JPH08316589A - Optical semiconductor device and fabrication thereof - Google Patents

Optical semiconductor device and fabrication thereof

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JPH08316589A
JPH08316589A JP5021996A JP5021996A JPH08316589A JP H08316589 A JPH08316589 A JP H08316589A JP 5021996 A JP5021996 A JP 5021996A JP 5021996 A JP5021996 A JP 5021996A JP H08316589 A JPH08316589 A JP H08316589A
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stripe
mesa stripe
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semiconductor device
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Masaki Toyama
政樹 遠山
Yuzo Hirayama
雄三 平山
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Abstract

PURPOSE: To form an electrode under a condition where open circuit is not present by providing a stripe clad layer of substantially trapezoidal cross-section having the (111) crystal face as the side face in a mesa stripe region and on a semiconductor buried layer. CONSTITUTION: p-type ohmic electrodes 7, an interconnection 8 and bonding pads 9 are patterned by bringing a glass mask into contact with the surface of a substrate. Since a planar surface extends except the region of stripe isolation groove 13, undue stress is not applied to a mesa stripe 12 located on the upper surface of an active layer 2 even during the patterning process and an electrode can be formed without causing any damage on the element (under a condition where open circuit is not present). Furthermore, since the bonding pad 9 is located at substantially same height as the mesa stripe 12, the element is protected against damage due to inadvertent contact with the mesa stripe 12 in the case of bonding an Au wire to the bonding pad 9.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置に係わ
り、特に電気信号により高速変調に対応できる半導体光
変調器および半導体レーザ装置として使用できる光半導
体装置およびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to an optical semiconductor device which can be used as a semiconductor optical modulator and a semiconductor laser device capable of coping with high speed modulation by an electric signal, and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、幹線系光通信システムの大容量化
の研究開発が盛んに展開されている。半導体レーザが発
振器と変調器とを兼ねる直接変調方式では、その光源を
単一素子により構成できるため、システムの簡易化・低
コスト化を図ることが可能である。半導体レーザにおい
て、高速変調動作を得るためには、緩和振動周波数が高
いことが要求される。このためには、活性層を多重量子
井戸構造から形成する等のレーザ媒質自体の工夫の他
に、低閾値化・高出力化を図ることも極めて重要であ
り、リーク電流を低減することが必須となる。さらに、
注入電流により光強度を直接変調する半導体レーザで
は、素子寄生容量が小さいことも同時に要求される。
2. Description of the Related Art In recent years, research and development for increasing the capacity of trunk line optical communication systems have been actively conducted. In the direct modulation method in which the semiconductor laser serves both as an oscillator and a modulator, the light source can be composed of a single element, so that the system can be simplified and the cost can be reduced. In order to obtain a high speed modulation operation in a semiconductor laser, a high relaxation oscillation frequency is required. To this end, it is extremely important to reduce the threshold current and increase the output in addition to devising the laser medium itself such as forming the active layer from a multiple quantum well structure, and it is essential to reduce the leakage current. Becomes further,
A semiconductor laser in which the light intensity is directly modulated by an injection current is also required to have a small element parasitic capacitance.

【0003】一方、高速変調時の波長チャープが小さ
く、長距離にわたる光伝送が可能な外部変調器方式にお
いては、光源となる半導体レーザとのモノリシック集積
化が可能である電界吸収型半導体光変調器の開発が盛ん
である。この電界吸収型半導体光変調器では、外部から
電圧信号を引加することにより、その光吸収係数を制御
する。ここで、高い消光比を得るためには、光吸収層に
均一に電界が印加されることが要求される。さらに、大
容量の光伝送を実現するには、素子寄生容量が小さく高
速変調動作が可能であることが要求される。
On the other hand, in the external modulator system which has a small wavelength chirp during high-speed modulation and is capable of optical transmission over a long distance, an electroabsorption semiconductor optical modulator which can be monolithically integrated with a semiconductor laser serving as a light source. Is actively being developed. In this electroabsorption type semiconductor optical modulator, the optical absorption coefficient is controlled by externally applying a voltage signal. Here, in order to obtain a high extinction ratio, it is required that an electric field be uniformly applied to the light absorption layer. Furthermore, in order to realize large-capacity optical transmission, it is required that the element parasitic capacitance is small and high-speed modulation operation is possible.

【0004】半導体レーザおよび光変調器に使用される
従来の半導体埋め込み構造の光半導体装置では、半導体
基板に平坦に埋め込んで形成した素子の光導波層ストラ
イプ近傍を狭メサ形状に加工することにより、その素子
寄生容量を低減している。図18は、従来の半導体埋め
込み構造の光半導体装置の導波方向に垂直な断面図であ
る。図中101はn型InP基板、102は光導波層、
103はFeドープ半絶縁性InP埋め込み層、104
はp型InPクラッド層、105はp型InGaAsコ
ンタクト層、106はSiO2 膜、107はAu/Zn
/Auからなるp型オーミック電極、108はTi/P
t/Auからなる配線、109はTi/Pt/Auから
なるボンディングパッド、110はAuGe/Ni/A
uからなるn型オーミック電極を示す。
In a conventional optical semiconductor device having a semiconductor-embedded structure used for a semiconductor laser and an optical modulator, the vicinity of an optical waveguide layer stripe of an element formed by flatly embedding it in a semiconductor substrate is processed into a narrow mesa shape. The element parasitic capacitance is reduced. FIG. 18 is a cross-sectional view perpendicular to the waveguide direction of a conventional optical semiconductor device having a semiconductor embedded structure. In the figure, 101 is an n-type InP substrate, 102 is an optical waveguide layer,
103 is an Fe-doped semi-insulating InP buried layer, 104
Is a p-type InP clad layer, 105 is a p-type InGaAs contact layer, 106 is a SiO 2 film, and 107 is Au / Zn.
P-type ohmic electrode made of / Au, 108 is Ti / P
Wiring made of t / Au, 109 is a bonding pad made of Ti / Pt / Au, and 110 is AuGe / Ni / A
The n-type ohmic electrode which consists of u is shown.

【0005】この半導体装置は、n型InP基板101
に活性層102を含むメサストライプ111を形成し、
メサストライプ111の両側面をFeドープ半絶縁性I
nP層103により埋め込み、その上にp型InPクラ
ッド層104、p型InGaAsコンタクト層105を
順次形成した後に、Br系エッチャントを用いたウェッ
トエッチング法によりメサストライプ111の両側の領
域に分離溝113を形成することにより作製される。
This semiconductor device has an n-type InP substrate 101.
Forming a mesa stripe 111 including an active layer 102 on the
Both sides of the mesa stripe 111 are Fe-doped semi-insulating property I
After the nP layer 103 is buried, a p-type InP clad layer 104 and a p-type InGaAs contact layer 105 are sequentially formed thereon, and then isolation trenches 113 are formed in regions on both sides of the mesa stripe 111 by a wet etching method using a Br-based etchant. It is produced by forming.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】図18に示す構成を有
する光半導体装置においては、素子寄生容量を低減する
ためには、メサストライプ111近傍を狭メサ形状に加
工する必要があり、分離溝113に挟まれたメサストラ
イプ112の幅を小さくする必要がある。しかしなが
ら、Br系エッチャントを用いたウェットエッチング法
では、必然的にサイドエッチングが起こるので、メサス
トライプ112の幅を狭く制御して形成することが困難
である。さらに、狭メサ加工を施した後の構造は平坦性
が悪いので、その構造の上に電極形成をすることが難し
くなる。
In the optical semiconductor device having the structure shown in FIG. 18, in order to reduce the element parasitic capacitance, it is necessary to process the vicinity of the mesa stripe 111 into a narrow mesa shape, and the separation groove 113 is formed. It is necessary to reduce the width of the mesa stripe 112 sandwiched between. However, the wet etching method using a Br-based etchant inevitably causes side etching, so that it is difficult to control the width of the mesa stripe 112 to be narrow. Furthermore, since the structure after the narrow mesa processing has poor flatness, it is difficult to form an electrode on the structure.

【0007】また、図19に示すように、サイドエッチ
ングを伴わないドライエッチング法により分離溝113
を形成して素子の狭メサ加工を行なう場合には、メサス
トライプ112の幅の制御はし易いが、分離溝113の
側面が基板表面に対してほぼ垂直になる。このため、狭
メサ加工後の電極形成工程は極めて困難になる。電極形
成を行っても、特に分離溝113の側面において配線1
08が切断し易く、メサストライプ112上に形成され
るp型オーミック電極107と、分離溝113の外側に
形成されるボンディングパッド109との間を接続する
段差配線が難しいという問題点がある。
Further, as shown in FIG. 19, the isolation trench 113 is formed by a dry etching method without side etching.
When the element is formed and the element is subjected to the narrow mesa processing, the width of the mesa stripe 112 is easily controlled, but the side surface of the separation groove 113 is substantially perpendicular to the substrate surface. Therefore, the electrode forming step after the narrow mesa processing becomes extremely difficult. Even if the electrodes are formed, the wiring 1 is formed especially on the side surface of the separation groove 113.
However, there is a problem that the step wiring that connects the p-type ohmic electrode 107 formed on the mesa stripe 112 and the bonding pad 109 formed outside the separation groove 113 is difficult.

【0008】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、断線のない状態で電極形成をすることができ、
しかも高精度の狭メサ形状を有する高速変調に対応でき
る光半導体装置およびメサ幅の制御が容易であり、電極
形成を容易に行なうことができる光半導体装置の製造方
法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and it is possible to form electrodes without disconnection.
Moreover, it is an object of the present invention to provide an optical semiconductor device capable of accommodating high-speed modulation having a highly accurate narrow mesa shape and a method of manufacturing an optical semiconductor device in which the mesa width can be easily controlled and electrodes can be easily formed. .

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも光
導波層が形成されたメサストライプを有し、(100)
結晶面を主面とする半導体基板と、前記メサストライプ
の両側面に形成された半導体埋め込み層と、メサストラ
イプ領域および前記半導体埋め込み層上に形成され、
(111)結晶面を側面とする断面略台形状であるスト
ライプ状のクラッド層とを具備することを特徴とする光
半導体装置を提供する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention comprises a mesa stripe having at least an optical waveguide layer formed thereon (100)
A semiconductor substrate having a crystal plane as a main surface, semiconductor embedding layers formed on both side surfaces of the mesa stripe, a mesa stripe region and the semiconductor embedding layer,
Provided is an optical semiconductor device comprising a clad layer having a stripe shape having a substantially trapezoidal cross section with a (111) crystal face as a side surface.

【0010】また、本発明は、少なくとも光導波層が形
成されたメサストライプを(100)結晶面を主面とす
る半導体基板に形成する工程と、前記メサストライプの
両側面上に半導体埋め込み層を形成する工程と、前記半
導体埋め込み層上に、前記メサストライプの領域を含む
ストライプ状の開口部を有する成長阻止マスクを形成す
る工程と、前記成長阻止マスクを用いて選択成長させる
ことにより、前記メサストライプの領域および前記半導
体埋め込み層上に(111)結晶面を側面とする断面略
台形状であるクラッド層を形成する工程とを具備するこ
とを特徴とする光半導体装置の製造方法を提供する。
Further, according to the present invention, a step of forming a mesa stripe on which at least an optical waveguide layer is formed on a semiconductor substrate having a (100) crystal plane as a main surface, and a semiconductor burying layer on both side surfaces of the mesa stripe. Forming, a step of forming a growth blocking mask having a stripe-shaped opening including a region of the mesa stripe on the semiconductor burying layer, and selective growth using the growth blocking mask to form the mesa. And a step of forming a clad layer having a substantially trapezoidal cross section with a (111) crystal plane as a side surface on the stripe region and the semiconductor burying layer.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。本発明の光半導体装置においては、光導波層
側面は電流ブロック効果を有する半導体層により覆われ
ている。したがって、光半導体装置が光変調器として用
いられる場合には、外部から電圧を印加したときに、光
導波層中に含まれる光吸収層には積層方向(厚さ方向)
に均一に電界を印加することが可能であり、高い消光比
を得ることができる。また、光半導体装置が半導体レー
ザとして用いられる場合には、リーク電流を充分に低減
することが可能であり、低閾値動作・高出力動作を得る
ことができる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below. In the optical semiconductor device of the present invention, the side surface of the optical waveguide layer is covered with the semiconductor layer having the current blocking effect. Therefore, when the optical semiconductor device is used as an optical modulator, when a voltage is applied from the outside, the light absorption layer included in the optical waveguide layer has a stacking direction (thickness direction).
It is possible to apply an electric field uniformly to a high extinction ratio. Also, when the optical semiconductor device is used as a semiconductor laser, it is possible to sufficiently reduce the leak current, and it is possible to obtain a low threshold operation and a high output operation.

【0012】さらに、クラッド層は、(111)結晶面
を側面とする断面略台形状に形成されている。ここで、
クラッド層は選択成長法により形成することが可能であ
り、その位置およびサイズは、あらかじめ形成した選択
成長阻止マスクパターンにより任意に定めることができ
る。すなわち、クラッド層の幅は、選択成長阻止マスク
間隔により定めることができるため、その制御性に極め
て優れている。また、クラッド層の側面は(111)結
晶面で規定される比較的緩やかな傾斜面となることか
ら、電極形成工程も容易に行なうことができる。
Further, the clad layer is formed in a substantially trapezoidal cross section having a (111) crystal plane as a side surface. here,
The clad layer can be formed by the selective growth method, and its position and size can be arbitrarily determined by the selective growth blocking mask pattern formed in advance. That is, since the width of the clad layer can be determined by the interval between the selective growth preventing masks, the controllability thereof is extremely excellent. Further, since the side surface of the clad layer is a relatively gentle inclined surface defined by the (111) crystal plane, the electrode forming step can be easily performed.

【0013】本発明において、光半導体装置が半導体レ
ーザとして用いられる場合には、光導波層中に活性層を
含み、p型オーミック電極とn型オーミック電極との間
に順バイアスを印加することにより、半導体レーザとし
て用いることができる。一方、光半導体装置が光変調器
として用いられる場合には、光導波層中に光吸収層を含
み、p型オーミック電極とn型オーミック電極との間に
逆バイアスを印加することにより、光変調器として用い
ることができる。
In the present invention, when the optical semiconductor device is used as a semiconductor laser, an active layer is included in the optical waveguide layer, and a forward bias is applied between the p-type ohmic electrode and the n-type ohmic electrode. It can be used as a semiconductor laser. On the other hand, when the optical semiconductor device is used as an optical modulator, a light absorption layer is included in the optical waveguide layer, and a reverse bias is applied between the p-type ohmic electrode and the n-type ohmic electrode to perform optical modulation. It can be used as a container.

【0014】以下、本発明の実施例を図面を参照して具
体的に説明する。 (実施例1)図1は、本発明の第1の実施例に係わる光
半導体装置の導波方向に垂直な断面図である。図中1は
(100)結晶面を主面とするn型InP基板を示す。
n型InP基板1の表面上には、光導波層2を形成した
後にメサ加工を施すことにより、メサストライプ11が
形成されている。メサストライプ11の側部には、Fe
ドープ半絶縁性InP埋め込み層3が形成されており、
このFeドープ半絶縁性InP埋め込み層3によりメサ
ストライプ11が挟持された構造となっている。活性層
2およびFeドープ半絶縁性InP埋め込み層3上に
は、(111)結晶面を側面とする断面略台形状のp型
InPクラッド層4が形成されている。p型InPクラ
ッド層4上には、p型InGaAsコンタクト層5が形
成されている。p型InGaAsコンタクト層5上であ
って活性層2の上方には、Au/Zn/Auからなるp
型オーミック電極7が形成されている。また、p型オー
ミック電極7以外の領域には、SiO2 膜6が形成され
ている。さらに、p型オーミック電極7を含む領域上に
は、Ti/Pt/Auからなる配線8が形成されてお
り、配線8と接触するようにTi/Pt/Auからなる
ボンディングパッド9がSiO2 膜6上に形成されてい
る。また、n型InP基板1の裏面上には、AuGe/
Ni/Auからなるn型オーミック電極10が形成され
ている。
Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIG. 1 is a sectional view of an optical semiconductor device according to a first embodiment of the present invention, which is perpendicular to the waveguide direction. In the figure, 1 indicates an n-type InP substrate having a (100) crystal plane as a main surface.
A mesa stripe 11 is formed on the surface of the n-type InP substrate 1 by forming the optical waveguide layer 2 and then performing mesa processing. Fe on the side of the mesa stripe 11
A doped semi-insulating InP buried layer 3 is formed,
This Fe-doped semi-insulating InP buried layer 3 has a structure in which the mesa stripe 11 is sandwiched. On the active layer 2 and the Fe-doped semi-insulating InP buried layer 3, a p-type InP clad layer 4 having a substantially trapezoidal cross section with a (111) crystal plane as a side surface is formed. A p-type InGaAs contact layer 5 is formed on the p-type InP clad layer 4. On the p-type InGaAs contact layer 5 and above the active layer 2, p made of Au / Zn / Au is formed.
A type ohmic electrode 7 is formed. Further, a SiO 2 film 6 is formed in a region other than the p-type ohmic electrode 7. Further, the wiring 8 made of Ti / Pt / Au is formed on the region including the p-type ohmic electrode 7, and the bonding pad 9 made of Ti / Pt / Au is in contact with the wiring 8 to form the SiO 2 film. It is formed on 6. On the back surface of the n-type InP substrate 1, AuGe /
An n-type ohmic electrode 10 made of Ni / Au is formed.

【0015】図1に示す光半導体装置の製造工程を図2
(A)〜図2(D)を用いて説明する。まず、図2
(A)に示すように、(100)結晶面を主面とするn
型InP基板1上にInGaAsP/InGaAsP多
重量子井戸構造からなる光導波層2を形成した後、幅4
μmのSiO2 膜14をストライプ状に形成し、このS
iO2 膜14をマスクとしてHBr−HCl系エッチャ
ントを用いてウェットエッチングを行ない、幅1.5μ
m、高さ2μmのメサストライプ11を形成する。次い
で、図2(B)に示すように、有機金属気相成長法によ
りメサストライプ11の両側部をFeドープ半絶縁性I
nP層3を形成して埋め込む。次いで、図2(C)に示
すように、SiO2 膜14を除去した後、メサストライ
プ11を挟むように一対のストライプ状のSiO2 膜1
5を形成する。ここで、SiO2 膜15の幅は5μm、
間隔は6μmである。次いで、図2(D)に示すよう
に、SiO2 膜15を選択成長阻止マスクとして、有機
金属気相成長法によりp型InPクラッド層4およびp
型InGaAsコンタクト層5を順次選択成長させる。
さらに、電極形成工程を経て、図1に示す狭メサ構造の
光半導体装置が形成される。
FIG. 2 shows a manufacturing process of the optical semiconductor device shown in FIG.
This will be described with reference to (A) to FIG. First, FIG.
As shown in (A), n having a (100) crystal plane as a main surface
After forming the optical waveguide layer 2 having an InGaAsP / InGaAsP multiple quantum well structure on the InP substrate 1,
A SiO 2 film 14 of μm is formed in a stripe shape, and this S
Wet etching was performed using an HBr-HCl-based etchant with the iO 2 film 14 as a mask, and the width was 1.5 μm.
A mesa stripe 11 having a height of m and a height of 2 μm is formed. Then, as shown in FIG. 2B, both sides of the mesa stripe 11 are Fe-doped semi-insulating layer I by metalorganic vapor phase epitaxy.
The nP layer 3 is formed and embedded. Next, as shown in FIG. 2C, after removing the SiO 2 film 14, a pair of stripe-shaped SiO 2 films 1 sandwiching the mesa stripe 11 are sandwiched.
5 is formed. Here, the width of the SiO 2 film 15 is 5 μm,
The spacing is 6 μm. Then, as shown in FIG. 2 (D), as a selective growth blocking mask an SiO 2 film 15, p-type InP cladding layer 4 by metal organic chemical vapor deposition and p
Type InGaAs contact layer 5 is sequentially grown selectively.
Further, an optical semiconductor device having a narrow mesa structure shown in FIG. 1 is formed through an electrode forming step.

【0016】図1に示す構造を有する光半導体装置にお
いては、光導波層2の両側面は、電流ブロック効果を有
するFeドープ半絶縁性InP層3により覆われてい
る。このため、光半導体装置が光変調器として用いられ
る場合において、p型オーミック電極7とn型オーミッ
ク電極10の間に逆バイアス電圧を印加したとき、光導
波層2中に含まれる光吸収層には、積層方向に均一に電
界を印加することが可能であり、高い消光比を得ること
ができる。また、光半導体装置が半導体レーザとして用
いられる場合においても、p型オーミック電極7とn型
オーミック電極10との間に順バイアス電圧を印加した
とき、リーク電流を充分に低減することが可能である。
In the optical semiconductor device having the structure shown in FIG. 1, both side surfaces of the optical waveguide layer 2 are covered with a Fe-doped semi-insulating InP layer 3 having a current blocking effect. Therefore, in the case where the optical semiconductor device is used as an optical modulator, when a reverse bias voltage is applied between the p-type ohmic electrode 7 and the n-type ohmic electrode 10, the optical absorption layer included in the optical waveguide layer 2 is affected. It is possible to apply an electric field uniformly in the stacking direction, and a high extinction ratio can be obtained. Even when the optical semiconductor device is used as a semiconductor laser, it is possible to sufficiently reduce the leak current when a forward bias voltage is applied between the p-type ohmic electrode 7 and the n-type ohmic electrode 10. .

【0017】また、選択成長法により形成されたp型I
nPクラッド層4およびp型InGaAsコンタクト層
5は、分離溝13によってストライプ状に分離されて形
成されている。ここで、分離溝13の位置およびサイズ
は、あらかじめ形成したSiO2 マスク15によって定
まるため、p型InPクラッド層4およびp型InGa
Asコンタクト層5を所望の位置に成長させることがで
き、メサストライプ12の幅を狭く制御することが可能
である。また、選択成長法により形成されたp型InP
クラッド層4およびp型InGaAsコンタクト層5の
側面は(111)結晶面からなり、界面準位の少ない高
品質な面を得ることができる。この結果、メサストライ
プ12の側面でのリーク電流を低減することができる。
さらに、p型InPクラッド層4およびp型InGaA
sコンタクト層5の側面が(111)結晶面で規定され
る比較的緩やかな傾斜面であることから、分離溝13に
おいて配線8が切断されることもなく、メサストライプ
12上に形成されるp型オーミック電極7と、分離溝1
3の外側に形成されるボンディングパッド9との間を接
続する段差配線も容易に形成することができる。
The p-type I formed by the selective growth method
The nP clad layer 4 and the p-type InGaAs contact layer 5 are formed in a stripe shape by the separation groove 13. Here, since the position and size of the separation groove 13 are determined by the SiO 2 mask 15 formed in advance, the p-type InP clad layer 4 and the p-type InGa are formed.
The As contact layer 5 can be grown at a desired position, and the width of the mesa stripe 12 can be controlled to be narrow. In addition, p-type InP formed by the selective growth method
The side surfaces of the clad layer 4 and the p-type InGaAs contact layer 5 are composed of (111) crystal planes, and high-quality surfaces with few interface states can be obtained. As a result, the leak current on the side surface of the mesa stripe 12 can be reduced.
Furthermore, the p-type InP clad layer 4 and the p-type InGaA
Since the side surface of the s contact layer 5 is a relatively gently inclined surface defined by the (111) crystal plane, the wiring 8 is not cut in the isolation trench 13 and the p formed on the mesa stripe 12 is not cut. Type ohmic electrode 7 and separation groove 1
Stepped wirings connecting to the bonding pads 9 formed on the outer side of the wiring 3 can be easily formed.

【0018】また、電極形成工程においては、基板表面
にガラスマスクを接触させてp型オーミック電極7、配
線8およびボンディングパッド9のパターニングを行
う。ここで、ストライプ状の分離溝13以外の領域は高
さがほぼ等しい平坦面となっているため、パターニング
工程において活性層2の上面に位置するメサストライプ
12に過度の応力が加えられることがなく、素子に損傷
を与えることなく電極を形成することができる。さらに
は、ボンディングパッド9がメサストライプ12とほぼ
同じ高さに位置するため、ボンディングパッド9にAu
ワイヤをボンディングする際に、誤ってメサストライプ
12に接触して素子を損傷させることもない。
In the electrode forming step, the p-type ohmic electrode 7, the wiring 8 and the bonding pad 9 are patterned by bringing a glass mask into contact with the surface of the substrate. Here, since the regions other than the stripe-shaped isolation trenches 13 are flat surfaces having substantially the same height, excessive stress is not applied to the mesa stripe 12 located on the upper surface of the active layer 2 in the patterning process. The electrodes can be formed without damaging the device. Furthermore, since the bonding pad 9 is located at substantially the same height as the mesa stripe 12, Au is bonded to the bonding pad 9.
When bonding the wires, it is possible to prevent accidental contact with the mesa stripes 12 and damage to the device.

【0019】この実施例においては、メサストライプ1
1をFeドープ半絶縁性InP層3により挟持した構造
となっているが、Feドープ半絶縁性InP層の上面に
n型InP層を積層した2層構造の半導体層によってメ
サストライプ11を挟持する構造でもよい。 (実施例2)次に、本発明の第2の実施例を図3を参照
して説明する。図3は、本発明の第2の実施例に係わる
光半導体装置の導波方向に垂直な断面図である。図3に
おいて、図1と同一の部分については図1と同一の符号
を付してその説明を省略する。
In this embodiment, the mesa stripe 1
1 has a structure in which the Fe-doped semi-insulating InP layer 3 is sandwiched, but the mesa stripe 11 is sandwiched by a semiconductor layer having a two-layer structure in which an n-type InP layer is laminated on the upper surface of the Fe-doped semi-insulating InP layer 3. It may be a structure. (Embodiment 2) Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a sectional view perpendicular to the waveguide direction of an optical semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 3, the same parts as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals as those in FIG. 1 and their description is omitted.

【0020】図3に示す光半導体装置においては、光導
波層2上にアンドープInP層20(キャップ層)が形
成されている。このアンドープInP層20は、p型I
nPクラッド層4を成長させる際にp型不純物であるZ
nが活性層2中に拡散することを防止する。また、2層
構造のn型InP埋め込み層211 ,212 が埋め込ま
れており、光導波層2およびアンドープInP層20
が、この2層構造のn型InP埋め込み層211 ,21
2 により挟持されている。なお、この場合、n型InP
埋め込み層が2層構造でなく、厚さ方向において上側と
下側で不純物濃度差、例えば厚さ方向において不純物濃
度が順次変化する濃度勾配を有していても良い。
In the optical semiconductor device shown in FIG. 3, an undoped InP layer 20 (cap layer) is formed on the optical waveguide layer 2. The undoped InP layer 20 is a p-type I
When growing the nP cladding layer 4, Z which is a p-type impurity
n is prevented from diffusing into the active layer 2. Further, the n-type InP buried layers 21 1 and 21 2 having a two-layer structure are buried, and the optical waveguide layer 2 and the undoped InP layer 20 are included.
Are the two-layered n-type InP buried layers 21 1 and 21
It is sandwiched by two . In this case, n-type InP
The buried layer may not have a two-layer structure, but may have a difference in impurity concentration between the upper side and the lower side in the thickness direction, for example, a concentration gradient in which the impurity concentration sequentially changes in the thickness direction.

【0021】この素子においては、p型InPクラッド
層4とn型InP層211 とからなるpn接合により、
光導波層2の両側での電流ブロック効果を得ようとして
いる。したがって、素子寄生容量の低減の目的のみなら
ず、リーク電流の低減のためにもメサストライプ12の
幅を狭く形成する必要がある。本発明によれば、p型I
nPクラッド層4およびp型InGaAsコンタクト層
5は選択成長法により形成することが可能であり、その
位置およびサイズは、あらかじめ形成した選択成長阻止
マスクによって定めることができる。したがって、メサ
ストライプ12の幅を狭く制御して形成することが可能
である。さらに、n型InP埋め込み層211 の不純物
濃度は1×1017/cm3 となっており、n型InP埋
め込み層212 およびn型InP基板1の不純物濃度
(1×1018/cm3 )よりも低く設定されている。こ
の結果、p型InPクラッド層4とn型InP層211
とからなるpn接合における空乏層幅を厚くすることが
でき、単位面積当りの寄生容量を低減できる構造となっ
ている。
In this element, a pn junction composed of the p-type InP clad layer 4 and the n-type InP layer 21 1
An attempt is made to obtain a current blocking effect on both sides of the optical waveguide layer 2. Therefore, it is necessary to form the width of the mesa stripe 12 narrow not only for the purpose of reducing the element parasitic capacitance but also for reducing the leak current. According to the invention, p-type I
The nP clad layer 4 and the p-type InGaAs contact layer 5 can be formed by a selective growth method, and the position and size thereof can be determined by a selective growth blocking mask formed in advance. Therefore, the width of the mesa stripe 12 can be controlled to be narrow. Further, the impurity concentration of the n-type InP buried layer 21 1 is 1 × 10 17 / cm 3, and the impurity concentration of the n-type InP buried layer 21 2 and the n-type InP substrate 1 (1 × 10 18 / cm 3 ). Is set lower than. As a result, the p-type InP clad layer 4 and the n-type InP layer 21 1
The width of the depletion layer in the pn junction composed of and can be increased, and the parasitic capacitance per unit area can be reduced.

【0022】さらに、n型InP埋め込み層211 の不
純物濃度が低く設定されているために、p型InPクラ
ッド層4を成長させる際にp型不純物であるZnがn型
InP埋め込み層211 中に拡散し易い。したがって、
実際のpn接合は、再成長界面よりも基板側にずれた位
置に形成されている。この結果、界面準位が多い再成長
界面とは異なる位置で電流ブロック効果を得ることがで
きるため、リーク電流が低減され、低閾値化・高出力化
を図ることが可能となる。
Furthermore, since the impurity concentration of the n-type InP burying layer 21 1 is set low, Zn which is a p-type impurity when growing the p-type InP clad layer 4 is contained in the n-type InP burying layer 21 1 . Easy to diffuse into Therefore,
The actual pn junction is formed at a position shifted to the substrate side with respect to the regrowth interface. As a result, the current blocking effect can be obtained at a position different from the regrowth interface having many interface states, so that the leak current can be reduced and the threshold value and the output can be increased.

【0023】この実施例では、不純物濃度の異なるn型
InP層211 ,212 によりメサストライプ11の両
側面を覆った構造となっているが、n型InP埋め込み
層の不純物濃度は積層方向に(厚さ方向において上方に
向かって)徐々に変化させてもよいし、あるいは変化さ
せなくてもよい。 (実施例3)次に、本発明の第3の実施例を図4を参照
して説明する。図4は、本発明の第3の実施例に係わる
光半導体装置の導波方向に垂直な断面図である。図4に
おいて、図1と同一の部分については図1と同一の符号
を付してその説明を省略する。
In this embodiment, the both sides of the mesa stripe 11 are covered with n-type InP layers 21 1 and 21 2 having different impurity concentrations, but the impurity concentration of the n-type InP buried layer is in the stacking direction. It may or may not be changed gradually (upward in the thickness direction). (Embodiment 3) Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a sectional view perpendicular to the waveguide direction of an optical semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. 4, parts that are the same as those in FIG. 1 are given the same reference numerals as in FIG. 1 and their explanations are omitted.

【0024】図4に示す光半導体装置においては、n型
InP基板1のメサストライプ11以外の領域上にp型
InP埋め込み層22およびn型InP埋め込み層21
を順次形成してなる2層構造の埋め込み層が埋め込まれ
ており、光導波層2がp型InP埋め込み層22および
n型InP埋め込み層21により挟持されている。ま
た、SiO2 膜6上にポリイミド膜16が形成されてお
り平坦化されている。この上に配線8およびボンディン
グパッド9が形成されている。
In the optical semiconductor device shown in FIG. 4, a p-type InP burying layer 22 and an n-type InP burying layer 21 are formed on a region other than the mesa stripe 11 of the n-type InP substrate 1.
A buried layer having a two-layer structure formed by sequentially forming is buried, and the optical waveguide layer 2 is sandwiched by a p-type InP buried layer 22 and an n-type InP buried layer 21. Further, a polyimide film 16 is formed on the SiO 2 film 6 and is flattened. The wiring 8 and the bonding pad 9 are formed on this.

【0025】この素子では、1本のストライプ状の開口
部のみを有する選択成長阻止マスクを用いることによ
り、メサストライプ12の領域にのみp型InPクラッ
ド層4およびp型InGaAsコンタクト層5を選択成
長させている。メサストライプ12の側面は、ポリイミ
ド膜16により埋め込まれており、単位面積当りの電極
パッド容量を低減した構造となっている。ここで、p型
InPクラッド層4およびp型InGaAsコンタクト
層5の側面は、(111)結晶面で規定される緩やかな
傾斜面となっているため、ポリイミド膜16により素子
表面を平坦化する工程も容易に行うことができる。
In this device, the p-type InP cladding layer 4 and the p-type InGaAs contact layer 5 are selectively grown only in the region of the mesa stripe 12 by using the selective growth prevention mask having only one stripe-shaped opening. I am letting you. The side surface of the mesa stripe 12 is filled with a polyimide film 16 to reduce the electrode pad capacitance per unit area. Here, since the side surfaces of the p-type InP clad layer 4 and the p-type InGaAs contact layer 5 are gently inclined surfaces defined by the (111) crystal plane, the step of planarizing the element surface with the polyimide film 16 is performed. Can also be done easily.

【0026】また、本発明によれば、p型InPクラッ
ド層4およびp型InGaAsコンタクト層5は選択成
長法により任意の位置に形成することが可能である。し
たがって、メサストライプ12の幅を狭く制御して形成
することが可能であり、p型クラッド層4とn型InP
埋め込み層21とからなるpn接合23における空乏層
容量を小さく抑えることかができる。さらに、n型In
P埋め込み層21の不純物濃度は1×1017/cm3
低く設定されており、pn接合23における空乏層幅を
厚くすることができるため、単位面積当りの寄生容量も
同時に低減できる構造となっている。
Further, according to the present invention, the p-type InP clad layer 4 and the p-type InGaAs contact layer 5 can be formed at arbitrary positions by the selective growth method. Therefore, the width of the mesa stripe 12 can be controlled to be narrow, and the p-type cladding layer 4 and the n-type InP can be formed.
It is possible to suppress the depletion layer capacitance in the pn junction 23 including the buried layer 21 to be small. Furthermore, n-type In
The impurity concentration of the P buried layer 21 is set as low as 1 × 10 17 / cm 3 and the width of the depletion layer in the pn junction 23 can be increased, so that the parasitic capacitance per unit area can be reduced at the same time. ing.

【0027】また、光半導体装置が半導体レーザとして
用いられる場合において、p型オーミック電極7とn型
オーミック電極10の間に順バイアス電圧を印加したと
き、n型InP埋め込み層21とp型InP埋め込み層
22からなるpn接合24において電流ブロック効果が
得られる。pn接合24は再成長界面ではないので、リ
ーク電流を充分に低減することが可能であり、低閾値動
作・高出力動作を得ることができる。 (実施例4)次に、本発明の第4の実施例を図5を参照
して説明する。図5は、本発明の第4の実施例に係わる
光半導体装置の斜視図であり、光変調器31とDFBレ
ーザ33をモノリシックに集積化した構造からなる。図
中34は活性層を含む光導波層であり、35は回折格子
である。また、素子の前端面はSiNX 膜36により無
反射コーティングされており、後端面はSi/SiO2
多層膜37により高反射コーティングされている。
In the case where the optical semiconductor device is used as a semiconductor laser, when a forward bias voltage is applied between the p-type ohmic electrode 7 and the n-type ohmic electrode 10, the n-type InP buried layer 21 and the p-type InP buried layer are formed. A current blocking effect is obtained in the pn junction 24 formed of the layer 22. Since the pn junction 24 is not the regrowth interface, it is possible to sufficiently reduce the leak current, and it is possible to obtain a low threshold operation and a high output operation. (Fourth Embodiment) Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a perspective view of an optical semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention, which has a structure in which an optical modulator 31 and a DFB laser 33 are monolithically integrated. In the figure, 34 is an optical waveguide layer including an active layer, and 35 is a diffraction grating. The front end face of the device is anti-reflection coated with a SiN x film 36, and the rear end face is Si / SiO 2
The multilayer film 37 is highly reflectively coated.

【0028】この素子では、図6に示すSiO2 マスク
15を選択成長阻止マスクとして用いて、p型InPク
ラッド層4およびp型InGaAsコンタクト層5を選
択成長法により形成した。この結果、光変調器領域31
および電極分離領域32では、p型InPクラッド層4
およびp型InGaAsコンタクト層5は(111)面
を側面とする断面略台形状であるストライプ状の溝13
により分離されて形成されており、レーザ領域33で
は、p型InPクラッド層4およびp型InGaAsコ
ンタクト層5が平坦に成長されている。これにより、光
変調器領域31における寄生容量が低減されており、高
速変調動作を得ることができる。さらに、電極分離領域
32ではp型InGaAsコンタクト層5がエッチング
除去されており、光変調器領域31とレーザ領域33の
間の電極分離抵抗は20kΩ以上の高い値が得られてい
る。
In this device, the p-type InP clad layer 4 and the p-type InGaAs contact layer 5 were formed by the selective growth method using the SiO 2 mask 15 shown in FIG. 6 as a selective growth blocking mask. As a result, the optical modulator region 31
In the electrode isolation region 32, the p-type InP clad layer 4 is formed.
The p-type InGaAs contact layer 5 has a stripe-shaped groove 13 having a substantially trapezoidal cross section with the (111) plane as a side surface.
In the laser region 33, the p-type InP clad layer 4 and the p-type InGaAs contact layer 5 are flatly grown. As a result, the parasitic capacitance in the optical modulator region 31 is reduced, and a high speed modulation operation can be obtained. Further, the p-type InGaAs contact layer 5 is removed by etching in the electrode isolation region 32, and the electrode isolation resistance between the optical modulator region 31 and the laser region 33 has a high value of 20 kΩ or more.

【0029】この実施例では、レーザ領域33ではp型
InPクラッド層4およびp型InGaAsコンタクト
層5を平坦に成長した構造となっているが、レーザ領域
33においても、クラッド層およびコンタクト層を選択
成長法によりストライプ状に形成した構造を用いてもよ
い。 (実施例5)高速変調動作が可能な光半導体装置を実現
するためには、単位面積当たりの寄生容量を低減し、か
つ光導波層ストライプ近傍を狭メサ形状に加工すること
が要求される。
In this embodiment, the p-type InP clad layer 4 and the p-type InGaAs contact layer 5 are flatly grown in the laser region 33, but the clad layer and the contact layer are also selected in the laser region 33. A structure formed in a stripe shape by a growth method may be used. (Embodiment 5) In order to realize an optical semiconductor device capable of high-speed modulation, it is necessary to reduce the parasitic capacitance per unit area and process the vicinity of the optical waveguide layer stripe into a narrow mesa shape.

【0030】図1の構造において、Feドープ半絶縁性
InP埋め込み層3は、電子をトラップするが、正孔は
トラップしない。したがって、p型InPクラッド層4
から半絶縁性InP埋め込み層3に正孔が注入される
と、注入された正孔とトラップされていた電子とが再結
合し、これによりリーク電流が流れる。特に、半絶縁性
InP埋め込み層3のドーパントであるFeとp型In
Pクラッド層4のドーパントであるZnとは相互拡散し
易いため、p型InPクラッド層4から半絶縁性InP
埋め込み層3へ正孔が注入され易くなり、リーク電流が
増大することがある。さらに、InPクラッド層4のド
ーパントであるZnが半絶縁性InP埋め込み層3中に
拡散すると、半絶縁性InP埋め込み層3が空乏化しに
くくなり、単位面積当たりの寄生容量を増大させてしま
うことがある。
In the structure of FIG. 1, the Fe-doped semi-insulating InP buried layer 3 traps electrons but not holes. Therefore, the p-type InP clad layer 4
When holes are injected into the semi-insulating InP buried layer 3 from the above, the injected holes and the trapped electrons are recombined, whereby a leak current flows. In particular, Fe, which is a dopant for the semi-insulating InP buried layer 3, and p-type In
Since Zn, which is a dopant of the P clad layer 4, easily interdiffuses, the semi-insulating InP from the p-type InP clad layer 4
Holes are likely to be injected into the buried layer 3 and the leak current may increase. Furthermore, if Zn, which is a dopant of the InP clad layer 4, diffuses into the semi-insulating InP buried layer 3, the semi-insulating InP buried layer 3 is less likely to be depleted, which may increase the parasitic capacitance per unit area. is there.

【0031】このリーク電流を低減するには、半絶縁性
InP埋め込み層3とInPクラッド層4との間にn型
半導体層、例えばn型InP電流阻止層を設けることが
有効である。このn型InP電流阻止層は正孔に対して
障壁となるため、p型InPクラッド層4から半絶縁性
InP埋め込み層3に正孔が注入されることを防止す
る。これと同時に、半絶縁性InP埋め込み層3のドー
パントであるFeとp型InPクラッド層4のドーパン
トであるZnとが相互拡散することを防止する。この結
果、リーク電流を充分に低減することが可能であると同
時に、単位面積当たりの寄生容量を増大させることもな
い。しかしながら、通常n型InP電流阻止層は狭メサ
形状に形成されず、したがって、Feドープ半絶縁性I
nP埋め込み層3に引加される電界は、n型InP電流
阻止層を介してメサストライプの幅よりも横方向に広が
って分布する。この場合、p型InPクラッド層4が狭
メサ形状を呈しているにも関わらず、素子寄生容量が増
大するという問題がある。
In order to reduce the leak current, it is effective to provide an n-type semiconductor layer, for example, an n-type InP current blocking layer, between the semi-insulating InP buried layer 3 and the InP clad layer 4. Since this n-type InP current blocking layer serves as a barrier against holes, holes are prevented from being injected from the p-type InP cladding layer 4 into the semi-insulating InP buried layer 3. At the same time, Fe, which is a dopant for the semi-insulating InP buried layer 3, and Zn, which is a dopant for the p-type InP cladding layer 4, are prevented from interdiffusing. As a result, the leakage current can be sufficiently reduced, and at the same time, the parasitic capacitance per unit area is not increased. However, the n-type InP current blocking layer is usually not formed in a narrow mesa shape, and therefore the Fe-doped semi-insulating I
The electric field applied to the nP buried layer 3 is distributed laterally wider than the width of the mesa stripe through the n-type InP current blocking layer. In this case, although the p-type InP clad layer 4 has a narrow mesa shape, there is a problem that the element parasitic capacitance increases.

【0032】そこで、実施例5〜10においては、単位
面積当たりの寄生容量を低減すると同時に、電界が広が
って分布することのない高精度の狭メサ構造を実現する
ことにより、素子寄生容量を低減し、電気信号により高
速変調動作が可能な光半導体装置を提供する。すなわ
ち、本実施例の骨子は、光導波層側面を半絶縁性半導体
層により埋め込み、クラッド層を側面が(111)結晶
面とする狭メサ形状に形成し、かつ半絶縁性半導体層と
クラッド層の間にストライプ状の電流阻止層を設けるこ
とにより、素子寄生容量が極めて小さい狭メサ構造光半
導体装置を提供することである。
Therefore, in the fifth to tenth embodiments, the parasitic capacitance per unit area is reduced and, at the same time, a highly accurate narrow mesa structure in which the electric field is not spread and distributed is realized, thereby reducing the element parasitic capacitance. Then, an optical semiconductor device capable of high-speed modulation operation by an electric signal is provided. That is, the essence of this example is that the side surface of the optical waveguide layer is embedded with a semi-insulating semiconductor layer, the clad layer is formed into a narrow mesa shape with the side surface being a (111) crystal plane, and the semi-insulating semiconductor layer and the clad layer are formed. By providing a stripe-shaped current blocking layer between the two, a narrow mesa structure optical semiconductor device having an extremely small element parasitic capacitance is provided.

【0033】次に、本発明の第5の実施例を図7を参照
して説明する。図7は、本発明の第5の実施例に係わる
光半導体装置の導波方向に垂直な断面図である。図7に
おいて、図1と同一の部分については図1と同一の符号
を付してその説明を省略する。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view perpendicular to the waveguide direction of an optical semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention. 7, parts that are the same as those in FIG. 1 are given the same reference numerals as in FIG. 1 and their explanations are omitted.

【0034】図7に示す光半導体装置においては、Fe
ドープ半絶縁性InP埋め込み層3とp型InPクラッ
ド層4との間に、n型InP電流阻止層40が介在され
ている。このn型InP電流阻止層40は、SiO2
6により分断されており、ストライプ状に形成されてい
る。
In the optical semiconductor device shown in FIG. 7, Fe
An n-type InP current blocking layer 40 is interposed between the doped semi-insulating InP buried layer 3 and the p-type InP clad layer 4. The n-type InP current blocking layer 40 is divided by the SiO 2 film 6 and formed in a stripe shape.

【0035】図7に示す光半導体装置の製造工程を図8
(A)〜図8(E)を用いて説明する。まず、図8
(A)に示すように、(100)結晶面を主面とするn
型InP基板1上にInGaAsP/InGaAsP多
重量子井戸構造からなる光導波層2を形成した後、幅4
μmのSiO2 膜14をストライプ状に形成し、このS
iO2 膜14をマスクとしてBr系エッチャントを用い
てウェットエッチングを行ない、幅1μm、高さ2μm
のメサストライプ11を形成する。次いで、図8(B)
に示すように、有機金属気相成長法によりメサストライ
プ11の両側部を厚さ1.8μmのFeドープ半絶縁性
InP層3および厚さ0.3μmのn型InP電流阻止
層40を形成して埋め込む。次いで、図8(C)に示す
ように、SiO2 膜14を除去した後、Feドープ半絶
縁性InP層3上のn型InP電流阻止層40を部分的
にエッチングして除去することにより、光導波層2を挟
んで位置する一対のストライプ状にn型InP電流阻止
層40を加工する。
FIG. 8 shows a manufacturing process of the optical semiconductor device shown in FIG.
This will be described with reference to (A) to FIG. First, FIG.
As shown in (A), n having a (100) crystal plane as a main surface
After forming the optical waveguide layer 2 having an InGaAsP / InGaAsP multiple quantum well structure on the InP substrate 1,
A SiO 2 film 14 of μm is formed in a stripe shape, and this S
Wet etching was performed using a Br-based etchant with the iO 2 film 14 as a mask, and the width was 1 μm and the height was 2 μm.
To form the mesa stripe 11. Then, FIG. 8 (B)
As shown in FIG. 3, a Fe-doped semi-insulating InP layer 3 having a thickness of 1.8 μm and an n-type InP current blocking layer 40 having a thickness of 0.3 μm are formed on both sides of the mesa stripe 11 by a metal organic chemical vapor deposition method. To embed. Next, as shown in FIG. 8C, after removing the SiO 2 film 14, the n-type InP current blocking layer 40 on the Fe-doped semi-insulating InP layer 3 is partially etched and removed. The n-type InP current blocking layer 40 is processed into a pair of stripes positioned with the optical waveguide layer 2 interposed therebetween.

【0036】さらに、図8(D)に示すように、n型I
nP電流阻止層40を除去した領域に、一対のストライ
プ状のSiO2 膜15を形成する。ここで、SiO2
15の幅は5μm、間隔は6μmである。次いで、図8
(E)に示すように、SiO2 膜15を選択成長阻止マ
スクとして、有機金属気相成長法によりp型InPクラ
ッド層4およびp型InGaAsコンタクト層5を順次
選択成長させる。さらに、電極形成工程を経て、図7に
示す狭メサ構造の光半導体装置が形成される。
Further, as shown in FIG. 8D, n-type I
A pair of stripe-shaped SiO 2 films 15 are formed in the region where the nP current blocking layer 40 is removed. Here, the SiO 2 film 15 has a width of 5 μm and an interval of 6 μm. Then, FIG.
As shown in (E), the p-type InP cladding layer 4 and the p-type InGaAs contact layer 5 are sequentially grown selectively by metalorganic vapor phase epitaxy using the SiO 2 film 15 as a selective growth prevention mask. Further, an optical semiconductor device having a narrow mesa structure shown in FIG. 7 is formed through an electrode forming step.

【0037】本実施例の方法によれば、n型InP電流
阻止層40をストライプ状に加工する工程と、ストライ
プ状のSiO2 マスク15を形成する工程は、ほぼ平坦
な基板表面上でのパターニングにより行なうことができ
るため、高精度のパターニングが可能である。さらに、
選択成長法により形成されたp型InPクラッド層4お
よびp型InGaAsコンタクト層5の位置およびサイ
ズは、あらかじめ形成したSiO2 成長阻止マスク15
によって任意に定めることができる。したがって、メサ
ストライプ12の幅を狭く制御して形成することが可能
であると同時に、メサストライプ12の下に、ストライ
プ状のn型InP電流阻止層40を精度良く形成するこ
とが可能である。
According to the method of this embodiment, the step of processing the n-type InP current blocking layer 40 into a stripe shape and the step of forming the stripe-shaped SiO 2 mask 15 are patterned on a substantially flat substrate surface. Therefore, highly accurate patterning is possible. further,
The positions and sizes of the p-type InP clad layer 4 and the p-type InGaAs contact layer 5 formed by the selective growth method are the same as those of the SiO 2 growth blocking mask 15 formed in advance.
Can be arbitrarily determined by. Therefore, the width of the mesa stripe 12 can be controlled to be narrow, and at the same time, the stripe-shaped n-type InP current blocking layer 40 can be accurately formed under the mesa stripe 12.

【0038】また、光導波層2を含むメサストライプ1
1の両側面は、Feドープ半絶縁性InP層3により埋
め込まれているため、単位面積当たりの寄生容量を充分
に低減することが可能である。ここで、n型InP電流
阻止層40は、半絶縁性InP埋め込み層3のドーパン
トであるFeとp型InPクラッド層4のドーパントで
あるZnとが相互拡散することを防ぐため、リーク電流
を低減できると同時に、単位面積当たりの寄生容量が増
大することもない。さらに、n型InP電流阻止層40
は、メサストライプ12の下にストライプ状に形成され
ているため、半絶縁性InP埋め込み層3に印加される
電界がメサストライプ12の幅よりも横方向に広がって
分布することもない。この結果、極めて小さい素子寄生
容量にすることが可能である。 (実施例6)次に、本発明の第6の実施例を図9(A)
〜図9(E)を用いて説明する。図9(A)〜図9
(E)は、本発明の第6の実施例に係わる光半導体装置
の各作製工程における導波方向に垂直な断面図である。
図9において、図7と同一の部分については図7と同一
の符号を付してその説明を省略する。
Also, the mesa stripe 1 including the optical waveguide layer 2
Since both side surfaces of No. 1 are filled with the Fe-doped semi-insulating InP layer 3, it is possible to sufficiently reduce the parasitic capacitance per unit area. Here, the n-type InP current blocking layer 40 reduces the leak current in order to prevent Fe, which is the dopant of the semi-insulating InP buried layer 3, and Zn, which is the dopant of the p-type InP cladding layer 4, from interdiffusing. At the same time, the parasitic capacitance per unit area does not increase. Further, the n-type InP current blocking layer 40
Is formed below the mesa stripe 12 in a stripe shape, and therefore, the electric field applied to the semi-insulating InP buried layer 3 does not spread laterally beyond the width of the mesa stripe 12. As a result, it is possible to make the element parasitic capacitance extremely small. (Embodiment 6) Next, a sixth embodiment of the present invention is shown in FIG.
~ It demonstrates using FIG. 9 (E). 9 (A) to 9
(E) is sectional drawing perpendicular to the waveguide direction in each manufacturing process of the optical-semiconductor device concerning the 6th Example of this invention.
9, parts that are the same as those in FIG. 7 are given the same reference numerals as in FIG. 7 and their explanations are omitted.

【0039】まず、図9(A)に示すように、(10
0)結晶面を主面とするn型InP基板1上に光導波層
2を積層したメサストライプ11を形成する。次いで、
図9(B)に示すように、有機金属気相成長法によりメ
サストライプ11の両側部をFeドープ半絶縁性InP
層3およびn型InP電流阻止層40で埋め込む。次い
で、図9(C)に示すように、SiO2 マスク14を除
去した後に、n型InP電流阻止層40上にメサストラ
イプ11を挟むように一対のストライプ状のSiO2
15を形成する。
First, as shown in FIG.
0) A mesa stripe 11 is formed by laminating an optical waveguide layer 2 on an n-type InP substrate 1 having a crystal plane as a main surface. Then
As shown in FIG. 9B, both sides of the mesa stripe 11 are made of Fe-doped semi-insulating InP by metalorganic vapor phase epitaxy.
Fill with layer 3 and n-type InP current blocking layer 40. Next, as shown in FIG. 9C, after removing the SiO 2 mask 14, a pair of stripe-shaped SiO 2 films 15 are formed on the n-type InP current blocking layer 40 so as to sandwich the mesa stripe 11.

【0040】次いで、図9(D)に示すように、SiO
2 膜15を選択成長阻止マスクとして、有機金属気相成
長法によりp型InPクラッド層4およびp型InGa
Asコンタクト層5を順次選択成長させる。次いで、図
9(E)に示すように、SiO2 成長阻止マスク15下
のn型InP電流阻止層40をエッチングにより除去す
る。さらに、電極形成工程を経て、図7と同様の構造を
有する狭メサ構造光半導体装置が形成される。
Then, as shown in FIG.
2 The film 15 is used as a mask for selective growth, and the p-type InP clad layer 4 and the p-type InGa are formed by metalorganic vapor phase epitaxy.
The As contact layer 5 is sequentially grown selectively. Next, as shown in FIG. 9E, the n-type InP current blocking layer 40 under the SiO 2 growth blocking mask 15 is removed by etching. Further, a narrow mesa structure optical semiconductor device having a structure similar to that of FIG. 7 is formed through an electrode forming step.

【0041】本実施例において、n型InP電流阻止層
40をストライプ状に加工する工程は、図10に示すよ
うに、自己整合的に行なうことができる。すなわち、図
10(A)に示すように、p型InPクラッド層4およ
びp型InGaAsコンタクト層5を選択成長させた
後、SiO2 成長阻止マスク15上に開口部を有するレ
ジスト層17を形成する。次いで、図10(B)に示す
ように、サイドエッチングを利用してSiO2 成長阻止
マスク15をエッチングにより除去する。これにより、
SiO2 成長阻止マスク15下のn型InP電流阻止層
40が露出されるので、図10(C)に示すように、こ
の露出されたn型InP電流阻止層40をエッチングに
より除去することにより、メサストライプ12の下にス
トライプ状のn型InP電流阻止層40を精度良く形成
することが可能である。 (実施例7)次に、本発明の第7の実施例を図11
(A)〜図11(F)を用いて説明する。図11(A)
〜図11(F)は、本発明の第7の実施例に係わる光半
導体装置の各作製工程における導波方向に垂直な断面図
である。図11において、図7と同一の部分については
図7と同一の符号を付してその説明を省略する。
In this embodiment, the step of processing the n-type InP current blocking layer 40 into a stripe shape can be performed in a self-aligned manner as shown in FIG. That is, as shown in FIG. 10A, after selectively growing the p-type InP cladding layer 4 and the p-type InGaAs contact layer 5, a resist layer 17 having an opening is formed on the SiO 2 growth blocking mask 15. . Next, as shown in FIG. 10B, the SiO 2 growth blocking mask 15 is removed by etching using side etching. This allows
Since the n-type InP current blocking layer 40 under the SiO 2 growth blocking mask 15 is exposed, the exposed n-type InP current blocking layer 40 is removed by etching as shown in FIG. 10C. It is possible to accurately form the stripe-shaped n-type InP current blocking layer 40 under the mesa stripe 12. (Embodiment 7) Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to (A) to FIG. 11 (F). FIG. 11 (A)
11F is a cross-sectional view perpendicular to the waveguide direction in each manufacturing process of the optical semiconductor device according to the seventh embodiment of the present invention. 11, parts that are the same as those in FIG. 7 are given the same reference numerals as in FIG. 7 and their explanations are omitted.

【0042】まず、図11(A)に示すように、(10
0)結晶面を主面とするn型InP基板1上に光導波層
2を積層したメサストライプ11を形成する。次いで、
図11(B)に示すように、有機金属気相成長法により
メサストライプ11の両側部をFeドープ半絶縁性In
P層3で埋め込む。次いで、図11(C)に示すよう
に、SiO2 マスク14を除去した後に、メサストライ
プ11上にSiO2 膜18を、Feドープ半絶縁性In
P層3上にメサストライプ11を挟んで位置する一対の
ストライプ状のSiO2 膜19を形成する。
First, as shown in FIG.
0) A mesa stripe 11 is formed by laminating an optical waveguide layer 2 on an n-type InP substrate 1 having a crystal plane as a main surface. Then
As shown in FIG. 11B, the both sides of the mesa stripe 11 are made of Fe-doped semi-insulating In by metalorganic vapor phase epitaxy.
Embed with P layer 3. Next, as shown in FIG. 11C, after the SiO 2 mask 14 is removed, the SiO 2 film 18 is formed on the mesa stripe 11 by the Fe-doped semi-insulating In.
A pair of stripe-shaped SiO 2 films 19 are formed on the P layer 3 with the mesa stripe 11 interposed therebetween.

【0043】次いで、図11(D)に示すように、Si
2 膜18およびSiO2 膜19を選択成長阻止マスク
として、有機金属気相成長法によりn型InP電流阻止
層40を選択成長させる。その後、図11(E)に示す
ように、メサストライプ11上のSiO2 膜18をエッ
チングにより除去する。次いで、図11(F)に示すよ
うに、SiO2 膜19を選択成長阻止マスクとして、有
機金属気相成長法によりp型InPクラッド層4および
p型InGaAsコンタクト層5を選択成長させる。さ
らに、電極形成工程を経て、図7と同様の構造を有する
狭メサ構造光半導体装置が形成される。
Then, as shown in FIG.
Using the O 2 film 18 and the SiO 2 film 19 as a selective growth blocking mask, the n-type InP current blocking layer 40 is selectively grown by the metal organic chemical vapor deposition method. After that, as shown in FIG. 11E, the SiO 2 film 18 on the mesa stripe 11 is removed by etching. Next, as shown in FIG. 11F, the p-type InP clad layer 4 and the p-type InGaAs contact layer 5 are selectively grown by metal organic chemical vapor deposition using the SiO 2 film 19 as a selective growth prevention mask. Further, a narrow mesa structure optical semiconductor device having a structure similar to that of FIG. 7 is formed through an electrode forming step.

【0044】本実施例では、n型InP電流阻止層40
を選択成長させる際と、p型InPクラッド層4および
p型InGaAsコンタクト層5を選択成長させる際
に、SiO2 膜19を共通の成長阻止マスクとして用い
ているため、メサストライプ12と同じ幅を有するスト
ライプ状のn型InP電流阻止層40を形成することが
可能である。 (実施例8)次に、本発明の第8の実施例を図12を用
いて説明する。図12は、本発明の第8の実施例に係わ
る光半導体装置の導波方向に垂直な断面図である。図1
2において、図7と同一の部分については、図7と同一
の符号を付してその説明を省略する。
In this embodiment, the n-type InP current blocking layer 40 is used.
The SiO 2 film 19 is used as a common growth-preventing mask when selectively growing the p-type InP clad layer 4 and the p-type InGaAs contact layer 5, so that the same width as the mesa stripe 12 is formed. It is possible to form the stripe-shaped n-type InP current blocking layer 40 that has. (Embodiment 8) Next, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a sectional view perpendicular to the waveguide direction of an optical semiconductor device according to the eighth embodiment of the present invention. FIG.
2, the same parts as those in FIG. 7 are designated by the same reference numerals as those in FIG. 7 and their explanations are omitted.

【0045】本実施例では、光導波層2を含むメサスト
ライプ11の両側部をFeドープ半絶縁性InP層3お
よびn型InGaAsP電流阻止層41によって埋め込
み、p型InPクラッド層4およびp型InGaAsコ
ンタクト層5を選択成長させた後に、n型InGaAs
P電流阻止層41をストライプ状にエッチングにより加
工している。この場合、図12に示すように、サイドエ
ッチングを利用することにより、n型InGaAs電流
阻止層41の幅をメサストライプ13の幅よりも狭くな
るようにストライプ加工することができる。また、n型
InGaAsP電流阻止層41がエッチング除去された
領域には、ポリイミド膜16が埋め込まれている。この
結果、半絶縁性InP埋め込み層3に印加される電界分
布は、n型InGaAsP電流阻止層41の幅程度にし
か広がらないため、極めて小さい素子寄生容量にするこ
とができる。 (実施例9)次に、本発明の第9の実施例を図13を用
いて説明する。図13は、本発明の第9の実施例に係わ
る光半導体装置の導波方向に垂直な断面図である。図1
3において、図7と同一の部分については、図7と同一
の符号を付してその説明を省略する。
In the present embodiment, both sides of the mesa stripe 11 including the optical waveguide layer 2 are filled with the Fe-doped semi-insulating InP layer 3 and the n-type InGaAsP current blocking layer 41, and the p-type InP clad layer 4 and p-type InGaAs are provided. After selectively growing the contact layer 5, n-type InGaAs
The P current blocking layer 41 is processed into a stripe shape by etching. In this case, as shown in FIG. 12, side etching can be used to perform stripe processing so that the width of the n-type InGaAs current blocking layer 41 is narrower than the width of the mesa stripe 13. Further, the polyimide film 16 is embedded in the region where the n-type InGaAsP current blocking layer 41 is removed by etching. As a result, the distribution of the electric field applied to the semi-insulating InP buried layer 3 extends only to the width of the n-type InGaAsP current blocking layer 41, so that an extremely small element parasitic capacitance can be obtained. (Ninth Embodiment) Next, a ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a sectional view of the optical semiconductor device according to the ninth embodiment of the present invention, which is perpendicular to the waveguide direction. FIG.
3, the same parts as those in FIG. 7 are designated by the same reference numerals as those in FIG. 7 and their explanations are omitted.

【0046】本実施例では、メサストライプ12の領域
にのみ、n型InP電流阻止層40、p型InPクラッ
ド層4、およびp型InGaAsコンタクト層5を設け
ており、メサストライプ12の側面はポリイミド膜16
により埋め込まれている。この結果、ボンディングパッ
ド(電極パッド)9の下は、ポリイミド膜16、SiO
2 膜6、および半絶縁性InP埋め込み層3が積層され
た構成になっており、単位面積当たりの電極パッド容量
を低減した構造となっている。また、メサストライプ1
2の側面は(111)結晶面で規定される比較的緩やか
な傾斜面であるため、ポリイミド膜16により素子表面
を平坦化する工程も容易に行なうことができる。 (実施例10)次に、本発明の第10の実施例を図14
を用いて説明する。図14は、本発明の第10の実施例
に係わる光半導体装置の導波方向に垂直な断面図であ
る。図14において、図7と同一の部分については、図
7と同一の符号を付してその説明を省略する。
In this embodiment, the n-type InP current blocking layer 40, the p-type InP clad layer 4, and the p-type InGaAs contact layer 5 are provided only in the region of the mesa stripe 12, and the side surface of the mesa stripe 12 is made of polyimide. Membrane 16
Is embedded by. As a result, under the bonding pad (electrode pad) 9, the polyimide film 16 and SiO
It has a structure in which the two films 6 and the semi-insulating InP buried layer 3 are laminated, and has a structure in which the electrode pad capacitance per unit area is reduced. Also, mesa stripe 1
Since the side surface 2 is a relatively gentle inclined surface defined by the (111) crystal plane, the step of planarizing the element surface with the polyimide film 16 can be easily performed. (Tenth Embodiment) Next, a tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
Will be explained. FIG. 14 is a sectional view perpendicular to the waveguide direction of an optical semiconductor device according to the tenth embodiment of the present invention. 14, parts that are the same as those in FIG. 7 are given the same reference numerals as in FIG. 7, and description thereof will be omitted.

【0047】本実施例では、ボンディングパッド9の下
には、n型InP電流阻止層40を設けていない。ま
た、p型InPクラッド層4およびp型InGaAsコ
ンタクト層5を選択成長させた後、ボンディングパッド
9下のp型InGaAsコンタクト層5をエッチングに
より除去し、さらにプロトン打ち込みによりp型InP
クラッド層4を半絶縁化している。この結果、ボンディ
ングパッド9の下は、SiO2 膜6、プロトン打ち込み
半絶縁性InP層42、および半絶縁性InP埋め込み
層3が積層された構成になっており、単位面積当たりの
電極パッド容量を低減した構造となっている。 (実施例11)光導波層上に半絶縁性InP層を有する
メサストライプを含む狭メサ形状の光半導体装置におい
て、素子寄生容量を低減するためには、メサストライプ
の幅を狭く形成する必要がある。しかしながら、この幅
を狭くすると、p型InGaAsコンタクト層上に形成
されるp型オーミック電極の面積が小さくなり、素子直
列抵抗が大きくなる。したがって、メサストライプ構造
の光半導体装置では、寄生容量および直列抵抗を同時に
低減することが困難である。
In this embodiment, the n-type InP current blocking layer 40 is not provided below the bonding pad 9. Further, after selectively growing the p-type InP clad layer 4 and the p-type InGaAs contact layer 5, the p-type InGaAs contact layer 5 under the bonding pad 9 is removed by etching, and the p-type InP is further implanted by proton implantation.
The clad layer 4 is semi-insulated. As a result, under the bonding pad 9, the SiO 2 film 6, the proton-implanted semi-insulating InP layer 42, and the semi-insulating InP buried layer 3 are laminated, and the electrode pad capacitance per unit area is reduced. It has a reduced structure. (Embodiment 11) In a narrow mesa optical semiconductor device including a mesa stripe having a semi-insulating InP layer on an optical waveguide layer, it is necessary to form a narrow mesa stripe width in order to reduce element parasitic capacitance. is there. However, if this width is made narrow, the area of the p-type ohmic electrode formed on the p-type InGaAs contact layer becomes small, and the element series resistance becomes large. Therefore, in the optical semiconductor device having the mesa stripe structure, it is difficult to simultaneously reduce the parasitic capacitance and the series resistance.

【0048】また、メサストライプの形成工程において
は、光導波層の位置に合わせてマスクをパターニングす
るため、メサストライプの幅が狭くなるほど高いマスク
合わせ精度が要求されることになり、メサストライプの
幅を狭く制御することが難しく、製造コストの低コスト
化が困難である。
Further, in the step of forming the mesa stripe, the mask is patterned according to the position of the optical waveguide layer. Therefore, the narrower the width of the mesa stripe, the higher the accuracy of mask alignment required. Is difficult to control narrowly, and it is difficult to reduce the manufacturing cost.

【0049】さらに、メサストライプを加工した後の表
面は平坦性に欠けるので、その上に電極形成を行うこと
が困難になる。特に、メサストライプの側面に形成され
た配線は切断され易く、p型オーミック電極とボンディ
ングパッドとの間を接続する段差配線も困難である。
Further, since the surface after processing the mesa stripe lacks flatness, it becomes difficult to form an electrode on it. In particular, the wiring formed on the side surface of the mesa stripe is easily cut, and it is also difficult to form a stepped wiring connecting the p-type ohmic electrode and the bonding pad.

【0050】そこで、実施例11,12においては、寄
生容量および直列抵抗を同時に低減することが可能であ
り、電気信号により高速変調動作が可能である光半導体
装置、およびこのような光半導体装置を低コストで、し
かも電極形成を容易に行なうことができる光半導体装置
の製造方法を提供する。
Therefore, in the eleventh and twelfth embodiments, an optical semiconductor device capable of simultaneously reducing the parasitic capacitance and series resistance and capable of high-speed modulation operation by an electric signal, and such an optical semiconductor device are provided. Provided is a method for manufacturing an optical semiconductor device which can easily form electrodes at low cost.

【0051】次に、本発明の第11の実施例を図15を
用いて説明する。図15は、本発明の第11の実施例に
係わる光半導体装置の導波方向に垂直な断面図である。
図15において、図1と同一の部分については図1と同
一の符号を付してその説明を省略する。
Next, an eleventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a sectional view perpendicular to the waveguide direction of an optical semiconductor device according to the eleventh embodiment of the present invention.
15, parts that are the same as those in FIG. 1 are given the same reference numerals as in FIG. 1 and their explanations are omitted.

【0052】図15に示す光半導体装置は、メサストラ
イプにおける光導波層2上にInPキャップ層50が形
成されている。したがって、光導波層2およびInPキ
ャップ層50の両側部にFeドープ半絶縁性InP層3
が埋め込まれている。
In the optical semiconductor device shown in FIG. 15, the InP cap layer 50 is formed on the optical waveguide layer 2 in the mesa stripe. Therefore, the Fe-doped semi-insulating InP layer 3 is formed on both sides of the optical waveguide layer 2 and the InP cap layer 50.
Is embedded.

【0053】また、p型InPクラッド層4には、庇部
4aが設けられている。p型InPクラッド層4の庇部
4aの下には、SiO2 膜6が延出しており、メサスト
ライプ12以外の領域のp型InPクラッド層4の下に
は、InGaAsPスペーサ層52が設けられている。
Further, the p-type InP clad layer 4 is provided with an eave portion 4a. The SiO 2 film 6 extends below the eaves portion 4a of the p-type InP clad layer 4, and the InGaAsP spacer layer 52 is provided below the p-type InP clad layer 4 in the region other than the mesa stripe 12. ing.

【0054】次に、図15に示す光半導体装置の製造工
程を図16(A)〜図16(E)を用いて説明する。ま
ず、図16(A)に示すように、(100)結晶面を主
面とするn型InP基板1上に光導波層2およびInP
キャップ層50を積層した後、幅4μmのSiO2 膜5
1をストライプ状に形成する。このSiO2 膜51をマ
スクとしてInPキャップ層50、光導波層2、および
n型InP基板1をエッチングして、幅1μm、高さ2
μmのメサストライプ11を形成する。
Next, a manufacturing process of the optical semiconductor device shown in FIG. 15 will be described with reference to FIGS. 16 (A) to 16 (E). First, as shown in FIG. 16A, an optical waveguide layer 2 and InP are formed on an n-type InP substrate 1 having a (100) crystal plane as a main surface.
After stacking the cap layer 50, the SiO 2 film 5 having a width of 4 μm
1 is formed in a stripe shape. Using the SiO 2 film 51 as a mask, the InP cap layer 50, the optical waveguide layer 2, and the n-type InP substrate 1 are etched to have a width of 1 μm and a height of 2.
A mesa stripe 11 of μm is formed.

【0055】次いで、図16(B)に示すように、有機
金属気相成長法によりメサストライプ11の両側部をF
eドープ半絶縁性InP層3で埋め込み、引き続きSi
2膜51の両側にInGaAsPスペーサ層52を選
択成長させる。次いで、図16(C)に示すように、S
iO2 マスク51を除去した後、InGaAsPスペー
サ層52上に幅12μmの開口部を有する一対のストラ
イプ状のSiO2 膜53を形成する。
Next, as shown in FIG. 16B, the both sides of the mesa stripe 11 are F-shaped by metal organic chemical vapor deposition.
Embedding with e-doped semi-insulating InP layer 3, followed by Si
InGaAsP spacer layers 52 are selectively grown on both sides of the O 2 film 51. Then, as shown in FIG.
After removing the iO 2 mask 51, a pair of stripe-shaped SiO 2 films 53 having openings with a width of 12 μm are formed on the InGaAsP spacer layer 52.

【0056】次いで、図16(D)に示すように、Si
2 膜53を選択成長阻止マスクとして、有機金属気相
成長法によりp型InPクラッド層4およびp型InG
aAsコンタクト層5を選択成長させる。次いで、図1
6(E)に示すように、SiO2 膜53を除去し、In
GaAsPスペーサ層52をサイドエッチングする。さ
らに、電極形成工程を経て、図15に示す構造を有する
光半導体装置が形成される。
Then, as shown in FIG.
Using the O 2 film 53 as a selective growth prevention mask, the p-type InP clad layer 4 and the p-type InG are formed by the metal organic chemical vapor deposition method.
The aAs contact layer 5 is selectively grown. Then, FIG.
As shown in FIG. 6 (E), the SiO 2 film 53 is removed and In
The GaAsP spacer layer 52 is side-etched. Further, an optical semiconductor device having the structure shown in FIG. 15 is formed through an electrode forming step.

【0057】本実施例では、エッチングによりメサスト
ライプ11を形成する際およびInGaAsPスペーサ
層52を選択成長させる際に、共通のマスクとしてSi
2膜51を用いている。したがって、p型InPクラ
ッド層4の底面の位置を自己整合的に決めることができ
る。さらに、p型InPクラッド層4の底面の幅は、S
iO2 膜51の幅によって決まり、例えば4μmと極め
て狭く形成されている。この結果、極めて小さい素子寄
生容量にすることができる。
In this embodiment, Si is used as a common mask when the mesa stripe 11 is formed by etching and when the InGaAsP spacer layer 52 is selectively grown.
The O 2 film 51 is used. Therefore, the position of the bottom surface of the p-type InP clad layer 4 can be determined in a self-aligned manner. Further, the width of the bottom surface of the p-type InP clad layer 4 is S
The width is determined by the width of the iO 2 film 51 and is extremely narrow, for example, 4 μm. As a result, an extremely small element parasitic capacitance can be obtained.

【0058】また、p型InPクラッド層4が庇部4a
を有する断面形状に形成されているので(断面略Τ字形
状を呈するので)、p型InPクラッド層4の底面の幅
が狭いにも拘らず、p型InPクラッド層4の上面の幅
を充分に広く形成することが可能である。したがって、
p型InGaAsコンタクト層5上に形成されるp型オ
ーミック電極7の幅は8μmと広くなる。この結果、素
子寄生容量を低減すると同時に、充分に小さい素子直列
抵抗にすることができる。
Further, the p-type InP clad layer 4 has the eaves portion 4a.
Since the p-type InP clad layer 4 has a narrow bottom surface, the top surface of the p-type InP clad layer 4 has a sufficient width. It can be formed widely. Therefore,
The width of the p-type ohmic electrode 7 formed on the p-type InGaAs contact layer 5 is as wide as 8 μm. As a result, the element parasitic capacitance can be reduced, and at the same time, the element series resistance can be made sufficiently small.

【0059】さらに、p型InPクラッド層4およびp
型InGaAsコンタクト層5は、選択成長法によりあ
らかじめストライプ状に形成している。この場合、選択
成長法により形成されたp型InPクラッド層4の側面
は、(111)結晶面により規定される比較的緩やかな
傾斜面となる。したがって、p型InPクラッド層4の
庇部4aの下を誘電体膜により埋め込みさすれば、狭メ
サ12の側面で配線が切断されることもなく、p型オー
ミック電極7とボンディングパッド9との間を接続する
段差配線も容易に形成することができる。
Further, the p-type InP clad layer 4 and p
The type InGaAs contact layer 5 is previously formed in a stripe shape by the selective growth method. In this case, the side surface of the p-type InP clad layer 4 formed by the selective growth method is a relatively gentle inclined surface defined by the (111) crystal plane. Therefore, if the eave portion 4a of the p-type InP clad layer 4 is filled with a dielectric film, the wiring is not cut at the side surface of the narrow mesa 12, and the p-type ohmic electrode 7 and the bonding pad 9 are not separated. It is also possible to easily form a stepped wiring that connects the two.

【0060】本実施例では、スピンオングラスを用いて
p型InPクラッド層4の庇部4a下をSiO2 膜6に
より埋め込んでいる。SiO2 膜6は、膜厚を厚くし過
ぎるとクラックが入るという問題点があるが、p型In
Pクラッド層4の庇部4a下の空隙の厚さは例えば0.
5μmであり、SiO2 膜6が割れることはない。ま
た、この空隙の厚さはInGaAsPスペーサ層52の
厚さによって決まり、その制御性にも優れている。さら
に、この場合、誘電体膜を厚くする必要がないので、ポ
リイミド膜等の高分子材料を用いる必要もなく、素子の
信頼性も高い。(実施例12)次に、本発明の第12の
実施例を図17を用いて説明する。図17は、本発明の
第12の実施例に係わる光半導体装置の導波方向に垂直
な断面図である。図17において、図15と同一の部分
については、図15と同一の符号を付してその説明を省
略する。
In this embodiment, the SiO 2 film 6 is buried under the eaves 4a of the p-type InP clad layer 4 by using spin-on glass. The SiO 2 film 6 has a problem that cracks occur if the film thickness is made too thick.
The thickness of the void below the eaves portion 4a of the P clad layer 4 is, for example, 0.
The thickness is 5 μm, and the SiO 2 film 6 is not cracked. Further, the thickness of this void is determined by the thickness of the InGaAsP spacer layer 52, and its controllability is also excellent. Furthermore, in this case, since it is not necessary to thicken the dielectric film, it is not necessary to use a polymer material such as a polyimide film, and the reliability of the device is high. (Embodiment 12) Next, a twelfth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 17 is a sectional view perpendicular to the waveguide direction of an optical semiconductor device according to the twelfth embodiment of the present invention. 17, parts that are the same as those in FIG. 15 are given the same reference numerals as in FIG. 15 and their explanations are omitted.

【0061】本実施例では、1本のストライプ状の開口
部のみを有する選択成長阻止マスクを用いることによ
り、狭メサ12の領域にのみp型InPクラッド層4、
p型InGaAsコンタクト層5を選択成長させてい
る。狭メサ12の側面は、SiO2 膜6で覆われた後、
ポリイミド膜54により埋め込まれており、ボンディン
グパッド9の単位面積当りの容量を低減した構造となっ
ている。この場合、p型InPクラッド層4およびp型
InGaAsコンタクト層5の側面は(111)面で規
定される比較的緩やかな傾斜面となっているので、ポリ
イミド膜54により素子表面を平坦化する工程も容易に
行なうことができる。また、この構造においても、断面
略T字形状であるストライプ状のp型InPクラッド層
4により、素子寄生容量を低減すると同時に、充分に小
さい素子直列抵抗にすることができる。
In this embodiment, by using the selective growth prevention mask having only one stripe-shaped opening, the p-type InP clad layer 4 is formed only in the region of the narrow mesa 12.
The p-type InGaAs contact layer 5 is selectively grown. After the side surface of the narrow mesa 12 is covered with the SiO 2 film 6,
It is embedded by the polyimide film 54, and has a structure in which the capacitance per unit area of the bonding pad 9 is reduced. In this case, since the side surfaces of the p-type InP clad layer 4 and the p-type InGaAs contact layer 5 are relatively gently inclined surfaces defined by the (111) plane, the step of flattening the element surface with the polyimide film 54 is performed. Can be done easily. Also in this structure, the stripe-shaped p-type InP clad layer 4 having a substantially T-shaped cross section can reduce the parasitic capacitance of the element and at the same time make the element series resistance sufficiently small.

【0062】本実施例によれば、極めて高精度の狭メサ
構造を容易に形成することが可能であり、電気信号によ
り高速変調可能な光半導体装置を低コストで実現するこ
とができる。
According to this embodiment, it is possible to easily form an extremely accurate narrow mesa structure, and an optical semiconductor device capable of high-speed modulation by an electric signal can be realized at low cost.

【0063】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。本実施例においては、InGaAsP
系の半導体装置について説明しているが、AlGaIn
P系、InGaAsSb系、ZnCdSSe系等の他の
材料系について本発明を適用することができる。また、
本実施例では、クラッド層上にコンタクト層を積層した
構造について説明しているが、クラッド層と電極金属と
の間で充分に低い接触抵抗を得ることができる場合に
は、コンタクト層を積層しなくてもよい。さらに、本実
施例においては、単体の半導体変調器、単体の半導体レ
ーザ、および光変調器と半導体レーザの集積化光源につ
いて説明したが、他に光導波路、光増幅器等を集積化し
た素子構造においても、本発明は有効である。
The present invention is not limited to the above embodiment. In this embodiment, InGaAsP
Although a semiconductor device of the system is explained, AlGaIn
The present invention can be applied to other material systems such as P system, InGaAsSb system, and ZnCdSSe system. Also,
In this embodiment, the structure in which the contact layer is laminated on the clad layer is described, but if a sufficiently low contact resistance can be obtained between the clad layer and the electrode metal, the contact layer is laminated. You don't have to. Further, in the present embodiment, the single semiconductor modulator, the single semiconductor laser, and the integrated light source of the optical modulator and the semiconductor laser have been described, but in addition, in the device structure in which the optical waveguide, the optical amplifier, and the like are integrated. However, the present invention is effective.

【0064】さらに、半導体埋め込み層の導電型も半絶
縁性半導体層に限るものではなく、他にp型半導体層、
n型半導体層、あるいはこれらを積層した構造を用いて
もよい。また、光導波層(活性層)にはバルク材料を用
いても多重量子井戸構造を用いてもよい。さらに、半導
体埋め込み層はInP層に限るものではなく、例えば、
InGaAsP層や、InP層とInGaAsP層を積
層した半導体層を用いてもよい。また、半導体埋め込み
層の導電型や不純物濃度についても、様々な半導体層を
用いることができる。さらには、半導体基板は(10
0)結晶面からのオフ基板を用いてもよく、導電型もn
型基板に限るものではない。その他、本発明の主旨を逸
脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
Further, the conductivity type of the semiconductor burying layer is not limited to the semi-insulating semiconductor layer, but other p-type semiconductor layers,
You may use an n-type semiconductor layer or the structure which laminated these. Further, a bulk material or a multiple quantum well structure may be used for the optical waveguide layer (active layer). Further, the semiconductor burying layer is not limited to the InP layer.
An InGaAsP layer or a semiconductor layer in which an InP layer and an InGaAsP layer are stacked may be used. Also, various semiconductor layers can be used for the conductivity type and the impurity concentration of the semiconductor burying layer. Furthermore, the semiconductor substrate is (10
0) An off-substrate from the crystal plane may be used, and the conductivity type is n.
It is not limited to the mold substrate. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0065】[0065]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
(111)結晶面を側面とする断面略台形状であるスト
ライプ状のクラッド層を任意の位置に形成することがで
きるので、メサ幅の制御性に優れ、かつ電極形成工程も
容易に可能な狭メサ構造を得ることができる。この結
果、困難な作製工程を伴うことなく、電気信号により高
速変調可能な光半導体装置を実現することができる。
As described in detail above, according to the present invention,
Since the striped clad layer having a substantially trapezoidal cross section with the (111) crystal face as the side surface can be formed at any position, the mesa width can be controlled easily, and the electrode formation process can be easily performed. A mesa structure can be obtained. As a result, an optical semiconductor device capable of high-speed modulation by an electric signal can be realized without involving a difficult manufacturing process.

【0066】また、光導波層の両側面を電流ブロック層
により埋め込んであるため、光半導体装置が光変調器と
して用いられる場合には、光導波層に均一に電界を印加
することが可能となり、高い消光比を得ることができ
る。また、光半導体装置が半導体レーザとして用いられ
る場合には、リーク電流を充分に低減することが可能で
あり、低閾値動作・高出力動作を得ることができる。
Further, since both side surfaces of the optical waveguide layer are filled with the current blocking layer, when the optical semiconductor device is used as an optical modulator, an electric field can be uniformly applied to the optical waveguide layer. A high extinction ratio can be obtained. Also, when the optical semiconductor device is used as a semiconductor laser, it is possible to sufficiently reduce the leak current, and it is possible to obtain a low threshold operation and a high output operation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の光半導体装置の第1の実施例の導波方
向に垂直な断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a first embodiment of an optical semiconductor device of the present invention, which is perpendicular to the waveguide direction.

【図2】(A)〜(D)は図1に示す光半導体装置の製
造工程における導波方向に垂直な断面図。
2A to 2D are cross-sectional views perpendicular to the waveguide direction in the manufacturing process of the optical semiconductor device shown in FIG.

【図3】本発明の光半導体装置の第2の実施例の導波方
向に垂直な断面図。
FIG. 3 is a sectional view of a second embodiment of the optical semiconductor device of the present invention, which is perpendicular to the waveguide direction.

【図4】本発明の光半導体装置の第3の実施例の導波方
向に垂直な断面図。
FIG. 4 is a sectional view of a third embodiment of the optical semiconductor device of the present invention, which is perpendicular to the waveguide direction.

【図5】本発明の第4の実施例に係る光半導体装置を示
す斜視図。
FIG. 5 is a perspective view showing an optical semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第4の実施例に係る光半導体装置の製
造方法に使用する選択成長阻止マスクの一例を示す斜視
図。
FIG. 6 is a perspective view showing an example of a selective growth blocking mask used in a method of manufacturing an optical semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の光半導体装置の第5の実施例の導波方
向に垂直な断面図。
FIG. 7 is a sectional view of a fifth embodiment of the optical semiconductor device of the present invention, which is perpendicular to the waveguide direction.

【図8】(A)〜(E)は図7に示す光半導体装置の製
造工程における導波方向に垂直な断面図。
8A to 8E are cross-sectional views perpendicular to the waveguide direction in the manufacturing process of the optical semiconductor device shown in FIG.

【図9】(A)〜(E)は本発明の第6の実施例に係る
光半導体装置の製造工程における導波方向に垂直な断面
図。
9A to 9E are cross-sectional views perpendicular to the waveguide direction in the manufacturing process of the optical semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention.

【図10】(A)〜(C)は本発明の第6の実施例に係
る光半導体装置の製造工程における導波方向に垂直な断
面図。
10A to 10C are cross-sectional views perpendicular to the waveguide direction in the manufacturing process of the optical semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention.

【図11】(A)〜(F)は本発明の第7の実施例に係
る光半導体装置の製造工程における導波方向に垂直な断
面図。
11A to 11F are cross-sectional views perpendicular to the waveguide direction in the manufacturing process of the optical semiconductor device according to the seventh embodiment of the present invention.

【図12】本発明の光半導体装置の第8の実施例の導波
方向に垂直な断面図。
FIG. 12 is a sectional view of an optical semiconductor device according to an eighth embodiment of the present invention, which is perpendicular to the waveguide direction.

【図13】本発明の光半導体装置の第9の実施例の導波
方向に垂直な断面図。
FIG. 13 is a sectional view of a ninth embodiment of an optical semiconductor device of the present invention, which is perpendicular to the waveguide direction.

【図14】本発明の光半導体装置の第10の実施例の導
波方向に垂直な断面図。
FIG. 14 is a sectional view of a tenth embodiment of the optical semiconductor device of the present invention, which is perpendicular to the waveguide direction.

【図15】本発明の光半導体装置の第11の実施例の導
波方向に垂直な断面図。
FIG. 15 is a sectional view of an optical semiconductor device according to an eleventh embodiment of the present invention, which is perpendicular to the waveguide direction.

【図16】(A)〜(E)は図15に示す光半導体装置
の製造工程における導波方向に垂直な断面図。
16A to 16E are cross-sectional views perpendicular to the waveguide direction in the manufacturing process of the optical semiconductor device shown in FIG.

【図17】本発明の光半導体装置の第12の実施例の導
波方向に垂直な断面図。
FIG. 17 is a sectional view of a twelfth embodiment of an optical semiconductor device of the present invention, which is perpendicular to the waveguide direction.

【図18】従来の半導体埋め込み構造の半導体装置の導
波方向に垂直な断面図。
FIG. 18 is a cross-sectional view of a conventional semiconductor device having a semiconductor-embedded structure, which is perpendicular to the waveguide direction.

【図19】従来の半導体埋め込み構造の半導体装置の導
波方向に垂直な断面図。
FIG. 19 is a cross-sectional view of a conventional semiconductor device having a semiconductor-embedded structure, which is perpendicular to the waveguide direction.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…n型InP基板、2,34…光導波層、3…Feド
ープ半絶縁性InP埋め込み層、4…p型InPクラッ
ド層、4a…庇部、5…p型InGaAsコンタクト
層、6,53…SiO2 膜、7…p型オーミック電極、
8…配線、9…ボンディングパッド、10…n型オーミ
ック電極、11,12…メサストライプ、13…分離
溝、14,15,51…SiO2 マスク、16,54…
ポリイミド膜、20…アンドープInP層、21,21
1 ,212 …n型InP埋め込み層、22…p型InP
埋め込み層、23,24,25…pn接合、31…光変
調器領域、32…レーザ領域、33…電極分離領域、3
5…回折格子、36…無反射コーティング膜、37…高
反射コーティング膜、40…n型InP電流阻止層、4
1…n型InGaAsP電流阻止層、42…プロトン打
ち込み半絶縁性InP層、50…InPキャップ層、5
2…InGaAsPスペーサ層。
1 ... n-type InP substrate, 2,34 ... optical waveguide layer, 3 ... Fe-doped semi-insulating InP buried layer, 4 ... p-type InP clad layer, 4a ... eave part, 5 ... p-type InGaAs contact layer, 6,53 ... SiO 2 film, 7 ... p-type ohmic electrode,
8 ... Wiring, 9 ... Bonding pad, 10 ... N-type ohmic electrode, 11, 12 ... Mesa stripe, 13 ... Separation groove, 14, 15, 51 ... SiO 2 mask, 16, 54 ...
Polyimide film, 20 ... Undoped InP layer, 21, 21
1 , 21 2 ... n-type InP buried layer, 22 ... p-type InP
Buried layer, 23, 24, 25 ... Pn junction, 31 ... Optical modulator region, 32 ... Laser region, 33 ... Electrode separation region, 3
5 ... Diffraction grating, 36 ... Anti-reflection coating film, 37 ... High-reflection coating film, 40 ... N-type InP current blocking layer, 4
1 ... N-type InGaAsP current blocking layer, 42 ... Proton-implanted semi-insulating InP layer, 50 ... InP cap layer, 5
2 ... InGaAsP spacer layer.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】少なくとも光導波層が形成されたメサスト
ライプを有し、(100)結晶面を主面とする半導体基
板と、 前記メサストライプの両側面に形成された半導体埋め込
み層と、 メサストライプ領域および前記半導体埋め込み層上に形
成され、(111)結晶面を側面とする断面略台形状で
あるストライプ状のクラッド層と、を具備することを特
徴とする光半導体装置。
1. A semiconductor substrate having a mesa stripe in which at least an optical waveguide layer is formed and having a (100) crystal plane as a main surface, semiconductor embedding layers formed on both sides of the mesa stripe, and a mesa stripe. An optical semiconductor device comprising: a region and the clad layer formed on the semiconductor burying layer and having a stripe shape having a substantially trapezoidal cross section with a (111) crystal plane as a side surface.
【請求項2】少なくとも光導波層が形成されたメサスト
ライプを有し、(100)結晶面を主面とする半導体基
板と、 前記メサストライプの両側面に形成された半絶縁性を有
する半導体埋め込み層と、 メサストライプ領域および前記半導体埋め込み層上に形
成され、(111)結晶面を側面とする断面略台形状で
あるストライプ状のクラッド層と、 前記半導体埋め込み層と前記クラッド層との間に設けら
れたストライプ状の電流阻止層と、を具備することを特
徴とする光半導体装置。
2. A semiconductor substrate having a mesa stripe in which at least an optical waveguide layer is formed and having a (100) crystal plane as a main surface, and a semi-insulating semiconductor embedded on both sides of the mesa stripe. A layer, a stripe-shaped clad layer formed on the mesa stripe region and the semiconductor burying layer and having a substantially trapezoidal cross section with a (111) crystal plane as a side surface, and between the semiconductor burying layer and the clad layer. An optical semiconductor device comprising: a stripe-shaped current blocking layer provided.
【請求項3】少なくとも光導波層が形成されたメサスト
ライプを有し、(100)結晶面を主面とする半導体基
板と、 前記メサストライプの両側面に形成された半導体埋め込
み層と、 メサストライプ領域および前記半導体埋め込み層上に形
成され、(111)結晶面を側面とし、断面略台形状を
有し、少なくとも前記メサストライプと接触する面より
も広いフランジ部を有するストライプ状のクラッド層
と、を具備することを特徴とする光半導体装置。
3. A semiconductor substrate having a mesa stripe in which at least an optical waveguide layer is formed and having a (100) crystal plane as a main surface, semiconductor embedding layers formed on both sides of the mesa stripe, and a mesa stripe. A striped clad layer formed on the region and the semiconductor burying layer, having a (111) crystal plane as a side surface, having a substantially trapezoidal cross section, and having a flange portion wider than at least a surface in contact with the mesa stripe; An optical semiconductor device comprising:
【請求項4】少なくとも光導波層が形成されたメサスト
ライプを(100)結晶面を主面とする半導体基板に形
成する工程と、 前記メサストライプの両側面上に半導体埋め込み層を形
成する工程と、 前記半導体埋め込み層上に、前記メサストライプの領域
を含むストライプ状の開口部を有する成長阻止マスクを
形成する工程と、 前記成長阻止マスクを用いて選択成長させることによ
り、前記メサストライプの領域および前記半導体埋め込
み層上に(111)結晶面を側面とする断面略台形状で
あるクラッド層を形成する工程と、を具備することを特
徴とする光半導体装置の製造方法。
4. A step of forming a mesa stripe on which at least an optical waveguide layer is formed on a semiconductor substrate having a (100) crystal plane as a main surface, and a step of forming a semiconductor burying layer on both side surfaces of the mesa stripe. Forming a growth blocking mask having a stripe-shaped opening including the mesa stripe region on the semiconductor burying layer; and selectively growing using the growth blocking mask to form the mesa stripe region and A step of forming a clad layer having a substantially trapezoidal cross section with a (111) crystal plane as a side surface on the semiconductor burying layer.
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JP2000147443A (en) * 1998-11-11 2000-05-26 Nec Corp Manufacture of semiconductor optical modulator
JP2012124361A (en) * 2010-12-09 2012-06-28 Opnext Japan Inc Manufacturing method of semiconductor optical element and semiconductor optical element
WO2021200583A1 (en) * 2020-04-02 2021-10-07 浜松ホトニクス株式会社 Quantum cascade laser element and quantum cascade laser device
WO2021200549A1 (en) * 2020-04-02 2021-10-07 浜松ホトニクス株式会社 Quantum-cascade laser element and quantum-cascade laser device

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