JP2014029941A - 光半導体装置及び光半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体基板110と、半導体基板の上に、下部クラッド層112と、下部クラッド層の上に、半導体材料により形成された量子井戸活性層113と、量子井戸活性層の上に、半導体材料により形成された表面に回折格子を有する回折格子層117を有し、量子井戸活性層において、端面近傍の領域におけるバンドギャップは、端面近傍よりも内側の内側領域におけるバンドギャップよりも広く、半導体基板と量子井戸活性層との間において、下部クラッド層を含む半導体材料により形成される層の膜厚が、2.3μm以上である。
【選択図】図2
Description
(光半導体装置)
第1の実施の形態における光半導体装置について説明する。図1は、本実施の形態における光半導体装置の上面図であり、図2は、図1における一点鎖線1A−1Bにおいて切断した断面図であり、図3は、図1における一点鎖線1C−1Dにおいて切断した断面図である。尚、図2及び図3については、説明等の便宜上、断面の状態を模式的に示している。
次に、本実施の形態における光半導体装置の製造方法について、図4〜図19に基づき説明する。尚、図4〜図7、図10〜図19については、説明等の便宜上、断面の状態を模式的に示している。
次に、第2の実施の形態について説明する。本実施の形態における光半導体装置は、図20及び図21に示されるように、SOA(Semiconductor Optical Amplifier:光半導体増幅器)を有する構造のものである。尚、図20は、本実施の形態における光半導体装置の上面図であり、図21は、図20における一点鎖線20A−20Bにおいて切断した断面図である。本実施の形態における光半導体装置は、第1の実施の形態において説明したDFBレーザが形成されたDFBレーザ領域160と、このDFBレーザと同様の半導体膜が形成されているSOA領域(光半導体増幅器領域)200とを有している。本実施の形態は、SOA領域200も離調によりその利得特性が変化するため、意図せぬワイドギャップ化、及びそのバラつきを抑制することができる。
(付記1)
半導体基板と、
前記半導体基板の上に、半導体材料により形成された下部クラッド層と、
前記下部クラッド層の上に、半導体材料により形成された量子井戸活性層と、
前記量子井戸活性層の上に、半導体材料により形成された表面に回折格子を有する回折格子層と、
前記回折格子層における回折格子の上に形成された上部クラッド層と、
を有し、
前記量子井戸活性層において、端面近傍の領域におけるバンドギャップは、前記端面近傍よりも内側の内側領域におけるバンドギャップよりも広く、
前記半導体基板と前記量子井戸活性層との間において、前記下部クラッド層を含む半導体材料により形成される層の膜厚が、2.3μm以上であることを特徴とする光半導体装置。
(付記2)
前記回折格子層の表面に回折格子が形成されているレーザ領域と、
前記回折格子層の表面に回折格子が形成されていない半導体光増幅器領域と、
を有することを特徴とする付記1に記載の光半導体装置。
(付記3)
前記下部クラッド層は、第1のクラッド層であり、
前記上部クラッド層は、第3のクラッド層であって、
前記量子井戸活性層の上、前記回折格子層の下には、第2のクラッド層が形成されていることを特徴とする付記1または2に記載の光半導体装置。
(付記4)
前記第2のクラッド層及び第3のクラッド層は、半導体材料により形成されており、
前記第3のクラッド層の上には、半導体材料によりコンタクト層が形成されており、
前記コンタクト層の上には、上部電極が形成されており、
前記半導体基板の裏面には下部電極が形成されていることを特徴とする付記3に記載の光半導体装置。
(付記5)
前記第3のクラッド層及びコンタクト層の一部を除去することによりリッジ導波路が形成されていることを特徴とする付記4に記載の光半導体装置。
(付記6)
前記第2のクラッド層は、AlGaAsを含む材料により形成されているものであることを特徴とする付記3から5のいずれかに記載の光半導体装置。
(付記7)
前記量子井戸活性層は、バリア層と量子井戸層とを交互に積層することにより形成されているものであって、
前記バリア層は、GaAsを含む材料により形成されており、
前記量子井戸層は、InGaAsを含む材料により形成されているものであることを特徴とする付記1から6のいずれかに記載の光半導体装置。
(付記8)
前記半導体基板は、GaAs基板またはInP基板であることを特徴とする付記1から7のいずれかに記載の光半導体装置。
(付記9)
前記半導体基板と前記下部クラッド層との間には、半導体材料によりバッファ層が形成されていることを特徴とする付記1から8のいずれかに記載の光半導体装置。
(付記10)
前記バッファ層は、GaAsを含む材料により形成されているものであることを特徴とする付記9に記載の光半導体装置。
(付記11)
前記下部クラッド層は、AlGaAsを含む材料により形成されているものであることを特徴とする付記1から10のいずれかに記載の光半導体装置。
(付記12)
前記回折格子層は、GaAsを含む材料により形成されているものであることを特徴とする付記1から11のいずれかに記載の光半導体装置。
(付記13)
前記上部クラッド層は、InGaPを含む材料により形成されているものであることを特徴とする付記1から12のいずれかに記載の光半導体装置。
(付記14)
前記端面の双方または一方には、反射防止膜が形成されていることを特徴とする付記1から13のいずれかに記載の光半導体装置。
(付記15)
半導体基板の上に、半導体材料により形成された下部クラッド層、量子井戸活性層、回折格子層を順次積層して、半導体層を形成する工程と、
前記回折格子層の上の端面近傍よりも内側の領域に、第1の誘電体層を形成する工程と、
前記第1の誘電体層を形成した後、前記回折格子層の上の端面近傍の領域に、第2の誘電体膜を形成する工程と、
前記第2の誘電体層を形成した後、熱処理を行うことにより、前記量子井戸活性層において、前記端面近傍の領域におけるバンドギャップを前記内側の内側領域におけるバンドギャップよりも広くする工程と、
前記熱処理を行った後、前記第1の誘電体層及び前記第2の誘電体層を除去する工程と、
前記回折格子層の表面に回折格子を形成する工程と、
前記回折格子層の回折格子が形成されている面の上に、上部クラッド層を形成する工程と、
を有することを特徴とする光半導体装置の製造方法。
(付記16)
前記第1の誘電体層は、窒化シリコンを含む膜により形成されており、
前記第2の誘電体層は、酸化シリコンを含む膜により形成されていることを特徴とする付記15に記載の光半導体装置の製造方法。
(付記17)
前記半導体基板と前記量子井戸活性層との間において、前記下部クラッド層を含む半導体材料により形成される層の膜厚が、2.3μm以上であることを特徴とする付記15または16に記載の光半導体装置の製造方法。
(付記18)
前記下部クラッド層、前記量子井戸活性層及び前記回折格子層はエピタキシャル成長により形成されるものであることを特徴とする付記15から17のいずれかに記載の光半導体装置の製造方法。
(付記19)
前記下部クラッド層は、第1のクラッド層であり、
前記上部クラッド層は、第3のクラッド層であって、
前記半導体層を形成する工程は、前記半導体基板の上に、半導体材料により、前記第1のクラッド層、前記量子井戸活性層、前記第2のクラッド層、前記回折格子層を順次積層して半導体層を形成するものであることを特徴とする付記15から17のいずれかに記載の光半導体装置の製造方法。
(付記20)
前記半導体層を形成する工程において、
前記半導体基板の上、前記下部クラッド層の下に、バッファ層を形成することを特徴とする付記15から19のいずれかに記載の光半導体装置の製造方法。
111 バッファ層
112 第1のクラッド層(下部クラッド層)
113 量子井戸活性層
113a 端面近傍の領域
113b 内側領域
114 バリア層
115 量子井戸層
116 第2のクラッド層
117 回折格子層
117a 回折格子
118 第3のクラッド層(上部クラッド層)
119 コンタクト層
121 上部電極
121a 金属膜
121b メッキ膜
122 下部電極
122a 金属膜
122b メッキ膜
131 反射防止膜
132 高反射膜
140 リッジ導波路
141 保護膜
142 埋込層
160 DFBレーザ領域
200 SOA領域
Claims (8)
- 半導体基板と、
前記半導体基板の上に、半導体材料により形成された下部クラッド層と、
前記下部クラッド層の上に、半導体材料により形成された量子井戸活性層と、
前記量子井戸活性層の上に、半導体材料により形成された表面に回折格子を有する回折格子層と、
前記回折格子層における回折格子の上に形成された上部クラッド層と、
を有し、
前記量子井戸活性層において、端面近傍の領域におけるバンドギャップは、前記端面近傍よりも内側の内側領域におけるバンドギャップよりも広く、
前記半導体基板と前記量子井戸活性層との間において、前記下部クラッド層を含む半導体材料により形成される層の膜厚が、2.3μm以上であることを特徴とする光半導体装置。 - 前記回折格子層の表面に回折格子が形成されているレーザ領域と、
前記回折格子層の表面に回折格子が形成されていない半導体光増幅器領域と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の光半導体装置。 - 前記下部クラッド層は、第1のクラッド層であり、
前記上部クラッド層は、第3のクラッド層であって、
前記量子井戸活性層の上、前記回折格子層の下には、第2のクラッド層が形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の光半導体装置。 - 前記第2のクラッド層及び第3のクラッド層は、半導体材料により形成されており、
前記第3のクラッド層の上には、半導体材料によりコンタクト層が形成されており、
前記コンタクト層の上には、上部電極が形成されており、
前記半導体基板の裏面には下部電極が形成されていることを特徴とする請求項3に記載の光半導体装置。 - 半導体基板の上に、半導体材料により形成された下部クラッド層、量子井戸活性層、回折格子層を順次積層して、半導体層を形成する工程と、
前記回折格子層の上の端面近傍よりも内側の領域に、第1の誘電体層を形成する工程と、
前記第1の誘電体層を形成した後、前記回折格子層の上の端面近傍の領域に、第2の誘電体膜を形成する工程と、
前記第2の誘電体層を形成した後、熱処理を行うことにより、前記量子井戸活性層において、前記端面近傍の領域におけるバンドギャップを前記内側の内側領域におけるバンドギャップよりも広くする工程と、
前記熱処理を行った後、前記第1の誘電体層及び前記第2の誘電体層を除去する工程と、
前記回折格子層の表面に回折格子を形成する工程と、
前記回折格子層の回折格子が形成されている面の上に、上部クラッド層を形成する工程と、
を有することを特徴とする光半導体装置の製造方法。 - 前記第1の誘電体層は、窒化シリコンを含む膜により形成されており、
前記第2の誘電体層は、酸化シリコンを含む膜により形成されていることを特徴とする請求項5に記載の光半導体装置の製造方法。 - 前記半導体基板と前記量子井戸活性層との間において、前記下部クラッド層を含む半導体材料により形成される層の膜厚が、2.3μm以上であることを特徴とする請求項5または6に記載の光半導体装置の製造方法。
- 前記下部クラッド層は、第1のクラッド層であり、
前記上部クラッド層は、第3のクラッド層であって、
前記半導体層を形成する工程は、前記半導体基板の上に、半導体材料により、前記第1のクラッド層、前記量子井戸活性層、前記第2のクラッド層、前記回折格子層を順次積層して半導体層を形成するものであることを特徴とする請求項5から7のいずれかに記載の光半導体装置の製造方法。
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