JP3943233B2 - 光半導体装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は光半導体装置に関し、特に幹線系光通信の光源等に使用する光半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来の変調器とブラッグ反射型レーザ(distributed Bragg-reflector laser diode: 以下、ＤＢＲ−ＬＤと称す) とを集積した光半導体装置の構造を示す斜視図で、その内部構造を説明するためにレーザ光の導波方向に沿った断面も同時に示している。図において、３０１はｎ型（以下、ｎ−と称す）ＩｎＰからなる基板、３０２はｎ−ＩｎＰからなるバッファ層、３０３はｎ−ＩｎＧａＡｓＰからなる光閉じ込め層、３０４はＩｎＧａＡｓ層とＩｎＧａＡｓＰ層とを交互に積層してなる多層構造を有するＭＱＷ（多重量子井戸）活性層、３０５はｐ型（以下、ｐ−と称す）ＩｎＧａＡｓＰからなる光閉じ込め層、３０６はｐ−ＩｎＰからなるクラッド層、３０７はｐ−ＩｎＧａＡｓＰからなる光ガイド層、３０８はｐ−ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層、３０９はＳｉＯ2 からなる絶縁膜、３１０はＣｒ／Ａｕからなる蒸着電極、３１１はＡｕメッキ層、３１２はＣｒ／Ａｕからなる変調器部電極、３１３はＡｕメッキ層、３１４は半絶縁性ＩｎＰからなる埋込層、３１５はｎ−ＩｎＰからなる埋込層である。基板３０１の裏面側には、図示していないが、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる蒸着電極、Ａｕメッキ層が設けられている。３００ａは入射される光を変調する変調器部で、そのレーザ光を出射する光出射端面に窓部３２０を有する。３００ｂは光を発生するための活性領域、３００ｃはブラッグ反射器となるＤＢＲ領域である。
【０００３】
次に動作について説明する。電極３１０と基板の裏面側の電極との間に電圧を印加すると、ホールと電子の発光再結合が活性領域３００ｂの活性層３０４で起こり、光が発生する。この光が活性層３０４の上下の光閉じ込め層３０３，光閉じ込め層３０５との間で閉じ込められて活性層３０４近傍を導波される。この導波された光は周期構造を有するＤＢＲ領域３００ｃにおいてブラッグ反射されて、再び活性領域３００ｂに導波される。そして、活性領域を導波される光は、変調器部３００ａを経て光出射端面３１８から出力される。この光半導体装置においては、ブラッグ反射で光を分布的に帰還させており、出射光の発振波長はＤＢＲ領域３００ｃの回折格子の格子間隔、即ち回折格子ピッチｄと屈折率ｎより、λ＝２ｎｄ
で定まる。また、窓部３２０は、活性層３０４近傍を導波される光を吸収しない材料からなっており、この部分では光を高さ方向や横方向において閉じ込めないようにして、光出射端面において装置内部方向に反射される光が活性層３０４近傍に戻るのを防いで実効的な反射率を下げている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光半導体装置は上記のような構造であり、その発振波長λは、回折格子ピッチｄにより決まっていたため、ウエハプロセス終了後に必要に応じて波長を変えることができないという問題があった。
【０００５】
また、変調器部３００ａの消光比は変調器部３００ａの光導波路の伸びる方向の長さ（以下、変調器長と称す）で決まるが、窓部３２０を設けているため、窓部３２０を除去することなくウエハプロセス終了後に変調器長を変えて消光特性を調節することができないという問題があった。
【０００６】
本発明は上記のような課題を解消するためになされたものであり、発振波長を容易に変化させることができる光半導体装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、消光特性を容易に変化させることができる光半導体装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る光半導体装置は、半導体基板上に設けられた、光を発生し、この発生した光を導波する活性領域と、上記半導体基板上に設けられ、格子の配列方向が、上記活性領域に導波される光の光軸と一致しないように配置された回折格子を備えたブラッグ反射領域と、上記活性領域を導波される光を内部で反射して、上記回折格子に入射させる反射面を備えるようにしたものである。
【０００８】
また、この発明に係る光半導体装置は、上記回折格子が、格子の配列方向が互いに平行である格子ピッチの異なる複数の回折格子で構成され、上記反射面は、この複数の回折格子のいずれか一つに光を入射させるよう構成されてなるようにしたものである。
【０００９】
また、この発明に係る光半導体装置は、上記反射面が光半導体装置の端面で構成されてなるようにしたものである。
【００１０】
また、この発明に係る光半導体装置は、活性領域を導波される光の光軸に対して垂直な光出射端面を、上記活性領域を挟んで、上記反射面と向かい合う位置に設けるようにしたものである。
【００１１】
また、この発明に係る光半導体装置は、上記光出射端面と活性領域との間に、上記活性領域から導波される光を変調する光変調部を備えるようにしたものである。
【００１２】
また、この発明に係る光半導体装置は、内部に入力される光を変調して導波する変調器部と、該変調器部を導波される光の光軸に沿って平行に配置された光出射端面と、上記変調器部に設けられた、上記変調器部に導波される光を反射して、上記光出射端面に入射させる反射端面とを備えるようにしたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る光半導体装置の構造を示す斜視図（図１(a))、及び図１(a) のIb-Ib 線による断面図（図１(b))、図１(a) のIc-Ic 線による断面図（図１(c))、図１(a) のId-Id 線による断面図（図１(d))、図１(a) のIe-Ie 線による断面図（図１(e))であり、本発明の実施の形態１に係る光半導体装置は、光を発生し、導波する活性領域１００ｂと、それぞれの格子の配列方向が、上記活性領域に導波される光の光軸方向と一致しないように配置された、格子の配列方向が互いに平行である格子ピッチの異なる複数の回折格子３２ａ〜３２ｄを備えたブラッグ反射領域１００ｃと、上記活性領域１００ｂを導波される光を装置内部において反射して、上記複数の回折格子３２ａ〜３２ｄのいずれか一つに入射させる反射端面２２とを備えたものであり、反射端面２２を形成する位置をこの反射端面に垂直な方向に移動させることにより、活性領域１００ｂを導波された光が入射されるブラッグ反射領域１００ｃの回折格子３２ａ〜３２ｄを選択することが可能となり、複数の回折格子３２ａ〜３２ｄのうちから所望の発振波長が得られる回折格子を選択できるので、ウエハプロセス終了後にも出射光の波長選択が可能な光半導体装置が得られるようにしたものである。
【００１４】
図において、光半導体装置１００は、入射される光を変調する変調器部１００ａと、光を発生し、これを導波する活性領域１００ｂと、ブラッグ反射器となるブラッグ反射領域（以下、ＤＢＲ領域と称す）１００ｃと、光を出射する光出射端面２１と、光を内部において反射する反射端面２２とを備えている。光出射端面２１には無反射コーティングがなされており、反射端面２２には、高反射コーティングがなされている。ｎ−ＩｎＰからなる基板１上に、ｎ−ＩｎＰからなるバッファ層２、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰからなる光閉じ込め層３、ＩｎＧａＡｓ層とＩｎＧａＡｓＰ層とを交互に積層してなる多層構造を有するＭＱＷ（多重量子井戸）活性層４、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰからなる光閉じ込め層５、ｐ−ＩｎＰからなる第１クラッド層６ａ、及びｐ−ＩｎＰからなる第２クラッド層６ｂが順次積層された半導体積層構造が配置されている。変調器部１００ａのＭＱＷ活性層４を構成する各層の厚さは、活性領域１００ｂの各層の厚さよりもそれぞれ薄くなっており、変調器部１００ａのＭＱＷ活性層４の実効的なバンドギャップエネルギーが活性領域１００ｂよりも大きくなっている。この半導体積層構造は、変調器部１００ａと、活性領域１００ｂとにおいては、これらの領域を貫くような１．３μｍ程度の幅のストライプ状のメサ形状を有している。このメサ形状となっているメサ形状部３０は、基板１上において反射端面に対して０度より大きく９０度より小さい角度をなすように傾斜して配置されている。このメサ形状部３０の光出射端面２１側の端部は光出射端面２１から所定の間隔を隔てた部分に位置している。また、ＤＢＲ領域１００ｃにおいては、メサ形状部３０の内を導波される光の光軸方向、ここでは特にメサ形状部３０のストライプ方向と一致しない方向にストライプ状に伸びる４本のメサ形状部３１ａ〜３１ｄが互いに平行に配置されており、各メサ形状部３１ａ〜３１ｄの第１クラッド層６ａと第２クラッド層６ｂとの間に複数のｐ−ＩｎＧａＡｓＰからなるストライプ状の光ガイド層７が、メサ形状部３１ａ〜３１ｄのストライプ方向に向かって配列されている。この光ガイド層７が第１のｐ−ＩｎＰクラッド層６ａと第２のｐ−ＩｎＰクラッド層６ｂとにより埋め込まれることにより、各メサ形状部３１ａ〜３１ｄのこの光ガイド層７が設けられている部分がそれぞれ回折格子３２ａ〜３２ｄとなる。なお、この回折格子３２ａ〜３２ｄは屈折率型または利得導波型のいずれであってもよい。各メサ形状部３１ａ〜３１ｄにおける光ガイド層７の配列間隔、即ち回折格子ピッチは互いに異なる値とする。このメサ形状部３１ａ〜３１ｄのストライプ方向は、メサ形状部３０を導波路として導波される光が、反射端面２２において反射される方向と同じ方向となるようにする。即ち、メサ形状部３０を導波される光の光軸方向と光ガイド層７の配列方向が、反射端面に垂直な軸に対して対称な方向となるようにする。また、メサ形状部３０を導波された光が反射されることにより、少なくともメサ形状部３１ａ〜３１ｄの一つに入射されるような位置に反射端面２２を設けておく。メサ形状部３０及びメサ形状部３１ａ〜３１ｄの両脇の基板１上には、これらを埋め込むように半絶縁性ＩｎＰからなる埋込層１４、ｎ−ＩｎＰからなる埋込層１５が配置されている。第２クラッド層６ｂ上、及び埋込層１５上にはｐ−ＩｎＰからなる第３クラッド層６ｃ及び不純物濃度が高濃度であるｐ−ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層８が順次配置されている。コンタクト層８上には、変調器部１００ａのメサ形状部３０上の領域近傍、活性領域１００ｂのメサ形状部３０上の領域近傍に開口部をそれぞれ備えたＳｉＯ2 等の絶縁膜９が設けられている。活性領域１００ｂの，絶縁膜９の開口部を覆う領域にＣｒ膜とＡｕ膜とを順次蒸着したＣｒ／Ａｕからなる蒸着電極１０と、Ａｕメッキ層１１とが設けられ、変調器部１００ａの，絶縁膜９の開口部を覆う領域にＣｒ／Ａｕ蒸着電極１２と、Ａｕメッキ層１３とが設けられている。基板１の裏面側には、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる蒸着電極１６、Ａｕメッキ層１７が設けられている。
【００１５】
また、図２は図１に示した光半導体装置の一部切り欠き斜視図（図２(a))、及び図１に示した光半導体装置を基板上面から見た内部構造を説明するための模式図（図２(b))であり、図１と同一符号は同一または相当する部分を示している。
【００１６】
図３は本発明の実施の形態１に係る光半導体装置の製造方法を示す斜視図であり、図において、図１，２と同一符号は同一又は相当する部分を示している。以下、図３に基づいて製造方法について説明する。
【００１７】
まず、図３(a) に示すように、ウエハ状態の基板１上に、その一端が結合された、異なる方向に伸びる２つのストライプ状の開口部を備えた絶縁膜２５を形成する。このストライプ状の開口部の一方は活性領域１００ｂ上及び変調器部１００ａ上に伸びており、他方は、ＤＢＲ領域１００ｃ上に伸びているようにする。また、変調器部１００ａ上に伸びる開口部の端部が、光出射端面を形成する位置に達しないようにする。開口部の活性領域１００ｂにおけるストライプ幅は約５μｍで、変調器部１００ａのストライプ幅はそれよりも少し狭くなっている。また、ＤＢＲ領域１００ｃのストライプ幅は約５０μｍである。
【００１８】
そして、図３(b) に示すように、この絶縁膜２５をマスクとしてｎ−ＩｎＰ基板１上にＭＯＣＶＤ(metal-organic chemical vapor deposition) 法、ＬＰＥ(liquid phase epitaxy)法等を用いて、バッファ層２，光閉じ込め層３，ＭＱＷ活性層４，光閉じ込め層５，第１クラッド層６ａ、光ガイド層７を順次結晶成長する。このとき、絶縁膜２５の開口部の変調器部１００ａのストライプ幅が活性領域１００ｂよりも少し狭くなっているため、変調器部１００ａにおける選択成長速度が遅くなり、変調器部１００ｂのＭＱＷ活性層４の各層の厚さは、活性領域１００ｂに対して薄くなる。
【００１９】
続いて、図３(c) に示すように、干渉露光法を用いて形成したマスクを用いて、光ガイド層７をエッチングして、ＤＢＲ領域１００ｃ上にのみ絶縁膜２５のストライプ方向に向かってそれぞれ配列された、格子ピッチの異なる４つの回折格子パターンとした光ガイド層７を設ける。
【００２０】
次に、図３(d) に示すように、ＭＯＣＶＤ法、ＬＰＥ法等を用いて、第２クラッド層６ｂを形成する。
続いて、絶縁膜２５を除去した後、図においては省略しているが、変調器部１００ａ及び活性領域１００ｂの第２クラッド層６ｂ上にストライプ状に伸びるＳｉＯ2 膜を、また、第２クラッド層６ｂ上の上記各４つの回折格子上にそれぞれストライプ状に伸びるＳｉＯ2 膜を形成し、このＳｉＯ2 膜をマスクとして、図３(e) に示すように、ＨＢｒによるウェットエッチングを行い、光導波路となるメサ形状部３０，及び３１ａ〜３１ｄを形成する。メサ形状部３１ａ〜３１ｄのそれぞれの幅は約１μｍ程度となるようにする。
【００２１】
さらに、図３(f) に示すように、上記メサエッチングに用いたＳｉＯ2 膜を選択成長用のマスクとして、ＭＯＣＶＤ法、ＬＰＥ法等を用いて、メサ形状部３０，及び３１ａ〜３１ｄを埋め込むように、基板１上に埋込層１４及び埋込層１５を形成する。
【００２２】
続いて、図３(g) に示すように、上記マスクとして用いたＳｉＯ2 膜を除去した後、第３クラッド層６ｃ、コンタクト層８をＭＯＣＶＤ法、ＬＰＥ法等を用いて順次成長させる。
【００２３】
次に、コンタクト層８の上面にＳｉＯ2 等の絶縁膜９をスパッタにより形成した後、この絶縁膜９の、変調器部１００ａ及び活性領域１００ｂの、電極とコンタクトをとる部分を、フッ酸（ＨＦ）等でウェットエッチングすることにより除去して開口部を設け、その後、この開口部を覆うように、蒸着電極１０，１２，Ａｕメッキ層１１，１３を形成する。さらに、基板１の下面に蒸着電極１６，Ａｕメッキ層１７をパターン形成する。以上でウエハプロセスが終了する。
【００２４】
その後、素子をへき開して、光出射端面２１と反射端面２２とを形成し、チップ分離して個々の光半導体装置を取り出す。このとき、上述したように反射端面２２のへき開位置は所望の発振波長を得ることのできる回折格子３２ａ〜３２ｄを備えたメサ形状部３１ａ〜３１ｄのうちの一つに、反射端面２２からの反射光が入射するように決める。なお、光出射端面２１では光を反射させずに出射させるため、特に、導波光の光軸に対してどのような角度をなしていてもよい。そして、光出射端面２１を無反射コーティングし、反射端面２２を高反射コーティングして、図１に示すような光半導体装置を得る。
【００２５】
次に動作について説明する。活性領域１００ｂの電極１０と電極１６との間に電圧を印加すると、ホールと電子とがメサ形状部３０の上下から活性層４に注入され、発光再結合が活性領域１００ｂの活性層４で起こり、光が発生する。この光が基板１の高さ方向においては、活性層４の上下の光閉じ込め層３，ｐ型光閉じ込め層５との間で閉じ込められて活性層４近傍を導波される。導波された光は、反射端面２２により反射され、その反射光が、反射端面２２により決められる回折格子３２ａ〜３２ｄを備えたメサ形状部３１ａ〜３１ｄのうちの一つに入射される。この反射光はＤＢＲ領域１００ｃの周期構造を有するメサ形状部３１ａ〜３１ｄのうちの一つにおいてブラッグ反射され、反射端面２２で反射され、再びメサ形状部３０を導波される。そして、メサ形状部３０を動作される光は光変調器部１００ａによって変調され、光出射端面２１から出力される。光変調器部１００ａにおいては、活性層４のバンドギャップエネルギーが活性領域１００ｂのバンドギャップエネルギーよりも大きくしてあるため、光変調器部１００ａに電圧を印加しない状態では、メサ形状部３０を導波される光の吸収は起らないが、電圧を印加すると活性層４において吸収波長の長波長側へのシフトが起り、導波光を吸収し、光を出射しないようになる。これにより光変調動作が可能となる。光変調器部１００ａの光出射端面２１近傍にはメサ形状部３０が設けられておらず、埋込層１４、及び埋込層１５が配置されている。そしてこの部分が窓部２０となって、活性層４近傍を導波される光を吸収せずに、光を高さ方向や横方向において閉じ込めず、広がって導波されるようにして、光出射端面２１において装置内部方向に反射される光が活性層４近傍に戻るのを防いで、実効的な反射率を下げている。
【００２６】
ここで、この実施の形態１においては、反射端面２２を形成する位置を、この反射端面２２に対して垂直な方向において移動させることにより、メサ形状部３０に導波された光が、反射端面２２で反射されて入射されるＤＢＲ領域１００ｃのメサ形状部３１ａ〜３１ｄを取り替えることができる。この光半導体装置においては、ブラッグ反射で光を分布的に帰還させており、出射光の発振波長はＤＢＲ領域１００ｃの回折格子の格子間隔、即ち回折格子ピッチで定まることから、このように反射光が入射されるメサ形状部３１ａ〜３１ｄを取り替えることにより、出射光の発振波長を変化させることが可能となる。
【００２７】
例えば、ウエハプロセスを終了した後、へき開により反射端面２２を形成する際に、図２(b) に示すように、へき開位置を端面形成位置４０ａとすると、反射光はＤＢＲ領域１００ｃのメサ形状部３１ａに入射され、このメサ形状部３１ａの回折格子３２ａのピッチに応じた発振波長の出射光が得られることとなる。また、へき開位置を端面形成位置４０ｂとすると、反射光はＤＢＲ領域１００ｃのメサ形状部３１ｂに入射され、このメサ形状部３１ｂの回折格子３２ｂのピッチに応じた、へき開位置を端面形成位置４０ａとした場合とは異なる発振波長の出射光が得られることとなる。また、一旦へき開位置を端面形成位置４０ｄとした後、必要に応じてドライエッチング等により反射端面２２を端面形成位置４０ｃとして発振波長を変化させることも可能である。
【００２８】
したがって、本実施の形態１においては、メサ形状部３０を導波される光の光軸方向と一致しないように配置された、格子の配列方向が互いに平行である格子ピッチの異なる複数の回折格子３２ａ〜３２ｄを備えたメサ形状部３１ａ〜３１ｄと、メサ形状部３０を導波される光を内部において反射して、上記異なる回折格子３２ａ〜３２ｄを備えたメサ形状部３１ａ〜３１ｄのいずれか一つに入射させる反射端面２２とを備えたから、反射端面２２を形成する位置をこの反射端面２２に垂直な方向において調整することにより、活性領域１００ｂにおいて発生し、メサ形状部３０を導波された光が入射されるブラッグ反射領域１００ｃのメサ形状部３１ａ〜３１ｄのうちの一つを選択することが可能となり、ＤＢＲ領域１００ｃにおいて所望の発振波長が得られる回折格子を備えたメサ形状部を選択できるので、ウエハプロセス終了後にも出射光の発振波長選択が容易に可能な光半導体装置が得られる効果がある。
【００２９】
なお、上記実施の形態１においては、変調器付ＤＢＲ−ＬＤについて説明したが、本発明は変調器を有しないＤＢＲ−ＬＤ等の他の光半導体装置であっても同様の効果を奏する。
【００３０】
また、本実施の形態１においては、ＤＢＲ領域１００ｃが格子ピッチの異なる４つの回折格子を有しているようにしたが、本発明においては回折格子が複数であれば同様の効果を奏する。ただし、複数ではなく、回折格子が単一の場合であっても格子の配列方向が活性領域の導波光軸と異なる方向に配列されているため、従来構成のように活性領域の導波光軸と同じ方向に延在して配列されている場合に比して、活性領域の光軸方向の長さがより短い領域に光半導体素子エレメントを作り込むことが可能となり、それにより、光半導体装置として更に省スペース化、小型化を図ることができる。したがって、かかる観点から、単一の回折格子を用いた形態も、本発明の実施態様に包含されると理解されるべきである。
【００３１】
実施の形態２．
図５は本発明の実施の形態２に係る光半導体装置の構造を示す斜視図（図５(a))、及びVb-Vb 線による断面図（図５(b))であり、本発明の実施の形態２に係る光半導体装置は、光を変調して導波する変調器部２００ａと、変調器部２００ａを導波される光の光軸に沿って平行に配置された光出射端面５４と、変調器部２００ａに設けられた、変調器部２００ａに導波される光を反射して、上記光出射端面５４に入射させる反射端面５３とを備えるようにしたものであり、変調器部２００ａの光が導波される方向の長さＬmod を反射端面５３を設ける位置により調整することにより、窓部５５の光が導波される方向の長さＬw を一定に保ったまま、変調器部２００ａの消光特性を調整することができるものである。
【００３２】
図において、図１と同一符号は同一または相当する部分を示しており、光半導体装置２００は特に変調器部と窓部とを備えたもので、ｎ−ＩｎＰからなる基板１上に、ｎ−ＩｎＰからなるバッファ層２、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰからなる光閉じ込め層３、ＩｎＧａＡｓ層とＩｎＧａＡｓＰ層とを交互に積層してなる多層構造を有するＭＱＷ活性層４、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰからなる光閉じ込め層５、及びｐ−ＩｎＰからなる第１クラッド層６ｄが順次積層された所定幅のメサ形状部５２と、これの両側を埋め込む半絶縁性ＩｎＰからなる埋込層１４及びｎ−ＩｎＰからなる埋込層１５と、これらの上部に配置されたｐ−ＩｎＰからなる第２クラッド層６e ，ｐ−ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層８，及び絶縁膜９と、Ｃｒ／Ａｕからなる蒸着電極１２及びＡｕメッキ層１３と、基板１の裏面側に設けられたＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる蒸着電極１６及びＡｕメッキ層１７からなる変調器部２００ａを備えている。変調器部２００ａの外部から光が入射される光入射端面５１はメサ形状部５２のストライプ方向に対してほぼ垂直となるように設けられ、その表面には無反射コーティングがなされている。変調器部２００ａの光入射端面５１に対して対向する位置に形成された反射端面５３は、基板１表面に対して垂直であるとともに、メサ形状部５２内を導波される光の光軸、ここでは特にメサ形状部５２のストライプ方向に対して約４５度の角度をなしている。その表面には高反射コーティングがなされている。光出射端面５４は、変調器部２００ａの光入射端面５１とは反対側の端部近傍に、基板１表面に対して垂直となるとともに、メサ形状部５２内を導波される光の光軸に対して平行に設けられており、その表面には無反射コーティングがなされている。この光出射端面５４と反射端面５３との間の領域の半絶縁性ＩｎＰ埋込層１４及びｎ−ＩｎＰ埋込層１５が窓部５５となる。
【００３３】
この光半導体装置は、上記実施の形態１において図３(a) 〜図３(g) を用いて示した光半導体装置の製造方法における、変調器部１００ａの部分の製造方法と同様に形成され、ウエハから各半導体装置を切り離す前にマスクを用いてドライエッチング等により半絶縁性ＩｎＰ埋込層１４及びｎ−ＩｎＰ埋込層１５を活性層４よりも深い深さまで除去して光出射端面５４を形成するようにし、ウエハプロセス後に各半導体装置を切り出す際に、反射端面５３をメサ形状部５２のストライプ方向に対して所定の角度となるようにへき開することにより得られる。
【００３４】
次に動作について説明する。光入射端面５１から入射された光は、変調器部２００ａで変調されるとともに、メサ形状部５２のストライプ方向に沿って導波される。そして、反射端面５３において光出射端面５４に向かって反射され、変調された光が窓部５５を経て光出射端面５４から出力される。
【００３５】
ここで、本実施の形態２においては、ウエハプロセス後、反射端面５３の導波光の光軸とのなす角度を約４５度で保ちつつ、へき開位置を調整する等によって反射端面５３を設ける位置を変化させることにより、窓部５５を除去することなく、変調器部２００ａの光が導波される方向の長さ即ち、変調器長を変化させることができる。変調器の消光比は変調器部２００ａの光が導波される方向の長さＬmod が長いと大きくなることから、必要に応じて変調器長を変化させて、消光特性を調整することが可能となる。なお、通常、消光特性は、伝送システム上は１３ｄＢ前後が最適とされている。また、Ｌmod は好ましくは、１００〜２５０μｍの間で調整するようにする。
【００３６】
さらに、本実施の形態２においては光導波路となるストライプ状のメサ形状部５２と光出射端面５４との距離は常に一定であり、反射端面５３は変調器部２００ａの導波光の光軸と約４５度の角度をなしているため、この反射端面５３で反射される導波光の光軸と、反射前の導波光の光軸とは約９０度の角度をなす。したがって、反射端面５３の導波光の光軸とのなす角度を約４５度に保つことにより、ウエハプロセス後、反射端面５３を設ける位置を調整することにより変調器長を変化させた場合においても、光出射端面５４と、反射端部５３の導波光が反射される部分との距離、即ち窓部５５の距離Ｌw は常に一定とすることができる。通常、窓部５５の距離Ｌw は出射光の放射角、および出射面からの変調器への戻り光を制御するために一定に保つ必要があり、通常Ｌw ＝２０μｍ程度で設定するが、このように構成することにより、窓部５５の距離Ｌw の長さを一定に保ったままＬmod の長さを調整することができるため、窓部の特性を劣化させることがない。
【００３７】
このように、本発明の実施の形態２においては、変調器部を導波される光の光軸に沿って平行に配置された光出射端面５４と、変調器部２００ａに設けられた、変調器部に導波される光を反射して、上記光出射端面５４に入射させる反射端面５３とを備えるようにしたから、変調器長Ｌmod を反射端面５３を設ける位置を、導波光の光軸に対する角度が変わらないように変更して調整することにより、窓部の距離Ｌw を一定に保ったまま、変調器部の消光特性を調整することができ、窓部の特性を劣化させることなく、ウエハプロセス後に変調器部の消光特性を調整することができる効果がある。
【００３８】
なお、本発明においては、上記実施の形態２に係る光半導体装置において変調器部の光入射端面側にＤＢＲレーザ等を集積するようにしてもよく、上記実施の形態２と同様の効果を奏する。
【００３９】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、半導体基板上に設けられた、光を発生し、この発生した光を導波する活性領域と、上記半導体基板上に設けられた、それぞれの格子の配列方向が、上記活性領域に導波される光の光軸方向と一致しないように配置された、格子の配列方向が互いに平行である格子ピッチの異なる複数の回折格子を備えたブラッグ反射領域と、上記活性領域を導波される光を内部で反射して、上記複数の回折格子のいずれか一つに入射させる反射面とを備えるようにしたから、反射面を形成する位置をこの反射面に垂直な方向において調整することにより、活性領域から導波された光が入射されるブラッグ反射領域において所望の発振波長が得られる回折格子を選択でき、ウエハプロセス終了後にも出射光の発振波長選択が容易に可能な光半導体装置を提供できる効果がある。
【００４０】
また、この発明によれば、上記複数の回折格子の代わりに、単一の回折格子を用いた場合であっても、かかる回折格子を導波光軸と異なる方向に設けているため、光半導体装置としての省スペース化、小型化を図ることができる効果がある。
【００４１】
また、この発明によれば、活性領域を導波される光の光軸に対して垂直な光出射端面を、上記活性領域を挟んで、上記反射面と向かい合う位置に設けるようにしたから、ウエハプロセス終了後にも出射光の発振波長選択が容易に可能な光半導体装置を提供できる効果がある。
【００４２】
また、この発明によれば、上記光出射端面と活性領域との間に、上記活性領域から導波される光を変調する光変調部を備えるようにしたから、ウエハプロセス終了後にも出射光の発振波長選択が容易に可能な光半導体装置を提供できる効果がある。
【００４３】
また、この発明によれば、内部に入力される光を変調して導波する変調器部と、該変調器部を導波される光の光軸に沿って平行に配置された光出射端面と、上記変調器部に設けられた、上記変調器部に導波される光を反射して、上記光出射端面に入射させる反射端面とを備えるようにしたから、反射端面を設ける位置を、導波光の光軸に対する角度が変わらないように変更して変調器長を調整することにより、窓部の距離を一定に保ったまま、窓部の特性を劣化させることなく、ウエハプロセス後に変調器部の消光特性を調整することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係る光半導体装置の構造を示す斜視図及び断面図である。
【図２】 この発明の実施の形態１に係る光半導体装置の構造を示す一部切り欠き斜視図及び基板上方から見た模式図である。
【図３】 この発明の実施の形態１に係る光半導体装置の製造方法を示す斜視図である。
【図４】 従来の光半導体装置の構造を示す一部切り欠き斜視図である。
【図５】 この発明の実施の形態２に係る光半導体装置の構造を示す斜視図及び断面図である。
【符号の説明】
１ ｎ−ＩｎＰ基板、２ ｎ−ＩｎＰバッファ層、３ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層、４ ＭＱＷ活性層、５ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層、６ａ〜６ｃ ｐ−ＩｎＰ第１〜第３クラッド層、６ｄ 第１クラッド層、６ｅ 第２クラッド層、７ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層、８ ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層、９−絶縁膜、１０，１２ 蒸着電極、１１，１３，１７ Ａｕメッキ層、１４ 半絶縁性ＩｎＰ埋込層、１５ ｎ−ＩｎＰ埋込層、１６ 蒸着電極、２１、５４ 光出射端面、２２，５３ 反射端面、２５ 絶縁膜、３０、５２ メサ形状部、３１ａ〜３１ｄメサ形状部、３２ａ〜３２ｄ 回折格子、４０ａ〜４０ｄ 端面へき開位置、５１ 光入射端面、５５ 窓部、５６ 光、１００，２００ 光半導体装置、１００ａ，２００ａ 変調器部、１００ｂ 活性領域、１００ｃ ＤＢＲ領域。
【発明の属する技術分野】
この発明は光半導体装置に関し、特に幹線系光通信の光源等に使用する光半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来の変調器とブラッグ反射型レーザ(distributed Bragg-reflector laser diode: 以下、ＤＢＲ−ＬＤと称す) とを集積した光半導体装置の構造を示す斜視図で、その内部構造を説明するためにレーザ光の導波方向に沿った断面も同時に示している。図において、３０１はｎ型（以下、ｎ−と称す）ＩｎＰからなる基板、３０２はｎ−ＩｎＰからなるバッファ層、３０３はｎ−ＩｎＧａＡｓＰからなる光閉じ込め層、３０４はＩｎＧａＡｓ層とＩｎＧａＡｓＰ層とを交互に積層してなる多層構造を有するＭＱＷ（多重量子井戸）活性層、３０５はｐ型（以下、ｐ−と称す）ＩｎＧａＡｓＰからなる光閉じ込め層、３０６はｐ−ＩｎＰからなるクラッド層、３０７はｐ−ＩｎＧａＡｓＰからなる光ガイド層、３０８はｐ−ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層、３０９はＳｉＯ2 からなる絶縁膜、３１０はＣｒ／Ａｕからなる蒸着電極、３１１はＡｕメッキ層、３１２はＣｒ／Ａｕからなる変調器部電極、３１３はＡｕメッキ層、３１４は半絶縁性ＩｎＰからなる埋込層、３１５はｎ−ＩｎＰからなる埋込層である。基板３０１の裏面側には、図示していないが、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる蒸着電極、Ａｕメッキ層が設けられている。３００ａは入射される光を変調する変調器部で、そのレーザ光を出射する光出射端面に窓部３２０を有する。３００ｂは光を発生するための活性領域、３００ｃはブラッグ反射器となるＤＢＲ領域である。
【０００３】
次に動作について説明する。電極３１０と基板の裏面側の電極との間に電圧を印加すると、ホールと電子の発光再結合が活性領域３００ｂの活性層３０４で起こり、光が発生する。この光が活性層３０４の上下の光閉じ込め層３０３，光閉じ込め層３０５との間で閉じ込められて活性層３０４近傍を導波される。この導波された光は周期構造を有するＤＢＲ領域３００ｃにおいてブラッグ反射されて、再び活性領域３００ｂに導波される。そして、活性領域を導波される光は、変調器部３００ａを経て光出射端面３１８から出力される。この光半導体装置においては、ブラッグ反射で光を分布的に帰還させており、出射光の発振波長はＤＢＲ領域３００ｃの回折格子の格子間隔、即ち回折格子ピッチｄと屈折率ｎより、λ＝２ｎｄ
で定まる。また、窓部３２０は、活性層３０４近傍を導波される光を吸収しない材料からなっており、この部分では光を高さ方向や横方向において閉じ込めないようにして、光出射端面において装置内部方向に反射される光が活性層３０４近傍に戻るのを防いで実効的な反射率を下げている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光半導体装置は上記のような構造であり、その発振波長λは、回折格子ピッチｄにより決まっていたため、ウエハプロセス終了後に必要に応じて波長を変えることができないという問題があった。
【０００５】
また、変調器部３００ａの消光比は変調器部３００ａの光導波路の伸びる方向の長さ（以下、変調器長と称す）で決まるが、窓部３２０を設けているため、窓部３２０を除去することなくウエハプロセス終了後に変調器長を変えて消光特性を調節することができないという問題があった。
【０００６】
本発明は上記のような課題を解消するためになされたものであり、発振波長を容易に変化させることができる光半導体装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、消光特性を容易に変化させることができる光半導体装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る光半導体装置は、半導体基板上に設けられた、光を発生し、この発生した光を導波する活性領域と、上記半導体基板上に設けられ、格子の配列方向が、上記活性領域に導波される光の光軸と一致しないように配置された回折格子を備えたブラッグ反射領域と、上記活性領域を導波される光を内部で反射して、上記回折格子に入射させる反射面を備えるようにしたものである。
【０００８】
また、この発明に係る光半導体装置は、上記回折格子が、格子の配列方向が互いに平行である格子ピッチの異なる複数の回折格子で構成され、上記反射面は、この複数の回折格子のいずれか一つに光を入射させるよう構成されてなるようにしたものである。
【０００９】
また、この発明に係る光半導体装置は、上記反射面が光半導体装置の端面で構成されてなるようにしたものである。
【００１０】
また、この発明に係る光半導体装置は、活性領域を導波される光の光軸に対して垂直な光出射端面を、上記活性領域を挟んで、上記反射面と向かい合う位置に設けるようにしたものである。
【００１１】
また、この発明に係る光半導体装置は、上記光出射端面と活性領域との間に、上記活性領域から導波される光を変調する光変調部を備えるようにしたものである。
【００１２】
また、この発明に係る光半導体装置は、内部に入力される光を変調して導波する変調器部と、該変調器部を導波される光の光軸に沿って平行に配置された光出射端面と、上記変調器部に設けられた、上記変調器部に導波される光を反射して、上記光出射端面に入射させる反射端面とを備えるようにしたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る光半導体装置の構造を示す斜視図（図１(a))、及び図１(a) のIb-Ib 線による断面図（図１(b))、図１(a) のIc-Ic 線による断面図（図１(c))、図１(a) のId-Id 線による断面図（図１(d))、図１(a) のIe-Ie 線による断面図（図１(e))であり、本発明の実施の形態１に係る光半導体装置は、光を発生し、導波する活性領域１００ｂと、それぞれの格子の配列方向が、上記活性領域に導波される光の光軸方向と一致しないように配置された、格子の配列方向が互いに平行である格子ピッチの異なる複数の回折格子３２ａ〜３２ｄを備えたブラッグ反射領域１００ｃと、上記活性領域１００ｂを導波される光を装置内部において反射して、上記複数の回折格子３２ａ〜３２ｄのいずれか一つに入射させる反射端面２２とを備えたものであり、反射端面２２を形成する位置をこの反射端面に垂直な方向に移動させることにより、活性領域１００ｂを導波された光が入射されるブラッグ反射領域１００ｃの回折格子３２ａ〜３２ｄを選択することが可能となり、複数の回折格子３２ａ〜３２ｄのうちから所望の発振波長が得られる回折格子を選択できるので、ウエハプロセス終了後にも出射光の波長選択が可能な光半導体装置が得られるようにしたものである。
【００１４】
図において、光半導体装置１００は、入射される光を変調する変調器部１００ａと、光を発生し、これを導波する活性領域１００ｂと、ブラッグ反射器となるブラッグ反射領域（以下、ＤＢＲ領域と称す）１００ｃと、光を出射する光出射端面２１と、光を内部において反射する反射端面２２とを備えている。光出射端面２１には無反射コーティングがなされており、反射端面２２には、高反射コーティングがなされている。ｎ−ＩｎＰからなる基板１上に、ｎ−ＩｎＰからなるバッファ層２、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰからなる光閉じ込め層３、ＩｎＧａＡｓ層とＩｎＧａＡｓＰ層とを交互に積層してなる多層構造を有するＭＱＷ（多重量子井戸）活性層４、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰからなる光閉じ込め層５、ｐ−ＩｎＰからなる第１クラッド層６ａ、及びｐ−ＩｎＰからなる第２クラッド層６ｂが順次積層された半導体積層構造が配置されている。変調器部１００ａのＭＱＷ活性層４を構成する各層の厚さは、活性領域１００ｂの各層の厚さよりもそれぞれ薄くなっており、変調器部１００ａのＭＱＷ活性層４の実効的なバンドギャップエネルギーが活性領域１００ｂよりも大きくなっている。この半導体積層構造は、変調器部１００ａと、活性領域１００ｂとにおいては、これらの領域を貫くような１．３μｍ程度の幅のストライプ状のメサ形状を有している。このメサ形状となっているメサ形状部３０は、基板１上において反射端面に対して０度より大きく９０度より小さい角度をなすように傾斜して配置されている。このメサ形状部３０の光出射端面２１側の端部は光出射端面２１から所定の間隔を隔てた部分に位置している。また、ＤＢＲ領域１００ｃにおいては、メサ形状部３０の内を導波される光の光軸方向、ここでは特にメサ形状部３０のストライプ方向と一致しない方向にストライプ状に伸びる４本のメサ形状部３１ａ〜３１ｄが互いに平行に配置されており、各メサ形状部３１ａ〜３１ｄの第１クラッド層６ａと第２クラッド層６ｂとの間に複数のｐ−ＩｎＧａＡｓＰからなるストライプ状の光ガイド層７が、メサ形状部３１ａ〜３１ｄのストライプ方向に向かって配列されている。この光ガイド層７が第１のｐ−ＩｎＰクラッド層６ａと第２のｐ−ＩｎＰクラッド層６ｂとにより埋め込まれることにより、各メサ形状部３１ａ〜３１ｄのこの光ガイド層７が設けられている部分がそれぞれ回折格子３２ａ〜３２ｄとなる。なお、この回折格子３２ａ〜３２ｄは屈折率型または利得導波型のいずれであってもよい。各メサ形状部３１ａ〜３１ｄにおける光ガイド層７の配列間隔、即ち回折格子ピッチは互いに異なる値とする。このメサ形状部３１ａ〜３１ｄのストライプ方向は、メサ形状部３０を導波路として導波される光が、反射端面２２において反射される方向と同じ方向となるようにする。即ち、メサ形状部３０を導波される光の光軸方向と光ガイド層７の配列方向が、反射端面に垂直な軸に対して対称な方向となるようにする。また、メサ形状部３０を導波された光が反射されることにより、少なくともメサ形状部３１ａ〜３１ｄの一つに入射されるような位置に反射端面２２を設けておく。メサ形状部３０及びメサ形状部３１ａ〜３１ｄの両脇の基板１上には、これらを埋め込むように半絶縁性ＩｎＰからなる埋込層１４、ｎ−ＩｎＰからなる埋込層１５が配置されている。第２クラッド層６ｂ上、及び埋込層１５上にはｐ−ＩｎＰからなる第３クラッド層６ｃ及び不純物濃度が高濃度であるｐ−ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層８が順次配置されている。コンタクト層８上には、変調器部１００ａのメサ形状部３０上の領域近傍、活性領域１００ｂのメサ形状部３０上の領域近傍に開口部をそれぞれ備えたＳｉＯ2 等の絶縁膜９が設けられている。活性領域１００ｂの，絶縁膜９の開口部を覆う領域にＣｒ膜とＡｕ膜とを順次蒸着したＣｒ／Ａｕからなる蒸着電極１０と、Ａｕメッキ層１１とが設けられ、変調器部１００ａの，絶縁膜９の開口部を覆う領域にＣｒ／Ａｕ蒸着電極１２と、Ａｕメッキ層１３とが設けられている。基板１の裏面側には、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる蒸着電極１６、Ａｕメッキ層１７が設けられている。
【００１５】
また、図２は図１に示した光半導体装置の一部切り欠き斜視図（図２(a))、及び図１に示した光半導体装置を基板上面から見た内部構造を説明するための模式図（図２(b))であり、図１と同一符号は同一または相当する部分を示している。
【００１６】
図３は本発明の実施の形態１に係る光半導体装置の製造方法を示す斜視図であり、図において、図１，２と同一符号は同一又は相当する部分を示している。以下、図３に基づいて製造方法について説明する。
【００１７】
まず、図３(a) に示すように、ウエハ状態の基板１上に、その一端が結合された、異なる方向に伸びる２つのストライプ状の開口部を備えた絶縁膜２５を形成する。このストライプ状の開口部の一方は活性領域１００ｂ上及び変調器部１００ａ上に伸びており、他方は、ＤＢＲ領域１００ｃ上に伸びているようにする。また、変調器部１００ａ上に伸びる開口部の端部が、光出射端面を形成する位置に達しないようにする。開口部の活性領域１００ｂにおけるストライプ幅は約５μｍで、変調器部１００ａのストライプ幅はそれよりも少し狭くなっている。また、ＤＢＲ領域１００ｃのストライプ幅は約５０μｍである。
【００１８】
そして、図３(b) に示すように、この絶縁膜２５をマスクとしてｎ−ＩｎＰ基板１上にＭＯＣＶＤ(metal-organic chemical vapor deposition) 法、ＬＰＥ(liquid phase epitaxy)法等を用いて、バッファ層２，光閉じ込め層３，ＭＱＷ活性層４，光閉じ込め層５，第１クラッド層６ａ、光ガイド層７を順次結晶成長する。このとき、絶縁膜２５の開口部の変調器部１００ａのストライプ幅が活性領域１００ｂよりも少し狭くなっているため、変調器部１００ａにおける選択成長速度が遅くなり、変調器部１００ｂのＭＱＷ活性層４の各層の厚さは、活性領域１００ｂに対して薄くなる。
【００１９】
続いて、図３(c) に示すように、干渉露光法を用いて形成したマスクを用いて、光ガイド層７をエッチングして、ＤＢＲ領域１００ｃ上にのみ絶縁膜２５のストライプ方向に向かってそれぞれ配列された、格子ピッチの異なる４つの回折格子パターンとした光ガイド層７を設ける。
【００２０】
次に、図３(d) に示すように、ＭＯＣＶＤ法、ＬＰＥ法等を用いて、第２クラッド層６ｂを形成する。
続いて、絶縁膜２５を除去した後、図においては省略しているが、変調器部１００ａ及び活性領域１００ｂの第２クラッド層６ｂ上にストライプ状に伸びるＳｉＯ2 膜を、また、第２クラッド層６ｂ上の上記各４つの回折格子上にそれぞれストライプ状に伸びるＳｉＯ2 膜を形成し、このＳｉＯ2 膜をマスクとして、図３(e) に示すように、ＨＢｒによるウェットエッチングを行い、光導波路となるメサ形状部３０，及び３１ａ〜３１ｄを形成する。メサ形状部３１ａ〜３１ｄのそれぞれの幅は約１μｍ程度となるようにする。
【００２１】
さらに、図３(f) に示すように、上記メサエッチングに用いたＳｉＯ2 膜を選択成長用のマスクとして、ＭＯＣＶＤ法、ＬＰＥ法等を用いて、メサ形状部３０，及び３１ａ〜３１ｄを埋め込むように、基板１上に埋込層１４及び埋込層１５を形成する。
【００２２】
続いて、図３(g) に示すように、上記マスクとして用いたＳｉＯ2 膜を除去した後、第３クラッド層６ｃ、コンタクト層８をＭＯＣＶＤ法、ＬＰＥ法等を用いて順次成長させる。
【００２３】
次に、コンタクト層８の上面にＳｉＯ2 等の絶縁膜９をスパッタにより形成した後、この絶縁膜９の、変調器部１００ａ及び活性領域１００ｂの、電極とコンタクトをとる部分を、フッ酸（ＨＦ）等でウェットエッチングすることにより除去して開口部を設け、その後、この開口部を覆うように、蒸着電極１０，１２，Ａｕメッキ層１１，１３を形成する。さらに、基板１の下面に蒸着電極１６，Ａｕメッキ層１７をパターン形成する。以上でウエハプロセスが終了する。
【００２４】
その後、素子をへき開して、光出射端面２１と反射端面２２とを形成し、チップ分離して個々の光半導体装置を取り出す。このとき、上述したように反射端面２２のへき開位置は所望の発振波長を得ることのできる回折格子３２ａ〜３２ｄを備えたメサ形状部３１ａ〜３１ｄのうちの一つに、反射端面２２からの反射光が入射するように決める。なお、光出射端面２１では光を反射させずに出射させるため、特に、導波光の光軸に対してどのような角度をなしていてもよい。そして、光出射端面２１を無反射コーティングし、反射端面２２を高反射コーティングして、図１に示すような光半導体装置を得る。
【００２５】
次に動作について説明する。活性領域１００ｂの電極１０と電極１６との間に電圧を印加すると、ホールと電子とがメサ形状部３０の上下から活性層４に注入され、発光再結合が活性領域１００ｂの活性層４で起こり、光が発生する。この光が基板１の高さ方向においては、活性層４の上下の光閉じ込め層３，ｐ型光閉じ込め層５との間で閉じ込められて活性層４近傍を導波される。導波された光は、反射端面２２により反射され、その反射光が、反射端面２２により決められる回折格子３２ａ〜３２ｄを備えたメサ形状部３１ａ〜３１ｄのうちの一つに入射される。この反射光はＤＢＲ領域１００ｃの周期構造を有するメサ形状部３１ａ〜３１ｄのうちの一つにおいてブラッグ反射され、反射端面２２で反射され、再びメサ形状部３０を導波される。そして、メサ形状部３０を動作される光は光変調器部１００ａによって変調され、光出射端面２１から出力される。光変調器部１００ａにおいては、活性層４のバンドギャップエネルギーが活性領域１００ｂのバンドギャップエネルギーよりも大きくしてあるため、光変調器部１００ａに電圧を印加しない状態では、メサ形状部３０を導波される光の吸収は起らないが、電圧を印加すると活性層４において吸収波長の長波長側へのシフトが起り、導波光を吸収し、光を出射しないようになる。これにより光変調動作が可能となる。光変調器部１００ａの光出射端面２１近傍にはメサ形状部３０が設けられておらず、埋込層１４、及び埋込層１５が配置されている。そしてこの部分が窓部２０となって、活性層４近傍を導波される光を吸収せずに、光を高さ方向や横方向において閉じ込めず、広がって導波されるようにして、光出射端面２１において装置内部方向に反射される光が活性層４近傍に戻るのを防いで、実効的な反射率を下げている。
【００２６】
ここで、この実施の形態１においては、反射端面２２を形成する位置を、この反射端面２２に対して垂直な方向において移動させることにより、メサ形状部３０に導波された光が、反射端面２２で反射されて入射されるＤＢＲ領域１００ｃのメサ形状部３１ａ〜３１ｄを取り替えることができる。この光半導体装置においては、ブラッグ反射で光を分布的に帰還させており、出射光の発振波長はＤＢＲ領域１００ｃの回折格子の格子間隔、即ち回折格子ピッチで定まることから、このように反射光が入射されるメサ形状部３１ａ〜３１ｄを取り替えることにより、出射光の発振波長を変化させることが可能となる。
【００２７】
例えば、ウエハプロセスを終了した後、へき開により反射端面２２を形成する際に、図２(b) に示すように、へき開位置を端面形成位置４０ａとすると、反射光はＤＢＲ領域１００ｃのメサ形状部３１ａに入射され、このメサ形状部３１ａの回折格子３２ａのピッチに応じた発振波長の出射光が得られることとなる。また、へき開位置を端面形成位置４０ｂとすると、反射光はＤＢＲ領域１００ｃのメサ形状部３１ｂに入射され、このメサ形状部３１ｂの回折格子３２ｂのピッチに応じた、へき開位置を端面形成位置４０ａとした場合とは異なる発振波長の出射光が得られることとなる。また、一旦へき開位置を端面形成位置４０ｄとした後、必要に応じてドライエッチング等により反射端面２２を端面形成位置４０ｃとして発振波長を変化させることも可能である。
【００２８】
したがって、本実施の形態１においては、メサ形状部３０を導波される光の光軸方向と一致しないように配置された、格子の配列方向が互いに平行である格子ピッチの異なる複数の回折格子３２ａ〜３２ｄを備えたメサ形状部３１ａ〜３１ｄと、メサ形状部３０を導波される光を内部において反射して、上記異なる回折格子３２ａ〜３２ｄを備えたメサ形状部３１ａ〜３１ｄのいずれか一つに入射させる反射端面２２とを備えたから、反射端面２２を形成する位置をこの反射端面２２に垂直な方向において調整することにより、活性領域１００ｂにおいて発生し、メサ形状部３０を導波された光が入射されるブラッグ反射領域１００ｃのメサ形状部３１ａ〜３１ｄのうちの一つを選択することが可能となり、ＤＢＲ領域１００ｃにおいて所望の発振波長が得られる回折格子を備えたメサ形状部を選択できるので、ウエハプロセス終了後にも出射光の発振波長選択が容易に可能な光半導体装置が得られる効果がある。
【００２９】
なお、上記実施の形態１においては、変調器付ＤＢＲ−ＬＤについて説明したが、本発明は変調器を有しないＤＢＲ−ＬＤ等の他の光半導体装置であっても同様の効果を奏する。
【００３０】
また、本実施の形態１においては、ＤＢＲ領域１００ｃが格子ピッチの異なる４つの回折格子を有しているようにしたが、本発明においては回折格子が複数であれば同様の効果を奏する。ただし、複数ではなく、回折格子が単一の場合であっても格子の配列方向が活性領域の導波光軸と異なる方向に配列されているため、従来構成のように活性領域の導波光軸と同じ方向に延在して配列されている場合に比して、活性領域の光軸方向の長さがより短い領域に光半導体素子エレメントを作り込むことが可能となり、それにより、光半導体装置として更に省スペース化、小型化を図ることができる。したがって、かかる観点から、単一の回折格子を用いた形態も、本発明の実施態様に包含されると理解されるべきである。
【００３１】
実施の形態２．
図５は本発明の実施の形態２に係る光半導体装置の構造を示す斜視図（図５(a))、及びVb-Vb 線による断面図（図５(b))であり、本発明の実施の形態２に係る光半導体装置は、光を変調して導波する変調器部２００ａと、変調器部２００ａを導波される光の光軸に沿って平行に配置された光出射端面５４と、変調器部２００ａに設けられた、変調器部２００ａに導波される光を反射して、上記光出射端面５４に入射させる反射端面５３とを備えるようにしたものであり、変調器部２００ａの光が導波される方向の長さＬmod を反射端面５３を設ける位置により調整することにより、窓部５５の光が導波される方向の長さＬw を一定に保ったまま、変調器部２００ａの消光特性を調整することができるものである。
【００３２】
図において、図１と同一符号は同一または相当する部分を示しており、光半導体装置２００は特に変調器部と窓部とを備えたもので、ｎ−ＩｎＰからなる基板１上に、ｎ−ＩｎＰからなるバッファ層２、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰからなる光閉じ込め層３、ＩｎＧａＡｓ層とＩｎＧａＡｓＰ層とを交互に積層してなる多層構造を有するＭＱＷ活性層４、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰからなる光閉じ込め層５、及びｐ−ＩｎＰからなる第１クラッド層６ｄが順次積層された所定幅のメサ形状部５２と、これの両側を埋め込む半絶縁性ＩｎＰからなる埋込層１４及びｎ−ＩｎＰからなる埋込層１５と、これらの上部に配置されたｐ−ＩｎＰからなる第２クラッド層６e ，ｐ−ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層８，及び絶縁膜９と、Ｃｒ／Ａｕからなる蒸着電極１２及びＡｕメッキ層１３と、基板１の裏面側に設けられたＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる蒸着電極１６及びＡｕメッキ層１７からなる変調器部２００ａを備えている。変調器部２００ａの外部から光が入射される光入射端面５１はメサ形状部５２のストライプ方向に対してほぼ垂直となるように設けられ、その表面には無反射コーティングがなされている。変調器部２００ａの光入射端面５１に対して対向する位置に形成された反射端面５３は、基板１表面に対して垂直であるとともに、メサ形状部５２内を導波される光の光軸、ここでは特にメサ形状部５２のストライプ方向に対して約４５度の角度をなしている。その表面には高反射コーティングがなされている。光出射端面５４は、変調器部２００ａの光入射端面５１とは反対側の端部近傍に、基板１表面に対して垂直となるとともに、メサ形状部５２内を導波される光の光軸に対して平行に設けられており、その表面には無反射コーティングがなされている。この光出射端面５４と反射端面５３との間の領域の半絶縁性ＩｎＰ埋込層１４及びｎ−ＩｎＰ埋込層１５が窓部５５となる。
【００３３】
この光半導体装置は、上記実施の形態１において図３(a) 〜図３(g) を用いて示した光半導体装置の製造方法における、変調器部１００ａの部分の製造方法と同様に形成され、ウエハから各半導体装置を切り離す前にマスクを用いてドライエッチング等により半絶縁性ＩｎＰ埋込層１４及びｎ−ＩｎＰ埋込層１５を活性層４よりも深い深さまで除去して光出射端面５４を形成するようにし、ウエハプロセス後に各半導体装置を切り出す際に、反射端面５３をメサ形状部５２のストライプ方向に対して所定の角度となるようにへき開することにより得られる。
【００３４】
次に動作について説明する。光入射端面５１から入射された光は、変調器部２００ａで変調されるとともに、メサ形状部５２のストライプ方向に沿って導波される。そして、反射端面５３において光出射端面５４に向かって反射され、変調された光が窓部５５を経て光出射端面５４から出力される。
【００３５】
ここで、本実施の形態２においては、ウエハプロセス後、反射端面５３の導波光の光軸とのなす角度を約４５度で保ちつつ、へき開位置を調整する等によって反射端面５３を設ける位置を変化させることにより、窓部５５を除去することなく、変調器部２００ａの光が導波される方向の長さ即ち、変調器長を変化させることができる。変調器の消光比は変調器部２００ａの光が導波される方向の長さＬmod が長いと大きくなることから、必要に応じて変調器長を変化させて、消光特性を調整することが可能となる。なお、通常、消光特性は、伝送システム上は１３ｄＢ前後が最適とされている。また、Ｌmod は好ましくは、１００〜２５０μｍの間で調整するようにする。
【００３６】
さらに、本実施の形態２においては光導波路となるストライプ状のメサ形状部５２と光出射端面５４との距離は常に一定であり、反射端面５３は変調器部２００ａの導波光の光軸と約４５度の角度をなしているため、この反射端面５３で反射される導波光の光軸と、反射前の導波光の光軸とは約９０度の角度をなす。したがって、反射端面５３の導波光の光軸とのなす角度を約４５度に保つことにより、ウエハプロセス後、反射端面５３を設ける位置を調整することにより変調器長を変化させた場合においても、光出射端面５４と、反射端部５３の導波光が反射される部分との距離、即ち窓部５５の距離Ｌw は常に一定とすることができる。通常、窓部５５の距離Ｌw は出射光の放射角、および出射面からの変調器への戻り光を制御するために一定に保つ必要があり、通常Ｌw ＝２０μｍ程度で設定するが、このように構成することにより、窓部５５の距離Ｌw の長さを一定に保ったままＬmod の長さを調整することができるため、窓部の特性を劣化させることがない。
【００３７】
このように、本発明の実施の形態２においては、変調器部を導波される光の光軸に沿って平行に配置された光出射端面５４と、変調器部２００ａに設けられた、変調器部に導波される光を反射して、上記光出射端面５４に入射させる反射端面５３とを備えるようにしたから、変調器長Ｌmod を反射端面５３を設ける位置を、導波光の光軸に対する角度が変わらないように変更して調整することにより、窓部の距離Ｌw を一定に保ったまま、変調器部の消光特性を調整することができ、窓部の特性を劣化させることなく、ウエハプロセス後に変調器部の消光特性を調整することができる効果がある。
【００３８】
なお、本発明においては、上記実施の形態２に係る光半導体装置において変調器部の光入射端面側にＤＢＲレーザ等を集積するようにしてもよく、上記実施の形態２と同様の効果を奏する。
【００３９】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、半導体基板上に設けられた、光を発生し、この発生した光を導波する活性領域と、上記半導体基板上に設けられた、それぞれの格子の配列方向が、上記活性領域に導波される光の光軸方向と一致しないように配置された、格子の配列方向が互いに平行である格子ピッチの異なる複数の回折格子を備えたブラッグ反射領域と、上記活性領域を導波される光を内部で反射して、上記複数の回折格子のいずれか一つに入射させる反射面とを備えるようにしたから、反射面を形成する位置をこの反射面に垂直な方向において調整することにより、活性領域から導波された光が入射されるブラッグ反射領域において所望の発振波長が得られる回折格子を選択でき、ウエハプロセス終了後にも出射光の発振波長選択が容易に可能な光半導体装置を提供できる効果がある。
【００４０】
また、この発明によれば、上記複数の回折格子の代わりに、単一の回折格子を用いた場合であっても、かかる回折格子を導波光軸と異なる方向に設けているため、光半導体装置としての省スペース化、小型化を図ることができる効果がある。
【００４１】
また、この発明によれば、活性領域を導波される光の光軸に対して垂直な光出射端面を、上記活性領域を挟んで、上記反射面と向かい合う位置に設けるようにしたから、ウエハプロセス終了後にも出射光の発振波長選択が容易に可能な光半導体装置を提供できる効果がある。
【００４２】
また、この発明によれば、上記光出射端面と活性領域との間に、上記活性領域から導波される光を変調する光変調部を備えるようにしたから、ウエハプロセス終了後にも出射光の発振波長選択が容易に可能な光半導体装置を提供できる効果がある。
【００４３】
また、この発明によれば、内部に入力される光を変調して導波する変調器部と、該変調器部を導波される光の光軸に沿って平行に配置された光出射端面と、上記変調器部に設けられた、上記変調器部に導波される光を反射して、上記光出射端面に入射させる反射端面とを備えるようにしたから、反射端面を設ける位置を、導波光の光軸に対する角度が変わらないように変更して変調器長を調整することにより、窓部の距離を一定に保ったまま、窓部の特性を劣化させることなく、ウエハプロセス後に変調器部の消光特性を調整することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係る光半導体装置の構造を示す斜視図及び断面図である。
【図２】 この発明の実施の形態１に係る光半導体装置の構造を示す一部切り欠き斜視図及び基板上方から見た模式図である。
【図３】 この発明の実施の形態１に係る光半導体装置の製造方法を示す斜視図である。
【図４】 従来の光半導体装置の構造を示す一部切り欠き斜視図である。
【図５】 この発明の実施の形態２に係る光半導体装置の構造を示す斜視図及び断面図である。
【符号の説明】
１ ｎ−ＩｎＰ基板、２ ｎ−ＩｎＰバッファ層、３ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層、４ ＭＱＷ活性層、５ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層、６ａ〜６ｃ ｐ−ＩｎＰ第１〜第３クラッド層、６ｄ 第１クラッド層、６ｅ 第２クラッド層、７ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層、８ ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層、９−絶縁膜、１０，１２ 蒸着電極、１１，１３，１７ Ａｕメッキ層、１４ 半絶縁性ＩｎＰ埋込層、１５ ｎ−ＩｎＰ埋込層、１６ 蒸着電極、２１、５４ 光出射端面、２２，５３ 反射端面、２５ 絶縁膜、３０、５２ メサ形状部、３１ａ〜３１ｄメサ形状部、３２ａ〜３２ｄ 回折格子、４０ａ〜４０ｄ 端面へき開位置、５１ 光入射端面、５５ 窓部、５６ 光、１００，２００ 光半導体装置、１００ａ，２００ａ 変調器部、１００ｂ 活性領域、１００ｃ ＤＢＲ領域。
Claims (4)
- 半導体基板上に設けられた、光を発生し、この発生した光を導波する活性領域と、
上記半導体基板上に設けられ、格子の配列方向が、上記活性領域に導波される光の光軸と一致しないように配置された回折格子を備えたブラッグ反射領域と、
上記活性領域を導波される光を内部で反射して、上記回折格子に入射させる反射面を備え、
上記回折格子が、格子の配列方向が互いに平行である格子ピッチの異なる複数の回折格子で構成され、
上記反射面は、この複数の回折格子のいずれか一つに光を入射させるよう構成されてなることを特徴とする光半導体装置。 - 請求項１に記載の光半導体装置において、
上記反射面が光半導体装置の端面で構成されてなることを特徴とする光半導体装置。 - 請求項１に記載の光半導体装置において、
上記活性領域を導波される光の光軸に対して垂直な光出射端面を、上記活性領域を挟んで、上記反射面と向かい合う位置に設けたことを特徴とする光半導体装置。 - 請求項３に記載の光半導体装置において、
上記光出射端面と活性領域との間に、上記活性領域から導波される光を変調する光変調部を備えたことを特徴とする光半導体装置。
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