JPH0983062A - Semiconductor optical element and fabrication thereof - Google Patents

Semiconductor optical element and fabrication thereof

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JPH0983062A
JPH0983062A JP23374995A JP23374995A JPH0983062A JP H0983062 A JPH0983062 A JP H0983062A JP 23374995 A JP23374995 A JP 23374995A JP 23374995 A JP23374995 A JP 23374995A JP H0983062 A JPH0983062 A JP H0983062A
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JP
Japan
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region
optical device
semiconductor optical
semiconductor substrate
semiconductor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP23374995A
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Japanese (ja)
Inventor
Mitsushi Yamada
光志 山田
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor optical element having a window part transparent to a waveguide light at the end part thereof and can be fabricated easily. SOLUTION: A recessed region 13 of substantially same length as a semiconductor optical element is made in the surface of a semiconductor substrate 11 having an edge at a protruding region 15 continuous to the recessed region 13 on the extension in the longitudinal direction. A waveguide structure 27 including a lower clad layer 17, an active layer 19 and an upper clad layer 21 is formed over the recessed region 13 of substrate 11 and the protruding region 15 on which the edge is formed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、導波光に対し透
明な窓領域を素子端部に有する半導体光素子とその製造
方法とに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor optical device having a window region transparent to guided light at the device end and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の素子として例えば文献I
(エスヒ゜ーアイイー(SPIE) Vol.1219,pp.117-125)に開示のも
のがあった。この素子は、文献Iの例えばFig.1 に開示
のように、p−GaAs基板上に2本の平行なリッジを
有したブロッキング層を具え、さらにこのブロッキング
層上に下側クラッド層、ガイド層、活性層、コンファイ
ンメント(confinement) 層、バッファ層で構成された発
光領域と、上側クラッド層と、コンタクト層とを、この
順に具えたものであった。ただし発光領域は、その全長
が素子長より短くなっており、かつ、その両端部が上側
クラッド層により覆われている。この発光領域の両端部
を覆っている上側クラッド層部分が窓領域として機能す
る(文献IのFig.3 )。また、この半導体光素子は以下
の様に製造される。先ず、GaAs基板上に第1回目の
結晶成長によりブロッキング層が形成される。次に第2
回目の結晶成長により下側クラッド層、ガイド層、活性
層、コンファインメント(confinement) 層、バッファ層
が順次に形成される。そして、この第2回目の結晶成長
により形成された各層が上記発光領域の大きさになるよ
うエッチング加工される。次に、このエッチングの済ん
だ試料上に第3回目の結晶成長により上側クラッド層お
よびコンタク層が順次に形成される。その後、電極付け
等が行なわれて素子が得られる。
2. Description of the Related Art Conventionally, as an element of this kind, for example, a document I
(SPE Vol.1219, pp.117-125) has a disclosure. This device is provided with a blocking layer having two parallel ridges on a p-GaAs substrate as disclosed in, for example, FIG. 1 of Document I, and further, a lower clad layer and a guide layer are provided on this blocking layer. , An active layer, a confinement layer, a light emitting region composed of a buffer layer, an upper clad layer, and a contact layer in this order. However, the entire length of the light emitting region is shorter than the device length, and both ends thereof are covered with the upper clad layer. The upper clad layer portion covering both ends of this light emitting region functions as a window region (Fig. 3 of Reference I). Further, this semiconductor optical device is manufactured as follows. First, a blocking layer is formed on the GaAs substrate by the first crystal growth. Second
The lower clad layer, the guide layer, the active layer, the confinement layer, and the buffer layer are sequentially formed by the crystal growth for the second time. Then, each layer formed by the second crystal growth is etched so as to have the size of the light emitting region. Next, the upper clad layer and the contact layer are sequentially formed on the etched sample by the third crystal growth. After that, electrodes are attached to obtain an element.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記文
献の素子では下側クラッド層、ガイド層、活性層、コン
ファインメント(confinement) 層、バッファ層それぞれ
を素子全長より短くなるよう加工することで発光領域を
規定し、そしてこの発光領域の両端部を覆った上側クラ
ッド層部分で窓領域を構成する構造となっているので、
以下の様な問題点があった。
However, in the device of the above document, the light emitting region is formed by processing the lower clad layer, the guide layer, the active layer, the confinement layer, and the buffer layer so as to be shorter than the entire device length. And the upper cladding layer portion covering both ends of the light emitting region constitutes the window region,
There were the following problems.

【0004】(1)素子の製造に当たって結晶成長回数
が多い。
(1) The number of times of crystal growth is large in manufacturing the element.

【0005】(2)素子の製造プロセスが複雑である。(2) The device manufacturing process is complicated.

【0006】(3)第2回目の結晶成長により下側クラ
ッド層、ガイド層、活性層、コンファインメント(confi
nement) 層、バッファ層を形成した後、これらを発光領
域の形状となるようにエッチング加工する必要があるた
め、試料を成長室から取り出す必要がある。ここで、バ
ッファ層はこの場合GaAlAs層で構成されているた
め酸化のし易いGaAlAsが大気中に露出されること
になる。このため、第3回目の結晶成長において高品位
の結晶成長をすることが一般に難しい。
(3) By the second crystal growth, the lower clad layer, the guide layer, the active layer, the confinement (confi
After forming the nement) layer and the buffer layer, it is necessary to perform etching processing on these so as to have the shape of the light emitting region, and therefore it is necessary to take out the sample from the growth chamber. Here, since the buffer layer is composed of the GaAlAs layer in this case, the easily oxidized GaAlAs is exposed to the atmosphere. Therefore, it is generally difficult to perform high-quality crystal growth in the third crystal growth.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】そこで、この出願の第一
発明によれば、導波光に対し透明な窓領域を素子端部に
有する半導体光素子において、表面に半導体光素子の素
子長と実質的に同一な長さの凹領域が形成されかつ該長
さ方向の延長上において該凹領域に連なる凸領域に端面
が形成されている半導体基板と、該半導体基板の前記凹
領域上および前記端面が形成された凸領域部分上にわた
って形成され、活性層および上側クラッド層と必要に応
じ形成される下側クラッド層とを含む導波構造とを具え
たことを特徴とする。
Therefore, according to the first invention of this application, in a semiconductor optical device having a window region transparent to guided light at an end portion of the device, the surface length of the semiconductor optical device is substantially equal to that of the semiconductor optical device. Substrate in which a concave region of the same length is formed, and an end face is formed in a convex region continuous with the concave region on the extension in the length direction, and on the concave region and the end face of the semiconductor substrate And a waveguide structure including an active layer, an upper clad layer, and a lower clad layer, which is formed as necessary, over the convex region portion.

【0008】またこの出願の第二発明によれば、導波光
に対し透明な窓領域を素子端部に有する半導体光素子に
おいて、表面に半導体光素子の素子長と実質的に同一な
長さの凸領域が形成されかつ該長さ方向の延長上におい
て該凸領域に連なる凹領域に端面が形成されている半導
体基板と、該半導体基板の前記凸領域上および前記端面
が形成された凹領域部分上にわたって形成され、活性層
および上側クラッド層と必要に応じ形成される下側クラ
ッド層とを含む導波構造とを具えたことを特徴とする。
According to the second invention of this application, in a semiconductor optical device having a window region transparent to guided light at the end of the device, the surface of the semiconductor optical device has substantially the same length as that of the semiconductor optical device. A semiconductor substrate in which a convex region is formed and an end face is formed in a concave region continuous with the convex region on the extension in the length direction, and a concave region portion on the convex region and the end face of the semiconductor substrate It is characterized by comprising a waveguide structure which is formed over the top and which includes an active layer and an upper clad layer and a lower clad layer which is formed as necessary.

【0009】また、この出願の第三発明によれば、導波
光に対し透明な窓領域を素子端部に有する半導体光素子
を製造する方法において、半導体基板に、半導体光素子
の素子長と実質的に同一な長さの凹領域または半導体光
素子の素子長と実質的に同一な長さの凸領域を形成する
工程と、該凹領域または凸領域の形成が済んだ半導体基
板上に下側クラッド層、活性層および上側クラッド層を
含む半導体層を積層する工程と(ただし、下側クラッド
層は必要に応じ形成されるものとする)、該半導体層の
積層が済んだ試料を、前記凹領域または凸領域より所定
寸法外側において分断して端面を得る工程とを含むこと
を特徴とする。
Further, according to the third invention of this application, in a method of manufacturing a semiconductor optical device having a window region transparent to guided light at an end portion of the device, a semiconductor substrate has a device length substantially equal to that of the semiconductor optical device. A concave region having the same length or a convex region having a length substantially the same as the device length of the semiconductor optical device, and a lower side on the semiconductor substrate on which the concave region or the convex region is formed. A step of laminating a semiconductor layer including a clad layer, an active layer and an upper clad layer (provided that the lower clad layer is formed if necessary), And a step of dividing the region or the convex region outside by a predetermined dimension to obtain an end face.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの出願の
各発明の実施の形態について説明する。しかしながら、
説明に用いる各図はこの発明を理解出来る程度に各構成
成分の寸法、形状および配置関係を概略的に示してある
にすぎない。また、各図において同様な構成成分につい
ては同一の番号を付して示してある。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However,
Each drawing used in the description merely schematically shows the dimensions, shapes, and arrangement relationships of the respective constituents so that the present invention can be understood. In each figure, the same components are denoted by the same reference numerals.

【0011】1.第一発明およびその製法例(第三発
明)の実施の形態 先ず、第一発明および第三発明の実施の形態について図
1〜図4を参照して説明する。いずれの図も第三発明の
製造方法により第一発明の半導体光素子を製造する一形
態を説明するための工程図である。
1. Embodiments of First Invention and Manufacturing Example (Third Invention) Thereof First, embodiments of the first invention and the third invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4. Each drawing is a process chart for explaining one mode of manufacturing the semiconductor optical device of the first invention by the manufacturing method of the third invention.

【0012】まず、半導体基板としての例えばn−Ga
As基板11上に例えばSiO2 膜を蒸着し(図示せ
ず)、さらにこのSiO2 膜を、これが後述の凹領域形
成のためのマスクとなるようにフォトリソグラフィ技術
およびエッチング技術により加工する(図示せず)。そ
して、このn−GaAs基板11の上記マスクから露出
する部分を所定量エッチングして、このn−GaAs基
板11に半導体光素子の素子長と実質的に同一な長さの
凹領域13を形成する。図1(A)および(B)はこの
ように形成した凹領域13の説明図であり、特に(A)
は基板全体での様子を示した斜視図、(B)はその一部
((A)図のP部分)を拡大して示した斜視図である。
この図1(B)においては凹領域13における素子長と
実質的に同一な長さは、Lを付した長さであり、例えば
約500μmとしている。また、凹領域13における段
差de を例えば2μmとしている。なお、凹領域13は
L方向と直交する方向では凹部が連続した状態としてい
るが(図1(A)参照)、これに限られない。また、L
方向において並ぶそれぞれの凹領域13の間の凸領域1
5の長さMは、所望とする窓領域の長さの約2倍の長さ
としている。詳細は後述するが後にこの凸領域15の中
央においてウエハをへき開することで個々の光素子およ
び各素子における所望の窓領域が得られるからである。
この例の場合では、凸領域15の長さMは約40μmと
している。
First, for example, n-Ga as a semiconductor substrate is used.
For example, a SiO 2 film is vapor-deposited on the As substrate 11 (not shown), and this SiO 2 film is processed by a photolithography technique and an etching technique so that the SiO 2 film serves as a mask for forming a recessed region described later (FIG. (Not shown). Then, a portion of the n-GaAs substrate 11 exposed from the mask is etched by a predetermined amount to form a concave region 13 having a length substantially the same as the device length of the semiconductor optical device on the n-GaAs substrate 11. . FIGS. 1 (A) and 1 (B) are explanatory views of the recessed region 13 formed in this manner, particularly (A).
Is a perspective view showing a state of the whole substrate, and (B) is an enlarged perspective view of a part thereof (portion P in FIG. (A)).
In FIG. 1B, the length substantially equal to the element length in the concave region 13 is the length with L, and is about 500 μm, for example. The step d e in the concave region 13 is set to 2 μm, for example. Note that the concave region 13 has a continuous concave portion in the direction orthogonal to the L direction (see FIG. 1A), but the present invention is not limited to this. Also, L
The convex regions 1 between the respective concave regions 13 arranged in the direction
The length M of 5 is about twice the length of the desired window region. Although details will be described later, by cleaving the wafer at the center of the convex region 15 later, individual optical elements and desired window regions in each element can be obtained.
In the case of this example, the length M of the convex region 15 is about 40 μm.

【0013】次に、凹領域13形成時に用いたマスクを
除去する。その後、この基板上に例えばMOCVD装置
を用いてn−GaAlAs下側クラッド層17(例えば
厚さ4μm)、アンドープGaAlAs活性層19、p
−GaAlAs上側クラッド層21(例えば厚さ2μ
m)、p+ −GaAsコンタクト層23(例えば厚さ
0.2μm)を順次成長する(図2(A))。なお、こ
の例の場合、光素子を導波する光(導波光)のフォトン
エネルギーに対してGaAs基板のバンドギャップエネ
ルギーが小さい場合に相当する(基板が導波光を吸収す
る場合に相当する)ので、下側クラッド層17が必要で
あることから、下側クラッド層を形成している。この下
側クラッド層17および上側クラッド層21それぞれの
膜厚は、導波構造が成立するよう基本的な設計条件を満
足していれば任意好適な膜厚(通常は少なくとも1μm
程度)とできる。しかし、この第一発明では下側クラッ
ド層17の膜厚ds は、詳細は後述するが、凹領域13
における段差de や、当該光素子を導波する光の素子端
面でのビーム直径dw を考慮した所定の厚さ(後述の
(1)式を満足する厚さ)とするのが良い。
Next, the mask used for forming the concave region 13 is removed. Then, on this substrate, for example, using an MOCVD apparatus, the n-GaAlAs lower cladding layer 17 (for example, a thickness of 4 μm), the undoped GaAlAs active layer 19, p.
-GaAlAs upper cladding layer 21 (e.g.
m), and the p + -GaAs contact layer 23 (for example, 0.2 μm thick) is sequentially grown (FIG. 2A). In the case of this example, this corresponds to the case where the band gap energy of the GaAs substrate is smaller than the photon energy of the light (guided light) guided through the optical element (corresponding to the case where the substrate absorbs the guided light). Since the lower clad layer 17 is required, the lower clad layer is formed. The film thickness of each of the lower clad layer 17 and the upper clad layer 21 is any suitable film thickness (usually at least 1 μm if the basic design conditions are satisfied so that the waveguide structure is established).
Degree). However, in the first invention, the film thickness d s of the lower clad layer 17 will be described later in detail, but the concave region 13
It is preferable to have a predetermined thickness (thickness satisfying the expression (1) described later) in consideration of the step d e in the above step and the beam diameter d w at the element end surface of the light guided through the optical element.

【0014】次に、フォトリソグラフィ技術を用いて、
ストライプ方向が上記長さLの方向で幅が約2μmの例
えばSiO2 からなるストライプ状のマスク25を、p
+ −GaAsコンタクト層23上に形成する(図2
(B))。
Next, using photolithography technology,
A stripe-shaped mask 25 made of, for example, SiO 2 having a stripe direction of the length L and a width of about 2 μm is formed by p
It is formed on the + -GaAs contact layer 23 (FIG. 2).
(B)).

【0015】次に、ストライプ状のマスク25から露出
している部分を、ドライエッチング法あるいはウエット
エッチング法により、アンドープGaAlAs活性層1
9表面に至るまでエッチングし、導波構造としての導波
路ストライプ27(幅約3μm)を形成する(図3
(A))。
Next, the unexposed GaAlAs active layer 1 is exposed from the stripe-shaped mask 25 by a dry etching method or a wet etching method.
9 is etched to form a waveguide stripe 27 (width of about 3 μm) as a waveguide structure (FIG. 3).
(A)).

【0016】次に、図3(B)に示したように、導波路
ストライプ27の両脇を例えばポリイミドなどの絶縁体
29で覆う(ただし、図3(B)では絶縁体の一部のみ
示している。)。次に、上側オーミックコンタクト電極
31および上側ボンディング電極33をそれぞれ公知の
方法により形成する。
Next, as shown in FIG. 3B, both sides of the waveguide stripe 27 are covered with an insulator 29 such as polyimide (however, only a part of the insulator is shown in FIG. 3B). ing.). Next, the upper ohmic contact electrode 31 and the upper bonding electrode 33 are formed by known methods.

【0017】次に、へき開可能な厚さまで基板11の裏
面を研磨し、次いで、この研磨面に下側オーミックコン
タクト電極35および下側ボンディング電極37をそれ
ぞれ公知の方法により形成する。
Next, the back surface of the substrate 11 is polished to a thickness such that it can be cleaved, and then the lower ohmic contact electrode 35 and the lower bonding electrode 37 are formed on the polished surface by known methods.

【0018】次に、この試料を前記凹領域13に対し所
定寸法だけ前記素子長Lの方向における外側で分断して
端面を得ることを行なう。ここでは、隣接する凹領域1
3の間の凸領域15の長さ方向の中央にて(図3(B)
中にI−I線をそれぞれ付した部分にて)へき開して端
面を得ると共に、チップ化を行なう。
Next, this sample is divided into the concave region 13 by a predetermined dimension outside in the direction of the element length L to obtain an end face. Here, the adjacent concave region 1
3 in the center of the lengthwise direction of the convex region 15 (see FIG. 3B).
Cleavage is performed at each of the portions marked with I-I lines therein to obtain an end face, and chips are formed.

【0019】以上の工程により、第一発明の一形態であ
る半導体光素子40が完成する(図4(A))。すなわ
ち、表面に半導体光素子の素子長と実質的に同一な長さ
Lの凹領域13が形成され、かつ、該長さ方向の延長上
において該凹領域13に連なる凸領域15(ここでは凹
領域13の両側の各凸領域)に端面が形成されている半
導体基板11と、該半導体基板11の前記凹領域11上
および前記端面が形成された凸領域部分上にわたって形
成され、下側クラッド層、活性層および上側クラッド層
とを含む導波構造27とを具えた半導体光素子40が得
られる。この半導体光素子40においては、凸領域15
上に窓領域41が構成される。
Through the above steps, the semiconductor optical device 40 according to the first aspect of the invention is completed (FIG. 4A). That is, a concave region 13 having a length L substantially equal to the device length of the semiconductor optical device is formed on the surface, and a convex region 15 (here, the concave region 13 is continuous with the concave region 13 on the extension in the length direction). The lower clad layer is formed over the semiconductor substrate 11 having an end face formed on each of the convex regions on both sides of the region 13 and over the concave region 11 of the semiconductor substrate 11 and the convex region portion where the end face is formed. A semiconductor optical device 40 having a waveguide structure 27 including an active layer and an upper clad layer is obtained. In this semiconductor optical device 40, the convex region 15
A window region 41 is constructed on top.

【0020】次に、凸領域41上に窓領域41が構成さ
れることの理解を深めるため、上記半導体光素子40の
動作を説明する。この説明を図4(B)および(C)を
参照して行なう。ここで、図4(B)は図4(A)にお
けるII−II線に沿った断面図、図4(C)は図4(A)
におけるIII −III 線に沿った断面図である。
Next, in order to deepen the understanding that the window region 41 is formed on the convex region 41, the operation of the semiconductor optical device 40 will be described. This description will be given with reference to FIGS. 4 (B) and 4 (C). Here, FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 4A, and FIG. 4C is FIG.
3 is a sectional view taken along line III-III in FIG.

【0021】図4(B)、図4(C)いずれにおいても
図中の点線Q1またはQ2は、導波光のおおよそのフィ
ールド分布を示している。この光素子40では、上側、
下側の各オミックコンタクト電極31、35間に電流を
流した場合、活性層19内での誘導放出作用によりAS
E(アンプリファイド・スポンティニアス・エミッショ
ン)光が生じる。そして、この光素子40の凹領域13
上部分では、水平及び垂直方向ともに屈折率閉じ込め構
造になっているので導波モードは図4(C)中の点線Q
2で囲まれた領域に閉じ込められる。これに対して、こ
の光素子40の凸領域15上部分では水平及び垂直方向
ともに屈折率閉じ込め構造になっていないので、導波光
は伝搬するに従って、広がっていく。この光は端面に反
射して戻ってくるが、更に広がるので、活性層17にフ
ィードバックされる成分は非常に小さい。従ってこの光
素子40においては凸領域15上に窓領域41が構成さ
れることが分かる。
In both FIG. 4B and FIG. 4C, the dotted line Q1 or Q2 in the figure indicates the approximate field distribution of the guided light. In this optical element 40, the upper side,
When a current is passed between the lower ohmic contact electrodes 31 and 35, AS is generated by the stimulated emission action in the active layer 19.
E (Amplified Spontaneous Emission) light is generated. Then, the concave region 13 of the optical element 40
In the upper part, since the refractive index confinement structure is in both the horizontal and vertical directions, the guided mode is the dotted line Q in FIG.
It is confined in the area surrounded by 2. On the other hand, since the refractive index confinement structure is not formed in the horizontal and vertical directions in the upper portion of the convex region 15 of the optical element 40, the guided light spreads as it propagates. This light is reflected back to the end face and returns, but further spreads, so that the component fed back to the active layer 17 is very small. Therefore, in this optical element 40, it can be seen that the window region 41 is formed on the convex region 15.

【0022】なお、凹領域13における段差をde
し、下側クラッド層17の膜厚をdsとし、凸領域15
において広がりながら伝搬する光の、素子端面でのビー
ムの直径をdw とすると、それらを以下の関係にするの
が望ましい。
The step in the concave region 13 is d e , the film thickness of the lower cladding layer 17 is d s , and the convex region 15 is
Let d w be the diameter of the beam at the element end face of the light propagating while spreading in (2).

【0023】ds =2×de≧dw ・・・(1) こうすると、窓領域41において導波光が基板11に達
することが実質的に起きないので(図4(B)のQ1の
下方境界と基板11との関係参照)、導波光が基板11
で吸収されることを防止できるからである。したがっ
て、上記の光素子40の例でいえば、一般に凸領域15
の長さMは数十μm(この例では約20μm)に設定さ
れ、そのときの光の広がりは数μmから10μm程度で
あるから、上記dw を例えばdw =4μmとすれば
(1)式より、ds =4μm以上、de=2μm以上と
するのが好適ということになる。
D s = 2 × de ≧ dw (1) In this way, the guided light does not substantially reach the substrate 11 in the window region 41 (the lower boundary of Q1 in FIG. 4B). And the substrate 11), the guided light is transmitted to the substrate 11
This is because it can be prevented from being absorbed by. Therefore, in the example of the optical element 40 described above, in general, the convex region 15
Is set to several tens of μm (about 20 μm in this example), and the spread of light at that time is about several μm to 10 μm. Therefore, if d w is set to, for example, d w = 4 μm (1) From the equation, it is preferable that d s = 4 μm or more and de = 2 μm or more.

【0024】もちろん、基板11による導波光の吸収が
多少あっても良い場合は、基本的な導波構造が成立する
範囲において上記ds はもう少し薄くとも良い。
Of course, when the substrate 11 may absorb the guided light to some extent, the above d s may be a little thinner within the range in which the basic waveguide structure is established.

【0025】また、もし、導波光のフォトンエネルギー
に対して半導体基板のバンドギャップエネルギーが大き
い場合(基板が導波光を吸収しない場合)は、原理的に
は下側クラッド層がなくても良いといえる。例えば、I
nP基板を用いて半導体光素子を構成する場合等がこの
例に当たる。その場合は、以下の(2)式を満足するよ
うに凹領域13の段差de を決めるのが良い。こうする
と、凹領域13の端部から出た導波光のビームの上半分
が凸領域15における活性層部分に至ることがないから
である。この場合、半導体基板としてGaAsを用いる
場合に比べ、凹領域の段差de は半分で良くなることが
分かる。
If the bandgap energy of the semiconductor substrate is larger than the photon energy of the guided light (if the substrate does not absorb the guided light), the lower clad layer is not necessary in principle. I can say. For example, I
This example corresponds to a case where a semiconductor optical device is constructed using an nP substrate. In that case, it is preferable to determine the step d e of the concave region 13 so as to satisfy the following expression (2). This is because the upper half of the guided light beam emitted from the end of the concave region 13 does not reach the active layer portion in the convex region 15. In this case, it can be seen that the step d e of the concave region is half that in comparison with the case where GaAs is used as the semiconductor substrate.

【0026】de ≧dw /2 ・・・(2) もちろんこの場合も、凹領域13の端部から出た導波光
のビームの上半分が凸領域15における活性層部分に多
少至っても良いとしたなら、段差de は、段差を利用し
て窓領域を構成するという本発明の目的が得られる範囲
でもう少し浅くとも良い。
D e ≧ d w / 2 (2) Of course, also in this case, the upper half of the beam of the guided light emitted from the end of the concave region 13 may reach the active layer portion in the convex region 15 to some extent. If so, the step d e may be a little shallower within the range in which the object of the present invention that the window area is formed by using the step is obtained.

【0027】以上の説明から明らかなように、この第一
発明およびその製法(第三発明)によれば、基板に予め
凹凸構造を設けたことにより、以下の効果が得られる。
(1).窓構造を形成するためだけの特別な結晶成長工
程が不要である。したがって、結晶成長工程は導波構造
を得るための1回の結晶成長工程で済む。(2).Ga
AlAs上への再成長工程が含まれないので、プロセス
中の表面酸化の問題から開放されることになり、プロセ
スの簡略化、歩留りの向上、信頼性の向上などが図れ
る。
As is clear from the above description, according to the first invention and the manufacturing method thereof (third invention), the following effects can be obtained by providing the substrate with the uneven structure in advance.
(1). No special crystal growth step is needed to form the window structure. Therefore, the crystal growth process only needs to be performed once to obtain the waveguide structure. (2). Ga
Since the re-growth step on AlAs is not included, the problem of surface oxidation during the process is eliminated, and the process can be simplified, the yield can be improved, and the reliability can be improved.

【0028】2.第二発明およびその製法例(第三発
明)の実施の形態 次に、第二発明および第三発明の実施の形態について説
明する。この第二発明の第一発明との相違点は、第一発
明が凹凸における凸領域上に窓領域を構成していたのに
対し第二発明が凹凸における凹領域に窓領域を形成する
点である。以下、相違点について主に説明する。この説
明を図5を参照して行なう。ここでこの図5は図1と同
様な表記方法で示した斜視図である。
2. Embodiments of Second Invention and Manufacturing Method Example (Third Invention) Next, embodiments of the second invention and the third invention will be described. The difference from the first invention of the second invention is that the first invention forms the window area on the convex area in the unevenness, whereas the second invention forms the window area in the concave area of the unevenness. is there. The differences will be mainly described below. This description will be given with reference to FIG. Here, FIG. 5 is a perspective view shown in the same notation as in FIG.

【0029】この場合は、n−GaAs基板11に半導
体光素子の素子長と実質的に同一な長さLの凸領域51
を形成する。この長さLを例えば約500μmとする。
またこの凸領域51の段差Le は例えば2μmとする。
また、L方向に連続する多数の凸領域51の間の凹領域
53の長さNは、所望とする窓領域の長さの約2倍の長
さとする。上記凸領域51は、公知のリソグラフィ技術
及びエッチング技術により、半導体基板11に長さNの
凹領域53をピッチLで形成することにより得られる。
その後は、第一発明の半導体光素子40を製造した手順
と同様な手順で下側クラッド層(ただし、これは必要に
応じである。)、活性層および上側クラッド層等の各半
導体層の成長、導波路ストライプの形成、電極の形成、
へき開き(ただし、へき開位置は凹領域53の中央部分
となる)を行なえば良い。このようにして第二発明の一
形態の半導体光素子60が得られる(図6(A)参
照)。すなわち、表面に半導体光素子の素子長と実質的
に同一な長さLの凸領域51が形成され、かつ、該長さ
方向の延長上において該凸領域51に連なる凹領域53
(ここでは凸領域51の両側の各凹領域)に端面が形成
されている半導体基板11と、該半導体基板11の前記
凸領域51上および前記端面が形成された凸領域部分上
にわたって形成され、下側クラッド層、活性層および上
側クラッド層を含む導波構造27を具えた半導体光素子
60が得られる。この半導体光素子60においては、凹
領域53上に窓領域61が構成される。
In this case, the n-GaAs substrate 11 has a convex region 51 having a length L substantially equal to the device length of the semiconductor optical device.
To form This length L is, for example, about 500 μm.
The level difference L e of the convex region 51 is set to 2μm, for example.
Further, the length N of the concave region 53 between the large number of convex regions 51 continuous in the L direction is set to be about twice the length of the desired window region. The convex regions 51 are obtained by forming the concave regions 53 having a length N at the pitch L on the semiconductor substrate 11 by a known lithography technique and etching technique.
After that, growth of each semiconductor layer such as the lower clad layer (however, this is necessary), the active layer and the upper clad layer is performed in the same procedure as the procedure for manufacturing the semiconductor optical device 40 of the first invention. , Forming waveguide stripes, forming electrodes,
Cleavage (however, the cleaving position is the central portion of the concave region 53) may be performed. Thus, the semiconductor optical device 60 according to the second aspect of the invention is obtained (see FIG. 6A). That is, the convex region 51 having a length L substantially equal to the device length of the semiconductor optical device is formed on the surface, and the concave region 53 continuous with the convex region 51 on the extension in the length direction.
The semiconductor substrate 11 has an end face formed in each of the concave regions on both sides of the convex region 51, and is formed over the convex region 51 of the semiconductor substrate 11 and the convex region portion where the end face is formed, A semiconductor optical device 60 having a waveguide structure 27 including a lower clad layer, an active layer and an upper clad layer is obtained. In this semiconductor optical device 60, the window region 61 is formed on the concave region 53.

【0030】次に、凹領域53上に窓領域61が構成さ
れることの理解を深めるため、上記半導体光素子60の
動作を説明する。この説明を図6(B)および(C)を
参照して行なう。ここで、図6(B)は図6(A)にお
けるIV−IV線に沿った断面図、図6(C)は図6(A)
におけるV−V線に沿った断面図である。
Next, in order to deepen the understanding that the window region 61 is formed on the concave region 53, the operation of the semiconductor optical device 60 will be described. This description will be given with reference to FIGS. 6 (B) and 6 (C). Here, FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 6A, and FIG. 6C is FIG. 6A.
5 is a sectional view taken along line VV in FIG.

【0031】図6(B)、図6(C)いずれにおいても
図中の点線Q1またはQ2は、導波光のおおよそのフィ
ールド分布を示している。この光素子60では、凸部5
1上の部分すなわちV−V線の断面部分などでは点線Q
2に囲まれている領域に導波モードは閉じ込められる
(図6(C)参照)。
In both FIGS. 6B and 6C, the dotted line Q1 or Q2 in the figure indicates the approximate field distribution of the guided light. In this optical element 60, the convex portion 5
In the part above 1, that is, the cross-sectional part of the line V-V, the dotted line Q
The guided mode is confined in the region surrounded by 2 (see FIG. 6C).

【0032】これに対し、この光素子60の凹領域53
部分すなわちIV−IV線の断面部分などでは、水平方向に
は閉じ込めがあるが、垂直方向には閉じ込めが無いの
で、第一発明の実施の形態において説明したと同様な現
象が起きるので窓構造としての作用が得られる。したが
って、この第二発明およびその製法においても、上述の
第一発明の実施の形態と同様な効果が得られる。
On the other hand, the concave region 53 of the optical element 60 is
In the part, that is, in the cross section of the IV-IV line, there is confinement in the horizontal direction, but there is no confinement in the vertical direction. Is obtained. Therefore, also in the second invention and the manufacturing method thereof, the same effect as that of the above-described embodiment of the first invention can be obtained.

【0033】なお、この第二発明の場合も、下側クラッ
ド層(必要に応じ形成する場合)および上側クラッド層
のそれぞれの膜厚は、導波構造が成立するよう基本的な
設計条件を満足していれば任意好適な膜厚(通常は少な
くとも1μm程度)とできる。しかし、この第二発明で
は上側クラッド層21の膜厚ds は、上側クラッド層の
厚さをdu 、凸領域51における段差をde 、素子端面
でのビームの直径をd w とした場合、以下の(3)式を
満たすのが良い。こうするとビームは上側クラッド層2
1内を導波するので窓領域途中でビームが空気に出るこ
とを防止できるからである(図6(B)参照)。
In the case of the second invention as well, the lower clutch
Layer (if necessary) and upper cladding layer
The film thickness of each of the
Any suitable film thickness (usually small
At least about 1 μm). However, in this second invention
Is the film thickness d of the upper clad layer 21.s Of the upper clad layer
Thickness du , D in the convex region 51e , Element end face
The diameter of the beam at d w Then, the following equation (3) is
Good to meet. The beam will then be in the upper cladding layer 2
Since the light is guided in 1, the beam will come out to the air in the middle of the window area.
This is because it can be prevented (see FIG. 6B).

【0034】du −de ≧dw /2 ・・・(3) 3.他の実施の形態 上述の各実施の形態における凹領域や凸領域の長さ、用
いた基板、基板の導電型は上記例に限られない。また、
素子内にグレーティング構造を内蔵させたりして、DF
BレーザあるいはDBRレーザ構造にしたり、あるい
は、DFBレーザと変調器を内蔵させ、端面での反射を
抑制するのにもこの出願の各発明は有効である。図7に
は第一発明の形態であってDBR領域71をさらに直列
に具えた構成例を示す。この図7の例からも理解される
ように、この出願の各発明においては凹領域に連なる凸
領域(凸領域に連なる凹領域)とは凹領域(凸領域)の
片側のみにに連なる場合も含むものとする。
D u −d e ≧ d w / 2 (3) 3. Other Embodiments The lengths of the concave region and the convex region, the substrate used, and the conductivity type of the substrate in each of the above-described embodiments are not limited to the above examples. Also,
By incorporating a grating structure in the element, DF
Each invention of this application is also effective for suppressing reflection at the end face by forming a B laser or DBR laser structure or by incorporating a DFB laser and a modulator. FIG. 7 shows a configuration example in which the DBR region 71 is further provided in series, which is a form of the first invention. As can be understood from the example of FIG. 7, in each invention of this application, the convex area continuous with the concave area (concave area continuous with the convex area) may be continuous with only one side of the concave area (convex area). Shall be included.

【0035】また、素子両端面にARコーティングを施
して、半導体光変調器や、半導体光増幅器として用いる
場合にもこの出願の各発明は適用される。
The inventions of this application are also applicable to the case where the both end surfaces of the element are AR-coated and are used as a semiconductor optical modulator or a semiconductor optical amplifier.

【0036】[0036]

【発明の効果】上述した説明から明らかなように、この
出願の各発明によれば半導体基板に設けた所定の凹領域
よび凸領域における段差を利用して窓領域を構成してい
るので :窓構造を形成するためだけの特別な結晶成長工程を
不要にできる。したがって、結晶成長工程は導波構造を
得るための1回の結晶成長工程で済む。:GaAlA
s上への再成長工程が含まれないので、プロセス中の表
面酸化の問題から開放されることになり、プロセスの簡
略化、歩留りの向上、信頼性の向上などが図れる。
As is apparent from the above description, according to the inventions of this application, the window region is formed by utilizing the steps in the predetermined concave region and convex region provided on the semiconductor substrate. It is possible to eliminate a special crystal growth process only for forming a structure. Therefore, the crystal growth process only needs to be performed once to obtain the waveguide structure. : GaAlA
Since the regrowth step on s is not included, the problem of surface oxidation during the process is eliminated, and the process can be simplified, the yield can be improved, and the reliability can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】第一および第三発明の実施の形態の説明図であ
る。
FIG. 1 is an explanatory diagram of an embodiment of first and third inventions.

【図2】第一および第三発明の実施の形態の図1に続く
説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of the first and third embodiments of the present invention, following FIG.

【図3】第一および第三発明の実施の形態の図2に続く
説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of the first and third embodiments of the invention, following FIG.

【図4】第一および第三発明の実施の形態の図3に続く
説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of the embodiment of the first and third inventions following FIG.

【図5】第二および第三発明の実施の形態の説明図であ
る。
FIG. 5 is an explanatory diagram of an embodiment of second and third inventions.

【図6】第二および第三発明の実施の形態の図5に続く
説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram of the second and third embodiments of the invention, following FIG. 5;

【図7】他の実施の形態の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of another embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11:半導体基板 13:素子長と実質的に同一な長さの凹領域 15:凸領域 17:下側クラッド層 19:活性層 21:上側クラッド層 23:コンタクト層 27:導波構造 40:第一発明の実施の形態の半導体光素子 41:窓領域 51:素子長と実質的に同一な長さの凸領域 53:凹領域 60:第二発明の実施の一形態の半導体光素子 61:窓領域 11: Semiconductor substrate 13: Concave region of substantially the same length as the device length 15: Convex region 17: Lower clad layer 19: Active layer 21: Upper clad layer 23: Contact layer 27: Waveguide structure 40: No. Semiconductor optical device 41 of one embodiment of the invention 41: Window region 51: Convex region 53 of substantially the same length as the device length 53: Concave region 60: Semiconductor optical device of one embodiment of the second invention 61: Window region

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 導波光に対し透明な窓領域を素子端部に
有する半導体光素子において、 表面に半導体光素子の素子長と実質的に同一な長さの凹
領域が形成され、かつ、該長さ方向の延長上において該
凹領域に連なる凸領域に端面が形成されている半導体基
板と、 該半導体基板の前記凹領域上および前記端面が形成され
た凸領域部分上にわたって形成され、活性層および上側
クラッド層と必要に応じ形成される下側クラッド層とを
含む導波構造とを具えたことを特徴とする半導体光素
子。
1. A semiconductor optical device having a window region transparent to guided light at an end of the device, wherein a concave region having a length substantially the same as the device length of the semiconductor optical device is formed on the surface, and A semiconductor substrate having an end face formed in a convex region continuous with the concave region in the extension of the length direction, and an active layer formed over the concave region of the semiconductor substrate and the convex region portion where the end face is formed. And a waveguide structure including an upper clad layer and a lower clad layer formed as needed, and a semiconductor optical device.
【請求項2】 請求項1に記載の半導体光素子におい
て、 前記下側クラッド層の厚さをds 、前記凹領域および凸
領域間の段差をde 、導波光の素子端面におけるビーム
直径をdw とそれぞれしたとき、 以下の(1)式または(2)式を満たすように前記ds
またはde を設定してあることを特徴とする半導体光素
子(ただし、(1)式は導波光のフォトンエネルギーに
対して半導体基板のバンドギャップエネルギーが小さい
場合に適用し、(2)式は導波光のフォトンエネルギー
に対して半導体基板のバンドギャップエネルギーが大き
い場合に適用する。)。 ds =2×de ≧dw ・・・(1) de ≧dw /2 ・・・(2)
2. A semiconductor optical device according to claim 1, the thickness of the lower cladding layer d s, the step of d e between the concave region and a convex region, the beam diameter at the device end face of the guided light When d w , respectively, the above d s is satisfied so as to satisfy the following expression (1) or expression (2).
Alternatively, a semiconductor optical device characterized by setting d e (where, the equation (1) is applied when the band gap energy of the semiconductor substrate is smaller than the photon energy of the guided light, and the equation (2) is Applicable when the bandgap energy of the semiconductor substrate is large relative to the photon energy of the guided light. d s = 2 × d e ≧ d w (1) d e ≧ d w / 2 (2)
【請求項3】 導波光に対し透明な窓領域を素子端部に
有する半導体光素子において、 表面に半導体光素子の素子長と実質的に同一な長さの凸
領域が形成され、かつ、該長さ方向の延長上において該
凸領域に連なる凹領域に端面が形成されている半導体基
板と、 該半導体基板の前記凸領域上および前記端面が形成され
た凹領域部分上にわたって形成され、活性層および上側
クラッド層と必要に応じ形成される下側クラッド層とを
含む導波構造とを具えたことを特徴とする半導体光素
子。
3. A semiconductor optical device having a window region transparent to guided light at an end of the device, wherein a convex region having a length substantially the same as the device length of the semiconductor optical device is formed on the surface, and A semiconductor substrate having an end face formed in a concave region continuous with the convex region in the extension of the length direction, and an active layer formed over the convex region and the concave region portion where the end face is formed of the semiconductor substrate. And a waveguide structure including an upper clad layer and a lower clad layer formed as needed, and a semiconductor optical device.
【請求項4】 請求項3に記載の半導体光素子におい
て、 前記上側クラッド層の厚さをdu 、前記凹領域および凸
領域間の段差をde 、導波光の発光端面におけるビーム
直径をdw とそれぞれしたとき、 以下の(3)式を満たすように前記du を設定してある
ことを特徴とする半導体光素子。 du −de ≧dw /2 ・・・(3)
The semiconductor optical device according to claim 3, the thickness d u of the upper cladding layer, the step of d e between the concave region and a convex region, the beam diameter at the light emitting end face of the guided light d The semiconductor optical device is characterized in that the d u is set so as to satisfy the following expression (3) when each is expressed as w . d u −d e ≧ d w / 2 (3)
【請求項5】 導波光に対し透明な窓領域を素子端部に
有する半導体光素子を製造する方法において、 半導体基板に、半導体光素子の素子長と実質的に同一な
長さの凹領域または半導体光素子の素子長と実質的に同
一な長さの凸領域を形成する工程と、 該凹領域または凸領域の形成が済んだ半導体基板上に下
側クラッド層、活性層および上側クラッド層とを含む半
導体層を積層する工程と(ただし、下側クラッド層は必
要に応じ形成されるものとする)、 該半導体層の積層が済んだ試料を、前記凹領域または凸
領域に対し所定寸法だけ前記素子長の方向における外側
で分断して端面を得る工程とを含むことを特徴とする半
導体光素子の製造方法。
5. A method of manufacturing a semiconductor optical device having a window region transparent to guided light at an end portion of the device, wherein a concave region having a length substantially the same as the device length of the semiconductor optical device is formed on a semiconductor substrate. A step of forming a convex region having substantially the same length as the device length of the semiconductor optical device, and a lower clad layer, an active layer and an upper clad layer on the semiconductor substrate on which the concave region or the convex region has been formed. A step of stacking a semiconductor layer including (wherein the lower clad layer is formed as necessary), and a sample on which the semiconductor layer has been stacked is subjected to a predetermined dimension with respect to the concave region or the convex region. And a step of obtaining an end face by dividing at the outside in the device length direction.
【請求項6】 請求項5に記載の半導体光素子の製造方
法において、 (I).前記半導体基板に前記凹領域を形成する場合
は、 前記下側クラッド層の厚さをds 、前記凹領域により生
じる段差をde 、導波光の素子端面におけるビーム直径
をdw とそれぞれしたとき、以下の(1)式または
(2)式を満たすように前記ds またはde を設定し
(ただし、(1)式は導波光のフォトンエネルギーに対
して半導体基板のバンドギャップエネルギーが小さい場
合に適用し、(2)式は導波光のフォトンエネルギーに
対して半導体基板のバンドギャップエネルギーが大きい
場合に適用する。)、 (II).前記半導体基板に前記凸領域を形成する場合
は、 前記上側クラッド層の厚さをdu 、前記凸領域により生
じる段差をde 、導波光の発光端面におけるビーム直径
をdw とそれぞれしたとき、以下の(3)式を満たすよ
うに前記du を設定することを特徴とする半導体光素子
の製造方法。 ds =2×de ≧dw ・・・(1) de ≧dw /2 ・・・(2) du −de ≧dw /2 ・・・(3)
6. The method for manufacturing a semiconductor optical device according to claim 5, wherein (I). When forming the concave region on the semiconductor substrate, the thickness of the lower cladding layer d s, when the step of d e caused by the concave region, the beam diameter at the device end face of the guided light is respectively d w , D s or d e is set so as to satisfy the following formula (1) or (2) (provided that formula (1) is used when the band gap energy of the semiconductor substrate is smaller than the photon energy of the guided light. (2) is applied when the band gap energy of the semiconductor substrate is larger than the photon energy of the guided light.), (II). The case of forming the convex region in the semiconductor substrate, the thickness of the upper cladding layer d u, when step a d e resulting from the convex area, the beam diameter at the light emitting end face of the guided light is respectively d w, A method for manufacturing a semiconductor optical device, characterized in that the du is set so as to satisfy the following expression (3). d s = 2 × d e ≧ d w (1) d e ≧ d w / 2 (2) d u −d e ≧ d w / 2 (3)
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