JPH09102649A - 半導体光素子接合構造及びその接合部の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 導波型半導体素子相互を接続する突き合わせ
結合部の作製を行う半導体光素子接合部の構造及び製造
方法を提供する。 【解決手段】 半導体基板１００上に半導体積層構造１
０１を形成すると共に該半導体積層構造１０１と接する
上部半導体層１０２を形成して、第１の導波型半導体素
子１０３を形成してなり、上部半導体層１０２の一部に
絶縁膜１０４を形成し、上部半導体層１０２の絶縁膜１
０４で覆われていない部分をエッチングし、上部半導体
層１０２に対して半導体積層構造１０１のみを選択にエ
ッチングするエッチング液を用いて、上部半導体層１０
２が一部エッチングされた第１の導波型半導体素子１０
３をエッチングして庇形状Ｈを形成してなり、且つ第２
のエッチング工程によりエッチングされた第１の導波型
半導体素子１０３が形成されている半導体基板１００上
面側及び前記庇形状Ｈの上部半導体層１０２の裏面側に
第２の導波型半導体素子の結晶１１０ａ，１１０ｂを成
長して第２の導波型半導体素子１１０を形成し、半導体
素子相互を接続してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、導波型半導体素
子相互を高い光結合率で接続する結合部の半導体光素子
接合構造及びその接合部の製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】一般
に、突き合わせ結合を有する２種類以上の半導体光素子
を集積した素子においては、図４（ａ）に示すように、
第一の半導体層１の上にパターニングした絶縁体層２を
形成し、図４（ｂ）に示すように、該絶縁体層２をマス
クとして第一の半導体層１をエッチングして除去し、次
いで図４（ｃ）に示すように、第二の半導体層３をパタ
ーニングされた絶縁体層２以外の領域に結晶成長する工
程がとられている。この工程によって、第一の半導体層
１と第二の半導体層３とが突き合わせ結合部Ａが形成さ
れることになる。

【０００３】ここで図４（ｂ）に示す絶縁体層２をマス
クとした第一の半導体層１をエッチングする際に、湿式
（ウェット）エッチング技術を用いると、絶縁体層２と
第一の半導体層１との間の極めて大きなエッチング速度
の差によって、図５（ａ）に示すように、第一の半導体
層４が絶縁体層６の下に深く入り込んだ形状６（ここで
は「庇形状」と呼ぶ）を呈する。

【０００４】引き続いて、図４（ｃ）に示すのと同様
に、第二の半導体層７をパターニングされた絶縁体層以
外の領域に結晶成長すると、図５（ａ）に示す庇形状６
の中に第二の半導体層７を均一に結晶成長することが困
難になり、図５（ｂ）に示すように、庇形状の部分６の
直下及びその近傍領域の第二の半導体層７の層厚が小さ
くなる。

【０００５】したがって、突き合わせ結合部分に生じた
第二の半導体層７の局所的な層厚変動によって、第一の
半導体層４と第二の半導体層７との間を伝搬する光は大
きな散乱を受け、その結果伝搬する光強度は大きな損失
の原因となる、という問題がある。

【０００６】本願発明は、上記問題に鑑み、高い光結合
率を有する突き合わせ結合部の半導体光素子接合構造及
びその接合部の製造方法を提供することを目的とするも
のである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明の半導体光素子接合構造は、２つの導波型半導体光素
子を光学的に接続する突き合わせ結合部の接合構造にお
いて、半導体基板上に半導体積層構造を形成すると共に
該半導体積層構造と接する上部半導体層を形成して、第
１の導波型半導体素子を形成してなると共に、前記上部
半導体層の一部に絶縁膜を形成し、前記上部半導体層の
前記絶縁膜で覆われていない部分をエッチングし、更に
前記上部半導体層に対して前記半導体積層構造のみを選
択にエッチングするエッチング液を用いて、前記上部半
導体層が一部エッチングされた前記第１の導波型半導体
素子をエッチングして前記絶縁膜と上部半導体層とから
なる庇形状を形成してなり、且つ、 前記第２のエッチ
ング工程によりエッチングされた第１の導波型半導体素
子が形成されている半導体基板上面側及び前記庇形状の
上部半導体層の裏面側に第２の導波型半導体素子の結晶
を成長して第２の導波型半導体素子を形成し、半導体素
子相互を接続してなることを特徴とする。

【０００８】また、一方の本発明の半導体光素子接合部
の製造方法は、２つの導波型半導体光素子を光学的に接
続する突き合わせ結合部の製造方法において、半導体基
板上に半導体積層構造を形成すると共に該半導体積層構
造と接する上部半導体層を形成して第１の導波型半導体
素子を形成する工程と、前記上部半導体層の一部に絶縁
膜を形成する工程と、前記上部半導体層の前記絶縁膜で
覆われていない部分をエッチングする第１のエッチング
工程と、前記上部半導体層に対して前記半導体積層構造
のみを選択にエッチングするエッチング液を用いて、前
記上部半導体層が一部エッチングされた前記第１の導波
型半導体素子をエッチングする第２のエッチング工程
と、前記第２のエッチング工程によりエッチングされた
第１の導波型半導体素子が形成されている基板上面側及
び前記上部半導体層の裏面側に第２の導波型半導体素子
を成長する工程と、が順次遂行されることを特徴とす
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施する実施の形
態例を図面を参照して説明する。

【００１０】本発明の実施の形態例に係る半導体光素子
接合構造は、図１（ｆ）に示すように、２つの導波型半
導体光素子を光学的に接続する突き合わせ結合部の接合
構造において、半導体基板１００上に半導体積層構造１
０１を形成すると共に該半導体積層構造１０１と接する
上部半導体層１０２を形成して、第１の導波型半導体素
子１０３を形成してなると共に、前記上部半導体層１０
２の一部に絶縁膜１０４を形成し、前記上部半導体層１
０２の前記絶縁膜１０４で覆われていない部分をエッチ
ングし、更に前記上部半導体層１０２に対して前記半導
体積層構造１０１のみを選択にエッチングするエッチン
グ液を用いて、前記上部半導体層１０２が一部エッチン
グされた前記第１の導波型半導体素子１０３をエッチン
グして前記絶縁膜１０４と上部半導体層１０２とからな
る庇形状Ｈを形成してなり、且つ、前記第２のエッチン
グ工程によりエッチングされた第１の導波型半導体素子
１０３が形成されている半導体基板１００上面側及び前
記庇形状Ｈの上部半導体層１０２の裏面側に第２の導波
型半導体素子の結晶１１０ａ，１１０ｂを成長して第２
の導波型半導体素子１１０を形成し、半導体素子相互を
接続してなるものである。

【００１１】ここで、導波型半導体素子とは、光導波路
自体も含めた主要部分が導波路構造をとる光素子のこと
である。

【００１２】本発明に係る半導体光素子接合部の製造方
法の製造は以下の手順で行う。図１に示すように、２つ
の導波型半導体光素子を光学的に接続する突き合わせ結
合部の製造方法において、下記第１工程から第５工程ま
でにより接合構造を製造する。

【００１３】（第１工程）半導体基板１００上に半導体
積層構造１０１を形成すると共に該半導体積層構造１０
１と接する上部半導体層１０２を形成して第１の導波型
半導体素子１０３を形成する（図１（ａ）参照）。

【００１４】（第２工程）前記上部半導体層１０２の一
部に絶縁膜１０４を形成する（図１（ｂ）参照）。

【００１５】（第３工程：第１エッチング工程）前記上
部半導体層１０２の前記絶縁膜１０４で覆われていない
上部半導体層１０２の部分のみを第１のエッチング液を
用いてエッチングする（図１（ｃ）参照）。

【００１６】（第４工程：第２エッチング工程）前記上
部半導体層１０２に対して前記半導体積層構造１０１の
みを選択にエッチングする第２のエッチング液を用い
て、前記上部半導体層１０２が一部エッチングされた前
記第１の導波型半導体素子をエッチングして庇形状Ｈと
する（図１（ｄ）参照）。

【００１７】（第５工程）前記第２のエッチング工程に
よりエッチングされた第１の導波型半導体素子１０３が
形成されている基板１００の上面側及び前記庇形状Ｈの
上部半導体層１０２の裏面側に、第２の導波型半導体素
子の結晶１１０ａ，１１０ｂを成長させて（図１（ｅ）
参照）、層厚が均一化した第２の導波型半導体素子の結
晶１１０を形成する（図１（ｆ）参照）。

【００１８】上述した本発明の工程をとると、第１の導
波型半導体光素子１０３の上部に上部半導体層１０２を
設けているので、第２のエッチングにより、図１（ｄ）
に示すように、絶縁膜１０４と上部半導体層１０２とが
庇形状Ｈを構成し、第２の導波型光素子を成長させる工
程で、半導体基板１００側からの結晶１１０ａの成長の
みならず、該庇形状Ｈを構成する前記上部半導体層１０
２の裏面部分からも第二の導波型半導体素子１１０を形
成する結晶１１０ｂが成長進行するので、同図（ｅ）の
ように、第一の導波型半導体光素と第二の導波型半導体
光素が滑らかに接続する。したがって、この接合部では
高い光結合率が実現される。

【００１９】さらに、第一の導波型半導体光素子１０３
において、上部半導体層１０２は、絶縁膜１０４との熱
膨張係数の差によって、半導体積層構造１０１に発生す
る結晶学的劣化をも緩和するという作用も有する。

【００２０】尚、前記上部半導体層１０２の組成は、基
板と同様な結晶成長するものであればよく、半導体基板
１００と必ずしも同様なものである必要はなく、前記庇
形状を形成した上部半導体層１０２の裏面側から第２の
導波型半導体光素の結晶成長が開始されるものであれば
いずれのものでもよい。また、前記上部半導体１０２と
絶縁膜１０４との間に他の半導体層を形成するようにし
てもよい。

【００２１】＜実施例＞次に、本発明の効果を奏する好
適な一実施例を図面を参照して説明する。

【００２２】図２は本発明の一実施例を説明する図であ
る。同図に示すように、半導体多重量子井戸構造９を活
性層として有する半導体レーザ１０と多重量子井戸構造
１１をもつ光変調器１２を突き合わせ結合部１３を介し
て集積化した素子の断面構造を示す図である。

【００２３】本半導体レーザ１０と光変調器１２を突き
合わせ結合する工程は、まず図３（ａ）に示すように、
半導体レーザ９の半導体基板２０の表面に形成された半
導体多重量子井戸構造１４からなる活性層の上に、多重
量子井戸構造１４よりも屈折率の小さいＩｎＧａＡｓＰ
からなる光閉じ込め層１５を形成して半導体積層構造を
形成する。次いで、前記光閉じ込め層１５の上に上部半
導体層であるＩｎＰ層１６を結晶成長し、さらにＳｉＯ
₂ などの絶縁膜である絶縁体層１７をパターニングして
形成する。

【００２４】次に、パターニング化した絶縁体層１７以
外の領域のＩｎＰ層１６を、ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め
層１５との間に選択性をもつ湿式（ウェット）エッチン
グ液（例えば、硫酸と過酸化水素水と水の混合液）を用
いて、第１のエッチングにより前記絶縁体層１７以外の
領域のＩｎＰ層１６を除去する。引き続きＩｎＧａＡｓ
Ｐ光閉じ込め層１５と多重量子井戸層１４を、ＩｎＰ層
１６との間に選択性をもつ湿式（ウェット）エッチング
液（例えば、塩酸とリン酸混合液）を用いて、第２のエ
ッチングにより除去すると、図３（ｂ）に示すように絶
縁体層１７直下のＩｎＰ層１６と、ＩｎＧａＡｓＰ層１
５と多重量子井戸層１４との間に半導体層界面に平行な
方向に入り込んだ形状、すなわち庇形状Ｈが生じる。

【００２５】次に、このパターニング化した絶縁体層１
７以外の領域に変調器用の多重量子井戸構造の結晶２１
ａ，２１ｂを成長して、図２に示すような、半導体レー
ザ１０の活性層９と変調器１２の多重量子井戸層１１と
の間に突き合わせ結合部１３を形成する。

【００２６】すなわち、本実施例においては、パターニ
ング化された絶縁体層１７とレーザ部分のＩｎＧａＡｓ
Ｐ層１５と多重量子井戸層１４との間に挿入された上部
半導体層であるＩｎＰ層１６が庇形状Ｈの絶縁体層１７
の直下に存在するために、パターニング化した絶縁体層
１７以外の領域に変調器用の多重量子井戸構造を結晶成
長する初期過程から、庇形状Ｈの絶縁体層１７直下のＩ
ｎＰ層１６の裏面側から半導体基板２０方向に向かって
の変調器用の多重量子井戸構造の結晶２１ｂが成長す
る。

【００２７】また、庇形状Ｈ内部では半導体基板２０側
からの変調器用の多重量子井戸構造の結晶２１ａの成長
も発生する。この結果、庇形状Ｈ内部での変調器用の多
重量子井戸構造の結晶成長は、図３（ｃ）に示すよう
に、半導体基板２０方向から絶縁体層１７方向へ成長す
る結晶部分２１ａと、絶縁体層１７直下のＩｎＰ層１６
下端から半導体基板２０方向へ成長する結晶部分２１ｂ
とが同時に発生する。

【００２８】この成長機構によって、湿式（ウェット）
エッチングによる図３（ｂ）に示した絶縁体層１７直下
のＩｎＰ層１６と、ＩｎＧａＡｓＰ層１５と多重量子井
戸層１４との間に半導体層界面に平行な方向に入り込ん
だ形状、すなわち庇形状Ｈ内部の変調器用の多重量子井
戸構造の結晶成長は、絶縁体層１７直下のＩｎＰ層１６
がない従来技術の場合に比べて著しく促進され、最終的
には図３（ｄ）に示すように、庇形状１８内部が変調器
用の多重量子井戸構造を形成する結晶２１ａ，２１ｂに
よって埋め尽くされて、突き合わせ結合部分で変調器用
の多重量子井戸構造２１の層厚が減少することがない。

【００２９】したがって、突き合わせ結合を有する半導
体レーザと光変調器の集積化素子において、半導体レー
ザから光変調器へ伝搬する光が突き合わせ結合部分で散
乱されることがなく、高い効率で結合されることが可能
となる。

【００３０】なお、本実施例で記述した高い結合効率を
もつ突き合わせ結合部分の構造と作成方法は、突き合わ
せ結合される半導体層構造が多重量子井戸構造に限定す
るものではなく、多重量子井戸構造の代わりに均一な半
導体層であってもまったく同じ効果が期待できる。

【００３１】また、突き合わせ結合される２種類以上の
光素子が半導体レーザと光変調器に何等限定されるもの
でもない。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、突
き合わせ結合部分に生じた第二の半導体層の局所的な層
厚変動が生じることがなく、従来のような第一の半導体
層と第二の半導体層との間を伝搬する光は大きな散乱を
受けることもなく、その結果、伝搬する光強度は大きな
損失がなく、高い光結合率を有する突き合わせ結合部を
作製することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施の形態例の構造断面図。

【図２】本発明による一実施例の概念図。

【図３】本発明による一実施例の構造断面図。

【図４】従来技術の突き合わせ結合をもつ集積化光素子
の断面図。

【図５】従来技術の突き合わせ結合をもつ集積光素子の
突き合わせ結合部分の拡大図。

【符号の説明】

１ 第一の半導体層 ２ 絶縁体層 ３ 第二の半導体層 ５ 第一の半導体層 ６ 絶縁体層 ７ 庇形状 ８ 第二の半導体層 ９ 半導体レーザの多重量子井戸構造からなる活性層 １０ 半導体レーザ １１ 光変調器の多重量子井戸構造 １２ 光変調器 １３ 突き合わせ結合 １４ 半導体レーザの多重量子井戸構造からなる活性層 １５ ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層 １６ ＩｎＰ層 １７ 絶縁体層 ２０ 半導体基板 ２１ａ 変調器用多重量子井戸構造の半導体基板側から
の成長部分 ２１ｂ 変調器用多重量子井戸構造の絶縁体層側からの
成長部分 ２１ 本発明での突き合わせ結合された変調器用多重量
子井戸構造 １００ 半導体基板 １０１ 半導体積層構造 １０２ 上部半導体層 １０３ 第１の導波型半導体素子 １０４ 絶縁膜 １１０ａ，１１０ｂ 第２の導波型半導体素子の結晶 １１０ 第２の導波型半導体素子１１０ Ｈ 庇形状

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２つの導波型半導体光素子を光学的に接
   続する突き合わせ結合部の接合構造において、 半導体基板上に半導体積層構造を形成すると共に該半導
   体積層構造と接する上部半導体層を形成して、第１の導
   波型半導体素子を形成してなると共に、 前記上部半導体層の一部に絶縁膜を形成し、前記上部半
   導体層の前記絶縁膜で覆われていない部分をエッチング
   し、更に前記上部半導体層に対して前記半導体積層構造
   のみを選択にエッチングするエッチング液を用いて、前
   記上部半導体層が一部エッチングされた前記第１の導波
   型半導体素子をエッチングして前記絶縁膜と上部半導体
   層とからなる庇形状を形成してなり、且つ、 前記第２
   のエッチング工程によりエッチングされた第１の導波型
   半導体素子が形成されている半導体基板上面側及び前記
   庇形状の上部半導体層の裏面側に第２の導波型半導体素
   子の結晶を成長して第２の導波型半導体素子を形成し、
   半導体素子相互を接続してなることを特徴とする半導体
   光素子接合構造。
2. 【請求項２】 ２つの導波型半導体光素子を光学的に接
   続する突き合わせ結合部の製造方法において、 半導体基板上に半導体積層構造を形成すると共に該半導
   体積層構造と接する上部半導体層を形成して第１の導波
   型半導体素子を形成する工程と、 前記上部半導体層の一部に絶縁膜を形成する工程と、 前記上部半導体層の前記絶縁膜で覆われていない部分を
   エッチングする第１のエッチング工程と、 前記上部半導体層に対して前記半導体積層構造のみを選
   択にエッチングするエッチング液を用いて、前記上部半
   導体層が一部エッチングされた前記第１の導波型半導体
   素子をエッチングする第２のエッチング工程と、 前記第２のエッチング工程によりエッチングされた第１
   の導波型半導体素子が形成されている基板上面側及び前
   記上部半導体層の裏面側に第２の導波型半導体素子を成
   長する工程と、が順次遂行されることを特徴とする半導
   体光素子接合部の製造方法。