JP2760006B2 - Structure of waveguide lens and optical functional element and method of manufacturing the same - Google Patents
Structure of waveguide lens and optical functional element and method of manufacturing the sameInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は光機能素子およびその製造方法に関するも
のである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical functional device and a method for manufacturing the same.
第７図は従来の導波路レンズの斜視図である。図中、
（22）はLiNbO3基板、（23）はTi拡散によつて形成され
た導波層領域（実効屈折率nS）、（５）はプロトン交換
によつて形成されたレンズ領域（実効屈折率nL）、
（６）は導波光路を示す。FIG. 7 is a perspective view of a conventional waveguide lens. In the figure,
(22) is a LiNbO 3 substrate, (23) is a waveguide layer region (effective refractive index n s ) formed by Ti diffusion, and (5) is a lens region (effective refractive index) formed by proton exchange. n L ),
(6) shows a waveguide optical path.
導波路レンズは２次元導波路内を伝搬する導波光に対
して集光、発散、コリメーシヨンの機能をするものであ
り、特にOEIC、OOICの構成上極めて重要な素子である。The waveguide lens functions to condense, diverge, and collimate the guided light propagating in the two-dimensional waveguide, and is a very important element in the configuration of OEIC and OOIC.
導波路レンズの中でもモードインデツクスレンズは、
一様な２次元導波路に実効屈折率の異なるレンズ状の領
域を作製することにより形成され、境界での導波光路を
屈折させてレンズ作用を生じさせる。レンズ領域の実効
屈折率をnL、周囲の実効屈折率をnSとすると、nL＞nSの
場合は凸状の形状で集束作用をし、nL＞nSの場合凹状の
形状で同じく集束作用をする。Among the waveguide lenses, the mode index lens is
It is formed by fabricating a lens-shaped region having a different effective refractive index in a uniform two-dimensional waveguide, and refracts the waveguide light path at the boundary to generate a lens effect. The effective refractive index of the lens region n L, when the effective refractive index of the surrounding and n S, in the case of n L> n S a focusing action in a convex shape, at n L> n S where concave shape It also has a focusing effect.
上記のような導波路レンズは従来は主にTi:LiNbO3導
波路やイオン交換ガラス導波路上にプロトン交換技術等
を利用して作製されていた。Conventionally, the above-described waveguide lens has been mainly manufactured on a Ti: LiNbO 3 waveguide or an ion-exchange glass waveguide by using a proton exchange technique or the like.
従来の導波路レンズは以上のように構成されていたの
で、導波路レンズはOEICによつて非常に重要な素子の１
つであるが、OEICで用いられるGaAsやInPのような発光
素子を形成しうるような半導体結晶上では、不純物拡散
を行なつても容易に大きな屈折率差が得られないので、
導波路レンズを形成するのは非常に困難で、OEICを作製
する上で非常に大きな問題点となつていた。Since the conventional waveguide lens is configured as described above, the waveguide lens is one of the very important elements by OEIC.
However, on a semiconductor crystal that can form a light emitting element such as GaAs or InP used in OEIC, a large refractive index difference cannot be easily obtained even if impurity diffusion is performed.
It is very difficult to form a waveguide lens, which has been a very serious problem in fabricating an OEIC.
この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、OEICに用いられる半導体結晶上に容易に形
成ができる導波路レンズを得られるとともに、この導波
路レンズと半導体レーザを共用可能な複合素子を得るこ
とを目的とする。The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and it is possible to obtain a waveguide lens that can be easily formed on a semiconductor crystal used in an OEIC, and can share a semiconductor laser with this waveguide lens. It is intended to obtain a complex device.
この発明に係る光機能素子は、半導体基板と、この半
導体基板上に、第１のクラッド層、ウエル層とバリア層
とを複数層交互に積み重ねることにより形成された化合
物半導体の超格子層、および第２のクラッド層を順次配
設して形成された結晶成長層と、この結晶成長層の一部
に配設されるとともに、結晶成長層の深さ方向のその厚
さ内に超格子層の深さ方向位置を含み、結晶成長層と平
行な面での形状がレンズ断面形状をなす不純物拡散領域
からなる導波路レンズと、この導波路レンズが配設され
た一部を除く他部の結晶成長層に含まれた超格子層を活
性層とし、導波路レンズの光軸に一致した光導波路を有
する半導体レーザと、を備えたものである。The optical function device according to the present invention includes a semiconductor substrate, a first clad layer, a superlattice layer of a compound semiconductor formed by alternately stacking a plurality of well layers and barrier layers on the semiconductor substrate, and A crystal growth layer formed by sequentially arranging a second cladding layer, and a superlattice layer disposed within a part of the crystal growth layer in the depth direction of the crystal growth layer. A waveguide lens including an impurity diffusion region including a position in the depth direction and having a lens cross-sectional shape in a plane parallel to the crystal growth layer, and a crystal other than a part where the waveguide lens is disposed. A semiconductor laser having a superlattice layer included in the growth layer as an active layer and having an optical waveguide coincident with the optical axis of the waveguide lens.
また、この発明に係る光機能素子の製造方法は、半導
体基板上に、第１のクラッド層、ウエル層とバリア層と
を複数層交互に積み重ねることにより形成する化合物半
導体の超格子層、および第２のクラッド層を順次結晶成
長により形成する第１の工程と、第１のクラッド層、超
格子層、および第２のクラッド層を含む結晶成長層の一
部に、この結晶成長層と平行な面での形状がレンズ断面
形状をなすとともに超格子層を越える深さを有する不純
物拡散領域を、結晶成長層の表面から不純物拡散により
形成する第２の工程と、不純物拡散領域が形成される一
部を除く他部の結晶成長層に、この結晶成長層の超格子
層を活性層とし、不純物拡散領域のレンズ断面形状の光
軸に一致した光導波路を有する半導体レーザを形成する
第３の工程と、を含むものである。Further, the method of manufacturing an optical functional device according to the present invention includes a compound semiconductor superlattice layer formed by alternately stacking a plurality of first clad layers, well layers and barrier layers on a semiconductor substrate, and A first step of sequentially forming a second cladding layer by crystal growth, and a part of a crystal growth layer including a first cladding layer, a superlattice layer, and a second cladding layer, which is parallel to the crystal growth layer. A second step of forming an impurity diffusion region having a depth in excess of the superlattice layer while forming a lens cross-sectional shape on the surface by impurity diffusion from the surface of the crystal growth layer; A third step of forming a semiconductor laser having a superlattice layer of the crystal growth layer as an active layer and an optical waveguide coinciding with the optical axis of the lens cross-sectional shape of the impurity diffusion region on the crystal growth layer other than the portion; And It is intended.
この発明における光機能素子は、半導体基板上に、第
１のクラッド層、ウエル層とバリア層とを複数層交互に
積み重ねることにより形成された超格子層、および第２
のクラッド層を順次配設して形成された結晶成長層と、
この結晶成長層の一部に配設されるとともに、結晶成長
層の深さ方向のその厚さ内に超格子層の深さ方向位置を
含み、結晶成長層と平行な面での形状がレンズ断面形状
をなす不純物拡散領域からなる導波路レンズと、この導
波路レンズが配設された一部を除く他部の結晶成長層に
含まれた超格子層を活性層とし、導波路レンズの光軸に
一致した光導波路を有する半導体レーザと、を備えたも
ので、半導体レーザとレンズとの高集積化が可能とな
り、また導波路レンズの光軸と半導体レーザの活性層と
が同じ超格子層の積層位置にあるので、高さ方向の光軸
の位置合わせが不要となる。The optical functional device according to the present invention is a superlattice layer formed by alternately stacking a plurality of layers of a first clad layer, a well layer and a barrier layer on a semiconductor substrate;
A crystal growth layer formed by sequentially disposing the cladding layers of
The lens is disposed on a part of the crystal growth layer, and includes a position in the depth direction of the superlattice layer within the thickness of the crystal growth layer, and the shape in a plane parallel to the crystal growth layer is a lens. A waveguide lens formed of an impurity diffusion region having a cross-sectional shape and a superlattice layer included in a crystal growth layer other than a part where the waveguide lens is disposed are used as an active layer, and light from the waveguide lens is formed. A semiconductor laser having an optical waveguide aligned with the axis, enabling high integration of the semiconductor laser and the lens, and the optical axis of the waveguide lens and the active layer of the semiconductor laser being the same superlattice layer. In this case, there is no need to align the optical axis in the height direction.
また、この発明における光機能素子の製造方法は、第
１のクラッド層、超格子層、および第２のクラッド層を
含む結晶成長層の一部に、この結晶成長層と平行な面で
の形状がレンズ断面形状をなすとともに超格子層を越え
る深さを有する不純物拡散領域を、結晶成長層の表面か
らの不純物拡散により形成する工程と、不純物拡散領域
が形成される一部を除く他部の結晶成長層に、この結晶
成長層の超格子層を活性層とし、不純物拡散領域のレン
ズ断面形状の光軸に一致した光導波路を有する半導体レ
ーザを形成する工程を含むもので、高さ方向の光軸の位
置合わせが不要な光機能素子を容易に得ることができ
る。Further, according to the method of manufacturing an optical functional device of the present invention, a part of a crystal growth layer including a first clad layer, a superlattice layer, and a second clad layer has a shape in a plane parallel to the crystal growth layer. Forming an impurity diffusion region having a depth exceeding the superlattice layer while forming a lens cross-sectional shape, by diffusing impurities from the surface of the crystal growth layer; and forming another portion excluding a part where the impurity diffusion region is formed. In the crystal growth layer, the superlattice layer of the crystal growth layer is used as an active layer, and a step of forming a semiconductor laser having an optical waveguide coincident with the optical axis of the lens cross-sectional shape of the impurity diffusion region is included. An optical functional element that does not require alignment of the optical axis can be easily obtained.
以下、この発明に係る一実施例を図について説明す
る。An embodiment according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
第１図において、（１）はGaAs基板、（２）は第１の
AlGaAsクラツド層、（３）はGaAsウエル、AlAsバリア各
層の繰り返して構成された超格子層、（４）は第２のAl
GaAsクラツド層、（５）はレンズ形状をなした不純物拡
散領域で、特に直下の超格子層（３）が不純物拡散によ
り無秩序化され混晶化している。（６）は導波光路を示
す。In FIG. 1, (1) is a GaAs substrate, and (2) is a first substrate.
An AlGaAs cladding layer, (3) is a superlattice layer formed by repeating a GaAs well and an AlAs barrier layer, and (4) is a second Al layer.
The GaAs cladding layer, (5), is a lens-shaped impurity diffusion region. In particular, the superlattice layer (3) immediately below is disordered due to impurity diffusion to form a mixed crystal. (6) shows a waveguide optical path.
初めに第１図の導波路レンズの製造方法について説明
する。First, a method of manufacturing the waveguide lens shown in FIG. 1 will be described.
まず、第２図に示すように結晶成長によつてGaAs基板
（１）上に第１のAlGaAsクラツド層（２）、そして10〜
200Åの層厚のGaAsウエル層（７）と10〜200Åの層厚の
AlAsバリア層（８）を交互に何層か積層することによつ
て構成されている超格子層（３）、さらに第２のAlGaAs
クラツド層（４）の各層を順次形成する。結晶成長後の
断面を第３図（ａ）に示す。また、超格子層（３）の拡
大図を第２図に示す。この場合結晶成長法としては数10
Åオーダーの層を容易に再現性よくかつ高品質に形成し
うる方法例えば、MO−CVD法、MBE法等の気相成長法が適
している。First, as shown in FIG. 2, a first AlGaAs cladding layer (2) is formed on a GaAs substrate (1) by crystal growth.
200Å GaAs well layer (7) and 10-200 と
A superlattice layer (3) formed by alternately stacking several AlAs barrier layers (8), and a second AlGaAs layer
Each layer of the cladding layer (4) is sequentially formed. FIG. 3A shows a cross section after the crystal growth. FIG. 2 is an enlarged view of the superlattice layer (3). In this case, the crystal growth method is
A method capable of easily forming a layer of order Å with high reproducibility and high quality, for example, a vapor phase growth method such as MO-CVD method or MBE method is suitable.
結晶成長後、ウエハ表面にSiN4膜（９）を形成する。
SiN4膜（９）の形成法としてはプラズマCVD、スパツタ
等の方法がある。After crystal growth, forming a SiN 4 membrane (9) on the wafer surface.
As a method for forming the SiN 4 film (9), there are methods such as plasma CVD and spatter.
SiN4膜（９）上にさらに、レジスト膜（10）を形成し
フオトリソグラフイ技術によつて、レジスト膜（10）中
に必要なレンズ形状に対応した形状の開口（11）を穿
つ。この時の断面図を第３図ｂに示す。SiN 4 film (9) on the further drilled the formed photo-lithographic techniques the resist film (10) Yotsute, a resist film (10) having a shape corresponding to a lens shape required during opening (11). A cross-sectional view at this time is shown in FIG.
レジスト膜（10）中のレンズ形状に対応した形状の開
口を通して、SiN4膜（９）を除去する。この除去の方法
としてはCF4によるドライエツチングが有効である。Through an opening having a shape corresponding to a lens shape of the resist film (10) in, to remove the SiN 4 membrane (9). Dry etching with CF 4 is effective as a method for this removal.
次に、、レジスト膜（９）を除去し、SiN4膜（９）を
マスクとして、SiN4膜（９）中に形成された開口（11）
から不純物を熱拡散する。この熱拡散の方法としては気
相拡散では開管法、閉管法がある。気相拡散の場合の典
型的な拡散条件は （１）Znの場合…640℃〜680℃で４時間 （２）Siの場合…830℃〜870℃で４時間 で、以上の条件下では超格子層（３）中の不純物拡散領
域は完全に無秩序化して混晶化される。この拡散後の断
面図を第３図（Ｃ）に示す。拡散後、SiN4膜（９）は除
去してもまた、しなくてもどちらでも良い。Then ,, a resist film (9) is removed, SiN 4 membrane (9) as a mask, which is formed in the SiN 4 film (9) opening (11)
Thermal diffusion of impurities. As a method of this thermal diffusion, there are an open tube method and a closed tube method in the gas phase diffusion. Typical diffusion conditions for gas phase diffusion are (1) Zn: 4 hours at 640 ° C to 680 ° C (2) Si: 4 hours at 830 ° C to 870 ° C. The impurity diffusion region in the lattice layer (3) is completely disordered and mixed. A cross-sectional view after the diffusion is shown in FIG. After diffusion, the SiN 4 film (9) may or may not be removed.
本実施例の導波路レンズは以上のような製造工程を経
て製造される。次に、上記実施例の導波路レンズの動作
について説明する。まず、超格子層（３）の無秩序化に
よつて生じる屈折率の変化について説明する。The waveguide lens of this embodiment is manufactured through the above manufacturing steps. Next, the operation of the waveguide lens of the above embodiment will be described. First, the change in the refractive index caused by disorder of the superlattice layer (3) will be described.
導波光に対する超格子層（３）の実効的な屈折率はGa
Asウエル層（７）とAlAsバリア層（８）の両方の影響下
で決定される。ここで、この屈折率をｎとする。超格子
層（３）に不純物を熱拡散すると無秩序化し、混晶化し
てしまう。例えばGaAsウエル層（７）を50A、AlAsバリ
ア層（８）を50Åで交互に積み重ねて構成されている超
格子層（３）を無秩序化すると、GaAsウエル層（７）と
AlAsバリア層（８）が混じり合いGaとAlが均一に分布す
るので、Al0.5Ga0.5As層に相当する混晶層になる。ま
た、屈折率はこの混晶化によつてｎ′に変化し、周囲の
混晶化されていない超格子層（３）とは異なる屈折率を
有するようになる。上述の２つの屈折率n,n′の間に
は、ｎ（超格子層の屈折率）＞ｎ′（混晶化後の屈折
率） という関係がある。したがつて、レンズ状領域の曲率半
径をｒとし、焦点距離をｆとすると で表わされるような焦点距離ｆを有する導波路レンズと
なる。The effective refractive index of the superlattice layer (3) for guided light is Ga
It is determined under the influence of both the As well layer (7) and the AlAs barrier layer (8). Here, this refractive index is set to n. When impurities are thermally diffused into the superlattice layer (3), the impurities are disordered and mixed. For example, when the superlattice layer (3), which is formed by alternately stacking the GaAs well layer (7) at 50A and the AlAs barrier layer (8) at 50 °, is disordered, the GaAs well layer (7) and the AlAs barrier layer (8) become disordered.
Because AlAs barrier layer (8) is mutually mixed Ga and Al evenly distributed, the mixed crystal layer corresponding to Al 0.5 Ga 0.5 As layer. Further, the refractive index changes to n 'due to this mixed crystal formation, and has a different refractive index from the surrounding non-mixed superlattice layer (3). There is a relationship between the two refractive indices n and n 'described above: n (refractive index of superlattice layer)>n' (refractive index after mixed crystal formation). Therefore, if the radius of curvature of the lenticular region is r and the focal length is f, A waveguide lens having a focal length f represented by
ｎ＞ｎ′なので、レンズ状領域が凹状の場合は集束作
用が、凸状の場合には発散作用が生じる。なお、各クラ
ツド層（２），（４）の屈折率は超格子層及び超格子層
を無秩序化した領域の屈折率n,n′より小さく、超格子
層に光を閉じ込める役割を果す。Since n> n ', a focusing effect occurs when the lens-shaped region is concave, and a diverging effect occurs when the lens-shaped region is convex. The refractive index of each of the cladding layers (2) and (4) is smaller than the refractive indexes n and n 'of the superlattice layer and the region where the superlattice layer is disordered, and serves to confine light in the superlattice layer.
上記にような導波路レンズはGaAs基板上に形成される
他のデバイスと容易に結合することができるので、高機
能のOEICを作製する上で非常に有用である。Since the waveguide lens as described above can be easily coupled with other devices formed on the GaAs substrate, it is very useful for producing a high-performance OEIC.
次に、この発明に係る一実施例として導波路レンズと
半導体レーザから成る複合素子の形成について説明す
る。初めにこの複合素子の必要性について述べる。Next, the formation of a composite device comprising a waveguide lens and a semiconductor laser will be described as an embodiment according to the present invention. First, the necessity of this composite device will be described.
半導体レーザから発したレーザ光は回折効果により進
むにつれて拡がつてゆく。このレーザ光を２次元導波路
に入れてやると、基板に対して垂直方向はクラツド層と
導波路の屈折率差により閉じ込められているので、レー
ザ光は導波層を導波されてゆく。ところが、水平方向は
何ら屈折率差が存在しないため、進行するに従い、拡が
つてしまう。この対策として何らかの方法で導波路の水
平方向にも屈折率差をつければよいのだが、この場合、
導波路の水平方向に対しても微細加工を要するので、OE
ICのように将来各素子の高集積化が図られるようなもの
には不向きである。ところが下記にように詳述するよう
な導波路レンズと半導体レーザの複合素子（以下導波路
レンズ付レーザと呼ぶ）を用いると容易にこの問題を解
決できる。The laser light emitted from the semiconductor laser spreads as it advances due to the diffraction effect. When this laser light is introduced into the two-dimensional waveguide, the laser light is guided through the waveguide layer because the laser beam is confined in the direction perpendicular to the substrate due to the refractive index difference between the cladding layer and the waveguide. However, since there is no difference in the refractive index in the horizontal direction, the horizontal direction expands as it proceeds. As a countermeasure, it is sufficient to make the refractive index difference in the horizontal direction of the waveguide by some method, but in this case,
Since fine processing is required in the horizontal direction of the waveguide, OE
It is unsuitable for devices such as ICs that require high integration of each element in the future. However, this problem can be easily solved by using a composite element of a waveguide lens and a semiconductor laser (hereinafter referred to as a laser with a waveguide lens) as described in detail below.
まず、導波路レンズ付レーザも素子構造の断面図を第
４図に示す。First, FIG. 4 shows a cross-sectional view of the device structure of a laser with a waveguide lens.
図中のうち、導波路レンズ及び導波路部はコンタクト
層（５）を除いて前記実施例と同一である。半導体レー
ザ部も各層の構成は導波路レンズ及び導波路部と同一で
ある。In the figure, the waveguide lens and the waveguide portion are the same as those of the above embodiment except for the contact layer (5). The configuration of each layer of the semiconductor laser section is the same as that of the waveguide lens and the waveguide section.
まず、製造方法についてGaAs OEICの場合について説
明する。First, the manufacturing method for GaAs OEIC will be described.
半絶縁性のCrドープGaAs基板上（１）にＮ形Al0.5Ga
0.5As第１のクラツド層（２）、50AのGaAsウエル層、50
AのAlAsバリア層を交互に４〜５層ぐらい積層した超格
子層（３）、Ｐ形Al0.5Ga0.5As第２のクラツド層
（４）、アンドープGaAsコンタクト層（12）の各層を順
次結晶成長する。その成長法は導波路レンズの製造方法
で述べた通りである。その断面図を第５図（ａ）に示
す。成長後、コンタクト層（12）上にSiN4のような絶縁
膜（９）を形成する。その断面図を第５図（ｂ）に示
す。次に、SiN4膜（９）上にレジスト膜を形成し、この
レジスト膜中に導波路レンズ孔（13）の形成及び半導体
レーザのＰコンタクト用の拡散窓（14）に対応する開口
をあけ、CF4によるドライエツチングによつて開口部のS
iN4膜（９）を除去し、さらにレジスト膜を除去する。
この時の上面から見た図を第５図（ｃ）に示す。この２
つの開口（13）（14）からＰ形不純物であるを熱拡散し
て超格子層（３）を無秩序化することにより混晶化す
る。これで導波路及び導波路レンズ部は完成する。N-type Al 0.5 Ga on semi-insulating Cr-doped GaAs substrate (1)
0.5 As First cladding layer (2), 50A GaAs well layer, 50A
The superlattice layer (3), in which about 4 to 5 AlAs barrier layers are alternately stacked, the P-type Al 0.5 Ga 0.5 As second clad layer (4), and the undoped GaAs contact layer (12) are sequentially crystallized. grow up. The growth method is as described in the manufacturing method of the waveguide lens. FIG. 5 (a) shows a cross-sectional view thereof. After growth, an insulating film (9), such as SiN 4 on the contact layer (12). The sectional view is shown in FIG. Next, a resist film is formed on SiN 4 film (9), open the openings corresponding to the form and the semiconductor laser of the diffusion window for the P contact of the waveguide lens holes in the resist film (13) (14) , Dry etching with CF 4
The iN 4 film (9) is removed, and the resist film is further removed.
FIG. 5 (c) is a diagram viewed from above at this time. This 2
The superlattice layer (3) is disordered by thermally diffusing a P-type impurity through the openings (13) and (14) to form a mixed crystal. Thus, the waveguide and the waveguide lens portion are completed.
SiN4膜（９）を一旦全部除去し、再びSiN4膜（９）を
形成し、今度はＮコンタクト用の拡散窓（15）を形成
し、Ｎ形不純物であるSiを熱拡散し超格子層（３）を同
様に混晶化する。この時の半導体レーザ部のレーザ光に
対して垂直方向の断面図を第５図（ｄ）に示す。なお、
図中、（16）はZn拡散領域、（17）はSi拡散領域を示し
ている。次に両拡散領域（16）及び（17）の電極とのコ
ンタクトをとる領域以外のGaAsコンタクト層（12）をSi
N4膜（９）をエツチングマスクとして除去する。エツチ
ングマスク形成後の上面図を第５図（ｅ）に示す。な
お、導波路部上のコンタクト層は図中ではSiN4膜（９）
でおおつてあるが、実際には除去しても除去しなくても
どちらでも良い。GaAsコンタクト層（12）のみで選択的
に除去する方法としては、アンモニア／過酸化水素水の
混合液を用いればよい。The SiN 4 film (9) is once removed entirely, a SiN 4 film (9) is formed again, and then a diffusion window (15) for N-contact is formed. The layer (3) is similarly mixed-crystallized. FIG. 5D is a cross-sectional view of the semiconductor laser unit at this time in a direction perpendicular to the laser light. In addition,
In the figure, (16) shows a Zn diffusion region, and (17) shows a Si diffusion region. Next, the GaAs contact layer (12) other than the region for making contact with the electrodes of both diffusion regions (16) and (17) is
N 4 film (9) is removed as Etsu quenching mask. FIG. 5E shows a top view after the etching mask is formed. The contact layer on the waveguide is a SiN 4 film (9) in the figure.
However, either of them may or may not be actually removed. As a method of selectively removing only the GaAs contact layer (12), a mixed solution of ammonia / hydrogen peroxide may be used.
次に、一旦SiN4膜（９）を除去し、再びSiN4膜（９）
形成する。そしてSiN4膜（９）中にレーザ端面形成用の
開口（24）を穿つ。この場合の上面から見た図を第５図
（ｆ）に示す。SiN4膜（９）をエツチングマスクとして
ドライエツチングによりレーザ端面を形成する。Next, the SiN 4 film (9) is once removed, and the SiN 4 film (9) is again removed.
Form. Then, an opening (24) for forming a laser end face is formed in the SiN 4 film (9). FIG. 5 (f) shows a view from above in this case. A laser end face is formed by dry etching using the SiN 4 film (9) as an etching mask.
最後に、半導体レーザ部上のSiN4膜（９）を第５図
（ｇ）のように除去し、蒸着、スパツタ等によつて（1
8）に示す所にＰ電極、（19）に示す所にＮ電極をそれ
ぞれ形成する事によりレーザ素子が完成する。Finally, the SiN 4 film (9) on the semiconductor laser portion is removed as shown in FIG.
A laser element is completed by forming a P electrode at the location shown in 8) and an N electrode at the location shown in (19).
次に上記実施例の導波路レンズ付半導体レーザの動作
について説明する。Next, the operation of the semiconductor laser with a waveguide lens of the above embodiment will be described.
第６図は動作中の導波路レンズ付半導体レーザの平面
図を示している。なお説明の便宜上、導波路レンズ部上
のSiN4膜（９）は書いていない。FIG. 6 shows a plan view of the semiconductor laser with a waveguide lens in operation. For convenience of explanation, the SiN 4 film (9) on the waveguide lens portion is not shown.
半導体レーザから発したレーザ光路（20）は導波路レ
ンズ領域（13）でレンズ作用を受けて屈折する。この
時、導波路レンズの曲率半径ｒを適当な値に設定する
と、屈折後のレーザ光（21）を直進させること、つまり
コリメートさせることができる。したがつて、導波路レ
ンズ部通過後のレーザ光路（20）はもはや水平方向に拡
がることなく伝搬されてゆく。なお、半導体レーザの活
性領域はP,N両不純物による超格子層（３）の無秩序化
による混晶化のため、水平方向にも屈折率差がついてい
るので、容易に単峰性のレーザ光を得ることができる。The laser beam path (20) emitted from the semiconductor laser is refracted by the lens action in the waveguide lens region (13). At this time, if the radius of curvature r of the waveguide lens is set to an appropriate value, the refracted laser beam (21) can travel straight, that is, collimate. Therefore, the laser light path (20) after passing through the waveguide lens portion is propagated without spreading in the horizontal direction. The active region of the semiconductor laser has a refractive index difference even in the horizontal direction because of the mixed crystal due to disorder of the superlattice layer (3) due to both P and N impurities. Can be obtained.
なお、上記実施例ではGaAs/AlGaAs系材料の素子の場
合について述べたが、他の材料、例えばInGaP/AlGaInP
系、InP/InGaAsP系材料についても同様な効果が期待で
きる。In the above embodiment, the case of a device made of a GaAs / AlGaAs-based material has been described, but other materials, for example, InGaP / AlGaInP
Similar effects can be expected for InP and InP / InGaAsP materials.
また、上記実施例ではGaAs/AlAsで構成されている超
格子層について述べたが、ウエル層、バリア層ともにAl
GaAsで構成されていても何ら差しつかえない。In the above embodiment, the superlattice layer made of GaAs / AlAs has been described.
Even if it is composed of GaAs, there is no problem.
以上のようにこの発明によれば、半導体レーザとレン
ズとの高集積化が可能となり、また導波路レンズの光軸
と半導体レーザの活性層とが同じ超格子層の積層位置に
あうので、高さ方向の光軸の位置合わせが不要となり精
度よく光軸合わせができ、結合効率が高く、延いては高
出力の光機能素子を得ることができ、OEIC等の高機能化
が図れる効果がある。As described above, according to the present invention, high integration of the semiconductor laser and the lens becomes possible, and the optical axis of the waveguide lens and the active layer of the semiconductor laser are located at the same superlattice layer stacking position. There is no need to align the optical axis in the vertical direction, so that the optical axis can be aligned with high accuracy, the coupling efficiency is high, and a high-output optical functional element can be obtained, which has the effect of achieving higher functionality such as OEIC. .
第１図はこの発明に係る一実施例による導波路レンズを
示す斜視図、第２図はこの発明に係る一実施例による導
波路レンズの超格子層の構成を示す断面図、第３図
（ａ）〜（ｃ）は第１図の導波路レンズの製造工程を示
す各断面図、第４図はこの発明の実施例を示す導波路レ
ンズ付半導体レーザ中の半導体レーザ部分の断面図、第
５図（ａ）〜（ｇ）は第４図の導波路レンズ付半導体レ
ーザの製造工程を示す各断面図または平面図、第６図は
第４図、第５図の導波路レンズ付半導体レーザの動作状
態の説明図、第７図は従来の導波路レンズを示す斜視図
である。 （１）:GaAs基板、（２）：第１のクラツド層、
（３）：超格子層、（４）：第２のクラツド層、
（５）：不純物拡散領域（レンズ領域）、（６）：導波
光路、（７）:GaAsウエル層、（８）:AlAsバリア層、
（９）：SiN4膜、（10）：レジスト膜、（11）：開口、
（12）:GaAsコンタクト層、（13）：導波路レンズ孔、
（14），（15）：拡散窓、（16）:Zn拡散領域、（17）:
Si拡散領域、（18），（19）：電極、（20）：レーザ光
路、（21）：レーザ光。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。FIG. 1 is a perspective view showing a waveguide lens according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of a superlattice layer of the waveguide lens according to one embodiment of the present invention, and FIG. a) to (c) are cross-sectional views showing manufacturing steps of the waveguide lens of FIG. 1; FIG. 4 is a cross-sectional view of a semiconductor laser portion in a semiconductor laser with a waveguide lens showing an embodiment of the present invention; 5 (a) to 5 (g) are each a sectional view or a plan view showing a manufacturing process of the semiconductor laser with a waveguide lens of FIG. 4, and FIG. 6 is a semiconductor laser with a waveguide lens of FIG. 4 and FIG. FIG. 7 is a perspective view showing a conventional waveguide lens. (1): GaAs substrate, (2): first clad layer,
(3): super lattice layer, (4): second clad layer,
(5): impurity diffusion region (lens region), (6): waveguide optical path, (7): GaAs well layer, (8): AlAs barrier layer,
(9): SiN 4 film, (10): resist film, (11): opening,
(12): GaAs contact layer, (13): waveguide lens hole,
(14), (15): diffusion window, (16): Zn diffusion region, (17):
Si diffusion region, (18), (19): electrode, (20): laser beam path, (21): laser beam. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−70203（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−184508（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−231304（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/18 G02B 6/12──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-63-70203 (JP, A) JP-A-61-184508 (JP, A) JP-A-63-231304 (JP, A) (58) Field (Int.Cl. 6 , DB name) H01S 3/18 G02B 6/12
Claims (2)
リア層とを複数層交互に積み重ねることにより形成され
た化合物半導体の超格子層、および第２のクラッド層を
順次配設して形成された結晶成長層と、 この結晶成長層の一部に配設されるとともに、結晶成長
層の深さ方向のその厚さ内に前記超格子層の深さ方向位
置を含み、前記結晶成長層と平行な面での形状がレンズ
断面形状をなす不純物拡散領域からなる導波路レンズ
と、 この導波路レンズが配設された一部を除く他部の結晶成
長層に含まれた超格子層を活性層とし、前記導波路レン
ズの光軸に一致した光導波路を有する半導体レーザと、 を備えた光機能素子。A semiconductor substrate, a first cladding layer, a superlattice layer of a compound semiconductor formed by alternately stacking a plurality of well layers and barrier layers on the semiconductor substrate, and a second cladding layer. A crystal growth layer formed by sequentially arranging the layers; and a crystal growth layer disposed on a part of the crystal growth layer and having a depth direction of the superlattice layer within the thickness of the crystal growth layer in the depth direction. A waveguide lens including an impurity diffusion region including a position and having a lens cross-sectional shape in a plane parallel to the crystal growth layer; and a crystal growth layer in another portion excluding a part where the waveguide lens is provided. A semiconductor laser having, as an active layer, a superlattice layer included in (a) and an optical waveguide coinciding with the optical axis of the waveguide lens.
ル層とバリア層とを複数層交互に積み重ねることにより
形成する化合物半導体の超格子層、および第２のクラッ
ド層を順次結晶成長により形成する第１の工程と、 第１のクラッド層、超格子層、および第２のクラッド層
を含む結晶成長層の一部に、この結晶成長層と平行な面
での形状がレンズ断面形状をなすとともに超格子層を越
える深さを有する不純物拡散領域を、前記結晶成長層の
表面からの不純物拡散により形成する第２の工程と、 不純物拡散領域が形成される一部を除く他部の結晶成長
層に、この結晶成長層の超格子層を活性層とし、前記不
純物拡散領域のレンズ断面形状の光軸に一致した光導波
路を有する半導体レーザを形成する第３の工程と、 を含む光機能素子の製造方法。A first cladding layer, a superlattice layer of a compound semiconductor formed by alternately stacking a plurality of well layers and barrier layers on a semiconductor substrate, and a second cladding layer formed by successive crystal growth. A first step of forming, a part of a crystal growth layer including a first cladding layer, a superlattice layer, and a second cladding layer, a shape in a plane parallel to the crystal growth layer has a lens cross-sectional shape. A second step of forming an impurity diffusion region having a depth exceeding the superlattice layer by diffusion of impurities from the surface of the crystal growth layer; and forming a crystal in another part except a part where the impurity diffusion region is formed. A third step of forming a semiconductor laser having a superlattice layer of the crystal growth layer as an active layer and a semiconductor laser having an optical waveguide coincident with an optical axis of a lens cross-sectional shape of the impurity diffusion region in the growth layer. Device manufacturing method .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1035425A JP2760006B2 (en) | 1989-02-15 | 1989-02-15 | Structure of waveguide lens and optical functional element and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP1035425A JP2760006B2 (en) | 1989-02-15 | 1989-02-15 | Structure of waveguide lens and optical functional element and method of manufacturing the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02213805A JPH02213805A (en) | 1990-08-24 |
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ID=12441512
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61184508A (en) * | 1985-02-12 | 1986-08-18 | Mitsubishi Electric Corp | Optical waveguide |
| JPS6370203A (en) * | 1986-09-11 | 1988-03-30 | Brother Ind Ltd | Manufacture of distributed index type optical waveguide lens |
| JPS63231304A (en) * | 1987-03-19 | 1988-09-27 | Seiko Epson Corp | Thin film lens |
-
1989
- 1989-02-15 JP JP1035425A patent/JP2760006B2/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02213805A (en) | 1990-08-24 |
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