(57)【要約】【課題】バットジョイント構造における光学的結合のばらつきを縮小できＧａＡｓ基板を用いる光集積素子を提供する。【解決手段】ＧａＡｓ基板３は、所定の軸に沿って配列された第１の領域３ａおよび第２の領域３ｂを有する。第１のクラッド層５は、ＧａＡｓ基板３の第１の領域３ａ上に設けられた第１の部分５ａと、ＧａＡｓ基板３の第２の領域３ｂ上に設けられた第２の部分５ｂとを含む。活性領域９は、１．３エレクトロンボルトより小さいバンドギャップの量子井戸構造を有しており、また第１のクラッド層５の第１の部分５ａ上に設けられている。第２のクラッド層７は、活性領域９上に設けられている。ＧａＡｓコア半導体層１０は、第１のクラッド層５の第１の部分５ａに設けられており、活性領域９にバットジョイントする。第３のクラッド層１４は、ＧａＡｓコア半導体層１０上に設けられている。【選択図】  図１
2005286198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の軸に沿って配列された第１および第２の領域を有するＧａＡｓ基板と、
前記ＧａＡｓ基板の前記第１の領域上に設けられた第１の部分と前記ＧａＡｓ基板の前記第２の領域上に設けられた第２の部分とを含む第１導電型の第１のクラッド層と、
１．３エレクトロンボルトより小さいバンドギャップの量子井戸構造を有しており前記第１のクラッド層の前記第１の部分上に設けられた活性領域と、
前記活性領域上に設けられた第２導電型の第２のクラッド層と、
前記第１のクラッド層の前記第２の部分に設けられており前記活性領域にバットジョイントするＧａＡｓコア半導体層と、
前記ＧａＡｓコア半導体層上に設けられた第３のクラッド層と
を備えることを特徴とする光集積素子。
【請求項２】
前記ＧａＡｓコア半導体層の厚さは前記活性領域の厚さと実質的に等しいことを特徴とする請求項１に記載された光集積素子。
【請求項３】
前記活性領域は、ＧａＡｓ半導体から成る光閉じ込め層と、量子井戸構造層とを含み、
前記ＧａＡｓコア半導体層は、前記光閉じ込め層および前記量子井戸構造層にバットジョイントしており、
前記光閉じ込め層は、前記活性領域と前記第１のクラッド層との間および前記活性領域と前記第２のクラッド層との間の少なくともいずれか一方に設けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された光集積素子。
【請求項４】
前記活性領域は、少なくとも窒素元素を含むIII−Ｖ化合物半導体から成る半導体層を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載された光集積素子。
【請求項５】
前記第１のクラッド層は、ＧａＡｓ半導体に格子整合するＧａＩｎＰ半導体から成ることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載された光集積素子。
【請求項６】
前記ＧａＡｓコア半導体層は、第１導電型のＧａＡｓ半導体層と第２導電型のＧａＡｓ半導体層とを含み、
前記第１導電型のＧａＡｓ半導体層は、前記第２導電型のＧａＡｓ半導体層と接合しており、
前記第２導電型のＧａＡｓ半導体層は、前記第１導電型のＧａＡｓ半導体層と前記第１のクラッド層との間に設けられている、ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載された光集積素子。
【請求項７】
前記活性領域は、前記ＧａＡｓコア半導体層に光学的に結合された端面を有しており、
前記活性領域の前記端面は（１１１）面を有しており、
前記ＧａＡｓコア半導体層は、前記端面および前記第１のクラッド層上に設けられている、ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載された光集積素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光集積素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
文献１（特開平１１−８７８４４号公報）には、半導体光結合回路が記載されている。半導体光結合回路は、ＩｎＰ基板上に設けられており直列に結合された複数の光導波路を含む。活性層部の光導波路は、ＩｎＧａＡｓＰ活性層と、ＩｎＰクラッド層とを含み、ガイド部の光導波路は、ＩｎＧａＡｓＰコア層と、ＩｎＰクラッド層とを含む。ＩｎＰ基板上には、ＩｎＧａＡｌＡｓ半導体から成るエッチング停止層が設けられている。エッチング停止層により、活性層部の半導体層をエッチングで除いたとき、該エッチングによるダメージのない表面が得られる。この表面上に、ガイド部のためのＩｎＧａＡｓＰコア層およびＩｎＰクラッド層が成長される。エッチング停止層を用いて、大きなサイドエッチングによる光結合面の窪み或いは突起状の形状による光学的、形状的な問題を解決する。
【特許文献１】特開平１１−８７８４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
文献１に記載された光集積素子は、ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）／ＩｎＰ系材料を用いており、現在入手可能な３インチのＩｎＰウエハを用いて作製される。ＩｎＰ半導体よりも大きさバンドギャップを有する半導体は、ＩｎＰ半導体に格子整合しない。これ故に、活性層の半導体とこの活性層の周囲に設けられる光閉じ込め層およびクラッド層の半導体との間のバンドギャップ差をさらに大きくできない。活性層へのキャリア閉じ込めを向上させることができない。
【０００４】
一方、ＧａＡｓ基板を用いて、波長１マイクロメートル以上の長波長帯の光を発生する光集積素子を作製することができる。光集積素子は、窒素を含むIII−Ｖ化合物半導体からなり、２元を超える多元系の半導体層を含む。バットジョイント構造を含む光集積素子では、一方の光導波路のための半導体層を成長した後に、他方の光導波路のための半導体層を成長する。これ故に、他方の光導波路のための半導体層は、一方の光導波路のための半導体層の端面上に成長される。この結晶成長において、半導体層の端面あたりでは、原料ガスの不均一な拡散により、組成および膜厚が不均一な半導体層が成長される。故に、バットジョイント構造における光結合は、光集積素子毎にばらつくことになる。
【０００５】
本発明は、上記の事項を鑑みて為されたものであり、バットジョイント構造における光学的結合のばらつきを縮小できＧａＡｓ基板を用いる光集積素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面によれば、光集積素子は、（ａ）所定の軸に沿って配列された第１および第２の領域を有するＧａＡｓ基板と、（ｂ）前記ＧａＡｓ基板の前記第１の領域上に設けられた第１の部分と前記ＧａＡｓ基板の前記第２の領域上に設けられた第２の部分とを含む第１導電型の第１のクラッド層と、（ｃ）１．３エレクトロンボルトより小さいバンドギャップの量子井戸構造を有しており前記第１のクラッド層の前記第１の部分上に設けられた活性領域と、（ｄ）前記活性領域上に設けられた第２導電型の第２のクラッド層と、（ｅ）前記第１のクラッド層の前記第２の部分に設けられており前記活性領域にバットジョイントするＧａＡｓコア半導体層と、（ｆ）前記ＧａＡｓコア半導体層上に設けられた第３のクラッド層とを備えることを特徴とする。
【０００７】
この光集積素子によれば、活性領域およびコア半導体層の両方は、第１のクラッド層上に設けられているので、活性領域とコア半導体層との境界において段差が小さい。また、二元系のＧａＡｓ半導体から成るコア半導体層を用いるので、コア半導体層のIII族元素とＶ族元素との比のばらつきが、コア半導体層と活性領域との間のバットジョイント領域において小さくなる。活性領域を含む能動素子とＧａＡｓコア半導体層を含む受動素子との間の光学的結合ロスにおいて、製造ばらつきが小さくなる。
【０００８】
本発明に係る光集積素子では、前記ＧａＡｓコア半導体層の厚さは前記活性領域の厚さと実質的に等しいことが好ましい。
【０００９】
この光集積素子によれば、ＧａＡｓコア半導体層の厚さは活性領域の厚さと実質的に等しいので、両者のモードフィールド間の軸ずれがなく、活性領域を含む能動素子とＧａＡｓコア半導体層を含む受動素子との間の光学的結合が良好になる。
【００１０】
本発明に係る光集積素子は、前記活性領域は、ＧａＡｓ半導体から成る光閉じ込め層と量子井戸構造層とを含み、前記ＧａＡｓコア半導体層は、前記光閉じ込め層および前記量子井戸構造層にバットジョイントしており、前記光閉じ込め層は、前記活性領域と前記第１のクラッド層との間および前記活性領域と前記第２のクラッド層との間の少なくともいずれか一方に設けられるようにしてもよい。
【００１１】
この光集積素子によれば、ＧａＡｓコア半導体層は、ＧａＡｓ半導体から成る光閉じ込め層にバットジョイントしているので、両者の屈折率不整合がなく、活性領域を含む能動素子とＧａＡｓコア半導体層を含む受動素子との間の反射が小さくなる。
【００１２】
本発明に係る光集積素子では、前記活性領域は、少なくとも窒素元素を含むIII−Ｖ化合物半導体から成る半導体層を含むことができる。
【００１３】
この光集積素子によれば、窒素を含むIII−Ｖ化合物半導体は、ＧａＡｓ基板に好適であり、また長波長領域の光を処理できる光集積素子を提供できる。
【００１４】
本発明に係る光集積素子では、前記第１のクラッド層は、ＧａＡｓ半導体に格子整合するＧａＩｎＰ半導体から成ることができる。
【００１５】
この光集積素子によれば、ＧａＡｓ半導体に格子整合するＧａＩｎＰ半導体では、ＧａＩｎＰ半導体の組成は一意に決まるので、第１のクラッド層の組成一様性が高まる。また、このクラッド層は、アルミニウム元素をIII族として含まないので、アルミニウム元素に起因する酸化および異常成長が生じない。
【００１６】
本発明に係る光集積素子では、前記コア半導体領域は、第１導電型のＧａＡｓ半導体層と第２導電型のＧａＡｓ半導体層とを含み、前記第１導電型のＧａＡｓ半導体層は、前記第２導電型のＧａＡｓ半導体層と接合しており、前記第２導電型のＧａＡｓ半導体層は、前記第１導電型のＧａＡｓ半導体層と前記第１のクラッド層との間に設けられていることが好ましい。
【００１７】
この光集積素子によれば、ＧａＡｓ基板の第１の領域上に、第１導電型の第１のクラッド層および第２の導電型の第２のクラッド層が順に配列されており、ＧａＡｓ基板の第２の領域上に、コア半導体領域の第２導電型のＧａＡｓ半導体層および第１導電型のＧａＡｓ半導体層が順に配列される。活性領域を含む能動素子を流れる電流が、ＧａＡｓコア半導体層を介して流れることを防ぐことができる。
【００１８】
本発明に係る光集積素子では、前記活性領域は、前記コア半導体層に光学的に結合された端面を有しており、前記活性領域の前記端面は（１１１）面を有しており、前記コア半導体層は、前記端面および前記第１のクラッド層上に設けられていることが好ましい。
【００１９】
この光集積素子によれば、活性領域の（１１１）端面が順メサ構造になるので、活性領域とコア半導体層との間のバットジョイント領域でボイドが生じない。活性領域の（１１１）端面は、所定の軸に対して傾斜しているので、活性領域とコア半導体層との間のバットジョイント領域において反射された光は、活性領域およびコア半導体層に入射しない。
【００２０】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明によれば、バットジョイント構造における光学的結合のばらつきを縮小できＧａＡｓ基板を用いる光集積素子が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の光集積素子、およびこの光集積素子を作製する方法に係わる実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
（第１の実施の形態）
図１（Ａ）は、本実施の形態に係る半導体光集積素子を示す図面である。図１（Ｂ）は、半導体領域の構造を示す図面である。図２（Ａ）は、図１（Ａ）に示されたI−I線に沿ってとられた断面を示す図面である。
【００２３】
光集積素子１は、ＧａＡｓ基板３と、第１のクラッド層５（例えばｎ型）と、第２のクラッド層７（例えばｐ型）と、活性領域９（例えばアンドープ）と、ＧａＡｓコア半導体層１０と、第３のクラッド層１４とを備える。ＧａＡｓ基板３は、所定の軸に沿って配列された第１の領域３ａおよび第２の領域３ｂを有する。第１のクラッド層５は、第１導電型を有しており、ＧａＡｓ基板３の第１の領域３ａ上に設けられた第１の部分５ａと、ＧａＡｓ基板３の第２の領域３ｂ上に設けられた第２の部分５ｂとを含む。第１の部分５ａの厚さは第２の部分５ｂの厚さは実質的に同じである。活性領域９は、図１（Ｂ）に示されるように、１．３エレクトロンボルト（１エレクトロンボルトは１．６０２×１０−１９ジュールであり、本技術分野の慣用に従い、本件において単位エレクトロンボルトを用いる）より小さいバンドギャップの量子井戸構造を有しており、また第１のクラッド層５の第１の部分５ａ上に設けられている。第２のクラッド層７は、第２導電型を有しており、また活性領域９上に設けられている。ＧａＡｓコア半導体層１０は、第１のクラッド層５の第１の部分５ａに設けられており、また活性領域９にバットジョイントする。第３のクラッド層１４は、ＧａＡｓコア半導体層１０上に設けられている。
【００２４】
この光集積素子１によれば、二元系のＧａＡｓ半導体から成るコア半導体層１０を用いるので、コア半導体層１０のIII族元素とＶ族元素との比のばらつきが、コア半導体層１０と活性領域９との間のバットジョイント領域において小さくなる。また、活性領域９およびコア半導体層１０の両方は、第１のクラッド層５上に設けられているので、活性領域９とコア半導体層１０との境界において段差が生じない。活性領域９を含む第１の半導体光素子１ａ（例えば、能動素子）とＧａＡｓコア半導体層１０を含む第２の半導体光素子１ｂ（例えば、受動素子）との間の光学的結合ロスの製造ばらつきが小さくなる。
【００２５】
図２（Ａ）に示されるように、光集積素子１では、ＧａＡｓコア半導体層１０の厚さＤＣＯＲＥは活性領域９の厚さＤＡＣＴＩＶＥと実質的に等しいことが好ましい。
【００２６】
この光集積素子１によれば、ＧａＡｓコア半導体層１０の厚さＤＣＯＲＥが活性領域の厚さＤＡＣＴＩＶＥとほぼ等しいので、両者のモードフィールドの軸ずれがなく、活性領域９を含む第１の半導体光素子１ａ（例えば能動素子）とＧａＡｓコア半導体層を含む第２の半導体光素子１ｂ（例えば、受動素子）との間の光学的結合ロスが小さくできる。
【００２７】
一般的な製造方法により、ＧａＡｓコア半導体層１０の厚さＤＣＯＲＥを活性領域の厚さＤＡＣＴＩＶＥに等しくなるようにＧａＡｓコア半導体層１０を成長すると、活性領域９の上面９ｓを基準にして、ＧａＡｓコア半導体層１０の上面１０ｓの位置が、例えば−１０ナノメートル程度から＋１０ナノメートル程度までの範囲にある。
【００２８】
光集積素子１は、ＧａＡｓ基板３を用いて作製されており１．３エレクトロンボルト以下の長波長領域の光の処理する。好適な実施例では、第１の部分９ａは、長波長領域の光（１．０マイクロメートル以上の波長成分を含む光）を発生する活性領域９であることができ、また量子井戸構造を有する光導波路であることができる。ＧａＡｓ基板３は、（１００）面の表面３ｃを有する低抵抗な第１導電型の半導体から成ることができる。
【００２９】
一実施例では、活性領域９は、少なくとも窒素元素を含むIII−Ｖ化合物半導体から成る半導体層を含む。窒素を含むIII−Ｖ化合物半導体はＧａＡｓ基板３に好適であり、この半導体層によれば、バンドギャップが１．３エレクトロンボルト以下の長波長領域の光を処理できる光集積素子が提供される。
【００３０】
また、好適な実施例では、活性領域９は、少なくともガリウム元素、ヒ素元素および窒素元素を含むIII−Ｖ化合物半導体から成る半導体層を含む。ガリウム元素、ヒ素元素および窒素を含むIII−Ｖ化合物半導体は、ＧａＡｓ基板３に好適であり、この半導体層によれば、長波長領域の光を処理できる光集積素子が提供される。例えば、光集積素子が発光素子を含む場合、該光を処理できる光集積素子は光を発生することができ、光集積素子が変調素子を含む場合、該光を処理できる光集積素子は光を変調することができる。
【００３１】
さらに、光集積素子１では、上記のIII−Ｖ化合物半導体は、アンチモン元素および燐元素の少なくともいずれか一方を構成元素としてさらに含むことができる。アンチモン元素および燐元素をさらに含むIII−Ｖ化合物半導体は、ＧａＡｓ基板３に好適であり、このIII−Ｖ化合物半導体によれば、長波長領域の光を処理できる。アンチモン元素（Ｓｂ）はサーファクタントとして、ＧａＩｎＮＡｓの３次元成長を抑制するので、ＧａＩｎＮＡｓの結晶性が改善される。また、燐元素（Ｐ）は、例えば次のような寄与があり、ＧａＮＡｓおよびＧａＩｎＮＡｓの局所的結晶歪を低減することができ、また、結晶成長中の窒素（Ｎ）の結晶への取り込み量を増大させる。
【００３２】
光集積素子１では、活性領域９は、ＧａＮＡｓ半導体、ＧａＩｎＮＡｓ半導体、ＧａＮＡｓＳｂ半導体、ＧａＮＡｓＰ半導体、ＧａＮＡｓＳｂＰ半導体、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ半導体、ＧａＩｎＮＡｓＰ半導体、ＧａＩｎＮＡｓＳｂＰのいずれかから成る半導体層を含むことができる。この光集積素子１によれば、例示として示された該半導体材料が、少なくとも窒素元素を含むIII−Ｖ化合物半導体として利用できる。
【００３３】
第１および第２のクラッド層５、７のバンドギャップは、半導体領域９のバンドギャップより大きい。光集積素子１が半導体発光素子を含む場合、第１および第２のクラッド層５、７は、活性領域９にキャリアを閉じ込めることができる。
【００３４】
また、第１および第２のクラッド層５、７の屈折率は、半導体領域９の屈折率より小さい。第１および第２のクラッド層５、７は、活性領域９に光を閉じ込めることができる。
【００３５】
光集積素子１では、第１のクラッド層５は、ＡｌＧａＩｎＰ半導体、ＧａＩｎＰ半導体およびＡｌＧａＡｓ半導体から成ることができる。第２のクラッド層７は、ＡｌＧａＩｎＰ半導体、ＧａＩｎＰ半導体およびＡｌＧａＡｓ半導体から成ることができる。ＡｌＧａＩｎＰ半導体、ＧａＩｎＰ半導体およびＡｌＧａＡｓ半導体によれば、高バンドギャップのクラッド層５、７が提供される。
【００３６】
この光集積素子１の活性領域９は、第１の光閉じ込め層１１（例えばアンドープ）、量子井戸構造層１２（例えばアンドープ）および第２の光閉じ込め層１３（例えばアンドープ）を備えることができる。量子井戸構造層１２は、第１の光閉じ込め層１１と第２の光閉じ込め層１３との間に設けられている。第１の光閉じ込め層１１および第２の光閉じ込め層１３は、ＧａＡｓ基板３の第１の領域３ａ上に設けられている。第１の光閉じ込め層１１および第２の光閉じ込め層１３のバンドギャップは、第１のクラッド層５および第２のクラッド層７のバンドギャップより小さい。光閉じ込め層１１、１３は量子井戸構造層１２にキャリアを閉じ込め、第１および第２のクラッド層５、９は活性領域９に光を閉じ込める。この光集積素子１によれば、ＧａＡｓ基板３を用いて作製されており長波長領域の光の処理する光集積素子１が提供される。好適な実施例では、第１の光閉じ込め層１１および第２の光閉じ込め層１３は、ＧａＩｎＡｓＰ半導体からなる。
【００３７】
光集積素子１は、活性領域９は、ＧａＡｓ半導体から成る光閉じ込め層１１および／または１３と、量子井戸構造層１２とを含むことができる。前記ＧａＡｓコア半導体層１０は、光閉じ込め層１１および／または１３並びに量子井戸構造層１２にバットジョイントしている。光閉じ込め層１１は活性領域９と第１のクラッド層５との間に位置しており、光閉じ込め層１１は活性領域９と第２のクラッド層７との間に位置している。
【００３８】
この光集積素子１によれば、ＧａＡｓコア半導体層１０は、ＧａＡｓ半導体から成る光閉じ込め層１１、１３にバットジョイントしているので、活性領域９を含む第１の半導体光素子１ａ（例えば、能動素子）とＧａＡｓコア半導体層を含む第２の半導体光素子１ｂ（例えば、受動素子）との間の光学的結合ロスが小さくなる。
【００３９】
光集積素子１では、第１のクラッド層５は、ＧａＡｓ半導体に格子整合するＧａＩｎＰ半導体から成ることが好ましい。ＧａＩｎＰ半導体は三元系であるけれども、ＧａＡｓ半導体に格子整合するＧａＩｎＰ半導体の組成が一意的に決まる。これ故に、第１のクラッド層５の組成のばらつきが小さく、組成一様性が高まる。また、このクラッド層５は、アルミニウム元素をIII族として含まないので、アルミニウム元素に起因する酸化および異常成長が生じない。
【００４０】
この光集積素子１は、半導体から成るブロック領域１５を更に備える。ブロック領域１５は、活性領域９上に設けられた半導体リッジ１７を埋め込んでおり、活性領域９上に設けられている。この光集積素子１によれば、リッジ型の光集積素子が提供される。ブロック領域１５は、例えば、高抵抗な半導体から成り、また半導体リッジ１７に電流を閉じ込めるために設けられる。
【００４１】
この光集積素子１は、ブロック領域１５および半導体リッジ１７上に設けられた第４のクラッド層１９（例えばｐ型）を含むことができる。第４のクラッド層１９は、第２導電型の半導体から成り、また半導体領域９およびコア半導体層１０の屈折率より小さな屈折率を有している。
【００４２】
光集積素子１では、ブロック領域１６は、ＡｌＧａＩｎＰ半導体、ＧａＩｎＰ半導体およびＡｌＧａＡｓ半導体から成ることができる。ＡｌＧａＩｎＰ半導体、ＧａＩｎＰ半導体およびＡｌＧａＡｓ半導体によれば、高バンドギャップのブロック領域が提供される。
【００４３】
この光集積素子１は、第１のクラッド層５の第１の部分５ａおよび第４のクラッド層１９上に設けられたコンタクト層２１（例えばｐ型）を更に備えることができる。コンタクト層２１は、第２導電型の半導体から成り、また低抵抗な半導体から成る。光集積素子１の第１の半導体光素子１ａは、第１の電極２３および第２の電極２５を含む、第１の電極２３はコンタクト層１９上に設けられており、第２の電極２５はＧａＡｓ基板３の裏面３ｄ上に設けられている。例えば、第１の電極２３はアノード電極として用いられ、また第２の電極２５はカソード電極として用いられる。
【００４４】
光集積素子に好適的な半導体材料を示せば、
第１、第２、第３および第４のクラッド層：ＡｌＧａＩｎＰ半導体、ＧａＩｎＰ半導体、ＡｌＧａＡｓ半導体、ＧａＩｎＡｓＰ半導体
光閉じ込め層：ＧａＡｓ半導体、ＧａＩｎＡｓＰ半導体、ＡｌＧａＡｓ半導体、ＡｌＧａＩｎＰ半導体、ＧａＩｎＰ半導体
活性領域の井戸層：ＧａＮＡｓ半導体、ＧａＩｎＮＡｓ半導体、ＧａＮＡｓＳｂ半導体、ＧａＮＡｓＰ半導体、ＧａＮＡｓＳｂＰ半導体、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ半導体、ＧａＩｎＮＡｓＰ半導体、ＧａＩｎＮＡｓＳｂＰ半導体
活性領域のバリア層：ＧａＡｓ半導体、ＧａＩｎＡｓ半導体
ブロック層：ＡｌＧａＩｎＰ半導体、ＧａＩｎＰ半導体、ＡｌＧａＡｓ半導体
コンタクト層：ＧａＡｓ半導体
である。
【００４５】
図２（Ｂ）は、本実施の形態に係る光集積素子の変形例を示す図面である。光集積素子２では、コア半導体領域１０は、第１導電型のＧａＡｓ半導体層１０ａと第２導電型のＧａＡｓ半導体層１０ｂとを含むことができる。第１導電型の第１のクラッド層５および第２の導電型の第２のクラッド層７が、ＧａＡｓ基板３の第１の領域３ａ上に順に配列されており、また、第２導電型のＧａＡｓ半導体層１０ｂおよび第１導電型のＧａＡｓ半導体層１０ａがＧａＡｓ基板３の第２の領域３ｂ上に順に配列される。第１導電型のＧａＡｓ半導体層１０ａは、第２導電型のＧａＡｓ半導体層１０ｂと接合してｐｎ接合を形成している。第２導電型のＧａＡｓ半導体層（例えば、Ｐ導電型）１０ｂは、第１導電型のＧａＡｓ半導体層（例えば、Ｎ導電型）１０ａと第１のクラッド層５（例えば、Ｎ導電型）との間に設けられている。この光集積素子２では、活性領域９を含む第１の半導体光素子１ａ（例えば、能動素子）のための電流が、ＧａＡｓコア半導体層１０を介して第１のクラッド層５に流れることを防ぐことができる。また、コア半導体層１０の厚さが活性領域９の厚さにほぼ等しいので、ＧａＡｓ半導体層１０ａと第２のクラッド層との接触面積は十分に小さい。
【００４６】
また、光集積素子２では、活性領域９は、コア半導体層１０に光学的に結合された端面９ａを有しており、活性領域９の端面９ａは主に（１１１）面から構成されており、コア半導体層１０は端面９ａおよび第１のクラッド層５上に設けられていることが好ましい。この光集積素子２によれば、活性領域９の（１１１）端面９ａが順メサ構造になるので、活性領域９とコア半導体層１０との間のバットジョイント領域でボイドが生じない。活性領域９の（１１１）端面９ａは、所定の軸Ａｘに対して傾斜しているので、活性領域９とコア半導体層１０との間のバットジョイント領域において僅かな量の光ＬＲＥＦ１（またはＬＲＥＦ２）が反射されるけれども、該反射された光ＬＲＥＦ１（またはＬＲＥＦ２）は活性領域９およびコア半導体層１０に入射しない。所定の軸は、例えば＜１−１０＞方向（これと等価な結晶方向を含む）に向いていることが好ましい。
【００４７】
第１の半導体光素子１ａは、図１（Ｂ）に示される量子井戸構造を有する。好適な実施例では、この量子井戸構造は単一または多重量子井戸構造を有する。活性領域９の量子井戸構造は、井戸層２７ａおよびバリア層２９ａを含む。活性領域９の量子井戸構造のエネルギは、コア半導体層１０のバンドギャップエネルギより小さい。また、第１の半導体光素子１ａの活性領域９は、図１（Ｂ）に示される量子井戸構造を有しており、また第２の半導体光素子１ｂのＧａＡｓコア半導体層に第１のクラッド層５上においてバットジョイントしている。第１の半導体光素子１ａからの光は、素子の境界において非常に僅かに反射され、入射光の大部分は第２の半導体光素子１ｂの光導波路に入射する。また、第２の半導体光素子１ｂからの光は、素子の境界において非常に僅かに反射され、入射光の大部分は第１の半導体光素子１ａの光導波路に入射する。
【００４８】
以上、説明したように、本実施の形態によれば、バットジョイント構造における光学的結合のばらつきを縮小できＧａＡｓ基板を用いる光集積素子が提供される。
【００４９】
（第２の実施の形態）
次いで、図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）および図３（Ｄ）は、第２の実施の形態に係る光集積素子を作製する方法を示す図面である。
【００５０】
図３（Ａ）に示されるように、複数のIII−Ｖ化合物半導体膜をＧａＡｓウエハ４１上に堆積する。この堆積は、例えば有機金属気相成長（ＯＭＶＰＥ）装置を用いて行われる。第１のクラッド膜４３、活性領域４４、第２のクラッド膜５１、およびキャップ膜５３を順にＧａＡｓウエハ４１に成長する。活性領域４７は、第１の光閉じ込め膜４５、量子井戸構造膜４７および第２の光閉じ込め膜４９を含む。ＧａＡｓウエハ４１および第１のクラッド膜４３は第１の導電型を有しており、第２のクラッド膜５１は第２の導電型を有する。量子井戸構造膜４７は、第１の実施の形態で説明したように、井戸膜およびバリア膜を含む量子井戸構造を有している。キャップ膜５３としては、例えば、ＧａＡｓ膜を用いることができる。キャップ膜５３は、下に設けられた半導体膜を保護する。ＧａＡｓウエハ４１の第１の領域４１ａ上には、第１の半導体光素子が形成されることになり、ＧａＡｓウエハ４１の第２の領域４１ｂ上には、第２の半導体光素子が形成されることになる。
【００５１】
膜厚の一実施例によれば、
ＧａＡｓ光閉じ込め膜４５：１５０ナノメートル
ＧａＩｎＮＡｓ量子井戸構造膜４７：１ナノメートル
ＧａＡｓ光閉じ込め膜４９：１５０ナノメートル
ＧａＩｎＰクラッド膜５１：１５００ナノメートル
ＧａＡｓキャップ膜５３：１００ナノメートル
である。
【００５２】
図３（Ｂ）に示されるように、ＧａＡｓウエハ４１の第２の領域４１ｂ上にマスク５５を形成する。マスク５５は、例えばシリコン窒化膜から成ることができる。好適な実施例では、マスク５５のエッジ５５ａは、ＧａＡｓ基板４１の（０、−１、−１）面（結晶学的に等価な面を含む）に沿って伸びている。これにより、バットジョイント接合界面が該（０、−１、−１）面と平行に伸びている。
【００５３】
図３（Ｃ）に示されるように、マスク５５を用いて、第２の半導体光素子のための領域４１ｂ上のキャップ膜５３、第２のクラッド膜５１、活性領域４４（第２の光閉じ込め膜４９、量子井戸構造膜４７、第１の光閉じ込め膜４５を含む）を除去して、第１の半導体光素子のための領域４１ａ上に、キャップ膜５３ａ、第２のクラッド膜５１ａ、活性領域４４ａ（第２の光閉じ込め膜４９ａ、量子井戸構造膜４７ａおよび第１の光閉じ込め膜４５ａ）を形成する。
【００５４】
一実施例では、まず、リン酸系エッチャントを用いてＧａＡｓキャップ膜５３をエッチングする。次いで、塩酸系エッチャントを用いてＧａＩｎＰクラッド膜５１をエッチングする。この後、リン酸系エッチャントを用いて、ＧａＡｓ光閉じ込め膜４９、ＧａＩｎＮＡｓ量子井戸構造膜４７およびＧａＡｓ光閉じ込め膜４５をエッチングする。リン酸系エッチャントを用いる場合、ＧａＩｎＰクラッド膜４３のエッチングレートは、ＧａＡｓ光閉じ込め膜４５のエッチングレートに比べて十分に小さいので、ＧａＩｎＰクラッド膜４３はリン酸系エッチャントによって実質的にエッチングされない。このエッチング条件によれば、上記のような選択的エッチングが可能になる。また、マスク５５のエッジ５５ａに沿って現れるエッチング面ＳＥｔｃｈは、順メサ形状になる。また、エッチング面ＳＥｔｃｈを主要に構成する結晶面は（１１１）面となる（結晶学的に等価な面を含む）。
【００５５】
図３（Ｄ）に示されるように、マスク５５を除去すること無く、ＧａＡｓウエハ４１の第２の領域４１ｂ上の第１のクラッド膜４３上およびエッチング面ＳＥｔｃｈ上にコア半導体膜４８を選択的にＯＭＶＰＥ法で成長する。好適には、コア半導体膜４８の厚さは、ほぼ活性領域４７の厚さに合わされている。ＧａＡｓ基板３上に全てのエリアにわたって第１のクラッド膜４３の厚さは同じであるので、コア半導体膜４８の厚さは活性領域４７の厚さに実質的に等しくできる。次いで、コア半導体膜４８上に、第３のクラッド膜５０を選択的にＯＭＶＰＥ法で成長する。
【００５６】
引き続いて、光集積素子を作製する方法を説明する。図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）、図４（Ｄ）、図４（Ｅ）および図４（Ｆ）は、第２の実施の形態に係る光集積素子を作製する方法を示す図面である。図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）および図５（Ｄ）は、第２の実施の形態に係る光集積素子を作製する方法を示す図面である。例えば、図４（Ａ）は第１の半導体光素子の製造工程を示しており、図４（Ｂ）は、同一の製造工程において第２の半導体光素子を示している。図４（Ａ）はＡ−Ａ線にそってとられた断面を示しており、図４（Ｂ）はＢ−Ｂ線にそってとられた断面を示している。
【００５７】
図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示されるように、半導体膜の積層物６５ａ、６５ｂ上に、誘電体膜といったマスク６７を形成する。誘電体膜としては、例えば、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜等を用いることができる。マスク６７は、例えばストライプ形状である。
【００５８】
図４（Ｃ）および図４（Ｄ）に示されるように、このマスク６７とエッチャントを用いて、第２のクラッド膜５１および第３のクラッド５０を部分的にエッチングする。エッチングされた第２のクラッド膜５１ａは、光閉じ込め膜４９の表面を覆う第１の部分５１ｂと、該第１の部分５１ｂ上に位置する第２の部分５１ｃとから成る。第２の部分５１ｃは、所定の軸の方向に伸びるリッジストライプである。また、エッチングされた第３のクラッド膜５０ａは、コア半導体膜４８の表面を覆う第１の部分５０ｂと、該第１の部分５０ｂ上に位置する第２の部分５０ｃとから成る。第２の部分５０ｃ、５１ｃの形状は、所定の軸の向きおよびエッチャントの種類に依って変わる。
【００５９】
図４（Ｅ）および図４（Ｆ）に示されるように、半導体から成るブロック膜６９が、マスク６７を除去すること無く、第２のクラッド膜５１ａおよび第２のクラッド膜５０ａ上に形成される。ブロック膜６９は、マスク６７上には堆積されること無く、第２のクラッド膜５１ａの第１の部分５１ｂおよび第３のクラッド膜５０ａの第１の部分５０ｂ上に選択的に成長される。この成長により、リッジ形状の第２の部分５０ｃ、５１ｃが埋め込まれる。ブロック膜６９は、電極からのキャリアをリッジ形状の第２の部分５１ｃに閉じ込めるために用いられる。この半導体膜６９は、例えばＯＭＶＰＥ装置を用いて成長される。一実施例では、ブロック膜６９は、高抵抗の半導体から成ることができる。また、別の実施例では、ブロック膜６９は、第２のクラッド膜５１ａの導電型と異なる導電型を有することができる。
【００６０】
図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示されるように、第２のクラッド膜５１ａ、第３のクラッド膜５０ａおよびブロック膜６９上に、第４のクラッド膜７１を堆積する。次いで、ＧａＡｓウエハ４１の第１の領域４１ａ上にコンタクト膜７３を順に堆積する。第４のクラッド膜７１およびコンタクト膜７３の導電型は、第２のクラッド膜５１ａの導電型と同じである。これらの半導体膜７１、７３は、例えばＯＭＶＰＥ装置を用いて成長される。
【００６１】
図５（Ｃ）および図５（Ｄ）に示されるように、コンタクト膜７３上に第１の電極７５を形成すると共に、ＧａＡｓウエハ４１の裏面に第２の電極７７を形成する。この結果、光集積素子７９が得られる。
【００６２】
光集積素子７９では、第１の半導体光素子のための量子井戸構造（例えば、能動素子の活性層）を有する活性領域を第１のクラッド膜上に形成した後に、第２の半導体光素子のためのコア半導体膜（例えば、受動素子の導波路層）および第３のクラッド膜を第１のクラッド膜上に形成している。これ故に、コア半導体膜の厚さを活性領域の厚さに合わせることができる。その結果、第１の半導体光素子と第２の半導体光素子との間のインターフェースでの導波光の反射は、ほぼ抑えられる。これによって、ウエハ面の全体にわたって、光結合のばらつきの小さい光集積素子が実現される。
【００６３】
また、この光集積素子７９の構造によれば、以下のような利点がある。
【００６４】
（１）ＧａＡｓウエハ上の素子の位置に依存した光集積素子の特性のばらつきが小さい。これまでのバットジョイント構造では、光導波路のコア膜に、３元を超える多元結晶（例えば、四元系ＧａＩｎＮＡｓ半導体）を用いるので、コア膜の組成が不均一になりやすい。組成の不均一に起因して、光導波路により構成される光集積素子の特性は、素子のウエハ上の位置に応じて変化する。結果的に、歩留まりが低下してしまう。
【００６５】
（２）光集積素子の光導波路のパターンに応じた光集積素子の特性のばらつきが小さい。これまでのバットジョイント構造では、光導波路のコア半導体層の組成、膜厚等は、ジョイントの段差の近傍で変化してしまう。光集積素子の光導波路のパターンに応じて、光集積素子の特性のばらつきが比較的大きくなる。これ故に、光集積素子の光導波路のパターン毎に、製造条件を見直しすることが必要である。
【００６６】
（３）能動素子と受動素子（例えば、光導波路）との結合損失を小さくできる。これまでのバットジョイント構造では、光導波路のジョイントの段差の近傍では、原料ガスの拡散に乱れが生じ、原料ガスの不均一が生じる。この不均一を改善することができない。この結果、能動素子と受動素子との結合損失が大きくなる。
【００６７】
（４）光集積素子の光導波路のパターンに応じた能動素子と受動素子（例えば、光導波路）との結合損失のばらつきが小さい。これまでのバットジョイント構造では、ジョイントに起因する段差に近傍において、半導体の組成、膜厚等が、光導波路のパターンに依存して変化してしまう。
【００６８】
また、本実施例に係る埋め込みリッジ型光集積素子では、横モード閉じ込めに活性層及び導波層のエッチングが不要なので、このエッチングによる欠陥に起因して光集積素子の特性は劣化せず、それ故に光集積素子の高信頼性が高められる。また、水平横方向の光閉じ込めが強すぎないので、導波光の染み出しが大きくできる。光の合分波器の方向性結合部に用いる場合、結合される隣接導波路間の距離を大きくできる。プロセスマージンを大きくできる。
【００６９】
以上、説明したように、本実施の形態によれば、バットジョイント構造における光学的結合のばらつきを縮小できＧａＡｓ基板を用いる光集積素子を製造する方法が提供される。
【００７０】
（第３の実施の形態）
図６（Ａ）は、第３の実施の形態に係る半導体光集積素子を示す図面である。図６（Ｂ）は、半導体領域の構造を示す図面である。
【００７１】
光集積素子１０１は、ＧａＡｓ基板３と、第１のクラッド層１０５（例えばｎ型）と、第２のクラッド層１０７（例えばｐ型）と、活性領域１０９（例えばアンドープ）と、ＧａＡｓコア半導体層１１０と、第３のクラッド層１１４とを備える。ＧａＡｓ基板３は、所定の軸に沿って配列された第１の領域３ａおよび第２の領域３ｂを有する。第１のクラッド層１０５は、第１導電型を有しており、ＧａＡｓ基板３の第１の領域３ａ上に設けられた第１の部分１０５ａと、ＧａＡｓ基板３の第２の領域３ｂ上に設けられた第２の部分１０５ｂとを含む。活性領域９は、図６（Ｂ）に示されるように、１．３エレクトロンボルト（１エレクトロンボル＝１．６０２×１０−１９ジュール）より小さいバンドギャップの量子井戸構造を有しており、また第１のクラッド層１０５の第１の部分１０５ａ上に設けられている。第２のクラッド層１０７は、第２導電型を有しており、また活性領域１０９上に設けられている。ＧａＡｓコア半導体層１１０は、第１のクラッド層１０５の第１の部分１０５ａに設けられており、また活性領域１０９にバットジョイントする。第３のクラッド層１１４は、ＧａＡｓコア半導体層１１０上に設けられている。
【００７２】
この光集積素子１０１によれば、二元系のＧａＡｓ半導体から成るコア半導体層１１０を用いるので、コア半導体層１１０のIII族元素とＶ族元素との比のばらつきが、コア半導体層１１０と活性領域１０９との間のバットジョイント領域において小さくなる。また、活性領域１０９およびコア半導体層１１０の両方は、第１のクラッド層１０５上に設けられているので、活性領域１０９とコア半導体層１１０との境界において段差が生じない。活性領域１０９を含む第１の半導体光素子１０１ａ（例えば、能動素子）とＧａＡｓコア半導体層１１０を含む第２の半導体光素子１０１ｂ（例えば、受動素子）との間の光学的結合ロスの製造ばらつきが小さくなる。
【００７３】
光集積素子１０１では、図２（Ａ）に示される光集積素子１と同様に、ＧａＡｓコア半導体層１１０の厚さは活性領域１０９の厚さと実質的に等しいことが好ましい。これ故に、活性領域１０９を含む第１の半導体光素子１０１ａ（例えば能動素子）とＧａＡｓコア半導体層１１０を含む第２の半導体光素子１０１ｂ（例えば、受動素子）との間の光学的結合が良好になる。また、図２（Ｂ）に示される光集積素子２と同様に、活性領域１０９の端面は、所定の軸Aｘに関して傾斜する（１１１）面であることが好ましい。さらに、図２（Ｂ）に示される光集積素子２と同様に、コア半導体層１１０は、互いに接合するＰ型半導体層およびＮ型半導体層を含むことができる。
【００７４】
好適な実施例では、活性領域１０９は、１．３マイクロメートル帯および１．５５マイクロメートル帯といった長波長帯の波長成分を含む光を発生するために設けられることができ、またコア半導体層１１０は、量子井戸構造を有する光導波路のために設けられることができる。
【００７５】
一実施例では、光集積素子１０１の活性領域１０９は、光集積素子１と同様に、少なくとも窒素元素を含むIII−Ｖ化合物半導体から成る半導体層を含む。また、好適な実施例では、光集積素子１０１の半導体領域１０９は、光集積素子１と同様に、少なくともガリウム元素、ヒ素元素および窒素元素を含むIII−Ｖ化合物半導体から成る半導体層を含む。さらに、光集積素子１０１のIII−Ｖ化合物半導体は、アンチモン元素および燐元素の少なくともいずれか一方を構成元素としてさらに含むことができる。
【００７６】
この光集積素子１０１では、半導体メサ１１７は、第１の光閉じ込め層１１１（例えばアンドープ）、量子井戸構造層１１２および第２の光閉じ込め層１１３（例えばアンドープ）を更に備えることができる。量子井戸構造層１１２は、第１の光閉じ込め層１１１と第２の光閉じ込め層１１３との間に設けられている。第１の光閉じ込め層１１１および第２の光閉じ込め層１１３は、ＧａＡｓ基板３の第１の領域３ａ上に設けられている。第１の光閉じ込め層１１１および第２の光閉じ込め層１１３のバンドギャップは、第１のクラッド層１０５および第２のクラッド層１０７のバンドギャップより小さい。
【００７７】
光集積素子１０１は、活性領域１０９、第１のクラッド層１０５の一部および第２のクラッド層１０７を含む半導体メサ１１７を含む。半導体メサ１１７内において、第１のクラッド層１０５上においてコア半導体層１１０が活性領域１０９にジョイントしているので、コア半導体層１１０と活性領域１０９との間の光結合が良好になる。ＧａＡｓ基板３を用いて作製されており長波長領域の光の処理する光集積素子１０１が提供される。
【００７８】
この光集積素子１０１は、半導体から成るブロック領域１１５を更に備える。ブロック領域１１５は、半導体メサ１１７ａ、１１７ｂを埋め込んでおり、第１のクラッド層１０５の第１の部分１０５ｂ上に設けられている。この光集積素子１によれば、埋め込み型光集積素子が提供される。ブロック領域１１５は、例えば、ＰＮ埋め込み構造を含むことができる。ブロック領域１１５は、例えば、第２導電型のブロック層１１５ａおよび第１導電型ブロック層１０５ｂを含んでおり、半導体メサ１１７に電流を閉じ込めるために設けられる。
【００７９】
光集積素子１０１では、ブロック領域１１５は、ＡｌＧａＩｎＰ半導体、ＧａＩｎＰ半導体およびＡｌＧａＡｓ半導体から成ることができる。ＡｌＧａＩｎＰ半導体、ＧａＩｎＰ半導体およびＡｌＧａＡｓ半導体によれば、高バンドギャップのブロック領域が提供される。
【００８０】
この光集積素子１０１は、ブロック領域１１５および半導体メサ１１７ａ、１１７ｂ上に設けられた第４のクラッド層１９（例えばｐ型）を含むことができる。第４のクラッド層１９は、第２導電型の半導体から成り、また半導体領域１０９の屈折率より小さな屈折率を有している。
【００８１】
この光集積素子１０１は、第４のクラッド層１９上に設けられたコンタクト層２１（例えばｐ型）を更に備えることができる。光集積素子１０１の第１の半導体光素子１０１ａは、第１の電極２３および第２の電極２５を含む。第１の電極２３はコンタクト層１９上に設けられており、第２の電極２５はＧａＡｓ基板３の裏面３ｄ上に設けられている。
【００８２】
光集積素子１０１は、光集積素子１と同様な半導体材料を用いて作製されることができる。第１の半導体光素子１０１ａの活性領域１０９は、図８（Ｂ）に示される量子井戸構造を有しており、また第２の半導体光素子１０１ｂのＧａＡｓコア半導体層にバットジョイントしている。第１の半導体光素子１０１ａからの光は、素子の境界において非常に僅かに反射され、入射光の大部分は第２の半導体光素子１０１ｂの光導波路に入射する。また、第２の半導体光素子１０１ｂからの光は、素子の境界において非常に僅かに反射され、入射光の大部分は第１の半導体光素子１０１ａの光導波路に入射する。
【００８３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、バットジョイント構造における光学的結合のばらつきを縮小できＧａＡｓ基板を用いる光集積素子が提供される。
【００８４】
（第４の実施の形態）
図７は、第４の実施の形態に係る光集積素子を示す図面である。この光集積素子１０２は、第２のクラッド層１０６および活性領域１０８を含む半導体メサ１１８を有する。半導体メサ１１８は、第１のクラッド層１０４を含まず、第１のクラッド層１０４上に位置する。半導体メサ１１８が、第１のクラッド層１０４に対して選択的にエッチングされる。
【００８５】
第２のクラッド層１０６の材料は、例えばクラッド層にＡｌＧａＩｎＰ半導体またはＧａＩｎＰ半導体であることができる。活性領域１０８内の光閉じ込め層の材料は、ＡｌＧａＡｓ半導体、ＧａＡｓ半導体、またはＧａＡｓに格子整合するＧａＩｎＡｓＰ半導体である。活性領域１０８の井戸層の材料は、ＧａＮＡｓ半導体、ＧａＩｎＮＡｓ半導体、ＧａＮＡｓＳｂ半導体、ＧａＮＡｓＰ半導体、ＧａＮＡｓＳｂＰ半導体、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ半導体、ＧａＩｎＮＡｓＰ半導体、またはＧａＩｎＮＡｓＳｂＰ半導体であることができる。バリア層の材料は、ＧａＡｓ半導体またはＧａＩｎＡｓ半導体であることができる。選択的なエッチングは、これらの材料、および塩酸系エッチャントといった選択エッチング液を用いることによって可能である。
【００８６】
この光集積素子１０２では、第１のクラッド層１０４がエッチング停止層として働くので、半導体メサ１１８の深さの再現性および面内均一性が改善される。また、半導体メサ１１８の幅は該メサの深さに応じて変るので、上記の改善によって、半導体メサ１１８の幅の再現性および面内均一性も向上する。この結果、光集積素子１０２がレーザダイオードを含むとき、レーザ特性の再現性および面内均一性も向上する。
【００８７】
以上、説明したように、本実施の形態によれば、バットジョイント構造における光学的結合のばらつきを縮小できＧａＡｓ基板を用いる光集積素子が提供される。
【００８８】
（第５の実施の形態）
図８（Ａ）、図８（Ｂ）、図８（Ｃ）、図８（Ｄ）、図８（Ｅ）、図８（Ｆ）、図９（Ａ）、図９（Ｂ）、図９（Ｃ）、図９（Ｄ）、図９（Ｅ）および図９（Ｆ）は、第５の実施の形態に係る埋め込みヘテロ構造の光集積素子を作製する方法を示す図面である。
【００８９】
第２の実施の形態に記載される方法を用いて、複数のIII−Ｖ化合物半導体膜をＧａＡｓウエハ４１上に堆積する。第１のクラッド膜４３、活性領域４４、第２のクラッド膜５１、およぶキャップ膜５３を順にＧａＡｓウエハ４１に成長する。受動素子および能動素子の両者がモノリシックに集積する光集積素子のためにエピタキシャルウエハＥを作製する。
【００９０】
活性領域４４は、第１の実施の形態で説明したように、井戸膜およびバリア膜を含む量子井戸構造を有している。第１の半導体光素子のための活性領域４４がＧａＡｓウエハ４１の第１の領域４１ａ上に形成されており、第２の半導体光素子のためのコア半導体層がＧａＡｓウエハ４１の第２の領域４１ｂ上に形成されている。
【００９１】
引き続いて、このエピタキシャルウエハＥを用いて、光集積素子を作製する方法を説明する。図８（Ａ）および図８（Ｂ）に示されるように、半導体膜の積層物６５上に、誘電体膜といったマスク１６７を形成する。誘電体膜としては、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜等を用いることができる。
【００９２】
図８（Ｃ）および図８（Ｄ）に示されるように、このマスク１６７とエッチャントを用いて、第２のクラッド膜５１、第３のクラッド膜５０、活性領域４７およびコア半導体膜４８をエッチングすると共に、第１のクラッド膜４３を部分的にエッチングする。エッチングされた活性領域１４４ａおよび第２のクラッド膜１５１ａは半導体メサ１１７ａを形成しており、エッチングされた第３のクラッド膜１５０ａおよびコア半導体膜１４８ａは半導体メサ１１７ｂを形成する。また、エッチングされた第１のクラッド膜１４３は、ＧａＡｓウエハ４１の表面を覆う第１の部分１４３ａと、該第１の部分１４３ａ上に位置する第２の部分１４３ｂとから成る。第２の部分１４３ｂは、所定の軸の方向に伸びるメサストライプであり、半導体メサ１１７ａ、１１７ｂに含まれる。半導体メサ１１７ａ、１１７ｂの形状は、所定の軸の向きおよびエッチャントの種類に依って変わる。
【００９３】
図８（Ｅ）および図８（Ｆ）に示されるように、ブロック領域１６９が、マスク１６７を除去すること無く、第１のクラッド膜１４３ａ（エッチングされている）上に形成される。ブロック領域１６９は、マスク１６７上には堆積されること無く、第１のクラッド膜１４３の第１の部分１４３ａ上に選択的に成長される。この成長により、半導体メサ１１７ａ、１１７ｂが埋め込まれる。ブロック膜１６９は、電極からのキャリアを半導体メサ１１７ａに閉じ込めるために用いられる。この半導体膜１６９は、例えばＯＭＶＰＥ装置を用いて成長される。一実施例では、ブロック領域１６９は、ブロック領域１６９は、第１のクラッド膜１４３ａの導電型と異なる導電型を有する第１の半導体膜１６９ａと、第２のクラッド膜１５１ａの導電型と異なる導電型を有する第２の半導体膜１６９ｂとを含むことができる。第２の半導体膜１６９ｂは、第１の半導体膜１６９ａ上に形成され、これによりＰＮ分離を実現している。また、別の実施例では、ブロック膜１６７は、高抵抗の半導体から成ることができる。
【００９４】
図９（Ａ）および図９（Ｂ）に示されるように、第３のクラッド膜１５０ａおよび第２のクラッド膜１５１ａおよびブロック膜１６９上に、第４のクラッド膜１７１を堆積する。次いで、第２のクラッド膜１５１ａ上にコンタクト膜１７３を形成する。第３のクラッド膜１７１およびコンタクト膜１７３の導電型は、第２のクラッド膜１５１ａの導電型と同じである。これらの半導体膜１７１、１７３は、例えばＯＭＶＰＥ装置を用いて成長される。
【００９５】
図９（Ｃ）および図９（Ｄ）に示されるように、コンタクト膜１７３上に第１の電極１７５を形成すると共に、ＧａＡｓウエハ４１の裏面に第２の電極１７７を形成する。この結果、光集積素子１７９が得られる。
【００９６】
光集積素子１７９では、第１の半導体光素子のための量子井戸構造を有する活性領域（例えば、能動素子の活性層）を第１のクラッド膜上に形成した後に、第２の半導体光素子のためのコア半導体膜（例えば、受動素子の導波路層）および第３のクラッド膜を第１のクラッド膜上に形成している。これ故に、コア半導体膜の厚さを活性領域の厚さに合わせることができる。その結果、第１の半導体光素子と第２の半導体光素子との間のインターフェースでの導波光の反射は、ほぼ抑えられる。これによって、ウエハ面の全体にわたって、光結合のばらつきの小さい光集積素子が実現される。
【００９７】
以上、説明したように、本実施の形態によれば、バットジョイント構造における光学的結合のばらつきを縮小できＧａＡｓ基板を用いる光集積素子を製造する方法が提供される。
【００９８】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。光集積素子において集積される能動素子としては、例えば、発光ダイオード、半導体レーザ、半導体光増幅素子、電界吸収型変調素子、マッハツェンダ型光変調素子、方向性結合型光変調素子、およびフォトダイオード等の受光素子といったものが挙げられる。また、受動素子としては、例えば直線および曲線の光導波路、およびＹ分岐素子、方向性結合器、ＭＭＩ、ＡＷＧといった光合分波器が挙げられる。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】図１（Ａ）は、第１の実施の形態に係る半導体光集積素子を示す図面である。図１（Ｂ）は、活性領域の構造を示す図面である。
【図２】図２（Ａ）は、図１（Ａ）に示されたI−I線に沿ってとられた断面を示す図面である。図２（Ｂ）は、本実施の形態に係る光集積素子の変形例を示す図面である。
【図３】図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）および図３（Ｄ）は、第２の実施の形態に係る光集積素子を作製する方法を示す図面である。
【図４】図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）、図４（Ｄ）、図４（Ｅ）および図４（Ｆ）は、第２の実施の形態に係る光集積素子を作製する方法を示す図面である。
【図５】図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）および図５（Ｄ）は、第２の実施の形態に係る光集積素子を作製する方法を示す図面である。
【図６】図６（Ａ）は、第３の実施の形態に係る半導体光集積素子を示す図面である。図６（Ｂ）は、活性領域の構造を示す図面である。
【図７】図７は、第４の実施の形態に係る光集積素子を示す図面である。
【図８】図８（Ａ）、図８（Ｂ）、図８（Ｃ）、図８（Ｄ）、図８（Ｅ）および図８（Ｆ）は、第５の実施の形態に係る埋め込みヘテロ構造の光集積素子を作製する方法を示す図面である。
【図９】図９（Ａ）、図９（Ｂ）、図９（Ｃ）、図９（Ｄ）、図９（Ｅ）および図９（Ｆ）は、第５の実施の形態に係る埋め込みヘテロ構造の光集積素子を作製する方法を示す図面である。
【符号の説明】
【０１００】
１…光集積素子、３…ＧａＡｓ基板、５…第１のクラッド層、７…第２のクラッド層、９…活性領域、１０…コア半導体層、１１…第１の光閉じ込め層、１２…量子井戸構造層、１３…第２の光閉じ込め層、１４…第３のクラッド層、１７…半導体リッジ、１９…第４のクラッド層、２１…コンタクト層、２３、２５…電極、４１…ＧａＡｓウエハ、４３…第１のクラッド膜、４４…活性領域、４５…第１の光閉じ込め膜、４７…量子井戸構造層、４９…第２の光閉じ込め膜、５０、５０ａ…第３のクラッド膜、５１、５１ａ…第２のクラッド膜、７１…第４のクラッド膜、７３…コンタクト膜、７５、７７…電極、７９、１７９…光集積素子、１０１、１０２…光集積素子、１０５…第１のクラッド層、１０７…第２のクラッド層、１０９…活性領域、１１０…コア半導体層、１１１…第１の光閉じ込め層、１１２…量子井戸構造層、１１２…第３のクラッド層、１１３…第２の光閉じ込め層、１１４…第３のクラッド層、１１７ａ、１１７ｂ…半導体メサ  
【図１】
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【図２】
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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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【図９】
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