JP2018139264A - 光半導体素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイメサ埋め込み構造を有する光半導体素子の製造方法であって、埋め込み前処理時にエッチングレートの異なる層がメサストライプ内に存在しても、各層に適切なサイドエッチングによるダメージ除去が行われた光半導体素子及びその製造方法を提供すること。【解決手段】ハイメサストライプを形成したウェハ全面にポジ型のフォトレジストを塗布し、メサストライプの形成に用いたフォトマスクにより再度露光、現像を行い、絶縁膜マスク１０５下のＩｎＧａＡｓコンタクト層１０４のサイドエッチング部にレジスト１０６を配置する。ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０４のサイドエッチングに用いたエッチング液よりもエッチングレートが速いものを用いて活性層１０２のサイドエッチングを施す。ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０４の側壁がレジスト１０６により保護されているため、ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０４の浸蝕を防ぎながら、活性層１０２に対してサイドエッチングを施すことができる。【選択図】図１

Description

本発明は、半絶縁性ＩｎＰ埋め込み構造のレーザの光半導体素子及びその製造方法及びに関する。

少なくとも活性層の部分までがドライエッチングによりメサ形状に加工されたハイメサ型のリッジストライプを有し、その横に半絶縁性ＩｎＰ埋め込み層を成長させ電流ブロック構造を備えた半絶縁性ＩｎＰ埋め込みレーザ（ＳＩＢＨ−ＬＤ）は、低閾値電流動作、高効率の点で優れており、１．５５μｍ帯の光通信用光源として用いられている。

図９（ａ）に、ドライエッチングにより加工された埋め込み前処理前のメサストライプの断面を示す。図９（ａ）に示すメサストライプ断面を持つ半絶縁性ＩｎＰ埋め込みレーザは、ＩｎＰ基板５０１上に活性層５０２、ＩｎＰクラッド層５０３、バンドギャップエネルギーがクラッド層材とコンタクト層材の中間辺りにある中間層５０４、コンタクト層５０５、絶縁膜マスク５０６を積層する。その後、絶縁膜マスク５０６をストライプ形状のドライエッチングマスクに加工し、ドライエッチングにより図９（ａ）に示すようなメサストライプを形成したものである。その後、ドライエッチングによるダメージ層を除去するために、活性層５０２のライトエッチング（埋め込み前処理）を行う。これは、レーザ特性上、信頼性上必要不可欠なものである。埋め込み前処理としては、硫酸と過酸化水素水を混ぜた水溶液である硫酸系のエッチング液（ピラニア）を用いたライトエッチングが１．５５μｍ帯で発振する１．５５μｍ帯ＬＤで一般的である。

特開平５−８２８９１号公報

一方、１．３μｍ帯ＬＤにおいてはコンタクト層として１．５５μｍ帯と同じ低コンタクト抵抗率の得られるＩｎＧａＡｓを用いた場合、埋め込み前処理のためのピラニアエッチングを行うと絶縁膜マスク５０６と接するコンタクト層５０５のＩｎＧａＡｓのエッチングレートが１．３μｍ帯活性層５０２のそれよりも格段に速く、活性層５０２のエッチング中にコンタクト層５０５のＩｎＧａＡｓが消失してしまう。

これを回避する方法として、１．３μｍ帯組成のＩｎＧａＡｓＰ層をコンタクト層に用いてメタルを蒸着してアロイ電極とする方法やエッチングレートが半導体層の種類に依存しないエッチング液であるブロム（Ｂｒ）系のエッチング液を用いた埋め込み前処理の方法がある。

前者の場合、１．３μｍ帯組成のＩｎＧａＡｓＰ層へのコンタクト抵抗は、ＩｎＧａＡｓ層へのそれよりも大きいものとなり、シリーズ抵抗の増大をもたらす。また、ノンアロイ電極が適用できないため、アロイ電極メタルの活性層への拡散、アロイスパイクによる局所的ストレスの活性層への悪影響等懸念される。

一方、後者の場合、ブロム（Ｂｒ）系のエッチング液では、エッチングの進行が液の供給律速で決まり、メサ上部がメサ下部に比べ供給量が多くなるため、メサの下部の側壁よりも上部のそれの方が多くエッチングされる。十分な厚さの活性層５０２をエッチングする場合、図９（ｂ）のようにメサ上部のクラッド層５０３、中間層５０４およびコンタクト層５０５の方が、メサ下部の活性層５０２よりもより多くエッチングされ、クラッド層５０３、中間層５０４およびコンタクト層５０５の幅が活性層のそれより大幅に狭まり、クラッド層５０３の抵抗、及びコンタクト抵抗が上昇し、レーザのシリーズ抵抗を増大させ、レーザ特性を劣化させるという問題が生ずる。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ハイメサ埋め込み構造を有する１．３μｍ帯の光半導体素子及びその製造方法であって、埋め込み前処理時に、エッチングレートの異なる層がメサストライプ内に存在しても、各層に適切なサイドエッチングによるダメージ除去が行われた光半導体素子及びその製造方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は、光半導体素子の製造方法であって、基板上に少なくとも活性層、クラッド層、中間層およびコンタクト層を順に積層した積層構造を形成する第１の工程と、前記積層構造に対してドライエッチングを施すことによりメサストライプを形成する第２の工程と、前記メサストライプの側面を第１のエッチング液に曝して前記コンタクト層にサイドエッチングを施す第３の工程と、前記サイドエッチングを施された部分を保護する第４の工程と、前記メサストライプの側面を第２のエッチング液に曝して前記活性層および前記中間層にサイドエッチングを施す第５の工程と、前記メサストライプの側面に半絶縁性ＩｎＰ埋め込み層を形成する第６の工程とを、順に行うことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、光半導体素子の製造方法であって、基板上に少なくとも活性層、クラッド層、中間層およびコンタクト層を順に積層した積層構造を形成する第１の工程と、前記コンタクト層のストライプパタンを形成する第２の工程と、前記コンタクト層の露出面と前記コンタクト層の周囲の前記中間層上にメサストライプ加工用のマスクを形成する第３の工程と、前記第３の工程後に、ドライエッチングにより前記ストライプパタンの幅よりも幅の広いメサストライプを形成する第４の工程と、前記メサストライプの側面をエッチング液に曝してサイドエッチングを施す第５の工程と、前記メサストライプの側面に半絶縁性ＩｎＰ埋め込み層を形成する第６の工程とを、順に行うことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の光半導体素子の製造方法において、前記積層構造を形成する前記第１の行程は、前記活性層として、前記メサストライプの長手方向に縦列にバットジョイントされたＩｎＧａＡｓＰ組成の１．３μｍ帯レーザの活性層とＩｎＡｌＧａＡｓ組成のＥＡ変調器の活性層とを形成する第７の行程を含むことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、ＩｎＰ基板に、活性層と、ＩｎＰクラッド層と、ＩｎＧａＡｓＰ中間層と、ＩｎＧａＡｓコンタクト層とが順に積層されたメサストライプを有する光半導体素子であって、前記活性層の幅は前記ＩｎＰクラッド層の幅より狭く、前記ＩｎＰクラッド層の幅は前記ＩｎＧａＡｓＰ中間層の幅より広く、前記ＩｎＧａＡｓＰ中間層の幅は前記ＩｎＧａＡｓコンタクト層より広いことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の光半導体素子において、前記活性層は、ＩｎＧａＡｓＰ組成であること、又はＩｎＧａＡｓＰ組成の活性層とＩｎＡｌＧａＡｓ組成の活性層とが同一ストライプ内に形成されていることを特徴とする。

本発明は、ＩｎＧａＡｓＰ組成の１．３μｍ帯半導体レーザ、及び前記半導体レーザとＩｎＡｌＧａＡｓ組成の１．３μｍ帯波長のＥＡ吸収層を集積した変調器付光源において、コンタクト層としてノンアロイ電極も可能となるＩｎＧａＡｓを適用できるので、低抵抗、高信頼の光半導体素子が得られる。

（ａ）〜（ｆ）は、本発明の実施形態１に係る光半導体素子の製造工程を示す図である。 （ａ）〜（ｇ）は、本発明の実施形態２に係る光半導体素子の製造工程を示す図である。 （ａ）〜（ｆ）は、本発明の実施形態３に係る光半導体素子の製造工程を示す、ＬＤ部のストライプ方向に垂直な断面図である。 （ａ）〜（ｆ）は、本発明の実施形態３に係る光半導体素子の製造工程を示す、ＥＡ部のストライプ方向に垂直な断面図である。 本発明の実施形態３に係る光半導体素子のメサストライプの構造を示す図である。 （ａ）〜（ｆ）は、本発明の実施形態４に係る光半導体素子の製造工程を示す、ＬＤ部のストライプ方向に垂直な断面図である。 （ａ）〜（ｆ）は、本発明の実施形態４に係る光半導体素子の製造工程を示す、ＥＡ部のストライプ方向に垂直な断面図である。 本発明の実施形態４に係る光半導体素子のメサストライプの構造を示す図である。 （ａ）〜（ｂ）は、従来の光半導体素子の製造工程を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

（実施形態１）
図１（ａ）〜（ｆ）に、本発明の実施形態１に係る光半導体素子の製造工程を示す。先ず、図１（ａ）に示すように、ＩｎＰ基板１０１上に波長１．３μｍ帯のＩｎＧａＡｓＰ
活性層１０２、ＩｎＰクラッド層１０３、１．３μｍ帯組成のＩｎＧａＡｓＰ中間層１０４、ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０５を成長する。その上にＳｉＯ₂のエッチング用の絶縁膜マスク１０６を積層し、塩素系ガスを用いたドライエッチングによりメサストライプを形成する。尚、ＩｎＧａＡｓＰ中間層１０４は、バンドギャップエネルギーがＩｎＰクラッド層１０３とＩｎＧａＡｓコンタクト層１０５の中間辺りにあるバンドギャップ不連続緩和層である。

次に、上記メサストライプを硫酸、過酸化水素水、水の混合液からなる第１の硫酸系のエッチング液に曝す。これによりＩｎＧａＡｓコンタクト層１０５の両サイドには図１（ｂ）に示すようにサイドエッチングが施される。第１の硫酸系のエッチング液は、活性層１０２の埋め込み成長前処理で用いる硫酸系エッチング液よりも活性層１０２に対するエッチングレートが格段に遅いものを用いる。そのため、活性層１０２はほとんどエッチングされない。もちろんＩｎＰクラッド層１０３もエッチングされない。第１の硫酸系エッチング液のエッチングレートは、硫酸、過酸化水素水、水の混合液の水の割合で調整する。水の割合が大きくなるとエッチングレートは遅くなる。

次に、図１（ｃ）に示すように、ウェハ全面にポジ型のフォトレジストを塗布し、メサストライプの形成に用いたフォトマスクにより再度露光、現像を行い、絶縁膜マスク１０６下のＩｎＧａＡｓコンタクト層１０５のサイドエッチング部にフォトレジスト１０７を配置する。フォトレジスト１０７はＩｎＧａＡｓコンタクト層１０５に接して、両側のサイドエッチング部に形成される。

次に、図１（ｄ）に示すように、ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０５のサイドエッチングに用いた第１の硫酸系のエッチング液よりも活性層１０２に対するエッチングレートが速い第２の硫酸系のエッチング液を用いて活性層１０２のサイドエッチングを施す。ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０５の側壁がフォトレジスト１０７により保護されているため、ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０５の浸蝕を防ぎながら、活性層１０２の側壁に対してサイドエッチングを施すことができ、ドライエッチングによるダメージ層を除去できる。本実施形態の場合、ドライエッチングダメージを完全に除去するためのサイドエッチング厚は片側０．２μｍである。シングルモードを得るために活性層幅を１．７μｍとすると、メサ幅は２．１μｍとなる。このとき、ＩｎＧａＡｓＰ中間層１０４も活性層１０２と同じ１．３μｍ組成としているためＩｎＧａＡｓＰ中間層１０４のサイドエッチング量は活性層１０２のそれと同等になる。ＩｎＧａＡｓＰ中間層１０４のサイドエッチングがＩｎＧａＡｓコンタクト層１０５に及ばないようにするために、ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０５のサイドエッチング量は片側０．５μｍとした。また、このとき、ＩｎＧａＡｓＰ中間層１０４のサイドエッチングは、第１の硫酸系のエッチング液によりサイドエッチングがなされたＩｎＧａＡｓコンタクト層１０５の側壁に到達させないことが必須であり、ＩｎＧａＡｓＰ中間層１０４の組成で微調整することが可能である。

一連のエッチング工程により、メサストライブの側面は階段状の形状となり、隣接する層のメサ幅の大小関係は、ＩｎＰ基板１０１＞ＩｎＧａＡｓＰ活性層１０２＜ＩｎＰクラッド層１０３＞ＩｎＧａＡｓＰ中間層１０４＞ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０５となる。

この後さらに、フォトレジスト１０７を除去し、硫酸による表面処理を行い、半絶縁性ＩｎＰ埋め込み層１０８をストライプ側面に成長させる（図１（e））。このとき、ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０５のサイドエッチングにより形成される絶縁膜マスク１０６の庇部が絶縁膜マスク１０６上へ成長する面方位を抑制するため、半絶縁性ＩｎＰ埋め込み層１０８の絶縁膜マスク１０６上への異常成長が防がれる。

次に、絶縁膜マスク１０６を除去してウェハ全面に層間絶縁膜１０９を形成し、メサストライプ上部に絶縁膜窓開けを施し、ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０５上にｐ側電極１１０を形成する。このｐ側電極１１０は、ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０５が高濃度にドーングされており電極材をＴｉＰｔＡｕとしたノンアロイ電極となっている。次に、ＩｎＰ基板１０１裏面を研磨しＡｕＧｅＮｉ／Ａｕのｎ側電極１１１を形成することにより、光発光素子が完成する。半絶縁性ＩｎＰ埋め込み層１０８で埋め込まれても、メサストライブの階段状の側面形状は保持され、隣接する層のメサ幅の大小関係は、ＩｎＰ基板１０１＞ＩｎＧａＡｓＰ活性層１０２＜ＩｎＰクラッド層１０３＞ＩｎＧａＡｓＰ中間層１０４＞ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０５である。この時のＬＤ部の断面が図１（ｆ）となる。

尚、図１（ａ）〜（ｆ）では本実施形態の一例として、幅２．１μｍのメサストライプに対してＩｎＧａＡｓコンタクト層１０４を０．５μｍサイドエッチングし、活性層１０２を０．２μｍサイドエッチングした例を用いて示している。

ＩｎＧａＡｓＰ中間層１０４をサイドエッチングする際に、ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０５がエッチングされないようにＩｎＧａＡｓＰ中間層１０４のサイドエッチングはＩｎＧａＡｓコンタクト層１０５の側壁に到達させないように実施している。ＩｎＧａＡｓＰ中間層１０４のサイドエッチングは活性層１０２のサイドエッチングと同時になされ、活性層１０２はドライエッチングのダメージを除去するためにコンマ数ミクロン程度エッチングされるため、活性層１０２と同じ組成のＩｎＧａＡｓＰ中間層１０４もコンマ数ミクロン程度エッチングされることになる。したがって、ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０５は、ＩｎＧａＡｓＰ中間層１０４をサイドエッチングする過程で露出することがないように、少なくともコンマ数ミクロンより深くエッチングする必要がある。実際にはエッチング精度などを考慮し、ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０５の側壁とＩｎＧａＡｓＰ中間層１０４の側壁とが、０．２μｍ〜０．５μｍ程度のエッチング深さの差となるようにエッチングは制御される。例えば、ＩｎＧａＡｓＰ中間層１０４が０．１μｍ〜０．３μｍエッチングされている場合、ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０５は０．３μｍ〜０．８μｍ程度サイドエッチングを施すことになる。

このようにして作製された光半導体素子は、ブロム（Ｂｒ）系のエッチング液を用いた活性層１０２のエッチング時にみられたＩｎＰクラッド層１０３の幅のメサ上部での縮小を回避でき、素子抵抗の大部分を占めるクラッド層の抵抗が増大する現象を回避できる。そのため、１．３μｍ帯レーザの活性層１０２よりもはるかにエッチングレートの速いＩｎＧａＡｓコンタクト層１０５をメサストライプに有していても、半絶縁性ＩｎＰ埋め込みレーザとして良好な特性を得ることが可能となる。また、ＩｎＧａＡｓのコンタクト層１０５ではｐ型濃度を上げることでノンアロイの電極構成も可能となり、高信頼化に対して有効となる。すなわち、小さなシリーズ抵抗が得られるため高光出力であり、かつ、活性層１０２横のダメージ層も十分除去されているため、またノンアロイ電極も可能となるため高い信頼性が得られる。さらに、ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０５の側壁とＩｎＧａＡｓＰ中間層１０４の側壁とのエッチング深さの差が０．２μｍ〜０．５μｍ程度あるので、ＩｎＧａＡｓＰ中間層１０４がエッチングされる際に、コンタクト層１０５までエッチングされることが防止できるため、製造工程に多少のずれが生じても、特性の劣化は生じず歩留まりが向上する。

本発明は、１．５５μｍ帯レーザにおいても、ノンアロイの電極を形成するためにコンタクト層に高濃度のドーピングを施したためコンタクト層のエッチングレートが増大した場合にコンタクト層のサイドエッチング量を抑えることができるため有効である。さらに、さらなる低抵抗化のためにＩｎＰクラッド層の幅を広くして活性層のサイドエッチング量を大きくした場合においてコンタクト層の幅の縮小を抑えることができるため有効となる。

（実施形態２）
図２（ａ）〜（ｇ）に、本発明の実施形態２に係る光半導体素子の製造工程を示す。実施形態１では、ドライエッチングによるハイメサ構造形成後にコンタクト層をサイドエッチングするが、本実施形態では、ハイメサ構造形成前にメサ幅よりも狭いコンタクト層のストライプパタンをエッチングにより形成し、前記コンタクト層とその下の中間層の上にメサ加工用の絶縁膜ストライプパタンを形成することを特徴とする。

先ず、図２（ａ）に示すように、ＩｎＰ基板２０１上に波長１．３μｍ帯の活性層２０２、ＩｎＰクラッド層２０３、１．３μｍ帯組成のＩｎＧａＡｓＰ中間層２０４、ＩｎＧａＡｓコンタクト層２０５を積層する。尚、ＩｎＧａＡｓＰ中間層２０４は、バンドギャップエネルギーがＩｎＰクラッド層２０３とＩｎＧａＡｓコンタクト層２０５の中間辺りにあるバンドギャップ不連続緩和層である。

その後、クラッド幅よりも狭いストライプパタンのフォトレジスト２０６を形成し、ＩｎＧａＡｓコンタクト層２０５のフォトレジスト２０６で覆われていない部分をウェットエッチングにより除去する。この時点でのメサ断面図を図２（ｂ）に示す。もちろん、実施形態１のように幅の広いマスクを用いてサイドエッチングを利用しても良い。

次に、図２（ｃ）に示すように、フォトレジスト２０６を除去し、ＩｎＧａＡｓコンタクト層２０５の全てとＩｎＧａＡｓＰ中間層２０４の一部を覆うようにハイメサエッチング用のＳｉＯ₂のエッチング用の絶縁膜マスク２０７を形成する。そして、図２（ｄ）に示すように、ドライエッチングによりメサストライプを形成する。次に、図２（ｅ）に示すように、活性層２０２に対してダメージ層除去のため、実施形態１と同様に第２の硫酸系のエッチング液を用いてサイドエッチングを施す。このとき、ＩｎＧａＡｓＰ層中間層２０４もサイドエッチングされる。一方でＩｎＧａＡｓコンタクト層２０５は絶縁膜マスク２０７により保護されているため、ＩｎＧａＡｓコンタクト層２０５の浸蝕を防ぐことができる。ＩｎＧａＡｓＰ中間層２０４のサイドエッチング量は、ＩｎＧａＡｓコンタクト層２０５に達しないようにするためにＩｎＧａＡｓＰの組成により調整可能である。ＩｎＧａＡｓＰ中間層２０４のサイドエッチング部は、実施形態１と同様に、後に続く半絶縁性ＩｎＰ埋め込み成長において絶縁膜マスク２０７の上に成長するモードを抑制する働きがあり、半絶縁性ＩｎＰ埋め込み層２０８の異常成長を防ぐ役割を持つ。

一連のエッチング工程により、メサストライブの側面は階段状の形状となり、隣接する層のメサ幅の大小関係は、ＩｎＰ基板２０１＞ＩｎＧａＡｓＰ活性層２０２＜ＩｎＰクラッド層２０３＞ＩｎＧａＡｓＰ中間層２０４＞ＩｎＧａＡｓコンタクト層２０５となる。

この後、半絶縁性ＩｎＰ埋め込み層２０８をストライプ側面に成長させる。この後、絶縁膜マスク２０７を除去してウェハ全面に層間絶縁膜２０９を形成し、メサストライプ上部に絶縁膜窓開けを施し、ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０５上にｐ側電極２１０を形成する。ＩｎＧａＡｓコンタクト層２０５が高濃度にドーングされており電極材をＴｉＰｔＡｕとしたノンアロイ電極となっている。次に、ＩｎＰ基板２０１裏面を研磨しＡｕＧｅＮｉ／Ａｕのｎ側電極２１１を形成することにより、光発光素子が完成する。この段階でも隣接する層のメサ幅の大小関係は、ＩｎＰ基板２０１＞ＩｎＧａＡｓＰ活性層２０２＜ＩｎＰクラッド層２０３＞ＩｎＧａＡｓＰ中間層２０４＞ＩｎＧａＡｓコンタクト層２０５であり埋め込み前のメサストライブの階段状の側面形状は保持されている。この時のＬＤ部の断面が図２（ｇ）となる。

尚、図２（ａ）〜（ｇ）では本実施形態の一例として、ＩｎＧａＡｓＰ中間層２０４の厚さを０．２μｍとし、ドライエッチングダメージを完全に除去するため、活性層２０２のサイドエッチング量を片側０．２μｍとし、シングルモードを得るために活性層幅を１．７μｍとし、メサストライプの幅を２．１μｍとした例を用いて示している。本実施形態においても実施形態１と同様に、埋め込み前のＩｎＧａＡｓＰ中間層２０４とＩｎＧａＡｓコンタクト層２０５の幅はメサの片側で０．２μｍ〜０．５μｍ程度の差があるように形成される。本実施形態でも、実施形態１と同様に半絶縁性ＩｎＰ埋め込みレーザとして良好な特性を持つ光半導体素子の作製が可能となる。さらに、歩留まりの向上が可能となる。

（実施形態３）
本発明は、活性層がＩｎＧａＡ_SＰ系材料かなる１．３μｍ帯レーザ（ＬＤ部）と活性層がＩｎＧａＡｌＡｓ系材料からなるＥＡ変調器（ＥＡ部）を直接、または導波路層を介してバットジョイント集積し、コンタクト層が共にＩｎＧａＡｓで構成される光源にも適用することが可能である。本実施形態は、ＬＤ部活性層とＥＡ部活性層とが導波路層を介してバットジョイント集積で接続された素子について、実施形態１の方法を用いた製造方法を示す。

図３（ａ）〜（ｆ）、及び図４（ａ）〜（ｆ）に、本発明の実施形態３に係る光半導体素子の製造工程を示す。図３（ａ）〜（ｆ）はＬＤ部のストライプ方向に垂直な断面、図４（ａ）〜（ｆ）はＥＡ部のストライプ方向に垂直な断面である。この積層構造は以下の手順で形成することができる。先ず、ＩｎＰ基板３０１上にＩｎＧａＡ_SＰ系材料のＬＤ部の活性層３０２を形成し、ドライエッチングおよびウェットエッチングによりＬＤ島を形成する。次にＩｎＰ基板３０１上の活性層３０２を除去した領域にＩｎＧａＡｌＡｓ系材料ＥＡ部の活性層３０３を成長させ、ドライエッチングおよびウェットエッチングによりＬＤ島およびＥＡ島を形成する。次にＩｎＰ基板３０１上の活性層３０２、３０３を除去した領域に導波路コア層３１３をバットジョイント成長させる。ＩｎＰ基板３０１上に活性層３０２、３０３および導波路コア層３１３を形成後、それらの上にクラッド層、中間層、コンタクト層を積層する。この積層構造に対してストライプ用マスクを形成し、実施形態１の光半導体素子と同様にドライエッチングを施すことにより図５に示す構造のメサストライプを形成する。本実施形態のメサストライプには、ＩｎＧａＡ_SＰ系材料の活性層３０２とＩｎＧａＡｌＡｓ系材料の活性層３０３、及びそれらをつなぐ導波路コア層３１３が配置される。

ＬＤ部とＥＡ部の断面構造は図３（a）、図４（ａ）に示すような積層構造であって、ＩｎＰ基板３０１上のＬＤ部にＩｎＧａＡ_SＰ系材料かなる活性層３０２、ＥＡ部にＩｎＧａＡｌＡｓ系材料からなる活性層３０３、ＩｎＰクラッド層３０４、１．３μｍ帯組成のＩｎＧａＡｓＰ中間層３０５、ＩｎＧａＡｓコンタクト層３０６が積層され、絶縁膜マスク３０７が形成されている。メサ幅は、後述するサイドエッチング量の違いで、ＥＡ部のサイドエッチング量がＬＤ部のそれよりも大きいことからＥＡ部のメサ幅が広いものとなっている。

この後、実施形態１と同じ第１の硫酸系エッチング液に曝す。ＩｎＧａＡｓコンタクト層３０６とＥＡ部の活性層３０３のエッチングレートは同程度であるため、ＩｎＧａＡｓコンタクト層３０６、及びＥＡ部の活性層３０３の両側壁に同程度のサイドエッチングが施される。この時、図３（ｂ）、及び図４（ｂ）に示すように、ＬＤ部の活性層３０２は、ＩｎＧａＡｓコンタクト層３０６やＥＡ部の活性層３０３よりもエッチングレートが遅く、第１のエッチング液では側壁はほとんどエッチングされない。

その後、フォトレジストをウェハ全面に塗布し、メサストライプの形成に用いたフォトマスクにより再度露光、現像を行い、絶縁膜マスク３０７下のＩｎＧａＡｓコンタクト層３０６のサイドエッチング部及びＥＡ部の活性層３０３の両側壁のサイドエッチング部にフォトレジスト３０８を配置する。フォトレジスト３０８はＩｎＧａＡｓコンタクト層１０５及びＥＡ部の活性層３０３に接して、両側のサイドエッチング部に形成される。この時のＬＤ部及びＥＡ部の断面を図３（ｃ）、及び図４（ｃ）に示す。

次にこの状態で、本メサストライプを第１の硫酸系のエッチング液よりも活性層３０２に対するエッチングレートが速い硫酸系の第２のエッチング液に曝すことにより、ＬＤ部の活性層３０２及び中間層３０５にサイドエッチングを施す。この時のＬＤ部及びＥＡ部の断面を図３（ｄ）、及び図４（ｄ）に示す。一連のエッチング工程によりメサストライプの側面には、ＬＤ部及びＥＡ部ともに、実施形態１及び実施形態２と同様に、階段状の凹凸が形成される。

次にフォトレジスト３０８を除去し、硫酸による表面処理を行い、半絶縁性ＩｎＰ埋め込み層３０９をストライプ側面に成長させる。この時のＬＤ部及びＥＡ部の断面を図３（ｅ）、及び図４（ｅ）に示す。この後、実施形態１及び２と同様に、層間絶縁膜３１０、ｐ側電極３１１、ｎ側電極３１２を形成して素子を完成させる。この段階でも隣接する層のメサ幅の大小関係は、ＩｎＰ基板３０１＞ＩｎＧａＡｓＰ活性層３０２、ＩｎＧａＡｌＡｓ３０３＜ＩｎＰクラッド層３０４＞ＩｎＧａＡｓＰ中間層３０５＞ＩｎＧａＡｓコンタクト層３０６であり、埋め込み前のメサストライブの階段状の側面形状は保持されている。この時のＬＤ部及びＥＡ部の断面が図３（ｆ）、及び図４（ｆ）となる。

尚、図３、４では本実施形態の一例として、ＬＤ部については、幅２．１μｍのメサストライプに対してＩｎＧａＡｓコンタクト層３０６を０．５μｍサイドエッチングし、活性層３０２を０．２μｍサイドエッチングした例、ＥＡ部については、幅２．５μｍのメサストライプに対してＩｎＧａＡｓコンタクト層３０６及び活性層３０３を０．５μｍサイドエッチングした例を示している。本実施形態においても実施形態１、２と同様に、埋め込み前のＩｎＧａＡｓＰ中間層３０５とＩｎＧａＡｓコンタクト層３０６の幅はメサの片側で０．２μｍ〜０．５μｍ程度の差があるように形成される。このため、製造工程に多少のずれが生じても、特性の劣化は生じず歩留まりは向上する。

本方法により、ＬＤ部とＥＡ部の活性層が異なる材料系で構成されて、両活性層のエッチングレートが異なる場合でも、活性層のダメージ層が十分に除去でき良好な特性で高信頼の光源素子が実現できる。また、コンタクト層がＩｎＧａＡｓで構成でき、ノンアロイの電極構成が可能となることも高信頼化に寄与する。

（実施形態４）
本発明は、活性層がＩｎＧａＡ_SＰ系材料かなる１．３μｍ帯レーザ（ＬＤ部）と活性層がＩｎＧａＡｌＡｓ系材料からなるＥＡ変調器（ＥＡ部）を直接、または導波路層を介してバットジョイント集積し、コンタクト層が共にＩｎＧａＡｓで構成される光源にも適用することが可能である。本実施形態は、ＬＤ部活性層とＥＡ部活性層とが導波路層介してバットジョイント集積で接続された素子について、実施形態２の方法を用いた製造方法を示す。

図６（ａ）〜（ｆ）、及び図７（ａ）〜（ｆ）に、本発明の実施形態４に係る光半導体素子の製造工程を示す。図６（ａ）〜（ｆ）はＬＤ部のストライプ方向に垂直な断面、図７（ａ）〜（ｆ）はＥＡ部のストライプ方向に垂直な断面である。実施形態３と同様に積層構造を形成し、その積層構造上にストライプ用マスクを形成してドライエッチングを施すことにより、図８に示す構造のメサストライプを形成する。本実施形態のメサストライプには、ＩｎＧａＡ_SＰ系材料の活性層４０２とＩｎＧａＡｌＡｓ系材料の活性層４０３、及びそれらをつなぐ導波路コア層４１３が配置される。

実施形態２の光半導体素子と同様にドライエッチングにより、図２（a）に示すような積層構造であって、少なくとも活性層がＩｎＧａＡ_SＰ系材料の領域とＩｎＧａＡｌＡｓ系材料の領域とが配置されたメサストライプを形成する。この時のＬＤ部及びＥＡ部の断面を図６（ａ）及び図７（ａ）に示す。ＩｎＰ基板４０１上のＬＤ部にＩｎＧａＡ_SＰ系材料かなる活性層４０２、ＥＡ部にＩｎＧａＡｌＡｓ系材料からなる活性層４０３、ＩｎＰクラッド層４０４、１．３μｍ帯組成のＩｎＧａＡｓＰ中間層４０５、ＩｎＧａＡｓコンタクト層４０６が積層され、絶縁膜マスク４０７が形成されている。

この後、ストライプ全体をクエン酸と過酸化水素水と水の混合液からなるクエン酸系の第１のエッチング液に曝す。これによりＥＡ部の活性層４０３の両サイドエッチングが施される。この時、ＬＤ部の活性層４０２は、ＥＡ部の活性層４０３よりもエッチングレートが遅く、第１のエッチング液では側壁はほとんどエッチングされない。このときのＬＤ部及びＥＡ部の断面を図６（ｂ）及び図７（ｂ）に示す。なお、クエン酸系の第１のエッチング液に代えて、硫酸系の第１のエッチング液を用いても良い。

その後、フォトレジストをウェハ全面に塗布し、ウェハを全面露光することにより、ＥＡ部の活性層のサイドエッチング部にフォトレジスト４０８を配置する。この時のＬＤ部及びＥＡ部の断面を図６（ｃ）及び図７（ｃ）に示す。

次にこの状態で、メサストライプをクエン酸系の第１のエッチング液よりも活性層４０２に対するエッチングレートが速い硫酸系の第２のエッチング液に曝すことにより、ＬＤ部の活性層４０２及び中間層４０５にサイドエッチングを施す。その後フォトレジスト４０８を除去する。この時のＬＤ部及びＥＡ部の断面を５（ｄ）及び（ｄ）に示す。この段階でのメサストライプ側面は階段状となり、実施形態１、２、及び３と同様な凹凸が形成される。本実施形態においても他の実施形態と同様に、埋め込み前のＩｎＧａＡｓＰ中間層４０５とＩｎＧａＡｓコンタクト層４０６の幅はメサの片側で０．２μｍ〜０．５μｍ程度の差があるように形成される。このため、製造工程に多少のずれが生じても、特性の劣化は生じず歩留まりは向上する。

次に濃硫酸による表面処理を行い、半絶縁性ＩｎＰ埋め込み層４０９をストライプ側面に成長させる。この時のＬＤ部及びＥＡ部の断面を図６（ｅ）及び図７（ｅ）に示す。この後、実施形態１〜３と同様に、層間絶縁膜４１０、ｐ側電極４１１、ｎ側電極４１２を形成して素子を完成させる。この段階でも隣接する層のメサ幅の大小関係は、ＩｎＰ基板４０１＞ＩｎＧａＡｓＰ活性層４０２、ＩｎＧａＡｌＡｓ活性層４０３＜ＩｎＰクラッド層４０４＞ＩｎＧａＡｓＰ中間層４０５＞ＩｎＧａＡｓコンタクト層４０６であり、埋め込み前のメサストライブの階段状の側面形状は保持されている。この時のＬＤ部及びＥＡ部の断面が図６（ｆ）、及び図７（ｆ）となる。

本方法により、ＬＤ部とＥＡ部の活性層が異なる材料系で構成されて、両活性層のエッチングレートが異なる場合でも、活性層のダメージ層が十分に除去でき良好な特性で高信頼の光源素子が実現できる。また、コンタクト層がＩｎＧａＡｓで構成でき、ノンアロイの電極構成が可能となることも高信頼化に寄与する。

１０１ ＩｎＰ基板
１０２ 活性層
１０３ ＩｎＰクラッド層
１０４ ＩｎＧａＡｓＰ中間層
１０５ ＩｎＧａＡｓコンタクト層
１０６ 絶縁膜マスク
１０７ フォトレジスト
１０８ 半絶縁性ＩｎＰ埋め込み層
１０９ 層間絶縁膜
１１０ ｐ側電極
１１１ ｎ側電極
２０１ ＩｎＰ基板
２０２ 活性層
２０３ ＩｎＰクラッド層
２０４ ＩｎＧａＡｓＰ中間層
２０５ ＩｎＧａＡｓコンタクト層
２０６ フォトレジスト
２０７ 絶縁膜マスク
２０８ 半絶縁性ＩｎＰ埋め込み層
２０９ 層間絶縁膜
２１０ ｐ側電極
２１１ ｎ側電極
３０１ ＩｎＰ基板
３０２ ＩｎＧａＡ_SＰ系材料かなる活性層
３０３ ＩｎＧａＡｌＡｓ系材料からなる活性層
３０４ ＩｎＰクラッド層
３０５ ＩｎＧａＡｓＰ中間層
３０６ ＩｎＧａＡｓコンタクト層
３０７ 絶縁膜マスク
３０８ フォトレジスト
３０９ 半絶縁性ＩｎＰ埋め込み層
３１０ 層間絶縁膜
３１１ ｐ側電極
３１２ ｎ側電極
３１３ 導波路コア層
４０１ ＩｎＰ基板
４０２ ＩｎＧａＡ_SＰ系材料かなる活性層
４０３ ＩｎＧａＡｌＡｓ系材料からなる活性層
４０４ ＩｎＰクラッド層
４０５ ＩｎＧａＡｓＰ中間層
４０６ ＩｎＧａＡｓコンタクト層
４０７ 絶縁膜マスク
４０８ フォトレジスト
４０９ 半絶縁性ＩｎＰ埋め込み層
４１０ 層間絶縁膜
４１１ ｐ側電極
４１２ ｎ側電極
４１３ 導波路コア層
５０１ ＩｎＰ基板
５０２ 活性層
５０３ ＩｎＰクラッド層
５０４ 中間層
５０５ コンタクト層
５０６ 絶縁膜マスク

Claims (5)

1. 基板上に少なくとも活性層、クラッド層、中間層およびコンタクト層を順に積層した積層構造を形成する第１の工程と、
   前記積層構造に対してドライエッチングを施すことによりメサストライプを形成する第２の工程と、
   前記メサストライプの側面を第１のエッチング液に曝して前記コンタクト層にサイドエッチングを施す第３の工程と、
   前記サイドエッチングを施された部分を保護する第４の工程と、
   前記メサストライプの側面を第２のエッチング液に曝して前記活性層および前記中間層にサイドエッチングを施す第５の工程と、
   前記メサストライプの側面に半絶縁性ＩｎＰ埋め込み層を形成する第６の工程とを、順に行うことを特徴とする光半導体素子の製造方法。
2. 基板上に少なくとも活性層、クラッド層、中間層およびコンタクト層を順に積層した積層構造を形成する第１の工程と、
   前記コンタクト層のストライプパタンを形成する第２の工程と、
   前記コンタクト層の露出面と前記コンタクト層の周囲の前記中間層上にメサストライプ加工用のマスクを形成する第３の工程と、
   前記第３の工程後に、ドライエッチングにより前記ストライプパタンの幅よりも幅の広いメサストライプを形成する第４の工程と、
   前記メサストライプの側面をエッチング液に曝してサイドエッチングを施す第５の工程と、
   前記メサストライプの側面に半絶縁性ＩｎＰ埋め込み層を形成する第６の工程とを、順に行うことを特徴とする光半導体素子の製造方法。
3. 前記積層構造を形成する前記第１の工程は、前記活性層として、前記メサストライプの長手方向に縦列にバットジョイントされたＩｎＧａＡｓＰ組成の１．３μｍ帯レーザの活性層とＩｎＡｌＧａＡｓ組成のＥＡ変調器の活性層とを形成する第７の工程を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光半導体素子の製造方法。
4. ＩｎＰ基板に、活性層と、ＩｎＰクラッド層と、ＩｎＧａＡｓＰ中間層と、ＩｎＧａＡｓコンタクト層とが順に積層されたメサストライプを有する光半導体素子であって、
   前記活性層の幅は前記ＩｎＰクラッド層の幅より狭く、前記ＩｎＰクラッド層の幅は前記ＩｎＧａＡｓＰ中間層の幅より広く、前記ＩｎＧａＡｓＰ中間層の幅は前記ＩｎＧａＡｓコンタクト層より広いことを特徴とする光半導体素子。
5. 前記活性層は、ＩｎＧａＡｓＰ組成であること、又はＩｎＧａＡｓＰ組成の活性層とＩｎＡｌＧａＡｓ組成の活性層とが同一ストライプ内に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の光半導体素子。

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