JP2007094336A

JP2007094336A - Optical semiconductor device and method of manufacturing optical semiconductor device

Info

Publication number: JP2007094336A
Application number: JP2005288671A
Authority: JP
Inventors: Sayoko Ibe; 紗代子井部; Tomofumi Kise; 智文喜瀬; Noriyuki Yokouchi; 則之横内
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2005-08-31
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2007-04-12

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical semiconductor device capable of suppressing propagation of generated stray light, and to provide a method of manufacturing the optical semiconductor device. <P>SOLUTION: An optical semiconductor device 1 has a semiconductor laser 2 and a MZ interference optical modulator 4 connected by a branching coupler 3, a multiplexing coupler 5, and optical waveguides 11 to 16 and is monolithically integrated, and absorption layers 6 having a longer band gap wavelength than that corresponding to operation light emitted from the semiconductor laser 2 are provided adjacently to at least an output end of the multiplexing coupler 5 and the optical waveguide 16. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、半導体レーザやマッハツェンダ（ＭＺ）型干渉器などの複数の光半導体デバイスを光カプラおよび光導波路によって接続し、モノリシック集積した光半導体素子に関するものである。 The present invention relates to an optical semiconductor element in which a plurality of optical semiconductor devices such as a semiconductor laser and a Mach-Zehnder (MZ) type interferometer are connected by an optical coupler and an optical waveguide and monolithically integrated.

近年、光変調器、光スイッチ、波長変換素子などの光制御デバイスと半導体レーザデバイスとを同一の半導体基板上にモノリシック集積した光半導体素子が提案され、半導体加工技術および集積技術の進展によって一部実用化されている。ここで、光変調器としては、電界吸収型とＭＺ型とがあるが、光伝送速度の高速化に伴い、変調時の波長変動（チャープ）を制御することができるＭＺ干渉型光変調器が注目されている。 In recent years, an optical semiconductor device in which an optical control device such as an optical modulator, an optical switch, and a wavelength conversion device and a semiconductor laser device are monolithically integrated on the same semiconductor substrate has been proposed, and partly due to progress in semiconductor processing technology and integration technology. It has been put into practical use. Here, there are an electroabsorption type and an MZ type as an optical modulator. As the optical transmission speed increases, an MZ interference type optical modulator that can control wavelength fluctuation (chirp) during modulation is used. Attention has been paid.

ＭＺ干渉型光変調器は、１入力２出力の光カプラ、曲がり光導波路および制御用電極部（アーム）を有する２つの光導波路、２入力１出力の光カプラを有し、制御電圧によって一方のアームを伝搬する光の位相を反転することによって光のオンオフ動作が行われる。また、ここで用いられる光カプラは、マルチモード干渉（ＭＭＩ）光カプラであり、このＭＭＩ光カプラは、光導波路内に励起される複数のモード間の干渉を用いて、１入力２出力（１×２）や１入力４出力（１×４）などの光合分波を実現する。 The MZ interference type optical modulator has a 1-input 2-output optical coupler, a curved optical waveguide, two optical waveguides having a control electrode section (arm), and a 2-input 1-output optical coupler. The light is turned on and off by inverting the phase of the light propagating through the arm. Further, the optical coupler used here is a multimode interference (MMI) optical coupler, and this MMI optical coupler uses interference between a plurality of modes excited in an optical waveguide and has one input and two outputs (1 Optical multiplexing / demultiplexing such as × 2) or 1 input 4 output (1 × 4) is realized.

特開平５−２１９５号公報JP-A-5-2195

ところで、半導体レーザとＭＺ干渉型光変調器とがモノリシック集積された光半導体素子は、少なくとも、４つの曲がり光導波路部と２つのＭＭＩカプラと有し、この曲がり光導波路部では、光導波路の外側に漏れ出していく光成分が存在する。この光成分は、曲がり光導波路部の光損失になるとともに、伝搬する方向によっては、別の光導波路にカップリングし、消光比を劣化させる場合があるなどの問題があった。また、ＭＭＩカプラでも、出力ポートとは異なる位置から漏れ出していく光成分が存在する。たとえば、図２３に示すように、前段のＭＺ干渉型光変調器に接続される２×１のＭＭＩカプラ１００は、各光導波路１０１，１０２から導波してくる光の位相が逆相であるオフ状態の場合に、入力された全ての光が出力側において漏れ出している。 By the way, an optical semiconductor element in which a semiconductor laser and an MZ interferometric optical modulator are monolithically integrated has at least four bent optical waveguide portions and two MMI couplers. There is a light component that leaks out. This optical component causes optical loss in the bent optical waveguide part, and depending on the propagation direction, there is a problem in that it is coupled to another optical waveguide to deteriorate the extinction ratio. Even in the MMI coupler, there is an optical component that leaks from a position different from the output port. For example, as shown in FIG. 23, in the 2 × 1 MMI coupler 100 connected to the preceding stage MZ interference type optical modulator, the phases of the light guided from the respective optical waveguides 101 and 102 are opposite in phase. In the off state, all input light leaks out on the output side.

これらの漏れ出していく光成分は、いわゆる迷光となって光半導体素子内を伝搬し、光半導体素子からの出力光に結合される光ファイバに、この迷光が結合すると消光比などの劣化を招くという問題点があった。なお、これらの問題は、光半導体素子の製造時の誤差などによって、曲がり光導波路幅や、ＭＭＩカプラの素子長や素子幅が設計値とずれている場合、一層顕著になる。 These leaking light components propagate as so-called stray light in the optical semiconductor element, and if this stray light is coupled to the optical fiber coupled to the output light from the optical semiconductor element, the extinction ratio and the like are deteriorated. There was a problem. Note that these problems become more prominent when the bent optical waveguide width, the element length of the MMI coupler, and the element width deviate from the design values due to errors in manufacturing the optical semiconductor element.

一方、ＭＭＩカプラは、合分波するポート数が増えれば増えるほど、迷光の影響が大きくなる。たとえば、複数ｎ個の半導体レーザとＭＺ干渉型光変調器とがモノリシック集積された場合、ｎ×２のＭＭＩカプラが必要になるが、このポート数ｎの増大によって迷光の量も増大する。一般に、Ｐポート×ＱポートのＭＭＩカプラである場合、漏れ出す迷光の量は、Ｐ≧Ｑのとき、（Ｐ−Ｑ／Ｐ）で増大する。すなわち、集積するポート数が多いほど、迷光の量が大きくなる。特に、ＭＭＩカプラの分岐側中央から漏れる光は、対向する合波側のＭＭＩカプラに直接結合するため、消光動作を大きく劣化させることになる。 On the other hand, in the MMI coupler, the effect of stray light increases as the number of ports to be multiplexed / demultiplexed increases. For example, when a plurality of n semiconductor lasers and MZ interferometric optical modulators are monolithically integrated, an n × 2 MMI coupler is required, but the amount of stray light increases as the number of ports n increases. Generally, in the case of a P port × Q port MMI coupler, the amount of stray light that leaks increases as (P−Q / P) when P ≧ Q. That is, the greater the number of ports that are integrated, the greater the amount of stray light. In particular, the light leaking from the center of the branch side of the MMI coupler is directly coupled to the opposite MMI coupler on the multiplexing side, so that the extinction operation is greatly deteriorated.

なお、波長変換素子などのように、さらに多くの半導体デバイスを集積化する場合においても迷光の問題が発生する。 Note that the problem of stray light also occurs when a larger number of semiconductor devices, such as wavelength conversion elements, are integrated.

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、発生する迷光の伝搬を抑えることができる光半導体素子および光半導体素子の製造方法に関するものである。 The present invention has been made in view of the above, and relates to an optical semiconductor element and a method for manufacturing the optical semiconductor element that can suppress the propagation of stray light generated.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１にかかる光半導体素子は、複数の光半導体デバイスを光カプラおよび光導波路によって接続し、モノリシック集積した光半導体素子であって、前記光カプラおよび前記光導波路を伝搬する動作光に対応するバンドギャップ波長に比して長いバンドギャップ波長をもつ吸収領域を前記光カプラあるいは前記光導波路に隣接して設けたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, an optical semiconductor device according to claim 1 is an optical semiconductor device in which a plurality of optical semiconductor devices are connected by an optical coupler and an optical waveguide, and are monolithically integrated. An absorption region having a band gap wavelength longer than the band gap wavelength corresponding to the operating light propagating through the optical coupler and the optical waveguide is provided adjacent to the optical coupler or the optical waveguide.

また、請求項２にかかる光半導体素子は、上記の発明において、前記吸収領域は、前記光カプラあるいは前記光導波路から幅方向に広がり、かつ後段出力方向全面に渡って設けられることを特徴とする。 The optical semiconductor element according to claim 2 is characterized in that, in the above invention, the absorption region extends in the width direction from the optical coupler or the optical waveguide and is provided over the entire output direction in the subsequent stage. .

また、請求項３にかかる光半導体素子は、上記の発明において、前記吸収領域は、前記光カプラの出力端側に設けたことを特徴とする。 An optical semiconductor element according to a third aspect of the present invention is characterized in that, in the above invention, the absorption region is provided on an output end side of the optical coupler.

また、請求項４にかかる光半導体素子は、上記の発明において、前記光カプラが複数である場合、前段の光カプラの出力端から該前段の光カプラに接続される後段の光カプラの入力端の間に、前記吸収領域を設けることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the above invention, when there are a plurality of the optical couplers, an input terminal of a rear-stage optical coupler connected to the front-stage optical coupler from an output terminal of the front-stage optical coupler. The absorption region is provided between the two.

また、請求項５にかかる光半導体素子は、上記の発明において、光分岐を行う光カプラと光合波を行う光カプラとの間に、前記吸収領域を設けたことを特徴とする。 The optical semiconductor element according to claim 5 is characterized in that, in the above invention, the absorption region is provided between an optical coupler that performs optical branching and an optical coupler that performs optical multiplexing.

また、請求項６にかかる光半導体素子は、上記の発明において、２つの光カプラが複数の光導波路によって接続される場合、該２つの光カプラおよび該複数の光導波路によって囲まれる領域を前記吸収領域とすることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the above invention, when two optical couplers are connected by a plurality of optical waveguides, the region surrounded by the two optical couplers and the plurality of optical waveguides is absorbed. It is a region.

また、請求項７にかかる光半導体素子は、上記の発明において、前記光カプラが複数の出力端をもつマルチモード干渉光カプラである場合、該出力端間の光集中端に吸収用の光導波路を設けるとともに、前記出力端に接続される光導波路間に前記吸収領域を設けることを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an optical semiconductor device according to the above invention, wherein, when the optical coupler is a multimode interference optical coupler having a plurality of output ends, an optical waveguide for absorption at a light concentration end between the output ends. And the absorption region is provided between the optical waveguides connected to the output end.

また、請求項８にかかる光半導体素子は、上記の発明において、前記吸収領域は、前記光半導体デバイス、前記光カプラおよび前記光導波路を除いた領域全面に設けたことを特徴とする。 An optical semiconductor element according to an eighth aspect of the present invention is characterized in that, in the above invention, the absorption region is provided over the entire region excluding the optical semiconductor device, the optical coupler, and the optical waveguide.

また、請求項９にかかる光半導体素子は、上記の発明において、前記光半導体デバイスは、半導体レーザデバイスおよび光制御機能デバイスであることを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, in the above invention, the optical semiconductor device is a semiconductor laser device and a light control function device.

また、請求項１０にかかる光半導体素子は、上記の発明において、前記半導体レーザデバイスは、１以上の分布帰還型半導体レーザであり、前記光制御機能デバイスは、マッハツェンダ型光干渉器であることを特徴とする。 The optical semiconductor element according to claim 10 is the above invention, wherein the semiconductor laser device is one or more distributed feedback semiconductor lasers, and the optical control function device is a Mach-Zehnder optical interferometer. Features.

また、請求項１１にかかる光半導体素子は、上記の発明において、前記光導波路は、半導体基板に平行な平面に形成されるリッジ型の光導波路構造を有し、かつリッジ幅に比して光導波路層の幅が広いことを特徴とする。 An optical semiconductor element according to an eleventh aspect of the present invention is the optical semiconductor device according to the above invention, wherein the optical waveguide has a ridge-type optical waveguide structure formed in a plane parallel to the semiconductor substrate, and is optically compared with a ridge width. The waveguide layer is wide.

また、請求項１２にかかる光半導体素子は、上記の発明において、前記マッハツェンダ型光干渉器の各アームは、半導体基板に平行な平面に形成されるリッジ型の光導波路構造を有し、かつリッジ幅に比して光導波路層の幅が広いことを特徴とする。 An optical semiconductor device according to a twelfth aspect of the present invention is the optical semiconductor device according to the above invention, wherein each arm of the Mach-Zehnder optical interferometer has a ridge-type optical waveguide structure formed in a plane parallel to the semiconductor substrate. The optical waveguide layer is wider than the width.

また、請求項１３にかかる光半導体素子は、上記の発明において、前記吸収領域に隣接する光カプラあるいは前記吸収領域に隣接する光導波路は、リッジ型の光導波路構造を有し、かつリッジ幅に比して光導波路層が広いことを特徴とする。 According to a thirteenth aspect of the present invention, in the optical semiconductor device according to the above invention, the optical coupler adjacent to the absorption region or the optical waveguide adjacent to the absorption region has a ridge-type optical waveguide structure and has a ridge width. In comparison, the optical waveguide layer is wide.

また、請求項１４にかかる光半導体素子の製造方法は、複数の光半導体デバイスを光カプラおよび光導波路によって接続し、モノリシック集積した光半導体素子の製造方法であって、半導体基板に平行な平面内に、選択成長法によって、前記光カプラおよび前記光導波路を伝搬する動作光に対応するバンドギャップ波長に比して長いバンドギャップ波長をもつ吸収領域を前記光カプラあるいは前記光導波路に隣接して形成することを特徴とする。 According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing an optical semiconductor device, which is a method for manufacturing an optical semiconductor device in which a plurality of optical semiconductor devices are connected by an optical coupler and an optical waveguide, and is monolithically integrated. In addition, an absorption region having a band gap wavelength longer than the band gap wavelength corresponding to the operating light propagating through the optical coupler and the optical waveguide is formed adjacent to the optical coupler or the optical waveguide by a selective growth method. It is characterized by doing.

また、請求項１５にかかる光半導体素子の製造方法は、複数の光半導体デバイスを光カプラおよび光導波路によって接続し、モノリシック集積した光半導体素子の製造方法であって、半導体基板に平行な平面内に、Ｂ／Ｊ再成長法によって、前記光カプラおよび前記光導波路を伝搬する動作光に対応するバンドギャップ波長に比して長いバンドギャップ波長をもつ吸収領域を前記光カプラあるいは前記光導波路に隣接して形成することを特徴とする。 An optical semiconductor device manufacturing method according to claim 15 is a method for manufacturing an optical semiconductor device in which a plurality of optical semiconductor devices are connected by an optical coupler and an optical waveguide and integrated monolithically, and in a plane parallel to the semiconductor substrate. Further, an absorption region having a band gap wavelength longer than the band gap wavelength corresponding to the operating light propagating through the optical coupler and the optical waveguide is adjacent to the optical coupler or the optical waveguide by the B / J regrowth method. It is characterized by forming.

また、請求項１６にかかる光半導体素子の製造方法は、上記の発明において、前記吸収領域は、前記光カプラあるいは前記光導波路から幅方向に広がり、かつ後段出力方向全面に渡って設けられることを特徴とする。 According to a sixteenth aspect of the present invention, there is provided the method for manufacturing an optical semiconductor device according to the above invention, wherein the absorption region extends in the width direction from the optical coupler or the optical waveguide and is provided over the entire output direction in the subsequent stage. Features.

また、請求項１７にかかる光半導体素子の製造方法は、上記の発明において、前記吸収領域は、前記光カプラの出力端側に設けたことを特徴とする。 The optical semiconductor device manufacturing method according to claim 17 is characterized in that, in the above invention, the absorption region is provided on an output end side of the optical coupler.

また、請求項１８にかかる光半導体素子の製造方法は、上記の発明において、前記光半導体デバイスは、半導体レーザデバイスおよび光制御機能デバイスであることを特徴とする。 An optical semiconductor element manufacturing method according to claim 18 is characterized in that, in the above invention, the optical semiconductor device is a semiconductor laser device and a light control function device.

また、請求項１９にかかる光半導体素子の製造方法は、上記の発明において、前記半導体レーザデバイスは、１以上の分布帰還型半導体レーザであり、前記光制御機能デバイスは、マッハツェンダ型光干渉器であることを特徴とする。 According to a nineteenth aspect of the present invention, there is provided an optical semiconductor device manufacturing method according to the above invention, wherein the semiconductor laser device is one or more distributed feedback semiconductor lasers, and the optical control function device is a Mach-Zehnder optical interferometer. It is characterized by being.

また、請求項２０にかかる光半導体素子の製造方法は、上記の発明において、前記光導波路は、半導体基板に平行な平面に形成されるリッジ型の光導波路構造を有し、かつリッジ幅に比して光導波路層の幅が広いことを特徴とする。 According to a twenty-second aspect of the present invention, there is provided an optical semiconductor device manufacturing method according to the above invention, wherein the optical waveguide has a ridge-type optical waveguide structure formed in a plane parallel to the semiconductor substrate, and has a width that is larger than the ridge width. Thus, the width of the optical waveguide layer is wide.

また、請求項２１にかかる光半導体素子の製造方法は、上記の発明において、前記マッハツェンダ型光干渉器の各アームは、半導体基板に平行な平面に形成されるリッジ型の光導波路構造を有し、かつリッジ幅に比して光導波路層の幅が広いことを特徴とする。 According to a twenty-first aspect of the present invention, there is provided an optical semiconductor device manufacturing method according to the above invention, wherein each arm of the Mach-Zehnder optical interferometer has a ridge type optical waveguide structure formed in a plane parallel to the semiconductor substrate. In addition, the width of the optical waveguide layer is wider than the ridge width.

また、請求項２２にかかる光半導体素子の製造方法は、上記の発明において、前記吸収領域に隣接する光カプラあるいは前記吸収領域に隣接する光導波路は、リッジ型の光導波路構造を有し、かつリッジ幅に比して光導波路層が広いことを特徴とする。 According to a twenty-second aspect of the present invention, there is provided an optical semiconductor device manufacturing method according to the above invention, wherein the optical coupler adjacent to the absorption region or the optical waveguide adjacent to the absorption region has a ridge-type optical waveguide structure, and The optical waveguide layer is wider than the ridge width.

この発明にかかる光半導体素子および光半導体素子の製造方法では、光カプラおよび光導波路を伝搬する動作光に対応するバンドギャップ波長に比して長いバンドギャップ波長をもつ吸収領域を前記光カプラあるいは前記光導波路に隣接して設けているので、光カプラの出力端や光導波路から漏れ出す迷光を吸収し、この迷光が動作光と結合することによる消光比などの劣化を防止することができるという効果を奏する。 In the optical semiconductor device and the method for manufacturing the optical semiconductor device according to the present invention, an absorption region having a band gap wavelength longer than the band gap wavelength corresponding to the operating light propagating through the optical coupler and the optical waveguide is formed in the optical coupler or the optical coupler. Since it is provided adjacent to the optical waveguide, the stray light leaking from the output end of the optical coupler and the optical waveguide is absorbed, and deterioration of the extinction ratio and the like due to the coupling of the stray light with the operating light can be prevented. Play.

以下、この発明を実施するための最良の形態である光半導体素子および光半導体素子の製造方法について図面を参照して説明する。 Hereinafter, an optical semiconductor device and a method for manufacturing the optical semiconductor device, which are the best mode for carrying out the invention, will be described with reference to the drawings.

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１である光半導体素子の概要構成を示す図である。図１において、図１において、この光半導体素子１は、ＩｎＰなどの半導体基板上に、半導体レーザ２、半導体レーザ２からの出力光を２分岐するＭＭＩカプラによって実現される分岐カプラ３、分岐カプラ３によって分岐された光をそれぞれアーム４−１，４−２に伝搬させアーム４−１，４−２の一方あるいは双方の位相を変化させることによって光変調を行うＭＺ干渉型光変調器４、ＭＺ干渉型光変調器４の各アーム４−１，４−２から出力された光を合波するＭＭＩカプラによって実現される合波カプラ５が形成され、モノリシック集積されている。 (Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an optical semiconductor element according to Embodiment 1 of the present invention. 1, the optical semiconductor element 1 includes a semiconductor laser 2 on a semiconductor substrate such as InP, and a branch coupler 3 and a branch coupler realized by an MMI coupler that branches the output light from the semiconductor laser 2 into two. MZ interference type optical modulator 4 that performs light modulation by propagating the light branched by 3 to arms 4-1 and 4-2 and changing the phase of one or both of arms 4-1 and 4-2, A multiplexing coupler 5 realized by an MMI coupler that combines the lights output from the arms 4-1 and 4-2 of the MZ interference optical modulator 4 is formed and monolithically integrated.

半導体レーザ２と分岐カプラ３との間は、光導波路１１によって接続され、分岐カプラ３とアーム４−１，４−２との間は、それぞれ光導波路１２，１３によって接続され、アーム４−１，４−２と合波カプラ５との間は、それぞれ光導波路１４，１５によって接続され、合波カプラ５の出力側は、光導波路１６に接続され、合波カプラ５によって合波された光は、この光導波路１６を介して出力される。 The semiconductor laser 2 and the branch coupler 3 are connected by the optical waveguide 11, and the branch coupler 3 and the arms 4-1 and 4-2 are connected by the optical waveguides 12 and 13, respectively, and the arm 4-1. 4-2, and the multiplexing coupler 5 are connected by optical waveguides 14 and 15, respectively, and the output side of the multiplexing coupler 5 is connected to the optical waveguide 16 and is multiplexed by the multiplexing coupler 5. Is output through the optical waveguide 16.

半導体レーザ２は、バンドギャップ波長が１５５０ｎｍの量子井戸構造の活性層をもつＤＦＢレーザであり、その発振波長は、１５５０ｎｍ近傍である。アーム４−１，４−２は、それぞれバンドギャップ波長１４６０ｎｍの量子井戸構造の活性層によって光導波路が形成され、電極１８，１９への電圧印加によって屈折率変化が生じることによって導波する光の位相を変化させる。各光導波路１１〜１６は、バンドギャップ波長が１３００ｎｍの量子井戸構造の活性層によって形成される。 The semiconductor laser 2 is a DFB laser having an active layer having a quantum well structure with a band gap wavelength of 1550 nm, and its oscillation wavelength is in the vicinity of 1550 nm. Each of the arms 4-1 and 4-2 has an optical waveguide formed by an active layer having a quantum well structure with a band gap wavelength of 1460 nm, and the light guided through the refractive index change caused by voltage application to the electrodes 18 and 19 is generated. Change the phase. Each of the optical waveguides 11 to 16 is formed by an active layer having a quantum well structure with a band gap wavelength of 1300 nm.

ここで、半導体基板上の上述した半導体レーザ２，ＭＺ干渉型光変調器４などがモノリシックに形成される平面であって、合波カプラ５の出力端側の全面に吸収層６が形成される。すなわち、光導波路１４，１５が接続される合波カプラ５の入力端を通り、光半導体素子１の長手方向であって光の出力方向に直交する線から、光出力方向の全面にわたって吸収層６が設けられる。もちろん、合波カプラ５および光導波路１６の領域は除かれる。この吸収層６は、バンドギャップ波長１５５０ｎｍの量子井戸構造の活性層によって形成され、この１５５０ｎｍ近傍から１５５０ｎｍ未満の光を吸収する。特に合波カプラ５と光導波路１６とが接続される出力端から漏れ出る迷光を吸収し、光導波路１６を導波する光に、迷光が混合して消光比が劣化するのを防止する。 Here, the semiconductor laser 2, the MZ interference type optical modulator 4 and the like on the semiconductor substrate are monolithically formed, and the absorption layer 6 is formed on the entire output end side of the multiplexing coupler 5. . That is, the absorption layer 6 extends from the line that passes through the input end of the multiplexing coupler 5 to which the optical waveguides 14 and 15 are connected and is orthogonal to the light output direction in the longitudinal direction of the optical semiconductor element 1 to the entire surface in the light output direction. Is provided. Of course, the region of the multiplexing coupler 5 and the optical waveguide 16 is excluded. The absorption layer 6 is formed of an active layer having a quantum well structure with a band gap wavelength of 1550 nm, and absorbs light from near 1550 nm to less than 1550 nm. In particular, stray light leaking from the output end where the multiplexing coupler 5 and the optical waveguide 16 are connected is absorbed, and stray light is prevented from being mixed with the light guided through the optical waveguide 16 to deteriorate the extinction ratio.

ここで、図２〜図１２を参照して、図１に示した光半導体素子１の製造方法について説明する。図２〜図５は、光半導体素子１の製造過程に伴う平面図であり、図６〜１２は、光半導体素子１の製造過程に伴う断面図である。まず、図６に示すように、ＭＯＣＶＤ結晶成長装置などを用いて、ｎ−ＩｎＰ基板２１上の全面に、バンドギャップ波長１５５０ｎｍの量子井戸構造（ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ）をもつ半導体レーザ活性層２２を成長させる。さらに、半導体レーザ活性層２２の上層にＩｎＰ層を形成する。この際、半導体レーザ２が形成される領域Ｅ１には、ＤＦＢレーザの波長選択を実現するため、回折格子２２ｂを形成する。 Here, with reference to FIGS. 2-12, the manufacturing method of the optical semiconductor element 1 shown in FIG. 1 is demonstrated. 2 to 5 are plan views accompanying the manufacturing process of the optical semiconductor device 1, and FIGS. 6 to 12 are cross-sectional views accompanying the manufacturing process of the optical semiconductor device 1. First, as shown in FIG. 6, a semiconductor laser active layer 22 having a quantum well structure (InGaAsP / InGaAsP) with a band gap wavelength of 1550 nm is grown on the entire surface of the n-InP substrate 21 using an MOCVD crystal growth apparatus or the like. Let Further, an InP layer is formed on the semiconductor laser active layer 22. At this time, the diffraction grating 22b is formed in the region E1 where the semiconductor laser 2 is formed in order to realize wavelength selection of the DFB laser.

その後、図２および図７に示すように、半導体レーザ２が形成される領域Ｅ１および吸収層６が形成される領域Ｅ２をＳｉＮｘ２０ａでマスクし、それ以外の領域Ｅ１１をエッチングして除去し、選択成長法によって、バンドギャップ波長１４６０ｎｍのＭＺ活性層２３を成長させる。なお、選択成長法に代えて、Ｂ／Ｊ（butt joint）再成長法によってＭＺ活性層２３を形成してもよい。 Thereafter, as shown in FIGS. 2 and 7, the region E1 where the semiconductor laser 2 is formed and the region E2 where the absorption layer 6 is formed are masked with SiNx20a, and the other region E11 is removed by etching and selected. The MZ active layer 23 having a band gap wavelength of 1460 nm is grown by the growth method. Instead of the selective growth method, the MZ active layer 23 may be formed by a B / J (butt joint) regrowth method.

さらに、図３および図８に示すように、領域Ｅ１，Ｅ２に加えてアーム４−１，４−２が形成される領域Ｅ３をＳｉＮｘ２０ａでマスクし、それ以外の領域Ｅ１２をエッチングして除去し、選択成長法によって、バンドギャップ波長１３００ｎｍの光導波路層２４を成長させる。なお、選択成長法に代えて、Ｂ／Ｊ（butt joint）再成長法によってＭＺ活性層２３を形成してもよい。 Further, as shown in FIGS. 3 and 8, the region E3 where the arms 4-1 and 4-2 are formed in addition to the regions E1 and E2 is masked with SiNx20a, and the other region E12 is etched and removed. Then, the optical waveguide layer 24 having a band gap wavelength of 1300 nm is grown by a selective growth method. Instead of the selective growth method, the MZ active layer 23 may be formed by a B / J (butt joint) regrowth method.

その後、図９に示すように、形成した半導体レーザ活性層２２，ＭＺ活性層２３，光導波路層２４の上層全面にＩｎＰ層２５を形成し、さらにＩｎＰ層２５の上層全面にコンタクト層２６を積層する。その後、図１０に示すように、ＳｉＮｘ２０ｃによってフォトマスクを形成し、光導波路パターンを転写し、光導波路パターン以外の部分を光導波路層２４最上層の手前までドライエッチングし、ローメサ構造の光導波路を形成する。この光導波路パターンは、光導波路１１〜１６、半導体レーザ２、分岐カプラ３、アーム４−１，４−２、合波カプラ５、吸収層６の領域をいう。 Thereafter, as shown in FIG. 9, an InP layer 25 is formed on the entire upper surface of the formed semiconductor laser active layer 22, MZ active layer 23, and optical waveguide layer 24, and a contact layer 26 is stacked on the entire upper layer of the InP layer 25. To do. Thereafter, as shown in FIG. 10, a photomask is formed with SiNx20c, the optical waveguide pattern is transferred, and the portion other than the optical waveguide pattern is dry-etched to the front of the uppermost layer of the optical waveguide layer 24 to obtain a low mesa optical waveguide. Form. The optical waveguide pattern refers to regions of the optical waveguides 11 to 16, the semiconductor laser 2, the branch coupler 3, the arms 4-1 and 4-2, the multiplexing coupler 5, and the absorption layer 6.

さらに、図１１に示すように、たとえば電気的な接触が必要なアーム４−１，４−２に相当する部分を除いて絶縁層３１を形成し、このアーム４−１，４−２の上面にコンタクト層３２および電極面を形成するためのコンタクト層３３を形成し、このコンタクト層３３の上面に電極１９を形成するとともに、ｎ−ＩｎＰ層２１の下面全体に電極３０を形成する。この電極１９，１８と同様な電極が形成されるのは、半導体レーザ２であり、半導体レーザ２の電極１７が形成される（図５参照）。 Further, as shown in FIG. 11, for example, the insulating layer 31 is formed except for the portions corresponding to the arms 4-1 and 4-2 that require electrical contact, and the upper surfaces of the arms 4-1 and 4-2 are formed. Then, the contact layer 32 and the contact layer 33 for forming the electrode surface are formed, the electrode 19 is formed on the upper surface of the contact layer 33, and the electrode 30 is formed on the entire lower surface of the n-InP layer 21. An electrode similar to the electrodes 19 and 18 is formed in the semiconductor laser 2, and the electrode 17 of the semiconductor laser 2 is formed (see FIG. 5).

なお、上述した光導波路は、ローメサ構造としたが、図１２に示すように、ハイメサ構造としてもよい。このハイメサ構造の光導波路は、光導波路パターン以外の部分をＭＺ活性層２３，光導波路層２４の下部層、ここではｎ−ＩｎＰ層２１に達するまでドライエッチングを行うことによって形成される。また、光導波路は、半導体、ポリマーなどで埋め込んだ埋め込みメサ構造としてもよい。 Although the above-described optical waveguide has a low mesa structure, it may have a high mesa structure as shown in FIG. This high-mesa optical waveguide is formed by dry etching until the portion other than the optical waveguide pattern reaches the lower layer of the MZ active layer 23 and the optical waveguide layer 24, here the n-InP layer 21. The optical waveguide may have a buried mesa structure embedded with a semiconductor, polymer, or the like.

このようにして形成された光半導体素子１では、曲がり光導波路である光導波路１２〜１５やＭＭＩカプラである分岐カプラ３，合波カプラ５などから、光導波路以外の方向に漏れ出していく光成分である迷光が、光半導体素子１の出力端側に設けられた吸収層６によって吸収されるので、光導波路１６を介して光ファイバに結合する迷光成分がなくなる。この光半導体素子１では、動作電圧３Ｖ時に消光比３２ｄＢが得られた。なお、吸収層６を設けない場合には、消光比２７ｄＢであった。 In the optical semiconductor device 1 formed in this way, light leaks in a direction other than the optical waveguide from the optical waveguides 12 to 15 that are bent optical waveguides, the branch coupler 3 that is an MMI coupler, the multiplexing coupler 5, and the like. Since the stray light as a component is absorbed by the absorption layer 6 provided on the output end side of the optical semiconductor element 1, the stray light component coupled to the optical fiber via the optical waveguide 16 is eliminated. In this optical semiconductor element 1, an extinction ratio of 32 dB was obtained at an operating voltage of 3V. When the absorption layer 6 was not provided, the extinction ratio was 27 dB.

この実施の形態１では、光半導体素子１の出力端側の合波カプラ５および光導波路１６に隣接した吸収層６を設け、迷光を吸収するようにしているので、消光比の劣化を防止することができる。 In the first embodiment, the absorption layer 6 adjacent to the multiplexing coupler 5 and the optical waveguide 16 on the output end side of the optical semiconductor element 1 is provided so as to absorb stray light, so that deterioration of the extinction ratio is prevented. be able to.

（実施の形態２）
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１では、１の半導体レーザと１つのＭＺ干渉型光変調器とをモノリシック集積した光半導体素子であったが、この実施の形態２では、複数の半導体レーザと１つのＭＺ干渉型光変調器とをモノリシック集積したものを対象としている。 (Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment described above, an optical semiconductor element in which one semiconductor laser and one MZ interference optical modulator are monolithically integrated is used. However, in the second embodiment, a plurality of semiconductor lasers and one MZ interference are used. It is intended for monolithically integrated type optical modulators.

図１３は、この発明の実施の形態２である光半導体素子４１の概要構成を示す図である。図１３に示すように、この光半導体素子４１は、分岐カプラ３以降の後段の構成は、図１に示した光半導体素子１と同じである。この光半導体素子４１では、分岐カプラ３の前段に３つの半導体レーザ４２−１〜４２−３を有し、各半導体レーザ４２−１〜４２−３から選択的に出力されたレーザ光を３×１のＭＭＩカプラ４３によって１つの光導波路１１に出力する。 FIG. 13 is a diagram showing a schematic configuration of an optical semiconductor element 41 according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 13, this optical semiconductor element 41 has the same configuration as that of the optical semiconductor element 1 shown in FIG. This optical semiconductor element 41 has three semiconductor lasers 42-1 to 42-3 in the preceding stage of the branching coupler 3, and 3 × of the laser light selectively output from each of the semiconductor lasers 42-1 to 42-3. One MMI coupler 43 outputs the signal to one optical waveguide 11.

ここで、上述したように、Ｐポート×ＱポートのＭＭＩカプラである場合、漏れ出す迷光の量は、Ｐ≧Ｑのとき、（Ｐ−Ｑ／Ｐ）で増大し、集積するポート数が多いほど、迷光の量が大きくなる。したがって、少なくともＭＭＩカプラ４３の出力端面に隣接し、光導波路１１および分岐カプラ３の入力端面に隣接させ、光半導体素子１の幅方向であって側面まで延ばした吸収層４６をさらに設けている。この吸収層４６は、吸収層６と同じ半導体レーザ活性層によって実現している。これによって、ＭＭＩカプラ４３からの迷光が他の光導波路などに影響を及ぼすのを防止している。この光半導体素子４１では、動作電圧３Ｖ時に消光比３２ｄＢが得られた。なお、吸収層６および吸収層４６を設けない場合には、消光比２０ｄＢであった。 Here, as described above, in the case of a P port × Q port MMI coupler, the amount of stray light leaking increases by (P−Q / P) when P ≧ Q, and the number of integrated ports is large. The amount of stray light increases. Therefore, an absorption layer 46 that is adjacent to at least the output end face of the MMI coupler 43 and adjacent to the input end faces of the optical waveguide 11 and the branch coupler 3 and extends to the side face in the width direction of the optical semiconductor element 1 is further provided. The absorption layer 46 is realized by the same semiconductor laser active layer as the absorption layer 6. This prevents stray light from the MMI coupler 43 from affecting other optical waveguides. In this optical semiconductor element 41, an extinction ratio of 32 dB was obtained at an operating voltage of 3V. When the absorption layer 6 and the absorption layer 46 were not provided, the extinction ratio was 20 dB.

この実施の形態２では、吸収層６に加えて吸収層４６をさらに設け、極力、迷光の発生直後に、迷光を吸収するようにしているので、一層、迷光による消光比の劣化を防止できる。 In the second embodiment, the absorption layer 46 is further provided in addition to the absorption layer 6 so that stray light is absorbed as soon as possible after generation of stray light. Therefore, deterioration of the extinction ratio due to stray light can be further prevented.

（実施の形態３）
つぎに、この発明の実施の形態３について説明する。この実施の形態３では、実施の形態２で示したＭＭＩカプラ４３と分岐カプラ３とを１つの３×２のＭＭＩカプラ５３によって実現している。 (Embodiment 3)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the third embodiment, the MMI coupler 43 and the branch coupler 3 described in the second embodiment are realized by one 3 × 2 MMI coupler 53.

図１４は、この発明の実施の形態３である光半導体素子５１の概要構成を示す図である。図１４に示すように、この光半導体素子５１は、図１３に示したＭＭＩカプラ４３、光導波路１１および分岐カプラ３を、１つの３×２のＭＭＩカプラ５３に置き換えている。さらに、このＭＭＩカプラ５３の出力端面とアーム４−１，４−２によって囲まれる領域に吸収層５６を形成している。この吸収層５６は、吸収層６と同じ半導体レーザ活性層によって実現している。この吸収層５６を設けることによって、ＭＭＩカプラ５３の出力端面から漏れ出る迷光を直ちに吸収し、他の光導波路などに影響を及ぼさないようにしている。この光半導体素子５１では、動作電圧３Ｖ時に消光比３２ｄＢが得られた。なお、吸収層６および吸収層５６を設けない場合には、消光比１８ｄＢであった。 FIG. 14 is a diagram showing a schematic configuration of an optical semiconductor element 51 according to the third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 14, in this optical semiconductor device 51, the MMI coupler 43, the optical waveguide 11 and the branch coupler 3 shown in FIG. 13 are replaced with one 3 × 2 MMI coupler 53. Further, an absorption layer 56 is formed in a region surrounded by the output end face of the MMI coupler 53 and the arms 4-1, 4-2. The absorption layer 56 is realized by the same semiconductor laser active layer as the absorption layer 6. By providing this absorption layer 56, stray light leaking from the output end face of the MMI coupler 53 is immediately absorbed so that other optical waveguides and the like are not affected. In this optical semiconductor element 51, an extinction ratio of 32 dB was obtained at an operating voltage of 3V. When the absorption layer 6 and the absorption layer 56 were not provided, the extinction ratio was 18 dB.

この実施の形態３では、ＭＭＩカプラ５３の出力端に吸収層５６を設け、極力、迷光の発生直後に、迷光を吸収するようにしているので、一層、迷光による消光比の劣化を防止できる。 In the third embodiment, the absorption layer 56 is provided at the output end of the MMI coupler 53 so that stray light is absorbed as soon as possible after generation of stray light. Therefore, the deterioration of the extinction ratio due to stray light can be further prevented.

（実施の形態４）
つぎに、この発明の実施の形態４について説明する。この実施の形態４は、実施の形態３で示した吸収層５６の領域に吸収光導波路６５を設けるようにしている。 (Embodiment 4)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In the fourth embodiment, an absorption optical waveguide 65 is provided in the region of the absorption layer 56 shown in the third embodiment.

図１５は、この発明の実施の形態４である光半導体素子６１の概要構成を示す図である。図１５に示すように、この光半導体素子６１は、図１４に示した吸収層５６の領域であってアーム４−１，４−２に平行な中央領域に、アーム４−１，４−２と同じＭＺ活性層によって実現される吸収光導波路６５を形成している。また、吸収光導波路６５を除いた吸収層５６に対応する領域には、半導体レーザ活性層によって実現される吸収層６６が形成される。これによって、吸収光導波路６５に迷光を導き出し、この吸収光導波路６５に隣接された吸収層６６によって迷光を効率的に吸収するようにしている。３×２のＭＭＩカプラ５３では、設計上、２つの出力側ポートの中央部分に漏れ出力が集中するため、この部分から漏れる迷光を吸収光導波路６５を用いて広域で効率よく吸収しようとするものである。この光半導体素子６１では、動作電圧３Ｖ時に消光比３２ｄＢが得られた。なお、吸収層６、吸収層６６および吸収光導波路６５を設けない場合には、消光比１８ｄＢであった。 FIG. 15 is a diagram showing a schematic configuration of an optical semiconductor element 61 according to the fourth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 15, the optical semiconductor element 61 has arms 4-1 and 4-2 in the central region parallel to the arms 4-1 and 4-2 in the region of the absorption layer 56 shown in FIG. The absorption optical waveguide 65 realized by the same MZ active layer is formed. Also, an absorption layer 66 realized by a semiconductor laser active layer is formed in a region corresponding to the absorption layer 56 excluding the absorption optical waveguide 65. Thus, stray light is guided to the absorption optical waveguide 65, and the stray light is efficiently absorbed by the absorption layer 66 adjacent to the absorption optical waveguide 65. The 3 × 2 MMI coupler 53 is designed to efficiently absorb stray light leaking from this portion in the wide area using the absorption optical waveguide 65 because the leak output concentrates in the center portion of the two output ports. It is. In this optical semiconductor element 61, an extinction ratio of 32 dB was obtained at an operating voltage of 3V. In the case where the absorption layer 6, the absorption layer 66, and the absorption optical waveguide 65 were not provided, the extinction ratio was 18 dB.

この実施の形態４では、ＭＭＩカプラ５３の出力端に吸収光導波路６５および吸収層６６を設け、極力、迷光の発生直後に、迷光を吸収するようにしているので、一層、迷光による消光比の劣化を防止できる。 In the fourth embodiment, the absorption optical waveguide 65 and the absorption layer 66 are provided at the output end of the MMI coupler 53 so that stray light is absorbed as much as possible immediately after the generation of stray light. Deterioration can be prevented.

（実施の形態５）
つぎに、この発明の実施の形態５について説明する。この実施の形態５では、さらに導波する光のロスを小さくするため、リッジ幅に比して光導波路層の幅を広くしたリッジ型の光導波路構造としている。 (Embodiment 5)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. In the fifth embodiment, in order to further reduce the loss of light to be guided, a ridge type optical waveguide structure in which the width of the optical waveguide layer is made wider than the ridge width is adopted.

図１６は、図１１に対応したアーム４−１，４−２部分の断面を示す図である。図１６の下部に示すように、この発明の実施の形態４である光半導体素子６１の概要構成を示す図である。図１５に示すように、メサ幅２ｂとＭＺ活性層の幅２ｗとほぼ同じであって導波する光がガウシアン分布である場合、図１５の下部に示すように、光導波路を通る光は、メサ幅２ｂを超えて光導波路層２４に染み出し、この染み出した光は光導波路層２４によって吸収あるいは散乱してしまい、ロス領域Ｃ１，Ｃ２において光導波路を導波する光のロスになる。なお、図１６では、ＭＺ活性層の幅２ｗを、光のスポットサイズの２倍の幅とほぼ同じであるとしている。ここで、スポットサイズとは、光の中心点から光の電界振幅が中心値の１／ｅとなる点までの幅をいう。 FIG. 16 is a cross-sectional view of the arm 4-1, 4-2 corresponding to FIG. As shown in the lower part of FIG. 16, it is a figure which shows schematic structure of the optical semiconductor element 61 which is Embodiment 4 of this invention. As shown in FIG. 15, when the light to be guided is approximately the same as the mesa width 2 b and the width 2 w of the MZ active layer and has a Gaussian distribution, as shown in the lower part of FIG. 15, the light passing through the optical waveguide is The optical waveguide layer 24 exudes beyond the mesa width 2b, and the exuded light is absorbed or scattered by the optical waveguide layer 24, resulting in a loss of light guided through the optical waveguide in the loss regions C1 and C2. In FIG. 16, the width 2w of the MZ active layer is substantially the same as twice the width of the light spot size. Here, the spot size refers to the width from the center point of light to the point where the electric field amplitude of light becomes 1 / e of the center value.

ここで、メサ幅ｂに対するＭＺ活性層２３の中心からの幅ｗの比をａとすると、ＭＺ活性層内部に閉じ込められる光の割合ｈ（ａ）²は、図１７に示すように、幅比ａを大きくすればするほど、１に近づくように変化する。図１６に示した光導波路構造の場合、幅比ａ＝１であり、このときのＭＺ活性層内部に閉じ込められる光の割合ｈ（ａ）²は、０．７１であり、２９％の光が半導体レーザ活性層にしみ出し、ロスを受ける。また、幅比ａ＝２とすることによってロスを受ける光の割合は１％となる。逆に、ロスを受ける光の割合を１０％以下とするためには、幅比ａ＝１．３８以上とすればよい。 Here, if the ratio of the width w from the center of the MZ active layer 23 to the mesa width b is a, the ratio h (a) ² of light confined inside the MZ active layer is as shown in FIG. The larger a is, the closer it is to 1. In the case of the optical waveguide structure shown in FIG. 16, the width ratio a = 1, and the ratio h (a) ² of light confined inside the MZ active layer at this time is 0.71, and 29% of the light is The semiconductor laser active layer oozes and suffers loss. Further, by setting the width ratio a = 2, the proportion of light that receives loss is 1%. Conversely, the width ratio a = 1.38 or more may be set in order to reduce the ratio of light that receives loss to 10% or less.

したがって、図１８に示すように、ＭＺ活性層２３に拡張部分２３ａを形成し、ＭＺ活性層２３の幅ａ・ｗ＝１．３８とすることによって、ロス領域Ｃ２１，Ｃ２２でのロスを１０％以下にすることができる。もちろん、ＭＺ活性層２３の幅ａ・ｗ＝２とすることによってロスを１％以下に低減することができる。 Therefore, as shown in FIG. 18, by forming the extended portion 23a in the MZ active layer 23 and setting the width a · w = 1.38 of the MZ active layer 23, the loss in the loss regions C21 and C22 is 10%. It can be: Of course, by setting the width a · w = 2 of the MZ active layer 23, the loss can be reduced to 1% or less.

図１９は、図１に示した光半導体素子に、この実施の形態５の光導波路構造を適用した場合の構造を示す図である。図１９に示すように、ローメサリッジ構造のアーム４−１，４−２のローメサリッジ構造のＭＺ活性層２３に拡張部分２３ａを形成して、ＭＺ活性層２３を広げることによって、導波する光のロスを低減することができる。さらに、図１９では、合成カプラ５および光導波路１６の幅方向に、吸収層６が直接接続しないように、合成カプラ５および光導波路１６の各メサ幅に比して広い光導波路層２４ａを形成し、この光導波路層２４ａに吸収層６が隣接して配置されるようにしている。これによって、合成カプラ５および光導波路１６を通る光のロスを低減できるとともに、迷光による影響を防止することができる。 FIG. 19 is a diagram showing a structure when the optical waveguide structure of the fifth embodiment is applied to the optical semiconductor element shown in FIG. As shown in FIG. 19, the extended portion 23 a is formed in the low-mesa ridge structure MZ active layer 23 of the low-mesa ridge structure arms 4-1 and 4-2, and the MZ active layer 23 is widened. Can be reduced. Further, in FIG. 19, an optical waveguide layer 24 a wider than the mesa widths of the synthetic coupler 5 and the optical waveguide 16 is formed in the width direction of the synthetic coupler 5 and the optical waveguide 16 so that the absorption layer 6 is not directly connected. The absorption layer 6 is arranged adjacent to the optical waveguide layer 24a. As a result, it is possible to reduce the loss of light passing through the composite coupler 5 and the optical waveguide 16 and to prevent the influence of stray light.

また、図２０は、図１３に示した光半導体素子に、この実施の形態５の光導波路構造を適用した場合の構造を示す図である。図２０に示すように、この光半導体素子は、図１９に示した光半導体素子と同様に、アーム４−１，４−２に拡張部分２３ａを形成するとともに光導波路層２４ａを形成して、導波する光のロスを低減するようにしている。さらに、ＭＭＩカプラ４３と分岐カプラ３との間を接続する光導波路１１のローメサリッジ構造に対して、メサ幅に比して広い光導波路層２４ｂを形成し、この光導波路層２４ｂに吸収層４６が隣接して配置されるようにしている。これによって光導波路１１を通る光のロスを低減できるとともに、迷光による影響を防止することができる。 FIG. 20 is a diagram showing a structure when the optical waveguide structure of the fifth embodiment is applied to the optical semiconductor element shown in FIG. As shown in FIG. 20, this optical semiconductor element has an extension portion 23a and an optical waveguide layer 24a formed on the arms 4-1 and 4-2, similarly to the optical semiconductor element shown in FIG. The loss of guided light is reduced. Further, with respect to the low mesa ridge structure of the optical waveguide 11 connecting the MMI coupler 43 and the branch coupler 3, an optical waveguide layer 24b wider than the mesa width is formed, and an absorption layer 46 is formed on the optical waveguide layer 24b. Adjacent to each other. As a result, the loss of light passing through the optical waveguide 11 can be reduced and the influence of stray light can be prevented.

また、図２１は、図１４に示した光半導体素子に、この実施の形態５の光導波路構造を適用した場合の構造を示す図である。図２１に示すように、この光半導体素子は、図１９に示した光半導体素子と同様に、アーム４−１，４−２に拡張部分２３ａを形成するとともに光導波路層２４ａを形成して、導波する光のロスを低減するようにしている。さらに、拡張部分２３ａと吸収層５６との間に光導波路層２４ｃが介在するように形成し、この光導波路層２４ｃに吸収層５６が隣接して配置されるようにしている。これによってアーム４−１，４−２を通る光のロスを低減できるとともに、迷光による影響を防止することができる。 FIG. 21 is a diagram showing a structure when the optical waveguide structure of the fifth embodiment is applied to the optical semiconductor element shown in FIG. As shown in FIG. 21, this optical semiconductor element has an extended portion 23a and an optical waveguide layer 24a formed on the arms 4-1 and 4-2, similarly to the optical semiconductor element shown in FIG. The loss of guided light is reduced. Further, the optical waveguide layer 24c is formed between the extended portion 23a and the absorption layer 56, and the absorption layer 56 is disposed adjacent to the optical waveguide layer 24c. As a result, the loss of light passing through the arms 4-1 and 4-2 can be reduced, and the influence of stray light can be prevented.

また、図２２は、図１５に示した吸収光導波路６５を有する光半導体素子に、この実施の形態５の光導波路構造を適用した場合の構造を示す図である。図２２に示すように、この光半導体素子は、図１９に示した光半導体素子と同様に、アーム４−１，４−２に拡張部分２３ａを形成するとともに光導波路層２４ａを形成して、導波する光のロスを低減するようにしている。さらに、拡張部分２３ａと吸収層５６との間に光導波路層２４ｄが介在するように形成し、この光導波路層２４ｄに吸収層５６が隣接して配置されるようにしている。これによってアーム４−１，４−２を通る光のロスを低減できるとともに、迷光による影響を防止することができる。 FIG. 22 is a diagram showing a structure when the optical waveguide structure of the fifth embodiment is applied to the optical semiconductor element having the absorption optical waveguide 65 shown in FIG. As shown in FIG. 22, this optical semiconductor element has an extension portion 23a and an optical waveguide layer 24a formed on the arms 4-1 and 4-2, similarly to the optical semiconductor element shown in FIG. The loss of guided light is reduced. Further, the optical waveguide layer 24d is formed between the extended portion 23a and the absorption layer 56, and the absorption layer 56 is disposed adjacent to the optical waveguide layer 24d. As a result, the loss of light passing through the arms 4-1 and 4-2 can be reduced, and the influence of stray light can be prevented.

なお、上述した実施の形態１〜５では、モノリシック集積された半導体基板上に一部に吸収層を設けるようにしていたが、これに限らず、半導体素子２、分岐カプラ３、アーム４−１，４−２、合波カプラ５、光導波路１１〜１６などの機能部以外の領域全面に半導体レーザ活性層によって実現される吸収層を設けてもよい。さらに、吸収層は、半導体レーザ活性層に限らず、導波する動作光を吸収できればよく、この動作光のバンドギャップ波長を超えるバンドギャップ波長をもつ活性層であればよい。 In the first to fifth embodiments described above, the absorption layer is provided in part on the monolithically integrated semiconductor substrate. However, the present invention is not limited to this, and the semiconductor element 2, the branch coupler 3, and the arm 4-1. 4-2, the coupling coupler 5, and the optical waveguides 11 to 16 may be provided with an absorption layer realized by a semiconductor laser active layer over the entire region other than the functional portions. Further, the absorption layer is not limited to the semiconductor laser active layer, and may be any active layer having a band gap wavelength exceeding the band gap wavelength of the operating light as long as it can absorb the operating light to be guided.

また、上述した実施の形態１〜５では、ＭＭＩカプラを用いた光半導体素子について説明したが、これに限らず、方向性結合器を用いた場合も同様に適用することができる。 In the first to fifth embodiments described above, the optical semiconductor element using the MMI coupler has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can also be applied to the case where a directional coupler is used.

さらに、上述した実施の形態では、半導体レーザおよびＭＺ干渉型光変調器を搭載した光半導体素子について説明したが、これに限らず、波長変換素子などの他の多くの半導体デバイスを集積化した場合についても同様に吸収層を形成することによって迷光による影響を防止することができる。 Furthermore, in the above-described embodiment, the optical semiconductor element on which the semiconductor laser and the MZ interference type optical modulator are mounted has been described. However, the present invention is not limited to this, and many other semiconductor devices such as a wavelength conversion element are integrated. Similarly, the effect of stray light can be prevented by forming an absorption layer.

この発明の実施の形態１にかかる光半導体素子の概要構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the optical semiconductor element concerning Embodiment 1 of this invention. 図１に示した光半導体素子の製造過程を示す平面図である。FIG. 7 is a plan view showing a manufacturing process of the optical semiconductor element shown in FIG. 1. 図１に示した光半導体素子の製造過程を示す平面図である。FIG. 7 is a plan view showing a manufacturing process of the optical semiconductor element shown in FIG. 1. 図１に示した光半導体素子の製造過程を示す平面図である。FIG. 7 is a plan view showing a manufacturing process of the optical semiconductor element shown in FIG. 1. 図１に示した光半導体素子の製造過程を示す平面図である。FIG. 7 is a plan view showing a manufacturing process of the optical semiconductor element shown in FIG. 1. 図１に示した光半導体素子の製造過程を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the optical semiconductor element shown in FIG. 1. 図１に示した光半導体素子の製造過程を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the optical semiconductor element shown in FIG. 1. 図１に示した光半導体素子の製造過程を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the optical semiconductor element shown in FIG. 1. 図１に示した光半導体素子の製造過程を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the optical semiconductor element shown in FIG. 1. 図１に示した光半導体素子の製造過程を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the optical semiconductor element shown in FIG. 1. 図１に示した光半導体素子の製造過程を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the optical semiconductor element shown in FIG. 1. 図１に示した光半導体素子の製造過程を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the optical semiconductor element shown in FIG. 1. この発明の実施の形態２にかかる光半導体素子の概要構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the optical semiconductor element concerning Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態３にかかる光半導体素子の概要構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the optical semiconductor element concerning Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態４にかかる光半導体素子の概要構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the optical semiconductor element concerning Embodiment 4 of this invention. 図１１に対応したアーム部分の断面図である。It is sectional drawing of the arm part corresponding to FIG. 幅比に対する透過比の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the permeation | transmission ratio with respect to width ratio. メサ幅に比して広いＭＺ活性層を形成したアーム部分の断面図である。It is sectional drawing of the arm part in which the MZ active layer wider than a mesa width | variety was formed. 図１に示した光半導体素子に、この発明の実施の形態５の光導波路構造を適用した場合の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure at the time of applying the optical waveguide structure of Embodiment 5 of this invention to the optical semiconductor element shown in FIG. 図１３に示した光半導体素子に、この発明の実施の形態５の光導波路構造を適用した場合の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure at the time of applying the optical waveguide structure of Embodiment 5 of this invention to the optical semiconductor element shown in FIG. 図１４に示した光半導体素子に、この発明の実施の形態５の光導波路構造を適用した場合の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure at the time of applying the optical waveguide structure of Embodiment 5 of this invention to the optical semiconductor element shown in FIG. 図１５に示した吸収光導波路６５を有する光半導体素子に、この発明の実施の形態５の光導波路構造を適用した場合の構造を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing a structure when the optical waveguide structure according to the fifth embodiment of the present invention is applied to the optical semiconductor element having the absorbing optical waveguide 65 shown in FIG. ＭＭＩカプラから漏れ出る迷光の状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the stray light which leaks from an MMI coupler.

符号の説明Explanation of symbols

１，４１，５１，６１光半導体素子
２，４２−１〜４２−３半導体レーザ
３分岐カプラ
４ＭＺ干渉型光変調器
４−１，４−２アーム
５合波カプラ
６，４６，５６，６６吸収層
１１〜１６光導波路
１７〜１９，３０，４４−１〜４４−３電極
２０ａ〜２０ｃＳｉＮｘ
２１ｎ−ＩｎＰ基板
２２半導体レーザ活性層
２２ａ，２５ＩｎＰ層
２２ｂ回折格子
２３ＭＺ活性層
２３ａ拡張部分
２４，２４ａ〜２４ｄ光導波路層
２６，３２，３３コンタクト層
３１絶縁層
４３，５３ＭＭＩカプラ
６５吸収光導波路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,41,51,61 Optical semiconductor element 2,42-1 to 42-3 Semiconductor laser 3 Branch coupler 4 MZ interference type optical modulator 4-1, 4-2 Arm 5 Combined coupler 6, 46, 56, 66 Absorption layer 11-16 Optical waveguide 17-19, 30, 44-1 to 44-3 Electrode 20a to 20c SiNx
21 n-InP substrate 22 Semiconductor laser active layer 22a, 25 InP layer 22b Diffraction grating 23 MZ active layer 23a Extended portion 24, 24a-24d Optical waveguide layer 26, 32, 33 Contact layer 31 Insulating layer 43, 53 MMI coupler 65 Absorption Optical waveguide

Claims

複数の光半導体デバイスを光カプラおよび光導波路によって接続し、モノリシック集積した光半導体素子であって、
前記光カプラおよび前記光導波路を伝搬する動作光に対応するバンドギャップ波長に比して長いバンドギャップ波長をもつ吸収領域を前記光カプラあるいは前記光導波路に隣接して設けたことを特徴とする光半導体素子。 An optical semiconductor element in which a plurality of optical semiconductor devices are connected by an optical coupler and an optical waveguide and monolithically integrated,
Light having an absorption region having a band gap wavelength longer than a band gap wavelength corresponding to operating light propagating through the optical coupler and the optical waveguide, adjacent to the optical coupler or the optical waveguide Semiconductor element.

前記吸収領域は、前記光カプラあるいは前記光導波路から幅方向に広がり、かつ後段出力方向全面に渡って設けられることを特徴とする請求項１に記載の光半導体素子。 2. The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the absorption region extends in the width direction from the optical coupler or the optical waveguide and is provided over the entire output direction in the subsequent stage.

前記吸収領域は、前記光カプラの出力端側に設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の光半導体素子。 The optical semiconductor element according to claim 1, wherein the absorption region is provided on an output end side of the optical coupler.

前記光カプラが複数である場合、前段の光カプラの出力端から該前段の光カプラに接続される後段の光カプラの入力端の間に、前記吸収領域を設けることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光半導体素子。 2. The absorption region is provided between an output end of a preceding optical coupler and an input end of a subsequent optical coupler connected to the preceding optical coupler when there are a plurality of the optical couplers. The optical semiconductor element as described in any one of -3.

光分岐を行う光カプラと光合波を行う光カプラとの間に、前記吸収領域を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光半導体素子。 5. The optical semiconductor element according to claim 1, wherein the absorption region is provided between an optical coupler that performs optical branching and an optical coupler that performs optical multiplexing.

２つの光カプラが複数の光導波路によって接続される場合、該２つの光カプラおよび該複数の光導波路によって囲まれる領域を前記吸収領域とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光半導体素子。 When two optical couplers are connected by a plurality of optical waveguides, a region surrounded by the two optical couplers and the plurality of optical waveguides is defined as the absorption region. The optical semiconductor element described in 1.

前記光カプラが複数の出力端をもつマルチモード干渉光カプラである場合、該出力端間の光集中端に吸収用の光導波路を設けるとともに、前記出力端に接続される光導波路間に前記吸収領域を設けることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光半導体素子。 When the optical coupler is a multimode interference optical coupler having a plurality of output ends, an absorption optical waveguide is provided at the light concentration end between the output ends, and the absorption is provided between the optical waveguides connected to the output end. An optical semiconductor element according to claim 1, wherein a region is provided.

前記吸収領域は、前記光半導体デバイス、前記光カプラおよび前記光導波路を除いた領域全面に設けたことを特徴とする請求項１に記載の光半導体素子。 The optical semiconductor element according to claim 1, wherein the absorption region is provided over the entire region excluding the optical semiconductor device, the optical coupler, and the optical waveguide.

前記光半導体デバイスは、半導体レーザデバイスおよび光制御機能デバイスであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の光半導体素子。 The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the optical semiconductor device is a semiconductor laser device or a light control function device.

前記半導体レーザデバイスは、１以上の分布帰還型半導体レーザであり、
前記光制御機能デバイスは、マッハツェンダ型光干渉器であることを特徴とする請求項９に記載の光半導体素子。 The semiconductor laser device is one or more distributed feedback semiconductor lasers;
The optical semiconductor device according to claim 9, wherein the light control functional device is a Mach-Zehnder optical interferometer.

前記光導波路は、半導体基板に平行な平面に形成されるリッジ型の光導波路構造を有し、かつリッジ幅に比して光導波路層の幅が広いことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の光半導体素子。 11. The optical waveguide according to claim 1, wherein the optical waveguide has a ridge type optical waveguide structure formed in a plane parallel to the semiconductor substrate, and the width of the optical waveguide layer is wider than the ridge width. The optical semiconductor element as described in any one.

前記マッハツェンダ型光干渉器の各アームは、半導体基板に平行な平面に形成されるリッジ型の光導波路構造を有し、かつリッジ幅に比して光導波路層の幅が広いことを特徴とする請求項１０または１１に記載の光半導体素子。 Each arm of the Mach-Zehnder type optical interferometer has a ridge type optical waveguide structure formed in a plane parallel to the semiconductor substrate, and the width of the optical waveguide layer is wider than the ridge width. The optical semiconductor device according to claim 10 or 11.

前記吸収領域に隣接する光カプラあるいは前記吸収領域に隣接する光導波路は、リッジ型の光導波路構造を有し、かつリッジ幅に比して光導波路層が広いことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一つに記載の光半導体素子。 The optical coupler adjacent to the absorption region or the optical waveguide adjacent to the absorption region has a ridge-type optical waveguide structure and has an optical waveguide layer wider than the ridge width. 12. The optical semiconductor device according to any one of 12 above.

複数の光半導体デバイスを光カプラおよび光導波路によって接続し、モノリシック集積した光半導体素子の製造方法であって、
半導体基板に平行な平面内に、選択成長法によって、前記光カプラおよび前記光導波路を伝搬する動作光に対応するバンドギャップ波長に比して長いバンドギャップ波長をもつ吸収領域を前記光カプラあるいは前記光導波路に隣接して形成することを特徴とする光半導体素子の製造方法。 A method of manufacturing an optical semiconductor element in which a plurality of optical semiconductor devices are connected by an optical coupler and an optical waveguide and integrated monolithically,
In a plane parallel to the semiconductor substrate, an absorption region having a band gap wavelength longer than the band gap wavelength corresponding to the operating light propagating through the optical coupler and the optical waveguide is selected by the selective growth method. A method for manufacturing an optical semiconductor element, characterized by being formed adjacent to an optical waveguide.

複数の光半導体デバイスを光カプラおよび光導波路によって接続し、モノリシック集積した光半導体素子の製造方法であって、
半導体基板に平行な平面内に、Ｂ／Ｊ再成長法によって、前記光カプラおよび前記光導波路を伝搬する動作光に対応するバンドギャップ波長に比して長いバンドギャップ波長をもつ吸収領域を前記光カプラあるいは前記光導波路に隣接して形成することを特徴とする光半導体素子の製造方法。 A method of manufacturing an optical semiconductor element in which a plurality of optical semiconductor devices are connected by an optical coupler and an optical waveguide and integrated monolithically,
An absorption region having a band gap wavelength longer than the band gap wavelength corresponding to the operating light propagating through the optical coupler and the optical waveguide is formed in the plane parallel to the semiconductor substrate by the B / J regrowth method. A method for manufacturing an optical semiconductor device, comprising: forming a coupler or adjacent to the optical waveguide.

前記吸収領域は、前記光カプラあるいは前記光導波路から幅方向に広がり、かつ後段出力方向全面に渡って設けられることを特徴とする請求項１４または１５に記載の光半導体素子の製造方法。 16. The method of manufacturing an optical semiconductor element according to claim 14, wherein the absorption region extends in the width direction from the optical coupler or the optical waveguide and is provided over the entire output direction in the subsequent stage.

前記吸収領域は、前記光カプラの出力端側に設けたことを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか一つに記載の光半導体素子の製造方法。 The method for manufacturing an optical semiconductor element according to claim 14, wherein the absorption region is provided on an output end side of the optical coupler.

前記光半導体デバイスは、半導体レーザデバイスおよび光制御機能デバイスであることを特徴とする請求項１４〜１７のいずれか一つに記載の光半導体素子の製造方法。 The method of manufacturing an optical semiconductor element according to claim 14, wherein the optical semiconductor device is a semiconductor laser device or an optical control function device.

前記半導体レーザデバイスは、１以上の分布帰還型半導体レーザであり、
前記光制御機能デバイスは、マッハツェンダ型光干渉器であることを特徴とする請求項１８に記載の光半導体素子の製造方法。 The semiconductor laser device is one or more distributed feedback semiconductor lasers;
The method of manufacturing an optical semiconductor element according to claim 18, wherein the light control functional device is a Mach-Zehnder optical interferometer.

前記光導波路は、半導体基板に平行な平面に形成されるリッジ型の光導波路構造を有し、かつリッジ幅に比して光導波路層の幅が広いことを特徴とする請求項１４〜１９のいずれか一つに記載の光半導体素子の製造方法。 The optical waveguide has a ridge-type optical waveguide structure formed in a plane parallel to the semiconductor substrate, and the width of the optical waveguide layer is wider than the ridge width. The manufacturing method of the optical-semiconductor element as described in any one.

前記マッハツェンダ型光干渉器の各アームは、半導体基板に平行な平面に形成されるリッジ型の光導波路構造を有し、かつリッジ幅に比して光導波路層の幅が広いことを特徴とする請求項１９または２０に記載の光半導体素子の製造方法。 Each arm of the Mach-Zehnder type optical interferometer has a ridge type optical waveguide structure formed in a plane parallel to the semiconductor substrate, and the width of the optical waveguide layer is wider than the ridge width. 21. A method of manufacturing an optical semiconductor element according to claim 19 or 20.

前記吸収領域に隣接する光カプラあるいは前記吸収領域に隣接する光導波路は、リッジ型の光導波路構造を有し、かつリッジ幅に比して光導波路層が広いことを特徴とする請求項１４〜２１のいずれか一つに記載の光半導体素子の製造方法。 15. The optical coupler adjacent to the absorption region or the optical waveguide adjacent to the absorption region has a ridge-type optical waveguide structure, and has an optical waveguide layer wider than the ridge width. 21. The method for producing an optical semiconductor element according to any one of 21.