JP3189880B2 - 光半導体素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信、光情報処
理、あるいは光計測等の技術分野に用いられる光半導体
素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】高い性能、高い信頼性、さらに小型であ
ることなどの利点のために広く用いられているレーザダ
イオードと、モニタ用の受光フォトダイオード（受光Ｐ
Ｄ）等とを含む光モジュールには、低価格化が強く望ま
れている。このような光モジュールの低価格化を実現す
るためには、レーザダイオード自身の低価格化はもとよ
り、モニタ用の受光ＰＤや光結合のためのレンズ等の部
品点数を減らすこと、レーザダイオードと光ファイバと
の結合を容易化して組立工数を低減することなどが有効
である。

【０００３】そこで、レーザダイオードとモニタ用の受
光ＰＤとを集積化した光半導体素子（従来例１）が、特
許第２５３８１５７号にて開示されている。図８を参照
して、従来例１による光半導体素子は、レーザダイオー
ド１０１と、モニタダイオード１０２とを有している。
この光半導体素子は、基板領域１０４および重畳半導体
層構造１０５を備える半導体本体１０３を備えている。
モニタダイオード１０２は、条溝１１０によってレーザ
ダイオード１０１と分離された半導体本体１０３の一部
分により形成する。条溝１１０の少くとも一つの壁部
は、レーザダイオード１０１の端面１０９を形成する。
層構造１０５は、第１放射案内層１１１と、第１不活性
層１１２と、活性層１０６（領域Ｃの下部）と、第２放
射案内層１１３（領域Ａ、Ｂの下部およびモニタダイオ
ード１０２内）と、第２不活性層１１４と、接点層１１
５とにより構成されている。活性層１０６を含む領域Ｃ
にリード線１１８，１１９を通して順方向にバイアスす
ることによって、レーザ光を発生する。領域Ｃから放出
されたレーザ光１２４は、活性層１０６よりも僅かに大
きいバンドギャップを有するモニタダイオード１０２の
第２放射案内層１１３を通って放射される。尚、符号１
４０は、光ファイバを示す。逆バイアスがかけられたモ
ニタダイオード１０２の第２放射案内層１１３を通るレ
ーザ光は、僅かに吸収される。また、レーザ電流を制御
するのに必要とされる帰還信号は、リード線１２５，１
１８にて得られる。

【０００４】また、光ファイバとの結合を容易にするた
めにレーザダイオードとモード変換器とを集積化した光
半導体素子（従来例２）が、特願平７−２８３４９０号
公報にて開示されている。図９を参照して、従来例２に
よる光半導体素子は、利得領域Ｄと、モード変換領域Ｅ
とを有している。この光半導体素子では、利得領域Ｄの
活性層およびモード変換用の導波路を、１つのストライ
プ状の多重量子井戸構造２０６から構成し、かつ多重量
子井戸構造２０６を利得領域Ｄから遠ざかるにつれて薄
くして膜厚方向の光ビームの径を変換する構造になって
いる。この構造では、活性層を構成する量子井戸層の厚
さよりも、モード変換用導波路を構成する量子井戸層が
薄い。このため、量子井戸の基底準位は、モード変換用
の導波路の方が、活性層よりも高い。よって、出射端部
でのモード変換用の導波路の光吸収波長端は、活性層で
の発振波長よりも短波長である。したがって、出射端部
で多重量子井戸層構造２０６を導波する光は吸収され
ず、効果的にビーム径が変換される。具体的には、出射
されるレーザ光の放射角を１０ｄｅｇ．程度に低減する
ことができ、よって、光ファイバとの結合が容易であ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、レーザ光が
光ファイバに入射され、かつその強度をモニタできるよ
うな光モジュールを構成することを考慮した場合に、従
来例１、２による光半導体素子には、次のような問題点
がある。

【０００６】モニタ用の受光ＰＤを含む光半導体素子で
ある従来例１には、素子自体に次のような問題点があ
る。まず、光の導波方向に対して４つの垂直面が存在す
るために、いわば複合共振器が構成されてしまい、レー
ザ光の縦モードが不安定になる。特に、素子温度が変化
した場合には、熱膨張によりレーザダイオード１０１と
モニタダイオード１０２とを分離している条溝１１０の
幅が変化するため、レーザ光の縦モードは、きわめて不
安定になる。また、条溝１１０をＲＩＥ（反応イオンエ
ッチング）法で形成しているため、活性層１０６にダメ
ージが及ぶことが避けられず、素子特性が劣化しやす
い。さらに、モニタ用の受光ＰＤを集積化してあるので
部品点数が１点少いものの、光ファイバ１４０との結合
で十分な結合を得るためには、レンズによる光学系を構
築することや、光軸調整が必要である。よって、光モジ
ュールを構成することを考慮すると、高いコストであ
る。

【０００７】一方、モード変換部を集積化した従来例２
は、光モジュール化する場合は、レンズが無くても、光
ファイバにある程度の結合度合いで結合することができ
るため、光学系は簡略化できる。しかし、レーザ光の強
度を制御するためのモニタ用の受光ＰＤが別途必要であ
る。モニタ用の受光ＰＤは受光面を利得領域から出てく
るレーザ光に対して垂直に配置する必要があるため、レ
ーザダイオードとモニタ用の受光ＰＤとを同一平面上に
配置することは実質的に不可能である。レーザダイオー
ドとモニタ用の受光ＰＤとを異平面上に配置する場合に
は、組立工数が多い。

【０００８】さらに、従来例１、２では、光半導体素子
が完成した時点での導波路層の位置、即ち、端面での発
光位置について、何等言及されていない。したがって、
光ファイバへの結合に関しては、レーザダイオードを発
光させながら試行錯誤により光ファイバの結合位置を見
出だして組み立る必要がある。つまり、光モジュールを
製造する際の組立工数が多い。また、従来例１、２で
は、半導体をエッチングすることにより導波路層を形成
しているため、導波路の位置、形状等を正確に製造でき
ない可能性がある。

【０００９】本発明の課題は、優れた特性を有している
ことは勿論、部品点数、組立工数が少い光モジュールを
構成できる光半導体素子を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、量子井
戸活性層への電流注入により光学利得を発生する利得領
域と、前記利得領域に比べ、量子井戸層および障壁層の
組成が短波長であり、前記量子井戸層および前記障壁層
の層厚が薄く、さらに、光導波路層の幅が狭く、導波路
における光の閉じ込めの度合いを緩くするモード変換領
域と、前記モード変換領域の光の出射端付近に配され、
逆バイアスの印加により光の一部を吸収して光の強度を
モニタするモニタ領域とを一素子内に有することを特徴
とする光半導体素子が得られる。

【００１１】

【００１２】本発明によればさらに、レーザ発振波長と
無バイアス時のモニタ領域の利得ピーク波長との差が、
８０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下である前記光半導体素子が
得られる。

【００１３】本発明によればまた、前記利得領域、前記
モード変換領域、および前記モニタ領域は、連続的に形
成された１本の光導波路を含む前記光半導体素子が得ら
れる。

【００１４】本発明によればさらに、電極の一部に、光
導波路層の光の出射口と所定の位置関係を持つマーカを
備える前記光半導体素子が得られる。

【００１５】

【作用】本発明による光半導体素子は、一度の成長によ
って面内に異なる組成および異なる層厚を作り込める選
択ＭＯＶＰＥ（選択有機金属気相成長）法を用い、利得
領域、モード変換領域、およびモニタ領域（モニタダイ
オード）を形成することにより製造される。

【００１６】例えば、１００ＩｎＰ基板上に、［０１
１］方向に、一対のストライプマスクを、所定の開口幅
で形成する。この開口部に選択ＭＯＶＰＥ成長を行う。
この際に、ストライプマスクのマスク幅を増加させる
と、選択成長層の膜厚が増加し、選択成長層がＩｎＧａ
Ａｓ（Ｐ）の場合は、Ｉｎの組成が増加する。したがっ
て、利得領域でマスク幅を広くする一方、モード変換領
域でマスク幅を狭くすれば、モード変換領域では、利得
領域に比べ、組成が短波長化し、膜厚も薄くなる。ま
た、開口幅を変えることで、導波路幅を変えることが可
能である。一方、モード変換領域の端面側に位置するモ
ニタ領域では、組成の短波長化効果と膜厚が薄くなる効
果とが重なり合って、モニタダイオードのＭＱＷの吸収
端が、利得領域での吸収端よりも、短波長化する。モニ
タダイオードに逆バイアスをかけることで、量子閉じ込
めシュタルク効果（ＱＣＳＥ：Quantum Confined Stark
Effect）で吸収端が長波長化し、利得領域での波長を
僅かに吸収することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
よる光半導体素子を説明する。

【００１８】［実施の形態１］図１（ａ）は、本発明の
実施の形態１による光半導体素子の構造を示す斜視図で
ある。図１（ｂ）は、本半導体素子の製造途中の状態、
特に、一素子分の選択成長用のマスクをパターンニング
した状態を示す上面図である。以下、製造方法にそっ
て、本発明の実施の形態１による光半導体素子を説明す
る。

【００１９】図１（ｂ）を参照して、部分的に回折格子
１５を形成した第１導電型化合物半導体からなる基板１
上に、誘電体膜からなる成長阻止マスク２１をパターン
ニングする。このとき、成長阻止マスク２１の幅の変動
による影響が利得領域側に若干及ぶため、回折格子１５
が形成してある領域は、利得領域とモード変換領域の界
面から１０μｍ以上遠ざけることが好ましい。

【００２０】図１（ａ）および（ｂ）を参照して、第１
導電型化合物半導体からなる光ガイド層２、多重量子井
戸からなる活性層３、および第２電導型化合物半導体か
らなるクラッド層４を含む導波路を、開口部３１に選択
成長法により直接形成する。

【００２１】次に、開口部３１以外のところに２回目の
選択成長により、第２電導型化合物半導体からなるブロ
ック層５、ノンドープの化合物半導体からなる電界緩和
層６、および第１導電型化合物半導体からなるブロック
層７を積層し、サイリスタ電流ブロック構造を形成す
る。

【００２２】次に、第２導電型化合物半導体からなる埋
め込み層８で全体を埋め込んだ後、第２導電型化合物半
導体からなるキャップ層９を積層する。

【００２３】高速応答用として、導波路の両脇にメサ溝
１６を形成する。さらに、利得領域とモニタ領域とを電
気的に分離するために、キャップ層９を部分的に除去す
る。この電気的絶縁を十分なものにするためには、除去
するキャップ層の幅が５０μｍ以上あることが好まし
い。

【００２４】全体を誘電体絶縁膜１０で覆った後に、利
得領域とモニタ領域の導波路層の直上に、コンタクト用
の窓１７を開けた状態で、電極１１を形成する。

【００２５】導波路に関し、図１（ｂ）に示すように、
開口部３１の両脇の成長阻止マスク２１の幅は、利得領
域では広く、モード変換領域では狭い。したがって、図
２に示すように、モード変換領域では、利得領域に比
べ、量子井戸層５１や障壁層５２のバンドギャップが広
く、また量子井戸層厚が薄い。このため、モード変換領
域では、利得領域に比べ、量子井戸での電子とホールと
の基底準位間のエネルギー差５３が大きい。よって、無
バイアス時に、モード変換領域は、透明になる。この発
振波長と、無バイアス時のモニタ領域での利得ピーク波
長との差は、逆バイアス印加時に、光出力をあまり低下
させずに、かつモニタ電流として十分な受光電流を得る
ために、８０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下であることが好ま
しい。

【００２６】利得領域の開口幅は、活性層である量子井
戸層にて高次の導波モードが起こらず、かつ十分な利得
が得られるようにするために、１．２μｍ〜１．８μｍ
であることが好ましい。利得領域は、十分な利得を得る
ためには２００μｍ以上あることが好ましく、一枚のウ
ェハからの収量を増やすためには４００μｍ以下である
ことが好ましい。モード変換領域は、モード変換ロスを
抑えるためには１００μｍ以上あることが好ましく、一
枚のウェハからの収量を増やすためには２００μｍ以下
であることが好ましい。

【００２７】また、モード変換領域では、導波路自体の
膜厚が薄いことと、量子井戸層や障壁層のバンドギャッ
プが広くて屈折率が小さいこととで、光閉じ込めが弱い
ため、ビームスポットが広い。

【００２８】加えて、モード変換領域の端面付近のモニ
タ領域では、さらにマスク幅が狭いと共に、開口幅自体
が狭いため、光閉じ込めはさらに少く、ビームスポット
はさらに広い。最も狭い開口幅は、その後のブロック層
形成時に不具合を起こさないために、０．６μｍ以上で
あることが好ましい。利得領域から電気的に分離された
モニタ領域に逆バイアスをかけることで、図３に示すよ
うに、量子を閉じ込めるシュタルク効果（ＱＣＳＥ：Qu
antum Confined Stark Effect ）を利用して発振光の強
度をモニタすることができる。

【００２９】［実施例１］次に、本発明の実施例１によ
る光半導体素子について、実施の形態１と同様に図１
（ａ）および（ｂ）ならびに図２を参照して説明する。

【００３０】図１（ｂ）を参照して、第１導電型化合物
半導体としての１００ｎ−ＩｎＰからなる基板１上に、
部分的にピッチ約２４３ｎｍの回折格子１５を形成し、
［０１１］方向に一対のＳｉＯ₂ ストライプマスクであ
る成長阻止マスク２１を形成する。回折格子１５の形成
してある部分の長さは２８０μｍとし、利得領域は３０
０μｍとし、そしてモード変換領域は２００μｍとす
る。利得領域での開口幅は１．５μｍ、マスク幅は２０
μｍとする。モード変換領域では、利得領域側の１００
μｍの部分までは開口幅１．５μｍ、マスク幅５μｍと
し、端面側では端面で開口幅０．８μｍ、マスク幅３μ
ｍとする。即ち、テーパーをつける。

【００３１】開口部３１には、歪量子井戸を活性層とす
る導波路層を有機金属気相成長法により形成する。利得
領域にて、第１導電型化合物半導体としての波長・組成
１．２μｍのｎ−ＩｎＧａＡｓＰからなる光ガイド層２
（厚さ９０ｎｍ、濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3）を成長する。
この後、波長・組成１．２μｍのＩｎＧａＡｓＰからな
る障壁層５２（図２、厚さ１０ｎｍ、ノンドープ）で分
離させられた波長・組成１．５μｍのＩｎＧａＡｓＰに
１％の圧縮歪を導入した量子井戸層５１（図２、ノンド
ープ、厚さ５ｎｍ）を５層積層し、第２電導型化合物半
導体としてのｐ−ＩｎＰからなるクラッド層４（厚さ
０．２μｍ、濃度７×１０¹⁷ｃｍ^-3）を成長し、導波路
を形成する。

【００３２】マスク幅の違いから、遷移領域を経てモー
ド変換領域の中央部では、障壁層５２および量子井戸層
５１はそれぞれ、波長・組成１．２μｍのＩｎＧａＡｓ
Ｐに０．１％の引っ張り歪を導入した組成および波長・
組成１．５μｍのＩｎＧａＡｓＰに０．８２％の圧縮歪
みを導入した組成である。また、それぞれの層厚は、利
得領域の約０．７１倍である。

【００３３】図２に、導波路方向での各領域におけるＰ
Ｌ波長を示す。利得領域での利得ピークは、ＰＬ波長よ
りも若干長い約１．５５μｍである。また、モード変換
領域での利得ピークも、やはりＰＬ波長より若干長くな
り１．４５μｍである。一方、回折格子１５により選択
された発振波長は、１．５５５μｍである。開口幅が狭
い部分ではマスク幅も狭いため、利得ピークは、ほぼ
１．４５μｍに保たれている。

【００３４】ここで、モード変換機能を備えた従来の光
半導体素子（従来例２）を比較例として、本発明と比較
すると、次の点で全く異なる。

【００３５】比較例では、モード変換を層厚でのみ行っ
ているため、モード変換領域の利得領域付近と端面付近
とでは、２倍以上の膜厚差が必要である。したがって、
利得領域とモード変換領域とでの量子井戸の基底準位間
でのエネルギー差は極めて大きく、仮にモード変換領域
の端面側にモニタ用の電極をつけても、通常の逆バイア
ス程度では、発振光を吸収することができない。つま
り、モニタ領域を集積することはできない。

【００３６】次に、導波路層の直上にのみＳｉＯ₂ マス
クを残すと共に、導波路層の直上以外を、第２電導型化
合物半導体であるｐ−ＩｎＰからなるブロック層５（厚
さ０．６μｍ、濃度３×１０¹⁷ｃｍ^-3）、ノンドープの
化合物半導体であるｉ−ＩｎＰからなる電界緩和層６
（厚さ０．３ｍｍ、ノンドープ）、および第１導電型化
合物半導体であるｎ−ＩｎＰからなるブロック層７（厚
さ０．６μｍ、濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3）により埋め込
む。

【００３７】次に、導波路層直上のＳｉＯ₂ マスクを除
去し、第２導電型化合物半導体であるｐ−ＩｎＰからな
る埋め込み層８（厚さ５μｍ、濃度７×１０¹⁷ｃｍ^-3）
により全体を埋め込む。この後、コンタクト用に、第２
導電型化合物半導体であるＩｎＧａＡｓからなるキャッ
プ層９（厚さ１μｍ、濃度３×１０¹⁸ｃｍ^-3）を形成す
る。

【００３８】高速応答用に、導波路の両脇にメサ溝１６
を形成する。さらに、利得領域とモニタ領域を電気的に
分離するために、モード変換領域におけるキャップ層９
を１００μｍ除去する。

【００３９】全体をＳｉＯ₂ で覆った後に、利得領域と
モニタ領域の導波路層の直上に、コンタクト用の窓１７
を開けた状態で、電極１１を形成する。モニタ領域のコ
ンタクトの長さは、５０μｍとする。利得領域とモニタ
領域との間の電極は、ミリング等で除去する。

【００４０】劈開後、モニタ領域側の端面に、ＳｉＮの
ＡＲコート（反射率１％以下）を施し、利得領域側の端
面にＳｉＯ₂ およびα−Ｓｉからなる多層高反射膜（反
射率９５％以上）を形成する。

【００４１】モニタ領域に２Ｖの逆バイアスをかけて光
出力特性を測定したところ、室温での閾値１４ｍＡ、ス
ロープ効率０．２Ｗ／Ａが得られた。また、光出力５ｍ
Ｗ時のモニタ電流は、２００μＡであった。また、光出
力５ｍＷ時の水平放射角、垂直放射角共に、１１ｄｅ
ｇ．であった。通常のシングルモードファイバにレンズ
無しで素子を発光させながら結合したところ、結合効率
損は３．５ｄＢであった。

【００４２】［実施の形態２］図４（ａ）および（ｂ）
は、本発明の実施の形態２を説明するための図であり、
（ａ）は活性層側の電極パターンを示し、（ｂ）は基板
側の電極パターンを示す。以下、本発明の実施の形態２
による光半導体素子を説明する。

【００４３】利得領域、モード変換領域、およびモニタ
領域を備えていることは、実施の形態１と同様である。
実施の形態２は、実施の形態１と異なり、組立時に用い
るマーカが、電極パターンに組み込まれていることに特
徴がある。

【００４４】活性層側では、利得領域用の電極１１ａお
よびモニタ領域用の電極１１ｂを有している。電極１１
ａの一部のメタルが取り除かれ、マーカ２０になってい
る。尚、符号１０は、絶縁膜である。基板側では、中心
部１１ｃ以外のメタルが取り除かれ、基板１の表面が露
出している。

【００４５】導波路層の位置と電極パターン上のマーカ
とは関連づけられており、マーカを基準にして組み立て
れば、光軸調整無しで光ファイバとの光結合が可能であ
る。例えば、本光半導体素子に赤外線を当てた場合に
は、電極メタル以外の部分では赤外線が透過するため、
マーカ２０に対応する２つの丸い部分が浮かび上がる。
この丸い部分の重心を結んだ線の中央に導波路がある。
そして、重心を結んだ線からどのくらいのところに出射
面があり、また活性層側の表面からどのくらいの深さに
導波路層があるのかを把握しておけば、マーカ２０を画
像認識することで、出射点を任意の場所に設定すること
ができる。したがって、光ファイバをある精度で予め固
定しておけば、光ファイバにレーザ光を光軸調整なしで
結合することができる。このように光学調整無しで光フ
ァイバとの結合が十分にとれる理由は、本発明において
は、モード変換領域があるために、放射されるビームが
狭いからである。

【００４６】実施の形態２による光半導体素子の製造方
法では、赤外線を用いて素子側のマーカを画像認識して
位置合わせを行うビジュアルアライン形式の他にも、Ｓ
ｉ基板上のバンプ電極に光素子側の電極がセルフアライ
ン的に調整されるパッシブアライン方式等が適用でき
る。

【００４７】［実施例２］次に、本発明の実施例２によ
る光半導体素子について、図面を参照して説明する。

【００４８】図５（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）はそれ
ぞれ、実施例２を説明するための一素子分のマスクパタ
ーン図、導波路方向における導波路のＰＬ波長の推移を
示す図、および導波路層の中央での断面図である。

【００４９】実施例２では、回折格子を有していないフ
ァブリペロー型レーザの光半導体素子である。図５
（ａ）に示すように、ＳｉＯ₂ による成長阻止マスク２
１のマスクパターンは、利得領域にて、開口幅１．５μ
ｍ、マスク幅２０μｍ、長さ３００μｍである。また、
モード変換領域にて、利得領域との境界では開口幅１．
５μｍ、マスク幅５μｍであり、この境界から端面では
開口幅０．９μｍ、マスク幅５μｍから３μｍまで長さ
１５０μｍの間に変化するテーパ状である。

【００５０】導波路部は、図５（ｃ）に示すようにｎ−
ＩｎＰからなる基板１上に、ｎ−ＩｎＰからなるクラッ
ド層１９（厚さ０．１μｍ、濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3）、
多重量子井戸による活性層３、ｐ−ＩｎＰからなるクラ
ッド層４（厚さ０．１μｍ、濃度７×１０¹⁷ｃｍ^-3）、
ｐ−ＩｎＰからなる埋め込み層８（厚さ４．５μｍ、濃
度７×１０¹⁷ｃｍ^-3）、およびｐ−ＩｎＧａＡｓからな
るキャップ層９（厚さ１μｍ、濃度３×１０¹⁸ｃｍ^-3）
が配されている。キャップ層９は一部エッチングされ、
その上にＳｉＯ₂ からなる絶縁膜１０が被せられてい
る。これにより、利得領域とモニタ領域との電気的絶縁
が実現されている。モニタ領域の長さは、５０μｍであ
る。量子井戸による光導波路層は、図５（ｂ）に示すよ
うに、利得領域でＰＬ波長１．３１μｍ、モニタ領域で
ＰＬ波長１．１９μｍになるように、量子井戸の組成、
障壁層の組成を調整する。実施例１の場合とは異なり、
ファブリペロー型レーザの光半導体素子であるため、発
振スペクトルがブロードであることを考慮し、発振波長
と無バイアス時のモニタ領域のＰＬ波長との差は、１２
０ｎｍ、即ち大きくしてある。利得領域とモニタ領域と
での導波路層全体の厚さの比は、約０．７である。ブロ
ック構造は、実施例１と同様である。

【００５１】次に、実施例２による光半導体素子の製造
方法において、導波路層の位置を電極パターンのマーカ
に相関づける方法について述べる。

【００５２】図６は、実施例２による光半導体素子にお
ける最初の導波路形成時の一素子分の成長阻止マスク２
１および目合わせ用のマーカを示す図である。図６を参
照して、基板１上の大きい十字状領域の成長阻止マスク
４１の中に小さい十字状領域の成長阻止マスク４２があ
り、両成長阻止マスク間に成長可能な領域である開口部
４３がある。成長阻止マスク４１および４２の幅はそれ
ぞれ５μｍであり、開口部４３の幅も５μｍである。し
たがって、導波路形成と同時に、十字状のマーカの選択
成長が行われる。十字の交点と導波路層との位置関係
は、３００μｍの整数倍の位置にある。そして、十字の
交点を原点にすると、モニタ側の端面の位置は（２５０
μｍ＋９００μｍ）の整数倍の位置にあり、利得領域側
の端面は（７００μｍ＋９００μｍ）の整数倍の位置に
ある。以降のブロック層成長時、埋め込み成長時には、
このマーカ全体をＳｉＯ₂ で覆い、このマーカ上への成
長を阻止する。そして、このマーカを基にして、図４
（ａ）および（ｂ）に示したパターンに電極を形成すれ
ば、電極パターンの目合わせ用のマーカ２０（直径４０
μｍ）に導波路の位置を焼き付けることができる。

【００５３】次に、赤外線の画像認識を用いてマーカ２
０（図４）を認識し、これに基づいて劈開を行い、マー
カ２０と光ビーム出射面とを関連づける。この場合の劈
開位置の精度は、±０．５μｍ程度である。劈開後、劈
開領域側の端面にＳｉＯ₂ とα−Ｓｉからなる多層高反
射膜（反射率９５％以上）を形成すると共に、モニタ領
域側の端面にＳｉＯ₂ からなる端面保護膜（反射率３０
％）を形成し、特性を測定した。測定の結果は、モニタ
領域に１．５Ｖの逆バイアスをかけた状態で、閾値１０
ｍＡ、スロープ効率０．４５Ｗ／Ａ、光出力５ｍＷ時の
モニタ電流１５０μＡと、良好な特性であった。モニタ
領域からの出射光の放射角は、水平、垂直でそれぞれ１
２ｄｅｇ．と１３ｄｅｇ．であった。また、導波路から
キャップ層上までの距離は、約５．７μｍであった。仮
に、ＳｉＯ₂ 絶縁膜の厚さを０．５μｍ、ｐ側電極のト
ータルの厚さを０．３μｍとし、ｐ側電極をヒートシン
クに融着して組み立てるとすれば、ヒートシンク側のソ
ルダの厚さが１μｍの場合には、ヒートシンクの上面か
ら約７．５μｍのところに、光出射口が位置する。

【００５４】図７は、光ファイバ固定用のＶ溝６２およ
び画像認識用のマーカ６６を備えるＳｉ基板６１に、本
発明の光半導体素子を融着する様子を示す斜視図であ
る。

【００５５】図７を参照して、Ｖ溝６２の角度および深
さを調整することで、光ファイバ６３のコアをＳｉ基板
６１から約７．３μｍ上方に固定することができる。ま
た、光ファイバ６３のクラッドをＶ溝６２の突き当たり
に押し当てることで、光ファイバ６３の端面をＶ溝６２
の突き当たりに固定することができる。Ｖ溝６２、マー
カ６６、利得領域用ソルダ６５、およびモニタ領域用ソ
ルダ６４は、通常のフォトリソグラフ法で形成すること
が可能であるため、例えばマーカ６６とＶ溝６２との突
き当たりとの位置精度は、０．２μｍ程度である。尚、
赤外線による画像認識の位置合わせ精度は０．２μｍ以
下であることが、山内等によって示されている（電子情
報通信学会 1994年春季大会講演論文集 Ｃ−２９２
４−２８９）。

【００５６】光導波路６７の出射端面と光ファイバ６３
のコアとの位置合わせ精度は、画像認識による劈開の精
度、マーカの合わせ込みの精度、および素子製造時の精
度等を勘案すると、±１．５μｍ程度になる。本発明の
場合、図７に示したように、レンズ無しで画像認識によ
る組立を行った結果、光結合のロスは平均５ｄＢであっ
た。放射角が１２〜１３ｄｅｇ．の場合に光結合のトレ
ランスは光結合のロス１ｄＢにつき±２．５μｍ程度で
あるから、図７に示した組み立て方法は、十分に実用的
である。

【００５７】

【発明の効果】本発明による光半導体素子は、量子井戸
活性層への電流注入により光学利得を発生する利得領域
と、導波路における光の閉じ込めの度合いを緩くするモ
ード変換領域と、モード変換領域の光の出射端付近に配
され、逆バイアスの印加により光の一部を吸収して光の
強度をモニタするモニタ領域とを一素子内に有している
ため、優れた特性を有していることは勿論、部品点数、
組立工数が少い光モジュールを構成できる。

【００５８】例えば、実施例１によれば、従来例では、
レーザダイオード、モニタ用ＰＤ、およびレンズの３部
品が必要だったものが、１部品で済む。また、モニタ用
ＰＤが集積されており、ワイヤボンディングが一平面上
にて可能であり、組立工数が少い。また、実施例２によ
れば、１部品で済むことに加え、組立時に光学調整が不
要であり、組立工数が少い。さらに、導波路を半導体の
エッチングなしで形成するため、素子特性が均一にな
り、歩留まりも良好である。よって、素子自体の低価格
化が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１による光半導体素子を説
明するための図であり、（ａ）は構造を示す斜視図であ
り、（ｂ）は製造途中の状態を示す上面図である。

【図２】本発明の実施例１による光半導体素子の導波路
方向におけるＰＬ波長の推移を示す図である。

【図３】ＱＣＳＥ効果を用いて出射光強度をモニタする
原理を説明する図である。

【図４】本発明の実施の形態２による光半導体素子をの
電極パターンを示す図である。

【図５】本発明の実施例２による光半導体素子を説明す
る図である。

【図６】本発明の実施例２による光半導体素子の製造方
法において、導波路層位置を電極パターンのマーカに相
関づける方法を説明するための図である。

【図７】本発明の実施例２による光半導体素子をＳｉ基
板上に組み付ける様子を示す斜視図である。

【図８】従来例１による光半導体素子を示す断面図であ
る。

【図９】従来例２による光半導体素子を示す図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 光ガイド層 ３ 活性層 ４ クラッド層 ５ ブロック層 ６ 電界緩和層 ７ ブロック層 ８ 埋め込み層 ９ キャップ層 １０ 誘電体絶縁膜 １１ａ，１１ｂ 電極 １１ｃ 中心部 １５ 回折格子 １６ メサ溝 １７ 窓 １９ クラッド層 ２０，６６ マーカ ２１，４１，４２ 成長阻止マスク ３１，４３ 開口部 ５１ 量子井戸層 ５２ 障壁層 ５３ エネルギー差 ６１ Ｓｉ基板 ６２ Ｖ溝 ６３ 光ファイバ ６４ モニタ領域用ソルダ ６５ 利得領域用ソルダ ６７ 光導波路 １０１ レーザダイオード １０２ モニタダイオード １０３ 半導体本体 １０４ 基板領域 １０５ 重畳半導体層構造 １０６ 活性層 １０９ 端面 １１０ 条溝 １１１ 第１放射案内層 １１２ 第１不活性層 １１３ 第２放射案内層 １１４ 第２不活性層 １１５ 接点層 １１８，１１９，１２５ リード線 １２４ レーザ光 １４０ 光ファイバ ２０６ 多重量子井戸構造

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−116235（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−125279（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−283490（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−33386（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−299282（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−37341（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−116124（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 G02B 6/14

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 量子井戸活性層への電流注入により光学
   利得を発生する利得領域と、前記利得領域に比べ、量子
   井戸層および障壁層の組成が短波長であり、前記量子井
   戸層および前記障壁層の層厚が薄く、さらに、光導波路
   層の幅が狭く、導波路における光の閉じ込めの度合いを
   緩くするモード変換領域と、前記モード変換領域の光の
   出射端付近に配され、逆バイアスの印加により光の一部
   を吸収して光の強度をモニタするモニタ領域とを一素子
   内に有することを特徴とする光半導体素子。
2. 【請求項２】 レーザ発振波長と無バイアス時のモニタ
   領域の利得ピーク波長との差が、８０ｎｍ以上１２０ｎ
   ｍ以下である請求項１に記載の光半導体素子。
3. 【請求項３】 前記利得領域、前記モード変換領域、お
   よび前記モニタ領域は、連続的に形成された１本の光導
   波路を含む請求項１または２に記載の光半導体素子。
4. 【請求項４】 電極の一部に、光導波路層の光の出射口
   と所定の位置関係を持つマーカを備える請求項１乃至３
   のいずれかに記載の光半導体素子。