JP2814906B2 - 光半導体素子およびその製造方法 - Google Patents
光半導体素子およびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信、光情報処理な
どに用いられる、半導体レーザ単体や、半導体レーザと
半導体光変調器、半導体光アンプ、半導体光導波路など
を同一基板上に集積した光半導体素子の製造方法に関す
る。
どに用いられる、半導体レーザ単体や、半導体レーザと
半導体光変調器、半導体光アンプ、半導体光導波路など
を同一基板上に集積した光半導体素子の製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】光通信や光情報処理などに用いられる光
源として、半導体レーザ単体の開発が進められてきた
が、最近さらに高度な機能を保持することを目的とし
て、半導体レーザの他に半導体光変調器や半導体光アン
プ、半導体光導波路など各種の半導体光機能素子を同一
基板上にモノリシックに集積化した、半導体光集積回路
の研究開発が活発化している。
源として、半導体レーザ単体の開発が進められてきた
が、最近さらに高度な機能を保持することを目的とし
て、半導体レーザの他に半導体光変調器や半導体光アン
プ、半導体光導波路など各種の半導体光機能素子を同一
基板上にモノリシックに集積化した、半導体光集積回路
の研究開発が活発化している。
【０００３】半導体光集積回路は異なるバンドギャップ
エネルギー（Ｅg ）を有する光半導体素子の集積構造で
あり製造方法が複雑なため、素子特性の歩留まりや均一
性が低下するという問題があった。こうした問題を克服
するために、誘電体薄膜ストライプマスクを用いた選択
成長による製造方法が特開平４−１０５３８３号公報
（特願平２−２２２９２８号）に示されている。
エネルギー（Ｅg ）を有する光半導体素子の集積構造で
あり製造方法が複雑なため、素子特性の歩留まりや均一
性が低下するという問題があった。こうした問題を克服
するために、誘電体薄膜ストライプマスクを用いた選択
成長による製造方法が特開平４−１０５３８３号公報
（特願平２−２２２９２８号）に示されている。
【０００４】図４（ａ）に表面図を、図４（ｂ）に断面
図を示すように、（１００）面方位を有するＩｎＰ半導
体基板１の表面に一対の誘電体薄膜ストライプマスク２
０（幅Ｗm 、間隔Ｗg ）を形成し、有機金属気相成長法
（ＭＯＶＰＥ法）によってマスク２０に挟まれた導波領
域２１にＩｎＧａＡｓ量子井戸を含む多重量子井戸（Ｍ
ＱＷ）構造５を成長することにより、半導体のメサエッ
チング工程を用いることなく半導体レーザの活性層を形
成することができる。このため、素子構造の均一性が向
上するという特徴がある。さらに選択成長したＩｎＧａ
Ａｓ井戸の層厚および混晶組成がＷm によって変化する
ため、図４（ｃ）に示すように、ＭＱＷ構造のバンドギ
ャップエネルギーＥg （または発光波長）をマスク幅Ｗ
m によって変化させることができる。
図を示すように、（１００）面方位を有するＩｎＰ半導
体基板１の表面に一対の誘電体薄膜ストライプマスク２
０（幅Ｗm 、間隔Ｗg ）を形成し、有機金属気相成長法
（ＭＯＶＰＥ法）によってマスク２０に挟まれた導波領
域２１にＩｎＧａＡｓ量子井戸を含む多重量子井戸（Ｍ
ＱＷ）構造５を成長することにより、半導体のメサエッ
チング工程を用いることなく半導体レーザの活性層を形
成することができる。このため、素子構造の均一性が向
上するという特徴がある。さらに選択成長したＩｎＧａ
Ａｓ井戸の層厚および混晶組成がＷm によって変化する
ため、図４（ｃ）に示すように、ＭＱＷ構造のバンドギ
ャップエネルギーＥg （または発光波長）をマスク幅Ｗ
m によって変化させることができる。
【０００５】このＭＯＶＰＥ選択成長によるＥg 制御を
利用すれば、異なるＥg を有する光導波構造の接続構造
を１回の結晶成長で作製することができ、半導体光集積
回路の歩留まりが向上するとともに、導波路間の高い結
合効率を得ることができる。図５に波長可変機構を有す
る分布反射型（ＤＢＲ）半導体レーザを製造した例を示
す（特願平３−０６７４９８号参照）。図５（ｃ）に素
子断面図を示す。まず（１００）方位ｎ−ＩｎＰ基板１
上のＤＢＲ領域３３（図５（ａ））にグレーティングを
形成する。次にｎ−ＩｎＧａＡｓＰガイド層２およびｎ
−ＩｎＰスペーサ層３を全面に成長した後、図５（ａ）
に表面図を示すように、表面に一対のＳｉＯ2 ストライ
プマスク２０を［０１１］方向に一定の間隔Ｗg 1 で形
成する。このときマスク幅を活性領域３１ではＷm 1 、
位相制御領域３２およびＤＢＲ領域３３ではＷm 1 ′
（Ｗm 1 ＞Ｗm 1 ′）となるようにする。そしてストラ
イプマスク２０に挟まれた導波領域２１にｎ−ＩｎＰク
ラッド層４、ＭＱＷ活性層５、ｐ−ＩｎＰクラッド層６
を選択成長する。
利用すれば、異なるＥg を有する光導波構造の接続構造
を１回の結晶成長で作製することができ、半導体光集積
回路の歩留まりが向上するとともに、導波路間の高い結
合効率を得ることができる。図５に波長可変機構を有す
る分布反射型（ＤＢＲ）半導体レーザを製造した例を示
す（特願平３−０６７４９８号参照）。図５（ｃ）に素
子断面図を示す。まず（１００）方位ｎ−ＩｎＰ基板１
上のＤＢＲ領域３３（図５（ａ））にグレーティングを
形成する。次にｎ−ＩｎＧａＡｓＰガイド層２およびｎ
−ＩｎＰスペーサ層３を全面に成長した後、図５（ａ）
に表面図を示すように、表面に一対のＳｉＯ2 ストライ
プマスク２０を［０１１］方向に一定の間隔Ｗg 1 で形
成する。このときマスク幅を活性領域３１ではＷm 1 、
位相制御領域３２およびＤＢＲ領域３３ではＷm 1 ′
（Ｗm 1 ＞Ｗm 1 ′）となるようにする。そしてストラ
イプマスク２０に挟まれた導波領域２１にｎ−ＩｎＰク
ラッド層４、ＭＱＷ活性層５、ｐ−ＩｎＰクラッド層６
を選択成長する。
【０００６】次に図５（ｂ）に示すように、ストライプ
マスク２０の対向する側縁部を部分的に除去して導波領
域幅をＷg 2 に拡大し、この成長領域２３にｐ−ＩｎＰ
クラッド層７およびｐ−ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）キャップ層
８を選択成長する。成長圧力を７６Ｔｏｒｒ、マスク幅
をＷm 1 ＝１０μｍ、Ｗm 1 ′＝４μｍとした時に、活
性領域３１およびＤＢＲ領域３３におけるＭＱＷ層５か
らの発光ピーク波長はそれぞれ１．５５μｍおよび１．
５０μｍとなり、両者の間に約５０ｎｍの波長差が得ら
れている。例えばオーエフシー１９９２年の講演論文Ｆ
Ｂ１０参照（Ｔ．Ｓａｓａｋｉ ｅｔ ａｌ．， Ｏｐ
ｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ
Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｓａｎ Ｊｏｓｅ，Ｕ．Ｓ．
Ａ．，１９９２，Ｐａｐｅｒ ＦＢ１０）。
マスク２０の対向する側縁部を部分的に除去して導波領
域幅をＷg 2 に拡大し、この成長領域２３にｐ−ＩｎＰ
クラッド層７およびｐ−ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）キャップ層
８を選択成長する。成長圧力を７６Ｔｏｒｒ、マスク幅
をＷm 1 ＝１０μｍ、Ｗm 1 ′＝４μｍとした時に、活
性領域３１およびＤＢＲ領域３３におけるＭＱＷ層５か
らの発光ピーク波長はそれぞれ１．５５μｍおよび１．
５０μｍとなり、両者の間に約５０ｎｍの波長差が得ら
れている。例えばオーエフシー１９９２年の講演論文Ｆ
Ｂ１０参照（Ｔ．Ｓａｓａｋｉ ｅｔ ａｌ．， Ｏｐ
ｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ
Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｓａｎ Ｊｏｓｅ，Ｕ．Ｓ．
Ａ．，１９９２，Ｐａｐｅｒ ＦＢ１０）。
【０００７】図５の素子構造では、Ｅg の大きなＤＢＲ
領域３３においてもＭＱＷ層５はＳｉＯ2 ストライプマ
スク２０に挟まれた領域に選択的に形成されていた。
領域３３においてもＭＱＷ層５はＳｉＯ2 ストライプマ
スク２０に挟まれた領域に選択的に形成されていた。
【０００８】一方図６は分布帰還型（ＤＦＢ）半導体レ
ーザと半導体光変調器の集積化光源を構造した例であ
り、エレクトロニクスレターズ２７巻２１３８頁に記載
されている。（Ｍ．Ａｏｋｉ ｅｔ ａｌ．，Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．２７，ｐ
ｐ．２１３８，１９９１）。ここではＥg の大きな光変
調器領域３８ではＭＱＷ構造を全面に形成する構造とな
っている。図６（ｃ）に断面図を示す。製造方法として
は、図６（ａ）に表面図を示すように、まず一対のＳｉ
Ｏ2 ストライプマスク２０（幅Ｗm 1 、間隔Ｗg 1 ）お
よびグレーティング２４をＤＦＢレーザ領域３４のみに
形成したｎ−ＩｎＰ基板１の上に、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ
ガイド層２、ｎ−ＩｎＰスペーサ層３′ＭＱＷ活性層
５、ｐ−ＩｎＰクラッド層６を成長する。次に図６
（ｂ）に表面図を示すように、導波領域２１の中央に形
成した１本のＳｉＯ2 ストライプマスク２２（幅Ｗa 、
Ｗa 〈Ｗg 1）を形成し、エッチング溶液を用いて基板
１までメサエッチングし、幅Ｗa の導波構造を形成す
る。ストライプマスク２２を用いて、ｐ−ＩｎＰ電流ブ
ロック層９およびｎ−ＩｎＰ電流ブロック層１０を埋め
込み成長した後、全面にｐ−ＩｎＰクラッド層７および
ｐ−ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）キャップ層８を成長する。この
例では、導波構造は従来よく用いられている埋め込みヘ
テロ（ＢＨ）構造となっている。
ーザと半導体光変調器の集積化光源を構造した例であ
り、エレクトロニクスレターズ２７巻２１３８頁に記載
されている。（Ｍ．Ａｏｋｉ ｅｔ ａｌ．，Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．２７，ｐ
ｐ．２１３８，１９９１）。ここではＥg の大きな光変
調器領域３８ではＭＱＷ構造を全面に形成する構造とな
っている。図６（ｃ）に断面図を示す。製造方法として
は、図６（ａ）に表面図を示すように、まず一対のＳｉ
Ｏ2 ストライプマスク２０（幅Ｗm 1 、間隔Ｗg 1 ）お
よびグレーティング２４をＤＦＢレーザ領域３４のみに
形成したｎ−ＩｎＰ基板１の上に、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ
ガイド層２、ｎ−ＩｎＰスペーサ層３′ＭＱＷ活性層
５、ｐ−ＩｎＰクラッド層６を成長する。次に図６
（ｂ）に表面図を示すように、導波領域２１の中央に形
成した１本のＳｉＯ2 ストライプマスク２２（幅Ｗa 、
Ｗa 〈Ｗg 1）を形成し、エッチング溶液を用いて基板
１までメサエッチングし、幅Ｗa の導波構造を形成す
る。ストライプマスク２２を用いて、ｐ−ＩｎＰ電流ブ
ロック層９およびｎ−ＩｎＰ電流ブロック層１０を埋め
込み成長した後、全面にｐ−ＩｎＰクラッド層７および
ｐ−ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）キャップ層８を成長する。この
例では、導波構造は従来よく用いられている埋め込みヘ
テロ（ＢＨ）構造となっている。
【０００９】また光ファイバ通信システムなどにおいて
重要な半導体光アンプを作製する上で、端面反射率の抑
制は重要である。反射率を低減する有効な方法として、
導波層を端面で途切らせてバンドギャップエネルギーの
大きな半導体層で端面を埋め込む、窓構造がある。アイ
オーオーシー １９８９年講演論文２０Ｃ２−２参照。
（Ｉ．Ｃｈａ ｅｔ ａｌ．，１００Ｃ’８９，Ｋｏｂ
ｅ，ｐａｐｅｒ ２０Ｃ２−２）。また選択成長を用い
て窓構造を形成する方法として、窓領域にマスクを形成
して、導波層が形成されないようにし、その後でクラッ
ド層を埋め込む方法が出願されている（特願平３−２１
６０２７号）。
重要な半導体光アンプを作製する上で、端面反射率の抑
制は重要である。反射率を低減する有効な方法として、
導波層を端面で途切らせてバンドギャップエネルギーの
大きな半導体層で端面を埋め込む、窓構造がある。アイ
オーオーシー １９８９年講演論文２０Ｃ２−２参照。
（Ｉ．Ｃｈａ ｅｔ ａｌ．，１００Ｃ’８９，Ｋｏｂ
ｅ，ｐａｐｅｒ ２０Ｃ２−２）。また選択成長を用い
て窓構造を形成する方法として、窓領域にマスクを形成
して、導波層が形成されないようにし、その後でクラッ
ド層を埋め込む方法が出願されている（特願平３−２１
６０２７号）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】図５に示した素子製造
方法は、半導体のエッチングを用いることなく、ＭＱＷ
活性層およびＩｎＰクラッド層を選択成長で形成できる
という特徴があり、均一な構造が得られるため、素子特
性の均一性や歩留まりが向上するという特徴がある。し
かし、Ｅg の大きな領域においてもストライプマスク２
０を用いて選択成長によりＭＱＷ構造を形成しているた
め、図４（ｃ）からもわかるように得られるＥg 差には
限りがあり、半導体レーザに光導波路などを集積する場
合には光導波路のＥg が充分に大きくならず、充分低い
導波損失が得られないという問題点があった。
方法は、半導体のエッチングを用いることなく、ＭＱＷ
活性層およびＩｎＰクラッド層を選択成長で形成できる
という特徴があり、均一な構造が得られるため、素子特
性の均一性や歩留まりが向上するという特徴がある。し
かし、Ｅg の大きな領域においてもストライプマスク２
０を用いて選択成長によりＭＱＷ構造を形成しているた
め、図４（ｃ）からもわかるように得られるＥg 差には
限りがあり、半導体レーザに光導波路などを集積する場
合には光導波路のＥg が充分に大きくならず、充分低い
導波損失が得られないという問題点があった。
【００１１】一方図６に示した素子製造方法はＥg の大
きな領域でＭＱＷ層５を全面成長しているため、比較的
大きなＥg 差が得られるという特徴を有している。しか
し、従来用いられている半導体のメサエッチング工程を
含むため、工程が複雑となるとともに、活性層幅のばら
つきによる素子特性のばらつきが生じやすいという問題
点があった。
きな領域でＭＱＷ層５を全面成長しているため、比較的
大きなＥg 差が得られるという特徴を有している。しか
し、従来用いられている半導体のメサエッチング工程を
含むため、工程が複雑となるとともに、活性層幅のばら
つきによる素子特性のばらつきが生じやすいという問題
点があった。
【００１２】また選択成長により窓領域を形成した半導
体光アンプにおいては、選択的に形成された導波層の端
部が滑らかに埋め込まれにくいという問題があった。
体光アンプにおいては、選択的に形成された導波層の端
部が滑らかに埋め込まれにくいという問題があった。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの光半導体素子の製造方法は、第１光導波層が全面に
形成された半導体基板上において、ある領域では、少な
くとも量子井戸層からなる第２光導波層がストライプ状
に形成され、一方途切れることなく別の領域では全面に
形成されており、さらに半導体クラッド層がストライプ
状に形成された前記第２光導波層を覆うように、また全
面に形成された前記第２光導波層の上ではストライプ状
の凸部となるようにそれぞれ形成されたことを特徴とす
る光半導体素子である。
めの光半導体素子の製造方法は、第１光導波層が全面に
形成された半導体基板上において、ある領域では、少な
くとも量子井戸層からなる第２光導波層がストライプ状
に形成され、一方途切れることなく別の領域では全面に
形成されており、さらに半導体クラッド層がストライプ
状に形成された前記第２光導波層を覆うように、また全
面に形成された前記第２光導波層の上ではストライプ状
の凸部となるようにそれぞれ形成されたことを特徴とす
る光半導体素子である。
【００１４】または、第１光導波層の層厚が全体にわた
って一定であるのに対し、量子井戸層の層厚が、ストラ
イプ状に形成された領域で他の領域に比べて厚くなって
いることを特徴とする光半導体素子である。
って一定であるのに対し、量子井戸層の層厚が、ストラ
イプ状に形成された領域で他の領域に比べて厚くなって
いることを特徴とする光半導体素子である。
【００１５】または、半導体基板上に第１光導波層を含
む半導体多層膜を全面に結晶成長する工程と、対向する
２本の第１誘電体薄膜ストライプを局所的に形成する工
程と、少なくとも量子井戸構造を含む第２光導波層を前
記第１誘電体薄膜ストライプの対向する内側の成長領域
には選択的に成長すると同時に前記第１誘電体薄膜スト
ライプが形成されていない領域には全面に成長する工程
と、前記第１誘電体薄膜ストライプを除去する工程と、
対向する２本の第２誘電体薄膜ストライプを、前記第１
誘電体薄膜ストライプに挟まれた領域に形成された前記
第２光導波層を挟むように基板全面に形成する工程と、
前記第２誘電体薄膜ストライプに挟まれた成長領域に、
半導体クラッド層を含む半導体多層膜を選択成長する工
程を含むことを特徴とする光半導体素子の製造方法であ
る。
む半導体多層膜を全面に結晶成長する工程と、対向する
２本の第１誘電体薄膜ストライプを局所的に形成する工
程と、少なくとも量子井戸構造を含む第２光導波層を前
記第１誘電体薄膜ストライプの対向する内側の成長領域
には選択的に成長すると同時に前記第１誘電体薄膜スト
ライプが形成されていない領域には全面に成長する工程
と、前記第１誘電体薄膜ストライプを除去する工程と、
対向する２本の第２誘電体薄膜ストライプを、前記第１
誘電体薄膜ストライプに挟まれた領域に形成された前記
第２光導波層を挟むように基板全面に形成する工程と、
前記第２誘電体薄膜ストライプに挟まれた成長領域に、
半導体クラッド層を含む半導体多層膜を選択成長する工
程を含むことを特徴とする光半導体素子の製造方法であ
る。
【００１６】または、上記の光半導体素子の製造方法に
おいて、前記第１誘電体薄膜ストライプまたは前記第２
誘電体薄膜ストライプのストライプ幅を、ストライプ方
向で変化させることを特徴とする光半導体素子の製造方
法である。
おいて、前記第１誘電体薄膜ストライプまたは前記第２
誘電体薄膜ストライプのストライプ幅を、ストライプ方
向で変化させることを特徴とする光半導体素子の製造方
法である。
【００１７】または、上記の光半導体素子の製造方法に
おいて、前記第１誘電体薄膜ストライプまたは前記第２
誘電体薄膜ストライプに挟まれた成長領域幅を、ストラ
イプ方向で変化させることを特徴とする光半導体素子の
製造方法である。
おいて、前記第１誘電体薄膜ストライプまたは前記第２
誘電体薄膜ストライプに挟まれた成長領域幅を、ストラ
イプ方向で変化させることを特徴とする光半導体素子の
製造方法である。
【００１８】または、上記の光半導体素子の製造方法に
おいて、前記第２誘電体薄膜ストライプが前記光導波路
領域の一部において曲線状に形成されることを特徴とす
る光半導体素子の製造方法である。
おいて、前記第２誘電体薄膜ストライプが前記光導波路
領域の一部において曲線状に形成されることを特徴とす
る光半導体素子の製造方法である。
【００１９】
【作用】ＭＯＶＰＥ選択成長では、選択的に形成したリ
ッジ構造の側面が非常に平滑な結晶面となるため、光導
波路を作製した時に散乱による導波損失が大幅に低減す
るという特徴がある。この特徴を生かした、低損失なリ
ッジ光導波路が提案されている（特願平３−０１９４１
１号）。図７にリッジ光導波路の構造を示す。図７
（ｂ）に断面図を示す。ＩｎＰ半導体基板１の表面にＩ
ｎＧａＡｓＰガイド層２、ＩｎＰスペーサ層３を積層し
た後、図７（ａ）に表面図を示すように、一対のＳｉＯ
2 ストライプマスク２２（幅Ｗm 2 、間隔Ｗg 2 ）を形
成し、挟まれた成長領域２３にＩｎＰクラッド層７を選
択成長する。このとき、半導体基板の面方位を（１０
０）、ストライプマスク２２の方向を［０１１］方向と
すると、選択的に形成されたクラッド層７の側面は平滑
な（１１１）Ｂ面となる。こうして作製したリッジ光導
波路において、きわめて低い導波損失が得られている。
ッジ構造の側面が非常に平滑な結晶面となるため、光導
波路を作製した時に散乱による導波損失が大幅に低減す
るという特徴がある。この特徴を生かした、低損失なリ
ッジ光導波路が提案されている（特願平３−０１９４１
１号）。図７にリッジ光導波路の構造を示す。図７
（ｂ）に断面図を示す。ＩｎＰ半導体基板１の表面にＩ
ｎＧａＡｓＰガイド層２、ＩｎＰスペーサ層３を積層し
た後、図７（ａ）に表面図を示すように、一対のＳｉＯ
2 ストライプマスク２２（幅Ｗm 2 、間隔Ｗg 2 ）を形
成し、挟まれた成長領域２３にＩｎＰクラッド層７を選
択成長する。このとき、半導体基板の面方位を（１０
０）、ストライプマスク２２の方向を［０１１］方向と
すると、選択的に形成されたクラッド層７の側面は平滑
な（１１１）Ｂ面となる。こうして作製したリッジ光導
波路において、きわめて低い導波損失が得られている。
【００２０】本発明の光半導体素子の製造方法を用いて
半導体光集積回路を製造する場合に、ＭＱＷ層の形成に
おいては、Ｅg の大きな領域では図６の例と同様にスト
ライプマスクを用いずに全面に形成すると同時に、その
他のＥg の比較的小さな領域では図５の例と同様にスト
ライプマスクを用いて選択的に形成する。続く導波構造
の形成においては、導波領域では図７の例と同様にＩｎ
Ｐ層を選択成長してリッジ導波構造を形成すると同時
に、その他の領域では図５の例と同様にＩｎＰクラッド
層をＭＱＷ層を覆うように選択的に形成する。こうして
図５〜図７に示された従来例の利点だけを採用すること
により、Ｅg 差の大きなＭＱＷ導波層を有する半導体光
集積回路を、半導体のメサエッチングを用いずに製造す
ることができる。なおＭＱＷ層を全面に成長した領域で
は、ＭＱＷ層の層厚が薄くなるため、導波路内の伝搬モ
ードを安定に保つため、あらかじめ別の導波層を全面に
成長している。
半導体光集積回路を製造する場合に、ＭＱＷ層の形成に
おいては、Ｅg の大きな領域では図６の例と同様にスト
ライプマスクを用いずに全面に形成すると同時に、その
他のＥg の比較的小さな領域では図５の例と同様にスト
ライプマスクを用いて選択的に形成する。続く導波構造
の形成においては、導波領域では図７の例と同様にＩｎ
Ｐ層を選択成長してリッジ導波構造を形成すると同時
に、その他の領域では図５の例と同様にＩｎＰクラッド
層をＭＱＷ層を覆うように選択的に形成する。こうして
図５〜図７に示された従来例の利点だけを採用すること
により、Ｅg 差の大きなＭＱＷ導波層を有する半導体光
集積回路を、半導体のメサエッチングを用いずに製造す
ることができる。なおＭＱＷ層を全面に成長した領域で
は、ＭＱＷ層の層厚が薄くなるため、導波路内の伝搬モ
ードを安定に保つため、あらかじめ別の導波層を全面に
成長している。
【００２１】
【実施例】以下本発明の半導体光集積素子の実施例につ
いて述べる。
いて述べる。
【００２２】図１は波長可変ＤＢＲレーザの製造方法を
表す図である。図１（ａ）および（ｂ）はそれぞれ１回
目と２回目の選択成長におけるストライプマスクのパタ
ーンを表す表面図であり、図１（ｃ）および（ｄ）はそ
れぞれ結晶成長終了後の活性領域とＤＢＲ領域の構造を
示す断面図である。本素子は３回の結晶成長によって製
造される。
表す図である。図１（ａ）および（ｂ）はそれぞれ１回
目と２回目の選択成長におけるストライプマスクのパタ
ーンを表す表面図であり、図１（ｃ）および（ｄ）はそ
れぞれ結晶成長終了後の活性領域とＤＢＲ領域の構造を
示す断面図である。本素子は３回の結晶成長によって製
造される。
【００２３】まず（１００）方位ｎ−ＩｎＰ基板１のＤ
ＢＲ領域３３上にグレーティングを形成する。続いて全
面に、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰガイド層２（層厚１００ｎ
ｍ、キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3）、ｎ−ＩｎＰスペ
ーサ層３（層厚７０ｎｍ、キャリア濃度１×１０18ｃｍ
-3）を成長する。次に、図１（ａ）に示すように、一対
のＳｉＯ2 ストライプマスク２０（幅Ｗm 1 ＝３０μ
ｍ、間隔Ｗg 1 ＝１．５μｍ）を活性領域３１のみに
［００１］方向に形成する。そして、ｎ−ＩｎＰクラッ
ド層４（層厚５０ｎｍ、キャリア濃度１×１０18ｃ
ｍ-3）、ＭＱＷ活性層５（７層のＩｎＧａＡｓウェルお
よびＩｎＧａＡｓＰバリアからなり、ウェル厚およびバ
リア厚はそれぞれは７ｎｍと１５ｎｍ）、ｐ−ＩｎＰク
ラッド層６（層厚２００ｎｍ、キャリア濃度７×１０17
ｃｍ-3）を成長する。
ＢＲ領域３３上にグレーティングを形成する。続いて全
面に、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰガイド層２（層厚１００ｎ
ｍ、キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3）、ｎ−ＩｎＰスペ
ーサ層３（層厚７０ｎｍ、キャリア濃度１×１０18ｃｍ
-3）を成長する。次に、図１（ａ）に示すように、一対
のＳｉＯ2 ストライプマスク２０（幅Ｗm 1 ＝３０μ
ｍ、間隔Ｗg 1 ＝１．５μｍ）を活性領域３１のみに
［００１］方向に形成する。そして、ｎ−ＩｎＰクラッ
ド層４（層厚５０ｎｍ、キャリア濃度１×１０18ｃ
ｍ-3）、ＭＱＷ活性層５（７層のＩｎＧａＡｓウェルお
よびＩｎＧａＡｓＰバリアからなり、ウェル厚およびバ
リア厚はそれぞれは７ｎｍと１５ｎｍ）、ｐ−ＩｎＰク
ラッド層６（層厚２００ｎｍ、キャリア濃度７×１０17
ｃｍ-3）を成長する。
【００２４】上記の層厚は、活性領域３１のストライプ
マスク２０に挟まれた導波領域２１に選択的に形成され
たリッジ構造における値であり、全面成長した位相制御
領域３２およびＤＢＲ構造３３での層厚はその約１／３
となる。いったんストライプマスク２０を除去した後、
図１（ｂ）に示すように、再び一対のＳｉＯ2 ストライ
プマスク２２（幅Ｗm 2 ＝１０μｍ、間隔Ｗg 2 ＝６μ
ｍ）を［０１１］方向に、導波領域２１が中心になるよ
うに全領域に形成する。そしてｐ−ＩｎＰクラッド層７
（層厚１．５μｍ、キャリア濃度７×１０17ｃｍ-3）、
ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層８（層厚３００ｎｍ、キャ
リア濃度１×１０19ｃｍ-3）を成長する。層厚はいずれ
も、ストライプマスク２２に挟まれた成長領域２３に選
択的に形成された構造での値である。
マスク２０に挟まれた導波領域２１に選択的に形成され
たリッジ構造における値であり、全面成長した位相制御
領域３２およびＤＢＲ構造３３での層厚はその約１／３
となる。いったんストライプマスク２０を除去した後、
図１（ｂ）に示すように、再び一対のＳｉＯ2 ストライ
プマスク２２（幅Ｗm 2 ＝１０μｍ、間隔Ｗg 2 ＝６μ
ｍ）を［０１１］方向に、導波領域２１が中心になるよ
うに全領域に形成する。そしてｐ−ＩｎＰクラッド層７
（層厚１．５μｍ、キャリア濃度７×１０17ｃｍ-3）、
ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層８（層厚３００ｎｍ、キャ
リア濃度１×１０19ｃｍ-3）を成長する。層厚はいずれ
も、ストライプマスク２２に挟まれた成長領域２３に選
択的に形成された構造での値である。
【００２５】この選択成長により、図１（ｃ）、（ｄ）
に示すようにｐ−ＩｎＰクラッド層７は活性領域３１で
はＭＱＷ層を覆うように成長し、位相制御領域３２およ
びＤＢＲ領域３３では選択的に形成される。すなわち、
前者は図５（ｃ）、後者は図７（ｂ）に類似した構造と
なる。両者の導波領域における境界部は途切れなく形成
されている。またＭＱＷ活性層は成長圧力１５０Ｔｏｒ
ｒで成長しており、図４（ｃ）に示すように、７６Ｔｏ
ｒｒで成長する場合に比べてマスク幅による発光ピーク
波長のシフト量が大きくなる。この結果、活性領域とＤ
ＢＲ領域の発光ピーク波長はそれぞれ１．５５μｍ、
１．４０μｍとなった。従来は図５（ａ）に示すよう
に、ＤＢＲ領域では幅Ｗm 1 ′＝４μｍのマスクに挟ま
れた領域に選択的にＭＱＷ構造を形成しており、成長圧
力も７６Ｔｏｒｒであったため、発光ピーク波長は１．
５０μｍであった。
に示すようにｐ−ＩｎＰクラッド層７は活性領域３１で
はＭＱＷ層を覆うように成長し、位相制御領域３２およ
びＤＢＲ領域３３では選択的に形成される。すなわち、
前者は図５（ｃ）、後者は図７（ｂ）に類似した構造と
なる。両者の導波領域における境界部は途切れなく形成
されている。またＭＱＷ活性層は成長圧力１５０Ｔｏｒ
ｒで成長しており、図４（ｃ）に示すように、７６Ｔｏ
ｒｒで成長する場合に比べてマスク幅による発光ピーク
波長のシフト量が大きくなる。この結果、活性領域とＤ
ＢＲ領域の発光ピーク波長はそれぞれ１．５５μｍ、
１．４０μｍとなった。従来は図５（ａ）に示すよう
に、ＤＢＲ領域では幅Ｗm 1 ′＝４μｍのマスクに挟ま
れた領域に選択的にＭＱＷ構造を形成しており、成長圧
力も７６Ｔｏｒｒであったため、発光ピーク波長は１．
５０μｍであった。
【００２６】このように、本発明の素子製造方法を用い
ることにより、波長差を５０ｎｍから１５０ｎｍに拡大
できた。こうして結晶成長を終了した後、全面にＳｉＯ
2 膜を形成し、各領域の導波領域上のみストライプ状に
窓を開けて、ｐ側電極をｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層の
上にパタン状に形成するとともに、ｎ−ＩｎＰ基板上に
ｎ側電極を形成した。活性領域３１、位相制御領域３２
およびＤＢＲ領域３３の長さはそれぞれ６００μｍ、１
５０μｍ、３００μｍとした。
ることにより、波長差を５０ｎｍから１５０ｎｍに拡大
できた。こうして結晶成長を終了した後、全面にＳｉＯ
2 膜を形成し、各領域の導波領域上のみストライプ状に
窓を開けて、ｐ側電極をｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層の
上にパタン状に形成するとともに、ｎ−ＩｎＰ基板上に
ｎ側電極を形成した。活性領域３１、位相制御領域３２
およびＤＢＲ領域３３の長さはそれぞれ６００μｍ、１
５０μｍ、３００μｍとした。
【００２７】試作した素子の特性を評価した結果、しき
い値電流は平均９ｍＡで、３０ｍＷ以上の光出力が得ら
れた。またＤＢＲ領域に電流を２０ｍＡまで注入するこ
とにより、光出力を１０ｍＷに保ったままで、モードと
びを伴いながら５ｎｍ以上の波長可変幅を得ることがで
きた。さらに位相制御領域に電流を１０ｍＡまで注入す
ることにより、モードとびが生じた波長領域をすべてカ
バーすることができた。従来の選択成長による構造（図
５）では、活性領域と位相制御領域の波長差が充分でな
かったため、位相制御領域に電流注入しても完全にカバ
ーできなかった。
い値電流は平均９ｍＡで、３０ｍＷ以上の光出力が得ら
れた。またＤＢＲ領域に電流を２０ｍＡまで注入するこ
とにより、光出力を１０ｍＷに保ったままで、モードと
びを伴いながら５ｎｍ以上の波長可変幅を得ることがで
きた。さらに位相制御領域に電流を１０ｍＡまで注入す
ることにより、モードとびが生じた波長領域をすべてカ
バーすることができた。従来の選択成長による構造（図
５）では、活性領域と位相制御領域の波長差が充分でな
かったため、位相制御領域に電流注入しても完全にカバ
ーできなかった。
【００２８】本発明により波長差を拡大できたため、従
来の３電極波長可変ＤＢＲレーザ′例えばエレクトロニ
クスレターズ２３巻４０３頁（１９８７年）参照（Ｓ．
Ｍｕｒａｔａ ｅｔ ａｌ．，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．２３，ｐｐ．４０３，１９
８７）と同様の準連続波長可変動作を実現した上に、半
導体のメサエッチングを用いない製造方法の特徴である
高い歩留まり、均一性を維持することができた。 第２
の実施例について述べる。図２（ａ）はＤＦＢレーザ、
半導体光アンプと光導波路を集積した素子の、ＭＱＷ構
造の成長時のマスクパターンを示す表面図である。図１
（ａ）と同様に、一対のＳｉＯ2 ストライプマスク２０
がＤＦＢ領域３４および半導体光アンプ領域３５のみに
形成されている。素子の層構造は図１の例と同じであ
り、グレーティングはＤＦＢ領域３４のみに形成されて
いる。素子特性評価の結果、半導体光アンプの内部利得
２０ｄＢ、光導波路での導波損失１５ｃｍ-1を得た。ま
た光アンプと光導波路の結合部における結合効率は９５
％以上の値と見積もられた。
来の３電極波長可変ＤＢＲレーザ′例えばエレクトロニ
クスレターズ２３巻４０３頁（１９８７年）参照（Ｓ．
Ｍｕｒａｔａ ｅｔ ａｌ．，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．２３，ｐｐ．４０３，１９
８７）と同様の準連続波長可変動作を実現した上に、半
導体のメサエッチングを用いない製造方法の特徴である
高い歩留まり、均一性を維持することができた。 第２
の実施例について述べる。図２（ａ）はＤＦＢレーザ、
半導体光アンプと光導波路を集積した素子の、ＭＱＷ構
造の成長時のマスクパターンを示す表面図である。図１
（ａ）と同様に、一対のＳｉＯ2 ストライプマスク２０
がＤＦＢ領域３４および半導体光アンプ領域３５のみに
形成されている。素子の層構造は図１の例と同じであ
り、グレーティングはＤＦＢ領域３４のみに形成されて
いる。素子特性評価の結果、半導体光アンプの内部利得
２０ｄＢ、光導波路での導波損失１５ｃｍ-1を得た。ま
た光アンプと光導波路の結合部における結合効率は９５
％以上の値と見積もられた。
【００２９】本発明の半導体光アンプへの実施例とし
て、窓領域で導波層を全面成長することにより、窓領域
での損失を高くしないまま低い端面反射率を実現した。
具体的には図２（ｂ）に表面図を示すように、活性領域
３１のみにＳｉＯ2 ストライプマスク２０を形成してＭ
ＱＷ構造からなる導波層を導波領域２１に選択的に形成
し、窓領域３７においては全面に成長する。次に、図２
（ｃ）に表面図を示すように、ストライプマスク２２を
全面に形成し、クラッド層の成長を行う。このとき、マ
スク２２に挟まれた成長領域２３の幅Ｗg 2 を、活性領
域３１より窓領域３７で広くすることにより、窓領域で
の内部損失を低減した。作製した活性領域長３００μ
ｍ、窓領域長各３０μｍの素子において、内部利得２５
ｄＢ、端面反射率１０-5を実現した。
て、窓領域で導波層を全面成長することにより、窓領域
での損失を高くしないまま低い端面反射率を実現した。
具体的には図２（ｂ）に表面図を示すように、活性領域
３１のみにＳｉＯ2 ストライプマスク２０を形成してＭ
ＱＷ構造からなる導波層を導波領域２１に選択的に形成
し、窓領域３７においては全面に成長する。次に、図２
（ｃ）に表面図を示すように、ストライプマスク２２を
全面に形成し、クラッド層の成長を行う。このとき、マ
スク２２に挟まれた成長領域２３の幅Ｗg 2 を、活性領
域３１より窓領域３７で広くすることにより、窓領域で
の内部損失を低減した。作製した活性領域長３００μ
ｍ、窓領域長各３０μｍの素子において、内部利得２５
ｄＢ、端面反射率１０-5を実現した。
【００３０】波長可変ＤＢＲレーザと半導体光変調器を
２チャンネルごとに集積し、さらに半導体光導波路によ
る合波器を用いて半導体光アンプを接続した構造の半導
体光集積回路の実施例について述べる。図３は製造方法
を示す表面図である。ＤＢＲ領域３３のみにグレーティ
ングを形成したｎ−ＩｎＰ基板１の全面に、ｎ−ＩｎＧ
ａＡｓＰガイド層２（層厚１００ｎｍ、キャリア濃度１
×１０18ｃｍ-3）、ｎ−ＩｎＰスペーサ層３（層厚７０
ｎｍ、キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3）を成長する。
２チャンネルごとに集積し、さらに半導体光導波路によ
る合波器を用いて半導体光アンプを接続した構造の半導
体光集積回路の実施例について述べる。図３は製造方法
を示す表面図である。ＤＢＲ領域３３のみにグレーティ
ングを形成したｎ−ＩｎＰ基板１の全面に、ｎ−ＩｎＧ
ａＡｓＰガイド層２（層厚１００ｎｍ、キャリア濃度１
×１０18ｃｍ-3）、ｎ−ＩｎＰスペーサ層３（層厚７０
ｎｍ、キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3）を成長する。
【００３１】次に、図３（ａ）に示すように、一対のＳ
ｉＯ2 ストライプマスク２０を活性領域３１、光変調器
領域３８および光アンプ領域３５に［０１１］方向に形
成する。このときマスク幅は活性領域３１および光アン
プ領域３５で３０μｍ、光変調領域３８で１５μｍとし
た。光アンプ領域でのストライプマスク２０は、１組の
活性領域、光変調器領域におけるストライプマスク２０
の中間の位置に配置してある。また各領域での導波領域
２１の幅は１．５μｍと一定とした。各領域の長さは、
活性領域６００μｍ、ＤＢＲ領域１５０μｍ、光変調器
領域２００μｍ、光導波路領域１５００μｍ、光アンプ
領域３００μｍである。
ｉＯ2 ストライプマスク２０を活性領域３１、光変調器
領域３８および光アンプ領域３５に［０１１］方向に形
成する。このときマスク幅は活性領域３１および光アン
プ領域３５で３０μｍ、光変調領域３８で１５μｍとし
た。光アンプ領域でのストライプマスク２０は、１組の
活性領域、光変調器領域におけるストライプマスク２０
の中間の位置に配置してある。また各領域での導波領域
２１の幅は１．５μｍと一定とした。各領域の長さは、
活性領域６００μｍ、ＤＢＲ領域１５０μｍ、光変調器
領域２００μｍ、光導波路領域１５００μｍ、光アンプ
領域３００μｍである。
【００３２】そして、ｎ−ＩｎＰクラッド層４（層厚５
０ｎｍ、キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3）、ＭＱＷ活性
層５（７層のＩｎＧａＡｓウェルおよびＩｎＧａＡｓＰ
バリアからなり、ウェル厚およびバリア厚はそれぞれは
７ｎｍと１５ｎｍ）、ｐ−ＩｎＰクラッド層６（層厚２
００ｎｍ、キャリア濃度７×１０17ｃｍ-3）を成長す
る。上記の層厚は、活性領域３１のマスクストライプ２
０に挟まれた導波領域２１に選択的に形成された構造に
おける値である。
０ｎｍ、キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3）、ＭＱＷ活性
層５（７層のＩｎＧａＡｓウェルおよびＩｎＧａＡｓＰ
バリアからなり、ウェル厚およびバリア厚はそれぞれは
７ｎｍと１５ｎｍ）、ｐ−ＩｎＰクラッド層６（層厚２
００ｎｍ、キャリア濃度７×１０17ｃｍ-3）を成長す
る。上記の層厚は、活性領域３１のマスクストライプ２
０に挟まれた導波領域２１に選択的に形成された構造に
おける値である。
【００３３】いったんマスクストライプ２０を除去した
後、図３（ｂ）に表面図を示すように、再び一対のＳｉ
Ｏ2 マスクストライプ２２（幅１０μｍ、間隔６μｍ）
を、導波領域２１が中心になるように全領域に形成す
る。このとき隣り合った２つの光変調器が一つの光アン
プに接続されるように光導波路領域３６では曲線状にマ
スクパターンを形成しているが、マスクに挟まれたリッ
ジ成長領域２３の幅は全領域で６μｍ一定としている。
そしてｐ−ＩｎＰクラッド層７（層厚１．５μｍ、キャ
リア濃度７×１０17ｃｍ-3）、ｐ−ＩｎＧａＡｓキャッ
プ層８（層厚３００ｎｍ、キャリア濃度１×１０19ｃｍ
-3）を成長する。層厚はいずれも、成長領域２３に選択
的に形成された構造での値である。
後、図３（ｂ）に表面図を示すように、再び一対のＳｉ
Ｏ2 マスクストライプ２２（幅１０μｍ、間隔６μｍ）
を、導波領域２１が中心になるように全領域に形成す
る。このとき隣り合った２つの光変調器が一つの光アン
プに接続されるように光導波路領域３６では曲線状にマ
スクパターンを形成しているが、マスクに挟まれたリッ
ジ成長領域２３の幅は全領域で６μｍ一定としている。
そしてｐ−ＩｎＰクラッド層７（層厚１．５μｍ、キャ
リア濃度７×１０17ｃｍ-3）、ｐ−ＩｎＧａＡｓキャッ
プ層８（層厚３００ｎｍ、キャリア濃度１×１０19ｃｍ
-3）を成長する。層厚はいずれも、成長領域２３に選択
的に形成された構造での値である。
【００３４】すなわち、図１に示したＤＢＲレーザの製
作例と同一の方法によって、複数の機能素子の集積構造
を一括して３回の結晶成長で製造できる。本発明では光
導波路がリッジ構造となるため、従来作製が困難であっ
た曲線導波路も容易に形成できる。
作例と同一の方法によって、複数の機能素子の集積構造
を一括して３回の結晶成長で製造できる。本発明では光
導波路がリッジ構造となるため、従来作製が困難であっ
た曲線導波路も容易に形成できる。
【００３５】活性領域、ＤＢＲ領域、光変調器領域と光
アンプ領域にそれぞれパタン電極を形成し、素子特性と
評価した。その結果、光アンプ側端面から各チャンネル
ごとに２０ｍＷ以上の光出力が得られた。また、光変調
器部に振幅２Ｖの電圧を印加したときの消光比１５ｄＢ
が得られ、２．５Ｇｂ／ｓの変調において良好な被変調
光波形が得られた。また連続した１０素子におけるしき
い値電流と光出力は、それぞれ８〜１５ｍＡ、１８〜２
８ｍＷであり、均一性も良好であった。
アンプ領域にそれぞれパタン電極を形成し、素子特性と
評価した。その結果、光アンプ側端面から各チャンネル
ごとに２０ｍＷ以上の光出力が得られた。また、光変調
器部に振幅２Ｖの電圧を印加したときの消光比１５ｄＢ
が得られ、２．５Ｇｂ／ｓの変調において良好な被変調
光波形が得られた。また連続した１０素子におけるしき
い値電流と光出力は、それぞれ８〜１５ｍＡ、１８〜２
８ｍＷであり、均一性も良好であった。
【００３６】以下光集積素子の実施例を示す図面を用い
て本発明をより詳細に説明する。図８（ａ）は本発明の
１実施例である波長可変ＤＢＲ−ＬＤ、マッハツエ ンダ
（ＭＺ）光変調器、光導波路、合波器、光アンプを集積
化した光集積素子の平面図である。同一の半導体基板上
に波長可変ＤＢＲ−ＬＤ４１、ＭＺ光変調器４２が直列
に配置され、ＭＺ光変調器４２からの出力光が導波路４
３で合波器であるスターカップラ４４に導かれ、さらに
光増幅器４５によって一括して増幅される構成となって
いる。このような素子を実現するには以下のようにすれ
ば良い。すなわち部分的に回折格子を形成した半導体基
板４６上に、波長可変レーザ４１、光増幅器４５が形成
される部分に部分的に絶縁膜マスク４７、４８を形成す
る。回折格子はＤＢＲ領域４９の部分のみに形成されて
いる。活性領域５０を形成する部分ではマスク幅が広
く、ＤＢＲ領域４９を形成する部分ではマスク幅が狭く
なるようにした。マスク幅はそれぞれ１５μｍ，８μｍ
とした。ＭＱＷ構造の波長組成は、活性領域、ＤＢＲ領
域、平坦部でそれぞれ１．５５μｍ，１．４８μｍ，
１．４０μｍであった。平坦部での組成がレーザの発振
波長１．５５μｍにたいして十分透明であることが確認
できた。マスクの間隔は１．５μｍであり、そこに埋め
込み型のＭＱＷ導波路層が自動的に形成できる。マスク
の長さは活性領域、ＤＢＲ領域でそれぞれ４００μｍ，
２００μｍとした。また光増幅器４５の部分では、マス
クの幅、長さ、間隔はそれぞれ１５μｍ，６００μｍ、
１．５μｍとした。このようにマスクを形成した基板４
６上にＩｎＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓＰ（波長組成１．２
μｍ）からなる多重量子井戸構造を成長した。膜厚は平
坦部でいづれも６０Ａとなるようにした。マスク４７と
４８との間の領域は長さ２ｍｍとした。この段階で、マ
スクの間の領域にはＭＱＷ導波路がメサ構造の中に含ま
れるかたちで形成され、一方、マスクの無い領域では平
坦に形成される。このようにして得た半導体構造に、全
体に再度マスクを形成し、波長可変ＬＤ４１、光増幅器
４５となる部分のマスクを一部除去して、メサ構造を覆
うようにクラッド層５１を形成する。この際、ＭＺ光変
調器４２、導波路４３、スターカプラ４４を構成する部
分を図のようにパターニングして、クラッド層１２と同
時にリッジ１４を形成する。クラッド層の幅は６μｍ，
リッジ１４の幅は底面で４μｍとした。これによってＤ
ＢＲ−ＬＤ、あるいは光増幅器の部分の断面は図８
（ｂ）のような埋め込み構造に、またＭＺ光変調器４２
の部分の断面は図８（ｃ）に示すようなリッジ導波路構
造になる。ＭＺ光変調器の位相変調部は長さ６００μ
ｍ，曲線導波路３は全長８００μｍとした。この実施例
では４つのＤＢＲ−ＬＤ、４つのＭＺ光変調器をモノリ
シックに集積した。このような素子に部分的に電極を形
成することにより、所望の光集積素子を得る。
て本発明をより詳細に説明する。図８（ａ）は本発明の
１実施例である波長可変ＤＢＲ−ＬＤ、マッハツエ ンダ
（ＭＺ）光変調器、光導波路、合波器、光アンプを集積
化した光集積素子の平面図である。同一の半導体基板上
に波長可変ＤＢＲ−ＬＤ４１、ＭＺ光変調器４２が直列
に配置され、ＭＺ光変調器４２からの出力光が導波路４
３で合波器であるスターカップラ４４に導かれ、さらに
光増幅器４５によって一括して増幅される構成となって
いる。このような素子を実現するには以下のようにすれ
ば良い。すなわち部分的に回折格子を形成した半導体基
板４６上に、波長可変レーザ４１、光増幅器４５が形成
される部分に部分的に絶縁膜マスク４７、４８を形成す
る。回折格子はＤＢＲ領域４９の部分のみに形成されて
いる。活性領域５０を形成する部分ではマスク幅が広
く、ＤＢＲ領域４９を形成する部分ではマスク幅が狭く
なるようにした。マスク幅はそれぞれ１５μｍ，８μｍ
とした。ＭＱＷ構造の波長組成は、活性領域、ＤＢＲ領
域、平坦部でそれぞれ１．５５μｍ，１．４８μｍ，
１．４０μｍであった。平坦部での組成がレーザの発振
波長１．５５μｍにたいして十分透明であることが確認
できた。マスクの間隔は１．５μｍであり、そこに埋め
込み型のＭＱＷ導波路層が自動的に形成できる。マスク
の長さは活性領域、ＤＢＲ領域でそれぞれ４００μｍ，
２００μｍとした。また光増幅器４５の部分では、マス
クの幅、長さ、間隔はそれぞれ１５μｍ，６００μｍ、
１．５μｍとした。このようにマスクを形成した基板４
６上にＩｎＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓＰ（波長組成１．２
μｍ）からなる多重量子井戸構造を成長した。膜厚は平
坦部でいづれも６０Ａとなるようにした。マスク４７と
４８との間の領域は長さ２ｍｍとした。この段階で、マ
スクの間の領域にはＭＱＷ導波路がメサ構造の中に含ま
れるかたちで形成され、一方、マスクの無い領域では平
坦に形成される。このようにして得た半導体構造に、全
体に再度マスクを形成し、波長可変ＬＤ４１、光増幅器
４５となる部分のマスクを一部除去して、メサ構造を覆
うようにクラッド層５１を形成する。この際、ＭＺ光変
調器４２、導波路４３、スターカプラ４４を構成する部
分を図のようにパターニングして、クラッド層１２と同
時にリッジ１４を形成する。クラッド層の幅は６μｍ，
リッジ１４の幅は底面で４μｍとした。これによってＤ
ＢＲ−ＬＤ、あるいは光増幅器の部分の断面は図８
（ｂ）のような埋め込み構造に、またＭＺ光変調器４２
の部分の断面は図８（ｃ）に示すようなリッジ導波路構
造になる。ＭＺ光変調器の位相変調部は長さ６００μ
ｍ，曲線導波路３は全長８００μｍとした。この実施例
では４つのＤＢＲ−ＬＤ、４つのＭＺ光変調器をモノリ
シックに集積した。このような素子に部分的に電極を形
成することにより、所望の光集積素子を得る。
【００３７】このような素子において、ＤＢＲ−ＬＤの
発振しきい値電流約２０ｍＡ、光出力１０ｍＷ、波長可
変範囲５ｎｍを得た。ＭＺ光変調器は３．５Ｖで動作
し、その時の消光比として１５ｄＢ程度の特性を得た。
ＭＺ光変調器、光導波路、スターカップラでの全損失は
約２０ｄＢであり、光増幅器によって損失補償すること
により、各チャンネルからのチップ光出力として＋８ｄ
Ｂｍ程度の値を得た。このような素子は、例えば波長間
隔４ｎｍに設定し、１０Ｇｂ／ｓの高速で光信号を送信
でき、高速の波長多重光通信用光源として非常に有用性
が高い。
発振しきい値電流約２０ｍＡ、光出力１０ｍＷ、波長可
変範囲５ｎｍを得た。ＭＺ光変調器は３．５Ｖで動作
し、その時の消光比として１５ｄＢ程度の特性を得た。
ＭＺ光変調器、光導波路、スターカップラでの全損失は
約２０ｄＢであり、光増幅器によって損失補償すること
により、各チャンネルからのチップ光出力として＋８ｄ
Ｂｍ程度の値を得た。このような素子は、例えば波長間
隔４ｎｍに設定し、１０Ｇｂ／ｓの高速で光信号を送信
でき、高速の波長多重光通信用光源として非常に有用性
が高い。
【００３８】図９は本発明の実施例である波長可変レー
ザと光スイッチの集積素子の作製工程を示す図である。
図９（ａ）に示すように部分的にマスク６１を形成し、
その基板の上にマスク部分を除いてＩｎＧａＡｓＰ系の
ＭＱＷ構造を成長する。マスクの形成された部分と、平
坦部でのＭＱＷ層の波長組成はそれぞれ１．５５μｍ，
１．３８μｍであった。マスクを形成した部分には回折
格子を形成してあり、ＤＦＢ−ＬＤ６２が形成される。
マスクの長さは４００μｍ、光スイッチ６３となる平坦
部分は長さ２ｍｍとした。これに全面に絶縁膜を形成
し、図９（ｂ）のようにパターニングする。あらかじめ
マスク６１を形成していた部分には埋め込み構造の活性
導波路が形成され、埋め込み構造のＤＦＢ−ＬＤとして
動作させることができる。またマスクを形成していなか
った部分にはリッジ導波路構造の方向性結合器型光スイ
ッチを形成することができる。ＤＦＢ−ＬＤの導波路部
分では活性層の幅１．５μｍ，埋め込み層の幅８μｍ，
光スイッチ部分ではリッジ導波路の幅４μｍとした。部
分的に電極を形成し、さらにＤＦＢ−ＬＤにはＰｔの加
熱抵抗線を形成することにより、抵抗加熱型の波長可変
ＤＦＢ−ＬＤとし、所望の光集積素子を得た。
ザと光スイッチの集積素子の作製工程を示す図である。
図９（ａ）に示すように部分的にマスク６１を形成し、
その基板の上にマスク部分を除いてＩｎＧａＡｓＰ系の
ＭＱＷ構造を成長する。マスクの形成された部分と、平
坦部でのＭＱＷ層の波長組成はそれぞれ１．５５μｍ，
１．３８μｍであった。マスクを形成した部分には回折
格子を形成してあり、ＤＦＢ−ＬＤ６２が形成される。
マスクの長さは４００μｍ、光スイッチ６３となる平坦
部分は長さ２ｍｍとした。これに全面に絶縁膜を形成
し、図９（ｂ）のようにパターニングする。あらかじめ
マスク６１を形成していた部分には埋め込み構造の活性
導波路が形成され、埋め込み構造のＤＦＢ−ＬＤとして
動作させることができる。またマスクを形成していなか
った部分にはリッジ導波路構造の方向性結合器型光スイ
ッチを形成することができる。ＤＦＢ−ＬＤの導波路部
分では活性層の幅１．５μｍ，埋め込み層の幅８μｍ，
光スイッチ部分ではリッジ導波路の幅４μｍとした。部
分的に電極を形成し、さらにＤＦＢ−ＬＤにはＰｔの加
熱抵抗線を形成することにより、抵抗加熱型の波長可変
ＤＦＢ−ＬＤとし、所望の光集積素子を得た。
【００３９】このような素子でＰｔ抵抗に流す電流を数
十ｍＡ程度に制御することにより、４ｎｍ程度の範囲の
波長可変動作を得ることができる。実際には２波長の波
長可変ＤＦＢ−ＬＤを形成した。抵抗加熱型のＤＦＢ−
ＬＤでは波長切り換えのスイッチング時間は数ｍｓであ
り、それらをあらかじめ数十ＧＨｚの周波数間隔に設定
しておき、光スイッチに電圧を印可することにより、１
ｎｓ程度の切り換え時間でスイッチングする事ができ
る。
十ｍＡ程度に制御することにより、４ｎｍ程度の範囲の
波長可変動作を得ることができる。実際には２波長の波
長可変ＤＦＢ−ＬＤを形成した。抵抗加熱型のＤＦＢ−
ＬＤでは波長切り換えのスイッチング時間は数ｍｓであ
り、それらをあらかじめ数十ＧＨｚの周波数間隔に設定
しておき、光スイッチに電圧を印可することにより、１
ｎｓ程度の切り換え時間でスイッチングする事ができ
る。
【００４０】以上のように本発明では、選択ＭＯＶＰＥ
成長技術を巧みに応用することにより、埋め込み型の導
波路とリッジ構造の導波路を一括して形成する事ができ
るため、実施例に示したような光通信などへの応用上き
わめて有用な光集積素子を実現する事ができる。
成長技術を巧みに応用することにより、埋め込み型の導
波路とリッジ構造の導波路を一括して形成する事ができ
るため、実施例に示したような光通信などへの応用上き
わめて有用な光集積素子を実現する事ができる。
【００４１】なお本発明の実施例では波長可変光源とし
て２電極のＤＢＲ−ＬＤや抵抗加熱型のＤＦＢ−ＬＤを
示したが、これらに限るものではなく、３電極ＤＦＢ−
ＬＤや、３電極ＤＢＲ−ＬＤ，垂直結合フィルタ型波長
可変ＬＤ，複合共振器型波長可変ＬＤ等、種々の構造の
素子を用いてなんら差し支えない。さらに光スイッチと
して方向性結合器型のものを示したが、これに限るもの
ではない。用いる材料系ももちろんここで示したＩｎＧ
ａＡｓＰ系に限るものではない。
て２電極のＤＢＲ−ＬＤや抵抗加熱型のＤＦＢ−ＬＤを
示したが、これらに限るものではなく、３電極ＤＦＢ−
ＬＤや、３電極ＤＢＲ−ＬＤ，垂直結合フィルタ型波長
可変ＬＤ，複合共振器型波長可変ＬＤ等、種々の構造の
素子を用いてなんら差し支えない。さらに光スイッチと
して方向性結合器型のものを示したが、これに限るもの
ではない。用いる材料系ももちろんここで示したＩｎＧ
ａＡｓＰ系に限るものではない。
【００４２】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の光半導体素
子は優れた特性を有し、歩留りが高い。また本発明の光
半導体素子の製造方法を用いることにより、ＭＯＶＰＥ
選択成長によって製造した半導体光集積回路において、
半導体のメサエッチング工程を用いないままでＭＱＷ構
造のバンドギャップエネルギーのシフト量を従来より拡
大して素子を製造することが可能となった。本発明を用
いることにより、ＤＢＲ半導体レーザの特性を従来の選
択成長を利用した素子に比べて改善することができた。
また、半導体レーザと半導体光変調器、半導体光アンプ
などの光半導体素子を、光導波路を用いて集積した構造
の各種半導体光集積回路や、窓構造を有する半導体光ア
ンプの製造についても適用した。こうして、従来複雑な
製造方法によっていた半導体光集積回路を、簡単な方法
で製造することにより良好な素子特性と高い均一性を両
立することが可能となった。
子は優れた特性を有し、歩留りが高い。また本発明の光
半導体素子の製造方法を用いることにより、ＭＯＶＰＥ
選択成長によって製造した半導体光集積回路において、
半導体のメサエッチング工程を用いないままでＭＱＷ構
造のバンドギャップエネルギーのシフト量を従来より拡
大して素子を製造することが可能となった。本発明を用
いることにより、ＤＢＲ半導体レーザの特性を従来の選
択成長を利用した素子に比べて改善することができた。
また、半導体レーザと半導体光変調器、半導体光アンプ
などの光半導体素子を、光導波路を用いて集積した構造
の各種半導体光集積回路や、窓構造を有する半導体光ア
ンプの製造についても適用した。こうして、従来複雑な
製造方法によっていた半導体光集積回路を、簡単な方法
で製造することにより良好な素子特性と高い均一性を両
立することが可能となった。
【図１】本発明の請求項１、２、３の発明による分布反
射型半導体レーザの製造方法の一実施例を示す表面図お
よび断面図である。
射型半導体レーザの製造方法の一実施例を示す表面図お
よび断面図である。
【図２】本発明の請求項１、２、３、４、５の発明によ
る分布帰還型半導体レーザ、半導体光アンプと光導波路
の集積素子および窓構造付き半導体光アンプの製造方法
の一実施例を示す表面図である。
る分布帰還型半導体レーザ、半導体光アンプと光導波路
の集積素子および窓構造付き半導体光アンプの製造方法
の一実施例を示す表面図である。
【図３】本発明の請求項１、２、３、４、６の発明によ
る半導体光集積回路の製造方法の一実施例を示す表面図
である。
る半導体光集積回路の製造方法の一実施例を示す表面図
である。
【図４】選択成長の作用と効果を説明するための図であ
る。
る。
【図５】従来の発明による、分布反射型半導体レーザの
製造方法を示す表面図および断面図である。
製造方法を示す表面図および断面図である。
【図６】従来の発明による、分布帰還型半導体レーザと
半導体光変調器の集積化光源の製造方法を示す表面図お
よび断面図である。
半導体光変調器の集積化光源の製造方法を示す表面図お
よび断面図である。
【図７】従来の発明による、リッジ型光導波路の製造方
法を示す表面図および断面図である。
法を示す表面図および断面図である。
【図８】波長可変レーザとマッハツェンダー光変調器、
光導波路、合波器、光アンプを集積化した光集積素子の
平面図である。
光導波路、合波器、光アンプを集積化した光集積素子の
平面図である。
【図９】波長可変レーザと光スイッチの集積素子の製作
工程を示す図である。
工程を示す図である。
１ ｎ−ＩｎＰ基板 ２ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰガイド層 ３ ｎ−ＩｎＰスペーサ層 ４ ｎ−ＩｎＰクラッド層 ５ ＭＱＷ活性層 ６ ｐ−ＩｎＰクラッド層 ７ ｐ−ＩｎＰクラッド層 ８ ｐ−ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）キャップ層 ９ ｐ−ＩｎＰブロック層 １０ ｎ−ＩｎＰブロック層 ２０ ＳｉＯ2 ストライプマスク ２１ 導波領域 ２２ ＳｉＯ2 ストライプマスク ２３ 成長領域 ２４ グレーティング ３１ 活性領域 ３２ 位相制御領域 ３３ ＤＢＲ領域 ３４ ＤＦＢ領域 ３５ 半導体光アンプ領域 ３６ 光導波路領域 ３７ 窓領域 ３８ 半導体光変調器領域 ４１ 波長可変ＤＦＢ−ＬＤ ４２ ＭＺ光変調器 ４３ 導波路 ４４ スターカップラ ４５ 光増幅器 ４６ 基板 ４７ マスク ４８ マスク ４９ ＤＦＢ領域 ５０ 活性領域 ５１ クラッド層 ５２ リッジ ６１ マスク ６２ ＤＦＢ−ＬＤ ６３ 光スイッチ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−100291（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−105383（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−243216（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−303982（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−82909（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/18
Claims (6)
- 【請求項１】 第１光導波層が全面に形成された半導体
基板上において、 ある領域では、少なくとも量子井戸層からなる第２光導
波層が前記第１光導波層上にストライプ状に形成され、
この領域に続く別の領域では、前記第２光導波層が前記
第１光導波層上の全面に形成され、 さらに前記ある領域では半導体クラッド層がストライプ
状に形成された前記第２光導波層を覆うように形成さ
れ、前記別の領域では半導体クラッド層が前記第２光導
波層の上ではストライプ状の凸部となるようにそれぞれ
形成されたことを特徴とする光半導体素子。 - 【請求項２】 請求項１の光半導体素子において、第１
光導波層の層厚が全体にわたって一定であるのに対し、
量子井戸層の層厚が、ストライプ状に形成された領域で
他の領域に比べて厚くなっていることを特徴とする光半
導体素子。 - 【請求項３】 半導体基板上に第１光導波層を含む半導
体多層膜を全面に結晶成長する工程と、 対向する２本の第１誘電体薄膜ストライプを局所的に形
成する工程と、 少なくとも量子井戸構造を含む第２光導波層を前記第１
誘電体薄膜ストライプの対向する内側の成長領域には選
択的に成長すると同時に前記第１誘電体薄膜ストライプ
が形成されていない領域には全面に成長する工程と、 前記第１誘電体薄膜ストライプを除去する工程と、 対向する２本の第２誘電体薄膜ストライプを、前記第１
誘電体薄膜ストライプに挟まれた領域に形成された前記
第２光導波層を挟むように基板全面に形成する工程と、 前記第２誘電体薄膜ストライプに挟まれた成長領域に、
半導体クラッド層を含む半導体多層膜を選択成長する工
程とを含むことを特徴とする光半導体素子の製造方法。 - 【請求項４】 請求項３の光半導体素子の製造方法にお
いて、前記第１誘電体薄膜ストライプまたは前記第２誘
電体薄膜ストライプのストライプ幅を、ストライプ方向
で変化させることを特徴とする光半導体素子の製造方
法。 - 【請求項５】 請求項３の光半導体素子の製造方法にお
いて、前記第１誘電体薄膜ストライプまたは前記第２誘
電体薄膜ストライプに挟まれた成長領域幅を、ストライ
プ方向で変化させることを特徴とする光半導体素子の製
造方法。 - 【請求項６】 請求項３の光半導体素子の製造方法にお
いて、前記第２誘電体薄膜ストライプが前記光導波路領
域の一部において曲線状に形成されることを特徴とする
光半導体素子の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33796793A JP2814906B2 (ja) | 1993-01-07 | 1993-12-28 | 光半導体素子およびその製造方法 |
| US08/179,049 US5565693A (en) | 1993-01-07 | 1994-01-07 | Semiconductor optical integrated circuits |
| EP94100191A EP0606093B1 (en) | 1993-01-07 | 1994-01-07 | Semiconductor optical integrated circuits and method for fabricating the same |
| DE69407312T DE69407312T2 (de) | 1993-01-07 | 1994-01-07 | Integrierte optische Halbleiteranordnung und Herstellungsverfahren |
| US08/400,570 US5770466A (en) | 1993-01-07 | 1995-03-08 | Semiconductor optical integrated circuits and method for fabricating the same |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP91493 | 1993-01-07 | ||
| JP5-914 | 1993-01-07 | ||
| JP33796793A JP2814906B2 (ja) | 1993-01-07 | 1993-12-28 | 光半導体素子およびその製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06260727A JPH06260727A (ja) | 1994-09-16 |
| JP2814906B2 true JP2814906B2 (ja) | 1998-10-27 |
Family
ID=26334027
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33796793A Expired - Fee Related JP2814906B2 (ja) | 1993-01-07 | 1993-12-28 | 光半導体素子およびその製造方法 |
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| JPH10117040A (ja) * | 1996-10-08 | 1998-05-06 | Nec Corp | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
| JPH11330548A (ja) * | 1998-05-15 | 1999-11-30 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ−ｖ族窒化物半導体発光素子及びその製造方法 |
| JP2000012963A (ja) | 1998-06-23 | 2000-01-14 | Nec Corp | 光半導体装置の製造方法 |
| JP2001313439A (ja) | 2000-04-28 | 2001-11-09 | Oki Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザの製造方法 |
| RU2262171C2 (ru) * | 2000-06-08 | 2005-10-10 | Нития Корпорейшн | Полупроводниковое лазерное устройство и способ его изготовления |
| WO2001095446A1 (fr) | 2000-06-08 | 2001-12-13 | Nichia Corporation | Dispositif de laser a semi-conducteur et son procede de fabrication |
| JP4179802B2 (ja) * | 2002-05-27 | 2008-11-12 | シャープ株式会社 | 半導体レーザ素子とその製造方法 |
| JP4938709B2 (ja) * | 2008-03-13 | 2012-05-23 | 日本電信電話株式会社 | 光半導体装置の作製方法 |
| JP5093033B2 (ja) | 2008-09-30 | 2012-12-05 | ソニー株式会社 | 半導体レーザの製造方法、半導体レーザ、光ピックアップおよび光ディスク装置 |
| KR101520143B1 (ko) * | 2009-01-09 | 2015-05-13 | 휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘.피. | 점대점 통신을 위한 광학 엔진 |
| US9002144B2 (en) | 2009-09-10 | 2015-04-07 | Nec Corporation | Electro-optical modulator |
| JP5573386B2 (ja) | 2010-06-10 | 2014-08-20 | 三菱電機株式会社 | 半導体光集積素子及びその製造方法 |
| JP5542071B2 (ja) * | 2011-01-26 | 2014-07-09 | 日本電信電話株式会社 | 光集積回路 |
| CN105576502B (zh) * | 2016-02-18 | 2018-08-31 | 武汉光安伦光电技术有限公司 | 高速垂直发射单片集成型直接调制dfb激光器及制作方法 |
Family Cites Families (2)
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|---|---|---|---|---|
| JP2687495B2 (ja) * | 1988-10-28 | 1997-12-08 | 日本電気株式会社 | 半導体レーザの製造方法 |
| JP2890745B2 (ja) * | 1990-08-20 | 1999-05-17 | 富士通株式会社 | 半導体装置の製造方法および、光半導体装置の製造方法 |
-
1993
- 1993-12-28 JP JP33796793A patent/JP2814906B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH06260727A (ja) | 1994-09-16 |
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