JP4871241B2 - 光半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光半導体装置及びその製造方法に関し、特に、埋め込み型半導体レーザ及びその製造方法に関する。

急速に拡大するインターネットのスムーズな進展は、光ファイバによる通信の大容量化によって支えられている。光ファイバ通信網の適用範囲は、幹線系のみならず、アクセス系、加入者系へと広がってきており、特に、光ファイバを各加入者宅までつなぐファイバ・トゥ・ザ・ホーム（Ｆｉｂｅｒ−Ｔｏ−Ｔｈｅ−Ｈｏｍｅ、ＦＴＴＨ）において、高温動作にも耐え、安価な半導体レーザが求められている。光加入者系用半導体レーザにおいては、低消費電力化のために低発振しきい値電流化、低駆動電流化、低駆動電圧化が必須であり、一般に、埋め込みヘテロ型（Ｂｕｒｉｅｄ Ｈｅｔｅｒｏ型、ＢＨ型）構造が採用されている。特に、漏れ電流（無効電流）を低減するため、ｐｎｐｎサイリスタ層を電流狭窄構造とし、発光部の両脇を埋め込んだＰｌａｎａｒ Ｂｕｒｉｅｄ Ｈｅｔｅｒｏ（ＰＢＨ）レーザが幅広く用いられている。

一例として、特許文献１及び非特許文献１に記載されている、従来のＩｎＰ基板上の埋め込み型半導体レーザの構造及び製造方法について、図面を参照して説明する。

図１０は、従来の半導体レーザの製造方法を説明するための図であり、図１１は、従来の半導体レーザの構図を示す斜視図である。

初めに、ｎ型ＩｎＰ基板２１上において、ＩｎＧａＡｓＰ等からなる活性層２２及びｐ型ＩｎＰクラッド層２３ａを順次エピタキシャル（ｅｐｉｔａｘｉａｌ）成長する（図１０（ａ））。次に、ｐ型ＩｎＰクラッド２３ａ上へＳｉＯ_２等からなる誘電体マスク２４をストライプ状に形成し、これをマスクとしてｐ型ＩｎＰクラッド層２３ａ、活性層２２及びｎ型ＩｎＰ基板２１をメサストライプ状にエッチングする（図１０（ｂ））。続いて、ｐ型ＩｎＰブロック層（埋め込み層）２５及びｎ型ＩｎＰブロック層２６からなる電流ブロック構造をメサストライプ脇へ埋め込み成長する（図１０（ｃ））。誘電体マスク２４を除去した後、ｐ型ＩｎＰオーバークラッド層２３ｂ及びｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層２７をエピタキシャル成長する（図１０（ｄ））。

この様にエピタキシャル結晶成長を行ったウエハ(図１０（ｄ）)に対し、ｐ側電極２８及びｎ側電極２９の電極形成プロセスを施すことによって、図１１の半導体レーザが得られる。

一般に、ｐ型ＩｎＰブロック層２５及びｐ型ＩｎＰオーバークラッド層２３ｂにおいては１×１０^１８ｃｍ^−３前後のＺｎがドーパント（アクセプタ）として用いられ、ｎ型ＩｎＰブロック層２６においては１×１０^１８ｃｍ^−３前後のＳｉがドーパント（ドナー）として用いられる。

なお、ヘテロ構造形成後の降温過程をＶ族原料となる水素含有化合物を含む雰囲気中で行うとともに、ｐ型コンタクト層成膜後の降温過程をＶ族原料となる水素含有化合物を含まない雰囲気中で行うことによって、クラッド層や活性層にＶ族欠陥が導入されることを防止しつつ水素の拡散によるクラッド層の抵抗上昇を防止する、半導体レーザ製造方法が特許文献２において開示されている。

特開２００７−１０３５８１号公報（図１） 特開２００２−２６４５８号公報 池上、土屋、三上、「半導体フォトニクス工学」、コロナ社、１９９５年１月１０日、ｐ．２０２−２０３

以下の分析は、本発明者によってなされたものである。

従来のＰＢＨレーザは、ＦＴＴＨの様に高温、高光出力動作が要求される用途で使用する場合に次のような問題がある。

すなわち、従来のＰＢＨレーザを高温、高光出力で連続動作させた場合には、発振しきい値電流の増加と外部微分量子効率の低下が生じ、動作電流が増加する。半導体レーザの寿命は動作電流の増加率によって決まるため、上記の動作条件においてはレーザ素子の寿命の低下を招く。テレコム用途で使用されてきたＩｎＧａＡｓＰ系半導体レーザは、室温（２０〜３０℃）付近に温度調節されて使用されるため、動作電流の増加を無視することができた。しかし、ＦＴＴＨ用途で使用される半導体レーザは、８５〜９５℃以上の高温かつ１０ｍＷ以上の高出力における連続駆動が要求される。この様な高温、高出力（バイアス）下においては、動作電流の増加による寿命の低下は深刻な問題となり得る。

そこで、埋め込み型半導体レーザにおいて、高温、高バイアス条件で駆動した場合に生じる発振しきい値電流の増加や外部微分量子効率の低下を防ぎ、信頼性を向上させることが課題となる。

本発明に係る光半導体装置は、ｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層からなる光導波路構造と、ｐ型ブロック層及びｎ型ブロック層からなる電流狭窄構造と、を備えた光半導体装置であって、前記ｐ型クラッド層に含まれる水素濃度が前記ｐ型ブロック層に含まれる水素濃度よりも高いことを特徴とする。

また、前記ｐ型クラッド層に含まれる水素濃度が前記ｐ型ブロック層に含まれる水素濃度の２倍以上であることが好ましい。

発明者らは、ＰＢＨレーザを高温、高出力条件で連続動作させた場合における、発振しきい値電流の増加と外部微分量子効率の低下が生じるメカニズムを解明した。以下において、図３のようなＰＢＨ型半導体レーザの断面構造を参照しつつ、このメカニズムについて説明する。

レーザ構造の結晶成長には有機金属気相成長法（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ、ＭＯＶＰＥ）が用いられる。ｐ型ＩｎＰ電流ブロック層１５とｐ型ＩｎＰクラッド層１３ｂの結晶成長時に、分解したＶ族原料ガスであるホスフィン（ＰＨ３）から発生する水素が取り込まれ、結晶成長後においても結晶中に残留する。ｐ型半導体層中の水素（Ｈ）は、アクセプタを補償し（水素パッシベーションと呼ばれる）、ｐ型半導体のキャリア濃度（アクセプタ濃度）を低下させることが知られている。また、ｐ型半導体中の水素はＨ^＋の状態で安定なため、高温、高バイアス（順バイアス）で通電すると、図３に示すような水素の移動が生じる。

１つめの水素の移動経路は、ｐ型ＩｎＰブロック層１５からｎ型ＩｎＰ基板１１への経路ａであり、２つめの経路は、ｐ型ＩｎＰクラッド層１３ｂからｐ型ＩｎＰブロック層１５への経路ｂである。

経路ａでの水素の移動が生じると、ｐ型ＩｎＰブロック層１５のアクセプタ補償（水素パッシベーション）が抑制され、ｐ型ＩｎＰブロック層１５のキャリア濃度は通電前よりも高くなる（低抵抗化する）。一方、経路ｂで水素の移動が生じると、ｐ型ＩｎＰブロック層１５のアクセプタ補償（水素パッシベーション）が促進されるため、ｐ型ＩｎＰブロック層１５のキャリア濃度は通電前よりも低くなる（高抵抗化する）。

ｐ型ＩｎＰブロック層１５のキャリア濃度が高い（低抵抗である）と、レーザ発振しきい値前の漏れ（リーク）電流が増加するため、発振しきい値電流が上昇する。逆に、ｐ型ＩｎＰブロック層１５のキャリア濃度が低い（高抵抗である）と、レーザ発振しきい値前の漏れ（リーク）電流が抑制されるため、発振しきい値電流が減少する。

したがって、通電前後でｐ型ＩｎＰブロック層１５に含まれる水素濃度の変化量が正
であるか負であるかによって、発振しきい値電流が増減する。すなわち、図３において示す水素（Ｈ^＋）の移動が、経路ａと経路ｂとのどちらが多いかによって、発振しきい値電流の増減が決まる。

ＰＢＨレーザでは、レーザ初期特性に悪影響の生じない範囲でｐ型ＩｎＰブロック層１５へのドーピング濃度を上げてｐｎｐｎサイリスタ構造の電流ブロック耐圧を高める。一方、ｐ型ＩｎＰクラッド層１３ｂへのドーピング濃度は過剰な抵抗上昇を生じさせない範囲で低く抑えることにより、光吸収損失を抑制し光出力を高めるのが一般的である。

その結果、ｐ型層のキャリア濃度は［ｐ型ＩｎＰブロック層１５］≧［ｐ型ＩｎＰクラッド層１３ｂ］となり、ｐ型キャリア（アクセプタ）を補償する水素（Ｈ^＋）の濃度も［ｐ型ＩｎＰブロック層１５］≧［ｐ型ＩｎＰクラッド層１３ｂ］となる。その結果、通電による水素［Ｈ^＋］の移動量は、経路ａによるものの方が経路ｂによるものよりも多くなるため、高温、高バイアス（高光出力）条件で通電すると、発振しきい値電流が上昇し、その上昇に伴って外部微分量子効率が低下する。

ＰＢＨレーザを高温、高バイアスで通電した場合に、発振しきい値電流が増加し、外部微分量子効率が低下するメカニズムは、以上の通りである。

本発明に係る光半導体装置によって、高温、高光出力駆動状態においても、しきい値電流の増加や外部微分量子効率の低下（動作電流の上昇）を防ぎ、高温、高出力動作条件における信頼性を向上させることができる。

その理由は次の通りである。すなわち、ｐｎ電流ブロック構造を有する埋め込み型半導体レーザを高温、高光出力駆動するために通電すると、ｐ型半導体層（ｐ型クラッド層１３ｂ、ｐ型ブロック層１５）中に残留する水素はｎ型基板１１の側へ移動する。図３の経路ａのようにｐ型ブロック層１５中の水素がｎ型クラッド層（ｎ型基板）１１側へ移動すると、残留水素によるアクセプタ補償（水素パッシベーション）が抑制され、ｐ型ブロック層１５のキャリア濃度が上昇する。一方、ｐ型クラッド層１３ｂ中の水素は、図３の経路ｂのようにｐ型ブロック層１５側へ移動するため、ｐ型ブロック層１５における水素によるアクセプタ補償（水素パッシベーション）が促進される。従って、上記経路ａとｂは、ｐ型ブロック層１５のキャリア濃度の変化に対して逆の効果を及ぼす。

本発明に係る光半導体装置において、ｐ型クラッド層１３ｂに含まれる水素濃度はｐ型ブロック層１５に含まれる水素濃度より高いため、図３のｂの経路による水素イオンの移動量が相対的に大きくなり、通電によるｐ型ブロック層１５のキャリア濃度の上昇を防ぐことができる。

特に、ｐ型クラッド層１３ｂの水素濃度をｐ型ブロック層１５の水素濃度の２倍以上とした場合には、通電によって発振しきい値電流を低減させる効果が顕著に表れ、光半導体装置の信頼性を一層向上させることができる。

以下、本発明の実施形態に係る光半導体装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明の趣旨に合致する限り、他の実施形態も本発明の範疇に属し得ることは言うまでもない。

図１は、本発明の実施形態に係る光半導体装置の製造方法を説明するための図であり、図２は、本発明の実施形態に係る光半導体装置の構造を示す斜視図である。

本発明の実施形態に係る光半導体装置は、少なくともｎ型クラッド層１１、活性層１２及びｐ型クラッド層１３ａ、１３ｂからなる光導波路構造と、ｐ型ブロック層１５及びｎ型ブロック層１６からなる電流狭窄構造と、を備えた光半導体装置であって、前記ｐ型クラッド層に含まれる水素濃度が前記ｐ型ブロック層に含まれる水素濃度よりも高い。

また、前記ｐ型クラッド層１３ａ、１３ｂに含まれる水素濃度が前記ｐ型ブロック層１５に含まれる水素濃度の２倍以上であることが好ましい。

さらに、前記ｎ型クラッド層１１及び前記ｎ型ブロック層１６がｎ型ＩｎＰであり、前記ｐ型クラッド層１３ａ、１３ｂ及び前記ｐ型ブロック層１５がｐ型ＩｎＰであってもよい。

本発明の実施形態に係る光半導体装置の製造方法は、ｎ型基板１１上へ活性層１２及び第１のｐ型クラッド層１３ａを含む第１の層構造を形成する工程と、第１のｐ型クラッド層１３ａ、活性層１２及びｎ型ＩｎＰ基板１１の一部をメサエッチングしてメサ構造を形成する工程と、前記メサ構造を、ｐ型ブロック層１５及びｎ型ブロック層１６を含む電流狭窄構造を有する第２の層構造を形成して埋め込む工程と、第１のｐ型クラッド層１３ａと前記電流狭窄構造の上へ第２のｐ型クラッド層１３ｂを含む第３の層構造を形成する工程と、を含む光半導体装置の製造方法において、第２のｐ型クラッド層１３ｂに含まれる水素濃度を、ｐ型ブロック層１５に含まれる水素濃度よりも高くすることを特徴とする。

また、上記製造方法において、ｎ型ＩｎＰ基板１１及びｎ型ブロック層１６がｎ型ＩｎＰであり、第１及び第２のｐ型クラッド層１３ａ、１３ｂ及びｐ型ブロック層１５がｐ型ＩｎＰであってもよい。

さらに、前記第１ないし第３の層構造が有機金属気相成長法によって形成されてもよい。

また、前記第２の層構造の有機金属気相成長終了後において、Ｖ族材料ガスの供給を停止する際の基板温度が、前記第３の層構造の有機金属気相成長終了後においてＶ族材料ガスの供給を停止する際の基板温度よりも高いことが好ましい。

さらに、前記第２の層構造の有機金属気相成長終了後からＶ族材料ガスの供給を停止するまでの間のＶ族材料ガス供給量が、前記第３の層構造の有機金属気相成長終了後からＶ族材料ガスの供給を停止するまでのＶ族材料ガス供給量よりも少ないことが好ましい。

図１を参照すると、ｎ型ＩｎＰ基板１１上へＩｎＧａＡｓＰ等から構成される活性層１２、ｐ型ＩｎＰクラッド層１３ａを順次エピタキシャル成長する（図１（ａ））。次に、ｐ型ＩｎＰクラッド１３ａ上にＳｉＯ_２等の誘電体マスク１４をストライプ状に形成し、これをマスクとしてｐ型ＩｎＰクラッド層１３ａ、活性層１２、ｎ型ＩｎＰ基板１１をメサストライプ状にエッチングする（図１（ｂ））。さらに、ｐ型ＩｎＰブロック層１５、ｎ型ＩｎＰブロック層１６からなる電流ブロック構造をメサストライプの脇へ埋め込み成長する（図１（ｃ））。誘電体マスク１４を除去した後、ｐ型ＩｎＰオーバークラッド層１３ｂ、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１７をエピタキシャル成長する（図１（ｄ））。

図２は、本発明の実施例に係る光半導体装置の構造を示す斜視図である。

光半導体装置は、図２を参照すると、上記の様にエピタキシャル成長を行ったウエハに対し、ｎ側電極１９及びｐ側電極１８を形成することによって得られる。この構造において、ｐ型ＩｎＰクラッド層１３ｂの水素濃度がｐ型ＩｎＰブロック層１５の水素濃度よりも高くなるように設定される（以下「構造Ａ」とする。）。

レーザ共振器長を３００マイクロメートルとし、前方端面、後方端面に各々３０％、９０％反射膜コーティングを施し、各種評価試験を実施した結果を以下に示す。また、ｐ型ＩｎＰクラッド層１３ｂの水素濃度をｐ型ＩｎＰブロック層１５の水素濃度とほぼ同等に設定した従来構造の素子（以下「構造Ｂ」とする。）も作製し、構造Ａとの比較を行った。

本発明の実施形態に係る光半導体装置の構造Ａと従来の光半導体装置の構造Ｂとの間で、電流−光出力特性や電流−電圧特性には有意な差は観測されなかった。信頼性評価を行うため、実駆動条件よりも厳しい１００℃、２００ｍＡという高温、高バイアス条件で、Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＡＣＣ）通電を行う加速劣化試験を実施した。構造Ａ及び構造Ｂを備えた素子のそれぞれ１００個ずつについて、１００℃、２００ｍＡの条件下で５０時間通電したときの、通電前後の発振しきい値電流の変化（ΔＩｔｈ）の分布を図１２に示す。図１２（ａ）は本発明の実施形態に係る構造Ａを備えた素子についてのΔＩｔｈ分布を示し、図１２（ｂ）は従来の構造Ｂを備えた素子についてのΔＩｔｈ分布を示す。構造Ｂを備えた素子においては、ΔＩｔｈの平均が＋２０％前後と大きい（発振しきい値電流が上昇している）。一方、本発明の構造Ａを備えた素子においては、ΔＩｔｈの平均が−０．５％と僅かながらもＩｔｈが低下（良化）していることが分かる。

さらに、長期信頼性を調べるため８５℃、光出力１５ｍＷという高温、高出力条件でのＡｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＡＰＣ）試験を実施した。ＡＰＣ試験は、光出力を一定に保つ様に駆動電流を自動調整する試験であり、駆動電流（Ｉｏｐ）の変化量（ΔＩｏｐ）を駆動時間に対してモニタする。

図１３は本発明の実施形態に係る構造Ａを備えた素子に対するＡＰＣ試験結果である。通電初期に若干Ｉｏｐが低下（良化）した後、ほとんど変化することなく安定化している。一方、図１４は従来の構造Ｂを備えた素子に対するＡＰＣ試験結果を示している。時間とともにＩｏｐが増加し、３５００時間経過後５〜１０％のＩｏｐ上昇が観測された。

これらの試験結果から８５℃、光出力１５ｍＷ条件での平均素子寿命を算出すると、構造Ａ（図１３）は３０万時間以上の高い信頼性が得られるのに対して、構造Ｂ（図１４）は３万時間以下であり、平均素子寿命において１桁以上の差があることが判明した。上述のＡＣＣ試験及びＡＰＣ試験の結果は、図３で説明したｐ型ＩｎＰ層における水素の移動モデルによって説明することができ、いずれも本発明の実施形態に係る光半導体装置の有効性を示している。

図１から図７までを参照して、本発明の第１の実施例に係る光半導体装置について説明する。

ｎ型ＩｎＰ基板１１上に、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰの歪多重量子井戸（歪ＭＱＷ）構造からなる活性層１２、ｐ型ＩｎＰクラッド層１３ａをＭＯＶＰＥによってエピタキシャル成長する（図１（ａ））。

次に、ｐ型ＩｎＰクラッド層１３ａ上にＳｉＯ_２等の誘電体マスク１４を幅１．５ｕｍのストライプ状に形成し、これをマスクとしてｐ型ＩｎＰクラッド層１３ａ、活性層１２、ｎ型ＩｎＰ基板１１をメサストライプ状にドライエッチングする（図１（ｂ））。

さらに、ｐ型ＩｎＰブロック層１５、ｎ型ＩｎＰブロック層１６からなる電流ブロック構造をメサストライプ脇へＭＯＶＰＥにより埋め込み成長する（図１（ｃ））。ｐ型ＩｎＰブロック層１５は膜厚１．０マイクロメートル、キャリア濃度ｐ＝１．０×１０^１８ｃｍ^−３、ｎ型ＩｎＰブロック層１６は膜厚１．０マイクロメートル、キャリア濃度ｎ＝１．０×１０^１８ｃｍ^−３とした。

誘電体マスク１４を除去した後、ｐ型ＩｎＰオーバークラッド層１３ｂ（膜厚２．５マイクロメートル、キャリア濃度ｐ＝１．０×１０^１８ｃｍ^−３）、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１７（膜厚０．３マイクロメートル、キャリア濃度ｐ＝８．０×１０^１８ｃｍ^−３）をエピタキシャル成長する（図１（ｄ））。

この様にエピタキシャル成長を行ったウエハにｐ型電極１８、ｎ側電極１９を形成し、図２に示す様な半導体レーザ構造を得る。

図１（ｄ）の構造を備えたウエハについて、２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）によってドーパント及び水素濃度の分析を行った。図４は、ｐ型ドーパントであるＺｎとｎ型ドーパントであるＳｉの原子濃度の深さ方向の分布である。ｐ型ＩｎＰブロック層１５、ｐ型ＩｎＰクラッド層１３ｂ及びｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１７においてＺｎ、ｎ型ＩｎＰブロック層１６においてＳｉが検出されており、ｐ型ＩｎＰブロック層１５、及びｐ型ＩｎＰクラッド層１３ｂのＺｎを除いて、設定キャリア濃度に一致している。ｐ型ＩｎＰブロック層１５及びｐ型ＩｎＰクラッド層１３ｂにおけるＺｎ原子濃度が１．３×１０^１８ｃｍ^−３となり、キャリア濃度のｐ＝１．０×１０^１８ｃｍ^−３より高くなっている理由は、水素の存在によってアクセプタが補償（水素パッシベーション）されているためであり、図５に示している様にＳＩＭＳ分析でキャリア濃度との差分に相当する３．０×１０^１７ｃｍ^−３の水素濃度が確認されている。

図５の水素濃度プロファイルは、ｐ型ＩｎＰブロック層１５とｐ型ＩｎＰクラッド層１３ｂを同じ条件で結晶成長した場合で、従来の構造（構造Ｂ）に相当する。

一方、図６は本発明の第１の実施例に係る光半導体装置における水素濃度プロファイルである。ｐ型ＩｎＰクラッド層１３ｂの水素濃度は４．５×１０^１７ｃｍ^−３であり、ｐ型ＩｎＰブロック層１５よりも高濃度となっている。

このように、ｐ型ＩｎＰクラッド層１３ｂの水素濃度をｐ型ＩｎＰブロック層１５の水素濃度より高くする方法について、図７を参照して説明する。

図７は、ＭＯＶＰＥによりｐ型ＩｎＰ層の結晶成長終了後の降温待機時のＶ族原料ガスであるホスフィン（ＰＨ３）の供給を停止する基板温度と、ｐ型ＩｎＰ層に残留する水素濃度との関係を調べたグラフである。供給するＰＨ３流量は１５０ｃｃｍに固定して実験を行った。基板温度が高い状態でＰＨ３の供給を停止すると、結晶中に取り込まれた水素が脱離する一方で、水素の供給源であるＰＨ３が無いため残留する水素濃度が低くなる。この関係に基づいて、ｐ型ＩｎＰブロック層１５の成長時は成長終了後降温待機時のＰＨ３供給停止温度を４５０℃とし、ｐ型ＩｎＰクラッド層１３ｂの場合は３５０℃以下とすることで、ｐ型ＩｎＰクラッド１３ｂの水素濃度をｐ型ＩｎＰブロック層１５の水素濃度より高くすることができる。

図８及び図９を参照して、本発明の第２の実施例に係る光半導体装置について説明する。

本実施例に係る光半導体装置においては、ｐ型ＩｎＰクラッド層１３ｂの水素濃度を更に高め、ｐ型ＩｎＰブロック層１５の水素濃度の２倍以上とする。

上述の第１の実施例における、成長終了後降温待機時のＰＨ３供給停止温度の低温化に加え、降温待機時のＰＨ３供給量を増加させる。これによって、ＰＨ３が分解して発生する水素濃度を高めることができ、ｐ型ＩｎＰ層中の残留水素濃度を向上させることができる。

図８は、降温待機ＰＨ３供給停止温度を３００℃に固定し、供給するＰＨ３流量と残留水素濃度との関係を調べた結果を示す。図８を参照すると、供給ＰＨ３流量を増加させるに従って、ｐ型ＩｎＰ層の水素濃度が向上する。ｐ型ＩｎＰブロック層１５の成長終了後ＰＨ３待機流量を１５０ｃｃｍとし、ｐ型ＩｎＰクラッド層１３ｂの成長終了後ＰＨ３待機流量を４００ｃｃｍとしてレーザ構造を作製し、ＳＩＭＳ分析により残留水素プロファイルを調べた結果を図９に示す。ｐ型ＩｎＰブロック層１５の水素濃度は実施例１と同じ３．０×１０^１７ｃｍ^−３である一方、ｐ型ＩｎＰクラッド層１３ｂの水素濃度は６．５×１０^１７ｃｍ^−３へと２倍以上にまで高くなっている事が分かった。

この様にして結晶成長したウエハに電極を形成し、図２に示す半導体レーザ構造を得る。レーザ共振器長を３００マイクロメートルとし、前方端面、後方端面に各々３０％、９０％反射膜コーティングを施し、１００℃、２００ｍＡ、５０時間のＡＣＣ試験と８５℃、１５ｍＷのＡＰＣ試験３５００時間を実施した。

図１２（ａ）はＡＣＣ試験前後の発振しきい値電流変化率（ΔＩｔｈ）、図１３はＡＰＣ試験で評価した駆動電流変化率（ΔＩｏｐ）の時間トレンドである。何れの結果も極めて良好であり、８５℃、１５ｍＷという高温、高出力条件においても２０万時間以上の推定平均寿命が得られた。

以上の実施例では、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系の埋め込み型半導体レーザについてのみ説明したが、この材料系に限定されるものではなく、ｐ型ブロック層構造とｐ型クラッド構造との間で水素の移動が生じる構造であればどのような材料、構造にも適用可能である。また半導体レーザに限定されるものではなく、半導体光増幅器、変調器集積型半導体レーザ等、埋め込み型光半導体装置全般に適用可能である。

また、以上の記載は実施例に基づいて行ったが、本発明は、上記実施例に限定されるものではない。

本発明の実施例に係る光半導体装置の製造方法を説明するための図。 本発明の実施例に係る光半導体装置の構造を示す斜視図。 本発明の実施例に係る光半導体装置の効果を説明するための図。 本発明の実施例に係る光半導体装置におけるドーパント濃度プロファイル。 従来の光半導体装置における水素濃度プロファイル。 本発明の第１の実施例に係る光半導体装置における水素濃度プロファイル。 本発明の第１の実施例に係る光半導体装置の結晶成長特性図。 本発明の第２の実施例に係る光半導体装置の結晶成長特性図。 本発明の第２の実施例に係る光半導体装置における水素濃度プロファイル。 従来の光半導体装置の製造方法を説明するための図。 従来の光半導体装置の構造を示す斜視図。 本発明の実施例に係る光半導体装置に対するＡＣＣ試験結果。 本発明の実施例に係る光半導体装置に対するＡＰＣ試験結果。 従来の光半導体装置に対するＡＰＣ試験結果。

符号の説明

１１、２１ ｎ型ＩｎＰ基板（ｎ型クラッド層）
１２、２２ 活性層
１３ａ、２３ａ ｐ型（ＩｎＰ）クラッド層
１３ｂ、２３ｂ ｐ型（ＩｎＰ）（オーバー）クラッド層
１４、２４ 誘電体マスク
１５、２５ ｐ型（ＩｎＰ）ブロック層
１６、２６ ｎ型（ＩｎＰ）ブロック層
１７、２７ ｐ型（ＩｎＧａＡｓ）コンタクト層
１８、２８ ｐ側電極
１９、２９ ｎ側電極

Claims (8)

1. 少なくともｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層からなる光導波路構造と、
   ｐ型ブロック層及びｎ型ブロック層からなる電流狭窄構造と、を備えた光半導体装置であって、
   前記ｐ型クラッド層に含まれる水素濃度が前記ｐ型ブロック層に含まれる水素濃度よりも高いことを特徴とする光半導体装置。
2. 前記ｐ型クラッド層に含まれる水素濃度が前記ｐ型ブロック層に含まれる水素濃度の２倍以上であることを特徴とする、請求項１に記載の光半導体装置。
3. 前記ｎ型クラッド層及び前記ｎ型ブロック層がｎ型ＩｎＰであり、
   前記ｐ型クラッド層及び前記ｐ型ブロック層がｐ型ＩｎＰであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の光半導体装置。
4. ｎ型基板上へ活性層及び第１のｐ型クラッド層を含む第１の層構造を形成する工程と、
   前記第１のｐ型クラッド層、前記活性層及び前記ｎ型基板の一部をメサエッチングしてメサ構造を形成する工程と、
   前記メサ構造を、ｐ型ブロック層及びｎ型ブロック層を含む電流狭窄構造を有する第２の層構造を形成して埋め込む工程と、
   前記第１のｐ型クラッド層と前記電流狭窄構造の上へ第２のｐ型クラッド層を含む第３の層構造を形成する工程と、を含む光半導体装置の製造方法において、
   前記第２のｐ型クラッド層に含まれる水素濃度を、前記ｐ型ブロック層に含まれる水素濃度よりも高くすることを特徴とする光半導体装置の製造方法。
5. 前記ｎ型基板及び前記ｎ型ブロック層がｎ型ＩｎＰであり、
   前記第１及び第２のｐ型クラッド層及び前記ｐ型ブロック層がｐ型ＩｎＰであることを特徴とする、請求項４に記載の光半導体装置の製造方法。
6. 前記第１ないし第３の層構造が有機金属気相成長法によって形成されることを特徴とする、請求項４又は５に記載の光半導体装置の製造方法。
7. 前記第２の層構造の有機金属気相成長終了後において、Ｖ族材料ガスの供給を停止する際の基板温度が、前記第３の層構造の有機金属気相成長終了後においてＶ族材料ガスの供給を停止する際の基板温度よりも高いことを特徴とする、請求項６に記載の光半導体装置の製造方法。
8. 前記第２の層構造の有機金属気相成長終了後からＶ族材料ガスの供給を停止するまでの間のＶ族材料ガス供給量が、前記第３の層構造の有機金属気相成長終了後からＶ族材料ガスの供給を停止するまでのＶ族材料ガス供給量よりも少ないことを特徴とする、請求項６又は７に記載の光半導体装置の製造方法。

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