JP2869875B2 - 光集積回路の製造方法 - Google Patents

光集積回路の製造方法

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JP2869875B2
JP2869875B2 JP3049138A JP4913891A JP2869875B2 JP 2869875 B2 JP2869875 B2 JP 2869875B2 JP 3049138 A JP3049138 A JP 3049138A JP 4913891 A JP4913891 A JP 4913891A JP 2869875 B2 JP2869875 B2 JP 2869875B2
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隆昭 平田
衛 日原
雅幸 末広
稔 前田
春夫 細松
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は能動素子と導波路とが集
積化された光集積回路に利用する。特に、導波路の伝播
損失低減に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体レーザと導波路とを集積化する場
合に、少なくとも一部の結晶成長層を共用した構造が従
来から提案されている。例えば本願出願人は、先の特許
出願、特願昭63-324671 およびこれを優先権主張の基礎
とした特願平1-321746において、量子井戸構造を無秩序
化した層を導波層として用いる素子およびその製造方法
を開示した。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、半導体レーザ
と導波路とを同じ結晶成長層で形成すると、導波路の結
晶成長層に半導体レーザと同じ不純物が添加され、高キ
ャリア濃度となってしまう。光集積回路の性能向上のた
めには伝播損失を低減することが重要であるが、導波路
内のキャリアは吸収の原因となり、導波路の伝播損失を
大きくしてしまう。
【0004】本発明は、この問題を解決し、導波路の伝
播損失が小さい光集積回路を製造する方法を提供するこ
とを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の光集積回路の製
造方法は、電流注入により光を発生する能動素子とこの
能動素子からの放射光を伝搬する導波路とを結晶成長層
を共用して形成する光集積回路の製造方法において、ア
ンドープの半導体材料により量子井戸構造を含む層構造
を結晶成長させ、この層構造のうち前記導波路となる領
域については、不純物添加により生じるキャリア濃度が
前記能動素子の動作時のキャリア濃度に比較して十分に
小さくなるようなドーズ量で、前記量子井戸構造を無秩
序化するためのイオン注入を行い、アンドープの半導体
材料によりさらに結晶成長を行なって2回目成長層を形
成するとともに、その熱により前記量子井戸構造のうち
前記イオン注入が行なわれた領域を無秩序化し、前記2
回目成長層のうち前記能動素子となるストライプ状の領
域の両側をエッチングしてリッジ構造を形成し、このリ
ッジ構造を挟んで片側の領域にはp型不純物、反対側の
領域にはn型不純物をイオン注入して、前記量子井戸構
造のうち前記リッジ構造の下に残った領域を挟んでpn
接合を形成することを特徴とする。
【0006】
【0007】
【0008】
【作用】光集積回路において、導波路の損失は素子特性
を決める非常に重要な値である。しかし、半導体レーザ
と導波路とを集積する場合、半導体レーザに電流を流す
ため通常はp型とn型の不純物を導入する。この不純物
により生じる電子と正孔のキャリアは、光を吸収するた
め損失を増大させるが、半導体レーザのために導入した
不純物は集積した導波路部分にも当然に存在するため、
導波路の損失も大きくなってしまう。そこで本発明で
は、このような光集積回路において、不純物を含まない
半導体層構造を用い、半導体レーザとなる部分にのみ不
純物を導入して電流を流すようにする。これにより、不
純物が原因となる損失の増大を完全に除くことができ
る。
【0009】本発明では、能動素子もまたアンドープの
結晶成長層により形成される。このような能動素子の例
としては、フルヤ他、IEEEジャーナル・オブ・クウォン
タム・エレクトロニクス、第24巻第12号(AKIRA FURUYA,
MASAO MAKIUCHI, OSAMU WADA and TOSHIO FUJII, "AlG
aAs/GaAsLateral Current Injection Multiquantum Wel
l (LCI-MQW) Laser UsingImpurity-Induced Disoring",
IEEE J.Quantum Electron., Vol.24,No.12, Dec.1988)
に示された素子がある。この論文に示された素子は、量
子井戸構造を含む層構造をアンドープで形成し、両側に
不純物を導入して無秩序化する。ただし、この文献には
導波路との集積化についての記載はない。
【0010】
【実施例】図1は本発明を実施することにより得られる
光集積回路を示す斜視図であり、図2ないし図7はその
製造方法を示す図である。ここでは、量子井戸構造の無
秩序化を行い、GaAs系半導体レーザと導波路とを集積す
る場合を例に説明する。
【0011】この光集積回路は、電流注入により光を発
生する能動素子としての半導体レーザ1と、この半導体
レーザ1との間で少なくとも一つの結晶成長層を共用
し、この半導体レーザ1からの放射光を伝搬する導波路
2とを備える。ここで本実施例の特徴とするところは、
半導体レーザ1は実質的に不純物を含まない層構造内に
形成された活性層から光を発生する構造であり、導波路
2が実質的に不純物を含まない材料で形成されたことに
ある。
【0012】この光集積回路の詳細な構成を製造方法に
より説明する。
【0013】図2は1回目成長の工程を示す。この工程
では、基板11上に、バッファ層12、クラッド層13、下部
グレーディドインデクス層(以下「下部GRIN層」とい
う)14、活性層としての単一量子井戸層(以下「 SQW
層」という)15 、上部グレーディドインデクス層(以下
「上部GRIN層」という)16、ブロック層17およびガイド
層18を有機金属化学気相成長法(以下「MOCVD」と
いう)により成長させる。各層の組成および厚さは、 基板11 半絶縁性GaAs バッファ層12 GaAs 厚さ 0.5μm クラッド層13 Al0.6 Ga 0.4 As 1.5μm 下部GRIN層14 Alx Ga1-x As(x=0.6 →0.3) 0.15 μm SQW 層15 GaAs 9.6nm 上部GRIN層16 Alx Ga1-x As(x=0.3 →0.6) 0.15 μm ブロック層17 Al0.6 Ga 0.4 As 0.02 μm ガイド層18 Al0.3 Ga 0.7 As 0.03 μm とする。これらの層はアンドープで形成する。
【0014】続いて、図3に示すように、ガイド層18を
エッチングし、リブ構造181 を形成する。
【0015】次に、図4に示すように、下部GRIN層14、
SQW 層15および上部GRIN層16からなる量子井戸構造を無
秩序化するため、導波路2となる領域41にSiをイオン注
入する。ドーズ量は1×1013cm-2程度とする。図ではイ
オン注入された領域および層を斜線で示す。
【0016】イオン注入が終了した後、図5に示すよう
に2回目成長を行い、クラッド層19およびキャップ層20
をMOCVDにより成長させる。このときの熱により、
前の工程でイオンが注入された量子井戸構造が無秩序化
される。クラッド層19およびキャップ層20の組成および
厚さは、 クラッド層19 Al0.6 Ga 0.4 As 1.5μm キャップ層20 GaAs 0.3μm とする。これらの層もアンドープである。
【0017】2回目成長が終了した後に、半導体レーザ
1となる領域にリッジ構造101 を形成する。すなわち、
リブ構造181 の両側にクラッド層19が少し残る程度にキ
ャップ層20およびクラッド層19をエッチングする。
【0018】リッジ構造101 を形成した後の工程を図7
に示した半導体レーザ1となる部分の断面図を参照して
説明する。この図では、不純物ドープのようすを示すた
め半導体層のハッチングは省略し、p型またはn型のイ
オンの存在を点で示す。また、ブロック層17については
図示していない。
【0019】図7(a) は図6と同じ状態を示す。この状
態では、各層には不純物はドープされていない。
【0020】この状態から、図7(b) に示すように、リ
ッジ構造101 の片側をマスク71で覆ってZnイオンを注入
する。ドーズ量は例えば1×1015cm-2とする。また、同
図(c) に示すように、リッジ構造101 の反対側をマスク
72で覆い、今度はSiイオンを注入する。ドーズ量は例え
ば1×1015cm-2とする。
【0021】続いて、同図(d) に示すように、電極とな
る部分以外のキャップ層20をエッチングする。このとき
のエッチングは、リッジ構造101 上部だけでなく、導波
路2となる部分のキャップ層20についても行う。
【0022】この後、750 ℃で30分間アニールする。こ
の処理により、イオンが注入された領域の量子井戸構造
が無秩序化されるとともに、Znイオンが注入された領域
がp型、Siイオンが注入された領域がn型となる。すな
わち、半導体レーザ1となる部分では、キャップ層20、
クラッド層19およびブロック層17(図7では示していな
い)から量子井戸構造に至るp型領域とn型領域とが、
リッジ構造101 を挟んで形成される。
【0023】最後に、図7(f) 、(g) に示すように、キ
ャップ層20のp型となった領域にp型電極21を形成し、
n型となった領域にn型電極22を形成する。これによ
り、図1に示した構造が得られる。
【0024】このような構造なので、半導体レーザ1の
部分では、Zn、Siがイオン注入された部分がそれぞれp
型、n型となり、リッジ構造101 の下にpn接合が形成
される。この接合を順方向にバイアスすると、正孔、電
子が SQW層に注入されて発光する。
【0025】また、半導体レーザ1のpn接合がイオン
注入により結晶成長とは関係なく形成されるため、結晶
成長時にはドーピングの必要がなく、結晶成長層を低キ
ャリア濃度にすることができる。したがって、導波路2
の領域では、キャリアによる吸収がなく、導波路の伝播
損失が低くなる。
【0026】以上の実施例では、能動素子と導波路とが
すべての結晶成長層を共用する場合について説明した
が、一部の結晶成長層を共用する場合でも本発明を同様
に実施できる。能動素子の活性層は量子井戸構造である
ことが望ましく、SQW を含む構造であることが望ましい
が、二つまたは三つ、あるいはさらに多数の量子井戸を
含む多重量子井戸(MQW) 構造でも本発明を実施できる。
また、能動素子としてイオン注入を用いた横方向注入型
の半導体レーザを例に説明したが、アンドープの結晶成
長層で動作する素子であれば、構造および製造方法を問
わず本発明を同様に実施できる。さらに、InP系の光
集積回路、すなわち格子定数をInPにほぼ一致させた
構造の光集積回路や、その他の材料を用いた光集積回路
でも本発明を同様に実施できる。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光集積回
の製造方法によれば、導波路を構成する結晶成長層を
低キャリア濃度にでき、導波路の伝播損失を低減でき
る。導波路の伝播損失は光集積回路の性能を決定する重
要な特性であり、これが低減されることは光集積回路の
性能向上に大きな効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明実施例の光集積回路を示す斜視図。
【図2】 実施例の製造方法を示す図であり、1回目成
長工程を示す図。
【図3】 実施例の製造方法を示す図であり、リブ構造
形成エッチング工程を示す図。
【図4】 実施例の製造方法を示す図であり、イオン注
入工程を示す図。
【図5】 実施例の製造方法を示す図であり、2回目成
長工程を示す図。
【図6】 実施例の製造方法を示す図であり、リッジ構
造形成エッチング工程を示す図。
【図7】 実施例の製造方法を示す図であり、半導体レ
ーザの電極形成工程を示す図。
【符号の説明】
1 半導体レーザ 2 導波路 11 基板 12 バッファ層 13 クラッド層 14 下部GRIN層 15 SQW 層 16 上部GRIN層 17 ブロック層 18 ガイド層 19 クラッド層 20 キャップ層 21 p型電極 22 n型電極
フロントページの続き (72)発明者 末広 雅幸 東京都武蔵野市中町2丁目11番13号 光 計測技術開発株式会社内 (72)発明者 前田 稔 東京都武蔵野市中町2丁目11番13号 光 計測技術開発株式会社内 (72)発明者 細松 春夫 東京都武蔵野市中町2丁目11番13号 光 計測技術開発株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−183609(JP,A) 特開 昭62−173790(JP,A) 特開 昭62−15875(JP,A) 特開 昭62−1292(JP,A) 特開 昭63−169090(JP,A) IEEE Journal of Q uantum Electronic s,vol.24. No.12(1988) (米)p.p.2448−2453

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電流注入により光を発生する能動素子と
    この能動素子からの放射光を伝搬する導波路とを結晶成
    長層を共用して形成する光集積回路の製造方法におい
    て、 アンドープの半導体材料により量子井戸構造を含む層構
    造を結晶成長させ、 この層構造のうち前記導波路となる領域については、不
    純物添加により生じるキャリア濃度が前記能動素子の動
    作時のキャリア濃度に比較して十分に小さくなるような
    ドーズ量で、前記量子井戸構造を無秩序化するためのイ
    オン注入を行い、 アンドープの半導体材料によりさらに結晶成長を行なっ
    て2回目成長層を形成するとともに、その熱により前記
    量子井戸構造のうち前記イオン注入が行なわれた領域を
    無秩序化し、 前記2回目成長層のうち前記能動素子となるストライプ
    状の領域の両側をエッチングしてリッジ構造を形成し、 このリッジ構造を挟んで片側の領域にはp型不純物、反
    対側の領域にはn型不純物をイオン注入して、前記量子
    井戸構造のうち前記リッジ構造の下に残った領域を挟ん
    でpn接合を形成する ことを特徴とする光集積回路の製
    造方法。
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