JPH04100291A - 半導体装置の製造方法および、光半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法および、光半導体装置の製造方法

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JPH04100291A JP21862190A JP21862190A JPH04100291A JP H04100291 A JPH04100291 A JP H04100291A JP 21862190 A JP21862190 A JP 21862190A JP 21862190 A JP21862190 A JP 21862190A JP H04100291 A JPH04100291 A JP H04100291A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 光半導体装置の製造方法に係り、特にモノリシック型外
部変調器付半導体レーザの製造方法に関製造が容易で歩
留りが高く、かつ波長制御性を向上させる製造方法の提
供を目的とし 半導体基板の所定の領域を覆う第１のマスクを形成した
後該半導体基板をエツチングし１表面が該所定の領域よ
り低い第１の領域を形成する工程と、該所定の領域を第
２の領域とし、該第１の領域に第２のマスクを形成して
該第２の領域に接続する帯状の第１の領域を露出した後
、該帯状の第１の領域と該第２の領域に同時にエピタキ
シャル成長を行い、該帯状の第１の領域に第１のエピタ
キシャル層、該第２の領域に第２のエピタキシャル層を
形成する工程とを有し、該第１のエピタキシャル層の厚
さは該第２のエピタキシャル層の厚さより大きく、該第
２のエピタキシャル層の高さは該第１のエピタキシャル
層の一部の高さと実質的に等しく形成する光半導体装置
の製造方法により構成する。
また、前記第１のエピタキシャル層は第１の量子井戸構
造を含み、前記第２のエピタキシャル層は第２の量子井
戸構造を含み、該第１の量子井戸構造をレーザの発光部
のコアとし、該第２の量子井戸構造を光変調部のコアと
する光半導体装置の製造方法により構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は光半導体装置の製造方法に係り、特にモノリシ
ック型外部変調器付半導体レーザの製造方法に関する。
将来の超高速伝送の光通信用素子として、波長チャーピ
ングの少ないレーザ素子が要求されている。従来からか
かる要求に応える素子として、外部変調器付分布帰還型
レーザが提案されている。
〔従来の技術〕
第５図は従来の外部変調器付分布帰還型レーザを説明す
るための断面図で、　ｌａ、　ｌｂは半導体基板。
６ａはレーザ領域の多重量子井戸構造、　６ｂは変調器
領域の多重量子井戸構造＋　７ａ、　７ｂは導波層、１
０はクラッド層、８は回折格子、１１はコンタクト層。
１５は保護膜、１６はＰ電極、１７はｎ電極、１９はエ
ツチングストップ層を表す。
レーザ領域の多重量子井戸構造６ａと変調器領域の多重
量子井戸構造６ｂの形成は次のようにする。
まず、レーザ領域の多重量子井戸構造６ａの積層を、Ｍ
ＯＶＰＥ法またはＭＢＥ法で全面に成長する。その構成
は１例えば次の如くである。
ＩｎＧａＡｓＰ（波長１−３　μｍ）　８０人　５層Ｉ
ｎＧａＡｓ　　　　　　　　　　８０人　４層次に、変
調器領域に形成されているこの積層をエツチングにより
除去し、レーザ領域をマスクして変調器領域に多重量子
井戸構造６ｂをＭＯＶＰＥ法またはＭＢＥ法で成長する
。その構成は９例えば次の如くである。
ＩｎＧａＡｓＰ（波長１．３　ｕｍ）　８０人　５層Ｉ
ｒ１ｌ；ａＡｓ　　　　　　　　　６０人　４層変調器
領域の多重量子井戸構造６ｂの繰り返し周期の距離はレ
ーザ領域の多重量子井戸構造６ａのそれより短い。
第４図は多重量子井戸構造のエネルギー準位を示す図で
、（ａ）はレーザ領域、（ｂ）は変調器領域である。
変調器領域の多重量子井戸構造６ｂの量子準位間のエネ
ルギーギャップＥ□はレーザ領域の多重量子井戸構造６
ａのエネルギーギャップＥｇＩより大きくなっている。
そして、変調器領域に電圧を印加した時、変調器領域の
多重量子井戸構造６ｂのエネルギーギャップがレーザ領
域の多重量子井戸構造６ａのそれと等しくなるように調
節される。
ところが、レーザ領域の多重量子井戸構造６ａと変調器
領域の多重量子井戸構造６ｂは独立に形成するので、波
長を合わせるために、また光結合を良くするためには、
製造過程で厳密な制御が必要となり１歩留りが落ちると
いう問題がある。また成長回数が複数回になるため歩留
りがさらに落ちスルーブツトが低いといった問題があっ
た。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明は、レーザ領域の量子井戸構造６ａと変調器領域
の量子井戸構造６ｂを同時にエピタキシャル成長するこ
とにより成長回数を減らし、かつ波長の制御性を向上さ
せる歩留りのよい製造方法を提供することを目的とする
。
〔課題を解決するための手段〕
第１図（ａ）〜（ｃ）は本発明の詳細な説明するための
図で、１は半導体基板、　ｌａは第１の領域、　ｌｂは
第２の領域、２は第１のマスク、３は第２のマスク、　
４ａ、　５ａ、　６ａ、　７ａは第１のエピタキシャル
層で６ａは第１の量子井戸構造、　４ｂ、　５ｂ、　６
ｂ、　７ｂは第２のエピタキシャル層で６ｂは第２の量
子井戸構造を表す。
上記課題は、半導体基板１の所定の領域１ｂを覆う第１
のマスク２を形成した後該半導体基板１をエツチングし
１表面が該所定の領域ｉｂより低い第１の領域１ａを形
成する工程と、該所定の領域１ｂを第２の領域とし、該
第１の領域１ａに第２のマスク３を形成して該第２の領
域１ｂに接続する帯状の第１の領域１ｃを露出した後、
該帯状の第１の領域１ｃと該第２の領域１ｂに同時にエ
ピタキシャル成長を行い、該帯状の第１の領域１ｃに第
１のエピタキシャル層４ａ＋　５ａ＋　６ａ＋　７ａ＋
該第２の領域１ｂに第２のエピタキシャル層４ｂ、　５
ｂ、　６ｂ、　７ｂを形成する工程とを有し、該第１の
エピタキシャル層４ａ＋　５ａ＋　６ａ。
７ａの厚さは該第２のエピタキシャル層４ｂ、　５ｂ、
　６ｂ。
７ｂの厚さより大きく、該第２のエピタキシャル層４ｂ
、　５ｂ、　６ｂ、　７ｂの高さは該第１のエピタキシ
ャル層４ａ、　５ａ、　６ａ、　７ａの一部の高さと実
質的に等しく形成する光半導体装置の製造方法によって
解決される。
また、半導体基板１の第１の領域１ａに該第１の領域１
ａを帯状に露出するマスク３を形成し、該マスク３をマ
スクにして該第１の領域１ａ及びそれに連続する第２の
領域１ｂをエツチングし、該第１の領域１ａに底面がエ
ツチングされた第２の領域１ｂの表面より低い溝１ｄを
形成し、つづいて該溝１ｄ及び該第２の領域１ｂに同時
にエピタキシャル成長を行い、該溝１ｄに第１のエピタ
キシャル層４ａ、　５ａ、　６ａ。
７ａ、該第２の領域１ｂに第２のエピタキシャル層４ｂ
。
５ｂ、　６ｂ、　７ｂを形成する工程を有し、該第１の
エピタキシャル層４ａ、　５ａ、　６ａ、　７ａの厚さ
は該第２のエピタキシャル層４ｂ、　５ｂ、　６ｂ、　
７ｂの厚さより太き（。
該第２のエピタキシャル層４ｂ、　５ｂ、　６ｂ、　７
ｂの高さは該第１のエピタキシャル層４ａ、　５ａ＋　
６ａ、　７ａの一部の高さと実質的に等しく形成する光
半導体装置の製造方法によって解決される。
また、前記第１のエピタキシャル層４ａ、　５ａ、　６
ａ。
７ａはダブルヘテロ構造で第１の量子井戸構造６ａを含
み、前記第２のエピタキシャル層４ｂ、　５ｂ、　６ｂ
。
７ｂはダブルヘテロ構造で第２の量子井戸構造６ｂを含
み、該第１の量子井戸構造６ａの厚さは該第２の量子井
戸構造６ｂの厚さより大きく、該第２の量子井戸構造６
ｂの高さは該第１の量子井戸構造６ａの一部の高さと等
しく、該第１の量子井戸構造６ａをレーザの発光部のコ
アとし、該第２の量子井戸構造６ｂを光変調部のコアと
する光半導体装置の製造方法によって解決される。
〔作用］ 選択マスクを用いた選択成長によれば、成長速度が非常
に変化する。また９選択マスクを用いれば、エツチング
速度も非常に変化する。
帯状の第１の領域１ｃでの成長速度は、その幅及び選択
マスク３の覆う面積を変えることにより制御することが
できる。従って、この成長速度の違いを利用して、第１
の量子井戸構造６ａと第２の量子井戸構造６ｂの厚さの
割合を変えることができる。
これにより、第１の量子井戸構造６ａの量子準位間のエ
ネルギーギャップと第２の量子井戸構造６ｂの量子準位
間のエネルギーギャップの比を制御することが容易であ
る。
しかも、初めに第１の領域１ａの表面の高さを第２の領
域１ｂの表面より低く形成しであるため、帯状の第１の
領域１ｃと第２の領域１ｂへ同時にエピタキシャル成長
することにより、第１の量子井戸構造６ａと第２の量子
井戸構造６ｂの高さを揃えるように調節することができ
る。このようにすれば、第１の量子井戸構造６ａと第２
の量子井戸構造６ｂの光結合性がよくなる。
初めに第１の領域１ａと第２の領域１ｂに段差を形成す
るため２選択マスク３を用いることもできる。
帯状の第１の領域１ｃを露出するマスクを用いてエツチ
ングすると、マスクの影響で帯状の第１の領域１ｃがマ
スクの影響がない第２の領域１ｂに比べてエツチング速
度が大きくなり、第１の領域１ａと第２の領域１ｂに段
差が形成されるのである。
さらに、第１の量子井戸構造６ａと第２の量子井戸構造
６ｂは一回の成長で得られるから、工程が簡単で歩留り
がよ（、スルーブツトが向上する。
第１の量子井戸構造６ａをレーザの発光部のコアとし、
第２の量子井戸構造６ｂを光変調部のこコアとすれば、
良好な外部変調器付半導体レーザが得られる。
〔実施例〕
第２図（ａ）〜（ｍ）は ための図であり、以下。
ら説明する。
実施例の工程を説明する これらの図を参照しなが 第２図（ａ）参照 半導体基板１として、ｎ・−ＩｎＰ基板を用いる。
第１のマスク２を第２の領域１ｂに形成する。第１のマ
スク２は５ｉＯｚをスパッタして形成し、ｎ゛−ＩｎＰ
基板１との密着性は低い。第２の領域ｉｂは変調器を形
成する領域である。
第１のマスク２をマスクにしてｎ”−１ｎＰ基板１をＢ
ｒメタノール　でエツチングする。エツチングはマスク
の下まで回り込み、スムースな段差が形成され２表面が
第２の領域１ｂの表面より低い第１の領域１ａが形成さ
れる。段差は約０．１　μｍである。第１の領域１ａは
レーザを形成する領域である。
第２図（ｂ）参照 第１の領域１ａに第２のマスク３を形成する。
第２のマスク３は熱ＣＶＤ法によりＳｉＯ□を堆積し１
選択成長マスクとしてエツチング成形する。
露出する帯状の第１の領域１ｃの幅は３０μｍであり、
その両側の第２のマスク３の幅は１００μｍである。
第２図（ｃ）参照 ＭＯＣＶＤ法により、成長温度５９０°Ｃで、帯状の第
１の領域１ｃと第２の領域１ｂに同時に連続的にエピタ
キシャル成長を行う。第２図（ｃ）は成長後のＡ−Ａ断
面図を示す。
０．１　　μｍ （４ａ）　４ｂ　　バッファ層　　ｎ”−ＩｎＰ（５ａ
）　５ｂ　　導波層　Ｓｉドープｎ−１ｎＧａＡｓＰ（
発光波長１．３μｍ）　　２００人 （６ａ）　６ｂ　　多重量子井戸構造 （発光波長１．３μｍ） アンドープＩｎＧａＡｓＰ　　６０人　６層アンドープ
ＩｎＧａＡｓ　　６０人　５層（７ａ）　７ｂ　　導波
層　Ｚｎドープｐ−１ｎＧａＡｓＰ（発光波長１．３μ
ｍ）　　０．１４μｍ６ａは第１の多重量子井戸構造、
　６ｂは第２の多重量子井戸構造であり、　４ａ〜７ａ
は帯状の第１の領域１ｃへの成長、　４ｂ〜７ｂは第２
の領域１ｂへの成長であり、さらに、上に示した厚さは
第２の領域ｌｂ上のものである。帯状の第１の領域１ｃ
上での厚さは。
上に示した値の約１．３倍となる。
第１の多重量子井戸構造６ａと第２の多重量子井戸構造
６ｂの中心はほぼ同じ高さとなる。
第２図（ｄ）参照 第２のマスク３を剥離し、導波層７ａにピッチ２４００
人の１次回折格子８を形成する。
第２図（ｅ）参照 第２の領域１ｂに第３のマスク９を形成する。
第３のマスク９は熱ＣＶＤ法により５ｉＯｚを堆積し１
選択成長マスクとしてエツチング成形する。
露出する帯状の第２の領域の幅は３０μｍであり、その
両側の第２のマスク３の幅は１００μｍである。第２図
（ｅ）はその状態の斜視図である。
第２図（ｆ）参照 全面に厚さ１．０μｍのＺｎドープｐ−ＩｎＰクラッド
層１０を成長し２次いで、厚さ０．２μｍのＺｎドープ
ｐ”−１ｎＧａＡｓＰ（発光波長１．３μｍ）のキャッ
プ層１１を成長する。ただし、この厚さは第１の領域ｌ
ａ上の厚さで、第２の領域ｌｂ上での厚さはこの値の約
１゜３倍となる。
第２図（ｇ）参照 この図は上面図である。上面に第１の領域（レーザ領域
）と第２の領域（変調器領域）の間に幅３００　μｍの
窓をもつ５ｉＯｚの第４のマスク１２を形成する。
第２図（ｈ）参照 第４のマスク１２をマスクにしてキャップ層１１をを選
択エツチングによって除去する。
第２図（ｉ）参照 この図は上面図である。上面に第１の領域（レーザ領域
）と第２の領域（変調器領域）にまたがり、第１のエピ
タキシャル層及び第１のエピタキシャル層の上に２幅３
０μｍの幅のストライブ状のＳｉＯ□の第５のマスク１
３を形成する。
第２図（Ｄ参照 この図はＢ−Ｂ断面図である。第５のマスク１３をマス
クにして、ｎ′″−１ｎＰ基板１までメサエッチングを
行う。
第２図（ｋ）参照 メサエッチングした場所にＭＯＶＰＥ法により高抵抗の
ＦｅドープＩｎＰ　１４を埋込み成長する。
第２図（１）参照 埋込み層１４の上にＳｉｎ、の保護膜１５をつけ、レー
ザ領域と変調器領域にコンタクトホールを形成し。
Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕのｐ電極１６を形成する。また、裏面
にはＡｕＧｅ／八Ｕのｎへ極１７を形成する。
第２図（ｗ＋）参照 この図はＡ−Ａ断面図である。へき開によって端面を形
成し、その端面に無反射コート膜１８を形成する。
このようにして、モノリシック型外部変調器付分布帰還
型レーザが作製できた。
第３図（ａ）、　（ｂ）は他の実施例の工程を説明する
ための図である。
この例は第１の領域１ａと第２の領域１ｂに段差を形成
するのに前述の第２のマスク３を使用するものである。
第３図（ａ）参照 半導体基板１にマスク３を形成する。マスク３は熱ＣＶ
Ｄ法によりＳｉＯ□を堆積し９選択成長マスクとしてエ
ツチング成形する。露出する帯状の第１の領域１ｃの幅
は３０μｍであり、その両側の第２のマスク３の幅は１
００μｍである。
第３図（ｂ）参照 マスク３をマスクにして帯状の第１の領域１ｃと第２の
領域１ｂをエツチングする。
帯状の第１の領域１ｃでは第２の領域１ｂよりエツチン
グ速度が大きく、エツチングされた第２の領域１ｂの表
面より深くエツチングされ、溝１ｄが形成される。
それ以降の工程は、前述の実施例の第２図（ｃ）〜（ａ
＋）の工程と同様である。
この実施例では第１の領域１ａと第２の領域１ｂに段差
を形成するマスクと、第１の領域１ａと第２の領域１ｂ
にエピタキシャル成長を行うマスクを共用できるから工
数削減のメリットがある。
なお、基板としてＧａＡｓ基板を用いることができるの
は勿論である。本発明者の実験結果によれば、ＧａＡｓ
基板に同じ＜ＧａＡｓを成長する場合、　５ｉＯｚ選択
成長マスクの幅を５００μｍ、マスク間の間隔を１０μ
ｍとし、ＴＥＧとＡｓＨ，の供給比を１：４０．成長温
度を６９０″Ｃとすれば。
幅１０μｍのストライブ領域での成長速度は３選択成長
マスクの影響が全くない領域での成長速度のほぼ１０倍
である。
〔発明の効果〕
以上説明したように２本発明によれば、モノリシック型
外部変調器付分布帰還型レーザを歩留りよく製造するこ
とができる。初めに半導体基板に段差を設け２段差の両
側に作るレーザ発光部と光変調部に同時にエピタキシャ
ル成長を行うことにより、レーザ発光部と光変調部の光
結合をよくすることができる。
本発明は今後の超高速伝送の光通信用素子の発展に寄与
するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
第１図（ａ）〜（ｃ）は本発明の詳細な説明するための
図。 第２図（ａ）〜（ｍ）は実施例の工程を説明するための
図。 第３図（ａ）、　（ｂ）は他の実施例の工程を説明する
ための図。 第４図は多重量子井戸構造のエネルギー準位を示す図。 第５図は従来の外部変調器付分布帰還型レーザを説明す
るための断面図 である。 図において。 １は半導体基板であってｎ　”　−ＩｎＰｌａは第１の
領域であってレーザ領域。 １ｂは第２の領域であって変調器領域。 １ｃは帯状の第１の領域。 １ｄは溝。 ２は第１のマスクであってＳｉＯ□ ３はマスクであり第２のマスクであってＳｔＯ□。 ４ａ＋　４ｂはバッファ層であってｎ−１ｎＰ。 ５ａ、　５ｂは導波層であってｎ　−１ｎＧａＡｓＰ　
。 ６ａは第１の量子井戸構造であり第１の多重量子井戸構
造であってアンドープＭＱＷ。 ６ｂは第２の量子井戸構造であり第２の多重量子井戸構
造であってアンドープＭＱＷ。 ７ａ、　７ｂは導波層であってｐ−ＩｎＧａＡｓＰ。 ８は回折格子。 ９は第３のマスクであってＳｆＯ□。 １０はクラッド層であってｐ−ＩｎＰ。 １１はキー？　ツブ層であってｐ　”　−ＩｎＧａＡｓ
Ｐ＋１２は第４のマスクであって５ｉｆｔ。 １３は第５のマスクであってＳｉＯ□。 １４は埋込み層であってＦｅドープＩｎＰ。 １５は保護膜であって５ｉＯｚ。 １６はｐ電極であってＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ。 １７はｎ電極であってＡｕＧｅ／Ａｕ。 １８は無反射コート膜。 本発明の原理￥説明するたのの図 第　１　図 ｙ２．５ｉＯｚ 大諦枦１の工程文説明フ゛るための間 第２図（℃の１） 笑施伊ｊの工程Ｒ旋用するための同 第′２図（での３〕 尖沸夕ｊの」呈亥綻明すづたυつの図 第２凹（での２） （ｊ） （ｋ） 芙＃ｊの工程宮沈明するたＯの囚 第２図（での４） （ｄ） イ也の実施タリの工程営悦明ｆるたのの口伝導帯 伏導苧

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 〔１〕半導体基板（１）の所定の領域（１ｂ）を覆う第
    １のマスク（２）を形成した後該半導体基板（１）をエ
    ッチングし、表面が該所定の領域（１ｂ）より低い第１
    の領域（１ａ）を形成する工程と、 該所定の領域（１ｂ）を第２の領域（１ｂ）とし、該第
    １の領域（１ａ）に第２のマスク（３）を形成して該第
    ２の領域（１ｂ）に接続する帯状の第１の領域（１ｃ）
    を露出した後、該帯状の第１の領域（１ｃ）と該第２の
    領域（１ｂ）に同時にエピタキシャル成長を行い、該帯
    状の第１の領域（１ｃ）に第１のエピタキシャル層（４
    ａ、５ａ、６ａ、７ａ）、該第２の領域（１ｂ）に第２
    のエピタキシャル層（４ｂ、５ｂ、６ｂ、７ｂ）を形成
    する工程とを有し、 該第１のエピタキシャル層（４ａ、５ａ、６ａ、７ａ）
    の厚さは該第２のエピタキシャル層（４ｂ、５ｂ、６ｂ
    、７ｂ）の厚さより大きく、該第２のエピタキシャル層
    （４ｂ、５ｂ、６ｂ、７ｂ）の高さは該第１のエピタキ
    シャル層（４ａ、５ａ、６ａ、７ａ）の一部の高さと実
    質的に等しく形成することを特徴とする光半導体装置の
    製造方法。 〔２〕半導体基板（１）の第１の領域（１ａ）に該第１
    の領域（１ａ）を帯状に露出するマスク（３）を形成し
    、該マスク（３）をマスクにして該第１の領域（１ａ）
    及びそれに連続する第２の領域（１ｂ）をエッチングし
    、該第１の領域（１ａ）に底面がエッチングされた第２
    の領域（１ｂ）の表面より低い溝（１ｄ）を形成し、つ
    づいて該溝（１ｄ）及び該第２の領域（１ｂ）に同時に
    エピタキシャル成長を行い、該溝（１ｄ）に第１のエピ
    タキシャル層（４ａ、５ａ、６ａ、７ａ）、該第２の領
    域（１ｂ）に第２のエピタキシャル層（４ｂ、５ｂ、６
    ｂ、７ｂ）を形成する工程を有し、 該第１のエピタキシャル層（４ａ、５ａ、６ａ、７ａ）
    の厚さは該第２のエピタキシャル層（４ｂ、５ｂ、６ｂ
    、７ｂ）の厚さより大きく、該第２のエピタキシャル層
    （４ｂ、５ｂ、６ｂ、７ｂ）の高さは該第１のエピタキ
    シャル層（４ａ、５ａ、６ａ、７ａ）の一部の高さと実
    質的に等しく形成することを特徴とする光半導体装置の
    製造方法。 〔３〕前記第１のエピタキシャル層（４ａ、５ａ、６ａ
    、７ａ）はダブルヘテロ構造で第１の量子井戸構造（６
    ａ）を含み、前記第２のエピタキシャル層（４ｂ、５ｂ
    、６ｂ、７ｂ）はダブルヘテロ構造で第２の量子井戸構
    造（６ｂ）を含み、該第１の量子井戸構造（６ａ）の厚
    さは該第２の量子井戸構造（６ｂ）の厚さより大きく、
    該第２の量子井戸構造（６ｂ）の高さは該第１の量子井
    戸構造（６ａ）の一部の高さと等しく、該第１の量子井
    戸構造（６ａ）をレーザの発光部のコアとし、該第２の
    量子井戸構造（６ｂ）を光変調部のコアとすることを特
    徴とする請求項１或いは請求項２記載の光半導体装置の
    製造方法。
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