JP2012235069A - Method of manufacturing optical integrated element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アクティブ素子とパッシブ素子とを集積した光集積素子の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing an optical integrated device in which an active device and a passive device are integrated.
たとえば光通信用の機能性光集積素子として、半導体活性層をコア層とするアクティブ導波路で構成されたアクティブ素子と、実質的に透明なパッシブ半導体層をコア層とする半導体のパッシブ導波路で構成されたパッシブ素子と、をモノリシックに集積した光集積素子がある。この種の光集積素子の一例として、DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing)光通信用波長可変光源としての集積型半導体レーザ素子が開示されている(たとえば特許文献1参照)。 For example, as a functional optical integrated device for optical communication, an active device composed of an active waveguide having a semiconductor active layer as a core layer and a semiconductor passive waveguide having a substantially transparent passive semiconductor layer as a core layer. There is an optical integrated device that monolithically integrates a configured passive device. As an example of this type of optical integrated device, an integrated semiconductor laser device is disclosed as a wavelength variable light source for DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) optical communication (see, for example, Patent Document 1).
この種の集積型半導体レーザ素子は、互いに発振波長が異なる複数の分布帰還(DFB:Distributed Feedback)型の半導体レーザと、複数の曲がり光導波路と、光合流器と、半導体光増幅器(SOA: Semiconductor Optical Amplifier)とを一つの基板上に集積したものである。 This type of integrated semiconductor laser device includes a plurality of distributed feedback (DFB) type semiconductor lasers having different oscillation wavelengths, a plurality of bent optical waveguides, an optical combiner, and a semiconductor optical amplifier (SOA: Semiconductor). Optical Amplifier) is integrated on a single substrate.
この集積型半導体レーザ素子の動作を説明する。まず、DFBレーザの中から選択した1つのDFBレーザを駆動する。駆動するDFBレーザと光学的に接続している曲がり光導波路は、駆動するDFBレーザから出力したレーザ光を導波する。たとえば多モード干渉型(MMI: Multi Mode Interference)光導波路からなる光合流器は、曲がり光導波路が導波したレーザ光を通過させて出力ポートから出力する。半導体光増幅器は、出力ポートから出力したレーザ光を増幅してその出力端から出力する。この集積型半導体レーザ素子は、駆動するDFBレーザを変更することによって波長可変光源として動作する。 The operation of this integrated semiconductor laser device will be described. First, one DFB laser selected from the DFB lasers is driven. The bent optical waveguide optically connected to the driving DFB laser guides the laser beam output from the driving DFB laser. For example, an optical combiner composed of a multimode interference (MMI) optical waveguide passes laser light guided by a bent optical waveguide and outputs it from an output port. The semiconductor optical amplifier amplifies the laser beam output from the output port and outputs it from its output end. This integrated semiconductor laser element operates as a wavelength tunable light source by changing the DFB laser to be driven.
上記のような集積型半導体レーザ素子は、半導体光増幅器の出力端側にさらに外部変調器としての半導体光変調器が設けられる場合がある。この場合、集積型半導体レーザ素子はたとえばDWDM光通信ネットワークシステムにおける長距離光伝送のための光送信器として使用される。この集積型半導体レーザ素子においては曲げ導波路と光合流器とがパッシブ素子に相当する。また、それ以外の素子である半導体レーザ、半導体光増幅器および半導体光変調器がアクティブ素子に相当する。 In the integrated semiconductor laser element as described above, a semiconductor optical modulator as an external modulator may be further provided on the output end side of the semiconductor optical amplifier. In this case, the integrated semiconductor laser device is used as an optical transmitter for long-distance optical transmission in, for example, a DWDM optical communication network system. In this integrated semiconductor laser element, the bending waveguide and the optical combiner correspond to a passive element. In addition, semiconductor lasers, semiconductor optical amplifiers, and semiconductor optical modulators, which are other elements, correspond to active elements.
また、光集積素子の他の例として、半導体光増幅器とスポットサイズ変換器(SSC: Spot Size Converter)とを集積した集積型半導体光増幅素子がある(たとえば特許文献2参照)。スポットサイズ変換器は、半導体光増幅器と、光ファイバもしくは平面光波回路(PLC:Planar Lightwave Circuit)とを低損失に結合させるためのものである。この種の集積型半導体光増幅素子においては、スポットサイズ変換器がパッシブ素子に相当し、半導体光増幅器がアクティブ素子に相当する。 As another example of an optical integrated device, there is an integrated semiconductor optical amplifier device in which a semiconductor optical amplifier and a spot size converter (SSC) are integrated (see, for example, Patent Document 2). The spot size converter is for coupling a semiconductor optical amplifier and an optical fiber or a planar lightwave circuit (PLC) with low loss. In this type of integrated semiconductor optical amplifier, the spot size converter corresponds to a passive element, and the semiconductor optical amplifier corresponds to an active element.
ところで、従来埋め込み型の半導体導波路を形成する場合には、はじめにドライエッチングによって半導体導波路のメサ構造を形成し、つぎにウェットエッチングによって、ドライエッチングによるダメージ層を除去し、その後に半導体材料によるメサ構造の埋め込みを行うことがある。ドライエッチングでメサ構造を形成する場合はその側壁が半導体積層面に対して垂直になるので、ドライエッチングした底面と側壁とが角を形成する。ドライエッチング後のウェットエッチングは、その角を滑らかにし、その部分を半導体材料で埋め込む際に隙間無く埋めることができるようにする作用も有する。 By the way, in the case of forming a conventional buried type semiconductor waveguide, first, a mesa structure of the semiconductor waveguide is formed by dry etching, and then a damaged layer by dry etching is removed by wet etching, and then the semiconductor material is used. Mesa structure may be embedded. When the mesa structure is formed by dry etching, the side wall thereof is perpendicular to the semiconductor lamination surface, so that the bottom surface and the side wall subjected to dry etching form a corner. The wet etching after the dry etching also has an effect of smoothing the corners so that the portion can be filled without a gap when the portion is filled with the semiconductor material.
しかしながら、上記のようにドライエッチングとそれに続くウェットエッチングとによって埋め込み型半導体導波路を含む光集積素子を形成する場合、パッシブ素子の特性が設計値よりも低下してしまう場合があった。たとえば、スポットサイズ変換器の場合は結合損失が設計値よりも大きくなる場合があり、光合流器の場合は設計値の結合損失および波長特性が得られない場合があり、曲がり光導波路の場合は曲げ損失が設計値より大きくなる場合があるという問題があった。 However, when an optical integrated device including a buried semiconductor waveguide is formed by dry etching and subsequent wet etching as described above, the characteristics of the passive device may be lower than the design value. For example, in the case of a spot size converter, the coupling loss may be larger than the design value, in the case of an optical combiner, the coupling loss and wavelength characteristics of the design value may not be obtained, and in the case of a bent optical waveguide There was a problem that the bending loss might be larger than the design value.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、パッシブ素子の特性の設計値からの低下を抑制することができる光集積素子の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing an optical integrated device that can suppress a decrease in the characteristic of a passive device from a design value.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光集積素子の製造方法は、アクティブ素子とパッシブ素子とを集積した光集積素子の製造方法であって、基板上に、活性コア層を含む半導体積層構造で形成された、前記アクティブ素子を形成するためのアクティブ領域と、パッシブコア層を含む半導体積層構造で形成された、前記パッシブ素子を形成するためのパッシブ領域とを形成し、前記アクティブ領域と前記パッシブ領域とに被覆部と開口部とを有する第1エッチングマスクを形成し、前記アクティブ領域および前記パッシブ領域において前記開口部からドライエッチングを行い、前記アクティブ領域に前記アクティブ素子のアクティブメサ構造を形成するとともに前記パッシブ領域に前記パッシブ素子のパッシブメサ構造を形成し、前記パッシブ領域に第2エッチングマスクを形成し、前記パッシブメサ構造を前記第2エッチングマスクにて保護しながら前記アクティブメサ構造をウェットエッチングする、ことを含むことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, an optical integrated device manufacturing method according to the present invention is an optical integrated device manufacturing method in which an active device and a passive device are integrated. An active region for forming the active element formed with a semiconductor multilayer structure including a core layer and a passive region for forming the passive element formed with a semiconductor multilayer structure including a passive core layer are formed. Forming a first etching mask having a covering portion and an opening in the active region and the passive region, performing dry etching from the opening in the active region and the passive region, and forming the active region in the active region; An active mesa structure of the element is formed, and a passive mesa structure of the passive element is formed in the passive region. Forming a said second etching mask is formed passive region, wet etching the active mesa structure while protecting the Passhibumesa structure in the second etching mask, characterized in that it comprises.
また、本発明に係る光集積素子の製造方法は、上記の発明において、前記パッシブ領域における前記ドライエッチングのエッチング深さと、前記アクティブ領域における前記ドライエッチングのエッチング深さとに差が形成されるように前記ドライエッチングを行い、前記ウェットエッチングのエッチング深さがほぼ前記差になるように前記ウェットエッチングを行うことを特徴とする。 In the method for manufacturing an optical integrated device according to the present invention, a difference is formed between the etching depth of the dry etching in the passive region and the etching depth of the dry etching in the active region. The dry etching is performed, and the wet etching is performed so that the etching depth of the wet etching becomes substantially the difference.
また、本発明に係る光集積素子の製造方法は、上記の発明において、前記アクティブ領域における前記第1エッチングマスクの第1被覆率よりも前記パッシブ領域における前記第1エッチングマスクの第2被覆率を大きくすることによって前記エッチング深さの差を形成することを特徴とする。 The method for manufacturing an optical integrated device according to the present invention is the method for manufacturing an optical integrated device according to the above invention, wherein the second coverage of the first etching mask in the passive region is higher than the first coverage of the first etching mask in the active region. The etching depth difference is formed by increasing the etching depth.
また、本発明に係る光集積素子の製造方法は、上記の発明において、前記第1被覆率が0%〜20%であり、前記第2被覆率が70%〜100%であることを特徴とする。 The method for manufacturing an optical integrated device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the first coverage is 0% to 20%, and the second coverage is 70% to 100%. To do.
また、本発明に係る光集積素子の製造方法は、上記の発明において、前記基板と前記活性コア層および前記パッシブコア層との間にエッチストップ層を形成することを特徴とする。 The method for manufacturing an optical integrated device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, an etch stop layer is formed between the substrate, the active core layer, and the passive core layer.
本発明によれば、ウェットエッチング工程ではパッシブ素子のメサ構造を保護し、これによってウェットエッチングによるパッシブコア層の形状変化を防止するので、パッシブ素子の特性の低下を抑制することができるという効果を奏する。 According to the present invention, in the wet etching process, the mesa structure of the passive element is protected, thereby preventing a change in the shape of the passive core layer due to the wet etching. Play.
以下に、図面を参照して本発明に係る光集積素子の製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する構成要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各層の厚みと幅との関係、各層の比率などは、現実のものとは異なる場合がことに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。 Embodiments of a method for manufacturing an optical integrated device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. Moreover, in each drawing, the same code | symbol is attached | subjected suitably to the same or corresponding component. Furthermore, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and width of each layer, the ratio of each layer, and the like may differ from the actual ones. Even between the drawings, there are cases in which portions having different dimensional relationships and ratios are included.
(実施の形態1)
はじめに、本発明の実施の形態1に係る製造方法で製造することができる光集積素子である集積型半導体光増幅素子について説明する。図1は、本実施の形態1に係る製造方法で製造することができる集積型半導体光増幅素子の模式的な平面図である。図1に示すように、この集積型半導体光増幅素子100は、順次接続された、スポットサイズ変換器10と、半導体光増幅器20と、スポットサイズ変換器30とを備えている。パッシブ素子であるスポットサイズ変換器10は、パッシブ領域S1に形成されている。同様に、アクティブ素子である半導体光増幅器20は、アクティブ領域S2に形成されている。パッシブ素子であるスポットサイズ変換器30は、パッシブ領域S3に形成されている。なお、この集積型半導体光増幅素子100は、1.55μm帯の信号光がスポットサイズ変換器10の光入出力端11側から入力されて、この信号光を半導体光増幅器20で増幅してスポットサイズ変換器30の光入出力端31側から出力するように構成されている。信号光の入出力のために、スポットサイズ変換器10、30にはたとえば光ファイバやPLCが接続される。なお、信号光はスポットサイズ変換器30の光入出力端31側から入力してもよい。
(Embodiment 1)
First, an integrated semiconductor optical amplifying element that is an optical integrated element that can be manufactured by the manufacturing method according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic plan view of an integrated semiconductor optical amplifying element that can be manufactured by the manufacturing method according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the integrated semiconductor optical
図2は、図1に示す集積型半導体光増幅素子100の導波路構造を説明する透視図である。図2に示すように、スポットサイズ変換器10は、半導体光増幅器20に接続した側から光入出力端11に向かって幅と厚さとの両方が減少するいわゆるテーパ型のパッシブコア層114を含んでいる。なお、スポットサイズ変換器30も同様に、半導体光増幅器20に接続した側から光入出力端31に向かって幅と厚さとの両方が減少するテーパ型のパッシブコア層を含んでいる。スポットサイズ変換器10、30は、パッシブコア層がテーパ型であるので、光ファイバやPLCと低損失で接続することができる。
FIG. 2 is a perspective view for explaining the waveguide structure of the integrated semiconductor
半導体光増幅器20はたとえば長さ2000μm、幅2μmで等幅の導波路構造を有する。また、スポットサイズ変換器10、30は、たとえば長さ500μmで、長手方向において幅が2μmから0.5μmまで変化している。
The semiconductor
つぎに、集積型半導体光増幅素子100の断面構造を説明する。図3は、集積型半導体光増幅素子100のA−A線要部断面図である。図4は、集積型半導体光増幅素子100のB−B線要部断面図である。図5は、集積型半導体光増幅素子100のC−C線要部断面図である。
Next, a cross-sectional structure of the integrated semiconductor
はじめに、図3を参照して半導体光増幅器20の断面構造を説明する。半導体光増幅器20は、裏面にn側電極101を形成したn型のInPからなる基板102上に、バッファ層としての役割も果たしているn型のInPからなる下部クラッド層103と、活性コア層104と、p型のInPからなる上部クラッド層105とが順次積層した半導体積層構造を有している。基板102の上部から上部クラッド層105まではメサ構造M1となっている。メサ構造M1の両側はp型のInPからなる下部電流阻止半導体層106aとn型のInPからなる上部電流阻止半導体層106bとからなる埋め込み半導体層106によって埋め込まれている。したがって半導体光増幅器20は埋め込みメサ構造となっている。
First, the cross-sectional structure of the semiconductor
また、上部クラッド層105と埋め込み半導体層106との上にはp型のInPからなる上部クラッド層107、p型のInGaAsPからなるコンタクト層108が順次積層している。また、コンタクト層108上には、活性コア層104を覆うようにp側電極109が形成されている。なお、コンタクト層108上のp側電極109が形成されていない領域にはたとえばSiNからなる保護膜を形成しても良い。
On the
活性コア層104は、InGaAsP材料からなり、多重量子井戸(MQW:Multi Quantum Well)構造のMQW層104aと、MQW104aを挟むように形成された3段階の分離閉じ込めヘテロ構造(SCH:Separate Confinement Heterostructure)層104b、104cとを備えている。このように、活性コア層104はMQW−SCH構造を有する。なお、MQW層104aは、例えば6層の厚さ6nmの井戸層と厚さ10nmの障壁層とが交互に積層された、いわゆる6QWの構造を有する。ただし、活性コア層104の構造は特に限定されず、単一量子井戸構造やバルク構造でもよい。
The
なお、半導体光増幅器20の活性コア層104を含むメサ構造M1は、後述するウェットエッチングによるサイドエッチによって、断面が略台形状になっている。活性コア層104の厚さをt1とし、台形の下底と上底との差の1/2をd1とする。以下では、d1をサイドエッチ深さと呼ぶ。
The mesa structure M1 including the
つぎに、図4を参照してスポットサイズ変換器10の断面構造を説明する。スポットサイズ変換器10は、裏面にn側電極101を形成した基板102上に、下部クラッド層103と、パッシブコア層114と、アンドープのInPからなる上部クラッド層115とが積層した半導体積層構造を有している。基板102の上部から上部クラッド層115まではメサ構造M2となっている。メサ構造M2の両側は下部電流阻止半導体層106aと上部電流阻止半導体層106bとからなる埋め込み半導体層106によって埋め込まれている。したがってスポットサイズ変換器10は埋め込みメサ構造となっている。
Next, the sectional structure of the
また、上部クラッド層115と埋め込み半導体層106との上には上部クラッド層107、コンタクト層108が順次積層している。なお、コンタクト層108上にはたとえばSiNからなる保護膜を形成しても良い。
An
パッシブコア層114はバンドギャップ波長が1.3μmのInGaAsP材料からなる。したがって、パッシブコア層114は入力される1.55μm帯の信号光を吸収せず、主に信号光の導波を行う。
The
なお、スポットサイズ変換器10のパッシブコア層114を含むメサ構造M2は、後述するドライエッチングによって殆どサイドエッチされないので、断面が略矩形に近い台形状になっている。活性コア層104と同様に、パッシブコア層114の厚さをt2とする。サイドエッチ深さd2とする。d2は殆ど0μmに近い値である。
Note that the mesa structure M2 including the
また、スポットサイズ変換器30はスポットサイズ変換器10と同様の断面構造を有している。
The
また、図5に示すように、スポットサイズ変換器10、30は、それぞれ半導体光増幅器20に接続した側から光入出力端面に向かってパッシブコア層114の厚さが減少している。そして、スポットサイズ変換器10、半導体光増幅器20、スポットサイズ変換器30は共通の基板102上にモノリシックに集積されている。
Further, as shown in FIG. 5, in the
つぎに、集積型半導体光増幅素子100の製造方法を、平面図もしくは図1のA−A線断面、B−B線断面、またはC−C線断面に対応する断面図にて説明する。はじめに、図6の断面図に示すように、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)結晶成長装置などの公知の結晶成長装置を用いて、基板102上に、下部クラッド層103、活性コア層104、上部クラッド層105を順次結晶成長する。
Next, a manufacturing method of the integrated semiconductor
つぎに、図7の平面図に示すように、上部クラッド層105上に、スポットサイズ変換器10、30の構造を形成するためのたとえばSiNからなるマスクM10を形成する。なお、図7では、簡略化のために図1の集積型半導体光増幅素子100の右半分に対応する領域だけを示している。マスクM10は、半導体光増幅器20を形成する領域S4と、スポットサイズ変換器30を形成する領域S5の両側面と、スポットサイズ変換器10を形成する領域(不図示)の両側面を覆うように形成する。
Next, as shown in the plan view of FIG. 7, a mask M10 made of, for example, SiN for forming the structure of the
なお、スポットサイズ変換器10、30を形成する領域に長手方向に沿って厚さが変化する半導体層を成長させるために、スポットサイズ変換器10、30を形成する領域の両側面のマスクM10は、長手方向に沿ってマスク幅が変化している。
In order to grow a semiconductor layer whose thickness varies along the longitudinal direction in a region where the
つぎに、マスクM10をエッチングマスクとしてドライエッチングとウェットエッチングとを順次行い、マスクM10を形成した領域以外の領域の上部クラッド層105と活性層コア104とを除去する。なお、ウェットエッチングは、たとえば塩酸:りん酸=1:3のエッチング液を用いて実施することができる。また、ドライエッチングは、たとえば塩素系ガスを用いた誘導結合プラズマ(IPC:Induced Coupled Plasma)もしくは電子サイクロトロン共鳴(ECR:Electron Cyclotron Resonance)による反応イオンエッチング(RIE:Reaction Ion Etching)を用いて実施することができる。図8の断面図はエッチング後の状態を示している。
Next, dry etching and wet etching are sequentially performed using the mask M10 as an etching mask, and the
つぎに、マスクM10を成長マスクとして、上部クラッド層105と活性層コア104とを除去した領域に、選択成長(SAG:Selective Area Growth)法によってパッシブコア層114と、上部クラッド層115とを順次バットジョイント成長する。スポットサイズ変換器10、30を形成する領域には、その両側にあるマスクM10の幅が広い領域程多くの半導体原料が供給されるため、図9に示すような長手方向に沿って厚さが減少するパッシブコア層114と上部クラッド層115とが形成される。その後、マスクM10を除去する。
Next, using the mask M10 as a growth mask, a
つぎに、図10に示すように、アクティブ領域S2およびパッシブ領域S1、S3(図1参照)に、たとえばSiNからなる第1エッチングマスクとしてのマスクM21、M22、M23を形成する。マスクM21、M22、M23はそれぞれ開口部M21a、M22a、M23aと、それ以外の被覆部M21b、M21c、M22b、M22c、M23b、M23cとを有している。なお、図10は、1つの集積型半導体光増幅素子の形成領域を示したものである。実際には基板102上に多数の集積型半導体光増幅素子を形成するので、図10に示した領域に隣接して同様の集積型半導体光増幅素子の形成領域が存在している。
Next, as shown in FIG. 10, masks M21, M22, and M23 as first etching masks made of, for example, SiN are formed in the active region S2 and the passive regions S1 and S3 (see FIG. 1). Each of the masks M21, M22, and M23 includes openings M21a, M22a, and M23a, and other covering portions M21b, M21c, M22b, M22c, M23b, and M23c. FIG. 10 shows a region where one integrated semiconductor optical amplifier is formed. Since a large number of integrated semiconductor optical amplifier elements are actually formed on the
被覆部M21c、M22c、M23cは、図2、3のメサ構造M1、M2に対応するマスクである。開口部M21a、M22a、M23aは、図2、3の埋め込み半導体層106を形成する領域に対応する。ここで2つの開口部M21aの総面積と2つの開口部M23aの総面積を等しくA1とし、かつこの総面積を、2つの開口部M22aの総面積よりも小さいA2としておく。その理由は後ほど説明する。
The covering portions M21c, M22c, and M23c are masks corresponding to the mesa structures M1 and M2 in FIGS. The openings M21a, M22a, and M23a correspond to regions where the buried
つぎに、アクティブ領域S2およびパッシブ領域S1、S3において、マスクM21、M22、M23の開口部M21a、M22a、M23aからドライエッチングを行う。ドライエッチングは、たとえば塩素系ガスを用いたIPCもしくはECRによるRIEを用いて実施することができる。これによって、図11(a)に示すようなパッシブ領域S1における略矩形状のメサ構造M2と、図11(b)に示すようなアクティブ領域S2における略矩形状のメサ構造M3とを形成する。メサ構造M1、M3の両側には開口部M21a(M23a)、M22aに対応したトレンチ溝T1、T2が形成される。ここで、上述したように開口部の総面積A1、A2を互いに異なるように設定することによって、同じドライエッチング工程を行った場合でも、アクティブ領域S2よりもパッシブ領域S1、S3の方が、トレンチ溝のエッチング深さが所定の差dだけ深くなるようにしている。 Next, dry etching is performed from the openings M21a, M22a, and M23a of the masks M21, M22, and M23 in the active region S2 and the passive regions S1 and S3. The dry etching can be performed using, for example, RIE by IPC or ECR using a chlorine-based gas. As a result, a substantially rectangular mesa structure M2 in the passive region S1 as shown in FIG. 11A and a substantially rectangular mesa structure M3 in the active region S2 as shown in FIG. 11B are formed. Trench grooves T1 and T2 corresponding to the openings M21a (M23a) and M22a are formed on both sides of the mesa structures M1 and M3. Here, as described above, by setting the total areas A1 and A2 of the openings to be different from each other, even in the same dry etching process, the passive regions S1 and S3 are more trenches than the active region S2. The etching depth of the groove is increased by a predetermined difference d.
つぎに、図12(a)に示すように、パッシブ領域S1、S3に第2エッチングマスクとしてのマスクM30を形成する。そして、パッシブ領域S1、S3におけるメサ構造M2を保護しながらウェットエッチングを行う。ウェットエッチングは、たとえば塩素系のエッチング液を用いて実施することができる。すると、アクティブ領域S2だけウェットエッチングされる。このとき、サイドエッチによってメサ構造M3のドライエッチングによるダメージ層が除去され、図3および図12(b)に示される台形状のメサ構造M1が形成される。このダメージ層の除去によって活性コア層104の信頼性が向上する。
Next, as shown in FIG. 12A, a mask M30 as a second etching mask is formed in the passive regions S1 and S3. Then, wet etching is performed while protecting the mesa structure M2 in the passive regions S1 and S3. The wet etching can be performed using, for example, a chlorine-based etching solution. Then, only the active region S2 is wet etched. At this time, the damage layer by dry etching of the mesa structure M3 is removed by side etching, and the trapezoidal mesa structure M1 shown in FIGS. 3 and 12B is formed. By removing the damaged layer, the reliability of the
ここで、このウェットエッチングのエッチング深さを上述したエッチング深さの差dと略同じにする。これによって、パッシブ領域S1、S3とアクティブ領域S2とで、ドライエッチングおよびウェットエッチングによる合計のエッチング深さが略等しくなる。 Here, the etching depth of this wet etching is made substantially the same as the etching depth difference d described above. As a result, the total etching depth by dry etching and wet etching becomes substantially equal in the passive regions S1 and S3 and the active region S2.
すなわち、本実施の形態1に係る製造方法では、パッシブ領域S1、S3とアクティブ領域S2とで、ドライエッチングおよびウェットエッチングによる合計のエッチング深さが略等しくなるように、マスクM21、M22、M23における開口部の総面積A1、A2(または、マスクM21、M22、M23における被覆部の総面積)を設定する。 That is, in the manufacturing method according to the first embodiment, in the masks M21, M22, and M23, the passive regions S1 and S3 and the active region S2 are substantially equal in dry etching and wet etching. The total area A1, A2 of the opening (or the total area of the covering part in the masks M21, M22, M23) is set.
その後、メサ構造M1、M2の両側のトレンチ溝T1、T2内に埋め込み半導体層106を結晶成長する。メサ構造M1はウェットエッチングによってトレンチ溝T2の内角が滑らかにされているので、埋め込み半導体層106を隙間無く埋めることができる。これによって埋め込み半導体層106の電流ブロッキング特性が良好になるとともに、リーク電流経路の形成が抑制される。その結果、半導体光増幅器20の信頼性は高くなる。なお、電流ブロッキング特性のよい良好な埋め込み構造を形成するためには、ウェットエッチングのエッチング深さ(すなわちエッチング深さの差d)を0.5μm以上とすることが好ましい。
Thereafter, the buried
また、上述したように、パッシブ領域S1、S3とアクティブ領域S2とで、ドライエッチングおよびウェットエッチングによる合計のエッチング深さが略等しくしている。その結果、形成した埋め込み半導体層106の最表面の高さがパッシブ領域S1、S3とアクティブ領域S2とで略等しくなるので、最表面の凹凸が少なくなる。したがって、その後フォトリソグラフィ工程を行う場合に、フォトリソグラフィにより形成するマスクと半導体層の最表面との密着性が高くなる。その結果、フォトリソグラフィの精度が高くなる。
Further, as described above, the total etching depths by the dry etching and the wet etching are substantially equal in the passive regions S1 and S3 and the active region S2. As a result, since the height of the outermost surface of the formed embedded
つぎに、上部クラッド層107、コンタクト層108を結晶成長する。つぎに、フォトリソグラフィ工程と蒸着・リフトオフ工程とを行い、AuZnからなるp側電極109を形成する。
Next, the
最後に、基板102の裏面全面を研磨し、研磨した裏面にAuGeNi/Au膜を蒸着してn側電極101を形成した後、オーミックコンタクトをとるために430℃で焼結(シンタ)する。その後、素子分離を行い、集積型半導体光増幅素子100が完成する。
Finally, the entire back surface of the
上記の製造方法によれば、ウェットエッチングによって活性コア層104のダメージ層を除去しながらも、スポットサイズ変換器10、30のパッシブコア層114を含むメサ構造M2はウェットエッチングをせずに、集積型半導体光増幅素子100を製造することができる。これによって、スポットサイズ変換器10、30の形状、特に光入出力端11、31での幅を精度良く形成することができる。その結果、スポットサイズ変換器10、30の特性、たとえばPLC等との接続損失等の特性の低下を抑制することができる。
According to the above manufacturing method, the mesa structure M2 including the
以下、具体的に説明する。ウェットエッチングを行うとメサ構造はサイドエッチされるので、メサ幅を厳密に設計どおりに調整して製造することが困難な場合がある。半導体レーザ、半導体光増幅器、および半導体光変調器などのアクティブ素子の場合は、そのレーザ特性、光増幅特性、または光変調特性のメサ幅依存性は小さいので、メサ構造にウェットエッチングをしてもその特性はほとんど変わらない。 This will be specifically described below. When wet etching is performed, the mesa structure is side-etched, so that it may be difficult to manufacture by adjusting the mesa width strictly as designed. In the case of active elements such as semiconductor lasers, semiconductor optical amplifiers, and semiconductor optical modulators, the mesa width dependency of the laser characteristics, optical amplification characteristics, or optical modulation characteristics is small. Its characteristics are almost unchanged.
これに対して、MMI光合流器、曲がり導波路、スポットサイズ変換器等のパッシブ素子の場合は、その特性が、光導波路のメサ幅の変化に敏感である。たとえば、図13は、スポットサイズ変換器の光入出力端のメサ幅と、スポットサイズ変換器とPLCとの結合損失との関係の一例を示す図である。なお、スポットサイズ変換器は、長さが500μmであり、メサ幅が2.0μmから図13の横軸の値まで減少している構造とする。一方、スポットサイズ変換器の光入出力端に接続するPLCは、クラッドに対するコアの比屈折率差が1.2%、コアサイズが10μm×10μmのものとする。 On the other hand, in the case of passive elements such as an MMI optical combiner, a bent waveguide, and a spot size converter, the characteristics are sensitive to changes in the mesa width of the optical waveguide. For example, FIG. 13 is a diagram illustrating an example of the relationship between the mesa width of the light input / output end of the spot size converter and the coupling loss between the spot size converter and the PLC. The spot size converter has a length of 500 μm and a mesa width that decreases from 2.0 μm to the value on the horizontal axis in FIG. On the other hand, the PLC connected to the light input / output terminal of the spot size converter has a relative refractive index difference of 1.2% relative to the cladding and a core size of 10 μm × 10 μm.
図13において、メサ幅が0.5μmの場合に接続損失が略最小値となる。しかしながら、スポットサイズ変換器のメサ構造にウェットエッチングを行った場合には、光入出力端のメサ幅を0.5μmに設定したとしても、ウェットエッチングによってメサ幅が0.2μm程度にまでなり得る。その結果、接続損失が6dBだけ増加して7dBになる可能性がある。また、ウェットエッチングの場合はサイドエッチの効果によってメサ構造が台形状になるため、さらに接続損失が増加する場合がある。 In FIG. 13, when the mesa width is 0.5 μm, the connection loss becomes a substantially minimum value. However, when wet etching is performed on the mesa structure of the spot size converter, even if the mesa width at the light input / output end is set to 0.5 μm, the mesa width can be reduced to about 0.2 μm by wet etching. . As a result, the connection loss may increase by 6 dB to 7 dB. In addition, in the case of wet etching, the mesa structure becomes trapezoidal due to the effect of side etching, which may further increase the connection loss.
これに対して、本実施の形態1のように、スポットサイズ変換器のメサ構造にはウェットエッチングをせずにドライエッチングだけを行う場合は、メサ構造が略矩形状であり、かつメサ幅は設計値である0.5μmに対して±0.1μm程度の製造誤差に抑制される。これによって、図13に示すように接続損失は多くとも1dB程度の増加に抑制される。 On the other hand, when only dry etching is performed on the mesa structure of the spot size converter without performing wet etching as in the first embodiment, the mesa structure is substantially rectangular and the mesa width is The manufacturing error is suppressed to about ± 0.1 μm with respect to the designed value of 0.5 μm. As a result, the connection loss is suppressed to an increase of about 1 dB at most as shown in FIG.
以上説明したように、本実施の形態1に係る製造方法によれば、スポットサイズ変換器10、30の特性の低下が抑制された集積型半導体光増幅素子100を製造することができる。
As described above, according to the manufacturing method according to the first embodiment, it is possible to manufacture the integrated semiconductor
つぎに、パッシブ領域S1、S3とアクティブ領域S2とで合計のエッチング深さを等しくする方法についてより具体的に説明する。 Next, a method for making the total etching depth equal in the passive regions S1 and S3 and the active region S2 will be described more specifically.
ICPもしくはECRによるRIEを用いたドライエッチングの場合、そのエッチングレートは、エッチングマスクの被覆率に大きく依存する。ここで、被覆率とは、所定の領域の全面積に対する、その領域でマスクが形成されている領域(被覆部)の面積の割合を意味する。被覆率が大きいほど、すなわち開口部の面積が小さいほど、その所定の領域に供給されたエッチングガスは開口部に集中するため、エッチレートが速くなる。したがって、ドライエッチングのエッチング深さをより深くしたいパッシブ領域S1、S3において、マスクM21、M23の被覆率を高くすればよい。 In the case of dry etching using RIE by ICP or ECR, the etching rate greatly depends on the coverage of the etching mask. Here, the coverage means the ratio of the area of the region (covering portion) where the mask is formed in the region to the total area of the predetermined region. The higher the coverage, that is, the smaller the area of the opening, the faster the etching rate because the etching gas supplied to the predetermined region concentrates in the opening. Therefore, the coverage of the masks M21 and M23 may be increased in the passive regions S1 and S3 where the etching depth of dry etching is desired to be deeper.
図14は、エッチングマスクを形成した半導体層にICP−RIEを用いてドライエッチングを行った場合の、エッチングマスクの被覆率とエッチレートとの関係の一例を示す図である。なお、半導体層はInPからなり、エッチングマスクはSiNからなる。また、ICP−RIEの条件は、ICP電力を200W、バイアス電力を50W、ガス圧力を0.45Pa、Cl2ガス流量を15sccm、Arガス流量を15sccmとした。 FIG. 14 is a diagram illustrating an example of the relationship between the etching mask coverage and the etching rate when dry etching is performed on the semiconductor layer on which the etching mask is formed using ICP-RIE. The semiconductor layer is made of InP, and the etching mask is made of SiN. The ICP-RIE conditions were ICP power of 200 W, bias power of 50 W, gas pressure of 0.45 Pa, Cl 2 gas flow rate of 15 sccm, and Ar gas flow rate of 15 sccm.
図14に示すように、被覆率とレートとは略比例しており、以下の式(1)が略成り立つ。
エッチレート(μm/min)=0.0026×被覆率(%)+0.4481 ・・・ (1)
As shown in FIG. 14, the coverage and the rate are approximately proportional, and the following equation (1) is substantially established.
Etch rate (μm / min) = 0.026 × coverage (%) + 0.4481 (1)
したがって、被覆率を0%から100%まで調整することによって、2つの領域の間に最大1.58倍のエッチレートの差をつけることができる。 Therefore, by adjusting the coverage from 0% to 100%, an etch rate difference of up to 1.58 times can be provided between the two regions.
たとえば、図11において、同じドライエッチングによってパッシブ領域S1のトレンチ溝T1のエッチング深さを2.4μmとし、かつアクティブ領域S2のトレンチ溝T2のエッチング深さを1.9μmとし、その後のアクティブ領域S2にエッチング深さ0.5μmのウェットエッチングを行うとする。この場合は、(パッシブ領域S1のエッチレート)/(アクティブ領域S2のエッチレート)が1.263(=2.4/1.9)となるように、アクティブ領域S2の被覆率(第1被覆率)とパッシブ領域S1の被覆率(第2被覆率)とを設定すればよい。たとえば、図14の条件では、第1被覆率を20%とし、第2被覆率を70%にすればよい。これによって、エッチング深さの差d(ウェットエッチングによってエッチングする深さ)を0.5μmとできる。また、第1被覆率を0%〜20%とし、第2被覆率を70%〜100%とすれば、差dを0.5μm以上にすることができる。 For example, in FIG. 11, by the same dry etching, the etching depth of the trench groove T1 in the passive region S1 is 2.4 μm, the etching depth of the trench groove T2 in the active region S2 is 1.9 μm, and the subsequent active region S2 Assume that wet etching with an etching depth of 0.5 μm is performed. In this case, the coverage of the active region S2 (first coating) so that (passive region S1 etch rate) / (active region S2 etch rate) is 1.263 (= 2.4 / 1.9). Rate) and the coverage of the passive region S1 (second coverage) may be set. For example, under the conditions shown in FIG. 14, the first coverage may be 20% and the second coverage may be 70%. As a result, the etching depth difference d (depth etched by wet etching) can be set to 0.5 μm. If the first coverage is 0% to 20% and the second coverage is 70% to 100%, the difference d can be 0.5 μm or more.
また、図10において、アクティブ領域S2において被覆部M22cの両側に位置する2つの被覆部M22bの幅をWマスク_アクティブとし、パッシブ領域S1、S3において被覆部M21cの両側に位置する2つの被覆部M21b、および被覆部M23cの両側に位置する2つの被覆部M23bの幅をいずれもWマスク_パッシブとし、チップ間隔(1つの素子形成領域の幅)をWchipとし、パッシブ領域S1、S3の長さをLSSCとし、アクティブ領域S2の長さをLSOAとし、被覆部M21c、M23cの被覆部M22c側の幅をWSSC1、光入出力端面側の幅をWSSC2とする。このとき、パッシブ領域S1、S3での第2被覆率(%)は、以下の式(2)で表すことができる。
Further, in FIG. 10, the width of the two covering portions M22b located on both sides of the cover portion M22c in the active region S2 and W mask _ active, two covering portions located on opposite sides of the cover portion M21c a passive region S1, S3 M21b, and both the width of the two covering portions M23b located on both sides of the cover portion M23c is W mask _ passive, the chip interval (the width of one element forming region) and Wchip, the length of the passive region S1, S3 Is L SSC , the length of the
100×(1/2×(WSSC1+WSSC2)×LSSC+2×Wマスク_パッシブ×LSSC)/(Wchip×LSSC) ・・・ (2) 100 × (1/2 × ( W SSC1 + W SSC2) × L SSC + 2 × W mask _ passive × L SSC) / (W chip × L SSC) ··· (2)
また、アクティブ領域S2での第1被覆率(%)は、以下の式(3)で表すことができる。 Further, the first coverage ratio (%) in the active region S2 can be expressed by the following formula (3).
100×(WSOA×LSOA+2×Wマスク_アクティブ×LSOA)/(Wchip×LSOA) ・・・ (3) 100 × (W SOA × L SOA + 2 × W mask_active × L SOA ) / (W chip × L SOA ) (3)
したがって、式(2)、(3)を用いて、所望の被覆率になるように、各式に含まれるパラメータ、特にはWマスク_アクティブおよびWマスク_パッシブを設定すれば良い。 Therefore, the parameters included in each equation, particularly W mask_active and W mask_passive, may be set using equations (2) and (3) so as to obtain a desired coverage.
なお、図10に示されるように、WSOAはWSSC1よりもウェットエッチングによるサイドエッチの分(WWET深さ)だけ幅が広く設定されている。 As shown in FIG. 10, W SOA is set wider than W SSC1 by the amount of side etching by wet etching (W WET depth ).
ここでWSOAは、光通信波長帯(850nm〜1630nm)のうち使用する波長帯域の光に対して単一モード伝送となる範囲であることが好ましい。たとえは、1.55μm帯の場合は、WSSC1は2.0μm〜6.0μmであれば良い。また、LSOAは500μm〜3000μmが好ましい。LSOAが500μm以上であれば半導体光増幅器20において正味利得を得ることができる。また、3000μm以下であれば、半導体光増幅器20の出力および雑音指数が導波路損失の影響によって低下することが抑制される。また、(WSSC1−WSSC2)/LSSC<1.5/500であれば、スポットサイズ変換器10、30における導波路損失を低減することができるので好ましい。
Here, W SOA is preferably a range in which single mode transmission is performed for light in a wavelength band to be used in an optical communication wavelength band (850 nm to 1630 nm). For example, in the case of the 1.55 μm band, W SSC1 may be 2.0 μm to 6.0 μm. L SOA is preferably 500 μm to 3000 μm. If L SOA is 500 μm or more, a net gain can be obtained in the semiconductor
また、上述したように、被覆率を0%から100%まで調整することによって、2つの領域の間に最大1.58倍のエッチレートの差をつけることができる。したがって、アクティブ領域S2におけるドライエッチングの深さとウェットエッチングの深さとに関して、以下の式(4)の関係が成り立つようにすることが好ましい。
{(ドライエッチングの深さ)+(ウェットエッチングの深さ)}/(ドライエッチの深さ)≦1.58 ・・・ (4)
Further, as described above, by adjusting the coverage from 0% to 100%, it is possible to provide a maximum etch rate difference of 1.58 times between the two regions. Therefore, it is preferable that the relationship of the following formula (4) is satisfied with respect to the depth of dry etching and the depth of wet etching in the active region S2.
{(Dry etching depth) + (Wet etching depth)} / (Dry etching depth) ≦ 1.58 (4)
なお、上記実施の形態1では、ドライエッチングの際のエッチングマスクの被覆率の調整によって、パッシブ領域S1、S3とアクティブ領域S2とで合計のエッチング深さを等しくしている。しかしながら、以下に示す実施の形態1の変形例のようにエッチストップ層を設けて、パッシブ領域S1、S3とアクティブ領域S2とでウェットエッチング後のエッチング深さを等しくしてもよい。 In the first embodiment, the total etching depth is made equal in the passive regions S1 and S3 and the active region S2 by adjusting the coverage ratio of the etching mask during dry etching. However, an etch stop layer may be provided as in the following modification of the first embodiment so that the passive regions S1, S3 and the active region S2 have the same etching depth after wet etching.
図15は、実施の形態1の変形例に係る示す集積型半導体光増幅素子100Aの半導体光増幅器20Aの模式的な断面図である。図15は図3に対応するアクティブ領域S2での断面図である。図16は、実施の形態1の変形例に係る示す集積型半導体光増幅素子100Aのスポットサイズ変換器10Aの模式的な断面図である。図16は図4に対応するパッシブ領域S1での断面図である。
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor optical amplifier 20A of the integrated semiconductor
実施の形態1に係る集積型半導体光増幅素子100とその変形例に係る集積型半導体光増幅素子100Aとでは、エッチストップ層の有無の点で異なるが、その他は略同様の構成である。以下ではエッチストップ層に関して説明する。
The integrated semiconductor
図15、16に示すように、エッチストップ層120は、基板102と下部クラッド層103との間に設けられている。エッチストップ層120は、使用するウェットエッチング液が下部クラッド層103を選択的にエッチングでき、エッチストップ層120を殆どエッチングしないような材料からなる。したがって、エッチストップ層120はたとえばInGaAsPからなる。
As shown in FIGS. 15 and 16, the
この集積型半導体光増幅素子100Aを製造する際には、メサ構造を形成するためのドライエッチングにおいて、エッチストップ層120の直上でエッチングを停止する。その後、ウェットエッチングを行うと、エッチストップ層120があるためにウェットエッチングは幅方向のみに進行する。その結果、パッシブ領域S1、S3とアクティブ領域S2とでウェットエッチング後のエッチング深さが等しくなる。
When manufacturing the integrated semiconductor
なお、エッチストップ層120を形成する位置は、基板102と下部クラッド層103との間に限らず、活性コア層104およびパッシブコア層114と基板102との間であればよい。
The position where the
つぎに、実施の形態1に係る製造方法で製造することができる他の光集積素子である集積型半導体レーザ素子について説明する。図17は、実施の形態1に係る製造方法で製造することができる集積型半導体レーザ素子の模式的な平面図である。 Next, an integrated semiconductor laser element that is another optical integrated element that can be manufactured by the manufacturing method according to the first embodiment will be described. FIG. 17 is a schematic plan view of an integrated semiconductor laser device that can be manufactured by the manufacturing method according to the first embodiment.
図17に示すように、この集積型半導体レーザ素子200は、互いに発振波長が異なる複数のDFB型の半導体レーザ40−1〜40−n(nは2以上の整数)と、半導体レーザ40−1〜40−nのそれぞれに接続した複数の曲がり光導波路50−1〜50−nと、曲がり光導波路50−1〜50−nに接続したMMI型光合流器60と、MMI型光合流器60に接続した半導体光増幅器70と、半導体光増幅器70に接続した半導体光変調器80とが、モノリシックに集積したものである。
As shown in FIG. 17, the integrated
半導体レーザ40−1〜40−nはアクティブ領域S6に形成されているアクティブ素子である。曲がり光導波路50−1〜50−nとMMI型光合流器60とはパッシブ領域S7に形成されているパッシブ素子である。半導体光増幅器70と半導体光変調器80とはアクティブ領域S8に形成されているアクティブ素子である。
The semiconductor lasers 40-1 to 40-n are active elements formed in the active region S6. The bent optical waveguides 50-1 to 50-n and the MMI type
半導体光増幅器70と半導体光変調器80とは図3に示す半導体光増幅器20と同様の断面構造を有している。半導体レーザ40−1〜40−nは半導体光増幅器20と略同様の断面構造を有しているが、上部クラッド層105の一部に回折格子層が形成されている点が異なる。曲がり光導波路50−1〜50−nとMMI型光合流器60とは図4に示すスポットサイズ変換器10と同様の断面構造を有している。MMI型光合流器60は多モード干渉を発生させるようにそのメサ幅が設定されている。
The semiconductor
この集積型半導体レーザ素子200も、実施の形態1に係る製造方法に従い、アクティブ領域S6、S8にはドライエッチングとウェットエッチングとを行い、パッシブ領域S7にはドライエッチングのみを行うことによって、形成されるアクティブ素子の信頼性が高くなり、かつパッシブ素子である曲がり光導波路50−1〜50−nとMMI型光合流器60との特性の低下が抑制される。たとえば、曲がり光導波路50−1〜50−nの場合は曲げ損失の増大が抑制される。MMI型光合流器60の場合はその結合損失の増大および波長特性の劣化が抑制される。
This integrated
ここで、曲がり光導波路において発生する曲げ損失と、光導波路の断面構造との関係について説明する。曲がり光導波路は、ウェットエッチ等によるサイドエッチによって導波路の断面構造が台形状になると曲げ損失が増大する。特に、コア層の厚さに対するサイドエッチ深さの比が167%より大きくなると、曲げ損失が急激に増大する。 Here, the relationship between the bending loss generated in the bent optical waveguide and the cross-sectional structure of the optical waveguide will be described. In a bent optical waveguide, bending loss increases when the cross-sectional structure of the waveguide becomes trapezoidal due to side etching such as wet etching. In particular, when the ratio of the side etch depth to the core layer thickness is greater than 167%, the bending loss increases rapidly.
たとえば、実施の形態1に従って製造されるパッシブコア層の断面が矩形である曲がり光導波路と、従来の製造方法に従って製造される、サイドエッチによってパッシブコア層の断面が台形になった曲がり光導波路との曲げ損失を比較する。ここで、パッシブコア層はバンドギャップ波長が1.3μmのInGaAsP材料からなり、パッシブコア層の周囲はInPからなるクラッド層および埋め込み半導体層で取り囲まれているとする。矩形のパッシブコア層の厚さは0.3μm、幅は2.0μmとする。台形のパッシブコア層の厚さは0.3μm、下底の幅は2.0μm、上底の幅は1.5μmとする。 For example, a curved optical waveguide having a rectangular cross-section of the passive core layer manufactured according to the first embodiment, and a bent optical waveguide manufactured according to a conventional manufacturing method and having a trapezoidal cross-section of the passive core layer by side etching, Compare the bending loss. Here, the passive core layer is made of an InGaAsP material having a band gap wavelength of 1.3 μm, and the periphery of the passive core layer is surrounded by a cladding layer made of InP and a buried semiconductor layer. The rectangular passive core layer has a thickness of 0.3 μm and a width of 2.0 μm. The thickness of the trapezoidal passive core layer is 0.3 μm, the width of the lower base is 2.0 μm, and the width of the upper base is 1.5 μm.
図18は、実施の形態1と従来の製造方法とによる曲げ光導波路の曲げ半径と曲げ損失との関係を示す図である。なお、曲げ損失の単位である(dB/turn)は、所定の曲げ半径で導波路を360°屈曲させた場合を1ターンとした場合の、1ターンあたりの曲げ損失を意味する。 FIG. 18 is a diagram showing the relationship between the bending radius and bending loss of the bent optical waveguide according to the first embodiment and the conventional manufacturing method. The unit (dB / turn) of the bending loss means a bending loss per turn when a case where the waveguide is bent 360 ° with a predetermined bending radius is defined as one turn.
図18に示すように、実施の形態1に従って製造される曲がり導波路は、従来の製造方法によるものよりも曲げ損失が小さくなる。この理由は、従来の製造方法の場合はパッシブコア層の断面が台形になるため、曲げ損失が増加しているものと考えられる。 As shown in FIG. 18, the bending waveguide manufactured according to the first embodiment has a bending loss smaller than that according to the conventional manufacturing method. The reason for this is considered that the bending loss is increased because the cross section of the passive core layer is trapezoidal in the case of the conventional manufacturing method.
なお、実施の形態1では、アクティブ素子の活性コア層については、ウェットエッチングによってメサ構造が台形となる。しかしながら、アクティブ素子の光導波路が直線状であり、かつ活性コア層の厚さに対するサイドエッチ深さの比が167%以上、467%以下であればその特性の低下は殆ど問題ないものとなる。 In the first embodiment, the active core layer of the active element has a trapezoidal mesa structure by wet etching. However, if the optical waveguide of the active element is linear and the ratio of the side etch depth to the thickness of the active core layer is 167% or more and 467% or less, the deterioration of the characteristics hardly causes a problem.
また、上記実施の形態に係る光増幅装置は、1.55μm帯用にその化合物半導体や電極等の材料、サイズ等が設定されている。しかしながら、各材料やサイズ等は、光通信波長帯域内の増幅すべき光の波長に応じて適宜設定でき、特に限定はされない。 In the optical amplifying device according to the above embodiment, the material, size, etc. of the compound semiconductor and electrodes are set for the 1.55 μm band. However, each material, size, and the like can be appropriately set according to the wavelength of light to be amplified within the optical communication wavelength band, and are not particularly limited.
また、上記実施の形態では、光導波路は埋め込み型のメサ構造であるが、ハイメサ構造としてもよい。ハイメサ構造とは、メサ構造を半導体層、またはコア層の屈折率に近い屈折率を有する材料で埋め込まないような構造を意味する。 In the above embodiment, the optical waveguide has a buried mesa structure, but may have a high mesa structure. The high mesa structure means a structure in which the mesa structure is not embedded with a material having a refractive index close to that of the semiconductor layer or the core layer.
また、上記各実施形態の各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。たとえば、図17に示す集積型半導体レーザ素子を製造する場合にエッチストップ層を形成してもよい。その他、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明に含まれる。 Moreover, what comprised each component of said each embodiment suitably was also included in this invention. For example, an etch stop layer may be formed when the integrated semiconductor laser device shown in FIG. 17 is manufactured. In addition, other embodiments, examples, operational techniques, and the like made by those skilled in the art based on the above-described embodiments are all included in the present invention.
10、10A、30 スポットサイズ変換器
11、31 光入出力端
20、20A、70 半導体光増幅器
40 半導体レーザ
50 曲がり光導波路
60 MMI型光合流器
80 半導体光変調器
100、100A 集積型半導体光増幅素子
101 n側電極
102 基板
103 下部クラッド層
104 活性コア層
104a MQW層
104b、104c SCH層
105、107、115 上部クラッド層
106 埋め込み半導体層
106a 下部電流阻止半導体層
106b 上部電流阻止半導体層
108 コンタクト層
109 p側電極
114 パッシブコア層
120 エッチストップ層
M1、M2、M3 メサ構造
M10、M21、M22、M23、M30 マスク
M21a、M22a、M23a 開口部
M21b、M22b、M23b、M21c、M22c、M23c 被覆部
S1、S3、S7 パッシブ領域
S2、S6、S8 アクティブ領域
S4、S5 領域
T1、T2 トレンチ溝
10, 10A, 30
Claims (5)
基板上に、活性コア層を含む半導体積層構造で形成された、前記アクティブ素子を形成するためのアクティブ領域と、パッシブコア層を含む半導体積層構造で形成された、前記パッシブ素子を形成するためのパッシブ領域とを形成し、
前記アクティブ領域と前記パッシブ領域とに被覆部と開口部とを有する第1エッチングマスクを形成し、
前記アクティブ領域および前記パッシブ領域において前記開口部からドライエッチングを行い、前記アクティブ領域に前記アクティブ素子のアクティブメサ構造を形成するとともに前記パッシブ領域に前記パッシブ素子のパッシブメサ構造を形成し、
前記パッシブ領域に第2エッチングマスクを形成し、
前記パッシブメサ構造を前記第2エッチングマスクにて保護しながら前記アクティブメサ構造をウェットエッチングする、
ことを含むことを特徴とする光集積素子の製造方法。 A method of manufacturing an optical integrated device in which an active device and a passive device are integrated,
An active region for forming the active element formed with a semiconductor multilayer structure including an active core layer and a passive element formed with a semiconductor multilayer structure including a passive core layer are formed on a substrate. Forming a passive region,
Forming a first etching mask having a covering portion and an opening in the active region and the passive region;
Performing dry etching from the opening in the active region and the passive region, forming an active mesa structure of the active element in the active region and forming a passive mesa structure of the passive device in the passive region;
Forming a second etching mask in the passive region;
Wet etching the active mesa structure while protecting the passive mesa structure with the second etching mask;
The manufacturing method of the optical integrated element characterized by the above-mentioned.
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