JPH05251812A - Distributed-feedback semiconductor laser with quantum well structured optical modulator and manufacture thereof - Google Patents
Distributed-feedback semiconductor laser with quantum well structured optical modulator and manufacture thereofInfo
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- JPH05251812A JPH05251812A JP4980692A JP4980692A JPH05251812A JP H05251812 A JPH05251812 A JP H05251812A JP 4980692 A JP4980692 A JP 4980692A JP 4980692 A JP4980692 A JP 4980692A JP H05251812 A JPH05251812 A JP H05251812A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 レーザと光変調器の活性層,光導波層を光学
的吸収端波長の異なる多重量子井戸(MQW)構造で構
成し、かつ、両者の屈折率が滑らかに接続した集積化光
源を提供する。
【構成】 MQW光変調器付きDFBレーザ素子10
は、基板20とその上に設けられMQW構造26とこれ
を挟む上下クラッド層30,24とを有するDFBレー
ザ部12と、このレーザ部に結合されMQW構造34と
これを挟む上下クラッド層36,32とを有する光変調
器部13とを備える。MQW構造26,34は導波方向
に垂直な面内で相互に離隔し、変調器部の下クラッド層
32を介して光結合領域16において光学的に結合され
ている。この光変調器付きレーザでは界面17は半導体
部分15の対向する端面15Aのみを共有する。半導体
部分14,15の上のクラッド層38は界面17を挟む
領域に沿う分離部40を有する。
(57) [Summary] [Objective] The laser, the active layer of the optical modulator, and the optical waveguide layer are composed of a multiple quantum well (MQW) structure with different optical absorption edge wavelengths, and the refractive indices of both are connected smoothly. Integrated light source. [Structure] DFB laser device 10 with MQW optical modulator
Is a DFB laser section 12 having a substrate 20 and an MQW structure 26 provided thereon and upper and lower clad layers 30 and 24 sandwiching the MQW structure 26, an MQW structure 34 coupled to the laser section 12 and upper and lower clad layers 36 sandwiching the MQW structure 34. And the optical modulator unit 13 having 32. The MQW structures 26 and 34 are separated from each other in a plane perpendicular to the waveguide direction, and are optically coupled in the optical coupling region 16 via the lower cladding layer 32 of the modulator section. In this laser with an optical modulator, the interface 17 shares only the facing end surface 15A of the semiconductor portion 15. The cladding layer 38 on the semiconductor portions 14 and 15 has a separating portion 40 along the region sandwiching the interface 17.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は外部変調器付き分布帰還
型半導体レーザに関し、特に量子井戸構造光変調器付き
分布帰還型半導体レーザに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a distributed feedback semiconductor laser with an external modulator, and more particularly to a distributed feedback semiconductor laser with a quantum well structure optical modulator.
【0002】本発明は、また、そのような半導体レーザ
の製造方法に関する。The invention also relates to a method of manufacturing such a semiconductor laser.
【0003】[0003]
【従来の技術】光変調器集積化光源の代表的な従来技術
は、分布帰還型レーザ(以下、DFBレーザと略称す
る。)とフランツ・ケルディシュ効果を用いた電界印加
吸収型変調器がモノリシックに集積化されたものであ
る。図7は従来の集積化光源(H.Sodaら、Ele
tronics Letter,第26巻1号9ペー
ジ)の構造を示す模式的斜視図である。この構造では、
DFBレーザの活性層26と吸収型光変調器の光導波層
34は突合せ結合(バットジョイント結合)18により
接続されている。また、この構造は、DFBレーザの発
光波長を吸収型光変調器の光導波層の光学的吸収端波長
より長波長にするためにDFBレーザ構造を製作した
後、一部をエッチングにより取り除き新たに変調器の光
導波層がレーザの活性層に一致するよう埋め込み再成長
を行って製作されている。2. Description of the Related Art A typical prior art of a light source integrated with an optical modulator is a distributed feedback laser (hereinafter abbreviated as DFB laser) and an electric field applied absorption modulator using the Franz-Keldysh effect are monolithic. It is an integrated one. 7 shows a conventional integrated light source (H. Soda et al., Ele.
FIG. 3 is a schematic perspective view showing the structure of Tronics Letter, Vol. 26, No. 1, page 9). In this structure,
The active layer 26 of the DFB laser and the optical waveguide layer 34 of the absorption type optical modulator are connected by a butt joint (butt joint) 18. In addition, this structure has a new structure in which a DFB laser structure is manufactured to make the emission wavelength of the DFB laser longer than the optical absorption edge wavelength of the optical waveguide layer of the absorption type optical modulator, and then a part is removed by etching. It is manufactured by performing buried regrowth so that the optical waveguide layer of the modulator coincides with the active layer of the laser.
【0004】突合せ結合ではDFBレーザの発光波長を
吸収形光変調器の光導波層の光学的吸収端波長より長波
長にするため結合部では屈折率変化がある。その結果、
結合部での反射,散乱をなくすことは困難である。従来
の技術では、変調器部分が選択埋め込み成長されている
ために突合せ結合で成長膜厚が不均一になり、導波路方
向に分布を持っている。その結果、高い結合効率を得る
ことが困難で、歩留りも低い。In the butt coupling, since the emission wavelength of the DFB laser is set to be longer than the optical absorption edge wavelength of the optical waveguide layer of the absorption type optical modulator, the refractive index changes at the coupling portion. as a result,
It is difficult to eliminate reflection and scattering at the joint. In the conventional technique, since the modulator portion is selectively embedded and grown, the grown film thickness becomes non-uniform due to butt coupling, and has a distribution in the waveguide direction. As a result, it is difficult to obtain high coupling efficiency and the yield is low.
【0005】レーザの活性層や光変調器の導波層に多重
量子井戸(MQW)構造を用いれば、レーザの発振閾値
電流を低減でき、量子閉じ込めシュタルク効果により低
電圧駆動で広い変調周波数帯域が得られるなど高性能が
期待できるが、MQW構造導波路の突合せ結合はきわめ
て困難である。その理由は、突合せ結合部近傍で選択埋
め込み成長層が厚くなり、MQW構造導波路の実効禁制
帯幅エネルギーが小さくなり、導波路の吸収損失が無視
できなくなるからである。If a multiple quantum well (MQW) structure is used for the active layer of the laser or the waveguide layer of the optical modulator, the oscillation threshold current of the laser can be reduced, and the quantum confined Stark effect enables a wide modulation frequency band at low voltage drive. Although high performance such as obtainability can be expected, butt coupling of MQW structure waveguides is extremely difficult. The reason is that the selective buried growth layer becomes thick near the butt joint, the effective forbidden band energy of the MQW structure waveguide becomes small, and the absorption loss of the waveguide cannot be ignored.
【0006】そこで、レーザの活性層と光変調器の導波
層を突合せ結合によることなく光学的に結合させた半導
体発光素子が提案されている。Therefore, there has been proposed a semiconductor light emitting device in which an active layer of a laser and a waveguiding layer of an optical modulator are optically coupled without butt coupling.
【0007】図8は、回折格子帰還レーザと量子井戸構
造を有する電気光吸収変調器とを別工程で形成した従来
の半導体発光素子(特開昭62−229990号)の構
造を示す断面図である。図9は、図8の半導体発光素子
の製造工程を示す断面図である。FIG. 8 is a sectional view showing the structure of a conventional semiconductor light emitting device (Japanese Patent Laid-Open No. 62-229990) in which a diffraction grating feedback laser and an electro-optical absorption modulator having a quantum well structure are formed in separate steps. is there. FIG. 9 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor light emitting device of FIG.
【0008】図8において、n形InP基板20,エッ
チングストップ層となるn形InGaAlAs層22,
クラッド層となるn形InP層24,活性層となるIn
GaAlAs層26,回折格子を形成したガイド層とな
るInGaAlAs層28,クラッド層となるp形In
AlAs層30,電極層となるp形InGaAs層48
がこの順に積層されている。一方、クラッド層となるn
形InAlAs層32の上に、InGaAs量子井戸層
34Aと、InAlAsバリア層34Bとを交互に積層
したものが配置され、その上に、さらにクラッド層とな
るp形InAlAs層36を介して電極層となるp形I
nGaAs層50が配置されている。電極層48上には
SiO2 膜があり、電極層48および50の上にはp形
電極58,60がそれぞれ設けられており、基板20の
下側にはn形電極62が配置されている。光出射端面に
は反射防止膜64が設けられている。In FIG. 8, an n-type InP substrate 20, an n-type InGaAlAs layer 22 serving as an etching stop layer,
The n-type InP layer 24 serving as the cladding layer and the In serving as the active layer
GaAlAs layer 26, InGaAlAs layer 28 serving as a guide layer on which a diffraction grating is formed, p-type In serving as a clad layer
AlAs layer 30, p-type InGaAs layer 48 serving as an electrode layer
Are stacked in this order. On the other hand, n that becomes the cladding layer
An InGaAs quantum well layer 34A and an InAlAs barrier layer 34B are alternately laminated on the In-type InAlAs layer 32, and an electrode layer is formed on the InAlAs layer 32, which is a p-type InAlAs layer 36 serving as a clad layer. P type I
An nGaAs layer 50 is arranged. A SiO 2 film is provided on the electrode layer 48, p-type electrodes 58 and 60 are provided on the electrode layers 48 and 50, respectively, and an n-type electrode 62 is provided on the lower side of the substrate 20. .. An antireflection film 64 is provided on the light emitting end face.
【0009】この構造を得るには、図9に示すように、
(A)まず、基板1の上に分子線エピタキシー法等によ
り各層20,22,24,26,28を順次に成長さ
せ、(B)InGaAlAs層28に回折格子29を形
成した後に、クラッド層30および電極層48を成長さ
せて積層体を形成し、(C)SiO2 膜52等をマスク
として、積層体の一部をInGaAlAsストップ層2
2の上まで選択的にエッチし、(D)SiO2 マスク5
2を残した状態でInGaAlAsストップ層22の上
に層32,34A,34B,36,50までの各層を順
次に成長させ、(E)InGaAlAsストップ層22
上に成長した変調器となる部分をSiO2膜52等でマ
スクし、レーザとなる部分(各層22,24,26,2
8,30,32)の上に成長した層を選択的にエッチ
し、さらに、SiO2 膜52を除去した後、各電極層4
8,50,62を蒸着し、最後に反射防止膜64を出射
端面に形成して、図9(F)の構造が得られる。To obtain this structure, as shown in FIG.
(A) First, the layers 20, 22, 24, 26, and 28 are sequentially grown on the substrate 1 by the molecular beam epitaxy method or the like, and (B) after the diffraction grating 29 is formed on the InGaAlAs layer 28, the cladding layer 30 is formed. Then, the electrode layer 48 is grown to form a laminated body, and a part of the laminated body is used as the InGaAlAs stop layer 2 with the (C) SiO 2 film 52 or the like as a mask.
2 is selectively etched up to (D) SiO 2 mask 5
The layers 32, 34A, 34B, 36, and 50 are sequentially grown on the InGaAlAs stop layer 22 with 2 remaining, and (E) InGaAlAs stop layer 22 is formed.
The modulator portion grown above is masked with a SiO 2 film 52 or the like to form a laser portion (each layer 22, 24, 26, 2).
8, 30 and 32), the layer grown on the electrode layer 4 is selectively etched, and the SiO 2 film 52 is removed.
8, 50 and 62 are vapor-deposited, and finally the antireflection film 64 is formed on the emission end face, and the structure of FIG. 9F is obtained.
【0010】上述したように、特開昭62−22999
0号に示す半導体発光素子では、レーザの活性層と光変
調器の導波層を直接結合する突合せ結合でなく、レーザ
部を基板上に設けられたエッチングストップ層までウェ
ットエッチングし、その上に光変調器の導波層を形成し
て光学的結合がとられている。このような構成では、結
合部で結晶が盛り上がってしまい、これ以降の作製工程
において、特にフォトプロセスにおいて、作業がしにく
いという問題があった。さらに、レーザ部と変調器部の
クラッド層を介して電流が流れ、レーザの発振時にはリ
ーク電流が大きく、発振閾値電流は通常のレーザのそれ
に比べて倍程度大きいという問題があった。As mentioned above, JP-A-62-22999.
In the semiconductor light emitting device shown in No. 0, the laser section is wet-etched up to the etching stop layer provided on the substrate, and not the butt-coupling that directly couples the active layer of the laser and the waveguide layer of the optical modulator. Optical coupling is achieved by forming the waveguiding layer of the optical modulator. In such a configuration, there is a problem in that the crystal is swelled at the bonding portion, which makes it difficult to work in subsequent manufacturing steps, particularly in the photo process. Further, there is a problem that a current flows through the clad layers of the laser section and the modulator section, a leak current is large when the laser oscillates, and an oscillation threshold current is about twice as large as that of an ordinary laser.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
した欠点を除去し、レーザおよび光変調器の活性層,光
導波層を光学的吸収端波長、すなわち、実効禁制帯幅エ
ネルギーの異なるMQW構造で構成し、かつ、両者の屈
折率が滑らかに接続するようにした集積化光源を提供す
ることを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks and to make active layers and optical waveguide layers of lasers and optical modulators have different optical absorption edge wavelengths, that is, effective band gap energies. It is an object of the present invention to provide an integrated light source that has an MQW structure and has a refractive index that is smoothly connected to each other.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明者らは鋭意検討し
た結果、集積化光源のDFBレーザ部の活性層と光変調
器部の導波層との結合を突合せ結合でなく、n形クラッ
ド層の延長部を介して光学的に結合させるとともに、こ
の光学的結合部をまたぐ分離部をレーザ用p側電極と光
変調器用p側電極との間に設けることにより上記目的が
達成されることを見出し、本発明を完成した。As a result of intensive investigations by the present inventors, the coupling between the active layer of the DFB laser portion of the integrated light source and the waveguide layer of the optical modulator portion is not butt coupling but n-type cladding. The above object can be achieved by optically coupling through the extension of the layer and providing a separating portion straddling the optical coupling portion between the p-side electrode for laser and the p-side electrode for optical modulator. Then, the present invention was completed.
【0013】すなわち、本発明の第1の局面に従う量子
井戸構造光変調器付き分布帰還型半導体レーザは、基板
と、前記基板上に設けられた光導波路とを具備し、前記
光導波路は活性層としての第1の導波層とこの第1の導
波層を挟む第1の上下クラッド層とを有する第1の半導
体部分を含む分布帰還型半導体レーザ部と、前記半導体
レーザ部に結合され第2の導波層とこの第2の導波層を
挟む第2の上下クラッド層とを有する第2の半導体部分
を含む光変調器部とを備え、前記半導体レーザ部および
前記変調器部は前記第1および第2の半導体部分の上に
設けられた第3のクラッド層を有し、前記第2の導波層
はバリヤ層およびウェル層からなる多重量子井戸構造を
有し、かつ、前記第1および第2の半導体部分は、前記
第1および第2の導波層が導波方向に垂直な面内で相互
に離隔しているとともに前記半導体レーザ部または前記
光変調部の前記第1または第2の下クラッド層を介して
相互に対向する光結合領域において光学的に結合された
量子井戸構造光変調器付き分布帰還型半導体レーザにお
いて、前記第1の導波層はバリヤ層およびウェル層から
なる多重量子井戸構造を有し、前記第1および第2の半
導体部分の界面が前記第1および第2の半導体部分の導
波方向の対向する端面のみを共有し、かつ、前記第3の
クラッド層は前記第1および第2の半導体部分の前記界
面を挟む対向端部を含む領域に沿って設けられた分離部
を有することを特徴とする。That is, a distributed feedback semiconductor laser with a quantum well structure optical modulator according to the first aspect of the present invention comprises a substrate and an optical waveguide provided on the substrate, and the optical waveguide is an active layer. A distributed feedback semiconductor laser portion including a first semiconductor portion having a first waveguide layer and first upper and lower clad layers sandwiching the first waveguide layer, and a semiconductor laser portion coupled to the semiconductor laser portion. An optical modulator section including a second semiconductor portion having two waveguide layers and second upper and lower clad layers sandwiching the second waveguide layer, wherein the semiconductor laser section and the modulator section are A third clad layer provided on the first and second semiconductor portions, the second waveguide layer having a multiple quantum well structure including a barrier layer and a well layer, and The first and second semiconductor portions correspond to the first and second semiconductor portions. In optical coupling regions in which the wave layers are separated from each other in a plane perpendicular to the waveguide direction and face each other via the first or second lower cladding layer of the semiconductor laser section or the optical modulation section. In a distributed feedback semiconductor laser with an optically coupled quantum well structure optical modulator, the first waveguide layer has a multiple quantum well structure including a barrier layer and a well layer, and the first and second The interface of the semiconductor portion shares only the opposite end faces of the first and second semiconductor portions in the waveguide direction, and the third cladding layer sandwiches the interface of the first and second semiconductor portions. It is characterized in that it has a separating portion provided along a region including the opposite end portion.
【0014】また、本発明の量子井戸構造光変調器付き
分布帰還型半導体レーザは、前記第1および第2の半導
体部分の間の前記界面が前記基板の面となす角度θが6
5度以上であり、かつ、前記第1または第2の下クラッ
ド層の厚さをdとするとき、d・cotθが前記光導波
路を伝播する光波の波長より小さいことを特徴とする。Further, in the distributed feedback semiconductor laser with a quantum well structure optical modulator of the present invention, the angle θ formed by the interface between the first and second semiconductor portions with the surface of the substrate is 6
When the thickness of the first or second lower cladding layer is 5 degrees or more and d is d, cot θ is smaller than the wavelength of the light wave propagating in the optical waveguide.
【0015】本発明の第2の局面に従う量子井戸構造光
変調器付き分布帰還型半導体レーザの製造方法は、基板
上に分布帰還型半導体レーザ部と量子井戸構造を有する
光変調器部を別工程で形成することにより光変調器付き
分布帰還型半導体レーザを製造する方法において、下記
工程を具備したことを特徴とする: (A)a−1)バリヤ層およびウェル層からなる第1の
多重量子井戸構造とこの第1の多重量子井戸構造を挟む
第1の上下クラッド層とを有し分布帰還型半導体レーザ
部を構成すべき第1の半導体部分、およびa−2)バリ
ヤ層およびウェル層からなる第2の多重量子井戸構造と
この第2の多重量子井戸構造を挟む第2の上下クラッド
層とを有し光変調器部を構成すべき第2の半導体部分の
いずれか一方を第1の積層体、他方を第2の積層体とす
るとき、基板上に第1の積層体を有する構造体を用意
し、(B)前記第1の積層体の前記上クラッド層の上に
SiO2 膜を形成し、このSiO2 膜の上にフォトリソ
グラフィーによりパターン化レジストを形成し、前記S
iO2 膜と前記パターン化レジストからなる2層マスク
を使用して前記基板まで斜めエッチングをし、次いで、
残存部分に存在する前記SiO2 膜の下の部分の側面を
ウェットエッチングしてひさしを形成し、(C)前記パ
ターン化レジストの残存部分を除去して残存する前記第
1の積層体の前記SiO2 膜を露出し、(D)分子線エ
ピタキシー法により前記露出されたSiO2 膜、前記第
1の積層体の斜めエッチング面および前記基板上に前記
第2の積層体を前記第1の積層体部分の残存部分に接し
て形成するとともに前記第2の積層体の上にInGaA
s層を形成し、(E)前記SiO2 膜をその側面からウ
ェットエッチングして前記SiO2 膜およびその上に形
成された前記第2の積層体を除去し、(F)前記第1お
よび第2の積層体のそれぞれの上に第3のクラッド層を
形成し、かつ、(G)前記第3のクラッド層の上に電極
を形成し、次いで前記第1および第2の積層体が接する
界面を挟む前記第1および第2の積層体の対向端部を含
む領域に沿って前記第3のクラッド層をエッチングして
前記電極間に分離部を形成する。According to a second aspect of the present invention, in a method of manufacturing a distributed feedback semiconductor laser with a quantum well structure optical modulator, a distributed feedback semiconductor laser section and an optical modulator section having a quantum well structure are separately processed on a substrate. A method of manufacturing a distributed feedback semiconductor laser with an optical modulator, the method comprising the steps of: (A) a-1) a first multiple quantum consisting of a barrier layer and a well layer; A first semiconductor portion which has a well structure and first upper and lower cladding layers sandwiching the first multiple quantum well structure to form a distributed feedback semiconductor laser section; and a-2) a barrier layer and a well layer Which has a second multiple quantum well structure and second upper and lower clad layers sandwiching the second multiple quantum well structure Laminate, the other When forming the second laminated body, a structure having the first laminated body is prepared on a substrate, and (B) an SiO 2 film is formed on the upper clad layer of the first laminated body. A patterned resist is formed on the SiO 2 film by photolithography and the S
Diagonal etching to the substrate using a two-layer mask consisting of an iO 2 film and the patterned resist, then
The side surface of the portion below the SiO 2 film existing in the remaining portion is wet-etched to form an eaves, and (C) the remaining portion of the patterned resist is removed to leave the SiO 2 of the first stacked body. Exposing the second film, and (D) exposing the SiO 2 film by the molecular beam epitaxy method, the obliquely etched surface of the first laminate, and the second laminate on the substrate and the first laminate. InGaA is formed on the second laminated body while contacting with the remaining portion of the portion.
s layer is formed, (E) the SiO 2 film is wet-etched from its side surface to remove the SiO 2 film and the second stacked body formed thereon, and (F) the first and the second layers. An interface in which a third cladding layer is formed on each of the two stacked bodies, and (G) an electrode is formed on the third cladding layer, and then the first and second stacked bodies are in contact with each other. The third clad layer is etched along a region including the opposite end portions of the first and second stacked bodies sandwiching the above-mentioned structure to form a separation portion between the electrodes.
【0016】[0016]
【作用】この集積化光源を製作するためにレーザの活性
層と光変調器の導波層を直接に結合する突合せ結合でな
く、レーザ部を半導体の基板まで斜めエッチングしその
上およびレーザ部に光変調器部の導波層を形成して光学
的結合をとる。このとき半導体の基板に対する斜めエッ
チングの角度θを65度以上とし、かつ、MQW層の両
側を挟む半導体(クラッド層と呼ばれる)の基板側に位
置する層の厚さdをd・cotθ(cotθは正接ta
nθの逆数)が光導波構造を伝搬する光波の波長より小
さくなるようにするのが好適である。この光変調器の導
波層を作製する手段として、分子線エピタキシャル法を
用いることができる。In order to manufacture this integrated light source, the laser portion is obliquely etched to the semiconductor substrate and the laser portion and the laser portion are not obliquely joined to each other, but the active portion of the laser and the waveguide layer of the optical modulator are directly joined. A waveguide layer of the optical modulator section is formed to achieve optical coupling. At this time, the angle θ of oblique etching of the semiconductor with respect to the substrate is set to 65 ° or more, and the thickness d of the layer located on the substrate side of the semiconductor (called a clad layer) sandwiching both sides of the MQW layer is d · cotθ (where cotθ is Tangent ta
It is preferable that the reciprocal of nθ) be smaller than the wavelength of the light wave propagating through the optical waveguide structure. A molecular beam epitaxial method can be used as a means for producing the waveguide layer of this optical modulator.
【0017】また、光変調器とレーザ部との電気的絶縁
を良好にするため、レーザ部上にSiO2 膜を付着した
のち、その下部をサイドエッチングし、ひさしを形成し
てその下に結晶が成長しないようにし、かつ、その上に
成長した層は、SiO2 膜をサイドからエッチングして
取除くようにしている。また、工程の一番最後にエッチ
ングを追加して光変調器とレーザ部との電気的絶縁を良
好にしている。Further, in order to improve the electrical insulation between the optical modulator and the laser part, after depositing a SiO 2 film on the laser part, the lower part is side-etched to form an eaves and a crystal is formed under the eaves. Of the SiO 2 film is removed from the side by etching the SiO 2 film from the side. Further, etching is added at the very end of the process to improve the electrical insulation between the optical modulator and the laser section.
【0018】本発明の構造ではレーザおよび光変調器の
活性層,光導波層をMQW構造としているため発振閾値
電流,変調電圧,変調周波数帯域等において高性能が期
待できる。In the structure of the present invention, since the active layer and the optical waveguide layer of the laser and the optical modulator have the MQW structure, high performance can be expected in the oscillation threshold current, the modulation voltage, the modulation frequency band and the like.
【0019】以下、図面を参照して本発明の一つの実施
態様に従う素子構造を詳細に説明する。Hereinafter, a device structure according to one embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【0020】図1は本発明の実施例に従うMQW−DF
BレーザとMQW光変調器の集積化光源の素子構造を示
す概略断面図である。図2は図1の素子構造のレーザ部
と光変調器部の結合部の拡大図である。図1において、
10はMQW−DFBレーザ素子、11は光導波路、1
2は分布帰還型半導体レーザ部、13は光変調器部、1
4は第1の半導体部分、14Aは対向端部、15は第2
の半導体部分、15Aは対向端部、16は光結合領域、
17は界面、20は基板、22はエッチングストップ
層、24は第1の下クラッド層、26は活性層(第1の
多重量子井戸構造)、26Aはウェル層、26Bはバリ
ヤ層、28はガイド層、29は回折格子(グレーティン
グ)、30は第1の上クラッド層、31は保護層、32
は第2の下クラッド層、34は第2の多重量子井戸構
造、34Aはウェル層、34Bはバリヤ層、36は第2
の上クラッド層、38は第3のクラッド層、38Aは肉
薄部、38B,38Cはクラッド層の部分、40は分離
部、42はキャップ層、44,46は埋め込み部、48
はレーザ部の電極、50は変調器部の電極である。FIG. 1 shows an MQW-DF according to an embodiment of the present invention.
It is a schematic sectional drawing which shows the element structure of the integrated light source of B laser and MQW optical modulator. FIG. 2 is an enlarged view of the coupling portion of the laser section and the optical modulator section of the device structure of FIG. In FIG.
10 is an MQW-DFB laser device, 11 is an optical waveguide, 1
2 is a distributed feedback semiconductor laser section, 13 is an optical modulator section, 1
4 is the first semiconductor portion, 14A is the opposite end portion, and 15 is the second
, 15A is an opposite end, 16 is an optical coupling region,
17 is an interface, 20 is a substrate, 22 is an etching stop layer, 24 is a first lower cladding layer, 26 is an active layer (first multiple quantum well structure), 26A is a well layer, 26B is a barrier layer, and 28 is a guide. Layer, 29 is a diffraction grating (grating), 30 is a first upper clad layer, 31 is a protective layer, 32
Is a second lower cladding layer, 34 is a second multiple quantum well structure, 34A is a well layer, 34B is a barrier layer, and 36 is a second
Upper cladding layer, 38 is a third cladding layer, 38A is a thin portion, 38B and 38C are portions of the cladding layer, 40 is a separating portion, 42 is a cap layer, 44 and 46 are buried portions, 48
Is an electrode of the laser section, and 50 is an electrode of the modulator section.
【0021】本発明のMQW−DFBレーザ素子10は
光導波路11を基板20上に設けたものである。この光
導波路11は分布帰還型半導体レーザ部12とこれに結
合された光変調器部13とから構成されている。分布帰
還型半導体レーザ部12は第1の半導体部分14を含
み、光変調器部13は第2の半導体部分15を含む。基
板20上にはエッチングストップ層22を介して上述し
た第1および第2の半導体部分14,15を設ける。こ
の第1の半導体部分14は第1の下クラッド層24,活
性層26,ガイド層28,第1の上クラッド層30を有
し、この順に積層してある。ガイド層28には回折格子
(グレーティング)29を形成する。第1の上下クラッ
ド層30,24は導電型が異なるようにドープしてあ
り、活性層26とガイド層28とを挟んでいる。活性層
26はバリヤ層26Aおよびウェル層26Bからなる第
1の多重量子井戸構造を構成している。上述した回折格
子29は活性層26に設けてもよい。The MQW-DFB laser device 10 of the present invention has an optical waveguide 11 provided on a substrate 20. The optical waveguide 11 comprises a distributed feedback semiconductor laser section 12 and an optical modulator section 13 coupled to the distributed feedback semiconductor laser section 12. The distributed feedback semiconductor laser section 12 includes a first semiconductor section 14, and the optical modulator section 13 includes a second semiconductor section 15. The first and second semiconductor portions 14 and 15 described above are provided on the substrate 20 via the etching stop layer 22. The first semiconductor portion 14 has a first lower cladding layer 24, an active layer 26, a guide layer 28, and a first upper cladding layer 30, which are laminated in this order. A diffraction grating (grating) 29 is formed on the guide layer 28. The first upper and lower clad layers 30 and 24 are doped to have different conductivity types, and sandwich the active layer 26 and the guide layer 28. The active layer 26 constitutes a first multiple quantum well structure including a barrier layer 26A and a well layer 26B. The diffraction grating 29 described above may be provided in the active layer 26.
【0022】一方、光変調器部13に含まれる第2の半
導体部分15は第2の下クラッド層32,第2の多重量
子井戸構造34,第2の上クラッド層36を有し、この
順に積層してある。第2の上下クラッド層36,32
は、第1の上下クラッド層と同様に、導電型が異なるよ
うにドープしてあり、第2の多重量子井戸構造を挟んで
いる。この第2の多重量子井戸構造34は、第1の多重
量子井戸構造と同様に、ウェル層34Aおよびバリヤ層
34Bからなる。第1および第2の半導体部分14,1
5は、第1および第2の多重量子井戸構造26,34が
導波方向に垂直な面内で相互に離隔しており、不連続で
ある。半導体レーザ部12は、光変調部13の下クラッ
ド層32を介して相互に対向する光結合領域16におい
て光学的に結合されている。この場合、レーザ部12の
第1の半導体部分14が基板となす角度をθとすると
き、θは65度以上が好適である。また、光結合領域に
おける活性層26と第2の多重量子井戸構造34の距離
をdとするとき、d・cotθが導波光の波長λ/n
eff よりも小さくなるようにするとよい。On the other hand, the second semiconductor portion 15 included in the optical modulator portion 13 has a second lower cladding layer 32, a second multiple quantum well structure 34, and a second upper cladding layer 36, which are arranged in this order. It is laminated. Second upper and lower cladding layers 36, 32
Are doped to have different conductivity types like the first upper and lower cladding layers, and sandwich the second multiple quantum well structure. The second multiple quantum well structure 34 is composed of a well layer 34A and a barrier layer 34B, similarly to the first multiple quantum well structure. First and second semiconductor parts 14, 1
No. 5 is discontinuous because the first and second multiple quantum well structures 26 and 34 are separated from each other in a plane perpendicular to the waveguide direction. The semiconductor laser section 12 is optically coupled in the optical coupling region 16 facing each other via the lower cladding layer 32 of the optical modulation section 13. In this case, when the angle formed by the first semiconductor portion 14 of the laser section 12 and the substrate is θ, θ is preferably 65 degrees or more. When the distance between the active layer 26 and the second multiple quantum well structure 34 in the optical coupling region is d, d · cot θ is the wavelength λ / n of the guided light.
It should be smaller than eff .
【0023】第1および第2の半導体部分14,15の
間の界面17は、第2の半導体部分15の導波方向の端
面であって第1の半導体部分14に対向する端面15A
のみを共有する。すなわち、本発明の素子構造では、特
開昭62−229990に記載のものとは異なり、レー
ザ部12の上クラッド層30の上に変調器部13の下ク
ラッド層32および第2の多重量子井戸構造34が乗り
上げた状態の部分を持たない(図8の符号Pで示す部分
に相当する部分が存在しない)。さらに、第1および第
2の半導体部分12,13の上には連続するクラッド層
38を設け、このクラッド層38は第1および第2の半
導体部分12,13の界面17を挟む対向端部14A,
15Aを含む領域に沿って上部が欠損した分離部40を
有する。すなわち、界面17をまたぐ肉薄部38AでD
FBレーザ部12と光変調器部13に存在するクラッド
38の部分38B,38Cを一体に連絡している。クラ
ッドの部分38B,38Cの上にはキャップ層42が設
けられている。光導波路11はDFRレーザ部12と光
変調器部13を貫くリッジ構造をしており、DFRレー
ザ部12と光変調器部13の両側はそれぞれ埋め込み部
44,46がキャップ層42と同じ高さに設けられてい
る。キャップ層42および埋め込み部44,46の上に
レーザ部の電極48,変調器部13の電極50がそれぞ
れ設けられている。レーザ部12と変調器部13とは分
離部40により絶縁性が向上されている。The interface 17 between the first and second semiconductor portions 14 and 15 is the end surface of the second semiconductor portion 15 in the waveguiding direction and is the end surface 15A facing the first semiconductor portion 14.
Share only. That is, in the device structure of the present invention, unlike the one described in JP-A-62-229990, the lower clad layer 32 of the modulator section 13 and the second multiple quantum well are provided on the upper clad layer 30 of the laser section 12. The structure 34 does not have a portion in the riding state (there is no portion corresponding to the portion indicated by the symbol P in FIG. 8). Further, a continuous cladding layer 38 is provided on the first and second semiconductor portions 12 and 13, and the cladding layer 38 sandwiches the interface 17 between the first and second semiconductor portions 12 and 13 and faces the opposite end portion 14A. ,
There is a separating portion 40 having a missing upper portion along a region including 15A. That is, at the thin portion 38A crossing the interface 17, D
The FB laser unit 12 and the portions 38B and 38C of the cladding 38 existing in the optical modulator unit 13 are integrally connected. A cap layer 42 is provided on the clad portions 38B and 38C. The optical waveguide 11 has a ridge structure that penetrates the DFR laser unit 12 and the optical modulator unit 13. On both sides of the DFR laser unit 12 and the optical modulator unit 13, the embedded portions 44 and 46 have the same height as the cap layer 42, respectively. It is provided in. An electrode 48 of the laser portion and an electrode 50 of the modulator portion 13 are provided on the cap layer 42 and the embedded portions 44 and 46, respectively. The isolation between the laser section 12 and the modulator section 13 is improved by the separating section 40.
【0024】図2に示す本発明の素子構造では、光導波
路11の図2において左側部分がレーザ部12であり、
右側部分が変調器部13となっているが、両者を入れ換
えた構造にすることもできる。In the element structure of the present invention shown in FIG. 2, the left side portion of the optical waveguide 11 in FIG. 2 is the laser portion 12,
Although the right side portion is the modulator portion 13, it is also possible to have a structure in which both are interchanged.
【0025】上述したMQW−DFBレーザは、次のよ
うにして製造できる。すなわち、予め分子線エピタキシ
ー法(MBE)あるいは有機金属気相成長法(MOVP
E)により基板上に作製されたDFBレーザ部(または
変調器部)を選択的にドライおよびウェットエッチング
法により基板までエッチングし、その後、変調器部(ま
たはレーザ部)をMBE法を用いて成長する。この時レ
ーザ部(変調器部)斜めエッチングの角度を65度以上
になるようにし、レーザ発光部の基板表面から測った高
さは変調器部光導波路部分の基板表面より測った高さに
合うように、かつ、レーザ活性層と変調器導波路層の間
の距離(d・cotθ)が導波光の波長λ/neff (λ
はレーザの大気中の波長、neff は等価屈折率)よりも
小さくなるようにすると良い結果が得られる。通常、M
BE法では段差基板面上にも滑らかに結晶成長するのに
対し、MOVPE法ではしばしば異常成長が生ずるので
MBE法がより好ましい。The MQW-DFB laser described above can be manufactured as follows. That is, molecular beam epitaxy (MBE) or metalorganic vapor phase epitaxy (MOVP)
E), the DFB laser portion (or modulator portion) formed on the substrate is selectively etched to the substrate by dry and wet etching methods, and then the modulator portion (or laser portion) is grown using the MBE method. To do. At this time, the angle of oblique etching of the laser section (modulator section) is set to 65 degrees or more, and the height of the laser emitting section measured from the substrate surface matches the height of the modulator section optical waveguide section measured from the substrate surface. And the distance (d · cot θ) between the laser active layer and the modulator waveguide layer is equal to the wavelength λ / n eff (λ
Is a wavelength in the atmosphere of the laser, and n eff is an equivalent refractive index). Usually M
In the BE method, the crystal grows smoothly on the stepped substrate surface, whereas in the MOVPE method, abnormal growth often occurs, so that the MBE method is more preferable.
【0026】次に、図3を参照しながら、レーザ部を先
に形成する場合を例にとって、本発明の量子井戸構造光
変調器付き分布帰還型半導体レーザの製造方法を詳細に
説明する。図3は図1および図2に示す光変調器付き半
導体レーザの製造工程を示す概略断面図である。図3に
おいて、図1および2において使用されている符号と同
じ符号は同じ部材または部分を示し、52はSiO2
膜、54はパターン化レジスト、56はSiO2 膜ひさ
しである。Next, with reference to FIG. 3, the method of manufacturing the distributed feedback semiconductor laser with a quantum well structure optical modulator of the present invention will be described in detail, taking the case where the laser portion is formed first as an example. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor laser with an optical modulator shown in FIGS. 3, the same reference numerals as those used in FIGS. 1 and 2 indicate the same members or portions, and 52 indicates SiO 2
A film, 54 is a patterned resist, and 56 is a SiO 2 film eaves.
【0027】図3に示すように、(A)レーザ部用意:
まず、基板20上に、ストップ層22,ウェル層26
Aおよびバリヤ層26Bからなる第1の多重量子井戸構
造(活性層)26とこの第1の多重量子井戸構造26を
挟む第1の上下クラッド層30,24と回折格子29を
形成したガイド層28を有し分布帰還型半導体レーザ部
12を構成すべき第1の積層体または半導体部分14を
形成した構造体を用意する。上述した構造体は分子線エ
ピタキシー法またはMOVPE法により基板20上にス
トップ層22、下クラッド層24、バリヤ層26A、ウ
ェル層26B、ガイド層28、上クラッド層30を順次
形成することにより得られる。As shown in FIG. 3, (A) Preparation of laser section:
First, the stop layer 22 and the well layer 26 are formed on the substrate 20.
A first multiple quantum well structure (active layer) 26 composed of A and a barrier layer 26B, first upper and lower cladding layers 30 and 24 sandwiching the first multiple quantum well structure 26, and a guide layer 28 having a diffraction grating 29 formed therein. A structure in which the first laminated body or the semiconductor portion 14 which has the distributed feedback semiconductor laser section 12 is formed is prepared. The structure described above is obtained by sequentially forming the stop layer 22, the lower cladding layer 24, the barrier layer 26A, the well layer 26B, the guide layer 28, and the upper cladding layer 30 on the substrate 20 by the molecular beam epitaxy method or the MOVPE method. ..
【0028】(B)変調器部エッチング(1): 次い
で、上述した第1の半導体部分14の上クラッド層30
の上にSiO2 膜52を形成し、このSiO2 膜52の
上にフォトリソグラフィーによりパターン化レジスト5
4を形成し、SiO2 膜52とパターン化レジスト54
からなる2層マスクを使用して基板20まで斜めエッチ
ングをする。基板20と第2の下クラッド層32との間
にエッチングストップ層22を設けておく。このとき、
レジストをマスクとしてECR形イオンエッチング装置
を用い、ほぼ基板20までエッチしたのち、軽くウェッ
トエッチングを施し、ダメージ層を除去するとともに、
残存部分に存在する前記SiO2 膜52の下の部分の側
面を除去してひさし56を形成する。(B) Modulator Etching (1): Next, the upper cladding layer 30 of the first semiconductor portion 14 described above.
A SiO 2 film 52 is formed on the SiO 2 film 52, and a patterned resist 5 is formed on the SiO 2 film 52 by photolithography.
4 is formed, and the SiO 2 film 52 and the patterned resist 54 are formed.
The substrate 20 is obliquely etched using a two-layer mask consisting of. An etching stop layer 22 is provided between the substrate 20 and the second lower cladding layer 32. At this time,
Using the ECR type ion etching apparatus with the resist as a mask, after etching to almost the substrate 20, light wet etching is performed to remove the damaged layer and
The side surface of the portion below the SiO 2 film 52 existing in the remaining portion is removed to form the eaves 56.
【0029】(C)変調器部エッチング(2): この
パターン化レジスト54の残存部分を除去して残存する
第1の半導体部分のSiO2 膜52を露出させる。(C) Modulator etching (2): The remaining portion of the patterned resist 54 is removed to expose the remaining SiO 2 film 52 of the first semiconductor portion.
【0030】(D)変調器部再成長: 分子線エピタキ
シー法により、露出されたSiO2膜52,第1の半導
体の斜めエッチング面17および基板20上に上述した
第2の半導体部分の積層体を形成して、第1の半導体部
分残存部分に結合するとともに第2の半導体部分の積層
体の上に保護層31を形成する。(D) Re-growth of modulator part: A laminated body of the above-mentioned second semiconductor part on the exposed SiO 2 film 52, the obliquely etched surface 17 of the first semiconductor and the substrate 20 by the molecular beam epitaxy method. Is formed to bond to the remaining portion of the first semiconductor portion and form the protective layer 31 on the stacked body of the second semiconductor portion.
【0031】(E)レーザ部エッチング: 次いで、保
護層31をマスクとしてSiO2 膜52をその側面から
ウェットエッチングしてSiO2 膜52およびその上に
形成された第2の半導体部分の積層体を除去する。(E) Laser portion etching: Next, the SiO 2 film 52 is wet-etched from the side surface of the SiO 2 film 52 using the protective layer 31 as a mask to remove the SiO 2 film 52 and the laminated body of the second semiconductor portion formed thereon. Remove.
【0032】(F)クラッド層再成長: 第1および第
2の半導体部分のそれぞれの積層体の上にクラッド層3
8およびキャップ層42をこの順序で形成する。(F) Clad layer regrowth: The clad layer 3 is formed on each of the laminated bodies of the first and second semiconductor portions.
8 and the cap layer 42 are formed in this order.
【0033】(G)分離部エッチング: キャップ層4
2の上に電極48,50を形成する。次いで、第1およ
び第2の半導体部分が接する界面17を挟む第1および
第2の半導体部分の対向端部14A,15Aを含む領域
に沿って電極48,50をマスクとしてクラッド層38
をエッチングして分離部40を形成する。(G) Etching of separation part: cap layer 4
The electrodes 48 and 50 are formed on the surface 2. Then, the cladding layers 38 are formed along the regions including the opposite ends 14A and 15A of the first and second semiconductor portions sandwiching the interface 17 where the first and second semiconductor portions are in contact with each other, using the electrodes 48 and 50 as a mask.
Is etched to form the isolation portion 40.
【0034】(H)反射防止膜64を出射端面に形成す
る。(H) An antireflection film 64 is formed on the emission end face.
【0035】基板に光変調器部を構成する各層を有する
構造体を用意して、レーザ部の各層を後に形成してもよ
い。It is also possible to prepare a structure having each layer constituting the optical modulator section on the substrate and form each layer of the laser section later.
【0036】図4は集積化光源のMQW−DFBレーザ
とMQW光変調器の接合部の損失の(A)エッチング角
度依存性、(B)再成長膜の軸ずれ依存性を示す線図で
ある。図4(A)および(B)において、Dはレーザス
ポット径である。図4(A)に示すように、本発明の構
造ではレーザ部斜めエッチング界面から変調器部導波部
分ヘガウスビームで放射されているとする近似を用いた
計算により、エッチング角度θが65度以上の角度であ
れば結合損失は0.5dB以下であり、また、界面での
反射損失は0.1dBに比べてはるかに小さく、さらに
再成長膜の軸ずれも図4(B)に示されているように
0.15μm以下であれば結合損失は0.5dB以下で
ある。ここでの計算では変調器部の下クラッド層の厚さ
dが0.45μmとしている。さらにレーザ活性層と変
調器導波層の間の距離(d・cotθ)が導波光の波長
λ/neff (λはレーザの大気中の波長、neff は等価
屈折率)よりも小さい場合には光はトンネル効果により
ほとんど減衰することなく結合する。FIG. 4 is a diagram showing (A) etching angle dependence of loss at the junction between the MQW-DFB laser of the integrated light source and the MQW optical modulator, and (B) axis shift dependence of the regrown film. .. In FIGS. 4A and 4B, D is the laser spot diameter. As shown in FIG. 4 (A), in the structure of the present invention, the etching angle θ is 65 degrees or more by the calculation using the approximation that the modulator section waveguide section Hegauss beam is emitted from the laser section oblique etching interface. If the angle, the coupling loss is 0.5 dB or less, the reflection loss at the interface is much smaller than 0.1 dB, and the axis deviation of the regrown film is also shown in FIG. 4 (B). Thus, if it is 0.15 μm or less, the coupling loss is 0.5 dB or less. In the calculation here, the thickness d of the lower clad layer of the modulator section is 0.45 μm. Furthermore, when the distance (d · cot θ) between the laser active layer and the modulator waveguide layer is smaller than the wavelength λ / n eff of the guided light (λ is the wavelength in the atmosphere of the laser, n eff is the equivalent refractive index). The light couples with almost no attenuation due to the tunnel effect.
【0037】従って本発明の構造ではレーザ部から光変
調器部に反射,散乱されることなく導波光は結合する。Therefore, in the structure of the present invention, the guided light is coupled from the laser section to the optical modulator section without being reflected or scattered.
【0038】[0038]
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.
【0039】図1および図2に示す素子構造を下記の通
り製作した。The device structure shown in FIGS. 1 and 2 was manufactured as follows.
【0040】すなわち、n−InP基板20の表面にM
OVPE法によりn−InGaAlAs層をエッチング
ストップ層22として設け、その上にn−InPクラッ
ド層24を0.1μm、次いで10nmのInGaAs
をウェル層(井戸層)26Aとし波長1.3μm相当の
InGaAsP10nmをバリヤ層(障壁層)26Bと
する量子井戸構造6層からなる活性層26,波長1.3
μm相当のInGaAsPガイド層28を0.1μm成
長した。その上に干渉露光とエッチングによりグレーテ
ィング29を形成しp−InPクラッド層30を成長し
た後、SiO2膜52をスパッタ装置により形成し、こ
れにフォトリソグラフィー技術によって所望の部分に穴
を形成する。すなわち、パターン化したフォトレジスト
54をSiO2 膜52上に形成し、SiO2 膜52とフ
ォトレジスト54との2層マスクを使用してリソグラフ
ィーを行う。That is, M is formed on the surface of the n-InP substrate 20.
An n-InGaAlAs layer is provided as an etching stop layer 22 by the OVPE method, and an n-InP clad layer 24 is formed thereon with a thickness of 0.1 μm, and then with 10 nm of InGaAs.
Is a well layer (well layer) 26A, and InGaAsP 10 nm having a wavelength of 1.3 μm is a barrier layer (barrier layer) 26B.
The InGaAsP guide layer 28 corresponding to μm was grown to 0.1 μm. After forming a grating 29 by interference exposure and etching and growing a p-InP clad layer 30 thereon, a SiO 2 film 52 is formed by a sputtering device, and a hole is formed in a desired portion by a photolithography technique. That is, a photoresist 54 patterned is formed on the SiO 2 film 52, perform photolithography using a two-layer mask of the SiO 2 film 52 and the photoresist 54.
【0041】このとき、SiO2 膜52の下の部分のサ
イドをウェットエッチングしてひさし56を形成してお
く(図3(B))。At this time, the side of the lower part of the SiO 2 film 52 is wet-etched to form the eaves 56 (FIG. 3B).
【0042】次にこれをマスクとして光変調器部13
(図2)をMBE法により成長する。光変調器部13は
n−InAlAsクラッド層32を0.3μm、厚さ
7.5nmのInGaAsウェル層34A、5nmのI
nAlAsバリヤ層34Bからなる量子井戸構造10層
を成長して光導波層34を形成し、その上にp−InA
lAsクラッド層36を形成する。クラッド層36の上
にはp−InGaAs保護層31を形成する。レーザ部
11の上に成長した部分(層32,34,36,31)
はSiO2 層52をサイドからエッチングすることによ
り取り除き、最後にp−InPクラッド層38,p−I
nGaAsキャップ層42をMOVPE法により形成す
る。Next, using this as a mask, the optical modulator section 13
(FIG. 2) is grown by the MBE method. In the optical modulator portion 13, the n-InAlAs cladding layer 32 is 0.3 μm thick, the InGaAs well layer 34A is 7.5 nm thick, and I is 5 nm thick.
An optical waveguide layer 34 is formed by growing 10 quantum well structure layers composed of an nAlAs barrier layer 34B, and p-InA is formed thereon.
The lAs clad layer 36 is formed. A p-InGaAs protective layer 31 is formed on the clad layer 36. The portion grown on the laser portion 11 (layers 32, 34, 36, 31)
Is removed by etching the SiO 2 layer 52 from the side, and finally the p-InP clad layer 38, p-I
The nGaAs cap layer 42 is formed by the MOVPE method.
【0043】次に幅1.5〜3.0μmのストライプを
用いて、上述した活性層26,光導波層34までエッチ
ングを行い、レーザ部と変調器部を貫くリッジを形成す
る。この後、レーザ部をInP層(p−InPとn−I
nPの組合せまたは半絶縁性InPからなる)44で、
変調器部をポリイミド46でそれぞれ埋め込み、最後に
各々の部分に電極48,50をつける。Next, the active layer 26 and the optical waveguide layer 34 described above are etched using a stripe having a width of 1.5 to 3.0 μm to form a ridge penetrating the laser portion and the modulator portion. After that, the laser portion is formed into an InP layer (p-InP and n-I).
nP combination or semi-insulating InP) 44,
The modulator portion is filled with polyimide 46, and finally electrodes 48 and 50 are attached to the respective portions.
【0044】この電極48,50をマスクとしてエッチ
ングを施し、両電極間に分離部40を形成し、変調器部
とレーザ部の間の絶縁を強化する。Etching is performed using these electrodes 48 and 50 as a mask to form a separating portion 40 between both electrodes to strengthen the insulation between the modulator portion and the laser portion.
【0045】レーザ部,変調器部,その間の絶縁部の長
さは300μm,100μm,50μmとした。変調器
の出射端面には無反射コーティング(図示しない)を施
した。また、基板の下面にはn形電極62(図1)をつ
ける。The lengths of the laser portion, the modulator portion and the insulating portion between them were 300 μm, 100 μm and 50 μm. A non-reflective coating (not shown) was applied to the exit end face of the modulator. Further, an n-type electrode 62 (FIG. 1) is attached to the lower surface of the substrate.
【0046】図5は本発明を適用したMQW−DFBレ
ーザとMQW光変調器の集積化光源の特性を示すもので
ある。図5に示すように、発振閾値電流は20mA、変
調器側端面光出力6mW、−2.5Vの電圧印加時に変
調器の消光比22dBが得られた。また変調器の3dB
帯域幅は15GHzとこの種の光源では最高性能を示
す。FIG. 5 shows the characteristics of the integrated light source of the MQW-DFB laser and the MQW optical modulator to which the present invention is applied. As shown in FIG. 5, the oscillation threshold current was 20 mA, the modulator-side end face light output was 6 mW, and the modulator extinction ratio of 22 dB was obtained when a voltage of −2.5 V was applied. Also 3dB of modulator
The bandwidth is 15 GHz, which is the highest performance for this type of light source.
【0047】図6は本発明を適用した実施例1のMQW
−DFBレーザとMQW光変調器の集積化光源の全光出
力と導波光の消光特性を示す線図である。縦軸は消光
比、横軸は変調器に印加された電圧である。図6に示す
ように、駆動電圧(Vmod)も低く1VD-D の電圧振
幅で18dBと良好な特性が得られ、変調器としての性
能指数(3dB帯域幅/消光比20dBを得るのに必要
な電圧)6GHz/Vは最高である。これはMQW構造
を光変調器の導波路に採用した効果であり、従来のバル
ク型変調器に比べ約4倍の向上である。結合効率は変調
器側からの散乱光を含む全光出力と導波光の消光特性か
ら評価することができる。図6において、導波光が十分
に消光した状態での全光出力が散乱光成分に相当し、別
の実験で求めた吸収層での損失40cm-1を用いると結
合効率は90%と高い値が得られた。FIG. 6 shows the MQW of the first embodiment to which the present invention is applied.
FIG. 4 is a diagram showing the extinction characteristics of all-optical output and guided light of an integrated light source of a DFB laser and an MQW optical modulator. The vertical axis represents the extinction ratio, and the horizontal axis represents the voltage applied to the modulator. As shown in FIG. 6, the driving voltage (Vmod) is low and a good characteristic of 18 dB is obtained at a voltage amplitude of 1 V DD , and a performance index (3 dB bandwidth / extinction ratio 20 dB required for a modulator is obtained. ) 6 GHz / V is the highest. This is an effect of adopting the MQW structure in the waveguide of the optical modulator, which is an improvement of about 4 times as compared with the conventional bulk modulator. The coupling efficiency can be evaluated from the total optical output including scattered light from the modulator side and the extinction characteristic of guided light. In FIG. 6, the total light output in the state where the guided light is sufficiently extinguished corresponds to the scattered light component, and if the loss 40 cm −1 in the absorption layer obtained in another experiment is used, the coupling efficiency is as high as 90%. was gotten.
【0048】[0048]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によればM
QW−DFBレーザとMQW光変調器が結合効率よく集
積化された光源が作製でき、また各々の性能を最適化で
きるため広帯域・低電圧駆動の高性能な集積化光源が得
られる。As described above, according to the present invention, M
A light source in which a QW-DFB laser and an MQW optical modulator are integrated efficiently can be manufactured, and the performance of each can be optimized, so that a high-performance integrated light source of wide band and low voltage drive can be obtained.
【図1】本発明を適用した実施例1のMQW−DFBレ
ーザとMQW光変調器の集積化光源の素子構造の概略構
成を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an element structure of an integrated light source of an MQW-DFB laser and an MQW optical modulator according to a first embodiment of the present invention.
【図2】図1の集積化光源のレーザと光変調器の接合界
面のII―II線に沿う拡大断面図である。2 is an enlarged cross-sectional view taken along line II-II of a bonding interface between a laser and an optical modulator of the integrated light source of FIG.
【図3】本発明のMQW−DFBレーザとMQW光変調
器の集積化光源の製造工程を示す概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the manufacturing process of the integrated light source of the MQW-DFB laser and the MQW optical modulator of the present invention.
【図4】集積化光源のMQW−DFBレーザとMQW光
変調器の接合部の損失の(A)エッチング角度依存性、
(B)再成長膜の軸ずれ依存性を示す線図である。FIG. 4 (A) Etching angle dependence of the loss at the junction between the MQW-DFB laser of the integrated light source and the MQW optical modulator,
(B) is a diagram showing the axis deviation dependency of the regrown film.
【図5】本発明を適用した実施例1のMQW−DFBレ
ーザとMQW光変調器の集積化光源の全光出力と導波光
の消光特性を示す線図である。縦軸は消光比、横軸は変
調器に印加された電圧である。FIG. 5 is a diagram showing the extinction characteristics of the total light output and the guided light of the integrated light source of the MQW-DFB laser and the MQW optical modulator of the first embodiment to which the present invention is applied. The vertical axis represents the extinction ratio, and the horizontal axis represents the voltage applied to the modulator.
【図6】本発明を適用した実施例1のMQW−DFBレ
ーザとMQW光変調器の集積化光源の特性を示す線図で
ある。縦軸は変調器側光出力、横軸はレーザ部に流れる
電流である。FIG. 6 is a diagram showing characteristics of an integrated light source of the MQW-DFB laser and the MQW optical modulator of Example 1 to which the present invention is applied. The vertical axis represents the optical output on the modulator side, and the horizontal axis represents the current flowing in the laser section.
【図7】従来の集積化光源の構造を示す模式的斜視図で
ある。FIG. 7 is a schematic perspective view showing a structure of a conventional integrated light source.
【図8】従来の集積化光源の構造を示す模式的断面図で
ある。FIG. 8 is a schematic sectional view showing a structure of a conventional integrated light source.
【図9】従来の集積化光源の製造工程を示す模式的斜視
図である。FIG. 9 is a schematic perspective view showing a manufacturing process of a conventional integrated light source.
10 MQW−DFBレーザ素子 11 光導波路 12 分布帰還型半導体レーザ部 13 光変調器部 14 第1の半導体部分 14A 対向端部 15 第2の半導体部分 15A 対向端部 16 光結合領域 17 界面(斜めエッチング面) 18 突合わせ結合 20 基板 22 エッチングストップ層 24 第1の下クラッド層 26 活性層(第1の多重量子井戸構造) 26A ウェル層 26B バリヤ層 28 ガイド層 29 回折格子(グレーティング) 30 第1の上クラッド層 31 保護層 32 第2の下クラッド層 34 第2の多重量子井戸構造 34A ウェル層 34B バリヤ層 36 第2の上クラッド層 38 第3のクラッド層 38A 肉薄部 38B,38C クラッドの部分 40 分離部 42 キャップ層 44,46 埋め込み部 48 レーザ部の電極 50 変調器部の電極 52 SiO2 膜 54 パターン化レジスト 56 ひさし 58 p型電極 60 p型電極 62 n型電極 64 反射防止膜10 MQW-DFB Laser Element 11 Optical Waveguide 12 Distributed Feedback Semiconductor Laser Part 13 Optical Modulator Part 14 First Semiconductor Part 14A Opposing End 15 Second Semiconductor Part 15A Opposing End 16 Optical Coupling Region 17 Interface (Oblique Etching) 18) butt coupling 20 substrate 22 etching stop layer 24 first lower cladding layer 26 active layer (first multiple quantum well structure) 26A well layer 26B barrier layer 28 guide layer 29 diffraction grating (grating) 30 first Upper clad layer 31 Protective layer 32 Second lower clad layer 34 Second multiple quantum well structure 34A Well layer 34B Barrier layer 36 Second upper clad layer 38 Third clad layer 38A Thin portion 38B, 38C Clad portion 40 Separation part 42 Cap layer 44, 46 Embedded part 48 Electrode 5 of laser part 5 Modulator portion of the electrode 52 SiO 2 film 54 patterned resist 56 eaves 58 p-type electrode 60 p-type electrode 62 n-type electrode 64 antireflection film
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅井 裕充 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hiromitsu Asai 1-1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon Telegraph and Telephone Corporation
Claims (3)
路とを具備し、前記光導波路は活性層としての第1の導
波層とこの第1の導波層を挟む第1の上下クラッド層と
を有する第1の半導体部分を含む分布帰還型半導体レー
ザ部と、前記半導体レーザ部に結合され第2の導波層と
この第2の導波層を挟む第2の上下クラッド層とを有す
る第2の半導体部分を含む光変調器部とを備え、前記半
導体レーザ部および前記変調器部は前記第1および第2
の半導体部分の上に設けられた第3のクラッド層を有
し、前記第2の導波層はバリヤ層およびウェル層からな
る多重量子井戸構造を有し、かつ、前記第1および第2
の半導体部分は、前記第1および第2の導波層が導波方
向に垂直な面内で相互に離隔しているとともに前記半導
体レーザ部または前記光変調部の前記第1または第2の
下クラッド層を介して相互に対向する光結合領域におい
て光学的に結合された量子井戸構造光変調器付き分布帰
還型半導体レーザにおいて、 前記第1の導波層はバリヤ層およびウェル層からなる多
重量子井戸構造を有し、 前記第1および第2の半導体部分の界面が前記第1およ
び第2の半導体部分の導波方向の対向する端面のみを共
有し、かつ、 前記第3のクラッド層は前記第1および第2の半導体部
分の前記界面を挟む対向端部を含む領域に沿って設けら
れた分離部を有することを特徴とする量子井戸構造光変
調器付き分布帰還型半導体レーザ。1. A substrate, and an optical waveguide provided on the substrate, the optical waveguide comprising a first waveguide layer as an active layer and first upper and lower layers sandwiching the first waveguide layer. A distributed feedback semiconductor laser portion including a first semiconductor portion having a cladding layer, a second waveguide layer coupled to the semiconductor laser portion, and second upper and lower cladding layers sandwiching the second waveguide layer. And an optical modulator section including a second semiconductor section having the semiconductor laser section and the modulator section.
A third cladding layer provided on the semiconductor portion of the second waveguide layer, the second waveguide layer having a multiple quantum well structure including a barrier layer and a well layer, and the first and second waveguide layers.
The semiconductor portion of the first and second waveguide layers is separated from each other in a plane perpendicular to the waveguide direction, and the semiconductor laser portion or the light modulation portion has the first or second lower portion. In a distributed feedback semiconductor laser with a quantum well structure optical modulator optically coupled in optical coupling regions facing each other via a clad layer, the first waveguide layer is a multi-quantum layer including a barrier layer and a well layer. A well structure, the interface between the first and second semiconductor portions shares only the opposite end faces of the first and second semiconductor portions in the waveguide direction, and the third cladding layer is A distributed feedback semiconductor laser with a quantum well structure optical modulator, having a separation portion provided along a region including opposed ends of the first and second semiconductor portions sandwiching the interface.
前記界面が前記基板の面となす角度θが65度以上であ
り、かつ、 前記第1または第2の下クラッド層の厚さをdとすると
き、d・cotθが前記光導波路を伝播する光波の波長
より小さいことを特徴とする請求項1記載の量子井戸構
造光変調器付き分布帰還型半導体レーザ。2. The angle θ between the interface between the first and second semiconductor portions and the surface of the substrate is 65 degrees or more, and the thickness of the first or second lower cladding layer. The distributed feedback semiconductor laser with a quantum well structure optical modulator according to claim 1, wherein d · cotθ is smaller than the wavelength of the light wave propagating through the optical waveguide, where d is the d.
子井戸構造を有する光変調器部を別工程で形成すること
により光変調器付き分布帰還型半導体レーザを製造する
方法において、下記工程を具備したことを特徴とする量
子井戸構造光変調器付き分布帰還型半導体レーザの製造
方法: (A)a−1)バリヤ層およびウェル層からなる第1の
多重量子井戸構造とこの第1の多重量子井戸構造を挟む
第1の上下クラッド層とを有し分布帰還型半導体レーザ
部を構成すべき第1の半導体部分、およびa−2)バリ
ヤ層およびウェル層からなる第2の多重量子井戸構造と
この第2の多重量子井戸構造を挟む第2の上下クラッド
層とを有し光変調器部を構成すべき第2の半導体部分の
いずれか一方を第1の積層体、他方を第2の積層体とす
るとき、基板上に第1の積層体を有する構造体を用意
し、 (B)前記第1の積層体の前記上クラッド層の上にSi
O2 膜を形成し、このSiO2 膜の上にフォトリソグラ
フィーによりパターン化レジストを形成し、前記SiO
2 膜と前記パターン化レジストからなる2層マスクを使
用して前記基板まで斜めエッチングをし、次いで、残存
部分に存在する前記SiO2 膜の下の部分の側面をウェ
ットエッチングしてひさしを形成し、 (C)前記パターン化レジストの残存部分を除去して残
存する前記第1の積層体の前記SiO2 膜を露出し、 (D)分子線エピタキシー法により前記露出されたSi
O2 膜、前記第1の積層体の斜めエッチング面および前
記基板上に前記第2の積層体を前記第1の積層体部分の
残存部分に接して形成するとともに前記第2の積層体の
上にInGaAs層を形成し、 (E)前記SiO2 膜をその側面からウェットエッチン
グして前記SiO2 膜およびその上に形成された前記第
2の積層体を除去し、 (F)前記第1および第2の積層体のそれぞれの上に第
3のクラッド層を形成し、かつ、 (G)前記第3のクラッド層の上に電極を形成し、次い
で前記第1および第2の積層体が接する界面を挟む前記
第1および第2の積層体の対向端部を含む領域に沿って
前記第3のクラッド層をエッチングして前記電極間に分
離部を形成する。3. A method of manufacturing a distributed feedback type semiconductor laser with an optical modulator by forming a distributed feedback type semiconductor laser part and an optical modulator part having a quantum well structure on a substrate in separate steps. A method of manufacturing a distributed feedback semiconductor laser with a quantum well structure optical modulator, which comprises: (A) a-1) A first multiple quantum well structure including a barrier layer and a well layer, and the first multiple quantum well structure. A first semiconductor portion which has a first upper and lower cladding layers sandwiching a quantum well structure to form a distributed feedback semiconductor laser section; and a-2) a second multiple quantum well structure including a barrier layer and a well layer. And the second upper and lower clad layers sandwiching this second multiple quantum well structure, one of the second semiconductor portions that should constitute the optical modulator section is the first laminated body, and the other is the second laminated body. When making a laminated body, Providing a structure having a first laminate on, (B) Si on the upper cladding layer of said first laminate
An O 2 film is formed, and a patterned resist is formed on the SiO 2 film by photolithography.
Using a two-layer mask consisting of two films and the patterned resist, diagonal etching is performed up to the substrate, and then the side surface of the lower portion of the SiO 2 film existing in the remaining portion is wet-etched to form an eaves. , (C) the remaining portion of the patterned resist is removed to expose the remaining SiO 2 film of the first laminate, and (D) the exposed Si by a molecular beam epitaxy method.
An O 2 film, an obliquely etched surface of the first laminated body and the second laminated body are formed on the substrate in contact with the remaining portion of the first laminated body portion, and on the second laminated body. And (E) wet etching the SiO 2 film from its side surface to remove the SiO 2 film and the second laminated body formed thereon, and (F) the first and the second layers. Forming a third cladding layer on each of the second laminates, and (G) forming an electrode on the third cladding layer, and then contacting the first and second laminates. The third clad layer is etched along a region including the facing ends of the first and second stacked bodies sandwiching the interface to form a separation portion between the electrodes.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4980692A JPH05251812A (en) | 1992-03-06 | 1992-03-06 | Distributed-feedback semiconductor laser with quantum well structured optical modulator and manufacture thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4980692A JPH05251812A (en) | 1992-03-06 | 1992-03-06 | Distributed-feedback semiconductor laser with quantum well structured optical modulator and manufacture thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05251812A true JPH05251812A (en) | 1993-09-28 |
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ID=12841383
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4980692A Pending JPH05251812A (en) | 1992-03-06 | 1992-03-06 | Distributed-feedback semiconductor laser with quantum well structured optical modulator and manufacture thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05251812A (en) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002232069A (en) * | 2001-02-02 | 2002-08-16 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Method for manufacturing optical semiconductor device |
| JP2002299752A (en) * | 2001-04-02 | 2002-10-11 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Method for manufacturing optical integrated device and optical integrated device |
| JP2002344067A (en) * | 2001-05-21 | 2002-11-29 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Method for manufacturing optical integrated device |
| KR100456670B1 (en) * | 2002-10-09 | 2004-11-10 | 한국전자통신연구원 | Distributed Bragg reflector laser diode having distributed feedback laser diode and optical spot size converter on the same substrate |
| JP2007324474A (en) * | 2006-06-02 | 2007-12-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Optical integrated device and manufacturing method thereof |
| JP2011134863A (en) * | 2009-12-24 | 2011-07-07 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor optical element and integrated type semiconductor optical element |
| JP2011210761A (en) * | 2010-03-29 | 2011-10-20 | Fujitsu Ltd | Optical semiconductor integrated element and manufacturing method of the same |
| JP2018018972A (en) * | 2016-07-28 | 2018-02-01 | 三菱電機株式会社 | Optical semiconductor device |
-
1992
- 1992-03-06 JP JP4980692A patent/JPH05251812A/en active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002232069A (en) * | 2001-02-02 | 2002-08-16 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Method for manufacturing optical semiconductor device |
| JP2002299752A (en) * | 2001-04-02 | 2002-10-11 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Method for manufacturing optical integrated device and optical integrated device |
| JP2002344067A (en) * | 2001-05-21 | 2002-11-29 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Method for manufacturing optical integrated device |
| KR100456670B1 (en) * | 2002-10-09 | 2004-11-10 | 한국전자통신연구원 | Distributed Bragg reflector laser diode having distributed feedback laser diode and optical spot size converter on the same substrate |
| JP2007324474A (en) * | 2006-06-02 | 2007-12-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Optical integrated device and manufacturing method thereof |
| JP2011134863A (en) * | 2009-12-24 | 2011-07-07 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor optical element and integrated type semiconductor optical element |
| JP2011210761A (en) * | 2010-03-29 | 2011-10-20 | Fujitsu Ltd | Optical semiconductor integrated element and manufacturing method of the same |
| CN102834990A (en) * | 2010-03-29 | 2012-12-19 | 富士通株式会社 | Optical semiconductor integrated element and manufacturing method thereof |
| US8987117B2 (en) | 2010-03-29 | 2015-03-24 | Fujitsu Limited | Semiconductor optical integrated device and method for fabricating the same |
| JP2018018972A (en) * | 2016-07-28 | 2018-02-01 | 三菱電機株式会社 | Optical semiconductor device |
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