JPH0878792A - 半導体光学構成要素における埋込みストリップと外部ストリップの整列方法 - Google Patents

半導体光学構成要素における埋込みストリップと外部ストリップの整列方法

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JPH0878792A
JPH0878792A JP22364295A JP22364295A JPH0878792A JP H0878792 A JPH0878792 A JP H0878792A JP 22364295 A JP22364295 A JP 22364295A JP 22364295 A JP22364295 A JP 22364295A JP H0878792 A JPH0878792 A JP H0878792A
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strip
layer
etching
wafer
index
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JP22364295A
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Leon Goldstein
レオン・ゴルドスタン
Denis Leclerc
デニス・ルクレール
Jean Louis Gentner
ジヤン−ルイ・ジエントネ
Jean Francois Vinchant
ジヤン−フランソワ・バンシヤン
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Alcatel Lucent NV
Original Assignee
Alcatel NV
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H01S5/0265Intensity modulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/227Buried mesa structure ; Striped active layer
    • H01S5/2275Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は光子集積回路の製造に適用される。 【解決手段】 下部封じ込め層と上部封じ込め層(C
S)の間に屈折率増大層を含む半導体ウェーハ(2)の
上に、誘電層を付着し、これをエッチングして、埋込み
ストリップ(RL)と外部ストリップ(RM)とを互い
に整列させて境界を定めるために、エッチングに耐える
区切りストライプ(10)を形成する。第1のエッチン
グで外部ストリップと埋込みストリップの起工部分(1
2)を形成する。次いで外部ストリップを保護した後に
第2のエッチングで埋込みストリップ本体(20)を形
成する。最後に選択的付着によって埋込みストリップの
横方向封じ込めを実施する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、概して光子集積回
路に関し、さらに詳しくは同じ半導体構成要素中への埋
込みストリップ(ruban enterre)と外部
ストリップ(ruban externe)の集積化に
関する。埋込みストリップ及び外部ストリップは一般
に、例えばリン化インジウムをベースとする同じ構成要
素中に集積化されたレーザの光導波路と変調器の光導波
路とを構成する。これらは国際的にはそれぞれ、「埋込
みヘテロ構造」を意味する“Buried Heter
ostructure”または“BH”、及び「リッ
ジ」を意味する“ridge”という英語の名称で呼ば
れる。この両者のそれぞれの特徴を次の説明で要約す
る。
【0002】
【従来の技術】このような集積化を実施するための周知
の一方法は、国際的に“butt coupling”
と呼ばれる突合せ結合方法である。これは特に以下の論
文に記載されている。
【0003】M.スズキ、Y.ノダ、H.タナカ、S.
アキバ、Y.クシロ、及びH.イッシキの論文「気相エ
ピタキシーによるInGaAsP/InP分布帰還形レ
ーザ及び電気吸収変調器のモノリシック集積化」(J.
Lightwave technolo.、LT−5
巻、1277−1285ページ、1987年)。
【0004】ユーイチ・トウモリ及びマウロヌ・オーイ
シによる、日本応用物理学会誌第27巻第4号、198
8年4月、L693−L695ページに記載の報文。
【0005】周知の技術によって得られる構成要素の性
能は、特に得られる変調光線の強度の点で不十分と思わ
れる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の一目的は、レ
ーザの埋込みストリップなどの埋込みストリップと変調
器の外部ストリップなどの外部ストリップを光学的に直
列結合しなければならないときに、この両者を集積した
構成要素の性能を改善することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】この目的のために、本発
明は、埋込みストリップと外部ストリップとを半導体光
学構成要素中で整列させる方法を対象とし、この方法
は、まず埋込みストリップと外部ストリップとを互いに
整列させて境界を定めるために、エッチングに耐える区
切りストライプをエッチングによって形成し、その後、
第1のエッチングで外部ストリップと埋込みストリップ
の起工部分(amorce)を形成し、次いで外部スト
リップを保護した後に第2のエッチングにより埋込みス
トリップ本体を形成し、最後に選択的付着によって埋込
みストリップの横方向封じ込めを実施することを特徴と
する。
【0008】本発明によれば、従来の技術による、埋込
みストリップと外部ストリップとを集積化する周知の構
成要素において性能が制限される主な原因は、両方のス
トリップの不完全な整列に関連する結合損失に起因する
ことが明らかになった。このため、本発明による方法
は、構成要素の両方のストリップの相互整列をより高い
精度で実現することを狙いとする。自動整合によって、
すなわちそれ自体他の形式の導波路を整列させる場合に
ついて知られているように、区切りストライプを形成す
るエッチング段階中に両方のストリップの位置と配向が
同じマスクによって画定されることによって、この精度
が得られる。
【0009】次に添付の概略図によって、本発明をどの
ように実施することができるかを、非限定的な実施例と
して詳述する。同じ要素が複数の図面に示される場合に
は、同じ参照記号で表すことにする。
【0010】
【発明の実施の形態】添付の図によれば、製造しようと
する構成要素は、縦方向DLと横方向DTに延び、垂直
方向DVに積み重ねられた層から形成された半導体ウェ
ーハ2を含む。これらの方向はウェーハに関して定義さ
れる。ウェーハは埋込みストリップセグメントSLと外
部ストリップ・セグメントSMを含み、これらは縦方向
に連続して延び、それぞれ埋込みストリップRLと外部
ストリップRMを含む。これらのストリップは図9と図
10に図示されている。これらは互いに方向DLに沿っ
て整列されている。
【0011】これらのストリップは各々、下部封じ込め
層CBと上部封じ込め層CHとの間に屈折率増大層GL
またはGMを含む。ここで言う屈折率増大層は、ストリ
ップ中を光波が縦方向に伝播する際のガイド・モードの
垂直方向の広がりを制限するように、封じ込め層の屈折
率に比べて増加された屈折率を有する。
【0012】埋込みストリップRLの屈折率増大層GL
と上部封じ込め層CHは、ウェーハ2の一部を形成する
二つの横方向封じ込めブロック4の間で横方向に制限さ
れる。これらのブロックは前述の増加された屈折率より
小さな屈折率を有するので、屈折率増大層のこの横方向
の制限により、このストリップによってガイドされるモ
ードの横方向の広がりが制限される。これらのブロック
はさらに、ウェーハ中を垂直方向に流れる供給電流を埋
込みストリップ内に封じ込めるように構成される。これ
は、周知の方法で、これらのブロックの構成材料の電気
抵抗率を増加させることによって、及び/又はこれらの
ブロック内にブロッキング半導体接合を形成することに
よって達成することができる。
【0013】外部ストリップRMの上部封じ込め層CH
は、ウェーハの外側の空間の、例えば気体の屈折率より
も高い屈折率を有する。これは、この外部空間に属す
る、ウェーハの二つの凹部14、16の間で横方向に制
限され、屈折率増大層GMと下部封じ込め層CBはその
まま残る。この上部封じ込め層の横方向の制限により、
このストリップによって案内されるモードの横方向の広
がりが制限される。
【0014】これらの層はすべて、図示されていない基
板上にエピタキシャル成長により付着される。基板と下
部封じ込め層は例えばn型である。上部封じ込め層CH
は、例えばこの封じ込め層の上に付着された高濃度にド
ープされた接触層6と同じくp型である。
【0015】製造しようとする構成要素はまた、各セグ
メント内でウェーハの頂部と底部に形成された電極E
L、EM、及びEGをも含む。さらに正確には、電極E
L、EMはそれぞれ埋込みストリップRLと外部ストリ
ップRMの上に形成され、下部電極EGは二つのセグメ
ントに共通である。
【0016】この構成要素の製造方法は、外部ストリッ
プRMを形成するためのそれ自体周知の以下の操作を含
む。すなわち − 下部封じ込め層CB、屈折率増大層GL、GM、上
部封じ込め層CH、及び図2に示す、両セグメント内で
上部封じ込め層の上にある区切り層を付着する操作、 − この区切り層をエッチングして、外部ストリップセ
グメントSM中に、形成しようとする外部ストリップR
Mと横方向に一致する区切りストライプ10を形成する
操作、及び − 区切りストライプ10がエッチングされないような
エッチング剤を用いてウェーハをエッチングする操作。
このエッチングは屈折率増大層GL、GMの手前で深さ
が制限される。このエッチングによって、図5に示すよ
うに、外部ストリップRMの両側に一つずつ位置する二
つの最初の横凹部ができる。このエッチングを以後第1
エッチングと称する。
【0017】この方法はまた当然ながら、埋込みストリ
ップ及び電極を形成するのに必要な操作も含む。
【0018】周知の突合せ結合では、一方のセグメント
の外部ストリップをまず形成し、その後に他方のセグメ
ント中でウェーハを下部封じ込め層までエッチングし、
その後に選択的連続エピタキシャル付着によって、この
他方のセグメント中に半導体構造を再形成し、次いでこ
の他方のセグメントに適当なエッチングによってストリ
ップを形成する。
【0019】本発明によれば、前述の区切り層をエッチ
ングする操作によって、埋込みストリップSL中も区切
りストライプ10が形成され、このストライプは、形成
しようとする埋込みストリップRLと横方向に一致す
る。その結果、前述の第1のエッチングにより、第1セ
グメント中に埋込みストリップの起工部分12が形成さ
れる。この起工部分は図4に示されている。この起工部
分は、屈折率増大層GLの手前で深さが制限される最初
の二つの横凹部14、16の間に突き出る。
【0020】本発明の方法は、次に埋込みストリップを
形成するための下記の操作を含む。すなわち − 両セグメントSL、SM内に保護層18を付着する
操作。
【0021】− この保護層18が外部ストリップセグ
メントSM内にのみ残るようにエッチングする操作。
【0022】− 保護層がエッチングされないようなエ
ッチング剤を使用してウェーハをエッチングする操作。
この第2のエッチングは、屈折率増大層GLより深くま
で行なわれ、埋込みストリップセグメントSL内に埋込
みストリップ本体20が形成される。この本体は図6に
示されている。これは二つの深い横凹部22、24の間
に突き出ている。
【0023】− 最後に、区切り層10と保護層18の
残り部分には効果がない選択的付着方法によって、少な
くとも一つの材料4を選択的に付着する操作。この付着
は、前述の深い横凹部を埋めることによって横方向封じ
込めブロック4を形成する。
【0024】もちろん、実施しようとする埋込みストリ
ップレーザの種類に応じて、様々な材料を互いに連続し
て付着することにより横方向封じ込めブロックを形成す
ることができる。
【0025】区切り層10と保護層18は一般的には誘
電材料から構成される。この方法は次に、横方向封じ込
め材4の付着後、上部電極EL、EMの形成前に、区切
り層と保護層の残り部分の少なくとも一部を除去する操
作をさらに含む。
【0026】封じ込め層CB、CSは、例えばリン化イ
ンジウムInPからなり、屈折率増大層GL、GMはG
aInAsやGaInAsPなどの三元合金または四元
合金からなり、区切り層10は窒化ケイ素Si3 4
らなり、保護層18はシリカSiO2 からなり、少なく
とも一つの横方向封じ込め材4は例えば半絶縁性リン化
インジウムである。
【0027】屈折率増大層GL、GMは一般に、二つの
セグメント中でそれぞれ異なる特性波長を有するので、
埋込みストリップセグメントSLは赤外線を放出するレ
ーザを構成し、外部ストリップセグメントSMはこの光
線を変調するための変調器を構成する。
【図面の簡単な説明】
【図1】埋込みストリップと外部ストリップを形成すべ
き半導体ウェーハの縦断面図である。
【図2】区切り層を付着した後の上記ウェーハの縦断面
図である。
【図3】区切り層のエッチングとウェーハの第1のエッ
チングの後の、ウェーハの上面図である。
【図4】第1のエッチングの後の、図3のウェーハの横
断面IV−IVにおける断面図である。
【図5】第1のエッチングの後の、図3のウェーハの横
断面V−Vにおける断面図である。
【図6】第2のエッチングの後の、ウェーハの上記と同
じ横断面IV−IVにおける断面図である。
【図7】第2のエッチングの後の、ウェーハの上記と同
じ横断面V−Vにおける断面図である。
【図8】横凹部を埋めた後の、ウェーハの横断面IV−
IVにおける断面図である。
【図9】電極形成後の、ウェーハの上記と同じ横断面I
V−IVにおける断面図である。
【図10】電極形成後の、ウェーハの上記と同じ横断面
V−Vにおける断面図である。
【符号の説明】
2 半導体ウェーハ 4 横方向封じ込めブロック 6 高濃度にドープされた接触層 8 区切り層 10 区切りストライプ、区切り層 12 埋込みストリップ起工部分 14、16 凹部 18 保護層 20 埋込みストリップ本体 22、24 横凹部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G02B 6/30 G02F 1/025 (72)発明者 デニス・ルクレール フランス国、91430・イグニ、アレ・ジヤ ツク・カルテイエ・23 (72)発明者 ジヤン−ルイ・ジエントネ フランス国、91190・ジ−スウル−イベツ ト、アレ・デ・ロン・レアジユ・3 (72)発明者 ジヤン−フランソワ・バンシヤン フランス国、91680・ブルイル・ル・シヤ テル、リユ・ドウ・プレ・ダルニー・2

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 埋込みストリップと外部ストリップとを
    半導体光学構成要素中で整列させる方法において、まず
    埋込みストリップ(RL)と外部ストリップ(RM)と
    を互いに整列させて境界を定めるべく、エッチングに耐
    える区切りストライプ(10)をエッチングによって形
    成し、その後、第1のエッチングで外部ストリップと埋
    込みストリップの起工部分(12)を形成し、次いで外
    部ストリップを保護した後に第2のエッチングにより埋
    込みストリップ本体(20)を形成し、最後に選択的付
    着によって埋込みストリップの横方向封じ込めを実施す
    ることを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】 製造しようとする構成要素が半導体ウェ
    ーハ(2)を含まなければならず、この半導体ウェーハ
    はその縦方向(DL)と横方向(DT)に延び、かつこ
    のウェーハの垂直方向(DV)に積み重ねられた層から
    形成され、このウェーハは埋込みストリップセグメント
    (SL)と外部ストリップ・セグメント(SM)を含
    み、これらのセグメントは前記縦方向に沿って連続して
    延び、それぞれ前記方向に互いに整列された埋込みスト
    リップ(RL)と外部ストリップ(RM)を含み、これ
    らの両方のストリップは各々、下部封じ込め層(CB)
    と上部封じ込め層(CH)との間にあってこれらの封じ
    込め層に比べて増加した屈折率を有する屈折率増大層
    (GL、GM)を含み、それによってこのストリップ中
    で光波を縦方向に伝播させるためのガイド・モードの垂
    直方向の広がりを制限し、前記埋込みストリップ(R
    L)の屈折率増大層(GL)と上部封じ込め層(CH)
    は、前記増加した屈折率より小さな屈折率を有する二つ
    の横方向封じ込めブロック(4)を構成する前記ウェー
    ハの二つの部分の間で横方向に制限され、それによって
    前記屈折率増大層のこの横方向制限によって、このスト
    リップによって案内されるモードの横方向の広がりが制
    限され、前記ブロックはさらに、ウェーハ中を垂直方向
    に流れる供給電流を埋込みストリップ内に封じ込めるよ
    うに構成され、前記外部ストリップ(RM)の上部封じ
    込め層(CH)はウェーハの外側の空間よりも高い屈折
    率を有し、この外部空間に属するウェーハの二つの凹部
    (14、16)の間で横方向に制限されて屈折率増大層
    (GM)と下部封じ込め層(CB)をその場に残し、そ
    れによって上部封じ込め層のこの横方向の制限により、
    このストリップによって案内されるモードの横方向の広
    がりが制限され、製造しようとする構成要素はまた、前
    記セグメント内のウェーハの頂部と底部に形成された電
    極(EL、EM、EG)をも含み、この方法はこの外部
    ストリップ(RM)を形成するために − 下部封じ込め層(CB)、屈折率増大層(GL、G
    M)、上部封じ込め層(CH)、及び両セグメント内で
    上部封じ込め層の上にある区切り層(8)を付着する操
    作、 − この区切り層をエッチングして、外部ストリップセ
    グメント(SM)中に、形成しようとする外部ストリッ
    プ(RM)と横方向に一致する区切りストライプ(1
    0)を形成する操作、及び − 区切りストライプ(10)がエッチングされないよ
    うなエッチング剤を用いてウェーハをエッチングする操
    作を含み、このエッチングは屈折率増大層(GL、G
    M)の手前で深さが制限され、外部ストリップ(RM)
    の両側に一つずつ位置する二つの最初の横凹部を形成
    し、このエッチングは第1のエッチングを構成し、この
    方法はまた埋込みストリップ及び電極の形成をも含み、
    区切り層をエッチングする操作により、埋込みストリッ
    プセグメント(SL)中にも区切りストライプ(10)
    が形成され、このストライプを、形成しようとする埋込
    みストリップ(RL)と横方向に一致させ、その結果、
    第1のエッチングにより第1セグメント中に、屈折率増
    大層(GL)の手前で深さが制限された二つの最初の横
    凹部(14、16)の間に突き出た埋込みストリップの
    起工部分(12)が形成され、次に埋込みストリップを
    形成するために − 両セグメント(SL、SM)中に保護層(18)を
    付着する操作、 − この保護層(18)を、外部ストリップ・セグメン
    ト(SM)内にある部分のみが残るようにエッチングす
    る操作、 − 保護層がエッチングされないようなエッチング剤を
    使用してウェーハをエッチングし、このエッチングを屈
    折率増大層(GL)より深くまで続けて、埋込みストリ
    ップセグメント(SL)中に、ウェーハの二つの深い横
    凹部(22、24)の間に突き出る埋込みストリップ本
    体(20)を形成する第2のエッチングの操作、及び − 区切り層(10)と保護層(18)の残り部分に影
    響しない選択的付着方法によって、少なくとも一つの材
    料(4)を選択的に付着して、前記深い横凹部を埋める
    ことにより横方向封じ込めブロック(4)を形成する操
    作を含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 区切り層(10)と保護層(18)が誘
    電材料からなり、横方向封じ込め材(4)の付着後、頂
    部電極(EL、EM)の形成前に、区切り層と保護層の
    残り部分の少なくとも一部を除去する操作をさらに含
    む、請求項2に記載の方法。
  4. 【請求項4】 封じ込め層(CB、CS)がリン化イン
    ジウムInPからなり、屈折率増大層(GL、GM)が
    少なくとも三元の合金からなり、区切り層(10)が窒
    化ケイ素Si3 4 からなり、保護層がシリカSiO2
    からなる、請求項3に記載の方法。
  5. 【請求項5】 屈折率増大層(GL、GM)が二つのセ
    グメント中でそれぞれ異なる特性の波長を有し、それに
    よって埋込みストリップセグメント(SL)が赤外線を
    放出するレーザを構成し、外部ストリップセグメント
    (SM)がこの光線を変調するための変調器を構成す
    る、請求項3に記載の方法。
JP22364295A 1994-08-31 1995-08-31 半導体光学構成要素における埋込みストリップと外部ストリップの整列方法 Pending JPH0878792A (ja)

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JP (1) JPH0878792A (ja)
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