半導体光集積素子及びその製造方法
【課題】 半導体光集積素子及びその製造方法に関し、光導波路の伝播損失を増大させることなく、ＰＤの暗電流を１０ｎＡ以下まで低減する。
【解決手段】 ｎ型クラッド層側から順に少なくとも光吸収層及びＺｎドープｐ型クラッド層が積層されたフォトダイオード領域の傾斜側面に対して[０１１]方向にバットジョイント結合した光導波路領域における光導波路層に（１００）面方位での飽和濃度以下の濃度のＦｅをドープし、上側クラッド層に（１００）面方位での飽和濃度以上の濃度のＦｅをドープする。
【解決手段】 ｎ型クラッド層側から順に少なくとも光吸収層及びＺｎドープｐ型クラッド層が積層されたフォトダイオード領域の傾斜側面に対して[０１１]方向にバットジョイント結合した光導波路領域における光導波路層に（１００）面方位での飽和濃度以下の濃度のＦｅをドープし、上側クラッド層に（１００）面方位での飽和濃度以上の濃度のＦｅをドープする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光集積素子及びその製造方法に関するものであり、例えば、フォトダイオード（ＰＤ）と光導波路がバットジョイント結合でモノリシック集積された導波路型ＰＤにおける暗電流の低減に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムの高速・大容量化に伴い、ネットワークを構成する光部品の小型化や低消費電力化が求められている。光信号を導波させる光導波路と光信号を受信するＰＤとをモノリシック集積した導波路型ＰＤは、光部品の小型化に必要な半導体光集積素子の１つである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図８は、バットジョイント結合により形成された従来の導波路型ＰＤの概念的断面図である。まず、（１００）面を主面とするＩｎＰ基板７１上に、ｎ型ＩｎＰクラッド層７２、ノンドープのｉ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層７３、Ｚｎドープのｐ型ＩｎＰクラッド層７４、Ｚｎドープのｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層７５を成長させる。
【０００４】
次いで、ＰＤ形成領域にＳｉＯ２マスクを施し、ＳｉＯ２マスクで覆われていない領域をｉ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層７３までウエットエッチングで除去してＰＤ領域を形成する。この時、光導波路領域には平坦な（１００）面が、ＰＤ領域の側面には（１００）面に対して傾斜した側面が形成される。
【０００５】
次いで、ＳｉＯ２マスクを選択成長マスクとして、ノンドープのｉ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層７６とノンドープのｉ型ＩｎＰクラッド層７７を再成長させて光導波路領域を形成する。この時、ＰＤ領域の側面にはｉ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層７６が薄く這い上がった成長形状となる。なお、図における符号７８，７９は、それぞれ、ｎ側電極及びｐ側電極である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２１７４４６号公報
【特許文献２】特開平０６−３２４２２６号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ，Ｖｏｌ．１２４，ｐｐ．３５２−３５７，１９９２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、本発明者等が上述の従来技術を適用して導波路型ＰＤを作製したところ、ＰＤ領域と光導波路領域の接合部である再成長界面を流れる暗電流が大きい（＞１００ｎＡ＠−５Ｖ）という問題に直面した。
【０００９】
本発明者が鋭意検討したところ、図９に示すように、エッチングで形成した再成長界面に、濃度が１０１７ｃｍ−３〜１０１８ｃｍ−３オーダーのＳｉやＯなど環境雰囲気由来の不純物偏析が存在していることを付き止めた。このような再成長界面の不純物偏析によるｎ転層８０が残留していることが暗電流の要因であると推定される。
【００１０】
そこでＦｅとＺｎが相互拡散しやすい性質を利用して、ＰＤ領域から導波路領域へのＺｎ拡散を誘発し、再成長界面のｎ転層をＺｎで補償することを試みた。なお、導波路型光集積素子において、再成長するＩｎＧａＡｓＰ光導波路層やＩｎＰ上クラッド層にＦｅをドープした例がある（例えば、特許文献２参照）。しかし、Ｆｅ濃度に関する記載がないため、一般的にはＦｅ濃度は飽和濃度以下である。
【００１１】
なお、飽和濃度とは、Ｆｅ原子がIII族格子位置に置換して電気的に活性（深いアクセプタ準位形成）となりうる固溶限界濃度のことである。上記の非特許文献１によると、
（１００）面方位ＩｎＰ中のＦｅ飽和濃度：〜５×１０１６ｃｍ−３
（１００）面方位ＩｎＧａＡｓＰ中のＦｅ飽和濃度：〜４×１０１６ｃｍ−３
である。また、非特許文献１には、ＩｎＧａＡｓＰ層にＦｅを高濃度ドープすると成長表面が荒れやすいことが記載されている。
【００１２】
このことからＦｅドープＩｎＧａＡｓＰ層を光導波路層に適用する場合には、表面荒れによる光の伝播損失増大を防止するためにＩｎＧａＡｓＰ光導波路層にドープするＦｅ濃度は飽和濃度以下にしなければならないとの結論に至った。
【００１３】
そこで、本発明者は、光導波路層と上クラッド層を、それぞれ（１００）面方位で３×１０１６ｃｍ−３のＦｅドープしたＩｎＧａＡｓＰ光導波路層と、（１００）面方位で５×１０１６ｃｍ−３のＦｅドープしたＩｎＰ上クラッド層に置き換えて導波路型ＰＤを作製した。
【００１４】
しかしながら、暗電流は数１０ｎＡ＠−５Ｖまで低減されたものの、ＰＤ領域側面のｎ転領域を補償する効果は十分ではなく、暗電流をｎＡオーダー以下に抑制することができなかった。
【００１５】
したがって、本発明は、光導波路の伝播損失を増大させることなく、ＰＤの暗電流を１０ｎＡ以下まで低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
開示する一観点からは、主面の面方位が（１００）面の半導体基板上にｎ型クラッド層を介して形成され、(１００)面に対して傾斜した側面を有するフォトダイオード領域と、前記フォトダイオード領域の前記側面に対して[０１１]方向にバットジョイント結合した光導波路領域とを有するIII-Ｖ族化合物半導体からなる半導体光集積素子であって、前記フォトダイオード領域が、前記ｎ型クラッド層上に前記ｎ型クラッド層側から順に積層された光吸収層及びＺｎドープｐ型クラッド層を少なくとも有し、前記光導波路領域が、前記ｎ型クラッド層上に前記ｎ型クラッド層側から順に積層された光導波路層及び上側クラッド層を少なくとも有し、前記光導波路層は前記傾斜した側面に対する這い上がり部を有するとともに、前記光導波路層にＦｅが（１００）面方位での飽和濃度以下にドープされており、且つ、前記上側クラッド層にＦｅが（１００）面方位での飽和濃度以上にドープされていることを特徴とする半導体光集積素子が提供される。
【００１７】
また、開示する別の観点からは、主面の面方位が（１００）面の半導体基板上に、前記半導体基板側から順にｎ型クラッド層、光吸収層、及び、Ｚｎドープｐ型クラッド層を少なくとも成長する工程と、前記Ｚｎドープｐ型クラッド層乃至前記光吸収層の一部を除去して[０１１]方向において（１００）面に対して傾斜した側面を有するフォトダイオード領域を形成する工程と、前記Ｚｎドープｐ型クラッド層乃至前記光吸収層の除去部に、前記傾斜した側面に対する這い上がり部を有するノンドープの光導波路層と、Ｆｅが（１００）面方位での飽和濃度以上にドープされた上側クラッド層を順次成長する工程とを有することを特徴とする半導体光集積素子の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
開示の半導体光集積素子及びその製造方法によれば、光導波路の伝播損失を増大させることなく、ＰＤの暗電流を低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態の半導体光集積素子の概念的断面図である。
【図２】本発明の実施例１の導波路型ＰＤの途中までの製造工程の説明図である。
【図３】本発明の実施例１の導波路型ＰＤの図２以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図４】本発明の実施例１の導波路型ＰＤの図３以降の製造工程の説明図である。
【図５】本発明の実施例３の導波路型ＰＤを備えた半導体光集積回路装置の途中までの製造工程の説明図である。
【図６】本発明の実施例３の導波路型ＰＤを備えた半導体光集積回路装置の図５以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図７】本発明の実施例３の導波路型ＰＤを備えた半導体光集積回路装置の図６以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図８】バットジョイント結合により形成された従来の導波路型ＰＤの概念的断面図である。
【図９】従来のバットジョイント界面に発生するｎ転層の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
ここで、図１を参照して、本発明の実施の形態の半導体光集積素子を説明する。図１は、本発明の実施の形態の半導体光集積素子の概念的断面図である。（１００）面を主面とする 半導体基板１１上に、ｎ型クラッド層１２、光吸収層１３、Ｚｎドープｐ型クラッド層１４及びＺｎドープｐ型コンタクト層１５を順次成長させる。なお、Ｚｎドープｐ型コンタクト層１５は必須ではない。
【００２１】
次いで、ＰＤ形成領域にＳｉＯ２マスクを形成し、ＳｉＯ２マスクに覆われない領域をウエットエッチングにより除去して、[０１１]方位において（１００）面に対して傾斜した側面を有するフォトダイオード領域１６を形成する。次いで、ＳｉＯ２マスクを選択成長マスクとして、エッチング除去部にノンドープの光導波路層１７及びＦｅが（１００）面方位での飽和濃度以上にドープした上側クラッド層１８を成長させて、 [０１１]方向にバットジョイント結合された光導波路領域１９とする。この時、ノンドープの光導波路層１７には上側クラッド層１８からＦｅが固相拡散するが、光導波路層１７中のＦｅの平均濃度は（１００）面方位での飽和濃度以下となる。なお、図における符号２０，２１はそれぞれ、ｎ側電極及びｐ側電極である。
【００２２】
より好ましくは、光導波路層１７の下部に、ｎ型クラッド層１２と同一のIII-Ｖ族組成の材料からなるＦｅドープバッファ層を積層することが望ましく、このＦｅドープバッファ層の厚さは、
Ｆｅドープバッファ層厚さ＋光導波路層１７の厚さ≦光吸収層１３の厚さ
なる関係を満たすことが望ましい。
【００２３】
なお、これらの材料組成は、１．５５μｍ帯或いは１．３μｍ帯の光通信に用いる場合には、半導体基板１１、ｎ型クラッド層１２、Ｚｎドープｐ型クラッド層１４及び上側クラッド層１８をＩｎＰとする。また、光吸収層１３はＩｎＧａＡｓとし、光導波路層１７はＩｎＧａＡｓＰとし、Ｚｎドープｐ型コンタクト層１５はＩｎＧａＡｓ或いはＩｎＧａＡｓＰとすれば良い。
【００２４】
本発明の実施の形態においては、光導波路層１７のＦｅドープ量が飽和濃度以下であるために、光導波路層１７の成長表面は荒れることなく平坦な表面が得られ、これにより導波路の伝播損失増大は回避される。なお、上側クラッド層１８にＦｅを飽和濃度以上にドープしても表面が荒れることはなく、光導波路の伝播損失増大には至らない。
【００２５】
また、上側クラッド層１８のＦｅドープ量を飽和濃度以上にすることにより、III族格子位置に取り込まれないＦｅ原子は動きやすいため、上側クラッド層１８とＰＤ領域１６のＺｎドープｐ型層（１４，１５）との間でＦｅとＺｎの相互拡散が起こりやすくなる。
【００２６】
その結果、光導波路層１７の這い上がり部が介在していてもＰＤ領域１６から導波路領域１９へのＺｎ拡散がより誘発され、ＰＤ側面の再成長界面のｎ転層がＺｎで補償される。これにより、ＰＤ側面を介した暗電流をｎＡオーダー以下に低減できる。
【００２７】
なお、光導波路層１７を再成長する前にFeドープバッファ層を再成長させた場合には、バッファ層の効果で再成長した光導波路層１７の品質が向上する。また、光導波路層１７はノンドープで成長させることに限られるものではなく、上側クラッド層１８からのＦｅの拡散量を見込んでも飽和濃度以下となる濃度であれば、Ｆｅをドープしても良い。
【実施例１】
【００２８】
次に、図２乃至図４を参照して、本発明の実施例１の導波路型ＰＤの製造工程を説明する。なお、結晶成長は、例えば、有機金属気相成長法にて行う。まず、図２（ａ）に示すように、（１００）面を主面とするｎ型ＩｎＰ基板３１上に厚さが１μｍのｎ型ＩｎＰクラッド層３２及び厚さが０．４μｍのノンドープのｉ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層３３を成長させる。引き続いて、厚さが１μｍのｐ型ＩｎＰクラッド層３４、及び、厚さが０．３μｍのｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層３５を順次成長させてＰＤ構造を形成する。この時、ｐ型ＩｎＰクラッド層３４のＺｎ濃度は１×１０１８ｃｍ−３とし、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層３５のＺｎ濃度は１×１０１９ｃｍ−３とする。
【００２９】
次いで、図２（ｂ）に示すように、ＰＤ形成領域に厚さが０．５μｍのＳｉＯ２マスク３６を形成し、次いで、図２（ｃ）に示すように、ＳｉＯ２マスク３６をマスクとして硫酸系溶液によりｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層３５を選択エッチングする。次いで、ＨＢｒによりｐ型ＩｎＰクラッド層３４を選択エッチングし、次いで、硫酸系溶液によりｉ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層３３をエッチングして、光導波路領域のＰＤ構造をエッチング除去する。この時、ＰＤ領域の側面には（１００）面に対して傾斜したエッチング面が形成される。
【００３０】
次いで、図３（ｄ）に示すように、ＳｉＯ２マスク３６を選択成長マスクとして、厚さが０．３μｍで組成波長が１．３μｍのノンドープのＩｎＧａＡｓＰ光導波路層３７を成長させる。引き続いて、厚さが１．１μｍで飽和濃度以上のＦｅをドープしたＩｎＰ上側クラッド層３８を再成長する。これによって、ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層３７とｉ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層３３とが[０１１]方向にバットジョイント結合された構造が形成される。この時のＩｎＰ上側クラッド層３８のＦｅ濃度は（１００）面における飽和濃度以上の２×１０１７ｃｍ−３とすると、ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層３７へＦｅが拡散し、ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層３７のＦｅ濃度は（１００）面における飽和濃度以下の３×１０１６ｃｍ−３となる。なお、この再成長工程において、ＰＤ領域の傾斜した側面にはＩｎＧａＡｓＰ層３９が少し這い上がって成長する。
【００３１】
次いで、図３（ｅ）及び（ｆ）に示すように、ＳｉＯ２マスク３６を除去したのち、新たに厚さが０．５μｍで、光導波路領域における幅が２．０μｍでＰＤ領域における幅が１０μｍのストライプ状のＳｉＯ２マスク４０を形成する。次いで、このＳｉＯ２マスク４０をマスクとして、ＩＣＰ−ＲＩＥ（誘導結合型リアクティブイオンエッチング）によって、高さ２μｍのストライプメサを形成する。なお、図３（ｆ）は平面図である。
【００３２】
次いで、図４（ｇ）に示すように、ＳｉＯ２マスク４０を選択成長マスクとして、ストライプメサの両側をＦｅ濃度が５×１０１６ｃｍ−３のＦｅドープＩｎＰ層４１で埋め込み、ＰＤ領域の幅方向の側面をＦｅドープＩｎＰ層４１で保護する。
【００３３】
次いで、図４（ｈ）に示すように、ＳｉＯ２マスク４０を除去したのち、新たなＳｉＯ２膜４２を形成する。次いで、ＰＤ領域のＳｉＯ２膜４２に開口部を形成したのち、Ｔｉ，Ｐｔ，Ａｕを順次堆積させてｐ側電極４３を形成する。また、ｎ型ＩｎＰ基板３１の裏面にＡｕＧｅ及びＡｕを順次堆積させてｎ側電極４４を形成することによって、本発明の実施例１の導波路型ＰＤが完成する。
【００３４】
この導波路型ＰＤの暗電流を測定した結果、２ｎＡ＠−５ＶとｎＡオーダーの低い値が得られた。また導波路領域の伝播損失も０．１５ｄＢ／ｍｍと問題ないレベルであった。このように、本発明の実施例１においては、上側クラッド層に飽和濃度以上のＦｅをドープしているので、ＰＤ領域からのＺｎの拡散を誘発して、ｎ転層の発生を抑制しているので暗電流をｎＡオーダーにすることができる。また、光導波路層のＦｅ濃度を飽和濃度以下にしているので、成長表面の荒れが少なく、導波路領域の伝播損失を少なくすることができる。
【実施例２】
【００３５】
次に、本発明の実施例２の導波路型ＰＤの製造工程を説明するが、基本的プロセスは上記の実施例１と同一であるので相違点のみを説明する。本発明の実施例２においては、上記の図３（ｄ）の工程において、ノンドープのＩｎＧａＡｓＰ光導波路層の代わりに、Ｆｅ濃度が飽和濃度以下、例えば、３×１０１６ｃｍ−３になるように、意図的にＦｅをドープしたＩｎＧａＡｓＰ光導波路層を成長させる。
【００３６】
このように、本発明の実施例２においては、光導波路層にＦｅを意図的にドープしているので、ｎ転層の発生をより効果的に抑制することができる。また、Ｆｅの濃度は飽和濃度以下であるので、成長表面の荒れはそれほど大きくなることはない。
【実施例３】
【００３７】
次に、図５乃至図７を参照して、本発明の実施例３の導波路型ＰＤを備えた半導体光集積回路装置の基本的な製造工程を説明する。まず、図５（ａ）に示すように、（１００）面を主面とするＦｅドープの高抵抗ＩｎＰ基板５１上に厚さが１μｍのｎ型ＩｎＰクラッド層５２及び厚さが０．４μｍのノンドープのｉ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層５３を成長させる。引き続いて、厚さが１μｍのｐ型ＩｎＰクラッド層５４、及び、厚さが０．３μｍのｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層５５を順次成長させてＰＤ構造を形成する。この時、ｐ型ＩｎＰクラッド層５４のＺｎ濃度は１×１０１８ｃｍ−３とし、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層５５のＺｎ濃度は１×１０１９ｃｍ−３とする。
【００３８】
次いで、図５（ｂ）に示すように、ＰＤ形成領域に厚さが０．５μｍのＳｉＯ２マスク５６を形成し、次いで、図５（ｃ）に示すように、ＳｉＯ２マスク５６をマスクとして硫酸系溶液によりｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層５５を選択エッチングする。次いで、ＨＢｒによりｐ型ＩｎＰクラッド層５４を選択エッチングし、次いで、硫酸系溶液によりｉ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層５３をエッチングして、光導波路領域のＰＤ構造をエッチング除去する。この時、ＰＤ領域の側面には（１００）面に対して傾斜したエッチング面が形成される。
【００３９】
次いで、図６（ｄ）に示すように、ＳｉＯ２マスク５６を選択成長マスクとして、厚さが０．１μｍのＦｅドープＩｎＰバッファ層５７を成長させる。この時のＦｅ濃度は飽和濃度以上の１×１０１７ｃｍ−３とする。引き続いて、厚さが０．３μｍで組成波長が１．３μｍのＦｅドープのＩｎＧａＡｓＰ光導波路層５８及び厚さが１μｍで飽和濃度以上のＦｅドープのＩｎＰ上側クラッド層５９を再成長する。これによって、ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層５８とｉ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層５３とが[０１１]方向にバットジョイント結合された構造が形成される。この時のＩｎＧａＡｓＰ光導波路層５８のＦｅ濃度は（１００）面における飽和濃度以下の３×１０１６ｃｍ−３とし、ＩｎＰ上側クラッド層５９のＦｅ濃度は（１００）面における飽和濃度以上の２×１０１７ｃｍ−３とする。なお、この再成長工程において、ＰＤ領域の傾斜した側面にはＩｎＧａＡｓＰ層６０が少し這い上がって成長する。
【００４０】
次いで、図６（ｅ）及び（ｆ）に示すように、ＳｉＯ２マスク５６を除去したのち、新たに厚さが０．５μｍで、光導波路領域における幅が２．０μｍでＰＤ領域における幅が１０μｍのストライプ状のＳｉＯ２マスク６１を形成する。次いで、このＳｉＯ２マスク６１をマスクとして、ＩＣＰ−ＲＩＥによって、高さ２μｍのストライプメサを形成する。なお、図６（ｆ）は平面図である。
【００４１】
次いで、図７（ｇ）に示すように、メサ底面にストライプメサに沿ったストライプ状のＳｉＯ２マスク６２を形成する。次いで、ＳｉＯ２マスク４０及びＳｉＯ２マスク６２を選択成長マスクとして、ストライプメサの両側をＦｅ濃度が５×１０１６ｃｍ−３のＦｅドープＩｎＰ層６３で埋め込み、ＰＤ領域の幅方向の側面をＦｅドープＩｎＰ層６３で保護する。
【００４２】
次いで、図７（ｈ）に示すように、ＳｉＯ２マスク４０及びＳｉＯ２マスク６２を除去したのち、新たなＳｉＯ２膜６４を形成する。次いで、ＰＤ領域のＳｉＯ２膜６４にｐ側電極のための開口部６５とｎ側電極のための開口部６６を形成する。
【００４３】
次いで、図７（ｉ）に示すように、開口部６５にＴｉ，Ｐｔ，Ａｕを順次堆積させてｐ側電極６７を形成するとともに、開口部６６にＡｕＧｅ及びＡｕを順次堆積させてｎ側電極６８を形成する。このようにして、コプレーナ構造の電極を有する本発明の実施例３の半導体光集積回路装置の基本構造が完成する。なお、図示は省略するが、高抵抗ＩｎＰ基板５１上には半導体レーザや半導体光増幅器等の他の光デバイスがモノリシックに形成されている。
【００４４】
本発明の実施例３においては、ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層５８を再成長する前にＦｅドープＩｎＰバッファ層５７を成長しているので、ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層５８の結晶品質が向上し、導波路領域の伝播損失が０．１ｄＢ／ｍｍに低減した。また飽和濃度以上のFeドープＩｎＰバッファ層５７を第１層目に成長しているのでＰＤ領域からのＺｎ拡散を誘発する効果が大きく、ＰＤ暗電流は０．５ｎＡ＠−５Ｖとさらに低い値が得られた。
【００４５】
また、ＦｅドープＩｎＰバッファ層５７とコア層となるＩｎＧａＡｓＰ光導波路層５８との厚さの和は０．４μｍとなり、ＩｎＧａＡｓ光吸収層５３の厚さと同じであるため、導波路中心軸の軸ズレは小さく、ＰＤ吸収効率に変化はなかった。
【００４６】
以上、本発明の各実施例を説明してきたが、説明した条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である、例えば、上記の実施例１或いは実施例２においても、ｎ型ＩｎＰクラッド層にｎ側電極を形成してコプレーナ構造にしても良い。
【００４７】
また、上記の実施例１或いは実施例２のように、導電性基板を用いる場合にも、ＦｅドープＩｎＰバッファ層を介在させても良い。或いは、逆に、実施例３において、ＦｅドープＩｎＰバッファ層を介在させずに、ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層を直接成長させても良い。さらには、ＦｅドープＩｎＰバッファ層はノンドープＩｎＰバッファ層に置き換えても良い。
【００４８】
ここで、実施例１乃至実施例３を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を付す。
（付記１）
主面の面方位が（１００）面の半導体基板上にｎ型クラッド層を介して形成され、[０１１]方向に傾斜した側面を有するフォトダイオード領域と、
前記フォトダイオード領域の前記側面に対してバットジョイント結合した光導波路領域と
を有するIII-Ｖ族化合物半導体からなる半導体光集積素子であって、
前記フォトダイオード領域が、前記ｎ型クラッド層上に前記ｎ型クラッド層側から順に積層された光吸収層及びＺｎドープｐ型クラッド層を少なくとも有し、
前記光導波路領域が、前記ｎ型クラッド層上に前記ｎ型クラッド層側から順に積層された光導波路層及び上側クラッド層を少なくとも有し、
前記光導波路層は前記傾斜した側面に対する這い上がり部を有するとともに、前記光導波路層にＦｅが（１００）面方位での飽和濃度以下にドープされており、且つ、前記上側クラッド層にＦｅが（１００）面方位での飽和濃度以上にドープされていることを特徴とする半導体光集積素子。
（付記２）
前記Ｚｎドープｐ型クラッド層上にＺｎドープｐ型コンタクト層を有することを特徴とする付記１に記載の半導体光集積素子。
（付記３）
前記光導波路層の下部に、前記ｎ型クラッド層と同一のIII-Ｖ族組成からなるＦｅドープバッファ層を有し、
前記Ｆｅドープバッファ層と前記光導波路層との界面が、前記光吸収層と前記Ｚｎドープｐ型クラッド層との界面より前記半導体基板側に位置し、且つ、前記光導波路層と前記上側クラッド層との界面が、前記光吸収層と前記Ｚｎドープｐ型クラッド層との界面より前記半導体基板から離れた側に位置することを特徴とする付記１または付記２に記載の半導体光集積素子。
（付記４）
前記Ｆｅドープバッファ層の厚さと前記光導波路層の厚さの和が、前記光吸収層の厚さより同じか或いは小さいことを特徴とする付記３に記載の半導体光集積素子。
（付記５）
前記半導体基板が、高抵抗半導体基板であることを特徴とする付記１乃至付記４のいずれか１に記載の半導体光集積素子。
（付記６）
前記半導体基板、ｎ型クラッド層、Ｚｎドープｐ型クラッド層及び上側クラッド層がＩｎＰからなり、前記光吸収層がＩｎＧａＡｓからなり、前記光導波路層がＩｎＧａＡｓＰからなることを特徴とする付記１乃至付記５のいずれか１に記載の半導体光集積素子。
（付記７）
主面の面方位が（１００）面の半導体基板上に、前記半導体基板側から順にｎ型クラッド層、光吸収層、及び、Ｚｎドープｐ型クラッド層を少なくとも成長する工程と、
前記Ｚｎドープｐ型クラッド層乃至前記光吸収層の一部を除去して[０１１]方向に傾斜した側面を有するフォトダイオード領域を形成する工程と、
前記Ｚｎドープｐ型クラッド層乃至前記光吸収層の除去部に、前記[０１１]方向に傾斜した側面に対する這い上がり部を有するノンドープの光導波路層と、Ｆｅが（１００）面方位での飽和濃度以上にドープされた上側クラッド層を順次成長する工程と
を有することを特徴とする半導体光集積素子の製造方法。
（付記８）
前記光導波路層を成長する工程の前に、
前記Ｚｎドープｐ型クラッド層乃至光吸収層の除去部に、前記[０１１]方向に傾斜した側面に対する這い上がり部を有し前記ｎ型クラッド層と同一のIII-Ｖ族組成のＦｅドープバッファ層を成長する工程を
有することを特徴とする付記７に記載の半導体光集積素子の製造方法。
【符号の説明】
【００４９】
１１ 半導体基板
１２ ｎ型クラッド層
１３ 光吸収層
１４ Ｚｎドープｐ型クラッド層
１５ Ｚｎドープｐ型コンタクト層
１６ フォトダイオード領域
１７ 光導波路層
１８ 上側クラッド層
１９ 光導波路領域
２０ ｎ側電極
２１ ｐ側電極
３１ ｎ型ＩｎＰ基板
３２，５２ ｎ型ＩｎＰクラッド層
３３，５３ ｉ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層
３４，５４ ｐ型ＩｎＰクラッド層
３５，５５ ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層
３６，５６ ＳｉＯ２マスク
３７，５８ ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層
３８，５９ ＩｎＰ上側クラッド層
３９，６０ ＩｎＧａＡｓＰ層
４０，６１ ＳｉＯ２マスク
４１，６３ ＦｅドープＩｎＰ層
４２，６４ ＳｉＯ２膜
４３，６７ ｐ側電極
４４，６８ ｎ側電極
５１ 高抵抗ＩｎＰ基板
５７ ＦｅドープＩｎＰバッファ層
６２ ＳｉＯ２マスク
６５，６６ 開口部
７１ ＩｎＰ基板
７２ ｎ型ＩｎＰクラッド層
７３ ｉ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層
７４ ｐ型ＩｎＰクラッド層
７５ ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層
７６ ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層
７７ ｉ型ＩｎＰクラッド層
７８ ｎ側電極
７９ ｐ側電極
８０ ｎ転層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光集積素子及びその製造方法に関するものであり、例えば、フォトダイオード（ＰＤ）と光導波路がバットジョイント結合でモノリシック集積された導波路型ＰＤにおける暗電流の低減に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムの高速・大容量化に伴い、ネットワークを構成する光部品の小型化や低消費電力化が求められている。光信号を導波させる光導波路と光信号を受信するＰＤとをモノリシック集積した導波路型ＰＤは、光部品の小型化に必要な半導体光集積素子の１つである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図８は、バットジョイント結合により形成された従来の導波路型ＰＤの概念的断面図である。まず、（１００）面を主面とするＩｎＰ基板７１上に、ｎ型ＩｎＰクラッド層７２、ノンドープのｉ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層７３、Ｚｎドープのｐ型ＩｎＰクラッド層７４、Ｚｎドープのｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層７５を成長させる。
【０００４】
次いで、ＰＤ形成領域にＳｉＯ２マスクを施し、ＳｉＯ２マスクで覆われていない領域をｉ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層７３までウエットエッチングで除去してＰＤ領域を形成する。この時、光導波路領域には平坦な（１００）面が、ＰＤ領域の側面には（１００）面に対して傾斜した側面が形成される。
【０００５】
次いで、ＳｉＯ２マスクを選択成長マスクとして、ノンドープのｉ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層７６とノンドープのｉ型ＩｎＰクラッド層７７を再成長させて光導波路領域を形成する。この時、ＰＤ領域の側面にはｉ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層７６が薄く這い上がった成長形状となる。なお、図における符号７８，７９は、それぞれ、ｎ側電極及びｐ側電極である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２１７４４６号公報
【特許文献２】特開平０６−３２４２２６号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ，Ｖｏｌ．１２４，ｐｐ．３５２−３５７，１９９２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、本発明者等が上述の従来技術を適用して導波路型ＰＤを作製したところ、ＰＤ領域と光導波路領域の接合部である再成長界面を流れる暗電流が大きい（＞１００ｎＡ＠−５Ｖ）という問題に直面した。
【０００９】
本発明者が鋭意検討したところ、図９に示すように、エッチングで形成した再成長界面に、濃度が１０１７ｃｍ−３〜１０１８ｃｍ−３オーダーのＳｉやＯなど環境雰囲気由来の不純物偏析が存在していることを付き止めた。このような再成長界面の不純物偏析によるｎ転層８０が残留していることが暗電流の要因であると推定される。
【００１０】
そこでＦｅとＺｎが相互拡散しやすい性質を利用して、ＰＤ領域から導波路領域へのＺｎ拡散を誘発し、再成長界面のｎ転層をＺｎで補償することを試みた。なお、導波路型光集積素子において、再成長するＩｎＧａＡｓＰ光導波路層やＩｎＰ上クラッド層にＦｅをドープした例がある（例えば、特許文献２参照）。しかし、Ｆｅ濃度に関する記載がないため、一般的にはＦｅ濃度は飽和濃度以下である。
【００１１】
なお、飽和濃度とは、Ｆｅ原子がIII族格子位置に置換して電気的に活性（深いアクセプタ準位形成）となりうる固溶限界濃度のことである。上記の非特許文献１によると、
（１００）面方位ＩｎＰ中のＦｅ飽和濃度：〜５×１０１６ｃｍ−３
（１００）面方位ＩｎＧａＡｓＰ中のＦｅ飽和濃度：〜４×１０１６ｃｍ−３
である。また、非特許文献１には、ＩｎＧａＡｓＰ層にＦｅを高濃度ドープすると成長表面が荒れやすいことが記載されている。
【００１２】
このことからＦｅドープＩｎＧａＡｓＰ層を光導波路層に適用する場合には、表面荒れによる光の伝播損失増大を防止するためにＩｎＧａＡｓＰ光導波路層にドープするＦｅ濃度は飽和濃度以下にしなければならないとの結論に至った。
【００１３】
そこで、本発明者は、光導波路層と上クラッド層を、それぞれ（１００）面方位で３×１０１６ｃｍ−３のＦｅドープしたＩｎＧａＡｓＰ光導波路層と、（１００）面方位で５×１０１６ｃｍ−３のＦｅドープしたＩｎＰ上クラッド層に置き換えて導波路型ＰＤを作製した。
【００１４】
しかしながら、暗電流は数１０ｎＡ＠−５Ｖまで低減されたものの、ＰＤ領域側面のｎ転領域を補償する効果は十分ではなく、暗電流をｎＡオーダー以下に抑制することができなかった。
【００１５】
したがって、本発明は、光導波路の伝播損失を増大させることなく、ＰＤの暗電流を１０ｎＡ以下まで低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
開示する一観点からは、主面の面方位が（１００）面の半導体基板上にｎ型クラッド層を介して形成され、(１００)面に対して傾斜した側面を有するフォトダイオード領域と、前記フォトダイオード領域の前記側面に対して[０１１]方向にバットジョイント結合した光導波路領域とを有するIII-Ｖ族化合物半導体からなる半導体光集積素子であって、前記フォトダイオード領域が、前記ｎ型クラッド層上に前記ｎ型クラッド層側から順に積層された光吸収層及びＺｎドープｐ型クラッド層を少なくとも有し、前記光導波路領域が、前記ｎ型クラッド層上に前記ｎ型クラッド層側から順に積層された光導波路層及び上側クラッド層を少なくとも有し、前記光導波路層は前記傾斜した側面に対する這い上がり部を有するとともに、前記光導波路層にＦｅが（１００）面方位での飽和濃度以下にドープされており、且つ、前記上側クラッド層にＦｅが（１００）面方位での飽和濃度以上にドープされていることを特徴とする半導体光集積素子が提供される。
【００１７】
また、開示する別の観点からは、主面の面方位が（１００）面の半導体基板上に、前記半導体基板側から順にｎ型クラッド層、光吸収層、及び、Ｚｎドープｐ型クラッド層を少なくとも成長する工程と、前記Ｚｎドープｐ型クラッド層乃至前記光吸収層の一部を除去して[０１１]方向において（１００）面に対して傾斜した側面を有するフォトダイオード領域を形成する工程と、前記Ｚｎドープｐ型クラッド層乃至前記光吸収層の除去部に、前記傾斜した側面に対する這い上がり部を有するノンドープの光導波路層と、Ｆｅが（１００）面方位での飽和濃度以上にドープされた上側クラッド層を順次成長する工程とを有することを特徴とする半導体光集積素子の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
開示の半導体光集積素子及びその製造方法によれば、光導波路の伝播損失を増大させることなく、ＰＤの暗電流を低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態の半導体光集積素子の概念的断面図である。
【図２】本発明の実施例１の導波路型ＰＤの途中までの製造工程の説明図である。
【図３】本発明の実施例１の導波路型ＰＤの図２以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図４】本発明の実施例１の導波路型ＰＤの図３以降の製造工程の説明図である。
【図５】本発明の実施例３の導波路型ＰＤを備えた半導体光集積回路装置の途中までの製造工程の説明図である。
【図６】本発明の実施例３の導波路型ＰＤを備えた半導体光集積回路装置の図５以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図７】本発明の実施例３の導波路型ＰＤを備えた半導体光集積回路装置の図６以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図８】バットジョイント結合により形成された従来の導波路型ＰＤの概念的断面図である。
【図９】従来のバットジョイント界面に発生するｎ転層の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
ここで、図１を参照して、本発明の実施の形態の半導体光集積素子を説明する。図１は、本発明の実施の形態の半導体光集積素子の概念的断面図である。（１００）面を主面とする 半導体基板１１上に、ｎ型クラッド層１２、光吸収層１３、Ｚｎドープｐ型クラッド層１４及びＺｎドープｐ型コンタクト層１５を順次成長させる。なお、Ｚｎドープｐ型コンタクト層１５は必須ではない。
【００２１】
次いで、ＰＤ形成領域にＳｉＯ２マスクを形成し、ＳｉＯ２マスクに覆われない領域をウエットエッチングにより除去して、[０１１]方位において（１００）面に対して傾斜した側面を有するフォトダイオード領域１６を形成する。次いで、ＳｉＯ２マスクを選択成長マスクとして、エッチング除去部にノンドープの光導波路層１７及びＦｅが（１００）面方位での飽和濃度以上にドープした上側クラッド層１８を成長させて、 [０１１]方向にバットジョイント結合された光導波路領域１９とする。この時、ノンドープの光導波路層１７には上側クラッド層１８からＦｅが固相拡散するが、光導波路層１７中のＦｅの平均濃度は（１００）面方位での飽和濃度以下となる。なお、図における符号２０，２１はそれぞれ、ｎ側電極及びｐ側電極である。
【００２２】
より好ましくは、光導波路層１７の下部に、ｎ型クラッド層１２と同一のIII-Ｖ族組成の材料からなるＦｅドープバッファ層を積層することが望ましく、このＦｅドープバッファ層の厚さは、
Ｆｅドープバッファ層厚さ＋光導波路層１７の厚さ≦光吸収層１３の厚さ
なる関係を満たすことが望ましい。
【００２３】
なお、これらの材料組成は、１．５５μｍ帯或いは１．３μｍ帯の光通信に用いる場合には、半導体基板１１、ｎ型クラッド層１２、Ｚｎドープｐ型クラッド層１４及び上側クラッド層１８をＩｎＰとする。また、光吸収層１３はＩｎＧａＡｓとし、光導波路層１７はＩｎＧａＡｓＰとし、Ｚｎドープｐ型コンタクト層１５はＩｎＧａＡｓ或いはＩｎＧａＡｓＰとすれば良い。
【００２４】
本発明の実施の形態においては、光導波路層１７のＦｅドープ量が飽和濃度以下であるために、光導波路層１７の成長表面は荒れることなく平坦な表面が得られ、これにより導波路の伝播損失増大は回避される。なお、上側クラッド層１８にＦｅを飽和濃度以上にドープしても表面が荒れることはなく、光導波路の伝播損失増大には至らない。
【００２５】
また、上側クラッド層１８のＦｅドープ量を飽和濃度以上にすることにより、III族格子位置に取り込まれないＦｅ原子は動きやすいため、上側クラッド層１８とＰＤ領域１６のＺｎドープｐ型層（１４，１５）との間でＦｅとＺｎの相互拡散が起こりやすくなる。
【００２６】
その結果、光導波路層１７の這い上がり部が介在していてもＰＤ領域１６から導波路領域１９へのＺｎ拡散がより誘発され、ＰＤ側面の再成長界面のｎ転層がＺｎで補償される。これにより、ＰＤ側面を介した暗電流をｎＡオーダー以下に低減できる。
【００２７】
なお、光導波路層１７を再成長する前にFeドープバッファ層を再成長させた場合には、バッファ層の効果で再成長した光導波路層１７の品質が向上する。また、光導波路層１７はノンドープで成長させることに限られるものではなく、上側クラッド層１８からのＦｅの拡散量を見込んでも飽和濃度以下となる濃度であれば、Ｆｅをドープしても良い。
【実施例１】
【００２８】
次に、図２乃至図４を参照して、本発明の実施例１の導波路型ＰＤの製造工程を説明する。なお、結晶成長は、例えば、有機金属気相成長法にて行う。まず、図２（ａ）に示すように、（１００）面を主面とするｎ型ＩｎＰ基板３１上に厚さが１μｍのｎ型ＩｎＰクラッド層３２及び厚さが０．４μｍのノンドープのｉ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層３３を成長させる。引き続いて、厚さが１μｍのｐ型ＩｎＰクラッド層３４、及び、厚さが０．３μｍのｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層３５を順次成長させてＰＤ構造を形成する。この時、ｐ型ＩｎＰクラッド層３４のＺｎ濃度は１×１０１８ｃｍ−３とし、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層３５のＺｎ濃度は１×１０１９ｃｍ−３とする。
【００２９】
次いで、図２（ｂ）に示すように、ＰＤ形成領域に厚さが０．５μｍのＳｉＯ２マスク３６を形成し、次いで、図２（ｃ）に示すように、ＳｉＯ２マスク３６をマスクとして硫酸系溶液によりｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層３５を選択エッチングする。次いで、ＨＢｒによりｐ型ＩｎＰクラッド層３４を選択エッチングし、次いで、硫酸系溶液によりｉ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層３３をエッチングして、光導波路領域のＰＤ構造をエッチング除去する。この時、ＰＤ領域の側面には（１００）面に対して傾斜したエッチング面が形成される。
【００３０】
次いで、図３（ｄ）に示すように、ＳｉＯ２マスク３６を選択成長マスクとして、厚さが０．３μｍで組成波長が１．３μｍのノンドープのＩｎＧａＡｓＰ光導波路層３７を成長させる。引き続いて、厚さが１．１μｍで飽和濃度以上のＦｅをドープしたＩｎＰ上側クラッド層３８を再成長する。これによって、ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層３７とｉ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層３３とが[０１１]方向にバットジョイント結合された構造が形成される。この時のＩｎＰ上側クラッド層３８のＦｅ濃度は（１００）面における飽和濃度以上の２×１０１７ｃｍ−３とすると、ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層３７へＦｅが拡散し、ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層３７のＦｅ濃度は（１００）面における飽和濃度以下の３×１０１６ｃｍ−３となる。なお、この再成長工程において、ＰＤ領域の傾斜した側面にはＩｎＧａＡｓＰ層３９が少し這い上がって成長する。
【００３１】
次いで、図３（ｅ）及び（ｆ）に示すように、ＳｉＯ２マスク３６を除去したのち、新たに厚さが０．５μｍで、光導波路領域における幅が２．０μｍでＰＤ領域における幅が１０μｍのストライプ状のＳｉＯ２マスク４０を形成する。次いで、このＳｉＯ２マスク４０をマスクとして、ＩＣＰ−ＲＩＥ（誘導結合型リアクティブイオンエッチング）によって、高さ２μｍのストライプメサを形成する。なお、図３（ｆ）は平面図である。
【００３２】
次いで、図４（ｇ）に示すように、ＳｉＯ２マスク４０を選択成長マスクとして、ストライプメサの両側をＦｅ濃度が５×１０１６ｃｍ−３のＦｅドープＩｎＰ層４１で埋め込み、ＰＤ領域の幅方向の側面をＦｅドープＩｎＰ層４１で保護する。
【００３３】
次いで、図４（ｈ）に示すように、ＳｉＯ２マスク４０を除去したのち、新たなＳｉＯ２膜４２を形成する。次いで、ＰＤ領域のＳｉＯ２膜４２に開口部を形成したのち、Ｔｉ，Ｐｔ，Ａｕを順次堆積させてｐ側電極４３を形成する。また、ｎ型ＩｎＰ基板３１の裏面にＡｕＧｅ及びＡｕを順次堆積させてｎ側電極４４を形成することによって、本発明の実施例１の導波路型ＰＤが完成する。
【００３４】
この導波路型ＰＤの暗電流を測定した結果、２ｎＡ＠−５ＶとｎＡオーダーの低い値が得られた。また導波路領域の伝播損失も０．１５ｄＢ／ｍｍと問題ないレベルであった。このように、本発明の実施例１においては、上側クラッド層に飽和濃度以上のＦｅをドープしているので、ＰＤ領域からのＺｎの拡散を誘発して、ｎ転層の発生を抑制しているので暗電流をｎＡオーダーにすることができる。また、光導波路層のＦｅ濃度を飽和濃度以下にしているので、成長表面の荒れが少なく、導波路領域の伝播損失を少なくすることができる。
【実施例２】
【００３５】
次に、本発明の実施例２の導波路型ＰＤの製造工程を説明するが、基本的プロセスは上記の実施例１と同一であるので相違点のみを説明する。本発明の実施例２においては、上記の図３（ｄ）の工程において、ノンドープのＩｎＧａＡｓＰ光導波路層の代わりに、Ｆｅ濃度が飽和濃度以下、例えば、３×１０１６ｃｍ−３になるように、意図的にＦｅをドープしたＩｎＧａＡｓＰ光導波路層を成長させる。
【００３６】
このように、本発明の実施例２においては、光導波路層にＦｅを意図的にドープしているので、ｎ転層の発生をより効果的に抑制することができる。また、Ｆｅの濃度は飽和濃度以下であるので、成長表面の荒れはそれほど大きくなることはない。
【実施例３】
【００３７】
次に、図５乃至図７を参照して、本発明の実施例３の導波路型ＰＤを備えた半導体光集積回路装置の基本的な製造工程を説明する。まず、図５（ａ）に示すように、（１００）面を主面とするＦｅドープの高抵抗ＩｎＰ基板５１上に厚さが１μｍのｎ型ＩｎＰクラッド層５２及び厚さが０．４μｍのノンドープのｉ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層５３を成長させる。引き続いて、厚さが１μｍのｐ型ＩｎＰクラッド層５４、及び、厚さが０．３μｍのｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層５５を順次成長させてＰＤ構造を形成する。この時、ｐ型ＩｎＰクラッド層５４のＺｎ濃度は１×１０１８ｃｍ−３とし、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層５５のＺｎ濃度は１×１０１９ｃｍ−３とする。
【００３８】
次いで、図５（ｂ）に示すように、ＰＤ形成領域に厚さが０．５μｍのＳｉＯ２マスク５６を形成し、次いで、図５（ｃ）に示すように、ＳｉＯ２マスク５６をマスクとして硫酸系溶液によりｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層５５を選択エッチングする。次いで、ＨＢｒによりｐ型ＩｎＰクラッド層５４を選択エッチングし、次いで、硫酸系溶液によりｉ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層５３をエッチングして、光導波路領域のＰＤ構造をエッチング除去する。この時、ＰＤ領域の側面には（１００）面に対して傾斜したエッチング面が形成される。
【００３９】
次いで、図６（ｄ）に示すように、ＳｉＯ２マスク５６を選択成長マスクとして、厚さが０．１μｍのＦｅドープＩｎＰバッファ層５７を成長させる。この時のＦｅ濃度は飽和濃度以上の１×１０１７ｃｍ−３とする。引き続いて、厚さが０．３μｍで組成波長が１．３μｍのＦｅドープのＩｎＧａＡｓＰ光導波路層５８及び厚さが１μｍで飽和濃度以上のＦｅドープのＩｎＰ上側クラッド層５９を再成長する。これによって、ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層５８とｉ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層５３とが[０１１]方向にバットジョイント結合された構造が形成される。この時のＩｎＧａＡｓＰ光導波路層５８のＦｅ濃度は（１００）面における飽和濃度以下の３×１０１６ｃｍ−３とし、ＩｎＰ上側クラッド層５９のＦｅ濃度は（１００）面における飽和濃度以上の２×１０１７ｃｍ−３とする。なお、この再成長工程において、ＰＤ領域の傾斜した側面にはＩｎＧａＡｓＰ層６０が少し這い上がって成長する。
【００４０】
次いで、図６（ｅ）及び（ｆ）に示すように、ＳｉＯ２マスク５６を除去したのち、新たに厚さが０．５μｍで、光導波路領域における幅が２．０μｍでＰＤ領域における幅が１０μｍのストライプ状のＳｉＯ２マスク６１を形成する。次いで、このＳｉＯ２マスク６１をマスクとして、ＩＣＰ−ＲＩＥによって、高さ２μｍのストライプメサを形成する。なお、図６（ｆ）は平面図である。
【００４１】
次いで、図７（ｇ）に示すように、メサ底面にストライプメサに沿ったストライプ状のＳｉＯ２マスク６２を形成する。次いで、ＳｉＯ２マスク４０及びＳｉＯ２マスク６２を選択成長マスクとして、ストライプメサの両側をＦｅ濃度が５×１０１６ｃｍ−３のＦｅドープＩｎＰ層６３で埋め込み、ＰＤ領域の幅方向の側面をＦｅドープＩｎＰ層６３で保護する。
【００４２】
次いで、図７（ｈ）に示すように、ＳｉＯ２マスク４０及びＳｉＯ２マスク６２を除去したのち、新たなＳｉＯ２膜６４を形成する。次いで、ＰＤ領域のＳｉＯ２膜６４にｐ側電極のための開口部６５とｎ側電極のための開口部６６を形成する。
【００４３】
次いで、図７（ｉ）に示すように、開口部６５にＴｉ，Ｐｔ，Ａｕを順次堆積させてｐ側電極６７を形成するとともに、開口部６６にＡｕＧｅ及びＡｕを順次堆積させてｎ側電極６８を形成する。このようにして、コプレーナ構造の電極を有する本発明の実施例３の半導体光集積回路装置の基本構造が完成する。なお、図示は省略するが、高抵抗ＩｎＰ基板５１上には半導体レーザや半導体光増幅器等の他の光デバイスがモノリシックに形成されている。
【００４４】
本発明の実施例３においては、ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層５８を再成長する前にＦｅドープＩｎＰバッファ層５７を成長しているので、ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層５８の結晶品質が向上し、導波路領域の伝播損失が０．１ｄＢ／ｍｍに低減した。また飽和濃度以上のFeドープＩｎＰバッファ層５７を第１層目に成長しているのでＰＤ領域からのＺｎ拡散を誘発する効果が大きく、ＰＤ暗電流は０．５ｎＡ＠−５Ｖとさらに低い値が得られた。
【００４５】
また、ＦｅドープＩｎＰバッファ層５７とコア層となるＩｎＧａＡｓＰ光導波路層５８との厚さの和は０．４μｍとなり、ＩｎＧａＡｓ光吸収層５３の厚さと同じであるため、導波路中心軸の軸ズレは小さく、ＰＤ吸収効率に変化はなかった。
【００４６】
以上、本発明の各実施例を説明してきたが、説明した条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である、例えば、上記の実施例１或いは実施例２においても、ｎ型ＩｎＰクラッド層にｎ側電極を形成してコプレーナ構造にしても良い。
【００４７】
また、上記の実施例１或いは実施例２のように、導電性基板を用いる場合にも、ＦｅドープＩｎＰバッファ層を介在させても良い。或いは、逆に、実施例３において、ＦｅドープＩｎＰバッファ層を介在させずに、ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層を直接成長させても良い。さらには、ＦｅドープＩｎＰバッファ層はノンドープＩｎＰバッファ層に置き換えても良い。
【００４８】
ここで、実施例１乃至実施例３を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を付す。
（付記１）
主面の面方位が（１００）面の半導体基板上にｎ型クラッド層を介して形成され、[０１１]方向に傾斜した側面を有するフォトダイオード領域と、
前記フォトダイオード領域の前記側面に対してバットジョイント結合した光導波路領域と
を有するIII-Ｖ族化合物半導体からなる半導体光集積素子であって、
前記フォトダイオード領域が、前記ｎ型クラッド層上に前記ｎ型クラッド層側から順に積層された光吸収層及びＺｎドープｐ型クラッド層を少なくとも有し、
前記光導波路領域が、前記ｎ型クラッド層上に前記ｎ型クラッド層側から順に積層された光導波路層及び上側クラッド層を少なくとも有し、
前記光導波路層は前記傾斜した側面に対する這い上がり部を有するとともに、前記光導波路層にＦｅが（１００）面方位での飽和濃度以下にドープされており、且つ、前記上側クラッド層にＦｅが（１００）面方位での飽和濃度以上にドープされていることを特徴とする半導体光集積素子。
（付記２）
前記Ｚｎドープｐ型クラッド層上にＺｎドープｐ型コンタクト層を有することを特徴とする付記１に記載の半導体光集積素子。
（付記３）
前記光導波路層の下部に、前記ｎ型クラッド層と同一のIII-Ｖ族組成からなるＦｅドープバッファ層を有し、
前記Ｆｅドープバッファ層と前記光導波路層との界面が、前記光吸収層と前記Ｚｎドープｐ型クラッド層との界面より前記半導体基板側に位置し、且つ、前記光導波路層と前記上側クラッド層との界面が、前記光吸収層と前記Ｚｎドープｐ型クラッド層との界面より前記半導体基板から離れた側に位置することを特徴とする付記１または付記２に記載の半導体光集積素子。
（付記４）
前記Ｆｅドープバッファ層の厚さと前記光導波路層の厚さの和が、前記光吸収層の厚さより同じか或いは小さいことを特徴とする付記３に記載の半導体光集積素子。
（付記５）
前記半導体基板が、高抵抗半導体基板であることを特徴とする付記１乃至付記４のいずれか１に記載の半導体光集積素子。
（付記６）
前記半導体基板、ｎ型クラッド層、Ｚｎドープｐ型クラッド層及び上側クラッド層がＩｎＰからなり、前記光吸収層がＩｎＧａＡｓからなり、前記光導波路層がＩｎＧａＡｓＰからなることを特徴とする付記１乃至付記５のいずれか１に記載の半導体光集積素子。
（付記７）
主面の面方位が（１００）面の半導体基板上に、前記半導体基板側から順にｎ型クラッド層、光吸収層、及び、Ｚｎドープｐ型クラッド層を少なくとも成長する工程と、
前記Ｚｎドープｐ型クラッド層乃至前記光吸収層の一部を除去して[０１１]方向に傾斜した側面を有するフォトダイオード領域を形成する工程と、
前記Ｚｎドープｐ型クラッド層乃至前記光吸収層の除去部に、前記[０１１]方向に傾斜した側面に対する這い上がり部を有するノンドープの光導波路層と、Ｆｅが（１００）面方位での飽和濃度以上にドープされた上側クラッド層を順次成長する工程と
を有することを特徴とする半導体光集積素子の製造方法。
（付記８）
前記光導波路層を成長する工程の前に、
前記Ｚｎドープｐ型クラッド層乃至光吸収層の除去部に、前記[０１１]方向に傾斜した側面に対する這い上がり部を有し前記ｎ型クラッド層と同一のIII-Ｖ族組成のＦｅドープバッファ層を成長する工程を
有することを特徴とする付記７に記載の半導体光集積素子の製造方法。
【符号の説明】
【００４９】
１１ 半導体基板
１２ ｎ型クラッド層
１３ 光吸収層
１４ Ｚｎドープｐ型クラッド層
１５ Ｚｎドープｐ型コンタクト層
１６ フォトダイオード領域
１７ 光導波路層
１８ 上側クラッド層
１９ 光導波路領域
２０ ｎ側電極
２１ ｐ側電極
３１ ｎ型ＩｎＰ基板
３２，５２ ｎ型ＩｎＰクラッド層
３３，５３ ｉ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層
３４，５４ ｐ型ＩｎＰクラッド層
３５，５５ ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層
３６，５６ ＳｉＯ２マスク
３７，５８ ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層
３８，５９ ＩｎＰ上側クラッド層
３９，６０ ＩｎＧａＡｓＰ層
４０，６１ ＳｉＯ２マスク
４１，６３ ＦｅドープＩｎＰ層
４２，６４ ＳｉＯ２膜
４３，６７ ｐ側電極
４４，６８ ｎ側電極
５１ 高抵抗ＩｎＰ基板
５７ ＦｅドープＩｎＰバッファ層
６２ ＳｉＯ２マスク
６５，６６ 開口部
７１ ＩｎＰ基板
７２ ｎ型ＩｎＰクラッド層
７３ ｉ型ＩｎＧａＡｓ光吸収層
７４ ｐ型ＩｎＰクラッド層
７５ ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層
７６ ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層
７７ ｉ型ＩｎＰクラッド層
７８ ｎ側電極
７９ ｐ側電極
８０ ｎ転層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面の面方位が（１００）面の半導体基板上にｎ型クラッド層を介して形成され、（１００）面に対して傾斜した側面を有するフォトダイオード領域と、
前記フォトダイオード領域の前記側面に対して[０１１]方向にバットジョイント結合した光導波路領域と
を有するIII-Ｖ族化合物半導体からなる半導体光集積素子であって、
前記フォトダイオード領域が、前記ｎ型クラッド層上に前記ｎ型クラッド層側から順に積層された光吸収層及びＺｎドープｐ型クラッド層を少なくとも有し、
前記光導波路領域が、前記ｎ型クラッド層上に前記ｎ型クラッド層側から順に積層された光導波路層及び上側クラッド層を少なくとも有し、
前記光導波路層は前記傾斜した側面に対する這い上がり部を有するとともに、前記光導波路層にＦｅが（１００）面方位での飽和濃度以下にドープされており、且つ、前記上側クラッド層にＦｅが（１００）面方位での飽和濃度以上にドープされていることを特徴とする半導体光集積素子。
【請求項２】
前記光導波路層の下部に、前記ｎ型クラッド層と同一のIII-Ｖ族組成からなるＦｅドープバッファ層を有し、
前記Ｆｅドープバッファ層と前記光導波路層との界面が、前記光吸収層と前記Ｚｎドープｐ型クラッド層との界面より前記半導体基板側に位置し、且つ、前記光導波路層と前記上側クラッド層との界面が、前記光吸収層と前記Ｚｎドープｐ型クラッド層との界面より前記半導体基板から離れた側に位置することを特徴とする請求項１に記載の半導体光集積素子。
【請求項３】
前記半導体基板が、高抵抗半導体基板であることを特徴とする請求項１乃または請求項２に記載の半導体光集積素子。
【請求項４】
前記半導体基板、前記ｎ型クラッド層、前記Ｚｎドープｐ型クラッド層及び前記上側クラッド層がＩｎＰからなり、前記光吸収層がＩｎＧａＡｓからなり、前記光導波路層がＩｎＧａＡｓＰからなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の半導体光集積素子。
【請求項５】
主面の面方位が（１００）面の半導体基板上に、前記半導体基板側から順にｎ型クラッド層、光吸収層、及び、Ｚｎドープｐ型クラッド層を少なくとも成長する工程と、
前記Ｚｎドープｐ型クラッド層乃至前記光吸収層の一部を除去して[０１１]方向において（１００）面に対して傾斜した側面を有するフォトダイオード領域を形成する工程と、
前記Ｚｎドープｐ型クラッド層乃至前記光吸収層の除去部に、前記傾斜した側面に対する這い上がり部を有するノンドープの光導波路層と、Ｆｅが（１００）面方位での飽和濃度以上にドープされた上側クラッド層を順次成長する工程と
を有することを特徴とする半導体光集積素子の製造方法。
【請求項１】
主面の面方位が（１００）面の半導体基板上にｎ型クラッド層を介して形成され、（１００）面に対して傾斜した側面を有するフォトダイオード領域と、
前記フォトダイオード領域の前記側面に対して[０１１]方向にバットジョイント結合した光導波路領域と
を有するIII-Ｖ族化合物半導体からなる半導体光集積素子であって、
前記フォトダイオード領域が、前記ｎ型クラッド層上に前記ｎ型クラッド層側から順に積層された光吸収層及びＺｎドープｐ型クラッド層を少なくとも有し、
前記光導波路領域が、前記ｎ型クラッド層上に前記ｎ型クラッド層側から順に積層された光導波路層及び上側クラッド層を少なくとも有し、
前記光導波路層は前記傾斜した側面に対する這い上がり部を有するとともに、前記光導波路層にＦｅが（１００）面方位での飽和濃度以下にドープされており、且つ、前記上側クラッド層にＦｅが（１００）面方位での飽和濃度以上にドープされていることを特徴とする半導体光集積素子。
【請求項２】
前記光導波路層の下部に、前記ｎ型クラッド層と同一のIII-Ｖ族組成からなるＦｅドープバッファ層を有し、
前記Ｆｅドープバッファ層と前記光導波路層との界面が、前記光吸収層と前記Ｚｎドープｐ型クラッド層との界面より前記半導体基板側に位置し、且つ、前記光導波路層と前記上側クラッド層との界面が、前記光吸収層と前記Ｚｎドープｐ型クラッド層との界面より前記半導体基板から離れた側に位置することを特徴とする請求項１に記載の半導体光集積素子。
【請求項３】
前記半導体基板が、高抵抗半導体基板であることを特徴とする請求項１乃または請求項２に記載の半導体光集積素子。
【請求項４】
前記半導体基板、前記ｎ型クラッド層、前記Ｚｎドープｐ型クラッド層及び前記上側クラッド層がＩｎＰからなり、前記光吸収層がＩｎＧａＡｓからなり、前記光導波路層がＩｎＧａＡｓＰからなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の半導体光集積素子。
【請求項５】
主面の面方位が（１００）面の半導体基板上に、前記半導体基板側から順にｎ型クラッド層、光吸収層、及び、Ｚｎドープｐ型クラッド層を少なくとも成長する工程と、
前記Ｚｎドープｐ型クラッド層乃至前記光吸収層の一部を除去して[０１１]方向において（１００）面に対して傾斜した側面を有するフォトダイオード領域を形成する工程と、
前記Ｚｎドープｐ型クラッド層乃至前記光吸収層の除去部に、前記傾斜した側面に対する這い上がり部を有するノンドープの光導波路層と、Ｆｅが（１００）面方位での飽和濃度以上にドープされた上側クラッド層を順次成長する工程と
を有することを特徴とする半導体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９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−１１０２０７（Ｐ２０１３−１１０２０７Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５２６９０（Ｐ２０１１−２５２６９０）
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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