JPH09148548A

JPH09148548A - 導波路型半導体集積回路とその製造方法

Info

Publication number: JPH09148548A
Application number: JP7305717A
Authority: JP
Inventors: Mitsushi Yamada; 光志山田; Yukio Kato; 幸雄加藤
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1995-11-24
Filing date: 1995-11-24
Publication date: 1997-06-06

Abstract

(57)【要約】【課題】双方向光通信に用いられる光信号の送信・受
信機能を合わせ持った低価格の導波路型半導体集積回路
を提供する。【解決手段】基板（１０）には、フォトダイオード領
域（１５０）、発光領域（１７０）が同一基板面上に縦
続接続され、それらの間の分離領域（１６０）が形成さ
れている。ΜＱＷ活性層（４０ａ）はフォトダイオード
領域と分離領域には設けられていない。フォトダイオー
ド領域（１５０）の吸収層（２０ａ）と分離領域（１６
０）のガイド層（２０ｂ）はともにバルク層である。発
光領域（１７０）は下側バルク光閉じ込め層（２０
ｃ）、ＭＱＷ活性層（４０ａ）、及び上側バルク光閉じ
込め層５０ａによって構成されている。なお、これらの
吸収層（２０ａ）、ガイド層（２０ｂ）、及び発光領域
（１７０）の下側光閉じ込め層（２０ｃ）とは、共通の
バルク層を成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、同一基板上に受
光および発光機能を有する素子を集積化した導波路型半
導体集積回路及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、光ファイバ通信網が世界中に広が
り、多くの基幹系の情報伝送は光通信によって行われて
いる。今後、２１世紀前半までに光ファイバが各家庭に
延長され、画像情報などの大容量の情報を双方向でやり
とり可能な家庭内端末を通して、ビデオ・オン・デマン
ドやテレビ・ショッピングなどを行なうという、いわゆ
るマルチメディア時代の到来が予測されている。

【０００３】マルチメディア時代における双方向光通信
サービスでは、家庭内端末として用いられる光の送信・
受信機能を合わせ持った端末装置は低価格であることが
望まれる。そのために要求されるのは、光の受信および
発信機能を有する低価格の半導体素子を提供することで
ある。

【０００４】最近になって、光の受発光機能を持ち、か
つ、光の出入射が１カ所の端面で行われる素子、及びそ
の製造方法において、結晶成長回数が少ないという特徴
を持った光デバイスの研究が行われている。下記の２つ
の文献に開示された技術は、その典型的なものである。

【０００５】文献１：須崎他「送受ＬＤの受光感度にお
ける波長特性の改善」応用物理学会予稿集29p-ZG-9、199
5年春文献２：竹内他「選択ΜＯＶＰＥによる双方向ＷＤＭ通
信用光集積素子［III］
〜バンドギャップ成長制御による送受信素子」電子情報
通信学会予稿集C-211、1995年秋先ず、文献１に開示された従来技術（以下、第１の従来
例という）について説明する。

【０００６】図５は、第１の従来例である送受信素子を
示す模式図である。チップ前側の機能領域では、チップ
の全体に形成されて活性層１となる多重量子井戸（ΜＱ
Ｗ）層１１の上に受光用のバルク吸収層２が設けられて
おり、レーザダイオード（ＬＤ）を構成している。この
例では、発光及び受光用の電極３は兼用されており、一
つしか形成されていない。

【０００７】その製造工程を簡単に説明する。まずｎ-
ＩnＰの半導体基板１０上に、１回目の結晶成長とし
て、ＳＣＨ層１２、ΜＱＷ層１１、ＳＣＨ層１３、Ｉn
Ｐのエッチングストップ層４、ＩnＧaＡsＰのバルク吸
収層２を順次成長させる。つぎに、フォトリソグラフィ
により、部分的にバルク吸収層２をエッチング除去す
る。つぎに、２回目の結晶成長として、ｐ-ＩnＰのクラ
ッド層５、ｐ⁺ _-ΙnＧaＡsのコンタクト層６を順次成長
させる。つぎに、メサストライプを形成した後に、その
両脇をＦeーＩnＰの埋め込み層７で埋め込む。つぎに電
極３を形成し、また、必要に応じて基板の裏面を研磨あ
るいはエッチングして下側電極８を形成する。最後に、
しかるべき大きさにチップ化し、また、光導波路の端面
に、反射防止膜を設けて、図５の素子が完成する。

【０００８】この製造プロセスでは、光導波路は一回の
結晶成長によって形成され、結晶成長回数を少なくでき
る。したがって、製造工程での時間短縮、原料ガスの節
約、及び歩留まりの向上によって、低価格な受発光導波
路型半導体素子を提供しようとするものであり、後述す
る本発明は、この第１の従来例と目的を共有するもので
ある。

【０００９】つぎに、上記文献２に開示された従来技術
（以下、第２の従来例という）について説明する。図６
は、第２の従来例である送受信素子を示す模式図であ
る。この素子は、同一基板１４上に半導体レーザ１５、
フォトダイオード１６、方向性結合器１７、および光導
波路１８を形成している。なお、レーザ領域の活性層、
フオトダイオード領域の吸収層、Ｙ分岐領域や光導波路
領域のガイド層を総称して、以下では単に光導波層と略
すことがある。そして、各領域の光導波層は一回の結晶
成長で形成されるものである。

【００１０】その製造工程を簡単に説明する。まず半導
体基板上に各素子領域に応じてそのマスク幅を変えて、
導波路方向に一対の結晶成長防止用のマスクを形成す
る。つぎに、１回目の結晶成長として、多重量子井戸
層、ＩnＰのクラッド層を順次成長させる。つぎに、フ
ォトリソグラフィにより一対のマスクの端をエッチング
する。つぎに、２回目の結晶成長として、ｐ_-ＩnＰのク
ラッド層、ｐ⁺ _-ΙnＧaＡsのコンタクト層を順次成長さ
せる。つぎに、電極を形成し、また、基板の裏面を研磨
あるいはエッチングしてその面の下側の電極を形成す
る。最後に、しかるべき大きさにチップ化し、また、光
導波路の端面に反射防止膜１９を設けて、図６の素子が
完成する。ただし、コンタクト層は光導波路部分など必
要のないところでは、除去されている。

【００１１】この製造プロセスにおいても、各領域の光
導波層は一回の結晶成長によって形成される。すなわ
ち、同一基板上に多種類の素子領域をもつ回路装置を作
成するには、従来から通常行われていたバットジョイン
ト（Butt joint：突き合せ接合）法による場合よりも、
結晶成長回数を少なくすることができる。したがって、
各製造工程での時間短縮、原料ガスの節約、及び歩留ま
りの向上によって、低価格な受発光導波路型半導体素子
を提供しようとする第２の従来例の製造プロセスは、後
述する本発明と同様の目的をもつものである。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記第
１、第２の従来例の導波路型半導体集積回路やその製造
方法においては、以下に述べるような問題点があった。

【００１３】まず、第１の従来例では、発光機能領域へ
の電流の注入と受光機能領域からのフォトカレントの取
り出しとは、同じ一つの電極により行なわれている。一
般に、電流を注入して発光素子として機能させる場合に
は、高周波のインピーダンス・マッチングをとるため
に、直列に終端抵抗を入れる必要がある。また、逆バイ
アス電圧を印加してフォトダイオードとして機能させる
場合にも、やはり高周波のインピーダンスマッチングを
とるために、並列に終端抵抗が使用される。したがっ
て、第１の問題として、導波路型半導体集積回路をそれ
ぞれの用途に使用するためには、終端抵抗を直列と並列
との間で切り替えるような選択手段が必要となる。

【００１４】また、従来の導波路型半導体集積回路では
受光機能領域の光吸収層がバルク吸収層とＭＱＷ層の二
重構造になっているので、そこに印加される電界強度、
即ち印加電圧をトータルの非ドーピング（non-dope）層
の厚さで割った値が、ＭＱＷ層の厚さ分だけ小さくな
る。したがって、第２の問題として、光吸収によって生
じるフォトキャリアの掃き出しに要する印加電圧が大き
くなる。

【００１５】同様に、受光機能領域にＭＱＷ層が存在す
ることから、その井戸領域にキャリアがトラップされ、
キャリアの掃き出し時間が長くなるという第３の問題も
生じる。

【００１６】第２の従来例の導波路型半導体集積回路の
製造方法では、光導波層にＭＱＷ構造を採用している。
この方法では、一対のマスクの幅を変えることによって
井戸層の幅を制御し、各領域の光導波層のバンドギャッ
プ波長を所望の波長に制御している。したがって、全領
域の光導波層はやはりΜＱＷ構造であり、偏波に対する
伝送特性の差が大きい。しかも、光ファイバ内を伝搬し
た光は、その偏波状態がランダムに変化する。このた
め、この導波路型半導体集積回路まで到達した情報（以
下、光信号と略す）を、光導波路、方向性結合器を介し
て、フォトダイオードによって電気信号に変換した場
合、ΜＱＷ構造を持つフォトダイオードの吸収の偏波依
存性を反映して、変換された電気信号の電流の大きさが
不規則に変化する。したがって、第４の問題として、光
信号の符号誤りが生じる。

【００１７】この発明は、上述のような課題を解決する
ためになされたもので、第１の目的は、特に、双方向光
通信に用いられる光信号の送信・受信機能を合わせ持っ
た低価格の導波路型半導体集積回路を提供することであ
る。

【００１８】また、この発明の第２の目的は、発光領域
の活性層をΜＱＷ構造とし、且つ受光領域やそれらの間
の分離領域における光導波層をバルク層のみで構成でき
る低価格の導波路型半導体集積回路の製造方法を提供す
ることである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
受光部及び発光部を含む導波路型半導体集積回路におい
て、少なくとも下側にバルクの光閉じ込め層を持つ量子
井戸層からなる前記発光部の光導波層領域と、前記発光
部の光導波層領域の下側光閉じ込め層と共通のバルク層
として形成されている前記発光部以外の光導波層領域と
を備えている。

【００２０】請求項２に係る導波路型半導体集積回路
は、請求項１において、前記共通のバルク層が各領域毎
にその厚さ、あるいは組成を異にすることを特徴とす
る。

【００２１】請求項３に係る発明は、請求項１又は請求
項２のいずれかに記載の構造を有する集積回路の製造方
法において、前記各領域毎に選択的にマスクを形成し
て、前記共通のバルク層を結晶成長させたことを特徴と
する。

【００２２】請求項４に係る導波路型半導体集積回路の
製造方法は、請求項３に記載の製造方法において、前記
発光部となる量子井戸層を、前記バルク層の上に一回の
結晶成長によって同時に形成し、前記発光部以外の領域
にも形成されている量子井戸層を選択的にエッチング除
去することを特徴とする。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、添付した図面を参照して、
この発明の実施の形態を説明する。

【００２４】実施の形態１図１は、本発明の第１の実施の形態である導波路型半導
体集積回路の層構造を示す図である。ｎーΙnＰの半導体
基板１０には、フォトダイオード領域（ＰＤ）１５０、
発光領域（ＬＤ）１７０が同一基板面上に縦続接続さ
れ、それらの間の分離領域１６０が形成され、それぞれ
の領域１５０、１６０及び１７０の長さは、順に50μ
m、30μm及び400μmとされる。ΜＱＷ活性層４０ａは発
光領域１７０のみに設けられ、フォトダイオード領域と
分離領域には設けられていない。フォトダイオード領域
１５０の吸収層２０ａは組成波長1.28μm、厚さ0.25μm
のＩnＧaＡsＰ層、分離領域１６０のガイド層２０ｂは
組成波長1.28μm、厚さ0.25μmのＩnＧaＡsＰ層であっ
て、ともにバルク層である。そして、発光領域１７０は
ΙnＧaＡsＰの下側バルク光閉じ込め層（組成波長1.24
μm、厚さ0.14μm）２０ｃ、ＩnＧaＡsＰのＭＱＷ活性
層（組成波長1.35μm、層数５）４０ａ、及びＩnＧaＡs
Ｐの上側バルク光閉じ込め層（組成波長1.15μm、厚さ
0.1μm）５０ａによって構成されている。なお、これら
の吸収層２０ａ、ガイド層２０ｂ、及び発光領域１７０
の下側光閉じ込め層２０ｃとは、共通のバルク層を成し
ている。

【００２５】発光領域１７０のΜＱＷ活性層４０ａと下
側光閉じ込め層２０ｃとの間には、ＩnＰのエッチング
ストップ層３０がある。そして、光導波層２０ａ，２０
ｂ，２０ｃの上部には、ｐ_-ＩnＰのクラッド層８０及び
ｐ⁺ _-ΙnＧaＡsのコンタクト層９０ａ，９０ｂが順次形
成されている。また、ここには図示しないが、光導波層
２０ａ，２０ｂ，２０ｃの、紙面に対して垂直な方向
（以下、横方向という）の両側には、光信号と電流の閉
じ込めを行う層（以下、ブロック層と略す）が形成され
ている。さらに、フォトダイオード領域１５０と発光領
域１７０には、それぞれ電流の注入や電界の印加を行う
ための電極１１０，１２０が形成されており、また、基
板１０の下側には、共通電極１３０が形成されている。
そして、フォトダイオード領域１５０側の端面には、反
射防止膜１４０が形成されている。

【００２６】つぎに、上記構成の導波路型半導体集積回
路の動作について説明する。

【００２７】まず、光信号の受信に用いる場合を考え
る。光ファイバにより伝送された光信号がフォトダイオ
ード領域１５０側の端面に入射すると、その光信号はフ
ォトダイオード領域の吸収層２０ａに吸収される。この
とき、吸収層２０ａに数Ｖの逆バイアス電圧を印加させ
た状態にしておくと、電界吸収効果によつて吸収層のバ
ンドギャップ波長（組成波長）よりも長い波長の光も吸
収される。さらに、ここに電界がかかっているので、光
吸収によって生じたキャリアが効率的に掃き出される。
一般に、吸収層のバンドギャップ波長よりも短い波長の
入射光に対しては、光の吸収係数は1000[cm^ー1]以上とな
る。したがって、吸収層が光を99％以上吸収するなら
ば、十分吸収するには50[μm]程度の長さがあればよ
い。また、バンドギャップ波長よりも長い波長の入射光
に対しても、その差がおよそ100[nm]以下であれば、逆
バイアス電圧を数Ｖ印加させることによって吸収層での
光の吸収係数が1000[cm^ー1]程度になるために、同様に、
50[μm]程度の長さで十分な光の吸収を実現でき、確実
に電気信号に変換される。

【００２８】つぎに、光信号の送信に用いる場合を考え
る。発光領域１７０に電流を注入すると、誘導放出作用
により活性層４０ａのバンドギャップ波長近傍かそれよ
りも短い波長で発光が生じる。このとき、電流注入によ
る誘導放出利得がフォトダイオード側端面と発光部側端
面での透過損失と素子内部での吸収や散乱による光損失
の和よりも大きくなると、レーザ発振が生じる。この実
施の形態１では、活性層４０ａのバンドギャップ波長が
下側光閉じ込め層２０ｃのバンドギャップ波長より100
[nm]以上長いため、発光部での過剰な吸収損失はない。
また、活性層４０ａと吸収層２０ａとのバンドギャップ
波長の差、あるいは活性層４０ａとガイド層２０ｂとの
バンドギャップ波長の差はいずれも100[nm]以下である
が、吸収層２０ａおよびガイド層２０ｂの長さは50〜30
μmと極めて短いので、フォトダイオード領域１５０に
電圧を印加しないか、あるいは順方向バイアスを印加し
ておけば、発光部で生じる誘導放出光はほとんど吸収さ
れずに、光信号として出力される。

【００２９】第１の実施の形態では、第１の従来例と比
較した場合に、以下の効果ａ，ｂを有する。

【００３０】ａ．フォトダイオード領域１５０と発光領
域１７０とを別々の領域として形成しているので、高周
波インピーダンス・マッチング用の終端抵抗を、それぞ
れの領域に応じて並列あるいは直列に実装できる。

【００３１】ｂ．光吸収層はバルク層のみであるから、
印加した電圧が吸収層のみに印加され、したがって、光
吸収によって生じるフォトキャリアの掃き出しに要する
電圧を小さくすることができる。また、光吸収によって
生じるフォトキャリアはトラップされることなく掃き出
される。

【００３２】実施の形態２つぎに、図２に基づいて、第１の実施の形態で説明した
導波路型半導体集積回路の製造方法の一例を説明する。

【００３３】まず、ｎーＩnＰの半導体基板１０上で、幅
20μmのフォトダイオード領域の吸収層を成長させるべ
き箇所（以下、吸収層成長領域２００という）の両脇
に、幅40μmの第１のＳiＯ₂ マスク２１０を形成する
（図２（ａ））。この吸収層成長領域２００の幅によっ
て光導波路の幅が決定され、通常は3〜30μm程度に決定
される。

【００３４】つぎに、１回目の結晶成長として、有機金
属気相成長法（以下、ＭＯＶＰＥと略す）で基板１０上
面の露出部分全体に、ΙnＧaＡsＰバルク層２０、ＩnＰ
層３０、ＩnＧaＡsＰ／ＩnＧaＡsのΜＱＷ活性層４０、
及びΙnＧaＡsＰバルク層５０を順つぎに形成する（図
２（ｂ））。

【００３５】つぎに、発光領域とすべき箇所に第２のＳ
iＯ₂ マスク２２０を形成する。そして、この第２のマ
スク２２０によってマスクされていない領域を、選択エ
ッチャントを用いてエッチングストップ層３０までエッ
チングする（図２（ｃ））。

【００３６】つぎに、第１のマスク２１０、第２のマス
ク２２０をともに除去した後に、ストライプ状の第３の
ＳiＯ₂ マスク２３０を形成する。その後、ドライエッ
チングやウエットエッチングによって、第３のマスク２
３０でマスクされていない箇所をエッチングして、メサ
ストライプを形成する（図２（ｄ））。

【００３７】つぎに、２回目の結晶成長として、ブロッ
ク層となる半絶縁性のΙnＰ層６０とｎ_-ＩnＰ層７０を
メサストライプの両脇に埋め込む。さらに、第３のマス
ク２３０を除去してから、３回目の結晶成長として全面
にｐ_-ＩnＰのクラッド層８０及びｐ⁺ _-ＩnＧaＡsのコン
タクト層９０を再成長させる（図２（ｅ））。

【００３８】最後に、発光領域とフォトダイオード領域
の電気的絶縁を完全なものとするために、ｐ⁺ _-ΙnＧaＡ
sのコンタクト層９０を部分的にエッチングして、それ
ぞれの領域に電極１１０、１２０を形成する。また、劈
開によるチップ化ができる程度の厚さとなるまで基板裏
側をエッチングあるいは研磨によって除去し、その裏面
の全領域に共通電極１３０を形成する。その後、しかる
べき寸法にチップ化し、フォトダイオード領域には反射
防止膜１４０を形成して、導波路型半導体集積回路が完
成する（図２（ｆ））。

【００３９】このように製造された半導体装置では、１
回目の結晶成長におけるΙnＧaＡsＰバルク層２０のう
ち、第１のＳiＯ₂ マスク２１０がない発光領域及び分
離領域の光導波層は、第１のＳiＯ₂ マスク２１０によ
って形成されたフォトダイオード領域の光導波層とはそ
の厚さや組成が異なっている。

【００４０】図３は、光導波層の成長する厚さ（成長
厚）とその組成波長について説明する図である。ここ
で、横軸にはＳiＯ₂ マスク幅Ｗm 、左側および右側の
縦軸にはそれぞれ、ＳiＯ₂ マスクに挟まれた領域での
成長厚をマスクのない領域での成長厚で割った値（正規
化厚さ）、ＳiＯ₂ マスクに挟まれた領域のバンドギャ
ップエネルギーからＳiＯ₂ マスクのない領域のバンド
ギャップエネルギーを差し引いた値（エネルギー差ΔＥ
[meV]）を示している。ただし、この測定に際してはＳi
Ｏ₂ マスク２１０に挟まれた吸収層成長領域２００の幅
を20μmに固定した状態で、ＭＯＶＰＥ法を用いてＩnＧ
aＡsＰを結晶成長した。なお、ＳiＯ₂ マスクのない領
域のバンドギャップ波長は、約1.3μmであった。

【００４１】図３から分かるように、ＳiＯ₂ マスクに
挟まれた領域では、ＳiＯ₂ マスク幅Ｗm を大きくする
と、成長厚は大きくなり、またバンドギャップエネルギ
ーは小さくなることが分かる。これは、ＳiＯ₂ マスク
上で主にＩn やＧa の拡散（III族原子のマイグレーシ
ョン）の影響によるものである。したがって、この実施
形態のようにＳiＯ₂ マスク幅Ｗm を40μmに設定した場
合には、マスクに挟まれたフォトダイオード領域１５０
や分離領域１６０における光導波層に比べて、発光領域
１７０における下側光閉じ込め層２０ｃの厚さを58％程
度に薄く形成することができる。また、発光領域１７０
における下側光閉じ込め層２０ｃのバンドギャップエネ
ルギーは、フォトダイオード領域１５０や分離領域１６
０における光導波層のバンドギャップエネルギーより約
30meV大きくなる。

【００４２】第２の実施の形態の製造方法によれば、以
下の効果ｃを実現できる。

【００４３】ｃ．選択領域成長と選択的な活性層のエッ
チングを組み合わせた方法によって、第１の実施の形態
について指摘した効果ａ，ｂを実現することができる。
しかも、フォトダイオード領域１５０や分離領域１６０
の光導波層をバルク層とし、活性層にΜＱＷ構造を採用
しつつ、それぞれを独立に設計できる。

【００４４】すなわち、発光領域１７０の活性層の下の
下側光閉じ込め層２０ｃはフォトダイオード領域１５０
や分離領域１６０の光導波層と共通の層として形成され
ているが、選択領域成長によって発光領域における光閉
じ込め層に適する薄さに制御して、下側光閉じ込め層を
成長させることができる。したがって、その層の上に成
長される活性層は、各領域で共通に形成されたバルク層
とは別の層となるため、独立した設計値を選択すること
が可能になる。これに対し、第１の従来例では、仮にバ
ルク吸収層のある部分とない部分とを電気的に分離し
て、従来技術の第２の問題を解決しえたとしても、な
お、バルク層の厚さを厚くし過ぎると、閾値近傍で過飽
和吸収特性が顕著になってくるし、また、薄くし過ぎる
とその層を設けた効果が無くなってしまうという問題が
残る。

【００４５】実施の形態３図４は、本発明の第３の実施の形態である導波路型半導
体集積回路の層構造を示す図である。ｎーＩnＰの半導体
基板５１０には、光信号の入出射端面近傍を含めたＹ分
岐領域６５０と、分岐導波路の一方側のフォトダイオー
ド領域（ＰＤ）６６０及びその他方側の発光領域（Ｌ
Ｄ）６７０が、それらの領域を接続するとともに、電気
的分離を行う分離領域６８０を介して、同一基板上に構
成されている。

【００４６】同図（ｂ）乃至（ｅ）には、同図（ａ）の
各断面Ｂ〜Ｅを示している。フォトダイオード領域６６
０のＩnＧaＡsＰの吸収層５２０ａとＹ分岐領域６５０
および分離領域６８０のΙnＧaＡsＰガイド層５２０ｂ
は、ともにバルク層である。発光領域６７０では、基板
上にグレーティング加工が施され、その上に、ＩnＧaＡ
sＰの下側バルク光閉じ込め層５２０ｃ、ＩnＧaＡsＰの
ΜＱＷ活性層５４０ａ、及びＩnＧaＡsＰの上側バルク
光閉じ込め層５５０ａが順次形成されている。さらに、
それら吸収層５２０ａおよびガイド層５２０ｂと、発光
領域６７０の下側光閉じ込め層５２０ｃは、共通のバル
ク層を成している。

【００４７】発光領域６７０のΜＱＷ活性層５４０ａと
下側光閉じ込め層５２０ｃとの間には、ΙnＰのエッチ
ングストップ層５３０がある。そして、光導波層の上部
には、ｐ_-ＩnＰのクラッド層５８０およびｐ⁺ _-ΙnＧaＡ
sのコンタクト層５９０が順次形成されている。また、
第１の実施形態と同様に、光導波層の横方向位置にはブ
ロック層５６０，５７０が形成されている。フォトダイ
オード領域６６０と発光領域６７０には、電流の注入や
電界の印加を行うための電極６１０，６２０が形成され
ており、また、基板５１０の下側には、共通電極６３０
が形成されている。そして、Ｙ分岐領域６５０側の端面
には、反射防止膜６４０が形成されている。

【００４８】つぎに、上記構成の導波路型半導体集積回
路の動作について説明する。

【００４９】まず、光信号の受信に用いる場合を考え
る。光ファイバを伝送してきた光信号がＹ分岐領域６５
０側の端面より入射した場合に、その光信号はＹ分岐領
域６５０によって半分のパワーがフォトダイオード領域
６６０にガイドされ、その吸収層５２０ａで吸収され
る。このとき、吸収層５２０ａに数Ｖの逆バイアス電圧
を印加させた状態にしておくと、電界吸収効果によって
吸収層のバンドギャップ波長よりも長い波長の光も吸収
される。さらに、電界がかかっているので、光吸収によ
って生じたキャリアが効率的に掃き出される。これらの
動作は実施の形態１の装置の場合と同様である。

【００５０】つぎに、光信号の送信に用いる場合を考え
る。発光領域６７０に電流を注入すると、誘導放出作用
により活性層５４０ａのバンドギャップ波長近傍かそれ
よりも短い波長で発光が生じる。ここでは、基板上のグ
レーティング加工により光の帰還作用がおこり、ある電
流を越えるとレーザ発振するＤＦＢ（分布帰還型）レー
ザ構造をなしている。また、実施の形態１での動作の説
明と同様に、活性層５４０ａと下側光閉じ込め層５２０
ｃとのバンドギャップ波長の差が100[nm]（0.1μm）以
上であるために、発光部での過剰な吸収損失はない。発
振した光信号は、分離領域６８０とＹ分岐領域６５０を
導波して、端面より外部に取り出される。

【００５１】第３の実施の形態によれば、以下の効果
ｄ、ｅを実現できる。

【００５２】ｄ．第２の従来例と比較した場合に、光信
号の入出射する端面からフォトダイオード領域６６０ま
での経路上での光導波層には、ΜＱＷ層が存在せず、バ
ルク層のみで形成されているので、光信号の受信動作に
要求される偏波無依存性を実現できる。また、実施の形
態１の効果ａ，ｂも同時に達成される。

【００５３】なお、この実施の形態３で示した回路の製
造方法については、実施の形態２で示した製造方法の類
推から容易に理解されるので、詳細は省略するが、特に
重要なことは、次の点である。

【００５４】ｅ．活性層にΜＱＷ構造を採用しつつ、フ
ォトダイオード領域６６０や分離領域６８０の光導波層
にバルク層を採用することができ、且つそれぞれ独立に
設計できる。独立設計の程度については、第１の従来例
に対してよりも第２の従来例のものに適用したほうが、
より大きな効果を有する。

【００５５】なお、第１、第２、第３の実施形態の説明
では、この発明の実施が可能な程度に簡略的に示してあ
る。したがって、この発明は以上の説明の中で指摘する
具体的な数値、材料に限定されないし、また、横方向の
埋め込み構造のものに限定されるものではない。導波路
型半導体集積回路の光素子構造として、たとえば光導波
層のストライプにハイメサリッジ型の導波構造を採用す
れば、結晶成長の回数をさらに減らすこともできる。ま
た、ＩnＰの半導体基板を用いずに、たとえばＧaＡs基
板など、他の半導体結晶基板を用いる場合についても、
同様の効果を得ることが可能である。

【００５６】すなわち、本発明は、少なくとも、複数の
光導波層を一度に成長する工程により形成可能な素子で
あって、光導波層の厚さあるいは組成が導波路方向によ
り異なっており、全領域に共通するものを含む素子であ
れば、いずれの種類のものにも適用可能である。

【００５７】また、第１の実施の形態のものでは、発光
領域内あるいはその外部（特に分離領域側）などにグレ
ーティング構造を設けていない。すなわち、発光部がＬ
ＥＤあるいはＦＰ（Ｆabry-Perot）レーザとして機能す
る素子について説明した。しかし、発光部にグレーティ
ング構造を形成して、ＤＦＢ（分布帰還型）レーザやＤ
ＢＲ（分布反射型）レーザとして動作させてもよいこと
は当然である。

【００５８】同様に、第３の実施形態についても、発光
領域の外部、特に分離領域側などにグレーティング構造
を設けてＤＢＲレーザ構造としてもよく、またグレーテ
ィング構造を設けないＬＥＤあるいはＦＰ型の共振モー
ドのレーザとして動作させてもよい。

【００５９】また、第２の実施の形態の製造方法では、
第２のＳiＯ₂ マスクを形成し、マスクされていない領
域を選択エッチャントを用いてエッチングストップ層ま
でエッチングするとしているが、エッチングストップ層
のエッチングについては、エッチング除去してもよい
し、そのまま残してもよい。

【００６０】

【発明の効果】この発明は、以上に説明したように構成
されているので、双方向光通信に用いられる光信号の送
信・受信機能を合わせ持った低価格の優れた導波路型半
導体集積回路を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態である導波路型半
導体集積回路の層構造を示す図である。

【図２】本発明の導波路型半導体集積回路の製造方法
の一例を示す工程説明図である。

【図３】光導波層の成長厚とその組成波長について説
明する図である。

【図４】本発明の第３の実施の形態である導波路型半
導体集積回路の層構造を示す図である。

【図５】従来技術に係る送受信素子の一例を示す模式
図である。

【図６】従来技術に係る送受信素子の他の例を示す模
式図である。

【符号の説明】

１０基板、２０光導波層、３０エッチングストッ
プ層、４０ａ活性層、５０ａ閉じ込め層、１５０
フォトダイオード領域、１６０分離領域、１７０発
光領域。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】受光部及び発光部を含む導波路型半導体
集積回路において、少なくとも下側にバルクの光閉じ込め層を持つ量子井戸
層からなる前記発光部の光導波層領域と、前記発光部の光導波層領域の下側光閉じ込め層と共通の
バルク層として形成される前記発光部以外の光導波層領
域とを備えたことを特徴とする導波路型半導体集積回
路。
【請求項２】前記共通のバルク層が各領域毎にその厚
さ、あるいは組成を異にすることを特徴とする請求項１
に記載の導波路型半導体集積回路。
【請求項３】請求項１又は請求項２のいずれかに記載
の構造を有する集積回路の製造方法において、前記各領
域毎に選択的にマスクを形成して、前記共通のバルク層
を結晶成長させたことを特徴とする導波路型半導体集積
回路の製造方法。
【請求項４】前記発光部となる量子井戸層を、前記バ
ルク層の上に一回の結晶成長によって同時に形成し、前
記発光部以外の領域に形成された量子井戸層を選択的に
エッチング除去することを特徴とする請求項３に記載の
導波路型半導体集積回路の製造方法。