JPH11145558A

JPH11145558A - 半導体光素子、送受信モジュールおよび光通信システム

Info

Publication number: JPH11145558A
Application number: JP30285497A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Naoe; 和彦直江; Masahiro Aoki; 雅博青木; Hiroshi Sato; 宏佐藤; Yuichi Tomori; 裕一東盛
Original assignee: Hitachi Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Hitachi Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1997-11-05
Filing date: 1997-11-05
Publication date: 1999-05-28

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体光素子の実装歩留まりを良好にする。【解決手段】半導体基板１０１上に多重量子井戸活性
層１０２を形成し、多重量子井戸活性層１０２上にリッ
ジ導波路１０５を形成し、リッジ導波路１０５の両側に
クラッド層７０１を形成し、クラッド層７０１のリッジ
導波路１０５の両側部に平坦化層７０２を形成し、リッ
ジ導波路１０５の両側壁上、クラッド層７０１上および
平坦化層７０２上にシリコン酸化膜１０６を形成し、シ
リコン酸化膜１０６上にリッジ導波路１０５と接続され
た上部電極１０７を形成し、上部電極１０７上にソルダ
１１０を形成し、ストライプ状凸部１１１の両側に凸形
状部７０３を形成し、凸形状部７０３の突起面の半導体
基板１０１表面からの距離とストライプ状凸部１１１の
突起面の半導体基板１０１表面からの距離とをほぼ同等
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明に属する技術分野】本発明は光通信用モジュール
などに用いられる半導体光素子、半導体光素子を有する
送受信モジュールおよび送受信モジュールを有する光通
信システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光通信用モジュールなどに用いられる半
導体光素子としては、光加入者系モジュールに実装され
る出射ビームスポットを拡大した機能を有する波長１．
３０μｍ帯のリッジ導波路型の半導体レーザなどがあ
る。

【０００３】図９は従来のリッジ導波路型の半導体レー
ザを示す概略斜視図、図１０は図９のＢ−Ｂ断面図、図
１１は図９、図１０に示した半導体レーザを示す図で、
図１１(ａ)は概略斜視図、図１１(ｂ)は図１１(ａ)のＣ
部詳細図、図１１(ｃ)は図１１(ａ)のＤ部詳細図、図１
１(ｄ)は図１１(ａ)のＥ部詳細図である。図に示すよう
に、ｎ型（１００）ＩｎＰからなる半導体基板１０１上
に多重量子井戸活性層１０２が形成されている。この多
重量子井戸活性層１０２は厚さ０．１５μｍのＩｎＧａ
ＡｓＰ（組成波長１．１０μｍ）からなる下側光ガイド
層、厚さ６．０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ（組成波長１．３
７μｍ）からなる井戸層と厚さ１０ｎｍのＩｎＧａＡｓ
Ｐ（組成波長１．１０μｍ）からなる障壁層とを７周期
積層した多重量子井戸構造および厚さ０．０５μｍのＩ
ｎＧａＡｓＰ（組成波長１．１０μｍ）からなる上側光
ガイド層で構成され、出射部の多重量子井戸活性層１０
２の層厚は薄く形成され、多重量子井戸活性層１０２の
入射部の層厚は約０．５μｍ程度である。また、多重量
子井戸活性層１０２上に（１１１）Ａ面を側壁にもつ逆
メサ断面形状のリッジ導波路１０５が形成され、リッジ
導波路１０５の前方下部の幅は７μｍ、リッジ導波路１
０５の後方下部の幅は２μｍである。また、リッジ導波
路１０５の両側に厚さ４．０μｍのｐ型ＩｎＰからなる
クラッド層１０４が形成され、リッジ導波路１０５の両
側壁上およびクラッド層１０４上に厚さ０．５μｍのシ
リコン酸化膜１０６が形成され、シリコン酸化膜１０６
上にリッジ導波路１０５と接続された上部電極１０７が
形成され、リッジ導波路１０５とクラッド層１０４との
間にポリイミド樹脂１０８が充填され、上部電極１０７
上に厚さ２．４μｍのＡｕＳｎからなるソルダ１１０が
形成され、半導体基板１０１の裏面に下部電極１０９が
形成されている。

【０００４】この半導体レーザにおいては、出射部の多
重量子井戸活性層１０２の層厚は薄く形成され、またリ
ッジ導波路１０５の前方下部の幅は７μｍ、リッジ導波
路１０５の後方下部の幅は２μｍであるから、出射ビー
ムスポットを拡大することができる。

【０００５】つぎに、図１２により図９〜図１１に示し
た半導体レーザの製造方法を説明する。まず、図１２
(ａ)に示すように、半導体基板１０１上に選択成長用酸
化膜マスク（図示せず）を形成し、公知の選択成長法に
より多重量子井戸活性層１０２を形成したのち、厚さ
０．０５μｍのｐ型ＩｎＰからなるキャップ層（図示せ
ず）を形成し、選択成長用酸化膜マスクを除去する。す
る。つぎに、図１２(ｂ)に示すように、厚さ０．０５μ
ｍのｐ型ＩｎＰからなるキャップ層の除去等の処理をし
たのち、結晶成長によりクラッド層１０４、厚さ０．２
μｍのｐ型ＩｎＧａＡｓからなるキャップ層（図示せ
ず）、厚さ０．１μｍのｐ型ＩｎＰからなるキャップ層
１１３を順次形成する。つぎに、図１２(ｃ)に示すよう
に、キャップ層１１３を除去したのち、臭化水素酸と燐
酸との混合水溶液によるウェットエッチングを行ない、
リッジ導波路１０５を形成する。つぎに、図１２(ｄ)に
示すように、厚さ０．２μｍのｐ型ＩｎＧａＡｓからな
るキャップ層を除去したのち、熱ＣＶＤ法によりウェハ
全面に厚さ０．５μｍのシリコン酸化膜１０６を形成す
る。つぎに、図１２(ｅ)に示すように、シリコン酸化膜
除去マスク用のポリイミド樹脂（図示せず）を塗布し、
エッチングバック法によりリッジ導波路１０５の上部の
ポリイミド樹脂を除去し、リッジ導波路１０５の上部の
シリコン酸化膜１０６のみを除去したのち、前記ポリイ
ミド樹脂も除去する。つぎに、リッジ導波路１０５の側
壁にも電極が形成されるように、斜め蒸着法により上部
電極１０７を形成したのち、ポリイミド樹脂１０８を回
転塗布し、エッチングバック法を用いてリッジ導波路１
０５の両脇の溝部以外のポリイミド樹脂１０８を除去す
る。つぎに、図１２(ｆ)に示すように、上部電極１０７
を形成し、半導体基板１０１の裏面を研磨したのち、下
部電極１０９を形成する。つぎに、電極アロイ等の工程
を経たのち、上部電極１０７上にソルダ１１０を蒸着法
にて形成する。これらの工程を経た後、ウェハを４００
μｍキャビティのバー状に劈開し、劈開面に反射保護膜
を形成したのち、単体の素子すなわちリッジ導波路型の
半導体レーザに分離する。

【０００６】図１３は従来の送受信モジュールを示す概
略斜視図、図１４は図１３のＦ−Ｆ断面図である。図に
示すように、シリコンからなる実装基板４０１にＶ型溝
４０２が設けられ、Ｖ型溝４０２内に光ファイバ４０３
が設けられ、実装基板４０１上に図９〜図１１に示した
リッジ導波路型の半導体レーザ４０４がソルダ１１０に
よりジャンクションダウンにて位置合わせのみで搭載さ
れ、半導体レーザ４０４と光ファイバ４０３との結合
（パッシブアライメント）が行なわれ、実装基板４０１
上に導波路型の受光素子４０５が搭載されている。

【０００７】この送受信モジュールにおいては、実装基
板４０１上にリッジ導波路型の半導体レーザ４０４がジ
ャンクションダウンにて位置合わせのみにより搭載され
ているから、製造コストが安価である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような送受信モジ
ュールにおいては、半導体レーザ４０４の出力をダイレ
クトに光ファイバ４０３と結合させるから、半導体レー
ザ４０４と光ファイバ４０３との高さ方向の搭載精度
は、±０．５μｍ以内が要求される。この搭載精度を出
すため、半導体レーザ４０４のソルダ１１０の量が実装
に必要最小限の量に設計されている。ところが、多重量
子井戸活性層１０２を形成する際に、多重量子井戸活性
層１０２の両端が０．１〜０．２μｍ程度の角型に盛り
上がった角部１０３（図１２(ａ)）が形成され、上部電
極１０７、ソルダ１１０を形成したのちにおいても、ス
トライプ状凸部１１１が形成されるとともに、ストライ
プ状凸部１１１の両端に角部１０３による角部１１２
（図１２(ｆ)）が形成される。このため、中心部にのみ
ストライプ状凸部１１１がある半導体レーザ４０４をパ
ッシブアライメントにて実装した場合、ストライプ状凸
部１１１の部分のみが実装基板４０１と接触し、ストラ
イプ状凸部１１１のソルダ１１０のみが接合に寄与し、
ストライプ状凸部１１１の両側つまり半導体基板１０１
の平面を基準としてストライプ状凸部１１１より低くな
っている部分に付けられたソルダ１１０は実装基板４０
１と接触せず、この部分のソルダ１１０は接合に寄与し
ない。そして、ストライプ状凸部１１１の幅は半導体レ
ーザ４０４の全体の幅の約１０％程度であるから、半導
体レーザ４０４の実装時に困難が生じ、十分な強度で確
実に実装することができず、機械的に不安定に実装され
る。また、図１５に示すように、実装基板４０１上で半
導体レーザ４０４が傾いて実装されることもある。この
ため、半導体レーザ４０４の実装基板４０１への実装歩
留まりが良好ではない。

【０００９】本発明は上述の課題を解決するためになさ
れたもので、半導体光素子の実装歩留まりが良好である
半導体光素子、送受信モジュール、光通信システムを提
供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明においては、半導体基板に複数の層が形成さ
れ、中央部にストライプ状凸部を有する半導体素子にお
いて、上記ストライプ状凸部の両側に凸形状部を形成
し、上記凸形状部の突起面の上記半導体基板表面からの
距離を上記ストライプ状凸部の突起面の上記半導体基板
表面からの距離とほぼ同等としあるいは上記凸形状部の
突起面の上記半導体基板表面からの距離を上記ストライ
プ状凸部の突起面の上記半導体基板表面からの距離より
も大きくする。

【００１１】この場合、上記凸形状部の面積を全体の面
積の３０％以上とする。

【００１２】これらの場合、上記凸形状部を平坦化層に
より形成し、上記平坦化層として半導体結晶からなるの
ものを用いる。

【００１３】また、上記凸形状部を平坦化層により形成
し、上記平坦化層としてメタルからなるのものを用い
る。

【００１４】また、上記凸形状部を平坦化層により形成
し、上記平坦化層として絶縁膜からなるのものを用い
る。

【００１５】また、上記凸形状部を平坦化層により形成
し、上記平坦化層としてポリイミド樹脂からなるのもの
を用いる。

【００１６】また、上記凸形状部を平坦化層により形成
し、上記平坦化層としてソルダからなるのものを用い
る。

【００１７】また、リッジ導波路を形成したリッジ導波
路型の半導体レーザとし、上記リッジ導波路の両側の側
壁を（１１１）Ａ結晶面とする。

【００１８】また、スポット拡大機能を有する光導波路
をモノリシック集積化する。

【００１９】また、送受信モジュールにおいて、光導波
路または光ファイバが設けられた実装基板上に上記の半
導体光素子を実装する。

【００２０】また、光通信システムにおいて、上記の送
受信モジュールを用いる。

【００２１】

【発明の実施の形態】図２は本発明に係るリッジ導波路
型の半導体レーザを示す概略斜視図、図１は図２のＡ−
Ａ断面図である。図に示すように、リッジ導波路１０５
の両側に厚さ４．０μｍのｐ型ＩｎＰからなるクラッド
層７０１が形成され、クラッド層７０１のリッジ導波路
１０５の両側部に厚さ０．５μｍの結晶ＩｎＰからなる
平坦化層７０２が形成され、リッジ導波路１０５の両側
壁上、クラッド層７０１上および平坦化層７０２上に厚
さ０．５μｍのシリコン酸化膜１０６が形成され、シリ
コン酸化膜１０６上にリッジ導波路１０５と接続された
上部電極１０７が形成され、リッジ導波路１０５とクラ
ッド層１０４との間にポリイミド樹脂１０８が充填さ
れ、上部電極１０７上に厚さ２．４μｍのＡｕＳｎから
なるソルダ１１０が形成されている。そして、ストライ
プ状凸部１１１の両側に平坦化層７０２により凸形状部
７０３が形成され、凸形状部７０３の突起面の半導体基
板１０１表面からの距離はストライプ状凸部１１１の突
起面の半導体基板１０１表面からの距離とほぼ同等であ
る。すなわち、凸形状部７０３の突起面の半導体基板１
０１表面からの距離とストライプ状凸部１１１の突起面
の半導体基板１０１表面からの距離との差は、半導体レ
ーザを実装基板に実装した場合における搭載の高さ方向
における精度の範囲内たとえば±０．３μｍ以内であ
る。また、凸形状部７０３の面積は全体の面積の３０％
以上たとえば７０％である。

【００２２】つぎに、図３により図１、図２に示したリ
ッジ導波路型の半導体レーザの製造方法を説明する。ま
ず、図３(ａ)に示すように、半導体基板１０１上に多重
量子井戸活性層１０２を形成したのち、厚さ０．０５μ
ｍのｐ型ＩｎＰからなるキャップ層（図示せず）を形成
し、選択成長用酸化膜マスクを除去する。つぎに、図３
(ｂ)に示すように、厚さ０．０５μｍのｐ型ＩｎＰから
なるキャップ層の除去等の処理をしたのち、結晶成長に
よりクラッド層７０１、厚さ０．２μｍのｐ型ＩｎＧａ
Ａｓからなるキャップ層（図示せず）、平坦化層７０２
を順次形成する。この場合、クラッド層７０１に角部１
０３に起因する角部１１４が形成される。つぎに、図３
(ｃ)に示すように、多重量子井戸活性層１０２の両側部
にレジストマスク（図示せず）を通常のホトリソグラフ
ィ工程により形成し、臭化水素酸と燐酸との混合水溶液
によるウェットエッチングを用いて平坦化層７０２のエ
ッチングを行なう。このエッチングのエッチング時間を
平坦化層７０２が完全にエッチングされる時間より数十
秒程度長くし（オーバーエッチング）、レジストマスク
に対してサイドエッチングを行なうことにより、角部１
１４を除去する。つぎに、レジストマスクを除去する。
つぎに、図３(ｄ)に示すように、臭化水素酸と燐酸との
混合水溶液によるウェットエッチングを用いてリッジ導
波路１０５を形成する。この時、平坦化層７０２がエッ
チングされないようにその領域をレジストマスク（図示
せず）にて保護する。つぎに、熱ＣＶＤ法によりウェハ
全面にシリコン酸化膜１０６を形成し、図１２で説明し
た方法と同様にポリイミド樹脂を用いた工程を経てリッ
ジ導波路１０５上部のシリコン酸化膜１０６のみを除去
する。つぎに、図３(ｅ)に示すように、斜め蒸着法によ
り上部電極１０７を形成し、ポリイミド樹脂１０８を塗
布し、溝部以外のポリイミド樹脂１０８を除去（エッチ
ングバック法）する。つぎに、図３(ｆ)に示すように、
上部電極１０７を形成し、半導体基板１０１の裏面を研
磨したのち、下部電極１０９を形成する。つぎに、電極
アロイ等の工程を経たのち、上部電極１０７上にソルダ
１１０を蒸着法にて形成する。これらの工程を経た後、
ウェハを４００μｍキャビティのバー状に劈開し、劈開
面に反射保護膜を形成したのち、単体の素子すなわちリ
ッジ導波路型の半導体レーザに分離する。

【００２３】図４は本発明に係る送受信モジュールを示
す概略断面図である。図に示すように、実装基板４０１
上に図１、図２に示したリッジ導波路型の半導体レーザ
９０１がソルダ１１０によりジャンクションダウンにて
位置合わせのみで搭載されている。

【００２４】図１、図２に示したリッジ導波路型の半導
体レーザ、その半導体レーザを有する送受信モジュール
においては、ストライプ状凸部１１１の両側に凸形状部
７０３が形成されているから、半導体レーザ９０１を実
装基板４０１上にジャンクションダウンにて搭載したと
き、凸形状部７０３（最上面はソルダ１１０）が実装基
板４０１と接する。このため、実装時に実装基板４０１
と接する凸形状部７０３の面積が増加するから、半導体
レーザ９０１と実装基板４０１の実装面の接地面積が確
保されるので、十分な強度で確実に実装することがで
き、機械的に安定した実装が可能になり、実装基板４０
１に対して半導体レーザ９０１が傾くことない。この結
果、半導体レーザ９０１の実装歩留まりを飛躍的に向上
させることができる。また、凸形状部７０３の面積を全
体の面積の３０％以上としているから、対素子面積比に
おいて従来技術に比べて約１０％から４０％以上たとえ
ば８０％程度に増加するから、半導体レーザ９０１と実
装基板４０１の実装面の接地面積が十分に確保され、半
導体レーザ９０１に形成したソルダ１１０のほぼ全体が
接合に寄与するので、機械的に極めて安定した実装が可
能になり、実装基板４０１に対して半導体レーザ９０１
が傾くのを有効に防止することができる。また、結晶Ｉ
ｎＰからなる平坦化層７０２を用いているから、工程的
に容易に製造することができる。また、リッジ導波路１
０５の両側の側壁を（１１１）Ａ結晶面としているか
ら、電流を効率的に注入することができるので、少ない
電流で高出力を得ることができる。また、スポット拡大
機能を有するリッジ導波路１０５をモノリシック集積化
しているから、製造が容易となるので、製造コストが安
価になる。

【００２５】また、図３で説明したリッジ導波路型の半
導体レーザの製造方法においては、平坦化層７０２のエ
ッチングを行なう際にオーバーエッチングを行ない、角
部１１４を除去しているから、凸形状部７０３の突起面
の半導体基板１０１表面からの距離とストライプ状凸部
１１１の突起面の半導体基板１０１表面からの距離とを
確実に等しくすることができる。また、ウェハに熱履歴
を加えることなく凸形状部７０３を形成することがで
き、新たに生じる工程はホトリソグラフィ工程およびウ
エットエッチング工程のみであるから、製造工程時間を
それほど増やすことなく凸形状部７０３の形成が可能で
あり、半導体レーザ９０１の実装歩留まりを向上させか
つより安定な実装を実現することができる。

【００２６】また、光通信システムにおいて、図４に示
した送受信モジュールを用いたときには、半導体レーザ
９０１の実装歩留まりを飛躍的に向上させることができ
る。

【００２７】なお、本実施の形態においては、平坦化層
７０２をストライプ状凸部１１１とほぼ同じ厚さの０．
５μｍとしたが、実装された半導体レーザ９０１のヒー
トシンクなどに悪影響が特にない場合には、この平坦化
層７０２を０．６μｍ程度あるいはそれ以上にすること
により、凸形状部７０３の突起面の半導体基板１０１表
面からの距離をストライプ状凸部１１１の突起面の半導
体基板１０１表面からの距離よりも大きくしても、同様
の効果が得られることはいうまでもない。

【００２８】つぎに、図５により本発明に係る他のリッ
ジ導波路型の半導体レーザの製造方法を説明する。ま
ず、図５(ａ)に示すように、半導体基板１０１上に多重
量子井戸活性層１０２を形成したのち、結晶成長により
クラッド層１０４、厚さ０．２μｍのｐ型ＩｎＧａＡｓ
からなるキャップ層（図示せず）、キャップ層１１３を
順次形成する。つぎに、図５(ｂ)に示すように、キャッ
プ層１１３を除去したのち、臭化水素酸と燐酸との混合
水溶液によるウェットエッチングを用いてリッジ導波路
１０５を形成したのち、熱ＣＶＤ法によりウェハ全面に
シリコン酸化膜１０６を形成し、図１２で説明した方法
と同様にポリイミド樹脂を用いた工程を経てリッジ導波
路１０５上部のシリコン酸化膜１０６のみを除去する。
つぎに、図５(ｃ)に示すように、斜め蒸着法により上部
電極１０７を形成し、ポリイミド樹脂１０８を塗布し、
溝部以外のポリイミド樹脂１０８を除去する。つぎに、
図５(ｄ)に示すように、上部電極１０７上にホトレジス
トにより所望のパターニングマスク（図示せず）を形成
したのち、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕを厚さ５０００〜６０００
Å程度追加蒸着し、リフトオフ技術により所望のパター
ンを形成して、平坦化層１００１を形成する。この場
合、平坦化層１００１における最上層の材料および厚さ
は上部電極１０７と同様（厚さの１０００ÅのＡｕ）と
する。つぎに、図５(ｅ)に示すように、下部電極１０９
を形成し、上部電極１０７、平坦化層１００１上にソル
ダ１１０を蒸着法にて形成する。これらの工程を経た
後、ウェハを４００μｍキャビティのバー状に劈開し、
劈開面に反射保護膜を形成したのち、単体の素子すなわ
ちリッジ導波路型の半導体レーザに分離する。この時点
において、凸形状部７０３の突起面の半導体基板１０１
表面からの距離とストライプ状凸部１１１の突起面の半
導体基板１０１表面からの距離とは等しいか、あるいは
凸形状部７０３の突起面の半導体基板１０１表面からの
距離はストライプ状凸部１１１の突起面の半導体基板１
０１表面からの距離よりも０．１μｍ以内で高い。

【００２９】このリッジ導波路型の半導体レーザにおい
ては、半導体レーザを実装基板上にジャンクションダウ
ンにて搭載する場合においても、凸形状部７０３が実装
基板と接するから、半導体レーザの実装時に実装基板と
接する凸形状部７０３（最上面はソルダ１１０）の面積
が増加し、図１、図２に示した半導体レーザと同様の効
果が得られる。また、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる平坦化
層１００１を用いているから、メタル蒸着という半導体
製造技術としては比較的確立された方法により平坦化層
１００１を形成することができるので、安定して製造す
ることができ、また結晶成長の仕様に関わらず対策が可
能である。

【００３０】つぎに、図６により本発明に係る他のリッ
ジ導波路型の半導体レーザの製造方法を説明する。ま
ず、図６(ａ)に示すように、半導体基板１０１上に多重
量子井戸活性層１０２を形成したのち、結晶成長により
クラッド層１０４、厚さ０．２μｍのｐ型ＩｎＧａＡｓ
からなるキャップ層（図示せず）、キャップ層１１３を
順次形成する。つぎに、図６(ｂ)に示すように、キャッ
プ層１１３を除去したのち、熱ＣＶＤ法により厚さ０．
５〜０．６μｍのシリコン酸化膜からなる平坦化層１１
０１を形成する。つぎに、図６(ｃ)に示すように、レジ
ストマスク（図示せず）を通常のホトリソグラフィ工程
により形成し、ＨＦとＮＨ₄Ｆとの比が１：６の混合液
によるウェットエッチングを用いて平坦化層１１０１の
エッチングを行ない、レジストマスクを除去する。つぎ
に、図６(ｄ)に示すように、臭化水素酸と燐酸との混合
水溶液によるウェットエッチングを行ない、リッジ導波
路１０５を形成する。つぎに、熱ＣＶＤ法によりウェハ
全面にシリコン酸化膜１０６を形成し、図１２で説明し
た方法と同様にポリイミド樹脂を用いた工程を経てリッ
ジ導波路１０５上部のシリコン酸化膜１０６のみを除去
する。つぎに、図６(ｅ)に示すように、斜め蒸着法によ
り上部電極１０７を形成し、ポリイミド樹脂１０８を塗
布し、溝部以外のポリイミド樹脂１０８を除去する。つ
ぎに、図６(ｆ)に示すように、下部電極１０９を形成
し、上部電極１０７、平坦化層１１０１上にソルダ１１
０を蒸着法にて形成する。これらの工程を経た後、ウェ
ハを４００μｍキャビティのバー状に劈開し、劈開面に
反射保護膜を形成したのち、単体の素子すなわちリッジ
導波路型の半導体レーザに分離する。この時点におい
て、凸形状部７０３の突起面の半導体基板１０１表面か
らの距離とストライプ状凸部１１１の突起面の半導体基
板１０１表面からの距離とは等しいか、あるいは凸形状
部７０３の突起面の半導体基板１０１表面からの距離は
ストライプ状凸部１１１の突起面の半導体基板１０１表
面からの距離よりも０．１μｍ以内で高い。

【００３１】このリッジ導波路型の半導体レーザにおい
ては、半導体レーザを実装基板上にジャンクションダウ
ンにて搭載する場合においても、凸形状部７０３が実装
基板と接するから、半導体レーザの実装時に実装基板と
接する凸形状部７０３（最上面はソルダ１１０）の面積
が増加し、図１、図２に示した半導体レーザと同様の効
果が得られる。また、シリコン酸化膜からなる平坦化層
１１０１を用いているから、熱ＣＶＤ法という半導体製
造技術としては比較的確立された方法により平坦化層１
１０１を形成することができるので、安定して製造する
ことができ、また結晶成長の仕様に関わらず対策が可能
である。

【００３２】つぎに、図７により本発明に係る出射ビー
ムスポットを拡大した機能を有する波長１．３０μｍ帯
半導体埋込型の半導体レーザの製造方法を説明する。ま
ず、図７(ａ)に示すように、半導体基板１０１上に多重
量子井戸活性層１０２、活性層１２００を形成したの
ち、ＭＯＶＰＥ法により厚さ３．６μｍのｐ型ＩｎＰか
らなるクラッド層１２０１、厚さ０．５μｍのｐ型Ｉｎ
ＧａＡｓからなるキャップ層１２０２を形成する。つぎ
に、図７(ｂ)に示すように、キャップ層１２０２を除去
したのち、多重量子井戸活性層１０２上方部にシリコン
酸化膜からなる幅８．５μｍのストライプ部１２０３を
形成し、ストライプ部１２０３をマスクとし、臭素メタ
ノール溶液を用いてクラッド層１２０１をウエットエッ
チングしてメサストライプ１２０５を形成したのち、Ｆ
ｅ添加のＩｎＰからなる埋め込み層１２０４でメサスト
ライプ１２０５を埋め込む。つぎに、図７(ｃ)に示すよ
うに、ストライプ部１２０３を除去したのち、Ｔ−ＣＶ
Ｄ法によりウェハ全面に厚さ０．５０μｍのシリコン酸
化膜１０６を形成し、メサストライプ１２０５の上部の
シリコン酸化膜１０６のみに窓を形成したのち、上部電
極１０７を形成する。つぎに、図７(ｄ)に示すように、
上部電極１０７上にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる平坦化層
１００１を形成する。つぎに、図７(ｅ)に示すように、
下部電極１０９を形成し、上部電極１０７、平坦化層１
００１上にソルダ１１０を蒸着法にて形成する。これら
の工程を経た後、ウェハを４００μｍキャビティのバー
状に劈開し、劈開面に反射保護膜を形成したのち、単体
の素子すなわち埋込型の半導体レーザに分離する。この
時点において、凸形状部７０３の突起面の半導体基板１
０１表面からの距離とストライプ状凸部１１１の突起面
の半導体基板１０１表面からの距離とは等しいか、ある
いは凸形状部７０３の突起面の半導体基板１０１表面か
らの距離はストライプ状凸部１１１の突起面の半導体基
板１０１表面からの距離よりも０．１μｍ以内で高い。

【００３３】この埋込型の半導体レーザにおいては、半
導体レーザを実装基板上にジャンクションダウンにて搭
載する場合においても、凸形状部７０３が実装基板と接
するから、半導体レーザの実装時に実装基板と接する凸
形状部７０３（最上面はソルダ１１０）の面積が増加
し、図１、図２に示した半導体レーザと同様の効果が得
られる。

【００３４】なお、本実施の形態においては、平坦化層
１００１としてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるのものを用い
るが、平坦化層として半導体結晶、他のメタル、絶縁
膜、ポリイミド樹脂、ソルダ等からなるのものを用いて
もよい。また、本実施の形態においては、出射ビームス
ポットを拡大した機能を有する波長１．３０μｍ帯半導
体埋込型の半導体レーザに適用した例を示したが、同様
に選択結晶成長を行ないストライプ状凸部が形成される
他の半導体光素子、例えば電界吸収型変調器集積半導体
レーザなどに適用しても、同様の効果が得られる。

【００３５】図８は本発明に係るビームスポット拡大器
が集積化された波長１．３μｍ帯埋込型の半導体レーザ
を示す概略断面図である。図に示すように、ｐ型（１０
０）ＩｎＰからなる半導体基板１３００上に多重量子井
戸活性層１０２、活性層１３０１が形成され、多重量子
井戸活性層１０２上にメサストライプ１３０６が形成さ
れ、半導体基板１３００上にｐ型ＩｎＰからなる半導体
層１３０２、ｎ型ＩｎＰからなる半導体層１３０３、ｐ
型ＩｎＰからなる半導体層１３０４が形成され、半導体
層１３０２〜１３０４によりメサストライプ１３０６が
埋め込まれている。また、半導体層１３０４上にｎ型Ｉ
ｎＰ、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰからなるコンタクト層１３０
５が形成され、コンタクト層１３０５上にシリコン酸化
膜１０６が形成され、シリコン酸化膜１０６上にコンタ
クト層１３０５と接続された上部電極１０７が形成さ
れ、上部電極１０７上にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる平坦
化層１００１が形成され、上部電極１０７、平坦化層１
００１上にソルダ１１０が形成されている。また、半導
体基板１３００の裏面に下部電極１０９が形成されてい
る。

【００３６】つぎに、図８に示した半導体レーザの製造
方法について説明する。まず、出射ビームスポット拡大
器を集積化するために、半導体基板１３００上に選択成
長用酸化膜マスクを形成し、公知の選択成長法により多
重量子井戸活性層１０２、活性層１３０１を形成する。
つぎに、シリコン熱酸化膜をエッチングマスクとして、
ウエットエッチングによりメサストライプ１３０６を形
成する。つぎに、シリコン熱酸化膜をマスクとして半導
体層１３０２〜１３０４による埋め込み成長を公知の結
晶成長技術を用いて行なったのち、マスクとして用いた
シリコン熱酸化膜を除去し、結晶成長によりコンタクト
層１３０５を形成する。つぎに、熱ＣＶＤ法によシリコ
ン酸化膜１０６の形成し、上部電極１０７を形成したの
ち、平坦化層１００１を形成する。つぎに、下部電極１
０９を形成し、上部電極１０７、平坦化層１００１上に
ソルダ１１０を蒸着法にて形成する。これらの工程を経
た後、ウェハを４００μｍキャビティのバー状に劈開
し、劈開面に反射保護膜を形成したのち、単体の素子す
なわち埋込型の半導体レーザに分離する。この時点にお
いて、凸形状部７０３の突起面の半導体基板１３００表
面からの距離とストライプ状凸部１１１の突起面の半導
体基板１３００表面からの距離とは等しいか、あるいは
凸形状部７０３の突起面の半導体基板１３００表面から
の距離はストライプ状凸部１１１の突起面の半導体基板
１３００表面からの距離よりも０．１μｍ以内で高い。

【００３７】この埋込型の半導体レーザにおいては、半
導体レーザを実装基板上にジャンクションダウンにて搭
載する場合においても、凸形状部７０３が実装基板と接
するから、半導体レーザの実装時に実装基板と接する凸
形状部７０３（最上面はソルダ１１０）の面積が増加
し、図１、図２に示した半導体レーザと同様の効果が得
られる。

【００３８】なお、上述実施の形態においては、半導体
レーザについて説明したが、他の半導体光素子に本発明
を適用できることは明らかである。また、上述実施の形
態においては、平坦化層として結晶ＩｎＰからなる平坦
化層７０２、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる平坦化層１００
１、シリコン酸化膜からなる平坦化層１１０１を用いた
が、他の半導体結晶、他のメタル、他の絶縁膜、ポリイ
ミド樹脂、ソルダからなるのものを用いてもよく、平坦
化層としてポリイミド樹脂からなるのものを用いたとき
には、平坦化層を形成するための工程時間を短縮するこ
とができ、また平坦化層としてソルダからなるのものを
用いたときには、ソルダ形成という半導体製造技術とし
ては比較的確立された方法により平坦化層を形成するこ
とができるので、安定して製造することができ、また半
導体光素子を搭載することが容易となる。

【００３９】

【発明の効果】本発明に係る半導体光素子、送受信モジ
ュール、光通信システムにおいては、半導体光素子を十
分な強度で確実に実装することができ、機械的に安定し
た実装が可能になり、また実装基板に対して半導体光素
子が傾くことないから、半導体光素子の実装歩留まりが
良好である。

【００４０】また、凸形状部の面積を全体の面積の３０
％以上としたときには、半導体光素子と実装基板との接
地面積が十分に確保されるから、機械的に極めて安定し
た実装が可能になり、また実装基板に対して半導体光素
子が傾くのを有効に防止することができる。

【００４１】また、凸形状部を平坦化層により形成し、
平坦化層として半導体結晶からなるのものを用いたとき
には、工程的に容易に製造することができる。

【００４２】また、凸形状部を平坦化層により形成し、
平坦化層としてメタルからなるのものを用いたときに
は、メタル蒸着という半導体製造技術としては比較的確
立された方法により平坦化層を形成することができるの
で、安定して製造することができる。

【００４３】また、凸形状部を平坦化層により形成し、
平坦化層として絶縁膜からなるのものを用いたときに
は、絶縁膜形成という半導体製造技術としては比較的確
立された方法により平坦化層を形成することができるの
で、安定して製造することができる。

【００４４】また、凸形状部を平坦化層により形成し、
平坦化層としてポリイミド樹脂からなるのものを用いた
ときには、平坦化層を形成するための工程時間を短縮す
ることができる。

【００４５】また、凸形状部を平坦化層により形成し、
平坦化層としてソルダからなるのものを用いたときに
は、ソルダ形成という半導体製造技術としては比較的確
立された方法により平坦化層を形成することができるの
で、安定して製造することができ、また半導体光素子を
搭載することが容易となる。

【００４６】また、リッジ導波路を形成したリッジ導波
路型の半導体レーザとし、リッジ導波路の両側の側壁を
（１１１）Ａ結晶面としたときには、電流を効率的に注
入することができるから、少ない電流で高出力を得るこ
とができる。

【００４７】また、スポット拡大機能を有する光導波路
をモノリシック集積化したときには、製造が容易となる
から、製造コストが安価になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図２のＡ−Ａ断面図である。

【図２】本発明に係るリッジ導波路型の半導体レーザを
示す概略斜視図である。

【図３】図１、図２に示した半導体レーザの製造方法の
説明図である。

【図４】本発明に係る送受信モジュールを示す概略断面
図である。

【図５】本発明に係る他のリッジ導波路型の半導体レー
ザの製造方法の説明図である。

【図６】本発明に係る他のリッジ導波路型の半導体レー
ザの製造方法の説明図である。

【図７】本発明に係る埋込型の半導体レーザの製造方法
の説明図である。

【図８】本発明に係る他の埋込型の半導体レーザを示す
概略断面図である。

【図９】従来のリッジ導波路型の半導体レーザを示す概
略斜視図である。

【図１０】図９のＢ−Ｂ断面図である。

【図１１】図９、図１０に示した半導体レーザを示す図
である。

【図１２】図９〜図１１に示した半導体レーザの製造方
法の説明図である。

【図１３】従来の送受信モジュールを示す概略斜視図で
ある。

【図１４】図１３のＦ−Ｆ断面図である。

【図１５】従来の送受信モジュールを示す概略断面図で
ある。

【符号の説明】

１０１…半導体基板１１１…ストライプ状凸部４０１…実装基板４０３…光ファイバ７０２…平坦化層７０３…凸形状部９０１…半導体レーザ１００１…平坦化層１１０１…平坦化層１３００…半導体基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤宏東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者東盛裕一東京都新宿区西新宿三丁目19番２号日本電信電話株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板に複数の層が形成され、中央部
にストライプ状凸部を有する半導体素子において、上記
ストライプ状凸部の両側に凸形状部を形成し、上記凸形
状部の突起面の上記半導体基板表面からの距離を上記ス
トライプ状凸部の突起面の上記半導体基板表面からの距
離とほぼ同等としあるいは上記凸形状部の突起面の上記
半導体基板表面からの距離を上記ストライプ状凸部の突
起面の上記半導体基板表面からの距離よりも大きくした
ことを特徴とする半導体光素子。
【請求項２】上記凸形状部の面積を全体の面積の３０％
以上としたことを特徴とする請求項１に記載の半導体光
素子。
【請求項３】上記凸形状部を平坦化層により形成し、上
記平坦化層として半導体結晶からなるのものを用いたこ
とを特徴とする請求項１または２に記載の半導体光素
子。
【請求項４】上記凸形状部を平坦化層により形成し、上
記平坦化層としてメタルからなるのものを用いたことを
特徴とする請求項１または２に記載の半導体光素子。
【請求項５】上記凸形状部を平坦化層により形成し、上
記平坦化層として絶縁膜からなるのものを用いたことを
特徴とする請求項１または２に記載の半導体光素子。
【請求項６】上記凸形状部を平坦化層により形成し、上
記平坦化層としてポリイミド樹脂からなるのものを用い
たことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体光
素子。
【請求項７】上記凸形状部を平坦化層により形成し、上
記平坦化層としてソルダからなるのものを用いたことを
特徴とする請求項１または２に記載の半導体光素子。
【請求項８】リッジ導波路を形成したリッジ導波路型の
半導体レーザであり、上記リッジ導波路の両側の側壁を
（１１１）Ａ結晶面としたことを特徴する請求項１から
７のいずれかに記載の半導体光素子。
【請求項９】スポット拡大機能を有する光導波路をモノ
リシック集積化したことを特徴とする請求項１から７の
いずれかに記載の半導体光素子。
【請求項１０】光導波路または光ファイバが設けられた
実装基板上に請求項１から９のいずれかに記載の半導体
光素子が実装されていることをことを特徴とする送受信
モジュール。
【請求項１１】請求項１０に記載の送受信モジュールを
用いたことを特徴とする光通信システム。