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JP3159914B2 - Selectively grown waveguide type optical control element and method of manufacturing the same - Google Patents

Selectively grown waveguide type optical control element and method of manufacturing the same

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Publication number
JP3159914B2
JP3159914B2 JP06224596A JP6224596A JP3159914B2 JP 3159914 B2 JP3159914 B2 JP 3159914B2 JP 06224596 A JP06224596 A JP 06224596A JP 6224596 A JP6224596 A JP 6224596A JP 3159914 B2 JP3159914 B2 JP 3159914B2
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JP
Japan
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region
cladding layer
optical waveguide
selective growth
layer
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Inventor
小枝子 大柴
幸治 中村
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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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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】本発明は、光通信システムや
光情報処理システムに用いる導波型光制御素子に関し、
特に選択成長を用いた光変調器などの光制御素子に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a waveguide-type light control element used for an optical communication system or an optical information processing system.
In particular, the present invention relates to a light control element such as a light modulator using selective growth.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の光制御素子として、例え
ば特開平7−202316号公報に開示の選択成長導波
型光制御素子が知られている。この選択成長導波型光制
御素子では、導波型光制御素子の構造として埋め込み構
造を採用する一方、導電型基板と逆導電型埋め込み層と
の間に導電型低キャリア濃度の半導体バッファ層を挿入
するか、もしくは低キャリア濃度の導電型基板を用いた
構造となっている。かかる構造を採ることにより、導波
型光制御素子構造が埋め込み構造である故に、基板と埋
め込み層との界面にホモ接合が形成され、このホモ接合
によって生じる静電容量の低減を図っている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as this kind of light control element, for example, a selective growth waveguide type light control element disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-202316 is known. In this selective growth waveguide type optical control element, a buried structure is adopted as the structure of the waveguide type optical control element, and a semiconductor buffer layer having a conductive type low carrier concentration is provided between a conductive type substrate and a reverse conductive type buried layer. It has a structure in which a conductive type substrate having a low carrier concentration is inserted or inserted. By employing such a structure, a homojunction is formed at the interface between the substrate and the buried layer because the waveguide-type light control element structure is a buried structure, and the capacitance caused by the homojunction is reduced.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
造の選択成長導波型光制御素子では、2μm〜7μm幅
の選択成長マスクを用いて吸収層や活性層となる光導波
領域を成長しているが、選択成長領域の幅が狭いと表面
拡散による成長速度の増加の影響を受けるため、成長速
度が選択成長領域内でバラツキ、選択成長層の結晶性が
劣化し、素子の特性劣化につながるという問題点があっ
た。
However, in the selective growth waveguide type optical control device having the above structure, an optical waveguide region serving as an absorption layer or an active layer is grown using a selective growth mask having a width of 2 μm to 7 μm. However, if the width of the selective growth region is small, the growth speed is affected by the increase in the growth speed due to surface diffusion, so that the growth speed varies within the selective growth region, the crystallinity of the selective growth layer is deteriorated, and the characteristics of the device are deteriorated. There was a problem.

【0004】また、上記構造の選択成長導波型光制御素
子においては、導電型基板と逆導電型埋め込み層との間
に導電型低キャリア濃度の半導体バッファ層を挿入した
り、低キャリア濃度の導電型基板を用いていることで、
ホモ接合における静電容量をある程度は低減できるもの
の、基板と埋め込み層との界面のホモ接合が無くなる訳
ではないため、ホモ接合における静電容量も依然として
存在することになる。したがって、素子動作の高速化を
図るにも限界があった。
In the selective growth waveguide type optical control device having the above structure, a semiconductor buffer layer having a low carrier concentration is inserted between the conductive substrate and the buried layer of the opposite conductivity type. By using a conductive substrate,
Although the capacitance at the homojunction can be reduced to some extent, the homojunction at the interface between the substrate and the buried layer does not disappear, so the capacitance at the homojunction still exists. Therefore, there is a limit in increasing the operation speed of the device.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明による選択成長導波型光制御素子では、半導
体基板上の第1の領域に選択成長によって部分的に形成
されかつ第2の領域に全面成長によって全面的に形成さ
れた光導波領域と、この光導波領域上の幅方向の中央部
に長手方向に沿ってストライプ状に形成されたメサ形状
の第1のクラッド層と、光導波領域上の第1のクラッド
層の両側にこの第1のクラッド層と屈折率が同じ媒質に
よって形成されて平坦部をなす第2のクラッド層と、光
導波領域に対して部分的に電界を印加する手段とを備え
た構成となっている。
In order to solve the above-mentioned problems, in a selective growth waveguide type optical control device according to the present invention, a second region is formed in a first region on a semiconductor substrate by selective growth and a second region is formed. An optical waveguide region formed over the entire surface of the optical waveguide region by whole-surface growth, and a first mesa-shaped cladding layer formed in a stripe shape along the longitudinal direction at a central portion in the width direction on the optical waveguide region; A second cladding layer formed of a medium having the same refractive index as the first cladding layer on both sides of the first cladding layer on the optical waveguide region to form a flat portion; And a means for applying

【0006】上記構成の選択成長導波型光制御素子にお
いて、第1の領域に選択成長によって部分的に形成され
た光導波領域は活性層として作用し、第2の領域に全面
的に形成された光導波領域は吸収層として作用する。メ
サ形状の第1のクラッド層およびその両側の第2のクラ
ッド層は、リッジ(ridge)構造をなす。このリッ
ジ構造を採ることで、埋め込み構造の場合に基板と埋め
込み層との界面に形成されるホモ接合がなくなり、よっ
てホモ接合における静電容量もなくなる。しかも、メサ
形状の第1のクラッド層を光導波領域上の幅方向の中央
部に形成したことで、表面拡散による成長速度の増加の
影響を受けない選択成長領域(光導波領域)の中央部だ
けを活性層や吸収層として利用することができる。
In the selective growth waveguide type optical control device having the above structure, the optical waveguide region partially formed by selective growth in the first region acts as an active layer, and is formed entirely in the second region. The optical waveguide region functions as an absorption layer. The mesa-shaped first cladding layer and the second cladding layers on both sides thereof form a ridge structure. By adopting this ridge structure, in the case of the buried structure, the homojunction formed at the interface between the substrate and the buried layer is eliminated, and the capacitance at the homojunction is also eliminated. In addition, the mesa-shaped first cladding layer is formed at the central portion in the width direction on the optical waveguide region, so that the central portion of the selective growth region (optical waveguide region) is not affected by an increase in growth rate due to surface diffusion. Alone can be used as the active layer and the absorbing layer.

【0007】本発明による選択成長導波型光制御素子の
製造方法では、半導体基板上の第1の領域に所定の間隔
をもってストライプ形状の一対の誘電体マスクを形成
し、この一対の誘電体マスクを用いて第1の領域には選
択的に、それ以外の第2の領域には全面的に光導波領域
を成長させ、次いで前記一対の誘電体マスクを除去した
後、全体に屈折率が同じ媒質の第1のクラッド層および
第2のクラッド層を順に形成し、さらにその上にストラ
イプ状のエッチングマスクを形成し、続いてこのエッチ
ングマスクを用いて第2のクラッド層をメサ形状にエッ
チングし、しかる後絶縁膜を介して第1の電極を蒸着し
かつ第2のクラッド層とコンタクトをとるとともに、半
導体基板の下面側に第2の電極を形成する。
In the method of manufacturing a selective growth waveguide type optical control element according to the present invention, a pair of stripe-shaped dielectric masks are formed at a predetermined interval in a first region on a semiconductor substrate, and the pair of dielectric masks is formed. Is used to selectively grow an optical waveguide region in the first region and the entire other region in the second region. Then, after removing the pair of dielectric masks, the entire region has the same refractive index. A first cladding layer and a second cladding layer of a medium are sequentially formed, and a stripe-shaped etching mask is formed thereon. Subsequently, the second cladding layer is etched into a mesa shape using the etching mask. Thereafter, a first electrode is vapor-deposited via an insulating film, and a contact is made with the second cladding layer, and a second electrode is formed on the lower surface side of the semiconductor substrate.

【0008】上記の製造方法において、一対の誘電体マ
スクを用いて第1の領域には選択的に、第2の領域には
全面的に光導波領域を成長させることで、第1の領域と
第2の領域とにおける光導波領域のバンドギャップエネ
ルギーが異なり、同一の半導体基板内において、バンド
ギャップエネルギーが異なる部分を1回の結晶成長によ
って形成できる。また、第1のクラッド層および第2の
クラッド層を順に形成した後、第2のクラッド層をメサ
形状にエッチングすることで、同じ屈折率の媒質からな
る第1,第2のクラッド層によってリッジ構造が形成さ
れる。
In the above manufacturing method, an optical waveguide region is selectively grown in the first region and entirely in the second region using a pair of dielectric masks, so that the first region and the second region are formed. The bandgap energy of the optical waveguide region is different from that of the second region, and a portion having a different bandgap energy can be formed in the same semiconductor substrate by one crystal growth. After the first cladding layer and the second cladding layer are sequentially formed, the second cladding layer is etched into a mesa shape, so that the first and second cladding layers made of a medium having the same refractive index form a ridge. A structure is formed.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しつつ詳細に説明する。図1は、本発明によ
る選択成長導波型光制御素子の一実施形態を示す斜視図
であり、本選択成長導波型光制御素子の一例として、I
nP系電界吸収型光変調器集積DFB(distributed fee
dback;分布帰還型)レーザの構成を示す。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a selective growth waveguide type optical control element according to the present invention.
nP electro-absorption type optical modulator integrated DFB (distributed fee)
dback (distribution feedback type) laser is shown.

【0010】図1において、n型InP基板1の上に
は、周期が約240nmの回折格子が部分的に形成され
ている。このn型InP基板1において、回折格子が形
成されている第1の領域がDFBレーザ領域となり、回
折格子が形成されていない第2の領域が光変調器領域1
2となる。n型InP基板1の上には、組成波長1.2
μmのInGaAsP光導波層2が形成されている。
In FIG. 1, a diffraction grating having a period of about 240 nm is partially formed on an n-type InP substrate 1. In this n-type InP substrate 1, a first region where a diffraction grating is formed is a DFB laser region, and a second region where no diffraction grating is formed is an optical modulator region 1.
It becomes 2. On the n-type InP substrate 1, a composition wavelength of 1.2
A μm InGaAsP optical waveguide layer 2 is formed.

【0011】光導波層2の上には、ダブルヘテロ構造の
光導波領域3が形成されている。この光導波領域3は、
n‐InPスペーサ層、組成波長1.2μmのInGa
AsPバリア層とInGaAs井戸層からなる5周期の
アンドープ量子井戸層、p型InPクラッド層からな
り、DFBレーザ領域11側では基板1の幅方向の中央
部に形成されて活性層として作用し、光変調器領域12
側では全面に亘って形成されて吸収層として作用する。
On the optical waveguide layer 2, an optical waveguide region 3 having a double hetero structure is formed. This optical waveguide region 3
n-InP spacer layer, InGa having a composition wavelength of 1.2 μm
It is composed of an undoped quantum well layer of five periods composed of an AsP barrier layer and an InGaAs well layer, and a p-type InP cladding layer. On the side of the DFB laser region 11, it is formed at the center of the substrate 1 in the width direction and acts as an active layer. Modulator area 12
On the side, it is formed over the entire surface and acts as an absorbing layer.

【0012】光導波領域3上には、その幅方向の中央部
に長手方向に沿って断面台形(メサ形状)のp型InP
クラッド層4がストライプ状に形成され、さらにその両
側にクラッド層4と同じ屈折率の媒質のp型InPクラ
ッド層5が平坦部として形成されている。この同じ屈折
率の媒質のp型InPクラッド層4,5により、リッジ
構造が構成されている。
On the optical waveguide region 3, a trapezoidal (mesa-shaped) p-type InP is formed at the center in the width direction along the longitudinal direction.
A cladding layer 4 is formed in a stripe shape, and a p-type InP cladding layer 5 of a medium having the same refractive index as that of the cladding layer 4 is formed on both sides thereof as flat portions. A ridge structure is formed by the p-type InP cladding layers 4 and 5 of the medium having the same refractive index.

【0013】p型InPクラッド層4,5の上には、S
iO2 絶縁膜6が全面に亘って成膜されている。SiO
2 絶縁膜6のクラッド層5上には、p側電極コンタクト
用の窓6aが形成されている。そして、SiO2 絶縁膜
6上には、DFB領域11側では全面に亘ってCr/A
uよりなるp側電極7が蒸着され、窓6aを介してクラ
ッド層4とコンタクトがとられている。
On the p-type InP cladding layers 4 and 5, S
An iO 2 insulating film 6 is formed over the entire surface. SiO
2. On the cladding layer 5 of the insulating film 6, a window 6a for p-side electrode contact is formed. Then, Cr / A is formed on the entire surface of the SiO 2 insulating film 6 on the DFB region 11 side.
A p-side electrode 7 made of u is deposited and is in contact with the cladding layer 4 through the window 6a.

【0014】一方、光変調器領域12側においては、ク
ラッド層4上にのみp側電極8が形成され、平坦部上に
形成された電極パッド9と接続されている。また、基板
1の下面側には、Cr/Auよりなるn側電極10が底
面全面に亘って形成されている。このp側電極7,8と
n側電極10とは、光導波領域3に対して部分的(活性
層、吸収層)に電界を印加する手段を構成している。
On the other hand, on the side of the optical modulator region 12, the p-side electrode 8 is formed only on the cladding layer 4, and is connected to the electrode pad 9 formed on the flat portion. On the lower surface side of the substrate 1, an n-side electrode 10 made of Cr / Au is formed over the entire bottom surface. The p-side electrodes 7 and 8 and the n-side electrode 10 constitute a means for applying an electric field to the optical waveguide region 3 partially (active layer, absorption layer).

【0015】続いて、上記構成の本実施形態に係るIn
P系電界吸収型光変調器集積DFBレーザの動作につい
て説明する。
Subsequently, In according to the present embodiment having the above-described structure,
The operation of the P-system electro-absorption type optical modulator integrated DFB laser will be described.

【0016】先ず、DFBレーザ領域11では、p側電
極7とn側電極10との間に順方向電圧を印加すると、
InGaAsP/InGaAs光導波領域(活性層)3
に正孔および電子が注入されて発光し、基板1上に形成
されていた回折格子によって波長が選択されてDFBレ
ーザ発振する。
First, in the DFB laser region 11, when a forward voltage is applied between the p-side electrode 7 and the n-side electrode 10,
InGaAsP / InGaAs optical waveguide region (active layer) 3
Holes and electrons are injected into the substrate 1 to emit light, and the wavelength is selected by the diffraction grating formed on the substrate 1 to oscillate the DFB laser.

【0017】一方、光変調器領域12では、p側電極8
とn側電極10との間に逆バイアス電圧を印加すると、
印加電圧に応じてInGaAsP/InGaAs光導波
領域(吸収層)3の吸収係数が増加する。この吸収係数
の増加現象は、量子閉じ込めシュタルク効果(Stark eff
ect)と呼ばれるものによる。ここに、シュタルク効果と
は、固体中でその近くに存在する原子やイオンによる内
部的な電場や、外部から加えられた電場などによって起
きるスペクトル線やエネルギー準位の分離やシフトを言
う。
On the other hand, in the optical modulator region 12, the p-side electrode 8
When a reverse bias voltage is applied between the gate electrode and the n-side electrode 10,
The absorption coefficient of the InGaAsP / InGaAs optical waveguide region (absorption layer) 3 increases according to the applied voltage. This phenomenon of increasing the absorption coefficient is due to the quantum confined Stark effect (Stark eff
ect). Here, the Stark effect refers to the separation or shift of spectral lines or energy levels caused by an internal electric field due to atoms or ions existing in the vicinity of a solid or an externally applied electric field.

【0018】また、InGaAsP/InGaAs光導
波領域(吸収層)3にバルク層を用いた場合にも、フラ
ンツ・ケルディッシュ(Franz-Keldysh) 効果によって同
様の吸収係数の増加が見られる。ここに、フランツ・ケ
ルディッシュ効果とは、強い電場の印加により、半導体
や絶縁体の光吸収端の波長が長波長側にシフトするよう
に見える効果を言う。
Also, when a bulk layer is used for the InGaAsP / InGaAs optical waveguide region (absorption layer) 3, a similar increase in the absorption coefficient is observed due to the Franz-Keldysh effect. Here, the Franz-Keldysh effect refers to an effect in which the wavelength of the light absorption edge of a semiconductor or an insulator appears to shift to a longer wavelength side when a strong electric field is applied.

【0019】上述したように、DFBレーザに光変調器
を集積した導波型光制御素子において、その素子構造と
してリッジ構造を採ったことにより、埋め込み構造の場
合に基板と埋め込み層との界面に形成されるホモ接合が
なくなるため、ホモ接合における静電容量もなくなる。
その結果、変調器周波数帯域を拡大し、素子動作のより
高速化が図れるので、高速光通信システムに適用できる
導波型光制御素子を提供できる。
As described above, in the waveguide type optical control element in which the optical modulator is integrated with the DFB laser, the ridge structure is adopted as the element structure. Since no homojunction is formed, the capacitance at the homojunction is also eliminated.
As a result, the frequency band of the modulator can be expanded and the operation of the element can be performed at a higher speed. Therefore, a waveguide type optical control element applicable to a high-speed optical communication system can be provided.

【0020】ところで、リッジ構造の場合には、水平方
向と垂直方向とで入出射光のスポットサイズが大きく異
なる。この水平・垂直方向のスポットサイズの非対称性
は、DFBレーザ領域11の活性層と光変調器領域12
の吸収層との結合部での結合損失を大きくする問題があ
る。しかしながら、本発明に係る導波型光制御素子で
は、DFBレーザ領域11の活性層と光変調器領域12
の吸収層とが光導波領域3によって同一の導波路を形成
しているので、素子構造としてリッジ構造を採っても、
結合損失的には水平・垂直方向のスポットサイズの非対
称性は何ら問題とはならない。
Incidentally, in the case of the ridge structure, the spot size of the incoming / outgoing light is largely different between the horizontal direction and the vertical direction. The asymmetry of the horizontal and vertical spot sizes is due to the fact that the active layer of the DFB laser region 11 and the optical modulator region 12
However, there is a problem that the coupling loss at the joint with the absorbing layer is increased. However, in the waveguide type optical control device according to the present invention, the active layer of the DFB laser region 11 and the optical modulator region 12
Form the same waveguide by the optical waveguide region 3, even if the ridge structure is adopted as the element structure,
In terms of coupling loss, the asymmetry of the spot size in the horizontal and vertical directions does not pose any problem.

【0021】次に、上記構成の本実施形態に係るInP
系電界吸収型光変調器集積DFBレーザの製造方法につ
いて、図2の工程図に基づいて説明する。なお、図2
は、本光変調器集積DFBレーザのレーザ領域部分の断
面を示している。また、図2において、図1と同等部分
には同一符号を付して示してある。
Next, the InP according to this embodiment having the above-described structure is used.
A method for manufacturing a system-based electroabsorption type optical modulator integrated DFB laser will be described with reference to the process chart of FIG. Note that FIG.
Shows a cross section of a laser region portion of the present optical modulator integrated DFB laser. In FIG. 2, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

【0022】工程(a)では、n型InP基板1の上
に、周期が約240nmの回折格子を部分的に形成し、
回折格子を形成した部分をDFBレーザ領域11、回折
格子を形成しなかった部分を光変調器領域12とする。
この基板1の上に、有機金属気相成長法(MOVPE
法)等を用いて、組成波長1.2μmのInGaAsP
光導波層2を成長する。その上にさらに、選択成長用の
誘電体マスクとなる厚さ約1000〜3000オングス
トロームのSiO2 膜21を形成する。
In the step (a), a diffraction grating having a period of about 240 nm is partially formed on the n-type InP substrate 1,
The portion where the diffraction grating is formed is referred to as a DFB laser region 11, and the portion where the diffraction grating is not formed is referred to as an optical modulator region 12.
On this substrate 1, metal organic chemical vapor deposition (MOVPE)
InGaAsP with a composition wavelength of 1.2 μm
The optical waveguide layer 2 is grown. Further thereon, an SiO 2 film 21 having a thickness of about 1000 to 3000 Å, which serves as a dielectric mask for selective growth, is formed.

【0023】続いて、工程(b)では、このSiO2
21を、通常のフォトリソグラフィー技術を用いてスト
ライプ形状の一対の選択成長用マスク22,23にパタ
ーニングする。このマスク22,23は、図3に示すよ
うに、DFBレーザ領域11にのみ形成される。工程
(c)では、n‐InPスペーサ層、組成波長1.2μ
mのInGaAsPバリア層とInGaAs井戸層から
なる5周期のアンドープ量子井戸層、p型InPクラッ
ド層からなるダブルヘテロ構造の光導波領域3をエピタ
キシャルに形成する。
Subsequently, in the step (b), the SiO 2 film 21 is patterned into a pair of stripe-shaped selective growth masks 22 and 23 using ordinary photolithography technology. The masks 22 and 23 are formed only in the DFB laser region 11, as shown in FIG. In the step (c), an n-InP spacer layer and a composition wavelength of 1.2 μm are used.
A five-period undoped quantum well layer composed of m InGaAsP barrier layers and InGaAs well layers, and a double heterostructure optical waveguide region 3 composed of a p-type InP cladding layer are formed epitaxially.

【0024】この過程では、図3から明らかなように、
光変調器領域12には選択成長用マスク22,23が存
在しないために、光変調器領域12の光導波領域(吸収
層)3は全面に亘って成長されるが、DFBレーザ領域
11には選択成長用マスク22,23が形成されている
ことにより、DFBレーザ領域11の光導波領域(活性
層)3はマスク22,23の間の領域に選択的に成長さ
れる。その結果、DFBレーザ領域11と光変調器領域
12とにおける光導波領域3のバンドギャップエネルギ
ーは異なり、同一の基板内において、バンドギャップエ
ネルギーが異なる部分を1回の結晶成長によって形成で
きる。
In this process, as is apparent from FIG.
Since the selective growth masks 22 and 23 do not exist in the optical modulator region 12, the optical waveguide region (absorbing layer) 3 of the optical modulator region 12 is grown over the entire surface. By forming the selective growth masks 22 and 23, the optical waveguide region (active layer) 3 of the DFB laser region 11 is selectively grown in the region between the masks 22 and 23. As a result, the bandgap energies of the optical waveguide region 3 in the DFB laser region 11 and the optical modulator region 12 are different, and portions having different bandgap energies can be formed in the same substrate by one crystal growth.

【0025】このように選択成長されるのは、成長時
に、選択成長用マスク22,23上の領域と成長される
領域との間に原料の濃度勾配が生じ、成長原料種の気相
拡散によって組成変化および成長速度の変化が生じ、量
子井戸層の組成および厚みが変化することによる。図4
に、InPを選択成長させたときのSiO2 マスク端か
らの距離とInP成長速度の関係を測定した結果の一例
を示す。
The reason why the selective growth is performed in this manner is that, during the growth, a concentration gradient of the raw material is generated between the regions on the selective growth masks 22 and 23 and the region to be grown, and the growth raw material is diffused by vapor phase. A change in composition and a change in growth rate occur, and the composition and thickness of the quantum well layer change. FIG.
FIG. 5 shows an example of the result of measuring the relationship between the distance from the SiO 2 mask edge and the InP growth rate when InP is selectively grown.

【0026】気相拡散によって生じるInPの成長速度
Rの変化は気相拡散長Lによって決まり、成長速度Rと
マスク端の距離xとの関係は、次の式で表される。
The change in the growth rate R of InP caused by the gas phase diffusion is determined by the gas phase diffusion length L, and the relationship between the growth rate R and the distance x between the mask edges is expressed by the following equation.

【数1】 ここに、Aは比例係数である。(Equation 1) Here, A is a proportionality coefficient.

【0027】図4には、一例として、気相拡散長Lを3
9μmとして成長速度を計算した場合の計算値および実
際の測定値を示し、図中、計算値を実線で表し、測定値
を○印で表している。図4から明らかなように、マスク
端からの距離が5μm以上の領域では測定値と計算値が
良く一致するが、5μm以下の領域では計算値よりも成
長速度が大きくなっていることがわかる。これは、選択
成長用マスク22,23上の原料の表面拡散によりマス
ク端近傍における原料の供給が増加し、その影響で成長
速度が加速されたと考えられる。
FIG. 4 shows an example in which the gas phase diffusion length L is 3
The calculated value and the actual measured value when the growth rate is calculated as 9 μm are shown. In the figure, the calculated value is indicated by a solid line, and the measured value is indicated by a circle. As is clear from FIG. 4, the measured value and the calculated value match well in the region where the distance from the mask edge is 5 μm or more, but the growth rate is higher than the calculated value in the region of 5 μm or less. This is presumably because the surface diffusion of the raw materials on the selective growth masks 22 and 23 increased the supply of the raw materials in the vicinity of the mask edges, and the growth rate was accelerated by the influence.

【0028】表面拡散の影響のある領域では、成長速度
および組成がマスク端からの距離によって急激に変化し
バラツキが大きいことや組成のコントロールが困難であ
り、表面拡散の影響のない選択成長領域を得るために
は、選択成長領域の幅である選択成長用マスク22,2
3の間隔は10μm〜40μm程度とする必要がある。
選択成長によって光導波領域3を成長するとき、DFB
レーザ領域のInGaAsP/InGaAs光導波領域
3の幅は、選択成長用マスク22,23の間隔によって
決まるため、10μm〜40μm程度の幅となる。
In a region affected by surface diffusion, the growth rate and composition rapidly change depending on the distance from the mask edge, and there is a large variation and it is difficult to control the composition. In order to obtain it, the selective growth masks 22 and 2 having the width of the selective growth region are required.
The interval of 3 needs to be about 10 μm to 40 μm.
When growing the optical waveguide region 3 by selective growth, DFB
Since the width of the InGaAsP / InGaAs optical waveguide region 3 in the laser region is determined by the interval between the selective growth masks 22 and 23, the width is about 10 μm to 40 μm.

【0029】工程(d)では、選択成長用マスク22,
23を除去し、全体に屈折率が同じ媒質のp型InPク
ラッド層24およびp型InPクラッド層25、さらに
はバンドギャップ波長1.3μm、不純物濃度p=5×
1018cm-3、厚さ約0.2μmのp型InGaAsP
コンタクト層26を順に積層する。次に、工程(e)で
は、選択成長領域の中央をカバーするように表面上に幅
が約3μmのストライプ状のSiO2 エッチングマスク
27を形成する。
In the step (d), the selective growth mask 22,
23 are removed, the p-type InP cladding layer 24 and the p-type InP cladding layer 25 of the medium having the same refractive index as a whole, a band gap wavelength of 1.3 μm, and an impurity concentration p = 5 ×
10 18 cm -3 , p-type InGaAsP about 0.2 μm thick
The contact layers 26 are sequentially stacked. Next, in the step (e), a stripe-shaped SiO 2 etching mask 27 having a width of about 3 μm is formed on the surface so as to cover the center of the selective growth region.

【0030】そして、工程(f)では、ストライプ状の
SiO2 エッチングマスク27を用いてp型InPクラ
ッド層25をエッチングし、メサ形状のクラッド層4を
ストライプ状に形成する。その結果、メサ形状のクラッ
ド層4およびその両側の平坦部となるクラッド層5によ
り、リッジ構造が形成される。
Then, in the step (f), the p-type InP cladding layer 25 is etched using the stripe-shaped SiO 2 etching mask 27 to form the mesa-shaped cladding layer 4 in a stripe shape. As a result, a ridge structure is formed by the mesa-shaped cladding layer 4 and the cladding layers 5 serving as flat portions on both sides thereof.

【0031】続いて、工程(g)では、全面にSiO2
絶縁膜6を形成し、SiO2 絶縁膜6にp型電極コンタ
クト用の窓を形成する。その後、Cr/Auよりなるp
側電極7(8)を蒸着し、通常のフォトリソグラフィー
技術を用いて電極のパターニングを行う。次いで、基板
1の下側に、Cr/Auよりなるn側電極10を形成
し、変調器出射端面に膜厚が約2000オングストロー
ムのAl2 3 膜(屈折率〜1.75)等で形成される
ARコートを施す。以上により、半導体光変調器集積D
FBレーザが構成される。
Subsequently, in the step (g), the whole surface is made of SiO 2
An insulating film 6 is formed, and a window for a p-type electrode contact is formed in the SiO 2 insulating film 6. Then, the p of Cr / Au
The side electrode 7 (8) is vapor-deposited, and the electrode is patterned using a normal photolithography technique. Next, an n-side electrode 10 made of Cr / Au is formed on the lower side of the substrate 1, and an Al 2 O 3 film (refractive index 〜1.75) having a film thickness of about 2,000 Å is formed on the exit face of the modulator. AR coating is performed. As described above, the semiconductor optical modulator integrated D
An FB laser is configured.

【0032】上述したように、製造歩留りを向上させる
ことができる選択成長を用いたDFBレーザに光変調器
を集積した導波型光制御素子を製造するに際し、屈折率
が同じ媒質のp型InPクラッド層24およびp型In
Pクラッド層25を順に積層し、ストライプ状のSiO
2 エッチングマスク27を用いてp型InPクラッド層
25をエッチングし、メサ形状のクラッド層4をストラ
イプ状に形成することにより、埋め込み構造の場合に基
板と埋め込み層との界面に形成されるホモ接合をなくし
たリッジ構造を簡単に形成できる。
As described above, when manufacturing a waveguide type optical control element in which an optical modulator is integrated with a DFB laser using selective growth which can improve the manufacturing yield, p-type InP of a medium having the same refractive index is used. Cladding layer 24 and p-type In
P cladding layers 25 are sequentially laminated, and striped SiO
(2) By etching the p-type InP cladding layer 25 using the etching mask 27 and forming the mesa-shaped cladding layer 4 in a stripe shape, the homojunction formed at the interface between the substrate and the buried layer in the case of the buried structure. The ridge structure without the ridge can be easily formed.

【0033】また、10μm〜40μmの間隔をもつ一
対の選択成長用マスクを用いて活性層や吸収層となる光
導波領域3を成長させ、光導波領域3の幅を比較的広く
設定するとともに、その中央部にクラッド層4を形成す
るようにしたことにより、表面拡散による成長速度の影
響を受けない選択成長領域、即ち光導波領域3の中央部
だけを導波型光制御素子の活性層や吸収層として利用す
ることができるので、光導波領域3の結晶性が良く、良
好な素子特性が得られる。
The optical waveguide region 3 serving as an active layer or an absorption layer is grown by using a pair of selective growth masks having an interval of 10 μm to 40 μm, and the width of the optical waveguide region 3 is set relatively wide. By forming the cladding layer 4 in the central portion, the selective growth region which is not affected by the growth rate due to the surface diffusion, that is, only the central portion of the optical waveguide region 3 has the active layer or the active layer of the waveguide type optical control element. Since it can be used as an absorption layer, the crystallinity of the optical waveguide region 3 is good, and good device characteristics can be obtained.

【0034】なお、上記実施形態では、光導波領域3に
よってDFBレーザ領域11の活性層と光変調器領域1
2の吸収層とを形成するとしたが、DFBレーザ領域1
1の活性層と光変調器領域12の吸収層との結合部に光
導波層が存在することから、光導波領域3はこの光導波
層をも含むものとする。
In the above embodiment, the active layer of the DFB laser region 11 and the optical modulator region 1 are formed by the optical waveguide region 3.
2 is formed, but the DFB laser region 1
Since the optical waveguide layer exists at the joint between the active layer 1 and the absorption layer of the optical modulator region 12, the optical waveguide region 3 also includes this optical waveguide layer.

【0035】また、上記実施形態では、光導波領域3の
第1の領域をレーザ領域11とし、第2の領域を光変調
器領域12とし、レーザ光源と光変調器とを集積した構
成の導波型光制御素子について説明したが、これに限定
されるものではなく、光導波領域3の第1の領域を増幅
領域とし、外部から導入した光を増幅する光増幅器と光
変調器とを集積した構成の導波型光制御素子とすること
も可能である。
In the above embodiment, the first region of the optical waveguide region 3 is the laser region 11, the second region is the optical modulator region 12, and the laser light source and the optical modulator are integrated. Although the wave type light control element has been described, the present invention is not limited to this. The first region of the optical waveguide region 3 is an amplification region, and an optical amplifier for amplifying light introduced from the outside and an optical modulator are integrated. It is also possible to provide a waveguide-type light control element having the above configuration.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、選択成長を用いたレーザ光源に光変調器を集積し
た導波型光制御素子において、その素子構造としてリッ
ジ構造を採ったことにより、埋め込み構造の場合に基板
と埋め込み層との界面に形成されるホモ接合がなくな
り、ホモ接合における静電容量もなくなるため、変調器
周波数帯域を拡大し、素子動作のより高速化を図ること
ができる。また、表面拡散による成長速度の影響を受け
ない選択成長領域の中央部だけを導波型光制御素子の活
性層や吸収層として利用することができるので、選択成
長領域の結晶性が良く、良好な素子特性を得ることがで
きる。
As described in detail above, according to the present invention, a ridge structure is adopted as a device structure in a waveguide type light control device in which an optical modulator is integrated with a laser light source using selective growth. As a result, the homojunction formed at the interface between the substrate and the buried layer in the case of the buried structure is eliminated, and the capacitance at the homojunction is also eliminated, so that the modulator frequency band is expanded and the operation of the device is further accelerated. be able to. Also, since only the central portion of the selective growth region, which is not affected by the growth rate due to surface diffusion, can be used as the active layer and the absorption layer of the waveguide type optical control element, the crystallinity of the selective growth region is good and good. Element characteristics can be obtained.

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

【図1】本発明の一実施形態を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の製造方法の手順を示す工程図である。FIG. 2 is a process chart showing a procedure of a manufacturing method of the present invention.

【図3】工程(b)での平面図である。FIG. 3 is a plan view in a step (b).

【図4】マスク端からの距離とInP成長速度の関係の
一例を示す特性図である。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing an example of a relationship between a distance from a mask edge and an InP growth rate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 n型InP基板 3 光導波領域(活性層、吸収層) 4,5 クラッド層 7,8 p側電極 10 n側電極 Reference Signs List 1 n-type InP substrate 3 optical waveguide region (active layer, absorption layer) 4,5 clad layer 7,8 p-side electrode 10 n-side electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−260727(JP,A) 特開 平7−176827(JP,A) 特開 平6−314657(JP,A) 特開 平8−220496(JP,A) 特開 平8−162701(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-6-260727 (JP, A) JP-A-7-176827 (JP, A) JP-A-6-314657 (JP, A) JP-A 8- 220496 (JP, A) JP-A-8-162701 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01S 5/00-5/50

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板上の第1の領域に選択成長に
よって部分的に形成されかつ第2の領域に全面成長によ
って全面的に形成された光導波領域と、 前記光導波領域上の幅方向の中央部に長手方向に沿って
ストライプ状に形成されたメサ形状の第1のクラッド層
と、 前記光導波領域上の前記第1のクラッド層の両側にこの
第1のクラッド層と屈折率が同じ媒質によって形成され
て平坦部をなす第2のクラッド層と、 前記光導波領域に対して部分的に電界を印加する手段と
を備えたことを特徴とする選択成長導波型光制御素子。
An optical waveguide region partially formed by selective growth in a first region on a semiconductor substrate and entirely formed by overall growth in a second region; and a width direction on the optical waveguide region. A first cladding layer having a mesa shape formed in a stripe shape along a longitudinal direction at a central portion of the first cladding layer, and a refractive index of the first cladding layer on both sides of the first cladding layer on the optical waveguide region. A selective growth waveguide type optical control device, comprising: a second cladding layer formed of the same medium to form a flat portion; and a means for partially applying an electric field to the optical waveguide region.
【請求項2】 前記光導波領域における選択成長領域の
幅が10μm〜40μmであることを特徴とする請求項
1記載の選択成長導波型光制御素子。
2. The selective growth waveguide type optical control device according to claim 1, wherein the width of the selective growth region in the optical waveguide region is 10 μm to 40 μm.
【請求項3】 半導体基板上の第1の領域に所定の間隔
をもってストライプ形状の一対の誘電体マスクを形成
し、 この一対の誘電体マスクを用いて前記レーザ領域には選
択的に、それ以外の第2の領域には全面的に光導波領域
を成長させ、 次いで前記一対の誘電体マスクを除去した後、全体に屈
折率が同じ媒質の第1のクラッド層および第2のクラッ
ド層を順に積層し、さらにその上にストライプ状のエッ
チングマスクを形成し、 続いて前記エッチングマスクを用いて前記第2のクラッ
ド層をメサ形状にエッチングし、 しかる後絶縁膜を介して第1の電極を蒸着しかつ前記第
2のクラッド層とコンタクトをとるとともに、前記半導
体基板の下面側に第2の電極を形成することを特徴とす
る選択成長導波型光制御素子の製造方法。
3. A pair of stripe-shaped dielectric masks are formed at predetermined intervals in a first region on a semiconductor substrate, and the laser region is selectively formed using the pair of dielectric masks. After the optical waveguide region is entirely grown on the second region, and after removing the pair of dielectric masks, the first cladding layer and the second cladding layer of the medium having the same refractive index as a whole are sequentially arranged. Laminate, further form a stripe-shaped etching mask thereon, then use the etching mask to etch the second cladding layer into a mesa shape, and then deposit a first electrode via an insulating film And forming a second electrode on the lower surface of the semiconductor substrate while making contact with the second cladding layer.
【請求項4】 前記一対の誘電体マスクの間隔を10μ
m〜40μmに設定することを特徴とする請求項3記載
の選択成長導波型光制御素子の製造方法。
4. The distance between said pair of dielectric masks is 10 μm.
4. The method according to claim 3, wherein the thickness is set to m to 40 [mu] m.
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