本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光集成元件及其制造方法。

背景技術(shù)：

近幾年，從光通信的高度化以及低成本化的觀點(diǎn)出發(fā)，半導(dǎo)體光集成元件所要求的性能在不斷變高。并且，為了將多個(gè)光元件集成到一個(gè)半導(dǎo)體元件上，在同一半導(dǎo)體元件上分開(kāi)使用適合于各元件的功能的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)(例如參照專利文獻(xiàn)1)。例如，在半導(dǎo)體光集成元件中的擔(dān)負(fù)發(fā)光功能的區(qū)域中使用電流注入效率高的掩埋型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，在擔(dān)負(fù)使波導(dǎo)彎曲的功能的區(qū)域中使用彎曲損耗低的高臺(tái)面型波導(dǎo)(high mesa waveguide)等，在同一半導(dǎo)體光集成元件上分開(kāi)使用波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。

作為要求在同一半導(dǎo)體光集成元件上形成多個(gè)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的情況，例如已知以下情況：使用掩埋型波導(dǎo)形成激光振蕩部，使用高臺(tái)面型波導(dǎo)形成陣列波導(dǎo)衍射光柵(AWG)的情況(例如參照專利文獻(xiàn)2)；使用掩埋型波導(dǎo)形成激光振蕩器，使用高臺(tái)面型波導(dǎo)形成環(huán)形諧振器的情況(例如參照專利文獻(xiàn)3)；以及使用掩埋型波導(dǎo)形成激光振蕩部，使用高臺(tái)面型波導(dǎo)形成調(diào)制器的情況(例如參照專利文獻(xiàn)4、5)等。

在先技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：JP特開(kāi)2013-25242號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：JP特開(kāi)2002-232069號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)3：JP特開(kāi)2011-108829號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)4：JP特開(kāi)2012-079990號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)5：JP特開(kāi)2010-226062號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)6：JP特開(kāi)2010-224280號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

由于掩埋型波導(dǎo)和高臺(tái)面型波導(dǎo)的特性不同，所以若對(duì)集成到一個(gè)半導(dǎo)體光集成元件的各元件適當(dāng)?shù)胤珠_(kāi)使用，則能夠?qū)崿F(xiàn)多功能且高性能的光集成元件。但是，在利用現(xiàn)有的方法對(duì)掩埋型波導(dǎo)和高臺(tái)面型波導(dǎo)進(jìn)行集成的情況下，由于掩埋型波導(dǎo)和高臺(tái)面型波導(dǎo)中最佳的設(shè)計(jì)不同，所以也會(huì)產(chǎn)生無(wú)法充分發(fā)揮作為半導(dǎo)體光集成元件的性能的問(wèn)題。

即，在同一半導(dǎo)體光集成元件中，在對(duì)掩埋型波導(dǎo)進(jìn)行了最佳的設(shè)計(jì)的情況下，對(duì)于高臺(tái)面型波導(dǎo)而言就不會(huì)成為最佳的設(shè)計(jì)，會(huì)抑制高臺(tái)面型波導(dǎo)的性能。相反，在對(duì)高臺(tái)面型波導(dǎo)進(jìn)行了最佳的設(shè)計(jì)的情況下，對(duì)于掩埋型波導(dǎo)而言就不會(huì)成為最佳的設(shè)計(jì)，會(huì)抑制掩埋型波導(dǎo)的性能。這樣，在同一半導(dǎo)體光集成元件中構(gòu)成了掩埋型波導(dǎo)和高臺(tái)面型波導(dǎo)的情況下，在掩埋型波導(dǎo)和高臺(tái)面型波導(dǎo)之間會(huì)發(fā)生性能的折衷關(guān)系。

本發(fā)明鑒于上述情況而完成，其目的在于，提供一種消除掩埋型波導(dǎo)和高臺(tái)面型波導(dǎo)之間的性能的折衷關(guān)系的半導(dǎo)體光集成元件及其制造方法。

用于解決課題的手段

為了解決上述課題而達(dá)成目的，本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體光集成元件是在基板上至少依次層疊了下部包覆層、波導(dǎo)芯層以及上部包覆層的半導(dǎo)體光集成元件，該半導(dǎo)體光集成元件的特征在于，具備：掩埋型波導(dǎo)部，具有在所述波導(dǎo)芯層的兩側(cè)附近埋入了半導(dǎo)體包覆材料的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；以及臺(tái)面型波導(dǎo)部，具有至少包含所述上部包覆層的半導(dǎo)體層突出成臺(tái)面狀的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，所述掩埋型波導(dǎo)部中的上部包覆層的厚度比所述臺(tái)面型波導(dǎo)部中的上部包覆層的厚度厚。

此外，本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體光集成元件的特征在于，在上述發(fā)明中，所述臺(tái)面型波導(dǎo)部具有包含所述波導(dǎo)芯層的半導(dǎo)體層突出成臺(tái)面狀的高臺(tái)面型的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。

此外，本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體光集成元件的特征在于，在上述發(fā)明中，還具備：端面窗結(jié)構(gòu)部，具有在與所述掩埋型波導(dǎo)部相鄰的區(qū)域，代替所述波導(dǎo)芯層填充了半導(dǎo)體包覆材料的窗結(jié)構(gòu)。

此外，本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體光集成元件的特征在于，在上述發(fā)明中，所述掩埋型波導(dǎo)部是逐步變換在波導(dǎo)中傳播的光的光斑尺寸的光斑尺寸變換器。

此外，本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體光集成元件的特征在于，在上述發(fā)明中，所述掩埋型波導(dǎo)部中的波導(dǎo)芯層比所述臺(tái)面型波導(dǎo)部中的波導(dǎo)芯層薄。

此外，本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體光集成元件的特征在于，在上述發(fā)明中，在所述掩埋型波導(dǎo)部的所述上部包覆層插入蝕刻耐受性不同于所述上部包覆層的蝕刻停止層。

此外，本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體光集成元件的特征在于，在上述發(fā)明中，在所述掩埋型波導(dǎo)部至少設(shè)置有光放大器，在所述臺(tái)面型波導(dǎo)部至少設(shè)置有調(diào)制器。

此外，本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體光集成元件的特征在于，在上述發(fā)明中，在所述掩埋型波導(dǎo)部至少設(shè)置有多個(gè)激光振蕩器，在所述臺(tái)面型波導(dǎo)部至少設(shè)置有陣列波導(dǎo)衍射光柵。

此外，本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體光集成元件的制造方法是一種具有掩埋型波導(dǎo)部和臺(tái)面型波導(dǎo)部的半導(dǎo)體光集成元件的制造方法，該制造方法的特征在于，按照第1工序至第6工序的順序，包括以下第1工序至第6工序：第1工序，在形成所述掩埋型波導(dǎo)部以及所述臺(tái)面型波導(dǎo)部的區(qū)域中，在基板上，至少層疊下部包覆層以及波導(dǎo)芯層；第2工序，將形成所述掩埋型波導(dǎo)部的區(qū)域中的包含波導(dǎo)芯層的半導(dǎo)體層蝕刻成臺(tái)面狀；第3工序，在形成所述掩埋型波導(dǎo)部的區(qū)域的波導(dǎo)芯層的兩側(cè)附近埋入半導(dǎo)體包覆材料；第4工序，在形成所述掩埋型波導(dǎo)部以及所述臺(tái)面型波導(dǎo)部的區(qū)域中，層疊至少包含上部包覆層的半導(dǎo)體層；第5工序，通過(guò)蝕刻，去除形成所述臺(tái)面型波導(dǎo)部的區(qū)域中的所述上部包覆層的一部分；以及第6工序，去除所述臺(tái)面型波導(dǎo)部中的波導(dǎo)芯層的兩側(cè)，將至少包含所述上部包覆層的半導(dǎo)體層蝕刻成臺(tái)面狀。

此外，本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體光集成元件的制造方法的特征在于，在上述發(fā)明中，所述第4工序包含將用于停止所述第5工序的蝕刻的、蝕刻耐受性不同于所述上部包覆層的蝕刻停止層插入的工序。

此外，本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體光集成元件的制造方法的特征在于，在上述發(fā)明中，在所述第5工序與所述第6工序之間還包括在所述上部包覆層上層疊接觸層的工序。

發(fā)明效果

本發(fā)明的半導(dǎo)體光集成元件及其制造方法具有能夠消除掩埋型波導(dǎo)與高臺(tái)面型波導(dǎo)之間的性能的折衷關(guān)系這樣的效果。

附圖說(shuō)明

圖1是表示第1實(shí)施方式涉及的半導(dǎo)體光集成元件的俯視示意圖。

圖2是與波導(dǎo)垂直的面上的SSC的剖面示意圖。

圖3是與波導(dǎo)垂直的面上的SOA的剖面示意圖。

圖4是與波導(dǎo)垂直的面上的調(diào)制器的剖面示意圖。

圖5是表示第1工序中的半導(dǎo)體光集成元件的制造進(jìn)展的情形的圖。

圖6是表示第1工序中的半導(dǎo)體光集成元件的制造進(jìn)展的情形的圖。

圖7是表示第1工序中的半導(dǎo)體光集成元件的制造進(jìn)展的情形的圖。

圖8是表示第2工序以及第3工序中的半導(dǎo)體光集成元件的制造進(jìn)展的情形的圖。

圖9是表示第4工序中的半導(dǎo)體光集成元件的制造進(jìn)展的情形的圖。

圖10是表示第5工序中的半導(dǎo)體光集成元件的制造進(jìn)展的情形的圖。

圖11是表示第5工序與第6工序的中間工序中的半導(dǎo)體光集成元件的制造進(jìn)展的情形的圖。

圖12是表示第6工序中的半導(dǎo)體光集成元件的制造進(jìn)展的情形的圖。

圖13是表示SOA中的上部包覆層的厚度與接觸層中的吸收損耗之間的關(guān)系的曲線圖。

圖14是表示SSC中的波導(dǎo)芯層的厚度與光斑尺寸之間的關(guān)系的曲線圖。

圖15是表示第2實(shí)施方式涉及的半導(dǎo)體光集成元件的俯視示意圖的圖。

圖16是與波導(dǎo)垂直的面上的DFB激光器的剖面示意圖。

圖17是與波導(dǎo)垂直的面上的AWG的剖面示意圖。

圖18是與波導(dǎo)垂直的面上的SOA的剖面示意圖。

圖19是與波導(dǎo)垂直的面上的端面窗結(jié)構(gòu)部的剖面示意圖。

圖20是表示通過(guò)BPM計(jì)算端面上的光強(qiáng)度分布的結(jié)果的曲線圖。

具體實(shí)施方式

以下，參照附圖說(shuō)明本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體光集成元件及其制造方法的實(shí)施方式。另外，并不是要通過(guò)以下說(shuō)明的實(shí)施方式來(lái)限定本發(fā)明。此外，在各附圖中，對(duì)相同或者對(duì)應(yīng)的要素適當(dāng)附加同一符號(hào)。進(jìn)一步地，需要留意的是附圖是示意性的，各要素的尺寸關(guān)系、比率等有時(shí)會(huì)不同于實(shí)際情況。在附圖之間，有時(shí)會(huì)包含彼此的尺寸關(guān)系、比率不同的部分。

作為一例，掩埋型波導(dǎo)適于如激光振蕩器、光放大器這樣進(jìn)行電流注入的元件。掩埋型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)由于具有表面復(fù)合速度低、電阻低、熱阻低以及光散射損耗低的特點(diǎn)，所以適于作為進(jìn)行電流注入的元件。

此外，由于掩埋型波導(dǎo)通過(guò)相同的構(gòu)造進(jìn)行鉛垂方向的光限制和水平方向的光限制，所以很容易與掩埋型波導(dǎo)相鄰地形成窗結(jié)構(gòu)。另一方面，若想要與高臺(tái)面型波導(dǎo)相鄰地形成窗結(jié)構(gòu)部，則必須在不同的工序中實(shí)施在窗結(jié)構(gòu)部中去除芯層和在高臺(tái)面形成中不對(duì)左右進(jìn)行蝕刻的工序，因此容易產(chǎn)生位置偏移等。由于這樣的窗結(jié)構(gòu)一般用于激光振蕩器、光放大器的端面上的低反射化，所以從該觀點(diǎn)出發(fā)也是掩埋型波導(dǎo)比高臺(tái)面型波導(dǎo)更適于激光振蕩器、光放大器。

掩埋型波導(dǎo)所適合的半導(dǎo)體光元件的另一例是光斑尺寸變換器(SSC)。SSC有為了放大光斑尺寸而芯層的寬度逐步變小的圓錐型以及相反地芯層的寬度逐步變大的喇叭型。特別是，水平方向的光斑尺寸變換在掩埋型波導(dǎo)和高臺(tái)面型波導(dǎo)中特性有很大不同。

圓錐型的SSC雖然利用因波導(dǎo)的模式折射率的降低引起的光的滲透，但是在如高臺(tái)面型波導(dǎo)那樣芯層與包覆層的折射率差非常大的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，使模式折射率下降至與包覆層的折射率相同的程度是極其困難的，利用高臺(tái)面型波導(dǎo)制造圓錐型的光斑尺寸變換器實(shí)際上是不可能的。

此外，在喇叭型的SSC中，雖然也可以使用高臺(tái)面型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，但是在高臺(tái)面型波導(dǎo)中，存在光束形狀容易偏離高斯形狀和/或在喇叭部分顯著地出現(xiàn)多模的影響的缺點(diǎn)。結(jié)果是，不管是圓錐型的SSC，還是喇叭型的SSC，掩埋型波導(dǎo)都比高臺(tái)面型波導(dǎo)更適合。

另一方面，高臺(tái)面型波導(dǎo)所適合的半導(dǎo)體光元件的一例是彎曲波導(dǎo)。高臺(tái)面型波導(dǎo)由于在左右方向上，芯與包覆的折射率差大，因此具有彎曲損耗小的特性。因此，若是相同的容許彎曲損耗，與掩埋型波導(dǎo)相比，高臺(tái)面型波導(dǎo)更能減小曲率半徑。也就是說(shuō)，使用了高臺(tái)面型波導(dǎo)的半導(dǎo)體光元件與使用了掩埋型波導(dǎo)的半導(dǎo)體光元件相比，具有在元件的小型化方面有利的特征。

使用高臺(tái)面型波導(dǎo)的半導(dǎo)體光元件的另一例是光調(diào)制器。光調(diào)制器為了快速調(diào)制而對(duì)元件施加高頻信號(hào)，所以相對(duì)于高頻的電響應(yīng)特性很重要。在使用了高臺(tái)面型波導(dǎo)的半導(dǎo)體光元件中，由于在波導(dǎo)附近使寄生電容增大的構(gòu)成物很少，所以高頻響應(yīng)良好。結(jié)果是，使用了高臺(tái)面型波導(dǎo)的半導(dǎo)體光元件與使用了掩埋型波導(dǎo)的半導(dǎo)體光元件相比，更適于用在光調(diào)制器中。

如上所述，存在掩埋型波導(dǎo)合適的半導(dǎo)體光元件和高臺(tái)面型波導(dǎo)合適的半導(dǎo)體光元件。以下說(shuō)明的第1實(shí)施方式是由掩埋型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)構(gòu)成SSC以及半導(dǎo)體光放大器(SOA)，且由高臺(tái)面型的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)來(lái)構(gòu)成調(diào)制器的半導(dǎo)體光集成元件。此外，后面說(shuō)明的第2實(shí)施方式是由掩埋型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)來(lái)構(gòu)成分布反饋型(DFB)激光器以及SOA，且由高臺(tái)面型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)來(lái)構(gòu)成AWG的半導(dǎo)體光集成元件。

〔第1實(shí)施方式〕

(平面結(jié)構(gòu))

圖1是表示第1實(shí)施方式涉及的半導(dǎo)體光集成元件的俯視示意圖。另外，圖1所示的俯視示意圖為了簡(jiǎn)化僅圖示了波導(dǎo)，省略了電極等其他構(gòu)成要素。

如圖1所示，第1實(shí)施方式涉及的半導(dǎo)體光集成元件100具備：掩埋型波導(dǎo)部110、臺(tái)面型波導(dǎo)部120、掩埋型波導(dǎo)部130。掩埋型波導(dǎo)部110、130是具有在波導(dǎo)芯層的兩側(cè)附近埋入了半導(dǎo)體包覆材料的波導(dǎo)的區(qū)域，臺(tái)面型波導(dǎo)部120是具有至少包含波導(dǎo)芯層以及上部包覆層的半導(dǎo)體層突出成臺(tái)面(mesa)狀的波導(dǎo)的區(qū)域。另外，本實(shí)施方式的臺(tái)面型波導(dǎo)部120中的波導(dǎo)是一直到至少包含波導(dǎo)芯層的半導(dǎo)體層突出成臺(tái)面狀的所謂高臺(tái)面型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。

掩埋型波導(dǎo)部110具備SSC111和SOA112。SSC111縮小從掩埋型波導(dǎo)部110的入射端面入射的波導(dǎo)光的光斑尺寸，SOA112放大由SSC111縮小了光斑尺寸的波導(dǎo)光的光強(qiáng)度。將被SOA112放大后的波導(dǎo)光引導(dǎo)至臺(tái)面型波導(dǎo)部120。

臺(tái)面型波導(dǎo)部120具備馬赫-曾澤爾型的調(diào)制器121。如圖1所示，馬赫-曾澤爾型的調(diào)制器121具備兩個(gè)波導(dǎo)121a、121b作為分支波導(dǎo)。輸入到馬赫-曾澤爾型的調(diào)制器121的波導(dǎo)光被分支到兩個(gè)波導(dǎo)121a、121b，然后由被耦合成一個(gè)。分支到兩個(gè)波導(dǎo)121a、121b的波導(dǎo)光由于在中途被施加與電信號(hào)相應(yīng)的電壓，所以會(huì)產(chǎn)生相位差，該信號(hào)通過(guò)再耦合時(shí)的干涉而被疊加。由馬赫-曾澤爾型的調(diào)制器121調(diào)制后的波導(dǎo)光被引導(dǎo)至掩埋型波導(dǎo)部130。

掩埋型波導(dǎo)部130具備SSC131。SSC131放大從臺(tái)面型波導(dǎo)部120輸入的波導(dǎo)光的光斑尺寸，并從半導(dǎo)體光集成元件100射出。由于半導(dǎo)體光集成元件100具備SSC131，所以很容易將半導(dǎo)體光集成元件100組裝到模塊內(nèi)。

在上述說(shuō)明的構(gòu)成的半導(dǎo)體光集成元件100中，由于SOA112的波導(dǎo)是掩埋型，所以波導(dǎo)脊處的表面復(fù)合速度小，能夠享有用于獲得增益的電效率高的優(yōu)點(diǎn)，另一方面，由于調(diào)制器121的波導(dǎo)是臺(tái)面型，所以寄生電容小，能夠享有頻率響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)。

另外，在半導(dǎo)體光集成元件100的掩埋型波導(dǎo)部110、130與臺(tái)面型波導(dǎo)部120的邊界，存在將兩者相連的掩埋型波導(dǎo)113、132以及臺(tái)面型波導(dǎo)122、123。在這些掩埋型波導(dǎo)113、132與臺(tái)面型波導(dǎo)122、123的連接部位，也可以構(gòu)成為臺(tái)面型波導(dǎo)122、123的寬度比掩埋型波導(dǎo)113、132更寬。或者，也可以在掩埋型波導(dǎo)113、132以及臺(tái)面型波導(dǎo)122、123雙方都設(shè)置喇叭結(jié)構(gòu)，使連接部位的波導(dǎo)變粗。通過(guò)這些構(gòu)造，能夠降低掩埋型波導(dǎo)部110、130與臺(tái)面型波導(dǎo)部120的邊界處的連接損耗(參照專利文獻(xiàn)6)。

進(jìn)一步地，為了緩和掩埋型波導(dǎo)部110、130與臺(tái)面型波導(dǎo)部120之間的波導(dǎo)芯層的厚度的不匹配，也可以在掩埋型波導(dǎo)部110、130與臺(tái)面型波導(dǎo)部120之間追加設(shè)置進(jìn)行厚度方向上的光斑尺寸變換的SSC。

(剖面結(jié)構(gòu))

圖2～圖4是與波導(dǎo)垂直的面上的各個(gè)SSC111、SOA112以及調(diào)制器121的剖面示意圖。圖2所示的SSC111的剖面示意圖與圖1的A-A剖面對(duì)應(yīng)，圖3所示的SOA112的剖面示意圖與圖1的B-B剖面對(duì)應(yīng)，圖4所示的調(diào)制器121的剖面示意圖與圖1的C-C剖面對(duì)應(yīng)。

(剖面結(jié)構(gòu)：SSC)

如圖2所示，SSC111具有在基板101上依次層疊了下部包覆層102、波導(dǎo)芯層103a以及上部包覆層104的構(gòu)造?；?01的材料是InP，下部包覆層102的材料是n-InP。另外，基板101的材料也可以是n-InP。此外，在重視高頻特性的情況下，也可以在下部包覆層102設(shè)置n側(cè)電極，將基板101的材料設(shè)為半絕緣InP。

SSC111的波導(dǎo)芯層103a是以GaInAsP為材料的塊構(gòu)造。GaInAsP的組成被調(diào)整成在輸入的光的波長(zhǎng)(例如1.55μm段)下使光透過(guò)。波導(dǎo)芯層103a的寬度在光斑尺寸大的一側(cè)的端面是4μm，在光斑尺寸小的一側(cè)的端面是1.7μm，在這中間，寬度圓滑地過(guò)渡。SSC111的波導(dǎo)芯層103a的厚度在光斑尺寸大的一側(cè)的端面是75nm，在光斑尺寸小的一側(cè)的端面是150nm，在這中間，厚度圓滑地過(guò)渡。

上部包覆層104的材料是p-InP，在內(nèi)部，水平地插入中間層105，該中間層105其蝕刻耐受性不同于上部包覆層104且蝕刻速度比上部包覆層104慢。該中間層105能夠使上部包覆層104的蝕刻停止，所以以后稱為蝕刻停止層。通過(guò)使用該蝕刻停止層，在集成結(jié)構(gòu)中，也容易控制上部包覆層104的厚度，能夠得到良好的特性。另外，使用蝕刻停止層105的方法雖然更優(yōu)選，但是根據(jù)制造方法的不同也可以省略蝕刻停止層105。上部包覆層104的厚度是包含蝕刻停止層105在內(nèi)為4.5μm。另外，插入蝕刻停止層105時(shí)的蝕刻停止層105的厚度例如是10nm。

SSC111的波導(dǎo)芯層103a具有如下結(jié)構(gòu)：在波導(dǎo)芯層103a的兩側(cè)附近，埋入了下部掩埋包覆層106以及上部掩埋包覆層107。下部掩埋包覆層106以及上部掩埋包覆層107的材料分別是p-InP以及n-InP。

此外，在SSC111的上表面形成鈍化膜141。

(剖面結(jié)構(gòu)：SOA)

如圖3所示，SOA112具有在基板101上依次層疊了下部包覆層102、波導(dǎo)芯層103b以及上部包覆層104的構(gòu)造。另外，基板101、下部包覆層102以及上部包覆層104的材料與SSC111相同。

波導(dǎo)芯層103b由通過(guò)電流注入將組成調(diào)整成在所輸入的光的波長(zhǎng)(例如1.55μm段)下發(fā)光的以GaInAsP為材料的多量子阱結(jié)構(gòu)構(gòu)成。此外，波導(dǎo)芯層103b包含在厚度方向上夾持多量子阱結(jié)構(gòu)而形成且組成階段性變化的上部以及下部SCH(分離限制異質(zhì)結(jié))層。波導(dǎo)芯層103b的厚度是包含SCH層在內(nèi)為150nm，寬度是1.7μm。

在上部包覆層104的內(nèi)部，與SSC111同樣地，插入蝕刻耐受性不同于上部包覆層104的蝕刻停止層105。同樣地，根據(jù)制造法的不同，也能夠省略該蝕刻停止層105。上部包覆層104的厚度是包含蝕刻停止層105在內(nèi)為4.5μm。另外，插入蝕刻停止層105時(shí)的蝕刻停止層105的厚度例如是10nm。

SOA112的波導(dǎo)芯層103b具有如下結(jié)構(gòu)：在波導(dǎo)芯層103b的兩側(cè)附近，埋入了下部掩埋包覆層106以及上部掩埋包覆層107。下部掩埋包覆層106以及上部掩埋包覆層107的材料分別是p-InP以及n-InP。下部掩埋包覆層106以及上部掩埋包覆層107起到電流阻擋層的作用，提高注入到波導(dǎo)芯層103b的電流的注入效率。

在上部包覆層104上設(shè)置有由p-GaInAs形成的接觸層108，與p側(cè)電極109b接觸。此外，在SSC111的上表面，適當(dāng)形成鈍化膜141。進(jìn)一步地，p側(cè)電極109b與基于鍍金的芯片上布線143b接觸。

(剖面結(jié)構(gòu)：調(diào)制器)

如圖4所示，調(diào)制器121具有在基板101上依次層疊了下部包覆層102、波導(dǎo)芯層103c以及上部包覆層104的構(gòu)造。另外，基板101上、下部包覆層102以及上部包覆層104的材料與SSC111相同。

波導(dǎo)芯層103c由將組成調(diào)整成在所輸入的光的波長(zhǎng)(例如1.55μm段)下透過(guò)光且折射率因電壓施加而發(fā)生變化的以AlGaInAs為材料的多量子阱結(jié)構(gòu)構(gòu)成。波導(dǎo)芯層103c的厚度是比掩埋型波導(dǎo)部110、130的波導(dǎo)芯層103a、103b厚的500nm，寬度是1.5μm。

上部包覆層104的厚度是比掩埋型波導(dǎo)部110、130的上部包覆層104的厚度薄的1.5μm。在上部包覆層104上，設(shè)置有由p-GaInAs形成的接觸層108，與p側(cè)電極109c接觸。進(jìn)一步地，p側(cè)電極109c與基于鍍金的芯片上布線143c接觸。

調(diào)制器121具有包含上部包覆層104、波導(dǎo)芯層103c、下部包覆層102的一部分的半導(dǎo)體層突出成臺(tái)面狀的高臺(tái)面型的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。下部包覆層102的蝕刻深度是300nm。

下部包覆層102的蝕刻深度被設(shè)計(jì)成抑制高次模式。該高臺(tái)面型波導(dǎo)被設(shè)計(jì)成高次模式的模式折射率比未進(jìn)行下部包覆層102的蝕刻的部分的折射率小。因此，由于高次模式漏到折射率高的基板101側(cè)，所以與基本模式之間的損耗差變大，實(shí)質(zhì)上是在單模下工作。若下部包覆層102的蝕刻深度大，則與折射率高的基板101之間的距離變大，所以高次模式的損耗變小，實(shí)質(zhì)性的單模性降低。另一方面，若下部包覆層102的蝕刻深度過(guò)小，則有時(shí)彎曲波導(dǎo)中的損耗會(huì)增加。

另外，在調(diào)制器121的高臺(tái)面結(jié)構(gòu)部的兩側(cè)形成以SiNx為材料的鈍化膜141，進(jìn)一步在其外側(cè)形成以聚酰亞胺為材料的低介電常數(shù)層142。

以上，如參照?qǐng)D1～圖4所說(shuō)明的那樣，在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體光集成元件100中，由于掩埋型波導(dǎo)部110、130的上部包覆層104的厚度比臺(tái)面型波導(dǎo)部120的上部包覆層104的厚度大，所以能夠?qū)ε_(tái)面型波導(dǎo)部和掩埋型波導(dǎo)部這兩者進(jìn)行最佳的設(shè)計(jì)。其結(jié)果，本實(shí)施方式的半導(dǎo)體光集成元件100能夠消除掩埋型波導(dǎo)和高臺(tái)面型波導(dǎo)之間的性能的折衷關(guān)系。

進(jìn)一步地，在第1實(shí)施方式涉及的半導(dǎo)體光集成元件100中，掩埋型波導(dǎo)部110、130中的波導(dǎo)芯層103a、103b比臺(tái)面型波導(dǎo)部120的波導(dǎo)芯層薄。這是因?yàn)槿缫韵滤f(shuō)明的那樣進(jìn)行了重視各元件特性的設(shè)計(jì)。

在SOA112中，波導(dǎo)芯層103b厚到某一程度且光限制系數(shù)大對(duì)于獲取光放大增益是有利的，但是若波導(dǎo)芯層103b過(guò)度厚，則電流注入時(shí)因波導(dǎo)芯層103b的載流子引起的光吸收損耗就會(huì)變大。此外，若為了增厚而使量子阱數(shù)過(guò)多，則會(huì)發(fā)生電流注入載流子的量子阱間的不均勻，透明化電流也會(huì)變大。這樣，在SOA112的波導(dǎo)芯層103b的厚膜化方面是有限度的。

另一方面，調(diào)制器121的波導(dǎo)芯層103c由于不進(jìn)行電流注入因此沒(méi)有如SOA112那樣的限制，但是為了降低波導(dǎo)芯層103c的靜電電容，需要增厚非摻雜層。為了增大每單位電壓的折射率變化量而需要將施加電壓的非摻雜層的多半設(shè)為波導(dǎo)芯層103c，所以必須增厚波導(dǎo)芯層103c。

因此，在第1實(shí)施方式涉及的半導(dǎo)體光集成元件100中，使掩埋型波導(dǎo)部110中的波導(dǎo)芯層103b比臺(tái)面型波導(dǎo)部120的波導(dǎo)芯層103c薄，兼顧了SOA112中的光吸收損耗的抑制及透明化電流的降低與調(diào)制器121中的靜電電容的降低。

(制造方法)

接著，參照?qǐng)D5～圖12，說(shuō)明第1實(shí)施方式涉及的半導(dǎo)體光集成元件100的制造方法。在圖5～圖12中，并列記載了各工序中的SSC111、SOA112以及調(diào)制器121的制造進(jìn)展的情形。圖5～圖12的(a)、(b)、(c)分別示出了SSC111(各圖的(a))、SOA112(各圖的(b))以及調(diào)制器121(各圖的(c))的制造進(jìn)展的情形，同一圖中的(a)、(b)、(c)圖表示形成同一階段的SSC111、SOA112以及調(diào)制器121的區(qū)域的剖面圖。另外，為了易于說(shuō)明，即使在制造中途，也使用同一參照符號(hào)來(lái)指示SSC111、SOA112以及調(diào)制器121。

圖5～圖7是表示第1工序中的半導(dǎo)體光集成元件100的制造進(jìn)展的情形的圖。在第1工序中，在基板101上依次層疊下部包覆層102、波導(dǎo)芯層103a、103b、103c以及上部包覆層104的一部分。

在圖5所示的工序中，首先，在形成SSC111、SOA112、調(diào)制器121的整體區(qū)域形成調(diào)制器121的波導(dǎo)芯層103c。具體來(lái)說(shuō)，在由InP形成的基板101上，使用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)法，依次層疊作為下部包覆層102的n-InP、作為波導(dǎo)芯層103c的AlGaInAs、作為上部包覆層104的p-InP。在本工序中制造的波導(dǎo)芯層103c是以AlGaInAs為材料的多量子阱結(jié)構(gòu)。此外，設(shè)本工序中層疊的上部包覆層104的厚度為200nm左右。

在圖6所示的工序中，去除在形成SSC111、SOA112的區(qū)域中形成的調(diào)制器121的波導(dǎo)芯層103c，在形成SSC111、SOA112的區(qū)域中形成SOA112的波導(dǎo)芯層103b。具體來(lái)說(shuō)，在整個(gè)面堆積SiNx膜的掩模M₁后，在比調(diào)制器121的區(qū)域稍大的區(qū)域?qū)嵤﹫D案化，以該SiNx膜為掩模M₁來(lái)進(jìn)行蝕刻。在該蝕刻中，直至在形成SSC111、SOA112的區(qū)域中所形成的波導(dǎo)芯層103c為止都去除，露出下部包覆層102。

接著，直接使用該SiNx膜的掩模M₁作為選擇生長(zhǎng)的掩模M₁，通過(guò)MOCVD法，在形成SSC111、SOA112的區(qū)域的下部包覆層102上，層疊SOA112的波導(dǎo)芯層103b以及上部包覆層104的一部分。波導(dǎo)芯層103b由使組成階段性變化的下部GaInAsP-SCH層、MQW活性層以及使組成階段性變化的上部GaInAsP-SCH層構(gòu)成，上部包覆層104由p-InP形成。此外，本工序中層疊的上部包覆層104的厚度是500nm左右，使上部包覆層104的上表面與調(diào)制器121的區(qū)域中的上部包覆層104的上表面大致一致。

在圖7所示的工序中，去除在形成SSC111的區(qū)域中形成的SOA112的波導(dǎo)芯層103b，在形成SSC111的區(qū)域形成SSC111的波導(dǎo)芯層103a。具體來(lái)說(shuō)，去除一遍SiNx膜的掩模M₁，在整個(gè)面堆積新的SiNx膜的掩模M₂后，在比調(diào)制器121以及SOA112的區(qū)域稍大的區(qū)域?qū)嵤﹫D案化。此時(shí)，為了得到選擇生長(zhǎng)效果以使SSC111的波導(dǎo)芯層103a的厚度漸變，在形成SSC111的區(qū)域的附近，配置掩模圖案，使得越是增大厚度的區(qū)域則越接近元件。并且，以該SiNx膜為掩模M₂來(lái)進(jìn)行蝕刻，直至SOA112的波導(dǎo)芯層103b為止都去除，露出下部包覆層102。

接著，直接以該SiNx的掩模M₂作為選擇生長(zhǎng)的掩模M₂，通過(guò)MOCVD法，在露出的下部包覆層102上，在形成SSC111的區(qū)域?qū)盈BSSC111的波導(dǎo)芯層103a以及上部包覆層104的一部分。波導(dǎo)芯層103a由GaInAsP形成，上部包覆層104由p-InP形成。此外，設(shè)在本工序中層疊的上部包覆層104的厚度為500nm左右，使上部包覆層104的上表面與調(diào)制器121以及SOA112的區(qū)域中的上部包覆層104的上表面大致一致。

圖8是表示第2工序以及第3工序中的半導(dǎo)體光集成元件100的制造進(jìn)展的情形的圖。在第2工序中，將包含掩埋型波導(dǎo)中的波導(dǎo)芯層的層蝕刻成臺(tái)面狀，在第3工序中，在掩埋型波導(dǎo)部的波導(dǎo)芯層的兩側(cè)附近埋入半導(dǎo)體包覆材料。

去除一遍SiNx膜的掩模M₂，重新在整個(gè)面堆積SiNx膜的掩模M₃，實(shí)施與調(diào)制器121、SOA112、SSC111以及各連接部的波導(dǎo)的形狀對(duì)應(yīng)的圖案化。此時(shí)，在之后形成高臺(tái)面型波導(dǎo)的調(diào)制器121及其附近的連接部中的波導(dǎo)122、123中，將圖案形成為比波導(dǎo)的寬度還寬的形狀。

然后，以該SiN膜為掩模M₃進(jìn)行蝕刻，形成與調(diào)制器121、SOA112、SSC111以及各連接部的波導(dǎo)對(duì)應(yīng)的臺(tái)面結(jié)構(gòu)，并且形成將掩埋層埋入至下部包覆層102的區(qū)域。

接著，將該SiNx膜的掩模M₃作為本次的選擇生長(zhǎng)的掩模M₃，利用MOCVD法，在下部包覆層102上層疊作為下部掩埋包覆層106的p-InP以及作為上部掩埋包覆層107的n-InP。

圖9是表示第4工序中的半導(dǎo)體光集成元件100的制造進(jìn)展的情形的圖。在第4工序中，在形成調(diào)制器121、SOA112、SSC111的區(qū)域，層疊包含上部包覆層104的半導(dǎo)體層。

具體來(lái)說(shuō)，在去除SiNx膜的掩模M₃后利用MOCVD法在形成調(diào)制器121、SOA112、SSC111的區(qū)域，層疊作為上部包覆層104的厚度為1.3μm的p-InP、作為蝕刻停止層105的厚度為10nm的p-GaInAsP、作為上部包覆層104的厚度為2.2μm的p-InP。另外，蝕刻停止層105是蝕刻耐受性不同于上部包覆層104的層，是比上部包覆層104更難蝕刻的層。蝕刻停止層是用于使制作變?nèi)菀椎膶樱⒉皇窃膭?dòng)作所需的層，所以在能夠充分使蝕刻停止的范圍內(nèi)盡可能設(shè)計(jì)得薄。同樣地，組成也優(yōu)選在能夠使蝕刻停止的范圍內(nèi)盡可能接近上部包覆層。在上部包覆是InP且蝕刻停止層是GaInAsP的情況下，GaInAsP的組成波長(zhǎng)越長(zhǎng)，物理(折射率、帶隙)、化學(xué)(蝕刻速度)性質(zhì)越不同于InP。適合的組成波長(zhǎng)例如是1.1μm。

圖10是表示第5工序中的半導(dǎo)體光集成元件100的制造進(jìn)展的情形的圖。在第5工序中，通過(guò)蝕刻來(lái)去除形成于臺(tái)面型波導(dǎo)部120的調(diào)制器121中的上部包覆層104的一部分。

具體來(lái)說(shuō)，重新在整個(gè)面堆積SiNx膜的掩模M₄，進(jìn)行圖案化以覆蓋形成調(diào)制器121的區(qū)域以外的區(qū)域，以該圖案作為掩模M₄，采用基于鹽酸系蝕刻劑的濕蝕刻，直至蝕刻停止層105為止的作為上部包覆層104的p-InP都去除，進(jìn)一步通過(guò)包含硫酸和過(guò)氧化氫的蝕刻劑去除作為蝕刻停止層105的p-GaInAsP。通過(guò)設(shè)置蝕刻停止層105，能夠再現(xiàn)性良好地制作臺(tái)面型波導(dǎo)部120的上部包覆的厚度。

圖11是表示第5工序與第6工序的中間工序中的半導(dǎo)體光集成元件100的制造進(jìn)展的情形的圖。在該中間工序中，層疊SOA112以及調(diào)制器121的接觸層108。另外，有時(shí)也在臺(tái)面型波導(dǎo)部120配置不需要接觸層108的元件。在該情況下，省略本工序，例如也可以層疊接觸層108作為第4工序的一部分。

在去除第5工序的蝕刻的掩模M₄后，通過(guò)MOCVD法，在形成調(diào)制器121、SOA112、SSC111的區(qū)域的整個(gè)面層疊p-GaInAs作為接觸層108。之后，通過(guò)圖案化和蝕刻去除與SSC111對(duì)應(yīng)的區(qū)域的接觸層108。

圖12是表示第6工序中的半導(dǎo)體光集成元件100的制造進(jìn)展的情形的圖。在第6工序中，去除形成調(diào)制器121的區(qū)域中的波導(dǎo)芯層103c的兩側(cè)，將接觸層108、上部包覆層104、波導(dǎo)芯層103c和下部包覆層102的一部分蝕刻成臺(tái)面狀。

首先，在形成調(diào)制器121、SOA112、SSC111的區(qū)域的整個(gè)面堆積SiNx膜的掩模M₅，并實(shí)施圖案化，以便能夠在與波導(dǎo)芯層103c的兩側(cè)相當(dāng)?shù)膮^(qū)域形成開(kāi)口。此時(shí)，與SOA112以及SSC111對(duì)應(yīng)的區(qū)域的周邊成為被SiNx覆蓋的狀態(tài)。

然后，以該SiNx膜作為掩模M₅，通過(guò)干蝕刻對(duì)接觸層108、上部包覆層104、波導(dǎo)芯層103c以及下部包覆層102的一部分進(jìn)行蝕刻來(lái)形成高臺(tái)面型波導(dǎo)。此時(shí)，對(duì)蝕刻深度進(jìn)行控制，以使下部包覆層102的蝕刻深度與設(shè)計(jì)值一致。為了控制蝕刻深度，使用檢測(cè)活性層的位置的蝕刻監(jiān)控器也是適合的。在因蝕刻的性質(zhì)的不同從而使得遠(yuǎn)離了高臺(tái)面附近的位置的蝕刻深度不同的情況下，以高臺(tái)面的脊的深度與設(shè)計(jì)值一致的方式進(jìn)行蝕刻。

在上述工序之后，去除掩模M₅，在各部分形成鈍化膜、低介電常數(shù)膜和/或其開(kāi)口部、用于電流注入和/或電壓施加的電極等，在表面加工結(jié)束后，研磨基板101至期望的厚度，若有需要，在基板101的背面形成電極。由此，完成SSC111、SOA112以及調(diào)制器121的各元件的構(gòu)造。進(jìn)一步地，通過(guò)基板切斷而形成端面，通過(guò)進(jìn)行端面涂布和/或元件分離，完成半導(dǎo)體光集成元件100的制造。

根據(jù)以上的制造方法，在掩埋型波導(dǎo)部110、130和臺(tái)面型波導(dǎo)部120中上部包覆層104的厚度不同，能夠在形成于掩埋型波導(dǎo)部110、130的SOA112、SSC111和形成于臺(tái)面型波導(dǎo)部120的調(diào)制器121的每一個(gè)中設(shè)為適當(dāng)?shù)纳喜堪矊?04的厚度。

另外，在以上說(shuō)明的制造方法中，雖然采用了在整個(gè)面層疊上部包覆層104后對(duì)臺(tái)面型波導(dǎo)部的區(qū)域進(jìn)行蝕刻的方法，但是也可考慮其他制造方法。

在其他制造方法的一例中，在進(jìn)行到上部掩埋包覆層107的形成后，在整個(gè)面形成厚度為1.3μm的上部包覆層104和接觸層108。然后，在整個(gè)面堆積SiNx膜，進(jìn)行圖案化，使得能夠在掩埋型波導(dǎo)部110、130的區(qū)域形成開(kāi)口。通過(guò)蝕刻去除開(kāi)口部中的接觸層108，在其上進(jìn)一步通過(guò)MOCVD法層疊厚度為2.2μm的上部包覆層104和接觸層108。之后的工序與上述說(shuō)明的制造方法相同。在該制造方法中，蝕刻停止層105不是必須的。

在又一制造方法的一例中，在進(jìn)行到上部掩埋包覆層107的形成后，利用選擇生長(zhǎng)下的膜厚控制。具體來(lái)說(shuō)，層疊p-InP使得在臺(tái)面型波導(dǎo)部120的區(qū)域中上部包覆層104的厚度為1.3μm且在掩埋型波導(dǎo)部的區(qū)域中上部包覆層104的厚度為3.5μm，然后堆積p-GaInAs作為接觸層108。之后的工序與上述說(shuō)明的制造方法相同。在該制造方法中，蝕刻停止層105也不是必須的。

在又一制造方法中，能夠調(diào)換臺(tái)面結(jié)構(gòu)的形成和埋入包覆層的形成的順序。在該制法中，在進(jìn)行各波導(dǎo)芯層的形成后，在整個(gè)面層疊1.3μm的上部包覆層104和接觸層108。并且，堆積SiNx膜，實(shí)施與調(diào)制器121、SOA112、SSC111以及各連接部的波導(dǎo)對(duì)應(yīng)的圖案化。然后，以該SiN膜為掩模進(jìn)行蝕刻，形成與調(diào)制器121、SOA112、SSC111以及各連接部的波導(dǎo)對(duì)應(yīng)的臺(tái)面結(jié)構(gòu)，并且使下部包覆層102露出。

接著，在與臺(tái)面型波導(dǎo)部120的區(qū)域相當(dāng)?shù)牟糠中纬捎蒘iO₂形成的選擇生長(zhǎng)掩模。以形成了臺(tái)面結(jié)構(gòu)的SiNx膜的掩模和SiO₂的掩模作為選擇生長(zhǎng)的掩模，使用掩埋MOCVD法，層疊下部掩埋包覆層106以及上部掩埋包覆層107。然后，去除一遍全部的選擇生長(zhǎng)掩模后，堆積SiNx，進(jìn)行圖案化使得在掩埋型波導(dǎo)區(qū)域能夠形成開(kāi)口。通過(guò)蝕刻去除開(kāi)口部的p-GaInAs，進(jìn)一步地通過(guò)MOCVD法在開(kāi)口部層疊厚度為2.2μm的上部掩埋包覆層107和接觸層108。

(特性的探討)

以下，隨時(shí)示出比較例的同時(shí)說(shuō)明本實(shí)施方式涉及的半導(dǎo)體光集成元件100的特性。

半導(dǎo)體光集成元件100的調(diào)制器121中的波導(dǎo)是高臺(tái)面型的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。該調(diào)制器121中的波導(dǎo)的傳播損耗在波長(zhǎng)1.55μm下是0.7dB/mm。另一方面，在具有將上部包覆層的厚度設(shè)為與掩埋型波導(dǎo)部110、130的上部包覆層104相同的4.5μm的高臺(tái)面結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)的比較例的元件中，傳播損耗是1.5dB/mm，與本實(shí)施方式相比大很多。

此外，在該比較例的元件中，每個(gè)元件的波導(dǎo)特性的偏差大，產(chǎn)生了很多成為多模波導(dǎo)的情況和/或彎曲波導(dǎo)的損耗變大的個(gè)體。進(jìn)一步地，在該比較例的波導(dǎo)中，存在大量在制作過(guò)程中高臺(tái)面結(jié)構(gòu)被破壞的元件。

上部包覆層厚的比較例中的這樣的不良其說(shuō)明如下。在調(diào)制器121中的上部包覆層的厚度是1.5μm的情況和上部包覆層的厚度是4.5μm的情況下，形成高臺(tái)面結(jié)構(gòu)所需的蝕刻的深度分別是2.5μm和5.5μm。這樣，在上部包覆層厚的情況下，如上述那樣蝕刻的深度需要一倍以上，所以容易發(fā)生蝕刻中的蝕刻掩模的后退等，結(jié)果是芯側(cè)面的表面粗糙度變大。因此，我們認(rèn)為關(guān)系到臺(tái)面脊的皸裂的散射損耗的量變大了。

此外，若所需的蝕刻量增加，則下部包覆層的蝕刻的深度其偏差會(huì)增加。整體的蝕刻深度的偏差使下部包覆層的蝕刻深度的偏差也增加。進(jìn)一步地，晶片面內(nèi)分布不僅存在于蝕刻的深度也存在于MOCVD的層疊厚度，所以只要這兩個(gè)面內(nèi)分布的形狀不完全一致，偏差就會(huì)被相加而對(duì)下部包覆層的蝕刻深度形成很大的影響。

例如，在與蝕刻的深度和結(jié)晶生長(zhǎng)相匹配地存在±5％的晶片面內(nèi)分布的情況下，若蝕刻深度是2.5μm，則偏差是±125nm，若蝕刻的深度是5.5μm，則偏差是±275nm。若如這樣下部包覆層的蝕刻深度發(fā)生偏差，則偏離了下部包覆層的蝕刻深度的最佳值的波導(dǎo)元件會(huì)變多，其結(jié)果，存在單模性、彎曲波導(dǎo)損耗與設(shè)計(jì)值之間有偏差的傾向。因此，我們認(rèn)為在比較例中波導(dǎo)特性的偏差變大了。

此外，若考慮高臺(tái)面型波導(dǎo)的臺(tái)面的縱橫比(縱向大小和橫向大小之比)，則在上部包覆層的厚度是1.5μm的情況下是1.67，相對(duì)于此，在上部包覆層的厚度是4.5μm的情況下是3.67。我們認(rèn)為在如比較例這樣大大超過(guò)2的縱橫比的臺(tái)面中，細(xì)長(zhǎng)的臺(tái)面會(huì)突出到基板上，所以機(jī)械強(qiáng)度會(huì)降低，在制造工序中施加一點(diǎn)點(diǎn)的壓力也會(huì)被破壞。

此外，本實(shí)施方式的調(diào)制器121部分中的串聯(lián)電阻是每1mm長(zhǎng)度為2.2Ω。另一方面，作為比較例，在將上部包覆層的厚度設(shè)為4.5μm的元件中，串聯(lián)電阻是3.4Ω。在高臺(tái)面型波導(dǎo)中，由于上部包覆層的寬度小，所以p-InP的電阻容易變大。因此，在上部包覆層較厚的比較例中，我們認(rèn)為p-InP的電阻變得更顯著，串聯(lián)電阻增大了。

在存在高的串聯(lián)電阻的情況下，在集中電極型的電極構(gòu)造中，由于CR常數(shù)的增加，以及在行波電極型的電極構(gòu)造中高頻損耗的增加，高頻響應(yīng)變差。但是，本實(shí)施方式的調(diào)制器121將上部包覆層的厚度抑制得很薄，其結(jié)果，由于串聯(lián)電阻低，所以適合于快速動(dòng)作。

圖13是表示SOA112中的上部包覆層104的厚度與接觸層108中的吸收損耗之間的關(guān)系的曲線圖。

由于接觸層108由折射率高的GaInAs形成，所以若波導(dǎo)芯層103b和接觸層108靠近，則在波導(dǎo)中傳播的光的一部分會(huì)被接觸層108吸收。這是因?yàn)?，在接觸層108中p載流子密度大，所以因價(jià)電子帶間吸收而使得光被吸收。因此，上部包覆層104越厚，接觸層108中的吸收損耗就越小。

如從圖13所示的曲線圖中讀取到的那樣，若與將SOA112的上部包覆層104的厚度設(shè)為與調(diào)制器121相同的1.5μm的情況相比，在將SOA112的上部包覆層104的厚度設(shè)為4μm的情況下，接觸層108中的吸收損耗減少3cm^-1左右，實(shí)質(zhì)上成為0。

不能將SOA112的上部包覆層104的厚度設(shè)為與調(diào)制器121相同的厚度的理由是，因?yàn)椴▽?dǎo)芯層的設(shè)計(jì)有很大不同。如已經(jīng)敘述的那樣，調(diào)制器121部分的波導(dǎo)芯層103c比SOA112部分的波導(dǎo)芯層103b厚。其結(jié)果，在調(diào)制器121中，光向波導(dǎo)芯層103c的限制很強(qiáng)，結(jié)果是光向上部包覆層104的滲透變小，即使上部包覆層104很薄也很難引起接觸層108中的光的吸收。

圖14是表示SSC111中的波導(dǎo)芯層103a的厚度與光斑尺寸之間的關(guān)系的曲線圖。在圖14中，記載了在兩種上部包覆層的厚度下計(jì)算光斑尺寸的結(jié)果。另外，SSC111采用如下方法：通過(guò)使波導(dǎo)芯層103a的厚度逐步變薄，從而減弱光向波導(dǎo)芯層103a的限制，放大光斑尺寸。

如從圖14所示的曲線圖讀取的那樣，可知，若與將SSC111的上部包覆層104的厚度設(shè)為與調(diào)制器121相同的1.5μm的情況相比，在將SOA112的上部包覆層104的厚度設(shè)為4μm的情況下，芯厚度小時(shí)的光斑尺寸的放大效果更大。

在上部包覆層104薄的情況下，由處于上部包覆層104更上層的SiN形成的鈍化膜141和空氣起到相對(duì)于半導(dǎo)體折射率差非常大的第2包覆層的作用。因此，在上部包覆層104的厚度為1.5μm的情況下，無(wú)法超過(guò)上部包覆層104的上表面而使光斑尺寸擴(kuò)大。另一方面，若上部包覆層104足夠厚，則由于沒(méi)有這樣的限制，所以能夠顯著得到光斑尺寸放大效果。

此外，在上部包覆層104為1.5μm的情況下，雖然對(duì)于波導(dǎo)芯層103a的上側(cè)來(lái)說(shuō)，光斑在上部包覆層104的上表面就被限制，但是在波導(dǎo)的下側(cè)沒(méi)有這樣的限制，所以光斑擴(kuò)大，光斑形狀的上下方向的非對(duì)稱性變得非常大。其結(jié)果，從SSC111射出的光束形狀會(huì)偏離高斯光束。

若在波導(dǎo)芯層103a的厚度為75nm的情況下進(jìn)行比較，則當(dāng)上部包覆層104的厚度為4μm時(shí)輸出光束與高斯光束的最大耦合效率、即高斯光束耦合率為94.6％，相對(duì)于此，當(dāng)上部包覆層104的厚度為1.5μm時(shí)，高斯光束耦合率為89.9％。

如上所述，若高斯光束耦合率變低，則單模光纖是接近高斯光束的模式配置，所以向光纖的耦合效率會(huì)降低。因此，如果將上部包覆層的厚度保持為1.5μm，則即使進(jìn)一步使波導(dǎo)芯層103a的厚度變薄來(lái)放大光斑尺寸，也會(huì)犧牲向光纖的耦合效率。

在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體光集成元件100中，通過(guò)使SSC111的上部包覆層104的厚度比調(diào)制器121的上部包覆層104的厚度更厚，從而光斑尺寸大且模塊的組裝變得容易，并且可得到向光纖的耦合效率高這樣良好的特性。

如以上說(shuō)明，在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體光集成元件100中，由于使掩埋型波導(dǎo)部110、130中的上部包覆層104的厚度比臺(tái)面型波導(dǎo)部120中的上部包覆層104的厚度厚，所以能夠?qū)ε_(tái)面型波導(dǎo)部120和掩埋型波導(dǎo)部110、130這兩者進(jìn)行最佳的設(shè)計(jì)。

具體來(lái)說(shuō)，通過(guò)使用高臺(tái)面型波導(dǎo)來(lái)構(gòu)成調(diào)制器121，從而在調(diào)制器121中實(shí)現(xiàn)低的波導(dǎo)損耗、良好的單模性、良好的高頻響應(yīng)，與此同時(shí)，通過(guò)使用掩埋型波導(dǎo)來(lái)構(gòu)成SOA112以及SSC111，從而能夠?qū)崿F(xiàn)在SOA112中吸收損耗低、在SSC111中光斑尺寸大且光纖耦合效率高的光束。

另外，在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體光集成元件100中，將臺(tái)面型波導(dǎo)部120和掩埋型波導(dǎo)部110、130中的上部包覆層104的厚度之差設(shè)成了3μm。但是，該差值可適當(dāng)設(shè)計(jì)，可選擇與包覆層中的漸逝波相對(duì)于距離的衰減程度相同程度以上的值。例如，若臺(tái)面型波導(dǎo)部120和掩埋型波導(dǎo)部110、130中的上部包覆層104的厚度之差為200nm以上，則能夠期待上述說(shuō)明的效果。

另外，在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體光集成元件100中，將與掩埋型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)集成的波導(dǎo)設(shè)為了高臺(tái)面型的波導(dǎo)，但是即使在設(shè)為不對(duì)芯層進(jìn)行蝕刻的所謂低臺(tái)面(low mesa)結(jié)構(gòu)的情況下，針對(duì)機(jī)械強(qiáng)度、電阻也會(huì)產(chǎn)生與高臺(tái)面結(jié)構(gòu)共同的課題，所以可得到與本實(shí)施方式相同的效果。

在本實(shí)施例中，調(diào)制器是單一的馬赫-曾澤爾型的調(diào)制器，但是也可以設(shè)為由多個(gè)馬赫-曾澤爾調(diào)制器構(gòu)成的I-Q調(diào)制器，也可以為了偏振復(fù)用而設(shè)置兩個(gè)I-Q調(diào)制器。此外，SOA112和調(diào)制器121是平行的配置，但是也可以設(shè)為各自的光傳播方向垂直的配置。

〔第2實(shí)施方式〕

(平面結(jié)構(gòu))

圖15是表示第2實(shí)施方式涉及的半導(dǎo)體光集成元件的俯視示意圖的圖。另外，圖15所示的俯視示意圖為了簡(jiǎn)化而僅圖示了波導(dǎo)，省略了電極等其他構(gòu)成要素。

如圖15所示，第2實(shí)施方式涉及的半導(dǎo)體光集成元件200具備：掩埋型波導(dǎo)部210、臺(tái)面型波導(dǎo)部220和掩埋型波導(dǎo)部230。掩埋型波導(dǎo)部210、220是具有在波導(dǎo)芯層的兩側(cè)附近埋入了半導(dǎo)體包覆材料的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的區(qū)域，臺(tái)面型波導(dǎo)部220是具有至少包含波導(dǎo)芯層以及上部包覆層的半導(dǎo)體層突出成臺(tái)面狀的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的區(qū)域。另外，本實(shí)施方式的臺(tái)面型波導(dǎo)部220中的波導(dǎo)是直至至少包含波導(dǎo)芯層的半導(dǎo)體層為止突出成臺(tái)面狀的高臺(tái)面型波導(dǎo)(high mesa waveguide)。

掩埋型波導(dǎo)部210具備DFB激光器211。關(guān)于多個(gè)DFB激光器211，例如在1.55μm波長(zhǎng)段下振蕩波長(zhǎng)分別不同，此外，通過(guò)變更DFB激光器211的溫度，從而DFB激光器211的振蕩波長(zhǎng)發(fā)生變化。因此，對(duì)于多個(gè)DFB激光器211來(lái)說(shuō)，通過(guò)選擇多個(gè)之中的一個(gè)來(lái)進(jìn)行粗調(diào)，通過(guò)溫度變更來(lái)進(jìn)行微調(diào)，作為整體，作為進(jìn)行連續(xù)的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的振蕩的波長(zhǎng)可變光源來(lái)工作。從多個(gè)DFB激光器211射出的波導(dǎo)光被引導(dǎo)至臺(tái)面型波導(dǎo)部220。

臺(tái)面型波導(dǎo)部220具備AWG221。如圖15所示，AWG221具備：輸入側(cè)平板波導(dǎo)222、陣列溝道波導(dǎo)223和輸出側(cè)平板波導(dǎo)224。輸入側(cè)平板波導(dǎo)222以及輸出側(cè)平板波導(dǎo)224是沒(méi)有橫向的光的限制力的波導(dǎo)，對(duì)輸入側(cè)平板波導(dǎo)222以及輸出側(cè)平板波導(dǎo)224輸入輸出的波導(dǎo)光在橫向上發(fā)散。陣列溝道波導(dǎo)223由彎曲路徑構(gòu)成的大量波導(dǎo)構(gòu)成，設(shè)置了依賴于波長(zhǎng)的光路徑差。因此，若在與依賴于該波長(zhǎng)的光路徑差對(duì)應(yīng)的輸入側(cè)平板波導(dǎo)222的位置，輸入多個(gè)DFB激光器211所射出的不同振蕩波長(zhǎng)的波導(dǎo)光，則在輸出側(cè)平板波導(dǎo)224中，耦合成同一光線。在AWG221中耦合的波導(dǎo)光被輸出到具備SOA231的掩埋型波導(dǎo)部230。

這里，若假設(shè)設(shè)置于多個(gè)DFB激光器211與SOA231之間的耦合器沒(méi)有波長(zhǎng)選擇性，則DFB激光器211與SOA231的耦合效率會(huì)是DFB激光器的數(shù)量分之一以下。例如，若DFB激光器211的數(shù)目為8，則各DFB激光器211與SOA231的耦合效率為1/8以下(12.5％以下)。在半導(dǎo)體光集成元件200中，作為將多個(gè)DFB激光器211和SOA231相連的耦合器，按各自不同的DFB激光器211的每個(gè)波長(zhǎng)使用以高效率透過(guò)的AWG221，所以DFB激光器211到SOA231的耦合效率變高。

掩埋型波導(dǎo)部230具備SOA231和端面窗結(jié)構(gòu)部232。SOA231放大通過(guò)AWG221成像的波導(dǎo)光，端面窗結(jié)構(gòu)部232降低SOA231放大的波導(dǎo)光的元件端面處的反射率。端面窗結(jié)構(gòu)部232通過(guò)去除端面附近的波導(dǎo)芯層而形成。為了在端面部降低反射率，施加低反射涂層，通過(guò)設(shè)置端面窗結(jié)構(gòu)部232，能夠進(jìn)一步降低反射率。

在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體光集成元件200中，通過(guò)將DFB激光器211和SOA231設(shè)為掩埋型的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，能夠享有波導(dǎo)脊處的表面復(fù)合速度小這樣的優(yōu)點(diǎn)。此外，AWG221通過(guò)高臺(tái)面型的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)曲率半徑小且波導(dǎo)間隔密集，能夠?qū)崿F(xiàn)顯著的小型化。

另外，在本實(shí)施方式中，也與第1實(shí)施方式同樣地，在掩埋型波導(dǎo)部210、230與臺(tái)面型波導(dǎo)部220的邊界存在將兩者連接的波導(dǎo)。針對(duì)該波導(dǎo)，與第1實(shí)施方式同樣地，通過(guò)構(gòu)成為使臺(tái)面型波導(dǎo)部220的波導(dǎo)比掩埋型波導(dǎo)部210、230更寬和/或設(shè)置喇叭結(jié)構(gòu)，從而能夠減輕連接部分的損耗。

(剖面結(jié)構(gòu))

圖16～圖19分別是與波導(dǎo)垂直的面上的DFB激光器211、AWG221、SOA231以及端面窗結(jié)構(gòu)部232的剖面示意圖。

(剖面結(jié)構(gòu)：DFB激光器)

如圖16所示，DFB激光器211具有在基板201上依次層疊了下部包覆層202、波導(dǎo)芯層203a以及上部包覆層104的構(gòu)造?；?01的材料是InP，下部包覆層202的材料是n-InP。另外，基板201的材料可以設(shè)為n-InP。此外，在重視高頻特性的情況下，也可以在下部包覆層202設(shè)置n側(cè)電極，將基板201的材料設(shè)為半絕緣InP。

波導(dǎo)芯層203a構(gòu)成為通過(guò)電流注入發(fā)光的以GaInAsP為材料的多量子阱結(jié)構(gòu)的活性層。此外，在波導(dǎo)芯層203a的上表面設(shè)置未圖示的衍射光柵層。波導(dǎo)芯層203b的厚度是包含SCH層在內(nèi)為150nm，寬度是1.7μm。

上部包覆層204的材料是p-InP，在上部包覆層204的內(nèi)部插入蝕刻耐受性不同于上部包覆層204的蝕刻停止層205。與第1實(shí)施方式同樣地，根據(jù)制造方法的不同，也可以省略該蝕刻停止層205。上部包覆層204的厚度是包含蝕刻停止層205在內(nèi)為4.5μm。另外，插入蝕刻停止層205時(shí)的蝕刻停止層205的厚度例如是10nm。

DFB激光器211的波導(dǎo)芯層203a具有在波導(dǎo)芯層203a的兩側(cè)附近埋入了下部掩埋包覆層206以及上部掩埋包覆層207的構(gòu)造。下部掩埋包覆層206以及上部掩埋包覆層207的材料分別是p-InP以及n-InP。下部掩埋包覆層206以及上部掩埋包覆層207起到電流阻擋層的作用，提高注入到波導(dǎo)芯層203a的電流的注入效率。

在上部包覆層204上設(shè)置由p-GaInAs形成的接觸層208，與p側(cè)電極209a接觸。此外，在DFB激光器211的上表面以及側(cè)面，適當(dāng)形成以SiNx為材料的鈍化膜241，相鄰的DFB激光器211分別被電分離。進(jìn)一步地，p側(cè)電極209c與引線接合等布線243a接觸。

(剖面結(jié)構(gòu)：AWG)

如圖17所示，AWG221具有在基板201上依次層疊了下部包覆層202、波導(dǎo)芯層103b以及上部包覆層204的構(gòu)造。另外，基板201、下部包覆層202以及上部包覆層204的材料與DFB激光器211相同。

波導(dǎo)芯層203b由以GaInAsP為材料的塊構(gòu)造構(gòu)成。波導(dǎo)芯層203b的厚度是200nm，寬度是1.7μm。

上部包覆層204的厚度是2.3μm。在本實(shí)施方式中，相比第1實(shí)施方式，臺(tái)面型波導(dǎo)部220中的上部包覆層204的厚度較厚。這是因?yàn)?，在本?shí)施方式中，相比第1實(shí)施方式，波導(dǎo)芯層203b較薄，所以波導(dǎo)模式的光分布容易變廣。

雖然在上部包覆層204上設(shè)置了蝕刻停止層205，但是也可以去掉該蝕刻停止層205。此外，在AWG221的上表面適當(dāng)?shù)匦纬梢許iNx為材料的鈍化膜241。

(剖面結(jié)構(gòu)：SOA)

如圖18所示，SOA231具有在基板201上依次層疊了下部包覆層202、波導(dǎo)芯層203c以及上部包覆層204的構(gòu)造。另外，基板201、下部包覆層202以及上部包覆層204的材料與DFB激光器211相同。

波導(dǎo)芯層203c由通過(guò)電流注入發(fā)光的以GaInAsP為材料的多量子阱結(jié)構(gòu)構(gòu)成。波導(dǎo)芯層203b的厚度是包含SCH層在內(nèi)為150nm，寬度是1.7μm。

在上部包覆層204的內(nèi)部插入蝕刻耐受性不同于上部包覆層204的蝕刻停止層205。與第1實(shí)施方式相同地，根據(jù)制造法的不同，也可以省略該蝕刻停止層205。上部包覆層204的厚度是包含蝕刻停止層205在內(nèi)為4.5μm。另外，插入蝕刻停止層205時(shí)的蝕刻停止層205的厚度例如是10nm。

SOA231的波導(dǎo)芯層203c具有在波導(dǎo)芯層203a的兩側(cè)附近埋入了下部掩埋包覆層206以及上部掩埋包覆層207的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。下部掩埋包覆層206以及上部掩埋包覆層207的材料分別是p-InP以及n-InP。下部掩埋包覆層206以及上部掩埋包覆層207起到電流阻擋層的作用，提高注入到波導(dǎo)芯層203c的電流的注入效率。

在上部包覆層204上，設(shè)置由p-GaInAs形成的接觸層208，與p電極209c接觸。此外，在SOA231的上表面適當(dāng)形成以SiNx為材料的鈍化膜241。進(jìn)一步地，p側(cè)電極209c與引線接合等布線243c接觸。

(剖面結(jié)構(gòu)：端面窗結(jié)構(gòu)部)

如圖19所示，端面窗結(jié)構(gòu)部232具有在基板201上依次層疊了下部包覆層202、下部掩埋包覆層206、上部掩埋包覆層207以及上部包覆層204的構(gòu)造。另外，基板201、下部包覆層202、下部掩埋包覆層206、上部掩埋包覆層207以及上部包覆層204的材料與DFB激光器211相同。

從圖19可知，在端面窗結(jié)構(gòu)部232中，不存在波導(dǎo)芯層，取而代之，下部掩埋包覆層206以及上部掩埋包覆層207填充了下部包覆層202與上部包覆層204之間。

以上，如參照?qǐng)D16～圖19進(jìn)行的說(shuō)明那樣，在第2實(shí)施方式涉及的半導(dǎo)體光集成元件200中，掩埋型波導(dǎo)部210、230中的上部包覆層204的厚度比臺(tái)面型波導(dǎo)部220的上部包覆層204的厚度厚。這是因?yàn)檫M(jìn)行了重視各元件的特性的設(shè)計(jì)。

(制造方法)

接著，說(shuō)明本實(shí)施方式的半導(dǎo)體光集成元件200的制造方法。另外，本實(shí)施方式的半導(dǎo)體光集成元件200的制造方法與第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體光集成元件100的制造方法相同，因此適當(dāng)省略說(shuō)明。

首先，在基板201上通過(guò)MOCVD法依次層疊下部包覆層202、DFB激光器211以及SOA231的波導(dǎo)芯層203a、203c、上部包覆層204的一部分以及衍射光柵層。波導(dǎo)芯層203a、203c是以GaInAsP為材料的多量子阱結(jié)構(gòu)，衍射光柵層由GaInAs形成。

接著，在整個(gè)面堆積SiNx膜后，與形成于DFB激光器211部的衍射光柵層的周期性衍射光柵的圖案相匹配地對(duì)SiNx膜進(jìn)行圖案化，并且去除SOA231部附近的SiNx。然后，以SiNx膜作為掩模來(lái)進(jìn)行蝕刻。由此，在衍射光柵層形成衍射光柵構(gòu)造。然后，去除整個(gè)面的SiNx膜之后，通過(guò)基于MOCVD法的衍射光柵埋入生長(zhǎng)來(lái)層疊上部包覆層204。

再次在整個(gè)面堆積SiNx膜后，在與DFB激光器211以及SOA231對(duì)應(yīng)的部分，實(shí)施圖案化，以構(gòu)成稍稍寬幅的圖案。然后，以SiNx膜作為掩模進(jìn)行蝕刻來(lái)去除形成AWG的區(qū)域的波導(dǎo)芯層，露出下部包覆層202。接著，以SiNx膜的掩模直接作為選擇生長(zhǎng)的掩模，通過(guò)MOCVD法，層疊AWG221的波導(dǎo)芯層203b以及上部包覆層204。

接著，在去除SiNx膜的掩模后，重新堆積SiNx膜，實(shí)施圖案化，成為與DFB激光器211、SOA231以及各連接部的波導(dǎo)對(duì)應(yīng)的圖案。此時(shí)，在后面形成高臺(tái)面型波導(dǎo)的AWG221及其附近的連接部的波導(dǎo)中，以比波導(dǎo)芯層的寬度更寬的幅度進(jìn)行圖案化。此外，對(duì)于成為端面窗結(jié)構(gòu)的部分，去除圖案。

然后，以該SiNx膜作為掩模進(jìn)行蝕刻，形成與DFB激光器211、SOA231以及各連接部的波導(dǎo)對(duì)應(yīng)的臺(tái)面結(jié)構(gòu)，并且使下部包覆層202露出。接著，以該SiNx膜的掩模作為選擇生長(zhǎng)的掩模，使用MOCVD法，在露出的下部包覆層202上層疊下部掩埋包覆層206以及上部掩埋包覆層。

接著，在去除SiNx膜的掩模后，使用MOCVD法，在整個(gè)面依次層疊上部包覆層204、厚度10nm的蝕刻停止層205、上部包覆層204和接觸層208。

之后，進(jìn)行圖案化，以對(duì)形成高臺(tái)面型波導(dǎo)的區(qū)域以外進(jìn)行覆蓋，以該圖案作為掩模，利用包含硫酸和過(guò)氧化氫的蝕刻劑去除由p-GaInAs形成的接觸層208，進(jìn)一步地，以基于鹽酸系蝕刻劑的濕蝕刻，將直至蝕刻停止層205為止的上部包覆層204去除。

接著，在整個(gè)面堆積SiNx膜，實(shí)施圖案化，以便能夠在與高臺(tái)面型波導(dǎo)的兩側(cè)相當(dāng)?shù)牟糠中纬砷_(kāi)口。此時(shí)，SOA231以及DFB激光器211的區(qū)域的周邊成為被SiNx覆蓋的狀態(tài)，能夠在DFB激光器211的左右溝槽區(qū)域形成開(kāi)口。

然后，以該SiNx作為掩模，通過(guò)干蝕刻，對(duì)蝕刻停止層205、上部包覆層204、波導(dǎo)芯層以及下部包覆層202的一部分進(jìn)行蝕刻來(lái)形成臺(tái)面結(jié)構(gòu)。

在此，進(jìn)行蝕刻，以使高臺(tái)面結(jié)構(gòu)的脊的下部包覆層202的蝕刻深度與設(shè)計(jì)值一致。此時(shí)，在將DFB激光器211電分離的溝槽中，至少對(duì)接觸層208、上部包覆層204到蝕刻停止層205進(jìn)行蝕刻。進(jìn)一步地，覆蓋溝槽以外的部分，通過(guò)鹽酸系的濕蝕刻，加大該溝槽的蝕刻深度。

然后，通過(guò)公知的方法，在各部分形成鈍化膜241及其開(kāi)口部、用于電流注入的p電極209a、209c等。在表面的加工結(jié)束后，將基板201研磨成期望的厚度，在背面形成電極。

進(jìn)一步地，通過(guò)基板切斷形成端面，并進(jìn)行端面涂布、元件分離，完成半導(dǎo)體光集成元件200的制造方法。

另外，在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體光集成元件200的制造方法中，也與第1實(shí)施方式同樣地，能夠利用上述說(shuō)明的制造方法的變形方式。

(特性的探討)

以下，針對(duì)本實(shí)施方式涉及的半導(dǎo)體光集成元件200的特性，隨時(shí)示出比較例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。

在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體光集成元件200中，也與第1實(shí)施方式同樣地，在具有高臺(tái)面型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的AWG221的波導(dǎo)中，可得到低損耗、特性偏差小且難以被破壞這樣的良好的性質(zhì)。

此外，在將整個(gè)區(qū)域的上部包覆層的厚度設(shè)為2.3μm的比較例中，產(chǎn)生了射出光光束的形狀顯著散亂的問(wèn)題，相對(duì)于此，在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體光集成元件200中，得到了單峰性的射出光光束。我們認(rèn)為這是在上部包覆層的厚度薄的情況下，在窗結(jié)構(gòu)中變廣的光束在上部的半導(dǎo)體終端被反射的現(xiàn)象引起的。

圖20是表示通過(guò)BPM(Beam Propagation Method)計(jì)算出端面處的光強(qiáng)度分布的結(jié)果的曲線圖，橫軸表示鉛垂方向(厚度方向)的位置(單位μm)，縱軸表示將最大值規(guī)一化成1的相對(duì)光強(qiáng)度。在上部包覆層較薄的比較例中，上表面的反射大，光束形狀中的峰值分裂成多個(gè)。相對(duì)于此，在如本實(shí)施方式的半導(dǎo)體光集成元件200那樣上部包覆層具有足夠的厚度的情況下，上表面處的反射的影響少，即使存在一些反射，光束形狀也可維持單峰性。

這樣，在具有窗結(jié)構(gòu)部的情況下，需要考慮在窗結(jié)構(gòu)部變寬后的光束的寬度來(lái)決定上部包覆層的厚度。相對(duì)于變寬后的光束的1/e²半寬，具有2倍以上的厚度的上部包覆層是適合的。

此外，為了容易制造，優(yōu)選將DFB激光器211的上部包覆層104的厚度和SOA231的上部包覆層104的厚度設(shè)為相同。此外，只要臺(tái)面型波導(dǎo)部220和掩埋型波導(dǎo)部210、230中的上部包覆層104的厚度之差在200nm以上，就能夠期待上述說(shuō)明的效果。

如以上所述，在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體光集成元件200中，由于相比臺(tái)面型波導(dǎo)部的上部包覆層的厚度，增大了掩埋型波導(dǎo)部的上部包覆層的厚度，所以能夠?qū)ε_(tái)面型波導(dǎo)部和掩埋型波導(dǎo)部這兩者進(jìn)行最佳的設(shè)計(jì)。

具體來(lái)說(shuō)，在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體光集成元件200中，通過(guò)使用高臺(tái)面型波導(dǎo)來(lái)構(gòu)成AWG221，從而在AWG221中實(shí)現(xiàn)低的波導(dǎo)損耗、良好的單模性的同時(shí)，由于使用掩埋型波導(dǎo)來(lái)構(gòu)成DFB激光器211以及SOA231，所以在具有低反射的端面的同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)光纖耦合效率高的單峰性的光束。

工業(yè)上的可利用性

如以上所述，本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體光集成元件及其制造方法對(duì)于在同一元件上形成多個(gè)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體光集成元件是有用的。

符號(hào)說(shuō)明

100，200 半導(dǎo)體光集成元件

101，201 基板

102，202 下部包覆層

103a，103b，103c，203a，203b，203c 波導(dǎo)芯層

104，204 上部包覆層

105，205 蝕刻停止層

106，206 下部掩埋包覆層

107，207 上部掩埋包覆層

108，208 接觸層

109，209 p電極

110，130，210，230 掩埋型波導(dǎo)部

111，131 SSC

112，231 SOA

120，220 臺(tái)面型波導(dǎo)部

121 調(diào)制器

141，241 鈍化膜

142 低介電常數(shù)層

211 DFB激光器

221 AWG

232 端面窗結(jié)構(gòu)部