特開 2015-153973 半導体光素子及び半導体光素子の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-153973(P2015-153973A)

(43)【公開日】2015年8月24日

(54)【発明の名称】半導体光素子及び半導体光素子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/12 20060101AFI20150728BHJP

   H01S 5/227 20060101ALI20150728BHJP

   H01S 5/026 20060101ALI20150728BHJP

【ＦＩ】

   H01S5/12

   H01S5/227

   H01S5/026 616

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-28194(P2014-28194)

(22)【出願日】2014年2月18日

(71)【出願人】

【識別番号】301005371

【氏名又は名称】日本オクラロ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000154

【氏名又は名称】特許業務法人はるか国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】北谷 健

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 真二

【テーマコード（参考）】

5F173

【Ｆターム（参考）】

5F173AA26

5F173AB13

5F173AD14

5F173AD20

5F173AF36

5F173AG03

5F173AH14

5F173AH30

5F173AJ04

5F173AP05

5F173AP09

5F173AR64

(57)【要約】

【課題】素子抵抗がより低減された光通信用の半導体光素子を提供する。
【解決手段】半導体光素子は、電子とホールの再結合により発光する活性層（３０６）と、発光した光の出力波長に応じてピッチが定められた回折格子（３０９）と、回折格子上に形成され、少なくともＡｌを含み、Ｉｎ及びＶ族化合物からなる第１半導体層（３１１）と、第１半導体層（３１１）上に形成され、Ｍｇを含むＩｎ及びＶ族化合物からなる第２半導体層（３０７）と、を備える。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子とホールの再結合により発光する活性層と、
前記発光した光の出力波長に応じてピッチが定められた回折格子と、
前記回折格子上に形成され、少なくともＡｌを含み、Ｉｎ及びＶ族化合物からなる第１半導体層と、
前記第１半導体層上に形成され、Ｍｇを含むＩｎ及びＶ族化合物からなる第２半導体層と、を備える半導体光素子。

【請求項2】

請求項１に記載の半導体光素子において、
前記第１半導体層の厚さは、０．３ｎｍ以上５ｎｍ以下である、ことを特徴とする半導体光素子。

【請求項3】

請求項１に記載の半導体光素子において、
前記第１半導体層のＡｌの濃度は、１×１０¹⁶以上１×１０²⁰ｃｍ^-3以下である、ことを特徴とする半導体光素子。

【請求項4】

電子とホールの再結合により発光する活性層と、
１×１０¹⁶以上１×１０²⁰ｃｍ^-3以下のＡｌを含み、Ｉｎ及びＶ族化合物からなる第１半導体層と、
前記第１半導体層上に形成され、Ｍｇを含むＩｎ及びＶ族化合物からなる第２半導体層と、を備える半導体光素子。

【請求項5】

請求項４に記載の半導体光素子において、
前記発光した光の出力波長に応じてピッチが定められた回折格子を更に備える、ことを特徴とする半導体光素子。

【請求項6】

請求項４に記載の半導体光素子において、
前記第１半導体層の厚さは、０．３ｎｍ以上５ｎｍ以下である、ことを特徴とする半導体光素子。

【請求項7】

電子とホールの再結合により発光する活性層を成膜する活性層形成工程と、
前記発光した光の出力波長に応じてピッチが定められた回折格子を形成する回折格子形成工程と、
前記回折格子上に形成され、少なくともＡｌを含み、Ｉｎ及びＶ族化合物からなる第１半導体層を成膜する第１半導体層形成工程と、
前記第１半導体層上に形成され、Ｍｇを含むＩｎ及びＶ族化合物からなる第２半導体層を成膜する第２半導体層形成工程と、を備える半導体光素子の製造方法。

【請求項8】

請求項７に記載の半導体光素子において、
前記第１半導体層の厚さは、前記第１半導体層の厚さは、０．３ｎｍ以上５ｎｍ以下である、ことを特徴とする半導体光素子の製造方法。

【請求項9】

請求項７に記載の半導体光素子において、
前記第１半導体層のＡｌの濃度は、１×１０¹⁶以上１×１０²⁰ｃｍ^-3以下である、ことを特徴とする半導体光素子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体レーザ素子等の半導体光素子、及び半導体光素子の製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年のインターネット人口の爆発的増大により、情報伝送の急速な高速化および大容量化が求められており、今後も光通信が重要な役割を果たすと考えられている。光通信に用いられる光源には、主として半導体レーザ素子が用いられている。伝送距離１０ｋｍ程度までの短距離用途向けには、半導体レーザを直接電気信号で駆動する直接変調方式が用いられている。本方式は、単純な構成でモジュールを実現できるため消費電力が少なく、部品点数も少なくできるため低コスト化が可能である。一方、伝送距離１０ｋｍを超えるような長距離の光通信向けには、半導体レーザを直接変調することのみでは対応できないため、光変調器を集積した電界吸収（ＥＡ：Electro-Absorption）型変調器集積型半導体レーザ素子が用いられている。

【0003】

光通信の大容量化のためには、半導体レーザの通信速度を現在よりもさらに高速化する必要がある。半導体レーザの変調速度は素子の素子容量と素子抵抗の積（ＣＲ時定数）の制限を受けるため、更なる高速化に向けては、素子抵抗の低減、或いは素子容量の低減が必要となる。

【0004】

半導体光素子の基本構造には、大きく分けて埋め込み（ＢＨ：Buried-Hetero）構造とリッジ導波路（ＲＷＧ：Ridge Wave-Guide）構造の２種類がある。一般的に半導体光素子は、ｐ型クラッド層とｎ型クラッド層との間に電子とホールの再結合により発光するＭＱＷ（Multiple-Quantum-Well：レーザ部多重量子井戸）層等の活性層が配置され、更に発振スペクトルの単一モード化のために、クラッド層内に回折格子層が形成されることにより構成されている。

【0005】

素子抵抗の低減に向けては、電子に比べて移動度が低い正孔をキャリアとするｐ型クラッド層の抵抗を低減することが有効である。ここで、従来からｐ型クラッド層のドーパントとして用いられているのは亜鉛（Ｚｎ）である。Ｚｎは知られているように、非常に拡散しやすい性質を有する。素子抵抗低減のためにｐ−ＩｎＰクラッド層のドーピング濃度を過剰に増大させると、隣接するＭＱＷ層へのＺｎの拡散量が著しく増え、それにより損失成分が増大して半導体レーザの特性が劣化してしまう。

【0006】

また、特にＢＨ型構造の素子では、ＭＱＷ層の周囲の絶縁部分にもＺｎが過剰に拡散して絶縁性を低下させてしまうため、電流のリークパスができ、ＭＱＷ層に注入されずに回り込んで流れる電流成分が増えてしまう。したがって、拡散を考慮するとＺｎドーピング濃度には限界があり、Ｚｎによる素子抵抗の低減にも限界があった。

【0007】

非特許文献１には、Ｚｎに替わる新ドーパントとして、Ｍｇが報告されている。ＡｌＧａＩｎＰ材料のｐ型クラッド層にＭｇを用いる事で、Ｚｎよりも低拡散で、尚且つ高濃度にドーピング出来る事が示されている。

【0008】

特許文献１には、ＡｌＧａＩｎＰ系材料において、Ｍｇをｐ型ドーパントとして用いる場合のドーピング遅れという問題に関し、ＭＯＶＰＥ結晶成長において、ｐ型不純物としてＭｇの有機金属化合物とＡｌの有機金属化合物との混合ガスを用いることについて開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開平０６−０１３３３４号公報

【非特許文献】

【0010】

【非特許文献1】ＩＥＥＥ ジャーナルオブカンタムエレクトロニクス ４０巻、１２号、１６３４頁、２００４年

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

光通信用の半導体光素子においては１３００〜１５５０ｎｍの波長領域が用いられるのが一般的であり、この波長領域を用いるためには、上述の特許文献１及び非特許文献１において前提となるＡｌＧａＩｎＰ系の半導体ではなく、ＩｎとＶ族化合物からなる例えばＩｎＰの半導体が用いられる。この場合に、Ｚｎの代りにＭｇをドープした層を形成する場合に、特許文献１及び非特許文献１で提案されたＡｌを含む半導体膜を間に挟むと、Ａｌを含む半導体膜の格子定数が減少し、ＩｎＰ半導体膜の格子定数との格子定数との差が大きくなり、格子不整合が生じやすくなる。特に光通信用の半導体素子においては回折格子が形成されることが多く、回折格子上に、融点が高く、凹凸を埋めるような原子のマイグレーションが少ないＡｌが添加された半導体膜を形成しようとした場合には、回折格子の凹凸により、格子不整合による転位や結晶欠陥が起こりやすくなる。更に、Ａｌが添加されることにより、ＩｎＰよりもバンドギャップが大きくなるため、ＭＱＷ層へ流れる電流の障壁となり、抵抗の増大等を引き起こす恐れがある。

【0012】

本発明は、上述の事情に鑑みてされたものであり、素子抵抗がより低減された光通信用の半導体光素子を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上記課題を解決する為に我々が鋭意検討したところ、Ｍｇドーピング層の形成に先立って、Ａｌを含む層を挿入することで、その後で成長するＭｇドーピング層のドーピング遅れを抑制できる事が判った。Ｍｇドーピング層の形成時には、Ａｌの有機金属は同時に供給しないので、特許文献１に開示されている「Ｍｇの有機金属化合物とＡｌの有機金属化合物が混合ガスとなる事でＭｇの有機金属化合物の性質が変化し、途中の配管や反応管に付着する率が低減する」ものとは異なるメカニズムである。事前にＡｌを含む層を形成する事で、ドーピング遅れが抑制できるメカニズムは完全には解明されていないが、Ａｌの有機金属を供給する工程で、ドーピング遅れの原因となるＭｇの有機金属化合物を途中の配管や反応管に付着しやすくさせる要因（不純物等）が低減されるものと考えられる。上記知見に基づき、以下を発明した。

【0014】

本発明に係る半導体光素子は、電子とホールの再結合により発光する活性層と、前記発光した光の出力波長に応じてピッチが定められた回折格子と、前記回折格子上に形成され、少なくともＡｌを含み、Ｉｎ及びＶ族化合物からなる第１半導体層と、前記第１半導体層上に形成され、Ｍｇを含むＩｎ及びＶ族化合物からなる第２半導体層と、を備える半導体光素子である。

【0015】

ここで、本発明に係る半導体光素子においては、前記第１半導体層の厚さを、０．３ｎｍ以上５ｎｍ以下とすることができる。また、前記第１半導体層のＡｌの濃度は、１×１０¹⁶以上１×１０²⁰ｃｍ^-3以下とすることができる。

【0016】

本発明に係る半導体光素子は、電子とホールの再結合により発光する活性層と、１×１０¹⁶以上１×１０²⁰ｃｍ^-3以下のＡｌを含み、Ｉｎ及びＶ族化合物からなる第１半導体層と、前記第１半導体層上に形成され、Ｍｇを含むＩｎ及びＶ族化合物からなる第２半導体層と、を備える半導体光素子である。

【0017】

また、本発明に係る半導体光素子において、前記発光した光の出力波長に応じてピッチが定められた回折格子を更に備えていてもよい。また、前記第１半導体層の厚さは、０．３ｎｍ以上５ｎｍ以下とすることができる。

【0018】

本発明の半導体光素子の製造方法は、電子とホールの再結合により発光する活性層を成膜する活性層形成工程と、前記発光した光の出力波長に応じてピッチが定められた回折格子を形成する回折格子形成工程と、前記回折格子上に形成され、少なくともＡｌを含み、Ｉｎ及びＶ族化合物からなる第１半導体層を成膜する第１半導体層形成工程と、前記第１半導体層上に形成され、Ｍｇを含むＩｎ及びＶ族化合物からなる第２半導体層を成膜する第２半導体層形成工程と、を備える半導体光素子の製造方法である。

【0019】

また、本発明の半導体光素子の製造方法において、前記第半導体層の厚さは、前記第１半導体層の厚さは、０．３ｎｍ以上５ｎｍ以下とすることができる。また、前記第１半導体層のＡｌの濃度は、１×１０¹⁶以上１×１０²⁰ｃｍ^-3以下とすることができる。

【0020】

例えば回折格子層を有する下地基板の最表面に、非常に薄い膜厚で、ドーピングレベルのＡｌ濃度であるＡｌＩｎＰ層を形成し、引き続いてＭｇドーピングしたＩｎＰ層を形成する。その結果、遅れなくＭｇをドーピングできる。また、導入したＡｌ濃度が非常に低く、尚且つＡｌＩｎＰ層が非常に薄いため、格子不整合やバンド構造にも影響しない。

【0021】

Ａｌを含む半導体層が形成される時には、本発明に従い同時にＭｇの有機金属を供給していないが、その後のＭｇドーピング層の結晶成長後に、ドーピングしたＭｇがＡｌを含む半導体層に拡散し、Ｍｇが前記Ａｌを含む半導体層に混入しているように見える場合がある。この場合も本発明に含まれ、その効果が得られることは言うまでもない。

【0022】

さらに、前記第１半導体形成工程は、前記第２半導体層形成工程の一連の工程の一部であってよい。例えば、Ｍｇを含むＩｎ及びＶ族化合物からなる第２半導体層を成膜する際に、前記第２半導体層の成長温度に達する前に、結晶成長炉内にＡｌを含む有機金属を供給した場合であってもよい。この場合、第２半導体層が形成される前に、結晶成長炉内に残留したＡｌ原子によりＡｌを含む層が形成され、所望のＡｌ濃度及び膜厚となっていれば、本発明の効果が得られる。また前記Ａｌを含む有機金属を供給する際に、同時にＭｇの有機金属を供給した場合でも、第２半導体層の成長温度に達していないために、ＭｇはＡｌを含む層にはほとんど取りまれず、成長温度に達した後に、Ｍｇを含む第２半導体層が形成されていく。ただし、上述のように、成長後にＭｇがＡｌを含む半導体層に拡散することはありえる。

【発明の効果】

【0023】

本発明の半導体光素子及び半導体光素子の製造方法によれば、素子抵抗をより低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の実施例１に係る半導体光素子である端面発光型の半導体レーザ素子について概略的に示す図である。

【図2】図１の半導体レーザ素子の構造について説明するための一部断面斜視図である。

【図3】図２のＡで示される部分を拡大した概略図である。

【図4】図２の半導体レーザ素子の製造工程を概略的に示す図である。

【図5】実施例２に係る半導体レーザ素子の構造について説明するための一部断面斜視図である。

【図6】図５のＢで示される部分を拡大した概略図である。

【図7】図５の半導体レーザ素子の製造工程を概略的に示す図である。

【図8】実施例２に係る半導体レーザ素子の構造について説明するための一部断面斜視図である。

【図9】図５のＢで示される部分を拡大した概略図である。

【図10】図５の半導体レーザ素子の製造工程を概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、本発明の実施例を図１〜１０を用いて説明する。尚、以下の例では、ＩｎＰ基板上の半導体光素子のみについて記述するが、本発明は、同様の構造を有するその他のIII−V族化合物半導体素子にも適用可能である。

【実施例1】

【0026】

図１には、本発明の実施例１に係る半導体光素子である端面発光型の半導体レーザ素子２００が概略的に示されている。この図に示されるように、半導体レーザ素子２００は、略直方体形状の対向する面に設けられた２つの電極に電位差を生じさせることにより、発振領域２０１からレーザ光２０２が出力される。

【0027】

図２は、図１の半導体レーザ素子２００の構造について説明するための一部断面斜視図である。ここで示される半導体レーザ素子２００は、ＤＦＢ（Distributed Feedback：分布帰還型）半導体レーザ素子である。図３には、図２のＡで示される部分を拡大した図が概略的に示されており、図４には、この半導体レーザ素子２００の製造工程が概略的に示されている。

【0028】

以下、半導体レーザ素子２００の製造工程を構成と共に説明する。まず、バッファ層形成工程Ｓ１０１において、ｎ−ＩｎＰ基板３０２上に、ｎ−ＩｎＰバッファ層３０３を形成する。次に、活性層形成工程Ｓ１０２において、ＩｎＧａＡｓＰから成り、電子とホールの再結合により発光する活性層であるＭＱＷ層３０６を形成し、引き続き、回折格子形成工程Ｓ１０３において、出力される光の波長に応じてピッチが定められた回折格子３０９が形成される。通常は、保護のために上部にｐ−ＩｎＰキャップ層が形成される。回折格子形成工程Ｓ１０３の後、第１半導体層形成工程Ｓ１０４において、Ａｌを含み、Ｉｎ及びＶ族化合物からなる第１半導体層である厚さ１ｎｍのアンドープＡｌＩｎＰ層３１１を形成するが、０．３ｎｍ以上５ｎｍ以下で適宜定めることができる。これは原子層レベルの膜厚であり、伝導するキャリアにとってほとんど障壁とならない薄い膜厚に設定した。このような構造にすることによりドーピング遅れを抑制できると共に、挿入したＡｌを含む層が、次に形成するＭｇドーピング層以降の結晶構造に何ら影響を与えないため、ほぼ元々の設計通りの素子構造を形成することが可能となる。また、このときのＡｌ濃度は１×１０¹⁷ｃｍ^-3とするが、１×１０¹⁶以上１×１０²⁰ｃｍ^-3以下の範囲で適宜定めることができる。ここで下限濃度は現状の原子濃度検出分析（例えば２次イオン質量分析法）の測定限界近くまでは効果が得られたことから決定された。また、上限濃度は凹凸を有する下地基板の格子不整合転位発生の臨界値から定まった。

【0029】

引き続き、ＭｇをドーピングしたＩｎ及びＶ族化合物からなる第２半導体層である上部ｐ−ＩｎＰクラッド層３０７により、回折格子３０９を埋め込む（第２半導体層形成工程Ｓ１０５）、連続的にｐ⁺−ＩｎＧａＡｓコンタクト層３０８を形成する（コンタクト層形成工程Ｓ１０６）。この際、ＡｌＩｎＰ層３１１の挿入により、上部ｐ−ＩｎＰクラッド層３０７にドーピング遅れは見られなかった。引き続き、メサ構造形成工程Ｓ１０７において、このような多層構造にメサストライプマスクを形成し、エッチングによりメサ構造以外の部分を除去したのち、適切な前処理を行い、ＲｕドーピングＩｎＰ層３０４にて埋め込み成長を行う。その際、ＣＨ₃Ｃｌを同時に添加した。その後は、電極形成工程Ｓ１０８において、通常の素子作製方法を用いてパッシベーション膜３１０形成、上部電極３０５、下部電極３０１形成等を施し、半導体レーザ素子２００として完成した。

【0030】

ここで、第１半導体層形成工程Ｓ１０４及び第２半導体層形成工程Ｓ１０５、およびＲｕドーピングＩｎＰ層３０４の形成工程（Ｓ１０７）では、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy）法を用いた。キャリアガスとしては水素を用いた。III族元素の原料は、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用いた。V族元素の原料には、アルシン（ＡｓＨ３）とフォスフィン（ＰＨ３）を用いた。また、ｎ型ドーパントとしてはジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を、ｐ型ドーパントとしてはシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いた。添加するハロゲン原子含有ガスとしては、塩化メチル（ＣＨ３Ｃｌ）を、Ｒｕの有機金属原料としては、ビスエチルシクロペンタジエニルルテニウムを用いた。尚、結晶成長法は、ＭＯＶＰＥのみに限定されるものではなく、分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法、化学ビーム成長（ＣＢＥ：Chemical Beam Epitaxy）法、有機金属分子線エピタキシー（ＭＯＭＢＥ：Metal-organic Molecular Beam Epitaxy）法などの手法においても、本発明の効果を得ることは可能である。

【0031】

このようにして作製した半導体レーザ素子２００のしきい値電流は８５℃において１５ｍＡであり、２０ｍＷを超える高い光出力特性を示した。また、素子抵抗が低く、変調特性も良好であった。さらに長時間動作でも素子特性は劣化せず高い素子信頼性を示した。また、半導体レーザ素子２００の作製歩留まりも高かった。

【実施例2】

【0032】

図５は、実施例２に係る半導体レーザ素子４００の構造について説明するための、図２と同様の一部断面斜視図である。ここで示される半導体レーザ素子４００は、変調器集積型半導体光素子であり、半導体レーザ素子４００内には、変調器部、導波路部、レーザ部のそれぞれが形成されている。図６には、図５のＢで示される部分を拡大した図が概略的に示されており、図７には、この半導体レーザ素子４００の製造工程が概略的に示されている。成長方法としては、実施例１と同様にＭＯＶＰＥ法を用いた。III族元素の原料は、実施例１と同様である。添加するハロゲン原子含有ガスとしては、塩化水素（ＨＣｌ）を用いた。

【0033】

以下、半導体レーザ素子４００の製造工程を構成と共に説明する。まず、バッファ層形成工程Ｓ２０１において、ｎ−ＩｎＰ基板４０２上に、ｎ−ＩｎＰバッファ層４０３を形成する。次に、活性層・導波路層形成工程Ｓ２０２において、ＩｎＧａＡｌＡｓ系からなる変調器部ＭＱＷ層４０４を成長する。通常は、保護のために上部にｐ−ＩｎＰキャップ層を形成しておくことが殆どである。次にウエハの所望の場所にマスクパターンを形成し、これをエッチングマスクとして、ｐ−ＩｎＰキャップ層と変調器部ＭＱＷ層４０４を除去する。次に、活性層回折格子形成工程Ｓ２０３において、ウエハを成長炉内に導入し、ＩｎＧａＡｌＡｓ系からなるレーザ部ＭＱＷ層４０６と回折格子４０７、及びｐ−ＩｎＰキャップ層をバットジョイント（ＢＪ：Butt-Joint）再成長する。次に、先のマスクを除去した後、変調器部ＭＱＷ層４０４とレーザ部ＭＱＷ層４０６の所望の場所に再度ＢＪマスクを形成し、エッチングによりＭＱＷとｐ−ＩｎＰキャップ層を除去する。さらに、ＩｎＧａＡｓＰからなる導波路層４０５、及びｐ−ＩｎＰキャップ層をＢＪ再成長する。ここでは、変調器部、レーザ部の２箇所同時にＢＪ接続した。ウエハを成長炉から取り出した後マスクを除去し、レーザ部ＭＱＷ層４０６上に回折格子４０７を形成する。

【0034】

その後、Ｍｇをドーピングした第２半導体層であるｐ−ＩｎＰクラッド層４１０を成長させるが、この工程は以下の手順で行った。まずウエハを炉体内に導入し、Ｍｇをドーピングした第２半導体層であるｐ−ＩｎＰクラッド層４１０が成長できる温度になるまでウエハ温度を上昇させていく。この温度上昇中に、炉体内にＡｌおよびＭｇの有機金属を供給した（第１半導体形成工程Ｓ２０４）。その結果。第１半導体層である厚さ０．５ｎｍのアンドープＡｌＩｎＰ層４１５が形成された。この時に炉体内にはＭｇの有機金属が供給されているが、ウエハ温度が低いためにＡｌＩｎＰ層には取り込まれず、アンドープのＡｌＩｎＰ層４１５となる。このときのＡｌ濃度は１×１０¹⁹ｃｍ^-3としたが、１×１０¹⁶以上１×１０²⁰ｃｍ^-3以下の範囲で適宜定めることができる。そして、ウエハ温度が第２半導体層であるｐ−ＩｎＰクラッド層４１０が成長できる温度になる前、もしくは温度になった時にＡｌの有機金属の供給を停止し、ウエハ全面にＭｇをドーピングした第２半導体層であるｐ−ＩｎＰクラッド層４１０を成長させる（第２半導体形成工程Ｓ２０５）。引き続き、コンタクト層形成工程Ｓ２０６において、ｐ⁺−ＩｎＧａＡｓコンタクト層を成長させ、結晶成長工程を終了する。

【0035】

ＡｌＩｎＰ層４１５の挿入により、ｐ−ＩｎＰクラッド層４１０にドーピング遅れは見られなかった。引き続き、メサ構造形成工程Ｓ２０７において、このような多層構造にメサストライプマスクを形成し、エッチングによりメサ構造以外の部分を除去した後、適切な前処理を行い、ＲｕドーピングＩｎＰ層４０８にて埋めこみ成長を行う。その際、ＨＣｌガスを同時に添加した。尚、出射光の反射による戻り光を防ぐため、変調器部側の光の出射端は、ＲｕドーピングＩｎＰ層４０８により埋め込まれており、所謂窓構造となっている。その後は、電極形成工程Ｓ２０８において、導波路部上部のｐ⁺−ＩｎＧａＡｓコンタクト層を除去し、変調器部のｐ⁺−ＩｎＧａＡｓコンタクト層４１２とレーザ部のｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層４１１を素子分離した後、通常の素子作製方法を用いてパッシベーション膜４１３形成、変調器部の上部電極４１４、レーザ部の上部電極４０９、及び下部電極４０１形成等を施し、半導体レーザ素子４００として完成した。

【0036】

このようにして作製した半導体レーザ素子４００のしきい値電流は８５℃で１５ｍＡ、−５℃から８５℃の範囲で冷却器無しで１０ＧＨｚの良好な変調特性を示し、また、長時間動作でも素子特性は劣化せず高い素子信頼性を示した。また、半導体レーザ素子４００の作製歩留まりも高かった。尚、レーザや変調器のＭＱＷとして、ＩｎＧａＡｌＡｓ系材料のみでなく、ＩｎＧａＡｓＰ系の材料や、それにＳｂやＮを添加した材料を用いることもできる。

【実施例3】

【0037】

図８は、実施例３に係る半導体レーザ素子５００の構造について説明するための、図２と同様の一部断面斜視図である。ここで示される半導体レーザ素子５００は、裏面出射型半導体光素子であり、素子構造は、プレーナＢＨ構造と呼ばれるものである。図９には、図８のＣで示される部分を拡大した図が概略的に示されており、図９には、この半導体レーザ素子５００の製造工程が概略的に示されている。成長方法としては、ここでもＭＯＶＰＥ法を用いたが、それに限定されるものでは無く、同一の効果が得られれば他の手法でも良い。用いた原料は、実施例１〜２と同様である。

【0038】

以下、半導体レーザ素子５００の製造工程を構成と共に説明する。まず、実施例１と同様に、バッファ層形成工程Ｓ３０１、活性層形成工程Ｓ３０２及び回折格子形成工程Ｓ３０３において、ｎ−ＩｎＰ基板５０２上に、ｎ−ＩｎＰバッファ層５０３、ＩｎＧａＡｌＡｓ系からなるレーザ部ＭＱＷ層５１０、及び回折格子５１１を形成する。このとき、表面保護の為、ｐ−ＩｎＰキャップ層を形成しておく場合が殆どである。通常のプロセスにて回折格子５１１を形成した後、第１半導体層形成工程Ｓ３０４において、Ａｌの有機金属を供給し、厚さ０．３ｎｍのノンドープＡｌＩｎＰ層５１４を形成した。このときのＡｌ濃度は１×１０¹⁸ｃｍ^-3としたが、１×１０¹⁶以上１×１０²⁰ｃｍ^-3以下の範囲で適宜定めることができる。引き続き、第２半導体層形成工程Ｓ３０５において、Ｍｇドーピングした第２半導体層である薄い第一のｐ−ＩｎＰクラッド層５０９、及びＩｎＧａＡｓＰキャップ層で埋め込む。

【0039】

メサ構造形成工程Ｓ３０６において、このような多層構造にメサストライプマスクを形成し、エッチングによりメサ構造以外の部分を除去した後、適切な前処理を行い、本発明の手法によるＲｕドーピングＩｎＰ層５０４にて埋めこみ成長を行った。その際、ＣＨ₃Ｃｌを同時に添加した。次に、マスクを除去したのち、適切な前処理を行いＩｎＧａＡｓＰキャップ層を除去した後、２回目の第１半導体層形成工程Ｓ３０７において、Ａｌの有機金属を供給し、第１半導体層である厚さ５ｎｍのノンドープＡｌＩｎＰ層５０８を形成した。このときのＡｌ濃度は１×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。引き続き、２回目の第２半導体層形成工程Ｓ３０８において、Ｍｇドーピングした第２半導体層である第二のｐ−ＩｎＰクラッド層５０５、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層５０６を連続的に形成した。その際、Ｒｕ埋めこみ成長にて形成された結晶面による凹凸を平坦化するような条件にて再成長を行った。その後、反射鏡・電極形成工程Ｓ３０９において、表面に１３５度の角度を有する反射鏡５１２、裏面に出射光を収束させるための裏面レンズ５１３を形成し、上部電極５０７、下部電極５０１を形成して半導体レーザ素子５００として完成した。

【0040】

このようにして作製した半導体レーザ素子５００は、素子抵抗が２オームと低く、８５℃においても、１０ｍＡの低しきい値電流で発振した。また、冷却器無しで１０ＧＨｚの良好な変調特性を示し、また、長時間動作でも素子特性は劣化せず高い素子信頼性を示した。また、半導体レーザ素子５００の作製歩留まりも高かった。

【符号の説明】

【0041】

２００ 半導体レーザ素子、２０１ 発振領域、２０２ レーザ光、３０１ 下部電極、３０２ ｎ−ＩｎＰ基板、３０３ ｎ−ＩｎＰバッファ層、３０４ ＲｕドーピングＩｎＰ層、３０５ 上部電極、３０６ ＭＱＷ層、３０７ 上部ｐ−ＩｎＰクラッド層、３０８ ｐ+−ＩｎＧａＡｓコンタクト層、３０９ 回折格子、３１０ パッシベーション膜、３１１ アンドープＡｌＩｎＰ層、４００ 半導体レーザ素子、４０１ 下部電極、４０２ ｎ−ＩｎＰ基板、４０３ ｎ−ＩｎＰバッファ層、４０４ 変調器部ＭＱＷ層、４０５ 導波路層、４０６ レーザ部ＭＱＷ層、４０７ 回折格子、４０８ ＲｕドーピングＩｎＰ層、４０９ レーザ部の上部電極、４１０ ｐ−ＩｎＰクラッド層、４１１ レーザ部のｐ+−ＩｎＧａＡｓコンタクト層、４１２ 変調器部のｐ+−ＩｎＧａＡｓコンタクト層、４１３ パッシベーション膜、４１４ 変調器部の上部電極、４１５ アンドープＡｌＩｎＰ層、５００ 半導体レーザ素子、５０１ 下部電極、５０２ ｎ−ＩｎＰ基板、５０３ ｎ−ＩｎＰバッファ層、５０４ ＲｕドーピングＩｎＰ層、５０５ 第二のｐ−ＩｎＰクラッド層、５０６ ｐ+−ＩｎＧａＡｓコンタクト層、５０７ 上部電極、５０８ アンドープＡｌＩｎＰ層、５０９ 第一のｐ−ＩｎＰクラッド層、５１０ ＭＱＷ層、５１１ 回折格子、５１２ １３５度反射鏡、５１３ 裏面レンズ、５１４ アンドープＡｌＩｎＰ層。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】