JP3275993B2 - 半導体光素子接合部の製造方法 - Google Patents

半導体光素子接合部の製造方法

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JP3275993B2 JP25601995A JP25601995A JP3275993B2 JP 3275993 B2 JP3275993 B2 JP 3275993B2 JP 25601995 A JP25601995 A JP 25601995A JP 25601995 A JP25601995 A JP 25601995A JP 3275993 B2 JP3275993 B2 JP 3275993B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本願発明は、導波型半導体素
子相互を高い光結合率で接続する結合部の半導体光素子
接合構造及びその接合部の製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】一般
に、突き合わせ結合を有する2種類以上の半導体光素子
を集積した素子においては、図4(a)に示すように、
第一の半導体層1の上にパターニングした絶縁体層2を
形成し、図4(b)に示すように、該絶縁体層2をマス
クとして第一の半導体層1をエッチングして除去し、次
いで図4(c)に示すように、第二の半導体層3をパタ
ーニングされた絶縁体層2以外の領域に結晶成長する工
程がとられている。この工程によって、第一の半導体層
1と第二の半導体層3とが突き合わせ結合部Aが形成さ
れることになる。
【0003】ここで図4(b)に示す絶縁体層2をマス
クとした第一の半導体層1をエッチングする際に、湿式
(ウェット)エッチング技術を用いると、絶縁体層2と
第一の半導体層1との間の極めて大きなエッチング速度
の差によって、図5(a)に示すように、第一の半導体
層4が絶縁体層6の下に深く入り込んだ形状6(ここで
は「庇形状」と呼ぶ)を呈する。
【0004】引き続いて、図4(c)に示すのと同様
に、第二の半導体層7をパターニングされた絶縁体層以
外の領域に結晶成長すると、図5(a)に示す庇形状6
の中に第二の半導体層7を均一に結晶成長することが困
難になり、図5(b)に示すように、庇形状の部分6の
直下及びその近傍領域の第二の半導体層7の層厚が小さ
くなる。
【0005】したがって、突き合わせ結合部分に生じた
第二の半導体層7の局所的な層厚変動によって、第一の
半導体層4と第二の半導体層7との間を伝搬する光は大
きな散乱を受け、その結果伝搬する光強度は大きな損失
の原因となる、という問題がある。
【0006】本願発明は、上記問題に鑑み、高い光結合
率を有する突き合わせ結合部の半導体光素子接合構造及
びその接合部の製造方法を提供することを目的とするも
のである。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明の半導体光素子接合部の製造方法は、以下の通りのも
のである。
【0008】すなわち、本発明の半導体光素子接合部の
製造方法は、2つの導波型半導体光素子を光学的に接続
する突き合わせ結合部の製造方法において、半導体基板
上に半導体積層構造を形成すると共に該半導体積層構造
と接する上部半導体層を形成して半導体レーザからなる
第1の導波型半導体素子を形成する工程と、前記上部半
導体層の一部に絶縁膜を形成する工程と、前記上部半導
体層の前記絶縁膜で覆われていない部分をエッチングす
る第1のエッチング工程と、前記上部半導体層に対して
前記半導体積層構造のみを選択にエッチングするエッチ
ング液を用いて、前記上部半導体層が一部エッチングさ
れた前記第1の導波型半導体素子をエッチングする第2
のエッチング工程と、前記第2のエッチング工程により
エッチングされた第1の導波型半導体素子が形成されて
いる基板上面側及び前記上部半導体層の裏面側に多重量
子井戸構造を有する光変調器からなる第2の導波型半導
体素子を成長する工程と、が順次遂行されることを特徴
とする。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施する実施の形
態例を図面を参照して説明する。
【0010】本発明の実施の形態例に係る半導体光素子
接合構造は、図1(f)に示すように、2つの導波型半
導体光素子を光学的に接続する突き合わせ結合部の接合
構造において、半導体基板100上に半導体積層構造1
01を形成すると共に該半導体積層構造101と接する
上部半導体層102を形成して、第1の導波型半導体素
子103を形成してなると共に、前記上部半導体層10
2の一部に絶縁膜104を形成し、前記上部半導体層1
02の前記絶縁膜104で覆われていない部分をエッチ
ングし、更に前記上部半導体層102に対して前記半導
体積層構造101のみを選択にエッチングするエッチン
グ液を用いて、前記上部半導体層102が一部エッチン
グされた前記第1の導波型半導体素子103をエッチン
グして前記絶縁膜104と上部半導体層102とからな
る庇形状Hを形成してなり、且つ、前記第2のエッチン
グ工程によりエッチングされた第1の導波型半導体素子
103が形成されている半導体基板100上面側及び前
記庇形状Hの上部半導体層102の裏面側に第2の導波
型半導体素子の結晶110a,110bを成長して第2
の導波型半導体素子110を形成し、半導体素子相互を
接続してなるものである。
【0011】ここで、導波型半導体素子とは、光導波路
自体も含めた主要部分が導波路構造をとる光素子のこと
である。
【0012】本発明に係る半導体光素子接合部の製造方
法の製造は以下の手順で行う。図1に示すように、2つ
の導波型半導体光素子を光学的に接続する突き合わせ結
合部の製造方法において、下記第1工程から第5工程ま
でにより接合構造を製造する。
【0013】(第1工程)半導体基板100上に半導体
積層構造101を形成すると共に該半導体積層構造10
1と接する上部半導体層102を形成して第1の導波型
半導体素子103を形成する(図1(a)参照)。
【0014】(第2工程)前記上部半導体層102の一
部に絶縁膜104を形成する(図1(b)参照)。
【0015】(第3工程:第1エッチング工程)前記上
部半導体層102の前記絶縁膜104で覆われていない
上部半導体層102の部分のみを第1のエッチング液を
用いてエッチングする(図1(c)参照)。
【0016】(第4工程:第2エッチング工程)前記上
部半導体層102に対して前記半導体積層構造101の
みを選択にエッチングする第2のエッチング液を用い
て、前記上部半導体層102が一部エッチングされた前
記第1の導波型半導体素子をエッチングして庇形状Hと
する(図1(d)参照)。
【0017】(第5工程)前記第2のエッチング工程に
よりエッチングされた第1の導波型半導体素子103が
形成されている基板100の上面側及び前記庇形状Hの
上部半導体層102の裏面側に、第2の導波型半導体素
子の結晶110a,110bを成長させて(図1(e)
参照)、層厚が均一化した第2の導波型半導体素子の結
晶110を形成する(図1(f)参照)。
【0018】上述した本発明の工程をとると、第1の導
波型半導体光素子103の上部に上部半導体層102を
設けているので、第2のエッチングにより、図1(d)
に示すように、絶縁膜104と上部半導体層102とが
庇形状Hを構成し、第2の導波型光素子を成長させる工
程で、半導体基板100側からの結晶110aの成長の
みならず、該庇形状Hを構成する前記上部半導体層10
2の裏面部分からも第二の導波型半導体素子110を形
成する結晶110bが成長進行するので、同図(e)の
ように、第一の導波型半導体光素と第二の導波型半導体
光素が滑らかに接続する。したがって、この接合部では
高い光結合率が実現される。
【0019】さらに、第一の導波型半導体光素子103
において、上部半導体層102は、絶縁膜104との熱
膨張係数の差によって、半導体積層構造101に発生す
る結晶学的劣化をも緩和するという作用も有する。
【0020】尚、前記上部半導体層102の組成は、基
板と同様な結晶成長するものであればよく、半導体基板
100と必ずしも同様なものである必要はなく、前記庇
形状を形成した上部半導体層102の裏面側から第2の
導波型半導体光素の結晶成長が開始されるものであれば
いずれのものでもよい。また、前記上部半導体102と
絶縁膜104との間に他の半導体層を形成するようにし
てもよい。
【0021】<実施例>次に、本発明の効果を奏する好
適な一実施例を図面を参照して説明する。
【0022】図2は本発明の一実施例を説明する図であ
る。同図に示すように、半導体多重量子井戸構造9を活
性層として有する半導体レーザ10と多重量子井戸構造
11をもつ光変調器12を突き合わせ結合部13を介し
て集積化した素子の断面構造を示す図である。
【0023】本半導体レーザ10と光変調器12を突き
合わせ結合する工程は、まず図3(a)に示すように、
半導体レーザ9の半導体基板20の表面に形成された半
導体多重量子井戸構造14からなる活性層の上に、多重
量子井戸構造14よりも屈折率の小さいInGaAsP
からなる光閉じ込め層15を形成して半導体積層構造を
形成する。次いで、前記光閉じ込め層15の上に上部半
導体層であるInP層16を結晶成長し、さらにSiO
2 などの絶縁膜である絶縁体層17をパターニングして
形成する。
【0024】次に、パターニング化した絶縁体層17以
外の領域のInP層16を、InGaAsP光閉じ込め
層15との間に選択性をもつ湿式(ウェット)エッチン
グ液(例えば、硫酸と過酸化水素水と水の混合液)を用
いて、第1のエッチングにより前記絶縁体層17以外の
領域のInP層16を除去する。引き続きInGaAs
P光閉じ込め層15と多重量子井戸層14を、InP層
16との間に選択性をもつ湿式(ウェット)エッチング
液(例えば、塩酸とリン酸混合液)を用いて、第2のエ
ッチングにより除去すると、図3(b)に示すように絶
縁体層17直下のInP層16と、InGaAsP層1
5と多重量子井戸層14との間に半導体層界面に平行な
方向に入り込んだ形状、すなわち庇形状Hが生じる。
【0025】次に、このパターニング化した絶縁体層1
7以外の領域に変調器用の多重量子井戸構造の結晶21
a,21bを成長して、図2に示すような、半導体レー
ザ10の活性層9と変調器12の多重量子井戸層11と
の間に突き合わせ結合部13を形成する。
【0026】すなわち、本実施例においては、パターニ
ング化された絶縁体層17とレーザ部分のInGaAs
P層15と多重量子井戸層14との間に挿入された上部
半導体層であるInP層16が庇形状Hの絶縁体層17
の直下に存在するために、パターニング化した絶縁体層
17以外の領域に変調器用の多重量子井戸構造を結晶成
長する初期過程から、庇形状Hの絶縁体層17直下のI
nP層16の裏面側から半導体基板20方向に向かって
の変調器用の多重量子井戸構造の結晶21bが成長す
る。
【0027】また、庇形状H内部では半導体基板20側
からの変調器用の多重量子井戸構造の結晶21aの成長
も発生する。この結果、庇形状H内部での変調器用の多
重量子井戸構造の結晶成長は、図3(c)に示すよう
に、半導体基板20方向から絶縁体層17方向へ成長す
る結晶部分21aと、絶縁体層17直下のInP層16
下端から半導体基板20方向へ成長する結晶部分21b
とが同時に発生する。
【0028】この成長機構によって、湿式(ウェット)
エッチングによる図3(b)に示した絶縁体層17直下
のInP層16と、InGaAsP層15と多重量子井
戸層14との間に半導体層界面に平行な方向に入り込ん
だ形状、すなわち庇形状H内部の変調器用の多重量子井
戸構造の結晶成長は、絶縁体層17直下のInP層16
がない従来技術の場合に比べて著しく促進され、最終的
には図3(d)に示すように、庇形状18内部が変調器
用の多重量子井戸構造を形成する結晶21a,21bに
よって埋め尽くされて、突き合わせ結合部分で変調器用
の多重量子井戸構造21の層厚が減少することがない。
【0029】したがって、突き合わせ結合を有する半導
体レーザと光変調器の集積化素子において、半導体レー
ザから光変調器へ伝搬する光が突き合わせ結合部分で散
乱されることがなく、高い効率で結合されることが可能
となる。
【0030】なお、本実施例で記述した高い結合効率を
もつ突き合わせ結合部分の構造と作成方法は、突き合わ
せ結合される半導体層構造が多重量子井戸構造に限定す
るものではなく、多重量子井戸構造の代わりに均一な半
導体層であってもまったく同じ効果が期待できる。
【0031】また、突き合わせ結合される2種類以上の
光素子が半導体レーザと光変調器に何等限定されるもの
でもない。
【0032】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、突
き合わせ結合部分に生じた第二の半導体層の局所的な層
厚変動が生じることがなく、従来のような第一の半導体
層と第二の半導体層との間を伝搬する光は大きな散乱を
受けることもなく、その結果、伝搬する光強度は大きな
損失がなく、高い光結合率を有する突き合わせ結合部を
作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による実施の形態例の構造断面図。
【図2】本発明による一実施例の概念図。
【図3】本発明による一実施例の構造断面図。
【図4】従来技術の突き合わせ結合をもつ集積化光素子
の断面図。
【図5】従来技術の突き合わせ結合をもつ集積光素子の
突き合わせ結合部分の拡大図。
【符号の説明】
1 第一の半導体層 2 絶縁体層 3 第二の半導体層 5 第一の半導体層 6 絶縁体層 7 庇形状 8 第二の半導体層 9 半導体レーザの多重量子井戸構造からなる活性層 10 半導体レーザ 11 光変調器の多重量子井戸構造 12 光変調器 13 突き合わせ結合 14 半導体レーザの多重量子井戸構造からなる活性層 15 InGaAsP光閉じ込め層 16 InP層 17 絶縁体層 20 半導体基板 21a 変調器用多重量子井戸構造の半導体基板側から
の成長部分 21b 変調器用多重量子井戸構造の絶縁体層側からの
成長部分 21 本発明での突き合わせ結合された変調器用多重量
子井戸構造 100 半導体基板 101 半導体積層構造 102 上部半導体層 103 第1の導波型半導体素子 104 絶縁膜 110a,110b 第2の導波型半導体素子の結晶 110 第2の導波型半導体素子110 H 庇形状

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2つの導波型半導体光素子を光学的に
    接続する突き合わせ結合部の製造方法において、 半導体基板上に半導体積層構造を形成すると共に該半導
    体積層構造と接する上部半導体層を形成して半導体レー
    ザからなる第1の導波型半導体素子を形成する工程と、 前記上部半導体層の一部に絶縁膜を形成する工程と、 前記上部半導体層の前記絶縁膜で覆われていない部分を
    エッチングする第1のエッチング工程と、 前記上部半導体層に対して前記半導体積層構造のみを選
    択にエッチングするエッチング液を用いて、前記上部半
    導体層が一部エッチングされた前記第1の導波型半導体
    素子をエッチングする第2のエッチング工程と、 前記第2のエッチング工程によりエッチングされた第1
    の導波型半導体素子が形成されている基板上面側及び前
    記上部半導体層の裏面側に多重量子井戸構造を有する光
    変調器からなる第2の導波型半導体素子を成長する工程
    と、が順次遂行されることを特徴とする半導体光素子接
    合部の製造方法。
JP25601995A 1995-10-03 1995-10-03 半導体光素子接合部の製造方法 Expired - Lifetime JP3275993B2 (ja)

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