JP2937751B2 - 光半導体装置の製造方法 - Google Patents

光半導体装置の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光半導体装置に関し、
特に、ＬＤ（レーザダイオード）等を始めとする複数の
光半導体素子を同一半導体基板上に集積化してなる光半
導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザ、半導体光変調器、半導体
光スイッチなどに代表される光半導体素子については、
光ファイバ通信、光計測、光交換等への応用が盛んに研
究されている。そして、近年、装置の小型化や低価格化
を可能ならしめるものとして、また素子間での光結合効
率を大幅に向上させることが可能なデバイスとして、モ
ノリシック集積化された光半導体装置が脚光をあびてい
る。
【０００３】而して、用途・機能の異なる光半導体素子
をモノリシックに集積化する場合、各々の光半導体素子
毎に動作波長（バンドギャップエネルギー）が異なるた
め、一つの半導体基板上にバンドギャップエネルギーの
異なる領域を作りつける必要がある。以下に、従来のモ
ノリシック集積化光半導体装置の製造方法について説明
する。
【０００４】図８は、Ｈ．Ｓｏｄａ等が、エレクトロニ
クス レターズ、Ｖｏｌ．２６、ｐｐ．９−１０（１９
９０）〔第１の従来例〕にて報告した、ＤＦＢ（Distri
buted Feedback）レーザと電界吸収型光変調器とを集積
化した光半導体装置の断面図である。図８に示す光半導
体装置の作製方法は、ｎ−ＩｎＰ基板２０１上のレーザ
側領域に回折格子２０１ａを設けた後、基板上全面にレ
ーザ側の層構造である光ガイド層２０３、エッチングス
トッパー層２１２、レーザ活性層２０４ａを結晶成長さ
せる。
【０００５】その後、変調器を構成する領域のレーザ活
性層２０４ａだけを選択エッチングにより除去し、埋め
込み再成長により、レーザ活性層２０４ａとバットジョ
イント（butt-joint）構造を形成する光吸収層２０４ｂ
を形成し、次いで、全面にｐ−ＩｎＰクラッド層２０
６、キャップ層２０７を成長させる。最後に、キャップ
項２０７の一部を除去しその部分を絶縁膜２１１で保護
した後、エピタキシャル層側にｐ側電極２０９、基板側
にｎ側電極２１０を形成する。この構造ではレーザと変
調器との間で８０％以上の比較的高い光結合効率が得ら
れるものの、エッチングと埋め込み再成長の工程におい
て十分な制御性がとれず、良好な構造を再現性よく製造
することが困難であるという問題があった。
【０００６】そこで、埋め込み再成長の工程を不要とし
た、ＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor Phase Eptaxy）
選択成長技術を利用して、１回のエピタキシャル成長に
より２領域の光導波路を形成できるようにした集積型光
半導体装置の製造方法が、エレクトロニクス レター
ズ、Ｖｏｌ．２７、ｐｐ．２１３８−２１４０（１９９
１）〔第２の従来例〕にＭ．ＡＯＫＩらによって報告さ
れ、また、同様の技法が特開平４−１００２９１号公報
〔第３の従来例〕においても提案されている。
【０００７】図９（ａ）〜（ｃ）は、これらの文献にて
提案された製造方法を示す工程順の斜視図と断面図であ
る。両文献に記載された製造方法では、図９（ａ）に示
されるように、ｎ−ＩｎＰ基板３０１上のレーザ領域に
のみ、成長阻止マスクとなる一対のＳｉＯ2 マスク３０
２（マスク幅は数十〜数百μｍ）を数十μｍの間隙をも
って形成し、続いて、図９（ｂ）に示すように、光ガイ
ド層３０３、活性層３０４、クラッド層３０６、キャッ
プ層３０７を、ＭＯＶＰＥ選択成長法により順次成長さ
せる。
【０００８】次に、図９（ｃ）に示すように、ＳｉＯ2
マスク３０２ａをマスクにレーザ領域と変調器領域の両
方をメサエッチングして幅１．５〜２．０μｍの光導波
路を形成し、続いてこのＳｉＯ2 マスク３０２ａをマス
クに光導波路の両脇に高抵抗層となるＦｅドープトＩｎ
Ｐ層３１３を成長させ、光導波路の埋め込みを行う。す
なわち、この従来例では、光導波路を形成するための半
導体のエッチング工程が必要となるため、製造過程で厳
密な制御が必要となり歩留りが低下するという問題点が
あった。
【０００９】また、エレクトロニクス レターズ、Ｖｏ
ｌ．２８、ｐｐ．１５３−１５４（１９９２）〔第４の
従来例〕において、Ｔ．Ｋａｔｏ等によって、ＤＦＢレ
ーザと光変調器とからなる集積化光源の他の製造方法が
報告されている。ここで示されている半導体装置の作製
方法では、図１０（ａ）に示されるように、ＤＦＢレー
ザの形成される領域Ｉにおいても、変調器の形成される
領域IIにおいても、成長阻止マスクが形成される。すな
わち、ｎ−ＩｎＰ基板４０１上に両領域に共通のＳｉＯ
2 マスク４０２が形成される。そして、この場合、マス
ク幅Ｗｍは、領域Ｉで領域IIよりも広く形成され、かつ
活性領域を規定するマスク間隙幅Ｗｏは両領域で等しい
幅に形成されている。
【００１０】次いで、ＭＯＶＰＥ選択成長法により、光
ガイド層、ＭＱＷ（Multi-quantumWell）およびｐ−Ｉ
ｎＰ層を形成する。この例では、ＭＯＶＰＥ選択成長時
の成長阻止マスクのマスク幅を変えることによって、導
波路のバンドギャップエネルギーを制御できるという特
徴を生かし、一回の成長でほぼ１００％の光結合効率を
もつＤＦＢレーザと光変調器の接続構造が実現されてい
る。図１０（ｂ）は、マスク幅Ｗｍとその間に形成され
る活性層のバンドギャップ波長との関係を示すグラフで
ある。同図に示されるように、成長阻止マスクのマスク
幅Ｗｍを、レーザ側で１０μｍ、変調器側で３μｍとす
ることにより、バンドギャップエネルギーを５８ｍｅＶ
（バンドギャップ波長に換算すると１２０ｎｍ）変化さ
せることができる。
【００１１】さらにこの第４の従来例の手法では、光導
波路が直接ＭＯＶＰＥ選択成長法により形成されるた
め、半導体のメサエッチングによって光導波路を形成す
る工程が不必要となり、集積化光半導体装置の製造工程
が簡略化される。よって、光デバイスを制御性、再現性
よく製造することが可能となる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】Ｓｏｄａ等によって報
告された第１の従来例（図８）では、バンドギャップエ
ネルギーの異なる二つの領域を形成するのに、選択エッ
チングと埋め込み再成長という切り貼り的手法を用いて
いるため、波長を合わせるために厳格な工程管理を必要
とし、再現性が低いという問題点があった。また、２つ
の光導波路を別々のエピタキシャル成長工程で形成して
いるため、工数が多くなり歩留りが低下するという問題
点もあった。
【００１３】これに対し、Ａｏｋｉ等によって報告され
た、あるいは特開平４−１００２９１号公報において提
案された第２、第３の従来例（図９）では、１回のエピ
タキシャル成長により２つの活性層を同時に形成するこ
とができるため、工数の短縮と歩留りの向上を図ること
ができる。しかし、この従来例では、横基本モードの光
導波路を実現するには、メサエッチングの手法を用いな
ければならず、再現性を高くすることが困難で製品の均
一性に問題があった。
【００１４】而して、Ｔ．Ｋａｔｏ等によって報告され
た製法〔第４の従来例；図１０〕では、選択成長された
活性層をそのまま光導波路として用いているため、上記
第１乃至第３の従来例の問題点を基本的に解決すること
ができる。しかしながら、この従来例では、２つの領域
間のバンドギャップエネルギー差を大きくとることがで
きないため、用途が限定されるという問題点があった。
【００１５】第４の従来例で２領域間のバンドギャップ
エネルギー差を大きくできないのは次の理由による。マ
スク幅を変化させると、マスク上での原料種の分解速度
の違いにより、結晶組成が変化しそれに伴って格子不整
合の問題が起こる。例えば、１．５５μｍ帯のレーザの
場合、ＭＱＷ活性層の膜厚は典型的には０．１μｍ程度
であるが、臨界膜厚を０．１μｍ以上とするためには、
格子不整合を０．１５％以内に抑える必要がある。実験
によると、マスク幅が１０μｍ異なると格子不整合が
０．１５％を越えてしまう。マスク幅の差を１０μｍと
限定した場合、図１０の外挿により求めた実現可能な実
効的なバンドギャップエネルギー差は７５ｍｅＶとな
る。つまり、第４の従来例では、２領域間のバンドギャ
ップエネルギー差を７５ｍｅＶ以上とすることはできな
かった。また、光変調器の特性については光閉じ込め係
数が大きい程、つまり膜厚が大きい程、消光特性が向上
する。ところが、第４の従来例では選択成長時に格子不
整が発生するため、厚く成膜することができず、消光特
性の改善を図ることが困難である。
【００１６】而して、集積化された光半導体装置では、
バンドギャップエネルギー差のより大きい領域を同一基
板上に形成しうるようにすることが望まれている。バン
ドギャップエネルギー差を大きくしたい理由は次の通り
である。現在、光通信に用いられている半導体レーザの
波長は１．３μｍ帯が主流であるが、今後は光ファイバ
内の損失が最小となる１．５５μｍ帯での通信の増加が
見込まれ、その結果、両波長帯を使用する通信システム
が主流となっていくものと予想される。したがって、光
通信用端末としては、１．５５μｍ帯と１．３μｍ帯の
両方をカバーできるものが必要となる。
【００１７】また、波長分割多重（ＷＤＭ；Wavelength
Division Multiplexing）通信を実現するためには、異
なる波長で発振する複数の半導体レーザの光を一本の光
ファイバへ入力できるようにする必要があり、そして、
このシステムをモノリシック光半導体装置により実現す
るには、複数のレーザが光導波路により１本に結ばれた
後、光ファイバと結合するようにすることが望まれる。
そして、この場合、導波路の損失を低く抑えるために
は、導波路のバンドギャップを各レーザ発振波長より十
分短波長側に設定する必要がある。すなわち、１．５５
μｍの発振波長と１．３μｍ以下の導波路を同時に形成
できるようにする必要があり、エネルギー差としては１
５０ｍｅＶ以上を実現できるようにしなければならな
い。
【００１８】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであって、その目的とするところは、第１に、複数
のバンドギャップエネルギーの領域を高い光結合効率で
接続できるようにすることであり、第２に、このような
構造を再現性よくかつ歩留り高く形成しうるようにする
ことであり、第３に、エピタキシャル層の結晶性を劣化
させることなく厚い導波路を形成しうるようにすること
であり、第４に、バンドギャップエネルギー差の大きい
複数の領域を同一半導体基板上に同時に形成しうるうに
することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、 （１）第１導電型化合物半導体層上に、ストライプ方向
に異なる間隙幅の複数の領域を構成する、コントロール
された幅を有し少なくとも部分的に線対称となる一対の
成長阻止マスクを形成する工程と、 （２）前記成長阻止マスクに挟まれた複数の領域へ量子
井戸構造を含む活性層と第２導電型半導体層を選択的に
エピタキシャル成長させる工程と、を含み、異なる間隙
幅の領域にそれぞれ異なるバンドギャップ幅の活性層を
形成し、同一半導体基板上に少なくとも二種の機能の異
なる素子を形成することを特徴とする光半導体装置の製
造方法が提供される。
【００２０】そして、好ましくは、前記（１）の工程に
おいて、前記成長阻止マスクを、ストライプ方向に全長
に渡って等しい幅に形成する。あるいは、前記（１）の
工程において、前記成長阻止マスクを、間隙幅が広い領
域でのマスク幅が間隙幅が狭い領域のマスク幅より狭く
なるように形成する。
【００２１】
【作用】本発明の製造方法において用いられる、ＭＯＶ
ＰＥ選択成長における成長阻止マスクのマスク形状の例
を図１（ａ）、（ｂ）に示す。同図に示されるように、
本発明において用いられるＳｉＯ2 マスク１０２は、半
導体基板（例えば、ＩｎＰ基板）上に一対で形成される
ものであり、そのマスク間の間隙幅Ｗｏが、領域Ｉと領
域IIとで異なっている。すなわち、領域Ｉで幅が狭く、
領域IIにおいては幅が広くなされている。一方、マスク
幅Ｗｍは、図１（ａ）の例では、領域Ｉから領域IIにわ
たって等しい幅に形成され、図１（ｂ）の例では、領域
Ｉでは幅広に、また領域IIでは幅狭に形成されている。
【００２２】本発明においては、図１に示されるよう
に、マスク間隙幅Ｗｏが、領域によって異なっているた
め、各領域での成長速度が異なってくる。その理由は、
間隙幅の広い領域では消費される原料が多くなるため、
相対的にガス濃度が低くなり、成長が遅くなるからであ
る。よって、領域Ｉでは、厚い半導体活性層（例えば、
井戸層；ＩｎＧａＡｓ、障壁層；ＩｎＧａＡｓＰ）が成
膜され、領域IIでは、薄い半導体活性層が成膜される。
これにより、領域Ｉにおいて形成された半導体層の井戸
層幅を領域IIにおいて形成された井戸層幅より広くする
ことができ、したがって、領域Ｉにおける半導体層のバ
ンドギャップを、領域IIにおけるそれよりも小さくする
ことができる。
【００２３】図２は、マスク幅Ｗｍを両領域に共通に１
０μｍとし、マスク間隙幅Ｗｏを領域Ｉで１．５μｍ、
領域IIで２μｍとしたときの成長速度のマスク間隙幅Ｗ
ｏ依存性を示すグラフである。この図では、横軸に、領
域IIにおける成長膜厚を、縦軸に両領域における成長速
度比をとっている。図２に示すように、マスク間隙Ｗｏ
がそれぞれ１．５μｍと２．０μｍである領域Ｉと領域
IIとの状態を比較した場合、レーザ活性層の位置する高
さ０．１μｍ〜０．３μｍの領域でＷｏ＝１．５μｍの
領域ではＷｏ＝２．０μｍの領域と比較して、成長速度
が１．４倍から１．５倍と見込まれる。
【００２４】仮に、１．５倍の成長速度が得られるとし
た場合、Ｗｏ＝２．０μｍの領域で、バンドギャップ波
長が１．４９μｍとなる量子井戸構造（井戸層幅５．０
ｎｍ）を成長させると、Ｗｏ＝１．５μｍの領域では、
量子井戸構造（井戸層幅が７．５ｎｍに増加）のバンド
ギャップ波長が１．５５μｍとなる。以上のように、マ
スク間隙幅Ｗｏを変化させるだけで、６０ｎｍのバンド
ギャップ波長差（エネルギーでは３２ｍｅＶ）を得るこ
とができる。但し、ここでは、ＩｎＧａＡｓ井戸層と
１．１３μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ障壁層をもつ多重量子
井戸構造を仮定している。
【００２５】この例では、マスク幅は一定であるから、
バンドギャップの異なる領域（マスク間隔の狭い領域と
広い領域）で結晶組成に変化は生じない。このため、マ
スク幅を変化させることによってバンドギャップ波長の
異なる領域を形成した第４の従来例のように、結晶組成
に変化が生じ、格子歪みが発生することがなくなり、格
子不整の問題に煩わされることなく、厚膜の導波路を形
成することが可能となる。
【００２６】図１（ｂ）に示す例では、領域Ｉと領域II
とで、マスク間隙幅Ｗｏが異なる外、マスク幅Ｗｍも異
なっている。このようにしたことにより、図１（ａ）の
場合の間隙幅Ｗｏを異ならしめたことによる効果に加え
て、マスク幅Ｗｍの差による効果を享受することができ
る。マスク幅が異なることによる効果は、成長速度の
差、組成の変化、の２点に要約することができる。
【００２７】［成長速度の差］幅広のマスクに挟まれた
領域では、幅狭のマスクに挟まれた領域と比較して成長
が速められる。そのメカニズムは、第１に、マスク上に
供給された原料がマスク上をマイグレーションして成長
領域に到達することによるものであり、第２に、気相中
での濃度勾配による原料種の拡散に基づくものである。
つまり、成長領域では原料が消費されるがマスク領域で
は消費されないため、気相中に濃度勾配が生じる。その
結果、マスク領域から成長領域への原料の拡散が起こり
幅広のマスクに挟まれた領域での成長速度が速められ
る。以上の２つのメカニズムによるが、支配的であるの
は、第２の気相拡散によるものである。
【００２８】［組成の変化］組成の変化は、主にIII 族
原料（ＩｎＧａＡｓＰ系ではＩｎとＧａ）の混晶比が変
化することにより生じる。混晶比の変化は次の理由によ
り起こる。気相中の原料拡散により選択成長が行われる
が、この気相拡散において、Ｉｎ原料とＧａ原料に分解
速度乃至拡散速度に違いがあるため、マスク領域からの
気相拡散中にＩｎとＧａとの濃度比率が変化する。その
ため、マスク幅を変えると成長領域へ供給されるＩｎと
Ｇａの濃度比が変化することになる。具体的には、マス
ク幅が大きくなるにつれてＩｎの濃度比率が高くなるた
め、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰのバンドギャップが
小さくなるとともに、結晶格子が大きくなる。
【００２９】以上述べた理由により、図１（ｂ）に示し
たマスクを使用した場合、マスク幅が広くかつマスク間
隙幅の狭い領域Ｉにおいて、半導体層が厚く形成されそ
のため井戸層幅が大きくなりバンドギャップが小さくな
る。また、半導体層中のＩｎ比が高くなることによって
さらにバンドギャップは小さくなる。マスク幅が狭くか
つマスク間隙幅の広い領域IIにおいては、逆に、半導体
層が薄く形成され、活性層のバンドギャップは大きくな
る。
【００３０】図３に、図１（ｂ）のマスクパターンにつ
いて、マスク幅Ｗｍを変化させた場合のマスク幅Ｗｍ
と、フォトルミネッセンス波長、格子不整量との関係
を、両領域の半導体層について示す。ここでは、井戸層
をＩｎＧａＡｓ、障壁層を１．１３μｍ組成のＩｎＧａ
ＡｓＰとしている。また、井戸層幅は、Ｗｏ＝２．２μ
ｍ、Ｗｍ＝３μｍのとき、２．１ｎｍ、Ｗｏ＝１．３μ
ｍ、Ｗｍ＝１３μｍのとき、８．３ｎｍである。
【００３１】また、格子不整は、Ｗｍ＝３μｍで０．０
％、Ｗｍ＝１３μｍで＋０．１５％となっている。この
ように、マスク幅を変化させる手法にマスク間隙幅を変
化させる手法を組み合わせることにより、マスク幅の変
化のみによってバンドギャップ差を得ていた場合と比較
して、同一のバンドギャップ差の場合に、組成変化を少
なくすることができるため、格子不整合を緩和すること
ができる。そのため、より厚い活性層を成膜することが
可能となる。あるいは、許容できる格子不整を０．１５
％以下に抑えながら、量子井戸の実効的バンドギャップ
波長を例えば図３に示すように１．３μｍから１．５６
μｍ（エネルギー差では１５９ｍｅＶ）まで変化させる
ことが可能になる。
【００３２】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。 ［第１の実施例］図４および図５を参照して本発明の第
１の実施例について説明する。なお、図４（ａ）〜
（ｃ）は、本発明の第１の実施例を説明するための、マ
スクパターン図と工程順断面図であり、図５は第１の実
施例により作成された、ＤＦＢレーザと光変調器の集積
化光源の斜視図である。
【００３３】まず、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、
ｎ−ＩｎＰ基板１０１上に、ＣＶＤ法によりＳｉＯ2 を
堆積し、これをｎ−ＩｎＰ基板の＜０１１＞方向へスト
ライプが向くようにパターニングして、ＳｉＯ2 マスク
１０２を形成する。ここで、マスク間隙幅は、領域Ｉで
は１．５μｍ、領域IIでは２μｍに形成され、マスク幅
は両領域共通に１０μｍに形成されている。なお、Ｓｉ
Ｏ2 膜の堆積に先立って、領域Ｉに対応するＩｎＰ基板
上には回折格子１０１ａ（図５参照）が形成されてい
る。
【００３４】このＳｉＯ2 マスク１０２のパターニング
された基板上に、ＭＯＶＰＥ法により、図４（ｂ）に示
すように、膜厚０．１μｍの１．２μｍ組成のＩｎＧａ
ＡｓＰからなる光ガイド層１０３、ＩｎＧａＡｓ井戸
層、１．３μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ障壁層からなるＭ
ＱＷ（多重調子量子井戸）活性層１０４、膜厚０．１μ
ｍのｐ−ＩｎＰ層１０５を、それぞれ選択的に成長させ
る。
【００３５】次に、図４（ｃ）に示すように、ＳｉＯ2
マスク１０２の一部を除去して開口幅を６μｍに広げた
後、ｐ−ＩｎＰクラッド層１０６を１．５μｍの膜厚
に、ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層１０７を０．２μｍの
膜厚に、それぞれ選択成長させる。図４（ｃ）に示す工
程において、ＳｉＯ2 マスク１０２の全部を除去し、全
面にｐ−ＩｎＰクラッド層１０６を成長させるようにし
てもよい。
【００３６】このように形成した選択成長層のバンドギ
ャップ波長を、顕微フォトミネッセンス測定により求め
たところ、領域Ｉでは１．５５μｍ、領域IIでは１．４
９μｍであった。また、層厚の測定値と量子準位の計算
から、領域Ｉ、領域IIにおいて、選択成長により形成し
た量子井戸構造の格子歪み量は共に０．１％以下である
ことが分かった。
【００３７】図４（ｃ）の工程の終了後、ＳｉＯ2 マス
ク１０２を除去し、新たに全面にＳｉＯ2 層１０８を形
成し、電極窓明けを行った後、基板表面にＴｉ−Ａｕ電
極１０９を、基板裏面にＴｉ−Ａｕ電極１１０を形成し
て、図５に示す、ＤＦＢレーザ／光変調器集積化光源を
作製した。なお、図面には示されていないが、端面には
レーザ側に高反射膜（反射率８０％）、変調器側に低反
射膜（反射率０．１％）がコーティングされている。素
子長はＤＦＢレーザ側が５００μｍ、変調器側が２００
μｍ、分離領域が５０μｍである。この素子を評価した
ところ、レーザの発振しきい値は１０ｍＡであり、動作
電流１００ｍＡ時の変調器側からの光出力は１５ｍＷ、
単一縦モード発振を維持した最大光出力は２５ｍＷであ
った。また光変調器側へ３Ｖの逆バイアス印加時の消光
比は２０ｄＢであった。
【００３８】［第２の実施例］次に、図６および図７を
参照して本発明の第２の実施例について説明する。な
お、図６は第２の実施例において用いられる成長阻止マ
スクのパターンを示す平面図であり、図７は、第２の実
施例により作製された、半導体レーザと光導波路を集積
化した波長分割多重（ＷＤＭ）光源の、一部断面（図６
のａ−ａ′線での断面）で示した斜視図である。なお、
図６、図７において、図４、図５と共通する部分につい
ては、同一の参照番号が付されている。
【００３９】まず、ｎ−ＩｎＰ基板１０１のレーザ領域
〔領域Ｉ（ａ）、領域Ｉ（ｂ）〕に回折格子１０１ａを
形成し、その上に図６に示す、ＳｉＯ2 マスク１０２
を、ｎ−ＩｎＰ基板の＜０１１＞方向へストライプが向
くように形成した。しかる後、ＭＯＶＰＥ法により、膜
厚０．１μｍの１．２μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰからな
る光ガイド層１０３、ＩｎＧａＡｓ井戸層、１．３μｍ
組成のＩｎＧａＡｓＰ障壁層からなるＭＱＷ活性層１０
４、膜厚０．１μｍのｐ−ＩｎＰ層１０５を、それぞれ
選択的に成長させた。次に、ＳｉＯ2 マスク１０２の一
部を除去して開口幅を広げ、ｐ−ＩｎＰクラッド層１０
６を１．５μｍの膜厚に、ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層
１０７を０．２μｍの膜厚に、それぞれ選択成長させ
た。
【００４０】このように形成した選択成長層のバンドギ
ャップ波長を、顕微フォトミネッセンス測定により求め
たところ、領域Ｉ（ａ）では、１．５４μｍ、領域Ｉ
（ｂ）では、１．５６μｍ、領域IIでは、１．３０μｍ
であった。また、層厚の測定値と量子準位の計算から、
選択成長により形成した量子井戸構造の格子歪み量を求
めると、領域Ｉ（ａ）で０．１０％、領域Ｉ（ｂ）で
０．１５％、領域IIで０．０％であった。
【００４１】最後に電極形成プロセスを経て、図７に示
す、レーザと光導波路を集積化したＷＤＭ光源を得た。
素子長はレーザ側が３００μｍ、光導波路側が１０００
μｍとなるように切り出した。また図示されてはいない
が、端面にはレーザ側に高反射膜（反射率８０％）、導
波路側に低反射膜（反射率０．１）がコーティングされ
ている。この素子を評価したところ、領域Ｉ（ａ）、
（ｂ）におけるレーザは、いずれも発振しきい値は１０
ｍＡであり、動作電流１００ｍＡ時の導波路側からの光
出力は２０ｍＷであった。また、発振波長は領域Ｉ
（ａ）が１．５５２μｍ、領域Ｉ（ｂ）が１．５５７μ
ｍであった。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ストラ
イプ方向に異なる間隙幅の複数の領域を有する、管理さ
れた幅の一対の成長阻止マスクを形成し、これをマスク
にＭＱＷを含む活性層を選択的に成長させるものである
ので、以下の効果を奏することができる。 １回の選択成長により、同一面内にバンドギャップ
の異なる導波構造を直接形成することができるようにな
り、集積化された光半導体装置を再現性よく、歩留り高
く製造することができるようになる。 マスク幅を各領域に共通に一定の幅に形成する場合
には、各領域間での半導体組成を同一に保った状態で、
したがって、格子不整を生じさせない状態で異なるバン
ドギャップ幅の半導体領域を設けることができるように
なる。 マスク間隙幅の大きい領域ではマスク幅が小さくな
るようにすることにより、格子不整を抑えながら、領域
間のバンドギャップ差を大きくとることできるようにな
る。したがって、集積化された光半導体装置の応用範囲
を拡大することが可能となる。 格子不整合が抑制されるので、より厚い光導波路を
形成することができるようになり、例えば変調器に適用
した場合にはその特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の作用を説明するためのマスクパターン
図。
【図２】本発明の作用を説明するための成長特性曲線
図。
【図３】本発明の作用を説明するための特性曲線図。
【図４】本発明の第１の実施例を説明するためのマスク
パターン図と工程順断面図。
【図５】本発明の第１の実施例により作製された光半導
体装置の斜視図。
【図６】本発明の第２の実施例を説明するためのマスク
パターン図。
【図７】本発明の第２の実施例により作製された光半導
体装置の、一部断面で示した斜視図。
【図８】第１の従来例により作製された光半導体装置の
断面図。
【図９】第２、第３の従来例を説明するための、工程順
の斜視図と断面図。
【図１０】第４の従来例を説明するためのマスクパター
ン図と特性曲線図。
【符号の説明】
１０１、２０１、３０１、４０１ ｎ−ＩｎＰ基板 １０１ａ、２０１ａ 回折格子 １０２、３０２、３０２ａ、４０２ ＳｉＯ2 マスク
（成長阻止マスク） １０３、２０３、３０３ 光ガイド層 １０４ ＭＱＷ活性層 ２０４ａ レーザ活性層 ２０４ｂ 光吸収層 ３０４ 活性層 １０５ ｐ−ＩｎＰ層 １０６、２０６、３０６ ｐ−ＩｎＰクラッド層 １０７ ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層 ２０７、３０７ キャップ層 １０８ ＳｉＯ2 層 １０９、１１０ Ｔｉ−Ａｕ電極 ２０９ ｐ側電極 ２１０ ｎ側電極 ２１１ 絶縁膜 ２１２ エッチングストッパー層 ３１３ ＦｅドープトＩｎＰ層

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 同一半導体基板上に少なくとも二種の機
    能の異なる素子を形成する方法であって、 （１）第１導電型化合物半導体層上に、ストライプ方向
    に異なる間隙幅の複数の領域を構成する、コントロール
    された幅を有し少なくとも部分的に線対称となる一対の
    成長阻止マスクを形成する工程と、 （２）前記成長阻止マスクに挟まれた複数の領域へ量子
    井戸構造を含む活性層と第２導電型半導体層を選択的に
    エピタキシャル成長させる工程と、 を含み、異なる間隙幅の領域にそれぞれ異なるバンドギ
    ャップ幅の活性層を形成することを特徴とする光半導体
    装置の製造方法。
  2. 【請求項２】 前記（１）の工程において、前記成長阻
    止マスクを、ストライプ方向に全長に渡って等しい幅に
    形成することを特徴とする請求項１記載の光半導体装置
    の製造方法。
  3. 【請求項３】 前記（１）の工程において、前記成長阻
    止マスクを、間隙幅が広い領域でのマスク幅が間隙幅が
    狭い領域でのマスク幅より狭くなるように形成すること
    を特徴とする請求項１記載の光半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項４】 前記（２）の工程に続けて、前記成長阻
    止マスクの少なくとも選択成長された半導体活性層に隣
    接する部分を除去し、該半導体活性層を包囲するクラッ
    ド層を形成する工程が付加されていることを特徴とする
    請求項１記載の光半導体装置の製造方法。
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08116135A (ja) * 1994-10-17 1996-05-07 Mitsubishi Electric Corp 導波路集積素子の製造方法，及び導波路集積素子
JP2865000B2 (ja) * 1994-10-27 1999-03-08 日本電気株式会社 出力導波路集積半導体レーザとその製造方法
JP2900824B2 (ja) * 1995-03-31 1999-06-02 日本電気株式会社 光半導体装置の製造方法
JP2765545B2 (ja) * 1995-12-26 1998-06-18 日本電気株式会社 光波長弁別回路およびその製造方法
JPH09232625A (ja) * 1996-02-27 1997-09-05 Oki Electric Ind Co Ltd 端面発光型光半導体素子及びその製造方法
JP2917913B2 (ja) * 1996-06-10 1999-07-12 日本電気株式会社 半導体光素子の製造方法
JPH1056229A (ja) * 1996-08-08 1998-02-24 Fujitsu Ltd 半導体光集積素子の製造方法
JP3104789B2 (ja) * 1997-05-02 2000-10-30 日本電気株式会社 半導体光素子およびその製造方法
US6133125A (en) * 1999-01-06 2000-10-17 Lucent Technologies Inc. Selective area diffusion control process
JP3329764B2 (ja) * 1999-05-13 2002-09-30 日本電気株式会社 半導体レーザー及び半導体光増幅器
JP2001044566A (ja) 1999-07-28 2001-02-16 Nec Corp 半導体レーザおよびその製造方法
JP4618854B2 (ja) * 2000-08-11 2011-01-26 Ｏｋｉセミコンダクタ株式会社 半導体装置およびその製造方法
US6865205B2 (en) 2001-05-17 2005-03-08 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor laser
US6462865B1 (en) 2001-06-29 2002-10-08 Super Light Wave Corp. All-optical logic with wired-OR multi-mode-interference combiners and semiconductor-optical-amplifier inverters
KR100605372B1 (ko) * 2003-09-29 2006-07-28 한국전자통신연구원 다중양자우물을 갖는 전계흡수형 광 변조기
NO325047B1 (no) * 2005-03-30 2008-01-21 Intopto As Optiske enheter ved bruk av et pentaert III-V material system
JP5093033B2 (ja) 2008-09-30 2012-12-05 ソニー株式会社 半導体レーザの製造方法、半導体レーザ、光ピックアップおよび光ディスク装置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4077817A (en) * 1975-12-31 1978-03-07 Texas Instruments Incorporated Making a semiconductor laser structure by liquid phase epitaxy
US4114257A (en) * 1976-09-23 1978-09-19 Texas Instruments Incorporated Method of fabrication of a monolithic integrated optical circuit
US4961198A (en) * 1988-01-14 1990-10-02 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor device
JP2890745B2 (ja) * 1990-08-20 1999-05-17 富士通株式会社 半導体装置の製造方法および、光半導体装置の製造方法
JP2701569B2 (ja) * 1991-04-01 1998-01-21 日本電気株式会社 光半導体素子の製造方法
JP3263949B2 (ja) * 1991-02-25 2002-03-11 日本電気株式会社 光集積回路の製造方法
JPH0582909A (ja) * 1991-09-24 1993-04-02 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 半導体デバイス成長用マスクおよび半導体デバイスの製造方法
JP3084416B2 (ja) * 1991-10-21 2000-09-04 日本電信電話株式会社 光結合デバイスの製造方法
DE69331979T2 (de) * 1992-02-28 2003-01-23 Hitachi Ltd Optische integrierte Halbleitervorrichtung und Verfahren zur Herstellung und Verwendung in einem Lichtempfänger
JPH05327112A (ja) * 1992-05-20 1993-12-10 Sanyo Electric Co Ltd 半導体レーザの製造方法
JPH05327111A (ja) * 1992-05-20 1993-12-10 Fujitsu Ltd 半導体レーザ装置及びその製造方法
JP2950028B2 (ja) * 1992-07-23 1999-09-20 日本電気株式会社 光半導体素子の製造方法
JPH0770791B2 (ja) * 1992-12-22 1995-07-31 日本電気株式会社 半導体レーザ及びその製造方法
JPH07176827A (ja) * 1993-08-20 1995-07-14 Mitsubishi Electric Corp 変調器付半導体レーザ装置の製造方法

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