JPH1187844A

JPH1187844A - 半導体光結合回路及びその製造方法

Info

Publication number: JPH1187844A
Application number: JP32266697A
Authority: JP
Inventors: Naoto Yoshimoto; 直人吉本; Nobuhiro Kawaguchi; 悦弘川口; Satoru Oku; 哲奥; Yuichi Tomori; 裕一東盛; Susumu Kondo; 進近藤; Etsuo Noguchi; 悦男野口; Tadayuki Akabuchi; 忠之赤淵
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1997-07-08
Filing date: 1997-11-25
Publication date: 1999-03-30

Abstract

(57)【要約】【課題】大きなサイドエッチングによる光結合面の窪
み或いは突起状の形状による光学的、形状的な問題を解
決するにある。【解決手段】Ｉn_xＧa_1-xＡs_yＰ_1-y（０≦ｘ≦１，０
≦ｙ≦１）混晶５４から構成され、少なくとも一つのコ
ア層５８を有する複数の光導波路が、該光導波路の光の
導波方向に縦列に接続された光結合回路において、少な
くとも一つの光導波路がＩn_xＧa_yＡl_zＡs_1-y-z（０≦ｘ
≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１）混晶を含むことを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体光結合回路
及びその製造方法に関するものである。詳細に述べれ
ば、互いに異なる屈折率分布を有する光導波路がその光
軸方向に縦列に接続された光導波路に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】互いに異なる屈折率分布を有する光導波
路を、光導波路の光軸方向に縦列接続して半導体光素子
の最適構造を独立に設立することによって、半導体光集
積回路の性能向上を図る試みが盛んに行われている。

【０００３】特に、半導体レーザーに光ファイバが結合
された半導体レーザーモジュールを作製するには、半導
体レーザーと光ファイバの結合における光軸調整を可能
な限り大きな許容度でもって高効率に結合することが重
要である。このため、図３に示すような光導波路の構造
を有する半導体レーザが開発されている。

【０００４】図中、１１は活性層部のコア層、１２はガ
イド層部のコア層、１３は光結合断面、１４はレーザ出
射端面、１５は基板、１６はクラッド層である。同図に
示すように、電流注入により利得を得る活性層部のコア
層１１の一端側に、該活性層部のコア層１１より大きな
バンドギャップエネルギーを有するガイド層部のコア層
１２が光結合面１３を介して接続されている。

【０００５】ガイド層部のコア層１２の形状は、レーザ
出射端に近づくにつれて漸次幅が狭くなる、あるいは厚
さが薄くなる、または幅と厚さがともに減少する構造と
することにより、光導波路の光閉じ込め係数を低減さ
せ、レーザ出射端１４から出射されるレーザのスポット
サイズを拡大する。

【０００６】このような活性層１１と該活性層１１より
大きなバンドギャップエネルギーを有するガイド層部の
コア層１２との光結合面１３を作製するに際しては、概
ね図４に示す作製工程を用いてきた。先ず、図４（ａ）
に示すようにＩnＰ基板３０上に活性層部のコア層３１
をＭＯＶＰＥ法でエピタキシャル成長する。

【０００７】次に、図４（ｂ）に示すように、幅１０μ
ｍ、長さ３００μｍの長さの領域に形成したＳiＯ₂膜３
２をエッチングマスクとして、この領域以外のコア層３
１を除去して活性層部のコア層島３３を形成する。引き
続き、図４（ｃ）に示すように、コア層島３３以外の領
域にガイド部のコア層３４を形成する層を成長させ、活
性層部のコア層島３３とガイド部のコア層３４を結合さ
せる。

【０００８】更に、図４（ｄ）に示すように、活性層部
のコア層島３３の上に残っているＳiＯ₂膜３２を除去し
た後、活性層部のコア層島３３とガイド部のコア層３４
とを、活性層部２０及びガイド部２１のようにストライ
プ形状に加工する。その後、図４（ｅ）に示すように、
ストライプ状の活性層部２０及びガイド部２１の横を埋
め込み成長を行った後、クラッド層３５を成長して、続
いて電流注入用の電極３６を設けてレーザとする。

【０００９】また、図３に示す半導体レーザーは、図７
（ａ）〜（ｃ）に示す工程によっても製造される。尚、
図７（ａ）〜（ｃ）において、左右方向が光軸方向であ
る。先ず、図７（ａ）に示すようにＩnＰ基板１１４の
上に活性層部のコア層１１３とＩnＰクラッド層１１２
をそれぞれ０．４μｍ、１．５μｍの厚さでＭＯＶＰＥ
法でエピタキシャル成長させ、更に、その上にＳiＯ₂膜
１１１を３０００Å成膜し、ドライエッチングをもちい
て、図中左右方向に幅１０μｍ、長さ３００μｍのスト
ライプ状に加工する。

【００１０】次に、図７（ｂ）に示すようにＳiＯ₂膜１
１１をエッチングマスクとして、活性層部のクラッド層
であるＩnＰ層１１２を塩酸系のエッチャントを用いて
ウェットエッチングにより加工し、そして、活性層部の
コア層１１３を硫酸系のエッチャントを用いてウェット
エッチングにより加工する。

【００１１】引き続き、図７（ｃ）に示すように、図７
（ｂ）で取り除いた領域にガイド部のコア層１１５とク
ラッド層であるＩnＰ層１１６をそれぞれ０．４μｍ、
１．５μｍの厚さに成長させ、活性層部のコア層１１３
及びクラッド層１１２とガイド部のコア層１１５及びク
ラッド層１１６を結合させる。その後、ＳiＯ₂膜１１１
を除去して図３で示した光結合面１３を含む光導波路構
造を作製する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】図４（ａ）〜（ｅ）に
示す工程を経て作製されるレーザ出射端面２３は壁開工
程により作製するため、レーザ構造のストライプ方向は
この壁開面に直交することとなる。すなわち、壁開面は
［１１０］面に沿って生じるため、レーザ構造のストラ
イプ方向は〈１１０〉方向をとる。図４（ｂ）の横断面
図を図５（ａ）に示す。活性層部のコア層３１を除去す
る工程では、一般に塩酸、硫酸などの薬液によるウェッ
トエッチング方法を用いている。

【００１３】そのため、レーザ構造のストライプ方向は
〈１１０〉方向に対して、化学的に安定な〈１１１〉方
向の面が生じる。すなわち、光の結合断面に対して、斜
め構造を有することとなる。この面を形成しつつ、エッ
チングは横方向にも進行するため、活性層部のコア層島
３３を完全に除去した後は図５（ａ）に示すようにＳi
Ｏ₂膜３２より、活性層部のコア層島３３が深く後退し
た形状となる。この量をサイドエッチ量ｘと定義する。

【００１４】図６には、活性層部のコアとしてＩnＧaＡ
sＰ（１．５５μｍ組成）厚さ０．４μｍの層を用いた
場合のエッチング時間とサイドエッチング量との関係を
示す。ウェットエッチング液には硫酸系のエッチャント
を用いている。０．４μｍ厚のコア層を除去するのに１
２０秒ほど必要であるが、この場合、サイドエッチング
量は０．３μｍ程度にもなる。更に、結合部分における
反射低減のため、結合断面を斜め（結合部を上から見
て）とすると、サイドエッチング量は更に進行し、０．
５μｍ程度にも達する。

【００１５】また、一般にウェットエッチングはウェハ
面内で不均一に進行するため、やや時間を長めにエッチ
ングを行う。従って、ますますサイドエッチングが大き
くなることとなる。このような大きなサイドエッチング
があると、図４（ｃ）に示した工程におけるガイド部の
コア層３４を成長した時、図５（ｂ）に示すような活性
層部のコア層島３３とガイド部のコア層３４との光結合
部が歪んだ形となる。

【００１６】これは、大きな凹凸のある形状があるとこ
ろにＭＯＶＰＥ法で成長すると、原料ガスの供給が乱流
により乱れが生じ、ＳiＯ₂膜３２の下部には十分に原料
ガスが供給されないことに起因している。尚、図５で
は、［−１１０］断面に関して記載してあるが、この面
と直交する［１１０］断面でも同様な現象が観察され
る。

【００１７】上述のような、大きなサイドエッチングに
よる光結合面の窪み或いは突起状の形状は光学的、形状
的に問題が生じる。光学的問題とは、光結合面でのいび
つな形状により、この部分における光結合損失が大きく
なることを言う。次に形状的問題とは、このような窪み
或いは突起状の形状が光結合部に生じると、図４（ｄ）
に示したストライプを形成する工程において、幅がたか
だか１．５μｍ程度しかないため、ストライプ形成の作
製歩留まりが低減するといった問題が生じることを言
う。

【００１８】更に、利得の偏波依存性を低減させるため
にストライプ幅を０．５μｍ以下にする場合、この問題
は深刻である。

【００１９】図７（ａ）〜（ｃ）に示す工程を経て作製
されるレーザ出射端面１４は劈開工程により作製される
ため、レーザ構造のストライプ方向はこの劈開面に直交
することとなる。そのため、光結合もストライプ方向と
同一方向に作製することとなる。

【００２０】すなわち、劈開面は［１１０］面に沿って
生じるため、レーザ構造のストライプ方向すなわち光結
合を行う方向は〈１１０〉方向をとる。図７（ｂ）をも
ちいて活性層部のクラッド層１１２とコア層１１３を塩
酸系と硫酸系の薬液によって除去する工程を示したが、
レーザ構造のストライプ方向は、〈１１０〉方向であ
り、従って、光結合を行う方向は〈１１０〉方向に対し
て、直交している。

【００２１】この様な配置の場合、光結合面であるコア
層の側面は、化学的に安定な〈１１１〉方向の面でエッ
チングが停止する。すなわち光の結合断面に対して斜め
構造を有することとなる。この面を形成しつつ、エッチ
ングは横方向にも進行するため、活性層部のクラッド層
１１２とコア層１１３を完全に除去した後は図７（ｂ）
に示したようにＳiＯ₂膜１１１より、活性層部クラッド
層１１２とコア層１１３が深く後退した形状となる。こ
の量をサイドエッチ量ｘと定義する。

【００２２】図６には、活性層部のコア層としてＩnＧa
ＡsＰ（１．５５μｍ組成）厚さ０．４μｍの層を用い
た場合のエッチング時間とサイドエッチング量との関係
を示す。ウェットエッチング液には硫酸系のエッチャン
トを用いている。０．４μｍ厚のコア層を除去するのに
１２０秒ほど必要であるが、この場合、サイドエッチン
グ量は０．３μｍ程度にもなる。

【００２３】更に、後述する本願の別の発明の構成であ
る結合部分における反射低減のため、結合断面を斜め
（結合部を上から見て）とすると、サイドエッチング量
は更に進行し、０．５μｍ程度にも達する。また、一般
にウェットエッチングはウェハ面内で不均一に進行する
ため、やや時間を長めにエッチングを行う。従って、ま
すますサイドエッチングが大きくなることとなる。

【００２４】このような大きなサイドエッチングがある
と、図７（ｃ）に示したガイド部のコア層１１５を成長
した時、結合部が歪んだ形となり、更にガイド部のクラ
ッド層１１６を成長するときにはコア層１１５の歪みの
影響とクラッド層１１６がコア層１１５に比べて厚くな
っているため成長層の厚みもコア層１１５よりも厚いこ
とから、更に歪んだ形となる。

【００２５】そして、最終的に図７（ｃ）に示すように
ＳiＯ₂層１１１の高さにまで至る突起状の形と大きな窪
みを形成してしまう。これは、大きな凹凸のある形状が
あるところにＭＯＶＰＥ法で成長すると、原料ガスの供
給が乱流により乱れが生じ、ＳiＯ₂膜１１１の下部には
十分に原料ガスが供給されないことに起因している。

【００２６】上述のような、大きなサイドエッチングに
よる光結合面の窪みあるいは、突起状の形状は光学的、
形状的に問題が生じる。形状的な問題とは、この後の工
程で行う図３中の光導波路１１，１２としてのストライ
プを形成する際に良好なストライプの形成が困難であ
り、例えば、典型的な値であるたかだか１．５μｍ幅の
ストライプを作製する場合、その歩留まりは低下してし
まう。

【００２７】更に、偏波依存性を低減させるためにスト
ライプ幅を０．５μｍ以下にする場合、その影響は深刻
である。また、光学的な問題として、光結合面のいびつ
な形状により、この部分における光結合損失が大きくな
るという問題が起こってしまう。

【００２８】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
本発明の請求項１に係る半導体光結合回路は、Ｉn_xＧa
_1-xＡs_yＰ_1-y（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）混晶から構成
され、少なくとも一つのコア層を有し、積層方向の屈折
率分布が異なる複数の光導波路が、該光導波路の光の導
波方向に縦列に接続された光結合回路において、少なく
とも一つの光導波路がＩn_xＧa_yＡl_zＡs_1-y-z（０≦ｘ≦
１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１）混晶を含むことを特徴と
する。

【００２９】また、上述した課題を解決する本発明の請
求項２に係る半導体光結合回路は、請求項１の半導体光
結合回路において、Ｉn_xＧa_1-xＡs_yＰ_1-y（０≦ｘ≦
１，０≦ｙ≦１）混晶から構成されたコア層と、該コア
層よりも屈折率が小さく、かつ該コア層よりも下部にあ
るクラッド層の内部或いはその下部にＩn_xＧa_yＡl_zＡs₁
_-y-z（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１）混晶を含
むことを特徴とする。

【００３０】また、上述した課題を解決する本発明の請
求項３に係る半導体光結合回路の製造方法は、請求項１
又は請求項２の半導体光結合回路を製造する方法におい
て、ドライエッチングによって一部のコア層を除去する
工程と、前記工程よりも後にウェットエッチングによっ
てＩn_xＧa_yＡl_zＡs_1-y-z（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０
≦ｚ≦１）混晶を含むクラッド層を除去する工程とを含
むことを特徴とする。

【００３１】また、上述した課題を解決する本発明の請
求項４に係る半導体光結合回路の製造方法は、異なる材
質のコアを有する光導波路が光軸方向に接続された光導
波路素子の製造方法において、第１の材料からなるコア
層が上部クラッド層で覆われた層構造を有する半導体基
板上に、エッチング及び選択成長のマスクとなる材料で
第１のマスクパターンを形成する工程と、前記第１のマ
スクパターンで覆われていない部分の上部クラッド層を
ドライエッチングにより非等方的に除去する工程と、前
記第１のマスクパターンで覆われていない領域の第１の
材料からなるコア層の上部の一部をドライエッチングに
より非等方的に除去する工程と、前記エッチングにより
露出した上部クラッド層の側面を第１の材料からなるコ
ア層に対し選択性のある溶液によりウェットエッチング
する工程と、前記エッチングにより露出した前記第１の
マスクパターン以外の領域の第１の材料からなるコア層
の残部をクラッド層に対し選択性のある溶液を用いて等
方的なウェットエッチングにより除去するとともに、前
記第１のマスクパターン下の第１の材料からなるコア層
をサイドエッチングする工程と、前記基板上に、前記第
１の材料からなるコア層に接続するように、前記コア層
とは異なる第２の材料からなるコア層を前記第１のマス
クパターン以外の部分に選択埋め込み成長する工程と、
前記第２の材料からなるコア層上に、前記上部クラッド
層に接続するように、前記第１のマスクパターン以外の
部分に上部クラッド層を選択埋め込み成長する工程と、
前記第１のマスクパターンを除去する工程と、前記上部
クラッド層上に、エッチング及び選択成長のマスクとな
る材料で前記第１、第２の材料からなるコア層にまたが
る様なストライプ状の第２のマスクパターンを形成する
工程と、前記第２のマスクパターンで覆われていない部
分の上部クラッド層及び第１及び第２の材料からなるコ
ア層をエッチングにより除去する工程と、前記基板上
に、前記第２のマスクパターン以外の部分にクラッド層
を選択埋め込み成長する工程とを含むことを特徴とす
る。

【００３２】また、上述した課題を解決する本発明の請
求項５に係る半導体光結合回路の製造方法は、請求項４
記載の半導体光結合回路の製造方法において、前記第１
の材料からなるコア層と前記第２の材料からなるコア層
との接続面が、光導波路の光軸方向に対する垂直面に対
して傾斜する様に、前記第１のマスクパターンを配置さ
せることを特徴とする。

【００３３】また、上述した課題を解決する本発明の請
求項６に係る半導体光結合回路の製造方法は、請求項４
記載の半導体光結合回路の製造方法において、前記第１
の材料からなるコア層と前記第２の材料からなるコア層
との接続面が曲面となる様に、前記第１のマスクパター
ンを配置させることを特徴とする。

【００３４】また、上述した課題を解決する本発明の請
求項７に係る半導体光結合回路は、異なる材質のコアを
有する光導波路が光軸方向に接続された光導波路素子に
おいて、第１の材料からなるコアと第２の材料からなる
コアとの接続面が、前記接続面による反射を抑制する様
に、光導波路の光軸方向に対する垂直面に対して傾斜す
る平面であること特徴とする。

【００３５】また、上述した課題を解決する本発明の請
求項８に係る半導体光結合回路は、異なる材質のコアを
有する光導波路が光軸方向に接続された光導波路素子に
おいて、第１の材料からなるコアと第２の材料からなる
コアとの接続面が、前記接続面による反射を抑制する様
に、曲面であることを特徴とする。

【００３６】〔作用〕上記課題を解決するために、本発
明の請求項１又は２に係る半導体光結合回路では、Ｉn_x
Ｇa_1-xＡs_yＰ_1-y（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）混晶から
構成されたコア層のほかに前記Ｉn_xＧa_1-xＡs_yＰ
_1-y（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）混晶とウェットエッチ
ングにおける選択性を有するＩn_xＧa_yＡl_zＡs_1-y-z（０
≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１）混晶を含んでいる
ため、このＩn_xＧa_yＡl_zＡs_1-y-z（０≦ｘ≦１，０≦ｙ
≦１，０≦ｚ≦１）混晶をウェットエッチングにおける
エッチング停止層として機能させることができる。

【００３７】これにより、活性層部のコア層島を除去し
た部分の底面はダメージのない清浄な界面を有すること
ができる。従って、ガイド部のコア層を成長するとき、
結晶品質の良好な成長膜を得ることが可能となる。

【００３８】また、上記請求項１又は２に係る半導体光
結合回路を製造する方法である請求項３において、ドラ
イエッチングによってガイド部のコア層を除去する工程
と、ウェットエッチングによってＩn_xＧa_yＡl_zＡs_1-y-z
（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１）混晶を含むク
ラッド層を除去する工程とを併用することにより、ガイ
ド部のコア層における光結合面の（横断面に対する）垂
直性が向上する。

【００３９】また、ガイド部のコア層の一部或いはすべ
てをドライエッチングで除去することにより、ウェット
エッチングの時間を大幅に短縮することができる。これ
によって、サイドエッチング量を小さくすることができ
るため、上述した問題である光結合面での窪みや突起状
の形状を低減できる。

【００４０】上記課題を解決するための本発明の請求項
４に係る半導体光結合回路の製造方法では、要するに、
活性層部のパターニングにおいて、クラッド層とコア層
の一部をドライエッチングによりパターニングする工程
とその後、クラッド層をウェットエッチングにより短い
時間でサイドエッチングをする工程とコア層の残りの部
分をウェットエッチングにより取り除き、このときのエ
ッチングによりサイドエッチングを同時に行う工程を有
するため、窪みや突起状の形状に起因するサイドエッチ
量の制御性を向上することができる。

【００４１】即ち、これまでのウェットエッチングのみ
を使用したパターニングからドライエッチングを併用す
ることでクラッド層とコア層の一部をドライエッチング
によりパターニングすることでサイドエッチのほとんど
ないパターニングが可能となった。その後ダメージ層と
ともに残りのコア層をウェットエッチングを用いて除去
することでクラッド層とコア層にきれいな面を出すこと
ができる。

【００４２】これにより、いままでガイド部のコア層や
クラッド層を結合するときに生じていた窪みや突起状の
形状の原因であったサイドエッチ量の大きなパターニン
グからサイドエッチ量を低減したパターニングが可能と
なり、形状的な問題であった光導波路のストライプ形成
の歩留まりが向上し、また、光学的な問題であった光結
合損失も低減することが可能となる。

【００４３】更に、本発明の請求項５〜８に係る半導体
光結合回路及びその製造方法では、光結合面をストライ
プ方向〈１１０〉方向に対して９０度以外の角度あるい
は、円弧にすることにより光結合面の面積を大きくし、
同時に光の反射を抑圧する構造を有するため、光結合面
の面積を大きくし、ガイド部のコア層、クラッド層を成
長するときの単位長さ当たりのマスク上からの原料ガス
の供給量を減少することで結合面での成長速度異常を緩
和し、いびつな成長を抑圧することが可能となる。

【００４４】また、光結合面をストライプ方向〈１１
０〉方向に対して９０度以外の角度あるいは、円弧にし
た構造を採用することで光学的に反射の少ない光結合面
を作製することも可能となる。

【００４５】

【発明の実施の形態】

〔実施例１〕以下、図面を参照して本発明の実施例１を
詳細に説明する。本実施例に係る半導体光結合回路の作
製工程を図１に示す。本実施例では、半導体光結合回路
として、半導体レーザと同様の作製工程を有するスポッ
トサイズ変換機能導波路を集積した偏波無依存化された
半導体光ゲートアンプの工程について説明する。

【００４６】先ず、図１（ａ）に示すようにＩnＰ基板
５１上に１．１μｍ組成のＩnＧaＡlＡs５３（厚さ１０
ｎｍ）を含むｎ−ＩnＰクラッド層５２（厚さ１．０μ
ｍ）、１．５５μｍ組成のＩnＧaＡsＰ活性層５４（厚
さ０．４μｍ）、ｐ−ＩnＰクラッド層５５（厚さ０．
３μｍ）をＭＯＶＰＥ法でエピタキシャル成長する。次
に、図１（ｂ）に示すように、幅１０μｍ、長さ３００
μｍの長さの領域に形成したＳiＯ₂膜５６を蒸着した
後、エッチングマスクとして、活性層部以外の部分を除
去する。

【００４７】引き続き、図１（ｃ）に示すように、ＣＨ
₄／Ｈ₂をエッチングガスとして用いたドライエッチング
によって、ｐ−ＩnＰ層５５、ＩnＧaＡsＰ活性層５４、
ｎ−ＩnＰクラッド層５２をエッチングする。この時、
ＩnＧaＡlＡs層５３までエッチングが達したとしても、
ＣＨ₄／Ｈ₂系のドライエッチングはＡlを含む層に関し
てはエッチング速度がＩnＰに比べ１／１００以下のた
め、選択性が生じる。

【００４８】これにより、ドライエッチングを使用する
際、懸念されるオーバーエッチングする可能性は激減す
る。更に、図１（ｄ）に示すように、ドライエッチング
によりエッチングできなかったＩnＧaＡlＡs層５３を含
むｎ−ＩnＰクラッド層５２をウェットエッチングによ
り除去する。

【００４９】この時のウェットエッチングの時間はたか
だか１０〜２０秒なので、サイドエッチング量も０．１
μｍ程度に収まる。この工程により、ドライエッチング
による加工ダメージを除去することができる。更に、加
工底面に清浄なＩnＰ面がでることになり、次のガイド
層を結晶成長するときに良好な結晶品質が得られる。そ
の後、図１（ｅ）に示すように、ガイド部のｎ−ＩnＰ
層５７、１．３μｍ組成のＩnＧaＡsＰガイド層５８、
ｉ−ＩnＰ層５９を成長させる。

【００５０】そして、図２に示すように、ストライプ活
性層部、ガイド部ともにＣＨ₄／Ｈ₂系のドライエッチン
グによってストライプを形成する。この時、ガイド層部
の幅を出射端に近づくにつれて漸次狭くする。それによ
って、光導波路の光閉じ込め係数を低減させ、出射端か
ら出射されるレーザのスポットサイズを拡大させる機能
を持たせる。

【００５１】その後、ストライプの横のｐ−ＩnＰ層６
２、ｎ−ＩnＰ層６１を埋め込み成長を行った後、ＳiＯ
₂膜５６を除去した後ｐ−クラッド層６３、ｐ−ＩnＧa
Ａsコンタクト層６４を成長して、続いてＳiＯ₂パッシ
ベーション膜６５を形成した後、電流注入用の電極６
６，６７を設ける。

【００５２】なお、ここでは１．５５μｍ組成のＩnＧa
ＡsＰ活性層を例とするが、材料、構造はこれに限定さ
れる物ではなく、ＩnＧaＡsＰ／ＩnＰ系ＭＱＷ構造でも
よい。また、ここでは半導体光ゲートアンプについて述
べたが、半導体レーザや半導体受光素子、半導体光変調
器についても、本発明の構造及び作製方法は容易に適用
できる。

【００５３】更に、今回はドライエッチングのガスとし
て、ＣＨ₄／Ｈ₂を用いたが、ＢrやＣlなどハロゲン系の
ガスを用いてもよい。また、今回はガイド層部のストラ
イプ幅を狭くすることにより、スポットサイズ変換機能
を付加したが、選択成長を用いてガイド層部の厚さを徐
々に薄くする、或いはまたは幅と厚さがともに減少する
構造とすることにより、スポットサイズ変換機能を付加
したとしても本発明の趣旨を変えるものではない。

【００５４】〔実施例２〕以下、図面を参照して本発明
の実施例２を詳細に説明する。本実施例に係る半導体光
導波路素子の作製工程を図８〜図１０に示す。本実施例
では、半導体レーザ同様の作製工程を有するスポットサ
イズ変換機能導波路を集積した偏波無依存化された半導
体光ゲートアンプの工程の一部として半導体光導波路素
子の作製工程を説明する。

【００５５】まず、図８（ａ）に示すようにＩnＰ基板
１２４上に１．５５μｍ組成のＩnＧaＡsＰ活性層１２
３（厚さ０．４μｍ）、ＩnＰクラッド層１２２（厚さ
１．５μｍ）をＭＯＶＰＥ法でエピタキシャル成長す
る。そして、ＳiＯ₂膜１２１（厚さ３０００Å）を蒸着
した後、エッチング及び選択成長マスクとするために活
性層部の幅１０μｍ、長さ３００μｍの領域以外を除去
する。

【００５６】引き続き、図８（ｂ）に示すように、ＣＨ
₄／Ｈ₂をエッチングガスとして用いたドライエッチング
によって、ＩnＰ層１２２とＩnＧaＡsＰ層１２３の一部
（０．２μｍ程度）をエッチングする。次に、図８
（ｃ）に示すようにＩnＰ層１２２の側壁のダメージ層
を除去し、きれいな面を出すために塩酸系のエッチャン
トによりウェットエッチングを行う。

【００５７】このときのウェットエッチングの時間はた
かだか１０〜２０秒なので、サイドエッチ量も０．１μ
ｍ程度である。引き続き、残されているＩnＧaＡsＰ層
１２３を硫酸系のエッチャントを用いて除去する。この
時もウェットエッチングの時間はたかだか３０秒程度な
ので、サイドエッチ量は０．１μｍ程度に収まる。

【００５８】この工程により、ＩnＧaＡsＰ層１２３の
ドライエッチングによる加工ダメージを除去することが
できる。更に、加工底面に清浄なＩnＰ面がでることに
なり、次のガイド層を結晶成長するときに良好な結晶品
質が得られる，その後、図９（ａ）に示すようにガイド
部のガイド層である１．３μｍ組成のＩnＧaＡsＰ層１
２５とガイド部のクラッド層であるＩnＰ層１２６を成
長させ、そして、図９（ｂ）９に示すように、ＳiＯ₂膜
１２１を除去する。

【００５９】その後、再度、図９（ｃ）に示すように、
１．５μｍ幅のストライプ状のエッチング及び選択成長
マスク１２７を形成する。そして、図１０（ａ）に示す
ように、上記マスク１２７以外の領域を基板１２４まで
エッチングにより、除去する。更に、図１０（ｂ）に示
すように、再度、ＩnＰ層１２８を選択埋め込み成長し
て、導波路側部にもクラッドを形成し、図１０（ｃ）に
示すように、エッチング及び選択成長マスク１２７を除
去する。

【００６０】電極形成後、最終的に劈開により、各素子
を分離することで光導波路素子を作製する。なお、ここ
では１．５５μｍ組成のＩnＧaＡsＰ活性層を例とした
が、材料、構造はこれに限定される物ではなく、ＩnＧa
ＡsＰ／ＩnＰ系ＭＱＷ構造でもよい。

【００６１】また、半導体光ゲートアンプについて述べ
たが、半導体レーザや半導体受光素子、半導体光変調器
についても、本発明の構造及び作製方法は容易に適用で
きる。また、今回はドライエッチングのガスとして、Ｃ
Ｈ₄／Ｈ₂を用いたが、ＢrやＣlなどのハロゲン系のガス
を用いたとしても本発明の趣旨を変えるものではない。

【００６２】〔実施例３〕以下、図面を参照して本発明
の実施例３を詳細に説明する。本実施例に係る半導体光
導波路素子の光結合面の構造を上面から見た様子を図１
１に示す。ここで、１３１，１３２，１３３は最初のエ
ッチング及び選択成長を行う際のマスクである。本実施
例では、光導波路素子の光結合面の構造について説明す
る。

【００６３】これまで、光導波路素子を作製する際に光
結合面を得るための構造は図１１（ａ）に示すように、
ストライプ方向〈１１０〉方向に対して垂直方向（θ＝
９０°）の面をもった結合面１３２で光結合を行ってき
た。

【００６４】本実施例では、図１１（ｂ）に示すよう
に、この光結合面をストライプ方向〈１１０〉方向に対
して傾斜した方向、つまり、θ＝９０°以外の角度をも
った光結合面１３４で光結合を行う、あるいは、図１１
（ｃ）に示すように円弧状にした光結合面１３６で光結
合を行う。

【００６５】ここで、光結合面１３６は、円の一部であ
る必要はなく、直線以外の任意の曲線であってもよい。
また、結合面１３４は、最初のエッチング及び選択成長
のマスク１３１の端部形状を光軸方向と垂直ではない面
としておけばよいので、加工精度の全精度も大きく、か
つ，１．５μｍといった細いストライプを最終的に形成
する工程の精度に何ら影響を及ぼすことなく、前述した
実施例と同様に光導波路素子を作製することができる。

【００６６】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の請求項
１〜３に係る半導体光結合回路及びその製造方法によれ
ば、Ｉn_xＧa_1-xＡs_yＰ_1-y（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）
混晶から構成されたコア層のほかに前記Ｉn_xＧa_1-xＡs_y
Ｐ_1-y（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）混晶とウェットエッ
チングにおける選択性を有するＩn_xＧa_yＡl_zＡs
_1-y-z（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１）混晶を
含んでいるため、このＩn_xＧa_yＡl_zＡs_1-y-z（０≦ｘ≦
１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１）混晶をウェットエッチン
グにおけるエッチング停止層として機能させることがで
きる。これにより、活性層部のコア層を除去した部分の
底面はダメージのない清浄な界面を有することができ
る。

【００６７】また、ＩnＧaＡlＡs層はドライエッチング
のエッチング停止層としても利用できる。すなわち、た
とえＩnＧaＡlＡs層までエッチングが達したとしても、
ＣＨ₄／Ｈ₂系のドライエッチングはＡlを含む層に関し
てはエッチング速度がＩnＰに比べ１／１００以下のた
め、選択性が生じる。これにより、ドライエッチングを
使用する際、懸念されるオーバーエッチングする可能性
は激減する。

【００６８】そして、この後ＩnＧaＡlＡs層をウェット
エッチングで取り除けばよい。従って、ガイド部のコア
層を成長するとき、結晶品質の良好な成長膜を得ること
が可能となる。また、ＩnＧaＡlＡs系の混晶はＩnＧaＡ
sＰ系の混晶に比べて、硫酸系のウェットエッチャント
に対するエッチングレートが速いので、ＩnＧaＡlＡs層
を除去する間にＩnＧaＡsＰ層のサイドエッチングはそ
れほど進行しない。

【００６９】また、ドライエッチングによってガイド部
のコア層を除去する工程と、ウェットエッチングによっ
てＩnＧaＡlＡs混晶を含むクラッド層を除去する工程と
を併用することにより、ガイド部のコア層における光結
合面の（横断面に対する）垂直性が向上する。また、ガ
イド部のコア層の一部或いはすべてをドライエッチング
で除去することにより、ウェットエッチングの時間を大
幅に短縮することができる。

【００７０】この時のウェットエッチングの時間はたか
だか１０〜２０秒なので、サイドエッチング量も０．１
μｍ程度に収まる。これによって、サイドエッチング量
を小さくすることができるため、上述した問題である光
結合面での窪みや突起状の形状を低減できる。従って、
光結合部における光結合損失を低減できるとともに、光
結合部を含むストライプ形成（特に幅の狭い場合）にお
ける作製歩留まりが向上させることができる。

【００７１】また、本発明の請求項４に係る半導体光結
合回路の製造方法によれば、窪みや突起状の形状に起因
するサイドエッチ量の制御性を向上することができる。
即ち、これまでのウェットエッチングのみを使用したパ
ターニングからドライエッチングを併用することでクラ
ッド層とコア層の一部をドライエッチングによりパター
ニングすることでサイドエッチのほとんどないパターニ
ングが可能となった。

【００７２】その後ダメージ層とともに残りのコア層を
ウェットエッチングを用いて除去することでクラッド層
とコア層にきれいな面を出すことができる。これによ
り、いままでガイド部のコア層やクラッド層を結合する
ときに生じていた窪みや突起状の形状の原因であったサ
イドエッチ量の大きなパターニングからサイドエッチ量
を低減したパターニングが可能となり、形状的な問題で
あった光導波路のストライプ形成の歩留まりが向上し、
また、光学的な問題であった光結合損失も低減すること
が可能となる。

【００７３】更に、本発明の請求項５〜８に係る半導体
光結合回路及びその製造方法によれば、光結合面をスト
ライプ方向〈１１０〉方向に対して９０度以外の角度あ
るいは、円弧にすることにより光結合面の面積を大きく
し、ガイド部のコア層、クラッド層を成長するときの単
位あたりの原料ガスの量を減少することで結合面での成
長速度を緩和し、いびつな成長を抑圧することが可能と
なる。

【００７４】また、光結合面をストライプ方向〈１１
０〉方向に対して９０度以外の角度あるいは、円弧にし
た構造を採用することで光学的に反射の少ない光結合面
を作製することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る半導体光結合回路の作
製工程図である。

【図２】本発明の一実施例に係る半導体光結合回路の活
性層部の断面図である。

【図３】従来の半導体光結合回路の斜視図である。

【図４】従来の半導体光結合回路の作製工程図である。

【図５】従来の半導体光結合回路の光結合部分の断面図
である。

【図６】ウェットエッチング工程によるエッチング時間
とサイドエッチング量との関係を示すグラフである。

【図７】従来技術に係る半導体光導波路素子の製造工程
に係る斜視図である。

【図８】本発明の第２の実施例に係る半導体光導波路素
子の製造工程を示す斜視図である。

【図９】本発明の第２の実施例に係る半導体光導波路素
子の製造工程を示す斜視図である。

【図１０】本発明の第２の実施例に係る半導体光導波路
素子の製造工程を示す側面図である。

【図１１】本発明の第３の実施例に係る半導体光導波路
素子を示す上視図である。

【符号の説明】

１１活性層部のコア層１２ガイド層部のコア層１３光結合断面１４レーザー出射端面１５基板１６クラッド層３０基板３１活性層部のコア層３２ＳiＯ₂膜３３ガイド層部のコア層島３４ガイド部のコア層３５クラッド層３６電極５１ｎ−ＩnＰ基板５２ｎ−ＩnＰクラッド層５３ＩnＧaＡlＡsエッチング停止層５４ＩnＧaＡsＰ活性層５５ｐ−ＩnＰクラッド層５６ＳiＯ₂膜５７ガイド部のｎ−ＩnＰクラッド層５８ガイド部のＩnＧaＡsＰコア層５９ガイド部のｉ−ＩnＰクラッド層６１ｎ−ＩnＰ埋め込み層６２ｐ−ＩnＰ埋め込み層６３ｐ−ＩnＰクラッド層６４ｐ−ＩnＧaＡsコンタクト層６５ＳiＯ₂パッシベーション膜６６ｐ電極６７ｎ電極１１１ＳiＯ₂膜１１２活性層部のクラッド層１１３活性層部のコア層１１４基板１１５ガイド部のコア層１１６ガイド部のクラッド層１２１ＳiＯ₂膜１２２ＩnＰクラッド層１２３ＩnＧaＡsＰ活性層１２４ＩnＰ基板１２５ガイド部のＩnＧaＡsＰ活性層１２６ガイド部のＩnＰクラッド層１３１活性層部１３２光結合面１３３活性層部１３４光結合面１３５活性層部１３６光結合面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (72)発明者近藤進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 (72)発明者野口悦男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 (72)発明者赤淵忠之東京都武蔵野市御殿山１丁目１番３号エヌ・テイ・テイ・アドバンステクノロジ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｉn_xＧa_1-xＡs_yＰ_1-y（０≦ｘ≦１，０
≦ｙ≦１）混晶から構成され、少なくとも一つのコア層
を有する複数の光導波路が、該光導波路の光の導波方向
に縦列に接続された光結合回路において、少なくとも一
つの光導波路がＩn_xＧa_yＡl_zＡs_1-y-z（０≦ｘ≦１，０
≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１）混晶を含むことを特徴とする半
導体光結合回路。
【請求項２】請求項１の半導体光結合回路において、
Ｉn_xＧa_1-xＡs_yＰ_1- _y（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）混晶
から構成されたコア層と、該コア層よりも下部にあるク
ラッド層の内部或いはその下部にＩn_xＧa_yＡl_zＡs_1-y-z
（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１）混晶を含むこ
とを特徴とする半導体光結合回路。
【請求項３】請求項１又は請求項２の半導体光結合回
路を製造する方法において、ドライエッチングによって
一部のコア層を除去する工程と、前記工程よりも後にウ
ェットエッチングによってＩn_xＧa_yＡl_zＡs_1-y-z（０≦
ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１）混晶を含むクラッド
層を除去する工程とを含むことを特徴とする半導体光結
合回路の製造方法。
【請求項４】異なる材質のコアを有する光導波路が光
軸方向に接続された光導波路素子の製造方法において、
第１の材料からなるコア層が上部クラッド層で覆われた
層構造を有する半導体基板上に、エッチング及び選択成
長のマスクとなる材料で第１のマスクパターンを形成す
る工程と、前記第１のマスクパターンで覆われていない
部分の上部クラッド層をドライエッチングにより非等方
的に除去する工程と、前記第１のマスクパターンで覆わ
れていない領域の第１の材料からなるコア層の上部の一
部をドライエッチングにより非等方的に除去する工程
と、前記エッチングにより露出した上部クラッド層の側
面を第１の材料からなるコア層に対し選択性のある溶液
によりウェットエッチングする工程と、前記エッチング
により露出した前記第１のマスクパターン以外の領域の
第１の材料からなるコア層の残部をクラッド層に対し選
択性のある溶液を用いて等方的なウェットエッチングに
より除去するとともに、前記第１のマスクパターン下の
第１の材料からなるコア層をサイドエッチングする工程
と、前記基板上に、前記第１の材料からなるコア層に接
続するように、前記コア層とは異なる第２の材料からな
るコア層を前記第１のマスクパターン以外の部分に選択
埋め込み成長する工程と、前記第２の材料からなるコア
層上に、前記上部クラッド層に接続するように、前記第
１のマスクパターン以外の部分に上部クラッド層を選択
埋め込み成長する工程と、前記第１のマスクパターンを
除去する工程と、前記上部クラッド層上に、エッチング
及び選択成長のマスクとなる材料で前記第１、第２の材
料からなるコア層にまたがる様なストライプ状の第２の
マスクパターンを形成する工程と、前記第２のマスクパ
ターンで覆われていない部分の上部クラッド層及び第１
及び第２の材料からなるコア層をエッチングにより除去
する工程と、前記基板上に、前記第２のマスクパターン
以外の部分にクラッド層を選択埋め込み成長する工程と
を含むことを特徴とする半導体光結合回路の製造方法。
【請求項５】前記第１の材料からなるコア層と前記第
２の材料からなるコア層との接続面が、光導波路の光軸
方向に対する垂直面に対して傾斜する様に、前記第１の
マスクパターンを配置させることを特徴とする請求項４
記載の半導体光結合回路の製造方法。
【請求項６】前記第１の材料からなるコア層と前記第
２の材料からなるコア層との接続面が曲面となる様に、
前記第１のマスクパターンを配置させることを特徴とす
る請求項４記載の半導体光結合回路の製造方法。
【請求項７】異なる材質のコアを有する光導波路が光
軸方向に接続された光導波路素子において、第１の材料
からなるコアと第２の材料からなるコアとの接続面が、
前記接続面による反射を抑制する様に、光導波路の光軸
方向に対する垂直面に対して傾斜する平面であること特
徴とする半導体光結合回路。
【請求項８】異なる材質のコアを有する光導波路が光
軸方向に接続された光導波路素子において、第１の材料
からなるコアと第２の材料からなるコアとの接続面が、
前記接続面による反射を抑制する様に、曲面であること
を特徴とする半導体光結合回路。