JP3421999B2 - Optical functional device, optical integrated device including the same, and manufacturing method thereof - Google Patents

Optical functional device, optical integrated device including the same, and manufacturing method thereof

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JP3421999B2
JP3421999B2 JP07799894A JP7799894A JP3421999B2 JP 3421999 B2 JP3421999 B2 JP 3421999B2 JP 07799894 A JP07799894 A JP 07799894A JP 7799894 A JP7799894 A JP 7799894A JP 3421999 B2 JP3421999 B2 JP 3421999B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光通信分野で利用され
る半導体光機能素子に関するものであり、より詳細に述
べれば発光または受光波長の僅かに異なる複数の光機能
素子およびその製造方法に関するものである。光機能素
子には発光素子、光導波路、受光素子、スポットサイズ
変換素子、波長変換素子、分波器、合波器などが含まれ
る。半導体発光素子はその広帯域性、高指向性を利用す
ると、光計測用光源、集積化光源、波長可変光源、光通
信用光源等への応用が挙げられる。例えば光通信の分野
ではテラビット級の大容量化を可能にする多波長集積化
光源、光計測分野ではファイバジャイロやOTDR(O
ptical Time−Domain Reflec
tometry)用の光源として有用である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor optical functional device used in the field of optical communication, and more specifically to a plurality of optical functional devices having slightly different emission or reception wavelengths and a method for manufacturing the same. It is a thing. The optical function element includes a light emitting element, an optical waveguide, a light receiving element, a spot size conversion element, a wavelength conversion element, a demultiplexer, a multiplexer, and the like. The semiconductor light emitting device can be applied to a light source for optical measurement, an integrated light source, a variable wavelength light source, a light source for optical communication, etc. by utilizing its wide band property and high directivity. For example, in the field of optical communication, a multi-wavelength integrated light source capable of increasing the capacity of a terabit class, and in the field of optical measurement, fiber gyro and OTDR (O
optical Time-Domain Reflect
It is useful as a light source for tomtry).

【0002】さらに、本発明は、光通信や、光情報処理
および光交換等の光処理に用いられる半導体集積化光素
子に関するものである。特に半導体基板上に少なくとも
1つの送受信機能をもつ半導体素子を集積した光集積素
子およびその製造方法に関するものである。
Further, the present invention relates to a semiconductor integrated optical device used for optical communication and optical processing such as optical information processing and optical switching. In particular, the present invention relates to an optical integrated device in which a semiconductor device having at least one transmitting / receiving function is integrated on a semiconductor substrate and a method for manufacturing the same.

【0003】[0003]

【従来の技術】光通信方式の高度化にともない、半導体
基板上に発光素子、光導波路、受光素子などの光機能素
子を複数配置し、多数の光通信信号を一括処理できるよ
うな光集積素子の研究が進展している。このためには、
通信波長が僅かに異なる複数の波長を処理できる光機能
素子の開発が急務であり、半導体基板上に発光波長の僅
かに異なる複数の発光素子の開発が望まれている。
2. Description of the Related Art With the advancement of optical communication systems, a plurality of optical functional elements such as a light emitting element, an optical waveguide, and a light receiving element are arranged on a semiconductor substrate so that a large number of optical communication signals can be collectively processed. Research is progressing. For this,
There is an urgent need to develop an optical functional element capable of processing a plurality of wavelengths having slightly different communication wavelengths, and it is desired to develop a plurality of light emitting elements having slightly different emission wavelengths on a semiconductor substrate.

【0004】発光素子の発振波長を変化させる方法とし
ては、例えば均一な組成の結晶構造をもつ半導体多層膜
に、発振波長に応じた周期の回折格子を内蔵したDFB
(分布帰還型)レーザ、或いはDBR(ブラック反射
型)レーザを利用する方法が一般的である。しかし、こ
の方法では単一発光素子の発振可能な波長域は活性層の
発光域、即ちゲイン幅によって決まるために、波長変化
量としては100nm程度が限界であり、また発光素子
の発振特性も波長域によって変化するものであった。
As a method of changing the oscillation wavelength of the light emitting element, for example, a DFB in which a diffraction grating having a period according to the oscillation wavelength is built in a semiconductor multilayer film having a crystal structure of uniform composition
A method using a (distributed feedback type) laser or a DBR (black reflection type) laser is generally used. However, in this method, the wavelength range in which a single light-emitting element can oscillate is determined by the light-emitting area of the active layer, that is, the gain width, and thus the wavelength variation amount is limited to about 100 nm, and the oscillation characteristics of the light-emitting element also have a wavelength range. It changed depending on the region.

【0005】また、半導体のバンドギャップの温度依存
性を利用して、発振波長を温度によって変化させる方法
もあるが、これは応答が遅いこと、集積化には適さない
こと、発振波長以外の発光特性も変化してしまう等の欠
点がある。
There is also a method of utilizing the temperature dependence of the bandgap of a semiconductor to change the oscillation wavelength with temperature, but this has a slow response, is not suitable for integration, and emits light other than the oscillation wavelength. There are drawbacks such as changes in characteristics.

【0006】ところで、半導体基板上に面状に配置した
複数の発光素子の発光波長特性や受光素子の波長感度特
性を僅かに変化させるためには、通常、それぞれの波長
に応じた結晶組成をもつ半導体層を作製する必要があ
り、これまでの半導体成長技術では複数回の結晶成長を
繰り返すことにより、同一基板上に結晶組成の僅かに異
なる複数の半導体層を作製していた。
By the way, in order to slightly change the emission wavelength characteristics of a plurality of light emitting elements arranged in a plane on a semiconductor substrate and the wavelength sensitivity characteristics of a light receiving element, usually, a crystal composition corresponding to each wavelength is used. It is necessary to form a semiconductor layer, and in the conventional semiconductor growth techniques, a plurality of semiconductor layers having slightly different crystal compositions are produced on the same substrate by repeating crystal growth a plurality of times.

【0007】また、同一基板上に発光特性の異なる結晶
を成長する方法としてはいくつかの方法が提案されある
いは試みられているが、いずれも複数回の成長の繰り返
しを上回るような決定的に技術となっていない。
Several methods have been proposed or attempted as methods for growing crystals having different emission characteristics on the same substrate, but all of them are decisive techniques that exceed the repetition of growth a plurality of times. Is not.

【0008】例えば、複数の光機能素子の発光波長を僅
かに変えるために活性層の幅を僅かに変えて作製する方
法としては、半導体基板上に所定の活性層幅または導波
路幅を有する酸化膜や窒化膜からなるストライプマスク
を予め配置し、このストライプマスクの間に結晶成長す
る方法(通常、マスク選択成長法と称される。青木他、
応用電子物性分科会研究報告No.445,p9−1
4)がある。
For example, in order to slightly change the emission wavelengths of a plurality of optical functional elements, the active layer may be slightly changed in width to produce the oxide film having a predetermined active layer width or waveguide width on a semiconductor substrate. A stripe mask made of a film or a nitride film is arranged in advance, and a crystal is grown between the stripe masks (usually called a mask selective growth method. Aoki et al.
Applied Electronic Physics Subcommittee Research Report No. 445, p9-1
There is 4).

【0009】図1(A)〜(C)は、このマスク選択成
長法の説明図であり、図1(A)は、平坦状の半導体基
板1に所定の寸法を有するストライプ状の酸化膜または
窒化膜2aを形成した場合で、この後で、半導体多層膜
を結晶成長させるものである。Wmは各ストライプの幅
であり、Wgは2つのストライプ2aの間のギャップの
幅である。また、図1(B)は、図1(A)の半導体基
板上にバッファ層5、活性層幅或いは導波路層6、クラ
ッド層7、コンタクト層10からなる半導体多層膜をマ
スク2a以外の領域に成長してリッジ3とその両側に溝
4を形成するものである。図1(C)は、この成長によ
り作製されたIn1-x Gax As/InGaAsP(λ
g=1.15μm)系結晶のマスク幅Wmと発光波長の
関係を溝幅Wgをパラメータとして示した特性例であ
る。
FIGS. 1A to 1C are explanatory views of this mask selective growth method, and FIG. 1A shows a stripe-shaped oxide film having a predetermined size on a flat semiconductor substrate 1 or The case where the nitride film 2a is formed is followed by crystal growth of the semiconductor multilayer film. Wm is the width of each stripe, and Wg is the width of the gap between the two stripes 2a. In addition, FIG. 1B shows a semiconductor multilayer film including a buffer layer 5, an active layer width or a waveguide layer 6, a clad layer 7, and a contact layer 10 on the semiconductor substrate of FIG. To form a ridge 3 and a groove 4 on both sides thereof. FIG. 1C shows In 1-x Ga x As / InGaAsP (λ
(g = 1.15 μm) is a characteristic example showing the relationship between the mask width Wm of the system crystal and the emission wavelength using the groove width Wg as a parameter.

【0010】発光波長のシフト量は、マスク幅Wmの増
大と共に大きくなり、ギャップ幅Wgが小さくなると共
に増大する。その理由は、原料がマスク上からギャップ
に拡散するために成長速度の変化が起こり、ギャップ上
に形成されるメサ上の各半導体層、とくに量子井戸層の
厚さの変化が発光特性の変化となるためである。
The emission wavelength shift amount increases as the mask width Wm increases, and increases as the gap width Wg decreases. The reason is that the growth rate changes because the raw material diffuses from the mask to the gap, and the change in the thickness of each semiconductor layer on the mesa, especially the quantum well layer, formed on the gap causes a change in the emission characteristics. This is because

【0011】しかし、この結晶成長法ではマスクからの
不純物の拡散等のようなマスクの影響が避けられず、マ
スクのない場合と比較した結晶性は必ずしも良好とは言
えない。また、プロセスの進行過程で結晶成長後にマス
クの除去が必要で、プロセスが煩雑になるなどの欠点を
有する。
However, this crystal growth method cannot avoid the influence of the mask such as the diffusion of impurities from the mask, and the crystallinity is not necessarily good as compared with the case without the mask. Further, the mask must be removed after the crystal growth in the process of progressing the process, and the process becomes complicated.

【0012】また、100nm程度の波長シフトを起こ
すためには、横方向に100μm程度のマスクの広がり
を必要とするので、数μm程度の微小領域における集積
化への適用はできない。なお、大きく波長を変化させる
とキャビティ方向での発光層の縦方向の位置がずれるた
め、光結合が悪くなる。
Further, in order to cause a wavelength shift of about 100 nm, it is necessary to spread the mask by about 100 μm in the lateral direction, so that it cannot be applied to integration in a minute region of about several μm. It should be noted that when the wavelength is largely changed, the position of the light emitting layer in the vertical direction in the cavity direction is displaced, so that the optical coupling is deteriorated.

【0013】一方、マスクを使用しないで活性層の結晶
組成を僅かに変えて発光特性を変化させる方法として
は、有機金属分子線エピタキシ法(MOMBE法)を利
用して、結晶成長中にレーザ光を照射することにより、
発光特性を変化させる方法(山田他、応用電子物性分科
研究会報告No.445,P.27−32)がある。し
かし、この方法では特定の高額な装置を使用しなければ
ならないこと、広範囲に複数の組成を変化させた結晶を
作製できないこと等の欠点がある。
On the other hand, as a method of slightly changing the crystal composition of the active layer without using a mask to change the emission characteristics, a metal organic molecular beam epitaxy method (MOMBE method) is used, and laser light is emitted during crystal growth. By irradiating
There is a method of changing the light emission characteristics (Yamada et al., Applied Electronic Physics Subcommittee Research Report No. 445, P. 27-32). However, this method has drawbacks such as the need to use a specific and expensive device and the inability to produce crystals having a plurality of compositions varied in a wide range.

【0014】次に、半導体基板に予めリッジを形成し、
この上に半導体層を成長させた発光素子について述べ
る。
Next, a ridge is formed in advance on the semiconductor substrate,
A light emitting device having a semiconductor layer grown thereon will be described.

【0015】予めリッジ幅の僅かに変化させた複数のリ
ッジ形状を有する半導体基板を用いて、このリッジ基板
上に分子線エピタキシ(MBE)法により歪み量子井戸
の活性層を形成した発光素子を作製し、発光波長の僅か
に異なる複数の発光素子が実現できることが報告されて
いる(特開平4−305991号)。
Using a semiconductor substrate having a plurality of ridge shapes in which the ridge width is slightly changed in advance, a light emitting device in which an active layer of a strained quantum well is formed on the ridge substrate by a molecular beam epitaxy (MBE) method is manufactured. However, it has been reported that a plurality of light emitting elements having slightly different emission wavelengths can be realized (Japanese Patent Laid-Open No. 4-305991).

【0016】しかし、この方法は歪み量子井戸のエキシ
トン遷移エネルギを利用したもので、リッジ幅を2μ
m,3μm,5μm,8μmとした場合に、発光波長は
1.52μm,1.53μm,1.54μm,1.55
μmに変化するが、変化量が小さいためリッジ幅だけに
よる波長シフト量の制御性は高くない。
However, this method utilizes the exciton transition energy of the strained quantum well and has a ridge width of 2 μm.
m, 3 μm, 5 μm, 8 μm, the emission wavelengths are 1.52 μm, 1.53 μm, 1.54 μm, 1.55
However, since the amount of change is small, the controllability of the amount of wavelength shift by only the ridge width is not high.

【0017】リッジ幅とリッジ溝幅を変化させて多波長
レーザを作製する方法が報告されているが(特開平4−
364084号)、活性層の厚さを変えて発光波長を変
えるものである。また、リッジの両側に幅の異なる2種
類の溝を有する基板上に、有機金属気相成長法で半導体
層を形成した発光素子が報告されているが(特開平4−
206982号)、これはレーザ端部にバンドギャップ
の大きい半導体層を形成し、いわゆる窓構造のレーザで
端面の劣化の防止と高出力化をめざしたものである。
A method for producing a multi-wavelength laser by changing the ridge width and the ridge groove width has been reported (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 4-
No. 364084), the emission wavelength is changed by changing the thickness of the active layer. In addition, a light emitting device in which a semiconductor layer is formed by a metal organic chemical vapor deposition method on a substrate having two types of grooves having different widths on both sides of a ridge has been reported (Japanese Patent Laid-Open No. 4-204).
No. 206982), in which a semiconductor layer having a large band gap is formed at the laser end portion, and the laser with a so-called window structure is aimed at preventing deterioration of the end face and increasing the output.

【0018】さらに、縦方向に組成の異なるものを成長
させることにより、発光特性の広帯域化をはかる方法と
しては機能性スーパールミネスセントダイオードがある
(電子情報通信学会OQE91−83(1991)、野
口等)。この機能性スーパールミネスセントダイオード
は、組成の異なる発光部分を2回の結晶成長でそれぞれ
作製するので、結晶成長の煩雑さに加えて、両方の発光
部分の間の成長面をロスの小さなものにするための成長
の工夫も要求される。
Further, as a method for broadening the light emission characteristics by growing those having different compositions in the vertical direction, there is a functional super luminescent diode (The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers OQE91-83 (1991), Noguchi, etc.). ). In this functional super luminescent diode, the light emitting portions with different compositions are produced by two crystal growths respectively, so in addition to the complexity of the crystal growth, the growth surface between both light emitting portions has a small loss. Ingenuity for growth is also required.

【0019】ましては3種類以上の発光領域の異なるも
のを作製することは原理的には可能であるが、結晶成
長、加工プロセスの面から、非常に高度な技術が要求さ
れる。したがってこれまでに3種類以上の組成の異なる
ものを縦方向に集積した発光素子の例はほとんどない。
It is possible in principle to manufacture three or more kinds of light emitting regions different from each other, but a very advanced technique is required in terms of crystal growth and processing. Therefore, up to now, there have been almost no examples of light-emitting elements in which three or more kinds having different compositions are vertically integrated.

【0020】従来は光通信における各端末の光増幅器付
き送受信器は、分波器、LD、PD等のバルク材料を組
み合わせたものが大半であり、また、石英等で形成され
た導波路と半導体で形成されたレーザ、光検出器をハン
ダ等で接続したり、ファイバなどで結合させたりしたも
のがある。また、一枚の半導体基板上に、必要な半導体
部品を集積したものがある。
Conventionally, most optical transceivers with optical amplifiers at each terminal in optical communication are made by combining bulk materials such as demultiplexers, LDs, PDs, etc. Also, a waveguide and a semiconductor formed of quartz or the like are used. The laser and photodetector formed in 1. are connected with solder or the like, or are combined with a fiber or the like. In addition, there is one in which necessary semiconductor components are integrated on one semiconductor substrate.

【0021】しかしながら、上記バルク材料で構成した
ものおよび石英導波路で構成したものにおいては、空間
を介してそれぞれのコンポーネントを結合する等のため
サイズが大きくなり、調整が煩雑になると共に製造工程
が複雑になり、しかも大量生産に不向き等の問題点があ
った。また、結合性に問題にも問題があった。半導体集
積回路の場合には、様々なバンドギャップを有する半導
体を一枚の半導体基板の上に作らなければならないた
め、一度成長した結晶の一部を取り除き、再び違う組成
の半導体を結晶成長させるなど製造工程が複雑になり、
非常に高度な技術を要するので現状では個々の部品をハ
イブリッドに結合するものに代わりうる技術とはなり得
ない。
However, in the case of using the bulk material and the method of using the quartz waveguide, the size of the components becomes large due to the coupling of the respective components through the space, and the adjustment becomes complicated and the manufacturing process is complicated. It is complicated, and it is not suitable for mass production. Also, there was a problem with connectivity. In the case of semiconductor integrated circuits, since semiconductors having various band gaps must be formed on a single semiconductor substrate, a part of the crystal once grown is removed, and a semiconductor with a different composition is grown again. The manufacturing process becomes complicated,
As it requires a very high level of technology, it cannot currently be a viable alternative to combining individual components into a hybrid.

【0022】一方、個別の半導体光素子を集積化するこ
とは、光通信および光情報処理システムの高性能化、高
機能化、経済化のためにも必須の技術である。半導体光
素子の集積化においては、個別の半導体光素子は、ガラ
ス光回路あるいは光ファイバで結ばれる。複数の素子を
同一の半導体基板上にモノリシックに集積する場合で
も、この集積素子への光信号の入出力は、ガラス光回路
あるいは光ファイバを介して行われる。
On the other hand, integration of individual semiconductor optical devices is an essential technique for achieving high performance, high functionality, and economy of optical communication and optical information processing systems. In the integration of semiconductor optical devices, individual semiconductor optical devices are connected by glass optical circuits or optical fibers. Even when a plurality of elements are monolithically integrated on the same semiconductor substrate, input / output of optical signals to / from the integrated element is performed via a glass optical circuit or an optical fiber.

【0023】光素子の集積は、電子素子の集積とは異な
り、素子間の光の受渡しの再の結合損が問題である。こ
れは、もっぱら半導体素子側の光スポットサイズが、こ
れに接続されるガラス光回路あるいは光ファイバ側のス
ポットサイズより小さいことが原因である。これを回避
し、さらに接続の許容誤差を緩くするために、半導体素
子側の小さなスポットサイズをガラスあるいは光ファイ
バ側の大きなスポットサイズに変換する素子が考案され
ている。
The integration of optical devices is different from the integration of electronic devices in that there is a problem of re-coupling loss of light passing between the devices. This is because the light spot size on the semiconductor element side is smaller than the spot size on the glass optical circuit or optical fiber side connected thereto. In order to avoid this and further loosen the connection tolerance, an element has been devised which converts a small spot size on the semiconductor element side into a large spot size on the glass or optical fiber side.

【0024】光素子のスポットサイズ変換を光導波路に
より行う場合には、導波路コアの厚さ、幅、クラッドと
の屈折率差の少なくとも一つが、光の導波方向に沿って
変化した構造を形成しなければならない。半導体導波路
構造の製作は、通常、エピタキシャル成長層をドライエ
ッチング等の手法で加工し、さらにエピタキシャル再成
長を行って形成する。したがって、光導波路により光素
子のスポットサイズ変換を実現するためには、プロセス
工程が複雑であり、プロセス中の界面劣化、不純物混入
等の製造上の問題点を抱えていた。
When the spot size conversion of the optical element is performed by the optical waveguide, a structure in which at least one of the thickness, the width, and the refractive index difference between the waveguide core and the clad is changed along the optical waveguide direction. Must be formed. The semiconductor waveguide structure is usually manufactured by processing the epitaxial growth layer by a method such as dry etching and further performing epitaxial regrowth. Therefore, in order to realize the spot size conversion of the optical element by the optical waveguide, the process steps are complicated, and there are manufacturing problems such as interface deterioration during the process and mixing of impurities.

【0025】図2に現行技術の例として、エレクトロニ
クスレターズ28巻7号631ぺージ(ELECTRO
NICS LETTERS 26th March 1
992 vol.28 No.7 p631)に記載さ
れているスポットサイズ変換器を示す。このスポットサ
イズ変換器は、3つの部分I,IIおよびIII から構成さ
れている。第1の部分Iには、チップ自身上に光学的結
合するための小スポット導波路を含んでいる。第2の部
分IIでは、二つのテーパ状の層によってスポットサイズ
変換が行なわれるようになっており、上層の導波路6U
の幅は、一端に向かって直線的に減少して尖頭状の端部
になっており、他方、下層導波路6L の幅は、第3の部
分III の出力導波路の幅にまで拡幅している。
FIG. 2 shows, as an example of the current technology, Electronics Letters Vol. 28, No. 7, 631 page (ELECTRO).
NICS LETTERS 26th March 1
992 vol. 28 No. 7 p631). This spot size converter consists of three parts I, II and III. The first portion I contains a small spot waveguide for optical coupling on the chip itself. In the second portion II, the spot size conversion is performed by the two tapered layers, and the waveguide 6 U in the upper layer is used.
Has a pointed end that linearly decreases toward one end, while the width of the lower-layer waveguide 6 L expands to the width of the output waveguide of the third portion III. is doing.

【0026】このスポットサイズ変換器は、半絶縁In
Pウエハ1aを基板とし、その上にInPバッファ層5
を有機金属気相エピタキシャル成長により形成し、つづ
いて、前記二つのテーパ状導波路6U ,6L を形成する
ための二つの層がエピタキシャル成長により形成され
る。下層6L および上層6U は、それぞれ異なるバンド
ギャップのInGaAsPから構成され、これらの層
は、2工程のドライエッチングによって、それぞれテー
パ状に成形される。その後、これらの二つの層6U,6L
上に有機金属気相エピタキシャル成長によりInP層
7aが形成される。
This spot size converter is a semi-insulating In
The P wafer 1a is used as a substrate, and the InP buffer layer 5 is formed thereon.
Was formed by metal organic vapor phase epitaxial growth, followed by, two layers for forming the two tapered waveguide 6 U, 6 L is formed by epitaxial growth. The lower layer 6 L and the upper layer 6 U are made of InGaAsP having different band gaps, and these layers are each formed into a taper shape by a two-step dry etching. Then these two layers 6 U , 6 L
An InP layer 7a is formed on the top by metal organic vapor phase epitaxial growth.

【0027】前記したように、このスポットサイズ交換
器の製作には、最低でも2回のエピタキシャル成長工程
と2回のエッチング工程が必要であり、製造工程は煩雑
となる問題がある。
As described above, in order to manufacture this spot size exchanger, at least two epitaxial growth steps and two etching steps are required, and there is a problem that the manufacturing process becomes complicated.

【0028】[0028]

【発明が解決しようとする課題】本発明は第1の目的は
光機能素子、特にリッジ上の結晶成長を利用して広帯域
な発光特性をもち、かつ高密度に集積化された半導体発
光素子を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION A first object of the present invention is to provide an optical functional device, particularly a semiconductor light emitting device which has a wide band emission characteristic by utilizing crystal growth on a ridge and which is integrated at high density. Is to provide.

【0029】本発明の第2の目的はそのような光機能素
子を半導体基板上に有する光素子を提供することであ
る。
A second object of the present invention is to provide an optical device having such an optical functional device on a semiconductor substrate.

【0030】本発明の第3の目的は上述の光機能素子の
製造方法を提供することである。
A third object of the present invention is to provide a method for manufacturing the above-mentioned optical functional device.

【0031】本発明の第4の目的は上述の光素子の製造
方法を提供することである。
A fourth object of the present invention is to provide a method of manufacturing the above optical device.

【0032】本発明の第5の目的は半導体発光素子の発
振波長の制御(選定)方法を提供することである。
A fifth object of the present invention is to provide a method of controlling (selecting) the oscillation wavelength of a semiconductor light emitting device.

【0033】[0033]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1記載の発明は、光機能素子であって、リッ
ジ形状を有する非平坦半導体基板と、該非平坦半導体基
板上に形成された光機能層であって発光層、吸収層およ
び光導波層から選ばれる光機能層とを具備し、該光機能
層は多重量子井戸構造を有する活性層を備え、該活性層
の前記リッジ上の部分の組成が前記リッジ以外の活性層
の部分の組成と異なることを特徴とする。
In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is an optical functional element, which is formed on a non-flat semiconductor substrate having a ridge shape. luminescent layer an optical functional layer, comprising an optical functional layer selected from the absorption layer and the optical waveguide layer, the light function
The layer is provided with an active layer having a multiple quantum well structure, and a composition of a portion of the active layer on the ridge is different from a composition of a portion of the active layer other than the ridge.

【0034】請求項2記載の発明は、請求項1記載の光
機能素子において、前記リッジ形状は、1μmから10
μmのリッジ幅で、1μmから5μmのリッジ高さで、
かつ1μmから10μmの溝幅を有する形状であること
を特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the optical functional element according to the first aspect, the ridge shape is 1 μm to 10 μm.
With a ridge width of μm, with a ridge height of 1 μm to 5 μm,
Further, it is characterized in that it has a groove width of 1 μm to 10 μm.

【0035】請求項3記載の発明は、請求項1または2
記載の光機能素子において、前記リッジの上面ないし側
面に回折格子を備えていることを特徴とする。
The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 or 2.
The optical functional element described above is characterized in that a diffraction grating is provided on an upper surface or a side surface of the ridge.

【0036】請求項4記載の発明は、請求項2記載の光
機能素子において、前記リッジ幅は1μmから5μmま
でであり、かつキャビティ方向に数種類の異なった組成
の結晶を成長してなり、前記キャビティ方向に一連に変
化した発光ないし受光特性を有することを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the optical functional element according to the second aspect, the ridge width is from 1 μm to 5 μm, and crystals of several different compositions are grown in the cavity direction. It is characterized in that it has light emission or light reception characteristics that are changed in series in the cavity direction.

【0037】請求項5記載の発明は、請求項4記載の光
機能素子において、前記リッジの上部に組成に応じた回
折格子を有し、単一の出射面から複数の単一光を発光す
るないしは前記回折格子の周期により決められた波長よ
り短波長側の光を受光することを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the optical functional element according to the fourth aspect, a diffraction grating according to the composition is provided above the ridge, and a plurality of single lights are emitted from a single emission surface. Alternatively, it is characterized in that it receives light on the shorter wavelength side than the wavelength determined by the period of the diffraction grating.

【0038】請求項6記載の発明は、請求項4記載の光
機能素子において、前記リッジ内に光のガイド層を備え
ていることを特徴する。
According to a sixth aspect of the invention, in the optical functional element according to the fourth aspect, a light guide layer is provided in the ridge.

【0039】請求項7記載の発明は、請求項2記載の光
機能素子において、前記リッジ幅は1μmから5μmま
でであり、かつ前記リッジ形状は、リッジ幅、リッジ高
さ、ないしは溝幅を横方向に一連に変化させてなり、該
横方向に一連に変化したリッジ形状の場所に応じて異な
る発光ないし受光特性を有することを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, in the optical functional element according to the second aspect, the ridge width is from 1 μm to 5 μm, and the ridge shape has a ridge width, a ridge height, or a groove width in a lateral direction. It is characterized in that it has a series of changes in the direction, and has different light emission or light reception characteristics depending on the location of the ridge shape that has changed in the series in the lateral direction.

【0040】請求項8記載の発明は、請求項7記載の光
機能素子において、前記リッジの上部に組成に応じた回
折格子を有し、並列方向に単一光を発光するないしは前
記回折格子の周期により決められた波長より短波長側の
光を受光することを特徴とする。
According to an eighth aspect of the present invention, in the optical functional element according to the seventh aspect, a diffraction grating corresponding to a composition is provided on the upper portion of the ridge, and a single light is emitted in a parallel direction, or the diffraction grating has It is characterized in that it receives light on the shorter wavelength side than the wavelength determined by the period.

【0041】請求項9記載の発明は、請求項1または2
記載の光機能素子において、前記光機能層は半導体発光
層であり、かつ前記非平坦半導体基板の溝部に該非平坦
半導体基板と異なる導電型を有する半導体薄層膜を形成
してなることを特徴とする。
The invention according to claim 9 is the invention according to claim 1 or 2.
In the optical functional element described in the above, the optical functional layer is a semiconductor light emitting layer, and a semiconductor thin layer film having a conductivity type different from that of the non-flat semiconductor substrate is formed in a groove portion of the non-flat semiconductor substrate. To do.

【0042】請求項10記載の発明は、請求項1または
2記載の光機能素子において、前記光機能層は半導体発
光層であり、かつ前記非平坦半導体基板は前記発光層の
リッジ形状が逆メサ構造の非平坦半導体基板であること
を特徴とする。
According to a tenth aspect of the present invention, in the optical functional element according to the first or second aspect, the optical functional layer is a semiconductor light emitting layer, and the ridge shape of the light emitting layer of the non-flat semiconductor substrate is an inverted mesa. It is a non-flat semiconductor substrate having a structure.

【0043】請求項11記載の発明は、請求項1または
2記載の光機能素子において、前記光機能層は半導体発
光層であり、かつ前記非平坦半導体基板は該非平坦半導
体基板上に半導体薄膜バッファ層を形成してなるもので
あることを特徴とする。
The eleventh aspect of the present invention is the optical functional element according to the first or second aspect, wherein the optical functional layer is a semiconductor light emitting layer, and the non-flat semiconductor substrate is a semiconductor thin film buffer on the non-flat semiconductor substrate. It is characterized in that it is formed by forming layers.

【0044】請求項12記載の発明は、リッジ形状を有
する非平坦半導体基板と、該非平坦半導体基板上に配置
された発光素子または受光素子から選ばれた複数個の請
求項1に記載の光機能素子とを具備し、該複数個の光機
能素子それぞれの特性を機能的に組み合わせた光集積素
子において、前記光機能素子はモノリシックに形成され
た歪み多重量子井戸層の一部分を活性層としてそれぞれ
有してなり、かつ、前記複数個の光機能素子の少なくと
も一部の個数の光機能素子は前記リッジ上の部分の前記
多重量子井戸層の組成が異なっていることを特徴とす
る。
According to a twelfth aspect of the present invention, a plurality of optical functions according to the first aspect are selected from a non-flat semiconductor substrate having a ridge shape and a light emitting element or a light receiving element arranged on the non-flat semiconductor substrate. An optical integrated device functionally combining the characteristics of the plurality of optical functional devices, wherein the optical functional device has a part of a strained multiple quantum well layer formed monolithically as an active layer. The composition of the multiple quantum well layers in the portion on the ridge is different in at least a part of the plurality of optical functional elements of the plurality of optical functional elements.

【0045】請求項13記載の発明は、請求項12記載
の光集積素子において、前記非平坦半導体基板は1μm
から10μmのリッジ幅で、1μmから5μmのリッジ
高さで、かつ1μmから10μmの溝幅のリッジ形状を
有するものであることを特徴とする。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the optical integrated device according to the twelfth aspect, the non-flat semiconductor substrate is 1 μm.
To 10 μm, a ridge height of 1 μm to 5 μm, and a groove width of 1 μm to 10 μm.

【0046】請求項14記載の発明は、請求項12記載
の光集積素子において、前記非平坦半導体基板の前記リ
ッジ上の上面ないし側面に回折格子を有することを特徴
とする。
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the optical integrated device according to the twelfth aspect, a diffraction grating is provided on an upper surface or a side surface of the ridge of the non-flat semiconductor substrate.

【0047】請求項15記載の発明は、請求項14記載
の光集積素子において、前記回折格子はその位置に応じ
て変化した周期を有することを特徴とする。
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the optical integrated device according to the fourteenth aspect, the diffraction grating has a period that varies depending on its position.

【0048】請求項16記載の発明は、下記の工程を具
備したことを特徴とする発光層、吸収層あるいは光導波
層を有する光機能素子の製造方法:リッジ形状半導体基
板であって、リッジ幅が1μmから10μm、リッジ高
さが1μmから5μm、かつ溝幅が1μmから10μm
である非平坦半導体基板を用意し、かつ有機金属気相成
長法により前記非平坦半導体基板上に前記リッジ上の部
分と前記リッジ以外の部分とで組成が異なる歪み多重量
子井戸層を形成する。
According to a sixteenth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an optical functional device having a light emitting layer, an absorption layer or an optical waveguide layer, characterized by comprising the following steps: a ridge-shaped semiconductor substrate having a ridge width Of 1 μm to 10 μm, ridge height of 1 μm to 5 μm, and groove width of 1 μm to 10 μm
A non-planar semiconductor substrate is prepared, and a strained multiple quantum well layer having a different composition on the ridge and on the part other than the ridge is formed on the non-planar semiconductor substrate by a metal organic chemical vapor deposition method.

【0049】請求項17記載の発明は、請求項16記載
の光機能素子の製造方法において、前記非平坦半導体基
板は、平坦半導体基板を該平坦半導体基板と異なる組成
の半導体保護膜薄層を形成した後に非平坦化することに
より得られたものであることを特徴とする。
According to a seventeenth aspect of the present invention, in the method of manufacturing an optical functional element according to the sixteenth aspect, the non-flat semiconductor substrate is formed by forming a thin semiconductor protective film layer having a composition different from that of the flat semiconductor substrate. It is characterized by being obtained by performing a non-planarization after that.

【0050】請求項18記載の発明は、請求項16また
は17に記載の光機能素子の製造方法において、前記リ
ッジ形状は、前記リッジ上に形成される多重量子井戸構
造が所望の組成となるように設定され、該設定された多
重量子井戸構造の組成により前記光機能素子の光学的特
性が決定されることを特徴とする。
According to the eighteenth aspect of the present invention, in the method for manufacturing an optical functional element according to the sixteenth aspect or the seventeenth aspect, the ridge shape is such that a multiple quantum well structure formed on the ridge has a desired composition. The optical characteristics of the optical functional element are determined by the composition of the set multiple quantum well structure.

【0051】請求項19記載の発明は、請求項18記載
の光機能素子の製造方法において、前記光学的特性が前
記多重量子井戸構造のバンドギャップないし屈折率であ
り、前記リッジ形状の設定は、前記リッジ幅、リッジ高
さおよび溝幅の少なくとも一つを前記リッジ上導波路の
一端側から他端側にかけて変化させることによりなされ
ることを特徴とする。
According to a nineteenth aspect of the present invention, in the method of manufacturing an optical functional element according to the eighteenth aspect, the optical characteristic is a band gap or a refractive index of the multiple quantum well structure, and the ridge shape is set. At least one of the ridge width, the ridge height and the groove width is changed from one end side to the other end side of the above-ridged waveguide.

【0052】請求項20記載の発明は、請求項18記載
の光機能素子の製造方法において、前記光学的特性が前
記光機能素子の発光ないし受光特性であり、前記リッジ
形状の設定は、前記リッジ幅、リッジ高サイズおよび溝
幅の少なくとも一つを縦方向に一連に変化させることに
よりなされ、それによりキャビティ方向で前記発光ない
し受光特性を変化させることを特徴とする。
According to a twentieth aspect of the present invention, in the method of manufacturing an optical functional element according to the eighteenth aspect, the optical characteristic is a light emitting or light receiving characteristic of the optical functional element, and the ridge shape is set by the ridge. It is characterized in that at least one of the width, the height of the ridge and the groove width is changed in series in the vertical direction, thereby changing the light emitting or light receiving characteristics in the cavity direction.

【0053】請求項21記載の発明は、請求項18記載
の光機能素子の製造方法において、前記光学的特性が前
記光機能素子の発光ないし受光特性であり、前記リッジ
幅、リッジ高さおよび溝幅の少なくとも一つが横方向に
一連に変化するように前記リッジ形状を設定してアレイ
状光機能素子を形成し、それにより該横方向に前記発光
ないし受光特性を変化させることを特徴とする。
According to a twenty-first aspect of the invention, in the method of manufacturing an optical functional element according to the eighteenth aspect, the optical characteristic is a light emitting or light receiving characteristic of the optical functional element, and the ridge width, the ridge height, and the groove. The arrayed optical functional element is formed by setting the ridge shape so that at least one of the widths changes in series in the lateral direction, thereby changing the light emitting or light receiving characteristics in the lateral direction.

【0054】[0054]

【0055】[0055]

【0056】[0056]

【0057】[0057]

【作用】本発明は、基本的には、リッジ形状を有する基
板上に歪多重量子井戸層を形成し、リッジ形状に応じて
多重量子井戸層の組成が変化することを利用して作製さ
れた発光素子、受光素子等の光機能素子に関し、さらに
そのような光機能素子を半導体基板上に複数個配置して
それぞれの素子の特性を機能的に組み合わせた集積素
子,光素子に関する。
The present invention is basically produced by forming a strained multiple quantum well layer on a substrate having a ridge shape and changing the composition of the multiple quantum well layer according to the ridge shape. The present invention relates to an optical functional element such as a light emitting element and a light receiving element, and further relates to an integrated element and an optical element in which a plurality of such optical functional elements are arranged on a semiconductor substrate and the characteristics of the respective elements are functionally combined.

【0058】第1の実施態様に従えば、本発明は、半導
体基板上に予め形成するリッジ形状の幅および隣接する
リッジとの間隔(溝幅)およびリッジの高さを所定の範
囲に設定し、有機金属気相成長(以後、MOVPEと称
する)法により活性層を歪み多重量子井戸(MQW)構
造からなる半導体多層膜を形成するものである。
According to the first embodiment, according to the present invention, the width of a ridge formed in advance on a semiconductor substrate, the interval (groove width) between adjacent ridges, and the height of the ridge are set within a predetermined range. The active layer is strained by a metal organic chemical vapor deposition (hereinafter referred to as MOVPE) method to form a semiconductor multilayer film having a multiple quantum well (MQW) structure.

【0059】予めリッジの幅、リッジの間隔およびリッ
ジの高さが設定された半導体基板上にMOVPE法によ
り歪み多重量子井戸構造の半導体多層薄膜を形成する
と、結晶成長の固有の特性により、結晶面による半導体
構成元素の移動速度に差を生じ、リッジ上での歪み多重
量子井戸多層膜の組成が僅かながら変化を生じる。この
ため、複数のリッジの上に活性層の厚さと組成が僅かに
異なる光機能素子が形成でき、その発光波長特性は広い
範囲で制御することができる。
When a semiconductor multilayer thin film having a strained multiple quantum well structure is formed by the MOVPE method on a semiconductor substrate in which the width of the ridge, the interval between the ridges, and the height of the ridge are set in advance, a crystal plane is formed due to the characteristic of crystal growth. Causes a difference in the moving speed of the semiconductor constituent element, and causes a slight change in the composition of the strained multiple quantum well multilayer film on the ridge. Therefore, an optical functional element having a slightly different thickness and composition of the active layer can be formed on the plurality of ridges, and its emission wavelength characteristic can be controlled in a wide range.

【0060】この発光波長特性の制御においては、特に
溝幅を変化させた際の主要因は、量子井戸層の組成の変
化によるものである。図3は、In1−xGaAs/
InGaAsP(λg=1.1μm)系におけるGaの
組成xと発光特性との関係を、量子井戸層の厚さをパラ
メータとして理論的に計算した結果を示したものであ
る。MOVPE法によるリッジ上への量子井戸層の膜厚
の変化は、溝幅が1μmから10μmへの変化に対し
て、いずれのリッジ幅でも10%以下であることから、
発光波長の変化は主として量子井戸構造の組成の変化に
よるものである。
In controlling the emission wavelength characteristic , the main factor when the groove width is changed is due to the change in the composition of the quantum well layer. FIG. 3 shows In 1-x Ga x As /
2 shows the result of theoretical calculation of the relationship between the composition x of Ga and the light emission characteristics in an InGaAsP (λg = 1.1 μm) system using the thickness of the quantum well layer as a parameter. Since the change in the film thickness of the quantum well layer on the ridge by the MOVPE method is 10% or less for any change in the groove width from 1 μm to 10 μm,
The change in the emission wavelength is mainly due to the change in the composition of the quantum well structure.

【0061】例えば、図3において量子井戸層の厚さが
30Åの場合は、Gaの組成が0.57から0.35に
約40%減少すると、矢印Aで示すように、発光波長は
1.3μmから1.55μmに変化する。この組成の減
少量は、結晶面上でのInとGaの移動速度の違いか、
或いは違いを顕在化させる面のリッジ上の結晶成長面の
割合等を考慮すると妥当な変化量である。
For example, in FIG. 3, when the thickness of the quantum well layer is 30Å, when the Ga composition is reduced from 0.57 to 0.35 by about 40%, the emission wavelength is 1. It changes from 3 μm to 1.55 μm. This decrease in composition is due to the difference in the moving speed of In and Ga on the crystal plane,
Alternatively, it is an appropriate amount of change in consideration of the ratio of the crystal growth surface on the ridge of the surface that makes the difference visible.

【0062】一方、従来の技術で挙げたマスク選択成長
法では発光波長の変化は、図3中で矢印Bに示すよう
に、組成の変化よりも量子井戸層の膜厚の変化によるみ
ものである。
On the other hand, in the mask selective growth method mentioned in the prior art, the change in the emission wavelength is due to the change in the thickness of the quantum well layer rather than the change in the composition, as indicated by the arrow B in FIG. is there.

【0063】上記の場合、キャビティ方向に数種類の異
なった結晶を成長することによって同一出射面から広い
波長範囲で発光する素子を得ることができる。この場
合、半導体基板上に形成する溝の幅1μm以上、好まし
くは1〜10μmに対して、2個のこのような2つの溝
の間に形成されるリッジの幅は1μ以上、好ましくは1
〜5μm、高さは1〜5μm、好ましくは1〜3μmが
適当である。上述のリッジ内には光のガイド層を設ける
のが好ましい。
In the above case, an element which emits light in a wide wavelength range from the same emission surface can be obtained by growing several kinds of different crystals in the cavity direction. In this case, the width of the groove formed on the semiconductor substrate is 1 μm or more, preferably 1 to 10 μm, while the width of the ridge formed between two such two grooves is 1 μm or more, preferably 1 μm.
.About.5 .mu.m, height 1-5 .mu.m, preferably 1-3 .mu.m. It is preferable to provide a light guide layer in the ridge.

【0064】この成長方法では、溝の大きさ、リッジの
大きさにより組成を制御することができ、その結果、発
光波長を約300nm以上と大幅に制御することができ
る。
In this growth method, the composition can be controlled by the size of the groove and the size of the ridge, and as a result, the emission wavelength can be significantly controlled to about 300 nm or more.

【0065】図4(A)はこのような製造方法による半
導体発光素子の構造の一例を示したものである。半導体
発光素子には発光ダイオード(LED)とレーザダイオ
ード(LD)とが含まれる。図4(A)中、符号1はn
−InP基板、6は発光層(例えばInGaAsP/I
nGaAsよりなる歪MQW層)、6aは溝部MQW
層、7はp−InPクラッド層、8はn−InP埋め込
み層、9はp−InP層、10はコンタクト層を各々図
示する。
FIG. 4A shows an example of the structure of a semiconductor light emitting device manufactured by such a manufacturing method. The semiconductor light emitting device includes a light emitting diode (LED) and a laser diode (LD). In FIG. 4A, reference numeral 1 is n
-InP substrate, 6 is a light emitting layer (for example, InGaAsP / I
Strained MQW layer made of nGaAs), 6a is groove MQW
A layer, 7 is a p-InP clad layer, 8 is an n-InP buried layer, 9 is a p-InP layer, and 10 is a contact layer.

【0066】しかしながら、このような製造方法による
半導体発光素子の特性をさらに向上させるには2つの問
題点を解決することが必要である。
However, in order to further improve the characteristics of the semiconductor light emitting device by such a manufacturing method, it is necessary to solve two problems.

【0067】具体的には、例えばリッジ幅1.5μm、
溝幅2μm、溝の高さ2μmの非平坦半導体基板1上
に、平坦部の発光波長特性が1.35μm帯の組成にな
るように結晶成長を行った場合、リッジ上発光部6の組
成は1.55μm帯となり、溝部MQW層6aの組成は
1.3μm帯となる。同様の形状で平坦部の発光波長特
性が1.45μm帯および1.55μm帯の組成に対し
ては、リッジ上発光部6の組成は1.55μm帯付近で
あまり変化しないが、溝部MQW層6aの組成は1.4
μm帯および1.5μm帯となる。
Specifically, for example, the ridge width is 1.5 μm,
When crystal growth is performed on a non-flat semiconductor substrate 1 having a groove width of 2 μm and a groove height of 2 μm so that the emission wavelength characteristic of the flat portion is in the 1.35 μm band, the composition of the light emitting portion 6 on the ridge is The width is 1.55 μm band, and the composition of the groove MQW layer 6a is 1.3 μm band. Although the composition of the light emitting portion 6 on the ridge does not change much in the vicinity of the 1.55 μm band with respect to the compositions of the emission wavelength characteristics of the flat portion having the same shape in the 1.45 μm band and the 1.55 μm band, the groove MQW layer 6a The composition of 1.4
It becomes a μm band and a 1.5 μm band.

【0068】このようにリッジ上発光部の組成が1.5
5μm帯で一定であるのに対して、溝部の組成が変化す
ることになっている。
Thus, the composition of the light emitting portion on the ridge is 1.5.
While it is constant in the 5 μm band, the composition of the groove portion is supposed to change.

【0069】このような半導体発光素子の発光特性を計
算機シミュレーションで分析すると次のような結果とな
る。すなわち溝部MQW層6aの組成が発光部組成に近
いほど両部分の垂直方向のポテンシャル差が小さくなる
ことによって溝部への電流の漏れが大きくなり、しきい
値電流値が増大することである。
When the light emission characteristics of such a semiconductor light emitting element are analyzed by computer simulation, the following results are obtained. That is, the closer the composition of the groove MQW layer 6a is to the composition of the light emitting portion, the smaller the potential difference in the vertical direction between the two parts becomes, so that the leakage of current to the groove becomes large and the threshold current value increases.

【0070】図4(B)はリッジ幅が1.5μm、溝幅
2μm、溝の深さが2μmの場合で、溝部の多重量子井
戸層の組成を1.3μm、1.4μm、1.5μmと各
々設定した場合の簡単なモデルによるシミュレーション
結果の一例であり、図4(A)の構造における溝部MQ
W層の組成を変化させたときの注入電流に対する光出力
の発光特性を示したものである。図4(B)中で実線は
結晶が欠陥の無い理想的な場合であり、破線は結晶性が
不十分な場合であり、1cm3 あたり1012個の欠陥が
ある場合を示した。
FIG. 4B shows a case where the ridge width is 1.5 μm, the groove width is 2 μm, and the groove depth is 2 μm, and the composition of the multiple quantum well layer in the groove portion is 1.3 μm, 1.4 μm, and 1.5 μm. 4A and 4B are examples of simulation results by a simple model in which the groove MQ in the structure of FIG.
It shows the emission characteristics of the optical output with respect to the injection current when the composition of the W layer is changed. In FIG. 4B, the solid line shows an ideal case where the crystal has no defects, the broken line shows the case where the crystallinity is insufficient, and the case where there are 10 12 defects per cm 3 .

【0071】図4(B)に示すように、第一の問題点は
溝部のMQW層の組成により発光素子の注入電流しきい
値が大幅に変化することである。第二の問題点は、発光
特性が結晶性により変化し、現状の技術による発光特性
が点線に近いものと考えられる。このような発光特性を
向上するためには、注入電流しきい値の均一化と結晶性
を改善させる必要がある。
As shown in FIG. 4B, the first problem is that the threshold value of the injection current of the light emitting element changes significantly depending on the composition of the MQW layer in the groove. The second problem is considered to be that the light emission characteristics change due to crystallinity, and the light emission characteristics according to the current technology are close to the dotted line. In order to improve such emission characteristics, it is necessary to make the injection current threshold uniform and improve the crystallinity.

【0072】結晶性は結晶成長時の条件にもよるが、下
地となる非平坦半導体基板のパタン作製時に生じるダメ
ージにも大きく依存するものである。ドライプロセスで
作製した非平坦半導体基板上に直接発光部の結晶成長を
行うと結晶性が低下することにより、現状の発光特性と
なっているものである。現状の素子の特性をさらに向上
させるためには成長前の処理を含めた非平坦半導体基板
のダメージを低下させる必要がある。
Although the crystallinity depends on the conditions at the time of crystal growth, it largely depends on the damage caused at the time of producing the pattern of the underlying non-flat semiconductor substrate. When the crystal of the light emitting portion is directly grown on the non-planar semiconductor substrate manufactured by the dry process, the crystallinity is lowered, and the current light emitting characteristics are obtained. In order to further improve the characteristics of the current device, it is necessary to reduce the damage of the non-flat semiconductor substrate including the treatment before growth.

【0073】本発明の半導体発光素子は、前記溝部に基
板と異なる導電型を有する半導体薄層膜が形成してなる
ことが好ましい。
In the semiconductor light emitting device of the present invention, it is preferable that a semiconductor thin film having a conductivity type different from that of the substrate is formed in the groove.

【0074】また、前記発光層のリッジ形状は逆メサ構
造の非平坦半導体基板であることが好ましい。
The ridge shape of the light emitting layer is preferably a non-flat semiconductor substrate having an inverted mesa structure.

【0075】さらに、非平坦半導体基板上に半導体薄膜
バッファ層が形成してなることが好ましい。
Further, it is preferable that the semiconductor thin film buffer layer is formed on the non-flat semiconductor substrate.

【0076】また、前記半導体発光素子の製造方法は、
平坦半導体基板上に基板と異なる組成の半導体保護薄膜
層を形成した後に、非平坦半導体基板を形成するもので
ある。
The method for manufacturing the semiconductor light emitting device is as follows.
A non-flat semiconductor substrate is formed after a semiconductor protective thin film layer having a composition different from that of the substrate is formed on the flat semiconductor substrate.

【0077】具体的には、所定の非平坦半導体基板上に
有機金属気相成長(MOVPE)法により歪多重量子井
戸(MQW)構造の半導体発光素子において、半導体電
流ブロック薄膜層の導入、半導体バッファ薄膜層の形成
ならびに逆メサリッジ構造を導入するものである。
Specifically, in a semiconductor light emitting device having a strained multiple quantum well (MQW) structure on a predetermined non-planar semiconductor substrate by a metal organic chemical vapor deposition (MOVPE) method, introduction of a semiconductor current block thin film layer, semiconductor buffer This is to form a thin film layer and introduce an inverted mesa ridge structure.

【0078】半導体電流ブロック薄膜層の導入、半導体
バッファ薄膜層の形成、逆メサリッジ構造の導入による
非平坦半導体基板上への歪多重量子井戸薄膜の形成によ
り、結晶性が高く、注入効率の高い半導体発光素子の作
製が可能となり、パターン形状による組成の制御による
発光波長特性の制御とともに多用な波長シフト量の制御
ができるため、より高度な半導体発光素子を実現でき
る。
By introducing a semiconductor current blocking thin film layer, forming a semiconductor buffer thin film layer, and forming a strained multiple quantum well thin film on a non-flat semiconductor substrate by introducing an inverted mesa ridge structure, a semiconductor having high crystallinity and high injection efficiency can be obtained. It becomes possible to manufacture a light emitting device, and it is possible to control the emission wavelength characteristic by controlling the composition by the pattern shape and also the amount of wavelength shift, so that a more advanced semiconductor light emitting device can be realized.

【0079】本発明の第2の実施態様に従う光集積回路
は、半導体発光素子(LD)、半導体光検出素子(P
D)、その検出波長より長い波長の光を検出する半導体
光検出素子、両光検出素子間に配置された波長フィルタ
を光導波路を介して結合して集積化したものであり、こ
れを1波長の送信素子、2波長の光検出素子として働か
せることができる。
The optical integrated circuit according to the second embodiment of the present invention comprises a semiconductor light emitting device (LD) and a semiconductor photodetecting device (P
D), a semiconductor photodetecting element for detecting light having a wavelength longer than the detection wavelength, and a wavelength filter arranged between the photodetecting elements, which are integrated by coupling them through an optical waveguide. It can be made to work as a transmitting element of, and a light detecting element of two wavelengths.

【0080】本発明の光集積回路は、好ましくは、2本
の溝の間にできるリッジ上に半導体多層膜を形成する。
これにより、リッジ幅、溝幅、溝深さによって、多層膜
の実効的なバンドギャップが変化する。これを利用し
て、同一基板上に発光層ないし吸収層ないし光導波路層
を形成する。
In the optical integrated circuit of the present invention, the semiconductor multilayer film is preferably formed on the ridge formed between the two grooves.
As a result, the effective band gap of the multilayer film changes depending on the ridge width, groove width, and groove depth. By utilizing this, a light emitting layer, an absorbing layer, or an optical waveguide layer is formed on the same substrate.

【0081】まず、本発明において好適に使用されるリ
ッジの形成および、その上の結晶成長および成長した多
層膜のバンドギャップ変化について説明する。
First, the formation of a ridge preferably used in the present invention, and the crystal growth thereon and the band gap change of the grown multilayer film will be described.

【0082】図5(A)に示すように、平坦基板上1に
酸化膜あるいは窒化膜2をパタン形成した後、塩素等の
反応性ガスイオンによるドライエッチングあるいは、塩
酸系を用いたウエットエッチングにより、両側に溝4を
持つ図5(C)のようなリッジ(あるいは、メサ)3を
形成する。メサ方向は通常の半導体レーザの作製と同じ
で(100)基板上では<011>方向(いわゆる逆メ
サ方向)とする。リッジの形成方法としては、他に選択
成長を利用する方法もある。この場合、初めてのマスク
パターンは、エッチングの場合と異なり、溝4となる部
分が図5(B)に示したように絶縁膜2aとなる。この
選択成長の方法でも図5(C)のようなリッジが形成さ
れる。図5(C)において、リッジ幅dwと溝幅dgは
メサ上部の距離で決定し、メサの高さhは、メサ上部と
溝底部の平坦面の差とする。このようにして形成したリ
ッジをもつ非平坦基板上にMOVPE法により半導体多
層膜(多重量子井戸構造)を成長する。
As shown in FIG. 5A, after forming an oxide film or a nitride film 2 on a flat substrate 1 by dry etching with a reactive gas ion such as chlorine, or by wet etching using a hydrochloric acid system. A ridge (or mesa) 3 having grooves 4 on both sides as shown in FIG. 5C is formed. The mesa direction is the same as in the fabrication of a normal semiconductor laser, and is the <011> direction (so-called reverse mesa direction) on a (100) substrate. As another method of forming the ridge, there is a method of utilizing selective growth. In this case, in the first mask pattern, unlike the case of etching, the portion which becomes the groove 4 becomes the insulating film 2a as shown in FIG. 5B. Also by this selective growth method, a ridge as shown in FIG. 5C is formed. In FIG. 5C, the ridge width dw and the groove width dg are determined by the distance between the tops of the mesas, and the height h of the mesas is the difference between the flat surfaces of the tops of the mesas and the bottoms of the grooves. A semiconductor multilayer film (multiple quantum well structure) is grown on the non-flat substrate having the ridge formed in this way by the MOVPE method.

【0083】上記の方法で成長した多重量子井戸構造で
は、リッジ幅、溝幅、リッジ高さに依存して量子井戸構
造の組成が変化しそのバンドギャップの波長が変化す
る。図6(A)は、高さが2μmで、1,2,3,4,
5μmの5種類の幅を持つリッジに対して溝幅を1〜1
0μmまで変化させた時のリッジ上の多重量子井戸構造
のバンドギャップ波長を、平坦な領域に同時に成長した
多重量子井戸構造のそれからのシフト量で表したグラフ
である。図6(B)ではリッジ幅を一定にし、高さを
1,2、1.6、2.0μmの3種類で溝幅を一連に変
化させたときのシフトの結果を示した。図6(A)およ
び(B)に示すように、非平坦基板上に多重量子井戸構
造を成長することにより、最大300nmまでの波長シ
フトが実現できる。バンドギャップ波長はリッジ幅が狭
いほど、溝幅が狭いほど、長波長側にシフトする。
In the multiple quantum well structure grown by the above method, the composition of the quantum well structure changes depending on the ridge width, the groove width, and the ridge height, and the band gap wavelength changes. In FIG. 6A, the height is 2 μm, and 1, 2, 3, 4,
The groove width is 1 to 1 for the ridge having 5 kinds of width of 5 μm.
It is a graph showing the bandgap wavelength of the multiple quantum well structure on the ridge when changed to 0 μm by the shift amount from that of the multiple quantum well structure simultaneously grown on the flat region. FIG. 6B shows the results of the shift when the ridge width is fixed and the groove width is changed in series for three types of heights of 1, 2, 1.6 and 2.0 μm. As shown in FIGS. 6A and 6B, a wavelength shift up to 300 nm can be realized by growing a multiple quantum well structure on a non-flat substrate. The bandgap wavelength shifts to the longer wavelength side as the ridge width becomes narrower and the groove width becomes narrower.

【0084】多重量子井戸構造としては、InGaAs
/InGaAsP,InAsP/InGaAsP,In
GaAsP/InGaAsP,InGaAs/InP,
InGaAs/InAlAs,InGaAs/InGa
AlAs等のどの系を用いてもよい。
As the multiple quantum well structure, InGaAs is used.
/ InGaAsP, InAsP / InGaAsP, In
GaAsP / InGaAsP, InGaAs / InP,
InGaAs / InAlAs, InGaAs / InGa
Any system such as AlAs may be used.

【0085】本発明の第3の実施態様に従うスポットサ
イズ交換形の光素子は、基板上に形成するリッジ状構造
の形状によって、その上に成長させるエピタキシャル膜
の組成、厚さを変化させ得ることを利用したものであ
る。エピタキシャル膜の組成、厚さが変化すると、バン
ドギャップ波長、屈折率が変化する。
In the spot size exchange type optical element according to the third embodiment of the present invention, the composition and thickness of the epitaxial film to be grown thereon can be changed depending on the shape of the ridge structure formed on the substrate. Is used. When the composition and thickness of the epitaxial film change, the bandgap wavelength and the refractive index change.

【0086】なお、本発明では、リッジ状導波路は溝部
とリッジとから構成され、これら溝部およびリッジを有
すると解釈している。したがって、本発明でリッジ状導
波路の寸法と言う場合、リッジの幅、高さ寸法ばかりで
なく、溝部の幅寸法をも含む。
In the present invention, it is understood that the ridge-shaped waveguide is composed of a groove and a ridge, and has the groove and the ridge. Therefore, the size of the ridge-shaped waveguide in the present invention includes not only the width and height of the ridge but also the width of the groove.

【0087】エピタキシャル層として、17ÅのInG
aAs層と波長1.1μm組成のInGaAsP層15
0Åとからなる量子井戸構造を成長させた場合につい
て、PL(フォトルミネッセンス)波長の変化を図7お
よび図8に示す。図7はリッジ高さhを2.0μmとし
たときの波長シフト量の溝幅dgへの依存性をリッジ幅
dwをパラメータとして示したものである。また、図8
は同じ依存性を溝幅dgを2.0μmに固定してリッジ
高さhをパラメータとして示したものである。リッジ構
造のない平坦な基板上でのPL発光波長は、約1.27
μmである。図7および図8は、リッジ構造寸法を光の
導波方向に変化させておけば、これを基板として成長し
たエピタキシャル層は、光の導波方向に沿ってバンドギ
ャップ波長が変化し、これとともに屈折率も変化するこ
とを示している。したがって、この層をコアとする導波
路を形成することにより、導波路の両端面においてコア
とクラッドの屈折率分布を変化させることができ、その
結果、スポットサイズの異なる導波路を有する光素子が
容易に実現できる。
As the epitaxial layer, 17 Å InG is used.
aAs layer and InGaAsP layer 15 having a wavelength of 1.1 μm
7 and 8 show changes in PL (photoluminescence) wavelength in the case of growing a quantum well structure consisting of 0Å. FIG. 7 shows the dependence of the wavelength shift amount on the groove width dg when the ridge height h is 2.0 μm, using the ridge width dw as a parameter. Also, FIG.
Shows the same dependence by fixing the groove width dg to 2.0 μm and using the ridge height h as a parameter. The PL emission wavelength on a flat substrate without a ridge structure is about 1.27.
μm. In FIGS. 7 and 8, if the ridge structure size is changed in the light guiding direction, the epitaxial layer grown using this as a substrate changes the bandgap wavelength along the light guiding direction. It shows that the refractive index also changes. Therefore, by forming a waveguide having this layer as a core, it is possible to change the refractive index distributions of the core and the clad at both end faces of the waveguide, and as a result, an optical element having a waveguide with different spot sizes is formed. Easy to implement.

【0088】[0088]

【実施例】以下、本発明について、図面に示す実施例を
参照して詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in detail below with reference to the embodiments shown in the drawings.

【0089】(実施例1)発光素子 本実施例は、リッジ幅、リッジの間隔(溝幅)およびリ
ッジの高さを変化させた表面が非平坦であるInP基板
上に、MOVPE法で結晶成長を行い、発光波長領域と
して1.3μm〜1.65μm付近で発光する発光素子
(発光ダイオード、LED、およびレーザダイオード、
LD)に関するものである。
Example 1 Light Emitting Element In this example, crystal growth was carried out by MOVPE method on an InP substrate having a non-flat surface with varying ridge width, ridge spacing (groove width) and ridge height. And a light emitting element (light emitting diode, LED, and laser diode, which emits light in the vicinity of 1.3 μm to 1.65 μm as an emission wavelength region,
LD).

【0090】図9(A)〜図9(F)は、本実施例の発
光素子の製造工程を示したものである。
9A to 9F show manufacturing steps of the light emitting device of this example.

【0091】先ず、図9(A)に示すように、InP基
板1上に酸化膜若しくは窒化膜2による所定のリッジ寸
法を有するマスクパターンを形成する。
First, as shown in FIG. 9A, a mask pattern having a predetermined ridge size is formed of an oxide film or a nitride film 2 on the InP substrate 1.

【0092】次に、図9(B)に示すように、塩素、臭
素等のハロゲン系やメタン、エタン等の単価水素等の反
応性ガスイオンによるドライエッチング、或いはAr等
の不活性ガスイオンによるミリング、或いは塩素系、硫
酸系、臭素系等を用いたウェットエッチングにより、リ
ッジ3を形成するための溝4を形成する。リッジ3の形
成方位は、InP(100)基板上では<011>方向
(いわゆる逆メサ方向)とする。後述するように、経験
的にはこの方向がシフト量も最も大きい。
Next, as shown in FIG. 9B, dry etching by a reactive gas ion such as a halogen system such as chlorine and bromine or monovalent hydrogen such as methane and ethane, or an inert gas ion such as Ar. The groove 4 for forming the ridge 3 is formed by milling or wet etching using chlorine, sulfuric acid, bromine or the like. The formation direction of the ridge 3 is the <011> direction (so-called reverse mesa direction) on the InP (100) substrate. As will be described later, empirically, this direction also has the largest shift amount.

【0093】なお、リッジ3の形成法としては選択成長
を利用する方法もあり、この場合はマスクパターンはエ
ッチングの場合と反転の関係になり、図9(B)に示す
ように、溝となる部分が絶縁膜となる。この方法でも、
図9(C)のようなリッジ3が形成される。なお、予め
半導体基板に後述するMOVPE法により、膜厚約10
00ÅのInGaAsPからなる光導波層を結晶成長さ
せた後、図9(C)に示すようなリッジ形状の非平坦基
板を形成しても良い。この場合は、光機能素子の設計の
自由度が増える。図9(C)において、リッジ幅dwと
溝幅dgはリッジ形状が垂直でない場合も考慮して、リ
ッジ上部の距離で測定し、リッジ3の高さhはリッジ上
部と溝底部の平坦面の差とした。
As a method of forming the ridge 3, there is also a method of utilizing selective growth. In this case, the mask pattern has an inversion relationship with that in the case of etching, and becomes a groove as shown in FIG. 9B. The part becomes an insulating film. This way too
The ridge 3 as shown in FIG. 9C is formed. A semiconductor substrate having a film thickness of about 10 is previously formed by the MOVPE method described later.
After crystal growth of an optical waveguide layer made of InGaAsP of 00Å, a ridge-shaped non-flat substrate as shown in FIG. 9C may be formed. In this case, the degree of freedom in designing the optical functional element increases. In FIG. 9C, the ridge width dw and the groove width dg are measured at the distance over the ridge in consideration of the case where the ridge shape is not vertical, and the height h of the ridge 3 is measured on the flat surface between the ridge upper portion and the groove bottom. It was the difference.

【0094】引続き、図9(D)に示すように、リッジ
3を形成した表面が非平坦なInP基板1上にMOVP
E法によりレーザ構造の半導体多層膜5,6,7を成長
させる。
Subsequently, as shown in FIG. 9D, MOVP is formed on the InP substrate 1 on which the ridge 3 is formed and whose surface is not flat.
The semiconductor multilayer films 5, 6, 7 having a laser structure are grown by the E method.

【0095】半導体多層膜5,6,7の成長は、減圧縦
型MOVPE成長炉を用い、圧力が70Torr、成長
温度が630℃である。原料は、TMI(トリメチルイ
ンジュウム)、TEG(トリエチルガリウム)、AsH
3 (アルシン)、PH3 (フォスフィン)を使用した。
The semiconductor multilayer films 5, 6 and 7 are grown in a reduced pressure vertical MOVPE growth furnace at a pressure of 70 Torr and a growth temperature of 630.degree. Raw materials are TMI (trimethylindium), TEG (triethylgallium), AsH
3 (arsine) and PH 3 (phosphine) were used.

【0096】半導体多層膜は、n−InPバッファ層
5、4〜6周期の17ÅのInGaAs/150ÅのI
nGaAsP(λg=1.1μm)歪みMQW発光層お
よびInGaAsP光導波層6、p−InPクラッド層
7から構成される。
The semiconductor multi-layer film is composed of the n-InP buffer layer 5 and 4 to 6 cycles of 17 Å InGaAs / 150 Å I.
It is composed of an nGaAsP (λg = 1.1 μm) strained MQW light emitting layer, an InGaAsP optical waveguide layer 6, and a p-InP cladding layer 7.

【0097】さらに、リッジ上部をマスクし、図9
(E)に示すように、n−InP埋め込み層8を成長
後、マスクを除去して全面にp−InPの埋め込み部9
およびp−InGaAsPコンタクト部10を成長し
た。成長温度やドーピング量等のような成長条件、或い
はリッジ幅dwを制御することにより、図9(D)と図
9(E)の成長を一貫して行うこともできる。
Further, by masking the upper portion of the ridge, FIG.
As shown in (E), after growing the n-InP burying layer 8, the mask is removed and the p-InP burying portion 9 is formed on the entire surface.
And the p-InGaAsP contact part 10 was grown. By controlling the growth conditions such as the growth temperature and the doping amount, or by controlling the ridge width dw, the growth in FIGS. 9D and 9E can be consistently performed.

【0098】最後に、図9(F)に示すように、リッジ
上の最上層多層膜であるp−InGaAsPコンタクト
部10にp型電極11を、InP基板1にn型電極12
を形成し、アロイ化した後、劈開ないしは電極分離して
素子化する。電流注入により、矢印方向にレーザ発光が
得られる。
Finally, as shown in FIG. 9F, the p-type electrode 11 is formed on the p-InGaAsP contact portion 10 which is the uppermost multilayer film on the ridge, and the n-type electrode 12 is formed on the InP substrate 1.
Is formed and alloyed, and then cleaved or electrodes are separated to form a device. By the current injection, laser light emission is obtained in the arrow direction.

【0099】以上の製造工程でInP基板上に埋め込み
型の発光素子が実現できる。発光素子に電流を注入する
とリッジ3の端面からレーザ発光が観測される。
Through the above manufacturing steps, an embedded light emitting device can be realized on the InP substrate. When a current is injected into the light emitting element, laser emission is observed from the end face of the ridge 3.

【0100】本発明によるリッジ形状上への発光素子の
発光特性と、従来技術により平板基板上への発光素子の
発光特性との差異を比較するために、図10(A)〜
(C)に本発明の特性を示した。
In order to compare the difference between the light emitting characteristic of the light emitting element on the ridge shape according to the present invention and the light emitting characteristic of the light emitting element on the flat substrate according to the prior art, FIGS.
The characteristics of the present invention are shown in (C).

【0101】図10(A)〜(C)は、リッジ形状基板
に形成した引っ張り歪みが0.5%入った井戸層の厚さ
17ÅのIn1-x Gax As/InGaAsP(λg=
1.1μm)よりなる量子井戸層の発光波長のシフト量
を示したものである。尚、平坦な基板上に本発明と同様
に歪み量子井戸層を結晶成長した後、所定の活性層幅を
ドライエッチングで形成し、再度、半導体薄膜層で埋め
込んだ発光素子の発光波長は1.27μmである。
FIGS. 10 (A) to 10 (C) show In 1-x Ga x As / InGaAsP (λg =) having a well layer thickness of 17 Å formed on a ridge-shaped substrate and containing 0.5% tensile strain.
It shows the shift amount of the emission wavelength of the quantum well layer made of 1.1 μm). After the strained quantum well layer was crystal-grown on a flat substrate as in the present invention, a predetermined active layer width was formed by dry etching, and the light emitting element filled with the semiconductor thin film layer again had an emission wavelength of 1. It is 27 μm.

【0102】図10(A)は、リッジの高さhを2μm
と一定として、リッジ幅dwを1μmから6μmまで変
化させた時の発光波長の変化量との関係について、溝幅
dgをパラメータとした特性を示したものである。図1
0(A)からわかるように、溝幅dgが3μm以下では
リッジ幅dwに対して発光波長のシフト量が顕著に増加
している。リッジ幅dwが4μm以上では、発光波長の
シフト量はきわめて少ない。
In FIG. 10A, the height h of the ridge is 2 μm.
The relationship between the ridge width dw and the amount of change in the emission wavelength when the ridge width dw is changed from 1 μm to 6 μm is shown with the groove width dg as a parameter. Figure 1
As can be seen from 0 (A), the shift amount of the emission wavelength significantly increases with respect to the ridge width dw when the groove width dg is 3 μm or less. When the ridge width dw is 4 μm or more, the shift amount of the emission wavelength is extremely small.

【0103】図10(B)は、リッジの高さhを2μm
と一定として、溝幅dgを1μmから10μmまで変化
させた時の発光波長の変化量との関係について、リッジ
幅dwをパラメータとした特性を示したものである。図
からわかるように、リッジ幅dwが2μm以下では、溝
幅dgの変化に対して発光波長のシフト量が大幅に変化
し、とくに溝幅dgが6μm以下で顕著である。
In FIG. 10B, the height h of the ridge is 2 μm.
The relationship between the groove width dg and the amount of change in the emission wavelength when the groove width dg is changed from 1 μm to 10 μm is shown as a characteristic with the ridge width dw as a parameter. As can be seen from the figure, when the ridge width dw is 2 μm or less, the shift amount of the emission wavelength changes significantly with respect to the change of the groove width dg, and particularly when the groove width dg is 6 μm or less.

【0104】図10(C)は、溝幅dgを1.5μmと
一定として、リッジの高さhを1.2μmから2.2μ
mまで変化させた時の発光波長の変化量との関係につい
て、リッジ幅dwをパラメータとした特性を示したもの
である。発光波長のシフト量はリッジの高さhに対して
も顕著であることがわかる。即ち、図10(A)〜
(C)の特性から、リッジ幅dw、高さh、溝幅dgを
10μm以下の微小な寸法では、発光波長の変化量がき
わめて大きく、しかも、リッジなどの加工技術により発
光波長が制御できることを示している。また、発光特性
はリッジ幅dwが狭いほど、また溝幅dgも狭いほど、
長波長側にシフトする。平板上の成長を利用した従来技
術による発光波長は1.27μmであり、本発明により
最大発光波長が1.6μmという300nmの最大シフ
ト量のものが実現できる。
In FIG. 10C, the height h of the ridge is from 1.2 μm to 2.2 μ with the groove width dg being constant at 1.5 μm.
It shows the characteristics with the ridge width dw as a parameter with respect to the relationship with the amount of change in the emission wavelength when changed to m. It can be seen that the shift amount of the emission wavelength is remarkable with respect to the height h of the ridge. That is, FIG. 10 (A)-
From the characteristics of (C), it is found that the variation of the emission wavelength is extremely large when the ridge width dw, the height h, and the groove width dg are 10 μm or less, and the emission wavelength can be controlled by a processing technique such as a ridge. Shows. In addition, the light emission characteristics have a narrower ridge width dw and a narrower groove width dg.
Shift to the longer wavelength side. The emission wavelength according to the prior art utilizing the growth on a flat plate is 1.27 μm, and the present invention can realize a maximum emission wavelength of 1.6 μm with a maximum shift amount of 300 nm.

【0105】本発明による発光波長のシフト量の変化の
主要因を確定するために、リッジ基板上にInGaAs
(λg=1.1μm)量子井戸層を成長させた場合の、
リッジ幅dw、溝幅dg、リッジの高さhと量子井戸層
の厚さとの関係について得られた結果を図11(A)〜
(C)に示す。図11(A)〜(C)の結果は、実施例
のそれぞれの寸法に対応できるように示してある。図1
1(A)は、量子井戸層の厚さのリッジ幅依存性で、リ
ッジ幅dwが1.5μm以下で膜厚が急激に増加する現
象は、結晶成長面でのとくにInの移動が反映されたも
のである。
In order to determine the main cause of the change in the shift amount of the emission wavelength according to the present invention, InGaAs is formed on the ridge substrate.
(Λg = 1.1 μm) When a quantum well layer is grown,
FIG. 11A to FIG. 11C show results obtained for the relationship between the ridge width dw, the groove width dg, the ridge height h, and the quantum well layer thickness.
It shows in (C). The results of FIGS. 11A to 11C are shown so as to correspond to the respective dimensions of the example. Figure 1
1 (A) is the dependence of the thickness of the quantum well layer on the ridge width. The phenomenon in which the film thickness sharply increases when the ridge width dw is 1.5 μm or less reflects the movement of In particularly on the crystal growth surface. It is a thing.

【0106】図11(B)は溝幅dgと量子井戸層の厚
さの特性である。また、図11(C)はリッジの高さh
と量子井戸層の厚さの特性である。両者とも量子井戸層
の膜厚の変動は少ないことがわかる。図11(A)〜
(C)の特性から、リッジ幅dw、高さh、溝幅dgを
10μm以下の本発明の範囲では、量子井戸層の厚さは
僅かに増加するものの、発光波長の変化量を大きく変え
る主要因は形状効果による量子井戸層の組成の変化によ
るものと判断できる。
FIG. 11B shows the characteristics of the groove width dg and the thickness of the quantum well layer. Further, FIG. 11C shows the height h of the ridge.
And the characteristics of the quantum well layer thickness. It can be seen that in both cases, the fluctuation of the film thickness of the quantum well layer is small. FIG. 11 (A)-
From the characteristics of (C), in the range of the present invention in which the ridge width dw, the height h, and the groove width dg are 10 μm or less, the thickness of the quantum well layer slightly increases, but the change amount of the emission wavelength largely changes. It can be judged that the cause is a change in the composition of the quantum well layer due to the shape effect.

【0107】以上の例は歪みMQW層をInGaAs/
InGaAsPとした実施例であるが、この他に例えば
InGaAsP/InGaAsP、InGaAs/In
P、InAsP/InGaAsP,InGaAs/In
AlAs,InGaAs/InGaAlAs等、InP
基板上で成長可能なIII −V族のMQWの材料系でも適
用できる。また、基板としてGaAsを用い、GaAs
/AlGaAs、InGaAs/AlGaAs等のMQ
W構造を成長することによっても短波系(0.8μmか
ら1.1μm付近)で上述のような発光特性の制御とい
う効果を実現できる。
In the above example, the strained MQW layer is formed of InGaAs /
InGaAsP is an embodiment, but other than this, for example, InGaAsP / InGaAsP, InGaAs / In
P, InAsP / InGaAsP, InGaAs / In
AlAs, InGaAs / InGaAlAs, InP
It is also applicable to the III-V MQW material system that can be grown on the substrate. In addition, GaAs is used as the substrate,
MQ of / AlGaAs, InGaAs / AlGaAs, etc.
By growing the W structure, it is possible to realize the above-described effect of controlling the emission characteristics in a short-wave system (from 0.8 μm to 1.1 μm).

【0108】(実施例2)DFB型レーザ 本実施例は、実施例1で述べた発光素子の発振波長の制
御性を改善し、かつ単一スペクトルで発振させるために
DFBレーザを製作する方法に関する。
(Example 2) DFB type laser This example relates to a method of manufacturing a DFB laser for improving the controllability of the oscillation wavelength of the light emitting device described in Example 1 and for oscillating in a single spectrum. .

【0109】図12(A)〜(C)は本実施例によるD
FBレーザに関して、リッジ形状基板への回折格子の形
成を示したものである。
FIGS. 12A to 12C show D according to this embodiment.
It shows the formation of a diffraction grating on a ridge-shaped substrate for an FB laser.

【0110】図12(A)は、平坦な基板上のリッジを
形成する領域に、電子ビームリソグラフィ技術あるいは
レーザ干渉露光技術等を利用して、所定の周期の回折格
子13を形成した後、基板にリッジ3の作製を行なった
ものである。このあとの半導体多重量子井戸の形成や発
光素子作製のプロセスは実施例1と同様である。
In FIG. 12A, a diffraction grating 13 having a predetermined period is formed in a region where a ridge is to be formed on a flat substrate by using an electron beam lithography technique or a laser interference exposure technique, and then the substrate is formed. The ridge 3 is manufactured. Subsequent processes for forming a semiconductor multiple quantum well and for manufacturing a light emitting device are the same as those in the first embodiment.

【0111】図12(B)は、基板上に半導体光導波層
14をMOVPE法で形成した後、リッジの形成する領
域に電子ビームリソグラフィ技術等を利用して所定の周
期の回折格子13を形成した後、基板にリッジ3の作製
を行なったものである。このあとの半導体多重量子井戸
の形成や発光素子作製のプロセスは実施例1で実現でき
るが、光導波層の形成が不要となる。
In FIG. 12B, after the semiconductor optical waveguide layer 14 is formed on the substrate by the MOVPE method, the diffraction grating 13 having a predetermined period is formed in the region where the ridge is formed by using the electron beam lithography technique or the like. After that, the ridge 3 is formed on the substrate. The subsequent processes for forming the semiconductor multiple quantum well and the light emitting device can be realized in Example 1, but the formation of the optical waveguide layer becomes unnecessary.

【0112】図12(C)は、リッジ3の側面に回折格
子15を形成した例である。リッジ形成用マスクに電子
ビームリソグラフィ技術等を利用して所定の周期の回折
格子を形成し、リッジ3の作製と共にその側面に回折格
子15を形成したものである。このあとの半導体多重量
子井戸の形成や発光素子作製のプロセスは実施例1と同
様である。
FIG. 12C shows an example in which the diffraction grating 15 is formed on the side surface of the ridge 3. A diffraction grating having a predetermined period is formed on a mask for forming a ridge using an electron beam lithography technique or the like, and the diffraction grating 15 is formed on the side surface of the ridge 3 along with the fabrication thereof. Subsequent processes for forming a semiconductor multiple quantum well and for manufacturing a light emitting device are the same as those in the first embodiment.

【0113】本実施例では、電流を注入し発光させ、レ
ーザ動作させた時のスペクトルが単一となる。
In this embodiment, a single spectrum is obtained when a laser is operated by injecting a current to emit light.

【0114】(実施例3)溝幅変調型レーザアレイ 本実施例は、リッジ幅dwと高さhは一定にして、溝4
の溝幅dgを4通りに変えた半導体レーザアレイを作製
する方法に関する。図13(A)〜(E)に、本実施例
に係る半導体レーザアレイを作製する手順を示す。
(Third Embodiment) Groove Width Modulation Laser Array In this embodiment, the groove 4 is formed with the ridge width dw and the height h kept constant.
Of the semiconductor laser array in which the groove width dg of 4 is changed in four ways. 13A to 13E show a procedure for manufacturing the semiconductor laser array according to this embodiment.

【0115】先ず、図13(A)に示したようにn型I
nP(100)基板1上に酸化膜若しくは窒化膜2より
なるストライプパターンをフォトリソグラフィにより形
成する。次いで、図13(B)に示すように、塩素ガス
を用いたドライエッチングにより、リッジ3および溝4
を有する溝幅変調型の非平坦基板を形成する。ここで
は、リッジ幅dwが1.5μmのリッジ3が<011>
方向(いわゆる逆メサ方向)に形成され、リッジの高さ
hは2μmで、溝幅dgが右から順次1.5μm、3.
0μm,3.5μm,4.0μmと変化している。
First, as shown in FIG. 13A, n-type I
A stripe pattern made of an oxide film or a nitride film 2 is formed on the nP (100) substrate 1 by photolithography. Next, as shown in FIG. 13B, the ridge 3 and the groove 4 are dry-etched using chlorine gas.
Forming a groove width modulation type non-flat substrate. Here, the ridge 3 having a ridge width dw of 1.5 μm is <011>.
Direction (so-called reverse mesa direction), the height h of the ridge is 2 μm, and the groove width dg is 1.5 μm sequentially from the right.
It changes to 0 μm, 3.5 μm, and 4.0 μm.

【0116】引続き、図13(C)のように、n型In
P基板1上InPバッファ層5、InGaAsPの導波
路層と5周期の20ÅのInGaP井戸/150ÅのI
nGaAsPバリアよりなる歪み量子井戸構造の発光層
および光導波路層6およびp−InPクラッド層7を形
成する。これらの半導体多層膜5,6,7の成長は、ト
リメチルインジウム、トリメチルガリウム、アルシン、
フォスフィンを半導体用の原料ガスとしてまたセレン化
水素とジエチルジンクをドーピング用ガスとして、63
0℃、0.1気圧で有機金属気相成長法より行った。
Subsequently, as shown in FIG. 13C, n-type In
InP buffer layer 5 on P substrate 1, InGaAsP waveguide layer and 5 cycles of 20 Å InGaP well / 150 Å I
A light emitting layer having a strained quantum well structure formed of an nGaAsP barrier, an optical waveguide layer 6 and a p-InP clad layer 7 are formed. The growth of these semiconductor multilayer films 5, 6 and 7 is performed by using trimethylindium, trimethylgallium, arsine,
Using phosphine as a raw material gas for semiconductors and hydrogen selenide and diethyl zinc as a doping gas, 63
It was carried out by metalorganic vapor phase epitaxy at 0 ° C. and 0.1 atm.

【0117】さらに、図13(D)に示すように、有機
金属気相成長法により、電流ブロックのためにn−In
P層8およびp−InP層9を成長した後、p−InG
aAsPコンタクト層10を形成する。図13(C)と
(D)の結晶成長は条件により一回で可能であるが、埋
め込み層の厚さやドーピング制御等を性格に行うとき
は、2ないし3回に分けて成長を行う。
Further, as shown in FIG. 13 (D), n-In is used for current blocking by metalorganic vapor phase epitaxy.
After growing the P layer 8 and the p-InP layer 9, p-InG
The aAsP contact layer 10 is formed. The crystal growth of FIGS. 13C and 13D can be performed once depending on the conditions, but when the thickness of the burying layer, the doping control, and the like are properly controlled, the growth is performed in two or three times.

【0118】引続き、図13(E)のように上下にp電
極11とn電極12を形成し、横方向を電気的に分離す
るために分離溝16を設ける。このようにして作製され
た素子をヒートシンク17上にマウントし、さらにリー
ド線18をボンデイングした後に、リード線18から電
流I1 ,I2 ,I3 ,I4 を注入すると、各リッジ3の
端面から図13(E)に矢印で示す方向にレーザ発光A
1 ,A2 ,A3 ,A4が観測される。
Subsequently, as shown in FIG. 13E, a p-electrode 11 and an n-electrode 12 are formed on the upper and lower sides, and a separation groove 16 is provided to electrically separate them in the lateral direction. The element thus manufactured is mounted on the heat sink 17, the lead wire 18 is bonded, and then the currents I 1 , I 2 , I 3 , and I 4 are injected from the lead wire 18. From the laser emission A in the direction indicated by the arrow in FIG.
1 , A 2 , A 3 , and A 4 are observed.

【0119】発振波長はフォトルミネスセンス測定結果
とよく一致しており、組成変化に対応した指向性の良い
発光が得られている。フォトルミネスセンス法により観
測した平坦基板上での発光のスペクトルは1.3μmに
ピークを持つのに対して、隣接した溝幅dgが1.5μ
m,3.0μm,3.5μm,4.0μmとなっている
リッジ端面からのレーザ発光A1 ,A2 ,A3 ,A4
ピークは、図14に示すように、それぞれ1.55μ
m,1.5μm,1.45μm,1.4μmとなる。
The oscillation wavelength is in good agreement with the result of the photoluminescence measurement, and light emission with good directivity corresponding to the composition change is obtained. The emission spectrum on the flat substrate observed by the photoluminescence method has a peak at 1.3 μm, while the adjacent groove width dg is 1.5 μm.
The peaks of laser emission A 1 , A 2 , A 3 , and A 4 from the ridge end face of m, 3.0 μm, 3.5 μm, and 4.0 μm are 1.55 μm, respectively, as shown in FIG.
m, 1.5 μm, 1.45 μm, 1.4 μm.

【0120】(実施例4)回折格子付き溝幅変調型レー
ザアレイ 本実施例は、実施例3において、発振波長の制御性を改
善し、かつ単一スペクトルで発振させるために回折格子
を導入するものである。図15(A)〜(F)に、本実
施例に係る溝幅変調型レーザアレイの作成手順を示す。
(Embodiment 4) Groove width modulation type laser array with a diffraction grating In this embodiment, a diffraction grating is introduced in Embodiment 3 in order to improve controllability of an oscillation wavelength and to oscillate with a single spectrum. It is a thing. FIGS. 15A to 15F show the procedure for producing the groove width modulation type laser array according to the present embodiment.

【0121】先ず、図15(B)に示すように、InP
基板1に電子ビームリソグラフィ技術を用い、回折格子
13を形成する。回折格子13は、幅5μmで、右から
周期がそれぞれ2400Å,2300Å,2200Å,
2100Åと変化する。InP基板1に回折格子13を
形成する前に光導波路層、例えばInGaAsP層を結
晶成長により予め形成しておく場合もあるが、その場合
には以後の結晶成長において相当する導波路層の成長過
程が省略される。
First, as shown in FIG. 15B, InP
The diffraction grating 13 is formed on the substrate 1 by using the electron beam lithography technique. The diffraction grating 13 has a width of 5 μm and the periods from the right are 2400Å, 2300Å, 2200Å,
It changes to 2100Å. An optical waveguide layer, for example, an InGaAsP layer may be previously formed by crystal growth before the diffraction grating 13 is formed on the InP substrate 1. In that case, the growth process of the corresponding waveguide layer in the subsequent crystal growth may be performed. Is omitted.

【0122】次に、図15(A)のように、実施例3と
同様にして酸化膜若しくは窒化膜2よりなるストライプ
パターンを形成した後、図15(B)に示すようにドラ
イエッチングで、リッジ3および溝4を有する非平坦基
板を作製し、さらに、その上に図15(C),(D)に
従って、半導体多層膜5,6,7と埋め込み層8,9,
10の結晶を成長させる。次に、図15(E)に示すよ
うに、電極11、12を埋め込み層10および半導体裏
面上にそれぞれ形成し、ヒートシンク17上にマウント
し、電極11にリード線を取り付ける。リード線18か
ら電流I1 ,I2 ,I3 ,I4 を注入すると、各リッジ
3の端面から図15(F)に矢印で示す方向にレーザ発
光A1 ,A2 ,A3 ,A4 が観測される。レーザ発光A
1 ,A2,A3 ,A4 は、図16に示したような4波の
単一モードでの発振が得られる。
Next, as shown in FIG. 15A, a stripe pattern made of an oxide film or a nitride film 2 is formed in the same manner as in Example 3, and then dry etching is performed as shown in FIG. 15B. A non-flat substrate having the ridge 3 and the groove 4 is manufactured, and further, the semiconductor multilayer films 5, 6 and 7 and the buried layers 8 and 9 are formed on the non-flat substrate according to FIGS.
Grow 10 crystals. Next, as shown in FIG. 15E, electrodes 11 and 12 are formed on the buried layer 10 and the semiconductor back surface, respectively, mounted on a heat sink 17, and a lead wire is attached to the electrode 11. When currents I 1 , I 2 , I 3 , and I 4 are injected from the lead wire 18, laser emission A 1 , A 2 , A 3 , and A 4 from the end face of each ridge 3 in the direction shown by the arrow in FIG. Is observed. Laser emission A
For 1 , A 2 , A 3 , and A 4 , four-wave single mode oscillation as shown in FIG. 16 is obtained.

【0123】(実施例5)リッジ幅変調型レーザアレイ 本実施例は、リッジ3の高さhと溝幅dgは一定にして
リッジ3の幅dwを4通りに変えた半導体レーザアレイ
に関するものである。本実施例に係るリッジ幅変調型レ
ーザアレイを作製する手順を図17(A)〜(E)に示
す。
(Embodiment 5) Ridge Width Modulation Laser Array This embodiment relates to a semiconductor laser array in which the height h of the ridge 3 and the groove width dg are kept constant and the width dw of the ridge 3 is changed in four ways. is there. A procedure for manufacturing the ridge width modulation type laser array according to the present embodiment is shown in FIGS.

【0124】先ず、図17(A)に示したようにn型I
nP(100)基板1上に酸化膜若しくは窒化膜2より
なるストライプパターンをフォトリソグラフィにより形
成する。
First, as shown in FIG. 17A, n-type I
A stripe pattern made of an oxide film or a nitride film 2 is formed on the nP (100) substrate 1 by photolithography.

【0125】次に、図17(B)に示すように、塩素ガ
スを用いたドライエッチングにより、リッジ3および溝
4を有する溝幅変調型の非平坦基板を形成する。ここで
はリッジの高さhを2μm、溝幅dgを1.5μmに固
定し、リッジ(メサ)幅dwが右から1.5μm,2.
0μm,2.5μm,3.0μmと変化している。
Next, as shown in FIG. 17B, a groove width modulation type non-flat substrate having the ridge 3 and the groove 4 is formed by dry etching using chlorine gas. Here, the height h of the ridge is fixed to 2 μm and the groove width dg is fixed to 1.5 μm, and the ridge (mesa) width dw is 1.5 μm from the right.
It changed to 0 μm, 2.5 μm, and 3.0 μm.

【0126】引続き、図17(C)に示すように、実施
例3と同様に5周期の20ÅのInGaP井戸/150
ÅのInGaAsPバリアよりなる歪量子井戸構造の発
光層6を持つ結晶を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 17C, as in Example 3, 5 cycles of 20 Å InGaP well / 150 was used.
A crystal having a light emitting layer 6 having a strained quantum well structure composed of a Å InGaAsP barrier is formed.

【0127】さらに図17(D),(E)に従って埋め
込み成長と電極形成を行い、図16と同様な発振特性を
得ることができる。即ち、フォトルミネスセンス法によ
り観測した平坦基板上での発光のスペクトルは1.3μ
mのピークを持つのに対して、リッジ幅が1.5μm,
2.0μm,2.5μm,3.0μmとなるに従ってリ
ッジ上からの発光ピークはそれぞれ1.55μm,1.
5μm,1.45μm,1.4μmと変化する。
Further, by performing the buried growth and the electrode formation according to FIGS. 17D and 17E, it is possible to obtain the oscillation characteristic similar to that of FIG. That is, the emission spectrum on the flat substrate observed by the photoluminescence method is 1.3 μm.
m has a peak, while the ridge width is 1.5 μm,
The emission peaks from the ridge are 1.55 μm, 1.
It changes to 5 μm, 1.45 μm, and 1.4 μm.

【0128】(実施例6)受光素子 本実施例は、実施例1において、発光層に変えて受光層
を形成したものであり、作製プロセスは実施例1に同じ
である。本実施例の受光素子は、発光素子と同様に、リ
ッジ上に形成された受光層の組成に応じた光に応答す
る。従って、図9(F)の矢印と逆方向に光を入射する
ことによって、光応答を電極11において電流の発生で
検出される。例えば1.3μmの組成をもつ素子では
1.55μmの光を端面からの入射しても応答しない
が、1.3μmと1.55μmの光を同時に注入すると
1.3μmの光のみを応答する素子となる。
Example 6 Light-Receiving Element In this example, a light-receiving layer is formed in place of the light-emitting layer in Example 1, and the manufacturing process is the same as in Example 1. Like the light emitting element, the light receiving element of this embodiment responds to light according to the composition of the light receiving layer formed on the ridge. Therefore, when light is incident in the direction opposite to the arrow in FIG. 9F, the photoresponse is detected by the generation of current in the electrode 11. For example, an element having a composition of 1.3 μm does not respond even if 1.55 μm light is incident from the end face, but an element that responds to only 1.3 μm light when 1.3 μm and 1.55 μm light are simultaneously injected. Becomes

【0129】(実施例7)光集積素子 実施例1の図9(A)〜(F)で示した方法に準じて、
その他、種々の光素子が実現できる。例えば、組成に応
じて種々の光学特性をもつ光導波路、特定の波長領域で
動作する光変調器や光スイッチ、広帯域な半導体増幅器
等である。これらを一つの基板上で同時に作製すること
によって、素子間結合効率の大きな光集積素子が実現で
きる。
(Embodiment 7) According to the method shown in FIGS. 9A to 9F of the optical integrated device embodiment 1,
In addition, various optical elements can be realized. For example, it is an optical waveguide having various optical characteristics depending on the composition, an optical modulator or an optical switch that operates in a specific wavelength region, a broadband semiconductor amplifier, or the like. An optical integrated device with high interelement coupling efficiency can be realized by simultaneously manufacturing these on one substrate.

【0130】具体的には、コヒーレント通信方式におけ
る受信用のモノリシック光集積回路がある。この集積回
路には、図18に示すように、局部発振光源としての波
長可変多電極DFBレーザ30、方向性結合器型3dB
カプラ31、導波型PIN光検出器32、バットジョイ
ント部33および光信号伝搬用の光導波路により構成さ
れている。4から5回の結晶成長ならびに高度なプロセ
ス技術の組み合わせにより、すでに基本動作の素子が実
現されている(竹内他、電子情報通信学会論文誌C−
1,Vol. J73−J−1,No.5,pp360−
367 1990年5月)。
Specifically, there is a monolithic optical integrated circuit for reception in the coherent communication system. In this integrated circuit, as shown in FIG. 18, a wavelength tunable multi-electrode DFB laser 30 as a local oscillation light source and a directional coupler type 3 dB were used.
It is composed of a coupler 31, a waveguide type PIN photodetector 32, a butt joint section 33, and an optical waveguide for optical signal propagation. A device with basic operation has already been realized by combining crystal growth 4 to 5 times and advanced process technology (Takeuchi et al., IEICE Transactions C-
1, Vol. J73-J-1, No. 5, pp360-
367 May 1990).

【0131】しかし、多数回のプロセスの繰り返しのた
め、光結合効率をはじめとする特性は不十分であり、素
子の歩留りは極端に低いものである。本発明を用いるこ
とにより、前記光集積回路がはじめに基板上にマスクパ
ターンを形成するだけで、1回の成長により実現でき、
結合効率はじめ優れた特性のものが得られる。これは結
晶成長とプロセスの簡略化により、製造コストを大幅に
削減をもたらすものである。
However, since the process is repeated many times, the characteristics such as optical coupling efficiency are insufficient, and the yield of the device is extremely low. By using the present invention, the optical integrated circuit can be realized by a single growth by first forming a mask pattern on the substrate,
Excellent properties such as coupling efficiency can be obtained. This results in a significant reduction in manufacturing cost due to crystal growth and simplification of the process.

【0132】以上、実施例1〜7に基づいて具体的に説
明したように、本発明により、半導体基板上に光学的特
性が僅かに異なる複数の光機能素子や高密度に集積化し
た光機能素子が比較的容易に実現できるので、光通信シ
ステムの飛躍的な発展が実現できる。
As described above in detail with reference to Examples 1 to 7, according to the present invention, a plurality of optical functional elements having slightly different optical characteristics on the semiconductor substrate and an optical function integrated at high density are provided. Since the device can be realized relatively easily, the breakthrough of the optical communication system can be realized.

【0133】(実施例8)溝幅変調型スーパールミネス
セントフォトダイオード(SLD) 本実施例にかかる溝幅変調型スーパールミネスセントフ
ォトダイオード(SLD)を図19(A)〜(E)に示
す。本実施例は、リッジの幅と溝の深さを一定にし、溝
間隔を5通り変えたものである。
(Embodiment 8) Groove width modulation type super luminescent photodiode (SLD) A groove width modulation type super luminescent photodiode (SLD) according to this embodiment is shown in FIGS. 19 (A) to 19 (E). In this embodiment, the width of the ridge and the depth of the groove are made constant, and the groove interval is changed in five ways.

【0134】先ず、図19(A)に示したようにn型I
nP(100)基板1上に酸化膜若しくは窒化膜2より
なるパタンをフォトリソグラフィにより形成する。この
パタンは、リッジになるストライプ部分とそれを挾むよ
うな一部に段階を有する台地状のマスクである。n型I
nP基板1に、パタン形成前に光導波路層、例えばIn
GaAsP層を結晶成長すると、以後の結晶成長におい
て相当する導波路層の成長過程が省略される。
First, as shown in FIG. 19A, n-type I
A pattern made of an oxide film or a nitride film 2 is formed on the nP (100) substrate 1 by photolithography. This pattern is a plate-like mask having a stripe portion to be a ridge and a step in a portion sandwiching the stripe portion. n type I
Before the pattern is formed on the nP substrate 1, an optical waveguide layer such as In
When the GaAsP layer is crystal-grown, the corresponding growth process of the waveguide layer in the subsequent crystal growth is omitted.

【0135】次に、図19(B)に示すように、塩素ガ
スを用いたドライエッチングにより、溝4およびリッジ
3を有する溝幅変調型の非平坦基板を形成する。ここ
で、リッジ3は、<011>方向(いわゆる逆メサ方
向)に形成され、リッジ幅dwは1.5μm,リッジ高
さhは2μmである。溝幅dgは300μmごとに1.
5μm,3.0μm,3.5μm,4.0μm,10.
0μmになっている。
Next, as shown in FIG. 19B, a groove width modulation type non-flat substrate having grooves 4 and ridges 3 is formed by dry etching using chlorine gas. Here, the ridge 3 is formed in the <011> direction (so-called reverse mesa direction), the ridge width dw is 1.5 μm, and the ridge height h is 2 μm. The groove width dg is 1.
5 μm, 3.0 μm, 3.5 μm, 4.0 μm, 10.
It is 0 μm.

【0136】引続き、リッジ3および溝4を有する基板
1上に図19(C)に示すように、InPバッファ層
5、InGaAsPの導波路層と5周期の20ÅのIn
GaP井戸/150ÅのInGaAsPバリアよりなる
歪量子井戸構造の発光層6、およびp−InPクラッド
層7を形成する。これらの成長は、トリメチルインジウ
ム、トリメチルガリウム、アルシン、フォスフィンを半
導体用の原料ガスとしてまたセレン化水素とジエチルジ
ンクをドーピング用ガスとして、630℃、0.1気圧
で有機金属気相成長法により行う。
Subsequently, as shown in FIG. 19C, the InP buffer layer 5, the InGaAsP waveguide layer, and 5 cycles of 20Å In are formed on the substrate 1 having the ridge 3 and the groove 4.
A light emitting layer 6 having a strained quantum well structure composed of a GaP well / 150 Å InGaAsP barrier and a p-InP clad layer 7 are formed. These growth is performed by metalorganic vapor phase epitaxy at 630 ° C. and 0.1 atm using trimethylindium, trimethylgallium, arsine, and phosphine as source gases for semiconductors and hydrogen selenide and diethylzinc as doping gases. .

【0137】フォトルミネスセンス法により観測した平
坦基板上での発光のスペクトルは1.3μmにピークを
持つのに対して、隣接した溝幅1.5μm,3.0μ
m,3.5μm,4.0μm,10.0μmとなってい
るリッジ上からの発光のピークはそれぞれ1.55μ
m,1.5μm,1.45μm,1.4μm,1.35
μmになる。
The emission spectrum on the flat substrate observed by the photoluminescence method has a peak at 1.3 μm, while the adjacent groove widths are 1.5 μm and 3.0 μm.
m, 3.5 μm, 4.0 μm and 10.0 μm, the peaks of light emission from the ridge are 1.55 μm.
m, 1.5 μm, 1.45 μm, 1.4 μm, 1.35
It becomes μm.

【0138】さらに、図19(D)にしたがって有機金
属気相成長法によりp−InPクラッド層7′を積み増
した後、電流ブロックのためにn−InP層8およびp
−InP層9を成長した後、p−InGaAsPコンタ
クト層10を形成する。図19(C)と(D)の結晶成
長は条件により一回で可能であるが、埋め込み層の厚さ
やトーピング制御等を正確に行うときは、2ないし3回
に分けて成長を行う。
Further, according to FIG. 19D, after p-InP cladding layer 7'is added by the metalorganic vapor phase epitaxy method, n-InP layer 8 and p are stacked for current blocking.
After growing the -InP layer 9, the p-InGaAsP contact layer 10 is formed. The crystal growth in FIGS. 19C and 19D can be performed once depending on the conditions, but when the thickness of the buried layer, the toping control, and the like are accurately performed, the crystal growth is performed in two or three times.

【0139】その後、図19(E)に示すように上下に
p電極11とn電極12を形成し、リッジ上の組成の変
化するそれぞれの部分を分離するために分離溝16aを
設ける。
After that, as shown in FIG. 19E, a p-electrode 11 and an n-electrode 12 are formed on the upper and lower sides, and a separation groove 16a is provided to separate the respective portions on the ridge where the composition changes.

【0140】このようにして作製された素子をヒートシ
ンク17上にマウントし、さらにワイヤー18を電極1
1にボンデイングした後、各電極へI1 からI5 の電流
注入を行うと、図19(E)に矢印Aで示す方向に、そ
れぞれの電流注入に応じた図20に細実線A1 からA5
で示したようなフォトルミネスセンス測定結果と一致し
た組成に対応した指向性の良い発光が観測される。
The element thus manufactured is mounted on the heat sink 17, and the wire 18 is attached to the electrode 1.
After bonding to No. 1, current injection of I 1 to I 5 was performed to each electrode, and in the direction indicated by arrow A in FIG. 19 (E), thin solid lines A 1 to A in FIG. Five
Light emission with good directivity corresponding to the composition that is in agreement with the photoluminescence measurement result as shown in is observed.

【0141】すべての電極へ電流を同時に流すことによ
って図20に太実線Aで示すような1.3〜1.6μm
の間で広範囲に発光する素子が得られる。その時、図1
9(E)に矢印Aと反対方向へ矢印Bで示す方向へ、図
20に太破線Bで発光が観察される。これは前面で発光
した波長の短い光は反対側の領域で吸収されるためであ
る。
By supplying a current to all the electrodes at the same time, 1.3 to 1.6 μm as shown by the thick solid line A in FIG.
An element that emits light in a wide range can be obtained. At that time,
Light emission is observed in the direction indicated by arrow B in the direction opposite to arrow A in FIG. This is because light with a short wavelength emitted from the front surface is absorbed in the area on the opposite side.

【0142】(実施例9)リッジ幅変調型SLD 本実施例に係るリッジ幅変調型SLDを図21(A)〜
(E)に示す。本実施例は、溝の幅と深さを一定にし、
リッジ幅を5通り変えたものである。
(Ninth Embodiment) Ridge Width Modulation SLD A ridge width modulation SLD according to the present embodiment is shown in FIGS.
It shows in (E). In this embodiment, the width and depth of the groove are constant,
The ridge width is changed in five ways.

【0143】先ず、図21(A)に示すように、n型I
nP(100)基板1上に酸化膜もしくは窒化膜2より
なるパタンをフォトリソグラフィにより形成する。この
パタンは、リッジになる多角形ストライプ部分とそれを
挾むような一部に段階を有する台地状のマスクである。
First, as shown in FIG. 21A, n-type I
A pattern made of an oxide film or a nitride film 2 is formed on the nP (100) substrate 1 by photolithography. This pattern is a plate-shaped mask having a polygonal stripe portion which becomes a ridge and a step in a portion sandwiching the polygonal stripe portion.

【0144】次に、実施例8と同様にして、図21
(B)のようなリッジ3および溝4を形成する。ここ
で、リッジ3は、<011>方向(いわゆる逆メサ方
向)に形成され、300μmごとにリッジ幅が段階的に
変化する1μm,2μm、3μm,4μm,10μmの
5種類のリッジ幅dwを持ち、リッジ高さhと幅dgは
それぞれ2μmと2.5μmになっている。
Next, as in the eighth embodiment, FIG.
The ridge 3 and the groove 4 as shown in (B) are formed. Here, the ridge 3 is formed in the <011> direction (so-called reverse mesa direction), and has five types of ridge widths dw of 1 μm, 2 μm, 3 μm, 4 μm, and 10 μm in which the ridge width changes stepwise every 300 μm. The ridge height h and the width dg are 2 μm and 2.5 μm, respectively.

【0145】引続き、実施例8と同様にして、図21
(C)に示すように、InPバッファ層5、InGaA
sPの導波路層と5周期の20ÅのInGaP井戸/1
50ÅのInGaAsPバリアよりなる歪量子井戸構造
の発光層6、およびp−InPクラッド層7を形成す
る。
Subsequently, in the same manner as in Example 8, FIG.
As shown in (C), the InP buffer layer 5, InGaA
Waveguide layer of sP and 5 cycles of 20Å InGaP well / 1
A light emitting layer 6 having a strained quantum well structure made of a 50 Å InGaAsP barrier and a p-InP clad layer 7 are formed.

【0146】リッジ幅1μm,2μm、3μm,4μ
m,10μmのリッジ上に形成された結晶のフォトルミ
ネスセンス測定により得られる発光スペクトルのピーク
波長はそれぞれ1.55μm,1.5μm,1.45μ
m,1.4μm,1.35μmになる。
Ridge width 1 μm, 2 μm, 3 μm, 4 μ
The peak wavelengths of the emission spectra obtained by photoluminescence measurement of the crystals formed on the ridges of m and 10 μm are 1.55 μm, 1.5 μm and 1.45 μ, respectively.
m, 1.4 μm, 1.35 μm.

【0147】その後、埋め込み構造にするために、図2
1(D)のように酸化膜もしくは窒化膜2′によるマス
クを形成した後に、図21(E)のようにドライエッチ
ングを行う。埋め込み成長と電極形成は実施例8の場合
と同様であり、図19(D)と図19(E)と同様な形
状となる。発光特性も図20のようになる。
Then, in order to obtain an embedded structure, as shown in FIG.
After forming a mask of an oxide film or a nitride film 2'as shown in FIG. 1 (D), dry etching is performed as shown in FIG. 21 (E). Buried growth and electrode formation are the same as in the case of Example 8, and the shapes are the same as in FIGS. 19D and 19E. The emission characteristics are also as shown in FIG.

【0148】(実施例10)リッジ高さ変調型SLD 本実施例に係るリッジ高さ変調型SLDを図22(A)
〜(E)に示す。本実施例は、リッジ幅と溝の幅を一定
にし、リッジの高さ(溝の深さ)を5通り変えたもので
ある。
(Embodiment 10) Ridge height modulation type SLD FIG. 22A shows a ridge height modulation type SLD according to this embodiment.
~ (E). In this embodiment, the ridge width and the groove width are made constant, and the ridge height (groove depth) is changed in five ways.

【0149】先ず、図22(A)に示したようにn型I
nP(100)基板1上に酸化膜もしくは窒化膜2より
なるパタンをフォトリソグラフィにより形成する。この
パタンは、リッジになる部分を挾むような一部に段階を
有する台地状マスクである。
First, as shown in FIG. 22A, the n-type I
A pattern made of an oxide film or a nitride film 2 is formed on the nP (100) substrate 1 by photolithography. This pattern is a plateau-like mask having a step in a part that sandwiches the part that becomes the ridge.

【0150】次に、有機金属気相成長法もしくは有機金
属分子線エピタキシ法によりマスクの間にn−InPを
選択成長する。この際、マスクの幅に応じて成長速度が
変化することによって、図22(B)に示すようにリッ
ジの高さhに段差が生じる。
Next, n-InP is selectively grown between the masks by a metal organic chemical vapor deposition method or a metal organic molecular beam epitaxy method. At this time, the growth rate changes according to the width of the mask, so that a step is formed in the height h of the ridge as shown in FIG.

【0151】ここで、リッジ3は、<011>方向(い
わゆる逆メサ方向)に形成され、300nmごとに段階
的にリッジ高さが変化する1.2μm,1.4μm、
1.6μm,1.8μm,2.0μmの5種類のリッジ
高さhを持ち、リッジ幅dwは1.5μmになってい
る。
Here, the ridge 3 is formed in the <011> direction (so-called reverse mesa direction), and the ridge height changes stepwise at 300 nm intervals of 1.2 μm and 1.4 μm.
It has five types of ridge heights h of 1.6 μm, 1.8 μm, and 2.0 μm, and the ridge width dw is 1.5 μm.

【0152】引続き、溝幅を一定にするために図22
(C)のような酸化膜もしくは窒化膜2によるマスクを
形成し、図22(D)に示すように、ドライエッチング
によりリッジの高さのみ変化する非平坦基板図を得る。
ここでは、溝幅は2.5μmとなっている。
Then, in order to make the groove width constant, FIG.
A mask made of the oxide film or the nitride film 2 as shown in (C) is formed, and as shown in FIG. 22D, a non-flat substrate view in which only the height of the ridge changes by dry etching is obtained.
Here, the groove width is 2.5 μm.

【0153】その後、実施例8と同様にして、InPバ
ッファ層5、InGaAsPの導波路層と5周期の20
ÅのInGaP井戸/150ÅのInGaAsPバリア
よりなる歪量子井戸構造の発光層6、およびp−InP
クラッド層7を形成する。
Thereafter, in the same manner as in Example 8, the InP buffer layer 5, the InGaAsP waveguide layer, and 20 periods of 5 periods were used.
Light emitting layer 6 having a strained quantum well structure composed of Å InGaP well / 150 Å InGaAsP barrier, and p-InP
The clad layer 7 is formed.

【0154】リッジ高さ1.2μm,1.4μm、1.
6μm,1.8μm,2.0μmのリッジ3上に形成さ
れた結晶のフォトルミネスセンス測定により得られる発
光スペクトルのピーク波長はそれぞれ1.35μm,
1.4μm,1.45μm,1.5μm,1.55μm
になる。
Ridge height 1.2 μm, 1.4 μm, 1.
The peak wavelengths of the emission spectra obtained by photoluminescence measurement of the crystals formed on the ridges 3 of 6 μm, 1.8 μm, and 2.0 μm are 1.35 μm,
1.4 μm, 1.45 μm, 1.5 μm, 1.55 μm
become.

【0155】さらに、埋め込み成長と電極形成は実施例
8の場合と同様となり、形状は図19(D)と(E)と
同様となる。発光特性も図20のようになる。
Further, the buried growth and the electrode formation are the same as in the case of the eighth embodiment, and the shapes are the same as those in FIGS. 19D and 19E. The emission characteristics are also as shown in FIG.

【0156】図23(A)〜(C)にはリッジの高さを
変調させる変形例を示す。
23A to 23C show a modification in which the height of the ridge is modulated.

【0157】図23(A)に示すように、図22(A)
に示すマスクを左右入れ換えたものであり、選択成長の
結果、図23(B)に示すように、リッジの幅と高さの
変化する非平坦基板が形成される。リッジ幅を一定にす
るために図23(C)のような酸化膜もしくは窒化膜
2′によるマスクを形成し、ドライエッチングによりリ
ッジの高さのみ変化する非平坦基板を得る。形状は図2
2(D)と同様の非平坦基板となる。以下、同様であ
る。
As shown in FIG. 23A, FIG.
As shown in FIG. 23B, a non-flat substrate in which the width and height of the ridge change is formed as a result of selective growth. A mask made of an oxide film or a nitride film 2'as shown in FIG. 23C is formed to make the ridge width constant, and a non-flat substrate in which only the height of the ridge is changed is obtained by dry etching. The shape is shown in Figure 2.
The same non-planar substrate as 2 (D) is obtained. The same applies hereinafter.

【0158】以上、実施例8〜10に基づいて具体的に
説明したように、本発明により高密度に集積化したスー
パールミネスセントフォトダイオードが実現され、波長
の高帯域性を活かした測定あるいは評価法の飛躍的な発
展が期待される。
As described above in detail with reference to Examples 8 to 10, a superluminescent photodiode having a high density integration is realized by the present invention, and measurement or evaluation utilizing the high wavelength band characteristic is realized. A dramatic development of the law is expected.

【0159】(実施例11)電流ブロック層の導入型の
半導体発光素子の実施例 非平坦半導体基板の溝部に電流ブロック層を導入した半
導体発光素子の製造プロセスを図24(A)〜(E)に
示す。
(Embodiment 11) Example of semiconductor light emitting device of current blocking layer introduction type A semiconductor light emitting device in which a current blocking layer is introduced into a groove portion of a non-planar semiconductor substrate is shown in FIGS. 24 (A) to 24 (E). Shown in.

【0160】まず、n−InP基板1上に酸化膜2,2
b(同じものでよい)を形成した後非平坦半導体基板を
形成するための所定のエッチング用酸化膜パターンを形
成する(図24(A)参照)。
First, the oxide films 2 and 2 are formed on the n-InP substrate 1.
After forming b (the same may be used), a predetermined etching oxide film pattern for forming a non-flat semiconductor substrate is formed (see FIG. 24A).

【0161】次に、例えば塩素ガスによる反応性イオン
エッチング(RIE)によりドライエッチングを行い、
n−InP基板1に溝4を形成する。
Next, dry etching is performed by reactive ion etching (RIE) using chlorine gas, for example.
A groove 4 is formed in the n-InP substrate 1.

【0162】その後、リッジ部3上部以外の酸化膜2を
除去し、非平坦半導体基板を形成する(図24(B)参
照)。
After that, the oxide film 2 other than the upper portion of the ridge portion 3 is removed to form a non-flat semiconductor substrate (see FIG. 24B).

【0163】有機金属気相成長(MOVPE)法によ
り、圧力70Torr、基板温度約600〜700℃、
トリメチルインジウム(TMI)とホスフィン(PH
3 )にp型ドーパントのジエチルジング(Zn(C2
52 )を供給して、p−InP層19を0.2〜0.
3μm程度成長する(図24(C)参照)。
By metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE) method, pressure 70 Torr, substrate temperature 600-700 ° C.,
Trimethylindium (TMI) and phosphine (PH
3 ) is a p-type dopant diethylzing (Zn (C 2 H
5 ) 2 ) is supplied to form the p-InP layer 19 at 0.2 to 0.
It grows up to about 3 μm (see FIG. 24 (C)).

【0164】この非平坦半導体基板と導電型の異なる薄
膜成長層を以後「電流ブロック層」と称する。
The thin film growth layer having a conductivity type different from that of the non-flat semiconductor substrate is hereinafter referred to as "current blocking layer".

【0165】次に、リッジ部3上部の酸化膜2bを除去
したのち、トリエチルガリウム(TECa)、アルシン
(AsH3 )、トリメチルインジウム(TMI)、ホス
フィン(PH3 )を所定の流量供給して、波長1.1μ
mの組成を有する膜厚150ÅのInGaAsP薄膜と
膜厚20ÅのInGaAs薄膜を4〜6周期ほど多層積
層して多重量子井戸構造を形成することによりInGa
AsP/InGaAsよりなるMQW発光層6および溝
部MQW層6aが形成される。引き続き、p−InPク
ラッド層7、n−InP埋込層8、p−InP層9、p
−InGaAsPコンタクト層10を順次成長する(図
24(D)参照)。
Next, after removing the oxide film 2b on the ridge portion 3, triethylgallium (TECa), arsine (AsH 3 ), trimethylindium (TMI) and phosphine (PH 3 ) are supplied at a predetermined flow rate, Wavelength 1.1μ
InGaP by forming a multi-quantum well structure by laminating an InGaAsP thin film having a composition of m and a thickness of 150Å and an InGaAs thin film having a thickness of 20Å for 4 to 6 periods.
An MQW light emitting layer 6 and a groove MQW layer 6a made of AsP / InGaAs are formed. Subsequently, the p-InP clad layer 7, the n-InP buried layer 8, the p-InP layer 9 and the p-InP layer
-InGaAsP contact layer 10 is sequentially grown (see FIG. 24D).

【0166】本プロセスにより半導体基板の形状因子で
あるリッジ幅dw、溝幅dg、溝の高さhの値に応じ
て、発光波長を1.3μmから1.6μm程度まで制御
することができる。本プロセスでははじめにp−InP
電流ブロック層19を形成するためにあらかじめ溝の深
さhの減少分を半導体基板の溝の深さに形成しておけば
よい。リッジ上部のコンタクト層の一部および半導体基
板側にそれぞれp電極11、n電極12を形成し、発光
素子のチップが得られる(図24E参照)。
By this process, the emission wavelength can be controlled from about 1.3 μm to about 1.6 μm according to the values of the ridge width dw, the groove width dg, and the groove height h which are the shape factors of the semiconductor substrate. In this process, firstly p-InP
In order to form the current blocking layer 19, it is sufficient to previously form a reduction amount of the groove depth h in the groove depth of the semiconductor substrate. A p-electrode 11 and an n-electrode 12 are formed on a part of the contact layer on the ridge and on the semiconductor substrate side, respectively, to obtain a light emitting element chip (see FIG. 24E).

【0167】図25は本発明による半導体発光素子の発
光特性を実線で示したものである。比較のために電流ブ
ロック層を設けない場合の発光特性を破線で示した。図
25に示すように、本発明により電流ブロック層を設け
ると注入電流のしきい値が低下し、直線性が高く、発光
効率の向上と高出力化が実現でき、p−InP電流ブロ
ック層19の導入により特性の著しい改善が図られるこ
とを確認した。
FIG. 25 shows the emission characteristics of the semiconductor light emitting device according to the present invention in a solid line. For comparison, the emission characteristics when the current blocking layer is not provided are shown by a broken line. As shown in FIG. 25, when the current blocking layer is provided according to the present invention, the threshold value of the injection current is lowered, the linearity is high, the luminous efficiency is improved and the output is increased, and the p-InP current blocking layer 19 is obtained. It has been confirmed that the introduction of the material improves the characteristics remarkably.

【0168】(実施例12)バッファ層の導入型の半導
体発光素子の実施例 非平坦半導体基板の形成時に生じるダメージ層による発
光特性を改善するために、非平坦半導体基板上にバッフ
ァ層としてn−InP薄膜を結晶成長により形成する製
造プロセスを図26(A)〜(E)に示す。なお、バッ
ファ層とリッジ形状の影響を調べるために、従来の順メ
サ形状とともに逆メサ形状にバッファ層を形成した場合
も示している。
Example 12 Example of Introducing Buffer Layer Semiconductor Light Emitting Element In order to improve emission characteristics due to a damage layer generated when a non-flat semiconductor substrate is formed, an n-type buffer layer is formed on the non-flat semiconductor substrate. A manufacturing process for forming an InP thin film by crystal growth is shown in FIGS. In addition, in order to investigate the influence of the buffer layer and the ridge shape, the case where the buffer layer is formed in the reverse mesa shape together with the conventional forward mesa shape is also shown.

【0169】まずn−InP基板1上に酸化膜2を形成
したのち非平坦半導体基板を形成するための所定のエッ
チング用酸化膜パターンを形成する(図26(A)参
照)。
First, the oxide film 2 is formed on the n-InP substrate 1, and then a predetermined etching oxide film pattern for forming a non-flat semiconductor substrate is formed (see FIG. 26A).

【0170】次に、例えば塩素ガスによる反応性イオン
エッチング(RIE)によりドライエッチングを行な
い、n−InP基板1にリッジ部3の形状が順メサで、
溝4を形成し、順メサ型の非平坦半導体基板を作製す
る。また、n−InP基板1を臭素系、例えば3HBr
とH2 O溶液によるウエットエッチングによりリッジ部
3の形状が逆メサ形状の逆メサ型の非平坦半導体基板を
作製する(図26(B)参照)。その後、酸化膜2を除
去する。
Next, dry etching is performed by, for example, reactive ion etching (RIE) using chlorine gas, and the ridge portion 3 has a regular mesa shape on the n-InP substrate 1.
The groove 4 is formed, and a normal mesa type non-flat semiconductor substrate is manufactured. In addition, the n-InP substrate 1 is a bromine-based material such as 3HBr.
And a H 2 O solution are used for wet etching to form an inverted-mesa type non-flat semiconductor substrate in which the ridge portion 3 has an inverted mesa shape (see FIG. 26B). After that, the oxide film 2 is removed.

【0171】有機金属気相成長(MOVPE)法によ
り、圧力70Torr、基板温度約600℃〜700
℃、トリメチルインジウム(TMI)とホスフィン(P
3 )にn型ドーパントの硫化セレン(H2 Se)を供
給して、n−InPのバッファ層5を0.1〜1.0μ
m程度成長する。引き続き、トリエチルガリウム(TE
Ca)、アルシン(AsH3 )、トリメチルインジウム
(TMI)、ホスフィン(PH3 )を所定の流量供給し
て、波長1.1μmの組成を有する膜厚が150ÅのI
nGaAsP薄膜と膜厚20ÅのInGaAs薄膜を4
〜6周期ほど多層積層して多重量子井戸構造を形成する
ことによりInGaAsP/InGaAsよりなるMQ
W発光層6および溝部MQW層6aが形成される。引き
続き、p−InPクラッド層7、n−InP埋込層8、
p−InP層9、p−InGaAsPコンタクト層10
を順次成長する(図26(C)参照)。最後に、半導体
基板側、リッジ上部のコンタクト層10の一部にそれぞ
れp電極11、n電極12を形成し、発光素子のチップ
が得られれる(図26(D)参照)。
The pressure is 70 Torr and the substrate temperature is about 600 ° C. to 700 ° C. by the metal organic chemical vapor deposition (MOVPE) method.
℃, trimethyl indium (TMI) and phosphine (P
H 3 ) is supplied with selenium sulfide (H 2 Se) as an n-type dopant to form the n-InP buffer layer 5 in an amount of 0.1 to 1.0 μm.
Grow about m. Continuously, triethylgallium (TE
Ca), arsine (AsH 3 ), trimethylindium (TMI), and phosphine (PH 3 ) are supplied at a predetermined flow rate and have a composition of wavelength of 1.1 μm and a film thickness of 150Å.
4 nGaAsP thin film and 20 Å thick InGaAs thin film
MQ consisting of InGaAsP / InGaAs by forming multiple quantum well structure by laminating about 6 periods
W light emitting layer 6 and groove MQW layer 6a are formed. Then, the p-InP clad layer 7, the n-InP buried layer 8,
p-InP layer 9, p-InGaAsP contact layer 10
Are sequentially grown (see FIG. 26C). Finally, the p electrode 11 and the n electrode 12 are formed on a part of the contact layer 10 on the semiconductor substrate side and on the ridge, respectively, to obtain a chip of a light emitting element (see FIG. 26D).

【0172】本プロセスにより半導体基板の形状因子で
あるリッジ幅(dw)、溝幅(dg)、溝の高さ(h)
の値に応じて、発光波長を1.3μmから1.6μm程
度まで制御することができる。
By this process, the ridge width (dw), the groove width (dg), and the groove height (h) which are the shape factors of the semiconductor substrate.
The emission wavelength can be controlled from 1.3 μm to 1.6 μm in accordance with the value of

【0173】図27は作製した半導体発光素子の特性例
である。バッファ層の膜厚の発光効率ηおよび波長シフ
ト量との関係を示すものである。発光効率ηはメサ形状
には依存せず、順メサでも逆メサ形状でもバッファ層の
膜厚に大きく変化し、バッファ層を設けることにより従
来の特性に比べて5倍程度の向上が図れることがわか
る。これは、バッファ層が厚いほど結晶性が改善された
ことによるものである。
FIG. 27 shows a characteristic example of the manufactured semiconductor light emitting device. It shows the relationship between the luminous efficiency η of the film thickness of the buffer layer and the wavelength shift amount. The luminous efficiency η does not depend on the mesa shape, and it greatly changes to the film thickness of the buffer layer regardless of the forward mesa shape or the reverse mesa shape, and by providing the buffer layer, it is possible to improve it by about 5 times as compared with the conventional characteristics. Recognize. This is because the thicker the buffer layer, the better the crystallinity.

【0174】また、発光波長の制御可能な波長領域を波
長シフト量とすると、波長シフト量はバッファ層の膜厚
が増すにつれて順メサ構造では急激に減少するのに対し
て、逆メサ構造は比較的緩やかな減少となる。この減少
傾向はバッファ層を成長する際に実効的な溝の深さhが
小さくなるためで、逆メサ型では順メサ型に比べて溝の
容量が大きいために減少傾向が緩和されている。図27
の特性から、発光効率と波長シフト量の向上のために
は、バッファ層の形成と逆メサ形状のリッジ構造が有効
であることがわかる。
If the wavelength range in which the emission wavelength is controllable is taken as the wavelength shift amount, the wavelength shift amount decreases sharply in the forward mesa structure as the thickness of the buffer layer increases, whereas in the reverse mesa structure, a comparison is made. It will be a gradual decrease. This decreasing tendency is due to the fact that the effective groove depth h becomes smaller when the buffer layer is grown, and the reverse mesa type has a larger capacity of the groove than the forward mesa type, and therefore the decreasing tendency is alleviated. FIG. 27
From the characteristics, it can be seen that the formation of the buffer layer and the inverted mesa ridge structure are effective for improving the light emission efficiency and the wavelength shift amount.

【0175】(実施例13)ダメージ吸収層の導入型の
半導体発光素子の実施例 非平坦半導体基板の形成時において、特に酸化膜の形成
時およびドライエッチング(例えば塩素RIE)時に半
導体基板にダメージが入ることによってその上の結晶の
品質が劣下し、発光素子の特性劣下の要因となる。この
劣下を防ぐために半導体基板にダメージ吸収層を設ける
こととした。
(Example 13) Example of semiconductor light-emitting device of introduction type of damage absorption layer When a non-flat semiconductor substrate was formed, especially when an oxide film was formed and dry etching (for example, chlorine RIE), the semiconductor substrate was damaged. If it enters, the quality of the crystal on it deteriorates, which causes deterioration of the characteristics of the light emitting device. In order to prevent this deterioration, a damage absorption layer is provided on the semiconductor substrate.

【0176】図28(A)〜(D)はダメージ吸収層を
設けた半導体発光素子の製造プロセスを示すものであ
る。平坦半導体基板1上に0.1〜0.5μmの膜厚で
成長し、その後に酸化膜2のパターンの形成を行う(図
28(A)参照)。ドライエッチングによりダメージ吸
収層20と半導体基板を加工処理したのち、酸化膜2を
除去する(図28(B)参照)。その後、ダメージ吸収
層20を硫酸系溶液を用いた選択エッチングにより取り
除き、この後の半導体多層薄膜の形成は、実施例1,2
と同様の工程により結晶成長と電極形成を行い、半導体
発光素子を形成した(図28(C),(D)参照)。こ
こで、溝の形状、特に高さ(h)は半導体基板のみとな
るうよにパターンの形成並びにエッチングを行う。
FIGS. 28A to 28D show a manufacturing process of a semiconductor light emitting device provided with a damage absorption layer. A film having a thickness of 0.1 to 0.5 μm is grown on the flat semiconductor substrate 1, and then a pattern of the oxide film 2 is formed (see FIG. 28A). After the damage absorption layer 20 and the semiconductor substrate are processed by dry etching, the oxide film 2 is removed (see FIG. 28B). After that, the damage absorption layer 20 is removed by selective etching using a sulfuric acid-based solution.
Crystal growth and electrode formation were performed by the same steps as described above to form a semiconductor light emitting device (see FIGS. 28C and 28D). Here, pattern formation and etching are performed so that the shape of the groove, especially the height (h) is only the semiconductor substrate.

【0177】ダメージ吸収層を設けることにより、結晶
性の向上による半導体発光素子の発光効率の向上や光出
力の増加を確認した。
By providing the damage absorption layer, it was confirmed that the light emitting efficiency of the semiconductor light emitting device was improved and the light output was increased due to the improvement of crystallinity.

【0178】実施例11〜13に示すように、本発明に
より、発光波長を容易に制御できる高効率な発光素子が
実現でき、高密度に集積化した広波長帯域性を活かした
光機能素子により光通信や光測定等への飛躍的な発展が
実現できる。
As shown in Examples 11 to 13, according to the present invention, it is possible to realize a highly efficient light emitting device in which the emission wavelength can be easily controlled, and it is possible to realize a high density integrated optical functional device utilizing a wide wavelength band property. It is possible to achieve dramatic developments such as optical communication and optical measurement.

【0179】(実施例14)図29は本発明の実施例に
従う光集積回路を示す上面図である。本実施例では、第
一の波長として1.3μm、第二の波長として1.5μ
mの場合であり、光通信システムとして、1.3μm帯
波長の光によるピンポン双方向通信、1.5μm帯波長
の光によるCATV等の放送を例に挙げて説明する。以
下の説明において、1.3μmPD,1.5μmPDは
1.3μm光用PD,1.5μm光用PDを意味し、
1.3μmLDは同様に1.3μm光用LDを意味す
る。
(Embodiment 14) FIG. 29 is a top view showing an optical integrated circuit according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, the first wavelength is 1.3 μm and the second wavelength is 1.5 μm.
In the case of m, the optical communication system will be described by taking ping-pong bidirectional communication using light having a wavelength of 1.3 μm and broadcasting such as CATV using light having a wavelength of 1.5 μm. In the following description, 1.3 μm PD and 1.5 μm PD mean 1.3 μm light PD and 1.5 μm light PD,
Similarly, 1.3 μm LD means a LD for 1.3 μm light.

【0180】図29において、41はY分岐導波路、4
1a,41b,41cは導波路部分、42は1.3μm
帯分布帰還型(DFB)半導体レーザ(LD)、43は
モニタ用PD、44は1.3μmPD、45は1.3μ
m残留光吸収領域(層)、46は1.5μmPD、47
は半導体基板、48はLD分岐部分、49はPD分岐部
分である。
In FIG. 29, 41 is a Y-branch waveguide, 4
1a, 41b and 41c are waveguide portions, and 42 is 1.3 μm
Zone distributed feedback (DFB) semiconductor laser (LD), 43 is a monitor PD, 44 is a 1.3 μm PD, and 45 is a 1.3 μm
m residual light absorption region (layer), 46 is 1.5 μm PD, 47
Is a semiconductor substrate, 48 is an LD branch portion, and 49 is a PD branch portion.

【0181】動作概要を説明すると、1.3μm帯ピン
ポン双方向光通信では、送受信を時分割して行い、送受
信を同時には行わない、1.5μm帯では、放送型であ
るので、受信のみを行う。1.3μm光の送信について
は、DFBレーザ(1.3μmLD)42で発生したレ
ーザ光がY分岐導波路41を導波して本集積回路から出
射される。この時、出力光のパワーは、モニタ用PD4
3によりモニタされる。1.3および1.5μm光の受
信に関して述べると、本集積回路に入射した1.3μm
の光は、Y分岐導波路41の直線部分を導波してY分岐
部分で2つの導波路に分岐して進む。LD分岐部分48
への光は、LD42に入射するが、1,3μm光受信時
には、LD42は動作していないため、送信に影響を与
えない。PD分岐部分49への光は、1.3μmPD4
4で吸収され光電流に変換される。吸収されなかった残
留光は、残留光吸収領域45により吸収され、1.5μ
mPD46には、1.3μmの光は入射しない。すなわ
ち、この1.3μm残留光吸収領域45は、1.3μm
光を遮断し、1.5μm光を透過させる波長フィルタと
して用いられている。1.5μm光が入射した場合、Y
分岐導波路41の直線部分を導波してY分岐部分で2つ
の導波路に分岐して進む。LD分岐部分48への光は、
1.3μmLD42に入射するが、1.5μm帯の光は
1.3μmLD42の活性層では吸収されないので、こ
のLDに影響を与えることはない。PD分岐部分49へ
の光は、1.3μm組成の吸収層45では吸収されない
ので、1.3μmPD,1.3μm残留光吸収領域45
を透過し、1.5μmPD46へと到達し吸収された光
電流へと変換される。
To explain the outline of the operation, in 1.3 μm band ping-pong bidirectional optical communication, transmission and reception are performed in a time division manner, and transmission and reception are not performed at the same time. To do. For transmission of 1.3 μm light, laser light generated by the DFB laser (1.3 μm LD) 42 is guided through the Y-branch waveguide 41 and emitted from this integrated circuit. At this time, the power of the output light is equal to the monitor PD4.
Monitored by 3. Regarding the reception of 1.3 and 1.5 μm light, 1.3 μm incident on this integrated circuit
Light is guided in the straight portion of the Y-branching waveguide 41, and is branched into two waveguides at the Y-branching portion to travel. LD branch part 48
Although the light to enter the LD 42 is incident on the LD 42, it does not affect the transmission because the LD 42 is not operating at the time of receiving light of 1,3 μm. The light to the PD branch portion 49 is 1.3 μm PD4.
4 is absorbed and converted into photocurrent. The residual light that has not been absorbed is absorbed by the residual light absorption region 45, and is 1.5 μm.
Light of 1.3 μm does not enter the mPD 46. That is, the 1.3 μm residual light absorption region 45 is 1.3 μm
It is used as a wavelength filter that blocks light and transmits 1.5 μm light. When 1.5 μm light is incident, Y
The straight portion of the branch waveguide 41 is guided, and the Y branch portion branches into two waveguides. The light to the LD branch portion 48 is
Although incident on the 1.3 μm LDD 42, light in the 1.5 μm band is not absorbed by the active layer of the 1.3 μm LD 42, and therefore does not affect this LD. Light to the PD branch portion 49 is not absorbed by the absorption layer 45 having a composition of 1.3 μm.
Is transmitted to reach the 1.5 μm PD 46 and is converted into absorbed photocurrent.

【0182】次に、本光集積回路の製作法について説明
する。
Next, a method of manufacturing the present optical integrated circuit will be described.

【0183】まず、最初に基本となる結晶成長について
以下に述べる(図30〜図36参照)。
First, basic crystal growth will be described below (see FIGS. 30 to 36).

【0184】(1−1) n−InP基板10上に1.
1μm組成InGaAsPの導波路層14を0.3μ
m、InP層5を20nm結晶成長して図30の構造を
得る。
(1-1) 1. On the n-InP substrate 10.
The waveguide layer 14 of 1 μm composition InGaAsP has a thickness of 0.3 μm.
m, the InP layer 5 is crystal-grown to 20 nm to obtain the structure of FIG.

【0185】(1−2) 1.3μmLD(図29の4
2)となる領域にピッチ200nmの回折格子13を形
成する(図31)。
(1-2) 1.3 μmLD (4 in FIG. 29)
The diffraction grating 13 having a pitch of 200 nm is formed in the region 2) (FIG. 31).

【0186】(1−3) 上述したリッジ形成の方法に
より、平坦面21上の1.5μmPD(図29の46)
となる領域に溝幅dg1 =2μmのリッジ溝4a、リッ
ジ幅dw=2μm、リッジ高さh=2μmのリッジ3a
を形成し、1.3μmLDおよびモニタPD、1.3μ
mPDとなるそれぞれの領域(図29の42,43,4
4)には、溝幅dg2 =10μmのリッジ溝4b、リッ
ジ幅dw=2μm、リッジ高さh=2μmのリッジ3b
を形成して図42の構造を得る。
(1-3) 1.5 μm PD on the flat surface 21 (46 in FIG. 29) was formed by the above-described ridge forming method.
Ridge groove 4a with a groove width dg 1 = 2 μm, a ridge 3a with a ridge width dw = 2 μm and a ridge height h = 2 μm
To form 1.3 μmLD and monitor PD, 1.3 μ
Each area which becomes mPD (42, 43, 4 in FIG. 29)
4), a ridge groove 4b having a groove width dg 2 = 10 μm, a ridge 3b having a ridge width dw = 2 μm, and a ridge height h = 2 μm.
To obtain the structure of FIG.

【0187】(1−4) 平坦面21上で実効的に1.
25μmのバンドギャップとなるような多重量子井戸構
造17を結晶成長する。このとき、リッジ3a,3b上
では、上述したように長波長側に波長がシフトし、溝幅
dg1 =2μmのリッジ3a上では、1.5μmのバン
ドギャップの多重量子井戸構造6、溝幅dg2 =10μ
mのリッジ3b上では、1.3μmのバンドギャップの
多重量子井戸構造6bとなる(図33)。
(1-4) On the flat surface 21, effectively 1.
The multiple quantum well structure 17 having a band gap of 25 μm is crystal-grown. At this time, the wavelength shifts to the long wavelength side on the ridges 3a and 3b as described above, and on the ridge 3a having the groove width dg 1 = 2 μm, the multiple quantum well structure 6 having the band gap of 1.5 μm and the groove width dg 2 = 10μ
On the m ridge 3b, a multiple quantum well structure 6b having a band gap of 1.3 μm is formed (FIG. 33).

【0188】(1−5) 1.5μmPD,1.3μm
LD,1.3μmPD部の埋め込み成長を行う。この埋
め込みは、本出願人による特開平5−102607号
(1993)(特願平3−285470号)号記載の方
法により好適に実施することができる。すなわち、図3
4に示すように、MOVPE法を用いてZnドープp−
InP電流ブロック層7、Seドープn−InP電流閉
じ込め層8を順次成長する。p−InP層7,n−In
P層8は電流狭窄および光閉じ込め層として働く。この
とき、n−InP層8のSeドープ量を5×1018cm
-3以上にするとメサ構造上部(リッジ)のn−InP埋
め込み層(電流閉じ込め層)8は成長が抑制され、リッ
ジ6aまたは6b上はp−InP電流閉じ込め層のみが
成長した層構造となる。その後連続して、p−InPオ
ーバークラッド層9,p−InGaAsP層10をMO
VPE法により成長する。
(1-5) 1.5 μm PD, 1.3 μm
LD, 1.3 μm PD portion is embedded and grown. This embedding can be preferably carried out by the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-102607 (1993) (Japanese Patent Application No. 3-285470) by the present applicant. That is, FIG.
As shown in FIG. 4, Zn-doped p- using MOVPE method.
The InP current blocking layer 7 and the Se-doped n-InP current confinement layer 8 are sequentially grown. p-InP layer 7, n-In
The P layer 8 functions as a current confinement and optical confinement layer. At this time, the Se doping amount of the n-InP layer 8 is set to 5 × 10 18 cm 2.
If it is -3 or more, the growth of the n-InP buried layer (current confinement layer) 8 on the upper part of the mesa structure (ridge) is suppressed, and only the p-InP current confinement layer grows on the ridge 6a or 6b. Subsequently, the p-InP overclad layer 9 and the p-InGaAsP layer 10 are successively MO-doped.
It grows by the VPE method.

【0189】(1−6) 埋め込み時に堆積された、Y
分岐導波路41a,41b,41c上にあるドーピング
されたInPおよび1.3μm組成のInGaAsPを
p−InGaAsP層とともにそれぞれ図35に示すよ
うに除去して対応する除去部22a,22b,22cを
それぞれ形成する。
(1-6) Y deposited at the time of embedding
The doped InP and the InGaAsP having a composition of 1.3 μm on the branch waveguides 41a, 41b and 41c are removed together with the p-InGaAsP layer as shown in FIG. 35 to form corresponding removed portions 22a, 22b and 22c, respectively. To do.

【0190】(1−7) 次に、図36に示すように、
(1−6)で形成した除去部22a,22b,22cの
それぞれにアンドープInP層23(1.000Å),
InGaAsP選択エッチング用エッチストップ層24
(200Å)、アンドーブInP層25を順次成長す
る。
(1-7) Next, as shown in FIG.
An undoped InP layer 23 (1.000Å) is formed on each of the removed portions 22a, 22b and 22c formed in (1-6),
InGaAsP selective etching etch stop layer 24
(200 Å) and Andove InP layer 25 are sequentially grown.

【0191】以上で結晶成長は完了である。With the above, crystal growth is completed.

【0192】次に、電極プロセスを行う。Next, an electrode process is performed.

【0193】(2−1) 1.3μmLD42、1.3
μmPD43,44,45および1.5μmPD46上
にAuZnNi/Auを用いてp型電極を形成する。
(2-1) 1.3 μmL D42, 1.3
A p-type electrode is formed using AuZnNi / Au on the μm PDs 43, 44, 45 and the 1.5 μm PD 46.

【0194】(2−2) 導波路部分41を選択エッチ
ング液を用いてエッチストップ層まで、ストライプ上に
ウェットエッチし、リッジ導波路を形成する。
(2-2) The waveguide portion 41 is wet-etched on the stripe to the etch stop layer using a selective etching solution to form a ridge waveguide.

【0195】(2−3) 絶縁膜を電極部分を除いて堆
積させる。
(2-3) An insulating film is deposited except the electrode portion.

【0196】(2−4) ワイヤをつけるための電極パ
ッドを形成する。
(2-4) An electrode pad for attaching a wire is formed.

【0197】(2−5) 基板研磨を行い、基板側にA
uGeNi/Auでu電極を形成する以上により素子が
製作される。
(2-5) The substrate is polished and A is applied to the substrate side.
The device is manufactured by forming the u electrode with uGeNi / Au.

【0198】次に、この素子の特性について説明する。
図37に、1.3μm用のLDを発振させたときの電流
−光出力特性を示す。しきい値15mAであり、電流3
0mAで、出力4mWが得られている。また、サイドモ
ード抑圧比は、28dBであった。
Next, the characteristics of this element will be described.
FIG. 37 shows current-light output characteristics when an LD for 1.3 μm is oscillated. Threshold is 15mA, current is 3
An output of 4 mW is obtained at 0 mA. The side mode suppression ratio was 28 dB.

【0199】次にPDの特性について説明する。1.3
μmPD44、および1.5μmPD46に逆バイアス
1Vを印加し、1.3μm光残留光吸収領域35を残留
光によって生じる光電流が他のPD電源に流れないよう
にアースに落とした状態で、素子の導波路左側から1.
3μmPD44の側から1.3μmおよび1.5μmの
光を入射させた。このとき、1.3μmPD44、およ
び1.5μmPD46では、それぞれ1.3μm光、
1.5μm光を吸収し光電流が流れる。1.3μmPD
44で吸収されなかった1.3μm光は、1.3μm光
残留光吸収領域45で吸収されて、光電流へと変換さ
れ、アースに流れる。結果として1.5μmPD46に
1.3μm光はほとんど入射されていない。各PDの光
電流およびクロストークの波長依存性を図38(A),
(B)に示す。図38(A)は1.3μm光用PD、図
38(B)は1.5μmPDのクロストークの波長依存
性を示す。本測定でのクロストークcの定義は、以下の
通りである。
Next, the characteristics of PD will be described. 1.3
A reverse bias of 1 V is applied to the μm PD 44 and the 1.5 μm PD 46, and the 1.3 μm light residual light absorption region 35 is grounded so that the photocurrent generated by the residual light does not flow to another PD power source. From the left side of the waveguide 1.
Light of 1.3 μm and 1.5 μm was made incident from the side of the 3 μm PD44. At this time, in the 1.3 μm PD 44 and the 1.5 μm PD 46, 1.3 μm light,
Light of 1.5 μm is absorbed and photocurrent flows. 1.3 μm PD
The 1.3 μm light that was not absorbed by 44 is absorbed by the 1.3 μm light residual light absorption region 45, converted into photocurrent, and flows to the ground. As a result, almost no 1.3 μm light is incident on the 1.5 μm PD 46. FIG. 38 (A) shows the wavelength dependence of photocurrent and crosstalk of each PD.
It shows in (B). FIG. 38A shows the wavelength dependence of the crosstalk of the PD for 1.3 μm light, and FIG. 38B shows the wavelength dependence of the crosstalk of the 1.5 μm PD. The definition of the crosstalk c in this measurement is as follows.

【0200】[0200]

【数1】C1.3 =10×log(1.3μmPDの光電流
/1.5μmPDの光電流)…1.3μm帯 C1.5 =10×log(1.5μmPDの光電流/1.3μ
mPDの光電流)…1.5μm帯 図38(A),(B)からわかるように両波長帯におい
て−24dBという良好なクロストーク特性を示してい
る。
## EQU1 ## C 1.3 = 10 × log (1.3 μm PD photocurrent / 1.5 μm PD photocurrent) ... 1.3 μm band C 1.5 = 10 × log ( 1.5 μm PD photocurrent / 1.3 μm
(Photocurrent of mPD) ... 1.5 μm band As can be seen from FIGS. 38 (A) and 38 (B), good crosstalk characteristics of −24 dB are shown in both wavelength bands.

【0201】また、1.3μm光、1.5μm光を入射
させたときには、LD分岐部の方にも光は導波される
が、1.3μm受信時には、LDを動作させる必要がな
いため影響は無視できる。また、前述したように1.5
μm光は、LDに対して影響を及ぼさないため、1.5
μm光受信時にもLDの特性は変化しない。
Further, when 1.3 μm light and 1.5 μm light are incident, the light is guided also to the LD branch portion, but at the time of 1.3 μm reception, it is not necessary to operate the LD, which has an influence. Can be ignored. Also, as described above, 1.5
Since the μm light does not affect the LD, it is 1.5
The characteristics of the LD do not change even when receiving μm light.

【0202】本実施例では、DFBレーザを用いたが、
回折格子が活性層の両側に配置されている分布反射型
(DBR)レーザを用いてもよい。
Although a DFB laser is used in this embodiment,
A distributed Bragg reflector (DBR) laser in which the diffraction grating is arranged on both sides of the active layer may be used.

【0203】また、本実施例では、導波路部分は、1.
1μm組成のものを最初に基板上に成長し、共通導波路
として用いたが、多重量子井戸の構造を最適化すること
により、リッジ上の成長を用いて、1.1μm組成から
1.5μm組成まで変化させることができるため、導波
路部分41(41a,41b,41c)を1.3μmP
D44,45および1.5μmPD46と一括して成長
してもよい。すなわち、図39(A),(B)に示すよ
うに、1.5μmPD46に対応する幅のリッジ溝15
a、1.3μmPD44と1.3μm残留光吸収領域4
5に対応する幅のリッジ溝4b、1.1μ導波路部分4
1a,41b,41cに対応する幅のリッジ幅4cを形
成したリッジ上で多重量子井戸構造を成長できる。LD
分岐部についても同様にY分岐導波路41を、1.3μ
mLD42、モニタPD43と一括して成長してもよ
い。
Further, in this embodiment, the waveguide portion is 1.
The 1 μm composition was first grown on the substrate and used as a common waveguide. However, by optimizing the structure of the multiple quantum wells, the growth on the ridge was used, and the 1.1 μm composition to the 1.5 μm composition was used. It is possible to change the waveguide portion 41 (41a, 41b, 41c) to 1.3 μmP.
It may be grown together with D44, 45 and 1.5 μm PD46. That is, as shown in FIGS. 39A and 39B, the ridge groove 15 having a width corresponding to the PD 46 of 1.5 μm.
a, 1.3 μm PD44 and 1.3 μm residual light absorption region 4
Ridge groove 4b having a width corresponding to 5 and 1.1 μ waveguide portion 4
A multiple quantum well structure can be grown on a ridge formed with a ridge width 4c having a width corresponding to 1a, 41b, 41c. LD
Similarly for the branch portion, the Y branch waveguide 41 is set to 1.3 μm.
You may grow collectively with mLD42 and monitor PD43.

【0204】(実施例15)次に、図40を参照しなが
ら、本発明の実施例に従う光集積回路について説明す
る。図39(A),(B)に示す構成において、構成素
子は、第1の実施例とほぼ同じであるが、その配置が異
なる。図40において、51は1.3μmの実効的バン
ドギャップを有するLD用活性層、52はDBRレーザ
を形成するための回折格子、53はDBRレーザ部分、
54は曲がり導波路、55は1.3μm残留光吸収領
域、56は1.5μmPD部分、57は散乱光遮断用
溝、58は半導体基板である。
(Embodiment 15) An optical integrated circuit according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 39A and 39B, the constituent elements are almost the same as those in the first embodiment, but the arrangement is different. In FIG. 40, 51 is an LD active layer having an effective band gap of 1.3 μm, 52 is a diffraction grating for forming a DBR laser, 53 is a DBR laser portion,
Reference numeral 54 is a curved waveguide, 55 is a 1.3 μm residual light absorption region, 56 is a 1.5 μm PD portion, 57 is a groove for blocking scattered light, and 58 is a semiconductor substrate.

【0205】本実施例の動作について説明する。1.3
μmの送信はDBRレーザ53を用いる。このレーザの
共振器は、半導体基板のへき開面と回折格子52で形成
されている。回折格子の反射率は高いため、レーザ光は
素子左側から出射されるのがほとんどで、PD側に出射
することはない。
The operation of this embodiment will be described. 1.3
The DBR laser 53 is used for transmission of μm. The resonator of this laser is formed by the cleavage plane of the semiconductor substrate and the diffraction grating 52. Since the reflectance of the diffraction grating is high, the laser light is mostly emitted from the left side of the element, and is not emitted to the PD side.

【0206】レーザ53を発振させた場合、レーザ光以
外に自然放出光が発生する。この光は、導波光ではない
ため、曲がり導波路54を導入することにより、1.5
μmPD部分56への入射を避けることができる(図4
0参照)。また、光が導波路を進行する際に散乱光が生
じる。これらの散乱光は、散乱光遮断用溝57により
1.5μmPD部56への入射を避けられる。これらの
構造により1.3μm光送信時の1.5μmPD部分5
6へのクロストークを低減できる。
When the laser 53 is oscillated, spontaneous emission light is generated in addition to the laser light. Since this light is not guided light, the bending waveguide 54 is introduced, so that 1.5
Incident on the μm PD portion 56 can be avoided (FIG. 4).
0). Further, scattered light is generated when the light travels in the waveguide. These scattered lights can be prevented from entering the 1.5 μm PD portion 56 by the scattered light blocking groove 57. Due to these structures, the 1.5 μm PD portion 5 when transmitting 1.3 μm light
6 can be reduced.

【0207】一方、1.3μm光受信時は、このレーザ
53が光検出器となる。本素子が用いられるシステム
は、先に述べたようにピンポン双方向通信であるので、
このような使用方法が可能である。このレーザ兼光検出
器で共振されなかった1.3μm光は、曲がり導波路を
経由して1.3μm残留光吸収領域55において吸収さ
れ1.5μmPD部分56には、入射しない。1.5μ
m受信時には、DBRレーザ(LD)部分53,曲がり
導波路54,1.3μm残留光吸収領域55を経由して
1.5μmPD部分56で吸収され光電流へ変換され
る。
On the other hand, when receiving 1.3 μm light, the laser 53 serves as a photodetector. Since the system in which this device is used is ping-pong bidirectional communication as described above,
Such usage is possible. The 1.3 μm light that has not been resonated by the laser / photodetector is absorbed in the 1.3 μm residual light absorption region 55 via the curved waveguide and does not enter the 1.5 μm PD portion 56. 1.5μ
At the time of m reception, the light is absorbed by the 1.5 μm PD portion 56 via the DBR laser (LD) portion 53, the curved waveguide 54, and the 1.3 μm residual light absorption region 55 and converted into a photocurrent.

【0208】本素子の製作方法は、実施例14とほぼ同
じである。また、1.3μmLDおよび1.3μmPD
の特性、1.5μmPDの特性は、実施例14と同様で
あった。
The manufacturing method of this element is almost the same as that of the fourteenth embodiment. In addition, 1.3 μm LD and 1.3 μm PD
And the characteristics of 1.5 μm PD were the same as in Example 14.

【0209】以上、実施例14〜15に基づいて具体的
に説明したように、本発明によれば、半導体発光素子、
半導体光検出素子、その検出波長より長い波長の光を検
出する半導体光検出素子、両光検出素子間に配置された
波長フィルタを光導波路を介して結合して集積化するこ
とにより、これを1波長の送信素子、2波長の光検出素
子として働かせることができる。
As described above in detail with reference to Examples 14 to 15, according to the present invention, a semiconductor light emitting device,
A semiconductor photodetector, a semiconductor photodetector for detecting light having a wavelength longer than the detection wavelength, and a wavelength filter arranged between the photodetectors are integrated by coupling them through an optical waveguide. It can function as a wavelength transmitting element and a two-wavelength light detecting element.

【0210】(実施例16)本発明の実施例を図41な
いし図43に示す。InP基板1上に波長1.5μm組
成で厚さ2μmのInGaAsP層61を形成し、この
InGaAsP層61の一部を塩素ガスを用いた反応性
イオンエッチングにより、二つのテーパ状の溝部4dと
リッジ3dが形成されるように、除去して、図4に示す
ような構造を製作する。基板1の前端面では、リッジ3
dの幅は5μm、溝部4dの幅は10μm、基板1の後
端面では、リッジ3dの幅は1.5μm、溝部4dの幅
は3μmである。リッジ3dの高さは、基板全面で一様
で、2μmである。基板1の後端面近傍にリッジ3dと
溝部4dが平行な部分が形成されているが、この平行部
分を形成しなくてもよい。また、逆に基板1の前端面近
傍に同様な平行部分を設けてもよい。
(Embodiment 16) An embodiment of the present invention is shown in FIGS. 41 to 43. An InGaAsP layer 61 having a wavelength of 1.5 μm and a thickness of 2 μm is formed on the InP substrate 1, and a part of the InGaAsP layer 61 is subjected to reactive ion etching using chlorine gas to form two tapered groove portions 4d and a ridge. 3d is removed to form a structure as shown in FIG. On the front end face of the substrate 1, the ridge 3
The width of d is 5 μm, the width of the groove 4d is 10 μm, and on the rear end surface of the substrate 1, the width of the ridge 3d is 1.5 μm and the width of the groove 4d is 3 μm. The height of the ridge 3d is 2 μm, which is uniform over the entire surface of the substrate. Although a portion where the ridge 3d and the groove portion 4d are parallel to each other is formed near the rear end surface of the substrate 1, this parallel portion may not be formed. Conversely, a similar parallel portion may be provided near the front end surface of the substrate 1.

【0211】次に、前記基板1とその上に形成されたリ
ッジ3dを有する前記構造体をエピタキシャル成長用基
板として、その上に有機金属成長法により、波長1.1
μm組成で厚さ150ÅのInGaAsP層を形成して
バリア層6dを得る。このバリア層6dに17ÅのIn
GaAs層を井戸層6eとする全体の厚さが約0.3μ
mの量子井戸構造6を成長させ、さらに続けて波長1.
35μm組成のInGaAsP層62を2μm成長さ
せ、最後にInP層63を2μm成長させる。成長後の
素子前端面および後端面断面形状を、量子井戸構造部の
拡大模式図とともに、図42および図43に示す。
Next, the structure having the substrate 1 and the ridge 3d formed thereon is used as an epitaxial growth substrate, and a wavelength of 1.1 is obtained by an organic metal growth method.
An InGaAsP layer having a composition of μm and a thickness of 150 Å is formed to obtain a barrier layer 6d. This barrier layer 6d has 17Å In
The total thickness of the well layer 6e is about 0.3μ.
m quantum well structure 6 is grown, and the wavelength of 1.
An InGaAsP layer 62 having a composition of 35 μm is grown to 2 μm, and finally an InP layer 63 is grown to 2 μm. 42 and 43 show the cross-sectional shapes of the front end face and the rear end face of the grown element, together with an enlarged schematic view of the quantum well structure portion.

【0212】素子後端面におけるリッジ3dの幅は、前
記したように、1.5μmであり、溝部4dの幅は3μ
mであるので、前記図7のリッジ構造寸法〜PL波長相
関図から明らかなように、量子井戸構造6のバンドギャ
ップは、素子後端面では1.0μmである。また、図4
3に示すように、リッジ3dの側面での量子井戸層6
は、リッジ3dの上面より薄いので、導波光は、リッジ
3dの上面の厚さ約0.3μm、幅約1.5μmの量子
井戸層64をコアとして、閉じ込められる。そのスポッ
トサイズは1.5〜2μm程度であり、半導体光素子の
スポットサイズに一致する。
As described above, the width of the ridge 3d on the rear end face of the element is 1.5 μm, and the width of the groove 4d is 3 μm.
Since it is m, the band gap of the quantum well structure 6 is 1.0 μm at the rear facet of the device, as is clear from the ridge structure size-PL wavelength correlation diagram of FIG. Also, FIG.
3, the quantum well layer 6 on the side surface of the ridge 3d
Is thinner than the upper surface of the ridge 3d, the guided light is confined with the quantum well layer 64 having a thickness of about 0.3 μm and a width of about 1.5 μm as the core on the upper surface of the ridge 3d. The spot size is about 1.5 to 2 μm, which matches the spot size of the semiconductor optical device.

【0213】同様に、素子前端面におけるリッジ3dの
幅は、前記したように、5μmであり、溝部4dの幅は
10μmであるので、前記図7のリッジ構造寸法〜PL
波長相関図から明らかなように、量子井戸構造6のバン
ドギャップは、素子前端面では1.35μmである。そ
の結果、屈折率は、リッジ3dを形成した層61とほぼ
等しいか小さくなる。従って、素子前端面では、層6
1,6,62をコア層とし、層1および層63を上下の
クラッド層とする。厚さ約4.5μm、幅約5μmの埋
込リッジ構造が形成される。この場合のコア層の中心は
層6にあるので、導波光は軸ずれすることなく、素子後
端面における前記量子井戸層64への閉じ込め状態か
ら、素子前端面における層61,6,62への閉じ込め
状態へと移る。その結果、素子前端面では、ファイバと
同程度の4〜5μmに拡大されたスポットサイズを有す
る導波路が形成される。
Similarly, the width of the ridge 3d on the front facet of the element is 5 μm and the width of the groove 4d is 10 μm as described above.
As is clear from the wavelength correlation diagram, the band gap of the quantum well structure 6 is 1.35 μm at the device front end face. As a result, the refractive index is substantially equal to or smaller than that of the layer 61 in which the ridge 3d is formed. Therefore, on the front facet of the device, the layer 6
1, 6 and 62 are core layers, and layers 1 and 63 are upper and lower clad layers. A buried ridge structure having a thickness of about 4.5 μm and a width of about 5 μm is formed. In this case, since the center of the core layer is in the layer 6, the guided light is not deviated from the axis, and from the confined state in the quantum well layer 64 at the device rear end face to the layers 61, 6, 62 at the device front end face. Move to a locked state. As a result, a waveguide having a spot size enlarged to 4 to 5 μm, which is similar to that of a fiber, is formed on the front end face of the device.

【0214】この素子の前端面にフラットエンドファイ
バを結合して結合損を測定したところ、0.5dB以下
であり、その接続許容誤差は、1dB許容で±2.4μ
mであった。
When a flat end fiber was coupled to the front end face of this element and the coupling loss was measured, it was 0.5 dB or less, and the connection tolerance was ± 2.4 μ with 1 dB tolerance.
It was m.

【0215】本実施例では、素子前端面でのリッジ幅を
5μmに拡大したが、リッジ幅一定のままでも、前記図
7で確認したように、溝幅を変化させておくことによ
り、スポットサイズ拡大効果はある。これは、素子前端
面での基板面に水平な方向のコアとクラッドの屈折率差
は小さいので、コア寸法が小さくとも導波光はクラッド
領域までしみだしており、実効的スポットサイズが拡大
されているからである。
In the present embodiment, the ridge width at the front facet of the device was expanded to 5 μm. However, even if the ridge width remains constant, the spot size can be changed by changing the groove width as confirmed in FIG. There is a magnifying effect. This is because the refractive index difference between the core and the clad in the direction horizontal to the substrate surface at the front end face of the device is small, so that even if the core size is small, the guided light seeps out to the clad region and the effective spot size is enlarged. Because there is.

【0216】(実施例17)図44ないし図46は、本
発明の第2の実施例を示すものである。量子井戸層を成
長させるための基板として、実施例16と同様な構造体
を用いるが、図44に示すように、本実施例では、リッ
ジ3d上面の一部に回折格子13を形成しておく。層
1、層61には、n型伝導を示すように、不純物をドー
プしておく。実施例1と同じく量子井戸層6を成長した
後、近藤らにより提案された方法(特開平5−1026
07号)によりp型InGaAsP層65を成長させ
る。
(Embodiment 17) FIGS. 44 to 46 show the second embodiment of the present invention. As a substrate for growing the quantum well layer, a structure similar to that of Example 16 is used, but as shown in FIG. 44, in this example, the diffraction grating 13 is formed on a part of the upper surface of the ridge 3d. . The layers 1 and 61 are doped with impurities so as to show n-type conduction. After growing the quantum well layer 6 in the same manner as in Example 1, the method proposed by Kondo et al.
No. 07), a p-type InGaAsP layer 65 is grown.

【0217】すなわち、量子井戸層6を成長させた後、
リッジ3d上に位置する量子井戸層64上にのみ不図示
のストライプマスクを形成する。そして、リアクティブ
イオンエッチング(RIE)装置を使用して、前記層6
4周辺の量子井戸層6をエッチングして除去し、層64
をメサ構造にする。その後、前記マスクを除去する。
That is, after growing the quantum well layer 6,
A stripe mask (not shown) is formed only on the quantum well layer 64 located on the ridge 3d. Then, using a reactive ion etching (RIE) apparatus, the layer 6
4 is removed by etching away the quantum well layer 6 around 4
To the mesa structure. Then, the mask is removed.

【0218】続いて、この上に、n型InPもしくはI
nGaAsP層66を成長させ、最後にp型InGaA
sP層62およびInP層63を成長させ、さらに、最
上面の一部に電極層67を形成する。
Subsequently, on this, n-type InP or I
An nGaAsP layer 66 is grown, and finally p-type InGaA is grown.
The sP layer 62 and the InP layer 63 are grown, and the electrode layer 67 is further formed on a part of the uppermost surface.

【0219】その結果、素子後端面では、図46のよう
な構造が形成される。これはn型InP層1,63を電
流ブロック層とするレーザ構造であり、上下面に電極を
形成することによりDFBレーザとして機能する。
As a result, a structure as shown in FIG. 46 is formed on the rear end face of the element. This is a laser structure using the n-type InP layers 1 and 63 as a current blocking layer, and functions as a DFB laser by forming electrodes on the upper and lower surfaces.

【0220】一方、素子前端面では、屈折率構造は実施
例16とほぼ同様な構造となるので、スポットサイズが
拡大された導波路構造となっている。
On the other hand, on the front facet of the device, the refractive index structure is almost the same as that of the sixteenth embodiment, so that it is a waveguide structure with an enlarged spot size.

【0221】したがって、本実施例では、スポットサイ
ズ拡大導波路とDFBレーザのモノリシック集積が1回
のエピタキシャル成長で得られる。
Therefore, in this embodiment, the monolithic integration of the spot size expanding waveguide and the DFB laser can be obtained by one epitaxial growth.

【0222】本実施例において、層61を4μmとし、
このうち2μmだけを加工してリッジを製作した構造体
を基板として用い、層62および65をp−InP層と
し、層66をn−InP層としてもよい。この場合は、
素子の前後端面での導波光スポットの中心は、お互いに
軸ずれするが、p型クラッド層の構造が簡単になり、p
npn構造による電流閉じ込めが有効に行われるという
利点がある。
In this embodiment, the layer 61 has a thickness of 4 μm,
A structure in which only 2 μm is processed to form a ridge may be used as a substrate, the layers 62 and 65 may be p-InP layers, and the layer 66 may be an n-InP layer. in this case,
The centers of the guided light spots on the front and rear end faces of the element are axially offset from each other, but the structure of the p-type cladding layer is simplified,
There is an advantage that the current confinement is effectively performed by the npn structure.

【0223】本実施例において、回折格子13を製作し
ない場合は、そのまま受光ダイオードとして用いること
ができるので、ファイバとの結合効率の高い導波型フォ
トダイオードが実現できる。
In this embodiment, when the diffraction grating 13 is not manufactured, it can be used as it is as a light receiving diode, so that a waveguide type photodiode having a high coupling efficiency with a fiber can be realized.

【0224】(実施例18)本発明の実施例を図47な
いし図49に示す。本実施例の構造は、前記図44ない
し図46の構造に類似しているが、本実施例では、素子
後端面にも、リッジ幅と溝幅が変化する構造を前端面近
傍の場合とは逆の向きに形成して置く、前記実施例と同
様に行なったエピタキシャル成長後の前後端面の断面構
造を、図48に示し、リッジ幅、溝幅の領域が狭い中央
部の断面構造を、図49に示す。図中、前記実施例と同
一構成には同一符号を付して説明を簡略化する。
(Embodiment 18) An embodiment of the present invention is shown in FIGS. 47 to 49. The structure of this embodiment is similar to the structure of FIG. 44 to FIG. 46, but in this embodiment, the structure in which the ridge width and the groove width are changed is also provided on the rear facet of the element as compared with the case where it is near the front facet. FIG. 48 shows the cross-sectional structure of the front and rear end faces after epitaxial growth performed in the same manner as in the above-described embodiment, which is formed in the opposite direction, and FIG. 49 shows the cross-sectional structure of the central portion where the ridge width and groove width regions are narrow. Shown in. In the figure, the same components as those of the above-described embodiment are designated by the same reference numerals to simplify the description.

【0225】上記構成の素子の両端面に無反射コーティ
ングを施し、中央部に形成した電極に電流を注入するこ
とにより、ファイバとの結合効率を高めた半導体光増幅
器が実現できる。
A non-reflective coating is applied to both end faces of the element having the above structure, and a current is injected into the electrode formed in the central portion, whereby a semiconductor optical amplifier with improved coupling efficiency with the fiber can be realized.

【0226】さらに、本実施例において、印加電圧の極
性を反転することにより、電子閉じ込めシュタルク効果
を用いた光変調器を実現することができる。
Furthermore, in this embodiment, by inverting the polarity of the applied voltage, it is possible to realize an optical modulator using the electron confined Stark effect.

【0227】なお、実施例では1.5μm光の導波につ
いてInGaAsP系材料で説明したが、他の材料系、
例えばInAlGaAs系を用いても、また両方を用い
ても、実現できる。さらに、1.3μm等の他の波長帯
でも材料系および組成を選ぶことにより、同様な効果が
実現できる。
In the examples, the waveguide of 1.5 μm light was explained using InGaAsP-based materials, but other materials
For example, it can be realized by using InAlGaAs system or both. Furthermore, similar effects can be realized by selecting the material system and composition in other wavelength bands such as 1.3 μm.

【0228】実施例16〜18で述べたように、本発明
によれば、簡単な製作プロセスで光素子の導波路のスポ
ットサイズを拡大することができるので、半導体光素子
の高性能かつ高信頼な集積化が経済的に実現できる。
As described in Embodiments 16 to 18, according to the present invention, the spot size of the waveguide of the optical device can be enlarged by a simple manufacturing process, so that high performance and high reliability of the semiconductor optical device can be obtained. Economical integration can be realized.

【0229】[0229]

【発明の効果】以上説明したように、本発明により高密
度に集積化したスーパールミネスセントフォトダイオー
ドが実現され、波長の高帯域性を活かした測定あるいは
評価法の飛躍的な発展が期待される。
As described above, according to the present invention, a high-density integrated super luminescent photodiode is realized, and it is expected that the measurement or evaluation method making use of the high wavelength band property will be dramatically developed. .

【0230】本発明によれば、半導体発光素子、半導体
光検出素子、その検出波長より長い波長の光を検出する
半導体光検出素子、両光検出素子間に配置された波長フ
ィルタを光導波路を介して結合して集積化することによ
り、これを1波長の送信素子、2波長の光検出素子とし
て働かせることができる。
According to the present invention, the semiconductor light emitting element, the semiconductor photodetecting element, the semiconductor photodetecting element for detecting light having a wavelength longer than the detection wavelength, and the wavelength filter arranged between the two photodetecting elements are provided through the optical waveguide. By combining and integrating them, they can be made to function as a 1-wavelength transmission element and a 2-wavelength photodetection element.

【0231】本発明によれば、簡単な製作プロセスで光
素子の導波路のスポットサイズを拡大することができる
ので、半導体光素子の高性能かつ高信頼な集積化が経済
的に実現できる。
According to the present invention, since the spot size of the waveguide of the optical device can be enlarged by a simple manufacturing process, high performance and highly reliable integration of the semiconductor optical device can be economically realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】(A),(B)は、マスク選択成長法による歪
み量子井戸構造の作成手順を示す工程図、(C)は、マ
スク幅に対する発光波長の特性を示すグラフである。
1A and 1B are process diagrams showing a procedure for forming a strained quantum well structure by a mask selective growth method, and FIG. 1C is a graph showing characteristics of emission wavelength with respect to mask width.

【図2】従来のスポットサイズ交換器の構成を示す斜視
図である。
FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a conventional spot size exchanger.

【図3】歪み量子井戸構造の組成と発光波長の特性を示
すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the composition of a strained quantum well structure and the characteristics of emission wavelength.

【図4】(A)は非平坦基板上に形成された1.55μ
m帯発光素子の構造の一例であり、(B)は図1の構造
の発光特性のシミュレーション結果、実線と点線は結晶
性の違いを表わす図である。
FIG. 4A is 1.55 μ formed on a non-flat substrate.
FIG. 3B is an example of the structure of an m-band light emitting device, FIG. 1B is a diagram showing a light emission characteristic simulation result of the structure of FIG. 1, and a solid line and a dotted line are diagrams showing a difference in crystallinity.

【図5】基板の斜視図である。(A)はエッチング用マ
スクを形成した状態、(B)は選択成長用マスクを形成
した状態、(C)は溝が形成された状態を示す。
FIG. 5 is a perspective view of a substrate. (A) shows a state where an etching mask is formed, (B) shows a state where a selective growth mask is formed, and (C) shows a state where a groove is formed.

【図6】リッジ上の多重量子井戸構造のバンドギャップ
波長のシフトを示すグラフである。(A)はリッジ幅の
影響、(B)はリッジ高さの影響を示す。
FIG. 6 is a graph showing a bandgap wavelength shift of a multiple quantum well structure on a ridge. (A) shows the influence of the ridge width, and (B) shows the influence of the ridge height.

【図7】リッジ基板上に成長させた量子井戸構造のフォ
トルミネッセンス波長のリッジおよび溝部の幅への依存
性を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing the dependence of the photoluminescence wavelength of a quantum well structure grown on a ridge substrate on the width of a ridge and a groove.

【図8】リッジ基板上に成長した量子井戸層構造のフォ
トルミネッセンス波長のリッジの高さへの依存性を示す
グラフである。
FIG. 8 is a graph showing the dependence of the photoluminescence wavelength of a quantum well layer structure grown on a ridge substrate on the height of the ridge.

【図9】本発明の実施例1に係る光機能素子の製造プロ
セスに関し、(A)はマスク形成(エッチング用)、
(B)はマスク形成(選択成長用)、(C)は非平坦基
板、(D)は結晶成長(一回成長)、(E)は結晶成長
(埋め込み成長)、(F)は電極形成の各手順を示す工
程図である。
FIG. 9 is a process for manufacturing an optical functional device according to a first embodiment of the present invention, in which (A) is a mask formation (for etching),
(B) is for mask formation (for selective growth), (C) is for non-flat substrate, (D) is for crystal growth (single growth), (E) is for crystal growth (buried growth), and (F) is for electrode formation. It is process drawing which shows each procedure.

【図10】本発明の実施例1に係る発光素子の発光波長
の変化特性に関し、(A)はリッジ幅dwと発光波長の
変化特性、(B)は溝幅dgと発光波長の変化特性、
(C)はリッジ高さと発光波長の変化特性をそれぞれ示
すグラフである。
10A and 10B are graphs showing changes in emission wavelength of a light emitting device according to Example 1 of the present invention. FIG. 10A shows changes in ridge width dw and emission wavelength, and FIG. 10B shows changes in groove width dg and emission wavelength.
(C) is a graph showing the change characteristics of the ridge height and the emission wavelength.

【図11】InGaAs量子井戸層の厚さ特性に関し、
(A)はリッジ幅dwとInGaAs量子井戸層の厚さ
特性、(B)は溝幅dgとInGaAs量子井戸層の厚
さ特性、(C)はリッジ高さとInGaAs量子井戸層
の厚さ特性をそれぞれ示すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing the thickness characteristics of the InGaAs quantum well layer,
(A) shows ridge width dw and InGaAs quantum well layer thickness characteristics, (B) shows groove width dg and InGaAs quantum well layer thickness characteristics, (C) shows ridge height and InGaAs quantum well layer thickness characteristics. It is a graph which shows each.

【図12】本発明の実施例2に係る回折格子付きリッジ
形成基板の説明図であり、(A)はリッジ上回折格子、
(B)は光導波層付き回折格子、(C)は側面回折格子
を設けたものである。
FIG. 12 is an explanatory diagram of a ridge-forming substrate with a diffraction grating according to a second embodiment of the present invention, in which FIG.
(B) is a diffraction grating with an optical waveguide layer, and (C) is a side diffraction grating.

【図13】本発明の実施例3に係る4波集積レーザアレ
イの作製法(溝幅変調型)に関し、(A)はマスク形成
(エッチング用)、(B)は非平坦基板(溝幅変調
型)、(C)は結晶成長(発光層の成形)、(D)は結
晶成長(埋め込み成長)、(E)は電極形成の各手順を
示す工程図である。
FIG. 13 relates to a method of manufacturing a four-wave integrated laser array (groove width modulation type) according to a third embodiment of the present invention, (A) is mask formation (for etching), and (B) is a non-flat substrate (groove width modulation). (Mold), (C) is crystal growth (molding of light emitting layer), (D) is crystal growth (embedded growth), and (E) is a process diagram showing each procedure of electrode formation.

【図14】本発明の実施例3に係る4波集積レーザアレ
イの発振特性を示すグラフである。
FIG. 14 is a graph showing oscillation characteristics of a four-wave integrated laser array according to Example 3 of the present invention.

【図15】本発明の実施例4に係る4波集積DFBレー
ザアレイの作製法(溝幅変調型)に関し、(A)は回折
格子形成、(B)はマスク形成(エッチング用)、
(C)は非平坦基板(溝幅変調型)、(D)は結晶成長
(発光層の成形)、(E)は結晶成長(埋め込み成
長)、(F)は電極形成の各手順を示す工程図である。
FIG. 15 relates to a method for manufacturing a four-wave integrated DFB laser array (groove width modulation type) according to Example 4 of the present invention, (A) forming a diffraction grating, (B) forming a mask (for etching),
(C) is a non-flat substrate (groove width modulation type), (D) is crystal growth (molding of light emitting layer), (E) is crystal growth (embedded growth), and (F) is a step showing each step of electrode formation. It is a figure.

【図16】本発明の実施例4に係る4波集積DFBレー
ザアレイの発振特性を示すグラフである。
FIG. 16 is a graph showing oscillation characteristics of a 4-wave integrated DFB laser array according to Example 4 of the present invention.

【図17】本発明の実施例5に係る4波集積レーザアレ
イの作製法(リッジ幅変調型)に関し、(A)はマスク
形成(エッチング用)、(B)は非平坦基板(溝幅変調
型)、(C)は結晶成長(発光層の成形)、(D)は結
晶成長(埋め込み成長)、(E)は電極形成の各手順を
示す工程図である。
FIG. 17 relates to a method for manufacturing a four-wave integrated laser array (ridge width modulation type) according to a fifth embodiment of the present invention, (A) is mask formation (for etching), and (B) is a non-flat substrate (groove width modulation). (Mold), (C) is crystal growth (molding of light emitting layer), (D) is crystal growth (embedded growth), and (E) is a process diagram showing each procedure of electrode formation.

【図18】本発明の実施例7に係る モノシリックヘテ
ロダイン受信器の模式図である。
FIG. 18 is a schematic diagram of a monolithic heterodyne receiver according to the seventh embodiment of the present invention.

【図19】本発明の実施例8に係るスーパールミネッス
セントダイオード(溝幅変調方式)、(A)はマスク形
成(エッチング用)、(B)は非平坦基板(溝幅変調
型)、(C)は結晶成長(発光層の形成)、(D)は結
晶成長(埋め込み成長)、(E)は電極形成の各手順を
示す工程図である。
FIG. 19 is a superluminescent diode (groove width modulation method) according to Embodiment 8 of the present invention, (A) is mask formation (for etching), (B) is a non-flat substrate (groove width modulation type), 3C is a process diagram showing each procedure of crystal growth (formation of a light emitting layer), (D) crystal growth (embedded growth), and (E).

【図20】本発明実施例8に係るのスーパールミネッス
セントダイオードの発光スペクトル特性を示すグラフで
ある。
FIG. 20 is a graph showing an emission spectrum characteristic of the super luminescent diode according to Example 8 of the present invention.

【図21】本発明の実施例9に係るスーパールミネッス
セントダイオード(リッジ幅変調方式)に関し、(A)
はマスク形成(エッチング用)、(B)は非平坦基板
(リッジ幅変調型)、(C)は結晶成長(発光層の形
成)、(D)はマスク形成(エッチング用)、(E)は
埋め込み前の非平坦基板形成の各手順を示す工程図であ
る。
FIG. 21 (A) relates to a super luminescent diode (ridge width modulation method) according to Embodiment 9 of the present invention.
Is for mask formation (for etching), (B) is for non-flat substrate (ridge width modulation type), (C) is for crystal growth (formation of light emitting layer), (D) is for mask formation (for etching), and (E) is for It is a flowchart showing each procedure of non-flat substrate formation before embedding.

【図22】本発明の実施例10に係るスーパールミネッ
スセントダイオード(リッジ高さ変調方式1)に関し、
(A)はマスク形成(選択成長用)、(B)は非平坦基
板(マスク除去後)、(C)はマスク形成(エッチング
用)、D)は非平坦基板(リッジ高さ変調型)、(E)
は結晶成長(発光層の形成)各手順を示す工程図であ
る。
FIG. 22 relates to a super luminescent diode (ridge height modulation method 1) according to Embodiment 10 of the present invention,
(A) mask formation (for selective growth), (B) non-flat substrate (after mask removal), (C) mask formation (for etching), D) non-flat substrate (ridge height modulation type), (E)
[Fig. 3] is a process drawing showing each procedure of crystal growth (formation of light emitting layer).

【図23】本発明の実施例10の変形例に係るスーパー
ルミネッスセントダイオード(リッジ高さ変調方式2)
に関し、(A)はマスク形成(選択成長用)、(B)は
非平坦基板(マスク除去後)、(C)はマスク形成(エ
ッチング用)の各手順を示す工程図である。
FIG. 23 is a super luminescent diode according to a modification of the tenth embodiment of the present invention (ridge height modulation method 2).
2A is a process diagram showing each procedure of mask formation (for selective growth), (B) non-flat substrate (after mask removal), and (C) mask formation (for etching).

【図24】本発明の実施例11に係る光素子作製プロセ
ス(p−InPブロック層導入型)図である。
FIG. 24 is a diagram showing an optical element manufacturing process (p-InP block layer introduction type) according to the eleventh embodiment of the present invention.

【図25】本発明の実施例11に係る光素子の特性(p
−InPブロック層導入型)図である。
FIG. 25 is a characteristic (p of the optical element according to Example 11 of the present invention;
-InP block layer introduction type) FIG.

【図26】本発明の実施例12に係る光素子作製プロセ
ス(バッファ層導入型)図である。
FIG. 26 is a diagram showing an optical element manufacturing process (buffer layer-introduced type) according to the twelfth embodiment of the present invention.

【図27】本発明の実施例12に係る光素子の特性(バ
ッファ層導入型)図である。
FIG. 27 is a characteristic (buffer layer-introduced type) diagram of the optical element according to Example 12 of the present invention.

【図28】本発明の実施例13に係る光素子作製プロセ
ス(ダメージ吸収層導入型)図である。
FIG. 28 is a diagram showing an optical element manufacturing process (damage absorption layer introduction type) according to Example 13 of the present invention.

【図29】本発明の実施例14に従う光集積回路を示す
模式的上面図である。
FIG. 29 is a schematic top view showing an optical integrated circuit according to Example 14 of the present invention.

【図30】本発明の製造方法を説明する図であり、基板
に共通導波路およびn−InP層を設けた状態を示す模
式的断面図である。
FIG. 30 is a diagram for explaining the manufacturing method of the present invention, and a schematic cross-sectional view showing a state where a common waveguide and an n-InP layer are provided on the substrate.

【図31】本発明の製造方法を説明する図であり、図3
0のn−InP層の一部に回折格子を設けた状態を示す
模式的断面図である。
31 is a diagram illustrating the manufacturing method of the present invention, and FIG.
It is a typical sectional view showing the state where a diffraction grating was provided in a part of n-InP layer of 0.

【図32】本発明の製造方法を説明する図であり、リッ
ジを形成した状態を示す模式的上面図である。
FIG. 32 is a view for explaining the manufacturing method of the present invention, and a schematic top view showing a state in which a ridge is formed.

【図33】本発明の製造方法を説明する図であり、多重
量子井戸構造を設けた状態を示す模式的断面図である。
FIG. 33 is a view for explaining the manufacturing method of the present invention, and a schematic cross-sectional view showing a state in which a multiple quantum well structure is provided.

【図34】埋め込み状態を示す模式的断面図である。FIG. 34 is a schematic cross-sectional view showing an embedded state.

【図35】本発明の製造方法を説明する図であり、ドー
ピングされたInP層および1.3μmのバンドギャッ
プを有する多重量子井戸構造を除去した状態を示す模式
的断面図である。
FIG. 35 is a view for explaining the manufacturing method of the present invention, and a schematic cross-sectional view showing a state in which a doped InP layer and a multiple quantum well structure having a band gap of 1.3 μm are removed.

【図36】本発明の製造方法を説明する図であり、除去
部を埋め込んだ状態を示す模式的断面図である。
FIG. 36 is a diagram for explaining the manufacturing method of the present invention, which is a schematic cross-sectional view showing a state in which a removed portion is embedded.

【図37】1.3μmLDの電流−光出力依存性を示す
グラフである。
FIG. 37 is a graph showing the current-light output dependence of 1.3 μm LD.

【図38】光電流の波長依存性およびクロストークを示
すグラフである。(A)は1.3μmPDの場合、
(B)は1.5μmPDの場合を示す。
FIG. 38 is a graph showing wavelength dependence of photocurrent and crosstalk. (A) is 1.3 μm PD,
(B) shows the case of 1.5 μm PD.

【図39】(A)は光集積回路のリッジ溝の幅を示す模
式的部分拡大上面図であり、(B)は(A)に対応する
部分の量子井戸構造の組成変化を示す模式的断面図であ
る。
FIG. 39 (A) is a schematic partial enlarged top view showing the width of a ridge groove of an optical integrated circuit, and FIG. 39 (B) is a schematic cross-sectional view showing the composition change of the quantum well structure of the part corresponding to (A). It is a figure.

【図40】本発明の実施例15に係る光集積回路を示す
模式的上面図である。
FIG. 40 is a schematic top view showing an optical integrated circuit according to Embodiment 15 of the present invention.

【図41】本発明の実施例16に係るスポットサイズ変
換素子を示す図であり、エピタキシャル成長前のリッジ
加工した基板の斜視図である。
FIG. 41 is a diagram showing a spot size conversion element according to Example 16 of the present invention and is a perspective view of a ridge-processed substrate before epitaxial growth.

【図42】本発明の実施例16に係るスポットサイズ変
換素子を示す図であり、素子の前端面の断面構成および
その量子井戸層を拡大して示した素子の断面構成図であ
る。
FIG. 42 is a diagram showing a spot size conversion element according to Example 16 of the present invention, and is a sectional configuration diagram of the element in which a front end face of the element and a quantum well layer thereof are enlarged.

【図43】本発明の実施例16に係るスポットサイズ変
換素子を示す図であり、素子の後端面の断面構成および
その量子井戸層を拡大して示した素子の断面構成図であ
る。
FIG. 43 is a diagram showing a spot size conversion element according to Example 16 of the present invention, and is a sectional configuration diagram of the element in which a rear end face of the element and a quantum well layer thereof are enlarged.

【図44】本発明の実施例17に係るスポットサイズ変
換素子を示す図であり、エピタキシャル成長前のリッジ
加工した基板の斜視図である。
FIG. 44 is a diagram showing a spot size conversion element according to Example 17 of the present invention and is a perspective view of a ridge-processed substrate before epitaxial growth.

【図45】本発明の実施例17に係るスポットサイズ変
換素子を示す図であり、素子の前端面の断面構成を示す
素子の断面構成図である。
FIG. 45 is a diagram showing a spot size conversion element according to Example 17 of the present invention, which is a sectional configuration diagram of the element showing a sectional configuration of a front end face of the element.

【図46】本発明の実施例17に係るスポットサイズ変
換素子を示す図であり、素子の後端面の断面構成を示す
素子の断面構成図である。
FIG. 46 is a diagram showing a spot size conversion element according to Example 17 of the present invention, which is a sectional configuration diagram of the element showing a sectional configuration of a rear end face of the element.

【図47】本発明の実施例18に係るスポットサイズ変
換素子を示す図であり、エピタキシャル成長前のリッジ
加工した基板の斜視図である。
FIG. 47 is a diagram showing a spot size conversion element according to Example 18 of the present invention and is a perspective view of a ridge processed substrate before epitaxial growth.

【図48】本発明の実施例18に係るスポットサイズ変
換素子を示す図であり、素子の前端面構成および後端面
構成を示す素子の断面構成図である。
FIG. 48 is a diagram showing a spot size conversion element according to Example 18 of the present invention, which is a cross-sectional configuration diagram of the element showing a front end face configuration and a rear end face configuration of the device.

【図49】本発明の実施例18に係るスポットサイズ変
換素子を示す図であり、素子の中央部の断面構成を示す
素子の断面構成図である。
FIG. 49 is a diagram showing a spot size conversion element according to Example 18 of the present invention, which is a sectional configuration diagram of the element showing a sectional configuration of a central portion of the element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 マスク 2a マスク(ストライプ) 2b 酸化膜 3 リッジ 3d リッジ 4 溝(部) 4d 溝部 5 バッファ層 6 活性層あるいは導波路層(リッジ上発光部) 6a 溝部MQW層 6b 多重量子井戸構造 6d バリア層 6e 井戸層 6U 上層の導波路層 6L 下層の導波路層 7 クラッド層 7′ p−InPクラッド層 7a InP層 8 埋め込層(電流閉じ込め層) 9 p−InP層 10 コンタクト層 11 p電極 12 n電極 13 回折格子 14 半導体光導波層 15 回折格子 16 分離溝 16a 分離溝 17 ヒートシンク 18 リード線 19 p−InP電流ブロック層 20 ダメージ吸収層 21 平坦面 22a,22b,22c 除去部 23 アンドープInP層 24 エッチストップ層 25 アンドープInP層 41 Y分岐導波路 41a,41b,41c 導波路部分 42 1.3μmDFB半導体レーザ 43 モニタ用PD 44 1.3μmPD 45 1.3μm残留光吸収領域(層) 46 1.5μmPD 47 半導体基板 48 LD分岐部分 49 PD分岐部分 51 LD用活性層 52 回折格子 53 DBRレーザ部分 54 曲がり導波路 55 1.3μm残留光吸収領域(層) 56 1.5μmPD 57 散乱光遮断用溝 58 半導体基板 61 InGaAsP層 62 InGaAsP層 63 InP層 64 量子井戸層 65 InGaAsP層 66 n−InPまたはInGaAsP層 67 電極層 dw リッジ幅 dg 溝幅 h リッジ高さ1 Substrate 2 Mask 2a Mask (stripe) 2b Oxide film 3 Ridge 3d Ridge 4 Groove (part) 4d Groove 5 Buffer layer 6 Active layer or Waveguide layer (light emitting part on ridge) 6a Groove MQW layer 6b Multiple quantum well structure 6d Barrier Layer 6e Well layer 6 U Upper waveguide layer 6 L Lower waveguide layer 7 Cladding layer 7'p-InP cladding layer 7a InP layer 8 Buried layer (current confinement layer) 9 p-InP layer 10 Contact layer 11 p Electrode 12 n Electrode 13 Diffraction Grating 14 Semiconductor Optical Waveguide Layer 15 Diffraction Grating 16 Separation Groove 16 a Separation Groove 17 Heat Sink 18 Lead Wire 19 p-InP Current Block Layer 20 Damage Absorption Layer 21 Flat Surfaces 22 a, 22 b, 22 c Removal Section 23 Undoped InP Layer 24 Etch stop layer 25 Undoped InP layer 41 Y branch waveguide 41a, 41b, 41c Waveguide Road portion 42 1.3 μm DFB semiconductor laser 43 Monitor PD 44 1.3 μm PD 45 1.3 μm Residual light absorption region (layer) 46 1.5 μm PD 47 Semiconductor substrate 48 LD branch portion 49 PD branch portion 51 LD active layer 52 Diffraction grating 53 DBR laser portion 54 Bent waveguide 55 1.3 μm Residual light absorption region (layer) 56 1.5 μm PD 57 Scattered light blocking groove 58 Semiconductor substrate 61 InGaAsP layer 62 InGaAsP layer 63 InP layer 64 Quantum well layer 65 InGaAsP layer 66 n -InP or InGaAsP layer 67 electrode layer dw ridge width dg groove width h ridge height

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平5−67032 (32)優先日 平成5年3月25日(1993.3.25) (33)優先権主張国 日本(JP) (31)優先権主張番号 特願平5−327019 (32)優先日 平成5年12月24日(1993.12.24) (33)優先権主張国 日本(JP) (72)発明者 永沼 充 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 鈴木 安弘 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 湯田 正宏 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 三冨 修 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 笠谷 和生 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 中野 純一 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 横山 清行 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 昭64−42888(JP,A) 特開 平3−225884(JP,A) 特開 平4−364084(JP,A) 特開 平4−206982(JP,A) 特開 昭61−183987(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50 H01L 33/00 JICSTファイル(JOIS)─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 5-67032 (32) Priority date March 25, 1993 (March 25, 1993) (33) Country of priority claim Japan (JP) (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 5-327019 (32) Priority date December 24, 1993 (December 24, 1993) (33) Country of priority claim Japan (JP) (72) Inventor Mitsuru Naganuma 1-6, Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo (72) Inventor, Yasuhiro Suzuki Yasuhiro Suzuki 1-1-6, Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo (72) Masahiro Yuda, Tokyo 1-6, Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Osamu Santomi 1-1-6, Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Kasaya Kasaya Tokyo 1-1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku This Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Junichi Nakano 1-1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Japan Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Kiyoyuki Yokoyama 1-1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Japan (56) References JP-A 64-42888 (JP, A) JP-A-3-225884 (JP, A) JP-A-4-364084 (JP, A) JP-A-4-206982 ( JP, A) JP 61-183987 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01S 5/00-5/50 H01L 33/00 JISST file (JOIS)

Claims (21)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 リッジ形状を有する非平坦半導体基板
と、該非平坦半導体基板上に形成された光機能層であっ
て発光層、吸収層および光導波層から選ばれる光機能層
とを具備し、該光機能層は多重量子井戸構造を有する活
性層であり、該活性層の前記リッジ上の部分の組成が前
記リッジ以外の活性層の部分の組成と異なることを特徴
とする光機能素子。
1. A non-flat semiconductor substrate having a ridge shape, and an optical functional layer formed on the non-flat semiconductor substrate, the optical functional layer being selected from a light emitting layer, an absorption layer and an optical waveguide layer, The optical functional layer is an active layer having a multiple quantum well structure.
A functional layer, wherein the composition of the portion of the active layer on the ridge is different from the composition of the portion of the active layer other than the ridge.
【請求項2】 請求項1記載の光機能素子において、前
記リッジ形状は、1μmから10μmのリッジ幅で、1
μmから5μmのリッジ高さで、かつ1μmから10μ
mの溝幅を有する形状であることを特徴とする光機能素
子。
2. The optical functional device according to claim 1, wherein the ridge shape has a ridge width of 1 μm to 10 μm, and
Ridge height from μm to 5 μm and from 1 μm to 10 μm
An optical functional element having a shape having a groove width of m.
【請求項3】 請求項1または2記載の光機能素子にお
いて、前記リッジの上面ないし側面に回折格子を備えて
いることを特徴とする光機能素子。
3. The optical functional element according to claim 1, wherein the ridge has a diffraction grating on an upper surface or a side surface thereof.
【請求項4】 請求項2記載の光機能素子において、前
記リッジ幅は1μmから5μmまでであり、かつキャビ
ティ方向に数種類の異なった組成の結晶を成長してな
り、前記キャビティ方向に一連に変化した発光ないし受
光特性を有することを特徴とする光機能素子。
4. The optical functional device according to claim 2, wherein the ridge width is from 1 μm to 5 μm, and crystals of several different compositions are grown in the cavity direction, and the ridge width is changed in series in the cavity direction. An optical functional element having the above-mentioned light emission or light reception characteristics.
【請求項5】 請求項4記載の光機能素子において、前
記リッジの上部に組成に応じた回折格子を有し、単一の
出射面から複数の単一光を発光するないしは前記回折格
子の周期により決められた波長より短波長側の光を受光
することを特徴とする光機能素子。
5. The optical functional device according to claim 4, wherein the ridge has a diffraction grating depending on the composition, and a plurality of single lights are emitted from a single emission surface or the period of the diffraction grating. An optical functional element characterized by receiving light on a shorter wavelength side than the wavelength determined by.
【請求項6】 請求項4記載の光機能素子において、前
記リッジ内に光のガイド層を備えていることを特徴する
光機能素子。
6. The optical function element according to claim 4, wherein a light guide layer is provided in the ridge.
【請求項7】 請求項2記載の光機能素子において、前
記リッジ幅は1μmから5μmまでであり、かつ前記リ
ッジ形状は、リッジ幅、リッジ高さ、ないしは溝幅を横
方向に一連に変化させてなり、該横方向に一連に変化し
たリッジ形状の場所に応じて異なる発光ないし受光特性
を有することを特徴とする光機能素子。
7. The optical functional element according to claim 2, wherein the ridge width is from 1 μm to 5 μm, and the ridge shape is such that the ridge width, the ridge height, or the groove width is continuously changed in a lateral direction. An optical functional element having different light emitting or light receiving characteristics depending on the location of the ridge shape which is changed in a series in the lateral direction.
【請求項8】 請求項7記載の光機能素子において、前
記リッジの上部に組成に応じた回折格子を有し、並列方
向に単一光を発光するないしは前記回折格子の周期によ
り決められた波長より短波長側の光を受光することを特
徴とする光機能素子。
8. The optical functional device according to claim 7, wherein a diffraction grating corresponding to the composition is provided on the upper portion of the ridge, and a single light is emitted in the parallel direction, or a wavelength determined by the period of the diffraction grating. An optical functional element characterized by receiving light of a shorter wavelength side.
【請求項9】 請求項1または2記載の光機能素子にお
いて、前記光機能層は半導体発光層であり、かつ前記非
平坦半導体基板の溝部に該非平坦半導体基板と異なる導
電型を有する半導体薄層膜を形成してなることを特徴と
する光機能素子。
9. The optical functional element according to claim 1, wherein the optical functional layer is a semiconductor light emitting layer, and a semiconductor thin layer having a conductivity type different from that of the non-flat semiconductor substrate in a groove portion of the non-flat semiconductor substrate. An optical functional element characterized by being formed with a film.
【請求項10】 請求項1または2記載の光機能素子に
おいて、前記光機能層は半導体発光層であり、かつ前記
非平坦半導体基板は前記発光層のリッジ形状が逆メサ構
造の非平坦半導体基板であることを特徴とする光機能素
子。
10. The optical functional element according to claim 1, wherein the optical functional layer is a semiconductor light emitting layer, and the non-flat semiconductor substrate is a non-flat semiconductor substrate in which the ridge shape of the light emitting layer is an inverted mesa structure. An optical functional element characterized in that
【請求項11】 請求項1または2記載の光機能素子に
おいて、前記光機能層は半導体発光層であり、かつ前記
非平坦半導体基板は該非平坦半導体基板上に半導体薄膜
バッファ層を形成してなるものであることを特徴とする
光機能素子。
11. The optical functional element according to claim 1, wherein the optical functional layer is a semiconductor light emitting layer, and the non-flat semiconductor substrate is formed by forming a semiconductor thin film buffer layer on the non-flat semiconductor substrate. An optical functional element characterized by being a thing.
【請求項12】 リッジ形状を有する非平坦半導体基板
と、該非平坦半導体基板上に配置された発光素子または
受光素子から選ばれた複数個の請求項1に記載の光機能
素子とを具備し、該複数個の光機能素子それぞれの特性
を機能的に組み合わせた光集積素子において、前記光機
能素子はモノリシックに形成された歪み多重量子井戸層
の一部分を活性層としてそれぞれ有してなり、かつ、前
記複数個の光機能素子の少なくとも一部の個数の光機能
素子は前記リッジ上の部分の前記多重量子井戸層の組成
が異なっていることを特徴とする光集積素子。
12. A non-flat semiconductor substrate having a ridge shape, and a plurality of optical functional elements according to claim 1 selected from a light emitting element or a light receiving element arranged on the non-flat semiconductor substrate, In an optical integrated device functionally combining the characteristics of each of the plurality of optical functional devices, the optical functional device has, as an active layer, a portion of a strained multiple quantum well layer formed monolithically, and An optical integrated device, wherein at least some of the plurality of optical functional devices have different compositions of the multiple quantum well layers on the ridge.
【請求項13】 請求項12記載の光集積素子におい
て、前記非平坦半導体基板は1μmから10μmのリッ
ジ幅で、1μmから5μmのリッジ高さで、かつ1μm
から10μmの溝幅のリッジ形状を有するものであるこ
とを特徴とする光集積素子。
13. The optical integrated device according to claim 12, wherein the non-flat semiconductor substrate has a ridge width of 1 μm to 10 μm, a ridge height of 1 μm to 5 μm, and 1 μm.
An optical integrated device having a ridge shape with a groove width of 1 to 10 μm.
【請求項14】 請求項12記載の光集積素子におい
て、前記非平坦半導体基板の前記リッジ上の上面ないし
側面に回折格子を有することを特徴とする光集積素子。
14. The integrated optical device according to claim 12, wherein a diffraction grating is provided on an upper surface or a side surface of the ridge of the non-flat semiconductor substrate.
【請求項15】 請求項14記載の光集積素子におい
て、前記回折格子はその位置に応じて変化した周期を有
することを特徴とする光集積素子。
15. The integrated optical device according to claim 14, wherein the diffraction grating has a period that varies depending on its position.
【請求項16】 下記の工程を具備したことを特徴とす
る発光層、吸収層あるいは光導波層を有する光機能素子
の製造方法: リッジ形状半導体基板であって、リッジ幅が1μmから
10μm、リッジ高さが1μmから5μm、かつ溝幅が
1μmから10μmである非平坦半導体基板を用意し、
かつ有機金属気相成長法により前記非平坦半導体基板上
に前記リッジ上の部分と前記リッジ以外の部分とで組成
が異なる歪み多重量子井戸層を形成する光機能素子の製
造方法。
16. A method of manufacturing an optical functional device having a light emitting layer, an absorption layer or an optical waveguide layer, characterized by comprising the following steps: A ridge-shaped semiconductor substrate having a ridge width of 1 μm to 10 μm, and a ridge. A non-flat semiconductor substrate having a height of 1 μm to 5 μm and a groove width of 1 μm to 10 μm is prepared,
And a method of manufacturing an optical functional device, which comprises forming a strained multiple quantum well layer having different compositions on a portion on the ridge and a portion other than the ridge on the non-planar semiconductor substrate by a metal organic chemical vapor deposition method.
【請求項17】 請求項16記載の光機能素子の製造方
法において、前記非平坦半導体基板は、平坦半導体基板
を該平坦半導体基板と異なる組成の半導体保護膜薄層を
形成した後に非平坦化することにより得られたものであ
ることを特徴とする光機能素子の製造方法。
17. The method for manufacturing an optical functional element according to claim 16, wherein the non-planar semiconductor substrate is made non-planar after forming a thin semiconductor protective film layer having a composition different from that of the flat semiconductor substrate. A method for manufacturing an optical functional element, which is obtained by the above.
【請求項18】 請求項16または17に記載の光機能
素子の製造方法において、前記リッジ形状は、前記リッ
ジ上に形成される多重量子井戸構造が所望の組成となる
ように設定され、該設定された多重量子井戸構造の組成
により前記光機能素子の光学的特性が決定されることを
特徴とする光機能素子の製造方法。
18. The method for manufacturing an optical functional device according to claim 16, wherein the ridge shape is set so that a multiple quantum well structure formed on the ridge has a desired composition, and the setting is performed. A method of manufacturing an optical functional device, wherein the optical characteristics of the optical functional device are determined by the composition of the obtained multiple quantum well structure.
【請求項19】 請求項18記載の光機能素子の製造方
法において、前記光学的特性が前記多重量子井戸構造の
バンドギャップないし屈折率であり、前記リッジ形状の
設定は、前記リッジ幅、リッジ高さおよび溝幅の少なく
とも一つを前記リッジ上導波路の一端側から他端側にか
けて変化させることによりなされることを特徴とする光
機能素子の製造方法。
19. The method of manufacturing an optical functional element according to claim 18, wherein the optical characteristic is a band gap or a refractive index of the multiple quantum well structure, and the ridge shape is set by setting the ridge width and the ridge height. And a groove width at least one of which is changed from one end side to the other end side of the waveguide on the ridge.
【請求項20】 請求項18記載の光機能素子の製造方
法において、前記光学的特性が前記光機能素子の発光な
いし受光特性であり、前記リッジ形状の設定は、前記リ
ッジ幅、リッジ高サイズおよび溝幅の少なくとも一つを
縦方向に一連に変化させることによりなされ、それによ
りキャビティ方向で前記発光ないし受光特性を変化させ
ることを特徴とする光機能素子の製造方法。
20. The method of manufacturing an optical functional element according to claim 18, wherein the optical characteristic is a light emitting or light receiving characteristic of the optical functional element, and the ridge shape is set by setting the ridge width, the ridge height size, and the ridge height. A method for manufacturing an optical functional element, characterized in that at least one of groove widths is changed in series in a vertical direction to thereby change the light emitting or light receiving characteristics in a cavity direction.
【請求項21】 請求項18記載の光機能素子の製造方
法において、前記光学的特性が前記光機能素子の発光な
いし受光特性であり、前記リッジ幅、リッジ高さおよび
溝幅の少なくとも一つが横方向に一連に変化するように
前記リッジ形状を設定してアレイ状光機能素子を形成
し、それにより該横方向に前記発光ないし受光特性を変
化させることを特徴とする光機能素子の製造方法。
21. The method of manufacturing an optical functional element according to claim 18, wherein the optical characteristic is a light emitting or light receiving characteristic of the optical functional element, and at least one of the ridge width, the ridge height, and the groove width is lateral. A method for manufacturing an optical functional element, characterized in that the ridge shape is set so as to change in a series of directions to form an array-shaped optical functional element, and thereby the light emitting or light receiving characteristics are changed in the lateral direction.
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