JP2008218548A - Semiconductor waveguide element, semiconductor laser and its fabrication process - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光ファイバ通信用光源および光計測用光源として用いられる波長可変半導体レーザに関し、特に光通信における光波長(周波数)多重システム用光源、および広帯域波長帯をカバーする光計測用光源に関するものである。 The present invention relates to a wavelength tunable semiconductor laser used as an optical fiber communication light source and an optical measurement light source, and more particularly to an optical wavelength (frequency) multiplexing system light source in optical communication and an optical measurement light source covering a wide band wavelength band. It is.
通信情報量の増大に対して、光波長(周波数)多重通信システムの研究が行われているが、送信用光源および同期検波用可同調光源として広範囲な波長調整機能が要求されており、又、光計測の分野からも広域波長帯をカバーする波長可変光源の実現が望まれている。 While research on optical wavelength (frequency) multiplex communication systems has been conducted in response to an increase in the amount of communication information, a wide range of wavelength adjustment functions are required as a light source for transmission and a tunable light source for synchronous detection. In the field of optical measurement, it is desired to realize a wavelength tunable light source that covers a wide wavelength band.
これまでに、種々の可変波長光源が研究されてきたが、それらを大別すると、1つの発振モードで連続的に波長が変わるものと、モード跳びを伴って不連続に波長が変わるものとに分けることができる。実際のシステムへの応用を考えた場合、制御性の面から、連続的に波長が変わるものの方が好ましい。また、波長可変光源の波長を制御する手段としては、温度調整による光導波路層の屈折率変化を用いて発振波長を制御するものと、電流注入による光導波路層の屈折率変化を用いて発振波長を制御するものの二つが主に用いられている。波長変化速度の面では、電流注入による屈折率変化を用いる方がより速い波長切り替えが可能であり、好適である。 Various variable wavelength light sources have been studied so far, and they can be broadly divided into those that change continuously in one oscillation mode and those that change discontinuously with mode jumping. Can be divided. In consideration of application to an actual system, it is preferable that the wavelength changes continuously from the viewpoint of controllability. As a means for controlling the wavelength of the wavelength tunable light source, the oscillation wavelength is controlled by using the refractive index change of the optical waveguide layer by temperature adjustment, and the oscillation wavelength by using the refractive index change of the optical waveguide layer by current injection. Two of them are mainly used. In terms of the wavelength change speed, it is preferable to use a change in refractive index due to current injection because faster wavelength switching is possible.
上述した電流注入による光導波路層の屈折率変化を用いて連続的に発振波長を変化させることができる波長可変光源としては、二重導波路レーザ(TTGレーザ)や分布反射型レーザ(DBRレーザ)などの半導体レーザが研究されており、連続波長可変幅としてTTGレーザでは7nm、DBRレーザでは4.4nmという値が報告されている。近年では、DBRレーザのモード跳びを抑えるために、活性層領域を短くした、いわゆる短共振器DRBレーザも研究されている。 As a wavelength tunable light source capable of continuously changing the oscillation wavelength by using the change in the refractive index of the optical waveguide layer by the current injection described above, a double waveguide laser (TTG laser) or a distributed reflection laser (DBR laser) is used. Semiconductor lasers such as those described above have been studied, and values of 7 nm for TTG lasers and 4.4 nm for DBR lasers have been reported as continuous wavelength variable widths. In recent years, so-called short resonator DRB lasers in which the active layer region is shortened in order to suppress the mode jump of the DBR laser have been studied.
モード跳びをともなった不連続な波長可変幅としては、DBRレーザで10nmという値が得られている。また、不連続ではあるが広い波長可変幅が得られる半導体レーザとして、Y分岐レーザ、超周期構造回折格子レーザなどが試作され、50〜100nmの波長可変幅が得られている。 As the discontinuous wavelength variable width with mode jump, a value of 10 nm is obtained by the DBR laser. Moreover, as a semiconductor laser that is discontinuous but has a wide wavelength tunable width, a Y-branch laser, a super-periodic structure diffraction grating laser, and the like have been prototyped, and a wavelength tunable width of 50 to 100 nm is obtained.
しかし、上述したような従来のTTGレーザ、DBRレーザにおいては次のような問題があった。 However, the conventional TTG laser and DBR laser as described above have the following problems.
TTGレーザでは、光の増幅作用を行う活性導波路層に電流注入してレーザ発振動作を生じさせ、該活性導波路層のすぐ近くに形成される波長制御用非活性導波路層に独立に電流注入することにより、発振波長を変化させる。ここで、回折格子の周期をΛ、導波路の等価屈折率をnとすれば、ブラッグ波長λbは、以下に示す(1)式で表される。
λb=2nΛ・・・(1)
In the TTG laser, a current is injected into an active waveguide layer that amplifies light to cause a laser oscillation operation, and a current is independently supplied to a wavelength control inactive waveguide layer formed in the immediate vicinity of the active waveguide layer. By injecting, the oscillation wavelength is changed. Here, if the period of the diffraction grating is Λ and the equivalent refractive index of the waveguide is n, the Bragg wavelength λb is expressed by the following equation (1).
λb = 2nΛ (1)
レーザはこのブラッグ波長近傍の1つの共振縦モードで発振動作する。非活性導波路層に電流注入を行うと、導波路の等価屈折率が変化し、(1)式より、ブラッグ波長もそれに比例して変化する。ここで、ブラッグ波長の変化の割合Δλb/λbは、以下に示す(2)式に示すように、等価屈折率の変化の割合Δn/nと等しくなる。
Δλb/λb=Δn/n・・・(2)
The laser oscillates in one resonant longitudinal mode near this Bragg wavelength. When current is injected into the inactive waveguide layer, the equivalent refractive index of the waveguide changes, and the Bragg wavelength also changes in proportion to the equation (1). Here, the change rate Δλb / λb of the Bragg wavelength is equal to the change rate Δn / n of the equivalent refractive index as shown in the following equation (2).
Δλb / λb = Δn / n (2)
また、電流注入による等価屈折率の変化に伴い、共振縦モード波長も変化する。TTGレーザの場合、共振器全体の等価屈折率が一様に変化するので、共振縦モード波長の変化の割合Δλr/λrは、(3)式に示すように等価屈折率の変化の割合Δn/nに等しくなる。
Δλr/λr=Δn/n・・・(3)
In addition, the resonance longitudinal mode wavelength also changes as the equivalent refractive index changes due to current injection. In the case of a TTG laser, since the equivalent refractive index of the entire resonator changes uniformly, the change ratio Δλr / λr of the resonance longitudinal mode wavelength is expressed by the ratio Δn / of the change of the equivalent refractive index as shown in the equation (3). equal to n.
Δλr / λr = Δn / n (3)
(2)式、(3)式より、TTGレーザでは、ブラッグ波長の変化と共振縦モードの変化が等しくなるので、最初に発振したモードが保たれたまま連続的に発振波長が変化するという大きな特徴を有する。 From the formulas (2) and (3), in the TTG laser, the change in the Bragg wavelength is equal to the change in the resonance longitudinal mode, so that the oscillation wavelength continuously changes while the first oscillation mode is maintained. Has characteristics.
しかしながら、単一横モード発振動作をさせるためには二重導波路の幅は1〜2μmにする必要があり、さらに活性層と波長制御層との間に形成されるn型スペーサ層の厚さを1μm以下まで薄くする必要があるため、通常の半導体レーザで用いられている埋め込み構造にすることができず、それぞれの導波路層に効率良く電流を注入するための構造にすることが、製作上非常に困難であるという問題があった。 However, in order to perform a single transverse mode oscillation operation, the width of the double waveguide needs to be 1 to 2 μm, and the thickness of the n-type spacer layer formed between the active layer and the wavelength control layer Since it is necessary to reduce the thickness to 1 μm or less, a buried structure used in a normal semiconductor laser cannot be formed, and a structure for efficiently injecting current into each waveguide layer is manufactured. There was a problem that it was very difficult.
それに対してDBRレーザでは、光の増幅作用を行う活性導波路層と非活性導波路層とが直列に結合されている構造なので、通常の半導体レーザと同様に電流狭窄を行うための埋め込みストライプ構造を用いることができ、更に各々の導波路層に独立に電流注入を行うことは、各々の導波路層の上方に形成される電極を分離することにより容易に実現される。 In contrast, the DBR laser has a structure in which an active waveguide layer and an inactive waveguide layer for amplifying light are coupled in series, and therefore, a buried stripe structure for performing current confinement in the same manner as a normal semiconductor laser. Further, independent current injection into each waveguide layer can be easily realized by separating the electrodes formed above each waveguide layer.
非活性導波路層への電流注入により、等価屈折率を変えてブラッグ波長を変化させる機構はTTGレーザと同様であるが、等価屈折率の変化する領域が共振器の一部に限られているために、ブラッグ波長の変化量と共振縦モード波長の変化量とは一致しない。共振縦モード波長の変化の割合Δλr/λrは、(4)式に示すように、全共振器長さLに対する分布反射器の実効長Leの割合分だけ等価屈折率の変化の割合Δn/nよりも少なくなる。
Δλr/λr=(Le/L)・(Δn/n)・・・(4)
The mechanism for changing the Bragg wavelength by changing the equivalent refractive index by injecting current into the inactive waveguide layer is the same as that of the TTG laser, but the region where the equivalent refractive index changes is limited to a part of the resonator. For this reason, the change amount of the Bragg wavelength does not match the change amount of the resonance longitudinal mode wavelength. The change rate Δλr / λr of the resonant longitudinal mode wavelength is the change rate Δn / n of the equivalent refractive index by the ratio of the effective length Le of the distributed reflector to the total resonator length L, as shown in the equation (4). Less than.
Δλr / λr = (Le / L) · (Δn / n) (4)
したがって、(2)式、(4)式より、DBRレーザでは波長制御電流を注入するにつれてブラッグ波長と共振縦モード波長とが相対的に離れていくため、モード跳びを生じてしまうという欠点を持っていた。モード跳びを生じさせないためには、回折格子が形成されていない位相調整領域を設けて、そこへの電流注入により共振縦モードの変化量とブラッグ波長の変化量とを一致させる必要がある。 Therefore, from the equations (2) and (4), the DBR laser has a drawback that the mode jump occurs because the Bragg wavelength and the resonance longitudinal mode wavelength are relatively separated as the wavelength control current is injected. It was. In order to prevent mode jumping, it is necessary to provide a phase adjustment region in which no diffraction grating is formed, and to match the amount of change in the resonant longitudinal mode and the amount of change in the Bragg wavelength by injecting current there.
しかし、この方法では2つの電極への波長制御電流を制御するための外部回路が必要になり、装置構造、および制御が複雑になるという問題があった。また、モード跳びを生じさせないもう一つの方法として、共振器長を短くして縦モード間隔を広げる短共振器DBRレーザが考えられるが、活性層を短くする必要があるため、大きな出力を得るのが困難であるという問題点があった。 However, this method requires an external circuit for controlling the wavelength control current to the two electrodes, and there is a problem that the device structure and control become complicated. Another method that does not cause mode jumping is a short-cavity DBR laser that shortens the cavity length and widens the longitudinal mode interval. However, since the active layer needs to be shortened, a large output can be obtained. There was a problem that it was difficult.
TTGレーザ及びDBRレーザにおける連続波長可変幅は、波長制御層の屈折率変化量に制限され、その値は4〜7nm程度に留まっている。波長可変幅をさらに広くするには、モード跳びを許容し、波長フィルタの波長変化量が屈折率変化量よりも大きくなるような手段を用いる必要がある。Y分岐レーザや、超周期構造回折格子レーザは、いずれも屈折率変化量よりもフィルタ波長変化量が大きくなる手段を用いている。これらのレーザでは、フィルタ波長を大きく変化させ、なおかつ十分な波長選択性を得るために、2つの電極に流す電流を制御する必要があり、さらに共振縦モード波長を制御するための電極も必要となる。その結果、発振波長を調整するのに3つの電極への注入電流を制御しなければならず、制御が非常に複雑になってしまうという問題があった。 The continuous wavelength tunable width in the TTG laser and the DBR laser is limited to the amount of change in the refractive index of the wavelength control layer, and the value remains at about 4 to 7 nm. In order to further widen the wavelength variable width, it is necessary to use a means that allows mode jumping and that the wavelength change amount of the wavelength filter is larger than the refractive index change amount. Both the Y-branch laser and the super-periodic structure diffraction grating laser use a means for increasing the filter wavelength change amount more than the refractive index change amount. In these lasers, in order to change the filter wavelength greatly and to obtain sufficient wavelength selectivity, it is necessary to control the current flowing through the two electrodes, and also to provide an electrode for controlling the resonance longitudinal mode wavelength. Become. As a result, in order to adjust the oscillation wavelength, it is necessary to control the injection current to the three electrodes, and there is a problem that the control becomes very complicated.
これらの問題に対し、特許文献1、非特許文献1等には、分布活性DFBレーザ(TDA−DFB−LD)が開示されている。分布活性DFBレーザは、一つの電極への注入電流制御により連続的に4〜7nm程度発振波長を変化させることができ、なおかつ活性導波路層及び非活性導波路層への電流注入も効率よく行える半導体レーザを得ることと、モード跳びを伴うけれども、二つの電極への注入電流制御により、50〜100nm程度の範囲にわたって発振波長を変化させることができるものである。このような構造によれば、活性層体積を十分確保できるため、高出力化を図ることが可能である。
With respect to these problems,
図17に非特許文献1において開示された分布活性DFBレーザの構造を示す。図17(a)は分布活性DFBレーザの上面図、図17(b)は図17(a)におけるx−x´断面図である。
FIG. 17 shows the structure of a distributed active DFB laser disclosed in
図17に示すように、分布活性DFBレーザは、下部クラッド301上に、活性導波路層302と非活性導波路層(波長制御領域)303とをそれぞれ一定の長さLa、Ltで、交互に周期的に直列結合した構造となっている。活性導波路層302および非活性導波路層303の上には上部クラッド304が形成され、活性導波路層302および非活性導波路層303と上部クラッド304との間には凹凸、すなわち回折格子305が形成されている。更に、上部クラッド304上には、活性導波路層302、非活性導波路層303に対応して活性層電極307、波長制御電極308がそれぞれ設けられている。また、下部クラッド301の下方には共通の電極310が設けられている。
As shown in FIG. 17, the distributed active DFB laser has an
図17に示す分布活性DFBレーザにおいては、活性導波路層302への電流Ia注入により発光とともに利得が生じ、活性導波路層302と上部クラッド304との間に形成された回折格子305の周期に応じた波長のみが選択的に反射されてレーザ発振が起こる。
In the distributed active DFB laser shown in FIG. 17, gain is generated along with light emission by injection of the current Ia into the
一方、非活性導波路層303への電流It注入により、該非活性導波路層303の屈折率はキャリア密度に応じて生じるプラズマ効果により変化するため、これに伴って、非活性導波路層303と上部クラッド304との間に形成された回折格子305の光学的な周期は変化する。そして、非活性導波路層303の等価屈折率が変化し、一周期の長さに対する波長制御領域の長さの割合分だけ共振縦モード波長が短波長側にシフトする。繰り返し構造の一周期の長さをL、波長制御領域長をLtとすれば、共振縦モード波長の変化の割合は、以下に示す(5)式で表される。
Δλr/λr=(Lt/L)・(Δn/n) ・・・(5)
On the other hand, when the current It is injected into the
Δλr / λr = (Lt / L) · (Δn / n) (5)
一方、複数の反射ピークの各波長も、電流It注入による等価屈折率の変化の結果、短波長側にシフトする。反射ピーク波長は繰り返し構造一周期内の平均等価屈折率変化に比例するので、反射ピーク波長の変化の割合Δλs/λsは、以下に示す(6)式で表される。
Δλs/λs=(Lt/L)・(Δn/n) ・・・(6)
On the other hand, each wavelength of the plurality of reflection peaks is also shifted to the short wavelength side as a result of the change in the equivalent refractive index due to the current It injection. Since the reflection peak wavelength is proportional to the average equivalent refractive index change within one cycle of the repetitive structure, the change ratio Δλs / λs of the reflection peak wavelength is expressed by the following equation (6).
Δλs / λs = (Lt / L) · (Δn / n) (6)
(5)式、(6)式より、反射ピーク波長と共振縦モード波長とは同じ量だけシフトする。従って、このレーザでは、最初に発振したモードを保ったまま連続的に波長が変化する。 From the equations (5) and (6), the reflection peak wavelength and the resonance longitudinal mode wavelength are shifted by the same amount. Therefore, in this laser, the wavelength continuously changes while maintaining the mode in which it oscillates first.
特許文献1に開示されている分布活性DFBレーザの構造を図18に示す。
The structure of a distributed active DFB laser disclosed in
この分布活性DFBレーザも図17に示す分布活性DFBレーザと同様に、下部クラッド401上に、活性導波路層402と非活性導波路層403とをそれぞれ一定の長さLa、Ltで、交互に周期的に直列結合した構造を有し、活性導波路層402および非活性導波路層403の上に上部クラッド404が形成され、活性導波路層402と上部クラッド404との間には凹凸、すなわち回折格子405が形成されている。更に、上部クラッド404上には、それぞれ活性導波路層402、非活性導波路層403に対応して活性層電極407、波長制御電極408が設けられている。また、下部クラッド401の下部には共通の電極410が形成されている。この分布活性DFBレーザでは、回折格子405を一部のみに形成しているが、図17の分布活性DFBレーザと同じように連続的に波長変化する。
Similarly to the distributed active DFB laser shown in FIG. 17, this distributed active DFB laser also has an
また、特許文献1には、図19に示すように、図18に示す分布活性DFBレーザと同様の構造を有し、活性導波路層402と非活性導波路層403の繰り返し周期がそれぞれL1、L2である、異なる二つのレーザを直列結合した構造も開示されている。なお、図18に示した部材と実質的に同一の部材については同一符号を付し、説明を省略する。
Further, in
図17乃至図19に示した分布活性DFBレーザなどのように、活性導波路層302(又は402)と非活性導波路層303(又は403)とを交互に周期的に結合する手段としては、選択成長法を用いたバットジョイント(突合せ結合)技術が用いられている。特許文献2には、バットジョイントを行う場合に用いる選択成長マスクを島状にすることにより、活性導波路層と非活性導波路層との結合が光学的に均一化できることが述べられている。
As a distributed active DFB laser shown in FIGS. 17 to 19, as means for alternately and periodically coupling the active waveguide layer 302 (or 402) and the inactive waveguide layer 303 (or 403), A butt joint technique using a selective growth method is used.
上述した従来の分布活性DFBレーザにおいては、活性領域と非活性領域を短い領域長で交互に繰り返す構造となっていると共に、バットジョイント面が導波路方向に直交するように設けられているため、活性導波路層と非活性導波路層のバットジョイント結合における反射、散乱損失が、一結合当たりでは僅かな量であったとしても、素子全体では無視できない量となり、閾値電流の増大や、出力効率の低下などの問題を生じさせる虞がある。また同様に、バットジョイント時の選択成長における成長膜厚や組成の変動は散乱を増加させ、結合効率を悪化させる。特に上述の分布活性DFBレーザでは、反射ピーク間隔を広げるために各領域長を短くする必要があり、通常のバットジョイントを必要とする集積デバイスに比べて、選択成長におけるマスク脇の膜厚、組成ゆらぎの影響が相対的に大きくなることが考えられる。 In the conventional distributed active DFB laser described above, the active region and the inactive region are alternately repeated with a short region length, and the butt joint surface is provided so as to be orthogonal to the waveguide direction. Even if the reflection / scattering loss at the butt joint coupling between the active waveguide layer and the inactive waveguide layer is a small amount per coupling, it becomes a non-negligible amount for the entire device, increasing the threshold current and increasing the output efficiency. There is a risk of causing problems such as lowering. Similarly, fluctuations in the growth film thickness and composition during selective growth at the butt joint increase scattering and deteriorate the coupling efficiency. In particular, in the above-described distributed active DFB laser, it is necessary to shorten the length of each region in order to widen the reflection peak interval. Compared with an integrated device that requires a normal butt joint, the film thickness and composition on the side of the mask in selective growth. It is conceivable that the influence of fluctuation becomes relatively large.
本発明はこのような問題を解決するものであって、バットジョイント部の反射や散乱を抑える構造を提供することを目的とする。 This invention solves such a problem, and it aims at providing the structure which suppresses reflection and scattering of a butt joint part.
上記の課題を解決するための第1の発明に係る半導体導波路素子は、半導体基板上に、第1の半導体クラッド層と、前記第1の半導体クラッド層より光学的屈折率が大きい光導波路層と、前記光導波路層より屈折率が小さい第2の半導体クラッド層とをそれぞれ1層以上含む光導波路が、三つ以上光導波路方向に直列に結合されてなる半導体導波路素子において、前記光導波路層間の少なくとも一つの結合面が、導波路方向に直交する方向に対して傾斜を有することを特徴とする。 A semiconductor waveguide device according to a first invention for solving the above problems includes a first semiconductor clad layer and an optical waveguide layer having an optical refractive index larger than that of the first semiconductor clad layer on a semiconductor substrate. And an optical waveguide including at least one second semiconductor clad layer having a refractive index smaller than that of the optical waveguide layer, wherein three or more optical waveguides are coupled in series in the direction of the optical waveguide. At least one coupling surface between the layers is inclined with respect to a direction orthogonal to the waveguide direction.
上記の課題を解決するための第2の発明に係る半導体導波路素子は、第1の発明において、前記結合面の法線が、導波路方向に対して5度以上傾斜していることを特徴とする。 A semiconductor waveguide device according to a second invention for solving the above-mentioned problems is characterized in that, in the first invention, the normal of the coupling surface is inclined at least 5 degrees with respect to the waveguide direction. And
上記の課題を解決するための第3の発明に係る半導体導波路素子は、第1の発明において、前記結合面の法線が、導波路方向に対して10度以上54度以下の角度で傾斜していることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the semiconductor waveguide device according to the first aspect, wherein the normal of the coupling surface is inclined at an angle of 10 degrees to 54 degrees with respect to the waveguide direction. It is characterized by that.
上記の課題を解決するための第4の発明に係る半導体導波路素子は、第1乃至第3のいずれかの発明において、前記結合面の傾きが、全て等しいことを特徴とする。 A semiconductor waveguide device according to a fourth invention for solving the above-mentioned problems is characterized in that, in any one of the first to third inventions, all the inclinations of the coupling surfaces are equal.
上記の課題を解決するための第5の発明に係る半導体導波路素子は、第1乃至第3のいずれかの発明において、前記結合面が、導波路方向に沿って連続する二面ごとに等しい傾斜角を有することを特徴とする。 A semiconductor waveguide element according to a fifth invention for solving the above-mentioned problems is the semiconductor waveguide element according to any one of the first to third inventions, wherein the coupling surface is equal for every two surfaces continuous along the waveguide direction. It has an inclination angle.
上記の課題を解決するための第6の発明に係る半導体導波路素子は、第1乃至第3のいずれかの発明において、前記結合面が、一面おきに等しい傾斜角を有することを特徴とする。 A semiconductor waveguide device according to a sixth invention for solving the above-mentioned problems is characterized in that, in any one of the first to third inventions, the coupling surface has an equal inclination angle every other surface. .
上記の課題を解決するための第7の発明に係る半導体導波路素子は、第1乃至第3のいずれかの発明において、少なくとも、距離が2d/sin(2θ)未満の範囲において、前記結合面が、相互に異なる傾斜角を有することを特徴とする。 A semiconductor waveguide device according to a seventh aspect of the present invention for solving the above-described problems is the coupling surface according to any one of the first to third aspects, wherein the distance is at least within a range of less than 2 d / sin (2θ). Have different inclination angles.
上記の課題を解決するための第8の発明に係る半導体導波路素子は、第1乃至第7のいずれかの発明において、ルテニウムをドーピングした半絶縁性の電流ブロック層を備えることを特徴とする。 A semiconductor waveguide device according to an eighth invention for solving the above-mentioned problems is characterized in that, in any of the first to seventh inventions, a semi-insulating current blocking layer doped with ruthenium is provided. .
上記の課題を解決するための第9の発明に係る半導体レーザは、第1乃至第8のいずれかの発明に係る半導体導波路素子からなることを特徴とする。 A semiconductor laser according to a ninth invention for solving the above-mentioned problems is characterized by comprising the semiconductor waveguide device according to any one of the first to eighth inventions.
上記の課題を解決するための第10の発明に係る半導体導波路素子の作製方法は、第1の半導体クラッド層と、前記第1の半導体クラッド層より光学的屈折率が大きい光導波路層と、前記光導波路層より屈折率が小さい第2の半導体クラッド層とをそれぞれ1層以上含む光導波路が、三つ以上光導波路方向に直列に結合されてなる半導体導波路素子を作製する方法において、前記第1の半導体クラッド層上に第1の光導波路層を形成する工程と、導波路方向に直交する方向に対して傾斜を有する島状マスクを用いて前記第1の光導波路層をエッチングする工程と、前記島状マスクを用いたエッチングの後、第2の光導波路層を再成長する工程とを有することを特徴とする。 A method for manufacturing a semiconductor waveguide device according to a tenth aspect of the present invention for solving the above problems includes a first semiconductor cladding layer, an optical waveguide layer having an optical refractive index larger than that of the first semiconductor cladding layer, In the method of manufacturing a semiconductor waveguide device in which three or more optical waveguides each including one or more second semiconductor cladding layers each having a refractive index smaller than that of the optical waveguide layer are coupled in series in the optical waveguide direction, Forming a first optical waveguide layer on the first semiconductor cladding layer, and etching the first optical waveguide layer using an island mask having an inclination with respect to a direction orthogonal to the waveguide direction And a step of re-growing the second optical waveguide layer after the etching using the island mask.
本発明に係る半導体レーザによれば、バットジョイント部の反射と散乱を抑えることができるため、活性領域と非活性領域が交互に繰り返される構造を有する分布活性DFBレーザなどの構造においても共振器全体の損失を低減し、閾値電流の増大や出力効率の低下を防止することができる。 According to the semiconductor laser of the present invention, since reflection and scattering of the butt joint portion can be suppressed, the entire resonator can be obtained even in a structure such as a distributed active DFB laser having a structure in which an active region and an inactive region are alternately repeated. Loss, and an increase in threshold current and a decrease in output efficiency can be prevented.
本発明の実施の形態を、以下に示す実施例において詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described in detail in the following examples.
図1乃至図4に基づいて本発明の第1の実施例を詳細に説明する。 The first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
図1(a)は本実施例に係る半導体レーザとしての分布活性DFBレーザの上面図、図1(b)は図1(a)に示すx−x´断面図、図1(c)は図1(a)のy−y´断面図、図1(d)は図1(c)のz−z´断面図、図2(a)〜(c)は本発明におけるバットジョイントの作製課程を表す説明図、図3は図2(a)の上面図、図4は屈折率が互いに異なる物質の境界面における光の屈折を示す説明図、図5はバンドギャップ波長と屈折率差との関係を示すグラフ、図6は入射角と反射率との関係を示すグラフ、図7は屈折率境界への入射角に対する反射波の結合率を示すグラフである。 1A is a top view of a distributed active DFB laser as a semiconductor laser according to the present embodiment, FIG. 1B is a sectional view taken along line xx ′ of FIG. 1A, and FIG. 1 (a) is a cross-sectional view taken along line yy ′, FIG. 1 (d) is a cross-sectional view taken along line zz ′ of FIG. 1 (c), and FIGS. FIG. 3 is a top view of FIG. 2 (a), FIG. 4 is an explanatory view showing light refraction at the interface between substances having different refractive indexes, and FIG. 5 is a relationship between the band gap wavelength and the refractive index difference. FIG. 6 is a graph showing the relationship between the incident angle and the reflectance, and FIG. 7 is a graph showing the coupling ratio of the reflected wave with respect to the incident angle to the refractive index boundary.
図1に示すように、本実施例に係る半導体レーザは、n型InPよりなる下部クラッド(半導体基板)1上に、下部クラッド1より光学的屈折率が大きい光導波路層15と、この光導波路層19より屈折率が小さい上部クラッド層4とをそれぞれ1層以上含むものである。
As shown in FIG. 1, the semiconductor laser according to the present embodiment includes an
光導波路層19は、活性導波路層2と非活性導波路層3とを光の伝播方向に沿って交互に周期的に(図1では4周期)直列結合して構成されている。相互に隣接する活性導波路層2と非活性導波路層3との結合は、バットジョイントにより行われる。
The optical waveguide layer 19 is formed by serially coupling the
活性導波路層2は、発振波長帯の光に対して光学的利得を有し、GaInAsPからなる長さLaの活性領域である。また、非活性導波路層3は、光学的利得を持たず、活性導波路層2とは組成が異なるGaInAsPからなる長さLtの非活性領域であって、波長制御領域である。本実施例では、領域長La,Ltをそれぞれ29.5μm、活性導波路層2と非活性導波路層3の繰返し周期L(=La+Lt)を59μmとした。
The
活性導波路層2および非活性導波路層3の上にはp型InPからなる上部クラッド4が形成され、光導波路層19と上部クラッド4との間には、光の伝播方向(以下、導波路方向という)に対し、全長に亘って同一周期で凹凸を形成して光導波路層19の等価屈折率を周期変調させた回折格子5が形成されている。本実施例では、発振波長1.55μmを得るために回折格子周期は243nmとした。
An upper clad 4 made of p-type InP is formed on the
上部クラッド4上には、活性導波路層2と非活性導波路層3とのオーミックコンタクトのために高ドープのp型InGaAsPまたはInGaAsまたはその両方の多層構造からなるコンタクト層6を設け、更に、その上に活性導波路層2、非活性導波路層3にそれぞれ対応するように活性層電極7、波長制御電極8が設けられている。なお、活性層電極7と波長制御電極8とは、絶縁膜9によって電気的に分離されており、且つ、活性層電極7同士、波長制御電極8同士は各々一体化され、櫛形状を構成している。また、下部クラッド1の下方には共通の電極10が設けられている。
On the
更に、図1(c)に示すように、幅Wsの活性導波路層2(非活性導波路層3)の両側には電流ブロック層13としてそれぞれInPからなるp型半導体11およびn型半導体12が交互に形成され、埋め込みヘテロ構造(BH)となっている。これにより、活性導波路層2または非活性導波路層3に効率よく電流Ia又はItが注入される。本実施例では導波路の幅Wsを1.5μmとした。
Further, as shown in FIG. 1C, a p-
更に図1(d)に示すように、活性導波路2と非活性導波路3とは、その結合面14(図1では7箇所)が導波路方向に直交する面に対して角度θで傾いている。換言すると、結合面14の法線が、導波路方向に対して傾斜角θを有している。
Further, as shown in FIG. 1D, the
活性導波路層2にバンドギャップ波長1.55μmのGaInAsPを用いた場合、非活性導波路層3にそれより短波のバンドギャップ波長、例えば、1.4μmのバンドギャップ波長のGaInAsPを用いると、レーザ発振の利得に寄与しなくなるために、キャリア密度が一定にならない。これにより、電流It注入により大きく屈折率を変化させることができる。
When GaInAsP having a band gap wavelength of 1.55 μm is used for the
次に図2及び図3に基づいて本実施例に係る分布活性DFBレーザの作製方法の一例を説明する。作製は図2(a)、図2(b)、図2(c)の順で進行する。 Next, an example of a manufacturing method of the distributed active DFB laser according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. The production proceeds in the order of FIG. 2 (a), FIG. 2 (b), and FIG. 2 (c).
図2(a)に示すように、まず、有機金属気相エピタキシャル成長法によりn型InP基板としての下部クラッド1上に、GaInAsP活性導波路層2、及びInP上部クラッド4の一部を成長したウエハを準備し、上部クラッド4上であって、活性導波路層2を残したい領域の直上にのみSiO2もしくはSiNによって島状マスク15(図2では4つ)を作製する。ここで、本明細書において島状とは導波路方向に沿って間欠的に配置された状態を示すものとする。つまり、本実施例では導波路方向に沿って周期Lで間欠的に島状マスク15を作製する。
As shown in FIG. 2A, a wafer in which a GaInAsP
島状マスク15は、図3に示すように導波路方向と交差する端面の法線が導波路方向に対して角度θで傾斜している。本実施例において、島状マスク15は同形状且つ同方向に配置され、隣り合う島状マスク15の対向する端面が平行になるように設定されている。換言すると、島状マスク15は平行四辺形状となっている。ここで、本実施例の場合、活性導波路層2の領域長Laは29.5μmであるので、プロセス時のマージンを含める必要はあるが、島状マスク15の導波路方向の長さはおよそ29.5μmである。また、島状マスク15の間隔は非活性導波路層3の領域長Ltに対応するので、本実施例の場合、およそ29.5μmである。また、マスク幅、即ち、島状マスク15の導波路方向に直交する方向の長さは、3.5μmとした。
As shown in FIG. 3, the island-shaped
次に、図2(b)に示すように、島状マスク15を用いて上部クラッド4の一部と活性導波路層2をエッチングする。更に、図2(c)に示すように、島状マスク15をそのまま用い、選択成長により非活性導波路層3と上部クラッド層4の一部を再成長する。この方法により、図1(d)に示すように、活性導波路層2と非活性導波路層3とが、交互に、且つ結合面14の法線が導波路方向に対して角度θで傾斜するように結合された集積導波路を作製することができる。
Next, as shown in FIG. 2B, a part of the
その後、塗布したレジストに、電子ビーム露光法を用いて回折格子パターンを作製し、これをマスクとして半導体をエッチングし回折格子5を形成する。更に、p型InPからなる上部クラッドの一部を有機金属気相エピタキシャル成長により再成長した後、横モードを抑制するために、SiO2またはSiNをマスクとして幅1.5μmのストライプ状に導波路を加工する。そして、エッチングマスクをそのまま用い、選択成長法によりストライプ状導波路の両側にp型半導体/n型半導体よりなるInP電流ブロック層を成長する。その後、選択成長マスクを除去し、残りのInP上部クラッド4とGaInAsコンタクト層6を成長する。
Thereafter, a diffraction grating pattern is produced on the applied resist by using an electron beam exposure method, and the semiconductor is etched using this as a mask to form the
次に、コンタクト層6と上部クラッド層4の一部をエッチングし、露出したコンタクト層6および上部クラッド層4の表面にSiO2からなる絶縁膜9を製膜した後、該絶縁膜9の電流注入部に対応する部分に穴を開ける。そして、活性層電極7、非活性層電極8としての電極パターンをリフトオフにより形成する。活性層電極7、非活性電極8はそれぞれ活性導波路層2、非活性導波路層3の直上に設けられ、且つ、活性層電極7同士、非活性導波路8同士はそれぞれ一体化され、櫛形状となっている。
Next, the contact layer 6 and a part of the upper clad
続いて、本実施例の作用効果について説明する。 Then, the effect of a present Example is demonstrated.
本実施例では、活性導波路層2と非活性導波路層3とを相互に組成の異なるGaInAsP層としている。従って、バットジョイントは、屈折率が異なる層の結合となる。
In this embodiment, the
屈折率が互いに異なる物質の境界面においては、一方の物質から他方の物質へ光が入射する際に光の反射が生じる。例えば、図4に示す屈折率N1の物質16と屈折率N2の物質17との境界面18に、物質16側から光が入射したとすると、結合界面における光の反射率Rは、以下の(7)式で表される。
R=((N1−N2)/(N1+N2))2 ・・・(7)
At the interface between materials having different refractive indexes, light is reflected when light enters from one material to the other. For example, the
R = ((N 1 −N 2 ) / (N 1 + N 2 )) 2 (7)
本実施例に係る分布活性DFBレーザにおいては、活性導波路領域と非活性導波路領域との屈折率差が小さいため、(7)式から反射率Rの絶対値は非常に小さくなる。しかしその一方で、図1に示したように、一つの素子(本実施例では分布活性DFBレーザ)には、屈折率が互いに異なる領域を結合した結合面14が複数(図1では7面)存在する。このため、一つの素子全体では光の反射の影響が無視できない程度に大きくなる虞がある。従って、結合面14を複数有する素子にあっては、反射率Rをできるだけ低く抑えるか、反射が起きたとしても反射波が導波路に結合しないようにすることが重要である。 In the distributed active DFB laser according to the present embodiment, since the difference in refractive index between the active waveguide region and the inactive waveguide region is small, the absolute value of the reflectance R is very small from Equation (7). However, on the other hand, as shown in FIG. 1, a single element (distributed active DFB laser in this embodiment) has a plurality of coupling surfaces 14 (seven surfaces in FIG. 1) that combine regions having different refractive indexes. Exists. For this reason, there is a possibility that the influence of light reflection is increased to a level that cannot be ignored in one entire element. Therefore, in an element having a plurality of coupling surfaces 14, it is important to keep the reflectivity R as low as possible or prevent the reflected wave from being coupled to the waveguide even if reflection occurs.
屈折率が互いに異なる物質の境界面に対して光が斜めに入射した場合、入射角をθ1、屈折角をθ2とすると、スネルの法則に従い、以下の(8)式で表されるように、その境界面で屈折が生じる。なお、本実施例において入射角θ1は、境界面18の法線に対する光の伝播方向の傾斜角とする。
sinθ1/sinθ2=N2/N1 ・・・(8)
When light is incident obliquely on the boundary surfaces of substances having different refractive indexes, the incident angle is θ 1 , and the refraction angle is θ 2 , which is expressed by the following formula (8) according to Snell's law. In addition, refraction occurs at the interface. In this embodiment, the incident angle θ 1 is an inclination angle in the light propagation direction with respect to the normal line of the
sin θ 1 / sin θ 2 = N 2 / N 1 (8)
ここで、入射角θ1がブリュースター角θBに一致する場合、入射面に平行な成分の反射をなくすことができる。ブリュースター角θBは、以下の(9)式で表すことができる。
θB=tan-1(N2/N1) ・・・(9)
Here, when the incident angle θ 1 coincides with the Brewster angle θ B , reflection of a component parallel to the incident surface can be eliminated. The Brewster angle θ B can be expressed by the following equation (9).
θ B = tan −1 (N 2 / N 1 ) (9)
図5にInPと格子整合するGaInAsPとバンドギャップ波長1.55μmのGaInAsとの屈折率差と、該InPと格子整合するGaInAsPのバンドギャップ波長との関係を示す。伝播する光の波長は1.55μmとしている。図5に示すように、半導体の屈折率はバンドギャップ波長によって異なる。例えば、バンドギャップ波長1.55μmの半導体と、バンドギャップ波長1.40μmの半導体とでは、0.09程度の屈折率差がある。 FIG. 5 shows the relationship between the refractive index difference between GaInAsP lattice-matched with InP and GaInAs having a bandgap wavelength of 1.55 μm and the band gap wavelength of GaInAsP lattice-matched with InP. The wavelength of the propagating light is 1.55 μm. As shown in FIG. 5, the refractive index of the semiconductor varies depending on the band gap wavelength. For example, a semiconductor with a band gap wavelength of 1.55 μm and a semiconductor with a band gap wavelength of 1.40 μm have a refractive index difference of about 0.09.
実際に導波路構造を作製する場合には、バンドギャップ波長1.55μmのGaInAsと、InPと格子整合するGaInAsPとをコアとして用い、これらよりも屈折率の低い半導体でコアに光を閉じ込める構造をとる。 When actually producing a waveguide structure, GaInAs having a band gap wavelength of 1.55 μm and GaInAsP lattice-matched with InP are used as a core, and a structure in which light is confined in the core by a semiconductor having a lower refractive index than these. Take.
例えば、簡単な導波路構造として、厚さ0.15μmのコアをInPのクラッドで挟んで構成される導波路構造の等価屈折率で考えると、バンドギャップ波長1.55μmの半導体をコアとして用いた場合の等価屈折率は3.12、バンドギャップ波長1.40μmの半導体をコアとして用いた場合の等価屈折率は3.19となり、これらの導波路の等価屈折率差は0.02程度以下になる。 For example, as a simple waveguide structure, a semiconductor having a band gap wavelength of 1.55 μm was used as the core when considering the equivalent refractive index of a waveguide structure in which a core having a thickness of 0.15 μm is sandwiched between InP clads. The equivalent refractive index in this case is 3.12, and the equivalent refractive index when a semiconductor with a band gap wavelength of 1.40 μm is used as the core is 3.19. The equivalent refractive index difference between these waveguides is about 0.02 or less. Become.
図6に、図4に示した境界面18に入射する光の入射角θ1と反射率Rとの関係を示す。なお、入射角θ1は、境界面18に直交する方向と光の伝播方向との角度である。図6に示すグラフは、入射側の物質16の屈折率をN1=3.20、物質16と物質17の屈折率差ΔnをそれぞれΔn=N1−N2=0.005、0.01、0.015、0.02とした場合の例を示している。
FIG. 6 shows the relationship between the incident angle θ 1 of light incident on the
本実施例においては、分布活性DFBレーザにおける活性導波路層2と非活性導波路層3との屈折率差が小さいため、(9)式から、ブリュースター角θBはほぼ45度となる。即ち、活性導波路層2と非活性導波路層3と結合面14の傾斜角θがほぼ45度の場合に反射率Rが0となり、また、傾斜角θ=45度近傍で反射率Rが非常に小さくなる。
In this embodiment, since the refractive index difference between the
屈折率差Δn=0.01の場合を例にとってみると、図6から、入射角θ1が10度以上54度以下で反射率Rを低減できる。特に反射率Rを、光が境界面に対して垂直に入射したとき、即ち、入射角θ1=0の場合の半分以下に抑えるためには、入射角θ1を28度から52度程度の間の値とすればよい。また、反射率Rを、入射角θ1=0における反射率Rの3分の1以下に抑えるためには、入射角θ1を33度から51度程度の間の値とすればよい。なお、図6からわかるように、入射角θ1がブリュースター角θBより小さい範囲であるほうが、入射角θ1がブリュースター角θBより大きい場合に比較して、入射角θ1に対する反射率Rの変化が緩やかになっている。 Taking the case where the refractive index difference Δn = 0.01 as an example, the reflectance R can be reduced when the incident angle θ 1 is 10 degrees or more and 54 degrees or less from FIG. In particular, in order to suppress the reflectance R to less than half when light is incident perpendicular to the boundary surface, that is, when the incident angle θ 1 = 0, the incident angle θ 1 is set to about 28 to 52 degrees. A value between may be used. Further, in order to suppress the reflectance R to 1/3 or less of the reflectance R at the incident angle θ 1 = 0, the incident angle θ 1 may be set to a value between about 33 degrees and 51 degrees. As can be seen from FIG. 6, should the incident angle theta 1 is a Brewster angle theta B lower than about, the incident angle theta 1 is compared is greater than the Brewster angle theta B, reflection with respect to the incident angle theta 1 The change in the rate R is moderate.
なお、必ずしも境界面における反射を全て抑える必要がなく、反射が起きても反射波が導波路に結合しなければよいような場合、以下のように入射角θ1の選択範囲を広げることができる。 Note that it is not always necessary to suppress all reflections at the boundary surface, and if the reflected wave does not have to be coupled to the waveguide even if reflection occurs, the selection range of the incident angle θ 1 can be expanded as follows. .
図7に、光モードフィールド幅を1.5μmとした場合の境界面への入射角と、導波路への反射波の結合率との関係を示す。なお、反射波結合率は、境界面での屈折率差を考慮しなくてもいいように、入射角θ1=0のとき、すなわち、境界面が導波路方向に対して直交する場合における反射波の導波路への結合率を1として表示した。 FIG. 7 shows the relationship between the incident angle to the boundary surface and the coupling ratio of the reflected wave to the waveguide when the optical mode field width is 1.5 μm. Note that the reflected wave coupling factor is a reflection when the incident angle θ 1 = 0, that is, when the boundary surface is orthogonal to the waveguide direction, so that the difference in refractive index at the boundary surface may not be taken into consideration. The coupling rate of the wave to the waveguide is shown as 1.
図7から、入射角θ1がおよそ5度以上あれば導波路への反射波結合率を半分に低減でき、反射波結合率を30%程度以下にするためには入射角θ1がおよそ7度以上あればよく、反射波結合率を一桁低減するには、入射角θ1をおよそ9度以上とすればよいことがわかる。 From FIG. 7, if the incident angle θ 1 is about 5 degrees or more, the reflected wave coupling rate to the waveguide can be reduced to half, and the incident angle θ 1 is about 7 to reduce the reflected wave coupling rate to about 30% or less. It is sufficient that the incident angle θ 1 should be about 9 degrees or more in order to reduce the reflected wave coupling ratio by one digit.
以上のことから、図1に示す分布活性DFBレーザにおいて、活性導波路層2と非活性導波路層3との結合面14が導波路方向に対して直交する場合に比較して、反射波結合率を、例えば半分以下に抑制するためには、結合面14の角度を導波路方向に対して5度以上90度未満とする必要がある。また、結合面14が導波路方向に対して直交する場合に比較して、反射波結合率を30%以下に抑制するためには導波路方向に対する結合面の角度を7度以上90度未満とする必要がある。また、結合面が導波路方向に対して直交する場合に比較して反射波結合率を一桁低減するためには、導波路方向に対する結合面の角度を9度以上90度未満とする必要がある。
From the above, in the distributed active DFB laser shown in FIG. 1, compared with the case where the
また、活性導波路層2と非活性導波路層3との結合面14における反射率Rを、結合面14が導波路方向に対して直交する場合に比較して、例えば半分以下とするためには、結合面14の傾斜角θを28度乃至52度程度、3分の1以下とするためには、結合面14の傾斜角θを33度乃至51度程度、結合面が導波路方向に対して直交する場合に比較して反射率Rをほぼ0とするためには、結合面14の傾斜角θを45度とする必要がある。
Further, in order to reduce the reflectance R at the
なお、上述したような反射波の影響を抑制する効果は、結合する導波路の数が増えるほど大きくなることは明らかである。 It is obvious that the effect of suppressing the influence of the reflected wave as described above increases as the number of coupled waveguides increases.
従って、本実施例の場合、導波路に対して、屈折率境界面である結合面14の傾斜角θが上記角度となるようにすれば、結合面14における屈折率差により生じた反射率Rを低減し、反射波の導波路への結合を低減することができる。
Therefore, in the case of this embodiment, if the inclination angle θ of the
また、本実施例においては、島状マスク15の導波路方向と交差する両端面が導波路方向に対して同一の傾斜角に設定されているとともに、隣接する島状マスク15の相互に対向する端面が平行になるように設定されている。これにより、島状マスク15の導波路方向の長さが全て等しくなるとともに、非活性導波路層を選択成長する領域の導波路方向に沿った長さが一定になっている。
In the present embodiment, both end faces intersecting the waveguide direction of the
一般的に、選択成長においては、再成長時にマスク上に到達した原料が、マスク上では成長できずに、マスク上を半導体上まで移動し成長される。マスクサイズが大きいほど、マスク脇に成長する量が多くなり、マスクから離れた場所との成長量差が大きくなる。また、原料により移動する距離(マイグレーション長)が異なるため、マスク脇とマスクから離れた箇所との組成のばらつきも大きくなる。通常、マスクから数μm〜数十μm、条件によっては百μm以上の領域にわたり、成長膜厚や組成がばらつくことになる。 In general, in the selective growth, the raw material that has reached the mask at the time of re-growth cannot grow on the mask, but moves on the mask to the semiconductor to grow. As the mask size is larger, the amount of growth on the side of the mask increases, and the difference in growth amount from a place away from the mask increases. In addition, since the moving distance (migration length) differs depending on the raw material, the variation in composition between the side of the mask and the part away from the mask also increases. Usually, the growth film thickness and composition vary over a region of several μm to several tens of μm from the mask and over a region of 100 μm or more depending on conditions.
本実施例の分布活性DFBレーザのように、選択成長領域が短い間隔で繰り返されているようなデバイスの場合、隣接する島状マスク15間の距離が100μm以下と短く、選択成長領域は、両側の島状マスク15からの影響を大きく受けるため、島状マスク15の間隔が100〜200μm以下のときには、できるだけ揺らぎが小さくなるマスク形状とすることが重要となる。
In the case of a device in which the selective growth region is repeated at a short interval as in the distributed active DFB laser of the present embodiment, the distance between adjacent island masks 15 is as short as 100 μm or less, and the selective growth region is on both sides. Therefore, when the distance between the island-shaped
本実施例のように島状マスク15を設計すれば、島状マスク15の導波路方向に沿った長さと、島状マスク15の間隔が等しくなるので、平坦性が向上し、組成ばらつきも小さくすることが可能である。
If the
更に、実際に導波路として活用する領域は、活性領域の中心付近の1μm幅程度である。特許文献2では、長さ200μm、幅40μmのマスクが用いられており、幅40μmでも平坦性の効果はあるが、光フィールドの広がりやプロセス誤差を考えても、島状マスク15の幅は10μm以下で十分であり、島状マスク15の幅ができるだけ狭い方が選択成長時の成長膜厚ゆらぎや組成ゆらぎへの影響が小さくなるため望ましい。このように、島状マスク15の幅(導波路方向に直交する方向の長さ)は1.0μm以上10μm以下が望ましい。
Furthermore, the region actually used as the waveguide is about 1 μm wide near the center of the active region. In
なお、本実施例においては、p型半導体11、n型半導体12を組み合わせて電流ブロックを実現しているが、電流ブロックとしては、Fe(鉄)やRu(ルテニウム)などをドーピングした半絶縁性InPを用いてもよい。
In the present embodiment, a current block is realized by combining the p-
また、活性導波路層および非活性導波路層はバルク材料でなくともよく、例えば、量子井戸構造、もしくは、量子井戸をバリア層を挟んで重ねた多層量子井戸構造や、量子細線や量子ドットなど、更に低次元の量子井戸構造を備えたものであってもよい。また、活性層への光閉じ込めやキャリア閉じ込めを高めるために、活性層とクラッド層の間に中間の屈折率を持つ層を導入する分離閉じ込めヘテロ構造(SCH)などを導入してもよい。 In addition, the active waveguide layer and the inactive waveguide layer may not be a bulk material. For example, a quantum well structure, a multilayer quantum well structure in which quantum wells are stacked with a barrier layer interposed therebetween, a quantum wire, a quantum dot, or the like Further, it may have a low-dimensional quantum well structure. In order to enhance light confinement and carrier confinement in the active layer, a separate confinement heterostructure (SCH) that introduces a layer having an intermediate refractive index between the active layer and the cladding layer may be introduced.
更に、本素子に用いる半導体は、InPとGaInAsPの組み合わせに限定することなく、GaAs、GaInNAs、AlGaInAs、InAs、GaInNAsなどの別の半導体であってもよく、活性導波路層と非活性導波路層のバンドギャップ波長の組み合わせも上記に限定するものではない。 Furthermore, the semiconductor used in this element is not limited to a combination of InP and GaInAsP, and may be another semiconductor such as GaAs, GaInNAs, AlGaInAs, InAs, and GaInNAs, and an active waveguide layer and an inactive waveguide layer. The combination of the band gap wavelengths is not limited to the above.
更に、半導体の成長法としては、上述した有機金属気相エピタキシャル成長法に限らず、分子線エピタキシャル成長法やその他の手段を用いてもよい。回折格子の形成方法も電子線露光法に限らず、二束干渉露光法やそのほかの手段を用いてもよい。 Further, the semiconductor growth method is not limited to the metal organic vapor phase epitaxial growth method described above, and a molecular beam epitaxial growth method or other means may be used. The method of forming the diffraction grating is not limited to the electron beam exposure method, and a two-bundle interference exposure method or other means may be used.
更に加えて、本実施例では分布活性DFBレーザにおいてバットジョイント面を導波路方向に対して傾斜させる例を説明したが、本発明は上述した実施例に限らず、領域が3つ以上あるその他の集積デバイスにおいて適用可能である。また、本実施例では、分布活性DFBレーザのために、2種類の導波路領域の交互繰り返しであり、一度の選択成長で全てのバットジョイントが形成される。3種類以上の導波路領域を有する構成とする場合、選択成長を2回以上行うことになるが、その場合であっても、バットジョイントの結合端面角度の配置について、本実施例と同様の配置にすることにより、本発明の効果を得ることができる。 In addition, in the present embodiment, an example in which the butt joint surface is inclined with respect to the waveguide direction in the distributed active DFB laser has been described. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and other embodiments having three or more regions are also described. Applicable in integrated devices. In this embodiment, for the distributed active DFB laser, two types of waveguide regions are alternately repeated, and all butt joints are formed by one selective growth. In the case of a configuration having three or more types of waveguide regions, selective growth is performed twice or more. Even in this case, the arrangement of the coupling end surface angles of the butt joint is the same as that of the present embodiment. Thus, the effect of the present invention can be obtained.
図8及び図9に基づいて、本発明の第2の実施例を詳細に説明する。 The second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
図8(a)は本実施例に係る半導体レーザとしての分布活性DFBレーザの上面図、図8(b)は図8(a)に示すx−x´断面図、図8(c)は図8(a)のy−y´断面図、図9は本実施例に係る半導体導波路素子の作製に用いるマスクの一例を示す説明図である。 8A is a top view of a distributed active DFB laser as a semiconductor laser according to the present embodiment, FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line xx ′ shown in FIG. 8A, and FIG. FIG. 9A is a sectional view taken along line yy ′ of FIG. 8A, and FIG. 9 is an explanatory view showing an example of a mask used for manufacturing a semiconductor waveguide device according to this example.
図8に示すように、本実施例に係る分布活性DFBレーザは、n型InPよりなる下部クラッド(半導体基板)101上に、下部クラッド1より光学的屈折率が大きい光導波路層119と、この光導波路層119より屈折率が小さい上部クラッド層104とをそれぞれ1層以上含むものである。
As shown in FIG. 8, the distributed active DFB laser according to this example includes an
光導波路層119は、活性導波路層102と非活性導波路層103とを光の伝播方向に沿って交互に周期的に(図8では4周期)直列結合して構成されている。相互に隣接する活性導波路層102と非活性導波路層103との結合は、バットジョイントにより行われる。
The
活性導波路層102は、発振波長帯の光に対して光学的利得を有し、GaInAsPからなる長さLaの活性領域である。また、非活性導波路層103は、光学的利得を持たず、活性導波路層102とは組成が異なるGaInAsPからなる長さLtの非活性領域であって、波長制御領域である。本実施例では、領域長La,Ltをそれぞれ48.7μm、24.3μm、活性導波路層102と非活性導波路層103の繰返し周期L(=La+Lt)を73μmとした。
The
活性導波路層102および非活性導波路層103の上にはp型InPからなる上部クラッド104が形成され、光導波路層119と上部クラッド104との間には、光の伝播方向(以下、導波路方向という)に対し、全長に亘って同一周期で凹凸を形成して光導波路層119の等価屈折率を周期変調させた回折格子105が形成されている。本実施例では、発振波長1.55μmを得るために回折格子周期は243nmとした。
An upper clad 104 made of p-type InP is formed on the
上部クラッド104上には、活性導波路層102と非活性導波路層103とのオーミックコンタクトのために高ドープのp型InGaAsPまたはInGaAsまたはその両方の多層構造からなるコンタクト層106を設け、更に、その上に活性導波路層102、非活性導波路層103にそれぞれ対応するように活性層電極107、波長制御電極108(図8ではそれぞれ4つ)が設けられている。なお、活性層電極107と波長制御電極108とは、絶縁膜109によって電気的に分離されており、例えば、活性層電極107同士、波長制御電極108同士をそれぞれ素子外でワイヤーなどにより短絡すれば、実施例1と同様の動作が得られる。また、下部クラッド101の下方には共通の電極110が設けられている。
A
更に、活性導波路102と非活性導波路103とは、その結合面114が導波路方向に直交する面に対して傾いている。換言すると、結合面114の法線が、導波路方向に対して傾斜角を有している。
Furthermore, the
活性導波路層102にバンドギャップ波長1.55μmのGaInAsPを用いた場合、非活性導波路層103にそれより短波のバンドギャップ波長、例えば、1.4μmのバンドギャップ波長のGaInAsPを用いると、レーザ発振の利得に寄与しなくなるために、キャリア密度が一定にならない。これにより、電流It注入により大きく屈折率を変化させることができる。
When GaInAsP having a band gap wavelength of 1.55 μm is used for the
次に本実施例に係る分布活性DFBレーザの作製方法の一例を説明する。 Next, an example of a manufacturing method of the distributed active DFB laser according to the present embodiment will be described.
最初に有機金属気相エピタキシャル成長法によりn型InPからなる下部クラッド101上に、活性導波路層102を作製する。その後、非活性導波路層103をバットジョイントにより活性導波路層102に結合する。
First, an
バットジョイントにより活性導波路層102と非活性導波路層103とを結合する過程は、図2に示し、実施例1において説明した過程と概ね同様であるが、本実施例においては、図9に示すように、島状マスク115(図9では4つ)の形状が実施例1において説明した島状マスク15とは異なっている。即ち、島状マスク115の導波路方向と交差する端面は導波路方向に対して傾斜しており、島状マスク115は平行四辺形に形成されている。そして、実施例1において、図3に示したように隣り合う島状マスク15が同向きで配置されているのに対し、本実施例では隣り合う島状マスク115が線対称になるように配置されている。マスク幅は6μmとした。
The process of coupling the
次に、図9に示す島状マスク115を用いて上部クラッド104の一部と活性導波路層102をエッチングする。更に、島状マスク115をそのまま用い、選択成長により非活性導波路層103と上部クラッド層104の一部を再成長する。この方法により、活性導波路層102と非活性導波路層103とが、交互に、且つ結合面が導波路方向に対して傾斜するように結合された集積導波路を作製することができる。
Next, a part of the upper clad 104 and the
その後、塗布したレジストに、電子ビーム露光法を用いて回折格子パターンを作製し、これをマスクとして半導体をエッチングし回折格子105を形成する。更に、p型InPからなる上部クラッド104の一部を有機金属気相エピタキシャル成長により再成長した後、横モードを抑制するために、SiO2またはSiNをマスクとして幅1.5μmのストライプ状に導波路を加工する。そして、エッチングマスクをそのまま用い、選択成長法によりストライプ状導波路の両側にRu(またはFe)をドーピングした半導体よりなる半絶縁体電流ブロック層113を成長する。
Thereafter, a diffraction grating pattern is produced on the applied resist by using an electron beam exposure method, and the semiconductor is etched using this as a mask to form the
その後、選択成長マスクを除去し、次に、各領域間の分離のためにコンタクト層106と上部クラッド層104の一部をエッチングして電流分離溝116(図8では7箇所)を形成すると共に、SiO2絶縁膜109を製膜し、活性導波路層102上と非活性導波路層103上の絶縁膜109に穴を開ける。活性層電極107同士、非活性層電極108同士を素子上で短絡するように電極パターンをリフトオフにより形成する。
Thereafter, the selective growth mask is removed, and then a part of the
なお、半絶縁体113のためにドーピングする材料としては、一般的にFeがよく使われているが、Ruを用いることで、p型InPのドーパントであるZuとの相互拡散を抑制することができる。また、Ruを用いることにより、p型、n型半導体よりなる電流ブロック層よりも容量が減るため、変調特性を向上することができる。これに加えて電流分離溝116による各領域102,103間の漏れ電流抑制により、変調特性を10GHz以上に向上できた。
Note that Fe is often used as a doping material for the semi-insulator 113, but using Ru can suppress mutual diffusion with Zu, which is a p-type InP dopant. it can. Further, by using Ru, the capacitance is reduced as compared with the current blocking layer made of p-type and n-type semiconductors, so that the modulation characteristics can be improved. In addition, the modulation characteristic can be improved to 10 GHz or more by suppressing the leakage current between the
本実施例による作用効果を説明する。本実施例によれば、特に、活性導波路層102と非活性導波路層103間のバットジョイントにおける反射率Rの低減については、上述した実施例1と同様の作用効果が得られる。更に、上述した実施例1に比較して以下に示すような作用効果が得られる。
The effect by a present Example is demonstrated. According to the present embodiment, in particular, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained with respect to the reduction of the reflectance R at the butt joint between the
即ち、実施例1では、再成長時の膜厚や組成の平坦性を重視して、図3に示すように、島状マスク15を、隣接する島状マスク15の端面間の距離が一定となるように配置した。実施例1に係る半導体導波路素子においては、島状マスク15の端面を導波路方向に対して45度程度傾斜するように設定すれば、結合面における反射率Rが小さくなると共に、導波路に結合する反射波が低減すると考えられる。
That is, in Example 1, the thickness of the regrowth and the flatness of the composition are emphasized, and as shown in FIG. 3, the distance between the end faces of the adjacent island masks 15 is constant between the island masks 15. Arranged to be. In the semiconductor waveguide device according to the first embodiment, if the end face of the island-shaped
しかし、結晶成長においては、結晶方位の影響を受け、結晶方位によって成長速度などが異なる等の可能性があるため、必ずしもバットジョイント結合面が導波路方向に対して45度傾斜するように導波路間の結合を行うことが最適であるとは限らない。そこで、実施例1で説明したように、導波路に結合する反射波を抑制可能な範囲で導波路方向に対する結合面の角度を選択する必要が生じる。しかし、実施例1に示した半導体導波路素子の場合、全てのマスク端面が平行であるため、導波路方向に対するマスク端面の傾斜角が垂直に近い場合には、同じ角度を持つ端面同士の共振が生じることも懸念される。 However, in the crystal growth, there is a possibility that the growth rate differs depending on the crystal orientation due to the influence of the crystal orientation, so the waveguide is not necessarily inclined so that the butt joint coupling surface is inclined by 45 degrees with respect to the waveguide direction. It is not always optimal to make a connection between them. Therefore, as described in the first embodiment, it is necessary to select the angle of the coupling surface with respect to the waveguide direction within a range in which the reflected wave coupled to the waveguide can be suppressed. However, in the case of the semiconductor waveguide device shown in the first embodiment, since all the mask end faces are parallel, when the inclination angle of the mask end face with respect to the waveguide direction is nearly perpendicular, resonance between the end faces having the same angle. There is also concern that this will occur.
これに対し、本実施例は、実施例1と比較して、島状マスク115の導波路方向の長さ、及び、島状マスク115上の材料が半導体上に移動する量を一定に保ちつつ、隣り合う島状マスク115同士を相互に線対称に配置するものである。本実施例によれば、実施例1に係る半導体導波路素子に比較して、導波路方向に対して同じ傾斜を有する結合面の数を低減したことにより、平坦性は多少低下するが、結合面間の共振を減らして共振モードの安定化を図ることが可能である。
In contrast, in this embodiment, the length of the island-shaped
なお、島状マスクの導波路方向と交差する一対の端面を平行にし、島状マスク導波路方向の長さを一定とすることにより、島状マスク上の材料が半導体上に移動する量を等しく保つことは、島状マスクが一つであってもその効果が期待できる。 Note that by making the pair of end faces intersecting the waveguide direction of the island mask parallel and making the length in the island mask waveguide direction constant, the amount of movement of the material on the island mask onto the semiconductor becomes equal. The effect can be expected even if there is only one island mask.
また、活性導波路層および非活性導波路層はバルク材料でなくともよく、例えば、量子井戸構造、もしくは、量子井戸をバリア層を挟んで重ねた多層量子井戸構造や、量子細線や量子ドットなど、更に低次元の量子井戸構造を備えたものであってもよい。また、活性層への光閉じ込めやキャリア閉じ込めを高めるために、活性層とクラッド層の間に中間の屈折率を持つ層を導入する分離閉じ込めヘテロ構造(SCH)などを導入してもよい。 In addition, the active waveguide layer and the inactive waveguide layer may not be a bulk material. For example, a quantum well structure, a multilayer quantum well structure in which quantum wells are stacked with a barrier layer interposed therebetween, a quantum wire, a quantum dot, or the like Further, it may have a low-dimensional quantum well structure. In order to enhance light confinement and carrier confinement in the active layer, a separate confinement heterostructure (SCH) that introduces a layer having an intermediate refractive index between the active layer and the cladding layer may be introduced.
更に、本素子に用いる半導体は、InPとGaInAsPの組み合わせに限定することなく、GaAs、GaInNAs、AlGaInAs、InAs、GaInNAsなどの別の半導体であってもよく、活性導波路層と非活性導波路層のバンドギャップ波長の組み合わせも上記に限定するものではない。 Furthermore, the semiconductor used in this element is not limited to a combination of InP and GaInAsP, and may be another semiconductor such as GaAs, GaInNAs, AlGaInAs, InAs, and GaInNAs, and an active waveguide layer and an inactive waveguide layer. The combination of the band gap wavelengths is not limited to the above.
更に、半導体の成長法としては、上述した有機金属気相エピタキシャル成長法に限らず、分子線エピタキシャル成長法やその他の手段を用いてもよい。回折格子の形成方法も電子線露光法に限らず、二束干渉露光法やそのほかの手段を用いてもよい。 Further, the semiconductor growth method is not limited to the metal organic vapor phase epitaxial growth method described above, and a molecular beam epitaxial growth method or other means may be used. The method of forming the diffraction grating is not limited to the electron beam exposure method, and a two-bundle interference exposure method or other means may be used.
また、コンタクト層106と上部クラッド層104の一部をエッチングする方法としては、活性導波路層102と非活性導波路層103の長さが短く、繰返し周期も短いため、プラズマやイオンビームなどによるドライエッチングなどのサイドエッチング量の少ないエッチング方法が望ましいが、ウエットエッチングなどによる方法でも問題はない。
In addition, as a method of etching part of the
更に加えて、本実施例では分布活性DFBレーザにおいてバットジョイント面を導波路方向に対して傾斜させる例を説明したが、本発明は上述した実施例に限らず、領域が3つ以上あるその他の集積デバイスにおいて適用可能である。また、本実施例では、分布活性DFBレーザのために、2種類の導波路領域の交互繰り返しであり、一度の選択成長で全てのバットジョイントが形成される。3種類以上の導波路領域を有する構成とする場合、選択成長を2回以上行うことになるが、その場合であっても、バットジョイントの結合端面角度の配置について、本実施例と同様の配置にすることにより、本発明の効果を得ることができる。 In addition, in the present embodiment, an example in which the butt joint surface is inclined with respect to the waveguide direction in the distributed active DFB laser has been described. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and other embodiments having three or more regions are also described. Applicable in integrated devices. In this embodiment, for the distributed active DFB laser, two types of waveguide regions are alternately repeated, and all butt joints are formed by one selective growth. In the case of a configuration having three or more types of waveguide regions, selective growth is performed twice or more. Even in this case, the arrangement of the coupling end surface angles of the butt joint is the same as that of the present embodiment. Thus, the effect of the present invention can be obtained.
図10及び図11に基づいて、本発明の第3の実施例を詳細に説明する。 A third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
図10(a)は本実施例に係る半導体レーザとしての分布活性DFBレーザの上面図、図10(b)は図10(a)に示すx−x´断面図、図10(c)は図10(a)のy−y´断面図、図11は本実施例に係る半導体導波路素子の作製に用いるマスクの一例を示す説明図である。 FIG. 10A is a top view of a distributed active DFB laser as a semiconductor laser according to the present embodiment, FIG. 10B is an xx ′ cross-sectional view shown in FIG. 10A, and FIG. FIG. 11A is an explanatory view showing an example of a mask used for manufacturing the semiconductor waveguide device according to the present example.
図10に示すように、本実施例に係る分布活性DFBレーザは、n型InPよりなる下部クラッド(半導体基板)201上に、下部クラッド1より光学的屈折率が大きい光導波路層219と、この光導波路層219より屈折率が小さい上部クラッド層204とをそれぞれ1層以上含むものである。
As shown in FIG. 10, the distributed active DFB laser according to this example includes an
光導波路層219は、活性導波路層202と非活性導波路層203とを光の伝播方向に沿って交互に周期的(図10では4周期)に直列結合して構成されている。相互に隣接する活性導波路層202と非活性導波路層203との結合は、バットジョイントにより行われる。
The
活性導波路層202は、発振波長帯の光に対して光学的利得を有し、GaInAsPからなる長さLaの活性領域である。また、非活性導波路層203は、光学的利得を持たず、活性導波路層202とは組成が異なるGaInAsPからなる長さLtの非活性領域であって、波長制御領域である。本実施例では、領域長La,Ltをそれぞれ22.3μm、44.7μm、活性導波路層202と非活性導波路層203の繰返し周期L(=La+Lt)を67μmとした。
The
活性導波路層202および非活性導波路層203の上にはp型InPからなる上部クラッド204が形成され、光導波路層219と上部クラッド204との間には、光の伝播方向(以下、導波路方向という)に対し、全長に亘って同一周期で凹凸を形成して光導波路層219の等価屈折率を周期変調させた回折格子205が形成されている。本実施例では、発振波長1.55μmを得るために回折格子周期を241nmとした。
An upper clad 204 made of p-type InP is formed on the
上部クラッド204上には、活性導波路層202と非活性導波路層203とのオーミックコンタクトのために高ドープのp型InGaAsPまたはInGaAsまたはその両方の多層構造からなるコンタクト層206を設け、更に、その上に活性導波路層202、非活性導波路層203にそれぞれ対応するように活性層電極207、波長制御電極208(図10ではそれぞれ4つ)が設けられている。なお、活性層電極207、波長制御電極208は各々独立に配置され、絶縁膜209によって電気的に分離されており、例えば、活性層電極207同士、波長制御電極208同士をそれぞれ素子外でワイヤーなどにより短絡すれば、実施例1と同様の動作が得られる。また、下部クラッド201の下方には共通の電極211が設けられている。
On the upper clad 204, a
更に、図10(c)に示すように、本実施例に係る半導体導波路素子は、幅Wsの光導波路層190の両側にポリイミドを埋め込んだリッジ構造となっている。本実施例では導波路の幅すなわちリッジ幅Wsを2.5μmとした。 Further, as shown in FIG. 10C, the semiconductor waveguide device according to this example has a ridge structure in which polyimide is embedded on both sides of the optical waveguide layer 190 having a width Ws. In this embodiment, the width of the waveguide, that is, the ridge width Ws is set to 2.5 μm.
活性導波路層202にバンドギャップ波長1.55μmのGaInAsPを用いた場合、非活性導波路層203にそれより短波のバンドギャップ波長、例えば、1.4μmのバンドギャップ波長のGaInAsPを用いると、レーザ発振の利得に寄与しなくなるために、キャリア密度が一定にならない。これにより、電流It注入により大きく屈折率を変化させることができる。
When GaInAsP having a band gap wavelength of 1.55 μm is used for the
次に本実施例に係る分布活性DFBレーザの作製方法の一例を説明する。 Next, an example of a manufacturing method of the distributed active DFB laser according to the present embodiment will be described.
最初に有機金属気相エピタキシャル成長法によりn型InPからなる下部クラッド201上に、活性導波路層202を作製する。その後、非活性導波路層203をバットジョイントにより活性導波路層202に結合する。
First, an
バットジョイントにより活性導波路層202と非活性導波路層203とを結合する過程は、図2に示し、実施例1において説明した過程と概ね同様であるが、本実施例においては、図11に示すように、島状マスク215(図11では4つ)の形状が実施例1において説明した島状マスク15とは異なっている。即ち、島状マスク215の導波路方向と交差する端面は導波路方向に対して傾斜しており、島状マスク215は導波路方向に直交する面に対して対称な台形形状となっている。実施例1においては、隣り合う島状マスク15を同じ向きに配置し、実施例2では、隣り合う島状マスク115が線対称になるように配置したのに対し、本実施例では、台形形状の島状マスク215を用い、隣接する該島状マスク215が点対称に配置している。マスク幅は6μmとした。
The process of coupling the
次に、図11に示す島状マスク215を用いて上部クラッド204の一部と活性導波路層202をエッチングする。更に、島状マスク215をそのまま用い、選択成長により非活性導波路層203と上部クラッド層4の一部を再成長する。この方法により、活性導波路層202と非活性導波路層203とが、交互に、且つ結合面が導波路方向に対して傾斜するように結合された集積導波路を作製することができる。
Next, a part of the upper clad 204 and the
その後、塗布したレジストに、電子ビーム露光法を用いて回折格子パターンを作製し、これをマスクとして半導体をエッチングし回折格子205を形成する。更に、p型InPからなる上部クラッド204の一部を有機金属気相エピタキシャル成長により再成長した後、横モードを抑制するために、SiO2またはSiNをマスクとして幅1.5μmのストライプ状に導波路を加工する。
Thereafter, a diffraction grating pattern is formed on the applied resist by using an electron beam exposure method, and the semiconductor is etched using this as a mask to form a
そして、選択成長マスクを除去し、SiO2もしくはSiN膜を製膜し、厚いレジストを用いてリッジ上部にのみ電極分離溝のパターンを形成する。次に、各領域間の分離のためにコンタクト層206と上部クラッド層204の一部をエッチングして電流分離溝216を形成する。続いて、ポリイミドをリッジの脇と分離溝に埋め込み、350度のオーブンで凝固させた後、SiO2絶縁膜を製膜し、活性導波路層202上と非活性導波路層203上の絶縁膜209に穴を開ける。活性層電極102同士、非活性層電極103同士を素子上で短絡するように電極パターンをリフトオフにより形成する。
Then, the selective growth mask is removed, an SiO 2 or SiN film is formed, and a pattern of electrode separation grooves is formed only on the ridge using a thick resist. Next, a current separation groove 216 is formed by etching part of the
なお、本実施例では売レジストをマスクとしてウエットエッチングによりリッジを形成したが、SiO2やSiNをマスクとしてドライエッチングによりリッジを形成してもよい。 In this embodiment, the ridge is formed by wet etching using a sold resist as a mask. However, the ridge may be formed by dry etching using SiO 2 or SiN as a mask.
なお、本実施例では、容量の低減と、リッジ構造の保護のために誘電体を用いたが、両脇は空気としてもよい。また、誘電体として有機材料であるポリイミドを用いたが、BCBなど他の材料であってもよい。誘電体を用いることにより、電流ブロック層よりも容量が減るため、変調特性を向上することができる。これに加えて、電流分離溝216による各領域202,203間の漏れ電流抑制により、変調特性を10GHz以上に向上できた。
In this embodiment, a dielectric is used to reduce the capacity and protect the ridge structure, but both sides may be air. Moreover, although polyimide which is an organic material is used as a dielectric, other materials such as BCB may be used. By using a dielectric, the capacitance is reduced as compared with the current blocking layer, and therefore the modulation characteristics can be improved. In addition, the modulation characteristic can be improved to 10 GHz or more by suppressing the leakage current between the
本実施例による作用効果を説明する。本実施例によれば、特に、活性導波路層202と非活性導波路層203間のバットジョイントにおける反射率Rの低減については、上述した実施例1、実施例2と同様の作用効果が得られる。更に、本実施例によれば、上述した実施例1及び実施例2に比較して以下に示すような作用効果が得られる。
The effect by a present Example is demonstrated. According to the present embodiment, in particular, with respect to the reduction of the reflectance R at the butt joint between the
即ち、実施例1では、再成長時の膜厚や組成の平坦性を重視して、図3に示すように、島状マスク15を隣接する島状マスク15の端面間の距離が一定となるように配置した。しかし、実施例1の場合、全ての端面が平行であり、角度が導波路に対して垂直に近い場合には、同じ角度を持つ端面同士の共振が生じる可能性があるため、実施例2では、平坦性は多少低減するが、島状マスク115の導波路方向の長さ、及び、島状マスク115上の材料が半導体上に移動する量は実施例1と同一に保ったまま、隣り合う島状マスク115を線対称で配置していくことにより、同じ角度を持つ結合面を減少させた。
That is, in Example 1, the distance between the end faces of the adjacent island masks 15 is constant as shown in FIG. 3 with emphasis on the film thickness and the flatness of the composition during regrowth. Arranged. However, in the case of the first embodiment, when all the end faces are parallel and the angle is nearly perpendicular to the waveguide, the end faces having the same angle may resonate. Although the flatness is somewhat reduced, the length of the
これに対し、本実施例は、島状マスク215の導波路方向の長さ、及び、島状マスク215上の材料が半導体上に移動する量を一定に保つ一方、隣接する島状マスク215の端面間の距離が等しくなるように配置したものであり、同じ角度を持つ結合面を減らしつつ、組成の均一性、平坦性を確保することができる。
On the other hand, in this embodiment, the length of the
なお、活性導波路層および非活性導波路層はバルク材料でなくともよく、例えば、量子井戸構造、もしくは、量子井戸をバリア層を挟んで重ねた多層量子井戸構造や、量子細線や量子ドットなど、更に低次元の量子井戸構造を備えたものであってもよい。また、活性層への光閉じ込めやキャリア閉じ込めを高めるために、活性層とクラッド層の間に中間の屈折率を持つ層を導入する分離閉じ込めヘテロ構造(SCH)などを導入してもよい。 The active waveguide layer and the inactive waveguide layer do not have to be a bulk material. For example, a quantum well structure, a multilayer quantum well structure in which quantum wells are stacked with a barrier layer interposed therebetween, a quantum wire, a quantum dot, or the like Further, it may have a low-dimensional quantum well structure. In order to enhance light confinement and carrier confinement in the active layer, a separate confinement heterostructure (SCH) that introduces a layer having an intermediate refractive index between the active layer and the cladding layer may be introduced.
更に、本素子に用いる半導体は、InPとGaInAsPの組み合わせに限定することなく、GaAs、GaInNAs、AlGaInAs、InAs、GaInNAsなどの別の半導体であってもよく、活性導波路層と非活性導波路層のバンドギャップ波長の組み合わせも上記に限定するものではない。 Furthermore, the semiconductor used in this element is not limited to a combination of InP and GaInAsP, and may be another semiconductor such as GaAs, GaInNAs, AlGaInAs, InAs, and GaInNAs, and an active waveguide layer and an inactive waveguide layer. The combination of the band gap wavelengths is not limited to the above.
更に、半導体の成長法としては、上述した有機金属気相エピタキシャル成長法に限らず、分子線エピタキシャル成長法やその他の手段を用いてもよい。回折格子の形成方法も電子線露光法に限らず、二束干渉露光法やそのほかの手段を用いてもよい。 Further, the semiconductor growth method is not limited to the metal organic vapor phase epitaxial growth method described above, and a molecular beam epitaxial growth method or other means may be used. The method of forming the diffraction grating is not limited to the electron beam exposure method, and a two-bundle interference exposure method or other means may be used.
また、コンタクト層206と上部クラッド層204の一部をエッチングする方法としては、活性導波路層202と非活性導波路層203の長さが短く、繰返し周期も短いため、プラズマやイオンビームなどによるドライエッチングなどのサイドエッチング量の少ないエッチング方法が望ましいが、ウエットエッチングなどによる方法でも問題はない。
In addition, as a method of etching part of the
更に加えて、本実施例では分布活性DFBレーザにおいてバットジョイント面を導波路方向に対して傾斜させる例を説明したが、本発明は上述した実施例に限らず、領域が3つ以上あるその他の集積デバイスにおいて適用可能である。また、本実施例では、分布活性DFBレーザのために、2種類の導波路領域の交互繰り返しであり、一度の選択成長で全てのバットジョイントが形成される。3種類以上の導波路領域を有する構成とする場合、選択成長を2回以上行うことになるが、その場合であっても、バットジョイントの結合端面角度の配置について、本実施例と同様の配置にすることにより、本発明の効果を得ることができる。 In addition, in the present embodiment, an example in which the butt joint surface is inclined with respect to the waveguide direction in the distributed active DFB laser has been described. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and other embodiments having three or more regions are also described. Applicable in integrated devices. In this embodiment, for the distributed active DFB laser, two types of waveguide regions are alternately repeated, and all butt joints are formed by one selective growth. In the case of a configuration having three or more types of waveguide regions, selective growth is performed twice or more. Even in this case, the arrangement of the coupling end surface angles of the butt joint is the same as that of the present embodiment. Thus, the effect of the present invention can be obtained.
図12及び図13に基づいて本発明の第4の実施例を詳細に説明する。図12は本発明に係る半導体レーザとしての分布活性DFBレーザの作製に用いるマスクの一例を示す説明図、図13は本発明に係る半導体レーザの作製に用いるマスクの他の例を示す説明図である。 A fourth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 12 is an explanatory diagram showing an example of a mask used for manufacturing a distributed active DFB laser as a semiconductor laser according to the present invention, and FIG. 13 is an explanatory diagram showing another example of a mask used for manufacturing a semiconductor laser according to the present invention. is there.
本実施例は、実施例1と比較して、光導波路層を構成する活性導波路層及び非活性導波路層をバットジョイント結合する際に用いるマスクの形状が異なるものであり、その他の構成、例えば、本実施例に係る半導体導波路素子のレーザ構造は、上述した実施例1と概ね同様であり、バットジョイントの作製工程も実施例1で図2を用いて説明した通りである。以下、実施例1においてした説明と重複する説明は省略し、異なる部分を中心に説明する。 The present embodiment is different from the first embodiment in that the shape of the mask used when the active waveguide layer and the inactive waveguide layer constituting the optical waveguide layer are butt-joined is different, and other configurations, For example, the laser structure of the semiconductor waveguide device according to the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment described above, and the manufacturing process of the butt joint is as described in the first embodiment with reference to FIG. Hereinafter, the description overlapping with the description in the first embodiment will be omitted, and different portions will be mainly described.
図12に示すように、島状マスク315の導波路方向と交差する端面は導波路方向に対して傾斜を有している。本実施例において複数(図12では4つ)の島状マスク315は、各々導波路方向に直交する面に対して非対称な台形形状であって、且つ、それぞれ異なる形状を有して導波路方向に間欠的に配置されている。なお、隣接する島状マスク315の相互に対向する端面は、それぞれ平行になるように設定されている。
As shown in FIG. 12, the end face of the
実施例1では、隣接する島状マスク15は同じ向きで配置されており、実施例2では、隣接する島状マスク115が線対称になるように配置されているが、実施例3では台形のマスクを用い、隣り合うマスクは点対称になるように配置している。これに対し、本実施例では、それぞれの島状マスク315の導波路方向に交差する一対の端面の角度が相互に異なる一方、隣接する島状マスク315間の間隔が一定になるように、隣接する島状マスク315の対向する端面の角度を同一とし、平行に設けている。なお、マスク幅は7.5μmとした。
In the first embodiment, the adjacent island masks 15 are arranged in the same direction. In the second embodiment, the adjacent island masks 115 are arranged so as to be line-symmetric. A mask is used, and adjacent masks are arranged so as to be point-symmetric. On the other hand, in this embodiment, the angles of the pair of end faces intersecting the waveguide direction of each
本実施例による作用効果を説明する。本実施例によれば、特に、活性導波路層と非活性導波路層間のバットジョイントにおける反射率Rの低減については、上述した実施例1乃至実施例3と同様の作用効果が得られる。更に、本実施例によれば、上述した実施例1乃至実施例3に比較して以下に示すような作用効果が得られる。 The effect by a present Example is demonstrated. According to the present embodiment, in particular, with respect to the reduction of the reflectance R at the butt joint between the active waveguide layer and the inactive waveguide layer, the same effects as those of the first to third embodiments described above can be obtained. Furthermore, according to the present embodiment, the following effects can be obtained as compared with the first to third embodiments described above.
即ち、実施例1では、再成長時の膜厚や組成の平坦性を重視して、図3に示すように、島状マスク15を隣接する島状マスク15の端面間の距離が一定となるように配置した。しかし、実施例1の場合、全ての端面が平行であり、角度が導波路に対して垂直に近い場合には、同じ角度を持つ端面同士の共振が生じる可能性があるため、実施例2では、平坦性は多少低減するが、島状マスク115の導波路方向の長さ、及び、島状マスク115上の材料が半導体上に移動する量は実施例1と同一に保ったまま、隣り合う島状マスク115を線対称で配置していくことにより、同じ角度を持つ結合面を減少させた。更に実施例3では、マスクの導波路方向の長さは、マスク幅方向に沿って変化するが、隣接するマスク間の間隔は等しくなるように配置したことで、同じ角度を持つ結合面を減らしつつ、組成の均一性、平坦性を確保するようにした。
That is, in Example 1, the distance between the end faces of the adjacent island masks 15 is constant as shown in FIG. 3 with emphasis on the film thickness and the flatness of the composition during regrowth. Arranged. However, in the case of the first embodiment, when all the end faces are parallel and the angle is nearly perpendicular to the waveguide, the end faces having the same angle may resonate. Although the flatness is somewhat reduced, the length of the
これに対し、本実施例は、隣接するマスク間の間隔が一定となるように配置しつつ、導波路方向に対して等しい傾斜を有する結合面を更に低減したことにより、反射による共振の影響をより低減することが可能となる。 In contrast, in this example, the coupling surface having the same inclination with respect to the waveguide direction was further reduced while arranging the gaps between adjacent masks to be constant, thereby reducing the influence of resonance due to reflection. This can be further reduced.
なお、図12に示した島状マスク315は、図11に示し実施例3において説明した島状マスク215に比較して、それぞれの島状マスク215の端面の導波路方向に対する傾斜を変更したものであるが、図9に示し実施例2において説明した島状マスク115の一部を変更し、図13に示すような形状とすることでも本実施例による作用効果を得ることができる。
The
即ち、図13に示すように、島状マスク415の形状を、導波路方向に交差する両端面の角度を等しく、つまり平行四辺形にすると共に、隣り合う島状マスク415とは対向する端面の角度が異なるように、それぞれの島状マスク415の形状を相違させるのである。これにより、活性導波路層の導波路方向の長さを一定とする一方、活性導波路層と非活性導波路層との結合面の導波路方向に対する傾斜角をそれぞれの相違させることができ、島状マスク415上を移動する原料の島状マスク415端付近での影響は同じとしつつ、反射による共振を抑えることができる。
That is, as shown in FIG. 13, the shape of the
なお、本実施例では分布活性DFBレーザにおいてバットジョイント面を導波路方向に対して傾斜させる例を説明したが、本発明は上述した実施例に限らず、領域が3つ以上あるその他の集積デバイスにおいて適用可能である。また、本実施例では、分布活性DFBレーザのために、2種類の導波路領域の交互繰り返しであり、一度の選択成長で全てのバットジョイントが形成される。3種類以上の導波路領域を有する構成とする場合、選択成長を2回以上行うことになるが、その場合であっても、バットジョイントの結合端面角度の配置について、本実施例と同様の配置にすることにより、本発明の効果を得ることができる。 In this embodiment, the example in which the butt joint surface is inclined with respect to the waveguide direction in the distributed active DFB laser has been described. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and other integrated devices having three or more regions. Is applicable. In this embodiment, for the distributed active DFB laser, two types of waveguide regions are alternately repeated, and all butt joints are formed by one selective growth. In the case of a configuration having three or more types of waveguide regions, selective growth is performed twice or more. Even in this case, the arrangement of the coupling end surface angles of the butt joint is the same as that of the present embodiment. Thus, the effect of the present invention can be obtained.
図14に基づいて本発明の第5の実施例を詳細に説明する。図14は本発明に係る半導体レーザとしての分布活性DFBレーザの作製に用いるマスクの一例を示す説明図である。 A fifth embodiment of the present invention will be described in detail based on FIG. FIG. 14 is an explanatory view showing an example of a mask used for manufacturing a distributed active DFB laser as a semiconductor laser according to the present invention.
本実施例は、実施例2と比較して、光導波路層を構成する活性導波路層及び非活性導波路層をバットジョイント結合する際に用いるマスクの形状が異なるものである。また、レーザ構造は実施例2と同じであるが、活性層にAlを含む半導体を用い、半絶縁体層としてはRuをドーピングしたInPを用いた。これにより、高温度下においても閾値電流の増大を防ぐとともに、変調特性を向上させることができる。その他の構成は上述した実施例2と概ね同様であり、重複する説明は省略する。 The present embodiment is different from the second embodiment in the shape of the mask used when the active waveguide layer and the inactive waveguide layer constituting the optical waveguide layer are butt-joined. The laser structure is the same as in Example 2, but a semiconductor containing Al is used for the active layer, and Ru-doped InP is used for the semi-insulator layer. Thereby, it is possible to prevent the threshold current from increasing even under high temperature and to improve the modulation characteristics. Other configurations are generally the same as those of the second embodiment described above, and redundant description is omitted.
図14に示すように、島状マスク515の導波路方向と交差する端面は導波路方向に対して傾斜を有している。本実施例において複数(図14では4つ)の島状マスク515の、導波路方向に交差する端面は、導波路方向に対して相互に異なる傾斜角を有し、導波路方向に間欠的に配置されている。
As shown in FIG. 14, the end face of the
実施例1では、隣接する島状マスク15は同じ向きで配置されており、実施例2では、隣接する島状マスク115が線対称になるように配置されている。また、実施例3では台形のマスクを用い、隣り合うマスクは点対称になるように配置している。実施例4では、島状マスク315間の間隔、もしくは島状マスク415の長さが、導波路方向に直交する方向に沿って一定となるようにして、活性導波路層と非活性導波路層との結合面の傾斜角が、連続する二つの結合面ごとに等しく、それ以外は傾斜角が異なるようにしている。これらに対し、本実施例では、各結合面の角度を全て異なるようにした。マスク幅は10μmとした。
In the first embodiment, the adjacent island masks 15 are arranged in the same direction, and in the second embodiment, the adjacent island masks 115 are arranged so as to be line symmetric. In
本実施例による作用効果を説明する。本実施例によれば、特に、活性導波路層と非活性導波路層間のバットジョイントにおける反射率Rの低減については、上述した実施例1乃至実施例4と同様の作用効果が得られる。更に、本実施例によれば、上述した実施例1乃至実施例4に比較して以下に示すような作用効果が得られる。 The effect by a present Example is demonstrated. According to the present embodiment, in particular, with respect to the reduction of the reflectance R at the butt joint between the active waveguide layer and the inactive waveguide layer, the same effects as those of the first to fourth embodiments described above can be obtained. Furthermore, according to the present embodiment, the following effects can be obtained as compared with the first to fourth embodiments described above.
即ち、実施例1では、再成長時の膜厚や組成の平坦性を重視して、図3に示すように、島状マスク15を隣接する島状マスク15の端面間の距離が一定となるように配置した。しかし、実施例1の場合、全ての端面が平行であり、角度が導波路に対して垂直に近い場合には、同じ角度を持つ端面同士の共振が生じる可能性があるため、実施例2では、平坦性は多少低減するが、島状マスク115の導波路方向の長さ、及び、島状マスク115上の材料が半導体上に移動する量は実施例1と同一に保ったまま、隣り合う島状マスク115を線対称で配置していくことにより、同じ角度を持つ結合面を減少させた。更に実施例3では、マスクの導波路方向の長さは、マスク幅方向に沿って変化するが、隣接するマスク間の間隔は等しくなるように配置したことで、同じ角度を持つ結合面を減らしつつ、組成の均一性、平坦性を確保するようにした。実施例4では、島状マスク315間の間隔、又は、島状マスク415の導波路方向の長さを、幅方向に沿って等しくなるようにしつつ、傾斜角が等しい結合面を更に減らしたことにより、反射による共振の影響をより低減することを可能とした。
That is, in Example 1, the distance between the end faces of the adjacent island masks 15 is constant as shown in FIG. 3 with emphasis on the film thickness and the flatness of the composition during regrowth. Arranged. However, in the case of the first embodiment, when all the end faces are parallel and the angle is nearly perpendicular to the waveguide, the end faces having the same angle may resonate. Although the flatness is somewhat reduced, the length of the
これに対し、本実施例は、各結合面の傾斜角が全て異なるようにした。これにより、選択成長の均一性は若干低減するが、反射による共振の影響を更に低減できる。なお、本実施例では、最良の状態を得るために、図14に示すように島状マスク515を配置し、各結合面の角度が全て異なるようにしたが、導波路方向に直交する面でない限り、ある程度離れた結合面が同じ傾斜角を有しても構わないことは言うまでもない。 On the other hand, in this embodiment, the inclination angles of the respective coupling surfaces are all different. Thereby, the uniformity of selective growth is slightly reduced, but the influence of resonance due to reflection can be further reduced. In this embodiment, in order to obtain the best state, island masks 515 are arranged as shown in FIG. 14 so that the angles of the coupling surfaces are all different, but they are not surfaces orthogonal to the waveguide direction. Needless to say, the coupling surfaces separated to some extent may have the same inclination angle.
具体的には、最も単純に考えた場合、同じ傾斜角を有する結合面間において一方の面で反射した光が他方の面に到達することを防止すればよいので、島状マスク515の導波路方向と直交する方向の幅をd、導波路方向に対するバットジョイント面の角度をθとすると、同じ傾斜角を有する結合面間の距離xが、以下の(10)式の関係を満たせばよい。
x>2d/sin(2θ) ・・・(10)
Specifically, in the simplest case, it is only necessary to prevent the light reflected on one surface from reaching the other surface between the coupling surfaces having the same inclination angle, so that the waveguide of the
x> 2d / sin (2θ) (10)
なお、本実施例では分布活性DFBレーザにおいてバットジョイント面を導波路方向に対して傾斜させる例を説明したが、本発明は上述した実施例に限らず、領域が3つ以上あるその他の集積デバイスにおいて適用可能である。また、本実施例では、分布活性DFBレーザのために、2種類の導波路領域の交互繰り返しであり、一度の選択成長で全てのバットジョイントが形成される。3種類以上の導波路領域を有する構成とする場合、選択成長を2回以上行うことになるが、その場合であっても、バットジョイントの結合端面角度の配置について、本実施例と同様の配置にすることにより、本発明の効果を得ることができる。 In this embodiment, the example in which the butt joint surface is inclined with respect to the waveguide direction in the distributed active DFB laser has been described. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and other integrated devices having three or more regions. Is applicable. In this embodiment, for the distributed active DFB laser, two types of waveguide regions are alternately repeated, and all butt joints are formed by one selective growth. In the case of a configuration having three or more types of waveguide regions, selective growth is performed twice or more. Even in this case, the arrangement of the coupling end surface angles of the butt joint is the same as that of the present embodiment. Thus, the effect of the present invention can be obtained.
図15及び図16に基づいて本発明の第6の実施例を詳細に説明する。図15は本発明に係る半導体レーザとしての分布活性DFBレーザの作製に用いるマスクの一例を示す説明図、図16は本発明に係る半導体レーザの作製に用いるマスクの他の例を示す説明図である。 The sixth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 15 is an explanatory view showing an example of a mask used for manufacturing a distributed active DFB laser as a semiconductor laser according to the present invention, and FIG. 16 is an explanatory view showing another example of a mask used for manufacturing a semiconductor laser according to the present invention. is there.
本実施例は、実施例3と比較して、光導波路層を構成する活性導波路層及び非活性導波路層をバットジョイント結合する際に用いるマスクの形状が異なるものである。その他の構成、例えば、レーザ構造は上述した実施例3と概ね同様であり、また、バットジョイントの作製工程についても実施例3と同様、実施例1で図2を用いて説明した通りであって、重複する説明は省略する。 This embodiment is different from the third embodiment in the shape of the mask used when the active waveguide layer and the inactive waveguide layer constituting the optical waveguide layer are butt-joined. Other configurations, for example, the laser structure are substantially the same as in the above-described third embodiment, and the manufacturing process of the butt joint is as described in the first embodiment with reference to FIG. The overlapping description is omitted.
図15に示すように、島状マスク615の導波路方向と交差する端面は導波路方向に対して傾斜を有し、線対称な台形形状となっている。そして、本実施例においては全て(図15では4つ)の島状マスク615が同一形状に形成され、同一方向に間欠的に配置されている。導波路方向に直交する端面は、導波路方向に対して相互に異なる傾斜角を有し、導波路方向に間欠的に配置されている。
As shown in FIG. 15, the end face of the
実施例1では、隣接する島状マスク15は同じ向きで配置されており、実施例2では、隣接する島状マスク115が線対称になるように配置されている。また、実施例3では台形のマスクを用い、隣り合うマスクは点対称になるように配置している。実施例4では、島状マスク315間の間隔、もしくは島状マスク415の長さが、導波路方向に直交する方向に沿って一定となるようにして、活性導波路層と非活性導波路層との結合面の傾斜角が、連続する二つの結合面ごとに等しく、それ以外は傾斜角が異なるようにしている。実施例5では、各結合面の角度が全て異なるようにしている。これらに対し、本実施例では、同一の台形形状である島状マスク615を間欠的に配置している。マスク幅は6.5μmとした。
In the first embodiment, the adjacent island masks 15 are arranged in the same direction, and in the second embodiment, the adjacent island masks 115 are arranged so as to be line symmetric. In
本実施例による作用効果を説明する。本実施例によれば、特に、活性導波路層と非活性導波路層間のバットジョイントにおける反射率Rの低減については、上述した実施例1と同様の作用効果が得られる。更に、本実施例によれば、上述した実施例1に比較して以下に示すような作用効果が得られる。 The effect by a present Example is demonstrated. According to the present embodiment, in particular, for the reduction of the reflectance R at the butt joint between the active waveguide layer and the inactive waveguide layer, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained. Furthermore, according to the present embodiment, the following effects can be obtained as compared with the first embodiment described above.
即ち、実施例1では、再成長時の膜厚や組成の平坦性を重視して、図3に示すように、島状マスク15を隣接する島状マスク15の端面間の距離が一定となるように配置した。しかし、実施例1の場合、全ての端面が平行であり、角度が導波路に対して垂直に近い場合には、同じ角度を持つ端面同士の共振が生じる可能性があるため、実施例2では、平坦性は多少低減するが、島状マスク115の導波路方向の長さ、及び、島状マスク115上の材料が半導体上に移動する量は実施例1と同一に保ったまま、隣り合う島状マスク115を線対称で配置していくことにより、同じ角度を持つ結合面を減少させた。
That is, in Example 1, the distance between the end faces of the adjacent island masks 15 is constant as shown in FIG. 3 with emphasis on the film thickness and the flatness of the composition during regrowth. Arranged. However, in the case of the first embodiment, when all the end faces are parallel and the angle is nearly perpendicular to the waveguide, the end faces having the same angle may resonate. Although the flatness is somewhat reduced, the length of the
更に実施例3では、マスクの導波路方向の長さは、マスク幅方向に沿って変化するが、隣接するマスク間の間隔は等しくなるように配置したことで、同じ角度を持つ結合面を減らしつつ、組成の均一性、平坦性を確保するようにした。実施例4では、島状マスク315間の間隔、又は、島状マスク415の導波路方向の長さを、幅方向に沿って等しくなるようにしつつ、傾斜角が等しい結合面を更に減らしたことにより、反射による共振の影響をより低減することを可能とした。実施例5では、各結合面の傾斜角を全て異なるようにしてあり、選択成長の均一性は若干低減するが、反射による共振の影響を更に低減することが可能となった。
Further, in Example 3, the length of the mask in the waveguide direction changes along the mask width direction, but the coupling surface having the same angle is reduced by arranging the masks so that the distance between adjacent masks is equal. However, the uniformity and flatness of the composition were ensured. In Example 4, the distance between the island-shaped
しかしながら、実施例2から実施例5の形状であると、この後の導波路の横方向閉じ込め構造、すなわち、リッジや埋め込みヘテロ構造のメサ構造などを作製する際に、導波路の設計位置からの位置ズレが生じると、活性導波路領域と非活性導波路領域の組からなる一周期の長さ、もしくは、活性導波路領域と非活性導波路領域の一周期中の割合が場所により異なってしまう。分布活性DFBレーザの場合、活性導波路領域と非活性導波路領域の比率は、共振縦(軸)モードの変化の割合と、反射ピークの変化の割合を一致させるために、全ての活性導波路領域と非活性導波路領域の組で等しくする必要がある。本実施例のように台形の島を並べて配置することにより、設計で想定した導波路とは平行にずれた場合でも、設計状の比率とは変わってしまうが、共振器内の全ての活性導波路領域と非活性導波路領域の組で同じ比率となる。 However, in the case of the shape of the second to fifth embodiments, when the lateral waveguide confinement structure, that is, the mesa structure of the ridge or the buried heterostructure, is formed from the design position of the waveguide. When misalignment occurs, the length of one cycle consisting of a combination of the active waveguide region and the inactive waveguide region, or the ratio of the active waveguide region and the inactive waveguide region in one cycle varies depending on the location. . In the case of a distributed active DFB laser, the ratio between the active waveguide region and the inactive waveguide region is set so that the ratio of the change in the resonant longitudinal (axial) mode matches the ratio of the change in the reflection peak. It is necessary to equalize the combination of the region and the inactive waveguide region. When trapezoidal islands are arranged side by side as in this embodiment, the ratio of the design shape changes even if the trapezoidal islands are shifted in parallel with the waveguide assumed in the design, but all active guides in the resonator are changed. The ratio is the same for the combination of the waveguide region and the inactive waveguide region.
図15は本実施例の考え方、すなわち、導波路と直交する方向に位置ズレをしても、活性導波路領域と非活性導波路領域の比率が一定となること、を明確にあらわすために、上底の端点にある二つの角の大きさが互いに等しく、下底の端点にある二つの角を互いに等しい、等脚台形を用いて説明したが、隣り合うマスクが同じ形であればよい。例えば、図16に示すように、島状マスク715の導波路方向に対して交差する一対の端面が、導波路方向に対して相互に異なる傾斜角を有するようにしてもよい。
FIG. 15 clearly shows the idea of this embodiment, that is, the ratio between the active waveguide region and the inactive waveguide region is constant even if the position is shifted in the direction orthogonal to the waveguide. Although the description has been made using the isosceles trapezoid in which the two corners at the end points of the upper base are equal to each other and the two corners at the end points of the lower base are equal to each other, the adjacent masks may have the same shape. For example, as shown in FIG. 16, a pair of end faces intersecting with the waveguide direction of the
なお、本実施例では分布活性DFBレーザにおいてバットジョイント面を導波路方向に対して傾斜させる例を説明したが、本発明は上述した実施例に限らず、領域が3つ以上あるその他の集積デバイスにおいて適用可能である。また、本実施例では、分布活性DFBレーザのために、2種類の導波路領域の交互繰り返しであり、一度の選択成長で全てのバットジョイントが形成される。3種類以上の導波路領域を有する構成とする場合、選択成長を2回以上行うことになるが、その場合であっても、バットジョイントの結合端面角度の配置について、本実施例と同様の配置にすることにより、本発明の効果を得ることができる。 In this embodiment, the example in which the butt joint surface is inclined with respect to the waveguide direction in the distributed active DFB laser has been described. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and other integrated devices having three or more regions. Is applicable. In this embodiment, for the distributed active DFB laser, two types of waveguide regions are alternately repeated, and all butt joints are formed by one selective growth. In the case of a configuration having three or more types of waveguide regions, selective growth is performed twice or more. Even in this case, the arrangement of the coupling end surface angles of the butt joint is the same as that of the present embodiment. Thus, the effect of the present invention can be obtained.
なお、上述した実施例1乃至実施例6においては、8つの光導波路が結合された半導体導波路素子について、その結合面を導波路方向に直交する方向に対して傾斜を付与する例を示したが、三つ以上の光導波路が結合された半導体導波路素子であれば、上述した実施例1乃至実施例6において説明した効果を得ることができる。 In the first to sixth embodiments described above, an example in which the coupling surface is inclined with respect to the direction orthogonal to the waveguide direction is shown for the semiconductor waveguide element in which eight optical waveguides are coupled. However, if it is a semiconductor waveguide device in which three or more optical waveguides are coupled, the effects described in the first to sixth embodiments can be obtained.
また、実施例1乃至実施例3において、回折格子を、上部クラッド層の一部を成長した後に形成する例を示したが、本発明は上述した実施例に限らず、活性導波路層を作製した後、上部クラッド層を形成する前に、島状マスクを用いて活性導波路層をエッチングし、島状マスクをそのまま用いて選択成長により非活性導波路層を再成長して、活性導波路層と非活性導波路層とを、交互に、且つ結合面が導波路方向に対して傾斜するように結合させた後、回折格子を形成する等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはいうまでもない。 In the first to third embodiments, the diffraction grating is formed after a part of the upper cladding layer is grown. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and an active waveguide layer is manufactured. After that, before forming the upper clad layer, the active waveguide layer is etched using the island mask, and the inactive waveguide layer is regrown by selective growth using the island mask as it is, so that the active waveguide After the layers and the inactive waveguide layers are coupled alternately and so that the coupling surface is inclined with respect to the waveguide direction, a diffraction grating is formed. It goes without saying that changes are possible.
本発明は、光ファイバ通信用光源および光計測用光源として用いられる波長可変半導体レーザに関し、例えば、光通信における光波長(周波数)多重システム用光源、および広帯域波長帯をカバーする光計測用光源に適用可能である。 The present invention relates to a wavelength tunable semiconductor laser used as a light source for optical fiber communication and a light source for optical measurement. For example, the present invention relates to a light source for optical wavelength (frequency) multiplexing system in optical communication and a light source for optical measurement that covers a wide wavelength band. Applicable.
1,101,201,301,401 下部クラッド
2,102,202,302,402 活性導波路層
3,103,203,303,403 非活性導波路層
4,104,204,304,404 上部クラッド
5,105,205,305,405 回折格子
6,106,206 コンタクト層
7,107,207,307,407 活性層電極
8,108,208,308,408 波長制御電極
9,109,209 絶縁膜
10,110,210,310,410 共通電極
13 電流ブロック層
14 結合面
113 半絶縁体
213 誘電体
15,115,215,315,415,515,615,715 島状マスク
1, 101, 201, 301, 401
Claims (10)
前記光導波路層間の少なくとも一つの結合面が、導波路方向に直交する方向に対して傾斜を有する
ことを特徴とする半導体導波路素子。 An optical device including at least one first semiconductor clad layer, an optical waveguide layer having an optical refractive index larger than that of the first semiconductor clad layer, and a second semiconductor clad layer having a refractive index smaller than that of the optical waveguide layer. In a semiconductor waveguide device in which three or more waveguides are coupled in series in the direction of the optical waveguide,
At least one coupling surface between the optical waveguide layers has an inclination with respect to a direction orthogonal to the waveguide direction. A semiconductor waveguide device, wherein:
前記第1の半導体クラッド層上に第1の光導波路層を形成する工程と、導波路方向に直交する方向に対して傾斜を有する島状マスクを用いて前記第1の光導波路層をエッチングする工程と、前記島状マスクを用いたエッチングの後、第2の光導波路層を再成長する工程とを有する
ことを特徴とする半導体導波路素子の作製方法。 An optical waveguide including at least one first semiconductor cladding layer, an optical waveguide layer having an optical refractive index larger than that of the first semiconductor cladding layer, and a second semiconductor cladding layer having a refractive index lower than that of the optical waveguide layer. In a method for producing a semiconductor waveguide device in which three or more waveguides are coupled in series in the direction of an optical waveguide,
Etching the first optical waveguide layer using a step of forming a first optical waveguide layer on the first semiconductor clad layer and an island mask having an inclination with respect to a direction orthogonal to the waveguide direction A method for manufacturing a semiconductor waveguide element, comprising: a step; and a step of re-growing the second optical waveguide layer after etching using the island mask.
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