JPH08307012A - 選択成長用マスク，半導体光装置の製造方法，および半導体光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 精密な層厚プロファイル制御が可能なマスク
パターンの設計を容易にすることができる選択成長用マ
スクを得る。 【構成】 光導波路を構成する半導体層が結晶成長され
る基板１の表面上に、共振器長方向に延びる直線１０に
対して線対称に配置される誘電体マスク対２ａ，２ｂか
らなり、該マスク対の相互に対向する辺がいずれも上記
直線に対し平行であり、かつ、該マスク対を構成する各
マスクの、共振器長方向に対して垂直方向の幅がいずれ
も、該マスクの共振器長方向の所定の位置から該マスク
の共振器長方向の一方の端部に向かって、徐々に狭くな
っているものとした。 【効果】 所望の成長速度増大率の変化をマスク幅だけ
で制御するため、マスクパターンの設計が容易となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、成長層厚の基板上面
内分布をマスクパターンを調整することによって制御可
能な選択領域成長法に用いる選択成長用マスクに関し、
特に、同一基板上にレーザダイオードと光導波路レンズ
を集積化した半導体光装置の光導波路を構成する半導体
層を選択領域成長法を用いて形成する際に用いる選択成
長用マスク、およびこの選択成長用マスクを用いた半導
体光装置の製造方法，並びにこの製造方法により作製さ
れる半導体光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】誘電体マスクを用いた選択ＭＯＣＶＤ成
長法は、結晶成長が行なわれる半導体基板表面上の一部
に形成されたマスクパターンによって、本来マスク面に
吸着、成長すべき成長種がマスク周辺部の成長面へ向か
って気相中、あるいはマスク表面上を拡散する現象に起
因した、マスク周辺部近傍において成長速度が増大する
効果を利用する成長方法である。実デバイスの作製で
は、図９に示したような幅Ｗm の２本のストライプ状の
誘電体マスク１０２ａ，１０２ｂを間隔Ｗo で基板１０
１上に配置し、マスクに挟まれた領域（間隔Ｗo の領
域）での成長速度増大効果を利用する。例えば、エレク
トロニクスレターズ，Vol.27，No.23 (ELECTRONICS LET
TERS 7th November 1991 Vol.27 No.23, p.2138 〜214
0）は、ＳｉＯ2マスクを用いてＩｎＰ基板上にＩｎＧａ
Ａｓ層を選択領域成長させる場合のマスクの開口幅と成
長層の層厚との関係について開示している。ＩｎＰ基板
上にＩｎＧａＡｓ層を選択領域成長させる場合、上述し
た成長種は、Ｉｎ，Ｇａ等のIII族元素であり、ＭＯＣ
ＶＤ法ではこれらの元素は、例えばトリメチルインジウ
ム（ＴＭＩｎ），トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）等の
有機金属ガスとして供給される。

【０００３】ここで、選択成長される半導体層の成長速
度は、マスク幅Ｗm に比例して増大し、また、マスク間
隔Ｗo を狭くすることによっても増大する。このよう
に、誘電体マスクを用いた選択領域成長法によれば、マ
スク周辺，およびマスクに挟まれた領域とマスクから離
れた領域との間で、成長される半導体層の成長速度の差
が生じるため、成長層厚の基板上面内分布をマスクパタ
ーンを調整することによって制御できる。

【０００４】以下の説明では、成長速度増大効果の大き
さを、マスク周辺部の成長速度をマスク無しで成長した
場合の成長速度で規格化した成長速度増大率で表記す
る。図１０はＩｎＰ系材料を用いて作製された、従来の
一般的な、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の活性層を有す
る半導体レーザの活性層近傍の共振器長方向に沿った断
面図であり、図において、２０１はＩｎＧａＡｓＰ系材
料からなるＭＱＷ構造の活性層であり、ｐ型ＩｎＰクラ
ッド層２０２，およびｎ型ＩｎＰクラッド層２０３は活
性層２０１を挟んで該活性層２０１の上下にそれぞれ配
置される。また、共振器端面２０５，２０６は、上記各
層に対しほぼ垂直に、相互に対向して形成されている。

【０００５】ＭＱＷ構造の活性層を有する半導体レーザ
では、十分な光閉じ込め，キャリア閉じ込め効果を得る
ためにＭＱＷの設計の最適化等が図られ、これにより活
性層で発生する光の強度分布が活性層内に集中するよう
にして、低しきい値電流化等のレーザ特性の向上を達成
している。しかし、このように活性層内への光の閉じ込
め効果を大きくした半導体レーザでは、共振器端面にお
けるビームスポット径ｄs が非常に小さいため、レーザ
ビームが共振器内から外部に出射する際の回折効果によ
る、出射レーザビームのビーム拡がりの角度θが大きく
なる。

【０００６】このような、出射レーザビームのビーム拡
がり角度が大きい半導体レーザを、光ファイバを用いた
光情報伝達系の光源として用いる場合、レーザ光の光フ
ァイバに対する光結合効率を向上するために、図１１に
示すように、レーザダイオード２１０から出射されたレ
ーザビーム２１１を、球レンズ２１２を用いて、光ファ
イバ２１３のコア部に入射されるように集光させる必要
がある。球レンズを用いた光結合モジュールは、球レン
ズが高価であることに加えて、光ファイバ，球レンズ，
およびレーザダイオードを高精度に位置合わせする必要
があり、このため、低コスト化が困難である。

【０００７】一方、出射レーザビームのビーム拡がり角
度を小さくできれば、出射レーザ光を球レンズを用いる
ことなく、光ファイバに高効率で直接結合することがで
きるので、光結合モジュールの大幅な低コスト化を図る
ことができる。

【０００８】図１２は、ＩＥＥＥ インターナショナル
セミコンダクタレーザコンファレンスダイジェスト(IEE
E INTERNATIONAL SEMICONDUCTOR LASER CONFERENCE 199
4, W2.4, p.191〜192)に開示された、レーザダイオード
と出射レーザビームのスポット径を変換する光導波路レ
ンズを１チップ上に集積化した半導体レーザを示す図で
ある。

【０００９】図において、３０１はｎ型ＩｎＰ基板であ
る。ＭＱＷ構造の活性層３０２は基板１上に配置され、
共振器端面３１０ａ，３１０ｂ間を結ぶストライプメサ
形状に成形されている。メサの両脇は、ｐ型ＩｎＰ埋込
層３０３，およびｎ型ＩｎＰ埋込層３０４により埋め込
まれ、ｐ型ＩｎＰクラッド層３０５はメサ上、およびｎ
型ＩｎＰ埋込層３０４上に配置される。また、ｐ型Ｉｎ
ＧａＡｓコンタクト層３０６は、ｐ型クラッド層３０５
のうちの、共振器長方向の一部の領域上に配置される。
活性層ストライプに対応する開口が設けられた絶縁膜３
０７は、コンタクト層３０６上に配置され、ｐ側電極３
０８は絶縁膜３０７の開口部においてコンタクト層３０
６に接触するように、絶縁膜３０７，およびコンタクト
層３０６上に配置される。また、ｎ側電極３０９は基板
３０１裏面に設けられる。

【００１０】この半導体レーザは、共振器長方向で活性
層３０２の層厚が一定の領域３１５と、活性層３０２の
層厚が共振器端面に向かって徐々に薄くなる領域３１６
とを備えており、領域３１５がレーザダイオードとし
て、領域３１６が出射レーザビームのスポット径を変換
する光導波路レンズとして機能する。また、この半導体
レーザでは、共振器長方向の領域のうち、コンタクト層
３０６が設けられた領域３１７が利得領域となる。

【００１１】図１３は図１２に示す半導体レーザの動作
を説明するための図であり、図において、図１２と同一
符号は同一または相当部分である。

【００１２】ｐ側電極３０８，ｎ側電極３０９を介して
ｐｎ接合に対し順方向の電流を印加すると、利得領域の
活性層３０２においてキャリアの発光再結合が生じ、レ
ーザ発振する。この時、レーザ光はレーザダイオード部
内では光閉じ込めが十分なため、クラッド層３０５およ
び基板３０１への光の滲み出し量が少なく、その大部分
は導波路内に閉じ込められた状態で進行する。光導波路
レンズ部３１６側の端面３１０ａから放射されるレーザ
光は、ＭＱＷ導波路が、端面３１０ａに近づく程その層
厚が小さくなっているため、クラッド層３０５および基
板３０１への光の滲み出し量が多く、導波路内への閉じ
込めが弱い状態で進行する。また、この光の滲み出しは
レンズ部先端に行くほど大きくなる。従って、光導波路
レンズが設けられた側の端面３１０ａからの放射光は、
その出射スポット径ｄS2が、光導波路レンズが設けられ
ていない側の端面３１０ｂからの放射光の出射スポット
径ｄS1よりも大きくなるため、ビーム出射時の回折効果
が小さくなり、端面３１０ａからの放射光のビームの拡
がり角度θ2 は約２．５〜５°と、約１０〜１５°であ
る端面３１０ｂからの放射光のビームの拡がり角度θ1
よりも狭くなる。

【００１３】なお、図１３では活性層の層厚方向へのビ
ームの広がり角度のみについて示しているが、導波路の
幅方向へのビームの拡がり角度も同様に狭くなる。これ
は、導波路中では層厚方向に導波光が拡がると、これに
伴って導波路幅方向にも導波光が拡がる現象が生じるか
らである。

【００１４】このように、光導波路レンズを集積化した
半導体レーザでは、出射光の拡がり角度を小さくするこ
とができるので、光結合モジュールの球レンズを不要と
でき、光結合モジュールの大幅な低コスト化を図ること
ができる。

【００１５】上述の文献では、このような光導波路レン
ズを集積化した半導体レーザを作製する方法として、誘
電体マスクを用いた選択ＭＯＣＶＤ成長法を利用する方
法を提案しているが、どのようなパターンの誘電体マス
クを用いるかについては特に明記されていない。

【００１６】誘電体マスクを用いた選択ＭＯＣＶＤ成長
法を利用して光導波路レンズを集積化した半導体レーザ
を作製することに関しては、例えば、１９９３年電子情
報通信学会秋季大会予稿Ｃ−１８２にも開示されてい
る。図１４はこの１９９３年電子情報通信学会秋季大会
予稿に示された、光導波路レンズを集積化した半導体レ
ーザの製造工程の一部を示す図であり、図において、４
０１はＩｎＰ基板、４０２ａ，４０２ｂは基板４０１上
に設けられた選択成長用のＳｉ０2 マスクである。ま
た、矢印４１０は作製される半導体レーザの共振器長方
向を示す。

【００１７】図１４に示すように、Ｓｉ０2 マスク４０
２ａ，４０２ｂは、レーザダイオードが形成される領域
４０３では、マスク間隔が狭く配置されており、また、
各マスクの共振器長方向に対し垂直方向の幅は、共振器
長方向で均一である。一方、光導波路レンズが形成され
る領域４０４では、Ｓｉ０2 マスク４０２ａ，４０２ｂ
は、共振器端にいくほどマスク間隔が広くなるように配
置されており、また、各マスクの共振器長方向に対し垂
直方向の幅は、共振器端にいくほど狭くなっている。こ
のようなＳｉ０2 マスク４０２ａ，４０２ｂを設けた基
板４０１上のマスクに挟まれた領域に、下クラッド層，
ＭＱＷ構造導波路層，上クラッド層，およびコンタクト
層の順にＭＯＣＶＤ法により選択成長する。各層は、マ
スク間隔が狭く、マスク幅が広い，領域４０３では、最
も大きい成長速度増大が生じ、厚く成長される。一方、
共振器端にいくほどマスク間隔が拡がっており、マスク
幅が狭くなっている，領域４０４では、共振器端にいく
ほど成長速度増大の効果が小さくなっていき、各層は、
共振器端に近づくほど薄く成長される。

【００１８】図１５は図１４に示す選択成長用マスクを
設けた基板上に、半導体層を選択成長したときの共振器
長方向の成長速度増大率プロファイルを示す図である。
この図に示されるように、図１４に示す選択成長用マス
クを設けた基板上に、半導体レーザの光導波路を構成す
る半導体層を選択成長することにより、成長層厚が半導
体レーザ部で厚く、これに連続する光導波路レンズ部で
は、光導波路方向に徐々に薄くなる層厚プロファイルが
実現され、半導体レーザと光導波路レンズの２つの機能
素子が一括して作製される。このテーパ状の層厚プロフ
ァイルを精度良く作製することにより、レンズ部端面か
ら放射されるレーザ光の放射角度が垂直方向、水平方向
ともに狭角度化され、レンズ効果が具現化される。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】このような、誘電体マ
スクを用いた選択成長を利用して作製される、レーザダ
イオードと光導波路レンズを集積化した半導体光装置に
おいて、光導波路レンズおよびレーザダイオードの２つ
の素子がその所望の機能を発現するためには、共振器長
方向に精度良く層厚変化を生じさせる必要があるが、従
来の誘電体マスクを用いた選択成長を利用した光導波路
レンズ付レーザダイオードの製造方法においては、誘電
体マスクの幅、およびマスク間隔を同時に変化させるこ
とにより光導波路方向の成長層厚を調整しているため、
制御すべきパラメータが多く、マスクパターンの設計が
複雑であるという問題があった。

【００２０】この発明は上述のような問題を解消するた
めになされたもので、精密な層厚プロファイル制御が可
能なマスクパターンの設計を容易にすることができる選
択成長用マスクを得ることを目的とする。

【００２１】また、この発明は、装置の設計上で所望さ
れる成長層の層厚プロファイルにより一致する成長層の
層厚プロファイルを実現できる選択成長用マスクを得る
ことを目的とする。

【００２２】さらに、この発明は、高性能な、レーザダ
イオードと光導波路レンズを集積化した半導体光装置
を、容易に作製することができる半導体光装置の製造方
法を提供することを目的とする。

【００２３】さらに、この発明は、容易に製造可能で、
かつ高性能な、レーザダイオードと光導波路レンズを集
積化した半導体光装置を実現することを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】この発明に係る選択成長
用マスク（請求項１）は、一対の共振器端面間に共振器
長方向に連続してレーザダイオードと光導波路レンズと
を集積化した半導体光装置の、上記共振器端面間を結ん
で配置されるストライプ状の光導波路を構成する半導体
層を、選択領域成長によって形成する際に用いる選択成
長用マスクであって、上記光導波路を構成する半導体層
が結晶成長される基板の表面上に，その平面形状が、上
記基板表面上の上記共振器長方向に延びる仮想直線に対
して線対称になるように配置される、一対の誘電体膜か
らなり、上記誘電体膜の相互に対向する辺が、ともに上
記仮想直線に対し平行であり、かつ、上記誘電体膜の共
振器長方向に対して垂直方向の幅は、ともに該膜の共振
器長方向の所定の位置から該膜の共振器長方向の一方の
端部に向かって徐々に狭くなっているものである。

【００２５】また、この発明に係る選択成長用マスク
（請求項２）は、請求項１の選択成長用マスクにおい
て、上記誘電体膜の共振器長方向の部分のうち、上記共
振器長方向に対して垂直方向の幅が徐々に狭くなってい
る部分の形状を、直角三角形形状としたものである。

【００２６】また、この発明に係る選択成長用マスク
（請求項３）は、請求項１の選択成長用マスクにおい
て、上記誘電体膜の共振器長方向の部分のうち、上記共
振器長方向に対して垂直方向の幅が徐々に狭くなってい
る部分の形状を、直角三角形の斜辺を内側に削り込んだ
形状としたものである。

【００２７】また、この発明に係る選択成長用マスク
（請求項４）は、請求項１の選択成長用マスクにおい
て、上記誘電体膜の共振器長方向に対して垂直方向の幅
がいずれも、該膜の共振器長方向の上記所定の位置より
も該膜の共振器長方向の他方の端部側に位置する第２の
所定の位置から該膜の共振器長方向の他方の端部に向か
って、徐々に狭くなっているものである。

【００２８】また、この発明に係る選択成長用マスク
（請求項５）は、請求項１ないし請求項４のいずれかに
係る選択成長用マスクにおいて、上記誘電体膜の共振器
長方向の部分のうち、上記共振器長方向に対して垂直方
向の幅が徐々に小さくなっている部分以外の部分の、共
振器長方向に対して垂直方向の幅が、該部分の共振器長
方向の一端から他端まで一定であるものである。

【００２９】また、この発明に係る選択成長用マスク
（請求項６）は、請求項１ないし請求項４のいずれかに
係る選択成長用マスクにおいて、上記誘電体膜の共振器
長方向の部分のうち、上記共振器長方向に対して垂直方
向の幅が徐々に小さくなっている部分以外の部分の、共
振器長方向に対して垂直方向の幅が、該部分の共振器長
方向の両端部で同じ幅であり、かつ該部分の共振器長方
向の中央付近において上記両端部の幅よりも狭い幅であ
るものである。

【００３０】また、この発明に係る選択成長用マスク
（請求項７）は、一対の共振器端面と該共振器端面間を
結んで配置されるストライプ状の光導波路を有し、かつ
該光導波路を構成する半導体層の層厚が共振器長方向の
位置によって異なる半導体光装置の、上記光導波路を構
成する半導体層を、選択領域成長によって形成する際に
用いる選択成長用マスクであって、上記光導波路を構成
する半導体層が結晶成長される基板の表面上に，その平
面形状が、上記基板表面上の上記共振器長方向に延びる
仮想直線に対して線対称になるように配置される、一対
の誘電体膜からなり、上記誘電体膜の相互に対向する辺
が、ともに上記仮想直線に対し平行であり、かつ、上記
誘電体膜の共振器長方向に対して垂直方向の幅は、とも
に該膜の共振器長方向の所定の位置から該膜の共振器長
方向の一方の端部に向かって、該一方の端部において略
ゼロとなるように、徐々に狭くなっているものである。

【００３１】また、この発明に係る半導体光装置の製造
方法（請求項８）は、一対の共振器端面間に共振器長方
向に連続してレーザダイオードと光導波路レンズとを集
積化した半導体光装置を製造する方法において、基板上
に，その平面形状が、上記基板表面上の上記共振器長方
向に延びる仮想直線に対して線対称になるように配置さ
れる、一対の誘電体膜からなり、該誘電体膜の相互に対
向する辺が、ともに上記仮想直線に対し平行であり、か
つ、上記誘電体膜の共振器長方向に対して垂直方向の幅
は、ともに該膜の共振器長方向の所定の位置から該膜の
共振器長方向の一方の端部に向かって徐々に狭くなって
いる選択成長用マスクを設ける工程と、該選択成長用マ
スクをマスクとして、上記基板上に半導体光装置の光導
波路を構成する半導体層を選択領域成長する工程とを含
むものである。

【００３２】また、この発明に係る半導体光装置の製造
方法（請求項９）は、一対の共振器端面間に共振器長方
向に連続してレーザダイオードと光導波路レンズとを集
積化した半導体光装置を製造する方法において、基板上
に，その平面形状が、上記基板表面上の上記共振器長方
向に延びる仮想直線に対して線対称になるように配置さ
れる、一対の誘電体膜からなり、該誘電体膜の相互に対
向する辺が、ともに上記仮想直線に対し平行であり、か
つ、上記誘電体膜の共振器長方向に対して垂直方向の幅
は、ともに該膜の共振器長方向の所定の位置から該膜の
共振器長方向の一方の端部に向かって徐々に狭くなって
いる選択成長用マスクを、相互に平行に複数設ける工程
と、該選択成長用マスクをマスクとして、上記基板上に
半導体光装置の光導波路を構成する半導体層を選択領域
成長する工程とを含むものである。

【００３３】また、この発明に係る半導体光装置（請求
項１０）は、一対の共振器端面間に共振器長方向に連続
してレーザダイオードと光導波路レンズとを集積化した
半導体光装置であって、基板上に，その平面形状が、上
記基板表面上の上記共振器長方向に延びる仮想直線に対
して線対称になるように配置される、一対の誘電体膜か
らなり、該誘電体膜の相互に対向する辺が、ともに上記
仮想直線に対し平行であり、かつ、上記誘電体膜の共振
器長方向に対して垂直方向の幅は、ともに該膜の共振器
長方向の所定の位置から該膜の共振器長方向の一方の端
部に向かって徐々に狭くなっている選択成長用マスクを
設け、これをマスクとして、上記基板上に選択領域成長
された半導体層を用いて構成された光導波路を備えたも
のである。

【００３４】また、この発明に係る半導体光装置（請求
項１１）は、一対の共振器端面間に共振器長方向に連続
してレーザダイオードと光導波路レンズとを集積化した
半導体光装置であって、基板上に，その平面形状が、上
記基板表面上の上記共振器長方向に延びる仮想直線に対
して線対称になるように配置される、一対の誘電体膜か
らなり、該誘電体膜の相互に対向する辺が、ともに上記
仮想直線に対し平行であり、かつ、上記誘電体膜の共振
器長方向に対して垂直方向の幅は、ともに該膜の共振器
長方向の所定の位置から該膜の共振器長方向の一方の端
部に向かって徐々に狭くなっている選択成長用マスク
を、相互に平行に複数設け、これをマスクとして、上記
基板上に選択領域成長された半導体層を用いて構成され
た、相互に平行な複数の光導波路を備えたものである。

【００３５】

【作用】この発明（請求項１）においては、一対の共振
器端面間に共振器長方向に連続してレーザダイオードと
光導波路レンズとを集積化した半導体光装置の、上記共
振器端面間を結んで配置されるストライプ状の光導波路
を構成する半導体層を、選択領域成長によって形成する
際に用いる選択成長用マスクであって、上記光導波路を
構成する半導体層が結晶成長される基板の表面上に，そ
の平面形状が、上記基板表面上の上記共振器長方向に延
びる仮想直線に対して線対称になるように配置される、
一対の誘電体膜からなり、上記誘電体膜の相互に対向す
る辺が、ともに上記仮想直線に対し平行であり、かつ、
上記誘電体膜の共振器長方向に対して垂直方向の幅は、
ともに該膜の共振器長方向の所定の位置から該膜の共振
器長方向の一方の端部に向かって徐々に狭くなっている
ものとしたから、精密な層厚プロファイル制御が可能な
マスクパターンの設計を容易にすることができる。

【００３６】また、この発明（請求項２）においては、
請求項１の選択成長用マスクにおいて、上記誘電体膜の
共振器長方向の部分のうち、上記共振器長方向に対して
垂直方向の幅が徐々に狭くなっている部分の形状を、直
角三角形形状としたから、光導波路レンズ部分の光導波
路を構成する半導体層の層厚の最厚部と最薄部の厚さの
差を大きくすることができる。

【００３７】また、この発明（請求項３）においては、
請求項１の選択成長用マスクにおいて、上記誘電体膜の
共振器長方向の部分のうち、上記共振器長方向に対して
垂直方向の幅が徐々に狭くなっている部分の形状を、直
角三角形の斜辺を内側に削り込んだ形状としたから、マ
スクの共振器長方向の中央部分における成長速度増大率
の増加の効果を補償することができ、より設計値に近い
成長速度増大率プロファイルを得ることができる。

【００３８】また、この発明（請求項４）においては、
請求項１の選択成長用マスクにおいて、上記誘電体膜の
共振器長方向に対して垂直方向の幅がいずれも、該膜の
共振器長方向の上記所定の位置よりも該膜の共振器長方
向の他方の端部側に位置する第２の所定の位置から該膜
の共振器長方向の他方の端部に向かって、徐々に狭くな
っているものとしたから、１対の選択成長用マスクで２
つの半導体光装置の光導波路を構成する半導体層の層厚
を精度よく制御することができる。

【００３９】また、この発明（請求項５）においては、
請求項１ないし請求項４のいずれかに係る選択成長用マ
スクにおいて、上記誘電体膜の共振器長方向の部分のう
ち、上記共振器長方向に対して垂直方向の幅が徐々に小
さくなっている部分以外の部分の、共振器長方向に対し
て垂直方向の幅を、該部分の共振器長方向の一端から他
端まで一定としたから、レーザダイオード部分の光導波
路を構成する半導体層の層厚を均一に制御することがで
きる。

【００４０】また、この発明（請求項６）においては、
請求項１ないし請求項４のいずれかに係る選択成長用マ
スクにおいて、上記誘電体膜の共振器長方向の部分のう
ち、上記共振器長方向に対して垂直方向の幅が徐々に小
さくなっている部分以外の部分の、共振器長方向に対し
て垂直方向の幅を、該部分の共振器長方向の両端部で同
じ幅であり、かつ該部分の共振器長方向の中央付近にお
いて上記両端部の幅よりも狭い幅としたから、マスクの
共振器長方向の中央部分における成長速度増大率の増加
の効果を補償することができ、レーザダイオード部分の
光導波路を構成する半導体層の層厚をより均一に制御す
ることができる。

【００４１】また、この発明（請求項７）においては、
一対の共振器端面と該共振器端面間を結んで配置される
ストライプ状の光導波路を有し、かつ該光導波路を構成
する半導体層の層厚が共振器長方向の位置によって異な
る半導体光装置の、上記光導波路を構成する半導体層
を、選択領域成長によって形成する際に用いる選択成長
用マスクであって、上記光導波路を構成する半導体層が
結晶成長される基板の表面上に，その平面形状が、上記
基板表面上の上記共振器長方向に延びる仮想直線に対し
て線対称になるように配置される、一対の誘電体膜から
なり、上記誘電体膜の相互に対向する辺が、ともに上記
仮想直線に対し平行であり、かつ、上記誘電体膜の共振
器長方向に対して垂直方向の幅は、ともに該膜の共振器
長方向の所定の位置から該膜の共振器長方向の一方の端
部に向かって、該一方の端部において略ゼロとなるよう
に、徐々に狭くなっているものとしたから、選択成長さ
れる半導体層の層厚を共振器長方向の位置によって精密
に制御でき、しかも大きく異なるものとできるマスクパ
ターンの設計を容易にすることができる。

【００４２】また、この発明（請求項８）においては、
一対の共振器端面間に共振器長方向に連続してレーザダ
イオードと光導波路レンズとを集積化した半導体光装置
を製造する方法において、基板上に，その平面形状が、
上記基板表面上の上記共振器長方向に延びる仮想直線に
対して線対称になるように配置される、一対の誘電体膜
からなり、該誘電体膜の相互に対向する辺が、ともに上
記仮想直線に対し平行であり、かつ、上記誘電体膜の共
振器長方向に対して垂直方向の幅は、ともに該膜の共振
器長方向の所定の位置から該膜の共振器長方向の一方の
端部に向かって徐々に狭くなっている選択成長用マスク
を設け、該選択成長用マスクをマスクとして、上記基板
上に半導体光装置の光導波路を構成する半導体層を選択
領域成長するようにしたから、光導波路を構成する半導
体層の層厚が共振器長方向で所望に制御された半導体光
装置を容易に作製することができる。

【００４３】また、この発明（請求項９）においては、
一対の共振器端面間に共振器長方向に連続してレーザダ
イオードと光導波路レンズとを集積化した半導体光装置
を製造する方法において、基板上に，その平面形状が、
上記基板表面上の上記共振器長方向に延びる仮想直線に
対して線対称になるように配置される、一対の誘電体膜
からなり、該誘電体膜の相互に対向する辺が、ともに上
記仮想直線に対し平行であり、かつ、上記誘電体膜の共
振器長方向に対して垂直方向の幅は、ともに該膜の共振
器長方向の所定の位置から該膜の共振器長方向の一方の
端部に向かって徐々に狭くなっている選択成長用マスク
を、相互に平行に複数設け、該選択成長用マスクをマス
クとして、上記基板上に半導体光装置の光導波路を構成
する半導体層を選択領域成長するようにしたから、光導
波路を構成する半導体層の層厚が共振器長方向で所望に
制御されたアレイ型の半導体光装置を容易に作製するこ
とができる。

【００４４】また、この発明（請求項１０）において
は、基板上に，その平面形状が、上記基板表面上の上記
共振器長方向に延びる仮想直線に対して線対称になるよ
うに配置される、一対の誘電体膜からなり、該誘電体膜
の相互に対向する辺が、ともに上記仮想直線に対し平行
であり、かつ、上記誘電体膜の共振器長方向に対して垂
直方向の幅は、ともに該膜の共振器長方向の所定の位置
から該膜の共振器長方向の一方の端部に向かって徐々に
狭くなっている選択成長用マスクを設け、これをマスク
として、上記基板上に選択領域成長された半導体層を用
いて構成された光導波路を備えた構成としたから、容易
に作製可能な、レーザダイオードと光導波路レンズとを
集積化した半導体光装置を実現できる。

【００４５】また、この発明（請求項１１）において
は、基板上に，その平面形状が、上記基板表面上の上記
共振器長方向に延びる仮想直線に対して線対称になるよ
うに配置される、一対の誘電体膜からなり、該誘電体膜
の相互に対向する辺が、ともに上記仮想直線に対し平行
であり、かつ、上記誘電体膜の共振器長方向に対して垂
直方向の幅は、ともに該膜の共振器長方向の所定の位置
から該膜の共振器長方向の一方の端部に向かって徐々に
狭くなっている選択成長用マスクを、相互に平行に複数
設け、これをマスクとして、上記基板上に選択領域成長
された半導体層を用いて構成された、相互に平行な複数
の光導波路を備えた構成としたから、容易に作製可能
な、レーザダイオードと光導波路レンズとを集積化した
アレイ型の半導体光装置を実現できる。

【００４６】

【実施例】

実施例１．以下、本発明の第１の実施例について説明す
る。図１は本発明の第１の実施例による選択成長用マス
クを選択成長が行なわれる基板上に配置した状態を示す
図である。本実施例１の選択成長用マスクは、一対の共
振器端面間に共振器長方向に連続してレーザダイオード
（ＬＤ）と光導波路レンズとを集積化した半導体光装置
の、上記共振器端面間を結んで配置されるストライプ状
の光導波路を構成する半導体層を、選択領域成長によっ
て形成する際に用いるものである。

【００４７】図において、１はその表面に結晶成長を行
なう半導体基板、２ａ，２ｂは半導体基板１表面に堆積
されパターニングされたＳｉＯ2 膜からなる選択成長用
マスクである。また、矢印１０は、マスク２ａ，２ｂを
用いた選択成長を利用して作製される半導体光装置の共
振器長方向を示す。また、３はＬＤが形成される共振器
長方向の領域、４は光導波路レンズが形成される共振器
長方向の領域をそれぞれ示す。

【００４８】図に示すように、実施例１に係る選択成長
用マスクは、半導体層が選択成長されるべき基板１の表
面上に、この選択成長を利用して作製される半導体光装
置の共振器長方向に延びる仮想直線１０に対して線対称
に配置されるマスク対２ａ，２ｂからなる。ここで、マ
スク２ａとマスク２ｂは相互に対向する辺がいずれも上
記直線１０に対し平行となるように配置されており、従
って、マスク間の間隔（マスク開口幅）Ｗo は、共振器
長方向において一定である。また、マスク対を構成する
各マスク２ａ，２ｂの、共振器長方向に対して垂直方向
の幅Ｗm はいずれも、該マスクの共振器長方向の所定の
位置、すなわちＬＤ形成領域３と光導波路レンズ形成領
域４の連結位置から該マスクの共振器長方向の一方の端
部に向かって、テーパ状に狭くなっている。一方、ＬＤ
形成領域３においては、マスク対を構成する各マスク２
ａ，２ｂの、共振器長方向に対して垂直方向の幅Ｗm
は、領域３と領域４の連結位置から該マスクの共振器長
方向の他方の端部にいたるまで、一定である。

【００４９】図２は図１に示す選択成長用マスクを用い
て基板上に半導体層を選択成長したときのマスク開口幅
の中央での共振器長方向の成長速度増大率プロファイル
を示す図である。マスクパターンのディメンジョンは、
マスク間隔（開口幅）Ｗo が２４μｍ，ＬＤ形成領域の
マスクの長さＬ1 が５００μｍ，光導波路レンズ形成領
域のマスク（テーパ部）の長さＬ2 が４００μｍ、最大
マスク幅Ｗmaが２００μｍである。

【００５０】図２において、半導体成長層の共振器長方
向の成長速度増大率は、ファイルのマスクテーパ部にお
いて、ＬＤ部よりも小さく、また、共振器長方向におい
て、マスク幅の減少に応じた成長速度増大率の低下が実
現されていることがわかる。ここで、ＬＤ部での最大成
長速度増大率は約６であり、レンズ部先端での成長速度
増大率との差、選択成長比は約５．５程度である。つま
り、レンズ部最薄部とＬＤ部最厚部との間に約５．５倍
の層厚差がとれている。

【００５１】集積化半導体光装置を構成するＬＤおよび
光導波路レンズの性能を向上させるためには、選択成長
により形成される各層の層厚プロファイルを共振器長方
向において精密に制御する必要があるが、従来のよう
に、マスク幅とマスクの配置間隔（マスクの開口幅）の
両方を変化させることによって成長層の層厚プロファイ
ルを制御する場合は、制御すべきパラメータが多いた
め、マスクパターンの設計が複雑である。一方、本実施
例では、マスクの配置間隔は一定とし、マスク幅のみを
変化させることによって成長層の層厚プロファイルを制
御するものとしているので、精密な層厚プロファイル制
御を実現できるマスクパターンの設計をより容易に行う
ことができる。

【００５２】以上のように、本実施例１の選択成長用マ
スクでは、マスク間隔を一定としてマスク幅のみをテー
パー状に狭くすることで、基板上に結晶成長される半導
体層の共振器長方向の成長速度増大率を制御するものと
したので、精密な層厚プロファイル制御が可能なマスク
パターンの設計を容易にすることができる。

【００５３】次に、本実施例１の選択成長用マスクを用
いて同一基板上にレーザダイオードと光導波路レンズを
集積化した半導体光装置を製造する工程について説明す
る。まず、前処理されたｎ型ＩｎＰ基板の（１００）面
上に厚さ約１００ｎｍのＳｉＯ2 膜を形成し、レジスト
を塗布する。このレジストに本実施例１のマスクパター
ンをフォトリソグラフィ法で転写，現像した後、レジス
トをマスクとしてＳｉＯ2 膜をエッチングすることによ
り選択成長用マスクが形成される。このマスクパターン
の形成されたＩｎＰ基板を酸系エッチャントで前処理し
た後、ＭＯＣＶＤ装置内に導入して半導体層の成長を行
う。成長は層厚が１００ｎｍの第１のｎ型ＩｎＰクラッ
ド層、次に、例えば層厚が２．５ｎｍ，フォトルミネッ
センス波長（λPL）が１．１０μｍである組成のＩｎＧ
ａＡｓＰからなるバリア層と層厚が２ｎｍ，λPLが１．
３７μｍである組成のＩｎＧａＡｓＰからなるウエル層
との７ペアからなるＭＱＷ活性層、層厚が１００ｎｍの
第２のｐ型ＩｎＰクラッド層、層厚が５０ｎｍのｐ型Ｉ
ｎＧａＡｓコンタクト層の順に行われる。成長層厚の合
計は、テーパー状マスク幅領域の先端部近傍において
は、成長速度増大効果が小さいため全層厚はほぼ上記層
厚の合計の約２８０ｎｍとなる。また、ＬＤ部に向かっ
て成長速度増大率が順次増加して約５．５倍になり、Ｌ
Ｄ部での全層厚は約１５４０ｎｍとなる。なお、選択成
長工程の後に、選択成長用マスクは除去される。

【００５４】導波路全体を狭ストライプ化する必要があ
る場合は、選択成長工程の後、成長層上にストライプ状
の誘電体膜を設け、このストライプ状の誘電体膜をマス
クとして成長層全体をメサエッチングし、その後、メサ
の両側に高抵抗ＩｎＰ層、またはサイリスタ構造を形成
する導電型を有する複数のＩｎＰ層を埋め込み成長す
る。図１２に示した従来例では、このようなメサエッチ
ングと埋め込み成長を用いて導波路全体の狭ストライプ
化を行なっている。

【００５５】選択成長工程，狭ストライプ化工程の後、
基板裏面，およびコンタクト層上にそれぞれｎ側電極，
およびｐ側電極を形成し、劈開等によりチップ単位に分
割する工程を経て半導体光装置が完成する。

【００５６】なお、装置の共振器端面を形成する劈開
は、図４に示すように、選択成長用マスクの端部が位置
していた二点鎖線４０の位置で行なえばよいが、選択成
長用マスクの端部が位置していた場所よりも外側の二点
鎖線４１の位置で行なうようにしてもよい。

【００５７】本実施例１の選択成長用マスクを用いて作
製された、同一基板上にレーザダイオードと光導波路レ
ンズを集積化した半導体光装置の動作は図１２に示した
従来例の動作と同じである。

【００５８】すなわち、ｐ側電極，ｎ側電極を介してｐ
ｎ接合に対し順方向の電流を印加すると、ＬＤ部のＭＱ
Ｗ活性層においてキャリアの発光再結合が生じ、レーザ
発振する。この時、レーザ光はレーザダイオード部内で
は光閉じ込めが十分なため、上下クラッド層への光の滲
み出し量が少なく、その大部分は導波路内に閉じ込めら
れた状態で進行する。光導波路レンズ部側の端面から放
射されるレーザ光は、ＭＱＷ導波路が、光導波路レンズ
部側の端面に近づく程その層厚が小さくなっているた
め、上下クラッド層への光の滲み出し量が多く、導波路
内への閉じ込めが弱い状態で進行する。また、この光の
滲み出しはレンズ部先端に行くほど大きくなる。従っ
て、光導波路レンズが設けられた側の端面からの放射光
は、その出射スポット径が、光導波路レンズが設けられ
ていない側の端面からの放射光の出射スポット径よりも
大きくなるため、ビーム出射時の回折効果が小さくな
り、光導波路レンズが設けられた側の端面からの放射光
のビームの拡がり角度は約２．５〜５°と、約１０〜１
５°である光導波路レンズが設けられていない側の端面
からの放射光のビームの拡がり角度よりも狭くなる。

【００５９】以上のように、本実施例１の選択成長用マ
スクパターンを用いて選択成長することにより、レンズ
部から放射されるレーザ光はそのレンズ効果によって、
放射角が狭まり、レンズの形成されていない他端面から
の放射光よりもビーム広がりを抑制することができ、光
ファイバーとの光学的結合率が高い接続が容易になる。

【００６０】ここで、光学的レンズ効果を大きく得るた
めには、レンズ最薄部とレンズ最厚部との間の層厚差を
可能なかぎり大きくすることが望ましいが、層厚を大き
くするためにマスク幅のみを増加させると、マスク上に
生成されるポリ結晶粒の増加を誘発することになるた
め、できる限りマスク幅は狭く設計するべきである。従
って、成長層厚差の拡大は、マスク間隔を狭く設計する
ことにより達成することが、マスク上に生成されるポリ
結晶粒の低減の面から有効である。本実施例１ではマス
ク間隔を一定としているので、このような設計が極めて
容易である。

【００６１】更にマスク開口幅を後工程で行われるメサ
エッチングの幅と同じとすれば、選択成長の工程でメサ
構造も同時に形成することができ、メサエッチング工程
が不要となり、従来技術のマスクを使用した場合よりも
製造コストを低減することができる。

【００６２】なお、上記実施例１では、選択成長用マス
クの共振器長方向に対して垂直方向の幅が徐々に狭くな
っている部分の形状を、直角三角形形状、すなわち、共
振器長方向に対して垂直方向の幅が、直線的にテーパ状
に狭くなり、最も狭い部分で略ゼロとなるようにしてお
り、このように最も狭い部分で略ゼロとすることでレン
ズ最薄部とレンズ最厚部との間の層厚差を大きくしてい
る。しかし、最も狭い部分の幅は必ずしも略ゼロとする
必要はなく、例えば、図５に示すように、最も狭い部分
がある程度の幅をもっていてもよい。この場合は、劈開
位置を選択成長用マスク２ｃ，２ｄの端部が位置してい
た場所よりも外側の位置である二点鎖線５０の位置で行
なうようにすれば、この位置の選択成長層は成長速度増
大の効果を受けておらず、層厚が薄いので、レンズ最薄
部とレンズ最厚部との間の層厚差が大きいものとでき
る。

【００６３】実施例２．ところで、図２(b) 中に設計値
として示したプロファイルは、光導波路レンズとＬＤを
集積化した半導体光装置を実現するために設計上で所望
される、半導体層の成長速度増大率の共振器長方向にお
けるプロファイルであるが、図２(b) に示されるよう
に、実施例１の選択成長マスクを用いた場合、共振器長
方向の成長速度増大率プロファイルは設計値のプロファ
イルとの一致度が不完全である。

【００６４】誘電体マスクを用いた選択成長法では、成
長種のマスク上での２次元的な拡散を利用しているた
め、基本的にマスクの共振器長方向の中央部分で最も成
長速度増大率が大きくなる傾向を有している。一方、実
施例１では、設計値のプロファイルの形状に併せて直線
的にマスク幅を変化させており、このマスク幅の変化に
よる成長速度増大率の変化に、上述のマスクの共振器長
方向の中央部分における成長速度増大率の増加の効果が
加わることにより、図２(b) に示されるような、実際の
共振器長方向の成長速度増大率プロファイルと設計値の
プロファイルとの不一致が生じる。従って、設計値どお
りの成長速度増大率プロファイルを得るためには、上述
のマスクの共振器長方向の中央部分における成長速度増
大率の増加の効果を考慮した工夫が必要である。

【００６５】本発明の第２の実施例は、このマスクの共
振器長方向の中央部分における成長速度増大率の増加の
効果を考慮し、より設計値に近い成長速度増大率プロフ
ァイルを得ることができる選択成長用マスクを提供する
ものである。

【００６６】図３(a) は本発明の第２の実施例による選
択成長用マスクを示す平面図、図３(b) は図３(a) に示
す選択成長用マスクを用いて基板上に半導体層を選択成
長したときのマスク開口幅の中央での共振器長方向の成
長速度増大率プロファイルを示す図である。図におい
て、図２と同一符号は同一または相当部分であり、１２
ａ，１２ｂは本実施例２による選択成長用マスクであ
り、１３ａ，１３ｂはそれぞれマスク１２ａ，１２ｂの
テーパ部に設けられたマスク幅削減領域、１４ａ，１４
ｂはそれぞれマスク１２ａ，１２ｂのＬＤ部に設けられ
たマスク幅削減領域である。

【００６７】上記実施例１の選択成長用マスクを用いた
選択成長により得られる共振器長方向の成長速度増大率
プロファイルは、そのテーパー部において、テーパー部
両端はほぼ設計値通りであり、中央部が設計値よりも盛
り上がった形になっている。このことから中央部のマス
ク幅を直線的テーパー状変化から盛り上がり分のマスク
幅だけ曲線的に削減すれば良いことがわかる。また、Ｌ
Ｄ部においても、同様に考えることができ、ＬＤ部の中
央部分でマスク幅を削減すればよい。

【００６８】図３(a) に示す本実施例２による選択成長
用マスクは、上述した考えに基づいて、実施例１による
選択成長用マスクの形状を変形させたものである。

【００６９】選択成長用マスクをこのように変形するこ
とにより、マスクの共振器長方向の中央部分における成
長速度増大率の増加の効果を補償することができ、図３
(b)の●で示すように、より設計値に近い成長速度増大
率プロファイルを得ることができる。図３(b) には、比
較のために、実施例１の選択成長用マスクを用いた選択
成長により得られる共振器長方向の成長速度増大率プロ
ファイルを○で示している。

【００７０】以上のようなマスク幅の部分的削減は、そ
のようなマスクを用いた選択成長を利用して作製される
半導体光装置の光導波路レンズ部の光放射損失の低減
や、基本レンズ性能の向上への寄与が大きく、また、Ｌ
Ｄ部の光導波路方向の成長層の層厚，および成長層の組
成の均一化によるレーザ特性の改善、すなわち、発振閾
値電流，および動作電流の低減、発振波長の安定化、素
子内部効率の向上に大きな効果を奏する。

【００７１】実施例３．図６は本発明の第３の実施例に
よる選択成長用マスクを説明するための平面図である。
図において、図２と同一符号は同一または相当部分であ
る。また、２２ａ，２２ｂは本実施例３による選択成長
用マスクであり、二点鎖線３０は劈開位置を示す。

【００７２】本実施例３による選択成長用マスクは、実
施例２の選択成長用マスクを２つ背中合わせで連結した
形状を有する。すなわち、本実施例３による選択成長用
マスクでは、マスク対をなす各マスク２２ａ，２２ｂの
各々が、共振器長方向の両端にテーパ部を備えている。

【００７３】選択成長用マスクをこのような形状とする
ことにより、半導体光装置２個分の光導波路を一対の選
択成長用マスクを用いた選択成長によって形成すること
ができる。すなわち、この本実施例３による選択成長用
マスク用いて選択成長を行なうと、選択成長された半導
体層の層厚の共振器長方向のプロファイルは、領域３
３，および領域３５では均一となり、領域３４，および
領域３６では端部に向かってテーパ状に薄くなるものと
なる。その後、二点鎖線３０の位置で劈開して分離する
ことにより、２個の半導体光装置３１，３２を得ること
ができる。半導体光装置３１では、領域３３がＬＤ部と
なり、領域３４が光導波路レンズ部となる。また、半導
体光装置３２では、領域３５がＬＤ部となり、領域３６
が光導波路レンズ部となる。

【００７４】このような本実施例３の選択成長用マスク
では、共振器長方向の両端にテーパ部を備えた構成とし
たから、１対の選択成長用マスクで２つの半導体光装置
の光導波路を構成する半導体層の層厚を精度よく制御す
ることができる。

【００７５】実施例４．図７は本発明の第４の実施例に
よる半導体光装置の製造方法，およびこの製造方法によ
り作製される半導体光装置を説明するための図であり、
図において、図２と同一符号は同一または相当部分であ
る。また、１０ａ〜１０ｆは共振器長方向に延びる仮想
直線であり、これらは等間隔に配置されている。５２
ａ，５２ｂ、５２ｃ，５２ｄ、５２ｅ，５２ｆ、５２
ｇ，５２ｈ、５２ｉ，５２ｊ、５２ｋ，５２ｌはそれぞ
れ仮想直線１０ａ〜１０ｆを中心として線対称に配置さ
れたマスク対で構成される選択成長用マスクである。こ
こで、マスク対のＬＤ部における共振器長方向に対し垂
直方向の幅は全て同じ幅である。

【００７６】図７に示すように、基板１上に、実施例１
の選択成長用マスクを複数対並列に配置して、光導波路
を構成する半導体層を選択成長することにより、共振器
長方向で所望の層厚プロファイルを有する半導体層から
なる光導波路が、複数本並列に配置された構造を容易に
作製できる。従って、本実施例４の半導体光装置の製造
方法によれば、各々が光導波路レンズを備えた半導体レ
ーザ素子が複数個並列に集積化されたアレイ型の半導体
光素子を極めて容易に実現することができる。本実施例
４の半導体光装置の製造方法により作製された半導体光
装置は、光導波路レンズを備えた半導体レーザ素子を複
数近接して備えた構成を有しており、それぞれのレーザ
素子が出射するレーザビームの出射拡がり角度が小さい
ので、各々のレーザ素子が出射するレーザビームを球レ
ンズを用いることなく複数の光ファイバに別々に結合さ
せることが容易であり、複数の光信号による情報伝達の
ための光結合モジュールを極めて安価なものとできるも
のである。

【００７７】なお、本実施例では、個々の選択成長用マ
スクの形状を上記実施例１の選択成長用マスクと同様の
形状としたが、実施例２、あるいは実施例３の選択成長
用マスクと同様の形状としてもよい。

【００７８】実施例５．図８は本発明の第５の実施例に
よる半導体光装置の製造方法，およびこの製造方法によ
り作製される半導体光装置を説明するための図であり、
図において、図７と同一符号は同一または相当部分であ
る。６２ａ，６２ｂ、６２ｃ，６２ｄ、６２ｅ，６２
ｆ、６２ｇ，６２ｈ、６２ｉ，６２ｊ、６２ｋ，６２ｌ
はそれぞれ仮想直線１０ａ〜１０ｆを中心として線対称
に配置されたマスク対で構成される選択成長用マスクで
ある。ここで、マスク対のＬＤ部における共振器長方向
に対し垂直方向の幅は、矢印７０の方向に向かって順に
狭くなっている。

【００７９】図８に示すように、基板１上に、実施例１
の選択成長用マスクであって、マスクのＬＤ部における
共振器長方向に対し垂直方向の幅が相互に異なる複数の
マスクを並列に配置して、光導波路を構成する半導体層
を選択成長することにより、共振器長方向で所望の層厚
プロファイルを有する半導体層からなる光導波路が、複
数本並列に配置された構造を容易に作製できる。従っ
て、本実施例５の半導体光装置の製造方法によれば、各
々が光導波路レンズを備えた半導体レーザ素子が複数個
並列に集積化されたアレイ型の半導体光素子を極めて容
易に実現することができる。

【００８０】本実施例５では、並列に配置された複数の
選択成長用マスクのＬＤ部における共振器長方向に対し
垂直方向の幅が相互に異なっており、導波路部分の成長
速度増大率が異なるため、ＭＱＷ導波路の井戸層の厚さ
が変化し、１素子毎に発振波長が異なるアレイを実現で
きる。

【００８１】本実施例５の半導体光装置の製造方法によ
り作製された半導体光装置は、光導波路レンズを備えた
相互に発振波長が異なる半導体レーザ素子を複数近接し
て備えた構成を有しており、それぞれのレーザ素子が出
射するレーザビームの出射拡がり角度が小さいので、各
々のレーザ素子が出射するレーザビームを球レンズを用
いることなく複数の光ファイバに別々に結合させるこ
と、あるいは各々のレーザ素子が出射するレーザビーム
を球レンズを用いることなく１本の光ファイバに結合さ
せることが容易であり、複数波長の光信号による情報伝
達のための光結合モジュールを極めて安価なものとでき
る。

【００８２】なお、本実施例では、個々の選択成長用マ
スクの形状を上記実施例１の選択成長用マスクと同様の
形状としたが、実施例２、あるいは実施例３の選択成長
用マスクと同様の形状としてもよい。

【００８３】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、一対
の共振器端面間に共振器長方向に連続してレーザダイオ
ードと光導波路レンズとを集積化した半導体光装置の、
上記共振器端面間を結んで配置されるストライプ状の光
導波路を構成する半導体層を、選択領域成長によって形
成する際に用いる選択成長用マスクであって、上記光導
波路を構成する半導体層が結晶成長される基板の表面上
に，その平面形状が、上記基板表面上の上記共振器長方
向に延びる仮想直線に対して線対称になるように配置さ
れる、一対の誘電体膜からなり、上記誘電体膜の相互に
対向する辺が、ともに上記仮想直線に対し平行であり、
かつ、上記誘電体膜の共振器長方向に対して垂直方向の
幅は、ともに該膜の共振器長方向の所定の位置から該膜
の共振器長方向の一方の端部に向かって徐々に狭くなっ
ているものとしたから、精密な層厚プロファイル制御が
可能なマスクパターンの設計を容易にすることができる
効果がある。

【００８４】また、この発明によれば、請求項１の選択
成長用マスクにおいて、上記誘電体膜の共振器長方向の
部分のうち、上記共振器長方向に対して垂直方向の幅が
徐々に狭くなっている部分の形状を、直角三角形形状と
したから、光導波路レンズ部分の光導波路を構成する半
導体層の層厚の最厚部と最薄部の厚さの差を大きくする
ことができる効果がある。

【００８５】また、この発明によれば、請求項１の選択
成長用マスクにおいて、上記誘電体膜の共振器長方向の
部分のうち、上記共振器長方向に対して垂直方向の幅が
徐々に狭くなっている部分の形状を、直角三角形の斜辺
を内側に削り込んだ形状としたから、マスクの共振器長
方向の中央部分における成長速度増大率の増加の効果を
補償することができ、より設計値に近い成長速度増大率
プロファイルを得ることができる効果がある。

【００８６】また、この発明によれば、請求項１の選択
成長用マスクにおいて、上記誘電体膜の共振器長方向に
対して垂直方向の幅がいずれも、該膜の共振器長方向の
上記所定の位置よりも該膜の共振器長方向の他方の端部
側に位置する第２の所定の位置から該膜の共振器長方向
の他方の端部に向かって、徐々に狭くなっているものと
したから、１対の選択成長用マスクで２つの半導体光装
置の光導波路を構成する半導体層の層厚を精度よく制御
することができる効果がある。

【００８７】また、この発明によれば、請求項１ないし
請求項４のいずれかに係る選択成長用マスクにおいて、
上記誘電体膜の共振器長方向の部分のうち、上記共振器
長方向に対して垂直方向の幅が徐々に小さくなっている
部分以外の部分の、共振器長方向に対して垂直方向の幅
を、該部分の共振器長方向の一端から他端まで一定とし
たから、レーザダイオード部分の光導波路を構成する半
導体層の層厚を均一に制御することができる効果があ
る。

【００８８】また、この発明によれば、請求項１ないし
請求項４のいずれかに係る選択成長用マスクにおいて、
上記誘電体膜の共振器長方向の部分のうち、上記共振器
長方向に対して垂直方向の幅が徐々に小さくなっている
部分以外の部分の、共振器長方向に対して垂直方向の幅
を、該部分の共振器長方向の両端部で同じ幅であり、か
つ該部分の共振器長方向の中央付近において上記両端部
の幅よりも狭い幅としたから、マスクの共振器長方向の
中央部分における成長速度増大率の増加の効果を補償す
ることができ、レーザダイオード部分の光導波路を構成
する半導体層の層厚をより均一に制御することができる
効果がある。

【００８９】また、この発明によれば、一対の共振器端
面と該共振器端面間を結んで配置されるストライプ状の
光導波路を有し、かつ該光導波路を構成する半導体層の
層厚が共振器長方向の位置によって異なる半導体光装置
の、上記光導波路を構成する半導体層を、選択領域成長
によって形成する際に用いる選択成長用マスクであっ
て、上記光導波路を構成する半導体層が結晶成長される
基板の表面上に，その平面形状が、上記基板表面上の上
記共振器長方向に延びる仮想直線に対して線対称になる
ように配置される、一対の誘電体膜からなり、上記誘電
体膜の相互に対向する辺が、ともに上記仮想直線に対し
平行であり、かつ、上記誘電体膜の共振器長方向に対し
て垂直方向の幅は、ともに該膜の共振器長方向の所定の
位置から該膜の共振器長方向の一方の端部に向かって、
該一方の端部において略ゼロとなるように、徐々に狭く
なっているものとしたから、選択成長される半導体層の
層厚を共振器長方向の位置によって精密に制御でき、し
かも大きく異なるものとできるマスクパターンの設計を
容易にすることができる効果がある。

【００９０】また、この発明によれば、一対の共振器端
面間に共振器長方向に連続してレーザダイオードと光導
波路レンズとを集積化した半導体光装置を製造する方法
において、基板上に，その平面形状が、上記基板表面上
の上記共振器長方向に延びる仮想直線に対して線対称に
なるように配置される、一対の誘電体膜からなり、該誘
電体膜の相互に対向する辺が、ともに上記仮想直線に対
し平行であり、かつ、上記誘電体膜の共振器長方向に対
して垂直方向の幅は、ともに該膜の共振器長方向の所定
の位置から該膜の共振器長方向の一方の端部に向かって
徐々に狭くなっている選択成長用マスクを設け、該選択
成長用マスクをマスクとして、上記基板上に半導体光装
置の光導波路を構成する半導体層を選択領域成長するよ
うにしたから、光導波路を構成する半導体層の層厚が共
振器長方向で所望に制御された半導体光装置を容易に作
製することができる効果がある。

【００９１】また、この発明によれば、一対の共振器端
面間に共振器長方向に連続してレーザダイオードと光導
波路レンズとを集積化した半導体光装置を製造する方法
において、基板上に，その平面形状が、上記基板表面上
の上記共振器長方向に延びる仮想直線に対して線対称に
なるように配置される、一対の誘電体膜からなり、該誘
電体膜の相互に対向する辺が、ともに上記仮想直線に対
し平行であり、かつ、上記誘電体膜の共振器長方向に対
して垂直方向の幅は、ともに該膜の共振器長方向の所定
の位置から該膜の共振器長方向の一方の端部に向かって
徐々に狭くなっている選択成長用マスクを、相互に平行
に複数設け、該選択成長用マスクをマスクとして、上記
基板上に半導体光装置の光導波路を構成する半導体層を
選択領域成長するようにしたから、光導波路を構成する
半導体層の層厚が共振器長方向で所望に制御されたアレ
イ型の半導体光装置を容易に作製することができる効果
がある。

【００９２】また、この発明によれば、基板上に，その
平面形状が、上記基板表面上の上記共振器長方向に延び
る仮想直線に対して線対称になるように配置される、一
対の誘電体膜からなり、該誘電体膜の相互に対向する辺
が、ともに上記仮想直線に対し平行であり、かつ、上記
誘電体膜の共振器長方向に対して垂直方向の幅は、とも
に該膜の共振器長方向の所定の位置から該膜の共振器長
方向の一方の端部に向かって徐々に狭くなっている選択
成長用マスクを設け、これをマスクとして、上記基板上
に選択領域成長された半導体層を用いて構成された光導
波路を備えた構成としたから、容易に作製可能な、レー
ザダイオードと光導波路レンズとを集積化した半導体光
装置を実現できる効果がある。

【００９３】また、この発明によれば、基板上に，その
平面形状が、上記基板表面上の上記共振器長方向に延び
る仮想直線に対して線対称になるように配置される、一
対の誘電体膜からなり、該誘電体膜の相互に対向する辺
が、ともに上記仮想直線に対し平行であり、かつ、上記
誘電体膜の共振器長方向に対して垂直方向の幅は、とも
に該膜の共振器長方向の所定の位置から該膜の共振器長
方向の一方の端部に向かって徐々に狭くなっている選択
成長用マスクを、相互に平行に複数設け、これをマスク
として、上記基板上に選択領域成長された半導体層を用
いて構成された、相互に平行な複数の光導波路を備えた
構成としたから、容易に作製可能な、レーザダイオード
と光導波路レンズとを集積化したアレイ型の半導体光装
置を実現できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施例による選択成長用マス
クを示す図。

【図２】 実施例１の選択成長用マスクを示す上面図
（図２(a) ），および実施例１の選択成長用マスクを用
いて選択成長をおこなったときのマスク開口幅の中央で
の成長層の共振器長方向の成長速度増大率プロファイル
を示す図（図２(b) ）。

【図３】 本発明の第２の実施例による選択成長用マス
クを示す上面図（図３(a) ），およびこのマスクを用い
て選択成長をおこなったときのマスク開口幅の中央での
成長層の共振器長方向の成長速度増大率プロファイルを
示す図（図３(b) ）。

【図４】 実施例１の選択成長用マスクを用いて半導体
光装置を作製する場合の劈開位置を説明するための図。

【図５】 実施例１の選択成長用マスクの変形例の形
状，およびこのマスクを用いて半導体光装置を作製する
場合の劈開位置を説明するための図。

【図６】 本発明の第３の実施例による選択成長用マス
クを示す上面図。

【図７】 本発明の第４の実施例による半導体光装置の
製造方法，およびこの製造方法により作製されるアレイ
型の半導体光装置を説明するための図。

【図８】 本発明の第５の実施例による半導体光装置の
製造方法，およびこの製造方法により作製されるアレイ
型の半導体光装置を説明するための図。

【図９】 誘電体マスクを用いた、化合物半導体層の選
択領域成長の基本的原理を説明するための図。

【図１０】 ＩｎＰ系材料を用いて作製された、従来の
一般的な、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の活性層を有す
る半導体レーザの活性層近傍の共振器長方向に沿った断
面図。

【図１１】 レーザ出射光を光ファイバに結合する光結
合モジュールの構成を示す図。

【図１２】 従来の、レーザダイオードと光導波路レン
ズを１チップ上に集積化した半導体レーザを示す図。

【図１３】 図１２の半導体レーザの動作を説明するた
めの図。

【図１４】 従来の、レーザダイオードと光導波路レン
ズを１チップ上に集積化した半導体光装置の光導波路を
構成する半導体層を選択成長する際に用いる選択成長用
マスクを示す図。

【図１５】 従来の選択成長用マスクを示す上面図（図
１５(a) ），およびこれを用いて選択成長をおこなった
ときのマスク開口幅の中央での成長層の共振器長方向の
成長速度増大率プロファイルを示す図。

【符号の説明】

１ 半導体基板、２ａ，２ｂ 選択成長用マスク、３
レーザダイオード形成領域、４ 光導波路レンズ形成領
域、１０ 共振器長方向。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三橋 豊 兵庫県伊丹市瑞原４丁目１番地 三菱電機 株式会社光・マイクロ波デバイス開発研究 所内 (72)発明者 武本 彰 兵庫県伊丹市瑞原４丁目１番地 三菱電機 株式会社光・マイクロ波デバイス開発研究 所内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の共振器端面間に共振器長方向に連
   続してレーザダイオードと光導波路レンズとを集積化し
   た半導体光装置の、上記共振器端面間を結んで配置され
   るストライプ状の光導波路を構成する半導体層を、選択
   領域成長によって形成する際に用いる選択成長用マスク
   であって、 上記光導波路を構成する半導体層が結晶成長される基板
   の表面上に，その平面形状が、上記基板表面上の上記共
   振器長方向に延びる仮想直線に対して線対称になるよう
   に配置される、一対の誘電体膜からなり、 上記誘電体膜の相互に対向する辺が、ともに上記仮想直
   線に対し平行であり、かつ、 上記誘電体膜の共振器長方向に対して垂直方向の幅は、
   ともに該膜の共振器長方向の所定の位置から該膜の共振
   器長方向の一方の端部に向かって徐々に狭くなっている
   ことを特徴とする選択成長用マスク。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の選択成長用マスクにお
   いて、 上記誘電体膜の共振器長方向の部分のうち、上記共振器
   長方向に対して垂直方向の幅が徐々に狭くなっている部
   分の形状が、直角三角形形状であることを特徴とする選
   択成長用マスク。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の選択成長用マスクにお
   いて、 上記誘電体膜の共振器長方向の部分のうち、上記共振器
   長方向に対して垂直方向の幅が徐々に狭くなっている部
   分の形状が、直角三角形の斜辺を内側に削り込んだ形状
   であることを特徴とする選択成長用マスク。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の選択成長用マスクにお
   いて、 上記誘電体膜の共振器長方向に対して垂直方向の幅がい
   ずれも、該膜の共振器長方向の上記所定の位置よりも該
   膜の共振器長方向の他方の端部側に位置する第２の所定
   の位置から該膜の共振器長方向の他方の端部に向かっ
   て、徐々に狭くなっていることを特徴とする選択成長用
   マスク。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれかに記
   載の選択成長用マスクにおいて、 上記誘電体膜の共振器長方向の部分のうち、上記共振器
   長方向に対して垂直方向の幅が徐々に小さくなっている
   部分以外の部分の、共振器長方向に対して垂直方向の幅
   が、該部分の共振器長方向の一端から他端まで一定であ
   ることを特徴とする選択成長用マスク。
6. 【請求項６】 請求項１ないし請求項４のいずれかに記
   載の選択成長用マスクにおいて、 上記誘電体膜の共振器長方向の部分のうち、上記共振器
   長方向に対して垂直方向の幅が徐々に小さくなっている
   部分以外の部分の、共振器長方向に対して垂直方向の幅
   が、該部分の共振器長方向の両端部で同じ幅であり、か
   つ該部分の共振器長方向の中央付近において上記両端部
   の幅よりも狭い幅であることを特徴とする選択成長用マ
   スク。
7. 【請求項７】 一対の共振器端面と該共振器端面間を結
   んで配置されるストライプ状の光導波路を有し、かつ該
   光導波路を構成する半導体層の層厚が共振器長方向の位
   置によって異なる半導体光装置の、上記光導波路を構成
   する半導体層を、選択領域成長によって形成する際に用
   いる選択成長用マスクであって、 上記光導波路を構成する半導体層が結晶成長される基板
   の表面上に，その平面形状が、上記基板表面上の上記共
   振器長方向に延びる仮想直線に対して線対称になるよう
   に配置される、一対の誘電体膜からなり、 上記誘電体膜の相互に対向する辺が、ともに上記仮想直
   線に対し平行であり、かつ、 上記誘電体膜の共振器長方向に対して垂直方向の幅は、
   ともに該膜の共振器長方向の所定の位置から該膜の共振
   器長方向の一方の端部に向かって、該一方の端部におい
   て略ゼロとなるように、徐々に狭くなっていることを特
   徴とする選択成長用マスク。
8. 【請求項８】 一対の共振器端面間に共振器長方向に連
   続してレーザダイオードと光導波路レンズとを集積化し
   た半導体光装置を製造する方法において、 基板上に，その平面形状が、上記基板表面上の上記共振
   器長方向に延びる仮想直線に対して線対称になるように
   配置される、一対の誘電体膜からなり、該誘電体膜の相
   互に対向する辺が、ともに上記仮想直線に対し平行であ
   り、かつ、上記誘電体膜の共振器長方向に対して垂直方
   向の幅は、ともに該膜の共振器長方向の所定の位置から
   該膜の共振器長方向の一方の端部に向かって徐々に狭く
   なっている選択成長用マスクを設ける工程と、 該選択成長用マスクをマスクとして、上記基板上に半導
   体光装置の光導波路を構成する半導体層を選択領域成長
   する工程とを含むことを特徴とする半導体光装置の製造
   方法。
9. 【請求項９】 一対の共振器端面間に共振器長方向に連
   続してレーザダイオードと光導波路レンズとを集積化し
   た半導体光装置を製造する方法において、 基板上に，その平面形状が、上記基板表面上の上記共振
   器長方向に延びる仮想直線に対して線対称になるように
   配置される、一対の誘電体膜からなり、該誘電体膜の相
   互に対向する辺が、ともに上記仮想直線に対し平行であ
   り、かつ、上記誘電体膜の共振器長方向に対して垂直方
   向の幅は、ともに該膜の共振器長方向の所定の位置から
   該膜の共振器長方向の一方の端部に向かって徐々に狭く
   なっている選択成長用マスクを、相互に平行に複数設け
   る工程と、 該選択成長用マスクをマスクとして、上記基板上に半導
   体光装置の光導波路を構成する半導体層を選択領域成長
   する工程とを含むことを特徴とする半導体光装置の製造
   方法。
10. 【請求項１０】 一対の共振器端面間に共振器長方向に
    連続してレーザダイオードと光導波路レンズとを集積化
    した半導体光装置であって、 基板上に，その平面形状が、上記基板表面上の上記共振
    器長方向に延びる仮想直線に対して線対称になるように
    配置される、一対の誘電体膜からなり、該誘電体膜の相
    互に対向する辺が、ともに上記仮想直線に対し平行であ
    り、かつ、上記誘電体膜の共振器長方向に対して垂直方
    向の幅は、ともに該膜の共振器長方向の所定の位置から
    該膜の共振器長方向の一方の端部に向かって徐々に狭く
    なっている選択成長用マスクを設け、これをマスクとし
    て、上記基板上に選択領域成長された半導体層を用いて
    構成された光導波路を備えたことを特徴とする半導体光
    装置。
11. 【請求項１１】 一対の共振器端面間に共振器長方向に
    連続してレーザダイオードと光導波路レンズとを集積化
    した半導体光装置であって、 基板上に，その平面形状が、上記基板表面上の上記共振
    器長方向に延びる仮想直線に対して線対称になるように
    配置される、一対の誘電体膜からなり、該誘電体膜の相
    互に対向する辺が、ともに上記仮想直線に対し平行であ
    り、かつ、上記誘電体膜の共振器長方向に対して垂直方
    向の幅は、ともに該膜の共振器長方向の所定の位置から
    該膜の共振器長方向の一方の端部に向かって徐々に狭く
    なっている選択成長用マスクを、相互に平行に複数設
    け、これをマスクとして、上記基板上に選択領域成長さ
    れた半導体層を用いて構成された、相互に平行な複数の
    光導波路を備えたことを特徴とする半導体光装置。