JPH10242448A - 半導体光電子集積素子及びその製造方法 - Google Patents

半導体光電子集積素子及びその製造方法

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JPH10242448A
JPH10242448A JP4177297A JP4177297A JPH10242448A JP H10242448 A JPH10242448 A JP H10242448A JP 4177297 A JP4177297 A JP 4177297A JP 4177297 A JP4177297 A JP 4177297A JP H10242448 A JPH10242448 A JP H10242448A
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JP
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semiconductor
integrated device
optoelectronic integrated
electronic
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JP4177297A
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Ryoji Suzuki
良治 鈴木
Keiichi Higuchi
恵一 樋口
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Hitachi Cable Ltd
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Hitachi Cable Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】段差を有する基板を用いることなく、同一の半
導体基板上に集積化されている多層結晶構造中、光素子
と電子素子の夫々の一部を構成する段差のない連続した
同一組成の層を活性層とし、製作工程を容易にした半導
体光電子集積素子及びその製造方法を提供する。 【解決手段】半導体光電子集積素子には、光素子10と
電子素子11とが同一の半絶縁性基板21上に集積化さ
れる。このような半導体光電子集積素子に、同時の連続
的な結晶成長で形成された多層結晶構造中の少なくとも
一部の積層から前記光素子10と前記電子素子11との
素子構造が形成され、且つ前記光素子10と前記電子素
子11の夫々の一部を構成する連続した同一組成の層を
活性層23としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、光素子と電子素
子とが同一の半導体基板上に集積化されている半導体光
電子集積素子及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】光素子と、この光素子に関連する機能、
例えば光素子の駆動や光素子で受けた信号の増幅等の機
能を有する電子素子(電子回路)とを同一半導体基板上
にモノリシックに集積する半導体光電子集積素子が知ら
れている。
【0003】従来、この半導体光電子集積素子は、図
4、図5及び図6に示すような工程を経て製造されるの
が一般的である。
【0004】図4は、半絶縁性基板1上にエピタキシャ
ル成長によりダブルヘテロ構造を含む多層結晶構造9が
形成され、光素子領域7とされることを示している。多
層結晶構造9は、前記半絶縁性基板1上に順にp形クラ
ッド層2、活性層3、及びn形クラッド層4が積層され
る。前記n形クラッド層4上には電極6が設けられ、光
素子10が形成される。
【0005】前記半絶縁性基板1上の前記多層結晶構造
9の前記光素子となる部分を除いた部分は、エッチバッ
クされ、露出した前記半絶縁性基板1上に電子素子11
が形成され電子素子領域8とされ、半導体光電子集積素
子ができる。
【0006】他の例として図5は、半絶縁性基板1上に
電子素子形成用の多層結晶構造12と光素子形成用の多
層結晶構造9が順にエピタキシャル成長され、光素子領
域7とされる。多層結晶構造9は、図4と同様に、p形
クラッド層2、活性層3、及びn形クラッド層4が順に
積層される。前記n形クラッド層4上には電極6が設け
られ、光素子10が形成される。
【0007】前記多層結晶構造12上の前記光素子10
となる部分を除いた部分は、エッチバックされ、この多
層結晶構造12において電子素子11が形成され電子素
子領域8とされ、半導体光電子集積素子ができる。
【0008】上述した図4及び図5は、いずれも光素子
10の活性層3と電子素子11の活性層5とが、半絶縁
性基板1上の高さ位置が異なり、段差が生じてしまう。
【0009】この段差は、フォトリソグラフィー等の作
製プロセス上、難点とされていた。
【0010】この難点を解消するため、図6に示すよう
に、多層結晶成長前の半絶縁性基板1自体に段差を設け
ておき、低い位置には光素子10を形成し、高い位置に
は電子素子11を形成する。このようにして、前記光素
子10の活性層3と前記電子素子11の活性層5の高さ
の段差を少なくしようとする方法がある。
【0011】しかしながら、この図6に示す構成は、多
層結晶成長前の基板に段差を製作しなければならず、工
程数が増え製作プロセスが煩雑になるという欠点を有し
ていた。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記事情
に鑑み、段差を有する基板を用いることなく、同一の半
導体基板上に集積化されている多層結晶構造中、光素子
と電子素子の夫々の一部を構成する段差のない連続した
同一組成の層を活性層とし、製作工程を容易にした半導
体光電子集積素子及びその製造方法を提供することを目
的とする。
【0013】
【課題を解決しようとする手段】上記目的を達成するた
め、この発明の半導体光電子集積素子は、光素子と電子
素子とが同一の半導体基板上に集積化されている半導体
光電子集積素子において、1回の連続的な結晶成長で形
成された多層結晶構造中の少なくとも一部の積層から前
記光素子と前記電子素子との素子構造が形成され、且つ
前記光素子と前記電子素子の夫々の一部を構成する連続
した同一組成の層を活性層としている。
【0014】
【発明の実施の形態】以下図1(a)乃至(d)を参照
して、この発明の一実施の形態である半導体光電子集積
素子の構造及びその製造方法について説明する。
【0015】図1(a)は、半絶縁性基板21上にエピ
タキシャル成長によりダブルヘテロ構造を含む多層結晶
構造が形成されることを示す断面図である。
【0016】多層結晶構造は、前記半絶縁性基板21上
に順にp形クラッド層22、活性層23、及びn形クラ
ッド層24が積層され、ダブルヘテロ構造を形成する。
この場合、p形クラッド層22及びn形クラッド層24
は、必ずしも1層である必要はない。
【0017】次に、図1(b)に示すように、前記n形
クラッド層24をフォトリソグラフィーによってパター
ニングした後、エッチングし、光素子の導波路となるメ
サ25を形成する。この時のエッチングは、前記n形ク
ラッド層24の途中であって、前記活性層23に達する
前で止める。
【0018】次いで、図1(c)に示すように、前記光
素子領域7と前記電子素子領域8との電気的なアイソレ
ーションをとるため前記ダブルヘテロ構造をエッチング
する。
【0019】最後に、図1(d)に示すように、前記光
素子領域7のメサ25に電極26を設け集積化構成の導
波路型光素子10を形成し、更に、前記電子素子領域8
に電極27を設けプレナー型電子素子11を形成する。
【0020】このようにして、本発明の半導体光電子集
積素子の構造は完成する。
【0021】上記説明から明らかなように、多層結晶成
長前の前記半絶縁性基板1自体に段差を設ける必要はな
く、又前記光素子10における活性層23と前記電子素
子11における活性層23とは、その製造工程から前記
半絶縁性基板1上の同一の高さに位置することとなり段
差は生じないので製作プロセスが容易となる。
【0022】次に、図2(a)乃至(d)を参照して、
本発明の半導体光電子集積素子の構造及びその製造方法
の具体的実施例について説明する。
【0023】本実施例は、発光素子であるスーパールミ
ネセントダイオード(SLD)に、そのモニター用フォ
トダイオード(PD)を集積し、更にそのモニター用フ
ォトダイオード(PD)の受光信号を増幅する電子素子
(電子回路)をモノリシックに集積した半導体光電子集
積素子に対するものである。
【0024】図2(a)は、半絶縁性GaAs基板31
上にエピタキシャル成長によりダブルヘテロ構造を含む
多層結晶構造が形成されることを示す断面図である。
【0025】多層結晶構造は、前記半絶縁性GaAs基
板31上に順に厚さ0.5μmのp−GaAsバッファ
兼p側コンタクト層32、厚さ1.5μmのp−Al
0.4 Ga0.6 Asクラッド層33、厚さ0.1μmのp
−Al0.15Ga0.85As光ガイド層34、2層のun−
In0.21Ga0.79As層と3層のun−GaAs層から
成る二重量子井戸構造の活性層35、厚さ0.1μmの
n−Al0.15Ga0.85As光ガイド層36、厚さ1.5
μmのn−As0.4 Ga0.6 Asクラッド層37、厚さ
0.2μmのn−GaAsコンタクト層39がエピタキ
シャル成長されて構成される。
【0026】前記活性層の量子井戸構造は、少なくとも
1層の圧縮型の歪量子井戸構造を含む。
【0027】前記p−Al0.15Ga0.85As光ガイド層
34は、前記活性層35よりもバンドギャップが大き
く、且つ前記p−GaAsバッファ兼p側コンタクト層
32及び前記p−Al0.4 Ga0.6 Asクラッド層33
よりもバンドギャップが小さい。
【0028】又、前記n−Al0.15Ga0.85As光ガイ
ド層36は、前記活性層35よりもバンドギャップが大
きく、且つ前記n−As0.4 Ga0.6 Asクラッド層3
7及び前記n−GaAsコンタクト層39よりもバンド
ギャップが小さい。
【0029】更に、前記前記p−Al0.15Ga0.85As
光ガイド層34は、アンドープ層であるか又は、p形に
ドーピングされ、前記n−Al0.15Ga0.85As光ガイ
ド層36は、アンドープ層であるか又は、n形にドーピ
ングされている。
【0030】更に、前記厚さ1.5μmのn−As0.4
Ga0.6 Asクラッド層37中であって、前記半絶縁性
GaAs基板31側から0.3μmの位置にn−GaA
sエッチングモニタ層38を形成した。このn−GaA
sエッチングモニタ層38は、電子素子の電極コンタク
ト層ともなる。
【0031】前記n−GaAsエッチングモニタ層38
は、前記n−As0.4 Ga0.6 Asクラッド層37より
もバンドギャップの小さい、高濃度にドーピングされた
半導体層である。
【0032】次に、図2(b)に示すように、光素子で
あるスーパールミネセントダイオード(SLD)とフォ
トダイオード(PD)となる部分をリッジ型の導波路構
造とするため、フォトリソグラフィーによってパターニ
ングした後、ウエットエッチングによってメサ40を形
成する。
【0033】この時のウエットエッチングは、前記n−
GaAsエッチングモニタ層38に達したら止める。
【0034】次に、図2(c)に示すように前記光素子
領域7と前記電子素子領域8との電気的なアイソレーシ
ョンをとるためウエットエッチングによって溝41を形
成した。最後に、図2(d)に示すように、通常のデバ
イスプロセスによって、光素子領域7のメサ40に電極
42を形成し集積化構成された光素子10とし、更に、
前記電子素子領域8に電極43を設け集積化構成の電子
素子11を形成し、本発明の半導体光電子集積素子を完
成した。
【0035】図3は、光素子としてのスーパールミネセ
ントダイオード(SLD)51及びフォトダイオード
(PD)52と、この光素子の駆動や光素子で受けた信
号の増幅機能を有する電子素子(電子回路)53の平面
的な配置を示す図である。
【0036】尚、前記光素子の発光素子としては、スー
パールミネセントダイオード(SLD)、発光ダイオー
ド(LED)又はレーザーダイオード(LD)のいずれ
か1つであればよく、又、前記受光素子は、フォトダイ
オード(PD)又はフォトトランジスタ(PT)であれ
ばよい。
【0037】前記発光素子及び前記受光素子の材料系
は、GaAs基板に格子整合するAlGaAs系であれ
ばよく、又、InP基板に格子整合するInGaAsP
系であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体光電子集積素子の一実施の形態
を示す製造工程図。
【図2】本発明の半導体光電子集積素子の具体的な実施
例を示す製造工程図。
【図3】本発明の半導体光電子集積素子の平面的な配置
図。
【図4】従来の半導体光電子集積素子の構成の一実施の
形態を示す断面図。
【図5】従来の半導体光電子集積素子の構成の他の実施
の形態を示す断面図。
【図6】従来の半導体光電子集積素子の構成の更に他の
実施の形態を示す断面図。
【符号の説明】
1 半導体基板 3 活性層 9 多層結晶構造 10 光素子 11 電子素子

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光素子と電子素子とが同一の半導体基板上
    に集積化されている半導体光電子集積素子において、1
    回の連続的な結晶成長で形成された多層結晶構造中の少
    なくとも一部の積層から前記光素子と前記電子素子との
    素子構造が形成され、且つ前記光素子と前記電子素子の
    夫々の一部を構成する連続した同一組成の層を活性層と
    していることを特徴とする半導体光電子集積素子。
  2. 【請求項2】前記半導体基板は、半絶縁性であり、且つ
    前記多層結晶構造は、前記半導体基板上に順に少なくと
    も1層のp形層、活性層、及び少なくとも1層のn形層
    を積層したダブルヘテロ構造を成すことを特徴とする請
    求項1に記載の半導体光電子集積素子。
  3. 【請求項3】前記光素子は、導波路型光素子であり、且
    つ前記電子素子はプレナー型電子素子であることを特徴
    とする請求項1に記載の半導体光電子集積素子。
  4. 【請求項4】前記光素子は、発光素子と前記発光素子か
    らの光を受光する受光素子とから成る集積化構成である
    ことを特徴とする請求項1に記載の半導体光電子集積素
    子。
  5. 【請求項5】前記発光素子は、スーパールミネセントダ
    イオード(SLD)、発光ダイオード(LED)又はレ
    ーザーダイオード(LD)のいずれか1つであり、前記
    受光素子は、フォトダイオード(PD)又はフォトトラ
    ンジスタ(PT)であることを特徴とする請求項4に記
    載の半導体光電子集積素子。
  6. 【請求項6】前記発光素子及び前記受光素子の材料系
    は、GaAs基板に格子整合するAlGaAs系である
    ことを特徴とする請求項1に記載の半導体光電子集積素
    子。
  7. 【請求項7】前記発光素子及び前記受光素子の材料系
    は、InP基板に格子整合するInGaAsP系である
    ことを特徴とする請求項1に記載の半導体光電子集積素
    子。
  8. 【請求項8】前記ダブルヘテロ構造を成す多層結晶構造
    中、前記半導体基板上に積層されたp形層と活性層との
    間、及びn形層と活性層との間の少なくとも一方には、
    前記活性層よりはバンドギャップが大きく、且つ前記p
    形層又は、前記n形層よりはバンドギャップが小さい半
    導体層が更に形成されていることを特徴とする請求項2
    に記載の半導体光電子集積素子。
  9. 【請求項9】前記半導体層は、アンドープ層であるか又
    は、前記p形層と前記活性層との間にある場合はp形に
    ドーピングされ、前記n形層と前記活性層との間にある
    場合はn形にドーピングされていることを特徴とする請
    求項8に記載の半導体光電子集積素子。
  10. 【請求項10】前記多層結晶構造中のn形層の中に、前
    記n形層よりバンドギャップの小さい、高濃度にドーピ
    ングされた半導体層が更に形成されていることを特徴と
    する請求項2に記載の半導体光電子集積素子。
  11. 【請求項11】前記半導体層は、エッチングストップ層
    及びエッチングモニタ層であり、且つ半導体光電子集積
    素子の電子素子の電極コンタクト層であることを特徴と
    する請求項10に記載の半導体光電子集積素子。
  12. 【請求項12】前記活性層は、量子井戸構造を含むこと
    を特徴とする請求項2に記載の半導体光電子集積素子。
  13. 【請求項13】前記量子井戸構造は、少なくとも1層の
    圧縮型の歪量子井戸構造を含むことを特徴とする請求項
    12に記載の半導体光電子集積素子。
  14. 【請求項14】半絶縁性の半導体基板上に、順に少なく
    とも1層のp形層、活性層、及び少なくとも1層のn形
    層を積層したダブルヘテロ構造を形成する工程と、前記
    n形層をパターニングした後、エッチングして光素子の
    導波路となるメサを形成する光素子領域形成工程と、前
    記光素子と分離した電子素子領域を形成するため前記ダ
    ブルヘテロ構造をエッチングし前記光素子領域と前記電
    子素子領域との電気的なアイソレーションをとる工程
    と、前記光素子領域に電極を設け、集積化構成の光素子
    を形成する工程と、前記電子素子領域に電極を設け、集
    積化構成の電子素子を形成する工程と、よりなる半導体
    光電子集積素子の製造方法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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