(57)【要約】レーザと電界吸収型変調器（ＥＡＭ）とが、エッチングプロセスにより形成されたファセットを介してモノリシックに集積されている。ウエハ上のエピタキシャル層は、レーザ構造のための第１の層と、ＥＡＭ構造のための第２の層とを含んでいる。レーザとＥＡＭとの間の強い光結合は、２つの４５度の反射鏡を用いて、レーザ導波路からＥＡＭ導波路へ光を上下に導くことにより実現される。ある角度の指向性をもつエッチングプロセスが、ある角度をなす２つのファセットを形成するのに用いられる。
2007533159.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
上記基板の上に形成された、少なくとも第１及び第２のエピタキシャル層と、
上記第１のエピタキシャル層に形成された、エッチングによるファセットを有する少なくとも第１のデバイスと、
上記第２のエピタキシャル層に形成された、エッチングによるファセットを有する少なくとも第２のデバイスとを備えていて、
エッチングにより形成された、上記第１及び第２のデバイスの各ファセットが、上記第１のデバイスと上記第２のデバイスとを光学的に接続している集積型の光デバイス。
【請求項２】
エッチングによるファセットを有する上記第１のデバイスがレーザである、請求項１に記載の光デバイス。
【請求項３】
エッチングにより形成された少なくとも第１のファセットが臨界角を超えている、請求項２に記載の光デバイス。
【請求項４】
エッチングにより形成された上記第１のファセットが約４５度の角度で配置されている、請求項３に記載の光デバイス。
【請求項５】
エッチングにより形成された上記第１のファセットは、上記レーザ内の活性領域で生成された光が上記基板に対して実質的に垂直な方向に放射されるように形成されている、請求項４に記載の光デバイス。
【請求項６】
上記第２のデバイスは、上記レーザによって放射された光を受け入れるＥＡＭである、請求項５に記載の光デバイス。
【請求項７】
エッチングにより形成された上記第１のファセットと、エッチングにより形成された少なくとも第２のファセットとが上下に配置され、
これにより、上記レーザ内の活性領域で生成され、エッチングにより形成された上記第１のファセットから放射された光が、エッチングにより形成された上記第２のファセットに向けられて上記ＥＡＭに受け入れられるようになっている、請求項６に記載の光デバイス。
【請求項８】
エッチングにより形成された上記第１及び第２のファセットが、上記基板のｘ軸、ｙ軸及びｚ軸に対してある角度をなす平面とは離間して、平行に配置されている、請求項７に記載の光デバイス。
【請求項９】
上記平面は、ｘ−ｚ平面と交差して、上記ｘ軸及びｚ軸に対して約４５度の角度をなす線を形成している、請求項８に記載の光デバイス。
【請求項１０】
ｘ−ｙ表面と高さｚとを有し、少なくとも１つの光部品を含んでいるウエハと、
上記ウエハに形成され、上記ウエハの表面に開口部を有する溝部とを備えていて、
上記溝部が、ｘ方向及びｚ方向の両方において上記基板のｘ−ｙ表面の平面に対して９０度以外の角度をなし、かつ上記光部品の表面を形成している光デバイス。
【請求項１１】
互いに垂直なｘ軸、ｙ軸及びｚ軸を有するウエハに半導体デバイスを形成する方法であって、
複数の層を有するウエハを準備する過程と、
上記ウエハのｚ軸に沿って、ある部品を備えた上記層内に下向きのエッチングにより溝部を形成する過程とを含み、
上記溝部を、上記ウエハのｘ軸及びｙ軸の両方に対して垂直でない角度でエッチングするようになっている方法。
【請求項１２】
上記エッチング過程をＣＡＩＢＥによって行う、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００４年４月１５日に出願され、その開示事項が参照により本明細書に組み入れられている、「多段一体型の光デバイス」との名称が付けられた、同時係属の米国仮特許出願第６０／５６２，２３１号に係る利得を請求するものである。
【０００２】
本発明は、一般的には光デバイスに関するものであり、より詳しくは、改良された多段一体型の光デバイス（multi-level integrated photonic device）とその製造方法とに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
従来、半導体レーザは、典型的には、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）又は分子線エピタキシー（ＭＢＥ）を用いて、基板の上に適当な層状半導体材料を成長させ、基板表面に対して平行な活性層を形成することにより製造されている。この後、前記材料は、種々の半導体処理ツールでもって処理され、活性層を含むレーザ空洞が形成され、さらに金属コンタクトが半導体材料に取り付けられる。最後に、半導体材料を分割することにより、レーザ空洞の端部にレーザ鏡ファセットが形成され、レーザ光空洞の縁部又は端部が形成される。その結果、コンタクトと交差するようにバイアス電圧が印加されたときに、活性層を流れる電流が、電流と垂直な方向に、活性層のファセットの縁部から光子を放出させることになる。
【０００４】
特許文献１は、上記のプロセスの改良技術を開示している。この特許文献１は、同一の基板上に、レーザを他の光デバイスとモノリシックに一体化することを可能にするマスク処理及びエッチング処理により、半導体レーザのための鏡ファセットを形成するプロセス（方法）を開示している。特許文献１はまた、光空洞内を伝播する光に対する臨界角よりも大きい角度でファセットを形成することにより、全内部反射を生じさせるファセットを光空洞内に形成することができるといったことを開示している。単一の基板の上に複数の光デバイスを形成することは、多段のアクティブ光デバイス及びパッシブ光デバイスが単一の基板の上に一体化して形成された複雑な集積光回路の製造を可能にする。このような光回路には、一体型レーザ（集積レーザ）、導波路、検出器、半導体光増幅器（ＳＯＡ）、格子及びその他の光デバイスが含まれるであろう。
【０００５】
近年、レーザと電界吸収型変調器（ＥＡＭ）とを一体化することにより、電界吸収型変調レーザ（ＥＭＬ）を開発することに多大な関心が向けられてきた。しかしながら、モノリシックなＥＭＬデバイスを製造する既存の方法は、典型的には、レーザ及びＥＡＭを個別に生成する半導体再成長過程を含んでいるが、このような方法は歩留まりが悪く、高コストを招く結果となる。
【０００６】
２００２年８月２３日に出願され本願出願人に譲渡され、「波長選択が可能なデバイス」との名称が付けられた、本願と同時係属である特許文献２は、エピタキシャル再成長を必要とすることなく、基板の上にレーザ空洞に結合された電界吸収型変調器などのモノリシック構造を形成する方法を開示している。
【０００７】
特許文献３は、一体型ＥＭＬデバイスのもう１つの例を開示している。ここで、ＥＭＬは、２つの積層された非対称導波路、すなわち、レーザを形成している第１の導波路と、ＥＡＭを形成している第２の導波路とを備えている。２つの導波路は、２つの異なるモードの光の伝播を支援し、第１の導波路における光の伝播が、第１の導波路内の横向きのテーパ部を経由して第２の導波路内に伝達されるように配置されている。しかしながら、レーザ内を伝播する光をＥＡＭ導波路に伝達するための横向きのテーパに起因して、これらの２つの導波路が近接（密接）していることが要求され、その結果、レーザ内の各量子井戸に対する閉じ込め係数が低くなっている。
【特許文献１】米国特許第４，８５１，３６８号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第１０／２２６，０７６号明細書
【特許文献３】米国特許第６，４８３，８６３号明細書
【特許文献４】米国特許第４，９５６，８４４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
レーザの性能を決定する上で非常に重要な因子は、レーザ内の各量子井戸の閉じ込め係数Γである。Γの値がより小さいと、レーザ発振（レージング）のためのしきい値電流がより大きくなり、その結果、レーザによる熱の散逸量がより多くなる。レーザによる熱の散逸量の低減は、現在におけるレーザの主要な要求であり、使用可能なＥＭＬ製品にとって非常に重要である。レーザのｐ側又は頂部に金属コンタクト層を含んでいる典型的なレーザ構造についてのモード解析は、レーザ内の各量子井戸の閉じ込め係数Γが２．５５％であることを示している。レーザ及びその下地のＥＡＭの両方を含んでいるがｐ側金属も含んでいる、特許文献３の場合と同様の構造についてのモード解析では、ＥＡＭの近接に起因して閉じ込め係数が１．３７％となる。これが要求されるのは、電界吸収型変調レーザ（ＥＭＬ）が、レーザ導波路内の横向きのテーパ部を経由してＥＡＭに導波路に向かってレーザ導波路内を伝播する光を伝達することにより形成されるからである。その結果、レーザデバイスは次善の性能しかもつことができない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
要するに、本発明は、改良された一体型多層光回路（integrated multilayer photonic optical circuit）と、このような回路を基板上の多層エピタキシャル成長層（multiple epitaxially grown layer）に生成するための改良された方法とに関するものである。このように形成された光回路は、一体的に形成されたエッチングによる鏡ファセット（integrally formed etched mirror facet）を介して直接結合され、従来のＥＭＬ素子に対して要求される回路部品との近接の必要性を回避し、これにより性能を向上させるものである。
【００１０】
より詳しくは、本発明は、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸に対してある角度をなすようにして、デバイスのｚ軸に沿って下向きにエッチングを行って溝部（トレンチ）を形成することにより、基板の上に一体型（集積型）光デバイスを生成するための方法に関するものである。本発明の好ましい形態によれば、溝部は、ｘ軸に対して４５度の角度で（レーザ空洞の長手方向に沿って）、かつｙ軸に対して１０度の角度で、下向きにエッチングを行うことにより形成される。
【００１１】
本発明の好ましい形態においては、基板の上に電界吸収型変調器構造を設けるとともに、ＥＡＭ構造の上に最適なレーザ構造を設けるために、多層エピタキシー（multiple layer epitaxy）が用いられる。上下方向に配置されたレーザデバイス及びＥＡＭデバイスは、このような構造内に形成（生成）され、ＥＭＬウエハを形成する。ここで、光は、レーザ内及びＥＡＭ内の両方において、半導体基板の面に平行に進む。これらのデバイスを光接続するために、角度づけられた（angled）第１のエッチングファセットが形成され、これはレーザの出力端に第１の全内部反射部を形成し、これによりレーザ光は、レーザ空洞から、半導体の面に対して垂直な方向に進むことになる。ＥＡＭの入力端に角度づけられた第２のエッチングファセットが形成され、これはレーザからの光を受け入れ、これにより２つの光デバイスを結合する。角度づけられた（angled）２つのファセットを形成するのに、指向性の角度づけられたエッチングプロセス（directional angled etch process）が用いられる。
【００１２】
従来は、例えば特許文献４に開示されているように、溝部は、上下方向において下向きにエッチングされるだけか、又は１つの方向に対してのみ角度づけられて上下方向において下向きにエッチングされているだけである。特許文献４は、全内部反射を生じさせる２つのファセットを形成するためのエッチングプロセスを開示している。これらのファセットのうちの１つは、直線状のレーザ空洞の各端部に配置され、各ファセットは、活性層の面に対して４５°の角度で配置されている。これによりレーザ空洞内を伝播する光は、１つのファセットに対して垂直となるようにして上向きに導かれ、このファセットで表面放射を生じさせる結果となる。他方、レーザ空洞（レーザキャビティ）内を伝播する光は、他方のファセットに対して垂直となるようにして下向きに導かれ、ここでレーザ構造の下の高反射性積層（high reflectivity stack）に導かれる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明においては、反射鏡として機能するファセットは、化学的に補助されたイオンビームエッチング（Chemically Assisted Ion Beam Etching: CAIBE）法により形成される。ここで、ファセットは、ＥＭＬウエハ上の酸化物のエッチングマスク内にリソグラフィ技術で窓を形成してエッチングの位置を確定し、この後入射イオンビームに対してある角度でウエハを位置決めする一方、深いエッチングを行ってファセットの表面を形成する溝部を形成することにより形成される。本発明の好ましい形態によれば、溝部は、デバイスのｚ軸に沿って下向きとなるように、そしてレーザ空洞の長手方向に沿ってｘ軸に対してある角度をなすように、かつ、ｘ軸及びｚ軸に対して垂直でありｙ軸に対してある角度をなすように、エッチングすることにより形成される。例えば、溝部は、ｘ軸に対して４５度の角度をなし、かつｙ軸に対して１０度の角度をなすようにエッチングすることにより形成される。その結果としてレーザデバイス上及びＥＡＭデバイス上に設けられる４５度の反射鏡は、互いに数マイクロメータの間隔を隔てた平行な面となる。これにより、２つの光デバイスを、隣り合うＥＡＭ構造が存在するレーザの閉じ込め係数に、基本的には不利な効果を生じさせることなく、有効に結合することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の前記の及びさらなる目的、特徴及び利点は、添付の図面を参照しつつ説明される以下の実施の形態の詳細な説明により、当業者に明らかとなるであろう。
【００１５】
以下、本発明をより詳しく説明する。図１に示すように、ウエハないしはチップ１０には、多段一体型の光デバイス（multiple integrated photonic device）が設けられ、この光デバイスは、多重の機能（multiple functions）を備えた光回路を形成し、種々の応用分野において、コンパクトで低コストの部品をとして利用することができる。図１に示すように、ウエハ１０は、共通の基板１６の上に設けられた２つのエピタキシャル構造１２、１４を備えている。ここで、第１の構造１２は基板１６の上に位置し、第２の構造１４は第１の構造の上に位置している。２つの構造１２、１４間には、これらを電気的に絶縁するためのバッファ層１８が設けられている。ここで、バッファ層１８の厚さは、レーザ構造及びＥＡＭ構造の両方が光学的に最適なものとなるように選択されている。エピタキシャル構造１２、１４及びバッファ層１８は、例えば、単一の有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により形成され、本発明に係るデバイスではエピタキシャル再成長（regrowth）は必要とされない。図１に示す実施の形態では、第１の構造１２中の層は、半導体電界吸収型変調器（ＥＡＭ）として機能するようにドープされている。そして、第２の構造１４中の層は、半導体レーザを形成するようにドープされている。図１に示す実施の形態では、ＥＡＭ構造が基板の上にエピタキシャル堆積（蒸着）され、この後ＥＡＭ構造の上にレーザ構造がエピタキシャル堆積（蒸着）される。
【００１６】
基板１６上の構造は、例えば、適切にドープされたIII−Ｖ型の化合物（III-V compound）又はその合金で形成することができる。ＥＡＭ構造１２は、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）などのエピタキシャル堆積プロセスにより堆積された一連の層であってもよい。典型的には、これらの層は、ＩｎＰ基板の上に、ｐ型にドープされたＩｎＰバッファ層と、ｐ型にドープされたＩｎＧａＡｓのｐコンタクト層と、ｐ型にドープされたＩｎＰ遷移層と、ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸及びバリアと、ｎ型にドープされたＩｎＰ層と、ｎ型にドープされたＩｎＧａＡｓのｎコンタクト層とを含んでいるであろう。レーザ構造１４は、構造１２の頂面上にＭＯＣＶＤによって堆積（蒸着）されて、活性領域を含む光空洞（optical cavity）を形成する一連の層であってもよい。多くの型のレーザ空洞を本発明によりつくることができるが、ここでは便宜上、本発明をリッジ（ridge）構造レーザについて説明する。ソリッドステートのリッジ構造レーザにおいて典型的であるように、構造１４は、ＩｎＡｌＩｎＧａＡｓを基本とする量子井戸及びバリアで形成することができる中央活性領域で用いられるものに比べて低屈折率（lower index）の半導体材料、例えばＩｎＰなどで形成された上側及び下側のクラッド領域を含んでいる。構造１４の頂部上に、ｐ型にドープされたＩｎＧａＡｓコンタクト層に加えて、ＩｎＧａＡｓＰの遷移層が形成され、この遷移層は頂部金属層とのオーム接触を形成している。ここで、頂部金属層は、レーザをバイアス源に接続するために、構造１４の上に堆積されている。ＥＡＭ内の量子井戸は、レーザ内の量子井戸に比べて高いバンドギャップをもつように構成されている。
【００１７】
両構造１２、１４は、堆積された層のいくつかを共有し（share）、これにより両構造間の界面（インターフェース）は両者に共通となる。
【００１８】
前記のとおり、レーザ内の各量子井戸の閉じ込め係数Γは、レーザの性能を決定する上において非常に重要な因子である。Γの値が小さいと、レーザ発振に対するしきい値電流が大きくなり、その結果、レーザによる熱の散逸量が多くなる。レーザによる熱の散逸量の低減は、現代のレーザに対する重要な要求であり、使用可能な（viable）ＥＭＬ製品にとって非常に重要である。典型的なレーザ構造、例えば特許文献３に開示されている、その下にＥＡＭは存在しないがレーザのｐ側ないしは頂部に金属コンタクト層を備えているレーザと同様のレーザについてのモード解析を、図２ａ中のグラフに示す。この解析においては、レーザの屈折率の変化を曲線２２で示し、これに対応するモード強度を曲線２４で示している。解析結果によれば、このレーザにおける各量子井戸の閉じ込め係数Γは２．５５％である。
【００１９】
レーザ及びその下側のＥＡＭの両方を含み、かつｐ側の金属を含む、特許文献３に係る構造と同様の構造についてのモード解析で得られた解（solution）を、図２ｂ中のグラフ２６に示す。ここで、曲線２８はレーザの屈折率の変化を示し、曲線３０は、上記変化に対応するモード強度の変化を示している。図示されたこの例においては、ＥＡＭが近接していることが要求されるので、Γは１．３７％まで低下している。ここで、電界吸収変調型レーザ（ＥＭＬ）が、レーザ導波路内を伝播する光をレーザ導波路内の横向きのテーパ部を経由してＥＡＭ導波路に伝達することにより形成されるので、レーザとＥＡＭとが近接していることが必要とされる。
【００２０】
本発明により構築されたＥＭＬデバイスのモード解析を、図２ｃ中のグラフ３２に示す。後で詳しく説明するように、このデバイスは、所望の光結合を達成するために、例えば特許文献３に開示されているデバイスにおいて要求されるようにレーザとＥＡＭとを近接させる必要はない。それゆえ、レーザの閉じ込めの改善は、レーザ層とＥＡＭ層の間にバッファを挿入することにより達成される。これは、例えば、レーザの底部のクラッド層に、２μｍのさらなる厚さの層を設けることにより達成される。図２ｃにおけるデバイスのモード解析において、曲線３４はレーザの屈折率を示し、曲線３６は、上記屈折率に対応する、本発明に係るレーザのモード強度を示している。解析結果によれば、閉じ込め係数は２．５５％である。この解析結果から分かるように、基本的には、下にＥＡＭが存在することに起因するレーザのΓへの不利な影響は存在しない。また、本発明により構築されたデバイスでは、基本的には、レーザ又はＥＡＭの性能の低下は生じない。
【００２１】
図３は、図１に示すウエハ１０に形成されたＥＭＬデバイス４０の部分的な側面図を示し、図４はこれを上側からみた斜視図を示している。図３及び図４に示すように、ＥＭＬ４０は、層１２に形成されたＥＡＭ構造４４と、該ＥＡＭ構造の上側に配置された、層１４に形成されたレーザ構造４２とを含む基本構成とされている。図３及び図４に示すように、下向きに光を放射するレーザ４２は、光空洞ないしは導波路を有するリッジ型レーザであり、頂部電極層５０によって覆われたリッジ４８と活性領域４６とを含んでいる。レーザ４２は、その出力端に、ある１つの平面上に存在する全内部反射のファセット（結晶面）である上側反射鏡５２を含んでいる。この平面とｘ−ｚ平面の交差部は、レーザ４２の縦軸ないしはｘ軸５４に対して約４５°の角度をなし、かつデバイスの上下方向の軸すなわちｚ軸に対して４５°の角度をなす直線を形成している。レーザ４２とは反対側の端部には、ブルースター角でもってファセット６４内で終端する監視用光検出器６２と適切なフィルタ６０とが存在する。このような表面放射レーザは、２００４年１０月５日に出願され本願出願人に譲渡された、「表面放射及び表面受光を行う光デバイス」（代理人参照番号  ＢＩＮ−１５）との名称がつけられた、本願と同時係属の米国特許出願第１０／９５８，０６９号明細書に詳細に記載されている。この明細書の開示内容は、参照により本明細書に組み入れられている。本発明の好ましい形態においては、バッファ層１８は、前記のとおり、レーザ構造の一部であるクラッド層を拡張したもの又は厚くしたものである。レーザは、この技術分野では既知のマスキング技術及びエッチング技術により層１４内に形成される。
【００２２】
表面受光ＥＡＭ４４は、既知のマスキング技術及びエッチング技術により、ウエハの層１２内に形成されたリッジ型のデバイスであり、リッジ部６０と活性領域６２とを有している光空洞ないしは導波路を含んでいる。ＥＡＭ構造の頂面には、変調電圧を印加するための電極層６４が配置されている。ＥＡＭ構造の入力端は、ある１つの平面内に存在する全内部反射ファセットで構成される第２のないしは下側の反射鏡６６を含んでいる。この平面のｘ−ｚ平面との交差部は、ｘ軸５４に対して約４５°の角度をなし、かつデバイスの上下方向の軸すなわちｚ軸に対して４５°の角度をなす直線を形成している。反射鏡６６は、上下方向にみて上側の反射鏡５２の下方に配置され、かつ反射鏡５２と実質的に平行に配置されている。これにより、レーザ内を伝播する光が、反射鏡５２によって偏向（屈折）させられ、レーザの底面から放射される。放射された光はＥＡＭに向けられ、ここで反射鏡６６によってＥＡＭ空洞の軸に沿うように方向付けられる。後で説明するように、鏡５２及び鏡６６はいずれも、ｙ軸に対して約１０°の角度をなし、デバイスの生成を促進するようになっている。
【００２３】
ここでは、反射鏡６６はＥＡＭ４４の一部として説明されているが、この下側の反射鏡６６は、レーザ４２の一部であってもよく、またレーザ４２とＥＡＭ４４の間にあってもよいということが理解されるであろう。
【００２４】
レーザとＥＡＭの間の強い光結合は、２つの４５度の反射鏡５２、６６によって生じる。バイアス電圧（図示せず）は、既知の手法でもって、レーザ４２の頂面上の電極層５０に印加され、これによりレーザ光はレーザ空洞内を伝播する。このレーザ光は、４５度にエッチングされたファセット５２に到達するまで、レーザ空洞内を水平方向に伝播する。ファセット５２では、全内部反射が起こり、レーザ４２から下向きのレーザ光の放射が生じる。実質的には、レーザビーム（レーザ光）の伝播方向は、９０度変化させられる。この後、もう１つの４５度のエッチングによるファセットが、レーザビームをさらに９０度変化させてＥＡＭに向かわせる。４５度以外の角度も用いることができるが、全内部反射を可能にするためには、臨界角より大きい角度を用いるのが好ましい。
【００２５】
図４に示す斜視図及び図５に示す上面平面図においては、図を明確にするために、下側の基板を取り除いた状態でＥＭＬ構造４０を示すとともに、ＥＡＭ構造の出力端７０も示している。図４及び図５に示すように、ＥＡＭは、好ましく、部分的にレーザ光を放射する出力ファセット７２を含んでいる。このファセット７２は、受け入れたレーザ光の一部を、変調された光ビーム７４として放射し、残りのレーザ光を、折られた空洞部７６に反射させる。この空洞部は、ファセット７８によってその遠位端で終端されている。このファセット７８は、内部反射を防止するためにブルースター角でもって配置されている。遠位端にブルースター角又はその近傍の角度のファセットを設けることにより反射を最小化するＥＡＭ構造は、２００４年３月１８日に出願され本願出願人に譲渡された、（代理人参照番号  ＢＩＮ−９）、本願と同時係属の米国特許出願第１０／８０２，７３４号明細書に記載されている。この明細書の開示内容は、参照により本明細書に組み入れられている。
【００２６】
レーザ４２は、単一縦モード動作（single-longitudinal-mode behavior）を行うように構成されている。この目的を達成するために、好ましく、２００４年８月３１日に出願され本願出願人に譲渡された、「単一縦モードレーザダイオード」（代理人参照番号  ＢＩＮ−１１）との名称がつけられた、本願と同時係属の米国特許出願第１０／９２９，７１８号明細書によって開示されたエタロン（etalon）が用いられる。この明細書の開示内容は、参照により本明細書に組み入れられている。エタロンは、光学的動作を修正するとともに電気絶縁を行うために、レーザ構造に導入される。電気的絶縁のためのこれらのエタロンの好ましい位置は、２つの反射鏡の近傍である。しかしながら、単一縦モード動作は、この技術分野における熟練者に知られている種々の異なる構造によって達成することができ、その一例として分布帰還型（ＤＦＢ）レーザが挙げられる。
【００２７】
本発明によれば、前記のＥＭＬデバイスのｚ軸とある角度をなすとともに、該ｚ軸に沿って下向きに伸び、かつ、該デバイスのｘ軸及びｙ軸の両方に対してある角度で伸びるエッチングによる複数の溝部（トレンチ）が、上側及び下側の反射鏡をつくるのに用いられる。その結果、これらの溝部は、平行に配置され、互いに上下方向に配置された、近接しているが間隔をあけている平面をなす。従来は、溝部は、例えば米国特許第４，９５６，８４４号明細書に開示されているように、上下方向において下向きにのみエッチングされ、又は、１つの方向に対してのみ、ある角度でもって上下方向において下向きにエッチングされている。上記特許明細書においては、エッチングプロセスは、２つの全内部反射ファセットを形成している。ファセットは直線状のレーザ空洞部の各端部に設けられ、各ファセットは、活性層の平面に対して４５°の角度で配置されている。このデバイスにおいては、レーザ空洞内を伝播する光は、１つのファセットで上向きかつ垂直に方向付けられる。その結果、このファセットで表面放射が起こる一方、第２のファセットは上記空洞の他方の端部で、光を、レーザ構造の下の高反射積層に対して下向きかつ垂直に方向付ける。しかしながら、本発明においては、平行なファセットは、デバイスのｚ軸の方向に沿って、かつｘ軸、ｙ軸及びｚ軸に対してある角度で溝部をエッチングすることにより形成される。
【００２８】
図６〜図８に、ＥＭＬデバイス４０の上側及び下側のファセットを形成するための好ましいプロセス（方法）を示す。以下、これらの図を参照する。図６〜図８の各図においては、前記の図に係るＥＭＬデバイス４０が、参考のために記載された仮想的な平面９０を伴って示されている。この平面９０は、ウエハの表面に対応する、レーザ構造４２の頂部の高さの位置に配置され、基板の表面と、レーザ構造及びＥＡＭ構造の活性層とに対して平行となっている。この平面９０のｚ軸は、該平面及びウエハ表面に対して垂直である。平面９０のｘ軸は、レーザのｘ軸５４（図３参照）に対して平行である。平面９０のｙ軸は、図６〜図８に示すように、ｘ軸及びｚ軸に対して互いに垂直である。
【００２９】
好ましいプロセスによれば、両ファセット５２、６６のために必要とされる部分は、マスキングを用いたＣＡＩＢＥエッチングなどの指向性エッチング（directional etch）でもって、ウエハ内に２つの平行な溝部９２、９４（トレンチ）をエッチングすることにより形成される。第１のマスキング工程においては、両孔部９６、９８が、平面９０上に示された孔部に対応する位置において、ウエハ表面に形成される。ウエハ１０の表面は、ＳｉＯ２などのマスク材料で被覆される。この後、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が後に続くフォトリソグラフィが行われ、マスク内に両孔部９６、９８が形成される。この後、ウエハは、サンプルを位置決めすることにより、化学的に補助されたイオンビームエッチング装置（ＣＡＩＢＥ）でエッチングされる。その結果、イオンビームは、下方に向けられる。この方向は、一般的にはｚ軸方向であるが、ｚ軸方向、ｘ軸方向及びｙ軸方向に対してある角度をなす。この後、孔部９６、９８はイオンビームに対向し、両溝部９２、９４の側部はイオンビームに対して平行となるように形成される。この工程の後、ＳｉＯ２が堆積され、ＲＩＥ及びＣＡＩＢＥが後に続くフォトリソグラフィが行われ、上下方向のファセット６４、７２、５６等が形成される。ファセット５６は、好ましく、部分５２（section）とＥＡＭ４４の間に位置する。ＤＦＢレーザの場合は、ファセット５６は省略することができる。リッジ構造が形成され、機能的なＥＭＬをつくるために金属化（metallization）がさらに行われる。
【００３０】
ＣＡＩＢＥにおけるイオンの方向は、ファセット５２が存在する平面に対して平行であることが必要である。この具体例においては、ファセット６６は同一のＣＡＩＢＥエッチング工程で形成され、ＣＡＩＢＥにおけるイオンの方向は、ファセット６６が存在する平面に対して平行であることが必要である。図８から分かるように、ｘ−ｙ平面に放射された（projected）イオンの方向は、ｙ軸について角度θをなす。実用上の理由により、９０°のθは用いられない。なぜなら、溝部９２は、レーザ構造４２と干渉しあう（interfere）からである。また、実用上の理由により、０°のθも用いられない。なぜなら、溝部の深さが無限（infinite）になるからである。角度θの好ましい値は、０°より大きく９０°より小さい範囲である。溝部は、両ファセット５２、６６の平面に対して平行に、下向きにエッチングされる。ここに示す具体例においては、溝部もまたエッチングされ、その結果θは約１４°となる。エッチングにより形成された溝部は、対応する両孔部９６、９８の幅に広がっている。これは、両反射鏡５２、６６の所望の部分（section）と交差して伸び、鏡面を形成する上において必要な深さが得られるようにするためである。前記のとおり、反射鏡は、酸化物のエッチングマスク内に孔部９６、９８をリソグラフィで形成することにより１つのＣＡＩＢＥ処理工程で形成される。そして、エッチングの位置が決められ、この後ウエハが入射イオンビームに対してある角度をなすように位置決めされる。４５度の反射鏡５２、６６は、互いに数マイクロメートルの間隔を隔てた平行な平面内に位置する。溝部９２、９４は、ウエハの表面において、各孔部９６、９８のところで平面９０と交差する。図８中の平面９０内に示された２つの平行線ａａ’、ｂｂ’は、それぞれ、孔部９８、９６の側部を決定する。図８中の線ｃｃ’は、線ｂｂ’と平行であり、図８に示すように孔部９６の側部のもう１つの部分を決定する。線ａａ’を含むとともに上側の反射鏡５２の一部分を含む平面は、角度θをなし、また合成角（compound angle）を決定する。この合成角において、ウエハは、ＣＡＩＢＥエッチングの間、入射イオンビームに対して方向付けられなければならない。同様に、この具体例では同時に２つの溝部９４、９２が形成されるので、線ｃｃ’を含むとともに下側の反射鏡６６の一部分を含む平面もまた、角度θをなす。ＣＡＩＢＥエッチングのために用いられる特定の合成角は、典型的には、２つの設計パラメータ間の妥協（compromise）である。すなわち、反射鏡の表面積と伝播している光モードの重複を最大にすることと、ＣＡＩＢＥエッチングのエッチング深さを最小にすることとの妥協である。
【００３１】
線ａａ’、線ｂｂ’及び線ｃｃ’は直線で示されているが、これらは曲線であってもよいということが理解されるであろう。さらに、線ａａ’と線ｂｂ’とは平行線で示されているが、これらは平行でなくてもよい。
【００３２】
ＥＭＬ構造は、下向きに放射するレーザと、表面受光であるＥＡＭとを備えたものとして示されているが、上向きに表面放射するレーザを、ここに記載されたプロセスを用いて下向きに受光するＥＡＭと結合させてもよいということが理解されるであろう。
【００３３】
本発明は、好ましい実施の形態により説明されているが、特許請求の範囲に記載された本発明の真の精神及び範囲から離脱することなく、変形及び修正を行うことができるということが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の好ましい実施の形態に係る、レーザと電界吸収型変調器（ＥＡＭ）とを備えた一体型光回路の形成に使用するための２層のエピタキシャル構造を示す図である。
【図２ａ】下にＥＡＭ構造を備えていないレーザについてのモード解析を示す図である。
【図２ｂ】２層の非対称型導波路を備えている従来技術に係る導波路構造についてのモード解析示す図である。
【図２ｃ】本発明に係る導波路構造についてのモード解析示す図である。
【図３】図１に示す構造から形成された、下向きに放射するレーザと、一体型表面受光ＥＡＭとを備えている、本発明に係るエッチングファセット電界吸収型変調レーザ（ＥＭＬ）光回路の部分的な側面立面図である。
【図４】図３に示すＥＭＬデバイスの斜視図である。
【図５】図４に示すデバイスの部分的な上面図である。
【図６】図３に示すＥＭＬのＥＡＭ側の端部からみた上面斜視図であり、本発明に係るＥＭＬ装置における角度が付けられたファセットを形成する、角度を付けてエッチングされた溝部の位置及び方向を示している。
【図７】図３に示すＥＭＬのレーザ側の端部からみた上面斜視図であり、本発明に係るＥＭＬ装置における角度が付けられたファセットを形成する、角度を付けてエッチングされた溝部の位置及び方向を示している。
【図８】図３に示すＥＭＬの上面平面図であり、本発明に係るＥＭＬデバイスにおける角度が付けられたファセットを形成する、角度を付けてエッチングされた溝部の位置及び方向を示している。
【符号の説明】
【００３５】
１０  ウエハ、１２  第１の構造、１４  第２の構造、１６  共通の基板、１８  バッファ層、４０  ＥＭＬデバイス、４２  レーザ構造、４４  ＥＡＭ構造、４６  活性領域、４８  リッジ。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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