光设备的制造方法与流程

本发明涉及电场吸收型光调制器集成半导体激光器等光设备的制造方法。

背景技术：

作为在高速、大容量的光通信系统中使用的半导体设备，已知集成了半导体激光器、电场吸收型光调制器和窗部的光设备(例如，参照专利文献1(图1))。已知使用分布反馈式(distributedfeedback：dfb)激光器作为这样的光设备的半导体激光器，朝向具有衍射光栅的区域的、调制后的返回光的相位控制是重要的(例如，参照非专利文献1)。作为衍射光栅的制造方法，已知在衍射光栅的图案形成时使用电子束(electronbeam：eb)曝光(例如，参照专利文献1(第0010段))。

专利文献1：日本特开平09-092921号公报

专利文献2：日本特开平11-145557号公报

非专利文献：“応用物理学会編、伊賀健一編著《半導体レーザ》、オーム社”，1994年(特别是，p.366至p.368，图17·12)

图32是表示电场吸收型光调制器集成半导体激光器的俯视图。通过将调制电信号施加至电场吸收型光调制器，从而对由dfb激光器产生的cw光进行调制。在光设备的前端面和光调制器的出射端面之间，设置有用于降低来自光设备的前端面的返回光的窗部。然而，来自光调制器和窗部的界面即光调制器的出射端面的返回光入射至dfb激光器的有源区域内。根据该光的相位，dfb激光器内的烧孔变大，激光器的振荡波长的变化变大，由此存在传送特性劣化的问题。

在现有技术中，衍射光栅的图案是通过电子束曝光形成的，其他区域的图案是通过玻璃掩模形成的。因此，衍射光栅的端部和光调制器的出射端之间的距离的校准精度相对于光的波长并不充分，难以控制在来自光调制器的出射端的反射光入射至dfb激光器时的光的相位。

技术实现要素：

本发明就是为了解决上述课题而提出的，其目的在于得到一种能够以nm级别对衍射光栅的端部和光调制器的出射端面的距离进行控制的光设备的制造方法。

本发明涉及的光设备的制造方法，其特征在于，具备下述工序：在基板之上依次形成成为dfb激光器的有源层和衍射光栅形成层；将所述有源层和所述衍射光栅形成层的一部分去除，在所述基板之上形成与所述有源层对接且成为光调制器的吸收层；在所述衍射光栅形成层及所述吸收层之上形成第1绝缘膜；在所述有源层之上的所述第1绝缘膜通过电子束曝光形成衍射光栅图案，与此同时，在所述吸收层之上的所述第1绝缘膜通过电子束曝光形成以所述光调制器的成为出射端面的位置作为端部的端面形成图案；在所述第1绝缘膜的所述端面形成图案之上形成第2绝缘膜；将所述第1及第2绝缘膜作为掩模对所述衍射光栅形成层进行蚀刻而形成衍射光栅；将所述衍射光栅之上的所述第1绝缘膜去除，在保留所述吸收层之上的所述第1及第2绝缘膜的状态下，通过填埋层填埋所述衍射光栅；将所述第2绝缘膜去除，在所述衍射光栅及所述填埋层之上，以不覆盖所述端面形成图案的方式形成第3绝缘膜；以及将所述第1及第3绝缘膜作为掩模对所述吸收层进行蚀刻而形成所述光调制器的所述出射端面。

发明的效果

在本发明中，通过电子束曝光形成衍射光栅图案，与此同时，通过电子束曝光形成以光调制器的成为出射端面的位置作为端部的端面形成图案。由此，能够以nm级别对衍射光栅的端部和光调制器的出射端面的距离进行控制。因此，能够对在来自光调制器的出射端面的反射光入射至dfb激光器时的光的相位进行控制，得到由返回光的影响引起的波长变化小的电场吸收型光调制器集成dfb激光器。

附图说明

图1表示本发明的实施方式1涉及的光设备，是沿光的传播方向的剖视图。

图2是沿图1的i-ii的剖视图。

图3是沿图1的iii-iv的剖视图。

图4是表示本发明的实施方式1涉及的光设备的制造方法的剖视图。

图5是表示本发明的实施方式1涉及的光设备的制造方法的俯视图。

图6是表示本发明的实施方式1涉及的光设备的制造方法的剖视图。

图7是表示本发明的实施方式1涉及的光设备的制造方法的俯视图。

图8是表示本发明的实施方式1涉及的光设备的制造方法的剖视图。

图9是表示本发明的实施方式1涉及的光设备的制造方法的俯视图。

图10是表示本发明的实施方式1涉及的光设备的制造方法的剖视图。

图11是表示本发明的实施方式1涉及的光设备的制造方法的俯视图。

图12是表示本发明的实施方式1涉及的光设备的制造方法的剖视图。

图13是表示本发明的实施方式1涉及的光设备的制造方法的俯视图。

图14是表示本发明的实施方式1涉及的光设备的制造方法的剖视图。

图15是表示本发明的实施方式1涉及的光设备的制造方法的俯视图。

图16是表示本发明的实施方式1涉及的光设备的制造方法的剖视图。

图17是表示本发明的实施方式1涉及的光设备的制造方法的俯视图。

图18是表示本发明的实施方式1涉及的光设备的制造方法的剖视图。

图19是表示本发明的实施方式1涉及的光设备的制造方法的俯视图。

图20是表示本发明的实施方式3涉及的光设备的制造方法的剖视图。

图21是表示本发明的实施方式3涉及的光设备的制造方法的俯视图。

图22是表示本发明的实施方式3涉及的光设备的制造方法的剖视图。

图23是表示本发明的实施方式3涉及的光设备的制造方法的俯视图。

图24是表示本发明的实施方式3涉及的光设备的制造方法的剖视图。

图25是表示本发明的实施方式3涉及的光设备的制造方法的俯视图。

图26是表示本发明的实施方式3涉及的光设备的制造方法的剖视图。

图27是表示本发明的实施方式3涉及的光设备的制造方法的俯视图。

图28是表示本发明的实施方式3涉及的光设备的制造方法的剖视图。

图29是表示本发明的实施方式3涉及的光设备的制造方法的俯视图。

图30是表示本发明的实施方式3涉及的光设备的制造方法的剖视图。

图31是表示本发明的实施方式3涉及的光设备的制造方法的俯视图。

图32是表示电场吸收型光调制器集成半导体激光器的俯视图。

标号的说明

1n-inp基板(半导体基板)，2有源层，3衍射光栅，4填埋层，5光吸收层，6inp层(半导体层)，7上包层，17衍射光栅形成层，18第1绝缘膜，20第2绝缘膜，21第3绝缘膜

具体实施方式

参照附图对本发明的实施方式涉及的光设备的制造方法进行说明。对相同或对应的结构要素标注相同的标号，有时省略重复的说明。

实施方式1.

图1表示本发明的实施方式1涉及的光设备，是沿光的传播方向的剖视图。本实施方式涉及的光设备构成为，dfb激光器、光调制器及窗部依次排列而被集成化。

在dfb激光器处，在n-inp基板1之上，依次形成有ingaasp-mqw或algainas-mqw的有源层2和p-ingaasp的衍射光栅3。衍射光栅3由p-inp的填埋层4填埋。在光调制器处，在n-inp基板1之上，形成有ingaasp-mqw或algainas-mqw的光吸收层5。光吸收层5与有源层2对接。在窗部处，在n-inp基板1之上形成有inp层6。

在填埋层4、光吸收层5及inp层6之上形成有p-inp的上包层7。在dfb激光器及光调制器处,在上包层7之上依次形成有p-ingaasp层8及p-ingaas(p)的接触层9。在dfb激光器处，在接触层9之上形成有阳极电极10。在光调制器处，在接触层9之上形成有阳极电极11。阳极电极10、11是ti/pt/au等。在dfb激光器和光调制器之间形成有电气隔离用台面12，在光调制器和窗部之间形成有台面13。阳极电极10、11以外的表面由sio2等绝缘膜14覆盖。在n-inp基板1的背面形成有auge/ni/tl/pt/ti/pt/au等阴极电极15。

图2是沿图1的i-ii的剖视图，图3是沿图1的iii-iv的剖视图。在dfb激光器及光调制器处，上包层7等被干蚀刻而形成了垂直脊型构造。垂直脊型构造的两侧由半绝缘性inp填埋层16填埋。

下面，对本实施方式涉及的光设备的制造方法进行说明。图4、6、8、10、12、14、16、18是表示本发明的实施方式1涉及的光设备的制造方法的剖视图。图5、7、9、11、13、15、17、19是表示本发明的实施方式1涉及的光设备的制造方法的俯视图。

首先，如图4及图5所示，在n-inp基板1之上依次形成成为dfb激光器的有源层2和衍射光栅形成层17。然后，如图6及图7所示，将有源层2和衍射光栅形成层17的一部分去除，在n-inp基板1之上形成与有源层2对接且成为光调制器的光吸收层5。

然后，如图8及图9所示，在衍射光栅形成层17及光吸收层5之上形成sio2的第1绝缘膜18。在第1绝缘膜18之上形成抗蚀层19，通过电子束曝光对抗蚀层19进行图案化。然后，如图10及图11所示，将抗蚀层19作为掩模，对第1绝缘膜18进行蚀刻。这样，在有源层2之上的第1绝缘膜18通过电子束曝光形成衍射光栅图案，与此同时，在光吸收层5之上的第1绝缘膜18通过电子束曝光形成以光调制器的成为出射端面的位置作为端部的端面形成图案。然后，将抗蚀层19去除，在第1绝缘膜18的端面形成图案之上形成sin的第2绝缘膜20。

然后，如图12及图13所示，将第1及第2绝缘膜18、20作为掩模对衍射光栅形成层17进行蚀刻而形成衍射光栅3。然后，如图14及图15所示，将衍射光栅3之上的第1绝缘膜18去除，在保留光吸收层5之上的第1及第2绝缘膜18、20的状态下，通过填埋层4填埋衍射光栅3。

然后，如图16及17所示，将第2绝缘膜20去除，在衍射光栅3及填埋层4之上，以不覆盖端面形成图案的方式形成sin的第3绝缘膜21。使用氢氟酸类溶液，在不对sin的第3绝缘膜21进行蚀刻的状态下，对sio2的第1绝缘膜18选择性地进行蚀刻而进行图案化。但是，不对与光调制器的成为出射端面的位置对应的第1绝缘膜18的端面形成图案的端部进行蚀刻。然后，将第1及第3绝缘膜18、21作为掩模而将光吸收层5蚀刻至形成窗部的深度，形成光调制器的出射端面。

然后，如图18及图19所示，在对光吸收层5进行蚀刻后的部分填埋p型或未掺杂的inp层6而形成窗部。然后，在有源层2之上形成上包层7等，通过干蚀刻形成垂直脊型构造。

在本实施方式中，通过电子束曝光形成衍射光栅图案，与此同时，通过电子束曝光形成以光调制器的成为出射端面的位置作为端部的端面形成图案。由此，能够以nm级别对衍射光栅3的端部和光调制器的出射端面的距离进行控制。因此，能够控制在来自光调制器的出射端面的反射光入射至dfb激光器时的光的相位，得到由返回光的影响引起的波长变化小的电场吸收型光调制器集成dfb激光器。

具体地说，将衍射光栅3的端部和光调制器的出射端面的距离l以下述方式设定。

l＝(m+a)λ/2

在这里，λ是激光的管内波长，m是整数，0.4≤a≤0.6。通过将距离l以上述方式设定，从而使在来自光调制器的出射端面的返回光入射至dfb激光器的有源区域内时的返回光的相位相对于dfb激光器内的驻波，大约为+90°或-90°(例如，参照非专利文献1(图17·12))。因此，dfb激光器内的烧孔不会变大，激光器的振荡波长的变化变小，因此不会产生传送特性劣化的问题。

另外，通过使用本实施方式的制造方法，从而能够实现在仅使用现有的玻璃掩模来决定光调制器的出射端面的位置而进行制造的情况下不可能实现的高精度校准。在专利文献2中为了使用微负载效应，需要将蚀刻掩模窗部变大，但在本实施方式中没有该制约。

另外，与由湿蚀刻等不稳定的制造方法形成的逆台面脊构造不同，垂直脊型构造是由干蚀刻形成的。因此，由制造波动引起的有效折射率的波动小，因此返回光的相位的控制的误差变小。

此外，也可以取代具有inp层6的窗部，形成具有未掺杂ingaasp光波导芯层的无源波导。

实施方式2.

本实施方式涉及的光设备构成为，与实施方式1相比没有窗部，dfb激光器及光调制器依次排列而被集成化。将光调制器的出射端作为光设备的前端面。该前端面不是通过解理，而是由蚀刻形成的。

本实施方式涉及的光设备的制造方法与实施方式1的图4至图17的工序相同。其中，将衍射光栅3的端部和光调制器的出射端面的距离l以下述方式设定。

l＝(m+a)λ/2

在这里，λ是激光的管内波长，m是整数，0.4-b≤a≤0.6-b，b是设置有绝缘膜多层覆层的前端面的返回光相位。由此，能够得到与实施方式1同样的效果。

实施方式3.

本实施方式涉及的光设备构成为，与实施方式1相比没有光调制器，dfb激光器及窗部依次排列而被集成化。将窗部的出射端作为光设备的前端面。该前端面不是通过解理，而由蚀刻形成的。

图20、22、24、26、28、30是表示本发明的实施方式3涉及的光设备的制造方法的剖视图。图21、23、25、27、29、31是表示本发明的实施方式3涉及的光设备的制造方法的俯视图。

首先，与实施方式1的图4及图5相同地，在n-inp基板1之上依次形成成为dfb激光器的有源层2和衍射光栅形成层17。然后，如图20及图21所示，将有源层2和衍射光栅形成层17的一部分去除，将与有源层2对接且成为窗部的p型或未掺杂的inp层6形成在n-inp基板1之上。

然后，如图22及图23所示，在衍射光栅形成层17及inp层6之上形成sio2的第1绝缘膜18。在第1绝缘膜18之上形成抗蚀层19，通过电子束曝光对抗蚀层19进行图案化。然后，如图24及图25所示，将抗蚀层19作为掩模而对第1绝缘膜18进行蚀刻。这样，在有源层2之上的第1绝缘膜18通过电子束曝光形成衍射光栅图案，与此同时，在inp层6之上的第1绝缘膜18通过电子束曝光形成以窗部的成为出射端面的位置作为端部的端面形成图案。然后，将抗蚀层19去除，在第1绝缘膜18的端面形成图案之上形成sin的第2绝缘膜20。

然后，如图26及图27所示，将第1及第2绝缘膜18、20作为掩模对衍射光栅形成层17进行蚀刻而形成衍射光栅3。然后，如图28及图29所示，将衍射光栅3之上的第1绝缘膜18去除，在保留inp层6之上的第1及第2绝缘膜18、20的状态下，通过填埋层4填埋衍射光栅3。

然后，如图30及31所示，将第2绝缘膜20去除，在衍射光栅3及填埋层4之上，以不覆盖端面形成图案的方式形成第3绝缘膜21。然后，将第1及第3绝缘膜18、21作为掩模对inp层6进行蚀刻而形成窗部的出射端面。然后，在有源层2之上形成上包层7等。对上包层7等进行干蚀刻而形成垂直脊型构造。

在本实施方式中，通过电子束曝光形成衍射光栅图案，与此同时，通过电子束曝光形成以窗部的成为出射端面的位置作为端部的端面形成图案。由此，能够以nm级别对衍射光栅3的端部和窗部的出射端面的距离进行控制。因此，能够对在来自窗部的出射端面即光设备的前端面的反射光入射至dfb激光器时的光的相位进行控制，得到由返回光的影响引起的波长变化小的dfb激光器。

具体地说，将衍射光栅3的端部和窗部的出射端面的距离l以下述方式设定。

l＝(m+a)λ/2

在这里，λ是激光的管内波长，m是整数，-0.1-b≤a≤0.1-b，b是设置有绝缘膜多层覆层的前端面的返回光相位。通过将距离l以上述方式设定，从而使在来自窗部的出射端面的返回光入射至dfb激光器的有源区域内时的返回光的相位相对于dfb激光器内的驻波，大约为0°或180°(例如，参照非专利文献1)。因此，激光器的振荡波长的单模性变小，不会产生传送特性劣化的问题。

此外，窗部的出射端面也可以是光设备的后端面。由此，能够以nm级别对dfb激光器的衍射光栅3的端部和光设备的后端面的距离进行控制。这样，在光设备的后端面不是通过解理，而是由蚀刻形成的情况下，也能应用本发明。