JPH0715001A - 光集積回路 - Google Patents
光集積回路Info
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- JPH0715001A JPH0715001A JP4913891A JP4913891A JPH0715001A JP H0715001 A JPH0715001 A JP H0715001A JP 4913891 A JP4913891 A JP 4913891A JP 4913891 A JP4913891 A JP 4913891A JP H0715001 A JPH0715001 A JP H0715001A
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- Optical Integrated Circuits (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 能動素子と導波路とが少なくとも一つの結晶
成長層を共用する光集積回路の導波路損失を低減する。 【構成】 能動素子としてアンドープの結晶成長層で動
作するものを用い、導波路をアンドープの結晶成長層で
形成する。
成長層を共用する光集積回路の導波路損失を低減する。 【構成】 能動素子としてアンドープの結晶成長層で動
作するものを用い、導波路をアンドープの結晶成長層で
形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は能動素子と導波路とが集
積化された光集積回路に利用する。特に、導波路の伝播
損失低減に関する。
積化された光集積回路に利用する。特に、導波路の伝播
損失低減に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザと導波路とを集積化する場
合に、少なくとも一部の結晶成長層を共用した構造が従
来から提案されている。例えば本願出願人は、先の特許
出願、特願昭63-324671 およびこれを優先権主張の基礎
とした特願平1-321746において、量子井戸構造を無秩序
化した層を導波層として用いる素子およびその製造方法
を開示した。
合に、少なくとも一部の結晶成長層を共用した構造が従
来から提案されている。例えば本願出願人は、先の特許
出願、特願昭63-324671 およびこれを優先権主張の基礎
とした特願平1-321746において、量子井戸構造を無秩序
化した層を導波層として用いる素子およびその製造方法
を開示した。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、半導体レーザ
と導波路とを同じ結晶成長層で形成すると、導波路の結
晶成長層に半導体レーザと同じ不純物が添加され、高キ
ャリア濃度となってしまう。光集積回路の性能向上のた
めには伝播損失を低減することが重要であるが、導波路
内のキャリアは吸収の原因となり、導波路の伝播損失を
大きくしてしまう。
と導波路とを同じ結晶成長層で形成すると、導波路の結
晶成長層に半導体レーザと同じ不純物が添加され、高キ
ャリア濃度となってしまう。光集積回路の性能向上のた
めには伝播損失を低減することが重要であるが、導波路
内のキャリアは吸収の原因となり、導波路の伝播損失を
大きくしてしまう。
【０００４】本発明は、この問題を解決し、導波路の伝
播損失が小さい光集積回路を提供することを目的とす
る。
播損失が小さい光集積回路を提供することを目的とす
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の光集積回路は、
能動素子が実質的に不純物を含まない層構造内に形成さ
れた活性層から光を発生する構造であり、導波路は、少
なくともその導波領域が、前記能動素子と共用する結晶
成長層を含めて実質的に不純物を含まない材料で形成さ
れたことを特徴とする。
能動素子が実質的に不純物を含まない層構造内に形成さ
れた活性層から光を発生する構造であり、導波路は、少
なくともその導波領域が、前記能動素子と共用する結晶
成長層を含めて実質的に不純物を含まない材料で形成さ
れたことを特徴とする。
【０００６】このような光集積回路の能動素子として、
例えば横方向注入構造の素子を用いることができる。す
なわち、活性層を含む層構造が光放射方向にストライプ
状であり、このストライプに沿って活性層の両側にｐ型
領域およびｎ型領域が設けられた能動素子を用いること
ができる。
例えば横方向注入構造の素子を用いることができる。す
なわち、活性層を含む層構造が光放射方向にストライプ
状であり、このストライプに沿って活性層の両側にｐ型
領域およびｎ型領域が設けられた能動素子を用いること
ができる。
【０００７】能動素子は活性層として量子井戸構造を含
み、導波路は量子井戸構造の延長部が無秩序化された層
を含むことが望ましい。
み、導波路は量子井戸構造の延長部が無秩序化された層
を含むことが望ましい。
【０００８】
【作用】導波路を構成する各層をアンドープで結晶成長
させれば、導波路内のキャリア密度を減らすことがで
き、伝播損失を低減できる。このためには、能動素子も
またアンドープの結晶成長層で形成する。
させれば、導波路内のキャリア密度を減らすことがで
き、伝播損失を低減できる。このためには、能動素子も
またアンドープの結晶成長層で形成する。
【０００９】このような能動素子の例としては、フルヤ
他、IEEEジャーナル・オブ・クウォンタム・エレクトロ
ニクス、第24巻第12号(AKIRA FURUYA, MASAO MAKIUCHI,
OSAMU WADA and TOSHIO FUJII, "AlGaAs/GaAsLateral
Current Injection Multiquantum Well (LCI-MQW) Lase
r UsingImpurity-Induced Disoring", IEEE J.Quantum
Electron., Vol.24,No.12, Dec.1988)に示された素子が
ある。この論文に示された素子は、量子井戸構造を含む
層構造をアンドープで形成し、両側に不純物を導入して
無秩序化する。
他、IEEEジャーナル・オブ・クウォンタム・エレクトロ
ニクス、第24巻第12号(AKIRA FURUYA, MASAO MAKIUCHI,
OSAMU WADA and TOSHIO FUJII, "AlGaAs/GaAsLateral
Current Injection Multiquantum Well (LCI-MQW) Lase
r UsingImpurity-Induced Disoring", IEEE J.Quantum
Electron., Vol.24,No.12, Dec.1988)に示された素子が
ある。この論文に示された素子は、量子井戸構造を含む
層構造をアンドープで形成し、両側に不純物を導入して
無秩序化する。
【００１０】
【実施例】図１は本発明実施例の光集積回路を示す斜視
図であり、図２ないし図７はその製造方法を示す図であ
る。ここでは、量子井戸構造の無秩序化を行い、GaAs系
半導体レーザと導波路とを集積する場合を例に説明す
る。
図であり、図２ないし図７はその製造方法を示す図であ
る。ここでは、量子井戸構造の無秩序化を行い、GaAs系
半導体レーザと導波路とを集積する場合を例に説明す
る。
【００１１】この光集積回路は、電流注入により光を発
生する能動素子としての半導体レーザ１と、この半導体
レーザ１との間で少なくとも一つの結晶成長層を共用
し、この半導体レーザ１からの放射光を伝搬する導波路
２とを備える。ここで本実施例の特徴とするところは、
半導体レーザ１は実質的に不純物を含まない層構造内に
形成された活性層から光を発生する構造であり、導波路
２が実質的に不純物を含まない材料で形成されたことに
ある。
生する能動素子としての半導体レーザ１と、この半導体
レーザ１との間で少なくとも一つの結晶成長層を共用
し、この半導体レーザ１からの放射光を伝搬する導波路
２とを備える。ここで本実施例の特徴とするところは、
半導体レーザ１は実質的に不純物を含まない層構造内に
形成された活性層から光を発生する構造であり、導波路
２が実質的に不純物を含まない材料で形成されたことに
ある。
【００１２】この光集積回路の詳細な構成を製造方法に
より説明する。
より説明する。
【００１３】図２は１回目成長の工程を示す。この工程
では、基板11上に、バッファ層12、クラッド層13、下部
グレーディドインデクス層（以下「下部GRIN層」とい
う）14、活性層としての単一量子井戸層（以下「 SQW
層」という)15 、上部グレーディドインデクス層（以下
「上部GRIN層」という）16、ブロック層17およびガイド
層18を有機金属化学気相成長法（以下「ＭＯＣＶＤ」と
いう）により成長させる。各層の組成および厚さは、 基板11 半絶縁性GaAs バッファ層12 GaAs 厚さ 0.5μm クラッド層13 Al0.6 Ga 0.4 As 1.5μm 下部GRIN層14 Alx Ga1-x As（ｘ＝0.6 →0.3) 0.15 μm SQW 層15 GaAs 9.6nm 上部GRIN層16 Alx Ga1-x As（ｘ＝0.3 →0.6) 0.15 μm ブロック層17 Al0.6 Ga 0.4 As 0.02 μm ガイド層18 Al0.3 Ga 0.7 As 0.03 μm とする。これらの層はアンドープで形成する。
では、基板11上に、バッファ層12、クラッド層13、下部
グレーディドインデクス層（以下「下部GRIN層」とい
う）14、活性層としての単一量子井戸層（以下「 SQW
層」という)15 、上部グレーディドインデクス層（以下
「上部GRIN層」という）16、ブロック層17およびガイド
層18を有機金属化学気相成長法（以下「ＭＯＣＶＤ」と
いう）により成長させる。各層の組成および厚さは、 基板11 半絶縁性GaAs バッファ層12 GaAs 厚さ 0.5μm クラッド層13 Al0.6 Ga 0.4 As 1.5μm 下部GRIN層14 Alx Ga1-x As（ｘ＝0.6 →0.3) 0.15 μm SQW 層15 GaAs 9.6nm 上部GRIN層16 Alx Ga1-x As（ｘ＝0.3 →0.6) 0.15 μm ブロック層17 Al0.6 Ga 0.4 As 0.02 μm ガイド層18 Al0.3 Ga 0.7 As 0.03 μm とする。これらの層はアンドープで形成する。
【００１４】続いて、図３に示すように、ガイド層18を
エッチングし、リブ構造181 を形成する。
エッチングし、リブ構造181 を形成する。
【００１５】次に、図４に示すように、下部GRIN層14、
SQW 層15および上部GRIN層16からなる量子井戸構造を無
秩序化するため、導波路２となる領域41にSiをイオン注
入する。ドーズ量は１×1013cm-2程度とする。図ではイ
オン注入された領域および層を斜線で示す。
SQW 層15および上部GRIN層16からなる量子井戸構造を無
秩序化するため、導波路２となる領域41にSiをイオン注
入する。ドーズ量は１×1013cm-2程度とする。図ではイ
オン注入された領域および層を斜線で示す。
【００１６】イオン注入が終了した後、図５に示すよう
に２回目成長を行い、クラッド層19およびキャップ層20
をＭＯＣＶＤにより成長させる。このときの熱により、
前の工程でイオンが注入された量子井戸構造が無秩序化
される。クラッド層19およびキャップ層20の組成および
厚さは、 クラッド層19 Al0.6 Ga 0.4 As 1.5μm キャップ層20 GaAs 0.3μm とする。これらの層もアンドープである。
に２回目成長を行い、クラッド層19およびキャップ層20
をＭＯＣＶＤにより成長させる。このときの熱により、
前の工程でイオンが注入された量子井戸構造が無秩序化
される。クラッド層19およびキャップ層20の組成および
厚さは、 クラッド層19 Al0.6 Ga 0.4 As 1.5μm キャップ層20 GaAs 0.3μm とする。これらの層もアンドープである。
【００１７】２回目成長が終了した後に、半導体レーザ
１となる領域にリッジ構造101 を形成する。すなわち、
リブ構造181 の両側にクラッド層19が少し残る程度にキ
ャップ層20およびクラッド層19をエッチングする。
１となる領域にリッジ構造101 を形成する。すなわち、
リブ構造181 の両側にクラッド層19が少し残る程度にキ
ャップ層20およびクラッド層19をエッチングする。
【００１８】リッジ構造101 を形成した後の工程を図７
に示した半導体レーザ１となる部分の断面図を参照して
説明する。この図では、不純物ドープのようすを示すた
め半導体層のハッチングは省略し、ｐ型またはｎ型のイ
オンの存在を点で示す。また、ブロック層17については
図示していない。
に示した半導体レーザ１となる部分の断面図を参照して
説明する。この図では、不純物ドープのようすを示すた
め半導体層のハッチングは省略し、ｐ型またはｎ型のイ
オンの存在を点で示す。また、ブロック層17については
図示していない。
【００１９】図７(a) は図６と同じ状態を示す。この状
態では、各層には不純物はドープされていない。
態では、各層には不純物はドープされていない。
【００２０】この状態から、図７(b) に示すように、リ
ッジ構造101 の片側をマスク71で覆ってZnイオンを注入
する。ドーズ量は例えば１×1015cm-2とする。また、同
図(c) に示すように、リッジ構造101 の反対側をマスク
72で覆い、今度はSiイオンを注入する。ドーズ量は例え
ば１×1015cm-2とする。
ッジ構造101 の片側をマスク71で覆ってZnイオンを注入
する。ドーズ量は例えば１×1015cm-2とする。また、同
図(c) に示すように、リッジ構造101 の反対側をマスク
72で覆い、今度はSiイオンを注入する。ドーズ量は例え
ば１×1015cm-2とする。
【００２１】続いて、同図(d) に示すように、電極とな
る部分以外のキャップ層20をエッチングする。このとき
のエッチングは、リッジ構造101 上部だけでなく、導波
路２となる部分のキャップ層20についても行う。
る部分以外のキャップ層20をエッチングする。このとき
のエッチングは、リッジ構造101 上部だけでなく、導波
路２となる部分のキャップ層20についても行う。
【００２２】この後、750 ℃で30分間アニールする。こ
の処理により、イオンが注入された領域の量子井戸構造
が無秩序化されるとともに、Znイオンが注入された領域
がｐ型、Siイオンが注入された領域がｎ型となる。すな
わち、半導体レーザ１となる部分では、キャップ層20、
クラッド層19およびブロック層17（図７では示していな
い）から量子井戸構造に至るｐ型領域とｎ型領域とが、
リッジ構造101 を挟んで形成される。
の処理により、イオンが注入された領域の量子井戸構造
が無秩序化されるとともに、Znイオンが注入された領域
がｐ型、Siイオンが注入された領域がｎ型となる。すな
わち、半導体レーザ１となる部分では、キャップ層20、
クラッド層19およびブロック層17（図７では示していな
い）から量子井戸構造に至るｐ型領域とｎ型領域とが、
リッジ構造101 を挟んで形成される。
【００２３】最後に、図７(f) 、(g) に示すように、キ
ャップ層20のｐ型となった領域にｐ型電極21を形成し、
ｎ型となった領域にｎ型電極22を形成する。これによ
り、図１に示した構造が得られる。
ャップ層20のｐ型となった領域にｐ型電極21を形成し、
ｎ型となった領域にｎ型電極22を形成する。これによ
り、図１に示した構造が得られる。
【００２４】このような構造なので、半導体レーザ１の
部分では、Zn、Siがイオン注入された部分がそれぞれｐ
型、ｎ型となり、リッジ構造101 の下にｐｎ接合が形成
される。この接合を順方向にバイアスすると、正孔、電
子が SQW層に注入されて発光する。
部分では、Zn、Siがイオン注入された部分がそれぞれｐ
型、ｎ型となり、リッジ構造101 の下にｐｎ接合が形成
される。この接合を順方向にバイアスすると、正孔、電
子が SQW層に注入されて発光する。
【００２５】また、半導体レーザ１のｐｎ接合がイオン
注入により結晶成長とは関係なく形成されるため、結晶
成長時にはドーピングの必要がなく、結晶成長層を低キ
ャリア濃度にすることができる。したがって、導波路２
の領域では、キャリアによる吸収がなく、導波路の伝播
損失が低くなる。
注入により結晶成長とは関係なく形成されるため、結晶
成長時にはドーピングの必要がなく、結晶成長層を低キ
ャリア濃度にすることができる。したがって、導波路２
の領域では、キャリアによる吸収がなく、導波路の伝播
損失が低くなる。
【００２６】以上の実施例では、能動素子と導波路とが
すべての結晶成長層を共用する場合について説明した
が、一部の結晶成長層を共用する場合でも本発明を同様
に実施できる。能動素子の活性層は量子井戸構造である
ことが望ましく、SQW を含む構造であることが望ましい
が、二つまたは三つ、あるいはさらに多数の量子井戸を
含む多重量子井戸(MQW) 構造でも本発明を実施できる。
また、能動素子としてイオン注入を用いた横方向注入型
の半導体レーザを例に説明したが、アンドープの結晶成
長層で動作する素子であれば、構造および製造方法を問
わず本発明を同様に実施できる。さらに、ＩｎＰ系の光
集積回路、すなわち格子定数をＩｎＰにほぼ一致させた
構造の光集積回路や、その他の材料を用いた光集積回路
でも本発明を同様に実施できる。
すべての結晶成長層を共用する場合について説明した
が、一部の結晶成長層を共用する場合でも本発明を同様
に実施できる。能動素子の活性層は量子井戸構造である
ことが望ましく、SQW を含む構造であることが望ましい
が、二つまたは三つ、あるいはさらに多数の量子井戸を
含む多重量子井戸(MQW) 構造でも本発明を実施できる。
また、能動素子としてイオン注入を用いた横方向注入型
の半導体レーザを例に説明したが、アンドープの結晶成
長層で動作する素子であれば、構造および製造方法を問
わず本発明を同様に実施できる。さらに、ＩｎＰ系の光
集積回路、すなわち格子定数をＩｎＰにほぼ一致させた
構造の光集積回路や、その他の材料を用いた光集積回路
でも本発明を同様に実施できる。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光集積回
路は、導波路を構成する結晶成長層を低キャリア濃度に
でき、導波路の伝播損失を低減できる。導波路の伝播損
失は光集積回路の性能を決定する重要な特性であり、こ
れが低減されることは光集積回路の性能向上に大きな効
果がある。
路は、導波路を構成する結晶成長層を低キャリア濃度に
でき、導波路の伝播損失を低減できる。導波路の伝播損
失は光集積回路の性能を決定する重要な特性であり、こ
れが低減されることは光集積回路の性能向上に大きな効
果がある。
【図１】 本発明実施例の光集積回路を示す斜視図。
【図２】 実施例の製造方法を示す図であり、１回目成
長工程を示す図。
長工程を示す図。
【図３】 実施例の製造方法を示す図であり、リブ構造
形成エッチング工程を示す図。
形成エッチング工程を示す図。
【図４】 実施例の製造方法を示す図であり、イオン注
入工程を示す図。
入工程を示す図。
【図５】 実施例の製造方法を示す図であり、２回目成
長工程を示す図。
長工程を示す図。
【図６】 実施例の製造方法を示す図であり、リッジ構
造形成エッチング工程を示す図。
造形成エッチング工程を示す図。
【図７】 実施例の製造方法を示す図であり、半導体レ
ーザの電極形成工程を示す図。
ーザの電極形成工程を示す図。
１ 半導体レーザ ２ 導波路 11 基板 12 バッファ層 13 クラッド層 14 下部GRIN層 15 SQW 層 16 上部GRIN層 17 ブロック層 18 ガイド層 19 クラッド層 20 キャップ層 21 ｐ型電極 22 ｎ型電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前田 稔 東京都武蔵野市中町２丁目11番13号 光計 測技術開発株式会社内 (72)発明者 細松 春夫 東京都武蔵野市中町２丁目11番13号 光計 測技術開発株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 電流注入により光を発生する能動素子
と、 この能動素子との間で少なくとも一つの結晶成長層を共
用し、この能動素子からの放射光を伝搬する導波路とを
備えた光集積回路において、 前記能動素子は実質的に不純物を含まない層構造内に形
成された活性層から光を発生する構造であり、 前記導波路は、少なくともその導波領域が、前記能動素
子と共用する結晶成長層を含めて実質的に不純物を含ま
ない材料で形成されたことを特徴とする光集積回路。 - 【請求項２】 前記層構造は光放射方向にストライプ状
であり、 このストライプに沿って前記活性層の両側にｐ型領域お
よびｎ型領域が設けられた請求項１記載の光集積回路。 - 【請求項３】 能動素子は活性層として量子井戸構造を
含み、 導波路は量子井戸構造の延長部が無秩序化された層を含
む請求項１記載の光集積回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3049138A JP2869875B2 (ja) | 1991-02-20 | 1991-02-20 | 光集積回路の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3049138A JP2869875B2 (ja) | 1991-02-20 | 1991-02-20 | 光集積回路の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0715001A true JPH0715001A (ja) | 1995-01-17 |
| JP2869875B2 JP2869875B2 (ja) | 1999-03-10 |
Family
ID=12822717
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3049138A Expired - Lifetime JP2869875B2 (ja) | 1991-02-20 | 1991-02-20 | 光集積回路の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2869875B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6252718B1 (ja) * | 2017-05-19 | 2017-12-27 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置、半導体装置の製造方法 |
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| JPS621292A (ja) * | 1985-06-26 | 1987-01-07 | Mitsubishi Electric Corp | 光電子素子 |
| JPS6215875A (ja) * | 1985-07-12 | 1987-01-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
| JPS62173790A (ja) * | 1986-01-28 | 1987-07-30 | Nec Corp | 半導体レ−ザ |
-
1991
- 1991-02-20 JP JP3049138A patent/JP2869875B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2869875B2 (ja) | 1999-03-10 |
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