JP2967737B2 - 光半導体装置とその製造方法 - Google Patents

光半導体装置とその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光半導体装置および
その製造方法に関し、特にスポットサイズ変換機能を備
えた導波路型光半導体装置およびその製造方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】近年ファイバー・トゥ・ザ・ホーム（Ｆ
ＴＴＨ）に代表される光アクセス系の立ち上がりに伴
い、光通信用半導体レーザモジュールの低コスト化が強
く要請されるようになってきている。半導体レーザモジ
ュールの価格を押し上げている最大要因の一つは、レー
ザと光ファイバとの光学的結合に要する実装コストであ
る。そこで、光ファイバと容易に高効率結合が実現でき
る、スポットサイズ変換機能を有する半導体レーザが注
目されている。スポットサイズ変換型半導体レーザ（Ｓ
ＳＣ−ＬＤ：spot-size converted laser diode ）と
は、レーザ光の出射端面でのスポットサイズを拡大する
ことによって、放射広がり角度を小さく抑えたレーザの
ことである。放射広がり角度が小さいと自由空間に放射
される光が少なくなり、光ファイバとの結合効率を高く
できる。つまり、半導体レーザ自体にレンズ機能をもた
せ、従来の半導体レーザモジュールで必要であった光学
レンズ系を不要にできるため、低コスト化が実現でき
る。
【０００３】レーザ光の出射端面でのスポットサイズを
拡大するためには、出射端面での光導波路中の光閉じ込
め係数を小さくして、光フィールドを広げることにより
実現できる。具体的には、スポットサイズ変換部（ＳＳ
Ｃ部）の光導波路厚を薄くする方法が用いられる。この
ような、スポットサイズ変換（ＳＳＣ）機構は、半導体
レーザのみならず、半導体光変調器、半導体光増幅器あ
るいは、導波路ｐｉｎフォトダイオードなどの導波路型
半導体光デバイス全般に有効な機構である。
【０００４】従来報告されているＳＳＣ−ＬＤとして
は、例えば、Ｙ．Ｔｏｈｍｏｒｉらによって、エレクト
ロニクス・レターズ誌、Ｖｏｌ．３１、ｐｐ．１０６９
−１０７０（１９９５）において報告されているものが
ある［第１の従来例］。図２３、図２４は、第１の従来
例について説明するための工程順断面図である。まず最
初に、ＩｎＰ基板４０１上に、ＳＣＨ（separate confi
nement hetero-structure ）層４０２、歪ＭＱＷ（多重
量子井戸：multi-qantum well ）構造４０３、ＳＣＨ層
４０４からなるレーザ活性層を、有機金属気相成長（Ｍ
ＯＶＰＥ：metal-organic vapor phase epitaxy ）法に
より順次エピタキシャル成長させる〔図２３（ａ）〕。
【０００５】次に、レーザ活性層上へＳｉＮｘ層４０５
を形成し、これをマスクとしてＳＳＣ部を基板４０１ま
でエッチングした後、１．１μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ
層４０６からなるＳＳＣ構造の選択成長を行いバットジ
ョイント（butt-joint）を形成する〔図２３（ｂ）〕。
次に、ＳｉＮｘ層４０５を除去し、ｐ−ＩｎＰクラッド
層４０７、ｐ−キャップ層４０８を全面に成長させる
〔図２３（ｃ）〕。次に、ＳｉＮｘストライプマスク４
０９を形成し、これをマスクとしてエッチングによりハ
イメサ構造を形成する〔図２４（ａ）〕。さらに、ＳＳ
Ｃ部のみＳｉＮｘストライプマスク４０９を除去し、Ｆ
ｅドープ高抵抗ＩｎＰ層４１０による埋め込み成長を行
う〔図２４（ｂ）〕。素子長は、レーザ活性層領域が３
００μｍ、ＳＳＣ領域が３００μｍである。この第１の
従来例の製造工程において、半導体の選択エッチングと
選択再成長の繰り返しという複雑な工程が必要であるた
め、さらにバットジョイントによる導波路の接続が必要
となるため、歩留り高く製造することが困難であるとい
う問題点があった。
【０００６】一方、Ｔ．Ｙａｍａｍｏｔｏらによって、
エレクトロニクス・レターズ誌、Ｖｏｌ．３１、ｐｐ．
２１７８−２１７９（１９９５）において報告されてい
る例［第２の従来例］では、ＭＯＶＰＥ選択成長法を用
いて、レーザ活性層領域とＳＳＣ領域に膜厚、バンドギ
ャップの異なるＭＱＷ構造を１回の選択成長により形成
している。図２５を参照して、この第２の従来例につい
て説明する。まず最初に、ｎ−ＩｎＰ基板５０１上へ幅
数十〜数百μｍの誘電体マスク５０２を、間隔１０〜２
０μｍを置いて部分的に形成する〔図２５（ａ）〕。こ
の基板上へ、ｎ−ＩｎＰクラッド層５０３、歪ＭＱＷ構
造５０４、ｐ−ＩｎＰクラッド層５０５をＭＯＶＰＥ法
により選択成長する〔図２５（ｂ）〕。このときマスク
に挟まれた領域は、原料の横方向気相拡散の影響によ
り、成長速度の増大およびＩｎ組成率の増加が生じる。
この結果、マスクのない領域と比較すると、ＭＱＷの膜
厚が増加し、バンドギャップ波長が長波化する。したが
って、マスクに挟まれた領域をレーザ活性層、マスクの
ない領域をＳＳＣ部とすることができる。次に、誘電体
マスク５０２を除去した後、誘電体ストライプマスク５
０６を形成し、これを用いて、活性層幅が１．２μｍに
なるようメサエッチングを行う〔図２５（ｃ）〕。
【０００７】さらに、ｐ−ＩｎＰ電流ブロック層５０
７、ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層５０８による埋め込み成
長を行い、最後に、誘電体ストライプマスク５０６を除
去した後、ｐ−ＩｎＰ第２クラッド層５０９、キャップ
層５１０を成長させる〔図２５（ｄ）〕。素子長は、レ
ーザ活性層領域が３００μｍ、ＳＳＣ領域が２００μｍ
である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述した第１、第２の
従来例では、ＳＳＣ部は単にレーザ発振光のスポットを
拡大するだけのために付加されたものであるため、光学
利得を持たない。従って、ＳＳＣ部をもたない通常の半
導体レーザと比較すると、ＳＳＣ部での光学損失が加わ
るため、低しきい値化や、高温動作特性に劣ったものに
なってしまう。また、上述した従来のＳＳＣ−ＬＤで
は、ＳＳＣ部の領域分だけ素子長が長くなるため、単位
面積（１ウエハあたり）の素子収量が減ってしまう。す
なわち、第１の従来例では３００μｍのレーザ活性層領
域に対し、３００μｍのＳＳＣ領域の合計６００μｍの
素子長、第２の従来例では３００μｍのレーザ活性層領
域に対し、２００μｍのＳＳＣ領域の合計５００μｍの
素子長となるため、通常の３００μｍ長の素子と比べる
と、ウエハ当たりの収量が４０％〜５０％も低下してし
まう。さらに、第１の従来例では、半導体層の選択エッ
チング、選択再成長を繰り返す複雑な製造工程が要求さ
れる上に、再現性に問題のあるバットジョイントが導波
路に導入されるため、また、第２の従来例においても、
光導波路の形成には半導体のメサエッチング／再成長工
程を用いているため、それぞれ制御性、再現性に問題が
あり、再現性よく歩留り高く製造することが困難であっ
た。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明のスポットサイズ
変換機能を備えた光半導体装置は、量子井戸構造をコア
層にもち、導波路方向全領域に渡ってそのバンドギャッ
プは実質的に一定である。より具体的には、導波路方向
全領域に渡って井戸層厚がほぼ一定である。また、導波
路方向に、井戸層厚がほぼ一定であり、かつ、光閉じ込
め層（ＳＣＨ層）および／または障壁層の膜厚が変化し
ている。バンドギャップおよび井戸層厚が一定である許
容範囲を図面を用いて説明する。図１は、１．３μｍ帯
量子井戸半導体レーザに、１．５０×１０18ｃｍ-3のキ
ャリアを注入した場合の光学利得スペクトルである。光
子エネルギー９５０ｍｅＶ（光子波長１．３０μｍ）を
ピークとして、±３０ｍｅＶの範囲（９２０〜９８０ｍ
ｅＶ）で光学利得係数が正の値を示し、光学利得が得ら
れる。このエネルギー範囲を、バンドギャップ波長と量
子井戸構造の井戸幅（井戸層厚）との関係で表したもの
が図２である。この図から、１．３０μｍ（９５０ｍｅ
Ｖ）を中心に±３０ｍｅＶのエネルギー範囲を与える井
戸幅は３．７ｎｍ〜７．２ｎｍ（５．２ｎｍ±４０％）
となる。したがって、本発明においては、バンドギャッ
プは±３０ｍｅＶ、井戸層幅は±４０％の範囲内で一定
であればよいことになる。
【００１０】本発明のスポットサイズ変換機能を備えた
光半導体装置の製造方法は、上記特徴を持つスポットサ
イズ変換機能を備えた光半導体装置を実現する方法であ
る。具体的には、 （１）ＭＯＶＰＥ選択成長法によりＭＱＷ−ＳＣＨ構造
の成長を行い、井戸層の成長を４０ｈＰａ以下より好ま
しくは３０ｈＰａ以下の成長圧力で行うことを特徴す
る。 （２）ＳＣＨ層の成長を、１００ｈＰａ以上より好まし
くは２００ｈＰａ以上の成長圧力で行うことを特徴とす
る。 （３）障壁層の成長を、１００ｈＰａより好ましくは２
００ｈＰａ以上の成長圧力で行うことを特徴とする。 （４）井戸層の成長をＶ／ III比５０以上のターシャリ
ブチルアルシン（ＴＢＡ）、ターシャリブチルホスフィ
ン（ＴＢＰ）を用いて行うことを特徴とする。 （５）ＳＣＨ層の成長をＶ／III 比５以下のＴＢＡ、Ｔ
ＢＰを用いて行うことを特徴とする。 （６）ＳＣＨ層の成長をアルシン、ホスフィンを用いて
行うことを特徴とする。 （７）障壁層の成長をＶ／III 比５以下のＴＢＡ、ＴＢ
Ｐを用いて行うことを特徴とする。 （８）障壁層の成長をアルシン、ホスフィンを用いて行
うことを特徴とする。
【００１１】［作用］図３は、本発明の原理を説明する
ためのＭＯＶＰＥ選択成長用マスクのパターンを示す。
（１００）面を主面とするＩｎＰ基板１１上に、間隙の
方向が［０１１］方向を向くように一対のストライプマ
スク１２（マスク幅Ｗｍ）を間隔幅Ｗｇ＝１．５μｍで
形成する。この１．５μｍの領域へ、ＭＯＶＰＥ選択成
長を行うのであるが、このとき、マスク幅Ｗｍを増加す
ると、選択成長層１３の膜厚（成長速度）が増加し、Ｉ
ｎＧａＡｓ（Ｐ）の場合、Ｉｎ組成の増加が生じること
が知られている。選択成長に用いるマスク幅によって成
長速度と組成が変化する機構および、その成長条件依存
性について説明する。
【００１２】［成長速度の増加］成長速度の増加には二
つのメカニズムがある。第１は、マスク上に供給された
原料がマスク上を表面マイグレーションして成長領域に
到達することで全面成長より成長速度が増加するという
もの。第２は、気相中での濃度勾配による原料種の横方
向気相拡散によるもの。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原料が消費されないため、気
相中で濃度勾配が生じる。その結果、マスク領域から成
長領域への原料の横方向気相拡散が起こるため全面成長
より成長速度が増加する。以上の二つのメカニズムが存
在するが、支配的であるのは第２の気相拡散によるもの
である。したがって、量子井戸構造を選択成長させた場
合、マスク幅Ｗｍの増加につれて井戸層幅が大きくな
り、量子井戸のバンドギャップが小さく（バンドギャッ
プ波長が長く）なる。
【００１３】［組成の変化］組成の変化は、おもに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ように
説明される。選択成長は、気相中の原料の拡散で起こる
ことを前段で述べたが、この気相拡散において、Ｉｎ原
料とＧａ原料に分解速度あるいは拡散速度の違いがある
ために、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。したがって、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Ｉ
ｎの濃度比率が大きくなる。したがって、ＩｎＧａＡｓ
Ｐを井戸層とする量子井戸構造を成長させた場合、Ｉｎ
の濃度比率を増加したことにより圧縮歪みが導入され、
量子井戸のバンドギャップが小さくなる。以上のよう
に、成長速度と組成がマスク幅によって変化するため、
ストライプ方向にＷｍの異なるマスクを用いて、ＩｎＧ
ａＡｓＰ系ＭＱＷ構造の選択成長を行うと、膜厚および
バンドギャップの異なる構造を、同一のエピタキシャル
成長により実現できる。
【００１４】［ＭＯＶＰＥ選択成長の成長圧力依存性］
図４に、ＭＯＶＰＥ選択成長における成長速度増加率の
マスク幅依存性を、成長圧力をパラメータとして求めた
実験結果を示す。成長圧力を高くするほど成長速度の増
加する割合が大きくなる。この現象は、田辺らによっ
て、第３９回応用物理学関係連合講演会（１９９２年春
季応物学会）、３０ａ−ＳＦ−２９、講演予稿集第３分
冊ｐ．９７６において、あるいは、佐々木らによって、
ジャーナル・オブ・クリスタル・グロス誌、１４５、ｐ
ｐ．８４６−８５１（１９９４）において、また藤井ら
によって、第５６回応用物理学会学術講演会（１９９５
年秋季応物学会）、２８ａＺＦ−６、講演予稿集第１分
冊２９３頁においても報告されている。また、成長圧力
を低下させると、［成長速度］のマスク幅依存性が低下
するのみならず［組成の変化］のマスク幅依存性も緩和
され、マスク幅による組成の変化、すなわちマスク幅に
よるバンドギャップの変化が少なくなる。
【００１５】［ＭＯＶＰＥ選択成長のＶ族原料依存性］
図５に、ＭＯＶＰＥ選択成長における成長速度増加率の
マスク幅依存性を、Ｖ族原料およびＶ／III 比をパラメ
ータとして求めた実験結果である。Ｖ族原料に、アルシ
ン、ホスフィン（Ｖ／III ＝２０〜１０００）を用いた
場合、および、Ｖ／III 比の小さな（例えばＶ／III ＝
５）ターシャリブチルアルシン（ＴＢＡ）、ターシャリ
ブチルホスフィン（ＴＢＰ）を用いた場合、成長速度の
増加する割合が大きくなる。しかし、Ｖ／III 比の大き
な（例えばＶ／III ＝１００以上）ターシャリブチルア
ルシン（ＴＢＡ）、ターシャリブチルホスフィン（ＴＢ
Ｐ）を用いた場合、成長速度のマスク幅依存性は緩和さ
れる。同様な結果は、Ｙ．Ｓａｋａｔａらによって、ジ
ャーナル・オブ・エレクトロニック・マテリアルズ誌、
Ｖｏｌ．２５、Ｎｏ．３、ｐｐ．４０１−４０６（１９
９５）においても報告されている。また、ＭＯＶＰＥ選
択成長にＶ／III 比の大きなＴＢＡ、ＴＢＰを用いた場
合、［成長速度］のマスク幅依存性が低下するのみなら
ず［組成の変化］のマスク幅依存性も緩和され、マスク
幅による組成の変化、すなわちマスク幅によるバンドギ
ャップの変化が少なくなる。
【００１６】以上説明した、ＭＯＶＰＥ選択成長の成長
圧力依存性、Ｖ族原料依存性を利用すると、従来のＳＳ
Ｃ−ＬＤが抱えていた課題を解決できる。即ち、ＳＳＣ
−ＬＤのＭＱＷ活性層とＳＳＣ領域とを、ＭＯＶＰＥ選
択成長で一括形成する工程において、井戸層を成長速度
増加率の小さな成長条件（例えば、成長圧力３０ｈＰ
ａ、あるいは、Ｖ／III 比１００のＴＢＡ、ＴＢＰを用
いた成長）で行い、一方ＳＣＨ層やバリア層の成長を成
長速度増加率の大きな成長条件（例えば、成長圧力が２
００ｈＰａ以上、あるいは、Ｖ／III 比５以下のＴＢ
Ａ、ＴＢＰを用いた成長）で行えば、共振器全体に渡っ
てほぼ同じバンドギャップを持ちながら、スポットサイ
ズ変換に必要な膜厚差を実現することが可能となる。こ
の構造によれば、共振器の全領域においてレーザ発振波
長に対して光学利得を持つようになるため、従来例の場
合のようにＳＳＣ部での光学損失がなくなる。また、特
別にＳＳＣ部のみの領域を設ける必要がなくなったこと
により、素子長を従来の半導体レーザと同等に短くでき
る。これにより、低しきい値特性や高温動作特性を実現
することが可能となり、また、単位面積（１ウエハ）当
たりの収量も大幅に増加する。同様に、ＳＳＣ機能を備
えた、半導体光変調器（ＳＳＣ−変調器）、半導体光増
幅器（ＳＳＣ−アンプ）、導波路型ｐｉｎフォトダイオ
ード（ＳＳＣ−ｐｉｎ−ＰＤ）にもこの構造および製造
方法を適用できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図６（ａ）は本発明
の最良の実施の形態を説明するための、部分断面斜視図
である。図６（ａ）を参照すると、本発明による最良の
実施の形態のＳＳＣ−ＬＤにおいては、光導波路構造
が、ＳＣＨ層２１、ＭＱＷ層２２およびＳＣＨ層２３か
ら構成されており、ＭＱＷ層２２は全領域に渡ってほぼ
一定の膜厚を有しているのに対し、ＳＣＨ層２１、２３
は光出射端側（図中手前側）に向かって徐々に膜厚が薄
くなっている。これに伴って導波路構造全体の膜厚も光
出射端に向かって薄くなっている。ここで、ＳＣＨ層２
１、２３は、後端面ではＭＱＷ層２２より膜厚が厚く形
成されるが、光出射端側ではＭＱＷ層２２より薄く形成
されている。このように構成されたＳＳＣ−ＬＤでは、
バンドギャップ波長が全領域に渡ってほぼ一定となるこ
とにより、全領域において光学利得が得られるようにな
る。その一方で、ＳＳＣ機能は素子全体から得られるこ
とになり、出射端からは放射広がり角度の狭い光が放射
される。図６（ｂ）に示すように、光出射端面での層厚
（ＳＣＨ＋ＭＱＷ＋ＳＣＨ）をｄ１、バンドギャップ波
長をλｇ１、後端面での膜厚をｄ２、バンドギャップ波
長をλｇ２とするとき、バンドギャップ波長は、導波路
全域でほぼ一定（λｇ１≒λｇ２）である一方、膜厚
は、後端面から出射端面側へ行くにしたがって徐々に薄
くなる。ここで、ｄ１とｄ２の膜厚比は２倍以上（例え
ば３倍）とすることが望ましい。このようなバンドギャ
ップ波長分布、膜厚分布はＳＳＣ−ｐｉｎ−ＰＤの場合
でも同じである。
【００１８】図７（ａ）は、ＳＳＣ−変調器、ＳＳＣ−
アンプについての本発明の最良の実施の形態を示す部分
断面斜視図である。また、図７（ｂ）に導波路方向のバ
ンドギャップ波長分布と、膜厚分布をす。変調器および
アンプの場合は素子の両端面が光の入出力口となるの
で、両端にＳＳＣ機構が必要となる。光導波路構造は、
ＳＣＨ層３１、ＭＱＷ層３２およびＳＣＨ層３３から構
成されるが、ＭＱＷ層３２は全領域に渡ってほぼ一定の
膜厚を有している。これに対し、ＳＣＨ層３１、３３は
中央部で厚く光入出力端に向かって徐々に薄くなってい
る。これに伴って導波路構造全体の膜厚も中央ではｄ３
と一定で厚く光入出力端ではｄ１、ｄ２と薄くなってい
る。ここで、ＳＳＣ機能は、膜厚がｄ３からｄ１または
ｄ２へと変化する領域において得られる。図７（ｂ）に
示すように、中央部でのバンドギャップ波長λｇ３は、
光入出力端部でのバンドギャップ波長λｇ１、λｇ２と
ほぼ等しくなる。そのため、全領域において光学利得を
得ることができ、ＳＳＣ−アンプを構成するときデバイ
ス長を長くすることなく大きな利得を得ることができ
る。また、電界吸収型変調器を構成するとき、全領域に
おいて変調作用を行わせることができ、同様にデバイス
長を長くすることなく大きな消光比を得ることができ
る。
【００１９】
【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８、図９、図１０、図１１を参照し
て本発明の第１の実施例について説明する。図９、図１
０は第１の実施例を説明するための工程断面図であり、
図８は第１の実施例により作製されたＳＳＣ−ＬＤの斜
視図である。まず、図９（ａ）に示すように、（１０
０）面を主面とするｎ−ＩｎＰ基板１０１上に、常圧Ｃ
ＶＤ法によりＳｉＯ2 を厚さ１００ｎｍに堆積し、これ
をマスク間隙の方向が［０１１］方向を向くようにパタ
ーニングしてＳｉＯ2 マスク１０２を形成する。
【００２０】ここで、マスク間隙幅Ｗｇは、１．５μｍ
であり、マスク幅Ｗｍは、Ｗｍ＝５０μｍからＷｍ＝５
μｍまで連続的に変化した構造となっており、素子長は
３００μｍである。この１．５μｍの開口部へ、ＭＯＶ
ＰＥ法を用いて、ＭＱＷ−ＳＣＨ光導波路構造（ＳＣＨ
層ｌ０３、ＭＱＷ層ｌ０４、ＳＣＨ層１０５）の選択成
長を行った〔図９（ｂ）〕。成長温度は６２５℃とし
た。用いた原料は、トリメチルインジウム〔Ｉｎ（ＣＨ
3 ）3 〕（ＴＭＩ）、トリエチルガリウム〔Ｇａ（Ｃ2
Ｈ5 ）3 〕（ＴＥＧ）、ジエチルジンク〔Ｚｎ（Ｃ2 Ｈ
5 ）2 〕（ＤＥＺ）、アルシン（ＡｓＨ3 ）、ホスフィ
ン（ＰＨ3 ）、ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）である。光導波
路構造は、ｎ−Ｉｎ.810Ｇａ.190Ａｓ.405Ｐ.595ＳＣＨ
層（キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3、７０ｎｍ厚）、ア
ンドープＩｎ.810Ｇａ.190Ａｓ.405Ｐ.5 95ＳＣＨ層（３
０ｎｍ厚）、アンドープＩｎ.806Ｇａ.194Ａｓ.632Ｐ
.368井戸層（５ｎｍ厚）とＩｎ.810Ｇａ.190Ａｓ.405Ｐ
.595障壁層（８ｎｍ厚）の５周期からなる多重量子井戸
（ＭＱＷ）活性層、およびアンドープＩｎ.810Ｇａ.190
Ａｓ .405Ｐ.595ＳＣＨ層（１００ｎｍ厚）からなる。各
層の膜厚は、Ｗｍ＝５０μｍでの値である。この、ＭＱ
Ｗ−ＳＣＨ構造の選択成長において、Ｉｎ.806Ｇａ.1 94
Ａｓ.632Ｐ.368井戸層と、Ｉｎ.810Ｇａ.190Ａｓ.405Ｐ
.595障壁層の成長を、３０ｈＰａの成長圧力で行い、Ｉ
ｎ.810Ｇａ.190Ａｓ.405Ｐ.595ＳＣＨ層の成長を２５０
ｈＰａの成長圧力で行った。
【００２１】図１１に、３００μｍ長の共振器方向で測
定したフォトルミネッセンス（ＰＬ）ピーク波長と、走
査型電子顕微鏡で測定したＭＱＷ−ＳＣＨ構造の層厚と
を示している。Ｗｍ＝５０μｍの領域でのＰＬピーク波
長は１．３μｍ、膜厚は０．２７μｍであるのに対し、
Ｗｍ＝５μｍの領域では、ＰＬピーク波長が１．２９μ
ｍ、膜厚が０．１１μｍであった。その後、ＳｉＯ2 マ
スク１０２を除去し、図１０（ａ）に示すように、スト
ライプ状のＭＱＷ−ＳＣＨ構造（ＳＣＨ層ｌ０３、ＭＱ
Ｗ層ｌ０４、ＳＣＨ層１０５）の上部にＳｉＯ2 マスク
１０６を形成する。次いで、図１０（ｂ）に示すよう
に、ＭＯＶＰＥ選択成長により、ＭＱＷ−ＳＣＨ構造の
両脇をｐ−ＩｎＰ層１０７（キャリア濃度５×１０17ｃ
ｍ-3、厚さ０．５μｍ）、ｎ−ＩｎＰ層１０８（キャリ
ア濃度７×１０17ｃｍ-3、厚さ０．７５μｍ）、ｐ−Ｉ
ｎＰ層１０９（キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3、厚さ
０．１μｍ）で埋め込む。ｐ−ＩｎＰ層１０９は再成長
界面にｐｎ接合が形成されるのを防ぐために挿入したも
のであり、本発明において必ずしも必要とするものでは
ない。
【００２２】次に、ＭＱＷ−ＳＣＨ構造の上部のＳｉＯ
2 マスク１０６を除去し、ｐ−ＩｎＰクラッド層１１０
（キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3、厚さ３．０μｍ）、
ｐ+−Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓキャップ層１１１（キャリ
ァ濃度６×１０18ｃｍ-3、厚さ０．３μｍ）を形成する
〔図１０（ｃ）〕。各ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧ
ａＡｓのＭＯＶＰＥ成長で用いた原料ガス流量は次の通
りである。 ｐ−ＩｎＰ：ＴＭＩ＝３７５ｃｃ／ｍｉｍ、ＰＨ3 ＝１
２５ｃｃ／ｍｉｎ、ＤＥＺ＝６．００ｃｃ／ｍｉｎ ｎ−Ｉｎ.810Ｇａ.190Ａｓ.405Ｐ.595：ＴＭＩ＝１４２
ｃｃ／ｍｉｍ、ＴＥＧ＝２２．７ｃｃ／ｍｉｎ、ＡｓＨ
3 ＝７．２０ｃｃ／ｍｉｎＰＨ3 ＝１２５ｃｃ／ｍｉ
ｎ、Ｓｉ2 Ｈ6 ＝７．５０ｃｃ／ｍｉｎ Ｉｎ.810Ｇａ.190Ａｓ.405Ｐ.595：ＴＭＩ＝１４２ｃｃ
／ｍｉｍ、ＴＥＧ＝２２．７ｃｃ／ｍｉｎ、ＡｓＨ3 ＝
７．２０ｃｃ／ｍｉｎＰＨ3 ＝１２５ｃｃ／ｍｉｎ Ｉｎ.806Ｇａ.194Ａｓ.632Ｐ.368：ＴＭＩ＝１４２ｃｃ
／ｍｉｍ、ＴＥＧ＝２３．２ｃｃ／ｍｉｎ、ＡｓＨ3 ＝
２６．８ｃｃ／ｍｉｎＰＨ3 ＝８３．８ｃｃ／ｍｉｎ Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ：ＴＭＩ＝６５ｃｃ／ｍｉｍ、Ｔ
ＥＧ＝５４ｃｃ／ｍｉｎ、ＡｓＨ3 ＝１１２．０ｃｃ／
ｍｉｎ
【００２３】ＭＯＶＰＥ成長完了後、活性層領域上に開
口を有するＳｉＯ2 膜１１２を形成し、エピタキシャル
層側にｐ側電極１１３、基板側にｎ側電極１１４を形成
し、その後、デバイス長３００μｍに切り出した。本実
施例により作製した半導体レーザの斜視図を図８に示
す。このように形成した半導体レーザの前端面（選択成
長時Ｗｍ＝５μｍ側）には３０％、後端面（選択成長時
Ｗｍ＝５０μｍ側）に９０％の反射膜コーティングを施
し測定したところ、２５℃において、レーザ発振波長
１．３１μｍ、しきい値電流６．０ｍＡ、スロープ効率
０．５５Ｗ／Ａ、９０℃において、レーザ発振波長１．
３３μｍ、しきい値電流１４．５ｍＡ、スロープ効率
０．４５Ｗ／Ａであった。また、ファー・フィールド・
パターン（ＦＦＰ）を測定したところ、後端面側の放射
角が２７°×３０°であるのに対し、前端面側の放射角
は、１１°×１２°であった。次に、端面に無反射コー
ティングを施したフラットエンドシングルモードファイ
バ（１．３μｍゼロ分散）との結合特性を評価した。フ
ァイバとレーザの距離を１０μｍまで近づけた時、最大
結合効率−２．２ｄＢを得た。
【００２４】ウエハプロセスを行った２インチウエハ全
体から、２７，８１５個（理論収量は３２，７２４個：
チップサイズ３００μｍ×２００μｍ）の素子が、しき
い値電流８ｍＡ以下、スロープ効率０．５０Ｗ／Ａ以
上、放射角１３°×１４°以下（２５℃）を示した。２
７，８１５素子の平均値（±標準偏差）は、しきい値電
流が６．４５ｍＡ±０．２２ｍＡ、スロープ効率が０．
５３５Ｗ／Ａ±０．００２Ｗ／Ａ、前端面放射角が（１
１．４°±０．８６°）×（１２．６°±０．９２°）
と高い均一性を示した。
【００２５】［第２の実施例］次に、図８、図１０、図
１２、図１３を参照して本発明の第２の実施例について
説明する。図１２、図１０は第２の実施例を説明するた
めの工程断面図であり、図８は第２の実施例により作製
されたＳＳＣ−ＬＤの斜視図である。まず、図１２
（ａ）に示すように、（１００）面を主面とするｎ−Ｉ
ｎＰ基板１０１上に、常圧ＣＶＤ法により膜厚１００ｎ
ｍのＳｉＯ2 膜を堆積し、これをマスク間隙の方向が
［０１１］方向を向くようにパターニングして、ＳｉＯ
2 マスク２０２を形成した。ここで、マスク間隙幅Ｗｇ
は、１．５μｍであり、マスク幅Ｗｍは、Ｗｍ＝５０μ
ｍの領域１５０μｍ、Ｗｍ＝５μｍの領域５０μｍが１
００μｍのテーパ領域でつながった構造となっており、
素子長は３００μｍである。この１．５μｍの開口部
へ、ＭＯＶＰＥ法を用いて、ＭＱＷ−ＳＣＨ光導波路構
造（ＳＣＨ層１０３、ＭＱＷ層１０４、ＳＣＨ層１０
５）の選択成長を行った〔図１２（ｂ）〕。成長条件、
およびＭＱＷ−ＳＣＨ光導波路構造は第１の実施例で用
いたものと同じとした。図１３に、３００μｍ長の共振
器方向で測定したフォトルミネッセンス（ＰＬ）ピーク
波長と、走査型電子顕微鏡で測定したＭＱＷ−ＳＣＨ構
造の層厚とを示している。Ｗｍ＝５０μｍの領域でのＰ
Ｌピーク波長は１．３０μｍ、膜厚は０．２７μｍであ
るのに対し、Ｗｍ＝５μｍの領域では、ＰＬピーク波長
が１．２９μｍ、膜厚が０．１１μｍであった。その
後、第１の実施例の場合と同様に、電流ブロック構造、
クラッド層、キャップ層のＭＯＶＰＥ成長を行い（図１
０）、電極形成工程を経て、図８に示すレーザ構造を得
た。
【００２６】本実施例により作製した半導体レーザを、
３００μｍ長に切り出し、前端面（選択成長時Ｗｍ＝５
μｍ側）には３０％、後端面（選択成長時Ｗｍ＝５０μ
ｍ側）に９０％の反射膜コーティングを施し測定したと
ころ、２５℃において、レーザ発振波長１．３１μｍ、
しきい値電流５．８ｍＡ、スロープ効率０．５６Ｗ／
Ａ、９０℃において、レーザ発振波長１．３３μｍ、し
きい値電流１４．０ｍＡ、スロープ効率０．４６Ｗ／Ａ
であった。また、ファー・フィールド・パターン（ＦＦ
Ｐ）を測定したところ、後端面側の放射角が２７°×３
０°であるのに対し、前端面側の放射角は、１１°×１
２°であった。次に、端面に無反射コーティングを施し
たフラットエンドシングルモードファイバ（１．３μｍ
ゼロ分散）との結合特性を評価した。ファイバとレーザ
の距離を１０μｍまで近づけた時、最大結合効率−２．
１ｄＢを得た。
【００２７】ウエハプロセスを行った２インチウエハ全
体から、２８，１１０個（理論収量は３２，７２４個：
チップサイズ３００μｍ×２００μｍ）の素子が、しき
い値電流８ｍＡ以下、スロープ効率０．５０Ｗ／Ａ以
上、放射角１３°×１４°以下（２５℃）を示した。２
８，１１０素子の平均値（±標準偏差）は、しきい値電
流が６．２１ｍＡ±０．２１ｍＡ、スロープ効率が０・
５４０Ｗ／Ａ±０・００２Ｗ／Ａ、前端面放射角が（１
１．１°±０．８４°）×（１２．１°±０．８８°）
と高い均一性を示した。
【００２８】［第３の実施例］次に、図８、図９、図１
０、図１４を参照して本発明の第３の実施例について説
明する。図９、図１０は第３の実施例を説明するための
工程断面図であり、図８は第３の実施例により作製され
たＳＳＣ−ＬＤの斜視図である。まず、図９（ａ）に示
すように、（１００）面を主面とするｎ−ＩｎＰ基板１
０１上に、常圧ＣＶＤ法により膜厚１００ｎｍのＳｉＯ
2 膜を堆積し、これをマスク間隙の方向が［０１１］方
向を向くようにパターニングして、ＳｉＯ2 マスク１０
２を形成した。
【００２９】ここで、マスク間隙幅Ｗｇは、１．５μｍ
であり、マスク幅Ｗｍは、Ｗｍ＝５０μｍからＷｍ＝５
μｍまで連続的に変化した構造となっており、チップサ
イズは３００μｍである。この１．５μｍの開口部へ、
ＭＯＶＰＥ法を用いて、ＭＱＷ−ＳＣＨ光導波路構造
（ＳＣＨ層１０３、ＭＱＷ層１０４、ＳＣＨ層１０５）
の選択成長を行った〔図９（ｂ）〕。成長温度は６２５
℃とした。用いた原料は、トリメチルインジウム、トリ
エチルガリウム、ジエチルジンク、ターシャリブチルア
ルシン〔（ＣＨ3 ）3 ＣＡｓＨ2 〕（ＴＢＡ）、ターシ
ャリブチルホスフィン〔（ＣＨ3 ）3 ＣＰＨ2 〕（ＴＢ
Ｐ）、ジシランである。
【００３０】光導波路構造は、ｎ−Ｉｎ.810Ｇａ.190Ａ
ｓ.405Ｐ.595ＳＣＨ層（キャリア濃度１×１０18ｃ
ｍ-3、７０ｎｍ厚）、アンドープＩｎ.810Ｇａ.190Ａｓ
.405Ｐ.5 95ＳＣＨ層（３０ｎｍ厚）、アンドープＩｎ
.806Ｇａ.194Ａｓ.632Ｐ.368井戸層（５ｎｍ厚）とＩｎ
.810Ｇａ.190Ａｓ.405Ｐ.595障壁層（８ｎｍ厚）の５周
期からなる多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層、およびアン
ドープＩｎ.810Ｇａ.190Ａｓ .405Ｐ.595ＳＣＨ層（１０
０ｎｍ厚）からなる。各層の膜厚は、Ｗｍ＝５０μｍで
の値である。この、ＭＱＷ−ＳＣＨ構造の選択成長にお
いて、Ｉｎ.806Ｇａ.1 94Ａｓ.632Ｐ.368井戸層と、Ｉｎ
.810Ｇａ.190Ａｓ.405Ｐ.595障壁層の成長を、Ｖ／III
比＝９０のＴＢＡ、ＴＢＰを用いて行い、Ｉｎ.810Ｇａ
.190Ａｓ.405Ｐ .595ＳＣＨ層の成長をＶ／III 比＝４の
ＴＢＡ、ＴＢＰを用いて行った。
【００３１】図１４に、３００μｍ長の共振器方向で測
定したフォトルミネッセンス（ＰＬ）ピーク波長と、走
査型電子顕微鏡で測定したＭＱＷ−ＳＣＨ構造の層厚と
を示している。Ｗｍ＝５０μｍの領域でのＰＬピーク波
長は１．３００μｍ、膜厚は０．２７μｍであるのに対
し、Ｗｍ＝５μｍの領域では、ＰＬピーク波長が１．２
８５μｍ、膜厚が０．１２μｍであった。その後、第１
の実施例で説明したものと同じ、電流ブロック構造、ク
ラッド層およびキャップ層のＭＯＶＰＥ成長を行い（図
１０）、電極形成工程を経て、図８に示すレーザ構造を
得た。
【００３２】井戸層、障壁層、ＳＣＨ層のＭＯＶＰＥ成
長で用いた原料ガス流量は次の通りである。 Ｉｎ.806Ｇａ.194Ａｓ.632Ｐ.368井戸層：ＴＭＩ＝４４
ｃｃ／ｍｉｍ、ＴＥＧ＝１６ｃｃ／ｍｉｎ、ＴＢＡ＝２
６ｃｃ／ｍｉｎ、ＴＢＰ＝１２５ｃｃ／ｍｉｎ、Ｖ／II
I ＝９０ Ｉｎ.810Ｇａ.190Ａｓ.405Ｐ.595障壁層：ＴＭＩ＝１４
２ｃｃ／ｍｉｍ、ＴＥＧ＝２２．７ｃｃ／ｍｉｎ、ＴＢ
Ａ＝１７．４ｃｃ／ｍｉｎ、ＴＢＰ＝３７５ｃｃ／ｍｉ
ｎ、Ｖ／III ＝９０ Ｉｎ.810Ｇａ.190Ａｓ.405Ｐ.595ＳＣＨ層：ＴＭＩ＝２
８４ｃｃ／ｍｉｍ、ＴＥＧ＝４５．４ｃｃ／ｍｉｎ、Ｔ
ＢＡ＝１．５ｃｃ／ｍｉｎ、ＴＢＰ＝３３．３ｃｃ／ｍ
ｉｎ、Ｖ／III ＝４
【００３３】本実施例により作製した半導体レーザを、
３００μｍ長に切り出し、前端面（選択成長時Ｗｍ＝５
μｍ側）には３０％、後端面（選択成長時Ｗｍ＝５０μ
ｍ側）に９０％の反射膜コーテイングを施し測定したと
ころ、２５℃において、レーザ発振波長１．３１μｍ、
しきい値電流６．０ｍＡ、スロープ効率０．５３Ｗ／
Ａ、９０℃において、レーザ発振波長１．３３μｍ、し
きい値電流１５．５ｍＡ、スロープ効率０．４３Ｗ／Ａ
であった。また、ファー・フィールド・パターン（ＦＦ
Ｐ）を測定したところ、後端面側の放射角が２７°×３
０°であるのに対し、前端面側の放射角は、１１．５°
×１２．５°であった。次に、端面に無反射コーティン
グを施したフラットエンドシングルモードファイバ
（１．３μｍゼロ分散）との結合特性を評価した。ファ
イバとレーザの距離を１０μｍまで近づけた時、最大結
合効率−２．４ｄＢを得た。
【００３４】ウエハプロセスを行った２インチウエハ全
体から、２７，６２０個（理論収量は３２，７２４個：
チップサイズ３００μｍ×２００μｍ）の素子が、しき
い値電流８ｍＡ以下、スロープ効率０．５０Ｗ／Ａ以
上、放射角１３°×１４°以下（２５℃）を示した。２
７，６２０素子の平均値（±標準偏差）は、しきい値電
流が６．５５ｍＡ±０．２１ｍＡ、スロープ効率が０．
５３０Ｗ／Ａ±０．００２Ｗ／Ａ、前端面放射角が（１
１．９°±０．８８°）×（１２．９°±０．９０°）
と高い均一性を示した。
【００３５】［第４の実施例］次に、図８、図９、図１
０、図１５を参照して本発明の第４の実施例について説
明する。図９、図１０は第４の実施例を説明するための
工程断面図であり、図８は第４の実施例により作製され
たＳＳＣ−ＬＤの斜視図である。まず、図９（ａ）に示
すように、（１００）面を主面とするｎ−ＩｎＰ基板１
０１上に、常圧ＣＶＤ法により膜厚１００ｎｍのＳｉＯ
2 膜を堆積し、これをマスク間隙の方向が［０１１］方
向を向くようにパターニングして、ＳｉＯ2 マスク１０
２を形成した。ここで、マスク間隙幅Ｗｇは、１．５μ
ｍであり、マスク幅Ｗｍは、Ｗｍ＝５０μｍからＷｍ＝
５μｍまで連続的に変化した構造となっており、３００
μｍの周期で繰り返されている。この１．５μｍの開口
部へ、ＭＯＶＰＥ法を用いて、ＭＱＷ−ＳＣＨ光導波路
構造（ＳＣＨ層１０３、ＭＱＷ層１０４、ＳＣＨ層１０
５）の選択成長を行った〔図９（ｂ）〕。成長温度は６
２５℃とした。用いた原料は、トリメチルインジウム、
トリエチルガリウム、ジエチルジンク、ターシャリブチ
ルアルシン、ターシャリブチルホスフィン、ジシランで
ある。
【００３６】光導波路構造は、ｎ−Ｉｎ.810Ｇａ.190Ａ
ｓ.405Ｐ.595ＳＣＨ層（キャリア濃度１×１０18ｃ
ｍ-3、７０ｎｍ厚）、アンドープＩｎ.810Ｇａ.190Ａｓ
.405Ｐ.5 95ＳＣＨ層（３０ｎｍ厚）、アンドープＩｎ
.806Ｇａ.194Ａｓ.632Ｐ.368井戸層（５ｎｍ厚）とＩｎ
.810Ｇａ.190Ａｓ.405Ｐ.595障壁層（１２ｎｍ厚）の５
周期からなる多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層、およびア
ンドープＩｎ.810Ｇａ.190Ａｓ.405Ｐ.595ＳＣＨ層（１
００ｎｍ厚）からなる。各層の膜厚は、Ｗｍ＝５０μｍ
での値である。このＭＱＷ−ＳＣＨ構造の選択成長にお
いて、Ｉｎ.806Ｇａ.1 94Ａｓ.632Ｐ.368井戸層をＶ／II
I 比＝９０のＴＢＡ、ＴＢＰを用いて行い、Ｉｎ.810Ｇ
ａ.190Ａｓ.405Ｐ.595障壁層とＩｎ.810Ｇａ.190Ａｓ
.405Ｐ.595ＳＣＨ層の成長をＶ／III 比＝４のＴＢＡ、
ＴＢＰを用いて行った。図１５に、３００μｍ長の共振
器方向で測定したフォトルミネッセンス（ＰＬ）ピーク
波長と、走査型電子顕微鏡で測定したＭＱＷ−ＳＣＨ構
造の層厚とを示す。Ｗｍ＝５０μｍの領域でのＰＬピー
ク波長は１．３００μｍ、膜厚は０．２７３μｍである
のに対し、Ｗｍ＝５μｍの領域では、ＰＬピーク波長が
１．２９０μｍ、膜厚が０．１０８μｍであった。その
後、第１の実施例の場合と同様に、電流ブロック構造、
クラッド層およびキャップ層のＭＯＶＰＥ成長を行い
（図１０）、電極形成工程を経て、図８に示すレーザ構
造を得た。
【００３７】井戸層、障壁層、ＳＣＨ層のＭＯＶＰＥ成
長で用いた原料ガス流量は次の通りである。 Ｉｎ.806Ｇａ.194Ａｓ.632Ｐ.368井戸層：ＴＭＩ＝４４
ｃｃ／ｍｉｍ、ＴＥＧ＝１６ｃｃ／ｍｉｎ、ＴＢＡ＝２
６ｃｃ／ｍｉｎ、ＴＢＰ＝１２５ｃｃ／ｍｉｎ、Ｖ／II
I ＝９０ Ｉｎ.810Ｇａ.190Ａｓ.405Ｐ.595障壁層：ＴＭＩ＝２８
４ｃｃ／ｍｉｍ、ＴＥＧ＝４５．４ｃｃ／ｍｉｎ、ＴＢ
Ａ＝１．５ｃｃ／ｍｉｎ、ＴＢＰ＝３３．３ｃｃ／ｍｉ
ｎ、Ｖ／III ＝４ Ｉｎ.810Ｇａ.190Ａｓ.405Ｐ.595ＳＣＨ層：ＴＭＩ＝２
８４ｃｃ／ｍｉｍ、ＴＥＧ＝４５．４ｃｃ／ｍｉｎ、Ｔ
ＢＡ＝１．５ｃｃ／ｍｉｎ、ＴＢＰ＝３３．３ｃｃ／ｍ
ｉｎ、Ｖ／III ＝４
【００３８】本実施例により作製した半導体レーザを、
３００μｍ長に切り出し、前端面（選択成長時Ｗｍ＝５
μｍ側）には３０％、後端面（選択成長時Ｗｍ＝５０μ
ｍ側）に９０％の反射膜コーティングを施し測定したと
ころ、２５℃において、レーザ発振波長１．３１μｍ、
しきい値電流６．２ｍＡ、スロープ効率０．５４Ｗ／
Ａ、９０℃において、レーザ発振波長１．３３μｍ、し
きい値電流１５．７ｍＡ、スロープ効率０．４３Ｗ／Ａ
であった。また、ファー・フィールド・パターン（ＦＦ
Ｐ）を測定したところ、後端面側の放射角が２８°×３
１°であるのに対し、前端面側の放射角は、９．５°×
１０．８°であった。次に、端面に無反射コーティング
を施したフラットエンドシングルモードファイバ（１．
３μｍゼロ分散）との結合特性を評価した。ファイバと
レーザの距離を１０μｍまで近づけた時、最大結合効率
−１．９ｄＢを得た。
【００３９】ウエハプロセスを行った２インチウエハ全
体から、２７，４４０個（理論収量は３２，７２４個：
チップサイズ３００μｍ×２００μｍ）の素子が、しき
い値電流８ｍＡ以下、スロープ効率０．５０Ｗ／Ａ以
上、放射角１１°×１２°以下（２５℃）を示した。２
７，４４０素子の平均値（±標準偏差）は、しきい値電
流が６．５７ｍＡ±０．２１ｍＡ、スロープ効率が０．
５３５Ｗ／Ａ±０．００２Ｗ／Ａ、前端面放射角が
（９．９°±０．７８°）×（１０．９°±０．７０
°）と高い均一性を示した。
【００４０】［第５の実施例］次に、図８、図９、図１
０、図１５を参照して本発明の第５の実施例について説
明する。図９、図１０は第５の実施例を説明するための
工程断面図であり、図８は第５の実施例により作製され
たＳＳＣ−ＬＤの斜視図である。まず、図９（ａ）に示
すように、（１００）面を主面とするｎ−ＩｎＰ基板１
０１上に、常圧ＣＶＤ法により膜厚１００ｎｍのＳｉＯ
2 膜を堆積し、これをマスク間隙の方向が［０１１］方
向を向くようにパターニングして、ＳｉＯ2 マスク１０
２を形成した。ここで、マスク間隙幅Ｗｇは、１．５μ
ｍであり、マスク幅Ｗｍは、Ｗｍ＝５０μｍからＷｍ＝
５μｍまで連続的に変化した構造となっており、素子長
が３００μｍである。この１．５μｍの開口部へ、ＭＯ
ＶＰＥ法を用いて、ＭＱＷ−ＳＣＨ光導波路構造（ＳＣ
Ｈ層１０３、ＭＱＷ層１０４、ＳＣＨ層１０５）の選択
成長を行った〔図９（ｂ）〕。成長温度は６２５℃とし
た。用いた原料は、トリメチルインジウム、トリエチル
ガリウム、ジエチルジンク、アルシン、ホスフィン、タ
ーシャリブチルアルシン、ターシャリブチルホスフィ
ン、ジシランである。
【００４１】光導波路構造は、ｎ−Ｉｎ.810Ｇａ.190Ａ
ｓ.405Ｐ.595ＳＣＨ層（キャリア濃度１×１０18ｃ
ｍ-3、７０ｎｍ厚）、アンドープＩｎ.810Ｇａ.190Ａｓ
.405Ｐ.5 95ＳＣＨ層（３０ｎｍ厚）、アンドープＩｎ
.806Ｇａ.194Ａｓ.632Ｐ.368井戸層（５ｎｍ厚）とＩｎ
.810Ｇａ.190Ａｓ.405Ｐ.595障壁層（１２ｎｍ厚）の５
周期からなる多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層、およびア
ンドープＩｎ.810Ｇａ.190Ａｓ.405Ｐ.595ＳＣＨ層（１
００ｎｍ厚）からなる。各層の膜厚は、Ｗｍ＝５０μｍ
での値である。この、ＭＱＷ−ＳＣＨ構造の選択成長に
おいて、Ｉｎ.806Ｇａ .194Ａｓ.632Ｐ.368井戸層をＶ／
III 比＝９０のＴＢＡ、ＴＢＰを用いて行い、Ｉｎ.810
Ｇａ.190Ａｓ.405Ｐ.595障壁層とＩｎ.810Ｇａ.190Ａｓ
.405Ｐ.595ＳＣＨ層の成長をＡｓＨ3 、ＰＨ3 を用いて
行った。
【００４２】図１５に、３００μｍ長の共振器方向で測
定したフォトルミネッセンス（ＰＬ）ピーク波長と、走
査型電子顕微鏡で測定したＭＱＷ−ＳＣＨ構造の層厚と
を示す。Ｗｍ＝５０μｍの領域でのＰＬピーク波長は
１．３００μｍ、膜厚は０．２７３μｍであるのに対
し、Ｗｍ＝５μｍの領域では、ＰＬピーク波長が１．２
９０μｍ、膜厚が０．１０８μｍであった。その後、第
１の実施例の場合と同様に、電流ブロック構造、クラッ
ド層およびキャップ層のＭＯＶＰＥ成長を行い（図１
０）、電極形成工程を経て、図８に示すレーザ構造を得
た。
【００４３】井戸層、障壁層、ＳＣＨ層のＭＯＶＰＥ成
長で用いた原料ガス流量は次の通りである。 Ｉｎ.806Ｇａ.194Ａｓ.632Ｐ.368井戸層：ＴＭＩ＝４４
ｃｃ／ｍｉｍ、ＴＥＧ＝１６ｃｃ／ｍｉｎ、ＴＢＡ＝２
６ｃｃ／ｍｉｎ、ＴＢＰ＝１２５ｃｃ／ｍｉｎ Ｉｎ.810Ｇａ.190Ａｓ.405Ｐ.595障壁層：ＴＭＩ＝２８
４ｃｃ／ｍｉｍ、ＴＥＧ＝４５．４ｃｃ／ｍｉｎ、Ａｓ
Ｈ3 ＝７．２０ｃｃ／ｍｉｎ、ＰＨ3 ＝１２５ｃｃ／ｍ
ｉｎ Ｉｎ.810Ｇａ.190Ａｓ.405Ｐ.595ＳＣＨ層：ＴＭＩ＝２
８４ｃｃ／ｍｉｍ、ＴＥＧ＝４５．４ｃｃ／ｍｉｎ、Ａ
ｓＨ3 ＝７．２０ｃｃ／ｍｉｎ、ＰＨ3 ＝１２５ｃｃ／
ｍｉｎ 本実施例により作製した半導体レーザを、３００μｍ長
に切り出し、前端面（選択成長時Ｗｍ＝５μｍ側）には
３０％、後端面（選択成長時Ｗｍ＝５０μｍ側）に９０
％の反射膜コーティングを施し測定したところ、２５℃
において、レーザ発振波長１．３１μｍ、しきい値電流
６．２ｍＡ、スロープ効率０．５４Ｗ／Ａ、９０℃にお
いて、レーザ発振波長１．３３μｍ、しきい値電流１
５．７ｍＡ、スロープ効率０．４３Ｗ／Ａであった。ま
た、ファー・フィールド・パターン（ＦＦＰ）を測定し
たところ、後端面側の放射角が２８°×３１°であるの
に対し、前端面側の放射角は、９．５°×１０．８°で
あった。次に、端面に無反射コーティングを施したフラ
ットエンドシングルモードファイバ（１．３μｍゼロ分
散）との結合特性を評価した。ファイバとレーザの距離
を１０μｍまで近づけた時、最大結合効率−１．９ｄＢ
を得た。
【００４４】ウエハプロセスを行った２インチウエハ全
体から、２７，４４０個（理論収量は３２，７２４個：
チップサイズ３０μｍ×２０μｍ）の素子が、しきい値
電流８ｍＡ以下、スロープ効率０．５０Ｗ／Ａ以上、放
射角１１°×１２°以下（２５℃）を示した。２７、４
４０素子の平均値（±標準偏差）は、しきい値電流が
６．５７ｍＡ±０．２１ｍＡ、スロープ効率が０．５３
５Ｗ／Ａ±０．００２Ｗ／Ａ、前端面放射角が（９．９
°±０．７８°）×（１０．９°±０．７０°）と高い
均一性を示した。
【００４５】［第６の実施例］次に、図８、図９、図１
０、図１６を参照して本発明の第６の実施例について説
明する。図９、図１０は第６の実施例を説明するための
工程断面図であり、図８は第６の実施例により作製され
たＳＳＣ−ＬＤの斜視図である。まず、図９（ａ）に示
すように、（１００）面を主面とするｎ−ＩｎＰ基板１
０１上に、常圧ＣＶＤ法により膜厚１００ｎｍのＳｉＯ
2 膜を堆積し、これをマスク間隙の方向が［０１１］方
向を向くようにパターニングして、ＳｉＯ2 マスク１０
２を形成した。ここで、マスク間隙幅Ｗｇは、１．５μ
ｍであり、マスク幅Ｗｍは、Ｗｍ＝５０μｍからＷｍ＝
５μｍまで連続的に変化した構造となっており、素子長
は３００μｍである。この１．５μｍの開口部へ、ＭＯ
ＶＰＥ法を用いて、ＭＱＷ−ＳＣＨ光導波路構造（ＳＣ
Ｈ層１０３、ＭＱＷ層１０４、ＳＣＨ層１０５）の選択
成長を行った。成長温度は６２５℃とした。用いた原料
は、トリメチルインジウム、トリエチルガリウム、ジエ
チルジンク、アルシン、ホスフィン、ターシャリブチル
アルシン、ターシャリブチルホスフィン、ジシランであ
る。
【００４６】光導波路構造は、ｎ−Ｉｎ.810Ｇａ.190Ａ
ｓ.405Ｐ.595ＳＣＨ層（キャリア濃度１×１０18ｃ
ｍ-3、７０ｎｍ厚）、アンドープＩｎ.810Ｇａ.190Ａｓ
.405Ｐ.5 95ＳＣＨ層（３０ｎｍ厚）、アンドープＩｎ
.806Ｇａ.194Ａｓ.632Ｐ.368井戸層（５ｎｍ厚）とＩｎ
.810Ｇａ.190Ａｓ.405Ｐ.595障壁層（１２ｎｍ厚）の５
周期からなる多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層、およびア
ンドープＩｎ.810Ｇａ.190Ａｓ.405Ｐ.595ＳＣＨ層（１
００ｎｍ厚）からなる。各層の膜厚は、Ｗｍ＝５０μｍ
での値である。この、ＭＱＷ−ＳＣＨ構造の選択成長に
おいて、Ｉｎ.806Ｇａ .194Ａｓ.632Ｐ.368井戸層の成長
を成長圧力３０ｈＰａ、Ｖ／III 比＝９０のＴＢＡ、Ｔ
ＢＰを用いて行い、Ｉｎ.810Ｇａ.190Ａｓ.405Ｐ.595障
壁層の成長を成長圧力３０ｈＰａで、ＡｓＨ3 、ＰＨ3
を用いて行い、Ｉｎ.810Ｇａ.190Ａｓ.4 05Ｐ.595ＳＣＨ
層の成長を成長圧力２５０ｈＰａで、ＡｓＨ3 、ＰＨ3
を用いて行った。
【００４７】図１６に、３００μｍ長の共振器方向で測
定したフォトルミネッセンス（ＰＬ）ピーク波長と、走
査型電子顕微鏡で測定したＭＱＷ−ＳＣＨ構造の層厚と
を示している。Ｗｍ＝５０μｍの領域でのＰＬピーク波
長は１．３００μｍ、膜厚は０．２７３μｍであるのに
対し、Ｗｍ＝５μｍの領域では、ＰＬピーク波長が１．
２９０μｍ、膜厚が０．１０４μｍであった。その後、
第１の実施例の場合と同様に、電流ブロック構造、クラ
ッド層およびキャップ層のＭＯＶＰＥ成長を行い（図１
０）、電極形成工程を経て、図８に示すレーザ構造を得
た。井戸層、障壁層、ＳＣＨ層のＭＯＶＰＥ成長で用い
た原料ガス流量は次の通りである。 Ｉｎ.806Ｇａ.194Ａｓ.632Ｐ.368井戸層：ＴＭＩ＝４４
ｃｃ／ｍｉｍ、ＴＥＧ＝１６ｃｃ／ｍｉｎ、ＴＢＡ＝２
６ｃｃ／ｍｉｎ、ＴＢＰ＝１２５ｃｃ／ｍｉｎ、成長圧
力＝２５０ｈＰａ Ｉｎ.810Ｇａ.190Ａｓ.405Ｐ.595障壁層：ＴＭＩ＝２８
４ｃｃ／ｍｉｍ、ＴＥＧ＝４５．４ｃｃ／ｍｉｎ、Ａｓ
Ｈ3 ＝７．２０ｃｃ／ｍｉｎ、ＰＨ3 ＝１２５ｃｃ／ｍ
ｉｎ、成長圧力＝２５０ｈＰａ Ｉｎ.810Ｇａ.190Ａｓ.405Ｐ.595ＳＣＨ層：ＴＭＩ＝２
８４ｃｃ／ｍｉｍ、ＴＥＧ＝４５．４ｃｃ／ｍｉｎ、Ａ
ｓＨ3 ＝７．２０ｃｃ／ｍｉｎ、ＰＨ3 ＝１２５ｃｃ／
ｍｉｎ、成長圧力＝３０ｈＰａ
【００４８】本実施例により作製した半導体レーザを、
３００μｍ長に切り出し、前端面（選択成長時Ｗｍ＝５
μｍ側）には３０％、後端面（選択成長時Ｗｍ＝５０μ
ｍ側）に９０％の反射膜コーティングを施し測定したと
ころ、２５℃において、レーザ発振波長１．３１μｍ、
しきい値電流５．２ｍＡ、スロープ効率０．５８Ｗ／
Ａ、９０℃において、レーザ発振波長１．３３μｍ、し
きい値電流１４．１ｍＡ、スロープ効率０．４６Ｗ／Ａ
であった。また、ファー・フィールド・パターン（ＦＦ
Ｐ）を測定したところ、後端面側の放射角が２８°×３
１°であるのに対し、前端面側の放射角は、９．０°×
１０．１°であった。次に、端面に無反射コーティング
を施したフラットエンドシングルモードファイバ（１．
３μｍゼロ分散）との結合特性を評価した。ファイバと
レーザの距離を１０μｍまで近づけた時、最大結合効率
−１．８ｄＢを得た。
【００４９】ウエハプロセスを行った２インチウエハ全
体から、２９，６４０個（理論収量は３２，７２４個：
チップサイズ３００μｍ×２００μｍ）の素子が、しき
い値電流７ｍＡ以下、スロープ効率０．５５Ｗ／Ａ以
上、放射角１０．５°×１１．５°以下（２５℃）を示
した。２９，６４０素子の平均値（±標準偏差）は、し
きい値電流が５．４１ｍＡ±０．１９ｍＡ、スロープ効
率が０．５６５Ｗ／Ａ±０．００２Ｗ／Ａ、前端面放射
角が（９．２°±０．６８°）×（１０．１°±０．５
５°）と高い均一性を示した。
【００５０】［第７の実施例］次に、図９、図１１、図
１７、図１８を参照して本発明の第７の実施例について
説明する。図９、図１８は第７の実施例を説明するため
の工程断面図であり、図１７は第７の実施例により作製
されたＳＳＣ−ｐｉｎ−ＰＤの斜視図である。まず、図
９（ａ）に示すように、（１００）面を主面とするｎ−
ＩｎＰ基板１０１上に、常圧ＣＶＤ法により膜厚１００
ｎｍのＳｉＯ2 膜を堆積し、これをマスク間隙の方向が
［０１１］方向を向くようにパターニングして、ＳｉＯ
2 マスク１０２を形成した。ここで、マスク間隙幅Ｗｇ
は、１．５μｍであり、マスク幅Ｗｍは、Ｗｍ＝５０μ
ｍからＷｍ＝５μｍまで連続的に変化した構造となって
おり、素子長は３００μｍである。この１．５μｍの開
口部へ、ＭＯＶＰＥ法を用いて、ＭＱＷ−ＳＣＨ光導波
路構造（ＳＣＨ層１０３、ＭＱＷ層１０４、ＳＣＨ層１
０５）の選択成長を行った〔図９（ｂ）〕。成長温度は
６２５℃とした。用いた原料は、トリメチルインジウ
ム、トリエチルガリウム、ジエチルジンク、アルシン、
ホスフィン、ジシランである。
【００５１】光導波路構造は、ｎ−Ｉｎ.810Ｇａ.190Ａ
ｓ.405Ｐ.595ＳＣＨ層（キャリア濃度１×１０18ｃ
ｍ-3、７０ｎｍ厚）、アンドープＩｎ.810Ｇａ.190Ａｓ
.405Ｐ.5 95ＳＣＨ層（３０ｎｍ厚）、アンドープＩｎ
.806Ｇａ.194Ａｓ.632Ｐ.368井戸層（５ｎｍ厚）とＩｎ
.810Ｇａ.190Ａｓ.405Ｐ.595障壁層（８ｎｍ厚）の５周
期からなる多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層、およびアン
ドープＩｎ.810Ｇａ.190Ａｓ .405Ｐ.595ＳＣＨ層（１０
０ｎｍ厚）からなる。各層の膜厚は、Ｗｍ＝５０μｍで
の値である。この、ＭＱＷ−ＳＣＨ構造の選択成長にお
いて、Ｉｎ.806Ｇａ.1 94Ａｓ.632Ｐ.368井戸層とＩｎ
.810Ｇａ.190Ａｓ.405Ｐ.595障壁層の成長を３０ｈＰａ
の成長圧力で行い、Ｉｎ.810Ｇａ.190Ａｓ.405Ｐ.595Ｓ
ＣＨ層の成長を２５０ｈＰａの成長圧力で行った。
【００５２】このＭＱＷ−ＳＣＨ構造は、第１の実施例
で用いたものと同じであり、３００μｍ長の導波路方向
で測定したフォトルミネッセンス（ＰＬ）ピーク波長
と、走査型電子顕微鏡で測定したＭＱＷ−ＳＣＨ構造の
層厚は図１１に示したとおりである。その後、ストライ
プマスク１０２を除去し、図１８（ａ）に示すように、
ＭＱＷ−ＳＣＨ構造の上部にＳｉＯ2 マスク１０６をパ
ターニングし、図１８（ｂ）に示すように、ＭＯＶＰＥ
選択成長によりＭＱＷ−ＳＣＨ構造の両脇をＦｅドープ
高抵抗ＩｎＰ層２０７（厚さ１．５μｍ）、ｎ−ＩｎＰ
層２０８（キャリア濃度７×１０17ｃｍ-3、厚さ０．２
０μｍ）で埋め込んだ。
【００５３】次に、ＭＱＷ−ＳＣＨ構造上部のＳｉＯ2
マスク１０６を除去し、ｐ−ＩｎＰクラッド層２０９
（キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3、厚さ３．０μｍ）、
ｐ+ −Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓキャップ層２１０（キャリ
ア濃度６×１０18ｃｍ-3、厚さ０．３μｍ）のエピタキ
シャル成長を行った。各ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、Ｉｎ
ＧａＡｓのＭＯＶＰＥ成長で用いた原料ガス流量は第１
の実施例で示した通りである。ＭＯＶＰＥ成長完了後、
エピタキシャル層側にｐ側電極２１１、基板側にｎ側電
極２１２を形成し、さらに寄生容量低減のためにボンデ
ィングパッド部を残してメサ状に加工して、図１７に示
すＳＳＣ−ｐｉｎ−ＰＤ構造を得た。
【００５４】本実施例により作製したＳＳＣ−ｐｉｎ−
ＰＤを、デバイス長３００μｍに切り出し、前端面（選
択成長時Ｗｍ＝５μｍ側）には反射防止膜（反射率１％
以下）、後端面（選択成長時Ｗｍ＝５０μｍ側）に９０
％の高反射膜コーティングを施した。フラットエンドシ
ングルモードファイバ（１．３μｍゼロ分散）を用い、
ファイバとＰＤとの距離を１０μｍまで近づけ、波長
１．３０μｍの光を入射させてＰＤ特性を評価したとこ
ろ、外部微分量子効率６０％を得た。この値から、結合
効率は−２．２ｄＢと推測される。また、２Ｖバイアス
時の３ｄＢ帯域は１２ＧＨｚ、暗電流は３．２ｎＡであ
った。
【００５５】ウエハプロセスを行った２インチウエハ全
体から、２６，５２０個（理論収量は３２，７２４個：
チップサイズ３００μｍ×２００μｍ）の素子が、２Ｖ
バイアス時の３ｄＢ帯域１０ＧＨｚ以上、暗電流１５ｎ
Ａ以下、外部微分量子効率５０％以上を示した。２６，
５２０素子の平均値（±標準偏差）は、３ｄＢ帯域が１
１．５ＧＨｚ±０．８５ＧＨｚ、暗電流が４．２ｎＡ±
０．１２ｎＡ、外部微分量子効率が４５％±３．２％と
高い均一性を示した。このＳＳＣ−ｐｉｎ−ＰＤの作製
方法は、第１の実施例で用いたものと同じ手法である
が、第２の実施例から第６の実施例で用いた手法も適用
できる。
【００５６】［第８の実施例］次に、図１８、図１９、
図２０、図２１を参照して本発明の第８の実施例につい
て説明する。図１９、図１８は第８の実施例を説明する
ための工程断面図であり、図２０は第８の実施例により
作製されたＳＳＣ−変調器の斜視図である。まず、図１
９（ａ）に示すように、（１００）面を主面とするｎ−
ＩｎＰ基板１０１上に、常圧ＣＶＤ法により膜厚１００
ｎｍのＳｉＯ2 膜を堆積し、これをマスク間隙の方向が
［０１１］方向を向くようにパターニングして、ＳｉＯ
2 マスク３０２を形成した。
【００５７】ここで、マスク間隙幅Ｗｇは、１．５μｍ
であり、マスク幅Ｗｍは、Ｗｍ＝５０μｍの領域が１５
Ｏμｍ存在し、その両端に各７５μｍのテーパ状にＷｍ
＝５μｍまで変化した構造となっており、素子長は３０
０μｍである。この１．５μｍの開口部へ、ＭＯＶＰＥ
法を用いて、ＭＱＷ−ＳＣＨ光導波路構造（ＳＣＨ層１
０３、ＭＱＷ層１０４、ＳＣＨ層１０５）の選択成長を
行った〔図１９（ｂ）〕。成長温度は６２５℃とした。
用いた原料は、トリメチルインジウム、トリエチルガリ
ウム、ジエチルジンク、アルシン、ホスフィン、ジシラ
ンである。
【００５８】光導波路構造は、ｎ−Ｉｎ.810Ｇａ.190Ａ
ｓ.405Ｐ.595ＳＣＨ層（キャリア濃度１×１０18ｃ
ｍ-3、７０ｎｍ厚）、アンドープＩｎ.810Ｇａ.190Ａｓ
.405Ｐ.5 95ＳＣＨ層（３０ｎｍ厚）、アンドープＩｎ
.806Ｇａ.194Ａｓ.632Ｐ.368井戸層（５ｎｍ厚）とＩｎ
.810Ｇａ.190Ａｓ.405Ｐ.595障壁層（８ｎｍ厚）の８周
期からなる多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層、およびアン
ドープＩｎ.810Ｇａ.190Ａｓ .405Ｐ.595ＳＣＨ層（１０
０ｎｍ厚）からなる。各層の膜厚は、Ｗｍ＝５０μｍで
の値である。この、ＭＱＷ−ＳＣＨ構造の選択成長にお
いて、Ｉｎ.806Ｇａ.1 94Ａｓ.632Ｐ.368井戸層とＩｎ
.810Ｇａ.190Ａｓ.405Ｐ.595障壁層の成長を３０ｈＰａ
の成長圧力で行い、Ｉｎ.810Ｇａ.190Ａｓ.405Ｐ.595Ｓ
ＣＨ層の成長を２５０ｈＰａの成長圧力で行った。
【００５９】このＭＱＷ−ＳＣＨ構造は、井戸層数が８
であることを除いて、第１の実施例で用いたものと同じ
であり、３００μｍ長の導波路方向で測定したフォトル
ミネッセンス（ＰＬ）ピーク波長と、走査型電子顕微鏡
で測定したＭＱＷ−ＳＣＨ構造の層厚は図２１に示して
いる。中央のＷｍ＝５０μｍの領域でのＰＬピーク波長
は１．３０μｍ、膜厚は０．２７μｍであるのに対し、
両端のＷｍ＝５μｍの領域では、ＰＬピーク波長が１．
２９μｍ、膜厚が０．１１μｍであった。その後、第７
の実施例と同様なＭＯＶＰＥ埋め込み成長を行った〔図
１８（ｂ）、（ｃ）〕。
【００６０】各ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓ
のＭＯＶＰＥ成長で用いた原料ガス流量は第１の実施例
で示した通りである。ＭＯＶＰＥ成長完了後、電極形成
工程、メサエッチング工程を経て、図２０に示すＳＳＣ
−変調器構造とした。本実施例により作製したＳＳＣ−
変調器を、３００μｍ長に切り出し、両端面（選択成長
時Ｗｍ＝５μｍ領域）に、反射防止膜（反射率０．１％
以下）を施した。フラットエンドシングルモードファイ
バ（１．３μｍゼロ分散）を用い、ファイバと変調器と
の距離を１０μｍまで近づけ、波長１．２６μｍの光を
入出射させて評価したところ、ファイバ・トウ・ファイ
バの挿入損失は５．６ｄＢであった。また、２Ｖバイア
ス時の３ｄＢ帯域は１２ＧＨｚ、消光比は１５ｄＢであ
った。
【００６１】ウエハプロセスを行った２インチウエハ全
体から、１９，４８０個（理論収量は２１，８１６個：
チップサイズ３００μｍ×３００μｍ）の素子が、２Ｖ
バイアス時の３ｄＢ帯域１０ＧＨｚ以上、消光比１３ｄ
Ｂ以上、ファイバ・トウ・ファイバの挿入損失６．５ｄ
Ｂ以下を示した。１９，４８０素子の平均値（±標準偏
差）は、３ｄＢ帯域が１１．５ＧＨｚ±０．８５ＧＨ
ｚ、消光比が１４ｄＢ±１．２ｄＢ、ファイバ・トウ・
ファイバの挿入損失が５．９ｄＢ±０．３ｄＢと高い均
一性を示した。このＳＳＣ−変調器の作製方法は、第１
の実施例で用いたものと同じ手法であるが、第２の実施
例から第６の実施例で用いた手法も適用できる。
【００６２】［第９の実施例］次に、図１０、図１９、
図２１、図２２を参照して本発明の第９の実施例につい
て説明する。図１９、図１０は第９の実施例を説明する
ための工程断面図であり、図２２は第８の実施例により
作製されたＳＳＣ−アンプの斜視図である。まず、図１
９（ａ）に示すように、（１００）面を主面とするｎ−
ＩｎＰ基板１０１上に、常圧ＣＶＤ法により膜厚１００
ｎｍのＳｉＯ2 膜を堆積し、これをマスク間隙の方向が
［０１１］方向を向くようにパターニングして、ＳｉＯ
2 マスク３０２を形成した。ここで、マスク間隙幅Ｗｇ
は、１．５μｍであり、マスク幅Ｗｍは、Ｗｍ＝５０μ
ｍの領域が１５０μｍ存在し、その両端に各７５μｍの
テーパ状にＷｍ＝５μｍまで変化した構造となってお
り、素子長は３００μｍである。この１．５μｍの開口
部へ、ＭＯＶＰＥ法を用いて、ＭＱＷ−ＳＣＨ光導波路
構造（ＳＣＨ層１０３、ＭＱＷ層１０４、ＳＣＨ層１０
５）の選択成長を行った〔図１９（ｂ）〕。成長温度は
６２５℃とした。用いた原料は、トリメチルインジウ
ム、トリエチルガリウム、ジエチルジンク、アルシン、
ホスフィン、ジシランである。
【００６３】光導波路構造は、ｎ−Ｉｎ.810Ｇａ.190Ａ
ｓ.405Ｐ.595ＳＣＨ層（キャリア濃度１×１０18ｃ
ｍ-3、７０ｎｍ厚）、アンドープＩｎ.810Ｇａ.190Ａｓ
.405Ｐ.5 95ＳＣＨ層（３０ｎｍ厚）、アンドープＩｎ
.806Ｇａ.194Ａｓ.632Ｐ.368井戸層（５ｎｍ厚）とＩｎ
.810Ｇａ.190Ａｓ.405Ｐ.595障壁層（８ｎｍ厚）の８周
期からなる多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層、およびアン
ドープＩｎ.810Ｇａ.190Ａｓ .405Ｐ.595ＳＣＨ層（１０
０ｎｍ厚）からなる。各層の膜厚は、Ｗｍ＝５０μｍで
の値である。このＭＱＷ−ＳＣＨ構造の選択成長におい
て、Ｉｎ.806Ｇａ.194Ａｓ.632Ｐ.368井戸層とＩｎ.810
Ｇａ.190Ａｓ.405Ｐ.595障壁層の成長を３０ｈＰａの成
長圧力で行い、Ｉｎ.810Ｇａ.190Ａｓ.405Ｐ.595ＳＣＨ
層の成長を２５０ｈＰａの成長圧力で行った。
【００６４】このＭＱＷ−ＳＣＨ構造は、第８の実施例
で用いたものと同じであり、３００μｍ長の導波路方向
で測定したフォトルミネッセンス（ＰＬ）ピーク波長
と、走査型電子顕微鏡で測定したＭＱＷ−ＳＣＨ構造の
層厚は図２１に示されている。中央のＷｍ＝５０μｍの
領域でのＰＬピーク波長は１．３０μｍ、膜厚は０．２
７μｍであるのに対し、両端のＷｍ＝５μｍの領域で
は、ＰＬピーク波長が１．２９μｍ、膜厚が０．１１μ
ｍであった。その後、第１の実施例と同様な埋め込み成
長を行い〔図１０（ｂ）、（ｃ）〕、電極形成プロセス
を経て、図２２に示す構造のＳＳＣ−アンプを得た。
【００６５】本実施例により作製したＳＳＣ−アンプ
を、３００μｍ長に切り出し、両端面（選択成長時Ｗｍ
＝５μｍ領域）に、反射防止膜（反射率０．１％以下）
を施した。フラットエンドシングルモードファイバ
（１．３μｍゼロ分散）を用い、ファイバと変調器との
距離を１０μｍまで近づけ、波長１．３０μｍの光を入
出射させて評価したところ、ファイバ・トウ・ファイバ
の挿入損失は５．６ｄＢであった。また５０ｍＡ注入時
のファイバ出力利得は２７ｄＢであった。ウエハプロセ
スを行った２インチウエハ全体から、２０，４７０個
（理論収量は２６，１７９個：チップサイズ３００μｍ
×２５０μｍ）の素子が、ファイバ・トゥ・ファイバの
挿入損失６．５ｄＢ以下、５０ｍＡ注入時のファイバ出
力利得２５ｄＢ以上を示した。２０，４７０素子の平均
値（±標準偏差）は、挿入損失が６．１ｄＢ±０．２５
ｄＢ、ファイバ出力利得が２６ｄＢ±１．２ｄＢと高い
均一性を示した。このＳＳＣ−アンプの作製方法は、第
１の実施例で用いたものと同じ手法であるが、第２の実
施例から第６の実施例で用いた手法も適用できる。
【００６６】以上の実施例では、１．３μｍ帯のＩｎＧ
ａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系ＭＱＷ構造についてのみ説
明したが、ここで波長帯は１．３μｍ帯に限るものでは
ない。さらに、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ系ＭＱＷ
構造、若しくは、ＩｎＡｌＧａＡｓ系ＭＱＷ構造、Ｉｎ
ＡｓＰ系ＭＱＷ構造等、ＭＯＶＰＥ選択成長により実現
できる材料系であれば何でもよく、ＩｎＧａＡｓＰ／Ｉ
ｎＧａＡｓＰＭＱＷ構造に限定されない。
【００６７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による光半
導体装置は、導波構造の膜厚が導波路方向に向かって変
化するとともに、少なくとも量子井戸構造の井戸層の膜
厚は導波方向全領域に渡ってほぼ一定になされたもので
あるので、スポットサイズ変換機能を有しつつ全領域に
渡って光学利得を持つようにすることができる。したが
って、本発明によれば、ＳＳＣ−ＬＤやＳＳＣ−アンプ
において、高温動作特性を向上させることができるとと
もに、低しきい値特性や高利得増幅を実現することがで
きる。また、本発明によれば、スポットサイズ変換機能
を有するデバイスにおいて導波路の全領域に渡って光電
変換や光変調作用を行わせることが可能になるため、Ｓ
ＳＣ−ｐｉｎ−ＰＤやＳＳＣ部−変調器において高い量
子効率や高い消光比を実現することができる。
【００６８】また、本発明によれば、ＳＳＣ作用のみを
行わせる領域を設ける必要がなくなり、導波路の全領域
を活性領域として利用することができるようになったこ
とにより、ＳＳＣ−ＬＤ、ＳＳＣ−ｐｉｎ−ＰＤ、ＳＳ
Ｃ−変調器、ＳＳＣ−アンプの導波路長をＳＳＣ機能を
有しない通常のデバイスと同程度の３００μｍ程度に抑
えることができるため、単位面積当たり（１ウエハ当た
り）の素子収量を大幅に増加させることができる。さら
に、本発明による光半導体装置の製造方法によれば、１
回のＭＯＶＰＥ選択成長により光導波路構造を形成する
ことができ、半導体層のエッチング工程が不要であるた
め、制御性、再現性に優れ、製造歩留まりを向上させる
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の課題を解決するための手段を説明する
ための特性曲線図。
【図２】本発明の課題を解決するための手段を説明する
ための特性曲線図。
【図３】本発明の作用を説明するための斜視図。
【図４】本発明の作用を説明するための成長特性曲線
図。
【図５】本発明の作用を説明するための成長特性曲線
図。
【図６】本発明の実施の形態を説明するための一部断面
構造斜視図および特性曲線図。
【図７】本発明の実施の形態を説明するための一部断面
構造斜視図および特性曲線図。
【図８】本発明の第１から第６の実施例により作製され
た光半導体装置の斜視図。
【図９】本発明の第１および第３から第７の実施例を説
明するための工程順斜視図。
【図１０】本発明の第１から第６および第９の実施例を
説明するための工程順斜視図。
【図１１】本発明の第１および第７の実施例を説明する
ための特性曲線図。
【図１２】本発明の第２の実施例を説明するための工程
順斜視図。
【図１３】本発明の第２の実施例を説明するための特性
曲線図。
【図１４】本発明の第３の実施例を説明するための特性
曲線図。
【図１５】本発明の第４および第５の実施例を説明する
ための特性曲線図。
【図１６】本発明の第６の実施例を説明するための特性
曲線図。
【図１７】本発明の第７の実施例によって作製された光
半導体装置の斜視図。
【図１８】本発明の第７および第８の実施例を説明する
ための工程順斜視図。
【図１９】本発明の第８および第９の実施例を説明する
ための工程順斜視図。
【図２０】本発明の第８の実施例によって作製された光
半導体装置の斜視図。
【図２１】本発明の第８および第９の実施例を説明する
ための特性曲線図。
【図２２】本発明の第９の実施例によって作製された光
半導体装置の斜視図。
【図２３】第１の従来例を説明するための工程順斜視
図。
【図２４】第１の従来例を説明するための工程順斜視
図。
【図２５】第２の従来例を説明するための工程順斜視
図。
【符号の説明】
１１ ＩｎＰ基板 １２ ストライプマスク １３ 選択成長層 ２１、２３、３１、３３、１０３、１０５、４０２、４
０４ ＳＣＨ層 ２２、３２ ＭＱＷ層 １０１、５０１ ｎ−ＩｎＰ基板 １０２、１０６、２０２、３０２ ＳｉＯ2 マスク １０４ ＭＱＷ層 １０７、１０９ ｐ−ＩｎＰ層 １０８、２０８ ｎ−ＩｎＰ層 １１０、２０９、４０７、５０５ ｐ−ＩｎＰクラッド
層 １１１、２１０ ｐ+ −Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ層 １１２ ＳｉＯ2 膜 １１３、２１１ ｐ側電極 １１４、２１２ ｎ側電極 ２０７、４１０ Ｆｅドープ高抵抗ＩｎＰ層 ４０１ Ｉｎｐ基板 ４０３、５０４ 歪ＭＱＷ構造 ４０５ ＳｉＮｘ層 ４０６ ＩｎＧａＡｓＰ層 ４０８ ｐ−キャップ層 ４０９ ＳｉＮｘストライプマスク ５０２ 誘電体マスク ５０３ ｎ−ＩｎＰクラッド層 ５０６ 誘電体ストライプマスク ５０７ ｐ−ＩｎＰ電流ブロック層 ５０８ ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層 ５０９ ｐ−ＩｎＰ第２クラッド層 ５１０ キャップ層
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/18 G02F 1/025 G02B 6/12

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 量子井戸構造と光閉じ込め層をコア層と
    する光導波路構造を有し、導波方向に向かってコア層の
    膜厚を変化せしめて出力光のスポットサイズを変換する
    領域を備えた導波路型光半導体装置において、 前記コア層の膜厚が変化した領域において、前記コア層
    全体の膜厚変化率が前記量子井戸構造の膜厚変化率より
    大きいことを特徴とする光半導体装置。
  2. 【請求項２】 前記領域において、前記量子井戸のバン
    ドギャップエネルギーは導波方向の全領域に渡って±３
    ０ｍｅＶの範囲内で一定であることを特徴とする請求項
    １記載の光半導体装置。
  3. 【請求項３】 前記領域において、前記コア層の少なく
    とも井戸層の膜厚は導波方向の全領域に渡って±４０％
    の範囲内で一定であることを特徴とする請求項１記載の
    光半導体装置。
  4. 【請求項４】 前記コア層を活性層とする半導体レーザ
    または光増幅器であって、導波方向の全領域において光
    学利得を得ることを特徴とする請求項１、２または３記
    載の光半導体装置。
  5. 【請求項５】 電界吸収型光変調器または導波路型ｐｉ
    ｎフォトダイオードであって、前記コア層を導波方向の
    全領域に渡って光吸収層として利用することを特徴とす
    る請求項１、２または３記載の光半導体装置。
  6. 【請求項６】 （１）化合物半導体基板上に、導波路方
    向に向かってマスク幅が変化する領域を有する一対の誘
    電体マスクを形成する工程と、 （２）ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）選択成長法を用
    いて下層光閉じ込め層をエピタキシャル成長させる工程
    と、 （３）ＭＯＶＰＥ選択成長法を用いて一若しくは障壁層
    を挟んで複数の井戸層をエピタキシャル成長させて量子
    井戸構造を形成する工程と、 （４）ＭＯＶＰＥ選択成長法を用いて上層光閉じ込め層
    をエピタキシャル成長させる工程と、 を有する、導波方向に向かって導波構造の膜厚が変化す
    る光半導体装置の製造方法において、前記下層光閉じ込
    め層と前記量子井戸構造と前記上層光閉じ込め層との全
    体の形成膜厚の変化率が、前記量子井戸構造の形成膜厚
    の変化率より大きくなるようにしたことを特徴とする光
    半導体装置の製造方法。
  7. 【請求項７】 前記第（３）の工程における井戸層の成
    長を、前記第（２）の工程および前記第（４）の工程に
    おける下層および上層光閉じ込め層の成長よりも低い成
    長圧力下で行うことを特徴とする請求項６記載の光半導
    体装置の製造方法。
  8. 【請求項８】 前記第（３）の工程において、障壁層の
    成長を井戸層の成長と同じかあるいはそれより高い成長
    圧力下で行うことを特徴とする請求項６または７記載の
    光半導体装置の製造方法。
  9. 【請求項９】 前記第（３）の工程における井戸層の成
    長を４０ｈＰａ以下成長圧力で行うことを特徴とする請
    求項６または７記載の光半導体装置の製造方法。
  10. 【請求項１０】 前記第（２）の工程および／または前
    記第（４）の工程における下層および／または上層の光
    閉じ込め層の成長を１００ｈＰａ以上の成長圧力で行う
    ことを特徴とする請求項６または７記載の光半導体装置
    の製造方法。
  11. 【請求項１１】 前記第（３）の工程における井戸層の
    成長を、Ｖ／III 比５０以上のターシャリブチルアルシ
    ン（ＴＢＡ）、ターシャリブチルホスフィン（ＴＢＰ）
    を用いて行うことを特徴とする請求項６記載の光半導体
    装置の製造方法。
  12. 【請求項１２】 前記第（２）の工程および／または前
    記第（４）の工程における下層および／または上層光閉
    じ込め層の成長を、Ｖ族材料として、アルシン、ホスフ
    ィンを用いて行うか、あるいは、Ｖ／III 比５以下のタ
    ーシャリブチルアルシン、ターシャリブチルホスフィン
    を用いて行うことを特徴とする請求項６または１１記載
    の光半導体装置の製造方法。
  13. 【請求項１３】 前記第（３）の工程における障壁層の
    成長を、Ｖ族材料として、アルシン、ホスフィンを用い
    て行うか、あるいは、Ｖ／III 比５以下のターシャリブ
    チルアルシン、ターシャリブチルホスフィンを用いて行
    うことを特徴とする請求項６、１１または１２記載の光
    半導体装置の製造方法。
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