JP2004071986A

JP2004071986A - 半導体光素子及びその製造方法

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Publication number: JP2004071986A
Application number: JP2002231949A
Authority: JP
Inventors: ▲高▼木　和久; Kazuhisa Takagi; Hitoshi Tada; 多田　仁史
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-08-08
Filing date: 2002-08-08
Publication date: 2004-03-04

Abstract

【課題】光の入射・出射端面の近傍に窓領域となる光導波路のコア層を形成した半導体光素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】光の入射・出射端面８をエッチングまたはへき開により形成した半導体光素子において、半導体基板１及びこの半導体基板上に設けられ光導波路を構成する活性層２並びに上記半導体基板上で上記活性層２と上記端面８との間に設けられ５μｍ〜２０μｍの長さのアルミを含む化合物半導体の酸化物から構成されると共に、窓領域として作用するコア層９を備えた構成とする。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光通信システムあるいは光ディスクシステムなどで使用される半導体レーザ、ＬＥＤなどの発光素子、電界吸収型光変調器などの変調素子、ホトダイオード、アバランシェホトダイオードなどの受光素子、半導体光増幅器あるいは半導体波長変換器などの光機能素子等の半導体光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来の半導体光素子の概略構成を示す断面図である。この図において、１はｎ−ＩｎＰ基板、２は光導波路を構成するＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸活性層、３はｐ−ＩｎＰクラッド層で、平坦面を形成する平坦面クラッド層３Ａと、リッジ部を形成するリッジ部クラッド層３Ｂとを有する。４はリッジ部の上端に設けられたｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層、５はＳｉＯ_２絶縁膜で、平坦面クラッド層３Ａの上面に形成された平坦面ＳｉＯ_２絶縁膜５Ａと、リッジ部の側面に形成された側面ＳｉＯ_２絶縁膜（図示せず）と、リッジ部上面に形成された上面ＳｉＯ_２絶縁膜５Ｂとを有する。
６はリッジ部上面でコンタクト層４及び上面ＳｉＯ_２絶縁膜５Ｂを覆うように設けられたＴｉ／Ａｕ電極、７はプラズマＣＶＤ法を用いて成膜されたＳｉＯ_２またはＳｉＮよりなる素子端面パッシベーション用の絶縁膜で、この絶縁膜はエッチングによりウェハプロセス工程中に形成された素子端面８に、ウェハプロセス中（へき開を行なう前）に形成されるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の半導体光素子は以上のように構成され、光の入射・出射端面８を深さ８μｍ以上エッチングすることにより形成した後、エッチングされた端面８をホトレジストでパターニングし、プラズマＣＶＤ法などを用いて端面部分にＳｉＯ_２、ＳｉＮ等のパッシベーション膜７を選択的に形成していた。パッシベーション膜７の膜厚が変化すると素子の端面８の光の反射率が変化する。
反射率の変化を許容範囲内に収めるためには、例えば１．５５μｍの波長の光に対して反射率１％以下のコーティングを行なう場合、ＳｉＮ膜の膜厚ばらつきを１０オングストローム以下に抑える必要がある。しかしながら、８μｍ以上の段差のある部分にレジストをパターニングすること及び垂直に形成された端面８に絶縁膜を、１０オングストロームの厚さ精度で制御して形成するためには高精度の製造プロセスが必要で、素子のコスト上昇を招くという問題点があった。
また、反射率を低減するためには素子端面８の近傍に、光が回折により拡がる低屈折率材料の窓領域を設けることが有効であるが、特に、リッジ型の素子においては、部分的に別の材料を埋め込む構成としにくいため、窓領域を設けにくいという問題点があった。
【０００４】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、光の入射・出射端面の近傍に窓領域となる光導波路のコア層を形成した半導体光素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る半導体光素子は、光の入射・出射端面をエッチングまたはへき開により形成した半導体光素子において、半導体基板及びこの半導体基板上に設けられ光導波路を構成する活性層並びに上記半導体基板上で上記活性層と上記端面との間に設けられ５μｍ〜２０μｍの長さのアルミを含む化合物半導体の酸化物から構成されると共に、窓領域として作用するコア層を備えたものである。
【０００６】
この発明に係る半導体光素子は、また、上記コア層の膜厚を上記活性層より厚くしたものである。
【０００７】
この発明に係る半導体光素子は、また、上記コア層を入射・出射光のビーム径とほぼ同等の膜厚としたものである。
【０００８】
この発明に係る半導体光素子の製造方法は、上述したいずれかの構成の半導体光素子において、上記活性層及びコア層をバットジョイント法を用いて形成するようにしたものである。
【０００９】
この発明に係る半導体光素子の製造方法は、また、上述したいずれかの構成の半導体光素子において、上記コア層のアルミを含む化合物半導体を光の入射・出射端面形成後に水蒸気雰囲気で熱酸化するようにしたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図にもとづいて説明する。図１は、実施の形態１の構成を示す斜視図、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
これらの図において、１はｎ−ＩｎＰ基板、２は光導波路を構成するＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸活性層、３はｐ−ＩｎＰクラッド層で、平坦面を形成する平坦面クラッド層３Ａと、リッジ部を形成するリッジ部クラッド層３Ｂとを有する。４はリッジ部の上端に設けられたｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層、５はＳｉＯ_２絶縁膜で、平坦面クラッド層３Ａの上面に形成された平坦面ＳｉＯ_２絶縁膜５Ａと、リッジ部の側面に形成された側面ＳｉＯ_２絶縁膜５Ｃと、リッジ部上面に形成された上面ＳｉＯ_２絶縁膜５Ｂとを有する。６はリッジ部上面でコンタクト層４及び上面ＳｉＯ_２絶縁膜５Ｂを覆うように設けられたＴｉ／Ａｕ電極、８はエッチングによって形成された光の入射・出射端面、９は活性層２と端面８との間に設けられ窓領域として作用するコア層で、端面８からの長さが５μｍ〜２０μｍに設定されたアルミを含む化合物半導体の酸化物から構成されている。なお、アルミを含む化合物半導体の酸化物は、コア層９として先ずＡｌＧａＩｎＡｓなどのＡｌを含む化合物半導体を設け、端面８の形成後に水蒸気雰囲気で上記化合物半導体を熱酸化させることにより形成する。
【００１１】
アルミを含む化合物半導体の酸化物によって構成されたコア層９はガラスに近い特性を有し、光の吸収がほとんどなく、屈折率が小さいため窓領域として有効に作用する。
また、アルミを含む化合物半導体の酸化物は電気伝導率が小さいため電気狭窄層としても作用する。なお、波長１．３〜１．５５μｍの光が回折により拡がるようにするためには、窓長、即ち端面８からコア層９の内端までの長さを波長の３倍程度とする必要がある。具体的には、種々の実験を行なった結果、窓長を５〜２０μｍとすることにより反射率が極小となることを確認した。また、窓長の長さはコア層９をバットジョイント法によって形成することにより、写真製版の精度（１０ｎｍ以下）で制御することが可能である。
【００１２】
バットジョイント法の手順を概略的に説明すると、活性層２を０．２μｍの厚さで端面８まで全面的に形成した後、活性層２上にＳｉＯ_２マスクを施こし、写真製版でコア層９の形成部分のＳｉＯ_２マスクを除去すると共に、水素、酸素の混合ガスを用いたドライエッチングによってコア層９の形成部分の活性層２を除去し、この部分に有機金属気相成長法によってＡｌＧａＩｎＡｓなどのＡｌを含む化合物半導体層を活性層２と同じ厚さに形成する。その後、上述のように、水蒸気雰囲気で上記化合物半導体層を熱酸化させることによりアルミを含む化合物半導体の酸化物からなるコア層９を形成する。
実施の形態１は以上のように構成されているため、窓領域を形成する低屈折率のコア層９を容易に、かつ精度のよい膜厚で形成することができる。また、段差の大きい端面部分にレジストをパターニングする必要がないので、製造工程が簡単になり、装置のコストを低減することができる。
【００１３】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図にもとづいて説明する。図３は、実施の形態２の構成を示す斜視図、図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。
これらの図において、図１、図２と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。図１、図２と異なる点は、コア層の厚さを活性層の厚さより厚くした点である。即ち、図３、図４において、９Ａは端面８と活性層２との間に設けられ窓領域として作用するコア層で、実施の形態１と同様に、端面８からの長さが５μｍ〜２０μｍに設定されたアルミを含む化合物半導体の酸化物から構成されるが、厚さは入出射光のビーム径とほぼ等しい２μｍ程度とされている。コア層９の膜厚は、上述したバットジョイント法におけるコア層９の有機金属気相成長時に成長時間を制御することによって所望の膜厚を容易に得ることができる。
【００１４】
実施の形態２は上述のように、Ａｌを含むコア層９の厚さを活性層より厚くしているため、光の入出射端面８におけるコア層９の高さ方向の寸法が大きくなり、反射率を低減することができる。なお、上述の各実施の形態においては、光の入射・出射端面８をエッチングによって形成したものであるが、上記端面をへき開によって形成した場合でも各実施の形態と同様に実施することができ、同様な効果を期待することができる。また、上述の各実施の形態はリッジ型の半導体光素子を対象としたが、埋め込み型の半導体光素子に対しても同様に実施し得ることは云うまでもない。
【００１５】
【発明の効果】
この発明に係る半導体光素子は、光の入射・出射端面をエッチングまたはへき開により形成した半導体光素子において、半導体基板及びこの半導体基板上に設けられ光導波路を構成する活性層並びに上記半導体基板上で上記活性層と上記端面との間に設けられ５μｍ〜２０μｍの長さのアルミを含む化合物半導体の酸化物から構成されると共に、窓領域として作用するコア層を備えたものであるため、窓領域を形成する低屈折率のコア層９を容易に、かつ精度のよい膜厚で形成することができる。また、段差の大きい端面部分にレジストをパターニングする必要がないので、製造工程が簡単になり、装置のコストを低減することができる。
【００１６】
この発明に係る半導体光素子は、また、上記コア層の膜厚を活性層より厚くし、入射・出射光のビーム径とほぼ同等の膜厚としたため、光の入出射端面におけるコア層の高さ方向の寸法が大きくなり、反射率を低減することができる。
【００１７】
この発明に係る半導体光素子の製造方法は、活性層及びコア層をバットジョイント法を用いて形成するようにしたため、コア層を任意の層厚に、精度よく形成することができる。
【００１８】
この発明に係る半導体光素子の製造方法は、また、コア層のアルミを含む化合物半導体を光の入射・出射端面の形成後に水蒸気雰囲気で熱酸化させるようにしたため、コア層はガラスに近い特性を有し、光の吸収がほとんどなく、屈折率の小さい窓領域として効果的に作用するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の構成を示す斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】この発明の実施の形態２の構成を示す斜視図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。
【図５】従来の半導体光素子の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１　ｎ−ＩｎＰ基板、　　２　活性層、　　３Ａ、３Ｂ　ｐ−ＩｎＰクラッド層、　　４ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層、　　５Ａ、５Ｂ、５Ｃ　ＳｉＯ_２絶縁膜、　　６　Ｔｉ／Ａｕ電極、　　８　端面、　　９　コア層。

Claims

光の入射・出射端面をエッチングまたはへき開により形成した半導体光素子において、半導体基板及びこの半導体基板上に設けられ光導波路を構成する活性層並びに上記半導体基板上で上記活性層と上記端面との間に設けられ５μｍ〜２０μｍの長さのアルミを含む化合物半導体の酸化物から構成されると共に、窓領域として作用するコア層を備えた半導体光素子。
上記コア層の膜厚を上記活性層より厚くしたことを特徴とする請求項１記載の半導体光素子。
上記コア層を入射・出射光のビーム径とほぼ同等の膜厚としたことを特徴とする請求項１記載の半導体光素子。
請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の半導体光素子において、上記活性層及びコア層をバットジョイント法を用いて形成することを特徴とする半導体光素子の製造方法。
請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の半導体光素子において、上記コア層のアルミを含む化合物半導体を光の入射・出射端面形成後に水蒸気雰囲気で熱酸化することを特徴とする半導体光素子の製造方法。