JP2762951B2 - 半導体光導波路とその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光導波路を選択成長に
より作製した半導体光導波路とその製造方法に関する。
より作製した半導体光導波路とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】分布帰還（ＤＦＢ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔ
ｅｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ）レーザ集積型ＥＡ（Ｅｌｅｃ
ｔｒｏ−ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）変調器は、８０ｋｍ以
上の長距離を高速変調信号（たとえば２．５〜１０ギガ
ビット毎秒）を伝送するための光源として重要である。
この集積化光源は、光の出射端である変調器端面での反
射が大きいと、光変調時にＤＦＢレーザへの戻りの光の
影響によりＤＦＢレーザの発振波長変動（チャーピン
グ）が生じる。このチャーピングは長距離伝送において
著しい伝送劣化を引き起こす。したがって、変調器端面
を低反射構造にする必要がある。
ｅｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ）レーザ集積型ＥＡ（Ｅｌｅｃ
ｔｒｏ−ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）変調器は、８０ｋｍ以
上の長距離を高速変調信号（たとえば２．５〜１０ギガ
ビット毎秒）を伝送するための光源として重要である。
この集積化光源は、光の出射端である変調器端面での反
射が大きいと、光変調時にＤＦＢレーザへの戻りの光の
影響によりＤＦＢレーザの発振波長変動（チャーピン
グ）が生じる。このチャーピングは長距離伝送において
著しい伝送劣化を引き起こす。したがって、変調器端面
を低反射構造にする必要がある。
【０００３】この低反射構造の実現には、変調器端面の
バンドギャップエネルギーが導波光のバンドギャップエ
ネルギーよりも大きい窓構造が採用されている。青木ら
によって、１９９３年電子情報通信学会秋季大会Ｃ−９
６にて報告されているＤＦＢレーザ集積電界吸収型変調
器（第１の従来例）では、窓構造領域の多重量子井戸
（ＭＱＷ）導波路層をエッチングで除去した後にＩｎＰ
で埋め込み成長することで、窓構造を実現するという手
法が採られている。図６を用いて、第１の従来例につい
て説明する。図６（ａ）に示されるように、ｎ−ＩｎＰ
基板９１上にレーザ領域にのみ、成長阻止マスクとなる
一対のＳｉＯ2 マスク９２（マスク幅は数十〜数百μ
ｍ）を数十μｍの間隙をもって形成し、続いて、図６
（ｂ）に示すように、光ガイド層９３、活性層９４、ク
ラッド層９５、キャップ層９６をＭＯＶＰＥ選択成長法
により順次成長させる。
バンドギャップエネルギーが導波光のバンドギャップエ
ネルギーよりも大きい窓構造が採用されている。青木ら
によって、１９９３年電子情報通信学会秋季大会Ｃ−９
６にて報告されているＤＦＢレーザ集積電界吸収型変調
器（第１の従来例）では、窓構造領域の多重量子井戸
（ＭＱＷ）導波路層をエッチングで除去した後にＩｎＰ
で埋め込み成長することで、窓構造を実現するという手
法が採られている。図６を用いて、第１の従来例につい
て説明する。図６（ａ）に示されるように、ｎ−ＩｎＰ
基板９１上にレーザ領域にのみ、成長阻止マスクとなる
一対のＳｉＯ2 マスク９２（マスク幅は数十〜数百μ
ｍ）を数十μｍの間隙をもって形成し、続いて、図６
（ｂ）に示すように、光ガイド層９３、活性層９４、ク
ラッド層９５、キャップ層９６をＭＯＶＰＥ選択成長法
により順次成長させる。
【０００４】つぎに、図６（ｃ）に示すようにＳｉＯ2
マスク９７をマスクにレーザ領域と変調器領域の両方を
メサエッチングして幅１．５〜２．０μｍの光導波路を
形成する。このとき、ＤＦＢレーザとＥＡ変調器との間
４０μｍの領域および、変調器側端面２０μｍをエッチ
ングしている。続いてこのＳｉＯ2 マスク９７をマスク
に、高抵抗層となるＦｅドープＩｎＰ層９８を成長さ
せ、光導波路の埋め込みを行う。図６（ｄ）、（ｅ）は
各々、図６（ｃ）のｃ−ｃ’断面、ｂ−ｂ’断面の埋め
込み形状を示している。
マスク９７をマスクにレーザ領域と変調器領域の両方を
メサエッチングして幅１．５〜２．０μｍの光導波路を
形成する。このとき、ＤＦＢレーザとＥＡ変調器との間
４０μｍの領域および、変調器側端面２０μｍをエッチ
ングしている。続いてこのＳｉＯ2 マスク９７をマスク
に、高抵抗層となるＦｅドープＩｎＰ層９８を成長さ
せ、光導波路の埋め込みを行う。図６（ｄ）、（ｅ）は
各々、図６（ｃ）のｃ−ｃ’断面、ｂ−ｂ’断面の埋め
込み形状を示している。
【０００５】再現性良く小さな端面反射率を実現し、か
つ良好な光ファイバとの光結合効率を保つためには、窓
構造領域の長さを厳密に制御する必要があるが、第１の
従来例では、窓領域をＭＱＷ層のエッチングと埋め込み
再成長で形成しているために、素子間でのばらつきが大
きく、良好な特性を再現性、歩留まり良く作製するのが
困難である。
つ良好な光ファイバとの光結合効率を保つためには、窓
構造領域の長さを厳密に制御する必要があるが、第１の
従来例では、窓領域をＭＱＷ層のエッチングと埋め込み
再成長で形成しているために、素子間でのばらつきが大
きく、良好な特性を再現性、歩留まり良く作製するのが
困難である。
【０００６】一方、加藤らによって１９９４年電子情報
通信学会春季大会Ｃ−２２６にて報告されているＤＦＢ
レーザ／光変調器集積化光源（第２の従来例）では、あ
らかじめ窓構造となる領域に成長阻止マスクを形成し、
ＭＱＷ構造を成長させない手法を採用している。したが
って、窓構造領域長は最初のマスクパターニングの精度
で決定されるため、通常のフォトレジスト工程を用いた
場合でも１μｍ以下の精度で実現できる。
通信学会春季大会Ｃ−２２６にて報告されているＤＦＢ
レーザ／光変調器集積化光源（第２の従来例）では、あ
らかじめ窓構造となる領域に成長阻止マスクを形成し、
ＭＱＷ構造を成長させない手法を採用している。したが
って、窓構造領域長は最初のマスクパターニングの精度
で決定されるため、通常のフォトレジスト工程を用いた
場合でも１μｍ以下の精度で実現できる。
【０００７】図７を用いて、第２の従来例について説明
する。図７（ａ）に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板１０１
上へ回折格子をＤＦＢレーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）部に形成
した後、ＳｉＯ2 マスク１０２を形成する。このとき、
マスク幅はＤＦＢ−ＬＤ部で１７μｍ、変調器部で８μ
ｍであり、開口幅が１．５μｍ〜２．０μｍとなるよう
に形成されている。また、窓構造領域となる部分２５μ
ｍには開口部が存在しない形状となっている。ＳｉＯ2
マスクに挟まれた開口部へ、ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層
１０３、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸
（ＭＱＷ）活性層１０４、ｐ−ＩｎＰ層１０５をＭＯＶ
ＰＥ選択長により形成する。次に、図７（ｂ）に示すよ
うに、開口部をＤＦＢ−ＬＤ部、変調器部、窓構造部の
全体に渡り、５〜６μｍに幅広げを行い、その開口部
へ、ｐ−ＩｎＰクラッド層１０６、ｐ−ＩｎＧａＡｓキ
ャップ層１０７をＭＯＶＰＥ選択成長する。この後、電
極形成プロセスを経て、ＤＦＢレーザ／光変調器集積化
光源としている。
する。図７（ａ）に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板１０１
上へ回折格子をＤＦＢレーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）部に形成
した後、ＳｉＯ2 マスク１０２を形成する。このとき、
マスク幅はＤＦＢ−ＬＤ部で１７μｍ、変調器部で８μ
ｍであり、開口幅が１．５μｍ〜２．０μｍとなるよう
に形成されている。また、窓構造領域となる部分２５μ
ｍには開口部が存在しない形状となっている。ＳｉＯ2
マスクに挟まれた開口部へ、ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層
１０３、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸
（ＭＱＷ）活性層１０４、ｐ−ＩｎＰ層１０５をＭＯＶ
ＰＥ選択長により形成する。次に、図７（ｂ）に示すよ
うに、開口部をＤＦＢ−ＬＤ部、変調器部、窓構造部の
全体に渡り、５〜６μｍに幅広げを行い、その開口部
へ、ｐ−ＩｎＰクラッド層１０６、ｐ−ＩｎＧａＡｓキ
ャップ層１０７をＭＯＶＰＥ選択成長する。この後、電
極形成プロセスを経て、ＤＦＢレーザ／光変調器集積化
光源としている。
【０００８】この従来例では、厳密な窓構造領域長を制
御することが可能であるが、図７（ｂ）の縦断面図で表
しているように、変調器と窓領域の間でｐ−ＩｎＰクラ
ッド層１０６に段差が生じてしまう。これは、窓領域に
は、光ガイド層１０３、ＭＱＷ活性層１０４、ｐ−Ｉｎ
Ｐ層１０５がないために、この体積分が段差となって現
れるからである。図８（ａ）に示すように、クラッド層
に段差が生じると、この段差部で導波光の一部が反射さ
れ導波路に戻ってしまうため、窓構造が低反射構造とし
て機能しない問題がある。
御することが可能であるが、図７（ｂ）の縦断面図で表
しているように、変調器と窓領域の間でｐ−ＩｎＰクラ
ッド層１０６に段差が生じてしまう。これは、窓領域に
は、光ガイド層１０３、ＭＱＷ活性層１０４、ｐ−Ｉｎ
Ｐ層１０５がないために、この体積分が段差となって現
れるからである。図８（ａ）に示すように、クラッド層
に段差が生じると、この段差部で導波光の一部が反射さ
れ導波路に戻ってしまうため、窓構造が低反射構造とし
て機能しない問題がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】青木らによって報告さ
れた第１の従来例では、窓構造領域の多重量子井戸（Ｍ
ＱＷ）導波路層をエッチングした後にＩｎＰで埋め込み
成長することで、窓構造を実現するという手法が採られ
ている。したがって、変調器側端面を低反射構造とする
ための良好な窓構造を再現性、歩留まり良く作製するの
が困難である。
れた第１の従来例では、窓構造領域の多重量子井戸（Ｍ
ＱＷ）導波路層をエッチングした後にＩｎＰで埋め込み
成長することで、窓構造を実現するという手法が採られ
ている。したがって、変調器側端面を低反射構造とする
ための良好な窓構造を再現性、歩留まり良く作製するの
が困難である。
【００１０】一方、加藤らによって報告されている第２
の従来例では、窓構造の形成において、半導体のエッチ
ング工程を必要としているため、制御性、再現性よく、
高歩留まりで作製することができる。しかしながら、変
調器部と窓構造部との間で、ｐ−ＩｎＰクラッド層に段
差が発生し、この段差部で新たな反射が発生するという
問題がある。
の従来例では、窓構造の形成において、半導体のエッチ
ング工程を必要としているため、制御性、再現性よく、
高歩留まりで作製することができる。しかしながら、変
調器部と窓構造部との間で、ｐ−ＩｎＰクラッド層に段
差が発生し、この段差部で新たな反射が発生するという
問題がある。
【００１１】本発明はこのような状況を鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、第１に変調器側
端面で導波光の反射が少ない窓構造を備えた半導体光導
波路の構造及びその製造方法を提供することであり、第
２にこの様な構造を制御性、再現性よく高歩留まりで実
現しうるようにすることである。
ものであり、その目的とするところは、第１に変調器側
端面で導波光の反射が少ない窓構造を備えた半導体光導
波路の構造及びその製造方法を提供することであり、第
２にこの様な構造を制御性、再現性よく高歩留まりで実
現しうるようにすることである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、光導波
路端部のバンドギャップエネルギーが導波光のエネルギ
ーよりも大きい窓構造付半導体光導波路において、光導
波路のクラッド層が導波路方向に窓領域と非窓領域の間
で段差を持たない半導体光導波路構造が得られる。
路端部のバンドギャップエネルギーが導波光のエネルギ
ーよりも大きい窓構造付半導体光導波路において、光導
波路のクラッド層が導波路方向に窓領域と非窓領域の間
で段差を持たない半導体光導波路構造が得られる。
【００１３】また、本発明によれば、光導波路端部のバ
ンドギャップエネルギーが導波光のエネルギーよりも大
きい窓構造付半導体光導波路において、光導波路のクラ
ッド層厚が導波路方向に窓領域が非窓領域よりも大きい
半導体光導波路構造が得られる。
ンドギャップエネルギーが導波光のエネルギーよりも大
きい窓構造付半導体光導波路において、光導波路のクラ
ッド層厚が導波路方向に窓領域が非窓領域よりも大きい
半導体光導波路構造が得られる。
【００１４】また、本発明によれば半導体基板上に、一
部領域に開口部を有さず、この非開口部のマスク幅が開
口部のマスク幅に比べ広くなった一対のストライプマス
クを形成する工程と、開口部へダブルヘテロ構造からな
るコア層を選択的にエピタキシャル成長する工程と、開
口部の開口幅を非開口部も含め広げる工程と、開口部に
クラッド層を選択的にエピタキシャル成長する工程とを
含む窓構造付半導体光導波路の製造方法が得られる。
部領域に開口部を有さず、この非開口部のマスク幅が開
口部のマスク幅に比べ広くなった一対のストライプマス
クを形成する工程と、開口部へダブルヘテロ構造からな
るコア層を選択的にエピタキシャル成長する工程と、開
口部の開口幅を非開口部も含め広げる工程と、開口部に
クラッド層を選択的にエピタキシャル成長する工程とを
含む窓構造付半導体光導波路の製造方法が得られる。
【００１５】また、本発明によれば、半導体基板上に、
一部領域に開口部を有さない一対のストライプマスクを
形成する工程と、開口部へダブルヘテロ構造からなるコ
ア層を選択的にエピタキシャル成長する工程と、非開口
部における開口幅が開口部の開口幅より狭くなる様に幅
広げを行う工程と、広げられた開口部にクラッド層を選
択的にエピタキシャル成長する工程とを含む窓構造付半
導体光導波路の製造方法が得られる。
一部領域に開口部を有さない一対のストライプマスクを
形成する工程と、開口部へダブルヘテロ構造からなるコ
ア層を選択的にエピタキシャル成長する工程と、非開口
部における開口幅が開口部の開口幅より狭くなる様に幅
広げを行う工程と、広げられた開口部にクラッド層を選
択的にエピタキシャル成長する工程とを含む窓構造付半
導体光導波路の製造方法が得られる。
【００１６】また、本発明によれば、半導体基板上に、
一部領域に開口部を有さず、この非開口部のマスク幅が
開口部のマスク幅に比べ広くなった一対のストライプマ
スクを形成する工程と、開口部へダブルヘテロ構造から
なるコア層を選択的にエピタキシャル成長する工程と、
非開口部における開口幅が開口部の開口幅より狭くなる
様に幅広げを行う工程と、開口部にクラッド層を選択的
にエピタキシャル成長する工程とを含む窓構造付半導体
光導波路の製造方法が得られる。
一部領域に開口部を有さず、この非開口部のマスク幅が
開口部のマスク幅に比べ広くなった一対のストライプマ
スクを形成する工程と、開口部へダブルヘテロ構造から
なるコア層を選択的にエピタキシャル成長する工程と、
非開口部における開口幅が開口部の開口幅より狭くなる
様に幅広げを行う工程と、開口部にクラッド層を選択的
にエピタキシャル成長する工程とを含む窓構造付半導体
光導波路の製造方法が得られる。
【００１７】
【作用】本発明の半導体光導波路とその製造方法につい
て図面を用いて説明する。図１は、窓構造を持つＤＦＢ
−ＬＤ／光変調器集積化光源の構造斜視図である。この
構造では、ＥＡ変調器と窓構造との間に、ｐ−ＩｎＰク
ラッド層の段差が存在せず、窓構造が低反射構造として
機能する。またこの構造は、半導体層のエッチング工程
を用いることなく実現されている。従って、従来の窓構
造を持つ光導波路デバイスの製造工程において、半導体
層のエッチング時にエッチャントの温度や濃度あるいは
攪拌の仕方などの違いにより発生していた工程ばらつき
を、非常に低く抑えることが可能である。
て図面を用いて説明する。図１は、窓構造を持つＤＦＢ
−ＬＤ／光変調器集積化光源の構造斜視図である。この
構造では、ＥＡ変調器と窓構造との間に、ｐ−ＩｎＰク
ラッド層の段差が存在せず、窓構造が低反射構造として
機能する。またこの構造は、半導体層のエッチング工程
を用いることなく実現されている。従って、従来の窓構
造を持つ光導波路デバイスの製造工程において、半導体
層のエッチング時にエッチャントの温度や濃度あるいは
攪拌の仕方などの違いにより発生していた工程ばらつき
を、非常に低く抑えることが可能である。
【００１８】次に本発明における窓構造の作製原理につ
いて説明する。図７に第２の従来例を示したが、図７
（ｂ）のようにｐ−ＩｎＰクラッド層が窓構造領域で段
差が発生する。図８（ａ）に示しているように、ｐ−Ｉ
ｎＰクラッド層に段差があると、この段差部で導波光の
一部が反射され導波路に戻ってしまうため、窓構造が低
反射構造として機能しない。理想的な窓構造とするため
には、ｐ−ＩｎＰクラッド層の段差が存在しない（図８
（ｂ））か、あるいは、窓領域のｐ−ＩｎＰクラッド層
の方が導波路領域のそれよりも厚くなる必要がある。
いて説明する。図７に第２の従来例を示したが、図７
（ｂ）のようにｐ−ＩｎＰクラッド層が窓構造領域で段
差が発生する。図８（ａ）に示しているように、ｐ−Ｉ
ｎＰクラッド層に段差があると、この段差部で導波光の
一部が反射され導波路に戻ってしまうため、窓構造が低
反射構造として機能しない。理想的な窓構造とするため
には、ｐ−ＩｎＰクラッド層の段差が存在しない（図８
（ｂ））か、あるいは、窓領域のｐ−ＩｎＰクラッド層
の方が導波路領域のそれよりも厚くなる必要がある。
【００１９】この様な形状を作製するためには、ｐ−Ｉ
ｎＰクラッド層の成長速度が、変調器部より窓構造の方
が大きくなるような構造を実現すればよい。本発明で
は、この様な構造を実現する手段として２つの方法を提
案する。
ｎＰクラッド層の成長速度が、変調器部より窓構造の方
が大きくなるような構造を実現すればよい。本発明で
は、この様な構造を実現する手段として２つの方法を提
案する。
【００２０】第１の方法は、窓領域のマスク幅を変調器
部のそれより大きくする方法、第２の方法は、窓領域の
ｐ−ＩｎＰクラッド層の成長幅を変調器部のそれより狭
くする方法である。第１の手法について、図４（ａ），
（ｂ）を用いて説明する。成長は、成長温度６２５度、
成長圧力７５トールのＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長
法）で行い、原料として、トリメチルインジウム（ＴＭ
Ｉｎ）、ホスフィン（ＰＨ3 ）、ジエチルジンク（ＤＥ
Ｚｎ）を用いた。ｐ−ＩｎＰクラッド層の成長幅を５μ
ｍ一定とし、変調器部と窓領域とのマスク幅の差Ｍｄ
と、ｐ−ＩｎＰクラッド層の段差Ｃｄとの関係を調べた
グラフを示している。第１の従来例のように、Ｍｄ＝０
μｍの場合、Ｃｄ＝０．５μｍの段差が生じる。そこ
で、Ｍｄを増加させると、Ｃｄは単調に減少し、Ｍｄ＝
５μｍのちょどＣｄ＝０となった。
部のそれより大きくする方法、第２の方法は、窓領域の
ｐ−ＩｎＰクラッド層の成長幅を変調器部のそれより狭
くする方法である。第１の手法について、図４（ａ），
（ｂ）を用いて説明する。成長は、成長温度６２５度、
成長圧力７５トールのＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長
法）で行い、原料として、トリメチルインジウム（ＴＭ
Ｉｎ）、ホスフィン（ＰＨ3 ）、ジエチルジンク（ＤＥ
Ｚｎ）を用いた。ｐ−ＩｎＰクラッド層の成長幅を５μ
ｍ一定とし、変調器部と窓領域とのマスク幅の差Ｍｄ
と、ｐ−ＩｎＰクラッド層の段差Ｃｄとの関係を調べた
グラフを示している。第１の従来例のように、Ｍｄ＝０
μｍの場合、Ｃｄ＝０．５μｍの段差が生じる。そこ
で、Ｍｄを増加させると、Ｃｄは単調に減少し、Ｍｄ＝
５μｍのちょどＣｄ＝０となった。
【００２１】これは、ＭＯＶＰＥ選択成長のメカニズム
で説明できる。成長領域で原料消費が行われるのに対
し、成長阻止マスクに覆われた領域では原料が消費され
ないため、成長領域とマスク領域とで原料種の気相中の
濃度勾配が生じる。この結果、気相中横方向拡散が発生
し、成長領域へ過剰の原料供給が行われる。このためマ
スク幅が広いほど濃度勾配が大きくなり、その結果、原
料供給量が増加し、成長速度が大きくなる。従って、Ｍ
ｄを５μｍ以上にすれば、ｐ−ＩｎＰクラッド層は平坦
あるいは、窓構造部の方が高くなり、過剰は反射は発生
しない。
で説明できる。成長領域で原料消費が行われるのに対
し、成長阻止マスクに覆われた領域では原料が消費され
ないため、成長領域とマスク領域とで原料種の気相中の
濃度勾配が生じる。この結果、気相中横方向拡散が発生
し、成長領域へ過剰の原料供給が行われる。このためマ
スク幅が広いほど濃度勾配が大きくなり、その結果、原
料供給量が増加し、成長速度が大きくなる。従って、Ｍ
ｄを５μｍ以上にすれば、ｐ−ＩｎＰクラッド層は平坦
あるいは、窓構造部の方が高くなり、過剰は反射は発生
しない。
【００２２】次に第２の手法について図５（ａ），
（ｂ）を用いて説明する。成長条件は、第１の手法と同
じである。変調器部でのｐ−ＩｎＰクラッド層の成長幅
を６μｍとし、窓構造部のｐ−ＩｎＰクラッド層成長幅
Ｗｃとｐ−ＩｎＰクラッド層の段差Ｃｄとの関係を調べ
たグラフを示している。第１の従来例のように、Ｗｃを
変調器部と同じ大きさの時は、Ｃｄ＝０．５μｍの段差
が生じる。そこで、Ｗｃを減少させると、Ｃｄは単調に
減少し、Ｗｃ＝４μｍの時ちょうどＣｄ＝０となった。
（ｂ）を用いて説明する。成長条件は、第１の手法と同
じである。変調器部でのｐ−ＩｎＰクラッド層の成長幅
を６μｍとし、窓構造部のｐ−ＩｎＰクラッド層成長幅
Ｗｃとｐ−ＩｎＰクラッド層の段差Ｃｄとの関係を調べ
たグラフを示している。第１の従来例のように、Ｗｃを
変調器部と同じ大きさの時は、Ｃｄ＝０．５μｍの段差
が生じる。そこで、Ｗｃを減少させると、Ｃｄは単調に
減少し、Ｗｃ＝４μｍの時ちょうどＣｄ＝０となった。
【００２３】これは、ｐ−ＩｎＰクラッド層の成長幅を
狭くすると、同じ量の原料供給が行われた場合、同じ体
積分の成長をするために、縦方向の成長速度が大きくな
るためである。従って、Ｍｄを４μｍ以下にすれば、ｐ
−ＩｎＰクラッド層は平坦あるいは、窓構造部の方が高
くなり、過剰な反射は発生しない。
狭くすると、同じ量の原料供給が行われた場合、同じ体
積分の成長をするために、縦方向の成長速度が大きくな
るためである。従って、Ｍｄを４μｍ以下にすれば、ｐ
−ＩｎＰクラッド層は平坦あるいは、窓構造部の方が高
くなり、過剰な反射は発生しない。
【００２４】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図１、図２を参照して本発明の第１の実施例につい
て説明する。図２は第１のを実施例を説明するための工
程断面図であり、図１は第１の実施例により作製された
ＤＦＢレーザ／光変調器集積化光源の斜視図である。
る。図１、図２を参照して本発明の第１の実施例につい
て説明する。図２は第１のを実施例を説明するための工
程断面図であり、図１は第１の実施例により作製された
ＤＦＢレーザ／光変調器集積化光源の斜視図である。
【００２５】まず、図２（ａ）に示すように、ｎ−Ｉｎ
Ｐ基板１０１上の一部（ＤＦＢ−ＬＤ領域）に回折格子
１００を形成する。この後、ＣＶＤ法によりＳｉＯ2 を
堆積し、これをｎ−ＩｎＰ基板１０１の＜０１１＞方向
へストライプが向くようにパターニングして、ＳｉＯ2
マスク１０２を形成する。マスク間隔は１．５μｍであ
り、マスク幅はＤＦＢレーザ部で１８μｍ、変調器部で
６μｍとした。また窓構造領域では、マスク間隔をあけ
ず、かつ、マスクの張り出しを変調器部から５μｍ（図
４でＭｄ＝５μｍに対応）とした。
Ｐ基板１０１上の一部（ＤＦＢ−ＬＤ領域）に回折格子
１００を形成する。この後、ＣＶＤ法によりＳｉＯ2 を
堆積し、これをｎ−ＩｎＰ基板１０１の＜０１１＞方向
へストライプが向くようにパターニングして、ＳｉＯ2
マスク１０２を形成する。マスク間隔は１．５μｍであ
り、マスク幅はＤＦＢレーザ部で１８μｍ、変調器部で
６μｍとした。また窓構造領域では、マスク間隔をあけ
ず、かつ、マスクの張り出しを変調器部から５μｍ（図
４でＭｄ＝５μｍに対応）とした。
【００２６】次にマスクに挟まれた領域へ、ＩｎＧａＡ
ｓＰ光ガイド層１０３、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓ
Ｐ ＭＱＷ活性層１０４、およびｐ−ＩｎＰ層１０５を
ＭＯＶＰＥ選択成長によりエピタキシャル成長させる。
次に、図２（ｂ）のように、ＳｉＯ2 マスク１０２を、
ＤＦＢレーザ部、変調器部、窓領域部全体に対して５μ
ｍ幅に幅広げを行う。次に、ｐ−ＩｎＰクラッド層１０
６、ｐ−ＩｎＰキャップ層１０７をＭＯＶＰＥ選択成長
によりエピタキシャル成長させる。このとき、導波路方
向断面で見ると、ｐ−ＩｎＰクラッド層１０６に段差は
発生していない。
ｓＰ光ガイド層１０３、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓ
Ｐ ＭＱＷ活性層１０４、およびｐ−ＩｎＰ層１０５を
ＭＯＶＰＥ選択成長によりエピタキシャル成長させる。
次に、図２（ｂ）のように、ＳｉＯ2 マスク１０２を、
ＤＦＢレーザ部、変調器部、窓領域部全体に対して５μ
ｍ幅に幅広げを行う。次に、ｐ−ＩｎＰクラッド層１０
６、ｐ−ＩｎＰキャップ層１０７をＭＯＶＰＥ選択成長
によりエピタキシャル成長させる。このとき、導波路方
向断面で見ると、ｐ−ＩｎＰクラッド層１０６に段差は
発生していない。
【００２７】このウエハに対して、ＤＦＢレーザと変調
器の間２５μｍのｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層１０７
を除去することで、素子分離を行った後、電極形成プロ
セスを行う。さらにＤＦＢレーザ側端面に光反射膜コー
ティング（７０％）、変調器側端面に低反射膜コーティ
ング（１％）を施し、図１の様なＤＦＢレーザ／光変調
器集積化光源とした。
器の間２５μｍのｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層１０７
を除去することで、素子分離を行った後、電極形成プロ
セスを行う。さらにＤＦＢレーザ側端面に光反射膜コー
ティング（７０％）、変調器側端面に低反射膜コーティ
ング（１％）を施し、図１の様なＤＦＢレーザ／光変調
器集積化光源とした。
【００２８】本実施例により作製したＤＦＢレーザ／光
変調器集積化光源を評価たところ、変調器側端面での反
射率は、０．０１％以下と見積られた。レーザ発振波長
は１．５５２μｍ、閾値電流６ｍＡ、スロープ効率０．
２４Ｗ／Ａ、最大光出力３０ｍＷの素子が９０％の歩留
まりで実現できた。また、変調器に２Ｖの逆バイアスを
印加したときの消光比は２５ｄＢであった。また、ＤＦ
Ｂレーザに５０ｍＡの電流注入を行った状態で、変調器
に２．５ギガビット毎秒の疑似ランダム信号を０Ｖと−
２Ｖのバイアスで変調し、１．３μｍ零分散ファイバ１
２０ｋｍを伝送させたところ、１０-11 でのビットエラ
ーレートでのパワーペナルティーは０．１ｄＢ以下であ
った。
変調器集積化光源を評価たところ、変調器側端面での反
射率は、０．０１％以下と見積られた。レーザ発振波長
は１．５５２μｍ、閾値電流６ｍＡ、スロープ効率０．
２４Ｗ／Ａ、最大光出力３０ｍＷの素子が９０％の歩留
まりで実現できた。また、変調器に２Ｖの逆バイアスを
印加したときの消光比は２５ｄＢであった。また、ＤＦ
Ｂレーザに５０ｍＡの電流注入を行った状態で、変調器
に２．５ギガビット毎秒の疑似ランダム信号を０Ｖと−
２Ｖのバイアスで変調し、１．３μｍ零分散ファイバ１
２０ｋｍを伝送させたところ、１０-11 でのビットエラ
ーレートでのパワーペナルティーは０．１ｄＢ以下であ
った。
【００２９】図３を用いて本発明の第２の実施例につい
て説明する。図３は第２の実施例を説明するための工程
断面図である。まず、図３（ａ）に示すように、ｎ−Ｉ
ｎＰ基板１０１上の一部（ＤＦＢ−ＬＤ領域）に回折格
子１００を形成する。この後、ＣＶＤ法によりＳｉＯ2
を堆積し、これをｎ−ＩｎＰ基板１０１の＜０１１＞方
向へストライプが向くようにパターニングして、ＳｉＯ
2 マスク１０２を形成する。マスク間隔は１．５μｍで
あり、マスク幅はＤＦＢレーザ部で１８μｍ、変調器部
で６μｍとした。また窓構造領域ではマスク間隔をあけ
ていない。
て説明する。図３は第２の実施例を説明するための工程
断面図である。まず、図３（ａ）に示すように、ｎ−Ｉ
ｎＰ基板１０１上の一部（ＤＦＢ−ＬＤ領域）に回折格
子１００を形成する。この後、ＣＶＤ法によりＳｉＯ2
を堆積し、これをｎ−ＩｎＰ基板１０１の＜０１１＞方
向へストライプが向くようにパターニングして、ＳｉＯ
2 マスク１０２を形成する。マスク間隔は１．５μｍで
あり、マスク幅はＤＦＢレーザ部で１８μｍ、変調器部
で６μｍとした。また窓構造領域ではマスク間隔をあけ
ていない。
【００３０】次にマスクに挟まれた領域へ、ＩｎＧａＡ
ｓＰ光ガイド層１０３、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓ
Ｐ ＭＱＷ活性層１０４、およびｐ−ＩｎＰ層１０５を
ＭＯＶＰＥ選択成長によりエピタキシャル成長させる。
次に、図３（ｂ）のように、ＳｉＯ2 マスク１０２を、
ＤＦＢレーザ部、変調器部に対して６μｍ幅に、窓領域
に対しては４μｍに幅広げを行う。次に、ｐ−ＩｎＰク
ラッド層１０６、ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層１０７を
ＭＯＶＰＥ選択成長によりエピタキシャル成長させる。
このとき、導波路方向断面で見ると、ｐ−ＩｎＰクラッ
ド層１０６に段差は発生していない。
ｓＰ光ガイド層１０３、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓ
Ｐ ＭＱＷ活性層１０４、およびｐ−ＩｎＰ層１０５を
ＭＯＶＰＥ選択成長によりエピタキシャル成長させる。
次に、図３（ｂ）のように、ＳｉＯ2 マスク１０２を、
ＤＦＢレーザ部、変調器部に対して６μｍ幅に、窓領域
に対しては４μｍに幅広げを行う。次に、ｐ−ＩｎＰク
ラッド層１０６、ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層１０７を
ＭＯＶＰＥ選択成長によりエピタキシャル成長させる。
このとき、導波路方向断面で見ると、ｐ−ＩｎＰクラッ
ド層１０６に段差は発生していない。
【００３１】このウエハに対して、ＤＦＢレーザと変調
器の間２５μｍのｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層１０７を
除去することで、素子分離を行った後、電極形成プロセ
スを行う。さらにＤＦＢレーザ側端面に光反射膜コーテ
ィング（７０％）、変調器側端面に低反射膜コーティン
グ（１％）を施しＤＦＢレーザ／光変調器集積化光源と
した。
器の間２５μｍのｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層１０７を
除去することで、素子分離を行った後、電極形成プロセ
スを行う。さらにＤＦＢレーザ側端面に光反射膜コーテ
ィング（７０％）、変調器側端面に低反射膜コーティン
グ（１％）を施しＤＦＢレーザ／光変調器集積化光源と
した。
【００３２】本実施例により作製したＤＦＢレーザ／光
変調器集積化光源を評価たところ、変調器側端面での反
射率は、０．０１％以下と見積られた。レーザ発振波長
は１．５５２μｍ、閾値電流６ｍＡ、スロープ効率０．
２４Ｗ／Ａ、最大光出力３０ｍＷの素子が８８％の歩留
まりで実現できた。また、変調器に２Ｖの逆バイアスを
印加したときの消光比は２７ｄＢであった。また、ＤＦ
Ｂレーザに５０ｍＡの電流注入を行った状態で、変調器
に２．５ギガビット毎秒の疑似ランダム信号を０Ｖと−
２Ｖのバイアスで変調し、１．３μｍ零分散ファイバ１
２０ｋｍを伝送させたところ、１０-11 でのビットエラ
ーレートでのパワーペナルティーは０．１ｄＢ以下であ
った。
変調器集積化光源を評価たところ、変調器側端面での反
射率は、０．０１％以下と見積られた。レーザ発振波長
は１．５５２μｍ、閾値電流６ｍＡ、スロープ効率０．
２４Ｗ／Ａ、最大光出力３０ｍＷの素子が８８％の歩留
まりで実現できた。また、変調器に２Ｖの逆バイアスを
印加したときの消光比は２７ｄＢであった。また、ＤＦ
Ｂレーザに５０ｍＡの電流注入を行った状態で、変調器
に２．５ギガビット毎秒の疑似ランダム信号を０Ｖと−
２Ｖのバイアスで変調し、１．３μｍ零分散ファイバ１
２０ｋｍを伝送させたところ、１０-11 でのビットエラ
ーレートでのパワーペナルティーは０．１ｄＢ以下であ
った。
【００３３】以上の実施例（実施例１、２）の説明で
は、１．５μｍ帯のＩｎＧａＡｓＰ型についてのみ説明
したが、ＭＯＶＰＥ選択成長が可能な系であれば、同様
な構造が実現可能である。また上記実施例では、ＤＦＢ
レーザ／光変調器集積化光源のへの適用についてのみ述
べたが、本発明はＤＦＢレーザ／光変調器集積化光源に
限らず、窓構造を備えた光導波路構造を必要とする他の
デバイスについても適用が可能である。
は、１．５μｍ帯のＩｎＧａＡｓＰ型についてのみ説明
したが、ＭＯＶＰＥ選択成長が可能な系であれば、同様
な構造が実現可能である。また上記実施例では、ＤＦＢ
レーザ／光変調器集積化光源のへの適用についてのみ述
べたが、本発明はＤＦＢレーザ／光変調器集積化光源に
限らず、窓構造を備えた光導波路構造を必要とする他の
デバイスについても適用が可能である。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、低反射
端面を実現するための窓構造をともなった半導体光導波
路において、ＭＯＶＰＥ選択成長の手法により、導波路
方向でクラッド層の成長速度を制御することにより、ク
ラッド層に段差が生じない構造を提供するため、以下の
効果を奏することができる。変調器側端面で導波光の
反射が少ない窓構造を備えた半導体光導波路の構造及び
その製造方法を提供することでができる。この様な構
造を、制御性、再現性よく高歩留まりで実現しうるよう
にすることができる。
端面を実現するための窓構造をともなった半導体光導波
路において、ＭＯＶＰＥ選択成長の手法により、導波路
方向でクラッド層の成長速度を制御することにより、ク
ラッド層に段差が生じない構造を提供するため、以下の
効果を奏することができる。変調器側端面で導波光の
反射が少ない窓構造を備えた半導体光導波路の構造及び
その製造方法を提供することでができる。この様な構
造を、制御性、再現性よく高歩留まりで実現しうるよう
にすることができる。
【図１】本発明の第１の実施例により作製されたＤＦＢ
レーザ／光変調器集積化光源の斜視図である。
レーザ／光変調器集積化光源の斜視図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は第１の実施例を説明するため
の工程断面図である。
の工程断面図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は本発明の第２の実施例を説明
するための工程断面図である。
するための工程断面図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は本発明の作用を説明するため
の成長特性曲線および光導波路断面図である。
の成長特性曲線および光導波路断面図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は本発明の作用を説明するため
の成長特性曲線および光導波路断面図である。
の成長特性曲線および光導波路断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｅ）は第１の従来例を説明するため
の工程図である。
の工程図である。
【図７】（ａ），（ｂ）は第２の従来例を説明するため
の工程断面図である。
の工程断面図である。
【図８】（ａ），（ｂ）は本発明の作用を説明するため
の光導波路断面図である。
の光導波路断面図である。
９１，１０１ ｎ−ＩｎＰ基板 ９２，９７，１０２ ＳｉＯ2 マスク ９３，１０３ ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層 ９４，１０４ 活性層 ９５，１０６ ｐ−ＩｎＰクラッド ９６，１０７ キャップ層 ９８ Ｆｅドープ高抵抗ＩｎＰ層 １００ 回折格子 １０５ ｐ−ＩｎＰ層 １０８ 絶縁層 １０９ ｐ側電極 １１０ ｎ側電極 １１１ 低反射膜
Claims (5)
- 【請求項１】 光導波路端部のバンドギャップエネルギ
ーが導波光のエネルギーよりも大きい窓構造付半導体光
導波路において、該光導波路のクラッド層が導波路方向
に窓領域と非窓領域の間で段差を持たないことを特徴と
する半導体光導波路。 - 【請求項２】 光導波路端部のバンドギャップエネルギ
ーが導波光のエネルギーよりも大きい窓構造付半導体光
導波路において、該光導波路のクラッド層厚が導波路方
向に窓領域が非窓領域よりも大きいことを特徴とする半
導体光導波路。 - 【請求項３】 半導体基板上に、一部領域に開口部を有
さず、該非開口部のマスク幅が開口部のマスク幅に比べ
広くなった一対のストライプマスクを形成する工程と、
該開口部へダブルヘテロ構造からなるコア層を選択的に
エピタキシャル成長する工程と、前記開口部の開口幅を
前記非開口部も含め広げる工程と、該広げられた開口部
にクラッド層を選択的にエピタキシャル成長する工程と
を含むことを特徴とする半導体光導波路の製造方法。 - 【請求項４】 半導体基板上に、一部領域に開口部を有
さない一対のストライプマスクを形成する工程と、該開
口部へダブルヘテロ構造からなるコア層を選択的にエピ
タキシャル成長する工程と、前記非開口部における開口
幅が前記開口部の開口幅より狭くなる様に幅広げを行う
工程と、該広げられた開口部にクラッド層を選択的にエ
ピタキシャル成長する工程とを含むことを特徴とする半
導体光導波路の製造方法。 - 【請求項５】 半導体基板上に、一部領域に開口部を有
さず、該非開口部のマスク幅が開口部のマスク幅に比べ
広くなった一対のストライプマスクを形成する工程と、
該開口部へダブルヘテロ構造からなるコア層を選択的に
エピタキシャル成長する工程と、前記非開口部における
開口幅が前記開口部の開口幅より狭くなる様に幅広げを
行う工程と、該広げられた開口部にクラッド層を選択的
にエピタキシャル成長する工程とを含むことを特徴とす
る半導体光導波路の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7072935A JP2762951B2 (ja) | 1995-03-30 | 1995-03-30 | 半導体光導波路とその製造方法 |
| US08/625,005 US5678935A (en) | 1995-03-30 | 1996-03-29 | Semiconductor optical waveguide and method of fabricating the same |
| US08/855,570 US5891748A (en) | 1995-03-30 | 1997-05-13 | Semiconductor optical waveguide and method of fabricating the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7072935A JP2762951B2 (ja) | 1995-03-30 | 1995-03-30 | 半導体光導波路とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08271743A JPH08271743A (ja) | 1996-10-18 |
| JP2762951B2 true JP2762951B2 (ja) | 1998-06-11 |
Family
ID=13503731
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7072935A Expired - Fee Related JP2762951B2 (ja) | 1995-03-30 | 1995-03-30 | 半導体光導波路とその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5678935A (ja) |
| JP (1) | JP2762951B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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