JPS61234585A - 光集積回路およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は半導体”レーザと光導波路を一体化した光集積
回路の構造および製造方法に関するものである。

従来の技術 半導体レーザと光導波路を一体化した光集積回路の構造
としては、従来よシ種々のものが提案されている。この
場合、半導体レーザおよび光導波路は横モードが学−と
なることが望ましい０このような横モード単一の半導体
レーザと光導波路を一体化した光集積回路としては、例
えば、第４図のような構造のものがある。この場合、ｎ
型ＩｎＰ基板１上にＩｎＧａＡｇＰ活性層２．Ｐ型Ｉｎ
Ｐ閉込め層３．Ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層４よ構成
る半導体レーザと、ＩｎＧａＡ＊Ｐ光導波層ｓ　、Ｉｎ
Ｐ閉込め層６よ構成る光導波路が設けられているが、両
者はともにＰｉＩｎＰ層７およびｎ型ＩｎＰ層８によっ
て埋込まれている。なお、ＩｎＰ閉込め層６およびｎ型
ＩｎＰ層８にはＤＢＲ構造とするためのグレーティング
９が形成されておシ、Ｐ側電極１０以外の結晶成長層表
面は絶縁膜１１で被われている。

上記従来例においては、光導波路は本質的に半導体レー
ザの活性層ストライプ幅□プ線上にしか、存在し得す、
光導波路としての用途は非常に限定されたものになって
いる。この点を解決した他の′従来例として、特願昭５
９−４３３０２号に示されている第５図の構造のものが
ある０ 同図においては、ｎ型ＩｎＰ　基板１４上全面にわたっ
てｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波層１５（バンド・ギャップ
Ｅｇ＝１．１８ｅＶ）力形成されておシ光導波層１５上
に部分的に形成されたｎ型ＩｎＰ分離層１６ａ。

ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ益膿１７（Ｅｇ＝０．９５ｅＶ）、
Ｐ型ＩｎＰ閉込め層１８によって半導体レーザ１９が構
成されている。一方、分離層１６ａと同一のｎ型ＩｎＰ
よシなるストライプ状装荷層１６ｂが光導波層１６上に
形成されておシ、装荷層１６ｂとその直下の光導波層１
６によって光導波路２ｏが構成されている。活性層１７
はＰ型ＩｎＰ層２１およびｎ型ＩｎＰ層２２よシなる埋
込み層２３によって埋込まれているが、光導波層１６は
基板１４の全面光導波路であり、先導波層１５そのもの
は横方向に広がっているが、その上部にストライプ状装
荷層１６ｂが存在するので導波光が横方向にも閉込めら
れる３次元光導波路となっている。本実施例の場合、半
導体レーザ１９の活性層１７の延長線上以外の領域であ
ってもストライプ状装荷層１６ｂを形成すれば光導波路
とすることができる。

発明が解決しようとする問題点 第４図に示した従来例においては、前述の通シ光導波路
が本質的に半導体レーザの活性層ストライプの延長線上
にしか存在し得す、光導波路の用途が限定されている。

他方、第５図に示した例においては、上記の問題点は解
決されているが、以下に述べる２つの新たな問題点が含
まれている。第１の問題点は、活性層の光軸方向と光導
波路の光軸方向が一致しておらず、両者の光学的結合効
率を、高くするのが困難なことである。すなわち、第５
図において活性層端面２４から外部に放射される光は、
すべて損失となシ、半導体レーザ１９と光導波路２０の
結合効率が低下する。第２の問題点は、製造方法に関連
しているが、第５図の構造を製造する場合、半導体レー
ザの閉込め層と活性層よ構成るストライプを形成する際
に選択エツチング液を用いると、ストライプ、メサの側
面が垂直になってしまうという点である。この場合、活
性層のストライプ幅と閉込め層上部のストライプ幅が同
一になるので、半導体レーザが単−横モード発振するよ
うに活性１のストライプ幅を設定すると閉込め層上部の
ストライプ幅が狭くなシ、Ｐ側電極のコンタクト抵抗が
増加する。Ｐ側電極のコンタクト抵抗の増加は半導体レ
ーザの温度特性を劣化させ、高出力化を困難にする。ま
た、ストライプ・メサを形成する際に選択性のないエツ
チング液を用いれば、いわゆる逆メサ形状とすることが
できるが、この方法ではエツチングを分離層表面が露出
した時点で停止させることが非常に困難である。

本発明は上記従来の問題点を解決するためのもので、半
導体レーザと光導波路を一体化した場合に光導波路の位
置が限定されず、半導体レーザと光導波路の光学的結合
効率が高く、Ｐ側電極のコンタクト抵抗が低く、かつ製
造方法においてはエツチングがすべて選択エツチングに
よって制御性良く行える光集積回路の構造を提供しよう
とするものである。

問題点を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決するために、化合物半導体基
板と、前記基板上のほぼ全面にわたってほぼ平坦に形成
されたエツチング停止層と、前記エツチング停止層上に
部分的に形成された活性層がストライプ状に埋込まれた
半導体レーザと、前記エツチング停止層上の前記半導体
レーザが存在しない領域に形成された光導波路とを有し
、前記半導体レーザの最上層と前記光導波路に含まれる
光導波層が同時に形成された半導体薄膜でｌ）、前記活
性層と前記光導波路層がほぼ同一平面上にあシ、前記半
導体薄膜が前記活性層のストライプ幅よシも十分に広い
幅を有している構造で光集積回路を構成するというもの
である。

作　　用 本発明は、以下に述べる４つの作用によって上記様々の
問題点を解決している。第１には、半導体レーザの活性
層を埋込み構造にした後、光導波路の光導波層を形成す
ることによって光導波路の位置が限定されない。第２に
は、半導体レーザの活性層と光導波路の光導波層がほぼ
同一平面上にあるので両者の光学的結合効率が高くなる
。第３には、半導体レーザの最上層が光導波層と同時に
形成された半導体薄膜であり、活性層のストライプ幅よ
シも十分に広い幅を有しているのでＰ側電極のコンタク
ト抵抗を低くすることができる。第４には、化合物半導
体基板上のほぼ全面にわたってエツチング停止層が形成
されていることから、製造時におけるエツチングがすべ
て選択エツチングによって行えるために制御性良く製造
することができる。

実施例 ＩｎＧａＡｓＰエツチング停止層２６（バンド・ギャッ
プＥｑ＝１゜１３ｅＶ）が形成されておシ、その上に活
性層２７を含む半導体レーザ２８が部分的に形成されて
いる。半導体レーザ２８は、主としてｎ型Ｉ　ｎＧａＡ
ｓ　Ｐ邂膿２７　（Ｅｇ＝　０　、９５　ｅＶ　）、Ｐ
型ＩｎＰ　　閉込め層２９およびこれらをストライプ状
に埋込むためのＰ型ＩｎＰ　層３０　、　ｎｆｉ　Ｉｎ
Ｐ　層３１で構成されているが、これらの層の上全面に
ｎ型ＩｎＧａＡｓＰキー２７１層３２　ａ　（Ｅｇ＝１
．１３ｅＶ）が形成されている。このキャップ層３２ａ
は、後述する本実施例の製造方法において詳細を述べる
が、光導波路３３の光導波層３２ｂと同時に形成された
ものである。活性層２７の上部に位置するキャップ層３
２ａには活性層２７のストライプ幅よシも広いストライ
プ幅でＺｎ等のＰ型不純物が気相拡散されたＰ型反転領
域３４が６Ｄ、この領域のみがＰ側電極３５と接してい
るｏＰ型反転領域３４以外のキャップ層３２ａ上には絶
縁膜３６が形成されておシ、Ｐ側電極３５と電気的に絶
縁されている。

次に、光導波路３３について説明する。光導波路３３は
、エツチング停止層２６上にｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波
層３２ｂ　（Ｅｇ＝１．１３ｅＶ）　、ｎ型ＩｎＰＰＡ
込め層３７が積層された構造となっている。ここで、光
導波層３７は活性層２７のようなストライプ状とはなっ
ておらず、半導体レーザ２８が存在しない領域（以下光
導波路領域と称す）全面にわたって形成されている。従
って、本実施例においては光導波路領域内の任意の箇所
に３次元光導波路を形成することが可能である。また、
光導波路３３と半導体レーザ２８の光学的結合に関して
は、半導体レーザ２８の活性層２７と光導波路３３の光
導波層３２ｂがほぼ同一平面上にあるために結合効率が
非常に高い。

本実施例のもう一つの利点としては、半導体レーザ２８
のＰ箋側電極３５のコンタクト抵抗が低くなるという点
がある。半導体レーザのコンタクト抵抗、特に活性層に
近い側のコンタクト抵抗は素子特性に大きな影響を及ぼ
す。

これは半導体レーザが大電流によって駆動される素子で
あり、この電流によるコンタクト抵抗の発熱が活性層の
温度上昇を引起こすためである。通常の半導体レーザに
おいては、このコンタクト抵抗を低減する目的で閉込め
層と電極金属の間に、閉込め層よりもバンド・ギャップ
の小さい半導体薄膜（いわゆるキャップ層）を挿入する
。

これは、金属と半導体間のコンタクト抵抗は半導体のバ
ンド・ギャップが小さい程低くなるという原理にｊ恨て
いる。また、コンタクト抵抗はコンタクト面積が大きい
程低くなるから、大面積のキャップ層を有することがコ
ンタクト抵抗を低減する上で有効である。本実施例にお
いては、キャップ層３２ａのＰ型反転領域３４がコンタ
クト領域となるので、活性層２７のストライプ幅に関係
なくコンタクト面積を大きくすることができる。

次に、本実施例の製造方法を図面を用いて説明する。

第２図は本実施例の製造方法を示す斜視図であ私同図（
ａ）に示すように、まずＩｎＰ基板２５上にエツチング
停止層２６．活性層２７．Ｐ型閉込め層於をエピタキシ
アル成長する。次に、ＳｉＯ２等の絶縁膜を全面に堆積
し、通常のフォトリングラフイー技術を用いてストライ
プ状にエツチングするＯこのストライプ状絶縁膜３８を
マスクとして、Ｐ型閉込め層２９．活性層２７を順次選
択エツチング液によってエツチングすると第２図山）に
示す構造となる。ここで、Ｐ型ＩｎＰ　閉込め層２９に
対する選択エツチング液としては、例えばＨａ／：Ｈ３
Ｐｏ４＝１：４（体積比）を用いればよく、ｎ型Ｉ　ｎ
Ｇ　ａＡ　ｓ　Ｐ活性層２７に対する選択エツチングｍ
、！：しては、例えばＨ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２・：Ｈ２０
＝１：１：５（体積比）を用いればよい。第２図（ｂ）
の構造上にストライプ状絶縁膜３８を残したままでＰ型
ＩｎＰ層３０およびｎ型ＩｎＰ層３１をエビタキシア種
長し、ストライプ状絶縁膜３８を除去すると同図（（１
）のようになる０ここで再び絶縁膜を堆積し、前述のス
トライプと垂直な帯状にエツチングする。

この帯状絶縁膜３９をマスクとして、ＩｎＰの選択エツ
チング液でエツチングすると活性層とエツチング停止層
が露出する０活性層とエツチング停止層はともにＩｎＧ
ａＡｓＰより成るが、その組成比が異なるためＨ２ＳＯ
，−ｉエツチング液によって活性層のみをエツチング除
去し、エツチング停止層をほとんどエツチングしないこ
とが可能であるＯこの結果、第２図（ｄ）に示す構造が
得られる。この後、帯状絶縁膜３９を除去し、全面にｎ
型ＩｎＧａＡｓＰ層３２およびｎ型閉込め層３７をエピ
タキシアル成長すると第２図（ｅ）の構造が得られる。

ここで、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層３２のうち段差の上に形
成された部分はキャップ層３２ａとなシ、段差の下に形
成された部分は光導波層３２ｂとなる。光導波層３２ｂ
上に位置するｎ型閉込め層３７を絶縁膜でマスクして、
ｎ型閉込め層３７をＩｎＰの選択エツチング液によって
エツチングすると第２図（ｆ）の構造が得られる。

この後、Ｐ型不純物の拡散工程および電極蒸着工程を行
うと第１図の構造となる。

以上述べてきたように、本実施例の製造方法においては
エツチングがすべて選択エツチングとなる。選択エツチ
ング液を用いたエツチングでは、エツチング時間を厳密
に制御する必要がなく、やや長時間のエツチングを行な
えば所望の面が出た時点でエツチングが停止する。これ
に対して通常のエツチングでは、エツチング深さを制御
するためには厳密なエツチング時間の制御が必要であり
、この時間もエツチング液の液温、組成、エツチングさ
れる半導体結晶の状態によって変化する。従って、エツ
チングがすべて選択エツチングとなることは、製造工程
の簡素化、歩溜シ向上のために非常に有効である。

次に本発明の第２の実施例について説明する。

第１図に示した実施例においては、光導波路３３が３次
元光導波路とはなっておらず、光導波路中の光は横方向
には閉込められない。この点を改善したのが第２の実施
例であり、第１の実施例の製造方法を示す第２図（ｆ）
の構造に対応する構造を第３図に示す。すなわち、第３
図の構造に対してＰ型不純物の拡散、電極蒸着を行うと
第２の実施例となる。第３図が第２図（ｆ）と異なる点
は、ｎ型閉込め層がストライプ状のｎ型ＩｎＰ装荷層４
ｏとなっている点である。このようにストライプ状の装
荷層４０を形成すると光導波層３２ｂ中の実効屈折率が
装荷層直下のみ大きくなシ、光は装荷層４゜直下の光導
波層３２ｂに閉込めら些る。また、第２の実施例を製造
する際に際しては第２図（ｅ）の構造からストライプ状
の絶縁膜マスクを用いてｎＵ閉込め層３７のエツチング
を行えばよい。

なお、以上の実施例の説明においては材料をＩｎＰ／Ｉ
ｎＧａＡｓＰ系としてきたが、本発明は当然のことなが
らＧａＡｓ／Ａ、５ＧａＡａ系等の他の化合物半導体材
料を用いても実施することができる。また、本発明の用
途としては、光フアイバ通信用の高性能あるいは多機能
光源、光デイスク用光学ヘッド、光計測・光情報処理用
光ＩＣ等があり、幅広い分野に応用が可能である。

発明の効果 以上述べてきたように、本発明によれば、半導体レーザ
と光導波路を一体化した場合に先導波路の位置が限定さ
れず、半導体レーザと光導波路の光学的結合効率が高く
、Ｐ側電極のコンタクト抵抗が低く、かつ製造方法にお
いてはエツチングがすべて選択エツチングによって制御
性良く行える光集積回路を構成することが可能である０

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における光集積回路を要部断
面で示す斜視図、第２図はその製造方法を説明するため
の斜視図、第３図は本発明の他の実施例の斜視図、第４
図、第５図は従来のあるいは、本発明前に提案された光
集積回路を要部断面で示す斜視図である。 ２５・・・・・・基板、２６・−・・・・エツチング停
止層、２７・・・・・・活性層、２８・・・・・・半導
体レーザ、３２ｂ・・・・・・光導波層、３３・・・・
・・光導波路。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 １２図 倚】 （Ｃ） 第２図 第３図 第４図 第５図 ？！・・・戸！ＩｎＰ層 ２２・・・７１％ＴアＰ層 １７湖９

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）化合物半導体基板と、前記基板上のほぼ全面にわ
   たってほぼ平坦に形成されたエッチング停止層と、前記
   エッチング停止層上に部分的に形成された活性層がスト
   ライプ状に埋込まれた半導体レーザと、前記エッチング
   停止層上の前記半導体レーザが存在しない領域に形成さ
   れた光導波路とを有し、前記半導体レーザの最上層と前
   記光導波路に含まれる光導波層が同時に形成された半導
   体薄膜であり、前記活性層と前記光導波層がほぼ同一平
   面上にあり、前記半導体薄膜が前記活性層のストライプ
   幅よりも広い幅を有していることを特徴とする光集積回
   路。
2. （２）化合物半導体基板上に少なくともエッチング停止
   層、活性層および第１の閉込め層の３層を含む多層構造
   を順次エピタキシアル成長する工程と、前記多層構造を
   ストライプ状領域を残して前記エッチング停止層表面が
   露出するまで選択エッチング液によってエッチングする
   工程と、前記ストライプ状領域以外の領域に埋込み層を
   エピタキシアル成長して前記活性層を埋込む工程と、前
   記ストライプ状領域と垂直な帯状領域を残して前記多層
   構造および前記埋込み層を選択エッチング液によってエ
   ッチングし前記エッチング停止層表面を露出させる工程
   と、少なくとも光導波層および第２の閉込め層の２層を
   全面にエピタキシアル成長する工程と、前記帯状領域に
   成長された前記第２の閉込め層をエッチング除去する工
   程とを具備することを特徴とする光集積回路の製造方法
   。