JP4676068B2 - 半導体光素子の作製方法 - Google Patents
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Description
本発明は、EA光変調器と、EA光変調器の光源として設けられたDFBレーザとをモノリシックに集積した半導体光素子の作製方法に関し、更に詳細には、変調特性に優れ、光通信等の分野で最適なEA光変調器を備えた半導体光素子の作製方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
光変調器と、光変調器の光源として単一縦モードの半導体レーザ素子とをモノリシックに集積した、光変調器−半導体レーザ素子集積の半導体光素子が開発され、実用化されつつある。
このような集積半導体光素子の一つとして、光変調器には電界による吸収係数の変化を利用するElectron-Absorption (電界吸収)型光変調器(以下、EA光変調器と言う)を、EA光変調器の光源には分布帰還型半導体レーザ素子(以下、DFBレーザと言う)を備えた半導体光素子が注目されている。
【0003】
ここで、図12及び図13を参照して、従来のEA光変調器−DFBレーザ・集積半導体光素子(以下、EA−DFBと言う)100の構成を説明する。図12は従来のEA−DFBの平面図である。図13(a)及び図13(b)は、それぞれ、従来のEA−DFBを構成するDFBレーザ及びEA光変調器の構成を示す図12の線VII −VII での断面図、及び図12の線VIII−VIIIでの断面図である。
従来のEA−DFB100は、それぞれ、半絶縁性埋め込み層で多重量子井戸構造を含むヘテロ接合構造を埋め込んだ、GaInAsP系SI−BH型のDFBレーザ及びEA光変調器を有する半導体光素子であって、図12に示すように、DFBレーザ100AとEA光変調器100Bとを一つのn−InP基板12上に導波方向に同軸状でモノリシックに集積させたものである。
【0004】
DFBレーザ100Aは、図13(a)に示すように、EA光変調器10Bと共通のn−InP基板12のDFBレーザ領域上に、膜厚100nmのn−InP下部クラッド層14、バンドギャップ波長λgが1.55μmのGaInAsPからなるSCH−MQW16、膜厚100nmのp−InP上部クラッド層18、バンドギャップ波長λgが1200nmのGaInAsPからなる膜厚10nmの回折格子層20に形成された回折格子20aと、膜厚10nmのp−InPキャップ層22を含む膜厚250nmのp−InP上部クラッド層24と、並びにそれぞれEA光変調器100Bと共通の、膜厚2000nmのp−InP上部クラッド層40及び膜厚300nmのp−GaInAsコンタクト層42との積層構造を有する。
【0005】
上述の積層構造の下部クラッド層14の上部、SCH−MQW16、上部クラッド層18、回折格子20a、p−InPキャップ層22を含む上部クラッド層24、上部クラッド層40、及びコンタクト層42は、メサ構造48として形成されている。更に、メサ構造48の両側は、EA光変調器100Bと共通の半絶縁性のFeドープInP層(以下、Fe−InP層と言う)52で埋め込まれている。
SiN膜からなる共通のパッシベーション膜56が、コンタクト層42上の窓54を除いてメサ構造48の両側のFe−InP層52上に成膜されている。
コンタクト層42上には窓54を介してp側電極58が、また、共通のn−InP基板12の裏面には共通のn側電極60が形成されている。
【0006】
EA光変調器100Bは、図13(b)に示すように、DFBレーザ100Aと共通のn−InP基板12のEA光変調器領域上に、膜厚50nmのn−InPバッファー層102、バンドギャップ波長λgが1.52μmのGaInAsPからなるSCH−MQW104、膜厚200nmのp−InP上部クラッド層106、並びにそれぞれDFBレーザ100Aと共通の、膜厚2000nmのp−InP上部クラッド層40及び膜厚300nmのp−GaInAsコンタクト層42との積層構造を有する。
【0007】
上述の積層構造のn−InPバッファー層102の上部、SCH−MQW104、上部クラッド層106、上部クラッド層40、及びコンタクト層42は、メサ構造108として形成されている。更に、メサ構造108の両側はDFBレーザ100Aと共通の半絶縁性のFe−InP層58で埋め込まれている。
SiN膜からなる共通のパッシベーション膜56が、コンタクト層42上の窓110を除いてメサ構造108の両側のFe−InP層58上に成膜されている。
コンタクト層42上には窓110を介してp側電極112が、また、共通のn−InP基板12の裏面には共通のn側電極60が形成されている。
【0008】
上述の従来のEA−DFB100の作製方法を説明する。
先ず、DFBレーザ領域とEA光変調器領域を有するn−InP基板12上の全面に、GaInAsP系DFB−LD構造を導波層まで形成する。
即ち、n−InP基板12上全面に、例えばMOCVD法によってn−InP下部クラッド層14、SCH−MQW16、p−InP上部クラッド層18、回折格子層20、及びp−InPキャップ層22をエピタキシャル成長させる。
次いで、キャップ層22及び回折格子層20をエッチングして回折格子20aを形成し、続いてp−InP上部クラッド層24をエピタキシャル成長させて、回折格子20aを埋め込むと共に回折格子20a上にクラッド層24を有する積層構造体を形成する。
【0009】
次いで、DFBレーザ領域の積層構造体を覆うSiNマスクを形成し、マスクから露出しているEA光変調器領域に形成された積層構造体をエッチングしてn−InP基板12を露出させる。
続いて、GaInAsP系EA光変調器構造を露出させた領域(光変調器領域)のn−InP基板12上に選択成長させる。つまり、n−InP基板12上に、例えばMOCVD法によって、n−InPバッファー層102、SCH−MQW104、p−InP上部クラッド層106をエピタキシャル成長させて、積層構造体を形成する。
【0010】
次に、DFBレーザ領域のSiNマスクを除去した後、基板全面にp−InP上部クラッド層40及びp−GaInAsコンタクト層42をエピタキシャル成長させる。
次いで、幅2μmのストライプ状のSiNマスクをそれぞれDFBレーザ領域の積層構造体及びEA光変調器領域の積層構造体上に連続して形成し、続いてそれらをマスクにしてドライエッチングを行う。
これにより、DFBレーザ領域には、下部クラッド層14の上部、SCH−MQW16、上部クラッド層18、回折格子20a、p−InPキャップ層22を含む上部クラッド層24、上部クラッド層40、及びコンタクト層42からなるメサ構造48を形成する。
一方、EA光変調器領域には、n−InPバッファー層102の上部、SCH−MQW104、p−InP上部クラッド層106、上部クラッド層40、及びコンタクト層42からなるメサ構造108を形成する。
【0011】
次いで、SiNマスクをそれぞれ選択成長マスクとして使用し、半絶縁性のFe−InP電流ブロッキング層52を埋め込み成長させ、形成したメサ構造48、及び108の両側を埋め込む。
更に、パッシベーション膜56、p側電極58、110及びn側電極60等を形成することにより、EA−DFB100を作製することができる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のEA−DFB100は良好な変調特性を示すものの、光通信分野での大容量高速通信の要求に応えるためには、更に、温度特性が良好で、優れた高速変調特性を示すEA−DFBが求められている。そこで、本発明の目的は、温度特性が良好で、優れた高速変調特性を示すEA光変調器を備えた半導体光素子の作製方法を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、EA光変調器の活性層として、従来のGaInAsP系量子井戸構造に代えてAlGaInAs系量子井戸構造を使うことにより、温度特性及び変調特性を向上させることを着想した。
しかし、AlGaInAs系量子井戸構造の採用に際して、AlGaInAs等のAl含有層を井戸層として有するリッジ導波路構造を採用し、リッジ導波路構造の形成に当たりAlGaInAs等のAl含有層を露出させると、Alが酸化されてAlGaInAsの特性が変化するおそれがある。
従って、従来のEA光変調器のように、量子井戸層をストライプ領域(メサ構造)に残し、メサ構造の両側を電流ブロック層で埋め込んだBH(Buried Heterostructure)構造をAlGaInAs系量子井戸構造のEA光変調器に採用することは難しい。
【0014】
そこで、本発明者は、DFBレーザとEA光変調器をモノリシックに集積させた半導体光素子を形成するに際して、DFBレーザをGaInAsP系BH構造として形成し、AlGaInAs系EA変調器をリッジ構造、埋込リッジ構造もしくはSAS構造等の量子井戸を全面に残す構造とすることにより、作製に際してAlGaInAsのようなAl含有層の酸化を防止できることを実験により確認した。
また、DFBレーザ領域及びEA光変調器領域のストライプ形成、メサエッチング及び埋込成長を一括して同時に行うこと、メサエッチングではメタン系エッチングガス、臭素系エッチングガス等を使い、ドライエッチングする際のエッチングガスのAl含有層の非Al含有層に対するエッチング選択性を利用して、DFBレーザ領域では下部クラッドまで、EA変調器領域はAlGaInAs等のAl含有層をエッチング停止層として機能させることを考えた。そして、これにより、自動的にBH構造のDFBレーザと埋込リッジ構造のEA光変調器を容易に形成できることを実験によって確認した。
【0017】
上記目的を達成するために、上記知見に基づいて、本発明に係る半導体光素子の作製方法は、電界吸収型光変調器(以下、EA光変調器と言う)と、EA光変調器の光源として設けられた分布帰還型半導体レーザ素子(以下、DFBレーザと言う)とをモノリシックに集積した半導体光素子の作製方法であって、半導体基板のDFBレーザ形成領域及びEA光変調器形成領域上に、GaInAsP系材料からなる量子井戸構造活性層を備えるDFBレーザ、又はAlGaInAs系材料からなる量子井戸構造活性層を備えるEA光変調器のいずれか一方の積層構造を形成する第1の積層構造形成工程と、半導体基板の他方の形成領域上の一方の積層構造をエッチングして基板を露出させ、次いで他方の形成領域上に他方の積層構造を形成する第2の積層構造形成工程と、一方の積層構造及び他方の積層構造を同時にエッチングして、それぞれ、ストライプ状のメサ構造を形成するメサ形成エッチング工程とを備え、メサ形成エッチング工程では、ドライエッチング法によるエッチングに際し、EA光変調器形成領域で、量子井戸構造活性層を構成するAlGaInAs系材料層をエッチング停止層として機能させることを特徴としている。
【0018】
第1又は第2の積層構造形成工程では、InP材料からなる上部クラッドを成膜するようにしても良い。
【0019】
メサ形成エッチング工程では、成膜装置のチャンバ内で積層構造形成工程に引き続いて、CBr4等の臭素系ガスをエッチングガスとしたドライエッチングを行う。
【0020】
メサ形成エッチング工程に続いて、一方の積層構造のメサ構造及び他方の積層構造のメサ構造を同時に半絶縁性InP層で同時に埋め込む工程を有し、EA光変調器形成領域では埋め込みリッジ構造又はSAS構造のいずれかの化合物半導体積層構造を形成し、DFBレーザ形成領域ではBH構造を形成する。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下に、実施形態例を挙げ、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明する。
以下の実施形態例では、DFBレーザとEA光変調器とを突き合わせ接続させた例を挙げているが、これに限らず、導波路領域を介してDFBレーザとEA光変調器とを接続しても良い。また、基板の組成、各化合物半導体層の組成及び膜厚は、本発明の理解を容易にするための例示であって、本発明がこれに限られるものではない。
【0022】
半導体光素子の実施形態例1
本実施形態例は、EA光変調器とDFBレーザとをモノリシックに集積させた半導体光素子(以下、EA−DFBと言う)に本発明に係る半導体光素子を適用した実施形態の一例であって、図1は本実施形態例のEA−DFBの平面図である。図2(a)及び図2(b)は、それぞれ、本実施形態例のEA−DFBを構成するDFBレーザ及びEA光変調器の構成を示す図1の線I−Iでの断面図、及び図1の線II−IIでの断面図である。図1及び図2に示す部位のうち図12及び図13と同じものには同じ符号を付している。以下の図3から図10についても同様である。尚、図1に示す符号の説明は、図1のみならず図2から図6に示す符号に対するものも含む。
本実施形態例のEA−DFB10は、電流ブロック層として設けられたFeドープの高抵抗InP層からなる半絶縁性埋め込み層で多重量子井戸構造を含むヘテロ接合構造を埋め込んだ、SI−BH型+埋め込みリッジ型のGaInAsP系DFBレーザ及びEA光変調器を備える半導体光素子であって、図1に示すように、DFBレーザ10AとEA光変調器10Bとを一つのn−InP基板12上に導波方向に同一軸状でモノリシックに集積させたものである。
【0023】
DFBレーザ10Aは、図8に示した従来のDFBレーザ100Aと同じ構成のDFBレーザであって、図2(a)に示したように、EA光変調器10Bと共通のn−InP基板12のDFBレーザ領域12A上に、膜厚100nmのn−InP下部クラッド層14、バンドギャップ波長λgが1.55μmのGaInAsPからなるSCH−MQW16、膜厚100nmのp−InP上部クラッド層18、バンドギャップ波長λgが1200nmのGaInAsPからなる膜厚10nmの回折格子層20に形成された回折格子20a、膜厚10nmのp−InPキャップ層22/膜厚250nmのp−InP上部クラッド層24、膜厚2000nmのp−InP上部クラッド層40、及び膜厚300nmのp−GaInAsコンタクト層42の積層構造を有する。
【0024】
上述の積層構造のうち、下部クラッド層14の上部、SCH−MQW16、上部クラッド層18、回折格子20a、p−InPキャップ層22/上部クラッド層24、上部クラッド層40、及びコンタクト層42は、メサ構造48として形成されている。更に、メサ構造48の両側は半絶縁性のFeドープドInP層(以下、半絶縁性のFe−InP層と言う)52で埋め込まれている。
SiN膜からなる共通のパッシベーション膜56がコンタクト層42上の窓54を除いてメサ構造48の両側のFe−InP層52上に成膜されている。
コンタクト層42上には窓54を介してp側電極58が、また、共通のn−InP基板12の裏面には共通のn側電極60が形成されている。
【0025】
EA光変調器10Bは、図2(b)に示すように、DFBレーザ10Aと共通のn−InP基板12のEA光変調器領域12B上に、膜厚50nmのn−InPバッファー層30、バンドギャップ波長λgが1.52μmのAlGaInAsからなるSCH−MQW32、バンドギャップ波長λgが1100nmのp−GaInAsPからなる膜厚200nmの光導波層34、膜厚200nmのp−InP上部クラッド層36、膜厚2000nmのp−InP上部クラッド層40、及び膜厚300nmのp−GaInAsコンタクト層42の積層構造を有する。
【0026】
上述の積層構造のうち、光導波層34、上部クラッド層36、上部クラッド層40、及びコンタクト層42は、メサ構造50として形成されている。更に、メサ構造50の両側は半絶縁性のFe−InP層52で埋め込まれている。
SiN膜からなる共通のパッシベーション膜56がコンタクト層42上の窓62を除いてメサ構造50の両側のFe−InP層52上に成膜されている。
コンタクト層42上には窓62を介してp側電極64が、また、共通のn−InP基板12の裏面には共通のn側電極60が形成されている。
【0027】
半導体光素子の作製方法の実施形態例1
本実施形態例は、本発明に係る半導体光素子の作製方法を上述のEA−DFB10の作製に適用した実施形態の一例であって、図3(a)から(c)、図4、図5(a)及び(b)、及び図6(a)及び(b)は、それぞれ、本実施形態例の方法に従ってEA−DFB10を作製する際の工程毎の断面図である。尚、図5(a)及び(b)、及び図6(a)及び(b)は、それぞれ、図4の線III −III 、及び線IV−IVでの断面図である。
先ず、図3(a)に示すように、DFBレーザ領域12AとEA光変調器領域12Bを有するn−InP基板12上の全面に、GaInAsP系DFB−LD構造を導波層まで形成する。
即ち、n−InP基板12上に、例えばMOCVD法によって、膜厚100nmのn−InP下部クラッド層14、バンドギャップ波長λgが1.55μmのGaInAsPからなるSCH−MQW16、膜厚100nmのp−InP上部クラッド層18、バンドギャップ波長λgが1200nmのGaInAsPからなる膜厚10nmの回折格子層20、及び膜厚10nmのp−InPキャップ層22をエピタキシャル成長させる。
【0028】
次いで、図3(b)に示すように、キャップ層22及び回折格子層20をエッチングして回折格子20aを形成し、次いで膜厚250nmのp−InP上部クラッド層24をエピタキシャル成長させて、回折格子20aを埋め込むと共に回折格子20a上にクラッド層24を有する積層構造体26を形成する。
次いで、DFBレーザ領域12Aの積層構造体26を覆うSiNマスク28を形成する。
【0029】
次いで、EA光変調器領域に形成された積層構造体26Bをエッチングしてn−InP基板12を露出させ、続いて、図3(c)に示すように、AlGaInAs系EA光変調器構造を光変調器領域12Bのn−InP基板12上に選択成長させる。
つまり、n−InP基板12上に、例えばMOCVD法によって、膜厚50nmのn−InPバッファー層30、バンドギャップ波長λgが1.52μmのAlGaInAsからなるSCH−MQW32、バンドギャップ波長λgが1100nmのp−GaInAsPからなる膜厚200nmの光導波層34、及び膜厚200nmのp−InP上部クラッド層36をエピタキシャル成長させて、積層構造体38を形成する。
【0030】
次に、図4に示すように、DFBレーザ領域のSiNマスク28を除去した後、基板全面に膜厚2000nmのp−InP上部クラッド層40、及び膜厚300nmのp−GaInAsコンタクト層42をエピタキシャル成長させる。
次いで、連続した幅2μmのストライプ状のSiNマスク44、46をそれぞれDFBレーザ領域12Aの積層構造体及びEA光変調器領域12Bの積層構造体上に形成する。
【0031】
続いて、SiNマスク44、46をマスクにし、CH4系エッチングガスを用いたRIE法により、エッチング深さが3000nmになるように制御しつつドライエッチングを行う。
このエッチングによって、DFBレーザ領域12Aでは、図5(a)に示すように、下部クラッド層14の途中までエッチングされ、下部クラッド層14の上部、SCH−MQW16、上部クラッド層18、回折格子20a、p−InPキャップ層22を含む上部クラッド層24、上部クラッド層40、及びコンタクト層42からなるメサ構造48が形成される。
一方、EA光変調器領域12Bでは、図5(b)に示すように、SCH−MQW32を構成するAlGaInAs層がエッチング停止層として機能するので、SCH−MQW32の上面でエッチングが停止し、光導波層34、上部クラッド層36、上部クラッド層40、及びコンタクト層42からなるメサ構造50が形成される。
【0032】
次いで、図6(a)及び(b)に示すように、DFBレーザ領域10A及びEA光変調器10Bの領域で、それぞれ、SiNマスク44及び46を選択成長マスクとして使用し、膜厚2500nmの半絶縁性のFe−InP電流ブロッキング層52を埋め込み成長させ、形成したメサ構造48、及び50の両側を埋め込む。
図示しないが、必要に応じて、パッシベーション膜、分離溝、電極等を形成することにより、DFBレーザ10AとEA光変調器10Bとを備えた実施形態例1のEA−DFB10を作製することができる。
【0033】
実施形態例1のEA−DFB10と同じ構成の試料EA−DFBを実施形態例方法1で作製し、試料EA−DFBの変調特性を評価したところ、EA光変調器をGaInAsP系で作製した従来のEA−DFB100に比べて、変調特性の向上が見られた。
即ち、試料半導体光素子のEA光変調器10Bの周波数特性は18GHzであって、従来のEA光変調器100Bの10GHzに対して大きく向上していることが確認できた。
【0034】
半導体光素子の実施形態例2
本実施形態例は、EA光変調器とDFBレーザとをモノリシックに集積させたEA−DFBに本発明に係る半導体光素子を適用した実施形態の別の例であって、図7は本実施形態例のEA−DFBの平面図である。図8(a)及(b)は、それぞれ、本実施形態例のEA−DFBを構成するDFBレーザ及びEA光変調器の構成を示す図7の線V−Vでの断面図、及び図7の線VI−VIでの断面図である。尚、図7に示す符号の説明は、図7のみならず図8から図11に示す符号に対するものも含む。また、図7から図11に示す部位のうち図1から図6と同じものには同じ符号を付している。
本実施形態例のEA−DFB70は、電流ブロック層としてFeドープの高抵抗InP層を採用したSI−PBH(SemiInsulating Planar Buried Hetrostructure )構造のDFBレーザと、量子井戸構造活性層を基板全面に残した構造(SAS構造)のEA光変調器と有するEA−DFBであって、図7に示すように、DFBレーザ70AとEA光変調器70Bを一つのn−InP基板12上にモノリシックに導波方向に同一軸状で集積させたものである。
【0035】
DFBレーザ70Aは、図8(a)に示すように、EA光変調器70Bと共通のn−InP基板12のDFBレーザ領域上に、膜厚100nmのn−InP下部クラッド層14、バンドギャップ波長λgが1.55μmのGaInAsPからなるSCH−MQW16、膜厚100nmのp−InP上部クラッド層18、バンドギャップ波長λgが1200nmのGaInAsPからなる膜厚10nmの回折格子層20に形成された回折格子20aと、膜厚10nmのp−InPキャップ層22を含む膜厚250nmのp−InP上部クラッド層24と、それぞれ、EA光変調器70Bと共通の、膜厚2000nmのp−InP上部クラッド層72、及び膜厚300nmのp−GaInAsコンタクト層74の積層構造を有する。
【0036】
上述の積層構造のうち、下部クラッド層14の上部、SCH−MQW16、上部クラッド層18、回折格子20a、及びp−InPキャップ層22を含む上部クラッド層24は、メサ構造76として形成されている。
更に、メサ構造76の両側は、EA光変調器70Bと共通の半絶縁性のFe−InP層78で埋め込まれている。更にFe−InP層78上には、電子を捕獲するものの正孔を捕獲しないFe−InP層78がp−InP上部クラッド層72と直接接触しないように、ホールボロッキング層として膜厚100nmのn−InP層80がEA光変調器70Bと共通に成膜されている。
p−InP上部クラッド層24及びn−InP層80上には、p−InP上部クラッド層72及びp−GaInAsコンタクト層74が積層されている。
また、コンタクト層74上にはp側電極82が、共通のn−InP基板12の裏面には共通のn側電極60が形成されている。
【0037】
EA光変調器70Bは、図8(b)に示すように、DFBレーザ70Aと共通のn−InP基板12のEA光変調器領域上に、膜厚50nmのn−InPバッファー層30、バンドギャップ波長λgが1.52μmのAlGaInAsからなるSCH−MQW32、バンドギャップ波長λgが1100nmのp−GaInAsPからなる膜厚200nmの光導波層34、及び膜厚200nmのp−InP上部クラッド層36、それぞれ、DFBレーザ70Aと共通の、膜厚2000nmのp−InP上部クラッド層72、及び膜厚300nmのp−GaInAsコンタクト層74の積層構造を有する。
【0038】
上述の積層構造のうち、光導波層34、上部クラッド層36、上部クラッド層40、及びコンタクト層42は、メサ構造84として形成されている。更に、メサ構造86の両側は半絶縁性のFe−InP層78で埋め込まれ、更にn−InP層80が成膜されている。
p−InP上部クラッド層36及びn−InP層80上には、p−InP上部クラッド層72及びp−GaInAsコンタクト層74が積層されている。
また、コンタクト層74上にはp側電極86が、共通のn−InP基板12の裏面には共通のn側電極60が形成されている。
【0039】
半導体光素子の作製方法の実施形態例2
本実施形態例は、本発明に係る半導体光素子の作製方法を上述のEA−DFB70の作製に適用した実施形態の一例である。図9(a)と(b)、図10(a)と(b)、及び図11(a)と(b)は、それぞれ、本実施形態例の方法に従ってEA−DFB70を作製する際の工程毎の断面図である。また、(a)及び(b)は、それぞれ、図8の線V−V及び線VI−VIに対応する断面図である。
本実施形態例では、先ず、実施形態例1の作製方法と同様にして、図3(c)に示すように、n−InP基板12のDFBレーザ領域上に積層構造体26を、n−InP基板12のEA光変調器領域上に積層構造体38を、それぞれ、形成する。
【0040】
次いで、連続した幅2μmのストライプ状のSiNマスク88及び90をそれぞれDFBレーザ領域の積層構造体26及びEA光変調器領域の積層構造体38上に形成し、続いてそれらをマスクにし、CH4系エッチャントを用いたRIE法によって、エッチング深さが500nmになるように制御してドライエッチングを行う。
このエッチングによって、DFBレーザ領域12Aでは、図9(a)に示すように、下部クラッド層14の途中までエッチングされ、下部クラッド層14の上部、SCH−MQW16、上部クラッド層18、回折格子20a、及びp−InPキャップ層22を含む上部クラッド層24からなるメサ構造76が形成される。
一方、EA光変調器領域12Bでは、図9(b)に示すように、SCH−MQW32を構成するAlGaInAs層がエッチング停止層として機能するので、SCH−MQW32の上面でエッチングが停止し、光導波層34、及び上部クラッド層36からなるメサ構造86が形成される。
【0041】
次いで、図10(a)及び(b)に示すように、DFBレーザ領域12A及びEA光変調器領域12Bで、SiNマスク88及び90をそれぞれ選択成長マスクとして使用し、膜厚400nmの半絶縁性のFe−InP電流ブロッキング層78を埋め込み成長させ、メサ構造76及び84の両側を埋め込み、更に膜厚100nmのn−InPホールブロッキング層80を成膜する。
【0042】
次に、SiNマスク88及び90をそれぞれ除去した後、図11(a)及び(b)に示すように、DFBレーザ領域12A及びEA光変調器領域12Bで、基板全面に膜厚2000nmのp−InP上部クラッド層72、及び膜厚300nmのp−GaInAsコンタクト層74をエピタキシャル成長させる。
そして、必要に応じて、パッシベーション、分離溝、電極等を形成することにより、図7及び図8に示すEA−DFB70を形成することができる。
【0043】
実施形態例2のEA−DFB70と同じ構成の試料半導体光素子を実施形態例方法2で作製し、試料半導体光素子の変調特性を評価したところ、実施形態例1のEA−DFB10と同様の変調特性の向上が確認できた。
【0044】
【発明の効果】
本発明の構成によれば、AlGaInAs系材料からなる量子井戸構造活性層と、活性層上に特定の化合物半導体積層構造とを備えたEA光変調器と、BH構造として形成されたGaInAsP系材料からなる量子井戸構造活性層を備えたDFBレーザとを構成することにより、温度特性及び変調特性に優れたEA光変調器を備えた半導体光素子を実現している。
また、本発明に係る半導体光素子の作製方法は、本発明に係る半導体光素子の好適な作製方法を実現している。つまり、メサエッチングの際、メタン系エッチングガスや、臭素系エッチングガスを使ったドライエッチングによって、GaInAsP系材料で形成されるDFB−LD領域は、基板の一部まで到達できるが、AlGaInAs系材料で形成されるEA変調器領域は、AlGaInAsがエッチングされないので、その上側のみエッチングされる。従って、容易にBH構造と埋込リッジ構造とを容易に集積することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態例1のEA−DFBの平面図である。
【図2】図2(a)及び図2(b)は、それぞれ、実施形態例1のEA−DFBを構成するDFBレーザ及びEA光変調器の構成を示す図1の線I−Iでの断面図、及び図1の線II−IIでの断面図である。
【図3】図3(a)から(c)は、それぞれ、実施形態例1の方法に従ってEA−DFBを作製する際の工程毎の断面図である。
【図4】図4は、図3(c)に続いて、実施形態例1の方法に従ってEA−DFBを作製する際の工程毎の断面図である。
【図5】図5(a)及び(b)は、それぞれ、図4に続いて、実施形態例1の方法に従ってEA−DFBを作製する際の工程毎の断面図である。
【図6】図6(a)及び(b)は、それぞれ、図5(a)及び(b)に続いて、実施形態例1の方法に従ってEA−DFBを作製した際の工程毎の断面図である。
【図7】実施形態例2のEA−DFBの平面図である。
【図8】図8(a)及(b)は、それぞれ、実施形態例2のEA−DFBを構成するDFBレーザ及びEA光変調器の構成を示す図7の線V−Vでの断面図、及び図7の線VI−VIでの断面図である。
【図9】図9(a)と(b)は、それぞれ、実施形態例2の方法に従ってEA−DFBを作製する際の工程毎の断面図である。
【図10】図10(a)と(b)は、それぞれ、図9(a)と(b)に続いて、実施形態例2の方法に従ってEA−DFBを作製する際の工程毎の断面図である。
【図11】図11(a)と(b)は、それぞれ、図10(a)と(b)に続いて、実施形態例の方法に従ってEA−DFBを作製する際の工程毎の断面図である。
【図12】従来のEA−DFBの平面図である。
【図13】図13(a)及び図13(b)は、それぞれ、従来のEA−DFBを構成するDFBレーザ及びEA光変調器の構成を示す図12の線VII −VII での断面図、及び図12の線VIII−VIIIでの断面図である。
【符号の説明】
10 実施形態例1のEA−DFB
10A DFBレーザ
10B EA光変調器
12 n−InP基板
12A DFBレーザ領域
12B EA光変調器領域
14 n−InP下部クラッド層
16 λgが1.55μmのGaInAsPからなるSCH−MQW
18 p−InP上部クラッド層
20 λgが1200nmのGaInAsPからなる回折格子層
20a 回折格子
22 p−InPキャップ層
24 p−InP上部クラッド層
26 DFBレーザ領域上の積層構造体
28 SiN膜マスク
30 n−InPバッファー層
32 λgが1.52μmのAlGaInAsからなるSCH−MQW
34 波長λgがp−GaInAsPからなる光導波層
36 p−InP上部クラッド層
38 EA光変調器領域上の積層構造体
40 p−InP上部クラッド層
42 p−GaInAsコンタクト層
44、46 SiN膜マスク
48 DFBレーザ領域上のメサ構造
50 EA光変調器領域上のメサ構造
52 半絶縁性のFe−InP層
54 窓
56 SiNパッシベーション膜
58 p側電極
60 n側電極
62 窓
64 p側電極
70 実施形態例2のEA−DFB
70A DFBレーザ
70B EA光変調器
72 p−InP上部クラッド層
74 p−GaInAsコンタクト層
76 DFBレーザ領域上のメサ構造
78 半絶縁性のFe−InP層
80 n−InPホールボロッキング層
82 p側電極
84 EA光変調器領域上のメサ構造
86 p側電極
88、90 SiN膜マスク
100 EA−DFB
100A DFBレーザ
100B EA光変調器
102 n−InPバッファー層
104 λgが1.52μmのGaInAsPからなるSCH−MQW
106 p−InP上部クラッド層
108 EA光変調器領域上のメサ構造
110 窓
112 p側電極
Claims (4)
- 電界吸収型光変調器(以下、EA光変調器と言う)と、EA光変調器の光源として設けられた分布帰還型半導体レーザ素子(以下、DFBレーザと言う)とをモノリシックに集積した半導体光素子の作製方法であって、
半導体基板のDFBレーザ形成領域及びEA光変調器形成領域上に、GaInAsP系材料からなる量子井戸構造活性層を備えるDFBレーザ、又はAlGaInAs系材料からなる量子井戸構造活性層を備えるEA光変調器のいずれか一方の積層構造を形成する第1の積層構造形成工程と、
半導体基板の他方の形成領域上の一方の積層構造をエッチングして基板を露出させ、次いで他方の形成領域上に他方の積層構造を形成する第2の積層構造形成工程と、
一方の積層構造及び他方の積層構造を同時にエッチングして、それぞれ、ストライプ状のメサ構造を形成するメサ形成エッチング工程とを備え、
メサ形成エッチング工程では、ドライエッチング法によるエッチングに際し、EA光変調器形成領域で、量子井戸構造活性層を構成するAlGaInAs系材料層をエッチング停止層として機能させることを特徴とする半導体光素子の作製方法。 - 第1又は第2の積層構造形成工程では、EA光変調器の積層構造の、InP材料からなる上部クラッドを成膜することを特徴とする請求項1に記載の半導体光素子の作製方法。
- メサ形成エッチング工程では、第2の積層構造形成工程に引き続いて成膜装置のチャンバ内で、CBr4等の臭素系ガスをエッチングガスとしたドライエッチングを行うことを特徴とする請求項1に記載の半導体光素子の作製方法。
- メサ形成エッチング工程に続いて、一方の積層構造のメサ構造及び他方の積層構造のメサ構造を同時に半絶縁性InP層で同時に埋め込む工程を有し、EA光変調器形成領域では埋め込みリッジ構造又はSAS構造のいずれかの化合物半導体積層構造を形成し、DFBレーザ形成領域ではBH構造を形成することを特徴とする請求項1から3のうちのいずれか1項に記載の半導体光素子の作製方法。
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