JPH09260782A - 選択成長導波型光制御素子およびその製造方法 - Google Patents
選択成長導波型光制御素子およびその製造方法Info
- Publication number
- JPH09260782A JPH09260782A JP6224596A JP6224596A JPH09260782A JP H09260782 A JPH09260782 A JP H09260782A JP 6224596 A JP6224596 A JP 6224596A JP 6224596 A JP6224596 A JP 6224596A JP H09260782 A JPH09260782 A JP H09260782A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- region
- layer
- optical waveguide
- selective growth
- clad layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 選択成長領域の幅が狭いため、表面拡散によ
る成長速度の増加の影響を受け、選択成長領域の結晶性
が劣化し、素子の特性劣化につながっていた。 【解決手段】 選択成長を用いたＤＦＢレーザに光変調
器を集積した導波型光制御素子において、ｎ型Ｉｎ基板
１上のＤＦＢレーザ領域１１には選択成長によって部分
的に、光変調器領域１２には全面成長によって全面的に
光導波領域３を形成するとともに、この光導波領域３上
の幅方向の中央部に長手方向に沿ってストライプ状にメ
サ形状のクラッド層４を形成し、かつその両側にクラッ
ド層４と同じ屈折率の媒質のクラッド層５を形成するこ
とによってリッジ構造とする。
る成長速度の増加の影響を受け、選択成長領域の結晶性
が劣化し、素子の特性劣化につながっていた。 【解決手段】 選択成長を用いたＤＦＢレーザに光変調
器を集積した導波型光制御素子において、ｎ型Ｉｎ基板
１上のＤＦＢレーザ領域１１には選択成長によって部分
的に、光変調器領域１２には全面成長によって全面的に
光導波領域３を形成するとともに、この光導波領域３上
の幅方向の中央部に長手方向に沿ってストライプ状にメ
サ形状のクラッド層４を形成し、かつその両側にクラッ
ド層４と同じ屈折率の媒質のクラッド層５を形成するこ
とによってリッジ構造とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信システムや
光情報処理システムに用いる導波型光制御素子に関し、
特に選択成長を用いた光変調器などの光制御素子に関す
る。
光情報処理システムに用いる導波型光制御素子に関し、
特に選択成長を用いた光変調器などの光制御素子に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の光制御素子として、例え
ば特開平７−２０２３１６号公報に開示の選択成長導波
型光制御素子が知られている。この選択成長導波型光制
御素子では、導波型光制御素子の構造として埋め込み構
造を採用する一方、導電型基板と逆導電型埋め込み層と
の間に導電型低キャリア濃度の半導体バッファ層を挿入
するか、もしくは低キャリア濃度の導電型基板を用いた
構造となっている。かかる構造を採ることにより、導波
型光制御素子構造が埋め込み構造である故に、基板と埋
め込み層との界面にホモ接合が形成され、このホモ接合
によって生じる静電容量の低減を図っている。
ば特開平７−２０２３１６号公報に開示の選択成長導波
型光制御素子が知られている。この選択成長導波型光制
御素子では、導波型光制御素子の構造として埋め込み構
造を採用する一方、導電型基板と逆導電型埋め込み層と
の間に導電型低キャリア濃度の半導体バッファ層を挿入
するか、もしくは低キャリア濃度の導電型基板を用いた
構造となっている。かかる構造を採ることにより、導波
型光制御素子構造が埋め込み構造である故に、基板と埋
め込み層との界面にホモ接合が形成され、このホモ接合
によって生じる静電容量の低減を図っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
造の選択成長導波型光制御素子では、２μｍ〜７μｍ幅
の選択成長マスクを用いて吸収層や活性層となる光導波
領域を成長しているが、選択成長領域の幅が狭いと表面
拡散による成長速度の増加の影響を受けるため、成長速
度が選択成長領域内でバラツキ、選択成長層の結晶性が
劣化し、素子の特性劣化につながるという問題点があっ
た。
造の選択成長導波型光制御素子では、２μｍ〜７μｍ幅
の選択成長マスクを用いて吸収層や活性層となる光導波
領域を成長しているが、選択成長領域の幅が狭いと表面
拡散による成長速度の増加の影響を受けるため、成長速
度が選択成長領域内でバラツキ、選択成長層の結晶性が
劣化し、素子の特性劣化につながるという問題点があっ
た。
【０００４】また、上記構造の選択成長導波型光制御素
子においては、導電型基板と逆導電型埋め込み層との間
に導電型低キャリア濃度の半導体バッファ層を挿入した
り、低キャリア濃度の導電型基板を用いていることで、
ホモ接合における静電容量をある程度は低減できるもの
の、基板と埋め込み層との界面のホモ接合が無くなる訳
ではないため、ホモ接合における静電容量も依然として
存在することになる。したがって、素子動作の高速化を
図るにも限界があった。
子においては、導電型基板と逆導電型埋め込み層との間
に導電型低キャリア濃度の半導体バッファ層を挿入した
り、低キャリア濃度の導電型基板を用いていることで、
ホモ接合における静電容量をある程度は低減できるもの
の、基板と埋め込み層との界面のホモ接合が無くなる訳
ではないため、ホモ接合における静電容量も依然として
存在することになる。したがって、素子動作の高速化を
図るにも限界があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明による選択成長導波型光制御素子では、半導
体基板上の第１の領域に選択成長によって部分的に形成
されかつ第２の領域に全面成長によって全面的に形成さ
れた光導波領域と、この光導波領域上の幅方向の中央部
に長手方向に沿ってストライプ状に形成されたメサ形状
の第１のクラッド層と、光導波領域上の第１のクラッド
層の両側にこの第１のクラッド層と屈折率が同じ媒質に
よって形成されて平坦部をなす第２のクラッド層と、光
導波領域に対して部分的に電界を印加する手段とを備え
た構成となっている。
に、本発明による選択成長導波型光制御素子では、半導
体基板上の第１の領域に選択成長によって部分的に形成
されかつ第２の領域に全面成長によって全面的に形成さ
れた光導波領域と、この光導波領域上の幅方向の中央部
に長手方向に沿ってストライプ状に形成されたメサ形状
の第１のクラッド層と、光導波領域上の第１のクラッド
層の両側にこの第１のクラッド層と屈折率が同じ媒質に
よって形成されて平坦部をなす第２のクラッド層と、光
導波領域に対して部分的に電界を印加する手段とを備え
た構成となっている。
【０００６】上記構成の選択成長導波型光制御素子にお
いて、第１の領域に選択成長によって部分的に形成され
た光導波領域は活性層として作用し、第２の領域に全面
的に形成された光導波領域は吸収層として作用する。メ
サ形状の第１のクラッド層およびその両側の第２のクラ
ッド層は、リッジ（ｒｉｄｇｅ）構造をなす。このリッ
ジ構造を採ることで、埋め込み構造の場合に基板と埋め
込み層との界面に形成されるホモ接合がなくなり、よっ
てホモ接合における静電容量もなくなる。しかも、メサ
形状の第１のクラッド層を光導波領域上の幅方向の中央
部に形成したことで、表面拡散による成長速度の増加の
影響を受けない選択成長領域（光導波領域）の中央部だ
けを活性層や吸収層として利用することができる。
いて、第１の領域に選択成長によって部分的に形成され
た光導波領域は活性層として作用し、第２の領域に全面
的に形成された光導波領域は吸収層として作用する。メ
サ形状の第１のクラッド層およびその両側の第２のクラ
ッド層は、リッジ（ｒｉｄｇｅ）構造をなす。このリッ
ジ構造を採ることで、埋め込み構造の場合に基板と埋め
込み層との界面に形成されるホモ接合がなくなり、よっ
てホモ接合における静電容量もなくなる。しかも、メサ
形状の第１のクラッド層を光導波領域上の幅方向の中央
部に形成したことで、表面拡散による成長速度の増加の
影響を受けない選択成長領域（光導波領域）の中央部だ
けを活性層や吸収層として利用することができる。
【０００７】本発明による選択成長導波型光制御素子の
製造方法では、半導体基板上の第１の領域に所定の間隔
をもってストライプ形状の一対の誘電体マスクを形成
し、この一対の誘電体マスクを用いて第１の領域には選
択的に、それ以外の第２の領域には全面的に光導波領域
を成長させ、次いで前記一対の誘電体マスクを除去した
後、全体に屈折率が同じ媒質の第１のクラッド層および
第２のクラッド層を順に形成し、さらにその上にストラ
イプ状のエッチングマスクを形成し、続いてこのエッチ
ングマスクを用いて第２のクラッド層をメサ形状にエッ
チングし、しかる後絶縁膜を介して第１の電極を蒸着し
かつ第２のクラッド層とコンタクトをとるとともに、半
導体基板の下面側に第２の電極を形成する。
製造方法では、半導体基板上の第１の領域に所定の間隔
をもってストライプ形状の一対の誘電体マスクを形成
し、この一対の誘電体マスクを用いて第１の領域には選
択的に、それ以外の第２の領域には全面的に光導波領域
を成長させ、次いで前記一対の誘電体マスクを除去した
後、全体に屈折率が同じ媒質の第１のクラッド層および
第２のクラッド層を順に形成し、さらにその上にストラ
イプ状のエッチングマスクを形成し、続いてこのエッチ
ングマスクを用いて第２のクラッド層をメサ形状にエッ
チングし、しかる後絶縁膜を介して第１の電極を蒸着し
かつ第２のクラッド層とコンタクトをとるとともに、半
導体基板の下面側に第２の電極を形成する。
【０００８】上記の製造方法において、一対の誘電体マ
スクを用いて第１の領域には選択的に、第２の領域には
全面的に光導波領域を成長させることで、第１の領域と
第２の領域とにおける光導波領域のバンドギャップエネ
ルギーが異なり、同一の半導体基板内において、バンド
ギャップエネルギーが異なる部分を１回の結晶成長によ
って形成できる。また、第１のクラッド層および第２の
クラッド層を順に形成した後、第２のクラッド層をメサ
形状にエッチングすることで、同じ屈折率の媒質からな
る第１，第２のクラッド層によってリッジ構造が形成さ
れる。
スクを用いて第１の領域には選択的に、第２の領域には
全面的に光導波領域を成長させることで、第１の領域と
第２の領域とにおける光導波領域のバンドギャップエネ
ルギーが異なり、同一の半導体基板内において、バンド
ギャップエネルギーが異なる部分を１回の結晶成長によ
って形成できる。また、第１のクラッド層および第２の
クラッド層を順に形成した後、第２のクラッド層をメサ
形状にエッチングすることで、同じ屈折率の媒質からな
る第１，第２のクラッド層によってリッジ構造が形成さ
れる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、本発明によ
る選択成長導波型光制御素子の一実施形態を示す斜視図
であり、本選択成長導波型光制御素子の一例として、Ｉ
ｎＰ系電界吸収型光変調器集積ＤＦＢ(distributed fee
dback;分布帰還型）レーザの構成を示す。
図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、本発明によ
る選択成長導波型光制御素子の一実施形態を示す斜視図
であり、本選択成長導波型光制御素子の一例として、Ｉ
ｎＰ系電界吸収型光変調器集積ＤＦＢ(distributed fee
dback;分布帰還型）レーザの構成を示す。
【００１０】図１において、ｎ型ＩｎＰ基板１の上に
は、周期が約２４０ｎｍの回折格子が部分的に形成され
ている。このｎ型ＩｎＰ基板１において、回折格子が形
成されている第１の領域がＤＦＢレーザ領域となり、回
折格子が形成されていない第２の領域が光変調器領域１
２となる。ｎ型ＩｎＰ基板１の上には、組成波長１．２
μｍのＩｎＧａＡｓＰ光導波層２が形成されている。
は、周期が約２４０ｎｍの回折格子が部分的に形成され
ている。このｎ型ＩｎＰ基板１において、回折格子が形
成されている第１の領域がＤＦＢレーザ領域となり、回
折格子が形成されていない第２の領域が光変調器領域１
２となる。ｎ型ＩｎＰ基板１の上には、組成波長１．２
μｍのＩｎＧａＡｓＰ光導波層２が形成されている。
【００１１】光導波層２の上には、ダブルヘテロ構造の
光導波領域３が形成されている。この光導波領域３は、
ｎ‐ＩｎＰスペーサ層、組成波長１．２μｍのＩｎＧａ
ＡｓＰバリア層とＩｎＧａＡｓ井戸層からなる５周期の
アンドープ量子井戸層、ｐ型ＩｎＰクラッド層からな
り、ＤＦＢレーザ領域１１側では基板１の幅方向の中央
部に形成されて活性層として作用し、光変調器領域１２
側では全面に亘って形成されて吸収層として作用する。
光導波領域３が形成されている。この光導波領域３は、
ｎ‐ＩｎＰスペーサ層、組成波長１．２μｍのＩｎＧａ
ＡｓＰバリア層とＩｎＧａＡｓ井戸層からなる５周期の
アンドープ量子井戸層、ｐ型ＩｎＰクラッド層からな
り、ＤＦＢレーザ領域１１側では基板１の幅方向の中央
部に形成されて活性層として作用し、光変調器領域１２
側では全面に亘って形成されて吸収層として作用する。
【００１２】光導波領域３上には、その幅方向の中央部
に長手方向に沿って断面台形（メサ形状）のｐ型ＩｎＰ
クラッド層４がストライプ状に形成され、さらにその両
側にクラッド層４と同じ屈折率の媒質のｐ型ＩｎＰクラ
ッド層５が平坦部として形成されている。この同じ屈折
率の媒質のｐ型ＩｎＰクラッド層４，５により、リッジ
構造が構成されている。
に長手方向に沿って断面台形（メサ形状）のｐ型ＩｎＰ
クラッド層４がストライプ状に形成され、さらにその両
側にクラッド層４と同じ屈折率の媒質のｐ型ＩｎＰクラ
ッド層５が平坦部として形成されている。この同じ屈折
率の媒質のｐ型ＩｎＰクラッド層４，５により、リッジ
構造が構成されている。
【００１３】ｐ型ＩｎＰクラッド層４，５の上には、Ｓ
ｉＯ2 絶縁膜６が全面に亘って成膜されている。ＳｉＯ
2 絶縁膜６のクラッド層５上には、ｐ側電極コンタクト
用の窓６ａが形成されている。そして、ＳｉＯ2 絶縁膜
６上には、ＤＦＢ領域１１側では全面に亘ってＣｒ／Ａ
ｕよりなるｐ側電極７が蒸着され、窓６ａを介してクラ
ッド層４とコンタクトがとられている。
ｉＯ2 絶縁膜６が全面に亘って成膜されている。ＳｉＯ
2 絶縁膜６のクラッド層５上には、ｐ側電極コンタクト
用の窓６ａが形成されている。そして、ＳｉＯ2 絶縁膜
６上には、ＤＦＢ領域１１側では全面に亘ってＣｒ／Ａ
ｕよりなるｐ側電極７が蒸着され、窓６ａを介してクラ
ッド層４とコンタクトがとられている。
【００１４】一方、光変調器領域１２側においては、ク
ラッド層４上にのみｐ側電極８が形成され、平坦部上に
形成された電極パッド９と接続されている。また、基板
１の下面側には、Ｃｒ／Ａｕよりなるｎ側電極１０が底
面全面に亘って形成されている。このｐ側電極７，８と
ｎ側電極１０とは、光導波領域３に対して部分的（活性
層、吸収層）に電界を印加する手段を構成している。
ラッド層４上にのみｐ側電極８が形成され、平坦部上に
形成された電極パッド９と接続されている。また、基板
１の下面側には、Ｃｒ／Ａｕよりなるｎ側電極１０が底
面全面に亘って形成されている。このｐ側電極７，８と
ｎ側電極１０とは、光導波領域３に対して部分的（活性
層、吸収層）に電界を印加する手段を構成している。
【００１５】続いて、上記構成の本実施形態に係るＩｎ
Ｐ系電界吸収型光変調器集積ＤＦＢレーザの動作につい
て説明する。
Ｐ系電界吸収型光変調器集積ＤＦＢレーザの動作につい
て説明する。
【００１６】先ず、ＤＦＢレーザ領域１１では、ｐ側電
極７とｎ側電極１０との間に順方向電圧を印加すると、
ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓ光導波領域（活性層）３
に正孔および電子が注入されて発光し、基板１上に形成
されていた回折格子によって波長が選択されてＤＦＢレ
ーザ発振する。
極７とｎ側電極１０との間に順方向電圧を印加すると、
ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓ光導波領域（活性層）３
に正孔および電子が注入されて発光し、基板１上に形成
されていた回折格子によって波長が選択されてＤＦＢレ
ーザ発振する。
【００１７】一方、光変調器領域１２では、ｐ側電極８
とｎ側電極１０との間に逆バイアス電圧を印加すると、
印加電圧に応じてＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓ光導波
領域（吸収層）３の吸収係数が増加する。この吸収係数
の増加現象は、量子閉じ込めシュタルク効果(Stark eff
ect)と呼ばれるものによる。ここに、シュタルク効果と
は、固体中でその近くに存在する原子やイオンによる内
部的な電場や、外部から加えられた電場などによって起
きるスペクトル線やエネルギー準位の分離やシフトを言
う。
とｎ側電極１０との間に逆バイアス電圧を印加すると、
印加電圧に応じてＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓ光導波
領域（吸収層）３の吸収係数が増加する。この吸収係数
の増加現象は、量子閉じ込めシュタルク効果(Stark eff
ect)と呼ばれるものによる。ここに、シュタルク効果と
は、固体中でその近くに存在する原子やイオンによる内
部的な電場や、外部から加えられた電場などによって起
きるスペクトル線やエネルギー準位の分離やシフトを言
う。
【００１８】また、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓ光導
波領域（吸収層）３にバルク層を用いた場合にも、フラ
ンツ・ケルディッシュ(Franz-Keldysh) 効果によって同
様の吸収係数の増加が見られる。ここに、フランツ・ケ
ルディッシュ効果とは、強い電場の印加により、半導体
や絶縁体の光吸収端の波長が長波長側にシフトするよう
に見える効果を言う。
波領域（吸収層）３にバルク層を用いた場合にも、フラ
ンツ・ケルディッシュ(Franz-Keldysh) 効果によって同
様の吸収係数の増加が見られる。ここに、フランツ・ケ
ルディッシュ効果とは、強い電場の印加により、半導体
や絶縁体の光吸収端の波長が長波長側にシフトするよう
に見える効果を言う。
【００１９】上述したように、ＤＦＢレーザに光変調器
を集積した導波型光制御素子において、その素子構造と
してリッジ構造を採ったことにより、埋め込み構造の場
合に基板と埋め込み層との界面に形成されるホモ接合が
なくなるため、ホモ接合における静電容量もなくなる。
その結果、変調器周波数帯域を拡大し、素子動作のより
高速化が図れるので、高速光通信システムに適用できる
導波型光制御素子を提供できる。
を集積した導波型光制御素子において、その素子構造と
してリッジ構造を採ったことにより、埋め込み構造の場
合に基板と埋め込み層との界面に形成されるホモ接合が
なくなるため、ホモ接合における静電容量もなくなる。
その結果、変調器周波数帯域を拡大し、素子動作のより
高速化が図れるので、高速光通信システムに適用できる
導波型光制御素子を提供できる。
【００２０】ところで、リッジ構造の場合には、水平方
向と垂直方向とで入出射光のスポットサイズが大きく異
なる。この水平・垂直方向のスポットサイズの非対称性
は、ＤＦＢレーザ領域１１の活性層と光変調器領域１２
の吸収層との結合部での結合損失を大きくする問題があ
る。しかしながら、本発明に係る導波型光制御素子で
は、ＤＦＢレーザ領域１１の活性層と光変調器領域１２
の吸収層とが光導波領域３によって同一の導波路を形成
しているので、素子構造としてリッジ構造を採っても、
結合損失的には水平・垂直方向のスポットサイズの非対
称性は何ら問題とはならない。
向と垂直方向とで入出射光のスポットサイズが大きく異
なる。この水平・垂直方向のスポットサイズの非対称性
は、ＤＦＢレーザ領域１１の活性層と光変調器領域１２
の吸収層との結合部での結合損失を大きくする問題があ
る。しかしながら、本発明に係る導波型光制御素子で
は、ＤＦＢレーザ領域１１の活性層と光変調器領域１２
の吸収層とが光導波領域３によって同一の導波路を形成
しているので、素子構造としてリッジ構造を採っても、
結合損失的には水平・垂直方向のスポットサイズの非対
称性は何ら問題とはならない。
【００２１】次に、上記構成の本実施形態に係るＩｎＰ
系電界吸収型光変調器集積ＤＦＢレーザの製造方法につ
いて、図２の工程図に基づいて説明する。なお、図２
は、本光変調器集積ＤＦＢレーザのレーザ領域部分の断
面を示している。また、図２において、図１と同等部分
には同一符号を付して示してある。
系電界吸収型光変調器集積ＤＦＢレーザの製造方法につ
いて、図２の工程図に基づいて説明する。なお、図２
は、本光変調器集積ＤＦＢレーザのレーザ領域部分の断
面を示している。また、図２において、図１と同等部分
には同一符号を付して示してある。
【００２２】工程（ａ）では、ｎ型ＩｎＰ基板１の上
に、周期が約２４０ｎｍの回折格子を部分的に形成し、
回折格子を形成した部分をＤＦＢレーザ領域１１、回折
格子を形成しなかった部分を光変調器領域１２とする。
この基板１の上に、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ
法）等を用いて、組成波長１．２μｍのＩｎＧａＡｓＰ
光導波層２を成長する。その上にさらに、選択成長用の
誘電体マスクとなる厚さ約１０００〜３０００オングス
トロームのＳｉＯ2 膜２１を形成する。
に、周期が約２４０ｎｍの回折格子を部分的に形成し、
回折格子を形成した部分をＤＦＢレーザ領域１１、回折
格子を形成しなかった部分を光変調器領域１２とする。
この基板１の上に、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ
法）等を用いて、組成波長１．２μｍのＩｎＧａＡｓＰ
光導波層２を成長する。その上にさらに、選択成長用の
誘電体マスクとなる厚さ約１０００〜３０００オングス
トロームのＳｉＯ2 膜２１を形成する。
【００２３】続いて、工程（ｂ）では、このＳｉＯ2 膜
２１を、通常のフォトリソグラフィー技術を用いてスト
ライプ形状の一対の選択成長用マスク２２，２３にパタ
ーニングする。このマスク２２，２３は、図３に示すよ
うに、ＤＦＢレーザ領域１１にのみ形成される。工程
（ｃ）では、ｎ‐ＩｎＰスペーサ層、組成波長１．２μ
ｍのＩｎＧａＡｓＰバリア層とＩｎＧａＡｓ井戸層から
なる５周期のアンドープ量子井戸層、ｐ型ＩｎＰクラッ
ド層からなるダブルヘテロ構造の光導波領域３をエピタ
キシャルに形成する。
２１を、通常のフォトリソグラフィー技術を用いてスト
ライプ形状の一対の選択成長用マスク２２，２３にパタ
ーニングする。このマスク２２，２３は、図３に示すよ
うに、ＤＦＢレーザ領域１１にのみ形成される。工程
（ｃ）では、ｎ‐ＩｎＰスペーサ層、組成波長１．２μ
ｍのＩｎＧａＡｓＰバリア層とＩｎＧａＡｓ井戸層から
なる５周期のアンドープ量子井戸層、ｐ型ＩｎＰクラッ
ド層からなるダブルヘテロ構造の光導波領域３をエピタ
キシャルに形成する。
【００２４】この過程では、図３から明らかなように、
光変調器領域１２には選択成長用マスク２２，２３が存
在しないために、光変調器領域１２の光導波領域（吸収
層）３は全面に亘って成長されるが、ＤＦＢレーザ領域
１１には選択成長用マスク２２，２３が形成されている
ことにより、ＤＦＢレーザ領域１１の光導波領域（活性
層）３はマスク２２，２３の間の領域に選択的に成長さ
れる。その結果、ＤＦＢレーザ領域１１と光変調器領域
１２とにおける光導波領域３のバンドギャップエネルギ
ーは異なり、同一の基板内において、バンドギャップエ
ネルギーが異なる部分を１回の結晶成長によって形成で
きる。
光変調器領域１２には選択成長用マスク２２，２３が存
在しないために、光変調器領域１２の光導波領域（吸収
層）３は全面に亘って成長されるが、ＤＦＢレーザ領域
１１には選択成長用マスク２２，２３が形成されている
ことにより、ＤＦＢレーザ領域１１の光導波領域（活性
層）３はマスク２２，２３の間の領域に選択的に成長さ
れる。その結果、ＤＦＢレーザ領域１１と光変調器領域
１２とにおける光導波領域３のバンドギャップエネルギ
ーは異なり、同一の基板内において、バンドギャップエ
ネルギーが異なる部分を１回の結晶成長によって形成で
きる。
【００２５】このように選択成長されるのは、成長時
に、選択成長用マスク２２，２３上の領域と成長される
領域との間に原料の濃度勾配が生じ、成長原料種の気相
拡散によって組成変化および成長速度の変化が生じ、量
子井戸層の組成および厚みが変化することによる。図４
に、ＩｎＰを選択成長させたときのＳｉＯ2 マスク端か
らの距離とＩｎＰ成長速度の関係を測定した結果の一例
を示す。
に、選択成長用マスク２２，２３上の領域と成長される
領域との間に原料の濃度勾配が生じ、成長原料種の気相
拡散によって組成変化および成長速度の変化が生じ、量
子井戸層の組成および厚みが変化することによる。図４
に、ＩｎＰを選択成長させたときのＳｉＯ2 マスク端か
らの距離とＩｎＰ成長速度の関係を測定した結果の一例
を示す。
【００２６】気相拡散によって生じるＩｎＰの成長速度
Ｒの変化は気相拡散長Ｌによって決まり、成長速度Ｒと
マスク端の距離ｘとの関係は、次の式で表される。
Ｒの変化は気相拡散長Ｌによって決まり、成長速度Ｒと
マスク端の距離ｘとの関係は、次の式で表される。
【数１】 ここに、Ａは比例係数である。
【００２７】図４には、一例として、気相拡散長Ｌを３
９μｍとして成長速度を計算した場合の計算値および実
際の測定値を示し、図中、計算値を実線で表し、測定値
を○印で表している。図４から明らかなように、マスク
端からの距離が５μｍ以上の領域では測定値と計算値が
良く一致するが、５μｍ以下の領域では計算値よりも成
長速度が大きくなっていることがわかる。これは、選択
成長用マスク２２，２３上の原料の表面拡散によりマス
ク端近傍における原料の供給が増加し、その影響で成長
速度が加速されたと考えられる。
９μｍとして成長速度を計算した場合の計算値および実
際の測定値を示し、図中、計算値を実線で表し、測定値
を○印で表している。図４から明らかなように、マスク
端からの距離が５μｍ以上の領域では測定値と計算値が
良く一致するが、５μｍ以下の領域では計算値よりも成
長速度が大きくなっていることがわかる。これは、選択
成長用マスク２２，２３上の原料の表面拡散によりマス
ク端近傍における原料の供給が増加し、その影響で成長
速度が加速されたと考えられる。
【００２８】表面拡散の影響のある領域では、成長速度
および組成がマスク端からの距離によって急激に変化し
バラツキが大きいことや組成のコントロールが困難であ
り、表面拡散の影響のない選択成長領域を得るために
は、選択成長領域の幅である選択成長用マスク２２，２
３の間隔は１０μｍ〜４０μｍ程度とする必要がある。
選択成長によって光導波領域３を成長するとき、ＤＦＢ
レーザ領域のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓ光導波領域
３の幅は、選択成長用マスク２２，２３の間隔によって
決まるため、１０μｍ〜４０μｍ程度の幅となる。
および組成がマスク端からの距離によって急激に変化し
バラツキが大きいことや組成のコントロールが困難であ
り、表面拡散の影響のない選択成長領域を得るために
は、選択成長領域の幅である選択成長用マスク２２，２
３の間隔は１０μｍ〜４０μｍ程度とする必要がある。
選択成長によって光導波領域３を成長するとき、ＤＦＢ
レーザ領域のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓ光導波領域
３の幅は、選択成長用マスク２２，２３の間隔によって
決まるため、１０μｍ〜４０μｍ程度の幅となる。
【００２９】工程（ｄ）では、選択成長用マスク２２，
２３を除去し、全体に屈折率が同じ媒質のｐ型ＩｎＰク
ラッド層２４およびｐ型ＩｎＰクラッド層２５、さらに
はバンドギャップ波長１．３μｍ、不純物濃度ｐ＝５×
１０18ｃｍ-3、厚さ約０．２μｍのｐ型ＩｎＧａＡｓＰ
コンタクト層２６を順に積層する。次に、工程（ｅ）で
は、選択成長領域の中央をカバーするように表面上に幅
が約３μｍのストライプ状のＳｉＯ2 エッチングマスク
２７を形成する。
２３を除去し、全体に屈折率が同じ媒質のｐ型ＩｎＰク
ラッド層２４およびｐ型ＩｎＰクラッド層２５、さらに
はバンドギャップ波長１．３μｍ、不純物濃度ｐ＝５×
１０18ｃｍ-3、厚さ約０．２μｍのｐ型ＩｎＧａＡｓＰ
コンタクト層２６を順に積層する。次に、工程（ｅ）で
は、選択成長領域の中央をカバーするように表面上に幅
が約３μｍのストライプ状のＳｉＯ2 エッチングマスク
２７を形成する。
【００３０】そして、工程（ｆ）では、ストライプ状の
ＳｉＯ2 エッチングマスク２７を用いてｐ型ＩｎＰクラ
ッド層２５をエッチングし、メサ形状のクラッド層４を
ストライプ状に形成する。その結果、メサ形状のクラッ
ド層４およびその両側の平坦部となるクラッド層５によ
り、リッジ構造が形成される。
ＳｉＯ2 エッチングマスク２７を用いてｐ型ＩｎＰクラ
ッド層２５をエッチングし、メサ形状のクラッド層４を
ストライプ状に形成する。その結果、メサ形状のクラッ
ド層４およびその両側の平坦部となるクラッド層５によ
り、リッジ構造が形成される。
【００３１】続いて、工程（ｇ）では、全面にＳｉＯ2
絶縁膜６を形成し、ＳｉＯ2 絶縁膜６にｐ型電極コンタ
クト用の窓を形成する。その後、Ｃｒ／Ａｕよりなるｐ
側電極７（８）を蒸着し、通常のフォトリソグラフィー
技術を用いて電極のパターニングを行う。次いで、基板
１の下側に、Ｃｒ／Ａｕよりなるｎ側電極１０を形成
し、変調器出射端面に膜厚が約２０００オングストロー
ムのＡｌ2 Ｏ3 膜（屈折率〜１．７５）等で形成される
ＡＲコートを施す。以上により、半導体光変調器集積Ｄ
ＦＢレーザが構成される。
絶縁膜６を形成し、ＳｉＯ2 絶縁膜６にｐ型電極コンタ
クト用の窓を形成する。その後、Ｃｒ／Ａｕよりなるｐ
側電極７（８）を蒸着し、通常のフォトリソグラフィー
技術を用いて電極のパターニングを行う。次いで、基板
１の下側に、Ｃｒ／Ａｕよりなるｎ側電極１０を形成
し、変調器出射端面に膜厚が約２０００オングストロー
ムのＡｌ2 Ｏ3 膜（屈折率〜１．７５）等で形成される
ＡＲコートを施す。以上により、半導体光変調器集積Ｄ
ＦＢレーザが構成される。
【００３２】上述したように、製造歩留りを向上させる
ことができる選択成長を用いたＤＦＢレーザに光変調器
を集積した導波型光制御素子を製造するに際し、屈折率
が同じ媒質のｐ型ＩｎＰクラッド層２４およびｐ型Ｉｎ
Ｐクラッド層２５を順に積層し、ストライプ状のＳｉＯ
2 エッチングマスク２７を用いてｐ型ＩｎＰクラッド層
２５をエッチングし、メサ形状のクラッド層４をストラ
イプ状に形成することにより、埋め込み構造の場合に基
板と埋め込み層との界面に形成されるホモ接合をなくし
たリッジ構造を簡単に形成できる。
ことができる選択成長を用いたＤＦＢレーザに光変調器
を集積した導波型光制御素子を製造するに際し、屈折率
が同じ媒質のｐ型ＩｎＰクラッド層２４およびｐ型Ｉｎ
Ｐクラッド層２５を順に積層し、ストライプ状のＳｉＯ
2 エッチングマスク２７を用いてｐ型ＩｎＰクラッド層
２５をエッチングし、メサ形状のクラッド層４をストラ
イプ状に形成することにより、埋め込み構造の場合に基
板と埋め込み層との界面に形成されるホモ接合をなくし
たリッジ構造を簡単に形成できる。
【００３３】また、１０μｍ〜４０μｍの間隔をもつ一
対の選択成長用マスクを用いて活性層や吸収層となる光
導波領域３を成長させ、光導波領域３の幅を比較的広く
設定するとともに、その中央部にクラッド層４を形成す
るようにしたことにより、表面拡散による成長速度の影
響を受けない選択成長領域、即ち光導波領域３の中央部
だけを導波型光制御素子の活性層や吸収層として利用す
ることができるので、光導波領域３の結晶性が良く、良
好な素子特性が得られる。
対の選択成長用マスクを用いて活性層や吸収層となる光
導波領域３を成長させ、光導波領域３の幅を比較的広く
設定するとともに、その中央部にクラッド層４を形成す
るようにしたことにより、表面拡散による成長速度の影
響を受けない選択成長領域、即ち光導波領域３の中央部
だけを導波型光制御素子の活性層や吸収層として利用す
ることができるので、光導波領域３の結晶性が良く、良
好な素子特性が得られる。
【００３４】なお、上記実施形態では、光導波領域３に
よってＤＦＢレーザ領域１１の活性層と光変調器領域１
２の吸収層とを形成するとしたが、ＤＦＢレーザ領域１
１の活性層と光変調器領域１２の吸収層との結合部に光
導波層が存在することから、光導波領域３はこの光導波
層をも含むものとする。
よってＤＦＢレーザ領域１１の活性層と光変調器領域１
２の吸収層とを形成するとしたが、ＤＦＢレーザ領域１
１の活性層と光変調器領域１２の吸収層との結合部に光
導波層が存在することから、光導波領域３はこの光導波
層をも含むものとする。
【００３５】また、上記実施形態では、光導波領域３の
第１の領域をレーザ領域１１とし、第２の領域を光変調
器領域１２とし、レーザ光源と光変調器とを集積した構
成の導波型光制御素子について説明したが、これに限定
されるものではなく、光導波領域３の第１の領域を増幅
領域とし、外部から導入した光を増幅する光増幅器と光
変調器とを集積した構成の導波型光制御素子とすること
も可能である。
第１の領域をレーザ領域１１とし、第２の領域を光変調
器領域１２とし、レーザ光源と光変調器とを集積した構
成の導波型光制御素子について説明したが、これに限定
されるものではなく、光導波領域３の第１の領域を増幅
領域とし、外部から導入した光を増幅する光増幅器と光
変調器とを集積した構成の導波型光制御素子とすること
も可能である。
【００３６】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、選択成長を用いたレーザ光源に光変調器を集積し
た導波型光制御素子において、その素子構造としてリッ
ジ構造を採ったことにより、埋め込み構造の場合に基板
と埋め込み層との界面に形成されるホモ接合がなくな
り、ホモ接合における静電容量もなくなるため、変調器
周波数帯域を拡大し、素子動作のより高速化を図ること
ができる。また、表面拡散による成長速度の影響を受け
ない選択成長領域の中央部だけを導波型光制御素子の活
性層や吸収層として利用することができるので、選択成
長領域の結晶性が良く、良好な素子特性を得ることがで
きる。
れば、選択成長を用いたレーザ光源に光変調器を集積し
た導波型光制御素子において、その素子構造としてリッ
ジ構造を採ったことにより、埋め込み構造の場合に基板
と埋め込み層との界面に形成されるホモ接合がなくな
り、ホモ接合における静電容量もなくなるため、変調器
周波数帯域を拡大し、素子動作のより高速化を図ること
ができる。また、表面拡散による成長速度の影響を受け
ない選択成長領域の中央部だけを導波型光制御素子の活
性層や吸収層として利用することができるので、選択成
長領域の結晶性が良く、良好な素子特性を得ることがで
きる。
【図１】本発明の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明の製造方法の手順を示す工程図である。
【図３】工程（ｂ）での平面図である。
【図４】マスク端からの距離とＩｎＰ成長速度の関係の
一例を示す特性図である。
一例を示す特性図である。
１ ｎ型ＩｎＰ基板 ３ 光導波領域（活性層、吸収層） ４，５ クラッド層 ７，８ ｐ側電極 １０ ｎ側電極
Claims (4)
- 【請求項１】 半導体基板上の第１の領域に選択成長に
よって部分的に形成されかつ第２の領域に全面成長によ
って全面的に形成された光導波領域と、 前記光導波領域上の幅方向の中央部に長手方向に沿って
ストライプ状に形成されたメサ形状の第１のクラッド層
と、 前記光導波領域上の前記第１のクラッド層の両側にこの
第１のクラッド層と屈折率が同じ媒質によって形成され
て平坦部をなす第２のクラッド層と、 前記光導波領域に対して部分的に電界を印加する手段と
を備えたことを特徴とする選択成長導波型光制御素子。 - 【請求項２】 前記光導波領域における選択成長領域の
幅が１０μｍ〜４０μｍであることを特徴とする請求項
１記載の選択成長導波型光制御素子。 - 【請求項３】 半導体基板上の第１の領域に所定の間隔
をもってストライプ形状の一対の誘電体マスクを形成
し、 この一対の誘電体マスクを用いて前記レーザ領域には選
択的に、それ以外の第２の領域には全面的に光導波領域
を成長させ、 次いで前記一対の誘電体マスクを除去した後、全体に屈
折率が同じ媒質の第１のクラッド層および第２のクラッ
ド層を順に積層し、さらにその上にストライプ状のエッ
チングマスクを形成し、 続いて前記エッチングマスクを用いて前記第２のクラッ
ド層をメサ形状にエッチングし、 しかる後絶縁膜を介して第１の電極を蒸着しかつ前記第
２のクラッド層とコンタクトをとるとともに、前記半導
体基板の下面側に第２の電極を形成することを特徴とす
る選択成長導波型光制御素子の製造方法。 - 【請求項４】 前記一対の誘電体マスクの間隔を１０μ
ｍ〜４０μｍに設定することを特徴とする請求項３記載
の選択成長導波型光制御素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06224596A JP3159914B2 (ja) | 1996-03-19 | 1996-03-19 | 選択成長導波型光制御素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06224596A JP3159914B2 (ja) | 1996-03-19 | 1996-03-19 | 選択成長導波型光制御素子およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09260782A true JPH09260782A (ja) | 1997-10-03 |
| JP3159914B2 JP3159914B2 (ja) | 2001-04-23 |
Family
ID=13194572
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06224596A Expired - Fee Related JP3159914B2 (ja) | 1996-03-19 | 1996-03-19 | 選択成長導波型光制御素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3159914B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012083474A (ja) * | 2010-10-08 | 2012-04-26 | Anritsu Corp | 光ゲート素子 |
| JP2012208413A (ja) * | 2011-03-30 | 2012-10-25 | Anritsu Corp | 光ゲート素子 |
-
1996
- 1996-03-19 JP JP06224596A patent/JP3159914B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012083474A (ja) * | 2010-10-08 | 2012-04-26 | Anritsu Corp | 光ゲート素子 |
| JP2012208413A (ja) * | 2011-03-30 | 2012-10-25 | Anritsu Corp | 光ゲート素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3159914B2 (ja) | 2001-04-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2139140C (en) | A method for fabricating a semiconductor photonic integrated circuit | |
| JP2937751B2 (ja) | 光半導体装置の製造方法 | |
| JP3739071B2 (ja) | 分布帰還リッジ型半導体レーザ及びその製造方法 | |
| JP4690515B2 (ja) | 光変調器、半導体光素子、及びそれらの作製方法 | |
| US20040037341A1 (en) | Laser utilizing a microdisk resonator | |
| JPH07230066A (ja) | 半導体光変調器 | |
| JP2536714B2 (ja) | 光変調器集積型多重量子井戸構造半導体レ―ザ素子 | |
| JPH09232625A (ja) | 端面発光型光半導体素子及びその製造方法 | |
| US20010036213A1 (en) | Ridge type semiconductor laser of distributed feedback | |
| US6204078B1 (en) | Method of fabricating photonic semiconductor device using selective MOVPE | |
| JP2950028B2 (ja) | 光半導体素子の製造方法 | |
| US20030156604A1 (en) | Method of producing a semiconductor laser and optical integrated semiconductor device including the same | |
| JP3159914B2 (ja) | 選択成長導波型光制御素子およびその製造方法 | |
| JPH0537092A (ja) | 光半導体素子の製造方法 | |
| JP4151043B2 (ja) | 光半導体装置の製造方法 | |
| JPH10242577A (ja) | 半導体レーザおよびその製造方法 | |
| JP3264179B2 (ja) | 半導体発光装置およびその製造方法 | |
| JP3146821B2 (ja) | 半導体光集積素子の製造方法 | |
| JP2003140100A (ja) | 導波路型光素子、これを用いた集積化光導波路素子、及びその製造方法 | |
| JP2760276B2 (ja) | 選択成長導波型光制御素子 | |
| JP4453937B2 (ja) | 光集積素子及びその製造方法 | |
| JP3797735B2 (ja) | 光集積回路およびその製造方法 | |
| JPH10223921A (ja) | 半導体受光素子とその製造方法 | |
| JPH0983077A (ja) | 半導体光装置 | |
| JPH07202338A (ja) | 光半導体装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |