JP3239933B2 - 半導体光デバイス、該半導体光デバイスの製造方法、および該半導体光デバイスの実装構造 - Google Patents
半導体光デバイス、該半導体光デバイスの製造方法、および該半導体光デバイスの実装構造Info
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Description
造、製造方法、および実装構造、特に光ファイバーと半
導体光デバイスとの実装構造に関する。
ーザーに代表される半導体光デバイスとを用いた光通信
技術は昨今の通信需要の増大に伴い、盛んに研究開発が
進められている。この光通信に半導体光デバイスを用い
るためには、通信信号の伝送路である光ファイバーと、
半導体光デバイスとを結合させる必要がある。しかしな
がら、光には直進性という性質があるため、光ファイバ
ーと半導体光デバイスとの入出射端面の光軸調整を精細
に行わないと、光ファイバーと半導体光デバイスとの間
に過大な損失(この損失を結合損失という)が生じてし
まうという問題があった。このため、半導体光デバイス
の製造工程において、半導体光デバイスそのものの製造
工程に加えて、半導体光デバイスと光ファイバーとを結
合させる実装化の工程においても多くの工数を割く必要
があり、半導体光デバイスの低コスト化を阻む要因の一
つとなっていた。
に実装する方法としては、Siマザーボードを介してお
互いの調整を簡便に行う方法が ETH-Zurich Institute
of Quantum Electronics Annual Report 1995 pp.6.24
に報告されている。
に、この従来の方法による半導体光デバイスと光ファイ
バーとの実装構造を示す。 (1)実装を行う半導体光デバイス1010自身をドライ
エッチング法を用いて加工して、実装用リッジ1020
を形成する。 (2)通常の光ファイバー固定用V溝1030を有するS
iマザーボード1040に上記光デバイスをはめ込む。 (3)同一の実装用V溝1030に光ファイバー1050
もはめ込むという方法である。
よれば、半導体光デバイス1010の実装用リッジ10
20の中心と光ファイバー1050の中心とが同一のV
溝1030上に実装されるため、図21におけるx方向
の調整は不要となる。しかしながら、実装用リッジ10
20の中心と半導体光デバイス1010のコア層中心と
を予め一致させていないと、x方向の光ファイバー10
50の中心と半導体光デバイス1010のコア層中心と
は一致しない。一般に半導体光デバイスの構造としては
埋め込み構造が一般的であり、実装用リッジをエッチン
グにより形成する場合、コア層を埋め込んだ後にコア層
中心と実装用リッジ中心とを数μmの精度で一致させる
ことは難しい。また、図21のy方向の精度は実装用リ
ッジのリッジ幅で決定される。すなわち、リッジ幅を細
くすると、V溝1030内に深くはめ込まれ、逆に広く
すると浅い位置で光デバイスは固定される。リッジ形成
は上記のようにエッチングで行っており、このリッジ幅
制御を数μmの精度で行うのは難しい。さらに、V溝1
030側面は約55度の角度αで形成されているが、実
装用リッジ1020の側面はほぼ垂直であり、V溝10
30と実装用リッジ1020とは線で接触している(面
接触ではない)。従って、実装作業中等の工程で実装用
リッジが少し欠けただけで、実装不良を起こす事にな
る。以上のように、従来技術には実装精度に課題があっ
た。
実装精度を著しく改善し、かつ、実装不良を少なくする
ための半導体光デバイスの実装構造、この光デバイスの
構造および製造方法を提供することにある。
に、本発明は、光が誘導放出される活性層が形成された
半導体基板上に、該半導体基板を光ファイバーと共に実
装用基板に実装した時の前記活性層の中心と前記光ファ
イバーの中心との相対位置を調整するための実装用リッ
ジを形成してなり、前記実装用基板は該実装用リッジが
嵌め込まれるV溝を有していて、該V溝は少なくとも
(111)結晶方位面で形成されている半導体光デバイ
スにおいて、前記実装用リッジの側壁は少なくとも(1
11)結晶方位面で形成されており、前記実装用リッジ
は、前記活性層とは異なる位置に少なくとも2つ形成さ
れていることを特徴とする。
固定するための溝でもある構造や、前記実装用基板に前
記光ファイバーを固定するためのV溝が別に形成されて
いる構造が考えられる。
実装用リッジを持つ半導体光デバイスの製造方法として
は、前記活性層を前記半導体基板上に形成したマスクの
開口を用いて有機金属気相成長法により形成し、さらに
前記活性層を形成した前記マスクの開口幅を拡げて前記
活性層上に前記実装用リッジを有機金属気相成長法によ
り形成することが考えられる。前記活性層とは異なる位
置に少なくとも2つ形成された実装用リッジを持つ半導
体光デバイスの製造方法としては、前記実装用リッジと
前記活性層とを、前記半導体基板上に少なくとも同一工
程で形成したマスクの開口を用いて有機金属気相成長法
により形成することが考えられる。
が形成された半導体基板上に、該半導体基板を光ファイ
バーと共に実装用基板に実装した時の前記活性層の中心
と前記光ファイバーの中心との相対位置を調整するため
の実装用リッジを形成してなる半導体光デバイスの実装
構造であって、前記実装用リッジの側壁は少なくとも
(111)結晶方位面で形成されており、前記実装用基
板に少なくとも(111)結晶方位面で形成されたV溝
に前記実装用リッジが嵌め込まれ、前記実装用リッジ
は、前記半導体基板上に形成したマスクの開口を用いて
有機金属気相成長法により形成されていることを特徴と
する。
異なる位置に少なくとも2つ形成されている。この場
合、前記V溝が前記光ファイバーを固定するための溝で
もある構造や、前記実装用基板に前記光ファイバーを固
定するためのV溝が別に形成されている構造が考えられ
る。
が形成された半導体基板を光ファイバーと共に実装用基
板に実装する際、半導体基板の活性層の中心と光ファイ
バー中心との相対位置を簡便に調整するために、実装用
基板に(111)結晶方位面で形成されたV溝に、半導
体基板に(111)結晶方位面で形成された実装用リッ
ジが嵌め込まれる。
に実装した時、実装用リッジはV溝とは面接触しており
線接触ではないため、実装作業中に実装用リッジの一部
が欠けたとしても、実装不良は発生しない。
形成する場合は、半導体基板上に形成したマスクの開口
を用いて有機金属気相成長法により活性層を形成し、そ
の活性層を形成したマスクの開口幅を拡げてから活性層
上に有機金属気相成長法により実装用リッジを形成す
る。この製法によると、x方向(半導体基板と平行な方
向)に関して活性層の中心と実装用リッジの中心とが高
い精度で一致する。そして、V溝に実装用リッジが嵌め
込まれた時は、x方向に関してV溝の中心と活性層の中
心とが一致する。しかも、この場合のV溝は光ファイバ
ー固定用の溝として用いられるので、x方向に関して、
V溝に実装した光ファイバーの中心と活性層の中心とが
一致する。一方、V溝に実装した光ファイバーの中心と
活性層の中心とのy方向(半導体基板に対して垂直方
向)に関する精度は実装用リッジの幅で調整されるが、
実装用リッジの幅は半導体基板上に形成したマスクの開
口幅で制御できるため、y方向の実装精度は高精度に制
御できる。
ジを少なくとも2つ形成する場合は、実装用リッジと活
性層とを、前記半導体基板上に少なくとも同一工程で形
成したマスクの開口を用いて有機金属気相成長法により
形成する。この製法によると、X方向における各実装用
リッジの中心と活性層の中心との間隔が高精度に決定さ
れる。そして、V溝に各実装用リッジが嵌め込まれた時
は、x方向に関してV溝の中心と活性層の中心との間隔
が高精度に決定される。この間隔をもとに、実装用リッ
ジを嵌め込むV溝とは別に実装用基板に光ファイバー固
定用のV溝が形成されていれば、この光ファイバー固定
用のV溝に実装した光ファイバーの中心と活性層の中心
とはx方向に関して高精度に一致する。一方、光ファイ
バー固定用のV溝に実装した光ファイバーの中心と活性
層の中心とのy方向(半導体基板に対して垂直方向)に
関する精度は、半導体基板上に形成したマスクの開口幅
で制御できるため、高精度に制御できる。
て図面を参照しながら説明する。
1の実施形態における、1.55μm帯半導体レーザー
1と、光ファイバーとの実装を行うためのSiマザーボ
ード2とを表す斜視概要図である。半導体光デバイスで
ある半導体レーザー1には活性層3を中心として、実装
を行うための実装用リッジ4が図1のように形成されて
いる。この実装用リッジ4は選択的結晶成長法で形成さ
れており、その側面は約55度の(111)面が形成さ
れた構造となっている。一方のSiマザーボード2には
光ファイバーを固定するための通常のV溝5が形成され
ている。このV溝5の側面も約55度の(111)面で
形成されている。
1の製造方法を説明する。図2の(a)及び(b)、図
3の(c)及び(d)は、半導体レーザー1の製造工程
を説明するための図である。
nP基板上11に全面にSiO2 膜を100nm程度熱
CVD法で形成した後に、1対のSiO2 ストライプマ
スク12を通常のフォトリソグラフィ法を用いて形成す
る。1対のSiO2 ストライプマスク12のマスク幅W
m13は40μm程度、マスク開口幅Wo14は1.5
μm程度である。この後、図2の(b)のように、n−
InPバッファ層15、1.55mm組成InGaAs
P16、p−InPクラッド層17を有機金属気相成長
法(以下、MOVPE法という)を用いて順次積層す
る。各層の層厚は、n−InPバッファ層15が100
nm程度、155mm組成InGaAsP16が150
nm程度、p−InPクラッド層17が100nm程度
である。次に、図3の(c)示すように、1対のSiO
2 ストライプマスク12の開口幅を通常のフォトリソグ
ラフィ法を用いて拡げる。このときのマスク開口幅Wo
14aは50μm程度である。この後、MOVPE法を
用いてP−InP埋め込み層18、P−InGaAsキ
ャップ層19を積層する。各層の層厚は、P−InP埋
め込み層18が5μm程度、P−InGaAsキャップ
層19が0.2μm程度である。この後、図3の(c)
に示す不要な領域20を通常のフォトリソグラフィ法と
ウェットエッチング法を用いて図3の(d)のように除
去する。そして熱CVD法を用いてSiO2 パッシベー
ション膜を形成した後、通常のフォトリソグラフィ法を
用いてキャップ層19の直上のみSiO2 パッシベーシ
ョン膜を除去し、その後、表面電極を通常のスパッタリ
ング法で形成する。裏面を研磨したのち、裏面電極も通
常のスパッタリング法で形成し、劈開を行い素子を分離
する。劈開後の端面に通常の無反射(AR)コーティン
グおよび半反射(HR)コーティングを施して、素子の
製作を終わる。
溝5を有するSiマザーボード2は、通常のウェットエ
ッチング法によってV溝を形成する。
導体レーザー1の製造方法であり、本発明による半導体
レーザーが、精細な実装に適した構造である原理を以下
に説明する。
半導体レーザー1がSiマザーボード2上で光ファイバ
ー6と精細に実装される原理を説明する図である。図4
(b)には、Siマザーボード2と光ファイバー6との
実装の様子を示す。光ファイバー6とSiマザーボード
2のV溝5との接点を結んだ直線の長さをW1、この直
線と光ファイバー6の中心との距離をh1、光ファイバ
ー6の半径をRとすると、W1,h1、Rの間には、
ド2と半導体レーザー1との実装の様子を示す。V溝1
3中の直線(図4の(b)と同じ長さW1)から活性層
3までの距離をh2とすると、実装用リッジ4形成時の
マスク開口幅Wo14との間には、
装用リッジが選択的結晶成長法で形成されており、一般
にその側面は55度の(ll1)面で形成されること、
および、Siマザーボード2のV溝5の角度も55度で
あることから成り立つ式である(但しここでは、活性層
の厚さは充分小さいとして無視している。)。
ー6の中心と半導体レーザー1の活性層の中心のy方向
を一致させたい)ので、h1=h2とし、式(1)と
(2)からW1を消去すると、
マザーボード2のV溝5中の幅W1とは予めわかってい
る値なので、半導体レーザー1の実装用リッジ4形成時
のマスク開口幅Wo14が上記の式(3)さえ満たして
いれば、y方向の光ファイバー中心と半導体レーザ1の
活性層中心とが一致し、半導体レーザー1のリッジ高さ
には依存しないことになる。つまり、y方向の実装精度
は、実装用リッジ4形成時のマスク開口幅Wo14によ
ってのみ制御される。この実装用リッジ4形成用のマス
クは100nm程度のSiO2 膜を加工するだけであ
り、容易に高精細な精度が実現できる。またx方向の精
度に関しては、実装用リッジ4と半導体レーザー1の活
性層3とが同一のフォトリソグラフィ工程で形成された
SiO2 マスクによって形成されているので、極めて高
精細に実現される。しかも半導体レーザー1の実装用リ
ッジ4の側面は(111)面で形成されており、V溝と
は面接触しており線接触ではないため、実装作業中に例
えば実装用リッジの一部が欠けたとしても、実装不良は
発生しない。
イスとして半導体レーザーを用いたが、これに限るわけ
ではなく、他の導波型半導体光デバイス、例えば半導体
光アンプ、半導体光変調器、半導体光スイッチにおいて
も本発明は適用可能である。また、結晶成長法としてM
OVPE法を用いたがもちろんこれに限るわけではな
く、例えばMBE法であっても本発明は適用可能であ
る。
実施形態について説明する。図5は本発明の第2の実施
形態である、1.55μm帯半導体レーザー21と、光
ファイバーとの実装を行うためのSiマザーボード22
の斜視概要図である。半導体レーザー21には、活性層
23を中心として実装を行うための実装用リッジ24が
図5のように両脇に形成されている。この実装用リッジ
24は選択成長で形成されており、その側面は約55度
の(111)面が形成された構造となっている。一方の
Siマザーボード22には光ファイバーを固定するため
の通常のV溝25と、実装用リッジ24を固定するため
のV溝26が形成されている。このV溝26の側面も約
55度の(111)面で形成されている。
21の製造方法を説明する。図6の(a)及び(b)、
図7の(c)及び(d)は、半導体レーザー21の製造
工程を説明するための図である。
nP基板31上に全面にSiO2 膜を100nm程度熱
CVD法で形成した後に、3対のSiO2 ストライプマ
スク32を通常のフォトリソグラフィ法を用いて形成す
る。半導体レーザー31のための1対のSiO2 ストラ
イプマスク32のマスク幅Wm33は10μm程度、マ
スク開口幅Wo34は1.5μm程度であり、実装用リ
ッジのための他の2対のSiO2 ストライプマスク32
のマスク幅Wm61は100μm程度、マスク開口幅W
o62は5μm程度である。この後、n−InPバッフ
ァ層35、1.55mm組成InGaAsP36、p−
InPクラッド層37をMOVPE法を用いて積層す
る。各層の層厚は、半導体レーザー領域40において、
n−InPバッファ層35がl00nm程度、1.55
mm組成InGaAsP36が150nm程度、p−I
nPクラッド層37が200nm程度である。このとき
実装用リッジ領域41では、n−lnPバッファ層35
が1000nm程度、1.55mm組成InGaAsP
36が1500nm程度、p−InPクラッド層37が
2000nm程度となる。この後、図6の(a)に示す
不要な領域42に成長された部分を、通常のフォトリソ
グラフィ法とウェットエッチング法を用いて除去する
と、図6の(b)に示す構造が得られる。次に全面に再
びSiO2 膜を100nm程度熱CVD法で形成した
後、通常のフォトリソグラフィ法とウェットエッチング
法を用いて、実装用リッジ領域41は全てSiO2 にて
覆い、半導体レーザー領域40のみ、図7の(c)に示
すように、埋め込み成長のための開口を設ける。このと
きのマスク開口幅Wo34aは6μm程度である。この
後、MOVPE法を用いてP−InP埋め込み層43、
P−InGaAsキャップ層44を積層する。各層の層
厚は、P−InP埋め込み層43が2μm程度、P−I
nGaAsキャップ層44が0.2μm程度である。熱
CVD法を用いてSiO 2 パッシベーション膜を形成し
た後、通常のフォトリソグラフィ法を用いてキャップ層
43の直上のみ前記SiO2 パッシベーション膜を除去
し、その後、表面電極を通常のスパッタリング法で形成
する。裏面を研磨したのち、裏面電極も通常のスパッタ
リング法で形成し、劈開を行い素子を分離する。劈開後
の端面に通常の無反射(AR)コーティングおよび半反
射(HR)コーティングを施して、素子の製作を終わ
る。
溝25および実装用リッジ固定用V溝26を有するSi
マザーボード22については、通常のウェットエッチン
グ法によってV溝を形成する。
導体レーザー21の製造方法であり、本発明による半導
体レーザーが、精細な実装に適した構造である原理を以
下に説明する。
半導体レーザー21がSiマザーボード22上で光ファ
イバー27と精細に実装される原理を説明する図であ
る。図8の(a)にはSiマザーボード22と半導体レ
ーザー21との実装状態を、図8の(b)にはSiマザ
ーボード22と光ファイバー27との実装状態を示す。
第1の実施形態と同様に光ファイバー27とSiマザー
ボード22のV溝25との接点を結んだ直線の長さをW
1、この直線と光ファイバー3の中心との距離をh1、と
すると、W1が与えられればh1は決まる。一方の図8の
(a)に示す半導体レーザー21の活性層23の高さh
2も第1の実施形態と同様に、実装用リッジ24形成時
のマスク開口幅Wo39が与えられれば決まる。すなわ
ちy方向の実装精度は、半導体レーザー21の実装用リ
ッジ24の高さには依存せず、実装用リッジ24形成時
のマスク開口幅Wo39によってのみ制御される。この
実装用リッジ24形成用のマスクは100nm程度のS
iO2 膜を加工するだけであり、容易に高精細な精度が
実現できる。またx方向の精度に関しては、一対の実装
用リッジ24と、これらの間の半導体レーザー21の活
性層23とが同一のフォトリソグラフィ工程で形成され
たSiO2 マスクによって形成されているので、極めて
高精細に実現される。しかも半導体レーザー21の実装
用リッジ24の側面は(111)面で形成されており、
V溝とは面接触しており線接触ではないため、実装作業
中に例えばリッジの一部が欠けたとしても、実装不良は
発生しない。
イスとして半導体レーザーを用いたが、これに限るわけ
ではなく、他の導波型半導体光デバイス、例えば半導体
光アンプ、半導体光変調器、半導体光スイッチにおいて
も本発明は適用可能である。
実施形態について説明する。図9は本発明の第3の実施
形態である、1.55μm帯半導体レーザー71と、光
ファイバーとの実装を行うためのSiマザーボード72
の斜視概要図である。半導体レーザー71には、活性層
73を中心として実装を行うための実装用リッジ74が
図9のように両脇に形成されている。この実装用リッジ
74は選択成長で形成されており、その側面は約55度
の(111)面が形成された構造となっている。一方の
Siマザーボード72には光ファイバーを固定するため
の通常のV溝75と、実装用リッジ74を固定するため
のV溝76が形成されている。このV溝76の側面も約
55度の(111)面で形成されている。
71の製造方法を説明する。図10の(a)及び
(b)、図11の(c)及び(d)は、半導体レーザー
71の製造工程を説明するための図である。
InP基板上51に全面にSiO2膜を100nm程度
熱CVD法で形成した後に、3対のSiO2 ストライプ
マスク52を通常のフォトリソグラフィ法を用いて形成
する。半導体レーザー71のための1対のSiO2 スト
ライプマスク52のマスク幅Wm53は10μm程度、
マスク開口幅Wo54は1.5μm程度であり、実装用
リッジのための他の2対のSiO2 ストライプマスク5
2のマスク幅Wmは30μm程度、マスク開口幅Wo5
6は5μm程度である。この後、図10の(b)のよう
に、n−InPバッファ層57、1.55mm組成In
GaAsP58、P−InPクラッド層59をMOVP
E法を用いて積層する。各層の層厚は、半導体レーザー
領域60において、n−InPバッファ層57が100
nm程度、1.55mm組成InGaAsP58が15
0nm程度、P−InPクラッド層59が200nm程
度である。次に通常のフォトリソグラフィ法とウェット
エッチング法を用いて、半導体レーザー領域60のみ、
図10の(c)に示すように、1対のSiO2 ストライ
プマスク52の開口幅Wo54を6μm程度に拡げる。
この後、MOVPE法を用いてP−InP埋め込み層6
3、P−InGaAsキャップ層64を積層する。各層
の層厚は、P−1nP埋め込み層63が2μm程度、P
−InGaAsキャップ層64が0.2μm程度であ
る。この時、実装用リッジ領域61にもP−InP層6
3が2μm程度、P−InGaAs層64がそのまま積
層されるため、実装用リッジ74の高さは半導体レーザ
ーの領域63の高さよりも高くなる。この後、図11の
(c)に示す不要な領域62を通常のフォトリソグラフ
ィ法とウェットエッチング法を用いて図11の(d)の
ように除去する。熱CVD法を用いてSiO2 パッシベ
ーション膜を形成した後、通常のフォトリソグラフィ法
を用いてキャップ層64の直上のみ前記SiO2 パッシ
ベーション膜を除去し、その後、表面電極を通常のスパ
ッタリング法で形成する。裏面を研磨したのち、裏面電
極も通常のスパッタリング法で形成し、劈開を行い素子
を分離する。劈開後の端面に通常の無反射(AR)コー
ティングおよび半反射(HR)コーティングを施して、
素子の製作を終わる。
溝75および実装用リッジ固定用V溝76を有するSi
マザーボード72については、通常のウェットエッチン
グ法によってV溝を形成する。
半導体レーザー71の製造方法であり、本発明による半
導体レーザーが、精細な実装に適した溝造である原理を
以下に説明する。
て半導体レーザー71がSiマザーボード72上で光フ
ァイバー77と精細に実装される原理を説明する図であ
る。図12の(a)にはSiマザーボード72と半導体
レーザー71との実装状態を、図12の(b)にはSi
マザーボード72と光ファイバー77との実装状態を示
す。第1の実施形態と同様に光ファイバー77とSiマ
ザーボード72のV溝75との接点を結んだ直線の長さ
をW1、この直線と光ファイバー77の中心との距離を
h1とすると、W1が与えられればh1は決まる。一方の
半導体レーザー71の活性層73の高さh2も第1の実
施形態と同様に、実装用リッジ74形成時のマスク開口
幅Wo56が与えられれば決まる(図10(a)参
照。)。すなわちy方向の実装精度は、半導体レーザー
71の実装用リッジ74の高さには依存せず、実装用リ
ッジ74形成時のマスク開口幅Wo56によってのみ制
御される。この実装用リッジ74形成用のマスクは10
0nm程度のSiO2 膜を加工するだけであり、容易に
高精細な精度が実現できる。またx方向の精度に関して
は、一対の実装用リッジ74と、これらの間の半導体レ
ーザー71の活性層73とが同一のフォトリソグラフィ
工程で形成されたSiO2 マスクによって形成されてい
るため、極めて高精細な位置精度が実現される。しかも
半導体レーザー71の実装用リッジ74の側面は(11
1)面で形成されており、V溝とは面接触しており線接
触ではないため、実装作業中に例えばリッジの一部が欠
けたとしても、実装不良は発生しない。
イスとして半導体レーザーを用いたが、これに限るわけ
ではなく、他の導波型半導体光デバイス、例えば半導体
光アンプ、半導体光変調器、半導体光スイッチにおいて
も本発明は適用可能である。また、本実施形態において
はMOVPEを用いたがこれに限るわけではなく、MB
E法であっても適用可能である。
実施形態について説明する。図13は本発明の第4の実
施形態である、1.55μm帯半導体レーザー101
と、光ファイバーとの実装を行うためのSiマザーボー
ド102の斜視概要図である。半導体レーザー101に
は、活性層103を中心として実装を行うための実装用
リッジ104が図13のように両脇に形成されている。
この実装用リッジ104は選択成長で形成されており、
その側面は約55度の(111)面が形成された構造と
なっている。一方のSiマザーボード102には光ファ
イバーを固定するための通常のV溝105が形成されて
いる。このV溝105の側面も約55度の(111)面
で形成されている。
101の製造方法を説明する。図14の(a)及び
(b)、図15の(c)及び(d)は、半導体レーザー
101の製造工程を説明するための図である。
InP基板上81に全面にSiO2膜を100nm程度
熱CVD法で形成した後に、3対のSiO2 ストライプ
マスク82を通常のフォトリソグラフィ法を用いて形成
する。半導体レーザー101のための1対のSiO2 ス
トライプマスク82のマスク幅Wm83は10μm程
度、マスク開口幅Wo84は1.5μm程度であり、実
装用リッジ104のための他の2対のSiO2 ストライ
フマスク82のマスク幅Wm85は100μm程度、マ
スク開口幅Wo86は5μm程度である。この後、n−
InPバッファ層87、1.55mm組成InGaAs
P88、p−InPクラッド層89をMOVPE法を用
いて積層する。各層の層厚は、半導体レーザー領域90
において、n−InPバッファ層87が100nm程
度、1.55mm組成InGaAsP88が150nm
程度、p−InPクラッド層89が200nm程度であ
る。このとき実装用リッジ領域91では、n−InPバ
ッファ層87が100nm程度、1.55mm組成In
GaAsP88が1500nm程度、p−InPクラッ
ド層89が2000nm程度となる。この後、図14の
(a)に示す不要な領域92に成長された部分は、通常
のフォトリソグラフィ法とウエットエッチング法を用い
て除去すると、図14の(b)に示す構造が得られる。
次に全面に再びSiO2 膜を100nm程度熱CVD法
で形成した後、通常のフォトリソグラフィ法とウェット
エッチング法を用いて、実装用リッジ領域91はSiO
2 にて覆い、半導体レーザー領域90は、図14の
(c)に示すように、埋め込み成長のための1対のSi
O2 ストライプマスクを形成する。このときのマスク幅
Wmは10μm程度、マスク開口幅Wo84aは6μm
程度である。この後、MOVPE法を用いてP−InP
埋め込み層93、P−InGaAsキャップ層94を積
層する。各層の層厚は、P−InP埋め込み層93が2
μm程度、P−InGaAsキャップ層94が0.2μ
m程度である。熱CVD法を用いてSiO2 パッシベー
ション膜を形成した後、通常のフォトリソグラフィ法を
用いてキャップ層94の直上のみ前記SiO2 パッシベ
ーション膜を除去し、その後、表面電極を通常のスパッ
タリング法で形成する。裏面を研磨したのち、裏面電極
も通常のスパッタリング法で形成し、劈開を行い素子を
分離する。劈開後の端面に通常の無反射(AR)コーテ
ィングおよび半反射(HR)コーティングを施して、素
子の製作を終わる。
V溝105を有するSiマザーボード102は、通常の
ウェットエッチング法によってV溝を形成する。
半導体レーザー101の製造方法であり、本発明による
半導体レーザーが、精細な実装に適した溝造である原理
を以下に説明する。
て半導体レーザー101がSiマザーボード102上で
光ファイバー106と精細に実装される原理を説明する
図である。図16の(a)にはSiマザーボード102
と半導体レーザー101との実装状態を、図16の
(b)にはSiマザーボード102と光ファイバー10
6との実装状態を示す。第4の実施形態と同様に光ファ
イバー106とSiマザーボード102のV溝105と
の接点を結んだ直線の長さをW1、この直線と光ファイ
バー106の中心との距離をh1、とすると、W1が与え
られればh1は決まる。一方の半導体レーザー101の
活性層103の高さh2も第1の実施形態と同様に、実
装用リッジ104形成時のマスク開口幅Wo86および
2つの実装用リッジ104の間隔が与えられれば決まる
(図14(a)参照。)。すなわちy方向の実装精度
は、半導体レーザー101の実装用リッジ104の高さ
には依存せず、実装用リッジ104形成時のマスク開口
幅Wo86および2つの実装用リッジ104の間隔によ
ってのみ制御される。この実装用リッジ104形成用の
マスクは100nm程度のSiO2 膜を加工するだけで
あり、容易に高精細な精度が実現できる。またx方向の
精度に関しては、一対の実装用リッジ104と、これら
の間の半導体レーザー101の活性層103とが同一の
フォトリソグラフィ工程で形成されたSiO2 マスクに
よって形成されているので、極めて高精細に実現され
る。しかも半導体レーザー101の実装用リッジ104
の側面は(111)面で形成されており、V溝105と
は面接触しており線接触ではないため、実装作業中に例
えば実装用リッジの一部が欠けたとしても、実装不良は
発生しない。
スとして半導体レーザーを用いたが、これに限るわけで
はなく、他の導波型半導体光デバイス、例えば半導体光
アンプ、半導体光変調器、半導体光スイッチにおいても
本発明は適用可能である。
実施形態について説明する。図17は本発明の第5の実
施形態である、1.55μm帯半導体レーザー111
と、光ファイバーとの実装を行うためのSiマザーボー
ド112の斜視概要図である。半導体レーザー111に
は、活性層113を中心として実装を行うための実装用
リッジ114が図17のように両脇に形成されている。
この実装用リッジ114は選択成長で形成されており、
その側面は約55度の(111)面が形成された構造と
なっている。一方のSiマザーボード112には光ファ
イバーを固定するための通常のV溝113が形成されて
いる。このV溝113の側面も約55度の(111)面
で形成されている。
111の製造方法を説明する。図18の(a)及び
(b)、図19の(c)及び(d)は、半導体レーザー
111の製造工程を説明するための図である。
InP基板上81に全面にSiO2膜を100nm程度
熱CVD法で形成した後に、3対のSiO2 ストライプ
マスク122を通常のフォトリソグラフィ法を用いて形
成する。半導体レーザー111のための1対のSiO2
ストライプマスク122のマスク幅Wm123は10μ
m程度、マスク開口幅Wo124は1.5μm程度であ
り、実装用リッジ114のための他の2対のSiO2 ス
トライプマスク122のマスク幅Wm125は30μm
程度、マスク開口幅Wo126は5μm程度である。こ
の後、図18の(b)のように、n−InPバッファ層
130、1.55mm組成InGaAsP131、p−
InPクラッド層132をMOVPE法を用いて積層す
る。各層の層厚は、半導体レーザー領域127におい
て、n−InPバッファ層130が100nm程度、
1.55mm組成InGaAsP131が150nm程
度、p−InPクラッド層132が200nm程度であ
る。このとき実装用リッジ領戒128では、n−InP
バッファ層130が1000nm程度、1.55mm組
成InGaAsP131が1500nm程度、p−In
Pクラッド層132が2000nm程度となる。次に通
常のフォトリソグラフィ法とウェットエッチング法を用
いて、半導体レーザー領域127のみ、図19の(c)
に示すように、1対のSiO2 ストライプマスク122
の開口幅Wo124を6μm程度に拡げる。この後、M
OVPE法を用いてP−InP埋め込み層133、P−
InGaAsキャップ層134を積層する。各層の層厚
は、P−InP埋め込み層133が2μm程度、P−I
nGaAsキャップ層134が0.2μm程度である。
この時実装用リッジ領域128にもP−InP層133
が2μm程度、P−InGaAsキャップ層134がそ
のまま積層されるため、実装用リッジ114の高さは半
導体レーザー領域127の高さよりも高くなる。この
後、図19の(c)に示した不要な領域129を通常の
フォトリソグラフィ法とウェットエッチング法を用いて
図19の(d)のように除去する。熱CVD法を用いて
SiO2 パッシベーション膜を形成した後、通常のフォ
トリソグラフィ法を用いてキャップ層134の直上のみ
前記SiO2 パッシベーション膜を除去し、その後、表
面電極を通常のスパッタリング法で形成する。裏面を研
磨したのち、裏面電極も通常のスパッタリング法で形成
し、劈開を行い素子を分離する。劈開後の端面に通常の
無反射(AR)コーティングおよび半反射(HR)コー
ティングを施して、素子の製作を終わる。
V溝113を有するSiマザーボード112は、通常の
ウェットエッチング法によってV溝を形成する。
半導体レーザー111の製造方法であり、本発明による
半導体レーザーが、精細な実装に適した溝造である原理
を以下に説明する。
て半導体レーザー111がSiマザーボード112上で
光ファイバー115と精細に実装される原理を説明する
図である。図20の(a)にはSiマザーボード112
と半導体レーザー111との実装状態を、図20の
(b)にはSiマザーボード112と光ファイバー11
5との実装状態を示す。第5の実施形態と同様に光ファ
イバー115とSiマザーボード112のV溝113と
の接点を結んだ直線の長さをW1、この直線と光ファイ
バー115の中心との距離をh1、とすると、W1が与え
られればh1は決まる。一方の半導体レーザー111の
活性層113の高さh2も第1の実施形態と同様に、実
装用リッジ114形成時のマスク開口幅Wo126およ
び2つの実装用リッジ114の間隔が与えられれば決ま
る(図18(a)参照。)。すなわちy方向の実装精度
は、半導体レーザー111の実装用リッジ114の高さ
には依存せず、実装用リッジ114形成時のマスク開口
幅Wo126および2つの実装用リッジ114の間隔に
よってのみ制御される。この実装用リッジ114形成用
のマスクは100nm程度のSiO2 膜を加工するだけ
であり、容易に高精細な精度が実現できる。またx方向
の精度に関しては、一対の実装用リッジ114と、これ
らの間の半導体レーザー111の活性層113とが同一
のフォトリソグラフィ工程で形成されたSiO2 マスク
によって形成されているため、極めて高精細な位置精度
が実現される。しかも半導体レーザー111の実装用リ
ッジ114の側面は(111)面で形成されており、V
溝とは面接触しており線接触ではないため、実装作業中
に例えば実装用リッジの一部が欠けたとしても、実装不
良は発生しない。
イスとして半導体レーザーを用いたが、これに限るわけ
ではなく、他の導波型半導体光デバイス、例えば半導体
光アンプ、半導体光変調器、半導体光スイッチにおいて
も本発明は適用可能である。また、本実施形態において
はMOVPEを用いたがこれに限るわけではなく、MB
E法であっても適用可能である。
ッジ形成時のマスクの開口幅の精度で半導体光デバイス
と光ファイバーとの位置精度が制御されるため、極めて
高い実装精度がx方向およびy方向において実現され
る。しかも、半導体光デバイスの実装用リッジの側面に
は約55度の(111)面が形成され、実装用基板のV
溝とは面接触が可能となるため、実装用リッジの欠けに
起因する実装不良が回避でき、歩留まりが改善される。
る半導体レーザーと、該半導体レーザーの実装を行うた
めのSiマザーボードとを表す斜視概要図である。
ある半導体レーザーの製造工程を説明するための図であ
る。
ある半導体レーザーの製造工程を説明するための図であ
る。
が該半導体レーザーの実装を行うためのSiマザーボー
ド上で光ファイバーと精細に実装される原理を説明する
図である。
る半導体レーザーと、該半導体レーザーの実装を行うた
めのSiマザーボードとを表す斜視概要図である。
ある半導体レーザーの製造工程を説明するための図であ
る。
ある半導体レーザーの製造工程を説明するための図であ
る。
が該半導体レーザーの実装を行うためのSiマザーボー
ド上で光ファイバーと精細に実装される原理を説明する
図である。
る半導体レーザーと、該半導体レーザーの実装を行うた
めのSiマザーボードとを表す斜視概要図である。
である半導体レーザーの製造工程を説明するための図で
ある。
である半導体レーザーの製造工程を説明するための図で
ある。
ーが該半導体レーザーの実装を行うためのSiマザーボ
ード上で光ファイバーと精細に実装される原理を説明す
る図である。
ある半導体レーザーと、該半導体レーザーの実装を行う
ためのSiマザーボードとを表す斜視概要図である。
である半導体レーザーの製造工程を説明するための図で
ある。
である半導体レーザーの製造工程を説明するための図で
ある。
ーが該半導体レーザーの実装を行うためのSiマザーボ
ード上で光ファイバーと精細に実装される原理を説明す
る図である。
ある半導体レーザーと、該半導体レーザーの実装を行う
ためのSiマザーボードとを表す斜視概要図である。
である半導体レーザーの製造工程を説明するための図で
ある。
である半導体レーザーの製造工程を説明するための図で
ある。
ーが該半導体レーザーの実装を行うためのSiマザーボ
ード上で光ファイバーと精細に実装される原理を説明す
る図である。
イバーとの実装構造を示す図である。
導体光デバイス) 2、22、72、102、112 Siマザーボード
(実装用基板) 3、23、73、103、113 活性層 4、24、74、104、114 実装用リッジ 5、25、75、105、113 光ファイバー固定用
のV溝 6、27、77、106、115 光ファイバー 11、31、51、81、121 n−InP基板 12、32、52、82、122 SiO2 ストライプ
マスク 13、33、53、83、123 半導体レーザー領域
のマスク幅Wm 14、34、54、84、124 半導体レーザー領域
のマスク開口幅Wo 15、35、57、87、130 n−InPバッファ
ー層 16、36、58、88、131 1.55μm組成I
nGaAsP層 17、37、59、89、132 p−InPクラッド
層 18、43、63、93、133 p−InP埋め込み
層 19、44、64、94、134 p−InGaAsキ
ャップ層 20、42、62、92、129 不要な領域 26、76 実装用リッジ固定用のV溝 38、55、85、125 実装用リッジ領域のマスク
幅Wm 39、56、86、126 実装用リッジ領域のマスク
開口幅Wo 40、60、90、127 半導体レーザー領域 41、61、91、128 実装用リッジ領域
Claims (9)
- 【請求項1】 光が誘導放出される活性層が形成された
半導体基板上に、該半導体基板を光ファイバーと共に実
装用基板に実装した時の前記活性層の中心と前記光ファ
イバーの中心との相対位置を調整するための実装用リッ
ジを形成してなり、前記実装用基板は該実装用リッジが
嵌め込まれるV溝を有していて、該V溝は少なくとも
(111)結晶方位面で形成されている半導体光デバイ
スにおいて、 前記実装用リッジの側壁は少なくとも(111)結晶方
位面で形成されており、前記実装用リッジは、前記活性
層とは異なる位置に少なくとも2つ形成されていること
を特徴とする半導体光デバイス。 - 【請求項2】 前記V溝は前記光ファイバーを固定する
ための溝でもある請求項1に記載の半導体光デバイス。 - 【請求項3】 前記実装用基板には前記光ファイバーを
固定するためのV溝が別に形成されている請求項1に記
載の半導体光デバイス。 - 【請求項4】 光が誘導放出される活性層が形成された
半導体基板上に、該半導体基板を光ファイバーと共に実
装用基板に実装した時の前記活性層の中心と前記光ファ
イバーの中心との相対位置を調整するための実装用リッ
ジを形成してなり、前記実装用基板は該実装用リッジが
嵌め込まれるV溝を有していて、該V溝は少なくとも
(111)結晶方位面で形成されており、前記実装用リ
ッジは、前記活性層を埋め込んで形成されている半導体
光デバイスの製造方法であって、 前記活性層を前記半導体基板上に形成したマスクの開口
を用いて有機金属気相成長法により形成し、さらに前記
活性層を形成した前記マスクパターンの開口幅を拡げて
前記活性層上に前記実装用リッジを有機金属気相成長法
により形成したことを特徴とする半導体光デバイスの製
造方法。 - 【請求項5】 光が誘導放出される活性層が形成された
半導体基板上に、該半導体基板を光ファイバーと共に実
装用基板に実装した時の前記活性層の中心と前記光ファ
イバーの中心との相対位置を調整するための実装用リッ
ジを形成してなり、前記実装用基板は該実装用リッジが
嵌め込まれるV溝を有していて、該V溝は少なくとも
(111)結晶方位面で形成されており、前記実装用リ
ッジは、前記活性層とは異なる位置に少なくとも2つ形
成されている半導体光デバイスの製造方法であって、 前記実装用リッジと前記活性層とを、前記半導体基板上
に少なくとも同一工程で形成したマスクの開口を用いて
形成したことを特徴とする半導体光デバイスの製造方
法。 - 【請求項6】 光が誘導放出される活性層が形成された
半導体基板上に、該半導体基板を光ファイバーと共に実
装用基板に実装した時の前記活性層の中心と前記光ファ
イバーの中心との相対位置を調整するための実装用リッ
ジを形成してなる半導体光デバイスの実装構造であっ
て、 前記実装用リッジの側壁は少なくとも(111)結晶方
位面で形成されており、前記実装用基板に少なくとも
(111)結晶方位面で形成されたV溝に前記実装用リ
ッジが嵌め込まれ、前記実装用リッジは、前記半導体基
板上に形成したマスクの開口を用いて有機金属気相成長
法により形成されていることを特徴とする半導体光デバ
イスの実装構造。 - 【請求項7】 前記実装用リッジは、前記活性層とは異
なる位置に少なくとも2つ形成されている請求項6に記
載の半導体光デバイスの実装構造。 - 【請求項8】 前記V溝は前記光ファイバーを固定する
ための溝としても用いられる請求項7に記載の半導体光
デバイスの実装構造。 - 【請求項9】 前記実装用基板には前記光ファイバーを
固定するためのV溝が別に形成されている請求項7に記
載の半導体光デバイスの実装構造。
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19712897A JP3239933B2 (ja) | 1997-07-23 | 1997-07-23 | 半導体光デバイス、該半導体光デバイスの製造方法、および該半導体光デバイスの実装構造 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1140898A JPH1140898A (ja) | 1999-02-12 |
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JP19712897A Expired - Fee Related JP3239933B2 (ja) | 1997-07-23 | 1997-07-23 | 半導体光デバイス、該半導体光デバイスの製造方法、および該半導体光デバイスの実装構造 |
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1997
- 1997-07-23 JP JP19712897A patent/JP3239933B2/ja not_active Expired - Fee Related
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1991年電子情報通信学会秋季大会 C−131 p.4−161 |
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