JPH07202162A - 光集積回路およびその製造方法 - Google Patents

光集積回路およびその製造方法

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JPH07202162A
JPH07202162A JP33717293A JP33717293A JPH07202162A JP H07202162 A JPH07202162 A JP H07202162A JP 33717293 A JP33717293 A JP 33717293A JP 33717293 A JP33717293 A JP 33717293A JP H07202162 A JPH07202162 A JP H07202162A
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Abstract

(57)【要約】 【構成】n−GaAs基板1にエピタキシャル成長を利
用して形成した第1の面型光素子2と、他の基板上に形
成した半導体ペレットをInP層7aを介して接合した
第2の面型光素子3等を設ける。 【効果】特性の良好な複数の種類の面型光素子を同一基
板に集積できる波長多重の光情報伝達に利用できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光集積回路に関し特に光
情報伝達に使用される面型光素子を含む光集積回路およ
びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】光のもつ並列性および空間伝播性を情報
処理に応用するためには面方向に素子を二次元的に集積
化することが望ましい。こうした面発光素子の研究の経
緯は1988年発行の伊賀他著のジャーナル・オブ・カ
ンタム・エレクトロニクス(Journal of Q
uantum Electronics)誌、第24
巻、第1844頁〜第1855頁記載の論文にまとめら
れている。今後さらに高密度な情報処理を行って行くた
めに、光の波長を情報として用いて行くことが重要とな
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の光集積回路にお
いて複数の固定波長を有する面発光素子を同一基板に形
成しようとしても、同一ウエハ内では再成長などの比較
的難しい技術に頼らざるを得なかった。この再成長の技
術にしても、何度も繰り返すことは界面処理の都合か
ら、事実上不可能であった。また、同一ウエハ内に発光
素子と受光素子、または光変調器等を作製する場合、一
度の結晶成長およびプロセスでそれらをすべて最適化し
た構成とすることは困難であった。従って、いずれかの
素子の特性を犠牲にしなければならなかった。
【0004】本発明の目的は、発光または受光波長の異
なる複数の面型光素子を容易にかつ特性上の犠牲をはら
うことなく実現できる光半導体回路とその製造方法を提
供することにある。本発明の他の目的は、面型光素子と
電子集積回路を容易にかつ特性上の犠牲をはらうことな
く実現できる光半導体回路とその製造方法を提供するこ
とにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の光集積回路は、
半導体基板の表面を選択的に被覆するエピタキシャル層
を含む第1の電子素子と、前記半導体基板に接合部材を
介して接合された半導体ペレットを含み前記第1の電子
素子とは種類または特性の異なる第2の電子素子とを有
し、前記第1の電子素子または第2の電子素子の少なく
とも一方が面型光素子であるというものである。
【0006】また、本発明の光集積回路の製造方法は、
第1の半導体基板の表面に、複数の半導体膜を順次にエ
ピタキシャル成長したのちエッチングして第1のメサ状
構造体を形成する工程と、第2の半導体基板の表面に所
定の分離層をエピタキシャル成長し、他の複数の半導体
膜をエピタキシャル成長し所定の接合層を堆積しエッチ
ングすることによって第2のメサ状構造体を形成する工
程と、前記第1の半導体基板の表面に前記第2のメサ状
構造体表面の接合層を接触させた状態で熱処理を行なっ
て接合させた後前記分離層をエッチングにより除去して
前記第2の半導体基板を取除く工程と、前記第1のメサ
状構造体および前記第2のメサ状構造体が倒立して前記
第1の半導体基板表面に接合した半導体ペレットに所要
の加工を施してそれぞれ第1の電子素子および第2の電
子素子を形成する工程とを有し、前記第1の電子素子ま
たは第2の電子素子の少なくとも一方が面型光素子であ
るというものである。
【0007】また、第1の基板の表面に所定の接合層を
エピタキシャル成長してから前記複数の半導体層を順次
にエピタキシャル成長したのち前記所定の接合層を残し
てエッチングして第1のメサ状構造体を形成してもよ
く、その場合は第2のメサ状構造体の最上層に接合層を
形成する必要はない。
【0008】
【作用】第1の電子素子を形成するため第1のメサ状構
造体を形成した第1の半導体基板と第2の電子素子を形
成するための第2のメサ状構造体を形成した第2の半導
体基板とを準備し、第1の半導体基板に第2のメサ状構
造体を接合させてから第2の半導体基板を取除くので従
来からある面発光素子や電子集積回路の技術を利用でき
るばかりでなく、接合と分離とは比較的工数が少なくか
つ再成長技術のように接合する界面の状態に厳しく制限
を受けることなく、一定の条件下では高い確率で達成可
能な技術である。従って、本発明によれば、同一ウエハ
上に複数の発光波長をもつ光源や波長可変を行える発光
素子−受光素子対の集積化などを容易に実現することが
でき、また個々の面型光素子をそれぞれに適した条件で
作成した後に接合し集積化することも可能となる。
【0009】
【実施例】次に本発明の実施例について説明する。
【0010】図1,図2を参照すると本発明の第1の実
施例は、n−GaAs基板1の表面を選択的に被覆する
エピタキシャル層を含む発光波長0.96μmの第1の
面発光レーザ2(第1の電子素子)と、n−GaAs基
板1に接合部材(InP層7a)を介して接合された半
導体ペレットを含み第1の面発光レーザとは特性の異な
る発光波長0.98μmの第2の面発光レーザ3(第2
の電子素子)とを有している。
【0011】図2は図1の部分拡大図であるが、21は
n−DBRで厚さ81.2nmのn−AlAs層21a
と厚さ68.1nmのn−GaAs層21bとを交互に
積層したn型半導体多層膜(18.5周期)、26Aは
p型DBRで、厚さ81.2nmのp−AlAs層26
aと厚さ68.1nmのp−GaAs層26bとを交互
に積層したp型半導体層膜(15周期)である。22は
厚さ0.285μmのn−Al0.25Ga0.75Asクラッ
ド層、24は厚さ0.57μmのp−Al0.25Ga0.75
Asクラッド層、23は活性層で厚さ10nmのIn
0.2 Ga0.8 As層をAl0.25Ga0.75As層で挟んだ
3つの量子井戸を有している。25−1,25−2はプ
ロトン注入による高抵抗領域である。
【0012】同様に、31はn型DBRで厚さ82.9
nmのn−AlAs層31aと厚さ69.5nmのn−
GaAs層31bとを交互に積層したn型半導体多層膜
(18.5周期)、36Aはp型DBRで厚さ82.9
nmのp−AlAs層36aと厚さ69.5nmのp−
GaAs層36bとを交互に積層したp型半導体多層膜
(15周期)、32は厚さ0.29μmのn−Al0.25
Ga0.75Asクラッド層、34は厚さ0.58μmのp
−Al0.25Ga0.75Asクラッド層、33は活性層で厚
さ10nmのIn0.23Ga0.77As層をAl0.25Ga
0.75As層で挟んだ3つの量子井戸を有している。35
−1,35−2は高抵抗領域である。
【0013】次に、第1の実施例の製造方法について説
明する。
【0014】まず、図3に示すように第1の半導体基板
1(n−GaA基板)の表面にn−DBR21、n−A
0.25Ga0.75Asクラッド層22、活性層23、p−
Al0.25Ga0.75Asクラッド層24、p−DBR26
を順次にエピタキシャル成長させ、塩素ガスによる反応
性イオンビームエッチング(RIBE)を利用して50
μm×50μm程度の第1のメサ状構造体2Aを3個つ
くる。また、図4に示すように、半絶縁性GaAsから
なる第2の半導体基板1−1の表面に分離層8として厚
さ0.5μmのAl0.8 Ga0.2 As層をエピタキシャ
ル成長する。次いで、p−GaAs層36bとp−Al
As層36aとを交互に積層してp−DBR36、p−
Al0.25Ga0.75Asクラッド層34、活性層33、n
−Al0.25Ga0.75As層32、n−DBR31を順次
にエピタキシャル成長させた後、接合部材として厚さ5
〜10nmのInP層7をエピタキシャル成長させ、塩
素ガスによるRIBEを利用して50μm×50μm程
度の第2のメサ状構造体3Aを2個つくる。
【0015】次に、第1のメサ状構造体2Aを設けた第
1の基板1を硫酸系のエッチング液で軽くエッチングし
た後、図5(a)に示すように、第2のメサ状構造体3
Aを設けた第2の基板1−1を裏返して、第1,第2の
メサ状構造体の間隔を目合せしながら重ね合せInP層
7を第1の基板1の表面に接触させた状態で、H2 雰囲
気中において、700℃,90分程度の熱処理を行な
う。こうして、InP層7とGaAsとが接合される。
【0016】接合された状態のウエハをバッファード弗
酸に浸すと分離層8が選択的にエッチングされ、図5
(b)に示すように、第2の基板1−1を除去すること
ができる。
【0017】続いて、n−DBR26,36をそれぞれ
図1,図2に示すように、10μm×10μm程度にパ
ターニングしたのち、水素イオンを100keVで、5
×1014cm-2程度注入する。高抵抗領域25−1,2
5−2、35−1,35−2を形成するためである。こ
うして第1の面発光レーザ本体(第1のメサ状構造体)
と第2の面発光レーザ本体(半導体ペレット)を同一基
板上に形成することができる。次に、p側電極4,5、
n−側電極6を設けることにより、発光波長の異なる2
種類の面発光レーザを同一基板上に形成することができ
る。
【0018】面発光レーザの特性に最も影響の大きいエ
ピタキシャル成長工程を素子毎に独立に行なうことがで
き、接合工程および分離工程による悪影響も殆ど受けな
い。
【0019】なお、n−GaAs基板表面に厚さ5〜1
0nmのInP層をエピタキシャル成長してからn−B
RR21等を堆積してもよい。このとき、InP膜は除
去しない。更に、第2の半導体基板上方のInP層7を
形成する必要はない。要するに接合層としてのInP層
は第1の基板表面か第2のメサ状構造体の表面が少なく
ともいずれか一方に形成しておけばよい。
【0020】以上、2種類の面発光レーザを集積する場
合について説明したが、第1の面発光レーザ本体となる
第1のメサ状構造体を設けた第1の半導体基板に、順次
に第2のメサ状構造体,第3のメサ状構造体,…をそれ
ぞれ接合部材を介して貼付けたのち分離層を除去するこ
とにより3種類以上の面発光レーザを同一基板に集積で
きる。その場合、第1のメサ状構造体の高さが一番低
く、順次に高いメサ状構造体を貼付けるようにすればよ
い。前述の実施例では第2のメサ状構造体3Aを形成す
るとき、図4に示すように分離層8はエッチングしなか
ったが、第2のメサ状構造体3Aのn−DBR36直下
部は除き分離層8あるいは更にその下の第2の半導体基
板1−1までエッチングして高さを調整することも可能
である。
【0021】Alx Ga1-x As層をバッファード弗酸
でエッチングする場合組成比によって差がある。組成比
が約0.35を越えるとエッチング速度が大きくなる。
従って分離層は0.35<x≦1、クラッド層は0<x
<0.35とするのが好ましい。発光波長によってはク
ラッド層としてもっと大きな組成比のものを使用する場
合もあるが、その場合は、第1のメサ状構造体2A,第
2のメサ状構造体の側面をAu−Ti合金膜で保護して
おき、接合工程と分離工程の後でリソグラフィー技術を
利用して除去すればよい。
【0022】また、第1,第2のメサ状構造体を第1の
基板に形成した後(図5(b)に示す状態で)、発光層
周囲のパッシベーションのために結晶成長により例えば
アンドープのGaAsといった高抵抗層メサ状構造体と
半導体ペレット間に形成したのち必要なパターニング、
電極形成を行なったり、さらにその高抵抗層上にエピタ
キシャル膜を形成して適当な素子等を設けることもでき
る。
【0023】図6に第2の実施例を示す。
【0024】この実施例は第1の電子素子として面型受
光素子9を、第2の電子素子として面発光レーザ2とを
有している。面型受光素子9は面発光レーザ2と基本的
に同一構造を有しているが、n−DBR41がn−Al
As層21aとn−GaAs層21bの組を10組(1
0周期)有している点で相違している。n側電極6を接
地し、p側電極10に負電圧を印加すれば受光素子とし
て機能する。
【0025】本実施例の製造方法は第1の実施例の製造
方法に準じるので改めて説明しない。
【0026】本実施例では面発光レーザの発振波長λ1
と面型受光素子の受光波長(感度のある波長)λ2 とは
等しくなっているが、λ1 とλ2 とを異ならせておけ
ば、波長λ2 の入射光を面型発光素子で検出し面発光レ
ーザを動作させることにより波長変換(λ2 からλ
1 へ)を行なうことができる。
【0027】この面型受光素子は光変調素子として動作
させることもできる。p側電極に適当な負の交流電圧を
印加すればよいのである。
【0028】以上、面型光素子を同一基板に集積する場
合について説明したが、GaAs基板を使用する電子集
積回路(FET等による論理集積回路)を面型光素子と
同一基板に集積できる。
【0029】以上、面発光素子として垂直共振器型の面
発光レーザを例として説明したが、レーザの具体的構造
はこれに限らない。またレーザに限らず面発光素子も使
用できる。
【0030】また、分離層としてAlx Ga1-x As層
を例としてあげたが、基板上にエピタキシャル成長可能
で選択的にエッチング可能なものであれば何でもよい。
同様に接合部材もInP膜に限らず接合可能で素子動作
に悪影響を及ぼさないものであれば何でもかまわない。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、発
光または受光波長の異なる面型光素子や電子集積回路に
必要なエピタキシャル層形成工程までをそれぞれ別の基
板を用いて行なった後に接合し分離することにより同一
基板に複数の面型光素子や電子集積回路を集積させるこ
とができる。従って、それぞれの素子の特性は技術レベ
ルの範囲内で最適なものにすることができる。これによ
り波長多重または高密度の光情報伝達に使用できる光集
積回路が実現できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す断面図である。
【図2】図1の部分拡大図である。
【図3】第1の実施例の製造方法の説明のための断面図
である。
【図4】第1の実施例の製造方法の説明のための断面図
である。
【図5】第1の実施例の製造方法の説明のため(a),
(b)に分図して示す工程順断面図である。
【図6】第2の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
1 第1の半導体基板(n−GaAs基板) 1−1 第2の半導体基板 2 第1の面発光レーザ 2A 第1のメサ状構造体 3 第2の面発光レーザ 3A 第2のメサ状構造体 4,5 p側電極 5 n側電極 7,7a,7b InP層 8 分離層 9 面型発光素子 10 p側電極 21,31,41 n−DBR 21a,31a n−AlAs層 21b,31b n−GaAs層 22,32 n−Al0.25Ga0.75Asクラッド層 23,33 活性層(MQW層) 24,34 p−Al0.25Ga0.75As層 25−1,25−2 高抵抗領域 26A,36A p−DBR 26a,36a p−AlAs層 26b,36b p−GaAs層

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の表面を選択的に被覆するエ
    ピタキシャル層を含む第1の電子素子と、前記半導体基
    板に接合部材を介して接合された半導体ペレットを含み
    前記第1の電子素子とは種類または特性の異なる第2の
    電子素子とを有し、前記第1の電子素子または第2の電
    子素子の少なくとも一方が面型光素子であることを特徴
    とする光集積回路。
  2. 【請求項2】 面型光素子と電子集積回路とが集積され
    ている請求項1記載の光集積回路。
  3. 【請求項3】 面型光素子が面発光素子、面型受光素子
    または面型光変調素子である請求項1または2記載の光
    集積回路。
  4. 【請求項4】 第1の半導体基板の表面に、複数の半導
    体膜を順次にエピタキシャル成長したのちエッチングし
    て第1のメサ状構造体を形成する工程と、第2の半導体
    基板の表面に所定の分離層をエピタキシャル成長し、他
    の複数の半導体膜をエピタキシャル成長し所定の接合層
    を堆積しエッチングすることによって第2のメサ状構造
    体を形成する工程と、前記第1の半導体基板の表面に前
    記第2のメサ状構造体表面の接合層を接触させた状態で
    熱処理を行なって接合させた後前記分離層をエッチング
    により除去して前記第2の半導体基板を取除く工程と、
    前記第1のメサ状構造体および前記第2のメサ状構造体
    が倒立して前記第1の半導体基板表面に接合した半導体
    ペレットに所要の加工を施してそれぞれ第1の電子素子
    および第2の電子素子を形成する工程とを有し、前記第
    1の電子素子または第2の電子素子の少なくとも一方が
    面型光素子であることを特徴とする光集積回路の製造方
    法。
  5. 【請求項5】 第1の半導体基板の表面に、所定の接合
    層および複数の半導体膜を順次にエピタキシャル成長し
    たのち前記所定の接合層を残してエッチングして第1の
    メサ状構造体を形成する工程と、第2の半導体基板の表
    面に所定の分離層をエピタキシャル成長し、他の複数の
    半導体膜をエピタキシャル成長しエッチングすることに
    よって第2のメサ状構造体を形成する工程と、前記接合
    層の表面に前記第2のメサ状構造体表面を接触させた状
    態で熱処理を行なって接合させた後前記分離層をエッチ
    ングにより除去して前記第2の半導体基板を取除く工程
    と、前記第1のメサ状構造体および前記第2のメサ状構
    造体が倒立して前記第1の半導体基板表面に接合した半
    導体ペレットに所要の加工を施してそれぞれ第1の電子
    素子および第2の電子素子を形成する工程とを有し、前
    記第1の電子素子または第2の電子素子の少なくとも一
    方が面型光素子であることを特徴とする光集積回路の製
    造方法。
  6. 【請求項6】 面型光素子と電子集積回路とを集積する
    請求項4または5記載の光集積回路。
  7. 【請求項7】 面型光素子が面発光素子、面型受光素子
    または面型光変調素子である請求項4,5または6記載
    の光集積回路の製造方法。
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