(57)【要約】【課題】出力端での反射率を低減し、かつ、高速応答を可能にする。【解決手段】導波路領域２１と窓領域２６とが設定された半導体基板と、導波路領域の半導体基板上に曲がり導波路として形成された光導波路３０と、窓領域の半導体基板上に形成された窓構造とを備えて構成される。曲がり導波路として光導波路を形成し、かつ、窓構造を設けることにより、反射率を低減すると共に、光導波路を、逆メサのリッジ導波路構造として構成することで、高速応答を可能にする。【選択図】図１
2010171098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波路領域と窓領域とが設定された半導体基板と、
前記導波路領域の前記半導体基板上に曲がり導波路として形成された光導波路と、
前記窓領域の前記半導体基板上に形成された窓構造と
を備え、
前記光導波路が、逆メサのリッジ導波路構造である
ことを特徴とする導波路型光機能素子。
【請求項２】
前記曲がり導波路は、
前記半導体基板上に形成された導波路層と、
前記導波路層上に形成されたクラッド層と
を備え、
前記窓構造は、前記半導体基板上に前記クラッド層と一体で構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の導波路型光機能素子。
【請求項３】
前記光導波路が、前記窓領域に向けて広がるテーパ形状である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の導波路型光機能素子。
【請求項４】
前記導波路領域内に、前記窓領域側の変調器領域と、レーザ領域とが設定され、
前記半導体基板が、前記変調器領域と前記レーザ領域との間でバットジョイント結合されたものであり、
前記変調器領域に電界吸収型変調器が形成され、
前記レーザ領域にＤＦＢ半導体レーザが形成されている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の導波路型光機能素子。
【請求項５】
前記変調器領域及び前記レーザ領域の境界に位置する電極分離領域の光導波路と、前記変調器領域の光導波路が、有限の曲率半径を有する
ことを特徴とする請求項４に記載の導波路型光機能素子。
【請求項６】
導波路領域と窓領域とが設定された半導体基板上に、下部分離閉じ込め層、導波路層、上部分離閉じ込め層及び保護層を順に積層する工程と、
前記窓領域の前記導波路層、前記上部分離閉じ込め層及び前記保護層を除去する工程と、
前記導波路領域の保護層上に上部クラッド層を形成すると共に、前記窓領域の下部分離閉じ込め層上に前記上部クラッド層と一体の窓構造を形成する工程と、
前記上部クラッド層上にコンタクト層を形成する工程と、
前記コンタクト層と、前記保護層及び前記上部クラッド層からなるクラッド層とをパターニングすることにより、前記導波路領域に曲がり導波路を形成する工程と
を備えることを特徴とする導波路型光機能素子の製造方法。
【請求項７】
導波路領域と窓領域とが設定され、さらに前記導波路領域に変調器領域とレーザ領域が設定された半導体基板上に、第１下部分離閉じ込め層、第１多重量子井戸層、第１上部分離閉じ込め層及び第１保護層を順に積層する工程と、
前記変調器領域及び前記窓領域の前記第１下部分離閉じ込め層、前記第１多重量子井戸層、前記第１上部分離閉じ込め層及び前記第１保護層を除去する工程と、
前記変調器領域及び前記窓領域の半導体基板上に、第２下部分離閉じ込め層、第２多重量子井戸層、第２上部分離閉じ込め層及び第２保護層を順に積層する工程と、
前記窓領域の前記第２多重量子井戸層、第２上部分離閉じ込め層及び第２保護層を除去する工程と、
前記第１保護層及び前記第２保護層上に、上部クラッド層を形成すると共に、前記窓領域の下部分離閉じ込め層上に、前記上部クラッド層と一体の窓構造を形成する工程と、
前記上部クラッド層上にコンタクト層を形成する工程と、
前記コンタクト層と、前記第１保護層、前記第２保護層及び前記上部クラッド層からなるクラッド層とをパターニングすることにより、前記変調器領域に曲がり導波路を形成する工程と
を備えることを特徴とする導波路型光機能素子の製造方法。
【請求項８】
半導体基板の上側表面付近にグレーティングを形成した後、前記第１下部分離閉じ込め層、前記第１多重量子井戸層、前記第１上部分離閉じ込め層及び前記第１保護層を順に積層する
ことを特徴とする請求項７に記載の導波路型光機能素子の製造方法。
【請求項９】
前記曲がり導波路を形成した後、
前記曲がり導波路を埋め込む保護膜を形成する工程と、
前記保護膜の一部分を除去した後、前記曲がり導波路上にオーミック電極を形成する工程と、
を備えることを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の導波路型光機能素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、導波路型光機能素子及びその製造方法に関し、特に曲がり導波路を含む逆メサのリッジ導波路構造を備えた導波路型光機能素子とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットの普及等により通信需要が急速に増大している。それに対応して光ファイバ等を用いた高速でかつ大容量の光通信システムが整備されつつある。このような光通信システムでは、波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）化が進んでいる。
【０００３】
高速かつ大容量の光ネットワークで使用される光源として、電界吸収型（ＥＡ：Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）変調器を集積した半導体レーザ（ＥＭＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏ  ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  Ｌａｓｅｒ）が開発されている。通常、ＥＭＬでは、共振器の反射面の代わりに回折格子（グレーティング）を素子内に作りこんだＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄ  Ｂａｃｋ）レーザが用いられる。ＤＦＢレーザでは、共振器の反射面の代わりに回折格子を用いることにより、特定の波長のみが反射されるので、安定した単一波長の発振が行われる。
【０００４】
ＥＭＬを利用するに当たっての技術的課題として、特に、レーザ光の出射端面の反射率低減が挙げられる。出射端面である、ＥＡ変調器端面の反射率が低減されていないと、ＥＡ変調器で変調されたレーザ光がＥＡ変調器端面において反射し、ＤＦＢレーザに戻る場合がある。この場合、戻り光の揺らぎの影響で、ＤＦＢレーザの活性層のキャリア密度が変化し、この結果、屈折率が変化する。屈折率変化により生じる波長チャープが大きくなると、信号波形に歪みが生じ、伝送特性が劣化する。
【０００５】
この伝送特性の劣化を防ぐには、ＥＡ変調器端面での反射率を０．０１［％］以下にするのが望ましい。ＥＡ変調器端面での反射率低減のために、変調器領域の光導波路を、曲がり導波路とし、また、ＥＡ変調器端面にＡＲ（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ）コーティングを施す手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、半導体光機能素子の高出力かつ高速動作を可能にする技術として、逆メサのリッジ導波路構造が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−４６０４０号公報
【特許文献２】特開２００２−２０４０３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述の特許文献１に記載のＡＲコーティングを施す技術では、再現性良く制御できる反射率は、０．１％程度までであり、０．０１％以下の反射率を再現性良く得るのは難しい。
【０００９】
このため、上述の特許文献１では、曲がり導波路を採用することで反射率の低減を図っている。
【００１０】
しかし、高速動作を可能にするために、特許文献２に記載の逆メサのリッジ導波路構造を採用すると、逆メサにするためのエッチングの際のサイドエッチングにより、曲がり角度が大きくなるとリッジ導波路構造を形成することができなくなるという問題がある。
【００１１】
すなわち、曲がり導波路により出力端での反射率を低減し、かつ、逆メサのリッジ導波路構造により高速動作を可能にする、導波路型の光機能素子を得るのは困難である。
【００１２】
そこで、この出願に係る発明者が鋭意研究を行ったところ、導波路型の光機能素子について、出力側の導波路を曲がり導波路とし、出力部分に窓構造を設けることで、出力端での反射率を低減できることを見出した。さらに、この出願に係る発明者は、ＥＡ変調器が形成される領域とＤＦＢレーザが形成される領域とをバットジョイント結合することで、各領域に形成される導波路を独立に設計できることを見出した。
【００１３】
この発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、この発明の目的は、出力端での反射率を低減し、かつ、高速動作を可能にする、導波路型光機能素子及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した目的を達成するために、この発明の導波路型光機能素子は、導波路領域と窓領域とが設定された半導体基板と、導波路領域の半導体基板上に曲がり導波路として形成された光導波路と、窓領域の半導体基板上に形成された窓構造とを備えて構成され、光導波路が、逆メサのリッジ導波路構造として構成される。
【００１５】
この発明の導波路型光機能素子の好適実施形態によれば、光導波路は、半導体基板上に形成された導波路層と、導波路層上に形成されたクラッド層とを備え、窓構造は、半導体基板上にクラッド層と一体で構成されているのが良い。
【００１６】
また、光導波路が、窓領域に向けて広がるテーパ形状であるのが好適である。
【００１７】
上述した導波路型光機能素子のさらなる好適実施形態によれば、導波路領域内に、窓領域側の変調器領域と、レーザ領域とが設定され、半導体基板が、変調器領域と、レーザ領域との間でバットジョイント結合されたものであり、変調器領域に電界吸収型変調器が形成され、レーザ領域にＤＦＢ半導体レーザが形成されているのが良い。
【００１８】
このとき、変調器領域及びレーザ領域の境界に位置する電極分離領域の光導波路と、変調器領域の光導波路が、有限の曲率半径を有するのが好適である。
【００１９】
また、上述した導波路型光機能素子の製造方法は、以下の工程を備えている。
【００２０】
先ず、導波路領域と窓領域とが設定された半導体基板上に、下部分離閉じ込め層、導波路層、上部分離閉じ込め層及び保護層を順に積層する。次に、窓領域の導波路層、上部分離閉じ込め層及び保護層を除去する。次に、導波路領域の保護層上に上部クラッド層を形成すると共に、窓領域の下部分離閉じ込め層上に、上部クラッド層と一体の窓構造を形成する。次に、上部クラッド層上にコンタクト層を形成する。次に、コンタクト層と、保護層及び上部クラッド層からなるクラッド層とをパターニングすることにより、導波路領域に曲がり導波路を形成する。
【００２１】
また、この発明の導波路型光機能素子の製造方法の好適実施形態は、以下の工程を備えている。
【００２２】
先ず、導波路領域と窓領域とが設定され、さらに導波路領域に変調器領域とレーザ領域が設定された半導体基板上に、第１下部分離閉じ込め層、第１多重量子井戸層、第１上部分離閉じ込め層及び第１保護層を順に積層する。次に、変調器領域及び窓領域の第１下部分離閉じ込め層、第１多重量子井戸層、第１上部分離閉じ込め層及び第１保護層を除去する。次に、変調器領域及び窓領域の半導体基板上に、第２下部分離閉じ込め層、第２多重量子井戸層、第２上部分離閉じ込め層及び第２保護層を順に積層する。次に、窓領域の第２多重量子井戸層、第２上部分離閉じ込め層及び第２保護層を除去する。
【００２３】
次に、第１保護層及び第２保護層上に、上部クラッド層を形成すると共に、窓領域の下部分離閉じ込め層上に、上部クラッド層と一体の窓構造を形成する。次に、上部クラッド層上にコンタクト層を形成する。次に、コンタクト層と、第１保護層、第２保護層及び上部クラッド層からなるクラッド層とをパターニングすることにより、変調器領域に曲がり導波路を形成する。
【００２４】
このとき、半導体基板の上側表面付近にグレーティングを形成した後、第１下部分離閉じ込め層、第１多重量子井戸層、第１上部分離閉じ込め層及び第１保護層を順に積層するのが良い。
【００２５】
また、曲がり導波路を形成した後、曲がり導波路を埋め込む保護膜を形成する工程と、保護膜の一部分を除去した後、曲がり導波路上にオーミック電極を形成する工程とを備えるのが良い。
【発明の効果】
【００２６】
この発明の導波路型光機能素子及びその製造方法によれば、光導波路が逆メサのリッジ導波路構造の曲がり導波路であるので、高速応答を維持したまま、出力端での低反射率を実現できる。また、出力端側に窓構造を有しているので、ＮＦＰ（ニアフィールドパターン）が拡大し、反射戻り光が導波路に結合しにくくなる。
【００２７】
また、曲がり導波路として形成された光導波路を、窓領域に向けて広がるテーパ形状とすることにより、出射端面での実効的な反射率を低減することができる。
【００２８】
また、半導体基板の、電界吸収型変調器が形成される変調器領域と、半導体レーザが形成されるレーザ領域とをバットジョイント接合させることにより、導波路構造の設計の自由度が高められる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】ＥＭＬの構成例を示す概略平面図である。
【図２】ＥＭＬの切断端面を示す概略図である。
【図３】曲がり導波路の曲がり角度と出射角度の関係を示す模式図である。
【図４】窓構造の機能を説明するための図である。
【図５】ＢＰＭ法を用いたシミュレーションによる反射率の計算結果を示す図である。
【図６】ＥＭＬの製造方法を説明するための工程図である。
【図７】ＥＭＬの製造方法を説明するための工程図である。
【図８】ＥＭＬの製造方法を説明するための工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係については、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。
【００３１】
（導波路型光機能素子）
図１及び図２を参照して、この発明の導波路型光機能素子の一実施形態について説明する。図１は、導波路型光機能素子の一例としての集積化半導体レーザを示す概略平面図である。図２（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ図１のＡ−Ａ´線、Ｂ−Ｂ´線及びＣ−Ｃ´線に沿った面で切った切断端面を示す概略図である。
【００３２】
集積化半導体レーザ１０は、同一の半導体基板２０上に、半導体レーザと、電界吸収型（ＥＡ：Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）変調器が集積されて構成されている。半導体基板２０には、導波路領域２１と窓領域２６が設定されている。また、導波路領域２１には、さらに、変調器領域２２及びレーザ領域２４が設定されている。レーザ領域２４には、半導体レーザとして例えばＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄ  Ｂａｃｋ）−ＬＤが形成されている。また、変調器領域２２には、ＥＡ変調器が形成されている。また、窓領域２６には窓構造５１が形成されている。
【００３３】
以下の説明では、この集積化半導体レーザ１０を、ＥＭＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  Ｌａｓｅｒ）と称することもある。
【００３４】
変調器領域２２及びレーザ領域２４の境界に位置する電極分離領域２３の光導波路３０と、変調器領域２２の部分の光導波路３０は、曲がり導波路として形成されている。すなわち、変調器領域２２及びレーザ領域２４の境界に位置する電極分離領域２３の光導波路と、変調器領域２２の光導波路３０が、有限の曲率半径を有している。
【００３５】
一方、レーザ領域２４の部分の光導波路３０は、直線導波路として形成されている。以下の説明では、レーザ領域２４の部分を含む光導波路３０全体を曲がり導波路と称することもある。
【００３６】
ＤＦＢ−ＬＤ、すなわち、レーザ領域２４の部分の光導波路３０から入力されるレーザ光は、変調器領域２２の光導波路３０内で、進行方向（図１中、矢印ＩＩで示す。）をＤＦＢ−ＬＤの共振方向（図１中、矢印Ｉで示す。）から、変化させる。
【００３７】
図３を参照して、曲がり導波路の曲がり角度とレーザ光の出射角度について説明する。図３は、曲がり導波路の曲がり角度と出射角度の関係を示す模式図である。
【００３８】
曲がり導波路である光導波路３０の軸の方向の、ＥＡ変調器の出射面１２に対する角度を曲がり角度θ１とする。この曲がり角度θ１は、出射面１２の法線方向（図３中、矢印ＩＩＩで示す。）と、光導波路３０の軸方向（図３中、矢印ＩＶで示す。）の間の角度で示される。
【００３９】
また、光導波路３０の軸方向に沿って入射された光の入射角θ２と、出射面１２での反射角θ３とは、等しくなる。すなわち、θ１＝θ２＝θ３となる。図３に示されているように、光導波路３０が曲がり導波路となっているので、変調器領域２２の出射面１２で反射された光（図３中、Ｖで示す。）は、光導波路３０に入射しにくくなる。
【００４０】
このように変調器領域２２の光導波路３０を曲がり導波路とすることで、ＥＡ変調器の出射面１２で反射した光が、レーザ領域２４への戻り光となるのを抑制することができる。
【００４１】
レーザ領域２４の半導体基板２０上には、第１下部分離閉じ込め（ＳＣＨ：Ｓｅｐａｒａｔｅ  Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）層３２、第１多重量子井戸（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）層３４及び第１上部分離閉じ込め（ＳＣＨ）層３６が順に積層されている（図２（Ａ）及び（Ｃ））。また、変調器領域２２の半導体基板２０上には、第２下部ＳＣＨ層４２、第２ＭＱＷ層４４及び第２上部ＳＣＨ層４６が順に積層されている（図２（Ａ）及び（Ｂ））。
【００４２】
第１下部ＳＣＨ層３２及び第１上部ＳＣＨ層３６と、第２下部ＳＣＨ層４２及び第２上部ＳＣＨ層４６は、例えば、ＩｎＧａＡｓＰで形成されている。また、第１ＭＱＷ層３４及び第２ＭＱＷ層４４は、ＩｎＧａＡｓＰ井戸層と、ＩｎＧａＡｓＰバリア層とを交互に積層して形成される。
【００４３】
これら、第１下部ＳＣＨ層３２、第１ＭＱＷ層３４及び第１上部ＳＣＨ層３６と、第２下部ＳＣＨ層４２、第２ＭＱＷ層４４及び第２上部ＳＣＨ層４６の界面が、バットジョイント接合されている。
【００４４】
なお、第１下部ＳＣＨ層３２及び第２下部ＳＣＨ層４２を単に下部ＳＣＨ層と総称し、第１ＭＱＷ層３４及び第２ＭＱＷ層４４を導波路層と総称し、第１上部ＳＣＨ層３６及び第２上部ＳＣＨ層４６を上部ＳＣＨ層と総称することもある。
【００４５】
このＥＭＬ１０のように、レーザ領域２４と変調器領域２２とがバットジョイント接合されている場合は、レーザ領域２４の第１下部ＳＣＨ層３２、第１ＭＱＷ層３４及び第１上部ＳＣＨ層３６と、変調器領域２２の第２下部ＳＣＨ層４２、第２ＭＱＷ層４４及び第２上部ＳＣＨ層４６の、組成をそれぞれ独立に設定することができる。また、第１ＭＱＷ層３４と第２ＭＱＷ層４４の層数を変えることもできる。このように、組成あるいはＭＱＷ層の層数を適宜設定することで、波長帯を所望の波長帯に設定することができるので、導波路構造の設計自由度が大きくなる。
【００４６】
第１及び第２上部ＳＣＨ層３６及び４６上に、クラッド層５０がｐ−ＩｎＰで、形成されている。クラッド層５０は、所望の光導波路のパターンに対応した部分に形成されている。第１及び第２下部ＳＣＨ層３２及び４２と、第１及び第２ＭＱＷ層３４及び４４と、第１及び第２上部ＳＣＨ層３６及び４６と、クラッド層５０により光導波路３０が構成される。クラッド層５０上には、コンタクト層５４が形成されている。
【００４７】
クラッド層５０の側面、コンタクト層５４の上面及び側面、窓構造５１、第１上部ＳＣＨ層３６及び第２上部ＳＣＨ層４６の上面上にはシリコン酸化膜６２が形成されている。また、導波路３０の両側は、ポリイミド６４で埋め込まれている。シリコン酸化膜６２及びポリイミド６４上には、パッシベーション膜としてシリコン窒化膜６６が形成されている。
【００４８】
これらシリコン酸化膜６２、ポリイミド６４及びシリコン窒化膜６６で構成される保護膜は、コンタクト層５４上の部分が除去されており、その保護膜が除去された部分にｐ側オーミック電極７０が形成されている。ｐ側オーミック電極７０上には、ＥＡ変調器用のｐ電極７２と、ＤＦＢ−ＬＤ用のｐ電極７６が形成されている。これらｐ電極７２及び７６は、ボンディング等などを考慮してパターニングされている。
【００４９】
一方、半導体基板２０の光導波路構造が形成された面と反対側の面には、ｎ側オーミック電極８０と、ｎ電極８２が形成されている。
【００５０】
また、この曲がり導波路３０は、逆メサのリッジ導波路構造として形成されている。すなわち、クラッド層５０の上面の面積が、下面の面積よりも大きい。ここで、下面は、導波路層側の面であり、上面は、オーミック電極側の面である。
【００５１】
導波路を逆メサのリッジ構造にすると、順メサ構造に比べて、下面の面積を小さくできるので、寄生容量を減らすことができる。また、順メサに比べて、上面の面積が大きくできるので、抵抗値を小さくすることができる。この結果、逆メサのリッジ導波路構造は高速応答に優れる。
【００５２】
ここで、逆メサのリッジ導波路構造の形成を、特許文献２に開示されているように臭化水素酸系のウェットエッチングで行うと、曲がり角度の増大とともに、サイドエッチングが進行し、所望の導波路構造が形成できなくなる恐れがある。そこで、逆メサのリッジ構造の曲がり導波路を形成するには、後述するようにドライエッチングとウェットエッチングを組み合わせて行うのが良い。
【００５３】
ＥＭＬでは、一般に、レーザ領域の半導体基板に回折格子（グレーティング）が形成された、ＤＦＢ−ＬＤ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄ  Ｂａｃｋ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）が用いられる。ＤＦＢ−ＬＤでは、劈開により形成される反射面の代わりにグレーティングにより共振器構造が得られる。このグレーティングでは、特定の波長のみが反射するので、ＤＦＢ−ＬＤでは、安定した単一波長の発振が行われる。
【００５４】
また、窓領域２６では、第２下部ＳＣＨ層４２上に、窓構造５１が形成されている。窓構造５１は、第２ＭＱＷ層４４よりもバンドギャップエネルギーが大きい材質、すなわち、屈折率が小さい材質で形成される。窓構造は、クラッド層５０と同一の材質で、このクラッド層５０と一体に構成されるのが良い。
【００５５】
図４を参照して窓構造の構成について説明する。図４（Ａ）〜（Ｄ）は窓構造の機能を説明するための図である。
【００５６】
図４（Ａ）は、曲がり導波路３０が形成された導波路領域２１と窓構造５１が形成された窓領域２６を備える光機能素子の概略的な平面図である。図４（Ｂ）は、導波路領域２１と窓領域２６のバンドギャップを示す模式図であり、図４（Ｃ）及び（Ｄ）は、導波路の断面方向についての、光強度分布を示している。
【００５７】
図４（Ｂ）は、横方向に光の伝播方向（Ｘ方向）の位置を取って示し、縦軸にバンドギャップを取って示している。図４（Ｂ）に示すように、窓領域のバンドギャップは、導波路領域のバンドギャップより大きい。
【００５８】
図４（Ｃ）及び（Ｄ）は、横軸に光の伝播方向に対して断面方向（Ｙ方向）の位置を取って示し、縦軸に光強度を取って示している。図４（Ｄ）に示されるように、窓領域内では、図４（Ｃ）に示される導波路領域に比べて光強度分布の幅、すなわち、ＮＦＰが拡大する。この結果、反射戻り光が導波路に結合しにくくなり、実効的な反射率が低減される。また、窓構造部分には、導波路が存在しないので、へき開誤差が生じても出射角度が変化しない。
【００５９】
なお、ＥＭＬ１０のレーザ領域２４側の端面１４は、高反射（ＨＲ）コーティングされているのが良い。一方、ＥＭＬの窓領域２６側の端面１６は、低反射（ＡＲ）コーティングされているのが良い。
【００６０】
また、好ましくは、曲がり導波路が、レーザ光の出射端面側に向けて広がるテーパ形状であるのが良い。曲がり導波路の幅が、出射端面に向けて広がるテーパ形状の場合、レーザ光は、曲がり導波路を出射端面に向けて徐々に広がりながら伝播する。この場合、出射レーザ光のパターンであるＮＦＰ（ニアフィールドパターン）が拡大し、反射戻り光が導波路に結合しにくくなる。
【００６１】
図５を参照して、ＢＰＭ法を用いたシミュレーションによる反射率について説明する。図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、ＢＰＭ法を用いたシミュレーションによる反射率の計算結果を示す図である。
【００６２】
図５（Ａ）は、反射率の曲がり角度依存性を示している。図５（Ａ）は、横軸に曲がり角度［°］を取って示し、縦軸に、反射率［ｄＢ］を取って示している。ここでは、窓領域長は０［μｍ］、すなわち、窓構造がない状態を示している。図５（Ａ）は、導波路幅が一定の場合（Ｉ）、導波路幅が徐々に広がるテーパ形状の場合（ＩＩ）、及び、導波路幅が徐々に狭くなるテーパ形状の場合（ＩＩＩ）の反射率をそれぞれ示している。
【００６３】
導波路幅が一定の場合（Ｉ）は、入射側の導波路幅Ｗ１と出射側の導波路幅Ｗ２を１．５μｍとしている。導波路幅が徐々に広がるテーパ形状の場合（ＩＩ）は、入射側の導波路幅Ｗ１を１．５μｍとし、出射側の導波路幅Ｗ２を２．５μｍとしている。また、導波路幅が徐々に狭くなるテーパ形状の場合（ＩＩＩ）は、入射側の導波路幅Ｗ１を２．５μｍとし、出射側の導波路幅Ｗ２を１．５μｍとしている。
【００６４】
いずれの場合であっても、曲がり角度を大きくするにつれて、反射率が低減され、例えば、導波路幅が一定の場合（Ｉ）、曲がり角度が７［°］以上あれば、反射率が−１０［ｄＢ］以下となる。また、導波路幅が徐々に広がる場合（ＩＩ）は、反射率の低減がより顕著に見られる。
【００６５】
図５（Ｂ）は、ＮＦＰの曲がり角度依存性を示している。図５（Ｂ）は、横軸に曲がり角度［°］を取って示し、縦軸に、光強度分布の半値幅（ＦＷＨＭ）［μｍ］を取って示している。ここでは、窓領域長は０、すなわち、窓構造がない状態を示している。図５（Ｂ）には、導波路幅が一定の場合（Ｉ）、導波路幅が徐々に広がるテーパ形状の場合（ＩＩ）、及び、導波路幅が徐々に狭くなるテーパ形状の場合（ＩＩＩ）の反射率を示している。
【００６６】
導波路幅が徐々に広がるテーパ形状の場合（ＩＩ）、他の場合に比べて、ＮＦＰが大きくなっていることが分かる。すなわち、反射率をより低減できることがわかる。
【００６７】
図５（Ｃ）は、反射率の窓領域長依存性を示している。図５（Ｃ）は、横軸に窓領域長［μｍ］を取って示し、縦軸に、反射戻り光量［ｄＢ］を取って示している。ここでは、曲がり角度を６［°］に固定している。図５（Ｃ）には、導波路幅が一定の場合の反射戻り光量を示している。
【００６８】
図５（Ｃ）に示されているように、窓領域長を大きくすると、反射戻り光量は大きく減少することが分かる。なお、この構成によれば、窓領域長が１０μｍまでは、窓領域長の増加に対して、光量の減少が顕著であり、１０μｍを超えると、窓領域長の増加に対する光量の減少の程度が緩やかになる。
【００６９】
また、窓領域長が大きくなると、横モードが単一でなくなってしまう。このため、窓領域長は、最大でも２０μｍとするのがよい。
【００７０】
以上説明したように、曲がり導波路の曲がり角度を大きくすることで、反射率が低減される。また、導波路幅が出射方向に向けて徐々に広がるテーパ形状にすることで、より反射率を低減することができる。さらに、出射側に窓構造を設けることでさらに、反射率を低減することができる。
【００７１】
（導波路型光機能素子の製造方法）
図６〜８を参照して、この発明の光機能素子の製造方法の例として、ＥＭＬの製造方法について説明する。図６〜８はＥＭＬの製造方法を説明するための工程図である。図６（Ａ）〜（Ｅ）は、各工程で得られる構造体の、図２（Ａ）に対応する面についての切断端面を示している。図７（Ａ）〜（Ｅ）及び図８（Ａ）〜（Ｄ）は、各工程で得られる構造体の、図２（Ｂ）に対応する面についての切断端面を示している。
【００７２】
先ず、半導体基板２０ａとして、ｎ型のＩｎＰ基板を用意する。半導体基板２０ａに導波路領域２１と窓領域２６を設定し、さらに、導波路領域２１内に変調器領域２２とレーザ領域２４を設定する。変調器領域２２及びレーザ領域２４は、ＥＭＬのレーザ光が伝播する方向について２分するように設定されていて、変調器領域２２は、レーザ光の出射側、すなわち、窓領域２６側に設けられる。以下の説明において、半導体レーザにおける共振方向を、半導体基板２０ａの長手方向と称することもある。
【００７３】
次に、半導体基板２０ａの上側表面２０ａａに、レジストを塗布した後、干渉露光やＥＢリソグラフィ技術を用いたパターニングを行い、レジストパターン（図示を省略する。）を形成する。このレジストパターンは、長手方向に等間隔でかつ等しい幅を有する、ストライプ状のパターンである。このレジストパターンをマスクとして用い、例えばＨＢｒ、ＨＮＯ３及びＨ２Ｏの混合液をエッチャントとして用いて、半導体基板２０ａの上側表面２０ａａに、一定の周期で凹凸を繰り返す回折格子（グレーティング）を形成する。
【００７４】
次に、不要なレジストを除去した後、半導体基板２０ａの上側表面２０ａａ上に、第１下部ＳＣＨ層３１、第１多重量子井戸（ＭＱＷ）層３３、第１上部ＳＣＨ層３５及び第１保護層３７を順に積層する。
【００７５】
第１下部ＳＣＨ層３１及び第１上部ＳＣＨ層３５は、ＩｎＧａＡｓＰで形成される。また、第１ＭＱＷ層３３は、ＩｎＧａＡｓＰ井戸層と、ＩｎＧａＡｓＰバリア層とを交互に積層して形成される。また、第１保護層３７は、ｐ型のＩｎＰで形成される。これらの第１下部ＳＣＨ層３１、第１ＭＱＷ層３３、第１上部ＳＣＨ層３５及び第１保護層３７は、従来周知の有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法を用いて、エピタキシャル成長させることによって形成される（図６（Ａ））。
【００７６】
次に、第１保護膜３８上に、変調器領域２２を露出し、レーザ領域２４を覆うレジストパターン（図示を省略する。）を、従来周知の任意好適なフォトリソグラフィ技術を用いて形成する。このレジストパターンをマスクとして用いたウェットエッチングを行うことにより、変調器領域２２の第１下部ＳＣＨ層３１、第１ＭＱＷ層３３、第１上部ＳＣＨ層３５及び第１保護層３７を除去する。このとき、変調器領域２２及び窓領域２６では、基板２０ａの上側表面２０ａａに形成されたグレーティング構造も除去される。レーザ領域２４には、第１下部ＳＣＨ層３２、第１ＭＱＷ層３４、第１上部ＳＣＨ層３６及び第１保護層３８が残存する（図６（Ｂ））。
【００７７】
次に、変調器領域２２及び窓領域２６の半導体基板２０ａの上側表面２０ａａ上に、第２下部ＳＣＨ層４２、第２ＭＱＷ層４３、第２上部ＳＣＨ層４５及び第２保護層４７を順に積層する。
【００７８】
これらの第２下部ＳＣＨ層４２、第２ＭＱＷ層４３、第２上部ＳＣＨ層４５及び第２保護層４７は、第１下部ＳＣＨ層３２、第１ＭＱＷ層３４、第１上部ＳＣＨ層３６及び第１保護層３８と同様の材質で、従来周知のＭＯＶＰＥ法を用いて、エピタキシャル成長させることによって形成される（図６（Ｃ））。
【００７９】
この結果、レーザ領域２４の第１下部ＳＣＨ層３２、第１ＭＱＷ層３４、第１上部ＳＣＨ層３６及び第１保護層３８と、変調器領域２２の第２下部ＳＣＨ層４２、第２ＭＱＷ層４３、第２上部ＳＣＨ層４５及び第２保護層４７がバットジョイント接合する、いわゆるバットジョイント構造が得られる。
【００８０】
このようにバットジョイント構造にすることにより、ＥＡ変調器及びＤＦＢ−ＬＤの所望の特性に応じて、変調器領域２２とレーザ領域２４について、各層の組成をそれぞれ設定したり、第１ＭＱＷ層３４と第２ＭＱＷ層４３の層数を設定したりすることができる。
【００８１】
次に、第１保護層３８及び第２保護層４７上に、窓領域２６を露出し、変調器領域２２及びレーザ領域２４を覆うレジストパターン（図示を省略する。）を、従来周知の任意好適なフォトリソグラフィ技術を用いて形成する。このレジストパターンをマスクとして用いたウェットエッチングを行うことにより、窓領域２６の第２ＭＱＷ層４３、第２上部ＳＣＨ層４５及び第２保護層４７を除去する。このとき、変調器領域２２には、第２ＭＱＷ層４４、第２上部ＳＣＨ層４６及び第２保護層４８が残存する（図６（Ｄ））。
【００８２】
次に、第１保護層３８及び第２保護層４８上に、上部クラッド層４９を形成する。上部クラッド層４９は、第１保護層３８及び第２保護層４８と同じ材質の層を結晶成長させることにより得られるものであり、上部クラッド層４９、第１保護層３８及び第２保護層４８とでクラッド層５０として機能する。このとき、窓領域２６の第２下部ＳＣＨ層４２上に、窓構造５１が、クラッド層５０と一体として形成される。
【００８３】
次に、クラッド層５０上にコンタクト層５４を形成する。コンタクト層５４は、たとえばｐ−ＩｎＧａＡｓで形成される（図６（Ｅ）及び図７（Ａ））。
【００８４】
次に、コンタクト層５４及びクラッド層５０をパターニングして導波路構造３０を形成する。
【００８５】
導波路構造３０の形成にあたり、先ず、コンタクト層５４上に、プラズマＣＶＤ法によりシリコン酸化膜（図示を省略する。）を形成した後、フォトリソグラフィ及びエッチング技術でレジストパターン（図示を省略する。）をシリコン酸化膜に転写して、シリコン酸化膜マスクを形成する。続いて、シリコン酸化膜マスクを用いて、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）を行い、コンタクト層５４及びクラッド層５０の部分を除去して溝５３を形成し、メサ形状の導波路構造を得る。その後、塩酸（ＨＣｌ）と水（Ｈ２Ｏ）の混合エッチング液を用いたウェットエッチングにより、メサ形状の導波路構造の側壁を除去して、所望の断面形状を得る。この混合エッチング液を用いたウェットエッチングは、ＩｎＰとＩｎＧａＡｓＰに対する選択性が良いので、第１上部ＳＣＨ層３６及び第２上部ＳＣＨ層４６がエッチストップとして機能し、変調器領域２２及びレーザ領域２４での導波路の幅制御を確実に行うことができる。また、ほぼ垂直な側壁を持つ導波路構造の形成も可能となる（図７（Ｂ））。
【００８６】
ここでは、変調器領域２２の光導波路を曲がり導波路としている。
【００８７】
ここで説明している導波路構造では、クラッド層５０の下側部分の幅が、上側部分の幅よりわずかに小さい逆メサ形状となっている。クラッド層５０が逆メサ状の場合、曲がり導波路の曲がり角度が大きくなるにつれて、メサ角度が大きくなる。従って、変調器領域２２での曲がり導波路の幅を一定にするには、曲がり導波路を、出射端面に向かってひろがるテーパ状にすればよい。また、ここではバットジョイント構造を用いているので、活性層及び吸収層の幅を独立に制御することができる。
【００８８】
光導波路を形成した後に、光導波路を埋め込む保護膜を形成する。
【００８９】
この工程では、先ず、導波路構造が形成された構造体の上面にシリコン酸化膜６２を形成した後、導波路の側面の溝５３をポリイミド６４で埋め込む（図７（Ｃ））。
【００９０】
さらに、パッシベーション膜としてシリコン窒化膜６６を形成する（図７（Ｄ））。
【００９１】
次に、シリコン酸化膜６２及びシリコン窒化膜６６からなる保護膜の、コンタクト層５４上の部分を除去する（図７（Ｅ））。
【００９２】
次に、コンタクト層５４上にｐ側オーミック電極７０を形成する。ｐ側オーミック電極７０の形成は、従来周知のリフトオフ法を用いて行われる（図８（Ａ））。
【００９３】
次に、ｐ側オーミック電極７０上に、ｐ電極７２を形成する。なお、このとき、レーザ領域２４についても同様に、ｐ側オーミック電極及びｐ電極が形成されている。レーザ領域２４及び変調器領域２２のｐ側オーミック電極及びｐ電極は、一体として形成された後、任意好適なエッチングを行って分離される（図８（Ｂ））。
【００９４】
次に、基板２０ａの裏面研磨を行い、厚みの薄い基板２０とする（図８（Ｃ））。
【００９５】
次に、基板２０の裏面側にｎ側オーミック電極８０及び裏面電極としてｎ電極８２を形成する（図８（Ｄ））。
【００９６】
この発明の導波路型光機能素子及びその製造方法によれば、導波路が逆メサのリッジ導波路構造の曲がり導波路であるので、高速応答を維持したまま、出力端での低反射率を実現できる。また、出力端側に窓構造を有しているので、ＮＦＰ（ニアフィールドパターン）が拡大し、反射戻り光が導波路に結合しにくくなる。
【００９７】
また、曲がり導波路を、窓領域に向けて広がるテーパ形状とすることにより、出射端面での実効的な反射率を低減することができる。
【００９８】
また、半導体基板の、電界吸収型変調器が形成される変調器領域と、半導体レーザが形成されるレーザ領域とをバットジョイント接合させることにより、導波路構造の設計の自由度が高められる。
【００９９】
なお、ここでは、導波路型光機能素子としてＥＭＬを例にとって説明したが、この例に限定されるものではない。半導体光増幅器（ＳＯＡ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）や、ＤＦＢ−ＬＤなど、他の導波路型光機能素子にも適用可能である。
【０１００】
また、ＥＭＬなどのように集積化しない場合などは、バットジョイント結合を用いることなく、ＭＯＶＰＥ法を用いて下部ＳＣＨ層、導波路層及び上部ＳＣＨ層を積層した後、パターニングを行って、導波路型光機能素子を製造することができる。
【符号の説明】
【０１０１】
１０    集積化半導体レーザ（ＥＭＬ）
２０、２０ａ    半導体基板
２１    導波路領域
２２    変調器領域
２３    電極分離領域
２４    レーザ領域
２６    窓領域
３０    光導波路
３２    第１下部ＳＣＨ層    
３４    第１ＭＱＷ層
３６    第１上部ＳＣＨ層
３８    第１保護層
４２    第２下部ＳＣＨ層    
４４    第２ＭＱＷ層
４６    第２上部ＳＣＨ層
４８    第２保護層
４９    上部クラッド層
５０    クラッド層
５１    窓構造
５４    コンタクト層
６２    シリコン酸化膜
６４    ポリイミド
６６    シリコン窒化膜
７０    ｐ側オーミック電極
７２、７６    ｐ電極
８０    ｎ側オーミック電極
８２    ｎ電極
【図１】
2010171098.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2010171098.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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