CN106537201B - 半导体光集成元件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种半导体光集成元件，在基板上至少依次层叠了下部包覆层、波导芯层以及上部包覆层，该半导体光集成元件具备：掩埋型波导部，具有在所述波导芯层的两侧附近埋入了半导体包覆材料的结构；以及台面型波导部，具有至少包含所述上部包覆层的半导体层突出成台面状的波导结构，所述掩埋型波导部中的所述上部包覆层的厚度比所述台面型波导部中的所述上部包覆层的厚度厚。

Description

半导体光集成元件及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体光集成元件及其制造方法。
背景技术
近几年，从光通信的高度化以及低成本化的观点出发，半导体光集成元件所要求的性能在不断变高。并且，为了将多个光元件集成到一个半导体元件上，在同一半导体元件上分开使用适合于各元件的功能的波导结构(例如参照专利文献1)。例如，在半导体光集成元件中的担负发光功能的区域中使用电流注入效率高的掩埋型波导结构，在担负使波导弯曲的功能的区域中使用弯曲损耗低的高台面型波导(high mesa waveguide)等，在同一半导体光集成元件上分开使用波导结构。
作为要求在同一半导体光集成元件上形成多个波导结构的情况，例如已知以下情况：使用掩埋型波导形成激光振荡部，使用高台面型波导形成阵列波导衍射光栅(AWG)的情况(例如参照专利文献2)；使用掩埋型波导形成激光振荡器，使用高台面型波导形成环形谐振器的情况(例如参照专利文献3)；以及使用掩埋型波导形成激光振荡部，使用高台面型波导形成调制器的情况(例如参照专利文献4、5)等。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2013-25242号公报
专利文献2：JP特开2002-232069号公报
专利文献3：JP特开2011-108829号公报
专利文献4：JP特开2012-079990号公报
专利文献5：JP特开2010-226062号公报
专利文献6：JP特开2010-224280号公报
发明内容
发明要解决的课题
由于掩埋型波导和高台面型波导的特性不同，所以若对集成到一个半导体光集成元件的各元件适当地分开使用，则能够实现多功能且高性能的光集成元件。但是，在利用现有的方法对掩埋型波导和高台面型波导进行集成的情况下，由于掩埋型波导和高台面型波导中最佳的设计不同，所以也会产生无法充分发挥作为半导体光集成元件的性能的问题。
即，在同一半导体光集成元件中，在对掩埋型波导进行了最佳的设计的情况下，对于高台面型波导而言就不会成为最佳的设计，会抑制高台面型波导的性能。相反，在对高台面型波导进行了最佳的设计的情况下，对于掩埋型波导而言就不会成为最佳的设计，会抑制掩埋型波导的性能。这样，在同一半导体光集成元件中构成了掩埋型波导和高台面型波导的情况下，在掩埋型波导和高台面型波导之间会发生性能的折衷关系。
本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于，提供一种消除掩埋型波导和高台面型波导之间的性能的折衷关系的半导体光集成元件及其制造方法。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题而达成目的，本发明涉及的半导体光集成元件是在基板上至少依次层叠了下部包覆层、波导芯层以及上部包覆层的半导体光集成元件，该半导体光集成元件的特征在于，具备：掩埋型波导部，具有在所述波导芯层的两侧附近埋入了半导体包覆材料的波导结构；以及台面型波导部，具有至少包含所述上部包覆层的半导体层突出成台面状的波导结构，所述掩埋型波导部中的上部包覆层的厚度比所述台面型波导部中的上部包覆层的厚度厚。
此外，本发明涉及的半导体光集成元件的特征在于，在上述发明中，所述台面型波导部具有包含所述波导芯层的半导体层突出成台面状的高台面型的波导结构。
此外，本发明涉及的半导体光集成元件的特征在于，在上述发明中，还具备：端面窗结构部，具有在与所述掩埋型波导部相邻的区域，代替所述波导芯层填充了半导体包覆材料的窗结构。
此外，本发明涉及的半导体光集成元件的特征在于，在上述发明中，所述掩埋型波导部是逐步变换在波导中传播的光的光斑尺寸的光斑尺寸变换器。
此外，本发明涉及的半导体光集成元件的特征在于，在上述发明中，所述掩埋型波导部中的波导芯层比所述台面型波导部中的波导芯层薄。
此外，本发明涉及的半导体光集成元件的特征在于，在上述发明中，在所述掩埋型波导部的所述上部包覆层插入蚀刻耐受性不同于所述上部包覆层的蚀刻停止层。
此外，本发明涉及的半导体光集成元件的特征在于，在上述发明中，在所述掩埋型波导部至少设置有光放大器，在所述台面型波导部至少设置有调制器。
此外，本发明涉及的半导体光集成元件的特征在于，在上述发明中，在所述掩埋型波导部至少设置有多个激光振荡器，在所述台面型波导部至少设置有阵列波导衍射光栅。
此外，本发明涉及的半导体光集成元件的制造方法是一种具有掩埋型波导部和台面型波导部的半导体光集成元件的制造方法，该制造方法的特征在于，按照第1工序至第6工序的顺序，包括以下第1工序至第6工序：第1工序，在形成所述掩埋型波导部以及所述台面型波导部的区域中，在基板上，至少层叠下部包覆层以及波导芯层；第2工序，将形成所述掩埋型波导部的区域中的包含波导芯层的半导体层蚀刻成台面状；第3工序，在形成所述掩埋型波导部的区域的波导芯层的两侧附近埋入半导体包覆材料；第4工序，在形成所述掩埋型波导部以及所述台面型波导部的区域中，层叠至少包含上部包覆层的半导体层；第5工序，通过蚀刻，去除形成所述台面型波导部的区域中的所述上部包覆层的一部分；以及第6工序，去除所述台面型波导部中的波导芯层的两侧，将至少包含所述上部包覆层的半导体层蚀刻成台面状。
此外，本发明涉及的半导体光集成元件的制造方法的特征在于，在上述发明中，所述第4工序包含将用于停止所述第5工序的蚀刻的、蚀刻耐受性不同于所述上部包覆层的蚀刻停止层插入的工序。
此外，本发明涉及的半导体光集成元件的制造方法的特征在于，在上述发明中，在所述第5工序与所述第6工序之间还包括在所述上部包覆层上层叠接触层的工序。
发明效果
本发明的半导体光集成元件及其制造方法具有能够消除掩埋型波导与高台面型波导之间的性能的折衷关系这样的效果。
附图说明
图1是表示第1实施方式涉及的半导体光集成元件的俯视示意图。
图2是与波导垂直的面上的SSC的剖面示意图。
图3是与波导垂直的面上的SOA的剖面示意图。
图4是与波导垂直的面上的调制器的剖面示意图。
图5是表示第1工序中的半导体光集成元件的制造进展的情形的图。
图6是表示第1工序中的半导体光集成元件的制造进展的情形的图。
图7是表示第1工序中的半导体光集成元件的制造进展的情形的图。
图8是表示第2工序以及第3工序中的半导体光集成元件的制造进展的情形的图。
图9是表示第4工序中的半导体光集成元件的制造进展的情形的图。
图10是表示第5工序中的半导体光集成元件的制造进展的情形的图。
图11是表示第5工序与第6工序的中间工序中的半导体光集成元件的制造进展的情形的图。
图12是表示第6工序中的半导体光集成元件的制造进展的情形的图。
图13是表示SOA中的上部包覆层的厚度与接触层中的吸收损耗之间的关系的曲线图。
图14是表示SSC中的波导芯层的厚度与光斑尺寸之间的关系的曲线图。
图15是表示第2实施方式涉及的半导体光集成元件的俯视示意图的图。
图16是与波导垂直的面上的DFB激光器的剖面示意图。
图17是与波导垂直的面上的AWG的剖面示意图。
图18是与波导垂直的面上的SOA的剖面示意图。
图19是与波导垂直的面上的端面窗结构部的剖面示意图。
图20是表示通过BPM计算端面上的光强度分布的结果的曲线图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明涉及的半导体光集成元件及其制造方法的实施方式。另外，并不是要通过以下说明的实施方式来限定本发明。此外，在各附图中，对相同或者对应的要素适当附加同一符号。进一步地，需要留意的是附图是示意性的，各要素的尺寸关系、比率等有时会不同于实际情况。在附图之间，有时会包含彼此的尺寸关系、比率不同的部分。
作为一例，掩埋型波导适于如激光振荡器、光放大器这样进行电流注入的元件。掩埋型波导结构由于具有表面复合速度低、电阻低、热阻低以及光散射损耗低的特点，所以适于作为进行电流注入的元件。
此外，由于掩埋型波导通过相同的构造进行铅垂方向的光限制和水平方向的光限制，所以很容易与掩埋型波导相邻地形成窗结构。另一方面，若想要与高台面型波导相邻地形成窗结构部，则必须在不同的工序中实施在窗结构部中去除芯层和在高台面形成中不对左右进行蚀刻的工序，因此容易产生位置偏移等。由于这样的窗结构一般用于激光振荡器、光放大器的端面上的低反射化，所以从该观点出发也是掩埋型波导比高台面型波导更适于激光振荡器、光放大器。
掩埋型波导所适合的半导体光元件的另一例是光斑尺寸变换器(SSC)。SSC有为了放大光斑尺寸而芯层的宽度逐步变小的圆锥型以及相反地芯层的宽度逐步变大的喇叭型。特别是，水平方向的光斑尺寸变换在掩埋型波导和高台面型波导中特性有很大不同。
圆锥型的SSC虽然利用因波导的模式折射率的降低引起的光的渗透，但是在如高台面型波导那样芯层与包覆层的折射率差非常大的波导结构中，使模式折射率下降至与包覆层的折射率相同的程度是极其困难的，利用高台面型波导制造圆锥型的光斑尺寸变换器实际上是不可能的。
此外，在喇叭型的SSC中，虽然也可以使用高台面型波导结构，但是在高台面型波导中，存在光束形状容易偏离高斯形状和/或在喇叭部分显著地出现多模的影响的缺点。结果是，不管是圆锥型的SSC，还是喇叭型的SSC，掩埋型波导都比高台面型波导更适合。
另一方面，高台面型波导所适合的半导体光元件的一例是弯曲波导。高台面型波导由于在左右方向上，芯与包覆的折射率差大，因此具有弯曲损耗小的特性。因此，若是相同的容许弯曲损耗，与掩埋型波导相比，高台面型波导更能减小曲率半径。也就是说，使用了高台面型波导的半导体光元件与使用了掩埋型波导的半导体光元件相比，具有在元件的小型化方面有利的特征。
使用高台面型波导的半导体光元件的另一例是光调制器。光调制器为了快速调制而对元件施加高频信号，所以相对于高频的电响应特性很重要。在使用了高台面型波导的半导体光元件中，由于在波导附近使寄生电容增大的构成物很少，所以高频响应良好。结果是，使用了高台面型波导的半导体光元件与使用了掩埋型波导的半导体光元件相比，更适于用在光调制器中。
如上所述，存在掩埋型波导合适的半导体光元件和高台面型波导合适的半导体光元件。以下说明的第1实施方式是由掩埋型波导结构构成SSC以及半导体光放大器(SOA)，且由高台面型的波导结构来构成调制器的半导体光集成元件。此外，后面说明的第2实施方式是由掩埋型波导结构来构成分布反馈型(DFB)激光器以及SOA，且由高台面型波导结构来构成AWG的半导体光集成元件。
〔第1实施方式〕
(平面结构)
图1是表示第1实施方式涉及的半导体光集成元件的俯视示意图。另外，图1所示的俯视示意图为了简化仅图示了波导，省略了电极等其他构成要素。
如图1所示，第1实施方式涉及的半导体光集成元件100具备：掩埋型波导部110、台面型波导部120、掩埋型波导部130。掩埋型波导部110、130是具有在波导芯层的两侧附近埋入了半导体包覆材料的波导的区域，台面型波导部120是具有至少包含波导芯层以及上部包覆层的半导体层突出成台面(mesa)状的波导的区域。另外，本实施方式的台面型波导部120中的波导是一直到至少包含波导芯层的半导体层突出成台面状的所谓高台面型波导结构。
掩埋型波导部110具备SSC111和SOA112。SSC111缩小从掩埋型波导部110的入射端面入射的波导光的光斑尺寸，SOA112放大由SSC111缩小了光斑尺寸的波导光的光强度。将被SOA112放大后的波导光引导至台面型波导部120。
台面型波导部120具备马赫-曾泽尔型的调制器121。如图1所示，马赫-曾泽尔型的调制器121具备两个波导121a、121b作为分支波导。输入到马赫-曾泽尔型的调制器121的波导光被分支到两个波导121a、121b，然后由被耦合成一个。分支到两个波导121a、121b的波导光由于在中途被施加与电信号相应的电压，所以会产生相位差，该信号通过再耦合时的干涉而被叠加。由马赫-曾泽尔型的调制器121调制后的波导光被引导至掩埋型波导部130。
掩埋型波导部130具备SSC131。SSC131放大从台面型波导部120输入的波导光的光斑尺寸，并从半导体光集成元件100射出。由于半导体光集成元件100具备SSC131，所以很容易将半导体光集成元件100组装到模块内。
在上述说明的构成的半导体光集成元件100中，由于SOA112的波导是掩埋型，所以波导脊处的表面复合速度小，能够享有用于获得增益的电效率高的优点，另一方面，由于调制器121的波导是台面型，所以寄生电容小，能够享有频率响应快的优点。
另外，在半导体光集成元件100的掩埋型波导部110、130与台面型波导部120的边界，存在将两者相连的掩埋型波导113、132以及台面型波导122、123。在这些掩埋型波导113、132与台面型波导122、123的连接部位，也可以构成为台面型波导122、123的宽度比掩埋型波导113、132更宽。或者，也可以在掩埋型波导113、132以及台面型波导122、123双方都设置喇叭结构，使连接部位的波导变粗。通过这些构造，能够降低掩埋型波导部110、130与台面型波导部120的边界处的连接损耗(参照专利文献6)。
进一步地，为了缓和掩埋型波导部110、130与台面型波导部120之间的波导芯层的厚度的不匹配，也可以在掩埋型波导部110、130与台面型波导部120之间追加设置进行厚度方向上的光斑尺寸变换的SSC。
(剖面结构)
图2～图4是与波导垂直的面上的各个SSC111、SOA112以及调制器121的剖面示意图。图2所示的SSC111的剖面示意图与图1的A-A剖面对应，图3所示的SOA112的剖面示意图与图1的B-B剖面对应，图4所示的调制器121的剖面示意图与图1的C-C剖面对应。
(剖面结构：SSC)
如图2所示，SSC111具有在基板101上依次层叠了下部包覆层102、波导芯层103a以及上部包覆层104的构造。基板101的材料是InP，下部包覆层102的材料是n-InP。另外，基板101的材料也可以是n-InP。此外，在重视高频特性的情况下，也可以在下部包覆层102设置n侧电极，将基板101的材料设为半绝缘InP。
SSC111的波导芯层103a是以GaInAsP为材料的块构造。GaInAsP的组成被调整成在输入的光的波长(例如1.55μm段)下使光透过。波导芯层103a的宽度在光斑尺寸大的一侧的端面是4μm，在光斑尺寸小的一侧的端面是1.7μm，在这中间，宽度圆滑地过渡。SSC111的波导芯层103a的厚度在光斑尺寸大的一侧的端面是75nm，在光斑尺寸小的一侧的端面是150nm，在这中间，厚度圆滑地过渡。
上部包覆层104的材料是p-InP，在内部，水平地插入中间层105，该中间层105其蚀刻耐受性不同于上部包覆层104且蚀刻速度比上部包覆层104慢。该中间层105能够使上部包覆层104的蚀刻停止，所以以后称为蚀刻停止层。通过使用该蚀刻停止层，在集成结构中，也容易控制上部包覆层104的厚度，能够得到良好的特性。另外，使用蚀刻停止层105的方法虽然更优选，但是根据制造方法的不同也可以省略蚀刻停止层105。上部包覆层104的厚度是包含蚀刻停止层105在内为4.5μm。另外，插入蚀刻停止层105时的蚀刻停止层105的厚度例如是10nm。
SSC111的波导芯层103a具有如下结构：在波导芯层103a的两侧附近，埋入了下部掩埋包覆层106以及上部掩埋包覆层107。下部掩埋包覆层106以及上部掩埋包覆层107的材料分别是p-InP以及n-InP。
此外，在SSC111的上表面形成钝化膜141。
(剖面结构：SOA)
如图3所示，SOA112具有在基板101上依次层叠了下部包覆层102、波导芯层103b以及上部包覆层104的构造。另外，基板101、下部包覆层102以及上部包覆层104的材料与SSC111相同。
波导芯层103b由通过电流注入将组成调整成在所输入的光的波长(例如1.55μm段)下发光的以GaInAsP为材料的多量子阱结构构成。此外，波导芯层103b包含在厚度方向上夹持多量子阱结构而形成且组成阶段性变化的上部以及下部SCH(分离限制异质结)层。波导芯层103b的厚度是包含SCH层在内为150nm，宽度是1.7μm。
在上部包覆层104的内部，与SSC111同样地，插入蚀刻耐受性不同于上部包覆层104的蚀刻停止层105。同样地，根据制造法的不同，也能够省略该蚀刻停止层105。上部包覆层104的厚度是包含蚀刻停止层105在内为4.5μm。另外，插入蚀刻停止层105时的蚀刻停止层105的厚度例如是10nm。
SOA112的波导芯层103b具有如下结构：在波导芯层103b的两侧附近，埋入了下部掩埋包覆层106以及上部掩埋包覆层107。下部掩埋包覆层106以及上部掩埋包覆层107的材料分别是p-InP以及n-InP。下部掩埋包覆层106以及上部掩埋包覆层107起到电流阻挡层的作用，提高注入到波导芯层103b的电流的注入效率。
在上部包覆层104上设置有由p-GaInAs形成的接触层108，与p侧电极109b接触。此外，在SSC111的上表面，适当形成钝化膜141。进一步地，p侧电极109b与基于镀金的芯片上布线143b接触。
(剖面结构：调制器)
如图4所示，调制器121具有在基板101上依次层叠了下部包覆层102、波导芯层103c以及上部包覆层104的构造。另外，基板101、下部包覆层102以及上部包覆层104的材料与SSC111相同。
波导芯层103c由将组成调整成在所输入的光的波长(例如1.55μm段)下透过光且折射率因电压施加而发生变化的以AlGaInAs为材料的多量子阱结构构成。波导芯层103c的厚度是比掩埋型波导部110、130的波导芯层103a、103b厚的500nm，宽度是1.5μm。
上部包覆层104的厚度是比掩埋型波导部110、130的上部包覆层104的厚度薄的1.5μm。在上部包覆层104上，设置有由p-GaInAs形成的接触层108，与p侧电极109c接触。进一步地，p侧电极109c与基于镀金的芯片上布线143c接触。
调制器121具有包含上部包覆层104、波导芯层103c、下部包覆层102的一部分的半导体层突出成台面状的高台面型的波导结构。下部包覆层102的蚀刻深度是300nm。
下部包覆层102的蚀刻深度被设计成抑制高次模式。该高台面型波导被设计成高次模式的模式折射率比未进行下部包覆层102的蚀刻的部分的折射率小。因此，由于高次模式漏到折射率高的基板101侧，所以与基本模式之间的损耗差变大，实质上是在单模下工作。若下部包覆层102的蚀刻深度大，则与折射率高的基板101之间的距离变大，所以高次模式的损耗变小，实质性的单模性降低。另一方面，若下部包覆层102的蚀刻深度过小，则有时弯曲波导中的损耗会增加。
另外，在调制器121的高台面结构部的两侧形成以SiNx为材料的钝化膜141，进一步在其外侧形成以聚酰亚胺为材料的低介电常数层142。
以上，如参照图1～图4所说明的那样，在本实施方式的半导体光集成元件100中，由于掩埋型波导部110、130的上部包覆层104的厚度比台面型波导部120的上部包覆层104的厚度大，所以能够对台面型波导部和掩埋型波导部这两者进行最佳的设计。其结果，本实施方式的半导体光集成元件100能够消除掩埋型波导和高台面型波导之间的性能的折衷关系。
进一步地，在第1实施方式涉及的半导体光集成元件100中，掩埋型波导部110、130中的波导芯层103a、103b比台面型波导部120的波导芯层薄。这是因为如以下所说明的那样进行了重视各元件特性的设计。
在SOA112中，波导芯层103b厚到某一程度且光限制系数大对于获取光放大增益是有利的，但是若波导芯层103b过度厚，则电流注入时因波导芯层103b的载流子引起的光吸收损耗就会变大。此外，若为了增厚而使量子阱数过多，则会发生电流注入载流子的量子阱间的不均匀，透明化电流也会变大。这样，在SOA112的波导芯层103b的厚膜化方面是有限度的。
另一方面，调制器121的波导芯层103c由于不进行电流注入因此没有如SOA112那样的限制，但是为了降低波导芯层103c的静电电容，需要增厚非掺杂层。为了增大每单位电压的折射率变化量而需要将施加电压的非掺杂层的多半设为波导芯层103c，所以必须增厚波导芯层103c。
因此，在第1实施方式涉及的半导体光集成元件100中，使掩埋型波导部110中的波导芯层103b比台面型波导部120的波导芯层103c薄，兼顾了SOA112中的光吸收损耗的抑制及透明化电流的降低与调制器121中的静电电容的降低。
(制造方法)
接着，参照图5～图12，说明第1实施方式涉及的半导体光集成元件100的制造方法。在图5～图12中，并列记载了各工序中的SSC111、SOA112以及调制器121的制造进展的情形。图5～图12的(a)、(b)、(c)分别示出了SSC111(各图的(a))、SOA112(各图的(b))以及调制器121(各图的(c))的制造进展的情形，同一图中的(a)、(b)、(c)图表示形成同一阶段的SSC111、SOA112以及调制器121的区域的剖面图。另外，为了易于说明，即使在制造中途，也使用同一参照符号来指示SSC111、SOA112以及调制器121。
图5～图7是表示第1工序中的半导体光集成元件100的制造进展的情形的图。在第1工序中，在基板101上依次层叠下部包覆层102、波导芯层103a、103b、103c以及上部包覆层104的一部分。
在图5所示的工序中，首先，在形成SSC111、SOA112、调制器121的整体区域形成调制器121的波导芯层103c。具体来说，在由InP形成的基板101上，使用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)法，依次层叠作为下部包覆层102的n-InP、作为波导芯层103c的AlGaInAs、作为上部包覆层104的p-InP。在本工序中制造的波导芯层103c是以AlGaInAs为材料的多量子阱结构。此外，设本工序中层叠的上部包覆层104的厚度为200nm左右。
在图6所示的工序中，去除在形成SSC111、SOA112的区域中形成的调制器121的波导芯层103c，在形成SSC111、SOA112的区域中形成SOA112的波导芯层103b。具体来说，在整个面堆积SiNx膜的掩模M1后，在比调制器121的区域稍大的区域实施图案化，以该SiNx膜为掩模M1来进行蚀刻。在该蚀刻中，直至在形成SSC111、SOA112的区域中所形成的波导芯层103c为止都去除，露出下部包覆层102。
接着，直接使用该SiNx膜的掩模M1作为选择生长的掩模M1，通过MOCVD法，在形成SSC111、SOA112的区域的下部包覆层102上，层叠SOA112的波导芯层103b以及上部包覆层104的一部分。波导芯层103b由使组成阶段性变化的下部GaInAsP-SCH层、MQW活性层以及使组成阶段性变化的上部GaInAsP-SCH层构成，上部包覆层104由p-InP形成。此外，本工序中层叠的上部包覆层104的厚度是500nm左右，使上部包覆层104的上表面与调制器121的区域中的上部包覆层104的上表面大致一致。
在图7所示的工序中，去除在形成SSC111的区域中形成的SOA112的波导芯层103b，在形成SSC111的区域形成SSC111的波导芯层103a。具体来说，去除一遍SiNx膜的掩模M1，在整个面堆积新的SiNx膜的掩模M2后，在比调制器121以及SOA112的区域稍大的区域实施图案化。此时，为了得到选择生长效果以使SSC111的波导芯层103a的厚度渐变，在形成SSC111的区域的附近，配置掩模图案，使得越是增大厚度的区域则越接近元件。并且，以该SiNx膜为掩模M2来进行蚀刻，直至SOA112的波导芯层103b为止都去除，露出下部包覆层102。
接着，直接以该SiNx的掩模M2作为选择生长的掩模M2，通过MOCVD法，在露出的下部包覆层102上，在形成SSC111的区域层叠SSC111的波导芯层103a以及上部包覆层104的一部分。波导芯层103a由GaInAsP形成，上部包覆层104由p-InP形成。此外，设在本工序中层叠的上部包覆层104的厚度为500nm左右，使上部包覆层104的上表面与调制器121以及SOA112的区域中的上部包覆层104的上表面大致一致。
图8是表示第2工序以及第3工序中的半导体光集成元件100的制造进展的情形的图。在第2工序中，将包含掩埋型波导中的波导芯层的层蚀刻成台面状，在第3工序中，在掩埋型波导部的波导芯层的两侧附近埋入半导体包覆材料。
去除一遍SiNx膜的掩模M2，重新在整个面堆积SiNx膜的掩模M3，实施与调制器121、SOA112、SSC111以及各连接部的波导的形状对应的图案化。此时，在之后形成高台面型波导的调制器121及其附近的连接部中的波导122、123中，将图案形成为比波导的宽度还宽的形状。
然后，以该SiNX膜为掩模M3进行蚀刻，形成与调制器121、SOA112、SSC111以及各连接部的波导对应的台面结构，并且形成将掩埋层埋入至下部包覆层102的区域。
接着，将该SiNx膜的掩模M3作为本次的选择生长的掩模M3，利用MOCVD法，在下部包覆层102上层叠作为下部掩埋包覆层106的p-InP以及作为上部掩埋包覆层107的n-InP。
图9是表示第4工序中的半导体光集成元件100的制造进展的情形的图。在第4工序中，在形成调制器121、SOA112、SSC111的区域，层叠包含上部包覆层104的半导体层。
具体来说，在去除SiNx膜的掩模M3后利用MOCVD法在形成调制器121、SOA112、SSC111的区域，层叠作为上部包覆层104的厚度为1.3μm的p-InP、作为蚀刻停止层105的厚度为10nm的p-GaInAsP、作为上部包覆层104的厚度为2.2μm的p-InP。另外，蚀刻停止层105是蚀刻耐受性不同于上部包覆层104的层，是比上部包覆层104更难蚀刻的层。蚀刻停止层是用于使制作变容易的层，并不是元件的动作所需的层，所以在能够充分使蚀刻停止的范围内尽可能设计得薄。同样地，组成也优选在能够使蚀刻停止的范围内尽可能接近上部包覆层。在上部包覆是InP且蚀刻停止层是GaInAsP的情况下，GaInAsP的组成波长越长，物理(折射率、带隙)、化学(蚀刻速度)性质越不同于InP。适合的组成波长例如是1.1μm。
图10是表示第5工序中的半导体光集成元件100的制造进展的情形的图。在第5工序中，通过蚀刻来去除形成于台面型波导部120的调制器121中的上部包覆层104的一部分。
具体来说，重新在整个面堆积SiNx膜的掩模M4，进行图案化以覆盖形成调制器121的区域以外的区域，以该图案作为掩模M4，采用基于盐酸系蚀刻剂的湿蚀刻，直至蚀刻停止层105为止的作为上部包覆层104的p-InP都去除，进一步通过包含硫酸和过氧化氢的蚀刻剂去除作为蚀刻停止层105的p-GaInAsP。通过设置蚀刻停止层105，能够再现性良好地制作台面型波导部120的上部包覆的厚度。
图11是表示第5工序与第6工序的中间工序中的半导体光集成元件100的制造进展的情形的图。在该中间工序中，层叠SOA112以及调制器121的接触层108。另外，有时也在台面型波导部120配置不需要接触层108的元件。在该情况下，省略本工序，例如也可以层叠接触层108作为第4工序的一部分。
在去除第5工序的蚀刻的掩模M4后，通过MOCVD法，在形成调制器121、SOA112、SSC111的区域的整个面层叠p-GaInAs作为接触层108。之后，通过图案化和蚀刻去除与SSC111对应的区域的接触层108。
图12是表示第6工序中的半导体光集成元件100的制造进展的情形的图。在第6工序中，去除形成调制器121的区域中的波导芯层103c的两侧，将接触层108、上部包覆层104、波导芯层103c和下部包覆层102的一部分蚀刻成台面状。
首先，在形成调制器121、SOA112、SSC111的区域的整个面堆积SiNx膜的掩模M5，并实施图案化，以便能够在与波导芯层103c的两侧相当的区域形成开口。此时，与SOA112以及SSC111对应的区域的周边成为被SiNx覆盖的状态。
然后，以该SiNx膜作为掩模M5，通过干蚀刻对接触层108、上部包覆层104、波导芯层103c以及下部包覆层102的一部分进行蚀刻来形成高台面型波导。此时，对蚀刻深度进行控制，以使下部包覆层102的蚀刻深度与设计值一致。为了控制蚀刻深度，使用检测活性层的位置的蚀刻监控器也是适合的。在因蚀刻的性质的不同从而使得远离了高台面附近的位置的蚀刻深度不同的情况下，以高台面的脊的深度与设计值一致的方式进行蚀刻。
在上述工序之后，去除掩模M5，在各部分形成钝化膜、低介电常数膜和/或其开口部、用于电流注入和/或电压施加的电极等，在表面加工结束后，研磨基板101至期望的厚度，若有需要，在基板101的背面形成电极。由此，完成SSC111、SOA112以及调制器121的各元件的构造。进一步地，通过基板切断而形成端面，通过进行端面涂布和/或元件分离，完成半导体光集成元件100的制造。
根据以上的制造方法，在掩埋型波导部110、130和台面型波导部120中上部包覆层104的厚度不同，能够在形成于掩埋型波导部110、130的SOA112、SSC111和形成于台面型波导部120的调制器121的每一个中设为适当的上部包覆层104的厚度。
另外，在以上说明的制造方法中，虽然采用了在整个面层叠上部包覆层104后对台面型波导部的区域进行蚀刻的方法，但是也可考虑其他制造方法。
在其他制造方法的一例中，在进行到上部掩埋包覆层107的形成后，在整个面形成厚度为1.3μm的上部包覆层104和接触层108。然后，在整个面堆积SiNx膜，进行图案化，使得能够在掩埋型波导部110、130的区域形成开口。通过蚀刻去除开口部中的接触层108，在其上进一步通过MOCVD法层叠厚度为2.2μm的上部包覆层104和接触层108。之后的工序与上述说明的制造方法相同。在该制造方法中，蚀刻停止层105不是必须的。
在又一制造方法的一例中，在进行到上部掩埋包覆层107的形成后，利用选择生长下的膜厚控制。具体来说，层叠p-InP使得在台面型波导部120的区域中上部包覆层104的厚度为1.3μm且在掩埋型波导部的区域中上部包覆层104的厚度为3.5μm，然后堆积p-GaInAs作为接触层108。之后的工序与上述说明的制造方法相同。在该制造方法中，蚀刻停止层105也不是必须的。
在又一制造方法中，能够调换台面结构的形成和埋入包覆层的形成的顺序。在该制法中，在进行各波导芯层的形成后，在整个面层叠1.3μm的上部包覆层104和接触层108。并且，堆积SiNx膜，实施与调制器121、SOA112、SSC111以及各连接部的波导对应的图案化。然后，以该SiNX膜为掩模进行蚀刻，形成与调制器121、SOA112、SSC111以及各连接部的波导对应的台面结构，并且使下部包覆层102露出。
接着，在与台面型波导部120的区域相当的部分形成由SiO2形成的选择生长掩模。以形成了台面结构的SiNx膜的掩模和SiO2的掩模作为选择生长的掩模，使用掩埋MOCVD法，层叠下部掩埋包覆层106以及上部掩埋包覆层107。然后，去除一遍全部的选择生长掩模后，堆积SiNx，进行图案化使得在掩埋型波导区域能够形成开口。通过蚀刻去除开口部的p-GaInAs，进一步地通过MOCVD法在开口部层叠厚度为2.2μm的上部掩埋包覆层107和接触层108。
(特性的探讨)
以下，随时示出比较例的同时说明本实施方式涉及的半导体光集成元件100的特性。
半导体光集成元件100的调制器121中的波导是高台面型的波导结构。该调制器121中的波导的传播损耗在波长1.55μm下是0.7dB/mm。另一方面，在具有将上部包覆层的厚度设为与掩埋型波导部110、130的上部包覆层104相同的4.5μm的高台面结构的波导的比较例的元件中，传播损耗是1.5dB/mm，与本实施方式相比大很多。
此外，在该比较例的元件中，每个元件的波导特性的偏差大，产生了很多成为多模波导的情况和/或弯曲波导的损耗变大的个体。进一步地，在该比较例的波导中，存在大量在制作过程中高台面结构被破坏的元件。
上部包覆层厚的比较例中的这样的不良其说明如下。在调制器121中的上部包覆层的厚度是1.5μm的情况和上部包覆层的厚度是4.5μm的情况下，形成高台面结构所需的蚀刻的深度分别是2.5μm和5.5μm。这样，在上部包覆层厚的情况下，如上述那样蚀刻的深度需要一倍以上，所以容易发生蚀刻中的蚀刻掩模的后退等，结果是芯侧面的表面粗糙度变大。因此，我们认为关系到台面脊的皲裂的散射损耗的量变大了。
此外，若所需的蚀刻量增加，则下部包覆层的蚀刻的深度其偏差会增加。整体的蚀刻深度的偏差使下部包覆层的蚀刻深度的偏差也增加。进一步地，晶片面内分布不仅存在于蚀刻的深度也存在于MOCVD的层叠厚度，所以只要这两个面内分布的形状不完全一致，偏差就会被相加而对下部包覆层的蚀刻深度形成很大的影响。
例如，在与蚀刻的深度和结晶生长相匹配地存在±5％的晶片面内分布的情况下，若蚀刻深度是2.5μm，则偏差是±125nm，若蚀刻的深度是5.5μm，则偏差是±275nm。若如这样下部包覆层的蚀刻深度发生偏差，则偏离了下部包覆层的蚀刻深度的最佳值的波导元件会变多，其结果，存在单模性、弯曲波导损耗与设计值之间有偏差的倾向。因此，我们认为在比较例中波导特性的偏差变大了。
此外，若考虑高台面型波导的台面的纵横比(纵向大小和横向大小之比)，则在上部包覆层的厚度是1.5μm的情况下是1.67，相对于此，在上部包覆层的厚度是4.5μm的情况下是3.67。我们认为在如比较例这样大大超过2的纵横比的台面中，细长的台面会突出到基板上，所以机械强度会降低，在制造工序中施加一点点的压力也会被破坏。
此外，本实施方式的调制器121部分中的串联电阻是每1mm长度为2.2Ω。另一方面，作为比较例，在将上部包覆层的厚度设为4.5μm的元件中，串联电阻是3.4Ω。在高台面型波导中，由于上部包覆层的宽度小，所以p-InP的电阻容易变大。因此，在上部包覆层较厚的比较例中，我们认为p-InP的电阻变得更显著，串联电阻增大了。
在存在高的串联电阻的情况下，在集中电极型的电极构造中，由于CR常数的增加，以及在行波电极型的电极构造中高频损耗的增加，高频响应变差。但是，本实施方式的调制器121将上部包覆层的厚度抑制得很薄，其结果，由于串联电阻低，所以适合于快速动作。
图13是表示SOA112中的上部包覆层104的厚度与接触层108中的吸收损耗之间的关系的曲线图。
由于接触层108由折射率高的GaInAs形成，所以若波导芯层103b和接触层108靠近，则在波导中传播的光的一部分会被接触层108吸收。这是因为，在接触层108中p载流子密度大，所以因价电子带间吸收而使得光被吸收。因此，上部包覆层104越厚，接触层108中的吸收损耗就越小。
如从图13所示的曲线图中读取到的那样，若与将SOA112的上部包覆层104的厚度设为与调制器121相同的1.5μm的情况相比，在将SOA112的上部包覆层104的厚度设为4μm的情况下，接触层108中的吸收损耗减少3cm-1左右，实质上成为0。
不能将SOA112的上部包覆层104的厚度设为与调制器121相同的厚度的理由是，因为波导芯层的设计有很大不同。如已经叙述的那样，调制器121部分的波导芯层103c比SOA112部分的波导芯层103b厚。其结果，在调制器121中，光向波导芯层103c的限制很强，结果是光向上部包覆层104的渗透变小，即使上部包覆层104很薄也很难引起接触层108中的光的吸收。
图14是表示SSC111中的波导芯层103a的厚度与光斑尺寸之间的关系的曲线图。在图14中，记载了在两种上部包覆层的厚度下计算光斑尺寸的结果。另外，SSC111采用如下方法：通过使波导芯层103a的厚度逐步变薄，从而减弱光向波导芯层103a的限制，放大光斑尺寸。
如从图14所示的曲线图读取的那样，可知，若与将SSC111的上部包覆层104的厚度设为与调制器121相同的1.5μm的情况相比，在将SOA112的上部包覆层104的厚度设为4μm的情况下，芯厚度小时的光斑尺寸的放大效果更大。
在上部包覆层104薄的情况下，由处于上部包覆层104更上层的SiN形成的钝化膜141和空气起到相对于半导体折射率差非常大的第2包覆层的作用。因此，在上部包覆层104的厚度为1.5μm的情况下，无法超过上部包覆层104的上表面而使光斑尺寸扩大。另一方面，若上部包覆层104足够厚，则由于没有这样的限制，所以能够显著得到光斑尺寸放大效果。
此外，在上部包覆层104为1.5μm的情况下，虽然对于波导芯层103a的上侧来说，光斑在上部包覆层104的上表面就被限制，但是在波导的下侧没有这样的限制，所以光斑扩大，光斑形状的上下方向的非对称性变得非常大。其结果，从SSC111射出的光束形状会偏离高斯光束。
若在波导芯层103a的厚度为75nm的情况下进行比较，则当上部包覆层104的厚度为4μm时输出光束与高斯光束的最大耦合效率、即高斯光束耦合率为94.6％，相对于此，当上部包覆层104的厚度为1.5μm时，高斯光束耦合率为89.9％。
如上所述，若高斯光束耦合率变低，则单模光纤是接近高斯光束的模式配置，所以向光纤的耦合效率会降低。因此，如果将上部包覆层的厚度保持为1.5μm，则即使进一步使波导芯层103a的厚度变薄来放大光斑尺寸，也会牺牲向光纤的耦合效率。
在本实施方式的半导体光集成元件100中，通过使SSC111的上部包覆层104的厚度比调制器121的上部包覆层104的厚度更厚，从而光斑尺寸大且模块的组装变得容易，并且可得到向光纤的耦合效率高这样良好的特性。
如以上说明，在本实施方式的半导体光集成元件100中，由于使掩埋型波导部110、130中的上部包覆层104的厚度比台面型波导部120中的上部包覆层104的厚度厚，所以能够对台面型波导部120和掩埋型波导部110、130这两者进行最佳的设计。
具体来说，通过使用高台面型波导来构成调制器121，从而在调制器121中实现低的波导损耗、良好的单模性、良好的高频响应，与此同时，通过使用掩埋型波导来构成SOA112以及SSC111，从而能够实现在SOA112中吸收损耗低、在SSC111中光斑尺寸大且光纤耦合效率高的光束。
另外，在本实施方式的半导体光集成元件100中，将台面型波导部120和掩埋型波导部110、130中的上部包覆层104的厚度之差设成了3μm。但是，该差值可适当设计，可选择与包覆层中的渐逝波相对于距离的衰减程度相同程度以上的值。例如，若台面型波导部120和掩埋型波导部110、130中的上部包覆层104的厚度之差为200nm以上，则能够期待上述说明的效果。
另外，在本实施方式的半导体光集成元件100中，将与掩埋型波导结构集成的波导设为了高台面型的波导，但是即使在设为不对芯层进行蚀刻的所谓低台面(low mesa)结构的情况下，针对机械强度、电阻也会产生与高台面结构共同的课题，所以可得到与本实施方式相同的效果。
在本实施例中，调制器是单一的马赫-曾泽尔型的调制器，但是也可以设为由多个马赫-曾泽尔调制器构成的I-Q调制器，也可以为了偏振复用而设置两个I-Q调制器。此外，SOA112和调制器121是平行的配置，但是也可以设为各自的光传播方向垂直的配置。
〔第2实施方式〕
(平面结构)
图15是表示第2实施方式涉及的半导体光集成元件的俯视示意图的图。另外，图15所示的俯视示意图为了简化而仅图示了波导，省略了电极等其他构成要素。
如图15所示，第2实施方式涉及的半导体光集成元件200具备：掩埋型波导部210、台面型波导部220和掩埋型波导部230。掩埋型波导部210、230是具有在波导芯层的两侧附近埋入了半导体包覆材料的波导结构的区域，台面型波导部220是具有至少包含波导芯层以及上部包覆层的半导体层突出成台面状的波导结构的区域。另外，本实施方式的台面型波导部220中的波导是直至至少包含波导芯层的半导体层为止突出成台面状的高台面型波导(high mesa waveguide)。
掩埋型波导部210具备DFB激光器211。关于多个DFB激光器211，例如在1.55μm波长段下振荡波长分别不同，此外，通过变更DFB激光器211的温度，从而DFB激光器211的振荡波长发生变化。因此，对于多个DFB激光器211来说，通过选择多个之中的一个来进行粗调，通过温度变更来进行微调，作为整体，作为进行连续的波长范围内的振荡的波长可变光源来工作。从多个DFB激光器211射出的波导光被引导至台面型波导部220。
台面型波导部220具备AWG221。如图15所示，AWG221具备：输入侧平板波导222、阵列沟道波导223和输出侧平板波导224。输入侧平板波导222以及输出侧平板波导224是没有横向的光的限制力的波导，对输入侧平板波导222以及输出侧平板波导224输入输出的波导光在横向上发散。阵列沟道波导223由弯曲路径构成的大量波导构成，设置了依赖于波长的光路径差。因此，若在与依赖于该波长的光路径差对应的输入侧平板波导222的位置，输入多个DFB激光器211所射出的不同振荡波长的波导光，则在输出侧平板波导224中，耦合成同一光线。在AWG221中耦合的波导光被输出到具备SOA231的掩埋型波导部230。
这里，若假设设置于多个DFB激光器211与SOA231之间的耦合器没有波长选择性，则DFB激光器211与SOA231的耦合效率会是DFB激光器的数量分之一以下。例如，若DFB激光器211的数目为8，则各DFB激光器211与SOA231的耦合效率为1/8以下(12.5％以下)。在半导体光集成元件200中，作为将多个DFB激光器211和SOA231相连的耦合器，按各自不同的DFB激光器211的每个波长使用以高效率透过的AWG221，所以DFB激光器211到SOA231的耦合效率变高。
掩埋型波导部230具备SOA231和端面窗结构部232。SOA231放大通过AWG221成像的波导光，端面窗结构部232降低SOA231放大的波导光的元件端面处的反射率。端面窗结构部232通过去除端面附近的波导芯层而形成。为了在端面部降低反射率，施加低反射涂层，通过设置端面窗结构部232，能够进一步降低反射率。
在本实施方式的半导体光集成元件200中，通过将DFB激光器211和SOA231设为掩埋型的波导结构，能够享有波导脊处的表面复合速度小这样的优点。此外，AWG221通过高台面型的波导结构能够实现曲率半径小且波导间隔密集，能够实现显著的小型化。
另外，在本实施方式中，也与第1实施方式同样地，在掩埋型波导部210、230与台面型波导部220的边界存在将两者连接的波导。针对该波导，与第1实施方式同样地，通过构成为使台面型波导部220的波导比掩埋型波导部210、230更宽和/或设置喇叭结构，从而能够减轻连接部分的损耗。
(剖面结构)
图16～图19分别是与波导垂直的面上的DFB激光器211、AWG221、SOA231以及端面窗结构部232的剖面示意图。
(剖面结构：DFB激光器)
如图16所示，DFB激光器211具有在基板201上依次层叠了下部包覆层202、波导芯层203a以及上部包覆层204的构造。基板201的材料是InP，下部包覆层202的材料是n-InP。另外，基板201的材料可以设为n-InP。此外，在重视高频特性的情况下，也可以在下部包覆层202设置n侧电极，将基板201的材料设为半绝缘InP。
波导芯层203a构成为通过电流注入发光的以GaInAsP为材料的多量子阱结构的活性层。此外，在波导芯层203a的上表面设置未图示的衍射光栅层。波导芯层203b的厚度是包含SCH层在内为150nm，宽度是1.7μm。
上部包覆层204的材料是p-InP，在上部包覆层204的内部插入蚀刻耐受性不同于上部包覆层204的蚀刻停止层205。与第1实施方式同样地，根据制造方法的不同，也可以省略该蚀刻停止层205。上部包覆层204的厚度是包含蚀刻停止层205在内为4.5μm。另外，插入蚀刻停止层205时的蚀刻停止层205的厚度例如是10nm。
DFB激光器211的波导芯层203a具有在波导芯层203a的两侧附近埋入了下部掩埋包覆层206以及上部掩埋包覆层207的构造。下部掩埋包覆层206以及上部掩埋包覆层207的材料分别是p-InP以及n-InP。下部掩埋包覆层206以及上部掩埋包覆层207起到电流阻挡层的作用，提高注入到波导芯层203a的电流的注入效率。
在上部包覆层204上设置由p-GaInAs形成的接触层208，与p侧电极209a接触。此外，在DFB激光器211的上表面以及侧面，适当形成以SiNx为材料的钝化膜241，相邻的DFB激光器211分别被电分离。进一步地，p侧电极209c与引线接合等布线243a接触。
(剖面结构：AWG)
如图17所示，AWG221具有在基板201上依次层叠了下部包覆层202、波导芯层203b以及上部包覆层204的构造。另外，基板201、下部包覆层202以及上部包覆层204的材料与DFB激光器211相同。
波导芯层203b由以GaInAsP为材料的块构造构成。波导芯层203b的厚度是200nm，宽度是1.7μm。
上部包覆层204的厚度是2.3μm。在本实施方式中，相比第1实施方式，台面型波导部220中的上部包覆层204的厚度较厚。这是因为，在本实施方式中，相比第1实施方式，波导芯层203b较薄，所以波导模式的光分布容易变广。
虽然在上部包覆层204上设置了蚀刻停止层205，但是也可以去掉该蚀刻停止层205。此外，在AWG221的上表面适当地形成以SiNx为材料的钝化膜241。
(剖面结构：SOA)
如图18所示，SOA231具有在基板201上依次层叠了下部包覆层202、波导芯层203c以及上部包覆层204的构造。另外，基板201、下部包覆层202以及上部包覆层204的材料与DFB激光器211相同。
波导芯层203c由通过电流注入发光的以GaInAsP为材料的多量子阱结构构成。波导芯层203b的厚度是包含SCH层在内为150nm，宽度是1.7μm。
在上部包覆层204的内部插入蚀刻耐受性不同于上部包覆层204的蚀刻停止层205。与第1实施方式相同地，根据制造法的不同，也可以省略该蚀刻停止层205。上部包覆层204的厚度是包含蚀刻停止层205在内为4.5μm。另外，插入蚀刻停止层205时的蚀刻停止层205的厚度例如是10nm。
SOA231的波导芯层203c具有在波导芯层203a的两侧附近埋入了下部掩埋包覆层206以及上部掩埋包覆层207的波导结构。下部掩埋包覆层206以及上部掩埋包覆层207的材料分别是p-InP以及n-InP。下部掩埋包覆层206以及上部掩埋包覆层207起到电流阻挡层的作用，提高注入到波导芯层203c的电流的注入效率。
在上部包覆层204上，设置由p-GaInAs形成的接触层208，与p电极209c接触。此外，在SOA231的上表面适当形成以SiNx为材料的钝化膜241。进一步地，p侧电极209c与引线接合等布线243c接触。
(剖面结构：端面窗结构部)
如图19所示，端面窗结构部232具有在基板201上依次层叠了下部包覆层202、下部掩埋包覆层206、上部掩埋包覆层207以及上部包覆层204的构造。另外，基板201、下部包覆层202、下部掩埋包覆层206、上部掩埋包覆层207以及上部包覆层204的材料与DFB激光器211相同。
从图19可知，在端面窗结构部232中，不存在波导芯层，取而代之，下部掩埋包覆层206以及上部掩埋包覆层207填充了下部包覆层202与上部包覆层204之间。
以上，如参照图16～图19进行的说明那样，在第2实施方式涉及的半导体光集成元件200中，掩埋型波导部210、230中的上部包覆层204的厚度比台面型波导部220的上部包覆层204的厚度厚。这是因为进行了重视各元件的特性的设计。
(制造方法)
接着，说明本实施方式的半导体光集成元件200的制造方法。另外，本实施方式的半导体光集成元件200的制造方法与第1实施方式的半导体光集成元件100的制造方法相同，因此适当省略说明。
首先，在基板201上通过MOCVD法依次层叠下部包覆层202、DFB激光器211以及SOA231的波导芯层203a、203c、上部包覆层204的一部分以及衍射光栅层。波导芯层203a、203c是以GaInAsP为材料的多量子阱结构，衍射光栅层由GaInAs形成。
接着，在整个面堆积SiNx膜后，与形成于DFB激光器211部的衍射光栅层的周期性衍射光栅的图案相匹配地对SiNx膜进行图案化，并且去除SOA231部附近的SiNx。然后，以SiNx膜作为掩模来进行蚀刻。由此，在衍射光栅层形成衍射光栅构造。然后，去除整个面的SiNx膜之后，通过基于MOCVD法的衍射光栅埋入生长来层叠上部包覆层204。
再次在整个面堆积SiNx膜后，在与DFB激光器211以及SOA231对应的部分，实施图案化，以构成稍稍宽幅的图案。然后，以SiNx膜作为掩模进行蚀刻来去除形成AWG的区域的波导芯层，露出下部包覆层202。接着，以SiNx膜的掩模直接作为选择生长的掩模，通过MOCVD法，层叠AWG221的波导芯层203b以及上部包覆层204。
接着，在去除SiNx膜的掩模后，重新堆积SiNx膜，实施图案化，成为与DFB激光器211、SOA231以及各连接部的波导对应的图案。此时，在后面形成高台面型波导的AWG221及其附近的连接部的波导中，以比波导芯层的宽度更宽的幅度进行图案化。此外，对于成为端面窗结构的部分，去除图案。
然后，以该SiNx膜作为掩模进行蚀刻，形成与DFB激光器211、SOA231以及各连接部的波导对应的台面结构，并且使下部包覆层202露出。接着，以该SiNx膜的掩模作为选择生长的掩模，使用MOCVD法，在露出的下部包覆层202上层叠下部掩埋包覆层206以及上部掩埋包覆层。
接着，在去除SiNx膜的掩模后，使用MOCVD法，在整个面依次层叠上部包覆层204、厚度10nm的蚀刻停止层205、上部包覆层204和接触层208。
之后，进行图案化，以对形成高台面型波导的区域以外进行覆盖，以该图案作为掩模，利用包含硫酸和过氧化氢的蚀刻剂去除由p-GaInAs形成的接触层208，进一步地，以基于盐酸系蚀刻剂的湿蚀刻，将直至蚀刻停止层205为止的上部包覆层204去除。
接着，在整个面堆积SiNx膜，实施图案化，以便能够在与高台面型波导的两侧相当的部分形成开口。此时，SOA231以及DFB激光器211的区域的周边成为被SiNx覆盖的状态，能够在DFB激光器211的左右沟槽区域形成开口。
然后，以该SiNx作为掩模，通过干蚀刻，对蚀刻停止层205、上部包覆层204、波导芯层以及下部包覆层202的一部分进行蚀刻来形成台面结构。
在此，进行蚀刻，以使高台面结构的脊的下部包覆层202的蚀刻深度与设计值一致。此时，在将DFB激光器211电分离的沟槽中，至少对接触层208、上部包覆层204到蚀刻停止层205进行蚀刻。进一步地，覆盖沟槽以外的部分，通过盐酸系的湿蚀刻，加大该沟槽的蚀刻深度。
然后，通过公知的方法，在各部分形成钝化膜241及其开口部、用于电流注入的p电极209a、209c等。在表面的加工结束后，将基板201研磨成期望的厚度，在背面形成电极。
进一步地，通过基板切断形成端面，并进行端面涂布、元件分离，完成半导体光集成元件200的制造。
另外，在本实施方式的半导体光集成元件200的制造方法中，也与第1实施方式同样地，能够利用上述说明的制造方法的变形方式。
(特性的探讨)
以下，针对本实施方式涉及的半导体光集成元件200的特性，随时示出比较例来进行说明。
在本实施方式的半导体光集成元件200中，也与第1实施方式同样地，在具有高台面型波导结构的AWG221的波导中，可得到低损耗、特性偏差小且难以被破坏这样的良好的性质。
此外，在将整个区域的上部包覆层的厚度设为2.3μm的比较例中，产生了射出光光束的形状显著散乱的问题，相对于此，在本实施方式的半导体光集成元件200中，得到了单峰性的射出光光束。我们认为这是在上部包覆层的厚度薄的情况下，在窗结构中变广的光束在上部的半导体终端被反射的现象引起的。
图20是表示通过BPM(Beam Propagation Method)计算出端面处的光强度分布的结果的曲线图，横轴表示铅垂方向(厚度方向)的位置(单位μm)，纵轴表示将最大值规一化成1的相对光强度。在上部包覆层较薄的比较例中，上表面的反射大，光束形状中的峰值分裂成多个。相对于此，在如本实施方式的半导体光集成元件200那样上部包覆层具有足够的厚度的情况下，上表面处的反射的影响少，即使存在一些反射，光束形状也可维持单峰性。
这样，在具有窗结构部的情况下，需要考虑在窗结构部变宽后的光束的宽度来决定上部包覆层的厚度。相对于变宽后的光束的1/e2半宽，具有2倍以上的厚度的上部包覆层是适合的。
此外，为了容易制造，优选将DFB激光器211的上部包覆层104的厚度和SOA231的上部包覆层104的厚度设为相同。此外，只要台面型波导部220和掩埋型波导部210、230中的上部包覆层104的厚度之差在200nm以上，就能够期待上述说明的效果。
如以上所述，在本实施方式的半导体光集成元件200中，由于相比台面型波导部的上部包覆层的厚度，增大了掩埋型波导部的上部包覆层的厚度，所以能够对台面型波导部和掩埋型波导部这两者进行最佳的设计。
具体来说，在本实施方式的半导体光集成元件200中，通过使用高台面型波导来构成AWG221，从而在AWG221中实现低的波导损耗、良好的单模性的同时，由于使用掩埋型波导来构成DFB激光器211以及SOA231，所以在具有低反射的端面的同时能够实现光纤耦合效率高的单峰性的光束。
工业上的可利用性
如以上所述，本发明涉及的半导体光集成元件及其制造方法对于在同一元件上形成多个波导结构的半导体光集成元件是有用的。
符号说明
100，200 半导体光集成元件
101，201 基板
102，202 下部包覆层
103a，103b，103c，203a，203b，203c 波导芯层
104，204 上部包覆层
105，205 蚀刻停止层
106，206 下部掩埋包覆层
107，207 上部掩埋包覆层
108，208 接触层
109，209 p电极
110，130，210，230 掩埋型波导部
111，131 SSC
112，231 SOA
120，220 台面型波导部
121 调制器
141，241 钝化膜
142 低介电常数层
211 DFB激光器
221 AWG
232 端面窗结构部

Claims (13)

1.一种半导体光集成元件，在基板上至少依次层叠了下部包覆层、波导芯层以及上部包覆层，该半导体光集成元件的特征在于，具备：
掩埋型波导部，具有在所述波导芯层的两侧附近埋入了半导体包覆材料的波导结构；以及
台面型波导部，具有至少包含所述上部包覆层的半导体层突出成台面状的波导结构，
所述掩埋型波导部中的上部包覆层的厚度比所述台面型波导部中的上部包覆层的厚度厚。
2.根据权利要求1所述的半导体光集成元件，其特征在于，
所述台面型波导部具有包含所述波导芯层的半导体层突出成台面状的高台面型的波导结构。
3.根据权利要求1所述的半导体光集成元件，其特征在于，还具备：
端面窗结构部，具有在与所述掩埋型波导部相邻的区域代替所述波导芯层而填充了半导体包覆材料的窗结构。
4.根据权利要求2所述的半导体光集成元件，其特征在于，还具备：
端面窗结构部，具有在与所述掩埋型波导部相邻的区域代替所述波导芯层而填充了半导体包覆材料的窗结构。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的半导体光集成元件，其特征在于，
所述掩埋型波导部是对在波导中传播的光的光斑尺寸逐步进行变换的光斑尺寸变换器。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的半导体光集成元件，其特征在于，
所述掩埋型波导部中的波导芯层比所述台面型波导部中的波导芯层薄。
7.根据权利要求1～4中任一项所述的半导体光集成元件，其特征在于，
在所述掩埋型波导部的所述上部包覆层插入中间层，该中间层的蚀刻耐受性不同于所述上部包覆层且蚀刻速度比所述上部包覆层慢。
8.根据权利要求7所述的半导体光集成元件，其特征在于，
所述中间层是蚀刻停止层。
9.根据权利要求1～4中任一项所述的半导体光集成元件，其特征在于，
在所述掩埋型波导部至少设置光放大器，在所述台面型波导部至少设置调制器。
10.根据权利要求1～4中任一项所述的半导体光集成元件，其特征在于，
在所述掩埋型波导部至少设置多个激光振荡器，在所述台面型波导部至少设置阵列波导衍射光栅。
11.一种半导体光集成元件的制造方法，该半导体光集成元件具有掩埋型波导部和台面型波导部，该制造方法的特征在于，按照第1工序至第6工序的顺序而包括以下的第1工序至第6工序：
第1工序，在形成所述掩埋型波导部以及所述台面型波导部的区域中，在基板上至少层叠下部包覆层以及波导芯层；
第2工序，将形成所述掩埋型波导部的区域中的包含波导芯层的半导体层蚀刻成台面状；
第3工序，在形成所述掩埋型波导部的区域的波导芯层的两侧附近埋入半导体包覆材料；
第4工序，在形成所述掩埋型波导部以及所述台面型波导部的区域中，层叠至少包含上部包覆层的半导体层；
第5工序，通过蚀刻，去除形成所述台面型波导部的区域中的所述上部包覆层的一部分；以及
第6工序，去除形成所述台面型波导部的区域中的波导芯层的两侧并将至少包含所述上部包覆层的半导体层蚀刻成台面状，
所述掩埋型波导部中的上部包覆层的厚度比所述台面型波导部中的上部包覆层的厚度厚。
12.根据权利要求11所述的半导体光集成元件的制造方法，其特征在于，
所述第4工序包括插入蚀刻停止层的工序，该蚀刻停止层用于停止所述第5工序的蚀刻且蚀刻耐受性不同于所述上部包覆层。
13.根据权利要求11或12所述的半导体光集成元件的制造方法，其特征在于，
在所述第5工序与所述第6工序之间还包括在所述上部包覆层上层叠接触层的工序。
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