JP2009260192A - 半導体光集積素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
素子特性の低下や結合損失の増加を抑えることができる半導体光集積素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】
まず、半導体基板１１の第３の領域３Ｃを含む主面１１ａ上に単一半導体層からなる光導波層１５を形成する。次に、第２の領域３Ｂ及び第３の領域３Ｃの光導波層１５上に第1エッチングマスク１９Ａを形成し、これを用いて第1の領域３Ａの光導波層１５を除去する。次に、第1の領域３Ａの主面１１ａ上に第1活性層２１を含む第１半導体積層２２を形成する。次に、第1の領域３Ａの第１半導体積層２２上及び第３の領域３Ｃの光導波層１５Ａ上にわたって第２エッチングマスク１９Ｂを形成し、これを用いて第２の領域３Ｂの光導波層１５Ａを除去する。次に、第２の領域３Ｂの主面１１ａ上に、第２活性層２３を含む第２半導体積層２４を形成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、複数の半導体素子を単一の基板上に集積した半導体光集積素子及びその製造方法に関する。

複数の半導体素子を単一の半導体基板上に集積する一方法としては、複数の半導体素子同士を直接接続する突合せ接合（バットジョイント）により集積する方法がある。

特許文献１においては、分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）及び光変調器の２つの半導体素子の集積方法が開示されている。図１０〜図１１は、特許文献１において開示されている半導体素子の集積方法の一部の工程を示す図である。特許文献１において開示されている典型的なバットジョイント集積方法では、先ず、半導体基板１００上にＤＦＢレーザ用の活性層１０１を含む半導体積層１００Ａを形成する。次に、ＤＦＢレーザが設けられるべき部分の半導体積層１００Ａの最上層の上にＳｉ_３Ｎ_４からなるエッチングマスク１０２を形成する。その後、エッチングマスク１０２を用いて、少なくとも半導体基板１００が露出するまで、エッチングマスク１０２が存在しない部分の半導体積層１００Ａをエッチングする。次に、図１１に示されるように、エッチングマスク１０２を選択成長マスクとして、半導体積層１００Ａがエッチングされた半導体基板１００上に、光変調器用の活性層１０３を含む半導体積層１００Ｂを再成長させる。
特開昭６２−１９４６９１号公報

特許文献１に記載された方法では、エッチングマスク１０２を用いて半導体積層１００Ａをエッチングし、そのエッチングにより形成された半導体積層１００Ａの端面１０４（図１０及び図１１を参照）と突き合うように半導体積層１００Ｂを再成長する。しかしながら、エッチングされる半導体積層１００Ａは複数の半導体層からなり、そのエッチングレートが層によって異なる。そのため、エッチングされ形成された半導体積層１００Ａの端面１０４が滑らかとならず、凹凸が生じてしまう。特に、半導体光集積素子がよく用いられる光通信分野におけるデバイスでは、活性層が歪量子井戸構造を有する場合が一般的であり、上記の現象がより顕著となる。

このような、滑らかでない半導体積層の端面に対してバットジョイント法による再成長を行うと、その再成長中にボイド１０５（図１１参照）や異常成長が発生しやすい。ボイドや異常成長は、素子特性の低下、結合損失の増加などの問題を引き起こす。

本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、素子特性の低下や結合損失の増加を抑えることができる半導体光集積素子及びその製造方法を提供することを課題とする。

上述の課題を解決するため、本発明に係る半導体光集積素子の製造方法は、互いに光学的に結合された第１半導体素子部及び第２半導体素子部を有する半導体光集積素子の製造方法において、第1の領域、第２の領域及び第1の領域と第２の領域との間の第３の領域を含む主面を有する半導体基板の第３の領域を含む主面上に単一半導体層からなる光導波層を形成する工程と、第２の領域及び第３の領域の光導波層上に第1エッチングマスクを形成する工程と、第1エッチングマスクを用いて第1の領域の光導波層を除去する工程と、第1の領域の主面上に第１半導体素子部の第1活性層を含む第１半導体積層を形成する工程と、第1エッチングマスクを除去する工程と、第1の領域の第１半導体積層上及び第３の領域の光導波層上にわたって第２エッチングマスクを形成する工程と、第２エッチングマスクを用いて第２の領域の光導波層を除去する工程と、第２の領域の主面上に第１活性層と組成が異なる第２半導体素子部の第２活性層を含む第２半導体積層を形成する工程と、を備える。

本発明に係る半導体光集積素子の製造方法では、エッチングの対象となるのが単一半導体層からなる光導波層である。すなわち、複数の層を含む第１及び第２の半導体積層はエッチングされず、光導波層がエッチングされることにより接合端面が形成される。また、その光導波層は、単一半導体層からなるため、全体でのエッチングレートが同一である。そのため、エッチングにより光導波層に形成される端面は滑らかとなる。従って、その光導波層の端面に対するバットジョイント法による第１及び第２の半導体積層の再成長時におけるボイド及び異常成長の発生が抑制されるので、素子特性の低下や結合損失の増加を抑えることができる。また、本発明に係る半導体光集積素子の製造方法では、第１及び第２の半導体積層がエッチングされないため、第１活性層及び第２活性層の劣化及び酸化が抑制される。その結果、半導体光集積素子の信頼性を向上させることができる。

また、第１活性層又は第２活性層のうちの少なくとも一方が歪多重量子井戸構造を有してもよい。このような場合でも、上記した半導体光素子の製造方法によれば、第１及び第２の半導体積層の再成長中にボイド及び異常成長が発生することを抑制できる。

また、本発明に係る半導体光集積素子は、第1の領域、第２の領域及び第1の領域と第２の領域との間の第３の領域を含む主面を有する半導体基板と、第１の領域に設けられており、第1活性層を含む第１半導体積層を有する第１半導体素子部と、第２の領域に設けられており、第１活性層と組成が異なる第２活性層を含む第２半導体積層を有する第２半導体素子部と、第３の領域に設けられており、単一半導体層からなり且つ第１活性層と第２活性層とを光学的に結合する光導波層と、を有する。

このような単一半導体層からなり且つ第１活性層と第２活性層とを光学的に結合する光導波層を第３の領域に有する半導体光集積素子は、エッチングされる対象をその光導波層に限定することができる。すなわち、複数の層を含む第１及び第２の半導体積層をエッチングせずに、光導波層をエッチングして接合端面を形成することができる。また、その光導波層は、単一半導体層からなるため全体にわたりエッチングレートが同一である。そのため、エッチングにより光導波層に形成された端面は滑らかとなる。従って、その光導波層の端面に対するバットジョイント法による第１及び第２の半導体積層の再成長時におけるボイド及び異常成長の発生が抑制されるので、素子特性の低下や結合損失の増加を抑えることができる。また、本発明に係る半導体光集積素子によれば、端面形成の際に第１及び第２の半導体積層をエッチングする必要がないので、第１活性層及び第２活性層の劣化及び酸化が抑制される。その結果、半導体光集積素子の信頼性を向上させることができる。

本発明の半導体光集積素子及びその製造方法によれば、素子特性の低下や結合損失の増加を抑えることができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。

図１（ａ）は本実施形態に係る半導体光集積素子１の斜視図であり、図１（ｂ）はI−I線に沿った半導体光集積素子１の断面図である。半導体光集積素子１において、単一の基板としては、第１の領域３Ａ，第２の領域３Ｂ及び第３の領域３Ｃを含む主面１１ａを有する半導体基板１１が用いられている。半導体光集積素子１は、半導体基板１１上に設けられた、ＤＦＢレーザ１Ａ（第１半導体素子部）、ＥＡ変調器１Ｂ（第２半導体素子部）、及びＤＦＢレーザ１ＡとＥＡ変調器１Ｂとの間に配置された光導波領域１Ｃを備える。図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照しながら、本実施形態の半導体光集積素子１を以下に説明する。

ＤＦＢレーザ１Ａは、半導体基板１１の第１の領域３Ａ上に設けられており、半導体基板１１上に設けられた下部クラッド層１３と、下部クラッド層１３上に設けられた半導体メサ部２Ａとを含む。半導体メサ部２Ａは、下部クラッド層１３上に順次に積層された、下部光閉じ込め層２１ａ、活性層２１、上部光閉じ込め層２１ｂ及びキャップ層２７を有している。上部光閉じ込め層２１ｂとキャップ層２７との間には、アンドープＧａＡｓからなり約２００ｎｍの周期を有する回折格子１７Ｅが設けられている。

活性層２１は、２つの井戸層及び３つの障壁層が交互style='font-size:11.0pt;font-family:"ＭＳ 明朝"'>に積層されたstyle='font-size:11.0pt;font-family:"ＭＳ 明朝"'>２重量子井戸構造を有する。その井戸層及びバリア層は、互いに組成が異なる半導体材料からなる。また、下部光閉じ込め層２１ａ、活性層２１及び上部光閉じ込め層２１ｂは、下部クラッド層１３及び後述の上部クラッド層３５より大きな屈折率を有している。

ＥＡ変調器１Ｂは、半導体基板１１の第２の領域３Ｂ上に設けられており、ＤＦＢレーザ１Ａと共通の下部クラッド層１３と、下部クラッド層１３上に設けられた半導体メサ部２Ｂとを含む。半導体メサ部２Ｂは、下部クラッド層１３上に順次に積層された、下部光閉じ込め層２３ａ、活性層２３、上部光閉じ込め層２３ｂ、回折格子層１７Ｄ及びキャップ層２７を有する。

活性層２３は、活性層２１の厚さと同一の厚さを有し、４つの井戸層及び５つのバリア層が交互に積層された歪４重量子井戸構造を有する。その井戸層及びバリア層は、互いに組成が異なる半導体材料からなる。活性層２３の井戸層は、活性層２１の井戸層より高いバンドキャップエネルギーを有している。そのため、活性層２３の井戸層は、活性層２１の井戸層より短いフォトルミネッセンス（発光）波長を有する。活性層２３は、ＥＡ変調器１Ｂに大きな逆方向電圧が印加されたときは、活性層２１が発するレーザ光を吸収する。また、下部光閉じ込め層２３ａ、活性層２３及び上部光閉じ込め層２３ｂは、下部クラッド層１３及び後述する上部クラッド層３５よりも大きな屈折率を有している。活性層２３の井戸層及びバリア層には歪が導入されているため、ＥＡ変調器１Ｂの変調特性が向上される。

光導波領域１Ｃは、半導体基板１１の第３の領域３Ｃ上に設けられており、ＤＦＢレーザ１Ａ及びＥＡ変調器１Ｂと共通の下部クラッド層１３と、下部クラッド層１３上に設けられた半導体メサ部２Ｃとを含む。半導体メサ部２Ｃは、下部クラッド層１３上に設けられた光導波層１５Ｂ、回折格子層１７Ｃ及びキャップ層２７を有する。

半導体メサ部２Ｃは、ＤＦＢレーザ１Ａの活性層２１から発するレーザ光を閉じ込めつつ導波してＥＡ変調器１Ｂの活性層２３に導くものである。図１（ｂ）に示されるように、半導体メサ部２Ｃは、半導体基板１１の主面１１ａと交差する基準平面（ｚｘ平面）に沿った両端面を有している。半導体メサ部２Ｃの一方の端面は、バットジョイントによりＤＦＢレーザ１Ａの半導体メサ部２Ａと光学的に結合しており、半導体メサ部２Ｃの他方の端面はバットジョイントによりＥＡ変調器１Ｂの半導体メサ部２Ｂと光学的に結合している。また、同図を参照すると、半導体光集積素子１には、半導体メサ部２Ｃ及び半導体メサ部２Ａの境界において界面ｄ１が形成されており、半導体メサ部２Ｃ及び半導体メサ部２Ｂの境界において界面ｄ２が形成されている。

半導体メサ部２Ａ，２Ｂ及び２Ｃは、半導体メサ部２を構成しており（図１（ｂ）参照）、半導体メサ部２の両側面は、下部クラッド１３上に順次に積層された高抵抗層からなる第１電流ブロック層３１及び第２電流ブロック層３３によって埋め込まれている。（図１（ａ）参照）。半導体メサ部２及び第２電流ブロック層３３の上には、上部クラッド層３５が積層されている。また、第１の領域３Ａの上部クラッド層３５上にはコンタクト層３７ａが、第２の領域３Ｂの上部クラッド層３５上にはコンタクト層３７ｂがそれぞれ設けられている。

また、第１の領域３Ａのコンタクト層３７ａ上にはＤＦＢレーザ１Ａのための電極（アノード）４１ａが、第２の領域３Ｂのコンタクト層３７ｂ上にはＥＡ変調器１Ｂのための電極（アノード）４１ｂがそれぞれ設けられている。半導体基板１１の裏面上には、ＤＦＢレーザ１Ａ及びＥＡ変調器１Ｂに共通に使用される電極（カソード）４３が設けられている。

以下、本実施形態に係る半導体光集積素子１の各層の構成元素、ドーパント濃度及び厚さを例示すれば、
・半導体基板１１：ＳｉドープＧａＡｓ層、２×１０^１８ｃｍ^−３、３５０μｍ
・下部クラッド層１３：ＳｉドープＧａＩｎＰ、２×１０^１８ｃｍ^−３、１．５μｍ
・光導波層１５Ｂ：アンドープＧａＡｓ層、０．３μｍ
・下部光閉じ込め層２１ａ：アンドープＧａＡｓ、０．１４５μｍ
・活性層２１：アンドープＧａＩｎＮＡｓ、１０ｎｍ
・上部光閉じ込め層２１ｂ：アンドープＧａＡｓ、０．１４５μｍ
・下部光閉じ込め層２３ａ：アンドープＧａＡｓ、０．１４５μｍ
・活性層２３：アンドープＧａＩｎＮＡｓ、１０ｎｍ
・上部光閉じ込め層２３ｂ：アンドープＧａＡｓ、 ０．１４５μｍ
・回折格子層１７Ｃ，１７Ｄ：アンドープＧａＡｓ、１０ｎｍ
・キャップ層２７：ＺｎドープＧａＩｎＰ、２×１０^１８ｃｍ^−３、２００ｎｍ
・第１電流ブロック層３１：ＺｎドープＧａＩｎＰ、２×１０^１８ｃｍ^−３、０．３μｍ
・第２電流ブロック層３３：ＳｉドープＧａＩｎＰ、２×１０^１８ｃｍ^−３、０．３μｍ
・上部クラッド層３５：ＺｎドープＧａＩｎＰ、２×１０^１８ｃｍ^−３、１．５μｍ
・コンタクト層３７ａ，３７ｂ：ＺｎドープＧａＡｓ、１×１０^１９ｃｍ^−３、０．２μｍ
である。

次に、本実施形態に係る半導体光集積素子１の製造方法について説明する。図２〜図９は、本実施形態に係る半導体光集積素子１の製造方法の各工程を模式的に示す図である。なお、図２〜図８は、光導波方向に沿った断面（図１に示したＩ−Ｉ線を参照）を示している。また、図９（ａ）は当該工程を示す斜視図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）における光導波方向と垂直な断面を示している。半導体光集積素子１は、例えば下記各工程を順に経ることによって製造される。

（光導波層形成工程）
半導体光集積素子１を作製する際には、まず、図２に示されるように、半導体基板１１の主面１１ａ上の第１の領域３Ａ、第２の領域３Ｂ及び第３の領域３Ｃにわたって、下部クラッド層１３、光導波層１５及び回折格子層１７を順次に形成する。これらの層１３，１５，１７の形成には、例えば有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法が用いられる。

（第1エッチングマスク形成工程）
次に、第３の領域３Ｃ及び第２の領域３Ｂに形成された回折格子層１７の上に絶縁層（例えば、ＳｉＮ_Ｘ層又はＳｉＯ_２層）からなる第１エッチングマスク１９Ａ（図３参照）を形成する。まず、回折格子層１７上に、例えば化学気相堆積（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ： ＣＶＤ）法を用いて絶縁層を形成する。その後、その絶縁層上にフォトレジストを塗布して、レジスト層を形成する。次に通常のフォトリソグラフィー技術を用いて、レジストパターンを形成する。このレジストパターンは、ｘ軸方向の幅が１５μｍであり、第３の領域３Ｃ及び第２の領域３Ｂにわたり回折格子層１７を覆う第１エッチングマスク１９Ａのためのパターンである。

続いて、このレジストパターンをマスクとして絶縁層をエッチングすることにより、第２及び第３の領域３Ｂ，３Ｃにわたって延びる第１エッチングマスク１９Ａが形成される（図３参照）。この第１エッチングマスク１９Ａは、事後的に光導波路方向となるｙ軸方向に沿っている。なお、第１エッチングマスク１９Ａの形成後、レジストを除去する。

（第１の光導波層除去工程）
引き続き、図３に示すように、第１エッチングマスク１９Ａを用いて第１エッチングマスク１９Ａが存在しない部分の回折格子層１７及び光導波層１５をエッチングする。このエッチングは、例えば、リン酸と過酸化水素水と水との混合溶液をエッチング液として用いたウェットエッチングである。このエッチングは、第１の領域３Ａの下部クラッド層１３が露出する深さまで行われる。このエッチングにより、回折格子層１７及び光導波層１５のうち第１の領域３Ａ上の部分が除去され、第２及び第３の領域３Ｂ，３Ｃにわたる回折格子層１７Ａ及び光導波層１５Ａが形成される。

（第1半導体積層形成工程）
次に、図４に示すように、第１エッチングマスク１９Ａを除去せずに、第１エッチングマスク１９Ａを選択成長マスクとして用い、第１半導体積層２２を再成長する。この工程では、第１の光導波層除去工程において光導波層１５が除去された第１の領域３Ａの下部クラッド層１３上に、下部光閉じ込め層２１ａ、第１活性層２１、上部光閉じ込め層２１ｂ及び回折格子層１７Ｂを順次成長する。なお、第１活性層２１は、２つの井戸層と３つのバリア層とを交互に積層して成長される。上部光閉じ込め層２１ｂは、その表面が光導波層１５Ａの表面と同じ高さとなり、上部光閉じ込め層２１ｂと光導波層１５Ａとの表面が平坦化されるように形成されている。また、回折格子層１７Ｂは、回折格子層１７Ａと同一の半導体材料からなり且つ厚さが同一である。これらの層２１ａ、２１、２１ｂ、及び１７Ｂの成長には、例えばＭＯＶＰＥ法が用いられる。この第１半導体積層２２の再成長の後、第１エッチングマスク１９Ａを除去する。

（第２エッチングマスク形成工程）
次に、図５に示すように、第３の領域３Ｃの回折格子層１７Ａ上及び回折格子層１７Ｂ上に、絶縁層（例えば、ＳｉＮ_Ｘ層又はＳｉＯ_２層）からなる第２エッチングマスク１９Ｂを形成する。まず、回折格子層１７Ｂ及び回折格子層１７Ａの全面上に、例えばＣＶＤ法を用いて絶縁層を形成する。その後、上記の第１エッチングマスク１９Ａを形成した方法と同様の方法でレジストパターンを形成する。このレジストパターンは、ｘ軸方向の幅が１５μｍであり、第１エッチングマスク１９Ａと連続しつつ第１の領域３Ａ及び第３の領域３Ｃにわたる第２エッチングマスク１９Ｂのためのパターンである。

続いて、このレジストパターンをマスクとして絶縁層をエッチングすることにより、第１及び第２の領域３Ａ，３Ｂにわたって延びる第２エッチングマスク１９Ｂが形成される（図５参照）。この第２エッチングマスク１９Ｂは、事後的に光導波路方向となるｙ軸方向に沿っている。なお、第２エッチングマスク１９Ｂの形成後、レジストを除去する。

（第２の光導波層除去工程）
次に、図５に示すように、第２エッチングマスク１９Ｂを用いて第２の領域３Ｂの回折格子層１７Ａ及び光導波層１５Ａをエッチングする。このエッチングは、例えば、リン酸と過酸化水素水と水との混合溶液がエッチング液として用いられるウェットエッチングである。このエッチングは、第２の領域３Ｂの下部クラッド層１３が露出する深さまで行われる。このエッチングにより、回折格子層１７Ａ及び光導波層１５Ａのうち第２の領域３Ｂ上の部分が除去され、第３の領域３Ｃにのみ設けられた回折格子層１７Ｃ及び光導波層１５Ｂとなる。

（第２半導体積層形成工程）
次に、図６に示すように、第２エッチングマスク１９Ｂを除去せずに、第２エッチングマスク１９Ｂを選択成長マスクとして用いて第２半導体積層２４を再成長する。この工程では、第２の光導波層除去工程において光導波層１５Ａがエッチングされた第２の領域３Ｂの下部クラッド層１３上に、下部光閉じ込め層２３ａ、第２活性層２３、上部光閉じ込め層２３ｂ、及び回折格子層１７Ｄを順次成長する。なお、第２活性層２３は、４つの井戸層と５つのバリア層とを交互に積層して成長される。上部光閉じ込め層２３ｂは、その表面が光導波層１５Ｂの表面と同じ高さとなり、上部光閉じ込め層２３ｂと光導波層１５Ｂとの表面が平坦化されるように形成されている。また、回折格子層１７Ｄは、回折格子層１７Ｃと同一の半導体材料からなり且つ厚さが同一である。これらの層２３ａ、２３、２３ｂ、及び１７Ｄの成長には、例えばＭＯＶＰＥ法が用いられる。この第２半導体積層２４の再成長の後、第２エッチングマスク１９Ｂを除去する。

上記した第１半導体積層形成工程、及び第２半導体積層形成工程といった２回の再成長工程を経ると、第３の領域３Ｃの光導波層１５Ｂと、第１の領域３Ａの再成長された第１半導体積層２２とがバットジョイントにより光学的に結合し、界面ｄ１が形成される。また、第３の領域３Ｃの光導波層１５Ｂと、第２の領域３Ｂの再成長された第２半導体積層２４とがバットジョイントにより光学的に結合し、界面ｄ２が形成される。

（回折格子形成工程）
引き続き、図７に示すように、第１の領域３Ａの上部光閉じ込め層２１ｂ上に周期２００ｎｍの回折格子１７Ｅを形成する。回折格子１７Ｅを形成する際には、まず、第１の領域３Ａの回折格子層１７Ｂ上にフォトレジスト層を形成する。その後、ＥＢ描画法により２００ｎｍの周期を有する回折格子パターンを形成する。次に、その回折格子パターンを用いて、リン酸と過酸化水素水と水との混合溶液をエッチング液として回折格子層１７Ｂをウェットエッチングする。これにより、回折格子１７Ｅが得られる。その後、回折格子パターンを除去する。

引き続き、図８に示すように、第１の領域３Ａの回折格子１７Ｅ、第３の領域３Ｃの回折格子層１７Ｃ及び第２の領域３Ｂの回折格子層１７Ｄの上を全体的に覆うようにキャップ層２７を形成する。

（半導体メサ部形成工程）
次に、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示されるように、半導体基板１１上に半導体メサ部２を形成する。先ず、第１の領域３Ａから第２の領域３Ｂにかけて、上面から見て再成長により形成された界面ｄ１及びｄ２に交差して光導波路方向であるｙ軸方向に延びるようにストライプ状の絶縁層２９を形成する。絶縁層２９の形成に当たり、先ずキャップ層２７の全体に厚さ０．１μｍのＳｉＮ_Ｘ層を成膜して、フォトリソグラフィーで幅２μｍのストライプ状のパターンを転写する。次に、そのパターンを用いてバッファードフッ酸によりＳｉＮ_Ｘ層をエッチングすることによって、絶縁層２９が形成される。その後、絶縁層２９をマスクとして、キャップ層２７から下部クラッド層１３の一部に至るまで、エッチング深さが０．６μｍとなるようにエッチングする。このとき、光導波層１５Ｂ、上部光閉じ込め層２１ｂ，２３ｂ、活性層２１，２３及び下部光閉じ込め層２１ｂ，２３ｂのエッチングの際にはリン酸と過酸化水素水と水との混合溶液が、下部クラッド層１３のエッチングの際にはリン酸と塩酸と水との混合溶液がエッチング液として用いられる。このエッチングにより、ストライプ状の絶縁層が形成されていない部分の半導体基板１１上のキャップ層２７及び半導体積層２２，２４が除去される。

その結果、第１の領域３Ａの半導体メサ部２Ａと、第２の領域３Ｂの半導体メサ部２Ｂと、第３の領域３Ｃの半導体メサ部２Ｃとを備える半導体メサ部２が形成される。その半導体メサ部２は、半導体光集積素子１において、光導波路として機能する。

（埋め込み層形成工程）
続いて、図１に示したように、電流狭窄構造を形成する第１電流ブロック層３１及び第２電流ブロック層３３を形成する。第１及び第２の電流ブロック層３１，３３は、ストライプ状の絶縁層２９を除去せずに、例えばＭＯＶＰＥ法を用いて半導体メサ部２の両側面上に半導体メサ部２を埋め込むように順次に積層することで形成される。その後、絶縁層２９を除去する。なお、第１及び第２の電流ブロック層３１，３３を半導体メサ部２の両側面上に形成することにより、半導体メサ部２の側面でのリーク電流が効果的に抑制される。そのため、本実施形態に係る半導体光集積素子１は、駆動電流が増加しても、高い発光効率が実現される。

［その他の工程］
絶縁層２９の除去後に、半導体メサ部２及び埋め込み層３３の上の全面に上部クラッド層３５及びコンタクト層（図示せず）を順次に成長する。

続いて、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示したように、半導体基板１１の裏面上にＤＦＢレーザ１Ａ及びＥＡ変調器１Ｂの共通の電極（カソード）４３を形成する。また、第３の領域３Ｃのコンタクト層はウェットエッチングにより除去し、第１の領域３Ａのコンタクト層３７ａと第２の領域３Ｂのコンタクト層３７ｂとを形成する。第１の領域３Ａのコンタクト層３７ａ上にはＤＦＢレーザ１Ａのための電極（アノード）４１ａを、第２の領域３Ｂのコンタクト層３７ｂ上にはＥＡ変調器１Ｂのための電極（アノード）４１ｂを、それぞれ形成する。これにより、第１の領域３ＡにはＤＦＢレーザ１Ａが完成し、第２の領域３ＢにはＥＡ変調器１Ｂが完成する。また、第３の領域３Ｃには光導波領域１Ｃが完成する。以上の工程によって、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示された半導体光集積素子１が完成する。

本実施形態に係る半導体光集積素子１の製造方法では、第１の領域３Ａ、第２の領域３Ｂ及び第３の領域３Ｃを含む主面１１ａを有する半導体基板１１上に単一半導体層からなる光導波層１５を形成し、その上に第１エッチングマスク１９Ａを形成する。第１エッチングマスク１９Ａを用いて第１の領域３Ａの光導波層１５を除去し、その光導波層１５が除去された第１の領域３Ａの下部クラッド層１３上に第１半導体積層２２を再成長する。また、半導体積層２２及び光導波層１５Ａの上に第２エッチングマスク１９Ｂを形成し、第２エッチングマスク１９Ｂを用いて第２の領域３Ｂの光導波層１５Ａを除去し、その光導波層１５Ａが除去された第２の領域３Ｂの下部クラッド層１３上に第２半導体積層２４を再成長する。

このように、本実施形態に係る半導体光集積素子１の製造方法では、バットジョイントを形成する際に、複数の層を含む第１及び第２の半導体積層２２，２４はエッチングされず、光導波層１５（１５Ａ）のみがエッチングされる。光導波層１５（１５Ａ）は単一半導体層からなるため全体にわたりエッチングレートが同一であり、そのため、エッチングにより光導波層１５Ａ、１５Ｂに形成された端面は滑らかとなる。従って、その光導波層１５Ａ、１５Ｂの端面に対するバットジョイント法による第１及び第２の半導体積層２２，２４の再成長時におけるボイド及び異常成長の発生が抑制され、素子特性の低下や結合損失の増加が抑えられる。また、本実施形態に係る半導体光集積素子１の製造方法では、バットジョイントを形成する際に第１及び第２の半導体積層２２，２４がエッチングされないため、第１活性層２１及び第２活性層２３の劣化及び酸化が抑制される。その結果、半導体光集積素子１の信頼性を向上させることができる。

また、本実施形態の第２活性層２３は歪多重量子井戸構造を有する。このような場合でも、本実施形態に係る半導体光集積素子１の製造方法によれば、第２半導体積層２４の再成長中にボイド及び異常成長が発生することを抑制できる。

また、本実施形態に係る半導体光集積素子１は、単一半導体層からなり且つ第１活性層２１と第２活性層２３とを光学的に結合する光導波層１５Ｂを第３の領域３Ｃに有する。そのため半導体光集積素子１は、バットジョイントを形成する際にエッチングされる対象をその光導波層１５に限定することができる。すなわち、光導波層１５は単一半導体層からなるため全体に渡ってエッチングレートが同一なので、複数の層を含む第１及び第２の半導体積層２２，２４をエッチングせずに光導波層１５のみをエッチングすることで、接合端面を形成することができる。そのため、エッチングにより光導波層１５Ｂに形成された端面は滑らかとなる。従って、その光導波層１５Ｂに対するバットジョイント法による第１及び第２の半導体積層２２，２４の再成長中におけるボイド及び異常成長の発生が抑制され、素子特性の低下や結合損失の増加が抑えられる。また、本実施形態に係る半導体光集積素子１では、バットジョイントを形成する際に第１及び第２の半導体積層２２，２４がエッチングされないため、第１活性層２１及び第２活性層２３の劣化及び酸化が抑制される。その結果、半導体光集積素子１の信頼性を向上させることができる。

なお、半導体光集積素子１の動作については、以下のとおりである。ＤＦＢレーザ１Ａには順方向のバイアス電圧が、ＥＡ変調器１Ｂには逆方向のバイアス電圧がそれぞれ印加される。順方向のバイアス電圧が印加されたＤＦＢレーザ１Ａでは、電極４１ａから正孔が活性層２１に注入される。注入された正孔は第１及び第２の電流ブロック層３１，３３により活性層２１に効率的に閉じ込められる。活性層２１に閉じ込められた正孔は、電極４３から注入された電子と活性層２１において再結合し、活性層２１から光が放射される。すると、レーザ発振が起こり、このレーザ光が活性層２１内を伝搬する。このレーザ光は光導波層１５Ｂからなる光導波領域１Ｃより導波され、ＥＡ変調器１Ｂに入射する。

ＥＡ変調器１Ｂに比較的に低い逆方向のバイアス電圧が印加されている場合には、活性層２３の実効的なフォトルミネセンス波長が上記の発振波長より短いため、入射されたレーザ光は吸収されることなく活性層２３に伝搬する。活性層２３に伝搬するレーザ光は増幅され、半導体光集積素子１から出力される。一方、ＥＡ変調器１Ｂに十分に高い逆方向のバイアス電圧が印加されている場合には、活性層２３において量子閉じ込めシュタルク効果（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｃｏｎｆｉｎｅｄ Ｓｔａｒｋ Ｅｆｆｅｃｔ：ＱＣＳＥ）が生じ、入射されたレーザ光は活性層２３により吸収される。活性層２３により吸収されたレーザ光は逆方向のバイアス電圧の大きさに応じてその波長が変調され、変調されたレーザ光が半導体光集積素子１から出力される。

以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、上記実施形態は本発明の要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、第１活性層２１及び第２活性層２３は、単一量子井戸構造（ＳＱＷ）であってもよく、バルク構造を有しても良い。

上記実施形態では、半導体基板１１の導電型はｎ型であるが、ｐ型であってもよい。この場合には、下部クラッド層１３の導電型がｐ型に変更される。また、上部クラッド層３５及びコンタクト層３７ａ，３７ｂの導電型はｎ型に変更される。また、上記実施形態では、半導体基板１１がＧａＡｓ半導体材料からなり、活性層２１，２３はＧａＩｎＮＡｓ半導体材料からなるものであるが、半導体基板１１がＩｎＰ半導体材料からなり、活性層２１，２３がＧａＩｎＡｓＰ又はＡｌＧａＩｎＡｓなどの半導体材料からなるものであってもよい。

上記実施形態では、半導体光集積素子１は、ＤＦＢレーザ１Ａ及びＥＡ変調器１Ｂを集積したものであるが、レーザ、変調器、増幅器、受光素子などの能動素子の中に複数の素子を集積した構造であってもよい。

本実施形態に係る半導体光集積素子を模式的に示す図である。 本実施形態に係る半導体光集積素子の製造方法の一工程を模式的に示す図である。 本実施形態に係る半導体光集積素子の製造方法の一工程を模式的に示す図である。 本実施形態に係る半導体光集積素子の製造方法の一工程を模式的に示す図である。 本実施形態に係る半導体光集積素子の製造方法の一工程を模式的に示す図である。 本実施形態に係る半導体光集積素子の製造方法の一工程を模式的に示す図である。 本実施形態に係る半導体光集積素子の製造方法の一工程を模式的に示す図である。 本実施形態に係る半導体光集積素子の製造方法の一工程を模式的に示す図である。 本実施形態に係る半導体光集積素子の製造方法の一工程を模式的に示す図である。 従来の典型的なバットジョイント集積方法の一工程を模式的に示す図である。 従来の典型的なバットジョイント集積方法の一工程を模式的に示す図である。

符号の説明

１…半導体光集積素子、１Ａ…ＤＦＢレーザ、１Ｂ…ＥＡ変調器、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ…半導体メサ部、１１…半導体基板、１３…下部クラッド層、１５，１５Ａ，１５Ｂ…光導波層、１７，１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄ…回折格子層、１７Ｅ…回折格子、１９Ａ…第１エッチングマスク、１９Ｂ…第２エッチングマスク、２１…第１活性層、２２…第１半導体積層、２３…第２活性層、２４…第２半導体積層、２７…キャップ層、３１…第１電流ブロック層、３３…第２電流ブロック層、３５…上部クラッド層、３７ａ，３７ｂ…コンタクト層、４１ａ，４１ｂ，４３…電極、ｄ１，ｄ２…界面。

Claims (3)

1. 互いに光学的に結合された第１半導体素子部及び第２半導体素子部を有する半導体光集積素子の製造方法において、
   第1の領域、第２の領域及び前記第1の領域と前記第２の領域との間の第３の領域を含む主面を有する半導体基板の前記第３の領域を含む前記主面上に単一半導体層からなる光導波層を形成する工程と、
   前記第２の領域及び前記第３の領域の前記光導波層上に第1エッチングマスクを形成する工程と、
   前記第1エッチングマスクを用いて前記第1の領域の前記光導波層を除去する工程と、
   前記第1の領域の前記主面上に前記第１半導体素子部の第1活性層を含む第１半導体積層を形成する工程と、
   前記第1エッチングマスクを除去する工程と、
   前記第1の領域の前記第１半導体積層上及び前記第３の領域の前記光導波層上にわたって第２エッチングマスクを形成する工程と、
   前記第２エッチングマスクを用いて前記第２の領域の前記光導波層を除去する工程と、
   前記第２の領域の前記主面上に前記第１活性層と組成が異なる前記第２半導体素子部の第２活性層を含む第２半導体積層を形成する工程と、
   を備える半導体光集積素子の製造方法。
2. 前記第１活性層又は前記第２活性層のうちの少なくとも一方が歪多重量子井戸構造を有する請求項１に記載の半導体光集積素子の製造方法。
3. 第1の領域、第２の領域及び前記第1の領域と前記第２の領域との間の第３の領域を含む主面を有する半導体基板と、
   前記第１の領域に設けられており、第1活性層を含む第１半導体積層を有する第１半導体素子部と、
   前記第２の領域に設けられており、前記第１活性層と組成が異なる第２活性層を含む第２半導体積層を有する第２半導体素子部と、
   前記第３の領域に設けられており、単一半導体層からなり且つ前記第１活性層と前記第２活性層とを光学的に結合する光導波層と、
   を有する半導体光集積素子。

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