JPH0466906A - 光導波路素子の製造方法 - 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〕 本発明は積層構造により光を導く光導波路素子に関する
。特に、光導波路素子の構造に関する。

本発明は、半導体レーザおよびその周辺光回路の導波路
として利用するに適する。

〔概　要〕

本発明は、積層構造の光導波路素子において、この積層
構造内に横方向の屈折率をもたせるための層を他の材料
で埋め込むことにより、この層により生じる屈折率差を
高精度に制御するものである。

〔従来の技術〕

光導波路素子は、従来から種々の構造が提案され、製造
されている。半導体レーザに使用されるものとしては、
リブ型光導波路素子がよく知られている。

リブ型光導波路素子は、光を伝搬する能動光導波層（半
導体レーザでは活性層）に隣接して受動先導波層を設け
、この受動光導波層の一部をエツチングし、この厚さの
差により能動先導波層を含む層構造の実効的な屈折率に
差をもたせるものである。したがって、能動光導波層を
含む層構造内の屈折率差は、受動光導波層の厚さ、すな
わちエツチング量で決定される。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、横モード単一性を得るには、屈折率差Δｎを１
０−２〜１０−３、導波路幅Ｗを２〜４μｏとすること
が一般的であり、このためには、受動光導波層のエツチ
ング量を２０〜３Ｑｎｍ程度にしなければならない。こ
のため、エツチング量の制御が難しく、面内での均一性
を得ることも困難であった。

本発明は、以上の課題を解決し、屈折率差を再現性およ
び制御性よく設定できる構造の光導波路素子を提供する
ことも目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の第一の観点は光導波路素子の製造方法であり、
それぞれが隣接する層と屈折率の異なる第一の層および
第二の層を第三の層を介して積層し、第一の層を含む層
構造内に設定しようとする導波路パターンにしたがって
第二の層をエツチングする光導波路素子の製造方法にお
いて、エツチングにより第二の層を貫通して第三の層を
露出させ、このエツチングで残された第二の層を第三の
層と屈折率が実質的に等しい材料で埋め込むことを特徴
とする。

本発明の第二の観点はこの方法により製造される素子で
あり、隣接する層と屈折率の異なる第一の層と、この第
一の層を含む層構造内における実効的な屈折率の分布を
設定して第一の層を含む層構造内に光の伝搬路を定義す
る第二の層とを備えた光導波路素子において、第二の層
は光の伝搬路に沿って切断された形状であり、この第二
の層がこの層と第一の層とのいずれよりも屈折率の低い
材料により第一の層との間を含めて埋め込まれたことを
特徴とする。

以下の説明では、第一の層を能動光導波層または活性層
（半導体レーザの場合）、第二の層を受動光導波層また
はガイド層、第三の層をブロック層という。

〔作　用〕

能動光導波層を含む層構造内の屈折率差は受動先導波層
の厚さの差により決定されるが、受動先導波層を導波路
パターンに沿った部分だけ残した構造とすると、受動光
導波層の厚さがそのまま受動光導波層の厚さの差となる
。

この場合、受動光導波層を貫通するエツチングを行うた
め、受動先導波層の下地の層もエツチングされることに
なる。そこで、能動先導波層と受動光導波層との間にブ
ロック層を設けておく。ブロック層に対するエツチング
量はそのときの条件によって異なるが、エツチング後に
屈折率の等しい材料で埋め込給ばその影響はない。した
がって、エツチング条件の設定はそれほど厳密でなくて
もよい。

このようにして、受動先導波層とブロック層とのそれぞ
れの膜厚および屈折率（組成）を制御すれば、能動光導
波層を含む層構造内の屈折率差を再現性よく設定できる
。

〔実施例〕

第１図は本発明の第一実施例を示す斜視図であり、一部
を切り欠いて示す。

この実施例は、本発明を半導体レーザて実施したもので
あり、隣接する層と屈折率の異なる第一の層として活性
層４を備え、この活性層４を含む一層構造内における実
効的な屈折率の分布を設定してこの層構造内に光の伝搬
路を定義する第二の層としてガイド層６を備える。さら
に詳しく説明すると、基板１上にはバクファ層２、クラ
ッド層３、活性層４、ブロック層５、ガイド層６、クラ
ッド層７、キヤ”７７層８、Ｓｉｎ□絶縁層９、−　Ｃ
ｒ／Ａｕ電極１０が積層され、基板１の裏面にはＡｕＧ
ｅ／Ａｕ電極１１が設けられる。

この実施例における活性層４は量子井戸構造をもち、量
子井戸層４２と、これを挟み込むＧＲＩＮ　（グレーデ
ィドインデクス）層４１．４３とを含む。

ガイド層６は、活性層４を含む層構造内における実効的
な屈折率の分布を設定して光の伝搬路すなわち光導波路
部４４を定義する層であり、この光導波路部４４に沿っ
て切断された形状、すなわち光導波路部４４の周辺に対
応する部分が除去された形状をもつ。

ブロック層５とクラッド層７とは屈折率の等しい材料で
形成され、この二つの層でガイド層６を埋め込む。ブロ
ック層５、クラッド層７の屈折率としては、ガイド層６
より屈折率の低いものを選ぶ。

クラッド層７およびキャップ層８には、ガイド層６が除
去された部分に対応して溝が設けられる。

この溝とキャップ層８とは、導波路パターンに対応する
部分を除いて、５１０２絶縁層９により覆われる。した
がって、電極１０から供給された電流は、導波路パター
ンを定義しているガイド層６を通過して活性層４に注入
される。

ブロック層５、ガイド層６およびクラッド層７の組成お
よび膜厚として、例えば、 ブロック層５　　　Ａｊｏ、６Ｇａｏ、、Ａｓ　　ｌＱ
Ｑｎｍガイド層５　　　　　ＡＬｏ、　、Ｇａｏ、　、
Ａｓ　　５０ｎｍクラッド層７　　　ＡＬ。、６Ｇａｏ
、ａＡｓとすれば、活性層４を含む層構造内に、屈折率
差Δｎ　＝０．００５の光導波路部４４が得られる。

第２図はこの素子の製造方法を示し、（ａ）は１回目成
長工程、（ｂ）はパターン形成工程、（Ｃ）はエツチン
グおよびレジスト除去工程、（ｄ）は２回目成長工程、
（ｅ）は電極形成工程をそれぞれ示す。

まず、１回目成長工程により、基板１上にバッファ層２
、クラッド層３、活性層４、ブロック層５およびガイド
層６を結晶成長させる。ブロック層５とガイド層６とに
ついては、膜厚を特に正確に制御しておく。

続いて、パターン形成工程を実行する。この工程では、
ガイド層６の表面にレジストを塗布し、活性層４を含む
層構造内に形成しようとする導波路パターンにしたがっ
て、パターン露光および現像を行う。これにより、レジ
ストマスク１２が形成される。

エツチングおよびレジスト除去工程では、レジストマス
ク１２を用いて、ブロック層５に達するまでガイド層６
をエツチングする。これにより、ガイド層６が光導波路
部４４に沿って切断された形状となる。

２回目成長工程では、エツチングされたガイド層６上に
、クラッド層７およびキャップ層８を再成長させる。ク
ラッド層７としては、ブロック層５と同じ屈折率（組成
）のものを用いる。これによりガイド層６が埋め込まれ
、このガイド層６の有無により活性層４に実効的な屈折
率差が生じる。

この屈折率差により、活性層４を含む層構造内に光導波
路部４４が定義される。

この後に、電極形成工程として、キャップ層８およびク
ラッド層７のエツチング、５１０２絶縁層９の形成およ
びエツチング、および電極１０の形成を行い、基板ｌの
裏面には電極１１を設ける。

第３図は本発明第二実施例を示す斜視図であり、第１図
と同様に一部を切り欠いて示す。この実施例もまた本発
明を半導体レーザで実施したものであり、ガイド層６に
回折格子６１を設けたことが第一実施例と異なる。

第４図は第二実施例の構造にしたがって試作した素子の
発振特性を示す。

この素子におけるブロック層５、ガイド層６、クラッド
層７の組成および膜厚は、第一実施例の説明で例示した
値を用いた。共振器長は３５０μｍである。また、ガイ
ド層６　（膜厚５０ｎｍ）のエツチング条件は、 エッチャント　　硫酸過水系 ４コ８２ｓｏ、＋１　：　Ｈ２ｏ　２＋９０　：Ｈ２［
１５℃ エツチング速度　３０ｎｍ／ｍｉｒ エツチング時間　２分 温度 とした。

試作した素子のしきい値電流の分布は次の表のとおりで
あった。

〔発胡の効果〕

以上説明したように、本発明の光導波路素子は、結晶成
長時における受動光導波層およびブロック層の膜厚制御
により屈折率を制御できるので、均一な屈折率差をもっ
た光導波路構造を再現性よく製造できる効果がある。

また、受動先導波層の厚さをエツチングにより設定する
必要がなく、エツチングで受動先導波層を完全に除去す
ればよいので、エツチングの許容誤差が大きく製造工程
が簡単になる効果がある。

さらに、本発明の構造を半導体レーデに利用する場合に
は、活性層と再成長界面とが離れているので、素子特性
を改善できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一実施例を示す斜視図であり、その
一部を切り欠いて示す図。 第２図はこの実施例の製造方法を示す図。 第３図は本発明の第二実施例を示す斜視図であり、その
一部を切り欠いて示す図。 第４図は第二実施例の構造にしたがって試作した素子の
発振特性を示す図。 １・・・基板、２・・・バッファ層、３・・・クラッド
層、４・・・活性層、５・・・ブロック層、６・・・ガ
イド層、７・・・クラッド層、訃・・キャップ層、９・
・・ＳｉＯ□絶縁層、１０．１１・・・電極、１２・・
・レジストマスク、４１．４３・・・ＧＲＩＮ層、４２
・・・量子井戸層、４４・・・光導波路部。 特許出願人　光計測技術開発株式会社 代理人　弁理士　井　出　直　孝 亮−笑励〕列 ３１　回 第 回 兇二芙ａ＃４ 月　３回

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、それぞれが隣接する層と屈折率の異なる第一の層お
   よび第二の層を第三の層を介して積層し、前記第一の層
   を含む層構造内に設定しようとする導波路パターンにし
   たがって前記第二の層をエッチングする光導波路素子の
   製造方法において、 前記エッチングにより前記第二の層を貫通して前記第三
   の層を露出させ、 このエッチングで残された前記第二の層を前記第三の層
   と屈折率が実質的に等しい材料で埋め込む ことを特徴とする光導波路素子の製造方法。 ２、隣接する層と屈折率の異なる第一の層と、この第一
   の層を含む層構造内における実効的な屈折率の分布を設
   定して前記第一の層を含む層構造内に光の伝搬路を定義
   する第二の層と を備えた光導波路素子において、 前記第二の層は前記光の伝搬路に沿って切断された形状
   であり、 この第二の層がこの層と前記第一の層とのいずれよりも
   屈折率の低い材料により前記第一の層との間を含めて埋
   め込まれた ことを特徴とする光導波路素子。