JPH04243216A - 光導波路の製造方法ならびに光集積素子及びその製造方法 - Google Patents
光導波路の製造方法ならびに光集積素子及びその製造方法Info
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- JPH04243216A JPH04243216A JP3019411A JP1941191A JPH04243216A JP H04243216 A JPH04243216 A JP H04243216A JP 3019411 A JP3019411 A JP 3019411A JP 1941191 A JP1941191 A JP 1941191A JP H04243216 A JPH04243216 A JP H04243216A
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、リッジ型光導波路の製
造方法ならびに光集積素子などその製造方法に関する。
造方法ならびに光集積素子などその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】平坦な基板上にメサ状の凸部を設け、そ
の凸部の下領域を光導波路とするリッジ型光導波路は、
近年成熟してきたフォトリソグラフィー技術とドライエ
ッチング技術を用いて容易に作製できることから、曲が
りや不連続を含む光素子自身または光素子間の相互接続
等、光集積回路を実現する基盤要素として注目されてい
る。特に、半導体基板上のリッジ型光導波路は、半導体
レーザやフォトダイオードなどの発光受光素子あるいは
分岐、フィルタ、光結合器等の受動素子間を基板上で相
互接続する低損失光導波路として各方面で活発に研究が
行われている。
の凸部の下領域を光導波路とするリッジ型光導波路は、
近年成熟してきたフォトリソグラフィー技術とドライエ
ッチング技術を用いて容易に作製できることから、曲が
りや不連続を含む光素子自身または光素子間の相互接続
等、光集積回路を実現する基盤要素として注目されてい
る。特に、半導体基板上のリッジ型光導波路は、半導体
レーザやフォトダイオードなどの発光受光素子あるいは
分岐、フィルタ、光結合器等の受動素子間を基板上で相
互接続する低損失光導波路として各方面で活発に研究が
行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】半導体基板上にリッジ
型光導波路の凸部を形成するために一般に用いられるド
ライエッチング加工を行う場合、エッチング後の表面に
はプラズマにさらされたダメージによって光の吸収損失
が増加した変性層（ダメージ層）ができる場合が多い。 このダメージ層は各光素子間の接続損失を下げる必要が
ある光集積回路を製作する上で大きな問題となっている
。この点に関しては、低損傷性に優れた塩素ガスによる
反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）を採用する
ことによりダメージ層の厚さを０．１μｍ 前後にまで
抑えることが可能になってきた。
型光導波路の凸部を形成するために一般に用いられるド
ライエッチング加工を行う場合、エッチング後の表面に
はプラズマにさらされたダメージによって光の吸収損失
が増加した変性層（ダメージ層）ができる場合が多い。 このダメージ層は各光素子間の接続損失を下げる必要が
ある光集積回路を製作する上で大きな問題となっている
。この点に関しては、低損傷性に優れた塩素ガスによる
反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）を採用する
ことによりダメージ層の厚さを０．１μｍ 前後にまで
抑えることが可能になってきた。
【０００４】基板材料がＧａＡｓ系である場合には、Ｒ
ＩＢＥは垂直加工性・エッチング深さの制御性にも優れ
ることから、ＲＩＢＥにより形成したリッジ型光導波路
を用いた光含分波器、方向性結合器、光スイッチ等が実
現されている。一方、光ファイバ通信システム用の波長
１．３μｍ 帯や１．５μｍ 帯の半導体光素子を形成
するのに用いられるＩｎＰを基板とするＩｎＰ・ＩｎＧ
ａＡｓ系の半導体材料に対しては、ＲＩＢＥ加工に際し
て以下の様な問題がある。Ｉｎ化合物からなる半導体材
料を塩素ガスを用いてＲＩＢＥ加工する場合、エッチン
グ耐性の大きなＩｎの塩素化合物が表面に付着したりエ
ッチング後の表面の荒れが生じてしまい、ＧａＡｓ系材
料を加工する場合に比べて加工精度の制御性や光の伝搬
損失の増加などの点で劣っている。このため、ＩｎＰ系
材料による実用的なリッジ型光導波路は未だに実現され
ていない。本発明の目的は、この問題点を解決し、Ｉｎ
Ｐ系リッジ型光導波路とその応用として光フィルタ、リ
ッジレーザ、光変調器や半導体光増幅器等、およびこれ
らの光素子を同一基板上に集積化した光集積回路を提供
することにある。
ＩＢＥは垂直加工性・エッチング深さの制御性にも優れ
ることから、ＲＩＢＥにより形成したリッジ型光導波路
を用いた光含分波器、方向性結合器、光スイッチ等が実
現されている。一方、光ファイバ通信システム用の波長
１．３μｍ 帯や１．５μｍ 帯の半導体光素子を形成
するのに用いられるＩｎＰを基板とするＩｎＰ・ＩｎＧ
ａＡｓ系の半導体材料に対しては、ＲＩＢＥ加工に際し
て以下の様な問題がある。Ｉｎ化合物からなる半導体材
料を塩素ガスを用いてＲＩＢＥ加工する場合、エッチン
グ耐性の大きなＩｎの塩素化合物が表面に付着したりエ
ッチング後の表面の荒れが生じてしまい、ＧａＡｓ系材
料を加工する場合に比べて加工精度の制御性や光の伝搬
損失の増加などの点で劣っている。このため、ＩｎＰ系
材料による実用的なリッジ型光導波路は未だに実現され
ていない。本発明の目的は、この問題点を解決し、Ｉｎ
Ｐ系リッジ型光導波路とその応用として光フィルタ、リ
ッジレーザ、光変調器や半導体光増幅器等、およびこれ
らの光素子を同一基板上に集積化した光集積回路を提供
することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明によるリッジ型光
導波路の製造方法は、半導体材料を用いたリッジ型光導
波路の製造方法であって、光を閉じ込める光導波層と該
光導波層より小さい屈折率を有しかつ該光導波層を上下
から挾む下部クラッド層及び上部クラッド層とを半導体
基板上に形成する工程と、該上部クラッド層の上にスト
ライプ状の開口部を有する誘電体膜を形成する工程と、
該光導波層より小さい屈折率を有する半導体リッジ層を
該開口部にのみエピタキシャル成長する工程とを有する
ことを特徴とする。
導波路の製造方法は、半導体材料を用いたリッジ型光導
波路の製造方法であって、光を閉じ込める光導波層と該
光導波層より小さい屈折率を有しかつ該光導波層を上下
から挾む下部クラッド層及び上部クラッド層とを半導体
基板上に形成する工程と、該上部クラッド層の上にスト
ライプ状の開口部を有する誘電体膜を形成する工程と、
該光導波層より小さい屈折率を有する半導体リッジ層を
該開口部にのみエピタキシャル成長する工程とを有する
ことを特徴とする。
【０００６】また、本発明になる光集積素子の製造方法
は、半導体材料を用いた複数のリッジ型光導波路素子を
同一半導体基板上に形成した光集積素子の製造方法であ
って、光を閉じ込める光導波層と該光導波層より小さい
屈折率を有しかつ該光導波層を上下から挾む下部クラッ
ド層及び上部クラッド層とを半導体基板上に形成する工
程と、同一直線上または同一曲線上に軸方向に近接して
並んだ複数のストライプ状の開口部を有する誘電体膜を
該上部クラッド層の上に形成する工程と、該光導波層よ
り小さい屈折率を有する半導体リッジ層を該開口部にの
みエピタキシャル成長する工程とを有することを特徴と
する。
は、半導体材料を用いた複数のリッジ型光導波路素子を
同一半導体基板上に形成した光集積素子の製造方法であ
って、光を閉じ込める光導波層と該光導波層より小さい
屈折率を有しかつ該光導波層を上下から挾む下部クラッ
ド層及び上部クラッド層とを半導体基板上に形成する工
程と、同一直線上または同一曲線上に軸方向に近接して
並んだ複数のストライプ状の開口部を有する誘電体膜を
該上部クラッド層の上に形成する工程と、該光導波層よ
り小さい屈折率を有する半導体リッジ層を該開口部にの
みエピタキシャル成長する工程とを有することを特徴と
する。
【０００７】また、本発明による光集積素子は、半導体
基板上に光を閉じ込める光導波層と該光導波層より小さ
い屈折率を有しかつ該光導波層を上下から挾む下部クラ
ッド層及び上部クラッド層と、該上部クラッド層の上に
同一直線上あるいは同一曲線上に軸方向に近接して並ん
だ複数のストライプ状の開口部を有する誘電体膜の該開
口部にのみエタキシャル成長された該光導波層より小さ
い屈折率を有する半導体リッジ層を備えることを特徴と
するか、あるいはこの光集積素子において半導体リッジ
層が半導体基板の端面の手前で途切れに窓領域を備えた
ものであることを特徴とするか、またあるいはこの光集
積素子において半導体リッジ層がこれの長手軸方向を半
導体基板端面の法線方向に対して５°以上傾けて配置さ
れたものであることを特徴とする。
基板上に光を閉じ込める光導波層と該光導波層より小さ
い屈折率を有しかつ該光導波層を上下から挾む下部クラ
ッド層及び上部クラッド層と、該上部クラッド層の上に
同一直線上あるいは同一曲線上に軸方向に近接して並ん
だ複数のストライプ状の開口部を有する誘電体膜の該開
口部にのみエタキシャル成長された該光導波層より小さ
い屈折率を有する半導体リッジ層を備えることを特徴と
するか、あるいはこの光集積素子において半導体リッジ
層が半導体基板の端面の手前で途切れに窓領域を備えた
ものであることを特徴とするか、またあるいはこの光集
積素子において半導体リッジ層がこれの長手軸方向を半
導体基板端面の法線方向に対して５°以上傾けて配置さ
れたものであることを特徴とする。
【０００８】
【作用】本発明は、あらかじめ半導体基板上に層厚方向
にのみ光の閉じ込め作用をもたせたスラブ光導波路を形
成する工程と、その上に半導体基板に平行かつ光の伝搬
方向に垂直な方向（以下横方向と呼ぶ）に光を閉じ込め
るのに必要な構造寸法のリッジ層を上部クラッド層上に
選択的に結晶成長させる際に必要な誘電体膜を形成する
工程と、このリッジ層の選択的なエピタキシャル成長の
工程から構成されるリッジ型光導波路の製造方法である
。
にのみ光の閉じ込め作用をもたせたスラブ光導波路を形
成する工程と、その上に半導体基板に平行かつ光の伝搬
方向に垂直な方向（以下横方向と呼ぶ）に光を閉じ込め
るのに必要な構造寸法のリッジ層を上部クラッド層上に
選択的に結晶成長させる際に必要な誘電体膜を形成する
工程と、このリッジ層の選択的なエピタキシャル成長の
工程から構成されるリッジ型光導波路の製造方法である
。
【０００９】この方法は、ストライプ状の開口部を持っ
た誘電体膜を半導体スラブの上部クラッド層上にあらか
じめ形成し、誘電体膜上には半導体がエピタキシャル成
長しないという特性を利用した選択成長技術を開口部へ
リッジ層を形成する手段として応用したものである。こ
のようにリッジ層を選択成長で形成することにより、従
来のようにクラッド層のドライエッチング加工でリッジ
構造を形成する必要がなくなる。リッジ型光導波路の上
部クラッド層の膜厚は光の伝搬特性を左右する最も重要
な構造寸法であり、高い加工精度が要求される。本発明
による製作方法を用いれば、単原子層程度の極めて高精
度な膜厚制御が可能な分子線エピタキシー（ＭＢＥ）や
有機金属気相エピタキシー（ＭＯＶＰＥ）等を用いてあ
らかじめ作製したスラブ光導波路の上部クラッド層がそ
のまま使えることから、上部クラッド層の膜厚制御に関
してはドライエッチング加工を用いる場合に比較して各
段に優れている。さらに、ドライエッチング時に発生す
る前述の問題点は取り除かれ、低損失なＩｎＰ系光導波
路とその応用素子をＩｎＰ基板上へ作製することが可能
になる。このリッジ型光導波路の応用としては、低損失
光導波路はもちろん、リッジレーザ、光変調器、光増幅
器、光フィルタ、導波型光受光器等が考えられる。
た誘電体膜を半導体スラブの上部クラッド層上にあらか
じめ形成し、誘電体膜上には半導体がエピタキシャル成
長しないという特性を利用した選択成長技術を開口部へ
リッジ層を形成する手段として応用したものである。こ
のようにリッジ層を選択成長で形成することにより、従
来のようにクラッド層のドライエッチング加工でリッジ
構造を形成する必要がなくなる。リッジ型光導波路の上
部クラッド層の膜厚は光の伝搬特性を左右する最も重要
な構造寸法であり、高い加工精度が要求される。本発明
による製作方法を用いれば、単原子層程度の極めて高精
度な膜厚制御が可能な分子線エピタキシー（ＭＢＥ）や
有機金属気相エピタキシー（ＭＯＶＰＥ）等を用いてあ
らかじめ作製したスラブ光導波路の上部クラッド層がそ
のまま使えることから、上部クラッド層の膜厚制御に関
してはドライエッチング加工を用いる場合に比較して各
段に優れている。さらに、ドライエッチング時に発生す
る前述の問題点は取り除かれ、低損失なＩｎＰ系光導波
路とその応用素子をＩｎＰ基板上へ作製することが可能
になる。このリッジ型光導波路の応用としては、低損失
光導波路はもちろん、リッジレーザ、光変調器、光増幅
器、光フィルタ、導波型光受光器等が考えられる。
【００１０】また、リッジ層を部分的に途切らせた分離
領域を設けて軸方向に並んだ２つ以上のリッジ層を形成
すると、互いに隣あうリッジ領域間は上部クラッド層の
分離領域の抵抗のみで接続されることとなり、この上部
クラッド層の膜厚や幅や不純物濃度を適当に選ぶことに
よって実用的な電気的分離が可能になる。この技術は、
各リッジ層の下の光導波層にそれぞれ独立の発光・受光
及び導波機能をもたせた光集積素子を製作する場合の素
子間分離技術として極めて重要である。本発明のリッジ
型光導波路の製作方法ではこの分離領域を作る部分にあ
らかじめ誘電体膜を設けてリッジ層を選択成長するだけ
で電気的に分離されたリッジ層の形成が可能である。
領域を設けて軸方向に並んだ２つ以上のリッジ層を形成
すると、互いに隣あうリッジ領域間は上部クラッド層の
分離領域の抵抗のみで接続されることとなり、この上部
クラッド層の膜厚や幅や不純物濃度を適当に選ぶことに
よって実用的な電気的分離が可能になる。この技術は、
各リッジ層の下の光導波層にそれぞれ独立の発光・受光
及び導波機能をもたせた光集積素子を製作する場合の素
子間分離技術として極めて重要である。本発明のリッジ
型光導波路の製作方法ではこの分離領域を作る部分にあ
らかじめ誘電体膜を設けてリッジ層を選択成長するだけ
で電気的に分離されたリッジ層の形成が可能である。
【００１１】さらに、半導体光増幅器などを構成する場
合には、導波路端面によるＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ共振
を抑制するため、きわめて小さな端面反射率が要求され
る。本発明による光導波素子は、リッジ層の長手軸方向
を半導体基板の入出射端面の法線方向に対して５°以上
傾けて配置されたリッジ型斜め光導波路と、かつリッジ
層が成長しない部分を基板端部に形成した窓領域とを選
択成長技術を用いて一体形成した光導波構造を有するこ
とが特徴である。光は、この窓領域で横方向の閉じ込め
から解放されるために、ある広がり角を持ってリッジ層
が途切れた境界から端面に向かって放射し、その伝搬方
向に対して傾きを持った端面で反射されるため、この端
面からの反射波は再びリッジ層下の光導波路領域に結合
することが困難になる。つまり、実効的に極めて小さな
端面反射率を実現できる。また、この作用は端面に低反
射膜を設けた場合にはより効果的に動作する。
合には、導波路端面によるＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ共振
を抑制するため、きわめて小さな端面反射率が要求され
る。本発明による光導波素子は、リッジ層の長手軸方向
を半導体基板の入出射端面の法線方向に対して５°以上
傾けて配置されたリッジ型斜め光導波路と、かつリッジ
層が成長しない部分を基板端部に形成した窓領域とを選
択成長技術を用いて一体形成した光導波構造を有するこ
とが特徴である。光は、この窓領域で横方向の閉じ込め
から解放されるために、ある広がり角を持ってリッジ層
が途切れた境界から端面に向かって放射し、その伝搬方
向に対して傾きを持った端面で反射されるため、この端
面からの反射波は再びリッジ層下の光導波路領域に結合
することが困難になる。つまり、実効的に極めて小さな
端面反射率を実現できる。また、この作用は端面に低反
射膜を設けた場合にはより効果的に動作する。
【００１２】
【実施例】以下に本発明を図面を用いて詳細に説明する
。図１は本発明の第１の実施例であるリッジ型光導波路
の製造方法を説明する図である。その製造方法を工程順
に説明する。
。図１は本発明の第１の実施例であるリッジ型光導波路
の製造方法を説明する図である。その製造方法を工程順
に説明する。
【００１３】まず、ｎ−ＩｎＰ基板１０１の上にアンド
ープＩｎＰ下部クラッド層１０２、波長組成１．１５μ
ｍ のアンドープＩｎＧａＡｓＰ光導波層１０３、アン
ドープＩｎＰ上部クラッド層１０４を下から順にそれぞ
れ０．１μｍ 、０．３μｍ 、０．２μｍ の厚さに
形成しスラブ光導波路とする（図１（ａ））。この上に
、幅３μｍ のストライプ状の開口部を有するＳｉＯ２
膜１０５を形成する（図１（ｂ））。これをマスクと
してＭＯＶＰＥを用いて断面形状が台形で層厚が０．８
μｍ のアンドープＩｎＰリッジ層１０６を上記ＳｉＯ
２ 膜１０５の開口部にＭＯＶＰＥを用いて選択的にエ
ピタキシャル成長する（図１（ｃ））。このようにして
製作されたリッジ型光導波路において、光はアンドープ
ＩｎＰリッジ層１０６の下部に沿って導波させることが
できる。すなわち、光はアンドープＩｎＰクラッド層１
０２，１０４より屈折率の大きいアンドープＩｎＧａＡ
ｓＰ光導波層１０３によって厚さ方向に閉じ込めを受け
、さらに横方向にはアンドープＩｎＰリッジ層１０６の
下部の実効屈折率が両端の部分よりも大きいことからア
ンドープＩｎＰリッジ層１０６の下部に閉じ込められる
ため、３次元光導波路として動作する。本製造方法では
リッジ構造の形成にドライエッチング技術を用いないこ
とからダメージ層は存在せず、リッジ側壁や上部クラッ
ド層の流れによる散乱損失も無いために非常に低損失な
光導波路として用いることができる。また、リッジ型光
導波路の上部クラッド層の膜厚は光の伝搬特性を左右す
る最も重要な構造寸法であり高い加工精度が要求される
が、膜厚の制御性に優れたＭＯＶＰＥ等を用いてあらか
じめ製作したスラブ光導波路の上部クラッド層がそのま
ま使えることから、光の導波特性を高精度に制御できる
。
ープＩｎＰ下部クラッド層１０２、波長組成１．１５μ
ｍ のアンドープＩｎＧａＡｓＰ光導波層１０３、アン
ドープＩｎＰ上部クラッド層１０４を下から順にそれぞ
れ０．１μｍ 、０．３μｍ 、０．２μｍ の厚さに
形成しスラブ光導波路とする（図１（ａ））。この上に
、幅３μｍ のストライプ状の開口部を有するＳｉＯ２
膜１０５を形成する（図１（ｂ））。これをマスクと
してＭＯＶＰＥを用いて断面形状が台形で層厚が０．８
μｍ のアンドープＩｎＰリッジ層１０６を上記ＳｉＯ
２ 膜１０５の開口部にＭＯＶＰＥを用いて選択的にエ
ピタキシャル成長する（図１（ｃ））。このようにして
製作されたリッジ型光導波路において、光はアンドープ
ＩｎＰリッジ層１０６の下部に沿って導波させることが
できる。すなわち、光はアンドープＩｎＰクラッド層１
０２，１０４より屈折率の大きいアンドープＩｎＧａＡ
ｓＰ光導波層１０３によって厚さ方向に閉じ込めを受け
、さらに横方向にはアンドープＩｎＰリッジ層１０６の
下部の実効屈折率が両端の部分よりも大きいことからア
ンドープＩｎＰリッジ層１０６の下部に閉じ込められる
ため、３次元光導波路として動作する。本製造方法では
リッジ構造の形成にドライエッチング技術を用いないこ
とからダメージ層は存在せず、リッジ側壁や上部クラッ
ド層の流れによる散乱損失も無いために非常に低損失な
光導波路として用いることができる。また、リッジ型光
導波路の上部クラッド層の膜厚は光の伝搬特性を左右す
る最も重要な構造寸法であり高い加工精度が要求される
が、膜厚の制御性に優れたＭＯＶＰＥ等を用いてあらか
じめ製作したスラブ光導波路の上部クラッド層がそのま
ま使えることから、光の導波特性を高精度に制御できる
。
【００１４】波長１．５５μｍ の光を伝搬させたとき
の導波損失は０．２ｄＢ／ｃｍと従来のドライエッチン
グを用いた場合の伝搬損失２ｄＢ／ｃｍおよび従来のウ
ェット・エッチングを用いた場合の伝搬損失０．２６ｄ
Ｂ／ｃｍに比べて低い値を得た。なお、本製造方法にお
いては、リッジ部の幅の精度は薄いＳｉＯ２ マスクの
加工精度で決まるので、ウェット・エッチングによるリ
ッジ導波路の製造方法に比べて微細加工性の点で格段に
優れており、将来の大規模光集積回路の製造方法として
非常に重要である。
の導波損失は０．２ｄＢ／ｃｍと従来のドライエッチン
グを用いた場合の伝搬損失２ｄＢ／ｃｍおよび従来のウ
ェット・エッチングを用いた場合の伝搬損失０．２６ｄ
Ｂ／ｃｍに比べて低い値を得た。なお、本製造方法にお
いては、リッジ部の幅の精度は薄いＳｉＯ２ マスクの
加工精度で決まるので、ウェット・エッチングによるリ
ッジ導波路の製造方法に比べて微細加工性の点で格段に
優れており、将来の大規模光集積回路の製造方法として
非常に重要である。
【００１５】図２（ａ）は本発明の第２の実施例である
リッジ型光フィルタの構造を説明する断面図であり、図
２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ′に沿った断面図である
。その構造を製作工程順に説明する。
リッジ型光フィルタの構造を説明する断面図であり、図
２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ′に沿った断面図である
。その構造を製作工程順に説明する。
【００１６】まず、周期２４００Åの回析格子２０１を
有するｎ−ＩｎＰ基板１０１の上に波長組成１．１５μ
ｍ のアンドープＩｎＧａＡｓＰ光導波層１０３、アン
ドープＩｎＰ上部クラッド層１０４を下から順にそれぞ
れ０．１μｍ 、０．３μｍ 、０．２μｍ の厚さで
形成しスラブ光導波路とする。以後の製造方法は第１の
実施例の場合と同様である。ｎ−ＩｎＰ基板１０１に設
けた回折格子２０１により波長選択性の光フィルタとし
て動作する。
有するｎ−ＩｎＰ基板１０１の上に波長組成１．１５μ
ｍ のアンドープＩｎＧａＡｓＰ光導波層１０３、アン
ドープＩｎＰ上部クラッド層１０４を下から順にそれぞ
れ０．１μｍ 、０．３μｍ 、０．２μｍ の厚さで
形成しスラブ光導波路とする。以後の製造方法は第１の
実施例の場合と同様である。ｎ−ＩｎＰ基板１０１に設
けた回折格子２０１により波長選択性の光フィルタとし
て動作する。
【００１７】図３は本発明の第３の実施例であるリッジ
型光位相変調器の構造を説明する断面図である。その構
造を製作工程順に説明する。
型光位相変調器の構造を説明する断面図である。その構
造を製作工程順に説明する。
【００１８】まず、ｎ−ＩｎＰ基板１０１の上にｎ−Ｉ
ｎＰクラッド層３０１、波長組成１．３μｍ のアンド
ープＩｎＧａＡｓＰ光導波層３０２、ｐ−ＩｎＰクラッ
ド層３０３を下から順にそれぞれ０．１μｍ 、０．３
μｍ 、０．２μｍ の厚さで形成しスラブ光導波路と
する。 以後の製造方法は第１の実施例の場合と同様であるが、
ｐ−ＩｎＰリッジ層３０４の頂上部にさらにｐ＋ −Ｉ
ｎＧａＡｓコンタクト層３０５を選択的に形成し、その
上にＴｉ／Ａｕ電極３０６を形成する。ｎ−ＩｎＰ基板
１０１の裏面には同じくＴｉ／Ａｕ電極３０７を設ける
。 素子長は２ｍｍとし、入出射端面には低反射膜を設ける
。 アンドープＩｎＧａＡｓＰ光導波層３０２に電流を注入
するとキャリアのプラズマ効果によって屈折率が減少す
ることから光位相変調器として動作させることができる
。
ｎＰクラッド層３０１、波長組成１．３μｍ のアンド
ープＩｎＧａＡｓＰ光導波層３０２、ｐ−ＩｎＰクラッ
ド層３０３を下から順にそれぞれ０．１μｍ 、０．３
μｍ 、０．２μｍ の厚さで形成しスラブ光導波路と
する。 以後の製造方法は第１の実施例の場合と同様であるが、
ｐ−ＩｎＰリッジ層３０４の頂上部にさらにｐ＋ −Ｉ
ｎＧａＡｓコンタクト層３０５を選択的に形成し、その
上にＴｉ／Ａｕ電極３０６を形成する。ｎ−ＩｎＰ基板
１０１の裏面には同じくＴｉ／Ａｕ電極３０７を設ける
。 素子長は２ｍｍとし、入出射端面には低反射膜を設ける
。 アンドープＩｎＧａＡｓＰ光導波層３０２に電流を注入
するとキャリアのプラズマ効果によって屈折率が減少す
ることから光位相変調器として動作させることができる
。
【００１９】図４は本発明の第４の実施例であるリッジ
型光強度変調器の構造を説明する断面図である。その構
造を製作工程順に説明する。
型光強度変調器の構造を説明する断面図である。その構
造を製作工程順に説明する。
【００２０】まず、ｎ−ＩｎＰ基板１０１の上にｎ−Ｉ
ｎＰクラッド層３０１、波長組成１．４５μｍ のアン
ドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４０１、ｐ−ＩｎＰクラ
ッド層３０３を下から順にそれぞれ０．１μｍ 、０．
３μｍ、０．２μｍ の厚さで形成しスラブ光導波路と
する。 以後の製造方法は第３の実施例の場合と同様である。素
子長は３００μｍ とし、入出射端面には低反射膜を設
けた。アンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４０１に電界
を印加するとＦｒａｎｚ−Ｋｅｌｄｙｓｈ効果によって
この層の基礎吸収端が長波長側にシフトし、１．５５μ
ｍ 帯の光に対する吸収損失は増加する。よって、光強
度変調器として動作させることができる。
ｎＰクラッド層３０１、波長組成１．４５μｍ のアン
ドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４０１、ｐ−ＩｎＰクラ
ッド層３０３を下から順にそれぞれ０．１μｍ 、０．
３μｍ、０．２μｍ の厚さで形成しスラブ光導波路と
する。 以後の製造方法は第３の実施例の場合と同様である。素
子長は３００μｍ とし、入出射端面には低反射膜を設
けた。アンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４０１に電界
を印加するとＦｒａｎｚ−Ｋｅｌｄｙｓｈ効果によって
この層の基礎吸収端が長波長側にシフトし、１．５５μ
ｍ 帯の光に対する吸収損失は増加する。よって、光強
度変調器として動作させることができる。
【００２１】図５（ａ）は本発明の第５の実施例である
リッジ型半導体レーザの構造を説明する断面図であり、
図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ′に沿った断面図であ
る。その構造を製作工程順に説明する。まず、周期２４
００Åの回折格子２０１を有するｎ−ＩｎＰ基板１０１
の上に、波長組成１．１５μｍ のｎ−ＩｎＧａＡｓＰ
光導波層５０１、ｎ−ＩｎＰスペーサー層５０２、波長
組成１．５５μｍ のアンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層
５０３、ｐ−ＩｎＰクラッド層３０３を下から順にそれ
ぞれ０．３μｍ 、０．１μｍ 、０．２μｍ 、０．
３μｍ の厚さで形成しスラブ光導波路とする。以後の
製造方法は第３の実施例の場合と同様である。アンドー
プＩｎＧａＡｓＰ活性層５０３に電流注入するとレーザ
発振がおきることから分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ
−ＬＤ）として動作する。
リッジ型半導体レーザの構造を説明する断面図であり、
図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ′に沿った断面図であ
る。その構造を製作工程順に説明する。まず、周期２４
００Åの回折格子２０１を有するｎ−ＩｎＰ基板１０１
の上に、波長組成１．１５μｍ のｎ−ＩｎＧａＡｓＰ
光導波層５０１、ｎ−ＩｎＰスペーサー層５０２、波長
組成１．５５μｍ のアンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層
５０３、ｐ−ＩｎＰクラッド層３０３を下から順にそれ
ぞれ０．３μｍ 、０．１μｍ 、０．２μｍ 、０．
３μｍ の厚さで形成しスラブ光導波路とする。以後の
製造方法は第３の実施例の場合と同様である。アンドー
プＩｎＧａＡｓＰ活性層５０３に電流注入するとレーザ
発振がおきることから分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ
−ＬＤ）として動作する。
【００２２】図６（ａ）は本発明の第６の実施例である
リッジ型半導体光増幅器の構造を説明する平面図であり
、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ′に沿った断面図で
ある。その構造を製造工程順に説明する。
リッジ型半導体光増幅器の構造を説明する平面図であり
、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ′に沿った断面図で
ある。その構造を製造工程順に説明する。
【００２３】まず、ｎ−ＩｎＰ基板１０１の上に波長組
成１．１５μｍ のｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波層５０１
、ｎ−ＩｎＰスペーサー層５０２、波長組成１．５５μ
ｍ のアンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層５０３、ｐ−Ｉ
ｎＰクラッド層３０３を下から順にそれぞれ０．３μｍ
、０．１μｍ 、０．２μｍ 、０．３μｍ の厚さ
で形成しスラブ光導波路とする。この上に、基板の両端
面から２５μｍ 以内の窓領域６０２を除く部分でｎ−
ＩｎＰ基板１０１の（０１１）軸に対して６°傾いた幅
３μｍ のストライプ状の開口部を有するＳｉＯ２ 膜
１０５を形成する。以後の製造工程は第３の実施例の場
合と同様である。窓領域６０２にはｐ−ＩｎＰリッジ層
３０４が成長しないため、リッジ領域６０１から窓領域
６０２に入射した光は横方向の閉じ込めを受けなくなり
緩やかな角度で放射する。その放射波も基板端面に垂直
入射しないので、再びリッジ領域に結合する光の実効的
な端面反射率は０．１％以下となる。よって、アンドー
プＩｎＧａＡｓＰ活性層５０３に電流注入すると素子内
部の共振が非常に小さく抑えられた、利得の波長変動が
小さい半導体光増幅器を得ることができた。
成１．１５μｍ のｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波層５０１
、ｎ−ＩｎＰスペーサー層５０２、波長組成１．５５μ
ｍ のアンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層５０３、ｐ−Ｉ
ｎＰクラッド層３０３を下から順にそれぞれ０．３μｍ
、０．１μｍ 、０．２μｍ 、０．３μｍ の厚さ
で形成しスラブ光導波路とする。この上に、基板の両端
面から２５μｍ 以内の窓領域６０２を除く部分でｎ−
ＩｎＰ基板１０１の（０１１）軸に対して６°傾いた幅
３μｍ のストライプ状の開口部を有するＳｉＯ２ 膜
１０５を形成する。以後の製造工程は第３の実施例の場
合と同様である。窓領域６０２にはｐ−ＩｎＰリッジ層
３０４が成長しないため、リッジ領域６０１から窓領域
６０２に入射した光は横方向の閉じ込めを受けなくなり
緩やかな角度で放射する。その放射波も基板端面に垂直
入射しないので、再びリッジ領域に結合する光の実効的
な端面反射率は０．１％以下となる。よって、アンドー
プＩｎＧａＡｓＰ活性層５０３に電流注入すると素子内
部の共振が非常に小さく抑えられた、利得の波長変動が
小さい半導体光増幅器を得ることができた。
【００２４】図７は本発明の第７の実施例である窓構造
リッジ型半導体光変調器・ＤＦＢ−ＬＤ集積化光源の構
造を有する平面図であり、図８は図７のＡ−Ａ′に沿っ
た断面図である。その構造を製作工程順に説明する。
リッジ型半導体光変調器・ＤＦＢ−ＬＤ集積化光源の構
造を有する平面図であり、図８は図７のＡ−Ａ′に沿っ
た断面図である。その構造を製作工程順に説明する。
【００２５】まず、部分的に周期２４００Åの回折格子
２０１を形成したｎ−ＩｎＰ基板１０１の上に波長組成
１．１５μｍ のｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波層５０１、
ｎ−ＩｎＰスペーサー層５０２、波長組成１．５５μｍ
のアンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層５０３、アンドー
プＩｎＰクラッド層１０４を下から順にそれぞれ０．３
μｍ 、０．１μｍ 、０．３μｍ 、０．３μｍ の
厚さで形成しスラブ光導波路とする。
２０１を形成したｎ−ＩｎＰ基板１０１の上に波長組成
１．１５μｍ のｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波層５０１、
ｎ−ＩｎＰスペーサー層５０２、波長組成１．５５μｍ
のアンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層５０３、アンドー
プＩｎＰクラッド層１０４を下から順にそれぞれ０．３
μｍ 、０．１μｍ 、０．３μｍ 、０．３μｍ の
厚さで形成しスラブ光導波路とする。
【００２６】アンドープＩｎＰクラッド層１０４を除去
後、回折格子２０１を設けた領域のアンドープＩｎＧａ
ＡｓＰ活性層５０３の上にｎ−ＩｎＰ基板１０１の（０
１１）軸に対して６°傾いた幅２０μｍ のストライプ
状のＳｉＯ２ 膜１０５を形成する。このＳｉＯ２ 膜
をマスクとしてアンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層５０３
を除去後、この部分に波長組成１．４５μｍ のアンド
ープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４０１、アンドープＩｎＰ
クラッド層１０４を選択的に成長する。この際に生じる
ＳｉＯ２ 膜１０５周囲の凹凸を平坦化するために、こ
のＳｉＯ２ 膜１０５を除去後、アンドープＩｎＰクラ
ッド層１０４、アンドープＩｎＧａＡｓＰエッチングス
トッパー層７０１、アンドープＩｎＰクラッド層１０４
をそれぞれ０．０５μｍ 、０．０３μｍ 、０．２μ
ｍ 基板全面に成長する。
後、回折格子２０１を設けた領域のアンドープＩｎＧａ
ＡｓＰ活性層５０３の上にｎ−ＩｎＰ基板１０１の（０
１１）軸に対して６°傾いた幅２０μｍ のストライプ
状のＳｉＯ２ 膜１０５を形成する。このＳｉＯ２ 膜
をマスクとしてアンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層５０３
を除去後、この部分に波長組成１．４５μｍ のアンド
ープＩｎＧａＡｓＰ光吸収層４０１、アンドープＩｎＰ
クラッド層１０４を選択的に成長する。この際に生じる
ＳｉＯ２ 膜１０５周囲の凹凸を平坦化するために、こ
のＳｉＯ２ 膜１０５を除去後、アンドープＩｎＰクラ
ッド層１０４、アンドープＩｎＧａＡｓＰエッチングス
トッパー層７０１、アンドープＩｎＰクラッド層１０４
をそれぞれ０．０５μｍ 、０．０３μｍ 、０．２μ
ｍ 基板全面に成長する。
【００２７】この上に、ストライプ状に残ったアンドー
プＩｎＧａＡｓＰ活性層５０３の長手軸方向に重なりか
つｎ−ＩｎＰ基板１０１のアンドープＩｎＧａＡｓＰ光
吸収層４０１側の端面から２５μｍ 以内の窓領域６０
２を除く領域において、回折格子２０１とＩｎＧａＡｓ
Ｐ光吸収層４０１を形成した部分にそれぞれ幅３μｍ
のストライプ状の開口部を持つＳｉＯ２ 膜１０５を形
成する。これをマスクとしてアンドープＩｎＰクラッド
層１０４、アンドープＩｎＧａＡｓＰエッチングストッ
パー層７０１を除去し、ここにｐ−ＩｎＰリッジ層３０
４、ｐ＋ −ＩｎＧａＡｓキャップ層３０５をそれぞれ
０．８μｍ 、０．３μｍ の厚さに選択的に成長する
。
プＩｎＧａＡｓＰ活性層５０３の長手軸方向に重なりか
つｎ−ＩｎＰ基板１０１のアンドープＩｎＧａＡｓＰ光
吸収層４０１側の端面から２５μｍ 以内の窓領域６０
２を除く領域において、回折格子２０１とＩｎＧａＡｓ
Ｐ光吸収層４０１を形成した部分にそれぞれ幅３μｍ
のストライプ状の開口部を持つＳｉＯ２ 膜１０５を形
成する。これをマスクとしてアンドープＩｎＰクラッド
層１０４、アンドープＩｎＧａＡｓＰエッチングストッ
パー層７０１を除去し、ここにｐ−ＩｎＰリッジ層３０
４、ｐ＋ −ＩｎＧａＡｓキャップ層３０５をそれぞれ
０．８μｍ 、０．３μｍ の厚さに選択的に成長する
。
【００２８】以後の製造方法は第３の実施例の場合と同
様である。以上のようにして製作された集積化光源のＤ
ＦＢ−ＬＤ領域７０２、光変調器領域７０３、及び両者
の分離領域７０４の長さはそれぞれ７５０μｍ 、２５
０μｍ 、２０μｍ である。ＤＦＢ−ＬＤ領域７０２
と光変調器領域７０３のリッジ層間は、アンドープＩｎ
Ｐ１０４によって電気的に分離される。また、光変調器
側の出射端面に実施例３に示すような窓構造を採用した
ことによって、残留端面反射の影響が十分抑制され、変
調時の発振波長変動が極めて小さい。よって、長距離・
大容量光ファイバ通信用の集積化光源として用いること
ができる。
様である。以上のようにして製作された集積化光源のＤ
ＦＢ−ＬＤ領域７０２、光変調器領域７０３、及び両者
の分離領域７０４の長さはそれぞれ７５０μｍ 、２５
０μｍ 、２０μｍ である。ＤＦＢ−ＬＤ領域７０２
と光変調器領域７０３のリッジ層間は、アンドープＩｎ
Ｐ１０４によって電気的に分離される。また、光変調器
側の出射端面に実施例３に示すような窓構造を採用した
ことによって、残留端面反射の影響が十分抑制され、変
調時の発振波長変動が極めて小さい。よって、長距離・
大容量光ファイバ通信用の集積化光源として用いること
ができる。
【００２９】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によるリ
ッジ型光導波路の製造方法は、ＩｎＰ系の材料を用いた
低損失な半導体リッジ型光導波路を容易にかつ精度よく
製作可能であるほか、光通信システムに用いる光変調器
や光フィルタ、半導体光増幅器等の光導波素子およびこ
れらの光集積素子を実現する手段として用いることが可
能である。
ッジ型光導波路の製造方法は、ＩｎＰ系の材料を用いた
低損失な半導体リッジ型光導波路を容易にかつ精度よく
製作可能であるほか、光通信システムに用いる光変調器
や光フィルタ、半導体光増幅器等の光導波素子およびこ
れらの光集積素子を実現する手段として用いることが可
能である。
【図１】本発明の第１の実施例であるリッジ型光導波路
の構造を説明する断面図である。
の構造を説明する断面図である。
【図２】図２（ａ）は本発明の第２の実施例であるリッ
ジ型光フィルタの構造を説明する断面図であり、図２（
ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ′に沿った断面図である。
ジ型光フィルタの構造を説明する断面図であり、図２（
ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ′に沿った断面図である。
【図３】本発明の第３の実施例であるリッジ型光位相変
調器の構造を説明する断面図である。
調器の構造を説明する断面図である。
【図４】本発明の第４の実施例であるリッジ型光強度変
調器の構造を説明する断面図である。
調器の構造を説明する断面図である。
【図５】図５（ａ）は本発明の第５の実施例であるリッ
ジ型半導体レーザの構造を説明する断面図であり、図５
（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ′に沿った断面図である。
ジ型半導体レーザの構造を説明する断面図であり、図５
（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ′に沿った断面図である。
【図６】図６（ａ）は本発明の第６の実施例であるリッ
ジ型半導体光増幅器の構造を説明する断面図であり、図
６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ′に沿った断面図である
。
ジ型半導体光増幅器の構造を説明する断面図であり、図
６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ′に沿った断面図である
。
【図７】本発明の第７の実施例である窓構造リッジ型半
導体光変調器・ＤＦＢ−ＬＤ集積化光源の構造を説明す
る断面図である。
導体光変調器・ＤＦＢ−ＬＤ集積化光源の構造を説明す
る断面図である。
【図８】図７のＡ−Ａ′に沿った断面図である。
１０１ ｎ−ＩｎＰ基板
１０２ アンドープＩｎＰ下部クラッド層１０３
波長組成１．１５μｍ のアンドープＩｎＧａ
ＡｓＰ光導波層 １０４ アンドープＩｎＰ上部クラッド層１０５
ＳｉＯ２ 膜 １０６ アンドープＩｎＰリッジ層２０１
回折格子 ３０１ ｎ−ＩｎＰクラッド層 ３０２ 波長組成１．３μｍ のアンドープＩｎ
ＧａＡｓＰ光導波層 ３０３ ｐ−ＩｎＰクラッド層 ３０４ ｐ−ＩｎＰリッジ層 ３０５ ｐ＋ −ＩｎＧａＡｓコンタクト層３０
６，３０７ Ｔｉ／Ａｕ電極４０１ 波長
組成１．４５μｍ のアンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収
層 ５０１ 波長組成１．１５μｍ のｎ−ＩｎＧａ
ＡｓＰ光導波層 ５０２ ｎ−ＩｎＰスペーサー層５０３
波長組成１．５５μｍ のアンドープＩｎＧａＡｓＰ活
性層 ６０１ リッジ領域 ６０２ 窓領域 ６０３ 低反射膜 ７０１ 波長組成１．４５μｍ のアンドープＩ
ｎＧａＡｓＰエッチングストッパー層 ７０２ ＤＦＢ−ＬＤ領域 ７０３ 光変調器領域 ７０４ 分離領域
波長組成１．１５μｍ のアンドープＩｎＧａ
ＡｓＰ光導波層 １０４ アンドープＩｎＰ上部クラッド層１０５
ＳｉＯ２ 膜 １０６ アンドープＩｎＰリッジ層２０１
回折格子 ３０１ ｎ−ＩｎＰクラッド層 ３０２ 波長組成１．３μｍ のアンドープＩｎ
ＧａＡｓＰ光導波層 ３０３ ｐ−ＩｎＰクラッド層 ３０４ ｐ−ＩｎＰリッジ層 ３０５ ｐ＋ −ＩｎＧａＡｓコンタクト層３０
６，３０７ Ｔｉ／Ａｕ電極４０１ 波長
組成１．４５μｍ のアンドープＩｎＧａＡｓＰ光吸収
層 ５０１ 波長組成１．１５μｍ のｎ−ＩｎＧａ
ＡｓＰ光導波層 ５０２ ｎ−ＩｎＰスペーサー層５０３
波長組成１．５５μｍ のアンドープＩｎＧａＡｓＰ活
性層 ６０１ リッジ領域 ６０２ 窓領域 ６０３ 低反射膜 ７０１ 波長組成１．４５μｍ のアンドープＩ
ｎＧａＡｓＰエッチングストッパー層 ７０２ ＤＦＢ−ＬＤ領域 ７０３ 光変調器領域 ７０４ 分離領域
Claims (5)
- 【請求項１】 半導体材料を用いたリッジ型光導波路
の製造方法であって、光を閉じ込める光導波層と該光導
波層より小さい屈折率を有しかつ該光導波層を上下から
挾む下部クラッド層及び上部クラッド層とを半導体基板
上に形成する工程と、該上部クラッド層の上にストライ
プ状の開口部を有する誘電体膜を形成する工程と、該光
導波層より小さい屈折率を有する半導体リッジ層を該開
口部だけにエピタキシャル成長する工程とを有すること
を特徴とする光導波路の製造方法。 - 【請求項２】 半導体材料を用いた複数のリッジ型光
導波路素子を同一半導体基板上に形成した光集積素子の
製造方法であって、光を閉じ込める光導波層と該光導波
層より小さい屈折率を有しかつ該光導波層を上下から挾
む下部クラッド層及び上部クラッド層とを半導体基板上
に形成する工程と、同一直線上または同一曲線上に軸方
向に近接して並んだ複数のストライプ状の開口部を有す
る誘電体膜を該上部クラッド層の上に形成する工程と、
該光導波層より小さい屈折率を有する半導体リッジ層を
該開口部だけにエピタキシャル成長する工程とを有する
ことを特徴とする光集積素子の製造方法。 - 【請求項３】 光を閉じ込める光導波層と、該光導波
層より小さい屈折率を有しかつ該光導波層を上下から挾
む下部クラッド層及び上部クラッド層と、該上部クラッ
ド層の上に同一直線上または同一曲線上に軸方向に近接
して並んだ複数のストライプ状の開口部を有する誘電体
膜と、該開口部だけにエピタキシャル成長された該光導
波層より小さい屈折率を有する半導体リッジ層とを半導
体基板上に備えることを特徴とする光集積素子。 - 【請求項４】 半導体リッジ層が半導体基板の端面の
手前で途切れた窓領域を備えたものであることを特徴と
する請求項３に記載の光集積素子。 - 【請求項５】 半導体リッジ層がこれの長手軸方向を
半導体基板端面の法線方向に対して５°以上傾けて配置
されたことを特徴とする請求項３または４に記載の光集
積素子。
Priority Applications (3)
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| JP3019411A JPH04243216A (ja) | 1991-01-17 | 1991-01-17 | 光導波路の製造方法ならびに光集積素子及びその製造方法 |
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| JP3019411A JPH04243216A (ja) | 1991-01-17 | 1991-01-17 | 光導波路の製造方法ならびに光集積素子及びその製造方法 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19980630 |