JP2000188441A - 光半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
光半導体装置及びその製造方法Info
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Abstract
ライプ構造体に於けるコア層の成長を平坦な基板上と殆
ど同じ状態で実施しながらコア層端面が斜めの構造とな
るようにする。 【解決手段】 上下をバッファ層33(クラッド層)並
びにクラッド層35で挟まれたストライプのコア層34
に於ける少なくとも一方の端面が装置の端面から離隔し
た位置で終端され且つ該終端面がコア層34の水平面に
対して(111)面の成長斜面をなすと共にストライプ
のコア層34の両側面はメサ・エッチング面になってい
る。
Description
どに用いられるDFB(distributedfee
dback)レーザ、光変調器、光増幅器など無反射端
面を必要とする光半導体装置及びその製造方法に関す
る。
反射率を低減する手段は幾つか存在するが、無反射コー
ティング膜及び窓構造と呼ばれ導波路のコア層を端面ま
で設けない構造は、広い波長範囲に亙って端面反射率を
低く抑えるのに有効な構造として知られている。
をもつ光半導体装置を表す要部切断平面図であり、図に
於いて、1は導波路、1Aは導波路のコア、2は無反射
コーティング膜、3は窓構造をそれぞれ示し、そして、
この窓構造3を作成するにも幾つかの手段が存在する。
工程要所に於ける光半導体装置を表す要部切断斜面図で
ある。尚、この例では、導波路のコア層を含むストライ
プ構造体をエッチングに依って形成している。
3、クラッド層14を積層成長する。
チングを行って、端面に欠如部分をもつストライプ構造
体15を形成する。
ック層(区分せず)及び端面の欠如部分も含めて全体を
埋め込む平坦化クラッド層16を成長する。
15を形成する方法に於いては、バッファ層12、コア
層13、クラッド層14を平坦な基板11上に成長させ
ることができる点が大きな利点になっているが、窓構造
を形成する際、エッチング法を適用しているので、意図
的に必要な手段を採らなければ端面は殆ど垂直な角度と
なって、反射率が低い無反射端面の実現は困難である。
為の工程要所に於ける光半導体装置を表す要部切断斜面
図である(要すれば「加藤他、1994年電子情報通信
学会春季大会C−226」を参照)。尚、この例では、
ストライプ構造体を選択成長に依って形成していて、一
般に狭幅選択成長と呼ばれている。
の選択成長用マスク22はストライプ構造体の下地(基
板21)露出用開口23をもち、そのストライプ構造体
の下地露出用開口23は、ストライプ構造体の欠如部分
を生成させる為、両端が選択成長用マスク22の一部2
2Aで覆われている。
成長させ、端面に欠如部分をもつストライプ構造体27
を形成する。尚、選択成長用マスク22が図に見られる
構成の場合、その外側に露出されている基板21の表面
にもストライプ構造体27と同様にバッファ層24、コ
ア層25、クラッド層26が成長されるのであるが図示
を省略してある。
部分も含めて全体を埋め込む平坦化クラッド層28を成
長する。
27を形成する方法に於いては、ストライプ構造体27
を構成するバッファ層24、コア層25、クラッド層2
6を狭い領域に選択成長させる為、成長させた各成長層
が平坦になり難く、また、成長層が台形になるので、成
長が進行するにつれて組成や成長速度が変化する旨の性
質がある為、成長条件がかなり制限されてしまい、更に
また、ストライプ構造をバットジョイントで接続する光
半導体装置の作成にはプロセス的整合をとることが困難
である。
でストライプ構造体27を(011)方向に形成した場
合、コア層25が終端に於いて自動的に(111)A面
と垂直から傾いた構造になる為、更に低反射率化される
旨の利点がある。
プ構造体に於けるコア層の成長を平坦な基板上と殆ど同
じ状態で実施しながらコア層端面が斜めの構造となるよ
うにする。
構造体を構成する半導体層を選択成長させること、そし
て、成長された半導体層をエッチングしてストライプ化
することが基本になっている。
の工程要所に於ける光半導体装置を表す要部切断斜面図
であり、以下、これ等の図を参照しつつ説明する。
マスク32を形成する。
バッファ層33、コア層34、クラッド層35を成長さ
せる。
の表面から基板31内に達するメサ・エッチングを行っ
てストライプ構造体36を形成する。
ブロック層)を再成長させる。
する。尚、前記平坦化クラッド層37は、ストライプ構
造体36の両端に於ける窓部分も埋め込むように形成さ
れる。
於いて、ストライプ構造体36に於ける長手方向側面
は、基板31の表面に対して70°〜90°の角度をな
し、横断面で見ると台形になっている。
ると上下は殆ど平坦であって、端部は約55°の傾斜で
終端され、その端面と光半導体装置端面との間は平坦化
クラッド層37の材料と同じ材料で埋め込まれた構造に
なっている。
体装置及びその製造方法では、 (1)上下をクラッド層(例えばバッファ層43並びに
クラッド層45)で挟まれたストライプのコア層(例え
ばコア層44)に於ける少なくとも一方の端面が装置の
端面から離隔した位置で終端され且つ該終端面がコア層
水平面に対して(111)面の成長斜面をなすと共にス
トライプのコア層両側面はメサ・エッチング面であるこ
とを特徴とするか、又は、
る少なくとも一方の終端面と装置の端面との間が上部ク
ラッド層と同一材料(例えばp−InP)で埋められて
なることを特徴とするか、又は、
コア層に於ける少なくとも一方の終端面に対抗する装置
の端面に成膜された低反射コーティング膜(無反射コー
ティング膜51)を備えてなることを特徴とするか、又
は、
於いて、厚さが連続的に変化している部分をもつコア層
を備えてなる(例えば実施の形態3を参照)ことを特徴
とするか、又は、
於いて、材料が非連続に変化している部分をもつコア層
を備えてなる(例えば実施の形態4を参照)ことを特徴
とするか、又は、
於いて、ストライプのコア層に於ける両側面に形成され
た絶縁体(例えば実施の形態5に於ける絶縁膜52)を
備えてなることを特徴とするか、又は、
ストライプ構造体(例えばストライプ構造体47)の端
面予定位置から装置端面予定位置の間を覆う選択成長用
マスク(例えば選択成長用マスク膜42)を形成する工
程と、次いで、選択成長用マスク以外の全面に少なくと
もコア層を含む多層の半導体層(例えばバッファ層4
3、コア層(活性層)44、クラッド層45など)を積
層形成する工程と、次いで、積層形成された多層の半導
体層を所望の幅(例えば1〔μm〕)にエッチングして
コア層を含むストライプ構造体を形成する工程とが含ま
れてなることを特徴とするか、又は、
正方形或いは長方形)をなす選択成長用マスクの一方の
辺が<110>に平行し且つた他方の辺が<1−10>
に平行することが含まれてなることを特徴とするか、又
は、
コア層を含むストライプ構造体の端面予定位置から装置
端面予定位置の間を覆う選択成長用マスクをストライプ
と直交する方向に延在させてなることを特徴とする。
造体の端部は選択成長で実現させている為に(111)
面に近い斜面となり、半導体層を所要ストライプと同じ
幅をなす狭い面に選択成長させた場合と同様、窓構造を
形成した際の端面反射率低減効果は良好に維持され、し
かも、半導体層を選択成長させる際、結晶を成長させな
い領域は、窓構造を形成する微小な領域近傍に限定する
ことに依って、半導体層の大部分が平坦な基板上に成長
されるので、従来の狭幅選択成長の場合と比較して許容
できる結晶成長条件が極めて広くなり、また、成長と共
に組成や成長速度が変化することもなくなって光半導体
装置の製造は容易になる。
施の形態1を説明する為の工程要所に於ける光増幅器を
表す要部切断面図であり、何れの図に於いても、(A)
が縦断面(長手方向)図であり、(B)が横断面(短手
方向)図である。
osition:CVD)法を適用することに依り、n
−InP基板41上に厚さ200〔nm〕のSiO2 膜
を形成する。
に、エッチャントを緩衝フッ酸とするウエット・エッチ
ング法を適用することに依り、前記工程4−(1)に於
いて形成したSiO2 膜のエッチングを行って、窓構造
形成予定部分に20〔μm〕×20〔μm〕の四角形を
なす選択成長用マスク膜42を形成する。
向になって、その一辺に直交する方向の一辺が<1−1
0>方向となるようにする。
apor phase epitaxy:MOVPE)
法を適用することに依り、基板41上にバッファ層4
3、コア層(活性層)44、クラッド層45を成長す
る。
データを例示すると次の通りである。 バッファ層43について 材料:n−InP 不純物濃度:5×1017〔cm-3〕 層厚:500〔nm〕 コア層44について 材料:InGaAsP 層厚:200〔nm〕 クラッド層45について 材料:p−InP 不純物濃度:5×1017〔cm-3〕 層厚:500〔nm〕
は成長されず、そして、マスク膜42の近傍では成長速
度が遅い(111)面が現れ、また、成長エリアの面積
や原料の拡散長に比較してマスク膜42の面積が小さい
為、マスク膜42上で消費されない原料が隣接領域に拡
散して成長層厚が増大する現象は殆ど生じない。尚、成
長させる各半導体層の平坦性を向上するには、半導体層
の成長中に例えばCH3 ClやHClなど塩素系ガスを
原料ガスと同時に成長室中に導入すると有効である。
去する。
〔nm〕のSiO2 膜を形成する。
エッチャントを緩衝フッ酸とするウエット・エッチング
法を適用することに依り、マスク膜42が存在して結晶
が成長されていない領域を通る幅1〔μm〕のSiO2
からなるストライプ・マスク膜46を形成する。
からなる混合ガスとするドライ・エッチング法を適用す
ることに依り、ストライプ・マスク膜46をマスクとし
てクラッド層45の表面から基板41内に達するメサ・
エッチングを行って、高さ約1.5〔μm〕程度のスト
ライプ構造体47を形成する。
態でMOVPE法を適用することに依り、p型層とn型
層とからなる電流ブロック層48を形成してストライプ
構造体47の両脇を埋める。
を例示すると次の通りである。 p型層について 材料:p−InP 不純物濃度:2×1018〔cm-3〕 n型層について 材料:n−InP 不純物濃度:2×1018〔cm-3〕 尚、電流ブロック層48の厚さは、高さが約1.5〔μ
m〕程度であるストライプ構造体47が埋め込めれば良
い。
ク膜46を除去してからMOVPE法を適用することに
依り、全面に平坦化クラッド層49及び電極コンタクト
層50を形成して全体を埋める。
如部分も平坦化クラッド層49で埋められるので窓構造
が実現される。
層50に於ける主要なデータを例示すると次の通りであ
る。 平坦化クラッド層49について 材料:p−InP 不純物濃度:2×1018〔cm-3〕 厚さ:2.5〔μm〕(ストライプ構造体47上に於い
て) 電極コンタクト層50について 材料:p−InGaAs 不純物濃度:1×1019〔cm-3〕 厚さ:500〔nm〕 尚、ストライプ構造体47の頂面に在るクラッド層45
は平坦化クラッド層49と同材料である為、図中で破線
で示してある。
窓の位置で劈開し、通常の技法を適用することに依り、
劈開面に無反射コーティング膜51を形成して完成す
る。
面反射率の低下に依って、より高注入状態まで、両端面
の反射で形成される共振器に依る波長に対する利得の変
動が抑止され、より高い利得を得ることができる。
きな問題となるが、バルクの半導体層をコア層として用
いた場合、図16について説明した従来の技術では、コ
ア層の下部と上部とで歪量が異なってしまう為に設計が
極めて難しいのであるが、前記実施の形態1も含め、本
発明に依った場合、窓構造の作成はストライプ構造体の
コア層の組成や厚さなどに殆ど影響を与えないので、平
坦な基板上に作成する場合と同様な設計が可能である。
体47を<110>方向に形成しているが、これを<1
10>方向から数度例えば5°程度傾けても良く、この
ようにストライプ構造体47を光増幅器の端面に対して
垂直から傾けることは更なる反射率低減に有効である。
尚、この場合であっても、選択成長用マスク膜42の各
辺は<110>方向と<1−10>方向になるように形
成する。
ような傾きをもたせた場合、ストライプ構造体の側面に
ステップを生じ易くなり、そのステップは光損失の原因
となるのであるが、本発明では、ストライプ構造体をド
ライ・エッチングで形成しているので、側面にステップ
が生じることはない。
明する為のλ/4シフトDFBレーザを表す要部縦断面
図であり、図9に於いて用いた記号と同記号は同部分を
表すか或いは同じ意味を持つものとする。
ーザと実施の形態1で作成した光増幅器とで構成が相違
するところは、n−InP基板41の表面に回折格子4
1Gが形成してあること、n−InPからなるバッファ
層43がn−InGaAsPを材料とするガイド層43
Gになっていること、そして、コア層(活性層)44が
量子井戸で構成されていることである。尚、41Sはλ
/4位相シフトを指示している。
には、実施の形態1について説明した選択成長用マスク
膜42を形成する前の段階でλ/4位相シフト41Gを
もつ回折格子41Gを形成し、次いで、λ/4位相シフ
ト41Gを中央にして所定長の両端に窓構造を形成する
為の選択成長用マスク膜42を形成する工程を採れば良
く、その後の工程は実施の形態1と同じである。
42が形成されている領域は狭いので、実施の形態1と
同様、先ず選択成長用マスク膜42を形成し、それから
回折格子41Gを形成することもできる。
明する為の変調器集積化DFBレーザを表す要部説明図
であり、(A)は縦断面図、(B)は横断面図、(C)
は平面説明図をそれぞれ示し、図10に於いて用いた記
号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つもの
とする。
ーザと実施の形態2に依るDFBレーザとで構成が相違
するところは、DFBレーザ部分61に変調器部分62
が集積化されていること、p−InGaAs電極コンタ
クト層がDFBレーザ部分の電極コンタクト層50Lと
変調器部分の電極コンタクト層50Mに分断されている
こと、窓構造は変調器部分62の端面近傍にのみ形成さ
れていること、変調器部分62の端面には無反射コーテ
ィング膜51Mが形成され且つDFBレーザ部分の端面
には高反射コーティング膜51Lが形成されていること
である。
調可能とする為、実施の形態3に於いては、ストライプ
構造体の両脇を埋める電流ブロック層48が高抵抗In
P層とn−InP層とが順に積層されたものからなって
いる。
ーザを作成する際、選択成長に依ってDFBレーザ部分
よりも変調器部分のエネルギ・バンド・ギャップが少し
大きくなるようにバンド・ギャップ制御を行っている
が、その選択成長用マスクの形成工程を利用して窓構造
形成の為の選択成長用マスクの形成を行っている。
層のバンド・ギャップ波長を制御する為に形成するSi
O2 からなるマスク膜42Gと窓構造を形成する為の選
択成長用マスク膜42とを一つのパターン・マスクを用
いて同じ工程で形成することができる。
明する為の変調器集積化DFBレーザを表す要部縦断面
図であり、図11に於いて用いた記号と同記号は同部分
を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
ーザは、結晶再成長に依るバットジョイント法を採用し
て作成したところが実施の形態3に依る変調器集積化D
FBレーザと相違している。
基板41に回折格子41Gを形成してから変調器部分6
2の端面近傍に窓構造を形成する為のSiO2 からなる
選択成長用マスク(図示せず)を形成し、その後、n−
InGaAsPガイド層43G、InGaAsP歪み量
子井戸からなるコア層、p−InPクラッド層45を形
成する。
に於ける吸収層として形成するものであり、従って、こ
れをコア層44Mとする。
Mとp−InPクラッド層45を除去してからInGa
AsP歪み量子井戸からなるDFBレーザの活性層とな
るコア層44Lとp−InPクラッド層45を成長し、
以後、実施の形態3と同様、DFBレーザ部分61及び
変調器部分62をエッチングしてストライプ構造体に加
工し、両脇を電流ブロック層で埋め込み、全面に平坦化
クラッド層49と電極コンタクト層を成長し、電極コン
タクト層のエッチングを行って電極コンタクト層50L
及び50Mに分断し、電極(図示せず)を形成してから
劈開し、高反射コーティング膜51L及び無反射コーテ
ィング膜51Mを形成して完成する。
限界性能を実現しようとする場合、DFBレーザ部分に
適合する半導体層構造と変調器部分に適合する半導体層
構造とが必要であり、従って、図11について説明した
実施の形態3で適用した選択成長法では実現するのは困
難であるが、図12について説明した実施の形態4で適
用したバットジョイント法を適用すれば可能である。
をバットジョイント法を適用して実現する場合、従来の
エッチングのみに依る方法では実現困難であった終端が
斜面になっている窓構造も、図12について説明した実
施の形態4に依れば容易に形成することができる。
明する為の工程要所に於けるハイ・メサ構造の電界吸収
型変調器を表す要部切断斜面図であり、図4乃至図9に
於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ
意味を持つものとする。
程と全く同じ工程を実施して、n−InP基板41上に
選択成長用マスク膜42を形成してからバッファ層4
3、コア層44、クラッド層45を形成し、その後、選
択成長用マスク膜42を除去する。
47を形成する為のメサ・エッチングを実施するのであ
るが、本実施の形態では、再びMOVPE法を適用する
ことに依り、クラッド層49及び電極コンタクト層50
を形成する。
及び電極コンタクト層50の材料は、実施の形態1と同
様、p−InP及びp−InGaAsを用いてよい。
リソグラフィ技術を適用することに依り、SiO2 膜の
パターニングを行なって、窓構造形成予定領域を通る幅
2〔μm〕のストライプ・マスク膜を形成する。
ガスとするドライ・エッチング法を適用することに依
り、ストライプ・マスク膜をマスクとして電極コンタク
ト層50の表面からコア層44を越えて要すれば基板4
1内に達するメサ・エッチングを行って、高さ約3.5
〔μm〕程度に達するストライプ構造体47を形成す
る。
メサ構造のストライプ構造体47を含む全面をSiO2
からなる絶縁膜52で覆い、ストライプ構造体47の頂
面に在る絶縁膜52のみ除去してから電極を形成し、そ
の後、劈開工程などを経てハイ・メサ構造の電界吸収型
変調器を完成する。
することが困難である為、半導体レーザや光増幅器など
には適用できないが、工程が全体として簡易化されるの
で、例示したような変調器には有効である。
られることなく、他に多くの改変を実現することができ
る。
らなる選択成長用マスクは、正方形としてあるが、長方
形であっても良く、また、ストライプと直交しない辺は
直線である必要はない。
ライプ構造体を平坦化する条件は若干狭くなるが、スト
ライプに直交する方向にストライプの選択成長用マスク
を設けても良い。
ている領域は極めて狭いので、コア層やガイド層に選択
性が悪い物質、即ち、Alを含む材料を用いることも可
能であり、例えば実施の形態5に於けるコア層(吸収
層)にInAlAs/InGaAsからなる引っ張り歪
み量子井戸構造を採用することもできる。
方法に於いては、クラッド層で挟まれたストライプのコ
ア層に於ける少なくとも一方の端面を装置の端面から離
隔した位置で終端させ、終端面はコア層水平面に対して
(111)面の成長斜面をなすように形成され、ストラ
イプのコア層両側面はメサ・エッチング面そのままとす
る。
造体の端部は選択成長で実現させている為に(111)
面に近い斜面となり、半導体層を所要ストライプと同じ
幅をなす狭い面に選択成長させた場合と同様、窓構造を
形成した際の端面反射率低減効果は良好に維持され、し
かも、半導体層を選択成長させる際、結晶を成長させな
い領域は、窓構造を形成する微小な領域近傍に限定する
ことに依って、半導体層の大部分が平坦な基板上に成長
されるので、従来の狭幅選択成長の場合と比較して許容
できる結晶成長条件が極めて広くなり、また、成長と共
に組成や成長速度が変化することもなくなって光半導体
装置の製造は容易になる。
光半導体装置を表す要部切断斜面図である。
光半導体装置を表す要部切断斜面図である。
光半導体装置を表す要部切断斜面図である。
程要所に於ける光増幅器を表す要部切断面図である。
程要所に於ける光増幅器を表す要部切断面図である。
程要所に於ける光増幅器を表す要部切断面図である。
程要所に於ける光増幅器を表す要部切断面図である。
程要所に於ける光増幅器を表す要部切断面図である。
程要所に於ける光増幅器を表す要部切断面図である。
λ/4シフトDFBレーザを表す要部縦断面図である。
変調器集積化DFBレーザを表す要部説明図である。
変調器集積化DFBレーザを表す要部縦断面図である。
工程要所に於けるハイ・メサ構造の電界吸収型変調器を
表す要部切断斜面図である。
導体装置を表す要部切断平面図である。
於ける光半導体装置を表す要部切断斜面図である。
所に於ける光半導体装置を表す要部切断斜面図である。
Claims (9)
- 【請求項1】上下をクラッド層で挟まれたストライプの
コア層に於ける少なくとも一方の端面が装置の端面から
離隔した位置で終端され且つ該終端面がコア層水平面に
対して(111)面の成長斜面をなすと共にストライプ
のコア層両側面はメサ・エッチング面であることを特徴
とする光半導体装置。 - 【請求項2】コア層に於ける少なくとも一方の終端面と
装置の端面との間が上部クラッド層と同一材料で埋めら
れてなることを特徴とする請求項1記載の光半導体装
置。 - 【請求項3】コア層に於ける少なくとも一方の終端面に
対抗する装置の端面に成膜された低反射コーティング膜
を備えてなることを特徴とする請求項1或いは2記載の
光半導体装置。 - 【請求項4】厚さが連続的に変化している部分をもつコ
ア層を備えてなることを特徴とする請求項1乃至3の何
れか1記載の光半導体装置。 - 【請求項5】材料が非連続に変化している部分をもつコ
ア層を備えてなることを特徴とする請求項1乃至4の何
れか1記載の光半導体装置。 - 【請求項6】ストライプのコア層に於ける両側面に形成
された絶縁体を備えてなることを特徴とする請求項1乃
至5の何れか1記載の光半導体装置。 - 【請求項7】コア層を含むストライプ構造体の端面予定
位置から装置端面予定位置の間を覆う選択成長用マスク
を形成する工程と、 次いで、選択成長用マスク以外の全面に少なくともコア
層を含む多層の半導体層を積層形成する工程と、 次いで、積層形成された多層の半導体層を所望の幅にエ
ッチングしてコア層を含むストライプ構造体を形成する
工程とが含まれてなることを特徴とする光半導体装置の
製造方法。 - 【請求項8】方形をなす選択成長用マスクの一方の辺が
<110>に平行し且つた他方の辺が<1−10>に平
行することが含まれてなることを特徴とする請求項7記
載の光半導体装置の製造方法。 - 【請求項9】コア層を含むストライプ構造体の端面予定
位置から装置端面予定位置の間を覆う選択成長用マスク
をストライプと直交する方向に延在させてなることを特
徴とする請求項7或いは8記載の光半導体装置の製造方
法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP36622098A JP4151043B2 (ja) | 1998-12-24 | 1998-12-24 | 光半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP36622098A JP4151043B2 (ja) | 1998-12-24 | 1998-12-24 | 光半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000188441A true JP2000188441A (ja) | 2000-07-04 |
JP4151043B2 JP4151043B2 (ja) | 2008-09-17 |
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ID=18486231
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---|---|---|---|
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Country Status (1)
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---|---|
JP (1) | JP4151043B2 (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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