光集積素子の製造方法
【課題】バットジョイント構造を構成する第１及び第２の半導体積層部上に成長する半導体層に生じる結晶欠陥を低減する。
【解決手段】エッチングマスク３０を用いて第１の半導体積層部２０にエッチングを施す工程と、Ａｌを含む光吸収層４２、及び光吸収層４２上に設けられるＩｎＰクラッド層４４を有する第２の半導体積層部４０を、エッチングマスク３０を用いて選択的に成長させる第１の再成長工程と、エッチングマスク３０を除去するマスク除去工程と、第１及び第２の半導体積層部２０，４０上に第３の半導体積層部を成長させる第２の再成長工程とを行う。第１の再成長工程において、ＩｎＰに対してエッチング選択性を有するＩｎＰ系化合物半導体を含むキャップ層４６を第２の半導体積層部４０上に更に成長させる。マスク除去工程の前に、エッチングマスク３０上に生じたＩｎＰ系堆積物Ｄｅを除去する。
【解決手段】エッチングマスク３０を用いて第１の半導体積層部２０にエッチングを施す工程と、Ａｌを含む光吸収層４２、及び光吸収層４２上に設けられるＩｎＰクラッド層４４を有する第２の半導体積層部４０を、エッチングマスク３０を用いて選択的に成長させる第１の再成長工程と、エッチングマスク３０を除去するマスク除去工程と、第１及び第２の半導体積層部２０，４０上に第３の半導体積層部を成長させる第２の再成長工程とを行う。第１の再成長工程において、ＩｎＰに対してエッチング選択性を有するＩｎＰ系化合物半導体を含むキャップ層４６を第２の半導体積層部４０上に更に成長させる。マスク除去工程の前に、エッチングマスク３０上に生じたＩｎＰ系堆積物Ｄｅを除去する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光集積素子を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、バットジョイント接合部を有する光集積素子の製造方法が開示されている。この製造方法では、先ず第１の半導体層を基板上に形成し、第１の半導体層の第１の領域を保護するマスクを第１の半導体層上に形成し、このマスクを用いて、第１の半導体層の第１の領域を除く部分をドライエッチングにより選択的に除去し、その後、第１の半導体層が除去された基板上の領域に第２の半導体層を成長させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２６３６５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
バットジョイント構造を備える光集積素子を製造する際には、まず、光導波層やクラッド層を含む第１の半導体積層部を基板上に成長させる。そして、第１の半導体積層部の一部を覆うマスクを形成したのち、このマスクを用いて、第１の半導体積層部に対するエッチングを行う。このとき、第１の半導体積層部の光導波層の側面を露出させる。続いて、このマスクを用いて、光導波層やクラッド層を含む第２の半導体積層部を選択的に成長させることによって、第１及び第２の半導体積層部によるバットジョイント構造を形成する。その後、マスクを除去する。
【０００５】
このような光集積素子の製造方法では、マスクを除去した後、例えばコンタクト層などの半導体層を第１及び第２の半導体積層部上に更に成長させる場合がある。このような場合、次のような課題が存在することを本発明者は見出した。すなわち、Ａｌを含む半導体層が第２の半導体積層部に含まれる場合、第２の半導体積層部を成長させると、マスク上に堆積物が生成される。この堆積物の成分を分析した結果、主にＩｎＰ多結晶体から成ることが判明した。このようなＩｎＰ系堆積物は、Ａｌを含む半導体層を成長させるときにＡｌ系物質がマスク上に付着し、このＡｌ系物質が核となってその周囲にＩｎＰが付着することにより生成されるものと推測される。
【０００６】
また、本発明者の研究により、このようなＩｎＰ系堆積物は、マスクを除去した後においても第１及び第２の半導体積層部上に残留することが判明した。このため、コンタクト層を、ＩｎＰ系堆積物が散在する各半導体積層部の表面上に成長させることとなり、コンタクト層において結晶欠陥が生じてしまう。
【０００７】
なお、このようなＩｎＰ系堆積物は、例えば塩酸を用いたウェットエッチングによって除去される。しかしながら、第２の半導体積層部がＩｎＰ系半導体から成る場合には、そのウェットエッチングによって第２の半導体積層部の表面も同時にエッチングされてしまう。したがって、第１の半導体積層部の表面と第２の半導体積層部の表面との間に段差が生じるので、コンタクト層に結晶欠陥が発生してしまう。
【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、バットジョイント構造を構成する第１及び第２の半導体積層部上に半導体層を成長させる際に、該半導体層に生じる結晶欠陥を低減することができる光集積素子の製造方法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】
【０００９】
上述した課題を解決するために、本発明による光集積素子の製造方法は、（１）第１の光導波層を有する第１の半導体積層部が基板上に形成されてなる基板生産物に対し、第１の半導体積層部の一部を覆うエッチングマスクを形成するエッチングマスク形成工程と、（２）エッチングマスクを用いて第１の半導体積層部にエッチングを施すエッチング工程と、（３）Ａｌを含む第２の光導波層、及び該第２の光導波層上に設けられるＩｎＰクラッド層を有する第２の半導体積層部を、エッチングマスクを用いて基板上に選択的に成長させる第１の再成長工程と、（４）エッチングマスクを除去するマスク除去工程と、（５）第１及び第２の半導体積層部上に半導体層を成長させる第２の再成長工程とを備え、第１の再成長工程において、ＩｎＰに対してエッチング選択性を有するＩｎＰ系化合物半導体を含むキャップ層を第２の半導体積層部上に更に成長させ、（６）第１の再成長工程の際にエッチングマスク上に生じたＩｎＰ系堆積物を除去する堆積物除去工程を、マスク除去工程の前に更に備えることを特徴とする。
【００１０】
この光集積素子の製造方法では、マスク除去工程の前に、第１の再成長工程にてエッチングマスク上に生じたＩｎＰ系堆積物を除去する（堆積物除去工程）。通常であれば、このときマスクに覆われていない第２の半導体積層部の表面もエッチングされてしまうので、後の工程において半導体層に結晶欠陥が生じる原因となる。しかしながら、上記製造方法では、第１の再成長工程において、ＩｎＰに対してエッチング選択性を有するＩｎＰ系化合物半導体を含むキャップ層を第２の半導体積層部上に成長させている。これにより、堆積物除去工程では、第２の半導体積層部の表面がキャップ層により保護され、第２の半導体積層部の表面はエッチングされない。したがって、上記製造方法によれば、エッチングマスク上に生成したＩｎＰ系堆積物を好適に除去することができ、第１及び第２の半導体積層部上に半導体層を成長させる際に、該半導体層に生じる結晶欠陥を低減することができる。
【００１１】
また、上述した光集積素子の製造方法は、ＩｎＰ系化合物半導体がＡｌＩｎＡｓまたはＧａＩｎＡｓＰであることを特徴としてもよい。ＡｌＩｎＡｓやＧａＩｎＡｓＰのエッチング速度はＩｎＰのエッチング速度よりも格段に遅いので、ＩｎＰ系化合物半導体がＡｌＩｎＡｓまたはＧａＩｎＡｓＰであることによって、堆積物除去工程の際に第２の半導体積層部の表面を好適に保護することができる。
【００１２】
また、上述した光集積素子の製造方法は、キャップ層の厚さが２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることを特徴としてもよい。キャップ層が堆積物除去工程においてエッチング停止層として機能するためには、キャップ層の厚さは２０ｎｍ以上であることが好ましい。一方、キャップ層は第２の半導体積層部と半導体層（例えばコンタクト層）との間に配置されるので、素子抵抗を抑えるためには、キャップ層の厚さは５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１３】
また、上述した光集積素子の製造方法は、堆積物除去工程において、塩酸を用いたウェットエッチングによってＩｎＰ系堆積物を除去することを特徴としてもよい。これにより、ＩｎＰ系堆積物を効果的に除去することができる。
【００１４】
また、上述した光集積素子の製造方法は、ハロゲン系のガスを用いてキャップ層の表面酸化膜を低減する工程を、マスク除去工程と第２の再成長工程との間に更に備えることを特徴としてもよい。これにより、キャップ層上に半導体層をより結晶性良く再成長させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る光集積素子の製造方法によれば、バットジョイント構造を構成する第１及び第２の半導体積層部上に半導体層を成長させる際に、該半導体層に生じる結晶欠陥を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、光集積素子の製造に用いられるＩｎＰ基板の外観を示す斜視図である。
【図２】図２（ａ）及び（ｂ）は、一実施形態に係る光集積素子の製造方法に含まれる各工程を示す図面である。
【図３】図３（ａ）及び（ｂ）は、一実施形態に係る光集積素子の製造方法に含まれる各工程を示す図面である。
【図４】図４（ａ）及び（ｂ）は、一実施形態に係る光集積素子の製造方法に含まれる各工程を示す図面である。
【図５】図５（ａ）及び（ｂ）は、一実施形態に係る光集積素子の製造方法に含まれる各工程を示す図面である。
【図６】図６（ａ）〜（ｃ）は、一実施形態に係る光集積素子の製造方法に含まれる各工程を示す図面である。
【図７】比較例における光集積素子の製造方法の問題点を説明するための図である。
【図８】比較例における光集積素子の製造方法の問題点を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら本発明による光集積素子の製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、以下の説明において、＜０１１＞方向とは、［０１１］方向およびこれと等価な方向を含む。＜０−１１＞方向、＜１００＞方向についても同様である。
【００１８】
図１は、光集積素子の製造に用いられるＩｎＰ基板１０の外観を示す斜視図である。本実施形態では、まず第１導電型（例えばｎ型）のＩｎＰ基板１０を用意する。ＩｎＰ基板１０は主面１０ａ及び裏面１０ｂを有する。主面１０ａの法線方向Ｖは、ＩｎＰ基板１０を構成するＩｎＰ結晶の＜１００＞方向と一致しているか、若しくは＜１００＞方向に対して５°以下の角度で傾斜している。換言すれば、主面１０ａは、ＩｎＰ結晶の（１００）面を含むか、若しくは（１００）面に対して５°以下の角度で傾斜した面を含む。主面１０ａには、ＩｎＰ基板１０を構成するＩｎＰ結晶の＜０１１＞方向に延びる光導波路予定領域Ａが含まれる。光導波路予定領域Ａには、レーザ素子部となるべき第１の部分Ａ１、及び光変調素子部となるべき第２の部分Ａ２が含まれる。
【００１９】
図２〜図６は、本発明の一実施形態に係る光集積素子の製造方法に含まれる各工程を示す図面である。図２〜図４は、この製造方法に含まれる前半の工程を示す側断面図であって、光集積素子の光導波方向に沿った側断面を示している。図５及び図６は、この製造方法に含まれる後半の工程を示す斜視図である。
【００２０】
本実施形態では、図２（ａ）に示されるように、まず第１の半導体積層部２０をＩｎＰ基板１０の主面１０ａ上に成長させる。第１の半導体積層部２０は、下部光閉じ込め層２１、活性層２２、上部光閉じ込め層２３、クラッド層２４、下部キャップ層２５、及び上部キャップ層２６を含んでいる。活性層２２は、アンドープＧａＩｎＡｓＰから成る障壁層及び井戸層が交互に積層されて成る多重量子井戸（Multiple Quantum Well；ＭＱＷ）構造を有している。井戸層は例えば７層設けられ、活性層２２全体の厚さは例えば１１５ｎｍである。障壁層及び井戸層の各バンドギャップエネルギーを発光波長に換算すると、それぞれ例えば１２００ｎｍ，１５５０ｎｍである。障壁層及び井戸層の厚さは、それぞれ例えば１０ｎｍ，５ｎｍである。井戸層の圧縮歪みは例えば０．８％である。なお、この活性層２２は、本実施形態における第１の光導波層である。
【００２１】
下部光閉じ込め層２１及び上部光閉じ込め層２３は、例えばアンドープＧａＩｎＡｓＰから成り、それぞれの厚さは例えば５０ｎｍである。下部光閉じ込め層２１及び上部光閉じ込め層２３の各バンドギャップエネルギーを発光波長に換算すると、例えば１１５０ｎｍである。クラッド層２４は、第２導電型（例えばｐ型）のＩｎＰから成り、その厚さは例えば５３０ｎｍである。下部キャップ層２５は、例えば第２導電型のＧａＩｎＡｓＰから成り、その厚さは例えば２０ｎｍである。上部キャップ層２６は、例えば第２導電型のＩｎＰから成り、その厚さは例えば２０ｎｍである。下部光閉じ込め層２１、活性層２２、上部光閉じ込め層２３、クラッド層２４、下部キャップ層２５、及び上部キャップ層２６は、例えば有機金属気相成長法（OrganoMetaric Vapor Phase Epitaxy；ＯＭＶＰＥ）によって好適に成長する。
【００２２】
続いて、図２（ｂ）に示されるように、第１の半導体積層部２０がＩｎＰ基板１０の主面１０ａ上に形成されて成る基板生産物において、エッチングマスク３０を第１の半導体積層部２０上に形成する（エッチングマスク形成工程）。エッチングマスク３０は、例えばＳｉＯ２やＳｉＮといったシリコン化合物からなり、その厚さは例えば２００ｎｍである。エッチングマスク３０は、ＩｎＰ基板１０の＜０１１＞方向に延びており、ＩｎＰ基板１０上において想定される光導波路予定領域Ａの第１の部分Ａ１を覆っている。エッチングマスク３０の横幅（光導波方向と直交する方向の幅）は、例えば５０μｍ以上８０μｍ以下である。なお、エッチングマスク３０は、ＳｉＯ２膜やＳｉＮ膜といったシリコン化合物膜を、化学気相成長（Chemical Vapor Deposition；ＣＶＤ）等により第１の半導体積層部２０上に形成したのち、通常のフォトリソグラフィ技術によってこのシリコン化合物膜を部分的にエッチングすることによって好適に形成される。
【００２３】
続いて、図３（ａ）に示されるように、エッチングマスク３０を用いて第１の半導体積層部２０にウェットエッチングを施す（エッチング工程）。具体的には、例えば塩酸及び酢酸を含むエッチャントを用いて上部キャップ層２６をエッチングしたのち、硫酸及び過酸化水素を含むエッチャントを用いて下部キャップ層２５をエッチングする。このとき、下部キャップ層２５には横方向エッチングが施され、その結果、エッチングマスク３０が庇状に突出する。続いて、臭化水素酸を含むエッチャントを用いてクラッド層２４をエッチングする。このようなエッチャントをエッチャントとして用いることにより、ＩｎＰ結晶の（１１１）Ａ面、若しくは（１１１）Ａ面に近い結晶面がクラッド層２４の端面に現れ、該端面が順メサ形状となる。続いて、上部光閉じ込め層２３、活性層２２、及び下部光閉じ込め層２１を、硫酸及び過酸化水素を含むエッチャントを用いてエッチングする。このエッチングは、ＩｎＰ基板１０に到達することにより停止する。こうして、第１の半導体積層部２０のうちエッチングマスク３０に覆われた部分を除く部分がＩｎＰ基板１０上から除去される。
【００２４】
続いて、図３（ｂ）に示されるように、エッチングマスク３０を残したまま、第２の半導体積層部４０をＩｎＰ基板１０の主面１０ａ上に選択的に成長させる（第１の再成長工程）。第２の半導体積層部４０は、光吸収層４２及びクラッド層４４を含んでいる。光吸収層４２は、本実施形態における第２の光導波層である。光吸収層４２は、障壁層及び井戸層が交互に積層されて成る多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有している。障壁層及び井戸層は例えばそれぞれ２５層設けられ、合計厚さは例えば３８０ｎｍである。障壁層は、ＩｎＰに対して格子整合が可能な組成を有するアンドープＡｌＩｎＡｓから成り、その厚さは例えば５ｎｍである。井戸層は、ＩｎＰに対して格子整合が可能な組成を有するアンドープＡｌＧａＩｎＡｓから成り、その厚さは例えば１０ｎｍである。井戸層のバンドギャップエネルギーを発光波長に換算すると、例えば１４８０ｎｍである。なお、光吸収層４２を成長させる際には、第１導電型のＩｎＰからなる図示しないバッファ層（厚さ５０ｎｍ）を主面１０ａ上に先に成長させ、その上に光吸収層４２を成長させることが望ましい。クラッド層４４は、第２導電型のＩｎＰから成る。クラッド層４４の厚さは、例えば５００ｎｍである。バッファ層、光吸収層４２及びクラッド層４４は、例えばＯＭＶＰＥ装置を用いて好適に形成される。
【００２５】
ここで、上述した第１の再成長工程では、光吸収層４２及びクラッド層４４を成長させる際に、ＩｎＰ系堆積物Ｄｅがエッチングマスク３０上に生成する。このＩｎＰ系堆積物Ｄｅは、次のようにして生成すると推測される。すなわち、ＡｌＧａＩｎＡｓからなる光吸収層４２を成長させる際に、成長炉内に導入されたＡｌ系物質がエッチングマスク３０上に付着する。その後、ＩｎＰからなるクラッド層４４を成長させる際に、このＡｌ系物質が核となってその周囲にＩｎＰが付着し、ＩｎＰ系堆積物Ｄｅとなる。
【００２６】
そこで、この第１の再成長工程では、図３（ｂ）に示されるように、エッチングマスク３０を残したまま、第２導電型のキャップ層４６を第２の半導体積層部４０上に選択的に成長させる。このキャップ層４６は、ＩｎＰに対してエッチング選択性を有する、例えばＡｌＩｎＡｓまたはＧａＩｎＡｓＰといったＩｎＰ系化合物半導体を含んでいる。なお、ＩｎＰに対してエッチング選択性を有するとは、特定のエッチャント（例えば、塩酸などの酸性液）に対するエッチングレートがＩｎＰと比較して遅いことをいう。キャップ層４６の好適な厚さは、例えば２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。また、キャップ層４６には第２導電型の不純物が添加される。キャップ層４６の好適なキャリア濃度は、例えば５．０×１０１７ｃｍ−３以上である。キャップ層４６は、後の工程において除去されることなく光変調素子部の一部を構成する。したがって、キャップ層４６の組成は、光変調素子部の電気的特性の観点からクラッド層４４に対するバンドギャップ差が小さい組成であることが望ましい。更に、キャップ層４６の結晶性を良好にする為に、キャップ層４６の組成はクラッド層４４のＩｎＰに対して格子整合が可能な組成であることが望ましい。例えば、キャップ層４６がＡｌＩｎＡｓからなる場合、ＩｎＰに対して−０．５％程度の歪みを有する組成（Ａｌ０．５６Ｉｎ０．４４Ａｓ、バンドギャップ１．７５ｅＶ、格子定数５．８３Å）であれば、価電子帯のフェルミレベルがＩｎＰと略等しくなるので特に好適である。なお、キャップ層４６は、例えばＯＭＶＰＥ装置を用いて好適に形成される。これらの点に鑑み、キャップ層４６に含まれるＡｌＸＩｎ１−ＸＡｓのＡｌ組成Ｘの好適な範囲は、０．４６以上０．５８以下である。
【００２７】
続いて、図４（ａ）に示されるように、エッチングマスク３０上に生じたＩｎＰ系堆積物Ｄｅを除去する（堆積物除去工程）。この工程では、例えば塩酸を用いるウェットエッチングによって、ＩｎＰ系堆積物Ｄｅを除去する。このとき、キャップ層４６はＩｎＰに対してエッチング選択性を有し、塩酸に対するエッチング速度がＩｎＰと比較して極めて遅いので、キャップ層４６によって第２の半導体積層部４０の各層が好適に保護される。こうして、エッチングマスク３０上のＩｎＰ系堆積物Ｄｅを除去したのち、エッチングマスク３０をフッ酸により除去する（マスク除去工程）。
【００２８】
続いて、ハロゲン系のガスを成長炉内に導入することによって、キャップ層４６の表面のクリーニング（典型的には、表面酸化膜の低減（除去））を行う。その後、図４（ｂ）に示されるように、第３の半導体積層部６０を第１及び第２の半導体積層部２０，４０上に成長させる（第２の再成長工程）。
【００２９】
第３の半導体積層部６０は、クラッド層６２、下部コンタクト層６４及び上部コンタクト層６６を含んでいる。クラッド層６２は、第２導電型のＩｎＰから成り、その厚さは例えば１０００ｎｍである。下部コンタクト層６４は、第２導電型のＧａＩｎＡｓＰ層６４ａ及び６４ｂから成り、その厚さは例えばそれぞれ５０ｎｍである。上部コンタクト層６６は、第２導電型のＩｎＧａＡｓから成り、その厚さは例えば１００ｎｍである。なお、クラッド層６２、下部コンタクト層６４及び上部コンタクト層６６は、例えばＯＭＶＰＥ装置を用いて好適に形成される。
【００３０】
続いて、図５（ａ）に示されるように、第３の半導体積層部６０上にエッチングマスク７０を形成し、このエッチングマスク７０を利用して各半導体積層部２０，４０及び６０に対しエッチングを行う（メサ形成工程）。エッチングマスク７０は、例えばＳｉＯ２やＳｉＮといったシリコン化合物からなる。また、このエッチングマスク７０は、図１に示された光導波路予定領域Ａの全域を覆うように、ＩｎＰ基板１０の＜０１１＞方向に沿ってストライプ状に延びている。なお、エッチングマスク７０は、前述したエッチングマスク３０と同様の形成方法によって好適に形成される。この工程では、第１の半導体積層部２０、第２の半導体積層部４０及び第３の半導体積層部６０のうちエッチングマスク７０から露出した部分に対してエッチングが施される。このエッチングの深さは、ＩｎＰ基板１０に達する。この工程によって、所定の光導波方向に延びる光導波路構造であるメサ構造８０が形成される。
【００３１】
続いて、図５（ｂ）に示されるように、エッチングマスク７０を残したまま、埋込領域８１をＩｎＰ基板１０上に選択的に成長させる。この埋込領域８１は、半絶縁性の半導体（例えばＦｅがドープされたＩｎＰ）によって好適に構成される。その後、エッチングマスク７０をフッ酸により除去する。そして、図６（ａ）に示されるように、光導波方向と交差する方向に伸びる溝８２を、メサ構造８０及び埋込領域８１に形成する。これにより、第３の半導体積層部６０のコンタクト層６４及び６６が、レーザ素子部を構成する部分と光変調素子部を構成する部分とに分離される。
【００３２】
続いて、図６（ｂ）に示されるように、ＳｉＯ２やＳｉＮといった絶縁性シリコン化合物からなる保護膜８３を、例えばＣＶＤ法を用いてメサ構造８０上及び埋込領域８１上に形成する。そして、メサ構造８０と電極とのコンタクトの為の開口８３ａ，８３ｂを、保護膜８３に形成する。その後、図６（ｃ）に示されるように、レーザ素子部のためのアノード電極８４を、開口８３ａを覆うように蒸着する。また、光変調素子部のためのアノード電極８５を、開口８３ｂを覆うように蒸着する。更に、ＩｎＰ基板１０の裏面を研磨することによりＩｎＰ基板１０を薄くしたのち、該裏面上にカソード電極８６を蒸着する。その後、これらの電極の合金化処理を行う。
【００３３】
最後に、ＩｎＰ基板１０や上述した各半導体層を含む基板生産物をチップ状に分割することによって、レーザ素子部及び光変調素子部といった２つの光素子部を備える光集積素子が得られる。
【００３４】
以上に説明した本実施形態による光集積素子の製造方法によって得られる効果について説明する。この製造方法では、第２の半導体積層部４０を選択的に成長させる工程（第１の再成長工程）において、キャップ層４６を第２の半導体積層部４０上に更に成長させている。また、この製造方法は、第１の再成長工程ののち、エッチングマスク３０を除去する工程（マスク除去工程）の前に、ＩｎＰ系堆積物Ｄｅを除去する工程（堆積物除去工程）を備えている。
【００３５】
キャップ層４６を成長させる工程や堆積物除去工程を行わない場合の問題点は、次のとおりである。本実施形態において述べたように、第２の半導体積層部４０を選択的に成長させる際、エッチングマスク３０上にＩｎＰ系堆積物Ｄｅが生じる（図３（ｂ）を参照）。エッチングマスク３０上にＩｎＰ系堆積物Ｄｅが存在する状態のままエッチングマスク３０をフッ酸により除去すると、図７（ａ）に示されるように、ＩｎＰ系堆積物Ｄｅは完全には除去されずに第１の半導体積層部２０上に残留する。そして、この状態で第３の半導体積層部６０を成長させると、ＩｎＰ系堆積物Ｄｅを起点とする結晶欠陥Ｃｆが発生し、また、ＩｎＰ系堆積物Ｄｅによる第１の半導体積層部２０上の凹凸が第３の半導体積層部６０の表面に現れてしまう。このように、ＩｎＰ系堆積物Ｄｅは、第３の半導体積層部６０の結晶性を低下させる原因となる。
【００３６】
また、ＩｎＰ系堆積物Ｄｅを除去する工程を単に追加した場合、エッチングマスク３０を除去する前に塩酸等を用いてＩｎＰ系堆積物Ｄｅを除去しようとすると、図８に示されるように、エッチングマスク３０に覆われていない第２の半導体積層部４０の表面もエッチングされてしまう。特に、光吸収層４２がＡｌを含む材料からなり、バットジョイント構造の界面において這い上がっている場合には、該界面の付近において光吸収層４２が深くエッチングされてしまう。したがって、後の工程において第３の半導体積層部６０の表面に段差や結晶欠陥が生じてしまう。
【００３７】
これらの問題点に対し、本実施形態では、第１の再成長工程において、ＩｎＰに対してエッチング選択性を有するＩｎＰ系化合物半導体を含むキャップ層４６を第２の半導体積層部４０上に成長させている。これにより、堆積物除去工程では、第２の半導体積層部４０の表面がキャップ層４６により保護され、第２の半導体積層部４０の表面はエッチングされない。したがって、本実施形態の製造方法によれば、エッチングマスク３０上に生成したＩｎＰ系堆積物Ｄｅを好適に除去することができ、第１及び第２の半導体積層部２０，４０上に第３の半導体積層部６０を成長させる際に、第３の半導体積層部６０に生じる結晶欠陥を低減することができる。
【００３８】
また、本実施形態のように、キャップ層４６に含まれるＩｎＰ系化合物半導体は、ＡｌＩｎＡｓまたはＧａＩｎＡｓＰであることが好ましい。特定のエッチャントに対し、ＡｌＩｎＡｓやＧａＩｎＡｓＰのエッチング速度はＩｎＰのエッチング速度よりも格段に遅いので、堆積物除去工程の際に第２の半導体積層部４０の表面を好適に保護することができる。
【００３９】
また、本実施形態のように、キャップ層４６の厚さは２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。キャップ層４６が堆積物除去工程においてエッチング停止層として機能するためには、キャップ層４６の厚さは２０ｎｍ以上であることが好ましい。一方、キャップ層４６は、コンタクト層６４，６６を含む第３の半導体積層部６０と、第２の半導体積層部４０との間に配置されるので、キャップ層４６の厚さが５０ｎｍ以下であることによって素子抵抗を効果的に抑えることができる。
【００４０】
また、本実施形態のように、堆積物除去工程において、塩酸を用いたウェットエッチングによってＩｎＰ系堆積物Ｄｅを除去することが好ましい。これにより、ＩｎＰ系堆積物Ｄｅを効果的に除去することができる。また、ＡｌＩｎＡｓまたはＧａＩｎＡｓＰを含むキャップ層４６のＩｎＰに対するエッチング選択性を好適に実現することができる。
【００４１】
また、本実施形態のように、ハロゲン系のガスを用いてキャップ層４６の表面酸化膜を低減する工程を、マスク除去工程と第２の再成長工程との間に行うことが好ましい。これにより、キャップ層４６上に第３の半導体積層部６０をより結晶性良く再成長させることができる。
【００４２】
また、本実施形態のように、堆積物除去工程の後にキャップ層４６を除去することなく、その上に第３の半導体積層部６０を成長させることが好ましい。これにより、第３の半導体積層部６０の成長面における段差の発生を抑え、第３の半導体積層部６０を結晶性良く成長させることができる。
【００４３】
本発明による光集積素子の製造方法は、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態ではレーザ素子部及び光変調素子部といった２つの光素子部を備える光集積素子を製造する方法について説明したが、本発明は、これら以外の光素子部の組み合わせに対しても適用でき、また３つ以上の光素子部を備える光集積素子を製造する場合にも適用できる。
【符号の説明】
【００４４】
１０…基板、１０ａ…主面、２０…第１の半導体積層部、２１…下部光閉じ込め層、２２…活性層、２３…上部光閉じ込め層、２４…クラッド層、２５…下部キャップ層、２６…上部キャップ層、３０…エッチングマスク、４０…第２の半導体積層部、４２…光吸収層、４４…クラッド層、４６…キャップ層、６０…第３の半導体積層部、６２…クラッド層、６４…下部コンタクト層、６６…上部コンタクト層、７０…エッチングマスク、８０…メサ構造、８１…埋込領域、８３…保護膜、８４，８５…アノード電極、８６…カソード電極、Ａ…光導波路予定領域、Ｃｆ…結晶欠陥、Ｄｅ…ＩｎＰ系堆積物。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光集積素子を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、バットジョイント接合部を有する光集積素子の製造方法が開示されている。この製造方法では、先ず第１の半導体層を基板上に形成し、第１の半導体層の第１の領域を保護するマスクを第１の半導体層上に形成し、このマスクを用いて、第１の半導体層の第１の領域を除く部分をドライエッチングにより選択的に除去し、その後、第１の半導体層が除去された基板上の領域に第２の半導体層を成長させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２６３６５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
バットジョイント構造を備える光集積素子を製造する際には、まず、光導波層やクラッド層を含む第１の半導体積層部を基板上に成長させる。そして、第１の半導体積層部の一部を覆うマスクを形成したのち、このマスクを用いて、第１の半導体積層部に対するエッチングを行う。このとき、第１の半導体積層部の光導波層の側面を露出させる。続いて、このマスクを用いて、光導波層やクラッド層を含む第２の半導体積層部を選択的に成長させることによって、第１及び第２の半導体積層部によるバットジョイント構造を形成する。その後、マスクを除去する。
【０００５】
このような光集積素子の製造方法では、マスクを除去した後、例えばコンタクト層などの半導体層を第１及び第２の半導体積層部上に更に成長させる場合がある。このような場合、次のような課題が存在することを本発明者は見出した。すなわち、Ａｌを含む半導体層が第２の半導体積層部に含まれる場合、第２の半導体積層部を成長させると、マスク上に堆積物が生成される。この堆積物の成分を分析した結果、主にＩｎＰ多結晶体から成ることが判明した。このようなＩｎＰ系堆積物は、Ａｌを含む半導体層を成長させるときにＡｌ系物質がマスク上に付着し、このＡｌ系物質が核となってその周囲にＩｎＰが付着することにより生成されるものと推測される。
【０００６】
また、本発明者の研究により、このようなＩｎＰ系堆積物は、マスクを除去した後においても第１及び第２の半導体積層部上に残留することが判明した。このため、コンタクト層を、ＩｎＰ系堆積物が散在する各半導体積層部の表面上に成長させることとなり、コンタクト層において結晶欠陥が生じてしまう。
【０００７】
なお、このようなＩｎＰ系堆積物は、例えば塩酸を用いたウェットエッチングによって除去される。しかしながら、第２の半導体積層部がＩｎＰ系半導体から成る場合には、そのウェットエッチングによって第２の半導体積層部の表面も同時にエッチングされてしまう。したがって、第１の半導体積層部の表面と第２の半導体積層部の表面との間に段差が生じるので、コンタクト層に結晶欠陥が発生してしまう。
【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、バットジョイント構造を構成する第１及び第２の半導体積層部上に半導体層を成長させる際に、該半導体層に生じる結晶欠陥を低減することができる光集積素子の製造方法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】
【０００９】
上述した課題を解決するために、本発明による光集積素子の製造方法は、（１）第１の光導波層を有する第１の半導体積層部が基板上に形成されてなる基板生産物に対し、第１の半導体積層部の一部を覆うエッチングマスクを形成するエッチングマスク形成工程と、（２）エッチングマスクを用いて第１の半導体積層部にエッチングを施すエッチング工程と、（３）Ａｌを含む第２の光導波層、及び該第２の光導波層上に設けられるＩｎＰクラッド層を有する第２の半導体積層部を、エッチングマスクを用いて基板上に選択的に成長させる第１の再成長工程と、（４）エッチングマスクを除去するマスク除去工程と、（５）第１及び第２の半導体積層部上に半導体層を成長させる第２の再成長工程とを備え、第１の再成長工程において、ＩｎＰに対してエッチング選択性を有するＩｎＰ系化合物半導体を含むキャップ層を第２の半導体積層部上に更に成長させ、（６）第１の再成長工程の際にエッチングマスク上に生じたＩｎＰ系堆積物を除去する堆積物除去工程を、マスク除去工程の前に更に備えることを特徴とする。
【００１０】
この光集積素子の製造方法では、マスク除去工程の前に、第１の再成長工程にてエッチングマスク上に生じたＩｎＰ系堆積物を除去する（堆積物除去工程）。通常であれば、このときマスクに覆われていない第２の半導体積層部の表面もエッチングされてしまうので、後の工程において半導体層に結晶欠陥が生じる原因となる。しかしながら、上記製造方法では、第１の再成長工程において、ＩｎＰに対してエッチング選択性を有するＩｎＰ系化合物半導体を含むキャップ層を第２の半導体積層部上に成長させている。これにより、堆積物除去工程では、第２の半導体積層部の表面がキャップ層により保護され、第２の半導体積層部の表面はエッチングされない。したがって、上記製造方法によれば、エッチングマスク上に生成したＩｎＰ系堆積物を好適に除去することができ、第１及び第２の半導体積層部上に半導体層を成長させる際に、該半導体層に生じる結晶欠陥を低減することができる。
【００１１】
また、上述した光集積素子の製造方法は、ＩｎＰ系化合物半導体がＡｌＩｎＡｓまたはＧａＩｎＡｓＰであることを特徴としてもよい。ＡｌＩｎＡｓやＧａＩｎＡｓＰのエッチング速度はＩｎＰのエッチング速度よりも格段に遅いので、ＩｎＰ系化合物半導体がＡｌＩｎＡｓまたはＧａＩｎＡｓＰであることによって、堆積物除去工程の際に第２の半導体積層部の表面を好適に保護することができる。
【００１２】
また、上述した光集積素子の製造方法は、キャップ層の厚さが２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることを特徴としてもよい。キャップ層が堆積物除去工程においてエッチング停止層として機能するためには、キャップ層の厚さは２０ｎｍ以上であることが好ましい。一方、キャップ層は第２の半導体積層部と半導体層（例えばコンタクト層）との間に配置されるので、素子抵抗を抑えるためには、キャップ層の厚さは５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１３】
また、上述した光集積素子の製造方法は、堆積物除去工程において、塩酸を用いたウェットエッチングによってＩｎＰ系堆積物を除去することを特徴としてもよい。これにより、ＩｎＰ系堆積物を効果的に除去することができる。
【００１４】
また、上述した光集積素子の製造方法は、ハロゲン系のガスを用いてキャップ層の表面酸化膜を低減する工程を、マスク除去工程と第２の再成長工程との間に更に備えることを特徴としてもよい。これにより、キャップ層上に半導体層をより結晶性良く再成長させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る光集積素子の製造方法によれば、バットジョイント構造を構成する第１及び第２の半導体積層部上に半導体層を成長させる際に、該半導体層に生じる結晶欠陥を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、光集積素子の製造に用いられるＩｎＰ基板の外観を示す斜視図である。
【図２】図２（ａ）及び（ｂ）は、一実施形態に係る光集積素子の製造方法に含まれる各工程を示す図面である。
【図３】図３（ａ）及び（ｂ）は、一実施形態に係る光集積素子の製造方法に含まれる各工程を示す図面である。
【図４】図４（ａ）及び（ｂ）は、一実施形態に係る光集積素子の製造方法に含まれる各工程を示す図面である。
【図５】図５（ａ）及び（ｂ）は、一実施形態に係る光集積素子の製造方法に含まれる各工程を示す図面である。
【図６】図６（ａ）〜（ｃ）は、一実施形態に係る光集積素子の製造方法に含まれる各工程を示す図面である。
【図７】比較例における光集積素子の製造方法の問題点を説明するための図である。
【図８】比較例における光集積素子の製造方法の問題点を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら本発明による光集積素子の製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、以下の説明において、＜０１１＞方向とは、［０１１］方向およびこれと等価な方向を含む。＜０−１１＞方向、＜１００＞方向についても同様である。
【００１８】
図１は、光集積素子の製造に用いられるＩｎＰ基板１０の外観を示す斜視図である。本実施形態では、まず第１導電型（例えばｎ型）のＩｎＰ基板１０を用意する。ＩｎＰ基板１０は主面１０ａ及び裏面１０ｂを有する。主面１０ａの法線方向Ｖは、ＩｎＰ基板１０を構成するＩｎＰ結晶の＜１００＞方向と一致しているか、若しくは＜１００＞方向に対して５°以下の角度で傾斜している。換言すれば、主面１０ａは、ＩｎＰ結晶の（１００）面を含むか、若しくは（１００）面に対して５°以下の角度で傾斜した面を含む。主面１０ａには、ＩｎＰ基板１０を構成するＩｎＰ結晶の＜０１１＞方向に延びる光導波路予定領域Ａが含まれる。光導波路予定領域Ａには、レーザ素子部となるべき第１の部分Ａ１、及び光変調素子部となるべき第２の部分Ａ２が含まれる。
【００１９】
図２〜図６は、本発明の一実施形態に係る光集積素子の製造方法に含まれる各工程を示す図面である。図２〜図４は、この製造方法に含まれる前半の工程を示す側断面図であって、光集積素子の光導波方向に沿った側断面を示している。図５及び図６は、この製造方法に含まれる後半の工程を示す斜視図である。
【００２０】
本実施形態では、図２（ａ）に示されるように、まず第１の半導体積層部２０をＩｎＰ基板１０の主面１０ａ上に成長させる。第１の半導体積層部２０は、下部光閉じ込め層２１、活性層２２、上部光閉じ込め層２３、クラッド層２４、下部キャップ層２５、及び上部キャップ層２６を含んでいる。活性層２２は、アンドープＧａＩｎＡｓＰから成る障壁層及び井戸層が交互に積層されて成る多重量子井戸（Multiple Quantum Well；ＭＱＷ）構造を有している。井戸層は例えば７層設けられ、活性層２２全体の厚さは例えば１１５ｎｍである。障壁層及び井戸層の各バンドギャップエネルギーを発光波長に換算すると、それぞれ例えば１２００ｎｍ，１５５０ｎｍである。障壁層及び井戸層の厚さは、それぞれ例えば１０ｎｍ，５ｎｍである。井戸層の圧縮歪みは例えば０．８％である。なお、この活性層２２は、本実施形態における第１の光導波層である。
【００２１】
下部光閉じ込め層２１及び上部光閉じ込め層２３は、例えばアンドープＧａＩｎＡｓＰから成り、それぞれの厚さは例えば５０ｎｍである。下部光閉じ込め層２１及び上部光閉じ込め層２３の各バンドギャップエネルギーを発光波長に換算すると、例えば１１５０ｎｍである。クラッド層２４は、第２導電型（例えばｐ型）のＩｎＰから成り、その厚さは例えば５３０ｎｍである。下部キャップ層２５は、例えば第２導電型のＧａＩｎＡｓＰから成り、その厚さは例えば２０ｎｍである。上部キャップ層２６は、例えば第２導電型のＩｎＰから成り、その厚さは例えば２０ｎｍである。下部光閉じ込め層２１、活性層２２、上部光閉じ込め層２３、クラッド層２４、下部キャップ層２５、及び上部キャップ層２６は、例えば有機金属気相成長法（OrganoMetaric Vapor Phase Epitaxy；ＯＭＶＰＥ）によって好適に成長する。
【００２２】
続いて、図２（ｂ）に示されるように、第１の半導体積層部２０がＩｎＰ基板１０の主面１０ａ上に形成されて成る基板生産物において、エッチングマスク３０を第１の半導体積層部２０上に形成する（エッチングマスク形成工程）。エッチングマスク３０は、例えばＳｉＯ２やＳｉＮといったシリコン化合物からなり、その厚さは例えば２００ｎｍである。エッチングマスク３０は、ＩｎＰ基板１０の＜０１１＞方向に延びており、ＩｎＰ基板１０上において想定される光導波路予定領域Ａの第１の部分Ａ１を覆っている。エッチングマスク３０の横幅（光導波方向と直交する方向の幅）は、例えば５０μｍ以上８０μｍ以下である。なお、エッチングマスク３０は、ＳｉＯ２膜やＳｉＮ膜といったシリコン化合物膜を、化学気相成長（Chemical Vapor Deposition；ＣＶＤ）等により第１の半導体積層部２０上に形成したのち、通常のフォトリソグラフィ技術によってこのシリコン化合物膜を部分的にエッチングすることによって好適に形成される。
【００２３】
続いて、図３（ａ）に示されるように、エッチングマスク３０を用いて第１の半導体積層部２０にウェットエッチングを施す（エッチング工程）。具体的には、例えば塩酸及び酢酸を含むエッチャントを用いて上部キャップ層２６をエッチングしたのち、硫酸及び過酸化水素を含むエッチャントを用いて下部キャップ層２５をエッチングする。このとき、下部キャップ層２５には横方向エッチングが施され、その結果、エッチングマスク３０が庇状に突出する。続いて、臭化水素酸を含むエッチャントを用いてクラッド層２４をエッチングする。このようなエッチャントをエッチャントとして用いることにより、ＩｎＰ結晶の（１１１）Ａ面、若しくは（１１１）Ａ面に近い結晶面がクラッド層２４の端面に現れ、該端面が順メサ形状となる。続いて、上部光閉じ込め層２３、活性層２２、及び下部光閉じ込め層２１を、硫酸及び過酸化水素を含むエッチャントを用いてエッチングする。このエッチングは、ＩｎＰ基板１０に到達することにより停止する。こうして、第１の半導体積層部２０のうちエッチングマスク３０に覆われた部分を除く部分がＩｎＰ基板１０上から除去される。
【００２４】
続いて、図３（ｂ）に示されるように、エッチングマスク３０を残したまま、第２の半導体積層部４０をＩｎＰ基板１０の主面１０ａ上に選択的に成長させる（第１の再成長工程）。第２の半導体積層部４０は、光吸収層４２及びクラッド層４４を含んでいる。光吸収層４２は、本実施形態における第２の光導波層である。光吸収層４２は、障壁層及び井戸層が交互に積層されて成る多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有している。障壁層及び井戸層は例えばそれぞれ２５層設けられ、合計厚さは例えば３８０ｎｍである。障壁層は、ＩｎＰに対して格子整合が可能な組成を有するアンドープＡｌＩｎＡｓから成り、その厚さは例えば５ｎｍである。井戸層は、ＩｎＰに対して格子整合が可能な組成を有するアンドープＡｌＧａＩｎＡｓから成り、その厚さは例えば１０ｎｍである。井戸層のバンドギャップエネルギーを発光波長に換算すると、例えば１４８０ｎｍである。なお、光吸収層４２を成長させる際には、第１導電型のＩｎＰからなる図示しないバッファ層（厚さ５０ｎｍ）を主面１０ａ上に先に成長させ、その上に光吸収層４２を成長させることが望ましい。クラッド層４４は、第２導電型のＩｎＰから成る。クラッド層４４の厚さは、例えば５００ｎｍである。バッファ層、光吸収層４２及びクラッド層４４は、例えばＯＭＶＰＥ装置を用いて好適に形成される。
【００２５】
ここで、上述した第１の再成長工程では、光吸収層４２及びクラッド層４４を成長させる際に、ＩｎＰ系堆積物Ｄｅがエッチングマスク３０上に生成する。このＩｎＰ系堆積物Ｄｅは、次のようにして生成すると推測される。すなわち、ＡｌＧａＩｎＡｓからなる光吸収層４２を成長させる際に、成長炉内に導入されたＡｌ系物質がエッチングマスク３０上に付着する。その後、ＩｎＰからなるクラッド層４４を成長させる際に、このＡｌ系物質が核となってその周囲にＩｎＰが付着し、ＩｎＰ系堆積物Ｄｅとなる。
【００２６】
そこで、この第１の再成長工程では、図３（ｂ）に示されるように、エッチングマスク３０を残したまま、第２導電型のキャップ層４６を第２の半導体積層部４０上に選択的に成長させる。このキャップ層４６は、ＩｎＰに対してエッチング選択性を有する、例えばＡｌＩｎＡｓまたはＧａＩｎＡｓＰといったＩｎＰ系化合物半導体を含んでいる。なお、ＩｎＰに対してエッチング選択性を有するとは、特定のエッチャント（例えば、塩酸などの酸性液）に対するエッチングレートがＩｎＰと比較して遅いことをいう。キャップ層４６の好適な厚さは、例えば２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。また、キャップ層４６には第２導電型の不純物が添加される。キャップ層４６の好適なキャリア濃度は、例えば５．０×１０１７ｃｍ−３以上である。キャップ層４６は、後の工程において除去されることなく光変調素子部の一部を構成する。したがって、キャップ層４６の組成は、光変調素子部の電気的特性の観点からクラッド層４４に対するバンドギャップ差が小さい組成であることが望ましい。更に、キャップ層４６の結晶性を良好にする為に、キャップ層４６の組成はクラッド層４４のＩｎＰに対して格子整合が可能な組成であることが望ましい。例えば、キャップ層４６がＡｌＩｎＡｓからなる場合、ＩｎＰに対して−０．５％程度の歪みを有する組成（Ａｌ０．５６Ｉｎ０．４４Ａｓ、バンドギャップ１．７５ｅＶ、格子定数５．８３Å）であれば、価電子帯のフェルミレベルがＩｎＰと略等しくなるので特に好適である。なお、キャップ層４６は、例えばＯＭＶＰＥ装置を用いて好適に形成される。これらの点に鑑み、キャップ層４６に含まれるＡｌＸＩｎ１−ＸＡｓのＡｌ組成Ｘの好適な範囲は、０．４６以上０．５８以下である。
【００２７】
続いて、図４（ａ）に示されるように、エッチングマスク３０上に生じたＩｎＰ系堆積物Ｄｅを除去する（堆積物除去工程）。この工程では、例えば塩酸を用いるウェットエッチングによって、ＩｎＰ系堆積物Ｄｅを除去する。このとき、キャップ層４６はＩｎＰに対してエッチング選択性を有し、塩酸に対するエッチング速度がＩｎＰと比較して極めて遅いので、キャップ層４６によって第２の半導体積層部４０の各層が好適に保護される。こうして、エッチングマスク３０上のＩｎＰ系堆積物Ｄｅを除去したのち、エッチングマスク３０をフッ酸により除去する（マスク除去工程）。
【００２８】
続いて、ハロゲン系のガスを成長炉内に導入することによって、キャップ層４６の表面のクリーニング（典型的には、表面酸化膜の低減（除去））を行う。その後、図４（ｂ）に示されるように、第３の半導体積層部６０を第１及び第２の半導体積層部２０，４０上に成長させる（第２の再成長工程）。
【００２９】
第３の半導体積層部６０は、クラッド層６２、下部コンタクト層６４及び上部コンタクト層６６を含んでいる。クラッド層６２は、第２導電型のＩｎＰから成り、その厚さは例えば１０００ｎｍである。下部コンタクト層６４は、第２導電型のＧａＩｎＡｓＰ層６４ａ及び６４ｂから成り、その厚さは例えばそれぞれ５０ｎｍである。上部コンタクト層６６は、第２導電型のＩｎＧａＡｓから成り、その厚さは例えば１００ｎｍである。なお、クラッド層６２、下部コンタクト層６４及び上部コンタクト層６６は、例えばＯＭＶＰＥ装置を用いて好適に形成される。
【００３０】
続いて、図５（ａ）に示されるように、第３の半導体積層部６０上にエッチングマスク７０を形成し、このエッチングマスク７０を利用して各半導体積層部２０，４０及び６０に対しエッチングを行う（メサ形成工程）。エッチングマスク７０は、例えばＳｉＯ２やＳｉＮといったシリコン化合物からなる。また、このエッチングマスク７０は、図１に示された光導波路予定領域Ａの全域を覆うように、ＩｎＰ基板１０の＜０１１＞方向に沿ってストライプ状に延びている。なお、エッチングマスク７０は、前述したエッチングマスク３０と同様の形成方法によって好適に形成される。この工程では、第１の半導体積層部２０、第２の半導体積層部４０及び第３の半導体積層部６０のうちエッチングマスク７０から露出した部分に対してエッチングが施される。このエッチングの深さは、ＩｎＰ基板１０に達する。この工程によって、所定の光導波方向に延びる光導波路構造であるメサ構造８０が形成される。
【００３１】
続いて、図５（ｂ）に示されるように、エッチングマスク７０を残したまま、埋込領域８１をＩｎＰ基板１０上に選択的に成長させる。この埋込領域８１は、半絶縁性の半導体（例えばＦｅがドープされたＩｎＰ）によって好適に構成される。その後、エッチングマスク７０をフッ酸により除去する。そして、図６（ａ）に示されるように、光導波方向と交差する方向に伸びる溝８２を、メサ構造８０及び埋込領域８１に形成する。これにより、第３の半導体積層部６０のコンタクト層６４及び６６が、レーザ素子部を構成する部分と光変調素子部を構成する部分とに分離される。
【００３２】
続いて、図６（ｂ）に示されるように、ＳｉＯ２やＳｉＮといった絶縁性シリコン化合物からなる保護膜８３を、例えばＣＶＤ法を用いてメサ構造８０上及び埋込領域８１上に形成する。そして、メサ構造８０と電極とのコンタクトの為の開口８３ａ，８３ｂを、保護膜８３に形成する。その後、図６（ｃ）に示されるように、レーザ素子部のためのアノード電極８４を、開口８３ａを覆うように蒸着する。また、光変調素子部のためのアノード電極８５を、開口８３ｂを覆うように蒸着する。更に、ＩｎＰ基板１０の裏面を研磨することによりＩｎＰ基板１０を薄くしたのち、該裏面上にカソード電極８６を蒸着する。その後、これらの電極の合金化処理を行う。
【００３３】
最後に、ＩｎＰ基板１０や上述した各半導体層を含む基板生産物をチップ状に分割することによって、レーザ素子部及び光変調素子部といった２つの光素子部を備える光集積素子が得られる。
【００３４】
以上に説明した本実施形態による光集積素子の製造方法によって得られる効果について説明する。この製造方法では、第２の半導体積層部４０を選択的に成長させる工程（第１の再成長工程）において、キャップ層４６を第２の半導体積層部４０上に更に成長させている。また、この製造方法は、第１の再成長工程ののち、エッチングマスク３０を除去する工程（マスク除去工程）の前に、ＩｎＰ系堆積物Ｄｅを除去する工程（堆積物除去工程）を備えている。
【００３５】
キャップ層４６を成長させる工程や堆積物除去工程を行わない場合の問題点は、次のとおりである。本実施形態において述べたように、第２の半導体積層部４０を選択的に成長させる際、エッチングマスク３０上にＩｎＰ系堆積物Ｄｅが生じる（図３（ｂ）を参照）。エッチングマスク３０上にＩｎＰ系堆積物Ｄｅが存在する状態のままエッチングマスク３０をフッ酸により除去すると、図７（ａ）に示されるように、ＩｎＰ系堆積物Ｄｅは完全には除去されずに第１の半導体積層部２０上に残留する。そして、この状態で第３の半導体積層部６０を成長させると、ＩｎＰ系堆積物Ｄｅを起点とする結晶欠陥Ｃｆが発生し、また、ＩｎＰ系堆積物Ｄｅによる第１の半導体積層部２０上の凹凸が第３の半導体積層部６０の表面に現れてしまう。このように、ＩｎＰ系堆積物Ｄｅは、第３の半導体積層部６０の結晶性を低下させる原因となる。
【００３６】
また、ＩｎＰ系堆積物Ｄｅを除去する工程を単に追加した場合、エッチングマスク３０を除去する前に塩酸等を用いてＩｎＰ系堆積物Ｄｅを除去しようとすると、図８に示されるように、エッチングマスク３０に覆われていない第２の半導体積層部４０の表面もエッチングされてしまう。特に、光吸収層４２がＡｌを含む材料からなり、バットジョイント構造の界面において這い上がっている場合には、該界面の付近において光吸収層４２が深くエッチングされてしまう。したがって、後の工程において第３の半導体積層部６０の表面に段差や結晶欠陥が生じてしまう。
【００３７】
これらの問題点に対し、本実施形態では、第１の再成長工程において、ＩｎＰに対してエッチング選択性を有するＩｎＰ系化合物半導体を含むキャップ層４６を第２の半導体積層部４０上に成長させている。これにより、堆積物除去工程では、第２の半導体積層部４０の表面がキャップ層４６により保護され、第２の半導体積層部４０の表面はエッチングされない。したがって、本実施形態の製造方法によれば、エッチングマスク３０上に生成したＩｎＰ系堆積物Ｄｅを好適に除去することができ、第１及び第２の半導体積層部２０，４０上に第３の半導体積層部６０を成長させる際に、第３の半導体積層部６０に生じる結晶欠陥を低減することができる。
【００３８】
また、本実施形態のように、キャップ層４６に含まれるＩｎＰ系化合物半導体は、ＡｌＩｎＡｓまたはＧａＩｎＡｓＰであることが好ましい。特定のエッチャントに対し、ＡｌＩｎＡｓやＧａＩｎＡｓＰのエッチング速度はＩｎＰのエッチング速度よりも格段に遅いので、堆積物除去工程の際に第２の半導体積層部４０の表面を好適に保護することができる。
【００３９】
また、本実施形態のように、キャップ層４６の厚さは２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。キャップ層４６が堆積物除去工程においてエッチング停止層として機能するためには、キャップ層４６の厚さは２０ｎｍ以上であることが好ましい。一方、キャップ層４６は、コンタクト層６４，６６を含む第３の半導体積層部６０と、第２の半導体積層部４０との間に配置されるので、キャップ層４６の厚さが５０ｎｍ以下であることによって素子抵抗を効果的に抑えることができる。
【００４０】
また、本実施形態のように、堆積物除去工程において、塩酸を用いたウェットエッチングによってＩｎＰ系堆積物Ｄｅを除去することが好ましい。これにより、ＩｎＰ系堆積物Ｄｅを効果的に除去することができる。また、ＡｌＩｎＡｓまたはＧａＩｎＡｓＰを含むキャップ層４６のＩｎＰに対するエッチング選択性を好適に実現することができる。
【００４１】
また、本実施形態のように、ハロゲン系のガスを用いてキャップ層４６の表面酸化膜を低減する工程を、マスク除去工程と第２の再成長工程との間に行うことが好ましい。これにより、キャップ層４６上に第３の半導体積層部６０をより結晶性良く再成長させることができる。
【００４２】
また、本実施形態のように、堆積物除去工程の後にキャップ層４６を除去することなく、その上に第３の半導体積層部６０を成長させることが好ましい。これにより、第３の半導体積層部６０の成長面における段差の発生を抑え、第３の半導体積層部６０を結晶性良く成長させることができる。
【００４３】
本発明による光集積素子の製造方法は、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態ではレーザ素子部及び光変調素子部といった２つの光素子部を備える光集積素子を製造する方法について説明したが、本発明は、これら以外の光素子部の組み合わせに対しても適用でき、また３つ以上の光素子部を備える光集積素子を製造する場合にも適用できる。
【符号の説明】
【００４４】
１０…基板、１０ａ…主面、２０…第１の半導体積層部、２１…下部光閉じ込め層、２２…活性層、２３…上部光閉じ込め層、２４…クラッド層、２５…下部キャップ層、２６…上部キャップ層、３０…エッチングマスク、４０…第２の半導体積層部、４２…光吸収層、４４…クラッド層、４６…キャップ層、６０…第３の半導体積層部、６２…クラッド層、６４…下部コンタクト層、６６…上部コンタクト層、７０…エッチングマスク、８０…メサ構造、８１…埋込領域、８３…保護膜、８４，８５…アノード電極、８６…カソード電極、Ａ…光導波路予定領域、Ｃｆ…結晶欠陥、Ｄｅ…ＩｎＰ系堆積物。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光導波層を有する第１の半導体積層部が基板上に形成されてなる基板生産物に対し、前記第１の半導体積層部の一部を覆うエッチングマスクを形成するエッチングマスク形成工程と、
前記エッチングマスクを用いて前記第１の半導体積層部にエッチングを施すエッチング工程と、
Ａｌを含む第２の光導波層、及び該第２の光導波層上に設けられるＩｎＰクラッド層を有する第２の半導体積層部を、前記エッチングマスクを用いて前記基板上に選択的に成長させる第１の再成長工程と、
前記エッチングマスクを除去するマスク除去工程と、
前記第１及び第２の半導体積層部上に半導体層を成長させる第２の再成長工程と
を備え、
前記第１の再成長工程において、ＩｎＰに対してエッチング選択性を有するＩｎＰ系化合物半導体を含むキャップ層を前記第２の半導体積層部上に更に成長させ、
前記第１の再成長工程の際に前記エッチングマスク上に生じたＩｎＰ系堆積物を除去する堆積物除去工程を、前記マスク除去工程の前に更に備えることを特徴とする、光集積素子の製造方法。
【請求項２】
前記ＩｎＰ系化合物半導体がＡｌＩｎＡｓまたはＧａＩｎＡｓＰであることを特徴とする、請求項１に記載の光集積素子の製造方法。
【請求項３】
前記キャップ層の厚さが２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載の光集積素子の製造方法。
【請求項４】
前記堆積物除去工程において、塩酸を用いたウェットエッチングによって前記ＩｎＰ系堆積物を除去することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光集積素子の製造方法。
【請求項５】
ハロゲン系のガスを用いて前記キャップ層の表面酸化膜を低減する工程を、前記マスク除去工程と前記第２の再成長工程との間に更に備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光集積素子の製造方法。
【請求項１】
第１の光導波層を有する第１の半導体積層部が基板上に形成されてなる基板生産物に対し、前記第１の半導体積層部の一部を覆うエッチングマスクを形成するエッチングマスク形成工程と、
前記エッチングマスクを用いて前記第１の半導体積層部にエッチングを施すエッチング工程と、
Ａｌを含む第２の光導波層、及び該第２の光導波層上に設けられるＩｎＰクラッド層を有する第２の半導体積層部を、前記エッチングマスクを用いて前記基板上に選択的に成長させる第１の再成長工程と、
前記エッチングマスクを除去するマスク除去工程と、
前記第１及び第２の半導体積層部上に半導体層を成長させる第２の再成長工程と
を備え、
前記第１の再成長工程において、ＩｎＰに対してエッチング選択性を有するＩｎＰ系化合物半導体を含むキャップ層を前記第２の半導体積層部上に更に成長させ、
前記第１の再成長工程の際に前記エッチングマスク上に生じたＩｎＰ系堆積物を除去する堆積物除去工程を、前記マスク除去工程の前に更に備えることを特徴とする、光集積素子の製造方法。
【請求項２】
前記ＩｎＰ系化合物半導体がＡｌＩｎＡｓまたはＧａＩｎＡｓＰであることを特徴とする、請求項１に記載の光集積素子の製造方法。
【請求項３】
前記キャップ層の厚さが２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載の光集積素子の製造方法。
【請求項４】
前記堆積物除去工程において、塩酸を用いたウェットエッチングによって前記ＩｎＰ系堆積物を除去することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光集積素子の製造方法。
【請求項５】
ハロゲン系のガスを用いて前記キャップ層の表面酸化膜を低減する工程を、前記マスク除去工程と前記第２の再成長工程との間に更に備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光集積素子の製造方法。
【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２０１３−１６５８２（Ｐ２０１３−１６５８２Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４７３１８（Ｐ２０１１−１４７３１８）
【出願日】平成２３年７月１日（２０１１．７．１）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１日（２０１１．７．１）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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