JP5151532B2 - Manufacturing method of semiconductor optical integrated device - Google Patents
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Description
この発明は、複数の半導体光素子を単一の基板上に集積した半導体光集積素子に関する。 The present invention relates to a semiconductor optical integrated device in which a plurality of semiconductor optical devices are integrated on a single substrate.
複数の半導体素子を単一の半導体基板上に集積する一方法としては、損失及び接続効率の面において優れており、複数の半導体素子同士を直接接続する突合せ接合(バットジョイント)により集積する方法がある。 One method of integrating a plurality of semiconductor elements on a single semiconductor substrate is excellent in terms of loss and connection efficiency, and is a method of integrating by a butt joint (butt joint) that directly connects a plurality of semiconductor elements. is there.
特許文献1においては、分布帰還型半導体レーザ(DFBレーザ)及び電界吸収型変調器(EA変調器)の2つの半導体素子の接合方法が開示されている。図8〜図10は、特許文献1において開示されている半導体素子の接合方法の各工程を模式的に示す図である。図8〜図10の(a)は、その各工程を模式的に示す斜視図である。図8(b)は、図8(a)のVIII−VIII線に沿った断面図である。図9(b)は、図9(a)のIX−IX線に沿った断面図である。図10(b)は、図10(a)のX−X線に沿った断面図である。特許文献1において開示されている典型的なバットジョイント集積方法では、先ず、半導体基板90上に回折格子90aを形成する。次に、回折格子90a上にDFBレーザ用の活性層93aを含む半導体積層91Aを成長する(図8(a)〜図8(b))。次に、その半導体積層91Aの最上層にエッチングマスク(SiNマスク)95を形成する。その後、少なくとも半導体基板90が露出されるまでそのSiNマスク95が存在しない部分をエッチングする(図9(a)〜図9(b))。次に、SiNマスク95を選択成長マスクとして、エッチングされた部分に活性層93bを含めEA変調器を構成する半導体積層91Bを再成長させる(図10(a)〜図10(b))。
しかしながら、かかる再成長の際に、選択成長マスクの近傍では選択成長マスクの影響によって組成変動、膜厚変動が起こり易い。その結果、選択成長マスクの付近の再成長された活性層に転位等が発生して結晶性が悪化してしまう。また、この活性層の結晶性の悪化は、素子特性の低下、歩留まりの低下などの問題を引き起こし、信頼性の高い素子を得ることが困難であった。 However, during such regrowth, compositional variation and film thickness variation are likely to occur near the selective growth mask due to the influence of the selective growth mask. As a result, dislocations occur in the regrown active layer in the vicinity of the selective growth mask and the crystallinity deteriorates. In addition, the deterioration of the crystallinity of the active layer causes problems such as a decrease in device characteristics and a decrease in yield, and it is difficult to obtain a highly reliable device.
本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、結晶性の悪化を抑制し、信頼性向上可能な半導体光集積素子の製造方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor optical integrated device capable of suppressing deterioration of crystallinity and improving reliability.
上述の課題を解決するため、本発明に係る半導体光集積素子の製造方法は、同一の半導
体基板上に配置されており、互いに光学的に結合された第1半導体素子部と第2半導体素
子部とを備えており、第1半導体素子部が第1活性層を有し、第2半導体素子部が第1活
性層とは組成が異なる第2活性層を有する半導体光集積素子の製造方法において、半導体
基板上に第1活性層を成長する第1活性層形成工程と、第1活性層上にエッチングマスク
を形成するエッチングマスク形成工程と、エッチングマスクを用いてエッチングマスクが
存在しない部分の第1活性層をエッチングするエッチング工程と、エッチング工程後、第
2活性層を成長する第2活性層形成工程と、エッチングマスクを除去するエッチングマス
ク除去工程と、を有し、エッチングマスクが、第1半導体素子部及び第2半導体素子部の
光導波路方向に沿って所定の間隔で配置された第1部分と第2部分を有し、第2部分の光
導波路方向における長さが第1部分の光導波路方向における長さより短い。
In order to solve the above-described problems, a method of manufacturing a semiconductor optical integrated device according to the present invention includes a first semiconductor element portion and a second semiconductor element portion that are disposed on the same semiconductor substrate and optically coupled to each other. In the method of manufacturing a semiconductor optical integrated device, the first semiconductor element portion has a first active layer, and the second semiconductor element portion has a second active layer having a composition different from that of the first active layer. A first active layer forming step of growing a first active layer on the semiconductor substrate; an etching mask forming step of forming an etching mask on the first active layer; and a first portion of the portion where no etching mask exists using the etching mask. An etching process for etching the active layer; a second active layer forming process for growing the second active layer after the etching process; and an etching mask removing process for removing the etching mask. The mask has a first part and a second part arranged at a predetermined interval along the optical waveguide direction of the first semiconductor element part and the second semiconductor element part, and the length of the second part in the optical waveguide direction is The first portion is shorter than the length in the optical waveguide direction.
本発明に係る半導体光集積素子の製造方法は、エッチング工程において第1活性層をエ
ッチングする際に用いられるエッチングマスクが、第1半導体素子部及び第2半導体素子
部の光導波路方向に沿って所定の間隔で配置された第1部分と第2部分を有する。このエッチングマスクは、第2活性層形成工程における第2活性層の再成長の際、選択成長マスクとしても用いられる。また、第2部分の光導波路方向における長さが第1部分の光導波路方向における長さより短い。そのため、第2活性層の再成長の際、第2活性層の結晶性に対する第2部分による影響は第1部分による影響と比較して小さい。
In the method for manufacturing a semiconductor optical integrated device according to the present invention, the etching mask used when etching the first active layer in the etching step is predetermined along the optical waveguide direction of the first semiconductor element portion and the second semiconductor element portion. The first portion and the second portion are arranged at intervals of. This etching mask is also used as a selective growth mask when the second active layer is regrown in the second active layer forming step. Further, the length of the second portion in the optical waveguide direction is shorter than the length of the first portion in the optical waveguide direction. Therefore, when the second active layer is regrown, the influence of the second portion on the crystallinity of the second active layer is smaller than the influence of the first portion.
その結果、エッチングマスクの第2部分の近傍では、組成変動及び膜厚変動が抑制され、第2活性層に発生する転位等が抑制される。また、第2部分は、再成長の際に第1部分の影響により発生した転位が第2部分を超えて伝播することを遮断する。従って、再成長した第2活性層のうち第2部分から見て第1半導体素子部とは反対側の領域に第2半導体素子部を形成することで、第2半導体素子部の結晶性の悪化を抑制し、信頼性を向上することができる。 As a result, in the vicinity of the second portion of the etching mask, composition variation and film thickness variation are suppressed, and dislocations and the like generated in the second active layer are suppressed. Further, the second portion blocks dislocations generated by the influence of the first portion during regrowth from propagating beyond the second portion. Accordingly, by forming the second semiconductor element portion in a region opposite to the first semiconductor element portion as viewed from the second portion of the regrown second active layer, the crystallinity of the second semiconductor element portion is deteriorated. Can be suppressed and reliability can be improved.
また、第2活性層は、歪量子井戸構造を有することが好適である。再成長する第2活性層が歪量子井戸構造を有する場合には、選択成長マスク近傍の組成変動、膜厚変動等によって量子井戸構造の歪が緩和されて、転位が発生し易く、結晶性が特に悪化してしまう。しかし、エッチングマスク(選択成長マスク)が第2部分を有することにより、選択成長マスク近傍の組成変動、膜厚変動等が抑制されるため、結晶性の悪化を抑制させることができる。 The second active layer preferably has a strained quantum well structure. In the case where the second active layer to be regrown has a strained quantum well structure, the strain in the quantum well structure is relaxed due to composition variation, film thickness variation, etc. in the vicinity of the selective growth mask, and dislocations are easily generated, and the crystallinity is Especially worse. However, since the etching mask (selective growth mask) has the second portion, composition variation, film thickness variation, and the like in the vicinity of the selective growth mask are suppressed, so that deterioration of crystallinity can be suppressed.
また、第1半導体素子部及び第2半導体素子部の一方は半導体レーザを含み、第1半導体素子部及び第2半導体素子部の他方は電界吸収型変調器(EA変調器)を含むことが好適である。この方法は、作製する半導体光集積素子が半導体レーザ及び電界吸収型変調器(EA変調器)を含む場合に、特に有効である。 Preferably, one of the first semiconductor element portion and the second semiconductor element portion includes a semiconductor laser, and the other of the first semiconductor element portion and the second semiconductor element portion includes an electroabsorption modulator (EA modulator). It is. This method is particularly effective when the semiconductor optical integrated device to be manufactured includes a semiconductor laser and an electroabsorption modulator (EA modulator).
本発明の半導体光集積素子の製造方法によれば、結晶性の悪化を抑制し、信頼性向上可能な半導体光集積素子の製造方法が提供される。 According to the method for manufacturing a semiconductor optical integrated device of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor optical integrated device capable of suppressing deterioration of crystallinity and improving reliability.
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same reference numerals are used for the same or equivalent elements, and duplicate descriptions are omitted.
図1(a)は本実施形態に係る半導体光集積素子100の斜視図、図1(b)はI−I線に沿った半導体光集積素子100の断面図である。
FIG. 1A is a perspective view of a semiconductor optical integrated
図1(a)〜図1(b)を参照すると、半導体光集積素子100は、領域10B,10C,10Dを含む主面を有する半導体基板10上に設けられた、DFBレーザ100A(第1半導体素子部)、EA変調器100B(第2半導体素子部)、及びDFBレーザとEA変調器との間の光導波領域100Cを備える。
Referring to FIGS. 1A to 1B, a semiconductor optical integrated
DFBレーザ100Aは、領域10Bに相当する半導体基板10の主面上に設けられており、半導体メサ部2Aを含む。半導体メサ部2Aは、半導体基板10の主面上に設けられた回折格子10aを有しており、回折格子10a上に順次に積層された下部クラッド層20a、活性層30a(第1活性層)及び上部クラッド層40aを有する。その回折格子の周期は、例えば200Åである。活性層30aは、下部クラッド層20a及び上部クラッド層40aよりも大きな屈折率を有している。
The DFB
EA変調器100Bは、領域10Cに相当する半導体基板10の主面上に設けられており、半導体メサ部2Bを含む。半導体メサ部2Bは、半導体基板10上に順次に積層された下部クラッド層20b、活性層30b(第2活性層)、及び上部クラッド層40bを有する。
The
活性層30bは、例えば交互に積層された井戸層とバリア層を含む歪多重量子井戸構造を有する層である。井戸層とバリア層は、互いに組成が異なる半導体材料からなる。活性層30bの井戸層は、活性層30aよりも高いバンドギャップエネルギーを有している。そのため、活性層30bの井戸層は、活性層30aよりも短いフォトルミネセンス(発光)波長を有する。活性層30bは、EA変調器100Bに大きな逆方向電圧が印加されたときは、活性層30aから発するレーザ光を吸収する。また、活性層30bは、下部クラッド層20b及び上部クラッド層40bよりも大きな屈折率を有している。活性層30bが多重量子井戸構造を有する層であるため、EA変調器100Bは大きな消光比を得ることができる。また、井戸層及びバリア層には歪が導入されているため、EA変調器100Bの変調特性が向上される。
The
光導波領域100Cは、領域10Dに相当する半導体基板10の主面上に設けられており、半導体メサ部2Cを含む。半導体メサ部2Cは、DFBレーザ100Aの活性層30aから発するレーザ光を閉じ込めて導波してEA変調器100Bの活性層30bに導くものである。この半導体メサ部2Cは、DFBレーザ100A側の半導体メサ部2qとEA変調器100B側の半導体メサ部2pとを有する。半導体メサ部2qは、半導体メサ部2Bと同じ構成であって光導波路方向(x軸方向)における長さが半導体メサ部2Bより短い。半導体メサ部2pは、半導体メサ部2qに光学的に結合しており、半導体メサ部2Aと同じ構成であって且つx軸方向における長さが半導体メサ部2Aより短い。
The
なお、図1(b)に示されるように、半導体メサ部2Cは、半導体基板10の主面に交差する基準平面(yz平面)に沿って延びている両端面を有し、その両端面の一方には半導体メサ部2Aがバットジョイントにより光学的に結合しており、他方には半導体メサ部2Bがバットジョイントにより光学的に結合している。また、半導体メサ部2qとバットジョイントにより光学的に結合している半導体メサ部2p端面は、半導体メサ部2Cの両端面が伸びている方向に平行して伸びている。また、同図を参照すると、半導体光集積素子100には、半導体メサ部2A及び半導体メサ部2qのバットジョイントによって界面1d1が形成されており、半導体メサ部2B及び半導体メサ部2pのバットジョイントによって界面1d2が形成されており、半導体メサ部2q及び半導体メサ部2pのバットジョイントによって界面1d3が形成されている。
As shown in FIG. 1B, the
半導体メサ部2A,2B及び2Cは、半導体メサ部2を構成しており(図1(a)参照)、半導体メサ部2の両側面上には半導体メサ部2を埋め込むように高抵抗層からなる埋め込み層50が設けられている。半導体メサ部2及び埋め込み層50の上には第2の上部クラッド層60が設けられている。また、半導体基板10の主面の領域10Bに相当する第2の上部クラッド層60上にはコンタクト層70aが、半導体基板10の主面の領域10Cに相当する第2の上部クラッド層60上にはコンタクト層70bが設けられている。
The
また、コンタクト層70a上にはDFBレーザ100Aのための電極(アノード)80aが、コンタクト層70b上にはEA変調器100Bのための電極(アノード)80bが設けられている。半導体基板10の裏面には、DFBレーザ100A及びEA変調器100Bに共通に使用される電極(カソード)80cが設けられている。
An electrode (anode) 80a for the
以下、本実施形態に係る半導体光集積素子100の各層の構成元素、ドーパント濃度、及び厚さを例示すれば、
・半導体基板10:n型InP層、2×1018cm−3、350μm
・下部クラッド層20a:SiドープInGaAsP層、1×1018cm−3、200nm
・下部クラッド層20b:SiドープInGaAsP層、1×1018cm−3、175nm
・活性層30a:アンドープInGaAsP層、250nm
・活性層30b:アンドープInGaAsP層、300nm
・井戸層:バンドギャップ波長1.55μmのInGaAsP層、5nm
・障壁層:バンドギャップ波長1.2μmのInGaAsP層、10nm
・第1の上部クラッド層40a:ZnドープInP層、1×1018cm−3、100nm
・第1の上部クラッド層40b:ZnドープInP層、1×1018cm−3、75nm
・埋め込み層:FeドープInP層、5×1016cm−3、550nm
・第2の上部クラッド層60:ZnドープInP層、2×1018cm−3、2μm
・コンタクト層70a,70b:ZnドープInGaAs層、1×1019cm−3、200nm
である。
Hereinafter, if the constituent elements, dopant concentration, and thickness of each layer of the semiconductor optical
Semiconductor substrate 10: n-type InP layer, 2 × 10 18 cm −3 , 350 μm
Lower
Lower
Well layer: InGaAsP layer with a band gap wavelength of 1.55 μm, 5 nm
Barrier layer: InGaAsP layer with a band gap wavelength of 1.2 μm, 10 nm
First upper clad
First upper clad
Embedding layer: Fe-doped InP layer, 5 × 10 16 cm −3 , 550 nm
Second upper clad layer 60: Zn-doped InP layer, 2 × 10 18 cm −3 , 2 μm
Contact layers 70a and 70b: Zn-doped InGaAs layer, 1 × 10 19 cm −3 , 200 nm
It is.
なお、半導体光集積素子100は、下部クラッド層20aと活性層30aとの間及び下部クラッド層20bと活性層30bとの間にアンドープInGaAsPからなる下部光閉じ込め層を、上部クラッド層40aと活性層30aとの間及び上部クラッド層40bと活性層30bとの間にアンドープInGaAsPからなる上部光閉じ込め層を更に備えてもよい。このとき、下部及び上部の光閉じ込め層の厚さは50nm程度であることが好ましい。
The semiconductor optical
図2〜図7は、本実施形態に係る半導体光集積素子100の製造方法の各工程を模式的に示す図である。図2〜図5の(a)及び図6〜図7は、半導体光集積素子100の製造方法の各工程を模式的に示す斜視図である。図2(b)は、図2(a)のII−II線に沿った断面図である。図3(b)は、図3(a)のIII−III線に沿った断面図である。図4(b)は、図4(a)のIV−IV線に沿った断面図である。図5(b)は、図5(a)のV−V線に沿った断面図である。半導体光集積素子100は、例えば下記各工程を順に経ることによって製造される。
2-7 is a figure which shows typically each process of the manufacturing method of the semiconductor optical
[半導体層形成工程]
先ず、図2(a)〜図2(b)に示されるように、半導体基板10上に半導体層1Aを形成する。半導体層1Aを形成するに当たり、周期200Åを有する回折格子10aを先に形成する。回折格子10aを形成するためには、半導体基板10上に干渉露光により周期200Åのレジストパターンを転写する。次に、このレジストパターンを用いて、深さが例えば10nmになるようにウェットエッチングを行う。このウェットエッチングにおいて使用されるエッチング液は、例えば塩酸水溶液である。これにより、回折格子10aが形成される。その後、レジストを剥離する。
[Semiconductor layer forming step]
First, as illustrated in FIGS. 2A to 2B, the semiconductor layer 1 </ b> A is formed on the
その後、回折格子10a上に半導体層1Aを形成する。先ず、下部クラッド層20aを成長し、下部クラッド層20a上に活性層30aを成長する(第1活性層形成工程)。また、活性層30a上に上部クラッド層40aを成長する。これにより、半導体層1Aが形成される。下部クラッド層20aと活性層30aとの間には下部光閉じ込め層を、上部クラッド層40aと活性層30aとの間には上部光閉じ込め層を更に成長してもよい。下部クラッド層20a及び上部クラッド層40aに加えて下部光閉じ込め層及び下部光閉じ込め層を更に設けることにより、活性層30aから発生した光を活性層30a内に更に効率的に閉じ込めることができる。これらの層の成長には、例えば有機金属気相成長(MetalOrganic Vapor Phase Epitaxy:MOVPE)法を用いることができる。
Thereafter, the
[エッチングマスク形成工程]
次に、図3(a)〜図3(b)のように、上部クラッド層40a上に絶縁体層(例えば、窒化シリコン(SiNX)層)からなるエッチングマスク42を形成する。まず、上部クラッド層40a上に、例えば化学気相堆積(Chemical Vapor Deposition:CVD)法を用いて厚さ100nmのSiNX層を形成する。その後、その絶縁層上に感光性レジストを塗布して、レジスト層を形成する。次に、通常のフォトリソグラフィー技術を用いて、レジストパターンを形成する。このレジストパターンは、領域10Bに相当する部分に幅15μm、長さ300μmを有するストライプ状の第1部分42aを有し、領域10Dに相当する部分における第1部分42aから10μm離された位置に幅15μm、長さ5μmを有する矩形状の第2部分42bを有する後述のエッチングマスク42のためのパターンである。また、第1部分42aと第2部分42bとは、事後的に光導波路方向となるx軸方向に沿って並んで配置されている。
[Etching mask formation process]
Next, as shown in FIGS. 3A to 3B, an
続いて、このレジストパターンをマスクとしてSiNX層をエッチングすることにより、領域10Bの第1部分42aと領域10Dの第2部分42bを有するエッチングマスク42が形成される。エッチングマスク42の形成後、レジストを除去する。
Subsequently, by etching the SiN X layer using this resist pattern as a mask, an
[エッチング工程]
引き続き、図4(a)〜図4(b)に示すように、エッチングマスク42を用いてエッチングマスク42が存在しない部分の半導体層1Aをエッチングする。このエッチングは、エッチングマスク42が存在しない部分の回折格子10aがなくなる深さまで行われる。このエッチングは例えばドライエッチングで行い、エッチングの深さは例えば450nmである。これにより、領域10C及び領域10Dのエッチングマスク42が存在しない部分から回折格子10a及び半導体層1Aが取り除かれる。
[Etching process]
Subsequently, as shown in FIG. 4A to FIG. 4B, the portion of the semiconductor layer 1 </ b> A where the
[再成長工程]
次に、図5(a)〜図5(b)に示すように、エッチングマスク42を除去せずに、エッチングマスク42を選択成長マスクとして用いて半導体層1Bを再成長する。この再成長工程では、先ず、エッチング工程において半導体層1Aがエッチングされた部分の半導体基板10上に、下部クラッド層20bを成長する。次に、下部クラッド層20b上に活性層30bを成長する(第2活性層形成工程)。その後、活性層30b上に上部クラッド層40bを成長する。これにより、半導体層1Bが再成長される。再成長された総膜厚は、エッチング工程においてエッチングされた半導体層1Aの深さと同じであることが好ましい。
[Re-growth process]
Next, as shown in FIGS. 5A to 5B, without removing the
下部クラッド層20bと活性層30bとの間にアンドープInGaAsPからなる下部光閉じ込め層を、上部クラッド層40bと活性層30bとの間にアンドープInGaAsPからなる上部光閉じ込め層を更に成長してもよい。下部クラッド層20b及び上部クラッド層40bに加えて下部光閉じ込め層及び下部光閉じ込め層を更に設けることにより、活性層30bから発生した光を活性層30b内により効率的に閉じ込めることができる。これらの層の成長には、例えばMOVPE法が用いられる。上記の再成長工程後に、例えばウェットエッチングを用いてエッチングマスク42を除去する。
A lower optical confinement layer made of undoped InGaAsP may be further grown between the
この再成長工程を経ると、領域10Bの半導体層1A及び領域10Dの半導体層1Bがバットジョイントにより光学的に結合する界面1d1と、領域10Cの半導体層1B及び領域10Dの半導体層1Aがバットジョイントにより光学的に結合する界面1d2と、領域10Dの半導体層1B及び領域10Dの半導体層1Aがバットジョイントにより光学的に結合する界面1d3とが形成される。なお、この界面1d1,1d2及び1d3は、半導体基板10の主面に交差する基準平面(図5におけるyz平面)に沿って伸びている。
After this regrowth step, the interface 1d 1 where the
[半導体メサ部形成工程]
次に、図6に示されるように、半導体基板10上に半導体メサ部2を形成する。先ず、領域10Bから領域10Cにかけて、再成長により形成された界面1d1、1d2及び1d3に交差する方向(光導波路方向であるx軸方向)に伸びるストライプ状の絶縁層44を形成する。その後、絶縁層44をマスクとして、半導体基板10が露出するまでエッチングする。かかるエッチングは、例えばブロムメタノールを用いたウェットエッチングで行う。このエッチングにより、ストライプ状の絶縁層44が形成されていない部分の半導体層1A及び1Bが除去される。
[Semiconductor mesa formation process]
Next, as shown in FIG. 6, the
その結果、領域10Bの半導体メサ部2Aと、領域10Cの半導体メサ部2Bと、領域10Dの半導体メサ部2q,2pを有する半導体メサ部2Cとを備える半導体メサ部2が形成される。この半導体メサ部2は、半導体光集積素子100において、光導波路として機能することとなる。
As a result, the
[埋め込み層形成工程]
続いて、図7に示されるように、電流狭窄構造を構成する埋め込み層50を形成する。埋め込み層形成工程では、ストライプの絶縁層44を除去せずに、例えばMOVPE法を用いて半導体メサ部2の両側面上に半導体メサ部2を埋め込むように埋め込み層50を成長する。その後、絶縁層44を除去する。なお、埋め込み層50を半導体メサ部2の両側面上に形成することにより、半導体メサ部2の側面でのリーク電流が効果的に抑制される。そのため、実施形態に係る半導体光集積素子100は、駆動電流が増大しても、高い発光効率を実現することができる。
[Built-in layer formation process]
Subsequently, as shown in FIG. 7, a buried
[その他の工程]
絶縁層44の除去後に、半導体メサ部2及び埋め込み層50の上の全面に第2の上部クラッド層60を成長する。続いて、領域10Bの上部クラッド層60上にDFBレーザ100A用のコンタクト層70aを、領域10Cの上部クラッド層60上にEA変調器100B用のコンタクト層70bを形成する。コンタクト層70a,70bは、例えば、上部クラッド層60上の全面にコンタクト層を成長し、領域10D上のコンタクト層を除去することによって形成される。領域10Dを挟んで、コンタクト層70aとコンタクト層70bとが互いに分離されるため、DFBレーザ100Aのための一方の電極をEA変調器100Bのための他方の電極から電気的に分離することができる。これらの層の成長には、例えはMOVPE法が用いられる。
[Other processes]
After the insulating
続いて、図1(a)〜図1(b)に示されるように、半導体基板10の裏面上にDFBレーザ100A及びEA変調器100Bの共通の電極(カソード)80cを形成する。電極80cを形成する前に半導体基板10を石英基板に貼り付け、半導体基板10の裏面を研磨することにより、半導体基板10の厚さを100μm程度にすることが好ましい。
Subsequently, as shown in FIGS. 1A to 1B, a common electrode (cathode) 80 c for the
また、コンタクト層70a上にはDFBレーザ100Aのための電極(アノード)80aを、コンタクト層70b上にはEA変調器100Bのための電極(アノード)80bを形成する。これにより、領域10BにはDFBレーザ100Aが完成され、領域10CにはEA変調器100Bが完成される。また、領域10Dには光導波領域100Cが完成される。以上の工程によって、図1(a)〜図1(b)に示されている半導体光集積素子100が完成される。
An electrode (anode) 80a for the
本発明に係る半導体光集積素子の製造方法では、半導体層1Bを再成長する際に選択成長マスクとして用いられるエッチングマスク42が、光導波路方向(x軸方向)に沿って10μm離れて配置された領域10Bの第1部分42aと領域10Dの第2部分42bを有する。また、第1部分42aは幅15μm、長さ300μmを有するストライプ状であり、第2部分42bは幅15μm、長さ5μmを有する矩形状である。
In the method for manufacturing a semiconductor optical integrated device according to the present invention, the
このように、光導波路方向において第2部分42bの長さが第1部分42aの長さより短い。すなわち、エッチングマスク42の第2部分42bの面積が第1部分42aの面積より十分に小さい。そのため、半導体層1Bの再成長の際、第2部分42bの影響は第1部分42aの影響に比較して十分に少ない。その結果、エッチングマスク42の第2部分42bの近傍では、組成変動及び膜厚変動が抑制され、転位等が第2活性層30bに発生することが抑制される。また、第2部分42bは、再成長の際に第1部分42aの影響により発生した転位が第2部分42bを超えてEA変調器100Bに伝播することを遮断することができる。従って、半導体光集積素子100の結晶性の悪化を抑制し、信頼性を向上することができる。
Thus, the length of the
また、本実施形態に係る半導体光集積素子100においては、消光比及び変調特性の向上等の観点からEA変調器100Bの活性層30bが歪量子井戸構造を有する。再成長する活性層が歪量子井戸構造である場合には、選択成長マスク(エッチングマスク42)近傍の組成変動、膜厚変動等によって量子井戸構造の歪が緩和されて、転位が特に発生し易い。その結果、EA変調器100Bの結晶性が悪化されてしまう。しかし、エッチングマスク42によれば、第2部分42bの近傍の組成変動、膜厚変動等が抑制されるため、歪量子井戸構造を有するEA変調器においても結晶性の悪化を効果的に抑制することができる。
Further, in the semiconductor optical
半導体光集積素子100は、DFBレーザ100Aに順方向のバイアス電圧が、EA変調器100Bに逆方向のバイアス電圧が印加されると、以下のように動作する。順方向のバイアス電圧が印加されたDFBレーザ100Aでは、電極80aから正孔が活性層30aに注入される。注入された正孔は埋め込み層50により活性層30aに効率的に閉じ込められる。活性層30aに閉じ込められた正孔は、活性層30aにおいて再結合し、活性層30aから光が放射される。すると、レーザ発振が起こり、このレーザ光が活性層30a内を伝搬する。このレーザ光は光導波領域100Cにより導波され、EA変調器100Bに入射する。
The semiconductor optical
EA変調器100Bに比較的に低い逆方向のバイアス電圧が印加されている場合には、活性層30bの実効的なフォトルミネセンス波長が上記の発振波長より短いため、入射されたレーザ光は吸収されることなく活性層30bを伝播し、半導体光集積素子100から出力される。一方、EA変調器100Bに十分に高い逆方向のバイアス電圧が印加されている場合には、活性層30bにおいて量子閉じ込めシュタルク効果(Quantum Confined Stark Effect:QCSE)が生じ、入射されたレーザ光は活性層30bにより吸収される。活性層30bにより吸収されたレーザ光は逆方向のバイアス電圧の大きさに応じてその波長が変調され、変調されたレーザ光が半導体光集積素子100から出力される。
When a relatively low reverse bias voltage is applied to the EA modulator 100B, the effective photoluminescence wavelength of the
以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、上記実施形態は本発明の要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、エッチングマスク42は、領域10Dに一つの第2部分42bを有するが2以上の第2部分42bを備えてもよい。また、埋め込み層50は一つの層から構成されているが、その層数は必要に応じて増減してもよい。活性層30aは、単一量子井戸構造(SQW)であってもよく、活性層30bのように多重量子井戸構造(MQW)であってもよい。活性層30bも、歪多層量子井戸構造に限定されず、単一量子井戸構造(SQW)であってもよく、活性層30bのように多重量子井戸構造(MQW)であってもよい。
As mentioned above, although preferred embodiment of this invention has been described, the said embodiment can be variously changed in the range which does not deviate from the summary of this invention. For example, the
上記実施形態では、半導体基板10の導電型はn型であるが、p型であってもよい。この場合には、下部クラッド層20a,20bの導電型がp型に変更される。また、第1の上部クラッド層40a,40b、第2の上部クラッド層60及びコンタクト層70a,70bの導電型はn型に変更される。
In the above embodiment, the conductivity type of the
100…半導体光集積素子、100A…DFBレーザ、100B…EA変調器、100C…光導波領域、1d1,1d2,1d3…界面、1A,1B…半導体層、2,2A,2B,2p,2q,2C…半導体メサ部、10…半導体基板、10a…回折格子、20a,20b…下部クラッド層、30a…第1活性層、30b…第2活性層、40a,40b…第1の上部クラッド層、42…エッチングマスク、42a…第1部分、42b…第2部分、44…絶縁体層、50…埋め込み層、60…第2の上部クラッド層、70a,70b…コンタクト層、80a,80b,80c…電極。
100 ... semiconductor optical integrated device, 100A ... DFB laser, 100B ... EA modulator, 100C ... optical waveguide region, 1d 1, 1d 2, 1d 3 ... interface, 1A, 1B ... semiconductor layer, 2,2A, 2B, 2p, 2q, 2C ... semiconductor mesa portion, 10 ... semiconductor substrate, 10a ... diffraction grating, 20a, 20b ... lower cladding layer, 30a ... first active layer, 30b ... second active layer, 40a, 40b ... first
Claims (3)
前記第1半導体素子部が第1活性層を有し、
前記第2半導体素子部が前記第1活性層とは組成が異なる第2活性層を有する半導体光集積素子の製造方法において、
前記半導体基板上に前記第1活性層を成長する第1活性層形成工程と、
前記第1活性層上にエッチングマスクを形成するエッチングマスク形成工程と、
前記エッチングマスクを用いて前記エッチングマスクが存在しない部分の前記第1活性層をエッチングするエッチング工程と、
前記エッチング工程後、前記エッチングマスクを選択成長マスクとして用いて、前記第2活性層を成長する第2活性層形成工程と、
前記エッチングマスクを除去するエッチングマスク除去工程と、を有し、
前記半導体基板が、第1領域及び第2領域、並びに前記第1領域と前記第2領域との間の第3領域を含む主面を有し、前記第1半導体素子部が前記第1領域上に配置され、前記第2半導体素子部が前記第2領域上に配置され、前記第1半導体素子部と前記第2半導体素子部とが前記第3領域上の光導波領域を介して互いに光学的に結合されており、
前記エッチングマスクが、前記第1半導体素子部及び前記第2半導体素子部の光導波路方向に沿って所定の間隔で配置された前記第1の領域上の第1部分と前記第3の領域上の第2部分とを有し、
前記第2部分の前記光導波路方向における長さが前記第1部分の前記光導波路方向における長さより短い半導体光集積素子の製造方法。 A first semiconductor element portion and a second semiconductor element portion which are disposed on the same semiconductor substrate and optically coupled to each other;
The first semiconductor element portion has a first active layer;
In the method of manufacturing a semiconductor optical integrated device, the second semiconductor element portion has a second active layer having a composition different from that of the first active layer.
A first active layer forming step of growing the first active layer on the semiconductor substrate;
An etching mask forming step of forming an etching mask on the first active layer;
An etching step of etching the first active layer in a portion where the etching mask does not exist using the etching mask;
A second active layer forming step of growing the second active layer using the etching mask as a selective growth mask after the etching step;
An etching mask removing step of removing the etching mask,
The semiconductor substrate has a main surface including a first region and a second region, and a third region between the first region and the second region, and the first semiconductor element portion is on the first region. The second semiconductor element unit is disposed on the second region, and the first semiconductor element unit and the second semiconductor element unit are optically coupled to each other via the optical waveguide region on the third region. Is connected to
The etching mask is disposed on the first region and the third region on the first region, which are arranged at predetermined intervals along the optical waveguide direction of the first semiconductor element unit and the second semiconductor element unit . A second part,
A method of manufacturing a semiconductor optical integrated device, wherein a length of the second portion in the optical waveguide direction is shorter than a length of the first portion in the optical waveguide direction.
前記第1半導体素子部及び前記第2半導体素子部の他方は電界吸収型変調器を含む請求項1又は請求項2に記載の半導体光集積素子の製造方法。
One of the first semiconductor element portion and the second semiconductor element portion includes a semiconductor laser,
3. The method of manufacturing a semiconductor optical integrated device according to claim 1, wherein the other of the first semiconductor element portion and the second semiconductor element portion includes an electroabsorption modulator.
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