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JP7765262B2 - Semiconductor optical element and its manufacturing method - Google Patents
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JP7765262B2 - Semiconductor optical element and its manufacturing method - Google Patents

Semiconductor optical element and its manufacturing method

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Description

本開示は、半導体光素子およびその製造方法に関する。 This disclosure relates to a semiconductor optical device and a manufacturing method thereof.

半導体光素子において、横方向への電流の拡散を抑制して緩和振動周波数を増大するために、メサストライプ構造の両脇に半導体層からなる埋め込み(BH:Buried Heterostructure)層を設けたBH構造が知られている。また、メサストライプ構造のすべてを埋め込むのではなく、多重量子井戸(MQW:Multi Quantum Well)を含む部分のみを埋め込むことでMQWの光閉じ込め係数を大きくする構造も知られている(特許文献1,2及び3)。 In semiconductor optical devices, a buried heterostructure (BH) structure is known in which semiconductor buried layers (BH) are provided on both sides of the mesa stripe structure to suppress lateral current diffusion and increase the relaxation oscillation frequency. Also known is a structure in which only the portion containing the multi-quantum well (MQW) is buried, rather than burying the entire mesa stripe structure, thereby increasing the optical confinement factor of the MQW (Patent Documents 1, 2, and 3).

特許文献2で開示されている半導体光素子は、MQWを含む下部メサ構造と回折格子層等を含む上部メサ構造の2段構造になっている。上部メサ構造が下部メサ構造よりも幅において広いので、上部メサ構造の底面が下部メサ構造から露出する。 The semiconductor optical device disclosed in Patent Document 2 has a two-tiered structure consisting of a lower mesa structure including an MQW and an upper mesa structure including a diffraction grating layer, etc. Because the upper mesa structure is wider than the lower mesa structure, the bottom surface of the upper mesa structure is exposed from the lower mesa structure.

特開2013-165133号公報JP 2013-165133 A 特開2018-56212号公報JP 2018-56212 A 特開2021-27310号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2021-27310

埋め込み層の形成にMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)を適用すると、基板から結晶が成長する一方で、上部メサ構造の露出している底面からも結晶が成長する。このように異なる方向に成長した結晶の界面では結晶欠陥や空洞が発生することがあり、その結果、埋め込み層の結晶品質が低下し、半導体光素子の信頼性および特性の低下につながることがある。 When MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) is used to form the burying layer, crystals grow not only from the substrate, but also from the exposed bottom surface of the upper mesa structure. Crystal defects and voids can occur at the interface between crystals grown in different directions, resulting in a deterioration in the crystal quality of the burying layer and potentially leading to reduced reliability and performance of the semiconductor optical device.

本開示は、埋め込み層の結晶品質の低下を防止することを目的とする。 The purpose of this disclosure is to prevent degradation of the crystalline quality of the buried layer.

半導体光素子は、ストライプ状に延び、活性層を含む複数層からなる下部メサ構造と、前記下部メサ構造の両側を埋め込んでリン化インジウムからなる埋め込み層と、ストライプ状に延び、リンを含まない材料から構成された最下層を含む複数層からなり、前記最下層は前記下部メサ構造の最上層から突出する底面を有し、前記底面が前記下部メサ構造および前記埋め込み層に接触する上部メサ構造と、を有する。 The semiconductor optical device has a lower mesa structure extending in a stripe shape and consisting of multiple layers including an active layer, buried layers made of indium phosphide that embed both sides of the lower mesa structure, and an upper mesa structure extending in a stripe shape and consisting of multiple layers including a bottom layer made of a material that does not contain phosphorus, the bottom layer having a bottom surface that protrudes from the top layer of the lower mesa structure and the bottom surface being in contact with the lower mesa structure and the buried layer.

半導体光素子の製造方法は、ストライプ状に延びて活性層を含む複数層からなる下部メサ構造を有し、前記下部メサ構造の上でストライプ状に延びて最下層を含む複数層からなる上部メサ構造を有し、前記最下層は、前記下部メサ構造の最上層から突出する底面を有してリンを含まない材料から構成されているメサストライプ構造を形成する工程と、前記メサストライプ構造を形成した後に、前記下部メサ構造の両側に、結晶成長によって、リン化インジウムからなる埋め込み層を、前記底面に接触するように形成する工程と、を含む。 A method for manufacturing a semiconductor optical device includes the steps of: forming a mesa stripe structure having a lower mesa structure consisting of multiple layers extending in a stripe shape and including an active layer; and an upper mesa structure consisting of multiple layers extending in a stripe shape on top of the lower mesa structure and including a bottom layer, the bottom layer having a bottom surface protruding from the top layer of the lower mesa structure and made of a material that does not contain phosphorus; and, after forming the mesa stripe structure, forming buried layers made of indium phosphide by crystal growth on both sides of the lower mesa structure so that they are in contact with the bottom surfaces.

第1の実施形態に係る半導体光素子の平面図である。1 is a plan view of a semiconductor optical device according to a first embodiment. 図1に示す半導体光素子のII-II線断面図である。2 is a cross-sectional view of the semiconductor optical device shown in FIG. 1 taken along line II-II. 半導体光素子の製造方法を説明する図である。1A to 1C are diagrams illustrating a method for manufacturing a semiconductor optical device. 半導体光素子の製造方法を説明する図である。1A to 1C are diagrams illustrating a method for manufacturing a semiconductor optical device. 半導体光素子の製造方法を説明する図である。1A to 1C are diagrams illustrating a method for manufacturing a semiconductor optical device. 半導体光素子の製造方法を説明する図である。1A to 1C are diagrams illustrating a method for manufacturing a semiconductor optical device. 半導体光素子の製造方法を説明する図である。1A to 1C are diagrams illustrating a method for manufacturing a semiconductor optical device. 半導体光素子の製造方法を説明する図である。1A to 1C are diagrams illustrating a method for manufacturing a semiconductor optical device. 半導体光素子の製造方法を説明する図である。1A to 1C are diagrams illustrating a method for manufacturing a semiconductor optical device. 第2の実施形態に係る半導体光素子の断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of a semiconductor optical device according to a second embodiment. 第3の実施形態に係る半導体光素子の平面図である。FIG. 10 is a plan view of a semiconductor optical device according to a third embodiment. 図5に示す半導体光素子のVI-VI線断面図である。6 is a cross-sectional view of the semiconductor optical device shown in FIG. 5 taken along the line VI-VI.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を具体的かつ詳細に説明する。全図において同一の符号を付した部材は同一又は同等の機能を有するものであり、その繰り返しの説明を省略する。なお、図形の大きさは倍率に必ずしも一致するものではない。 Embodiments of the present invention will be specifically and in detail explained below with reference to the drawings. Components with the same reference numerals throughout the drawings have the same or equivalent functions, and repeated explanations will be omitted. Note that the size of the figures does not necessarily correspond to the magnification.

[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態に係る半導体光素子の平面図である。図2は、図1に示す半導体光素子のII-II線断面図である。半導体光素子は、半導体レーザである。半導体光素子は、上面および下面にそれぞれ上側電極10および下側電極12を有し、これらの間に電圧が印加される(電流が注入される)ようになっている。これにより、メサストライプ構造14の端面から、例えば1.3μm帯又は1.55μm帯で、レーザ光を発振するようになっている。出射側の端面には、誘電体からなる無反射のコーティング膜16が形成されている。逆側の端面には、誘電体からなる高反射のコーティング膜18が形成されている。
[First embodiment]
FIG. 1 is a plan view of a semiconductor optical device according to a first embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view of the semiconductor optical device shown in FIG. 1 taken along line II-II. The semiconductor optical device is a semiconductor laser. The semiconductor optical device has an upper electrode 10 and a lower electrode 12 on its upper and lower surfaces, respectively, and a voltage is applied (current is injected) between them. This allows laser light to be emitted from the end facet of the mesa stripe structure 14, for example, in the 1.3 μm or 1.55 μm band. A non-reflective coating film 16 made of a dielectric is formed on the end facet on the emission side. A highly reflective coating film 18 made of a dielectric is formed on the end facet on the opposite side.

半導体光素子は、リン化インジウム(InP)からなる基板20を有する。基板20に、InPからなるバッファ層22(下側クラッド層)が積層されている。上側電極10の一部は、バッファ層22の上方に配置されている。そのため、上側電極10とバッファ層22との間には寄生容量が発生する。寄生容量を小さくするには、上側電極10とバッファ層22の距離を大きくすることが考えられる。なお、バッファ層22は省略してもよい。 The semiconductor optical device has a substrate 20 made of indium phosphide (InP). A buffer layer 22 (lower cladding layer) made of InP is layered on the substrate 20. A portion of the upper electrode 10 is located above the buffer layer 22. As a result, parasitic capacitance occurs between the upper electrode 10 and the buffer layer 22. Increasing the distance between the upper electrode 10 and the buffer layer 22 can be considered to reduce the parasitic capacitance. Note that the buffer layer 22 may be omitted.

[メサストライプ構造]
半導体光素子は、メサストライプ構造14を有する。上側電極10の少なくとも一部は、メサストライプ構造14の上にある。バッファ層22の一部は、凸部になってメサストライプ構造14に含まれる。言い換えると、バッファ層22は、凸部以外の領域で上面が低くなっている。メサストライプ構造14は、幅が異なる少なくとも2段の積層構造になっている。メサストライプ構造14は、バッファ層22に近い方から順に、下部メサ構造24と、下部メサ構造24よりも幅が広い上部メサ構造26を含む。
[Mesa stripe structure]
The semiconductor optical device has a mesa stripe structure 14. At least a portion of the upper electrode 10 is on the mesa stripe structure 14. A portion of the buffer layer 22 is included in the mesa stripe structure 14 as a protruding portion. In other words, the upper surface of the buffer layer 22 is lower in the regions other than the protruding portions. The mesa stripe structure 14 has a stacked structure of at least two stages with different widths. The mesa stripe structure 14 includes, in order from the side closest to the buffer layer 22, a lower mesa structure 24 and an upper mesa structure 26 that is wider than the lower mesa structure 24.

[下部メサ構造]
下部メサ構造24は、ストライプ状に延びる。下部メサ構造24は、複数層からなる。下部メサ構造24は、バッファ層22に近い方から順に、下側SCH(Separate Confinement Heterostructure)層30、活性層28、上側SCH層32、最上層34が積層されて構成されている。活性層28は、MQWであってもバルクであってもよい。下部メサ構造24の最上層34は、バッファ層22と同じInPからなる。なお、下側SCH層30、活性層28および上側SCH32は、光学特性を担保可能な厚みになっているので、他の目的で厚みを変更することは難しい。
[Lower mesa structure]
The lower mesa structure 24 extends in a stripe shape. The lower mesa structure 24 is composed of multiple layers. The lower mesa structure 24 is configured by stacking, in order from the side closest to the buffer layer 22, a lower SCH (Separate Confinement Heterostructure) layer 30, an active layer 28, an upper SCH layer 32, and a top layer 34. The active layer 28 may be MQW or bulk. The top layer 34 of the lower mesa structure 24 is made of InP, the same as the buffer layer 22. Note that the lower SCH layer 30, the active layer 28, and the upper SCH 32 have thicknesses sufficient to ensure optical characteristics, so it is difficult to change their thicknesses for other purposes.

直接変調型半導体レーザの3dB帯域は、レーザの緩和振動周波数frによって、1.55frに制限されるため、高速化には緩和振動周波数frの向上が必要である。MQWを活性層28として有する半導体レーザでは、緩和振動周波数fr、1量子井戸当たりの光閉じ込め係数ΓQW、活性層28の幅Wおよび駆動電流Iの間に以下の関係がある。ここで、駆動電流Iは注入電流から閾値電流を引いた電流である。 The 3 dB bandwidth of a directly modulated semiconductor laser is limited to 1.55 fr by the relaxation oscillation frequency fr of the laser, so increasing the relaxation oscillation frequency fr is necessary to increase the speed. In a semiconductor laser having an MQW as the active layer 28, the relaxation oscillation frequency fr, the optical confinement factor per quantum well Γ QW , the width W a of the active layer 28, and the drive current I m have the following relationship: Here, the drive current I m is the current obtained by subtracting the threshold current from the injection current.

したがって、活性層28の幅Wを小さくすることは、光閉じ込め係数ΓQW/Wの値を大きくし、緩和振動周波数frを増大し、帯域f3dBを向上させることにつながる。 Therefore, reducing the width W a of the active layer 28 increases the value of the optical confinement factor Γ QW /W a , increases the relaxation oscillation frequency fr, and improves the bandwidth f3 dB.

[上部メサ構造]
上部メサ構造26は、ストライプ状に延びる。上部メサ構造26は、複数層からなる。上部メサ構造26の最下層36は、リン(P)を含まない材料(例えばInGaAlAs、InAlAs、InGaAs)から構成される。最下層36は、下部メサ構造24の最上層34から突出する底面を有する。底面は下部メサ構造24に接触する。最下層36より上には、InPからなる上側クラッド層38と、コンタクト層40が設けられている。
[Upper mesa structure]
The upper mesa structure 26 extends in a stripe shape. The upper mesa structure 26 is made of multiple layers. A bottom layer 36 of the upper mesa structure 26 is made of a material that does not contain phosphorus (P) (e.g., InGaAlAs, InAlAs, InGaAs). The bottom layer 36 has a bottom surface that protrudes from the top layer 34 of the lower mesa structure 24. The bottom surface is in contact with the lower mesa structure 24. An upper cladding layer 38 made of InP and a contact layer 40 are provided above the bottom layer 36.

[埋め込み層]
下部メサ構造24の両側は、埋め込み層42で埋め込まれている。埋め込み層42は、結晶性および応力の観点から、基板20と同じ材料からなることが望ましい。埋め込み層42はInPからなる。埋め込み層42は、p型InP、n型InP、FeやRuをドーパントとする高抵抗型InPであってもよく、あるいはp型InP、n型InPおよび高抵抗型InPからなる群から選択された材料の積層体であってもよい。埋め込み層42の下地(基板20の上にあるバッファ層22)も、InPから構成されている。
[Embedding layer]
Both sides of the lower mesa structure 24 are buried with a burying layer 42. From the viewpoints of crystallinity and stress, the burying layer 42 is preferably made of the same material as the substrate 20. The burying layer 42 is made of InP. The burying layer 42 may be p-type InP, n-type InP, high-resistivity InP doped with Fe or Ru, or a stack of materials selected from the group consisting of p-type InP, n-type InP, and high-resistivity InP. The base of the burying layer 42 (the buffer layer 22 on the substrate 20) is also made of InP.

埋め込み層42は、下部メサ構造24の両側に配置されているが、上部メサ構造26には隣接しない。このような構造では、埋め込み層42で埋め込まれない部分(上部メサ構造26)の幅を、活性層28の幅よりも大きくすると、光閉じ込め係数ΓQW/Wの値が大きくなり、緩和振動周波数frの増大および帯域f3dBの向上につながる。 The burying layers 42 are disposed on both sides of the lower mesa structure 24, but are not adjacent to the upper mesa structure 26. In such a structure, if the width of the portion not buried with the burying layers 42 (the upper mesa structure 26) is made larger than the width of the active layer 28, the value of the optical confinement factor Γ QW /W a increases, leading to an increase in the relaxation oscillation frequency fr and an improvement in the bandwidth f3 dB.

上述したように、バッファ層22は、凸部(メサストライプ構造14の一部)以外の領域で上面が低くなっており、その領域の上では埋め込み層42が厚くなっている。埋め込み層42が半絶縁性であれば、その上にある上側電極10とバッファ層22の距離が大きくなり、寄生容量が小さくなる。 As described above, the buffer layer 22 has a lower upper surface in areas other than the protrusions (part of the mesa stripe structure 14), and the buried layer 42 is thicker above those areas. If the buried layer 42 is semi-insulating, the distance between the upper electrode 10 and the buffer layer 22 above it increases, reducing parasitic capacitance.

上部メサ構造26の最下層36の底面(その端部)が埋め込み層42に接触する。埋め込み層42は、上部メサ構造26の最下層36の底面に接触する部分において、最も厚みが大きくなっている。埋め込み層42の、最下層36の底面に接触する部分は、凸部になっている。 The bottom surface (edge) of the bottom layer 36 of the upper mesa structure 26 contacts the buried layer 42. The buried layer 42 is thickest at the portion that contacts the bottom surface of the bottom layer 36 of the upper mesa structure 26. The portion of the buried layer 42 that contacts the bottom surface of the bottom layer 36 forms a convex portion.

例えば、埋め込み層42がFe-InPからなる場合、下側SCH層30または上側SCH32に含まれるドーパントとFeが相互拡散する。これにより、埋め込み層42は、下部メサ構造24に隣接する部分において、実効的に薄い高抵抗層(半絶縁層)となり、寄生容量が増加し得る。したがって、下部メサ構造24のすぐ両側で、埋め込み層42の厚さを他の領域より厚くすることで、寄生容量増加の影響を抑えることができる。これは、下部メサ構造24の最上層34よりも上部メサ構造26の最下層36が幅において大きいことから得られる効果である。 For example, if the buried layer 42 is made of Fe-InP, the dopant contained in the lower SCH layer 30 or upper SCH layer 32 will interdiffuse with Fe. As a result, the buried layer 42 will effectively become a thin, high-resistance layer (semi-insulating layer) in the portion adjacent to the lower mesa structure 24, which can increase parasitic capacitance. Therefore, by making the buried layer 42 thicker on both sides of the lower mesa structure 24 than in other regions, the effect of increased parasitic capacitance can be suppressed. This effect is achieved by the fact that the bottom layer 36 of the upper mesa structure 26 is wider than the top layer 34 of the lower mesa structure 24.

[絶縁層]
上部メサ構造26の側面および埋め込み層42の上面が絶縁層44に覆われている。絶縁層44は、例えばSiOからなる。絶縁層44の表面に上側電極10がある。絶縁層44は、上部メサ構造26の上に開口またはスリットを有し、上側電極10は、コンタクト層40と電気的および物理的に接続されている。
[Insulating layer]
The side surfaces of the upper mesa structure 26 and the top surface of the buried layer 42 are covered with an insulating layer 44. The insulating layer 44 is made of, for example, SiO2 . The upper electrode 10 is located on the surface of the insulating layer 44. The insulating layer 44 has an opening or slit above the upper mesa structure 26, and the upper electrode 10 is electrically and physically connected to the contact layer 40.

絶縁層44は、埋め込み層42との接触面を有する。接触面は、上部メサ構造26の最下層36の底面よりも低い位置にある。絶縁層44は、下部メサ構造24の最上層34には接触しない。埋め込み層42の一部が、下部メサ構造24の最上層34と絶縁層44との間に介在する。 The insulating layer 44 has a contact surface with the buried layer 42. The contact surface is located lower than the bottom surface of the bottom layer 36 of the upper mesa structure 26. The insulating layer 44 does not contact the top layer 34 of the lower mesa structure 24. A portion of the buried layer 42 is interposed between the top layer 34 of the lower mesa structure 24 and the insulating layer 44.

[半導体光素子の製造方法]
図3A~図3Gは、半導体光素子の製造方法を説明する図である。半導体光素子の製造方法は、メサストライプ構造14の形成を含む。メサストライプ構造14の形成は、多層の形成を含む(図3A)。多層の下地であるバッファ層22はInPからなる。バッファ層22を省略した構造であれば、InPからなる基板20が下地となる。多層から、図2に示す上部メサ構造26および下部メサ構造24を形成する。
[Method of manufacturing semiconductor optical device]
3A to 3G are diagrams illustrating a method for manufacturing a semiconductor optical device. The method for manufacturing a semiconductor optical device includes forming a mesa stripe structure 14. Forming the mesa stripe structure 14 includes forming multiple layers (FIG. 3A). The buffer layer 22 that underlies the multiple layers is made of InP. If the buffer layer 22 is omitted, the substrate 20 made of InP serves as the underlayer. From the multiple layers, the upper mesa structure 26 and the lower mesa structure 24 shown in FIG. 2 are formed.

[多層の形成]
多層の成膜は、有機金属気相成長法(MOCVD)を用いて、一括連続して、あるいは複数工程で行う。多層は、下側SCH層30になる層30A、活性層28になる層28A、上側SCH層32になる層32A、下部メサ構造24の最上層34になる層34A、上部メサ構造26の最下層36になる層36A、上側クラッド層38になる層38A、コンタクト層40になる層40Aを含む。下側SCH層30になる層30Aおよび上側SCH層32になる層32Aは、InGaAsP、InGaAlAsまたはInAlAsから形成する。活性層28になる層28Aは、InGaAsPやInGaAlAsなどの4元系で形成する。下部メサ構造24の最上層34になる層34Aは、InPから形成する。上部メサ構造26の最下層36になる層36Aは、リン(P)を含まない材料(例えばInGaAlAs)から形成する。
[Multilayer formation]
The multilayer structure is formed in one continuous step or in multiple steps using metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD). The multilayer structure includes a layer 30A that will become the lower SCH layer 30, a layer 28A that will become the active layer 28, a layer 32A that will become the upper SCH layer 32, a layer 34A that will become the top layer 34 of the lower mesa structure 24, a layer 36A that will become the bottom layer 36 of the upper mesa structure 26, a layer 38A that will become the upper cladding layer 38, and a layer 40A that will become the contact layer 40. The layer 30A that will become the lower SCH layer 30 and the layer 32A that will become the upper SCH layer 32 are formed from InGaAsP, InGaAlAs, or InAlAs. The layer 28A that will become the active layer 28 is formed from a quaternary system such as InGaAsP or InGaAlAs. The layer 34A that will become the top layer 34 of the lower mesa structure 24 is formed from InP. A layer 36A that will become the bottom layer 36 of the upper mesa structure 26 is formed from a material that does not contain phosphorus (P) (for example, InGaAlAs).

メサストライプ構造14(光軸方向)に沿って、第1被覆膜46を多層の上に形成しておく。ここでは第1被覆膜46はSiOとした。第1被覆膜46は、上部メサ構造26(図2)に対応する領域に形成する。 A first coating film 46 is formed on the multilayer along the mesa stripe structure 14 (optical axis direction). Here, the first coating film 46 is made of SiO2 . The first coating film 46 is formed in a region corresponding to the upper mesa structure 26 (FIG. 2).

[上部メサ構造の形成]
図3Bに示すように、上部メサ構造26になる積層および下部メサ構造24の最上層34(図2)になる層34Aに対して、エッチングを行う。第1被覆膜46をマスクとするエッチングによって、上部メサ構造26になる積層および下部メサ構造24の最上層34になる層34Aは、上部メサ構造26に対応する領域を残して除去される。これにより、上部メサ構造26が形成される。
[Formation of upper mesa structure]
3B, etching is performed on the stacked layers that will become the upper mesa structure 26 and the layer 34A that will become the top layer 34 (FIG. 2) of the lower mesa structure 24. By etching using the first coating film 46 as a mask, the stacked layers that will become the upper mesa structure 26 and the layer 34A that will become the top layer 34 of the lower mesa structure 24 are removed, leaving behind a region that corresponds to the upper mesa structure 26. In this way, the upper mesa structure 26 is formed.

[エッチングマスクの形成]
図3Cに示すように、先のエッチング終了後に残った第1被覆膜46に第2被覆膜50を重ねる。第2被覆膜50は、上部メサ構造26の上面と側面を覆い、下部メサ構造24の最上層34になる被エッチング層34Bの側面を覆い、下部メサ構造24の二番目層(上側SCH32)になる層32Aの上面を覆う。上部メサ構造26の上面では、第1被覆膜46および第2被覆膜50が重なるので厚くなり、それ以外の領域では第2被覆膜50のみが形成されるので薄くなる。
[Formation of Etching Mask]
3C, a second coating film 50 is overlaid on the first coating film 46 remaining after the previous etching. The second coating film 50 covers the top and side surfaces of the upper mesa structure 26, covers the side surfaces of the layer to be etched 34B that will become the top layer 34 of the lower mesa structure 24, and covers the top surface of layer 32A that will become the second layer (upper SCH 32) of the lower mesa structure 24. The top surface of the upper mesa structure 26 is thick because the first coating film 46 and the second coating film 50 overlap, but is thin in other regions because only the second coating film 50 is formed.

図3Dに示すように、第1被覆膜46および第2被覆膜50をエッチングして、エッチングマスク48を形成する。エッチングマスク48は、上部メサ構造26に対応する領域を覆う。ここではエッチングマスク48はSiOとした。 3D, the first coating film 46 and the second coating film 50 are etched to form an etching mask 48. The etching mask 48 covers the region corresponding to the upper mesa structure 26. Here, the etching mask 48 is made of SiO2 .

積層された第1被覆膜46および第2被覆膜50に対して、垂直方向に異方性ドライエッチングを行うと、水平面ではエッチングが進行して第2被覆膜50が除去されるが、第1被覆膜46は残る。これにより形成されるエッチングマスク48は、上部メサ構造26の上面と側面を覆い、下部メサ構造24の最上層34になる被エッチング層34Bの側面を覆い、それ以外の領域が露出する。 When anisotropic dry etching is performed in the vertical direction on the stacked first coating film 46 and second coating film 50, etching progresses on the horizontal surfaces, removing the second coating film 50 but leaving the first coating film 46. The etching mask 48 formed in this way covers the top and side surfaces of the upper mesa structure 26 and the side surfaces of the etched layer 34B, which will become the top layer 34 of the lower mesa structure 24, exposing other areas.

エッチングマスク48は、下部メサ構造24の最上層34になる被エッチング層34Bの側面に隣接する部分では、裾広がり形状(庇形状)になっている。これは、ステッパーや電子線描画装置でパターニングしてから異方性ドライエッチングを行うことで形成可能である。あるいは、第2被覆膜50の膜厚を制御することで形成してもよい。 The etching mask 48 has a flared shape (eaves shape) in the portion adjacent to the side of the layer to be etched 34B, which will become the top layer 34 of the lower mesa structure 24. This can be formed by patterning using a stepper or electron beam lithography system followed by anisotropic dry etching. Alternatively, it can be formed by controlling the film thickness of the second coating film 50.

[第1選択エッチング]
図3Eに示すように、エッチングマスク48を介して第1選択エッチング(例えばウェットエッチング)を行う。第1選択エッチングでは、下部メサ構造24の最上層34に対するエッチング反応は抑制される一方で、下部メサ構造24の最上層34以外の層になる積層に対してエッチングが進行する。第1選択エッチングは、下部メサ構造24に対応する領域が残るように行われる。
[First selective etching]
3E, first selective etching (e.g., wet etching) is performed through the etching mask 48. In the first selective etching, etching reaction with respect to the top layer 34 of the lower mesa structure 24 is suppressed, while etching proceeds with respect to stacked layers that become layers other than the top layer 34 of the lower mesa structure 24. The first selective etching is performed so that a region corresponding to the lower mesa structure 24 remains.

具体的には、下側SCH層30になる層30A、活性層28になる層28Aおよび上側SCH層32になる層32Aを選択的にエッチングする。これにより、下部メサ構造24の最上層34よりも下にある層を、上部メサ構造26より狭い幅に形成することができる。幅は、エッチング時間によって決まる。エッチングされる部分の高さは、エッチング反応が抑制される材料の層(バッファ層22と被エッチング層34B)の間の間隔である。 Specifically, layer 30A, which will become the lower SCH layer 30, layer 28A, which will become the active layer 28, and layer 32A, which will become the upper SCH layer 32, are selectively etched. This allows the layers below the top layer 34 of the lower mesa structure 24 to be formed with a width narrower than that of the upper mesa structure 26. The width is determined by the etching time. The height of the etched portion is the distance between the layers of material that suppress the etching reaction (buffer layer 22 and layer to be etched 34B).

バッファ層22はほとんどエッチングされない。下部メサ構造24の最上層34になる被エッチング層34Bもほとんどエッチングされないので、上部メサ構造26の最下層36もエッチングされない。被エッチング層34Bは、上部メサ構造26の形状に影響を与えないようにする機能を有する。その結果、信頼性および特性に優れた半導体光素子を実現することができる。 The buffer layer 22 is hardly etched. The layer to be etched 34B, which forms the top layer 34 of the lower mesa structure 24, is also hardly etched, and therefore the bottom layer 36 of the upper mesa structure 26 is also not etched. The layer to be etched 34B functions to prevent any effect on the shape of the upper mesa structure 26. As a result, a semiconductor optical device with excellent reliability and characteristics can be realized.

[第2選択エッチング]
図3Fに示すように、エッチングマスク48を介して第2選択エッチングを行う。第2選択エッチングでは、上部メサ構造26の最下層36に対するエッチング反応は抑制される一方で、下部メサ構造24の最上層34になる被エッチング層34Bに対してエッチングが進行する。第2選択エッチングは、下部メサ構造24に対応する領域が残るように行われる。第2選択エッチングでは、多層の下地がエッチングされる。
[Second Selective Etching]
3F, second selective etching is performed through the etching mask 48. In the second selective etching, the etching reaction with respect to the lowermost layer 36 of the upper mesa structure 26 is suppressed, while etching proceeds with respect to the layer to be etched 34B that will become the uppermost layer 34 of the lower mesa structure 24. The second selective etching is performed so as to leave a region corresponding to the lower mesa structure 24. In the second selective etching, the multi-layered underlying layer is etched.

例えば、InPを選択的にエッチングする水溶液(例えば、塩酸、リン酸、水の混合液)でウェットエッチングを行う。これにより、バッファ層22および下部メサ構造24の最上層34になる被エッチング層34Bをエッチングする。ここで、上部メサ構造26の最下層36が構成元素にリン(P)を含まない材料からなる。そのため、下部メサ構造24の最上層34と上部メサ構造26の最下層36の境界でエッチングが止まり、上部メサ構造26がエッチングされない。以上の工程によって、上部メサ構造26と下部メサ構造24を含むメサストライプ構造14が形成される。 For example, wet etching is performed using an aqueous solution (e.g., a mixture of hydrochloric acid, phosphoric acid, and water) that selectively etches InP. This etches the buffer layer 22 and the layer to be etched 34B, which will become the top layer 34 of the lower mesa structure 24. Here, the bottom layer 36 of the upper mesa structure 26 is made of a material that does not contain phosphorus (P) as a constituent element. Therefore, the etching stops at the boundary between the top layer 34 of the lower mesa structure 24 and the bottom layer 36 of the upper mesa structure 26, and the upper mesa structure 26 is not etched. Through the above process, a mesa stripe structure 14 including the upper mesa structure 26 and the lower mesa structure 24 is formed.

[埋め込み層の形成]
図3Gに示すように、メサストライプ構造14を形成した後に、埋め込み層42を、下部メサ構造24の両側に、上部メサ構造26の最下層36の底面に接触するように形成する。その形成は、結晶成長(例えばMOCVD)によって行う。
[Formation of buried layer]
3G, after the mesa stripe structure 14 is formed, the buried layer 42 is formed on both sides of the lower mesa structure 24 so as to contact the bottom surface of the bottom layer 36 of the upper mesa structure 26. The formation is performed by crystal growth (e.g., MOCVD).

結晶成長は、上部メサ構造26が、底面を除いて、パターニングマスク52で覆われた状態で行われる。ここでは、上述したエッチングマスク48をそのまま残してパターニングマスク52として使用する。パターニングマスク52は、上部メサ構造26の側面に沿って底面を超えるように突出している。パターニングマスク52は、下部メサ構造24の最上層34から間隔をあけた位置で、最上層34から離れる方向に突出している。 Crystal growth is performed with the upper mesa structure 26 covered with a patterning mask 52, except for its bottom surface. Here, the etching mask 48 described above is left intact and used as the patterning mask 52. The patterning mask 52 protrudes beyond the bottom surface along the side of the upper mesa structure 26. The patterning mask 52 protrudes away from the top layer 34 of the lower mesa structure 24 at a distance from the top layer 34.

本実施形態では、バッファ層22の表面からInPが成長する一方で、上部メサ構造26の最下層36が構成元素にリン(P)を含まない材料であるため、その底面からはInPの成長が起こらない。したがって、埋め込み層42には結晶欠陥や空洞が発生せず、これにより優れた信頼性および特性が得られる。なお、下側SCH層30、活性層28および上側SCH層32を構成する元素にリンが含まれていないとしても、結晶面の関係から側面にInPが成長する。 In this embodiment, while InP grows from the surface of the buffer layer 22, the bottom layer 36 of the upper mesa structure 26 is made of a material that does not contain phosphorus (P) as a constituent element, so InP does not grow from its bottom surface. Therefore, no crystal defects or cavities occur in the buried layer 42, resulting in excellent reliability and performance. Even if phosphorus is not included in the elements that make up the lower SCH layer 30, active layer 28, and upper SCH layer 32, InP still grows on the side surfaces due to the crystal plane relationship.

本実施形態は、バッファ層22(バッファ層22がなければ基板20)、下部メサ構造24の最上層34および埋め込み層42が同じ材料(InP)であるときに特に有効となる。ここで同じ材料とは、ゲスト材料(例えばドーパント)の違いは含まず、ホスト材料(基本となる材料)が同じことを意味する。 This embodiment is particularly effective when the buffer layer 22 (or the substrate 20 if there is no buffer layer 22), the top layer 34 of the lower mesa structure 24, and the buried layer 42 are made of the same material (InP). Here, "same material" does not include differences in guest materials (e.g., dopants), but rather means that the host material (basic material) is the same.

[絶縁層の形成およびその後の工程]
パターニングマスク52を除去し、その後に、上部メサ構造26の上面および両側面と、埋め込み層42の上面を覆うように、絶縁層44を形成する(図2)。その後、上部メサ構造26の上面で、絶縁層44の一部を除去し、コンタクト層40の上面を露出させ、蒸着により上側電極10を形成する。上側電極10は、コンタクト層40と電気的および物理的に接続される。また、基板20の下側にも、蒸着により下側電極12を形成する。こうして、半導体光素子が完成する。
[Formation of insulating layer and subsequent steps]
The patterning mask 52 is removed, and then an insulating layer 44 is formed to cover the top and side surfaces of the upper mesa structure 26 and the top surface of the burying layer 42 (FIG. 2). Then, a portion of the insulating layer 44 is removed from the top surface of the upper mesa structure 26 to expose the top surface of the contact layer 40, and an upper electrode 10 is formed by vapor deposition. The upper electrode 10 is electrically and physically connected to the contact layer 40. A lower electrode 12 is also formed by vapor deposition on the bottom side of the substrate 20. In this manner, the semiconductor optical device is completed.

[第2の実施形態]
図4は、第2の実施形態に係る半導体光素子の断面図である。半導体光素子は、DFB(Distributed Feedback)レーザ、DBR(Distributed Bragg Reflector)レーザおよびDR(Distributed Reflector)レーザのいずれであってもよい。p型InPで構成された基板220上に、p型InPバッファ層222が積層されている。
Second Embodiment
4 is a cross-sectional view of a semiconductor optical device according to the second embodiment. The semiconductor optical device may be any of a DFB (Distributed Feedback) laser, a DBR (Distributed Bragg Reflector) laser, and a DR (Distributed Reflector) laser. A p-type InP buffer layer 222 is stacked on a substrate 220 made of p-type InP.

下部メサ構造224は、p型の下側SCH層230と、アンドープの歪InGaAlAsからなるMQWである活性層228と、n型の上側SCH層232と、n型のInP下部メサ構造224の最上層234が積層されて構成されている。 The lower mesa structure 224 is composed of a p-type lower SCH layer 230, an active layer 228 which is an MQW made of undoped strained InGaAlAs, an n-type upper SCH layer 232, and an n-type InP top layer 234 of the lower mesa structure 224.

上部メサ構造226は、下部メサ構造224に近い方から順に、最下層236と、n型InP層からなる第1層間半導体層254と、n型InGaAsPからなる回折格子層256と、n型InP層からなる第2層間半導体層258と、n型InGaAsPからなる調整半導体層260と、n型InPからなる上側クラッド層238と、n型コンタクト層240が積層されて構成されている。なお、p型とn型は逆であってもよい。上側電極210は、コンタクト層240に接する側から、Ti/Pt/Auの3層構造になっている。下側電極212はAuZn系の材料で構成されている。 The upper mesa structure 226 is composed of, in order from the side closest to the lower mesa structure 224, a bottom layer 236, a first interlayer semiconductor layer 254 made of n-type InP, a diffraction grating layer 256 made of n-type InGaAsP, a second interlayer semiconductor layer 258 made of n-type InP, an adjustment semiconductor layer 260 made of n-type InGaAsP, an upper cladding layer 238 made of n-type InP, and an n-type contact layer 240. Note that the p-type and n-type may be reversed. The upper electrode 210 has a three-layer structure of Ti/Pt/Au from the side in contact with the contact layer 240. The lower electrode 212 is composed of an AuZn-based material.

第1の実施形態と同様に、上部メサ構造226の最下層236は、構成元素にリン(P)を含まない材料で形成されており、第1の実施形態で説明したプロセスで、結晶性に優れた埋め込み層242を形成することができる。 As in the first embodiment, the bottom layer 236 of the upper mesa structure 226 is formed from a material that does not contain phosphorus (P) as a constituent element, and a buried layer 242 with excellent crystallinity can be formed using the process described in the first embodiment.

本実施形態は、上部メサ構造226に回折格子が含まれている点で、第1の実施形態と相違する。第1層間半導体層254、回折格子層256および第2層間半導体層258は、フローティング型の回折格子を形成するために設けられている。回折格子層256は、周期的な回折格子を有し、例えば、紙面に垂直な方向にλ/4シフト構造が導入されている。 This embodiment differs from the first embodiment in that the upper mesa structure 226 includes a diffraction grating. The first interlayer semiconductor layer 254, the diffraction grating layer 256, and the second interlayer semiconductor layer 258 are provided to form a floating-type diffraction grating. The diffraction grating layer 256 has a periodic diffraction grating, and for example, a λ/4 shift structure is introduced in the direction perpendicular to the paper surface.

半導体光素子は、下部メサ構造224の幅を狭くすることで活性層228におけるΓQW/Wの増大による緩和振動周波数frの向上効果を達成している。しかし半導体光素子はレーザ素子でもあり、レーザの特性において回折格子の結合係数κの値は他の特性の観点においても重要なパラメータである。例えば、結合係数κは戻り光耐力やサイドモード抑圧比などに影響を与える。 The semiconductor optical device achieves an improvement in the relaxation oscillation frequency fr by increasing Γ QW /W a in the active layer 228 by narrowing the width of the lower mesa structure 224. However, the semiconductor optical device is also a laser device, and the value of the coupling coefficient κ of the diffraction grating is an important parameter in terms of other laser characteristics as well. For example, the coupling coefficient κ affects the resistance to optical feedback and the side mode suppression ratio.

調整半導体層260は、回折格子の結合係数κを増大させるために設けられた層である。調整半導体層260は、上側クラッド層238より高い屈折率を持つ材料で構成されており、調整半導体層260を備えることでκを調整することが可能となっている。その他の構成は、第1の実施形態の半導体光素子と同じ構成である。 The adjustment semiconductor layer 260 is a layer provided to increase the coupling coefficient κ of the diffraction grating. The adjustment semiconductor layer 260 is made of a material with a higher refractive index than the upper cladding layer 238, and the inclusion of the adjustment semiconductor layer 260 makes it possible to adjust κ. The rest of the configuration is the same as that of the semiconductor optical device of the first embodiment.

[第3の実施形態]
図5は、第3の実施形態に係る半導体光素子の平面図である。図6は、図5に示す半導体光素子のVI-VI線断面図である。半導体光素子は、半導体レーザ362と電界吸収型光変調器364を集積したEA-DFBレーザ(Distributed Feedback Laser Integrated with Electro-absorption Modulator)である。
[Third embodiment]
Fig. 5 is a plan view of a semiconductor optical device according to a third embodiment. Fig. 6 is a cross-sectional view of the semiconductor optical device taken along line VI-VI of Fig. 5. The semiconductor optical device is an EA-DFB laser (Distributed Feedback Laser Integrated with Electro-absorption Modulator) that integrates a semiconductor laser 362 and an electro-absorption modulator 364.

n型InPで構成された基板320上に、n型InPバッファ層322が積層されている。下部メサ構造324は、n型の下側SCH層330と、アンドープの歪InGaAlAsからなるMQWである吸収層328と、p型の上側SCH層332と、p型のInPからなる下部メサ構造324の最上層334が積層されて構成されている。上部メサ構造326は、下部メサ構造324に近い方から順に、最下層336と、p型InPからなる上側クラッド層338と、p型コンタクト層340が積層されて構成されている。なお、p型とn型は逆であってもよい。 An n-type InP buffer layer 322 is stacked on a substrate 320 made of n-type InP. The lower mesa structure 324 is composed of a stack of an n-type lower SCH layer 330, an absorption layer 328 which is an MQW made of undoped strained InGaAlAs, a p-type upper SCH layer 332, and a top layer 334 of the lower mesa structure 324 made of p-type InP. The upper mesa structure 326 is composed of a stack of a bottom layer 336, an upper cladding layer 338 made of p-type InP, and a p-type contact layer 340, in order from the side closest to the lower mesa structure 324. Note that the p-type and n-type may be reversed.

半導体レーザ362の上側電極310の他に、電界吸収型光変調器364の上側電極366がある。下側電極312は、半導体レーザ362および電界吸収型光変調器364に共通の電極であっても構わないし、別々の電極であってもよい。基板320の下面には、下側電極312が形成されている。 In addition to the upper electrode 310 of the semiconductor laser 362, there is an upper electrode 366 of the electroabsorption modulator 364. The lower electrode 312 may be a common electrode for the semiconductor laser 362 and the electroabsorption modulator 364, or may be a separate electrode. The lower electrode 312 is formed on the lower surface of the substrate 320.

半導体光素子は、半導体レーザ362と電界吸収型光変調器364の両方に跨るメサストライプ構造314を備えている。半導体レーザ362と電界吸収型光変調器364との間には、バルクの導波路構造がある。あるいは、バルクの導波路構造を含まず、半導体レーザ362と電界吸収型光変調器364を直接接続した構造であっても構わない。メサストライプ構造314は2段で構成されている。半導体レーザ362のメサストライプ構造314は例えば、第2の実施形態で説明した半導体光素子と同じ構造である。 The semiconductor optical device has a mesa stripe structure 314 that spans both the semiconductor laser 362 and the electroabsorption optical modulator 364. A bulk waveguide structure is present between the semiconductor laser 362 and the electroabsorption optical modulator 364. Alternatively, the semiconductor laser 362 and the electroabsorption optical modulator 364 may be directly connected without including a bulk waveguide structure. The mesa stripe structure 314 is configured in two stages. The mesa stripe structure 314 of the semiconductor laser 362 has the same structure as that of the semiconductor optical device described in the second embodiment, for example.

電界吸収型光変調器364において、下部メサ構造324が埋め込み層342で挟まれる。吸収層328の幅を狭くすることで吸収層328の単位体積当たりの電界強度を強めることができ、低電圧駆動の面で有利となる。しかし、上部メサ構造326の幅を狭くすると、抵抗が大きくなる。そこで、上部メサ構造326を下部メサ構造324より広くすることで抵抗の増大を抑えつつ、吸収層328の電界強度を大きくすることができている。 In the electroabsorption optical modulator 364, the lower mesa structure 324 is sandwiched between buried layers 342. Narrowing the width of the absorption layer 328 increases the electric field strength per unit volume of the absorption layer 328, which is advantageous in terms of low-voltage operation. However, narrowing the width of the upper mesa structure 326 increases resistance. Therefore, by making the upper mesa structure 326 wider than the lower mesa structure 324, it is possible to increase the electric field strength of the absorption layer 328 while suppressing the increase in resistance.

本実施形態でも、上部メサ構造326の最下層336は、構成元素にリン(P)を含まない材料(例えばInGaAlAs)で構成されており、第1の実施形態で説明したプロセスで、結晶性に優れた埋め込み層342を形成することができる。 In this embodiment, the bottom layer 336 of the upper mesa structure 326 is also made of a material (e.g., InGaAlAs) that does not contain phosphorus (P) as a constituent element, and a buried layer 342 with excellent crystallinity can be formed using the process described in the first embodiment.

[実施形態の概要]
(1)ストライプ状に延び、活性層28または吸収層328を含む複数層からなる下部メサ構造24と、前記下部メサ構造24の両側を埋め込んでリン化インジウムからなる埋め込み層42と、ストライプ状に延び、リンを含まない材料から構成された最下層36を含む複数層からなり、前記最下層36は前記下部メサ構造24の最上層34から突出する底面を有し、前記底面が前記下部メサ構造24および前記埋め込み層42に接触する上部メサ構造26と、を有する半導体光素子。
[Overview of the embodiment]
(1) A semiconductor optical device comprising: a lower mesa structure (24) extending in a stripe shape and consisting of multiple layers including an active layer (28) or an absorption layer (328); a buried layer (42) made of indium phosphide burying both sides of the lower mesa structure (24); and an upper mesa structure (26) extending in a stripe shape and consisting of multiple layers including a bottom layer (36) made of a material not containing phosphorus, the bottom layer (36) having a bottom surface protruding from a top layer (34) of the lower mesa structure (24), the bottom surface being in contact with the lower mesa structure (24) and the buried layer (42).

上部メサ構造26の最下層36がリンを含まない材料から構成されるので、その底面からリン化インジウムの結晶が成長しにくい。そのため、リン化インジウムからなる埋め込み層42の結晶品質の低下を防止することができる。 Because the bottom layer 36 of the upper mesa structure 26 is made of a material that does not contain phosphorus, indium phosphide crystals are less likely to grow from its bottom surface. This prevents degradation of the crystal quality of the buried layer 42 made of indium phosphide.

(2)(1)に記載された半導体光素子であって、前記埋め込み層42は、前記最下層36の前記底面に接触する部分において最も厚みが大きい半導体光素子。 (2) A semiconductor optical element according to (1), wherein the buried layer 42 has the greatest thickness at the portion contacting the bottom surface of the bottom layer 36.

(3)(2)に記載された半導体光素子であって、前記埋め込み層42の、前記最下層36の前記底面に接触する前記部分が凸部になっている半導体光素子。 (3) A semiconductor optical element according to (2), wherein the portion of the buried layer 42 that contacts the bottom surface of the bottom layer 36 is a convex portion.

(4)(1)から(3)のいずれか1つに記載された半導体光素子であって、前記上部メサ構造26の側面および前記埋め込み層42の上面を覆う絶縁層44をさらに有する半導体光素子。 (4) A semiconductor optical element according to any one of (1) to (3), further comprising an insulating layer 44 covering the side surfaces of the upper mesa structure 26 and the top surface of the burying layer 42.

(5)(4)に記載された半導体光素子であって、前記埋め込み層42の一部が、前記下部メサ構造24の前記最上層34と前記絶縁層44との間に介在し、前記絶縁層44は、前記最上層34に接触しない半導体光素子。 (5) A semiconductor optical device according to (4), in which a portion of the burying layer 42 is interposed between the top layer 34 of the lower mesa structure 24 and the insulating layer 44, and the insulating layer 44 does not contact the top layer 34.

(6)(4)又は(5)に記載された半導体光素子であって、前記絶縁層44は、前記埋め込み層42との接触面を有し、前記接触面は、前記最下層36の前記底面よりも低い位置にある半導体光素子。 (6) A semiconductor optical element according to (4) or (5), wherein the insulating layer 44 has a contact surface with the buried layer 42, and the contact surface is located lower than the bottom surface of the bottom layer 36.

(7)(1)から(6)のいずれか1つに記載された半導体光素子であって、前記埋め込み層42の下地は、リン化インジウムから構成されている半導体光素子。 (7) A semiconductor optical element according to any one of (1) to (6), wherein the base of the buried layer 42 is made of indium phosphide.

(8)(7)に記載された半導体光素子であって、前記埋め込み層42の前記下地は、基板20の上にあるバッファ層22である半導体光素子。 (8) A semiconductor optical element according to (7), wherein the underlying layer of the burying layer 42 is a buffer layer 22 on the substrate 20.

(9)(1)乃至(8)のいずれか1項に記載された半導体光素子であって、前記最下層36の材料がInGaAlAs、InAlAs、InGaAsのいずれかである半導体光素子。 (9) A semiconductor optical element according to any one of (1) to (8), wherein the material of the bottom layer 36 is InGaAlAs, InAlAs, or InGaAs.

(10)ストライプ状に延びて活性層28または吸収層328を含む複数層からなる下部メサ構造24を有し、前記下部メサ構造24の上でストライプ状に延びて最下層36を含む複数層からなる上部メサ構造26を有し、前記最下層36は、前記下部メサ構造24の最上層34から突出する底面を有してリンを含まない材料から構成されているメサストライプ構造14を形成する工程と、前記メサストライプ構造14を形成した後に、前記下部メサ構造24の両側に、結晶成長によって、リン化インジウムからなる埋め込み層42を、前記底面に接触するように形成する工程と、を含む半導体光素子の製造方法。 (10) A method for manufacturing a semiconductor optical device, comprising: forming a mesa stripe structure (14) having a lower mesa structure (24) consisting of multiple layers extending in a stripe shape and including an active layer (28) or an absorption layer (328); and an upper mesa structure (26) consisting of multiple layers extending in a stripe shape on the lower mesa structure (24) and including a bottom layer (36), the bottom layer (36) having a bottom surface protruding from the top layer (34) of the lower mesa structure (24) and being made of a material that does not contain phosphorus; and, after forming the mesa stripe structure (14), forming buried layers (42) consisting of indium phosphide by crystal growth on both sides of the lower mesa structure (24) so as to be in contact with the bottom surface.

上部メサ構造26の最下層36がリンを含まない材料から構成されるので、その底面からリン化インジウムの結晶が成長しにくい。そのため、リン化インジウムからなる埋め込み層42の結晶品質の低下を防止することができる。 Because the bottom layer 36 of the upper mesa structure 26 is made of a material that does not contain phosphorus, indium phosphide crystals are less likely to grow from its bottom surface. This prevents degradation of the crystal quality of the buried layer 42 made of indium phosphide.

(11)(10)に記載された半導体光素子の製造方法であって、前記結晶成長は、前記上部メサ構造26が前記底面を除いてパターニングマスク52で覆われた状態で行われる半導体光素子の製造方法。 (11) A method for manufacturing a semiconductor optical device according to (10), in which the crystal growth is performed while the upper mesa structure 26 is covered with a patterning mask 52 except for the bottom surface.

(12)(11)に記載された半導体光素子の製造方法であって、前記パターニングマスク52は、前記上部メサ構造26の側面に沿って前記底面を超えるように突出している半導体光素子の製造方法。 (12) A method for manufacturing a semiconductor optical device according to (11), wherein the patterning mask 52 protrudes beyond the bottom surface along the side surface of the upper mesa structure 26.

(13)(12)に記載された半導体光素子の製造方法であって、前記パターニングマスク52は、前記下部メサ構造24の前記最上層34から間隔をあけた位置で、前記最上層34から離れる方向に突出している半導体光素子の製造方法。 (13) A method for manufacturing a semiconductor optical device according to (12), wherein the patterning mask 52 protrudes in a direction away from the top layer 34 of the lower mesa structure 24 at a position spaced apart from the top layer 34.

(14)(10)から(13)のいずれか1つに記載された半導体光素子の製造方法であって、前記メサストライプ構造14を形成する工程は、前記上部メサ構造26および前記下部メサ構造24になる多層を成膜する工程と、前記上部メサ構造26になる積層および前記下部メサ構造24の前記最上層34になる層34Aに対して、前記上部メサ構造26に対応する領域を残すように、エッチングを行う工程と、前記下部メサ構造24の前記最上層34に対するエッチング反応は抑制される一方で、前記下部メサ構造24の前記最上層34以外の層になる積層に対してエッチングが進行する第1選択エッチングを行う工程と、前記上部メサ構造26の前記最下層36に対するエッチング反応は抑制される一方で、前記下部メサ構造24の前記最上層34になる前記被エッチング層34Bに対してエッチングが進行する第2選択エッチングを行う工程と、を含み、前記第1選択エッチングおよび前記第2選択エッチングは、前記下部メサ構造24に対応する領域が残るように行われる半導体光素子の製造方法。 (14) A method for manufacturing a semiconductor optical device according to any one of (10) to (13), wherein the step of forming the mesa stripe structure 14 includes the steps of: depositing a multilayer that will become the upper mesa structure 26 and the lower mesa structure 24; etching the layer 34A that will become the upper mesa structure 26 and the top layer 34 of the lower mesa structure 24 so as to leave a region corresponding to the upper mesa structure 26; and etching the layer 34A that will become the upper mesa structure 26 and the top layer 34 of the lower mesa structure 24 while suppressing the etching reaction of the top layer 34 of the lower mesa structure 24. A method for manufacturing a semiconductor optical device, comprising: a step of performing a first selective etching process in which etching proceeds on stacked layers other than the top layer 34 of the lower mesa structure 24; and a step of performing a second selective etching process in which etching proceeds on the layer to be etched 34B that will become the top layer 34 of the lower mesa structure 24 while suppressing the etching reaction on the bottom layer 36 of the upper mesa structure 26; the first selective etching and the second selective etching are performed so that a region corresponding to the lower mesa structure 24 remains.

(15)(14)に記載された半導体光素子の製造方法であって、前記第1選択エッチングを行う工程の前に、前記上部メサ構造26に対応する前記領域を覆うエッチングマスク48を形成する工程をさらに含む半導体光素子の製造方法。 (15) A method for manufacturing a semiconductor optical device according to (14), further comprising, before the step of performing the first selective etching, a step of forming an etching mask 48 that covers the region corresponding to the upper mesa structure 26.

(16)(14)又は(15)に記載された半導体光素子の製造方法であって、前記多層が成膜される下地および前記最上層34になる前記層34Aは、リン化インジウムから構成されており、前記第2選択エッチングでは、前記多層の前記下地がエッチングされる半導体光素子の製造方法。 (16) A method for manufacturing a semiconductor optical device according to (14) or (15), wherein the layer 34A, which becomes the base on which the multilayer is formed and the top layer 34, is made of indium phosphide, and the second selective etching etches the base of the multilayer.

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、実施形態を説明した構成は、実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments and various modifications are possible. For example, the configurations described in the embodiments can be replaced with substantially the same configurations, configurations that achieve the same effects, or configurations that can achieve the same objectives.

10 上側電極、12 下側電極、14 メサストライプ構造、16 コーティング膜、18 コーティング膜、20 基板、22 バッファ層、24 下部メサ構造、26 上部メサ構造、28 活性層、30 下側SCH層、32 上側SCH層、34 最上層、34B 被エッチング層、36 最下層、38 上側クラッド層、40 コンタクト層、42 埋め込み層、44 絶縁層、46 第1被覆膜、48 エッチングマスク、50 第2被覆膜、52 パターニングマスク、210 上側電極、212 下側電極、220 基板、222 バッファ層、224 下部メサ構造、226 上部メサ構造、228 活性層、230 下側SCH層、232 上側SCH層、234 最上層、236 最下層、238 上側クラッド層、240 コンタクト層、242 埋め込み層、254 第1層間半導体層、256 回折格子層、258 第2層間半導体層、260 調整半導体層、310 上側電極、312 下側電極、314 メサストライプ構造、320 基板、322 バッファ層、324 下部メサ構造、326 上部メサ構造、328 吸収層、330 下側SCH層、332 上側SCH層、334 最上層、336 最下層、338 上側クラッド層、340 コンタクト層、342 埋め込み層、362 半導体レーザ、364 電界吸収型光変調器、366 上側電極。

REFERENCE SIGNS LIST 10 Upper electrode, 12 Lower electrode, 14 Mesa stripe structure, 16 Coating film, 18 Coating film, 20 Substrate, 22 Buffer layer, 24 Lower mesa structure, 26 Upper mesa structure, 28 Active layer, 30 Lower SCH layer, 32 Upper SCH layer, 34 Top layer, 34B Layer to be etched, 36 Bottom layer, 38 Upper cladding layer, 40 Contact layer, 42 Buried layer, 44 Insulating layer, 46 First coating film, 48 Etching mask, 50 Second coating film, 52 Patterning mask, 210 Upper electrode, 212 Lower electrode, 220 Substrate, 222 Buffer layer, 224 Lower mesa structure, 226 Upper mesa structure, 228 Active layer, 230 Lower SCH layer, 232 Upper SCH layer, 234 Top layer, 236 Bottom layer, 238 Upper cladding layer, 240 Contact layer, 242 Buried layer, 254 First interlayer semiconductor layer, 256 Diffraction grating layer, 258 Second interlayer semiconductor layer, 260 Adjustment semiconductor layer, 310 Upper electrode, 312 Lower electrode, 314 Mesa stripe structure, 320 Substrate, 322 Buffer layer, 324 Lower mesa structure, 326 Upper mesa structure, 328 Absorption layer, 330 Lower SCH layer, 332 Upper SCH layer, 334 Top layer, 336 Bottom layer, 338 Upper cladding layer, 340 Contact layer, 342 Buried layer, 362 Semiconductor laser, 364 Electroabsorption optical modulator, 366 Upper electrode.

Claims (14)

ストライプ状に延び、活性層を含む複数層からなる下部メサ構造と、
前記下部メサ構造の両側を埋め込んでリン化インジウムからなる埋め込み層と、
ストライプ状に延び、リンを含まない材料から構成された最下層を含む複数層からなり、前記最下層は前記下部メサ構造の最上層から突出する底面を有し、前記底面が前記下部メサ構造および前記埋め込み層に接触する上部メサ構造と、
を有し、
前記埋め込み層は、前記最下層の前記底面に接触する部分において上下方向に最も厚みが大きく、
前記埋め込み層の、前記最下層の前記底面に接触する前記部分が凸部になっている半導体光素子。
a lower mesa structure extending in a stripe shape and consisting of multiple layers including an active layer;
a buried layer made of indium phosphide burying both sides of the lower mesa structure;
an upper mesa structure including a plurality of layers extending in a stripe shape and including a bottom layer made of a material that does not contain phosphorus, the bottom layer having a bottom surface that protrudes from an uppermost layer of the lower mesa structure, the bottom surface being in contact with the lower mesa structure and the buried layer;
and
the buried layer has a maximum thickness in the vertical direction at a portion in contact with the bottom surface of the lowermost layer,
The semiconductor optical device has a convex portion in the buried layer that contacts the bottom surface of the lowermost layer .
請求項1に記載された半導体光素子であって、
前記上部メサ構造の側面および前記埋め込み層の上面を覆う絶縁層をさらに有する半導体光素子。
2. The semiconductor optical device according to claim 1 ,
The semiconductor optical device further comprises an insulating layer covering the side surface of the upper mesa structure and the top surface of the burying layer.
請求項に記載された半導体光素子であって、
前記埋め込み層の一部が、前記下部メサ構造の前記最上層と前記絶縁層との間に介在し、
前記絶縁層は、前記最上層に接触しない半導体光素子。
3. The semiconductor optical device according to claim 2 ,
a portion of the buried layer is interposed between the uppermost layer of the lower mesa structure and the insulating layer;
The insulating layer is not in contact with the top layer.
請求項又はに記載された半導体光素子であって、
前記絶縁層は、前記埋め込み層との接触面を有し、
前記接触面は、前記最下層の前記底面よりも低い位置にある半導体光素子。
4. The semiconductor optical device according to claim 2 ,
the insulating layer has a contact surface with the buried layer;
The contact surface is located lower than the bottom surface of the lowermost layer.
請求項1からのいずれか1項に記載された半導体光素子であって、
前記埋め込み層の下地は、リン化インジウムから構成されている半導体光素子。
5. The semiconductor optical device according to claim 1,
The underlying layer of the buried layer is made of indium phosphide.
請求項に記載された半導体光素子であって、
前記埋め込み層の前記下地は、基板の上にあるバッファ層である半導体光素子。
6. The semiconductor optical device according to claim 5 ,
The underlying layer of the buried layer is a buffer layer on a substrate.
請求項1乃至のいずれか1項に記載された半導体光素子であって、
前記最下層の材料がInGaAlAs、InAlAs、InGaAsのいずれかである半導体光素子。
7. The semiconductor optical device according to claim 1,
The semiconductor optical device wherein the material of the bottom layer is any one of InGaAlAs, InAlAs, and InGaAs.
ストライプ状に延びて活性層を含む複数層からなる下部メサ構造を有し、前記下部メサ構造の上でストライプ状に延びて最下層を含む複数層からなる上部メサ構造を有し、前記最下層は、前記下部メサ構造の最上層から突出する底面を有してリンを含まない材料から構成されているメサストライプ構造を形成する工程と、
前記メサストライプ構造を形成した後に、前記下部メサ構造の両側に、結晶成長によって、リン化インジウムからなる埋め込み層を、前記底面に接触するように形成する工程と、
を含み、
前記埋め込み層は、前記最下層の前記底面に接触する部分において上下方向に最も厚みが大きくなるように形成され、
前記埋め込み層の、前記最下層の前記底面に接触する前記部分が凸部にされる半導体光素子の製造方法。
forming a mesa stripe structure having a lower mesa structure made of a plurality of layers including an active layer extending in a stripe shape, and an upper mesa structure made of a plurality of layers including a bottom layer extending in a stripe shape on the lower mesa structure, the bottom layer having a bottom surface protruding from the top layer of the lower mesa structure and made of a material not containing phosphorus;
After forming the mesa stripe structure, forming a buried layer made of indium phosphide by crystal growth on both sides of the lower mesa structure so as to be in contact with the bottom surface;
Including,
the buried layer is formed so as to have a maximum thickness in the vertical direction at a portion in contact with the bottom surface of the lowermost layer,
A method for manufacturing a semiconductor optical device , wherein the portion of the buried layer that contacts the bottom surface of the lowermost layer is made into a convex portion .
請求項に記載された半導体光素子の製造方法であって、
前記結晶成長は、前記上部メサ構造が前記底面を除いてパターニングマスクで覆われた状態で行われる半導体光素子の製造方法。
9. A method for manufacturing a semiconductor optical device according to claim 8 , comprising the steps of:
The crystal growth is performed in a state where the upper mesa structure, except for the bottom surface, is covered with a patterning mask.
請求項に記載された半導体光素子の製造方法であって、
前記パターニングマスクは、前記上部メサ構造の側面に沿って前記底面を超えるように突出している半導体光素子の製造方法。
10. A method for manufacturing a semiconductor optical device according to claim 9 , comprising:
The patterning mask protrudes beyond the bottom surface along the side surface of the upper mesa structure.
請求項10に記載された半導体光素子の製造方法であって、
前記パターニングマスクは、前記下部メサ構造の前記最上層から間隔をあけた位置で、前記最上層から離れる方向に突出している半導体光素子の製造方法。
11. A method for manufacturing a semiconductor optical device according to claim 10 , comprising:
The patterning mask protrudes in a direction away from the uppermost layer of the lower mesa structure at a position spaced from the uppermost layer.
請求項から11のいずれか1項に記載された半導体光素子の製造方法であって、
前記メサストライプ構造を形成する工程は、
前記上部メサ構造および前記下部メサ構造になる多層を成膜する工程と、
前記上部メサ構造になる積層および前記下部メサ構造の前記最上層になる層に対して、前記上部メサ構造に対応する領域を残すように、エッチングを行う工程と、
前記下部メサ構造の前記最上層に対するエッチング反応は抑制される一方で、前記下部メサ構造の前記最上層以外の層になる積層に対してエッチングが進行する第1選択エッチングを行う工程と、
前記上部メサ構造の前記最下層に対するエッチング反応は抑制される一方で、前記下部メサ構造の前記最上層になる前記エッチングされた層に対してエッチングが進行する第2選択エッチングを行う工程と、
を含み、
前記第1選択エッチングおよび前記第2選択エッチングは、前記下部メサ構造に対応する領域が残るように行われる半導体光素子の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor optical device according to any one of claims 8 to 11 , comprising:
The step of forming the mesa stripe structure includes:
depositing multiple layers that will become the upper mesa structure and the lower mesa structure;
etching the stacked layer that will become the upper mesa structure and the layer that will become the top layer of the lower mesa structure so as to leave a region that corresponds to the upper mesa structure;
performing a first selective etching step in which etching of the stacked layers other than the top layer of the lower mesa structure is promoted while etching of the top layer of the lower mesa structure is suppressed;
performing a second selective etching step in which etching of the etched layer that will become the uppermost layer of the lower mesa structure proceeds while etching of the lowermost layer of the upper mesa structure is suppressed;
Including,
The first selective etching and the second selective etching are performed so as to leave a region corresponding to the lower mesa structure.
請求項12に記載された半導体光素子の製造方法であって、
前記第1選択エッチングを行う工程の前に、前記上部メサ構造に対応する前記領域を覆うエッチングマスクを形成する工程をさらに含む半導体光素子の製造方法。
13. A method for manufacturing a semiconductor optical device according to claim 12 , comprising the steps of:
The method for manufacturing a semiconductor optical device further includes, before the step of performing the first selective etching, forming an etching mask that covers the region corresponding to the upper mesa structure.
請求項12又は13に記載された半導体光素子の製造方法であって、
前記多層が成膜される下地および前記最上層になる前記層は、リン化インジウムから構成されており、
前記第2選択エッチングでは、前記多層の前記下地がエッチングされる半導体光素子の製造方法。
14. A method for manufacturing a semiconductor optical device according to claim 12 or 13 , comprising the steps of:
the layer that will be the base layer on which the multilayer is deposited and the top layer are made of indium phosphide;
In the second selective etching, the underlying layer of the multilayer is etched.
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