JPS61274384A - 光集積素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明は、光集積素子、特に先導波路を集積する素子構
造に関する。

（従来技術とその欠点） 半導体レーザ等が形成される活性層と、レーザ発振光を
導波する光導波路とが接続されて形成されている光集積
素子構造は、種々の先デバイスを同一基板上に形成し、
各デバイス間を先導波路で接続する形の光集積素子を作
製する上での基本構造である。第５図は光集積素子の一
例を示すものである。発振波長がλ１である第１の半導
体レーザ１０１と、発振波長がλ２である第２の半導体
レーザ１０２が同一のチップ１００の中に形成され、こ
の２つの半導体レーザ１０１．１０２は７字形をした光
導波路１０３に接続されている。この７字形の先導波路
からはλｌとｎの光が出射する。半導体レーザ１０１．
１０２を各々、独立に変調することにより、この光集積
素子は、波長多重伝送用光源として用いることができる
。

従来の様に、波長の異なる半導体レーザを複数個と、回
折格子等を用いた波長多重化光回路素子を用いて、波長
多重伝送用光源部を構成する場合に比べ大幅な軽量化、
小形化、組立て工数の軽減、信頼性の向上をはかること
ができるという利点がある。このような光集積素子は、
第６図の断面図に示される様に、半導体レーザ１０１．
１０２を構成する基本要素であるＩｎＧａＡｓＰ活性層
３と光導波路１０３を形成する基本要素であるＩｎＧａ
ＡｓＰ光ガイド層５とを良好に接続することにより作製
が可能となる。従来は第６図に示す様に、活性層３を含
む二重へテロ接合ウェハを形成後エツチングマスクとな
るＳｉＯ２膜１０を形成し、ｐ型証層４、及び活性層４
を選択的に除去し、この部分にＩｎＧａＡｓＰ光ガイド
層５及びピクラッド層６を液相エピタキシャル法などに
より形成する方法を用いていた。この場合ＳｉＯ２膜１
０は、エピタキシャル成長阻止膜となるため、結晶成長
は、この５ｉＯｚ膜１０の上には生じない。従って、活
性層３と、光ガイド層５とを突き合せの形で接続するこ
とができる。しかしながら、結晶成長が阻止されるＳｉ
Ｏ２膜１０の近傍では、平坦な表面上への結晶成長とは
異なる様相を示す。即ち一般に平坦部における場合より
も成長膜厚が数倍も大きくなるため、第７図に示される
様に、この部分で突起状の形の成長形状となる。この様
な成長形状を有するウェハは、以後の種々のフォトリソ
グラフィあるいは電極形成工程においてプロセスが非常
に難しく、例えばフォトレジストの密着露光を行う場合
に、突起部からウェハにクラックが入る、あるいは、突
起部において、所望のマスクパターンが得らｔない等の
問題があった。従って、活性層３と、光ガイド層５を接
続するエピタキシャル成長を行う場合に表面が平坦とな
るような結晶成長が可能な光集積素子構造が必要であっ
た。

（本発明の目的） 本発明は、以上の従来技術の欠点を解消する光集積素子
構造を提供するものである。

（本発明の構成） 本発明によれば、活性層を含む多層膜と、片端面が前記
活性層の端面と突き合わされる形状で形成された光ガイ
ド層と、表面全体を覆っている埋め込み層とを少なくと
も備えていることを特徴とする構造の光集積素子となっ
ている。

（第１の実施例） 次に図面を用いて本発明の詳細な説明する。第１図は、
本発明の第１の実施例の、活性層３と光ガイド層５とが
接続されたウェハの断面図である。表面は、活性層３と
光ガイド層５とが接続される領域の上部において、０．
２ｐｍ程度の小さな隆起が見られるが、第６図の従来例
で示した場合では１１１ｍ程度以上であり、表面の平坦
性は大きく改善されてい・る。

第２図（ａ）〜（ｅ）の断面図を用いて、作製方法を説
明する。結晶成長は、カーボンスライドボートを用いた
通常の液相エピタキシャル成長で行った。第２図（ａ）
は、（００１）面方位のｎ形ＩｎＰ基板１（Ｓｎドープ
、キャリア濃度１×１０１８ｃｍ−３）上に、ｎ形証バ
ッファ層２（Ｓｎドープ、キャリア濃度５　Ｘ　１０１
７ｃｍ−３、厚さｌ１１ｍ）、ノンドープＩｎＧａＡｓ
Ｐ活性層３（発光波長にして１．３ｐｍ組成、膜厚０．
１ｐｍ）、ｐ型ＩｎＰクラッド層４（Ｚｎドープ、キャ
リア濃度１×１０１８ｃｍ−３、膜厚０゜２ｐｍ）を連
続して積層した。結晶成長開始温度は６４０℃である。

次にウェハ表面に、ＳｉＯ２膜１ｏ全１ｏＤで約０．３
ｐｍの厚さに形成後７オトレジストを用いて、パターニ
ングを行い部分的に５ｉＯ２Ｊ［１０を除去し、更にそ
の下のｐ型ＩｎＰ層４、ＩｎＧａＡｓＰ活性層３を、各
／ｒ　ＨＣＩ系ノエッチンク液、Ｈ２ＳＯ４とＨ２Ｏ２
゜Ｈ２Ｏの混合エツチング液により選択的に除去する。

この形状が第２図（ｂ）に示されている。次に、ＩｎＧ
ａＡｓｐ光ガイド層５．ノンドープエｅ層６を積層する
液相エピタキシャル成長を行う。成長温度は６１５°Ｃ
である。成長を行う前に、ウェハ全体が高温の水素雰囲
気に曝されることで、表面の熱解離が生じる。これを防
止するため、ウェハ表面にＩｎＰの保護基板を近接させ
て配置させた。ＩｎＧａＡｓｐ光ガイド層５（発光波長
にして１．１５ｐｍ組成）の平坦部での成長膜厚は０．
２ｐｍ、又その上のノンドープＩｎＰ層６の膜厚は０．
２１１ｍとした。第２図（Ｃ）に示す様にノンドープＩ
ｎＰ層６の膜厚を０．２１１ｍと薄くしたことにより、
接続部１１近傍の隆起部１２の膜厚は平坦部に対して０
゜４ｐｍ程度と小さく抑えられた。

次に、５ｉＯｚ膜１０をフッ酸のエツチング液で除去し
た後（この状態を第２図（ｄ）に示す）、ウェハ表面全
体にｐ形ニー埋め込み層７（Ｚｎドープ、キャリア濃度
Ｉ　Ｘ　１０１８１０ｌ８を積層させる液相エピタキシ
ャル成長を行う。成長温度は６１５°Ｃである。この状
態が第２図（ｅ）である。結晶成長に際し、表面の熱解
離防止用のＩｎＰ保護基板を用いている。ｐ彫工」埋め
込み層７の平坦部での成長膜厚を０．８ｐｍにして成長
した時、隆起部１２の上部での平坦部に対する高さは０
゜２ｐｍ程度に抑えられた。これはｐ形ＩｎＰ埋め込み
層７の成長に際し、隆起部１２の上部でのＩｎＰの成長
が（００１）面内で成長速度が速く、従って、隆起部１
２の上部よりも側面での成長速度がが速いために、ｐ形
ピ埋め込み層７の表面では段差が小さくなることによる
。この様に、表面に多少の段差があってもその上部全体
に亘ってｐ形ＩｎＰ埋め込み層７を積層することで表面
の平坦性を大きく改善することができた。

（第２の実施例） 第３図は、第１図で示す半導体構造を分布帰還形半導体
レーザ２０１と、光導波路１０３との集積素子へと適用
した本発明の第２の実施例を示す断面図である。第１回
目の液相エピタキシャル成長過程では、周期が約２００
０人の回折格子５０が表面に形成されたｎ形ＩｎＰ基板
１の上に０．２ｐｍ膜厚のｎ形ＩｎＧａＡｓＰバッファ
層８（発光波長にして１．１５ｐｍ組成、Ｓｎドープ、
キャリア濃度８×１０７ｃｍ−３）が形成されている。

又、第２回目の液相エピタキシャル成長では、成長部の
表面に回折格子５０が露出していることから、表面を平
坦化させるために約０．１μｍの膜厚でｎ形ＩｎＰ平坦
化層１３（Ｓｎドープ、キャリア濃度７Ｘ１０１８ｃｍ
−３）を、光ガイド層５の成長に先立って形成した。ｎ
形ＩｎＰ平坦化層１３の成長に際しては谷の部分での成
長が速いため表面が平坦化された。ｐ形ＩｎＰ埋め込み
層７の膜厚は１．５ｐｍとした。また、ｐ側オーミック
電極２０の形成を容易にするためにｐ形ＩｎＧａＡｓＰ
コンタクト層９（膜厚０．５ｐｍ、発光波長にして１．
２ｐｍ組成、Ｚｎドープ。

キャリア濃度１×１０１９ｃｍ−３）を積層した。また
活性層３の領域にのみ電流を注入するため幅１０ｐｍの
所謂酸化膜ストライプ電極構造を形成し５ｉ０２絶縁膜
３０を電流注入領域３５以外の表面に積層させた。この
構造の素子は分布帰還形半導体レーザ２０１の共振器長
を２００ｐｍとした時発振閾値が２００ｍＡ程度であり
、発振スペクトル１．３１１ｍ付近では単一軸モードで
あった。また、先導波路１０３側へ出射した光は約９０
％が光ガイド層５に結合されて、端面３６側から出射し
た。以上の様に、分布帰還形半導体レーザ２０１と光導
波路１０３を良好に接続した光集積素子を形成すること
ができた。

（第３の実施例） 第４図は本発明の第３の実施例を示す断面図である。第
１図の第１の実施例と異なる点は、第１図にあるノンド
ープＩｎＰ層６を積層していないことにある。この場合
活性層３の上部と光ガイド層５の上部とではｐ形トＰ層
埋め込み層７の表面に約０．２ｐｍの段差が生じるが、
表面に種々のパターンを形成する場合におけるフォトレ
ジスト工程は、平坦な表面の場合とほぼ同様に良好に行
うことができた。

（その他の実施例） 以上、活性層３と光ガイド層５を接続する方法について
３種の実施例を示した。本発明はこの３種の実施例に限
定されるものではない。材料としてＩｎＧａＡｓＰ活性
層Ｐ系の代わりにＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系等の他の化
合物混晶を用いることもできる。また、第４図に示す構
造を用いて、第３図に示す分布帰還形半導体レーザ２０
１と光導波路１０３を集積化することもできる。又本実
施例では液相エピタキシャル法を用いて説明したが、ハ
イドライドＶＰＥ法などを用いることも可能である。

（発明の効果） 本発明による光集積素子構造では活性層と光ガイド層と
の間の光の結合効率が良好であること、又、ウェハ表面
が平坦となることから、結晶成長後のウェハ表面へのフ
ォトレジスト・バターニング工程が容易となること、従
って複数の光デバイスを先導波路で結いで同一基板上へ
形成する場合において、各素子間の光の結合が良好とな
ること、又、素子製作の歩留りが良好であること等の特
徴を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す断面図、第２図（
ａ）〜（ｅ）は第１図の実施例を作製する工程を示す図
、第３図は本発明の第２の実施例を示す断面図、第４図
は本発明の第３の実施例を示す断面図、第５図は光集積
素子の構成図、第６図は半導体レーザと先導波路の接続
を示す断面模式図、第７図は、従来例を示す断面図であ
る。図中、１はｎ形■一基板、２はｎ形ＩｎＰバッファ
層、３はＩｎＧａＡｓＰ活性層、４はｐ形ＩｎＰクラッ
ド層。 ５はＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層、６はノンドープＩｎＰ
層、７はｐ形ＩｎＰ埋め込み層、８はｎ形ＩｎＧａＡｓ
Ｐバッファ層、９はｐ形ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層、
１０は５ｉ０２膜、１１は接続部。 １２は隆起部、１３はｎ形ＩｎＰ平坦化層、２０はｐ側
金属電極。 ２１はｎ側金属電極、３５は電流注入領域、３６は端面
、５０は回折格子、１００は光集積素子チップ、１０１
，１０２は半導体レーザ、１０３は光導波路、２０１は
分布帰還形半導体レーザを示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 活性層を含む多層膜と、片端面が前記活性層の端面と突
   き合わされる状態で形成された光ガイド層と、表面全体
   を覆っている埋め込み層とを少なくとも備えていること
   を特徴とする光集積素子。