JP4897946B2 - Semiconductor optical device and manufacturing method thereof - Google Patents
Semiconductor optical device and manufacturing method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP4897946B2 JP4897946B2 JP2001260023A JP2001260023A JP4897946B2 JP 4897946 B2 JP4897946 B2 JP 4897946B2 JP 2001260023 A JP2001260023 A JP 2001260023A JP 2001260023 A JP2001260023 A JP 2001260023A JP 4897946 B2 JP4897946 B2 JP 4897946B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- semiconductor
- optical waveguide
- window
- window portion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体光素子及びその製造方法に係り、更に詳しくは、ストライプ形状の導波路を有する光導波路部の一端又は両端に窓部が設けられている半導体光素子及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
高速光通信用のキーデバイスとして、所定の波長帯域の信号光を発振出力する半導体レーザ素子、光強度等を変調する光変調器、及び入力光信号を増幅する半導体レーザ増幅器などが注目されている。そして、このような半導体光素子のうち、特に共振器構造として回折格子を用いているDFB(Distributed Feedback;分布帰還型)レーザ素子や、吸収層を有する光変調器や、進行波型の半導体レーザ増幅器においては、信号光が出射端面で反射して光導波路に再入射する戻り光により、波長変動が生じ易いという性質があるため、デバイスの安定な動作と高性能化を図る上で、端面の無反射化技術は必須とされている。
【0003】
このような半導体光素子における端面の無反射化技術としては、レーザ光を発振するレーザ部の端面にAR(Anti Reflection;無反射)コーティングをしたり、光の導波路構造を持たない窓部を設けたりする方法が採られている。但し、ARコーティングは、低反射化を達成するために精密な膜厚制御がなされた多層膜が必要であり、そのプロセス工程が煩雑になる。これに対して、窓部は、そのプロセス工程が比較的簡易であり、低反射化を容易に達成することが可能であるという利点を有している。
【0004】
従来の窓部を有する埋め込み型DFBレーザ素子の一例を、図24及び図25の一部切欠断面斜視図及びそのAXI−AXI線に沿った断面図に示す。
このDFBレーザ素子は、レーザ光を発振するレーザ部Aと、その出射側に接続して設けられた窓部Bとが、例えばn−InPからなる同一の半導体基板10上に形成された構造となっている。このレーザ部Aは、例えばInGaAsからなる回折格子12、n−InPからなるバッファ層14、InGaAsからなるウェル層とInGaAsPからなるバリア層とが交互に積層されて、波長1.55μmの光を発振するQW(Quantum Well;量子井戸)構造の活性層16、及びp−InPからなる第1上部クラッド層18が順に積層されてなる積層構造Laを有している。そして、この積層構造Laは、長手方向に延びるメサストライプ形状に加工され、所定の波長の光を発振する導波路として機能する。
【0005】
更に、このメサストライプ形状の積層構造Laの両側には例えばp−InP層34a及びn−InP層34bが順に積層されてなるpnキャリアブロック層36が埋め込まれている。これらの積層構造Laの上面とその両側のpnキャリアブロック層36上面とは面一状態となっている。更に、これら積層構造La及びpnキャリアブロック層36の上に、例えばp−InPからなる第2上部クラッド層20が形成され、全体でレーザ部Aになっている。
【0006】
一方、窓部Bは、レーザ部Aにおけるpnキャリアブロック層36と同時形成されたpnキャリアブロック層36と、同じくレーザ部Aにおける第2上部クラッド層20と同時形成された第2上部クラッド層20とが順に積層されて、導波路構造をもたない低屈折率の半導体層の積層構造Lbになっている。
更に、レーザ部Aにおける第2上部クラッド層20上には、積層構造Laのストライプ形状に対応するストライプ電極部24a等の上部電極が設けられ、共通の半導体基板10裏面には、下部電極26が設けられている。
【0007】
このように積層構造Lbで形成された窓部Bがレーザ部Aの出射側に設けられている従来のDFBレーザ素子の場合、光導波路構造のレーザ部Aの積層構造Laからの信号光は、窓部Bにおける積層構造Lbに出射するとき角度θ(通常、θ=24°〜30°)だけ広がり、その広がった信号光の一部が窓部Bの出射端面で反射するため、この窓部Bの端面反射光は光のスポットサイズが非常に大きくなっているので、元のレーザ部Aの光導波路に結合し難くなり再入射する戻り光の割合は極めて小さなものになる。
【0008】
即ち、レーザ部Aからの信号光が出射端面で反射して光導波路に再入射する戻り光の割合を実効反射率Rと定義すると、窓部Bを設けることにより、この実効反射率Rが低減するという効果が発揮される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した従来の窓部Bを有するDFBレーザ素子において、窓部Bにより実効反射率Rを低減する効果を更に向上するためには、窓部Bの長さ(窓部長)Lwを長くすることが好ましい。窓部Bによる実効反射率Rと窓部長Lwとの関係を求めると、図26のグラフに示されるように、窓部長Lwが長くなるにつれて、実効反射率Rは急速に低減することが知られている。
【0010】
しかし、その反面、窓部長Lwを長くしていくと、図25に矢印を付した破線で示されているように、レーザ部Aからの信号光のモードフィールドが窓部Bにおいて角度θだけ広がる際に、その広がった信号光の一部が窓部Bにおける第2上部クラッド層20上面で反射される。
このため、例えばこのDFBレーザ素子の出射端面側にレンズを介して光ファイバを配置する場合を考えると、DFBレーザ素子からの信号光には、窓部Bの第2上部クラッド層20上面からの反射光も加わることになり、信号光のフィールドが乱れて、光ファイバとの結合効率が低下するという問題を生じる。
【0011】
この問題に対処する方策としては、窓部長Lwを長くする際に、同時に窓部Bにおける第2上部クラッド層20の厚さを厚くして、レーザ部Aからの信号光のモードフィールドが窓部Bにおいて角度θだけ広がっても、その広がった信号光が窓部Bにおける上部クラッド層20上面に衝突しないようにすることが有効であると考えられる。
【0012】
光導波路からの信号光が窓部Bにおいて角度θだけ広がっても上部クラッド層20上面で反射しないようにする上部クラッド層の厚さと窓部長Lwとの関係を求めると、図26のグラフに示されるようになった。即ち、信号光が上部クラッド層20上面で反射することなく窓部長Lwを長くしようとすれば、それに比例して上部クラッド層20の厚さを厚くする必要がある。
【0013】
しかし、窓部Bにおける第2上部クラッド層20の厚さを厚くすると、当然にレーザ部Aにおける第2上部クラッド層20の厚さも厚くなるため、レーザ部Aにおいて上部電極24からの注入電流に対する抵抗が増大し、従ってレーザ特性の低下を招くという問題を生じ、また上部クラッド層20の成長時間が長くなるという問題も生じる。このようなことから、実際問題として第2上部クラッド層20の厚さを厚くすることは制限を受ける。その結果、従来と同様に、窓部長Lwを長くすることが制限され、実効反射率Rを充分に低減する効果が得られなくなる。
【0014】
このため、窓部Bを設けているにも拘らず、この窓部Bによる実効反射率Rの低減効果を更に補強する目的で、煩雑なARコーティングを追加的に実施せざるを得ない事態も生じていた。
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、信号光のフィールドの乱れを生じさせることなく、実効反射率の低減効果を十全に発揮することが可能な窓部を具備する半導体光素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、以下の本発明に係る半導体光素子及びその製造方法によって達成される。
即ち、本発明に係る半導体光素子は、ストライプ形状の導波路を有する光導波路部と、この光導波路部の一端又は両端に接続する半導体層からなる窓部とが同一の半導体基板上に形成されている半導体光素子であって、半導体層の上面が、光導波路部の最上面よりも高くなっていることを特徴とする(請求項1)。
【0016】
なお、上記請求項1に係る半導体光素子において、窓部の半導体層の上面は、窓部と光導波路部との境界から窓部の出射端面に向かって次第に高くなっている形状をなしていてもよいし(請求項2)、全体として略平坦な形状をなしていてもよい(請求項3)。また、光導波路部の導波路は、レーザ光発振を行う活性層、光変調を行う吸収層、又は光増幅を行う活性層を有していることが好ましい(請求項4)。
【0017】
また、本発明に係る半導体光素子の製造方法は、光導波路部形成領域及び窓部形成領域に所定の半導体層を同時に形成する際に、局所的に結晶成長速度が速くなる選択成長を用いて、窓部形成領域における所定の半導体層の上面を光導波路部形成領域における所定の半導体層の上面よりも高くする工程を有することを特徴とする(請求項5)。
【0018】
具体的には、半導体基板上に、複数の半導体層を積層して積層体を形成した後、光導波路部形成領域及び窓部形成領域の積層体上にストライプ状のマスク部材及びこのストライプ状のマスクの延長線を挟む一対のマスク部材をそれぞれ設け、これらストライプ状のマスク部材及び一対のマスク部材を用いて積層体を選択的にエッチングして、メサストライプ及び選択成長用の一対のマスク体をそれぞれ形成する第1の工程と、メサストライプの両側及び一対のマスク体に挟まれた領域に第1及び第2のキャリアブロック層をそれぞれ同時に埋め込み形成する際に、局所的に結晶成長速度が速くなる選択成長を用いて、第1のキャリアブロック層の上面を積層体の上面と略面一状態にする一方、第2のキャリアブロック層の上面を第1のキャリアブロック層の上面よりも高くする第2の工程と、ストライプ状のマスク部材及び一対のマスク部材を除去した後、光導波路部形成領域の積層体及び第1のキャリアブロック層並びに窓部形成領域の第2のキャリアブロック層の上に、上部クラッド層を形成して、光導波路部及び窓部を形成すると共に、この窓部における第1のキャリアブロック層及び上部クラッド層を含む半導体層の上面を光導波路部における上部クラッド層の上面よりも高くする第3の工程とを有する(請求項6)。
【0019】
或いはまた、半導体基板上に複数の半導体層を積層して形成した積層体を選択的にエッチングして、光導波路部形成領域にメサストライプを形成した後、このメサストライプの両側及び窓部形成領域にキャリアブロック層を埋め込み形成して、キャリアブロック層の上面を積層体の上面と略面一状態にする第1の工程と、窓部形成領域のキャリアブロック層上にメサストライプの延長線を挟む選択成長用の一対のマスク部材を設けた後、光導波路形成領域の積層体及びキャリアブロック層並びに窓部形成領域の一対のマスク部材に挟まれたキャリアブロック層の上に、第1及び第2の上部クラッド層をそれぞれ同時に形成する際に、局所的に結晶成長速度が速くなる選択成長を用いて、第2の上部クラッド層の上面を第1の上部クラッド層の上面よりも高くする第2の工程と、一対のマスク部材を除去して光導波路部及び窓部を形成すると共に、この窓部におけるキャリアブロック層及び第2の上部クラッド層を含む半導体層の上面を光導波路部における第1の上部クラッド層の上面よりも高くする第3の工程とを有する(請求項7)。
【0020】
なお、上記請求項5〜7のいずれかに係る半導体光素子の製造方法において、窓部形成領域に設ける一対のマスク部材におけるメサストライプの延長線に直交する方向の幅が、窓部形成領域と光導波路部形成領域との境界から窓部形成領域の端面に向かって次第に広くなっていてもよいし(請求項8)、略一定であってもよい(請求項9)。
【0021】
また、本発明に係る半導体光素子の製造方法は、ストライプ形状の導波路を有する光導波路部と、この光導波路部の一端又は両端に接続する半導体層からなる窓部とが同一の半導体基板上に形成されている半導体光素子の製造方法であって、半導体基板上に複数の半導体層を積層して形成した積層体を選択的にエッチングして、光導波路部形成領域にメサストライプを形成した後、メサストライプの両側及び窓部形成領域にキャリアブロック層を埋め込み形成して、このキャリアブロック層の上面を積層体の上面と略面一状態にする第1の工程と、光導波路形成領域の積層体及びキャリアブロック層並びに窓部形成領域の一対のマスク部材に挟まれたキャリアブロック層の上に、上部クラッド層を形成して、光導波路部を形成する第2の工程と、窓部形成領域の上部クラッド層上に、所定の厚さの補充半導体層を選択的に積層して、窓部を形成すると共に、この窓部におけるキャリアブロック層、上部クラッド層、及び補充半導体層を含む半導体層の上面を光導波路部における上部クラッド層の上面よりも高くする第3の工程とを有することを特徴とする(請求項10)。
【0022】
また、半導体基板上に複数の半導体層を積層して形成した積層体を選択的にエッチングして、光導波路部形成領域にメサストライプを形成した後、このメサストライプの両側及び窓部形成領域にキャリアブロック層を埋め込み形成して、このキャリアブロック層の上面を積層体の上面と略面一状態にする第1の工程と、光導波路形成領域の積層体及びキャリアブロック層並びに窓部形成領域の一対のマスク部材に挟まれたキャリアブロック層の上に、上部クラッド層を形成して、窓部を形成する第2の工程と、光導波路部形成領域の上部クラッド層を所定の厚さにまで選択的にエッチング除去して、光導波路部を形成すると共に、窓部におけるキャリアブロック層及び上部クラッド層を含む半導体層の上面を光導波路部における上部クラッド層の上面よりも高くする第3の工程とを有することを特徴とする(請求項11)。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しつつ説明する。
(第1の実施形態)
図1(a)、(b)はそれぞれ本発明の第1の実施形態に係る半導体光素子の一例としてのDFBレーザ素子を示す概略平面図及びそのAI−AI線断面図、図2〜図8はそれぞれ図1のDFBレーザ素子の第1の製造方法を説明するための工程図、図9〜図12はそれぞれ図1の半導体光素子の第2の製造方法を説明するための工程図である。なお、上記図24及び図25のDFBレーザ素子の構成要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【0024】
本実施形態に係る半導体光素子は、光通信用の長波長帯の信号光を出力するQW構造の埋め込み型DFBレーザ素子であり、図1(a)、(b)に示されるように、レーザ光を発振するレーザ部Aと、その出射側に接続して設けられた窓部Bとが、同一の半導体基板10上に形成されている。そして、レーザ部Aの出射側とは反対側の端面には、高反射端面部Cが設けられている。
【0025】
このレーザ部Aは、上記図24及び図25を用いて既に説明した従来の場合と同様に、所定の波長の光を発振する導波路として機能するメサストライプ形状の積層構造Laを有し、その両側にはpnキャリアブロック層36が埋め込まれ、更に面一状態となっている積層構造La及びpnキャリアブロック層36の上に第2上部クラッド層20が形成されている。
【0026】
一方、窓部Bは、導波路構造をもたない低屈折率の半導体層で形成されていることは上記図24及び図25を用いて既に説明した従来の場合と同様であるが、その半導体層22a上面が、レーザ部Aの第2上部クラッド層20上面よりも高くなっており、且つレーザ部Aとの境界から窓部Bの出射端面側に向かって傾斜して高くなっている点が、従来の場合との基本的な相違点である。
【0027】
そして、レーザ部Aにおける第2上部クラッド層20上には、積層構造Laのストライプ形状に対応するストライプ電極部24aとこのストライプ電極部24aに接続するパッド電極部24bからなる上部電極24が設けられ、レーザ部A及び窓部Bの共通の半導体基板10裏面には、下部電極26が設けられている。
また、高反射端面部Cにおいては、レーザ部Aの出射側とは反対側の端面に高反射膜28がコーティングされている。
【0028】
なお、図示は省略するが、レーザ部Aの第2上部クラッド層20及び上部電極24並びに窓部Bの半導体層22aは、パッド電極部24b上の開口部を除いて、パッシベーション膜によって被覆され、保護されている。
次に、図1に示す半導体光素子の第1の製造方法を説明する。
先ず、図2に示されるように、例えばMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition;有機金属気相成長)装置を用いて、n−InPからなる半導体基板10上に、InPとの屈折率差が大きいInGaAsからなる光吸収層をエピタキシャル成長して成膜した後、この光吸収層上にフォトレジスト(図示せず)を塗布し、続いて例えばEB(Electron Beam)描画装置又は干渉露光装置等を用いて所定の周期のレジスト回折格子パターンを形成し、更にこのレジスト回折格子パターンをマスクとして光吸収層を選択的にエッチングし、回折格子12を形成する。
【0029】
次いで、図3に示されるように、回折格子12を埋設するn−InPからなるバッファ層14、InGaAsからなるウェル層とInGaAsPからなるバリア層とが交互に積層した波長1.55μmの光を発振するQW構造の活性層16、p−InPからなる第1上部クラッド層18を順に積層して積層構造Laを形成し、中間体M1を作製する。
【0030】
次いで、図4(a)、(b)に示されるように、例えばプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)装置を用いて、この中間体M1の第1上部クラッド層18上にSiN膜を堆積した後、このSiN膜をフォトリソグラフィ技術及びRIE(Reactive Ion Etching;反応性イオンエッチング)装置を用いてパターニングし、レーザ部形成領域にストライプ状のマスク部材30を形成すると共に、窓部形成領域にそれぞれ直角三角形をなす一対のマスク部材30a、30bを形成する。
【0031】
ここで、この一対の直角三角形のマスク部材30a、30bは、ストライプ状のマスク部材30の延長線に対して互いの斜辺を外側にした態様で対称に配置され、延長線を挟んで相対する辺が一定の間隔をおいて平行になっている。即ち、一対のマスク部材30a、30bの間隔が、レーザ部形成領域と窓部形成領域との境界から窓部形成領域の端部まで一定になっている。また、マスク部材30の延長線と直交する方向におけるマスク部材30a、30bの幅は、レーザ部形成領域と窓部形成領域との境界から窓部形成領域の端部に向かって次第に広がっている。
【0032】
次いで、マスク部材30、30a、30bを用いて積層構造Laを半導体基板10に達するまで選択的にエッチング除去する。その結果、図5に示されるように、共通の半導体基板10上のレーザ部形成領域に長手方向に延びるメサストライプ形状の積層構造Laの上面がマスク部材30によって被覆されているメサストライプ32がレーザ部形成領域に形成され、これと同様の積層構造をなす選択成長用の一対の三角柱状のマスク体32a、32bが窓部形成領域に形成される。
【0033】
次いで、露出した半導体基板10上にp−InP層及びn−InP層を順に選択的に成長させる。その結果、図6(a)、(b)に示されるように、メサストライプ32の両側及び一対の三角柱状のマスク体32a、32bの周囲は、p−InP層及びn−InP層が積層されたpnキャリアブロック層で埋め込まれる。このとき、メサストライプ32両側のpnキャリアブロック層36は、その上面がメサストライプ32の第1上部クラッド層18上面と略面一状態になるように膜厚制御を行う。
【0034】
一方、このときの窓部形成領域におけるpnキャリアブロック層の埋め込み状態を考えると、一対の三角柱状のマスク体32a、32bに挟まれた半導体基板10上では輸送されてきた原料原子(分子)による結晶成長が進行するものの、マスク部材30a、30b上面に供給された原料原子(分子)は、マスク部材30a、30b上で結晶成長することなくそこから脱離し、一対の三角柱状のマスク体32a、32bに挟まれた領域に移動する。しかも、直角三角形のマスク部材30a、30bの幅が相対的に広くなっている領域ほど、その領域からの原料原子(分子)の移動量は増加し、移動先の原料原子(分子)の濃度が高くなる。
【0035】
このため、一対の三角柱状のマスク体32a、32bに挟まれた半導体基板10上においては、レーザ部形成領域と窓部形成領域との境界から窓部形成領域の端部に向かうにつれて原料原子(分子)の濃度が高くなり、結晶成長速度が増大する。その結果、この領域におけるpnキャリアブロック層36a上面が、レーザ部形成領域の第1上部クラッド層18上面よりも高くなり、しかもレーザ部形成領域と窓部形成領域との境界から窓部形成領域の端部に向かうにつれて次第に高くなり、その上面は傾斜面になる。
【0036】
次いで、マスク部材30、30a、30bを除去した後、全体の表面にp−InPからなる第2上部クラッド層20を積層する。その結果、図7に示されるように、窓部形成領域においては、半導体基板10上にpnキャリアブロック層36a及び第2上部クラッド層20が積層された導波路構造のない半導体層22aが形成される。このとき、この半導体層22a上面は、pnキャリアブロック層36aの表面形状を反映して、レーザ部形成領域の第2上部クラッド層20上面よりも高くなり、且つレーザ部形成領域と窓部形成領域との境界から窓部形成領域の端部に向かうにつれて傾斜して高くなる。
【0037】
次いで、図8に示されるように、レーザ部形成領域の第2上部クラッド層20上に、積層構造Laのストライプ形状に対応するストライプ電極部24aとこれに接続するパッド電極部24bを形成して、上部電極24を設け、また共通の半導体基板10裏面に、下部電極26を設ける。
次いで、図示は省略するが、全体の表面にパッシベーション膜を被覆形成した後、上部電極24のパッド電極部24b上のパッシベーション膜を選択的にエッチング除去して、開口部を形成する。その後、ウェーハ形状の基体を所定の方向に劈開してチップ化し、レーザ光を発振するレーザ部Aとこのレーザ部Aの出射側に連続する窓部Bを形成する。また、レーザ部Aの出射側とは反対側の端面に高反射膜28をコーティングして、高反射端面部Cを形成する。このようにして、図1(a)、(b)に示す半導体光素子を作製する。
【0038】
次に、図1(a)、(b)に示す半導体光素子の第2の製造方法を説明する。
先ず、上記図2及び図3に示される工程と同様にして、中間体M1を作製した後、レーザ部形成領域の第1上部クラッド層18上にストライプ状のマスク部材30を形成し、このストライプ状のマスク部材30を用いて積層構造Laを半導体基板10に達するまで選択的にエッチング除去する。その結果、図9に示されるように、共通の半導体基板10上のレーザ部形成領域に長手方向に延びるメサストライプ形状の積層構造Laの上面がマスク部材30によって被覆されているメサストライプ32が形成される。
【0039】
次いで、露出した半導体基板10上にp−InP層及びn−InP層を順に選択的に成長させる。その結果、図10(a)、(b)に示されるように、レーザ部形成領域におけるメサストライプ32の両側と窓部形成領域は、p−InP層及びn−InP層が積層されたpnキャリアブロック層36で埋め込まれる。このとき、pnキャリアブロック層36の膜厚制御を行い、pnキャリアブロック層36上面がメサストライプ32の第1上部クラッド層18上面と略面一状態になるようにする。こうして、中間体M2を作製する。
【0040】
次いで、図11(a)、(b)に示されるように、この中間体M2の窓部形成領域のpnキャリアブロック層36b上に直角三角形をなす一対のマスク部材38a、38bを形成する。このマスク部材38a、38bは、上記図4(a)、(b)に示される一対のマスク部材30a、30bと材質、形状、及び配置位置を同じくするものである。
【0041】
次いで、図12(a)、(b)に示されるように、一対のマスク部材38a、38bを用いてp−InP層を選択的に成長させて、レーザ部形成領域における第1上部クラッド層18及びpnキャリアブロック層36の上に第2上部クラッド層20を積層すると共に、窓部形成領域における一対のマスク部材38a、38bに挟まれたpnキャリアブロック層36上にも第2上部クラッド層20aを積層する。
【0042】
このとき、上記図6に示される工程の場合と同様にして、一対の直角三角形をなすマスク部材38a、38bに挟まれた領域においては、レーザ部形成領域と窓部形成領域との境界から窓部形成領域の端部に向かうにつれて結晶成長速度が増大するため、この領域における第2上部クラッド層20a上面が、レーザ部形成領域に形成される第2上部クラッド層20上面よりも高くなり、しかもレーザ部形成領域と窓部形成領域との境界から窓部形成領域の端部に向かうにつれて傾斜して高くなる。
【0043】
こうして、半導体基板10上にpnキャリアブロック層36及び第2上部クラッド層20aが積層された導波路構造のない半導体層22aを窓部形成領域に形成する。このとき、この半導体層22a上面は、第2上部クラッド層20aの表面形状を継承して、レーザ部形成領域の第2上部クラッド層20上面よりも高くなり、且つレーザ部形成領域と窓部形成領域との境界から窓部形成領域の端部に向かうにつれて傾斜して高くなる。
【0044】
次いで、図示は省略するが、上記第1の製造方法の場合と同様にして、上部電極24や下部電極26を形成する工程等を経て、図1(a)、(b)に示す半導体光素子を作製する。
【0045】
(第2の実施形態)
図13は本発明の第2の実施形態に係る半導体光素子の一例としてのDFBレーザ素子を示す概略断面図、図14〜図16はそれぞれ図13のDFBレーザ素子の第1の製造方法を説明するための工程図、図17及び図18はそれぞれ図13のDFBレーザ素子の第2の製造方法を説明するための工程図である。なお、本実施形態のDFBレーザ素子を示す概略平面図は、上記第1の実施形態の図1(a)に示されるものと同様である。
【0046】
本実施形態に係る半導体光素子は、窓部Bに設けられた光導波路構造を持たない低屈折率の半導体層の上面形状を除いて、上記第1の実施形態に係る半導体光素子と同様の構造をなしているが、次の点において異なっている。即ち、図13に示されるように、その窓部Bに設けられた光導波路構造を持たない低屈折率の半導体層22b上面がレーザ部Aの第2上部クラッド層20上面よりも高くなり、且つレーザ部Aとの境界近傍において急峻な傾斜面となり、他の領域においては略平坦になっている。
【0047】
次に、図13に示す半導体光素子の第1の製造方法を説明する。
先ず、上記第1の実施形態の図2及び図3に示される工程と同様にして、中間体M1を作製した後、図14(a)、(b)に示されるように、レーザ部形成領域の第1上部クラッド層18上にストライプ状のマスク部材40を形成すると共に、窓部形成領域にそれぞれ矩形をなす一対のマスク部材40a、40bを形成する。
このため、この一対の矩形状のマスク部材40a、40bの間隔と各マスク部材40a、40bの幅は、それぞれレーザ部形成領域と窓部形成領域との境界から窓部形成領域の端部まで一定になっている。
【0048】
次いで、上記第1の実施形態の図5及び図6に示される工程と同様にして、マスク部材40、40a、40bを用いて積層構造Laを半導体基板10に達するまで選択的にエッチング除去し、レーザ部形成領域及び窓部形成領域にメサストライプ形状の積層構造Laの上面がマスク部材40によって被覆されたメサストライプ及び同様の積層構造の一対の四角柱状のマスク体をそれぞれ形成した後、露出した半導体基板10上にp−InP層及びn−InP層を順に選択的に成長させ、メサストライプの両側及び一対の四角柱状のマスク体の周囲をp−InP層及びn−InP層が積層されたpnキャリアブロック層で埋め込む。
【0049】
この場合も、上記図6に示される工程の場合と同様にして、一対の矩形状のマスク部材42a、42bに挟まれた領域において相対的に結晶成長速度が増大するため、図15(a)、(b)に示されるように、レーザ部形成領域におけるメサストライプの両側に埋め込み形成するpnキャリアブロック層36上面が第1上部クラッド層18上面と略面一状態になるように膜厚制御を行うと、窓部形成領域における一対の四角柱状のマスク体に挟まれた領域に埋め込み形成するpnキャリアブロック層36b上面が、レーザ部形成領域の第1上部クラッド層18上面よりも高くなる。この場合、一対のマスク部材42a、42bが直角三角形ではなく矩形になっているため、メサストライプと一対の四角柱状のマスク体との境界部においては急峻な選択成長が進み、その結果、第1上部クラッド層18との境界近傍から急峻な傾斜面が形成され、残りの領域は略平坦になる。
【0050】
次いで、マスク部材40、40a、40bを除去した後、全体の表面にp−InPからなる第2上部クラッド層20を積層する。その結果、図16に示されるように、窓部形成領域においては、半導体基板10上にpnキャリアブロック層36b及び第2上部クラッド層20が積層された導波路構造のない半導体層22bが形成される。このとき、この半導体層22b上面は、pnキャリアブロック層36bの表面形状を反映して、レーザ部形成領域における第2上部クラッド層20上面よりも高くなり、レーザ部形成領域との境界近傍を局所的に除いて、略平坦になる。
【0051】
次いで、図示は省略するが、上記第1の実施形態の第1又は第2の製造方法の場合と同様にして、上部電極24や下部電極26を形成する工程等を経て、図13に示す半導体光素子を作製する。
次に、図13に示す半導体光素子の第2の製造方法を用いて説明する。
先ず、上記第1の実施形態の図2、図3、図9、及び図10に示される工程と同様にして、中間体M2を作製し、そのストライプ状のマスク部材30を除去した後、図17(a)、(b)に示されるように、改めて窓部形成領域のpnキャリアブロック層36b上に一対の矩形状のマスク部材42a、42bを形成する。
【0052】
次いで、上記第1の実施形態の図12に示される工程と同様にして、一対の矩形状のマスク部材42a、42bを用いてp−InP層を選択的に成長させ、レーザ部形成領域における第1上部クラッド層18及びpnキャリアブロック層36上に第2上部クラッド層20を積層すると共に、窓部形成領域における一対の矩形状のマスク部材42a、42bに挟まれたpnキャリアブロック層36上にも第2上部クラッド層20bを積層する。
【0053】
この場合も、一対の矩形状のマスク部材42a、42bに挟まれた領域において相対的に結晶成長速度が増大するため、図18(a)、(b)に示されるように、この領域における第2上部クラッド層20b上面が、レーザ部形成領域における第2上部クラッド層20上面よりも高くなり、しかもレーザ部形成領域との境界近傍から急峻な傾斜面が形成され、残りの領域は略平坦になる。
【0054】
こうして、窓部形成領域においては、半導体基板10上にpnキャリアブロック層36及び第2上部クラッド層20bが積層された導波路構造のない半導体層22bを形成する。このとき、この半導体層22b上面は、第2上部クラッド層20bの表面形状を承継して、レーザ部形成領域における第2上部クラッド層20上面よりも高くなり、且つレーザ部形成領域との境界近傍を局所的に除いて略平坦になる。
【0055】
次いで、図示は省略するが、本実施形態の第1の製造方法の場合と同様にして、上部電極24や下部電極26を形成する工程等を経て、図13に示す半導体光素子を作製する。
【0056】
(第3の実施形態)
図19は本発明の第3の実施形態に係る半導体光素子の一例としてのDFBレーザ素子を示す概略断面図、図20及び図21はそれぞれ図19のDFBレーザ素子の第1の製造方法を説明するための工程図、図22及び図23はそれぞれ図19のDFBレーザ素子の第2の製造方法を説明するための工程図である。なお、本実施形態のDFBレーザ素子を示す概略平面図は、上記第1の実施形態の図1(a)に示されるものと同様である。
【0057】
本実施形態に係る半導体光素子は、窓部Bに設けられた光導波路構造を持たない低屈折率の半導体層の上面形状を除いて、上記第1の実施形態に係る半導体光素子と同様の構造をなしているが、次の点において異なっている。即ち、図19に示されるように、その窓部Bに設けられた光導波路構造を持たない低屈折率の半導体層22c上面がレーザ部Aの第2上部クラッド層20上面よりも高くなり、且つ全体として平坦になっている。
【0058】
次に、図19に示す半導体光素子の第1の製造方法を説明する。
先ず、上記第1の実施形態の図2,図3、図9、及び図10に示される工程と同様にして、中間体M2を作製し、そのストライプ状のマスク部材30を除去した後、図20に示されるように、全体の表面にp−InPからなる第2上部クラッド層20を積層形成する。
【0059】
次いで、図21に示されるように、レーザ部形成領域の全面を被覆する例えばSiN膜からなるマスク部材44を形成した後、このマスク部材44を用いて、例えばInPからなる補充半導体層46を選択的に成長させる。こうして、窓部形成領域に、半導体基板10上にpnキャリアブロック層36、第2上部クラッド層20、及び補充半導体層46が積層された導波路構造のない半導体層22cを形成する。このとき、この半導体層22c上面は、補充半導体層46が積層されている分だけレーザ部形成領域の第2上部クラッド層20上面よりも高くなり、且つ全体として平坦になる。
【0060】
次いで、図示は省略するが、マスク部材44を除去した後、上記第1の実施形態の第1又は第2の製造方法の場合と同様にして、上部電極24や下部電極26を形成する工程等を経て、図19に示す半導体光素子を作製する。
次に、図19に示す半導体光素子の第2の製造方法を説明する。
先ず、上記第1の実施形態の図2及び図3、図9、及び図10に示される工程と同様にして、中間体M2を作製し、ストライプ状のマスク部材30を除去した後、図22に示されるように、全体の表面にp−InPからなる第2上部クラッド層20cを積層形成するが、この第2上部クラッド層20cの厚さがレーザ部形成領域における本来の第2上部クラッド層に必要とされる厚さよりも厚くなるようにする。
【0061】
次いで、図23に示されるように、窓部形成領域の全面を被覆する例えばSiN膜からなるマスク部材48を形成した後、このマスク部材48を用いて、レーザ部形成領域の第2上部クラッド層20cを選択的にエッチングして、所定の厚さの第2上部クラッド層20を形成する。こうして、窓部形成領域に、半導体基板10上にpnキャリアブロック層36及び第2上部クラッド層20cが積層された導波路構造のない半導体層22cを形成する。このとき、この半導体層22c上面は、第2上部クラッド層20cが選択的にエッチング除去された分だけレーザ部形成領域の第2上部クラッド層20上面よりも高くなり、且つ全体として平坦になる。
【0062】
次いで、図示は省略するが、マスク部材48を除去した後、本実施形態の第1の製造方法の場合と同様にして、上部電極24や下部電極26を形成する工程等を経て、図19に示す半導体光素子を作製する。
以上のように第1〜第3の実施形態によれば、レーザ光を発振するレーザ部Aの出射側に接続して設けられた窓部Bにおいて、レーザ部Aにおける活性層16等からなる光導波路の延長線上に光導波路構造を持たない低屈折率の半導体層22a、22b、22cが形成され、この半導体層22a、22b、22c上面がレーザ部Aの最上層の第2上部クラッド層20上面よりも高くなっていることにより、レーザ部Aの光導波路において発振した信号光のモードフィールドが窓部Bにおいて角度θだけ広がっても、広がった信号光が窓部Bの上面で反射されることなく窓部長Lwを長くすることが可能になる。
【0063】
このため、端面反射による光導波路への戻り光を抑制という窓部本来の効果を十全に発揮させることができると共に、信号光のフィールドの乱れを防止し、例えば外部の光ファイバと光結合する際の結合効率を向上することができる。
しかも、この場合、レーザ部Aにおける第2上部クラッド層20の厚さを通常の場合よりも厚くする必要はないため、注入電流に対する抵抗は増大せず、レーザ特性の低下を招くこともない。
【0064】
本発明者らの試作によれば、第1〜第3の実施形態の何れの場合においても、従来においては困難であった窓部長Lw=50μmのDFBレーザ素子を作製することができ、そのファーフィールドパターンが横方向及び垂直方向の何れにおいても良好な単峰性を示すことを確認することができた。また、光出力スペクトルからも、端面からの反射を示す光出力のばらつき(リップル)が0.1dBm以下になるという良好な結果が得られ、端面反射による戻り光の影響を効果的に抑制していることを確認することができた。
【0065】
また、第1及び第2の実施形態に係る半導体光素子のそれぞれの第1の製造方法においては、レーザ部形成領域のpnキャリアブロック層36及び窓部形成領域のpnキャリアブロック層36a、36bを同時に埋め込み形成する際に、結晶成長速度を局所的に増大させる選択結晶成長を採用して、pnキャリアブロック層36a、36b上面がpnキャリアブロック層36上面がよりも高くなるようにしているため、窓部Bにおけるpnキャリアブロック層36a、36bを含む半導体層22a、22b上面をレーザ部Aの最上層の第2上部クラッド層20上面よりも高くする際の工程の増大を抑制し、コストの低減に寄与することができる。
【0066】
また、第1及び第2の実施形態に係る半導体光素子のそれぞれの第2の製造方法においては、レーザ部形成領域の第2上部クラッド層20及び窓部形成領域の第2上部クラッド層20a、20bを同時に積層形成する際に、結晶成長速度を局所的に増大させる選択結晶成長を採用して、第2上部クラッド層20a、20b上面が第2上部クラッド層20上面がよりも高くなるようにしているため、窓部Bにおける第2上部クラッド層20a、20bを含む半導体層22a、22b上面をレーザ部Aの最上層の第2上部クラッド層20上面よりも高くする際の工程の増大を抑制し、コストの低減に寄与することができる。
【0067】
なお、上記第1〜第3の実施形態においては、窓部Bにおける半導体層22a、22b、22cが3様の表面形状をなしている場合について説明したが、その表面形状はこれらの3様に限定されるものではない。要は、半導体層の上面がレーザ部Aの最上層の上面よりも高くなっていて、レーザ部Aの光導波路において発振した信号光のモードフィールドが窓部Bにおいて角度θだけ広がっても、広がった信号光が半導体層の上面で反射されないようになっていればよいのである。
【0068】
従って、第1及び第2の実施形態に係る半導体光素子の第1及び第2の製造方法における選択結晶成長の際に使用する一対のマスク部材のパターン形状も、直角三角形をなすマスク部材30a、30b;38a、38bや矩形をなすマスク部材40a、40b;42a、42bに限定されず、これら以外の種々のパターン形状を用いることが可能である。また、これら一対のマスク部材の間隔も、その広狭を必要に応じて調整することが可能である。
【0069】
また、上記第1〜第3の実施形態に係る半導体光素子として高出力用のDFBレーザ素子を例示し、レーザ部Aの出射側のみに窓部Bを設け、他方の端面を高反射端面部Cとした場合について説明しているが、窓部Bの設置はレーザ部Aの片側のみに限定されるものではない。例えば位相シフト型DFBレーザ素子の場合には、そのレーザ部Aの両側に上記第1〜第3の実施形態の場合のような半導体層22a、22b、22cが形成された窓部Bを設けることが好適である。
【0070】
また、上記第1〜第3の実施形態においては、窓部Bが接続するレーザ部Aの導波路構造として、全体に回折格子12が形成され、所定の波長の光の発振に直接に寄与する能動(active)導波路となっている場合について説明したが、このような導波路構造の場合に限定されるものではない。例えば全体の導波路の一部に、光の発振に直接には寄与しない受動(passive)導波路が設けられている導波路構造、より具体的にいえば、窓部Bに隣接する領域の導波路が、回折格子の形成されていない受動導波路となっている導波路構造の場合であっても、本発明を適用することができる。
【0071】
また、本発明に係る半導体光素子も、上記第1〜第3の実施形態に係るDFBレーザ素子に限定されるものではなく、吸収層を有する光変調器や、進行波型の半導体レーザ増幅器などについても、その窓部に本発明を適用することが当然に可能である。
【0072】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明に係る半導体光素子及びその製造方法によれば、次のような効果を奏することができる。
即ち、請求項1に係る半導体光素子によれば、光導波路部の一端又は両端に接続して形成された窓部の半導体層の上面が光導波路部の最上層の上面よりも高くなっているため、光導波路部から窓部に入射した光のモードフィールドが窓部において角度θだけ広がっても、広がった信号光が窓部Bの上面で反射されることなく窓部長を長くすることが可能になる。従って、端面反射による光導波路への戻り光を抑制という窓部本来の効果を十全に発揮させることができると共に、信号光のフィールドの乱れを防止し、例えば外部に配置する光ファイバとの結合効率が向上する等の光学特性の改善に大きく寄与することができる。
【0073】
また、請求項5に係る半導体光素子の製造方法によれば、光導波路部形成領域及び窓部形成領域に所定の半導体層を同時に形成する際に、局所的に結晶成長速度が速くなる選択成長を用いて、窓部形成領域における所定の半導体層の上面を光導波路部形成領域における所定の半導体層の上面よりも高くするため、窓部における所定の半導体層を含む半導体層の上面を光導波路部における最上面よりも高くする場合の工程数の増大を抑制して、コストの低減に寄与することができる。
【0074】
また、請求項6に係る半導体光素子の製造方法によれば、光導波路部形成領域及び窓部形成領域にメサストライプ及び選択成長用の一対のマスク体をそれぞれ形成した後、メサストライプの両側及び一対のマスク体に挟まれた領域に第1及び第2のキャリアブロック層をそれぞれ同時に埋め込み形成する際に、局所的に結晶成長速度が速くなる選択成長を用いて、第2のキャリアブロック層の上面を第1のキャリアブロック層の上面よりも高くするため、窓部における第2のキャリアブロック層を含む半導体層の上面を光導波路部における最上層をなす上部クラッド層の上面よりも高くする場合の工程数の増大を抑制して、コストの低減に寄与することができる。
【0075】
また、請求項7に係る半導体光素子の製造方法によれば、窓部形成領域のキャリアブロック層上にメサストライプの延長線を挟む選択成長用の一対のマスク部材を設けた後、光導波路形成領域の積層体及びキャリアブロック層並びに窓部形成領域の一対のマスク部材に挟まれたキャリアブロック層の上に、第1及び第2の上部クラッド層をそれぞれ同時に形成する際に、局所的に結晶成長速度が速くなる選択成長を用いて、第2の上部クラッド層の上面を第1の上部クラッド層の上面よりも高くするため、窓部における第2の上部クラッド層を含む半導体層の上面を光導波路部における最上層をなす第1の上部クラッド層の上面よりも高くする場合の工程数の増大を抑制して、コストの低減に寄与することができる。
【0076】
また、請求項10に係る半導体光素子の製造方法によれば、光導波路部と窓部における上部クラッド層を上面が略等しい高さになるように形成した後、窓部の上部クラッド層上に所定の厚さの補充半導体層を選択的に形成するため、窓部における補充半導体層を含む半導体層の上面を光導波路部における最上層をなす上部クラッド層の上面よりも高くすることを容易に実現することができる。
【0077】
また、請求項11に係る半導体光素子の製造方法によれば、光導波路部と窓部における上部クラッド層を上面が略等しい高さになるように形成した後、光導波路部における上部クラッド層を所定の厚さだけ選択的にエッチング除去するため、窓部における上部クラッド層を含む半導体層の上面を光導波路部の最上層をなす上部クラッド層の上面よりも高くすることを容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 (a)、(b)はそれぞれ本発明の第1の実施形態に係る半導体光素子の一例としてのDFBレーザ素子を示す概略平面図及びそのAI−AI線断面図である。
【図2】図1のDFBレーザ素子の第1の製造方法を説明するための工程図(その1)であって、プロセス途中のDFBレーザ素子を示す概略断面図である。
【図3】図1のDFBレーザ素子の第1の製造方法を説明するための工程図(その2)であって、プロセス途中のDFBレーザ素子を示す概略断面図である。
【図4】図1のDFBレーザ素子の第1の製造方法を説明するための工程図(その3)であって、(a)、(b)はそれぞれプロセス途中のDFBレーザ素子を示す概略平面図及びそのAII−AII線断面図である。
【図5】図1のDFBレーザ素子の第1の製造方法を説明するための工程図(その4)であって、プロセス途中のDFBレーザ素子を示す概略斜視図である。
【図6】図1のDFBレーザ素子の第1の製造方法を説明するための工程図(その5)であって、(a)、(b)はそれぞれプロセス途中のDFBレーザ素子を示す概略平面図及びそのAIII−AIII線断面図である。
【図7】図1のDFBレーザ素子の第1の製造方法を説明するための工程図(その6)であって、プロセス途中のDFBレーザ素子を示す概略断面図である。
【図8】図1のDFBレーザ素子の第1の製造方法を説明するための工程図(その7)であって、プロセス途中のDFBレーザ素子を示す概略断面図である。
【図9】図1のDFBレーザ素子の第1の製造方法を説明するための工程図(その8)であって、プロセス途中のDFBレーザ素子を示す概略斜視図である。
【図10】図1のDFBレーザ素子の第2の製造方法を説明するための工程図(その1)であって、(a)、(b)はそれぞれプロセス途中のDFBレーザ素子を示す概略平面図及びそのAIV−AIV線断面図である。
【図11】図1のDFBレーザ素子の第2の製造方法を説明するための工程図(その2)であって、(a)、(b)はそれぞれプロセス途中のDFBレーザ素子を示す概略平面図及びそのAV−AV線断面図である。
【図12】図1のDFBレーザ素子の第2の製造方法を説明するための工程図(その3)であって、(a)、(b)はそれぞれプロセス途中のDFBレーザ素子を示す概略平面図及びそのAVI−AVI線断面図である。
【図13】本発明の第2の実施形態に係る半導体光素子の一例としてのDFBレーザ素子を示す概略断面図である。
【図14】図13のDFBレーザ素子の第1の製造方法を説明するための工程図(その1)であって、(a)、(b)はそれぞれプロセス途中のDFBレーザ素子を示す概略平面図及びそのAVII−AVII線断面図である。
【図15】図13のDFBレーザ素子の第1の製造方法を説明するための工程図(その2)であって、(a)、(b)はそれぞれプロセス途中のDFBレーザ素子を示す概略平面図及びそのAVIII−AVIII線断面図である。
【図16】図13のDFBレーザ素子の第1の製造方法を説明するための工程図(その3)であって、プロセス途中のDFBレーザ素子を示す概略断面図である。
【図17】図13のDFBレーザ素子の第2の製造方法を説明するための工程図(その1)であって、(a)、(b)はそれぞれプロセス途中のDFBレーザ素子を示す概略平面図及びそのAIX−AIX線断面図である。
【図18】図13のDFBレーザ素子の第2の製造方法を説明するための工程図(その2)であって、(a)、(b)はそれぞれプロセス途中のDFBレーザ素子を示す概略平面図及びそのAX−AX線断面図である。
【図19】本発明の第3の実施形態に係る半導体光素子の一例としてのDFBレーザ素子を示す概略断面図である。
【図20】図19のDFBレーザ素子の第1の製造方法を説明するための工程図(その1)であって、プロセス途中のDFBレーザ素子を示す概略断面図である。
【図21】図19のDFBレーザ素子の第1の製造方法を説明するための工程図(その2)であって、プロセス途中のDFBレーザ素子を示す概略断面図である。
【図22】図19のDFBレーザ素子の第2の製造方法を説明するための工程図(その1)であって、プロセス途中のDFBレーザ素子を示す概略断面図である。
【図23】図19のDFBレーザ素子の第2の製造方法を説明するための工程図(その2)であって、プロセス途中のDFBレーザ素子を示す概略断面図である。
【図24】従来のDFBレーザ素子を示す一部切欠断面斜視図である。
【図25】図24のDFBレーザ素子のAXI−AXI線断面図である。
【図26】DFBレーザ素子における窓部による実効反射率Rと窓部長Lwとの関係、及び光導波路からの信号光が広がっても上部クラッド層の上面で反射されないようにする上部クラッド層の厚さと窓部長Lwとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
A レーザ部
B 窓部
C 高反射端面部
10 半導体基板
12 回折格子
14 バッファ層
16 活性層
18 第1上部クラッド層
20、20a、20b、20c 第2上部クラッド層
22a、22b、22c 半導体層
24 上部電極
24a ストライプ電極部
24b パッド電極部
26 下部電極
28 高反射膜
30、40 ストライプ状のマスク部材
30a、30b;38a、38b 一対の直角三角形のマスク部材
32 メサストライプ
32a、32b 一対の三角柱状のマスク体
34a p−InP層
34b n−InP層
36、36a、36b pnキャリアブロック層
40a、40b;42a、42b 一対の矩形状のマスク部材
44、48 マスク部材
46 補充半導体層
La、Lb 積層構造
M1、M2 中間体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor optical device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a semiconductor optical device in which windows are provided at one or both ends of an optical waveguide having a stripe-shaped waveguide and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
As key devices for high-speed optical communication, semiconductor laser elements that oscillate and output signal light in a predetermined wavelength band, optical modulators that modulate light intensity, and semiconductor laser amplifiers that amplify input optical signals are attracting attention. . Among such semiconductor optical devices, in particular, DFB (Distributed Feedback) laser devices using a diffraction grating as a resonator structure, optical modulators having absorption layers, and traveling wave semiconductor lasers. The amplifier has the property that the wavelength fluctuation is likely to occur due to the return light that is reflected by the output end face and re-enters the optical waveguide. Therefore, in order to achieve stable operation and high performance of the device, Anti-reflective technology is essential.
[0003]
As a technique for making the end face non-reflective in such a semiconductor optical device, an AR (Anti Reflection) coating is applied to the end face of the laser part that oscillates the laser light, or a window part that does not have a light waveguide structure is provided. The method of providing is taken. However, the AR coating requires a multilayer film in which precise film thickness control is performed in order to achieve low reflection, and the process steps become complicated. On the other hand, the window portion has an advantage that its process steps are relatively simple and low reflection can be easily achieved.
[0004]
An example of a conventional embedded DFB laser element having a window portion is shown in a partially cutaway sectional perspective view of FIGS. 24 and 25 and a sectional view taken along the line AXI-AXI.
This DFB laser element has a structure in which a laser part A that oscillates laser light and a window part B that is connected to the emission side are formed on the
[0005]
Furthermore, a pn
[0006]
On the other hand, the window portion B includes the pn
Furthermore, an upper electrode such as a
[0007]
In the case of the conventional DFB laser element in which the window portion B formed of the laminated structure Lb is provided on the emission side of the laser portion A in this way, the signal light from the laminated structure La of the laser portion A of the optical waveguide structure is When the light is emitted to the laminated structure Lb in the window portion B, the window portion spreads by an angle θ (usually θ = 24 ° to 30 °), and a part of the spread signal light is reflected by the emission end surface of the window portion B. Since the end face reflected light of B has a very large light spot size, it becomes difficult to couple to the optical waveguide of the original laser part A, and the ratio of the return light re-entering becomes extremely small.
[0008]
That is, if the ratio of the return light that is reflected from the output end face of the signal light from the laser part A and re-enters the optical waveguide is defined as the effective reflectance R, the effective reflectance R is reduced by providing the window part B. The effect of doing is demonstrated.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the above-described conventional DFB laser element having the window portion B, in order to further improve the effect of reducing the effective reflectance R by the window portion B, the length (window portion length) Lw of the window portion B is increased. It is preferable. When the relationship between the effective reflectance R by the window portion B and the window portion length Lw is obtained, it is known that the effective reflectance R decreases rapidly as the window portion length Lw increases as shown in the graph of FIG. ing.
[0010]
On the other hand, when the window length Lw is increased, the mode field of the signal light from the laser section A spreads by an angle θ in the window section B as shown by the broken line with an arrow in FIG. At this time, part of the spread signal light is reflected on the upper surface of the second
For this reason, for example, when considering the case where an optical fiber is arranged via a lens on the emission end face side of the DFB laser element, signal light from the DFB laser element is transmitted from the upper surface of the second
[0011]
As a measure for coping with this problem, when the window length Lw is increased, the thickness of the second
[0012]
The relationship between the thickness of the upper clad layer that prevents the signal light from the optical waveguide from reflecting on the upper surface of the
[0013]
However, when the thickness of the second
[0014]
For this reason, in spite of having provided the window part B, in order to further reinforce the effect of reducing the effective reflectance R by the window part B, there is a situation in which complicated AR coating must be additionally performed. It was happening.
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and a semiconductor having a window portion that can fully exhibit the effect of reducing the effective reflectance without causing disturbance of the field of signal light. An object is to provide an optical element and a method for manufacturing the same.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The above-described object is achieved by the following semiconductor optical device and its manufacturing method according to the present invention.
That is, in the semiconductor optical device according to the present invention, an optical waveguide portion having a stripe-shaped waveguide and a window portion made of a semiconductor layer connected to one or both ends of the optical waveguide portion are formed on the same semiconductor substrate. The upper surface of the semiconductor layer is higher than the uppermost surface of the optical waveguide portion (claim 1).
[0016]
In the semiconductor optical device according to
[0017]
The method of manufacturing a semiconductor optical device according to the present invention uses selective growth that locally increases the crystal growth rate when a predetermined semiconductor layer is simultaneously formed in the optical waveguide portion forming region and the window portion forming region. The method further comprises the step of making the upper surface of the predetermined semiconductor layer in the window forming region higher than the upper surface of the predetermined semiconductor layer in the optical waveguide forming region.
[0018]
Specifically, after a plurality of semiconductor layers are stacked on a semiconductor substrate to form a stacked body, a striped mask member and the striped mask member are formed on the stacked body of the optical waveguide portion forming region and the window portion forming region. A pair of mask members sandwiching the extension line of the mask are provided, and the stacked body is selectively etched using the stripe-shaped mask member and the pair of mask members, so that the mesa stripe and the pair of mask bodies for selective growth are obtained. When the first and second carrier block layers are simultaneously buried and formed in both the first step of forming and the regions sandwiched between both sides of the mesa stripe and the pair of mask bodies, the crystal growth rate is locally high. The upper surface of the first carrier block layer is made substantially flush with the upper surface of the stacked body, while the upper surface of the second carrier block layer is made to be in the first carrier. After the second step of making the height higher than the upper surface of the block layer, the striped mask member and the pair of mask members are removed, the laminate of the optical waveguide portion formation region, the first carrier block layer, and the window portion formation region An upper cladding layer is formed on the second carrier block layer to form an optical waveguide portion and a window portion, and an upper surface of the semiconductor layer including the first carrier block layer and the upper cladding layer in the window portion is formed. And a third step of making the height higher than the upper surface of the upper cladding layer in the optical waveguide portion.
[0019]
Alternatively, a laminate formed by laminating a plurality of semiconductor layers on a semiconductor substrate is selectively etched to form a mesa stripe in the optical waveguide portion formation region, and then both sides of the mesa stripe and the window portion formation region A first step of embedding a carrier block layer in the substrate to make the upper surface of the carrier block layer substantially flush with the upper surface of the laminate, and sandwiching an extension line of the mesa stripe on the carrier block layer in the window forming region After providing the pair of mask members for selective growth, the first and second layers are formed on the optical block forming region laminate and the carrier block layer, and the carrier block layer sandwiched between the pair of mask members in the window forming region. When the upper clad layers of the first upper clad layer and the upper upper clad layer are simultaneously formed, the upper surface of the second upper clad layer is A second step of making the surface higher than the surface; removing the pair of mask members to form the optical waveguide portion and the window portion; and an upper surface of the semiconductor layer including the carrier block layer and the second upper cladding layer in the window portion And a third step of making the height higher than the upper surface of the first upper clad layer in the optical waveguide portion (claim 7).
[0020]
In the method for manufacturing a semiconductor optical device according to any one of claims 5 to 7, the width in the direction perpendicular to the extension line of the mesa stripe in the pair of mask members provided in the window portion forming region is equal to the window portion forming region. It may be gradually widened from the boundary with the optical waveguide portion forming region toward the end surface of the window forming region (Claim 8), or may be substantially constant (Claim 9).
[0021]
The method of manufacturing a semiconductor optical device according to the present invention includes: an optical waveguide having a stripe-shaped waveguide; and a window formed of a semiconductor layer connected to one or both ends of the optical waveguide on the same semiconductor substrate. A method of manufacturing a semiconductor optical device formed on a semiconductor substrate, wherein a stacked body formed by stacking a plurality of semiconductor layers on a semiconductor substrate is selectively etched to form a mesa stripe in an optical waveguide portion forming region Thereafter, a first step of embedding and forming a carrier block layer on both sides of the mesa stripe and in the window portion forming region so that the upper surface of the carrier block layer is substantially flush with the upper surface of the laminate, Second step of forming an optical waveguide portion by forming an upper clad layer on a carrier block layer sandwiched between a pair of mask members in a laminate, a carrier block layer and a window portion formation region In addition, a supplementary semiconductor layer having a predetermined thickness is selectively stacked on the upper cladding layer in the window forming region to form a window, and the carrier block layer, the upper cladding layer, and the supplementary semiconductor in the window And a third step of making the upper surface of the semiconductor layer including the layer higher than the upper surface of the upper clad layer in the optical waveguide portion (claim 10).
[0022]
Further, after selectively laminating a laminate formed by laminating a plurality of semiconductor layers on a semiconductor substrate to form a mesa stripe in the optical waveguide portion formation region, both sides of the mesa stripe and the window portion formation region are formed. A first step of embedding and forming a carrier block layer so that the upper surface of the carrier block layer is substantially flush with the upper surface of the stacked body; and the stacked structure of the optical waveguide forming region, the carrier block layer, and the window forming region. A second step of forming an upper clad layer on the carrier block layer sandwiched between the pair of mask members to form a window portion, and the upper clad layer in the optical waveguide portion formation region to a predetermined thickness The optical waveguide portion is formed by selectively etching away, and the upper surface of the semiconductor layer including the carrier block layer and the upper cladding layer in the window portion is formed in the upper cladding in the optical waveguide portion. And having a third step higher than the upper surface (claim 11).
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
(First embodiment)
FIGS. 1A and 1B are a schematic plan view showing a DFB laser device as an example of a semiconductor optical device according to the first embodiment of the present invention, a cross-sectional view taken along the line AI-AI, and FIGS. FIG. 9 is a process diagram for explaining a first manufacturing method of the DFB laser device of FIG. 1, and FIGS. 9 to 12 are process diagrams for explaining a second method of manufacturing the semiconductor optical device of FIG. . The same components as those of the DFB laser element shown in FIGS. 24 and 25 are given the same reference numerals, and the description thereof will be omitted as appropriate.
[0024]
The semiconductor optical device according to the present embodiment is a QW-structured embedded DFB laser device that outputs signal light in a long wavelength band for optical communication. As shown in FIGS. A laser part A that oscillates light and a window part B that is connected to the emission side are formed on the
[0025]
This laser part A has a mesa stripe-shaped laminated structure La that functions as a waveguide that oscillates light of a predetermined wavelength, as in the conventional case already described with reference to FIGS. A pn
[0026]
On the other hand, the window B is formed of a low refractive index semiconductor layer having no waveguide structure, as in the conventional case already described with reference to FIGS. 24 and 25. The upper surface of the
[0027]
On the second upper clad
Further, in the high reflection end surface portion C, the
[0028]
Although not shown, the second
Next, a first manufacturing method of the semiconductor optical device shown in FIG. 1 will be described.
First, as shown in FIG. 2, for example, using an MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) apparatus, an InGaAs having a large refractive index difference from InP on a
[0029]
Next, as shown in FIG. 3, light having a wavelength of 1.55 μm is generated by alternately laminating a
[0030]
Next, as shown in FIGS. 4A and 4B, after a SiN film is deposited on the first
[0031]
Here, the pair of right-angled
[0032]
Next, the stacked structure La is selectively removed by etching until reaching the
[0033]
Next, a p-InP layer and an n-InP layer are selectively grown in order on the exposed
[0034]
On the other hand, considering the buried state of the pn carrier block layer in the window forming region at this time, the source atoms (molecules) transported on the
[0035]
For this reason, on the
[0036]
Next, after removing the
[0037]
Next, as shown in FIG. 8, a
Next, although not shown in the figure, after a passivation film is formed on the entire surface, the passivation film on the
[0038]
Next, a second manufacturing method of the semiconductor optical device shown in FIGS. 1A and 1B will be described.
First, in the same manner as in the steps shown in FIGS. 2 and 3, the intermediate body M1 is manufactured, and then a stripe-shaped
[0039]
Next, a p-InP layer and an n-InP layer are selectively grown in order on the exposed
[0040]
Next, as shown in FIGS. 11A and 11B, a pair of
[0041]
Next, as shown in FIGS. 12A and 12B, a p-InP layer is selectively grown using a pair of
[0042]
At this time, in the same manner as in the process shown in FIG. 6, in the region sandwiched between the pair of right-
[0043]
Thus, the
[0044]
Next, although not shown in the drawing, the semiconductor optical device shown in FIGS. 1A and 1B is formed through the process of forming the
[0045]
(Second Embodiment)
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a DFB laser device as an example of a semiconductor optical device according to the second embodiment of the present invention, and FIGS. 14 to 16 illustrate a first method for manufacturing the DFB laser device of FIG. FIG. 17 and FIG. 18 are process diagrams for explaining a second manufacturing method of the DFB laser device of FIG. The schematic plan view showing the DFB laser element of the present embodiment is the same as that shown in FIG. 1A of the first embodiment.
[0046]
The semiconductor optical device according to the present embodiment is the same as the semiconductor optical device according to the first embodiment except for the top surface shape of the low refractive index semiconductor layer that does not have the optical waveguide structure provided in the window portion B. Although it is structured, it differs in the following points. That is, as shown in FIG. 13, the upper surface of the low-refractive-
[0047]
Next, a first manufacturing method of the semiconductor optical device shown in FIG. 13 will be described.
First, in the same manner as the steps shown in FIGS. 2 and 3 of the first embodiment, the intermediate body M1 is manufactured, and then, as shown in FIGS. A stripe-shaped
For this reason, the distance between the pair of
[0048]
Next, similarly to the process shown in FIGS. 5 and 6 of the first embodiment, the stacked structure La is selectively removed by etching until reaching the
[0049]
In this case as well, in the same manner as in the process shown in FIG. 6, the crystal growth rate relatively increases in the region sandwiched between the pair of
[0050]
Next, after removing the
[0051]
Next, although not shown, the semiconductor shown in FIG. 13 is formed through the process of forming the
Next, a description will be given using a second manufacturing method of the semiconductor optical device shown in FIG.
First, in the same manner as the steps shown in FIGS. 2, 3, 9, and 10 of the first embodiment, an intermediate body M2 is manufactured, and the
[0052]
Next, in the same manner as in the process shown in FIG. 12 of the first embodiment, a p-InP layer is selectively grown using a pair of
[0053]
Also in this case, since the crystal growth rate is relatively increased in the region sandwiched between the pair of
[0054]
Thus, in the window portion formation region, the
[0055]
Next, although not shown in the drawing, the semiconductor optical device shown in FIG. 13 is manufactured through the process of forming the
[0056]
(Third embodiment)
19 is a schematic cross-sectional view showing a DFB laser device as an example of a semiconductor optical device according to a third embodiment of the present invention, and FIGS. 20 and 21 illustrate a first method for manufacturing the DFB laser device of FIG. FIG. 22 and FIG. 23 are process diagrams for explaining a second manufacturing method of the DFB laser element of FIG. The schematic plan view showing the DFB laser element of the present embodiment is the same as that shown in FIG. 1A of the first embodiment.
[0057]
The semiconductor optical device according to the present embodiment is the same as the semiconductor optical device according to the first embodiment except for the top surface shape of the low refractive index semiconductor layer that does not have the optical waveguide structure provided in the window portion B. Although it is structured, it differs in the following points. That is, as shown in FIG. 19, the upper surface of the low refractive
[0058]
Next, a first manufacturing method of the semiconductor optical device shown in FIG. 19 will be described.
First, in the same manner as the steps shown in FIGS. 2, 3, 9, and 10 of the first embodiment, an intermediate body M2 is manufactured, and the
[0059]
Next, as shown in FIG. 21, after forming a
[0060]
Next, although illustration is omitted, after the
Next, a second manufacturing method of the semiconductor optical device shown in FIG. 19 will be described.
First, in the same manner as the steps shown in FIGS. 2, 3, 9, and 10 of the first embodiment, an intermediate M 2 is manufactured and the
[0061]
Next, as shown in FIG. 23, after forming a
[0062]
Next, although illustration is omitted, after the
As described above, according to the first to third embodiments, in the window portion B provided to be connected to the emission side of the laser portion A that oscillates the laser light, the optical light composed of the
[0063]
For this reason, the original effect of suppressing the return light to the optical waveguide due to end face reflection can be fully exhibited, and the field of the signal light can be prevented from being disturbed, for example, optically coupled with an external optical fiber. In this case, the coupling efficiency can be improved.
In addition, in this case, the thickness of the second
[0064]
According to the prototypes of the present inventors, in any of the first to third embodiments, a DFB laser element having a window length Lw = 50 μm, which has been difficult in the past, can be manufactured. It was confirmed that the field pattern showed good unimodality in both the horizontal direction and the vertical direction. Also, from the light output spectrum, a good result that the variation (ripple) of light output indicating reflection from the end face is 0.1 dBm or less is obtained, and the influence of return light due to end face reflection is effectively suppressed. I was able to confirm that.
[0065]
In each of the first manufacturing methods of the semiconductor optical device according to the first and second embodiments, the pn
[0066]
In each of the second manufacturing methods of the semiconductor optical device according to the first and second embodiments, the second
[0067]
In the first to third embodiments, the case where the
[0068]
Accordingly, the pattern shape of the pair of mask members used in the selective crystal growth in the first and second manufacturing methods of the semiconductor optical device according to the first and second embodiments is also a
[0069]
Moreover, the DFB laser element for high output is illustrated as a semiconductor optical element according to the first to third embodiments, the window part B is provided only on the emission side of the laser part A, and the other end face is a highly reflective end face part. Although the case of C is described, the installation of the window part B is not limited to only one side of the laser part A. For example, in the case of a phase shift type DFB laser element, the window part B in which the
[0070]
In the first to third embodiments, the
[0071]
Also, the semiconductor optical device according to the present invention is not limited to the DFB laser device according to the first to third embodiments, but an optical modulator having an absorption layer, a traveling wave type semiconductor laser amplifier, or the like. As a matter of course, the present invention can be applied to the window portion.
[0072]
【Effect of the invention】
As apparent from the above description, the semiconductor optical device and the method for manufacturing the same according to the present invention can provide the following effects.
In other words, according to the semiconductor optical device of the first aspect, the upper surface of the semiconductor layer of the window portion formed by being connected to one or both ends of the optical waveguide portion is higher than the upper surface of the uppermost layer of the optical waveguide portion. Therefore, even if the mode field of light incident on the window portion from the optical waveguide portion spreads by an angle θ at the window portion, the spread signal light can be increased without being reflected by the upper surface of the window portion B. become. Therefore, it is possible to fully exert the original effect of suppressing the return light to the optical waveguide due to end surface reflection, and to prevent disturbance of the signal light field, for example, coupling with an optical fiber disposed outside This can greatly contribute to the improvement of optical characteristics such as improvement of efficiency.
[0073]
According to the method for manufacturing a semiconductor optical device according to claim 5, the selective growth in which the crystal growth rate is locally increased when a predetermined semiconductor layer is simultaneously formed in the optical waveguide portion forming region and the window portion forming region. To make the upper surface of the predetermined semiconductor layer in the window forming region higher than the upper surface of the predetermined semiconductor layer in the optical waveguide portion forming region. It is possible to suppress the increase in the number of steps when the height is higher than the uppermost surface in the portion, and to contribute to cost reduction.
[0074]
According to the method for manufacturing a semiconductor optical device according to claim 6, after forming the mesa stripe and the pair of selective growth mask bodies in the optical waveguide portion forming region and the window portion forming region, respectively, When the first and second carrier block layers are simultaneously buried and formed in the region sandwiched between the pair of mask bodies, the selective growth that locally increases the crystal growth rate is used. In order to make the upper surface higher than the upper surface of the first carrier block layer, the upper surface of the semiconductor layer including the second carrier block layer in the window portion is made higher than the upper surface of the upper cladding layer forming the uppermost layer in the optical waveguide portion The increase in the number of steps can be suppressed, and the cost can be reduced.
[0075]
According to the method for manufacturing a semiconductor optical device according to claim 7, after providing the pair of mask members for selective growth sandwiching the extension line of the mesa stripe on the carrier block layer in the window forming region, the optical waveguide is formed. When the first and second upper cladding layers are simultaneously formed on the carrier block layer sandwiched between the stacked body of the region, the carrier block layer, and the pair of mask members in the window portion formation region, a local crystal In order to make the upper surface of the second upper cladding layer higher than the upper surface of the first upper cladding layer by using selective growth that increases the growth rate, the upper surface of the semiconductor layer including the second upper cladding layer in the window portion is formed. An increase in the number of steps in the case of making the height higher than the upper surface of the first upper clad layer that forms the uppermost layer in the optical waveguide portion can be suppressed, thereby contributing to cost reduction.
[0076]
According to the method for manufacturing a semiconductor optical device according to
[0077]
According to the method for manufacturing a semiconductor optical device according to claim 11, after forming the upper cladding layer in the optical waveguide portion and the window portion so that the upper surfaces thereof are substantially equal in height, the upper cladding layer in the optical waveguide portion is formed. In order to selectively etch away by a predetermined thickness, it is easy to realize that the upper surface of the semiconductor layer including the upper cladding layer in the window portion is higher than the upper surface of the upper cladding layer forming the uppermost layer of the optical waveguide portion. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are a schematic plan view showing a DFB laser device as an example of a semiconductor optical device according to a first embodiment of the present invention and a cross-sectional view taken along the line AI-AI.
FIG. 2 is a process diagram (part 1) for explaining a first manufacturing method of the DFB laser element of FIG. 1, and is a schematic cross-sectional view showing the DFB laser element in the process;
3 is a process diagram (No. 2) for explaining the first manufacturing method of the DFB laser element of FIG. 1, and is a schematic cross-sectional view showing the DFB laser element in the process; FIG.
FIGS. 4A and 4B are process diagrams (part 3) for explaining the first manufacturing method of the DFB laser element of FIG. 1, wherein FIGS. 4A and 4B are schematic plan views showing the DFB laser element in the process; It is a figure and its AII-AII sectional view taken on the line.
FIG. 5 is a process diagram (part 4) for explaining the first manufacturing method of the DFB laser element of FIG. 1, and is a schematic perspective view showing the DFB laser element in the process;
6 is a process diagram (No. 5) for explaining the first manufacturing method of the DFB laser device of FIG. 1, wherein (a) and (b) are schematic plan views showing the DFB laser device in the middle of the process, respectively. It is a figure and its AIII-AIII sectional view taken on the line.
7 is a process diagram (No. 6) for explaining the first manufacturing method of the DFB laser element shown in FIG. 1, and is a schematic cross-sectional view showing the DFB laser element in the process; FIG.
8 is a process diagram (No. 7) for explaining the first manufacturing method of the DFB laser element shown in FIG. 1, and is a schematic cross-sectional view showing the DFB laser element in the process. FIG.
9 is a process diagram (No. 8) for explaining the first manufacturing method of the DFB laser element of FIG. 1, and is a schematic perspective view showing the DFB laser element in the middle of the process. FIG.
10 is a process diagram (part 1) for explaining a second manufacturing method of the DFB laser device of FIG. 1, wherein (a) and (b) are schematic plan views showing the DFB laser device in the middle of the process, respectively. It is a figure and its AIV-AIV sectional view taken on the line.
FIGS. 11A and 11B are process diagrams (part 2) for explaining a second manufacturing method of the DFB laser device of FIG. 1, wherein FIGS. 11A and 11B are schematic plan views showing the DFB laser device in the process; It is a figure and its AV-AV sectional view taken on the line.
12 is a process diagram (part 3) for explaining the second manufacturing method of the DFB laser element of FIG. 1, wherein (a) and (b) are schematic plan views showing the DFB laser element in the middle of the process, respectively. It is a figure and its AVI-AVI line sectional view.
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a DFB laser device as an example of a semiconductor optical device according to a second embodiment of the present invention.
14A and 14B are process diagrams (part 1) for explaining a first manufacturing method of the DFB laser element shown in FIG. 13, wherein FIGS. 14A and 14B are schematic plan views showing the DFB laser element in the process; It is a figure and its AVII-AVII sectional view taken on the line.
15 is a process diagram (part 2) for explaining the first method of manufacturing the DFB laser device of FIG. 13, wherein (a) and (b) are schematic plan views showing the DFB laser device in the middle of the process, respectively. It is a figure and its AVIII-AVIII sectional view taken on the line.
16 is a process diagram (part 3) for explaining the first manufacturing method of the DFB laser device of FIG. 13, and is a schematic cross-sectional view showing the DFB laser device in the middle of the process;
FIGS. 17A and 17B are process diagrams (part 1) for explaining a second manufacturing method of the DFB laser device shown in FIG. 13; FIGS. 17A and 17B are schematic plan views showing the DFB laser device in the process; It is a figure and its AIX-AIX line sectional view.
18A and 18B are process diagrams (part 2) for explaining the second manufacturing method of the DFB laser device of FIG. 13, wherein FIGS. 18A and 18B are schematic plan views showing the DFB laser device in the process. It is a figure and its AX-AX sectional view taken on the line.
FIG. 19 is a schematic cross-sectional view showing a DFB laser device as an example of a semiconductor optical device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a process diagram (part 1) for describing the first manufacturing method of the DFB laser device of FIG. 19, and is a schematic cross-sectional view showing the DFB laser device in the middle of the process;
FIG. 21 is a process diagram (part 2) for describing the first manufacturing method of the DFB laser device of FIG. 19, and is a schematic cross-sectional view showing the DFB laser device in the middle of the process;
FIG. 22 is a process diagram (part 1) for describing the second manufacturing method of the DFB laser device of FIG. 19, and is a schematic cross-sectional view showing the DFB laser device in the middle of the process;
FIG. 23 is a process diagram (part 2) for describing the second manufacturing method of the DFB laser device of FIG. 19, and is a schematic cross-sectional view showing the DFB laser device in the middle of the process;
FIG. 24 is a partially cutaway perspective view showing a conventional DFB laser device.
25 is a cross-sectional view taken along the line AXI-AXI of the DFB laser element of FIG. 24. FIG.
FIG. 26 shows the relationship between the effective reflectivity R due to the window in the DFB laser element and the window length Lw, and the thickness of the upper cladding layer that prevents the signal light from the optical waveguide from being reflected from the upper surface of the upper cladding layer. It is a graph which shows the relationship between window and window part length Lw.
[Explanation of symbols]
A Laser unit
B Window
C High reflection end face
10 Semiconductor substrate
12 Diffraction grating
14 Buffer layer
16 Active layer
18 First upper cladding layer
20, 20a, 20b, 20c Second upper cladding layer
22a, 22b, 22c Semiconductor layer
24 Upper electrode
24a Striped electrode part
24b Pad electrode part
26 Lower electrode
28 High reflective film
30, 40 Striped mask member
30a, 30b; 38a, 38b A pair of right triangle mask members
32 Mesa stripe
32a, 32b A pair of triangular prismatic mask bodies
34a p-InP layer
34b n-InP layer
36, 36a, 36b pn carrier block layer
40a, 40b; 42a, 42b A pair of rectangular mask members
44, 48 Mask member
46 Supplementary semiconductor layer
La, Lb laminated structure
M1, M2 intermediate
Claims (5)
半導体基板上に複数の半導体層を積層して形成した積層体を選択的にエッチングして、光導波路部形成領域にメサストライプを形成した後、前記メサストライプの両側及び窓部形成領域にキャリアブロック層を埋め込み形成して、前記キャリアブロック層の上面を前記積層体の上面と略面一状態にする第1の工程と、
光導波路部形成領域の前記積層体及び前記キャリアブロック層、並びに、前記窓部形成領域の前記キャリアブロック層の上に、上部クラッド層を形成して、前記光導波路部を形成する第2の工程と、
前記光導波路部形成領域の前記上部クラッド層上にマスクとなるマスク部材を形成する第3の工程と、
前記窓部形成領域の前記上部クラッド層上に、所定の厚さの補充半導体層を選択的に積層して、前記窓部を形成すると共に、前記窓部における前記キャリアブロック層、前記上部クラッド層、及び前記補充半導体層を含む半導体層の上面を前記光導波路部における前記上部クラッド層の上面よりも高くする第4の工程と、
前記マスク部材を除去する第5の工程と、
を有することを特徴とする半導体光素子の製造方法。A method of manufacturing a semiconductor optical device, wherein an optical waveguide portion having a stripe-shaped waveguide and a window portion made of a semiconductor layer connected to one end or both ends of the optical waveguide portion are formed on the same semiconductor substrate. ,
A stacked body formed by laminating a plurality of semiconductor layers on a semiconductor substrate is selectively etched to form a mesa stripe in the optical waveguide portion forming region, and then a carrier block on both sides of the mesa stripe and in the window portion forming region. A first step of embedding a layer so that the upper surface of the carrier block layer is substantially flush with the upper surface of the laminate;
The laminate and the carrier blocking layer of the optical waveguide part forming area, and, on the front Symbol carrier blocking layer of the window portion forming region, to form an upper cladding layer, a second for forming the optical waveguide section Process,
A third step of forming a mask member serving as a mask on the upper clad layer in the optical waveguide portion forming region;
On the upper cladding layer of said window portion forming region, and selectively stacked recruitment semiconductor layer having a predetermined thickness, thereby forming the window portion, the carrier blocking layer in the window portion, the upper cladding layer And a fourth step of making the upper surface of the semiconductor layer including the supplementary semiconductor layer higher than the upper surface of the upper cladding layer in the optical waveguide portion;
A fifth step of removing the mask member;
A method for producing a semiconductor optical device, comprising:
半導体基板上に複数の半導体層を積層して形成した積層体を選択的にエッチングして、光導波路部形成領域にメサストライプを形成した後、前記メサストライプの両側及び窓部形成領域にキャリアブロック層を埋め込み形成して、前記キャリアブロック層の上面を前記積層体の上面と略面一状態にする第1の工程と、
光導波路部形成領域の前記積層体及び前記キャリアブロック層、並びに、前記窓部形成領域の前記キャリアブロック層の上に、上部クラッド層を形成して、前記窓部を形成する第2の工程と、
前記光導波路部形成領域の前記上部クラッド層を所定の厚さにまで選択的にエッチング除去して、前記光導波路部を形成すると共に、前記窓部における前記キャリアブロック層及び前記上部クラッド層を含む半導体層の上面を前記光導波路部における前記上部クラッド層の上面よりも高くする第3の工程と
を有することを特徴とする半導体光素子の製造方法。A method of manufacturing a semiconductor optical device, wherein an optical waveguide portion having a stripe-shaped waveguide and a window portion made of a semiconductor layer connected to one end or both ends of the optical waveguide portion are formed on the same semiconductor substrate. ,
A stacked body formed by laminating a plurality of semiconductor layers on a semiconductor substrate is selectively etched to form a mesa stripe in the optical waveguide portion forming region, and then a carrier block on both sides of the mesa stripe and in the window portion forming region. A first step of embedding a layer so that the upper surface of the carrier block layer is substantially flush with the upper surface of the laminate;
The laminate and the carrier blocking layer of the optical waveguide part forming area, and, on the front Symbol carrier blocking layer of the window portion forming region, to form an upper cladding layer, a second step of forming the window portion When,
Selectively etching away said upper cladding layer of the optical waveguide part forming area to a predetermined thickness, thereby forming the optical waveguide section, including the carrier blocking layer and the upper clad layer in the window And a third step of making the upper surface of the semiconductor layer higher than the upper surface of the upper clad layer in the optical waveguide portion.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001260023A JP4897946B2 (en) | 2001-08-29 | 2001-08-29 | Semiconductor optical device and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001260023A JP4897946B2 (en) | 2001-08-29 | 2001-08-29 | Semiconductor optical device and manufacturing method thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003069149A JP2003069149A (en) | 2003-03-07 |
| JP4897946B2 true JP4897946B2 (en) | 2012-03-14 |
Family
ID=19087288
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001260023A Expired - Lifetime JP4897946B2 (en) | 2001-08-29 | 2001-08-29 | Semiconductor optical device and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4897946B2 (en) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4735574B2 (en) * | 2006-03-24 | 2011-07-27 | 三菱電機株式会社 | Semiconductor laser and semiconductor laser module |
| JP5140971B2 (en) * | 2006-09-11 | 2013-02-13 | 富士通株式会社 | Optical semiconductor device and manufacturing method thereof |
| JP4967565B2 (en) * | 2006-09-25 | 2012-07-04 | 富士通株式会社 | Optical semiconductor device and manufacturing method thereof |
| JP5185537B2 (en) * | 2007-01-19 | 2013-04-17 | 富士通株式会社 | Optical semiconductor device and manufacturing method thereof |
| JP5867129B2 (en) | 2012-02-08 | 2016-02-24 | 富士通株式会社 | Optical semiconductor device and method for manufacturing optical semiconductor device |
| US12607804B2 (en) * | 2021-05-18 | 2026-04-21 | Ntt, Inc. | Optical circuit |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2762951B2 (en) * | 1995-03-30 | 1998-06-11 | 日本電気株式会社 | Semiconductor optical waveguide and manufacturing method thereof |
| JP3655079B2 (en) * | 1997-01-31 | 2005-06-02 | 株式会社東芝 | Optical semiconductor device |
-
2001
- 2001-08-29 JP JP2001260023A patent/JP4897946B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2003069149A (en) | 2003-03-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5177285B2 (en) | Optical element and manufacturing method thereof | |
| JP5686347B2 (en) | Bistable element | |
| JP5182362B2 (en) | Optical element and manufacturing method thereof | |
| US9088132B2 (en) | Semiconductor optical element, integrated semiconductor optical element, and semiconductor optical element module | |
| US20040140476A1 (en) | Single-transverse-mode laser diode with multi-mode waveguide region and manufacturing method of the same | |
| JP6510391B2 (en) | Semiconductor laser | |
| JP6588859B2 (en) | Semiconductor laser | |
| US20060166386A1 (en) | Optical semiconductor device and its manufacturing method | |
| JP4897946B2 (en) | Semiconductor optical device and manufacturing method thereof | |
| JP6588858B2 (en) | Semiconductor laser | |
| JP5310533B2 (en) | Optical semiconductor device | |
| JP2950302B2 (en) | Semiconductor laser | |
| JP3354106B2 (en) | Semiconductor laser device and method of manufacturing the same | |
| JP3838355B2 (en) | Semiconductor laser | |
| JP2965011B2 (en) | Semiconductor optical device and method of manufacturing the same | |
| JP2786063B2 (en) | Semiconductor light control device | |
| JPH07231138A (en) | Surface emitting semiconductor laser | |
| JP3595677B2 (en) | Optical isolator, distributed feedback laser and optical integrated device | |
| KR20060074844A (en) | Semiconductor laser device and optical pickup device using same | |
| JP2804502B2 (en) | Semiconductor laser device and method of manufacturing the same | |
| JPH1168221A (en) | Semiconductor laser | |
| JP4453937B2 (en) | Optical integrated device and manufacturing method thereof | |
| JPH10163568A (en) | Modulator integrated semiconductor laser | |
| JP2008205409A (en) | Semiconductor laser, semiconductor laser module and raman amplifier | |
| JP2687404B2 (en) | Distributed feedback semiconductor laser |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD05 | Notification of revocation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7425 Effective date: 20050928 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080801 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20101028 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20101112 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110111 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20110111 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20111213 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20111223 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 4897946 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150106 Year of fee payment: 3 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |