JPH0961652A

JPH0961652A - 半導体光導波路およびその作製方法

Info

Publication number: JPH0961652A
Application number: JP21798695A
Authority: JP
Inventors: Minoru Okamoto; 稔岡本; Hideki Fukano; 秀樹深野; Yuichi Tomori; 裕一東盛
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1995-08-25
Filing date: 1995-08-25
Publication date: 1997-03-07

Abstract

(57)【要約】【課題】レンズ系を用いずに結合効率を向上させるこ
とができる半導体光導波路およびその作製方法を提供す
ること。【解決手段】テーパ光導波路１がバットジョイント部
２を介してＭＱＷ活性層３と接合している。光導波路１
は層厚とバンドギャップ波長を連続的に変化させた光導
波路である。ＭＱＷ活性層３は歪み超格子活性層であ
る。この光導波路１はスポットサイズ変換領域４を構成
し、ＭＱＷ活性層３は活性領域５を構成している。６は
クラッド、キャップ、電極等の素子化に必要な構造部分
の全体を示す。この活性領域５で発生された光がバット
ジョイント部２でこれに接合しているスポットサイズ変
換領域４に伝搬され、この領域でスポットサイズが変換
されて光出射端１ａから他の光素子や光ファイバへ出射
される。このテーパ光導波路の作製にはテーパ状選択マ
スクを使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体光導波路およ
びその作製方法に関し、特に光素子を他の光素子や光フ
ァイバに接続する際に、接続損失を簡便に低減する構造
を有する半導体光導波路およびその作製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザダイオード（ＬＤ）と単一
モードファイバとの間を光結合させる場合、ＬＤ素子端
面とファイバを直接突合せ結合（バットジョイント）さ
せると、互いの光導波路光波スポットサイズが異なって
いるために、結合損失が生じる。通常、ＬＤの光波スポ
ットサイズ（モード半径：Ｗ）は１μｍ程度であり、フ
ァイバのスポットサイズは約５μｍであるので、この結
合損失は約１０ｄＢになる。そこで、レンズによってス
ポットサイズを変換することによって結合損失を低減化
する方法が一般にとられる。複数のレーザダイオード
（ＬＤ）を集積した半導体光機能素子をアレイファイバ
に光結合させる場合でも同様に１個のレンズで光結合さ
せる方法がとられてきた。従来の構成例を図１１に示
す。図１１において、１０１は半導体基板、１０２はＬ
Ｄの活性領域（光導波路部）、１０７はレンズ、１０８
はファイバ、１０９はファイバを一定間隔で固定するた
めのＶグルーブアレイである。このような構成において
は、ＬＤの集積規模が大きくなるに従って、レンズの収
差等の影響により結合損失が大きくなるために、１個の
半導体基板に集積できるＬＤの個数に制限があった。

【０００３】この問題点を解決するため図１２に示すよ
うな、テーパ状の光導波路により光のスポットサイズを
変換する光結合デバイスをアレイ状に集積したものを、
レンズの代わりとして用いることにより、半導体光機能
素子とアレイファイバ間の低損失に光結合させる方法が
ある。図１２（Ａ）は、従来の光結合デバイスの上面
図、（Ｂ）は断面図である。図１３は図１２に示す光結
合デバイスの動作原理を説明するための線図である。図
１３には、図１２における光導波路のクラッド層２０１
と光導波路コア２０２の屈折率差Δｎ〔＝（ｎ₂ −ｎ
₁ ）／ｎ₁ 、ｎ₁ ，ｎ₂ ：クラッド層２０１，光導波路
コア層２０２の屈折率〕を一定の大きさに固定した場合
の導波光のスポットサイズＷの変化を示している。光導
波路コア２０２の厚さｔ，幅ｗを０から次第に大きくし
ていくと、導波光（基本モード光）のスポットサイズＷ
は、無限の大きさから次第に小さくなり、極小値をとっ
た後、再び大きくなる関係がある。ここで、ｔ，ｗが大
きくなり過ぎると多モード光導波路になり、高次モード
変換による損失が大きくなるために、通常、この領域の
寸法は用いられない。この関係を利用して、光結合デバ
イスの光導波路コア２０２の大きさｔ，ｗの設計におい
ては、光入射端側（ＬＤとの結合側）では、ＬＤ光のス
ポットサイズ（約１μｍ）と同程度のスポットサイズＷ
_i を与える寸法ｗ_i ，ｔ_i （＝数１００ｎｍ〜数μｍ）
に、光出射端側では、ファイバのスポットサイズ（約５
μｍ）と同程度の大きさＷ₀ を与える寸法ｔ₀ ，ｗ₀
（＝数１０〜数１００ｎｍ）に設定される（具体的設計
例については、例えば１９９２信学秋季全大、Ｃ−２０
１、１９９２を参照）。

【０００４】しかしながら、図１３における光導波路コ
ア２０２の寸法、ｔ₀ ，ｗ₀ は非常に小さく製作しなく
てはならず、製作精度が厳しい、また、従来の光結合デ
バイスはその光導波路構造において光導波路コア上部に
非常に厚いクラッド層が必要であり、通常の半導体デバ
イスとモノリシック集積する際に問題となっている。ま
た、半導体材料では使用する光の波長によって屈折率が
変化するため、２つの波長の光を使用する場合などには
最適構造がそれぞれ異なるなどの問題を有している。

【０００５】上述の従来技術では、スポットサイズをコ
ア層のサイズｗ，ｔのみで制御していた。そのためコア
層の最適サイズｗ_i ，ｔ_i より小さいコアサイズではス
ポットサイズが広がりすぎてファイバとの結合効率が低
下していた。

【０００６】それに対し、特開平７−７４３９６号（特
願平５−１６２９８０号）公報および１９９３年電子情
報通信学会春季大会予稿集Ｃ−１８１に記載のように、
コア層のサイズに加え、メサ状に加工したクラッドの幅
Ｗと高さＨによってスポットサイズを制御するアプロー
チによると、メサ状に加工したクラッドと空気との屈折
率差、およびクラッドと基板材料との屈折率差によりス
ポットサイズの広がりが抑制され、ファイバとの結合効
率の低下が避けられる。しかし、結合損失をさらに低下
することが望まれている。

【０００７】また、半導体レーザ素子（ＬＤ）と単一モ
ード光ファイバとの間を光結合させる際、レンズ系を用
いずに結合効率を向上させることを目的とする光波スポ
ットサイズ変換光導波路を使用する場合がある。この光
導波路の形成には（１）リソグラフィとエッチングによ
り光導波路幅を変化させる方法と、（２）多重量子井戸
を選択成長法により、レーザ部分の活性層と同時に作製
し、その量子井戸のバンドギャップエネルギーと層厚変
化を利用する方法とがある。

【０００８】しかしながら、リソグラフィとエッチング
により光導波路構造を作製する場合は（ａ）高精度の光
導波路を再現性よく作製することが困難であるだけでな
く、（ｂ）レーザ活性層と一括成長を行うには組成制御
に制限がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、半導体レーザなど光素子と光ファイバなど他の光素
子との接合においてレンズ系を用いずに結合効率を向上
させることができる半導体光導波路を提供することにあ
る。

【００１０】本発明の別の目的は、そのような半導体光
導波路の作製方法を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明の第１の解決手段に従う半導体光導波路の
作製方法は、選択成長による半導体光導波路の作製方法
において、選択マスクをテーパ状に成形することによ
り、光導波路のコア層の厚さを指数関数的に連続的に変
化させ、最大３倍以上の膜厚比を有する半導体層を形成
することを特徴とする。

【００１２】本発明の第２の解決手段に従う半導体光導
波路の作製方法は、選択成長による光導波路形成におい
て、選択マスクをテーパ状に成形することにより、光導
波路層のバンドギャップを指数関数的に連続的に変化さ
せることを特徴とする。

【００１３】本発明の第３の解決手段に従う半導体光導
波路の作製方法は、上述の第１または第２の解決手段に
従う半導体光導波路の作製方法において、格子不整合量
を制御し、半導体薄膜結晶がもっとも厚くなるバットジ
ョイント部における格子不整合量を小さくし、半導体薄
膜結晶がもっとも薄くなる光出射部における格子不整合
量を大きくすることで、半導体薄膜結晶のどの部分にお
いても臨界膜厚を超えないようにすることを特徴とす
る。

【００１４】本発明の第４の解決手段に従う半導体光導
波路は、半導体基板上に形成され、バットジョイント部
と光出射部とを有し、コア層の厚さを光伝搬方向に沿っ
て変化させた埋込型のテーパ光導波路において、前記光
導波路のコア層の厚さが前記光伝搬方向に沿って指数関
数的に連続的に変化しており、前記光導波路は入射端お
よび出射端の膜厚比が最大３倍以上であり、前記光導波
路を構成する半導体薄膜結晶がもっとも厚くなる前記バ
ットジョイント部における格子不整合量を小さくし、該
半導体薄膜結晶がもっとも薄くなる前記光出射部におけ
る格子不整合量を大きくし、該半導体薄膜結晶のどの部
分においても臨界膜厚を超えないようにしたことを特徴
とする。

【００１５】本発明の第５の解決手段に従う半導体光導
波路は、半導体基板上に形成され、バットジョイント部
と光出射部とを有し、コア層の厚さを光伝搬方向に沿っ
て変化させた埋込型のテーパ光導波路において、前記光
導波路のバンドギャップが前記光伝搬方向に沿って指数
関数的に連続的に変化しており、前記光導波路を構成す
る半導体薄膜結晶がもっとも厚くなる前記バットジョイ
ント部における格子不整合量を小さくし、該半導体薄膜
結晶がもっとも薄くなる前記光出射部における格子不整
合量を大きくし、該半導体薄膜結晶のどの部分において
も臨界膜厚を超えないようにしたことを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の半導体光導波路の基本的
構造は、図１に示すように、テーパ光導波路１がバット
ジョイント部２を介してＭＱＷ活性層３と接合してい
る。光導波路１は層厚とバンドギャップ波長を連続的に
変化させた光導波路である。ＭＱＷ活性層３は歪み超格
子活性層であり、例えば１．３μｍ帯−ＩｎＧａＡｓＰ
８ウェル活性層で構成することができる。この光導波路
１はスポットサイズ変換領域４を構成し、ＭＱＷ活性層
３は活性領域５を構成している。６はクラッド、キャッ
プ、電極等の素子化に必要な構造部分の全体を示す。こ
の活性領域５で発生された光がバットジョイント部２で
これに接合しているスポットサイズ変換領域４に伝搬さ
れ、この領域でスポットサイズが変換されて光出射端１
ａから他の光素子や光ファイバへ出射される。このよう
に、本発明のスポットサイズ変換付き半導体素子（Ｌ
Ｄ）は活性領域にＭＱＷ構造、スポットサイズ変換領域
に低損失バルク構造を用い、バットジョイント構造によ
り両領域を接合している。

【００１７】スポットサイズ変換領域では、バットジョ
イント時の選択マスク形状をテーパ状に設計することに
よりテーパ光導波路の層厚をテーパ状に変化させて制御
してある。マスク形状の制御により、テーパ光導波路の
層厚は、ジョイント部では両領域の結合損失を最低にす
るように設定し、かつ、スポットサイズ変換領域先端に
おいてはファイバとの結合を最大にするように薄層化し
てある。

【００１８】テーパ光導波路１とＭＱＷ活性層３の接合
構造体は、テーパ光導波路１を形成した後、全面にクラ
ッド、キャップの成長を行い、例えばＣ₂ Ｈ₆ ドライエ
ッチによりメサ形成し、高抵抗ＩｎＰ埋込を用いて電流
狭窄を行い、電極を形成して素子化してある。

【００１９】本発明の半導体光導波路は、基板上にレー
ザ活性層を形成し、リソグラフィとエッチングによって
レーザ活性層端面を露出し、その面にバットジョイント
接合結晶成長法により、光導波路となる結晶を成長させ
る。その際、選択成長マスクを光導波方向にテーパ状に
延長することにより、光導波路の層厚・組成・屈折率を
連続的に変化させる。レーザ活性層と独立にスポットサ
イズ変換光導波路を成長するため、光導波路に最適の組
成を選んで形成することができ、活性層のバンドギャッ
プより光導波路のバンドギャップを階段状に大きくする
ことで、光導波路における吸収ロスを無くすことができ
る。

【００２０】本発明の半導体光導波路の作製方法に従っ
て作製した光導波路は、層厚が図２の黒点で示すよう
に、マスク端部からの距離に対して指数関数的に減少し
ている。点線は、１種類の原料が定常的に供給され、そ
の原料粒子が一定の時定数で拡散・吸着（結晶成長）・
再離脱するとして求めた計算結果であるが、実際の成長
結果をよく再現している。

【００２１】また、図３に示すように、ＰＬ波長も同様
に変化、すなわちマスク端部からの距離に対して指数関
数的に短波長化している。

【００２２】このような変化を示す光導波路は三冨らが
示したように（ＩＥＥＥ．Ｊ．ＱＥ，ｖｏｌ．３０，Ｎ
ｏ．８，ｐ．１７８７）シングルモードファイバへの結
合損は小さくなると推測されるが、１〜１．５ｄＢの的
結合損失を実現できる。

【００２３】さらに、この光導波路の場合の格子不整
合、は図４に示すようになっており、導波損失を生じさ
せる原因となり得る接合部分においてさほど大きくなら
ず、結晶組成は無理のないものを実現している。ここ
で、格子不整合量はｘ線回折における基板からのズレを
角度で示してある。

【００２４】光導波路の層厚と幅は、制御性が高い値と
して、典型的にはそれぞれ０．１μｍ，１．２μｍとす
ることができる。この場合結合損失は約１ｄＢである。
光導波路の層厚、幅が２０％程度変動した場合の結合損
失の変動は０．７〜１．７ｄＢ程度であり、その変動幅
は１ｄＢ程度である。従って、加工精度を考慮にいれて
も本発明の光導波路は、結合損失の変動幅を容易に１ｄ
Ｂ以下に抑えることができ、製造許容度がきわめ大き
い。

【００２５】光導波路素子の一例として、活性領域長３
００μｍ、スポットサイズ変換領域長３００μｍ、両端
劈開の素子とすることができる。この場合、しきい値は
室温で平均１０ｍＡ程度、最小７ｍＡであった。スポッ
トサイズ変換領域長が２００〜５００μｍのものについ
て、スポットサイズ変換領域長の増加に伴う顕著なしき
い値の増加、効率の低下は観測されていない。これはス
ポットサイズ変換領域が高抵抗ＩｎＰで埋め込まれてお
り、スポットサイズが拡大されても、高抵抗ＩｎＰ層の
吸収損失が比較的小さく抑えられているためと考えられ
る。

【００２６】ファイバとの結合特性スポットサイズ変換
領域長を増加すると、出射ビームの狭窄化がより有効に
行われ、変換領域長５００μｍの素子では最小１．０６
ｄＢの低損失結合が得られている。変換領域長２００μ
ｍ程度以上でも、いずれも１〜１．５ｄＢ程度の低損失
結合が得られている。

【００２７】素子を５０℃、５ｍＷで通電した場合、７
００時間程度の初期段階では、ジョイント成長、ドライ
エッチングによるメサ形成、ＭＯ埋込成長等による劣化
もなく、安定な動作が確認されている。

【００２８】なお、本発明の光導波路の作製時に使用す
るマスクの形状の一例を図５に示す。図５において、被
マスク構造８の上に形成された選択マスク７は中心線９
（Ａ−Ａ′）に関して対称形であり、中央寄りの基部７
ａから両先端部７ｂに向かってテーパ状に延長した形状
となっている。図６は図５の中心線９における断面図で
ある。図６に示すように、被マスク構造８は、ＭＱＷ活
性層１０をガイド層１１，１２が挟み、上方のガイド層
１２上にＩｎＰ層１３が形成された構成となっている。
このＩｎＰ層を介して選択マスクが設けられている。例
えば、ＭＱＷ活性層１０としては歪み超格子活性層
（１．３μｍ帯−ＩｎＧａＡｓＰ８ウェル活性層）、ガ
イド層１１，１２としては０．７μｍ厚の１．１０μｍ
−ＩｎＧａＡｓＰ層、ＩｎＰ層としては０．１μｍ−Ｉ
ｎＰ層を用いることができる。

【００２９】本発明の半導体光導波路の作製方法に従え
ば、光導波路のコア層の厚さを指数関数的に連続的に変
化させることができるので、従来のように直線的に変化
させる場合に較べて制御が容易であるとともに、光スポ
ット変換領域長が２００μｍ程度と短くても最大３倍以
上の層厚比としても結合損失を受認できる範囲内に抑え
ることができる。

【００３０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００３１】図７は、本発明による半導体光デバイスの
実施例を示すものであり、同一基板上に半導体光機能素
子としてＤＢＲ型レーザダイオードを集積した半導体光
デバイスである。

【００３２】図７中、２１はｎ形のＩｎＰ基板、２２は
光導波路コア層を形成するバンドギャップ波長１．１５
μｍのＩｎＧａＡｓＰガイド層、２３はｎ形ＩｎＰバッ
ファ層、２４，２５はそれぞれｐ形（または半絶縁性と
なる不純物、例えば鉄）とｎ形の不純物を添加したクラ
ッド層、２６はｐ形のＩｎＰクラッド層である。２７
（２７ａ，２７ｂ，２７ｃ）はＤＢＲレーザ用の金属電
極、２８はＤＢＲ型レーザのブラッグミラーを構成する
ために回折格子を作り付けた領域であり、光導波路コア
層２２と同一層に形成する。２８ａは回折格子である。
２９はＤＢＲレーザの活性領域である。テーパ光導波路
領域３０のクラッド層２６はこの領域のみ選択成長によ
って成長膜厚が厚くなるようにする。

【００３３】本実施例では光導波路コア層の厚さは一定
である。厚さは図１に示したように、導波方向に、すな
わち、バットジョイント部の接合面から出射端１ａに相
当する端部に至るまで、光導波路のコア層の厚さは指数
関数的に連続的に減少している。

【００３４】以下、素子製作法について説明する。図
８，図９に製作工程を示す。

【００３５】（１）図８（Ａ）に示すように、ＭＯＶＰ
Ｅ（有機金属気相成長法）によりｎ形ＩｎＰ基板２１に
順次ｎ形ＩｎＰバッファ層２３、バンドギャップ波長
１．３μｍのＩｎＧａＡｓＰ層を０．１μｍ、バンドギ
ャップ波長１．５５μｍのＩｎＧａＡｓＰ層（またＭＱ
Ｗ層）を０．１μｍ、バンドギャップ波長１．３μｍの
ＩｎＧａＡｓＰ層を０．１μｍ形成した層およびｐ形Ｉ
ｎＰサブクラッド層３２を成長する。バンドギャップ波
長１．３μｍのＩｎＧａＡｓＰ層、バンドギャップ波長
１．５５μｍのＩｎＧａＡｓＰ層（またはＭＱＷ層）お
よびバンドギャップ波長１．３μｍのＩｎＧａＡｓＰ層
は活性層３１をなす。以下成長層の形成は全てＭＯＶＰ
Ｅ法による。（２）図８（Ｂ）に示すように、レーザの活性領域とな
る部分にＳｉＮ_x 窒化硅素）膜３３をスパッタ法とフォ
トリソグラフィ技術により形成し、この膜をマスクにウ
ェットまたはドライエッチング技術によりｎ形ＩｎＰバ
ッファ層２３の上面まで、３１，３２の２層をエッチン
グする。

【００３６】このマスクの形状は、図１０に模式的上面
図を示すように、中心線９に関し対称である。仮想線１
４で分けられる非対称な部分Ｉ，IIのうち、部分Ｉ（図
１０において左側）に切り欠き部（空所）を有し、この
切り欠き部の幅は、最終的に活性層の幅となるべき幅Ｗ
_a から光出力端に相当する位置における幅Ｗ_t へと（ス
ポットサイズ変換領域長Ｌ_w にわたって）テーパ状に連
続的に拡大されている。

【００３７】（３）図８（Ｃ）に示すように、ＳｉＮ_x
（窒化硅素）膜３３を選択成長マスクとし光導波路コア
層２２（バンドギャップ１．１５μｍのＩｎＧａＡｓＰ
層）と不純物添加しないＩｎＰ層３４を選択成長する。
この膜を選択成長マスクとして用いると選択成長マスク
で挟まれたチャネル部分の成長速度が増加し、テーパ光
導波路のコア層の厚さを導波方向に指数関数的に連続的
に変化したものとすることができる。

【００３８】（４）図８（Ｄ）に示すように、回折格子
を形成する領域の不純物添加しないＩｎＰ層３４をウェ
ットエッチング（塩酸，りん酸の混合液）により除去す
る。

【００３９】（５）図８（Ｅ）に示すように、干渉露光
法（古くからＤＦＢレーザなど回折格子製作に使用され
てきた技術）または電子ビーム露光（電子ビーム走査装
置により直接基板面に塗布したレジストを露光するこ
と）により回折格子パターンを形成し、ウェットエッチ
またはアルゴンイオンビームなどのドライエッチングに
より回折格子を形成する。

【００４０】（６）図８（Ｆ）に示すように、ＳｉＮ_x
膜３３を除去し、回折格子を保護するため試料全面にｐ
形ＩｎＰサブクラッド層３５をＭＯＶＰＥにより成長す
る。

【００４１】（７）図９（Ａ）に示すように、全面に再
びＳｉＮ_x （窒化硅素）膜３６を形成する。

【００４２】（８）図９（Ｂ）に示すように、電子ビー
ム露光または通常のフォトリソグラフィ技術によりＤＢ
Ｒレーザ領域は、例えば幅１．２μｍに、テーパ光導波
路領域はその幅を光出射方向に１．２μｍから０．５μ
ｍ以下にテーパ状に狭くしたＳｉＮ_x （窒化硅素）膜を
形成する。

【００４３】（９）図９（Ｃ）に示すように、ドライエ
ッチング技術により基板２１面またはバッファ層２３ま
でエッチングする（図示の場合はバッファ層２３までエ
ッチングしてある）。

【００４４】（１０）図９（Ｄ）に示すように、ＳｉＮ
_x （窒化硅素）膜３６を選択成長マスクとし、ｐ形（ま
たは半絶縁形）ＩｎＰ層２４，ｎ形のＩｎＰ２５を連続
して成長する。

【００４５】（１１）図９（Ｅ）に示すように、層３６
をふっ酸により除去し、ｐ形ＩｎＰクラッド層２６およ
びｐ形ＩｎＧａＡｓ層２７を形成する。この結果、ＤＢ
Ｒレーザ領域のクラッド層厚が１．５μｍ成長した場
合、テーパ光導波路領域はクラッド層厚が５μｍ程度ま
で増加する。

【００４６】（１２）図９（Ｆ）に示すように、テーパ
光導波路領域のみｐ形ＩｎＧａＡｓ層２７を除去し、残
存するｐ形ＩｎＧａＡｓ層２７をテーパ光導波路領域３
０、活性領域２９、回折格子領域２８に対応する部分２
７ａ，２７ｂ，２７ｃに分割してＤＢＲレーザ用金属電
極とする。

【００４７】さらに素子全体にわたり、例えばＣ₂ Ｈ₆
ドライエッチングで、幅１０μｍ，深さ約５μｍにメサ
加工することによって、光導波路コア層２２を中心にそ
の外側に幅１０μｍ，高さ約１０μｍのメサ構造を形成
する。

【００４８】以上の製作工程によって本発明による半導
体光デバイスは製作できる。

【００４９】これらの製作工程において、（１０）の工
程では２４，２５の２層をｐ形，ｎ形のＩｎＰ層によっ
て形成したが、このとき、他の半導体基板２１に比べ高
い屈折率を持つ層（たとえばＩｎＡｌＡｓ，ＩｎＧａＡ
ｓＰ層等、またはこれらの層とＩｎＰ層の多層構造）に
より層２４，２５を構成しても同様の効果が得られる。

【００５０】

【発明の効果】請求項１に係る本発明の選択成長による
半導体光導波路の作製方法に従えば、選択マスクをテー
パ状に成形することにより、光導波路のコア層の厚さを
指数関数的に連続的に変化させ、最大３倍以上の膜厚比
を有する半導体層を形成することで、レンズ系を使用し
ないで、低結合損失の半導体光導波路を作製方法するこ
とが可能となる。

【００５１】請求項２に係る本発明の選択成長による半
導体光導波路の作製方法に従えば、選択成長による光導
波路形成において、選択マスクをテーパ状に成形するこ
とにより、光導波路層のバンドギャップを指数関数的に
連続的に変化させることで、レンズ系を使用しないで、
低結合損失の半導体光導波路を作製方法することが可能
となる。

【００５２】請求項３に係る本発明の選択成長による半
導体光導波路の作製方法に従えば、さらに、格子不整合
量を制御し、半導体薄膜結晶がもっとも厚くなるバット
ジョイント部における格子不整合量を小さくし、半導体
薄膜結晶がもっとも薄くなる光出射部における格子不整
合量を大きくすることで、半導体薄膜結晶のどの部分に
おいても臨界膜厚を超えないようにすることで、上述の
効果をより効率的に達成することができる。

【００５３】請求項４に係る本発明の半導体光導波路に
従えば、半導体基板上に形成され、バットジョイント部
と光出射部とを有し、コア層の厚さを光伝搬方向に沿っ
て変化させた埋込型のテーパ光導波路において、前記光
導波路のコア層の厚さが前記光伝搬方向に沿って指数関
数的に連続的に変化しており、前記光導波路は入射端お
よび出射端の膜厚比が最大３倍以上であり、前記光導波
路を構成する半導体薄膜結晶がもっとも厚くなる前記バ
ットジョイント部における格子不整合量を小さくし、該
半導体薄膜結晶がもっとも薄くなる前記光出射部におけ
る格子不整合量を大きくし、該半導体薄膜結晶のどの部
分においても臨界膜厚を超えない構成としたことで、レ
ンズ系を使用しない、低結合損失の光結合を実現するこ
とが可能となる。

【００５４】請求項５に係る本発明の半導体光導波路に
従えば、半導体基板上に形成され、バットジョイント部
と光出射部とを有し、コア層の厚さを光伝搬方向に沿っ
て変化させた埋込型のテーパ光導波路において、前記光
導波路のバンドギャップが前記光伝搬方向に沿って指数
関数的に連続的に変化しており、前記光導波路を構成す
る半導体薄膜結晶がもっとも厚くなる前記バットジョイ
ント部における格子不整合量を小さくし、該半導体薄膜
結晶がもっとも薄くなる前記光出射部における格子不整
合量を大きくし、該半導体薄膜結晶のどの部分において
も臨界膜厚を超えない構成としたことで、レンズ系を使
用しない、低結合損失の光結合を実現することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体光導波路の模式的斜視図であ
る。

【図２】本発明の半導体光導波路のコア層の層厚の変化
を示す線図である。

【図３】本発明の半導体光導波路のコア層のＰＬ波長特
性を示す特性図である。

【図４】本発明の半導体光導波路のコア層の格子不整合
量を示す特性図である。

【図５】本発明の半導体光導波路の作製方法において使
用する選択マスクのテーパ形状を示す模式的斜視図であ
る。

【図６】図５のＡ−Ａ′線における断面図である。

【図７】本発明の半導体光導波路を有する半導体光デバ
イスの模式的斜視図である。

【図８】（Ａ）〜（Ｆ）は、本発明の半導体光導波路を
有する半導体光デバイスの作製方法の各工程を説明する
断面図である。

【図９】（Ａ）〜（Ｆ）は、本発明の半導体光導波路を
有する半導体光デバイスの作製方法の各工程を説明する
断面図である。

【図１０】本発明の半導体光導波路の作製方法において
使用するテーパ状選択マスクの形状を示す模式的上面図
である。

【図１１】レンズを用いた従来の光結合器を示す模式的
上面図である。

【図１２】従来の光結合デバイスの構造を示し、（Ａ）
は上面図、（Ｂ）は断面図である。

【図１３】従来の光結合デバイスの動作原理を示す線図
である。

【符号の説明】

１テーパ光導波路２バットジョイント部３ＭＱＷ活性層４スポットサイズ変換領域５活性領域６素子化要素７選択マスク７ａ選択マスクの基部７ｂ選択マスクの先端部８被マスク構造９中心線１０ＭＱＷ構造１１，１２ガイド層１３ＩｎＰ層１４仮想線２１ｎ形ＩｎＰ基板２２ＩｎＧａＡｓＰガイド層２３ｎ形ＩｎＰバッファ層２４ｐ形クラッド層２５ｎ形クラッド層２６ｐ形ＩｎＰクラッド層２７，２７ａ，２７ｂ，２７ｃＤＢＲレーザ用金属電
極２８回折格子領域２９活性領域３０テーパ光導波路領域３１活性層３２ｐ形ＩｎＰサブクラッド層３３ＳｉＮ_x 膜３４ＩｎＰ層３５ｐ形ＩｎＰサブクラッド層３６ＳｉＮ_x 膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】選択成長による半導体光導波路の作製方
法において、選択マスクをテーパ状に成形することによ
り、光導波路のコア層の厚さを指数関数的に連続的に変
化させ、最大３倍以上の膜厚比を有する半導体層を形成
することを特徴とする半導体光導波路の作製方法。
【請求項２】選択成長による光導波路形成において、
選択マスクをテーパ状に成形することにより、光導波路
層のバンドギャップを指数関数的に連続的に変化させる
ことを特徴とする半導体光導波路の作製方法。
【請求項３】格子不整合量を制御し、半導体薄膜結晶
がもっとも厚くなるバットジョイント部における格子不
整合量を小さくし、半導体薄膜結晶がもっとも薄くなる
光出射部における格子不整合量を大きくすることで、半
導体薄膜結晶のどの部分においても臨界膜厚を超えない
ようにすることを特徴とする請求項１または２に記載の
半導体光導波路の作製方法。
【請求項４】半導体基板上に形成され、バットジョイ
ント部と光出射部とを有し、コア層の厚さを光伝搬方向
に沿って変化させた埋込型のテーパ光導波路において、前記光導波路のコア層の厚さが前記光伝搬方向に沿って
指数関数的に連続的に変化しており、前記光導波路は入射端および出射端の膜厚比が最大３倍
以上であり、前記光導波路を構成する半導体薄膜結晶がもっとも厚く
なる前記バットジョイント部における格子不整合量を小
さくし、該半導体薄膜結晶がもっとも薄くなる前記光出
射部における格子不整合量を大きくし、該半導体薄膜結
晶のどの部分においても臨界膜厚を超えないようにした
ことを特徴とする半導体光導波路。
【請求項５】半導体基板上に形成され、バットジョイ
ント部と光出射部とを有し、コア層の厚さを光伝搬方向
に沿って変化させた埋込型のテーパ光導波路において、前記光導波路のバンドギャップが前記光伝搬方向に沿っ
て指数関数的に連続的に変化しており、前記光導波路を構成する半導体薄膜結晶がもっとも厚く
なる前記バットジョイント部における格子不整合量を小
さくし、該半導体薄膜結晶がもっとも薄くなる前記光出
射部における格子不整合量を大きくし、該半導体薄膜結
晶のどの部分においても臨界膜厚を超えないようにした
ことを特徴とする半導体光導波路。