JP2017017112A - Method for manufacturing optical semiconductor element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光半導体素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an optical semiconductor element.
従来、光のスポットサイズが異なる光学素子の間では、2つの光学素子間を伝搬する光の光学損失を低減するために、スポットサイズコンバータを用いて、光のスポットサイズを変換することが行われている。 Conventionally, between optical elements having different light spot sizes, in order to reduce the optical loss of light propagating between the two optical elements, a spot size converter is used to convert the light spot size. ing.
複数の光学素子をシリコン基板上に高密度に集積するシリコンフォトニクス技術は、小型で大容量な光送受信部を実現する上で有望な技術として期待されている。 Silicon photonics technology that integrates a plurality of optical elements on a silicon substrate at high density is expected as a promising technology for realizing a compact and large-capacity optical transceiver.
シリコンは、キャリアの間接遷移に基づいて発光する半導体であるので、半導体レーザ等の発光素子の材料として用いるには課題が多い。そこで、直接遷移に基づいて発光する化合物半導体により形成される発光素子をシリコン基板に搭載することが試みられている。 Since silicon is a semiconductor that emits light based on indirect transition of carriers, there are many problems in using it as a material for a light-emitting element such as a semiconductor laser. Therefore, it has been attempted to mount a light emitting element formed of a compound semiconductor that emits light based on direct transition on a silicon substrate.
シリコン基板に搭載される発光素子は、LSIユニットのような発熱量の大きい素子の近傍に配置される場合があるので、高温でも安定して動作することが求められる。そこで、広い温度範囲で安定して発光する量子ドットを含む活性層を有する発光素子を、シリコン基板に搭載することが検討されている。 Since a light emitting element mounted on a silicon substrate may be disposed in the vicinity of an element that generates a large amount of heat, such as an LSI unit, it is required to operate stably even at high temperatures. Therefore, it has been studied to mount a light emitting element having an active layer including quantum dots that emit light stably over a wide temperature range on a silicon substrate.
量子ドットを含む活性層を有する発光素子をシリコン基板に搭載して、シリコン光導波路と光学的に結合する場合には、光の結合損失が大きくなるという問題が生じ得る。 When a light emitting element having an active layer containing quantum dots is mounted on a silicon substrate and optically coupled to a silicon optical waveguide, there may arise a problem that the coupling loss of light increases.
この理由は、量子ドットを含む活性層を有する発光素子の垂直方向におけるスポットサイズ(近視野像のモードフィールド径の1/e2の位置における全幅)が狭いので(例えば1.4μm)、シリコン光導波路のスポットサイズ(例えば3μm)とは寸法が異なるためである。
This is because the spot size in the vertical direction of the light emitting element having an active layer containing quantum dots (full width at a
そこで、量子ドットを含む活性層を有する発光素子とシリコン光導波路との間に、スポットサイズ変換部を配置することが検討されている。 Therefore, it has been studied to arrange a spot size conversion section between a light emitting element having an active layer containing quantum dots and a silicon optical waveguide.
図1は、従来例の光半導体素子を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a conventional optical semiconductor device.
光半導体素子110は、レーザ光を生成する光生成部110Aと、スポットサイズ変換部110Bを備える。スポットサイズ変換部110Bは、光生成部110Aが出力する光のスポットサイズを拡大して外部へ出力する。光生成部110A及びスポットサイズ変換部110Bは、化合物半導体を用いて形成される。
The
光生成部110Aは、基板111と、基板111上に配置される下部クラッド層113と、下部クラッド層113上に配置される活性層114と、活性層114上に配置される上部クラッド層116を有する。活性層114は、多重量子井戸(MQW)構造を有する。上部クラッド層116上には、第1電極層119aが配置され、基板111の下には、第2電極層119bが配置される。基板111と、下部クラッド層113と、第2電極層119bは、光生成部110Aからスポットサイズ変換部110Bにわたって延びている。
The
スポットサイズ変換部110Bは、下部クラッド層113上に配置される光導波路層115と、光導波路層115上に配置される上部クラッド層117を有する。光導波路層115と活性層114とは、バットジョイント接合して、光学的に結合する。
The spot
光導波路層115は、活性層114との接合部Jでは、活性層114と同じ厚さを有するが、接合部Jから離れるのと共に、厚さが急激に低減する。活性層114から出力して光導波路層115を伝搬する光は、光導波路層115の厚さが薄くなるのと共に、光導波路層115から上部クラッド層116及び下部クラッド層113へしみだす量が増加してスポットサイズが拡大していく。このようにして、光生成部110Aで生成された光は、スポットサイズ変換部110Bでスポットサイズが拡大されて、光半導体素子110の外部(例えばシリコン光導波路)へ出力される。
The
図1に示す光半導体素子110では、光導波路層115の厚さが、接合部Jから急激に減少するので、活性層114から出力した光の一部が光導波路層115と上部クラッド層117との界面で反射する。そのため、図1に示す光半導体素子110は、スポットサイズ変換部110Bにおける光の損失が大きいという問題がある。
In the
光導波路層115の厚さが、接合部Jから離れるのと共に、急激に減少する理由は、その製造方法に起因する。以下、図2〜図5を参照して、図1に示す光半導体素子110の製造方法を説明する。
The reason why the thickness of the
まず、図2に示すように、基板111と、基板111上に配置された下部クラッド層113と、下部クラッド層113上に配置された活性層114と、活性層114上に配置された上部クラッド層116を有する積層体111aが形成される。図2(B)は、積層体111aの平面図である。図2(A)は、図2(B)のZ1−Z1線断面図である。基板111はInPを用いて形成され、下部クラッド層113もInPを用いて形成される。活性層114は、InGaAsPを含む多重量子井戸(MQW)構造を有する。上部クラッド層116は、InPを用いて形成される。
First, as shown in FIG. 2, a
次に、図3に示すように、積層体111a上に選択成長マスク130が形成される。選択成長マスク130は、マスクに覆われていない領域に層を成長させる機能を有する。選択成長マスク130は、開口部131を有する。開口部131は、選択成長マスク130の長手方向の端部からマスクの内側へ向かって、幅が狭まりならが延びている。選択成長マスク130はSiNを用いて形成される。図3(B)は、積層体111aの平面図であり、図3(A)は、図3(B)のZ2−Z2線断面図である。
Next, as shown in FIG. 3, a
次に、図4に示すように、選択成長マスク130を用いて、開口部131の内側に位置する上部クラッド層116及び活性層114の部分をエッチングにより除去して、開口部131から下部クラッド層113が露出する。なお、開口部131の内側に位置していなくとも、選択成長マスク130に覆われていない上部クラッド層116及び活性層114の部分が同時に除去される。図4(B)は、平面図であり、図4(A)は、図4(B)のZ3−Z3線断面図である。
Next, as shown in FIG. 4, using the
次に、図5に示すように、選択成長マスク130を上部クラッド層116上に残した状態で、開口部131内に光導波路層115が形成される。光導波路層115は、例えば有機金属気相成長法又は分子線エピタキシー法により、InGaAsPを用いて形成される。図5(B)は、平面図であり、図5(A)は、図5(B)のZ4−Z4線断面図である。
Next, as shown in FIG. 5, the
光導波路層115の原料は、選択性成長マスク130上には堆積せず、選択成長マスク130上から開口部131内に露出している下部クラッド層113上に移動して堆積する。そのため、開口部131の活性層114側には、開口部131の開放端部よりも多くの原料が堆積する。その結果、光導波路層115は、活性層114との接合部Jから離れるのと共に、厚さが急激に低減するように形成される。
The raw material of the
以上が、光導波路層115の厚さが、接合部Jから離れるのと共に、急激に減少する理由の説明である。このように、光導波路層115の厚さが急激に減少することにより、光の反射が生じて、光の結合損失が生じることになる。
The above is an explanation of the reason why the thickness of the
本明細書では、活性層から入力した光のスポットサイズを拡大し且つ光の反射を低減する光導波路層を有する光半導体素子の製造方法を提供することを課題とする。 It is an object of the present specification to provide a method for manufacturing an optical semiconductor element having an optical waveguide layer that increases the spot size of light input from an active layer and reduces light reflection.
本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の一形態によれば、基板と、上記基板上に配置されたクラッド層と、上記クラッド層上に配置された活性層とが積層された積層体上に選択成長マスクを形成する第1工程であって、上記選択成長マスクは、上記選択成長マスクの端縁から内側へ向かって延びる開口部を有し、上記開口部は、上記端縁側の幅よりも上記内側の幅の方が広い第1工程と、上記選択成長マスクを用いて、上記開口部の内側に位置する上記活性層の部分を除去する第2工程と、上記選択成長マスクを上記活性層上に残した状態で、上記開口部内に光導波路層を形成する第3工程と、を備える。 According to an embodiment of the method for manufacturing an optical semiconductor element disclosed in the present specification, a laminate in which a substrate, a cladding layer disposed on the substrate, and an active layer disposed on the cladding layer are stacked. A first step of forming a selective growth mask on the selective growth mask, the selective growth mask having an opening extending inwardly from an edge of the selective growth mask, the opening having a width on the edge side; A first step having a wider inner width than the first step, a second step of removing the portion of the active layer located inside the opening using the selective growth mask, and the selective growth mask And a third step of forming an optical waveguide layer in the opening while remaining on the active layer.
上述した本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の一形態によれば、活性層から入力した光のスポットサイズを拡大し且つ光の反射を低減する光導波路層を有する光半導体素子が得られる。 According to one embodiment of the method for manufacturing an optical semiconductor element disclosed in the present specification described above, an optical semiconductor element having an optical waveguide layer that enlarges the spot size of light input from the active layer and reduces light reflection is obtained. It is done.
本発明の目的及び効果は、特に請求項において指摘される構成要素及び組み合わせを用いることによって認識され且つ得られるだろう。 The objects and advantages of the invention will be realized and obtained by means of the elements and combinations particularly pointed out in the appended claims.
前述の一般的な説明及び後述の詳細な説明の両方は、例示的及び説明的なものであり、特許請求の範囲に記載されている本発明を制限するものではない。 Both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not restrictive of the invention as claimed.
以下、本明細書で開示する光半導体素子の好ましい第1実施形態を、図を参照して説明する。但し、本発明の技術範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶものである。 Hereinafter, a preferred first embodiment of an optical semiconductor device disclosed in this specification will be described with reference to the drawings. However, the technical scope of the present invention is not limited to these embodiments, but extends to the invention described in the claims and equivalents thereof.
図6(B)は、本明細書に開示する光半導体素子の第1実施形態の平面図であり、図6(A)は、図6(B)のX1−X1線断面図である。図7(A)は、図6(B)のX2−X2線断面図であり、図7(B)は、図6(B)のX3−X3線断面図である。 FIG. 6B is a plan view of the first embodiment of the optical semiconductor element disclosed in this specification, and FIG. 6A is a cross-sectional view taken along line X1-X1 in FIG. 7A is a cross-sectional view taken along line X2-X2 in FIG. 6B, and FIG. 7B is a cross-sectional view taken along line X3-X3 in FIG.
本実施形態の光半導体素子10は、レーザ光を生成する光生成部10Aと、スポットサイズ変換部10Bを備える。スポットサイズ変換部10Bは、光生成部10Aから光を入力し、光生成部10Aとは反対側の端部から、スポットサイズを拡大した光を出力する。スポットサイズ変換部10Bは、光生成部10Aから出力された光のスポットサイズを垂直方向に拡大すると共に、水平方向にも拡大する。
The
光生成部10Aは、基板11と、基板11上に配置される第2下部クラッド層12と、第2下部クラッド層12上に配置され、第2下部クラッド層12よりも屈折率の高い第1下部クラッド層13を備える。第1下部クラッド層13上には、多層の量子ドット層を有する活性層14が配置される。量子ドットの形状は、所定の波長(例えば波長1300nm)で利得が得られるように適宜設計され得る。活性層14上には、活性層14よりも屈折率の低い第1上部クラッド層16が配置され、第1上部クラッド層16上には、第1上部クラッド層16よりも屈折率の低い第2上部クラッド層17が配置される。第2上部クラッド層17上には、コンタクト層18が配置される。
The
コンタクト層18上には、第1電極層19aが配置され、基板11の下には、第2電極層19bが配置される。基板11と、第2下部クラッド層12と、第1下部クラッド層13と、第1上部クラッド層16と、第2上部クラッド層17と、コンタクト層18と、第2電極層19bは、光生成部10Aからスポットサイズ変換部10Bにわたって延びている。
A
図7(A)に示すように、光生成部10Aでは、積層された第1上部クラッド層16と第2上部クラッド層17とコンタクト層18は、活性層14よりも幅が狭く、メサ構造が形成される。
As shown in FIG. 7A, in the
スポットサイズ変換部10Bは、第1下部クラッド層13上に配置される光導波路層15を有する。光導波路層15上には、第1上部クラッド層16と第2上部クラッド層17とコンタクト層18とが順番に配置される。光導波路層15と活性層14とは、接合部Jにおいてバットジョイント接合して、光学的に結合する。
The spot
図7(B)に示すように、スポットサイズ変換部10Bでは、第1上部クラッド層16と第2上部クラッド層17とコンタクト層18は、光導波路層15よりも幅が狭く、メサ構造が形成される。
As shown in FIG. 7B, in the spot size converter 10B, the first upper clad
光導波路層15は、接合部Jでは活性層14と同じ厚さを有するが、接合部Jから離れるのと共に厚さが減少していく。例えば、接合部Jにおける光導波路層15の厚さを400nmとして、接合部Jと反対側の光導波路層15の端部の厚さを200nmとすることができる。即ち、光導波路層15の厚さは、光が伝搬する向きにおける厚さが、接合部Jから離れるのと共に減少する。
The
活性層14から光導波路層15に入力した光は、光導波路層15を伝搬していく過程において、光導波路層15の厚さが薄くなるのと共に、光導波路層15内に閉じ込められる作用が弱まる。そのため、光導波路層15を伝搬する光は、光導波路層15の厚さが薄くなるのと共に、光導波路層15の厚さ方向において、光導波路層15の外へしみだして、スポットサイズが拡大していく。
In the process of propagation of light from the
ここで、第2上部クラッド層17の屈折率は、第1上部クラッド層16よりも小さく且つ第2下部クラッド層12の屈折率は、第1下部クラッド層13よりも小さいので、光が、第1上部クラッド層16及び第1下部クラッド層13よりも外側に拡がることが抑制される。このような構成を用いて、スポットサイズ変換部10Bの厚さ方向におけるスポットサイズが所定の大きさに拡大されるようになされている。
Here, since the refractive index of the second
また、図6(B)に示すように、光導波路層15は、接合部Jから、接合部Jとは反対側の端部に向かって、幅が拡がりながら延びている。光導波路層15を伝搬する光は、光導波路層15の面内方向におけるスポットサイズが、光導波路層15の幅の増加と共に拡大していく。
As shown in FIG. 6B, the
光半導体素子10では、スポットサイズ変換部10Bにおける光導波路層15の光が伝搬する向きにおける厚さの低減する割合が、上述した従来例の光導波路層よりも緩やかである。そのため、活性層14から出力した光が、光導波路層15と第1上部クラッド層16との界面で反射する量が低減するので、スポットサイズ変換部10Bにおける光の損失が低減する。また、伝搬する向きにおける厚さを低減する割合が緩やかなためスポットサイズ変換部で拡大する伝搬光のモード変化の変換損失が低減する。
In the
本願発明者は、光導波路層15を形成する時に用いる選択成長マスクの形状を工夫することにより、光導波路層15の厚さの低減する割合を緩やかにするための知見を得た。以下、選択成長マスクの形状と、光導波路層15の厚さとの関係を、図8及び図9を参照しながら説明する。
The inventor of the present application has obtained knowledge for gradual reduction of the thickness of the
図8は、異なる選択成長マスクの形状を示す図である。 FIG. 8 is a diagram showing the shapes of different selective growth masks.
図8(A)に示す選択成長マスクM1は、直線状の端縁Eを有する。選択成長マスクM1は、活性層14上に配置されており、選択成長マスクM1に覆われていない部分では、第1下部クラッド層13上に配置された活性層14が露出している。
The selective growth mask M1 shown in FIG. 8A has a straight edge E. The selective growth mask M1 is disposed on the
図8(B)に示す選択成長マスクM2は、選択成長マスクの端縁Eから内側へ向かって延びる開口部N2を有する。開口部N2は、一定の幅を有する。 The selective growth mask M2 shown in FIG. 8B has an opening N2 extending inward from the edge E of the selective growth mask. The opening N2 has a certain width.
図8(C)に示す選択成長マスクM3は、本明細書に開示する上述した第1実施形態の光導波路層15を形成するのに用いたマスクである。選択成長マスクM3は、選択成長マスクM3の端縁Eから内側へ向かって延びる開口部N3を有する。開口部N3は、端縁E側の幅よりも内側の幅の方が広い。具体的には、開口部N3は、選択成長マスクM3の端縁E側から内側に向かって、幅が段階的に広がっている。開口部N3は、端縁E側から内側に向かって、所定の幅で延びる第1部31aと、第1部31aから幅が拡がって更に内側に延びる第2部31bを有する。第1部31aの幅は、図8(B)に示す開口部N2の幅よりも狭く、第2部31bの幅は、開口部N2の幅よりも広い。
A selective growth mask M3 shown in FIG. 8C is a mask used to form the
次に、各選択成長マスクM1〜M3を用いて、マスクに覆われていない活性層14の部分をエッチングにより除去して、第1下部クラッド層13を露出する。次に、選択成長マスクM1〜M3を活性層14上に残した状態で、露出している第1下部クラッド層13上に、光導波路層を、選択成長により形成した。選択成長マスクM2及びM3を用いた場合には、第1下部クラッド層13が露出している開口部N2、N3内にも光導波路層が形成される。
Next, using each of the selective growth masks M1 to M3, the portion of the
図9に示すカーブC1は、図8(A)の鎖線P1に沿った方向の光導波路層の厚さの変化を示す。カーブC1は、選択成長マスクM1の端縁Eから離れる方向の光導波路層の厚さの分布を示している。横軸の原点は、選択成長マスクM1の端縁Eの位置を示す。 A curve C1 shown in FIG. 9 shows a change in the thickness of the optical waveguide layer in the direction along the chain line P1 in FIG. A curve C1 shows the thickness distribution of the optical waveguide layer in the direction away from the edge E of the selective growth mask M1. The origin of the horizontal axis indicates the position of the edge E of the selective growth mask M1.
図9に示すカーブC2は、図8(B)の鎖線P2に沿った方向の光導波路層の厚さの変化を示す。カーブC2は、開口部N2内において、選択成長マスクM2の端縁Gから離れる方向の光導波路層の厚さの分布を示している。横軸の原点は、開口部N2における端縁Gの位置を示す。 A curve C2 shown in FIG. 9 shows a change in the thickness of the optical waveguide layer in the direction along the chain line P2 in FIG. A curve C2 indicates the distribution of the thickness of the optical waveguide layer in the direction away from the edge G of the selective growth mask M2 in the opening N2. The origin of the horizontal axis indicates the position of the edge G in the opening N2.
図9に示すカーブC3は、図8(C)の鎖線P3に沿った方向の光導波路層の厚さの変化を示す。カーブC3は、開口部N3内において、選択成長マスクM3の端縁Gから離れる方向の光導波路層の厚さの分布を示している。横軸の原点は、開口部N3における端縁Gの位置を示す。 A curve C3 shown in FIG. 9 shows a change in the thickness of the optical waveguide layer in the direction along the chain line P3 in FIG. A curve C3 indicates the distribution of the thickness of the optical waveguide layer in the direction away from the edge G of the selective growth mask M3 in the opening N3. The origin of the horizontal axis indicates the position of the edge G in the opening N3.
図9のカーブC1に示すように、選択成長マスクM1を用いて光導波路層を形成した場合には、光導波路層の厚さは、選択成長マスクM1の端縁Eから離れるのと共に、指数関数的に減少する。選択成長マスクM1の端縁Eに近い部分では、端縁Eから遠い部分よりも、選択成長マスクM2から多くの光導波路層の原料が供給されるので、光導波路層の厚さがより厚くなる。 As shown by the curve C1 in FIG. 9, when the optical waveguide layer is formed using the selective growth mask M1, the thickness of the optical waveguide layer increases from the edge E of the selective growth mask M1 and an exponential function. Decrease. In the portion near the edge E of the selective growth mask M1, more raw material for the optical waveguide layer is supplied from the selective growth mask M2 than in the portion far from the edge E, so that the thickness of the optical waveguide layer becomes thicker. .
図9のカーブC2に示すように、選択成長マスクM2を用いて光導波路層を形成した場合には、開口部N2内の光導波路層の厚さは、全体として、図9(A)の場合よりも増加する。これは、開口部N2の周囲の選択成長マスクM2の部分から、光導波路層の原料が、開口部N2内に供給されるためである。 As shown by the curve C2 in FIG. 9, when the optical waveguide layer is formed using the selective growth mask M2, the thickness of the optical waveguide layer in the opening N2 is as a whole in the case of FIG. 9A. Than to increase. This is because the material for the optical waveguide layer is supplied into the opening N2 from the portion of the selective growth mask M2 around the opening N2.
図9のカーブC3に示すように、選択成長マスクM3を用いて光導波路層を形成した場合には、開口部N3内の光導波路層の厚さは、選択成長マスクM3の端縁Gに近い部分では、カーブC2よりも薄くなり、一方、選択成長マスクM3の端縁Gから離れた部分では、カーブC2よりも厚くなる。この理由を、以下に説明する。 As shown by the curve C3 in FIG. 9, when the optical waveguide layer is formed using the selective growth mask M3, the thickness of the optical waveguide layer in the opening N3 is close to the edge G of the selective growth mask M3. The portion is thinner than the curve C2, while the portion away from the edge G of the selective growth mask M3 is thicker than the curve C2. The reason for this will be described below.
選択成長マスクM3の開口部N3の第2部31bは、開口部N2よりも幅が広いので、第2部31bの単位面積に対して、選択成長マスク上からの原料の供給量が減少する。一方、第1部31aは、開口部N2よりも幅が狭いので、第1部31aの単位面積に対して、選択成長マスク上からの原料の供給量が増加する。
Since the
このようにして、選択成長マスクM3を用いることにより、マスクの端縁G側の光導波路層の成長速度を、選択成長マスクM2を用いる場合よりも高くする。同時に、マスクの端縁Gから離れた位置における光導波路層の成長速度を、選択成長マスクM2を用いる場合よりも低くする。その結果、選択成長マスクM3を用いることにより、マスクM1又はM2を用いる場合よりも、マスクの端縁G側の光導波路層の厚さの低減する割合を緩やかにできる。 In this way, by using the selective growth mask M3, the growth rate of the optical waveguide layer on the edge G side of the mask is made higher than when the selective growth mask M2 is used. At the same time, the growth rate of the optical waveguide layer at a position away from the edge G of the mask is made lower than when the selective growth mask M2 is used. As a result, by using the selective growth mask M3, the rate of reduction in the thickness of the optical waveguide layer on the edge G side of the mask can be made slower than when the mask M1 or M2 is used.
選択成長マスクM3の開口部N3は、一般に、選択成長マスクの端縁Eから内側へ向かって延びる1対の側縁F(図8(C)参照)を有する。一対の側縁Fのうちの少なくとも一の側縁Fは、開口部N3の内部に向かって凸な形状を有することが、開口部N3内に形成される光導波路層の厚さが緩やかに低減するように形成する上で好ましい。図8(C)に示す開口部N3は、幅が内側に向かって拡がる階段状の側縁Fを有しており、開口部N3の内部に向かって凸な形状を有する側縁の一例である。また、側縁Fは、開口部の内側に向かって凸に湾曲する形状(図8(C)参照)を有していてもよい。 The opening N3 of the selective growth mask M3 generally has a pair of side edges F (see FIG. 8C) extending inward from the edge E of the selective growth mask. At least one side edge F of the pair of side edges F has a convex shape toward the inside of the opening N3, so that the thickness of the optical waveguide layer formed in the opening N3 is moderately reduced. It is preferable when forming so. The opening N3 shown in FIG. 8C is an example of a side edge having a stepped side edge F whose width expands inward, and having a convex shape toward the inside of the opening N3. . Further, the side edge F may have a shape that curves convexly toward the inside of the opening (see FIG. 8C).
次に、上述した第1実施形態の光半導体素子の好ましい製造方法を、図面を参照しながら、以下に説明する。 Next, a preferred method for manufacturing the above-described optical semiconductor device of the first embodiment will be described below with reference to the drawings.
まず、図10に示すように、基板11上に、第2下部クラッド層12と第1下部クラッド層13と活性層14とが積層された積層体11aが形成される。活性層14は、多層の量子ドット層を積層した構造を有する。図10(B)は、積層体11aの平面図であり、図10(A)は、図10(B)のX4−X4線断面図である。将来、光生成部が形成される領域をR1として示し、スポットサイズ変換部が形成される領域をR2として示す。
First, as shown in FIG. 10, a
本実施形態では、基板11として、(100)面を有するp−GaAs基板を用いた。第2下部クラッド層12は、p−Al0.3Ga0.7Asを用いて形成された。第1下部クラッド層13は、p−Al0.27Ga0.77Asを用いて形成された。第2下部クラッド層12のAl組成比を、第1下部クラッド層13よりも大きくして、第2下部クラッド層12の屈折率を、第1下部クラッド層13よりも小さくした。活性層14の構造は、GaAsを用いて形成されるバリア層の中にInAsを用いて形成される量子ドットが配置された量子ドット層が、8層積層されて形成される。バリア層の厚さは40nmであった。8層積層された量子ドット層構造の上下には、量子ドット層構造を挟み込むように、GaAsを用いて形成されるSCH(Separate Confinement Heterostructure)層が配置された。各量子ドット層の厚さは40nmであり、各SCH層の厚さは、40nmであり、全体として活性層14の厚さは、400nmであった。各層は、例えば、分子線エピタキシー法(MBE法)を用いて形成される。活性層14の発振波長は1300nmであった。
In this embodiment, a p-GaAs substrate having a (100) plane is used as the
次に、図11に示すように、リソグラフィ法及びエッチング法を用いて、選択成長マスク30が、積層体11aの活性層14上に形成される。図11(B)は、積層体11aの平面図であり、図11(A)は、図11(B)のX5−X5線断面図である。選択成長マスク30は、例えば、SiO2又はSiNを用いて形成される。選択成長マスク30は、開口部31を有する。開口部31の形状は、図8(C)に示す開口部と同じである。選択成長マスク30の寸法は、長手方向の長さを800μmとし、幅方向の長さを400μmとすることができる。開口部31の第1部31aの長さL1を50μmとし、幅L2を10μmとし、第2部31bの長さL3を50μmとし、幅L4を15μmとすることができる。活性層14と光導波路層15との接合部Jは、領域R1と領域R2との境界と一致する位置に形成され、選択成長マスク30の端縁Eから内側に向かって100μmの位置となる。
Next, as shown in FIG. 11, a
なお、領域R1における選択成長マスク30は、図11中の鎖線で示すように、将来、メサ構造が形成される部分を覆う程度に幅狭に形成してもよい。選択成長マスク30における領域R2とは反対側の部分は、開口部31内の光導波路層の選択成長に与える影響が小さいので、面積を小さくしてもよい。また、選択成長マスク30を小さくすることにより、光導波路層を形成する原料の一部が、マスク上に堆積することを抑制することができる。
Note that the
次に、図12に示すように、選択成長マスク30を用いて、開口部31の内側に位置する活性層14の部分を含めて、選択成長マスク30に覆われていない活性層14が除去され、第1下部クラッド層13が露出する。図12(B)は、平面図であり、図12(A)は、図12(B)のX6−X6線断面図である。
Next, as shown in FIG. 12, the
活性層14を除去するエッチングでは、活性層14に対するエッチング速度が速く、第1下部クラッド層13に対するエッチング速度が遅いエッチング選択性を有するエッチャントを用いることが好ましい。GaAs及びInAsを主成分とする活性層14に対するエッチング速度が速く、AlGaAsを主成分とする第1下部クラッド層13に対するエッチング速度が遅いエッチャントとしては、具体的には、クエン酸・過酸化水素水系のエッチャントが挙げられる。本明細書では、クエン酸とは、純水にクエン酸の粉末をクエン酸:純水=1g:1ccで混合したものを意味する。本実施形態では、クエン酸:過酸化水素水=4:1のエッチャントを使用した。
In the etching for removing the
次に、図13に示すように、選択成長マスク30を活性層14上に残した状態で、開口部31内に光導波路層15が、選択成長により形成される。図13(B)は、平面図であり、図13(A)は、図13(B)のX7−X7線断面図である。本実施形態では、有機金属気相成長(MOVPE)法により、GaAsを用いて光導波路層15が形成された。開口部31内の光導波路層15は、図9のカーブC3に示すように、接合部Jの近傍において緩やかなに厚さが低減するように形成される。領域R1と領域R2との境界には、活性層14と光導波路層15とがバッドジョイントした接合部Jが形成される。そして、選択成長マスク30が、活性層14上から除去される。
Next, as shown in FIG. 13, the
次に、図14に示すように、活性層14と、光導波路層15と、第1下部クラッド層13とを覆うように、第1上部クラッド層16と、第2上部クラッド層17と、コンタクト層18とが順番に形成される。図14(B)は、平面図であり、図14(A)は、図14(B)のX8−X8線断面図である。第2上部クラッド層17は、p−Al0.3Ga0.7Asを用いて形成された。第1上部クラッド層16は、p−Al0.27Ga0.77Asを用いて形成された。第2上部クラッド層17のAl組成比を、第1上部クラッド層16よりも大きくして、第2下部クラッド層12の屈折率を、第1下部クラッド層13よりも小さくした。コンタクト層18は、n−GaAsを用いて形成された。各層は、例えば、分子線エピタキシー法(MBE法)や有機金属気相成長法(MOVPE法)を用いて形成される。
Next, as shown in FIG. 14, the first
次に、図15に示すように、コンタクト層18上に、マスク32が形成される。図15(B)は、平面図であり、図15(A)は、図15(B)のX9−X9線断面図である。マスク32は、領域R1では同じ幅で長手方向に延びており、領域R2では、幅が拡がりながら長手方向に延びている。そして、マスク32を用いて、コンタクト層18から第1上部クラッド層16までの部分がエッチングされて、光生成部10A及びスポットサイズ変換部10Bのメサ構造が形成される。メサ構造の周囲は大気に囲まれており、リッジ導波路構造が形成される。そして、領域R1のコンタクト層18上に第1電極層19aが形成され、領域R1から領域R2の基板11の下に第2電極層19bが形成されて、光半導体素子10が得られる。なお、領域R2のコンタクト層18は除去してもよい。
Next, as shown in FIG. 15, a
上述した本実施形態の光半導体素子の製造方法によれば、活性層14から入力した光のスポットサイズを拡大し且つ光の反射を低減する光導波路層15を有する光半導体素子10が得られる。具体的には、接合部Jから所定の範囲における光導波路層15の厚さが緩やかに低減するので、活性層14から入力した光を、光導波路層15と第1上部クラッド層16との界面から反射する量を低減できる。
According to the manufacturing method of the optical semiconductor device of the present embodiment described above, the
上述した第1実施形態の製造方法では、選択成長マスク30の開口部31の幅は、2段階に変化していたが、開口部31の幅の変化は、3段階以上に変化させてもよい。また、上述した第1実施形態の製造方法では、p−GaAs基板を用いていたが、n−GaAs基板を用いてもよい。この場合には、p−AlGaAsを用いて、上部クラッド層及び下部クラッド層を形成し、p−GaAsを用いて、コンタクト層を形成することが好ましい。更に、基板11と第2下部クラッド層12との間に、バッファ層を配置することが、下部クラッド層の結晶品質を向上する観点から好ましい。
In the manufacturing method of the first embodiment described above, the width of the
次に、上述した光半導体素子の第2実施形態を、図16及び図17を参照しながら以下に説明する。他の実施形態について特に説明しない点については、上述の第1実施形態に関して詳述した説明が適宜適用される。また、同一の構成要素には同一の符号を付してある。 Next, a second embodiment of the above-described optical semiconductor element will be described below with reference to FIGS. For points that are not particularly described in the other embodiments, the description in detail regarding the first embodiment is applied as appropriate. Moreover, the same code | symbol is attached | subjected to the same component.
図16(B)は、本明細書に開示する光半導体素子の第2実施形態の平面図であり、図16(A)は、図16(B)のY1−Y1線断面図である。図17(A)は、図16(B)のY2−Y2線断面図であり、図17(B)は、図16(B)のY3−Y3線断面図である。 FIG. 16B is a plan view of a second embodiment of the optical semiconductor element disclosed in this specification, and FIG. 16A is a cross-sectional view taken along line Y1-Y1 of FIG. 17A is a cross-sectional view taken along line Y2-Y2 of FIG. 16B, and FIG. 17B is a cross-sectional view taken along line Y3-Y3 of FIG.
本実施形態の光半導体素子10も、上述した第1実施形態と同様に、レーザ光を生成する光生成部10Aと、スポットサイズ変換部10Bを備える。スポットサイズ変換部10Bは、光生成部10Aから光を入力し、光生成部10Aとは反対側の端部から、スポットサイズを拡大した光を出力する。スポットサイズ変換部10Bは、光生成部10Aから出力された光のスポットサイズを垂直方向に拡大すると共に、水平方向にも拡大する。
Similarly to the first embodiment described above, the
本実施形態のスポットサイズ変換部10Bの光導波路層15は、上述した第1実施形態よりも、接合部J近傍の厚さの低減する割合が、更に緩やかになっている。この理由については、製造方法において後述する。
In the
光生成部10Aは、基板11と、基板11上に配置される第1下部クラッド層13を備える。第1下部クラッド層13上には、多重量子井戸(MQW)構造を有する活性層14が配置される。図17(A)に示すように、第1下部クラッド層13は、幅方向の中央部が上方に向かって突出しており、活性層14は、第1下部クラッド層13の中央の突出している部分の上に配置される。多重量子井戸構造は、所定の波長で利得が得られるように適宜設計され得る。活性層14上には、第1上部クラッド層16が配置され、第1上部クラッド層16上には、第2上部クラッド層17が配置される。第2上部クラッド層17上には、コンタクト層18が配置される。本実施形態の光半導体素子10では、第2下部クラッド層は配置されない。
The
コンタクト層18上には、第1電極層19aが配置され、基板11の下には、第2電極層19bが配置される。基板11と、第1下部クラッド層13と、第2上部クラッド層17と、コンタクト層18と、第2電極層19bは、光生成部10Aからスポットサイズ変換部10Bにわたって延びている。
A
図17(A)に示すように、光生成部10Aでは、積層された活性層14と第1上部クラッド層16と第2上部クラッド層17とコンタクト層18は、第1下部クラッド層13よりも幅が狭く、メサ構造が形成される。メサ構造の周囲には、埋め込み層21が配置される。
As shown in FIG. 17A, in the
スポットサイズ変換部10Bは、第1下部クラッド層13上に配置される光導波路層15を有する。図17(B)に示すように、第1下部クラッド層13は、幅方向の中央部が上方に向かって突出しており、光導波路層15は、第1下部クラッド層13の中央の突出している部分の上に配置される。光導波路層15上には、第3上部クラッド層20と、第2上部クラッド層17と、コンタクト層18とが順番に配置される。光導波路層15と活性層14とは、接合部Jにおいてバットジョイント接合して、光学的に結合する。
The spot
図17(B)に示すように、スポットサイズ変換部10Bでは、光導波路層15と第3上部クラッド層20と第2上部クラッド層17とコンタクト層18は、第1下部クラッド層13よりも幅が狭く、メサ構造が形成される。メサ構造の周囲には、埋め込み層21が配置される。埋め込み層21は、光生成部10Aからスポットサイズ変換部10Bにわたって延びている。
As shown in FIG. 17B, in the spot size conversion unit 10B, the
光導波路層15は、活性層14との接合部Jでは、活性層14と同じ厚さを有するが、接合部Jから離れるのと共に厚さが減少していく。例えば、接合部Jにおける光導波路層15の厚さを400nmとして、接合部Jと反対側の光導波路層15の端部の厚さを100nmとすることができる。即ち、光導波路層15の厚さは、光が伝搬する向きにおける厚さが、接合部Jから離れるのと共に減少する。
The
活性層14から光導波路層15に入力した光は、光導波路層15を伝搬していく過程において、光導波路層15の厚さが薄くなるのと共に、光導波路層15内に閉じ込められる作用が弱まる。そのため、光導波路層15を伝搬する光は、光導波路層15の厚さが薄くなるのと共に、光導波路層15の厚さ方向において、光導波路層15の外へしみだして、スポットサイズが拡大していく。
In the process of propagation of light from the
また、図16(B)に示すように、光導波路層15は、接合部Jから、接合部Jとは反対側の端部に向かって、幅が狭まりながら延びている。光導波路層15を伝搬する光は、光導波路層15の層方向におけるスポットサイズが、光導波路層15の幅の減少と共に、光導波路層15内に閉じ込められる作用が弱まる。そのため、光導波路層15を伝搬する光は、光導波路層15の幅が薄くなるのと共に、光導波路層15の層方向において、光導波路層15の外の埋め込み層21へしみだして、スポットサイズが拡大していく。
In addition, as shown in FIG. 16B, the
次に、第2実施形態の光半導体素子10の好ましい製造方法を、図面を参照しながら、以下に説明する。
Next, a preferred method for manufacturing the
まず、図18に示すように、基板11上に、第1下部クラッド層13と活性層14と第1上部クラッド層16とが積層された積層体11aが形成される。活性層14は、多重量子井戸構造を有する。図18(B)は、積層体11aの平面図であり、図18(A)は、図18(B)のY4−Y4線断面図である。将来、光生成部が形成される領域をR1として示し、スポットサイズ変換部が形成される領域をR2として示す。
First, as illustrated in FIG. 18, a
本実施形態では、基板11として、(100)面を有するn−InP基板を用いた。第1下部クラッド層13は、n−InPを用いて形成された。活性層14の多重量子井戸構造は、i−InGaAsPを用いて形成される厚さが10nmのバリア層と、i−InGaAsPを用いて形成される厚さが5nmの井戸層を有する量子井戸層が、6層積層されて形成される。多重量子井戸構造の上下には、多重量子井戸構造を挟み込むように、i−InGaAsPを用いて形成されるSCH(Separate Confinement Heterostructure)層が配置された。各SCH層の厚さは、55nmであり、全体として活性層14の厚さは、400nmであった。各層は、例えば、MOVPE法を用いて形成される。
In this embodiment, an n-InP substrate having a (100) plane was used as the
次に、図19に示すように、リソグラフィ法及びエッチング法を用いて、選択成長マスク30が、積層体11aの活性層14の上の第1上部クラッド層16上に形成される。図19(B)は、積層体11aの平面図であり、図19(A)は、図19(B)のY5−Y5線断面図である。選択成長マスク30は、例えば、SiO2又はSiNを用いて形成される。選択成長マスク30は、開口部31を有する。開口部31は、端縁E側から内側に向かって、所定の幅で延びる第1部31aと、第1部31aから幅が連続的に直線状に広がりながら更に内側に延びる第2部31cを有する。
Next, as shown in FIG. 19, a
開口部31の第2部31bにおける幅の変化の割合を調節することにより、接合部Jの近傍における光導波路層15の厚さの変化する割合を調整することができる。例えば、第2部31bにおける幅の変化の割合を調節することによって、接合部Jの近傍の所定の領域における光導波路層15の厚さをほぼ一定にすることもできる。
By adjusting the rate of change in the width of the
選択成長マスク30の寸法は、長手方向の長さを600μmとし、幅方向の長さを400μmとすることができる。開口部31の第1部31aの長さL1を50μmとし、幅L2を10μmとし、第2部31bの長さL3を50μmとし、幅L4を20μmとすることができる。活性層14と光導波路層15との接合部Jは、領域R1と領域R2との境界に形成され、選択成長マスク30の端縁Eから内側に向かって100μmの位置となる。
The dimension of the
次に、図20に示すように、選択成長マスク30を用いて、開口部31の内側に位置する第1上部クラッド層16及び活性層14の部分を含めて、選択成長マスク30に覆われていない第1上部クラッド層16及び活性層14が除去されて、第1下部クラッド層13が露出する。図20(B)は、平面図であり、図20(A)は、図20(B)のY6−Y6線断面図である。
Next, as illustrated in FIG. 20, the
本実施形態では、まず、第1上部クラッド層16に対してエッチング選択性の高いエッチャントを用いて、第1上部クラッド層16をエッチングし、次に、活性層14に対してエッチング選択性の高いエッチャントを用いて、活性層14をエッチングした。具体的には、InPを主成分とする第1上部クラッド層16に対してエッチング選択性の高いエッチャントとして、塩酸を用いた。また、InGaAsPを主成分とする活性層14に対してエッチング選択性の高いエッチャントとして、硫酸:過酸化水素水系のエッチャントを用いた。
In the present embodiment, first, the first
次に、図21に示すように、選択成長マスク30を活性層14の上に位置する第1上部クラッド層16上に残した状態で、開口部31内に光導波路層15が、選択成長により形成される。図21(B)は、平面図であり、図21(A)は、図21(B)のY7−Y7線断面図である。本実施形態では、有機金属気相成長(MOVPE)法により、InGaAsPを用いて光導波路層15が形成された。本実施形態の選択成長マスク30の第2部31bは、幅が連続的に広がっているので、接合部Jの近傍における光導波路層15の厚さの低減する割合が、上述した第1実施形態の光導波路層よりも更に緩やかになる。領域R1と領域R2との境界には、活性層14と光導波路層15とがバッドジョイントした接合部Jが形成される。そして、選択成長マスク30が、活性層14上から除去される。
Next, as shown in FIG. 21, with the
ここで、光導波路層15を形成する原料(例えば、In及びGa)の拡散長の違いに起因して、光導波路層15の組成及び格子状数が均一ではなくなる場合がある。そこで、光導波路層15の結晶性を向上する観点から、接合部Jの近傍において、光導波路層15が第1下部クラッド層13と格子整合するように、光導波路層15の成膜条件を選択することが好ましい。臨界膜厚は、歪みと膜厚の積で決定されるので、接合部Jの近傍では、光導波路層15の厚さが厚いので、光導波路層15と第1下部クラッド層13とを格子整合させることが好ましい。一方、接合部Jから離れた領域では、光導波路層15の厚さが薄いので、光導波路層15と第1下部クラッド層13とを格子整合させなくてもよい。
Here, due to the difference in diffusion length of the raw materials (for example, In and Ga) forming the
次に、選択成長マスク30を活性層14の上に位置する第1上部クラッド層16上に残した状態で、光導波路層15上に、第3上部クラッド層20が、選択成長により形成される。本実施形態では、有機金属気相成長(MOVPE)法を用いて、第3上部クラッド層20が、i−InPを用いて形成された。
Next, the third
そして、図22に示すように、選択成長マスク30が、活性層14上から除去された後、第1上部クラッド層16及び第3上部クラッド層20上に、第2上部クラッド層17とコンタクト層18とが順番に形成される。図22(B)は、平面図であり、図22(A)は、図22(B)のY8−Y8線断面図である。第2上部クラッド層17は、p−InPを用いて形成された。コンタクト層18は、p−InGaAsを用いて形成された。各層は、例えば、有機金属気相成長(MOVPE)法を用いて形成される。
Then, as shown in FIG. 22, after the
次に、図23に示すように、コンタクト層18上に、マスク32が形成される。図23(B)は、平面図であり、図23(A)は、図23(B)のY9−Y9線断面図である。マスク32は、領域R1では長手方向に同じ幅で延びており、領域R2では、長手方向に幅が狭まりながら延びている。そして、マスク32を用いて、コンタクト層18から第1下部クラッド層13の表面の部分までがエッチングされて、光生成部10A及びスポットサイズ変換部10Bのメサ構造が形成される。なお、図23(B)に示すマスク32の形状として、図15(B)に示すように、長手方向に幅が拡がりながら延びる形状を用いてもよい。
Next, as shown in FIG. 23, a
そして、光生成部10A及びスポットサイズ変換部10Bのメサ構造を埋め込むように、埋め込み層21が形成される。本実施形態では、埋め込み層21は、MOVPE法により、Feが添加されたInPを用いて形成された。InP層中のFeはバンドギャップ中に深いアクセプタ準位を形成し電子をトラップする性質があるため半絶縁性半導体層となり、Feが添加されたInP層は高抵抗を有する。このようにして、高抵抗を有する埋め込み型の導波路構造が形成される。
Then, the embedded
そして、領域R1のコンタクト層18上に第1電極層19aが形成され、領域R1から領域R2の基板11の下に第2電極層19bが形成されて、光半導体素子10が得られる。
Then, the
上述した本実施形態の光半導体素子の製造方法によれば、活性層14から入力した光の反射を更に低減する光導波路層15を有する光半導体素子10が得られる。本実施形態の光半導体素子では、接合部Jの近傍における光導波路層15の厚さの低減する割合が、上述した第1実施形態の光導波路層よりも更に緩やかである。そのため、活性層14から入力した光が、光導波路層15と第3上部クラッド層20との界面から反射する量を一層低減できる。
According to the method for manufacturing an optical semiconductor element of the present embodiment described above, the
次に、上述した本明細書に開示する光半導体素子の製造方法で用いられる選択成長マスクの変形例を、図面を参照しながら、以下に説明する。 Next, modifications of the selective growth mask used in the above-described method for manufacturing an optical semiconductor element disclosed in this specification will be described below with reference to the drawings.
図24は、選択成長マスクの変形例1を示す図である。 FIG. 24 is a diagram showing a first modification of the selective growth mask.
変形例1の選択成長マスク30は、幅が狭くなる幅狭部30aを有する。幅狭部30aは、開口部31に対して、開口部31が選択成長マスク30の端縁Eから内側へ向かって延びる方向と交差する方向に配置されることが好ましい。幅狭部30aを設けることにより、選択成長マスク30の面積を部分的に低減し、幅狭部30aの近くに位置する開口部31内へ供給される光導波路層の原料の量を減少することにより、接合部の近傍の光導波路層の厚さの変化を緩やかにすることができる。
The
また、図24には、他の形態の幅狭部30bを鎖線で示す。幅狭部30bは、選択成長マスク30の幅が連続的に狭まるように形成される。
In FIG. 24, the
次に、選択成長マスクの変形例2を、以下に説明する。 Next, modified example 2 of the selective growth mask will be described below.
図25は、選択成長マスクの変形例2を示す図である。 FIG. 25 is a diagram showing a second modification of the selective growth mask.
上述した第1実施形態及び第2実施形態の製造方法の説明では、個々の光半導体素子を製造することを述べていた。実際には、一枚の大きな基板上に複数の光半導体素子を同時に形成する場合がある。図25は、このような場合に用いられる複数の選択成長マスク30が並べて配置される状態を示す。図25中の枠T内に示される部分が、一個の光半導体素子を形成する選択成長マスクである。
In the description of the manufacturing method of the first embodiment and the second embodiment described above, it has been described that individual optical semiconductor elements are manufactured. In practice, a plurality of optical semiconductor elements may be simultaneously formed on a single large substrate. FIG. 25 shows a state in which a plurality of
図25に示す例では、複数の選択成長マスク30が、領域R1同士が対向するように結合して配置される。なお、複数の選択成長マスク30が、領域R2同士が対向するように結合して配置されてもよい。
In the example shown in FIG. 25, a plurality of
次に、選択成長マスクの変形例3を、以下に説明する。 Next, Modification 3 of the selective growth mask will be described below.
図26は、選択成長マスクの変形例3を示す図である。 FIG. 26 is a diagram showing a third modification of the selective growth mask.
本変型例では、上下方向に隣接する選択成長マスク30の領域R2が結合している点が、上述した変形例2とは異なっている。それ以外の構造は、変形例2と同様である。
This modification is different from Modification 2 described above in that the regions R2 of the
以下、本明細書に開示する光半導体素子の製造方法について、実施例を用いて更に説明する。ただし、本発明の範囲はかかる実施例に制限されるものではない。 Hereinafter, the manufacturing method of the optical semiconductor element disclosed in this specification will be further described with reference to examples. However, the scope of the present invention is not limited to such examples.
[実施例]
まず、基板上に、下部クラッド層と活性層とが積層された積層体が形成された。基板11として、(100)面を有するp−GaAs基板を用いた。下部クラッド層は、p−Al0.27Ga0.73Asを用いて形成され、厚さは2.5μmであった。活性層の多層の量子ドット層を有する構造は、GaAsを用いて形成されるバリア層の中にInAsを用いて形成される量子ドットが配置された量子ドット層が8層積層されて形成された。バリア層の厚さは40nmであった。多重量子井戸構造の上下には、多層の量子ドット層を有する構造を挟み込むように、GaAsを用いて形成されるSCH(Separate Confinement Heterostructure)層が配置された。各量子ドット層の厚さは40nmであり、各SCH層の厚さは、40nmであり、全体として活性層の厚さは、400nmであった。
[Example]
First, a laminated body in which a lower clad layer and an active layer were laminated was formed on a substrate. As the
次に、リソグラフィ法及びエッチング法を用いて、選択成長マスクが、積層体の活性層上に形成された。選択成長マスクは、例えば、SiO2を用いて形成された。選択成長マスクの形状を、図27(A)に示す。図27(A)に示す開口部31の形状は、図8(C)に示す開口部と同じである。選択成長マスク30の寸法は、長手方向の長さを400μmとし、幅方向の長さを400μmとした。開口部31の第1部31aの長さL1を50μmとし、幅L2を10μmとし、第2部31bの長さL3を50μmとし、幅L4を15μmとした。
Next, a selective growth mask was formed on the active layer of the stacked body using a lithography method and an etching method. The selective growth mask was formed using, for example, SiO 2 . The shape of the selective growth mask is shown in FIG. The shape of the
次に、選択成長マスク30を用いて、開口部31の内側に位置する活性層の部分を含めて、選択成長マスク30に覆われていない活性層が除去されて、下部クラッド層を露出させた。活性層は、クエン酸:過酸化水素水=4:1のエッチャントを使用して、エッチングにより除去した。
Next, using the
次に、選択成長マスク30を活性層上に残した状態で、開口部31内に光導波路層が形成された。
Next, an optical waveguide layer was formed in the
[比較例]
選択成長マスクとして、図27(B)に示す選択成長マスク230を用いたことを除いて、上述した実施例と同様にして、比較例を得た。選択成長マスク230は、選択成長マスクの端縁から内側へ向かって延びる開口部231を有する。開口部231は、一定幅を有する。選択成長マスク230の寸法は、長手方向の長さを400μmとし、幅方向の長さを400μmとした。開口部231の長さL5は、100μmであり、幅は10μmであった。
[Comparative example]
A comparative example was obtained in the same manner as the above-described example except that the
図28は、実施例及び比較例の光導波路層の厚さ変化を示す図である。カーブD1は、図27(A)の鎖線Q1に沿った方向の光導波路層の厚さの変化を示す。カーブD2は、図27(B)の鎖線Q1に沿った方向の光導波路層の厚さの変化を示す。図28の横軸は、接合部からの距離を示す。 FIG. 28 is a diagram showing a change in the thickness of the optical waveguide layer of the example and the comparative example. A curve D1 shows a change in the thickness of the optical waveguide layer in the direction along the chain line Q1 in FIG. A curve D2 shows a change in the thickness of the optical waveguide layer in the direction along the chain line Q1 in FIG. The horizontal axis in FIG. 28 indicates the distance from the joint.
実施例のカーブD1によれば、光導波路層の厚さは、活性層との接合部では、活性層と同じ400nmを示しており、接合部からの距離が50μm程度の範囲では、ほぼ400nmの厚さを維持しており、その後、緩やかに厚さが低減する。 According to the curve D1 of the example, the thickness of the optical waveguide layer is 400 nm which is the same as that of the active layer at the junction with the active layer, and is approximately 400 nm when the distance from the junction is about 50 μm. The thickness is maintained, and then the thickness gradually decreases.
比較例のカーブD2によれば、光導波路層の厚さは、接合部から離れるに従って、ほぼ指数関数的に低減する。 According to the curve D2 of the comparative example, the thickness of the optical waveguide layer decreases almost exponentially as the distance from the joint portion increases.
本発明では、上述した実施形態の光半導体素子の製造方法は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。また、一の実施形態が有する構成要件は、他の実施形態又は変形例にも適宜適用することができる。 In the present invention, the method of manufacturing the optical semiconductor element of the above-described embodiment can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention. In addition, the configuration requirements of one embodiment can be applied as appropriate to other embodiments or modifications.
例えば、上述した各実施形態では、活性層は、多層の量子ドット層からなる構造や多重量子井戸構造を有していたが、活性層は、多層の量子ドット層からなる構造や多重量子井戸構造以外の発光構造を有していてもよい。 For example, in each of the embodiments described above, the active layer has a multilayer quantum dot layer structure or a multiple quantum well structure, but the active layer has a multilayer quantum dot layer structure or a multiple quantum well structure. Other light emitting structures may be used.
また、上述した各実施形態では、光生成部は、レーザ光を出力していたが、光生成部は、スポットサイズ変換部から光を入力して、光を増幅する光増幅部であってもよい。また、光生成部は、スポットサイズ変換部から光を入力して、光を検出する光検出部であってもよい。これらの場合、スポットサイズ変換部は、外部から入力した光のスポットサイズを縮小して、光増幅部又は光検出部へ入力する。 In each of the above-described embodiments, the light generation unit outputs laser light. However, the light generation unit may be an optical amplification unit that inputs light from the spot size conversion unit and amplifies the light. Good. Further, the light generation unit may be a light detection unit that receives light from the spot size conversion unit and detects light. In these cases, the spot size conversion unit reduces the spot size of light input from the outside, and inputs the reduced light spot size to the light amplification unit or the light detection unit.
上述した活性層又は光導波路層の形成材料は、特に制限されるものではない。例えば、活性層又は光導波路層の形成材料として、AlGaInAs、GaInNAs又はInGaAsを用いてもよい。 The material for forming the active layer or the optical waveguide layer described above is not particularly limited. For example, AlGaInAs, GaInNAs, or InGaAs may be used as a material for forming the active layer or the optical waveguide layer.
ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、読者が、発明者によって寄与された発明及び概念を技術を深めて理解することを助けるための教育的な目的を意図する。ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、そのような具体的に述べられた例及び条件に限定されることなく解釈されるべきである。また、明細書のそのような例示の機構は、本発明の優越性及び劣等性を示すこととは関係しない。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、その様々な変更、置き換え又は修正が本発明の精神及び範囲を逸脱しない限り行われ得ることが理解されるべきである。 All examples and conditional words mentioned herein are intended for educational purposes to help the reader deepen and understand the inventions and concepts contributed by the inventor. All examples and conditional words mentioned herein are to be construed without limitation to such specifically stated examples and conditions. Also, such exemplary mechanisms in the specification are not related to showing the superiority and inferiority of the present invention. While embodiments of the present invention have been described in detail, it should be understood that various changes, substitutions or modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention.
10 光半導体素子
10A 光生成部
10B スポットサイズ変換部
11 基板
12 第2下部クラッド層
13 第1下部クラッド層
14 活性層
15 光導波路層
16 第1上部クラッド層
17 第2上部クラッド層
18 コンタクト層
19a 第1電極層
19b 第2電極層
20 第3上部クラッド層
21 埋め込み層
M1、M2、M3 選択成長マスク
N2、N3 開口部
C1、C2、C3 厚さのカーブ
R1 第1領域
R2 第2領域
30 選択成長マスク
30a 幅狭部
31 開口部
31a 第1部
31b、31c 第2部
33 マスク
T 素子領域
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記選択成長マスクを用いて、前記開口部の内側に位置する前記活性層の部分を除去する第2工程と、
前記選択成長マスクを前記活性層上に残した状態で、前記開口部内に光導波路層を形成する第3工程と、
を備える光半導体素子の製造方法。 The selective growth mask is a first step of forming a selective growth mask on a laminated body in which a substrate, a clad layer disposed on the substrate, and an active layer disposed on the clad layer are laminated. Has an opening extending inwardly from an edge of the selective growth mask, and the opening has a first step in which the inner width is wider than the width on the edge side;
A second step of removing a portion of the active layer located inside the opening by using the selective growth mask;
A third step of forming an optical waveguide layer in the opening while leaving the selective growth mask on the active layer;
A method of manufacturing an optical semiconductor device comprising:
少なくとも一の前記側縁は、前記開口部の内部に向かって凸な形状を有する請求項1〜4の何れか一項に記載の光半導体素子の製造方法。 The opening has a pair of side edges extending inwardly from the edge of the selective growth mask;
5. The method of manufacturing an optical semiconductor element according to claim 1, wherein at least one of the side edges has a shape protruding toward the inside of the opening.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110646880A (en) * | 2018-06-26 | 2020-01-03 | 住友电气工业株式会社 | Spot size converter and method of manufacturing spot size converter |
WO2023042855A1 (en) * | 2021-09-16 | 2023-03-23 | 三菱電機株式会社 | Semiconductor laser element |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03198392A (en) * | 1989-12-26 | 1991-08-29 | Fujitsu Ltd | Manufacture of optical semiconductor integrated device |
JPH04199680A (en) * | 1990-11-29 | 1992-07-20 | Fujitsu Ltd | Optical semiconductor device and manufacture thereof |
JPH07283490A (en) * | 1994-02-15 | 1995-10-27 | Fujitsu Ltd | Optical semiconductor device |
JPH08307012A (en) * | 1995-05-01 | 1996-11-22 | Mitsubishi Electric Corp | Mask for selective growth, manufacture of semiconductor optical device, and semiconductor optical device |
JPH09153638A (en) * | 1995-11-30 | 1997-06-10 | Nec Corp | Waveguide semiconductor light receiving device and manufacture of the same |
JPH10233551A (en) * | 1997-02-21 | 1998-09-02 | Fujitsu Ltd | Semiconductor light emitting device |
JPH10308556A (en) * | 1997-05-02 | 1998-11-17 | Nec Corp | Semiconductor optical element and its manufacture |
US20020151095A1 (en) * | 2001-03-05 | 2002-10-17 | Kim Sung Bock | Method for fabricating optical devices with defectless and antireflecting spot size converter |
-
2015
- 2015-06-29 JP JP2015130411A patent/JP2017017112A/en active Pending
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03198392A (en) * | 1989-12-26 | 1991-08-29 | Fujitsu Ltd | Manufacture of optical semiconductor integrated device |
JPH04199680A (en) * | 1990-11-29 | 1992-07-20 | Fujitsu Ltd | Optical semiconductor device and manufacture thereof |
JPH07283490A (en) * | 1994-02-15 | 1995-10-27 | Fujitsu Ltd | Optical semiconductor device |
JPH08307012A (en) * | 1995-05-01 | 1996-11-22 | Mitsubishi Electric Corp | Mask for selective growth, manufacture of semiconductor optical device, and semiconductor optical device |
JPH09153638A (en) * | 1995-11-30 | 1997-06-10 | Nec Corp | Waveguide semiconductor light receiving device and manufacture of the same |
JPH10233551A (en) * | 1997-02-21 | 1998-09-02 | Fujitsu Ltd | Semiconductor light emitting device |
JPH10308556A (en) * | 1997-05-02 | 1998-11-17 | Nec Corp | Semiconductor optical element and its manufacture |
US20020151095A1 (en) * | 2001-03-05 | 2002-10-17 | Kim Sung Bock | Method for fabricating optical devices with defectless and antireflecting spot size converter |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110646880A (en) * | 2018-06-26 | 2020-01-03 | 住友电气工业株式会社 | Spot size converter and method of manufacturing spot size converter |
JP2020003559A (en) * | 2018-06-26 | 2020-01-09 | 住友電気工業株式会社 | Spot-size converter and method for manufacturing spot-size converter |
JP7070148B2 (en) | 2018-06-26 | 2022-05-18 | 住友電気工業株式会社 | How to make a spot size converter and a spot size converter |
CN110646880B (en) * | 2018-06-26 | 2023-02-21 | 住友电气工业株式会社 | Spot size converter and method of manufacturing spot size converter |
WO2023042855A1 (en) * | 2021-09-16 | 2023-03-23 | 三菱電機株式会社 | Semiconductor laser element |
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