JP2000312054A - 半導体素子の製造方法、及び半導体素子 - Google Patents

半導体素子の製造方法、及び半導体素子

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 １回の結晶成長で光集積素子の導波路構造を
作製し、また、それに適した素子構造を提供する。 【解決手段】 凹凸基板の上に、窒素と窒素以外のＶ族
元素とを共に組成として含む化合物半導体層を積層し、
凹凸に対応して窒素の取り込みが変化することを利用す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体光集積素子
の製造方法、半導体レーザ素子の製造方法、半導体光集
積素子の構造、及び半導体レーザ素子の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】発光素子（半導体レーザ，発光ダイオー
ド等）、光導波路素子（分波器，合波器，フィルター，
変調器などを含む）、受光素子（フォトダイオード等）
が一つの半導体基板上に集積化された半導体光集積素子
は、小型で安価な高機能光デバイスを実現する上で重要
である。
【０００３】特に、半導体基板の上への一回の結晶成長
によって上記の各素子を一度に形成してモノリシック化
する方法は、個別の各素子をアライメントしながら配置
することによって作製する方法と比べてアライメントが
不要である為に製造歩留りの向上，コストの低減が可能
であり、全体の小型化も容易に実現できる。
【０００４】半導体光集積素子の構造としては、発光素
子，光導波路素子，受光素子の間での光学的な結合効率
を高くする為、それぞれのコア層の位置が一致し、連続
したものであることが望ましい。また、発光素子から発
せられる光が光導波路素子中を伝搬する際に余分な吸収
損失を受けないように、光導波路素子は発光素子から発
せられる光に対して透明であることが必須である。その
為には、光導波路素子のコア層の禁制帯幅は、発光素子
のコア層（活性層）の禁制帯幅よりも広い必要がある。
【０００５】このような要請を満たす半導体光集積素子
の製造方法，構造として量子井戸から成るコア層を部分
的に無秩序化する方法が提案されている。特開平３−８
９５７９号公報に、多重量子井戸（ＭＱＷ）を活性層と
する半導体レーザ素子（ＤＦＢレーザ）と、ＭＱＷが無
秩序化されたコア層を有する光導波路素子（光変調器）
とを集積する方法及び素子の構造が開示されている。以
下、図１３を参照しながら製造方法を説明するととも
に、構造についても説明する。
【０００６】まず、回折格子２０を部分的に形成したｐ
型ＩｎＰ基板１１の上に、有機金属気相成長（ＭＯＶＰ
Ｅ）法によって、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波層１９、Ｍ
ＱＷからなるコア層１４、ｎ型ＩｎＰ上クラッド層１
５、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１６を順次結晶成
長する（図１３（ａ））。ここでＭＱＷコア層１４は、
１０周期のＩｎＧａＡｓ井戸層（厚さ８ｎｍ）と、Ｉｎ
ＧａＡｓＰ障壁層（λｇ＝１．３μｍ相当、厚さ１１ｎ
ｍ）とからなる。次にＤＦＢレーザとなる領域Ａの表面
をＳｉＯ2膜などの誘電体膜４１で覆って、光変調器と
なる領域Ｂに表面からコア層に達するまで硫黄を拡散す
る。硫黄が拡散されたコア層はＭＱＷ構造が壊れて無秩
序化層４２となる（図１３（ｂ））。次に横モードを制
御するための埋め込み構造を形成する。まず長て方向に
そって中央部をメサ形状にエッチング加工した後、鉄を
ドープした高抵抗ＩｎＰ埋め込み層４３をＭＯＶＰＥ法
でメサの両側に結晶成長する。次に電極１７，１８をつ
けた後、２つの領域の間にエッチングによる分離溝２５
を形成する。最後に劈開によって切り出して図１３
（ｃ）に図示する半導体光集積素子が完成する。
【０００７】製造方法および構造上の特徴は、ＤＦＢレ
ーザ領域ＡはＭＱＷからなる活性層を含み、変調器領域
Ｂは活性層と同じＭＱＷ構造が無秩序化された半導体層
（無秩序化層）を含むことである。拡散やイオン注入な
どによってＭＱＷに特定の不純物が導入されると、ＭＱ
Ｗ構造が無秩序化して、ＭＱＷの平均組成を持ったバル
ク半導体層に変化し、禁制帯幅がわずかに大きくなる。
つまり、変調器領域はＤＦＢレーザから発せられる光に
対して透明になる。光変調器はレーザ光に対して透明で
あるために光の損失がなく伝搬することができ、変調器
の電極に電界を印加すると伝搬するレーザ光が効率よく
変調される。
【０００８】上記の半導体光集積素子の製造方法では、
発光素子，受光素子，光導波路部を同時に作製でき、複
雑な加工プロセスを伴わない特徴を有する。また上記の
方法で作製された半導体光集積素子は、発光素子の発光
層，受光素子の光吸収層，光導波路部の光ガイド層等の
コア層を連続した同一層として同時に結晶成長されてい
るので、各層の位置ずれ又は継ぎ目が全くなく、光学的
な結合効率の大きな集積素子が作製できる特徴がある。
【０００９】また、上記の従来例で用いられた量子井戸
から成るコア層を部分的に無秩序化する方法は、他の種
類の半導体レーザの製造方法に利用されている。Ｙ．Ｓ
ｕｚｕｋｉ等は、ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥ
ＲＳ；第２０巻 ，１９８４年，３８３〜３８４頁にお
いて、量子井戸を活性層とする半導体レーザの端面にだ
け不純物を導入することによって無秩序化を行い、「窓
構造」と呼ばれる光を吸収しない端面を形成して高出力
レーザを得ている。また、特開平７−１０６６９７号公
報には、活性層の直上に設けた吸収性のＭＱＷガイド層
を周期的に無秩序化することにより得られる、吸収量が
周期変化する吸収性回折格子を備えた利得結合分布帰還
型半導体レーザが開示されている。
【００１０】また、特開平３−４９２８５号公報には、
ＭＱＷ活性層を周期的に無秩序化することによって得ら
れる、活性層の利得が周期変化する利得性回折格子を備
えた利得結合分布帰還型半導体レーザが開示されてい
る。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】前述した従来の製造方
法は、ＭＱＷを部分的に無秩序化する為に、熱拡散また
はイオン注入とアニール処理の組み合わせといった手法
により、外部から高濃度の不純物を導入している。
【００１２】この時の熱拡散やアニール処理では、結晶
成長が終わった基板を長時間に渡って高温で保持する必
要がある。例えば、Ｊ．Ｊ．Ｃｏｌｅｍａｎ等は、Ａｐ
ｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．第４０巻，１９８２年，９
０４頁において、Ｓｉのイオン注入と、６７５℃の高温
で４時間もの長時間のアニール処理を行うことによって
無秩序化を行っている。半導体レーザ等のｐｎ接合デバ
イスをこのような高温で長時間の熱処理にさらすと、ク
ラッド層などに結晶成長時にドーピングされた不純物
等、本来拡散させたくない不純物まで拡散を生じてしま
う。すると、活性層への不純物のオートドーピングが生
じて発光効率が著しく低下し、動作電力が著しく上昇し
たり寿命が短くなるなど、半導体レーザの特性に著しい
劣化が見られる問題があった。
【００１３】本発明は上記の問題を解消する為になされ
たもので、高温による熱処理を伴わずに容易に発光素
子，受光素子，光導波路素子が集積された半導体光集積
素子を製造する為の方法および好適な素子構造を提供す
る。特に、製造方法においては、高温・長時間の熱処理
プロセスを伴わないことはもちろん、発光素子，受光素
子，光導波路部を一回の結晶成長で同時に作製でき、複
雑な加工プロセスを伴わないこと、発光素子の発光層，
受光素子の光吸収層，光導波路部のコア層が連続してお
り、各層の位置ずれ又は継ぎ目が全くなく、光の過剰損
失が小さくなるような半導体光集積素子を製造するのに
適した方法を提供することを目的とする。また半導体光
集積素子においては、発光素子，受光素子，光導波路素
子を一括して製造するのに好ましい構成を提供すること
を目的とする。また、上記の目的の為に用いられる手段
は、端面窓構造型半導体レーザ、吸収性回折格子を備え
た利得結合分布帰還型半導体レーザ、利得性回折格子を
備えた利得結合分布帰還型半導体レーザの製造にも応用
される。
【００１４】
【課題を解決するための手段】請求項１においては、凹
部及び／又は凸部を形成して複数の異なる結晶面を露出
させた半導体基板上に、窒素と窒素以外のＶ族元素とを
共に組成として含む化合物半導体層を結晶成長させる工
程を含んでなることにより上記の目的を達成する。
【００１５】すなわち、下地の結晶面により窒素混晶比
がわずかに変化し、その時に禁制帯幅が大きく変化する
原理を利用する製造方法であり、一回の結晶成長で禁制
帯幅の異なる領域を熱処理なしで作製することができ
る。このような作用により上記の目的が達成されるもの
である。
【００１６】請求項２においては、窒素と窒素以外のＶ
族元素とを共に組成として含む化合物半導体層は、窒素
原料と、窒素以外のＶ族元素原料とを交互に供給するこ
とによって成長される工程を含んでなることにより上記
の目的を達成する。
【００１７】すなわち、窒素混晶比の下地の結晶面によ
って異なる程度は、Ｖ族原料を交互に供給することによ
って拡大し、請求項１における作用を好適に得ることが
できる。
【００１８】請求項３においては、基板表面の結晶面の
違いによって、窒素と窒素以外のＶ族元素との組成比を
制御して、窒素と窒素以外のＶ族元素とを共に組成とし
て含む化合物半導体層を形成する工程を含んでなること
により上記の目的を達成する。
【００１９】すなわち、下地の結晶面により窒素混晶比
を制御することにより請求項１、２における作用をより
好適に得ることができる。
【００２０】請求項４においては、前記窒素と窒素以外
のＶ族元素とを共に組成として含む化合物半導体層は、
量子井戸構造における井戸層をなすことにより上記の目
的を達成する。
【００２１】すなわち、窒素混晶比に分布が出来ても、
量子井戸構造における井戸層程度の薄層であれば歪を内
包することにより、格子定数の分布に起因する格子欠陥
が入らず、請求項１〜３における作用をより好適に得る
ことができる。
【００２２】請求項５においては、前記窒素以外のＶ族
元素は、砒素、リン、アンチモンから少なくとも1種類
選択されてなることにより上記の目的を達成する。
【００２３】すなわち、窒素と共に混晶化する元素とし
て砒素、リン、アンチモンの中から少なくとも１種類選
択することにより、窒素混晶比のわずかな変化により大
きな禁制帯幅の変化を生じるため、本願の構成を実現す
るのに適した結晶を得ることができる。
【００２４】請求項６においては、請求項1乃至５に記
載の半導体素子の製造方法のいずれかを用い、凹部及び
／又は凸部を形成して複数の異なる結晶面を露出させた
半導体基板上に、窒素と窒素以外のＶ族元素とを共に組
成として含む化合物半導体層を少なくとも1層有するコ
ア層と、少なくとも1層からなる上部クラッド層とを順
次結晶成長させる工程とを含んでなることにより上記の
目的を達成する。
【００２５】すなわち、下地の結晶面により窒素混晶比
がわずかに変化し、その時に禁制帯幅が大きく変化する
原理を利用する製造方法であり、一回の結晶成長でコア
層の禁制帯幅の異なる複数の導波路構造を熱処理なしで
作製することができる。このような作用により上記の目
的が達成されるものである。
【００２６】請求項７においては、前記複数の異なる結
晶面は、（100）面からＡ方向（［011］方向）に０〜55
°の範囲で傾斜した面、あるいはそれと結晶学的に等価
な面から選択され、傾斜角度のより小さい面上に光導波
路素子を、傾斜角度のより大きい面上に発光素子及び／
又は受光素子を形成してなることにより上記の目的を達
成する。
【００２７】すなわち、傾斜角度の異なる複数のＡ方向
傾斜面の上に結晶成長を行うことにより、請求項６の作
用を効果的に得ることができるものである。
【００２８】請求項８においては、前記複数の異なる結
晶面は、（100）面からＢ方向（［0-11］方向）に０〜5
5°の範囲で傾斜した面、あるいはそれと結晶学的に等
価な面から選択され、傾斜角度のより大きい面上に光導
波路素子を、傾斜角度のより小さい面上に発光素子及び
／又は受光素子を形成してなることにより上記の目的を
達成する。
【００２９】すなわち、傾斜角度の異なる複数のＢ方向
傾斜面の上に結晶成長を行うことにより、請求項６の作
用を効果的に得ることができるものである。
【００３０】請求項９においては、（100）面からＡ方
向（［011］方向）に０〜55°の範囲で傾斜した面、あ
るいはそれと結晶学的に等価な面からなる側面を有し、
深さはほぼ同一で幅が異なる連続した少なくとも1組の
溝又はメサを形成する工程と、前記溝又はメサの上方
に、少なくとも1層からなる下部クラッド層と、窒素と
窒素以外のＶ族元素とを共に組成として含む化合物半導
体層を少なくとも1層有するコア層と、少なくとも1層か
らなる上部クラッド層とを順次結晶成長させて導波路構
造を形成する工程と、幅のより狭い溝又はメサの上方に
形成された導波路構造を元に発光素子及び／又は受光素
子を形成する工程と、幅のより広い溝又はメサの上方に
形成された導波路構造を元に光導波路素子を形成する工
程と、を含んでなることにより上記の目的を達成する。
【００３１】すなわち、幅が異なり、Ａ方向傾斜面を側
面に持つ複数の連続した溝又はメサの上方に導波路構造
を結晶成長することにより、請求項６の作用を効果的に
得ることができるものである。
【００３２】請求項10においては、（100）面からＢ方
向（［0-11］方向）に０〜55°の範囲で傾斜した面、あ
るいはそれと結晶学的に等価な面からなる側面を有し、
深さはほぼ同一で幅が異なる連続した少なくとも1組の
溝又はメサを形成する工程と、前記溝又はメサの上方
に、少なくとも1層からなる下部クラッド層と、窒素と
窒素以外のＶ族元素とを共に組成として含む化合物半導
体層を少なくとも1層有するコア層と、少なくとも1層か
らなる上部クラッド層とを順次結晶成長させて導波路構
造を形成する工程と、幅のより広い溝又はメサの上方に
形成された導波路構造を元に発光素子及び／又は受光素
子を形成する工程と、幅のより狭い溝又はメサの上方に
形成された導波路構造を元に発光素子及び／又は受光素
子を形成する工程と、を含んでなることにより上記の目
的を達成する。
【００３３】すなわち、幅が異なり、Ｂ方向傾斜面を側
面にもつ複数の連続した溝またはメサの上方に導波路構
造を結晶成長することにより、請求項６の作用を効果的
に得ることができるものである。
【００３４】請求項１１においては、請求項1乃至５に
記載の半導体素子の製造方法のいずれかを用い、共振器
方向の端面部と中央部とで、異なる複数の結晶面を露出
させた凹部及び／又は凸部を有する半導体基板上に、少
なくとも1層からなる下部クラッド層と、窒素と窒素以
外のＶ族元素とを共に組成として含む化合物半導体層を
少なくとも1層有する活性層と、少なくとも1層からなる
上部クラッド層とを順次結晶成長させることにより上記
の目的を達成する。
【００３５】すなわち、複数の面方位からなる基板の上
に窒素と窒素以外のＶ族元素とを共に組成として含む化
合物半導体層を結晶成長することにより、容易に端面に
窓構造を有する半導体レーザ素子が得られるものであ
る。
【００３６】請求項１２においては、前記異なる複数の
結晶面は、少なくとも（100）面からＡ方向（［011］方
向）に０〜55°の範囲で傾斜した面、あるいはそれと結
晶学的に等価な面を持ち、端面部の傾斜角度がより小さ
く、中央部の傾斜角度がより大きく形成されてなること
により上記の目的を達成する。
【００３７】すなわち、レーザ素子の端面と中央部とで
傾斜角度の異なる複数のＡ方向傾斜面の上に結晶成長す
ることにより、請求項１１の作用を効果的に得ることが
できるものである。
【００３８】請求項１３においては、前記異なる複数の
結晶面は、少なくとも（100）面からＢ方向（［0-11］
方向）に０〜55°の範囲で傾斜した面、あるいはそれと
結晶学的に等価な面を持ち、端面部の傾斜角度がより大
きく、中央部の傾斜角度がより小さく形成されてなるこ
とにより上記の目的を達成する。
【００３９】すなわち、レーザ素子の端面と中央部とで
傾斜角度の異なる複数のＢ方向傾斜面の上に結晶成長す
ることにより、請求項１１の作用を効果的に得ることが
できるものである。
【００４０】請求項１４においては、請求項1乃至５に
記載の半導体素子の製造方法のいずれかを用い、活性層
の近傍に周期的な凹凸からなる回折格子を形成し、該回
折格子上方に、該回折格子の凹凸形状を反映すると共
に、窒素と窒素以外のV族元素とを共に組成として含む
化合物半導体層を少なくとも1層積層して、吸収性回折
格子を作製する工程を含んでなることにより上記の目的
を達成する。
【００４１】すなわち、複数の面方位からなる回折格子
の上に窒素と窒素以外のＶ族元素とを共に組成として含
む化合物半導体層を結晶成長することにより、容易に吸
収の周期構造を有する半導体レーザ素子が容易に得られ
るものである。
【００４２】請求項１５においては、請求項1乃至５に
記載の半導体素子の製造方法のいずれかを用い、周期的
な凹凸からなる回折格子を形成し、該回折格子上方に、
該回折格子の凹凸形状を反映すると共に、窒素と窒素以
外のV族元素とを共に組成として含む化合物半導体層を
少なくとも1層積層して、利得性回折格子を作製する工
程を含んでなることにより上記の目的を達成する。
【００４３】すなわち、複数の面方位からなる回折格子
の上に窒素と窒素以外のＶ族元素とを共に組成として含
む化合物半導体層を結晶成長することにより、容易に利
得の周期構造を有する半導体レーザ素子が得られるもの
である。
【００４４】請求項１６においては、請求項11乃至15の
いずれかによって製造された半導体レーザ素子を半導体
レーザ素子部として、半導体光集積素子の他の部分と同
時に製造してなることにより上記の目的を達成する。
【００４５】すなわち、禁制帯幅の分布を有する構造
を、熱処理を伴わず、一度の結晶成長で同時に製造する
ことができることから、特性の優れた素子をより少ない
製造工程で製造することができるようになる。このよう
な作用により上記の目的を達成するである。
【００４６】請求項１７においては、請求項1乃至５の
いずれかに記載の方法を用いて製造された半導体素子
は、発光素子及び／又は受光素子と、光導波路素子とを
少なくとも含み、これらを同一基板上に集積形成した半
導体光集積素子であり、前記発光素子及び／又は受光素
子のコア層と、前記光導波路素子のコア層とは、いずれ
も、窒素と窒素以外のV族元素とを共に組成として含む
化合物半導体層を含んでなり、この、窒素と窒素以外の
V族元素とを共に組成として含む化合物半導体層におけ
る窒素組成比は、光導波路素子よりも、発光素子及び／
又は受光素子の方が大きくてなることにより上記目的を
達成する。
【００４７】すなわち、窒素混晶比がわずかに異なった
領域を作ることにより禁制帯幅を大きく分布させること
ができる為、窒素と窒素以外のV族元素とを共に組成と
して含む化合物半導体層を半導体光集積素子のコア層と
して用い、かつ光導波路素子よりも発光素子及び／又は
受光素子の方が大きくすることにより、発光素子から発
した光を低損失で光導波路素子に伝搬させ、かつ効率よ
く受光素子で吸収させる構成を得ることができるように
なる。
【００４８】請求項１８においては、前記発光素子及び
／又は受光素子と、光導波路素子とは、（100）面から
Ａ方向（［011］方向）に０〜55°の範囲で傾斜した
面、あるいはそれと結晶学的に等価な面を持つ基板の上
に形成され、傾斜角度のより大きい面上に発光素子及び
／又は受光素子が形成され、傾斜角度のより小さい面に
光導波路素子が形成されてなることにより上記の目的を
達成する。
【００４９】すなわち、傾斜角度の異なる複数のＡ方向
傾斜面の上に構成することにより、請求項１７の構成を
好適に得ることができる。
【００５０】請求項１９においては、前記発光素子及び
／又は受光素子と、光導波路素子とは、（100）面から
Ｂ方向（［0-11］方向）に０〜55°の範囲で傾斜した
面、あるいはそれと結晶学的に等価な面を持つ基板の上
に形成され、傾斜角度のより小さい面上に発光素子及び
／又は受光素子が形成され、傾斜角度のより大きい面に
光導波路素子が形成されてなることにより上記の目的を
達成する。
【００５１】すなわち、傾斜角度の異なる複数のＢ方向
傾斜面上に構成することにより請求項１７の構成を好適
に得ることができるものである。
【００５２】請求項２０においては、請求項1乃至５の
いずれかに記載の方法を用いて製造された半導体素子
は、半導体レーザ素子であり、その活性層が、窒素と窒
素以外のV族元素とを共に組成として含む化合物半導体
層を有し、その共振器方向の端面部よりも中央部の方
が、窒素組成比が大きいことにより上記の目的を達成す
る。
【００５３】すなわち、わずかに窒素混晶比を分布させ
ることにより禁制帯幅を大きく分布させることができる
ため、窒素混晶比がわずかに異なる窒素と窒素以外のＶ
族元素とを共に組成として含む化合物半導体層を中央部
と端面部に配置することが半導体レーザ素子の構成とし
て好適である。
【００５４】請求項２１においては、（100）面からＡ
方向（［011］方向）に０〜55°の範囲で傾斜した面、
あるいはそれと結晶学的に等価な面を持つ基板の上に形
成され、傾斜角度のより大きい面上に中央部が、傾斜角
度のより小さい面上に端面部が形成されてなることによ
り上記の目的を達成する。
【００５５】すなわち、傾斜角度の異なる複数のＡ方向
傾斜面の上に構成することにより、請求項２０の構成を
好適に得ることができるものである。
【００５６】請求項２２においては、（100）面からＢ
方向（［0-11］方向）に０〜55°の範囲で傾斜した面、
あるいはそれと結晶学的に等価な面を持つ基板の上に形
成され、傾斜角度のより小さい面上に中央部が、傾斜角
度のより大きい面上に端面部が形成されてなることによ
り上記の目的を達成する。
【００５７】すなわち、傾斜角度の異なる複数のＢ方向
傾斜面の上に構成することにより、請求項２０の構成を
好適に得ることができるものである。
【００５８】請求項２３においては、請求項1乃至５の
いずれかに記載の方法を用いて製造された半導体素子
は、半導体レーザ素子であり、活性層の近傍に設けられ
た周期的な凹凸からなる回折格子の上に、該凹凸形状を
反映した、窒素と窒素以外のV族元素とを共に組成とし
て含む化合物半導体層が設けられてなり、回折格子の周
期的な凹凸に応じて化合物半導体層の窒素組成が周期変
動しており、窒素組成のより大きな領域にて活性層から
の光を吸収することによって、吸収の周期変調を生ぜし
めてなる吸収性回折格子を備えてなることにより上記の
目的を達成する。
【００５９】すなわち、わずかに窒素混晶比を分布させ
ることにより禁制帯幅を大きく分布させることができる
ため、窒素混晶比がわずかに異なる窒素と窒素以外のＶ
族元素とを共に組成として含む化合物半導体層を吸収の
周期変調構造として用いることが半導体レーザ素子の構
成として好適である。
【００６０】請求項２４においては、請求項1乃至５の
いずれかに記載の方法を用いて製造された半導体素子
は、半導体レーザ素子であり、周期的な凹凸からなる回
折格子の上に、凹凸形状を反映した、窒素と窒素以外の
V族元素とを共に組成として含む化合物半導体層が設け
られてなり、回折格子の周期的な凹凸に応じてその窒素
組成が周期変動することによって活性層の利得の周期変
調を生ぜしめてなることにより上記の目的を達成する。
【００６１】すなわち、わずかに窒素混晶比を分布させ
ることにより禁制帯幅を大きく分布させることができる
ため、窒素混晶比がわずかに異なる窒素と窒素以外のＶ
族元素とを共に組成として含む化合物半導体層を利得の
周期変調構造として用いることが半導体レーザ素子の構
成として好適である。
【００６２】
【発明の実施の形態】（実施の形態１）本発明の実施形
態１として、ＧａＩｎＮＡｓを井戸層とするＭＱＷを活
性層に有する半導体レーザ素子と光導波路素子とを集積
する方法について図１を参照しながら示す。Ａ面を側面
にもつ二種類の溝部を有する基板の上にＧａＩｎＮＡｓ
からなる活性層／コア層を含む導波路構造を作製する点
が本発明のポイントである。
【００６３】ここで「Ａ面」とは、（１００）面を［０
１１］方向へ０〜５５°の範囲で傾斜することによって
得られる面、及びそれと結晶学的に等価な面の総称であ
ると定義する。例えば、（１００）面から［０１１］方
向へ約２５°傾斜した面及びそれと結晶学的に等価な面
が｛３１１｝Ａ面、約５５°傾斜した面及びそれと結晶
学的に等価な面が｛１１１｝Ａ面になる。また、（１０
０）面に対する［０１１］方向の様に、傾斜することに
よってＡ面が現われる方向及びそれと結晶学的に等価な
方向を、「Ａ方向」あるいは「｛１１１｝Ａ面方向」と
定義する。
【００６４】同様に、「Ｂ面」とは、（１００）面を
［０−１１］方向へ０〜５５°の範囲で傾斜することに
よって得られる面、及びそれと結晶学的に等価な面の総
称であると定義する。例えば、（１００）面から［０−
１１］方向へ約２５°傾斜した面及びそれと結晶学的に
等価な面が｛３１１｝Ｂ面、約５５°傾斜した面及びそ
れと結晶学的に等価な面が｛１１１｝Ｂ面になる。ま
た、（１００）面に対する［０−１１］方向の様に、傾
斜することによってＢ面が現われる方向及びそれと結晶
学的に等価な方向を、「Ｂ方向」あるいは「｛１１１｝
Ｂ面方向」と定義する。
【００６５】この点は、以下に示す他の実施の形態につ
いても同様である。
【００６６】以下に、製造手順を追いながら素子構造に
ついても詳しく説明する。
【００６７】まず、ＭＢＥ法により、（１００）面を表
面に有する低抵抗ｎ型ＧａＡｓ基板上１１に電流狭窄層
１２となるｐ型ＧａＡｓを厚さ０．５μｍ結晶成長す
る。次にその表面に、通常のホトリソグラフィによるパ
ターンニングと、塩酸，過酸化水素水，超純水の混液を
エッチング液とするウエットエッチングを用いて、図１
（ａ）に示すように領域Ａには幅の狭いＶ字型の底面を
もつ溝部２１を、領域Ｂには幅の広い平坦な底面をもつ
溝部２２を設ける。図１（ａ）において、ＷAは４μ
ｍ、ＷBは１０μｍとし、エッチング深さを１μｍとし
た。溝２１，２２の長て方向における側面には、｛３１
１｝Ａ面から成る斜面が露出していた。
【００６８】次に、図１（ａ）のように加工された基板
の上に、図１（ｂ）のように導波路構造を構成する各層
を積層する。図１（ｂ）のａ−ａ’，ｂ−ｂ’で示され
た断面の構造は、それぞれ図２（ａ），（ｂ）及び
（ｃ）に示されたようになる。積層される各層の材料，
層厚（平坦部への成長層で計測）は次の通りである。
【００６９】 下クラッド層１３ ：ｎ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ，層厚０．２μｍ 活性層１４ ：三重量子井戸 井戸層１４ａ ：ノンドープＧａ0.935Ｉｎ0.065ＮyＡｓ1-y， 層厚８ｎｍ 障壁層１４ｂ ：ノンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ，層厚１０ｎｍ ガイド層１４ｃ：ノンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ，層厚３０ｎｍ 上クラッド層１５ ：ｐ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ，層厚１μｍ コンタクト層１６ ：ｐ+型ＧａＡｓ，層厚０．５μｍ この時の結晶成長には、Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ，Ａｓ源とし
て固体原料を、Ｎ原料としてアンモニアガス（ＮＨ3）
を用いたＭＢＥ法を使用し、成長温度を６００℃とし
た。なお、井戸層であるＧａＩｎＮＡｓの結晶成長は、
図３に示すようなシーケンスによってＶ族原料を交互供
給することにより行った。すなわち、まず工程αで合計
が１原子層分に相当するＧａ源とＩｎ源を供給し、ＩＩ
Ｉ族終端面を形成する。次に、工程βで十分なＡｓ源を
供給してＡｓ終端面を形成する。この時、Ａｓ原子は結
晶の表面に１原子層分だけ吸着し、余分なＡｓ原子は蒸
発する。次に、工程γで一定時間だけＮ源を供給し、最
表面のＡｓ原子の一部をＮ原子で置き換える。この３つ
の工程から成る１周期で１分子層のＧａＩｎＮＡｓ混晶
の結晶成長が完了し、これらの一連の工程を繰り返すこ
とにより所望の層厚のＧａＩｎＮＡｓ結晶を得た。
【００７０】最後の工程として、図１（ｃ）に示す様に
領域Ａと領域Ｂとの間に幅２μｍの分離溝２５の作製を
ホトリソによるマスクプロセスとドライエッチングによ
り行う。分離溝２５は領域Ａの半導体レーザにおける一
方のファブリペローミラーとなる。対向するファブリペ
ローミラーは同じようにドライエッチングで作製しても
よいし、劈開によって作製してもよい。次に、領域Ｂを
幅４μｍのストライプ状の導波路２６を残すように、そ
の外側部分の除去をドライエッチングにより行う。除去
する部分は図２（ｂ）においてｅ−ｅ’、ｅ’’−
ｅ’’’間の点線で示されているように基板１１にまで
達する。最後に領域Ａの半導体レーザ部分に、ｎ型／ｐ
型それぞれの電極１７、１８を蒸着により形成して、半
導体光集積素子を完成した。
【００７１】ここで、ＭＱＷの井戸層を構成するＧａＩ
ｎＮＡｓから成る層を形成する工程に、以下の点で本発
明のポイントがある。図３の工程γにおいて、最表面の
Ａｓと置き換えられて結晶に取り込まれるＮ原子の量
は、Ｎ源の供給時間と供給量以外に、基板の面方位によ
っても大きく影響を受ける。どの方向にも傾斜していな
い（１００）面ではＡｓ原子はＧａ原子と２本のボンド
で結合しているのに対し、Ａ方向に傾斜された面方位を
有する基板の場合には表面のステップ端のＡｓ原子はＧ
ａ原子と一本のボンドで結合している為にＮ原子と置き
換わり易く、一方でＢ方向に傾斜された場合にはステッ
プ端のＡｓ原子はＧａ原子と３本のボンドで結合してい
る為にＮ原子と置き換わりにくい。
【００７２】この為にＡ方向に傾斜された面方位を有す
る基板を用いた場合には図３の工程γにおいてより多く
のＮ原子がＡｓ原子と置換されて成長層に取り込まれ、
Ｎ組成の大きなＧａＩｎＮＡｓ結晶が得られる。
【００７３】図４に、ＧａＩｎＮＡｓ結晶の成長時にお
ける、Ｎ組成比と、ＧａＡｓ基板の（１００）面からの
オフ方向とオフ角度との相関を示す。図４では、本実施
例のようにＶ族原料を交互に供給した場合と、全ての原
料を同時に供給した場合とを示している。全ての原料を
同時に供給した場合も面方位によるＮの取り込みの違い
の影響を受けて基板面方位による差が現れる。一方で、
Ｖ族原料を交互に供給して表面のＡｓ原子をＮ原子と置
き換えながら結晶成長を行った場合、基板面方位による
影響が大きく、より好ましい成長方法と言える。
【００７４】図１（ａ）のように加工されたＧａＡｓ
（１００）基板の最表面には、主面である（１００）面
の他に、溝部の長て方向の側面には｛３１１｝Ａ面が露
出している。この基板の上にＶ族元素としてＡｓとＮと
を含む材料を結晶成長すると、主面である（１００）面
上に結晶成長した部分よりも｛３１１｝Ａ面上に結晶成
長した部分の方がＮ原子と置き換わるＡｓ原子の割合い
が多く、わずかにＮ組成が大きくなる。図２において量
子井戸３１における井戸層であるＧａＩｎＮＡｓ結晶は
Ａ面上に作製されていることからＮ組成がｙ＝０．０２
７と大きく、ＭＱＷの禁制帯幅は０．９５ｅＶ（波長
１．３１μｍ相当）となっていた。一方で量子井戸３３
においては（１００）面上に形成されていることからＮ
組成が小さくｙ＝０．０１８であり、禁制帯幅は１．０
８ｅＶ（１．１５μｍ相当）であった。
【００７５】なお、組成の分布に対応して格子定数にも
分布が生じるが、ＧａＩｎＮＡｓ層は臨界膜厚以下であ
ることから結晶欠陥が誘発されることはない。Ａ面上の
ＧａＩｎＮＡｓ層は基板に対して０．１％程度の引っ張
り歪を、（１００）面上のＧａＩｎＮＡｓ層は０．１％
程度の圧縮歪を受けている。図２（ａ）における量子井
戸３１を波長１．３μｍでレーザ発振する半導体レーザ
の活性層として利用した場合、図２（ｂ）においては量
子井戸３３が光導波路のコア層となる為に半導体レーザ
から発せられる光は光導波路部で吸収を受けることがな
く伝搬することができる。
【００７６】本発明の半導体光集積素子の構造には、以
下の点で発明のポイントがある。ＧａＩｎＮＡｓ混晶に
おいては、ＧａＩｎＡｓのうちのＡｓの一部（数％以
下）をＮに置換してＧａＩｎＮＡｓ混晶が作られるわけ
であるが、Ｎの混晶化伴って禁制帯幅は著しく変化し、
狭くなる。
【００７７】図５に、Ｇａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-y混晶にお
いて、Ｉｎ混晶比ｘを一定（ｘ＝０．０８）のままＮ混
晶比ｙを変化させた場合の禁制帯幅の変化の様子をＡと
し、Ｎ混晶比ｙを一定（ｘ＝０．０２５）のままＩｎ混
晶比ｘを変化させた場合の禁制帯幅の変化の様子をＢと
して、図示している。ＧａＩｎＮＡｓ混晶においては、
Ｉｎの混晶比に対する変化率は約−１．１［ｅＶ／（Ｉ
ｎ混晶比）］であるのに対して、Ｎの混晶比に対する禁
制帯幅の変化率は約−１５．５［ｅＶ／（Ｎ混晶比）］
であり一桁以上も大きく、Ｎ組成がわずかに異なる領域
を作製することによって禁制帯幅を大きく分布させるこ
とができる。
【００７８】波長１．３μｍまたは１．５５μｍ帯に対
する半導体光集積素子において、半導体レーザの活性層
と光導波路層のコア層を共にＧａＩｎＮＡｓを井戸層と
する量子井戸で構成すれば、両者でわずかにＮ組成を変
えるだけですみ、同一基板上に半導体レーザと光導波路
層とを両方同時に作る半導体光集積素子に適用する構成
として好ましい構成と言える。
【００７９】このようにして作製した集積素子の半導体
レーザ部分に、上下の電極１７，１８を通して電流を流
すと、電流狭窄層１２によって狭窄された電流は活性層
のうちのＶ字型部分に注入され、閾値電流１０ｍＡ、波
長１．３μｍでレーザ発振した。従来のような高温での
長時間の熱処理を必要としていない為、同様の構造の単
体の半導体レーザ素子と比べて、閾値電流の上昇などの
特性に劣化はみられなかった。
【００８０】このように、（１００）面上に導波路のコ
ア層を、Ａ方向傾斜面上に半導体レーザの活性層を形成
した結果、導波路は半導体レーザから発せられる光に対
して透明になり、余分な光吸収や散乱を受けることなく
導波路領域を伝搬し、導波路部の半導体レーザが無い側
の端面から効率良くレーザ光を取り出すことができた。
発光素子の発光層と光導波路部の光ガイド層とが連続し
た同一層として同時に結晶成長されているので、各層の
位置ずれ又は継ぎ目が全くなく、光の過剰損失、散乱は
非常に小さかった。
【００８１】実施形態１として一つの半導体レーザ素子
に一本の導波路だけを集積したものを示したが、幾つか
の変形例を作製することができた。
【００８２】第一の変形例として、さらに受光素子を集
積化したものについて説明する。図６に示すように基板
にまで達する垂直な分離溝２５を２か所に設けると、領
域Ａ１は二つの分離溝２５をファブリペローミラーとす
る半導体レーザとして機能し、領域Ａ２は受光素子であ
るフォトダイオードとして機能し、領域Ｂを光導波路素
子として機能させることが出来た。領域Ａ１の半導体レ
ーザから発せられるレーザ光は、出射端の一方は領域Ａ
２のフォトダイオードで吸収されて電気信号として検出
され、他方の端面からの出射光は領域Ｂの導波路を伝搬
する。
【００８３】第二の変形例として、半導体レーザ部の端
面に窓領域を設けたものについて説明する。ＧａＡｓ基
板１１に、図７（ａ）に示すような幅の広い溝２２，幅
の狭い溝２１，幅の広い溝２２が交互に並んだパターン
を通常のホトリソグラフィとウエットエッチングによっ
て得る。各溝の長て方向の斜面には、｛３１１｝Ａ面が
露出している。この上に上記の実施形態１の同様のＧａ
ＩｎＮＡｓを井戸層とする導波路構造を積層する。図７
（ａ）において、領域Ａが半導体レーザ素子として機能
し、領域ＡWが半導体レーザ素子の端面の窓領域にな
る。領域Ｂは光導波路素子となる。層構造の積層の後、
ドライエッチングによって分離溝２５を作製し、半導体
レーザ部分に電極１７，１８を形成すると図７（ｂ）に
示す素子が完成する。半導体レーザ部、導波路素子部に
は適宜リッジ構造や埋め込みヘテロ構造等の横方向の導
波構造を作ることができる。
【００８４】領域Ａにおける半導体レーザ素子において
は、レーザの活性層のうちの中央部分は（３１１）Ａ面
上に形成されていることから禁制帯幅０．９５ｅＶ（波
長１．３μｍ相当）の量子井戸となり、レーザの端面近
傍の活性層は（１００）面上に形成されていることから
禁制帯幅１．０８ｅＶ（波長１．１５μｍ相当）とな
る。レーザ発振は波長１．３μｍ相当の禁制帯幅をもつ
活性層の利得によって生じ、端面部分は波長１．３μｍ
の光に対して透明な「窓」となる。窓領域を設けること
により、レーザ端面での光吸収が減少し、レーザの高出
力化、長寿命化の達成が出来た。また、半導体レーザか
ら出射される波長１．３μｍの光は、波長１．１５μｍ
相当の禁制帯幅をもつコア層をもつ領域Ｂの光導波路を
損失なく伝搬した。
【００８５】なお、図７（ｂ）において両端面を劈開に
より作製し、領域Ａだけを単体の半導体レーザ素子とし
て取り出すことも可能であることは言うまでもない。端
面に窓領域をもつ半導体レーザそのものも、半導体レー
ザの端面に窓領域となる透明な導波路が集積化された一
種の半導体集積素子と言える。 （実施の形態２）本発明の実施形態２として、ＧａＩｎ
ＮＡｓを井戸層とするＭＱＷを活性層に有する半導体レ
ーザ素子と光導波路素子とを集積する方法について図８
を参照しながら示す。実施形態１と最も大きく異なる点
は、実施形態１では基板に溝を作製して溝を埋めるよう
に導波路構造を積層していたのに対し、本実施形態では
ストライプ状のメサの上に導波路構造を積層している点
である。
【００８６】以下に、製造手順を追いながら素子構造に
ついても詳しく説明する。
【００８７】まず、（１００）面を表面に有する低抵抗
ｎ型ＧａＡｓ基板１１に、図８（ａ）に示すように領域
Ａには幅の狭いストライプ状のメサ２３を領域Ｂには幅
の広い平坦な頂部をもつストライプ状のメサ２４をエッ
チング加工することにより設ける。図８（ａ）におい
て、ＷAは２μｍ、ＷBは１０μｍとし、メサの高さを
１．５μｍとした。領域Ａが半導体レーザ部、領域Ｂが
光導波路部となる。メサ２３，２４の長て方向における
側面には、｛１１１｝Ａ面から成る斜面が露出してい
た。
【００８８】次に、図８（ａ）のように加工された基板
の上に、導波路構造を構成する各層を積層する。半導体
レーザ部となる幅の狭いメサ２３の上に形成された層構
造の断面を図８（ｂ）に、光導波路部となる幅の広いメ
サ２４の上に形成された層構造の断面を図８（ｃ）に示
す。積層される各層の材料，層厚（平坦部への成長層で
計測）は次の通りである。
【００８９】 下クラッド層１３ ：ｎ型Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐ，層厚０．２μｍ 活性層１４ ：五重量子井戸 井戸層１４ａ ：ノンドープＧａ0.905Ｉｎ0.095ＮyＡｓ1-y， 層厚８ｎｍ 障壁層１４ｂ ：ノンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ，層厚１０ｎｍ ガイド層１４ｃ：ノンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ，層厚３０ｎｍ 上クラッド層１５ ：ｐ型ＧａＡｓ，層厚１μｍ コンタクト層１６ ：ｐ+型ＧａＡｓ，層厚０．５μｍ この時の結晶成長には、Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ，Ａｓ源とし
て固体原料を、Ｎ原料としてジメチルヒドラジン（ＤＭ
ｅＨｙ）を用いたＭＢＥ法を使用し、成長温度を５５０
℃とした。ＧａＩｎＮＡｓ層の結晶成長は、原料を全て
同時に供給することによって行った。
【００９０】図８（ａ）のように加工されたＧａＡｓ
（１００）基板の最表面には、主面である（１００）面
の他に、メサの長て方向の側面には｛１１１｝Ａ面から
成る斜面が露出している。この基板の上にＶ族元素とし
てＡｓとＮとを含む材料を上記の方法で結晶成長する
と、主面である（１００）面上に結晶成長した部分より
も｛１１１｝Ａ面上に結晶成長した部分の方がＮ組成が
大きくなる。Ａ面上の量子井戸３１はＮ組成がｙ＝０．
０３４と大きく、ＭＱＷの禁制帯幅は０．８０ｅＶ（波
長１．５５μｍ相当）となっていた。一方で傾斜されて
いない（１００）面上に形成されている量子井戸ではＮ
組成が小さくｙ＝０．０２９であり、禁制帯幅は０．８
９ｅＶ（波長１．４μｍ相当）であった。
【００９１】なお、組成の分布に対応して格子定数にも
分布が生じるが、ＧａＩｎＮＡｓ層は臨界膜厚以下であ
ることから結晶欠陥が誘発されることはない。Ａ面上の
ＧａＩｎＮＡｓ層は基板にほぼ格子整合しており、（１
００）面上のＧａＩｎＮＡｓ層は０．１％程度の圧縮歪
を受けている。領域Ａにおけるメサの上の量子井戸を波
長１．５５μｍでレーザ発振する半導体レーザ素子の活
性層として利用し、領域Ｂにおける平坦部上の量子井戸
を光導波路素子のコア層とすると、半導体レーザから発
せられる光は光導波路部で吸収を受けることなく伝搬す
ることができる。
【００９２】最後の工程として、実施形態１において図
１（ｃ）を参照しながら説明した工程と同様に、領域Ａ
と領域Ｂとを分離溝で分離して、半導体レーザの一方の
ファブリペローミラーを作製する。横モードの閉じ込め
はリッジ構造や埋め込みヘテロ構造などを採用すること
ができる。領域Ａの半導体レーザ部分に、ｐ型／ｎ型そ
れぞれの電極を蒸着により形成して、半導体光集積素子
を完成した。
【００９３】この様にして作製した集積素子の半導体レ
ーザ部分に、上下の電極を通して電流を流すと、閾値電
流１３ｍＡ、波長１．５５μｍでレーザ発振した。従来
のような高温での長時間の熱処理を必要としていない
為、同様の構造の単体の半導体レーザ素子と比べて、閾
値電流の上昇などの特性に劣化はみられなかった。Ａ方
向斜面上に半導体レーザの活性層を、平坦部上に導波路
のコア層を形成した結果、導波路は半導体レーザから発
せられる光に対して透明になり、発せられたレーザ光は
余分な光吸収や散乱を受けることなく導波路領域を伝搬
し、導波路部の半導体レーザが無い側の端面から効率良
くレーザ光を取り出すことができた。発光素子の発光層
と光導波路部の光ガイド層とが連続した同一層として同
時に結晶成長されているので、各層の位置ずれ又は継ぎ
目が全くなく、光の過剰損失，散乱は非常に小さかっ
た。
【００９４】本実施形態においても、実施形態１で変形
例１，２として示したものに相当する変形が可能である
ことは言うまでもない。 （実施の形態３）本発明の実施形態３として、ＧａＮＡ
ｓを井戸層とするＭＱＷを活性層に有する半導体レーザ
素子と光導波路素子とを集積する方法について図９を参
照しながら示す。実施形態１，２との最も大きく異なる
のは、基板に加工を施した際に側面に現われる斜面がＢ
面である点である。ここでＢ面とは、｛１００｝面から
｛１１１｝Ｂ面方向へ０〜５５°の範囲で傾斜した結晶
面を示す。
【００９５】以下に、製造手順を追いながら素子構造に
ついても詳しく説明する。
【００９６】まず、電流狭窄層１２であるｐ型ＧａＡｓ
層を厚さ０．５μｍ結晶成長された、（１００）面を表
面に有する低抵抗ｎ型ＧａＡｓ基板１１に、図９（ａ）
に示すように領域Ａには幅の広い平坦な底面をもつ溝部
２２を領域Ｂには幅の狭い平坦な底面をもつ溝部２１を
エッチング加工することにより設ける。図９（ａ）にお
いて、ＷAは２０μｍ、ＷBは３μｍとし、エッチング深
さを０．７μｍとした。領域Ａが半導体レーザ部、領域
Ｂが光導波路部となる。溝２１，２２の長て方向におけ
る側面には、｛１１１｝Ｂ面から成る斜面が露出してい
た。
【００９７】次に、図９（ａ）のように加工された基板
の上に、導波路構造を構成する各層を積層する。半導体
レーザ部となる幅の広い溝２２の上に形成された層構造
の断面を図９（ｂ）に、光導波路部となる幅の狭い溝２
１の上に形成された層構造の断面を図９（ｃ）に示す。
積層される各層の材料，層厚（平坦部への成長層で計
測）は次の通りである。
【００９８】 下クラッド層１３ ：ｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ，層厚０．２μｍ 活性層１４ ：単一量子井戸 井戸層１４ａ ：ノンドープＧａＮyＡｓ1-y， 層厚８ｎｍ 障壁層１４ｂ ：ノンドープＧａ0.95Ｉｎ0.05Ａｓ，層厚１５ｎｍ 上クラッド層１５ ：ｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ，層厚１μｍ コンタクト層１６ ：ｐ+型ＧａＡｓ，層厚０．５μｍ この時の結晶成長には、Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ，Ａｓ源とし
てそれぞれトリメチルガリウム（ＴＭＧａ），トリメチ
ルアルミニウム（ＴＭＡｌ），トリメチルインジウム
（ＴＭＩｎ），アルシン（ＡｓＨ3）を、Ｎ原料として
モノメチルヒドラジン（ＭＭｅＨｙ）を用いたＭＯ−Ｃ
ＶＤ法を使用し、成長温度を６００℃とした。ＧａＩｎ
ＮＡｓ層の結晶成長は、Ｖ族原料を交互に供給すること
によって行った。
【００９９】図９（ａ）のように加工されたＧａＡｓ
（１００）基板の最表面には、主面である（１００）面
の他に、溝部の長て方向の側面には｛１１１｝Ｂ面から
成る斜面が露出している。この基板の上にＶ族元素とし
てＡｓとＮとを含む材料を結晶成長すると、実施形態１
で説明したものと同じ作用により、主面である（１０
０）面上に結晶成長した部分よりも｛１１１｝Ｂ面上に
結晶成長した部分の方がＮ原子と置き換わるＡｓ原子の
割合いが少なく、わずかにＮ組成が小さくなる。Ｂ面上
の量子井戸３２はＮ組成がｙ＝０．０２と小さく、ＭＱ
Ｗの禁制帯幅は１．１３ｅＶ（波長１．１μｍ相当）と
なっていた。
【０１００】一方で傾斜されていない（１００）面上に
形成されている量子井戸３３ではＮ組成が大きくｙ＝
０．０３であり、禁制帯幅は０．９５ｅＶ（波長１．３
１μｍ相当）であった。なお、組成の分布に対応して格
子定数にも分布が生じるが、ＧａＩｎＮＡｓ層は臨界膜
厚以下であることから結晶欠陥が誘発されることはな
い。Ｂ面上のＧａＮＡｓ層は基板に対して約０．４％程
度の引っ張り歪を、（１００）面上のＧａＮＡｓ層は
０．６％程度の引っ張り歪を受けている。
【０１０１】障壁層のＧａＩｎＡｓは０．３５％程度の
圧縮歪を受けており、歪補償量子井戸が構成されてい
る。領域Ａにおける溝部の平坦底部の上の量子井戸を波
長１．３μｍでレーザ発振する半導体レーザ素子の活性
層として利用し、領域Ｂにおける斜面上の量子井戸３２
を光導波路素子のコア層とすると、半導体レーザから発
せられる光は光導波路部で吸収を受けることなく伝搬す
ることができる。
【０１０２】最後の工程として、実施形態１において図
１（ｃ）を参照しながら説明した工程と同様に、領域Ａ
と領域Ｂとを分離溝で分離して、半導体レーザの一方の
ファブリペローミラーを作製する。横モードの閉じ込め
はリッジ構造や埋め込みヘテロ構造などを採用すること
ができる。領域Ａの半導体レーザ部分に、ｐ型／ｎ型そ
れぞれの電極を蒸着により形成して、半導体光集積素子
を完成した。
【０１０３】この様にして作製した集積素子の半導体レ
ーザ部分に、上下の電極を通して電流を流すと、閾値電
流１０ｍＡ、波長１．３μｍでレーザ発振した。従来の
ような高温での長時間の熱処理を必要としていない為、
同様の構造の単体の半導体レーザ素子と比べて、閾値電
流の上昇などの特性に劣化はみられなかった。（１０
０）面上に半導体レーザの活性層を、Ｂ面上に導波路の
コア層を形成した結果、導波路は半導体レーザから発せ
られる光に対して透明になり、発せられたレーザ光は余
分な光吸収や散乱を受けることなく導波路領域を伝搬
し、導波路部の半導体レーザが無い側の端面から効率良
くレーザ光を取り出すことができた。発光素子の発光層
と光導波路部の光ガイド層とが連続した同一層として同
時に結晶成長されているので、各層の位置ずれ又は継ぎ
目が全くなく、光の過剰損失，散乱は非常に小さかっ
た。
【０１０４】本実施形態においても、実施形態１で変形
例１，２として示したものに相当する変形が可能である
ことは言うまでもない。変形例２を実現するには、レー
ザの端面付近をＢ面上に、中央付近を（１００）面上に
構成すればよいことは容易にわかる。 （実施の形態４）本発明の実施形態４として、ＧａＩｎ
ＮＡｓをＭＱＷ活性層の井戸層、および吸収性回折格子
に有する利得結合分布帰還型半導体レーザ（ＧＣ−ＤＦ
Ｂ−ＬＤ：Ｇａｉｎ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｉｓｔｒｉｂ
ｕｔｅｄ ＦｅｅｄＢａｃｋ Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄ
ｅ）素子と変調器とを集積する方法について図１０，図
１１を参照しながら示す。ＤＦＢ−ＬＤそのものも、半
導体レーザと回折格子とが集積化された一種の半導体光
集積素子と言える。
【０１０５】以下に、製造手順を追いながら素子構造に
ついても詳しく説明する。
【０１０６】まず、（１００）面を表面に有する低抵抗
ｎ型ＧａＡｓ基板１１の表面に、通常のホトリソグラフ
ィによるパターンニングとウエットエッチングを用い
て、図１０（ａ）に示すように領域Ａには幅の広い平坦
な頂部をもつストライプ状のメサ２４を、領域Ｂには幅
の狭いストライプ状のメサ２３をエッチング加工するこ
とにより設ける。図１０（ａ）において、ＷAは２０μ
ｍ、ＷBは６μｍとし、メサの高さを１．４μｍとし
た。領域Ａが半導体レーザ部、領域Ｂが変調器となる。
メサ２３，２４の長て方向における側面には、｛３１
１｝Ｂ面から成る斜面が露出していた。
【０１０７】次に、図１０（ａ）のように加工された基
板の上に、導波路構造を構成する各層を積層する。半導
体レーザ部となる幅の広い平坦頂部をもつストライプ状
のメサ２４の上に形成された層構造の断面を図１０
（ｂ）に、光導波路部となる幅の狭いストライプ状のメ
サ２３の上に形成された層構造の断面を図１０（ｃ）に
示す。積層される各層の材料，層厚（平坦部への成長層
で計測）は次の通りである。
【０１０８】 下クラッド層１３ ：ｎ型Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐ，層厚０．２μｍ 活性層１４ ：三重量子井戸 井戸層１４ａ ：ノンドープＧａ0.8Ｉｎ0.2ＮyＡｓ1-y，層厚８ｎｍ 障壁層１４ｂ ：ノンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ，層厚１０ｎｍ ガイド層１４ｃ：ノンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ，層厚３０ｎｍ 光導波層１９ ：ｐ型Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐ，層厚０．２μｍ この時の結晶成長には、Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ，Ａｓ源とし
てトリメチルガリウム（ＴＭＧａ），トリメチルアルミ
ニウム（ＴＭＡｌ），トリメチルインジウム（ＴＭＩ
ｎ），アルシン（ＡｓＨ3）を、Ｎ原料として５００℃
でクラッキングされたアンモニアガス（ＮＨ3）を用い
た化学ビームエピタキシャル成長（ＣＢＥ）法を使用
し、成長温度を５００℃とした。活性層のＧａＩｎＮＡ
ｓ層の結晶成長は、Ｖ族原料を交互に供給することによ
って行った。
【０１０９】図１０（ａ）のように加工されたＧａＡｓ
（１００）基板の最表面には、主面である（１００）面
の他に、溝部の長て方向の側面には｛３１１｝Ｂ面から
成る斜面が露出している。この基板の上にＶ族元素とし
てＡｓとＮとを含む材料を結晶成長すると、実施形態１
で説明したものと同じ作用により、主面である（１０
０）面上に結晶成長した部分よりも｛３１１｝Ｂ面上に
結晶成長した部分の方がＮ原子と置き換わるＡｓ原子の
割合いが少なく、わずかにＮ組成が小さくなる。Ｂ面上
の量子井戸３２はＮ組成がｙ＝０．００９と小さく、Ｍ
ＱＷの禁制帯幅は１．０８ｅＶ（波長１．１５μｍ相
当）となっていた。
【０１１０】一方で傾斜されていない（１００）面上に
形成されている量子井戸３３ではＮ組成が大きくｙ＝
０．０１８であり、禁制帯幅は０．９５ｅＶ（波長１．
３１μｍ相当）であった。なお、組成の分布に対応して
格子定数にも分布が生じるが、ＧａＩｎＮＡｓ層は臨界
膜厚以下であることから結晶欠陥が誘発されることはな
い。（１００）面上のＧａＩｎＮＡｓ層は１．０％程度
の圧縮歪を受けており、Ｂ面上のＧａＩｎＮＡｓ層は
１．３％程度の圧縮歪を受けている。
【０１１１】次に、図１１（ａ）に示すように、基板に
設けたストライプ状のメサの長て方向に直交するよう
に、２光束干渉露光とウエットエッチングによって表面
にピッチ０．２μｍ，深さ０．１μｍの頂部に平坦部を
もつＶ溝状の回折格子２０を印刻した。この上に、実施
形態１と同様の方法によりＶ族原料を交互供給する方法
でＧａＩｎＮＡｓ層３４を０．０３μｍ結晶成長させ
た。レーザの長て方向における回折格子部の断面の主要
部を図１２（ａ）に示す。
【０１１２】エッチングによって作製された回折格子の
溝の斜面には｛１１１｝Ａ面が現われており、平坦な頂
部には（１００）面が現われている。斜面上にはＮ組成
が大きく禁制帯幅の小さなＧａＩｎＮＡｓ混晶３５が、
頂部にはＮ組成が小さく禁制帯幅の大きなＧａＩｎＮＡ
ｓ層３６が成長した。斜面の禁制帯幅の小さなＧａＩｎ
ＮＡｓ層３５が活性層から発せられる波長１．３μｍの
光を吸収するように、かつ、頂部の禁制帯幅の大きなＧ
ａＩｎＮＡｓ層３６が波長１．３μｍの光に対して透明
となるように混晶比の分布を制御して結晶成長を行う
と、レーザの共振器方向で吸収が周期的に配置された回
折格子を得ることができる。
【０１１３】回折格子の上に上クラッド層１５であるｐ
型Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐを０．８μｍ、コンタクト層１６で
あるｐ型ＧａＡｓを０．５μｍ結晶成長し、最後の工程
として領域Ａと領域Ｂとを分離する幅２μｍの分離溝２
５の作製を行う。レーザ素子から発せられたレーザ発振
光がこの分離溝２５で反射してレーザ素子に戻ることが
ないように、分離溝２５はレーザの共振器方向に対して
６０〜８０°程度傾くようにした。領域Ａ，Ｂそれぞれ
に、ｐ型／ｎ型それぞれの電極１７，１８を蒸着により
形成して、半導体光集積素子を完成した。
【０１１４】この様にして作製した集積素子の半導体レ
ーザ部に、上下の電極１７，１８を通して電流を流す
と、閾値電流１０ｍＡ、波長１．３μｍでレーザ発振し
た。周期的な吸収回折格子を備えていることから、レー
ザ光は安定した単一波長での発振であった。従来のよう
な高温での長時間の熱処理を必要としていない為、同様
の構造の単体の半導体レーザ素子と比べて、閾値電流の
上昇などの特性に劣化はみられなかった。また、領域Ｂ
の電極に電界を印加することにより、透過するＤＦＢレ
ーザ光を変調することができた。発光素子の発光層と変
調器の光ガイド部とが連続した同一層として同時に結晶
成長されているので、各層の位置ずれ又は継ぎ目が全く
なく、素子間の境界における光の過剰損失，散乱は非常
に小さかった。
【０１１５】なお、本実施形態においては回折格子の溝
の側面にＡ面が現われるような方向で回折格子を印刻し
たが、Ｂ面が現われる方向の場合には本実施形態の場合
とは逆に、平坦部の上のＧａＩｎＮＡｓ層で吸収，斜面
部の上のＧａＩｎＮＡｓ層が透明となることは言うまで
もない。また、回折格子の溝の形状は、図１２（ｂ）に
示すように底面に平坦部をもつものであってもよい。ま
た、図１２（ｃ）のように回折格子の頂部と底部の両方
に（１００）面からなる平坦な領域をもたせた場合、回
折格子の本来のピッチの１／２のピッチで吸収が変調さ
れた回折格子を得ることができる。
【０１１６】なお、回折格子が印刻された基板または下
クラッド層の上にＧａＩｎＮＡｓからなる層を含む活性
層を結晶成長するとその周期に応じて活性層の禁制帯
幅，利得が周期変化することになり、利得性回折格子型
ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤが得られた。また、直線状の凹凸を
数百オングストローム程度の間隔とすると、その凹凸の
上に成長されるＧａＩｎＮＡｓは量子細線を形成した。
【０１１７】本実施形態においても、実施形態１で変形
例１，２として示したものに相当する変形が可能である
ことは言うまでもない。また、領域Ａだけを単体の半導
体レーザ素子として取り出すことも可能であることは言
うまでもない。 （実施の形態５）本発明の実施形態５として、ＧａＩｎ
ＮＡｓを利得性回折格子に有する利得結合分布帰還型半
導体レーザ（ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤ）の作製方法について
図１４を参照しながら示す。
【０１１８】本実施形態では、結晶成長にＧａ，Ａｌ，
Ｉｎ，Ａｓ源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧａ），
トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ），トリメチルイン
ジウム（ＴＭＩｎ），アルシン（ＡｓＨ3）を、Ｎ原料
としてジメチルヒドラジン（ＤＭｅＨｙ）を用いた有機
金属気相成長（ＭＯ−ＣＶＤ）法を使用した。また、成
長温度を５５０℃とした。
【０１１９】以下に、製造手順を追いながら素子構造に
ついても詳しく説明する。
【０１２０】まず、低抵抗ｎ型ＧａＡｓ（１００）基板
１１の上に、１回目の結晶成長により次に示す各層を積
層した。
【０１２１】 下クラッド層１３ ：ｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ，層厚１．０μｍ 下ガイド層１４ｃ ：ノンドープＧａＡｓ，層厚０．２μｍ 次に、二光束干渉露光とウエットエッチングによって、
ガイド層１４ｃの表面にピッチ０．２３３μｍ，深さ
０．１μｍの、頂部に平坦部をもつＶ溝状の回折格子２
０を印刻した（図１４（ａ））。このＶ溝内部における
斜面には、｛１１１｝Ａ面が露出するように回折格子の
印刻方向を選んだ。なお、回折格子のピッチは、ブラッ
グ波長が１．５５μｍとなるように設定した。
【０１２２】この回折格子２０の上に、図１４（ｂ）に
示すように次の各層を積層した。
【０１２３】 緩衝層２７ ：ノンドープＧａＡｓ，層厚０．０２μｍ 井戸層１４ａ ：ノンドープＧａ0.9Ｉｎ0.1ＮyＡｓ1-y，層厚８ｎｍ 上ガイド層１４ｃ’：ノンドープＧａＡｓ，層厚０．１５μｍ（平坦部で計 測） 上クラッド層１５ ：ｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ，層厚１．０μｍ キャップ層２８ ：ｐ型ＧａＡｓ，層厚０．２μｍ 緩衝層２７と井戸層１４ａは、回折格子２０の凹凸形状
をほぼ保つように成長していた。それらよりも層厚の厚
い上ガイド層１４ｃ’は、上クラッド層１５との界面で
は凹凸形状をほぽ平坦化していた。
【０１２４】この積層構造を、回折格子２０に直交する
ように基板１１まで達するような幅２μｍのメサ形状に
エッチングし、エッチングした部分をｐ型Ａｌ0.3Ｇａ
0.7Ａｓ，ｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ，ｐ型Ａｌ0.3Ｇａ
0.7Ａｓで埋め込んで電流狭窄層１２ａ，ｂ，ｃを形成
した。最後にｐ+型コンタクト層１６を０．５μｍ成長
し、ｐ型／ｎ型それぞれの電極１７，１８を蒸着により
形成し、劈開により共振器長３００μｍの半導体レーザ
素子を完成した。（図１４（ｃ）） 作製した半導体レーザ素子に、上下の電極１７，１８を
通して電流を流すと、閾値電流１０ｍＡにて、波長１．
５５μｍでレーザ発振した。周期的な利得性回折格子に
よって発せられるレーザ光は、安定した単一波長での発
振であり、ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤとして良好な単一縦モー
ド特性を示した。また、従来のような高温での長時間の
熱処理を必要としていない為、従来の方法で作製した同
様の構造の半導体レーザ素子と比べて、閾値電流の上昇
などの特性に劣化はみられなかった。
【０１２５】以下、本実施形態における半導体レーザの
特徴と動作原理について説明する。
【０１２６】レーザ素子の長て方向の断面の主要部を図
１５に示す。エッチングによって作製された回折格子の
溝の斜面には｛１１１｝Ａ面が現われており、平坦な頂
部には（１００）面が現われている。斜面上に成長した
ＧａＩｎＮＡｓ混晶３５には窒素が多く取り込まれてお
り、Ｎ組成はｙ＝０．０３５、波長１．５５μｍ相当の
量子井戸を形成していた。一方、平坦な頂部に成長した
ＧａＩｎＮＡｓ混晶３６には窒素が少なく、Ｎ組成はｙ
＝０．０２４、波長１．３０μｍ相当の量子井戸を形成
していた。つまり、波長１．５５μｍの利得領域と波長
１．３０μｍの利得領域とが交互に周期的に存在する。
なお、ＧａＩｎＮＡｓ層の窒素組成の分布に対応して格
子定数にも分布が生じ、波長１．５５μｍの利得領域に
おいては基板と格子整合するのに対し、波長１．３０μ
ｍの利得領域においては＋０．２％程度の引っ張り歪み
を含む。格子定数に分布が生じるものの、わずかな窒素
組成の分布で大きな禁制帯幅分布を生じるＧａＩｎＮＡ
ｓ量子井戸では、大きな禁制帯幅分布を生じる構成とし
ても結晶欠陥が誘発されることはない。
【０１２７】活性層には波長１．５５μｍの利得領域と
波長１．３０μｍの利得領域とが存在するが、活性層に
注入されたキャリアは、より禁制帯幅の狭い波長１．５
５μｍの領域に集中する。また、波長１．５５μｍの領
域の方が屈折率がより高いので、共振器内の定在波の腹
の位置に一致させるのが望ましく、ブラッグ波長が１．
５５μｍとなるように回折格子のピッチが選ばれてい
る。回折格子により分布帰還を受ける波長１．５５μｍ
の誘導放出光は、活性層に周期的に存在する波長１．５
５μｍの利得領域によって増幅され、レーザ発振に至
る。
【０１２８】なお、回折格子の上に形成するＧａＩｎＮ
Ａｓ利得領域の幅（図１５にｗとして示す）を数百Å以
下にまで細くすると、ＧａＩｎＮＡｓ活性層を量子細線
として機能させることも可能であった。
【０１２９】なお、本実施形態においては回折格子の溝
の側面にＡ面が現われるような方向で回折格子を印刻し
たが、｛ｎ１１｝Ｂ面が現われる方向の場合には本実施
形態の場合とは逆に、平坦部の上のＧａＩｎＮＡｓ層の
禁制帯幅が斜面部の上のＧａＩｎＮＡｓ層の禁制帯幅よ
りも狭くなる構成で同様のＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤが実現さ
れることは言うまでもない。また、利得性回折格子の溝
の形状は、図１２（ｂ）に示すように底面に平坦部をも
つものであってもよい点は、前述の実施形態の場合と同
様である。また、図１２（ｃ）のように回折格子の頂部
と底部の両方に（１００）面からなる平坦な領域をもた
せた場合、回折格子の本来のピッチの１／２のピッチで
吸収が変調された回折格子を得ることができる点も同様
である。他にも、回折格子の形状、ピッチなど、種々の
変形が可能である。
【０１３０】なお、本実施形態では単体のレーザ素子に
ついてのみ説明したが、実施形態１〜４に示したものと
類似の構成にて光導波路や受光素子を集積することが可
能である。 （実施の形態６）本発明の実施形態６として、ＧａＩｎ
ＰＮを井戸層とするＭＱＷを活性層に有する半導体レー
ザ素子と光導波路素子とを集積する方法について示す。
実施形態１〜５においては、ＭＱＷ活性層あるいはコア
層における井戸層が、Ｖ族元素としてＡｓとＮを含む化
合物半導体であったのに対し、本実施形態ではＶ族元素
としてＰ（燐）とＮを含む化合物半導体を用いている点
で異なる。
【０１３１】本実施形態で作製した素子は各層の材料及
び層厚を下記のものに置き換えた点を除いて、図１及び
図２を用いて説明した実施形態１に示したものと同じ構
成とした。
【０１３２】 下クラッド層１３ ：ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.52Ｉｎ0.48Ｐ，層厚１μｍ 活性層１４ ：三重量子井戸 井戸層１４ａ ：ノンドープＧａ0.48Ｉｎ0.52Ｐ1-yＮy， 層厚８ｎｍ 障壁層１４ｂ ：ノンドープ（Ａｌ0.4Ｇａ0.6）0.52Ｉｎ0.48Ｐ， 層厚１０ｎｍ ガイド層１４ｃ：ノンドープ（Ａｌ0.4Ｇａ0.6）0.52Ｉｎ0.48Ｐ， 層厚３０ｎｍ 上クラッド層１５ ：ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.52Ｉｎ0.48Ｐ，層厚１μｍ コンタクト層１６ ：ｐ+型ＧａＡｓ，層厚０．５μｍ また、用いた基板、結晶成長の方法も同様である。本実
施形態においても、図１及び図２を参照しながら、以下
に詳しく説明する。
【０１３３】図１（ａ）のように加工されたＧａＡｓ
（１００）基板の最表面には、主面である（１００）面
の他に、溝部の長て方向の側面には｛３１１｝Ａ面が露
出している。この基板の上にＶ族元素としてＰとＮとを
含む材料を結晶成長すると、主面である（１００）面上
に結晶成長した部分よりも｛３１１｝Ａ面上に結晶成長
した部分の方がわずかにＮ組成が大きくなる。図２にお
いて量子井戸３１における井戸層であるＧａＩｎＰＮ結
晶はＡ面上に作製されていることからＮ組成がｙ＝０．
０２と大きく、ＭＱＷの禁制帯幅は１．５３ｅＶ（波長
８１０ｎｍ相当）となっていた。一方で量子井戸３３に
おいては（１００）面上に形成されていることからＮ組
成が小さくｙ＝０．０１３であり、禁制帯幅は１．６４
ｅＶ（７５５ｎｍ相当）であった。なお、組成の分布に
対応して格子定数にも分布が生じるが、ＧａＩｎＰＮ層
は臨界膜厚以下であることから結晶欠陥が誘発されるこ
とはない。図２（ａ）における量子井戸３１を半導体レ
ーザの活性層として利用した場合、図２（ｂ）において
は量子井戸３３が光導波路のコア層となる為に半導体レ
ーザから発せられる光は光導波路部で吸収を受けること
なく、伝搬することができる。
【０１３４】この様にして作製した集積素子の半導体レ
ーザ部分に、上下の電極１７，１８を通して電流を流す
と、電流狭窄層１２によって狭窄された電流は活性層の
うちのＶ字型部分に注入され、閾値電流１０ｍＡ、波長
８１０ｎｍ帯でレーザ発振した。従来のような高温での
長時間の熱処理を必要としていない為、同様の構造の単
体の半導体レーザ素子と比べて、閾値電流の上昇などの
特性に劣化はみられなかった。このように、（１００）
面上に導波路のコア層を、Ａ方向傾斜面上に半導体レー
ザの活性層を形成した結果、導波路は半導体レーザから
発せられる光に対して透明になり、余分な光吸収や散乱
を受けることなく導波路領域を伝搬し、導波路部の半導
体レーザが無い側の端面から効率良くレーザ光を取り出
すことができた。発光素子の発光層と光導波路部の光ガ
イド層とが連続した同一層として同時に結晶成長されて
いるので、各層の位置ずれ又は継ぎ目が全くなく、光の
過剰損失，散乱は非常に小さかった。
【０１３５】本実施形態においても、実施形態１で変形
例１，２として示したものに相当する変形が可能である
ことは言うまでもない。 （実施の形態７）本発明の実施形態７として、ＧａＡｓ
ＳｂＮを井戸層とするＭＱＷを活性層に有する半導体レ
ーザ素子と光導波路素子とを集積する方法について示
す。実施形態１〜５，６においては、活性層あるいはコ
ア層における井戸層が、Ｖ族元素としてＮの他にＡｓあ
るいはＰを含む化合物半導体であったのに対し、本実施
形態ではＶ族元素として更にＳｂを含む化合物半導体を
用いている点で異なる。
【０１３６】本実施形態で作製した素子は、井戸層１４
ａの材料をノンドープＧａＡｓＳｂＮに置き換えた点を
除いて、図１及び図２を用いて説明した実施形態１に示
したものと同じ構成とした。また、用いた基板、結晶成
長の方法も同様である。井戸層であるＧａＡｓＳｂＮの
組成は、ＧａＡｓ0.9(1-y)Ｓｂ0.1(1-y)Ｎyとした。本
実施形態においても、図１及び図２を参照しながら、以
下に詳しく説明する。
【０１３７】図１（ａ）のように加工されたＧａＡｓ
（１００）基板の最表面には、主面である（１００）面
の他に、溝部の長て方向の側面には｛３１１｝Ａ面が露
出している。この基板の上にＶ族元素としてＡｓ，Ｓｂ
とＮとを含む材料を結晶成長すると、主面である（１０
０）面上に結晶成長した部分よりも｛３１１｝Ａ面上に
結晶成長した部分の方がわずかにＮ組成が大きくなる。
図２において量子井戸３１における井戸層であるＧａＡ
ｓＳｂＮ結晶はＡ面上に作製されていることからＮ組成
がｙ＝０．０３と大きく、ＭＱＷの禁制帯幅は波長１．
５５μｍ相当となっていた。一方で量子井戸３３におい
ては（１００）面上に形成されていることからＮ組成が
小さくｙ＝０．０１９であり、禁制帯幅は１．３１μｍ
相当であった。なお、組成の分布に対応して格子定数に
も分布が生じるが、ＧａＡｓＳｂＮ層にかかる歪はＮ組
成がｙ＝０．０３の領域において＋０．２％程度、Ｎ組
成がｙ＝０．０１９の領域において＋０．４％程度に過
ぎず、いずれも臨界膜厚以下であることから結晶欠陥が
誘発されることはない。図２（ａ）における量子井戸３
１を波長１．５５μｍでレーザ発振する半導体レーザの
活性層として利用した場合、図２（ｂ）においては量子
井戸３３が光導波路のコア層となるために半導体レーザ
から発せられる光は光導波路部で吸収を受けることなく
伝搬することができる。
【０１３８】この様にして作製した集積素子の半導体レ
ーザ部分に、上下の電極１７，１８を通して電流を流す
と、電流狭窄層１２によって狭窄された電流は活性層の
うちのＶ字型部分に注入され、閾値電流１０ｍＡ、波長
１．５５μｍでレーザ発振した。従来のような高温での
長時間の熱処理を必要としていない為、同様の構造の単
体の半導体レーザ素子と比べて、閾値電流の上昇などの
特性に劣化はみられなかった。このように、（１００）
面上に導波路のコア層を、Ａ方向傾斜面上に半導体レー
ザの活性層を形成した結果、導波路は半導体レーザから
発せられる光に対して透明になり、余分な光吸収や散乱
を受けることなく導波路領域を伝搬し、導波路部の半導
体レーザが無い側の端面から効率良くレーザ光を取り出
すことができた。発光素子の発光層と光導波路部の光ガ
イド層とが連続した同一層として同時に結晶成長されて
いるので、各層の位置ずれ又は継ぎ目が全くなく、光の
過剰損失，散乱は非常に小さかった。
【０１３９】本実施形態においても、実施形態１で変形
例１，２として示したものに相当する変形が可能である
ことは言うまでもない。
【０１４０】実施形態６，７で示した結晶成長及び素子
構造の上での特徴は、実施形態１において図４を参照し
ながら説明したＶ族元素としてＡｓとＮを含む化合物半
導体材料の場合と同様に、Ｖ族元素としてＰとＮを含む
化合物半導体材料の場合、Ｖ族元素としてＡｓ，Ｓｂと
Ｎを含む化合物半導体を井戸層に用いた場合にも同様で
あることを示している。また、実施形態６，７では半導
体レーザと光導波路素子とを集積する場合についてのみ
示したが、ＰとＮとを含む化合物あるいはＡｓとＳｂと
Ｎとを含む化合物によって、他の実施形態で示したもの
と同様の端面窓構造レーザ，吸収性回折格子，利得性回
折格子に適用することが可能であることは言うまでもな
い。
【０１４１】なお、これまでに示した実施形態１〜４、
６，７では、（１００）面上に構成された導波路構造
と、Ａ面上またはＢ面上に構成された導波路構造とが接
続されたものについて実例を示して説明した。ところ
で、発光素子，受光素子，導波路素子が全てＡ面上に構
成され、傾斜角度の大きいＡ面上に発光素子または受光
素子を、傾斜角度の小さいＡ面上に導波路素子を配置し
ても同様の効果が得られることは図４を参照すれば容易
にわかる。（１００）面は、傾斜角度０°のＡ面とみな
すことができるわけである。
【０１４２】また同様に、発光素子，受光素子，導波路
素子が全てＢ面上に構成され、傾斜角度の小さいＢ面上
に発光素子または受光素子を、傾斜角度の大きいＢ面上
に導波路素子を配置しても同様の効果が得られることは
容易にわかる。（１００）面は、傾斜角度０°のＢ面と
みなすことができるわけである。これらのことは、端面
窓構造のレーザ、ＧＣ−ＤＦＢ−ＬＤの場合についても
同様のことが言える。
【０１４３】なお、本願では、（ｈｋｌ）面及びそれと
結晶学的に等価な面を｛ｈｋｌ｝面と表記している。各
実施形態において、結晶面として（１００）面等と具体
的に示した面方位については、実施形態に記述した特定
の結晶面に限定されるものではなく、結晶学的に等価な
任意の｛１００｝面等において同様の効果があることは
言うまでもない。
【０１４４】なお、実施形態１〜４，６，７において、
光導波路素子として単純な一本の受動導波路の構造だけ
を示したが、分岐，結合器，変調，フィルター，スポッ
トサイズ変換などの機能を有する導波路でも構成するこ
とが可能である。また、半導体レーザにスポットサイズ
変換機能をもたせた導波路を集積したものを単体で取り
出すことも可能である。このように、一つの半導体基板
の上に、複数の発光素子と、複数の導波路素子と、複数
の受光素子とを本発明の方法で集積化することが容易に
可能となる。また、それらを駆動，制御するための電子
回路も集積化することも可能である。
【０１４５】なお、基板に設けた凹凸形状、ＭＱＷ構
造、発振波長、導波路構造、結晶成長方法について、各
実施形態毎に特定の組み合わせについて説明したが、本
発明は、それらの特定の組み合わせに限定されるもので
はない。特にＭＱＷの井戸層について、実施形態１〜５
ではＶ族元素としてＡｓとＮとを有する化合物、実施形
態６ではＰとＮとを有する化合物、実施形態７ではＡｓ
とＳｂとＮとを有する化合物について説明したが、Ｎと
他のＶ族元素が両方共に含まれている化合物であれば、
上記の組み合わせ及び特定の組成に限定されるものでは
ない。また、基板については上記の実施形態では全てＧ
ａＡｓ基板の場合を具体的に示したが、ＧａＰやＧａＡ
ｓＰやＧａＩｎＡｓなどの他のＩＩＩ−Ｖ族基板、Ｚｎ
ＳｅやＺｎＳなどのＩＩ−ＶＩ族基板、ＳｉやＧｅやＳ
ｉＣなどのＩＶ族基板、サファイアなどの絶縁物基板や
酸化物基板などを用いることも可能である。特にＳｉ基
板やＧａＰ基板においては、それらに概ね格子整合する
ＧａＮＡｓやＡｌＧａＡｓＮを活性層に用いることが可
能である。レーザ、導波路の横モードを安定かさせるガ
イド構造に関しても、適宜公知の構造を適用することも
できる。
【０１４６】また、これまでの記述の中で「上」と記し
たものは基板から離れる方向にあることを示しており、
「下」と記したものは基板側の方向にあること示してい
る。また、基板の導電型を上記実施形態に示したものと
反転させ、全ての導電型を逆にしてもよい。
【０１４７】本発明の構造を作製する為の結晶成長の方
法に対しては、種々の公知技術を適用することが可能で
ある。また、各層のドーパントとなる不純物の種類、ス
トライプ状の導波路の構造や作製方法、回折格子の構造
や作製方法に関しても、様々な公知の技術を用いること
が可能である。また、各層の結晶性を良好なものとする
ために例えば基板と下クラッド層との間等に適宜バッフ
ァ層（緩衝層）を用いることも可能である。
【０１４８】また、レーザ素子の光出射端面の処理方
法、コーティング材料とその形成方法に関して上記実施
形態では特定のもに関してしか言及していないが、様々
な公知の技術を適用してレーザ素子の構成を変形させる
ことは容易に可能である。
【０１４９】また、半導体レーザ部としてファブリペロ
ー型の場合とＤＦＢ型の場合とを示したが、これらは半
導体光集積素子の使用目的により適宜任意のものを適用
することができる。さらに、本発明の半導体レーザは上
下から電流を注入して端面からレーザ光が出射するもの
のみならず、面発光レーザ，横注入型のレーザ，光増幅
器等にも適宜適用可能である。
【０１５０】
【発明の効果】請求項１に記述された本発明の半導体光
集積素子あるいは半導体レーザ素子の製造方法によれ
ば、一回の結晶成長で禁制帯幅の異なる領域を作製する
ことができ、様々な半導体光集積素子を高温による熱処
理や複雑な加工プロセスを伴わなずに同時に作製でき
る。
【０１５１】請求項２に記述された本発明の半導体素子
の製造方法によれば、下地の結晶面により異なる窒素混
晶比の程度はをより拡大され、請求項１の効果を最も好
適に得ることが出来る。
【０１５２】請求項３に記述された本発明の半導体素子
の製造方法によれば、請求項１から２の作用・効果をよ
り好適に実現できる。
【０１５３】請求項４に記述された本発明の半導体素子
の製造方法によれば、請求項１から３の作用・効果をよ
り好適に実現できる。
【０１５４】請求項５に記述された本発明の半導体素子
の製造方法によれば、請求項１から４の作用・効果をよ
り好適に実現できる。
【０１５５】請求項６に記述された本発明の半導体光集
積素子の製造方法によれば、一回の結晶成長で禁制帯幅
の異なる領域を作製することができ、発光素子，受光素
子，光導波路素子が集積された半導体光集積素子を高温
による熱処理や複雑な加工プロセスを伴わなずに同時に
作製できる。
【０１５６】請求項７，８に記述された本発明の半導体
光集積素子の製造方法によれば、請求項６の作用・効果
をより好適に実現でき、一回の結晶成長で禁制帯幅の異
なる領域を作製することができ、様々な半導体光集積素
子を高温による熱処理や複雑な加工プロセスを伴わなず
に同時に作製できる。
【０１５７】請求項９，１０に記述された本発明の半導
体光集積素子の製造方法によれば、一回の結晶成長で禁
制帯幅の異なる領域を作製することができ、様々な半導
体光集積素子を高温による熱処理や複雑な加工プロセス
を伴わなずに同時に作製できる効果が得られる。さら
に、発光素子，受光素子，光導波路部のコア層が連続し
ており、各層の位置ずれ又は継ぎ目が全くなく、光の過
剰損失の小さな半導体光集積素子を作製できる。
【０１５８】請求項１１に記述された本発明の半導体レ
ーザ素子の製造方法によれば、一回の結晶成長で端面と
中央部とで禁制帯幅の異なる領域を作製することがで
き、端面窓構造が集積された半導体光集積素子を高温に
よる熱処理や複雑な加工プロセスを伴わなずに同時に作
製できる効果が得られる。
【０１５９】請求項１２，１３に記述された本発明の半
導体レーザ素子の製造方法によれば、請求項１１の作用
・効果をより好適に実現でき、一回の結晶成長で端面と
中央部とで禁制帯幅の異なる領域を作製することがで
き、端面窓構造が集積された半導体光集積素子を高温に
よる熱処理や複雑な加工プロセスを伴わなずに同時に作
製できる。
【０１６０】請求項１４に記述された本発明の半導体レ
ーザ素子の製造方法によれば、一回の結晶成長で禁制帯
幅の異なる領域を周期的に作製することができ、吸収の
周期構造を有する半導体光集積素子が高温による熱処理
や複雑な加工プロセスを伴わなずに得られる。
【０１６１】請求項１５に記述された本発明の半導体レ
ーザ素子の製造方法によれば、一回の結晶成長で禁制帯
幅の異なる領域を周期的に作製することができ、利得の
周期構造を有する半導体光集積素子が高温による熱処理
や複雑な加工プロセスを伴わなずに得られる。
【０１６２】請求項１６に記述された本発明の半導体光
集積素子の製造方法によれば、発光素子，受光素子，光
導波路素子を一括して製造するのに好ましい製造方法が
得られる。
【０１６３】請求項１７に記述された本発明の半導体光
集積素子によれば、発光素子、受光素子、光導波路を一
括して製造するのに好ましい構成となる。
【０１６４】請求項１８，１９に記述された本発明の半
導体光集積素子によれば、請求項３の作用・効果をより
好適に実現でき、一回の結晶成長で禁制帯幅の異なる領
域を作製することができ、半導体光集積素子を高温によ
る熱処理や複雑な加工プロセスを伴わなずに同時に作製
できる構造となる。
【０１６５】請求項２０に記述された本発明の半導体レ
ーザ素子によれば、一回の結晶成長で端面と中央部とで
禁制帯幅の異なる領域を作製することができ、端面窓構
造が集積された半導体光集積素子を高温による熱処理や
複雑な加工プロセスを伴わなずに同時に作製できる構成
が得られる。
【０１６６】請求項２１，２２に記述された本発明の半
導体レーザ素子によれば、請求項２０の作用・効果をよ
り好適に実現できる。
【０１６７】請求項２３に記述された本発明の半導体レ
ーザ素子によれば、一回の結晶成長で禁制帯幅の異なる
領域を周期的に作製することができ、吸収の周期構造を
有する半導体光集積素子が高温による熱処理や複雑な加
工プロセスを伴わなずに作製可能な構成が実現される効
果がある。
【０１６８】請求項２４に記述された本発明の半導体レ
ーザ素子によれば、一回の結晶成長で禁制帯幅の異なる
領域を周期的に作製することができ、利得の周期構造を
有する半導体光集積素子が高温による熱処理や複雑な加
工プロセスを伴わなずに作製可能な構成が実現される効
果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１における半導体光集積素子
の製造工程を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態１における半導体光集積素子
の長て方向から見た断面図である。（ａ）は、図１
（ｂ）におけるａ−ａ’間の断面を示す。（ｂ）は、図
１（ｂ）におけるｂ−ｂ’間の断面を示す。（ｃ）は
（ａ），（ｂ）においてＸで示された部分を拡大して示
す。
【図３】本発明の実施形態１におけるＧａＩｎＮＡｓ層
の結晶成長のタイミングチャートを示す図である。
【図４】ＧａＩｎＮＡｓ層のＮ混晶比の、基板オフ角度
依存性を示す図である。
【図５】ＧａＩｎＮＡｓ層の禁制帯幅の、Ｎ混晶比及び
Ｉｎ混晶比依存性を示す図である。Ａは、Ｉｎ混晶比
（ｘ）をｘ＝０．０８に固定した時の、ＧａＩｎＮＡｓ
の禁制帯幅のＮ混晶比（ｙ）依存性を示す。Ｂは、Ｎ混
晶比（ｙ）をｙ＝０．０２５に固定した時の、ＧａＩｎ
ＮＡｓの禁制帯幅のＩｎ混晶比（ｘ）依存性を示す。
【図６】本発明の実施形態１における第一の変形例を示
す斜視図である。
【図７】本発明の実施形態１における第二の変形例を示
す斜視図である。
【図８】本発明の実施形態２における半導体光集積素子
の製造工程を示す図である。（ａ）は、基板の斜視図で
ある。（ｂ）は、（ａ）の領域Ａに積層する層構造を示
す為の、長て方向から見た断面図である。（ｃ）は、
（ａ）の領域Ｂに積層する層構造を示す為の、長て方向
から見た断面図である。
【図９】本発明の実施形態３における半導体光集積素子
の製造工程を示す図である。（ａ）は、基板の斜視図で
ある。（ｂ）は、（ａ）の領域Ａに積層する層構造を示
す為の、長て方向から見た断面図である。（ｃ）は、
（ａ）の領域Ｂに積層する層構造を示す為の、長て方向
から見た断面図である。
【図１０】本発明の実施形態４における半導体光集積素
子の製造工程の前半を示す図である。（ａ）は、基板の
斜視図である。（ｂ）は、（ａ）の領域Ａに積層する層
構造を示す為の、長て方向から見た断面図である。
（ｃ）は、（ａ）の領域Ｂに積層する層構造を示す為
の、長て方向から見た断面図である。
【図１１】本発明の実施形態４における半導体光集積素
子の製造工程の後半を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態４における半導体光集積素
子の、回折格子の構成例を示す図である。
【図１３】従来の半導体光集積素子の製造方法及び素子
構造を示す図である。（ａ），（ｂ）は製造工程を示す
断面図、（ｃ）は素子構造を示す斜視図である。
（ａ），（ｂ）は、（ｃ）におけるａ−ａ’間の断面に
対応する。
【図１４】本発明の実施形態５における半導体光集積素
子の製造工程を示す図である。
【図１５】本発明の実施形態５における半導体光集積素
子の主要部の構成を示す図である。
【符号の説明】
１１ 基板 １２、１２a、１２b、１２c 電流狭窄層 １３ 下クラッド層 １４ 活性層，コア層 １４ａ 井戸層 １４ｂ 障壁層 １４ｃ ガイド層、下ガイド層、上ガイド層 １５ 上クラッド層 １６ コンタクト層 １７ ｎ型電極 １８ ｐ型電極 １９ 光導波層 ２０ 回折格子 ２１ 幅の狭い溝部 ２２ 幅の広い溝部 ２３ 幅の狭いメサ部 ２４ 幅の広いメサ部 ２５ 分離溝 ２６ ストライプ状導波路 ２７ 緩衝層 ２８ キャップ層 ３１ Ａ面上に作製された量子井戸 ３２ Ｂ面上に作製された量子井戸 ３３ （１００）面上に作製された量子井戸 ３４ 回折格子の上に成長された、窒素と窒素以外のＶ
族元素とを共に組成として含む化合物半導体層 ３５ 回折格子溝の斜面上に成長された、窒素と窒素以
外のＶ族元素とを共に組成として含む化合物半導体層 ３６ 回折格子溝の平坦面上に成長された、窒素と窒素
以外のＶ族元素とを共に組成として含む化合物半導体層 ４１ 誘電体膜 ４２ ＭＱＷ無秩序化層 ４３ 埋め込み層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 31/0232 Ｈ０１Ｌ 27/14 Ｄ // Ｈ０１Ｌ 21/203 Ｚ 31/02 Ｄ Ｆターム(参考） 4M118 AA10 AB10 BA02 CA01 FC03 FC17 GA10 5F045 AA04 AB10 AB17 AB18 AC01 AC08 AC12 AD10 AF04 AF12 AF13 CA09 CA12 CA13 DA55 DA63 DQ08 EE19 HA14 5F073 AA20 AA26 AA45 AA64 AA73 AA74 AA86 AB04 AB13 AB25 CA07 CA17 DA05 DA06 EA02 5F088 AA03 AB07 BA15 CB04 EA09 GA05 LA01 LA09 5F103 AA04 BB06 BB59 DD03 DD05 DD08 DD30 HH03 LL03 LL04 LL17 PP06 RR01

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 凹部及び／又は凸部を形成して複数の異
    なる結晶面を露出させた半導体基板上に、窒素と窒素以
    外のＶ族元素とを共に組成として含む化合物半導体層を
    結晶成長させる工程を含んでなることを特徴とする半導
    体素子の製造方法。
  2. 【請求項２】 窒素と窒素以外のＶ族元素とを共に組成
    として含む化合物半導体層は、窒素原料と、窒素以外の
    Ｖ族元素原料とを交互に供給することによって成長され
    る工程を含んでなることを特徴とする請求項１に記載の
    半導体素子の製造方法。
  3. 【請求項３】 基板表面の結晶面の違いによって、窒素
    と窒素以外のＶ族元素との組成比を制御して、窒素と窒
    素以外のＶ族元素とを共に組成として含む化合物半導体
    層を形成する工程を含んでなることを特徴とする請求項
    １又は２に記載の半導体素子の製造方法。
  4. 【請求項４】 前記窒素と窒素以外のＶ族元素とを共に
    組成として含む化合物半導体層は、量子井戸構造におけ
    る井戸層をなすことを特徴とする請求項1乃至３のいず
    れかに記載の半導体素子の製造方法。
  5. 【請求項５】 前記窒素以外のＶ族元素は、砒素、リ
    ン、アンチモンから少なくとも1種類選択されてなるこ
    とを特徴とする請求項1乃至４のいずれかに記載の半導
    体素子の製造方法。
  6. 【請求項６】 請求項1乃至５に記載の半導体素子の製
    造方法のいずれかを用い、 凹部及び／又は凸部を形成して複数の異なる結晶面を露
    出させた半導体基板上に、窒素と窒素以外のＶ族元素と
    を共に組成として含む化合物半導体層を少なくとも1層
    有するコア層と、少なくとも1層からなる上部クラッド
    層とを順次結晶成長させる工程とを含んでなることを特
    徴とする半導体光集積素子の製造方法。
  7. 【請求項７】 前記複数の異なる結晶面は、（100）面
    からＡ方向（［011］方向）に０〜55°の範囲で傾斜し
    た面、あるいはそれと結晶学的に等価な面から選択さ
    れ、傾斜角度のより小さい面上に光導波路素子を、傾斜
    角度のより大きい面上に発光素子及び／又は受光素子を
    形成してなることを特徴とする請求項６に記載の半導体
    光集積素子の製造方法。
  8. 【請求項８】 前記複数の異なる結晶面は、（100）面
    からＢ方向（［0-11］方向）に０〜55°の範囲で傾斜し
    た面、あるいはそれと結晶学的に等価な面から選択さ
    れ、傾斜角度のより大きい面上に光導波路素子を、傾斜
    角度のより小さい面上に発光素子及び／又は受光素子を
    形成してなることを特徴とする請求項６に記載の半導体
    光集積素子の製造方法。
  9. 【請求項９】 ｛100｝面を主面とする半導体基板上
    に、（100）面からＡ方向（［011］方向）に０〜55°の
    範囲で傾斜した面、あるいはそれと結晶学的に等価な面
    からなる側面を有し、深さはほぼ同一で幅が異なる連続
    した少なくとも1組の溝又はメサを形成する工程と、 前記溝又はメサの上方に、少なくとも1層からなる下部
    クラッド層と、窒素と窒素以外のＶ族元素とを共に組成
    として含む化合物半導体層を少なくとも1層有するコア
    層と、少なくとも1層からなる上部クラッド層とを順次
    結晶成長させて導波路構造を形成する工程と、 幅のより狭い溝又はメサの上方に形成された導波路構造
    を元に発光素子及び／又は受光素子を形成する工程と、 幅のより広い溝又はメサの上方に形成された導波路構造
    を元に光導波路素子を形成する工程と、を含んでなるこ
    とを特徴とする請求項６に記載の半導体光集積素子の製
    造方法。
  10. 【請求項10】 ｛100｝面を主面とする半導体基板上
    に、（100）面からＢ方向（［0-11］方向）に０〜55°
    の範囲で傾斜した面、あるいはそれと結晶学的に等価な
    面からなる側面を有し、深さはほぼ同一で幅が異なる連
    続した少なくとも1組の溝又はメサを形成する工程と、 前記溝又はメサの上方に、少なくとも1層からなる下部
    クラッド層と、窒素と窒素以外のＶ族元素とを共に組成
    として含む化合物半導体層を少なくとも1層有するコア
    層と、少なくとも1層からなる上部クラッド層とを順次
    結晶成長させて導波路構造を形成する工程と、 幅のより広い溝又はメサの上方に形成された導波路構造
    を元に発光素子及び／又は受光素子を形成する工程と、 幅のより狭い溝又はメサの上方に形成された導波路構造
    を元に発光素子及び／又は受光素子を形成する工程と、 を含んでなることを特徴とする請求項６に記載の半導体
    光集積素子の製造方法。
  11. 【請求項11】 請求項1乃至５に記載の半導体素子の製
    造方法のいずれかを用い、 共振器方向の端面部と中央部とで、異なる複数の結晶面
    を露出させた凹部及び／又は凸部を有する半導体基板上
    に、少なくとも1層からなる下部クラッド層と、窒素と
    窒素以外のＶ族元素とを共に組成として含む化合物半導
    体層を少なくとも1層有する活性層と、少なくとも1層か
    らなる上部クラッド層とを順次結晶成長させることを特
    徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
  12. 【請求項12】 前記異なる複数の結晶面は、少なくとも
    （100）面からＡ方向（［011］方向）に０〜55°の範囲
    で傾斜した面、あるいはそれと結晶学的に等価な面から
    成り、端面部の傾斜角度がより小さく、中央部の傾斜角
    度がより大きく形成されてなることを特徴とする請求項
    11に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
  13. 【請求項13】 前記異なる複数の結晶面は、少なくとも
    （100）面からＢ方向（［0-11］方向）に０〜55°の範
    囲で傾斜した面、あるいはそれと結晶学的に等価な面か
    ら成り、端面部の傾斜角度がより大きく、中央部の傾斜
    角度がより小さく形成されてなることを特徴とする請求
    項11に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
  14. 【請求項14】 請求項1乃至５に記載の半導体素子の製
    造方法のいずれかを用い、 活性層の近傍に周期的な凹凸からなる回折格子を形成
    し、該回折格子上方に、該回折格子の凹凸形状を反映す
    ると共に、窒素と窒素以外のV族元素とを共に組成とし
    て含む化合物半導体層を少なくとも1層積層して、吸収
    性回折格子を作製する工程を含んでなることを特徴とす
    る半導体レーザ素子の製造方法。
  15. 【請求項15】 請求項1乃至５に記載の半導体素子の製
    造方法のいずれかを用い、 周期的な凹凸からなる回折格子を形成し、該回折格子上
    方に、該回折格子の凹凸形状を反映すると共に、窒素と
    窒素以外のV族元素とを共に組成として含む化合物半導
    体層を少なくとも1層積層して、利得性回折格子を作製
    する工程を含んでなることを特徴とする半導体レーザ素
    子の製造方法。
  16. 【請求項16】 請求項11乃至15のいずれかによって製造
    された半導体レーザ素子を半導体レーザ素子部として、
    半導体光集積素子の他の部分と同時に製造してなること
    を特徴とする半導体光集積素子の製造方法。
  17. 【請求項17】 請求項1乃至５のいずれかに記載の方法
    を用いて製造された半導体素子は、発光素子及び／又は
    受光素子と、光導波路素子とを少なくとも含み、これら
    を同一基板上に集積形成した半導体光集積素子であり、 前記発光素子及び／又は受光素子のコア層と、前記光導
    波路素子のコア層とは、いずれも、窒素と窒素以外のV
    族元素とを共に組成として含む化合物半導体層を含んで
    なり、この、窒素と窒素以外のV族元素とを共に組成と
    して含む化合物半導体層における窒素組成比は、光導波
    路素子よりも、発光素子及び／又は受光素子の方が大き
    くてなることを特徴とする半導体光集積素子。
  18. 【請求項18】 前記発光素子及び／又は受光素子と、光
    導波路素子とは、（100）面からＡ方向（［011］方向）
    に０〜55°の範囲で傾斜した面、あるいはそれと結晶学
    的に等価な面を持つ基板の上に形成され、傾斜角度のよ
    り大きい面上に発光素子及び／又は受光素子が形成さ
    れ、傾斜角度のより小さい面に光導波路素子が形成され
    てなることを特徴とする請求項17に記載の半導体光集積
    素子。
  19. 【請求項19】 前記発光素子及び／又は受光素子と、光
    導波路素子とは、（100）面からＢ方向（［0-11］方
    向）に０〜55°の範囲で傾斜した面、あるいはそれと結
    晶学的に等価な面を持つ基板の上に形成され、傾斜角度
    のより小さい面上に発光素子及び／又は受光素子が形成
    され、傾斜角度のより大きい面に光導波路素子が形成さ
    れてなることを特徴とする請求項17に記載の半導体光集
    積素子。
  20. 【請求項20】 請求項1乃至５のいずれかに記載の方法
    を用いて製造された半導体素子は、半導体レーザ素子で
    あり、 その活性層が、窒素と窒素以外のV族元素とを共に組成
    として含む化合物半導体層を有し、その共振器方向の端
    面部よりも中央部の方が、窒素組成比が大きいことを特
    徴とする半導体レーザ素子。
  21. 【請求項21】 （100）面からＡ方向（［011］方向）に
    ０〜55°の範囲で傾斜した面、あるいはそれと結晶学的
    に等価な面を持つ基板の上に形成され、傾斜角度のより
    大きい面上に中央部が、傾斜角度のより小さい面上に端
    面部が形成されてなることを特徴とする請求項20に記載
    の半導体レーザ素子。
  22. 【請求項22】 （100）面からＢ方向（［0-11］方向）
    に０〜55°の範囲で傾斜した面、あるいはそれと結晶学
    的に等価な面を持つ基板の上に形成され、傾斜角度のよ
    り小さい面上に中央部が、傾斜角度のより大きい面上に
    端面部が形成されてなることを特徴とする請求項21に記
    載の半導体レーザ素子。
  23. 【請求項23】 請求項1乃至５のいずれかに記載の方法
    を用いて製造された半導体素子は、半導体レーザ素子で
    あり、 活性層の近傍に設けられた周期的な凹凸からなる回折格
    子の上に、該凹凸形状を反映した、窒素と窒素以外のV
    族元素とを共に組成として含む化合物半導体層が設けら
    れてなり、回折格子の周期的な凹凸に応じて化合物半導
    体層の窒素組成が周期変動しており、窒素組成のより大
    きな領域にて活性層からの光を吸収することによって、
    吸収の周期変調を生ぜしめてなる吸収性回折格子を備え
    てなることを特徴とする半導体レーザ素子。
  24. 【請求項24】 請求項1乃至５のいずれかに記載の方法
    を用いて製造された半導体素子は、半導体レーザ素子で
    あり、 周期的な凹凸からなる回折格子の上に、凹凸形状を反映
    した、窒素と窒素以外のV族元素とを共に組成として含
    む化合物半導体層が設けられてなり、回折格子の周期的
    な凹凸に応じてその窒素組成が周期変動することによっ
    て活性層の利得の周期変調を生ぜしめてなることを特徴
    とする半導体レーザ素子。
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