JPH04255270A - 光集積化素子 - Google Patents

光集積化素子

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JPH04255270A
JPH04255270A JP1639191A JP1639191A JPH04255270A JP H04255270 A JPH04255270 A JP H04255270A JP 1639191 A JP1639191 A JP 1639191A JP 1639191 A JP1639191 A JP 1639191A JP H04255270 A JPH04255270 A JP H04255270A
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JP
Japan
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layer
compound semiconductor
optical
thickness
integrated device
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Withdrawn
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JP1639191A
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English (en)
Inventor
Toru Watabe
徹 渡部
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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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。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体光デバイ
ス、より詳しくは、半導体レーザと光変調素子との組合
せなどをひとつの化合物半導体基板に形成した光集積化
素子に関する。特に、本発明は光集積化素子の光素子間
の光結合の改善に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、光素子(半導体レーザ、光変調素
子、受光素子など)を単体で使用するだけでなく、複数
の光素子を集積化する研究・開発が盛んに行われている
(例えば、光集積回路特集、電子情報通信学会論文誌、
Vol.J71−C No.5, 1988, May
 、第5号参照)。
【0003】このような集積化された光素子を製作する
際には、個々の光素子製作も重要であるが光素子間の結
合も重要な要素であり、光結合効率を高くすることが求
められている。従来の化合物半導体基板に形成した光集
積化素子では、結合すべき光素子の光導波路に厚さの違
いがあっても、その段差のままに通常の液相エピタキシ
ャル成長法を利用して接合している。例えば、化合物半
導体半導体レーザと化合物半導体光変調素子と組合せの
例では、半導体レーザの活性層およびクラッド層(さら
にキャップ層)の光導波路の厚さが、光変調素子の光吸
収層の光導波路の厚さよりも厚く、光吸収層を液相エピ
タキシャル成長法で半導体レーザの光導波路と接合する
ように形成している。この場合を、図1〜図4を参照し
て説明する。
【0004】図1に示すように、化合物半導体基板(I
nP単結晶基板)1を用意し、半導体レーザ形成箇所に
回折格子の凹凸2を形成する。図2に示すように、この
基板1の上に光ガイド層(発光波長1.1μmのGaI
nAsP層)3、エッチングストッパー層の薄いInP
層(厚さ20nm) 4、半導体レーザの活性層(発光
波長1.55μmのGaInAsP層、厚さ0.15μ
m)5およびクラッド層(InP層、厚さ0.25μm
)6を連続液相エピタキシャル成長で積層形成する。従
って、層5および6の合計厚さは約0.4μmとなる。 なお、InP層4は製造上の便宜のためにあり、必須で
はない。
【0005】図3に示すように、クラッド層6の上にS
iO2をCVD法で堆積し、選択エッチングして半導体
レーザとなる部分にSiO2層7を形成する。このSi
O2層7ををマスクとして、光変調素子に相当する部分
のGaInAsP層5およびInP層6を選択エッチン
グ除去する。 次に、図4に示すように、この状態で再度液層エピタキ
シャル成長によって光変調素子の部分でのInP層4の
上に光吸収層(発光波長1.43μmのGaInAsP
層)8を形成する。その際に、活性層5およびクラッド
層6の表出側面にて化合物半導体が厚く堆積し(盛り上
がって約0.4μm厚さとななり)、徐々に所定の光吸
収層8の所定厚さ(0.13μm)に到るまでの傾斜部
(接続層)9が生じてしまう。
【0006】それから、SiO2層7を除去し、再びC
VD法によってSiO2を堆積し、選択エッチングによ
ってストライプSiO2層(図示せず)とし、これをマ
スクとして基板1に達するまで半導体層3、4、5、6
および8(傾斜部9を含む)を選択エッチングして、所
定幅(1〜1.5μm)のストライプにする。ストライ
プSiO2層を除去してから、液相エピタキシャル成長
によって全面にInPを堆積して、化合物半導体ストラ
イプを完全に覆い、半導体レーザのキャップ層ないし光
変調素子のクラッド層を形成する。そして、所定の電極
等を形成して光集積化素子を製造する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このようにして形成し
た光吸収層8は半導体レーザに隣接した傾斜部(接続部
)9を有するわけであるが、傾斜部9の勾配が急であり
、ここで散乱波が生じ、光結合効率が85〜87%とな
って23〜25%も散乱してしまう。上述した半導体レ
ーザと光変調素子との組合せに限らず、光導波路の厚さ
の異なる場合には同様に光結合効率が十分でない。
【0008】本発明の目的は、ひとつの化合物半導体基
板に形成した光素子の間の光結合効率を高めた光集積化
素子を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上述の目的が、化合物半
導体基板の上に、該基板の屈折率よりも高い屈折率の化
合物半導体ガイド層が共通に形成されており、該化合物
半導体ガイド層の一部の上に第1光素子の第1化合物半
導体層が積層され、該化合物半導体ガイド層の別の部分
の上に第2光素子の第2化合物半導体層が第1化合物半
導体層の厚さとは異なる厚さで積層され、これら第1お
よび第2化合物半導体層を結合する接続層が該第2化合
物半導体層の一部で形成され、さらに第1および第2化
合物半導体層はいずれも屈折率が化合物半導体基板の屈
折率よりも高くなっている光集積化素子において、接続
層は、第1化合物半導体層と接触している接続層部分の
最大厚さ(A)と第2化合物半導体層厚さ(B)の差の
40倍以上の距離長さ(L)の傾斜面を有することを特
徴とする光集積化素子によって達成される。
【0010】化合物半導体基板がInPまたはGaAs
であり、第1光素子が半導体レーザまたは受光素子であ
り、そして、第2光素子が光変調素子、光導波路または
受光素子であることが好ましい。
【0011】
【作用】本発明では、形成する接続層(傾斜部)を、厚
さの違い(A−B)の40倍以上の長さ(距離)〔L/
(A−B)>40〕を有するようにしてかなりなだらか
斜面で緩やかに2つの光素子の光導波路を接合している
。このために、接続層での散乱および反射が抑えられて
光が高効率で伝播される。
【0012】
【実施例】以下、添付図面を参照して、本発明の実施態
様例および比較例によって本発明を詳細に説明する。従
来例と同様に半導体レーザと光変調素子とからなる光集
積化素子の場合で(図1〜図3、図5および図6)、以
下のようにして製造する。なお、製造方法は基本的には
同じなので、従来例と同じ部材を既に使用した参照番号
で示す。
【0013】先ず、従来例での図1〜図3までの工程を
経たところまで同じに処理した光集積化素子中間製品を
用意する。なだらかな接続層を有する光変調素子の光吸
収層(波長1.43μmのGaInAsP層、厚さ0.
13μm)8を形成するために、図5の部分平面図に示
すように、表出しているエッチングストッパー層(In
P層)4の上にSiO2をCVD法で堆積し、選択エッ
チングして光変調素子の化合物半導体ストライプ相当部
分を含む扇形スペースを空けた側壁SiO2層11を両
側に形成する。この扇形スペースを規定するSiO2層
11の間隔、広がり具合を変えることによって、接続層
の形状(特に、傾斜面)をコントロールすることができ
る。
【0014】次に、図6に示すように、従来例での図4
の場合と同様に、液層エピタキシャル成長によって表出
したInP層4の上に光吸収層(発光波長1.43μm
のGaInAsP層、厚さ0.13μm)8を形成する
。この場合には、活性層5およびクラッド層6の表出側
面にて化合物半導体が厚く堆積するだけでなく、側壁S
iO2層11の側面でも厚く(盛り上がって約0.4μ
m厚さに)堆積し、徐々に所定の光吸収層8の所定厚さ
に到るまでのゆるやかな傾斜部(接続部)12を形成す
ることができる。本発明に従うと、この傾斜部12の接
続層部分では傾斜面の長さが層厚さの差(約0.27μ
m)の40倍以上(約10.8μm以上)である。
【0015】それから、従来と同じに、SiO2層7お
よび11を除去し、再びCVD法によってSiO2を堆
積し、選択エッチングによってストライプSiO2層(
図示せず)とし、これをマスクとして基板1に達するま
で半導体層3、4、5、6および8(傾斜部12を含む
)を選択エッチングして、所定幅(1〜1.5μm)の
ストライプにする。ストライプSiO2層を除去してか
ら、液相エピタキシャル成長によって全面にInPを堆
積して、化合物半導体ストライプを完全に覆い、半導体
レーザのキャップ層ないし光変調素子のクラッド層を形
成する。そして、所定の電極等を形成して光集積化素子
を製造する。なお、積層する化合物半導体層3、5およ
び8はそれぞれの発光波長から分かるように、GaIn
AsP層3はInP基板1よりも屈折率が高く、GaI
nAsPでも層5および8の方が層3よりも屈折率が高
い。
【0016】図7の光集積化素子の概略部分拡大図に示
す光吸収層8の接続層12(9)におけるその最大厚さ
(半導体レーザの側面に接する部分での厚さ)Aと光変
調素子での所定厚さBとの差(A−B)と接続層の傾斜
面の距離長さLの割合〔L/(A−B)〕が、接続層で
の光伝播(規格化ガイドモードパワー)の割合とどのよ
うな関係にあるかを調べ、その結果を図8に示す。図7
において、最大厚さ部分が長さCを有するのは、段差に
よって結晶の成長が速くなるためであり、所定厚さBに
応じて決まり、例えば、Bが0.13μmに対してCが
0.4μmである。図8から明らかなように、規格化ガ
イドモードパワーでの光結合効率が厚さの差の40倍以
上〔L/(A−B)>40〕であれば、99.5%以上
となり、ほとんど散乱されずに伝播できる。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るゆる
やかな傾斜の接続層の光集積化素子では光素子間の光結
合効率を従来よりも20%ほど改善されて、ほぼ散乱と
反射が抑制できる。従って、光の損失が減少して効率が
良くなり、遠視野像も改善される。
【図面の簡単な説明】
【図1】回折格子を形成したときの光集積化素子の化合
物半導体基板の部分断面図である。
【図2】化合物半導体層を積層したときの光集積化素子
の部分断面図である。
【図3】化合物半導体層を選択エッチングしたときの光
集積化素子の部分断面図である。
【図4】光変調素子の光吸収層を形成したときの従来の
光集積化素子の部分断面図である。
【図5】側壁SiO2層を形成したときの光集積化素子
の部分断面図である。
【図6】光変調素子の光吸収層を形成したときの本発明
に係る光集積化素子の部分断面図である。
【図7】光変調素子の光吸収層を形成したときの光集積
化素子の拡大部分断面図である。
【図8】接続層における層厚さの差と傾斜面の長さとの
割合による規格化ガイドモードパワー(光結合効率)の
変化を示すグラフである。
【符号の説明】
1…化合物半導体(InP)基板 3…ガイド層(GaInAsP層) 5…活性層(GaInAsP層) 6…クラッド層(InP層) 8…光吸収層(GaInAsP層) 9…接続層(傾斜部) 11…側壁SiO2層 12…接続層(傾斜部) L…傾斜面の長さ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  化合物半導体基板の上に、該基板の屈
    折率よりも高い屈折率の化合物半導体ガイド層が共通に
    形成されており、該化合物半導体ガイド層の一部の上に
    第1光素子の第1化合物半導体層が積層され、該化合物
    半導体ガイド層の別の部分の上に第2光素子の第2化合
    物半導体層が前記第1化合物半導体層の厚さとは異なる
    厚さで積層され、これら第1および第2化合物半導体層
    を結合する接続層が該第2化合物半導体層の一部で形成
    され、さらに前記第1および第2化合物半導体層はいず
    れも屈折率が前記化合物半導体基板の屈折率よりも高い
    くなっている光集積化素子において、前記接続層(12
    )は、前記第1化合物半導体層(5、6)と接触してい
    る前記接続層部分の最大厚さ(A)と前記第2化合物半
    導体層(8)の厚さ(B)の差の40倍以上の距離長さ
    (L)の傾斜面を有することを特徴とする光集積化素子
  2. 【請求項2】  前記化合物半導体基板(1)がInP
    またはGaAsであることを特徴とする請求項1記載の
    光集積化素子。
  3. 【請求項3】  前記第1光素子が半導体レーザまたは
    受光素子であることを特徴とする請求項1記載の光集積
    化素子。
  4. 【請求項4】  前記第2光素子が光変調素子、光導波
    路または受光素子であることを特徴とする請求項1記載
    の光集積化素子。
JP1639191A 1991-02-07 1991-02-07 光集積化素子 Withdrawn JPH04255270A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0695958A1 (en) * 1994-08-04 1996-02-07 Hoechst Aktiengesellschaft Tapered waveguide for optical coupling
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