JP3154241B2 - 半導体光部品とその製造方法 - Google Patents

半導体光部品とその製造方法

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optical
semiconductor optical
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卓宏 小野
久治 柳川
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    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/50—Amplifier structures not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、リッジ型の半導体光アンプ部と、同じくリ
ッジ型の半導体光導波路とが接続した状態で同一基板上
に集積されている半導体光部品とその製造方法に関し、
更に詳しくは、半導体光アンプ部を動作させたときの電
流の閉じ込め効果が大きいので、半導体光アンプ部に高
い電流密度の電流注入をすることができ、したがって、
小電流の注入であっても効率のよい光増幅が可能である
半導体光部品とその製造方法に関する。
背景技術 半導体光アンプ部と半導体光導波路とが同一基板上に
集積されている半導体光スイッチを製造する方法が、例
えば、IEEE,Photonics Technology Letters,vol.2,pp.2
14〜215,march 1990に開示されている。
この方法では、半導体基板の全面にまず、形成すべき
光アンプ部の層構造に対応させて所定半導体の薄層を順
次積層して下部クラッド層，コア層，上部クラッド層を
形成する。ついで、光アンプ部を形成したい個所以外の
前記半導体薄層の積層体をエッチング除去して基板の表
面を露出させたのち、この基板露出面の上に、形成すべ
き光導波路の層構造に対応させて所定半導体の薄層を順
次積層して下部クラッド層，コア層，上部クラッド層を
形成する。
その後、光導波路の所定個所に例えばZnを拡散させて
スイッチ部を形成し、全体にエッチング処理を施し、光
アンプ部の積層体と光導波路の積層体とのそれぞれの上
部クラッド層に、等幅で所望パターンと所望の高さを有
するリッジ状の光導波路を形成し、更に、前記スイッチ
部と光アンプ部の上にそれぞれ電極を装荷し、基板の裏
面には共通電極を装荷する。
この半導体光スイッチにおいては、リッジ状に形成さ
れている光導波路と光アンプ部との路幅は等幅である。
そして、光導波路のスイッチ部への電流注入によってス
イッチング動作が行なわれ、また光アンプ部への電流注
入によって光増幅が行われる。
また、特開平２−199430号公報では、Ｘ字型に交差す
る等幅の光導波路を有し、それぞれの光導波路の入力側
ポートと出力側ポートの間に前記光導波路と等幅のバイ
パス光導波路を形成し、そのバイパス光導波路に光増幅
部（光アンプ部）を形成した半導体光スイッチが提案さ
れている。この半導体光スイッチにおいても、光導波路
と光増幅部とスイッチ部との断面構造は、いずれも、前
記したIEEE,Photonics Technology Lettersで開示され
ているものと同様である。
上記した２種類の光スイッチは、いずれの場合におい
ても、光導波路および光アンプ部におけるコア層への光
の閉じ込めは、それぞれの上部クラッド層に形成されて
いる等幅リッジによって実現されている。
この構造の光スイッチの場合、光導波路と光アンプ部
とのいずれにおいても、光が実質的に伝搬するコア層の
路幅が等幅になっている。そのため、光アンプ部に電流
注入したときに、その注入電流を閉じ込める効果は小さ
くなり、注入電流の電流密度を高くすることが困難であ
る。その結果、高効率の光増幅の実現が困難になる。
発明の開示 本発明の目的は、光導波路と光アンプ部とが同一基板
の上に集積されている光スイッチにおける上記した問題
を解決し、光アンプ部に注入する電流の閉じ込め状態を
強め、もって高効率で光増幅を行うことができる半導体
光部品とその製造方法を提供することである。
本発明によれば、同一基板の上に、リッジ型半導体光
アンプ部とこれに接続するリッジ型半導体光導波路とが
形成され、前記リッジ型半導体光アンプ部の路幅が前記
リッジ型半導体光導波路の路幅よりも狭幅になっている
ことを特徴とする半導体光部品が提供される。好ましく
は、前記リッジ型光アンプ部のリッジの高さは前記リッ
ジ型半導体光導波路のリッジの高さよりも高い半導体光
部品が提供される。
また、本発明によれば、同一基板の上に、リッジ型半
導体光アンプ部とそのリッジ型半導体光アンプ部に接続
するリッジ型半導体光導波路とが集積されている半導体
光部品を製造するときに、前記リッジ型半導体光アンプ
部を形成すべき前記基板の相当個所には前記リッジ型半
導体光導波路の路幅より狭幅な路幅を有する前記リッジ
型半導体光アンプ部を形成し、前記相当個所以外の残余
個所には前記リッジ型半導体光アンプ部に接続して前記
リッジ型半導体光導波路を形成することを特徴とする半
導体光部品の製造方法が提供される。
また、好ましくは、前記リッジ型半導体光アンプ部の
リッジの高さを前記リッジ型半導体光導波路のリッジの
高さよりも高くする半導体光部品の製造方法が提供され
る。
本発明方法で製造された半導体光部品は、光アンプ部
の路幅が光導波路の路幅よりも狭幅であるため、光アン
プ部においては、注入電流の閉じ込め状態が強化されて
その電流密度を高くすることができ、その結果、光を高
効率で増幅することが可能になる。
また、光アンプ部のリッジの高さを光導波路のリッジ
の高さよりも高く形成することにより光の結合効率を更
に大きくすることができる。
図面の簡単な説明 第１図は、本発明方法で製造した全反射型光スイッチ
を示す概略平面図であり、第２図は、基板上に導波層，
活性層，導波層，クラッド層，表面層を積層した状態を
示す部分断面図であり、第３図は、光アンプ部になる部
分の積層体a1（a2）を形成した状態を示す部分断面図で
あり、第４図は、基板表面の上に光導波路の導波層，上
部クラッド層，表面層を形成した状態を示す部分断面図
であり、第５図は、第１図のＶ−Ｖ線に沿う断面図であ
り、第６図は、第１図のVI−VI線に沿う断面図であり、
第７図は、光アンプ部のリッジが高い光部品を製造する
ときに、光アンプ部を囲んで光導波路の導波層，第１上
部クラッド層，エッチストップ層，第２上部クラッド
層，表面層を形成した状態を示す部分断面図であり、第
８図は、第７図の構造における光アンプ部に硫酸系エッ
チャントでエッチングを行なったときの状態を示す部分
断面図であり、第９図は、第７図の構造における光導波
路に硫酸系エッチャントでエッチングを行なったときの
状態を示す部分断面図であり、第10図は、第８図の構造
に塩酸系エッチャントでエッチングを行なったときの状
態を示す部分断面図であり、第11図は、第９図の構造に
塩酸系エッチャントでエッチングを行なったときの状態
を示す部分断面図であり、第12図は、光アンプ部の断面
構造を示す部分断面図であり、第13図は、スイッチ部の
断面構造を示す部分断面図であり、第14図は、本発明方
法で製造した方向性結合器型光スイッチを示す概略平面
図であり、第15図は、第14図のXV−XV線に沿う断面図で
あり、第16図は、本発明方法で製造した１×２光カップ
ラを示す概略平面図であり、第17図は、第16図のXVII−
XVII線に沿う断面図であり、第18図は、光アンプ部の路
幅と増幅率との関係を示すグラフである。
発明を実施するための最良の形態 本発明方法で製造した全反射型光スイッチの１例を平
面図として第１図に示す。図において、半導体基板１の
上には互いに交差する２本の光導波路２、３が所定の半
導体薄層を積層して形成され、それらの交差部には電流
注入用の電極４が装荷されてスイッチ部Ｓを構成してい
る。
光導波路２のポート2bには、同じく所定の半導体薄層
を積層して成る光導波路５がそのポート5aで接続され、
また光導波路３のポート3bには所定の半導体薄層を積層
して成る光導波路６がそのポート6aで接続されている。
そして、光導波路５のポート5aからポート5bに到る途
中には、この光導波路５の路幅よりも狭幅で電極23が装
荷されている光アンプ部A1が形成され、また光導波路６
のポート6aからポート6bに到る途中には、同じくこの光
導波路６の路幅よりも狭幅で電極23が装荷されている光
アンプ部A2が形成されている。
この光スイッチは次のようにして製造することができ
る。その方法を、図面に則して説明する。
まず、第２図で示したように、例えばｎ型InP半導体
から成る基板11の表面に、MOCVD法などの成膜技術を適
用して、例えば、ｎ型InGaAsP半導体から成る導波層1
2、アンドープInGaAsP半導体から成る活性層13、ｐドー
プInGaAsP半導体から成る導波層14を順次積層し、更
に、導波層14の上に、例えば、ｐドープInP半導体から
成る上部クラッド層15、ｐドープInGaAs半導体から成る
表面層16を順次積層する。ここで、導波層12が下部クラ
ッド層であり、活性層13と導波層14がコア層になってい
る。
このようにして基板11の上に形成されたスラブ状の積
層体のうち、光アンプ部として機能させる部分a1（a2）
における表面層16の上にSiO2膜のような絶縁膜17を形成
し、これをマスクにして部分a1（a2）を除いた他の積層
体の部分を全てエッチング除去し、第３図で示したよう
に、基板11の表面11aを露出させる。
ついで、例えばMOCVD法などによって、前記基板の露
出面11aの上にのみ、上部クラッド層15の途中までの厚
みとなるように、第４図で示したように、例えば、アン
ドープInGaAsP半導体から成る光導波路層18を形成し、
更に、この光導波路層18の上にのみ、例えば、アンドー
プInP半導体から成るクラッド層19、アンドープInGaAs
半導体から成る表面層20を順次形成する。
かくして、これら、光導波路層18、クラッド層19およ
び表面層20から成る積層体ｂによって光導波路部が形成
され、光アンプ部A1（A2）になるべく形成されている積
層体a1（a2）はその周囲を光導波路にすべき積層体ｂで
取り囲まれることになる。
ついで、積層体a1（a2）の絶縁膜17を除去し、スイッ
チ部Ｓ、光アンプ部A1（A2）を含む第１図で示したよう
な平面パターンの光導波路をそれぞれリッジ状に形成し
たのち、積層体a1（a2）、積層体ｂの全面を例えばSiO2
のような絶縁膜21で再び被覆する。
その後、第１図のＶ−Ｖ線に沿う断面図である第５図
で示したように、基板11の裏面に例えばAuGeNi/Auのよ
うな材料を蒸着して下部共通電極22を装荷し、更に、光
アンプ部a1（a2）に相当する積層体の上の絶縁膜21の一
部を除去して窓21aを形成したのち、ここから例えばTi/
Pt/Auのような材料を表面層16の上に蒸着して光アンプ
用上部電極23、23を装荷して光アンプ部A1（A2）を形成
する。
また、第１図のVI−VI線に沿う断面図である第６図で
示したように、スイッチ部Ｓにおいては、その上を被覆
する絶縁膜21の一部を除去して窓21bを形成してここか
ら例えばZnを拡散することによりZn拡散域24を形成した
のち、ここに例えばTi/Pt/Auのような材料を表面層20に
蒸着してスイッチ用上部電極４を装荷してスイッチ部Ｓ
を形成する。
この光スイッチの場合、第１図において、各電極４、
23、23から電流注入を行うことなく、例えば、ポート3a
から光を入射すると、入射した光は光導波路３→ポート
3b→ポート6a→光アンプ部A2→光導波路６を伝搬してポ
ート6bから出射する。以後、この状態をスイッチ状態Ｉ
という。
つぎに、電極４から電流注入を行ない、しかし他の電
極23、23は動作させることなくポート3aから光を入射す
ると、入射した光はスイッチ部Ｓの働きで、光導波路３
→スイッチ部Ｓ→光導波路２→ポート2b→光アンプ部A1
→光導波路５を伝搬してポート5bから出射する。以後、
この状態をスイッチ状態IIという。
スイッチ状態Ｉにおいて、光アンプ部A1の電極を動作
させず、光アンプ部A2の電極から電流注入を行うと、ポ
ート3aから光導波路６に伝搬してきた光は、光アンプ部
A2で増幅される。
つぎに、スイッチ状態IIにおいて、光アンプ部A2の電
極を動作させず、光アンプ部A1の電極から電流注入を行
うと、ポート3aからスイッチ部Ｓで光路変更して光導波
路５に伝搬してきた光は、光アンプ部A1で増幅される。
このいずれの場合においても、光アンプ部A1（A2）に
おける路幅は光導波路５（６）の路幅よりも狭幅である
ため、等幅の場合に比べ、注入電流の閉じ込み状態は弱
化しないので、高効率の光増幅が実現する。
つぎに、光アンプ部のリッジの高さが光導波路のリッ
ジの高さより高く、そのため、活性層への光の結合効率
を一層大きくすることができる全反射型光スイッチを例
にした半導体光部品を製造する方法を説明する。
まず、第２図，第３図で示した場合と同じように、基
板11の上にｎ型InGaAsP半導体から成る導波層12,アンド
ープInGaAsP半導体から成る活性層13,pドープInGaAsP半
導体から成る導波層14,pドープInP半導体から成る上部
クラッド層15,pドープInGaAs半導体から成る表面層16を
順次積層したのち、その積層体のうち、光アンプ部とし
て機能させる積層体の部分を含む一部の上にSiO2膜のよ
うな絶縁膜を形成し、これをマスクにしてその一部を除
いた他の積層体を全てエッチング除去して基板11の表面
11aを露出させる。
ついで、第７図で示したように、前記基板の露出面11
aの上にのみ、導波層14までの厚みになるように例えば
アンドープInGaAsP半導体から成る導波層18′を積層
し、更に、アンドープInP半導体から成る第１上部クラ
ッド層19′a,アンドープInGaAsP半導体から成るエッチ
ストップ層25,アンドープInP半導体から成る第２上部ク
ラッド層19′b,アンドープInGaAs半導体から成る表面層
20′を順次積層して光導波路にするための積層体ｂ′を
形成する。
ついで、光アンプ部を形成する個所を含む部分の絶縁
膜を一旦除去して表面層16を露出させたのち、第１図の
平面パターンで示したように、光アンプ部A1（A2）を形
成すべき個所、スイッチ部Ｓおよび光導波路2,3,5,6を
形成すべき個所を被覆してSiO2膜のような絶縁膜17′の
パターンを形成し、これをマスクにして例えば硫酸系エ
ッチャントを用いることにより、表面に露出している表
面層20′,16の全てを除去する。このとき、光アンプ部A
1（A2）を形成すべき個所のパターンの路幅は光導波路
2,3,5,6におけるパターンの路幅よりも狭幅になるよう
に上記絶縁膜17′のパターン図を描く。
エッチングの結果、光アンプ部A1（A2）を形成すべき
個所は第８図で示したような断面構造になり、またスイ
ッチ部Ｓおよび光導波路2,3,5,6は第９図で示したよう
な断面構造になる。
ついで、エッチャントを例えば塩酸系エッチャントに
代えてエッチングを行なうことにより、第10図で示した
ように、光アンプ部A1（A2）を形成すべき個所において
露出している上部クラッド層15の部分を除去し、同時に
また、第11図で示したように、光導波路およびスイッチ
部において露出している第２上部クラッド層19′ｂを除
去して路幅W1の光アンプ部、路幅W2の光導波路を形成す
る（W2＞W1）。このとき、エッチストップ層の働きによ
り、光導波路とスイッチ部Ｓではエッチングはエッチス
トップ層25より下には進まない。
その後、第１図で示した平面パターンの絶縁膜17′を
一旦除去したのち、全体の表面を被覆して再びSiO2のよ
うな絶縁膜21を形成し、基板11の裏面には第５図で示し
た場合と同じようにして下部共通電極22を装荷し、光ア
ンプ部A1（A2）を形成する個所では、第12図で示したよ
うに、絶縁膜21に窓21aを形成して光アンプ用上部電極2
3を装荷し、また、スイッチ部Ｓでは、第13図で示した
ように、絶縁膜21に窓21bを形成し、ここから例えばZn
を拡散してZn拡散域24を形成したのちスイッチ用上部電
極４を装荷する。
このようにして、いずれもリッジ形状をした光アンプ
部A1（A2），光導波路2,3,5,6,スイッチ部Ｓが形成され
る。そして、光アンプ部A1（A2）の路幅W1はこの光アン
プ部A1（A2）に接続する光導波路2,3,5,6の路幅W2より
も狭幅になっている。また、光アンプ部A1（A2）と光導
波路2,3,5,6,スイッチ部Ｓの路高面は全て同一平面を形
成しているが、光アンプ部A1（A2）においては、その基
底が周囲のエッチストップ層25の表面から導波層14まで
堀込まれているので、導波層14から表面層16の表面まで
に至る光アンプ部A1（A2）のリッジの高さ（h1）は、エ
ッチストップ層25から光導波路2,3,5,6の表面層20′の
表面までに至る光導波路2,3,5,6のリッジの高さ（h2）
よりも高くなっている。
第14図は、本発明方法で製造した方向性結合器型光ス
イッチの例を示す概略平面図である。この光スイッチの
光アンプ部A1（A2）の断面構造は、第12図で示した全反
射型光スイッチの断面構造と同じになっている。
そして、結合部（スイッチ部）Ｓの断面構造は、第14
図のXV−XV線に沿う断面図である第15図で示したよう、
第１上部クラッド層19′a,エッチストップ層25,第２上
部クラッド層19′b,表面層20′を、それぞれ、ｐドープ
InP半導体,pドープInGaAsP半導体,pドープInP半導体,p
ドープInGaAs半導体で構成し、またZn拡散域を形成しな
いことを除いては、第13図で示した断面構造と同じであ
る。
更に、結合部Ｓを除いた光導波路においては、上部電
極の装荷が行なわれず表面全体が絶縁膜21で被覆されて
いることを除けば、上記した結合部Ｓの断面構造と同じ
になっている。
第16図は、１×２光カップラと光アンプ部を集積した
半導体光部品の例を示す概略平面図である。この光部品
の光アンプ部A1（A2）は、いずれも、第12図で示した断
面構造になっている。また光導波路の断面構造は、第16
図のXVII−XVII線に沿う断面図である第17図に示したよ
うに、第２上部クラッド層19′b,エッチストップ層25の
全面が絶縁膜21で被覆されているのみである。
この光部品の場合は、ポート26から入射した光が分岐
部Ｂで２分割され、それぞれが分岐光導波路27,28に伝
搬していく。そして、この光部品では、光アンプ部A
1（A2）から注入する電流値を変化させることにより、
光アンプ部A1（A2）における光増幅の程度を変化させる
ことができる。したがって、分岐光導波路27,分岐光導
波路28の各ポート27a,28aから出射する光出力を変化さ
せることができ、任意の分岐比を得ることができる。
実施例 実 施 例１ 第１図〜第６図で示した全反射型光スイッチを次のよ
うにして製造した。
まず、ｎ型InPから成る基板11の全面に、MOCVD法で、
ｎ型InGaAsPから成る厚み0.20μｍの導波層（吸収端波
長：λｇ＝1.15μｍ）12,アンドープInGaAsAsPから成る
厚み0.20μｍの活性層（λｇ＝1.30μｍ）13,pドープIn
GaAsPから成る厚み0.20μｍの導波層（λｇ＝1.15μ
ｍ）14,pドープInPから成る厚み1.40μｍのクラッド層1
5およびｐドープInGaAsPから成る厚み0.20μｍの表面層
16を順次積層し、全体の厚みが2.20μｍである積層体に
した（第２図）。
ついで、表面層16の上にSiO2膜17を形成し、これをマ
スクとして、前記積層体のうち、長さ500μm,幅100μｍ
の部分a1（a2）を残して他の部分を全てエッチング除去
し、基板11の表面11aを露出させた（第３図）。
再びSiO2膜17をマスクとして、MOCVD法で、基板11の
露出表面11aの上に、アンドープInGaAsPから成る厚み1.
00μｍの導波層（λｇ＝1.02μｍ）18,アンドープInPか
ら成る厚み0.90μｍのクラッド層19およびアンドープIn
GaAsから成る厚み0.20μｍの表面層20を順次積層し、全
体の厚みが、2.10μｍである積層体ｂにした（第４
図）。
ついで、SiO2膜17を除去し、全体の表面にホトリソグ
ラフィーを施して、光アンプ部A1（A2）では路幅が2.0
μｍで、光導波路2,3,5,6では路幅が8.0μｍのリッジを
形成したのち、再び、それらの全面をSiO2膜で被覆した
（第１図）。
最後に、基板のAuGeNi/Auを蒸着して共通下部電極22
を装荷し、また、各光アンプ部A1（A2）の上とスイッチ
部Ｓの上のSiO2膜21を除去し、スイッチ部Ｓの場合はこ
こからZnを拡散してZn拡散域24を形成し、そこに、Ti/P
t/Auを蒸着して上部電極23,23,4をそれぞれ装荷した
（第５図，第６図）。
この光スイッチは、スイッチ状態Ｉにおいて、光アン
プ部A2への注入電流値が200mAのとき、挿入損失は0dB,
消光比は27dBであり、また、スイッチ状態IIにおいて、
光アンプ部A1への注入電流値が230mAのとき、挿入損失
は0dB,消光比は36dBであった。
実施例２ 第12図，第13図で示したような断面構造の光アンプ
部，スイッチ部を有し、第１図で示したような平面パタ
ーン全反射型光スイッチを次のようにして製造した。
第２図で示したように、まず、ｎ型InPから成る基板1
1の全面に、MOCVD法で、ｎ型InGaAsPから成る厚み0.23
μｍの導波層（λｇ＝1.05μｍ）12,アンドープInGaAsP
から成る厚み0.14μｍの活性層（λｇ＝1.30μｍ）13,p
ドープInGaAsPから成る厚み0.23μｍの導波層（λｇ＝
1.05μｍ）14,pドープInPから成る厚み2.00μｍのクラ
ッド層15およびｐドープInGaAsから成る厚み0.20μｍの
表面層16を順次積層し、全体の厚みが2.80μｍである積
層体にした。
ついで、表面層16の上にSiO2膜17を形成し、これをマ
スクとして前記積層体のうち、長さ500μm,幅50μｍの
部分a1（a2）を残して他の部分を全てエッチング除去し
て表面11の表面11aを露出せしめた（第３図）。
再びSiO2膜17をマスクとして、MOCVD法により、基板1
1の表面11aの上に、第７図で示したように、アンドープ
InGaAsPから成る厚み0.60μｍの導波層（λｇ＝1.15μ
ｍ）18′，アンドープInPから成る厚み0.50μｍの第１
上部クラッド層19′a,アンドープInGaAsPから成る厚み
0.01μｍのエッチストップ層25,アンドープInPから成る
厚み1.50μｍの第２上部クラッド層19′ｂおよびアンド
ープInGaAsから成る厚み0.20μｍの表面層20′を順次積
層し、全体の厚みが2.81μｍである積層体ｂ′を形成し
た（第７図）。
ついで、SiO2膜17を除去し、表面層16,表面層20′の
上に、第１図で示したように、光アンプ部A1（A2）では
路幅が2.0μｍで、光導波路2,3,5,6では路幅が8.0μｍ
であるようなSiO2膜17′のパターンを形成したのち、全
体を硫酸系エッチャントでエッチングすることにより、
露出している表面層を除去し、光アンプ部A1（A2）では
第８図で示すような断面構造，光導波路2,3,5,6とスイ
ッチ部Ｓでは第９図で示すような断面構造を形成した
（第８図，第９図）。
その後、エッチャントを塩酸系エッチャントに代えて
エッチングを行ない、光アンプ部A1（A2）では上部クラ
ッド層15の一部を除去し、また、光導波路2,3,5,6とス
イッチ部Ｓでは第２上部クラッド層19′ｂを除去し、そ
れぞれの断面構造が第10図，第11図で示したような平面
パターンを形成した。
このようにして、路幅が2.0μｍの光アンプ部A
1（A2），路幅が8.0μｍの光導波路2,3,5,6が形成され
る。このとき、光アンプ部A1（A2）のリッジの高さ
（h1）は2.20μｍであり、光導波路2,3,5,6のリッジの
高さ（h2）は1.70μｍであり、光アンプ部のリッジの高
さは光導波路のリッジ高さよりも高い値になっている。
ついで、SiO2膜17′を一旦全て除去したのち、あらた
めて、全体の表面を被覆してSiO2膜21を形成し、基板の
裏面にAuGeNi/Auを蒸着して共通下部電極22を装荷し、
また、光アンプ部A1（A2）とスイッチ部Ｓの上の絶縁膜
21を除去し、スイッチ部Ｓの場合はここからZnを拡散し
てZn拡散域24を形成したのち、そこに、Ti/Pt/Auを蒸着
して上部電極23、23、４をそれぞれ装荷して、第12図，
第13図に示したような光アンプ部A1（A2），スイッチ部
Ｓを形成した。
この光スイッチは、スイッチ状態Ｉにおいて、光アン
プ部A2への注入電流値が180mAのとき、挿入損失は0dB,
消光比は28dBであり、また、スイッチ状態IIにおいて、
光アンプ部A1への注入電流値が200mAのとき、挿入損失
は0dB,消光比は36dBであった。
なお、SiO2膜17でマスクパターンを形成するときに、
光導波路の路幅は8.0μｍと一定にし、光アンプ部A1（A
2）の路幅パターンのみを変化させることにより、断面
構造は同じで路幅の異なる光スイッチを製造した。その
１つの光アンプ部A1（A2）への注入電流を250mAとし、
そのときの増幅率を測定した。その結果を、光アンプ部
A1（A2）の路幅と増幅率との関係として第18図に示し
た。第18図から明らかなように、路幅が2.0μｍのとき
に増幅率は最大値を示している。したがって、光アンプ
部の路幅は、それがあまりにも狭幅であると形成が困難
であることも勘案して、2.0μｍ程度であることが好ま
しい。
実施例３ 第14図で示したような方向性結合器型光スイッチを次
のようにして製造した。
第２図で示したように、まず、ｎ型InPから成る基板1
1の全面に、MOCVD法で、ｎ型InGaAsPから成る厚み0.23
μｍの導波層（λｇ＝1.05μｍ）12,アンドープInGaAsP
から成る厚み0.14μｍの活性層（λｇ＝1.30μｍ）13,p
ドープInGaAsPから成る厚み0.23μｍの導波層（λｇ＝
1.05μｍ）14,pドープInPから成る厚み2.00μｍのクラ
ッド層15およびｐドープInGaAsから成る厚み0.20μｍの
表面層16を順次積層し、全体の厚みが2.80μｍである積
層体にした。
ついで、表面層16の上にSiO2膜17を形成し、これをマ
スクとして前記積層体のうち、長さ500μm,幅50μｍの
部分a1（a2）を残して他の部分を全てエッチング除去し
て表面11の表面11aを露出せしめた（第３図）。
再びSiO2膜17をマスクとして、MOCVD法により、基板1
1の表面11aの上に、第７図で示したように、アンドープ
InGaAsPから成る厚み0.60μｍの導波層（λｇ＝1.15μ
ｍ）18′,pドープInPから成る厚み0.50μｍの第１上部
クラッド層19′a,pドープInGaAsPから成る厚み0.01μｍ
のエッチストップ層25,pドープInPから成る厚み1.50μ
ｍの第２上部クラッド層19′ｂおよびｐドープInGaAsか
ら成る厚み0.20μｍの表面層20′を順次積層し、全体の
厚みが2.81μｍである積層体を形成した。
ついで、SiO2膜17を除去し、表面層16,表面層20′の
上に、第14図で示したように、光アンプ部A1（A2）では
路幅が2.0μｍで、方向性結合器の部分およびその他の
光導波路では路幅が8.0μｍであるようなSiO2膜17′の
パターンを形成したのち、全体を硫酸系エッチャントで
エッチングすることにより、露出している表面層を除去
し、つづいて、エッチャントを塩酸系エッチャントに代
えてエッチングを行ない、光アンプ部A1（A2）では上部
クラッド層15の一部を除去し、また、光導波路と方向性
結合器の部分では第２上部クラッド層19′ｂを除去し、
それぞれの断面構造が第10図，第11図で示したような平
面パターンを形成した。
このようにして、路幅が2.0μｍの光アンプ部A
1（A2），路幅が8.0μｍの光導波路が形成される。この
とき、光アンプ部A1（A2）のリッジの高さ（h1）は2.20
μｍであり、光導波路2,3,5,6のリッジの高さ（h2）は
1.70μｍであり、光アンプ部のリッジの高さは光導波路
のリッジ高さよりも高い値になっている。
ついで、SiO2膜17′を一旦全て除去したのち、あらた
めて、全体の表面を被覆してSiO2膜21を形成し、基板の
裏面にAuGeNi/Auを蒸着して共通下部電極22を装荷し、
また、光アンプ部A1（A2）と光スイッチ部Ｓの上の絶縁
膜21を除去し、そこに、Ti/Pt/Auを蒸着して上部電極2
3,23,4を装荷して、第12図，第15図に示したような断面
構造の光アンプ部A1（A2），方向性結合器Ｓを形成し
た。
この光スイッチは、方向性結合器Ｓがバー状態，クロ
ス状態のそれぞれの場合において、そのポートを伝搬す
る光を増幅するための注入電流は、それぞれ230mA,240m
Aであり、そのときの挿入損失はそれぞれ2.20dB,1.80dB
であった。
実施例４ 第16図で示した１×２光カップラを次のようにして製
造した。
第２図で示したように、まず、ｎ型InPから成る基板1
1の全面に、MOCVD法で、ｎ型InGaAsPから成る厚み0.23
μｍの導波層（λｇ＝1.05μｍ）12,アンドープInGaAsP
から成る厚み0.14μｍの活性層（λｇ＝1.30μｍ）13,p
ドープInGaAsPから成る厚み0.23μｍの導波層（λｇ＝
1.05μｍ）14,pドープInPから成る厚み2.00μｍのクラ
ッド層15およびｐドープInGaAsから成る厚み0.20μｍの
表面層16を順次積層し、全体の厚みが2.80μｍである積
層体にした。
ついで、表面層16の上にSiO2膜17を形成し、これをマ
スクとして前記積層体のうち、長さ500μm,幅50μｍの
部分a1（a2）を残して他の部分を全てエッチング除去し
て表面11の表面11aを露出せしめた（第３図）。
再びSiO2膜17をマスクとして、MOCVD法により、基板1
1の表面11aの上に、第７図で示したように、アンドープ
InGaAsPから成る厚み0.60μｍの導波層（λｇ＝1.15μ
ｍ）18′，アンドープInPから成る厚み0.50μｍの第１
上部クラッド層19′a,アンドープInGaAsPから成る厚み
0.01μｍのエッチストップ層25,アンドープInPから成る
厚み1.70μｍの第２上部クラッド層19′ｂを順次積層
し、全体の厚みが2.81μｍである積層体を形成した。
ついで、SiO2膜17を除去し、表面層16,第２上部クラ
ッド層19′ｂの上に、第16図で示したように、光アンプ
部A1（A2）では路幅が2.0μｍで、光導波路では路幅が
8.0μｍであるようなSiO2膜17′のパターンを形成した
のち、全体を硫酸系エッチャントでエッチングすること
により、光アンプ部A1（A2）と光導波路において露出し
ている表面層を除去し、つづいて、エッチャントを塩酸
系エッチャントに代えてエッチングを行ない、光アンプ
部A1（A2）では上部クラッド層15の一部を除去し、ま
た、光導波路では第２上部クラッド層19′ｂを除去し、
それぞれの断面構造が第10図，第11図で示したような平
面パターンを形成した。
このようにして、路幅が2.0μｍの光アンプ部A
1（A2），路幅が8.0μｍの光導波路が形成される。この
とき、光アンプ部A1（A2）のリッジの高さ（h1）は2.20
μｍであり、光導波路のリッジの高さ（h2）は1.70μｍ
であり、光アンプ部のリッジの高さは光導波路のリッジ
高さよりも高い値になっている。
ついで、SiO2膜17′を一旦全て除去したのち、あらた
めて、全体の表面を被覆してSiO2膜21を形成し、基板の
裏面にAuGeNi/Auを蒸着して共通下部電極22を装荷し、
また、光アンプ部A1（A2）の上の絶縁膜21を除去し、そ
こに、Ti/Pt/Auを蒸着して上部電極23,23をそれぞれ装
荷して、第12図，第17図に示したような光アンプ部A
1（A2），光導波路を形成した。
この１×２光カップラは、光アンプ部A1（A2）への注
入電流を240mAにすると、15dBの分岐比を得ることがで
きた。
産業上の利用可能性 本発明方法で製造した半導体光部品は、光アンプ部に
おける挿入損失を0dBにもすることができ、また、スイ
ッチとしての動作時に消光比を高めることができる。
このことは、基板上におけるリッジ型の光アンプ部の
路幅を、同じくリッジ型の光導波路の路幅よりも狭幅に
したことがもたらす効果である。光アンプ部の路幅が光
導波路の路幅よりも狭幅であるため、光アンプ部におい
ては、注入電流の閉じ込め状態が強化されてその電流密
度が高くなり、光を高効率で増幅できるからである。
また、光アンプ部におけるリッジの高さを光導波路の
リッジの高さより高くすることにより、光の結合効率を
一層高めることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−199430（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−135441（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−45937（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−248142（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/00 G02F 1/295 - 1/315 G02B 6/12 - 6/138

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】同一基板の上に、リッジ型半導体光アンプ
    部とこれに接続するリッジ型半導体光導波路とが形成さ
    れ、前記リッジ型半導体光アンプ部の路幅が前記リッジ
    型半導体光導波路の路幅よりも狭幅になっていることを
    特徴とする半導体光部品。
  2. 【請求項２】前記リッジ型半導体光アンプのリッジの高
    さが、前記リッジ型半導体光導波路のリッジの高さより
    も高い請求項１の半導体光部品。
  3. 【請求項３】前記半導体光部品は、全反射型光スイッチ
    である請求項１の半導体光部品。
  4. 【請求項４】前記半導体光部品は、方向性結合器型光ス
    イッチである請求項１の半導体光部品。
  5. 【請求項５】前記半導体光部品は、１入力・２出力光カ
    ップラである請求項１の半導体光部品。
  6. 【請求項６】同一基板の上に、リッジ型半導体光アンプ
    部とそのリッジ型半導体光アンプ部に接続するリッジ型
    半導体光導波路とが集積されている半導体光部品を製造
    するときに、前記リッジ型半導体光アンプ部を形成すべ
    き前記基板の相当個所には前記リッジ型半導体光導波路
    の路幅より狭幅な路幅を有する前記リッジ型半導体光ア
    ンプ部を形成し、前記相当個所以外の残余個所には前記
    リッジ型半導体光アンプ部に接続してリッジ型半導体光
    導波路を形成することを特徴とする半導体光部品の製造
    方法。
  7. 【請求項７】リッジ型半導体光アンプ部のリッジの高さ
    を、リッジ型半導体光導波路のリッジの高さよりも高く
    形成する請求項６の半導体光部品の製造方法。
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