JPH0730146A - 波長多重用半導体光デバイスとその製造方法 - Google Patents

波長多重用半導体光デバイスとその製造方法

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JPH0730146A
JPH0730146A JP17351493A JP17351493A JPH0730146A JP H0730146 A JPH0730146 A JP H0730146A JP 17351493 A JP17351493 A JP 17351493A JP 17351493 A JP17351493 A JP 17351493A JP H0730146 A JPH0730146 A JP H0730146A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＷＤＭ光エンターコネクション用の個々に発
振波長の異なった面発光レーザアレイと、その波長のみ
を受けるフォトディテクタアレイを実現する。 【構成】 一回の成長で面発光レーザ側のエピ層のｎ−
ＤＢＲ層１０２、活性層１０３、Ｐ−ＤＢＲ層１０４を
形成し、その上にエッチング分離用のＡｌＡｓ層１０５
を成長し、更に二重共振器フォトディテクター側のエピ
層となるＰ−ＤＢＲ層１０６、光吸収層１０７、二重共
振器層１０８、カバー層１０９を成長する。一回の成長
でこれらを作るので面発光レーザ側と二重共振器フォト
ディテクター側の共振ピーク波長は、各ペアで完全に一
致させることができる。次にフォトディテクター側の成
長層を別のｎ−ＧａＡｓ基板１１０に転写し、別々のプ
ロセスで面発光レーザアレイに二重共振器フォトディテ
クターアレイを作製する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は波長多重光通信や波長多
重光インターコネクション用半導体光デバイスとその製
造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】波長多重（ＷＤＭ）を利用すると１本の
光ファイバや光導波路を使って同時に沢山の信号を送る
ことができる。この目的で可変波長半導体レーザや可変
波長フィルタの研究開発が行われている。このような可
変波長半導体レーザや可変波長フィルタはＤＦＢレーザ
やＤＢＲレーザ構造を基本に検討されている。しかしな
がら、作製が難しく、可変波長幅も数１０Ａ（オングス
トローム）と大きくできないのが現状である。
【０００３】一方、面発光レーザ等の面型光デバイスは
層厚方向に光を出し入れすることができて２次元集積化
ができるので、ＤＦＢレーザやＤＢＲレーザに比べて本
質的に多チャンネル化が可能であり、また意図せずとも
ウェハー内の層厚のばらつきによって色々な波長の光源
が同時にできるという特徴がある。したがって、ＷＤＭ
用のデバイスとして使える可能性がある。この場合、波
長は固定波長となるが、それに対応した波長帯域を持っ
た受光デバイスアレイが作れれば、固定でも問題ない。
むしろアレイ数が多くなった場合、作り付けでそれぞれ
異なる固定発光波長を持った発光デバイスアレイと、そ
れに対応した固定受光帯域を持った受光デバイスアレイ
の組合せの方が使いやすい。それは、各デバイスに対す
る外部からの波長の制御が不要となるからである。
【０００４】図５はそのような具体的な構成として著者
が考えたものである。発光側に面発光レーザアレイ、受
光側に二重共振器構造フォトディテクタ・アレイを使っ
たＷＤＭ光インターコネクションの構成例を示してあ
る。面発光レーザの波長をウェハー内で積極的に変えよ
うとした試みは、Ｃ．Ｊ．Ｃｈａｎｇ−Ｈａｓｎａｉｎ
等によって報告されているので参照されたい。アイーイ
ーイー ジャーナル オブ カンタム エレクトロニク
ス ２７巻６号１３６８−１３７６頁参照。（ＩＥＥＥ
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎｉｃｓ，ｖｏｌ．２７，Ｎｏ．６，Ｊｕｎｅ １
９９１，ｐｐ．１３６８−１３７６）。図５では、面発
光レーザアレイ（３２×１０で行方向の波長は同じ。列
方向では波長はλ1 〜λ1 0 まで変化している。）から
の列方向の信号光は各列毎に光合流回路で合流された
後、１次元光ファイバアレイで伝送される。
【０００５】その後、光分岐回路によって二重共振器構
造フォトディテクタ・アレイ（３２×１０で行方向の受
光の中心波長は同じ。列方向では中心波長はλ1 〜λ
1 0 まで変化している。）の列方向に分岐される（光強
度は１／１０になる）。二重共振器構造フォトディテク
タに関しては小坂等の報告を参照されたい。ジャパンジ
ャーナル アプライド フィジックス ３２巻６００−
６０３頁参照。（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．ｖ
ｏｌ．３２（１９９３）ｐｐ．６００−６０３，Ｐａｒ
ｔ１，Ｎｏ．１Ｂ，Ｊａｎｕａｒｙ １９９３）。二重
共振器構造フォトディテクタは光吸収層の両側にλ／４
厚の交代多層膜からなるＤＢＲ領域が形成されており、
波長弁別機能を有している。二重共振器構造フォトディ
テクタではさらに一方のＤＢＲ領域中にλ／２厚のスペ
ーサ層が形成されている。このようにすると、光吸収の
波長帯域をスペーサ層がない場合に比べて拡大すること
ができる。ＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系材料を使った
上述の小坂等の報告例では５０Ａの波長帯域が実現され
ている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この場
合の問題点はいかにして、発光デバイスと受光デバイス
の波長を一致させるかという点にあった。面発光レーザ
アレイと固定の波長弁別機能を持った受光デバイスを作
ろうとすると別々のウェハーに作る方法が考えられる。
が、これでは説明するまでもなく、双方の波長を各発
光、受光デバイスのペアで一致させることは不可能であ
る。したがって、図５の素子を実際に実現することはで
きなかった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような問題
を解決する波長多重用半導体光デバイスの製造方法と素
子に関するもので、１）第一の半導体基板に順次、第一
の半導体多層膜を含む第一の半導体成長層を成長させ、
その上にエッチング分離層を成長させ、更にその上に第
二の半導体多層膜を含む第二の半導体成長層を成長させ
た後、その成長表面を別の第二の半導体基板に押しあて
た状態で温度を上げて接着させ、次にこれをエッチング
液に入れてエッチング分離層を選択的に溶かし、前記第
一の半導体基板、前記第一の半導体成長層からなる第一
の積層構造体と、前記第二の半導体成長層、前記第二の
半導体基板からなる第二の積層構造体に分離することを
特徴としている。
【０００８】２）この波長多重用半導体光デバイスの製
造方法において、前記エッチング分離層のエッチング速
度は他の半導体層に比べて、充分エッチング速度が大き
いことを特徴としている。
【０００９】またさらに、３）波長多重用半導体光デバ
イスの製造方法において前記第一の半導体多層膜と前記
第二の半導体多層膜の共振ピーク波長はウェハー内の各
場所毎に層厚方向では一致させてあることを特徴として
いる。
【００１０】または、４）前記第一の半導体基板上に半
導体層の相互の比を基板上の各部分で同一とし、ウェハ
ー面上で意図的共振ビーク波長を変えていることを特徴
としている。
【００１１】そして、５）本発明のデバイスは、前記第
一の積層構造体に面発光半導体レーザアレイが作製さ
れ、分離した前記第二の積層構造体には波長弁別機能を
有するフォトディテクタアレイが作製されているか、あ
るいは逆の組合せで前記アレイが作製されていることを
特徴としている。
【００１２】
【実施例】図１は本発明の一実施例である。図１（ａ）
に示してあるように、第一の半導体基板となるｎ−Ｇａ
Ａｓ基板１０１の上に、ｎ−ＤＢＲ１０２、Ｉｎ0 . 2
Ｇａ0 . 8 Ａｓを含む活性層１０３、ｐ−ＤＢＲ１０４
をＭＢＥ法で成長させる。これらの成長層は面発光レー
ザアレイ作製用の成長層となり、特許請求の範囲で言う
第一の半導体成長層となる。また同じく特許請求の範囲
で言う第一の半導体多層膜とはｎ−ＤＢＲ１０２とｐ−
ＤＢＲ１０４を含めたものを指す。ｎ−ＤＢＲ１０２は
λ／４厚のＡｌＡｓ／ＧａＡｓ交代多層膜（ドーパン
ト：Ｓｉ、ドーピング濃度：２×１０1 8 ｃｍ- 3 、周
期数：２３．５対）からなる。活性層１０３全体の厚さ
はλ（約０．９８μm ）である。ｐ−ＤＢＲ１０４はλ
／４厚のＡｌＡｓ／ＧａＡｓ交代多層膜（ドーパント：
Ｂｅ、ドーピング濃度：２×１０1 8 ｃｍ- 3 、周期
数：１５対）からなる。その後、ＭＢＥチャンバー内で
連続的にエッチング分離層となるＡｌＡｓ１０５（厚
さ：１μm ）を成長させる。
【００１３】そして、その上に、さらに二重共振器構造
フォトディテクタ・アレイ作製用の第二の半導体多層膜
を含む第二の半導体成長層を成長させる。具体的には、
λ／４厚のＡｌＡｓ／ＧａＡｓ交代多層膜からなるｐ−
ＤＢＲ１０６（ドーパント：Ｂｅ、ドーピング濃度：２
×１０1 8 ｃｍ- 3 、周期数：１５対）、Ｉｎ0 . 2Ｇ
ａ0 . 8 Ａｓを含む光吸収層１０７、二重共振器層１０
８（ドーパント：Ｓｉ、ドーピング濃度：２×１０1 8
ｃｍ- 3 、周期数：２３．５対）、ＧａＡｓからなるカ
バー層１０９（厚さ：１０００Ａ）を成長する。ここ
で、第二の半導体多層膜とはｐ−ＤＢＲ１０６と二重共
振器層１０８を指す。光吸収層１０７の全体の厚さはλ
である。二重共振器層１０８は基本的にはλ／４厚のＡ
ｌＡｓ／ＧａＡｓ交代多層膜からなるが、カバー層１０
９から数えて８．５周期目のＡｌＡｓ層の層厚がそこだ
けλ／４厚でなく、λ／２厚になっているのが特徴であ
る。このようにすることによって、光吸収の波長帯域を
拡大することができ、この例では５０Ａ（光吸収率がピ
ーク波長の１／２になる波長幅）となる。カバー層１０
９は次の工程（基板接着）までの間に成長表面が汚染さ
れるのを防ぐ目的につけた。
【００１４】その後、鏡面研磨後、表面を軽くエッチン
グした第二の半導体基板となるｎ−ＧａＡｓ基板１１０
を準備する。そして、その面を図１（ｂ）に示してある
ように図１（ａ）で作ったウェハーに接触させてのせ
る。これをＨ2 雰囲気中で熱処理した。熱処理温度は高
いほど接着面の電気特性が良くなるが、ここでは５００
°Ｃで行った。接着強度は後のプロセスで問題ないほど
充分であり、結晶学的にもつながった構造体が得られ
た。
【００１５】次にこれを、５０％のバッファードＨＦに
入れる。室温でのバッファードＨＦのＡｌx Ｇａ1 - x
Ａｓに対する相対的エッチング速度を図３に示してある
が、ＡｌＡｓのエッチング速度はＧａＡｓに比べて１０
7 倍大きい。したがって、図１（ｂ）の状態で１μm 厚
のＡｌＡｓ１０５が選択的にエッチングされて、図１
（ｃ）のように上側（第二の積層構造体）と、下側（第
一の積層構造体）に分離される。ここで、少しコメント
する。ｎ−ＤＢＲ１０２やｐ−ＤＢＲ１０４、１０６、
さらに二重共振器層１０８にはＡｌＡｓ層が入っている
がその厚さはλ／４で実際には８３０Ａしかない。バッ
ファードＨＦは横方向から侵入してくるが、拡散でエッ
チング速度が律速されるためにＡｌＡｓ１０５以外の薄
いＡｌＡｓ層は事実上、エッチングされない。またされ
たとしても相対的に少なく、図１（ｃ）のようになるこ
とが分かった。
【００１６】その後、下側の第一の積層構造体に面発光
レーザアレイを２５０μm ピッチで作製した。また上側
の第二の積層構造体には同じ２５０μm ピッチで二重共
振器構造フォトディテクタ・アレイを作製した。図１
（ｄ）のようになる。
【００１７】図４はウェハー内で各成長層厚が同じ割合
で変化している状態を示してある。半導体層１（４０
２）、半導体層２（４０３）、半導体層３（４０４）の
厚さが右側に行くほど同じ割合で増加している。このよ
うにできることは先に述べたＣ．Ｊ．Ｃｈａｎｇ−Ｈａ
ｓｎａｉｎ等の論文で詳述されている。こうするとＤＢ
Ｒの共振ピーク波長をウェハー内で変化させられる。図
１（ａ）では実際にはこのようにしてＤＢＲの共振ピー
ク波長をウェハー内で変化させ、５０Ａの波長間隔で変
わるようにした。図２にフォトディレクタ、レーザアレ
イの受光帯域と発振波長の関係を示す。
【００１８】このようにしてデバイスを作製することに
より、図５に示すような波長多重光インターコネクショ
ン装置が実現できる。
【００１９】本発明では図１（ｂ）のように基板接着を
行うが、成長ウェハーの表面に起伏の大きなピットがあ
ると接着は難しくなる。その際には、カバー層を厚めに
成長させておき、鏡面研磨してピットをつぶして平坦化
して接着させる方法も有効である。
【００２０】また実施例ではＧａＡｓ系で示したが、Ｉ
ｎＰ系のような他の材料系にも適用できる。
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば第一の半導体多層膜と第
二の半導体多層膜の共振ピーク波長はウェハー内の各場
所ですべての発光、受光のペアで完全に一致させること
ができる。このようなことを実現することは今まで不可
能であったが、本発明によって初めてできるようにな
り、多数の波長を使ったＷＤＭ伝送が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を説明するための図。
【図２】本発明を説明するための図。
【図３】Ａｌx Ｇａ1 - x Ａｓの組成とエッチング速度
の関係を示す図。
【図４】本発明を説明するための図。
【図５】ＷＤＭ光インターコネクションの構成を示す
図。
【符号の説明】
１０１、１１０、４０１ ｎ−ＧａＡｓ基板 １０２ ｎ−ＤＢＲ １０３ 活性層 １０４、１０６ ｐ−ＤＢＲ １０５ＡｌＡｓ １０７ 光収層 １０９ カバー層 １０８ 二重共振器層 １１１、１１２、１１３ 面発光レーザ １１４、１１５、１１６ 二重共振器フォトディテクタ
ー ４０２ 半導体層１ ４０３ 半導体層２ ４０４ 半導体層３

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第一の半導体基板に順次、第一の半導体
    多層膜を含む第一の半導体成長層を成長させ、その上に
    エッチング分離層を成長させ、更にその上に第二の半導
    体多層膜を含む第二の半導体成長層を成長させた後、そ
    の成長表面を別の第二の半導体基板に押しあてた状態で
    温度を上げて接着させ、次にこれをエッチング液に入れ
    てエッチング分離層を選択的に溶かし、前記第一の半導
    体基板、前記第一の半導体成長層からなる第一の積層構
    造体と、前記第二の半導体成長層、前記第二の半導体基
    板からなる第二の積層構造体に分離することを特徴とす
    る波長多重用半導体光デバイスの製造方法。
  2. 【請求項２】 エッチング分離層のエッチング速度は他
    の半導体層に比べて、充分エッチング速度が大きいこと
    を特徴とする。請求項１記載の波長多重用半導体光デバ
    イスの製造方法。
  3. 【請求項３】 前記第一の半導体多層膜と前記第二の半
    導体多層膜の共振ピーク波長はウェハー内の各場所毎に
    層厚方向では一致していることを特徴とする請求項１ま
    たは請求項２記載の波長多重用半導体光デバイスの製造
    方法。
  4. 【請求項４】 前記第一の半導体基板上に半導体層を成
    長させる際に、各半導体層の層厚を基板上で連続的に変
    化させ、それらの層厚の相互の比を基板上の各部分で同
    一とし、ウェハー面上で意図的に共振ビーク波長を変え
    ていることを特徴とする請求項１または請求項２または
    請求項３記載の波長多重用半導体光デバイスの製造方
    法。
  5. 【請求項５】 第一の積層構造体に面発光半導体レーザ
    アレイが作製され、分離した第二の積層構造体には波長
    弁別機能を有するフォトディテクタアレイが作製されて
    いるか、あるいは逆の組合せで前記半導体レーザアレイ
    とフォトディテクタアレイが作製されていることを特徴
    とする波長多重用半導体光デバイス。
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