JPH02285692A - 半導体光源の製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野１ 本発明は、光集積回路又は光電子集積回路分野に適用可
能である化合物半導体より成る集積型波長可変光源の製
造方法に関する。

〔従来の技術］ 従来より、レーザ光を非線型光学結晶に導入、非線型光
学効果により、光パラメトリツク励振により、レーザ光
波長を他の波長に変換する試みが為され、例えば、テキ
スト［オプチカル・エレクトロニクス（Ｏｐｔｉｃａｌ
　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　）　Ｊ　　［著者ヤリフ（
Ａｍｎｏｎ　Ｙａｒｉｖ　）　］　　［出版社・ホルト
サンダースジャパン（Ｈｏｌｔ　５ａｎｄｅｒｓ　Ｊａ
ｐａｎ）　］　　（第３版）中、Ｐ、２５２〜２６３の
記載等に見られる考案があり、また、ＹＡＧレーザとニ
オブ酸リチウム単結晶を組合せた構成による分析装置用
光源が実用化されている。

第２図に、概略の構成図を示す。Ａ部分はレザ発振部、
Ｂ部分は光パラメトリツク励振部を示す。

［発明が解決しようとする課題］ 然しなから、前記の複数の個別素子を組合せて構成され
るシステムは、以下の課題がある。

１、各素子がモジュール化されているので、光電子集積
回路の構成素子とはならない。

２、極めて高品質な単結晶を必要とするため、結晶育成
、結晶研磨加工、組立て等のコストが高い。

３、光学系としての光軸合せも難かしい。

４　従って、エネルギ変換効率が低い。

本発明の目的は、かかる課題を解決して１、ブレナ集積
可能なるデバイスを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、前記課題解決のため、以下の手段を具備する
ことを特徴とする。

１　光パラメトリツク励振用結晶は化合物半導体結晶で
ある。

２、半導体レーザな光源とする。

３　前記化合物半導体は、半導体レーザと共通の基板上
に、選択的エピタキシャル成長により形成する。

４　光パラメトリツク励振部は、光導波路を形成し、且
つ、レーザ発振部光導波路と光学的に結合される。

５、前記光学的結合は、光方向性結合器と同等の原理に
よる。

［実　施　例］ 以下に、本発明の一実施例を説明する。本発明の基本的
な考え方は、周知の半導体レーザのレザ光を光源として
、レーザ共振器の両側に隣接して配置される非線型光学
結晶よりなる光導波路に各々光結合させることにより、
レーザ光導波路と前記２光導波路の３光導波路を利用し
て、光パラメトリツク発振を発生させて後、前記両側の
光導波路の端面の一方又は双方より波長が変換された光
をとり出すものである。この時、レーザ光の角周波数Ｗ
３、両側の２光導波路に誘起される光の角周波数Ｗ１及
びＷ２の間には、パラメトリック励振によるＷ　ｓ　”
　Ｗ　＋　＋　Ｗ　２の関係が成立する如くに設定され
る。Ｗ、及びＷ２の制御には、当該光導波路に適切な電
圧を印加して、電気光学効果により該結晶の屈折率を変
動せしめる方式を採る。これにより、例えばＷｌは前記
関係式を保持しつつ、連続的に変動させることが可能に
なる。

第１図は、本発明の一実施例を示すデバイスの構造の概
略図である。（ａ）は断面概略図、（ｂ）は平面概略図
である。

ここで、該構造の製造方法について述べる。まず、中央
レーザ発振部分を形成する。ｎ型Ｇａ　Ａｓ基板上に、
ｎ型Ｇａ　Ａｓバッファー層１５０を積む。順次ｎ　Ａ
ｌｘ　Ｇａ＋−ｘ　Ａｓ　　（ｘ＝０．　１）　１０２
、ｎ−Ｇａ　Ａｓ　ｌ　０３、Ｐ　Ａｌｘ　Ｇａ＋−ｘ
　Ａｓ　（ｘ　＝　０１）１０４、Ｐ−Ｇａ　Ａｓ　ｌ
　５１と、ＭＯＣＶＤによりエピタキシャル成長して積
層する。１０２の層がレーザ発振活性層である。次に、
レーザ共振器部分を残して両側をエツチング除去して、
バッファー層１５０表面まで除去する。次に、レーザ共
振器両側の光導波路部分１１９，１２０以外の表面をＳ
ｉ　Ｏ□膜でコートする。次に該１１９，１２０部分に
、クラッド層としてのＺｎ　Ｓｘ　Ｓｅ層−ｘ　ｌ　Ｏ
７，１１１をＭＯＣＶＤ法による選択的エピタキシャル
成長により形成する。引きつづいて、先導波路層１０８
，１１２としてのＺｎ　Ｓｅ層を同様に選択的エビクキ
シアル成長により形成する。かくの如くに、３つの光導
波路層１０２．１０８．１】２が同一平面上に隣接して
、形成される。

該ＭＯＣＶＤエビクキシアル成長の条件は次のとおりで
ある。

（１）レーザ共振器部分 原料ガスコトリメチルガリウム・トリメチルアルミニウ
ム、アルシン 基板温度ニア００°〜８２０℃ 圧　　　カニ　　７００〜７９０Ｔｏｒｒ成長速度：　
０．０７〜０．０８ｕｍ／ｍｉ　ｎ（２）ＺｎＳｅ光導
波路部分 原料ガス：トリメチル亜鉛、硫化水素、セレン化水素 基板温度＝２５０°〜３５０℃ 圧　　カニ　１００Ｔｏｒｒ以下 成長速度：００５〜００７μｍ／ｍｉｎここで、当該光
導波路部の製造方法をより詳細に述べる。第３図は該プ
ロセスを説明する図で、薄膜結晶の断面槽、造を示して
いる。前記半導体レザ構造を形成して後、レーザ発振部
３０１を残して斜線部３０３をエツチング除去する。第
１図のｎ型Ｇａ　Ａｓバッファー層１５０まで除去する
。

該露出ｎ−Ｇａ　Ａｓ基板３００が他の光導波路形成膜
のエピタキシャル用基板になる。該エツチングは、ＥＣ
Ｒ方式プラズマ装置によりＲＩＢＥ法による。エツチン
グガスは、Ａｒ／ＣＣｌ４の混合ガスである。両ガスの
流量、圧力はエツチング表面が鏡面になる条件で設定さ
れる。ＲＩＢＥプロセスが通常の科学エッヂングプロセ
スに比較して、表面が平滑になり且つ、コーナ一部分が
極めて直角に近く形成される。従って、エビクキシアル
用表面として高品質である。次に、目的とする光導波路
をエビクキシアル成長させる部分３０６以外の表面を酸
化硅素５ｉＯｚ膜３０４で保護する。初めに、全面を熱
ＣＶＤ法等により、酸化硅素ＳｉＯ□３０４を堆積する
。前記光導波路及びレーザ発振器部以外のところは、さ
らにもう−層ＳｉＯ□３０５を堆積する。次に、フォト
リソグラフ技術によりバクーニングを行ない、３０６部
分のＳｉＯ□をエツチングにより除去して、前記エピタ
キシャル成長面を露出させる。次に、２０Ｓｘ　５ｅｌ
−ｘ層、セレン化亜鉛（Ｚｎ　Ｓｅ　）の順序で二層を
エビクキシアル成長させる。ＭＯＣＶＤ法により実施す
るが、重要なポイントは、エピタキシャル成長条件を選
択することにより、ｎ　Ｇａ　Ａｓ表面３０５にはエピ
タキシーが起るがＳｉＯ□膜３０４．３０５の表面には
堆積が起らない条件が設定できることである。これは、
ＺｎＳ膜及びＺｎ　Ｓｅ膜とも可能であり、選択的にエ
ピタキシャル成長でき、光導波路部３０７が形成される
。Ｚｎ　Ｓｘ　Ｓｅ層−ｘ層は、光導波路クラッド層と
Ｚｎ　Ｓｅ結晶とＧａ　Ａｓ結晶の格子定数のミスマツ
チングを緩和するバッファー層の役目を兼ね備えている
。３０２は、レーザ光発振領域である活性層であり、３
０８は、他の光導波路層即わちＺｎ　Ｓｅ層である。こ
の両者（３０２，３０８）は同一平面を構成する如くに
、３０７部のエピタキシャル成長を行なう。かくの如く
に、レーザ発振領域即わち活性層を横方向に光結合され
ている他の光導波路なレーザ発振領域の片側又は両側に
形成できる。前記エビクキシアル成長は、原料としてＺ
ｎ及びＳ及びＳｅの有機化合物を用い、成長圧力は１０
０Ｔｏｒｒ以下、成長温度は７００°〜８２０°Ｃ，Ｖ
Ｉ族原料とＩＩ族原料の供給モル比が６以下の条件の下
で減圧ＭＯＣＶＤ法により行なう。

また、方法として、ＭＯＭＢＥ法でも極めて良好にエピ
タキシャル膜が形成される。次に、弗酸系のエッチャン
トによりＳｉＯ３膜を除去する。次に、レーザ発振部を
レジスト等によりマスクしてから、電極用の金等の金属
膜３０９を堆積する。以上の例示では、マスク材として
、５ｉＯ７を用いたが、Ｓｉ３Ｎ４等の他の誘電体膜或
いは、Ｗ等も同様に用いることができる。また、Ｃｄ　
Ｓ、　Ｚｎ　Ｔｅ　、　ＣｄＳｅ等の選択エピタキシャ
ル成長も出来、光導波路の特性を幅広く変動さぜること
がてきる。この場合、Ｃｄ　Ｓ、　Ｚｎ、Ｔｅ、　Ｓｅ
のそれぞれの有機化合物を原料として用いる。

次に、電極１０５．１０９．１１３を蒸着法により設置
する。各々配線１０６．１１０．１１４により電圧を印
加する。１０６は、レーザ駆動用電源であり、１１０．
１１４は各々の光導波路の屈折率調整のための電源であ
る。光共振器を形成するための反射面１１５と１１６は
、結晶のへき開により完全平面とする。さらに、反射面
１１５は（１１０）結晶面とする。またｎ　Ｇａ　Ａｓ
基板１０１表面は（１１０）結晶面とする。レーザ共振
器の片側端面１１７表面に例えば金を蒸着して、レーザ
光をほぼ１００％反射させて、端面１１７から直接レー
ザ光を放射させない。これにより、波長変換された光１
１８の分離ができる。即ち、波長変換された光源として
単独に利用できる。

変換される波長の選択は、両側の光導波路層１０７．１
１２に対して、電極１１３．１１０を介して電界を印加
することにより実現される。即わち該２電界強度と両者
の電界強度差により設定される。さらに、光量の変換効
率は、併行している光共振蓋部分１１９．１２０．１２
１の長さ即わち、共振器長さに大きく依存する。本実施
例では、数ｍｍの前後を試行錯誤している。また、レザ
ー発振波長は、Ａｘ　Ｇａ＋−ｘ　Ａｓにおいて、Ｘの
値を変動させることにより可能であり、さらに、Ｇａ　
Ｉｎ　Ａｓ　Ｐ系、ＡＩ　Ｇａ　Ｉｎ　Ｐ系等の組成系
にも充分適用可能である。光出力の一例としては半導体
しザ波長８３０ｎｍレーザ出力５０ｍＷで、波長可変域
１１３０〜５３０ｎｍ、光出力Ｏｌ〜１ｍＷである。

本実施例では、光導波路として１１９．１２０の２本を
配置しているが、いづれ一方のみでも可能である。しか
し、２本の場合が波長制御精度及び波長変換効率が高い
。

［発明の効果］ 以上述べた如くに、本発明は以下の効果を有する。

１、極めてコンパクトであり、従来のＩＣチップと同等
に扱える。

２　光電子集積回路の一構成素子としてブレーナ集積が
可能である。

３、良質大型の非線光学結晶を必要としない。

４、光波長変換用薄膜結晶がＭＯＣＶＤエビクキシアル
成長により完全性の高い品質が確保でき、高変換効率が
得られる。

５　光導波路により、他種の光導波路デバイスと共面的
に結合できる有用な波長可変光源である。

６、光導波路層を１図の成長でしかもセルファラインプ
ロセスで製作できる。

７　光導波路層のエツチング工程が不要である為、エツ
チングによる表面損傷がなく、散乱損失の小さい光導波
路が製作できる。

８　レーザ共振器と光導波路の光結合が高効率で達成で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例による光源の断面図及び平面
の構造の概略を示す図。 第２図は、従来の典型的な光パラメトリツク励振を示す
概略の構成図。 第３図（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施例による光導波
路の製造工程を示す断面構造図８１０１・・・・・・ｎ
型Ｇａ　Ａｓ基板１０２　−　−　　・・−−ｎ　Ａｌ
ｘ　Ｇａ＋−ｘ　Ａｓ（ｘ＝０．１１１０３　　・　−
−・　−−ｎＧａＡｓ１０４　・ １０５　　・ １０６　・ １０７． １０８、１１２　　・ １０９　　・　・　・　・　・ １１０　　・　・　・　・　・ １１３　　・　・　・　・　・ １４　・ ｌ　５、 ｌ　７　・ １８　・ １９． １５０　・ １５１　　・ ・Ｐ　Ａｌｘ　Ｇａ＋−ｘ　Ａｓ（ｘ＝０．１トオーミ
ック電極 ・リード線 ・Ｚｎ　Ｓｘ　Ｓｅ＋−＋＋エピタキシアル層 ・Ｚｎ　Ｓｅエピタキシャル光導 波路層 ・電極膜（ショットキーバリ ア） ・　リード線 ・電極膜（ショットキーバリ ア） リード線 ・反射面（へき開面） 金蒸着薄膜 ・波長変換された光 ・光共振蓋部分 ・ｎ型Ｇａ　Ａｓバッファー層 ・Ｐ　Ｇａ　Ａｓ ２０１． ２０２　・ ２０４　・ ２０５． ２０６　・ ３００　・ ３０１　・ ３０２　・ ３０３　・ ３０４． ３０６　・ ３０７　・ ３０８　　・ ３０９　・ 反射鏡 レーザ結晶 レンズ 反射鏡 非線型光学単結晶 ｎ型Ｇａ　Ａｓ レーザ発振部 レーザ共振器 エッチグ除去する領域 ５ｉ０２膜 エツチングされた表面 光導波路部 光導波路 金属膜 以上 出願人　セイコーエプソン株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザ共振器と他の光導波路が同一平面に配置される半
   導体光源の製造方法において前記光導波路製造工程にI
   I−VI族化合物半導体を選択的にエピタキシャル形成す
   る工程を含むことを特徴とする半導体光源の製造方法。