JPH0636460B2 - 半導体光集積回路の製造方法 - Google Patents
半導体光集積回路の製造方法Info
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- JPH0636460B2 JPH0636460B2 JP32174689A JP32174689A JPH0636460B2 JP H0636460 B2 JPH0636460 B2 JP H0636460B2 JP 32174689 A JP32174689 A JP 32174689A JP 32174689 A JP32174689 A JP 32174689A JP H0636460 B2 JPH0636460 B2 JP H0636460B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
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- H01S5/4087—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar emitting more than one wavelength
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は量子井戸構造を利用した半導体光集積回路に利
用する。特に、量子井戸構造の周辺の半導体構造に関す
る。
用する。特に、量子井戸構造の周辺の半導体構造に関す
る。
本発明は、量子井戸構造が設けられた半導体光素子を集
積して半導体光集積回路を製造する方法において、 結晶成長を２回に分けて行い、１回目の結晶成長で量子
井戸構造と光ガイド層とを成長させ、２回目の成長を行
う前に不純物の導入とリブ形導波路構造の形成とを行う
ことにより、 無秩序化のための不純物による導波路損失を低減すると
ともに、曲がり導波路や方向結合器などの光素子に適し
た導波路構造を可能とするものである。
積して半導体光集積回路を製造する方法において、 結晶成長を２回に分けて行い、１回目の結晶成長で量子
井戸構造と光ガイド層とを成長させ、２回目の成長を行
う前に不純物の導入とリブ形導波路構造の形成とを行う
ことにより、 無秩序化のための不純物による導波路損失を低減すると
ともに、曲がり導波路や方向結合器などの光素子に適し
た導波路構造を可能とするものである。
同一の波長帯で動作する種々の光素子を同一基板上に形
成して光集積回路を構成する場合に、光素子の種類によ
って、それぞれ光学特性、特にバンドギャップの異なる
半導体を用いる必要がある。バンドギャップの異なる半
導体を同一基板上で光学的に結合させるには、従来か
ら、一度結晶成長させた半導体薄膜を部分的にエッチン
グし、バンドギャップの異なる半導体を再成長させる方
法が用いられている。この方法については、例えば、シ
ゲル・ムラタ、イクオ・ミト、コウロウ・コバヤシ、
「スペクトラル・キャラクタリスティックス・フォー・
ア1.5 μｍDBRレーザ・ウィズ・フリクエンシィチュー
ニング・リージョン」、IEEEジャーナル・オブ・クウォ
ンタム・エレクトロニクス第QE-23巻第６号、1987年６
月（S.Murata,I.Mito and K.Kobayashi,"Spectral Char
acteristics for a 1.5μｍDBR Laser with Freguency-
Tuning Region",IEEE Journal of Quantum Electronic
s,Vol.QE-23,No.6,June 1987）に延べられている。
成して光集積回路を構成する場合に、光素子の種類によ
って、それぞれ光学特性、特にバンドギャップの異なる
半導体を用いる必要がある。バンドギャップの異なる半
導体を同一基板上で光学的に結合させるには、従来か
ら、一度結晶成長させた半導体薄膜を部分的にエッチン
グし、バンドギャップの異なる半導体を再成長させる方
法が用いられている。この方法については、例えば、シ
ゲル・ムラタ、イクオ・ミト、コウロウ・コバヤシ、
「スペクトラル・キャラクタリスティックス・フォー・
ア1.5 μｍDBRレーザ・ウィズ・フリクエンシィチュー
ニング・リージョン」、IEEEジャーナル・オブ・クウォ
ンタム・エレクトロニクス第QE-23巻第６号、1987年６
月（S.Murata,I.Mito and K.Kobayashi,"Spectral Char
acteristics for a 1.5μｍDBR Laser with Freguency-
Tuning Region",IEEE Journal of Quantum Electronic
s,Vol.QE-23,No.6,June 1987）に延べられている。
しかし、従来の方法では、バンドギャップの異なる半導
体を別々に成長させるため、エッチングと結晶成長を何
度も繰り返す必要があり、しかもそれぞれの半導体層を
平坦に成長させることが困難であった。また、導波路の
構造が異なるために、素子間の結合効率を高めることが
困難であった。
体を別々に成長させるため、エッチングと結晶成長を何
度も繰り返す必要があり、しかもそれぞれの半導体層を
平坦に成長させることが困難であった。また、導波路の
構造が異なるために、素子間の結合効率を高めることが
困難であった。
さらに、GaAs系に利用する場合には、AlGaAsの選択再成
長が困難であった。
長が困難であった。
これに対し、量子井戸構造の無秩序化を用いた場合に
は、 エッチングと再成長を繰り返す必要がなく、プロセ
スが単純、 ほぼ完全な素子間の結合が得られる などの特長がある。しかし、従来は、 無秩序化のための不純物による導波路損失の増加、 曲がり導波路や方向性結合器などの光素子に適した
導波路構造 などの点については考慮されていなかった。これらは素
子特性や製造歩留りに大きな影響があり、これらの課題
を解決することなしに光集積回路を製造することはでき
ない。
は、 エッチングと再成長を繰り返す必要がなく、プロセ
スが単純、 ほぼ完全な素子間の結合が得られる などの特長がある。しかし、従来は、 無秩序化のための不純物による導波路損失の増加、 曲がり導波路や方向性結合器などの光素子に適した
導波路構造 などの点については考慮されていなかった。これらは素
子特性や製造歩留りに大きな影響があり、これらの課題
を解決することなしに光集積回路を製造することはでき
ない。
本発明は、このような課題を解決し、無秩序化のための
不純物による導波路損失の増加が小さく、しかも曲がり
導波路や方向性結合器に適した導波路構造を形成するた
めの半導体光集積回路を提供することを目的とする。
不純物による導波路損失の増加が小さく、しかも曲がり
導波路や方向性結合器に適した導波路構造を形成するた
めの半導体光集積回路を提供することを目的とする。
本発明の半導体光集積回路の製造方法は、基板上に量子
井戸構造を形成し、この量子井戸構造の少なくとも一部
をイオン注入および熱処理により無秩序化する半導体光
集積回路の製造方法において、量子井戸構造とともにそ
の量子井戸構造に近接するガイド層を成長させる第一の
成長工程と、この第一の成長工程により形成された半導
体層上にさらに別の半導体層を形成させて光素子構造を
形成する第二の成長工程とを含み、第一の成長工程に続
いてガイド層にリブ形導波路構造と回折格子とをエッチ
ングにより形成するとともにイオン注入を実行し、イオ
ン注入が終了した後に第二の成長工程を実行することを
特徴とする。
井戸構造を形成し、この量子井戸構造の少なくとも一部
をイオン注入および熱処理により無秩序化する半導体光
集積回路の製造方法において、量子井戸構造とともにそ
の量子井戸構造に近接するガイド層を成長させる第一の
成長工程と、この第一の成長工程により形成された半導
体層上にさらに別の半導体層を形成させて光素子構造を
形成する第二の成長工程とを含み、第一の成長工程に続
いてガイド層にリブ形導波路構造と回折格子とをエッチ
ングにより形成するとともにイオン注入を実行し、イオ
ン注入が終了した後に第二の成長工程を実行することを
特徴とする。
量子井戸構造が無秩序化されたリブ形導波路構造に、ブ
ラッグ反射領域、可変波長ブラッグ反射領域、共振光学
反射器（Resonant Optical Reflector、以下「ROR 」と
いう）、可変波長ROR 、光結合器、位相調整領域、PM変
調領域、AM変調領域その他を形成することができる。
ラッグ反射領域、可変波長ブラッグ反射領域、共振光学
反射器（Resonant Optical Reflector、以下「ROR 」と
いう）、可変波長ROR 、光結合器、位相調整領域、PM変
調領域、AM変調領域その他を形成することができる。
量子井戸構造を無秩序化するためのイオン注入における
ドーズ量と注入エネルギとの少なくとも一方を制御する
ことにより、無秩序化の程度を制御できる。また、注入
イオン種を選択することによっても、無秩序化の程度を
制御することができる。
ドーズ量と注入エネルギとの少なくとも一方を制御する
ことにより、無秩序化の程度を制御できる。また、注入
イオン種を選択することによっても、無秩序化の程度を
制御することができる。
熱処理は第二の成長工程における昇温により半導体層の
形成と同時に並行的に行うことが望ましい。
形成と同時に並行的に行うことが望ましい。
量子井戸構造の無秩序化が進むにつれて、実効的な井戸
幅が減少し、第一量子準位が変化し、バンドギャップが
増加する。完全に無秩序化が進むと、バリア層の値まで
バンドギャップが増加する。そこで、全く無秩序化され
ていない領域を発光領域として用い、少なくとも部分的
に無秩序化された領域に、光導波路、DBR 領域、位相調
整領域、PM変調領域、AM変調領域その他を形成する。
幅が減少し、第一量子準位が変化し、バンドギャップが
増加する。完全に無秩序化が進むと、バリア層の値まで
バンドギャップが増加する。そこで、全く無秩序化され
ていない領域を発光領域として用い、少なくとも部分的
に無秩序化された領域に、光導波路、DBR 領域、位相調
整領域、PM変調領域、AM変調領域その他を形成する。
このとき、結晶成長を２回に分けて行い、１回目の結晶
成長で量子井戸構造と光ガイド層とを成長させ、２回目
の成長を行う前に不純物の導入とリブ形導波路構造の形
成とを行う。これにより、 無秩序化する量子井戸構造が表面に近接している１
回目成長後に不純物を導入するため、無秩序化に必要な
不純物料を低減でき、かつ不純物の導入も簡単にでき
る。また、無秩序化に必要な不純物料が少なく、かつ１
回目成長による層のみに存在するため、不純物による導
波路損失の増加を低減できる。
成長で量子井戸構造と光ガイド層とを成長させ、２回目
の成長を行う前に不純物の導入とリブ形導波路構造の形
成とを行う。これにより、 無秩序化する量子井戸構造が表面に近接している１
回目成長後に不純物を導入するため、無秩序化に必要な
不純物料を低減でき、かつ不純物の導入も簡単にでき
る。また、無秩序化に必要な不純物料が少なく、かつ１
回目成長による層のみに存在するため、不純物による導
波路損失の増加を低減できる。
１回目成長後に導波路構造の形成を行うため、光導
波路に埋め込みリブ導波路構造を採用できる。光集積回
路における埋め込みリブ導波路の最大の利点は、必要な
エッチング量が数10ｎｍと少ないことである。このた
め、方向性結合器などのサブミクロンオーダーの加工精
度が要求される光素子の製造が容易となる。さらに、深
いエッチングで問題となるエッチングの面方位依存性の
影響がないため、曲がり導波路のように場所により面方
位が異なる光素子の製造が容易になる。
波路に埋め込みリブ導波路構造を採用できる。光集積回
路における埋め込みリブ導波路の最大の利点は、必要な
エッチング量が数10ｎｍと少ないことである。このた
め、方向性結合器などのサブミクロンオーダーの加工精
度が要求される光素子の製造が容易となる。さらに、深
いエッチングで問題となるエッチングの面方位依存性の
影響がないため、曲がり導波路のように場所により面方
位が異なる光素子の製造が容易になる。
集積導波路と活性導波路との違いは無秩序化による
屈折率変化のみであり、単一量子井戸を用いることによ
りこの差を小さくでき、ほぼ完全な素子間の光結合が得
られる。
屈折率変化のみであり、単一量子井戸を用いることによ
りこの差を小さくでき、ほぼ完全な素子間の光結合が得
られる。
などの利点がある。
第１図および第２図は半導体光集積回路の製造方法の参
考例を示す図であり、結晶成長を２回に分けて行い、１
回目の結晶成長で量子井戸構造と光ガイド層とを成長さ
せ、２回目の成長を行う前に不純物の導入を行う製造方
法を示す。
考例を示す図であり、結晶成長を２回に分けて行い、１
回目の結晶成長で量子井戸構造と光ガイド層とを成長さ
せ、２回目の成長を行う前に不純物の導入を行う製造方
法を示す。
ここでは、量子井戸構造として、GRIN-SCH-SQW（Graded
Index - Separate Confinement Heterostructure - Si
ngle Quantum Well）を用い、同一基板上に可変成長ブ
ラッグ反射形レーザ、AM変調器およびPM変調器を集積す
る場合を例に説明する。この例では、Siイオン注入にお
けるドーズ量により無秩序化を制御し、成長工程を第一
および第二の成長工程に分け、第一の成長工程後にイオ
ン注入を行い、第二の成長工程における昇温がイオン注
入に対する熱処理工程となる場合を説明する。
Index - Separate Confinement Heterostructure - Si
ngle Quantum Well）を用い、同一基板上に可変成長ブ
ラッグ反射形レーザ、AM変調器およびPM変調器を集積す
る場合を例に説明する。この例では、Siイオン注入にお
けるドーズ量により無秩序化を制御し、成長工程を第一
および第二の成長工程に分け、第一の成長工程後にイオ
ン注入を行い、第二の成長工程における昇温がイオン注
入に対する熱処理工程となる場合を説明する。
まず、第１図(a)に示すように、基板１上にバッファ層
２、クラッド層３、GRIN層４、活性層５、GRIN層６およ
びガイド層７を順番に成長させる。ここで、GRIN層４、
活性層５、GRIN層６が量子井戸構造により形成される。
２、クラッド層３、GRIN層４、活性層５、GRIN層６およ
びガイド層７を順番に成長させる。ここで、GRIN層４、
活性層５、GRIN層６が量子井戸構造により形成される。
次に、イオン注入および熱処理により量子井戸構造を無
秩序化する。イオン注入時には、光素子を形成しようと
する領域に窓の開いたマスク８をガイド層７の表面に設
け、その光素子に要求されるバンドギャップに応じてド
ーズ量を制御する。第１図(b)ないし(d)に、個々の光素
子を接続するための導波路領域、放射光に対する屈折率
を可変に制御するための屈折率制御領域、および放射光
に対する吸収係数を可変に制御するための吸収係数制御
領域を形成するためのマスクの形状をそれぞれに示す。
注入イオンとしてはSiを用い、各領域に対するドーズ量
をそれぞれＳ１、Ｓ２およびＳ３とする。ただし、 Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３ である。
秩序化する。イオン注入時には、光素子を形成しようと
する領域に窓の開いたマスク８をガイド層７の表面に設
け、その光素子に要求されるバンドギャップに応じてド
ーズ量を制御する。第１図(b)ないし(d)に、個々の光素
子を接続するための導波路領域、放射光に対する屈折率
を可変に制御するための屈折率制御領域、および放射光
に対する吸収係数を可変に制御するための吸収係数制御
領域を形成するためのマスクの形状をそれぞれに示す。
注入イオンとしてはSiを用い、各領域に対するドーズ量
をそれぞれＳ１、Ｓ２およびＳ３とする。ただし、 Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３ である。
イオン注入の後に熱処理することにより、量子井戸構造
が無秩序化される。無秩序化の程度はその領域のドーズ
量により異なる。イオン注入および熱処理による量子井
戸構造の無秩序化については、例えば、ウエヤマ、ヤマ
ガワ、「コンポジッショナル・ディスオーダリング・オ
ブ・SiインプランテドGaAs/AlGaAs スーパラティスイズ
・バイ・ラピッド・サーマル・アニーリング」、ジャパ
ニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス第
26巻第８号、1987年８月、第L1470 〜L1409頁（Masashi
Uematsu,Fumihiko Yamagawa,"Compositional DIsorder
ing of Si-Implanted GaAs/AlGaAs Superlatices by Ra
pid Thermal Annealing",Japanese Journal of Applied
Physics,Vol.26,No.8,August,1987,pp.L1407-L1409）
に説明されている。
が無秩序化される。無秩序化の程度はその領域のドーズ
量により異なる。イオン注入および熱処理による量子井
戸構造の無秩序化については、例えば、ウエヤマ、ヤマ
ガワ、「コンポジッショナル・ディスオーダリング・オ
ブ・SiインプランテドGaAs/AlGaAs スーパラティスイズ
・バイ・ラピッド・サーマル・アニーリング」、ジャパ
ニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス第
26巻第８号、1987年８月、第L1470 〜L1409頁（Masashi
Uematsu,Fumihiko Yamagawa,"Compositional DIsorder
ing of Si-Implanted GaAs/AlGaAs Superlatices by Ra
pid Thermal Annealing",Japanese Journal of Applied
Physics,Vol.26,No.8,August,1987,pp.L1407-L1409）
に説明されている。
第２図はイオン注入の処理が終了した後の工程を示す。
イオン注入処理終了後の工程では、第２図(a)に示すよ
うに、DBR 領域を形成しようとする場所に対応して、ガ
イド層７の表面に回折格子９を形成する。続いて、第２
図(b)に示すように、クラッド層10およびキャップ層11
を成長させ、第２図(c)に示すように、キャップ層11お
よびクラッド層10をメサ構造にエッチングし、第２図
(d)に示すように、下部電極12-1、上部電極12-2を形成
する。クラッド層10およびキャップ層11の成長時の昇温
がイオン注入後の熱処理を兼ねている。
うに、DBR 領域を形成しようとする場所に対応して、ガ
イド層７の表面に回折格子９を形成する。続いて、第２
図(b)に示すように、クラッド層10およびキャップ層11
を成長させ、第２図(c)に示すように、キャップ層11お
よびクラッド層10をメサ構造にエッチングし、第２図
(d)に示すように、下部電極12-1、上部電極12-2を形成
する。クラッド層10およびキャップ層11の成長時の昇温
がイオン注入後の熱処理を兼ねている。
第３図は以上の方法により得られた半導体光素子のメサ
構造の長さ方向に沿った断面図を示し、第４図は第３図
におけるＡ−Ｂ方向の断面図を示す。
構造の長さ方向に沿った断面図を示し、第４図は第３図
におけるＡ−Ｂ方向の断面図を示す。
この半導体光素子は、無秩序化されていない量子井戸構
造を発光領域21として用い、導波路領域に導波路22を形
成し、屈折率制御領域に位相調整領域23、DBR 領域24お
よびPM変調領域25を形成し、吸収制御領域にAM変調領域
26を形成したものである。
造を発光領域21として用い、導波路領域に導波路22を形
成し、屈折率制御領域に位相調整領域23、DBR 領域24お
よびPM変調領域25を形成し、吸収制御領域にAM変調領域
26を形成したものである。
第５図は無秩序化によるエネルギバンドの変化を示す図
である。この図において、(a)は無秩序化前の状態を示
し、(b)、(c)は無秩序化が進んだ状態を示し、(d)は完
全に無秩序化された状態を示す。無秩序化が進むにつれ
て、実効的な井戸幅が減少し、第一量子準位が変化し、
バンドギャップが増加する。
である。この図において、(a)は無秩序化前の状態を示
し、(b)、(c)は無秩序化が進んだ状態を示し、(d)は完
全に無秩序化された状態を示す。無秩序化が進むにつれ
て、実効的な井戸幅が減少し、第一量子準位が変化し、
バンドギャップが増加する。
無秩序化されていない領域は、結晶成長時のバンドギャ
ップを維持している。そこで、この領域を発光領域21と
して用いる。この発光領域21の発振波長は、そのバンド
ギャップにより決定される。
ップを維持している。そこで、この領域を発光領域21と
して用いる。この発光領域21の発振波長は、そのバンド
ギャップにより決定される。
吸収制御領域は、無秩序化によりバンドギャップが拡大
し、それに対応して吸収端が発振波長よりわずかに短波
長側にシフトする。このため、バンドギャップに対応す
る吸収端が発光領域21の発振波長より短波長側にシフト
する。したがって、定常状態では透明となる。しかし、
この領域に電流または電圧を印加すると、吸収端が長波
長側にシフトし、吸収係数が変化する。この吸収係数の
変化を利用して、この領域をAM変調領域26として用いる
ことができる。
し、それに対応して吸収端が発振波長よりわずかに短波
長側にシフトする。このため、バンドギャップに対応す
る吸収端が発光領域21の発振波長より短波長側にシフト
する。したがって、定常状態では透明となる。しかし、
この領域に電流または電圧を印加すると、吸収端が長波
長側にシフトし、吸収係数が変化する。この吸収係数の
変化を利用して、この領域をAM変調領域26として用いる
ことができる。
屈折率制御領域は、吸収領域よりドーズ量が多いため、
無秩序化の程度が大きい。このため、吸収制御領域に比
較してバンドギャップがさらに大きく、電流または電圧
による吸収係数の変化は小さい。しかし、電流または電
圧を印加すると、プラズマ効果、シュタルクシフトその
他の効果により屈折率が変化する。この屈折率変化を利
用して、この領域を位相調整領域23、DBR 領域24および
PM変調領域25として用いることができる。
無秩序化の程度が大きい。このため、吸収制御領域に比
較してバンドギャップがさらに大きく、電流または電圧
による吸収係数の変化は小さい。しかし、電流または電
圧を印加すると、プラズマ効果、シュタルクシフトその
他の効果により屈折率が変化する。この屈折率変化を利
用して、この領域を位相調整領域23、DBR 領域24および
PM変調領域25として用いることができる。
導波路領域は、無秩序化がさらに進行し、バンドギャッ
プがさらに大きくなっている。このため、吸収端が短波
長側へシフトし、導波路損失が小さい。このため、この
領域を導波路22として用いることができる。
プがさらに大きくなっている。このため、吸収端が短波
長側へシフトし、導波路損失が小さい。このため、この
領域を導波路22として用いることができる。
発光領域21、位相調整領域23、DBR 領域24およびその周
囲の構造により可変波長ブラッグ反射形レーザが形成さ
れ、AM変調領域26およびその周囲の構造によりAM変調器
が形成され、PM変調領域25およびその周囲の構造により
PM変調器が形成される。可変波長ブラッグ反射形レーザ
の動作については、例えば、ムラタ、ミト、コバヤシ、
「オーバー720 GHz(5.8ｎｍ)フリクエンシィ・チューニ
ング・バイ・ア1.5μｍ DBRレーザ・ウィズ・フェイズ
・アンド・ブラグ・ウェイブレンクス・コントロール・
リージョンズ」、エレクトロニクス・レターズ第23巻第
８号、1987年４月９日（S.Murata,I.Mito,K.Kobayash
i,"Over 720GHz(5.8ｎｍ)Frequency Tuning by a 1.5μ
ｍDBR Laser with Phase and Bragg Wavelength Contro
l Regions",ELECTRONICS LETTERS,Vol.23,No.8,9th Apr
il 1987）に詳しく説明されている。
囲の構造により可変波長ブラッグ反射形レーザが形成さ
れ、AM変調領域26およびその周囲の構造によりAM変調器
が形成され、PM変調領域25およびその周囲の構造により
PM変調器が形成される。可変波長ブラッグ反射形レーザ
の動作については、例えば、ムラタ、ミト、コバヤシ、
「オーバー720 GHz(5.8ｎｍ)フリクエンシィ・チューニ
ング・バイ・ア1.5μｍ DBRレーザ・ウィズ・フェイズ
・アンド・ブラグ・ウェイブレンクス・コントロール・
リージョンズ」、エレクトロニクス・レターズ第23巻第
８号、1987年４月９日（S.Murata,I.Mito,K.Kobayash
i,"Over 720GHz(5.8ｎｍ)Frequency Tuning by a 1.5μ
ｍDBR Laser with Phase and Bragg Wavelength Contro
l Regions",ELECTRONICS LETTERS,Vol.23,No.8,9th Apr
il 1987）に詳しく説明されている。
第６図は実際に製造した半導体光素子の量子井戸構造の
Al混晶比を示す。
Al混晶比を示す。
この例では、活性層５としてGaAsを用い、GRIN層４、６
およびガイド層７としてAlxGa1-xAsを用いている。活性
層５の幅（量子井戸幅）Ｌｚは７．５ｎｍ、GRIN層４、
６の幅ＬＧは150ｎｍ、ガイド層７の幅Ｌｇは50nmであ
る。この量子井戸構造に対して、注入イオン種としてSi
を用い、 (1)導波路領域 注入エネルギ100 KeV ドーズ量Ｓ１＝１×1012〜１×1015cm-2 (2)屈折率制御領域、吸収制御領域 注入エネルギ100 KeV ドーズ量Ｓ２、Ｓ３＝１×1011〜１×1013cm-2 の条件でイオン注入を行った。
およびガイド層７としてAlxGa1-xAsを用いている。活性
層５の幅（量子井戸幅）Ｌｚは７．５ｎｍ、GRIN層４、
６の幅ＬＧは150ｎｍ、ガイド層７の幅Ｌｇは50nmであ
る。この量子井戸構造に対して、注入イオン種としてSi
を用い、 (1)導波路領域 注入エネルギ100 KeV ドーズ量Ｓ１＝１×1012〜１×1015cm-2 (2)屈折率制御領域、吸収制御領域 注入エネルギ100 KeV ドーズ量Ｓ２、Ｓ３＝１×1011〜１×1013cm-2 の条件でイオン注入を行った。
この後に第２図に示した処理を行い、第３図および第４
図に示した構造の半導体素子を作成して実際に動作する
ことを確認した。第二の成長工程（第２図(b)）におけ
る昇温は770 ℃、40分である。
図に示した構造の半導体素子を作成して実際に動作する
ことを確認した。第二の成長工程（第２図(b)）におけ
る昇温は770 ℃、40分である。
Siドーズ量に対する導波路損失の測定結果を表に示す。
この表は、 基板１：GaAs、 バッファ層２：ｎ形GaAs、 クラッド層３：ｎ形Al0.6Ga0.4As、 GRIN層４：アンドープAlxGa1-xAs、 アンドープ量子井戸層を無秩序化した層、 GRIN層６：アンドープAlxGa1-xAs、 ガイド層７：アンドープAl0.3Ga0.7As、 クラッド層10：ｐ形Al0.6Ga0.4As の層構造を用い、 導波路幅：６μｍ 測定波長：845ｎｍ の条件で測定した結果である。この条件の場合には、Si
ドーズ量を1.0 ×1013cm-2程度とすることにより、損失
の小さい導波路が得られる。
ドーズ量を1.0 ×1013cm-2程度とすることにより、損失
の小さい導波路が得られる。
以上の参考例では、イオンの注入量により無秩序化の程
度を制御する例を示したが、注入イオン種により制御す
ることもできる。例えば、メイ、ヴェンカテサン、シュ
ワルツ、ストフェル、ハービソン、ハート、フロレツ、
「コンパラティブ・スタデイズ・オブ・イオンインデュ
ースト・ミキシング・オブ・GaAs-AlAsスーパラティス
イズ」、アプライド・フィジクス・レターズ第52巻第18
号第1487〜1479頁、1988年５月２日(P.Mei,T.Venkatesa
n,S.A.Schwarz,N.G.Stoffel,J.P.Harbison,D.L.Hart,an
d L.A.Florez,”Comparetivestudies of ion-induced m
ixing of GaAs-AlAs superlattices”，Appl.Phys.Let
t.52(18),2may 1988,pp.1487-1479)によると、同一の熱
処理条件でも注入イオン種により無秩序化の程度を制御
できる。
度を制御する例を示したが、注入イオン種により制御す
ることもできる。例えば、メイ、ヴェンカテサン、シュ
ワルツ、ストフェル、ハービソン、ハート、フロレツ、
「コンパラティブ・スタデイズ・オブ・イオンインデュ
ースト・ミキシング・オブ・GaAs-AlAsスーパラティス
イズ」、アプライド・フィジクス・レターズ第52巻第18
号第1487〜1479頁、1988年５月２日(P.Mei,T.Venkatesa
n,S.A.Schwarz,N.G.Stoffel,J.P.Harbison,D.L.Hart,an
d L.A.Florez,”Comparetivestudies of ion-induced m
ixing of GaAs-AlAs superlattices”，Appl.Phys.Let
t.52(18),2may 1988,pp.1487-1479)によると、同一の熱
処理条件でも注入イオン種により無秩序化の程度を制御
できる。
このような例として、第６図に示した量子井戸構造にお
いて、量子井戸幅Ｌｚ＝7.5ｎｍ、GRIN層４、６の幅Ｌ
Ｇ＝100ｎｍ、ガイド層７の幅Ｌｇ＝50ｎｍとし、この
量子井戸構造に対して、 (1)導波路領域 注入イオン種 Si 注入エネルギ 75 KeV ドーズ量Ｓ１＝１×1012〜１×1014cm-2 (2)屈折率制御領域、吸収制御領域 注入イオン種 As 注入エネルギ 400 KeV ドーズ量Ｓ２、Ｓ３＝１×1012〜１×1014cm-2 の条件でイオン注入を行えばよい。
いて、量子井戸幅Ｌｚ＝7.5ｎｍ、GRIN層４、６の幅Ｌ
Ｇ＝100ｎｍ、ガイド層７の幅Ｌｇ＝50ｎｍとし、この
量子井戸構造に対して、 (1)導波路領域 注入イオン種 Si 注入エネルギ 75 KeV ドーズ量Ｓ１＝１×1012〜１×1014cm-2 (2)屈折率制御領域、吸収制御領域 注入イオン種 As 注入エネルギ 400 KeV ドーズ量Ｓ２、Ｓ３＝１×1012〜１×1014cm-2 の条件でイオン注入を行えばよい。
このように、無秩序化する量子井戸構造が表面に近接し
ている１回目成長後に不純物を導入すると、無秩序化に
必要な不純物量を低減でき、かつ不純物の導入も簡単に
できる。また、無秩序化に必要な不純物量が少なく、か
つ１回目成長による層のみに存在するため、不純物によ
る導波路損失の増加を低減できる。
ている１回目成長後に不純物を導入すると、無秩序化に
必要な不純物量を低減でき、かつ不純物の導入も簡単に
できる。また、無秩序化に必要な不純物量が少なく、か
つ１回目成長による層のみに存在するため、不純物によ
る導波路損失の増加を低減できる。
以上の参考例では、曲がり導波路や方向性結合器などの
光素子に適した導波路構造については考慮していない。
結晶成長を２回に分けることにより、光集積回路の製造
に適した導波路構造を採用することが可能となる。その
ような実施例について以下に説明する。
光素子に適した導波路構造については考慮していない。
結晶成長を２回に分けることにより、光集積回路の製造
に適した導波路構造を採用することが可能となる。その
ような実施例について以下に説明する。
第７図ないし第10図には、それぞれ本発明の第一実施例
ないし第四実施例として、DBR レーザ、可変波長DBR レ
ーザ、ROR レーザ、可変波長ROR レーザの製造方法を示
す。ROR レーザおよび可変波長ROR レーザについては、
それぞれ第９図(f)、第10図(f)に平面図を示す。
ないし第四実施例として、DBR レーザ、可変波長DBR レ
ーザ、ROR レーザ、可変波長ROR レーザの製造方法を示
す。ROR レーザおよび可変波長ROR レーザについては、
それぞれ第９図(f)、第10図(f)に平面図を示す。
DBR レーザを製造する場合には、第１図に示した工程と
同様にして、リブ導波路20内に発光領域とDBR 領域とを
形成する。この例では、発光領域の両側にDBR 領域を設
ける。DBR 領域には回折格子９を設け、その領域の量子
井戸層を無秩序化する。第７図および第８図では、参照
番号30によりイオン注入された領域を示す。上部電極12
-2については、発光領域の部分を残して除去し、残った
部分を駆動用電極12-3として用いる。
同様にして、リブ導波路20内に発光領域とDBR 領域とを
形成する。この例では、発光領域の両側にDBR 領域を設
ける。DBR 領域には回折格子９を設け、その領域の量子
井戸層を無秩序化する。第７図および第８図では、参照
番号30によりイオン注入された領域を示す。上部電極12
-2については、発光領域の部分を残して除去し、残った
部分を駆動用電極12-3として用いる。
また、可変波長DBR レーザの場合には、リブ導波路20内
に発光領域、位相調整領域およびDBR 領域を形成する。
それぞれの領域には、上部電極12-2を分割して、駆動用
電極12-3、位相調整用電極12-4および波長掃引用電極12
-5を形成する。
に発光領域、位相調整領域およびDBR 領域を形成する。
それぞれの領域には、上部電極12-2を分割して、駆動用
電極12-3、位相調整用電極12-4および波長掃引用電極12
-5を形成する。
ROR レーザは、発光領域21とDBR 領域24とを別々の導波
路に形成し、この別々の導波路間で電搬光が結合するよ
うに結合領域40が設けられた構造をもつ。DBR 領域24は
結合領域40の両側に設けられる。
路に形成し、この別々の導波路間で電搬光が結合するよ
うに結合領域40が設けられた構造をもつ。DBR 領域24は
結合領域40の両側に設けられる。
ROR レーザの発振波長を可変にするには、発光領域21側
の導波路に位相調整領域23を設け、発光領域21には駆動
用電極12-3、位相調整領域23には位相調整用電極12-4、
DBR 領域24およびその間の領域には波長掃引用電極12-5
を設ける。
の導波路に位相調整領域23を設け、発光領域21には駆動
用電極12-3、位相調整領域23には位相調整用電極12-4、
DBR 領域24およびその間の領域には波長掃引用電極12-5
を設ける。
ROR については、ガザリノフ他の論文（Rudolf F.Kazar
inov, Charles H.Henry and N.Anders Olsson,"Narrow-
Band Resonant Optical Reflectors and Resonant Tran
sformers for Laser Stabilization and Wavelength Di
vision Multiplexing",IEEE J.Quantum Electron.,Vol.
QE-23,No.9,September 1987）に詳しく説明されてい
る。また、ROR を外部共振器として用いた半導体レーザ
については、オルソン他の論文（N.A.Olsson,C.H.Henr
y,R.F.Kazarinov,H.J.Lee,B.H.Johnson and K.J.Orlows
ky,"Narrow linewidth 1.5μｍsemiconductor laser wi
th a resonantoptical reflector",Appl.Phys.Lett.51
(15),12 Oct.1987）に詳しく説明されている。さらに、
同一基板上に半導体レーザとROR とを集積化する技術に
ついては、本出願人がすでに特許出願している（特願昭
63-218981）。
inov, Charles H.Henry and N.Anders Olsson,"Narrow-
Band Resonant Optical Reflectors and Resonant Tran
sformers for Laser Stabilization and Wavelength Di
vision Multiplexing",IEEE J.Quantum Electron.,Vol.
QE-23,No.9,September 1987）に詳しく説明されてい
る。また、ROR を外部共振器として用いた半導体レーザ
については、オルソン他の論文（N.A.Olsson,C.H.Henr
y,R.F.Kazarinov,H.J.Lee,B.H.Johnson and K.J.Orlows
ky,"Narrow linewidth 1.5μｍsemiconductor laser wi
th a resonantoptical reflector",Appl.Phys.Lett.51
(15),12 Oct.1987）に詳しく説明されている。さらに、
同一基板上に半導体レーザとROR とを集積化する技術に
ついては、本出願人がすでに特許出願している（特願昭
63-218981）。
以上の実施例では注入するイオンとして28Siを用いた例
を示したが、他のイオンを用いても本発明を同様に実施
できる。
を示したが、他のイオンを用いても本発明を同様に実施
できる。
また、半導体レーザの構造については、量子井戸構造を
用いたものであれば、光の閉じ込め構造などの他の構造
は任意である。したがって、ブロードエリア半導体レー
ザやレーザアレイを製造する場合でも本発明を同様に実
施できる。
用いたものであれば、光の閉じ込め構造などの他の構造
は任意である。したがって、ブロードエリア半導体レー
ザやレーザアレイを製造する場合でも本発明を同様に実
施できる。
以上説明したように、本発明の半導体光集積回路の製造
方法は、結晶成長を２回に分け、１回目成長と２回目成
長との間に不純物の導入と導波路構造の形成おを行うこ
とにより、量子井戸構造の無秩序化を利用した光集積回
路の製造方法とリブ導波路構造とを整合性よくかつ簡単
なプロセスで組み合わせることができる。これは両者の
組み合わせに固有の利点である。この組み合わせによ
り、製造プロセスが簡単となり、低損失な導波路を集積
化でき、ほぼ完全な素子間光結合が得られ、曲がり導波
路や方向性結合器などの光素子に適した導波路構造を実
現できる効果がある。
方法は、結晶成長を２回に分け、１回目成長と２回目成
長との間に不純物の導入と導波路構造の形成おを行うこ
とにより、量子井戸構造の無秩序化を利用した光集積回
路の製造方法とリブ導波路構造とを整合性よくかつ簡単
なプロセスで組み合わせることができる。これは両者の
組み合わせに固有の利点である。この組み合わせによ
り、製造プロセスが簡単となり、低損失な導波路を集積
化でき、ほぼ完全な素子間光結合が得られ、曲がり導波
路や方向性結合器などの光素子に適した導波路構造を実
現できる効果がある。
第１図は半導体光集積回路の製造方法の参考例を示す
図。 第２図はイオン注入後の工程を示す図。 第３図は参考例の断面図。 第４図は参考例の断面図。 第５図は無秩序化によるエネルギバンドの変化を示す
図。 第６図は量子井戸構造のバンド構造を示す図。 第７図は本発明第一実施例DBR レーザの製造方法を示す
図。 第８図は本発明第二実施例可変波長DBR レーザの製造方
法を示す図。 第９図は本発明第三実施例ROR レーザの製造方法を示す
図。 第10図は本発明第四実施例可変波長ROR レーザの製造方
法を示す図。 １……基板、２……バッファ層、３、10……クラッド
層、４、６……GRIN層、５……活性層、７……ガイド
層、８……マスク、９……回折格子、11……キャップ
層、12-1……下部電極、12-2……上部電極、12-3……駆
動用電極、12-4……位相調整用電極、12-5……波長掃引
用電極、20……リブ導波路、21……発光領域、22……導
波路、23……位相調整領域、24……DBR 領域、25……PM
変調領域、26……AM変調領域、30……イオン注入された
領域、40……結合領域。
図。 第２図はイオン注入後の工程を示す図。 第３図は参考例の断面図。 第４図は参考例の断面図。 第５図は無秩序化によるエネルギバンドの変化を示す
図。 第６図は量子井戸構造のバンド構造を示す図。 第７図は本発明第一実施例DBR レーザの製造方法を示す
図。 第８図は本発明第二実施例可変波長DBR レーザの製造方
法を示す図。 第９図は本発明第三実施例ROR レーザの製造方法を示す
図。 第10図は本発明第四実施例可変波長ROR レーザの製造方
法を示す図。 １……基板、２……バッファ層、３、10……クラッド
層、４、６……GRIN層、５……活性層、７……ガイド
層、８……マスク、９……回折格子、11……キャップ
層、12-1……下部電極、12-2……上部電極、12-3……駆
動用電極、12-4……位相調整用電極、12-5……波長掃引
用電極、20……リブ導波路、21……発光領域、22……導
波路、23……位相調整領域、24……DBR 領域、25……PM
変調領域、26……AM変調領域、30……イオン注入された
領域、40……結合領域。
フロントページの続き 特許法第30条第１項適用申請有り 平成元年９月27日福 岡工業大学において開催された社団法人応用物理学会 1989年（平成元年）秋季第50回応用物理学会学術講演会 に於て発表 特許法第30条第１項適用申請有り 社団法人応用物理学 会雑誌，1989年（平成元年）秋季第50回応用物理学会学 術講演会予稿集第３分冊（平成元年９月27日）社団法人 応用物理学会発行第879ページ，論文番号27Ｐ−ＺＧ− ５に発表
Claims (5)
- 【請求項１】基板上に量子井戸構造を形成し、 この量子井戸構造の少なくとも一部をイオン注入および
熱処理により無秩序化する 半導体光集積回路の製造方法において、 前記量子井戸構造とともにその量子井戸構造に近接する
ガイド層を成長させる第一の成長工程と、 この第一の成長工程により形成された半導体層上にさら
に別の半導体層を形成させて光素子構造を形成する第二
の成長工程と を含み、 前記第一の成長工程に続いて前記ガイド層にリブ形導波
路構造と回折格子とをエッチングにより形成するととも
に前記イオン注入を実行し、 前記イオン注入が終了した後に前記第二の成長工程を実
行する ことを特徴とする半導体光集積回路の製造方法。 - 【請求項２】量子井戸構造が無秩序化されたリブ形導波
路構造にブラッグ反射領域を形成する請求項１記載の半
導体光集積回路の製造方法。 - 【請求項３】量子井戸構造が無秩序化されたリブ形導波
路構造に可変波長ブラッグ反射領域を形成する請求項１
記載の半導体光集積回路の製造方法。 - 【請求項４】量子井戸構造が無秩序化されたリブ形導波
路構造に共振光学反射器を形成する請求項１記載の半導
体光集積回路の製造方法。 - 【請求項５】量子井戸構造が無秩序化されたリブ形導波
路構造に可変波長共振光学反射器を形成する請求項１記
載の半導体光集積回路の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32174689A JPH0636460B2 (ja) | 1988-12-21 | 1989-12-11 | 半導体光集積回路の製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32467188 | 1988-12-21 | ||
| JP63-324671 | 1988-12-21 | ||
| JP32174689A JPH0636460B2 (ja) | 1988-12-21 | 1989-12-11 | 半導体光集積回路の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04127489A JPH04127489A (ja) | 1992-04-28 |
| JPH0636460B2 true JPH0636460B2 (ja) | 1994-05-11 |
Family
ID=26570583
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32174689A Expired - Fee Related JPH0636460B2 (ja) | 1988-12-21 | 1989-12-11 | 半導体光集積回路の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0636460B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ATE274760T1 (de) * | 2000-06-02 | 2004-09-15 | Agility Communications Inc | Hochleistungslaser mit gesampeltem gitter und verteiltem bragg-reflektor |
| US7981591B2 (en) * | 2008-03-27 | 2011-07-19 | Corning Incorporated | Semiconductor buried grating fabrication method |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61183609A (ja) * | 1985-02-09 | 1986-08-16 | Agency Of Ind Science & Technol | イオン注入による光半導体装置の製造方法 |
| JPS61236184A (ja) * | 1985-04-12 | 1986-10-21 | Agency Of Ind Science & Technol | 半導体レ−ザ素子の製造方法 |
| JPS6215875A (ja) * | 1985-07-12 | 1987-01-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
| JPS62173790A (ja) * | 1986-01-28 | 1987-07-30 | Nec Corp | 半導体レ−ザ |
| JP2655600B2 (ja) * | 1987-04-09 | 1997-09-24 | 日本電気株式会社 | 光フィルタ素子 |
| JPS63263788A (ja) * | 1987-04-22 | 1988-10-31 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レ−ザ |
-
1989
- 1989-12-11 JP JP32174689A patent/JPH0636460B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04127489A (ja) | 1992-04-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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