JPH10308556A - 半導体光素子およびその製造方法 - Google Patents
半導体光素子およびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 スポットサイズ変換機能を有する半導体光素
子を高精度にかつ再現性よく形成できるようにする。 【構成】 ｎ−ＩｎＰ基板１ａ上に、後方直線部４で一
定のマスク幅と一定の開口幅を有し、テーパ部５で光出
射側端面に向かってマスク幅と開口幅とが共に漸減し、
かつ、前方直線部６で一定のマスク幅と一定の開口幅を
有するＳｉＯ2 マスク２ａを形成し（ａ）、ｎ−ＩｎＰ
クラッド層７ａ、ｎ側ＩｎＧａＡｓＰ−ＳＣＨ層８ａ、
ＭＱＷ層９、ｐ側ＩｎＧａＡｓＰ−ＳＣＨ層８ｂ、ｐ−
ＩｎＰクラッド層７ｂを順に成長させる（ｂ）。ＳｉＯ
2 マスク２ａを除去し、新たにストライプ上にＳｉＯ2
マスク１０を形成し、ｐ−ＩｎＰブロック層１１ａ、ｎ
−ＩｎＰブロック層１１ｂを形成する（ｃ）。ＳｉＯ2
マスク１０を除去し、ｐ−ＩｎＰ埋め込み層１２、コン
タクト１３を形成し、電極１４を形成する（ｄ）。
子を高精度にかつ再現性よく形成できるようにする。 【構成】 ｎ−ＩｎＰ基板１ａ上に、後方直線部４で一
定のマスク幅と一定の開口幅を有し、テーパ部５で光出
射側端面に向かってマスク幅と開口幅とが共に漸減し、
かつ、前方直線部６で一定のマスク幅と一定の開口幅を
有するＳｉＯ2 マスク２ａを形成し（ａ）、ｎ−ＩｎＰ
クラッド層７ａ、ｎ側ＩｎＧａＡｓＰ−ＳＣＨ層８ａ、
ＭＱＷ層９、ｐ側ＩｎＧａＡｓＰ−ＳＣＨ層８ｂ、ｐ−
ＩｎＰクラッド層７ｂを順に成長させる（ｂ）。ＳｉＯ
2 マスク２ａを除去し、新たにストライプ上にＳｉＯ2
マスク１０を形成し、ｐ−ＩｎＰブロック層１１ａ、ｎ
−ＩｎＰブロック層１１ｂを形成する（ｃ）。ＳｉＯ2
マスク１０を除去し、ｐ−ＩｎＰ埋め込み層１２、コン
タクト１３を形成し、電極１４を形成する（ｄ）。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信、光ディス
ク装置、光インターコネクションなどに用いられる半導
体光素子およびその製造方法に関し、特にスポットサイ
ズ変換機能を備えた半導体光素子およびその製造方法に
関するものである。
ク装置、光インターコネクションなどに用いられる半導
体光素子およびその製造方法に関し、特にスポットサイ
ズ変換機能を備えた半導体光素子およびその製造方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザ、半導体光増幅器、半導体
光変調器などの半導体光素子は、その光導波路から放射
される光ビームのスポット径が小さくその光放射角度が
大きいため、一般に光ファイバや石英系光導波路等との
結合が困難である。そこで、従来レンズを使用した光結
合モジュールを用いて、半導体光素子と光ファイバや光
導波路との高効率の光結合を図ってきたが、レンズが高
価であることに加えて、光半導体素子、レンズ、光ファ
イバあるいは光導波路等の部品の位置合わせに高い精度
が必要であるため、光結合モジュールの低価格化に大き
な障害となっている。
光変調器などの半導体光素子は、その光導波路から放射
される光ビームのスポット径が小さくその光放射角度が
大きいため、一般に光ファイバや石英系光導波路等との
結合が困難である。そこで、従来レンズを使用した光結
合モジュールを用いて、半導体光素子と光ファイバや光
導波路との高効率の光結合を図ってきたが、レンズが高
価であることに加えて、光半導体素子、レンズ、光ファ
イバあるいは光導波路等の部品の位置合わせに高い精度
が必要であるため、光結合モジュールの低価格化に大き
な障害となっている。
【０００３】而して、半導体光素子端面における光スポ
ットサイズを拡大でき光放射角度を狭めることができれ
ば、高価なレンズの使用やその高精度な位置合わせを行
うことなく、光ファイバ等との高効率の光結合が可能に
なり、光結合モジュールの大幅な低価格化が可能とな
る。そこで、従来より幾つかのスポットサイズ変換機能
を備えた半導体光素子が提案されている。図１３（ａ）
は、特開平７−２８３４９０号公報にて提案された、半
導体からなる光スポットサイズ変換用の導波路を集積化
したファブリペローレーザ（以下、ＦＰ−ＬＤ：以下、
第１の従来例という）の一部を断面図にて示す斜視図で
ある。このＦＰ−ＬＤは次のように作製される。図１３
（ｂ）に示すように、半導体基板１上に、利得領域２２
では一定の開口幅でスポットサイズ変換領域２３では一
方の端面に向かって開口幅が広がる選択成長マスク２を
形成し、クラッド層７、ＳＣＨ（separate confinement
hetero-structure ）層８、ＭＱＷ（multi-quantum we
ll）層９、ＳＣＨ層８、クラッド層を順次成長させる。
このとき、スポットサイズ変換領域２３では、端面に向
かって膜厚が漸減するエピタキシャル層が形成される。
次に、選択成長されたエピタキシャル層上に幅１．５μ
ｍのストライプ状マスクを形成し、これによりエピタキ
シャル層をパターニングし、そのストライプ状マスクを
残したまま電流ブロック層１１を選択成長させる。次い
で、コンタクト層１３を形成し、その上に利得領域２２
上にのみ開口部２１を有する絶縁膜１５を形成した後、
基板上下面に電極１４、１４を形成する。この第１の従
来例では、スポットサイズ変換領域２３において、光導
波路の膜厚を変化させてスポットサイズを拡大し、狭放
射角を実現している。
ットサイズを拡大でき光放射角度を狭めることができれ
ば、高価なレンズの使用やその高精度な位置合わせを行
うことなく、光ファイバ等との高効率の光結合が可能に
なり、光結合モジュールの大幅な低価格化が可能とな
る。そこで、従来より幾つかのスポットサイズ変換機能
を備えた半導体光素子が提案されている。図１３（ａ）
は、特開平７−２８３４９０号公報にて提案された、半
導体からなる光スポットサイズ変換用の導波路を集積化
したファブリペローレーザ（以下、ＦＰ−ＬＤ：以下、
第１の従来例という）の一部を断面図にて示す斜視図で
ある。このＦＰ−ＬＤは次のように作製される。図１３
（ｂ）に示すように、半導体基板１上に、利得領域２２
では一定の開口幅でスポットサイズ変換領域２３では一
方の端面に向かって開口幅が広がる選択成長マスク２を
形成し、クラッド層７、ＳＣＨ（separate confinement
hetero-structure ）層８、ＭＱＷ（multi-quantum we
ll）層９、ＳＣＨ層８、クラッド層を順次成長させる。
このとき、スポットサイズ変換領域２３では、端面に向
かって膜厚が漸減するエピタキシャル層が形成される。
次に、選択成長されたエピタキシャル層上に幅１．５μ
ｍのストライプ状マスクを形成し、これによりエピタキ
シャル層をパターニングし、そのストライプ状マスクを
残したまま電流ブロック層１１を選択成長させる。次い
で、コンタクト層１３を形成し、その上に利得領域２２
上にのみ開口部２１を有する絶縁膜１５を形成した後、
基板上下面に電極１４、１４を形成する。この第１の従
来例では、スポットサイズ変換領域２３において、光導
波路の膜厚を変化させてスポットサイズを拡大し、狭放
射角を実現している。
【０００４】また、図１４は、Ｈ．Ｆｕｋａｎｏ他によ
り、エレクトロニクスレターズ、Ｖｏｌ．３１、Ｎｏ．
１７（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ａｕ
ｇｕｓｔ １９９６，Ｖｏｌ．３１ Ｎｏ．１７）、ｐ
ｐ．１４３９〜１４４０にて提案されたＦＰ−ＬＤ（以
下、第２の従来例という）の構造を示す斜視図である。
この構造のＦＰ−ＬＤは、従前のＢＨ（buried heteros
tructure）構造ＬＤの製造技術を用いて、以下のように
形成される。半導体基板上に、ＳＣＨ層に挟まれたＭＱ
Ｗ層をエピタキシャル成長させ、フォトリソグラフィ法
およびエッチング法を用いてエピタキシャル層をパター
ニングして、テーパ部５と後方直線部とを有するメサ状
の半導体活性層２４を形成する。その後、メサストライ
プの周囲に電流ブロック層を成長させ、さらにオーバク
ラッド層、コンタクト層を成長させて、図示された大ス
ポットサイズＬＤの製作が完了する。この第２の従来例
では、選択成長を用いず基板上へ全面に平坦に成長させ
たエピタキシャル層をエッチングして形成した横方向の
テーパ形状によってレーザ出射端での光スポットサイズ
の拡大を図っている。
り、エレクトロニクスレターズ、Ｖｏｌ．３１、Ｎｏ．
１７（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ａｕ
ｇｕｓｔ １９９６，Ｖｏｌ．３１ Ｎｏ．１７）、ｐ
ｐ．１４３９〜１４４０にて提案されたＦＰ−ＬＤ（以
下、第２の従来例という）の構造を示す斜視図である。
この構造のＦＰ−ＬＤは、従前のＢＨ（buried heteros
tructure）構造ＬＤの製造技術を用いて、以下のように
形成される。半導体基板上に、ＳＣＨ層に挟まれたＭＱ
Ｗ層をエピタキシャル成長させ、フォトリソグラフィ法
およびエッチング法を用いてエピタキシャル層をパター
ニングして、テーパ部５と後方直線部とを有するメサ状
の半導体活性層２４を形成する。その後、メサストライ
プの周囲に電流ブロック層を成長させ、さらにオーバク
ラッド層、コンタクト層を成長させて、図示された大ス
ポットサイズＬＤの製作が完了する。この第２の従来例
では、選択成長を用いず基板上へ全面に平坦に成長させ
たエピタキシャル層をエッチングして形成した横方向の
テーパ形状によってレーザ出射端での光スポットサイズ
の拡大を図っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した第１の従来例
では、受動領域であるスポットサイズ変換領域２３を２
００〜３００μｍ程度の長さに形成する必要があるため
ウェハ当たりの素子収量が低下するという欠点があり、
また、導波路を形成するのに選択成長マスクの形成とメ
サエッチングとで２回のフォトリソグラフィ工程が必要
となるため工程が複雑化するという問題がある。一方、
第２の従来例では、半導体活性層へのエッチングにより
光学利得を有する横方向のテーパを形成しており、上記
の問題は回避されるが、テーパ導波路の先端部では半導
体層をサブミクロンオーダーに加工することが必要とな
るため、ウエット法を用いる場合は勿論ドライ法を用い
る場合であっても高い加工精度で導波路を形成すること
が困難となり、テーパ形状ならびに素子特性を再現性よ
くかつ均一性よく作製することが難しいという問題点が
ある。また、第１の従来例の場合にも、光放射角を含む
素子特性は活性層ストライプ幅に大きく左右されるた
め、半導体層へのエッチング量によって活性層ストライ
プ幅が決定される製造方法では、狭放射角素子を特性お
よび形状の再現性・均一性を確保して安定して製造する
ことは困難である。なお、光導波路を形成するのに、ド
ライ法を用いる場合にはウエット法によりパターニング
を行う場合に比較して幾分加工精度は向上するが、活性
層が側面よりダメージを受けるという問題があり、また
光導波路層のパターニング後に行われる埋め込み層の成
長時に光導波路層の側面に良好に埋め込み層を成長させ
ることが困難であるため、信頼性高くデバイスを製作す
ることが困難である。この難点を避けるには、ドライエ
ッチング後にダメージ層を除去するためのウエット処理
が必要となり、結局高い加工精度が得られないのが実情
である。
では、受動領域であるスポットサイズ変換領域２３を２
００〜３００μｍ程度の長さに形成する必要があるため
ウェハ当たりの素子収量が低下するという欠点があり、
また、導波路を形成するのに選択成長マスクの形成とメ
サエッチングとで２回のフォトリソグラフィ工程が必要
となるため工程が複雑化するという問題がある。一方、
第２の従来例では、半導体活性層へのエッチングにより
光学利得を有する横方向のテーパを形成しており、上記
の問題は回避されるが、テーパ導波路の先端部では半導
体層をサブミクロンオーダーに加工することが必要とな
るため、ウエット法を用いる場合は勿論ドライ法を用い
る場合であっても高い加工精度で導波路を形成すること
が困難となり、テーパ形状ならびに素子特性を再現性よ
くかつ均一性よく作製することが難しいという問題点が
ある。また、第１の従来例の場合にも、光放射角を含む
素子特性は活性層ストライプ幅に大きく左右されるた
め、半導体層へのエッチング量によって活性層ストライ
プ幅が決定される製造方法では、狭放射角素子を特性お
よび形状の再現性・均一性を確保して安定して製造する
ことは困難である。なお、光導波路を形成するのに、ド
ライ法を用いる場合にはウエット法によりパターニング
を行う場合に比較して幾分加工精度は向上するが、活性
層が側面よりダメージを受けるという問題があり、また
光導波路層のパターニング後に行われる埋め込み層の成
長時に光導波路層の側面に良好に埋め込み層を成長させ
ることが困難であるため、信頼性高くデバイスを製作す
ることが困難である。この難点を避けるには、ドライエ
ッチング後にダメージ層を除去するためのウエット処理
が必要となり、結局高い加工精度が得られないのが実情
である。
【０００６】また、光ファイバとの結合を考えた場合、
単に放射角が小さいだけでなく、出射端での光スポット
が円形に近いことが望ましい。しかしながら、第１の従
来例のように膜厚方向の変化のみによって、あるいは第
２の従来例のように横方向のテーパのみによって円形に
近い光スポットを実現しようとすると、活性層構造、活
性層幅、テーパ形状などの素子パラメータの設計自由度
が著しく制限されるという問題も生じる。したがって、
本発明の解決すべき課題は、狭放射角度で円形に近いス
ポット形状のビームを放射することのできる、スポット
サイズ変換機能付きの半導体光素子を、テーパ形状なら
びに素子特性の再現性および均一性よく製造しうるよう
にすることである。
単に放射角が小さいだけでなく、出射端での光スポット
が円形に近いことが望ましい。しかしながら、第１の従
来例のように膜厚方向の変化のみによって、あるいは第
２の従来例のように横方向のテーパのみによって円形に
近い光スポットを実現しようとすると、活性層構造、活
性層幅、テーパ形状などの素子パラメータの設計自由度
が著しく制限されるという問題も生じる。したがって、
本発明の解決すべき課題は、狭放射角度で円形に近いス
ポット形状のビームを放射することのできる、スポット
サイズ変換機能付きの半導体光素子を、テーパ形状なら
びに素子特性の再現性および均一性よく製造しうるよう
にすることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明によれば、半導体層によって構成された光導
波路が選択成長によって直接形成された半導体光素子に
おいて、その光導波路幅が少なくとも一つの端面に向か
って徐々に狭くなっていくテーパ形状部分を有している
ことを特徴とする半導体光素子、が提供される。そし
て、好ましくは、光導波路は量子井戸構造とこれを上下
より挟む光閉じ込め層をコア層とする。また、一実施の
形態では、前記光導波路は、前記テーパ部分において幅
が狭くなるにつれて膜厚が薄くなりかつそのバンドギャ
ップ波長が短くなるように形成される。
め、本発明によれば、半導体層によって構成された光導
波路が選択成長によって直接形成された半導体光素子に
おいて、その光導波路幅が少なくとも一つの端面に向か
って徐々に狭くなっていくテーパ形状部分を有している
ことを特徴とする半導体光素子、が提供される。そし
て、好ましくは、光導波路は量子井戸構造とこれを上下
より挟む光閉じ込め層をコア層とする。また、一実施の
形態では、前記光導波路は、前記テーパ部分において幅
が狭くなるにつれて膜厚が薄くなりかつそのバンドギャ
ップ波長が短くなるように形成される。
【０００８】また、上述の課題を解決するための本発明
による半導体光素子の製造方法は、半導体基板上に間に
開口を挟んで一対の誘電体マスクを形成し、これをマス
クとして光導波路層を含む多層半導体層を選択成長させ
るものであって、前記誘電体マスクの開口幅およびマス
ク幅は、少なくとも一つの端面に向かって徐々に狭くな
っていくテーパ形状形成部分を有していることを特徴と
している。そして、好ましくは、多層半導体層の選択成
長は、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法若しくは分子
線成長（ＭＢＥ）法により行われる。
による半導体光素子の製造方法は、半導体基板上に間に
開口を挟んで一対の誘電体マスクを形成し、これをマス
クとして光導波路層を含む多層半導体層を選択成長させ
るものであって、前記誘電体マスクの開口幅およびマス
ク幅は、少なくとも一つの端面に向かって徐々に狭くな
っていくテーパ形状形成部分を有していることを特徴と
している。そして、好ましくは、多層半導体層の選択成
長は、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法若しくは分子
線成長（ＭＢＥ）法により行われる。
【０００９】［作用］本発明においては、スポットサイ
ズ変換領域においては、選択成長マスクのマスク幅と開
口幅の双方がテーパをもって形成される。そして、光導
波路は選択成長のみによって直接形成されエッチングプ
ロセスは用いられない。エッチングプロセスで光導波路
を形成する場合には、０．６〜１．５μｍ程度の膜厚の
エピタキシャル層をエッチングする必要があり、この膜
厚の半導体層をサブミクロンオーダーの寸法に高精度に
かつ再現性よく加工することは困難であるが、選択成長
により導波路を形成する場合には、導波路の精度、再現
性並びに均一性は選択成長マスクの精度、再現性並びに
均一性に依存するところ、この選択成長マスクは膜厚が
０．０５μｍ乃至高々０．１μｍ程度のＳｉＯ2 膜やＳ
ｉ3 Ｎ4 膜などの誘電体薄膜が用いられ、エッチング深
さがエピタキシャル層をエッチングする場合に比較して
１／１０程度になるため、サブミクロンの寸法であって
も高い精度と再現性での加工が可能である。すなわち、
寸法精度と寸法ばらつきを従来例の１／１０程度とする
ことができる。さらに、選択成長により形成される光導
波路のストライプ幅は、選択成長マスクの開口幅より狭
く形成されるため、ストライプをフォトリソグラフィに
おいて決定される解像度限界以下の寸法、例えばクオー
タミクロン以下の寸法に高精度にかつ再現性よく形成す
ることが可能になる。
ズ変換領域においては、選択成長マスクのマスク幅と開
口幅の双方がテーパをもって形成される。そして、光導
波路は選択成長のみによって直接形成されエッチングプ
ロセスは用いられない。エッチングプロセスで光導波路
を形成する場合には、０．６〜１．５μｍ程度の膜厚の
エピタキシャル層をエッチングする必要があり、この膜
厚の半導体層をサブミクロンオーダーの寸法に高精度に
かつ再現性よく加工することは困難であるが、選択成長
により導波路を形成する場合には、導波路の精度、再現
性並びに均一性は選択成長マスクの精度、再現性並びに
均一性に依存するところ、この選択成長マスクは膜厚が
０．０５μｍ乃至高々０．１μｍ程度のＳｉＯ2 膜やＳ
ｉ3 Ｎ4 膜などの誘電体薄膜が用いられ、エッチング深
さがエピタキシャル層をエッチングする場合に比較して
１／１０程度になるため、サブミクロンの寸法であって
も高い精度と再現性での加工が可能である。すなわち、
寸法精度と寸法ばらつきを従来例の１／１０程度とする
ことができる。さらに、選択成長により形成される光導
波路のストライプ幅は、選択成長マスクの開口幅より狭
く形成されるため、ストライプをフォトリソグラフィに
おいて決定される解像度限界以下の寸法、例えばクオー
タミクロン以下の寸法に高精度にかつ再現性よく形成す
ることが可能になる。
【００１０】また、本発明においては、半導体光導波路
の横幅寸法を決定する選択成長マスクは、マスク開口幅
だけでなくマスク幅自体も端面方向に向かって徐々に狭
くなされる。この方式によれば、設計の自由度が向上
し、また短いスポットサイズ変換導波路長で効率よく光
スポットサイズを拡大することも可能となり、さらに、
円形に近い光スポットを得るための設計を容易に行うこ
とが可能になる。
の横幅寸法を決定する選択成長マスクは、マスク開口幅
だけでなくマスク幅自体も端面方向に向かって徐々に狭
くなされる。この方式によれば、設計の自由度が向上
し、また短いスポットサイズ変換導波路長で効率よく光
スポットサイズを拡大することも可能となり、さらに、
円形に近い光スポットを得るための設計を容易に行うこ
とが可能になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。 ［第１の実施の形態］図１は、本発明の第１の実施の形
態を説明するための、スポットサイズ変換機能を有する
半導体レーザの製造途中段階の状態を示す斜視図であ
る。本発明においては、図１に示すように、半導体基板
１上に、マスク開口幅とマスク幅の両方が半導体レーザ
前方端面とする方向に向かって徐々に減少するテーパ形
状部分を持つ選択成長マスク２を形成し、これをマスク
として光導波路を構成する半導体層をエピタキシャル成
長させることにより、横方向あるいは縦横両方向にテー
パの形成された部分をスポットサイズ変換領域として有
するメサ型半導体光導波路３を直接形成する。すなわ
ち、本発明の半導体光素子においては、スポットサイズ
変換作用を有する光導波路は、光導波路方向にほぼ均一
の層厚とバンドギャップ組成を有する横テーパ型に形成
される（この場合、テーパ部分は能動導波路として用い
ることができる）か、あるいは端面に向かって導波路幅
が狭くなると共に層厚が小さくかつバンドギャップ波長
が短波化する縦横テーパ型に形成される（この場合、テ
ーパ部分は受動導波路として用いられる）。光導波路を
構成する多層半導体層の選択成長は、有機金属気相成長
（ＭＯＶＰＥ）法を有利に使用することができるが、分
子線成長（ＭＢＥ）法を用いることもできる。ここで、
光導波路は、量子井戸構造、多重量子井戸構造若しくは
光閉じ込め層を上下両サイドに伴った（多重）量子井戸
構造をコア層として形成される（第２、第３の実施の形
態についても同様である）。
て図面を参照して説明する。 ［第１の実施の形態］図１は、本発明の第１の実施の形
態を説明するための、スポットサイズ変換機能を有する
半導体レーザの製造途中段階の状態を示す斜視図であ
る。本発明においては、図１に示すように、半導体基板
１上に、マスク開口幅とマスク幅の両方が半導体レーザ
前方端面とする方向に向かって徐々に減少するテーパ形
状部分を持つ選択成長マスク２を形成し、これをマスク
として光導波路を構成する半導体層をエピタキシャル成
長させることにより、横方向あるいは縦横両方向にテー
パの形成された部分をスポットサイズ変換領域として有
するメサ型半導体光導波路３を直接形成する。すなわ
ち、本発明の半導体光素子においては、スポットサイズ
変換作用を有する光導波路は、光導波路方向にほぼ均一
の層厚とバンドギャップ組成を有する横テーパ型に形成
される（この場合、テーパ部分は能動導波路として用い
ることができる）か、あるいは端面に向かって導波路幅
が狭くなると共に層厚が小さくかつバンドギャップ波長
が短波化する縦横テーパ型に形成される（この場合、テ
ーパ部分は受動導波路として用いられる）。光導波路を
構成する多層半導体層の選択成長は、有機金属気相成長
（ＭＯＶＰＥ）法を有利に使用することができるが、分
子線成長（ＭＢＥ）法を用いることもできる。ここで、
光導波路は、量子井戸構造、多重量子井戸構造若しくは
光閉じ込め層を上下両サイドに伴った（多重）量子井戸
構造をコア層として形成される（第２、第３の実施の形
態についても同様である）。
【００１２】なお、選択成長マスク２の開口幅は任意に
設計可能であるが、半導体レーザの前方端面で０〜１μ
ｍ、後方端面で１〜３μｍの範囲内で設定することが望
ましい。このような数μｍ程度のマスク開口幅の変化に
対し、マスク幅の変化量を数μｍ〜十数μｍ程度の適当
な値に設定することで、半導体活性層の層厚およびバン
ドギャップ波長を共振器方向に一定とし、光学利得を有
する活性層がスポットサイズ変換導波路を兼ねた横テー
パ型狭放射角半導体レーザを作製することができる。一
方、マスク幅の変化量を上記の設計よりも大きく、例え
ば数十μｍ程度に設計することで、半導体レーザ前方端
面に向かって光導波路幅、層厚およびバンドギャップ波
長が小さくなる縦横テーパ型スポットサイズ変換受動導
波路を光学利得を有する半導体レーザ活性層と集積化し
た形態にて一括成長させることができる。なお、本実施
形態においても、後述する第２の実施の形態と同様に、
出射側端面部にマスク開口を有しない選択成長マスクを
使用して光導波路層を成長させ、エッチング工程を用い
ずに光出射端面部にウィンドウ構造を形成するようにし
てもよい。
設計可能であるが、半導体レーザの前方端面で０〜１μ
ｍ、後方端面で１〜３μｍの範囲内で設定することが望
ましい。このような数μｍ程度のマスク開口幅の変化に
対し、マスク幅の変化量を数μｍ〜十数μｍ程度の適当
な値に設定することで、半導体活性層の層厚およびバン
ドギャップ波長を共振器方向に一定とし、光学利得を有
する活性層がスポットサイズ変換導波路を兼ねた横テー
パ型狭放射角半導体レーザを作製することができる。一
方、マスク幅の変化量を上記の設計よりも大きく、例え
ば数十μｍ程度に設計することで、半導体レーザ前方端
面に向かって光導波路幅、層厚およびバンドギャップ波
長が小さくなる縦横テーパ型スポットサイズ変換受動導
波路を光学利得を有する半導体レーザ活性層と集積化し
た形態にて一括成長させることができる。なお、本実施
形態においても、後述する第２の実施の形態と同様に、
出射側端面部にマスク開口を有しない選択成長マスクを
使用して光導波路層を成長させ、エッチング工程を用い
ずに光出射端面部にウィンドウ構造を形成するようにし
てもよい。
【００１３】［第２の実施の形態］図２（ａ）は、本発
明の第２の実施の形態を説明するための、スポットサイ
ズ変換機能を有する半導体光増幅器の製造途中段階での
状態を示す斜視図であり、図２（ｂ）は、第２の実施の
形態において用いられる選択成長マスクの形状を示す平
面図である。半導体光増幅器においては、光が入射され
る端面ならびに活性層で増幅された光が出射される端面
の両方を光ファイバあるいは石英系光導波路等と結合す
る必要があるため、光結合モジュールを低価格で提供す
るには両端面において光スポットサイズを拡大すること
が必要となる。本実施の形態においては、図２（ｂ）に
示されるように、基板１上に直線利得導波路部１７およ
び端面直線部１６では、マスク幅および開口幅が変化せ
ずに一定で、テーパ部５では端面に向かったマスク幅と
開口幅とが共に狭くなる選択成長マスク２を半導体基板
１上に形成する。そして、この選択成長マスク２をマス
クとして半導体層をエピタキシャル成長させて、両端面
側に横方向あるいは縦横両方向にテーパの形成されたメ
サ型半導体光導波路３を、すなわち両端面部において光
スポットサイズ拡大機能を有するメサ型半導体光導波路
３を形成する。
明の第２の実施の形態を説明するための、スポットサイ
ズ変換機能を有する半導体光増幅器の製造途中段階での
状態を示す斜視図であり、図２（ｂ）は、第２の実施の
形態において用いられる選択成長マスクの形状を示す平
面図である。半導体光増幅器においては、光が入射され
る端面ならびに活性層で増幅された光が出射される端面
の両方を光ファイバあるいは石英系光導波路等と結合す
る必要があるため、光結合モジュールを低価格で提供す
るには両端面において光スポットサイズを拡大すること
が必要となる。本実施の形態においては、図２（ｂ）に
示されるように、基板１上に直線利得導波路部１７およ
び端面直線部１６では、マスク幅および開口幅が変化せ
ずに一定で、テーパ部５では端面に向かったマスク幅と
開口幅とが共に狭くなる選択成長マスク２を半導体基板
１上に形成する。そして、この選択成長マスク２をマス
クとして半導体層をエピタキシャル成長させて、両端面
側に横方向あるいは縦横両方向にテーパの形成されたメ
サ型半導体光導波路３を、すなわち両端面部において光
スポットサイズ拡大機能を有するメサ型半導体光導波路
３を形成する。
【００１４】テーパ部５に形成されるスポットサイズ変
換領域は、横方向のみにあるいは縦横両方向にテーパを
有する光導波路として形成される。すなわち、光導波路
方向にほぼ均一の層厚とバンドギャップ波長組成を有す
る横テーパ型に形成されるか、あるいは端面に向かって
導波路幅が狭くなると共に層厚が薄くなりかつバンドギ
ャップ波長が短波化する縦横テーパ型に形成される。そ
して、前者の場合には能動導波路として用いることがで
き、また後者の場合には受動導波路として用いられる。
また、図２（ｃ）に示す、ウィンドウ構造部１８におい
て開口が設けられないマスクを用いてウィンドウ構造を
有する光導波路を形成するようにしてもよい。この場
合、メサ型半導体光導波路３をエピタキシャル成長させ
た後、選択成長マスク２を除去し光導波路３上に新たに
選択成長マスクを形成してから、光導波路層の側面およ
び両端面を覆う埋め込み層を成長させ、導波路端面の前
方の埋め込み層でへき開することにより、ウィンドウ構
造の光導波路を形成する。なお、第２の実施の形態にお
いて、光増幅器に代えて、電界吸収型変調器を形成する
ようにしてもよい。
換領域は、横方向のみにあるいは縦横両方向にテーパを
有する光導波路として形成される。すなわち、光導波路
方向にほぼ均一の層厚とバンドギャップ波長組成を有す
る横テーパ型に形成されるか、あるいは端面に向かって
導波路幅が狭くなると共に層厚が薄くなりかつバンドギ
ャップ波長が短波化する縦横テーパ型に形成される。そ
して、前者の場合には能動導波路として用いることがで
き、また後者の場合には受動導波路として用いられる。
また、図２（ｃ）に示す、ウィンドウ構造部１８におい
て開口が設けられないマスクを用いてウィンドウ構造を
有する光導波路を形成するようにしてもよい。この場
合、メサ型半導体光導波路３をエピタキシャル成長させ
た後、選択成長マスク２を除去し光導波路３上に新たに
選択成長マスクを形成してから、光導波路層の側面およ
び両端面を覆う埋め込み層を成長させ、導波路端面の前
方の埋め込み層でへき開することにより、ウィンドウ構
造の光導波路を形成する。なお、第２の実施の形態にお
いて、光増幅器に代えて、電界吸収型変調器を形成する
ようにしてもよい。
【００１５】［第３の実施の形態］図３（ａ）は、本発
明の第３の実施の形態を説明するための、スポットサイ
ズ変換機能を有する光変調器集積型半導体レーザの製造
途中段階での状態を示す斜視図であり、図３（ｂ）は、
半導体基板上に選択成長マスクを形成した状態を示す平
面図である。光変調器集積型半導体レーザに対して本発
明を適用し、光ファイバ等との結合効率を向上させた場
合には、所要の強度の光をファイバに入射させるのに必
要となるレーザ部からの光出力を低減させることが可能
になる。その結果、変調器部でのキャリアパイルアップ
が抑制されキャリアパイルアップに起因する消光比低下
を軽減することが可能となる。
明の第３の実施の形態を説明するための、スポットサイ
ズ変換機能を有する光変調器集積型半導体レーザの製造
途中段階での状態を示す斜視図であり、図３（ｂ）は、
半導体基板上に選択成長マスクを形成した状態を示す平
面図である。光変調器集積型半導体レーザに対して本発
明を適用し、光ファイバ等との結合効率を向上させた場
合には、所要の強度の光をファイバに入射させるのに必
要となるレーザ部からの光出力を低減させることが可能
になる。その結果、変調器部でのキャリアパイルアップ
が抑制されキャリアパイルアップに起因する消光比低下
を軽減することが可能となる。
【００１６】本実施の形態においては、図３（ｂ）に示
されるように、基板１上に形成される選択成長マスク２
のマスク開口幅Ｗｏは、ＤＦＢ（distributed feedbac
k）レーザ部２０および電界吸収型変調器部１９で一定
で、テーパ部５では光出射側端面に向かって徐々に狭め
られ、そして前方直線部６では一定になされている。ま
た、そのマスク幅Ｗｍは、ＤＦＢレーザ部２０では幅広
に電界吸収型変調器部１９では幅狭になるように両者間
で段差のあるマスク幅になされ、そしてテーパ部５では
光出射側端面に向かって徐々に狭められ、また前方直線
部６では一定になされている。この選択成長マスク２を
マスクとして基板１上に光導波路を構成する半導体層を
エピタキシャル成長させると、変調器部１９は、レーザ
部２０より膜厚が薄くかつバンドギャップ波長が短く形
成される。また、スポットサイズ変換作用を有する光導
波路が形成されるテーパ部５では、光導波路方向にほぼ
均一の層厚とバンドギャップ波長組成を有する横テーパ
型に形成されるか、あるいは端面に向かって導波路幅が
狭くなると共に層厚が薄くかつバンドギャップ波長が短
波化する縦横テーパ型に形成される。本実施形態におい
ても第２の実施の形態と同様に出射側端面部にマスク開
口を有しない選択成長マスクを使用して光導波路層を成
長させ、エッチング工程を用いずに光出射端面部にウィ
ンドウ構造を形成するようにしてもよい。
されるように、基板１上に形成される選択成長マスク２
のマスク開口幅Ｗｏは、ＤＦＢ（distributed feedbac
k）レーザ部２０および電界吸収型変調器部１９で一定
で、テーパ部５では光出射側端面に向かって徐々に狭め
られ、そして前方直線部６では一定になされている。ま
た、そのマスク幅Ｗｍは、ＤＦＢレーザ部２０では幅広
に電界吸収型変調器部１９では幅狭になるように両者間
で段差のあるマスク幅になされ、そしてテーパ部５では
光出射側端面に向かって徐々に狭められ、また前方直線
部６では一定になされている。この選択成長マスク２を
マスクとして基板１上に光導波路を構成する半導体層を
エピタキシャル成長させると、変調器部１９は、レーザ
部２０より膜厚が薄くかつバンドギャップ波長が短く形
成される。また、スポットサイズ変換作用を有する光導
波路が形成されるテーパ部５では、光導波路方向にほぼ
均一の層厚とバンドギャップ波長組成を有する横テーパ
型に形成されるか、あるいは端面に向かって導波路幅が
狭くなると共に層厚が薄くかつバンドギャップ波長が短
波化する縦横テーパ型に形成される。本実施形態におい
ても第２の実施の形態と同様に出射側端面部にマスク開
口を有しない選択成長マスクを使用して光導波路層を成
長させ、エッチング工程を用いずに光出射端面部にウィ
ンドウ構造を形成するようにしてもよい。
【００１７】
［第１の実施例］図４は、本発明の第１の実施例である
横テーパ型狭放射角半導体レーザの製造過程を工程順に
示した図である。図４（ａ）に示されるように、ｎ−Ｉ
ｎＰ基板１ａ上にＣＶＤ法により膜厚０．１μｍのＳｉ
Ｏ2 膜を堆積し、フォトリソグラフィ法およびドライエ
ッチング法によりパターニングしてＳｉＯ2 マスク２ａ
を形成する。このマスクのマスク幅Ｗｍおよび開口幅Ｗ
ｏは、長さ７５μｍの後方直線部４におけるＷｍ＝１
０．０μｍ、Ｗｏ＝２．０μｍから、長さ１５０μｍの
テーパ部５で徐々に小さくなり、長さ２５μｍの前方直
線部６ではＷｍ＝５．０μｍ、Ｗｏ＝０．７μｍと設計
されている。ここで前方直線部６は、通常劈開によって
作製されるレーザ端面の位置精度がせいぜい数μｍ程度
のため、この劈開位置精度によって前方出射端における
活性層幅に誤差が生じるのを防ぐために設けられた領域
であるが、開口部のテーパ設計が本実施例と同一で、前
方直線部を設けない場合に端面位置が５μｍずれた場合
のマスク開口幅の設計値からの誤差は０．０２５μｍで
あり、選択成長マスクのパターニング精度よって決定さ
れる本実施例の光導波路幅精度よりはやや大きくなるも
のの、従来のように半導体層へのエッチング量によって
光導波路幅が決定される場合に比較するとこの場合であ
っても十分に高い精度で形成することができる。本発明
において前方直線部６の長さは本実施例の２５μｍに限
定されるものではなく、０μｍすなわち前方直線部が無
い場合を含めた任意の設計が可能であり、また、前方端
面、後方端面あるいはその両方における直線部の有無は
任意に選択することができる。
横テーパ型狭放射角半導体レーザの製造過程を工程順に
示した図である。図４（ａ）に示されるように、ｎ−Ｉ
ｎＰ基板１ａ上にＣＶＤ法により膜厚０．１μｍのＳｉ
Ｏ2 膜を堆積し、フォトリソグラフィ法およびドライエ
ッチング法によりパターニングしてＳｉＯ2 マスク２ａ
を形成する。このマスクのマスク幅Ｗｍおよび開口幅Ｗ
ｏは、長さ７５μｍの後方直線部４におけるＷｍ＝１
０．０μｍ、Ｗｏ＝２．０μｍから、長さ１５０μｍの
テーパ部５で徐々に小さくなり、長さ２５μｍの前方直
線部６ではＷｍ＝５．０μｍ、Ｗｏ＝０．７μｍと設計
されている。ここで前方直線部６は、通常劈開によって
作製されるレーザ端面の位置精度がせいぜい数μｍ程度
のため、この劈開位置精度によって前方出射端における
活性層幅に誤差が生じるのを防ぐために設けられた領域
であるが、開口部のテーパ設計が本実施例と同一で、前
方直線部を設けない場合に端面位置が５μｍずれた場合
のマスク開口幅の設計値からの誤差は０．０２５μｍで
あり、選択成長マスクのパターニング精度よって決定さ
れる本実施例の光導波路幅精度よりはやや大きくなるも
のの、従来のように半導体層へのエッチング量によって
光導波路幅が決定される場合に比較するとこの場合であ
っても十分に高い精度で形成することができる。本発明
において前方直線部６の長さは本実施例の２５μｍに限
定されるものではなく、０μｍすなわち前方直線部が無
い場合を含めた任意の設計が可能であり、また、前方端
面、後方端面あるいはその両方における直線部の有無は
任意に選択することができる。
【００１８】このようなＳｉＯ2 マスク２ａを形成した
基板１上に、後方直線部４（Ｗｍ＝＝１０．０μｍ、Ｗ
ｏ＝２．０μｍ）における組成ならびに膜厚設計値で、
ｎ−ＩｎＰクラッド層７ａ（厚さ０．２μｍ、ドーピン
グ濃度１×１０18ｃｍ-3）、ｎ側ＩｎＧａＡｓＰ−ＳＣ
Ｈ層８ａ（発光波長１．０５μｍ組成、厚さ５０ｎｍ＋
発光波長１．１３μｍ組成、厚さ１０ｎｍ）、＋０．７
％圧縮歪のＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層（厚さ５ｎｍ）お
よびＩｎＧａＡｓＰバリア層（発光波長１．１３μｍ組
成、厚さ８ｎｍ）からなるＭＱＷ層９（量子井戸数６、
発光波長約１．３μｍ）、ｐ側ＩｎＧａＡｓＰ−ＳＣＨ
層８ｂ（発光波長１．１３μｍ組成、厚さ１０ｎｍ＋発
光波長１．０５μｍ組成、厚さ５０ｎｍ）、ｐ−ＩｎＰ
クラッド層７ｂ（厚さ０．１μｍ、ドーピング濃度７×
１０17ｃｍ-3）を順次成長させる〔図４（ｂ）〕。ここ
で、ＳＣＨ層８ａ、８ｂおよびＭＱＷ層９から構成され
る活性層の中心はＩｎＰ基板から、０．２μｍ＋｛５０
ｎｍ＋１０ｎｍ＋（５ｎｍ×６＋８ｎｍ×５）＋１０ｎ
ｍ＋５０ｎｍ｝／２＝０．２９５μｍの高さに位置し、
選択成長によって形成されるメサはその斜面が基板に対
して５４．７°の角度をなすように成長するため、この
位置での活性層幅はＳｉＯ2 マスク２ａの開口幅よりも
２×０．２９５μｍ×ｃｏｔ５４．７°＝０．４１７μ
ｍ狭くなる。従って、本実施例における活性層幅の設計
値は、選択成長速度が共振器位置に依存せず完全に一定
であると仮定して、後方端面において２．０μｍ−０．
４１７μｍ＝１．５８３μｍ、前方端面において０．７
μｍ−０．４１７μｍ＝０．２８３μｍとなっている。
基板１上に、後方直線部４（Ｗｍ＝＝１０．０μｍ、Ｗ
ｏ＝２．０μｍ）における組成ならびに膜厚設計値で、
ｎ−ＩｎＰクラッド層７ａ（厚さ０．２μｍ、ドーピン
グ濃度１×１０18ｃｍ-3）、ｎ側ＩｎＧａＡｓＰ−ＳＣ
Ｈ層８ａ（発光波長１．０５μｍ組成、厚さ５０ｎｍ＋
発光波長１．１３μｍ組成、厚さ１０ｎｍ）、＋０．７
％圧縮歪のＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層（厚さ５ｎｍ）お
よびＩｎＧａＡｓＰバリア層（発光波長１．１３μｍ組
成、厚さ８ｎｍ）からなるＭＱＷ層９（量子井戸数６、
発光波長約１．３μｍ）、ｐ側ＩｎＧａＡｓＰ−ＳＣＨ
層８ｂ（発光波長１．１３μｍ組成、厚さ１０ｎｍ＋発
光波長１．０５μｍ組成、厚さ５０ｎｍ）、ｐ−ＩｎＰ
クラッド層７ｂ（厚さ０．１μｍ、ドーピング濃度７×
１０17ｃｍ-3）を順次成長させる〔図４（ｂ）〕。ここ
で、ＳＣＨ層８ａ、８ｂおよびＭＱＷ層９から構成され
る活性層の中心はＩｎＰ基板から、０．２μｍ＋｛５０
ｎｍ＋１０ｎｍ＋（５ｎｍ×６＋８ｎｍ×５）＋１０ｎ
ｍ＋５０ｎｍ｝／２＝０．２９５μｍの高さに位置し、
選択成長によって形成されるメサはその斜面が基板に対
して５４．７°の角度をなすように成長するため、この
位置での活性層幅はＳｉＯ2 マスク２ａの開口幅よりも
２×０．２９５μｍ×ｃｏｔ５４．７°＝０．４１７μ
ｍ狭くなる。従って、本実施例における活性層幅の設計
値は、選択成長速度が共振器位置に依存せず完全に一定
であると仮定して、後方端面において２．０μｍ−０．
４１７μｍ＝１．５８３μｍ、前方端面において０．７
μｍ−０．４１７μｍ＝０．２８３μｍとなっている。
【００１９】次に、ＳｉＯ2 マスク２ａを除去した後、
ＣＶＤおよびフォトリソグラフィにより活性層を含むメ
サ型光導波路の上部にのみＳｉＯ2 マスク１０を新たに
形成し、ｐ−ＩｎＰブロック層１１ａ（厚さ０．５μ
ｍ、ドーピング濃度３×１０17ｃｍ-3）およびｎ−Ｉｎ
Ｐブロック層１１ｂ（厚さ０．７μｍ、ドーピング濃度
１×１０18ｃｍ-3）からなる電流狭窄構造を成長させ
〔図４（ｃ）〕、さらにＳｉＯ2 マスク１０を除去した
後にｐ−ＩｎＰ埋め込み層１２およびｐ−ＩｎＧａＡｓ
コンタクト層１３ａを成長させ、基板上下面に電極１
４、１４を形成して本実施例に係る狭放射角半導体レー
ザの製造工程を完了する〔図４（ｄ）〕。
ＣＶＤおよびフォトリソグラフィにより活性層を含むメ
サ型光導波路の上部にのみＳｉＯ2 マスク１０を新たに
形成し、ｐ−ＩｎＰブロック層１１ａ（厚さ０．５μ
ｍ、ドーピング濃度３×１０17ｃｍ-3）およびｎ−Ｉｎ
Ｐブロック層１１ｂ（厚さ０．７μｍ、ドーピング濃度
１×１０18ｃｍ-3）からなる電流狭窄構造を成長させ
〔図４（ｃ）〕、さらにＳｉＯ2 マスク１０を除去した
後にｐ−ＩｎＰ埋め込み層１２およびｐ−ＩｎＧａＡｓ
コンタクト層１３ａを成長させ、基板上下面に電極１
４、１４を形成して本実施例に係る狭放射角半導体レー
ザの製造工程を完了する〔図４（ｄ）〕。
【００２０】図５は、共振器長２５０μｍに劈開後、後
方端面に反射率９５％となる多層膜コーティングを施し
た素子の電流−光出力特性ならびに光放射角特性の一例
を示したものであるが、２５℃での閾値電流６．０ｍ
Ａ、スロープ効率０．５６Ｗ／Ａ等の良好な光出力特性
と遠視野像光強度分布の半値全幅が水平方向１３．２
°、垂直方向１５．４°の狭放射角特性を得た。また、
３枚の異なるウェハの半径１８ｍｍ以内の任意の位置か
ら抽出した３０素子の活性層幅は前方端面で平均値０．
２８８μｍ、標準偏差０．０１８μｍ、後方端面で平均
値１．５８７μｍ、標準偏差０．０２２μｍと極めて均
一性、再現性に優れており、同様に抽出した３００素子
の特性も、２５℃における閾値電流の標準偏差０．５２
ｍＡ、スロープ効率の標準偏差０．０４１Ｗ／Ａ、遠視
野像光強度分布の半値全幅の標準偏差は水平方向で０．
５°、垂直方向で０．６°と極めて良好な均一性、再現
性を示した。
方端面に反射率９５％となる多層膜コーティングを施し
た素子の電流−光出力特性ならびに光放射角特性の一例
を示したものであるが、２５℃での閾値電流６．０ｍ
Ａ、スロープ効率０．５６Ｗ／Ａ等の良好な光出力特性
と遠視野像光強度分布の半値全幅が水平方向１３．２
°、垂直方向１５．４°の狭放射角特性を得た。また、
３枚の異なるウェハの半径１８ｍｍ以内の任意の位置か
ら抽出した３０素子の活性層幅は前方端面で平均値０．
２８８μｍ、標準偏差０．０１８μｍ、後方端面で平均
値１．５８７μｍ、標準偏差０．０２２μｍと極めて均
一性、再現性に優れており、同様に抽出した３００素子
の特性も、２５℃における閾値電流の標準偏差０．５２
ｍＡ、スロープ効率の標準偏差０．０４１Ｗ／Ａ、遠視
野像光強度分布の半値全幅の標準偏差は水平方向で０．
５°、垂直方向で０．６°と極めて良好な均一性、再現
性を示した。
【００２１】なお、本実施例にかかる素子のＳＣＨ層と
ＭＱＷ層を合わせた活性層の層厚およびバンドギャップ
波長は、図６（ａ）にて実線で示すように、共振器方向
にほぼ一定の値になっているが、これに対し、図６
（ｂ）のように長方形のＳｉＯ2マスク上に図４（ａ）
と同じのテーパ形状を有する開口部を設けただけの場合
には、図６（ａ）中にて破線で示すように、開口部が狭
くなるにつれて選択成長される活性層の厚さが増大する
ためにスポットサイズ変換効率が著しく低下し、さらに
バンドギャップ波長の長波化により共振器全体としての
光学利得波長が分散し、レーザの電流−光出力特性が大
幅に劣化する。本実施例の選択成長マスクはこのような
狭放射角半導体レーザとしての性能劣化を回避するため
に、活性層厚およびバンドギャップ波長がほぼ一定にな
るように設計されたものであるが、この開口幅変化に伴
うマスク幅設計の最適値は、開口幅の変化量や基準とす
るマスク幅だけでなく、活性層を含む半導体光導波路の
成長方法や成長条件によって変化するため、選択成長マ
スクの寸法は上述した実施例の値に限定されず、形成す
べき光導波路の特性や半導体層の成長方法、成長条件な
どを考慮にいれて適宜に決定さるべきものである。
ＭＱＷ層を合わせた活性層の層厚およびバンドギャップ
波長は、図６（ａ）にて実線で示すように、共振器方向
にほぼ一定の値になっているが、これに対し、図６
（ｂ）のように長方形のＳｉＯ2マスク上に図４（ａ）
と同じのテーパ形状を有する開口部を設けただけの場合
には、図６（ａ）中にて破線で示すように、開口部が狭
くなるにつれて選択成長される活性層の厚さが増大する
ためにスポットサイズ変換効率が著しく低下し、さらに
バンドギャップ波長の長波化により共振器全体としての
光学利得波長が分散し、レーザの電流−光出力特性が大
幅に劣化する。本実施例の選択成長マスクはこのような
狭放射角半導体レーザとしての性能劣化を回避するため
に、活性層厚およびバンドギャップ波長がほぼ一定にな
るように設計されたものであるが、この開口幅変化に伴
うマスク幅設計の最適値は、開口幅の変化量や基準とす
るマスク幅だけでなく、活性層を含む半導体光導波路の
成長方法や成長条件によって変化するため、選択成長マ
スクの寸法は上述した実施例の値に限定されず、形成す
べき光導波路の特性や半導体層の成長方法、成長条件な
どを考慮にいれて適宜に決定さるべきものである。
【００２２】また、膜厚およびバンドギャップ組成が光
導波路方向に完全に均一になるように設計される必要は
なく、バンドギャップ組成にある程度の分布を持たせる
ことも可能である。さらにテーパ形状も図４（ａ）のよ
うな直線的なものに限定されるものではなく、図７
（ａ）、（ｂ）に示すように前方端面側ほどテーパが緩
やかになる形状やテーパ長の異なるものを含め、端面に
向かってマスク幅と開口幅の両方が徐々に小さくなる部
分を有していれば、いかなる形状であってもよい。
導波路方向に完全に均一になるように設計される必要は
なく、バンドギャップ組成にある程度の分布を持たせる
ことも可能である。さらにテーパ形状も図４（ａ）のよ
うな直線的なものに限定されるものではなく、図７
（ａ）、（ｂ）に示すように前方端面側ほどテーパが緩
やかになる形状やテーパ長の異なるものを含め、端面に
向かってマスク幅と開口幅の両方が徐々に小さくなる部
分を有していれば、いかなる形状であってもよい。
【００２３】［第２の実施例］図８は、本発明の第２の
実施例である縦横テーパ形状を有するスポットサイズ変
換受動導波路を集積化した狭放射角半導体レーザの製造
過程を工程順に示した図である。図８（ａ）に示される
ように、ｎ−ＩｎＰ基板１ａ上にＣＶＤ法により膜厚
０．０５μｍのＳｉＯ2 膜を堆積し、フォトリソグラフ
ィ法およびドライエッチング法によりパターニングして
ＳｉＯ2 マスク２ａを形成する。ＳｉＯ2マスク２ａの
マスク幅Ｗｍおよび開口幅Ｗｏは、長さ１９０μｍの後
方直線部４におけるＷｍ＝５０．０μｍ、Ｗｏ＝１．６
μｍから、長さ１５０μｍのテーパ部５で徐々に小さく
なり、長さ１０μｍの前方直線部６ではＷｍ＝６．０μ
ｍ、Ｗｏ＝０．６μｍとされている。
実施例である縦横テーパ形状を有するスポットサイズ変
換受動導波路を集積化した狭放射角半導体レーザの製造
過程を工程順に示した図である。図８（ａ）に示される
ように、ｎ−ＩｎＰ基板１ａ上にＣＶＤ法により膜厚
０．０５μｍのＳｉＯ2 膜を堆積し、フォトリソグラフ
ィ法およびドライエッチング法によりパターニングして
ＳｉＯ2 マスク２ａを形成する。ＳｉＯ2マスク２ａの
マスク幅Ｗｍおよび開口幅Ｗｏは、長さ１９０μｍの後
方直線部４におけるＷｍ＝５０．０μｍ、Ｗｏ＝１．６
μｍから、長さ１５０μｍのテーパ部５で徐々に小さく
なり、長さ１０μｍの前方直線部６ではＷｍ＝６．０μ
ｍ、Ｗｏ＝０．６μｍとされている。
【００２４】このようなＳｉＯ2 マスク２ａを形成した
基板１上に、図８（ｂ）に示されるように、後方直線部
４（Ｗｍ＝１０．０μｍ、Ｗｏ＝２．０μｍ）における
組成ならびに膜厚設計値で、ｎ−ＩｎＰクラッド層７ａ
（厚さ０．２μｍ、ドーピング濃度１×１０18ｃ
ｍ-3）、ｎ側ＩｎＧａＡｓＰ−ＳＣＨ層８ａ（発光波長
１．１３μｍ組成、厚さ５０ｎｍ）、＋１．０％圧縮歪
のＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層（厚さ５ｎｍ）およびＩｎ
ＧａＡｓＰバリア層（発光波長１．１μｍ組成、厚さ８
ｎｍ）からなるＭＱＷ層９（量子井戸数７、発光波長約
１．３μｍ）、ｐ側ＩｎＧａＡｓＰ−ＳＣＨ層８ｂ（発
光波長１．１３μｍ組成、厚さ５０ｎｍ）、ｐ−ＩｎＰ
クラッド層７ｂ（厚さ０．１μｍ、ドーピング濃度７×
１０17ｃｍ-3）を順次成長させる。ここでＳＣＨ層とＭ
ＱＷ層を合わせた活性層の層厚およびバンドギャップ波
長は図９に示すように、マスクのテーパ部分において光
導波路の層厚が減少すると共にバンドギャップ波長が短
波化し、光吸収損失の小さい良好なスポットサイズ変換
受動導波路となっている。
基板１上に、図８（ｂ）に示されるように、後方直線部
４（Ｗｍ＝１０．０μｍ、Ｗｏ＝２．０μｍ）における
組成ならびに膜厚設計値で、ｎ−ＩｎＰクラッド層７ａ
（厚さ０．２μｍ、ドーピング濃度１×１０18ｃ
ｍ-3）、ｎ側ＩｎＧａＡｓＰ−ＳＣＨ層８ａ（発光波長
１．１３μｍ組成、厚さ５０ｎｍ）、＋１．０％圧縮歪
のＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層（厚さ５ｎｍ）およびＩｎ
ＧａＡｓＰバリア層（発光波長１．１μｍ組成、厚さ８
ｎｍ）からなるＭＱＷ層９（量子井戸数７、発光波長約
１．３μｍ）、ｐ側ＩｎＧａＡｓＰ−ＳＣＨ層８ｂ（発
光波長１．１３μｍ組成、厚さ５０ｎｍ）、ｐ−ＩｎＰ
クラッド層７ｂ（厚さ０．１μｍ、ドーピング濃度７×
１０17ｃｍ-3）を順次成長させる。ここでＳＣＨ層とＭ
ＱＷ層を合わせた活性層の層厚およびバンドギャップ波
長は図９に示すように、マスクのテーパ部分において光
導波路の層厚が減少すると共にバンドギャップ波長が短
波化し、光吸収損失の小さい良好なスポットサイズ変換
受動導波路となっている。
【００２５】次に、図８（ｃ）に示されるように、ｎ−
ＩｎＰ基板１ａ上に開口幅１μｍの埋め込み層選択成長
用のＳｉＯ2 マスク１０をＣＶＤ、フォトリソグラフィ
およびドライエッチングにより形成し、ｐ−ＩｎＰ埋め
込み層１２およびｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１３ａ
を選択成長させる。続いて、図８（ｄ）に示されるよう
に、ＣＶＤ法により絶縁膜１５を堆積し、ｐ−ＩｎＧａ
Ａｓコンタクト層１３ａ表面を露出させる開口を設けた
後、基板上下面に電極１４、１４を形成して、本実施例
に係る縦横テーパ型狭放射角半導体レーザの製造工程を
完了する。ここで、絶縁膜１５に形成される開口の長さ
は後方直線部４の１９０μｍおよびテーパ部５の後方側
３０μｍの合計２２０μｍとし、レーザの発振波長に比
較的近いバンドギャップ波長を有するテーパ後方部分で
の過飽和吸収現象による電流−光出力特性の劣化を回避
している。
ＩｎＰ基板１ａ上に開口幅１μｍの埋め込み層選択成長
用のＳｉＯ2 マスク１０をＣＶＤ、フォトリソグラフィ
およびドライエッチングにより形成し、ｐ−ＩｎＰ埋め
込み層１２およびｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１３ａ
を選択成長させる。続いて、図８（ｄ）に示されるよう
に、ＣＶＤ法により絶縁膜１５を堆積し、ｐ−ＩｎＧａ
Ａｓコンタクト層１３ａ表面を露出させる開口を設けた
後、基板上下面に電極１４、１４を形成して、本実施例
に係る縦横テーパ型狭放射角半導体レーザの製造工程を
完了する。ここで、絶縁膜１５に形成される開口の長さ
は後方直線部４の１９０μｍおよびテーパ部５の後方側
３０μｍの合計２２０μｍとし、レーザの発振波長に比
較的近いバンドギャップ波長を有するテーパ後方部分で
の過飽和吸収現象による電流−光出力特性の劣化を回避
している。
【００２６】図１０は、共振器長３６０μｍに劈開後、
後方端面に反射率９５％となる多層膜コーティングを施
した素子の電流−光出力特性ならびに光放射角特性を示
したものであるが、２５℃での閾値電流８ｍＡ、スロー
プ効率０．４５Ｗ／Ａ等の良好な光出力特性と遠視野像
光強度分布の半値全幅が水平１０．８°、垂直１０．６
°とアスペクト比の良好な狭放射角特性を示した。ま
た、３枚の異なるウェハの半径１８ｍｍ以内の任意の位
置から抽出した３０素子の活性層幅は前方端面で平均値
０．２２４μｍ、標準偏差０．０２１μｍ、後方端面で
平均値１．１７７μｍ、標準偏差０．０２４μｍと極め
て均一性、再現性に優れており、同様に抽出した３００
素子の特性も２５℃における閾値電流の標準偏差０．６
２ｍＡ、スロープ効率の標準偏差０．０４１Ｗ／Ａ、遠
視野像光強度分布の半値全幅の標準偏差は水平方向・垂
直方向ともに０．４°と極めて良好な均一性、再現性を
示した。なお、本実施例と同じマスク幅の設計で開口幅
をＷｏ＝１．６μｍ一定とすることにより作製した縦方
向テーパのみを有するスポットサイズ変換導波路集積レ
ーザの遠視野像光強度分布の半値全幅は、水平方向１３
°、垂直方向１５°であり、スポットサイズ変換効率な
らびに光スポットのアスペクト比における本実施例に係
る縦横テーパ型スポットサイズ変換導波路集積レーザの
優位性が確認された。
後方端面に反射率９５％となる多層膜コーティングを施
した素子の電流−光出力特性ならびに光放射角特性を示
したものであるが、２５℃での閾値電流８ｍＡ、スロー
プ効率０．４５Ｗ／Ａ等の良好な光出力特性と遠視野像
光強度分布の半値全幅が水平１０．８°、垂直１０．６
°とアスペクト比の良好な狭放射角特性を示した。ま
た、３枚の異なるウェハの半径１８ｍｍ以内の任意の位
置から抽出した３０素子の活性層幅は前方端面で平均値
０．２２４μｍ、標準偏差０．０２１μｍ、後方端面で
平均値１．１７７μｍ、標準偏差０．０２４μｍと極め
て均一性、再現性に優れており、同様に抽出した３００
素子の特性も２５℃における閾値電流の標準偏差０．６
２ｍＡ、スロープ効率の標準偏差０．０４１Ｗ／Ａ、遠
視野像光強度分布の半値全幅の標準偏差は水平方向・垂
直方向ともに０．４°と極めて良好な均一性、再現性を
示した。なお、本実施例と同じマスク幅の設計で開口幅
をＷｏ＝１．６μｍ一定とすることにより作製した縦方
向テーパのみを有するスポットサイズ変換導波路集積レ
ーザの遠視野像光強度分布の半値全幅は、水平方向１３
°、垂直方向１５°であり、スポットサイズ変換効率な
らびに光スポットのアスペクト比における本実施例に係
る縦横テーパ型スポットサイズ変換導波路集積レーザの
優位性が確認された。
【００２７】［第３の実施例］図１１は、本発明の第３
の実施例である両端に縦横テーパ型スポットサイズ変換
領域を有する半導体光増幅器の製造過程を工程順に示し
た図である。図１１（ａ）に示されるように、ｎ−Ｉｎ
Ｐ基板１ａ上にＣＶＤ法により膜厚０．１μｍのＳｉＯ
2 膜を堆積し、フォトリソグラフィ法およびドライエッ
チング法によりパターニングしてＳｉＯ2 マスク２ａを
形成する。このマスクのマスク幅Ｗｍおよび開口幅Ｗｏ
は、長さ１９０μｍの直線利得導波路部１７におけるＷ
ｍ＝５０．０μｍ、Ｗｏ＝２．０μｍから、長さ１３０
μｍのテーパ部５で徐々に小さくなり、長さ１０μｍの
ウィンドウ構造部１８と接する部分でＷｍ＝１．０μ
ｍ、Ｗｏ＝０．６μｍとなされている。
の実施例である両端に縦横テーパ型スポットサイズ変換
領域を有する半導体光増幅器の製造過程を工程順に示し
た図である。図１１（ａ）に示されるように、ｎ−Ｉｎ
Ｐ基板１ａ上にＣＶＤ法により膜厚０．１μｍのＳｉＯ
2 膜を堆積し、フォトリソグラフィ法およびドライエッ
チング法によりパターニングしてＳｉＯ2 マスク２ａを
形成する。このマスクのマスク幅Ｗｍおよび開口幅Ｗｏ
は、長さ１９０μｍの直線利得導波路部１７におけるＷ
ｍ＝５０．０μｍ、Ｗｏ＝２．０μｍから、長さ１３０
μｍのテーパ部５で徐々に小さくなり、長さ１０μｍの
ウィンドウ構造部１８と接する部分でＷｍ＝１．０μ
ｍ、Ｗｏ＝０．６μｍとなされている。
【００２８】このようなＳｉＯ2 マスク２ａを形成した
ｎ−ＩｎＰ基板１ａ上に、図１１（ｂ）に示されるよう
に、直線利得導波路部１７（Ｗｍ＝５０．０μｍ、Ｗｏ
＝２．０μｍ）における組成ならびに膜厚設計値で、ｎ
−ＩｎＰクラッド層７ａ（厚さ０．２μｍ、ドーピング
濃度１×１０18ｃｍ-3）、ｎ側ＩｎＧａＡｓＰ−ＳＣＨ
層８ａ（発光波長１．０５μｍ組成、厚さ５０ｎｍ＋発
光波長１．１３μｍ組成、厚さ１０ｎｍ）、＋０．７％
圧縮歪のＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層（厚さ５ｎｍ）およ
びＩｎＧａＡｓＰバリア層（発光波長１．１３μｍ組
成、厚さ８ｎｍ）からなるＭＱＷ層９（量子井戸数６、
発光波長約１．３μｍ）、ｐ側ＩｎＧａＡｓＰ−ＳＣＨ
層８ｂ（発光波長１．１３μｍ組成、厚さ１０ｎｍ＋発
光波長１．０５μｍ組成、厚さ５０ｎｍ）、ｐ−ＩｎＰ
クラッド層７ｂ（厚さ０．１μｍ、ドーピング濃度７×
１０17ｃｍ-3）を順次成長させた。
ｎ−ＩｎＰ基板１ａ上に、図１１（ｂ）に示されるよう
に、直線利得導波路部１７（Ｗｍ＝５０．０μｍ、Ｗｏ
＝２．０μｍ）における組成ならびに膜厚設計値で、ｎ
−ＩｎＰクラッド層７ａ（厚さ０．２μｍ、ドーピング
濃度１×１０18ｃｍ-3）、ｎ側ＩｎＧａＡｓＰ−ＳＣＨ
層８ａ（発光波長１．０５μｍ組成、厚さ５０ｎｍ＋発
光波長１．１３μｍ組成、厚さ１０ｎｍ）、＋０．７％
圧縮歪のＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層（厚さ５ｎｍ）およ
びＩｎＧａＡｓＰバリア層（発光波長１．１３μｍ組
成、厚さ８ｎｍ）からなるＭＱＷ層９（量子井戸数６、
発光波長約１．３μｍ）、ｐ側ＩｎＧａＡｓＰ−ＳＣＨ
層８ｂ（発光波長１．１３μｍ組成、厚さ１０ｎｍ＋発
光波長１．０５μｍ組成、厚さ５０ｎｍ）、ｐ−ＩｎＰ
クラッド層７ｂ（厚さ０．１μｍ、ドーピング濃度７×
１０17ｃｍ-3）を順次成長させた。
【００２９】次に、ＳｉＯ2 マスク２ａを除去した後、
図１１（ｃ）に示されるように、ＣＶＤおよびフォトリ
ソグラフィにより活性層を含むメサ型光導波路の上部に
のみＳｉＯ2 マスク１０を新たに形成し、ｐ−ＩｎＰブ
ロック層１１ａ（厚さ０．５μｍ、ドーピング濃度３×
１０17ｃｍ-3）およびｎ−ＩｎＰブロック層１１ｂ（厚
さ０．７μｍ、ドーピング濃度１×１０18ｃｍ-3）から
なる電流狭窄構造を成長させ、さらにＳｉＯ2 マスク１
０を除去した後に、図１１（ｄ）に示されるように、ｐ
−ＩｎＰ埋め込み層１２およびｐ−ＩｎＧａＡｓコンタ
クト層１３ａを成長させた。最後に、基板上下面に電極
１４、１４を形成し、素子長４５０μｍで劈開して、ウ
ィンドウ構造の端面を有する半導体光増幅器を得た。
図１１（ｃ）に示されるように、ＣＶＤおよびフォトリ
ソグラフィにより活性層を含むメサ型光導波路の上部に
のみＳｉＯ2 マスク１０を新たに形成し、ｐ−ＩｎＰブ
ロック層１１ａ（厚さ０．５μｍ、ドーピング濃度３×
１０17ｃｍ-3）およびｎ−ＩｎＰブロック層１１ｂ（厚
さ０．７μｍ、ドーピング濃度１×１０18ｃｍ-3）から
なる電流狭窄構造を成長させ、さらにＳｉＯ2 マスク１
０を除去した後に、図１１（ｄ）に示されるように、ｐ
−ＩｎＰ埋め込み層１２およびｐ−ＩｎＧａＡｓコンタ
クト層１３ａを成長させた。最後に、基板上下面に電極
１４、１４を形成し、素子長４５０μｍで劈開して、ウ
ィンドウ構造の端面を有する半導体光増幅器を得た。
【００３０】［第４の実施例］図１２は、本発明の第４
の実施例である横テーパ形状のスポットサイズ変換受動
導波路と電界吸収型変調器とＤＦＢレーザとを集積化し
た半導体光素子の製造過程を工程順に示した図である。
図１２（ａ）に示されるように、ｎ−ＩｎＰ基板１ａ上
にＣＶＤ法により膜厚０．０５μｍのＳｉＯ2 膜を堆積
し、フォトリソグラフィ法およびドライエッチング法に
よりパターニングしてＳｉＯ2 マスク２ａを形成する。
ＳｉＯ2 マスク２ａのマスク幅Ｗｍおよび開口幅Ｗｏ
は、長さ１８０μｍのＤＦＢレーザ部２０におけるＷｍ
＝５０．０μｍ、Ｗｏ＝２．０μｍ、長さ１６０μｍの
電界吸収型変調器部１９におけるＷｍ＝３５．０μｍ、
Ｗｏ＝２．０μｍから、長さ１５０μｍのテーパ部５で
徐々に小さくなり、長さ１０μｍの前方直線部６ではＷ
ｍ＝１．５μｍ、Ｗｏ＝１．０μｍとされている。
の実施例である横テーパ形状のスポットサイズ変換受動
導波路と電界吸収型変調器とＤＦＢレーザとを集積化し
た半導体光素子の製造過程を工程順に示した図である。
図１２（ａ）に示されるように、ｎ−ＩｎＰ基板１ａ上
にＣＶＤ法により膜厚０．０５μｍのＳｉＯ2 膜を堆積
し、フォトリソグラフィ法およびドライエッチング法に
よりパターニングしてＳｉＯ2 マスク２ａを形成する。
ＳｉＯ2 マスク２ａのマスク幅Ｗｍおよび開口幅Ｗｏ
は、長さ１８０μｍのＤＦＢレーザ部２０におけるＷｍ
＝５０．０μｍ、Ｗｏ＝２．０μｍ、長さ１６０μｍの
電界吸収型変調器部１９におけるＷｍ＝３５．０μｍ、
Ｗｏ＝２．０μｍから、長さ１５０μｍのテーパ部５で
徐々に小さくなり、長さ１０μｍの前方直線部６ではＷ
ｍ＝１．５μｍ、Ｗｏ＝１．０μｍとされている。
【００３１】このようなＳｉＯ2 マスク２ａを形成した
基板１上に、図１２（ｂ）に示されるように、ＤＦＢレ
ーザ部２０（Ｗｍ＝５０．０μｍ、Ｗｏ＝２．０μｍ）
における組成ならびに膜厚設計値で、ｎ−ＩｎＰクラッ
ド層７ａ（厚さ０．２μｍ、ドーピング濃度１×１０18
ｃｍ-3）、ｎ側ＩｎＧａＡｓＰ−ＳＣＨ層８ａ（発光波
長１．１３μｍ組成、厚さ５０ｎｍ）、＋１．０％圧縮
歪のＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層（厚さ５ｎｍ）およびＩ
ｎＧａＡｓＰバリア層（発光波長１．１μｍ組成、厚さ
８ｎｍ）からなるＭＱＷ層９（量子井戸数７、発光波長
約１．３μｍ）、ｐ側ＩｎＧａＡｓＰ−ＳＣＨ層８ｂ
（発光波長１．１３μｍ組成、厚さ５０ｎｍ）、ｐ−Ｉ
ｎＰクラッド層７ｂ（厚さ０．１μｍ、ドーピング濃度
７×１０17ｃｍ-3）を順次成長させる。ここで、電界吸
収型変調器部１９とテーパ部５でのＳＣＨ層とＭＱＷ層
を合わせた活性層の層厚およびバンドギャップ波長は１
６０ｎｍと１．２７μｍである。
基板１上に、図１２（ｂ）に示されるように、ＤＦＢレ
ーザ部２０（Ｗｍ＝５０．０μｍ、Ｗｏ＝２．０μｍ）
における組成ならびに膜厚設計値で、ｎ−ＩｎＰクラッ
ド層７ａ（厚さ０．２μｍ、ドーピング濃度１×１０18
ｃｍ-3）、ｎ側ＩｎＧａＡｓＰ−ＳＣＨ層８ａ（発光波
長１．１３μｍ組成、厚さ５０ｎｍ）、＋１．０％圧縮
歪のＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層（厚さ５ｎｍ）およびＩ
ｎＧａＡｓＰバリア層（発光波長１．１μｍ組成、厚さ
８ｎｍ）からなるＭＱＷ層９（量子井戸数７、発光波長
約１．３μｍ）、ｐ側ＩｎＧａＡｓＰ−ＳＣＨ層８ｂ
（発光波長１．１３μｍ組成、厚さ５０ｎｍ）、ｐ−Ｉ
ｎＰクラッド層７ｂ（厚さ０．１μｍ、ドーピング濃度
７×１０17ｃｍ-3）を順次成長させる。ここで、電界吸
収型変調器部１９とテーパ部５でのＳＣＨ層とＭＱＷ層
を合わせた活性層の層厚およびバンドギャップ波長は１
６０ｎｍと１．２７μｍである。
【００３２】ＤＦＢレーザ部２０のｐ−ＩｎＰクラッド
層７ｂ上に回折格子を形成した後、図１２（ｃ）に示さ
れるように、ｎ−ＩｎＰ基板１ａ上に開口幅１μｍの埋
め込み層選択成長用ＳｉＯ2 マスク１０をＣＶＤ、フォ
トリソグラフィおよびドライエッチングにより形成し、
ｐ−ＩｎＰ埋め込み層１２およびｐ−ＩｎＧａＡｓコン
タクト層１３ａを選択成長させた。続いて、図１２
（ｄ）に示されるように、ＣＶＤ法により絶縁膜１５を
堆積し、電界吸収型変調器部１９とＤＦＢレーザ部２０
のｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１３ａ上にそれぞれ開
口を設けた後、電極１４を形成して、本実施例に係る変
調器集積化ＤＦＢレーザの製造工程を完了する。
層７ｂ上に回折格子を形成した後、図１２（ｃ）に示さ
れるように、ｎ−ＩｎＰ基板１ａ上に開口幅１μｍの埋
め込み層選択成長用ＳｉＯ2 マスク１０をＣＶＤ、フォ
トリソグラフィおよびドライエッチングにより形成し、
ｐ−ＩｎＰ埋め込み層１２およびｐ−ＩｎＧａＡｓコン
タクト層１３ａを選択成長させた。続いて、図１２
（ｄ）に示されるように、ＣＶＤ法により絶縁膜１５を
堆積し、電界吸収型変調器部１９とＤＦＢレーザ部２０
のｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１３ａ上にそれぞれ開
口を設けた後、電極１４を形成して、本実施例に係る変
調器集積化ＤＦＢレーザの製造工程を完了する。
【００３３】以上好ましい実施例について説明したが、
本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、特許
請求の範囲に記載された範囲内において各種の変更が可
能なものである。例えば、実施例ではレーザとしてファ
ブリペロー共振器型のレーザとＤＦＢレーザを例に挙げ
ているがＤＢＲレーザであってもよく、またその発振波
長も上記の実施例では１．３μｍ帯としたが、例えば
１．５５μｍや１．６５μｍ、０．９８μｍ、あるいは
０．６８μｍ等の可視波長帯を含め、いかなる波長帯で
あってもよい。また、実施例では圧縮歪量子井戸層を用
いたＭＱＷ構造としたが無歪ＭＱＷ構造や歪補償型ＭＱ
Ｗ構造あるいはバルク活性層を用いてもよく、その構成
材料としては実施例のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系の他
に、ＡｌＧａＩｎＡｓ／ＩｎＰ系、ＡｌＧａＡｓ／Ｇａ
Ａｓ系、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系などであっても
よい。さらに、半導体光導波路層の埋め込み構造とし
て、実施例でのｐｎｐｎ型電流ブロック構造やｐ−Ｉｎ
Ｐによるホモ埋め込み構造の他に例えば半絶縁性Ｆｅド
ープＩｎＰ等を用いた埋め込み構造でもよい。基板の導
電型も上記実施例のｎ型に限定されるものではない。
本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、特許
請求の範囲に記載された範囲内において各種の変更が可
能なものである。例えば、実施例ではレーザとしてファ
ブリペロー共振器型のレーザとＤＦＢレーザを例に挙げ
ているがＤＢＲレーザであってもよく、またその発振波
長も上記の実施例では１．３μｍ帯としたが、例えば
１．５５μｍや１．６５μｍ、０．９８μｍ、あるいは
０．６８μｍ等の可視波長帯を含め、いかなる波長帯で
あってもよい。また、実施例では圧縮歪量子井戸層を用
いたＭＱＷ構造としたが無歪ＭＱＷ構造や歪補償型ＭＱ
Ｗ構造あるいはバルク活性層を用いてもよく、その構成
材料としては実施例のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系の他
に、ＡｌＧａＩｎＡｓ／ＩｎＰ系、ＡｌＧａＡｓ／Ｇａ
Ａｓ系、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系などであっても
よい。さらに、半導体光導波路層の埋め込み構造とし
て、実施例でのｐｎｐｎ型電流ブロック構造やｐ−Ｉｎ
Ｐによるホモ埋め込み構造の他に例えば半絶縁性Ｆｅド
ープＩｎＰ等を用いた埋め込み構造でもよい。基板の導
電型も上記実施例のｎ型に限定されるものではない。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、端面に
向かってマスク幅およびマスク開口幅の双方が漸減する
選択成長マスクを用いてスポットサイズ変換機能を有す
る光導波路を形成するものであるので、寸法精度、再現
性、均一性の点で問題のある半導体層へのエッチングプ
ロセスを回避して、高精度で再現性、均一性に優れたス
ポットサイズ変換機能を有する光導波路を形成すること
が可能になる。また、選択成長によりマスク開口幅以下
のストライプ幅の光導波路を形成することが可能になる
ため、フォトリソグラフィでの解像度以上の解像度での
ストライプパターンの形成が可能になる。従って、本発
明によれば、再現性および均一性に優れた狭放射角半導
体光素子を容易に作製することが可能になり、レンズの
使用や高精度な位置合わせを行うことなく、容易に半導
体光素子と光ファイバあるいは光導波路等との光結合を
行うことが可能になるため、均一で高品質の光結合モジ
ュールを低価格にて提供することがが可能となる。
向かってマスク幅およびマスク開口幅の双方が漸減する
選択成長マスクを用いてスポットサイズ変換機能を有す
る光導波路を形成するものであるので、寸法精度、再現
性、均一性の点で問題のある半導体層へのエッチングプ
ロセスを回避して、高精度で再現性、均一性に優れたス
ポットサイズ変換機能を有する光導波路を形成すること
が可能になる。また、選択成長によりマスク開口幅以下
のストライプ幅の光導波路を形成することが可能になる
ため、フォトリソグラフィでの解像度以上の解像度での
ストライプパターンの形成が可能になる。従って、本発
明によれば、再現性および均一性に優れた狭放射角半導
体光素子を容易に作製することが可能になり、レンズの
使用や高精度な位置合わせを行うことなく、容易に半導
体光素子と光ファイバあるいは光導波路等との光結合を
行うことが可能になるため、均一で高品質の光結合モジ
ュールを低価格にて提供することがが可能となる。
【図１】本発明の第１の実施の形態を説明するための斜
視図。
視図。
【図２】本発明の第２の実施の形態を説明するための斜
視図と平面図。
視図と平面図。
【図３】本発明の第３の実施の形態を説明するための斜
視図と平面図。
視図と平面図。
【図４】本発明の第１の実施例の製造工程を説明するた
めの平面図と断面図。
めの平面図と断面図。
【図５】本発明の第１の実施例に係る狭放射角半導体レ
ーザの電流−光出力特性と遠視野像の光強度分布を示す
図。
ーザの電流−光出力特性と遠視野像の光強度分布を示す
図。
【図６】本発明の第１の実施例における共振器方向の層
厚およびバンドギャップ波長（フォトルミネッセンス発
光波長）プロファイルを示す図。
厚およびバンドギャップ波長（フォトルミネッセンス発
光波長）プロファイルを示す図。
【図７】本発明の第１の実施の形態における横テーパ型
狭放射角半導体レーザを作製するためのマスク形状例を
示す図。
狭放射角半導体レーザを作製するためのマスク形状例を
示す図。
【図８】本発明の第２の実施例の製造工程をを説明する
ための平面図と断面図。
ための平面図と断面図。
【図９】本発明の第２の実施例における共振器方向の層
厚およびバンドギャップ波長（フォトルミネッセンス発
光波長）プロファイルを示す図。
厚およびバンドギャップ波長（フォトルミネッセンス発
光波長）プロファイルを示す図。
【図１０】本発明の第２の実施例に係る狭放射角半導体
レーザの電流−光出力特性と遠視野像の光強度分布を示
す図。
レーザの電流−光出力特性と遠視野像の光強度分布を示
す図。
【図１１】本発明の第３の実施例の製造工程を説明する
ための平面図と断面図。
ための平面図と断面図。
【図１２】本発明の第４の実施例の製造工程をを説明す
るための平面図と断面図。
るための平面図と断面図。
【図１３】第１の従来例の断面斜視図と製造方法を説明
するための平面図。
するための平面図。
【図１４】第２の従来例の透視斜視図。
１ 半導体基板 １ａ ｎ−ＩｎＰ基板 ２ 選択成長マスク ２ａ ＳｉＯ2 マスク ３ 選択成長により直接形成された活性層を含むメサ型
半導体光導波路 ４ 後方直線部 ５ テーパ部 ６ 前方直線部 ７ クラッド層 ７ａ ｎ一ＩｎＰクラッド層 ７ｂ ｐ−ＩｎＰクラッド層 ８ ＳＣＨ層 ８ａ ｎ側ＩｎＧａＡｓＰ−ＳＣＨ層 ８ｂ ｐ側ＩｎＧａＡｓＰ−ＳＣＨ層 ９ ＭＱＷ層 １０ ＳｉＯ2 マスク １１ 電流ブロック層 １１ａ ｐ−ＩｎＰブロック層 １１ｂ ｎ−ＩｎＰブロック層 １２ ｐ−ＩｎＰ埋め込み層 １３ コンタクト層 １３ａ ｐ一ＩｎＧａＡｓコンタクト層 １４ 電極 １５ 絶縁膜 １６ 端面直線部 １７ 直線利得導波路部 １８ ウィンドウ構造部 １９ 電界吸収型変調器部 ２０ ＤＦＢレーザ部 ２１ 開口部 ２２ 利得領域 ２３ スポットサイズ変換領域 ２４ 半導体活性層
半導体光導波路 ４ 後方直線部 ５ テーパ部 ６ 前方直線部 ７ クラッド層 ７ａ ｎ一ＩｎＰクラッド層 ７ｂ ｐ−ＩｎＰクラッド層 ８ ＳＣＨ層 ８ａ ｎ側ＩｎＧａＡｓＰ−ＳＣＨ層 ８ｂ ｐ側ＩｎＧａＡｓＰ−ＳＣＨ層 ９ ＭＱＷ層 １０ ＳｉＯ2 マスク １１ 電流ブロック層 １１ａ ｐ−ＩｎＰブロック層 １１ｂ ｎ−ＩｎＰブロック層 １２ ｐ−ＩｎＰ埋め込み層 １３ コンタクト層 １３ａ ｐ一ＩｎＧａＡｓコンタクト層 １４ 電極 １５ 絶縁膜 １６ 端面直線部 １７ 直線利得導波路部 １８ ウィンドウ構造部 １９ 電界吸収型変調器部 ２０ ＤＦＢレーザ部 ２１ 開口部 ２２ 利得領域 ２３ スポットサイズ変換領域 ２４ 半導体活性層
Claims (10)
- 【請求項１】 半導体層によって構成された光導波路が
選択成長によって直接形成された半導体光素子におい
て、前記光導波路はその幅が少なくとも一つの端面に向
かって徐々に狭くなっていくテーパ形状部分を有してい
ることを特徴とする半導体光素子。 - 【請求項２】 前記光導波路が、多重量子井戸構造とこ
れを上下より挟む光閉じ込め層をコア層としていること
を特徴とする請求項１記載の半導体光素子。 - 【請求項３】 前記テーパ部分において、前記光導波路
の膜厚とそのバンドギャップ波長がほぼ一定に保持され
ていることを特徴とする請求項１記載の半導体光素子。 - 【請求項４】 前記テーパ部分において、前記光導波路
は幅が狭くなるにつれて膜厚が薄くなりかつそのバンド
ギャップ波長が短くなることを特徴とする請求項１記載
の半導体光素子。 - 【請求項５】 前記光導波路の端面には埋め込み層が形
成されてウィンドウ構造になされていることを特徴とす
る請求項１記載の半導体光素子。 - 【請求項６】 半導体基板上に間に開口を挟んで一対の
誘電体マスクを形成し、これをマスクとして光導波路層
を含む多層半導体層を選択成長させる半導体光素子の製
造方法において、前記誘電体マスクの開口幅およびマス
ク幅は、少なくとも一つの端面に向かって徐々に狭くな
っていくテーパ形状形成部分を有していることを特徴と
する半導体光素子の製造方法。 - 【請求項７】 前記誘電体マスクの形状と前記選択成長
の条件は、形成される光導波路層の膜厚が全光導波路層
を通してほぼ一定となるように選定されていることを特
徴とする請求項６記載の半導体光素子の製造方法。 - 【請求項８】 前記誘電体マスクの形状と前記選択成長
の条件は、形成される光導波路層の膜厚が前記テーパ形
状形成部分において端面に向かって徐々に薄くなるよう
に選定されていることを特徴とする請求項６記載の半導
体光素子の製造方法。 - 【請求項９】 前記誘電体マスクは、開口幅が一定の直
線形状形成部分においてマスク幅が段階的に変化してい
ることを特徴とする請求項６記載の半導体光素子の製造
方法。 - 【請求項１０】 前記多層半導体層の選択成長は、有機
金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法若しくは分子線成長（Ｍ
ＢＥ）法により行われることを特徴とする請求項６記載
の半導体光素子の製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP09114559A JP3104789B2 (ja) | 1997-05-02 | 1997-05-02 | 半導体光素子およびその製造方法 |
| US09/071,159 US6219366B1 (en) | 1997-05-02 | 1998-05-04 | Semiconductor optical device and method of manufacturing the same |
| EP98108072A EP0875968A3 (en) | 1997-05-02 | 1998-05-04 | Semiconductor optical device and method of manufacturing the same |
| US09/784,198 US6465269B2 (en) | 1997-05-02 | 2001-02-16 | Semiconductor optical device and method of manufacturing the same |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09114559A JP3104789B2 (ja) | 1997-05-02 | 1997-05-02 | 半導体光素子およびその製造方法 |
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|---|---|
| JPH10308556A true JPH10308556A (ja) | 1998-11-17 |
| JP3104789B2 JP3104789B2 (ja) | 2000-10-30 |
Family
ID=14640848
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09114559A Expired - Fee Related JP3104789B2 (ja) | 1997-05-02 | 1997-05-02 | 半導体光素子およびその製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6219366B1 (ja) |
| EP (1) | EP0875968A3 (ja) |
| JP (1) | JP3104789B2 (ja) |
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