JPH02177384A - 半導体光集積素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は活性領域と光ガイド領域とが光学的に結合した
半導体光集積素子の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

半導体光集積素子の製造においては、活性領域と光ガイ
ド領域とを光学的に効率よく結合する技術が非常に重要
である。例えば半導体レーザの活性領域に回折格子を有
する光ガイド領域を結合した分布ブラック反射レーザ（
ＤＢＲレーザ）では、２つの領域の結合効率が悪いと、
レーザの特性が大きく劣化してしまう。高い結合効率を
得るためには、２つの領域を光学的になめらかに（つま
シ光の伝播定数の変化が小さい状態で）つなぐ必要があ
る。また一般に光ガイド領域は低損失であることが望ま
しいので、この領域の光ガイド層は不純物ドーピングを
しない方がよいことが多い。

方活性領域はレーザのように不純物濃度をある程度高く
する必要があるので、製造上は２つの領域の整合をとる
必要がある。この際Ｋ、選択成長法を用いて、例えば光
ガイド領域を独立に成長できれば、不純物濃度や層厚を
独立に制御できるという利点がある。しかし選択成長法
は、半導体基板上の一部分だけ成長する方法なので、成
長する領域としない領域の境界部に異常成長が生じやす
く、捷た成長の制御も非常に難しい。このような点を考
慮して、境界部での異常成長がなく、かつ２つの領域が
セめらかに結合できる成長方法が報告されている。Ｍ３
図はこの方法を用いて成長したＤＢＲレーザの断面図で
ある。製造方法と素子構造の詳細については電子情報通
信学会論文誌、（Ｙ。

Ｔｏｈ＋ｎｏｒｉ他Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔ
ｂｅ　ＩＥＩＣＥ、Ｅ７０４９４．１９８７）Ｋ述べら
れているが、ここで本発明に関する部分を簡単に説明す
る。このＤＢＲレーザの製造における結晶成長はすべて
液相エピタキシャル（ＬＰＥ）成長法で行なわれた。ま
ず半導体基板１１０の上にバクファ層１２０、活性層１
３０、クラッド層１４０を順次に成長する。次にＤＢＲ
領域４００のクランド層１４０と活性層１３０を除去し
、そこに回折格子１９０を形成する。次に２回目の成長
で光ガイド層重５０、り２クド層１６０などを全面に成
長する。２回目の成長においては、基板の全面に光ガイ
ド層１５０を成長しているから、活性領域１００とＤＢ
Ｒ領域４００の境界部に異常成長が生じない。また、特
にＬＰＥ成長においては段差のある部分の成長が、平坦
な部分より速いので、図に示したように境界部では光ガ
イド層１５０の層厚が除々に変化し、活性領域１００と
ＤＢＲ領域４００とのなめらかな結合が可能となる。実
際この方法では、２つの領域の結合効率として９０％程
度の値が得られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上に述べた従来例の製造方法には次のような欠点があっ
た。一つめの欠点は、ＤＢＲ領域４００（−船釣には光
ガイド領域）の元ガイド層１５０の厚さを厚くすること
がμし、い点である。それは、活性領域１００にも同じ
厚さの光ガイド層１５０が成長するので、この領域の光
ガイド層厚がわまシ厚くなるとレーザの特性に怒髪１を
およぼすからである。活性領域１００の光ガイド層１５
０の層厚が厚すぎると、例えばしきい値が増大したシ、
レーザ光の放射角が大きくなる。二っめの欠点は、活性
領域１００にも光ガイドＷｊ１５０があるから、この光
ガイドＮＪ１５０に不純物をトンピングする必要がある
点である。光ガイド暦１５０に不純物をドーピングする
と、低損失の光ガイド領域を実現することが難しくなる
。活性領域１００では活性層１３０の位［Ｋｐｎ接合面
を形成する必要がある。このｐｎ接合面を所望位ｆｌＫ
形成するＫは、比較的厚い光ガイド層１５０が形成され
るこの１′！造方法では、光ガイド層１５０への不純物
ドーピングを行わざるを得ない。

本発明の目的は、上述の従来の半導体光集積素子におけ
る課題を解決し、活性領域と光ガイド領域との光学的な
結合効率が高く、しかも光ガイド領域だけに比較的厚い
光ガイド層を形成でき、かつ、その光ガイド領域の損失
が小さい半導体光集積素子の製造方法を提供すること１
である。

〔課題を解決するための手段〕

前述のＨフを解決するために本染明が貨供する第１の手
段は活性傾城と光ガイド領域とが光学的に結合した半導
体光集積素子の製造方法であって。

半導体基板上に活性層を含む多層［構造を形成する工程
と、前記光ガイド摂駿となる部分の前記活性層を含む多
ＦＭ構造の一部を除去し、狭いストライプ状の凹部を形
成する工程と、前記活性層の一部が除去された半導体全
面に前記活性層より禁１ｆ／ＩＪ帯幅の大きな光ガイド
層を形成し、前記凹部を理める工程とを少くとも含む半
導体光集債二Ｘ子の製造方法である。

また、前述の課題を解決するために本発明が提供する第
２の手段は、活性領域と光ガイド領域とが光学的に結合
した半導体光集積素子の製造方法であって、半導体基板
の一部に回折格子を形成する工程と、該回折格子を形成
した前記半導体基板上に第１の光ガイド層と活性層とを
含む多層構造を形成する工程と、前記光ガイド領域とな
る部分の前記活性層を含む前記多層構造の一部を除去し
、ストライプ状の凹部を形成する工程と、前記活性層の
一部が除去された半導体全面忙前記活性層より禁制帯幅
の大きな第２の光ガイド層を形成し、前記凹部を埋める
工程とを少くとも含む半導体集積素子の製造方法である
。

〔実施例〕

次に図面を参照して、本発明をさらに詳しく説明する。

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の特許請求の範囲第（１
）項に記された方法の実施例により製造された半導体積
層構造を示す図であり、第１図（ａ）は中間製品の斜視
図、同因ら）は半導体光集積素子の斜視図、第１図（ｃ
）及び（ｄ）は同図（ｂ）の素子の断面図である。以下
、実際の製造手植にそって説明する。まずｎ形ＩｎＰ基
板１１０の上にｎ形ＩｎＰバク７ア１−１２０、ＩｎＧ
ａＡｓＰ活性層（２ｇ　；１．５４１’ｒｎ　）　１３
０、Ｐ形１ｎＰクラッド層１４０をＬＰＥ成長法によっ
て成長する。次に光ガイド領域２００となる部分の一部
をＳ　ｉｏｌのマスクを用いて活性層１３０ｉで選択的
に除去し、第１図＜ａ＞に示したような幅Ｗのストライ
ブ状の凹部５００を形成する。ＩｎＰクラッド層１４０
のエツチングには塩酸とリン酸の混合液を、ＩｎＧａＡ
ｓＰ活性層１３０のエツチングには硫酸と過酸化水素水
と水の混合液を用いた。Ｓｉｎ、マスクを除去した後、
２回目のＬＰＥ法によりて基板全体にＩｎＧａＡｓＰ光
ガイド層（λｇ＝＝１．３μｍ）　１５０とｐ形ＩｎＰ
クラッド〜１００を順次に成長する。

この２回目のＬＰＥ法長により第１図（ｂ）に示す半導
体積層構造が形成される。第１図（Ｃ）及び（ｄ）は、
それぞれ第１図（ｂ）の線ＡＡ’及びＢＢ’を通る面に
おける矢視断面図である。ただし、ＡＡ’線、ＢＢ’線
ＦｉＭ１図（ｂ）のウェハの上面に接っするものとする
。

ＬＰＥ成長の場合凹部５００の成長は、ストライプの＠
ＷＫもよるが、平坦な部分と比べると数倍以上速いので
、図〈示したように、凹部５００だけに厚い光ガイド層
１５０を形成でき、他の平坦な部分の厚さは非常に薄く
できる。幅Ｗが２０〜３０μｍで凹部３００深さ（つま
り活性層１３０とクラッド層１４０を合せた厚さ）が０
，３〜０．４μｍのとき、凹部５００をほぼ平坦になる
ように埋め込んだ場合の平坦な部分の厚さはＯ，ＯＳμ
ｍ以下であった。通常ＤＢＲレーザなどの光集積素子を
作る場合には、第１図（ｂ）の線ＡＡ’にそった幅数μ
ｍ以下の部分だけが重要であるから、幅Ｗは２０〜３０
μｍ程度あれば十分である。第１図（Ｃ）に示すＡＡ−
矢視断面図から明らかなように、活性領域１００と光ガ
イド領域２００はなめらかに結合されておシ、かつ、２
つの領域の光の伝播定数もほぼ同じであるから、結合効
率として９０％以上が得られた。また上述のように活性
領域１００に成長する光ガイド層１５０は非常に薄いか
ら、この層が活性領域１００の光学的および電気的特性
に与える影響は小さい。したがって光ガイド層１５０の
形成時に不純物（この場合はｐ形の不純物）をドービ／
グしなくても、ｐ形りラッド層１８０などからの不純物
拡散があるから、ｐｎ接合の位置は活性層１３０のとこ
ろにくる。一方、光ガイド領域２００の光ガイド層１５
０は比較的厚いから、不純物拡散の影響も少なく、この
領域における伝播損失は２ｃｒｎ−’　以下でｓｂ、こ
の実施例の方法により比較的低損失の光ガイド特性の光
集積素子が実現できた。

第２、特許請求の範囲の第（２）項に記された製造方法
の実施例により製造した波長可変ＤＢＲレーザの断面図
である。基本的には第１の実施例と同じ製造方法を用い
て、位相制御領域３００とＤＢＲ領域４００とを合せた
光ガイド領域２００だけ厚い光ガイド層１５０が形成さ
れている。第１の実施例と異なる点は１回目の成長の前
Ｋｎ形ＩｎＰ基板１１０の一部に回折格子１９０を形成
する工程が、付加されている点と、この成長層が、図の
ような層構造つｔシｎ形ＩｎＧａＡｓＰ第２光ガイド層
（）ｇ＝１．３／ｊｍ）　　１７０、ｎ形ＩｎＰエッチ
ストップ層１８０．　　ＩｎＧａＡｓＰ活性層（λｇ＝
１．５４μｍ）１５０、ｐ形ＩｎＰクラッド層１４０か
ら成っている点である。この製造方法が第３図に示した
従来例と比べて優れている点は、まず結晶成長を行う前
の基板１１０にあらかじめ回折格子１９０を形成してい
ることである。従来例のように１回目の結晶成長後に回
折格子１９０を形成する場合と比べて製造歩留シが向上
する。もう−点は、第１の実施例と同様に、光ガイド領
域２００だけに比較的厚い０．３〜０．４μｍ　厚の光
ガイド層１５０を形成できる点である。波長可変ＤＢＲ
レーザでは、広い波長範囲でチューニングを行うために
はある程度、厚い光ガイド層１５０が必要であるから、
本発明の方法は時に有効である。この素子でも活性領域
１００と光ガイド領域２００の結合効率として９０％以
上の値が得られた。

以上の実施例では、時定の組成の活性層や光ガイド層に
ついて述べたが、同じＩｎＧａＡｓＰ系の他の組成や、
さらにはＡＭＧａＡｓ系のような他の材料系に４本発明
は適用可能である。またＬＰＥ法だけでなく、ハイドラ
イド気相成長法など他の成長法によってもある程度同様
の効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上に述べてきたように、本発明によれば活性領域と光
ガイド領域との光学的な結合効率高く、かつ光ガイド領
域の光ガイド層厚だけが比較的厚い半導体光集積素子を
実現できる。

本発明の方法により、ＩｎＧａＡｓＰ系の活性層と光ガ
イド層とを有するＤＢＲレーザなどの光集積素子を製作
したところ、結合効率として９０％以上の値が得られた
。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明のｔｌｃｌの実施例を説
明するための図であり、同図（ａ）はその実施例の方法
により裏作される中間製品の斜視図、第１図（ｂ）はそ
の方法により製造された半導体光集積素子の斜視図、第
１図（Ｃ）及び（ｄ）は同図（ｂ）の素子の所面図であ
る。第２図は本発明の第２の実施例により製造された波
長可変ＤＢＲレーザの断面図である。第３図は従来の方
法により製造された半導体光集積素子の断面図である。 図において、１００・旧・・活性領域、２０ｏ・・・・
・・光ガイド領域、３００・・・・・・位相制御領域、
４００・・・・・・ｒ）８Ｒ領域、５００・・・・・・
凹部、１１０・・・・・・基板、１２０・・・・・・バ
ッファ層、１３ｏ・・・・・・活性層、１４０・・・・
・・クラッド／ｉ、１５０・・・・・・光ガイド層、１
６０・・・−・・クラッド１．１７０・・・・・・第２
光ガイド１’、ａ、１ｓｏ・・・・・・エッチストップ
層、１９０・・・・・・回折格子で、ちる。 代理人　弁理士　　本　庄　伸　弁 筒１図（ａ） 第 図 第 図 （ｄ） ２００大ンカ゛イド′傾μＮ 第 図 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）活性領域と光ガイド領域とが光学的に結合した半
   導体光集積素子の製造方法であって、半導体基板上に活
   性層を含む多層構造を形成する工程と、前記光ガイド領
   域となる部分の前記活性層を含む多層構造の一部を除去
   し、ストライプ状の凹部を形成する工程と、前記活性層
   の一部が除去された半導体全面に前記活性層より禁制帯
   幅の大きな光ガイド層を形成し、前記凹部を埋める工程
   とを少くとも含む半導体光集積素子の製造方法。
2. （２）活性領域と光ガイド領域とが光学的に結合した半
   導体光集積素子の製造方法であって、半導体基板の一部
   に回折格子を形成する工程と、該回折格子を形成した前
   記半導体基板上に第１の光ガイド層と活性層とを含む多
   層構造を形成する工程と、前記光ガイド領域となる部分
   の前記活性層を含む前記多層構造の一部を除去し、スト
   ライプ状の凹部を形成する工程と、前記活性層の一部が
   除去された半導体全面に活性層より禁制帯幅の大きな第
   ２の光ガイド層を形成し、前記凹部を埋める工程とを少
   くとも含む半導体光集積素子の製造方法。