JPH0271575A - 光集積回路 - 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、光導波路と半導体レーザを同一基板上に作り
こんだモノリシック光集積回路に関する。

〔従来の技術〕

従来の半導体モノシリツク型光集積回路は、半導体レー
ザ部分、光導波路部分共１１１−Ｖ族化合物半導体より
形成されていた。

第５図はエレクトロニック・レター（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
ｌ、ｅｔｔ）、１７、ｐｐ、９４５〜９４７（１，９８
１）に掲載された光導波路付半導体レーザである。■ｎ
Ｐ基板上に゛１′−導体レーザと光導波路が作りこまれ
ており、半導体レーザ部の活性層と光導波路部の光導波
路層が端面をつきあわせて結合されている。活性層、光
導波路層の組成波長はそれぞれ１゜６２μｍ、１．３７
μｍで液晶成長法により導波路結合が作られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、前述の従来技術では、半導体レーザ部の活性層
と、光導波路部の光導波路層の組成が似かよっている。

すなわち半導体レーザで発振した光の光子エネルギーと
光導波路層のエネルギーギャップの差があまりないため
、光導波路内における吸収存失が大きくなるという欠点
を有する。

また半導体レーザと光導波路の製造プロセスは共通点が
少ない。従って半導体レーザ部と光導波路部を別々に作
製する必要が生じるが、］−程か長くなるため最終的に
は低い歩留りになってしまう。

そこで本発明はこの様な課題を解決するもので、その口
約とするところは吸収損失の少ない光導波路を何する光
集積回路を、］−程を簡略化することによって歩留りよ
く提供するところにある。

Ｃ課題を解決するための手段〕 本発明の光集積回路は、光導波路に光を注入する手段と
して半導体レーザを光導波路と同一基板上にモノリシッ
クに作製した光集積回路において、該光導波路は基板上
に少なくとも■・■族化合物１’導体よりなるクラッド
層と、該クラッド層よりも屈折率が大きな■・■族化合
物ミ１つ導体よりなる光導波路層を存し、上記各層のう
ち少なくとも１層は選択エピタキシャル成長したことを
特徴とする。

〔実　施　例〕

第１図は本発明の実施例における光集積回路の主要断面
図である。従来例との違いは光導波路部が■・■化合物
゛１１導体よりなっており、さらに光導波路層か選択エ
ピタキシャル成長により形成されている点である。

１はＧａＡｓ）Ｉ５仮、２は下クラッド層（２１）、活
性層（２２）　、上クラッド層（２３）よりなるダブル
へテロ（１４造の半導体レーサ部で、当該半導体レーザ
はリブ側面をＺｒＳｅおよびＺｎＳよりなる埋め込み層
で埋め込んだ第１図の様な断面形状をしている。３は光
導波路部分て３１及び３３はＺｎＳよりなるクラット層
、３２はＺｎ’Ｓｅよりなる光導波路層で、光導波路層
と半導体レーザの活性層とは端面をつきあわせて結合さ
れている。

Ｚｎ５ｅＳＺｎＳの屈折率はそれぞれ２．３４と２．３
１でこの大きな屈折率段差により、光は界面に垂直方向
に閉じ込めらられ、また界面に平行方向は屈折率の小さ
な空気（屈折率１）によって光導波路層がはさまれてい
るため、有効な光閉じ込めが得られる。

以下に本発明の光集積回路の製造方法を第２図及び第３
図を用いて順を追って説明する。

ＧａＡｓＭ板（１）にＡＪ７ＧａＡｓよりなる第１のク
ランド層（２１）、活性層（２２）、第２のクラット層
（２３）、コンタクト層（２４）を順次積層しダブルへ
テロ接合を形成した後絶縁膜、例えば５ｉｎ２膜をコン
タクト層上に蒸着する。

（第２図（ａ））　、次いでフォトリジルグラフ工程に
より５ｉ０２膜をバターニングし、これをマスクとして
硫酸系エッチャントによってウェットエツチングし、半
導体レーザのリブを形成する。

エツチングは第１のクラッド層の途中まで、または基板
に達するまで行なう。第２図（ｂ）は第１のクラッド層
の途中までエツチングした場合の図である。

以上の様にして半導体レーザ部の発振領域がほぼ完成し
たので光導波路部の作製に移る。なお、半導体レーザの
リブ埋め込みは、光導波路部のエピタキシャル成長の際
、リブの両側にもＩＩ−Ｖｌ族化合物半導体層を成長さ
せることにより行う。

光導波路部はエツチングによって、ＡｇＧａＡＳまたは
ＧａＡｓが露出している（第３図（ｂ）。

この上にＩＩ−Ｖｌ族化合物半導体を選択成長させるた
めのマスクを形成する。マスクの形成方法はウェハ仝面
に例えば、５ｉ０２の様な絶縁膜を蒸着し、フォトリゾ
クラフ工程により光導波路となる部分及び、半導体レー
ザ部のリブの両側のＳｉＯ２膜を取り除く。

しかる後、上記絶縁膜をマスクとし■−■族化合物半導
体のエピタキシャル成長を行う。成長は下側クラッド層
（ＺｎＳ）、光導波路層（ＺｎＳｅ）、上側クラッド層
（Ｚ　ｎ　Ｓ）の順に行い、ｑ機金属化学気相成長法（
ＭＯＣＶＤ法）による。

半導体レーザ部と光導波路部の各層の位置関係は以下の
条件を満す様、光導波路部の各層の膜厚を設定する。

１）光導波路部の光導波路層と半導体レーザの活性層の
軸は一致するものとする。

２）光導波路層の膜厚は活性層の膜厚と同じか、それよ
り厚いものとする。

ＭＯＣＶＤ法は液相エピタキシャル成長法（ＬＰＥ法）
等地の方法に比べ膜厚の制御性、再現性にすぐれており
、本発明の様に微妙な膜厚制御が必要な場合に適してい
る。またＺｎＳからＺｎ５ｅまたはＺｎ５ｅからＺｎＳ
への切りかえは、亜鉛ソースを流したまま硫黄ソースと
セレンソースの各ガスラインのバルブの切り換えにより
行う。

成長条件は成長圧力１００Ｔｏ　ｒ　ｒ以下、成長温度
が４００℃以上７００℃以下、■族原料と■族原料の原
料供給化が６以下とし、原料はＺｎＳのエピタキシャル
成長の場合、ジメチル亜鉛（ＤＭ　Ｚ　ｎ　）とジメチ
ル硫ｍ　（ＤＭＳ）　、ＺｎＳ　ｅの成長の場合、ジメ
チル亜鉛とジメチルセレン（ＤＭＳｅ）を用いる。なお
、原料は上記のメチル誘導体の他にジエチル亜鉛（ＤＥ
Ｚｎ）の様なエチル１透導体や、その他のアルキル金属
化合物の利用も可能である。

以上の条件、原料によりＩｆ−ＶＩ族化合物半導体の選
択成長を行うと、マスクの５ｉ０２膜上には何も付着せ
ず、マスクのない部分にのみエピタキシャル成長が起き
第３図（ｄ）の様なダブルへテロ接合構造の光導波路が
完成する。なお前にも述べたが、■−■族化合物’＋４
導体の選択成長は半導体レーザのリブの埋め込みも兼ね
ており、リブ上に蒸貨した５ｉ０２膜をマスクとしてリ
ブの両脇と選択的にＺｎＳ−Ｚｎ５ｅ−ＺｎＳの３層埋
め込み層で埋め込んである。（第２図（ｄ））最後にマ
スクの５ｉ０２膜を除去し、半導体レーザに電極を付け
ると光集積回路が完成する。

本発明の光集積回路は光導波路部を■−■族化合物半導
体により形成しているので、半導体レーザで発振した光
の吸収損失が少なく、また光導波路をエピタキシャル成
長したあと、結晶を劣化させる原因となるエツチング等
の工程がないため、導波路表面の荒れを未然に防ぐこと
ができ、散乱損失も少なく押えることができる。

また、選択成長により光導波路を形成するため、工程の
簡略化が可能でプロセスの歩留り向上、工程数の削減に
よるコストタウンが達成される。

以上Ａ、９ＧａＡｓ／ＧａＡｓ系半導体レーザーと、Ｚ
ｎ５ｅ−ＺｎＳ系光導波路とをＧａＡｓ基板上にモノリ
シックに集積した光集積回路について述べたが、本実施
例の他にも、半導体レーザとしてはＩｎＧａＡｓＰ／Ｉ
ｎＰ系やＧａＡｓＰ／ＧａＡ系等の他の結晶材料からな
るものが使用可能で、また光導波路に関してはＺｎ５ｅ
−ＺｎＳ系のみでなく、下表の様な組み合わせの光導波
路層、クラッド層て光導波路を形成することができる。

形成方法は該当する元素の有機化合物を用いただＭＯＣ
ＶＤ法による。

また、半導体レーザについては第１図（ａ）の様な埋め
込み構造のレーザを用いて説明したが、光の閉じ込めを
活性層に垂直方向、平行方向ともレーザを構成する結晶
の屈折率の差を利用するタイプの半導体レーザ（屈折率
導波路型半導体レーザ）であれば、発光源として利用で
きる。

光導波路部についても同様で第４図の様な構造のものを
使うことができる。（ａ）および（ｂ）は光導波路領域
をＺｎＳによって埋め込んだもので、製造プロセスは複
雑になるが、導波路の側面を空気中にさらしている場合
に比べ、導波光の１次モードがカットオフになる導波路
幅を広くとることができるので、プロセスの作業性は向
上する。

（Ｃ）は上クラッドをＺｎＳのかわりに絶縁膜である３
ｔ０２（屈折率１．４）に置きかえた例である。

〔発明の効果〕

以上述べた様に本発明の光集積回路は下記の効果を有す
る。

（１）光導波路がＩＩ−ＶＩ族化合物半導体で形成され
ている為、レーザで発振した光の光子エネルギーに対す
る光導波路層のエネルギーギャップの比が大きくなる。

従って光導波路が■−ｖ族化合物半導体で形成した場合
よりも透明となり吸収損失が飛躍的に押えられる。また
光導波路層の溝成結品のエネルギーギャップはレーザー
の活性層のそれよりも大きいことか必要であるが、半導
体レーザと光導波路を同じ■−ｖ族半導体で作ると、発
振波長の短波長化に限界が生じる。しかしながら光導波
路をＩＩＩ　−Ｖ　族化合物半導体よりも大きいエネル
ギーギャップを有する■−■族化合物゛１−導体で形成
すると、使用する半導体レーザの発振波長の特許範囲か
広がり、６００ｎｍ程度までの可視光の発振、導波も可
能となる。

（３）プロセス而では光導波路層の形成を選択エピタキ
シャル成長により行うので、成長、エツチングを繰り返
していた従来法に比べ大幅な工程の削減につながる。こ
のことは歩留りの向上ばかりでなく、活性層あるいは光
導波路層の膜質の低ドあるいは表面の荒れを最小限に押
えることか可能となり、高性能、高信頼性のデバイスを
作製することかできる。

（４）ＭＯＣＶＤ法を導入したことにより、ＭＯＣＶＤ
法のもつ長所をすべて取り入れることができる。すなわ
ちウェハの大面積化、均一な膜厚及び膜質を有する結晶
等を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（Ｃ）は本発明の実施例を示す断面図、
（ａ）は゛１１導体レーサ部の断面図（ｂ）は光導波路
部の断面図。 第２図（ａ）〜（ｅ）及び第３図（ａ）〜（ｅ）は本発
明の製造工程を示す断面図で第２図（ａ）〜（ｅ）は２
１″導体レーザ部分の断面図、第３図（ａ）〜（ｅ）は
光導波路部の断面図である。なお第２図と第３図で同−
記号（（ａ）、（ｂ）・・）は同一工程を示す。 第４図は（ａ）〜（ｃ）は本発明の他の実施例を示す光
導波路部の断面図。 第５図は従来例を示す主１折而図である。 ］　・ ２　・ ３　・ ２１　・ ２２　・ ２３　・ 基板 半導体レーザ部 光導波路部 第１のクラッド層 活性層 第２のクラッド層 ２４・　　コンタクト層 ２５、　２６ ・　・　・電極 ２７・・・絶縁物マスク ３１・・・下側クラッド層 ３２・・・光導波路層 ３３・・・上側クラット層 ３４・・・絶縁物マスク ３５・・・上側クラッド層（ＳｉＯ２）４１・・・下側
クラッド者（ＩｎＰ） ４２−−−活性層（Ｇａ　Ｉ　ｎＡｓ　Ｐ）４３φ・・
メルトバック防止層 ４４・・・上側クラッド層（ＩｎＰ） ４５・・・電極 ４６・・・光導波路層 以上 出願人　セイコーエプソン株式会社 代理人　弁理士　上　柳　雅　誉（他１名）（久） （ｂ） ２、わルイ゛ ３．１琳濯蹄 Ａ　（Ａ’） Ｂ（βつ （Ｃ） （Ｃ／） （久） （ｂン （ｄ） （の （Ｃ／） （ハ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光導波路に光を注入する手段として半導体レーザを光導
   波路と同一基板上にモノリシックに作製した光集積回路
   において、該光導波路は基板上に少なくともII・VI族化
   合物半導体よりなるクラッド層と、該クラッド層よりも
   屈折率が大きなII・VI族化合物半導体よりなる光導波路
   層を有し、上記各層のうち少なくとも１層は選択エピタ
   キシャル成長したことを特徴とする光集積回路。