JP3212840B2 - 半導体光波長弁別回路の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体光波長弁別回
路の製造方法に関し、特に波長多重通信システムにおい
て重要な素子でかつ低クロストークで偏光依存性が小さ
い半導体光波長弁別回路の製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、光通信システムの伝送容量拡大の
方法として、波長多重伝送方式が注目されている。この
様な波長多重光通信システムにおいては、伝送されてき
た波長多重化信号を空間的に分波する光波長弁別回路が
必要不可欠である。光波長弁別回路の基本要素である光
波長弁別素子としては、完全結合長が波長により異なる
ことを利用した方向性結合器型のものや、アーム長の差
は一定でもこれによる光学的光路差は波長により異なる
ことを利用したマッハツェンダ型のもの、グレーティン
グ導波路を利用したものなどがある。

【０００３】また、Ｃ． ＤｒａｇｏｎｅがＩＥＥＥ
ＰＨＯＴＯＮＩＣ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＥＴＴＥ
ＲＳ １９９１年９月号（ＶＯＬ．３，Ｎｏ．９，ｐ
ｐ．８１２−８１５）で示しているように、スターカッ
プラと導波路グレーティングを組み合わせたタイプの光
波長弁別素子も提案されている。

【０００４】しかしながら、いずれのタイプの光波長弁
別回路においても、隣接する波長間を低クロストークで
分離するのは容易ではない。特に、任意の入射波長に対
しても低クロストーク波長分離動作が可能な、いわゆる
偏光無依存動作を現実的な製作トレランスで実現するこ
とは困難である。

【０００５】この様子を、方向性結合器型光波長弁別回
路の場合を例にとり、図１２を用いて説明する。図１２
の方向性結合器型光波長弁別回路においては、２本の光
導波路が長さＬに渡って近接して配置されており、この
部分で光のカップリングが生じる。入射ポート１０１か
ら波長λ1 の光が入力されたとき、その波長での完全結
合長ｌ01が方向性結合器長Ｌに等しければ、伝搬光は他
方の導波路へとカップリングし、出射ポート１０２ｃよ
り出射する。

【０００６】これに対して入射ポート１０１から波長λ
2 の光が入力され、その波長での完全結合長ｌ02が方向
性結合器長Ｌの１／２であれば、伝搬光は他方の導波路
へとカップリングした後更に入射側の導波路へと再びカ
ップリングし、出射ポート１０２ｂより出射する。

【０００７】ここで、一般的にλ1 ＜λ2 である。この
様子を図１３（ａ）に示す。図１３（ａ）には、一例と
して、λ1 ＝１．３μｍ，λ2 ＝１．５５μｍで、両者
ともＴＥ偏光の場合を示している。図１３（ａ）より判
るように、ｌ01＝Ｌ，ｌ02＝Ｌ／２に完全結合長を正確
に制御できれば、低クロストークでの波長分離動作が可
能である。しかしながら、現実には、ＴＥ偏光だけでな
く任意の入射偏光に対して、この様な低クロストーク波
長分離動作が望まれる。

【０００８】図１３（ａ）には、図１２に示した方向性
結合器型光波長弁別素子のＴＥ偏光に対する動作をした
が、同じ方向性結合器型光波長弁別素子へＴＭ偏光の光
が入射した時の波長分離特性を示したのが図１３（ｂ）
である。ＴＭ偏光の伝搬定数はＴＥ偏光の伝搬定数と異
なることから、波長分離特性には偏光による差が生じ
る。ＴＥ偏光に対して最適に設計した場合、図１３
（ｂ）に示すように、ＴＭ偏光に対するクロストーク特
性は悪化する。しかも、上述のような偏光依存性を方向
性結合器の構造改良だけで解消しようとすると、非常に
厳しい製作トレランスが要求され、現実的とはいえな
い。

【０００９】これに対して、井本らは、長波長側の信号
光が出射される光波長弁別素子の出力導波路（上記図１
２の例ではλ2 が出力される１０２ｂ側の導波路）に短
波長の不要光を吸収する部分を付加することを、特開昭
６２−１２１４０９号公報において提案している。

【００１０】図１４に、井本らによって提案された構造
の概略を示す。光ファイバ１２０より入射された波長λ
1 ，λ2 （λ1 ＜λ2 ）の波長多重信号を方向性結合器
型光波長弁別素子１０３で分波するが、波長の長いλ2
側の出射導波路１０２（ａ）側には、λ2 に対しては透
明で、λ1 の光に対しては光の吸収が生じる吸収導波路
１０４が付加されている。

【００１１】これにより、たとえ方向性結合器型光波長
弁別素子自身にはクロストーク（すなわち、出射導波路
１０２ａ側へのλ1 成分の漏れ光）が生じても、このク
ロストーク成分は付加された吸収導波路１０４により消
滅するので、見かけ上低クロストーク特性が実現され
る。従って、方向性結合器型光波長弁別素子への性能要
求が緩和され、低クロストーク特性を現実的な製作トレ
ランスで実現できる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、伝搬光
に対して吸収のない低損失の受動導波路と、ある波長以
下の波長に対しては吸収を生じるような受動導波路とは
組成の異なる吸収導波路とを、モノリシックに集積化す
るのは容易ではない。通常用いられる結晶成長とエッチ
ングを繰り返して、組成の異なる導波路をモノリシック
に集積化する方法では、せっかく製作トレランスが増加
しても、素子製作の歩留まりの悪化、及び異なる導波路
間の結合効率の悪化による素子特性の悪化が避けられ
ず、本末転倒であった。

【００１３】上述のように、従来の製造方法では、伝搬
光に対して吸収のない低損失の受動導波路と、ある波長
以下の波長に対しては吸収を生じる導波路のように受動
導波路とは組成の異なる導波路とを、モノリシックに集
積化するのは非常に困難であった。このために、光波長
弁別素子に吸収導波路を付加することによって、光波長
弁別回路の製作トレランスを拡大させるのは、現実には
非常に困難であった。

【００１４】本発明の目的は、組成の異なる導波路をモ
ノリシック集積化する簡便で製作歩留まりが良い半導体
光波長弁別回路の製造方法を提供し、これによって光波
長弁別素子に吸収導波路を付加して光波長弁別素子の製
作トレランスを拡大させた半導体光波長弁別回路を提供
することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、半導体
導波路型光波長弁別素子の後段に短波長クロストーク光
を除去するための短波長信号光吸収導波路を付加した半
導体光波長弁別回路の製造方法であって、前記導波路型
光波長弁別素子とこれに連続して接続される前記短波長
信号光吸収導波路とのコア層パターンを形成する半導体
基板上の予定領域を挟んで選択成長用のマスク層を選択
的に形成する工程と、このマスク層をマスクとして前記
予定領域上に半導体バッファ層、コア層及び半導体クラ
ッド層をこの順に積層して半導体コア層を含むメサスト
ライプを、前記導波路型光波長弁別素子と前記短波長信
号光吸収導波路とにおいて同時に形成する工程と、を含
み、前記短波長信号光吸収導波路に対応するマスク層の
幅が前記導波路型光波長弁別素子に対応するマスク層よ
りも大に形成されていることを特徴とする半導体光波長
弁別回路の製造方法が得られる。

【００１６】また、本発明によれば、半導体導波路型光
波長弁別素子の後段に短波長クロストーク光を除去する
ための短波長信号光吸収導波路を付加し、かつ分波され
た光信号の各々を電気信号に変換する光受光器を有する
半導体光波長弁別回路の製造方法であって、前記導波路
型光波長弁別素子とこれに連続して接続される前記短波
長信号光吸収導波路及び前記光受光器とのコア層パター
ンを形成する半導体基板上の予定領域を挟んで選択成長
用のマスク層を選択的に形成する工程と、このマスク層
をマスクとして前記予定領域上に半導体バッファ層、コ
ア層及び半導体クラッド層をこの順に積層して半導体コ
ア層を含むメサストライプを、前記導波路型光波長弁別
素子と前記短波長信号光吸収導波路と前記光受光器とに
おいて同時に形成する工程と、を含み、前記短波長信号
光吸収導波路と前記光受光器とに対応するマスク層の幅
が前記導波路型光波長弁別素子に対応するマスク層より
も大に形成されていることを特徴とする半導体光波長弁
別回路の製造方法が得られる。

【００１７】更に、本発明によれば、半導体導波路型光
波長弁別素子の後段に短波長クロストーク光を除去する
ための短波長信号光吸収導波路と、長波長クロストーク
光を除去するための長波長信号光放射導波路とを付加し
た半導体光波長弁別回路の製造方法であって、前記導波
路型光波長弁別素子と、これに連続して接続される前記
短波長信号光吸収導波路及び前記長波長信号光放射導波
路とのコア層パターンを形成する半導体基板上の予定領
域を挟んで選択成長用のマスク層を選択的に形成する工
程と、このマスク層をマスクとして前記予定領域上に半
導体バッファ層、コア層及び半導体クラッド層をこの順
に積層して半導体コア層を含むメサストライプを、前記
導波路型光波長弁別素子、前記短波長信号光吸収導波
路、前記長波長信号光放射導波路において同時に形成す
る工程と、を含み、前記短波長信号光吸収導波路に対応
するマスク層の幅が前記導波路型光波長弁別素子と前記
長波長信号光放射導波路に対応するマスク層よりも大に
形成されていることを特徴とする半導体光波長弁別回路
の製造方法が得られる。

【００１８】更にはまた、本発明によれば、半導体導波
路型光波長弁別素子の後段に短波長クロストーク光を除
去するための短波長信号光吸収導波路と、長波長クロス
トーク光を除去するための長波長信号光放射導波路とを
付加し、かつ分波された光信号の各々を電気信号に変換
する光受光器を有する半導体光波長弁別回路の製造方法
であって、前記導波路型光波長弁別素子と、これに連続
して接続される前記短波長信号光吸収導波路、前記長波
長信号光放射導波路及び前記光受光器とのコア層パター
ンを形成する半導体基板上の予定領域を挟んで選択成長
用のマスク層を選択的に形成する工程と、このマスク層
をマスクとして前記予定領域上に半導体バッファ層、コ
ア層及び半導体クラッド層をこの順に積層して半導体コ
ア層を含むメサストライプを、前記導波路型光波長弁別
素子、前記短波長信号光吸収導波路、前記長波長信号光
放射導波路及び前記光受光器において同時に形成する工
程と、を含み、前記短波長信号光吸収導波路と前記光受
光器とに対応するマスク層の幅が前記導波路型光波長弁
別素子と前記長波長信号光放射導波路に対応するマスク
層よりも大に形成されていることを特徴とする半導体光
波長弁別回路の製造方法が得られる。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の作用は以下の如くであ
る。

【００２０】本発明においては、図１に示すように、光
波長弁別素子の後段、特に長波長側の信号が出力される
側の出力端の後段に、クロストーク成分である短波長信
号を吸収する吸収導波路１０４を更に付加する。これに
より、長波長側の信号が出力される側のクロストークが
大幅に改善されるので、光波長弁別素子の設計の際、短
波長側の信号が出力される側での偏光依存性を小さくす
ることにだけ留意すれば良く、設計及び製作の許容度が
大幅に増大する。

【００２１】上述のような短波長信号を吸収する導波路
は、その波長組成が短波長側信号のフォトン・エネルギ
に近い導波路を形成して実現できる。しかしながら、前
述のように、伝搬光に対して吸収のない低損失の受動導
波路と、ある波長以下の波長に対しては吸収を生じるよ
うな導波路とのモノリシック集積化は、通常用いられる
結晶成長とエッチングとを繰り返す方法では難しい。

【００２２】これに対して、本発明においては、１対の
ストライプ状誘電体マスクの空隙部に選択的に結晶成長
を行うと、成長層の波長組成をマスク幅により制御でき
ることを利用して、入射する全ての波長に対して透明な
受動導波路と短波長信号を吸収する導波路とを１回の結
晶成長で一括形成する。

【００２３】この原理については、本発明者らによっ
て、ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ誌ＶＯ
Ｌ．２８，Ｎｏ．２（１９９２年１月１６日号）第１５
３ページから第１５４ページに記述されている。図１１
（ａ）に示すように、一対のストライプ状誘電体マスク
９１０に挟まれた幅数μｍの空隙部に、有機金属気相成
長法（以下、ＭＯＶＰＥ法と略す）を用いてＩｎＧａＡ
ｓＰもしくはＩｎＧａＡｓを選択的に結晶成長すると、
成長層の波長組成がマスク幅により異なる。

【００２４】選択的に結晶成長された層がＩｎＧａＡｓ
Ｐバルク層の場合の、マスク幅Ｗmと成長層の波長組成
λg の関係を図１１（ｂ）に示す。ＳｉＯ2 マスク幅の
Ｗｍを広くするに従って、Ｉｎの組成比が増加し、バル
クＩｎＧａＡｓＰ層の組成波長は長くなる。図１１
（ｂ）より判るように、ＳｉＯ2 マスクの幅Ｗｍを５μ
ｍから３０μｍへと変化させると、組成波長１．１５μ
ｍから１．３μｍへと変化させることができる。このこ
とは、同一ウェハ内でも、ＳｉＯ2 マスクの幅Ｗｍの異
なる領域を作っておきさえすれば、組成波長の異なる領
域を１回の選択成長で形成できることを意味する。

【００２５】従って、入射光波長１．３μｍ及び１．５
５μｍの両者に対して透明な（低損失な）組成成長１．
１５μｍのコア層を有する領域と、入射光波長１．５５
μｍに対しては透明であるが波長１．３μｍに対しては
吸収導波路となる組成波長１．３μｍのコア層を有する
領域とを、１回の結晶成長で形成することができる。

【００２６】更に、コア層を多重量子井戸（ＭＱＷ）構
造とすると、マスクの幅Ｗｍを広くするにしたがってＩ
ｎの組成比が増大する効果と、マスクの幅Ｗｍを広くす
るにしたがって成長速度が速くなる効果とが相乗的に働
き、図１１（ｃ）に示すように、成長層の組成波長のマ
スク幅依存性は更に増大する。ＭＱＷ構造を用いれば、
同一ウェハ内で、その組成波長を１．１５μｍから１．
５５μｍに変化させることもできる。

【００２７】以上のように本発明においては、入射する
全ての波長に対して透明な受動導波路と短波長信号を吸
収する導波路とを１回の結晶成長で一括形成する。従っ
て、エッチングと結晶成長を繰り返す製造方法に比べて
工程数が少なく、遥かに簡便で、製作歩留まりの良い製
造方法を本発明により提供することができる。本発明の
製造方法を用いれば、受動導波路と吸収導波路との間の
光結合効率もほぼ１００％とできるので、素子全体の損
失が少なく、また受動導波路と吸収導波路との間の結合
部で発生する反射戻り光が素子特性に与える悪影響も小
さくできる。

【００２８】この様に、本発明を用いれば、吸収導波路
を集積化してクロストーク特性が改善され、設計及び製
作の許容度が増大した光波長弁別回路を、製作歩留まり
を悪化させることなく実現できる。

【００２９】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳
細に説明する。

【００３０】図１は、本発明による半導体光波長弁別回
路の一例として、ＩｎＰ系方向性結合器型光波長弁別素
子を基本要素とした半導体光波長弁別回路の実施例を示
す概略図、図２はＩｎＰ系方向性結合器型光波長弁別素
子を基本要素とした半導体光波長弁別回路の実施例を示
す斜視図である。また、図３は図１に示した半導体光波
長弁別回路のコア層を選択成長により一括形成する際の
誘電体マスクパターンの上面図、図４（ａ），（ｂ），
（ｃ）は、図２におけるＡ−Ａ’，Ｂ−Ｂ’，Ｃ−Ｃ’
断面が夫々示されている。

【００３１】図１にその概略を示した半導体光波長弁別
回路においては、方向性結合器型光波長弁別素子部１０
３の後段、特に長波長側（λ＝１．５５μｍ側）の信号
が出力される側の出力端の後段に、クロストーク成分で
ある短波長信号を吸収する吸収導波路部１０４を更に付
加した構成となっている。これにより、長波長側の信号
が出力される側、すなわち出力光導波路１０２ｂ側のク
ロストークが大幅に改善される。

【００３２】図１の構成の半導体光波長弁別回路の動作
について簡単に説明する。今、入力光導波路１０１にλ
1 （＝１．３μｍ）とλ2 （＝１．５５μｍ）の波長の
信号が多重化されて入射したとする。この時、方向性結
合器部の長さＬに対して、波長１．３μｍに対する完全
結合長ｌ1 がＬに等しく（ｌ1 ＝Ｌ）、波長１．５５μ
ｍに対する完全結合長ｌ2 がＬの１／２（２／ｌ1 ＝
Ｌ）であれば、方向性結合器型光波長弁別素子部１０３
により１．３μｍ信号光は出力光導波路１０２ｃ側に、
１．５５μｍ信号は出力光導波路１０２ａ側に出力され
る。

【００３３】ところで、完全結合長の設計値からのずれ
や、完全結合長の偏光依存性などが生じると、１．３μ
ｍ光と１．５５μｍ光の完全な分離ができなくなり、波
長クロストークが生じる。しかしながら、図１に示した
半導体光波長弁別回路においては、長波長側の信号が出
力される側、すなわち出力光導波路１０２ａ側の先に短
波長信号を吸収する導波路１０４、すなわちコア層の組
成成長が１．３μｍ近傍の導波路が継続接続されてい
る。これにより、出力光導波路１０２ａに出力された光
に、たとえクロストーク成分である１．３μｍ信号光が
混入しても、短波長信号吸収導波路１０４により１．３
μｍ光は吸収されてしまい、クロストークは大幅に減少
する。尚、短波長側の信号が出力される側の出力端、す
なわち出力導波路１０２ｃ側に長波長成分である１．５
５μｍ光がクロストークとして残ったとしても、半導体
受光器で電気信号に変換する際に長波長成分は受光器で
吸収されないので、電気信号に変換された後はこの長波
長成分はクロストークとしてほとんど残らない。

【００３４】図２に、図１に概略を示した半導体光波長
弁別回路の具体的な構成を示す。バルクＩｎＧａＡｓＰ
１０５をコア層とし、このコア層をＩｎＰクラッド層で
挟んだダブルヘテロ・メサ２０２がＩｎＰ基板１００上
に形成され、このダブルヘテロ・メサをＩｎＰ埋め込み
層２０１で埋め込むことにより光導波路が形成されてい
る。入力光導波路１０１部では２本の導波路は離れてお
り独立であるが、（図４（ａ）のＡ−Ａ’断面図を参
照）、方向性結合器部１０３においては２本の導波路は
光学的なカップリングが生じるまでに近接して配置され
ている（図４（ｂ）のＢ−Ｂ’断面図を参照）。方向性
結合器部１０３の出力は再び２本の独立した導波路とな
る。

【００３５】尚、ここで、入力光導波路１０１，方向性
結合器部１０３の光導波路とも、入射光波長λ1 （＝
１．３μｍ），λ2 （＝１．５５μｍ）の両者に対して
透明となるように、コア層の波長組成は１．１５μｍに
設定されている。

【００３６】一方、方向性結合器部１０３の後段には、
長波長側の信号が出力される側、すなわち、出力光導波
路１０２ａ側にのみ短波長信号吸収導波路１０４が接続
されている。他の領域とは異なり、この短波長信号吸収
導波路１０４領域においては、クロストーク成分である
１．３μｍ信号光を吸収するように、コア層の波長組成
は１．３μｍに設定されている。

【００３７】以下に、図２に示した半導体光波長弁別回
路の本発明による製造方法について、図３及び図５，６
を用いて説明する。尚、図５においては、図２に示した
Ｂ−Ｂ’断面を、図６においては、Ｃ−Ｃ’断面を示し
ている。すなわち図５においては、方向性結合器部１０
３の断面構造が、図６においては、短波長信号吸収導波
路部１０４及び出力光導波路１０２ｃの断面構造が夫々
示されている。

【００３８】先ず、（１００）面方位のｎ−ＩｎＰ基板
１００上に、選択成長を行うためのＳｉＯ2 マスクを図
３のように形成する。ここで、図３のＳｉＯ2 マスクの
パターン図は、ウェハを上から見た形状を示している。
図３において、斜線で示した部分がストライプ状のＳｉ
Ｏ2 がパターニング後に残った部分であり、一対のＳｉ
Ｏ2 ストライプマスクに挟まれた空隙部にコア層を含む
半導体メサが結晶成長される。

【００３９】尚、ＳｉＯ2 マスク・パターンの方向は、
ストライプの長手方向が［０１１］方向となるように選
ぶ。図３に示したＳｉＯ2 マスク・パターンを形成した
後のウェハの断面形状を図５（ａ），図６（ａ）に示
す。

【００４０】図３及び図５（ａ），図６（ａ）から判る
ように、短波長信号吸収導波路部ＳｉＯ2 マスク３０４
の幅は、方向性結合器部ＳｉＯ2 マスク３０３や出力光
導波路部ＳｉＯ2 マスク３０２Ｃの幅に比べて広い。短
波長信号吸収導波路１０４部以外の部分ではマスク幅が
５μｍであるのに対して、短波長信号吸収導波路１０４
部のマスク幅は３０μｍとした。尚、一対のストライプ
状ＳｉＯ2 マスクに挟まれた空隙部の幅は、いずれの領
域においても１．５μｍである。

【００４１】また、図２における入力光導波路部１０１
の長さは５００μｍ、出力光導波路部１０２ｃの長さは
７００μｍ、入力光導波路部１０１及び出力光導波路部
１０２ｂ，１０２ｃにおける２本の導波路の間隔は２５
０μｍ、短波長信号吸収導波路部１０４の長さは２００
μｍ、方向性結合器部１０３の導波路が近接して設置さ
れた部分の長さは１０００μｍとし、方向性結合器部１
０３と入力光導波路１０１及び出力光導波路１０２ａ，
１０２ｃを接続する曲線導波路の曲率半径は５ｍｍとし
た。

【００４２】次に、図３に示したＳｉＯ2 パターンを選
択成長用のマスクとして、図５（ｂ）及び図６（ｂ）に
示すように、ＩｎＧａＡｓＰコア層を含むダブルヘテロ
・メサ５０１，５０２，５０３を、ＭＯＶＰＥによる選
択成長によってＳｉＯ2 マスクの空隙部に一括形成す
る。具体的には、ＩｎＰバッファ層を２０００Å，Ｉｎ
ＧａＡｓＰコア層を４０００Å，ＩｎＰクラッド層を２
０００Å順次積層する。

【００４３】尚、上記の各層の厚さは、マスク幅の広い
短波長信号吸収導波路１０４部での設定値であり、それ
よりもマスク幅の狭い他の領域においてはコア層の厚さ
は減少し約２０００Åとなる。この時、選択成長用マス
クの幅が３０μｍと広い短波長信号吸収導波路１０４部
でコア層の組成波長が１．３０μｍとなるように結晶成
長条件を設定しておくと、マスク幅が５μｍと狭い他の
領域においてはコア層の組成波長は１．１５μｍ近傍と
なる。

【００４４】このように、選択ＭＯＶＰＥ成長により、
バンドギャップ波長の異なる領域を１回の結晶成長で形
成する。選択ＭＯＶＰＥ成長により各領域にダブルヘテ
ロ・メサを一括形成した後、図５（ｃ），図６（ｃ）に
示すように、ダブルヘテロ・メサ脇のＳｉＯ2 マスクを
２μｍ幅ずつエッチングにより除去し、ＳｉＯ2 マスク
のない空隙部を再度形成する。尚、方向性結合器部１０
３においては、図５（ｃ）に示すように、２つのダブル
ヘテロ・メサ５０１の間の部分のＳｉＯ2 マスクは全て
除去する。

【００４５】その後、図５（ｄ），図６（ｄ）に示すよ
うに、この空隙部にＩｎＰ埋め込み層５０４，５０５，
５０６をやはり選択ＭＯＶＰＥ成長により形成する。Ｉ
ｎＰ埋め込み層５０４，５０５，５０６のメサ高さは約
２μｍである。

【００４６】最後に、ＳｉＯ2 マスクをエッチングによ
り除去した後、ＩｎＰ基板１００側の研磨，劈開による
素子端面の形成、端面への無反射コーティング膜の形成
を行い、図２に示した素子の製作を完了する。

【００４７】本発明においては、長波長側の信号が出力
される側、すなわち出力光導波路１０２ａ側の先に短波
長信号を吸収する導波路１０４、すなわちコア層の組成
波長が１．３μｍ近傍の導波路が継続接続されている
が、この短波長信号吸収導波路のコア層を、選択ＭＯＶ
ＰＥ成長により、他の透明導波路のコア層と一括形成す
る。

【００４８】このため、バンドギャップ波長の異なる領
域をエッチングと結晶成長の繰り返しで形成する必要が
なく、製造工程が大幅に簡略化される。従って、素子の
製造歩留まりも大幅に向上する。しかも、本製造方法に
より半導体光波長弁別回路を製作すると、方向性結合器
型光波長弁別素子の出力光導波路１０２ａと短波長信号
吸収導波路１０４との接続部でコアは連続となり、両者
の間でほぼ１００％の結合効率が得られる。従って、接
続部の損失が生じず素子全体の伝搬損失が小さいばかり
ではなく、接続部で不要な反射戻りが発生することによ
る悪影響も低減できる。

【００４９】従って、本発明によれば、吸収導波路を集
積化してクロストーク特性が改善され、設計及び製作の
許容度が増大した半導体光波長弁別回路を、簡便な製造
方法でかつ良好な製作歩留まりで実現できる。

【００５０】図７には、本発明による半導体光波長弁別
回路の第２の実施例を示す。図７に示した実施例におい
ては、前述の図２に示した第１の実施例に加えて、波長
分波後に長波長信号及び短波長信号を夫々検出する受光
器までが集積化されている。

【００５１】図７に示した半導体光波長弁別回路におい
ても、図２に示した第１の実施例と同様に、方向性結合
器型光波長弁別素子部１０３の後段、特に長波長側（λ
＝１．５５μｍ側）の信号が出力される側の出力端の後
段に、クロストーク成分である短波長信号を吸収する吸
収導波路部１０４を付加した構成となっている。これに
より、長波長側の信号が出力される側、すなわち出力光
導波路１０２ｂ側のクロストークが大幅に改善される。
図７に示した半導体光波長弁別回路においては、更に長
波長信号及び短波長信号を夫々検出する受光器６０１
ａ，６０１ｂまでが集積化されている。

【００５２】ここで、長波長側（λ＝１．５５μｍ側）
の信号が出力される短波長信号吸収導波路１０４の後段
に付加された光受光器６０１ａにおいては、そのコア層
波長組成を長波長信号光の波長（λ＝１．５５μｍ）に
ほぼ等しく設定し、短波長側の（λ＝１．３μｍ）信号
が出力される出力光導波路１０２ｃの後段に付加された
光受光器６０１ｂにおいては、そのコア層波長組成は短
波長信号の波長（λ＝１．３μｍ）にほぼ等しく設定さ
れている。

【００５３】この様に、短波長側の（λ＝１．３μｍ）
信号が出力される出力光導波路１０２ｃの後段に付加さ
れた光受光器６０１ｂのコア層波長組成を短波長信号光
の波長（λ＝１．３μｍ）にほぼ等しく設定すれば、短
波長側の（λ＝１．３μｍ）信号が出力される出力光導
波路１０２ｃに長波長（λ＝１．５５μｍ）側の信号が
クロストークとしてたとえ残留しても、このクロストー
ク信号は光受光器６０１ｂでは吸収されない。従って、
受光器６０１ｂで電気信号に変換した後では、この長波
長（λ＝１．５５μｍ）側の信号はクロストークとはな
らない。

【００５４】図７に示した集積素子は、２つの光受光器
６０１ａ，６０１ｂが付加されていることと、光受光器
６０１ａのコア層組成波長を１．５５μｍとしなければ
ならないので、受動導波路のコア層組成成長（１．１５
μｍ）と光受光器６０１ａのコア層組成成長（１．５５
μｍ）の間で４００ｎｍという大きな組成波長差が必要
であること、が第１の実施例と異なる。

【００５５】しかしながら、コア層を含むダブルヘテロ
・メサを選択ＭＯＶＰＥ成長法により一括形成する際の
誘電体マスクとして、図８に示す形状のものを用い、コ
ア層には多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造）を用いること
により、図７に示した素子を実現できる。

【００５６】図８において、短波長信号吸収導波路部Ｓ
ｉＯ2 マスク３０４及び光受光器部ＳｉＯ2 マスク７０
１ｂの幅Ｗm2は１０μｍ、光受光器部ＳｉＯ2 マスク７
０１ａのマスク幅Ｗm3は３０μｍ、それ以外の方向性結
合器部を含む受動導波路部のＳｉＯ2 マスク幅Ｗm1は５
μｍとしている。

【００５７】この時、コア層としてＭＱＷ構造を採用す
れば、図１１（ｃ）より判るように、短波長信号吸収導
波路部１０４，光受光器部６０１ａ，光受光器部６０１
ｂ，それ以外の方向性結合器部を含む受動導波路部の組
成波長を夫々１．３μｍ，１．５５μｍ，１．３μｍ，
１．１５μｍ近傍とすることができる。

【００５８】尚、コア層のＭＱＷ構造としては、ウエル
としては厚さ４０Åの１．５１μｍ組成のＩｎＧａＡｓ
Ｐを、バリアとしては厚さ１００Åの１．２８μｍ組成
のＩｎＧａＡｓＰを用いる。尚、上記の膜厚及び組成
は、組成波長の最も長い光受光器６０１ａ領域での設定
値である。

【００５９】図７に示した実施例の製造方法のほとんど
は、第１の実施例と同様であるので詳細は省略する。製
造工程の概略としては、第１の実施例と同様に、先ず図
８の形状の選択成長用ＳｉＯ2 マスクを形成し、次に上
記のＳｉＯ2 マスクの空隙部に各領域のダブルヘテロ・
メサをＭＯＶＰＥ選択成長により一括形成し、更にこの
ダブルヘテロ・メサの両脇のＳｉＯ2 マスクを一部除去
して、ＩｎＰ埋め込み層をやはりＭＯＶＰＥ選択成長に
より形成する。本実施例の製造方法で第１の実施例と異
なる点は２つの光受光器６０１ａ及び６０１ｂの電極を
形成する工程が必要な点であるが、この工程は通常の半
導体レーザや光受光器の電極形成プロセスと同様であ
る。

【００６０】本発明においては、長波長側の信号が出力
される側、すなわち出力光導波路１０２ａ側の先にクロ
ストークである短波長信号を吸収する導波路１０４が付
加されているのみならず、分波後の光信号を電気信号に
変化する光受光器までが集積化された半導体光波長弁別
回路を、選択ＭＯＶＰＥ成長により一括形成する。

【００６１】このため、バンドギャップ波長の異なる領
域をエッチングと結晶成長の繰り返しで形成する必要が
なく、製造工程が大幅に簡略化される。従って、素子の
製造歩留まりも大幅に向上する。しかも、本製造方法に
より半導体光波長弁別回路を製作すると、方向性結合器
型光波長弁別素子の出力光導波路１０２ａと短波長信号
吸収導波路１０４との接続部及び出力光導波路１０２
ｂ，１０２ｃと光受光器との接続部でコアとは連続とな
り、接続部でほぼ１００％の結合効率が得られる。従っ
て、接続部での損失が生じず素子全体の伝搬損失が小さ
いばかりでなく、接続部で不要な反射戻り光が発生する
ことによる悪影響も低減できる。

【００６２】従って、本発明によれば、吸収導波路及び
光受光器を集積化してクロストーク特性が改善され、設
計及び製作の許容度が増した光波長弁別回路を、簡便な
製造方法でかつ良好な製作歩留まりで実現できる。

【００６３】図９には本発明の製造方法により製作した
第３の実施例である半導体光波長弁別回路の構造を示
す。図９においては、方向性結合器型光波長弁別素子の
後段の長波長信号光出力側には短波長光クロストークを
吸収するための吸収導波路１０４が、方向性結合器型光
波長弁別回路の後段の短波長信号光出力側には長波長光
クロストークを放射させて除去するための曲線光導波路
８０１が集積化され、また分波されクロストーク成分が
除去された後の光信号を電気信号に変換するための光受
光器６０１ａ，６０１ｂも集積化されている。

【００６４】尚、本実施例においては、第２の実施例と
は異なり、短波長信号出力側においても曲線光導波路８
０１によりクロストーク成分が光信号レベルで除去され
るので、光受光器６０１ａ，６０１ｂのコア層波長組成
はいずれも１．５５μｍで同一である。

【００６５】尚、方向性結合器部１０３の前後の曲線導
波路の曲率半径Ｒ1 は５ｍｍであり、長波長（１．５５
μｍ），短波長（１．３μｍ）いずれの伝搬光に対して
も曲線導波路部での放射は生じないように設計されてい
る。

【００６６】これに対して、曲線光導波路８０１の曲率
半径Ｒ2 は２．５ｍｍと小さく、波長１．３μｍの伝搬
光に対しては放射損失は生じないが、波長１．３μｍの
伝搬光よりも水平方向の光閉じ込めが弱い波長１．５５
μｍ伝搬光に対しては大きな放射損失が生じる。このた
め、曲線光導波路８０１は不要長波長光除去のためのフ
ィルタとして機能する。

【００６７】図９に示した集積素子は、不要長波長光除
去のための曲線光導波路８０１が付加されていること
と、光受光器６０１ａ，６０１ｂのコア層波長組成はい
ずれも１．５５μｍで同一であることを除けば、第２の
実施例とほぼ同一である。コア層を含むダブルヘテロ・
メサを選択成長ＭＯＶＰＥ成長法により一括形成する際
の誘電体マスクとして、図１０に示す形状のものを用
い、コア層には第２の実施例と同様に多重量子井戸構造
（ＭＱＷ構造）を用いることにより、図９に示した素子
は第２の実施例と同一の製造方法により実現できる。

【００６８】図１０において、短波長信号吸収導波路部
ＳｉＯ2 マスク３０４のマスク幅Ｗm2は１０μｍ、光受
光器部ＳｉＯ2 マスク７０１ａ及び７０１ｂのマスク幅
Ｗm3はいずれも３０μｍ、それ以外の方向性結合器部を
含む受動導波路部のＳｉＯ2マスク幅Ｗm1は５μｍとし
ている。

【００６９】この時、コア層としてＭＱＷ構造を採用す
れば、図１１（ｃ）より判るように、短波長吸収信号導
波路部１０４、光受光器部６０１ａ，６０１ｂ、それ以
外の方向性結合器型を含む受動導波路部の組成波長を夫
々１．３μｍ，１．５５μｍμｍ，１．５５μｍ及び
１．１５μｍ近傍とすることができる。ここで、不要長
波長光を除去する光曲線導波路部８０１のＳｉＯ2 マス
ク幅も他の受動導波路部と同じ５μｍである。

【００７０】図９に示した本実施例の製造方法のほとん
どは、第１及び第２の実施例と同様であるので、詳細は
省略する。製造工程の概略としては、第１の実施例と同
様に、先ず図１０の形状の選択成長用ＳｉＯ2 マスクを
形成し、次に上記ＳｉＯ2 マスクの空隙部に各領域のダ
ブルヘテロ・メサをＭＯＶＰＥ選択成長により一括形成
し、更にこのダブルヘテロ・メサの両脇のＳｉＯ2 マス
クを一部除去して、ＩｎＰ埋め込み層をやはりＭＯＶＰ
Ｅ選択成長により形成する。

【００７１】本実施例においては、長波長側の信号が出
力される側、すなわち出力光導波路１０２ａ側の先にク
ロストークである短波長信号を吸収する導波路１０４が
付加されているのみならず、短波長側の信号が出力され
る側の先にも、クロストークである長波長信号を放射除
去する曲線導波路８０１が付加されている。更に分波後
の光信号を電気信号に変化する光受光器までが集積化さ
れた半導体光波長弁別回路を、選択ＭＰＶＰＥ成長によ
り一括形成する。

【００７２】このため、バンドギャップ波長の異なる領
域をエッチングと結晶成長の繰り返しで形成する必要が
なく、製造工程が大幅に簡略化される。従って、素子の
製造歩留まりも大幅に向上する。しかも、本製造方法に
より半導体光波長弁別回路を製作すると、方向性結合器
型光波長弁別素子の出力光導波路１０２ａと短波長信号
吸収導波路１０４との接続部及び出力光導波路１０２
ｂ，１０２ｃと光受光器との接続部でコア層は連続とな
り、接続部でほぼ１００％の結合効率が得られる。従っ
て、接続部の損失が生じず素子全体の伝搬損失が小さい
ばかりでなく、接続部で不要な反射戻り光が発生するこ
とによる悪影響も低減できる。

【００７３】従って、本発明によれば、吸収導波路及び
光受光器を集積化してクロストーク特性が改善され、設
計及び製作の許容度が増大した光波長弁別回路を、簡便
な製造方法でかつ良好な製作歩留まりで実現できる。

【００７４】尚、本発明の実施例は上記の実施例に限定
されるものではない。実施例としては、ＩｎＰ系の方向
性結合器型光波長弁別素子を基本構成要素とした半導体
光波長弁別回路の場合のみを示したが、ＩｎＡｌＡｓ系
などの他の材料系に対しても本発明は有効である。ま
た、基本となる光波長弁別素子の回路方式としても、方
向性結合器型に限る必要はほとんどなく、マッハ・ツェ
ンダ型やグレーティング導波路型、スターカップラと導
波路グレーティングを組み合わせたタイプ等、あらゆる
種類の導波型光波長弁別素子に対して、本発明は適用可
能である。

【００７５】

【発明の効果】以上述べたように、、本発明によれば、
不要な短波長クロストーク信号を吸収する導波路が集積
化された半導体光波長弁別回路を、選択ＭＯＶＰＥ成長
により一括形成するため、バンドギャップ波長の異なる
領域をエッチングと結晶成長の繰り返しで形成する必要
がなく、製造工程が大幅に簡略化されるので、クロスト
ーク特性が改善され、設計及び製作の許容度が増大した
光波長弁別回路を、簡便な製造方法でかつ良好な製作歩
留まりで実現できるという効果がある。

【００７６】しかも、本製造方法により半導体光波長弁
別回路を製作すると、方向性結合器型光波長弁別素子の
出力光導波路と短波長信号導波路との接続部、及び方向
性結合器型光波長弁別素子の出力光導波路と光受光器と
の接続部でコアは連続となり、接続部でほぼ１００％の
結合効率が得られる。従って、接続部の損失が生じず素
子全体の伝搬損失が小さいばかりでなく、接続部で不要
な反射戻り光が発生することによる悪影響も低減でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である方向性結合器型光波長
弁別素子を基本構成要素とする半導体光波長弁別回路の
概略を示す図である。

【図２】本発明により製造される方向性結合器型光波長
弁別素子を基本構成要素とする半導体光波長弁別回路の
構造を示す斜視図である。

【図３】図２にその構造を示した第１の実施例である方
向性結合器型光波長弁別素子を基本構成要素とする半導
体光波長弁別回路を製作する際の、選択成長マスクの形
状を示す上面図である。

【図４】図２に示した第１の実施例である方向性結合器
型光波長弁別素子を基本構成要素とする半導体光波長弁
別回路の構造を示すための断面図である。

【図５】本発明の一実施例である方向性結合器型光波長
弁別素子を基本構成要素とする半導体光波長弁別回路の
製造工程を示す図である。

【図６】本発明の一実施例である方向性結合器型光波長
弁別素子を基本構成要素とする半導体光波長弁別回路の
製造工程を示す図である。

【図７】本発明により製造される半導体光波長弁別回路
の第２の実施例である、光受光器を集積化した方向性結
合器型光波長弁別回路の構造を示す斜視図である。

【図８】図６にその構造を示した第２の実施例である方
向性結合器型光波長弁別回路を製作する際の、選択成長
マスクの形状を示す上面図である。

【図９】本発明により製造される半導体光波長弁別回路
の第３の実施例である方向性結合器型光波長弁別回路の
構造を示す斜視図である。

【図１０】図７にその構造を示した第３の実施例である
方向性結合器型光波長弁別回路を製作する際の、選択成
長マスクの形状を示す上面図である。

【図１１】選択ＭＯＶＰＥ成長によるバンドギャップ・
エネルギ制御の原理を説明するための図である。

【図１２】方向性結合器型光波長弁別素子の動作原理を
説明するための図である。

【図１３】方向性結合器型光波長弁別素子の動作を示す
図である。

【図１４】光波長弁別回路の低クロストーク化に関する
従来例を示す図である。

【符号の説明】

１００ ｎ−ＩｎＰ基板 １０１ 入力光導波路 １０２ａ，ｂ，ｃ 出力光導波路 １０３ 方向性結合器部 １０４ 短波長信号吸収導波路 １０５ ＩｎＧａＡｓＰコア層 １１０ 方向性結合器型光波長弁別素子部 １１１ 短波長信号吸収光導波路部 １１２ 出力光導波路部 １２７ レーザ部 ２０１ ＩｎＰ埋め込み層 ２０２ ダブルヘテロ・メサ ３０１ 入力光導波路部ＳｉＯ2 マスク ３０２ａ，ｂ，ｃ 出力光導波路部ＳｉＯ2 マスク ３０３ 方向性結合器部ＳｉＯ2 マスク ３０４ 短波長信号吸収導波路部ＳｉＯ2 マスク ５０１ 方向性結合器部ダブルヘテロ・メサ ５０２ 吸収導波路部ダブルヘテロ・メサ ５０３ 出力光導波路部ダブルヘテロ・メサ ５０４ 方向性結合器部埋め込み層 ５０５ 吸収導波路部埋め込み層 ５０６ 出力光導波路部埋め込み層 ６０１ａ，ｂ，ｃ 光受光器 ６０２ ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ ＭＱＷコア
層 ７０１ａ，ｂ 光受光器部ＳｉＯ2 マスク ８０１ 曲線導波路部 ９０１ 曲線導波路部ＳｉＯ2 マスク ９１０ ＳｉＯ2 マスク ９１１ 選択成長メサ ９１２ コア層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浜本 貴一 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気 株式会社内 (72)発明者 佐々木 達也 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気 株式会社内 (72)発明者 竹内 剛 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気 株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−265741（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−121409（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 6/12 H01L 31/10 H01S 5/00

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体導波路型光波長弁別素子の後段に
   短波長クロストーク光を除去するための短波長信号光吸
   収導波路を付加した半導体光波長弁別回路の製造方法で
   あって、 前記導波路型光波長弁別素子とこれに連続して接続され
   る前記短波長信号光吸収導波路とのコア層パターンを形
   成する半導体基板上の予定領域を挟んで選択成長用のマ
   スク層を選択的に形成する工程と、 このマスク層をマスクとして前記予定領域上に半導体バ
   ッファ層、コア層及び半導体クラッド層をこの順に積層
   して半導体コア層を含むメサストライプを、前記導波路
   型光波長弁別素子と前記短波長信号光吸収導波路とにお
   いて同時に形成する工程と、 を含み、前記短波長信号光吸収導波路に対応するマスク
   層の幅が前記導波路型光波長弁別素子に対応するマスク
   層よりも大に形成されていることを特徴とする半導体光
   波長弁別回路の製造方法。
2. 【請求項２】 半導体導波路型光波長弁別素子の後段に
   短波長クロストーク光を除去するための短波長信号光吸
   収導波路を付加し、かつ分波された光信号の各々を電気
   信号に変換する光受光器を有する半導体光波長弁別回路
   の製造方法であって、 前記導波路型光波長弁別素子とこれに連続して接続され
   る前記短波長信号光吸収導波路及び前記光受光器とのコ
   ア層パターンを形成する半導体基板上の予定領域を挟ん
   で選択成長用のマスク層を選択的に形成する工程と、 このマスク層をマスクとして前記予定領域上に半導体バ
   ッファ層、コア層及び半導体クラッド層をこの順に積層
   して半導体コア層を含むメサストライプを、前記導波路
   型光波長弁別素子と前記短波長信号光吸収導波路と前記
   光受光器とにおいて同時に形成する工程と、 を含み、前記短波長信号光吸収導波路と前記光受光器と
   に対応するマスク層の幅が前記導波路型光波長弁別素子
   に対応するマスク層よりも大に形成されていることを特
   徴とする半導体光波長弁別回路の製造方法。
3. 【請求項３】 半導体導波路型光波長弁別素子の後段に
   短波長クロストーク光を除去するための短波長信号光吸
   収導波路と、長波長クロストーク光を除去するための長
   波長信号光放射導波路とを付加した半導体光波長弁別回
   路の製造方法であって、 前記導波路型光波長弁別素子と、これに連続して接続さ
   れる前記短波長信号光吸収導波路及び前記長波長信号光
   放射導波路とのコア層パターンを形成する半導体基板上
   の予定領域を挟んで選択成長用のマスク層を選択的に形
   成する工程と、 このマスク層をマスクとして前記予定領域上に半導体バ
   ッファ層、コア層及び半導体クラッド層をこの順に積層
   して半導体コア層を含むメサストライプを、前記導波路
   型光波長弁別素子、前記短波長信号光吸収導波路、前記
   長波長信号光放射導波路において同時に形成する工程
   と、 を含み、前記短波長信号光吸収導波路に対応するマスク
   層の幅が前記導波路型光波長弁別素子と前記長波長信号
   光放射導波路に対応するマスク層よりも大に形成されて
   いることを特徴とする半導体光波長弁別回路の製造方
   法。
4. 【請求項４】 半導体導波路型光波長弁別素子の後段に
   短波長クロストーク光を除去するための短波長信号光吸
   収導波路と、長波長クロストーク光を除去するための長
   波長信号光放射導波路とを付加し、かつ分波された光信
   号の各々を電気信号に変換する光受光器を有する半導体
   光波長弁別回路の製造方法であって、 前記導波路型光波長弁別素子と、これに連続して接続さ
   れる前記短波長信号光吸収導波路、前記長波長信号光放
   射導波路及び前記光受光器とのコア層パターンを形成す
   る半導体基板上の予定領域を挟んで選択成長用のマスク
   層を選択的に形成する工程と、 このマスク層をマスクとして前記予定領域上に半導体バ
   ッファ層、コア層及び半導体クラッド層をこの順に積層
   して半導体コア層を含むメサストライプを、前記導波路
   型光波長弁別素子、前記短波長信号光吸収導波路、前記
   長波長信号光放射導波路及び前記光受光器において同時
   に形成する工程と、 を含み、前記短波長信号光吸収導波路と前記光受光器と
   に対応するマスク層の幅が前記導波路型光波長弁別素子
   と前記長波長信号光放射導波路に対応するマスク層より
   も大に形成されていることを特徴とする半導体光波長弁
   別回路の製造方法。
5. 【請求項５】 前記半導体コア層はバルク半導体である
   ことを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の半導体光
   波長弁別回路の製造方法。
6. 【請求項６】 前記半導体コア層は多重量子井戸構造で
   あることを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の半導
   体光波長弁別回路の製造方法。