JP2914235B2 - 半導体光素子およびその製造方法 - Google Patents
半導体光素子およびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体光素子の製
造方法および半導体光素子に関する。
造方法および半導体光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）にお
ける、ストライプ状誘電体マスクを用いた選択成長は、
誘電体マスクの幅を変えることのみで該誘電体マスクに
挟まれた成長領域に成長される半導体結晶の組成及び層
厚を変化させることができるため、光集積素子等を作製
する基本技術として研究が盛んに行われている。
ける、ストライプ状誘電体マスクを用いた選択成長は、
誘電体マスクの幅を変えることのみで該誘電体マスクに
挟まれた成長領域に成長される半導体結晶の組成及び層
厚を変化させることができるため、光集積素子等を作製
する基本技術として研究が盛んに行われている。
【０００３】図１０（Ａ）は、従来の選択成長で用いる
誘電体マスクのパターンを模式的に示した平面図であ
る。図１０（Ａ）を参照して、従来の選択成長法では、
ＩｎＰ等の半導体基板１上に、幅１．５μｍ程度の成長
領域２を挟んで対向する一対のストライプ状誘電体薄膜
のマスク（単に「誘電体マスク」ともいう）５を形成
し、ＭＯＶＰＥを用いて、ＩｎＧａＡｓＰ等の四元結晶
を成長領域２に選択的に成長させる。
誘電体マスクのパターンを模式的に示した平面図であ
る。図１０（Ａ）を参照して、従来の選択成長法では、
ＩｎＰ等の半導体基板１上に、幅１．５μｍ程度の成長
領域２を挟んで対向する一対のストライプ状誘電体薄膜
のマスク（単に「誘電体マスク」ともいう）５を形成
し、ＭＯＶＰＥを用いて、ＩｎＧａＡｓＰ等の四元結晶
を成長領域２に選択的に成長させる。
【０００４】この時、成長される結晶組成波長、及び結
晶層厚が、誘電体マスク５の幅を変えることのみで制御
でき、半導体レーザ、光変調器、光増幅器等の光素子を
集積した光集積素子を一括形成できるため、光集積素子
の作製法として非常に有望である。この従来技術に関す
る参考文献としては、例えば文献１（ジャーナル・オブ
・クリスタルグロース（ＪＣＧ）、第１３２巻、第４３
５頁−第４４３頁、１９９３年）が挙げられる。
晶層厚が、誘電体マスク５の幅を変えることのみで制御
でき、半導体レーザ、光変調器、光増幅器等の光素子を
集積した光集積素子を一括形成できるため、光集積素子
の作製法として非常に有望である。この従来技術に関す
る参考文献としては、例えば文献１（ジャーナル・オブ
・クリスタルグロース（ＪＣＧ）、第１３２巻、第４３
５頁−第４４３頁、１９９３年）が挙げられる。
【０００５】選択成長では、誘電体マスク５の幅が、よ
り広い場合に、成長領域２に成長される結晶組成が、よ
り長波長側にシフトする。例えば、図１０（Ａ）に示す
誘電体マスク５を用いて多重量子井戸を結晶成長する
と、誘電体マスク５の幅（「マスク幅」ともいう）の広
い領域ａの量子井戸組成波長を１．５５μｍとし、マス
ク幅の狭い領域ｂの量子井戸組成波長を１．４８μｍと
することができ、領域ａを半導体レーザに、領域ｂを光
変調器とすることで、簡単に半導体レーザ／光変調器集
積化光源が作製できる。
り広い場合に、成長領域２に成長される結晶組成が、よ
り長波長側にシフトする。例えば、図１０（Ａ）に示す
誘電体マスク５を用いて多重量子井戸を結晶成長する
と、誘電体マスク５の幅（「マスク幅」ともいう）の広
い領域ａの量子井戸組成波長を１．５５μｍとし、マス
ク幅の狭い領域ｂの量子井戸組成波長を１．４８μｍと
することができ、領域ａを半導体レーザに、領域ｂを光
変調器とすることで、簡単に半導体レーザ／光変調器集
積化光源が作製できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、選択成長で結
晶組成や結晶層厚を変化させる場合、同時に結晶歪量も
変化する。例えば、マスク幅が３０μｍ、及び４μｍの
誘電体マスク５に挟まれた成長領域２に結晶組成波長
１．３μｍのＧａＩｎＡｓＰ層を成長圧力１５０ｔｏｒ
ｒで選択成長させる場合、結晶層厚比として、マスク幅
３０μｍ領域の層厚に対して、マスク幅４μｍ領域の層
厚は１／２以下となる。
晶組成や結晶層厚を変化させる場合、同時に結晶歪量も
変化する。例えば、マスク幅が３０μｍ、及び４μｍの
誘電体マスク５に挟まれた成長領域２に結晶組成波長
１．３μｍのＧａＩｎＡｓＰ層を成長圧力１５０ｔｏｒ
ｒで選択成長させる場合、結晶層厚比として、マスク幅
３０μｍ領域の層厚に対して、マスク幅４μｍ領域の層
厚は１／２以下となる。
【０００７】しかし、結晶歪量は、マスク幅３０μｍ領
域の結晶歪量を０とすると、幅４μｍ領域では、−０．
５％程度入ってしまう。このため、マスク幅４μｍ領域
の結晶層厚はあまり厚くすることができない。
域の結晶歪量を０とすると、幅４μｍ領域では、−０．
５％程度入ってしまう。このため、マスク幅４μｍ領域
の結晶層厚はあまり厚くすることができない。
【０００８】すなわち、従来の選択成長では、結晶層厚
比を取りつつ、層厚を厚くすることができないという問
題があった。
比を取りつつ、層厚を厚くすることができないという問
題があった。
【０００９】例えば、単一電流で、モード飛びのない連
続波長制御を可能とする波長可変階段型導波路構造（Ｔ
ＳＧ）ＤＢＲレーザは、その設計指針として、ＤＢＲ
（分布ブラッグ反射）領域の光閉じ込め層の層厚に対し
て、位相調整領域の光閉じ込め層の層厚を２倍以上厚く
する必要がある。この要求は、上記選択成長を用いるこ
とで満足することができる。
続波長制御を可能とする波長可変階段型導波路構造（Ｔ
ＳＧ）ＤＢＲレーザは、その設計指針として、ＤＢＲ
（分布ブラッグ反射）領域の光閉じ込め層の層厚に対し
て、位相調整領域の光閉じ込め層の層厚を２倍以上厚く
する必要がある。この要求は、上記選択成長を用いるこ
とで満足することができる。
【００１０】しかし、層厚比がとれても、歪の影響のた
めＤＢＲ領域の層厚の絶対値を大きくすることができ
ず、ＴＳＧ−ＤＢＲレーザの波長可変幅を十分に広くす
ることができないという問題があった。このＴＳＧ−Ｄ
ＢＲレーザに関する参考文献としては、文献２（電子情
報通信学会講演論文集エレクトロニクス１、Ｃ−３９
０、第３９０頁、１９９５年春）が挙げられる。
めＤＢＲ領域の層厚の絶対値を大きくすることができ
ず、ＴＳＧ−ＤＢＲレーザの波長可変幅を十分に広くす
ることができないという問題があった。このＴＳＧ−Ｄ
ＢＲレーザに関する参考文献としては、文献２（電子情
報通信学会講演論文集エレクトロニクス１、Ｃ−３９
０、第３９０頁、１９９５年春）が挙げられる。
【００１１】従って、本発明の目的は、ＭＯＶＰＥを用
いた選択成長において、反応管内の気相中の原料種の拡
散長よりも短い周期Λで並列に複数本形成されたストラ
イプ状誘電体薄膜のマスクを導入することにより、前記
誘電体薄膜のマスクに挟まれた成長領域に成長される結
晶の、誘電体マスク幅に対する結晶層厚変化を大きくと
りつつ、同時に結晶歪量変化の小さい選択成長法を提供
することにある。また本発明の目的は、上記従来技術の
問題点を解消し、光導波層の結晶層厚変化を大きくとり
つつ同時に結晶歪量変化の小さい半導体光素子を提供す
ることにある。
いた選択成長において、反応管内の気相中の原料種の拡
散長よりも短い周期Λで並列に複数本形成されたストラ
イプ状誘電体薄膜のマスクを導入することにより、前記
誘電体薄膜のマスクに挟まれた成長領域に成長される結
晶の、誘電体マスク幅に対する結晶層厚変化を大きくと
りつつ、同時に結晶歪量変化の小さい選択成長法を提供
することにある。また本発明の目的は、上記従来技術の
問題点を解消し、光導波層の結晶層厚変化を大きくとり
つつ同時に結晶歪量変化の小さい半導体光素子を提供す
ることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、量子井戸層または、バルク層からなる半
導体多層構造を、ストライプ状誘電体薄膜に挟まれた
１．５μｍ以下の狭幅の光導波路領域へ選択的に結晶成
長する工程を含む半導体光素子の製造方法において、結
晶成長時の反応管内における原料種の拡散長よりも短い
幅の一対のストライプ状誘電体薄膜を間に挟んで、両側
にさらにストライプ状誘電体薄膜が複数本並列して形成
されていることを特徴とする半導体光素子の製造方法を
提供する。
め、本発明は、量子井戸層または、バルク層からなる半
導体多層構造を、ストライプ状誘電体薄膜に挟まれた
１．５μｍ以下の狭幅の光導波路領域へ選択的に結晶成
長する工程を含む半導体光素子の製造方法において、結
晶成長時の反応管内における原料種の拡散長よりも短い
幅の一対のストライプ状誘電体薄膜を間に挟んで、両側
にさらにストライプ状誘電体薄膜が複数本並列して形成
されていることを特徴とする半導体光素子の製造方法を
提供する。
【００１３】本発明においては、好ましくは前記ストラ
イプ状誘電体薄膜は、結晶成長時、反応管内の原料種の
拡散長よりも短い周期Λで並列に複数本形成されている
ことを特徴とする。
イプ状誘電体薄膜は、結晶成長時、反応管内の原料種の
拡散長よりも短い周期Λで並列に複数本形成されている
ことを特徴とする。
【００１４】
【作用】以下、本発明の半導体光素子の製造方法の原理
について説明する。
について説明する。
【００１５】図１０（Ｂ）に、図１０（Ａ）の従来の選
択成長のマスクパターンを用いた場合の気相中のIII族
原料種の横方向濃度勾配の模式図を示す。
択成長のマスクパターンを用いた場合の気相中のIII族
原料種の横方向濃度勾配の模式図を示す。
【００１６】ＧａＩｎＡｓＰの四元系の選択成長におい
て、誘電体マスク５の幅に対する結晶層厚変化は、主と
して反応管内の気相中のＧａ、Ｉｎ等のIII族原料種の
横方向拡散によって生じる。すなわち、図１０（Ａ）の
誘電体マスク５上では原料種が消費（成長）されないた
め高濃度となり、誘電体マスク５に挟まれた成長領域２
では原料種が消費（成長）されるため低濃度となる。
て、誘電体マスク５の幅に対する結晶層厚変化は、主と
して反応管内の気相中のＧａ、Ｉｎ等のIII族原料種の
横方向拡散によって生じる。すなわち、図１０（Ａ）の
誘電体マスク５上では原料種が消費（成長）されないた
め高濃度となり、誘電体マスク５に挟まれた成長領域２
では原料種が消費（成長）されるため低濃度となる。
【００１７】これにより、横方向に原料種の濃度勾配が
でき、横方向拡散が生じる（図１０（Ｂ）参照）。この
時、誘電体マスク５の幅が広いほど、横方向拡散によっ
て成長領域に供給されるIII族原料種の量が大きくなる
ため、結晶層厚が厚くなる。
でき、横方向拡散が生じる（図１０（Ｂ）参照）。この
時、誘電体マスク５の幅が広いほど、横方向拡散によっ
て成長領域に供給されるIII族原料種の量が大きくなる
ため、結晶層厚が厚くなる。
【００１８】一方、結晶組成の変化は、III族原料種の
気相中の拡散、及び基板表面でのマイグレーションの両
方の影響で生じ、マスク幅が広くなるにつれてＩｎ組成
が増加する。すなわち、Ｉｎ原料の拡散長の方が、Ｇａ
原料の拡散長よりも短いために、横方向Ｉｎの濃度勾配
が大きくなり、より多くのＩｎが成長領域に成長され
る。
気相中の拡散、及び基板表面でのマイグレーションの両
方の影響で生じ、マスク幅が広くなるにつれてＩｎ組成
が増加する。すなわち、Ｉｎ原料の拡散長の方が、Ｇａ
原料の拡散長よりも短いために、横方向Ｉｎの濃度勾配
が大きくなり、より多くのＩｎが成長領域に成長され
る。
【００１９】従来の選択成長では、この効果を積極的に
利用するため、用いる誘電体マスク５の幅は、原料種の
気相中の拡散長よりも短いものから長いものまで大幅に
変化させていた。しかし、このような従来の選択成長で
は、前述したように、結晶組成の変化、結晶層厚の変化
とともに結晶歪量も大きく変化してしまう。
利用するため、用いる誘電体マスク５の幅は、原料種の
気相中の拡散長よりも短いものから長いものまで大幅に
変化させていた。しかし、このような従来の選択成長で
は、前述したように、結晶組成の変化、結晶層厚の変化
とともに結晶歪量も大きく変化してしまう。
【００２０】図１に、本発明の半導体光素子の製造方法
で用いるストライプ状誘電体マスク（単に「誘電体マス
ク」ともいう）５のパターンを示す。
で用いるストライプ状誘電体マスク（単に「誘電体マス
ク」ともいう）５のパターンを示す。
【００２１】従来の選択成長では、図１０（Ａ）に示す
ように、１．５μｍ幅の成長領域２を挟んで一対のみ形
成されたストライプ状誘電体マスク５が用いられてい
た。
ように、１．５μｍ幅の成長領域２を挟んで一対のみ形
成されたストライプ状誘電体マスク５が用いられてい
た。
【００２２】これに対して、本発明では、幅１．５μｍ
の成長領域２を中心に、幅約１００μｍの領域に亘っ
て、周期Λ（開口部幅と誘電体マスク５の１ラインの幅
の和）で複数本並列状（「アレイ状」ともいう）に誘電
体マスク５を形成する。この時、誘電体マスク５の周期
Λは、気相中のIII族原料種の拡散長よりも短く設定す
る。
の成長領域２を中心に、幅約１００μｍの領域に亘っ
て、周期Λ（開口部幅と誘電体マスク５の１ラインの幅
の和）で複数本並列状（「アレイ状」ともいう）に誘電
体マスク５を形成する。この時、誘電体マスク５の周期
Λは、気相中のIII族原料種の拡散長よりも短く設定す
る。
【００２３】図１に示す本発明に係るマスクパターンを
用いた場合と、図１０（Ａ）の従来のパターンを用いた
場合の、ＧａＩｎＡｓＰ結晶の、誘電体マスク５の幅に
対する成長レート変化（誘電体マスク５を用いない全面
成長時の成長レートを基準としている）の実験結果を図
２（Ａ）に、成長レート変化に対する結晶組成変化の実
験結果を図２（Ｂ）にそれぞれ示す。
用いた場合と、図１０（Ａ）の従来のパターンを用いた
場合の、ＧａＩｎＡｓＰ結晶の、誘電体マスク５の幅に
対する成長レート変化（誘電体マスク５を用いない全面
成長時の成長レートを基準としている）の実験結果を図
２（Ａ）に、成長レート変化に対する結晶組成変化の実
験結果を図２（Ｂ）にそれぞれ示す。
【００２４】図２（Ｂ）から分かるように、本発明の選
択成長を用いた場合、結晶成長レートを大きく変化させ
つつ、結晶組成波長の変化を従来例と比べて大幅に抑制
できた。即ち、本発明者は、結晶の歪量変化を抑制しつ
つ、大きな層厚変化が得られることを全く新たに見いだ
したのである。
択成長を用いた場合、結晶成長レートを大きく変化させ
つつ、結晶組成波長の変化を従来例と比べて大幅に抑制
できた。即ち、本発明者は、結晶の歪量変化を抑制しつ
つ、大きな層厚変化が得られることを全く新たに見いだ
したのである。
【００２５】この結晶歪の低減効果は、Ｉｎ、Ｇａ等の
原料種の気相中の拡散長（十数μｍ）に比べて、幅の狭
い誘電体マスク５を用いているため、Ｉｎ原料とＧａ原
料の拡散長の違いに起因する結晶組成の変化が抑制され
ることによる。
原料種の気相中の拡散長（十数μｍ）に比べて、幅の狭
い誘電体マスク５を用いているため、Ｉｎ原料とＧａ原
料の拡散長の違いに起因する結晶組成の変化が抑制され
ることによる。
【００２６】そして、誘電体マスク５の幅に対する成長
レート増加率は、誘電体マスク５の被覆率にほぼ比例す
る。すなわち、被覆領域で消費（成長）されない原料種
が、すべて成長領域で消費（成長）されることによる。
レート増加率は、誘電体マスク５の被覆率にほぼ比例す
る。すなわち、被覆領域で消費（成長）されない原料種
が、すべて成長領域で消費（成長）されることによる。
【００２７】図２（Ａ）を参照して、例えば、成長領域
２が１．５μｍ幅で、誘電体マスク５のマスク領域
（「マスク領域５」ともいう）が１．５μｍ幅の時の成
長レートを「１」とすると、成長領域２が１．５μｍ幅
で、マスク領域５が３．０μｍ幅の時の成長レートは
「２」となる。その結果、成長圧力１５０ｔｏｒｒの
時、従来の選択成長では成長レート変化が最大で３倍程
度であったものが、本発明に係る選択成長によれば、５
倍以上変化させられることを見いだした。
２が１．５μｍ幅で、誘電体マスク５のマスク領域
（「マスク領域５」ともいう）が１．５μｍ幅の時の成
長レートを「１」とすると、成長領域２が１．５μｍ幅
で、マスク領域５が３．０μｍ幅の時の成長レートは
「２」となる。その結果、成長圧力１５０ｔｏｒｒの
時、従来の選択成長では成長レート変化が最大で３倍程
度であったものが、本発明に係る選択成長によれば、５
倍以上変化させられることを見いだした。
【００２８】このように、本発明の半導体光素子の製造
方法では、誘電体マスク５の幅の変化に対して、結晶層
厚変化は大きいが、結晶組成変化は抑制すること、すな
わち結晶歪量の変化を抑制することができる。
方法では、誘電体マスク５の幅の変化に対して、結晶層
厚変化は大きいが、結晶組成変化は抑制すること、すな
わち結晶歪量の変化を抑制することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して作製行程順に説明する。
を参照して作製行程順に説明する。
【００３０】
【実施形態１】 ＜波長可変階段型導波路構造（ＴＳＧ）ＤＢＲレーザ＞
図３から図５は、本発明の一実施形態に係る波長可変階
段型導波路構造（ＴＳＧ）ＤＢＲレーザの作製工程を工
程順に説明するための図である。
図３から図５は、本発明の一実施形態に係る波長可変階
段型導波路構造（ＴＳＧ）ＤＢＲレーザの作製工程を工
程順に説明するための図である。
【００３１】図３（Ａ）は、一回目の選択成長用マスク
パターンを示す平面図である。
パターンを示す平面図である。
【００３２】図３（Ａ）を参照して、まずｎ−ＩｎＰ基
板１上へ＜０１１＞方向に活性領域、位相調整領域、Ｄ
ＢＲ領域を設け、ＤＢＲ領域にのみピッチ約２４０ｎｍ
の回折格子２０を形成する。
板１上へ＜０１１＞方向に活性領域、位相調整領域、Ｄ
ＢＲ領域を設け、ＤＢＲ領域にのみピッチ約２４０ｎｍ
の回折格子２０を形成する。
【００３３】次に、誘電体マスクとして幅が５μｍのＳ
ｉＯ2成長阻止マスク５を、１．５μｍ開口部（成長領
域２）を挟んで対向するように形成する。
ｉＯ2成長阻止マスク５を、１．５μｍ開口部（成長領
域２）を挟んで対向するように形成する。
【００３４】図３（Ｂ）に、一回目の選択成長後の結晶
層構造の断面を模式的に示す。図３（Ａ）に示すＳｉＯ
2成長阻止マスク５が形成された基板１上に、第１のｎ
−ＧａＩｎＡｓＰ光閉じ込め層３、ｎ−ＩｎＰスペーサ
層４、ＧａＩｎＡｓＰ／ＧａＩｎＡｓＰ多重量子井戸
（ＭＱＷ）層６、第２のｉ−ＧａＩｎＡｓＰ光閉じ込め
層７、及びｐ−ＩｎＰクラッド層８を選択成長する。
層構造の断面を模式的に示す。図３（Ａ）に示すＳｉＯ
2成長阻止マスク５が形成された基板１上に、第１のｎ
−ＧａＩｎＡｓＰ光閉じ込め層３、ｎ−ＩｎＰスペーサ
層４、ＧａＩｎＡｓＰ／ＧａＩｎＡｓＰ多重量子井戸
（ＭＱＷ）層６、第２のｉ−ＧａＩｎＡｓＰ光閉じ込め
層７、及びｐ−ＩｎＰクラッド層８を選択成長する。
【００３５】この時、開口部（成長領域２）に成長され
る第１、第２のＧａＩｎＡｓＰ光閉じ込め層３、７の組
成波長は、１．２５μｍで、層厚は両層とも０．１μｍ
である。
る第１、第２のＧａＩｎＡｓＰ光閉じ込め層３、７の組
成波長は、１．２５μｍで、層厚は両層とも０．１μｍ
である。
【００３６】また、多重量子井戸層６（ＧａＩｎＡｓＰ
量子井戸の組成波長１．６μｍ、層厚７ｎｍ／ＧａＩｎ
ＡｓＰバリアの組成波長１．３μｍ、層厚１０ｎｍ）の
利得ピーク波長を１．５５μｍに設定することができ
た。
量子井戸の組成波長１．６μｍ、層厚７ｎｍ／ＧａＩｎ
ＡｓＰバリアの組成波長１．３μｍ、層厚１０ｎｍ）の
利得ピーク波長を１．５５μｍに設定することができ
た。
【００３７】一回目の選択成長後、約５０ｎｍ厚の第２
のＳｉＯ2膜５５を基板全面に形成し、第２のＳｉＯ2膜
５５のみ一部分ウエットエッチングで除去し、図４
（Ｃ）に示すようなマスクパターンを形成する。
のＳｉＯ2膜５５を基板全面に形成し、第２のＳｉＯ2膜
５５のみ一部分ウエットエッチングで除去し、図４
（Ｃ）に示すようなマスクパターンを形成する。
【００３８】そして、このマスクパターンを用いて、選
択エッチングにより、位相調整領域とＤＢＲ領域におけ
る、ｐ−ＩｎＰクラッド層８、第２のｉ−ＧａＩｎＡｓ
Ｐ光閉じ込め層７、及びＧａＩｎＡｓＰ／ＧａＩｎＡｓ
Ｐ多重量子井戸層６を除去し、図４（Ｄ）に示すような
断面構造を形成する。
択エッチングにより、位相調整領域とＤＢＲ領域におけ
る、ｐ−ＩｎＰクラッド層８、第２のｉ−ＧａＩｎＡｓ
Ｐ光閉じ込め層７、及びＧａＩｎＡｓＰ／ＧａＩｎＡｓ
Ｐ多重量子井戸層６を除去し、図４（Ｄ）に示すような
断面構造を形成する。
【００３９】次に、図４（Ｃ）のマスクパターンを用い
て、図５（Ｅ）に示すように、位相調整領域及びＤＢＲ
領域のみに、ｉ−ＧａＩｎＡｓＰ層９、ｐ−ＩｎＰクラ
ッド層８を二回目の選択成長で形成する。
て、図５（Ｅ）に示すように、位相調整領域及びＤＢＲ
領域のみに、ｉ−ＧａＩｎＡｓＰ層９、ｐ−ＩｎＰクラ
ッド層８を二回目の選択成長で形成する。
【００４０】この時、位相調整領域、及びＤＢＲ領域の
ｉ−ＧａＩｎＡｓＰ層９の組成波長は、それぞれ１．３
３μｍ、１．３２μｍであり、層厚は、それぞれ０．６
μｍ、０．１５μｍとすることができた。
ｉ−ＧａＩｎＡｓＰ層９の組成波長は、それぞれ１．３
３μｍ、１．３２μｍであり、層厚は、それぞれ０．６
μｍ、０．１５μｍとすることができた。
【００４１】位相調整領域、及びＤＢＲ領域の両領域に
おけるｉ−ＧａＩｎＡｓＰ層９の層厚比は４倍と大きい
にもかかわらず、結晶格子の差は０．０５％以下に抑制
することができた。その結果、位相調整領域とＤＢＲ領
域の電流注入層（ｉ−ＧａＩｎＡｓＰ層９）の層厚差が
２倍以上という、波長可変階段型導波路構造（ＴＳＧ）
ＤＢＲレーザにおける、連続波長可変特性を得るための
必要条件を満足することができた。
おけるｉ−ＧａＩｎＡｓＰ層９の層厚比は４倍と大きい
にもかかわらず、結晶格子の差は０．０５％以下に抑制
することができた。その結果、位相調整領域とＤＢＲ領
域の電流注入層（ｉ−ＧａＩｎＡｓＰ層９）の層厚差が
２倍以上という、波長可変階段型導波路構造（ＴＳＧ）
ＤＢＲレーザにおける、連続波長可変特性を得るための
必要条件を満足することができた。
【００４２】このようにして、各半導体層を形成した
後、ＳｉＯ2成長阻止マスク５のマスク開口幅を全領域
（活性領域、位相調整領域、ＤＢＲ領域）で６μｍに
し、そしてＳｉＯ2ストライプは成長領域２の両側一対
のみ残るように再度形成し、このマスクを用いて、ｐ−
ＩｎＰ埋め込み層１０（層厚１．５μｍ）をＭＯＶＰＥ
で結晶成長する。その後、ＳｉＯ2膜１１を形成し、上
部電極１２、下部電極１３を通常のスパッタ法等により
形成してＴＳＧ−ＤＢＲレーザを得ることができた。
後、ＳｉＯ2成長阻止マスク５のマスク開口幅を全領域
（活性領域、位相調整領域、ＤＢＲ領域）で６μｍに
し、そしてＳｉＯ2ストライプは成長領域２の両側一対
のみ残るように再度形成し、このマスクを用いて、ｐ−
ＩｎＰ埋め込み層１０（層厚１．５μｍ）をＭＯＶＰＥ
で結晶成長する。その後、ＳｉＯ2膜１１を形成し、上
部電極１２、下部電極１３を通常のスパッタ法等により
形成してＴＳＧ−ＤＢＲレーザを得ることができた。
【００４３】素子長８００μｍ（活性領域長３００μ
ｍ、位相調整領域長２００μｍ、ＤＢＲ領域長３００μ
ｍ）の素子を作製したところ、発振しきい値電流６ｍＡ
でレーザ発振を示し、最大光出力１５ｍＷ、位相調整領
域及びＤＢＲ領域への単一電流注入連続波長可変幅７ｎ
ｍが得られた。
ｍ、位相調整領域長２００μｍ、ＤＢＲ領域長３００μ
ｍ）の素子を作製したところ、発振しきい値電流６ｍＡ
でレーザ発振を示し、最大光出力１５ｍＷ、位相調整領
域及びＤＢＲ領域への単一電流注入連続波長可変幅７ｎ
ｍが得られた。
【００４４】
【実施形態２】 ＜多波長ＤＦＢレーザアレイ＞図６から図９は、本発明
の第２の実施形態に係る多波長ＤＦＢ（分布帰還型）レ
ーザアレイの作製工程を説明する図である。
の第２の実施形態に係る多波長ＤＦＢ（分布帰還型）レ
ーザアレイの作製工程を説明する図である。
【００４５】図６に、一回目の選択成長用誘電体マスク
パターンを示す。まず、ｐ−ＩｎＰ基板３１上全面にピ
ッチ約２４０ｎｍの回折格子２０を形成する。次に、周
期３００μｍで、８組（ＤＦＢ１、ＤＦＢ２、…、ＤＦ
Ｂ８まで）の選択成長用マスクパターンを形成する。マ
スクパターンはＤＦＢ１〜ＤＦＢ８まで同じであり、一
組あたりのマスクパターンとしては、幅が３μｍのＳｉ
Ｏ2成長阻止マスク５が、１．５μｍ開口部（成長領域
２）を挟んで対向するように一対のみ形成されている。
パターンを示す。まず、ｐ−ＩｎＰ基板３１上全面にピ
ッチ約２４０ｎｍの回折格子２０を形成する。次に、周
期３００μｍで、８組（ＤＦＢ１、ＤＦＢ２、…、ＤＦ
Ｂ８まで）の選択成長用マスクパターンを形成する。マ
スクパターンはＤＦＢ１〜ＤＦＢ８まで同じであり、一
組あたりのマスクパターンとしては、幅が３μｍのＳｉ
Ｏ2成長阻止マスク５が、１．５μｍ開口部（成長領域
２）を挟んで対向するように一対のみ形成されている。
【００４６】図７に、このマスクを用いた一回目の選択
成長後の結晶構造を模式的に斜視図にて示す。
成長後の結晶構造を模式的に斜視図にて示す。
【００４７】図７を参照して、基板３１上の成長領域２
に、第１のｉ−ＧａＩｎＡｓＰ光閉じ込め層９、ＧａＩ
ｎＡｓＰ／ＧａＩｎＡｓＰ多重量子井戸層６、ｎ−Ｉｎ
Ｐ層４を選択成長する。この時、第１の光閉じ込め層９
の組成波長は１．２５μｍ、層厚は０．１μｍである。
また、多重量子井戸層６（ＧａＩｎＡｓＰ量子井戸組成
波長１．６μｍ、層厚７ｎｍ／ＧａＩｎＡｓＰバリア組
成波長１．３μｍ、層厚１０ｎｍ）の利得ピーク波長は
１．５５μｍに設定することができた。
に、第１のｉ−ＧａＩｎＡｓＰ光閉じ込め層９、ＧａＩ
ｎＡｓＰ／ＧａＩｎＡｓＰ多重量子井戸層６、ｎ−Ｉｎ
Ｐ層４を選択成長する。この時、第１の光閉じ込め層９
の組成波長は１．２５μｍ、層厚は０．１μｍである。
また、多重量子井戸層６（ＧａＩｎＡｓＰ量子井戸組成
波長１．６μｍ、層厚７ｎｍ／ＧａＩｎＡｓＰバリア組
成波長１．３μｍ、層厚１０ｎｍ）の利得ピーク波長は
１．５５μｍに設定することができた。
【００４８】一回目の選択成長後、第１のＳｉＯ2膜５
を残したまま、厚さ約５０ｎｍの第２のＳｉＯ2膜５５
を基板全面に形成する。そして、第２のＳｉＯ2膜５５
のみ一部分ウエットエッチングで除去し、ＤＦＢ１〜Ｄ
ＦＢ８において、一組あたりのマスクパターンとして、
図８に示すようなアレイ状の誘電体ストライプパターン
５５を形成する。
を残したまま、厚さ約５０ｎｍの第２のＳｉＯ2膜５５
を基板全面に形成する。そして、第２のＳｉＯ2膜５５
のみ一部分ウエットエッチングで除去し、ＤＦＢ１〜Ｄ
ＦＢ８において、一組あたりのマスクパターンとして、
図８に示すようなアレイ状の誘電体ストライプパターン
５５を形成する。
【００４９】この時、第１のＳｉＯ2膜５がある部分
は、第１のＳｉＯ2膜５の上に第２のＳｉＯ2膜５５が形
成されている。
は、第１のＳｉＯ2膜５の上に第２のＳｉＯ2膜５５が形
成されている。
【００５０】また、図８に示すパターンは、ＤＦＢ１〜
ＤＦＢ８までの各組で、第２のＳｉＯ2膜５５の幅が異
なっており、ＤＦＢ１では幅３μｍ、ＤＦＢ２では幅４
μｍ、…、ＤＦＢ８では幅１０μｍと、各組毎１μｍず
つ相違している。
ＤＦＢ８までの各組で、第２のＳｉＯ2膜５５の幅が異
なっており、ＤＦＢ１では幅３μｍ、ＤＦＢ２では幅４
μｍ、…、ＤＦＢ８では幅１０μｍと、各組毎１μｍず
つ相違している。
【００５１】この第２のＳｉＯ2マスク５５を用いて、
図９に示すように、成長領域２に、ｎ−ＧａＩｎＡｓＰ
層３、ｎ−ＩｎＰ層３０を二回目の選択成長で形成す
る。
図９に示すように、成長領域２に、ｎ−ＧａＩｎＡｓＰ
層３、ｎ−ＩｎＰ層３０を二回目の選択成長で形成す
る。
【００５２】この時、ＤＦＢ１〜ＤＦＢ８のｎ−ＧａＩ
ｎＡｓＰ層３の組成波長は、１．２５μｍ〜１．２６μ
ｍとなり、層厚は、０．２５μｍ〜０．０５μｍとする
ことができた。この時、ｎ−ＧａＩｎＡｓＰ層３の組成
歪量の変化は、０．０５％以下にすることができた。す
なわち、ＤＦＢ１〜ＤＦＢ８でｎ−ＧａＩｎＡｓＰ層３
の層厚差を大きくとりつつ、組成歪量の変化を抑制する
ことができた。
ｎＡｓＰ層３の組成波長は、１．２５μｍ〜１．２６μ
ｍとなり、層厚は、０．２５μｍ〜０．０５μｍとする
ことができた。この時、ｎ−ＧａＩｎＡｓＰ層３の組成
歪量の変化は、０．０５％以下にすることができた。す
なわち、ＤＦＢ１〜ＤＦＢ８でｎ−ＧａＩｎＡｓＰ層３
の層厚差を大きくとりつつ、組成歪量の変化を抑制する
ことができた。
【００５３】このようにして、各半導体層を形成した
後、成長領域２の両側一対のＳｉＯ2マスク５及び５５
のマスク開口幅を６μｍにし、その他のアレイ状に形成
されているＳｉＯ2ストライプマスク５５については成
長領域２の両側一対のみ残るようにエッチング除去す
る。
後、成長領域２の両側一対のＳｉＯ2マスク５及び５５
のマスク開口幅を６μｍにし、その他のアレイ状に形成
されているＳｉＯ2ストライプマスク５５については成
長領域２の両側一対のみ残るようにエッチング除去す
る。
【００５４】このマスクを用いて、ｎ−ＩｎＰ埋め込み
層４０（層厚１．５μｍ）を成長領域２に結晶成長し、
その後、ＳｉＯ2膜１１を形成し、ｐ側電極１２、ｎ側
電極１３を通常のスパッタ法等により形成して、多波長
光源としてのＤＦＢレーザアレイを得ることができた。
層４０（層厚１．５μｍ）を成長領域２に結晶成長し、
その後、ＳｉＯ2膜１１を形成し、ｐ側電極１２、ｎ側
電極１３を通常のスパッタ法等により形成して、多波長
光源としてのＤＦＢレーザアレイを得ることができた。
【００５５】このＤＦＢレーザアレイは、ｎ−ＧａＩｎ
ＡｓＰ層３の層厚がそれぞれ異なるため、各レーザ（Ｄ
ＦＢ１からＤＦＢ８まで）の等価屈折率が３．２４から
３．２０まで変化しており、発振波長を１．５５５μｍ
から１．５３５μｍまで約２０ｎｍの範囲に分布させる
ことができた。
ＡｓＰ層３の層厚がそれぞれ異なるため、各レーザ（Ｄ
ＦＢ１からＤＦＢ８まで）の等価屈折率が３．２４から
３．２０まで変化しており、発振波長を１．５５５μｍ
から１．５３５μｍまで約２０ｎｍの範囲に分布させる
ことができた。
【００５６】素子長５００μｍの８本のＤＦＢレーザア
レイを作製したところ、ＤＦＢ１〜ＤＦＢ８までの発振
波長は、１．５３５μｍから１．５５５μｍであり、各
ＤＦＢレーザの平均発振しきい値電流６ｍＡ、平均光出
力１５ｍＷという、良好な特性が得られた。
レイを作製したところ、ＤＦＢ１〜ＤＦＢ８までの発振
波長は、１．５３５μｍから１．５５５μｍであり、各
ＤＦＢレーザの平均発振しきい値電流６ｍＡ、平均光出
力１５ｍＷという、良好な特性が得られた。
【００５７】以上、本発明の実施の形態を説明したが、
本発明は、ＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰ系以外の材料を用い
た選択成長においても有効である。
本発明は、ＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰ系以外の材料を用い
た選択成長においても有効である。
【００５８】また、本発明では、ＳｉＯ2マスクの開口
幅を１．５μｍとして光導波路を選択成長で形成する方
法について説明したが、選択成長用のＳｉＯ2マスクの
開口幅をもっと広くした選択成長法に対しても有効であ
る。
幅を１．５μｍとして光導波路を選択成長で形成する方
法について説明したが、選択成長用のＳｉＯ2マスクの
開口幅をもっと広くした選択成長法に対しても有効であ
る。
【００５９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による半導
体光素子の製造方法は、選択成長において、マスク幅の
異なる領域で、結晶歪量をほとんど変化させることな
く、結晶の層厚を大きく変化させることができるため、
多波長ＤＦＢレーザ、多波長ＤＢＲレーザ、ＴＳＧ−Ｄ
ＢＲレーザ等を作製する上で非常に有望である。すなわ
ち、本発明によれば、光導波路の等価屈折率を導波路方
向に大幅に可変させることが可能となり、広い波長範囲
をカバーした多波長ＤＦＢレーザアレイ、ＤＢＲレーザ
アレイを一括形成できるという利点がある。そして、従
来の選択成長では、結晶層厚を変化させた場合、結晶歪
量も変化するため、結晶層厚をあまり厚くできないとい
う問題があったが、本発明によれば、結晶層厚を自由に
設定できるという利点がある。
体光素子の製造方法は、選択成長において、マスク幅の
異なる領域で、結晶歪量をほとんど変化させることな
く、結晶の層厚を大きく変化させることができるため、
多波長ＤＦＢレーザ、多波長ＤＢＲレーザ、ＴＳＧ−Ｄ
ＢＲレーザ等を作製する上で非常に有望である。すなわ
ち、本発明によれば、光導波路の等価屈折率を導波路方
向に大幅に可変させることが可能となり、広い波長範囲
をカバーした多波長ＤＦＢレーザアレイ、ＤＢＲレーザ
アレイを一括形成できるという利点がある。そして、従
来の選択成長では、結晶層厚を変化させた場合、結晶歪
量も変化するため、結晶層厚をあまり厚くできないとい
う問題があったが、本発明によれば、結晶層厚を自由に
設定できるという利点がある。
【図１】本発明の作用を説明するための図である。
【図２】本発明の作用を説明するための図である。
【図３】本発明の一実施形態を製造工程順に説明するた
めの図である。
めの図である。
【図４】本発明の一実施形態を製造工程順に説明するた
めの図である。
めの図である。
【図５】本発明の一実施形態を製造工程順に説明するた
めの図である。
めの図である。
【図６】本発明の第２の実施形態を製造工程順に説明す
るための図である。
るための図である。
【図７】本発明の第２の実施形態を製造工程順に説明す
るための図である。
るための図である。
【図８】本発明の第２の実施形態を製造工程順に説明す
るための図である。
るための図である。
【図９】本発明の第２の実施形態を製造工程順に説明す
るための図である。
るための図である。
【図１０】従来の技術を説明するための図である。
１ ｎ−ＩｎＰ半導体基板 ２ 成長領域 ３ ｎ−ＧａＩｎＡｓＰ層 ４ ｎ−ＩｎＰ層 ５ 誘電体（ＳｉＯ2）薄膜 ６ ＧａＩｎＡｓＰ／ＧａＩｎＡｓＰ多重量子井戸層 ７ ｉ−ＧａＩｎＡｓＰ半導体層 ８ ｐ−ＩｎＰ層 ９ ｉ−ＧａＩｎＡｓＰ層 １０ ｐ−ＩｎＰクラッド層 １１ ＳｉＯ2薄膜 １２ ｐ側電極 １３ ｎ側電極 ２０ 回折格子 ３０ ｎ−ＩｎＰ層 ３１ ｐ−ＩｎＰ基板 ４０ ｎ−ＩｎＰ埋め込み層 ５５ 第２のＳｉＯ2薄膜
Claims (5)
- 【請求項１】量子井戸層または、バルク層からなる半導
体多層構造を、ストライプ状誘電体薄膜に挟まれた１．
５μｍ以下の狭幅の光導波路領域へ選択的に結晶成長す
る工程を含む半導体光素子の製造方法において、 結晶成長時の反応管内における原料種の拡散長よりも短
い幅の一対のストライプ状誘電体薄膜を間に挟んで、両
側にさらにストライプ状誘電体薄膜が複数本並列して形
成されていることを特徴とする半導体光素子の製造方
法。 - 【請求項２】前記ストライプ状誘電体薄膜は、周期Λで
複数本並列して形成されており、前記周期Λは、結晶成
長時の反応管内における原料種の拡散長よりも短いこと
を特徴とする請求項１記載の半導体光素子の製造方法。 - 【請求項３】前記ストライプ状誘電体薄膜の前記周期Λ
を長手方向において可変させたことを特徴とする請求項
２記載の半導体光素子の製造方法。 - 【請求項４】前記複数本のストライプ状誘電体薄膜から
なる群を複数組並列に配置し、前記複数の組間で前記周
期Λが可変されたことを特徴とする請求項２記載の半導
体光素子の製造方法。 - 【請求項５】基板上に形成されたストライプ状誘電体薄
膜に挟まれた１．５μｍ以下の狭幅の成長領域へ選択的
に結晶成長してなる光導波層を備えた半導体光素子にお
いて、 結晶成長時の反応管内における原料種の拡散長よりも短
い幅の一対のストライプ状誘電体薄膜を間に挟んで両側
にさらにストライプ状誘電体薄膜が複数本並列に配設さ
れ、且つ前記ストライプ状誘電体薄膜は所定の周期にて
配設され、選択成長された結晶の歪変化を抑制しつつ、
結晶層厚を可変させ、これに伴い前記光導波路の等価屈
折率を光導波方向に可変させたことを特徴とする光半導
体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21264995A JP2914235B2 (ja) | 1995-07-28 | 1995-07-28 | 半導体光素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21264995A JP2914235B2 (ja) | 1995-07-28 | 1995-07-28 | 半導体光素子およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0946002A JPH0946002A (ja) | 1997-02-14 |
| JP2914235B2 true JP2914235B2 (ja) | 1999-06-28 |
Family
ID=16626131
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21264995A Expired - Fee Related JP2914235B2 (ja) | 1995-07-28 | 1995-07-28 | 半導体光素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2914235B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0750815B2 (ja) * | 1990-08-24 | 1995-05-31 | 日本電気株式会社 | 半導体光集積素子の製造方法 |
| JPH05327112A (ja) * | 1992-05-20 | 1993-12-10 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体レーザの製造方法 |
| JP2606078B2 (ja) * | 1993-06-25 | 1997-04-30 | 日本電気株式会社 | 半導体レーザアレイおよびその製造方法 |
-
1995
- 1995-07-28 JP JP21264995A patent/JP2914235B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0946002A (ja) | 1997-02-14 |
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