JPH11202275A - リッジ導波路型半導体光機能素子およびその製造方法 - Google Patents

リッジ導波路型半導体光機能素子およびその製造方法

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JPH11202275A
JPH11202275A JP10013421A JP1342198A JPH11202275A JP H11202275 A JPH11202275 A JP H11202275A JP 10013421 A JP10013421 A JP 10013421A JP 1342198 A JP1342198 A JP 1342198A JP H11202275 A JPH11202275 A JP H11202275A
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ridge
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control layer
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Mitsushi Yamada
光志 山田
Koji Nakamura
幸治 中村
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 リッジ導波路型半導体光機能素子の製造上、
歩留まりの向上を図る技術を提供する。 【解決手段】 半導体基板１１上に第１のクラッド層１
２、コア層１３、第２のクラッド層１４、コンタクト層
１５からなる積層構造体１６を形成する。この積層構造
体１６にエッチングマスク１８を用いた選択エッチング
処理を施し、リッジ部１７を形成する。このリッジ部１
７の両側でコア層１３の露出する面上に、モード制御層
１９ａを構成するための半導体層１９を所定の厚さ寸法
に改めて結晶成長させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、リッジ導波路型半
導体光機能素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】クラッド層間に光導波層たるコア層を有
する光導波路を利用した半導体光機能素子に、たとえば
半導体レーザあるいは電界吸収型光強度変調器のような
光機能素子がある。このような半導体機能素子には、一
般的に、光導波路についての横方向光分布を表す平行横
モードの単一性が要求される。単一平行横モードを得る
のに好適な半導体光機能素子のタイプの一つに、リッジ
導波路型半導体光機能素子がある。
【０００３】このリッジ導波路型光機能素子の製造で
は、半導体基板上に半導体材料を順次積層し、第１のク
ラッド層、光導波層たるコア層、第２のクラッド層、コ
ンタクト層からなる積層構造体が用られる。この積層構
造体にエッチングマスクを用いた選択エッチング処理が
施され、コア層上の第２のクラッド層およびその上のコ
ンタクト層の帯状部分を残してこの両層の不要部分が除
去される。残存した帯状部分で光導波路を規定するリッ
ジ部が構成され、このリッジ部に上方電極が形成され、
半導体基板の下面に形成される下方電極との間で電圧を
印加される。
【０００４】ところで、このようなリッジ導波路型光機
能素子では、メサ幅と呼ばれるリッジ部の幅寸法が単一
平行横モードの達成に大きく関係する。リッジ幅を小さ
くすることにより、単一平行横モードの実現が容易とな
るが、その反面、このリッジ部での電気抵抗が増大する
ことから、素子としての機能の低下を招く。
【０００５】そこで、リッジ部を形成するときにコア層
上から不要な第２のクラッド層部分の全てを除去するこ
となく、所定の厚さ寸法の第２のクラッド層をモード制
御層としてコア層上の全面に残すことが試みられてい
る。リッジ部からはみ出すコア層上を薄く覆うモード制
御層は、比較的幅寸法の大きなリッジ部での単一横平行
モードを可能とすることにより、電気抵抗値の低減およ
び単一横平行モードの実現を可能とする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
たような従来の製造方法では、前記したように、コア上
に形成されるモード制御層がエッチング処理により形成
されることから、モード制御層の正確な厚さ制御が容易
ではなく、このモード制御層の厚さ寸法のばらつきによ
り、得られた素子の特性に大きなばらつきが見られるこ
とから、素子の製造上、歩留まりの向上を図る技術が望
まれていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、以上の点を解
決するために、次の構成を採用する。 〈構成〉本発明に係る製造方法は、半導体基板上に半導
体材料を順次積層して形成される第１のクラッド層、コ
ア層、第２のクラッド層、コンタクト層からなる積層構
造体を用いてリッジ導波路型半導体光機能素子を製造す
る方法であって、この積層構造体に帯状のリッジ部を形
成すべく、前記コンタクト層上に形成されるエッチング
マスクを用いて第２のクラッド層下のコア層が露出する
までコンタクト層および第２のクラッド層をエッチング
により選択的に除去し、第２のクラッド層およびコンタ
クト層の残存する各部分で構成されるリッジ部の両側で
コア層の露出する面に、モード制御層を構成するための
半導体層を所定の厚さ寸法に改めて結晶成長させること
を特徴とする。
【０００８】また、本発明に係るリッジ導波路型半導体
光機能素子は、半導体基板上に形成された第１のクラッ
ド層と、該第１のクラッド層上に形成された光導波層た
るコア層と、該コア層上で帯状に伸び、リッジ部を形成
する第２のクラッド層と、該第２のクラッド層の両側で
コア層上に所定の厚さ寸法で形成されたモード制御層
と、帯状の前記第２のクラッド層の両側でモード制御層
上に形成された埋め戻し部とを含み、モード制御層の屈
折率は、コア層のそれ以下であり、しかも埋め戻し部の
それよりも大きいことを特徴とする。
【０００９】〈作用〉本発明に係る前記製造方法では、
コア層上の第２のクラッド層における前記リッジ部を除
く不要部分が、第２のクラッド層下のコア層が露出する
まで、全て除去される。その後、露出したコア層上に、
モード制御層のための半導体層が、たとえばエピタキシ
ャル法により、形成される。
【００１０】この第２のクラッド層の不要な部分の除去
後、コア層上に結晶成長されるモード制御層のための半
導体層の結晶成長では、その成長条件の制御により、従
来のようなエッチング処理に比較して、均一にかつ高精
度でモード制御層の厚さ寸法の制御が可能となることか
ら、モード制御層を従来のようなエッチング処理により
形成することに比較して、モード制御層を均一かつ所望
の厚さ寸法に容易に形成することができる。
【００１１】従って、本発明に係る前記製造方法によれ
ば、モード制御層の厚さ寸法のばらつきによる素子特性
のばらつきを防止することができることから、所望の特
性を示す光機能素子の歩留まりを向上させることができ
る。
【００１２】また、本発明に係る前記製造方法により形
成されるリッジ導波路型半導体光機能素子では、モード
制御層上には、従来の光機能素子におけると同様な、こ
のモード制御層を覆う埋め戻し部が形成される。本発明
に係る前記製造方法により形成される前記光機能素子で
は、モード制御層は、第２のクラッド層とは異なる半導
体材料で構成することができ、このモード制御層をリッ
ジ導波路型半導体光機能素子がより適正な特性を示すよ
うに、その材料を選択することができ、これによりモー
ド制御層をその屈折率がコア層のそれ以下であり、しか
も埋め戻し部のそれよりも大きい屈折率を示す半導体材
料で構成することができる。
【００１３】本発明に係るリッジ導波路型半導体光機能
素子では、モード制御層は、リッジ部で規定される光導
波路に最も効果的に光が封じ込められるように、その屈
折率がコア層のそれ以下であり、しかも埋め戻し部のそ
れよりも大きい値に設定されていることから、前記光機
能素子の動作効率が高められる。
【００１４】本発明に係るリッジ導波路型半導体光機能
素子では、モード制御層の材質を前記した光学的観点に
加えて、当該光機能素子の電気的観点に基づいて、選択
することができる。すなわち、モード制御層の不純物濃
度を第２のクラッド層のそれより小さくすることができ
る。このときモード制御層として、半導体材料に不純物
を添加しない、いわゆるアンドープ半導体層を用いるこ
とができる。
【００１５】また、モード制御層の導電型として、第２
のクラッド層の導電型と反対の導電型を採用することが
できる。すなわち、第２のクラッド層がたとえばｐ型半
導体であるとき、モード制御層として、ｐ型と反対の導
電型であるｎ型半導体を採用することができる。
【００１６】このモード制御層は、前記した性質の相互
に異なる複数の層を積層してなる多層構造を採用するこ
とができる。この多層構造の一例として、コア層に接す
る内層および該内層を覆う外層の２層構造を採用するこ
とができる。
【００１７】２層構造の内層に、外層の厚さ寸法より小
さな厚さ寸法を与えることができる。また、内層に前記
第２のクラッド層の導電型を与えることができ、外層に
第２のクラッド層のそれと反対の導電型を与えることが
できる。また、内層および外層の不純物濃度について
は、たとえば内層の不純物濃度を前記第２のクラッド層
のそれよりも小さく、また外層の不純物濃度を第２のク
ラッド層の不純物濃度よりも小さくすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
について詳細に説明する。 〈具体例１〉図１は、本発明に係るリッジ導波路型半導
体光機能素子の製造工程を示す端面図である。図１に示
されている例では、リッジ導波路型半導体光機能素子１
０を形成するための半導体基板として、ｎ型のInＰから
なる半導体基板１１が用いられている。
【００１９】半導体基板１１上には、図１（ａ）に示さ
れているように、ｎ型のInＰからなる第１のクラッド層
たる下方クラッド層１２、光導波層としての例えばアン
ドープInGaAsＰからなるコア層１３、ｐ型のInＰからな
る第２のクラッド層たる上方クラッド層１４およびｐ型
のInGaAsからなるコンタクト層１５が順次積層され、こ
れにより、積層体１６が形成される。この積層体１６の
形成に、従来よく知られた例えば有機金属気相堆積（MO
VPE）装置を用いることができる。また、コア層１３
に、多重量子井戸構造を採用することができる。
【００２０】積層体１６のコンタクト層１５上には、後
述するリッジ部１７のための例えば誘電体からなる帯状
のエッチングマスク１８が、フォトリソグラフィーのよ
うな従来技術を用いて形成される。このマスク１８は、
上方クラッド層１４およびその上のコンタクト層１５が
それぞれの結晶成長面を例えば（１００）面とすると
き、上方クラッド層１４上に整合して形成されるコンタ
クト層１５の（１００）面上で、例えばその〈０１１〉
方向に沿って形成することができる。
【００２１】エッチングマスク１８を用い、図１（ｂ）
に示されているように、まず、コンタクト層１５が選択
的なエッチング処理を受ける。このエッチング処理に従
来よく知られたドライエッチング装置を用いることがで
き、従来よく知られたドライエッチング処理により、マ
スク１８下に、垂直な側壁を有しかつマスク１８の形状
にほぼ一致する形状のコンタクト層部分１５ａを残すこ
とができる。
【００２２】続いて、コンタクト層部分１５ａ下の上方
クラッド層１４がマスク１８を用いた選択エッチング処
理を受ける。上方クラッド層１４のエッチング処理に、
例えば臭化水素および酢酸からなるエッチング液を用い
ることができる。このエッチング液は、InGaAsＰからな
るコア層１３に比較してInＰからなる上方クラッド層１
４を大きく削除することから、上方クラッド層１４に対
し大きな選択比を示す。また、前記エッチング液は、上
方クラッド層１４の横方向へのエッチングに際し、ほぼ
（１１１）Ａ面でエッチングを停止する。
【００２３】従って、前記したような適正なエッチング
液を用いて上方クラッド層１４に選択エッチング処理を
施し、このエッチング処理をコア層１３の露出をもって
停止することにより、図１（ｂ）に示されているよう
に、マスク１８下に逆台形の横断面形状を有する上方ク
ラッド層部分１４ａを残存させることにより、このクラ
ッド層部分１４ａを含む逆メサリッジ部１７を形成する
とともに、このリッジ部１７の両側でコア層１３を露出
させることができる。
【００２４】リッジ部１７の形成後、例えば従来よく知
られたエピタキシャル成長法を用いて、図１（ｃ）に示
されているように、コア層１３上に例えば約０．２μｍ
の厚さ寸法を有するモード制御層１９ａを形成するため
に、例えば上方クラッド層１４と同様なｐ型のInＰから
なる半導体層１９が結晶成長される。半導体層１９は、
前記したように、上方クラッド層１４と同じ導電型であ
るｐ型の導電型を示すが、その不純物濃度は、上方クラ
ッド層１４のそれより小さく設定されている。この半導
体層１９の形成により、コア層１３上のモード制御層１
９ａに連続して、成長条件に応じた厚さ寸法を有する側
壁部１９ｂがリッジ部１７の側壁部に沿って形成され
る。
【００２５】半導体層１９は、露出するコア層１３上へ
の半導体材料の結晶成長により形成されることから、従
来のようなエッチング処理に比較して、高精度でモード
制御層１９ａの厚さ寸法を制御することができ、従来に
比較して所望の、均一な厚さ寸法を有するモード制御層
１９ａを形成することができる。
【００２６】リッジ部１７の両側には、例えばポリイミ
ドのような有機絶縁体２０により、埋め戻されている。
有機絶縁体からなる埋め戻し部２０は、無機絶縁体で形
成することができる。
【００２７】下方クラッド層１２、コア層１３、半導体
層１９、上方クラッド層１４および埋め戻し部２０の屈
折率は、それらの材料または組成に応じた値を示す。従
って、各構成部１２、１３、１４および２０に、例えば
それらの材料または組成を選択により、コア層１３を含
む光導波路に光を封じ込めるに最も適した屈折率の値を
設定することができる。この光封じ込めの効率化の観点
から、半導体層１９すなわちモード制御層１９ａの屈折
率は、コア層１３のそれ以下であり、しかも埋め戻し部
２０のそれよりも大きな値となるように、設定される。
【００２８】図示の例では、下方クラッド層１２、上方
クラッド層１４およびモード制御層１９ａの屈折率は、
３．１７２に設定され、コア層１３の屈折率はモード制
御層１９ａのそれ以上の値である３．４５に設定され、
有機絶縁体からなる埋め戻し部２０の屈折率はモード制
御層１９ａのそれよりも小さな値である１．８に設定さ
れている。
【００２９】埋め戻し部２０の形成後、マスク１８が除
去され、露出するコンタクト層部分１５ａ上には、従来
よく知られた例えば金属蒸着法により、上方電極２１が
形成される。また、半導体基板１１は、所定の厚さ寸法
となるように必要に応じてその下面が研磨を受けた後、
この下面に下方電極２２が、従来と同様な方法により、
形成される。さらに、これら上方電極２１および下方電
極２２が組み込まれたリッジ導波路型半導体光機能素子
１０は、各素子１０ごとに半導体基板１１から分離さ
れ、必要に応じてコア層１３の端面に反射を防止するた
めのコーティング処理を受ける。
【００３０】図２は、前記した製造工程よって形成され
たリッジ導波路型半導体光機能素子１０の斜視図であ
る。このリッジ導波路型半導体光機能素子１０は、例え
ば両電極２１および２２間に逆電圧が印加されることに
より、電界吸収型光強度変調器として用いられる。
【００３１】この電界吸収型光強度変調器として用いら
れる半導体光機能素子１０では、光学的には、前記した
ような各構成部１２、１３、１４および２０の屈折率の
設定により、コア層１３を含む光導波路に効率的に光を
封じ込めることができる。また、ほぼ均一な所定の厚さ
寸法を有するモード制御層１９ａを高い精度で形成する
ことができることから、リッジ部１７に比較的大きな幅
寸法を設定しても、安定した単一横モードを達成するこ
とができる。従って、本発明の前記製造方法によれば、
電気抵抗が比較的小さく、モード特性にばらつきを生じ
難い良好な特性を示すリッジ導波路型半導体光機能素子
１０を、従来に比較して、高い歩留まりで形成すること
ができる。
【００３２】また、本発明に係る前記製造方法によれ
ば、モード制御層１９ａの不純物濃度をクラッド層部分
１４ａのそれよりも小さな値に設定することができる。
従って、本発明に係る方法によって製造されたリッジ導
波路型半導体光機能素子１０によれば、クラッド層部分
１４ａとコア層１３との間の実質的な静電容量の低減を
はかることが可能となり、両電極２０および２１間に印
加される逆電圧による電界強度をクラッド層部分１４ａ
により規定される光導波路に効率的に作用させることが
できる。
【００３３】また、モード制御層１９ａの不純物濃度を
クラッド層部分１４ａのそれよりも小さな値に設定する
ことができることから、リッジ導波路型半導体光機能素
子１０が順方向電圧で動作する例えば半導体レーザとし
て利用されるとき、モード制御層１９ａを経ることによ
り生じる電流の拡散を抑制することができ、これによ
り、前記光導波路への電流の注入効率の向上が図られ
る。
【００３４】前記したところでは、本発明に係る製造方
法を、リッジ部１７の両側が逆傾斜を示す逆メサ形状の
リッジ部に適用した例について説明したが、本発明に係
る製造方法を順メサ形状あるいは垂直メサ形状のリッジ
部を有するリッジ導波路型半導体光機能素子の製造に適
用することができる。
【００３５】リッジ部の前記したメサ形状の如何に拘わ
らず、モード制御層１９ａの形成のために半導体層１９
をコア層１３上に成長させるとき、リッジ部１７の両側
面に側壁部１９ｂが形成されると、この側壁部１９ｂの
厚さ寸法がリッジ部１７の実質的な幅寸法の増大を招
く。
【００３６】そのため、リッジ導波路型半導体光機能素
子１０の高次モードをカットオフするために必要なリッ
ジ部１７の最大幅寸法は、側壁部１９ｂにより低減す
る。この高次モードカットオフに必要なリッジ部１７の
厚さ寸法と、モード制御層１９ａとの関係を、側壁部１
９ｂの厚さ寸法（ΔＷ）とモード制御層１９ａの厚さ寸
法（ｄMC）との層厚比（ｒ＝ΔＷ／ｄMC）、およびコア
層１３の厚さ寸法（ｄc ）をそれぞれパラメータとし
て、図３に示した計算モデルに従って算出する。
【００３７】図３に示すモデルでは、計算の簡素化のた
めに、垂直メサ形状を有するリッジ部１７が採用されて
いるが、側壁部１９ｂを除くリッジ部１７の幅寸法Ｗ0
は、逆メサ形状のリッジ部１７では、コア層１３に接す
るリッジ部１７の下端における幅寸法となる。
【００３８】図３のモデル計算では、図１に沿って説明
したとおり、下方クラッド層１２、上方クラッド層１４
およびモード制御層１９ａの屈折率には、３．１７２の
値が採用され、コア層１３の屈折率には３．４５の値が
採用され、埋め戻し部２０の屈折率には１．８の値が採
用された。
【００３９】単一平行横モードを達成し得るリッジ部の
最大幅寸法すなわち高次モードのカットオフを与えるリ
ッジ部の最大幅寸法をＷc は、次式 Ｗc ＝Ｗ0 ＋２ΔＷ＝Ｗ0 ＋２ｒｄMC …（１） で示される。ここで、Ｗ0 は前記したとおり側壁部１９
ｂを除くリッジ部１７の幅寸法であり、ΔＷは側壁部１
９ｂの厚さ寸法であり、ｒは 側壁部１９ｂの厚さ寸法
（ΔＷ）のモード制御層１９ａの厚さ寸法（ｄMC）に対
する層厚比（ｒ＝ΔＷ／ｄMC）である。従って、単一平
行横モードの導波条件は、次式 ｄMC＜（Ｗc −Ｗ0 ）／（２ｒ） …（２） で与えられる。
【００４０】この式（２）に基づき、モード制御層１９
ａの厚さ寸法ｄMCと、側壁部１９ｂを除くリッジ部１７
の幅寸法Ｗc との関係が、従来よく知られた等価屈折率
法を用いて算出され、その結果が、図４のグラフに示さ
れている。ここでは、前記した屈折率の各値が採用さ
れ、また光の波長として１．５５μｍが採用された。
【００４１】また層厚比ｒおよびコア層１３の厚さ寸法
ｄc とをそれぞれパラメータとし、半導体層１９の成長
条件によって異なる層厚比ｒの値として、それぞれ０．
２５、０．５および１の値が採用されている。この層厚
比ｒの値が１であることは、モード制御層１９ａと側壁
部１９ｂとの成長速度が同一であることを意味する。ま
た、コア層１３の厚さ寸法ｄc として、それぞれ０．２
μｍ、０．２５μｍおよび０．３μｍの各値が採用され
た。
【００４２】図４に表されたグラフの横軸はモード制御
層１９ａの厚さ寸法ｄMC（μｍ）を示し、その縦軸は側
壁部１９ｂを除くリッジ部１７の幅寸法Ｗc （μｍ）を
示す。図４のグラフに示されているように、例えばコア
層１３の厚さ寸法ｄc が０．２５μｍであるとき、例え
ば層厚比ｒが０．２５であると、リッジ部１７の幅寸法
Ｗc を約３μｍ以下とすることにより単一平行横モード
が達成できる。
【００４３】また、例えばコア層１３の厚さ寸法ｄc が
０．２５μｍであるときの層厚比ｒの違いによるカット
オフを与えるリッジ部１７の最大幅寸法の比較から明ら
かなように、その膜厚比ｒの増大に伴って、カットオフ
を与えるリッジ部１７の最大幅寸法が約３μｍから約
２．５μｍ減少している。このことは、リッジ部１７に
より大きな幅寸法を与える上で、膜厚比ｒを小さくす
る、すなわち側壁部１９ｂの厚さ寸法の低減を図ること
が望ましいことを意味している。また、側壁部１９ｂ
は、光の導波損失を招くことから、この光の導波損失の
低減の上からも、その厚さ寸法の低減を図ることが望ま
しい。前記したモデル計算に用いた屈折率等の各値は、
定性的な説明を与えるための一例に過ぎず、状況あるい
は条件に応じて、これらの値を適宜選択することができ
る。
【００４４】図５は、前記したような側壁部１９ｂの厚
さ寸法の低減を図るのに好適な変形例を示すリッジ導波
路型半導体光機能素子１０の製造工程図である。図１
（ａ）に示したような積層体１６のコンタクト層１５上
に形成されるマスク１８よりも幅寸法の大きなマスク１
８′が図５（ａ）に示されているように、仮想線で示さ
れるコンタクト層１５および上方クラッド層１４を含む
積層体１６上に形成される。
【００４５】この幅広のマスク１８′を用いてコンタク
ト層１５および上方クラッド層１４に選択的なエッチン
グ処理を施すとき、図１（ｂ）に沿って説明したドライ
エッチング処理におけるよりも、等方性の高い、例えば
ウエットエッチング処理を施すことにより、図１に示し
たとほぼ同様な寸法を有するリッジ部１７をマスク１
８′下に形成することができる。このエッチング処理の
結果、マスク１８′は、その両側の延長部１８′ａがリ
ッジ部１７の両側から大きく（Ｈ分）はみ出す。
【００４６】リッジ部１７からはみ出したマスク１８′
下で、図１（ｃ）に沿って説明したと同様に、半導体層
１９を成長させると、クラッド層部分１４ａの両側面で
は、マスク１８′の延長部マスク１８′ａにより、図１
（ｃ）に示した例に比較して、一層強く結晶成長を妨げ
られる。
【００４７】このことから、図１に示した例に比較し
て、モード制御層１９ａの形成に伴う側壁部１９ｂの成
長を効果的に抑制することができ、層厚比ｒをより小さ
くすることができる。従って、リッジ部１７に、より大
きな幅寸法を与えることができ、これによりリッジ部１
７での抵抗値の低減およびマスク合わせの許容精度の向
上を図ることができる。また、側壁部１９ｂの厚さ寸法
の低減により、光の導波損失の低減を図ることができ
る。
【００４８】〈具体例２〉具体例１では、モード制御層
１９ａが、上方クラッド層１４すなわち上方クラッド層
部分１４ａと同一の導電型であるｐ型のInＰからなる例
を示した。これに対し、図６に示す具体例２のリッジ導
波路型半導体光機能素子１０では、モード制御層１９ａ
が、その側壁部１９ｂをも含んで、上方クラッド層１４
の導電型と反対の導電型である例えばｎ型あるいはアン
ドープの半導体層１９で構成されている。
【００４９】このアンドープあるいはクラッド層部分１
４ａと反対の導電型を有するモード制御層１９ａを備え
るリッジ導波路型半導体光機能素子１０は、例えば両電
極２１および２２間に順電圧が印加される使用形態で
は、キャリアがこのモード制御層１９ａに沿って流れる
ことを効果的に防止することができ、これにより、電流
の注入効率を高めることができる。また、モード制御層
１９ａをアンドープ層とすることにより、光の吸収損失
の低減を図ることができる。
【００５０】また、両電極２１および２２間に逆電圧が
印加される使用形態では、導波路部の静電容量は、モー
ド制御層１９ａおよび側壁部１９ｂの影響を受けること
なく、これらの層を除くリッジ部１７の幅寸法Ｗ0 のみ
で決まることから、静電容量の低減により、高周波特性
の改善を図ることができ、これにより、高速動作に有利
となる。また、リッジ部１７から離れた領域でのフォト
カレントの影響を抑制することができる。また、モード
制御層１９ａをアンドープ層とすることにより、光の吸
収損失の低減をも図ることができる。
【００５１】〈具体例３〉図７に示す具体例３のリッジ
導波路型半導体光機能素子１０では、前記したような単
層の半導体層１９に代えて、コア層１３を直接的に覆う
内層２３および該内層を覆う外層２４からなる２層構造
が採用されている。
【００５２】内層２３は、例えばクラッド層部分１４ａ
と同一の導電型を示す半導体材料からなり、コア層１３
を覆うモード制御層２３ａの厚さ寸法は、例えば０．０
５μｍ以下に設定されており、またその不純物濃度は前
記した各具体例におけると同様に、クラッド層部分１４
ａのそれよりも小さい。
【００５３】他方、内層２３を覆う外層２４は、アンド
ープ半導体材料またはクラッド層部分１４ａの導電型と
反対の導電型を示す半導体材料からなる。内層２３のモ
ード制御層２３ａを覆う外層２４のモード制御層２４ａ
の厚さ寸法は、両モード制御層２３ａおよび２４ａの和
が単一平行横モードを得るに適正なモード制御層厚さ寸
法ｄMCとなるように、設定される。
【００５４】内層２３は、クラッド層部分１４ａと同一
の導電型を示すことから、両電極２１および２２間に例
えば順電圧が印加されると、注入キャリアは内層２３の
モード制御層２３ａに沿ってリッジ部１７から遠ざかる
方向へ流れようとする。この拡がろうとする電流に対
し、内層２３はその厚さ寸法が極めて小さいことから、
高い抵抗値を示す。その結果、モード制御層２３ａを経
てリッジ部１７の両側へ拡がろうとする電流は、より電
気抵抗の小さいリッジ部１７のクラッド層部分１４ａを
流れようとすることから、このモード制御層２３ａによ
る電流の拡がりをリッジ部１７により規定される導波路
の導波モードの大きさにほぼ対応するように設定するこ
とにより、効率的な電流注入を実現することが可能とな
る。
【００５５】他方、両電極２１および２２間への逆電圧
が印加されると、前記したと同様に高抵抗を示すモード
制御層２３ａにより、リッジ部１７から遠ざかろうとす
る電流の拡がりが抑制されることから、実効的な静電容
量の低減が図られることから、高周波動作に有利とな
る。
【００５６】また、外層２４のモード制御層２４ａは、
内層２３のモード制御層２３ａと共同して、前記した半
導体層１９におけるモード制御層１９ａの作用と同様
に、単一平行横モードを実現させる。
【００５７】アンドープ半導体材料からなる外層２４
は、その不純物濃度が低いことから、光吸収損失、特に
フリーキャリア吸収による損失の低減を図る上で、有利
である。
【００５８】前記した２層構造に代えて、さらに多層の
モード制御層を適用することができ、また必要に応じ
て、多層モード制御層の各層の不純物濃度あるいは導電
型を適宜選択することができる。さらに、単一層からな
るモード制御層における導電型がその内面から外面へ向
けて、例えばクラッド層部分１４ａの導電型からアンド
ープ半導体へ向けて変化するように、あるいはクラッド
層部分１４ａの導電型からこれと逆の導電型へ向けて変
化するように、その不純物濃度をモード制御層の厚さ方
向へ、段階的に変化させることができる。
【００５９】〈具体例４〉図８に示すように、クラッド
層部分１４ａのコア層１３に接合する下端部に順メサ部
分１４ｂを残すことができる。このような順メサ部分１
４ｂは、具体例１の図１（ｂ）に沿って説明したクラッ
ド層部分１４ａを得るためのエッチング処理時、クラッ
ド層部分１４ａが図１（ｂ）に示すような完全な逆メサ
形状に至る前に、上方クラッド層１４のエッチング処理
を停止することにより、得ることができる。
【００６０】順メサ部分１４ｂは、モード制御層１９ａ
のための半導体層１９の結晶成長時に、この緩やかな傾
斜の順メサ部分１４ｂ上への結晶成長が促進されること
により、結晶性に優れたモード制御層１９ａを形成する
ことが可能となる。また、クラッド層部分１４ａの下端
部における鋭角部分の角度が順メサ部分１４ｂにより緩
和されることから、この鋭角部分に生じていた電界や発
光再結合の集中を防止することができ、これにより耐久
性の向上を図ることができる。
【００６１】前記したところでは、半導体基板１１とし
てInＰを用い、積層体１６を構成する半導体材料とし
て、InGaAsＰおよびInGaAsを用いた例について説明した
が、これら半導体基板１１を含む各層の半導体材料を適
宜選択することができる。また、モード制御層１９ａの
ための半導体層１９としてInＰを用いた例を示したが、
モード制御層１９ａとして、積層体１６の各層の構成材
料との関係で、例えばGaAs、AlGaAs、InGaAsＰ、InGaAl
Asあるいはその他の半導体材料を適宜選択することがで
きる。
【００６２】モード制御層１９ａ、２３ａおよび２４ａ
の厚さ寸法を大きく設定することにより、単一平行横モ
ードを得るためのリッジ部幅すなわちメサ幅を大きくす
ることができる。しかしながら、不必要に大きなメサ幅
は、屈折率導波効果を弱め、そのために横方向の光の封
じ込め作用が弱まることから、逆に電流注入効果あるい
は電界の印加効率の低下を招く結果となる。この観点か
ら、コア層の厚さ寸法が０．１〜０．３μｍもしくはそ
れ以下であると、図４のグラフに示されたカットオフ条
件に鑑み、モード制御層の厚さ寸法を約０．４μｍ以下
の値とすることが望ましい。
【００６３】また、前記したところでは、本発明に係る
製造方法を、主として、光強度変調器として利用される
リッジ導波路型半導体光機能素子に適用した例について
説明したが、これに代えて、本発明に係る製造方法およ
び光機能素子を、例えば光増幅器、光フィルタ及び光ス
ポットサイズ変換器、半導体レーザ、フォトダイオード
等に適用することができる。
【００６４】
【発明の効果】本発明に係るリッジ導波路型半導体光機
能素子の製造方法では、前記したように、第２のクラッ
ド層の不要な部分の除去後、コア層上にモード制御層の
ための半導体層が結晶成長により形成される。従って、
本発明の前記製造方法によれば、従来のエッチング方法
に比較して、モード制御層を均一かつ所望の厚さ寸法に
容易に形成することができることから、特性に優れた良
好なリッジ導波路型半導体光機能素子を効率的に形成す
ることが可能となり、これにより、モード制御層の厚さ
寸法のばらつきによる素子特性のばらつきを防止するこ
とができることから、所望の特性を示す光機能素子の歩
留まりを向上させることができる。
【００６５】また、本発明に係るリッジ導波路型半導体
光機能素子によれば、前記したように、モード制御層
は、リッジ部で規定される光導波路に最も効果的に光が
封じ込められるように、その屈折率が設定されることか
ら、前記光機能素子の動作効率が高められる。さらに、
本発明に係るリッジ導波路型半導体光機能素子によれ
ば、モード制御層の材質を前記した光学的観点に加え
て、当該光機能素子の電気的観点に基づいて、選択する
ことができることから、一層の動作効率の向上を図るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るリッジ導波路型半導体光機能素子
の製造工程を示す端面図である。
【図２】本発明に係るリッジ導波路型半導体光機能素子
を示す斜視図である。
【図３】本発明に係るリッジ導波路型半導体光機能素子
の高次モードカットオフ条件を求めるための計算モデル
を示す端面図である。
【図４】カットオフ条件を与えるリッジ部幅の臨界寸法
と、モード制御層の厚さ寸法との関係を示すグラフであ
る。
【図５】本発明に係るリッジ導波路型半導体光機能素子
の製造工程の変形例を示す端面図である。
【図６】本発明に係るリッジ導波路型半導体光機能素子
の他の具体例を示す端面図である。
【図７】本発明に係るリッジ導波路型半導体光機能素子
のさらに他の具体例を示す端面図である。
【図８】本発明に係るリッジ導波路型半導体光機能素子
のさらに他の具体例を示す端面図である。
【符号の説明】 １０ リッジ導波路型半導体光機能素子 １１ 半導体基板 １２ （第１のクラッド層）下方クラッド層 １３ コア層 １４ （第２のクラッド層）上方クラッド層 １５ コンタクト層 １６ 積層体 １７ リッジ部 １８、１８′ マスク １９、２３、２４ 半導体層 １９ａ、２３ａ、２４ａ モード制御層 ２０ 埋め戻し部

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 両クラッド層間に光導波層たるコア層を
    有するリッジ導波路型半導体光機能素子を製造する方法
    であって、半導体基板上に半導体材料を順次積層して第
    １のクラッド層、コア層、第２のクラッド層、コンタク
    ト層からなる積層構造体を形成すること、該積層構造体
    に帯状のリッジ部を形成すべく、前記コンタクト層上に
    形成されるエッチングマスクを用いて第２のクラッド層
    下の前記コア層が露出するまで前記コンタクト層および
    第２のクラッド層をエッチングにより選択的に除去する
    こと、前記第２のクラッド層およびコンタクト層の残存
    する各部分で構成されるリッジ部の両側で前記コア層の
    露出する面にモード制御層を構成するための半導体層を
    所定の厚さ寸法に結晶成長させることを含むリッジ導波
    路型半導体光機能素子の製造方法。
  2. 【請求項２】 前記モード制御層のための半導体層は、
    エピタキシャル成長法により形成される請求項１記載の
    製造方法。
  3. 【請求項３】 半導体基板上に形成された第１のクラッ
    ド層と、該第１のクラッド層上に形成された光導波層た
    るコア層と、該コア層上で帯状に伸び、リッジ部を形成
    する第２のクラッド層と、該第２のクラッド層の両側で
    前記コア層上に所定の厚さ寸法に形成されたモード制御
    層と、帯状の前記第２のクラッド層の両側で前記モード
    制御層上に形成された埋め戻し部とを含み、前記モード
    制御層の屈折率は、前記コア層のそれ以下であり、しか
    も前記埋め戻し部のそれよりも大きいことを特徴とする
    リッジ導波路型半導体光機能素子。
  4. 【請求項４】 前記モード制御層の不純物濃度は、第２
    のクラッド層のそれよりも小さいことを特徴とする請求
    項３記載のリッジ型半導体光機能素子。
  5. 【請求項５】 前記モード制御層の導電型は、第２のク
    ラッド層のそれと反対の導電型である請求項３記載のリ
    ッジ導波路型半導体光機能素子。
  6. 【請求項６】 前記リッジ部が逆台形の横断面形状を有
    する逆メサリッジ部である請求項３記載のリッジ導波路
    型半導体機能素子。
  7. 【請求項７】 前記モード制御層は多層構造を有する請
    求項３記載のリッジ導波路型半導体機能素子。
  8. 【請求項８】 前記モード制御層の多層構造は、前記コ
    ア層に接する内層および該内層を覆う外層を備え、前記
    内層は、前記外層の厚さ寸法より小さな厚さ寸法を有し
    また前記第２のクラッドと同一の導電型を示しかつその
    不純物濃度は前記第２のクラッド層のそれよりも小さ
    く、前記外層は、第２のクラッド層の導電型と反対の導
    電型を示しかつ該第２のクラッド層の不純物濃度よりも
    小さな不純物濃度を有する請求項７記載のリッジ導波路
    型半導体装置。
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