JP2003069134A - 半導体光デバイス及びその作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 斜め導波路構造を形成する際の制御性が良好
で、反射率が低い出射端面を備えた半導体光デバイスを
実用的なコストで作製する方法を提供する。 【解決手段】 本方法は、化合物半導体積層構造を基板
上に有し、積層構造の一方の端面を出射端面とする半導
体光デバイスの作製方法である。本方法は、マスク間隔
が一定で、かつ双方のマスク幅がそれぞれ出射端面に向
かって拡大する対の選択成長マスク７８Ａ、Ｂを基板７
６上に形成する工程と、対の選択成長マスクを使って選
択領域成長法により化合物半導体層８０、８１、８２を
基板上に選択成長させる工程とを備えている。これによ
り、化合物半導体積層構造として構成され、かつ出射端
面に対して導波路を傾斜させた斜め導波路構造部を対の
マスク間のマスク間隙領域上に形成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低反射率の出射端
面を有する半導体光デバイスを作製する方法に関し、更
に詳細には、低反射率の出射端面を有する半導体光デバ
イスを制御性良く、かつ経済的に作製する方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】光通信分野の進展に伴い、分布帰還型半
導体レーザ素子（以下、ＤＦＢレーザと言う）に、電界
吸収型（ＥＡ）等の半導体変調器や、半導体光増幅器、
受動導波路等を組み合わせた、集積型光デバイスが注目
されている。集積型光デバイスでは、デバイス特性の向
上のために、ＤＦＢレーザに組み合わせたＥＡ変調器、
半導体光増幅器、受動導波路等の出射側端面の反射率を
出来るだけ低減することが重要である。そこで、出射端
面の反射率を低くすために、従来から、低反射膜を出射
端面に塗布したり、或いは低屈折率の半導体層からなる
窓構造を導波路の延長線上に形成したりすることが提案
されている。

【０００３】また、これらの手法に加えて、斜め導波路
構造により波長依存性のない低反射特性を実現する方法
がある。ストライプ構造の活性層導波路は、通常、劈開
端面に直交するように形成される。ここで、図６に示す
ように、ストライプ導波路を直交方向より少しの角度θ
_f だけ傾けたとすると、端面からの反射光は、導波路に
は向かわない。そのために、導波路を伝搬した来た導波
光と端面からの反射光との結合が低下することにより、
実効的な反射率が低下する。そして、傾斜基板（オフ基
板）を用いて斜め導波路構造を形成する方法が、特開平
３−１３６３８８号公報等で提案されている。例えば、
特開平３−１３６３８８号公報によれば、通常の面方位
から傾いた基板面方位を有する傾斜基板上にレーザ構造
を形成し、劈開面を入出射端面とすることにより、反射
防止効果が高い、極低反射の半導体光増幅器を実現する
ことができるとしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、傾斜基板を用
いて劈開面である出射端面に対して斜め導波路構造部を
形成することには、以下のような問題点がある。第１に
は、傾斜基板は一般に特注品であって、市販の汎用品で
ないために、基板コストが嵩み、作製する集積型光デバ
イスのコスト増を招く結果となる。第２には、傾斜基板
上に化合物半導体層を成長させるときの結晶成長条件
は、通常の（１００）面基板上、いわゆるフラットな基
板上に化合物半導体層を成長させるときの結晶成長条件
に比べて、一般的に厳しい。その結果、（１００）面基
板の結晶成長条件をそのまま傾斜基板上の成長に適用す
ることが難しく、別途、最適な成長条件を見い出すこと
が必要になる。そのために、コストが嵩む。また、最適
な成長条件の範囲も狭いために、成長プロセスの制御が
難しい。

【０００５】従って、特注の傾斜基板を用いて集積型光
デバイスを作製することは、成長プロセスの制御の面及
びコストの面で実用化が難しく、傾斜基板に代えて、経
済的に、集積型光デバイスの出射端面の反射率を低くす
る技術が求められている。そこで、本発明の目的は、一
般的なフラットな基板上に、つまり（１００）基板上に
斜め導波路構造を備えた半導体光デバイス、及び斜め導
波路構造を形成する際の制御性が良好で、反射率が低い
出射端面を備えた半導体光デバイスを実用的なコストで
作製する方法を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
解決するに当たり、選択領域成長法を適用して化合物半
導体層を積層することにより、斜め導波路構造を形成す
ることを着想し、以下の実験を行った。

【０００７】実験例１ 選択領域成長法を適用すると、成長層の膜厚がマスク間
隙により変化する。そこで、本発明者は、図７（ａ）に
示すように、マスク寸法及び形状が相互に同じで、マス
ク幅Ｗが５μｍ、１０μｍ、１５μｍ、及び２０μｍ、
マスク間隙Ｇが１０μｍの一定の４組の対の選択領域成
長用マスク１０Ａ、ＢをそれぞれＩｎＰ基板の基板面１
２上に形成し、各マスクとも同じ成長条件で間隙Ｇのマ
スク間隙領域１４上にＩｎＰ層を成長させたところ、図
７（ｂ）に示すような、マスク幅ＷとＩｎＰ層の膜厚と
の関係を得た。図７（ｂ）で、ＩｎＰ層の膜厚は、マス
クの影響のない領域、つまりマスクから離隔した領域に
成長したＩｎＰ層の膜厚を１としている。つまり、マス
ク間隙Ｇの領域上にＩｎＰ層を成長させる際、マスク幅
が増大するにつれて、ＩｎＰ層の膜厚が厚くなることが
確認された。

【０００８】実験例２ 実験例１の成果を発展させて、本発明者は、更に、図８
（ａ）に示すマスク２０Ａ、ＢをＩｎＰ基板２８（図９
参照）の基板面２２上に形成し、マスクを使った選択領
域成長法により、マスク間隙領域２４上にＩｎＰ層を成
長させる実験を行った。マスク２０Ａ、Ｂは、図８
（ａ）に示すように、マスク寸法及び形状が相互に同じ
で、マスク間隔Ｇが１０μｍで一定、かつ双方のマスク
幅Ｗがそれぞれ矢印の方向に始点Ｐ₁ の０μｍから終点
Ｐ₂ の２０μｍまで拡大する対の選択成長マスクであ
る。Ｐ₁ とＰ₂ との距離Ｌは、１０μｍである。マスク
２０Ａ、Ｂのマスク幅Ｗは、マスク間隙領域２４上のＩ
ｎＰ層の膜厚が始点Ｐ₁ から終点Ｐ₂ に向かってほぼ線
型で増大するように、調節されている。つまり、ＩｎＰ
層の膜厚が線型で増大するように、曲線状の輪郭２６
が、マスク２０Ａ、Ｂのマスク間隙領域１４とは反対側
の縁部を規定する。

【０００９】以上の構成のマスク２０Ａ、Ｂを使って、
マスク２０Ａ、Ｂの影響のない領域、即ちマスク２０
Ａ、Ｂから離れた領域で、ＩｎＰ層の膜厚が０．５μｍ
になるようにＩｎＰ層を選択成長させたとき、マスク間
隙領域２４上のＩｎＰ層の膜厚は、図８（ｂ）に示すよ
うに、始点Ｐ₁ からＰ₂ に向かってほぼ線型に増大す
る。

【００１０】選択領域成長法によりマスク間隙領域２４
上に成長させたＩｎＰ層の上面は、図９に示すように、
ＩｎＰ基板２８の基板面２２に対して傾斜角θがほぼ７
°程度の傾斜面となる。更に、ＩｎＰ層２６上に、図９
に示すように、膜厚０．１μｍのＧａＩｎＡｓＰ層３０
及び膜厚１μｍのＩｎＰ層３２を成長させた。膜厚は、
マスク２０Ａ、Ｂから離れたマスク効果のない領域の膜
厚である。図９中、マスク２０Ａ、Ｂで覆われた領域
は、Ｌで示されている。これにより、終点Ｐ₂ の端面、
つまり出射端面に対してＩｎＰ層２６、ＧａＩｎＡｓＰ
層３０及びＩｎＰ層３２からなる導波路を傾斜させた傾
斜導波路構造部３４を形成することができ、これによ
り、低反射率の端面を実現することができた。

【００１１】また、傾斜導波路構造部３４に隣接して出
射端面とは反対方向に延びるマスクのない領域には、Ｉ
ｎＰ基板２８に平行なエピタキシャル成長層からなる積
層構造であって、ＩｎＰ基板２８に平行なストライプ３
５を有する平行ストライプ構造部３６を傾斜導波路構造
部３４に連続的して形成することができた。つまり、傾
斜導波路構造部３４と、傾斜導波路構造部３４に連続し
て、（１００）基板上に通常のエピタキシャル成長法に
従ってエピタキシャル成長させた化合物半導体層の積層
構造からなる平行ストライプ構造部３６とを、（１０
０）基板上に形成することができた。傾斜導波路構造部
３４の出射端面は、導波路を構成するＧａＩｎＡｓＰ層
３０の延在方向に対して非直交で交差している。一方、
平行ストライプ構造部３６の端面は、平行ストライプ構
造部３６を構成する化合物半導体層の延在方向に直交し
ている。

【００１２】また、上記目的を解決するに当たり、本発
明者は、基板をエッチングして階段状の段差基板を形成
し、次いで加熱して階段状の段差を傾斜面にした傾斜基
板を形成し、次いで傾斜基板上に化合物半導体積層構造
を形成することを着想し、実験例３を行った。

【００１３】実験例３ 先ず、図１０（ａ）に示すように、５μｍの長さの領域
４１を露出させる誘電体膜からなる第１のエッチングマ
スク４２を（１００）ＩｎＰ基板４０上に形成した。次
いで、図１０（ｂ）に示すように、第１のエッチングマ
スク４２から露出した領域４１をドライエッチング法に
よりエッチング深さ０．５μｍだけエッチングして除去
し、第１の段差４４をＩｎＰ基板４０に形成した。次い
で、第１のエッチングマスク４２を除去した後、図１０
（ｃ）に示すように、第１のエッチングマスク４２で覆
った領域のうち第１の段差４４に近い基板面の長さ５μ
ｍの領域４５を露出し、残りを覆う第２のエッチングマ
スク４６を第１のエッチングマスク４２で覆った領域上
に形成した。

【００１４】続いて、図１１（ｄ）に示すように、第２
のエッチングマスク４６から露出した領域４５をドライ
エッチング法によりエッチングし、エッチング深さ０．
５μｍの第２の段差４８を形成すると共に、第１の段差
４４を更にエッチングし、第２の段差４８に対してエッ
チング深さ０．５μｍだけ低くした。次いで、第２のエ
ッチングマスク４６を除去した後、ＭＯＣＶＤ装置内
で、ホスフィン圧下で高温、例えば６５０℃に２０分間
維持して、マストランスポート現象を進行させ、図１１
（ｅ）に示すように、第１の段差４４及び第２の段差４
８を、なだらかな傾斜面、つまり傾斜角約６°の傾斜面
４９に変化させた。

【００１５】これにより、平坦部５０ａと、傾斜角約６
°の傾斜面を有する傾斜部５０ｂとを備えた傾斜基板５
０を作製することができた。傾斜基板５０上に、ＧａＩ
ｎＡｓＰ層５２及びＩｎＰ層５３をエピタキシャル成長
させると、図１１（ｆ）に示すように、傾斜部５０ｂ上
に斜め導波路構造の積層構造５４を形成することが出来
た。また、平坦部５０ａには、平坦部５０ａの基板面に
平行なエピタキシャル成長層からなる積層構造であっ
て、平坦部５０ａの基板面に平行なストライプ５８を有
する平行ストライプ構造部５６を傾斜導波路構造部５４
に連続的して形成することができた。つまり、平行スト
ライプ構造部５６は、（１００）面上に通常のエピタキ
シャル成長法に従ってエピタキシャル成長させた化合物
半導体層の積層構造である。傾斜部５０ｂ側の出射端面
５５は、積層構造５４のうち少なくとも導波路を構成す
る化合物半導体層の延在方向に対して非直交で交差して
いる。一方、平坦部５０ａの端面は、平行ストライプ構
造部５６を構成する化合物半導体層の延在方向に直交し
ている。

【００１６】上記目的を達成するために、上述の知見に
基づいて、特に実験例１及び２に基づいて、本発明に係
る半導体光デバイスは、化合物半導体積層構造を（１０
０）基板上に有し、積層構造の一方の端面を出射端面と
する半導体光デバイスにおいて、積層構造の少なくとも
出射端面の近傍領域で、積層構造のうち少なくとも導波
路を構成する化合物半導体層が（１００）基板に対して
傾斜している傾斜層として形成され、かつ出射端面が導
波路の延在方向に対して非直交で交差し、傾斜層を有す
る積層構造が、出射端面を有する光導波路として構成さ
れていることを特徴としている。

【００１７】本発明に係る半導体光デバイスは、オフ基
板ではない（１００）基板上に傾斜層を備え、出射端面
が導波路の延在方向に対して非直交で交差する傾斜導波
路構造部を構成することにより、反射率が低く、制御性
及び再現性良く作製できる構成の半導体光デバイスを実
現している。

【００１８】本発明の好適な実施態様では、傾斜層を有
する積層構造（以下、第１の積層構造と言う）の出射端
面とは反対の端面に光学的に連続して、（１００）基板
に実質的に平行な層として成長した化合物半導体層から
なる第２の積層構造を備え、第２の積層構造が、半導体
光変調器、半導体光増幅器、及び受動導波路の少なくと
もいずれかとして構成されている。本発明の更に好適な
実施態様では、第２の積層構造の第１の積層構造とは反
対の端面に光学的に連続して、（１００）基板に実質的
に平行な層として成長した化合物半導体層からなる第３
の積層構造を備え、第３の積層構造が、分布帰還型半導
体レーザ素子として構成されている。

【００１９】「実質的に平行な層として」とは、（１０
０）基板上に通常のエピタキシャル成長法、例えばＭＯ
ＣＶＤ法等により成長させた化合物半導体層を意味し、
意識して傾斜層を形成することとは異なることを意味す
る。以上の構成により、本発明は、反射率の低い出射端
面を有する導波路を備え、制御性良く作製できる構成
で、分布帰還型半導体レーザ素子とＥＡ変調器等とを集
積させた集積側半導体光デバイスを実現することができ
る。

【００２０】また、本発明に係る半導体光デバイスで
は、出射端面に低反射膜を設けても良く、更には、出射
端面に窓構造を設けて、出射端面での反射率を低下させ
るようにしても良い。

【００２１】また、上述の知見に基づいて、特に実験例
１及び実験例２に基づいて、上述の本発明に係る半導体
光デバイスを作製する方法（以下、第１の発明方法と言
う）は、化合物半導体積層構造を（１００）基板上に有
し、積層構造の一方の端面を出射端面とする半導体光デ
バイスの作製方法であって、双方のマスク幅がそれぞれ
出射端面に向かって拡大する対の選択成長マスクを（１
００）基板上に形成する工程と、対の選択成長マスクを
使って選択領域成長法により化合物半導体層を（１０
０）基板上に選択成長させる工程とを備え、選択成長工
程では、対の選択成長マスク間のマスク間隙領域上に、
化合物半導体層の積層構造のうち少なくとも導波路を構
成する化合物半導体層を（１００）基板に対して傾斜し
ている傾斜層として形成し、かつ出射端面を導波路の延
在方向に対して非直交で交差させ、傾斜導波路構造部を
形成することを特徴としている。

【００２２】第１の発明方法の、双方のマスク幅がそれ
ぞれ出射端面に向かって拡大する対の選択成長マスクを
基板上に形成する工程では、対の選択成長マスクのマス
ク間隔がほぼ一定であるか、又はマスク間隔がマスク幅
の拡大に合わせて縮小するようにしても良い。

【００２３】本発明方法は、ＩｎＰ層及びＧａＩｎＡｓ
Ｐ層の成長に限らず、選択領域成長法を適用できる化合
物半導体層の成長である限り、適用できる。

【００２４】また、上記目的を達成するために、上述の
知見に基づいて、特に実験例３に基づいて、本発明に係
る別の半導体光デバイスの作製方法（以下、第２の発明
方法と言う）は、化合物半導体積層構造を（１００）基
板上に有し、積層構造の一方の端面を出射端面とする半
導体光デバイスの作製方法であって、出射端面側の領域
を露出し、残りの領域を覆う第１のマスクを基板上に形
成する工程と、第１のマスクから露出している領域をエ
ッチングして、第１の段差を形成する工程と、第１のマ
スクを除去し、続いて第１のマスクで覆った領域のうち
出射端面側の領域を露出し、残りの領域を覆う第２のマ
スクを形成する工程と、第２のマスクから露出している
領域をエッチングして、第２の段差を形成すると共に第
１の段差を更にエッチングして第２の段差より低くし、
これにより２段の階段状の段差を有する段差部を出射端
面側に備えた段差基板を形成する工程と、段差基板を加
熱して、段差部の階段状の段差を傾斜面に変化させ、傾
斜面を有する傾斜部を備えた傾斜基板を形成する工程
と、傾斜基板上に化合物半導体積層構造を形成する工程
とを備え、化合物半導体積層構造として構成され、かつ
出射端面に対して導波路を傾斜させた傾斜導波路構造部
を傾斜部上に形成することを特徴としている。

【００２５】更には、必要に応じて、更に第２のマスク
形成と同様のマスク形成工程及び第２の段差形成と同様
のエッチング工程を繰り返して、３段以上の階段状の段
差を有する段差部を出射端面側に備えた段差基板を形成
する工程を備えるようにすることもできる。第２の発明
方法は、ＩｎＰ基板に限らず、加熱することにより、段
差基板を傾斜基板に変化できる化合物半導体基板である
限り、適用することができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下に、実施形態例を挙げ、添付
図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細
に説明する。半導体光デバイスの実施形態例１ 本実施形態例は、分布帰還型半導体レーザ素子とＥＡ変
調器とを集積した半導体光デバイスに、第１の発明に係
る半導体光デバイスを適用した実施形態の一例であっ
て、図１２は本実施形態例の半導体光デバイスの構成を
示す断面図である。本実施形態例の半導体光デバイス１
２０は、図１２に示すように、オフ基板ではない通常の
（１００）ｎ−ＩｎＰ基板６２上に、分布帰還型半導体
レーザ素子（以下、ＤＦＢレーザという）１２２と、Ｄ
ＦＢレーザ１２２の出射側に接合されたＥＡ変調器１２
４と、ＥＡ変調器１２４の出射側に接合された傾斜導波
路構造の出射導波路１２６とを備えている。

【００２７】ＤＦＢレーザ１２２は、図１２に示すよう
に、ｎ−ＩｎＰ基板６２上に順次設けられた、膜厚１０
０ｎｍのｎ−ＩｎＰ下部クラッド層６４、ＧａＩｎＡｓ
ＰからなるＳＣＨ−ＭＱＷ（λｇ＝１．５５μｍ）６
６、膜厚１００ｎｍのｐ−ＩｎＰ上部クラッド層６８、
膜厚１０ｎｍのＧａＩｎＡｓＰ（λｇ＝１２００ｎｍ）
からなる回折格子７１、膜厚３５０ｎｍのｐ−ＩｎＰ上
部クラッド層７４、膜厚２０００ｎｍのｐ−ＩｎＰ上部
クラッド層８７、及び膜厚３００ｎｍのｐ−ＧａＩｎＡ
ｓコンタクト層８８の積層構造から構成されている。

【００２８】ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層８７及びｐ−Ｇ
ａＩｎＡｓコンタクト層８８は、ＥＡ変調器１２４及び
出射導波路１２６との共通層である。また、ｐ−ＩｎＰ
上部クラッド層７４、回折格子７１、ｐ−ＩｎＰ上部ク
ラッド層６８、ＳＣＨ−ＭＱＷ６６、ｎ−ＩｎＰ下部ク
ラッド層６４及びｎ−ＩｎＰ基板６２の上層部は、リッ
ジ形状としてエッチング加工され、かつ、リッジの両脇
は、ＦｅドープＳＩ−ＩｎＰ層８６からなる電流ブロッ
キング層で埋め込まれ、電流狭窄されている。

【００２９】ＥＡ変調器１２４は、ｎ−ＩｎＰ基板６２
上に、ＤＦＢレーザ１２の積層構造に連続的に形成さ
れ、ｎ−ＩｎＰ基板６２に平行に成長した化合物半導体
層からなる積層構造を備えている。ＥＡ変調器１２４の
積層構造は、図１２に示すように、膜厚５００ｎｍのｎ
−ＩｎＰ下部クラッド層８０、膜厚２００ｎｍのＧａＩ
ｎＡｓＰ（λｇ＝１．５μｍ）層８１、及び膜厚３００
ｎｍのｐ−ＩｎＰ上部クラッド層８２から構成されてい
る。出射導波路１２６は、ＥＡ変調器１２４と同じ積層
構造の傾斜導波路構造として形成されている。出射導波
路１２６の出射端面７９は、出射導波路１２６の導波路
構造の延在方向に対して傾斜して（非直交で）交差して
いる。また、ＥＡ変調器１２４及び出射導波路１２６の
積層構造上には、ＤＦＢレーザ１２２と共通のｐ−Ｉｎ
Ｐ上部クラッド層８７及びｐ−ＧａＩｎＡｓコンタクト
層８８が設けてある。

【００３０】本実施形態例の半導体光デバイス１２０で
は、図示しないが、ｎ−ＩｎＰ基板６２の裏面には、Ｄ
ＦＢレーザ１２２とＥＡ変調器１２４との共通のｎ側電
極が設けられ、また、ｐ−ＧａＩｎＡｓコンタクト層８
８のＤＦＢレーザ１２の領域及びＥＡ変調器１２４の領
域上には、それぞれ、ｐ側電極が設けられ、ＤＦＢレー
ザ１２２とＥＡ変調器１２４と間には、電気的に分離す
る分離溝が設けてある。

【００３１】本実施形態例の半導体光デバイス１２０の
出射導波路１２６では、導波路構造が傾斜導波路構造と
して形成されているので、出射端面７９の反射率が低
い。更には、以上の構成により、ＥＡ変調器１２４と出
射導波路１２６とを同じプロセス工程で作製することが
できる。

【００３２】半導体光デバイスの作製方法の実施形態例
１ 本実施形態例は、第１の発明方法に係る半導体光デバイ
スの作製方法を上述の半導体光デバイス１２０の作製に
適用した実施形態の一例である。図１（ａ）から
（ｃ）、図２（ｄ）から（ｆ）、及び図３は、それぞ
れ、本実施形態例の方法で集積型光デバイスを作製した
際の工程毎の断面図である。尚、図２（ｆ）及び図３
は、それぞれ、ＤＦＢレーザ１２２のレーザストライプ
に対して直交する断面図である。図１（ａ）に示すよう
に、（１００）ｎ−ＩｎＰ基板６２上全面に、ＭＯＣＶ
Ｄ法等により、導波層までのＧａＩｎＡｓＰ系ＤＦＢレ
ーザ構造を構成する化合物半導体層を成長させる。詳細
には、（１００）ｎ−ＩｎＰ基板６２上全面に、順次、
膜厚１００ｎｍのｎ−ＩｎＰ下部クラッド層６４、Ｇａ
ＩｎＡｓＰからなるＳＣＨ−ＭＱＷ（λｇ＝１．５５μ
ｍ）６６、膜厚１００ｎｍのｐ−ＩｎＰ上部クラッド層
６８、膜厚１０ｎｍのＧａＩｎＡｓＰ（λｇ＝１２００
ｎｍ）回折格子層７０、及び膜厚１０ｎｍのｐ−ＩｎＰ
キャップ層７２をエピタキシャル成長させる。

【００３３】次いで、図１（ｂ）に示すように、ｐ−Ｉ
ｎＰキャップ層７２及びＧａＩｎＡｓＰ回折格子層７０
をエッチングして回折格子７１を形成し、続いて膜厚２
５０ｎｍのｐ−ＩｎＰ上部クラッド層７４を成長させ
る。次に、ＤＦＢレーザ領域７５を覆い、露出領域７６
を露出させるＳｉＮ膜からなるマスク７７を形成する。
露出領域７６は、ＤＦＢレーザ領域７５に隣接するＥＡ
変調器領域７６Ａ、及びＥＡ変調器領域７６Ａに隣接す
る導波路領域７６Ｂからなる。続いて図１（ｃ）に示す
ように、露出したＥＡ変調器領域７６Ａ及び導波路領域
７６Ｂを（１００）ｎ−ＩｎＰ基板６２までエッチング
する。

【００３４】続いて、図２（ｄ）に示すように、ＤＦＢ
レーザ領域７５に隣接するＥＡ変調器領域７６Ａを開け
て、導波路領域７６Ｂに対の選択領域成長マスク７８
Ａ、Ｂを形成する。対の選択成長マスク７８は、導波路
領域７６を挟む２個のマスク７８Ａ、Ｂで構成され、マ
スク７８Ａ、Ｂの双方のマスク幅がそれぞれ出射端面７
９に向かって拡大している。対の選択成長マスク７８
は、図２（ｄ）に示すように、マスク間隔が導波路領域
７６を通して一定である必要はなく、例えば、図１３に
示すように、出射端面７９に向かって縮小するように設
けてもよい。

【００３５】次いで、図２（ｅ）に示すように、エッチ
ングにより露出している露出領域７６の（１００）ｎ−
ＩｎＰ基板６２上に、膜厚５００ｎｍのｎ−ＩｎＰ下部
クラッド層８０、膜厚２００ｎｍのＧａＩｎＡｓＰ（λ
ｇ＝１．５μｍ）層８１、及び膜厚３００ｎｍのｐ−Ｉ
ｎＰ上部クラッド層８２を選択領域成長法によりエピタ
キシャル成長させる。これにより、図２（ｅ）に示すよ
うに、下部クラッド層８０、ＧａＩｎＡｓＰ層８１及び
上部クラッド層８２からなる積層構造が、ＥＡ変調器領
域７６Ａ及び出射導波路領域７６Ｂ上に形成される。Ｅ
Ａ変調器領域７６Ａでは、積層構造を構成する各層は
（１００）ｎ−ＩｎＰ基板６２に平行に形成される。一
方、出射導波路領域７６Ｂでは、積層構造を構成する各
層は（１００）ｎ−ＩｎＰ基板６２に対して傾斜層とし
て形成され、傾斜導波路構造を構成している。

【００３６】ＳｉＮマスク７７及び選択成長マスク７８
Ａ、Ｂを除去した後、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層７４上
に、図２（ｆ）に示すように、新たに幅２μｍのＳｉＮ
ストライプマスク８４を形成する。この際、選択領域成
長用マスク７８Ａ、Ｂのマスク間をＳｉＮストライプマ
スク８４が通るようにする。ＳｉＮストライプマスク８
４をマスクにして、深さ２０００ｎｍでエッチングして
リッジを形成し、続いて、図２（ｆ）に示すように、リ
ッジの両脇にＦｅドープＳＩ−ＩｎＰ層８６からなる電
流ブロッキング層を埋め込み成長させる。次いで、図３
に示すように、ＳｉＮストライプマスク８４を除去した
後、基板全面に膜厚２０００ｎｍのｐ−ＩｎＰ上部クラ
ッド層８７、及び膜厚３００ｎｍのｐ−ＧａＩｎＡｓコ
ンタクト層８８を成長させる。

【００３７】続いて、必要なパッシベーション膜を成膜
し、電極を形成する。更に、所望の位置すわなち出射端
面７９で劈開してバー化し、出射端面に低反射コーティ
ングを施した後、チップ化する。これにより、図１２に
示す、半導体光デバイス１２０、つまり、共通の（１０
０）ｎ−ＩｎＰ基板６２上に、ＤＦＢレーザ１２２に順
次連続して集積したＥＡ変調器１２４、及び傾斜導波路
構造を有する出射導波路１２４を備える集積型半導体光
デバイスを作製することができる。本発明方法では、選
択領域成長に関わる条件は、実施形態例で例示した条件
に限定されることなく、マスクサイズ、マスク形状等、
また、成長条件により、変化させることが可能である。

【００３８】作製した集積型光デバイスの出射側端面７
９の反射率を測定したところ、約１０^-3であった。これ
は、低反射膜のみを設けた従来の集積型光デバイスの出
射端面に比べて、１／１００程度になっており、非常に
低い反射率である。また、本実施形態例では、半導体光
デバイス１２０を構成するＤＦＢレーザ１２２、ＥＡ変
調器１２４及び受動導波路１２６をそれぞれ通常の作製
手法で作製しているので、ＤＦＢレーザ１２２、ＥＡ変
調器１２４及び受動導波路１２６の個々のデバイス特性
は、従来のものと同じ特性を示している。

【００３９】更に、本実施形態例の半導体光デバイス１
２０では、ＤＦＢレーザ１２２を設けているが、必ずし
もＤＦＢレーザを設ける必要はなく、ＥＡ変調器１２４
に反射率の低い出射端面を有する出射導波路１２６を集
積させた半導体光デバイスを設けることもできる。

【００４０】半導体光デバイスの作製方法の実施形態例
２ 本実施形態例は、第２の発明方法に係る半導体光デバイ
スの作製方法を別の構成のの半導体光デバイスの作製に
適用した実施形態の一例である。図４（ａ）と（ｂ）及
び図５（ｃ）と（ｄ）は、それぞれ、本実施形態例の方
法で半導体光デバイスを作製した際の工程毎の断面図で
ある。本実施形態例で、作製する半導体光デバイスは、
出射導波路が傾斜基板上に設けられていることを除い
て、実施形態例１の半導体光デバイス１２０と同様に、
共通のＩｎＰ基板上にＤＦＢレーザと、ＤＦＢレーザの
出射側に接合されたＥＡ変調器と、ＥＡ変調器の出射側
に接合された傾斜導波路構造の出射導波路とを備えてい
る。本実施形態例では、実施形態例１と同様にして、図
１（ａ）に示すように、ｐ−ＩｎＰキャップ層７２を最
上層とする積層構造を形成し、次いで図１（ｂ）に示す
ように、回折格子７１を形成し、ｐ−ＩｎＰ上部クラッ
ド層７４を成長させ、更に図１（ｃ）に示すように、露
出領域７６の積層構造をエッチングして、ｎ−ＩｎＰ基
板６２を露出させる。露出領域７６は、ＥＡ変調器領域
７６Ａと出射導波路領域７６Ｂとから構成されている。

【００４１】次いで、図４（ａ）に示すように、露出領
域７６の出射端面側とは反対側の領域上、つまりＥＡ変
調器領域７６Ａ及び出射導波路領域７６Ｂの一部領域上
にＳｉＮ膜からなる第１のマスク９０を形成し、エッチ
ングして、第１の段差９２を形成する。次に、第１のマ
スク９０を除去し、図４（ｂ）に示すように、続いて第
１のマスク９０で覆った領域のうち出射端面側の領域を
一部露出し、残りの領域を覆う第２のマスク９４を形成
し、続いて、第２のマスク９４から露出している領域を
エッチングして、第２の段差９６を形成すると共に第１
の段差９２を更にエッチングして低くする。必要に応じ
てマスク形成工程とエッチング工程とを繰り返して、Ｅ
Ａ変調器領域７６Ａに平坦なエッチングしない基板領域
を形成すると共に出射導波路領域７６Ｂに階段状の段差
を有する段差部を備えた段差基板９８を形成する。

【００４２】次いで、第２のマスク９４を除去した後、
ＭＯＣＶＤ装置内で、ホスフィン圧下で高温、例えば６
５０℃に２０分間維持することにより、マストランスポ
ート現象を進行させ、図５（ｃ）に示すように、出射導
波路領域７６Ｂの第１の段差９２及び第２の段差９６を
なだらかな傾斜面、つまり傾斜角約６°の傾斜面１００
に変化させる。

【００４３】次いで、図５（ｄ）に示すように、傾斜面
１００上に、順次、膜厚５００ｎｍのｎ−ＩｎＰ下部ク
ラッド層１０１、膜厚２００ｎｍのＧａＩｎＡｓＰ（λ
ｇ＝１．５μｍ）層１０２、及び膜厚３００ｎｍのｐ−
ＩｎＰ上部クラッド層１０３をエピタキシャル成長させ
る。これにより、図５（ｄ）に示すように、下部クラッ
ド層１０１、ＧａＩｎＡｓＰ層１０２及び上部クラッド
層１０３からなる傾斜導波路構造の出射導波路を傾斜面
１００上に形成することができる。出射導波路の出射端
面７９は、出射導波路の導波路構造の延在方向に対して
傾斜して（非直交で）交差している。

【００４４】以下、実施形態例１と同様に、リッジを形
成し、リッジ脇を電流ブロック層で埋め込み、上部クラ
ッド層、コンタクト層を形成する。更に、必要なパッシ
ベーション膜を成膜し、電極を形成する。続いて、所望
の位置で劈開してバー化し、出射端面に低反射コーティ
ングを施した後、チップ化する。これにより、共通のＩ
ｎＰ基板６２上に、ＤＦＢレーザに順次連続して集積し
たＥＡ変調器、及び傾斜導波路構造を有する出射導波路
を備える集積型半導体光デバイスを作製することができ
る。本実施形態例で作製した半導体光デバイスは、実施
形態例１の方法で作製した半導体光デバイスと同様に良
好な特性が得られた。

【００４５】本発明方法では、傾斜導波路形成のための
パターニング、エッチング、及び整形方法は、本実施形
態例に限定されない。それらの条件を変更することによ
り、形成される導波路の形状、及び傾斜角を変化させる
ことは可能である。

【００４６】実施形態例では、ＥＡ変調器を介して最も
構成が単純な受動導波路をＤＦＢレーザに接続、集積し
た集積型の半導体光デバイスを例にしているが、当然、
受動導波路に代えて、光増幅器、その他の機能を有する
半導体光デバイスを集積する場合も、従来の集積型の半
導体光デバイスの作製方法に本発明方法を組み合わせる
ことにより、本発明方法を容易に適用することができ
る。また、出射端面に既知の構成の窓構造を既知の作製
方法により設けることにより、更に出射端面を低い反射
率端面にすることができる。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、積層構造の少なくとも
出射端面の近傍領域で、積層構造のうち少なくとも導波
路を構成する化合物半導体層が（１００）基板に対して
傾斜している傾斜層として形成され、かつ出射端面が
（１００）基板に対する法線に対して非直交し、かつ、
積層構造を光導波路として構成することにより、反射率
の低い出射端面を備えた半導体光デバイスを実現してい
る。本発明方法によれば、選択領域成長法を適用して化
合物半導体層を積層して傾斜導波路構造を形成すること
により、及び基板をエッチングして階段状の段差基板を
形成し、次いで加熱して階段状の段差を傾斜面にした傾
斜基板を形成し、次いで傾斜基板上に化合物半導体積層
構造を形成することにより、出射端面に対して導波路を
傾斜させた傾斜導波路構造を有し、これにより出射端面
が低反射率端面になる半導体光デバイスを制御性良く形
成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、実施形態
例１の方法で集積型光デバイスを作製した際の工程毎の
断面図である。

【図２】図２（ｄ）から（ｆ）は、それぞれ、図１
（ｃ）に続いて、実施形態例１の方法で集積型光デバイ
スを作製した際の工程毎の断面図である。

【図３】図２（ｆ）に続く、実施形態例の方法で集積型
光デバイスを作製した際の工程毎の断面図である。

【図４】図４（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、実施形態
例２の方法で集積型光デバイスを作製した際の工程毎の
断面図である。

【図５】図５（ｃ）及び（ｄ）は、それぞれ、図４
（ｂ）に続く、実施形態例２の方法で集積型光デバイス
を作製した際の工程毎の断面図である。

【図６】傾斜導波路構造部の構成を示す模式的断面図で
ある。

【図７】図７（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、実験例１
を説明する図である。

【図８】図８（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、実験例２
を説明する図である。

【図９】実験例２で作製した傾斜導波路構造を有する積
層構造の断面を示す模式的断面図である。

【図１０】図１０（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、実験
例３の工程毎の断面図である。

【図１１】図１１（ｄ）から（ｆ）は、それぞれ、図１
０（ｃ）に続いて、実験例３の工程毎の断面図である。

【図１２】実施形態例の半導体光デバイスの構成を示す
断面図である。

【図１３】図１３（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、選択
領域成長用マスクの別の例を示す平面図である。

【符号の説明】

１０Ａ、Ｂ 対の選択領域成長用マスク １２ ＩｎＰ基板の基板面 １４ マスク間隙領域 ２０Ａ、Ｂ 対の選択領域成長用マスク ２２ ＩｎＰ基板の基板面 ２４ マスク間隙領域 ２６ ＩｎＰ層 ２８ ＩｎＰ基板 ３０ ＧａＩｎＡｓＰ層 ３２ ＩｎＰ層 ３４ 傾斜導波路構造部 ３５ ストライプ ３６ 平行ストライプ構造部 ４０ ＩｎＰ基板 ４１ 露出した領域 ４２ 第１のエッチングマスク ４４ 第１の段差 ４５ 露出した領域 ４６ 第２のエッチングマスク ４８ 第２の段差 ４９ 傾斜面 ５０ 傾斜基板 ５０ａ 平坦部 ５０ｂ 傾斜部 ５２ ＧａＩｎＡｓＰ層 ５３ ＩｎＰ層 ５４ 傾斜導波路構造の積層構造 ５５ 出射端面 ５６ 直交ストライプ構造部 ５８ ストライプ ６２ ｎ−ＩｎＰ基板 ６４ ｎ−ＩｎＰ下部クラッド層 ６６ ＧａＩｎＡｓＰからなるＳＣＨ−ＭＱＷ ６８ ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層 ７０ ＧａＩｎＡｓＰ（λｇ＝１２００ｎｍ）回折格子
層 ７１ 回折格子 ７２ ｐ−ＩｎＰキャップ層 ７４ ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層 ７５ ＤＦＢレーザ形成領域 ７６ 露出領域 ７６Ａ ＥＡ変調器領域 ７６Ｂ 導波路領域 ７７ マスク ７８Ａ、Ｂ 対の選択領域成長マスク ７９ 出射端面 ８０ ｎ−ＩｎＰ下部クラッド層 ８１ ＧａＩｎＡｓＰ（λｇ＝１．５μｍ）層 ８２ ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層 ８４ ＳｉＮストライプマスク ８６ ＦｅドープＳＩ−ＩｎＰ層 ８７ ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層 ８８ ｐ−ＧａＩｎＡｓコンタクト層 ９０ 第１のマスク ９２ 第１の段差 ９４ 第２のマスク ９６ 第２の段差 ９８ 段差基板 １００ 傾斜面 １０１ ＩｎＰ下部クラッド層 １０２ ＧａＩｎＡｓＰ（λｇ＝１．３μｍ）層 １０３ ＩｎＰ上部クラッド層 １２０ 実施形態例の半導体光デバイス １２２ ＤＦＢレーザ １２４ ＥＡ変調器 １２６ 出射導波路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｓ 5/10 Ｇ０２Ｂ 6/12 Ｂ Ｆターム(参考） 2H047 KA02 KA11 MA07 PA06 PA24 QA02 TA11 2H079 AA02 AA13 BA01 CA05 DA16 DA22 EA07 EA27 5F073 AA22 AA64 AA83 AB21 BA01 CA12 EA29

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 化合物半導体積層構造を（１００）基板
   上に有し、積層構造の一方の端面を出射端面とする半導
   体光デバイスにおいて、 積層構造の少なくとも出射端面の近傍領域で、積層構造
   のうち少なくとも導波路を構成する化合物半導体層が
   （１００）基板に対して傾斜している傾斜層として形成
   され、かつ出射端面が導波路の延在方向に対して非直交
   で交差し、 傾斜層を有する積層構造が、出射端面を有する光導波路
   として構成されていることを特徴とする半導体光デバイ
   ス。
2. 【請求項２】 傾斜層を有する積層構造（以下、第１の
   積層構造と言う）の出射端面とは反対の端面に光学的に
   連続して、（１００）基板に実質的に平行な層として成
   長した化合物半導体層からなる第２の積層構造を備え、 第２の積層構造が、半導体光変調器、半導体光増幅器、
   及び受動導波路の少なくともいずれかとして構成されて
   いることを特徴とする請求項１に記載の半導体光デバイ
   ス。
3. 【請求項３】 第２の積層構造の第１の積層構造とは反
   対の端面に光学的に連続して、（１００）基板に実質的
   に平行な層として成長した化合物半導体層からなる第３
   の積層構造を備え、 第３の積層構造が、分布帰還型半導体レーザ素子として
   構成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導
   体光デバイス。
4. 【請求項４】 出射端面に低反射膜が設けられているこ
   とを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか１項に
   記載の半導体光デバイス。
5. 【請求項５】 出射端面側に窓構造が設けられているこ
   とを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか１項に
   記載の半導体光デバイス。
6. 【請求項６】 化合物半導体積層構造を（１００）基板
   上に有し、積層構造の一方の端面を出射端面とする半導
   体光デバイスの作製方法であって、 双方のマスク幅がそれぞれ出射端面に向かって拡大する
   対の選択成長マスクを（１００）基板上に形成する工程
   と、 対の選択成長マスクを使って選択領域成長法により化合
   物半導体層を（１００）基板上に選択成長させる工程と
   を備え、 選択成長工程では、対の選択成長マスク間のマスク間隙
   領域上に、化合物半導体層の積層構造のうち少なくとも
   導波路を構成する化合物半導体層を（１００）基板に対
   して傾斜している傾斜層として形成し、かつ出射端面を
   導波路の延在方向に対して非直交で交差させ、傾斜導波
   路構造部を形成することを特徴とする半導体光デバイス
   の作製方法。
7. 【請求項７】 双方のマスク幅がそれぞれ出射端面に向
   かって拡大する対の選択成長マスクを基板上に形成する
   工程では、対の選択成長マスクのマスク間隔がほぼ一定
   であるか、又はマスク間隔がマスク幅の拡大に合わせて
   縮小することを特徴とする請求項６に記載の半導体光デ
   バイスの作製方法。
8. 【請求項８】 化合物半導体積層構造を（１００）基板
   上に有し、積層構造の一方の端面を出射端面とする半導
   体光デバイスの作製方法であって、 出射端面側の領域を露出し、残りの領域を覆う第１のマ
   スクを基板上に形成する工程と、 第１のマスクから露出している領域をエッチングして、
   第１の段差を形成する工程と、 第１のマスクを除去し、続いて第１のマスクで覆った領
   域のうち出射端面側の領域を露出し、残りの領域を覆う
   第２のマスクを形成する工程と、 第２のマスクから露出している領域をエッチングして、
   第２の段差を形成すると共に第１の段差を更にエッチン
   グして第２の段差より低くし、これにより２段の階段状
   の段差を有する段差部を出射端面側に備えた段差基板を
   形成する工程と、 段差基板を加熱して、段差部の階段状の段差を傾斜面に
   変化させ、傾斜面を有する傾斜部を備えた傾斜基板を形
   成する工程と、 傾斜基板上に化合物半導体積層構造を形成する工程とを
   備え、化合物半導体積層構造として構成され、かつ出射
   端面に対して導波路を傾斜させた傾斜導波路構造部を傾
   斜部上に形成することを特徴とする半導体光デバイスの
   作製方法。
9. 【請求項９】 必要に応じて、更に第２のマスク形成と
   同様のマスク形成工程及び第２の段差形成と同様のエッ
   チング工程を繰り返して、３段以上の階段状の段差を有
   する段差部を出射端面側に備えた段差基板を形成する工
   程を備えていることを特徴とする請求項７に記載の半導
   体光デバイスの作製方法。