光半導体装置
【課題】不純物の不要な拡散を抑制し、特性の良い光半導体装置を提供する。
【解決手段】光半導体装置１０は、ｐ型不純物であるＺｎ及び深いドナー準位を形成し得る不純物であるＴｉが添加されたｐ型クラッド層１８を有するメサ部１２と、深いアクセプタ準位を形成する不純物であるＦｅが添加されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であるＩｎＰにより形成され、メサ部１２の側面でｐ型クラッド層１８と接してメサ部１２を埋め込む埋め込み層１３と、を備えている。
【解決手段】光半導体装置１０は、ｐ型不純物であるＺｎ及び深いドナー準位を形成し得る不純物であるＴｉが添加されたｐ型クラッド層１８を有するメサ部１２と、深いアクセプタ準位を形成する不純物であるＦｅが添加されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であるＩｎＰにより形成され、メサ部１２の側面でｐ型クラッド層１８と接してメサ部１２を埋め込む埋め込み層１３と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光半導体装置では、しきい値電流を低減し且つ光出力を増大させる手法の一つとして、電流を活性層に集中させ電流注入効率を向上させる屈折率導波型構造が用いられている。
【０００３】
この屈折率導波型構造の典型的な例として、活性層を含むストライプ状のメサ部を電流狭窄構造によって埋め込んだ埋め込みヘテロ構造（ｂｕｒｉｅｄ−ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ：ＢＨ）がある。
【０００４】
このＢＨ構造には、メサ部が半絶縁性の半導体層によって埋め込こまれたヘテロ構造（ｓｅｍｉ−ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ ｂｕｒｉｅｄ ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ：ＳＩＢＨ）と、メサ部がｐｎｐｎサイリスタ構造によって埋め込まれたヘテロ構造（ｐｎ−ｂｕｒｉｅｄ ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ：ｐｎＢＨ）とがある。例えば、ＳＩＢＨ構造を光変調器として用いた場合には、変調帯域を制限する要因となる光変調器の寄生容量を低減することができるため、１０Ｇｂ／ｓ以上の高ビットレートでの変調動作を行う上で有利である。
【０００５】
ＳＩＢＨ構造を有する光半導体装置の一例である半導体レーザを図１に示す。
【０００６】
半導体レーザ１００は、ｎ型のＩｎＰ基板１１１を備えており、このＩｎＰ基板１１１上には、メサ部１１２と、このメサ部１１２を埋め込む半絶縁性の半導体層である埋め込み層１１３とが配置される。
【０００７】
メサ部１１２は、ｎ型のＩｎＰによって形成されるｎ型クラッド層１１４と、ノンドープのＩｎＧａＡｓＰ系化合物半導体によって形成される第１光ガイド層１１５と、を有する。また、メサ部１１２は、ノンドープのＩｎＧａＡｓＰ系化合物半導体によって形成される活性層１１６と、ノンドープのＩｎＧａＡｓＰ系化合物半導体によって形成される第２光ガイド層１１７と、を有する。更に、メサ部１１２は、ｐ型不純物であるＺｎがＩｎＰに添加されて形成されるｐ型クラッド層１１８を有する。更にまた、メサ部１１２は、ｐ型のＩｎＧａＡｓ系化合物半導体によって形成されるコンタクト層１１９を有する。
【０００８】
また、半導体レーザ１００は、ｎ側電極１２０と、ｐ側電極１２１とを備える。
【０００９】
埋め込み層１１３は、深いアクセプタ準位を形成するＦｅが添加されたＩｎＰによって形成される。
【００１０】
埋め込み層１１３は、メサ部１１２の側面に露出したｎ型クラッド層１１４の側面と、第１光ガイド層１１５の側面と、活性層１１６の側面と、第２光ガイド層１１７の側面と、ｐ型クラッド層１１８の側面と、コンタクト層１１９の側面とを埋め込んでいる。
【００１１】
２つの電極１２０，１２１間に流れる電流は、高い抵抗率を有する埋め込み層１１３に挟まれたメサ部１１２に集中して流れる。
【００１２】
また、近年では、光半導体装置に対して、冷却を行わないで８０℃〜９０℃以上の高温で動作するアンクールド動作が求められている。そのため、半導体レーザの内部温度の上昇を抑えるために、半導体レーザの素子抵抗を低下させる検討が行われている。例えば、Ｚｎ等のｐ型不純物を、１．０×１０18ｃｍ-3以上の高い濃度でｐ型クラッド層１１８に添加してｐ型クラッド層の抵抗率を下げることにより、半導体レーザの内部温度の上昇を抑え、高温での光出力を増加させる検討が行われている。
【００１３】
一方、ｐ型クラッド層１１８に対して、高い濃度でＺｎ等のｐ型不純物が添加された場合には、埋め込み層１１３が形成される際に、埋め込み層１１３に添加されたＦｅと、ｐ型クラッド層１１８に添加されたＺｎ等のｐ型不純物とが相互拡散することが報告されている。
【００１４】
この相互拡散によって、埋め込み層１１３中のＦｅはｐ型クラッド層１１８へ移動し、ｐ型クラッド層１１８中のＺｎ等は埋め込み層１１８へ移動する。
【００１５】
埋め込み層１１３内に移動したＺｎ等のｐ型不純物は、深いアクセプタ準位を形成するＦｅによっては補償されないため、メサ部１１２近傍の埋め込み層１１３の部分はｐ導電型に変換される。
【００１６】
その結果、メサ部１１２近傍の埋め込み層１１３の部分の電流狭窄機能が低下して、活性層１１６を迂回して埋め込み層１１３中を流れるリーク電流が増加する。このリーク電流の増加は、半導体レーザ１００の発振しきい値電流を増加させ、微分量子効率を低減し、半導体レーザ１００の特性の温度依存性を悪化させる。
【００１７】
また、埋め込み層１１３から、ｐ型クラッド層１１８へ拡散したＦｅが、ｐ型クラッド層１１８中のＩｎサイトのＺｎを格子間サイトに押し出すため、この格子間サイトのＺｎがノンドープの活性層１１６にも拡散し、活性層１１６の一部がｐ導電型に変換される。このように活性層１１６中に形成されるアクセプタ準位は、再結合中心となり得るので、レーザの発振効率を低下させる要因となる。
【００１８】
そこで、ｐ型不純物が拡散したメサ部近傍の埋め込み層の部分がｐ導電型に変換されることを防止するために、ＩｎＰによって形成される埋め込み層に対して、Ｆｅと共にＴｉが添加される半導体レーザが提案されている。Ｔｉは、ＩｎＰ中に深いドナー準位を形成するので、ｐ型クラッド層から拡散してきたＺｎ等のｐ型不純物が形成する正孔が、Ｔｉによって形成されるドナー準位によって捕獲される。このようにして、メサ部近傍の埋め込み層の部分の半絶縁性が維持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特許第２６５３８６３号明細書
【非特許文献】
【００２０】
【非特許文献１】Ｃ．Ｋａｚｍｉｅｒｓｋｉ，ｅｔ ａｌ．，“Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｉｒｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｕｒ ｉｎ Ｚｎ−， Ｃｄ− ａｎｄ Ｂｅ−ｄｏｐｅｄ ｐ−ｔｙｐｅ ＩｎＰ”， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ，Ｖｏｌｕｍｅ １１６，Ｉｓｓｕｅｓ １−２，Ｐａｇｅｓ ７５−８０，Ｊａｎｕａｒｙ １９９２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
上述した半導体レーザには、以下のような問題点がある。まず、ｐ型クラッド層を有するメサ部は、図１に示すような平板形状以外の形状を有する。そのため、メサ部を埋め込む埋め込み層には様々な面方位が出現し得る。具体的には、（０−１１）面、（３−１１）Ｂ面及び（１００）面等が埋め込み層を形成する際に出現する。なお、本明細書においては、明細書作成の都合上、本来‘１バー’で表す面指数を‘−１’で表す。埋め込み層を形成するＩｎＰに対するＦｅ等の取り込み率及び活性化率は、埋め込み層の面方位ごとに異なる。また、埋め込み層を形成するＩｎＰに対するＴｉの取り込み率及び活性化率も、面方位ごとに異なる。ｐ型クラッド層から埋め込み層へ拡散したＺｎ等のｐ型不純物が形成した正孔を捕獲するために、ｐ型クラッド層と接している埋め込み層の部分には、拡散したＺｎ等のｐ型不純物により形成される正孔の濃度に対応した濃度のＴｉが添加される必要がある。しかし、埋め込み層の面方位に応じて、埋め込み層内のＴｉ濃度を部分的に変化させることは、非常に困難である。
【００２２】
また、ＩｎＰによって形成されるｐ型クラッド層にＺｎが１×１０18ｃｍ-3の濃度で添加されている場合、ｐ型クラッド層から埋め込み層へ拡散するＺｎの濃度は高々７×１０16ｃｍ-3である。一方、ＩｎＰによって形成される埋め込み層に対して、添加したＴｉによって形成される深いドナー準位の飽和濃度は、２×１０16ｃｍ-3程度である。従って、埋め込み層にＴｉを添加する手法では、埋め込み層へ拡散してきた全てのＺｎを補償することはできない。
【００２３】
本明細書は、埋め込み層に添加された深いアクセプタ準位を形成する不純物と、メサ部が有するｐ型半導体層に添加されたｐ型不純物との相互拡散が防止される光半導体装置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】
【００２４】
上記課題を解決するために、本明細書で開示する光半導体装置の一形態によれば、ｐ型不純物及び深いドナー準位を形成し得る不純物が添加されたｐ型半導体層を有するメサ部と、深いアクセプタ準位を形成する不純物が添加されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により形成され、上記メサ部の側面から露出した上記ｐ型半導体層と接して上記メサ部を埋め込む埋め込み層と、を備えている。
【００２５】
また、上記課題を解決するために、本明細書で開示する光半導体装置の製造方法の一形態によれば、ｐ型不純物及び深いドナー準位を形成し得る不純物が添加されたｐ型半導体層を形成する工程と、上記ｐ型半導体層を有するメサ部を形成する工程と、深いアクセプタ準位を形成する不純物が添加されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体によって、上記メサ部の側面で上記ｐ型半導体層と接して上記メサ部を埋め込む埋め込み層を形成する工程と、を備える。
【発明の効果】
【００２６】
上述した光半導体装置及びその製造方法の一形態によれば、埋め込み層に添加された深いアクセプタ準位を形成する不純物と、メサ部が有するｐ型半導体層に添加されたｐ型不純物との相互拡散が防止される。
【００２７】
本発明の目的及び効果は、特に請求項において指摘される構成要素及び組み合わせを用いることによって認識され且つ得られるだろう。
【００２８】
前述の一般的な説明及び後述の詳細な説明の両方は、例示的及び説明的なものであり、クレームされている本発明を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】従来の例による半導体レーザを示す断面図である。
【図２】本明細書に開示する光半導体装置の第１実施形態を示す断面図である。
【図３】第１実施形態の光半導体装置の製造方法における工程の要部を説明する図である。
【図４】第１実施形態の光半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図５】第１実施形態の光半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図６】第１実施形態の光半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その３）である。
【図７】本明細書に開示する光半導体装置の第２実施形態を示す平面図である。
【図８】（Ａ）は図７に示す光半導体装置のＸ−Ｘ線断面図であり、（Ｂ）は図７に示す光半導体装置のＹ−Ｙ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本明細書で開示する光半導体装置の好ましい第１実施形態を、図面を参照して説明する。但し、本発明の技術範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。
【００３１】
図１は、本明細書に開示する光半導体装置の第１実施形態を示す断面図である。
【００３２】
本実施形態の光半導体装置１０は、ＳＩＢＨ構造を有する半導体レーザである。光半導体装置１０は、例えば、１．５μｍの波長を有するレーザ光を発振する。
【００３３】
図２に示すように、光半導体装置１０は、ｐ型不純物及び深いドナー準位を形成し得る不純物が添加されたｐ型半導体層であるｐ型クラッド層１８を有するメサ部１２を備えている。また、光半導体装置１０は、メサ部１２の側面でｐ型クラッド層１８と接してメサ部１２を埋め込む埋め込み層１３を備えている。この埋め込み層１３は、深いアクセプタ準位を形成する不純物が添加されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により形成される。
【００３４】
ここで、深いドナー準位を形成し得る不純物とは、ドーパント準位と半導体の伝導帯の下端との間のエネルギーギャップが大きく、光半導体装置１０が使用される温度での熱エネルギーでは、伝導帯へ電子を熱励起することができないドナー準位を有するドーパント元素を意味する。
【００３５】
この深いドナー準位を形成し得る不純物が、ｐ型クラッド層１８内に存在する状態としては、ドーパント元素が、格子サイトに置換された状態と、格子間サイトに配置されている状態とがある。格子サイトに置換された状態の深いドナー準位を形成し得るドーパント元素は、正孔を捕獲し得る状態にあり正孔を補償する状態であることから電気的に活性な状態と呼ぶ。一方、格子間サイトに配置されている状態のドーパント元素は、正孔を補償する状態でないことから電気的に不活性な状態にあると呼ぶ。
【００３６】
この深いドナー準位を形成し得る不純物のドーパント準位は、伝導帯の下端から０．１ｅＶ以上離れていることが好ましい。
【００３７】
また、深いアクセプタ準位を形成する不純物とは、ドーパント準位と半導体の価電子帯との間のエネルギーギャップが大きく、半導体装置１０が使用される温度での熱エネルギーでは、価電子帯へ正孔を熱励起することができないアクセプタ準位を有するドーパント元素を意味する。
【００３８】
この深いアクセプタ準位を形成する不純物のドーパント準位は、価電子帯から０．１ｅＶ以上離れていることが好ましい。
【００３９】
次に、光半導体装置１０が使用される温度での熱エネルギーｋＴの大きさを、具体例を用いて以下に説明する。ここで、ｋはボルツマン定数、Ｔはケルビン温度である。
【００４０】
例えば、光半導体装置１０が使用される温度が２３３ケルビン（−４０℃）である場合には、この温度での熱エネルギーは、ｋＴ＝３．２２Ｅ−２１Ｊ＝２０．０７ｍｅＶとなる。ここで、小数第３位を四捨五入している。以下の数値も同様である。光半導体装置１０が使用される温度が室温の３００ケルビン（２７℃）である場合には、この温度での熱エネルギーは、ｋＴ＝４．１４Ｅ−２１Ｊ＝２５．８８ｍｅＶとなる。また、光半導体装置１０が使用される温度が３７３ケルビン（１００℃）である場合には、この温度での熱エネルギーは、ｋＴ＝５．１５Ｅ−２１Ｊ＝３２．１７ｍｅＶとなる。このように、光半導体装置１０が使用される温度での熱エネルギーｋＴは、温度でいえば、例えば２３３ケルビン〜３７３ケルビンの範囲の大きさをとることができる。また、熱エネルギーｋＴは、ｅＶでいえば、例えば２０．０７ｍｅＶ〜３２．１７ｍｅＶの範囲の大きさをとることができる。
【００４１】
また、光半導体装置１０は、化合物半導体基板１１を備えている。メサ部１２及び埋め込み層１３は、化合物半導体基板１１上に配置されている。また、光半導体装置１０は、化合物半導体基板１１に接合するｎ側電極２０と、メサ部１２に接合するｐ側電極２１とを備えている。
【００４２】
メサ部１２は、化合物半導体基板１１上に形成されたｎ型半導体層であるｎ型クラッド層１４と、ｎ型クラッド層１４上に形成された第１光ガイド層１５と、第１光ガイド層１５上に形成された多重量子井戸構造の活性層１６と、を有している。また、メサ部１２は、活性層１６上に形成された第２光ガイド層１７と、第２光ガイド層１７上に形成されたｐ型半導体層であるｐ型クラッド層１８と、ｐ型クラッド層１８上に形成されたコンタクト層１９とを有している。
【００４３】
メサ部１２では、ｎ側電極２０とｐ側電極２１との間に電流が流されると、活性層１６内で光子の誘導放出が行われてレーザ光が発振される。
【００４４】
図２に示すように、埋め込み層１３は、ｎ型クラッド層１４と、第１光ガイド層１５と、活性層１６と、第２光ガイド層１７と、ｐ型クラッド層１８と、コンタクト層１９とを埋め込んでいる。具体的には、埋め込み層１３は、ｎ型クラッド層１４の側面と、第１光ガイド層１５の側面と、活性層１６の側面と、第２光ガイド層１７の側面と、ｐ型クラッド層１８の側面と、コンタクト層１９の側面と接してメサ部１２を埋め込んでいる。
【００４５】
埋め込み層１３は、半絶縁性半導体であり、高い抵抗率を有する。ｎ側電極２０及びｐ側電極２１の間に流れる電流は、高い抵抗率を有する埋め込み層１３に挟まれたメサ部１２に集中して流れる。
【００４６】
次に、上述した光半導体装置１０の製造方法の一例（以下、本製造方法ともいう）を、図３〜図６を用いて以下に説明する。
【００４７】
図３は、本製造方法における工程の要部を説明する図である。まず、この図３を参照して、本製造方法の概要を以下に説明する。
【００４８】
まず、図３及び図４に示すように、ｎ型クラッド層１４が化合物半導体基板１１上に形成される（工程３０１）。
【００４９】
次に、図３及び図４に示すように、第１光ガイド層１５がｎ型クラッド層１４上に形成される（工程３０２）。
【００５０】
次に、図３及び図４に示すように、活性層１６が第１光ガイド層１５上に形成される（工程３０３）。
【００５１】
次に、図３及び図４に示すように、第２光ガイド層１７が活性層１６上に形成される（工程３０４）。
【００５２】
次に、図３及び図４に示すように、ｐ型不純物及び深いドナー準位を形成し得る不純物が添加されたｐ型クラッド層１８が第２光ガイド層１７上に形成される（工程３０５）。
【００５３】
次に、図３及び図４に示すように、コンタクト層１９がｐ型クラッド層１８上に形成される（工程３０６）。
【００５４】
次に、図３及び図５に示すように、ｐ型クラッド層１８を有するメサ部１２が形成される（工程３０７）。
【００５５】
次に、図３及び図６に示すように、深いアクセプタ準位を形成する不純物が添加されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体によって、メサ部１２の側面でｐ型クラッド層１８と接してメサ部１２を埋め込む埋め込み層１３が形成される（工程３０８）。
【００５６】
そして、図２及び図３に示すように、ｎ側電極及びｐ側電極が形成される（工程３０９）。
【００５７】
以下、本製造方法について、更に詳述する。本製造方法では、各層は、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法を用いてエピタキシャルに形成される。また、各層の形成温度は、５００〜７００℃の範囲にすることが好ましい。
【００５８】
まず、化合物半導体基板１１を用意する。化合物半導体基板１１としては、例えば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いることができる。本製造方法では、化合物半導体基板１１として、（１００）面を主面として有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であるｎ型のＩｎＰ基板を用いる。
【００５９】
次に、図３及び図４に示すように、ｎ型クラッド層１４が化合物半導体基板１１の（１００）面上に形成される（工程３０１）。本製造方法では、ｎ型クラッド層１４としてｎ型ＩｎＰを用い、厚さは０．３μｍとした。
【００６０】
次に、図３及び図４に示すように、第１光ガイド層１５がｎ型クラッド層１４上に形成される（工程３０２）。本製造方法では、第１光ガイド層１５として、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であるノンドープのＩｎＧａＡｓＰを用いる。具体的には、第１光ガイド層１５は、Ｉｎ0.85Ｇａ0.15Ａｓ0.33Ｐ0.67の組成比を有し、バンドギャップ波長は１．１μｍとした。また、第１光ガイド層１５の厚さは、３０ｎｍとした。
【００６１】
次に、図３及び図４に示すように、活性層１６が第１光ガイド層１５上に形成される（工程３０３）。本製造方法では、活性層１６は、多重量子井戸構造を有する。また、本製造方法では、活性層１６として、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であるノンドープのＩｎＧａＡｓＰを用いる。具体的には、活性層１６は多重量子井戸層であり、Ｉｎ0.78Ｇａ0.22Ａｓ0.48Ｐ0.52の組成比及び１．２μｍのバンドギャップ波長を有し、且つ厚さが６ｎｍであるバリア層と、Ｉｎ0.56Ｇａ0.44Ａｓ0.91Ｐ0.09の組成比及び１．５５μｍのバンドギャップ波長を有し、且つ厚さが５ｎｍである量子井戸層とが、交互に４周期繰り返し積層されて形成される。活性層１６は、波長１．５μｍのレーザ光を発振する。なお、活性層１６におけるバリア層と量子井戸層との積層回数は、必要に応じて適宜設定することが好ましい。
【００６２】
また、活性層１６を形成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としては、上述したＩｎＧａＡｓＰの他に、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＳｂ、ＧａＩｎＮＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いても良い。
【００６３】
次に、図３及び図４に示すように、第２光ガイド層１７が活性層１６上に形成される（工程３０４）。この第２光ガイド層１７は、第１光ガイド層１５と同様に形成される。
【００６４】
次に、図３及び図４に示すように、ｐ型不純物及び深いドナー準位を形成し得る不純物が添加されたｐ型クラッド層１８が、第２光ガイド層１７上に形成される（工程３０５）。
【００６５】
ｐ型クラッド層１８は、例えば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いて形成できる。ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としては、ＩｎＰ、ＩｎＡｌＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓおよびＩｎＧａＡｓＰ等を用いることができる。本製造方法では、ｐ型クラッド層１８は、ＩｎＰによって形成される。また、ｐ型クラッド層１８の厚さは、１．５μｍとした。
【００６６】
また、ｐ型クラッド層１８には、ｐ型不純物として、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂｅ又はＭｇの内の少なくとも１つの元素が添加される。本製造方法では、ｐ型不純物として、Ｚｎを用いる。ＭＯＣＶＤ法を用いてｐ型クラッド層１８を形成する際には、ドーパント原料として、例えばジエチル亜鉛を用いて、Ｚｎをｐ型クラッド層１８に添加することができる。
【００６７】
ここで、ｐ型不純物は、ｐ型クラッド層１８を形成する半導体の格子サイトに置換されているドーパント元素であって、光半導体装置１０が使用される温度での熱エネルギーにおいて、ドーパント準位の正孔が価電子帯に容易に熱励起することができるドーパント元素である。
【００６８】
ｐ型クラッド層１８に添加されるｐ型不純物の濃度は、１×１０18ｃｍ-3以上であることが好ましい。ｐ型不純物の濃度が、１×１０18ｃｍ-3以上であると、ｐ型クラッド層１８にｐ導電型を付与できると共に低い素子抵抗を得られ、光半導体装置１０のアンクールド動作を可能にする。
【００６９】
また、ｐ型クラッド層１８には、深いドナー準位を形成し得る不純物として、Ｔｉ、Ｃｒ又はＮｉの内の少なくとも１つの元素が添加される。Ｔｉ、Ｃｒ及びＮｉ等の深いドナー準位を形成し得る不純物は、電気的な活性化率が低く、格子間サイトで安定し易い。従って、ｐ型クラッド層１８を形成する半導体の格子間サイトは、深いドナー準位を形成し得る不純物によって高濃度に充填することができる。
【００７０】
本製造方法では、深いドナー準位を形成し得る不純物として、Ｔｉを用いる。ＭＯＣＶＤ法を用いてｐ型クラッド層１８を形成する際には、ドーパント原料として、例えばテトラキスジメチルアミノチタニウム（ＴＤＭＡＴ）を用いて、Ｔｉをｐ型クラッド層１８に添加することができる。
【００７１】
このようにｐ型クラッド層１８に添加された深いドナー準位を形成し得る不純物は、ｐ型クラッド層１８内の全体に分布する。
【００７２】
ｐ型クラッド層１８における深いドナー準位を形成し得る不純物の濃度は、１×１０17ｃｍ-3以上であることが好ましい。深いドナー準位を形成し得る不純物が、ｐ型クラッド層１８に上記の濃度以上に添加されると、ｐ型クラッド層１８を形成する半導体の格子間サイトに、深いドナー準位を形成し得る不純物を十分に配置させることができる。
【００７３】
ここで、ｐ型クラッド層１８の格子間サイトに深いドナー準位を形成し得る不純物が十分に配置されている状態とは、深いアクセプタ準位を形成する不純物が添加された埋め込み層１３が形成される際に、深いアクセプタ準位を形成する不純物が、埋め込み層１３からｐ型クラッド層１８に拡散することを防止できる状態をいう。
【００７４】
このような観点から、深いドナー準位を形成し得る不純物が、１×１０17ｃｍ-3以上の濃度でｐ型クラッド層１８に添加されている場合でも、ｐ型クラッド層１８の格子サイトに置換されている深いドナー準位を形成し得る不純物の濃度は５×１０16ｃｍ-3よりも低いことが、ｐ型クラッド層１８の格子間サイトに、深いドナー準位を形成し得る不純物が十分に配置される上で好ましい。
【００７５】
また、深いドナー準位を形成し得る不純物の濃度は、５×１０18ｃｍ-3以下であることが、ｐ型クラッド層１８の表面モホロジィを良好に保つ上で好ましい。
【００７６】
深いドナー準位を形成し得る不純物としてＣｒを用いる場合には、Ｃｒの濃度は、１×１０19ｃｍ-3まで添加しても、ｐ型クラッド層１８の表面モホロジィを良好に保つことができる。
【００７７】
上述した深いドナー準位を形成し得る不純物がｐ型クラッド層１８に添加されると、深いドナー準位にある電子が、ｐ型クラッド層１８に添加されるｐ型不純物が形成する正孔と結合し得る。しかし、以下に説明するように、深いドナー準位を形成し得る不純物が１×１０17ｃｍ-3以上の濃度でｐ型クラッド層１８に添加されても、ｐ型クラッド層１８のｐ導電型には影響を与えない。
【００７８】
ｐ型クラッド層１８において、格子サイトに置換されている深いドナー準位を形成し得る不純物の濃度は、格子サイトに置換されているｐ型不純物の濃度と比べて非常に小さい。従って、深いドナー準位を形成し得る不純物のドーパント準位にある電子が、ｐ型クラッド層１８に添加されるｐ型不純物が形成する正孔と結合しても、ｐ型クラッド層１８の抵抗率及びｐ導電型には影響を与えない。
【００７９】
例えば、深いドナー準位を形成し得る不純物であるＴｉが、ｐ型クラッド層１８に１×１０1８ｃｍ-3の濃度で添加される場合に、格子サイトに置換されるＴｉの濃度は５×１０1５ｃｍ-3程度である。従って、ｐ型クラッド層１８にｐ型不純物が１×１０18ｃｍ-3の濃度で添加される場合、この内の５×１０1５ｃｍ-3程度の数の正孔が電子と結合しても、ｐ型クラッド層１８の抵抗率は０．１Ωｃｍ程度の低い値であり且つｐ型クラッド層１８はｐ導電型を有する。
【００８０】
また、深いドナー準位を形成し得る不純物であるＣｒが、ｐ型クラッド層１８に１×１０17ｃｍ-3の濃度で添加される場合に、格子サイトに置換されるＣｒの濃度は２×１０16ｃｍ-3程度である。従って、ｐ型クラッド層１８にｐ型不純物が１×１０18ｃｍ-3の濃度で添加される場合、この内の２×１０16ｃｍ-3程度の数の正孔が電子と結合したとしても、ｐ型クラッド層１８の抵抗率は低い値であり、且つｐ導電型を有する。
【００８１】
ｐ型クラッド層１８を形成する半導体に対するドーパント元素の取り込み率及び活性化率は、ｐ型クラッド層１８の面方位ごとに異なるので、深いドナー準位を形成し得る不純物の濃度を面方位ごとに調節することが好ましい。しかし、本製造方法では、以下に述べる理由によって、深いドナー準位を形成し得る不純物の濃度の調節が容易になっている。
【００８２】
本製造方法によって形成される光半導体装置１０では、図２に示すように、ｐ型クラッド層１８は平板上に形成されるので、埋め込み層１３に露出する側面の面方位は１つである。従って、本製造方法では、平板上のｐ型クラッド層１８が有する１つの面方位、例えば（１００）面における取り込み率及び活性化率に対応して、深いドナー準位を形成し得る不純物及びｐ型不純物の濃度を１つ設定すればよい。
【００８３】
また、上述したように、深いドナー準位を形成し得る不純物がｐ型クラッド層１８の格子間サイトに十分に配置される濃度以上に、深いドナー準位を形成し得る不純物をｐ型クラッド層１８に添加しておけば、深いドナー準位を形成し得る不純物の濃度に関しては、細かく管理しなくても良い。
【００８４】
なお、本製造方法では、ｐ型クラッド層１８にはＴｉのみが添加されたが、ｐ型クラッド層１８には、Ｔｉ、Ｃｒ又はＮｉの内の複数の元素が添加されても良い。
【００８５】
次に、図３及び図４に示すように、コンタクト層１９がｐ型クラッド層１８上に形成される（工程３０６）。コンタクト層１９は、例えば、ｐ型不純物が添加されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いて形成できる。本製造方法では、コンタクト層１９は、ｐ型不純物が添加されたＩｎＧａＡｓによって形成される。また、コンタクト層１９の厚さは０．３μｍとした。
【００８６】
次に、図５に示すように、ストライプ状のマスク２２が、パターニングによってコンタクト層１９の上に形成される。本製造方法では、マスク２２はＳｉＯ２によって形成される。また、マスク２２の幅は、２μｍとした。
【００８７】
そして、図５に示すように、このマスク２２を用いて、コンタクト層１９と、ｐ型クラッド層１８と、第２光ガイド層１７と、活性層１６と、第１光ガイド層１５と、ｎ型クラッド層１４と、化合物半導体基板１１の一部とがエッチングされる。
【００８８】
このエッチング方法としては、例えば、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）等のドライエッチングを用いることができる。
【００８９】
このエッチングにより除去される深さは、適宜設定され得るが、本製造方法では、３μｍとした。
【００９０】
そして、図３及び図５に示すように、上述したエッチングによって、コンタクト層１９と、ｐ型クラッド層１８と、第２光ガイド層１７と、活性層１６と、第１光ガイド層１５と、ｎ型クラッド層１４と、を有するメサ部１２が、化合物半導体基板１１上に形成される（工程３０７）。
【００９１】
次に、図３及び図６に示すように、メサ部１２の側面でｐ型クラッド層１８と接してメサ部１２を埋め込む埋め込み層１３が、化合物半導体基板１１上に形成される（工程３０８）。埋め込み層１３は、メサ部１２の側面から露出したｎ型クラッド層１４と、第１光ガイド層１５と、活性層１６と、第２光ガイド層１７と、コンタクト層１９とも接している。
【００９２】
埋め込み層１３は、深いアクセプタ準位を形成する不純物が添加されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体によって形成される。
【００９３】
埋め込み層１３を形成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としては、例えば、ＩｎＰ、ＩｎＡｌＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓおよびＩｎＧａＡｓＰ等を用いることができる。本製造方法では、埋め込み層１３は、ＩｎＰによって形成される。また、埋め込み層１３の厚さは、メサ部１２の高さと同じ３μｍとする。
【００９４】
埋め込み層１３には、深いアクセプタ準位を形成する不純物として、Ｆｅ又はＲｕの内の少なくとも１つの元素が添加される。ノンドープのＩｎＰは、弱いｎ導電型を有するので、深いアクセプタ準位を形成する不純物を添加することによって、このｎ導電型が補償され、埋め込み層１３は高い抵抗率を示すようになる。
【００９５】
埋め込み層１３における深いアクセプタ準位を形成する不純物の濃度は、埋め込み層１３を形成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が、ｎ型クラッド層１４の電子に対して電流狭窄構造となるように半絶縁性の高い抵抗率を示す量とすることが好ましい。本製造方法では、深いアクセプタ準位を形成する不純物であるＦｅが、６×１０16ｃｍ-3の濃度で埋め込み層１３に添加される。
【００９６】
また、深いアクセプタ準位を形成する不純物として、Ｆｅを用いる場合には、Ｆｅの濃度を７×１０17ｃｍ-3以下にすることが、埋め込み層１３を形成する結晶の表面モホロジィを良好に保つ上で好ましい。
【００９７】
埋め込み層１３を化合物半導体基板１１上に形成する際に、埋め込み層１３に添加される深いアクセプタ準位を形成する不純物は、ｐ型クラッド層１８に添加されているｐ型不純物と相互拡散しようとする。
【００９８】
しかし、ｐ型クラッド層１８では、深いドナー準位を形成し得る不純物がｐ型クラッド層１８の格子間サイトに十分に配置されているので、埋め込み層１３に添加される深いアクセプタ準位を形成する不純物が、ｐ型クラッド層１８の格子間サイトに移動することができない。
【００９９】
これは、ｐ型クラッド層１８では、深いアクセプタ準位を形成する不純物が移動し得る格子間サイトがないか又はほとんどない状態にあるためである。
【０１００】
深いアクセプタ準位を形成する不純物のｐ型クラッド層１８における安定な位置が格子サイトであったとしても、深いアクセプタ準位を形成する不純物が、埋め込み層１３からｐ型クラッド層１８に移動する際には、まず格子間サイトに移動した後に、格子サイトの原子と置換されると考えられる。
【０１０１】
従って、ｐ型クラッド層１８において、深いアクセプタ準位を形成する不純物が移動し得る格子間サイトがないか又はほとんどない状態にあるので、深いアクセプタ準位を形成する不純物は、ｐ型クラッド層１８内に移動することができない。
【０１０２】
このように、埋め込み層１３からｐ型クラッド層１８への深いアクセプタ準位を形成する不純物の拡散は、ほとんどないかか又は全くない。
【０１０３】
もし、深いアクセプタ準位を形成する不純物がｐ型クラッド層１８に移動すると、格子サイト（ｐ型クラッド層がＩＩＩ−Ｖ化合物半導体によって形成される場合には、ＩＩＩ族サイト）に置換されているｐ型不純物の中には、深いアクセプタ準位を形成する不純物と置換されて、格子間サイトに押し出されるものがある。
【０１０４】
そして、格子間サイトに押し出されたｐ型不純物は、安定していないので、埋め込み層１３又は活性層１６に移動するものがある。
【０１０５】
しかし、本製造方法では、深いアクセプタ準位を形成する不純物がｐ型クラッド層１８にほとんどか又は全く移動して来ないので、ｐ型不純物が、格子間サイトに押し出されることがない。そのため、ｐ型クラッド層１８に添加されるｐ型不純物は、格子サイトから、格子間サイトに押し出される現象が生じがたい。
【０１０６】
従って、ｐ型クラッド層１８では、移動し易い格子間サイトのｐ型不純物が、ほとんどか又は全く存在しないので、ｐ型不純物が、ｐ型クラッド層１８から埋め込み層１３又は活性層１５へ移動することが防止される。
【０１０７】
また、埋め込み層１３には、Ｔｉ、Ｃｒ又はＮｉ等の深いドナー準位を形成し得る不純物が添加されていても良い。埋め込み層１３が形成される際には、量としては多くはないが、ｐ型クラッド層１８から埋め込み層１３にｐ型不純物が若干拡散してくる場合がある。これらの深いドナー準位を形成し得る不純物は、埋め込み層１３においてｐ型不純物が形成する正孔を捕獲して、埋め込み層１３の抵抗率が低下することを防止する。
【０１０８】
そして、マスク２２がメサ部１２の上から除去される。
【０１０９】
次に、図２及び図３に示すように、ｎ側電極２０が、化合物半導体基板１１の下側を覆うように形成され、ｐ側電極２１が、コンタクト層１９及び埋め込み層１３を覆うように形成される（工程３０９）。
【０１１０】
そして、個々の光半導体装置にへき開分離して、図２に示す半導体レーザである光半導体装置１０が得られる。
【０１１１】
上述した本実施形態の光半導体装置１０及びその製造方法によれば、埋め込み層１３に添加された深いアクセプタ準位を形成する不純物と、メサ部１２が有するｐ型クラッド層１８に添加されたｐ型不純物との相互拡散が防止される。
【０１１２】
また、埋め込み層１３へのｐ型不純物の拡散が防止されるので、埋め込み層１３の半絶縁性の高い抵抗率が維持されるため、活性層１６を迂回して埋め込み層１３中を流れるリーク電流の発生を抑制することができる。
【０１１３】
更に、活性層１６へのｐ型不純物の拡散が防止されるので、活性層１６のノンドープの状態が維持されるため、レーザの発振効率等の光半導体装置１０の性能が劣化することが防止される。
【０１１４】
このようにして、光半導体装置１０は、発振しきい値電流の増加、又は微分量子効率の低減、又は温度特性の劣化等が防止される。従って、光半導体装置１０は、発振効率が良く、設計通りのレーザ特性が発揮される。
【０１１５】
本発明では、上述した実施形態の光半導体装置及びその製造方法は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。
【０１１６】
例えば、上述した実施形態及びその製造方法では、光半導体装置が半導体レーザである場合を例にして説明されたが、光半導体装置は、光変調器、光増幅器、光合波器、導波路、曲がり導波路、又はこれらを集積した装置であっても良い。
【０１１７】
次に、本明細書に開示する第２実施形態の光半導体装置を、図面を参照しながら以下に説明する。第２実施形態について特に説明しない点については、上述の第１実施形態に関して詳述した説明が適宜適用される。また、図７及び図８において、図２〜図６と同じ構成要素に同じ符号を付してある。
【０１１８】
図７は、本明細書に開示する光半導体装置の第２実施形態を示す平面図である。図８（Ａ）は図７に示す光半導体装置のＸ−Ｘ線断面図であり、図８（Ｂ）は図７に示す光半導体装置のＹ−Ｙ線断面図である。
【０１１９】
図７に示すように、本実施形態の光半導体装置３０は、半導体レーザ部４０と、電界吸収型光変調部５０とを有する。また、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すように、光半導体装置３０は化合物半導体基板３１を備えており、半導体レーザ部４０及び電界吸収型光変調部５０は、一つの化合物半導体基板３１の上に一体に形成される。
【０１２０】
光半導体装置３０では、レーザ光を半導体レーザ部４０で発振し、このレーザ光を電界吸収型光変調部５０で変調して、外部に出力する。
【０１２１】
図８（Ａ）に示すように、半導体レーザ部４０は、ｐ型不純物及び深いドナー準位を形成し得る不純物が添加されたｐ型半導体層であるｐ型クラッド層４８を有するメサ部４２を備えている。また、半導体レーザ部４０は、メサ部４２の側面のｐ型クラッド層４８と接してメサ部４２を埋め込む埋め込み層３３を備えている。この埋め込み層３３は、深いアクセプタ準位を形成する不純物が添加されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により形成される。
【０１２２】
半導体レーザ部４０では、メサ部４２及び埋め込み層３３は、化合物半導体基板３１上に配置されている。また、半導体レーザ部４０は、化合物半導体基板３１に接合するｎ側電極６０と、メサ部４２に接合するｐ側電極６１とを備えている。
【０１２３】
また、半導体レーザ部４０では、メサ部４２は、化合物半導体基板３１上に形成されたｎ型半導体層であるｎ型クラッド層４４と、ｎ型クラッド層４４上に形成された第１光ガイド層４５と、第１光ガイド層４５上に形成された多重量子井戸構造の活性層４６と、を有している。また、メサ部４２は、活性層４６上に形成された第２光ガイド層４７と、第２光ガイド層４７上に形成されたｐ型半導体層であるｐ型クラッド層４８と、ｐ型クラッド層４８上に形成されたコンタクト層４９とを有している。
【０１２４】
図８（Ｂ）に示すように、電界吸収型光変調部５０は、ｐ型不純物及び深いドナー準位を形成し得る不純物が添加されたｐ型半導体層であるｐ型クラッド層５８を有するメサ部５２を備えている。また、電界吸収型光変調部５０は、メサ部５２の側面から露出したｐ型クラッド層５８と接してメサ部５２を埋め込む埋め込み層３３を備えている。この埋め込み層３３は、半導体レーザ部４０のメサ部４２を埋め込む埋め込み層と同じものである。
【０１２５】
電界吸収型光変調部５０では、メサ部５２は、化合物半導体基板３１上に配置されている。また、電界吸収型光変調部５０は、化合物半導体基板３１に接合するｎ側電極６２と、メサ部５２に接合するｐ側電極６３とを備えている。
【０１２６】
また、電界吸収型光変調部５０では、メサ部５２は、化合物半導体基板３１上に形成されたｎ型半導体層であるｎ型クラッド層５４と、ｎ型クラッド層５４上に形成された第１光ガイド層５５と、第１光ガイド層５５上に形成された多重量子井戸構造の光吸収層５６と、を有している。また、メサ部５２は、光吸収層５６上に形成された第２光ガイド層５７と、第２光ガイド層５７上に形成されたｐ型半導体層であるｐ型クラッド層５８と、ｐ型クラッド層５８上に形成されたコンタクト層５９とを有している。
【０１２７】
光半導体装置３０は、半導体レーザ部４０の活性層４６及び電界吸収型光変調部５０の光吸収層５６が別々に形成される点を除いて、上述した第１実施形態の光半導体装置と同様に製造することができる。
【０１２８】
半導体レーザ部４０の活性層４６の多重量子井戸構造は、発振させたいレーザ光特性に応じて適宜設計される。活性層４６の多重量子井戸構造は、例えば、第１実施形態の光半導体装置の活性層と同様に形成されても良い。
【０１２９】
電界吸収型光変調部５０の光吸収層５６の多重量子井戸構造は、半導体レーザ部４０が発振したレーザ光に対する所望の変調特性に応じて適宜設計される。
【０１３０】
上述した本実施形態の光半導体装置３０によれば、埋め込み層３３に添加された深いアクセプタ準位を形成する不純物と、メサ部４２が有するｐ型クラッド層４８及びメサ部５２が有するｐ型クラッド層５８に添加されたｐ型不純物との相互拡散が防止される。
【０１３１】
従って、半導体レーザ部４０は設計通りのレーザ特性が発揮され、電界吸収型光変調部５０は設計通りの変調特性が発揮される。
【０１３２】
本発明では、上述した実施形態の光半導体装置は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。
【０１３３】
例えば、光半導体装置３０では、半導体レーザ部４０及び電界吸収型光変調部５０の２つの装置を有しているが、光半導体装置は３つ以上の装置を有していても良い。
【０１３４】
ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、読者が、発明者によって寄与された発明及び概念を技術を深めて理解することを助けるための教育的な目的を意図する。ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、そのような具体的に述べられた例及び条件に限定されることなく解釈されるべきである。また、明細書のそのような例示の機構は、本発明の優越性及び劣等性を示すこととは関係しない。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、その様々な変更、置き換え又は修正が本発明の精神及び範囲を逸脱しない限り行われ得ることが理解されるべきである。
【０１３５】
以上の上述した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【０１３６】
（付記１）
ｐ型不純物及び深いドナー準位を形成し得る不純物が添加されたｐ型半導体層を有するメサ部と、
深いアクセプタ準位を形成する不純物が添加されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により形成され、前記メサ部の側面で前記ｐ型半導体層と接して前記メサ部を埋め込む埋め込み層と、
を備えている光半導体装置。
【０１３７】
（付記２）
前記深いドナー準位を形成し得る不純物として、Ｔｉ、Ｃｒ又はＮｉの内の少なくとも１つの元素が前記ｐ型半導体層に添加されている付記１に記載の光半導体装置。
【０１３８】
（付記３）
前記深いドナー準位を形成し得る不純物の濃度は、１×１０17ｃｍ-3以上である付記１又は２に記載の光半導体装置。
【０１３９】
（付記４）
前記深いドナー準位を形成し得る不純物の濃度は、５×１０18ｃｍ-3以下である付記３に記載の光半導体装置。
【０１４０】
（付記５）
前記ｐ型半導体層の格子位置に置換されている前記深いドナー準位を形成し得る不純物の濃度は、５×１０16ｃｍ-3よりも低い付記３又は４に記載の光半導体装置。
【０１４１】
（付記６）
前記ｐ型不純物として、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂｅ又はＭｇの内の少なくとも１つの元素が前記ｐ型半導体層に添加されている付記１から５の何れか一項に記載の光半導体装置。
【０１４２】
（付記７）
前記深いアクセプタ準位を形成する不純物として、Ｆｅ又はＲｕの内の少なくとも１つの元素が前記埋め込み層に添加されている付記１から６の何れか一項に記載の光半導体装置。
【０１４３】
（付記８）
前記ｐ型不純物の濃度は、１×１０18ｃｍ-3以上である付記１から７の何れか一項に記載の光半導体装置。
【０１４４】
（付記９）
半導体基板を備え、
前記メサ部及び前記埋め込み層は、前記半導体基板上に配置されており、
前記メサ部は、
前記半導体基板上に形成されたｎ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層上に形成された第１光ガイド層と、
前記第１光ガイド層上に形成された活性層と、
前記活性層上に形成された第２光ガイド層と、
前記第２光ガイド層上に形成された前記ｐ型半導体層と、
を有しており、
前記埋め込み層は、
前記活性層と、前記ｐ型半導体層と、前記ｎ型半導体層とを埋め込んでいる、付記１から８の何れか一項に記載の光半導体装置。
【０１４５】
（付記１０）
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体はＩｎＰである付記１から９の何れか一項に記載の光半導体装置。
【０１４６】
（付記１１）
ｐ型不純物、及びＴｉ、Ｃｒ又はＮｉの内の少なくとも１つの元素が添加されたｐ型半導体層を有するメサ部と、
Ｆｅ又はＲｕの内の少なくとも１つの元素が添加されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により形成され、前記メサ部の側面で前記ｐ型半導体層と接して前記メサ部を埋め込む埋め込み層と、
を備える光半導体装置。
【０１４７】
（付記１２）
ｐ型不純物及び深いドナー準位を形成し得る不純物が添加されたｐ型半導体層を形成する工程と、
前記ｐ型半導体層を有するメサ部を形成する工程と、
深いアクセプタ準位を形成する不純物が添加されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体によって、前記メサ部の側面で前記ｐ型半導体層と接して前記メサ部を埋め込む埋め込み層を形成する工程と、
を備える光半導体装置の製造方法。
【０１４８】
（付記１３）
前記ｐ型半導体層を形成する工程では、前記深いドナー準位を形成し得る不純物として、Ｔｉ、Ｃｒ又はＮｉの内の少なくとも１つの元素を前記ｐ型半導体層に添加する付記１２に記載の光半導体装置の製造方法。
【０１４９】
（付記１４）
前記ｐ型半導体層を形成する工程では、前記深いドナー準位を形成し得る不純物を、５×１０17ｃｍ-3以上の濃度で前記ｐ型半導体層に添加する付記１２又は１３に記載の光半導体装置の製造方法。
【０１５０】
（付記１５）
前記埋め込み層を形成する工程では、前記深いアクセプタ準位を形成する不純物として、Ｆｅを前記埋め込み層に添加する付記１２から１４の何れか一項に記載の光半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【０１５１】
１０、３０ 光半導体装置
１１ 化合物半導体基板
１２、４２，５２ メサ部
１３、３３ 埋め込み層
１４、４４，５４ ｎ型クラッド層（ｎ型半導体層）
１５、４５、５５ 第１光ガイド層
１６、４６ 活性層
１７、４７、５７ 第２光ガイド層
１８、４８、５８ ｐ型クラッド層（ｐ型半導体層）
１９、４９、５９ コンタクト層
２０、６０、６２ ｎ側電極
２１、６１、６３ ｐ側電極
２２ マスク
５６ 光吸収層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光半導体装置では、しきい値電流を低減し且つ光出力を増大させる手法の一つとして、電流を活性層に集中させ電流注入効率を向上させる屈折率導波型構造が用いられている。
【０００３】
この屈折率導波型構造の典型的な例として、活性層を含むストライプ状のメサ部を電流狭窄構造によって埋め込んだ埋め込みヘテロ構造（ｂｕｒｉｅｄ−ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ：ＢＨ）がある。
【０００４】
このＢＨ構造には、メサ部が半絶縁性の半導体層によって埋め込こまれたヘテロ構造（ｓｅｍｉ−ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ ｂｕｒｉｅｄ ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ：ＳＩＢＨ）と、メサ部がｐｎｐｎサイリスタ構造によって埋め込まれたヘテロ構造（ｐｎ−ｂｕｒｉｅｄ ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ：ｐｎＢＨ）とがある。例えば、ＳＩＢＨ構造を光変調器として用いた場合には、変調帯域を制限する要因となる光変調器の寄生容量を低減することができるため、１０Ｇｂ／ｓ以上の高ビットレートでの変調動作を行う上で有利である。
【０００５】
ＳＩＢＨ構造を有する光半導体装置の一例である半導体レーザを図１に示す。
【０００６】
半導体レーザ１００は、ｎ型のＩｎＰ基板１１１を備えており、このＩｎＰ基板１１１上には、メサ部１１２と、このメサ部１１２を埋め込む半絶縁性の半導体層である埋め込み層１１３とが配置される。
【０００７】
メサ部１１２は、ｎ型のＩｎＰによって形成されるｎ型クラッド層１１４と、ノンドープのＩｎＧａＡｓＰ系化合物半導体によって形成される第１光ガイド層１１５と、を有する。また、メサ部１１２は、ノンドープのＩｎＧａＡｓＰ系化合物半導体によって形成される活性層１１６と、ノンドープのＩｎＧａＡｓＰ系化合物半導体によって形成される第２光ガイド層１１７と、を有する。更に、メサ部１１２は、ｐ型不純物であるＺｎがＩｎＰに添加されて形成されるｐ型クラッド層１１８を有する。更にまた、メサ部１１２は、ｐ型のＩｎＧａＡｓ系化合物半導体によって形成されるコンタクト層１１９を有する。
【０００８】
また、半導体レーザ１００は、ｎ側電極１２０と、ｐ側電極１２１とを備える。
【０００９】
埋め込み層１１３は、深いアクセプタ準位を形成するＦｅが添加されたＩｎＰによって形成される。
【００１０】
埋め込み層１１３は、メサ部１１２の側面に露出したｎ型クラッド層１１４の側面と、第１光ガイド層１１５の側面と、活性層１１６の側面と、第２光ガイド層１１７の側面と、ｐ型クラッド層１１８の側面と、コンタクト層１１９の側面とを埋め込んでいる。
【００１１】
２つの電極１２０，１２１間に流れる電流は、高い抵抗率を有する埋め込み層１１３に挟まれたメサ部１１２に集中して流れる。
【００１２】
また、近年では、光半導体装置に対して、冷却を行わないで８０℃〜９０℃以上の高温で動作するアンクールド動作が求められている。そのため、半導体レーザの内部温度の上昇を抑えるために、半導体レーザの素子抵抗を低下させる検討が行われている。例えば、Ｚｎ等のｐ型不純物を、１．０×１０18ｃｍ-3以上の高い濃度でｐ型クラッド層１１８に添加してｐ型クラッド層の抵抗率を下げることにより、半導体レーザの内部温度の上昇を抑え、高温での光出力を増加させる検討が行われている。
【００１３】
一方、ｐ型クラッド層１１８に対して、高い濃度でＺｎ等のｐ型不純物が添加された場合には、埋め込み層１１３が形成される際に、埋め込み層１１３に添加されたＦｅと、ｐ型クラッド層１１８に添加されたＺｎ等のｐ型不純物とが相互拡散することが報告されている。
【００１４】
この相互拡散によって、埋め込み層１１３中のＦｅはｐ型クラッド層１１８へ移動し、ｐ型クラッド層１１８中のＺｎ等は埋め込み層１１８へ移動する。
【００１５】
埋め込み層１１３内に移動したＺｎ等のｐ型不純物は、深いアクセプタ準位を形成するＦｅによっては補償されないため、メサ部１１２近傍の埋め込み層１１３の部分はｐ導電型に変換される。
【００１６】
その結果、メサ部１１２近傍の埋め込み層１１３の部分の電流狭窄機能が低下して、活性層１１６を迂回して埋め込み層１１３中を流れるリーク電流が増加する。このリーク電流の増加は、半導体レーザ１００の発振しきい値電流を増加させ、微分量子効率を低減し、半導体レーザ１００の特性の温度依存性を悪化させる。
【００１７】
また、埋め込み層１１３から、ｐ型クラッド層１１８へ拡散したＦｅが、ｐ型クラッド層１１８中のＩｎサイトのＺｎを格子間サイトに押し出すため、この格子間サイトのＺｎがノンドープの活性層１１６にも拡散し、活性層１１６の一部がｐ導電型に変換される。このように活性層１１６中に形成されるアクセプタ準位は、再結合中心となり得るので、レーザの発振効率を低下させる要因となる。
【００１８】
そこで、ｐ型不純物が拡散したメサ部近傍の埋め込み層の部分がｐ導電型に変換されることを防止するために、ＩｎＰによって形成される埋め込み層に対して、Ｆｅと共にＴｉが添加される半導体レーザが提案されている。Ｔｉは、ＩｎＰ中に深いドナー準位を形成するので、ｐ型クラッド層から拡散してきたＺｎ等のｐ型不純物が形成する正孔が、Ｔｉによって形成されるドナー準位によって捕獲される。このようにして、メサ部近傍の埋め込み層の部分の半絶縁性が維持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特許第２６５３８６３号明細書
【非特許文献】
【００２０】
【非特許文献１】Ｃ．Ｋａｚｍｉｅｒｓｋｉ，ｅｔ ａｌ．，“Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｉｒｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｕｒ ｉｎ Ｚｎ−， Ｃｄ− ａｎｄ Ｂｅ−ｄｏｐｅｄ ｐ−ｔｙｐｅ ＩｎＰ”， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ，Ｖｏｌｕｍｅ １１６，Ｉｓｓｕｅｓ １−２，Ｐａｇｅｓ ７５−８０，Ｊａｎｕａｒｙ １９９２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
上述した半導体レーザには、以下のような問題点がある。まず、ｐ型クラッド層を有するメサ部は、図１に示すような平板形状以外の形状を有する。そのため、メサ部を埋め込む埋め込み層には様々な面方位が出現し得る。具体的には、（０−１１）面、（３−１１）Ｂ面及び（１００）面等が埋め込み層を形成する際に出現する。なお、本明細書においては、明細書作成の都合上、本来‘１バー’で表す面指数を‘−１’で表す。埋め込み層を形成するＩｎＰに対するＦｅ等の取り込み率及び活性化率は、埋め込み層の面方位ごとに異なる。また、埋め込み層を形成するＩｎＰに対するＴｉの取り込み率及び活性化率も、面方位ごとに異なる。ｐ型クラッド層から埋め込み層へ拡散したＺｎ等のｐ型不純物が形成した正孔を捕獲するために、ｐ型クラッド層と接している埋め込み層の部分には、拡散したＺｎ等のｐ型不純物により形成される正孔の濃度に対応した濃度のＴｉが添加される必要がある。しかし、埋め込み層の面方位に応じて、埋め込み層内のＴｉ濃度を部分的に変化させることは、非常に困難である。
【００２２】
また、ＩｎＰによって形成されるｐ型クラッド層にＺｎが１×１０18ｃｍ-3の濃度で添加されている場合、ｐ型クラッド層から埋め込み層へ拡散するＺｎの濃度は高々７×１０16ｃｍ-3である。一方、ＩｎＰによって形成される埋め込み層に対して、添加したＴｉによって形成される深いドナー準位の飽和濃度は、２×１０16ｃｍ-3程度である。従って、埋め込み層にＴｉを添加する手法では、埋め込み層へ拡散してきた全てのＺｎを補償することはできない。
【００２３】
本明細書は、埋め込み層に添加された深いアクセプタ準位を形成する不純物と、メサ部が有するｐ型半導体層に添加されたｐ型不純物との相互拡散が防止される光半導体装置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】
【００２４】
上記課題を解決するために、本明細書で開示する光半導体装置の一形態によれば、ｐ型不純物及び深いドナー準位を形成し得る不純物が添加されたｐ型半導体層を有するメサ部と、深いアクセプタ準位を形成する不純物が添加されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により形成され、上記メサ部の側面から露出した上記ｐ型半導体層と接して上記メサ部を埋め込む埋め込み層と、を備えている。
【００２５】
また、上記課題を解決するために、本明細書で開示する光半導体装置の製造方法の一形態によれば、ｐ型不純物及び深いドナー準位を形成し得る不純物が添加されたｐ型半導体層を形成する工程と、上記ｐ型半導体層を有するメサ部を形成する工程と、深いアクセプタ準位を形成する不純物が添加されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体によって、上記メサ部の側面で上記ｐ型半導体層と接して上記メサ部を埋め込む埋め込み層を形成する工程と、を備える。
【発明の効果】
【００２６】
上述した光半導体装置及びその製造方法の一形態によれば、埋め込み層に添加された深いアクセプタ準位を形成する不純物と、メサ部が有するｐ型半導体層に添加されたｐ型不純物との相互拡散が防止される。
【００２７】
本発明の目的及び効果は、特に請求項において指摘される構成要素及び組み合わせを用いることによって認識され且つ得られるだろう。
【００２８】
前述の一般的な説明及び後述の詳細な説明の両方は、例示的及び説明的なものであり、クレームされている本発明を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】従来の例による半導体レーザを示す断面図である。
【図２】本明細書に開示する光半導体装置の第１実施形態を示す断面図である。
【図３】第１実施形態の光半導体装置の製造方法における工程の要部を説明する図である。
【図４】第１実施形態の光半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図５】第１実施形態の光半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図６】第１実施形態の光半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その３）である。
【図７】本明細書に開示する光半導体装置の第２実施形態を示す平面図である。
【図８】（Ａ）は図７に示す光半導体装置のＸ−Ｘ線断面図であり、（Ｂ）は図７に示す光半導体装置のＹ−Ｙ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本明細書で開示する光半導体装置の好ましい第１実施形態を、図面を参照して説明する。但し、本発明の技術範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。
【００３１】
図１は、本明細書に開示する光半導体装置の第１実施形態を示す断面図である。
【００３２】
本実施形態の光半導体装置１０は、ＳＩＢＨ構造を有する半導体レーザである。光半導体装置１０は、例えば、１．５μｍの波長を有するレーザ光を発振する。
【００３３】
図２に示すように、光半導体装置１０は、ｐ型不純物及び深いドナー準位を形成し得る不純物が添加されたｐ型半導体層であるｐ型クラッド層１８を有するメサ部１２を備えている。また、光半導体装置１０は、メサ部１２の側面でｐ型クラッド層１８と接してメサ部１２を埋め込む埋め込み層１３を備えている。この埋め込み層１３は、深いアクセプタ準位を形成する不純物が添加されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により形成される。
【００３４】
ここで、深いドナー準位を形成し得る不純物とは、ドーパント準位と半導体の伝導帯の下端との間のエネルギーギャップが大きく、光半導体装置１０が使用される温度での熱エネルギーでは、伝導帯へ電子を熱励起することができないドナー準位を有するドーパント元素を意味する。
【００３５】
この深いドナー準位を形成し得る不純物が、ｐ型クラッド層１８内に存在する状態としては、ドーパント元素が、格子サイトに置換された状態と、格子間サイトに配置されている状態とがある。格子サイトに置換された状態の深いドナー準位を形成し得るドーパント元素は、正孔を捕獲し得る状態にあり正孔を補償する状態であることから電気的に活性な状態と呼ぶ。一方、格子間サイトに配置されている状態のドーパント元素は、正孔を補償する状態でないことから電気的に不活性な状態にあると呼ぶ。
【００３６】
この深いドナー準位を形成し得る不純物のドーパント準位は、伝導帯の下端から０．１ｅＶ以上離れていることが好ましい。
【００３７】
また、深いアクセプタ準位を形成する不純物とは、ドーパント準位と半導体の価電子帯との間のエネルギーギャップが大きく、半導体装置１０が使用される温度での熱エネルギーでは、価電子帯へ正孔を熱励起することができないアクセプタ準位を有するドーパント元素を意味する。
【００３８】
この深いアクセプタ準位を形成する不純物のドーパント準位は、価電子帯から０．１ｅＶ以上離れていることが好ましい。
【００３９】
次に、光半導体装置１０が使用される温度での熱エネルギーｋＴの大きさを、具体例を用いて以下に説明する。ここで、ｋはボルツマン定数、Ｔはケルビン温度である。
【００４０】
例えば、光半導体装置１０が使用される温度が２３３ケルビン（−４０℃）である場合には、この温度での熱エネルギーは、ｋＴ＝３．２２Ｅ−２１Ｊ＝２０．０７ｍｅＶとなる。ここで、小数第３位を四捨五入している。以下の数値も同様である。光半導体装置１０が使用される温度が室温の３００ケルビン（２７℃）である場合には、この温度での熱エネルギーは、ｋＴ＝４．１４Ｅ−２１Ｊ＝２５．８８ｍｅＶとなる。また、光半導体装置１０が使用される温度が３７３ケルビン（１００℃）である場合には、この温度での熱エネルギーは、ｋＴ＝５．１５Ｅ−２１Ｊ＝３２．１７ｍｅＶとなる。このように、光半導体装置１０が使用される温度での熱エネルギーｋＴは、温度でいえば、例えば２３３ケルビン〜３７３ケルビンの範囲の大きさをとることができる。また、熱エネルギーｋＴは、ｅＶでいえば、例えば２０．０７ｍｅＶ〜３２．１７ｍｅＶの範囲の大きさをとることができる。
【００４１】
また、光半導体装置１０は、化合物半導体基板１１を備えている。メサ部１２及び埋め込み層１３は、化合物半導体基板１１上に配置されている。また、光半導体装置１０は、化合物半導体基板１１に接合するｎ側電極２０と、メサ部１２に接合するｐ側電極２１とを備えている。
【００４２】
メサ部１２は、化合物半導体基板１１上に形成されたｎ型半導体層であるｎ型クラッド層１４と、ｎ型クラッド層１４上に形成された第１光ガイド層１５と、第１光ガイド層１５上に形成された多重量子井戸構造の活性層１６と、を有している。また、メサ部１２は、活性層１６上に形成された第２光ガイド層１７と、第２光ガイド層１７上に形成されたｐ型半導体層であるｐ型クラッド層１８と、ｐ型クラッド層１８上に形成されたコンタクト層１９とを有している。
【００４３】
メサ部１２では、ｎ側電極２０とｐ側電極２１との間に電流が流されると、活性層１６内で光子の誘導放出が行われてレーザ光が発振される。
【００４４】
図２に示すように、埋め込み層１３は、ｎ型クラッド層１４と、第１光ガイド層１５と、活性層１６と、第２光ガイド層１７と、ｐ型クラッド層１８と、コンタクト層１９とを埋め込んでいる。具体的には、埋め込み層１３は、ｎ型クラッド層１４の側面と、第１光ガイド層１５の側面と、活性層１６の側面と、第２光ガイド層１７の側面と、ｐ型クラッド層１８の側面と、コンタクト層１９の側面と接してメサ部１２を埋め込んでいる。
【００４５】
埋め込み層１３は、半絶縁性半導体であり、高い抵抗率を有する。ｎ側電極２０及びｐ側電極２１の間に流れる電流は、高い抵抗率を有する埋め込み層１３に挟まれたメサ部１２に集中して流れる。
【００４６】
次に、上述した光半導体装置１０の製造方法の一例（以下、本製造方法ともいう）を、図３〜図６を用いて以下に説明する。
【００４７】
図３は、本製造方法における工程の要部を説明する図である。まず、この図３を参照して、本製造方法の概要を以下に説明する。
【００４８】
まず、図３及び図４に示すように、ｎ型クラッド層１４が化合物半導体基板１１上に形成される（工程３０１）。
【００４９】
次に、図３及び図４に示すように、第１光ガイド層１５がｎ型クラッド層１４上に形成される（工程３０２）。
【００５０】
次に、図３及び図４に示すように、活性層１６が第１光ガイド層１５上に形成される（工程３０３）。
【００５１】
次に、図３及び図４に示すように、第２光ガイド層１７が活性層１６上に形成される（工程３０４）。
【００５２】
次に、図３及び図４に示すように、ｐ型不純物及び深いドナー準位を形成し得る不純物が添加されたｐ型クラッド層１８が第２光ガイド層１７上に形成される（工程３０５）。
【００５３】
次に、図３及び図４に示すように、コンタクト層１９がｐ型クラッド層１８上に形成される（工程３０６）。
【００５４】
次に、図３及び図５に示すように、ｐ型クラッド層１８を有するメサ部１２が形成される（工程３０７）。
【００５５】
次に、図３及び図６に示すように、深いアクセプタ準位を形成する不純物が添加されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体によって、メサ部１２の側面でｐ型クラッド層１８と接してメサ部１２を埋め込む埋め込み層１３が形成される（工程３０８）。
【００５６】
そして、図２及び図３に示すように、ｎ側電極及びｐ側電極が形成される（工程３０９）。
【００５７】
以下、本製造方法について、更に詳述する。本製造方法では、各層は、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法を用いてエピタキシャルに形成される。また、各層の形成温度は、５００〜７００℃の範囲にすることが好ましい。
【００５８】
まず、化合物半導体基板１１を用意する。化合物半導体基板１１としては、例えば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いることができる。本製造方法では、化合物半導体基板１１として、（１００）面を主面として有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であるｎ型のＩｎＰ基板を用いる。
【００５９】
次に、図３及び図４に示すように、ｎ型クラッド層１４が化合物半導体基板１１の（１００）面上に形成される（工程３０１）。本製造方法では、ｎ型クラッド層１４としてｎ型ＩｎＰを用い、厚さは０．３μｍとした。
【００６０】
次に、図３及び図４に示すように、第１光ガイド層１５がｎ型クラッド層１４上に形成される（工程３０２）。本製造方法では、第１光ガイド層１５として、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であるノンドープのＩｎＧａＡｓＰを用いる。具体的には、第１光ガイド層１５は、Ｉｎ0.85Ｇａ0.15Ａｓ0.33Ｐ0.67の組成比を有し、バンドギャップ波長は１．１μｍとした。また、第１光ガイド層１５の厚さは、３０ｎｍとした。
【００６１】
次に、図３及び図４に示すように、活性層１６が第１光ガイド層１５上に形成される（工程３０３）。本製造方法では、活性層１６は、多重量子井戸構造を有する。また、本製造方法では、活性層１６として、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であるノンドープのＩｎＧａＡｓＰを用いる。具体的には、活性層１６は多重量子井戸層であり、Ｉｎ0.78Ｇａ0.22Ａｓ0.48Ｐ0.52の組成比及び１．２μｍのバンドギャップ波長を有し、且つ厚さが６ｎｍであるバリア層と、Ｉｎ0.56Ｇａ0.44Ａｓ0.91Ｐ0.09の組成比及び１．５５μｍのバンドギャップ波長を有し、且つ厚さが５ｎｍである量子井戸層とが、交互に４周期繰り返し積層されて形成される。活性層１６は、波長１．５μｍのレーザ光を発振する。なお、活性層１６におけるバリア層と量子井戸層との積層回数は、必要に応じて適宜設定することが好ましい。
【００６２】
また、活性層１６を形成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としては、上述したＩｎＧａＡｓＰの他に、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＳｂ、ＧａＩｎＮＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いても良い。
【００６３】
次に、図３及び図４に示すように、第２光ガイド層１７が活性層１６上に形成される（工程３０４）。この第２光ガイド層１７は、第１光ガイド層１５と同様に形成される。
【００６４】
次に、図３及び図４に示すように、ｐ型不純物及び深いドナー準位を形成し得る不純物が添加されたｐ型クラッド層１８が、第２光ガイド層１７上に形成される（工程３０５）。
【００６５】
ｐ型クラッド層１８は、例えば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いて形成できる。ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としては、ＩｎＰ、ＩｎＡｌＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓおよびＩｎＧａＡｓＰ等を用いることができる。本製造方法では、ｐ型クラッド層１８は、ＩｎＰによって形成される。また、ｐ型クラッド層１８の厚さは、１．５μｍとした。
【００６６】
また、ｐ型クラッド層１８には、ｐ型不純物として、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂｅ又はＭｇの内の少なくとも１つの元素が添加される。本製造方法では、ｐ型不純物として、Ｚｎを用いる。ＭＯＣＶＤ法を用いてｐ型クラッド層１８を形成する際には、ドーパント原料として、例えばジエチル亜鉛を用いて、Ｚｎをｐ型クラッド層１８に添加することができる。
【００６７】
ここで、ｐ型不純物は、ｐ型クラッド層１８を形成する半導体の格子サイトに置換されているドーパント元素であって、光半導体装置１０が使用される温度での熱エネルギーにおいて、ドーパント準位の正孔が価電子帯に容易に熱励起することができるドーパント元素である。
【００６８】
ｐ型クラッド層１８に添加されるｐ型不純物の濃度は、１×１０18ｃｍ-3以上であることが好ましい。ｐ型不純物の濃度が、１×１０18ｃｍ-3以上であると、ｐ型クラッド層１８にｐ導電型を付与できると共に低い素子抵抗を得られ、光半導体装置１０のアンクールド動作を可能にする。
【００６９】
また、ｐ型クラッド層１８には、深いドナー準位を形成し得る不純物として、Ｔｉ、Ｃｒ又はＮｉの内の少なくとも１つの元素が添加される。Ｔｉ、Ｃｒ及びＮｉ等の深いドナー準位を形成し得る不純物は、電気的な活性化率が低く、格子間サイトで安定し易い。従って、ｐ型クラッド層１８を形成する半導体の格子間サイトは、深いドナー準位を形成し得る不純物によって高濃度に充填することができる。
【００７０】
本製造方法では、深いドナー準位を形成し得る不純物として、Ｔｉを用いる。ＭＯＣＶＤ法を用いてｐ型クラッド層１８を形成する際には、ドーパント原料として、例えばテトラキスジメチルアミノチタニウム（ＴＤＭＡＴ）を用いて、Ｔｉをｐ型クラッド層１８に添加することができる。
【００７１】
このようにｐ型クラッド層１８に添加された深いドナー準位を形成し得る不純物は、ｐ型クラッド層１８内の全体に分布する。
【００７２】
ｐ型クラッド層１８における深いドナー準位を形成し得る不純物の濃度は、１×１０17ｃｍ-3以上であることが好ましい。深いドナー準位を形成し得る不純物が、ｐ型クラッド層１８に上記の濃度以上に添加されると、ｐ型クラッド層１８を形成する半導体の格子間サイトに、深いドナー準位を形成し得る不純物を十分に配置させることができる。
【００７３】
ここで、ｐ型クラッド層１８の格子間サイトに深いドナー準位を形成し得る不純物が十分に配置されている状態とは、深いアクセプタ準位を形成する不純物が添加された埋め込み層１３が形成される際に、深いアクセプタ準位を形成する不純物が、埋め込み層１３からｐ型クラッド層１８に拡散することを防止できる状態をいう。
【００７４】
このような観点から、深いドナー準位を形成し得る不純物が、１×１０17ｃｍ-3以上の濃度でｐ型クラッド層１８に添加されている場合でも、ｐ型クラッド層１８の格子サイトに置換されている深いドナー準位を形成し得る不純物の濃度は５×１０16ｃｍ-3よりも低いことが、ｐ型クラッド層１８の格子間サイトに、深いドナー準位を形成し得る不純物が十分に配置される上で好ましい。
【００７５】
また、深いドナー準位を形成し得る不純物の濃度は、５×１０18ｃｍ-3以下であることが、ｐ型クラッド層１８の表面モホロジィを良好に保つ上で好ましい。
【００７６】
深いドナー準位を形成し得る不純物としてＣｒを用いる場合には、Ｃｒの濃度は、１×１０19ｃｍ-3まで添加しても、ｐ型クラッド層１８の表面モホロジィを良好に保つことができる。
【００７７】
上述した深いドナー準位を形成し得る不純物がｐ型クラッド層１８に添加されると、深いドナー準位にある電子が、ｐ型クラッド層１８に添加されるｐ型不純物が形成する正孔と結合し得る。しかし、以下に説明するように、深いドナー準位を形成し得る不純物が１×１０17ｃｍ-3以上の濃度でｐ型クラッド層１８に添加されても、ｐ型クラッド層１８のｐ導電型には影響を与えない。
【００７８】
ｐ型クラッド層１８において、格子サイトに置換されている深いドナー準位を形成し得る不純物の濃度は、格子サイトに置換されているｐ型不純物の濃度と比べて非常に小さい。従って、深いドナー準位を形成し得る不純物のドーパント準位にある電子が、ｐ型クラッド層１８に添加されるｐ型不純物が形成する正孔と結合しても、ｐ型クラッド層１８の抵抗率及びｐ導電型には影響を与えない。
【００７９】
例えば、深いドナー準位を形成し得る不純物であるＴｉが、ｐ型クラッド層１８に１×１０1８ｃｍ-3の濃度で添加される場合に、格子サイトに置換されるＴｉの濃度は５×１０1５ｃｍ-3程度である。従って、ｐ型クラッド層１８にｐ型不純物が１×１０18ｃｍ-3の濃度で添加される場合、この内の５×１０1５ｃｍ-3程度の数の正孔が電子と結合しても、ｐ型クラッド層１８の抵抗率は０．１Ωｃｍ程度の低い値であり且つｐ型クラッド層１８はｐ導電型を有する。
【００８０】
また、深いドナー準位を形成し得る不純物であるＣｒが、ｐ型クラッド層１８に１×１０17ｃｍ-3の濃度で添加される場合に、格子サイトに置換されるＣｒの濃度は２×１０16ｃｍ-3程度である。従って、ｐ型クラッド層１８にｐ型不純物が１×１０18ｃｍ-3の濃度で添加される場合、この内の２×１０16ｃｍ-3程度の数の正孔が電子と結合したとしても、ｐ型クラッド層１８の抵抗率は低い値であり、且つｐ導電型を有する。
【００８１】
ｐ型クラッド層１８を形成する半導体に対するドーパント元素の取り込み率及び活性化率は、ｐ型クラッド層１８の面方位ごとに異なるので、深いドナー準位を形成し得る不純物の濃度を面方位ごとに調節することが好ましい。しかし、本製造方法では、以下に述べる理由によって、深いドナー準位を形成し得る不純物の濃度の調節が容易になっている。
【００８２】
本製造方法によって形成される光半導体装置１０では、図２に示すように、ｐ型クラッド層１８は平板上に形成されるので、埋め込み層１３に露出する側面の面方位は１つである。従って、本製造方法では、平板上のｐ型クラッド層１８が有する１つの面方位、例えば（１００）面における取り込み率及び活性化率に対応して、深いドナー準位を形成し得る不純物及びｐ型不純物の濃度を１つ設定すればよい。
【００８３】
また、上述したように、深いドナー準位を形成し得る不純物がｐ型クラッド層１８の格子間サイトに十分に配置される濃度以上に、深いドナー準位を形成し得る不純物をｐ型クラッド層１８に添加しておけば、深いドナー準位を形成し得る不純物の濃度に関しては、細かく管理しなくても良い。
【００８４】
なお、本製造方法では、ｐ型クラッド層１８にはＴｉのみが添加されたが、ｐ型クラッド層１８には、Ｔｉ、Ｃｒ又はＮｉの内の複数の元素が添加されても良い。
【００８５】
次に、図３及び図４に示すように、コンタクト層１９がｐ型クラッド層１８上に形成される（工程３０６）。コンタクト層１９は、例えば、ｐ型不純物が添加されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いて形成できる。本製造方法では、コンタクト層１９は、ｐ型不純物が添加されたＩｎＧａＡｓによって形成される。また、コンタクト層１９の厚さは０．３μｍとした。
【００８６】
次に、図５に示すように、ストライプ状のマスク２２が、パターニングによってコンタクト層１９の上に形成される。本製造方法では、マスク２２はＳｉＯ２によって形成される。また、マスク２２の幅は、２μｍとした。
【００８７】
そして、図５に示すように、このマスク２２を用いて、コンタクト層１９と、ｐ型クラッド層１８と、第２光ガイド層１７と、活性層１６と、第１光ガイド層１５と、ｎ型クラッド層１４と、化合物半導体基板１１の一部とがエッチングされる。
【００８８】
このエッチング方法としては、例えば、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）等のドライエッチングを用いることができる。
【００８９】
このエッチングにより除去される深さは、適宜設定され得るが、本製造方法では、３μｍとした。
【００９０】
そして、図３及び図５に示すように、上述したエッチングによって、コンタクト層１９と、ｐ型クラッド層１８と、第２光ガイド層１７と、活性層１６と、第１光ガイド層１５と、ｎ型クラッド層１４と、を有するメサ部１２が、化合物半導体基板１１上に形成される（工程３０７）。
【００９１】
次に、図３及び図６に示すように、メサ部１２の側面でｐ型クラッド層１８と接してメサ部１２を埋め込む埋め込み層１３が、化合物半導体基板１１上に形成される（工程３０８）。埋め込み層１３は、メサ部１２の側面から露出したｎ型クラッド層１４と、第１光ガイド層１５と、活性層１６と、第２光ガイド層１７と、コンタクト層１９とも接している。
【００９２】
埋め込み層１３は、深いアクセプタ準位を形成する不純物が添加されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体によって形成される。
【００９３】
埋め込み層１３を形成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としては、例えば、ＩｎＰ、ＩｎＡｌＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓおよびＩｎＧａＡｓＰ等を用いることができる。本製造方法では、埋め込み層１３は、ＩｎＰによって形成される。また、埋め込み層１３の厚さは、メサ部１２の高さと同じ３μｍとする。
【００９４】
埋め込み層１３には、深いアクセプタ準位を形成する不純物として、Ｆｅ又はＲｕの内の少なくとも１つの元素が添加される。ノンドープのＩｎＰは、弱いｎ導電型を有するので、深いアクセプタ準位を形成する不純物を添加することによって、このｎ導電型が補償され、埋め込み層１３は高い抵抗率を示すようになる。
【００９５】
埋め込み層１３における深いアクセプタ準位を形成する不純物の濃度は、埋め込み層１３を形成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が、ｎ型クラッド層１４の電子に対して電流狭窄構造となるように半絶縁性の高い抵抗率を示す量とすることが好ましい。本製造方法では、深いアクセプタ準位を形成する不純物であるＦｅが、６×１０16ｃｍ-3の濃度で埋め込み層１３に添加される。
【００９６】
また、深いアクセプタ準位を形成する不純物として、Ｆｅを用いる場合には、Ｆｅの濃度を７×１０17ｃｍ-3以下にすることが、埋め込み層１３を形成する結晶の表面モホロジィを良好に保つ上で好ましい。
【００９７】
埋め込み層１３を化合物半導体基板１１上に形成する際に、埋め込み層１３に添加される深いアクセプタ準位を形成する不純物は、ｐ型クラッド層１８に添加されているｐ型不純物と相互拡散しようとする。
【００９８】
しかし、ｐ型クラッド層１８では、深いドナー準位を形成し得る不純物がｐ型クラッド層１８の格子間サイトに十分に配置されているので、埋め込み層１３に添加される深いアクセプタ準位を形成する不純物が、ｐ型クラッド層１８の格子間サイトに移動することができない。
【００９９】
これは、ｐ型クラッド層１８では、深いアクセプタ準位を形成する不純物が移動し得る格子間サイトがないか又はほとんどない状態にあるためである。
【０１００】
深いアクセプタ準位を形成する不純物のｐ型クラッド層１８における安定な位置が格子サイトであったとしても、深いアクセプタ準位を形成する不純物が、埋め込み層１３からｐ型クラッド層１８に移動する際には、まず格子間サイトに移動した後に、格子サイトの原子と置換されると考えられる。
【０１０１】
従って、ｐ型クラッド層１８において、深いアクセプタ準位を形成する不純物が移動し得る格子間サイトがないか又はほとんどない状態にあるので、深いアクセプタ準位を形成する不純物は、ｐ型クラッド層１８内に移動することができない。
【０１０２】
このように、埋め込み層１３からｐ型クラッド層１８への深いアクセプタ準位を形成する不純物の拡散は、ほとんどないかか又は全くない。
【０１０３】
もし、深いアクセプタ準位を形成する不純物がｐ型クラッド層１８に移動すると、格子サイト（ｐ型クラッド層がＩＩＩ−Ｖ化合物半導体によって形成される場合には、ＩＩＩ族サイト）に置換されているｐ型不純物の中には、深いアクセプタ準位を形成する不純物と置換されて、格子間サイトに押し出されるものがある。
【０１０４】
そして、格子間サイトに押し出されたｐ型不純物は、安定していないので、埋め込み層１３又は活性層１６に移動するものがある。
【０１０５】
しかし、本製造方法では、深いアクセプタ準位を形成する不純物がｐ型クラッド層１８にほとんどか又は全く移動して来ないので、ｐ型不純物が、格子間サイトに押し出されることがない。そのため、ｐ型クラッド層１８に添加されるｐ型不純物は、格子サイトから、格子間サイトに押し出される現象が生じがたい。
【０１０６】
従って、ｐ型クラッド層１８では、移動し易い格子間サイトのｐ型不純物が、ほとんどか又は全く存在しないので、ｐ型不純物が、ｐ型クラッド層１８から埋め込み層１３又は活性層１５へ移動することが防止される。
【０１０７】
また、埋め込み層１３には、Ｔｉ、Ｃｒ又はＮｉ等の深いドナー準位を形成し得る不純物が添加されていても良い。埋め込み層１３が形成される際には、量としては多くはないが、ｐ型クラッド層１８から埋め込み層１３にｐ型不純物が若干拡散してくる場合がある。これらの深いドナー準位を形成し得る不純物は、埋め込み層１３においてｐ型不純物が形成する正孔を捕獲して、埋め込み層１３の抵抗率が低下することを防止する。
【０１０８】
そして、マスク２２がメサ部１２の上から除去される。
【０１０９】
次に、図２及び図３に示すように、ｎ側電極２０が、化合物半導体基板１１の下側を覆うように形成され、ｐ側電極２１が、コンタクト層１９及び埋め込み層１３を覆うように形成される（工程３０９）。
【０１１０】
そして、個々の光半導体装置にへき開分離して、図２に示す半導体レーザである光半導体装置１０が得られる。
【０１１１】
上述した本実施形態の光半導体装置１０及びその製造方法によれば、埋め込み層１３に添加された深いアクセプタ準位を形成する不純物と、メサ部１２が有するｐ型クラッド層１８に添加されたｐ型不純物との相互拡散が防止される。
【０１１２】
また、埋め込み層１３へのｐ型不純物の拡散が防止されるので、埋め込み層１３の半絶縁性の高い抵抗率が維持されるため、活性層１６を迂回して埋め込み層１３中を流れるリーク電流の発生を抑制することができる。
【０１１３】
更に、活性層１６へのｐ型不純物の拡散が防止されるので、活性層１６のノンドープの状態が維持されるため、レーザの発振効率等の光半導体装置１０の性能が劣化することが防止される。
【０１１４】
このようにして、光半導体装置１０は、発振しきい値電流の増加、又は微分量子効率の低減、又は温度特性の劣化等が防止される。従って、光半導体装置１０は、発振効率が良く、設計通りのレーザ特性が発揮される。
【０１１５】
本発明では、上述した実施形態の光半導体装置及びその製造方法は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。
【０１１６】
例えば、上述した実施形態及びその製造方法では、光半導体装置が半導体レーザである場合を例にして説明されたが、光半導体装置は、光変調器、光増幅器、光合波器、導波路、曲がり導波路、又はこれらを集積した装置であっても良い。
【０１１７】
次に、本明細書に開示する第２実施形態の光半導体装置を、図面を参照しながら以下に説明する。第２実施形態について特に説明しない点については、上述の第１実施形態に関して詳述した説明が適宜適用される。また、図７及び図８において、図２〜図６と同じ構成要素に同じ符号を付してある。
【０１１８】
図７は、本明細書に開示する光半導体装置の第２実施形態を示す平面図である。図８（Ａ）は図７に示す光半導体装置のＸ−Ｘ線断面図であり、図８（Ｂ）は図７に示す光半導体装置のＹ−Ｙ線断面図である。
【０１１９】
図７に示すように、本実施形態の光半導体装置３０は、半導体レーザ部４０と、電界吸収型光変調部５０とを有する。また、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すように、光半導体装置３０は化合物半導体基板３１を備えており、半導体レーザ部４０及び電界吸収型光変調部５０は、一つの化合物半導体基板３１の上に一体に形成される。
【０１２０】
光半導体装置３０では、レーザ光を半導体レーザ部４０で発振し、このレーザ光を電界吸収型光変調部５０で変調して、外部に出力する。
【０１２１】
図８（Ａ）に示すように、半導体レーザ部４０は、ｐ型不純物及び深いドナー準位を形成し得る不純物が添加されたｐ型半導体層であるｐ型クラッド層４８を有するメサ部４２を備えている。また、半導体レーザ部４０は、メサ部４２の側面のｐ型クラッド層４８と接してメサ部４２を埋め込む埋め込み層３３を備えている。この埋め込み層３３は、深いアクセプタ準位を形成する不純物が添加されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により形成される。
【０１２２】
半導体レーザ部４０では、メサ部４２及び埋め込み層３３は、化合物半導体基板３１上に配置されている。また、半導体レーザ部４０は、化合物半導体基板３１に接合するｎ側電極６０と、メサ部４２に接合するｐ側電極６１とを備えている。
【０１２３】
また、半導体レーザ部４０では、メサ部４２は、化合物半導体基板３１上に形成されたｎ型半導体層であるｎ型クラッド層４４と、ｎ型クラッド層４４上に形成された第１光ガイド層４５と、第１光ガイド層４５上に形成された多重量子井戸構造の活性層４６と、を有している。また、メサ部４２は、活性層４６上に形成された第２光ガイド層４７と、第２光ガイド層４７上に形成されたｐ型半導体層であるｐ型クラッド層４８と、ｐ型クラッド層４８上に形成されたコンタクト層４９とを有している。
【０１２４】
図８（Ｂ）に示すように、電界吸収型光変調部５０は、ｐ型不純物及び深いドナー準位を形成し得る不純物が添加されたｐ型半導体層であるｐ型クラッド層５８を有するメサ部５２を備えている。また、電界吸収型光変調部５０は、メサ部５２の側面から露出したｐ型クラッド層５８と接してメサ部５２を埋め込む埋め込み層３３を備えている。この埋め込み層３３は、半導体レーザ部４０のメサ部４２を埋め込む埋め込み層と同じものである。
【０１２５】
電界吸収型光変調部５０では、メサ部５２は、化合物半導体基板３１上に配置されている。また、電界吸収型光変調部５０は、化合物半導体基板３１に接合するｎ側電極６２と、メサ部５２に接合するｐ側電極６３とを備えている。
【０１２６】
また、電界吸収型光変調部５０では、メサ部５２は、化合物半導体基板３１上に形成されたｎ型半導体層であるｎ型クラッド層５４と、ｎ型クラッド層５４上に形成された第１光ガイド層５５と、第１光ガイド層５５上に形成された多重量子井戸構造の光吸収層５６と、を有している。また、メサ部５２は、光吸収層５６上に形成された第２光ガイド層５７と、第２光ガイド層５７上に形成されたｐ型半導体層であるｐ型クラッド層５８と、ｐ型クラッド層５８上に形成されたコンタクト層５９とを有している。
【０１２７】
光半導体装置３０は、半導体レーザ部４０の活性層４６及び電界吸収型光変調部５０の光吸収層５６が別々に形成される点を除いて、上述した第１実施形態の光半導体装置と同様に製造することができる。
【０１２８】
半導体レーザ部４０の活性層４６の多重量子井戸構造は、発振させたいレーザ光特性に応じて適宜設計される。活性層４６の多重量子井戸構造は、例えば、第１実施形態の光半導体装置の活性層と同様に形成されても良い。
【０１２９】
電界吸収型光変調部５０の光吸収層５６の多重量子井戸構造は、半導体レーザ部４０が発振したレーザ光に対する所望の変調特性に応じて適宜設計される。
【０１３０】
上述した本実施形態の光半導体装置３０によれば、埋め込み層３３に添加された深いアクセプタ準位を形成する不純物と、メサ部４２が有するｐ型クラッド層４８及びメサ部５２が有するｐ型クラッド層５８に添加されたｐ型不純物との相互拡散が防止される。
【０１３１】
従って、半導体レーザ部４０は設計通りのレーザ特性が発揮され、電界吸収型光変調部５０は設計通りの変調特性が発揮される。
【０１３２】
本発明では、上述した実施形態の光半導体装置は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。
【０１３３】
例えば、光半導体装置３０では、半導体レーザ部４０及び電界吸収型光変調部５０の２つの装置を有しているが、光半導体装置は３つ以上の装置を有していても良い。
【０１３４】
ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、読者が、発明者によって寄与された発明及び概念を技術を深めて理解することを助けるための教育的な目的を意図する。ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、そのような具体的に述べられた例及び条件に限定されることなく解釈されるべきである。また、明細書のそのような例示の機構は、本発明の優越性及び劣等性を示すこととは関係しない。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、その様々な変更、置き換え又は修正が本発明の精神及び範囲を逸脱しない限り行われ得ることが理解されるべきである。
【０１３５】
以上の上述した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【０１３６】
（付記１）
ｐ型不純物及び深いドナー準位を形成し得る不純物が添加されたｐ型半導体層を有するメサ部と、
深いアクセプタ準位を形成する不純物が添加されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により形成され、前記メサ部の側面で前記ｐ型半導体層と接して前記メサ部を埋め込む埋め込み層と、
を備えている光半導体装置。
【０１３７】
（付記２）
前記深いドナー準位を形成し得る不純物として、Ｔｉ、Ｃｒ又はＮｉの内の少なくとも１つの元素が前記ｐ型半導体層に添加されている付記１に記載の光半導体装置。
【０１３８】
（付記３）
前記深いドナー準位を形成し得る不純物の濃度は、１×１０17ｃｍ-3以上である付記１又は２に記載の光半導体装置。
【０１３９】
（付記４）
前記深いドナー準位を形成し得る不純物の濃度は、５×１０18ｃｍ-3以下である付記３に記載の光半導体装置。
【０１４０】
（付記５）
前記ｐ型半導体層の格子位置に置換されている前記深いドナー準位を形成し得る不純物の濃度は、５×１０16ｃｍ-3よりも低い付記３又は４に記載の光半導体装置。
【０１４１】
（付記６）
前記ｐ型不純物として、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂｅ又はＭｇの内の少なくとも１つの元素が前記ｐ型半導体層に添加されている付記１から５の何れか一項に記載の光半導体装置。
【０１４２】
（付記７）
前記深いアクセプタ準位を形成する不純物として、Ｆｅ又はＲｕの内の少なくとも１つの元素が前記埋め込み層に添加されている付記１から６の何れか一項に記載の光半導体装置。
【０１４３】
（付記８）
前記ｐ型不純物の濃度は、１×１０18ｃｍ-3以上である付記１から７の何れか一項に記載の光半導体装置。
【０１４４】
（付記９）
半導体基板を備え、
前記メサ部及び前記埋め込み層は、前記半導体基板上に配置されており、
前記メサ部は、
前記半導体基板上に形成されたｎ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層上に形成された第１光ガイド層と、
前記第１光ガイド層上に形成された活性層と、
前記活性層上に形成された第２光ガイド層と、
前記第２光ガイド層上に形成された前記ｐ型半導体層と、
を有しており、
前記埋め込み層は、
前記活性層と、前記ｐ型半導体層と、前記ｎ型半導体層とを埋め込んでいる、付記１から８の何れか一項に記載の光半導体装置。
【０１４５】
（付記１０）
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体はＩｎＰである付記１から９の何れか一項に記載の光半導体装置。
【０１４６】
（付記１１）
ｐ型不純物、及びＴｉ、Ｃｒ又はＮｉの内の少なくとも１つの元素が添加されたｐ型半導体層を有するメサ部と、
Ｆｅ又はＲｕの内の少なくとも１つの元素が添加されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により形成され、前記メサ部の側面で前記ｐ型半導体層と接して前記メサ部を埋め込む埋め込み層と、
を備える光半導体装置。
【０１４７】
（付記１２）
ｐ型不純物及び深いドナー準位を形成し得る不純物が添加されたｐ型半導体層を形成する工程と、
前記ｐ型半導体層を有するメサ部を形成する工程と、
深いアクセプタ準位を形成する不純物が添加されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体によって、前記メサ部の側面で前記ｐ型半導体層と接して前記メサ部を埋め込む埋め込み層を形成する工程と、
を備える光半導体装置の製造方法。
【０１４８】
（付記１３）
前記ｐ型半導体層を形成する工程では、前記深いドナー準位を形成し得る不純物として、Ｔｉ、Ｃｒ又はＮｉの内の少なくとも１つの元素を前記ｐ型半導体層に添加する付記１２に記載の光半導体装置の製造方法。
【０１４９】
（付記１４）
前記ｐ型半導体層を形成する工程では、前記深いドナー準位を形成し得る不純物を、５×１０17ｃｍ-3以上の濃度で前記ｐ型半導体層に添加する付記１２又は１３に記載の光半導体装置の製造方法。
【０１５０】
（付記１５）
前記埋め込み層を形成する工程では、前記深いアクセプタ準位を形成する不純物として、Ｆｅを前記埋め込み層に添加する付記１２から１４の何れか一項に記載の光半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【０１５１】
１０、３０ 光半導体装置
１１ 化合物半導体基板
１２、４２，５２ メサ部
１３、３３ 埋め込み層
１４、４４，５４ ｎ型クラッド層（ｎ型半導体層）
１５、４５、５５ 第１光ガイド層
１６、４６ 活性層
１７、４７、５７ 第２光ガイド層
１８、４８、５８ ｐ型クラッド層（ｐ型半導体層）
１９、４９、５９ コンタクト層
２０、６０、６２ ｎ側電極
２１、６１、６３ ｐ側電極
２２ マスク
５６ 光吸収層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ型不純物及び深いドナー準位を形成し得る不純物が添加されたｐ型半導体層を有するメサ部と、
深いアクセプタ準位を形成する不純物が添加されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により形成され、前記メサ部の側面で前記ｐ型半導体層と接して前記メサ部を埋め込む埋め込み層と、
を備えている光半導体装置。
【請求項２】
前記深いドナー準位を形成し得る不純物として、Ｔｉ、Ｃｒ又はＮｉの内の少なくとも１つの元素が前記ｐ型半導体層に添加されている請求項１に記載の光半導体装置。
【請求項３】
前記深いドナー準位を形成し得る不純物の濃度は、１×１０17ｃｍ-3以上である請求項１又は２に記載の光半導体装置。
【請求項４】
前記ｐ型不純物として、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂｅ又はＭｇの内の少なくとも１つの元素が前記ｐ型半導体層に添加されている請求項１から３の何れか一項に記載の光半導体装置。
【請求項５】
前記深いアクセプタ準位を形成する不純物として、Ｆｅ又はＲｕの内の少なくとも１つの元素が前記埋め込み層に添加されている請求項１から４の何れか一項に記載の光半導体装置。
【請求項６】
ｐ型不純物、及びＴｉ、Ｃｒ又はＮｉの内の少なくとも１つの元素が添加されたｐ型半導体層を有するメサ部と、
Ｆｅ又はＲｕの内の少なくとも１つの元素が添加されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により形成され、前記メサ部の側面で前記ｐ型半導体層と接して前記メサ部を埋め込む埋め込み層と、
を備える光半導体装置。
【請求項７】
ｐ型不純物及び深いドナー準位を形成し得る不純物が添加されたｐ型半導体層を形成する工程と、
前記ｐ型半導体層を有するメサ部を形成する工程と、
深いアクセプタ準位を形成する不純物が添加されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体によって、前記メサ部の側面で前記ｐ型半導体層と接して前記メサ部を埋め込む埋め込み層を形成する工程と、
を備える光半導体装置の製造方法。
【請求項１】
ｐ型不純物及び深いドナー準位を形成し得る不純物が添加されたｐ型半導体層を有するメサ部と、
深いアクセプタ準位を形成する不純物が添加されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により形成され、前記メサ部の側面で前記ｐ型半導体層と接して前記メサ部を埋め込む埋め込み層と、
を備えている光半導体装置。
【請求項２】
前記深いドナー準位を形成し得る不純物として、Ｔｉ、Ｃｒ又はＮｉの内の少なくとも１つの元素が前記ｐ型半導体層に添加されている請求項１に記載の光半導体装置。
【請求項３】
前記深いドナー準位を形成し得る不純物の濃度は、１×１０17ｃｍ-3以上である請求項１又は２に記載の光半導体装置。
【請求項４】
前記ｐ型不純物として、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂｅ又はＭｇの内の少なくとも１つの元素が前記ｐ型半導体層に添加されている請求項１から３の何れか一項に記載の光半導体装置。
【請求項５】
前記深いアクセプタ準位を形成する不純物として、Ｆｅ又はＲｕの内の少なくとも１つの元素が前記埋め込み層に添加されている請求項１から４の何れか一項に記載の光半導体装置。
【請求項６】
ｐ型不純物、及びＴｉ、Ｃｒ又はＮｉの内の少なくとも１つの元素が添加されたｐ型半導体層を有するメサ部と、
Ｆｅ又はＲｕの内の少なくとも１つの元素が添加されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により形成され、前記メサ部の側面で前記ｐ型半導体層と接して前記メサ部を埋め込む埋め込み層と、
を備える光半導体装置。
【請求項７】
ｐ型不純物及び深いドナー準位を形成し得る不純物が添加されたｐ型半導体層を形成する工程と、
前記ｐ型半導体層を有するメサ部を形成する工程と、
深いアクセプタ準位を形成する不純物が添加されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体によって、前記メサ部の側面で前記ｐ型半導体層と接して前記メサ部を埋め込む埋め込み層を形成する工程と、
を備える光半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２８３２３４（Ｐ２０１０−２８３２３４Ａ）
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３６５５６（Ｐ２００９−１３６５５６）
【出願日】平成２１年６月５日（２００９．６．５）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月５日（２００９．６．５）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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