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CN101123342A - 光波导、半导体光学集成元件及其制造方法 - Google Patents

光波导、半导体光学集成元件及其制造方法 Download PDF

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CN101123342A CNA2007101423041A CN200710142304A CN101123342A CN 101123342 A CN101123342 A CN 101123342A CN A2007101423041 A CNA2007101423041 A CN A2007101423041A CN 200710142304 A CN200710142304 A CN 200710142304A CN 101123342 A CN101123342 A CN 101123342A
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Abstract

本发明的目的在于，在同一衬底上设置脊型波导和高台面型波导的半导体光学集成元件中波导界面处的光反射。在p型InP衬底(2)上设置半导体激光器部(I)、光调制器部(II)及作为将该二部隔离的隔离部(III)。在该结构中，将延续到台面条带(12)的两外侧的面的高度，在半导体激光器部I设置得比在光调制器部(II)高。而且，在隔离部(III)，上述延续面的高度从半导体激光器部(I)侧向光调制器部(II)侧逐渐降低。从而，能够减少半导体激光器部(I)与光调制器部(II)的界面处的光反射，并抑制激光器的单波长性的恶化。

Description

光波导、半导体光学集成元件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种光波导、半导体光学集成元件及其制造方法，尤其涉及一种可降低光波导界面处光反射的光波导、半导体光学集成元件及其制造方法。
背景技术
作为半导体激光器的光波导包括：将上部包覆层蚀刻成台面条带状的、能约束水平方向的光线的脊型波导，以及不仅上部包覆层、也将芯层及下部包覆层蚀刻成台面条带状的高台面型波导等。
由于脊型波导不蚀刻芯层，能降低半导体光学元件侧面的缺陷等级。另一方面，高台面型波导具有水平方向光线约束大、能降低电容等特点(例如，参考特开2000-228558号公报)。
由于脊型波导和高台面型波导的特性不同，所以可通过在半导体光学集成元件中将二者结合，实现整体性能提升。例如，在集成了电场吸收型光调制器的半导体激光器中，将半导体激光器部制作成脊型波导结构，将光调制器部制作成高台面型波导结构。通过制作成如上结构，在激光器部，能降低缺陷等级从而提高激光性能，在光调制器部，能降低电容而实现高速调制。
在上述半导体光学集成元件中，脊型波导和高台面型波导中的光学模式分布不同。因此，在二者交界处产生光反射，使半导体光学集成元件的特性恶化。例如，在电场吸收型调制器集成半导体激光器中，由于激光器部和光调制器部的交界处的光反射，会产生激光单波长性能恶化的问题。
发明内容
本发明致力于解决上述问题，其目的是，对同一衬底上具有脊型波导和高台面型波导的光波导、半导体光学集成元件，提供一种能减少激光器部和光调制器部的交界处产生的光反射的结构及其制造方法。
本发明的光波导包括：半导体激光器部，具有在衬底上依次层积的下部包覆层、第1芯层及上部包覆层，形成所述上部包覆层向两外侧延续的台面条带，用所述第1芯层产生激光；中间部，在所述衬底上邻近所述半导体激光器部设置，具有在所述衬底上依次层积的下部包覆层、第2芯层及上部包覆层，所述第2芯层与所述第1芯层接合，形成所述下部包覆层、所述第2芯层及所述上部包覆层向两外侧延续的台面条带；光调制器部，在所述衬底上邻近所述中间部设置，具有在所述衬底上依次层积的下部包覆层、第2芯层及上部包覆层，所述第2芯层吸收所述第1芯层生成的激光，形成所述下部包覆层向两外侧延续的台面条带；其中，所述半导体激光器部的延续到所述台面条带的两外侧的面离所述衬底的上表面的高度，大于所述光调制器部的延续到所述台面条带的两外侧的面离所述衬底的上表面的高度；所述中间部的延续到所述台面条带的两外侧的面离所述衬底上表面的高度，从所述半导体激光器部侧向所述光调制器部侧降低。
本发明的半导体光学集成元件，包括：半导体激光器部，具有在衬底上依次层积的下部包覆层、第1芯层及上部包覆层，形成所述上部包覆层向两外侧延续的台面条带，在所述第1芯层产生激光；中间部，在所述衬底上邻近所述半导体激光器部设置，具有在所述衬底上依次层积的下部包覆层、第2芯层及上部包覆层，所述第2芯层与所述第1芯层接合，形成所述下部包覆层、所述第2芯层及所述上部包覆层向两外侧延续的台面条带；光调制器部，在所述衬底上邻近所述中间部设置，具有在所述衬底上依次层积的下部包覆层、第2芯层及上部包覆层，所述第2芯层吸收所述第1芯层生成的激光，形成所述下部包覆层向两外侧延续的台面条带；其中，所述半导体激光器部的延续到所述台面条带的两外侧的面离所述衬底的上表面的高度，大于所述光调制器部的延续到所述台面条带的两外侧的面离所述衬底的上表面的高度。
本发明的半导体光学集成元件的制造方法，包括：在衬底的整个上表面形成下部包覆层的工序；在所述衬底上的第1区域、第2区域及连接这些区域的第3区域中的所述第1区域的所述下部包覆层上，形成产生激光的第1芯层的工序；在所述第3区域及所述第2区域的所述下部包覆层上，形成与所述第1芯层接合的、用于吸收所述第1芯层产生的激光的第2芯层的工序；在所述第1芯层及第2芯层上，形成上部包覆层的工序；形成掩模图案的工序，其中，以预定宽度横切所述第1区域、所述第3区域及所述第2区域的第1图案，所述一对第2图案在所述第1区域中与所述第1图案间的距离是第1间隔，在所述第2区域中与所述第1图案间的距离是小于所述第1间隔的第2间隔，而在所述第3区域中与所述第1图案间的距离，在从所述第1区域侧到所述第2区域侧的方向，从所述第1间隔渐减到所述第2间隔；以及以所述掩模图案为掩模，有选择地蚀刻所述衬底的上表面的工序。
另外，本发明的半导体光学集成元件的特征在于，设有：下部包覆层；在上述下部包覆层的一部分的上层形成的产生光的第1芯层；在上述下部包覆层的上层且不形成上述第2芯层的区域形成的吸收光的第2芯层；在上述第1芯层和第2芯层的上层重叠地形成的上部包覆层，上述第2芯层包含：具有与上述第1芯层的接触面的、在与上述接触面平行的方向的上述第2芯层的宽度在离开上述接触面的方向渐减的渐减部；以及上述渐减部的宽度与上述预定宽度的部分相接触的、以上述预定宽度直线状形成的条带部。
根据本发明，能够在同一衬底上具有脊型波导和高台面型波导的光波导、半导体光学集成元件中，获得减少激光器部和光调制器部交界处发生的光反射的结构及其制造方法。
附图说明
图1是实施例1的光波导及半导体光学集成元件的透视图；
图2是表示实施例1的光波导及半导体光学集成元件的制造方法的剖面图；
图3是表示实施例1的光波导及半导体光学集成元件的制造方法的剖面图；
图4是表示实施例1的光波导及半导体光学集成元件的制造方法的剖面图；
图5是表示实施例1的光波导及半导体光学集成元件的制造方法的剖面图；
图6是表示实施例1的光波导及半导体光学集成元件的制造方法的剖面图；
图7是表示实施例1的光波导及半导体光学集成元件的制造方法的剖面图；
图8是实施例2的光波导及半导体光学集成元件的透视图；
图9是表示实施例2的光波导及半导体光学集成元件的制造方法的剖面图；
图10是表示实施例2的光波导及半导体光学集成元件的制造方法的剖面图；
图11是表示实施例2的光波导及半导体光学集成元件的制造方法的剖面图；
图12是表示实施例2的光波导及半导体光学集成元件的制造方法的剖面图；
图13是表示实施例2的光波导及半导体光学集成元件的制造方法的剖面图；
图14是表示实施例2的光波导及半导体光学集成元件的制造方法的剖面图；
图15是表示实施例2的光波导及半导体光学集成元件的制造方法的剖面图；
图16是表示实施例2的光波导及半导体光学集成元件的制造方法的剖面图；
图17是表示实施例2的光波导及半导体光学集成元件的制造方法的剖面图。
图18是实施例3的光波导及半导体光学集成元件的透视图；
图19说明实施例3的下部包覆层3、第1芯层20、第2芯层21、上部包覆层10的配置；
图20是实施例3的半导体光学集成元件的上面图；
图21是实施例3的半导体光学集成元件的剖面图；
图22是实施例3的半导体光学集成元件的剖面图；
图23是实施例3的半导体光学集成元件的剖面图；
图24是实施例3的半导体光学集成元件的剖面图；
图25是实施例3的半导体光学集成元件的剖面图；
图26是实施例3的台面条带的宽度最优化的半导体光学集成元件的上面图；
图27是实施例3的台面条带的宽度最优化的半导体光学集成元件的剖面图；
图28是实施例3的台面条带的宽度最优化的半导体光学集成元件的剖面图；
图29是实施例3的台面条带的宽度最优化的半导体光学集成元件的剖面图；
[符号说明]
1：光调制器集成半导体激光器；2：p型InP衬底；3：p型InP包覆层(下部包覆层)；4、5、6、7：InGaAsP分离约束异质层(SCH层)；8：InGaAsP/InGaAsP应变MQW层(活性层)；9：光调制器吸收层(InGaAsP/InGaAsP应变MQW)；10：n型InP包覆层(上部包覆层)；11：接触层；12：台面条带；14：p型电极；15、16：n型电极；20：衍射光栅；21：第1芯层；22：第2芯层；23：实施例3的第2芯层
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施例进行详细说明。再有，对各图中相同或相应的部分，使用相同的符号标注，且简略甚至省略其说明。
实施例1
对本实施例1的光波导及半导体光学集成元件，参照图1进行说明。图1是将电场吸收型光调制器(EA调制器)和分布反馈型半导体激光器(DFB-LD)集成在单片上的光调制器集成激光器的透视图。
上述光调制器和半导体激光器是形成在同一块p型InP衬底(以下，简称为“衬底”)上。通过所述光调制器及半导体激光器，构成用以产生并射出激光的光波导。该光波导由分布反馈型半导体激光器部(以下，简称为“半导体激光器部”)I、电场吸收型光调制器部II(以下，简称为“光调制器部”)以及作为将该二部电气隔离的中间部的隔离部III构成。以下，将具有衬底、光波导、半导体激光器及光调制器的整体称为“光调制器集成半导体激光器”。
如图1所示，沿光调制器集成半导体激光器1的长度方向，设有横切半导体激光器部I、隔离部III、及光调制器部II的中央的台面条带12。半导体激光器部I在台面条带12的两外侧延设有面17，该面17到衬底2的上表面的高度，大于光调制器部II在台面条带12两外侧的延续面18到衬底2的上表面的高度。
另外，隔离部III在台面条带12两外侧延设有面19，该面19到衬底2的上表面的高度，沿半导体激光器部I侧到光调制器部II侧的方向，呈倾斜状变低。
接着，对半导体激光器部I的结构进行说明。在该部分，衬底2上设有p型InP包覆层(以下，简称为“下部包覆层”)，其上，依次层积InGaAsP分离、约束异质结构层(以下，简称为“SCH层”)6、InGaAsP/InGaAsP应变MQW(多量子阱)构成的半导体激光器的活性层(以下，简称为“活性层”)8、及SCH层7。由SCH层6、活性层8、及SCH层7，共同构成第1芯层21。
SCH层7的上方，设有周期性蚀刻而形成的衍射光栅20。进而，在其上方设有台面条带12的两外侧被蚀刻的n型InP包覆层(以下，简称为“上部包覆层”)10。台面条带12的上表面设有n型InGaAs包覆层(以下，简称为“包覆层”)11，其上设有n型电极15。另外，衬底2的背面侧设有p型电极14。
如上述，在半导体激光器I中，衬底2上层积下部包覆层3、第1芯层21、上部包覆层10，在台面条带12的两外侧延设有上部包覆层10。而且，施加电压到p型电极14和n型电极15之间，在第1芯层21处产生激光。
另外，在半导体激光器部I，活性层8及SCH层6、7的折射率，也比下部包覆层3、上部包覆层10的折射率大。因此，第1芯层21能够约束垂直于衬底2方向的光线。在台面条带12两外侧的面17，设置在高于第1芯层21的上表面即SCH层7的上表面的位置，从而形成脊型光波导结构。
接着，对隔离部III进行说明。隔离部III邻设在衬底2上的半导体激光器部I与光调制器部II之间。在衬底2上设有下部包覆层3，其上依次层积SCH层4、高折射率的光调制器吸收层(InGaAsP/InGaAsP应变MQW，以下，简称为“吸收层”)9、SCH层5。由SCH层4、吸收层9及SCH层5共同构成第2芯层22。进而，在其上设有上部包覆层10。在半导体激光器部I和隔离部II的交界处，第2芯层22和第1芯层21接合。而且，在台面条带12的两外侧，下部包覆层3、第2芯层22及上部包覆层10延续到倾斜的面19上。
在这样的隔离部III中，从半导体激光器部I侧向光调制器部II侧，位于台面条带12两外侧的面19的高度，沿台面条带12长度方向逐渐降低。而且，形成将半导体激光器部I和光调制器部II的两外侧的面17和面18连接的结构。
接着，对光调制器部II进行说明。光调制器部II邻近衬底2上的隔离部III而设。同隔离部III一样，在衬底2上设有下部包覆层3，其上依次层积第2芯层22、上部包覆层10。第2芯层22，具有高折射率的吸收层9，因此能够吸收第1芯层21产生的激光。台面条带12的侧面露出上部包覆层10及第2芯层22，还在台面条带12两外侧延设有下部包覆层3。台面条带12的上表面设有接触层11，其上设有n型电极16。另外，衬底2的背面侧设有p型电极14。
这样的光调制器部II中，由高折射率的吸收层9及SCH层4、5共同构成第2芯层22，从而形成台面条带12两外侧的面18低于第2芯层22的下表面即SCH层4的下表面的高台面型光波导结构。
就是说，根据图1所示的结构，从隔离部III的半导体激光器部I侧向光调制器部II侧，能够使激光的光学模式分布形状逐渐变化。从而，能够有效降低脊型波导的半导体激光器部I和高台面型波导的光调制器部II的交界处的光反射。结果，能够抑制半导体激光器部和光调制器部的交界处的光反射所引起的、激光单波长性能的恶化。
接着，参照图2～图7，说明图1所示的光波导及半导体光学集成元件的制造方法。首先，如图2所示，用MOCVD(金属有机化学气相沉积)法，在衬底2上依次层积p型InP形成的下部包覆层3、SCH层6、活性层8及SCH层7。进而，通过周期性蚀刻，在SCH层7上部形成衍射光栅20。
接着，有选择地蚀刻而除掉最终要形成隔离部及光调制器部的区域(以下，分别简称为“区域III”、“区域II”)的活性层8、SCH层6、7。结果，如图3所示，在衬底2上，最终要形成半导体激光器部的区域(以下，简称为“区域I”)、区域II及区域III中的区域I的下部包覆层3上，形成产生激光的第1芯层21。
接着，如图4所示，在区域III及区域II，用MOCVD法依次层积SCH层4、吸收层9及SCH层5。此时，通过对接方式，使区域I的活性层8与区域II及区域III的吸收层9接合。结果，区域II、区域III的下部包覆层3上，形成与第1芯层21相接的、用于吸收最终形成的半导体激光器部产生的激光的第2芯层22。
接着，在衬底2上，用MOCVD法依次层积覆盖整个上表面的上部包覆层和接触层。结果，如图5所示，在第1芯层21和第2芯层22上，形成上部包覆层10和接触层11。进而，在接触层11上，形成氧化硅膜、氮化硅膜、光刻胶等形成的掩模图案101。
图6表示从衬底2的上面侧观看的上述掩模图案101的平面图。该掩模图案101由以预定宽度横切区域I、区域III及区域II的条状的第1图案101a和与该图案相对而设置的一对第2图案101b、101c构成。(再有，图6示出最终要形成的光调制器集成半导体激光器1在晶片上的位置)
在区域I中，第1图案101a与第2图案101b的间距及第1图案101a与第2图案101c的间距，均设定为d1。在区域II中，第1图案101a与第2图案101b的间距及第1图案101a与第2图案101c的间距，均设定为比d1小的d2。而且，在区域III中，沿从区域I侧到区域II侧的方向，第1图案101a与第2图案101b的间距及第1图案101a与第2图案101c的间距，设定为从d1逐渐减小到d2。这样一来，在第1图案101a与第2图案101b及第1图案101a与第2图案101c之间，分别设置开口部102。
就是说，在掩模图案101的中央部，延设有横切区域I、区域II、区域III的条状的第1图案101a，其两侧设有开口部102。开口部102在区域I处的宽度比在区域II处的宽度大。而且，在区域III，开口部102的宽度逐渐变化，将区域I和区域II的开口部102连接。
接着，以掩模图案101为掩模，有选择地蚀刻衬底2的上表面。使用如RIE(Reactive Ion Etching)、ICP(Inductively Coupled Plasma)等的干法蚀刻进行。结果，得到如图7(透视图)所示的形状。
进行上述蚀刻时，蚀刻速率发生依据图6所示的掩模图案101的开口部102的宽度而发生改变。因为区域I内的开口部102的宽度大，所以在该处的蚀刻速率小，因为区域II与区域I相比，其开口部102的宽度小，所以蚀刻速率与区域I相比相应变大。在区域III，由于从区域I向区域II方向的开口部102的宽度逐渐变小，所以从区域I侧向区域II侧的蚀刻速率逐渐变大。
因此，如图7所示，区域I的台面条带12两外侧的面17，变得比第1芯层21的上表面、即SCH层7的上表面高。另外，在光调制器部II的台面条带12两外侧的面18，变得比第2芯层22的底面、即SCH层4的下表面低。进而，区域III的台面条带12两外侧的面19的高度，从区域I侧向区域II侧，沿条纹方向逐渐降低，变成倾斜连接面17和面18的形状。
接着，除去上述蚀刻过程中使用的掩模图案101，除去隔离部III的接触层11。进而，在台面条带12的正上方以外的表面上，形成氧化硅膜。最后，形成n型电极、p型电极。结果，得到如图1所示的结构。
通过上述说明的制造方法，能得到图1所示的结构，即半导体激光器部I为脊型波导、光调制器部II为高台面型波导并具有连接该二者的隔离部III的结构。于是能够得到：具有隔离部III的台面条带两侧部的表面高度逐渐变化而连接半导体激光器部和光调制器部的光波导；以及设有该光波导的光调制器集成半导体激光器。
实施例2
对本实施例2的光波导及半导体光学集成元件，参照图8进行说明。这里，重点说明与实施例1的不同之处。
如图8所示，设有横切半导体激光器部I、隔离部III及光调制器部II的中央部的台面条带12，在其两外侧延设的面204离衬底2的上表面的高度为一定值。于是，在隔离部III处，从衬底2的上表面到第2芯层22的高度，沿从半导体激光器部I侧到光调制器部II侧的方向而变大。
在半导体激光器部I中，活性层8及SCH层6、7的折射率比下部包覆层3、上部包覆层10的折射率大。因此，第1芯层21能够约束垂直于衬底2方向的光线。第1芯层21的上表面即SCH层7的上表面，处在低于台面条带12两外侧的面204的位置，形成脊型光波导结构。
另一方面，在光调制器部II，衬底2的上表面到第2芯层22的下端的高度，大于半导体激光器部I的衬底2的上表面到第1芯层21的上表面的高度。就是说，高折射率的吸收层9及SCH层4、5成为第2芯层22，第2芯层22的下表面即SCH层4的下表面比台面条带12两外侧的面204高，形成高台面型光波导结构。
在半导体激光器部I和光调制器部II之间的隔离部III，构成第2芯层22的吸收层203及SCH层201、202到衬底2的高度逐渐变化。于是，在半导体激光层I和隔离部III的交界处，形成分别将半导体激光器部I的活性层8、SCH层6、7与隔离部III的吸收层203、SCH层201、202接合的结构。
在图8所示的结构中，使半导体激光器部I的第1芯层21和光调制器部II的第2芯层22离衬底2的上面部的高度不同。而且，在隔离部III，使第2芯层22离衬底2的上表面的高度逐渐变化，以连接半导体激光器部I的第1芯层21和光调制器部II的第2芯层22。藉此，能够降低脊型波导和高台面型波导交界处的光反射。结果，能够抑制半导体激光器部和光调制器部交界处的光反射所引起的、激光单波长性能的恶化。
接着，参照图9～图17说明图8所示的光波导及半导体光学集成元件的制造方法。首先，如图9所示，在衬底2上的区域I、区域II及区域III上形成氧化硅膜等制成的第1掩模图案301。衬底2上的区域I、区域II及区域III，分别是最终形成半导体激光器部、光调制器部及隔离部的区域。
图10表示从衬底2的上面侧看上述第1掩模图案301的平面图。第1掩模图案301由以预定间隔W1横切区域I、区域III及区域II的2个条状掩模图案302a、302b构成。这些掩模图案在区域I设定为第1宽度L1，在区域II设定为比所述第1宽度L1大的第2宽度L2。而且，在区域III，从区域I侧到区域II侧宽度设定为从L1逐渐增大到L2(再有，图10表示出最终形成的光调制器集成半导体激光器1在晶片上的位置)。
这样一来，在掩模图案302a和掩模图案302b之间，形成条状的开口部303。掩模图案302a、302b在区域II的宽度大于在区域I的宽度。而且，宽度在区域III改变，以连接区域I、区域II的第1图案302a、302b。
接着，将上述第1掩模图案301作为掩模，使用金属有机物气相外延生长法，形成下部包覆层3。此时，在衬底2上的区域I、区域III及区域II的第1掩模图案301的2个条纹间的开口部303的位置，有选择地晶体生长下部包覆层3。结果，如图11所示，形成沿图10中开口部303的长度方向的部分的剖面图。就是说，在半导体激光器部I、隔离部III及光调制器部II，沿开口部303的长度方向，得到下部包覆层3的厚度变化的结构。
进行上述选择生长时，生长速度依据图10所示的掩模图案301的开口部303两侧的掩模图案302a、302b的宽度而发生改变。就是说，由于区域I的掩模图案302a、302b的宽度小，所以在该处的晶体生长速度低。由于区域II与区域I相比，其掩模图案302a、302b的宽度大，所以在该处的晶体生长速度相对地比区域I大。在区域III，由于掩模图案302a、302b的宽度从区域I侧向区域II侧逐渐变大，所以从区域I侧向区域II侧的晶体生长速度逐渐变大。
结果，如图11所示，区域I的下部包覆层3的厚度比区域II的下部包覆层3的厚度薄，区域III的厚度逐渐变化而成为连接区域I和区域II的下部包覆层3的形状。这样一来，在衬底2上形成的第1掩模图案301的2个条纹间的开口部303处，有选择地形成下部包覆层。之后，除去第1掩模图案301(图中未示出)。
接着，如图12所示，在衬底2上依次层积SCH层6、活性层8及SCH层7。再通过周期性蚀刻，在区域I的SCH层7上部形成衍射光栅20。接着，通过蚀刻而除去区域II及区域III的SCH层6、7、及活性层8(图中未示出)。这样一来，在区域I的下部包覆层3上，形成产生激光的第1芯层21。
接着，如图13所示，用MOCVD法在区域II依次层积SCH层4、吸收层9及SCH层5，形成第2芯层22。与此同时，在区域III依次层积SCH层201、吸收层203及SCH层202，形成第2芯层22。这时，通过对接方式，分别使区域I的第1芯层21的活性层8、SCH层6、7与区域III的第2芯层22的吸收层203、SCH层201、202接合。这样一来，在区域III及区域II的下部包覆层3上，形成与第1芯层21相连接的、用以吸收激光的第2芯层22。
接着，如图14所示，在衬底2上的区域I、区域II及区域III上，形成第2掩模图案304。图15表示从衬底2的上面侧看该第2掩模图案304的平面图。第2掩模图案304，如图15所示，由以预定间隔W2(W2不必与图10中的W1相等)横切区域I、区域III及区域II的2个条状掩模图案305a、305b构成。这些掩模图案在区域I设定为第3宽度L3，在区域II设定为比所述第3宽度L3窄的第4宽度L4(L3及L4与L1及L2不相关)。而且，在区域III，从区域I侧向区域II侧，将宽度设定为从L3逐渐减小到L4。此时，在衬底2上能露出其与图10中的第1掩模图案301的开口部303的形成位置相重合的区域的位置上，形成第2掩模图案304的掩模图案305a、305b间的开口部306(再有，图15表示出最终形成的光调制器集成半导体激光器1在晶片上的位置)。
这样，通过在衬底2上形成第2掩模图案304，在掩模图案305a、305b之间，形成条状的开口部306。该掩模图案305a、305b在区域I处的宽度大于在区域II处的宽度。而且，在区域III处宽度改变，以连接区域I、II处的掩模图案305a、305b。
接着，以第2掩模图案304为掩模，在衬底2上第1掩模图案301的开口部303和第2掩模图案304的开口部306相重合的区域，有选择地形成上部包覆层10。例如，用金属有机物气相外延生长法来形成。
在形成上述的上部包覆层10时，生长速度依据图15中的掩模掩模图案304的开口部306两侧的掩模图案305a、305b宽度而变化。就是说，由于区域I的掩模图案305a、305b的宽度大，所以在该处的晶体生长速度快。由于区域II与区域I相比，其掩模图案305a、305b的宽度窄，所以在该处的晶体生长速度相对于区域I变慢。在区域III，由于从区域I侧向区域II侧的掩模图案305a、305b的宽度逐渐变窄，所以从区域I侧向区域II侧的晶体生长速度逐渐变慢。
结果，如图16所示，区域I的上部包覆层10的厚度比区域II的上部包覆层10的厚度大，在区域III，形成从区域I侧向区域II侧的厚度逐渐变小的形状。结果，上部包覆层10离衬底2的上表面的高度，在区域I、II及III范围内大致相同，在区域I、II及III的上部包覆层10的上表面变成基本平坦的形状。
接着，除去图14、15所示的第2掩模图案304。然后，在上部包覆层10上形成n型InGaAs构成的接触层。进而，使用RIE(Reactive Ion Etching)、ICP(Inductively Coupled Plasma)等干法蚀刻，在衬底2上形成台面状的条带。结果，得到如图17(透视图)所示的形状。
在此结构中，在区域I(半导体激光器部I)的第1芯层21的上表面即SCH层7的上表面的高度，比台面条带12两外侧的面204低。区域II(调制器部II)的第2芯层22的下表面即SCH层4的下表面的高度，高于台面条带12两外侧的面204。在区域III(隔离部III)的第2芯层22即吸收层203、SCH层201、202的高度逐渐变化。于是，形成分别将区域I的活性层8和区域III的吸收层9连接和将区域I的SCH层6、7和区域II的SCH层201、202连接的结构。
接着，除去区域III(隔离部III)的接触层11。进而，在台面条带12的正上方以外的表面上，有选择地形成氧化硅膜。最后，在台面条带12的上表面形成n型电极，在衬底2的背面侧形成p型电极。
通过以上说明的制造方法，能得到图8所示的结构，即半导体激光器部I为脊型波导、光调制器部II为高台面型波导并具有连接该二者的隔离部III的结构。于是，能够得到：隔离部III的芯层高度逐渐变化而连接半导体激光器部和光调制器部的光波导；以及具有该光波导的光调制器集成半导体激光器。
实施例3
本实施例涉及可抑制光调制器集成半导体激光器的半导体激光部和光调制器之间的发射，且使诸特性得到改善的光调制器集成半导体滤光器。图18是本实施例的光调制器集成半导体激光器的说明图。图18是本实施例的光调制器集成半导体激光器的透视图。本实施例的光调制器集成半导体激光器设有的半导体激光器部和光调制器部的结构与图1所示的实施例1的结构相同。本实施例的特征是，光调制器集成半导体激光器设有下部包覆层3、第1芯层21、第2芯层23、上部包覆层10的配置。现用图18所示的结构中的下部包覆层3、第1芯层21、第2芯层23、上部包覆层10进行详细说明。
图19是下部包覆层3、第1芯层21、第2芯层23、上部包覆层10的上面图。下部包覆层3的上面图为图19(A)。下部包覆层3在半导体激光器部I、光调制器部II、隔离部III之下形成。图19(A)中的网线部分表示下部包覆层II被稍加蚀刻的部分。因此，下部包覆层3的网线部分表示该处的下部包覆层3比斜线部分更薄。再有，下部包覆层3的斜线部分的蚀刻不是特意加工的，因此，下部包覆层3也可在延续范围达到半导体激光器部I、光调制器部II、隔离部III的平坦面上形成。
接着，就图19(B)所示的第1芯层21和第2芯层23的配置进行说明。如图18所示，第1芯层21由SCH层4、吸收层9、SCH层5构成。第1芯层21在半导体激光器部I处形成。第2芯层23在隔离部III处，从与半导体激光器部I相接的面向与光调制器部II相接的面宽度渐减地形成。另外，第2芯层23具有与第1芯层接触的面。在与上述隔离部III上的第2芯层23相接的面上保持宽度而形成光调制器部II上的第2芯层23。于是，光调制器部II的第2芯层23形成为条状，与隔离部III的第2芯层23连接。再有，第一芯层21和第2芯层23与图19(A)的斜线部相重叠地形成。
接着，就图19(C)所示的上部包覆层10的配置进行说明。上部包覆层10在上述第1芯层21和第2芯层23的形成区域的上层相重叠地形成。上部包覆层10形成在图19(C)的网线部分和斜线部分上。但是，网线部分的上部包覆层的膜厚由于蚀刻而减少，因此膜厚比斜线部分的薄。上述的蚀刻是为形成台面条带12而进行的。而且，图19(C)斜线部分表示的上部包覆层10具有遍及半导体激光部I、光调制器部II、隔离部III的一定宽度。该斜线部分表示的上部包覆层10构成图18所示的台面条带12的一部分。
如上所述，在本实施例的光调制器集成半导体激光器中，在图19(A)所示的下部包覆层3的上层重叠下部包覆层3的斜线部分而形成图19(B)所示的第1芯层21和第2芯层23。再在第1芯层21和第2芯层23的上层重叠第1芯层21或第2芯层23而形成上部包覆层10(图19(C))。这里，图20示出了图18的上面图。还有，为了便于说明，图20中省略了电极15、16。另外，面17是上部包覆层10的表面，面18是下部包覆层3的表面。图20中，隔离部III的面17的、与台面条带长度方向垂直的方向上的宽度，记为宽度W。宽度W在与隔离部III的半导体激光器部相接的部分上取最大值，并向与光调制器部II相接的部分渐减。W在与光调制部II相接的部分与台面条带12的宽度相一致。图20中的虚线A、B、C、D、E处的光调制器集成半导体激光器的剖面，分别在图21～图25中示出。
如此，本实施例的隔离部III的台面条带12的两外侧，具有上述宽度W从半导体激光器部I到与光调制器部II相接的部分渐减的结构。通过这样的结构，能够使传送到光调制器部II的半导体激光器部I产生的光的模式分布形状在隔离部III中逐渐变化。通过使得光的模式分布形状从半导体激光器部I向光调制器部II逐步变化，能够抑制在半导体激光器部I和光调制器部II之间的光反射。通过上述的发射抑制，能够减少光功率的损失并保持激光器单波长性。
本实施例中，与台面条带12的长度方向垂直的方向上的台面条带12的长度(后称台面条带的宽度)，在整个半导体激光器部I、光调制器部II、隔离部III的区域内保持一定，但本发明并不以此为限。也就是说，如图26的光调制器集成半导体激光器的上面图所示，尽管半导体激光器部I的台面条带宽度W1与光调制器部II的台面条带宽度W2不同，但只要上述隔离部III的宽度W从与半导体激光器部I的接触面向与光调制器部II的接触面渐减，就能取得本发明的效果。图26的虚线F、G、H处的剖面分别示出图27、28、29。如此，可以将半导体激光器部I的台面条带宽度W1与光调制器部II的台面条带宽度W3设于最佳值，使特性最优化。具体而言，半导体激光器的电流-光输出特性、阈值电流-光输出的温度依存性、光调制器的调制频带、消光比等，能够分别得到最优化。因此，采用图26所示的结构，一方面能够抑制半导体激光器部I和光调制器部II之间的光反射，另一方面还能通过台面条带的最优化而实现诸特性的最优化。

Claims (11)

1.一种光波导，其特征在于，包括：
半导体激光器部，具有在衬底上依次层积的下部包覆层、第1芯层及上部包覆层，并形成所述上部包覆层延续到其两外侧的台面条带，在所述第1芯层产生激光；
中间部，在所述衬底上邻接所述半导体激光器部而设，具有在所述衬底上依次层积的所述下部包覆层、第2芯层及所述上部包覆层，所述第2芯层与所述第1芯层相接，并形成所述下部包覆层、所述第2芯层及所述上部包覆层延续到其两外侧的台面条带；以及
光调制器部，在所述衬底上邻接所述中间部而设，具有在所述衬底上依次层积的所述下部包覆层、所述第2芯层及所述上部包覆层，所述第2芯层吸收所述第1芯层产生的所述激光，并形成所述下部包覆层延续到其两外侧的台面条带，
所述半导体激光器部的延续到所述台面条带的两外侧的面离所述衬底的上表面的高度，大于所述光调制器部的延续到所述台面条带的两外侧的面离所述衬底上表面的高度；
所述中间部的延续到所述台面条带的两外侧的面离所述衬底上的表面的高度，从所述半导体激光器部侧向所述光调制器部侧降低。
2.一种光波导，其特征在于，包括：
半导体激光器部，具有在衬底上依次层积的下部包覆层、第1芯层及上部包覆层，并形成所述上部包覆层延续到其两外侧的台面条带，在所述第1芯层产生激光；
中间部，在所述衬底上邻接所述半导体激光器部而设，具有在所述衬底上依次层积的所述下部包覆层、第2芯层及所述上部包覆层，所述第2芯层与所述第1芯层相接，并形成所述下部包覆层、所述第2芯层及所述上部包覆层延续到其两外侧的台面条带；以及
光调制器部，在所述衬底上邻接所述中间部而设，具有在所述衬底上依次层积的所述下部包覆层、所述第2芯层及所述上部包覆层，所述第2芯层吸收所述第1芯层产生的激光，并形成所述下部包覆层延续到其两外侧的台面条带，
所述半导体激光器部、所述中间部及所述光调制器部的延续到所述台面条带的两外侧的面，离所述衬底上表面的高度是一定的；
在所述中间部，从所述衬底的上表面到所述第2芯层的高度，从所述半导体激光器部侧向所述光调制器部侧增加。
3.如权利要求2所述的光波导，其特征在于，所述光调制器部的从所述衬底的上表面到所述第2芯层的下端的高度，大于所述半导体激光器部的从所述衬底的上表面到所述第1芯层的上端的高度。
4.如权利要求1～3中任一项所述的光波导，其特征在于，所述半导体激光器部的所述第1芯层的上部设有衍射光栅。
5.一种半导体光学集成元件，其特征在于，包括：
半导体激光器部，具有在衬底上依次层积的下部包覆层、第1芯层及上部包覆层，并形成所述上部包覆层延续到其两外侧的台面条带，在所述第1芯层产生激光；
中间部，在所述衬底上邻接所述半导体激光器部而设，具有在所述衬底上依次层积的所述下部包覆层、第2芯层及所述上部包覆层，所述第2芯层与所述第1芯层相接，并形成所述下部包覆层、所述第2芯层及所述上部包覆层延续到其两外侧的台面条带；以及
光调制器部，在所述衬底上邻接所述中间部而设，具有在所述衬底上依次层积的所述下部包覆层、所述第2芯层及所述上部包覆层，所述第2芯层吸收所述第1芯层产生的激光，并形成所述下部包覆层延续到其两外侧的台面条带，
所述半导体激光器部的延续到所述台面条带的两外侧的面离所述衬底上表面的高度，大于所述光调制器部的延续到所述台面条带的两外侧的面离所述衬底上表面的高度。
6.一种半导体光学集成元件，其特征在于，包括：
半导体激光器部，具有在衬底上依次层积的下部包覆层、第1芯层及上部包覆层，并形成所述上部包覆层延续到其两外侧的台面条带，在所述第1芯层产生激光；
中间部，在所述衬底上邻接所述半导体激光器部而设，具有在所述衬底上依次层积的所述下部包覆层、第2芯层及所述上部包覆层，所述第2芯层与所述第1芯层相接，并形成所述下部包覆层、所述第2芯层及所述上部包覆层延续到其两外侧的台面条带；以及
光调制器部，在所述衬底上邻接所述中间部而设，具有在所述衬底上依次层积的所述下部包覆层、所述第2芯层及所述上部包覆层，所述第2芯层吸收所述第1芯层产生的所述激光，并形成所述下部包覆层延续到其两外侧的台面条带，
所述半导体激光器部、所述中间部及所述光调制器部的延续到台面条带的两外侧的面，离所述衬底上表面的高度是一定的；
在所述中间部，从所述衬底的上表面到所述第2芯层的高度，从所述半导体激光器部侧向所述光调制器部侧的方向增加；
所述光调制器部的从所述衬底的上表面到所述第2芯层的下端的高度，大于所述半导体激光器部的从所述衬底的上表面到所述第1芯层的上端的高度。
7.一种半导体光学集成元件的制造方法，其特征在于，包括如下工序：
在衬底上全面形成下部包覆层；
在所述衬底上的第1区域、第2区域和连接该两区域的第3区域中所述第1区域的所述下部包覆层上，形成产生激光的第1芯层；
在所述第3区域和所述第2区域的所述下部包覆层上，形成与所述第1芯层连接的、吸收所述激光的第2芯层；
在所述第1芯层和所述第2芯层上，形成上部包覆层；
在所述上部包覆层上形成具有第1图案和一对第2图案并在所述第1图案和所述第2图案之间具有开口部的掩模图案，其中，所述第1图案以预定间隔横切所述第1区域、所述第3区域及所述第2区域；所述一对第2图案具有在所述第1区域中与所述第1图案间的距离是第1间隔，在所述第2区域中与所述第1图案间的距离是小于所述第1间隔的第2间隔，以及在所述第3区域中与所述第1图案间的距离，是在所述第1区域侧至所述第2区域侧的方向，从所述第1间隔渐减到所述第2间隔的间隔；
以所述掩模图案为掩模，有选择地蚀刻所述衬底的上表面。
8.一种半导体光学集成元件的制造方法，其特征在于，包括如下工序：
在具有第1区域、第2区域及连接这些区域的第3区域的衬底上形成2个条带状的第1掩模图案，其中，以预定间隔横切所述第1区域、所述第3区域和所述第2区域，所述预定间隔在所述第1区域设为第1宽度，在所述第2区域设为大于所述第1宽度的第2宽度，在所述第3区域以从所述第1区域侧向所述第2区域侧渐增的宽度设置；
在所述衬底上，以所述第1掩模图案为掩模，在所述第1区域、所述第2区域和所述第3区域的设于所述第1掩模图案的所述2个条带间的开口部，有选择地形成下部包覆层；
除去所述第1掩模图案；
在所述第1区域的所述下部包覆层上，形成产生激光的第1芯层；
在所述第3区域和所述第2区域的所述下部包覆层上，形成与所述第1芯层连接的、吸收激光的第2芯层；
在所述衬底上，在设于所述2个条带之间的开口部与所述第1掩模图案的所述开口部的位置相重合区域的位置上形成2个条带状的第2掩模图案，其中，以预定间隔横切所述第1区域、所述第3区域和所述第2区域，所述间隔在所述第1区域以第3宽度、在所述第2区域以小于所述第3宽度的第4宽度、在所述第3区域以从所述第1区域侧向所述第2区域侧渐减的宽度设置；
在所述衬底上，在所述第1掩模图案的所述开口部和所述第2掩模图案的所述开口部相重合的所述区域，以所述第2掩模图案为掩模有选择地形成上部包覆层；
有选择地蚀刻所述上部包覆层，在所述衬底上形成台面条带。
9.一种半导体光学集成元件，其特征在于，包括：
下部包覆层；
在所述下部包覆层的一部分的上层形成的产生光的第1芯层；
在所述下部包覆层的上层且不形成所述第1芯层的区域形成的吸收光的第2芯层；以及
在所述第1芯层和所述第2芯层的上层相重叠而形成的上部包覆层，
所述第2芯层包括：具有与所述第1芯层的接触面的、在与所述接触面相平行方向上的、所述第2芯层的宽度在离开所述接触面的方向上渐减的渐减部；以及
与所述渐减部的宽度为所述预定宽度的部分相接触的、以所述预定宽度直线状形成的条带部。
10.如权利要求9所述的半导体光学集成元件，其特征在于，所述上部包覆层具有所述预定宽度，并具有比在所述条带部和其延长线上的上层延续的其他部分膜厚更厚的部分。
11.如权利要求9所述的半导体光学集成元件，其特征在于，
所述上部包覆层具有比在所述条带部和其延长线上的上层延续的其他部分膜厚更厚的部分，
形成于所述第1芯层的上层的所述膜厚更厚的部分的宽度大于形成于所述第2芯层的条带结构的上层的所述膜厚更厚的部分的宽度。
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