JPH07176827A - 変調器付半導体レーザ装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来よりも遷移領域の長さ（Ｌ）が短くな
り、ＯＮ，ＯＦＦ比の安定した光信号が得られる変調器
付半導体レーザ装置を製造する製造方法を提供する。 【構成】 チップ領域１０２を構成するＮ型ＩｎＰ基板
１の、半導体レーザを形成すべき部分Ａ上に、Ｌ字形状
の一対の誘電体膜残部（マスク部）２０ａ，２０ｂを、
光導波路部分を挟んで対向するよう形成し、該誘電体膜
残部をマスクとして半導体結晶の選択成長を行って、組
成の異なる半導体レーザの活性層と光変調器の光吸収層
とをそれぞれ多重量子井戸層を含むよう形成し、その
後、所定の処理を施して変調器付半導体レーザチップを
作成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は高速度大容量光通信に
用いられる変調器付半導体レーザ装置の製造方法に関
し、特に半導体結晶の選択成長により、半導体ウエハの
各チップ領域に、結晶組成の異なる、半導体レーザを形
成する部分と光変調器を形成する部分とを有する半導体
層を形成する工程に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１０〜図１４は従来の変調器付半導体
レーザ装置の製造方法を説明するための図である。以
下、これらの図に基づいて従来の変調器付半導体レーザ
装置の製造方法を説明する。先ず、図１１(a) に示すよ
うに、Ｎ型ＩｎＰ基板１上のこれを長手方向にほぼ２分
したうちの一方の部分である半導体レーザを形成すべき
部分Ａの表面に、該部分Ａの短手方向のその中央部分で
あり、半導体レーザのレーザ発振部がその上部に形成さ
れる部分１ａを挟むように、例えばＳｉＯ2 等からなる
一対の誘電体薄膜パターン２ａ，２ｂを形成する。この
時、上記誘電体薄膜パターン２ａ，２ｂは、図１０(a)
，(b) に示すようにウエハ（基板）１００上の各チッ
プ領域２０１上に、すべてのチップ領域についてその上
での位置が同じとなるよう形成される。

【０００３】次に、図１１(b) に示すように、上記一対
の誘電体膜パターン２ａ，２ｂをマスクにして、Ｎ型Ｉ
ｎＰ基板１の表面部分を１．０〜１．５μｍ程度の深さ
エッチング除去する。次に、図１１(c) に示すように、
上記工程により表面部分が除去されて露出した、上記誘
電体膜パターン２ａ，２ｂを除く基板表面１ｃ上に、有
機金属気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Dep
osition ，以下、ＭＯＣＶＤ法と称す。）により順次、
厚み０．３〜０．５μｍ程度のＮ型ＩｎＰクラッド層，
アンドープのＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓ多重量子井
戸層からなる厚み０．１μｍ程度の活性層，厚み０．３
〜０．５μｍ程度のＰ型ＩｎＰクラッド層を形成する。
ここで、これら三つの層は図では能動層４として示して
いる。また、アンドープのＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡ
ｓ多重量子井戸層からなる活性層は、後述する光変調器
においては、光吸収層として機能し、半導体レーザと光
変調器との間では、光導波路層として機能する。

【０００４】次に、上記誘電体膜パターン２ａ，２ｂを
除去した後、上記能動層４の，上記Ｎ型ＩｎＰ基板１の
半導体レーザとなる部分Ａのうちの中央部分１ａ上に成
長した部分と、上記誘電体膜パターン２ａ，２ｂの除去
により露出した上記Ｎ型ＩｎＰ基板１の表面上に、図示
しないレジストを塗布し、例えば干渉露光技術を用いた
写真製版技術とエッチング技術とにより、ここに形成す
べき半導体レーザを分布帰還型半導体レーザとするため
の回折格子５を形成する。図１２(a) はこの回折格子５
を形成した状態を示している。次に、図１２(b) に示す
ように、例えばＭＯＣＶＤ法により上記回折格子５を埋
め込みその表面が平坦になるよう、かつＮ型ＩｎＰ基板
１上の全面に対して、Ｐ型ＩｎＰ層６を形成する。

【０００５】次に、図１２(c) に示すように、例えばＨ
Ｂｒ系のエッチング液によりＰ型ＩｎＰ層６，能動層
４，及びＮ型ＩｎＰ基板１にエッチングを施して、その
両脇が４μｍ程度彫り込まれた，幅２〜３μｍ程度のメ
サ部７を形成する。次に、図１３(a) に示すように、上
記メサ部７の両側に、例えばＭＯＣＶＤ法により、例え
ばＦｅ等をドーピングした厚み３μｍ程度の高抵抗Ｉｎ
Ｐ埋込層８と、厚み１μｍ程度のＮ型ＩｎＰホールトラ
ップ層９をこの順に埋め込み成長する。

【０００６】次に、図１３(b) に示すように、上記メサ
部７とＮ型ＩｎＰホールトラップ層９上に、例えばＭＯ
ＣＶＤ法により厚み０．２μｍ程度のＰ型ＩｎＧａＡｓ
Ｐコンタクト層１０を形成する。次に、図１３(c) に示
すように、Ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１０の，Ｎ
型ＩｎＰ基板１の半導体レーザとなる部分Ａの上部に成
長した部分１０ａと、Ｎ型ＩｎＰ基板１の光変調器とな
る部分Ｂのうちのメサ部７上に成長した部分１０ｂとを
残して、他の部分をエッチング除去する。

【０００７】次に、図１４(a) に示すように、上記工程
によりＰ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１０が除去され
て表面露出したＮ型ＩｎＰホールトラップ層９の上と、
上記工程により残されたＰ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト
層１０ａ，１０ｂの外周縁部上に選択的にＳｉＯ2 等か
らなる表面保護膜１１を熱ＣＶＤ法等を用いて形成す
る。

【０００８】そして、この後、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ
からなるＰ電極１２を光変調器用のＰ電極として、同様
に例えばＴｉ／Ｐｔ／ＡｕからなるＰ電極１３を半導体
レーザ用のＰ電極として、上記工程により表面露出して
いるＰ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１０ｂ，１０ａ上
に、その露出表面と接触するように形成し、さらに、Ｎ
型ＩｎＰ基板１の裏面に例えばＡｕ−Ｓｎ／Ａｕからな
るＮ電極１４を形成し、光が出射する光変調器の端面側
に図示しない反射防止膜を形成する。これにより半導体
レーザ２００ａと光変調器２００ｂとが同一基板１上に
形成された図１４(b) に示す変調器付半導体レーザ２０
０を完成する。

【０００９】次に、上記製造工程により変調器付半導体
レーザが得られる理由及びその動作について説明する。
一般に、誘電体膜等でその表面の所定領域をマスクした
基板上に、例えばIII−Ｖ族化合物半導体をＭＯＣＶＤ
法で結晶成長させると、以下に説明する現象により、形
成される半導体層の組成が部分的に変化し、その発光波
長（バンドギャップエネルギー）が変化することが知ら
れている。即ち、半導体基板表面に輸送されるトリエチ
ルガリウム（ＴＥＧ），トリメチルインジウム（ＴＭ
Ｉ）等のIII 族原子を含む有機金属化合物は、半導体基
板表面で熱分解してIII 族原子となり、半導体基板の適
当な格子位置に取り込まれることになる。そして、この
格子位置において、アルシン（ＡｓＨ3 ），フォスフィ
ン（ＰＨ3 ）等の気体の熱分解により生じたＶ族原子と
化合して結晶となる。一方、誘電体膜上に輸送されたII
I 族原子を含む有機金属化合物は熱分解せず、誘電体表
面上を動き回る。この現象をマイグレーションという。
そして、このマイグレーションの結果、このIII 族原子
を含む有機金属化合物は、誘電体膜の周囲の半導体基板
表面で成長している上記結晶の表面に取り込まれ、上記
と同様に上記Ｖ族原子と化合して結晶成長することにな
る。従って、基板上の誘電体膜の周囲の領域で成長する
結晶には、基板上の他の領域で成長する結晶よりも、II
I 族元素が多く取り込まれ、III族元素の組成比が大き
くなる。これにより、基板上に結晶成長した半導体層の
誘電体膜の近傍の領域で成長した部分の発光波長（バン
ドギャップエネルギー）は、誘電体膜から遠くに離れた
領域で成長した部分のそれに比べて長波長側へ（小さい
エネルギー側へ）シフトすることとなる。また、この
際、誘電体膜の近傍では、III 族元素が多く取り込まれ
て、その結晶成長速度が速くなることから、この領域に
成長する半導体層の厚みは基板上の他の領域で成長する
半導体層のそれよりも厚くなる。従って、例えば多重量
子井戸層を形成した場合は、そのウェル層の厚みに変化
が生ずることにより、その誘電体膜の端部の近傍に成長
する部分の発光波長がより一層長波長側へシフトするこ
ととなる。このように、半導体基板上の所定部分を誘電
体膜でマスクして半導体層の結晶成長を行うと、半導体
基板上に成長する半導体層に発光波長の変化をもたせる
ことができる。

【００１０】以上説明した原理により、上記製造工程に
より作製された変調器付半導体レーザ２００では、半導
体基板上の誘電体膜パターンで挟まれた領域、即ち、そ
の上部に半導体レーザのレーザ発振領域が形成される領
域に成長する多重量子井戸層を含む半導体層は、誘電体
膜パターン２ａ，２ｂ上でマイグレーションするIII族
元素が多く取り込まれた組成及び成長厚みを有するもの
となり、この誘電体膜パターン２ａ，２ｂ上でマイグレ
ーションするIII 族元素の供給を受けないで半導体基
板，つまり光変調器となる部分Ｂ上に成長した光変調器
を構成する多重量子井戸層を含む半導体層にくらべて、
その発振波長が長波長側へシフトしたものとなる。更
に、この誘電体膜パターン２ａ，２ｂの幅を変えて、誘
電体膜パターン２ａ，２ｂで挟まれる部分の開口幅を変
えると、誘電体膜パターン２ａ，２ｂ上でマイグレーシ
ョンするIII 族元素の量が変わることから、該誘電体膜
パターン２ａ，２ｂの周囲に成長する半導体層内に取り
込まれるIII 族元素の量も変わることになり、形成され
る半導体レーザを構成する半導体層の組成，換言すると
発光波長を変えることができ、この誘電体膜パターン２
ａ，２ｂの幅を大きくして、誘電体膜パターン２ａ，２
ｂで挟まれる部分の開口幅を小さくすると、より発光波
長が長波長となり、この誘電体膜パターン２ａ，２ｂの
幅を小さくして、誘電体膜パターン２ａ，２ｂで挟まれ
る部分の開口幅を大きくすると、発光波長が短波長側へ
シフトする。

【００１１】このように、上記変調器付半導体レーザチ
ップ２００では、光変調器部２００ｂの能動層４におけ
る多重量子井戸層からなる光吸収層の発光波長（バンド
ギャップエネルギー）が、半導体レーザ部２００ａの能
動層４における多重量子井戸層からなる活性層の発光波
長より小さくなるので、半導体レーザ部２００ａにしき
い値電流以上の順バイアスを印加してレーザ発振させる
と、該半導体レーザ部２００ａから出力されたレーザ光
は、半導体レーザ部２００ａの活性層と上記光変調器部
２００ｂの光吸収層との間にある上記多重量子井戸層
（光導波路層）を導波し、上記光変調器部２００ｂの光
吸収層を透過して、光変調器部２００ｂの端面から出射
する。そして、このようにして半導体レーザ部２００ａ
をレーザ発振させた状態で、光変調器部２００ｂに逆バ
イアス電圧を印加すると、その光吸収層の吸収端が長波
長側にシフトして、該光吸収層は上記レーザ光に対して
吸収体として作用するようになる。尚、この様な原理に
より光変調器は電界吸収型変調器と呼ばれる。従って、
半導体レーザ部２００ａをレーザ発振させた状態で、光
変調器部２００ｂに印加するバイアス電圧を制御するこ
とにより、光変調器の端部から出射されるレーザ光（の
強度）を変調、つまり、オン・オフすることができ、こ
れにより、光通信用光源として動作させることができる
こととなる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】以上説明した従来の変
調器付半導体レーザの製造方法では、半導体基板上に半
導体レーザと光変調器とを一括して同時に形成すること
ができ、製造工程が簡単になる上、これら半導体レーザ
と光変調器が、各々との間で結晶学的に連続した半導体
層でもって結合されるので、これら両者間をレーザ光が
通過する際の通過損失を少なくできるといった利点があ
る。しかしながら、より安定な光信号を得るためには、
未だ解決すべき問題点がある。以下、この問題点につい
て詳しく説明する。

【００１３】図１５(a) は、図１１(a) に示す工程でウ
エハ上に誘電体薄膜パターン２ａ，２ｂを形成した状態
における１つのチップ領域２０１を示す上面図で、図１
５(b) は、上記チップ領域上に上記誘電体薄膜パターン
をマスクとして選択成長させたＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧ
ａＡｓ多重量子井戸層の光導波方向の結晶組成の変化を
発光波長の変化として示した図である。図において、１
ａは半導体レーザが形成される、誘電体膜パターン２
ａ，２ｂに挟まれた領域、１ｂは光変調器が形成される
領域であり、また、図１５(a) と図１５(b) 間で、図１
５(a) の半導体基板上での共振器長方向（紙面左，右方
向）における位置と図１５(b) の横軸とが対応してい
る。この図に示すように、一対の誘電体膜パターン２
ａ，２ｂで挟まれた領域（半導体レーザが形成される領
域１ａ）に成長する半導体層（多重量子井戸層）は、誘
電体膜パターン２ａ，２ｂで挟まれない領域との境界部
ではその結晶組成が安定せず、この境界部から少し離れ
た部分でその結晶組成が安定になり、この部分の発光波
長が、半導体レーザの発光波長となる。

【００１４】また、誘電体膜で挟まれない領域（光変調
器が形成される領域１ｂ）に成長する半導体層（多重量
子井戸層）は、誘電体膜パターン２ａ，２ｂで挟まれた
領域との境界部ではその結晶組成が安定せず、この境界
部から少し離れた部分でその結晶組成が安定になり、こ
の部分の発光波長が、光変調器の発光波長（吸収波長）
となる。ここで、上記境界部の，誘電体膜で挟まれた領
域と誘電体膜で挟まれない領域との両者からの影響を受
けてその結晶組成（発光波長）が徐々に変化するよう成
長した半導体層を遷移領域と呼ぶ。

【００１５】次に、この遷移領域の長さ（Ｌ）が装置の
性能に与える影響について説明する。図１６は上記製造
工程により、光変調器の発光波長（吸収波長）λMOD が
１．５０μｍ，半導体レーザの発光波長λLDが１．５５
μｍとなるように製造された変調器付半導体レーザ装置
の結晶組成の変化を発光波長の変化として、光導波方向
の位置に対応させて示した図である。この図では、上記
半導体レーザと光変調器との間に形成される遷移領域
は、光変調器と半導体レーザの中間の波長（λtrans.）
１．５２５μｍに相当する結晶組成に形成されていると
仮定している。ここで、波長λ＝１．５２５μｍに相当
する結晶組成の結晶は、波長λ＝１．５５μｍの光に対
し、吸収体として作用するが、その吸収係数はα＝７８
０cm^-1程度であることが知られており、上記遷移領域に
おいて、そのクラッド層に対し光を閉じ込めるコア層
（即ち、光導波路層）の光閉じ込め係数を１０％と仮定
すると、吸収係数は実効的にα′＝７８cm^-1となる。ま
た、一般に強度Ｉ0 の光が吸収係数αの厚さＬの吸収体
を通過した後の強度ＩはＩ＝Ｉ0 exp(- αＬ) と表記で
きるので、吸収体を通過する前と通過した後の強度比Ｒ
はＲ＝Ｉ／Ｉ0 ＝exp （- αＬ）と表すことができる。
ここで、上記遷移領域の長さ（Ｌ）が仮にＬ＝２００μ
ｍと、Ｌ＝５０μｍであった場合、光強度比Ｒがどう変
化するかを計算してみる。Ｌ＝２００μｍの場合、 Ｒ（２００μｍ）＝Ｉ／Ｉ0 ＝exp （- ７８×２００×１０^-4） ＝２．１×１０^-1 となり、また、Ｌ＝５０μｍの場合、 Ｒ（５０μｍ）＝Ｉ／Ｉ0 ＝exp （- ７８×５０×１０^-4） ＝６．８×１０^-1 となる。つまり、遷移領域の長さ（Ｌ）が２００μｍか
ら５０μｍと１／４に減少すると、半導体レーザから変
調器に到達するレーザ光の光強度は２１％から６８％と
約３倍増加することになる。従って、遷移領域の長さ
（Ｌ）が短い程、レーザ光が光変調器に到達するまでに
その強度が減衰することを抑制することができ、ＯＮ，
ＯＦＦ比の高い安定した光信号を得ることができると言
える。

【００１６】しかるに、上記図１１〜１４に示す従来の
外部変調器付半導体レーザ装置の製造方法では、半導体
レーザの発光波長を所定波長とするために、誘電体膜パ
ターン２ａ，２ｂの幅（及び誘電体膜パターン２ａ，２
ｂで挟まれる開口の開口幅）が決められると、形成され
る遷移領域の長さ（Ｌ）が一意的に決まってしまうた
め、遷移領域の長さ（Ｌ）を現状よりも短くすることが
できないという問題点があった。

【００１７】また最近では、上記変調器付半導体レーザ
装置の製造方法を、上記遷移領域における実質的にレー
ザ光が吸収される領域が縮小されるよう、改良したもの
がすでに開発されており、以下、その具体例について図
１７〜１９を用いて説明する。

【００１８】図１７，図１８(a) は、上記変調器付半導
体レーザ装置の改良された製造方法を説明するための斜
視図，平面図であり、半導体基板上に誘電体膜パターン
を示している。図において、図１０〜図１４と同一符号
は同一または相当する部分を示し、２０２は図１０に示
す半導体ウエハ１００におけるチップ領域であり、２２
ａ，２２ｂは、上記チップ領域２０２を構成するＮ型Ｉ
ｎＰ基板１上の、半導体レーザが形成される部分Ａの表
面に、例えばＳｉＯ2 より形成された，一対のチップ２
０２の短手方向にて相対向する一定幅の誘電体膜パター
ン、２３ａ，２３ｂはＮ型ＩｎＰ基板１上の光変調器が
形成される部分Ｃの表面に、例えばＳｉＯ2 より形成さ
れた，一対の基板１の短手方向にて相対向する一定幅の
誘電体膜パターンである。ここで、誘電体膜パターン２
３ａ，２３ｂで挟まれる開口の幅ｗ4 は、誘電体膜パタ
ーン２２ａ，２２ｂで挟まれる開口の幅ｗ3 より大きく
なっている。

【００１９】即ち、この変調器付半導体レーザ装置の製
造工程は、誘電体膜パターンの形成工程で形成する誘電
体膜パターンの形状を図１７に示すパターン形状にして
いる点を除いて、他の製造工程は図１０〜図１４に示す
製造工程と基本的に同じであり、半導体レーザの発光波
長を誘電体膜パターン２２ａ，２２ｂで挟まれる開口の
開口幅ｗ3 で制御し、光変調器の発光波長（吸収波長）
を誘電体膜パターン２３ａ，２３ｂで挟まれる開口の開
口幅ｗ4 で制御するようにしている。この製造工程を用
いると、半導体レーザと光変調器とを結合する部分（遷
移領域）における、半導体レーザのレーザ光に対して吸
収体として作用してしまう部分の長さを短くすることが
できるものであるが、以下その理由について説明する。

【００２０】図１８(b) は、基板を上記図１７，図１８
(a) に示す一対の誘電体膜パターン２２ａ，２２ｂ，及
び一対の誘電体膜パターン２３ａ，２３ｂをその表面に
形成したＮ型ＩｎＰ基板１とし、この上にＩｎＧａＡｓ
Ｐ／ＩｎＧａＡｓからなる多重量子井戸層をＭＯＣＶＤ
法により成長した場合に得られる該多重量子井戸層の結
晶組成の変化を、その発光波長の変化に対応させて示し
た図であり、図の横軸と図１８(a) の基板上の導波路方
向における位置とが対応している。図中において、曲線
ｃは一対の誘電体膜パターン２２ａ，２２ｂの影響によ
り上記多重量子井戸層に生ずる結晶組成（発光波長）の
変化を示し、曲線ｄは誘電体膜パターン２３ａ，２３ｂ
の影響により上記多重量子井戸層に生ずる結晶組成（発
光波長）の変化を示し、図中の破線は、これら一対の誘
電体膜パターン２２ａ，２２ｂ，及び一対の誘電体膜パ
ターン２３ａ，２３ｂの双方の影響によって生ずる結晶
組成（発光波長）の変化を示している。

【００２１】この図に示すように、上記多重量子井戸層
の発光波長が安定化しない領域、即ち、遷移領域の長さ
（Ｌ）そのものは、図１１に示す製造工程により得られ
るそれに比べて、長くなるが、そのうちの光変調器の吸
収波長λMOD よりも波長が長く半導体レーザの発光波長
である波長λLDのレーザ光に対して吸収体として作用す
る領域の幅ＬA は、図１１に示す製造工程により得られ
るそれの半分程度となる（従来は遷移領域全体が、その
波長がλMOD より長くなって吸収体として作用してい
る）。ここで、遷移領域全体のうち幅ＬB の部分は、変
調器部の吸収波長λMOD よりも波長が充分に短いので、
波長λLDのレーザ光に対して吸収体とはならない。従っ
て、この結果から、半導体基板の半導体レーザを形成す
る部分だけでなく、半導体基板の光変調器を形成する部
分にも一対の誘電体膜パターンを形成し、この一対の誘
電体膜パターンの幅を半導体レーザを形成する部分に形
成する一対の誘電体膜パターンの幅より小さくし、この
一対の誘電体膜パターンで挟まれる開口の幅を、半導体
レーザを形成する部分の一対の誘電体膜パターンで挟ま
れる開口の幅より大きくすることにより、半導体レーザ
の活性層と光変調器の光吸収層とをつなぐ光導波路層
に、これら活性層及び光吸収層の発光波長よりもその発
光波長が小さい部分を形成することができ、光導波路層
の実質的に上記半導体レーザのレーザ光に対して吸収体
として作用する部分を、図１１に示す誘電体薄膜パター
ンをマスクとして結晶成長を行った場合に比べて短くで
きることがわかる。

【００２２】図１９(a) ，(b) は、それぞれ図１７に示
す誘電体薄膜パターンの変形例を説明するための斜視図
であり、ウエハのチップ領域２０１を構成する基板上に
誘電体膜パターンを形成した状態を示している。図にお
いて、図１７と同一符号は同一または相当する部分を示
している。ここで、開口幅ｗ4 と開口幅ｗ3 は同じ幅で
ある。

【００２３】即ち、図１７に示す誘電体薄膜パターンで
は、Ｎ型ＩｎＰ基板１表面の一対の誘電体膜パターン２
３ａ，２３ｂで挟まれる開口の幅ｗ4 を、一対の誘電体
膜パターン２２ａ，２２ｂで挟まれる開口の幅ｗ3 より
も大きくしたが、図１９(a)に示す誘電体薄膜パターン
では、これらの開口幅ｗ3 ，ｗ4 は同じ幅とし、上記図
１８に示した結晶組成の変化（発光波長の変化）と同様
の結晶組成の変化を、誘電体膜パターン２２ａ，２２ｂ
の幅，及び誘電体膜パターン２３ａ，２３ｂの幅を制御
することにより、得ることができるようにしている。

【００２４】これによって、半導体基板の光変調器を形
成する部分に形成する一対の誘電体膜パターンで挟まれ
る開口の幅を、半導体レーザを形成する部分に形成する
一対の誘電体膜パターンで挟まれる開口の幅より必ずし
も大きな幅とする必要がなくなる。

【００２５】図１９(b) は、図１７に示す誘電体薄膜パ
ターンの他の変形例を示す斜視図であり、ウエハのチッ
プ領域２０１を構成する基板上に誘電体膜パターンを形
成した状態を示している。なお、特開平5-829090号公報
には図１９(b) に示す誘電体膜パターンと同一パターン
の選択成長用マスクを用いて、レーザを形成する半導体
領域と、光変調器を形成する半導体領域とを有する半導
体層を形成する方法が示されている。図において、図１
７と同一符号は同一または相当する部分を示している。
２４ａ，２４ｂは一対の誘電体膜パターンである。

【００２６】即ち、図１９(b) に示す誘電体薄膜パター
ンでは、Ｎ型ＩｎＰ基板１上に一対の誘電体膜パターン
２２ａ，２２ｂ，及び一対の誘電体膜パターン２３ａ，
２３ｂを形成する際、Ｎ型ＩｎＰ基板１の半導体レーザ
を形成する部分Ａと、光変調器を形成する部分Ｃとの間
の部分Ｄ上にも、これら誘電体膜パターン２２ａ，２２
ｂ，及び誘電体膜パターン２３ａ，２３ｂよりもその幅
が小さい一対の誘電体膜パターン２４ａ，２４ｂを形成
するようにしたものである。ここで、一対の誘電体膜パ
ターン２４ａ，２４ｂで挟まれる開口の幅ｗ5 は、ｗ3
≦ｗ5 ≦ｗ4 を満たす範囲で、適宜決定することができ
るものである。

【００２７】この場合、一対の誘電体膜パターン２４
ａ，２４の幅と、これによって形成される開口の幅ｗ5
とを調整することにより、形成する半導体層内の半導体
レーザの活性層と光変調器の光吸収層とをつなぐ光導波
路層（遷移領域）の結晶組成の変化を、より好ましい状
態、例えば、その半導体レーザの活性層との境界部の結
晶組成の変化がより急峻となるように制御することがで
き、その結果、一層の性能向上を図ることができる。

【００２８】ところが、上記変調器付半導体レーザ装置
の製造方法を改良した方法においては、遷移領域におけ
るレーザ光が実質的に吸収される領域が縮小している
が、遷移領域自体の長さは増大する傾向にあり、変調器
付半導体レーザ装置のチップサイズの増大を招くという
問題があった。

【００２９】また、図１０〜図１４に示す変調器付半導
体レーザ装置の製造方法、及びこの方法を改良した図１
７〜図１９に示す変調器付半導体レーザ装置の製造方法
では、上記誘電体薄膜パターン２ａ，２ｂは、図１０
(a) ，(b) に示すようにウエハ（基板）１００上の各チ
ップ領域２０１上に、すべてのチップ領域についてその
上での位置が同じとなるよう形成していたため、１つの
チップ領域の半導体レーザ部の端部には隣のチップ領域
の光変調器部が、また１つのチップ領域の光変調器部の
端部には隣のチップ領域の半導体レーザ部が位置してい
るため、半導体レーザ部及び光変調器部の、隣接するチ
ップ領域に近接する端部では、導波路部分の膜厚が変化
してしまい、発光波長あるいは光吸収波長が一定となら
ないという問題があった。

【００３０】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、従来よりも遷移領域自体の長さ
（Ｌ）を縮小することができ、ＯＮ，ＯＦＦ比の高い安
定した光信号を得ることができるだけでなく、チップサ
イズの縮小を図ることができる変調器付半導体レーザ装
置の製造方法を提供することを目的とする。

【００３１】

【課題を解決するための手段】この発明に係る変調器付
半導体レーザ装置の製造方法は、半導体ウエハの各チッ
プ領域上に、所定パターンの誘電体膜をマスクとする半
導体結晶の選択成長により、結晶組成の異なる第１及び
第２の半導体領域を有する半導体層を形成する工程と、
上記半導体層に所要の加工処理を施して、その第１の半
導体領域に半導体レーザを、第２の半導体領域に、半導
体レーザからの出射レーザ光の強度変調を行う光変調器
を形成する工程とを含み、上記選択成長の際マスクとな
る上記誘電体膜を、半導体レーザの光導波路方向におい
て隣合う２つのチップ領域における誘電体膜マスク部及
び誘電体膜開口部の形状が該両チップ領域の境界線に対
して線対称となる構造としたものである。

【００３２】この発明に係る変調器付半導体レーザ装置
の製造方法は、半導体ウエハの各チップ領域上に、所定
パターンの誘電体膜をマスクとする半導体結晶の選択成
長により、結晶組成の異なる第１及び第２の半導体領域
を有する半導体層を形成する工程と、上記半導体層に所
要の加工処理を施して、その第１の半導体領域に半導体
レーザを、第２の半導体領域に、該半導体レーザからの
出射レーザ光の強度変調を行う光変調器を形成する工程
とを含み、上記選択成長の際マスクとなる誘電体膜を、
上記各チップ領域の半導体レーザの形成部分にのみ、該
半導体レーザの共振器長方向に沿って形成された相対向
する一対の誘電体膜マスク部を有する構造とし、該両誘
電体膜マスク部を、その幅が光変調器の形成部に近い部
分では、該光変調器の形成部から遠い部分に比べて大き
い形状としたものである。

【００３３】この発明は上記変調器付半導体レーザ装置
の製造方法において、上記誘電体膜マスク部を、光変調
器の形成部近傍での幅がその他の部分での幅よりも大き
いＬ字状のパターン形状としたものである。この発明は
上記変調器付半導体レーザ装置の製造方法において、上
記誘電体膜マスク部を、その幅が該光変調器の形成部に
近づくにつれて大きくなるテーパ部を光変調器の形成部
近傍に有する形状としたものである。

【００３４】この発明に係る変調器付半導体レーザ装置
の製造方法は、半導体ウエハの各チップ領域上に、所定
パターンの誘電体膜をマスクとする半導体結晶の選択成
長により、結晶組成の異なる第１及び第２の半導体領域
を有する半導体層を形成する工程と、上記半導体層に所
要の加工処理を施して、その第１の半導体領域に半導体
レーザ部を、第２の半導体領域に、半導体レーザ部から
の出射レーザ光の強度変調を行う光変調器部を形成する
工程とを含み、上記選択成長の際マスクとなる誘電体膜
を、上記各チップ領域の、半導体レーザ及び光変調器の
形成部にまたがるようこれらの光導波路方向に沿って形
成された、所定間隔隔てて相対向する一対の誘電体膜マ
スク部を有する構造とし、該誘電体膜マスク部を、その
幅が、上記半導体レーザの形成部においては光変調器の
形成部に近づくに伴って増大し、光変調器の形成部との
境界近傍で最大となり、かつ上記光変調器の形成部にお
いては半導体レーザの形成部に近づくに伴って減少し、
上記半導体レーザの形成部との境界近傍で最小となる形
状としたものである。

【００３５】この発明は上記変調器付半導体レーザ装置
の製造方法において、上記誘電体膜マスク部を、上記半
導体レーザの形成部では、該誘電体膜マスク部の幅が上
記光変調器の形成部に近づくにつれて大きくなる凹状湾
曲形状をなし、上記光変調器の形成部では、上記誘電体
膜マスク部の幅が上記半導体レーザの形成部に近づくに
つれて小さくなる凸状湾曲形状をなす形状としたもので
ある。

【００３６】この発明は上記変調器付半導体レーザ装置
の製造方法において、上記選択成長された半導体層を、
少なくともその内部に、その一部が上記半導体レーザの
活性層になり、該一部とは異なる他の一部が上記光変調
器の光吸収層になる多重量子井戸層を含む構造としたも
のである。

【００３７】

【作用】この発明においては、半導体ウエハの各チップ
領域上に、半導体結晶の選択成長により、結晶組成の異
なる、半導体レーザ形成のための第１の半導体領域、及
び光変調器形成のための第２の半導体領域を形成する
際、選択成長用マスクとして、半導体レーザの光導波路
方向において隣合う２つのチップ領域における誘電体膜
マスク部及び誘電体膜開口部の形状が該両チップ領域の
境界線に対して線対称である誘電体膜を用いるから、上
記半導体層の成長の際、各チップ領域では、組成の異な
る第１及び第２の半導体領域が、それぞれ隣接するチッ
プ領域の同一組成の半導体領域と隣合って形成されるこ
ととなり、上記光導波路方向におけるチップ領域端部
で、上記第１及び第２の半導体領域の組成を一定なもの
とすることができる。

【００３８】この発明においては、半導体ウエハの各チ
ップ領域上に、半導体結晶の選択成長により、組成の異
なる半導体レーザ形成のための第１の半導体領域、及び
光変調器形成のための第２の半導体領域を形成する際、
選択成長用マスクとして、上記各チップ領域の半導体レ
ーザの形成部上にのみ該半導体レーザの共振器長方向に
沿って形成された相対向する一対の誘電体膜マスク部を
有し、該両誘電体膜マスク部の幅を、光変調器の形成部
に近い部分では、該光変調器の形成部から遠い部分に比
べて大きくした誘電体膜を用いるので、上記半導体層の
成長の際、誘電体膜が配置されている半導体レーザの形
成部の、誘電体膜が配置されていない光変調器の形成部
と近接する部分では、その他の部分に比べて誘電体膜の
開口率が小さくなって、誘電体膜上から移動してくる所
定の成長元素の量が増大することとなる。これにより半
導体レーザの形成部の、光変調器の形成部と近接する部
分では、成長元素の量の低減が抑えられ、半導体レーザ
の形成部と光変調器の形成部との間での組成変化が急峻
になり、これらの間の組成変化のある遷移領域を削減す
ることができる。

【００３９】この発明においては、半導体ウエハの各チ
ップ領域上に、半導体結晶の選択成長により、組成の異
なる半導体レーザ形成のための第１の半導体領域、及び
光変調器形成のための第２の半導体領域を形成する際、
選択成長用マスクとして、上記各チップ領域の半導体レ
ーザ及び光変調器の形成部にまたがるようこれらの光導
波路方向に沿って形成された、所定間隔隔てて相対向す
る一対の誘電体膜マスク部を有し、該誘電体膜マスク部
の幅が、上記半導体レーザの形成部においては光変調器
の形成部に近づくに伴って増大し、光変調器の形成部と
の境界近傍で最大となり、かつ上記光変調器の形成部に
おいては半導体レーザの形成部に近づくに伴って減少
し、上記半導体レーザの形成部との境界近傍で最小とな
る形状の誘電体膜を用いるので、上記半導体層の成長の
際、誘電体膜が配置されている半導体レーザの形成部
の、誘電体膜が配置されていない光変調器の形成部と近
接する部分では、その他の部分に比べて誘電体膜の開口
率が小さくなって、誘電体膜上から移動してくる所定の
成長元素の量が増大することとなるとともに、光変調器
の形成部の、半導体レーザの形成部と近接する部分で
は、その他の部分に比べて誘電体膜の開口率が大きくな
って、誘電体膜上から移動してくる所定の成長元素の量
が減少することとなる。

【００４０】このため半導体レーザの形成部の、光変調
器の形成部と近接する部分では、成長元素の量の低減が
抑えられるとともに、光変調器の形成部の、半導体レー
ザの形成部と近接する部分では、成長元素の量の増大が
抑えられ、これにより半導体レーザの形成部と光変調器
の形成部との間での組成変化をより急峻なものとして、
これらの間の組成変化のある遷移領域を大きく削減する
ことができる。

【００４１】

【実施例】

実施例１．図１は、この発明の実施例１による変調器付
半導体レーザ装置の製造方法を説明するための図であ
り、図１(a) は半導体ウエハ上に形成された選択成長用
マスクとしての誘電体膜を示す平面図、図１(b) は上記
誘電体膜の各チップ領域上におけるパターンを示す図で
ある。図において、図１０，図１１と同一符号は同一ま
たは相当する部分を示し、１０１ａは半導体ウエハ１０
０上に形成された選択成長用マスクとしてのＳｉＯ2 等
の誘電体膜であり、この誘電体膜１０１ａは、各チップ
領域１０１上での誘電体膜残部（マスク部）２ａ，２ｂ
が、隣接するチップ領域間で対向して位置するようパタ
ーニングしたものである。なお、ここでは、チップ領域
１０１の長さＬは０．７〜１mm程度、その幅Ｗcは３０
０μｍ、さらに光導波路の幅ＷL は１００μｍ程度とし
ている。

【００４２】次に、製造方法について説明する。本実施
例１の変調器付半導体レーザ装置の製造方法では、半導
体ウエハ上に誘電体膜を形成した後、該誘電体膜のパタ
ーニングにより、各チップ領域１０１の半導体レーザが
形成される部分上に誘電体膜残部２ａ，２ｂを、これら
が半導体レーザの共振器長方向（光導波路方向）におい
て隣接するチップ領域間で対向して位置するよう形成し
ており、その後の工程は、図１０，図１１〜図１４に示
す従来の製造方法と同一であり、つまり図１１〜図１４
に示す工程と全く同一の処理を行って、半導体レーザと
光変調器とを一括して作製して、変調器付半導体レーザ
装置を完成する。

【００４３】このような構成の本実施例１では、半導体
ウエハ１００上に上記誘電体膜１０１を選択成長用マス
クとして半導体層４の選択成長を行った場合、該半導体
層４の，光導波路部分での膜厚分布は図２(a) ，(b) の
ように、その両側に誘電体膜残部２ａ，２ｂが配置され
ている部分で厚く、その両側に誘電体膜が形成されてい
ない部分では薄くなるが、誘電体膜残部２ａ，２ｂを、
これらが半導体レーザの共振器長方向において隣接する
チップ領域間で対向して位置するよう形成しているた
め、個々のチップ領域では、上記半導体層４の光導波路
部分での膜厚分布，つまり発振波長の分布は、図３(a)
，(b) に示すように、レーザ形成部の端部、光変調器
形成部の端部で平坦なものとなる。この結果、変調器付
半導体レーザチップの、レーザ側光出射端部、及び光変
調器側光出射端部での発振波長のレベルが一定となり、
その特性の向上を図ることができる。

【００４４】実施例２．図４は、この発明の実施例２に
よる変調器付半導体レーザ装置の製造方法を説明するた
めの図であり、図４(a) は半導体ウエハ上に形成された
選択成長用マスクを示す平面図、図４(b) は上記選択成
長用マスクの、チップ領域上におけるパターンを示す斜
視図である。図において、図１０，図１１と同一符号は
同一または相当する部分を示し、１２０は半導体ウエハ
１００上に形成された選択成長用マスクとしてのＳｉＯ
2 等の誘電体膜であり、この誘電体膜１２０は、各チッ
プ領域１０２上での誘電体膜残部（マスク部）２０ａ，
２０ｂが、隣接するチップ領域間で対向して位置するよ
うパターニングしたものである。またここで上記誘電体
膜残部２０ａ，２０ｂは、その一方，つまり光変調器を
形成すべき部分Ｂ1に近い側の端部の幅を他の部分の幅
より大きくした，一対の短手方向にて相対向するＬ字状
パターンを有している。

【００４５】即ち、これらは、チップ領域１０２を構成
するＮ型ＩｎＰ基板１上の半導体レーザが形成される部
分Ａの表面に、該表面上の短手方向の中央部分を挟むよ
うに、かつその幅が大きい上記端部を、Ｎ型ＩｎＰ基板
１の光変調器が形成される部分Ｂ1 の側に配置してお
り、このためこれらによって形成される開口１ａは、そ
のＮ型ＩｎＰ基板１上の光変調器が形成される部分Ｂ1
側の幅が狭くなるように形成されている。

【００４６】次に、製造方法について説明する。本実施
例２の変調器付半導体レーザ装置の製造方法では、半導
体ウエハ上に誘電体膜を形成した後、該誘電体膜のパタ
ーニングにより、各チップ領域１０２の半導体レーザが
形成される部分上に上記Ｌ字状パターンの誘電体膜残部
２０ａ，２０ｂを、これらが半導体レーザの共振器長方
向において隣接するチップ領域間で対向して位置するよ
う形成しており、その後の工程は、図１０，図１１〜図
１４に示す従来の製造方法と同一であり、つまり図１１
〜図１４に示す工程と全く同一の処理を行って、半導体
レーザと光変調器とを一括して作製して、変調器付半導
体レーザ装置を完成する。

【００４７】次に作用効果について説明する。本実施例
の製造方法では、従来の変調器付半導体レーザ装置の製
造方法に比べて、半導体レーザと光変調器との間に形成
される遷移領域の長さ（Ｌ）を、半導体レーザの発光波
長の変動を招くことなく、短くすることができるもので
あるが、以下その理由について説明する。図５は、Ｉｎ
Ｐ基板上に形成する誘電体膜残部（以下、誘電体膜パタ
ーンともいう。）の幅を変えて、該誘電体膜残部（マス
ク部）で挟まれる誘電体膜開口の幅ｗを種々変更し、Ｉ
ｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓからなる多
重量子井戸層をＭＯＣＶＤ法により形成した時のＩｎＰ
基板上での該多重量子井戸層の結晶組成の変化を、発光
波長の変化として示した図である。ここで、図の横軸
は、上記誘電体膜残部のチップ中央側の端部を基準に、
該誘電体膜残部のチップ端側へ向かう方向を正の方向と
してチップ領域上での位置を示したものである。

【００４８】また、発光波長の測定は、微小部分の光学
特性を評価する顕微フォトルミネッセンス測定装置で測
定したものである。この図５より、誘電体膜開口の幅ｗ
が小さくなると、上述したように、この誘電体膜開口内
に成長する半導体層の結晶組成はより長波長側へシフト
するとともに、遷移領域における結晶組成の変化がより
急峻になることがわかる。また、誘電体膜開口内に形成
される半導体層は、該誘電体膜残部のチップ中央側端部
からそのチップ端部側へ約１００μｍ程度離れた位置か
らその結晶組成が安定化することがわかる。

【００４９】そこで、本実施例では、上記図４に示すよ
うに一対の誘電体膜残部２０ａ，２０ｂをＬ字状のパタ
ーン形状に形成して、その基板の中央側の端部の幅を他
の部分より大きくして、この誘電体膜残部の端部で挟ま
れる開口の幅を小さくすることにより、基板１上の該誘
電体膜残部２０ａ，２０ｂで挟まれた部分（半導体レー
ザが形成される部分Ａ）の、該誘電体膜残部２０ａ，２
０ｂを設けない部分（光変調器が形成される部分Ｂ1 ）
との境界部分に供給されるIII 族元素の量を増加させ
て、この半導体レーザの形成部の境界部における結晶組
成の変化を急峻にし、実質的な半導体レーザの発光波長
となる、即ち、実質的なレーザ発振部となる半導体層の
結晶組成を、主に該誘電体膜残部２０ａ，２０ｂのこの
端部より幅が小さい部分によって調整するようにしたも
のである。

【００５０】図６(a) は上記図４(b) に示したＮ型Ｉｎ
Ｐ基板１を上面からみた図で、この図において、例え
ば、誘電体膜残部２０ａ，２０ｂのその幅が大きい端部
の長さｌを約５０μｍとし、この端部で挟まれる開口の
幅ｗ1 を約２０μｍとし、該誘電体膜残部２０のこの端
部以外の部分で挟まれる開口の幅ｗ2 を約１００μｍと
して、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓからなる多重量子
井戸層をＭＯＣＶＤ法により成長した場合、図６(b) の
曲線ａに示す発光波長の変化（結晶組成の変化）を示す
多重量子井戸層が得られる。ここで、ｗ2 の幅を約１０
０μｍとしているのは、この種の変調器付半導体レーザ
装置において、半導体レーザと光変調器との発光波長差
は約６０ｎｍとするのが一般的であり、図５において、
この波長差は、誘電体膜パターンで挟まれる開口の幅を
９９μｍとしてＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓからなる
多重量子井戸層を形成した時に得られているためであ
る。尚、図６(b) 中の曲線ｂは、この図５に示した誘電
体膜パターンで挟まれる開口の幅を９９μｍとした時の
発光波長の変化曲線を示している。

【００５１】この図６(b) からわかるように、本実施例
のように、基板上に形成する誘電体膜パターンの端部の
幅を大きくすると、半導体レーザを構成する半導体層の
結晶組成（発光波長）は殆ど変わることなく、基板上の
光変調器が形成される領域と、半導体レーザが形成され
る領域との境界部へのIII 族元素の供給量が増加するこ
とによって、この境界部に形成される半導体層の結晶組
成（発光波長）の変化を急峻にすることができ、従来の
同一の発光波長差を有する変調器付半導体レーザ装置に
比べて、遷移領域の長さ（Ｌ）を短くできることがわか
る。

【００５２】このように本実施例の変調器付半導体レー
ザ装置の製造方法では、チップ領域１０２の半導体レー
ザを形成する部分Ａの表面に、該表面上の所定領域を挟
むように、その光変調器の形成部Ｂ1 に近接する端部の
幅が他の部分より大きくなったＬ字状のパターン形状か
らなる一対の誘電体膜パターン２０ａ，２０ｂを形成
し、この後、上記半導体レーザの活性層となり，上記光
変調器の光吸収層となる多重量子井戸層を含む能動層４
を結晶成長するようにしたので、該能動層４の半導体レ
ーザと上記光変調器とを光学的に結合する部分ではその
結晶組成の変化が急峻となって遷移領域の長さ（Ｌ）が
短くなり、その結果、遷移領域における光強度の減衰が
小さく、安定した強度の光信号が得られる変調器付半導
体レーザ装置を得ることができる。

【００５３】尚、上記説明においては、半導体レーザと
光変調器の発光波長差を６０ｎｍとした場合について説
明したが、発光波長差や、使用する半導体材料によっ
て、上記誘電体膜パターンの各部分の幅や、誘電体膜パ
ターンで挟まれる開口の幅は種々異なる値となることは
言うまでもない。

【００５４】実施例３．図７はこの発明の実施例３によ
る変調器付半導体レーザ装置の製造方法を説明するため
の図であり、図７(a) は半導体ウエハ上に形成された選
択成長用マスクを示す平面図、図７(b) は上記選択成長
用マスクの、チップ領域上におけるパターンを示す斜視
図である。図において、図４と同一符号は同一または相
当する部分を示し、１２１は半導体ウエハ１００上に形
成された選択成長用マスクとしてのＳｉＯ2 等の誘電体
膜であり、この誘電体膜１２１は、各チップ領域１０３
上での誘電体膜残部（マスク部）２１ａ，２１ｂが、隣
接するチップ領域間で対向して位置するようパターニン
グしたものである。またここで、上記誘電体膜残部２１
ａ，２１ｂは、チップ領域１０３の半導体レーザの形成
部Ａ上に、その上記光変調器の形成部Ｂ1 に近づくにつ
れてその幅が次第に大きくなるテーパ部を有する形状に
形成されている。

【００５５】次に製造方法について説明する。本実施例
３の変調器付半導体レーザ装置の製造方法では、半導体
ウエハ上に誘電体膜を形成した後、該誘電体膜のパター
ニングにより、各チップ領域１０３の半導体レーザが形
成される部分上に上記テーパ部を有する誘電体膜残部２
１ａ，２１ｂを、これらが半導体レーザの共振器長方向
において隣接するチップ領域間で対向して位置するよう
形成しており、その後の工程は、図１１〜図１４に示す
従来の製造方法と同一であり、つまり図１１〜図１４に
示す工程と全く同一の処理を行って、半導体レーザと光
変調器とを一括して作製して、変調器付半導体レーザ装
置を完成する。

【００５６】尚、上記一対の誘電体膜残部２１ａ，２１
ｂ，及びこれらで挟まれる開口の寸法は、例えば、上記
実施例２と同様にしてＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓか
らなる多重量子井戸層を用いて半導体レーザと光変調器
との発光波長差が６０ｎｍである変調器付半導体レーザ
装置を得る場合、光変調器の形成部Ｂ1 に近いテーパ部
の先端部で挟まれる開口の幅ｗ1 ′を上記実施例２の幅
ｗ1 より若干小さくし、この先端部とは逆のテーパ部の
終端で挟まれる開口の幅、即ち、誘電体膜残部２１ａ，
２１ｂの幅が一定となる部分で挟まれる開口の幅ｗ2 ′
は上記実施例２の幅ｗ2 と同じにし、テーパ部の長さ
ｌ′を上記実施例２の長さｌの約１．５倍程度の長さと
する。

【００５７】このような本実施例３の変調器付半導体レ
ーザ装置の製造方法においても、誘電体膜残部２１ａ，
２１ｂのテーパ部上をマイグレーションするIII 族元素
により、半導体レーザの形成部Ａの、光変調器の形成部
Ｂ1 との境界部へのIII 族元素の供給量が増加すること
となり、これによりこの境界部に形成される半導体層の
結晶組成（発光波長）の変化を急峻なものとすることが
でき、その結果、従来に比べて遷移領域の長さ（Ｌ）を
短くすることができ、遷移領域における光強度の減衰が
小さく、安定した強度の光信号が得られる変調器付半導
体レーザ装置を得ることができる。

【００５８】実施例４．図８はこの発明の実施例４によ
る変調器付半導体レーザ装置の製造方法を説明するため
の図であり、図８(a) は半導体ウエハ上に形成された選
択成長用マスクを示す平面図、図８(b) は上記選択成長
用マスクの、チップ領域上におけるパターンを示す斜視
図である。また、図９は上記選択成長された半導体層
の、チップ領域上での発光波長の分布を説明するための
図であり、図９(a) は上記チップ領域上での選択成長用
マスクのパターンを示す平面図、図９(b) は図９(a) の
ＩＸｂ−ＩＸｂ線方向の発振波長の分布を示す図であ
る。図において、図４と同一符号は同一または相当する
部分を示し、１３０は半導体ウエハ１００上に形成され
た選択成長用マスクとしてのＳｉＯ2 等の誘電体膜であ
り、この誘電体膜１３０は、各チップ領域１０４上での
誘電体膜残部（マスク部）３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３
２ｂが、隣接するチップ領域間で対向して位置するよう
パターニングしたものである。

【００５９】ここで上記誘電体膜残部３１ａ，３１ｂは
チップ領域１０４の半導体レーザの形成部Ａ上に、光変
調器の形成部Ｂ2 に近づくにつれてその幅が次第に大き
くなる凹状湾曲部を有する形状に形成された一対の誘電
体膜マスク部であり、また、上記誘電体膜残部３２ａ，
３２ｂは、チップ領域１０４の光変調器の形成部Ｂ2上
に、半導体レーザの形成部Ａに近づくにつれてその幅が
次第に小さくなる凸状湾曲部を有する形状に形成された
一対の誘電体膜マスク部である。

【００６０】また、上記レーザ形成部Ａに形成される誘
電体膜残部３１ａ，３１ｂの最小幅Ｗ31a ，Ｗ31b は、
上記光変調器形成部Ｂ2 に形成される誘電体膜残部３２
ａ，３２ｂの最大幅Ｗ32a ，Ｗ32b より大きくなってお
り、またレーザ形成部Ａのチップ端側部分Ｘ2 での誘電
体膜開口率、つまりチップの幅Ｗc に対する開口幅（Ｗ
c −Ｗ31a −Ｗ31b ）は５０パーセント、レーザ形成部
Ａのチップ中央側端部Ｘ1 での誘電体膜開口率は２０パ
ーセント程度であり、また光変調器形成部Ｂ2のチップ
端側部分Ｙ2 での誘電体膜開口率、つまりチップの幅Ｗ
c に対する開口幅（Ｗc −Ｗ32a −Ｗ32b ）は４０パー
セント、光変調器形成部Ｂ2 のチップ中央側端部Ｙ1 で
の誘電体膜開口率は９０パーセント程度である。なお、
ここでは、上記他の実施例と同様、チップ領域の長さＬ
は０．７〜１mm程度、その幅Ｗc は３００μｍ、さらに
光導波路の幅ＷL は１００μｍ程度としている。

【００６１】次に、製造方法について説明する。本実施
例４の変調器付半導体レーザ装置の製造方法では、半導
体ウエハ上に誘電体膜を形成した後、該誘電体膜のパタ
ーニングにより、各チップ領域１０４の半導体レーザの
形成部Ａ上に上記凹状湾曲部を有する誘電体膜残部３１
ａ，３１ｂを、光変調器の形成部Ｂ2 上に上記凸状湾曲
部を有する誘電体膜残部３２ａ，３２ｂを形成し、しか
もこの際上記各誘電体膜残部３１ａ，３１ｂ，３２ａ，
３２ｂが半導体レーザの共振器長方向において隣接する
チップ領域間で対向して位置するよう形成している。そ
の後の工程は、図１１〜図１４に示す従来の製造方法と
同一であり、つまり図１１〜図１４に示す工程と全く同
一の処理を行って、半導体レーザと光変調器とを一括し
て作製して、変調器付半導体レーザ装置を完成する。

【００６２】このような構成の本実施例では、半導体ウ
エハの各チップ領域１０４上に、半導体結晶の選択成長
により、組成の異なる半導体レーザ形成部Ａ及び光変調
器形成部Ｂ2 を形成する際、選択成長用マスクとして、
上記各チップ領域１０４の半導体レーザ，及び光変調器
の形成部Ａ，及びＢ2 にまたがるようこれらの光導波路
方向に沿って形成された、所定間隔隔てて相対向する一
対の誘電体膜マスク部３１ａ，３１ｂ、及び３２ａ，３
２ｂを有し、該誘電体膜マスク部の幅が、上記半導体レ
ーザの形成部においては光変調器の形成部に近づくに伴
って増大し、光変調器の形成部との境界近傍で最大とな
り、かつ上記光変調器の形成部においては半導体レーザ
の形成部に近づくに伴って減少し、上記半導体レーザの
形成部との境界近傍で最小となる形状の誘電体膜を用い
るので、上記半導体層の成長の際、誘電体膜が配置され
ている半導体レーザの形成部Ａの、誘電体膜が配置され
ていない光変調器の形成部ｂ2 と近接する部分では、そ
の他の部分に比べて誘電体膜の開口率が小さくなって、
誘電体膜上から移動してくる所定の成長元素の量が増大
することとなるとともに、光変調器の形成部Ｂ2 の、半
導体レーザの形成部Ａと近接する部分では、その他の部
分に比べて誘電体膜の開口率が大きくなって、誘電体膜
上から移動してくる所定の成長元素の量が減少すること
となる。

【００６３】このため半導体レーザの形成部Ａの、光変
調器の形成部Ｂ2 と近接する部分では、成長元素の量の
低減が抑えられるとともに、光変調器の形成部Ｂ2 の、
半導体レーザの形成部Ａと近接する部分では、成長元素
の量の増大が抑えられることとなり、これにより半導体
レーザの形成部Ａと光変調器の形成部Ｂ2 との間での組
成変化をより急峻なものとして（図９(b) 参照）、これ
らの間の組成変化のある遷移領域を大きく削減すること
ができる。

【００６４】

【発明の効果】以上のようにこの発明に係る変調器付半
導体レーザ装置の製造方法によれば、半導体ウエハの各
チップ領域上に、半導体結晶の選択成長により、結晶組
成の異なる、半導体レーザ形成のための第１の半導体領
域、及び光変調器形成のための第２の半導体領域を形成
する際、選択成長用マスクとして、半導体レーザの光導
波路方向において隣合う２つのチップ領域における誘電
体膜マスク部及び誘電体膜開口部の形状が該両チップ領
域の境界線に対して線対称である誘電体膜を用いるの
で、上記半導体層の成長の際、各チップ領域では、組成
の異なる第１及び第２の半導体領域が、それぞれ隣接す
るチップ領域の同一組成の半導体領域と隣合って形成さ
れることとなり、上記光導波路方向におけるチップ領域
端部で、上記第１及び第２の半導体領域の組成を一定な
ものとすることができる効果がある。

【００６５】また、この発明に係る変調器付半導体レー
ザ装置の製造方法によれば、半導体ウエハの各チップ領
域上に、半導体結晶の選択成長により、組成の異なる半
導体レーザ形成のための第１の半導体領域、及び光変調
器形成のための第２の半導体領域を形成する際、選択成
長用マスクとして、上記各チップ領域の半導体レーザの
形成部上にのみ該半導体レーザの共振器長方向に沿って
形成された相対向する一対の誘電体膜マスク部を有し、
該両誘電体膜マスク部の幅を、光変調器の形成部に近い
部分では、該光変調器の形成部から遠い部分に比べて大
きくした誘電体膜を用いるので、上記半導体層の成長の
際、誘電体膜が配置されている半導体レーザの形成部
の、誘電体膜が配置されていない光変調器の形成部と近
接する部分では、その他の部分に比べて誘電体膜の開口
率が小さくなって、誘電体膜上から移動してくる所定の
成長元素の量が増大することとなる。これにより半導体
レーザの形成部の、光変調器の形成部と近接する部分で
は、成長元素の量の低減が抑えられ、半導体レーザの形
成部と光変調器の形成部との間での組成変化が急峻にな
り、これらの間の組成変化のある遷移領域を削減するこ
とができるという効果がある。

【００６６】また、この発明に係る変調器付半導体レー
ザ装置の製造方法によれば、半導体ウエハの各チップ領
域上に、半導体結晶の選択成長により、組成の異なる半
導体レーザ形成のための第１の半導体領域、及び光変調
器形成のための第２の半導体領域を形成する際、選択成
長用マスクとして、上記各チップ領域の半導体レーザ及
び光変調器の形成部にまたがるようこれらの光導波路方
向に沿って形成された、所定間隔隔てて相対向する一対
の誘電体膜マスク部を有し、該誘電体膜マスク部の幅
が、上記半導体レーザの形成部においては光変調器の形
成部に近づくに伴って増大し、光変調器の形成部との境
界近傍で最大となり、かつ上記光変調器の形成部におい
ては半導体レーザの形成部に近づくに伴って減少し、上
記半導体レーザの形成部との境界近傍で最小となる形状
の誘電体膜を用いるので、上記半導体層の成長の際、誘
電体膜が配置されている半導体レーザの形成部の、誘電
体膜が配置されていない光変調器の形成部と近接する部
分では、その他の部分に比べて誘電体膜の開口率が小さ
くなって、誘電体膜上から移動してくる所定の成長元素
の量が増大することとなるとともに、光変調器の形成部
の、半導体レーザの形成部と近接する部分では、その他
の部分に比べて誘電体膜の開口率が大きくなって、誘電
体膜上から移動してくる所定の成長元素の量が減少する
こととなる。

【００６７】このため半導体レーザの形成部の、光変調
器の形成部と近接する部分では、成長元素の量の低減が
抑えられるとともに、光変調器の形成部の、半導体レー
ザの形成部と近接する部分では、成長元素の量の増大が
抑えられ、これにより半導体レーザの形成部と光変調器
の形成部との間での組成変化をより急峻なものとして、
これらの間の組成変化のある遷移領域を大きく削減する
ことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１による変調器付半導体レー
ザ装置の製造方法を説明するための図であり、ウエハ上
に形成された選択成長用マスクを示す平面図（図１
(a)）、上記選択成長用マスクの、上記ウエハの各チッ
プ領域におけるパターンを示す斜視図（図１(b) ）であ
る。

【図２】上記選択成長用マスクを用いて選択成長された
半導体層の、ウエハ上での組成分布を説明するための図
であり、上記ウエハ上に形成された選択成長用マスクを
拡大して示す平面図（図２(a) ）、選択成長された半導
体層の、図２(a) のＩＩｂ−ＩＩｂ線方向の組成分布を
示す図（図２(b) ）である。

【図３】上記選択成長された半導体層の、チップ領域上
での発光波長の分布を説明するための図であり、上記チ
ップ領域上での選択成長用マスクのパターンを示す平面
図（図３(a) ）、選択成長された半導体層の、図３(a)
のＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線方向の発振波長の分布を示す図
（図３(b) ）である。

【図４】この発明の実施例２による変調器付半導体レー
ザ装置の製造方法を説明するための図であり、ウエハ上
に形成された選択成長用マスクを示す平面図（図４
(a)）、上記選択成長用マスクの、上記ウエハの各チッ
プ領域におけるパターンを示す斜視図（図４(b) ）であ
る。

【図５】上記実施例２における，ＩｎＰ基板上の誘電体
膜残部（選択成長用マスク）で挟まれる開口の幅を種々
変更して、該ＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａ
Ａｓからなる多重量子井戸層をＭＯＣＶＤ法により結晶
成長した時に得られる多重量子井戸層における結晶組成
の変化を発光波長の変化として示した図である。

【図６】上記選択成長された半導体層の、チップ領域上
での発光波長の分布を説明するための図であり、上記チ
ップ領域上での選択成長用マスクのパターンを示す平面
図（図６(a) ）、選択成長された半導体層の、図６(a)
のＶＩｂ−ＶＩｂ線方向の発振波長の分布を示す図（図
６(b) ）である。

【図７】この発明の実施例３による変調器付半導体レー
ザ装置の製造方法を説明するための図であり、ウエハ上
に形成された選択成長用マスクを示す平面図（図７
（ａ））、上記選択成長用マスクの、上記ウエハの各チ
ップ領域におけるパターンを示す斜視図（図７（ｂ）
）である。

【図８】この発明の実施例４による変調器付半導体レー
ザ装置の製造方法を説明するための図であり、ウエハ上
に形成された選択成長用マスクを示す平面図（図８
(a)）、上記選択成長用マスクの、上記ウエハの各チッ
プ領域におけるパターンを示す斜視図（図８(b) ）であ
る。

【図９】上記選択成長された半導体層の、チップ領域上
での発光波長の分布を説明するための図であり、上記チ
ップ領域上での選択成長用マスクのパターンを示す平面
図（図９(a) ）、選択成長された半導体層の、図９(a)
のＩＸｂ−ＩＸｂ線方向の発振波長の分布を示す図（図
９(b) ）である。

【図１０】従来の変調器付半導体レーザ装置の製造方法
を説明するための図であり、ウエハ上に形成された選択
成長用マスクを示す平面図（図１０(a) ）、上記選択成
長用マスクの、上記ウエハの各チップ領域におけるパタ
ーンを示す斜視図（図１０(b) ）、上記ウエハ上に選択
成長された半導体層の、図１０(b) のＸｃ−Ｘｃ線方向
の組成分布を示す図（図１０(c) ）である。

【図１１】従来の変調器付半導体レーザ装置の製造方法
を説明するための図であり、基板上に選択成長用マクス
を形成した状態（図１１(a) ）、選択成長用マクスをマ
スクとしてエッチングを行った状態（図１１(b) ）、及
び選択成長用マクスをマスクとして半導体層の選択成長
を行った状態（図１１(c) ）を示す斜視図である。

【図１２】従来の変調器付半導体レーザ装置の製造方法
を説明するための図であり、レーザ形成部に回折格子を
形成した状態（図１２(a) ）、該回折格子を埋め込むよ
う半導体層を形成した状態（図１２(b) ）、及びレーザ
形成部及び光変調器形成部にメサ部を形成した状態（図
１２(c) ）を示す斜視図である。

【図１３】従来の変調器付半導体レーザ装置の製造方法
を説明するための図であり、メサ部両側に高抵抗層及び
ホールトラップ層を形成した状態（図１３(a) ）、メサ
部及びホールトラップ層上にコンタクト層を形成した状
態（図１３(b) ）、及び上記コンタクト層をパターニン
グした状態（図１３(c) ）を示す斜視図である。

【図１４】従来の変調器付半導体レーザ装置の製造方法
を説明するための図であり、全面に表面保護膜を形成し
た状態（図１４(a) ）、該表面保護膜の開口部分に電極
を形成した状態（図１４(b) ）を示す斜視図である。

【図１５】図１１(a) に示す工程で選択成長された半導
体層の、チップ領域上での発光波長の分布を説明するた
めの図であり、上記チップ領域上での選択成長用マスク
のパターン（図１５(a) ）、選択成長された半導体層
の、図１５(a) のＸＶｂ−ＸＶｂ線方向の発振波長の分
布を示す図である。

【図１６】図１１〜１４に示す製造工程により、光変調
器の発光波長（吸収波長）が１．５０μｍ、半導体レー
ザの発光波長が１．５５μｍとなるように製造された変
調器付半導体レーザ装置における能動層の結晶組成の変
化を示した図である。

【図１７】従来の変調器付半導体レーザ装置の製造方法
において、選択成長工程を改良したものを説明するため
の斜視図である。

【図１８】上記選択成長工程で形成された半導体層の、
チップ領域上での発光波長の分布を説明するための図で
あり、上記チップ領域上での選択成長用マスクのパター
ンを示す平面図（図１８(a) ）、選択成長された半導体
層の、図１８(a) のＸＩＩＩｂ−ＸＩＩＩｂ線方向の発
振波長の分布を示す図（図１８(b) ）である。

【図１９】従来の変調器付半導体レーザ装置の製造方法
において、選択成長工程を改良したものを説明するため
の斜視図であり、対向して位置する一対の選択成長用マ
スクの距離を、半導体レーザ部と光変調器部とで等しく
したものを示す図（図１９(a) ）、図１９(a) に示す構
成に加えて、半導体レーザ部と光変調器部との間にも、
対向して位置する一対の選択成長用マスクを他のマスク
を同一の間隔で形成したものを示す図（図１９(b) ）で
ある。

【符号の説明】

１ Ｎ型ＩｎＰ基板 ２ａ，２ｂ，２０ａ〜２４ａ，２０ｂ〜２４ｂ，３１
ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ 誘電体膜パターン ４ 能動層 ５ 回折格子 ６ Ｐ型ＩｎＰ層 ７ メサ部 ８ 高抵抗ＩｎＰ埋込層 ９ Ｎ型ＩｎＰホールトラップ層 １０ａ，１０ｂ Ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層 １１ 表面保護膜 １２ 光変調器用のＰ電極 １３ 半導体レーザ用のＰ電極 １４ Ｎ電極 １００ 半導体ウエハ １０１〜１０４ チップ領域 １０１ａ，１２０，１２１，１３０

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤 勝彦 兵庫県伊丹市瑞原４丁目１番地 三菱電機 株式会社光・マイクロ波デバイス開発研究 所内 (72)発明者 板垣 卓士 兵庫県伊丹市瑞原４丁目１番地 三菱電機 株式会社光・マイクロ波デバイス開発研究 所内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ウエハの各チップ領域上に、所定
   パターンの誘電体膜をマスクとする半導体結晶の選択成
   長により、結晶組成の異なる第１及び第２の半導体領域
   を有する半導体層を形成する工程と、 上記半導体層に所要の加工処理を施して、その第１の半
   導体領域に半導体レーザを、第２の半導体領域に、該半
   導体レーザからの出射レーザ光の強度変調を行う光変調
   器を形成する工程とを含み、 上記選択成長の際マスクとなる上記誘電体膜は、半導体
   レーザの光導波路方向において隣合う２つのチップ領域
   における誘電体膜マスク部及び誘電体膜開口部の形状が
   該両チップ領域の境界線に対して線対称な形状となって
   いることを特徴とする変調器付半導体レーザ装置の製造
   方法。
2. 【請求項２】 半導体ウエハの各チップ領域上に、所定
   パターンの誘電体膜をマスクとする半導体結晶の選択成
   長により、結晶組成の異なる第１及び第２の半導体領域
   を有する半導体層を形成する工程と、 上記半導体層に所要の加工処理を施して、その第１の半
   導体領域に半導体レーザを、第２の半導体領域に、該半
   導体レーザからの出射レーザ光の強度変調を行う光変調
   器を形成する工程とを含み、 上記選択成長の際マスクとなる上記誘電体膜は、上記各
   チップ領域の、半導体レーザが形成される部分上に、そ
   の光導波路方向に沿って形成された相対向する一対の誘
   電体膜マスク部を有し、 該両誘電体膜マスク部の幅は、光変調器が形成される部
   分の近傍では、該光変調器の形成部から遠い部分に比べ
   て大きくなっていることを特徴とする変調器付半導体レ
   ーザ装置の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の変調器付半導体レーザ
   装置の製造方法において、 上記半導体レーザの形成部に位置する誘電体膜マスク部
   は、その光変調器の形成部近傍での幅が、その他の部分
   での幅よりも大きいＬ字状のパターン形状に形成されて
   いることを特徴とする変調器付半導体レーザ装置の製造
   方法。
4. 【請求項４】 請求項２に記載の変調器付半導体レーザ
   装置の製造方法において、 上記半導体レーザの形成部に位置する誘電体膜マスク部
   は、その幅が光変調器の形成部に近づくにつれて大きく
   なるテーパ部を、その光変調器の形成部近傍に有してい
   ることを特徴とする変調器付半導体レーザ装置の製造方
   法。
5. 【請求項５】 半導体ウエハの各チップ領域上に、所定
   パターンの誘電体膜をマスクとする半導体結晶の選択成
   長により、結晶組成の異なる第１及び第２の半導体領域
   を有する半導体層を形成する工程と、 上記半導体層に所要の加工処理を施して、その第１の半
   導体領域に半導体レーザを、第２の半導体領域に、該半
   導体レーザからの出射レーザ光の強度変調を行う光変調
   器を形成する工程とを含み、 上記選択成長の際マスクとなる誘電体膜は、上記各チッ
   プ領域の、半導体レーザ及び光変調器の形成部にまたが
   るようこれらの光導波路方向に沿って形成された、所定
   間隔隔てて相対向する一対の誘電体膜マスク部を有し、 該誘電体膜マスク部は、その幅が、上記半導体レーザの
   形成部においては光変調器の形成部に近づくに伴って増
   大し、光変調器の形成部との境界近傍で最大となり、か
   つ上記光変調器の形成部においては半導体レーザの形成
   部に近づくに伴って減少し、上記半導体レーザの形成部
   との境界近傍で最小となる形状となっていることを特徴
   とする変調器付半導体レーザ装置の製造方法。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の変調器付半導体レーザ
   装置の製造方法において、 上記誘電体膜マスク部は、上記半導体レーザの形成部で
   は、該誘電体膜マスク部の幅が上記光変調器の形成部に
   近づくにつれて大きくなる凹状湾曲形状をなし、上記光
   変調器の形成部では、上記誘電体膜マスク部の幅が上記
   半導体レーザの形成部に近づくにつれて小さくなる凸状
   湾曲形状をなしていることを特徴とする変調器付半導体
   レーザ装置の製造方法。
7. 【請求項７】 請求項１〜６の何れかに記載の変調器付
   半導体レーザ装置の製造方法において、 上記選択成長された半導体層は、少なくともその内部
   に、その一部が上記半導体レーザの活性層になり、該一
   部とは異なる他の一部が上記光変調器の光吸収層になる
   多重量子井戸層を含んでいることを特徴とする変調器付
   半導体レーザ装置の製造方法。