JP5370096B2 - Manufacturing method of optical semiconductor integrated device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光半導体集積素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an optical semiconductor integrated device.
これまで、Ｃバンド帯光通信変調用素子として、ＬｉＮｂＯ３（ＬＮ；Lithium Niobate）変調器が用いられてきたが、近年、小型の半導体マッハツェンダ（ＭＺ；Mach-Zehnder）変調器の研究が進められている。
また、半導体ＭＺ変調器と波長可変レーザとをモノリシックに集積した光半導体集積素子の研究も進められている。
Up to now, LiNbO 3 (LN: Lithium Niobate) modulators have been used as C-band optical communication modulation elements. Recently, research on small-sized semiconductor Mach-Zehnder (MZ) modulators has been promoted. ing.
Research on an optical semiconductor integrated device in which a semiconductor MZ modulator and a wavelength tunable laser are monolithically integrated is also underway.
そして、このような光半導体集積素子の製造方法としては、選択成長法やバットジョイント法が知られている。
選択成長法は、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ；Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法で成長する半導体層の組成や膜厚が誘電体マスクパターンの幅や面積に依存することを利用して、膜厚や組成の異なる半導体積層体を各領域に同時に成長させる方法である。
As a method for manufacturing such an optical semiconductor integrated device, a selective growth method and a butt joint method are known.
The selective growth method utilizes the fact that the composition and thickness of a semiconductor layer grown by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) depends on the width and area of the dielectric mask pattern. And a method of simultaneously growing semiconductor stacked bodies having different compositions in each region.
しかしながら、選択成長法では、積層構造の異なる半導体積層体を各領域に同時に形成することはできない。このため、各領域の設計自由度が低い。
一方、バットジョイント法は、積層構造の異なる半導体積層体を別々に成長させる方法である。つまり、バットジョイント法では、基板上に一の半導体積層体を成長させ、一の領域に誘電体マスクをパターニングし、これをエッチングマスクとしてエッチングした後、他の領域に積層構造の異なる他の半導体積層体をバットジョイント成長させる。このため、各領域の設計自由度が高い。なお、誘電体マスクをバットジョイント成長用マスクともいう。
However, the selective growth method cannot simultaneously form semiconductor stacked bodies having different stacked structures in each region. For this reason, the design freedom of each region is low.
On the other hand, the butt joint method is a method of separately growing semiconductor stacked bodies having different stacked structures. In other words, in the butt joint method, one semiconductor stacked body is grown on a substrate, a dielectric mask is patterned in one region, etched using this as an etching mask, and then another semiconductor having a different stacked structure in another region. Grow the laminate to the butt joint. For this reason, the design freedom of each region is high. The dielectric mask is also referred to as a butt joint growth mask.
したがって、光半導体集積素子の製造方法として、バットジョイント法が広く用いられている。
ところで、バットジョイント法を用いる場合、歩留まりの観点から、バットジョイントされる領域の間に空洞ができないようにすることやバットジョイントされる領域間の表面に段差ができないようにすることが求められる。
Therefore, the butt joint method is widely used as a method for manufacturing an optical semiconductor integrated device.
By the way, when using the butt joint method, from the viewpoint of yield, it is required to prevent a cavity from being formed between regions to be butt-joined or to prevent a step from being formed on the surface between regions to be butt-joined.
このため、例えば、バットジョイントされる領域間の表面に段差ができないようにするために、バットジョイント成長用マスクを形成する前にキャップ層を成長するようにした技術がある。この技術では、キャップ層を成長した後にバットジョイント成長用マスクを形成し、キャップ層にサイドエッチングを入れ、バットジョイント成長用マスクを庇状にした後にバットジョイント成長を行なう。この技術を用いると、サイドエッチングによって形成されるマスクの庇の下側へマスク近傍から原料が拡散することにより、マスク近傍での被り成長を抑制でき、表面に段差ができないようにバットジョイント成長させることができる。つまり、バットジョイントされる領域間の表面に段差ができないようにすることができる。 For this reason, for example, there is a technique in which a cap layer is grown before forming a butt joint growth mask in order to prevent a step between the surfaces to be butt jointed. In this technique, after a cap layer is grown, a butt joint growth mask is formed, side etching is performed on the cap layer, and the butt joint growth mask is formed into a bowl shape, and then the butt joint growth is performed. Using this technology, the raw material diffuses from the vicinity of the mask to the lower side of the mask ridge formed by side etching, so that the growth of the cover in the vicinity of the mask can be suppressed and the butt joint is grown so that there is no step on the surface. be able to. That is, it is possible to prevent a step from being formed on the surface between the areas to be butt-joined.
ところで、バットジョイント法を用いて、斜め光導波路を有する光導波路部にＡｌＧａＩｎＡｓ層を含む半導体積層構造を有する素子部がバットジョイントされた光半導体集積素子を製造する場合、歩留まりが良くないことがわかった。
例えば図１１に示すように、バットジョイント成長用マスクとして、光導波路部全体を覆う長方形マスクパターンを有するものを用いると、マスクの被覆率が大きくなるため、選択成長効果を受けやすくなる。これにより、光導波路部と素子部との接合部において成長が速くなり、バットジョイント成長させる素子部の膜厚が変わってしまう。このため、バットジョイント成長させる素子部の半導体積層構造を設計通りに形成するのが困難である。
By the way, when manufacturing an optical semiconductor integrated device in which an element portion having a semiconductor multilayer structure including an AlGaInAs layer is manufactured in an optical waveguide portion having an oblique optical waveguide using a butt joint method, the yield is not good. It was.
For example, as shown in FIG. 11, when a mask having a rectangular mask pattern that covers the entire optical waveguide portion is used as the butt joint growth mask, the mask coverage is increased, so that the selective growth effect is easily received. As a result, the growth at the junction between the optical waveguide portion and the element portion is accelerated, and the film thickness of the element portion for butt joint growth is changed. For this reason, it is difficult to form a semiconductor laminated structure of an element part for butt joint growth as designed.
そこで、本発明者は、マスクの被覆率を下げるために、図１２に示すようなバットジョイント成長用マスク、即ち、光導波路部に備えられる斜め光導波路に沿った斜めのマスクパターンを有するマスク１０５を用いて、上述の光半導体集積素子を製造してみた。
つまり、まず、図１３（Ａ）に示すように、（１００）面ＩｎＰ基板１００上に、斜め光導波路を有する光導波路部を形成するための光導波路層１０１と、ＩｎＰクラッド層１０２と、ＩｎＧａＡｓＰキャップ層１０３と、ＩｎＰキャップ層１０４とを順に成長させた。なお、図１３（Ａ）は、光導波路部と素子部との接合部近傍を示す断面図、即ち、図１２のａ−ａ′矢視断面図である。
In order to reduce the mask coverage, the inventor has developed a butt joint growth mask as shown in FIG. 12, that is, a mask 105 having an oblique mask pattern along an oblique optical waveguide provided in the optical waveguide portion. The above-mentioned optical semiconductor integrated device was manufactured using
That is, first, as shown in FIG. 13A, on the (100) plane InP substrate 100, an optical waveguide layer 101 for forming an optical waveguide portion having an oblique optical waveguide, an InP clad layer 102, and an InGaAsP A cap layer 103 and an InP cap layer 104 were grown in order. FIG. 13A is a cross-sectional view showing the vicinity of the joint between the optical waveguide portion and the element portion, that is, a cross-sectional view taken along the line aa ′ in FIG.
次に、ＩｎＰキャップ層１０４上に、光導波路部に備えられる斜め光導波路に沿った斜めのマスクパターンを有するバットジョイント成長用マスク１０５をパターニングした。
そして、このバットジョイント成長用マスク１０５を用いてウェットエッチングを行なって、ＩｎＰキャップ層１０４と、ＩｎＧａＡｓＰキャップ層１０３と、ＩｎＰクラッド層１０２と、光導波路層１０１とを除去した。
Next, a butt joint growth mask 105 having an oblique mask pattern along the oblique optical waveguide provided in the optical waveguide portion was patterned on the InP cap layer 104.
The InP cap layer 104, the InGaAsP cap layer 103, the InP clad layer 102, and the optical waveguide layer 101 were removed by performing wet etching using the butt joint growth mask 105.
その後、図１３（Ｂ）に示すように、素子部の半導体積層構造を構成するＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１０６と、ＩｎＰクラッド層１０７とを順にバットジョイント成長させた。この場合、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１０６は、光導波路部を構成する光導波路層１０１及びＩｎＰクラッド層１０２の脇に這い上がり成長することになる。なお、図１３（Ｂ）は、光導波路部と素子部との接合部近傍を示す断面図、即ち、図１２のａ−ａ′矢視断面図である。 Thereafter, as shown in FIG. 13B, the AlGaInAs active layer 106 and the InP clad layer 107 constituting the semiconductor laminated structure of the element portion were sequentially grown by butt joint. In this case, the AlGaInAs active layer 106 crawls and grows beside the optical waveguide layer 101 and the InP clad layer 102 constituting the optical waveguide portion. FIG. 13B is a cross-sectional view showing the vicinity of the joint between the optical waveguide portion and the element portion, that is, a cross-sectional view taken along the line aa ′ in FIG.
このようにして、斜め光導波路を有する光導波路部にＡｌＧａＩｎＡｓ層を含む半導体積層構造を有する素子部がバットジョイントされた光半導体集積素子を製造した。
ところで、ここでは、光導波路部と素子部との接合部［図１２のａ−ａ′矢視断面図参照］において、図１３（Ａ），（Ｂ）に示すように、表面に段差ができないように、ウェットエッチングを行なった。
In this way, an optical semiconductor integrated device was manufactured in which an element portion having a semiconductor multilayer structure including an AlGaInAs layer was butt-jointed to an optical waveguide portion having an oblique optical waveguide.
By the way, here, as shown in FIGS. 13A and 13B, there is no step on the surface at the junction between the optical waveguide portion and the element portion (see the cross-sectional view taken along the line aa ′ in FIG. 12). Thus, wet etching was performed.
このようにしてウェットエッチングを行なうと、斜め光導波路に沿った斜めのマスクパターンの近傍［図１２のｂ−ｂ′矢視断面図参照］では、図１３（Ｃ）に示すように、深いサイドエッチングが入ってしまうことがわかった。そして、素子部を構成するＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１０６と、ＩｎＰクラッド層１０７とを順にバットジョイント成長させると、図１３（Ｄ）に示すように、斜めのマスクパターンの近傍でマスクの庇下まで入り込む大きな凹みができてしまうことがわかった。なお、図１３（Ｃ），（Ｄ）は、光導波路部に備えられる斜め光導波路に沿ったマスク近傍（片側）を示す断面図、即ち、図１２のｂ−ｂ′矢視断面図であって、（Ｃ）は上述のウェットエッチング後の断面図であり、（Ｄ）は上述のバットジョイント成長後の断面図である。 When wet etching is performed in this way, in the vicinity of the oblique mask pattern along the oblique optical waveguide [see the cross-sectional view taken along the line bb 'in FIG. 12], as shown in FIG. It turns out that etching enters. Then, when the AlGaInAs active layer 106 and the InP clad layer 107 constituting the element portion are sequentially grown by butt joint, as shown in FIG. 13D, a large depth enters the mask armpit in the vicinity of the oblique mask pattern. I found out that there was a dent. 13C and 13D are cross-sectional views showing the vicinity (one side) of the mask along the oblique optical waveguide provided in the optical waveguide portion, that is, a cross-sectional view taken along the line bb ′ in FIG. (C) is a cross-sectional view after the above-described wet etching, and (D) is a cross-sectional view after the above-mentioned butt joint growth.
つまり、素子部の半導体積層構造を構成するＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１０６と、ＩｎＰクラッド層１０７とを再成長させた場合、図１３（Ｂ）に示すように、光導波路部と素子部との接合部に段差ができないように成長させることができる。
これに対し、斜め光導波路に沿った斜めのマスクパターンの近傍では、図１３（Ｃ）に示すように、深いサイドエッチングが入る。このため、マスク１０５の庇下まで十分に原料が拡散せず、図１３（Ｄ）に示すように、光導波路層１０１及びＩｎＰクラッド層１０２の脇に這い上がり成長するに留まり、マスク近傍で素子部の半導体積層構造は凹んだ形状になってしまうことがわかった。
That is, when the AlGaInAs active layer 106 and the InP cladding layer 107 constituting the semiconductor multilayer structure of the element portion are regrown, as shown in FIG. 13B, at the junction between the optical waveguide portion and the element portion, It can be grown so that there is no step.
On the other hand, in the vicinity of the oblique mask pattern along the oblique optical waveguide, deep side etching is performed as shown in FIG. For this reason, the raw material does not sufficiently diffuse to the armpit of the mask 105, and as shown in FIG. 13D, the raw material only crawls and grows on the side of the optical waveguide layer 101 and the InP clad layer 102. It was found that the semiconductor laminated structure of the part becomes a concave shape.
また、その後、マスク１０５を除去し、表面全体にＩｎＰ層（図示せず）の足し積み成長を行なったところ、図１４に示すように、斜め光導波路の両側近傍のＩｎＰ層にクロスハッチと呼ばれる格子緩和が生じているのを確認した。
図１４に示すように、クロスハッチは、斜め光導波路の直上には見られず、マスク１０５の庇下にあった部分から発生している。これは、以下の理由によるものと思われる。つまり、マスク１０５の庇下の光導波路層１０１及びＩｎＰクラッド層１０２の側壁の面方位での取り込み量（成長速度）及び各原料の拡散長が、ＩｎＰ基板１００の面方位である（１００）面での取り込み量及び各原料の拡散長と大きく異なっている。このため、マスク１０５の庇下の光導波路層１０１及びＩｎＰクラッド層１０２の脇に這い上がり成長するＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１０６が局所的に大きく歪んだ層となる。この結果、歪みの入ったＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１０６に格子緩和が発生し、これを起点として、足し積み成長されたＩｎＰ層に格子緩和が発生したためであると思われる。
Further, after that, the mask 105 was removed, and an InP layer (not shown) was added and grown on the entire surface. As shown in FIG. 14, the InP layer near both sides of the oblique optical waveguide is called a cross hatch. It was confirmed that lattice relaxation occurred.
As shown in FIG. 14, the crosshatch is not seen directly above the oblique optical waveguide, but is generated from the portion under the mask 105. This seems to be due to the following reasons. That is, the amount of incorporation (growth rate) in the plane orientation of the side walls of the optical waveguide layer 101 and the InP cladding layer 102 under the mask 105 and the diffusion length of each raw material are the (100) planes of the InP substrate 100. It differs greatly from the amount of uptake and the diffusion length of each raw material. Therefore, the AlGaInAs active layer 106 that grows and grows beside the optical waveguide layer 101 and the InP cladding layer 102 under the mask 105 is a locally distorted layer. As a result, it is considered that the lattice relaxation occurs in the strained AlGaInAs active layer 106, and the lattice relaxation occurs in the InP layer that is added and grown from this.
ここでは、［０１１］方向と斜め光導波路の成す角度、即ち、［０１１］方向と斜め光導波路に沿った斜めのマスクパターンの成す角度を１０度、３０度としてみた。いずれの場合も、サイドエッチング量が大きく、ＩｎＰ層を足し積み成長した後にクロスハッチが現れた。
このように、図１２に示すようなマスクパターンを有するバットジョイント成長用マスク１０５を用いた場合、クロスハッチが発生してしまうため、十分な品質を有する光半導体集積素子を歩留まり良く製造するのは困難であることがわかった。
Here, the angle formed between the [011] direction and the oblique optical waveguide, that is, the angle formed between the [011] direction and the oblique mask pattern along the oblique optical waveguide was set to 10 degrees and 30 degrees. In either case, the amount of side etching was large, and a cross hatch appeared after the InP layer was added and grown.
As described above, when the butt joint growth mask 105 having the mask pattern as shown in FIG. 12 is used, cross-hatching occurs, so that an optical semiconductor integrated device having sufficient quality is manufactured with a high yield. It turned out to be difficult.
なお、ここでは、斜め光導波路を有する光導波路部にＡｌＧａＩｎＡｓ層を含む素子部をバットジョイントする場合の課題として説明しているが、斜め光導波路を有する光導波路部にＡｌ及びＡｓを含む半導体層を含む素子部をバットジョイントする場合にも同様の課題がある。
そこで、斜め光導波路を有する光導波路部にＡｌ及びＡｓを含む半導体層を含む素子部がバットジョイントされた光半導体集積素子を製造する場合の歩留まりを良くしたい。
In addition, although demonstrated here as a subject at the time of butt-joining the element part containing an AlGaInAs layer in the optical waveguide part which has an oblique optical waveguide, the semiconductor layer which contains Al and As in the optical waveguide part which has an oblique optical waveguide There is a similar problem in the case of butt-joining the element portion including.
Therefore, it is desirable to improve the yield in the case of manufacturing an optical semiconductor integrated device in which an element portion including a semiconductor layer containing Al and As is butt-jointed to an optical waveguide portion having an oblique optical waveguide.
このため、本光半導体集積素子の製造方法は、半導体基板の上方に斜め光導波路を形成するための第１半導体積層構造を成長させる工程と、第１半導体積層構造上に第１バットジョイント成長用マスクを形成する工程と、第１バットジョイント成長用マスクをエッチングマスクとして用いて第１半導体積層構造を除去する工程と、第１バットジョイント成長用マスクを用いてＡｌ及びＡｓを含む第２半導体層を含む第２半導体積層構造をバットジョイント成長させる工程とを含み、第１バットジョイント成長用マスクは、光伝播方向に対して平行な直線及び直交する直線のみによって規定される複数の矩形部分が斜め光導波路を形成する領域に沿って接合された平面形状を有することを要件とする。 For this reason, the method for manufacturing an optical semiconductor integrated device includes a step of growing a first semiconductor multilayer structure for forming an oblique optical waveguide above a semiconductor substrate, and a first butt joint growth process on the first semiconductor multilayer structure. Forming a mask; removing the first semiconductor multilayer structure using the first butt joint growth mask as an etching mask; and second semiconductor layer containing Al and As using the first butt joint growth mask And a step of growing a second semiconductor multilayer structure including a butt joint, wherein the first butt joint growth mask has a plurality of rectangular portions defined only by straight lines parallel to and perpendicular to the light propagation direction. It is a requirement to have a planar shape joined along the region where the optical waveguide is formed.
したがって、本光半導体集積素子の製造方法によれば、斜め光導波路を有する光導波路部にＡｌ及びＡｓを含む半導体層を含む素子部がバットジョイントされた光半導体集積素子を製造する場合の歩留まりを良くすることができるという利点がある。 Therefore, according to the method for manufacturing an optical semiconductor integrated device, the yield in the case of manufacturing an optical semiconductor integrated device in which an optical waveguide portion having an oblique optical waveguide is butt-joined with an element portion including a semiconductor layer containing Al and As is obtained. There is an advantage that it can be improved.
以下、図面により、本実施形態にかかる光半導体集積素子の製造方法について、図１〜図９を参照しながら説明する。
本実施形態では、図４に示すような波長可変レーザ及びＭＺ変調器をモノリシックに集積した光半導体集積素子の製造方法を例に挙げて説明する。
つまり、本実施形態では、波長可変レーザ部５０と、斜め光導波路５４及びカプラ５５を有する光導波路部５１と、ＭＺ変調器部５２とを含む光半導体集積素子５３を、バットジョイント法を用いて製造する方法を例に挙げて説明する。
Hereinafter, a method for manufacturing an optical semiconductor integrated device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
In the present embodiment, a manufacturing method of an optical semiconductor integrated device in which a wavelength tunable laser and an MZ modulator as shown in FIG. 4 are monolithically integrated will be described as an example.
That is, in this embodiment, the optical semiconductor integrated device 53 including the wavelength tunable laser unit 50, the optical waveguide unit 51 including the oblique optical waveguide 54 and the coupler 55, and the MZ modulator unit 52 is used by using the butt joint method. The manufacturing method will be described as an example.
この場合、波長可変レーザ部５０に含まれる波長可変レーザ６０を構成する半導体積層構造に、光導波路部５１に含まれる斜め光導波路５４を構成する半導体積層構造がバットジョイントされる。また、光導波路部５１に含まれる斜め光導波路５４を構成する半導体積層構造に、ＭＺ変調器部５２に含まれるＭＺ変調器６１を構成する半導体積層構造がバットジョイントされる。 In this case, the semiconductor multilayer structure constituting the oblique optical waveguide 54 included in the optical waveguide section 51 is butt-jointed to the semiconductor multilayer structure constituting the wavelength tunable laser 60 included in the wavelength tunable laser section 50. Further, the semiconductor multilayer structure constituting the MZ modulator 61 included in the MZ modulator section 52 is butt-jointed to the semiconductor multilayer structure constituting the oblique optical waveguide 54 included in the optical waveguide section 51.
本実施形態では、これまでＣバンド帯光通信変調用素子として用いられているＬＮ変調器と互換性を有するものとすべく、ＭＺ変調器を構成する半導体積層構造６２に含まれる活性層の材料として、チャープ特性等の駆動条件から、ＡｌＧａＩｎＡｓを用いる。また、斜め光導波路５４は、光の進行方向（光伝播方向；光伝搬方向）に対して斜め方向に傾いた斜め光導波路である。 In the present embodiment, the material of the active layer included in the semiconductor multilayer structure 62 constituting the MZ modulator is assumed to be compatible with the LN modulator that has been used as the C-band optical communication modulation element so far. From the driving conditions such as chirp characteristics, AlGaInAs is used. The oblique optical waveguide 54 is an oblique optical waveguide that is inclined in an oblique direction with respect to the light traveling direction (light propagation direction; light propagation direction).
本光半導体集積素子５３は、以下のような工程を含む。
まず、図２（Ａ）に示すように、ＩｎＰ基板（半導体基板）１上に、例えばＭＯＣＶＤ法を用いて、ＩｎＧａＡｓＰ活性層（導波路コア）２と、ＩｎＰクラッド層３と、ＩｎＧａＡｓＰキャップ層４と、ＩｎＰキャップ層５とを順に成長させる。これにより、ＩｎＰ基板１上に、複数の半導体層２，３，４，５が積層されて、波長可変レーザ６０を形成するための半導体積層構造（第３半導体積層構造）６が形成される。なお、ＩｎＧａＡｓＰキャップ層４及びＩｎＰキャップ層５は、庇作製用キャップ層である。
The optical semiconductor integrated device 53 includes the following steps.
First, as shown in FIG. 2A, an InGaAsP active layer (waveguide core) 2, an InP clad layer 3, and an InGaAsP cap layer 4 are formed on an InP substrate (semiconductor substrate) 1 by using, for example, MOCVD. Then, the InP cap layer 5 is grown in order. As a result, a plurality of semiconductor layers 2, 3, 4, 5 are stacked on the InP substrate 1 to form a semiconductor stacked structure (third semiconductor stacked structure) 6 for forming the wavelength tunable laser 60. Note that the InGaAsP cap layer 4 and the InP cap layer 5 are cap-making cap layers.
次に、図２（Ｂ）に示すように、ＩｎＰキャップ層５上に、斜め光導波路５４及びカプラ５５を形成するための半導体積層構造１２を成長させるのに用いるバットジョイント成長用マスク（第２バットジョイント成長用マスク）７を形成する。
ここでは、バットジョイント成長用マスク７として、例えばＳｉＯ２等の誘電体マスクを、波長可変レーザ６０を形成する直線状に延びる領域（図４参照）に沿ってパターニングする。
Next, as shown in FIG. 2 (B), a butt joint growth mask used to grow the semiconductor multilayer structure 12 for forming the oblique optical waveguide 54 and the coupler 55 on the InP cap layer 5 (second (Butt joint growth mask) 7 is formed.
Here, as the butt joint growth mask 7, a dielectric mask such as SiO 2 is patterned along a linearly extending region (see FIG. 4) forming the wavelength tunable laser 60.
次いで、バットジョイント成長用マスク７をエッチングマスクとして用いて半導体積層構造６を除去する。つまり、波長可変レーザ部５０（図４参照）のマスク７で覆われた部分以外のＩｎＰキャップ層５と、ＩｎＧａＡｓＰキャップ層４と、ＩｎＰクラッド層３と、ＩｎＧａＡｓＰ活性層２とを例えばウェットエッチングによって除去する。
その後、マスク７を用いて、ＩｎＰ基板１上に、例えばＭＯＣＶＤ法を用いて、ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層（導波路コア）８と、ＩｎＰクラッド層９と、ＩｎＧａＡｓＰキャップ層１０と、ＩｎＰキャップ層１１とを順にバットジョイント成長させる。これにより、ＩｎＰ基板１上に、複数の半導体層８，９，１０，１１が積層されて、斜め光導波路５４及びカプラ５５を形成するための半導体積層構造（第１半導体積層構造）１２が形成される。この場合、ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層８は、波長可変レーザ６０を構成するＩｎＧａＡｓＰ活性層２及びＩｎＰクラッド層３の脇に這い上がり成長することになる。なお、ＩｎＧａＡｓＰキャップ層１０及びＩｎＰキャップ層１１は、庇作製用キャップ層である。
Next, the semiconductor multilayer structure 6 is removed using the butt joint growth mask 7 as an etching mask. That is, the InP cap layer 5, the InGaAsP cap layer 4, the InP clad layer 3, and the InGaAsP active layer 2 other than the portion covered with the mask 7 of the wavelength tunable laser unit 50 (see FIG. 4) are wet-etched, for example. Remove.
Thereafter, the InGaAsP optical waveguide layer (waveguide core) 8, the InP clad layer 9, the InGaAsP cap layer 10, and the InP cap layer 11 are formed on the InP substrate 1 using the mask 7 by using, for example, the MOCVD method. The butt joint is grown in order. Thereby, a plurality of semiconductor layers 8, 9, 10, 11 are stacked on the InP substrate 1 to form a semiconductor stacked structure (first semiconductor stacked structure) 12 for forming the oblique optical waveguide 54 and the coupler 55. Is done. In this case, the InGaAsP optical waveguide layer 8 crawls and grows beside the InGaAsP active layer 2 and the InP clad layer 3 constituting the wavelength tunable laser 60. In addition, the InGaAsP cap layer 10 and the InP cap layer 11 are cap-making cap layers.
続いて、上述のマスク７を除去した後、図２（Ｃ）に示すように、ＩｎＰキャップ層５，１１上に、ＭＺ変調器６１を形成するための半導体積層構造１６を成長させるのに用いるバットジョイント成長用マスク（第１バットジョイント成長用マスク）１３を形成する。
次いで、バットジョイント成長用マスク１３をエッチングマスクとして用いて半導体積層構造１２を除去する。つまり、波長可変レーザ部５０及び光導波路部５１のマスク１３で覆われた部分以外のＩｎＰキャップ層１１と、ＩｎＧａＡｓＰキャップ層１０と、ＩｎＰクラッド層９と、ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層８とを例えばウェットエッチングによって除去する。
Subsequently, after removing the above-described mask 7, as shown in FIG. 2C, it is used to grow a semiconductor multilayer structure 16 for forming the MZ modulator 61 on the InP cap layers 5 and 11. A butt joint growth mask (first butt joint growth mask) 13 is formed.
Next, the semiconductor multilayer structure 12 is removed using the butt joint growth mask 13 as an etching mask. That is, the InP cap layer 11, the InGaAsP cap layer 10, the InP clad layer 9, and the InGaAsP optical waveguide layer 8 other than the portion covered with the mask 13 of the wavelength tunable laser unit 50 and the optical waveguide unit 51 are wet-etched, for example. To remove.
その後、バットジョイント成長用マスク１３を用いて、例えばＭＯＣＶＤ法によって、ＩｎＰ基板１上に、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層（導波路コア）１４と、ＩｎＰクラッド層１５とを順にバットジョイント成長させる。これにより、ＩｎＰ基板１上に、複数の半導体層１４，１５が積層されて、ＭＺ変調器６１を形成するための半導体積層構造（第２半導体積層構造）１６が形成される。この場合、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１４は、斜め光導波路５４及びカプラ５５を構成するＩｎＧａＡｓＰ光導波路層８及びＩｎＰクラッド層９の脇に這い上がり成長することになる。なお、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１４は、Ａｌ及びＡｓを含む第２半導体層とも言う。このため、第２半導体積層構造１６は、Ａｌ及びＡｓを含む第２半導体層を含む。また、ＭＺ変調器部５２は、Ａｌ及びＡｓを含む半導体層１４を含む素子部である。 Thereafter, the AlGaInAs active layer (waveguide core) 14 and the InP clad layer 15 are sequentially grown on the InP substrate 1 by using the butt joint growth mask 13 by MOCVD, for example. Thus, a plurality of semiconductor layers 14 and 15 are stacked on the InP substrate 1 to form a semiconductor stacked structure (second semiconductor stacked structure) 16 for forming the MZ modulator 61. In this case, the AlGaInAs active layer 14 crawls and grows beside the InGaAsP optical waveguide layer 8 and the InP clad layer 9 constituting the oblique optical waveguide 54 and the coupler 55. The AlGaInAs active layer 14 is also referred to as a second semiconductor layer containing Al and As. For this reason, the second semiconductor multilayer structure 16 includes a second semiconductor layer containing Al and As. Further, the MZ modulator section 52 is an element section including the semiconductor layer 14 including Al and As.
ところで、本実施形態では、図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、バットジョイント成長用マスク１３として、斜め光導波路５４及びカプラ５５を形成するための領域に沿って、複数の矩形部分１３Ａ〜１３Ｇが連なるようにパターニングされたマスクを用いる。なお、バットジョイント成長用マスク１３は、例えばＳｉＯ２等の誘電体マスクである。
この場合、バットジョイント成長用マスク１３は、光伝播方向に対して平行な直線及び直交する直線のみによって規定される複数の矩形部分１３Ａ〜１３Ｇが斜め光導波路５４を形成する領域に沿って接合された平面形状を有する。つまり、マスク１３は、斜め光導波路５４を形成するための半導体積層構造１２を残すためのマスクパターンとして、光伝播方向に対して平行な直線及び直交する直線のみによって規定される複数の矩形部分１３Ａ〜１３Ｇを接合したマスクパターンを有する。なお、光伝播方向に対して平行な直線及び直交する直線のみによって規定される矩形部分とは、光導波路部５１とＭＺ変調器部５２との境界線に対して平行な直線及び直交する直線のみによって規定される矩形部分である。
By the way, in this embodiment, as shown in FIGS. 1A and 1B, a plurality of rectangular portions are formed along the region for forming the oblique optical waveguide 54 and the coupler 55 as the butt joint growth mask 13. A mask patterned so that 13A to 13G is continuous is used. The butt joint growth mask 13 is a dielectric mask such as SiO 2 .
In this case, the butt joint growth mask 13 is bonded along a region in which a plurality of rectangular portions 13 </ b> A to 13 </ b> G defined only by straight lines parallel to and orthogonal to the light propagation direction form the oblique optical waveguide 54. It has a flat shape. That is, the mask 13 serves as a mask pattern for leaving the semiconductor multilayer structure 12 for forming the oblique optical waveguide 54, and includes a plurality of rectangular portions 13A defined only by straight lines parallel to and perpendicular to the light propagation direction. ˜13G bonded mask pattern. The rectangular portion defined only by the straight line parallel to the light propagation direction and the straight line orthogonal to the light propagation direction is only the straight line parallel to the boundary line between the optical waveguide part 51 and the MZ modulator part 52 and the orthogonal line. Is a rectangular part defined by
これは、斜め光導波路５４を有する光導波路部５１の全体を長方形パターンで覆ってしまうと（図１１参照）、マスクの被覆率が大きくなってしまい、ＭＺ変調器６１を形成するための半導体積層構造１６を成長させる際に選択成長効果を受けやすくなるからである。そこで、斜め光導波路５４に沿って複数の矩形状の直線パターン１３Ａ〜１３Ｇを繋ぐことで、マスクの被覆率を抑えるようにしている。 This is because if the entire optical waveguide portion 51 having the oblique optical waveguide 54 is covered with a rectangular pattern (see FIG. 11), the mask coverage increases, and the semiconductor stack for forming the MZ modulator 61 is formed. This is because the selective growth effect is easily received when the structure 16 is grown. Therefore, the mask coverage is suppressed by connecting a plurality of rectangular linear patterns 13A to 13G along the oblique optical waveguide 54.
一方、光伝播方向に対して平行な直線及び直交する直線のみによって規定される複数の矩形部分１３Ａ〜１３Ｇを接合したマスクパターンとすることで、光伝播方向に対して斜めになっている箇所がなくなる。これにより、上部にクラッド層やコンタクト層などの半導体層を成長させた場合に、格子緩和によるクロスハッチの発生を防ぐことができる。つまり、斜め光導波路５４に沿った斜めのマスクパターンを用いると、サイドエッチング量が多く、マスクの庇下に十分原料が拡散しなくなり、上部に半導体層を成長させた場合にクロスハッチが発生してしまう。これに対し、マスクパターンにおいて、光伝播方向に対して斜めになっている箇所をなくすと、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、サイドエッチング量が多くならず、凹みがマスクの庇下までそれほど入り込まなくなる。これにより、上部に半導体層を成長させた場合に、格子緩和によるクロスハッチの発生を回避することができる。なお、図３（Ａ），（Ｂ）は、光導波路部５１に備えられる斜め光導波路５４に沿ったマスク近傍（片側）を示す断面図、即ち、図１（Ｂ）のａ−ａ′矢視断面図である。また、図３（Ａ）は半導体積層構造１２をウェットエッチングした後の断面図であり、図３（Ｂ）は半導体積層構造１６をバットジョイント成長させた後の断面図である。 On the other hand, by using a mask pattern in which a plurality of rectangular portions 13A to 13G defined only by straight lines parallel to and perpendicular to the light propagation direction are joined, a portion that is inclined with respect to the light propagation direction can be obtained. Disappear. Thereby, when a semiconductor layer such as a clad layer or a contact layer is grown on the upper portion, it is possible to prevent the occurrence of cross hatching due to lattice relaxation. In other words, if an oblique mask pattern along the oblique optical waveguide 54 is used, the amount of side etching is large, the raw material does not diffuse sufficiently under the mask, and a cross hatch occurs when a semiconductor layer is grown on top. End up. On the other hand, if the portion of the mask pattern that is inclined with respect to the light propagation direction is eliminated, as shown in FIGS. 3A and 3B, the amount of side etching does not increase, and the dent is not in the mask. It won't go so far into the Majesty. As a result, when a semiconductor layer is grown on top, it is possible to avoid the occurrence of cross hatching due to lattice relaxation. 3A and 3B are cross-sectional views showing the vicinity (one side) of the mask along the oblique optical waveguide 54 provided in the optical waveguide portion 51, that is, the aa ′ arrow in FIG. 1B. FIG. 3A is a cross-sectional view after the semiconductor multilayer structure 12 is wet-etched, and FIG. 3B is a cross-sectional view after the semiconductor multilayer structure 16 is grown by butt joint.
また、バットジョイント成長用マスク１３は、図１（Ｂ）に示すように、さらに、光伝播方向に対して平行な直線及び直交する直線のみによって規定され、矩形部分の角部から光伝播方向に対して直交する方向へ延びる複数の帯状矩形部分１３ａ〜１３ｋを有する。ここでは、複数の矩形部分１３Ａ〜１３Ｇのそれぞれの角部に連なるように複数の帯状矩形部分１３ａ〜１３ｋが形成されている。これにより、マスクパターンの矩形部分１３Ａ〜１３Ｇの角部における過度なサイドエッチングを抑制することができる。つまり、角度が９０度未満となると、その直下ではサイドエッチング速度が非常に速くなる。このため、各矩形部分１３Ａ〜１３Ｇの角部に連なるように帯状矩形部分１３ａ〜１３ｋを設けることで、角度が鋭角にならないようにして、過度なサイドエッチングを抑制できるようにしている。 Further, as shown in FIG. 1B, the butt joint growth mask 13 is further defined only by a straight line parallel to the light propagation direction and a straight line perpendicular to the light propagation direction, and from the corner of the rectangular portion to the light propagation direction. On the other hand, it has a plurality of strip-like rectangular portions 13a to 13k extending in a direction orthogonal to each other. Here, a plurality of strip-like rectangular portions 13a to 13k are formed so as to be continuous with respective corners of the plurality of rectangular portions 13A to 13G. Thereby, the excessive side etching in the corner | angular part of the rectangular parts 13A-13G of a mask pattern can be suppressed. That is, when the angle is less than 90 degrees, the side etching rate is very high immediately below the angle. For this reason, by providing the strip-shaped rectangular portions 13a to 13k so as to be continuous with the corner portions of the rectangular portions 13A to 13G, the angle is prevented from becoming an acute angle and excessive side etching can be suppressed.
このようなマスクパターンを有するバットジョイント成長用マスク１３を用いることで、実際にＩｎＰクラッド層（図示せず）を足し積み成長した後に表面にクロスハッチが発生しないことを確認した。
このように、上述のバットジョイント成長用マスク１３を用いることで、斜め光導波路５４を形成するための半導体積層構造１２を残しつつ、再成長させる半導体積層構造１６を、組成変調を起こしていない化合物半導体層１４，１５によって形成することができる。この結果、十分な品質を有する光半導体集積素子５３を安定的に製造することができるようになり、歩留まりが良くなる。
By using the butt joint growth mask 13 having such a mask pattern, it was confirmed that no cross hatching was generated on the surface after the InP clad layer (not shown) was actually added and grown.
Thus, by using the bat joint growth mask 13 described above, the compound in which the semiconductor multilayer structure 16 to be regrown is not subjected to compositional modulation while leaving the semiconductor multilayer structure 12 for forming the oblique optical waveguide 54. The semiconductor layers 14 and 15 can be formed. As a result, it becomes possible to stably manufacture the optical semiconductor integrated device 53 having sufficient quality, and the yield is improved.
なお、ここでは、斜め光導波路５４及びカプラ５５を形成するための半導体積層構造１２を形成する前に、波長可変レーザ６０を形成するための半導体積層構造６が形成されている。このため、バットジョイント成長用マスク１３は、光導波路部５１において上述のように複数の矩形部分１３Ａ〜１３Ｇが連なる平面形状を有するとともに、波長可変レーザ部５０も覆うようになっている。 Here, before forming the semiconductor multilayer structure 12 for forming the oblique optical waveguide 54 and the coupler 55, the semiconductor multilayer structure 6 for forming the wavelength tunable laser 60 is formed. Therefore, the butt joint growth mask 13 has a planar shape in which the plurality of rectangular portions 13A to 13G are continuous in the optical waveguide portion 51 as described above, and also covers the wavelength tunable laser portion 50.
以下、本光半導体集積素子の製造方法について、図５〜図８を参照しながら、より具体的に説明する。
まず、図５（Ａ）に示すように、ｎ型（１００）面ＩｎＰ基板２１上に、例えばＭＯＣＶＤ法によって、ＩｎＧａＡｓＰ活性層２２と、ｐ型ＩｎＰクラッド層２３と、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層２４と、ｐ型ＩｎＰキャップ層２５とを順に成長させる。これにより、ｎ型（１００）面ＩｎＰ基板２１上に、複数の半導体層２２，２３，２４，２５が積層されて、波長可変レーザ６０を形成するための半導体積層構造（第３半導体積層構造）２６が形成される。なお、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層２４及びｐ型ＩｎＰキャップ層２５は、庇作製用キャップ層である。
Hereinafter, the method for manufacturing the present optical semiconductor integrated device will be described more specifically with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 5A, an InGaAsP active layer 22, a p-type InP cladding layer 23, and a p-type InGaAsP cap layer 24 are formed on an n-type (100) plane InP substrate 21, for example, by MOCVD. Then, the p-type InP cap layer 25 is grown in order. Thus, a semiconductor stacked structure (third semiconductor stacked structure) for forming the wavelength tunable laser 60 by stacking the plurality of semiconductor layers 22, 23, 24, and 25 on the n-type (100) plane InP substrate 21. 26 is formed. Note that the p-type InGaAsP cap layer 24 and the p-type InP cap layer 25 are cap-making cap layers.
ここでは、ｎ型（１００）面ＩｎＰ基板２１の表面上には回折格子２１Ａが形成されている。
また、ＩｎＧａＡｓＰ活性層２２は、ＩｎＧａＡｓＰ−ＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure；光閉じ込め）層２２ＡとＩｎＧａＡｓＰ−ＭＱＷ（Multiple Quantum Well；多重量子井戸）層２２Ｂとを含む活性層である。
Here, a diffraction grating 21 </ b> A is formed on the surface of the n-type (100) plane InP substrate 21.
The InGaAsP active layer 22 is an active layer including an InGaAsP-SCH (Separate Confinement Heterostructure) layer 22A and an InGaAsP-MQW (Multiple Quantum Well) layer 22B.
次いで、図５（Ａ）に示すように、ｐ型ＩｎＰキャップ層２５上に、例えばＳｉＯ２膜を成膜し、例えばリソグラフィー技術によって、バットジョイント成長用マスク（第２バットジョイント成長用マスク；マスクパターン）２７を形成する。このバットジョイント成長用マスク２７は、斜め光導波路５４及びカプラ５５を形成するための半導体積層構造１２を成長させるのに用いられる。 Next, as shown in FIG. 5A, a SiO 2 film, for example, is formed on the p-type InP cap layer 25, and a butt joint growth mask (second butt joint growth mask; mask, for example, by lithography). Pattern) 27 is formed. The butt joint growth mask 27 is used to grow the semiconductor multilayer structure 12 for forming the oblique optical waveguide 54 and the coupler 55.
ここでは、バットジョイント成長用マスク２７として、図７（Ａ）に示すように、波長可変レーザ部５０において波長可変レーザ６０を形成する領域（図４参照）に沿って直線状に延びる複数の矩形部分２７Ａ，２７Ｂを含む平面形状を有するマスクを用いる。また、バットジョイント成長用マスク２７は、矩形部分２７Ａ，２７Ｂの角部から延びる帯状矩形部分２７ａ，２７ｂを有する。 Here, as the butt joint growth mask 27, as shown in FIG. 7A, a plurality of rectangles extending linearly along a region (see FIG. 4) where the wavelength tunable laser 60 is formed in the wavelength tunable laser section 50. A mask having a planar shape including the portions 27A and 27B is used. The butt joint growth mask 27 has strip-shaped rectangular portions 27a and 27b extending from corners of the rectangular portions 27A and 27B.
次に、図５（Ｂ）に示すように、バットジョイント成長用マスク２７をエッチングマスクとして用いて、波長可変レーザ部５０のマスク２７で覆われている部分［図７（Ａ）、図４参照］以外の半導体積層構造２６を除去する。つまり、波長可変レーザ部５０のマスク２７で覆われた部分以外のｐ型ＩｎＰキャップ層２５と、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層２４と、ｐ型ＩｎＰクラッド層２３と、ＩｎＧａＡｓＰ活性層２２とを例えばウェットエッチングによって除去する。 Next, as shown in FIG. 5B, using the butt joint growth mask 27 as an etching mask, a portion covered with the mask 27 of the wavelength tunable laser unit 50 [see FIG. 7A and FIG. ] Are removed. That is, the p-type InP cap layer 25, the p-type InGaAsP cap layer 24, the p-type InP clad layer 23, and the InGaAsP active layer 22 other than the portion covered with the mask 27 of the wavelength tunable laser unit 50 are wet-etched, for example. To remove.
その後、図５（Ｃ）に示すように、マスク２７を用いて、例えばＭＯＣＶＤ法によって、ｎ型ＩｎＰ基板２１上に、ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層２８と、ｐ型ＩｎＰクラッド層２９と、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層３０と、ｐ型ＩｎＰキャップ層３１とを順にバットジョイント成長させる。これにより、ｎ型ＩｎＰ基板２１上に、複数の半導体層２８，２９，３０，３１が積層されて、斜め光導波路５４及びカプラ５５を形成するための半導体積層構造（第１半導体積層構造）３２が形成される。なお、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層３０及びｐ型ＩｎＰキャップ層３１は、庇作製用キャップ層である。 Thereafter, as shown in FIG. 5C, an InGaAsP optical waveguide layer 28, a p-type InP cladding layer 29, and a p-type InGaAsP cap are formed on the n-type InP substrate 21 by using, for example, the MOCVD method using a mask 27. The layer 30 and the p-type InP cap layer 31 are grown by butt joint in order. As a result, a plurality of semiconductor layers 28, 29, 30, 31 are stacked on the n-type InP substrate 21 to form the oblique optical waveguide 54 and the coupler 55 (first semiconductor stacked structure) 32. Is formed. Note that the p-type InGaAsP cap layer 30 and the p-type InP cap layer 31 are cap-making cap layers.
ここでは、ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層２８は、ＩｎＧａＡｓＰ−ＳＣＨ層２８ＡとＩｎＧａＡｓＰコア層２８Ｂとを含む光導波路層である。
続いて、上述のバットジョイント成長用マスク２７を除去する。その後、図５（Ｄ）に示すように、ｐ型ＩｎＰキャップ層２５，３１上に、再度、例えばＳｉＯ２膜を成膜し、例えばリソグラフィー技術によって、バットジョイント成長用マスク（第１バットジョイント成長用マスク）３３を形成する。このバットジョイント成長用マスク３３は、ＭＺ変調器６１を形成するための半導体積層構造３６を成長させるのに用いられる。
Here, the InGaAsP optical waveguide layer 28 is an optical waveguide layer including an InGaAsP-SCH layer 28A and an InGaAsP core layer 28B.
Subsequently, the above-described butt joint growth mask 27 is removed. Thereafter, as shown in FIG. 5D, a SiO 2 film, for example, is again formed on the p-type InP cap layers 25, 31, and a butt joint growth mask (first butt joint growth mask) is formed by, for example, a lithography technique. Mask) 33 is formed. This butt joint growth mask 33 is used to grow a semiconductor laminated structure 36 for forming the MZ modulator 61.
ここでは、バットジョイント成長用マスク３３として、図７（Ｂ）に示すような平面形状を有するマスクを用いる。ここでは、マスク３３は、波長可変レーザ部５０において波長可変レーザ６０を形成する領域（図４参照）に沿って直線状に延びる複数の矩形部分３３Ａ，３３Ｂを含む平面形状を有する。また、マスク３３は、光導波路部５１において斜め光導波路５４及びカプラ５５を形成する領域に沿って連なる複数の矩形部分３３Ｃ〜３３Ｋを含む平面形状を有する。なお、ここでは、カプラ５５の入力側及び出力側のそれぞれに斜め光導波路５４が接続されているため（図４参照）、バットジョイント成長用マスク３３は、これらの斜め光導波路５４のそれぞれに沿って複数の矩形部分３３Ｃ〜３３Ｅ，３３Ｇ〜３３Ｋが連なる平面形状を有する。 Here, a mask having a planar shape as shown in FIG. 7B is used as the butt joint growth mask 33. Here, the mask 33 has a planar shape including a plurality of rectangular portions 33A and 33B extending linearly along a region (see FIG. 4) where the wavelength tunable laser 60 is formed in the wavelength tunable laser unit 50. Further, the mask 33 has a planar shape including a plurality of rectangular portions 33 </ b> C to 33 </ b> K that are continuous along a region where the oblique optical waveguide 54 and the coupler 55 are formed in the optical waveguide portion 51. Here, since the oblique optical waveguides 54 are connected to the input side and the output side of the coupler 55 (see FIG. 4), the butt joint growth mask 33 extends along each of the oblique optical waveguides 54. The plurality of rectangular portions 33C to 33E and 33G to 33K have a planar shape.
本実施形態では、上述のように、半導体基板として（１００）面を主面とする（１００）面ＩｎＰ基板２１を用いている。この場合、斜め光導波路５４は、［０１１］方向に対して傾いた斜め光導波路である。このため、バットジョイント成長用マスク３３は、［０１１］方向及び［０−１１］方向のみの直線成分からなる複数の矩形部分３３Ｃ〜３３Ｅ，３３Ｇ〜３３Ｋが斜め光導波路５４を形成する領域（図４参照）に沿って連なるように接合された平面形状を有する。また、波長可変レーザ６０及びカプラ５５は、［０１１］方向に直線状に延びている。このため、バットジョイント成長用マスク３３は、波長可変レーザ６０及びカプラ５５を形成する領域において、［０１１］方向及び［０−１１］方向のみの直線成分からなる矩形部分３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｆを含む平面形状を有する。そして、これらの矩形部分３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｆが斜め光導波路５４を形成する領域に沿って設けられる複数の矩形部分３３Ｃ〜３３Ｅ，３３Ｇ〜３３Ｋに連なるように接合されている。なお、［０−１１］方向に延びる直線は、光伝播方向に対して直交する直線である。つまり、［０−１１］方向に延びる直線は、光導波路部５１とＭＺ変調器部５２との境界線に対して平行な直線である。また、［０１１］方向に延びる直線は、光伝播方向に対して平行な直線である。つまり、［０１１］方向に延びる直線は、光導波路部５１とＭＺ変調器部５２との境界線に対して直交する直線である。 In the present embodiment, as described above, the (100) plane InP substrate 21 having the (100) plane as the main surface is used as the semiconductor substrate. In this case, the oblique optical waveguide 54 is an oblique optical waveguide inclined with respect to the [011] direction. For this reason, the butt joint growth mask 33 is a region in which a plurality of rectangular portions 33C to 33E and 33G to 33K composed of linear components only in the [011] direction and the [0-11] direction form the oblique optical waveguide 54 (FIG. 4), and has a planar shape joined so as to be continuous. Further, the wavelength tunable laser 60 and the coupler 55 extend linearly in the [011] direction. For this reason, the butt joint growth mask 33 includes rectangular portions 33A, 33B, and 33F composed of linear components only in the [011] direction and the [0-11] direction in the region where the wavelength tunable laser 60 and the coupler 55 are formed. It has a planar shape. These rectangular portions 33A, 33B, and 33F are joined so as to continue to a plurality of rectangular portions 33C to 33E and 33G to 33K provided along a region where the oblique optical waveguide 54 is formed. The straight line extending in the [0-11] direction is a straight line orthogonal to the light propagation direction. That is, the straight line extending in the [0-11] direction is a straight line parallel to the boundary line between the optical waveguide portion 51 and the MZ modulator portion 52. The straight line extending in the [011] direction is a straight line parallel to the light propagation direction. That is, the straight line extending in the [011] direction is a straight line orthogonal to the boundary line between the optical waveguide portion 51 and the MZ modulator portion 52.
また、バットジョイント成長用マスク３３は、さらに、［０１１］方向及び［０−１１］方向のみの直線成分から成り、矩形部分３３Ａ〜３３Ｋの角部から［０−１１］方向へ延びる帯状矩形部分３３ａ〜３３ｈを有する。
次いで、図６（Ａ）に示すように、バットジョイント成長用マスク３３をエッチングマスクとして用いて、マスク３３で覆われている部分［図７（Ｂ）、図４参照］以外の半導体積層構造３２を除去する。つまり、波長可変レーザ部５０及び光導波路部５１のマスク３３で覆われた部分以外のｐ型ＩｎＰキャップ層３１と、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層３０と、ｐ型ＩｎＰクラッド層２９と、ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層２８とを例えばウェットエッチングによって除去する。
Further, the butt joint growth mask 33 further includes a linear component only in the [011] direction and the [0-11] direction, and extends in the [0-11] direction from the corners of the rectangular portions 33A to 33K. 33a-33h.
Next, as shown in FIG. 6A, using the butt joint growth mask 33 as an etching mask, the semiconductor laminated structure 32 other than the portion covered with the mask 33 [see FIG. 7B and FIG. 4]. Remove. That is, the p-type InP cap layer 31, the p-type InGaAsP cap layer 30, the p-type InP clad layer 29, and the InGaAsP optical waveguide layer other than the portion covered with the mask 33 of the wavelength tunable laser unit 50 and the optical waveguide unit 51. 28 is removed by wet etching, for example.
その後、図６（Ｂ）に示すように、バットジョイント成長用マスク３３を用いて、例えばＭＯＣＶＤ法によって、ｎ型（１００）面ＩｎＰ基板２１上に、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層３４と、ｐ型ＩｎＰクラッド層３５とを順にバットジョイント成長させる。この場合、光導波路部５１とＭＺ変調器部５２との境界部分は適当な量のサイドエッチングが施されているため、表面に段差ができることなく、良好に成長させることが可能である。これにより、ｎ型（１００）面ＩｎＰ基板２１上に、複数の半導体層３４，３５が積層されて、ＭＺ変調器６１を形成するための半導体積層構造（第２半導体積層構造）３６が形成される。なお、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層３４は、Ａｌ及びＡｓを含む第２半導体層とも言う。このため、第２半導体積層構造３６は、Ａｌ及びＡｓを含む第２半導体層を含む。また、ＭＺ変調器部５２は、Ａｌ及びＡｓを含む半導体層３４を含む素子部である。 Thereafter, as shown in FIG. 6B, the AlGaInAs active layer 34 and the p-type InP clad layer are formed on the n-type (100) plane InP substrate 21 by, for example, MOCVD using the butt joint growth mask 33. 35 and butt joints are grown in order. In this case, since an appropriate amount of side etching is applied to the boundary portion between the optical waveguide portion 51 and the MZ modulator portion 52, it is possible to grow well without forming a step on the surface. As a result, a plurality of semiconductor layers 34 and 35 are stacked on the n-type (100) plane InP substrate 21 to form a semiconductor stacked structure (second semiconductor stacked structure) 36 for forming the MZ modulator 61. The The AlGaInAs active layer 34 is also referred to as a second semiconductor layer containing Al and As. For this reason, the second semiconductor stacked structure 36 includes a second semiconductor layer containing Al and As. Further, the MZ modulator section 52 is an element section including the semiconductor layer 34 including Al and As.
そして、バットジョイント成長用マスク３３を除去した後、図６（Ｃ）に示すように、例えばＭＯＣＶＤ法によって、全面に、ｐ型ＩｎＰクラッド層３７、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層３８を順に成長させる。このようにして成長させたｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層３８の表面にはクロスハッチが存在せず、良好に成長させることができていた。
ところで、本実施形態では、上述のバットジョイント成長用マスク３３を用いたエッチングを行なう際に、光導波路部５１とＭＺ変調器部５２との境界部（接合部）、即ち、［０１１］方向において最適なエッチングが行なわれるようにする。
Then, after removing the butt joint growth mask 33, as shown in FIG. 6C, a p-type InP cladding layer 37 and a p-type InGaAs contact layer 38 are sequentially grown on the entire surface by, eg, MOCVD. There was no crosshatch on the surface of the p-type InGaAs contact layer 38 grown in this way, and it was possible to grow well.
By the way, in this embodiment, when performing etching using the butt joint growth mask 33 described above, in the boundary portion (joint portion) between the optical waveguide portion 51 and the MZ modulator portion 52, that is, in the [011] direction. Ensure that optimum etching is performed.
本実施形態では、上述のように、バットジョイント成長用マスク３３は、［０１１］方向と［０−１１］方向の間の角度を持つ、斜めになっている箇所がないため、［０１１］方向と［０−１１］方向のマスク近傍におけるサイドエッチング量のみを考慮すれば良い。そして、［０１１］方向において最適なエッチングを行なう場合、［０−１１］方向では［０１１］方向と比較して大きなサイドエッチングが入る。しかしながら、斜め光導波路５４に沿った斜めのマスクパターンを用いた場合に見られたような非常に大きなサイドエッチング量とはならない［図１３（Ｃ）参照］。つまり、［０１１］方向において最適なエッチングを行なう場合に、これ以外の方向に入るサイドエッチング量を低減することができる。また、バットジョイント成長用マスク３３には、矩形部分３３Ａ〜３３Ｋの角部から［０−１１］方向へ延びる帯状矩形部分３３ａ〜３３ｈが設けられているため［図７（Ｂ）参照］、角度が９０度未満となる角部での過度なサイドエッチングを抑制することができる。これにより、ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層３４に格子緩和が発生するのを回避することができ、さらには、上部に足し積み成長させるｐ型ＩｎＰクラッド層３７及びｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層３８に格子緩和が発生するのを回避することができる。この結果、ｐ型ＩｎＰクラッド層３７及びｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層３８にクロスハッチが発生しないようにすることができる。したがって、十分な品質を有する光半導体集積素子５３を安定的に製造することができるようになり、歩留まりが良くなる。 In the present embodiment, as described above, the butt joint growth mask 33 has no angled portion having an angle between the [011] direction and the [0-11] direction, and thus the [011] direction. And only the amount of side etching in the vicinity of the mask in the [0-11] direction may be considered. When optimum etching is performed in the [011] direction, the side etching is larger in the [0-11] direction than in the [011] direction. However, the amount of side etching does not become very large as seen when using an oblique mask pattern along the oblique optical waveguide 54 [see FIG. 13C]. That is, when optimal etching is performed in the [011] direction, the amount of side etching entering in other directions can be reduced. The butt joint growth mask 33 is provided with strip-like rectangular portions 33a to 33h extending in the [0-11] direction from the corners of the rectangular portions 33A to 33K [see FIG. Excessive side etching at the corner where the angle is less than 90 degrees can be suppressed. Thereby, it is possible to avoid the occurrence of lattice relaxation in the AlGaInAs active layer 34, and furthermore, lattice relaxation occurs in the p-type InP cladding layer 37 and the p-type InGaAs contact layer 38 that are added and grown on top. Can be avoided. As a result, cross hatching can be prevented from occurring in the p-type InP cladding layer 37 and the p-type InGaAs contact layer 38. Accordingly, it becomes possible to stably manufacture the optical semiconductor integrated device 53 having sufficient quality, and the yield is improved.
次に、図８（Ａ）に示すように、例えばＳｉＯ２膜を成膜し、例えばリソグラフィー技術によって、メサストライプ形成用マスク３９（マスクパターン）を形成する。
ここでは、メサストライプ形成用マスク３９として、図９に示すようなマスクを用いる。つまり、マスク３９として、波長可変レーザ６０、斜め光導波路５４及びＭＺ変調器６１が所望の導波路幅（例えば幅１．４μｍ）を有するものとなるように、所望の導波路幅よりも広い幅（例えば幅３．９μｍ）を有する平面形状を有するマスクを用いる。また、マスク３９は、斜め光導波路５４に沿った斜めのマスクパターンを有する。なお、上述のバットジョイント成長用マスク３３は、メサストライプ形成用マスク３９よりも幅が広くなっている。
Next, as shown in FIG. 8A, for example, a SiO 2 film is formed, and a mesa stripe formation mask 39 (mask pattern) is formed by, for example, a lithography technique.
Here, as the mesa stripe forming mask 39, a mask as shown in FIG. 9 is used. That is, the mask 39 has a width wider than the desired waveguide width so that the wavelength tunable laser 60, the oblique optical waveguide 54, and the MZ modulator 61 have a desired waveguide width (for example, a width of 1.4 μm). A mask having a planar shape having a width (for example, a width of 3.9 μm) is used. The mask 39 has an oblique mask pattern along the oblique optical waveguide 54. The butt joint growth mask 33 described above is wider than the mesa stripe formation mask 39.
そして、図８（Ａ）に示すように、このメサストライプ形成用マスク３９を用いて、例えばドライエッチングによって、例えば幅１〜２μｍのメサストライプ構造４０を形成する。
本実施形態では、このドライエッチングの際に、バットジョイント成長用マスク３３によって複数の矩形部分が連なるように残されていた半導体積層構造３２が、設計通りの形状に加工されることになる。なお、この段階では、半導体積層構造３２はＩｎＧａＡｓＰ光導波路層２８及びｐ型ＩｎＰクラッド層２９からなる。つまり、波長可変レーザ６０、斜め光導波路５４、カプラ５５及びＭＺ変調器６１が、設計通りの形状に形成されることになる。
Then, as shown in FIG. 8A, a mesa stripe structure 40 having a width of 1 to 2 μm, for example, is formed by dry etching, for example, using this mesa stripe formation mask 39.
In this embodiment, during this dry etching, the semiconductor laminated structure 32 left so that a plurality of rectangular portions are connected by the butt joint growth mask 33 is processed into a designed shape. At this stage, the semiconductor multilayer structure 32 includes an InGaAsP optical waveguide layer 28 and a p-type InP cladding layer 29. That is, the tunable laser 60, the oblique optical waveguide 54, the coupler 55, and the MZ modulator 61 are formed in the shape as designed.
その後、図８（Ｂ），図４に示すように、例えばＭＯＣＶＤ法によって、波長可変レーザ部５０のメサストライプ構造４０の脇を半絶縁性ＩｎＰ層４１で埋め込む。
そして、メサストライプ形成用マスクパターン３９を除去した後、図８（Ｃ）に示すように、表面側に波長可変レーザ用ｐ側電極４２及びＭＺ変調器用ｐ側電極４３を形成するとともに、基板裏面側にｎ側電極４４を形成する。
Thereafter, as shown in FIGS. 8B and 4, the sides of the mesa stripe structure 40 of the wavelength tunable laser unit 50 are embedded with a semi-insulating InP layer 41 by, for example, MOCVD.
Then, after removing the mask pattern 39 for forming the mesa stripe, as shown in FIG. 8C, the wavelength-variable laser p-side electrode 42 and the MZ modulator p-side electrode 43 are formed on the front surface side, and the back surface of the substrate An n-side electrode 44 is formed on the side.
このようにして、波長可変レーザ部５０と、斜め光導波路５４及びカプラ５５を有する光導波路部５１と、ＭＺ変調器部５２とを備える光半導体集積素子５３が製造される。
したがって、本実施形態にかかる光半導体集積素子の製造方法によれば、斜め光導波路５４を有する光導波路部５１にＡｌ及びＡｓを含む半導体層１４，３４を含む素子部５２がバットジョイントされた光半導体集積素子５３を製造する場合の歩留まりを良くすることができるという利点がある。
In this way, the optical semiconductor integrated device 53 including the wavelength tunable laser unit 50, the optical waveguide unit 51 including the oblique optical waveguide 54 and the coupler 55, and the MZ modulator unit 52 is manufactured.
Therefore, according to the method for manufacturing an optical semiconductor integrated device according to the present embodiment, light in which the element portion 52 including the semiconductor layers 14 and 34 including Al and As is butt-jointed to the optical waveguide portion 51 including the oblique optical waveguide 54. There is an advantage that the yield in manufacturing the semiconductor integrated device 53 can be improved.
特に、（１００）面ＩｎＰ基板２１上に、［０１１］方向から傾いた斜め光導波路５４にＡｌＧａＩｎＡｓ活性層１４，３４を含むＭＺ変調器６１をバットジョイントした光半導体集積素子５３を、高品質で、歩留まり良く製造することが可能となる。この結果、ＬＮ変調器と互換性を有するＭＺ変調器６１と、波長可変レーザ６０とを集積した光半導体集積素子５３を歩留まり良く製造することが可能となる。 In particular, an optical semiconductor integrated device 53 in which an MZ modulator 61 including AlGaInAs active layers 14 and 34 is butt-joined on an oblique optical waveguide 54 inclined from the [011] direction on a (100) plane InP substrate 21 with high quality. Thus, it is possible to manufacture with a high yield. As a result, the optical semiconductor integrated device 53 in which the MZ modulator 61 compatible with the LN modulator and the wavelength tunable laser 60 are integrated can be manufactured with high yield.
なお、本発明は、上述した実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
例えば、上述の実施形態では、波長可変レーザ部５０と、斜め光導波路５４を有する光導波路部５１と、ＭＺ変調器部５２とを備える光半導体集積素子５３を、バットジョイント法を用いて製造する場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではない。本発明は、斜め光導波路を有する光導波路部にＡｌ及びＡｓを含む半導体層を含む素子部がバットジョイントされた光半導体集積素子の製造方法に対して、広く適用することができる。
In addition, this invention is not limited to the structure described in embodiment mentioned above, A various deformation | transformation is possible in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
For example, in the above-described embodiment, the optical semiconductor integrated device 53 including the tunable laser unit 50, the optical waveguide unit 51 having the oblique optical waveguide 54, and the MZ modulator unit 52 is manufactured using the butt joint method. The case has been described as an example, but the present invention is not limited to this. The present invention can be widely applied to a method of manufacturing an optical semiconductor integrated device in which an element portion including a semiconductor layer containing Al and As is butt-jointed to an optical waveguide portion having an oblique optical waveguide.
例えば、導波路コアの構造が異なる複数の領域を備える光半導体集積素子の製造方法であって、最後に形成される領域以外の領域に斜め光導波路が存在する場合に、本発明を適用することができる。
また、例えば図１０に示すように、８チャネルＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier）部７０と、斜め光導波路７３を含む光導波路７４及びカプラ７５を含む光導波路部７１と、１チャネルＳＯＡ部７２とを備える集積型ＳＯＡに、本発明を適用することもできる。つまり、斜め光導波路７３を含む集積型ＳＯＡ７６において、８チャネルＳＯＡ部又は１チャネルＳＯＡ部７８に含まれるＳＯＡ７７，７８の活性層をＡｌＧａＩｎＡｓ活性層とし、バットジョイント法を用いて製造する場合に本発明を適用可能である。なお、集積型ＳＯＡを光半導体集積素子ともいう。また、斜め光導波路７３を含む光導波路７４及びカプラ７５は、例えばＩｎＧａＡｓＰ光導波路層を含むものとすれば良い。
For example, the present invention is applied to a method of manufacturing an optical semiconductor integrated device including a plurality of regions having different waveguide core structures, and an oblique optical waveguide exists in a region other than the region formed last. Can do.
For example, as shown in FIG. 10, an 8-channel SOA (Semiconductor Optical Amplifier) section 70, an optical waveguide 74 including an oblique optical waveguide 73 and an optical waveguide section 71 including a coupler 75, and a 1-channel SOA section 72 are provided. The present invention can also be applied to an integrated SOA. That is, in the integrated SOA 76 including the oblique optical waveguide 73, the present invention is used when the active layers of the SOAs 77 and 78 included in the 8-channel SOA portion or the 1-channel SOA portion 78 are AlGaInAs active layers and are manufactured using the butt joint method. Is applicable. The integrated SOA is also referred to as an optical semiconductor integrated device. Further, the optical waveguide 74 including the oblique optical waveguide 73 and the coupler 75 may include, for example, an InGaAsP optical waveguide layer.
この場合、２つの製造方法がある。
第１の製造方法では、まず、８チャネルＳＯＡ部７０に含まれる各ＳＯＡ７７を形成するための半導体積層構造を成長させる。次に、斜め光導波路７３を含む光導波路７４及びカプラ７５を形成するための半導体積層構造をバットジョイント成長させる。最後に、１チャネルＳＯＡ部７２に含まれるＳＯＡ７８を形成するための半導体積層構造をバットジョイント成長させる。そして、最後の１チャネルＳＯＡ部７２に含まれるＳＯＡ７８を形成するための半導体積層構造を成長させる際に用いるバットジョイント成長用マスクとして、上述の実施形態のバットジョイント成長用マスクを用いれば良い。つまり、斜め光導波路７３を形成する領域の半導体積層構造を残し、１チャネルＳＯＡ部７２に含まれるＳＯＡ７８のＡｌＧａＩｎＡｓ活性層をバットジョイント成長する際に用いるバットジョイント成長用マスクとして、斜め光導波路７３に沿って連なる複数の矩形部分を有するマスクを用いれば良い。
In this case, there are two manufacturing methods.
In the first manufacturing method, first, a semiconductor stacked structure for forming each SOA 77 included in the 8-channel SOA section 70 is grown. Next, a semiconductor laminated structure for forming the optical waveguide 74 including the oblique optical waveguide 73 and the coupler 75 is grown by butt joint. Finally, a semiconductor laminated structure for forming the SOA 78 included in the one-channel SOA portion 72 is grown by butt joint. Then, the butt joint growth mask of the above-described embodiment may be used as the butt joint growth mask used when growing the semiconductor laminated structure for forming the SOA 78 included in the last one-channel SOA portion 72. That is, the semiconductor laminated structure in the region where the oblique optical waveguide 73 is formed is left, and the oblique optical waveguide 73 is used as a butt joint growth mask used when performing butt joint growth on the AlGaInAs active layer of the SOA 78 included in the one-channel SOA portion 72. A mask having a plurality of rectangular portions extending along the same may be used.
第２の製造方法では、まず、１チャネルＳＯＡ部７２に含まれるＳＯＡ７８を形成するための半導体積層構造を成長させる。次に、斜め光導波路７３を含む光導波路７４及びカプラ７５を形成するための半導体積層構造をバットジョイント成長させる。最後に、８チャネルＳＯＡ部７０に含まれる各ＳＯＡ７７を形成するための半導体積層構造をバットジョイント成長させる。そして、最後の８チャネルＳＯＡ部７０に含まれる各ＳＯＡ７７を形成するための半導体積層構造を成長させる際に用いるバットジョイント成長用マスクとして、上述の実施形態のバットジョイント成長用マスクを用いれば良い。つまり、斜め光導波路７３を形成する領域の半導体積層構造を残し、８チャネルＳＯＡ部７０に含まれるＳＯＡ７７のＡｌＧａＩｎＡｓ活性層をバットジョイント成長する際に用いるバットジョイント成長用マスクとして、斜め光導波路７３に沿って連なる複数の矩形部分を有するマスクを用いれば良い。 In the second manufacturing method, first, a semiconductor stacked structure for forming the SOA 78 included in the one-channel SOA portion 72 is grown. Next, a semiconductor laminated structure for forming the optical waveguide 74 including the oblique optical waveguide 73 and the coupler 75 is grown by butt joint. Finally, a semiconductor laminated structure for forming each SOA 77 included in the 8-channel SOA section 70 is grown by butt joint. Then, the butt joint growth mask of the above-described embodiment may be used as the butt joint growth mask used when growing the semiconductor laminated structure for forming each SOA 77 included in the last 8-channel SOA section 70. In other words, the oblique optical waveguide 73 is used as a butt joint growth mask that is used when the AlGaInAs active layer of the SOA 77 included in the 8-channel SOA portion 70 is butt-joint-grown, leaving the semiconductor laminated structure in the region where the oblique optical waveguide 73 is formed. A mask having a plurality of rectangular portions extending along the same may be used.
このように、斜め光導波路７３を有する光導波路部７１にＡｌＧａＩｎＡｓ活性層を含むＳＯＡ７７（７８）がバットジョイントされた集積型ＳＯＡ７６を製造する場合の歩留まりを良くすることができる。
また、上述の実施形態では、斜め光導波路５４を有する光導波路部５１にバットジョイントされるＡｌ及びＡｓを含む半導体層をＡｌＧａＩｎＡｓ層１４，３４としているが、これに限られるものではなく、例えばＩｎＡｌＡｓ等のＡｌ及びＡｓを含む半導体層であれば良い。つまり、バットジョイント成長させる導波路コアの材料として、Ａｌ及びＡｓを含む化合物半導体混晶を用いれば良い。
Thus, the yield in the case of manufacturing the integrated SOA 76 in which the SOA 77 (78) including the AlGaInAs active layer is butt-jointed to the optical waveguide portion 71 having the oblique optical waveguide 73 can be improved.
In the above-described embodiment, the AlGaInAs layers 14 and 34 are used as the AlGaInAs layers 14 and 34, but the semiconductor layers containing Al and As that are butt-jointed to the optical waveguide portion 51 having the oblique optical waveguide 54 are not limited thereto. For example, InAlAs Any semiconductor layer containing Al and As may be used. That is, a compound semiconductor mixed crystal containing Al and As may be used as a waveguide core material for butt joint growth.
また、上述の実施形態では、波長可変レーザ部５０のメサストライプ構造の脇に半絶縁性ＩｎＰ層４１を埋め込み成長するようにしているが、これに限られるものではない。例えば、波長可変レーザ部だけではなく、光導波路部やＭＺ変調器部のメサストライプ構造の脇にも半絶縁性ＩｎＰ層を埋め込み成長するようにしても良い。また、半絶縁性ＩｎＰ層を埋め込み成長することで埋込構造を有するものとしているが、これに限られるものではなく、リッジ構造を有するものとしても良い。この場合、メサストライプ形成時にリッジ状に加工し、メサストライプ形成用マスクパターンを除去した後、表面側に波長可変レーザ用ｐ側電極とＭＺ変調器用ｐ側電極を形成するとともに、基板裏面側にｎ側電極を形成するようにすれば良い。 In the above-described embodiment, the semi-insulating InP layer 41 is embedded and grown on the side of the mesa stripe structure of the wavelength tunable laser unit 50. However, the present invention is not limited to this. For example, a semi-insulating InP layer may be embedded and grown not only on the wavelength tunable laser part but also on the side of the mesa stripe structure of the optical waveguide part or MZ modulator part. In addition, although a semi-insulating InP layer is embedded and grown to have a buried structure, the invention is not limited to this, and a ridge structure may be used. In this case, the mesa stripe is processed into a ridge shape, the mesa stripe forming mask pattern is removed, the wavelength variable laser p-side electrode and the MZ modulator p-side electrode are formed on the surface side, and the substrate back side is formed. An n-side electrode may be formed.
１ ＩｎＰ基板（半導体基板）
２ ＩｎＧａＡｓＰ活性層（導波路コア）
３ ＩｎＰクラッド層
４ ＩｎＧａＡｓＰキャップ層
５ ＩｎＰキャップ層
６ 波長可変レーザを形成するための半導体積層構造（第３半導体積層構造）
７ バットジョイント成長用マスク（第２バットジョイント成長用マスク）
８ ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層（導波路コア）
９ ＩｎＰクラッド層
１０ ＩｎＧａＡｓＰキャップ層
１１ ＩｎＰキャップ層
１２ 斜め光導波路及びカプラを形成するための半導体積層構造（第１半導体積層構造）
１３ バットジョイント成長用マスク（第１バットジョイント成長用マスク）
１３Ａ〜１３Ｇ 矩形部分
１３ａ〜１３ｋ 帯状矩形部分
１４ ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層（導波路コア）
１５ ＩｎＰクラッド層
１６ ＭＺ変調器を形成するための半導体積層構造（第２半導体積層構造）
２１ ｎ型（１００）面ＩｎＰ基板
２１Ａ 回折格子
２２ ＩｎＧａＡｓＰ活性層
２２Ａ ＩｎＧａＡｓＰ−ＳＣＨ層
２２Ｂ ＩｎＧａＡｓＰ−ＭＱＷ層
２３ ｐ型ＩｎＰクラッド層
２４ ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層
２５ ｐ型ＩｎＰキャップ層
２６ 波長可変レーザを形成するための半導体積層構造（第３半導体積層構造）
２７ バットジョイント成長用マスク（第２バットジョイント成長用マスク）
２７Ａ，２７Ｂ 矩形部分
２７ａ，２７ｂ 帯状矩形部分
２８ ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層
２８Ａ ＩｎＧａＡｓＰ−ＳＣＨ層
２８Ｂ ＩｎＧａＡｓＰコア層
２９ ｐ型ＩｎＰクラッド層
３０ ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層
３１ ｐ型ＩｎＰキャップ層
３２ 斜め光導波路及びカプラを形成するための半導体積層構造（第１半導体積層構造）
３３ バットジョイント成長用マスク（第１バットジョイント成長用マスク）
３３Ａ〜３３Ｋ 矩形部分
３３ａ〜３３ｈ 帯状矩形部分
３４ ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層
３５ ｐ型ＩｎＰクラッド層
３６ ＭＺ変調器を形成するための半導体積層構造（第２半導体積層構造）
３７ ｐ型ＩｎＰクラッド層
３８ ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層
３９ メサストライプ形成用マスク
４０ メサストライプ構造
４１ 半絶縁性ＩｎＰ層
４２ 波長可変レーザ用ｐ側電極
４３ ＭＺ変調器用ｐ側電極
４４ ｎ側電極
５０ 波長可変レーザ部
５１ 光導波路部
５２ ＭＺ変調器部
５３ 光半導体集積素子
５４ 斜め光導波路
５５ カプラ
６０ 波長可変レーザ
６１ ＭＺ変調器
６２ ＭＺ変調器を構成する半導体積層構造
７０ ８チャネルＳＯＡ部
７１ 光導波路部
７２ １チャネルＳＯＡ部
７３ 斜め光導波路
７４ 光導波路
７５ カプラ
７６ 集積型ＳＯＡ（光半導体集積素子）
７７，７８ ＳＯＡ
1 InP substrate (semiconductor substrate)
2 InGaAsP active layer (waveguide core)
3 InP cladding layer 4 InGaAsP cap layer 5 InP cap layer 6 Semiconductor stacked structure for forming a wavelength tunable laser (third semiconductor stacked structure)
7 Butt joint growth mask (second butt joint growth mask)
8 InGaAsP optical waveguide layer (waveguide core)
9 InP cladding layer 10 InGaAsP cap layer 11 InP cap layer 12 Semiconductor laminated structure for forming an oblique optical waveguide and a coupler (first semiconductor laminated structure)
13 Butt Joint Growth Mask (First Butt Joint Growth Mask)
13A to 13G Rectangular portion 13a to 13k Strip-shaped rectangular portion 14 AlGaInAs active layer (waveguide core)
15 InP cladding layer 16 Semiconductor stacked structure for forming MZ modulator (second semiconductor stacked structure)
21 n-type (100) plane InP substrate 21A diffraction grating 22 InGaAsP active layer 22A InGaAsP-SCH layer 22B InGaAsP-MQW layer 23 p-type InP clad layer 24 p-type InGaAsP cap layer 25 p-type InP cap layer 26 Wavelength variable laser is formed Semiconductor stack structure (third semiconductor stack structure)
27 Butt Joint Growth Mask (Second Butt Joint Growth Mask)
27A, 27B Rectangular portion 27a, 27b Band-shaped rectangular portion 28 InGaAsP optical waveguide layer 28A InGaAsP-SCH layer 28B InGaAsP core layer 29 p-type InP cladding layer 30 p-type InGaAsP cap layer 31 p-type InP cap layer 32 Inclined optical waveguide and coupler Semiconductor laminated structure for forming (first semiconductor laminated structure)
33 Butt Joint Growth Mask (First Butt Joint Growth Mask)
33A to 33K Rectangular portion 33a to 33h Band-shaped rectangular portion 34 AlGaInAs active layer 35 p-type InP cladding layer 36 Semiconductor stacked structure for forming MZ modulator (second semiconductor stacked structure)
37 p-type InP clad layer 38 p-type InGaAs contact layer 39 mask for mesa stripe formation 40 mesa stripe structure 41 semi-insulating InP layer 42 p-side electrode for wavelength tunable laser 43 p-side electrode for MZ modulator 44 n-side electrode 50 wavelength tunable Laser unit 51 Optical waveguide unit 52 MZ modulator unit 53 Optical semiconductor integrated device 54 Oblique optical waveguide 55 Coupler 60 Wavelength tunable laser 61 MZ modulator 62 Semiconductor laminated structure constituting MZ modulator 70 8-channel SOA unit 71 Optical waveguide unit 72 1-channel SOA section 73 oblique optical waveguide 74 optical waveguide 75 coupler 76 integrated SOA (optical semiconductor integrated device)
77,78 SOA
Claims (5)
前記第１半導体積層構造上に第１バットジョイント成長用マスクを形成する工程と、
前記第１バットジョイント成長用マスクをエッチングマスクとして用いて前記第１半導体積層構造を除去する工程と、
前記第１バットジョイント成長用マスクを用いてＡｌ及びＡｓを含む第２半導体層を含む第２半導体積層構造をバットジョイント成長させる工程とを含み、
前記第１バットジョイント成長用マスクは、光伝播方向に対して平行な直線及び直交する直線のみによって規定される複数の矩形部分が前記斜め光導波路を形成する領域に沿って接合された平面形状を有することを特徴とする光半導体集積素子の製造方法。 Growing a first semiconductor multilayer structure for forming an oblique optical waveguide above the semiconductor substrate;
Forming a first butt joint growth mask on the first semiconductor multilayer structure;
Removing the first semiconductor multilayer structure using the first butt joint growth mask as an etching mask;
Butt joint growing a second semiconductor multilayer structure including a second semiconductor layer containing Al and As using the first butt joint growth mask,
The first butt joint growth mask has a planar shape in which a plurality of rectangular portions defined only by straight lines parallel to and perpendicular to the light propagation direction are joined along a region forming the oblique optical waveguide. A method of manufacturing an optical semiconductor integrated device, comprising:
前記半導体基板の上方に第３半導体積層構造を成長させる工程と、
前記第３半導体積層構造上に第２バットジョイント成長用マスクを形成する工程と、
前記第２バットジョイント成長用マスクをエッチングマスクとして用いて前記第３半導体積層構造を除去する工程とをさらに含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の光半導体集積素子の製造方法。 Before the step of growing the first semiconductor multilayer structure,
Growing a third semiconductor multilayer structure above the semiconductor substrate;
Forming a second butt joint growth mask on the third semiconductor multilayer structure;
The method of manufacturing an optical semiconductor integrated device according to claim 1, further comprising a step of removing the third semiconductor multilayer structure using the second butt joint growth mask as an etching mask.
前記斜め光導波路は、［０１１］方向に対して傾いた斜め光導波路であり、
前記光伝播方向に対して平行な直線は、［０１１］方向に延びる直線であり、
前記光伝播方向に対して直交する直線は、［０−１１］方向に延びる直線であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光半導体集積素子の製造方法。 The semiconductor substrate is a (100) plane InP substrate,
The oblique optical waveguide is an oblique optical waveguide inclined with respect to the [011] direction,
The straight line parallel to the light propagation direction is a straight line extending in the [011] direction,
The method for manufacturing an optical semiconductor integrated device according to claim 1, wherein the straight line orthogonal to the light propagation direction is a straight line extending in a [0-11] direction.
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