JPH1065275A - 変調器集積半導体レーザ - Google Patents

変調器集積半導体レーザ

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JPH1065275A
JPH1065275A JP22085796A JP22085796A JPH1065275A JP H1065275 A JPH1065275 A JP H1065275A JP 22085796 A JP22085796 A JP 22085796A JP 22085796 A JP22085796 A JP 22085796A JP H1065275 A JPH1065275 A JP H1065275A
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semiconductor laser
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Hiroaki Takeuchi
博昭 竹内
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体レーザと光変調器とが突き合わせ結合
により集積化された変調器集積半導体レーザを提供す
る。 【解決手段】 半導体レーザ部30と光変調器部27と
が突き合わせ結合により集積化された変調器集積半導体
レーザにおいて、前記変調器の一部であって、前記突き
合わせ結合部近傍のエネルギーギャップが狭くなった光
吸収層の領域17に、電流を注入する電流注入領域29
を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザと光
変調器とが突き合わせ結合により集積化された変調器集
積半導体レーザに関するものである。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】図2に
従来例にかかる突き合わせ結合を有する光変調集積化半
導体レーザ製作工程の断面概略図を示す。図2に示すよ
うに、半導体レーザに突き合わせ結合を用いて、光変調
器を集積する場合には、半導体基板01上の半導体レー
ザの活性層02の上にパターニングした絶縁体層03を
形成し(図2(a)参照)、絶縁体層03をマスクとし
て半導体レーザの活性層02をエッチング除去し(図2
(b)参照)、変調器の光変調に直接関与する光吸収層
04をパターニングされた絶縁体層03以外の領域に結
晶成長する工程(図2(c)参照)がとられる。この結
晶成長工程によって、半導体レーザの活性層02と変調
器の光変調に直接関与する光吸収層04とが突き合わせ
結合されることになる。
【0003】このように、変調器の光変調に直接関与す
る光吸収層04は、パターニングした絶縁体層03以外
の領域に選択的に成長することになる。その後、図2
(d)に示すように、絶縁体層03を除去し、引き続き
半導体レーザの活性層02と変調器の光吸収層04との
上にクラッド層05とコンタクト層06とを順次成長し
て、突き合わせ結合を用いて半導体レーザに光変調器を
集積化した素子の半導体層構造を作製する。
【0004】次に、図2(e)に示すように、半導体レ
ーザと光変調器との突き合わせ結合部に接し、光変調器
側に位置するコンタクト層06の全部とクラッド層05
の一部あるいは全部をエッチング除去して、半導体レー
ザと光変調器との間の電気的分離のための分離溝08を
形成する。最後に、分離溝08を挟んだ両側のコンタク
ト層06の上に変調器に電圧を印加するための電極09
及び半導体レーザに電流を注入するための電極010を
形成し、半導体基板01の裏面に設置電極011を形成
する。
【0005】突き合せ結合を用いて半導体レーザに光変
調器を集積化した素子において、変調器の光変調に直接
関与する光吸収層04が多重量子井戸構造の場合には、
パターニングした絶縁体層03の近傍の空間的に限定さ
れた領域07で、主として光吸収層の多重量子井戸層の
膜厚が大きくなるために、多重量子井戸構造の最低準位
間の遷移エネルギーが小さくなり、その遷移エネルギー
に相当する波長が長波長側にシフトする。そして、パタ
ーニングした絶縁体層03から離れるにつれて、その影
響が小さくなり、その遷移エネルギーは一定値に漸近す
る。また、変調器の光変調に関与する光吸収層04がI
nGaAsPからなるバルク材料の場合には、パターニ
ングした絶縁体層03の近傍の空間的に限定された領域
07で、主として光吸収層04のIn組成が相対的に増
加するために、最低準位間の遷移エネルギーが多重量子
井戸構造の場合と同様に小さくなり、その遷移エネルギ
ーに相当する波長が長波長側にシフトする。
【0006】したがって、光変調に直接関与する光吸収
層04が多重量子井戸構造の場合でも、InGaAsP
からなるバルク材料の場合でも、パターニングした絶縁
体層03近傍の空間的に限定された領域07で、最低準
位間の遷移エネルギーが小さくなり、その遷移エネルギ
ーに相当する波長が長波長側にシフトする。
【0007】ところで、半導体レーザに光変調器を集積
化した素子では、光変調器の光変調に直接関与する光吸
収層04の最低準位間の遷移エネルギーに相当する波長
が、波長レーザの発信波長に比べて50nm程度短波長
となるように設計される。これによって、光変調器に外
部から電圧を印加しない状態では、半導体レーザからの
発振光は変調器の光吸収層において吸収されることなく
外部に出力される。
【0008】光変調器の動作原理は、光変調に直接関与
する光吸収層04に逆方向電圧を印加することによっ
て、光吸収スペクトル端を長波長側にシフトさせて、半
導体レーザの発振波長に近づけることによって、光変調
器を伝搬する半導体レーザの発振光の吸収量を制御する
ことにある。半導体レーザからの発振光は変調器の光吸
収層において吸収されて、電流として外部に取り出され
るが、その光吸収の割合の空間的な分布は半導体レーザ
と光変調器との境界から離れるにしたがって指数関数的
に激衰する。
【0009】突き合わせ結合を用いて半導体レーザに光
変調器を集積した素子において、パターニングした絶縁
体層03近傍の変調器の光吸収層04の中に、その遷移
エネルギーに相当する波長が長波長側にシフトした空間
的に限定された領域07が生じることによって、光変調
器に逆方向電圧を印加しない状態、すなわち、本来な
ら、波長レーザからの発振光は変調器の光吸収層04に
おいて吸収されれることなく外部に出力される状態にお
いて、半導体レーザからの光は、この空間的に限定され
た領域07によって著しく大きく吸収される。この領域
07での著しく大きい光吸収は、半導体レーザに光変調
器を集積化した素子からの光出力を無意味に減少させる
ばかりでなく、その大きな光吸収による電流が突き合せ
結合部の近傍の限定された空間に集中していることか
ら、突き合わせ結合部での結晶品質を劣化させて光変調
器の逆バイアス電圧の印加時のリーク電流を増大させ、
結果的に光変調器の消光特性を劣化させる原因となる。
従って、このような空間的に限定された領域07におけ
る著しく大きい光吸収の発生は、半導体レーザに光変調
器を集積化した素子にとって都合が悪い。
【0010】図2のようにして作製した従来技術の半導
体レーザに光変調器を集積化した素子では、図2(e)
に示すように、突き合わせ結合部に隣接する光変調器物
質部に、先ず半導体レーザと光変調器間の電気的分離を
形成するための電気的分離溝08を配置し、次に、光変
調器に逆方向電圧を印加するための電極09を配置して
いる。それゆえに、従来技術の半導体レーザに光変調器
を集積化した素子においては、光変調に直接関与する光
吸収層内の突き合わせ結合部近傍に存在して、半導体レ
ーザから光変調器に伝搬する光に対して著しく大きな光
吸収を有する空間的に限定された領域07に対しては、
逆方向電圧の印加も電流注入も行われない構造になって
いる。
【0011】よって、従来技術においては、光変調に直
接関与する光吸収層04内の突き合わせ結合部近傍に存
在する著しく大きな光吸収を有する領域07は、半導体
レーザから伝搬する光を無意味に吸収して素子自体の最
大光出力を減少させ、より大きな光出力が要求される集
積化素子からの光出力を小さくするという望ましくない
効果をもつ、という問題がある。さらに、その局所的な
光吸収に起因する光電流の集中によって、変調器自体の
消光特性も劣化させ、さらには変調器の信頼性も劣化さ
せることになる。したがって、突き合わせ結合を用いて
半導体レーザに光変調器を集積化した素子の高性能化の
ためには、突き合わせ部分近傍の光吸収層04に生ずる
著しく大きな光吸収を有する空間的に限定された領域0
7を無くすか、あるいはなんらかの方法でこの領域07
での著しく大きな光吸収を制御することが必須である。
【0012】本発明は、突き合わせ結合を用いて半導体
レーザに光変調器を集積化した半導体光集積化素子にお
いて、半導体結晶成長法を用いた突き合わせ結合形成時
に、光変調器内の光吸収層の中で、突き合わせ結合部近
傍の空間的に限定された領域に生じる半導体レーザから
の光に対して著しく大きい光吸収をもつ領域に対して順
方向電圧を印加して電流を注入することによって、この
領域での不必要な光吸収を低減、あるいは無くすことに
よって、半導体レーザに光変調器を集積化した半導体光
集積化素子からの絶対的な光出力を大きくさせ、且つこ
の半導体光集積素子の光変調器の消光特性の劣化を防止
し、素子の信頼性を向上を図ることを課題とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決する本
発明の変調器集積半導体レーザは、半導体レーザと光変
調器とが突き合わせ結合により集積化された変調器集積
半導体レーザにおいて、前記変調器の一部であって、前
記突き合わせ結合部近傍のエネルギーギャップが狭くな
った光吸収層に、電流を注入する手段を有することを特
徴とする。
【0014】すなわち、本発明は、突き合わせ結合を用
いて半導体レーザに光変調器を集積化した素子におい
て、半導体レーザと光変調器間の突き合わせ結合を半導
体結晶成長法を用いて形成する際に、突き合わせ結合部
分から十分に離れた光変調器の光吸収層に比べて、バン
ドギャップ波長が長く、半導体レーザから光変調器側へ
伝搬する発振光を著しく大きく吸収して、半導体レーザ
と光変調器からなる集積化光源からの全光出力を減少さ
せる原因となるような光変調器領域内の突き合わせ結合
部近傍の光吸収層に生じる空間的に限定された領域に対
して、電流を注入することによって、半導体レーザから
突き合わせ結合部を通って、光変調器に伝搬する光が上
述したような光変調器側の突き合わせ結合部近傍の光吸
収層に生じる空間的に限定された領域で著しく吸収され
ないようにするか、あるいは半導体レーザから突き合わ
せ結合部を通って、光変調器に伝搬する光に対して利得
をもつようにしたものである。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を詳細
に説明する。
【0016】図1は本実施の形態における突き合わせ結
合を用いて分布帰還(DFB)型半導体レーザに光変調
器を集積化した半導体光集積化素子の光伝搬方向の断面
構造を示す。図1に示すように、n型半導体基板12の
上に光閉じ込め層13とレーザの活性層14と光閉じ込
め層15とを順次成長し、これら三つの層をパターニン
グした絶縁体膜をマスクとして用いて、その一部を半導
体基板12表面までエッチング除去し、引き続いて選択
的半導体結晶成長法によって、変調器の光吸収層16を
突き合わせ結合するように光閉じ込め層13とレーザの
活性層14と光閉じ込め層15に接続する。この選択的
半導体結晶成長時に、突き合わせ結合部近傍の光吸収層
16の空間的に限定された領域17には、該領域17よ
り突き合わせ結合部から離れた部分の光吸収層16に比
べて遷移エネルギーに相当する波長が長波長側にシフト
した波長結晶が形成される。
【0017】次に、光閉じ込め層15の上に、回折格子
18を形成し、p型クラッド層19とレーザ部のp型コ
ンタクト層22と変調器のp型コンタクト層20を成長
する。次に、レーザのp型電極23と変調器のp型電極
21を形成し、波長基板12の裏面にn型電極24を形
成する。
【0018】次に、この分布帰還(DFB)型半導体レ
ーザに光変調器を集積化した半導体光集積化素子を劈開
によって切り出した後、レーザ側端面に高反射膜26
と、変調器側端面に低反射膜25とを形成する。
【0019】上記工程によって、分布帰還(DFB)型
半導体レーザに光変調器を集積化した半導体光集積化素
子のレーザ部30と電気的分離溝28と変調器部27と
が形成され、変調された光出力は変調器側の低反射膜2
5を持つ端面から得られる。
【0020】ここで、突き合わせ結合部近傍の光吸収層
16の空間的に限定された上記領域17には、該領域1
7より突き合わせ結合部近傍の光吸収層16に比べて遷
移エネルギーに相当する波長が長波長側にシフトした波
長結晶が形成されるが、この領域17は、変調器に逆バ
イアス電圧を印加しない状態において、本来なら半導体
レーザからの発振光を吸収しない状態であるべきにもか
かわらず著しく大きい光吸収をもち、半導体光集積化素
子の光出力を無意味に減少させ、突き合わせ結合部近傍
の光吸収層の空間的に限定された領域17に光電流の集
中を引き起こして変調器の消光特性劣化の原因となる。
【0021】この問題を解決するために、電気的分離溝
28を突き合わせ結合部から変調器27側に移動し、か
つレーザのp型電極23を上記領域17の直上まで延長
させて、上記領域17に電流を注入する電流注入領域2
9を形成する。
【0022】この電流注入領域29によって、半導体レ
ーザからの発振光は、上記領域17において吸収される
ことがなくなり、半導体光集積化素子の光出力31が無
意味に減少されることが無くなり、領域17での局所的
な光吸収に伴う光電流の集中による変調器の消光特性劣
化という問題が回避されることになる。
【0023】
【発明の効果】以上、実施の形態と共に、詳細に説明し
たように、本発明によれば、半導体レーザに光変調器を
集積化した半導体光集積化素子からの絶対的な光出力を
大きくさせ、且つこの半導体光集積素子の光変調器の消
光特性の劣化を防止し、素子の信頼性を向上を図ること
ができることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】半導体光集積化素子の光伝搬方向の断面構造の
概略図である。
【図2】従来技術の突き合わせ結合をもつ光変調器集積
化半導体レーザの断面概略図である。
【符号の説明】
12 n型半導体基板 13 光閉じ込め層 14 レーザの活性層 15 光閉じ込め層 16 光吸収層 17 領域 18 回折格子 19 p型クラッド層 20 変調器のp型コンタクト層 22 レーザ部のp型コンタクト層 23 レーザのp型電極 24 n型電極 25 低反射膜 26 高反射膜 27 変調器部 28 分離溝 29 電流注入領域 30 レーザ部 31 光出力

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体レーザと光変調器とが突き合わせ
    結合により集積化された変調器集積半導体レーザにおい
    て、 前記変調器の一部であって、前記突き合わせ結合部近傍
    のエネルギーギャップが狭くなった光吸収層に、電流を
    注入する手段を有することを特徴とする変調器集積半導
    体レーザ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6332048B1 (en) * 1998-10-15 2001-12-18 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Modulator and method for manufacturing of such a modulator
CN112670820A (zh) * 2020-12-23 2021-04-16 中国科学院半导体研究所 电吸收调制激光器各功能区电隔离的实现方法

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US6332048B1 (en) * 1998-10-15 2001-12-18 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Modulator and method for manufacturing of such a modulator
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