustrating a method of forming the third diffusion region in the optical semiconductor device according to the second embodiment. 図１６は実施例２に係る光半導体装置の第３拡散領域におけるＺｎの濃度分布を、２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）を用いて評価した結果である。FIG. 16 shows the results of evaluating the Zn concentration distribution in the third diffusion region of the optical semiconductor device according to Example 2 using secondary ion mass spectrometry (SIMS). 図１７は第２ＳｉＮ膜および化合物半導体層の表面を除去する工程を示す模式的断面図である。FIG. 17 is a schematic cross-sectional view showing a step of removing the surfaces of the second SiN film and the compound semiconductor layer. 図１８は実施例３に係る光半導体装置の第２拡散領域におけるＺｎの濃度分布を、２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）を用いて評価した結果である。FIG. 18 shows the results of evaluating the Zn concentration distribution in the second diffusion region of the optical semiconductor device according to Example 3 using secondary ion mass spectrometry (SIMS). 図１９は実施例３に係る光半導体装置についての、ＡＰＣによる信頼性試験の結果である。FIG. 19 shows the result of the APC reliability test for the optical semiconductor device according to Example 3. 図２０は実施例３に係る光半導体装置についての、パルスＩ−Ｌ測定の結果である。FIG. 20 shows the results of pulse IL measurement for the optical semiconductor device according to Example 3. 図２１は実施例１に係る光半導体装置と実施例３に係る光半導体装置とについてのＩ−Ｖ測定の結果である。FIG. 21 shows the results of IV measurement for the optical semiconductor device according to Example 1 and the optical semiconductor device according to Example 3.

符号の説明Explanation of symbols

１０基板
１２第１導電型クラッド層
１３欠陥
１４活性層
１６第２導電型クラッド層
１８ストッパー層
２０ｐ型コンタクト層
２２化合物半導体層
２３第１拡散領域
２４第２拡散領域
２５第３拡散領域
２６窪み部
２８リッジ部
３０保護層
３２ｐ側電極
３４端面
３６端面
３８光出射端面
３９マスク層
４０フォトレジスト
４１開口部
４２拡散ソース層
４４キャップ層
４６第１ＳｉＮ膜
４７第２ＳｉＮ膜
４８導波路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate 12 1st conductivity type clad layer 13 Defect 14 Active layer 16 2nd conductivity type clad layer 18 Stopper layer 20 p-type contact layer 22 Compound semiconductor layer 23 1st diffusion region 24 2nd diffusion region 25 3rd diffusion region 26 Depression Part 28 ridge part 30 protective layer 32 p-side electrode 34 end face 36 end face 38 light emitting end face 39 mask layer 40 photoresist 41 opening 42 diffusion source layer 44 cap layer 46 first SiN film 47 second SiN film 48 waveguide

Claims

基板上に、第１導電型クラッド層、活性層および前記第１導電型と反対の導電型である第２導電型クラッド層を含む化合物半導体層を備える光半導体装置の製造方法において、
前記化合物半導体層上に拡散ソース層を形成する工程と、
第１熱処理を行い、前記活性層からの光を出射する光出射端面を含むように、前記化合物半導体層に第１拡散領域を形成する工程と、
前記拡散ソース層を除去する工程と、
前記化合物半導体層上に１．９以上の屈折率を有する第１ＳｉＮ膜を形成する工程と、
第２熱処理を行い、前記第１拡散領域を第２拡散領域とする工程と、
を順に実行することを特徴とする光半導体装置の製造方法。 In a method for manufacturing an optical semiconductor device comprising a compound semiconductor layer including a first conductivity type cladding layer, an active layer, and a second conductivity type cladding layer opposite to the first conductivity type on a substrate.
Forming a diffusion source layer on the compound semiconductor layer;
Performing a first heat treatment and forming a first diffusion region in the compound semiconductor layer so as to include a light emitting end face that emits light from the active layer;
Removing the diffusion source layer;
Forming a first SiN film having a refractive index of 1.9 or more on the compound semiconductor layer;
Performing a second heat treatment to make the first diffusion region a second diffusion region;
Are sequentially executed. A method for manufacturing an optical semiconductor device, comprising:

前記第２熱処理の温度は、前記第１熱処理の温度より高い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. The method of manufacturing an optical semiconductor device according to claim 1, wherein the temperature of the second heat treatment is higher than the temperature of the first heat treatment.

前記第２拡散領域を形成する工程は、前記基板にまで達しないように、前記第２拡散領域を形成する工程であることを特徴とする請求項１または２記載の光半導体装置の製造方法。 3. The method of manufacturing an optical semiconductor device according to claim 1, wherein the step of forming the second diffusion region is a step of forming the second diffusion region so as not to reach the substrate.

前記第１熱処理および前記第２熱処理は、ラピッドサーマルアニールもしくはファーネスアニールを用いることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の光半導体装置の製造方法。 4. The method of manufacturing an optical semiconductor device according to claim 1, wherein the first heat treatment and the second heat treatment use rapid thermal annealing or furnace annealing. 5.

前記第２拡散領域を形成する工程の後、前記第１ＳｉＮ膜を除去する工程と、
前記化合物半導体層上に１．８７以下の屈折率を有する第２ＳｉＮ膜を形成する工程と、
第３熱処理を行い、前記第２拡散領域を第３拡散領域とする工程と、
を順に実行することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の光半導体装置の製造方法。 After the step of forming the second diffusion region, removing the first SiN film;
Forming a second SiN film having a refractive index of 1.87 or less on the compound semiconductor layer;
Performing a third heat treatment to make the second diffusion region a third diffusion region;
5. The method of manufacturing an optical semiconductor device according to claim 1, wherein the optical semiconductor device is sequentially executed.

前記第３熱処理の温度は、前記第２熱処理の温度より低いことを特徴とする請求項５記載の光半導体装置の製造方法。 6. The method of manufacturing an optical semiconductor device according to claim 5, wherein the temperature of the third heat treatment is lower than the temperature of the second heat treatment.

前記第３拡散領域を形成する工程の後、前記第２ＳｉＮ膜を除去する工程を有することを特徴とする請求項５または６記載の光半導体装置の製造方法。 7. The method of manufacturing an optical semiconductor device according to claim 5, further comprising a step of removing the second SiN film after the step of forming the third diffusion region.

前記第２ＳｉＮ膜を除去する工程の後、前記化合物半導体層の表面を除去する工程を有することを特徴とする請求項７記載の光半導体装置の製造方法。 8. The method of manufacturing an optical semiconductor device according to claim 7, further comprising a step of removing a surface of the compound semiconductor layer after the step of removing the second SiN film.

前記第３熱処理は、ラピッドサーマルアニールもしくはファーネスアニールを用いることを特徴とする請求項５から８のいずれか一項記載の光半導体装置の製造方法。 9. The method of manufacturing an optical semiconductor device according to claim 5, wherein the third heat treatment uses rapid thermal annealing or furnace annealing.

前記化合物半導体層は、ＧａとＡｓを含むことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項記載の光半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing an optical semiconductor device according to claim 1, wherein the compound semiconductor layer contains Ga and As.

前記拡散ソース層は、Ｚｎを含むことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項記載の光半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing an optical semiconductor device according to claim 1, wherein the diffusion source layer contains Zn.

基板上に順次設けられた、第１導電型クラッド層、活性層および前記第１導電型と反対の導電型である第２導電型クラッド層を含む化合物半導体層と、
前記活性層からの光を出射する光出射端面を含むように、前記化合物半導体層に設けられた第２拡散領域および第３拡散領域のいずれか一方と、を具備し、
前記第２拡散領域および前記第３拡散領域のいずれか一方に含まれる不純物の濃度分布は、前記第２導電型クラッド層から前記活性層にかけて均一であることを特徴とする光半導体装置。 A compound semiconductor layer including a first conductivity type clad layer, an active layer, and a second conductivity type clad layer which is a conductivity type opposite to the first conductivity type, sequentially provided on the substrate;
Including any one of a second diffusion region and a third diffusion region provided in the compound semiconductor layer so as to include a light emission end face that emits light from the active layer,
An optical semiconductor device, wherein a concentration distribution of impurities contained in any one of the second diffusion region and the third diffusion region is uniform from the second conductivity type cladding layer to the active layer.

前記第２拡散領域および前記第３拡散領域のいずれか一方は、前記基板にまで達していないことを特徴とする請求項１２記載の光半導体装置。 13. The optical semiconductor device according to claim 12, wherein any one of the second diffusion region and the third diffusion region does not reach the substrate.

前記不純物は、Ｚｎであることを特徴とする請求項１２または１３記載の光半導体装置。 The optical semiconductor device according to claim 12, wherein the impurity is Zn.

前記化合物半導体層は、リッジ部を有することを特徴とする請求項１２から１４のいずれか一項記載の光半導体装置。 The optical semiconductor device according to claim 12, wherein the compound semiconductor layer has a ridge portion.