JP2000147284A - Semiconductor optical waveguide and its production - Google Patents

Semiconductor optical waveguide and its production

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JP2000147284A
JP2000147284A JP31420598A JP31420598A JP2000147284A JP 2000147284 A JP2000147284 A JP 2000147284A JP 31420598 A JP31420598 A JP 31420598A JP 31420598 A JP31420598 A JP 31420598A JP 2000147284 A JP2000147284 A JP 2000147284A
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layer
alinas
ridge
optical waveguide
thickness
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JP31420598A
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Japanese (ja)
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Norihiro Iwai
則広 岩井
Tomokazu Mukohara
智一 向原
Akihiko Kasukawa
秋彦 粕川
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor optical waveguide having light enclosing structure based on an Al oxide layer on an InP substrate. SOLUTION: The main part of the waveguide 20 is laminated structure consisting of an InP layer 22, an AlInAs layer 23 having 100 nm thickness, a GaInAsP layer 24, an AlInAs layer having 50 nm thickness, a GaInAsP layer 26, an AlInAs layer 27 having 100 nm thickness, and an InP layer 28 and formed on the InP substrate as a ridge 30. The AlInAs layers 23, 25, 27 are held as non-oxidized AlInAs layers on the center part of the ridge, but on the side face part of the ridge, Al oxidized layers 31 are formed by selectively oxidizing Al in reslective AlInAs layers 23, 25, 27. The widths of non-oxidized areas of the layers 23, 27 are almost the same W1 and narrow and the width W2 of the non-oxidized area of the layer 25 is wider than the width W1. The center area 32 of the ridge constitutes an almost circular and non-oxidized core layer having a high refractive index and is functioned as an optical waveguide and the peripheral area of the ridge constitutes a light enclosing structure consisting of an Al oxide layer having a low refractive index.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、InP基板上に形
成した半導体光導波路及びその作製方法に関し、更に詳
細には、InP基板上に簡易なプロセス工程で形成され
た、作製容易な構成を備える半導体光導波路及びその作
製方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor optical waveguide formed on an InP substrate and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor optical waveguide having an easy manufacturing structure formed on an InP substrate by a simple process. The present invention relates to a semiconductor optical waveguide and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体レーザ素子では、Alを含む半導
体層を発光領域の積層構造の一部として成膜し、Alを
含む半導体層中のAlを選択的に酸化させてAl酸化層
を形成し、そのAl酸化層を電流ブロッキング層、即ち
電流狭窄構造として用いることが行われている。Al酸
化層による電流狭窄構造は、特に、面発光型半導体レー
ザ素子に適用されることが多く、これにより、面発光型
半導体レーザ素子の特性が飛躍的に向上したと評価され
ている。
2. Description of the Related Art In a semiconductor laser device, a semiconductor layer containing Al is formed as a part of a laminated structure of a light emitting region, and Al in the semiconductor layer containing Al is selectively oxidized to form an Al oxide layer. The Al oxide layer is used as a current blocking layer, that is, a current confinement structure. The current confinement structure using an Al oxide layer is often applied particularly to a surface-emitting type semiconductor laser device, and it is evaluated that the characteristics of the surface-emitting type semiconductor laser device have been dramatically improved.

【0003】Alの選択酸化技術は、Alを含む半導体
層中のAlを選択的に酸化させて、Al23を含むA
l酸化層を生成する技術であって、Alを含む半導体層
を酸化させることにより半導体層の屈折率が小さくなる
と言う特徴を有している。そこで、この特徴を利用した
光閉じ込め構造をGaAs基板上に形成し、それを半導
体光導波路構造として機能させることが可能であって、
本出願人は、特開平10−135564号公報に開示さ
れているように、Al酸化層を備えた半導体光導波路構
造を既に提案している。
[0003] In the selective oxidation technique of Al, Al in a semiconductor layer containing Al is selectively oxidized to form an Al layer containing Al 2 O 3.
This is a technique for forming an oxide layer, and has a feature that a refractive index of a semiconductor layer is reduced by oxidizing a semiconductor layer containing Al. Therefore, it is possible to form a light confinement structure utilizing this feature on a GaAs substrate and make it function as a semiconductor optical waveguide structure.
The present applicant has already proposed a semiconductor optical waveguide structure having an Al oxide layer as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-135564.

【0004】ここで、特開平10−135564号公報
の開示に基づいてAl酸化層を備えた半導体光導波路構
造を簡単に説明する。Ga As 基板上に形成された光導
波路構造10は、図4(b)に示すように、Ga As 基
板11上に、順次、成膜された、膜厚1.0μmのAl
0.3 Ga0.7Asクラッド層12、膜厚2.0μmのA
l(Ga)Asコア層13、膜厚1.0μmのAl0.3
Ga0.7 Asクラッド層14、及び、膜厚0.2μmの
Ga As キャップ層15の積層構造を有する。Al(G
a)Asコア層13は、Al(Ga)As層のAlを選
択的に酸化させてなるAl(Ga)As酸化側部領域1
6と断面略円形のAl(Ga)As非酸化中央領域17
とから構成されている。
Here, a semiconductor optical waveguide structure having an Al oxide layer will be briefly described based on the disclosure of Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-135564. As shown in FIG. 4 (b), the optical waveguide structure 10 formed on the GaAs substrate has a film thickness of 1.0 μm, which is sequentially formed on the GaAs substrate 11.
0.3 Ga 0.7 As clad layer 12, 2.0 μm thick A
l (Ga) As core layer 13, 1.0 μm thick Al 0.3
It has a laminated structure of a Ga 0.7 As cladding layer 14 and a GaAs cap layer 15 having a thickness of 0.2 μm. Al (G
a) The As (As) core layer 13 is an Al (Ga) As oxidized side region 1 obtained by selectively oxidizing Al of the Al (Ga) As layer.
6 and Al (Ga) As non-oxidized central region 17 having a substantially circular cross section
It is composed of

【0005】積層構造のうち、Ga As キャップ層1
5、Al0.3 Ga0.7 Asクラッド層14、Al(G
a)Asコア層13、及び、Al0.3 Ga0.7 Asクラ
ッド層12は、幅5μmのリッジ19として形成されて
いる。
In the laminated structure, the GaAs cap layer 1
5, Al 0.3 Ga 0.7 As clad layer 14, Al (G
a) The As core layer 13 and the Al 0.3 Ga 0.7 As clad layer 12 are formed as ridges 19 having a width of 5 μm.

【0006】また、上述のように、Al(Ga)Asコ
ア層13は、部分的に酸化されており、図4(b)に示
すように、コア層周辺部のAl(Ga)As酸化領域1
6と、中央部の断面略円形のAl(Ga)As非酸化領
域17とから構成されている。非酸化領域17は、直径
約1.0μmの略円形状であって、光導波路として使用
される。つまり、Al(Ga)Asコア層13は、酸化
領域16ではAl(Ga)AsがAlxy(AlOxid
e)に転化することにより、非酸化領域17の屈折率
2.9〜3.4に比して十分に低い1.6程度に低下す
る。この屈折率の膜面方向及び膜厚方向の分布を、光導
波路の構造に対応させて図5(b)に示した。かかる屈
折率プロファイルのため、入射光は、非酸化領域17、
つまり屈折率の高い中央部でのみ導波することが出来
る。また、リッジ19の側面は、ホリイミド層18で被
覆されている。
Further, as described above, the Al (Ga) As core layer 13 is partially oxidized, and as shown in FIG. 4B, an Al (Ga) As oxidized region around the core layer is formed. 1
6 and an Al (Ga) As non-oxidized region 17 having a substantially circular cross section at the center. The non-oxidized region 17 has a substantially circular shape with a diameter of about 1.0 μm, and is used as an optical waveguide. That is, in the Al (Ga) As core layer 13, in the oxidized region 16, Al (Ga) As is Al x O y (AlO xid
The conversion to e) lowers the refractive index to about 1.6, which is sufficiently lower than the refractive index of the non-oxidized region 17 to be 2.9 to 3.4. FIG. 5B shows the distribution of the refractive index in the direction of the film surface and in the direction of the film thickness corresponding to the structure of the optical waveguide. Because of such a refractive index profile, the incident light is
That is, the light can be guided only in the central portion having a high refractive index. Further, the side surfaces of the ridge 19 are covered with the polyimide layer 18.

【0007】以下に、図4を参照して、上述の光導波路
構造の作製方法を説明する。図4(a)及び(b)は、
上述の半導体光導波路構造を作製する際の工程毎の積層
構造の断面を示す断面図である。まず、図4(a)に示
すように、Ga As 基板11上に、MBE法により、A
0.3 Ga0.7 Asクラッド層12を1.0μm、Al
組成が膜厚方向の中央部にて最も少なく、上面及び下面
に向かって徐々に増大する構造のAl(Ga)Asコア
層13を2.0μm、Al0.3 Ga0.7 Asクラッド層
14を1.0μm、Ga As キャップ層15を0.2μ
m、順次に積層する。ここで、Al組成が膜厚方向に変
化するAl(Ga)Asコア層13は、図5(a)に示
すように、膜厚方向の中央部がAlXGa 1-XAs
(0.5≦X≦0.97)であり、表面及び裏面ではA
x Ga1-X As(X≒1.0)とすることが好まし
い。
Hereinafter, a method for manufacturing the above-described optical waveguide structure will be described with reference to FIG. FIGS. 4 (a) and (b)
It is sectional drawing which shows the cross section of the laminated structure for every process at the time of manufacturing the above-mentioned semiconductor optical waveguide structure. First, as shown in FIG. 4 (a), A
l 0.3 Ga 0.7 As clad layer 12 is 1.0 μm
The composition of the Al (Ga) As core layer 13 is 2.0 μm, and the Al 0.3 Ga 0.7 As clad layer 14 is 1.0 μm, with the composition having the smallest composition at the center in the film thickness direction and gradually increasing toward the upper surface and the lower surface. , The GaAs cap layer 15 is 0.2 μm.
m, sequentially laminated. Here, in the Al (Ga) As core layer 13 in which the Al composition changes in the film thickness direction, as shown in FIG. 5A, the center part in the film thickness direction is Al x Ga 1 -x As.
(0.5 ≦ X ≦ 0.97), and A
It is preferable that l x Ga 1 -x As (X ≒ 1.0).

【0008】一般的に、AlXGa 1-XAsの酸化速度
はAlの比率にて決まり、Alの比率が低い程遅く、例
えばAlが97%(x=0.97)の場合には、その酸
化速度はAlAsの1/10程度となる。そこで、中央
部のAl(Ga)Asコア層のAl組成を97%以下と
し、最も外側の部分をAlAsとすることにより、Al
(Ga)Asコア層13に対して後工程で酸化を行って
光導波路の幅制御を行う際に、その制御性が良好とな
る。中央部でX=0.97、最も外側の部分(膜表面及
び裏面)でX=1.0とした場合のAl組成のプロファ
イルは、図5(a)に示す通りである。
In general, the oxidation rate of Al x Ga 1 -x As is determined by the ratio of Al, and the lower the ratio of Al, the lower the rate. For example, when Al is 97% (x = 0.97), The oxidation rate is about 1/10 of AlAs. Therefore, by setting the Al composition of the Al (Ga) As core layer at the central portion to 97% or less and the outermost portion to AlAs,
When the width of the optical waveguide is controlled by oxidizing the (Ga) As core layer 13 in a later step, the controllability is improved. The profile of the Al composition when X = 0.97 at the center and X = 1.0 at the outermost portions (the film front and back surfaces) is as shown in FIG. 5 (a).

【0009】Al(Ga)As層13の組成として、膜
厚方向の中央部でAl0.97Ga0.03As、最も外側でA
lAsとすることは、例えばMBE法を採用することに
より容易である。MBE法では、基板の温度を連続的に
変えることで、Al(Ga)Asコア層13のAl組成
を連続的に変化させることが出来るのであって、これは
一般的に行われている方法である。Al(Ga)Asコ
ア層13の組成制御は、理想的には膜厚方向に連続的に
変化させるのが好ましいが、必ずしもこれには限らな
い。特に、MOCVD法を採用する場合等のように連続
的な組成制御が困難な結晶成長を行う場合や、コア層に
AlGa As 以外の材料を採用する場合には、Al組成
を段階的に変化させてもよい。この場合にも、同様な効
果が得られる。
The composition of the Al (Ga) As layer 13 is as follows: Al 0.97 Ga 0.03 As in the center in the film thickness direction;
It is easy to set to 1As, for example, by employing the MBE method. In the MBE method, the Al composition of the Al (Ga) As core layer 13 can be continuously changed by continuously changing the temperature of the substrate. This is a commonly used method. is there. Ideally, the composition control of the Al (Ga) As core layer 13 is preferably continuously changed in the film thickness direction, but is not necessarily limited to this. In particular, when crystal growth is difficult where continuous composition control is difficult, such as when MOCVD is employed, or when a material other than AlGaAs is used for the core layer, the Al composition is changed stepwise. You may. In this case, a similar effect can be obtained.

【0010】次に、Ga As キャップ層15、Al0.3
Ga0.7 Asクラッド層14、Al(Ga)Asコア層
13、及び、Al0.3 Ga0.7 Asクラッド層12を、
フォトリソグラフィー法及びドライエッチングにより選
択的に除去し、幅5μmのリッジ19を形成する。
Next, the GaAs cap layer 15, Al 0.3
The Ga 0.7 As clad layer 14, the Al (Ga) As core layer 13, and the Al 0.3 Ga 0.7 As clad layer 12 are
The ridge 19 is selectively removed by photolithography and dry etching to form a ridge 19 having a width of 5 μm.

【0011】次いで、ウエハ全体を水蒸気中に置き、約
400℃の温度で10分間の熱処理を行う。これによ
り、Al(Ga)Asコア層13は、リッジ19の両側
面から内方に向かって部分的に酸化され、コア層周辺部
のAl(Ga)As酸化領域16と、中央部の断面略円
形のAl(Ga)As非酸化領域17とに分かれる。こ
こで、中央部のAlGaAsのAl組成を0.97とす
ると、その酸化速度は約0.2μm/min.であり、ま
た、周辺部のAlAsの酸化速度は片側で約2μm/mi
n.である。非酸化領域17は、光導波路として使用さ
れ、直径約1.0μm の略円形となる。
Next, the entire wafer is placed in water vapor and heat-treated at a temperature of about 400 ° C. for 10 minutes. As a result, the Al (Ga) As core layer 13 is partially oxidized inward from both side surfaces of the ridge 19, and the Al (Ga) As oxidized region 16 around the core layer and the cross-section of the central portion are approximately formed. It is divided into a circular Al (Ga) As non-oxidized region 17. Here, assuming that the Al composition of AlGaAs at the center is 0.97, the oxidation rate is about 0.2 μm / min., And the oxidation rate of AlAs at the periphery is about 2 μm / mi on one side.
n. The non-oxidized region 17 is used as an optical waveguide and has a substantially circular shape with a diameter of about 1.0 μm.

【0012】工程の最後に、図4(b)に示すように、
ポリイミド層18によりリッジ19の両側部を被覆す
る。
At the end of the process, as shown in FIG.
The polyimide layer 18 covers both sides of the ridge 19.

【0013】上述の光導波路構造は、AlGa As 層の
一回の結晶成長と、AlGa As 層の酸化工程のみで、
作製することができるので、作製が容易であり、光導波
路構造のコストを低減することができる。また、上記の
ように作製された半導体光導波路は、略円形のモードフ
ィールドを有していることから、光ファイバーとの結合
を行う際に、モードフィールドの差を小さくすることが
でき、光結合効率が良好となる。また、この光導波路
は、膜面と直交方向の幅、つまり高さを結晶成長工程で
制御でき、且つ、膜面方向の幅をAl組成と酸化速度と
の関係により制御できるので、従来のように再成長の工
程を要しないで、正確かつ簡単に略円形の光フィールド
を得ることが出来る。また、場合によっては偏波依存性
についても効果がある。なお、AlGaAsは、AlA
s自体の格子定数がGaAsの格子定数と近いので、A
l組成を0〜1.0まで変化させても、GaAs基板上
に積層可能である。しかしながら、AlInAsは、A
0.48In0.52AsでのみInPと格子整合するため、
Al組成を変化させると、格子整合しなくなってしまう
のである。
The above-mentioned optical waveguide structure has only one crystal growth of the AlGaAs layer and an oxidation step of the AlGaAs layer.
Since it can be manufactured, the manufacture is easy and the cost of the optical waveguide structure can be reduced. In addition, since the semiconductor optical waveguide manufactured as described above has a substantially circular mode field, the mode field difference can be reduced when coupling with an optical fiber, and the optical coupling efficiency can be reduced. Is good. Further, in this optical waveguide, the width in the direction perpendicular to the film surface, that is, the height, can be controlled in the crystal growth step, and the width in the film surface direction can be controlled by the relationship between the Al composition and the oxidation rate. Thus, a substantially circular light field can be obtained accurately and easily without requiring a regrowth step. Further, depending on the case, there is an effect on the polarization dependence. Note that AlGaAs is AlA
Since the lattice constant of s itself is close to the lattice constant of GaAs, A
Even if the l composition is changed from 0 to 1.0, it can be laminated on a GaAs substrate. However, AlInAs has A
l 0.48 In 0.52 As only for lattice matching with InP in In 0.52 As,
If the Al composition is changed, lattice matching will be lost.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
に、Al酸化層による光閉じ込め構造は、製作コストが
低いので、上述したGa As 基板上の光導波路構造に加
えて、InP基板上に形成した光導波路構造も望まれて
いる。そして、InP基板上に上述の構成の光導波路構
造を形成しようとしたとき、InP基板と格子整合して
InP基板上に積層可能な材料であって、しかもAlを
含む半導体材料が必要である。
By the way, as described above, the optical confinement structure using the Al oxide layer has a low manufacturing cost. Therefore, in addition to the optical waveguide structure on the GaAs substrate described above, the light confinement structure is formed on an InP substrate. Also, an improved optical waveguide structure is desired. When an optical waveguide structure having the above-described structure is to be formed on an InP substrate, a semiconductor material that can be laminated on the InP substrate in lattice matching with the InP substrate and that contains Al is required.

【0015】しかし、今のところ、そのような半導体材
料は、AlInAs及びAlGaInAsに限られてい
て、しかもAl組成を変化させようとしたとき、InP
基板に対して、格子定数がずれるため、光導波路層とし
て機能するに十分な膜厚を積層することが極めて困難で
ある。
However, at present, such semiconductor materials are limited to AlInAs and AlGaInAs, and when the Al composition is to be changed, InP
Since the lattice constant is shifted from the substrate, it is extremely difficult to stack a film having a thickness sufficient to function as an optical waveguide layer.

【0016】そこで、本発明の目的は、Al酸化層によ
る光閉じ込め構造をInP基板上に有する半導体光導波
路を提供することである。
An object of the present invention is to provide a semiconductor optical waveguide having a light confinement structure using an Al oxide layer on an InP substrate.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る半導体光導波路は、複数層のAlIn
As層を含む半導体層のリッジ状の積層構造としてIn
P基板上に形成され、AlInAs層は、リッジの両側
面から内方に、リッジ幅の全幅にわたり、又は所定幅だ
け、AlInAs層中のAlが選択的に酸化されてAl
酸化層に転化していることを特徴としている。
In order to achieve the above object, a semiconductor optical waveguide according to the present invention comprises a plurality of layers of AlIn.
As a ridge-like stacked structure of a semiconductor layer including an As layer, In
The AlInAs layer formed on the P substrate has a structure in which the Al in the AlInAs layer is selectively oxidized inward from both sides of the ridge over the entire width of the ridge or by a predetermined width.
It is characterized by being converted to an oxide layer.

【0018】AlInAs層中のAlを選択的に酸化さ
せて生成したAl酸化層では、屈折率がAlInAs層
より低下することから、光は、非酸化領域であるリッジ
の中央部のAlInAs層領域にのみ閉じ込められるの
で、積層構造は、光導波路層としての機能を果たす。
Since the refractive index of the Al oxide layer formed by selectively oxidizing Al in the AlInAs layer is lower than that of the AlInAs layer, light is transmitted to the AlInAs layer region at the center of the ridge which is a non-oxidized region. Since only the layer is confined, the laminated structure functions as an optical waveguide layer.

【0019】また、AlInAs層の酸化速度は、図3
に示したように、その膜厚に依存することから、膜厚の
厚いAlInAs層では酸化反応が速く進行し、薄いA
lInAs層では酸化反応の進行が遅くなる。図3は、
500℃でAlInAs層を酸化したときの、AlIn
As層の膜厚(nm)とAlInAs層の酸化速度(μ
m /√(ルート)分)との関係を示す。そこで、本発明
者は、このことを利用して、本発明の好適な実施態様で
は、複数層のAlInAs層を備え、積層方向のAlI
nAs層の厚さは、コア部ではAlInAs層の層厚が
薄く、コア部から離れるAlInAs層ほど、層厚が厚
くなっている。これにより、コア部では、非酸化層が幅
広く延在し、コア部を離れるに従って非酸化層の幅が狭
くなるので、リッジ横断面の中央領域に非酸化層からな
る略円形断面の導波路を形成することができる。即ち、
リッジ中央部に光を導波する略円形断面の導波路を形成
し、導波路の周りに光閉じ込め層を形成することができ
る。
The oxidation rate of the AlInAs layer is shown in FIG.
As shown in the figure, the oxidation reaction progresses rapidly in the thick AlInAs layer because the
In the lInAs layer, the progress of the oxidation reaction is slow. FIG.
AlIn when the AlInAs layer is oxidized at 500 ° C.
The thickness (nm) of the As layer and the oxidation rate (μ
m / √ (route) minutes). Therefore, the present inventor takes advantage of this fact and provides a preferred embodiment of the present invention with a plurality of AlInAs layers,
The thickness of the nAs layer is such that the thickness of the AlInAs layer is smaller at the core portion, and the thickness of the AlInAs layer further away from the core portion is larger. As a result, in the core portion, the non-oxidized layer extends widely, and the width of the non-oxidized layer becomes narrower as the core portion is separated. Can be formed. That is,
A waveguide having a substantially circular section for guiding light can be formed at the center of the ridge, and a light confinement layer can be formed around the waveguide.

【0020】本発明に係る半導体光導波路を作製する方
法は、InP基板上に複数層のAlInAs層を含む半
導体層を積層して積層構造を形成する工程と、少なくと
もAlInAs層がリッジ側面に露出するように、積層
構造をリッジ状に加工する工程と、水蒸気中にて熱処理
を施し、リッジ側面からAlInAs層のAlを選択的
に酸化して内方に向かって延びるAl酸化層を生成する
工程とを有することを特徴としている。
In the method of manufacturing a semiconductor optical waveguide according to the present invention, a semiconductor layer including a plurality of AlInAs layers is stacked on an InP substrate to form a stacked structure, and at least the AlInAs layer is exposed on the side surface of the ridge. Thus, a step of processing the laminated structure into a ridge shape, a step of performing a heat treatment in water vapor, and selectively oxidizing Al of the AlInAs layer from the side surface of the ridge to generate an Al oxide layer extending inward. It is characterized by having.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下に、実施形態例を挙げ、添付
図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細
に説明する。実施形態例 本実施形態例は、本発明に係るInP基板上に形成した
半導体光導波路の実施形態の一例であって、図1は本実
施形態例の半導体光導波路の構成を示す断面図である。
本実施形態例の半導体光導波路20の要部は、図1に示
すように、InP基板21上に形成されたリッジ状の半
導体積層構造29により構成されている。半導体積層構
造29は、厚さ1μmのInP層22、厚さ100nm
のAlInAs層23、厚さ0.2μmでバンドギャッ
プ波長1.1μm組成のGaInAsP層24、厚さ5
0nmのAlInAs層25、厚さ0.2μmでバンド
ギャップ波長1.1μm組成のGaInAsP層26、
厚さ100nmのAlInAs層27、及び、厚さ1μ
mのInP層28の積層構造であって、リッジ30とし
て形成されている。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. Embodiment Example This embodiment is an example of an embodiment of a semiconductor optical waveguide formed on an InP substrate according to the present invention, and FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of the semiconductor optical waveguide of this embodiment. .
As shown in FIG. 1, a main part of the semiconductor optical waveguide 20 of the present embodiment is constituted by a ridge-shaped semiconductor laminated structure 29 formed on an InP substrate 21. The semiconductor laminated structure 29 has an InP layer 22 having a thickness of 1 μm and a thickness of 100 nm.
AlInAs layer 23, GaInAsP layer 24 having a thickness of 0.2 μm and a band gap wavelength of 1.1 μm, and a thickness of 5
An AlInAs layer 25 of 0 nm, a GaInAsP layer 26 having a thickness of 0.2 μm and a band gap wavelength of 1.1 μm,
AlInAs layer 27 having a thickness of 100 nm and a thickness of 1 μm
This is a stacked structure of m InP layers 28 and is formed as a ridge 30.

【0022】AlInAs層23、25及び27は、リ
ッジ30の縦断面で見て、リッジ中央部では非酸化のA
lInAs層のままであり、リッジ30の両側面部で
は、各AlInAs層中のAlが選択的に酸化されたA
l酸化層31となっている。AlInAs層23とAl
InAs層27の非酸化領域は、中央に位置し、その幅
はほぼ同じW1 で狭く、AlInAs層25の非酸化領
域は、同じく中央に位置し、その幅W2 はAlInAs
層23、27の幅W1 に比べて広い。Al酸化層31
は、光屈折率が低く、一方、非酸化のAlInAs層は
Al酸化層31に比べて光屈折率が高い。これにより、
リッジ30の縦断面で見て、リッジ中央領域32は、ほ
ぼ円形の非酸化の屈折率の高いコア層を構成して光導波
路として機能し、リッジ中央領域32以外のリッジ周辺
領域は、屈折率の低いAl酸化層からなる光閉じ込め層
を構成する。換言すれば、Al酸化層31と非酸化のA
lInAs層とは光導波路構造を構成する。
The AlInAs layers 23, 25 and 27 have a non-oxidized A
The AlInAs layer remains, and on both sides of the ridge 30, A in which Al in each AlInAs layer is selectively oxidized.
1 oxide layer 31. AlInAs layer 23 and Al
The non-oxidized region of the InAs layer 27 is located at the center and its width is narrow at about the same W 1 , and the non-oxidized region of the AlInAs layer 25 is also located at the center and its width W 2 is AlInAs
Wider than the width W 1 of the layers 23, 27. Al oxide layer 31
Has a low light refractive index, while the non-oxidized AlInAs layer has a higher light refractive index than the Al oxide layer 31. This allows
When viewed in a vertical cross section of the ridge 30, the ridge central region 32 functions as an optical waveguide by forming a substantially circular non-oxidized core layer having a high refractive index. To form a light confinement layer made of an Al oxide layer having a low thickness. In other words, the Al oxide layer 31 and the non-oxidized A
The lInAs layer forms an optical waveguide structure.

【0023】以下に、図2を参照して、本実施形態例の
半導体光導波路の作製方法を説明する。図2(a)〜
(c)は、本実施形態例の半導体光導波路を作製する際
の工程毎の断面図である。まず、図2(a)に示すよう
に、MOCVD法にて、InP基板21上に、順次、厚
さ1μmのInP層22、厚さ100nmのAlInA
s層23、厚さ0.2μmでバンドギャップ波長1.1
μm組成のGaInAsP層24、厚さ50nmのAl
InAs層25、厚さ0.2μmでバンドギャップ波長
1.1μm組成のGaInAsP層26、厚さ100n
mのAlInAs層27、厚さ1μmのInP層28を
成膜して、積層構造を形成する。
Hereinafter, a method for fabricating the semiconductor optical waveguide of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG.
FIG. 3C is a cross-sectional view for each step in manufacturing the semiconductor optical waveguide of the present embodiment. First, as shown in FIG. 2A, an InP layer 22 having a thickness of 1 μm and an AlInA layer having a thickness of 100 nm are sequentially formed on an InP substrate 21 by MOCVD.
s layer 23, thickness 0.2 μm, band gap wavelength 1.1
GaInAsP layer 24 having a composition of μm, Al having a thickness of 50 nm
InAs layer 25, GaInAsP layer 26 having a thickness of 0.2 μm and a band gap wavelength of 1.1 μm, and a thickness of 100 n
An AlInAs layer 27 having a thickness of m and an InP layer having a thickness of 1 μm are formed to form a laminated structure.

【0024】次に、図2(b)に示すように、InP層
28上にSiO2 膜を成膜し、パターニングしてマスク
33を形成し、InP層28、AlInAs層27、G
aInAsP層26、AlInAs層25、GaInA
s層24、AlInAs層23及びInP層22の積層
構造をエッチングして、幅10μmのストライプ状のリ
ッジ30を形成する。次いで、マスク33を除去し、水
蒸気雰囲気内で約500℃の温度で熱処理を施すことに
より、図2(c)に示すように、同時に、リッジ30の
両側面からAlInAs層23、25、及び27中のA
lを選択的に酸化してAl酸化層31を生成する。工程
の最後に、図示しないが、ポリイミド層等によりリッジ
30の両側部を被覆し、保護膜とする。これにより、実
施形態例の半導体光導波路20を形成することができ
る。
Next, as shown in FIG. 2B, a SiO 2 film is formed on the InP layer 28 and patterned to form a mask 33, and the InP layer 28, AlInAs layer 27, G
aInAsP layer 26, AlInAs layer 25, GaInA
The laminated structure of the s layer 24, the AlInAs layer 23, and the InP layer 22 is etched to form a stripe-shaped ridge 30 having a width of 10 μm. Next, the mask 33 is removed, and a heat treatment is performed in a steam atmosphere at a temperature of about 500 ° C., thereby simultaneously forming the AlInAs layers 23, 25, and 27 from both sides of the ridge 30, as shown in FIG. A in
1 is selectively oxidized to form an Al oxide layer 31. At the end of the process, although not shown, both sides of the ridge 30 are covered with a polyimide layer or the like to form a protective film. Thereby, the semiconductor optical waveguide 20 of the embodiment can be formed.

【0025】[0025]

【発明の効果】本発明によれば、複数層のAlInAs
層を含む半導体層のリッジ状の積層構造をInP基板上
に形成し、リッジ側面から内方に向けて、AlInAs
層をリッジ幅の全幅にわたり、又は所定幅だけ酸化する
ことにより、InP基板上にAl酸化層を光閉じ込め層
として用いた半導体光導波路を実現することができる。
本発明の半導体光導波路は、Al酸化層を利用して光閉
じ込め構造を形成しているので、作製容易であるから、
InP基板上に光導波路を必要とする光素子の低コスト
化に寄与することができる。
According to the present invention, a plurality of layers of AlInAs are provided.
A ridge-like laminated structure of a semiconductor layer including a layer is formed on an InP substrate, and AlInAs
By oxidizing the layer over the entire width of the ridge width or by a predetermined width, a semiconductor optical waveguide using an Al oxide layer as an optical confinement layer on an InP substrate can be realized.
Since the semiconductor optical waveguide of the present invention forms an optical confinement structure using an Al oxide layer, it is easy to manufacture.
This can contribute to cost reduction of an optical device that requires an optical waveguide on an InP substrate.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施形態例の半導体光導波路の構成を示す断面
図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor optical waveguide according to an embodiment.

【図2】図2(a)〜(c)は、それぞれ、実施形態例
の半導体光導波路を作製する際の工程毎の断面図であ
る。
FIGS. 2A to 2C are cross-sectional views for respective steps when fabricating the semiconductor optical waveguide of the embodiment.

【図3】AlInAs層の層厚と酸化速度との関係を示
すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the thickness of an AlInAs layer and the oxidation rate.

【図4】図4(a)と(b)は、それぞれ、Ga As 基
板上に半導体光導波路構造を作製する際の工程毎の積層
構造の断面を示す断面図である。
FIGS. 4A and 4B are cross-sectional views each showing a cross section of a laminated structure in each step when a semiconductor optical waveguide structure is formed on a GaAs substrate.

【図5】図5(a)は、図4(b)の光導波路構造にお
けるコア層のAl組成のプロファイル、図5(b)はコ
ア層の酸化後の屈折率プロファイルである。
5 (a) is a profile of the Al composition of the core layer in the optical waveguide structure of FIG. 4 (b), and FIG. 5 (b) is a refractive index profile of the core layer after oxidation.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 Ga As基板 12 Al0.3 Ga0.7Asクラッド層 13 Al(Ga )Asコア層 14 Al0.3Ga0.7Asクラッド層 15 Ga Asキャップ層 16 Al(Ga )As酸化領域 17 Al(Ga )As非酸化領域 18 ポリイミド層 20 実施形態例の半導体光導波路の要部 21 InP基板 22 InP層 23 AlInAs層 24 バンドギャップ波長1.1μm組成のGaInA
sP層 25 AlInAs層 26 バンドギャップ波長1.1μm組成のGaInA
sP層 27 AlInAs層 28 InP層 29 リッジ状の半導体積層構造 30 リッジ 31 Al酸化層 32 リッジ中央部 33 マスク
Reference Signs List 11 Ga As substrate 12 Al 0.3 Ga 0.7 As clad layer 13 Al (Ga) As core layer 14 Al 0.3 Ga 0.7 As clad layer 15 Ga As cap layer 16 Al (Ga) As oxidized region 17 Al (Ga) As non-oxidized region Reference Signs List 18 polyimide layer 20 main part of semiconductor optical waveguide of embodiment 21 InP substrate 22 InP layer 23 AlInAs layer 24 GaInA having band gap wavelength of 1.1 μm composition
sP layer 25 AlInAs layer 26 GaInA having band gap wavelength of 1.1 μm composition
sP layer 27 AlInAs layer 28 InP layer 29 ridge-shaped semiconductor laminated structure 30 ridge 31 Al oxide layer 32 ridge central part 33 mask

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 粕川 秋彦 東京都千代田区丸の内2丁目6番1号 古 河電気工業株式会社内 Fターム(参考) 2H047 KA04 KA05 MA05 MA07 PA03 PA06 PA24 QA02 TA42 TA43 TA44 5F073 AA12 CA07 CA12 CB05 DA05 DA21  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Akihiko Kasukawa 2-6-1 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Furukawa Electric Co., Ltd. F-term (reference) 2H047 KA04 KA05 MA05 MA07 PA03 PA06 PA24 QA02 TA42 TA43 TA44 5F073 AA12 CA07 CA12 CB05 DA05 DA21

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数層のAlInAs層を含む半導体層
のリッジ状の積層構造としてInP基板上に形成され、 AlInAs層は、リッジの両側面から内方に、リッジ
幅の全幅にわたり、又は所定幅だけ、AlInAs層中
のAlが選択的に酸化されてAl酸化層に転化している
ことを特徴とする半導体光導波路。
1. An AlInAs layer is formed on an InP substrate as a ridge-like laminated structure of a semiconductor layer including a plurality of AlInAs layers. Only the Al in the AlInAs layer is selectively oxidized and converted into an Al oxide layer.
【請求項2】 複数層のAlInAs層を備え、積層方
向のAlInAs層の厚さは、コア部ではAlInAs
層の層厚が薄く、コア部から離れるAlInAs層ほ
ど、層厚が厚くなっていることを特徴とする請求項1に
記載の半導体光導波路。
2. A semiconductor device comprising a plurality of AlInAs layers, wherein the thickness of the AlInAs layer in the stacking direction is AlInAs in the core portion.
2. The semiconductor optical waveguide according to claim 1, wherein the thickness of the layer is smaller, and the thickness of the AlInAs layer further away from the core portion is larger.
【請求項3】 InP基板上に複数層のAlInAs層
を含む半導体層を積層して積層構造を形成する工程と、 少なくともAlInAs層がリッジ側面に露出するよう
に、積層構造をリッジ状に加工する工程と、 水蒸気中にて熱処理を施し、リッジ側面からAlInA
s層のAlを選択的に酸化して内方に向かって延びるA
l酸化層を生成する工程とを有することを特徴とする半
導体光導波路の作製方法。
3. A step of laminating a semiconductor layer including a plurality of AlInAs layers on an InP substrate to form a laminated structure, and processing the laminated structure into a ridge shape so that at least the AlInAs layer is exposed on a side surface of the ridge. Process and heat treatment in water vapor, AlInA
A extending inward by selectively oxidizing Al in the s layer
a step of forming an oxide layer.
【請求項4】 積層構造を形成する工程では、コア部で
AlInAs層の層厚が薄く、コア部から離れるAlI
nAs層ほど、層厚が厚くなるように、複数層のAlI
nAs層を積層することを特徴とする請求項3に記載の
半導体光導波路の作製方法。
4. The method according to claim 1, wherein in the step of forming the laminated structure, the AlInAs layer has a small thickness at the core portion and the AlIAs layer separated from the core portion has a small thickness.
A plurality of AlI layers are formed so that the nAs layer becomes thicker.
4. The method according to claim 3, wherein an nAs layer is laminated.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013191704A (en) * 2012-03-13 2013-09-26 Toshiba Corp Light receiving element
JP2020092145A (en) * 2018-12-04 2020-06-11 株式会社東芝 Quantum cascade laser and manufacturing method thereof
CN111684342A (en) * 2018-02-08 2020-09-18 古河电气工业株式会社 Optical integrated element and optical module

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