光半導体集積化装置及びその製造方法
【課題】 平行に配置される複数の光半導体素子と光導波路の接合面が光の進行方向に対して傾いていても、バットジョイント成長によって形成可能な光半導体素子集積化装置を提供すること。
【解決手段】 半導体基板と、前記半導体基板の上に平行に配置された複数の光半導体素子と、前記光半導体素子の夫々に突合せ接合されている複数の光導波路とを具備し、前記光半導体素子と前記光導波路の接合面が前記半導体基板に交わる境界線が、光の進行方向に対して傾いており、且つ、前記境界線が傾く方向が、隣接する他の前記境界線で反対になっていること。
【解決手段】 半導体基板と、前記半導体基板の上に平行に配置された複数の光半導体素子と、前記光半導体素子の夫々に突合せ接合されている複数の光導波路とを具備し、前記光半導体素子と前記光導波路の接合面が前記半導体基板に交わる境界線が、光の進行方向に対して傾いており、且つ、前記境界線が傾く方向が、隣接する他の前記境界線で反対になっていること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光半導体集積化装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の通信需要の飛躍的な増大に対応するため、波長の異なる複数の信号光を合波して、一本の光ファイバで伝送する波長多重通信システムの開発が進んでいる。
【０００３】
波長多重通信システムの柔軟な構築を可能とする装置として、広い波長範囲に亘って、波長の異なる複数の信号光を個別に増幅する光増幅装置の実現が望まれている。
【０００４】
このような光増幅装置としては、複数の半導体光増幅器（Semiconductor Optical. Amplifier; SOA）を同一基板上に平行に配置した、アレイ集積型の半導体光増幅装置（以下、アレイ集積型ＳＯＡと呼ぶ）がある。アレイ集積型ＳＯＡは、異なる波長の光信号を複数のＳＯＡによって個別に増幅し、同一基板上に設けられた光合波器によって合波して出力する半導体光増幅装置である。
【特許文献１】特開２００１−１８９５２３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
複数の光半導体素子（例えば、ＳＯＡや合波器）が集積された光半導体集積化装置では、各光半導体素子は光導波路によって接続されている。しかし、光半導体素子の等価屈折率と光導波路の等価屈折率は、通常、一致しない。このため、光半導体素子と光導波路の接合面で、信号光が反射され戻り光となって、光半導体素子の動作を不安定にする。
【０００６】
信号光の反射を回避するためには、光半導体素子と光導波路の接合面を、光の進行方向に対して傾けることが有効である。このような構造は、反射光の影響を受けやすいＳＯＡを集積化したアレイ集積型ＳＯＡで特に重要である。
【０００７】
ところで、光半導体素子を形成する光導波層（例えば、量子井戸活性層）は、通常、光導波路を形成する光導波層（例えば、４元混晶半導体製のコア層）とは異なった組成及び構造を持っている。このため、光半導体素子と光導波路の接合面では、異なった組成及び構造の半導体層が、接合することになる。
【０００８】
異なった構造の半導体層を接合するには、通常、設計自由度の高いバットジョイント（Butt-joint）成長が適している。
【０００９】
バットジョイント成長では、まず、光半導体素子となる半導体層を成長する。次に、光導波路となる領域で、この半導体層をエッチングし除去する。その後、光半導体素子となる半導体層を除去した領域に、光導波路となる半導体層を再成長する。この時、異なった構造等を有する、光半導体素子及び光導波路の光導波層が接合する。
【００１０】
ところで、バットジョイント成長によって、光の進行方向に対して傾いた接合面を形成するためには、光半導体素子となる半導体層をエッチングする際に用いるマスクを縦長の台形にして、その斜辺によって接合面を画定する必要がある。
【００１１】
しかし、このようなマスクでは、台形の底辺と斜辺がなす角が鋭角になる。マスクに鋭角が存在すると、マスクの下側で半導体層を側面からエッチングするサイドエッチングが急激に進行して、マスクの下側にエッチングされた領域が広範囲に形成される。このため、バットジョイント成長が困難になる。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、平行に配置される光半導体素子と光導波路の接合面が光の進行方向に対して傾いていても、バットジョイント成長によって形成可能な光半導体素子集積化装置及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するために、本光半導体素子集積化装置は、半導体基板と、前記半導体基板の上に平行に配置された複数の光半導体素子と、前記光半導体素子の夫々に突合せ接合されている複数の光導波路とを具備する。
【００１４】
そして、本光半導体素子集積化装置では、前記光半導体素子と前記光導波路の境界が、光の進行方向に対して傾いており、且つ、前記境界が傾く方向が、隣接する他の半導体素子と光導波路との境界で反対になっている。
【発明の効果】
【００１５】
本光半導体素子集積化装置は、平行に配置される光半導体素子と光導波路の接合面が光の進行方向に対して傾いているにも拘わらず、バットジョイント成長によって形成可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。
【００１７】
まず、光半導体素子と光導波路の接合面を光の進行方向に対して傾けると、何故、光半導体素子と光導波路のバットジョイント（突合せ接合）が困難になるか、その理由について説明する。
【００１８】
図１は、ＳＯＡと光導波路の接合面が傾いたアレイ集積型ＳＯＡを製作する際に使用する、バットジョイント成長用のマスク２の構成を説明する平面図である。尚、以後の図面では、対応する部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００１９】
図１には、ＳＯＡの形成が予定されている領域４と、光導波路の形成が予定されている領域６が、夫々破線で示されている（下記図３、５、６等においても、同じ）。尚、図１の中央に記載した破線は、製造工程の最終段階で、基板をヘキ開するヘキ開線８を表している。
【００２０】
図２は、バットジョイント成長の手順を説明する工程断面図である。
【００２１】
アレイ集積型ＳＯＡでは、ＳＯＡの活性層と光導波路のコア層が、突き合わされた状態で接合される。以下、図２に従って、突き合わせ接合（バットジョイント）を形成する工程を説明する。
【００２２】
まず、光半導体素子（例えば、ＳＯＡ）となる半導体層１６を成長する。
【００２３】
次に、光半導体素子となる領域１８（例えば、ＳＯＡ形成予定領域４）を覆う、誘電体製のマスク２を形成する（図２（ａ）参照）。
【００２４】
次に、このマスク２をエッチングマスクとして、光導波路の形成予定領域６に形成された半導体層１６を、エッチングして除去する（図２（ｂ）参照）。この際、光半導体素子の光導波層（例えば、ＳＯＡの活性層）となる半導体層１７を、少しサイドエッチングして、マスク２の下に空間を作る。
【００２５】
その後、エッチングされた領域２０に、光導波路となる半導体層２２を再成長する（図２（ｃ）参照）。この際、サイドエッチングによって形成した空間が、マスク２の上から流出してくる構成元素を吸収して、バットジョイント接合近傍の異常成長を抑制する。
【００２６】
ところで、図１に示すよう台形状のマスク２では、底辺１２と斜辺１４が鋭角２６を形成する（図１参照）。
【００２７】
図３は、この台形状のマスク２を用いて、光半導体素子（例えば、ＳＯＡ）となる半導体層１６をエッチングした後の状態を説明する平面図である。図４は、図３のＡ−Ａ線における断面を説明する図である。
【００２８】
光半導体素子となる半導体層１６をエッチングすると、鋭角２６の頂点からサイドエッチングが急速に進み、半導体層１６（特に、光導波層２８）が広範囲に亘って浸食される（図３及び図４（ａ）参照）。その結果、過剰にサイドエッチングされた領域２４は、容易に、光半導体素子の形成予定領域１８（例えば、ＳＯＡの形成予定領域４）に及ぶ。
【００２９】
その結果、光導波層２８が、異常成長の抑制に必要な深さを超えて過度に、サイドエッチングされた空間が発生する。このため、半導体層１６をエッチングした領域２０に、光導波路となる半導体層２２を再成長しても、この空間は完全には埋まらない。その結果、空洞３２が、光半導体素子の光導波層２８（例えば、ＳＯＡの活性層）と光導波路のコア層３０の間に形成される（図４（ｂ）参照）。
【００３０】
このような接合部に光導波層２８を出射した光が入射すると、出射光は、空洞３２によって散乱される。このため、光導波路のコア層３０に到達することができない光が、大量に発生する。従って、図１に示すような台形状のマスクを用いた場合、光半導体素子（例えば、ＳＯＡ）と光導波路の間に、良好な光結合を形成することが困難になる。
【００３１】
ところで、同様の問題は、程度の差はあるが、矩形のマスクを用いた場合にも発生する。図５は、矩形のマスク３４を用いて、ＳＯＡとなる半導体層をエッチングした後の状態を説明する図である。
【００３２】
このようなマスクを用いた場合、マスクの四隅で、サイドエッチングが促進される。但し、四隅の角度が鋭角ではないので、通常は、過剰にサイドエッチングされた領域２４が、ＳＯＡの形成予定領域４を侵食することはない。
【００３３】
しかし、ＳＯＡアレイの密度を上げるため、ＳＯＡの形成予定領域４の間隔と共にマスク３４の幅を狭くした場合、過剰にサイドエッチングされた領域２４が、ＳＯＡの形成予定領域４に及ぶことがある。
【００３４】
図６は、本発明者が、このような現象を回避するために使用している、マスク３６の構成を説明する平面図である。
【００３５】
このマスク３６では、矩形のマスクの短辺が、帯状の領域３８によって連結されている。図６に示すように、マスク３６には四隅が存在しないので、過剰なサイドエッチングが発生することはない。尚、ＳＯＡの形成領域４の間をマスクで完全に埋めてしまうと、バットジョイント近傍に構成元素が過剰に供給されて、異常成長が起きてしまう。そこで、矩形マスクの短辺を、帯状の領域３８で連結している。
【００３６】
同様に、台形状のマスク２の斜辺を帯状の領域で連結すれば、過剰なサイドエッチングを回避できると考えられる。図７は、このようなマスク４０の構成を説明する平面図である。
【００３７】
台形状のマスク２の斜辺を帯状の領域３８で連結すると、扇状のマスク４０になる（図７参照）。このようなマスク４０では、扇の要（図７では、左端）から遠ざかるに従って、ＳＯＡの形成予定領域４が長くなる。一方、アレイ集積型ＳＯＡでは、ＳＯＡの長さは一定である。故に、このような扇形のマスクを用いて、アレイ集積型ＳＯＡを製造することはできない。
【００３８】
図７のような扇状のマスク４０は、ＳＯＡと光導波路の接合面が、一方向に傾いている場合に必要になる。
【００３９】
図８は、本実施の形態のアレイ集積型ＳＯＡにおける、ＳＯＡ４４と光導波路４６の接合面近傍を拡大した平面図である。
【００４０】
図８に示すように、本アレイ集積型ＳＯＡでは、ＳＯＡ４４と光導波路４６の接合面が半導体基板と交わる境界線４８が傾く方向が、（ＳＯＡを導波する）光の進行方向１０に対して傾いている。且つ、境界線４８が傾く方向が、隣接する他の境界線４８で反対になっている。更に、接合面（境界線４８）の位置は、光の進行方向１０に対して垂直な線４９上に整列している。
【００４１】
尚、ＳＯＡ４４と光導波路４６の接合面とは、夫々の光導波層が接している境界面のことである。このような境界面は、通常は、半導体基板に対して垂直である。しかし、ＳＯＡ４４と光導波路４６の接合面は、半導体基板に対して傾いていてもよい。但し、このような場合にも、接合面が半導体基板と交わる境界線４８が、光の進行方向１０に傾いていることが好ましい。
【００４２】
図９は、本アレイ集積型ＳＯＡの製造に用いるマスク５０の構成を説明する平面図である。
【００４３】
図９に示すように、本マスク５０の外周５１は、ＳＯＡ４４（光半導体素子）の端部に対応する位置５２で、光の進行方向１０に対して傾いており、且つ、上記外周５１が傾く方向が隣接する他の上記位置５３で反対になっている。
【００４４】
更に、本マスク５０では、上記位置５２で一旦傾いた外周５１が、光の進行方向１０に対する傾斜角度θを垂直にした後（又は垂直に近づけた後）、反対方向に傾いてから隣接する他の位置５３に達する。例えば、傾斜角度θが、外周５１に沿って、・・・４５°→９０°→ ―４５°→９０°→ ４５°→９０°・・・と変化する（図９参照）。
【００４５】
図９を参照すれば明らかなように、本マスク５０によって形成されるＳＯＡ４４（光半導体素子）の長さは、等しくなる。
【００４６】
更に、本マスク５０には、鋭角が存在しない。従って、本マスク５０を用いてアレイ集積型ＳＯＡ（光半導体素子集積化装置）を製造すれば、過剰なサイドエッチングが発生することはない。
【００４７】
故に、本マスク５０を用いれば、ＳＯＡ（光半導体素子）と光導波路の接合面が光の進行方向に対して傾いたアレイ集積型ＳＯＡ（光半導体素子集積化装置）を、バットジョイント成長によって形成することができる。
【実施例１】
【００４８】
（１）構 成
図１０は、実施例１の光半導体素子集積化装置５４の構成を説明する平面図である。
【００４９】
本光半導体素子集積化装置５４は、半導体基板５６の上に平行に配置された複数の光半導体素子５８を具備している（図１０参照）。ここで、光半導体素子５８は、半導体基板５６に平行な光導波層を有し、この光導波層に沿って光を伝搬させる、導波路型の光半導体素子である。このような光半導体素子としては、ＳＯＡ、半導体レーザ、及び光変調器等がある。尚、本実施例の光半導体素子５８は、ＳＯＡである。
【００５０】
また、本光半導体素子集積化装置５４は、光半導体素子（ＳＯＡ）５８の夫々に、突合せ接合されている複数の光導波路４６を具備している。従って、光半導体素子（ＳＯＡ）５８の光導波層（例えば、活性層）と光導波路４６の光導波層（コア層）が、突き合わされた状態で接合している。
【００５１】
また、本光半導体素子集積化装置５４は、複数の入力口を有し、各入力口に光導波路４６が接続された、光合波器６０（例えば、ＦＦＣ；Ｆｉｅｌｄ Ｆｌａｔｔｅｎｅｄ Ｃｏｕｐｌｅｒ）を具備している。
【００５２】
また、本光半導体素子集積化装置５４は、光合波器６０の出力口に接続された光導波路６２と、この光導波路６２に接続された出力側ＳＯＡ６４を具備している。
【００５３】
すなわち、本光半導体素子集積化装置５４は、所謂、アレイ集積型ＳＯＡである。
【００５４】
尚、本光半導体素子集積化装置５４の端面には、反射防止膜５９が形成されている。
【００５５】
上述した図８は、本光半導体素子集積化装置５４に於ける、光半導体素子（ＳＯＡ４４）と光導波路４６の接合面近傍を拡大した図である。
【００５６】
図８に示すように、本光半導体素子集積化装置５４では、光半導体素子（ＳＯＡ）５８と光導波路４６の接合面が半導体基板に交わる境界線４８が、光の進行方向１０に対して傾いており、且つ、境界線４８が光の進行方向１０に対して傾く方向が、隣接する他の境界線４８で反対になっている。例えば、ある境界線４８が、光の進行方向１０に対して４５°傾いている場合、隣の境界線４８は−４５°傾いている。すなわち、本光半導体素子集積化装置５４では、光半導体素子５８と光導波路４６の第１の境界が、光の進行方向１０に対して傾いており、且つ、前記第１の境界が傾く方向が、隣接する他の、半導体素子５８と光導波路４６との第２の境界と反対になっている。
【００５７】
更に、光半導体素子（ＳＯＡ）５８の端部に対応する位置５２が、光の進行方向１０に垂直な線４９の上に一列に並んでいる。
【００５８】
尚、一部の上記位置５２が、他の上記位置５２が配列された直線（線４９）の外に配置されてもよい。
【００５９】
（２）製造方法
次に、本光半導体素子集積化装置５４の構成を、その製造方法に従って、詳しく説明する。
【００６０】
図１１乃至図１４は、本光半導体素子集積化装置５４の製造手順を説明する工程断面図である。
【００６１】
図１１及び図１２は、バットジョイント成長の過程を説明する工程断面図である。また、図１１及び図１２は、光の進行方向１０に沿った工程断面図である。
【００６２】
まず、ｎ型ＩｎＰ製の半導体基板５６の上に、ＭＱＷ（multi-quantum well）構造の活性層２８と、活性層２８を上下から挟むＳＣＨ層（separate confinement heterostructure；図示せず）を成長する。更に、これらの半導体層の上に、ｐ型ＩｎＰ製の第１のクラッド層６６を成長する（図１１（ａ）参照）。活性層２８、ＳＣＨ層、ｈ及び第１のクラッド層６６は、ＳＯＡ４４になる。尚、特に言及しないが、以後、活性層２８は、ＳＣＨ層を含むものとする。
【００６３】
ここで、活性層２８及びＳＣＨ層は、共に、ＩｎＧａＡｓＰ製である。また、活性層２８、ＳＣＨ層、及び第１のクラッド層６６の成長は、有機金属化学気相成長法によって行われる。尚、以下の工程で説明する各半導体層の成長も、有機金属化学気相成長法によって行われる。
【００６４】
次に、第１のクラッド層６６の上に、ＳｉＯ２膜を成膜する。このＳｉＯ２膜を、リソグラフィー技術により、ＳＯＡ４４の形成予定領域４を覆うマスク５０に成形する（図１１（ｂ）参照）。尚、ＳＯＡ４４の形成予定領域４は、[0,-1,-1]方向に延在させる。
【００６５】
ここで、マスク５０は、図９を参照して説明したマスクである。上述したように、マスク５０の外周５１は、ＳＯＡ４４の端部に対応する位置５２で、光の進行方向１０に対して４５°傾いており、且つ、外周５１が傾く方向が隣接する他の前記位置では反対（−４５°）になっている。更に、上記位置５２で一旦傾いた外周５１は、光の進行方向１０に対する傾斜角度θを垂直にした後、反対方向（―４５°）に傾いてから隣接する位置５３に達する。
【００６６】
尚、上記傾斜角度θは、必ずしも、垂直でなくてもよい。上記傾斜角度θは、外周５１が方向を転換した時に、鋭角を形成しない角度であればよい。例えば、８０°でもよい。また、マスク５０は、ＳｉＯ２以外の他の誘電体、例えばＳｉＮ等で形成してもよい。
【００６７】
次に、マスク５０をエッチングマスクとして、第１のクラッド層６６及び活性層２８を、ドライエッチングにより、活性層２８の途中まで除去する（図１１（ｃ）参照）。
【００６８】
次に、残存させた活性層２８を、塩酸と過酸化水素酸と水の混合液によって除去する（図１２（ａ）参照）。この時、活性層２８が、サイドエッチングされる。
【００６９】
ドライエッチングに際に残存させる活性層２８が厚過ぎると、サイドエッチングが過剰に進行して、空洞発生の原因となる。一方、残存させる活性層２８が薄すぎる場合には、サイドエッチングが過小になり、再成長の際、マスク近傍で異常成長が起きてしまう。従って、残存させる活性層２８の厚さは、再成長する半導体層の厚さを考慮して、適宜調整する必要がある。
【００７０】
次に、ＩｎＧａＡｓＰ製の光導波層（コア層）６８及びｐ型ＩｎＰ製の第２のクラッド層７０を、マスク５０を選択成長マスクとして、順次再成長する（図１２（ｂ）参照）。この時、活性層２８と光導波層（コア層）６８は、突き合わされた状態で接合する。この光導波層（コア層）６８及び第２のクラッド層７０が、光導波路４６となる。
【００７１】
ところで、マスク５０は、ＳＯＡ４４に対応する領域（すなわち、ＳＯＡ形成予定領域４）の間で切り取られている部分６９を有している。従って、光導波層（コア層）６８及び第２のクラッド層７０の再成長に際して、マスク５０から構成元素が過剰に供給されて、バットジョイント接合近傍で異常成長が起きることはない。尚、図９に示す例では、マスク５０が切り取られている部分６９の形状は、隣接する他の切り取られている部分６９の形状と異なっている。
【００７２】
次に、マスク５０を除去し、ｐ型ＩｎＰ製の第３のクラッド層７２、ｐ型ＩｎＧａＡｓ製のコンタクト層７４を成長する（図１２（ｃ）参照）。
【００７３】
図１３及び図１４は、埋め込み層及び電極の形成過程を説明する工程断面図である。また、図１３及び図１４は、光の導波方向１０に垂直な断面の変化を、製造工程に従って表した図である。断面の位置は、ＳＯＡ４４の形成予定領域４である。
【００７４】
埋め込み層及び電極の形成は、以下の手順に従って行われる。
【００７５】
まず、コンタクト層７４の上にＳｉＯ２膜を成膜し、リソグラフィー技術により、図１０を参照して説明した光半導体素子集積化装置５４の構成に対応するエッチングマスク７６を成形する（図１３（ａ）参照）。
【００７６】
次に、このエッチングマスク７６を用いて、半導体基板５６の上に成長した半導体層をドライエッチングして、メサ７８に加工する（図１３（ｂ）参照）。
【００７７】
次に、メサ７８の両脇に、半絶縁性のＩｎＰ層８０を成長する（図１４（ａ）参照）。
【００７８】
次に、エッチングマスク７６を除去する。更に、光導波路４６,６２及び光合波器６０となる部分に形成されたコンタクト層７２を除去する。その後、コンタクト層７４の上に、ｐ側電極８２を形成する。また、半導体基板５６の裏面側に、ｎ側電極８４を形成する（図１４（ｂ）参照）。
【００７９】
次に、ヘキ開線８に沿って、半導体基板５６をヘキ開する。最後に、ヘキ開面に反射防止膜５９を形成すると、光半導体素子集積化装置５４が完成する。
【００８０】
以上の説明から明らかなように、本製造方法の要部は、以下の通りである。
【００８１】
本製造方法では、まず、平行に配置された複数の光半導体素子（例えば、ＳＯＡ４４）となる第１の半導体層（例えば、活性層２８及び第１のクラッド層６６）を、半導体基板５６の上に形成する（図１１（ａ）参照）。
【００８２】
次に、本製造方法では、光半導体素子（例えば、ＳＯＡ４４）が平行に配置される領域を誘電体製のマスク５０で覆う（図１１（ｂ）参照）。
【００８３】
次に、マスク５０をエッチングマスクとして、第１の半導体層（例えば、活性層２８及び第１のクラッド層６６）をエッチングする（図１１（ｃ）及び図１２（ａ）参照）。
【００８４】
次に、第１の半導体層（例えば、活性層２８及び第１のクラッド層６６）をエッチングした領域に、光半導体素子（例えば、ＳＯＡ４４）に接合する光導波路４６となる第２の半導体層（例えば、光導波層６８及び第２のクラッド層７０）を形成する。
【００８５】
ここで、マスク５０の外周５１は、光半導体素子（例えば、ＳＯＡ４４）の端部に対応する位置５２で、光の進行方向１０に対して傾いており、且つ、外周５１が傾く方向が、隣接する他の上記位置５３では反対になっている。
【００８６】
更に、上記位置で一旦傾いた外周５１は、光の進行方向１０に対する傾斜角度θを垂直にした後（又は垂直に近づけた後）、反対方向に傾いてから他の隣接する上記位置５３に達する。
【００８７】
従って、マスク５０には、鋭角が存在しない（図９参照）。更に、光半導体素子（ＳＯＡ４４）の端部に対応する位置５２も、光の進行方向１０に垂直な線上に一列に並んでいる。
【００８８】
故に、本製造方法によれば、平行に配列された光半導体素子（例えば、ＳＯＡ４４）と光導波路４６の接合面が、光の進行方向１０に対して傾いている光半導体素子集積化装置５４を、バットジョイント成長によって容易に形成することができる。
【００８９】
（３）動 作
最後に、本光半導体素子集積化装置（アレイ集積型ＳＯＡ）５４の動作を簡単に説明する。
【００９０】
図１０に示すように、本光半導体素子集積化装置５４は、複数の入力口（ＣＨ１〜ＣＨ８）を有している。この入力口の夫々に対向して、発振波長が少しずつ異なる分布帰還型半導体レーザ（図示せず）と、この分布帰還型半導体レーザの出力を各入力口に集光する複数のレンズ（図示せず）が配置される。
【００９１】
分布帰還型半導体レーザから出力された信号光は、各ＳＯＡ４４に入射する。信号光は、各ＳＯＡ４４によって増幅された後、光導波路４６に入射する。この時、ＳＯＡ４４と光導波路４６の接合面が、光の進行方向１０に対して４５°傾いているので、反射光は殆ど発生しない。従って、ＳＯＡ４４の光利得を高くしても、ＳＯＡ４４は安定に動作する。
【００９２】
光導波路４６に入射した信号光は、光結合器６０に導かれる。光結合器６０は、信号光を合波し光導波路６２に送出する。光導波路６２は、合波された信号光を出力側のＳＯＡ６４に導く。出力側のＳＯＡ６４は、合波された信号光を再度増幅し、光ファイバ（図示せず）に送出する。
【実施例２】
【００９３】
図１５は、本実施例で使用するマスク８８の構成を説明する平面図である。
【００９４】
本実施例では、図１０を参照して説明した光半導体素子集積化装置（アレイ集積型ＳＯＡ）５４を、このマスク８８を使用して製造する。製造手順は、実施例１の製造方法と同じである。
【００９５】
実施例１で使用するマスク５０では、切り取られている部分６９が、光の進行方向１０に対する傾斜角度θが垂直になった外周部分９０より広くなっている。
【００９６】
一方、本実施例のマスク８８では、切り取られている部分６９が、上記外周部分９０より狭くなっている。このようなマスクを用いても、複数のＳＯＡ４４と光導波路４６の接合面が、光の進行方向１０に対して傾いたアレイ集積型ＳＯＡを、バットジョイント成長によって容易に形成することができる。
【実施例３】
【００９７】
図１６は、本実施例で使用するマスク９２の構成を説明する平面図である。
【００９８】
本実施例では、図１０を参照して説明した光半導体素子集積化装置（アレイ集積型ＳＯＡ）５４を、このマスク９２を使用して製造する。製造手順は、実施例１の製造方法と同じである。
【００９９】
本マスク９２の外周は、光半導体素子（ＳＯＡ）の端部に対応する位置５２で、光の進行方向１０に対して傾いており、且つ、光半導体素子となる領域１８の両側に突出している。
【０１００】
本マスク９２には、鋭角２６が存在する。従って、この鋭角２６からサイドエッチングが進行する。しかし、突出した部分９３を十分に長くすれば、光半導体素子の端部に対応する位置５２にサイドエッチングが及ぶことはない。
【０１０１】
従って、本マスク９２を用いても、複数のＳＯＡ４４と光導波路４６の接合面が、光の進行方向１０に対して傾いたアレイ集積型ＳＯＡを、バットジョイント成長によって容易に形成することができる。
【０１０２】
尚、本製造方法の要部は、以下の通りである。
【０１０３】
本製造方法では、まず、平行に配置された複数の光半導体素子（例えば、ＳＯＡ４４）となる第１の半導体層（例えば、活性層２８及び第１のクラッド層６６）を、半導体基板５６の上に形成する（図１１（ａ）参照）。
【０１０４】
次に、本製造方法では、光半導体素子（例えば、ＳＯＡ４４）が平行に配置される領域を、個別に、複数の誘電体製のマスク５０で覆う（図１１（ｂ）及び図１６参照）。
【０１０５】
次に、マスク９２をエッチングマスクとして、第１の半導体層（例えば、活性層２８及び第１のクラッド層６６）をエッチングする（図１１（ｃ）及び図１２（ａ）参照）。
【０１０６】
次に、第１の半導体層（例えば、活性層２８及び第１のクラッド層６６）をエッチングした領域に、光半導体素子（例えば、ＳＯＡ４４）に接合する光導波路４６となる第２の半導体層（例えば、光導波層６８及び第２のクラッド層７０）を形成する。
【０１０７】
（変形例）
図９を参照して説明したマスク５０では、切り取られた部分６９の形状が２通りある。このうちの一方が、突出部９４を有している。図１７に示すような突出部９４を有しないマスク９６を使用してよい。
【０１０８】
また、以上の例の光半導体素子集積化装置は、アレイ集積型ＳＯＡである。しかし、本発明は、他の半導体素子集積化装置、例えば発振波長が少しずつ異なる分布帰還型半導体レーザが集積された可変波長レーザに適用することもできる。また分布帰還型半導体レーザと電界吸収型変調器をアレイ化した半導体集積素子にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】アレイ集積型ＳＯＡの製造に使用するマスクの構成を説明する平面図である。
【図２】バットジョイント成長の手順を説明する工程断面図である。
【図３】台形状のマスクを用いて、光半導体素子となる半導体層をエッチングした後の状態を説明する図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線における断面を説明する図である
【図５】矩形のマスクを用いて、ＳＯＡとなる半導体層をエッチングした後の状態を説明する図である。
【図６】帯状の領域によって、短辺が連結されたマスクの構成を説明する平面図である。
【図７】台形状のマスクの斜辺を帯状の領域で連結した、マスクの構成を説明する平面図である。
【図８】実施の形態のアレイ集積型ＳＯＡにおける、ＳＯＡと光導波路の接合面近傍を拡大した平面図である。
【図９】実施の形態のアレイ集積型ＳＯＡの製造に用いるマスクの構成を説明する平面図である。
【図１０】実施例１の光半導体素子集積化装置の構成を説明する平面図である。
【図１１】実施例１の光半導体素子集積化装置の製造手順を説明する工程断面図である（その１）。
【図１２】実施例１の光半導体素子集積化装置の製造手順を説明する工程断面図である（その２）。
【図１３】実施例１の光半導体素子集積化装置の製造手順を説明する工程断面図である（その３）。
【図１４】実施例１の光半導体素子集積化装置の製造手順を説明する工程断面図である（その４）。
【図１５】光半導体素子集積化装置の製造に用いるマスクの構成を説明する平面図である（実施例２）。
【図１６】光半導体素子集積化装置の製造に用いるマスクの構成を説明する平面図である（実施例３）。
【図１７】光半導体素子集積化装置の製造に用いるマスクの構成を説明する平面図である（変形例）。
【符号の説明】
【０１１０】
２・・・マスク ４・・・ＳＯＡの形成予定領域
６・・・光導波路の形成予定領域 ８・・・ヘキ開線
１０・・・光の進行方向 １２・・・底辺
１４・・・斜辺 １６・・・光半導体素子となる半導体層
１７・・・（光半導体素子の）光導波層となる半導体層
１８・・・光半導体素子となる領域
２０・・・エッチングされた領域 ２２・・・光導波路となる半導体層
２４・・・過剰にサイドエッチングされた領域
２６・・・鋭角 ２８・・・光導波層
３０・・・コア層 ３２・・・空洞
３４・・・矩形のマスク ３６・・・マスク
３８・・・帯状の領域 ４０・・・マスク
４４・・・ＳＯＡ ４６・・・光導波路
４８・・・境界線 ４９・・・光の進行方向に垂直な線
５０・・・・マスク（実施の形態） ５１・・・（マスクの）外周
５２,５３・・・ＳＯＡの端部に対応する位置
５４・・・光半導体素子集積化装置（実施例１）
５６・・・半導体基板 ５８・・・光半導体素子（ＳＯＡ）
５９・・・反射防止膜
６０・・・光合波器 ６２・・・光導波路
６４・・・出力側ＳＯＡ ６６・・・第１のクラッド層
６８・・・光導波層（コア層） ７０・・・第２のクラッド層
７２・・・第３のクラッド層 ７４・・・コンタクト層
７６・・・エッチングマスク
７８・・・メサ ８０・・・半絶縁性のＩｎＰ層
８２・・・ｐ側電極 ８４・・・ｎ側電極
８８・・・マスク（実施例２）
９０・・・傾斜角度が垂直になった外周部分
９２・・・・・・マスク（実施例３） ９３・・・突出した部分
９４・・・突出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光半導体集積化装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の通信需要の飛躍的な増大に対応するため、波長の異なる複数の信号光を合波して、一本の光ファイバで伝送する波長多重通信システムの開発が進んでいる。
【０００３】
波長多重通信システムの柔軟な構築を可能とする装置として、広い波長範囲に亘って、波長の異なる複数の信号光を個別に増幅する光増幅装置の実現が望まれている。
【０００４】
このような光増幅装置としては、複数の半導体光増幅器（Semiconductor Optical. Amplifier; SOA）を同一基板上に平行に配置した、アレイ集積型の半導体光増幅装置（以下、アレイ集積型ＳＯＡと呼ぶ）がある。アレイ集積型ＳＯＡは、異なる波長の光信号を複数のＳＯＡによって個別に増幅し、同一基板上に設けられた光合波器によって合波して出力する半導体光増幅装置である。
【特許文献１】特開２００１−１８９５２３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
複数の光半導体素子（例えば、ＳＯＡや合波器）が集積された光半導体集積化装置では、各光半導体素子は光導波路によって接続されている。しかし、光半導体素子の等価屈折率と光導波路の等価屈折率は、通常、一致しない。このため、光半導体素子と光導波路の接合面で、信号光が反射され戻り光となって、光半導体素子の動作を不安定にする。
【０００６】
信号光の反射を回避するためには、光半導体素子と光導波路の接合面を、光の進行方向に対して傾けることが有効である。このような構造は、反射光の影響を受けやすいＳＯＡを集積化したアレイ集積型ＳＯＡで特に重要である。
【０００７】
ところで、光半導体素子を形成する光導波層（例えば、量子井戸活性層）は、通常、光導波路を形成する光導波層（例えば、４元混晶半導体製のコア層）とは異なった組成及び構造を持っている。このため、光半導体素子と光導波路の接合面では、異なった組成及び構造の半導体層が、接合することになる。
【０００８】
異なった構造の半導体層を接合するには、通常、設計自由度の高いバットジョイント（Butt-joint）成長が適している。
【０００９】
バットジョイント成長では、まず、光半導体素子となる半導体層を成長する。次に、光導波路となる領域で、この半導体層をエッチングし除去する。その後、光半導体素子となる半導体層を除去した領域に、光導波路となる半導体層を再成長する。この時、異なった構造等を有する、光半導体素子及び光導波路の光導波層が接合する。
【００１０】
ところで、バットジョイント成長によって、光の進行方向に対して傾いた接合面を形成するためには、光半導体素子となる半導体層をエッチングする際に用いるマスクを縦長の台形にして、その斜辺によって接合面を画定する必要がある。
【００１１】
しかし、このようなマスクでは、台形の底辺と斜辺がなす角が鋭角になる。マスクに鋭角が存在すると、マスクの下側で半導体層を側面からエッチングするサイドエッチングが急激に進行して、マスクの下側にエッチングされた領域が広範囲に形成される。このため、バットジョイント成長が困難になる。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、平行に配置される光半導体素子と光導波路の接合面が光の進行方向に対して傾いていても、バットジョイント成長によって形成可能な光半導体素子集積化装置及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するために、本光半導体素子集積化装置は、半導体基板と、前記半導体基板の上に平行に配置された複数の光半導体素子と、前記光半導体素子の夫々に突合せ接合されている複数の光導波路とを具備する。
【００１４】
そして、本光半導体素子集積化装置では、前記光半導体素子と前記光導波路の境界が、光の進行方向に対して傾いており、且つ、前記境界が傾く方向が、隣接する他の半導体素子と光導波路との境界で反対になっている。
【発明の効果】
【００１５】
本光半導体素子集積化装置は、平行に配置される光半導体素子と光導波路の接合面が光の進行方向に対して傾いているにも拘わらず、バットジョイント成長によって形成可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。
【００１７】
まず、光半導体素子と光導波路の接合面を光の進行方向に対して傾けると、何故、光半導体素子と光導波路のバットジョイント（突合せ接合）が困難になるか、その理由について説明する。
【００１８】
図１は、ＳＯＡと光導波路の接合面が傾いたアレイ集積型ＳＯＡを製作する際に使用する、バットジョイント成長用のマスク２の構成を説明する平面図である。尚、以後の図面では、対応する部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００１９】
図１には、ＳＯＡの形成が予定されている領域４と、光導波路の形成が予定されている領域６が、夫々破線で示されている（下記図３、５、６等においても、同じ）。尚、図１の中央に記載した破線は、製造工程の最終段階で、基板をヘキ開するヘキ開線８を表している。
【００２０】
図２は、バットジョイント成長の手順を説明する工程断面図である。
【００２１】
アレイ集積型ＳＯＡでは、ＳＯＡの活性層と光導波路のコア層が、突き合わされた状態で接合される。以下、図２に従って、突き合わせ接合（バットジョイント）を形成する工程を説明する。
【００２２】
まず、光半導体素子（例えば、ＳＯＡ）となる半導体層１６を成長する。
【００２３】
次に、光半導体素子となる領域１８（例えば、ＳＯＡ形成予定領域４）を覆う、誘電体製のマスク２を形成する（図２（ａ）参照）。
【００２４】
次に、このマスク２をエッチングマスクとして、光導波路の形成予定領域６に形成された半導体層１６を、エッチングして除去する（図２（ｂ）参照）。この際、光半導体素子の光導波層（例えば、ＳＯＡの活性層）となる半導体層１７を、少しサイドエッチングして、マスク２の下に空間を作る。
【００２５】
その後、エッチングされた領域２０に、光導波路となる半導体層２２を再成長する（図２（ｃ）参照）。この際、サイドエッチングによって形成した空間が、マスク２の上から流出してくる構成元素を吸収して、バットジョイント接合近傍の異常成長を抑制する。
【００２６】
ところで、図１に示すよう台形状のマスク２では、底辺１２と斜辺１４が鋭角２６を形成する（図１参照）。
【００２７】
図３は、この台形状のマスク２を用いて、光半導体素子（例えば、ＳＯＡ）となる半導体層１６をエッチングした後の状態を説明する平面図である。図４は、図３のＡ−Ａ線における断面を説明する図である。
【００２８】
光半導体素子となる半導体層１６をエッチングすると、鋭角２６の頂点からサイドエッチングが急速に進み、半導体層１６（特に、光導波層２８）が広範囲に亘って浸食される（図３及び図４（ａ）参照）。その結果、過剰にサイドエッチングされた領域２４は、容易に、光半導体素子の形成予定領域１８（例えば、ＳＯＡの形成予定領域４）に及ぶ。
【００２９】
その結果、光導波層２８が、異常成長の抑制に必要な深さを超えて過度に、サイドエッチングされた空間が発生する。このため、半導体層１６をエッチングした領域２０に、光導波路となる半導体層２２を再成長しても、この空間は完全には埋まらない。その結果、空洞３２が、光半導体素子の光導波層２８（例えば、ＳＯＡの活性層）と光導波路のコア層３０の間に形成される（図４（ｂ）参照）。
【００３０】
このような接合部に光導波層２８を出射した光が入射すると、出射光は、空洞３２によって散乱される。このため、光導波路のコア層３０に到達することができない光が、大量に発生する。従って、図１に示すような台形状のマスクを用いた場合、光半導体素子（例えば、ＳＯＡ）と光導波路の間に、良好な光結合を形成することが困難になる。
【００３１】
ところで、同様の問題は、程度の差はあるが、矩形のマスクを用いた場合にも発生する。図５は、矩形のマスク３４を用いて、ＳＯＡとなる半導体層をエッチングした後の状態を説明する図である。
【００３２】
このようなマスクを用いた場合、マスクの四隅で、サイドエッチングが促進される。但し、四隅の角度が鋭角ではないので、通常は、過剰にサイドエッチングされた領域２４が、ＳＯＡの形成予定領域４を侵食することはない。
【００３３】
しかし、ＳＯＡアレイの密度を上げるため、ＳＯＡの形成予定領域４の間隔と共にマスク３４の幅を狭くした場合、過剰にサイドエッチングされた領域２４が、ＳＯＡの形成予定領域４に及ぶことがある。
【００３４】
図６は、本発明者が、このような現象を回避するために使用している、マスク３６の構成を説明する平面図である。
【００３５】
このマスク３６では、矩形のマスクの短辺が、帯状の領域３８によって連結されている。図６に示すように、マスク３６には四隅が存在しないので、過剰なサイドエッチングが発生することはない。尚、ＳＯＡの形成領域４の間をマスクで完全に埋めてしまうと、バットジョイント近傍に構成元素が過剰に供給されて、異常成長が起きてしまう。そこで、矩形マスクの短辺を、帯状の領域３８で連結している。
【００３６】
同様に、台形状のマスク２の斜辺を帯状の領域で連結すれば、過剰なサイドエッチングを回避できると考えられる。図７は、このようなマスク４０の構成を説明する平面図である。
【００３７】
台形状のマスク２の斜辺を帯状の領域３８で連結すると、扇状のマスク４０になる（図７参照）。このようなマスク４０では、扇の要（図７では、左端）から遠ざかるに従って、ＳＯＡの形成予定領域４が長くなる。一方、アレイ集積型ＳＯＡでは、ＳＯＡの長さは一定である。故に、このような扇形のマスクを用いて、アレイ集積型ＳＯＡを製造することはできない。
【００３８】
図７のような扇状のマスク４０は、ＳＯＡと光導波路の接合面が、一方向に傾いている場合に必要になる。
【００３９】
図８は、本実施の形態のアレイ集積型ＳＯＡにおける、ＳＯＡ４４と光導波路４６の接合面近傍を拡大した平面図である。
【００４０】
図８に示すように、本アレイ集積型ＳＯＡでは、ＳＯＡ４４と光導波路４６の接合面が半導体基板と交わる境界線４８が傾く方向が、（ＳＯＡを導波する）光の進行方向１０に対して傾いている。且つ、境界線４８が傾く方向が、隣接する他の境界線４８で反対になっている。更に、接合面（境界線４８）の位置は、光の進行方向１０に対して垂直な線４９上に整列している。
【００４１】
尚、ＳＯＡ４４と光導波路４６の接合面とは、夫々の光導波層が接している境界面のことである。このような境界面は、通常は、半導体基板に対して垂直である。しかし、ＳＯＡ４４と光導波路４６の接合面は、半導体基板に対して傾いていてもよい。但し、このような場合にも、接合面が半導体基板と交わる境界線４８が、光の進行方向１０に傾いていることが好ましい。
【００４２】
図９は、本アレイ集積型ＳＯＡの製造に用いるマスク５０の構成を説明する平面図である。
【００４３】
図９に示すように、本マスク５０の外周５１は、ＳＯＡ４４（光半導体素子）の端部に対応する位置５２で、光の進行方向１０に対して傾いており、且つ、上記外周５１が傾く方向が隣接する他の上記位置５３で反対になっている。
【００４４】
更に、本マスク５０では、上記位置５２で一旦傾いた外周５１が、光の進行方向１０に対する傾斜角度θを垂直にした後（又は垂直に近づけた後）、反対方向に傾いてから隣接する他の位置５３に達する。例えば、傾斜角度θが、外周５１に沿って、・・・４５°→９０°→ ―４５°→９０°→ ４５°→９０°・・・と変化する（図９参照）。
【００４５】
図９を参照すれば明らかなように、本マスク５０によって形成されるＳＯＡ４４（光半導体素子）の長さは、等しくなる。
【００４６】
更に、本マスク５０には、鋭角が存在しない。従って、本マスク５０を用いてアレイ集積型ＳＯＡ（光半導体素子集積化装置）を製造すれば、過剰なサイドエッチングが発生することはない。
【００４７】
故に、本マスク５０を用いれば、ＳＯＡ（光半導体素子）と光導波路の接合面が光の進行方向に対して傾いたアレイ集積型ＳＯＡ（光半導体素子集積化装置）を、バットジョイント成長によって形成することができる。
【実施例１】
【００４８】
（１）構 成
図１０は、実施例１の光半導体素子集積化装置５４の構成を説明する平面図である。
【００４９】
本光半導体素子集積化装置５４は、半導体基板５６の上に平行に配置された複数の光半導体素子５８を具備している（図１０参照）。ここで、光半導体素子５８は、半導体基板５６に平行な光導波層を有し、この光導波層に沿って光を伝搬させる、導波路型の光半導体素子である。このような光半導体素子としては、ＳＯＡ、半導体レーザ、及び光変調器等がある。尚、本実施例の光半導体素子５８は、ＳＯＡである。
【００５０】
また、本光半導体素子集積化装置５４は、光半導体素子（ＳＯＡ）５８の夫々に、突合せ接合されている複数の光導波路４６を具備している。従って、光半導体素子（ＳＯＡ）５８の光導波層（例えば、活性層）と光導波路４６の光導波層（コア層）が、突き合わされた状態で接合している。
【００５１】
また、本光半導体素子集積化装置５４は、複数の入力口を有し、各入力口に光導波路４６が接続された、光合波器６０（例えば、ＦＦＣ；Ｆｉｅｌｄ Ｆｌａｔｔｅｎｅｄ Ｃｏｕｐｌｅｒ）を具備している。
【００５２】
また、本光半導体素子集積化装置５４は、光合波器６０の出力口に接続された光導波路６２と、この光導波路６２に接続された出力側ＳＯＡ６４を具備している。
【００５３】
すなわち、本光半導体素子集積化装置５４は、所謂、アレイ集積型ＳＯＡである。
【００５４】
尚、本光半導体素子集積化装置５４の端面には、反射防止膜５９が形成されている。
【００５５】
上述した図８は、本光半導体素子集積化装置５４に於ける、光半導体素子（ＳＯＡ４４）と光導波路４６の接合面近傍を拡大した図である。
【００５６】
図８に示すように、本光半導体素子集積化装置５４では、光半導体素子（ＳＯＡ）５８と光導波路４６の接合面が半導体基板に交わる境界線４８が、光の進行方向１０に対して傾いており、且つ、境界線４８が光の進行方向１０に対して傾く方向が、隣接する他の境界線４８で反対になっている。例えば、ある境界線４８が、光の進行方向１０に対して４５°傾いている場合、隣の境界線４８は−４５°傾いている。すなわち、本光半導体素子集積化装置５４では、光半導体素子５８と光導波路４６の第１の境界が、光の進行方向１０に対して傾いており、且つ、前記第１の境界が傾く方向が、隣接する他の、半導体素子５８と光導波路４６との第２の境界と反対になっている。
【００５７】
更に、光半導体素子（ＳＯＡ）５８の端部に対応する位置５２が、光の進行方向１０に垂直な線４９の上に一列に並んでいる。
【００５８】
尚、一部の上記位置５２が、他の上記位置５２が配列された直線（線４９）の外に配置されてもよい。
【００５９】
（２）製造方法
次に、本光半導体素子集積化装置５４の構成を、その製造方法に従って、詳しく説明する。
【００６０】
図１１乃至図１４は、本光半導体素子集積化装置５４の製造手順を説明する工程断面図である。
【００６１】
図１１及び図１２は、バットジョイント成長の過程を説明する工程断面図である。また、図１１及び図１２は、光の進行方向１０に沿った工程断面図である。
【００６２】
まず、ｎ型ＩｎＰ製の半導体基板５６の上に、ＭＱＷ（multi-quantum well）構造の活性層２８と、活性層２８を上下から挟むＳＣＨ層（separate confinement heterostructure；図示せず）を成長する。更に、これらの半導体層の上に、ｐ型ＩｎＰ製の第１のクラッド層６６を成長する（図１１（ａ）参照）。活性層２８、ＳＣＨ層、ｈ及び第１のクラッド層６６は、ＳＯＡ４４になる。尚、特に言及しないが、以後、活性層２８は、ＳＣＨ層を含むものとする。
【００６３】
ここで、活性層２８及びＳＣＨ層は、共に、ＩｎＧａＡｓＰ製である。また、活性層２８、ＳＣＨ層、及び第１のクラッド層６６の成長は、有機金属化学気相成長法によって行われる。尚、以下の工程で説明する各半導体層の成長も、有機金属化学気相成長法によって行われる。
【００６４】
次に、第１のクラッド層６６の上に、ＳｉＯ２膜を成膜する。このＳｉＯ２膜を、リソグラフィー技術により、ＳＯＡ４４の形成予定領域４を覆うマスク５０に成形する（図１１（ｂ）参照）。尚、ＳＯＡ４４の形成予定領域４は、[0,-1,-1]方向に延在させる。
【００６５】
ここで、マスク５０は、図９を参照して説明したマスクである。上述したように、マスク５０の外周５１は、ＳＯＡ４４の端部に対応する位置５２で、光の進行方向１０に対して４５°傾いており、且つ、外周５１が傾く方向が隣接する他の前記位置では反対（−４５°）になっている。更に、上記位置５２で一旦傾いた外周５１は、光の進行方向１０に対する傾斜角度θを垂直にした後、反対方向（―４５°）に傾いてから隣接する位置５３に達する。
【００６６】
尚、上記傾斜角度θは、必ずしも、垂直でなくてもよい。上記傾斜角度θは、外周５１が方向を転換した時に、鋭角を形成しない角度であればよい。例えば、８０°でもよい。また、マスク５０は、ＳｉＯ２以外の他の誘電体、例えばＳｉＮ等で形成してもよい。
【００６７】
次に、マスク５０をエッチングマスクとして、第１のクラッド層６６及び活性層２８を、ドライエッチングにより、活性層２８の途中まで除去する（図１１（ｃ）参照）。
【００６８】
次に、残存させた活性層２８を、塩酸と過酸化水素酸と水の混合液によって除去する（図１２（ａ）参照）。この時、活性層２８が、サイドエッチングされる。
【００６９】
ドライエッチングに際に残存させる活性層２８が厚過ぎると、サイドエッチングが過剰に進行して、空洞発生の原因となる。一方、残存させる活性層２８が薄すぎる場合には、サイドエッチングが過小になり、再成長の際、マスク近傍で異常成長が起きてしまう。従って、残存させる活性層２８の厚さは、再成長する半導体層の厚さを考慮して、適宜調整する必要がある。
【００７０】
次に、ＩｎＧａＡｓＰ製の光導波層（コア層）６８及びｐ型ＩｎＰ製の第２のクラッド層７０を、マスク５０を選択成長マスクとして、順次再成長する（図１２（ｂ）参照）。この時、活性層２８と光導波層（コア層）６８は、突き合わされた状態で接合する。この光導波層（コア層）６８及び第２のクラッド層７０が、光導波路４６となる。
【００７１】
ところで、マスク５０は、ＳＯＡ４４に対応する領域（すなわち、ＳＯＡ形成予定領域４）の間で切り取られている部分６９を有している。従って、光導波層（コア層）６８及び第２のクラッド層７０の再成長に際して、マスク５０から構成元素が過剰に供給されて、バットジョイント接合近傍で異常成長が起きることはない。尚、図９に示す例では、マスク５０が切り取られている部分６９の形状は、隣接する他の切り取られている部分６９の形状と異なっている。
【００７２】
次に、マスク５０を除去し、ｐ型ＩｎＰ製の第３のクラッド層７２、ｐ型ＩｎＧａＡｓ製のコンタクト層７４を成長する（図１２（ｃ）参照）。
【００７３】
図１３及び図１４は、埋め込み層及び電極の形成過程を説明する工程断面図である。また、図１３及び図１４は、光の導波方向１０に垂直な断面の変化を、製造工程に従って表した図である。断面の位置は、ＳＯＡ４４の形成予定領域４である。
【００７４】
埋め込み層及び電極の形成は、以下の手順に従って行われる。
【００７５】
まず、コンタクト層７４の上にＳｉＯ２膜を成膜し、リソグラフィー技術により、図１０を参照して説明した光半導体素子集積化装置５４の構成に対応するエッチングマスク７６を成形する（図１３（ａ）参照）。
【００７６】
次に、このエッチングマスク７６を用いて、半導体基板５６の上に成長した半導体層をドライエッチングして、メサ７８に加工する（図１３（ｂ）参照）。
【００７７】
次に、メサ７８の両脇に、半絶縁性のＩｎＰ層８０を成長する（図１４（ａ）参照）。
【００７８】
次に、エッチングマスク７６を除去する。更に、光導波路４６,６２及び光合波器６０となる部分に形成されたコンタクト層７２を除去する。その後、コンタクト層７４の上に、ｐ側電極８２を形成する。また、半導体基板５６の裏面側に、ｎ側電極８４を形成する（図１４（ｂ）参照）。
【００７９】
次に、ヘキ開線８に沿って、半導体基板５６をヘキ開する。最後に、ヘキ開面に反射防止膜５９を形成すると、光半導体素子集積化装置５４が完成する。
【００８０】
以上の説明から明らかなように、本製造方法の要部は、以下の通りである。
【００８１】
本製造方法では、まず、平行に配置された複数の光半導体素子（例えば、ＳＯＡ４４）となる第１の半導体層（例えば、活性層２８及び第１のクラッド層６６）を、半導体基板５６の上に形成する（図１１（ａ）参照）。
【００８２】
次に、本製造方法では、光半導体素子（例えば、ＳＯＡ４４）が平行に配置される領域を誘電体製のマスク５０で覆う（図１１（ｂ）参照）。
【００８３】
次に、マスク５０をエッチングマスクとして、第１の半導体層（例えば、活性層２８及び第１のクラッド層６６）をエッチングする（図１１（ｃ）及び図１２（ａ）参照）。
【００８４】
次に、第１の半導体層（例えば、活性層２８及び第１のクラッド層６６）をエッチングした領域に、光半導体素子（例えば、ＳＯＡ４４）に接合する光導波路４６となる第２の半導体層（例えば、光導波層６８及び第２のクラッド層７０）を形成する。
【００８５】
ここで、マスク５０の外周５１は、光半導体素子（例えば、ＳＯＡ４４）の端部に対応する位置５２で、光の進行方向１０に対して傾いており、且つ、外周５１が傾く方向が、隣接する他の上記位置５３では反対になっている。
【００８６】
更に、上記位置で一旦傾いた外周５１は、光の進行方向１０に対する傾斜角度θを垂直にした後（又は垂直に近づけた後）、反対方向に傾いてから他の隣接する上記位置５３に達する。
【００８７】
従って、マスク５０には、鋭角が存在しない（図９参照）。更に、光半導体素子（ＳＯＡ４４）の端部に対応する位置５２も、光の進行方向１０に垂直な線上に一列に並んでいる。
【００８８】
故に、本製造方法によれば、平行に配列された光半導体素子（例えば、ＳＯＡ４４）と光導波路４６の接合面が、光の進行方向１０に対して傾いている光半導体素子集積化装置５４を、バットジョイント成長によって容易に形成することができる。
【００８９】
（３）動 作
最後に、本光半導体素子集積化装置（アレイ集積型ＳＯＡ）５４の動作を簡単に説明する。
【００９０】
図１０に示すように、本光半導体素子集積化装置５４は、複数の入力口（ＣＨ１〜ＣＨ８）を有している。この入力口の夫々に対向して、発振波長が少しずつ異なる分布帰還型半導体レーザ（図示せず）と、この分布帰還型半導体レーザの出力を各入力口に集光する複数のレンズ（図示せず）が配置される。
【００９１】
分布帰還型半導体レーザから出力された信号光は、各ＳＯＡ４４に入射する。信号光は、各ＳＯＡ４４によって増幅された後、光導波路４６に入射する。この時、ＳＯＡ４４と光導波路４６の接合面が、光の進行方向１０に対して４５°傾いているので、反射光は殆ど発生しない。従って、ＳＯＡ４４の光利得を高くしても、ＳＯＡ４４は安定に動作する。
【００９２】
光導波路４６に入射した信号光は、光結合器６０に導かれる。光結合器６０は、信号光を合波し光導波路６２に送出する。光導波路６２は、合波された信号光を出力側のＳＯＡ６４に導く。出力側のＳＯＡ６４は、合波された信号光を再度増幅し、光ファイバ（図示せず）に送出する。
【実施例２】
【００９３】
図１５は、本実施例で使用するマスク８８の構成を説明する平面図である。
【００９４】
本実施例では、図１０を参照して説明した光半導体素子集積化装置（アレイ集積型ＳＯＡ）５４を、このマスク８８を使用して製造する。製造手順は、実施例１の製造方法と同じである。
【００９５】
実施例１で使用するマスク５０では、切り取られている部分６９が、光の進行方向１０に対する傾斜角度θが垂直になった外周部分９０より広くなっている。
【００９６】
一方、本実施例のマスク８８では、切り取られている部分６９が、上記外周部分９０より狭くなっている。このようなマスクを用いても、複数のＳＯＡ４４と光導波路４６の接合面が、光の進行方向１０に対して傾いたアレイ集積型ＳＯＡを、バットジョイント成長によって容易に形成することができる。
【実施例３】
【００９７】
図１６は、本実施例で使用するマスク９２の構成を説明する平面図である。
【００９８】
本実施例では、図１０を参照して説明した光半導体素子集積化装置（アレイ集積型ＳＯＡ）５４を、このマスク９２を使用して製造する。製造手順は、実施例１の製造方法と同じである。
【００９９】
本マスク９２の外周は、光半導体素子（ＳＯＡ）の端部に対応する位置５２で、光の進行方向１０に対して傾いており、且つ、光半導体素子となる領域１８の両側に突出している。
【０１００】
本マスク９２には、鋭角２６が存在する。従って、この鋭角２６からサイドエッチングが進行する。しかし、突出した部分９３を十分に長くすれば、光半導体素子の端部に対応する位置５２にサイドエッチングが及ぶことはない。
【０１０１】
従って、本マスク９２を用いても、複数のＳＯＡ４４と光導波路４６の接合面が、光の進行方向１０に対して傾いたアレイ集積型ＳＯＡを、バットジョイント成長によって容易に形成することができる。
【０１０２】
尚、本製造方法の要部は、以下の通りである。
【０１０３】
本製造方法では、まず、平行に配置された複数の光半導体素子（例えば、ＳＯＡ４４）となる第１の半導体層（例えば、活性層２８及び第１のクラッド層６６）を、半導体基板５６の上に形成する（図１１（ａ）参照）。
【０１０４】
次に、本製造方法では、光半導体素子（例えば、ＳＯＡ４４）が平行に配置される領域を、個別に、複数の誘電体製のマスク５０で覆う（図１１（ｂ）及び図１６参照）。
【０１０５】
次に、マスク９２をエッチングマスクとして、第１の半導体層（例えば、活性層２８及び第１のクラッド層６６）をエッチングする（図１１（ｃ）及び図１２（ａ）参照）。
【０１０６】
次に、第１の半導体層（例えば、活性層２８及び第１のクラッド層６６）をエッチングした領域に、光半導体素子（例えば、ＳＯＡ４４）に接合する光導波路４６となる第２の半導体層（例えば、光導波層６８及び第２のクラッド層７０）を形成する。
【０１０７】
（変形例）
図９を参照して説明したマスク５０では、切り取られた部分６９の形状が２通りある。このうちの一方が、突出部９４を有している。図１７に示すような突出部９４を有しないマスク９６を使用してよい。
【０１０８】
また、以上の例の光半導体素子集積化装置は、アレイ集積型ＳＯＡである。しかし、本発明は、他の半導体素子集積化装置、例えば発振波長が少しずつ異なる分布帰還型半導体レーザが集積された可変波長レーザに適用することもできる。また分布帰還型半導体レーザと電界吸収型変調器をアレイ化した半導体集積素子にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】アレイ集積型ＳＯＡの製造に使用するマスクの構成を説明する平面図である。
【図２】バットジョイント成長の手順を説明する工程断面図である。
【図３】台形状のマスクを用いて、光半導体素子となる半導体層をエッチングした後の状態を説明する図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線における断面を説明する図である
【図５】矩形のマスクを用いて、ＳＯＡとなる半導体層をエッチングした後の状態を説明する図である。
【図６】帯状の領域によって、短辺が連結されたマスクの構成を説明する平面図である。
【図７】台形状のマスクの斜辺を帯状の領域で連結した、マスクの構成を説明する平面図である。
【図８】実施の形態のアレイ集積型ＳＯＡにおける、ＳＯＡと光導波路の接合面近傍を拡大した平面図である。
【図９】実施の形態のアレイ集積型ＳＯＡの製造に用いるマスクの構成を説明する平面図である。
【図１０】実施例１の光半導体素子集積化装置の構成を説明する平面図である。
【図１１】実施例１の光半導体素子集積化装置の製造手順を説明する工程断面図である（その１）。
【図１２】実施例１の光半導体素子集積化装置の製造手順を説明する工程断面図である（その２）。
【図１３】実施例１の光半導体素子集積化装置の製造手順を説明する工程断面図である（その３）。
【図１４】実施例１の光半導体素子集積化装置の製造手順を説明する工程断面図である（その４）。
【図１５】光半導体素子集積化装置の製造に用いるマスクの構成を説明する平面図である（実施例２）。
【図１６】光半導体素子集積化装置の製造に用いるマスクの構成を説明する平面図である（実施例３）。
【図１７】光半導体素子集積化装置の製造に用いるマスクの構成を説明する平面図である（変形例）。
【符号の説明】
【０１１０】
２・・・マスク ４・・・ＳＯＡの形成予定領域
６・・・光導波路の形成予定領域 ８・・・ヘキ開線
１０・・・光の進行方向 １２・・・底辺
１４・・・斜辺 １６・・・光半導体素子となる半導体層
１７・・・（光半導体素子の）光導波層となる半導体層
１８・・・光半導体素子となる領域
２０・・・エッチングされた領域 ２２・・・光導波路となる半導体層
２４・・・過剰にサイドエッチングされた領域
２６・・・鋭角 ２８・・・光導波層
３０・・・コア層 ３２・・・空洞
３４・・・矩形のマスク ３６・・・マスク
３８・・・帯状の領域 ４０・・・マスク
４４・・・ＳＯＡ ４６・・・光導波路
４８・・・境界線 ４９・・・光の進行方向に垂直な線
５０・・・・マスク（実施の形態） ５１・・・（マスクの）外周
５２,５３・・・ＳＯＡの端部に対応する位置
５４・・・光半導体素子集積化装置（実施例１）
５６・・・半導体基板 ５８・・・光半導体素子（ＳＯＡ）
５９・・・反射防止膜
６０・・・光合波器 ６２・・・光導波路
６４・・・出力側ＳＯＡ ６６・・・第１のクラッド層
６８・・・光導波層（コア層） ７０・・・第２のクラッド層
７２・・・第３のクラッド層 ７４・・・コンタクト層
７６・・・エッチングマスク
７８・・・メサ ８０・・・半絶縁性のＩｎＰ層
８２・・・ｐ側電極 ８４・・・ｎ側電極
８８・・・マスク（実施例２）
９０・・・傾斜角度が垂直になった外周部分
９２・・・・・・マスク（実施例３） ９３・・・突出した部分
９４・・・突出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の上に平行に配置された複数の光半導体素子と、
前記光半導体素子の夫々に突合せ接合されている複数の光導波路とを具備し、
前記光半導体素子と前記光導波路の境界が、光の進行方向に対して傾いており、且つ、前記境界が傾く方向が、隣接する他の半導体素子と光導波路との境界と反対になっている、
光半導体素子集積化装置。
【請求項２】
平行に配置された複数の光半導体素子となる第１の半導体層を、半導体基板上に形成する第１の工程と、
前記光半導体素子が平行に配置される領域をマスクで覆う第２の工程と、
前記マスクをエッチングマスクとして、前記第１の半導体層をエッチングする第３の工程と、
前記第１の半導体層をエッチングした領域に、前記光半導体素子に接合する光導波路となる第２の半導体層を形成する第４の工程を具備し、
前記マスクの外周が前記光半導体素子の端部に対応する位置で、光の進行方向に対して傾いており、且つ、前記外周が傾く方向が、隣接する他の前記位置では反対であり、
更に、前記位置で一旦傾いた前記外周が、前記光の進行方向に対する傾斜角度を垂直にした後又は垂直に近づけた後、反対方向に傾いてから隣接する他の前記位置に達する、
光半導体素子集積化装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の光半導体素子集積化装置の製造方法において、
前記マスクが、前記光半導体素子に対応する領域の間で切り取られている部分を有することを、
特徴とする光半導体素子集積化装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の光半導体素子集積化装置の製造方法において、
前記部分の幅が、前記傾斜角度が垂直になった外周部分又は垂直に近づいた外周部分より広いことを、
特徴とする光半導体素子集積化装置の製造方法。
【請求項５】
請求項３に記載の光半導体素子集積化装置の製造方法において、
前記部分の幅が、前記傾斜角度が垂直になった外周部分又は垂直に近づいた外周部分より狭いことを、
特徴とする光半導体素子集積化装置の製造方法。
【請求項６】
請求項３に記載の光半導体素子集積化装置の製造方法において、
前記部分の形状が、前記マスクが前記光半導体素子に対応する領域の間で切り取られ且つ前記部分に隣接する他の部分の形状と異なっていることを特徴とする光半導体素子集積化装置の製造方法。
【請求項７】
請求項３に記載の光半導体素子集積化装置の製造方法において、
一部の前記位置が、他の前記位置が配列された直線の外に配置されていることを特徴とする光半導体素子集積化装置の製造方法。
【請求項８】
平行に配置された複数の光半導体素子となる第１の半導体層を、半導体基板上に形成する第１の工程と、
前記光半導体素子が平行に配置される領域を、個別に、複数のマスクで覆う第２の工程と、
前記マスクで覆われていない領域に形成した前記第１の半導体層をエッチングする第３の工程と、
前記第１の半導体層をエッチングした領域に、前記光半導体素子に接合する光導波路となる第２の半導体層を形成する第４の工程を具備し、
前記マスクの外周が前記光半導体素子の端部に対応する位置で、光の進行方向に対して傾いており、且つ、前記光半導体素子の両側に突出している、
光半導体素子集積化装置の製造方法。
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の上に平行に配置された複数の光半導体素子と、
前記光半導体素子の夫々に突合せ接合されている複数の光導波路とを具備し、
前記光半導体素子と前記光導波路の境界が、光の進行方向に対して傾いており、且つ、前記境界が傾く方向が、隣接する他の半導体素子と光導波路との境界と反対になっている、
光半導体素子集積化装置。
【請求項２】
平行に配置された複数の光半導体素子となる第１の半導体層を、半導体基板上に形成する第１の工程と、
前記光半導体素子が平行に配置される領域をマスクで覆う第２の工程と、
前記マスクをエッチングマスクとして、前記第１の半導体層をエッチングする第３の工程と、
前記第１の半導体層をエッチングした領域に、前記光半導体素子に接合する光導波路となる第２の半導体層を形成する第４の工程を具備し、
前記マスクの外周が前記光半導体素子の端部に対応する位置で、光の進行方向に対して傾いており、且つ、前記外周が傾く方向が、隣接する他の前記位置では反対であり、
更に、前記位置で一旦傾いた前記外周が、前記光の進行方向に対する傾斜角度を垂直にした後又は垂直に近づけた後、反対方向に傾いてから隣接する他の前記位置に達する、
光半導体素子集積化装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の光半導体素子集積化装置の製造方法において、
前記マスクが、前記光半導体素子に対応する領域の間で切り取られている部分を有することを、
特徴とする光半導体素子集積化装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の光半導体素子集積化装置の製造方法において、
前記部分の幅が、前記傾斜角度が垂直になった外周部分又は垂直に近づいた外周部分より広いことを、
特徴とする光半導体素子集積化装置の製造方法。
【請求項５】
請求項３に記載の光半導体素子集積化装置の製造方法において、
前記部分の幅が、前記傾斜角度が垂直になった外周部分又は垂直に近づいた外周部分より狭いことを、
特徴とする光半導体素子集積化装置の製造方法。
【請求項６】
請求項３に記載の光半導体素子集積化装置の製造方法において、
前記部分の形状が、前記マスクが前記光半導体素子に対応する領域の間で切り取られ且つ前記部分に隣接する他の部分の形状と異なっていることを特徴とする光半導体素子集積化装置の製造方法。
【請求項７】
請求項３に記載の光半導体素子集積化装置の製造方法において、
一部の前記位置が、他の前記位置が配列された直線の外に配置されていることを特徴とする光半導体素子集積化装置の製造方法。
【請求項８】
平行に配置された複数の光半導体素子となる第１の半導体層を、半導体基板上に形成する第１の工程と、
前記光半導体素子が平行に配置される領域を、個別に、複数のマスクで覆う第２の工程と、
前記マスクで覆われていない領域に形成した前記第１の半導体層をエッチングする第３の工程と、
前記第１の半導体層をエッチングした領域に、前記光半導体素子に接合する光導波路となる第２の半導体層を形成する第４の工程を具備し、
前記マスクの外周が前記光半導体素子の端部に対応する位置で、光の進行方向に対して傾いており、且つ、前記光半導体素子の両側に突出している、
光半導体素子集積化装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１０−１２９９５７（Ｐ２０１０−１２９９５７Ａ）
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３０６２２２（Ｐ２００８−３０６２２２）
【出願日】平成２０年１２月１日（２００８．１２．１）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１日（２００８．１２．１）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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