JPH0992921A

JPH0992921A - 半導体レーザと光変調器との集積化光源およびその製造方法

Info

Publication number: JPH0992921A
Application number: JP24433095A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Yamazaki; 裕幸山崎
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1995-09-22
Filing date: 1995-09-22
Publication date: 1997-04-04
Anticipated expiration: 2015-09-22
Also published as: JP2770848B2

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体レーザ領域と光変調器領域との間の導
波路厚変化によって生じるこの構造特有のキンクモード
を抑制し、単一軸モード発振歩留まりの向上を図ること
ができる集積化光源およびその製造方法を提供すること
にある。【解決手段】基板１上に半導体レーザと光変調器とを
形成する際、選択ＭＯＶＰＥ法により成長阻止マスク６
を用いて半導体層８〜１２を成長させて形成し、この
際、半導体レーザ領域３と光変調器領域４との間の緩や
かに導波路厚が変化している１２０μｍの遷移領域のう
ち、単一軸モード発振歩留まりの悪化している光変調器
領域４の約４０μｍおよび半導体レーザ領域３の約２０
μｍの合計６０μｍ（遷移領域の５０％）の範囲に回折
格子２が形成されないように、半導体レーザ領域３の側
で、成長阻止マスク６の幅が変化する位置から３０μｍ
入った位置までを除く範囲（遷移領域の約４２％）に回
折格子２が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は分布帰還型半導体レ
ーザと電界吸収型変調器とが同一基板上に形成されてい
る集積化光源およびその製造方法に関し、特に、安定な
単一軸モード発振動作を高歩留まりで実現できる集積化
光源およびその製造方法に関する。

【０００２】この光変調器を集積した分布帰還型半導体
レーザは主として通信用として使用されるものである。

【０００３】

【従来の技術】近年の情報伝送量の増大に伴い、長距離
・大容量伝送を可能とする通信システムが強く要求され
ている。通信システムの中でも、光通信システムは潜在
的に高速・大容量性を備えており、現在最も注目を集め
ている。このような大容量通信システムには変調時の波
長揺らぎ（波長チャーピング）の小さい光源が不可欠
で、これの低減には外部変調方式が有効でありこれまで
多くのデバイスが提案され、伝送実験に適用されてき
た。特に、ニオブ酸リチュウムによるマッハツエンダー
型変調器は研究の歴史も長く、プッシュブル動作による
波長チャーピングの生じない変調動作が可能である。し
かし、ＤＣ（直流）ドリフトによる信頼性への不安や屈
折率変化が小さいことによる素子の長尺化などまだ解決
されいない問題が多数ある。

【０００４】電界吸収型変調器はマッハツエンダー変調
器と異なり電界印加時の吸収損失変化を用いて変調動作
を実現する。電界吸収型変調器は、マッハツエンダー変
調器に比べて２００μｍと素子長を大幅に短尺化するこ
とを可能とし、量産化に適する利点を有する。また、電
界吸収型変調器では駆動電圧が２Ｖ以下と小さいことか
ら、変調器駆動ドライバにかかる負担が小さく、駆動回
路の集積回路（ＩＣ）化が容易である。さらに、電界吸
収型変調器は、ＩｎＰ基板を用いて容易に作製できるた
め、光源である分布帰還型半導体レーザと同一基板上に
容易に集積できる。

【０００５】特に、近年、低チャープ光源がシステムサ
イドから強く要求されていることもあって、このような
分布帰還型半導体レーザと電界吸収型変調器とを同一基
板上に集積した集積化光源は多くの研究機関により精力
的に検討されている。

【０００６】従来、このような分布帰還型半導体レーザ
と電界吸収型変調器とを同一基板上に形成した集積化光
源の作製には半導体層のエッチングおよび再成長による
方法が用いられていた。しかし、基板面内のプロセス不
均一に伴う素子特性のバラツキ、ドライエッチング時に
表面に生成されるダメージ層の吸収損失、などが、大面
積かつ高均一化が要求される光集積回路を実用化する上
で、問題となっていた。これらの問題点を解決する新し
い光半導体素子の製造技術として、半導体基板上にスト
ライプ状の開口部を挟んで対抗した成長阻止マスクを設
け、この開口部に有機金属気相成長法（以下ＭＯＶＰＥ
法）を用いて部分的に半導体層をエピタキシャル成長す
る技術（以下選択ＭＯＶＰＥ法）が注目されている。

【０００７】この選択ＭＯＶＰＥ法の技術により、半導
体層をエッチングすることなく光導波路素子を作製する
ことが可能となり、製造工程の簡略化、制御性・均一性
の大幅な向上が実現できるなど、量産性の優れた製造方
法が得られる。また、選択成長時の側面は、原子層オー
ダで平坦化されており、ここでの散乱損失の低下による
低損失性に優れる利点を有する。さらに、選択成長層の
層厚や組成が両脇に形成された成長阻止マスクの幅に依
存する特性を巧みに利用することにより、わずか一回の
結晶成長で同一基板上に複数のエネルギーギャップの異
なる導波路を形成することが可能となる。すなわち、成
長阻止マスクの幅を変えるだけで成長層の組成波長を変
化させることがT. Kato らによって、ELECTRONICS LETT
ERS 誌VOL. 28, No. 2（１９９２年１月１６日号）第１
５３ページから第１５４ページにわたり述べられてい
る。この選択ＭＯＶＰＥ法の技術は、同一基板上に複数
のエネルギーギャップを要する光集積素子の作製におい
て非常に魅力的である。

【０００８】既に、この技術を用いて、上述した分布帰
還半導体レーザと電界吸収型変調器とをモノシリックに
集積化した集積化光源、並びにＤＢＲ（ Distributed B
raggReflector）領域、位相制御領域、および活性領域
を同一基板上に集積するＤＢＲレーザ、などが実現され
ている。こにように上記技術は、生産性や素子歩留まり
の向上をもたらす画期的なものである。

【０００９】この選択ＭＯＶＰＥ法は、基板上に形成さ
れたＳ_iＯ₂開口部に選択的に導波路およびＬＤ（レー
ザダイオード）活性層を成長させ、さらに、開口部両脇
のマスク幅を変化させることにより、２００ｎｍ程度の
広い範囲にわたり遷移波長を変化させる画期的な技術で
ある。しかしながら、導波路厚が開口部両脇のマスク幅
を変化させた周辺で緩やかに変化している。

【００１０】図３は、開口部両脇のマスク幅を変化させ
た場合の構造例を示す横断面図（Ａ）、および、この周
辺でのＰＬ（Photo Luminescence）ピーク波長の変化を
示すグラフ（Ｂ）である。ここで、開口部８０のＭＱＷ
（Multi-Quantum Well）構造は選択ＭＯＶＰＥ法により
成長しており、ＰＬピーク波長は量子井戸の層厚変動を
示すと考えられる。図３（Ａ）に示される２μｍの開口
部８０は、この両脇に、半導体レーザ領域と光変調器領
域とのほぼ境界位置（図３（Ｂ）に示される“０μｍ”
位置）から、半導体レーザ領域側で３０μｍ幅の成長阻
止マスク８１を、また、光変調器領域側で６μｍ幅の成
長阻止マスク８１を有しており、この構造によるＰＬピ
ーク波長の実測値は、図３（Ｂ）に示されるように、半
導体レーザ領域側にほぼ８０μｍ、また、光変調器領域
側にほぼ４０μｍの範囲で変化している。すなわち、Ｐ
Ｌピーク波長は、約１２０μｍ程度の範囲にわたり緩や
かに変化していることから、導波路の膜厚は緩やかに変
化していると考えられる。

【００１１】また、図４に、選択ＭＯＶＰＥ法により作
製した分布帰還型半導体レーザと電界吸収型変調器との
集積化による集積化光源の断面構造図を示す。素子作製
の手順は、部分的に回折格子９７が形成されたｎ−Ｉｎ
Ｐ基板９１上に成長阻止マスク９９を“Ｓ_iＯ₂”によ
り形成したのち、選択ＭＯＶＰＥ法により、“ＩｎＧａ
ＡｓＰ”（λ_g＝１．３μｍ）の光ガイド層９８、Ｉｎ
ＧａＡｓＰバリア層（λ_g＝１．３μｍ）とＩｎＧａＡ
ｓウェル層とからなるＭＱＷ活性／吸収層９３、および
ｐ−ＩｎＰ層９２を成長し、ＤＨ（Double Heterostruc
ture）構造を形成する。このＤＨ構造は、幅１．５μｍ
の導波路両脇の成長阻止マスク９９を合計６μｍまで拡
幅したのち、再び選択ＭＯＶＰＥ法によりｐ−ＩｎＰ
層、ｐ⁺−ＩｎＧａＡｓキャップ層９４を成長させる。
この後、ｎ基板研磨、ｐ電極９５・ｎ電極９６の蒸着、
ｐ電極９５のパターニング、および電極アロイそれぞれ
の工程を経て、レーザダイオード（ＬＤ）が完成する。

【００１２】分布帰還半導体レーザでは、光の進行方向
に形成された均一周期の回折格子により特定の波長にお
いて強い反射が生じる。しかしながら、実際の素子作製
においては、結晶成長時の組成、膜厚変動による特性へ
の影響が懸念される。特に、選択ＭＯＶＰＥ法により分
布帰還半導体レーザと電界吸収型変調器との集積化によ
る集積化光源を作製した場合では、前述したようにレー
ザダイオードと変調器との間で導波路厚が変化すること
から、これのＤＦＢレーザ発振特性、特に単一軸モード
発振歩留まりへの影響が懸念される。

【００１３】図５はこのような分布帰還型半導体レーザ
を形成する導波路の等価屈折率変化が及ぼす単一軸モー
ド発振歩留まりの影響を計算した結果を示したグラフ
（Ｂ）、および、導波路３２の膜厚の変動による遷移領
域３３に回析格子３１を重ねて示した相対配置説明図
（Ａ）である。分布帰還型半導体レーザと光変調器との
間の導波路３２の膜厚変化はＰＬピーク波長の実験結果
から推定した。図中ΔｇＬは主モードと副モードとの正
規化閾値利得差を示し、これが小さいほど多モード発振
が発生し易くなる。

【００１４】ここで、Δｔは、図５（Ａ）に示されると
おり選択ＭＯＶＰＥ法による成長によって、分布帰還型
半導体レーザ領域で導波路３２の膜厚が変化している遷
移領域３３に依存する回折格子３１の長さを示す。図５
から明らかなように、Δｔが６０μｍ以上の領域、すな
わち導波路３２の膜厚が変化している遷移領域３３全体
の５０％以上に回折格子３１を形成した場合では、著し
い単一軸モード発振歩留まりの低下が生じているのが判
る。この傾向は、Δｔが大きい場合、換言すれば、分布
帰還型半導体レーザを形成する導波路３２の膜厚変化が
広い範囲で生じている場合に特に顕著な傾向となる。こ
れは、分布帰還型半導体レーザから光変調器領域に入射
した光の一部が再びレーザ領域に入射することで、これ
の内部電界に擾乱を与え、発振モードが不安定になるこ
とに起因する。

【００１５】例えば、選択ＭＯＶＰＥ成長による生じる
膜厚が変化する遷移領域３３の長さ１２０μｍの全て
が、回折格子３１の形成された分布帰還型半導体レーザ
領域内で生じると仮定すると（Δｔ＝１２０μｍ）、図
５に示されるように、単一軸モード発振歩留まりは最大
３０％まで低下することになる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の半導体
レーザと変調器との集積化光源およびその製造方法で
は、選択ＭＯＶＰＥ法による成長を用いて作製するの
で、図４（Ａ）に示されるように、分布帰還型半導体レ
ーザと電界吸収型変調器との境界で成長阻止マスク９９
の幅が変化するマスク形状の場合、回折格子９７の形成
されている領域でＭＱＷ活性／吸収層９３の厚さが変化
しているので、ＬＤ発振特性への影響が懸念されるとい
う問題点がある。また、このような導波路膜厚の変化
は、同時に導波路等価屈折率変化を生じさせ、導波路に
おける光伝搬特性に影響を及ぼすことが予想される。分
布帰還型半導体レーザでの導波路厚の変化に起因する等
価屈折率変動は、ＤＦＢ（Distributed Feedback）発振
モードに多大な影響を与え、単一軸モード発振の歩留ま
り低下を招くと考えられる。

【００１７】本発明の課題は、上記問題点を解決して、
安定な単一軸モード発振動作を高歩留まりで実現できる
半導体レーザと変調器との集積化光源およびその製造方
法を提供することである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明による分布帰還型
半導体レーザと電界吸収型変調器とが同一基板上に形成
されている集積化光源において、該分布帰還型半導体レ
ーザと該電界吸収型変調器の境界付近で緩やかに導波路
厚が変化している遷移領域に形成される回折格子が、前
記分布帰還型半導体レーザの領域かつ前記遷移領域にお
いて、該遷移領域の全長の所定割合（５０％以下）で形
成されている。

【００１９】また、前記光変調器領域の端面に窓構造を
形成している。

【００２０】また、別の手段としての集積化光源は、分
布帰還型半導体レーザにλ／４（四分の一波長）位相シ
フト回折格子を導入している。

【００２１】また、製造方法では，成長阻止マスクの加
工形成に次ぐ工程が、半導体レーザ領域および光変調器
領域の境界面で生じた成長阻止マスク幅の変化箇所から
所定の長さだけ半導体レーザ領域に入った位置までを無
格子領域にして半導体レーザ領域の残り部分に回析格子
を形成している。

【００２２】

【作用】図５に示されるように、選択ＭＯＶＰＥ法によ
る成長によって、分布帰還型半導体レーザ領域で導波路
の膜厚が変化している遷移領域（１２０μｍ）に依存す
る回折格子の長さΔｔが６０μｍ以下の領域、すなわ
ち、導波路厚が変化している遷移領域全体の５０％以下
に回折格子を形成した場合、７０％以上の単一軸モード
発振歩留まりが確保されることが判る。この結果、単一
軸モード発振歩留まりは、通常のＡＲ（無反射）／ＨＲ
（高反射）構造で得られていると同様の７０％以上を確
保できる。

【００２３】また、回析格子にλ／４位相シフト回折格
子を導入する場合、回折格子の長さ設定の確実性が増加
するので、上記遷移領域に依存する回折格子の長さΔｔ
の設定が容易になる。

【００２４】また、光変調器端面の窓構造は、この窓領
域で光ビームを広げるので実行的な反射率の低減が可能
になる。

【００２５】

【発明の実施の形態】次に、本発明を図面を用いて説明
する。図１（Ａ）は本発明の集積化光源の一つの形態を
示す表面透視説明図である。

【００２６】図示されるように、面方位が（１００）の
ｎ−ＩｎＰ基板１は、基板上に［０１１］方向へ部分的
に形成される回折格子２を有する半導体レーザ領域３
と、光変調器領域４とを備えている。基板１には、長手
方向が基板１の［０１１］方向に平行である開口部５
と、この開口部５の両脇に半導体レーザ領域３および光
変調器領域４それぞれで幅が異なる一対の成長阻止マス
ク６とが設けられている。

【００２７】光変調器領域４の端面部分には、成長阻止
マスク６により開口部５が閉鎖された窓領域７が形成さ
れている。また、回折格子２は、半導体レーザ領域３に
おいて、光源の特性が変化する部分として、開口部５の
両脇で成長阻止マスク６の幅が変化する位置から、予め
定められた部分を除いて設けられている。

【００２８】本発明の集積化光源についての詳細は、実
施例による製造方法に基づいて説明する。

【００２９】

【実施例】次に、図１および図２を併せ参照して、本発
明の第一の実施例である分布帰還型半導体レーザと光変
調器とをモノリシックに集積した集積化光源の製造方法
について工程順に説明する。図１（Ｂ）および図２
（Ａ）・（Ｂ）は図１（Ａ）のＡ−Ａ断面説明図であ
る。

【００３０】先ず、図１（Ａ）に示されるような集積化
光源として、面方位が（１００）のｎ−ＩｎＰ基板１上
に、［０１１］方向へ周期２４０ｎｍ、深さ３０ｎｍの
回折格子２が部分的に形成される工程を説明する。ま
ず、基板１上に、熱ＣＶＤ（化学的気相成長）法を用い
て、“Ｓ_iＯ₂”膜が形成され、次いで、フォトリソグ
ラフィとエッチングとによって、幅１．５μｍのストラ
イプ状の開口部５の両脇が、幅が分布帰還型半導体レー
ザ領域３で２５μｍ、また光変調器領域４で８μｍそれ
ぞれを有し、開口部５の長手方向がｎ−ＩｎＰ基板１の
［０１１］方向に平行であるような一対の成長阻止マス
ク６に加工される。

【００３１】ここで、半導体レーザ領域３の回折格子２
が形成されている領域で導波路厚が変化しない工夫が施
される。すなわち、開口部５の両脇の“Ｓ_iＯ₂”の幅
が２５μｍ（半導体レーザ領域）から８μｍ（光変調器
領域）に変化している位置から、３０μｍの部分だけ、
半導体レーザ領域３に入ったところまで回折格子２が形
成されない構造が作製される。また、光変調器領域４の
端面から１５μｍの部分では、成長阻止マスク６により
ストライプ状の開口部５を生成しない窓領域７が設けら
れる。

【００３２】ここで、回折格子２が形成されない構造の
“３０μｍ”の部分について、図３および図５を合わせ
参照して説明する。図５に図３を重ね合わせた場合、成
長阻止マスクの幅が変化する位置は、図５において、ほ
ぼΔｔが８０μｍの位置である。従って、単一軸モード
発振歩留まりが７０％以上で安定するΔｔが６０μｍ以
内の領域は、成長阻止マスクの幅が変化する位置から２
０μｍ以上、半導体レーザ領域３に入った位置である。
上記の３０μｍはこの“２０μｍ以上”を十分満足して
いる。

【００３３】次に、図１（Ｂ）に結果が示されるよう
に、ストライプ状の開口部５に減圧ＭＯＶＰＥ成長装置
の選択ＭＯＶＰＥ法を使用することにより、光導波路に
なる波長組成１．１５μｍのｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波
層８（厚さ１００μｍ）、ｎ−ＩｎＰスペーサ層９、波
長組成１．３μｍのアンドープＩｎＧａＡｓＰバリア層
（厚さ１０ｎｍ）とアンドープＩｎＧａＡｓ井戸層（厚
さ７ｎｍ）とからなる１０周期のアンドープ量子井戸層
１０、波長組成１．１５μｍのｉ（アンドープ）−Ｉｎ
ＧａＡｓＰホール加速層１１（厚さ２０ｎｍ）、およ
び、ｐ−ＩｎＰクラッド層１２（厚さ２００ｎｍ）が連
続して順次、成長する。この際、アンドープ量子井戸層
１０が半導体レーザ領域３においてｎ−ＩｎＰ基板１へ
格子整合するように、成長条件は調整される。アンドー
プ量子井戸層１０のバンドギャップ波長は、半導体レー
ザ領域３において１．５５μｍであり、光変調器領域４
において１．４８μｍになる。

【００３４】次いで、図２（Ａ）に結果が示されるよう
に、成長阻止マスク６の開口部５が半導体レーザ領域３
で幅７μｍ、光変調器領域４で幅５μｍまで、フォトリ
ソグラフィ技術とエッチングとによって拡幅され、この
拡幅を含む積層箇所にｐ−ＩｎＰ埋め込み層１４（厚さ
１．４μｍ）およびｐ⁺−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１
５が選択ＭＯＶＰＥ法によって順次、成長する。次に、
半導体レーザ領域３と光変調器領域４の電気的分離を行
うため、図１（Ａ）に示されるように、両領域の境界か
ら光変調器領域４の側に長さ２５μｍにわたってｐ⁺−
ＩｎＧａＡｓコンタクト層１５が除去され、分離領域１
６が作製される。

【００３５】次に、図２（Ｂ）に結果が示されるよう
に、上記表面全体に絶縁膜１７（厚さ０．３μｍ）が形
成され、埋め込み成長後の頂上部でｐ⁺−ＩｎＧａＡｓ
コンタクト層１５が残っている部分にのみフォトリソグ
ラフィ技術とエッチングとにより絶縁膜１７が開口さ
れ、次いで、この開口部分にＴｉ／Ａｕ電極１８が蒸着
されたのち、フォトリソグラフィ技術とエッチングとに
よって電極パターニングが行なわれる。一方、ｎ−Ｉｎ
Ｐ基板１では、裏面が１２０μｍ研磨された後、裏面に
Ｔｉ／Ａｕ電極１９が蒸着される。最後に、光変調器領
域４の端面に無反射コーティングが形成されると共に、
半導体レーザ領域３の端面に高反射膜が形成される。

【００３６】上述の工程により作製された集積化光源で
は、分布帰還半導体レーザ領域に電流注入していくと、
回折格子のピッチおよびこの領域の断面構造により求ま
る実効屈折率から決定される波長１．５５μｍ近傍で単
一軸モード発振が発生する。また光変調器領域では、こ
の波長における無バイアス時の光吸収が実用上問題ない
程度に抑制されるよう、量子井戸層の構造からなる光吸
収層のバンドギャップエネルギーが１．４８μｍに設定
されている。この光吸収層に電界を印加すると量子閉じ
こめシュタルク効果によって透過光に対する吸収係数が
増加するため、この光変調器領域が光強度変調器として
動作する。

【００３７】光変調器領域に２Ｖの逆方向電圧を印加す
ると、量子井戸層を構成する光吸収層は１５０ｋＶ／ｃ
ｍもの強電界でバイアスされるため、ＱＣＳＥ（Quantu
m Confined Stark Effect ）により１．５５μｍの光に
対する吸収損失の増加は４０００ｃｍ−１にも達する。
全１０層からなる量子井戸層への光閉じこめ係数が６％
となるので、光変調器の長さを２００μｍとすれば、１
５ｄＢの消光比が得られる。

【００３８】通常の集積化光源で光変調器の端面の反射
率が大きい場合には、光変調器端面からの反射光によ
り、変調時の波長変動が生じる。この波長変動は数オン
グストロームにもなり、光変調器を集積化した集積化光
源の長距離伝送特性に多大な影響が与えられる。実用上
問題の無いレベルにまで波長変動を抑制するためには、
変調器端面の残留反射率を０．１％以下にする必要があ
るものの、通常の端面への無反射コーティングのみでこ
れ以下の反射率を安定に実現するのは困難である。１％
程度の通常の無反射コーティングでも実用上十分な反射
率を実現する方法として、本実施例では光変調器端面に
窓構造を導入している。

【００３９】窓構造は、光変調器端面に２５μｍに渡っ
て光導波路がとぎれた形状にすることにより、容易に実
現できる。光変調器を通過した光は、窓領域に到達した
際、光の閉じこめが無くなるために、ビームが広がった
状態で半導体基板と空気との境界に達する。この境界面
で１％の残留反射があったとしても、光ビームが広がっ
ているために、反射して再び導波路に結合する光は少な
く、実効的な反射率低減が可能となる。このように、光
変調器端面への無反射コーティングと窓構造の導入とに
より、実効反射率０．１％以下を安定に実現することが
可能となる。

【００４０】同時に、本実施例では、単一軸モード発振
歩留まりの向上を目的として、分布帰還型半導体レーザ
と変調器の間の導波路膜厚が変化している領域に回折格
子が形成されない構造を採用しているため、集積素子特
有のキンクモードが存在しない。従って、高反射／低反
射端面構造の分布帰還型半導体レーザで得られている７
０％という高い単一軸モード発振歩留まりを実現するこ
とができる。

【００４１】このようにして作製された集積化光源は、
発振波長１．５５μｍで安定した単一軸モード発振を発
生し、５ｍＡという良好な値を有する閾値電流を得た。
また、分布帰還半導体レーザ領域と光変調器領域との結
合効率は選択ＭＯＶＰＥ法の採用によって１００％と大
きく、光変調器端面からでも１５ｍＷ以上の良好な光出
力特性が実現された。また、光変調器領域に２Ｖの電圧
を印加したところ、消光比１３ｄＢと実用上十分な値が
得られた。また、分布帰還型半導体レーザ領域および光
変調器領域の間には１０ｋΩと実用上問題とならない程
度の分離抵抗が得られた。また、本集積素子を用いてノ
ーマルファイバ５００ｋｍの伝送実験を行ったところ、
パワーペナルティ１ｄＢ以下の非常に良好な伝送特性を
実現することができた。さらに、６０℃での通電劣化試
験では５０００時間を越えても安定に動作しており、各
領域での逆方向耐圧劣化、副モード発振等の障害は観測
されなかった。

【００４２】次に、上述された均一周期の回折格子が使
われている第一の実施例と異なり、分布帰還型半導体レ
ーザ領域にλ／４位相シフト回折格子を導入する第二の
実施例について説明する。

【００４３】第二の実施例における製造工程は、第一の
実施例と同じ選択ＭＯＶＰＥ法による成長、フォトリソ
グラフィ技術、エッチングの工程により素子を作製す
る。ここで、図１（Ａ）を参照して説明すれば、分布帰
還型の半導体レーザ領域３の内に回折格子２が形成され
ている領域で導波路厚が変化しない工夫を施す。すなわ
ち、開口部５の両脇の“Ｓ_iＯ₂”の幅が２５μｍ（半
導体レーザ領域）から８μｍ（光変調器領域）に変化し
ている位置から、３０μｍだけ半導体レーザ領域３の側
に入ったところまで回折格子２が形成されない構造とす
る。このように構造にλ／４位相シフト回折格子を導入
することにより、主モードと副モードとの閾値利得差を
最大にすることができ、この結果、分布帰還型半導体レ
ーザにおける単一軸モード発振歩留まりを大幅に向上さ
せることができる。また、端面構造は、半導体レーザ部
３および光変調器部４ともに、無反射コーティングを施
している。

【００４４】第二の実施例による集積素子は、実測によ
り、閾値電流５ｍＡおよび発振波長１．５５μｍで発振
し、高出力時までサイドモード抑圧比の大きな、安定し
た単一モード動作を実現した。また、構造形成が容易な
この集積素子の単一軸モード発振歩留まりは、極めて高
く、ほぼ１００％の単一軸モード発振歩留まりを得た。
消光特性に関しても２Ｖ印加時に１３ｄＢと良好な特性
が得られた。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による分布
帰還型半導体レーザと光変調器とを集積化した集積化光
源は、導波路層の厚さが変化する遷移領域で、単一軸モ
ード発振歩留まりが７０％を越える領域にのみ回折格子
を形成した構造を有しており、また、製造方法はこの構
造を有する集積化光源を作製している。

【００４６】この結果、上述のように、本発明による集
積化光源は、デバイス特有のキンクモードを抑制するこ
とができ、単一軸モード発振歩留まりを大幅に上昇する
ことができる。さらに、第二の実施例で示したようなλ
／４位相シフト回折格子を採用することによって、単一
軸モード発振歩留まりをほぼ１００％にすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の集積化光源の一つの形態を示す表面透
視説明図（Ａ）、および第１の製造工程の一実施例を示
すＡ−Ａ断面説明図（Ｂ）である。

【図２】本発明の集積化光源の第２（Ａ）および第３
（Ｂ）それぞれの製造工程の一実施例を示すＡ−Ａ断面
説明図である。

【図３】半導体レーザ領域と光変調器領域との境界付近
の、構造の一例を示す平面説明図（Ａ）、およびＰＬ波
長変化の一例を示すグラフ（Ｂ）である。

【図４】従来構造の分布帰還型半導体レーザと電界吸収
型変調器都を集積化した集積化光源の一例を示す縦断面
説明図（Ａ）および横断説明図（Ｂ）である。

【図５】導波路厚が変化している状態の一例を示す相対
配置説明図（Ａ）、および、導波路厚が変化している遷
移領域における単一軸モード発振歩留まりの変化の一例
を示すグラフ（Ｂ）である。

【符号の説明】

１基板（ｎ−ＩｎＰ基板）２、３１回折格子３半導体レーザ領域（分布帰還型半導体レーザ領
域）４光変調器領域５開口部６成長阻止マスク７窓領域８ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波層９ｎ−ＩｎＰスペーサ層１０アンドープ量子井戸層１１ｉ−ＩｎＧａＡｓＰホール加速層１２ｐ−ＩｎＰクラッド層１４ｐ−ＩｎＰ埋め込み層１５ｐ⁺−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１６分離領域１７絶縁膜１８、１９Ｔｉ／Ａｕ電極３２導波路３３遷移領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】分布帰還型半導体レーザと電界吸収型
変調器とが同一基板上に形成されている集積化光源にお
いて、該分布帰還型半導体レーザと該電界吸収型変調器
の境界付近で緩やかに導波路厚が変化している遷移領域
に形成される回折格子が、前記分布帰還型半導体レーザ
の領域かつ前記遷移領域において、該遷移領域の全長の
所定割合で形成されていることを特徴とする半導体レー
ザと光変調器との集積化光源。
【請求項２】請求項１において、前記所定割合が遷
移領域の全長の５０％以下であることを特徴とする半導
体レーザと光変調器との集積化光源。
【請求項３】請求項１において、電界吸収型変調器
の端面に形成される窓構造を備えることを特徴とする半
導体レーザと光変調器との集積化光源。
【請求項４】請求項１において、前記回析格子がλ
／４（四分の一波長）位相シフト回折格子であることを
特徴とする半導体レーザと光変調器との集積化光源。
【請求項５】分布帰還型半導体レーザと電界吸収型
変調器とが同一基板上に形成されている集積化光源の製
造方法において、基板上にストライプ状の開口部を設定
して、該開口部の両脇に、半導体レーザ領域および光変
調器領域それぞれで所定の幅を有する成長阻止マスクを
加工形成し、次いで、半導体レーザ領域および光変調器
領域の境界面付近で生じた成長阻止マスク幅の変化箇所
から所定の長さだけ半導体レーザ領域に入った位置まで
を無格子領域にして半導体レーザ領域の残り部分に回析
格子を形成すると共に、前記光変調器領域の端面では、
前記開口部を所定の長さだけ設けない窓領域を形成し、
前記開口部に光導波路、スペーサ層、量子井戸層、加速
層、およびクラッド層を連続して所定の条件に調前記整
しつつ成長させ、次いで、前記成長阻止マスクを加工し
て前記開口部を拡張し、該開口部に埋め込み層およびコ
ンタクト層を成長させたのち、前記半導体レーザ領域お
よび光変調器領域の境界面から該光変調器領域側に所定
の長さまで該コンタクト層を除去して両領域を電気的に
分離し、次いで、表面全体に絶縁膜を形成したのち、成
長後の頂上部で、絶縁膜を開口して残された前記コンタ
クト層に第一の電極を蒸着すると共に、裏面を研磨後、
該裏面に第二の電極を蒸着し、最後に、前記光変調器の
端面に無反射コーティングを、かつ、前記半導体レーザ
領域の端面に高反射膜を形成することを特徴とする集積
化光源の製造方法。