JP5974590B2 - Optical semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、リッジ導波路或いはメサ型光導波路を有し、局所的な加熱機構により動作を制御する光半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an optical semiconductor device having a ridge waveguide or a mesa type optical waveguide and whose operation is controlled by a local heating mechanism, and a method for manufacturing the same.
小型・低消費電力であることから様々な分野で応用されている光半導体素子において、特に、伝播光のモード制御やキャリア閉じ込めが重要となる半導体レーザや半導体光増幅器等では、屈折率導波型の光導波路が広く適用されている。 Refractive index waveguide type in optical semiconductor devices applied in various fields due to its small size and low power consumption, especially in semiconductor lasers and semiconductor optical amplifiers where mode control of propagating light and carrier confinement are important. The optical waveguide is widely applied.
このような光導波路の温度をコントロールすることで光半導体素子の動作パラメータを制御することが可能である。例えば、分布帰還型(DistributedFeed−Back:DFB)半導体レーザは単一縦モード動作が可能なことから通信用や単色性の求められる映像デバイスの光源等として応用されている。 It is possible to control the operation parameters of the optical semiconductor element by controlling the temperature of such an optical waveguide. For example, a distributed feedback-back (DFB) semiconductor laser is applied as a light source for a video device that requires communication and monochromaticity because it can operate in a single longitudinal mode.
DFBレーザは光導波路内部に設けられた回折格子により、活性領域で発生した光を選択的にフィードバックすることでレーザ発振するため、光導波路の温度により屈折率を制御することで発振波長を調整することが可能である。また、例えば、半導体光増幅器(SemiconductorOptical Amplifier:SOA)等では利得のコントロールに、電界吸収型(Electro−Absorption)光変調器では離調制御に温度制御が用いられる場合もある。 Since the DFB laser oscillates by selectively feeding back the light generated in the active region by a diffraction grating provided inside the optical waveguide, the oscillation wavelength is adjusted by controlling the refractive index according to the temperature of the optical waveguide. It is possible. Further, for example, temperature control may be used for gain control in a semiconductor optical amplifier (SOA) or the like, and temperature control for detuning control in an electro-absorption type optical modulator.
光導波路の温度は、素子全体を熱電クーラ(ThermoelectricCooler:TEC)で制御する方法と、素子に積載されたマイクロヒータで制御する方法がある(例えば、特許文献1参照)。前者は素子全体の温度を制御しているため、素子に特別な構造を付与する必要はないが消費電力が大きい。後者は局所的に温度を制御しているため、前者に比べ消費電力が小さい。 The temperature of the optical waveguide includes a method of controlling the entire device with a thermoelectric cooler (TEC) and a method of controlling the temperature with a micro heater mounted on the device (for example, see Patent Document 1). Since the former controls the temperature of the entire element, it is not necessary to give a special structure to the element, but the power consumption is large. Since the latter controls the temperature locally, it consumes less power than the former.
マイクロヒータでは光導波路の温度を局所的に制御するため、光導波路の光分布強度が強いコア層の近傍をなるべく局所的に加熱することでより一層高い電力効率での温度制御が可能となる。しかしながら、同時に接合部へのキャリア注入或いは電圧印加による素子の駆動も求められるためマイクロヒータは素子駆動用電極の上に形成されることが多い。 Since the microheater locally controls the temperature of the optical waveguide, it is possible to control the temperature with higher power efficiency by locally heating the vicinity of the core layer where the light distribution intensity of the optical waveguide is strong. However, since it is also required to drive the element by injecting carriers into the junction or applying a voltage at the same time, the microheater is often formed on the element driving electrode.
図18は、従来のマイクロヒータ装荷型半導体レーザの概略的断面図である。n型GaAs基板61上に、n型AlGaAsクラッド層62、MQW活性層63、p型AlGAAsクラッド層64、p型InGaPクラッド層65及びp型GaAsコンタクト層66を順次成長させる。
FIG. 18 is a schematic cross-sectional view of a conventional microheater loaded semiconductor laser. On the n-
次いで、p型GaAsコンタクト層66及びp型InGaPクラッド層65をストライプ状にエッチングしてリッジ導波路を形成する。次いで、全面にSiO2保護膜67を形成したのち、リッジ導波路の側面部をBCB膜68で埋め込む。
Next, the p-type
次いで、p型GaAsコンタクト層66にp側電極69を形成したのち、全面に、SiO2保護膜70を形成し、p側電極69に投影的に重なるようにマイクロヒータ71を設ける。なお、n型GaAs基板61の裏面には、n側電極72を設ける。
Next, after forming the p-
しかし、このような構造ではヒータと光導波路のコア層が遠く離れているためヒータの熱を効率的に光導波路のコア層に伝えることができない上に、素子駆動用電極の形状によっては放熱が大きく効率的な加熱ができないという問題がある。 However, in such a structure, since the heater and the core layer of the optical waveguide are far away, the heat of the heater cannot be efficiently transmitted to the core layer of the optical waveguide. There is a problem that large and efficient heating is not possible.
また、ヒータと光導波路のコア部分の物理的な距離を遠ざけないために素子駆動用電極の厚さが制限されてしまい、電極抵抗の増大、ひいては素子全体の消費電力の増大を招くという問題がある。更には、素子駆動用電極の上に更にヒータ電極を形成するため、プロセス工程が煩雑化し、素子上面平坦性の悪化を招きプロセス歩留まりが低下するといった問題もある。 In addition, since the physical distance between the heater and the core portion of the optical waveguide cannot be increased, the thickness of the element driving electrode is limited, resulting in an increase in electrode resistance and, consequently, an increase in power consumption of the entire element. is there. Furthermore, since the heater electrode is further formed on the element driving electrode, the process steps become complicated, and the flatness of the upper surface of the element is deteriorated, resulting in a problem that the process yield is lowered.
このような問題を解決するために、埋込ヘテロ接合型半導体レーザを利用して、埋込層中に加熱層を設けて活性層に加熱層を接近させることが提案されている(たとえば、特許文献2参照)。図19は、従来の埋込ヒータ装荷型半導体レーザの説明図である。 In order to solve such problems, it has been proposed to use a buried heterojunction semiconductor laser to provide a heating layer in the buried layer and bring the heating layer closer to the active layer (for example, a patent) Reference 2). FIG. 19 is an explanatory diagram of a conventional embedded heater loaded semiconductor laser.
n型InP基板81上に、n型InPバッファ層82、n型InGaAsP回折格子層83、InGaAsPSCH層84、MQW活性層85、InGaAsPSCH層86、p型InPクラッド層87及びp型InGaAsコンタクト層88を順次成長させる。次いで、n型InPバッファ層82に達するメサエッチングを行ってストライプ状メサを形成する。
On an n-
次いで、ストライプ状メサの側面をFeドープInP埋込層89で埋め込んだのち、FeドープInP埋込層89にMQW活性層85の深さに達する凹部を形成し、この凹部をn型InP加熱層90で埋め込む。次いで、SiO2保護膜91を形成したのち、所定の開口部を形成して、p側電極92及びヒータ電極94を形成する。なお、n型InP基板81の裏面にはn側電極93を設ける。
Next, after burying the side surface of the striped mesa with the Fe-doped InP buried
しかし、特許文献2においては、加熱体にエピタキシャル成長により成長した半導体層を用いているため、成長回数が増え、コスト・工数が増加するという問題がある。
However, in
したがって、光半導体装置において、簡単な構成で効率良く導波路を加熱することを目的とする。 Therefore, an object of the optical semiconductor device is to efficiently heat the waveguide with a simple configuration.
開示する一観点からは、半導体基板と前記半導体基板上に形成された第1のクラッド層と、前記第1のクラッド層上に形成されたコア層と前記コア層の上に形成された第2のクラッド層を有し、前記第2のクラッド層の前記コア層から離れた部分に光軸に垂直な断面が垂直メサ状或いは逆メサ状の光導波路となるストライプ状の凸状構造を有し、前記凸状構造の少なくとも側面に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜の上に形成された金属膜からなるヒータ要素と、前記凸状構造の頂部に形成されて前記コア層に電流を注入或いは電圧を印加する主電極と、前記ヒータ要素に電流を流す一対のヒータ電極とを有し、前記ヒータ要素は、前記凸状構造における前記一対のヒータ電極を形成する領域以外の領域において、前記凸状構造の側面のみに設けられていることを特徴とする光半導体装置が提供される。 From one aspect to be disclosed, a semiconductor substrate, a first cladding layer formed on the semiconductor substrate, a core layer formed on the first cladding layer, and a second layer formed on the core layer The second clad layer has a striped convex structure in which the cross section perpendicular to the optical axis is a vertical mesa-shaped or inverted mesa-shaped optical waveguide at a portion away from the core layer of the second clad layer , An insulating film formed on at least a side surface of the convex structure, a heater element made of a metal film formed on the insulating film, and an electric current injected into the core layer formed on the top of the convex structure or a main electrode for applying a voltage, have a pair of heater electrodes to flow a current to the heater element, the heater element, in the region other than the region for forming the pair of heater electrodes in the convex structure, the Only on the side of the convex structure An optical semiconductor device is provided, characterized by being.
また、開示する別の観点からは、半導体基板上に、少なくとも第1のクラッド層と、コア層と、第2のクラッド層を結晶成長させる工程と、前記第2のクラッド層の成長層側の少なくとも一部を垂直メサ状或いは逆メサ状の凸状構造にエッチングする工程と、前記凸状構造の少なくとも側面に絶縁膜を形成する工程と、前記凸状構造を含む表面全体に金属膜を形成する工程と、前記金属膜にイオン化させたガスを衝突させ、前記金属膜のうちの前記表面全体の平坦な部分及び順メサ状の部分に形成されている金属膜を除去するとともに、前記凸状構造の側面に形成された絶縁膜の上に形成された金属膜上に前記除去された金属の一部を堆積してヒータ要素を形成する工程とを有することを特徴とする光半導体装置の製造方法が提供される。 From another viewpoint to be disclosed, a step of crystal growth of at least a first cladding layer, a core layer, and a second cladding layer on a semiconductor substrate, and a growth layer side of the second cladding layer. Etching at least a portion into a vertical mesa-like or inverted mesa-like convex structure, forming an insulating film on at least a side surface of the convex structure, and forming a metal film on the entire surface including the convex structure And a step of colliding ionized gas with the metal film to remove the metal film formed on the flat portion and the forward mesa-shaped portion of the entire surface of the metal film, and the convex shape And a step of depositing a part of the removed metal on a metal film formed on an insulating film formed on a side surface of the structure to form a heater element. A method is provided.
開示の光半導体装置及びその製造方法によれば、簡単な構成で効率良く導波路を加熱することが可能になる。 According to the disclosed optical semiconductor device and the manufacturing method thereof, the waveguide can be efficiently heated with a simple configuration.
ここで、図1を参照して、本発明の実施の形態の光半導体装置を説明する。図1は本発明の実施の形態の光半導体装置の説明図であり、図1(a)は平面図であり、図1(b)は、図1(a)におけるB−B′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図である。なお、図1(a)においては、後述の実施例1の説明にために、A−A′方向及びC−C′方向も併せて示している。 Here, an optical semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is an explanatory view of an optical semiconductor device according to an embodiment of the present invention, FIG. 1 (a) is a plan view, and FIG. 1 (b) is a point connecting BB 'in FIG. 1 (a). It is sectional drawing along a dashed line. In FIG. 1A, the AA ′ direction and the CC ′ direction are also shown for the purpose of explaining Example 1 described later.
本発明の実施の形態の光半導体装置は、半導体基板1に、第1のクラッド層2と、コア層と3と、第2のクラッド層4を順次堆積する。次いで、第2のクラッド層4の一部を光軸に垂直な断面が垂直メサ状或いは逆メサ状の光導波路となる幅が1μm〜2μmのストライプ状の凸状構造5を形成する。例えば、半導体基板1が(100)面を主面とするIII-V族化合物半導体からなる基板とし、リッジ形成部をInGaPとすれば、光軸方向を(011)方向とすることで側面が(−11−1)面が現れる逆メサ状になる。なお、III-V族化合物半導体としては、AlGaAs/GaAs系でも良いし或いはInGaAsP/InP系でも良く、さらには、他の材料系でも良い。また、ドライエッチングによってもエッチング条件を調整することにより逆メサ形状或いは垂直メサ形状を形成することが可能である。
In the optical semiconductor device according to the embodiment of the present invention, a
凸状構造5の少なくとも側面に絶縁膜6を形成し、この絶縁膜6の上に金属膜からなるヒータ要素7を形成する。凸状構造5の頂部にはコア層3に電流を注入或いは電圧を印加する主電極8を形成するとともに、ヒータ要素7に電流を流す一対のヒータ電極と9,10を形成する。
An insulating
このように、リッジ導波路構造を利用してその側面にヒータ要素7を形成しているので、コア層3に十分物理的に近接した位置にヒータ要素7を形成することができ、ヒータ要素7による加熱を効率的にコア層3に伝達することができる。また、ヒータ要素7は金属薄膜で構成しているので、電源電圧に制約されることなく、効率良く導波路の温度を制御することが可能になる。
Thus, since the form of the
この場合のコア層3は、光半導体装置を半導体レーザ或いは半導体光増幅器として用いる場合には、バルク半導体活性層でも良いし、井戸層が1層のSQW活性層としても良いし、或いは、MQW活性層でも良い。MQW活性層とする場合には、MQW活性層を形成する井戸層は2層でも良いし、2層以上でも良い。また、半導体レーザとする場合には、DFBレーザ、DBRレーザ或いはDRレーザ構造にする場合には、活性層の近傍の少なくとも一部に回折格子を設ければ良い。
In this case, when the optical semiconductor device is used as a semiconductor laser or a semiconductor optical amplifier, the
また、凸状構造5は2本の互いに平行なトレンチ部によって形成しても良く、この場合のトレンチの幅は10μm〜20μmとする。また、トレンチ部の一方に凸状構造5の延在方向に対して直角方向にその両側面が順メサ状になる突出する付加凸部を形成しても良い。
The
2本の互いに平行なトレンチ部を形成する場合には、トレンチの両側面にヒータ要素が形成され、凸状構造5に対向する側面に形成されたヒータ要素はヒータ残渣として無効電流の原因になる。したがって、無効電流を発生させないためには、ヒータ電極9,10を凸状構造5を挟んで互いに反対側に設ける必要がある。
When two parallel trench portions are formed, heater elements are formed on both side surfaces of the trench, and the heater elements formed on the side surface facing the
また、付加凸部を形成した場合には、ヒータ残渣は付加凸部で切断されるので、付加凸部を設けた側に一対のヒータ電極9,10を設けても無効電流が流れることはない。それによって、素子幅の増大を回避することができる。
Further, in the case of forming the additional projections, the heater residue because it is cut by adding protrusions, does not flow reactive current be a pair of
また、ヒータ要素7を形成するためには、指向性の低い成膜方法、例えば、スパッタリングによる成膜と、リスパッタリングによる再付着を利用する。凸状構造5の側面だけにヒータ要素7を形成するのは一般的な手法では容易ではない。例えば、素子の一部に選択的に金属を形成する場合、リフトオフと呼ばれるプロセスがしばしば用いられる。この方法は選択的に金属を形成する領域にはマスクを形成せず、金属を形成しない領域にマスクを形成し、マスク上から一様に金属を蒸着し、金属を形成しない領域はマスクと共に蒸着された金属を取り除く(リフトオフする)ことで所望の箇所に金属を形成する手法である。
Further, in order to form the
しかしながら、この手法ではリフトオフする領域に形成されるマスクが数μm程度の厚みが必要である。光半導体素子のリッジやメサとよばれる凸状構造はせいぜい1μm〜2μm程度の高さでありリフトオフマスクを形成することができない。 However, in this method, the mask formed in the region to be lifted off requires a thickness of about several μm. The convex structure called ridge or mesa of the optical semiconductor element has a height of about 1 μm to 2 μm at most, and a lift-off mask cannot be formed.
また、指向性の高い蒸着を行わないとリフトオフマスクの側面にまで金属が形成されてしまいリフトオフ自体ができなくなる。このため指向性の高い蒸着を行う必要があるが、その場合、凸状構造5の側面にも金属を蒸着することができない。以上の理由から、リフトオフプロセスは平坦な部分に選択的に金属を形成する場合は有効であるが、本発明のように凸状構造の側面に選択的に金属を形成するという要求に対しては有効ではない。
Further, if vapor deposition with high directivity is not performed, metal is formed even on the side surface of the lift-off mask, and the lift-off itself cannot be performed. For this reason, it is necessary to perform vapor deposition with high directivity, but in that case, metal cannot be vapor-deposited also on the side surface of the
また、例えば、スパッタリングのように指向性の低い蒸着方法で凸状構造側面に金属を形成し、その後マスクを形成し不要な部分の金属を除去する方法も考えられる。しかしながら凸状構造5の側面にだけ選択的にレジストマスクのようなものを形成することはマスクの位置合わせの精度を考えると非常に難しく現実的ではない。
Further, for example, a method of forming a metal on the side surface of the convex structure by a vapor deposition method with low directivity such as sputtering, and then forming a mask to remove unnecessary portions of the metal can be considered. However, selectively forming a resist mask or the like only on the side surface of the
そこで、まず、スパッタリングのように指向性の低い蒸着方法で凸状構造5の側面を含む素子表面全面に金属を形成する。その後、素子全体をスパッタリングプロセスにおけるターゲットのように捉え、高電圧をかけてイオン化させたガスを衝突させる。高エネルギーを持ったイオン化したガスは素子平面部に形成された金属膜に衝突することで金属をはじき出し(スパッタリングし)、更に凸状構造の側面にスパッタリングされた金属を再蒸着させる。
Therefore, first, a metal is formed on the entire surface of the element including the side surface of the
また、この時、ヒータ要素7への電流注入を行うためにパッド及びパッドとヒータを結ぶ入出力線となる領域には適宜パターニングを行い、スパッタリングされないように保護しておく。また、素子平面部からのスパッタリング効果による堆積分を考慮して、一度目のスパッタリングによる金属膜形成は最終的な目標ヒータ厚より薄く作っておくことで所望の厚さの金属薄膜からなるヒータ要素7を凸状構造5の側面に形成することが可能となる。
At this time, in order to inject current into the
なお、絶縁材料については、保護膜としてはSiO2膜が典型的なものであり、埋込絶縁膜としてBCB膜が典型的なものであるが、SiO2膜やBCB膜に限られるものではなく、SiON膜やSiN膜等の他の絶縁膜を用いても良い。 As for the insulating material, the protective film is typically a SiO 2 film, and the buried insulating film is typically a BCB film, but is not limited to a SiO 2 film or a BCB film. Other insulating films such as a SiON film and a SiN film may be used.
また、光半導体装置としては、半導体レーザや半導体光増幅器に限られるものではなく、EA変調器でも良い。また、単独デバイスに限られるものではなく、半導体レーザと半導体光増幅器が集積された装置や、半導体レーザとEA変調器が集積された装置でも良い。さらに、ヒータ要素7は、凸状構造5の側面の全長にわたって形成する必要はなく、その一部にのみ形成されていても良い。
The optical semiconductor device is not limited to a semiconductor laser or a semiconductor optical amplifier, but may be an EA modulator. The device is not limited to a single device, and may be a device in which a semiconductor laser and a semiconductor optical amplifier are integrated, or a device in which a semiconductor laser and an EA modulator are integrated. Furthermore, the
次に、図2乃至図11を参照して、本発明の実施例1の光半導体装置の製造工程を説明するが、ここでは、DFBレーザとして説明する。なお、図におけるA−A′は、光軸に沿った断面図であり、B−B′は光軸に垂直な断面図であり、C−C′は素子端部近傍における光軸に垂直な断面図である。 Next, a manufacturing process of the optical semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 11. Here, a description will be given of a DFB laser. In the figure, AA ′ is a sectional view along the optical axis, BB ′ is a sectional view perpendicular to the optical axis, and CC ′ is perpendicular to the optical axis in the vicinity of the element end. It is sectional drawing.
まず、図2(a)に示すように、主面が(100)面のn型GaAs基板21上に、有機金属気相成長法により厚さが300nmのn型GaAsバッファ層22及び厚さが2000nmのn型AlGaAsクラッド層23を順次エピタキシャル成長させる。次いで、40nmのi型GaAsSCH層で挟まれた2層の7nmのi型InGaAs井戸層と1層の20nmのi型GaAsバリア層からなるMQW活性層24を成長させる。次いで、250nmのp型AlGaAsクラッド層25と厚さが60nmのp型GaAs回折格子層26を順次形成する。
First, as shown in FIG. 2A, an n-type
次いで、図2(b)に示すように、化学気相成長法(CVD法)によって、全面にSiO2膜27を形成したのち、フォトレジスト28を塗布する。次いで、図2(c)に示すように、フォトレジスト28を露光・現像すること回折格子状のフォトレジストパターン29を形成する。
Next, as shown in FIG. 2B, after a SiO 2 film 27 is formed on the entire surface by chemical vapor deposition (CVD), a
次いで、図3(d)に示すように、フォトレジストパターン29をマスクとして、緩衝フッ酸溶液によりSiO2膜27をエッチングすることで回折格子状のSiO2膜パターン30を形成する。
Next, as shown in FIG. 3D, using the
次いで、図3(e)に示すように、フォトレジストパターン29を除去したのち、SiO2膜パターン30をマスクとしてp型GaAs回折格子層26の露出表面をアンモニア水と過酸化水素水、水の混合溶液によりエッチングすることで、深さが25nmの回折格子31を形成する。なお、回折格子31の周期は作製する素子の波長帯によって異なるが、例えば1060nm帯のDFBレーザであれば周期を155.6nmとすれば1060nm付近のブラッグ波長が得られる。次いで、図3(f)に示すように、SiO2膜パターン30を除去して、再び結晶成長を開始する。
Next, as shown in FIG. 3 (e), after removing the
次いで、図4(g)に示すように、再び、MOCVD法を用いて、回折格子を埋め込む形でp型InGaPクラッド層32を1000nm成長させた後、300nmのp型GaAsコンタクト層33を成長させる。この段階で結晶成長工程は完了する。
Next, as shown in FIG. 4 (g), the MOCVD method is used again to grow the p-type InGaP clad
次いで、図4(h)に示すように、CVD法を用いて全面にSiO2膜34を形成したのち、フォトレジストを塗布して、露光・現像することによって、(011)面方向に延在する幅が2.0μmのストライプ状のフォトレジストパターン35を形成する。
Next, as shown in FIG. 4 (h), a SiO 2 film 34 is formed on the entire surface by using a CVD method, and then a photoresist is applied, exposed and developed to extend in the (011) plane direction. A
次いで、図5(i)に示すように、フォトレジストパターン35をマスクとしてSiO2膜34を緩衝フッ酸溶液によりエッチングすること導波路パターンに対応するストライプ状のSiO2膜パターン36を形成する。次いで、フォトレジストパターン35を除去したのち、SiO2膜パターン36をマスクとして、アンモニア水、過酸化水素水、水の混合溶液を用いてp型GaAsコンタクト層33をエッチングする。引き続いて、塩酸、酢酸の混合溶液を用いてp型InGaPクラッド層32をエッチングすることによって凸状のリッジ導波路37を形成する。この時、リッジ導波路37の側面には(−11−1)面が表れて逆メサ構造になる。なお、p型InGaPクラッド層32のエッチング工程において、p型GaAs回折格子層26は塩酸、酢酸のエッチャントによりエッチングされないためエッチングが停止する。
Next, as shown in FIG. 5I, the SiO 2 film 34 is etched with a buffered hydrofluoric acid solution using the
次いで、図5(j)に示すように、緩衝フッ酸溶液によりSiO2膜パターン36を除去したのち、CVD法を用いて全面にSiO2保護膜38を形成する。次いで、スパッタリング法を用いて、厚さが30nmのTi膜と厚さが400nmのPt膜を順次堆積させてTi/Pt膜39を形成する。なお、後述するように、Ti/Pt膜39のパターニング工程において、Pt及びTiが再付着して厚さが増加するので、この段階では、最終的な所望のヒータ厚より薄い膜厚とする。
Next, as shown in FIG. 5J, after the SiO 2 film pattern 36 is removed with a buffered hydrofluoric acid solution, a SiO 2
次いで、図6(k)に示すように、再び、CVD法を用いてSiO2膜(図示は省略)を形成したのち、フォトレジストを塗布し、露光・現像することによってリッジ導波路37を跨ぐ接続パターンを有するフォトレジストパターン40を形成する。次いで、フォトレジストパターン40をマスクとして、緩衝フッ酸溶液を用いてSiO2膜をエッチングしてSiO2膜パターン(図示は省略)を形成する。
Next, as shown in FIG. 6 (k), an SiO 2 film (not shown) is formed again using the CVD method, and then a photoresist is applied, exposed and developed to straddle the
次いで、図6(l)に示すように、フォトレジストパターン40を除去したのち、SiO2膜パターンをマスクにしてイオン化したArガスを用いたスパッタリングにより平坦部及びリッジ導波路37の頂部に堆積したPt膜を除去する。次いで、CF4+Arからなる混合ガスをイオン化したスパッタリング法により平坦部及びリッジ導波路37の頂部に堆積したTi膜を除去する。これらのスパッタリング工程において、スパッタされPt及びTiはリッジ導波路37の側面に堆積しているTi/Pt膜39の上に順次付着してTi/Pt/Pt/Ti膜41となる。Ti/Pt/Pt/Ti膜41は順に30nm、400nm、300nm、20nmという膜厚となる。
Next, as shown in FIG. 6L, after removing the
次いで、図7(m)に示すように、緩衝フッ酸溶液を用いてSiO2膜パターンを除去する。この時、光の入出力端面の近傍においてはリッジ導波路37を跨るヒータへの電力入出力線となるパターンが存在するので、この部分において、ヒータへの電力入出力線となるTi/Pt膜39とヒータとなるTi/Pt/Pt/Ti膜41は電気的に接続している。
Next, as shown in FIG. 7M, the SiO 2 film pattern is removed using a buffered hydrofluoric acid solution. At this time, there is a pattern serving as a power input / output line to the heater straddling the
次いで、図7(n)に示すように、再び、CVD法を用いて全面を覆うようにSiO2膜42を形成したのち、スピンコート等を用いて、有機絶縁材料であるBCB(Benzocyclobutene)を塗布し、リッジ導波路37をBCB膜43で埋め込む。
Next, as shown in FIG. 7 (n), the SiO 2 film 42 is again formed so as to cover the entire surface by using the CVD method, and then BCB (Benzocyclobutylene), which is an organic insulating material, is formed using spin coating or the like. The
次いで、図8(o)に示すように、反応性イオンエッチング(ReactiveIon Etching:RIE)を用いてBCB膜43をエッチバックしてリッジ導波路37の頂部を覆うSiO2膜42を露出させる。
Next, as shown in FIG. 8 (o), the
次いで、図8(p)に示すように、フォトレジストを塗布して露光・現像することによって、リッジ導波路37に対応する開口部を有するフォトレジストパターン44を形成する。次いで、フォトレジストパターン44をマスクとして開口部において緩衝フッ酸溶液を用いてSiO2膜42及びSiO2保護膜38を順次除去してp型GaAsコンタクト層33を露出させる。
Next, as shown in FIG. 8 (p), a
次いで、図9(q)に示すようにレジストパターン44を除去した後、電子ビーム蒸着法を用いて素子全面にTi/Pt/Au膜45を形成する。次いで、図9(r)に示すように、フォトレジストを塗布して、露光・現像することによって、DFBレーザのキャリア注入用電極及びその電極パッドとなる部分に対応する開口部を有するめっきフレーム46を形成する。次いで、このめっきフレーム46をマスクとして、露出しているTi/Pt/Au膜45を電極とした電解めっき法によってAuめっき層47を形成する。
Next, after removing the resist
次いで、図10(s)に示すように、めっきフレーム46を除去したのち、ドライエッチングにより、Auめっき層47をマスクとして、めっきシードであるTi/Pt/Au膜45の露出部を除去する。
Next, as shown in FIG. 10S, after the
次いで、図11(t)に示すように、フォトレジストを塗布して露光・現像することによってヒータの電極のパッド部分とヒータへの電力入出力線の一部に開口部を有するフォトレジストパターン(図示は省略)を形成する。次いで、開口部に露出してBCB膜43を反応性イオンエッチングにより除去してSiO2膜42を露出させる。次いで、露出させたSiO2膜42を緩衝フッ酸溶液を用いて除去することによって、パッド及びヒータへの電力入出力線に対応するTi/Pt膜39を露出させる。
Next, as shown in FIG. 11 (t), a photoresist pattern (opening is formed in the pad portion of the heater electrode and a part of the power input / output line to the heater by applying a photoresist, exposing and developing the photoresist pattern ( (Illustration is omitted). Next, the
次いで、残されたレジストパターンをリフトオフマスクとして、EB蒸着法(電子ビーム蒸着法)を用いて、Au膜を全面に蒸着させたのち、開口部以外に形成されたAu膜をレジストパターンごと除去することでパッド部分とヒータへの電力入出力線の一部にAu膜48を形成する。このAu膜48によって、パッドの抵抗が下がるとともに貫通を防止する下地厚さが得られるので、ワイヤボンディングも可能となる。
Next, using the remaining resist pattern as a lift-off mask, an EB vapor deposition method (electron beam vapor deposition method) is used to deposit an Au film on the entire surface, and then the Au film formed on portions other than the openings is removed together with the resist pattern. Thus, the
次いで、図11(u)に示すように、素子の厚さが約150μmになるようにn型GaAs基板の裏面を研磨した後、下部電極となるAuGe/Au膜49を形成し、次いで、Auめっき層50を形成する。
Next, as shown in FIG. 11 (u), the back surface of the n-type GaAs substrate is polished so that the thickness of the element becomes about 150 μm, and then an AuGe /
図示は省略するが、最後に、素子を適切な長さで劈開し、片方の端面に例えば反射率95%の反射膜(HR膜)をコーティングし、もう一方の端面には例えば反射率1%以下の無反射膜(AR膜)コーティングする。出力側はAR膜側となる。 Although illustration is omitted, finally, the element is cleaved with an appropriate length, and one end face is coated with a reflective film (HR film) having a reflectivity of 95%, for example, and the other end face is coated with a reflectivity of 1%, for example. The following antireflective film (AR film) is coated. The output side is the AR film side.
本発明の実施例1においては、リッジ導波路の側面に金属薄膜からなるヒータが形成されているため、電源電圧に制約されることなく、効率良く光導波路を加熱することができる。また、我々の検討では、図18に示した従来のマイクロヒータ装荷型半導体レーザに比べて概ね10%程度電力効率が改善されている。 In the first embodiment of the present invention, since the heater made of a metal thin film is formed on the side surface of the ridge waveguide, the optical waveguide can be efficiently heated without being restricted by the power supply voltage. In our study, the power efficiency is improved by about 10% compared to the conventional microheater loaded semiconductor laser shown in FIG.
また、金属薄膜からなるヒータをリッジ側面に形成したことにより半導体レーザ電極を自由に設計できる。即ち、従来構造のように半導体レーザのキャリア注入用電極の上に薄膜ヒータを形成する場合は半導体レーザのキャリア注入用電極の厚さは1μm以下程度に抑える必要があるが、本実施例ではメッキ工程を用いることで4μm程度の厚さを確保できる。このため、半導体レーザの消費電力も低減することが可能である。これは特に半導体素子を直接変調する場合、半導体レーザの電極面積を小さくする必要があるためその厚さを厚くできることはより効果が大きい。 In addition, the semiconductor laser electrode can be freely designed by forming a heater made of a metal thin film on the side surface of the ridge. That is, when the thin film heater is formed on the carrier injection electrode of the semiconductor laser as in the conventional structure, the thickness of the carrier injection electrode of the semiconductor laser needs to be suppressed to about 1 μm or less. By using the process, a thickness of about 4 μm can be secured. For this reason, it is possible to reduce the power consumption of the semiconductor laser. This is particularly effective when the semiconductor element is directly modulated, since it is necessary to reduce the electrode area of the semiconductor laser, so that the thickness can be increased.
次に、図12乃至図14を参照して、本発明の実施例2の光半導体装置を説明する。この本発明の実施例2の光半導体装置は、上記の実施例1における凸状のリッジ導波路を互いに平行に延在する2本のトレンチ部で形成したものであり、基本的な結晶成長工程、絶縁膜の形成工程及びヒータの形成工程は上記の実施例1と同様である。なお、図12(a)はトレンチ部形成直後の平面図であり、図12(b)は、各パッド形成後の平面図である。 Next, an optical semiconductor device according to Example 2 of the present invention will be described with reference to FIGS. The optical semiconductor device according to the second embodiment of the present invention is a basic crystal growth process in which the convex ridge waveguide in the first embodiment is formed by two trench portions extending in parallel with each other. The insulating film forming step and the heater forming step are the same as those in the first embodiment. 12A is a plan view immediately after formation of the trench portion, and FIG. 12B is a plan view after formation of each pad.
まず、上記の実施例1の図4(g)までの工程と同様に、n型GaAs基板21上にp型GaAsコンタクト層33までを成長させる。次いで、SiO2膜を形成したのち、フォトレジストを塗布して、露光・現像することによって、2本の平行な開口部を有するフォトレジストパターン(いずれも図示は省略)を形成する。次いで、フォトレジストパターンをマスクとして緩衝フッ酸溶液を用いてSiO2膜をエッチングしてSiO2膜パターンを形成する。
First, the p-type
次いで、フォトレジストパターンを除去したのち、SiO2膜パターンをマスクとしてアンモニア水、過酸化水素水、水の混合溶液を用いてp型GaAsコンタクト層33をエッチングする。引き続いて、塩酸、酢酸の混合溶液を用いてp型InGaPクラッド層32をエッチングすることによって凸状のリッジ導波路37とその両側に幅が10μmのトレンチ部51を形成する。次いで、SiO2膜パターンを除去することによって、図12(a)に示す平面構造が得られる。
Next, after removing the photoresist pattern, the p-type
以降は、再び、実施例1の図5(j)乃至図12(u)の工程を行うことによって、本発明の実施例2の光半導体装置の基本的構成が完成する。但し、図6(k)の工程において、図12(b)に示すように、ヒータパッドとヒータへの電力入出力線に対応するフォトレジストパターンをリッジ導波路を挟んで互いに反対側に設けることが必要である。 Thereafter, the basic configuration of the optical semiconductor device according to the second embodiment of the present invention is completed by performing the steps of FIGS. 5 (j) to 12 (u) according to the first embodiment again. However, in the step of FIG. 6 (k), as shown in FIG. 12 (b), photoresist patterns corresponding to the heater pad and the power input / output lines to the heater are provided on opposite sides of the ridge waveguide. is necessary.
図13(a)は図12(b)におけるD−D′断面図であり、トレンチ部51の両側面にヒータ要素となるTi/Pt/Pt/Ti膜41とヒータ残渣52,53が形成される。図13(b)は、図12(b)におけるE−E′断面図であり、右側のトレンチ部51の右側の側面にヒータ残渣53が形成されるが、他の部分では、Ti/Pt膜39のまま残存してヒータへの電力入出力線及びパッド下地部を形成し、このパッド下地部上にAu膜48からなるヒータパッド54が形成される。また、図14は、図12(b)におけるF−F′断面図であり、左側のトレンチ部51の左側の側面にヒータ残渣52が形成されるが、他の部分では、Ti/Pt膜39のまま残存してヒータへの電力入出力線及びパッド下地部を形成し、このパッド下地部上にAu膜48からなるヒータパッド55が形成される。
13A is a cross-sectional view taken along the line DD ′ in FIG. 12B, and Ti / Pt / Pt /
トレンチ部51の両側を形成するテラス部はリッジ導波路37とは10μm離れているため、トレンチ部51の側面に形成されたヒータ残渣52,53に流れ込む電流成分による温度変化は素子制御にほとんど寄与せず無効な消費電力となる。
Since the terrace portions forming both sides of the
しかし、図13及び図14に示すように、左側のヒータ残渣52はヒータパッド54に接続されているがヒータパッド55には接続されていないので電流が流れることがない。また、右側のヒータ残渣53もヒータパッド55に接続されているがヒータパッド54には接続されていないので電流が流れることがなく、無駄な電力投入を避けることができる。
However, as shown in FIGS. 13 and 14, the
また、本発明の実施例2においてはトレンチ部の両側はテラス構造となって表面全体が実施例1に比べて平坦になるので、露光工程、蒸着工程、或いは、エッチング工程を精度良く行うことが可能になるので、良好な作製歩留まりを得ることができる。 In the second embodiment of the present invention, both sides of the trench portion have a terrace structure, and the entire surface is flatter than that of the first embodiment. Therefore, the exposure process, the vapor deposition process, or the etching process can be performed with high accuracy. As a result, a good production yield can be obtained.
次に、図15乃至図17を参照して、本発明の実施例3の光半導体装置を説明する。この本発明の実施例3の光半導体装置は、上記の実施例2におけるトレンチ部の一方にリッジ導波路に対して直角方向に突出する張出トレンチ部57を設けたものであり、基本的な結晶成長工程、絶縁膜の形成工程及びヒータの形成工程は実施例1,2と同様である。なお、図15(a)はトレンチ部形成直後の平面図であり、図15(b)は、各パッド形成後の平面図である。
Next, an optical semiconductor device according to Example 3 of the present invention will be described with reference to FIGS. The optical semiconductor device according to the third embodiment of the present invention is provided with an overhanging
まず、上記の実施例1の図4(g)までの工程と同様に、(100)面を主面とするn型GaAs基板21上にp型GaAsコンタクト層33までを成長させる。次いで、SiO2膜を形成したのち、フォトレジストを塗布して、露光・現像することによって、2本の平行な開口部と、張出トレンチ部に対応する開口部を有するフォトレジストパターン(いずれも図示は省略)を形成する。この時、2本の平行な開口部の延在方向を(011)面方向とする。次いで、フォトレジストパターンをマスクとして緩衝フッ酸溶液を用いてSiO2膜をエッチングしてSiO2膜パターンを形成する。
First, similarly to the process up to FIG. 4G of the first embodiment, the p-type
次いで、フォトレジストパターンを除去したのち、SiO2膜パターンをマスクとしてアンモニア水、過酸化水素水、水の混合溶液を用いてp型GaAsコンタクト層33をエッチングする。引き続いて、塩酸、酢酸の混合溶液を用いてp型InGaPクラッド層32をエッチングすることによって凸状のリッジ導波路37とその両側に幅が10μmのトレンチ部51を形成する。この時、張出トレンチ部57の両側の側面には、(111)面が表れて順メサ構造になる。次いで、SiO2膜パターンを除去することによって、図15(a)に示す平面構造が得られる。
Next, after removing the photoresist pattern, the p-type
以降は、再び、実施例1の図5(j)乃至図11(u)の工程を行うことによって、本発明の実施例3の光半導体装置の基本的構成が完成する。但し、図6(k)の工程において、図15(b)に示すように、ヒータパッドとヒータへの電力入出力線に対応するフォトレジストパターンをリッジ導波路を挟んで同じ側に設ける。 Thereafter, the basic configuration of the optical semiconductor device according to the third embodiment of the present invention is completed by performing the steps of FIGS. 5 (j) to 11 (u) according to the first embodiment again. However, in the step of FIG. 6 (k), as shown in FIG. 15 (b), a photoresist pattern corresponding to the heater pad and the power input / output line to the heater is provided on the same side across the ridge waveguide.
図16は製造途中の図15(b)におけるG−G′断面図であり、図16(a)に示すように、実施例1と同様に、トレンチ部51を形成したのち、SiO2保護膜38及びTi/Pt膜39を順次堆積する。次いで、図16(b)に示すように、スパッタリングにより平坦面に堆積したTi/Pt膜39を除去する。この時、除去されたPt及びTiの一部が側面のTi/Pt膜39上に再付着してTi/Pt/Pt/Ti膜からなるヒータ残渣52となる。
FIG. 16 is a cross-sectional view taken along the line GG ′ in FIG. 15B in the course of manufacture. As shown in FIG. 16A, after forming the
一方、図17は、製造途中の図15(b)におけるH−H′断面図であり、図17(a)に示すように、実施例1と同様に、トレンチ部51を形成したのち、SiO2保護膜38及びTi/Pt膜39を順次堆積する。次いで、図17(b)に示すように、スパッタリングにより平坦面に堆積したTi/Pt膜39を除去する。この時、張出トレンチ部57の両側面は(111)面が露出した順メサ状であるので、その上に堆積したTi/Pt膜39は除去されて欠落部となる。
On the other hand, FIG. 17 is a cross-sectional view taken along the line H-H ′ in FIG. 15 (b) during manufacture. As shown in FIG. 17 (a), after forming the
この場合も、トレンチ部51の両側を形成するテラス部はリッジ導波路37とは10μm離れているため、トレンチ部51の側面に形成されたヒータ残渣52,53に流れ込む電流成分による温度変化は素子制御にほとんど寄与せず無効な消費電力となる。
Also in this case, since the terrace portions forming both sides of the
また、ワイヤボンディング工程の歩留まりや作業性を考えるとパッドは80μm角程度のサイズが必要となるため素子の横幅方向はパッドサイズにより制限されてしまう。また、例えば、曲がり導波路を有する素子の場合、曲がり導波路による横幅方向の占有長により素子幅が増大しないように予めリッジを素子中央からオフセットする場合がある。このような場合でも、ヒータの入出力パッド及びヒータへの電力入出力線をリッジに対して片側ずつ配置することは素子幅の増大を招く。 Further, considering the yield and workability of the wire bonding process, the pad needs to have a size of about 80 μm square, so the lateral width direction of the element is limited by the pad size. Further, for example, in the case of an element having a bent waveguide, the ridge may be offset from the element center in advance so that the element width does not increase due to the occupied length in the lateral width direction by the bent waveguide. Even in such a case, arranging the input / output pads of the heater and the power input / output lines to the heater one by one with respect to the ridge causes an increase in the element width.
しかし、図17に示すように、張出トレンチ部57を設けているので、左側のヒータ残渣52は張出トレンチ部57で欠落している。したがって、素子幅の増大を回避するためにリッジ導波路37に対して同じ側にヒータパッド54,55を設けても左側のヒータ残渣52には電流が流れることがない。また、右側のヒータ残渣53はヒータパッド54,55に接続されていないので電流が流れることがなく、無駄な電力投入を避けることができる。
However, as shown in FIG. 17, since the overhanging
ここで、実施例1乃至実施例3を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を付す。
(付記1)半導体基板と、前記半導体基板上に形成された第1のクラッド層と、前記第1のクラッド層上に形成されたコア層と前記コア層の上に形成された第2のクラッド層を有し、前記第2のクラッド層の前記コア層から離れた部分に光軸に垂直な断面が垂直メサ状或いは逆メサ状の光導波路となるストライプ状の凸状構造を有し、前記凸状構造の少なくとも側面に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜の上に形成された金属膜からなるヒータ要素と、前記凸状構造の頂部に形成されて前記コア層に電流を注入或いは電圧を印加する主電極と、前記ヒータ要素に電流を流す一対のヒータ電極とを有し、前記ヒータ要素は、前記凸状構造における前記一対のヒータ電極を形成する領域以外の領域において、前記凸状構造の側面のみに設けられていることを特徴とする光半導体装置。
(付記2)前記凸状構造の両側にストライプ状の溝状構造を有することを特徴とする付記1に記載された光半導体装置。
(付記3)前記一対のヒータ電極の一方を、前記ストライプ状の凸状構造の一方の側部側に配置するとともに、前記一対のヒータ電極の他方を、前記ストライプ状の凸状構造の他方の側部側に配置することを特徴とする付記1または付記2に記載の光半導体装置。
(付記4)前記ストライプ状の溝状構造の一方に、前記凸状構造から離れた側に突出する直角方向に突出する付加凸部を有し、前記付加凸部の突出方向に垂直な断面形状が順メサ状であり、前記順メサ状の側面に前記ヒータ要素が存在しないことを特徴とする付記2に記載の光半導体装置。
(付記5)前記一対のヒータ電極を、前記ストライプ状の凸状構造の前記付加凸部を設けた側に設けたことを特徴とする付記4に記載の光半導体装置。
(付記6)前記一対のヒータ電極を形成する領域において、前記ヒータ要素となる前記金属膜の延在部が、前記ヒータ電極と電気的に接続していることを特徴とする付記1乃至付記5のいずれか1に記載の光半導体装置。
(付記7)前記半導体基板が、(100)面を主面とするGaAs基板であり、前記凸状構造の少なくとも一部がInGaPよりなり、前記光軸方向が(011)面方向であり、前記凸状構造の側面が(−11−1)面であることを特徴とする付記1乃至付記6のいずれか1に記載の光半導体装置。
(付記8)半導体基板上に、少なくとも第1のクラッド層と、コア層と、第2のクラッド層を結晶成長させる工程と、前記第2のクラッド層の成長層側の少なくとも一部を垂直メサ状或いは逆メサ状の凸状構造にエッチングする工程と、前記凸状構造の少なくとも側面に絶縁膜を形成する工程と、前記凸状構造を含む表面全体に金属膜を形成する工程と、前記金属膜にイオン化させたガスを衝突させ、前記金属膜のうちの前記表面全体の平坦な部分及び順メサ状の部分に形成されている金属膜を除去するとともに、前記凸状構造の側面に形成された絶縁膜の上に形成された金属膜上に前記除去された金属の一部を堆積してヒータ要素を形成する工程とを有することを特徴とする光半導体装置の製造方法。
(付記9)前記ヒータ要素を形成する工程において、一対のヒータ電極を形成する領域において、前記金属膜が除去されないようにマスクし、前記一対のヒータ電極を形成する領域において、前記金属膜と前記ヒータ要素が電気的に接続していることを特徴とする付記8に記載の光半導体装置の製造方法。
Here, the following supplementary notes are attached to the embodiments of the present invention including Examples 1 to 3.
(Supplementary note 1) a semiconductor substrate, a first cladding layer formed on the semiconductor substrate, a core layer formed on the first cladding layer, and a second cladding formed on the core layer A layer having a stripe-like convex structure in which a section perpendicular to the optical axis forms a vertical mesa-shaped or inverted mesa-shaped optical waveguide in a portion away from the core layer of the second cladding layer, An insulating film formed on at least a side surface of the convex structure, a heater element made of a metal film formed on the insulating film, and an electric current injected into the core layer or voltage formed on the top of the convex structure a main electrode for applying a, have a pair of heater electrodes to flow a current to the heater element, the heater element, in the region other than the region for forming the pair of heater electrodes in the convex structure the convex Only on the side of the structure Light wherein a.
(Supplementary note 2) The optical semiconductor device according to
(Supplementary Note 3) One of the pair of heater electrodes is disposed on one side of the stripe-shaped convex structure, and the other of the pair of heater electrodes is disposed on the other side of the stripe-shaped convex structure. The optical semiconductor device according to
(Appendix 4) One of the striped groove-like structures has an additional convex part projecting in a right angle direction projecting to the side away from the convex structure, and a cross-sectional shape perpendicular to the projecting direction of the additional convex part there is a forward mesa shape, the optical semiconductor device according to
(Supplementary note 5) The optical semiconductor device according to supplementary note 4, wherein the pair of heater electrodes is provided on a side where the additional convex portion of the striped convex structure is provided.
(Additional remark 6) In the area | region which forms a pair of said heater electrode, the extension part of the said metal film used as the said heater element is electrically connected with the said heater electrode,
(Supplementary Note 7) The semiconductor substrate is a GaAs substrate having a (100) plane as a main surface, at least a part of the convex structure is made of InGaP, and the optical axis direction is a (011) plane direction. 7. The optical semiconductor device according to any one of
(Supplementary Note 8) Crystal growth of at least a first cladding layer, a core layer, and a second cladding layer on a semiconductor substrate, and at least a part of the second cladding layer on the growth layer side is a vertical mesa Etching into a convex or inverted mesa convex structure, forming an insulating film on at least a side surface of the convex structure, forming a metal film over the entire surface including the convex structure, and the metal The ionized gas is made to collide with the film to remove the metal film formed on the flat portion and the forward mesa-shaped portion of the entire surface of the metal film, and is formed on the side surface of the convex structure. And a step of depositing a part of the removed metal on a metal film formed on the insulating film to form a heater element.
(Supplementary Note 9) In the step of forming the heater element, in the region where the pair of heater electrodes are formed, the metal film is masked so as not to be removed, and in the region where the pair of heater electrodes are formed, the metal film and the The method for manufacturing an optical semiconductor device according to
1 半導体基板
2 第1のクラッド層
3 コア層
4 第2のクラッド層
5 凸状構造
6 絶縁膜
7 ヒータ要素
8 主電極
9,10 ヒータ電極
21 n型GaAs基板
22 n型GaAsバッファ層
23 n型AlGaAsクラッド層
24 MQW活性層
25 p型AlGaAsクラッド層
26 p型GaAs回折格子層
27 SiO2膜
28 フォトレジスト
29 フォトレジストパターン
30 SiO2膜パターン
31 回折格子
32 p型InGaPクラッド層
33 p型GaAsコンタクト層
34 SiO2膜
35 フォトレジストパターン
36 SiO2膜パターン
37 リッジ導波路
38 SiO2保護膜
39 Ti/Pt膜
40 フォトレジストパターン
41 Ti/Pt/Pt/Ti膜
42 SiO2膜
43 BCB膜
44 フォトレジストパターン
45 Ti/Pt/Au膜
46 めっきフレーム
47 Auめっき層
48 Au膜
49 AuGe/Au膜
50 Auめっき層
51 トレンチ部
52,53 ヒータ残渣
54,55 ヒータパッド
56 キャリア注入電極パッド
57 張出トレンチ部
61 n型GaAs基板
62 n型AlGaAsクラッド層
63 MQW活性層
64 p型AlGaAsクラッド層
65 p型InGaPクラッド層
66 p型GaAsコンタクト層
67 SiO2保護膜
68 BCB膜
69 p側電極
70 SiO2保護膜
71 マイクロヒータ
72 n側電極
81 n型InP基板
82 n型InPバッファ層
83 n型InGaAsP回折格子層
84 InGaAsPSCH層
85 MQW活性層
86 InGaAsPSCH層
87 p型InPクラッド層
88 p型InGaAsコンタクト層
89 FeドープInP埋込層
90 n型InP加熱層
91 SiO2保護膜
92 p側電極
93 n側電極
94 ヒータ電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 2 1st clad layer 3 Core layer 4 2nd clad layer 5 Convex structure 6 Insulating film 7 Heater element 8 Main electrodes 9, 10 Heater electrode 21 n-type GaAs substrate 22 n-type GaAs buffer layer 23 n-type AlGaAs cladding layer 24 MQW active layer 25 p-type AlGaAs cladding layer 26 p-type GaAs diffraction grating layer 27 SiO 2 film 28 photoresist 29 photoresist pattern 30 SiO 2 film pattern 31 diffraction grating 32 p-type InGaP cladding layer 33 p-type GaAs contact Layer 34 SiO 2 film 35 Photoresist pattern 36 SiO 2 film pattern 37 Ridge waveguide 38 SiO 2 protective film 39 Ti / Pt film 40 Photoresist pattern 41 Ti / Pt / Pt / Ti film 42 SiO 2 film 43 BCB film 44 Photo Resist pattern 45 Ti / Pt / Au film 46 Plating frame 47 Au plating layer 48 Au film 49 AuGe / Au film 50 Au plating layer 51 Trench portion 52, 53 Heater residue 54, 55 Heater pad 56 Carrier injection electrode pad 57 Overhang trench portion 61 n-type GaAs substrate 62 n-type AlGaAs cladding layer 63 MQW active layer 64 p-type AlGaAs cladding layer 65 p-type InGaP cladding layer 66 p-type GaAs contact layer 67 SiO 2 protective film 68 BCB film 69 p-side electrode 70 SiO 2 protective film 71 Micro heater 72 n Side electrode 81 n-type InP substrate 82 n-type InP buffer layer 83 n-type InGaAsP diffraction grating layer 84 InGaAsPSCH layer 85 MQW active layer 86 InGaAsPSCH layer 87 p-type InP cladding layer 88 p-type InGaAs contact layer 89 Fe-doped I P buried layer 90 n-type InP heating layer 91 SiO 2 protective film 92 p-side electrode 93 n-side electrode 94 heater electrode
Claims (5)
前記半導体基板上に形成された第1のクラッド層と、
前記第1のクラッド層上に形成されたコア層と
前記コア層の上に形成された第2のクラッド層を有し、
前記第2のクラッド層の前記コア層から離れた部分に光軸に垂直な断面が垂直メサ状或いは逆メサ状の光導波路となるストライプ状の凸状構造を有し、
前記凸状構造の少なくとも側面に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に形成された金属膜からなるヒータ要素と、
前記凸状構造の頂部に形成されて前記コア層に電流を注入或いは電圧を印加する主電極と、
前記ヒータ要素に電流を流す一対のヒータ電極と
を有し、
前記ヒータ要素は、前記凸状構造における前記一対のヒータ電極を形成する領域以外の領域において、前記凸状構造の側面のみに設けられていることを特徴とする光半導体装置。 A semiconductor substrate and a first cladding layer formed on the semiconductor substrate;
A core layer formed on the first cladding layer; and a second cladding layer formed on the core layer;
A portion of the second cladding layer away from the core layer has a stripe-like convex structure in which a cross section perpendicular to the optical axis is a vertical mesa-shaped or inverted mesa-shaped optical waveguide;
An insulating film formed on at least a side surface of the convex structure;
A heater element made of a metal film formed on the insulating film;
A main electrode formed on the top of the convex structure and injecting current or applying voltage to the core layer;
Have a pair of heater electrodes to flow a current to the heater element,
The optical semiconductor device , wherein the heater element is provided only on a side surface of the convex structure in a region other than a region where the pair of heater electrodes are formed in the convex structure .
前記第2のクラッド層の成長層側の少なくとも一部を垂直メサ状或いは逆メサ状の凸状構造にエッチングする工程と、
前記凸状構造の少なくとも側面に絶縁膜を形成する工程と、
前記凸状構造を含む表面全体に金属膜を形成する工程と、
前記金属膜にイオン化させたガスを衝突させ、前記金属膜のうちの前記表面全体の平坦な部分及び順メサ状の部分に形成されている金属膜を除去するとともに、前記凸状構造の側面に形成された絶縁膜の上に形成された金属膜上に前記除去された金属の一部を堆積してヒータ要素を形成する工程と
を有することを特徴とする光半導体装置の製造方法。 Crystal growth of at least a first cladding layer, a core layer, and a second cladding layer on a semiconductor substrate;
Etching at least a portion of the second cladding layer on the growth layer side into a convex structure having a vertical mesa shape or an inverted mesa shape; and
Forming an insulating film on at least a side surface of the convex structure;
Forming a metal film over the entire surface including the convex structure;
The ionized gas is made to collide with the metal film to remove the metal film formed on the flat portion and the forward mesa portion of the entire surface of the metal film, and on the side surface of the convex structure. And a step of forming a heater element by depositing a part of the removed metal on a metal film formed on the formed insulating film.
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