JPH0974182A

JPH0974182A - 光半導体集積回路及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0974182A
Application number: JP22612795A
Authority: JP
Inventors: Kiichi Hamamoto; 貴一濱本; Tatsuya Sasaki; 達也佐々木; Takeshi Takeuchi; 剛竹内; Masako Hayashi; 雅子林; Yoshiro Komatsu; 啓郎小松; Ikuo Mito; 郁夫水戸
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1995-09-04
Filing date: 1995-09-04
Publication date: 1997-03-18

Abstract

(57)【要約】【目的】複数のメディアが受信可能で、かつ、送信も
可能な双方向通信用素子を１チップで提供する。【構成】ｎ−ＩｎＰ半導体基板上に、方向性結合器型
ＷＤＭカップラー１と、１．３μm 帯半導体レーザー
と、レーザーモニターＰＤと、１．３μm 帯半導体受光
素子と、Ｙ分岐と、１．５５μm 帯半導体受光素子とが
集積されている。１．３μm 帯信号と１．５５μm 帯信
号とを波長多重した信号が波長弁別素子である方向性結
合器型ＷＤＭカップラーで１．３μm 帯信号と１．５５
μm 帯信号とに弁別され、それぞれ、１．３μm 帯半導
体受光素子と１．５５μm 帯半導体受光素子とで受信さ
れる。これにより複数のメディア伝送受信に適した集積
回路である。しかも、ＷＤＭカップラーとして方向性結
合器が用いられており、マッハツェンダー型等を用いて
構成する場合に比べ小型に素子を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光半導体集積回
路、特に双方向通信が可能な光半導体集積回路の構造及
び製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】同一基板上に光源と受光器を集積した双
方向通信用光半導体集積回路は小型で安価に双方向通信
を提供するキーデバイスとして注目を浴びている。この
ような光半導体集積回路の第１の従来例としては、１．
３μm 帯用受光素子（ＰＤ）と、１．５μm 帯レーザー
（ＬＤ）と、ＬＤモニター用ＰＤと、方向性結合器型Ｗ
ＤＭ（Ｗａｖｅｄｉｖｉｓｉｏｎｍｕｌｔｉｐｌｅ
ｘｉｎｇ：波長多重）カップラーとを同一基板上に集積
したＷＤＭトランスミッターがＲ．Ｍａｔｓらによっ
て、“ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＰｈｏｔｏｎｉｃｓＲ
ｅｓｅａｒｃｈ ’９４”ポストデッドラインペーパー
ＰＤ１−１に報告されている。このＷＤＭトランスミッ
ターは、ホスト側からトランスミッター側への信号が
１．３μm 帯、トランスミッター側からホスト側への信
号（送信信号）が１．５５μm 帯の光を用いて送受信を
行なっている。従ってこのＷＤＭトランスミッターは、
ＷＤＭ技術を用いて全２重の双方向通信が行なえる。

【０００３】しかしながら、片２重の双方向通信だけを
行なうのであれば、ＷＤＭカップラーは不要であり、方
向性結合器ＷＤＭカップラーにより素子サイズも大きく
なってしまうという問題があった。また、本従来例はＷ
ＤＭ伝送による全２重双方向通信は出来るものの、複数
の異なるメディアをホスト側からトランスミッター側へ
同時に送ることを目的とする素子ではなかった。

【０００４】上記問題を解決し、複数の異なるメディア
をホスト側からトランスミッター側へ同時に送ることが
可能な光半導体集積回路の従来例としては、１．３μm
帯用ＰＤと、１．５５μm 帯用ＰＤと、１．５５μm 帯
ＬＤと、ＬＤモニター用ＰＤと、マッハツェンダー型Ｗ
ＤＭカップラーとを同一基板上に集積したＷＤＭトラン
シーバーがＰ．Ｊ．Ｗｉｌｌｉａｍｓらによって、Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓｖｏｌ．３０ｐ
ｐ．１５２９（１９９４）に報告されている。本従来例
では、信号波長帯の異なる複数のＰＤが集積されている
が、ＷＤＭカップラーとしてマッハツェンダー型素子が
用いられている。さらにマッハツェンダー型素子の入出
力部には方向性結合器型の３ｄＢカップラーが設けられ
ている。従って、ＷＤＭカップラー領域だけで約３．５
mmもの長さになってしまい、小型化が難しく、安価に大
量に生産することが難しい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、第１
の従来例の光半導体集積回路では、ＷＤＭ伝送による全
２重双方向通信が可能となるものの、片２重双方通信に
おいてはＷＤＭカップラーは不要で、かつ、素子サイズ
も大きくなってしまうと言う課題があった。さらに、光
半導体集積回路では、各機能素子のコア層波長素子が異
なることから、結晶成長工程とエッチング工程とを繰り
返しながら集積しており、各機能素子のコア層は光伝搬
方向に連続して形成されていなかった。また、結晶成長
工程とエッチング工程とを何度も繰り返しながら製作し
ていることから、プロセス工程が複雑で、安価に歩留ま
り良く製作することが困難であった。従って、各機能素
子のコア層を光伝搬方向に連続して形成し、かつ、安価
に歩留まり良く製造する方法に関して課題があった。

【０００６】また、第２の従来例の光半導体集積回路で
は、複数の信号波長帯用ＰＤが集積されていないため、
異なる信号波長帯による複数のメディア伝送に適する構
成ではなかった。あるいは、信号波長帯の異なる複数の
ＰＤが集積されていても、異なる信号波長を分離・統合
するＷＤＭカップラーにはマッハツェンダー型素子が用
いられていたため、小型化が難しく、安価に大量に生産
することが難しいという課題があった。さらに、第２の
従来例においては、各機能素子のコア層波長組成が異な
ることから、結晶生長工程とエッチング工程とを繰り返
しながら集積しており、各機能素子のコア層は光伝搬方
向に連続して形成されていなかった。また、結晶成長工
程とエッチング工程とを何度も繰り返しながら製作して
いることから、プロセス工程が複雑で、安価に歩留まり
良く製作することが困難であった。従って、各機能素子
のコア層を光伝搬方向に連続して形成し、かつ、安価に
歩留まり良く製造する方法に関して課題があった。

【０００７】さらに従来例では、受動導波路及びＷＤＭ
カップラーの導波路構造がリッジ構造であった。一般に
リッジ構造はＴＥモードとＴＭモードの光の閉じ込め強
さが大きく異なることから、特にＷＤＭカップラー動作
の偏光依存性解消が難しい構造であった。従って、偏光
無依存化に関して課題があった。

【０００８】また、ＬＤモニター用ＰＤ及びＬＤと同一
信号波長帯のＰＤのコア層は、ＰＤとしての機能を考え
れば同一信号波長帯ＬＤのコア層波長組成よりも長く設
定した方が効率よく光検出ができる。しかしながら、プ
ロセスの省略化から同一の波長組成を用いており、効率
良く光が検出できないという課題があった。また、プロ
セス工程を複雑化せずに単純な工程で波長組成の異なる
ＬＤのコア層と、ＬＤモニター用ＰＤ及びＬＤと同一信
号波長帯ＰＤのコア層とを同時に蓄積する方法に関して
課題があった。

【０００９】従来例では、信号光入出射端面にはリッジ
構造の受動導波路端面が設けられているだけである。従
って、そのスポットサイズは光ファイバーのスポットサ
イズよりも小さく、また、リッジ構造であるため水平方
向と垂直方向での光の閉じ込め強さの違いから収差が生
じ、光ファイバーとの良好な結合が得られなかった。こ
のように、光ファイバーとの良好な光結合を提供する入
出射端面構造に関し課題があった。また、入射出射端面
では戻り光が生じるため、ＰＤやＬＤに入った戻り光が
ノイズ源となってしまう。従って、戻り光を生じさせな
い入出射端面構造に関しても課題があった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の光半導体集積回
路は、半導体基板上に少なくとも、入射光導波路、前記
入射光導波路を２本の出力導波路に分岐する分岐光導波
路、前記分岐光導波路の各々の出力導波路の先に接続さ
れた半導体レーザーと半導体受光素子が集積されてお
り、上記各素子のコア層が、素子間を接続する領域にお
いても光伝搬方向に連続して形成されていることを特徴
とする。

【００１１】本発明では、ＬＤとＰＤを分岐で接続した
単純な構成である。従って、片２重通信方式に適した小
型な双方向通信用光半導体集積回路を提供する。しか
も、本発明によれば１回の結晶成長工程で異なる機能素
子のコア層を一括して形成できる。従って、安価に製造
できる上にコア層は光伝搬方向に連続して形成された構
成となる。

【００１２】本発明の光半導体集積回路の製造方法は、
（１）半導体基板上の一部に干渉露光法もしくはＥＢ露
光法によりグレーティングを設ける工程と、（２）前記
半導体基板上に誘電体膜を堆積する工程と、（３）前記
誘電体膜を選択的に除去して、所定の幅の空隙を隔て少
なくとも２種類以上の異なるマスク幅からなるストライ
プ形状誘電体膜を含み、かつ、所定のマスク幅からなる
ストライプ形状誘電体膜で空隙部が分岐形状である領域
を含むマスクを製作する工程と、（４）前記マスクの空
隙部に気相成長法により少なくとも半導体コア層を選択
的に成長させ、信号波長帯に対して透明なコア層と、所
定の信号波長帯を発光し得る若しくは受光し得るコア層
とを少なくとも形成する工程と、（５）前記マスクの空
隙部を広げるか、前記マスクを除去し再び誘電体膜を堆
積しストライプ形状誘電体膜に加工するか、あるいは、
前記マスクを除去した後、前記半導体コア層を包囲する
埋め込み層を形成する工程とを少なくとも含むことを特
徴とする。

【００１３】さらに別の本発明の光半導体集積回路は、
半導体基板上に少なくとも、入射光導波路と、前記入射
光導波路に入射された光信号を波長ごとに弁別する方向
性結合器と、前記方向性結合器からの一波長を受信する
第１の半導体受光素子と、前記方向性結合器からの光信
号を２つに分岐する分岐光導波路と、前記分岐光導波路
に接続され前記第１の半導体受光素子とは光信号波長帯
の異なる半導体レーザー及び第２の半導体受光素子が集
積されており、上記各素子のコア層が、素子間を接続す
る領域においても光伝搬方向に連続して形成されている
ことを特徴とする。（１）半導体基板上の一部に干渉露光法もしくはＥＢ露
光法によりグレーティングを設ける工程と、（２）前記
半導体基板上に誘電体膜を堆積する工程と、（３）前記
誘電体膜を選択的に除去して、所定の幅の空隙を隔て少
なくとも３種類以上の異なるマスク幅からなるストライ
プ形状誘電体膜を含み、かつ、所定のマスク幅からなる
３本の近接したストライプ形状誘電体膜で空隙部が２本
の近接した方向性結合器形状である領域を含むマスクを
形成する工程と、（４）前記マスクの空隙部に気相成長
法により少なくとも半導体コア層を選択的に成長させ、
信号波長帯に対して透明なコア層と、信号波長帯を発光
し得る若しくは受光し得るコア層と、前記所定の信号波
長帯とは異なる信号波長帯を発光し得る若しくは受光し
得るコア層とを少なくとも形成する工程と、（５）前記
マスクの空隙部を広げるか、前記マスクを除去し再び誘
電体膜を堆積しストライプ形状誘電体膜に加工するか、
あるいは、前記マスクを除去した後、前記半導体コア層
を包囲する埋め込み層を形成する工程と、を少なくとも
含むことを特徴とする光半導体集積回路の製造方法。

【００１４】本発明の光半導体集積回路は前記方向性結
合器及び受動導波路が埋め込み構造導波路にて構成され
ていることを特徴とする。

【００１５】本発明では受動導波路及びＷＤＭカップラ
ーの導波構造を埋め込み構造としており、特にＷＤＭカ
ップラーの偏光無依存化が容易な構成である。

【００１６】あるいは本発明では、信号波長帯の異なる
複数個のＰＤを集積し、かつ、方向性結合器型ＷＤＭカ
ップラーを集積した構成としている。従って、ＷＤＭ伝
送により複数のメディア伝送を行なうことが出来、か
つ、小型な双方向通信用光半導体集積回路を提供する。
しかも、本発明によれば１回の結晶成長工程で異なる機
能素子のコア層を一括して形成できる。従って、安価に
製造できる上にコア層は光伝搬方向に連続して形成され
た構成となる。

【００１７】本発明の光半導体集積回路は、前記半導体
レーザー用のモニター素子が集積されていることを特徴
とする。また、ＬＤモニター用ＰＤ及びＬＤと同一信号
波長帯のＰＤのコア層波長組成は、同一信号波長帯ＬＤ
のコア層波長組成よりも長く設定しており、効率よく光
検出できる構成である。しかも、本発明ではモニターＰ
Ｄ及びＬＤと同一信号波長帯のＰＤのコア層波長組成
を、ＬＤとは異なる波長組成にしても、製造工程数は増
えない。

【００１８】本発明の光半導体集積回路は前記第１の半
導体受光素子、前記第２の半導体受光素子、前記モニタ
ー素子の少なくとも一つは光信号の波長帯よりも長いコ
ア層波長組成を有することを特徴とする。

【００１９】光半導体集積回路の製造方法は上述の前記
第（２）の工程において、マスク幅が少なくとも４種類
以上から構成され、前記半導体レーザーのコア層と、前
記モニター素子及び前記半導体レーザーと同一信号波長
帯に用いられる前記半導体受光素子のコア層の波長組成
を異ならしむる製造方法であることを特徴とする。

【００２０】入出射端面にスポットサイズ変換素子が集
積されていることを特徴とする。

【００２１】また、本発明の光半導体集積回路の入出射
端面にはスポットサイズ変換素子が集積されたため、光
ファイバーとの高効率結合が可能な構成である。

【００２２】本発明の光半導体集積回路は入出射端面に
ウィンドウ領域が形成されていることを特徴とする。こ
れにより、入出射端面にウィンドウ光を採用しており、
戻り光を殆どカットできる構成である。

【００２３】

【発明の実施の形態】

【実施例１】図１は、本発明の第１の実施例を示す光半
導体集積回路の斜視図である。Ｙ分岐２、１．３μm 帯
送信用ＬＤ３、前記１．３μm 帯送信用ＬＤ３モニター
用ＰＤ４、及び１．３μm 帯受信用ＰＤ５が集積化され
ている。本実施例による光半導体集積回路は、１．３μ
m 帯信号を受信し、送信信号も１．３μm 帯にて送る双
方向通信用光半導体集積回路として構成されている。

【００２４】図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそ
れぞれ図１のＡ−Ａ′線、Ｂ−Ｂ′線、Ｃ−Ｃ′線、Ｄ
−Ｄ′線断面での断面図である。図２に示されるよう
に、各素子は、ｎ−ＩｎＰ基板１１上に形成された、ｎ
−ＩｎＧａＡｓＰ層１２、ｎ−ＩｎＰスペーサー層１
３、下部ＳＣＨ（ｓｅｐａｒａｔｅｃｏｎｆｉｎｅｍ
ｅｎｔｈｅｔｅｒｏ−ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）層１４、
ＭＱＷコア層１５、上部ＳＣＨ層１６、ＩｎＰクラッド
層１７により構成されており、ＩｎＰ埋め込み層１８に
より埋め込まれている。

【００２５】次に、図３及び図４を参照して図１、図２
に示された光半導体集積回路の製造方法について説明す
る。まず、図３（ａ）に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板１
１上にＳｉＯ₂膜２１を１０００オングストローム程度
の膜厚に熱ＣＶＤ法により堆積する。ｎ−ＩｎＰ基板１
１上には、図２（ｂ）に示すように、ＬＤ部分にだけ予
めグレーティング２０が設けられている。グレーティン
グ２０の製作には、通常の干渉露光法若しくはＥＢ（ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎｂｅａｍ）露光法を用いればよい。通
常のフォトリソグラフィ技術を用いてＳｉＯ₂膜２１を
選択的に除去して、図３（ｂ）に示すような対をなすス
トライプ形状マスクを選択的結晶成長用マスク２２とし
て形成する。マスク２２の幅Ｗｍは、受動導波路である
Ｙ分岐２ではＷｍ＝６μm 、１．３μm 帯送信用ＬＤ
３、前記１．３μm 帯送信用ＬＤモニター用ＰＤ４、及
び１．３μm 帯受信用ＰＤ５では、Ｗｍ＝１２μm であ
る。また、マスク空隙Ｗｇは、全ての領域において１．
５μm である。

【００２６】各機能素子の長さは、１．３μm 帯送信用
ＬＤ３が３００μm 、モニター用ＰＤ４が５０μm 、
１．３μm 帯送信用ＰＤ５が５０μm である。この後、
図４（ａ）に示すように、有機金属気相成長（ＭＯ−Ｃ
ＶＤ）法によるｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層１２、ｎ−ＩｎＰ
スペーサー層１３、下部ＳＣＨ層１４、ＩｎＧａＡｓＰ
ウェル層／ＩｎＧａＡｓＰバリア層からなるＭＱＷコア
層１５、上部ＳＣＨ層１６、ＩｎＰクラッド層１７を順
次選択的に結晶成長させる。

【００２７】マスク幅Ｗｍの値がＷｍ＝１２μm の領域
に選択的に成長される部分を中心に説明すると、各成長
層の波長組成と成長層厚は、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層１２
は波長組成は１．１５μm 、成長膜厚１０００オングス
トローム程度、ｎ−ＩｎＰスペーサー層１３は成長層厚
４００オングストローム程度、下部ＳＣＨ層１４は波長
組成１．１５μm 、成長層厚１０００オングストローム
程度、ＭＱＷコア層１５は７周期でＩｎＧａＡｓＰウェ
ル層が波長組成１．４μm 、成長層厚４５オングストロ
ーム程度、ＩｎＧａＡｓＰバリア層が波長組成１．１５
μm 、成長層厚１００オングストローム程度、上部ＳＣ
Ｈ層１６は波長組成１．１５μm 、成長層厚１０００オ
ングストローム程度、ＩｎＰクラッド層１７は成長層厚
２０００オングストローム程度である。各機能素子のＭ
ＱＷコア層１５の波長組成は、Ｙ分岐２は１．２５μm
組成、１．３μm 帯送信用ＬＤ３、前記１．３μm 帯送
信用ＬＤ３モニター用ＰＤ４、前記１．３μm 帯受信用
ＰＤ５は１．３μm 組成となる（図５参照）。

【００２８】次に、選択的結晶成長用マスク２２をバッ
ファード弗酸で除去し、ＩｎＰ埋め込み層１８を全面に
成長させる（図４（ｂ）参照）。成長層厚は２μm 程度
である。その後、通常の選択拡散工程により、１．３μ
m 帯送信用ＬＤ３、ＬＤ３モニター用ＰＤ４、１．３μ
m 帯受信用ＰＤ５の直上にＺｎを拡散し、電極用金属を
蒸着する。次いで、裏面を研磨し電極用金属を蒸着し
て、デバイスの製作を完了する。

【００２９】以上が本発明の第１の実施例による光半導
体集積回路の製造方法であるが、本発明による光半導体
集積回路が、双方向通信に適し、かつ小型に実現出来る
原理を以下に説明する。

【００３０】本発明では、１．３μm 帯送信用ＬＤ及び
１．３μm 帯受信用ＰＤをＹ分岐を介して集積した構成
としている。従って、１．３μm 帯信号を送信し、か
つ、受信して同一の伝送路で片２重双方向通信が可能な
構成である。しかも、ＷＤＭカップラーを用いた構成と
していないので、小型化が可能となり、安価に大量に生
産する事が出来る。しかも、本発明の製造方法によれば
１回の結晶成長工程で異なる機能素子のコア層を一括し
て形成できる。従って、少ない製造工程で生産できるた
め、安価に素子を提供できる上に、コア層は光伝搬方向
に連続して形成されるため、各機能素子間での結合損失
は殆ど生じない。

【００３１】なお、本実施例では、送信信号波長帯及び
受信信号波長帯を共に１．３μm 帯としたが、この組み
合わせに限るわけではなく、例えば送信信号波長帯を
１．５５μm 帯、受信信号波長帯を１．３μm 帯、ある
いは、送信信号波長帯を１．３μm 帯、受信信号波長帯
を１．５５μm 帯、あるいは、送信信号波長帯及び送信
信号波長帯を共に１．５５μm 帯としても本発明は適用
可能である。

【００３２】また、本実施例では、選択的結晶成長用の
マスク材料としてＳｉＯ₂を用いたがこれに限るわけで
はなく、例えばＳｉＮであってもよいし、また、堆積方
法としても熱ＣＶＤ法に限るわけではなく、プラズマＣ
ＶＤ法であっても良い。

【００３３】また、本実施例ではＩｎＧａＡｓＰ層をウ
ェル層及びバリア層としていたが、これに代え、ＩｎＧ
ａＡｓ、ＩｎＧａＡｌＡｓまたはＩｎＧａＡｌＡｓＰを
ウェル層またはバリア層として用いることが出来る。そ
の際に、ウェル層とバリア層とは必ずしも同一の元素を
含む材料である必要はない。

【００３４】また、本実施例では、選択的拡散工程を用
いてｐ型化を行なったが、本発明はこれに限る必要はな
く、例えば、結晶成長工程中にドーパントであるＤＭＺ
ｎ（ジメチルジンク）を用いてドーパントを行なうこと
もできる。また、本発明においては埋め込み成長工程時
にＳｉＯ₂マスクを全て除去し、全面成長を行なって埋
め込み層１８を形成しているが、もちろんこの方法によ
る埋め込み成長工程に限るわけではなく、埋め込み成長
工程前に、元々形成してあった選択成長用マスク２２の
空隙部Ｗｇを予め拡げておいてから、選択的に埋め込み
成長工程を行なって埋め込み層１８を形成する方法でも
本発明は適用可能である。

【００３５】

【実施例２】図６は、本発明の第２の実施例を示す光半
導体集積回路の斜視図である。方向性結合器型のＷＤＭ
カップラー１、Ｙ分岐２、１．３μm 帯送信用ＬＤ３、
前記１．３μm 帯送信用ＬＤ３モニター用ＰＤ４、１．
３μm 帯受信用ＰＤ５、及び１．５５μm 帯受信用ＰＤ
６が集積化されている。本実施例による光半導体集積回
路は、１．３μm 帯と１．５５μm 帯の２種類の信号を
波長多重信号として受信し、送信信号を１．３μm 帯に
て送る双方向通信用光半導体集積回路として構成されて
いる。

【００３６】図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、
（ｅ）はそれぞれ図６のＡ−Ａ′線、Ｂ−Ｂ′線、Ｃ−
Ｃ′線、Ｄ−Ｄ′線、Ｅ−Ｅ′線断面での断面図であ
る。図７に示されるように、各素子は、ｎ−ＩｎＰ基板
１１上に形成された、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層１２、ｎ−
ＩｎＰスペーサー層１３、下部ＳＣＨ（ｓｅｐａｒａｔ
ｅｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔｈｅｔｅｒｏ−ｓｔｒｕｃ
ｔｕｒｅ）層１４、ＭＱＷコア層１５、上部ＳＣＨ層１
６、ＩｎＰクラッド層１７により構成されており、Ｉｎ
Ｐ埋め込み層１８により埋め込まれている。

【００３７】次に、図８及び図９を参照して図６、図７
に示された光半導体集積回路の製造方法について説明す
る。まず、図８（ａ）に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板１
１上にＳｉＯ₂膜２１を１０００オングストローム程度
の膜厚に熱ＣＶＤ法により堆積する。ｎ−ＩｎＰ基板１
１上には、図７（ｂ）に示すように、ＬＤ部分にだけ予
めグレーティング２０が設けられている。グレーティン
グ２０の製作には、通常の干渉露光法若しくはＥＢ（ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎｂｅａｍ）露光法を用いればよい。

【００３８】通常のフォトリソグラフィ技術を用いてＳ
ｉＯ₂膜２１を選択的に除去して、図８（ｂ）に示すよ
うな対をなすストライプ形状マスクを選択的結晶成長用
マスク２２として形成する。マスク２２の幅Ｗｍは、受
動導波路であるＷＤＭカップラー１及びＹ分岐２ではＷ
ｍ＝６μm 、１．３μm 帯送信用ＬＤ３、前記１．３μ
m 帯送信用ＬＤ３モニター用ＰＤ４、１．３μm 帯受信
用ＰＤ５ではＷｍ＝１２μm 、１．５５μm 帯送信用Ｐ
Ｄ６ではＷｍ＝３０μm である。また、マスク空隙Ｗｇ
は、全ての領域において１．５μm である。

【００３９】各機能素子の長さは、ＷＤＭカップラー１
が１mm、１．３μm 帯送信用ＬＤ３が３００μm 、モニ
ター用ＰＤ４が５０μm 、１．３μm 帯送信用ＰＤ５が
５０μm 、１．５５μm 帯送信用ＰＤ６が５０μm であ
る。

【００４０】この後、図９（ａ）に示すように、有機金
属気相成長（ＭＯ−ＣＶＤ）法によるｎ−ＩｎＧａＡｓ
Ｐ層１２、ｎ−ＩｎＰスペーサー層１３、下部ＳＣＨ層
１４、ＩｎＧａＡｓＰウェル層／ＩｎＧａＡｓＰバリア
層からなるＭＱＷコア層１５、上部ＳＣＨ層１６、Ｉｎ
Ｐクラッド層１７を順次選択的に結晶成長させる。マス
ク幅Ｗｍの値がＷｍ＝１２μm の領域に選択的に成長さ
れる部分を中心に説明すると、各成長層の波長組成と成
長層厚は、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層１２は波長組成は１．
１５μm 、成長層厚１０００オングストローム程度、ｎ
−ＩｎＰスペーサー層１３は成長層厚４００オングスト
ローム程度、下部ＳＣＨ層１４は波長組成１．１５μm
、成長層厚１０００オングストローム程度、ＭＱＷコ
ア層１５は７周期でＩｎＧａＡｓＰウェル層が波長組成
１．４μm 、成長層厚４５オングストローム程度、Ｉｎ
ＧａＡｓＰバリア層が波長組成１．１５μm 、成長層厚
１００オングストローム程度、上部ＳＣＨ層１６は波長
組成１．１５μm 、成長層厚１０００オングストローム
程度、ＩｎＰクラッド層１７は成長層厚２０００オング
ストローム程度である。

【００４１】各機能素子のＭＱＷコア層１５の波長組成
は、方向性結合器型のＷＤＭカップラー１、Ｙ分岐２は
１．２５μm 組成、１．３μm 帯送信用ＬＤ３、前記
１．３μm 帯送信用ＬＤ３モニター用ＰＤ４及び１．３
μm 帯受信用ＰＤ５は１．３μm 組成、１．５５μm 帯
受信用ＰＤ６は１．６μm 組成となる（図５参照）。

【００４２】次に、選択的結晶成長用マスク２２をバッ
ファード弗酸で除去し、ＩｎＰ埋め込み層１８を全面に
成長させる（図９（ｂ）参照）。成長層厚は２μm 程度
である。その後、通常の選択拡散工程により、１．３μ
m 帯送信用ＬＤ３、ＬＤ３モニター用ＰＤ４、１．３μ
m 帯受信用ＰＤ５、１．５５μm 帯受信用ＰＤ６の直上
にＺｎを拡散し、電極用金属を蒸着する。次いで、裏面
を研磨し電極用金属を蒸着して、デバイスの製作を完了
する。

【００４３】以上が本発明の第２の実施例による光半導
体集積回路の製造方法であるが、本発明による光半導体
集積回路が、複数のメディア伝送に適し、かつ小型に実
現出来る原理を以下に説明する。

【００４４】本発明では、１．３μm 帯受信用ＰＤ、
１．５５μm 帯受信用ＰＤという信号波長帯の異なる２
つのＰＤと、１．３μm 帯信号と１．５５μm 帯信号を
それぞれ別のポートに弁別する方向性結合器型ＷＤＭカ
ップラーとを集積した構成としている。従って、例えば
文字情報を１．３μm 帯信号、画像情報を１．５５μm
帯信号を用いて同一の伝送路で伝送しても、本半導体光
集積回路では各信号帯に適したＰＤに混信することなく
同時に受信させる事が出来る。しかも、ＷＤＭカップラ
ーとして方向性結合器を用いており、その素子長はマッ
ハツェンダー型の約１／３の１mm程度で実現出来る。従
って小型化が可能となり、安価に大量に生産する事が出
来る。しかも、本発明の製造方法によれば１回の結晶成
長工程で異なる機能素子のコア層を一括して形成出来
る。従って、少ない製造工程で生産できるため、安価に
素子を提供出来る上に、コア層は光伝搬方向に連続して
形成されるため、各機能素子間での結合損失は殆ど生じ
ない。

【００４５】また、本発明では受動導波路及びＷＤＭカ
ップラーの導波構造を埋め込み構造としている。埋め込
み構造を採用しているため、リッジ構造を用いる場合に
比べ、ＴＥモードとＴＭモードの光の閉じ込め強さをほ
ぼ同じに設定することが出来、ＷＤＭカップラーの偏光
無依存化は容易となる。また、横方向と縦方向の光の閉
じ込め強さが等法的になるため、受動導波路でのスポッ
トサイズ形状はリッジ構造を用いた場合に比べてより等
法的になる。従って、光ファイバーとの結合損失が生じ
にくい構造である。さらには、受動導波路も埋め込み構
造とすることで、ＬＤ等の他のデバイス等とのプロセス
整合性にも優れる。

【００４６】また、本実施例では、選択的結晶成長用の
マスク材料としてＳｉＯ₂を用いたがこれに限るわけで
はなく、例えばＳｉＮであってもよいし、また、堆積方
法としても熱ＣＶＤ法に限るわけではなく、プラズマＣ
ＶＤ法であっても良い。

【００４７】また、本実施例ではＩｎＧａＡｓＰ層をウ
ェル層及びバリア層としていたが、これに代え、ＩｎＧ
ａＡｓ、ＩｎＧａＡｌＡｓまたはＩｎＧａＡｌＡｓＰを
ウェル層またはバリア層として用いることが出来る。そ
の際に、ウェル層とバリア層とは必ずしも同一の元素を
含む材料である必要はない。

【００４８】また、上記実施例では、選択的拡散工程を
用いてｐ型化を行なったが、本発明はこれに限る必要は
なく、例えば、結晶成長工程中にドーパントであるＤＭ
Ｚｎ（ジメチルジンク）を用いてドーパントを行なうこ
ともできる。また、本発明においては埋め込み成長工程
時にＳｉＯ₂マスクを全て除去し、全面成長を行なって
埋め込み層１８を形成しているが、もちろんこの方法に
よる埋め込み成長工程に限るわけではなく、埋め込み成
長工程前に、元々形成してあった選択成長用マスク２２
の空隙部Ｗｇを予め拡げておいてから、選択的に埋め込
み成長工程を行なって埋め込み層１８を形成する方法で
も本発明は適用可能である。

【００４９】

【実施例３】図１０は、本発明の第３の実施例を示す光
半導体集積回路の斜視図である。第１の実施例と同様
に、方向性結合器型のＷＤＭカップラー１、Ｙ分岐２、
１．３μm 帯送信用ＬＤ３、前記１．３μm 帯送信用Ｌ
Ｄ３モニター用ＰＤ４、１．３μm 帯受信用ＰＤ５、及
び１．５５μm 帯受信用ＰＤ６が集積化されている。本
実施例による光半導体集積回路は、１．３μm 帯と１．
５５μm 帯の２種類の信号を波長多重信号として受信
し、送信信号を１．３μm 帯にて送る双方向通信用光半
導体集積回路として構成されている。

【００５０】図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、
（ｅ）はそれぞれ図１０のＡ−Ａ′線、Ｂ−Ｂ′線、Ｃ
−Ｃ′線、Ｄ−Ｄ′線、Ｅ−Ｅ′線断面での断面図であ
る。図１１に示されるように、各素子は、ｎ−ＩｎＰ基
板１１上に形成された、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層１２、ｎ
−ＩｎＰスペーサー層１３、下部ＳＣＨ（ｓｅｐａｒａ
ｔｅｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔｈｅｔｅｒｏ−ｓｔｒ
ｕｃｔｕｒｅ）層１４、ＭＱＷコア層１５、上部ＳＣＨ
層１６、ＩｎＰクラッド層１７により構成されており、
ＩｎＰ埋め込み層１８により埋め込まれている。

【００５１】次に、第１の実施例と同様に、図１２及び
図１３を参照して図１０、図１１に示された光半導体集
積回路の製造方法について説明する。まず、図１２
（ａ）に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板１１上にＳｉＯ₂
膜２１を１０００オングストローム程度の膜厚に熱ＣＶ
Ｄ法により堆積する。ｎ−ＩｎＰ基板１１上には、図１
１（ｂ）に示すように、ＬＤ部分にだけ予めグレーティ
ング２０が設けられている。グレーティング２０の製作
には、通常の干渉露光法若しくはＥＢ（ｅｌｅｃｔｒｏ
ｎｂｅａｍ）露光法を用いればよい。通常のフォトリソ
グラフィ技術を用いてＳｉＯ₂膜２１を選択的に除去し
て、図１３（ｂ）に示すような対をなすストライプ形状
マスクを選択的結晶成長用マスク２２として形成する。
マスク２２の幅Ｗｍは、受動導波路であるＷＤＭカップ
ラー１及びＹ分岐２ではＷｍ＝６μm、１．３μm 帯送
信用ＬＤ３ではＷｍ＝１２μm 、前記１．３μm 帯送信
用ＬＤ３モニター用ＰＤ４及び１．３μm 帯受信用ＰＤ
５ではＷｍ＝１６μm 、１．５５μm 帯送信用ＰＤ６で
はＷｍ＝３０μm である。また、マスク空隙Ｗｇは、全
ての領域において１．５μm である。各機能素子の長さ
は、ＷＤＭカップラー１が１mm、１．３μm 帯送信用Ｌ
Ｄ３が３００μm 、モニター用ＰＤ４が５０μm、１．
３μm 帯送信用ＰＤ５が５０μm 、１．５５μm 帯送信
用ＰＤ６が５０μm である。この後、図１３（ａ）に示
すように、有機金属気相成長（ＭＯ−ＣＶＤ）法による
ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層１２、ｎ−ＩｎＰスペーサー層１
３、下部ＳＣＨ層１４、ＩｎＧａＡｓＰウェル層／Ｉｎ
ＧａＡｓＰバリア層からなるＭＱＷコア層１５、上部Ｓ
ＣＨ層１６、ＩｎＰクラッド層１７を順次選択的に結晶
成長させる。マスク幅Ｗｍの値がＷｍ＝１２μm の領域
に選択的に成長される部分を中心に説明すると、各成長
層の波長組成と成長層厚は、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層１２
は波長組成は１．１５μm 、成長膜厚１０００オングス
トローム程度、ｎ−ＩｎＰスペーサー層１３は成長層厚
４００オングストローム程度、下部ＳＣＨ層１４は波長
組成１．１５μm 、成長層厚１０００オングストローム
程度、ＭＱＷコア層１５は７周期でＩｎＧａＡｓＰウェ
ル層が波長組成１．４μm 、成長層厚４５オングストロ
ーム程度、ＩｎＧａＡｓＰバリア層が波長組成１．１５
μm 、成長層厚１００オングストローム程度、上部ＳＣ
Ｈ層１６は波長組成１．１５μm、成長層厚１０００オ
ングストローム程度、ＩｎＰクラッド層１７は成長層厚
２０００オングストローム程度である。各機能素子のＭ
ＱＷコア層１５の波長組成は、方向性結合器型のＷＤＭ
カップラー１、Ｙ分岐２は１．２５μm 組成、１．３μ
m 帯送信用ＬＤ３は１．３μm 、前記１．３μm 帯送信
用ＬＤ３モニター用ＰＤ４及び１．３μm 帯受信用ＰＤ
５は１．３５μm 組成、１．５５μm 帯受信用ＰＤ６は
１．６μm 組成となる。

【００５２】次に、選択的結晶成長用マスク２２をバッ
ファード弗酸で除去し、ＩｎＰ埋め込み層１８を全面に
成長させる（図１３（ｂ）参照）。成長層厚は２μm 程
度である。その後、通常の選択拡散工程により、１．３
μm 帯送信用ＬＤ３、ＬＤ３モニター用ＰＤ４、１．３
μm 帯受信用ＰＤ５、１．５５μm 帯受信用ＰＤ６の直
上にＺｎを拡散し、電極用金属を蒸着する。次いで、裏
面を研磨し電極用金属を蒸着して、デバイスの製作を完
了する。

【００５３】以上が本発明の第３の実施例による光半導
体集積回路の製造方法であるが、本発明による光半導体
集積回路が、従来の光半導体集積回路に比べて効率よく
信号を受信する、若しくは効率よくＬＤをモニターする
原理を以下に説明する。

【００５４】本発明では、ＬＤ３モニター用ＰＤ４、
１．３μm 帯受信用ＰＤ５の波長組成が１．３５μm
と、１．３μm 帯よりも５０nm長くなっている。このた
め、１．３５μm 組成ＭＱＷコア層１５中での１．３μ
m 帯信号光の吸収が１．３μm 組成ＭＱＷコア層１５を
用いた場合に比べて大きくなる。従って、効率よく信号
を受信する、若しくは効率よくＬＤをモニターすること
ができる。しかも、本発明による製造方法では、１．３
μm 帯ＬＤのＭＱＷコア層の波長組成である１．３μm
波長組成とＬＤ３モニター用ＰＤ４、１．３μm 帯受信
用ＰＤ５の波長組成である１．３５μm 波長組成とを同
一の結晶成長工程で同時に実現できるため、製造方法が
複雑になることはない。

【００５５】なお、本実施例についても、第２の実施例
と同様の変更を加えることが出来る。

【００５６】

【実施例４】図１４は、本発明の第４の実施例を示す光
半導体集積回路の斜視図である。第１の実施例と同様
に、方向性結合器型のＷＤＭカップラー１、Ｙ分岐２、
１．３μm 帯送信用ＬＤ３、前記１．３μm 帯送信用Ｌ
Ｄ３モニター用ＰＤ４、１．３μm 帯受信用ＰＤ５、及
び１．５５μm 帯受信用ＰＤ６が集積化されている。ま
た、光ファイバーとの入出射端面にはスポットサイズ変
換素子７が集積されている。本実施例による光半導体集
積回路は、１．３μm 帯と１．５５μm 帯の２種類の信
号を波長多重信号として受信し、送信信号を１．３μm
帯にて送る双方向通信用光半導体集積回路として構成さ
れている。

【００５７】図１５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、
（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ図１４のＡ−Ａ′線、Ｂ−
Ｂ′線、Ｃ−Ｃ′線、Ｄ−Ｄ′線、Ｅ−Ｅ′線、Ｆ−
Ｆ′線断面での断面図である。図１５に示されるよう
に、各素子は、ｎ−ＩｎＰ基板１１上に形成された、ｎ
−ＩｎＧａＡｓＰ層１２、ｎ−ＩｎＰスペーサー層１
３、下部ＳＣＨ（ｓｅｐａｒａｔｅｃｏｎｆｉｎｅｍ
ｅｎｔｈｅｔｅｒｏ−ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）層１４、
ＭＱＷコア層１５、上部ＳＣＨ層１６、ＩｎＰクラッド
層１７により構成されており、ＩｎＰ埋め込み層１８に
より埋め込まれている。

【００５８】次に、第１の実施例と同様に、図１６及び
図１７を参照して図１４、図１５に示された光半導体集
積回路の製造方法について説明する。まず、図１６
（ａ）に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板１１上にＳｉＯ₂
膜２１を１０００オングストローム程度の膜厚に熱ＣＶ
Ｄ法により堆積する。ｎ−ＩｎＰ基板１１上には、図１
５（ｂ）に示すように、ＬＤ部分にだけ予めグレーティ
ング２０が設けられている。グレーティング２０の製作
には、通常の干渉露光法若しくはＥＢ（ｅｌｅｃｔｒｏ
ｎｂｅａｍ）露光法を用いればよい。通常のフォトリソ
グラフィ技術を用いてＳｉＯ₂膜２１を選択的に除去し
て、図１６（ｂ）に示すような対をなすストライプ形状
マスクを選択的結晶成長用マスク２２として形成する。
マスク２２の幅Ｗｍは、受動導波路であるＷＤＭカップ
ラー１及びＹ分岐２ではＷｍ＝６μm、１．３μm 帯送
信用ＬＤ３、前記１．３μm 帯送信用ＬＤモニター用Ｐ
Ｄ４、１．３μm 帯受信用ＰＤ５ではＷｍ＝１２μm 、
１．５５μm 帯送信用ＰＤ６ではＷｍ＝３０μm であ
る。また、マスク空隙Ｗｇは、全ての領域において１．
５μm である。

【００５９】各機能素子の長さは、ＷＤＭカップラー１
が１mm、１．３μm 帯送信用ＬＤ３が３００μm 、モニ
ター用ＰＤ４が５０μm 、１．３μm 帯送信用ＰＤ５が
５０μm 、１．５５μm 帯送信用ＰＤ６が５０μm 、ス
ポットサイズ変換素子７が５００μm である。但し、ス
ポットサイズ変換素子７では、マスク幅Ｗｍは入出射端
面からＷＤＭカップラー１に向かうに従って２μm から
６μm に、マスク空隙Ｗｇは０．５μm から１．５μm
へと変化している。この後、図１７（ａ）に示すよう
に、有機金属気相成長（ＭＯ−ＣＶＤ）法によるｎ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰ層１２、ｎ−ＩｎＰスペーサー層１３、下
部ＳＣＨ層１４、ＩｎＧａＡｓＰウェル層／ＩｎＧａＡ
ｓＰバリア層からなるＭＱＷコア層１５、上部ＳＣＨ層
１６、ＩｎＰクラッド層１７を順次選択的に結晶成長さ
せる。

【００６０】マスク幅Ｗｍの値がＷｍ＝１０μm の領域
に選択的に成長される部分を中心に説明すると、各成長
層の波長組成と成長層厚は、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層１２
は波長組成は１．１５μm 、成長膜厚１０００オングス
トローム程度、ｎ−ＩｎＰスペーサー層１３は成長層厚
４００オングストローム程度、下部ＳＣＨ層１４は波長
組成１．１５μm 、成長層厚１０００オングストローム
程度、ＭＱＷコア層１５は７周期でＩｎＧａＡｓＰウェ
ル層が波長組成１．４μm 、成長層厚４５オングストロ
ーム程度、ＩｎＧａＡｓＰバリア層が波長組成１．１５
μm 、成長層厚１００オングストローム程度、上部ＳＣ
Ｈ層１６は波長組成１．１５μm 、成長層厚１０００オ
ングストローム程度、ＩｎＰクラッド層１７は成長層厚
２０００オングストローム程度である。各機能素子のＭ
ＱＷコア層１５の波長組成は、方向性結合器型のＷＤＭ
カップラー１、Ｙ分岐２は１．２５μm 組成、１．３μ
m帯送信用ＬＤ３、前記１．３μm 帯送信用ＬＤ３モニ
ター用ＰＤ４及び１．３μm 帯受信用ＰＤ５は１．３μ
m 組成、１．５５μm 帯受信用ＰＤ６は１．６μm組成
となる。尚、スポットサイズ変換素子７ではＭＱＷコア
層のウェル層厚が３３オングストロームから２０オング
ストローム、バリア層厚が１５オングストロームから９
オングストロームと、入出射端面方向に向かうほど薄く
なる。これは、マスク幅によってＭＱＷコア層の厚さも
変化し、マスク幅が狭いほど厚さが薄くなる原理を利用
したものである。

【００６１】次に、選択的結晶成長用マスク２２をバッ
ファード弗酸で除去し、ＩｎＰ埋め込み層１８を全面に
成長させる（図１７（ｂ）参照）。成長層厚は２μm 程
度である。その後、通常の選択拡散工程により、１．３
μm 帯送信用ＬＤ３、ＬＤ３モニター用ＰＤ４、１．３
μm 帯受信用ＰＤ５、１．５５μm 帯受信用ＰＤ６の直
上にＺｎを拡散し、電極用金属を蒸着する。次いで、裏
面を研磨し電極用金属を蒸着して、デバイスの製作を完
了する。

【００６２】以上が本発明の第４の実施例による光半導
体集積回路の製造方法であるが、本発明による光半導体
集積回路が、光ファイバーとの結合効率に優れる構造で
ある原理を以下に説明する。

【００６３】本発明では、光ファイバーとの入出射端面
にスポットサイズ変換素子７を集積している。スポット
サイズ変換素子では、そのＭＱＷコア層１５は光ファイ
バーに近づくに連れて、導波路幅は細く、層厚は薄くな
っている。このため、スポットサイズは徐々に大きくな
り、光ファイバーのスポットサイズと殆ど変わらないサ
イズに変換される。従って、光ファイバーとの結合効率
に優れた構造となっている。

【００６４】なお、本実施例についても、第１の実施例
と同様の変更を加えることが出来る。

【００６５】

【実施例５】図１８は、本発明の第５の実施例を示す光
半導体集積回路の斜視図である。第１の実施例と同様
に、方向性結合器型のＷＤＭカップラー１、Ｙ分岐２、
１．３μm 帯送信用ＬＤ３、前記１．３μm 帯送信用Ｌ
Ｄ３モニター用ＰＤ４、１．３μm 帯受信用ＰＤ５、及
び１．５５μm 帯受信用ＰＤ６が集積化されている。ま
た、光ファイバーとの入出射端面にはウィンドウ領域８
が挿入されている。本実施例による光半導体集積回路
は、１．３μm 帯と１．５５μm 帯の２種類の信号を波
長多重信号として受信し、送信信号を１．３μm 帯にて
送る双方向通信用光半導体集積回路として構成されてい
る。

【００６６】図１９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、
（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ図１８のＡ−Ａ′線、Ｂ−
Ｂ′線、Ｃ−Ｃ′線、Ｄ−Ｄ′線、Ｅ−Ｅ′線、Ｆ−
Ｆ′線断面での断面図である。図１９に示されるよう
に、各素子は、ｎ−ＩｎＰ基板１１上に形成された、ｎ
−ＩｎＧａＡｓＰ層１２、ｎ−ＩｎＰスペーサー層１
３、下部ＳＣＨ（ｓｅｐａｒａｔｅｃｏｎｆｉｎｅｍ
ｅｎｔｈｅｔｅｒｏ−ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）層１４、
ＭＱＷコア層１５、上部ＳＣＨ層１６、ＩｎＰクラッド
層１７により構成されており、ＩｎＰ埋め込み層１８に
より埋め込まれている。但し、ウィンドウ領域８ではｎ
−ＩｎＧａＡｓＰ層１２、ｎ−ＩｎＰスペーサー層１
３、下部ＳＣＨ層１４、ＭＱＷコア層１５、上部ＳＣＨ
層１６、ＩｎＰクラッド１７の各層は成長されていな
い。

【００６７】次に、第１の実施例と同様に、図２０及び
図２１を参照して図１８、図１９に示された光半導体集
積回路の製造方法について説明する。まず、図２０
（ａ）に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板１１上にＳｉＯ₂
膜２１を１０００オングストローム程度の膜厚に熱ＣＶ
Ｄ法により堆積する。ｎ−ＩｎＰ基板１１上には、図１
９（ｂ）に示すように、ＬＤ部分にだけ予めグレーティ
ング２０が設けられている。グレーティング２０の製作
には、通常の干渉露光法若しくはＥＢ（ｅｌｅｃｔｒｏ
ｎｂｅａｍ）露光法を用いればよい。通常のフォトリソ
グラフィ技術を用いてＳｉＯ₂膜２１を選択的に除去し
て、図２０（ｂ）に示すような対をなすストライプ形状
マスクを選択的結晶成長用マスク２２として形成する。
マスク２２の幅Ｗｍは、受動導波路であるＷＤＭカップ
ラー１及びＹ分岐２ではＷｍ＝６μm、１．３μm 帯送
信用ＬＤ３、前記１．３μm 帯送信用ＬＤ３モニター用
ＰＤ４、１．３μm 帯受信用ＰＤ５ではＷｍ＝１２μm
、１．５５μm 帯送信用ＰＤ６ではＷｍ＝３０μm で
ある。また、マスク空隙Ｗｇは、全ての領域において
１．５μm である。但しウィンドウ領域８では、マスク
空隙Ｗｇ＝０μm としている。

【００６８】各機能素子の長さは、ＷＤＭカップラー１
が１mm、１．３μm 帯送信用ＬＤ３が３００μm 、モニ
ター用ＰＤ４が５０μm 、１．３μm 帯送信用ＰＤ５が
５０μm 、１．５５μm 帯送信用ＰＤ６が５０μm 、ウ
ィンドウ領域８は２０μm である。この後、図２１
（ａ）に示すように、有機金属気相成長（ＭＯ−ＣＶ
Ｄ）法によりｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層１２、ｎ−ＩｎＰス
ペーサー層１３、下部ＳＣＨ層１４、ＩｎＧａＡｓＰウ
ェル層／ＩｎＧａＡｓＰバリア層からなるＭＱＷコア層
１５、上部ＳＣＨ層１６、ＩｎＰクラッド層１７を順次
選択的に結晶成長させる。マスク幅Ｗｍの値がＷｍ＝１
０μm の領域に選択的に成長される部分を中心に説明す
ると、各成長層の波長組成と成長層厚は、ｎ−ＩｎＧａ
ＡｓＰ層１２は波長組成は１．１５μm 、成長膜厚１０
００オングストローム程度、ｎ−ＩｎＰスペーサー層１
３は成長層厚４００オングストローム程度、下部ＳＣＨ
層１４は波長組成１．１５μm 、成長層厚１０００オン
グストローム程度、ＭＱＷコア層１５は７周期でＩｎＧ
ａＡｓＰウェル層が波長組成１．４μm 、成長層厚４５
オングストローム程度、ＩｎＧａＡｓＰバリア層が波長
組成１．１５μm 、成長層厚１００オングストローム程
度、上部ＳＣＨ層１６は波長組成１．１５μm 、成長層
厚１０００オングストローム程度、ＩｎＰクラッド層１
７は成長層厚２０００オングストローム程度である。但
し、ウィンドウ領域８はマスクで覆われている（すなわ
ち、Ｗｇ＝０μm ）ので、ウィンドウ領域８にはこの時
何も成長されない。各機能素子のＭＱＷコア層１５の波
長組成は、方向性結合器型のＷＤＭカップラー１、Ｙ分
岐２は１．２５μm 組成、１．３μm 帯送信用ＬＤ３、
前記１．３μm 帯送信用ＬＤ３モニター用ＰＤ４及び
１．３μm 帯受信用ＰＤ５は１．３μm 組成、１．５５
μm 帯受信用ＰＤ６は１．６μm 組成となる。

【００６９】次に、選択的結晶成長用マスク２２をバッ
ファード弗酸で除去し、ＩｎＰ埋め込み層１８を全面に
成長させる（図２１（ｂ）参照）。成長層厚は２μm 程
度である。その後、通常の選択拡散工程により、１．３
μm 帯送信用ＬＤ３、ＬＤ３モニター用ＰＤ４、１．３
μm 帯受信用ＰＤ５、１．５５μm 帯受信用ＰＤ６の直
上にＺｎを拡散し、電極用金属を蒸着する。次いで、裏
面を研磨し電極用金属を蒸着して、デバイスの製作を完
了する。

【００７０】以上が本発明の第５の実施例による光半導
体集積回路の製造方法であるが、本発明による光半導体
集積回路が、戻り光特性に優れる構造である原理を以下
に説明する。

【００７１】本発明では、光ファイバーとの入出射端面
にウィンドウ領域８を集積している。このため、入出射
端面の反射率としてほぼ０％が得られる。従って、戻り
光がＰＤやＬＤに入って、ノイズ源となることが避けら
れ、戻り光特性に優れた光半導体集積回路である。

【００７２】なお、本実施例についても、第１の実施例
と同様の変更を加えることが出来る。

【００７３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による光半
導体集積回路は、１．３μm 帯送信用ＬＤ、１．５５μ
m 帯受信用ＰＤ、及びＹ分岐という単純な構成であり、
片２重通信に好適な光半導体集積回路を提供する。しか
も、本発明の製造方法によれば１回の結晶成長工程で異
なる機能素子のコア層を一括して形成できる。従って、
少ない製造工程で生産できるため、安価に素子を提供で
きる上に、コア層は光伝搬方向に対して連続して形成さ
れるため、各機能素子間での結合損失は殆ど生じない。

【００７４】また、本発明による光半導体集積回路は、
１．３μm 帯受信用ＰＤ、１．５５μm 帯受信用ＰＤと
いう信号波長帯の異なる２つのＰＤと、１．３μm 帯信
号と１．５５μm 帯信号をそれぞれ別のポートに弁別す
る方向性結合器型ＷＤＭカップラーとを集積した構成と
している。従って、例えば文字情報を１．３μm 帯信
号、画像情報を１．５５μm 帯信号を用いて同一の伝送
路で伝送しても、本半導体光集積回路では各信号帯に適
したＰＤに同時に受信させる事が出来る。しかも、ＷＤ
Ｍカップラーとして方向性結合器を用いており、その素
子長はマッハツェンダー型の約１／３の１mm程度で実現
出来る。従って小型化が可能となり、安価に大量に生産
する事が出来る。しかも、本発明の製造方法によれば１
回の結晶成長工程で異なる機能素子のコア層を一括して
形成出来る。従って、少ない製造工程で生産できるた
め、安価に素子を提供できる上に、コア層は光伝搬方向
に対して連続して形成されるため、各機能素子間での結
合損失は殆ど生じない。

【００７５】また、本発明による光半導体集積回路は、
受動導波路及びＷＤＭカップラーの導波構造を埋め込み
構造としている。埋め込み構造を採用しているため、Ｔ
ＥモードとＴＭモードの光の閉じ込め強さをほぼ同じに
設定することができ、リッジ構造を用いている場合に比
べ、ＷＤＭカップラーの偏光無依存化は容易となる。ま
た、横方向と縦方向の光の閉じ込め強さが等法的になる
ため、受動導波路でのスポットサイズ形成はリッジ構造
を用いた場合に比べてより真円に近くなる。従って、光
ファイバーとの結合損失が生じにくい。さらに、受動導
波路も埋め込み構造とすることで、ＬＤ等の他のデバイ
ス等とのプロセス整合性にも優れる。

【００７６】また、本発明による光半導体集積回路は、
ＬＤモニター用ＰＤ及び受信用ＰＤの波長組成が同一波
長帯ＬＤの波長組成よりも長くなっている。このため、
信号光の吸収がＬＤと同一の波長組成を適用した場合に
比べて大きくなる。従って、効率よく信号を受信する、
若しくは効率よくＬＤをモニターすることができる。し
かも、本発明による製造方法では、ＬＤと、ＬＤとは波
長組成の異なる同一信号波長帯のＰＤ及びＬＤモニター
ＰＤとを同一の結晶成長工程で同時に実現できるため、
製造方法が複雑になることはない。

【００７７】また、本発明による光半導体集積回路は、
光ファイバーとの入出射端面にスポットサイズ変換素子
を集積している。スポットサイズは光ファイバー側に向
かって光伝搬方向に徐々に大きくなり、光ファイバーの
スポットサイズと殆ど変わらないサイズに変換される。
従って、光ファイバーとの結合効率に優れた構造となっ
ている。

【００７８】また、本発明による光半導体集積回路は、
光ファイバーとの入出射端面にウィンドウ域８を集積し
ている。このため、入出射端面の反射率としてほぼ０％
が得られる。従って、戻り光がＰＤやＬＤに入って、ノ
イズ源となることが避けられ、戻り光特性に優れてい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例である光半導体集積回路
の構成を示す斜視図を示す。

【図２】図１のＡ−Ａ′線、Ｂ−Ｂ′線、Ｃ−Ｃ′線、
Ｄ−Ｄ′線での断面図を示す。

【図３】本発明の第１の実施例の製造方法を説明するた
めの工程順の斜視図を示す。

【図４】本発明の第１の実施例の製造方法を説明するた
めの、図３の工程に続く工程での工程順の斜視図を示
す。

【図５】マスク幅とＭＱＷコア層の波長組成との関係を
示すグラフを示す。

【図６】本発明の第２の実施例である光半導体集積回路
の構成を示す斜視図を示す。

【図７】図６のＡ−Ａ′線、Ｂ−Ｂ′線、Ｃ−Ｃ′線、
Ｄ−Ｄ′線、Ｅ−Ｅ′線での断面図を示す。

【図８】本発明の第２の実施例の製造方法を説明するた
めの工程順の斜視図を示す。

【図９】本発明の第２の実施例の製造方法を説明するた
めの、図８の工程に続く工程での工程順の斜視図を示
す。

【図１０】本発明の第３の実施例である光半導体集積回
路の構成を示す斜視図を示す。

【図１１】図１０のＡ−Ａ′線、Ｂ−Ｂ′線、Ｃ−Ｃ′
線、Ｄ−Ｄ′線、Ｅ−Ｅ′線での断面図を示す。

【図１２】本発明の第３の実施例の製造方法を説明する
ための工程順の斜視図を示す。

【図１３】本発明の第３の実施例の製造方法を説明する
ための、図１２の工程に続く工程での工程順の斜視図を
示す。

【図１４】本発明の第４の実施例である光半導体集積回
路の構成を示す斜視図を示す。

【図１５】図１４のＡ−Ａ′線、Ｂ−Ｂ′線、Ｃ−Ｃ′
線、Ｄ−Ｄ′線、Ｅ−Ｅ′線、Ｆ−Ｆ′線での断面図を
示す。

【図１６】本発明の第４の実施例の製造方法を説明する
ための工程順の斜視図を示す。

【図１７】本発明の第４の実施例の製造方法を説明する
ための、図１６の工程に続く工程での工程順の斜視図を
示す。

【図１８】本発明の第５の実施例である光半導体集積回
路の構成を示す斜視図を示す。

【図１９】図１４のＡ−Ａ′線、Ｂ−Ｂ′線、Ｃ−Ｃ′
線、Ｄ−Ｄ′線、Ｅ−Ｅ′線、Ｆ−Ｆ′線での断面図を
示す。

【図２０】本発明の第５の実施例の製造方法を説明する
ための工程順の斜視図を示す。

【図２１】本発明の第５の実施例の製造方法を説明する
ための、図２０の工程に続く工程での工程順の斜視図を
示す。

【符号の説明】

１ＷＤＭカップラー２Ｙ分岐３１．３mm帯送信用ＬＤ４１．３mm帯送信用ＬＤ３モニター用ＰＤ５１．３mm帯受信用ＰＤ６１．５５mm帯受信用ＰＤ７スポットサイズ変換素子８ウィンドウ領域１１ｎ−ＩｎＰ基板１２ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層１３ｎ−ＩｎＰスペーサー層１４下部ＳＣＨ層１５ＭＱＷコア層１６上部ＳＣＨ層１７ＩｎＰクラッド層１８ＩｎＰ埋め込み層２０グレーティング２１ＳｉＯ₂膜２２選択的結晶成長用マスクＷｍマスク幅Ｗｇマスク空隙

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者林雅子東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式会社内 (72)発明者小松啓郎東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式会社内 (72)発明者水戸郁夫東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に少なくとも、入射光導波
路、前記入射光導波路を２本の出力導波路に分岐する分
岐光導波路、前記分岐光導波路の各々の出力導波路の先
に接続された半導体レーザーと半導体受光素子が集積さ
れており、上記各素子のコア層が、素子間を接続する領
域においても光伝搬方向に連続して形成されていること
を特徴とする光半導体集積回路。
【請求項２】（１）半導体基板上の一部に干渉露光法も
しくはＥＢ露光法によりグレーティングを設ける工程
と、（２）前記半導体基板上に誘電体膜を堆積する工程
と、（３）前記誘電体膜を選択的に除去して、所定の幅
の空隙を隔て少なくとも２種類以上の異なるマスク幅か
らなるストライプ形状誘電体膜を含み、かつ、所定のマ
スク幅からなるストライプ形状誘電体膜で空隙部が分岐
形状である領域を含むマスクを製作する工程と、（４）
前記マスクの空隙部に気相成長法により少なくとも半導
体コア層を選択的に成長させ、信号波長帯に対して透明
なコア層と、所定の信号波長帯を発光し得る若しくは受
光し得るコア層とを少なくとも形成する工程と、（５）
前記マスクの空隙部を広げるか、前記マスクを除去し再
び誘電体膜を堆積しストライプ形状誘電体膜に加工する
か、あるいは、前記マスクを除去した後、前記半導体コ
ア層を包囲する埋め込み層を形成する工程と、を少なく
とも含むことを特徴とする光半導体集積回路の製造方
法。
【請求項３】半導体基板上に少なくとも、入射光導波路
と、前記入射光導波路に入射された光信号を波長ごとに
弁別する方向性結合器と、前記方向性結合器からの一波
長を受信する第１の半導体受光素子と、前記方向性結合
器からの光信号を２つに分岐する分岐光導波路と、前記
分岐光導波路に接続され前記第１の半導体受光素子とは
光信号波長帯の異なる半導体レーザー及び第２の半導体
受光素子が集積されており、上記各素子のコア層が、素
子間を接続する領域においても光伝搬方向に連続して形
成されていることを特徴とする光半導体集積回路。
【請求項４】（１）半導体基板上の一部に干渉露光法も
しくはＥＢ露光法によりグレーティングを設ける工程
と、（２）前記半導体基板上に誘電体膜を堆積する工程
と、（３）前記誘電体膜を選択的に除去して、所定の幅
の空隙を隔て少なくとも３種類以上の異なるマスク幅か
らなるストライプ形状誘電体膜を含み、かつ、所定のマ
スク幅からなる３本の近接したストライプ形状誘電体膜
で空隙部が２本の近接した方向性結合器形状である領域
を含むマスクを形成する工程と、（４）前記マスクの空
隙部に気相成長法により少なくとも半導体コア層を選択
的に成長させ、信号波長帯に対して透明なコア層と、信
号波長帯を発光し得る若しくは受光し得るコア層と、前
記所定の信号波長帯とは異なる信号波長帯を発光し得る
若しくは受光し得るコア層とを少なくとも形成する工程
と、（５）前記マスクの空隙部を広げるか、前記マスク
を除去し再び誘電体膜を堆積しストライプ形状誘電体膜
に加工するか、あるいは、前記マスクを除去した後、前
記半導体コア層を包囲する埋め込み層を形成する工程
と、を少なくとも含むことを特徴とする光半導体集積回
路の製造方法。
【請求項５】前記方向性結合器及び受動導波路が埋め込
み構造導波路にて構成されていることを特徴とする請求
項３記載の光半導体集積回路。
【請求項６】前記半導体レーザー用のモニター素子が集
積されていることを特徴とする請求項３又は５記載の光
半導体集積回路。
【請求項７】前記第１の半導体受光素子、前記第２の半
導体受光素子、前記モニター素子の少なくとも一つは光
信号の波長帯よりも長いコア層波長組成を有することを
特徴とする請求項３又は５又は６記載の光半導体集積回
路。
【請求項８】請求項４の前記第（２）の工程において、
マスク幅が少なくとも４種類以上から構成され、前記半
導体レーザーのコア層と、前記モニター素子及び前記半
導体レーザーと同一信号波長帯に用いられる前記半導体
受光素子のコア層の波長組成を異ならしむる製造方法で
あることを特徴とする請求項７記載の光半導体集積回路
の製造方法。
【請求項９】入出射端面にスポットサイズ変換素子が集
積されていることを特徴とする請求項１又は３又は５又
は６又は７記載の光半導体集積回路。
【請求項１０】入出射端面にウィンドウ領域が形成され
ていることを特徴とする請求項１又は３又は５又は６又
は７に記載の光半導体集積回路。