[發(fā)明專利]光半導(dǎo)體集成元件以及其制造方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380076823.6
• 申請(qǐng)日: 2013-05-23
• 公開（公告）號(hào): CN105229523A
• 公開（公告）日: 2016-01-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高林和雅;山本剛之
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 富士通株式會(huì)社
• 主分類號(hào): G02F1/025
• 分類號(hào): G02F1/025;G02B6/122;G02B6/13;G02F1/017;H01S5/026
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 舒艷君;李洋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光半導(dǎo)體集成元件以及其制造方法，涉及例如使在一個(gè)芯片中單片集成多個(gè)功能部的光半導(dǎo)體集成元件的各功能部間的電分離變得容易的光半導(dǎo)體集成元件以及其制造方法。

背景技術(shù)

在當(dāng)前的光通信系統(tǒng)中，為了應(yīng)對(duì)傳輸容量的增加，例如采用使用了DP－QPSK(DualPolarizationQuadraturePhaseShiftKeying：雙偏振正交相移鍵控)相位調(diào)制信號(hào)的波分復(fù)用(WDM)通信等高度且復(fù)雜的系統(tǒng)。伴隨于此，要求用于光通信用的光源等的光半導(dǎo)體元件的高功能化。

作為用于實(shí)現(xiàn)高功能的光半導(dǎo)體元件的最有效的手段，具有在一個(gè)芯片上單片集成多個(gè)光半導(dǎo)體元件來形成的方法。例如已知將化合物半導(dǎo)體作為材料的半導(dǎo)體激光器、和集成了電場(chǎng)吸收型半導(dǎo)體光調(diào)制器(EA調(diào)制器)的調(diào)制器集成型的半導(dǎo)體激光器(參照專利文獻(xiàn)1)。另外，也已知組合了半導(dǎo)體激光器和半導(dǎo)體光放大器(SOA)的SOA集成型半導(dǎo)體激光器等(參照專利文獻(xiàn)2)。在這些光半導(dǎo)體集成元件中由一個(gè)芯片具有激光振蕩和光調(diào)制、或激光振蕩、光放大和多個(gè)功能，所以能夠?qū)崿F(xiàn)小型、高性能的光半導(dǎo)體元件。

另外，作為使用了化合物半導(dǎo)體的調(diào)制器，也提出馬赫-曾德(MZ)型調(diào)制器，特別是作為高性能的MZ調(diào)制器，提出容量加載型的MZ調(diào)制器(例如參照專利文獻(xiàn)3)。在容量加載型的MZ調(diào)制器中，在波導(dǎo)上分割來形成電極，并使電極部的比率變化能夠進(jìn)行阻抗的調(diào)整，能夠容易地實(shí)現(xiàn)與50Ω匹配的元件構(gòu)造，并可以獲得較高的高頻特性。

為了在這些光半導(dǎo)體集成元件中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的動(dòng)作，需要分割成的電極間被充分電分離。為了實(shí)現(xiàn)此要求，提出在容量加載型的MZ調(diào)制器中，在電極正下面使波導(dǎo)上的包覆層為p型InP層，而在電極與電極之間的分離部中使波導(dǎo)上的包覆層為i型InP層這種結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，沿著波導(dǎo)分割形成的電極間的包覆層成為電阻較高的i型的半導(dǎo)體層，能夠抑制通過了包覆層的電極間的漏電，所以可以進(jìn)行穩(wěn)定的動(dòng)作。

為了上述那樣的使波導(dǎo)芯層上的包覆層的一部分為p型InP層、一部分為i型InP，一般采用使p型InP包覆層一次在整個(gè)面生長(zhǎng)后，除去一部分，并在該部分使i型InP層再生長(zhǎng)這種手法。在這種方法中，摻雜的控制在p型InP層、i型InP層都較容易，并能夠嚴(yán)密地分開形成i型和p型的包覆層。

此處，參照?qǐng)D12對(duì)以往的容量加載型MZ型調(diào)制器進(jìn)行說明。圖12是以往的容量加載型MZ型調(diào)制器的說明圖，圖12(a)為俯視圖，圖12(b)為沿著波導(dǎo)的剖視圖。如圖12(a)所示，對(duì)波導(dǎo)來說，在輸入波導(dǎo)75與輸出波導(dǎo)76之間設(shè)置2條臂波導(dǎo)，輸入的光輸入77被分支到2條臂波導(dǎo)。如圖12(b)所示，對(duì)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)來說，在半絕緣性InP基板61上設(shè)置有n型InP包覆層62、InGaAsP芯層63，在其上交替地設(shè)置有i型InP包覆層67和p型InP包覆層64。此外，在p型InP包覆層64上根據(jù)需要設(shè)置有p型InGaAsP接觸層65。

條紋狀地被蝕刻的波導(dǎo)間被嵌入絕緣層69嵌入，在p型InGaAsP接觸層65上有選擇性地設(shè)置波導(dǎo)上電極72，使各波導(dǎo)上電極72在每個(gè)臂波導(dǎo)集中而分別與寬幅電極70、71連接。在輸入側(cè)中，在寬幅電極70與寬幅電極71之間連接高頻信號(hào)源73，在輸出側(cè)中，在寬幅電極70與寬幅電極71之間連接50Ω的終端電阻74。

入射到輸入波導(dǎo)75的光信號(hào)被分支到成為調(diào)制波導(dǎo)的2條臂波導(dǎo)，通過由高頻信號(hào)源73施加的高頻信號(hào)78被調(diào)制，并作為調(diào)制光79從輸出波導(dǎo)76輸出。

專利文獻(xiàn)1:日本特開2002－164615號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2:日本特開2008－294124號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)3:日本特開2004－053830號(hào)公報(bào)

然而，為了形成圖12所示的構(gòu)造，需要如上述那樣使p型InP層在整個(gè)面生長(zhǎng)后，除去一部分而在該部分堆積i型InP層，但存在包覆層產(chǎn)生膜厚分布這種問題。若包覆層產(chǎn)生膜厚分布，則不光光損耗增加，也存在元件制造難度增加這個(gè)問題，所以參照?qǐng)D13～圖15對(duì)該情況進(jìn)行說明。

圖13～圖15是以往的容量加載型MZ型調(diào)制器的制造工序的說明圖，圖13中的各圖的左圖為俯視圖，右圖為沿著左圖的連接A－A′的點(diǎn)劃線的剖視圖。另外，圖14(a)以及圖15(a)為俯視圖，圖14(b)以及圖15(b)為沿著俯視圖中的連接A－A′的點(diǎn)劃線的剖視圖。另外，圖14(c)以及圖15(c)中的左圖為沿著俯視圖中的連接B－B′的點(diǎn)劃線的剖視圖，右圖為沿著俯視圖中的連接C－C′的點(diǎn)劃線的剖視圖。