專利名稱：光學(xué)半導(dǎo)體器件以及光學(xué)半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)半導(dǎo)體器件以及光學(xué)半導(dǎo)體器件的制造方法。
背景技術(shù)：
在光通信中，使用諸如半導(dǎo)體激光器、半導(dǎo)體光檢測器或半導(dǎo)體光放大器之類的光學(xué)半導(dǎo)體器件。隨著通信量增長，需要光學(xué)半導(dǎo)體器件以更高的速度穩(wěn)定運行。光學(xué)半導(dǎo)體器件使用具有電流縮窄結(jié)構(gòu)的掩埋異質(zhì)結(jié)構(gòu)(BH)，其中通過使用金屬有機氣相外延(MOVPE)將帶狀臺面單元(mesa unit)掩埋。包括BH的光學(xué)半導(dǎo)體器件能夠穩(wěn)定地運行較長時間。作為包括BH的半導(dǎo)體激光器，已知S1-BH (半絕緣掩埋異質(zhì)結(jié)構(gòu))，其中通過半絕緣半導(dǎo)體層掩埋包括有源層的臺面單元。在具有S1-BH的半導(dǎo)體激光器中，能夠減小作為調(diào)節(jié)調(diào)制帶寬的因素的器件寄生電容。因而，有利的是以高比特率來調(diào)制運行。在半導(dǎo)體光檢測器和半導(dǎo)體光放大器這二者中，使用BH減小了器件中的寄生電容，并且實現(xiàn)了更高速的運行。從減小裝置尺寸或者簡化制造工藝的角度來看，已經(jīng)開發(fā)出了其中在同一襯底上單片集成了多個光學(xué)半導(dǎo)體器件的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件。在這種光學(xué)半導(dǎo)體集成器件中，能夠根據(jù)與其他器件的布置關(guān)系將包括臺面結(jié)構(gòu)的器件以預(yù)定方向布置在半導(dǎo)體襯底上。由于
方向或
方向的可解理性(cleavableness)，通常將光學(xué)半導(dǎo)體器件制造在具有(100 )平面方向的襯底上。當(dāng)布置在(100)平面上的臺面結(jié)構(gòu)縱長方向上的取向具有相對于
方向朝向
方向傾斜的成分(component)時,掩埋臺面結(jié)構(gòu)的掩埋層從臺面結(jié)構(gòu)的兩側(cè)生長從而覆蓋臺面結(jié)構(gòu)的上側(cè)。圖1是描繪傳統(tǒng)光學(xué)半導(dǎo)體器件的圖。圖2A是沿著圖1中的線Zl-Zl截取的放大剖視圖。圖2B是沿著圖1中的線Z2-Z2截取的放大剖視圖。光學(xué)半導(dǎo)體器件100包括具有(100)平面的半導(dǎo)體襯底105、布置在半導(dǎo)體襯底105上的臺面單元101、以及掩埋該臺面單元101的掩埋層104。臺面單元101包括芯層102、接觸層103以及掩模106。臺面單元101縱長方向上的取向具有相對于
方向朝向
方向傾斜的成分。臺面單元101縱長方向上的兩個波導(dǎo)端面均布置在器件解理面(cleavage facet)的內(nèi)側(cè)，并且臺面單元101縱長方向上的兩個波導(dǎo)端面均具有
方向。由于臺面單元縱長方向上的取向具有相對于
方向朝向
方向傾斜的成分，因而將掩埋層104形成為從臺面單元101的兩側(cè)至臺面單元101的上側(cè)進(jìn)行覆蓋。原因是，沿著臺面單元101的兩個側(cè)面生長的掩埋層104包括在從(011)平面朝向<111>A方向傾斜的平面上的生長成分。因而，在(Ill)A平面方向上的生長出現(xiàn)在臺面單元101上方，并且掩埋層104生長為類似于屋檐(eaves) —樣覆蓋臺面。特別地，掩埋層104形成為覆蓋處于
方向的臺面單元101縱長方向上兩個端面中的臺面單元101的上部。當(dāng)臺面單元101的頂部被如以上描述的掩埋層104覆蓋時，難以在后續(xù)工藝中在接觸層103上形成電極。另一方面，當(dāng)臺面單元縱長方向上的取向僅具有
方向成分而且臺面單元延伸到器件兩個端部處的解理位置時，則掩埋層不是形成為從臺面單元的兩側(cè)覆蓋臺面單元。然而，當(dāng)臺面單元縱長方向上的取向限制為
方向時，設(shè)計靈活性受到限制。因此,提出通過向用于形成掩埋層的工藝氣體(process gas)中添加含氯氣體來抑制掩埋層在臺面結(jié)構(gòu)上的生長。通過將含氯氣體添加到工藝氣體中，即使當(dāng)臺面結(jié)構(gòu)縱長方向上的取向具有相對于
方向朝向
方向傾斜的成分或者即使是當(dāng)臺面結(jié)構(gòu)縱長方向上的端面布置在器件解理位置的內(nèi)側(cè)時，(Ill)A平面的生長模式也能受到抑制。因而，掩埋臺面結(jié)構(gòu)的掩埋層形成時不會像屋檐一樣生長。由于(100)平面的生長模式也受到了抑制，因而掩埋臺面結(jié)構(gòu)的掩埋層形成為在臺面結(jié)構(gòu)的兩側(cè)上預(yù)定距離內(nèi)與臺面單元101的厚度相同，而且在與臺面單元101相距預(yù)定距離之后該厚度減小。日本特開專利公開號2005-223300日本特開專利公開號2008-177405日本特開專利公開號2003-069149日本特開專利公開號2003-107260

發(fā)明內(nèi)容
在光學(xué)半導(dǎo)體集成器件和光`纖之間的連接中，由于光學(xué)半導(dǎo)體集成器件端面中光的光斑尺寸與光纖的光斑尺寸之間的差異導(dǎo)致出現(xiàn)光的耦合損耗。這是因為光學(xué)半導(dǎo)體集成器件中波導(dǎo)的光的光斑尺寸比光纖的光斑尺寸小。作為光學(xué)半導(dǎo)體集成器件端面中光波導(dǎo)光斑尺寸的放大方法，有增大光波導(dǎo)上側(cè)上的覆層(cladding layer)厚度的方法。為了增大光學(xué)半導(dǎo)體集成器件端面附近光波導(dǎo)上側(cè)上的覆層厚度，在移除端面附近光波導(dǎo)的臺面上方的掩模之后，在形成用來掩埋臺面結(jié)構(gòu)的掩埋層時，存在在臺面結(jié)構(gòu)上方也生長掩埋層而且掩埋層形成為覆層的情況。然而，如上所述，當(dāng)通過向工藝氣體中添加含氯氣體而形成用來掩埋臺面結(jié)構(gòu)的掩埋層時，厚度方向上(100)平面的生長受到抑制。因而，即使當(dāng)移除了端面附近光波導(dǎo)中臺面上的掩模時，也沒有在臺面結(jié)構(gòu)上形成一樣多的掩埋層，而且在光學(xué)半導(dǎo)體集成器件端面附近光波導(dǎo)上的覆層形成得也不厚。另一方面，當(dāng)在移除端面附近光波導(dǎo)中臺面上的掩模之后通過使用不含氯的工藝氣體而形成用來掩埋臺面結(jié)構(gòu)的掩埋層時，盡管能夠在光學(xué)半導(dǎo)體集成器件端面附近的光波導(dǎo)上形成覆層，然而該器件限制于如下的布局:即如上所述，臺面單元縱長方向上的取向限制于
方向，并且臺面單元的縱長方向延伸到器件的解理位置。關(guān)于設(shè)計靈活性方面存在問題。在說明書中，為了解決該問題，一個目的是提供一種由光斑尺寸差異造成的光耦合損耗得到抑制的光學(xué)半導(dǎo)體器件。在說明書中，另一個目的是提供一種由光斑尺寸差異造成的光耦合損耗得到抑制的光學(xué)半導(dǎo)體器件的制造方法。根據(jù)說明書中公開的光學(xué)半導(dǎo)體器件實施例的一個方案，一種光學(xué)半導(dǎo)體器件包括:波導(dǎo)單元，形成在具有(100)平面的半導(dǎo)體襯底上并且包括用來傳播光的芯層；光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元，形成在該半導(dǎo)體襯底上，通過光學(xué)方式連接到該波導(dǎo)單元，并且轉(zhuǎn)換傳播光的直徑；以及一對階梯部(terrace)，形成在該半導(dǎo)體襯底上并且在夾設(shè)該光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元的同時彼此相對。將該光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元夾設(shè)在該對階梯部中的同時彼此相對的相對單元之間的間隔是變化的，而且所述相對單元中每一個均包括取向相對于
方向朝向
方向傾斜的部分，以及該光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元上端的位置高于該波導(dǎo)單元上端的位置。根據(jù)本說明書中公開的光學(xué)半導(dǎo)體器件制造方法實施例的一個方案，該方法包括:在具有(100)平面的半導(dǎo)體襯底上形成臺面單元和一對階梯部，該臺面單元包括在一個方向上延伸的形狀，該對階梯部夾設(shè)沿著該臺面單元的縱長方向從該臺面單元朝向與該臺面單元相對的方向延伸的區(qū)域，該臺面單元和該對階梯部形成為使得在將該區(qū)域夾設(shè)在該對階梯部中的同時彼此相對的相對單元包括取向相對于
方向沿
方向傾斜的部分；以及在該對階梯部之間的區(qū)域中形成第一半導(dǎo)體層，并形成用來在該臺面單元至少一部分的兩側(cè)掩埋該臺面單元的第二半導(dǎo)體層，該第一半導(dǎo)體層的上端的位置高于該臺面單元上端的位置。


圖1是描繪傳統(tǒng)光學(xué)半導(dǎo)·體器件的圖。圖2A是沿著圖1中的線Zl-Zl截取的放大剖視圖。圖2B是沿著圖1中的線Z2-Z2截取的放大剖視圖。圖3是描繪說明書中公開的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件第一實施例的圖。圖4是沿著圖3中的線Al-Al截取的剖視圖。圖5是沿著圖3中的線A2-A2截取的剖視圖。圖6是沿著圖3中的線A3-A3截取的剖視圖。圖7是沿著圖3中的線A4-A4截取的剖視圖。圖8是描繪圖3中光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元的圖。圖9是表示掩埋層上端位置和臺面單元上端位置之間的距離與臺面單元縱長方向上延伸的方向之間的關(guān)系的圖。圖10是描繪經(jīng)由圖3中所示的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件傳播的光的圖。圖11是描繪經(jīng)由移除了比階梯單元更靠上的第二掩埋層的一部分的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件傳播的光的圖。圖12是表示芯層端面的寬度與耦合損耗之間的關(guān)系的圖。圖13是描繪圖12中所表示關(guān)系的計算的圖。圖14是描繪說明書中公開的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件制造方法第一實施例的工藝(編號為I)的圖。圖15是描繪說明書中公開的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件制造方法第一實施例的工藝(編號為2)的圖。
圖16是描繪說明書中公開的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件制造方法第一實施例的工藝(編號為3)的圖。圖17是描繪說明書中公開的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件制造方法第一實施例的工藝(編號為4)的圖。圖18是描繪說明書中公開的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件制造方法第一實施例的工藝(編號為5)的圖。圖19是沿著圖18中的線Bl-Bl截取的剖視圖。圖20是沿著圖18中的線B2-B2截取的剖視圖。圖21是沿著圖18中的線B3-B3截取的剖視圖。圖22是沿著圖18中的線B4-B4截取的剖視圖。圖23是描繪說明書中公開的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件制造方法第一實施例的工藝(編號為6)的圖。圖24是沿著圖23中的線Cl-Cl截取的剖視圖。圖25是沿著圖23中的線C2-C2截取的剖視圖。圖26是描繪相對單元之間的最短距離與第四上覆層的厚度之間的關(guān)系的圖。圖27是描繪階梯部上的掩模寬度與第四上覆層的厚度之間的關(guān)系的圖。圖28是描繪說明書 中公開的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件第二實施例的圖。圖29是沿著圖28中的線Dl-Dl截取的放大剖視圖。圖30A是圖28中區(qū)域Rl的放大圖。圖30B是圖28中區(qū)域R2的放大圖。圖31A是沿著圖30A中的線El-El截取的放大剖視圖。圖31B是沿著圖30B中的線E3-E3截取的放大剖視圖。圖32是沿著圖30A中的線E2-E2截取的放大剖視圖。圖33是沿著圖28中的線D2-D2截取的放大剖視圖。圖34是描繪說明書中公開的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件制造方法第二實施例的工藝(編號為I)的圖。圖35是描繪說明書中公開的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件制造方法第二實施例的工藝(編號為2)的圖。圖36是描繪說明書中公開的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件制造方法第二實施例的工藝(編號為3)的圖。圖37是描繪說明書中公開的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件制造方法第二實施例的工藝(編號為4)的圖。圖38A是描繪說明書中公開的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件制造方法第二實施例的工藝(編號為5)的圖。圖38B是描繪說明書中公開的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件制造方法第二實施例的工藝(編號為6)的圖。圖39A是沿著圖38A中的線Fl-Fl截取的放大剖視圖。圖39B是沿著圖38B中的線F3-F3截取的放大剖視圖。圖40是沿著圖38A中的線F2-F2截取的放大剖視圖。
圖41A是描繪說明書中公開的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件制造方法第二實施例的工藝(編號為7)的圖。圖41B是描繪說明書中公開的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件制造方法第二實施例的工藝(編號為8)的圖。圖42A是沿著圖41A中的線Gl-Gl截取的放大剖視圖。圖42B是沿著圖41B中的線G3-G3截取的放大剖視圖。圖43是沿著圖41A中的線G2-G2截取的放大剖視圖。圖44是描繪說明書中公開的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件制造方法第二實施例的改型例的圖。圖45是沿著圖44中的線H-H截取的放大剖視圖。
具體實施例方式[a]第一實施例之后，將參照附圖描述說明書中公開的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件優(yōu)選的第一實施例。本發(fā)明的技術(shù)范圍不限于實施例而是包括權(quán)利要求范圍內(nèi)描述的發(fā)明及其等同物。圖3是描繪說明書中公開的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件第一實施例的圖。圖4是沿著圖3中的線Al-Al截取的剖視圖。圖5是沿著圖3中的線A2-A2截取的剖視圖。圖6是沿著圖3中的線A3-A3截取的剖視圖。圖7是沿著圖3中的線A4-A4截取的剖視圖。圖8是描繪圖3中光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元的圖。

該實施例的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件10包括具有(100)平面的半導(dǎo)體襯底20和布置在襯底20的(100)平面上的輸入單元11，該輸入單元11轉(zhuǎn)換來自外部的光的光斑尺寸并輸入所形成的光。該光學(xué)半導(dǎo)體集成器件10還包括波導(dǎo)12和光檢測器13，波導(dǎo)12傳播來自輸入單元11的光，光檢測器13接收經(jīng)由波導(dǎo)12傳播的光。波導(dǎo)12和光檢測器13也布置在襯底20的(100)平面上。波導(dǎo)12包括臺面單元12a和作為半導(dǎo)體用來掩埋該臺面單元12a的第一掩埋層29。臺面單元12a在
方向上延伸。光檢測器13包括臺面單元13a和用來掩埋該臺面單元13a的第一掩埋層29。臺面單元13a在
方向上延伸。第一掩埋層29形成在波導(dǎo)12和光檢測器13這二者中。在說明書中，用“帶橫線的I”表示的平面指標(biāo)將被表示為“-1”。
方向的含義包括結(jié)晶學(xué)上等同于
方向的
方向。
方向的含義包括結(jié)晶學(xué)上等同于
方向的
方向。輸入單元11從外部接收經(jīng)由光纖等傳播的光，將光的光斑尺寸轉(zhuǎn)換為較小的尺寸，并將所形成的光輸出到波導(dǎo)12中的臺面單元12a。經(jīng)由光纖傳播的光的光斑尺寸大于經(jīng)由波導(dǎo)12中的臺面單元12a傳播的光的光斑尺寸。因而，輸入單元11減小了從外部入射的光的光斑尺寸，并將所形成的光傳播到波導(dǎo)12中的臺面單元12a。光學(xué)半導(dǎo)體集成器件10可以通過使用透鏡連同輸入單元11 一起來轉(zhuǎn)換光的光斑尺寸。輸入單元11包括光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元Ila以及一對階梯部11b，該光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元Ila將光傳播到臺面單元12a或者傳播來自臺面單元12a的光,這一對階梯部Ilb于光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元Ila上彼此相對。如圖5所示，光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元Ila包括臺面單元Ild以及第二掩埋層24，該臺面單元Ild將光傳播到波導(dǎo)12的臺面單元12a或者傳播來自波導(dǎo)12的臺面單元12a的光，該第二掩埋層24作為半導(dǎo)體掩埋臺面單元Ild的兩側(cè)以及上側(cè)。臺面單元Ild在
方向上延伸。如圖3和圖4所示，光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元Ila的臺面單元Ild與波導(dǎo)12的臺面單元12a —體形成。如圖3所示，臺面單元Ild的寬度以錐形形狀從光學(xué)半導(dǎo)體集成器件10的端面?zhèn)瘸虿▽?dǎo)12側(cè)而增大。隨著臺面單元Ild的寬度增大，使得波導(dǎo)模式的場強分布變窄。因而，隨著光經(jīng)由臺面單元Ild傳播，光的光斑尺寸減小。在說明書中，作為光直徑的光斑尺寸可以指示光的模場直徑(MFD)。光的模場直徑表不與光傳播方向正交的方向上電場的延伸程度，并且被定義為光的場強與峰值位置相比僅下降了 Ι/e2時所處的距離。將光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元Ila夾設(shè)在一對階梯部Ilb中的同時彼此相對的相對單元Ilc中每一個均包括相對于
方向朝向
方向傾斜的部分方向。在該實施例中，該對階梯部Ilb的相對單元IlC之間的間隔循環(huán)重復(fù)地增大和減小。在圖3所示的實例中，相對單元Ilc包括平面30a和平面30b，該平面30a具有從
方向朝向
方向成45°的方向，平面30b具有從
方向朝向
方向成135°的方向。相對單元Ilc是通過交替布置平面30a和30b而形成的，而且該相對單元Ilc具有三角波形狀的圖案。在相對單元Ilc之間，三角波形狀圖案中的突出位置和凹陷位置是一致的。之所以使得相對單元Ilc包括朝向
方向傾斜的方向上的部分，原因是為了使得輸入單元11中第二掩埋層24上端的位置高于波導(dǎo)12的臺面單元12a上端的位置，如圖4所示。
·
在光學(xué)半導(dǎo)體集成器件10中，通過在光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元Ila中的芯層22上布置厚的第二掩埋層24以及第一上覆層23，擴大了端面附近光的光斑尺寸。當(dāng)形成用來掩埋波導(dǎo)12中的臺面單元12a的第一掩埋層29時，通過在輸入單元11的臺面單元Ild的兩側(cè)以及上側(cè)生長而與第一掩埋層29 —起形成第二掩埋層24。通過向工藝氣體中添加含氯氣體來形成第一掩埋層29和第二掩埋層24，以抑制用來掩埋波導(dǎo)12中臺面單元12a的第一掩埋層29在臺面單元12a上的生長。當(dāng)相對單元IIc包括取向朝向
方向傾斜的部分時，在相對單元Ilc中出現(xiàn)了在厚度方向上的生長沒有受到含氯氣體抑制的晶體平面內(nèi)生長的部分。在厚度方向上的生長沒有受到含氯氣體抑制的晶體平面內(nèi)生長的部分從相對單元Ilc中的每一個朝向上生長，而且在這之后朝向相對側(cè)生長，而且從各相對單元Ilc生長的部分結(jié)合在一起。因此，第二掩埋層24形成為較厚。按照這種方式，形成了用來掩埋光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元Ila中臺面單元Ild的第二掩埋層24，并且如圖6所示，形成了用來掩埋波導(dǎo)12中臺面單元12a的第一掩埋層29。當(dāng)相對單元Ilc的突出部的位置一致時，相對單元Ilc之間的距離變短，使得用來將橫向方向上生長的第二掩埋層24的部分結(jié)合在一起所需的時間縮短。相對單元Ilc包括具有相對于
方向朝向
方向傾斜的取向的部分就足夠了。相對單元IlC也可以具有非周期性形狀。
該對階梯部Ilb之間的間隔是變化的就足夠了，相對單元Ilc也可以不具有如圖3所示的形狀。例如，相對單元Ilc可以具有正弦波圖案。相對單元Ilc之間的間隔可以單調(diào)減小或增大。從抑制傳播光損耗的角度來看，相對單元Ilc之間的間隔優(yōu)選的是大于經(jīng)由輸入單元11傳播的光的模場直徑。接下來，將進(jìn)一步描述光學(xué)半導(dǎo)體集成器件10的具體結(jié)構(gòu)。如圖4所示，光學(xué)半導(dǎo)體集成器件10包括布置在襯底20上的下覆層21。該下覆層21布置在輸入單元11、波導(dǎo)12和光檢測器13中。之后，將描述輸入單元11的結(jié)構(gòu)。如圖4和圖5所示，在輸入單元11的臺面單元Ild中，芯層22布置在下覆層21上，第一上覆層23布置在芯層22上。通過芯層22和第一上覆層23來形成輸入單元11的臺面單元lid。如圖3所示,芯層22在光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元Ila中延伸，同時從波導(dǎo)12側(cè)朝向光學(xué)半導(dǎo)體集成器件10的輸入端面縮窄。在光斑尺寸轉(zhuǎn)換單兀Ila中，芯層22從波導(dǎo)12側(cè)延伸到光學(xué)半導(dǎo)體集成器件10的輸入端面。

臺面單元Ild的兩側(cè)和上側(cè)均被第二掩埋層24掩埋。第二掩埋層24在掩埋臺面單元Ild的同時布置在上覆層21上。優(yōu)選的是，從將傳播光限制在芯層22中的角度來看，下覆層21、第一上覆層23以及第二掩埋層24的折射率低于芯層22的折射率。在光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元Ila的每一側(cè)，芯層22和第一上覆層23均依序布置在下覆層21上。通過該層疊結(jié)構(gòu)，形成了該對階梯部lib。階梯部Ilb上端的位置與波導(dǎo)12的臺面單元12a上端的位置一致。如圖5所示，光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元Ila上端的位置高于階梯部Ilb上端的位置。如圖8所示,在光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元Ila中比階梯部Ilb高的部件具有與相對單元Ilc中的部分30a和30b相對應(yīng)的形狀，該部分30a和30b相對于
方向向
方向傾斜。具體而言，光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元Ila中高于階梯部Ilb的部分具有與三角波形狀圖案相對應(yīng)的不規(guī)則形狀。優(yōu)選的是，從減小光耦合損耗的角度來看，光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元Ila上端的位置高于光學(xué)半導(dǎo)體集成器件10的端面中光的光斑尺寸上端的位置?，F(xiàn)在將描述波導(dǎo)12的結(jié)構(gòu)。如圖4和圖6所示，在波導(dǎo)12的臺面單元12a中，芯層22布置在下覆層21上，第一上覆層23布置在芯層22上。波導(dǎo)12的臺面單元12a是通過芯層22和第一上覆層23形成的。臺面單元12a的芯層22是與輸入單元11中臺面單元Ild的芯層一體形成的。換句話說，波導(dǎo)12的芯層22在光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元Ila中延伸。進(jìn)入輸入單元11的光經(jīng)由芯層22傳播并進(jìn)入光檢測器13。臺面單元12a的兩側(cè)均被第一掩埋層29掩埋。第一掩埋層29形成為在臺面單元12a兩側(cè)的預(yù)定距離內(nèi)與臺面單元12a的厚度相同，并且在與臺面單元12a相距預(yù)定距離后該厚度減小。在臺面單元12a上沒有形成第一掩埋層29。通過臺面單元12a和第一掩埋層29，形成了光波導(dǎo)34。光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元Ila轉(zhuǎn)換傳播到光波導(dǎo)34的光的直徑。接下來，將描述光檢測器13的結(jié)構(gòu)。
如圖4和圖7所示，在光檢測器13的臺面單元13a中，光吸收層25布置在下覆層21上，第三上覆層26布置在光吸收層25上。接觸層27布置在第三上覆層26上，第一電極28a布置在接觸層27上。通過光吸收層25、第三上覆層26以及接觸層27形成了光檢測器13的臺面單元13a。該臺面單元13a包括芯層22和第一上覆層23層疊的部分。如圖7所示，臺面單元13a的兩側(cè)均被第一掩埋層29掩埋。第一掩埋層29形成為在臺面單元13a兩側(cè)的預(yù)定距離內(nèi)與臺面單元13的厚度相同，并且在與臺面單元13a相距預(yù)定距離后該厚度減小。在臺面單元13a上沒有形成第一掩埋層29。移除第一掩埋層29的一部分，在所移除的部分中，第二電極28b布置在下覆層21上。經(jīng)由波導(dǎo)12中的芯層22傳播的光進(jìn)入光檢測器13的光吸收層25。接收光的光吸收層25吸收光并產(chǎn)生電子-空穴對。通過施加到第一電極28a和第二電極28b的電壓，向光吸收層25施加電場。通過光吸收產(chǎn)生的電子或空穴被從第一電極28a和第二電極28b提取出，而且將光檢測為電流變化。檢測光的區(qū)域由臺面單元13a的一部分下覆層22、光吸收層25、第一上覆層26以及接觸層27形成。優(yōu)選的是，第一掩埋層29的電絕緣特性高，使得電流被限制在臺面單元13a中。因此，與第一掩埋層29 —起形成的第二掩埋層24的電阻率優(yōu)選地高于第一上覆層26和接觸層27的電阻率。本發(fā)明的發(fā)明人進(jìn)行了如下的實驗來檢驗階梯部中相對單元相對于
方向朝向
方向的傾斜角度與光波導(dǎo) 34上端的位置和光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元上端的位置間距離之間的關(guān)系。形成在縱長方向上的取向從[110]方向向
方向以各種角度傾斜的多個臺面單元。使用通過向工藝氣體中添加有機氯材料獲得的氣體，通過MOVPD在臺面單元的兩側(cè)均形成作為半導(dǎo)體的掩埋層。圖9描繪掩埋層上端位置和臺面單元上端位置之間的距離與臺面單元縱長方向上延伸的取向之間的關(guān)系的檢測結(jié)果。在臺面單元縱長方向上延伸的取向通過相對于
方向朝向
方向的傾斜角度來表示。掩埋層上端的位置作為圖9的垂直軸指示掩埋層上端位置與臺面結(jié)構(gòu)上端位置之間的距離。在圖9中，在從0°到90°的范圍內(nèi)改變臺面單元縱長方向上的取向從
方向朝向
方向傾斜的角度的同時，測量掩埋層上端位置與臺面單元上端位置之間的距尚差異。圖9所示的數(shù)據(jù)是通過以下的實驗測得的。臺面結(jié)構(gòu)的寬度是45μπι，高度是3μπι。使用作為形成掩埋層材料的三甲基銦、磷化氫以及二茂鐵作為工藝氣體，使用1，2- 二氯乙烯作為含氯氣體。通過MOVPE方法形成掩埋層。如圖9所示，為了提高掩埋層上端的位置，優(yōu)選的是，在將該光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元Ila夾設(shè)在該對階梯部Ilb中的同時彼此相對的相對單元Ilc中每一個均包括以30°到85°從
方向朝向
方向傾斜的部分。特別地，相對單元Ilc中每一個均優(yōu)選地具有以40°到50°從
方向朝向
方向傾斜的部分。進(jìn)一步而言，相對單元Ilc中每一個均優(yōu)選地具有以45°從
方向朝向
方向傾斜的部分。以30°到85°從
方向朝向
方向傾斜的部分包括以+30°到+85°從
方向朝向
方向傾斜的部分以及以-30°到-85°從
方向朝向
方向傾斜的部分。這也適用于其他角度。接下來，將參照附圖具體描述由光學(xué)半導(dǎo)體集成器件10對光斑尺寸差異造成的光率禹合損耗的抑制。圖10是描繪圖3中所示的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件中傳播的光的圖。圖11是描繪經(jīng)由移除了比階梯單元更靠上的第二掩埋層的一部分的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件傳播的光的圖。在圖10中，圓圈F表示經(jīng)由光學(xué)半導(dǎo)體集成器件10的輸入單元11傳播的光的模場直徑。圓圈F的一部分比階梯部Ilb的上端更靠上但是仍然位于第二掩埋層24內(nèi)。因此，在經(jīng)由輸入單元11傳播的光中，一部分模場直徑在光學(xué)半導(dǎo)體集成器件10中傳播。另一方面，在圖11所示的實例中，圓圈F中虛線指示的部分位于光學(xué)半導(dǎo)體集成器件之外，使得傳播光的一部分被損耗掉了。因此，從光纖接收到的光的一部分被損耗掉而沒有被耦合到光學(xué)半導(dǎo)體集成器件中。在圖12中表示出進(jìn)入光學(xué)半導(dǎo)體集成器件的來自光纖的光的耦合損耗的定量檢測結(jié)果。圖12是描繪芯層端面寬度與耦合損耗之間的關(guān)系的圖。圖13是描繪圖12中所表示關(guān)系的計算的圖。圖12描繪了曲線Cl和曲線C2，曲線Cl表示芯層端面寬度與對應(yīng)于圖10的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件中的耦合損耗之間的關(guān)系，曲線C2表示芯層端面寬度與對應(yīng)于圖11的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件中的耦合損耗之間的關(guān)系。使用圖13中所示的模型來計算圖12中的耦合損耗。在該模型中，輸入單元11的芯層22布置在具有η型導(dǎo)電性的η-ΙηΡ中。該芯層22是具有1.05 μ m成分波長的InGaAsP波導(dǎo)。光纖和芯層22經(jīng)由模直徑為5μπι的透鏡彼此耦合。芯層的折射率是3.25，η-ΙηΡ的折射率是3.17。位于芯層22上的η-ΙηΡ的厚度是3μπι (曲線Cl)和Iym (曲線C2)。模直徑是5μ m的高斯模式(Gaussian mode)入射光入射到芯層22的端面上,在錐形的芯層22中傳播，并且通 過使用三維BPM (光束傳播方法)來計算在耦合到寬度是2.5 μ m的波導(dǎo)的基模時的耦合損耗。芯層22端面的寬度在從0.3μπι到1.0ym的范圍內(nèi)變化。從圖12可以理解，曲線Cl中最小耦合損耗是-0.5dB，而曲線C2中最小耦合損耗增大到-1.3dB。能夠使用例如II1-V族化合物半導(dǎo)體來形成光學(xué)半導(dǎo)體集成器件10。具體而言，能夠使用InP或GaAs作為II1-V族化合物半導(dǎo)體。將參照附圖描述光學(xué)半導(dǎo)體集成器件10的優(yōu)選制造方法的實施例。如圖14所示，在具有(100)平面的半導(dǎo)體襯底20上依序形成下覆層21、光吸收層25、第三上覆層26以及接觸層27。在該實施例中，通過使用MOVPE方法形成結(jié)晶層。使用η-ΙηΡ作為襯底20。通過使用具有η型導(dǎo)電性的η_ΙηΡ來形成下覆層21，它的厚度是LOym0通過使用未摻雜的1-1nGaAs來形成光吸收層25，它的厚度是0.3μπι。通過使用具有P型導(dǎo)電性的P-1nP來形成第三上覆層26，它的厚度是0.9 μ m。通過使用p-1nGaAs來形成接觸層27，它的厚度是0.3 μ m。在圖14中，待形成輸入單元11的區(qū)域表示為J1，待形成波導(dǎo)12的區(qū)域表示為J2，待形成光檢測器13的區(qū)域表示為J3。如圖15所示，在待形成區(qū)域J3的用于檢測光的區(qū)域的接觸層27的一部分上形成掩模31。通過使用掩模圖案化技術(shù)能夠形成掩模31。例如，能夠使用二氧化硅作為掩模31的材料。如圖16所示，使用掩模31，蝕刻接觸層27、第三上覆層26以及光吸收層25以暴露出區(qū)域Jl和J2以及一部分區(qū)域J3中的下覆層21。例如，能夠使用濕蝕刻作為蝕刻方法。可替代地，能夠使用諸如等離子體蝕刻之類的干蝕刻。如圖17所示，在區(qū)域Jl和J2以及一部分區(qū)域J3內(nèi)，在下覆層21上依序形成芯層22和第一上覆層23。在該實施例中，通過MOVPE方法形成所述多個層。通過使用未摻雜的1-1nGaAsP來形成芯層22，它的厚度是0.5 μ m。通過使用未摻雜的i_InP來形成第一上覆層23，它的厚度是1.0 μ m。芯層22和第一上覆層23形成在下覆層21上，芯層22和光吸收層25是對接(butt-joined)的。芯層22和第一上覆層23沒有在掩模31上生長。如圖18到圖22所示，形成輸入單元11中的臺面單元IlcU波導(dǎo)12中的臺面單元12a以及光檢測器13中的臺面單元13a。與臺面單元lld、12a和13a的形成一起形成該對階梯部11b，同時階梯部Ilb包括區(qū)域V，該區(qū)域V包括位于將經(jīng)由臺面單元12a傳播的光進(jìn)行引導(dǎo)的方向 上的臺面單元lid。該區(qū)域V是被該對相對單元Ilc夾設(shè)的空間。該對階梯部Ilb形成為使得階梯部Ilb的間隔不是恒定的而是變化的。按照這種方式，形成臺面單元12a以及該對階梯部Ilb,該臺面單元12a具有在一個方向上延伸的形狀,該對階梯部Ilb夾設(shè)在臺面單元12a的縱長方向上從臺面單元12a朝向與臺面單元12a相對的方向延伸的區(qū)域。圖19是沿著圖18中的線Bl-Bl截取的剖視圖。圖20是沿著圖18中的線B2-B2截取的剖視圖。圖21是沿著圖18中的線B3-B3截取的剖視圖。圖22是沿著圖18中的線B4-B4截取的剖視圖。具體而言，在形成有該對階梯部Ilb的第一上覆層23的部分上形成掩模32，并在形成有臺面單元lid、12a以及13a的第一上覆層23以及接觸層27的部分上形成掩模33。形成掩模33以使得臺面單元Ild在被該對階梯部Ilb夾設(shè)的區(qū)域V中延伸。例如,能夠使用二氧化硅作為形成掩模32和33的材料。使用掩模32和33，蝕刻第一上覆層23、芯層22、接觸層27、第三上覆層26以及光吸收層25以暴露出下覆層21。這時，也可以通過蝕刻移除下覆層21的一部分表面。例如，可以將下覆層21的表面?zhèn)任g刻掉大約0.3 μ m。如參照圖3所描述的，面向形成有區(qū)域V的部分，掩模32包括相對于襯底20的
方向向
方向傾斜取向的部分。具體而言，如參照圖3描述的，掩模32包括:每一個均具有從
方向朝向
方向45°的取向的部分，以及每一個均具有從
方向朝向
方向135°的取向的部分。通過使用這種掩模32形成的該對相對單元Ilc包括每一個均具有從
方向朝向
方向傾斜取向的部分。具體而言，如參照圖3所描述的，通過交替布置平面30a和30b形成相對單元11c，并且該相對單元Ilc具有三角波形狀的圖案。在階梯部Ilb的
方向上的長度是200 μ m。相對單元Ilc中在三角波形狀圖案中
方向上的寬度是3μπι。相對單元Ilc和臺面單元Ild之間的最短距離L是5μπι。后文將具體描述相對單元Ilc之間的最短距離與第二掩埋層24的厚度之間的關(guān)系。如圖23到圖25所示，移除被該對階梯部Ilb夾設(shè)的區(qū)域中臺面單元Ild上的掩模32。該掩模32留在該對階梯部Ilb中相對單元Ilc側(cè)的區(qū)域上，而移除階梯部Ilb中其他區(qū)域上的掩模32。換句話說，除了在該對階梯部Ilb的相對單元Ilc側(cè)上的預(yù)定范圍之夕卜，移除掩模32。在該實施例中，在階梯單元Ilb的每一個中，從相對單元Ilc側(cè)起
方向上寬度W范圍內(nèi)的掩模32被留下。圖24是沿著圖23中的線Cl-Cl截取的剖視圖。圖25是沿著圖23中的線C2-C2截取的剖視圖。將描述使得掩模32留在該對階梯部Ilb的每一個中相對單元Ilc側(cè)區(qū)域上的原因。形成第二掩埋層23的半導(dǎo)體層沒有沉積在掩模32的部分上，而是在階梯部Ilb上擴散并通過選擇性生長沉積在區(qū)域V上。通過留下掩模32，如果沒有掩模32則沉積在階梯部Ilb上的半導(dǎo)體層的材料擴散到了區(qū)域V的部分，以提高第二掩埋層24的生長速度。后文將描述掩模32的寬度W與第二掩埋層24的厚度之間的關(guān)系。第二掩埋層24作為半導(dǎo)體生長，以掩埋臺面單元Ild至該對階梯部Ilb之間的區(qū)域V內(nèi)以形成光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元11a，第一掩埋層29作為半導(dǎo)體形成為掩埋臺面單元12a和13a兩側(cè)的至少一部分。在該實施例中，第一掩埋層29形成為掩埋整個臺面單元12a和13a縱長方向上臺面單元12a和13a的兩側(cè)。第二掩埋層24從相對單元Ilc中的每一個朝上生長。在這之后，從相對單元Ilc生長的第二掩埋層24朝向相對側(cè)生長并且被結(jié)合在一起。因而，光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元Ila的第二掩埋層24上端的位置高于波導(dǎo)12的臺面單元12a上端的位置。另一方面，第一掩埋層29形成在臺面單元12a和13a兩側(cè)，高度大致等于臺面單元上端的位置。第一掩埋層29形成為從臺面單元12a和13a兩側(cè)預(yù)定距離內(nèi)與臺面單元12a和13a的厚度相同的厚度，并且在與臺面單元12a和13a相距預(yù)定距離后該厚度減小。在該實施例中，通過MOVPE方法形成結(jié)晶化的第二掩埋層24和第一掩埋層29。在形成結(jié)晶化的第二掩埋層24和第一掩埋層29之前，可以通過濕蝕刻進(jìn)行由于干蝕刻而受損的層的移除工藝。第二掩埋層24和第一掩埋層29是同時形成的。通過使用添加了作為半絕緣半導(dǎo)體的Fe的InP來形成第二掩埋層24和第一掩埋層29。第二掩埋層29上端的位置比波導(dǎo)12中臺面單元12a上端的位置高2 μ m。波導(dǎo)12中臺面單元12a上端的位置與光檢測器13中臺面單元13a上端的位置一致。通過本實施例的MOVPE方法，通過使用含氯氣體形成第二掩埋層24和第一掩埋層
29。具體而言，作為用于形成第二掩埋層24和第一掩埋層29的工藝氣體，使用三甲基銦、磷化氫以及二茂鐵作為用于形成半絕緣半導(dǎo)體的InP的材料，使用1，2-二氯乙烯作為含氯氣體的材料。在這之后，移除掩模32和33等。通過使用光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)，將在橫向方向上離開光檢測器13中臺面單元13a5 μ m的部分中的第一掩埋層29移除，并且將第二電極28b形成在下覆層21上。通過使用金屬蒸發(fā)或鍍層技術(shù)，將第一電極28a形成在光檢測器13中臺面單元13a的接觸層27上。除了第一電極28a和第二電極28b之外的部分被由電介質(zhì)等制成的鈍化膜(未示出)覆蓋。依照這種方式，獲得了圖3到圖7中所示的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件。接下來，將參照附圖描述該對相對單元Ilc之間的最短距離與第四上覆層的厚度之間的關(guān)系。第四上覆層26a是其中層疊有第一上覆層23和第二掩埋層24的層(參見圖5)。在圖5中，第四上覆層26a表示從第一上覆層23下端到第二掩埋層24上端的部分。圖26是描繪該對相對單元Ilc之間的最短距離與比芯層更靠上的第四上覆層的厚度之間的關(guān)系 的圖。
具體而言，圖26描繪在改變該對階梯部Ilb之間的最短距離的同時檢測比芯層22更靠上的第四上覆層26a的厚度的結(jié)果。圖26中的數(shù)據(jù)是通過以下的實驗測得的。階梯部Ilb的
方向的長度是400 μ m0相對單元Ilc中三角波形狀圖案的
方向上的寬度是3μπι。在階梯部Ilb中，將與相對單元Ilc相距IOOym (作為寬度W)的范圍內(nèi)的掩模32留下。移除被該對階梯部Ilb夾設(shè)的區(qū)域中臺面單元Ild上的掩模。作為被干蝕刻損壞的層的移除工藝，通過濕蝕刻將臺面單元的側(cè)表面和底表面蝕刻掉0.2 μ m。由于被該對相對單元Ilc夾設(shè)的區(qū)域中的臺面單元Ild此時沒有被掩模覆蓋，因而第一上覆層23也被蝕刻掉。蝕刻之后第一上覆層23的厚度是0.8 μ m。通過使用MOVPE方法，形成結(jié)晶化的第二掩埋層24。作為用于形成第二掩埋層24的工藝氣體，使用三甲基銦、磷化氫以及二茂鐵作為用于形成半絕緣半導(dǎo)體的InP的材料，使用1，2-二氯乙烯作為含氯氣 體的材料。從圖26中應(yīng)當(dāng)理解，隨著該對相對單元Ilc之間的最短距離減小，比芯層22更靠上的第四上覆層的厚度增大。特別地，從增大第四上覆層26a的角度來看，該對階梯部Ilb中該對相對單元Ilc之間的最短距離優(yōu)選地是20 μ m或更小。通過改變該對相對單元Ilc之間的最短距離，能夠調(diào)節(jié)第二掩埋層24的生長速度。以上已經(jīng)描述了該對相對單元Ilc之間的最短距離與第四上覆層26a的厚度之間的關(guān)系。現(xiàn)在將參照附圖描述階梯部Ilb上掩模32的寬度W (參見圖23)與第四上覆層26a的厚度之間的關(guān)系。圖27是描繪階梯部Ilb上的掩模寬度與第四上覆層26a的厚度之間的關(guān)系的圖。圖27描繪了在改變階梯部Ilb上的掩模寬度W (參見圖23)的同時檢測當(dāng)形成第二掩埋層24時比芯層22更靠上的第四上覆層26a的厚度的結(jié)果。圖27的數(shù)據(jù)是通過以下的實驗測得的。階梯部Ilb的相對單元Ilc具有類似于參照附圖23和25描述的形狀。階梯部Ilb的
方向上的長度是200μπι。相對單元Ilc中三角形狀圖案的
方向上的寬度是3 μ m。該對相對單元Ilc之間的最短距離是
12.5 μ m0被該對相對單元Ilc夾設(shè)的區(qū)域中臺面單元Ild上的掩模32被移除。作為移除被干蝕刻損壞的層的移除工藝，通過濕蝕刻將臺面單元Ild的側(cè)面和底面蝕刻掉0.2μπι。由于被該對相對單元Ilc夾設(shè)的區(qū)域中臺面單元Ild的表面沒有被掩模覆蓋，因而第一上覆層23也被蝕刻掉了。蝕刻后的第一上覆層23的厚度是0.8 μ m。通過使用MOVPE方法，形成結(jié)晶化的第二掩埋層24。作為用于形成第二掩埋層24的工藝氣體，使用作為用于形成半絕緣InP的材料的三甲基銦、磷化氫以及二茂鐵，并使用1，2_ 二氯乙烯作為有機氯的材料。如圖27所示，隨著階梯部Ilb上的掩模寬度W增大，該第四上覆層26a的厚度增大。據(jù)認(rèn)為，隨著掩模寬度W增大，通過選擇性生長效應(yīng)，擴散到掩模32上以及到達(dá)區(qū)域V的材料的量增大，并且第二掩埋層24的厚度增大。如上所述，當(dāng)階梯部Ilb上的掩模寬度W變化時，能夠調(diào)節(jié)第二掩埋層24的生長速度。當(dāng)階梯部Ilb上的掩模寬度W變得大于擴散到階梯部Ilb上的材料的擴散長度時，期望第二掩埋層24的厚度增長速率減小。在該實施例的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件10中，第二掩埋層24上端的位置高于波導(dǎo)12中臺面單元12a上端的位置。因此，由于從外部入射到光學(xué)半導(dǎo)體集成器件10中的光的光斑尺寸與波導(dǎo)12中光的光斑尺寸差異造成的光耦合損耗得到了抑制。在本實施例的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件制造方法中，在通過向工藝氣體中添加含氯氣體用于形成第一和第二掩埋層29和24來掩埋臺面單元的工藝中，能夠?qū)⒂糜谘诼褫斎雴卧?1中臺面單元Ild兩側(cè)和頂側(cè)的第二掩埋層24形成為它的上部位置高于波導(dǎo)12中臺面單元12a上端的位置。因此，獲得了光斑尺寸差異造成的光耦合損耗得到抑制的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件10。另一方面，當(dāng)光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元中臺面單元上的掩模被移除并且在這之后通過使用不含氯的工藝氣體形成用于掩埋臺面單元的掩埋層時，盡管能夠在光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元中的臺面單元上形成覆層，但是光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元中臺面單元縱長方向上的取向限制于方向，臺面單元的縱長方向限制于它延伸到器件解理位置的布局，并且出現(xiàn)設(shè)計靈活性受到限制的問題。通過使用本實施例的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件制造方法，解決了這一問題。在前述實施例中，輸入單元11中包括芯層22的臺面單元Ild以及波導(dǎo)12中的臺面單元12a的縱長方向上的取向與
方向一致。然而，包括芯層22的臺面單元Ild以及波導(dǎo)12中的臺面單元12a的縱長方向上的取向可以具有
方向成分以及
方向成分。換句話說，臺面單元Ild和/或臺面單元12a可以在具有從
方向朝向
方向傾斜的方向性成分的方向上延伸。 盡管在前述實施例中光檢測器13中臺面單元13a縱長方向上的取向與
方向一致，然而臺面單元12a的縱長方向上的取向也可以具有
方向成分和
方向成分。之后，將參照圖28到圖33描述光學(xué)半導(dǎo)體集成器件的第二實施例。關(guān)于第二實施例中未描述的點，在第一實施例中的詳細(xì)描述可以適當(dāng)?shù)乇粦?yīng)用。[b]第二實施例圖28是描繪說明書中公開的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件的第二實施例圖。圖29是沿著圖28中的線Dl-Dl截取的放大剖視圖。圖30A是圖28中區(qū)域Rl的放大圖。圖30B是圖28中區(qū)域R2的放大圖。圖31A是沿著圖30A中的線El-El截取的放大剖視圖。圖31B是沿著圖30B中的線E3-E3截取的放大剖視圖。圖32是沿著圖30A中的線E2-E2截取的放大剖視圖。圖33是沿著圖28中的線D2-D2截取的放大剖視圖。光學(xué)半導(dǎo)體集成器件40是8X1通道的半導(dǎo)體光開關(guān)。該光學(xué)半導(dǎo)體集成器件40包括在一個端面中的八個輸入通道和在另一個端面中的一個輸出通道。該光學(xué)半導(dǎo)體集成器件40包括用于轉(zhuǎn)換來自外部的光的光斑尺寸并且接收所形成的光的輸入單元41。該輸入單元41包括八個輸入通道。每個輸入通道均接收經(jīng)由光纖等從外部傳播的光，并將光的光斑尺寸轉(zhuǎn)換為更小的尺寸。光學(xué)半導(dǎo)體集成器件40包括第一光放大單兀42,該第一光放大單兀42將從輸入端單兀41接收的光放大。第一光放大單兀42包括多個光波導(dǎo)70,所述光波導(dǎo)70以光學(xué)方式連接到輸入單元41的八個輸入通道。光波導(dǎo)70包括用于掩埋臺面單元42a以及臺面單元42a兩側(cè)的半導(dǎo)體掩埋層60。沒有被提供電流的臺面單元42a吸收光。因此，在第一光放大單元42中，通過僅向光被從八個臺面單元42a傳播出去的通道中的臺面單元42a提供電流，僅僅被提供電流的通道中的臺面單元42a所被提供的光得到放大及傳播。如圖28和圖30A所示，第一光放大單元42中的臺面單元42a在具有襯底50的方向成分和
方向成分的取向上延伸。換句話說，臺面單元42a縱長方向上的取向具有襯底50的
方向成分并且還具有
方向成分。具體而言，第一光放大單元42中臺面單元42a的縱長方向上的取向以-10°從襯底50的
方向朝向
方向傾斜。光學(xué)半導(dǎo)體集成器件40包括光耦合單元43，該光耦合單元43將經(jīng)由第一光放大單元42的八個通道中的臺面單元42a傳播的光耦合并輸出耦合光。該光耦合單元43包括光波導(dǎo)43a、耦合體43b以及光波導(dǎo)43c，光波導(dǎo)43a連接到第一光放大單元42中每個通道中的臺面單兀42a并且傳播光禹合體43b將經(jīng)由光波導(dǎo)43a傳播的光f禹合并輸出f禹合光，光波導(dǎo)43c傳播從稱合體43b輸入的光。光波導(dǎo)43a、稱合體43b以及光波導(dǎo)43c具有相似的臺面結(jié)構(gòu)。如圖28所示，光耦合單元43的光波導(dǎo)43a在具有
方向成分和
方向成分的方向上延伸。換句話說，光波導(dǎo)43a的縱長方向上的取向具有
方向成分和
方向成分。光耦合單元43的輸入側(cè)具有
方向。光學(xué)半導(dǎo)體集成器件40包括第二光放大單元44，該第二光放大單元44將從光耦合單元43的光波導(dǎo)43a進(jìn)入的光放大。第二光放大單元44包括連接至光波導(dǎo)43c的光波導(dǎo)71。光波導(dǎo)71包括掩埋臺面單元44a和臺面單元44a兩側(cè)的半導(dǎo)體掩埋層60。電流總是被提供到臺面單元44a，臺面單元44a將從光波導(dǎo)43c進(jìn)入的光放大并將放大后的光輸出。第二光放大單兀44的光波導(dǎo)71以光學(xué)方式連接到輸出單兀45。如圖30B所示，第 二光放大單元44的光波導(dǎo)71在具有
方向成分和
方向成分的方向上延伸。換句話說，臺面單元44a的縱長方向上的取向具有
方向成分和
方向成分。具體而言，第二光放大單元44中臺面單元44a縱長方向上的取向以-10。從
方向朝向
方向傾斜。進(jìn)一步而言，光學(xué)半導(dǎo)體集成器件40包括輸出單兀45,該輸出單兀45將從第二光放大單元44進(jìn)入的光的光斑尺寸轉(zhuǎn)換為更大的尺寸并將所形成的光輸出到外部。接下來，將進(jìn)一步描述光學(xué)半導(dǎo)體集成器件40的具體結(jié)構(gòu)。如圖29所示，光學(xué)半導(dǎo)體集成器件40包括具有(100)平面的半導(dǎo)體襯底50。在光學(xué)半導(dǎo)體集成器件40中，輸入單元41、第一光放大單元42、光耦合單元43、第二光放大單元44以及輸出單元45布置在襯底50的(100)平面上。首先，將描述輸入單元41的結(jié)構(gòu)。如圖30A所示，輸入單元41包括第一光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元41a和一對階梯部41b，該第一光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元41a以光學(xué)方式連接到第一光放大單元42中的臺面單元42a,該對階梯部41b夾設(shè)第一光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元41a的同時彼此相對。第一光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元41a包括臺面單元41d和掩埋半導(dǎo)體層41e，在臺面單元41d中，第一光放大單元42的臺面單元42a在第一光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元41a中延伸，該掩埋半導(dǎo)體層41e掩埋臺面單元41d。臺面單元41d縱長方向上的取向與第一光放大單元42中臺面單元42a的縱長方向上的取向一致。第一光放大單元42中臺面單元42a的輸入端具有
方向。將第一光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元41a夾設(shè)在該對階梯部41b中的同時彼此相對的相對單元41c中每一個均包括取向朝向
方向傾斜的部分。在圖30A所示的實例中，相對單元41c包括平面61a和平面61b，平面61a具有從
方向朝向
方向55°的取向，平面61b具有從
方向朝向
方向145°的取向。通過交替布置平面61a和平面61b而形成相對單元41c，該相對單元41c包括三角波形狀圖案。在相對單元41c之間，三角波形狀圖案中的突出位置和凹陷位置是一致的。如圖29和圖31A所示，第一光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元41a布置在襯底50上。在第一光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元41a的臺面單元41d中，下覆層51布置在襯底50上，芯層58布置在下覆層51上，第三上覆層59布置在芯層58上。第二上覆層56布置在第三上覆層59上，接觸層57布置在第二上覆層56上。在芯層58中，光波導(dǎo)70側(cè)的端部比與光波導(dǎo)70相對的一側(cè)寬。具體而言，在從光波導(dǎo)70側(cè)朝向與第一光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元41a的光波導(dǎo)70側(cè)相對的方向被縮窄的同時，包括芯層58的臺面單元41d在第一光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元41a中延伸。臺面單元41d沒有到達(dá)與第一光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元41a的光波導(dǎo)70側(cè)相對的方向上的端部，延伸到第一光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元41a中的一位置。在階梯部41b中，下覆層51布置在襯底50上，芯層58布置在下覆層51上，第三上覆層59布置在芯層58上。第二上覆層56布置在第三上覆層59上，接觸層57布置在第二上覆層56上。階梯部41b的側(cè)面被掩埋層60掩埋。掩埋層60形成為從階梯部41b的兩側(cè)起預(yù)定距離內(nèi)與階梯部41b的厚度相同，并且在與臺面單元12a相距預(yù)定距離后掩埋層60的厚度減小。在階梯部41b上沒有形成掩埋層60。

如圖30B和圖31B所示，輸出單元45具有第二光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元45a和夾設(shè)第二光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元45a的同時彼此相對一對階梯部45b。通過被掩埋在該對階梯部45b之間的掩埋半導(dǎo)體層45e而形成第二光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元45a。將第二光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元45a夾設(shè)在該對階梯部45b中的同時彼此相對的相對單元45c中每一個均包括朝向
方向傾斜的部分。該結(jié)構(gòu)與輸入單元41類似。另一方面，包括芯層的臺面單元沒有布置在第二光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元45a中。換句話說，在第二光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元45a中，沒有布置用于限制并傳播光的芯層。從第二光放大單元44提供到第二光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元45a的光在第二光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元45a中自由傳播，它的光斑尺寸被以放大方式轉(zhuǎn)換，而且所形成的光被輸出到外部。接下來，將描述沒有在第二光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元45a中布置包括芯層的臺面單元的原因。原因是為了減少被第二光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元45a的端面反射并且再次進(jìn)入第二光放大單元44的光的返回光。當(dāng)?shù)诙獍叱叽甾D(zhuǎn)換單元45a包括芯層時，由于第二光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元45a的端面反射產(chǎn)生的返回光增多。盡管即使是沒有芯層也會出現(xiàn)第二光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元45a端面導(dǎo)致的光反射，但是反射光被擴展的同時朝向第二光放大單元44傳播。因而，能夠減少返回到第二光放大單元44的返回光。輸出單元45具有與輸入單元41類似的結(jié)構(gòu)，除了臺面單元的數(shù)量和通道的數(shù)量之外。因此，關(guān)于輸入單元41的描述適當(dāng)?shù)貞?yīng)用于輸出單元45。
接下來，將描述第一光放大單元42的結(jié)構(gòu)。如圖32所示，在第一光放大單元42的臺面單元42a中，下覆層51布置在襯底50上，下SCH (分離限制異質(zhì)結(jié)構(gòu))層52布置在下覆層51上。有源層53布置在下SCH層52上，上SCH層54布置在有源層53上，第一上覆層55布置在上SCH層54上。第二上覆層56布置在第一上覆層55上，接觸層57布置在第二上覆層56上。臺面單元42a的兩側(cè)被掩埋層60掩埋。掩埋層60形成為在臺面單元42a兩側(cè)上預(yù)定距離內(nèi)與臺面單元42a的厚度相同，并且在與臺面單元42a相距預(yù)定距離后該厚度減小。在臺面單元42a上沒有形成掩埋層60。通過臺面單元42a和掩埋層60形成了光波導(dǎo)70。經(jīng)由用來轉(zhuǎn)換來自外部的光的光斑尺寸的輸入單元41中的第一光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元41a傳播的光被傳播到第一光放大單元42中臺面單元42a的有源層53。在臺面單元42a中，通過由未示出的電極提供電流的有源層53將輸入光放大并將放大后的光輸出。另一方面，在沒有被提供電流的臺面單兀42a的有源層53中,輸入光被吸收而且沒有被輸出。第一光放大單元42將電流提供到八個臺面單元42a中的任意一個或多個，使得僅有經(jīng)由被提供了電流的通道傳播的光被輸出到光耦合單元43。第二光放大單元44具有與第一光放大單元42類似的結(jié)構(gòu)，除了通道的數(shù)量之外。因此，關(guān)于第一光放大單元42的描述也適當(dāng)?shù)貞?yīng)用于第二光放大單元44。接下來，將描述光耦合單元43的結(jié)構(gòu)。光耦合單元43中的八個光波導(dǎo)43a、耦合體43b以及一個光波導(dǎo)43c具有類似的臺面結(jié)構(gòu)。將以光波導(dǎo)43c為例描述光波導(dǎo)43c的結(jié)構(gòu)。
·
如圖33所示，在光波導(dǎo)43c中，下覆層51布置在襯底50上，芯層58布置在下覆層51上，第三上覆層59布置在芯層58上。第二上覆層56布置在第三上覆層59上，接觸層57布置在第二上覆層56上。光波導(dǎo)43c的兩側(cè)均被掩埋層60掩埋。掩埋層60形成為在光波導(dǎo)43c兩側(cè)上預(yù)定距離內(nèi)與光波導(dǎo)43c的厚度相同，并且在與光波導(dǎo)43c相距預(yù)定距離后該厚度減小。在光波導(dǎo)43c上沒有形成掩埋層60。經(jīng)由第一光放大單元42中的臺面單元42a傳播的光被提供到光波導(dǎo)43a中的芯層58。光被從八個光波導(dǎo)43a中的一個或多個提供到耦合體43b中的芯層58。輸入光被輸出到光波導(dǎo)43c中的芯層58。例如能夠使用FFC (場平坦化耦合器)或多模干涉耦合器作為耦合體43b。將參照附圖描述光學(xué)半導(dǎo)體集成器件40的優(yōu)選制造方法的實施例。首先，依序在具有(100)平面的半導(dǎo)體襯底上形成下覆層51、下SCH層52、有源層53、上SCH層54以及第一上覆層55。在該實施例中，通過使用MOVPE方法形成半導(dǎo)體晶體的層。使用N-1nP作為襯底50。通過使用具有η-型導(dǎo)電性的n-1nP形成下覆層51，它的厚度是0.3 μ m。通過使用具有1.1 μ m成分波長和η型導(dǎo)電性的n-1nGaAsP形成下SCH層52，它的厚度是0.03微米。使用量子阱結(jié)構(gòu)作為有源層53。通過使用未摻雜的1-1nGaAsP阱層和未摻雜的1-1nGaAsP勢壘層來形成量子阱結(jié)構(gòu)。該1-1nGaAsP阱層具有1.55 μ m的成分波長而且厚度為5nm。1-1nGaAsP勢壘層具有1.2 μ m的成分波長并且厚度為6nm。在量子阱結(jié)構(gòu)中層疊的層的數(shù)量是四層。通過使用具有1.1ym成分波長以及P型導(dǎo)電性的P-1nGaAsP形成上SCH層54，它的厚度是0.03 μ m。通過使用p-1nP形成第一上覆層55，它的厚度是0.05 μ m。在圖34中，將待形成輸入單元41的區(qū)域表示為Kl，將待形成第一光放大單元42的區(qū)域表示為K2，將待形成光耦合單元43的區(qū)域表示為K3，將待形成第二光放大單元44的區(qū)域表示為K4,將待形成輸出單元45的區(qū)域表示為K5。如圖35所示，在區(qū)域K2和K4中每一個內(nèi)的第一上覆層55上形成掩模62。能夠通過使用掩模圖案化技術(shù)來形成掩模62。例如，能夠使用二氧化硅作為掩模62的材料。使用掩模62，蝕刻第一上覆層55、上SCH層54、有源層53以及下SCH層52以暴露出區(qū)域K1、K3和K5中的下覆層51。例如能夠使用濕蝕刻或諸如等離子體蝕刻之類的干蝕刻來作為蝕刻方法。如圖36所示，在區(qū)域K1、K3和K5中，在下覆層51上依序形成芯層58和第三上覆層59。在該實施例中，通過MOVPE方法形成半導(dǎo)體晶體的多個層。通過使用具有1.3μπι成分波長的1-1nGaAsP形成芯層58，它的厚度是0.11 μ m。通過使用i_InP形成第三上覆層59，它的厚度是0.05 μ m。通過選擇性生長，在下覆層51上形成芯層58和第三上覆層59，但在掩模62上沒有形成芯層58和第三上覆層59。芯層58和有源層53是對接的。在這之后，移除掩模62。如圖37所示，依序在區(qū)域Kl到K5中形成第二上覆層56和接觸層57。在該實施例中，通過使用MOVPE方法形成半導(dǎo)體晶體的多個層。通過使用P-1nP形成第二上覆層56，它的厚度是1.95 μ m。通過使用p-1nGaAs形成接觸層57，它的厚度是0.3 μ m。如圖38到圖40所示，形成第一光放大單元42中的臺面單元42a和用于夾設(shè)位于引導(dǎo)光(該光經(jīng)由臺面單元42a傳播)方向上的區(qū)域V的輸入單元41的階梯部41b。該對階梯部41b形成為階梯部41b的間隔不是恒定的而是變化的。與臺面單元42a和該對階梯部41b —起,形成光稱合單兀43的光波導(dǎo)43a、稱合體43b和光波導(dǎo)43c、第二光放大單兀44中的臺面單元44a以及輸出單元4`5中的該對階梯部。依照這種方式，形成臺面單元42a和該對階梯部41b，該臺面單元42a具有在一個方向上延伸的形狀，該對階梯部41b夾設(shè)在臺面單元42a的縱長方向上從臺面單元42a朝向與臺面單元42a相對的方向延伸的區(qū)域。圖39A是沿著圖38A中的線Fl-Fl截取的放大剖視圖。圖40是沿著圖38A中的線F2-F2截取的放大剖視圖。圖39B是沿著圖38B中的線F3-F3截取的放大剖視圖。具體而言，在區(qū)域Kl和K2中，如圖38A和圖39A所示，在形成該對階梯部41b的接觸層57的部分上形成掩模63，在形成臺面單元41d和42a的接觸層57的部分上形成掩模64。能夠使用例如二氧化硅作為形成掩模63和64的材料。類似地，在光耦合單元43的光波導(dǎo)43a、耦合體43b、以及光波導(dǎo)43c上形成掩模(未示出)。在區(qū)域K4和K5中，如圖38B和圖39B所示，在形成第二光放大單元44的臺面單元44a的接觸層57的部分上形成掩模66，并在形成輸出單元45的該對階梯部的接觸層57的部分上形成掩模65。在區(qū)域Kl和K2中，使用掩模63、64等，蝕刻接觸層57、第二上覆層56、第三上覆層59、芯層58、上SCH層54、有源層53、下SCH層52以及下覆層51以暴露出襯底50。如參照圖30A所描述的，面向形成區(qū)域V的部分，該掩模63包括取向向
方向傾斜的部分。具體而言，如參照圖30A所描述的,掩模63包括每一個均具有從
方向朝向
方向55°的取向的部分以及每一個均具有從
方向朝向
方向145°的取向的部分。在通過使用諸如掩模63形成的該對階梯部41b中，夾設(shè)區(qū)域V的同時彼此相對的相對單元41c包括每一個均具有取向朝向
方向傾斜的部分。因而，如參照圖30A所描述的，通過交替布置平面61a和61b而形成相對單元41c，并且該相對單元41c具有三角波形狀圖案。在階梯部41b中襯底50
方向上的長度是100 μ m。相對單元41c中三角波形狀圖案的深度是2 μ m。相對單元41c之間的最短距離是10 μ m。輸出單元45中的該對階梯部也是以類似于輸入單元41中的該對階梯部41b的方式形成。如圖41到圖43所示，在區(qū)域Kl和K2中，掩模63留在該對階梯部41b中相對單元41c側(cè)的區(qū)域上，而將在階梯部41中其他區(qū)域的掩模63移除。如上所述，除了該對階梯部41b的相對單元41c側(cè)的預(yù)定范圍之外，將掩模63移除。類似地，在區(qū)域K4和K5中也是在除了該對階梯部45b中相對單元45c側(cè)的預(yù)定范圍之外，將掩模65移除。

圖42A是沿著圖41A中的線Gl-Gl截取的放大剖視圖。圖43是沿著圖41A中的線G2-G2截取的放大剖視圖。圖42B是沿著圖41B中的線G3-G3截取的放大剖視圖。將掩埋半導(dǎo)體層41e形成為掩埋該對階梯部41b之間的包括臺面單元41d的區(qū)域V,并且掩埋層60作為半導(dǎo)體形成在第一光放大單元42中臺面單元42a的兩側(cè)。掩埋半導(dǎo)體層41e從每個相對單元41c朝上生長。在這之后，掩埋半導(dǎo)體層41e朝向相對側(cè)生長并且結(jié)合在一起。因而，第一光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元41a上端的位置高于第一光放大單元42的臺面單元42a上端的位置。掩埋層60形成在臺面單元42a的兩側(cè)，在與臺面單元42a兩側(cè)相距預(yù)定距離內(nèi)厚度與臺面單元42a相同。在與臺面單元42a相距預(yù)定距離之后該厚度減小。掩埋層60形成為掩埋階梯部41b外部的側(cè)面。在該實施例中，通過MOVPE方法形成半導(dǎo)體晶體的掩埋半導(dǎo)體層41e和掩埋層60。該掩埋半導(dǎo)體層41e和掩埋層60是同時形成的。通過使用添加了半絕緣半導(dǎo)體Fe的InP形成掩埋半導(dǎo)體層41e和掩埋層60。掩埋半導(dǎo)體層41e上端的位置比第一光放大單元42中臺面單元42a上端的位置高3 μ m。第一光放大單元42中臺面單元42a上端的位置與第二光放大單元44中光耦合單元43和臺面單元44a上端的位置一致。在該實施例的MOVPE方法中，通過使用含氯工藝氣體形成掩埋半導(dǎo)體層41e和掩埋層60。因而，作為用于形成掩埋半導(dǎo)體層41e和掩埋層60的工藝氣體，使用作為含氯氣體材料的1，2_二氯乙烯以及作為用于形成半絕緣半導(dǎo)體的InP材料的三甲基銦、磷化氫以及二茂鐵。在區(qū)域K5中，與用于形成輸入單元41的第一光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元41a的掩埋半導(dǎo)體層41e同時類似地形成用于形成輸出單元45的第二光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元45a的掩埋半導(dǎo)體層45e。通過使用相同的半導(dǎo)體形成掩埋半導(dǎo)體層41e和45e。光耦合單元43的光波導(dǎo)43a、耦合體43b和光波導(dǎo)43c、以及第二光放大單元44的臺面單元44a的兩側(cè)均被掩埋層60掩埋。移除掩模63到66等。通過使用金屬蒸發(fā)或鍍層技術(shù)，在第一光放大單元42的臺面單元42a以及第二光放大單元44的臺面單元44a的接觸層57上形成第一電極(未示出)。在襯底的后表面上形成第二電極(未示出)。除了第一電極之外的部分被由電介質(zhì)等制成的鈍化層(未示出)覆蓋。按照這種類方式，獲得了圖28到圖33所示的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件。在本實施例的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件40中，在從外部接收光的輸入單元41中，第一光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元41a上端的位置高于第一光放大單元42中臺面單元42a上端的位置。因此，由于從外部入射到光學(xué)半導(dǎo)體集成器件40上的光的光斑尺寸與第一光放大單元42的光的光斑尺寸之間的差異造成的光耦合損耗得到了抑制。類似地，在將光輸出到外部的輸出單元45中，由于輸出到光學(xué)半導(dǎo)體集成器件40外部的光的光斑尺寸與第二光放大單元44的光的光斑尺寸之間的差異造成的光耦合損耗得到了抑制。在本實施例的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件的制造方法中，通過使用含氯的工藝氣體形成輸入單元41的掩埋半導(dǎo)體層41e和輸出單元45的掩埋半導(dǎo)體層45e。按照這種方法，獲得了由于光斑尺寸之間的差異造成的光耦合損耗得到抑制的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件40。在本實施例的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件的制造方法中，即使臺面結(jié)構(gòu)縱長方向上的取向具有
方向成分和
方向成分，掩埋層60也不會形成為從臺面結(jié)構(gòu)兩側(cè)覆蓋臺面結(jié)構(gòu)的接觸層的上側(cè)。因此，通過本實施例的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件制造方法，光學(xué)半導(dǎo)體集成器件的設(shè)計靈活性沒有受到限制。通過使用這一制造方法，能夠?qū)⒂脕頊p小與光纖之間的光耦合損耗的光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元單體地集成在光學(xué)半導(dǎo)體集成器件上。將參照附圖描述第二實施例的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件的改型例。相同的元件用相同的附圖標(biāo)記表示。圖44是描繪說明書中公開的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件制造方法第二實施例的改型例的圖。圖45是沿著圖44中的線H-H截取的放大剖視圖。該改型例的光學(xué) 半導(dǎo)體集成器件40a與第二實施例的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件的不同之處在于光耦合單元43的臺面結(jié)構(gòu)沒有被掩埋層掩埋。如圖45所示，光耦合單元43的光波導(dǎo)43c沒有被掩埋層掩埋。光波導(dǎo)43c被空氣掩埋。在前述第二實施例中，如圖33所示，光耦合單元43的光波導(dǎo)43c被掩埋層60掩埋。在該改型例的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件40a中，類似于光波導(dǎo)43c，光波導(dǎo)43a和耦合體43b也被空氣掩埋。在該改型例的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件40a中，光耦合單元43的臺面結(jié)構(gòu)被空氣掩埋。因而，通過光耦合單元43的芯層58與空氣之間的折射率的巨大差異，使得光能夠被限制在光耦合單元43的芯層中。因此，光耦合單元43臺面結(jié)構(gòu)的尺寸能夠得以減小?？商娲?通過用具有低介電常數(shù)(permittivity )的有機材料代替空氣來掩埋光耦合單元43的臺面結(jié)構(gòu)，獲得了類似的效果?？梢杂冒雽?dǎo)體掩埋層60掩埋光波導(dǎo)43a中第一光放大單元42的臺面單元42a側(cè)的部分?？梢杂冒雽?dǎo)體掩埋層60掩埋光波導(dǎo)43c中第二光放大單元44的臺面單元44a的部分。在本發(fā)明中，在不脫離本發(fā)明精神的情況下能夠適當(dāng)?shù)母淖児鈱W(xué)半導(dǎo)體器件以及該光學(xué)半導(dǎo)體器件的制造方法。一實施例的組件也能夠應(yīng)用于另一實施例。例如，在包括光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件中，將無源光波導(dǎo)與光檢測器或光放大單元集成在一起。在該光學(xué)半導(dǎo)體集成器件中，僅該無源光波導(dǎo)可以與光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元集成在一起。在包括光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件中，可以單體地集成包括半導(dǎo)體激光器或半導(dǎo)體光調(diào)制器的光學(xué)功能器件等。在以上描述的光學(xué)半導(dǎo)體集成器件中，通過使用添加了 Fe的半絕緣的InP形成光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元或掩埋層，并且使用了捕獲電子的半絕緣半導(dǎo)體。也可以通過使用諸如摻Ru的InP、摻Ti的InP等用來捕獲空穴的半絕緣半導(dǎo)體形成光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元或掩埋層。在光學(xué)半導(dǎo)體集成器件的制造方法中，使用1，2_ 二氯乙烯作為有機氯材料。例如，也可以使用諸如甲基氯、氯乙烷、I，2- 二氯乙烷或I，2- 二氯丙烷之類的其他有機氯材料作為有機氯材料。進(jìn)一步而言，用于形成光學(xué)半導(dǎo)體集成器件的化合物半導(dǎo)體不限于以上描述的材料。也可以使用諸如 AlGalnAs、AlGalnP、InGaP、InGaAs> InGaAsN 或 InGaAsSb 之類的混合晶 體半導(dǎo)體。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)半導(dǎo)體器件，包括: 波導(dǎo)單元，形成在具有(100)平面的半導(dǎo)體襯底上并且包括用來傳播光的芯層； 光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元，形成在該半導(dǎo)體襯底上，通過光學(xué)方式連接到該波導(dǎo)單元，并且轉(zhuǎn)換傳播光的直徑；以及 一對階梯部，形成在該半導(dǎo)體襯底上并且在夾設(shè)該光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元的同時彼此相對， 其中，將該光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元夾設(shè)在該對階梯部中的同時彼此相對的相對單元之間的間隔是變化的，而且所述相對單元中每一個均包括取向相對于
方向朝向
方向傾斜的部分，以及 該光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元上端的位置高于該波導(dǎo)單元上端的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)半導(dǎo)體器件，其中，該對階梯部的間隔重復(fù)放大和減小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)半導(dǎo)體器件，其中，比該光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元中的該波導(dǎo)單元的上端更高的部分具有與相對單元中取向相對于
方向朝向
方向傾斜的部分相對應(yīng)的形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)半導(dǎo)體器件，其中，該對階梯部中的相對單元包括以30。到85。從
方向朝向
方向傾斜的部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)半導(dǎo)體器件，其中，該對階梯部中的相對單元包括以40。到50。從
方向朝向
方向傾斜的部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)半導(dǎo)體器件，其中，該對階梯部中的相對單元包括以45°從
方向朝向
方向傾斜的部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)半導(dǎo)體器件，其中，該光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元包括延伸自該芯層的第二芯層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)半導(dǎo)體器件，其中，該波導(dǎo)單元側(cè)的第二芯層的端部寬度比該波導(dǎo)單元相對側(cè)的端部寬度寬。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)半導(dǎo)體器件，其中，在該光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元中，該第二芯層從該波導(dǎo)單元側(cè)延伸到與該光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元的該波導(dǎo)單元側(cè)相對的方向上的端部。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)半導(dǎo)體器件，其中，該對階梯部中相對單元之間的最短距離是20 iim或更小。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)半導(dǎo)體器件，其中，該芯層的延伸取向包括
方向成分和
方向成分。
12.一種光學(xué)半導(dǎo)體器件的制造方法，包括: 在具有(100)平面的半導(dǎo)體襯底上形成臺面單元和一對階梯部，該臺面單元包括在一個方向上延伸的形狀，該對階梯部夾設(shè)沿著該臺面單元的縱長方向從該臺面單元朝向與該臺面單元相對的方向延伸的區(qū)域，該臺面單元和該對階梯部形成為使得將該區(qū)域夾設(shè)在該對階梯部中的同時彼此相對的相對單元包括取向相對于
方向沿
方向傾斜的部分；以及 在該對階梯部之間的區(qū)域中形成第一半導(dǎo)體層，并形成用來在該臺面單元至少一部分的兩側(cè)掩埋該 臺面單元的第二半導(dǎo)體層，該第一半導(dǎo)體層上端的位置高于該臺面單元上端的位置。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光學(xué)半導(dǎo)體器件的制造方法，其中，在形成該臺面單元和該對階梯部的過程中，將該對階梯部形成為使得該相對單元之間的間隔是變化的。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光學(xué)半導(dǎo)體器件的制造方法，其中，在形成該臺面單元和該對階梯部的過程中，在待形成該臺面單元和該對階梯部的部分上形成掩模，并通過使用該掩模形成該臺面單元和該對階梯部，使得該臺面單元在該區(qū)域中延伸，以及 還包括:在該臺面單元和該對階部的形成與該第一半導(dǎo)體層和該第二半導(dǎo)體層的形成之間，移除該區(qū)域中延伸的該臺面單元的部分上的掩模。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光學(xué)半導(dǎo)體器件的制造方法，還包括:在該臺面單元和該對階梯部的形成與該第一半導(dǎo)體層和該第二半導(dǎo)體層的形成之間，移除除了在該對階梯部中該相對單元側(cè)的預(yù)定范圍之外的掩模。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光學(xué)半導(dǎo)體器件的制造方法，其中，在形成該第一半導(dǎo)體層和該第二半導(dǎo)體層的過程中，通過使用含氯氣體形成該第一半導(dǎo)體層和該第二半導(dǎo)體層。·
全文摘要
本申請揭示一種光學(xué)半導(dǎo)體器件以及光學(xué)半導(dǎo)體器件的制造方法。該光學(xué)半導(dǎo)體器件包括波導(dǎo)單元，形成在具有(100)平面的半導(dǎo)體襯底上并且包括用來傳播光的芯層；光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元，形成在該半導(dǎo)體襯底上，通過光學(xué)方式連接到該波導(dǎo)單元，并且轉(zhuǎn)換傳播光的直徑；以及一對階梯部，形成在該半導(dǎo)體襯底上并且在夾設(shè)該光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元的同時彼此相對。將該光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元夾設(shè)在該對階梯部中的同時彼此相對的相對單元之間的間隔是變化的，而且所述相對單元中每一個均包括取向相對于
方向朝向
方向傾斜的部分，以及該光斑尺寸轉(zhuǎn)換單元上端的位置高于該波導(dǎo)單元上端的位置。
文檔編號H01S5/227GK103247936SQ20131004372
公開日2013年8月14日 申請日期2013年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月8日
發(fā)明者植竹理人, 高林和雅 申請人:富士通株式會社