光波导、半导体光学集成元件及其制造方法

专利名称：光波导、半导体光学集成元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种光波导、半导体光学集成元件及其制造方法， 尤其涉及一种可降低光波导界面处光反射的光波导、半导体光学集 成元件及其制造方法。
背景技术：
作为半导体激光器的光波导包括将上部包覆层蚀刻成台面条 带状的、能约束水平方向的光线的脊型波导，以及不仅上部包覆层、 也将芯层及下部包覆层蚀刻成台面条带状的高台面型波导等。由于脊型波导不蚀刻芯层，能降低半导体光学元件侧面的缺陷 等级。另一方面，高台面型波导具有水平方向光线约束大、能降低 电容等特点(例如，参考特开2000-228558号公报)。由于脊型波导和高台面型波导的特性不同，所以可通过在半导 体光学集成元件中将二者结合，实现整体性能提升。例如，在集成 了电场吸收型光调制器的半导体激光器中，将半导体激光器部制作 成脊型波导结构，将光调制器部制作成高台面型波导结构。通过制 作成如上结构，在激光器部，能降低缺陷等级从而提高激光性能， 在光调制器部，能降低电容而实现高速调制。在上述半导体光学集成元件中，脊型波导和高台面型波导中的 光学模式分布不同。因此，在二者交界处产生光反射，使半导体光 学集成元件的特性恶化。例如，在电场吸收型调制器集成半导体激 光器中，由于激光器部和光调制器部的交界处的光反射，会产生激 光单波长性能恶化的问题。 发明内容本发明致力于解决上述问题，其目的是，对同一衬底上具有脊 型波导和高台面型波导的光波导、半导体光学集成元件，提供一种 能减少激光器部和光调制器部的交界处产生的光反射的结构及其制 造方法。本发明的光波导包括半导体激光器部，具有在衬底上依次层 积的下部包覆层、第1芯层及上部包覆层，形成所述上部包覆层向 两外侧延续的台面条带，用所述第1芯屋产生激光；中间部，在所 述衬底上邻近所述半导体激光器部设置，具有在所述衬底上依次层 积的下部包覆层、第2芯层及上部包覆层，所述第2芯层与所述第1 芯层接合，形成所述下部包覆层、所述第2芯层及所述上部包覆层 向两外側延续的台面条带；光调制器部，在所述衬底上邻近所述中 间部设置，具有在所述村底上依次层积的下部包覆层、第2芯层及 上部包覆层，所述第2芯层吸收所述第1芯层生成的激光，形成所 述下部包覆层向两外侧延续的台面条带；其中，所述半导体激光器 部的延续到所述台面条带的两外侧的面离所述衬底的上表面的高 度，大于所述光调制器部的延续到所述台面条带的两外侧的面离所 述衬底的上表面的高度；所述中间部的延续到所述台面条带的两外 侧的面离所述衬底上表面的高度，从所述半导体激光器部侧向所述 光调制器部侧降低。本发明的半导体光学集成元件，包括半导体激光器部，具有 在衬底上依次层积的下部包覆层、第1芯层及上部包覆层，形成所 述上部包覆层向两外侧延续的台面条带，在所述第1芯层产生激光； 中间部，在所述衬底上邻近所述半导体激光器部设置，具有在所述 衬底上依次层积的下部包覆层、第2芯层及上部包覆层，所述第2 芯层与所述第1芯层接合，形成所述下部包覆层、所述第2芯层及 所述上部包覆层向两外侧延续的台面条带；光调制器部，在所述衬 底上邻近所述中间部设置，具有在所述衬底上依次层积的下部包覆
层、第2芯层及上部包覆层，所述第2芯层吸收所述第1芯层生成 的激光，形成所述下部包覆层向两外侧延续的台面条带；其中，所 述半导体激光器部的延续到所述台面条带的两外侧的面离所述衬底 的上表面的高度，大于所述光调制器部的延续到所述台面条带的两 外侧的面离所述衬底的上表面的高度。本发明的半导体光学集成元件的制造方法，包括在衬底的整 个上表面形成下部包覆层的工序；在所述衬底上的第1区域、第2 区域及连接这些区域的第3区域中的所述第1区域的所述下部包覆 层上，形成产生激光的第1芯层的工序；在所述第3区域及所述第2 区域的所述下部包覆层上，形成与所述第1芯层接合的、用于吸收 所述第1芯层产生的激光的第2芯层的工序；在所述第1芯层及第2 芯层上，形成上部包覆层的工序；形成掩模图案的工序，其中，以 预定宽度横切所述第1区域、所述第3区域及所述第2区域的第1 图案，所述一对第2图案在所述第1区域中与所述第1图案间的距 离是第1间隔，在所述第2区域中与所述第1图案间的距离是小于 所述第1间隔的第2间隔，而在所述第3区域中与所述第1图案间 的距离，在从所述第1区域侧到所述第2区域侧的方向，从所述第1 间隔渐减到所述第2间隔；以及以所述掩模图案为掩模，有选择地 蚀刻所述衬底的上表面的工序。另外，本发明的半导体光学集成元件的特征在于，设有下部 包覆层；在上述下部包覆层的一部分的上层形成的产生光的第1芯 层；在上述下部包覆层的上层且不形成上述第2芯层的区域形成的 吸收光的第2芯层；在上述第1芯层和第2芯层的上层重叠地形成 的上部包覆层，上述第2芯层包含具有与上述第1芯层的接触面 的、在与上述接触面平行的方向的上述第2芯层的宽度在离开上迷 接触面的方向渐减的渐减部；以及上述渐减部的宽度与上述预定宽 度的部分相接触的、以上述预定宽度直线状形成的条带部。根据本发明，能够在同 一衬底上具有脊型波导和高台面型波导
的光波导、半导体光学集成元件中，获得减少激光器部和光调制器 部交界处发生的光反射的结构及其制造方法。


图1是实施例1的光波导及半导体光学集成元件的透视图； 图2是表示实施例1的光波导及半导体光学集成元件的制造方 法的剖面图；图3是表示实施例1的光波导及半导体光学集成元件的制造方 法的剖面图；图4是表示实施例1的光波导及半导体光学集成元件的制造方 法的剖面图；图5是表示实施例1的光波导及半导体光学集成元件的制造方 法的剖面图；图6是表示实施例1的光波导及半导体光学集成元件的制造方 法的剖面图；图7是表示实施例1的光波导及半导体光学集成元件的制造方 法的剖面图；图8是实施例2的光波导及半导体光学集成元件的透视图； 图9是表示实施例2的光波导及半导体光学集成元件的制造方 法的剖面图；图10是表示实施例2的光波导及半导体光学集成元件的制造方 法的剖面图；图11是表示实施例2的光波导及半导体光学集成元件的制造方 法的剖面图；图12是表示实施例2的光波导及半导体光学集成元件的制造方 法的剖面图；图13是表示实施例2的光波导及半导体光学集成元件的制造方 法的剖面图14是表示实施例2的光波导及半导体光学集成元件的制造方 法的剖面图；图15是表示实施例2的光波导及半导体光学集成元件的制造方 法的剖面图；图16是表示实施例2的光波导及半导体光学集成元件的制造方 法的剖面图；图17是表示实施例2的光波导及半导体光学集成元件的制造方 法的剖面图。图18是实施例3的光波导及半导体光学集成元件的透视图；图19说明实施例3的下部包覆层3、第1芯层20、第2芯层21、上部包覆层10的配置；图20是实施例3的半导体光学集成元件的上面图； 图21是实施例3的半导体光学集成元件的剖面图； 图22是实施例3的半导体光学集成元件的剖面图； 图23是实施例3的半导体光学集成元件的剖面图； 图24是实施例3的半导体光学集成元件的剖面图； 图25是实施例3的半导体光学集成元件的剖面图； 图26是实施例3的台面条带的宽度最优化的半导体光学集成元件的上面图；图27是实施例3的台面条带的宽度最优化的半导体光学集成元 件的剖面图；图28是实施例3的台面条带的宽度最优化的半导体光学集成元 件的剖面图；图29是实施例3的台面条带的宽度最优化的半导体光学集成元 件的剖面图； [符号说明]1:光调制器集成半导体激光器；2: p型InP衬底；3: p型InP 包覆层(下部包覆层)；4、 5、 6、 7: InGaAsP分离约束异质层(SCH
层)；8: InGaAsP/InGaAsP应变MQW层(活性层)；9:光调制器 吸收层(InGaAsP/InGaAsP应变MQW) ; 10: n型InP包覆层(上 部包覆层)；11:接触层；12:台面条带；14: p型电极；15、 16: n型电极；20:衍射光栅；21:第1芯层；22:第2芯层；23:实施 例3的第2芯层具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施例进行详细说明。再有，对各 图中相同或相应的部分，使用相同的符号标注，且简略甚至省略其 说明。 实施例1对本实施例1的光波导及半导体光学集成元件，参照图1进行 说明。图1是将电场吸收型光调制器(EA调制器)和分布反馈型半 导体激光器(DFB-LD)集成在单片上的光调制器集成激光器的透视图。上述光调制器和半导体激光器是形成在同一块p型InP衬底(以 下，简称为"衬底")上。通过所迷光调制器及半导体激光器，构 成用以产生并射出激光的光波导。该光波导由分布反馈型半导体激 光器部(以下，简称为"半导体激光器部")I、电场吸收型光调制器部II(以下，简称为"光调制器部")以及作为将该二部电气隔离 的中间部的隔离部III构成。以下，将具有衬底、光波导、半导体激 光器及光调制器的整体称为"光调制器集成半导体激光器"。如图1所示,沿光调制器集成半导体激光器1的长度方向，设 有横切半导体激光器部I、隔离部III、及光调制器部II的中央的台 面条带12。半导体激光器部I在台面条带i2的两外侧延设有面17, 该面17到衬底2的上表面的高度，大于光调制器部II在台面条带12 两外侧的延续面18到衬底2的上表面的高度。另外，隔离部III在台面条带12两外侧延设有面19，该面19到
衬底2的上表面的高度，沿半导体激光器部I侧到光调制器部II側 的方向，呈倾斜状变低。接着，对半导体激光器部I的结构进行说明。在该部分，衬底2上设有p型InP包覆层(以下，简称为"下部包覆层")，其上，依 次层积InGaAsP分离、约束异质结构层(以下，简称为"SCH层") 6、 InGaAsP/InGaAsP应变MQW (多量子阱)构成的半导体激光器 的活性层(以下，筒称为"活性层")8、及SCH层7。由SCH层6、 活性层8、及SCH层7，共同构成第1芯层21。SCH层7的上方，设有周期性蚀刻而形成的衍射光栅20。进而， 在其上方设有台面条带12的两外侧被蚀刻的n型InP包覆层(以下， 简称为"上部包覆层")10。台面条带12的上表面设有n型InGaAs 包覆层(以下，简称为"包覆层")11，其上设有n型电极15。另 外，村底2的背面侧设有p型电极14。如上述，在半导体激光器I中，衬底2上层积下部包覆层3、第 1芯层21、上部包覆层10，在台面条带12的两外侧延设有上部包覆 层10。而且，施加电压到p型电极14和n型电极15之间，在第1 芯层21处产生激光。另外，在半导体激光器部I,活性层8及SCH层6、 7的折射率， 也比下部包覆层3、上部包覆层10的折射率大。因此，第1芯层21 能够约束垂直于衬底2方向的光线。在台面条带12两外侧的面17, 设置在高于第1芯层21的上表面即SCH层7的上表面的位置，从而 形成脊型光波导结构。接着，对隔离部III进行说明。隔离部III邻设在衬底2上的半 导体激光器部I与光调制器部II之间。在衬底2上设有下部包覆层3， 其上依次层积SCH层4 、高折射率的光调制器吸收层 (InGaAsP/InGaAsP应变MQW,以下，简称为"吸收层，，)9、 SCH 层5。由SCH层4、吸收层9及SCH层5共同构成第2芯层22。进 而，在其上设有上部包覆层10。在半导体激光器部I和隔离部II的
交界处，第2芯层22和第1芯层21接合。而且，在台面条带12的 两外側，下部包覆层3、第2芯层22及上部包覆层10延续到倾斜的 面19上。在这样的隔离部III中，从半导体激光器部I侧向光调制器部II 侧，位于台面条带12两外侧的面19的高度，沿台面条带12长度方 向逐渐降低。而且，形成将半导体激光器部I和光调制器部II的两 外侧的面17和面18连接的结构。接着，对光调制器部II进^"说明。光调制器部II邻近衬底2上 的隔离部III而设。同隔离部III一样，在衬底2上设有下部包覆层3， 其上依次层积第2芯层22、上部包覆层10。第2芯层22，具有高折 射率的吸收层9，因此能够吸收笫1芯层21产生的激光。台面条带 12的侧面露出上部包覆层10及第2芯层22，还在台面条带12两外 侧延设有下部包覆层3。台面条带12的上表面设有接触层11,其上 设有n型电极16。另外，衬底2的背面侧设有p型电极14。这样的光调制器部II中，由高折射率的吸收层9及SCH层4、 5 共同构成第2芯层22,从而形成台面条带12两外侧的面18低于第 2芯层22的下表面即SCH层4的下表面的高台面型光波导结构。就是说，根据图1所示的结构，从隔离部III的半导体激光器部 I侧向光调制器部II侧，能够使激光的光学模式分布形状逐渐变化。 从而，能够有效降低脊型波导的半导体激光器部I和高台面型波导的 光调制器部II的交界处的光反射。结果，能够抑制半导体激光器部 和光调制器部的交界处的光反射所引起的、激光单波长性能的恶化。接着，参照图2 图7，说明图1所示的光波导及半导体光学集 成元件的制造方法。首先，如图2所示，用MOCVD(金属有机化学 气相沉积)法，在衬底2上依次层积p型InP形成的下部包覆层3、SCH 层6、活性层8及SCH层7。进而，通过周期性蚀刻，在SCH层7 上部形成衍射光栅20。接着，有选择地蚀刻而除掉最终要形成隔离部及光调制器部的
区域(以下，分别简称为"区域nr 、"区域II")的活性层8、 SCH层6、 7。结果，如图3所示，在衬底2上，最终要形成半导体激光器部的区域(以下，简称为"区域r )、区域n及区域m中的区域I的下部包覆层3上，形成产生激光的第1芯层21。接着，如图4所示，在区域III及区域II,用MOCVD法依次层 积SCH层4、吸收层9及SCH层5。此时，通过对接方式，使区域 I的活性层8与区域II及区域III的吸收层9接合。结果，区域II、 区域III的下部包覆层3上，形成与第1芯层2相接的、用于吸收 最终形成的半导体激光器部产生的激光的第2芯层22。接着，在衬底2上，用MOCVD法依次层积覆盖整个上表面的 上部包覆层和接触层。结果，如图5所示，在第1芯层21和第2芯 层22上，形成上部包覆层IO和接触层11。进而，在接触层ll上， 形成氧化硅膜、氮化硅膜、光刻胶等形成的掩;漠图案101。图6表示从衬底2的上面侧观看的上述掩才莫图案101的平面图。 该掩模图案101由以预定宽度4黄切区域I、区域III及区域II的条状 的第1图案101a和与该图案相对而设置的一对第2图案101b、 101c 构成。(再有，图6示出最终要形成的光调制器集成半导体激光器1 在晶片上的位置)在区域I中，第1图案101a与第2图案101b的间距及第1图案 101a与第2图案101c的间距，均设定为dl。在区域II中，第1图 案101a与第2图案101b的间距及第1图案101a与第2图案101c的 间距，均设定为比dl小的d2。而且，在区域III中，沿从区域I侧 到区域II侧的方向，第1图案101a与第2图案101b的间距及第1 图案101a与第2图案101c的间距，设定为从dl逐渐减小到d2。这 样一来，在第1图案101a与第2图案101b及第1图案101a与第2 图案101c之间，分别设置开口部102。就是说，在掩模图案101的中央部，延设有横切区域I、区域II、 区域m的条状的第1图案101a,其两侧设有开口部102。开口部102 在区域I处的宽度比在区域II处的宽度大。而且，在区域III,开口部102的宽度逐渐变化，将区域I和区域II的开口部102连接。接着，以掩模图案101为掩模，有选择地蚀刻衬底2的上表面。 使用如RIE(Reactive Ion Etching) 、 ICP (Inductively Coupled Plasma) 等的干法蚀刻进行。结果，得到如图7 (透视图)所示的形状。进行上述蚀刻时，蚀刻速率发生依据图6所示的掩模图案101 的开口部102的宽度而发生改变。因为区域I内的开口部102的宽度 大，所以在该处的蚀刻速率小，因为区域II与区域I相比，其开口 部102的宽度小，所以蚀刻速率与区域I相比相应变大。在区域III, 由于从区域I向区域II方向的开口部102的宽度逐渐变小，所以从 区域I侧向区域II侧的蚀刻速率逐渐变大。因此，如图7所示，区域I的台面条带12两外侧的面17，变得 比第1芯层2I的上表面、即SCH层7的上表面高。另外，在光调制 器部II的台面条带12两外侧的面18，变得比第2芯层22的底面、 即SCH层4的下表面低。进而，区域III的台面条带12两外侧的面 19的高度，从区域I侧向区域II侧，沿条紋方向逐渐降低，变成倾 斜连接面17和面18的形状。接着，除去上述蚀刻过程中使用的掩模图案101，除去隔离部III 的接触层ll。进而，在台面条带12的正上方以外的表面上，形成氧 化硅膜。最后，形成n型电极、p型电极。结果，得到如图1所示的 结构。通过上述说明的制造方法，能得到图1所示的结构，即半导体 激光器部I为脊型波导、光调制器部II为高台面型波导并具有连接 该二者的隔离部III的结构。于是能够得到具有隔离部III的台面 条带两侧部的表面高度逐渐变化而连接半导体激光器部和光调制器 部的光波导；以及设有该光波导的光调制器集成半导体激光器。 实施例2对本实施例2的光波导及半导体光学集成元件，参照图8进行
说明。这里，重点说明与实施例1的不同之处。如图8所示，设有横切半导体激光器部I、隔离部III及光调制器部II的中央部的台面条带12,在其两外侧延设的面204离衬底2的上表面的高度为一定值。于是，在隔离部m处，从衬底2的上表面到第2芯层22的高度，沿从半导体激光器部I侧到光调制器部II 侧的方向而变大。在半导体激光器部I中，活性层8及SCH层6、 7的折射率比下 部包覆层3、上部包覆层10的折射率大。因此，第1芯层21能够约 束垂直于衬底2方向的光线。第1芯层21的上表面即SCH层7的上 表面，处在低于台面条带12两外侧的面204的位置，形成脊型光波 导结构。另一方面，在光调制器部II，衬底2的上表面到第2芯层22的 下端的高度，大于半导体激光器部I的衬底2的上表面到第1芯层21 的上表面的高度。就是说，高折射率的吸收层9及SCH层4、 5成为 第2芯层22，第2芯层22的下表面即SCH层4的下表面比台面条 带12两外侧的面204高，形成高台面型光波导结构。在半导体激光器部I和光调制器部II之间的隔离部III，构成第 2芯层22的吸收层203及SCH层201、 202到衬底2的高度逐渐变 化。于是，在半导体激光层I和隔离部III的交界处，形成分别将半 导体激光器部I的活性层8、 SCH层6、 7与隔离部III的吸收层203、 SCH层201、 202接合的结构。在图8所示的结构中，使半导体激光器部I的第1芯层21和光 调制器部II的第2芯层22离衬底2的上面部的高度不同。而且，在 隔离部III,使第2芯层22离衬底2的上表面的高度逐渐变化，以连 接半导体激光器部I的第1芯层21和光调制器部II的第2芯层22。 藉此，能够降低脊型波导和高台面型波导交界处的光反射。结果， 能够抑制半导体激光器部和光调制器部交界处的光反射所引起的、 激光单波长性能的恶化。 接着，参照图9 图17说明图8所示的光波导及半导体光学集成 元件的制造方法。首先，如图9所示，在衬底2上的区域I、区域II 及区域III上形成氧化硅膜等制成的第1掩模图案301。衬底2上的 区域I、区域II及区域III，分别是最终形成半导体激光器部、光调 制器部及隔离部的区域。图10表示从衬底2的上面侧看上述第l掩^f莫图案301的平面图。 第1掩模图案301由以预定间隔Wl横切区域I、区域III及区域II 的2个条状掩模图案302a、 302b构成。这些掩模图案在区域I设定 为第1宽度L,，在区域II设定为比所述第1宽度L,大的第2宽度L2。 而且，在区域III,从区域I侧到区域II侧宽度设定为从L,逐渐增大 到L2 (再有，图10表示出最终形成的光调制器集成半导体激光器1 在晶片上的位置)。这样一来，在掩模图案302a和掩模图案302b之间，形成条状的 开口部303。掩模图案302a、 302b在区域II的宽度大于在区域I的 宽度。而且，宽度在区域III改变，以连接区域I、区域II的第1图 案302a、 302b。接着，将上述第1掩模图案301作为掩才莫，使用金属有机物气 相外延生长法，形成下部包覆层3。此时，在衬底2上的区域I、区 域III及区域II的第1掩模图案301的2个条紋间的开口部303的位 置，有选择地晶体生长下部包覆层3。结果，如图11所示，形成沿 图10中开口部303的长度方向的部分的剖面图。就是iJL，在半导体 激光器部I、隔离部III及光调制器部II，沿开口部303的长度方向， 得到下部包覆层3的厚度变化的结构。进行上述选择生长时，生长速度依据图10所示的掩模图案301 的开口部303两侧的掩模图案302a、 302b的宽度而发生改变。就是 说，由于区域I的掩模图案302a、 302b的宽度小，所以在该处的晶 体生长速度低。由于区域II与区域I相比，其掩模图案302a、 302b 的宽度大，所以在该处的晶体生长速度相对地比区域I大。在区域m，
由于掩模图案302a、 302b的宽度从区域I侧向区域II侧逐渐变大， 所以从区域I侧向区域II侧的晶体生长速度逐渐变大。结果，如图11所示，区域I的下部包覆层3的厚度比区域II的 下部包覆层3的厚度薄，区域III的厚度逐渐变化而成为连接区域I 和区域II的下部包覆层3的形状。这样一来，在衬底2上形成的第1 掩模图案301的2个条紋间的开口部303处，有选择地形成下部包 覆层。之后，除去第1掩模图案301 (图中未示出)。接着，如图12所示，在衬底2上依次层积SCH层6、活性层8 及SCH层7。再通过周期性蚀刻，在区域I的SCH层7上部形成衍 射光栅20。接着，通过蚀刻而除去区域II及区域m的SCH层6、 7、 及活性层8 (图中未示出)。这样一来，在区域I的下部包覆层3上， 形成产生激光的第1芯层21。接着，如图13所示，用MOCVD法在区域II依次层积SCH层 4、吸收层9及SCH层5，形成第2芯层22。与此同时，在区域III 依次层积SCH层201 、吸收层203及SCH层202,形成第2芯层22。 这时，通过对接方式，分别使区域I的第1芯层21的活性层8、 SCH 层6、 7与区域III的第2芯层22的吸收层203、 SCH层201、 202接 合。这样一来，在区域III及区域II的下部包覆层3上，形成与第1 芯层21相连接的、用以吸收激光的第2芯层22。接着，如图i4所示，在衬底2上的区域i、区域n及区域m上，形成第2掩模图案304。图15表示从衬底2的上面侧看该第2掩模 图案304的平面图。第2摘H莫图案304，如图15所示，由以预定间 隔W2 (\￥2不必与图10中的W,相等)横切区域I、区域III及区域II 的2个条状掩模图案305a、 305b构成。这些掩模图案在区域I设定 为第3宽度L3，在区域II设定为比所述第3宽度L;窄的第4宽度乙4 (k及；与L,及1^不相关)。而且，在区域III,从区域I侧向区 域II侧，将宽度设定为从L3逐渐减小到L4。此时，在衬底2上能露 出其与图10中的第1掩模图案301的开口部303的形成位置相重合
的区域的位置上，形成第2掩模图案304的掩模图案305a、 305b间 的开口部306 (再有，图15表示出最终形成的光调制器集成半导体 激光器1在晶片上的位置)。这样，通过在衬底2上形成第2掩模图案304，在掩模图案305a、 305b之间，形成条状的开口部306。该掩模图案305a、 305b在区域 I处的宽度大于在区域II处的宽度。而且，在区域III处宽度改变， 以连接区域I、 II处的掩模图案305a、 305b。接着，以第2掩模图案304为掩模，在衬底2上第1掩模图案301 的开口部303和第2掩模图案304的开口部306相重合的区域，有 选择地形成上部包覆层10。例如，用金属有机物气相外延生长法来 形成。在形成上述的上部包覆层10时，生长速度依椐图15中的掩模 掩模图案304的开口部306两侧的掩模图案305a、 305b宽度而变化。 就是说，由于区域I的掩模图案305a、 305b的宽度大，所以在该处 的晶体生长速度快。由于区域II与区域I相比，其掩模图案305a、 305b 的宽度窄，所以在该处的晶体生长速度相对于区域I变慢。在区域III, 由于从区域I侧向区域II侧的掩模图案305a、 305b的宽度逐渐变窄， 所以从区域I侧向区域II侧的晶体生长速度逐渐变慢。结果，如图16所示，区域I的上部包覆层10的厚度比区域II 的上部包覆层10的厚度大，在区域III ，形成从区域I侧向区域II侧 的厚度逐渐变小的形状。结果，上部包覆层10离衬底2的上表面的高度，在区域i、 n及m范围内大致相同，在区域i、 ii及iii的上部包覆层10的上表面变成基本平坦的形状。接着，除去图14、 15所示的第2掩模图案304。然后，在上部 包覆层10上形成n型InGaAs构成的接触层。进而，使用 RIE(Reactive Ion Etching) 、 ICP (Inductively Coupled Plasma )等干法蚀刻，在衬底2上形成台面状的条带。结果，得到如图n(透视图) 所示的形状。 在此结构中，在区域I (半导体激光器部I)的第1芯层21的上表面即SCH层7的上表面的高度，比台面条带12两外侧的面204低。 区域II (调制器部II)的第2芯层22的下表面即SCH层4的下表面 的高度，高于台面条带12两外侧的面204。在区域in(隔离部m) 的第2芯层22即吸收层203、 SCH层201、 202的高度逐渐变化。于 是，形成分别将区域I的活性层8和区域III的吸收层9连接和将区 域I的SCH层6、 7和区域II的SCH层201、 202连接的结构。接着，除去区域III(隔离部III)的接触层11。进而，在台面条带 2的正上方以外的表面上，有选择地形成氧化硅膜。最后，在台面 条带12的上表面形成n型电极，在衬底2的背面侧形成p型电极。通过以上说明的制造方法，能得到图8所示的结构，即半导体 激光器部I为脊型波导、光调制器部II为高台面型波导并具有连接 该二者的隔离部m的结构。于是，能够得到隔离部III的芯层高 度逐渐变化而连接半导体激光器部和光调制器部的光波导；以及具 有该光波导的光调制器集成半导体激光器。 实施例3本实施例涉及可抑制光调制器集成半导体激光器的半导体激光 部和光调制器之间的发射，且使诸特性得到改善的光调制器集成半 导体滤光器。图18是本实施例的光调制器集成半导体激光器的说明 图。图18是本实施例的光调制器集成半导体激光器的透视图。本实 施例的光调制器集成半导体激光器设有的半导体激光器部和光调制 器部的结构与图1所示的实施例1的结构相同。本实施例的特征是， 光调制器集成半导体激光器设有下部包覆层3、第1芯层21、第2 芯层23、上部包覆层10的配置。现用图18所示的结构中的下部包 覆层3、第1芯层21、第2芯层23、上部包覆层IO进行详细说明。图19是下部包覆层3、第1芯层21、第2芯层23、上部包覆层 10的上面图。下部包覆层3的上面图为图19 (A)。下部包覆层3 在半导体激光器部I、光调制器部II、隔离部m之下形成。图19(A) 中的网线部分表示下部包覆层II被稍加蚀刻的部分。因此，下部包 覆层3的网线部分表示该处的下部包覆层3比斜线部分更薄。再有，下部包覆层3的斜线部分的蚀刻不是特意加工的，因此，下部包覆 层3也可在延续范围达到半导体激光器部I、光调制器部II、隔离部 III的平坦面上形成。接着，就图19 (B)所示的笫1芯层21和第2芯层23的配置进 行说明。如图18所示，第1芯层21由SCH层4、吸收层9、 SCH 层5构成。第1芯层21在半导体激光器部I处形成。第2芯层23在 隔离部III处，从与半导体激光器部I相接的面向与光调制器部II相 接的面宽度渐减地形成。另外，第2芯层23具有与第芯层接触的 面。在与上述隔离部III上的第2芯层23相接的面上保持宽度而形 成光调制器部II上的第2芯层23。于是，光调制器部II的第2芯层 23形成为条状，与隔离部III的第2芯层23连接。再有，第一芯层 21和第2芯层23与图19 (A)的斜线部相重叠地形成。接着，就图19 (C)所示的上部包覆层10的配置进行说明。上 部包覆层10在上述笫1芯层21和笫2芯层23的形成区域的上层相 重叠地形成。上部包覆层10形成在图19 (C)的网线部分和斜线部 分上。但是，网线部分的上部包覆层的膜厚由于蚀刻而减少，因此 膜厚比斜线部分的薄。上述的蚀刻是为形成台面条带12而进行的。 而且，图19 (C)斜线部分表示的上部包覆层10具有遍及半导体激 光部I、光调制器部II、隔离部III的一定宽度。该斜线部分表示的 上部包覆层IO构成图18所示的台面条带12的一部分。如上所述，在本实施例的光调制器集成半导体激光器中，在图19 (A)所示的下部包覆层3的上层重叠下部包覆层3的斜线部分而形 成图19 (B)所示的第1芯层21和第2芯层23。再在第1芯层21 和第2芯层23的上层重叠第1芯层21或第2芯层23而形成上部包 覆层10 (图19 (C))。这里，图20示出了图18的上面图。还有， 为了便于说明，图20中省略了电极15、 16。另外，面17是上部包
覆层10的表面，面18是下部包覆层3的表面。图20中，隔离部III 的面17的、与台面条带长度方向垂直的方向上的宽度，记为宽度W。 宽度W在与隔离部III的半导体激光器部相接的部分上取最大值，并 向与光调制器部II相接的部分渐减。W在与光调制部II相接的部分 与台面条带12的宽度相一致。图20中的虚线A、 B、 C、 D、 E处的 光调制器集成半导体激光器的剖面，分别在图21 ~图25中示出。如此，本实施例的隔离部III的台面条带12的两外侧，具有上 述宽度W从半导体激光器部I到与光调制器部II相接的部分渐减的 结构。通过这样的结构，能够使传送到光调制器部II的半导体激光 器部I产生的光的模式分布形状在隔离部III中逐渐变化。通过使得 光的模式分布形状从半导体激光器部I向光调制器部II逐步变化， 能够抑制在半导体激光器部I和光调制器部II之间的光反射。通过 上述的发射抑制，能够减少光功率的损失并保持激光器单波长性。本实施例中，与台面条带12的长度方向垂直的方向上的台面条 带12的长度(后称台面条带的宽度)，在整个半导体激光器部I、光调制器部n、隔离部m的区域内保持一定，但本发明并不以此为限。也就是说，如图26的光调制器集成半导体激光器的上面图所示， 尽管半导体激光器部I的台面条带宽度Wl与光调制器部II的台面条带宽度W2不同，但只要上述隔离部m的宽度w从与半导体激光器 部I的接触面向与光调制器部II的接触面渐减，就能取得本发明的效果。图26的虛线F、 G、 H处的剖面分别示出图27、 28、 29。如此，可以将半导体激光器部i的台面条带宽度wi与光调制器部n的台面条带宽度W3设于最佳值，使特性最优化。具体而言，半导体激 光器的电流-光输出特性、阈值电流-光输出的温度依存性、光调制器 的调制频带、消光比等，能够分别得到最优化。因此，采用图26所 示的结构， 一方面能够抑制半导体激光器部I和光调制器部II之间 的光反射，另 一方面还能通过台面条带的最优化而实现诸4f性的最 优化。
权利要求
1. 一种光波导，其特征在于，包括半导体激光器部，具有在衬底上依次层积的下部包覆层、第1芯 层及上部包覆层，并形成所述上部包覆层延续到其两外侧的台面条 带，在所述第1芯层产生激光；中间部，在所述村底上邻接所述半导体激光器部而设，具有在所 述衬底上依次层积的所述下部包覆层、第2芯层及所述上部包覆层， 所述第2芯层与所述第1芯层相4矣，并形成所述下部包覆层、所述第2 芯层及所述上部包覆层延续到其两外侧的台面条带；以及光调制器部，在所述村底上邻接所述中间部而设，具有在所述衬 底上依次层积的所述下部包覆层、所述第2芯层及所述上部包覆层， 所述第2芯层吸收所述第1芯层产生的所述激光，并形成所述下部包 覆层延续到其两外侧的台面条带，所述半导体激光器部的延续到所述台面条带的两外侧的面离所述 衬底的上表面的高度，大于所迷光调制器部的延续到所述台面条带的 两外侧的面离所述村底上表面的高度；所述中间部的延续到所述台面条带的两外侧的面离所述衬底上的 表面的高度，从所述半导体激光器部侧向所述光调制器部侧降低。
2. —种光波导，其特征在于，包括半导体激光器部，具有在衬底上依次层积的下部包覆层、第1芯 层及上部包覆层，并形成所述上部包覆层延续到其两外侧的台面条 带，在所述第1芯层产生激光；中间部，在所述衬底上邻接所述半导体激光器部而设，具有在所 述衬底上依次层积的所述下部包覆层、第2芯层及所述上部包覆层， 所述第2芯层与所述第1芯层相接，并形成所述下部包覆层、所述第2 芯层及所述上部包覆层延续到其两外侧的台面条带；以及光调制器部，在所述衬底上邻接所述中间部而设，具有在所述衬底上依次层积的所述下部包覆层、所述第2芯层及所述上部包覆层，所述第2芯层吸收所述第1芯层产生的激光，并形成所述下部包覆层延续到其两外侧的台面条带，所述半导体激光器部、所迷中间部及所述光调制器部的延续到所述台面条带的两外侧的面，离所述衬底上表面的高度是一定的；在所述中间部，从所述衬底的上表面到所述第2芯层的高度，从 所述半导体激光器部侧向所述光调制器部侧增加。
3. 如权利要求2所述的光波导，其特征在于，所述光调制器部的 从所述衬底的上表面到所述第2芯层的下端的高度，大于所述半导体 激光器部的从所述衬底的上表面到所述第1芯层的上端的高度。
4. 如权利要求1 ~3中任一项所述的光波导，其特征在于，所述 半导体激光器部的所述第1芯层的上部设有衍射光栅。
5. —种半导体光学集成元件，其特征在于，包括 半导体激光器部，具有在衬底上依次层积的下部包覆层、第1芯层及上部包覆层，并形成所述上部包覆层延续到其两外侧的台面条 带，在所述第1芯层产生激光；中间部，在所述衬底上邻接所述半导体激光器部而设，具有在所 述衬底上依次层积的所述下部包覆层、第2芯层及所述上部包覆层， 所述第2芯层与所述第1芯层相4妄，并形成所述下部包覆层、所述第2 芯层及所述上部包覆层延续到其两外侧的台面条带；以及光调制器部，在所述衬底上邻接所述中间部而设，具有在所述衬 底上依次层积的所述下部包覆层、所述第2芯层及所述上部包覆层， 所述第2芯层吸收所述第1芯层产生的激光，并形成所述下部包覆层 延续到其两外侧的台面条带，所述半导体激光器部的延续到所述台面条带的两外侧的面离所述 衬底上表面的高度，大于所述光调制器部的延续到所述台面条带的两 外侧的面离所述衬底上表面的高度。
6. —种半导体光学集成元件，其特征在于，包括 半导体激光器部，具有在衬底上依次层积的下部包覆层、第1芯层及上部包覆层，并形成所述上部包覆层延续到其两外侧的台面条 带，在所述第1芯层产生激光；中间部，在所述衬底上邻接所述半导体激光器部而设，具有在所 述村底上依次层积的所述下部包覆层、第2芯层及所述上部包覆层， 所述第2芯层与所述第1芯层相4矣，并形成所述下部包覆层、所述第2 芯层及所述上部包覆层延续到其两外侧的台面条带；以及光调制器部，在所述衬底上邻接所述中间部而设，具有在所述衬 底上依次层积的所述下部包覆层、所述第2芯层及所述上部包覆层， 所述第2芯层吸收所述第1芯层产生的所述激光，并形成所述下部包 覆层延续到其两外侧的台面条带，所述半导体激光器部、所述中间部及所述光调制器部的延续到台 面条带的两外侧的面，离所述衬底上表面的高度是一定的；在所述中间部，从所述衬底的上表面到所述第2芯层的高度，从 所述半导体激光器部侧向所述光调制器部侧的方向增加；所述光调制器部的从所述衬底的上表面到所述第2芯层的下端的 高度，大于所述半导体激光器部的从所述村底的上表面到所述第1芯 层的上端的高度。
7. —种半导体光学集成元件的制造方法，其特征在于，包括如下 工序在衬底上全面形成下部包覆层；在所述衬底上的第1区域、第2区域和连接该两区域的第3区域 中所述第1区域的所述下部包覆层上，形成产生激光的第1芯层；在所述第3区域和所述第2区域的所述下部包覆层上，形成与所 述第1芯层连接的、吸收所述激光的笫2芯层；在所述第1芯层和所述第2芯层上，形成上部包覆层； 在所述上部包覆层上形成具有第1图案和一对第2图案并在所述 第1图案和所述第2图案之间具有开口部的掩模图案，其中，所述第1 图案以预定间隔横切所述第1区域、所述第3区域及所述第2区域； 所述一对第2图案具有在所述第1区域中与所述第1图案间的距离是 第1间隔，在所述第2区域中与所述第1图案间的距离是小于所述第1 间隔的第2间隔，以及在所述第3区域中与所述第1图案间的距离， 是在所述第1区域侧至所述第2区域侧的方向，从所述第1间隔渐减 到所述第2间隔的间隔；以所述掩模图案为掩模，有选择地蚀刻所述衬底的上表面。
8. —种半导体光学集成元件的制造方法，其特征在于，包括如 下工序在具有第1区域、第2区域及连接这些区域的第3区域的衬底上 形成2个条带状的第1掩模图案，其中，以预定间隔横切所述第1区 域、所述第3区域和所述第2区域，所述预定间隔在所述第1区域设 为第1宽度，在所述第2区域设为大于所述第1宽度的第2宽度，在 所述第3区域以从所述第1区域侧向所述第2区域侧渐增的宽度设 置；在所述衬底上，以所述第1掩模图案为掩模，在所述第1区域、 所述第2区域和所述第3区域的设于所述第1掩模图案的所述2个条 带间的开口部，有选择地形成下部包覆层；除去所述第l掩模周案；在所述第1区域的所述下部包覆层上，形成产生激光的第1芯层； 在所述第3区域和所述第2区域的所述下部包覆层上，形成与所 述第1芯层连接的、吸收激光的第2芯层；在所述村底上，在设于所述2个条带之间的开口部与所述第l掩 模图案的所述开口部的位置相重合区域的位置上形成2个条带状的第 2掩模图案，其中，以预定间隔^f黄切所述第1区域、所述第3区域和 所述第2区域，所述间隔在所述第1区域以第3宽度、在所述第2区 域以小于所述第3宽度的第4宽度、在所述第3区域以从所述第1区 域侧向所述第2区域側渐减的宽度设置；在所述衬底上，在所述第1揭r模图案的所述开口部和所述第2掩 模图案的所述开口部相重合的所述区域，以所述第2掩模图案为掩模 有选择地形成上部包覆层；有选择地蚀刻所述上部包覆层，在所述衬底上形成台面条带。
9. 一种半导体光学集成元^f牛，其特征在于，包括 下部包覆层；在所述下部包覆层的一部分的上层形成的产生光的第1芯层； 在所述下部包覆层的上层且不形成所述第1芯层的区域形成的吸 收光的第2芯层；以及在所述第1芯层和所述第2芯层的上层相重叠而形成的上部包覆层，所述第2芯层包括具有与所述第1芯层的接触面的、在与所述 接触面相平行方向上的、所述第2芯层的宽度在离开所述接触面的方 向上渐减的渐减部；以及与所述渐减部的宽度为所述预定宽度的部分相接触的、以所述预定宽度直线状形成的条带部。
10. 如权利要求9所述的半导体光学集成元件，其特征在于，所 述上部包覆层具有所述预定宽度，并具有比在所述条带部和其延长线 上的上层延续的其他部分膜厚更厚的部分。
11. 如权利要求9所述的半导体光学集成元件，其特征在于， 所述上部包覆层具有比在所述条带部和其延长线上的上层延续的其他部分膜厚更厚的部分，形成于所述第1芯层的上层的所述膜厚更厚的部分的宽度大于形 成于所述第2芯层的条带结构的上层的所迷膜厚更厚的部分的宽度。
全文摘要
本发明的目的在于，在同一衬底上设置脊型波导和高台面型波导的半导体光学集成元件中波导界面处的光反射。在p型InP衬底(2)上设置半导体激光器部(I)、光调制器部(II)及作为将该二部隔离的隔离部(III)。在该结构中，将延续到台面条带(12)的两外侧的面的高度，在半导体激光器部I设置得比在光调制器部(II)高。而且，在隔离部(III)，上述延续面的高度从半导体激光器部(I)侧向光调制器部(II)侧逐渐降低。从而，能够减少半导体激光器部(I)与光调制器部(II)的界面处的光反射，并抑制激光器的单波长性的恶化。
文档编号H01S5/20GK101123342SQ20071014230
公开日2008年2月13日 申请日期2007年8月9日 优先权日2006年8月10日
发明者大和屋武, 宫崎泰典, 青柳利隆 申请人:三菱电机株式会社