CN103515841A - 光半导体装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明，获得能够使半导体激光器部的振荡光的横模稳定化、并且防止频率特性的劣化的光半导体装置及其制造方法。在n-InP衬底(1)上集成有半导体激光器部(2)和光调制器部(3)。光调制器部(3)将从半导体激光器部(2)出射的光调制。半导体激光器部(2)具有垂直脊(4)，光调制器部(3)具有倒台面脊(5)。这样由光调制器部(3)和半导体激光器部(2)来改变脊型结构，能够使半导体激光器部(2)的振荡光的横模稳定化，并且防止频率特性的劣化。

Description

光半导体装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及在光纤通信用发送器等中使用的光半导体装置及其制造方法。
背景技术
使用在半导体衬底上集成了半导体激光器部和光调制器部的光调制器集成半导体激光器(例如，参照专利文献1)。光调制器部和半导体激光器部通常为垂直脊(ridge)型(例如，参照专利文献2)。但是，垂直脊型的光调制器部由于元件电阻与脊上部的面积成比例地变大而频率特性劣化，故不适用于例如25GHz以上的高速调制。因此，为了降低光调制器部的元件电阻，提案有将光调制器部和半导体激光器部双方作为倒台面脊型的光调制器部(例如，参照专利文献3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-295879号公报；
专利文献2：日本特开2002-131713号公报；
专利文献3：日本特开2002-204030号公报。
发明内容
在倒台面脊型半导体激光器部的情况下，为了使振荡波长1.3μm的激光的横模仅为基模，需要将脊底宽度设为1.4μm以下。这与垂直脊型的情况相比较窄约0.2μm。若将与仅以该横模为基模的半导体激光器部相同的结构适用于光调制器部，则光调制器部的脊宽也需要变窄。因此，光调制器部的元件电阻与脊宽成反比例地上升，频率特性劣化。
本发明为了解决如上所述的问题而完成，其目的在于获得能够使半导体激光器部的振荡光的横模稳定化、并且防止频率特性的劣化的光半导体装置及其制造方法。
本发明所涉及的光半导体装置的特征在于，包括：半导体衬底；半导体激光器部，该半导体激光器部设于所述半导体衬底上，具有垂直脊；以及光调制器部，该光调制器部设于所述半导体衬底上，具有倒台面脊，对从所述半导体激光器部出射的光进行调制。
根据本发明，能够使半导体激光器部的振荡光的横模稳定化、并且防止频率特性的劣化。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式1所涉及的光半导体装置的立体图；
图2是示出本发明的实施方式1所涉及的半导体激光器部的剖视图；
图3是示出本发明的实施方式1所涉及的光调制器部的剖视图；
图4是示出本发明的实施方式2所涉及的光半导体装置的俯视图；
图5是示出本发明的实施方式3所涉及的光半导体装置的俯视图。
具体实施方式
参照附图说明本发明的实施方式所涉及的光半导体装置及其制造方法。有时对相同或对应结构要素附以相同附图标记，省略说明的重复。
实施方式1.
图1是示出本发明的实施方式1所涉及的光半导体装置的立体图。该光半导体装置是在n-InP衬底1上集成了分布反馈(Distributed Feed Back)型的半导体激光器部2和电场吸收(Electro Absorption)型的光调制器部3的光调制器集成半导体激光器(Electro absorption Modulated Laser)。在半导体激光器部2侧的端面实施有HR(High-Reflection，高反射)涂敷，在光调制器部3侧的端面实施有AR(Anti-Reflection，抗反射)涂敷。
半导体激光器部2出射既定波长的光，光调制器部3将从半导体激光器部2出射的光调制。半导体激光器部2具有垂直脊4，光调制器部3具有倒台面脊5。
半导体激光器部2的垂直脊4例如能够由使用CH4和H2、O2的干蚀刻而形成。光调制器部3的倒台面脊5例如能够由使用HCl和H2O的湿蚀刻而形成。
图2是示出本发明的实施方式1所涉及的半导体激光器部的剖视图。在n-InP衬底1上，依次层叠有活性层6、p-InP包覆层7、p-InGaAsP衍射光栅层8、p-InP包覆层9、p-InGaAsP-BDR(Band Discontinuity reduction，能带不连续性降低)层10、以及p-InGaAs接触层11。活性层6例如是压缩应变InGaAsP阱层和拉伸应变InGaAsP势垒层交互存在多个的InGaAsP-MQW(Multiple Quantum Well，多量子阱)。
在p-InP包覆层7、p-InGaAsP衍射光栅层8、p-InP包覆层9、p-InGaAsP-BDR层10、以及p-InGaAs接触层11设有垂直脊4。垂直脊4的侧面相对于n-InP衬底1的主面几乎为垂直。
在p-InGaAs接触层11上设有阳极电极12，垂直脊4的侧面及其两侧被SiO2绝缘膜13覆盖，在n-InP衬底1的下表面设有阴极电极14。
通过在阳极电极12与阴极电极14之间注入既定的电流，在活性层6内产生激光器的振荡，照射既定的单一波长的光。此时，由于p-InGaAsP衍射光栅层8的光栅间隔，仅仅规定的特定波长谐振，故半导体激光器部2能够进行稳定的单一波长振荡。
图3是示出本发明的实施方式1所涉及的光调制器部的剖视图。在n-InP衬底1上，依次层叠有光吸收层15、p-InP包覆层16、p-InGaAsP-BDR层10、以及p-InGaAs接触层11。光吸收层15例如是压缩应变InGaAsP阱层和拉伸应变InGaAsP势垒层交互存在多个的InGaAsP-MQW。但是，不限于此，还可以是AlGaInAs-MQW。
在p-InP包覆层16、p-InGaAsP-BDR层10、以及p-InGaAs接触层11设有倒台面脊5。倒台面脊5的侧面成为由(111)A面构成的倒台面形状，从光的前进方向观察到的倒台面脊5的剖面成为倒三角形状的梯形。
在p-InGaAs接触层11上设有阳极电极17，倒台面脊5的侧面及其两侧被SiO2绝缘膜13覆盖，在n-InP衬底1的下表面设有阴极电极14。半导体激光器部2的阳极电极12与光调制器部3的阳极电极17分离。
接下来，说明本实施方式的效果。在垂直脊4的半导体激光器部2中，为了仅使振荡波长1.3μm的激光的横模为基模，需要将脊底宽度设为约1.6μm以下。脊底宽度的上限与倒台面脊型的情况相比较宽约0.2μm。由此，能够扩大使半导体激光器部2的振荡光的横模稳定化时的制造余量。
另外，由于使光调制器部3为倒台面脊型，故能够降低光调制器部3的元件电阻，能够防止频率特性的劣化。因此，通过如本实施方式那样在光调制器部3和半导体激光器部2处改变脊型结构，能够使半导体激光器部2的振荡光的横模稳定化、并且防止频率特性的劣化。
另外，较为理想的是，在将光调制器部3的倒台面脊5的底的宽度设为d1，将半导体激光器部2的垂直脊4的底的宽度设为d2时，满足d1＋0.2μm＞d2。通过以满足该条件的方式进行制造，能够降低光调制器部3的元件电阻，故能够实现频率特性良好的光半导体装置。此外，能够增大d1的理由是由于在光调制器部3中，成为光波导的芯层的光吸收层15的折射率比半导体激光器部2的活性层6相对较小。
实施方式2.
图4是示出本发明的实施方式2所涉及的光半导体装置的俯视图。在本实施方式中，光调制器部3为马赫曾德尔(Mach-Zehnder)型。光调制器部3具有分波器18、两个光调制器19、20、光合波器21。各结构通过设于n-InP衬底1上的被动波导部22而连接。半导体激光器部2和被动波导部22为对接接头(butt joint)结构，被动波导部22将从半导体激光器部2出射的光引导至光调制器部3。
半导体激光器部2和被动波导部22具有垂直脊4，光调制器部3具有倒台面脊5。由此，能够与实施方式1同样地使半导体激光器部2的振荡光的横模稳定化、并且防止频率特性的劣化。
实施方式3.
图5是示出本发明的实施方式3所涉及的光半导体装置的俯视图。在n-InP衬底1上集成有半导体激光器部2和半导体光放大器部23(Semiconductor Optical Amplifier)。半导体光放大器部23将从半导体激光器部2出射的光放大。半导体激光器部2是具有集成于n-InP衬底1上的多个分布反馈型的激光器24的激光器阵列。光合波器21将从多个激光器24出射的光合波并输入半导体光放大器部23。被动波导部22将它们之间连接。
半导体激光器部2和被动波导部22具有垂直脊4，半导体光放大器部23具有倒台面脊5。由此，能够与实施方式1同样地使半导体激光器部2的振荡光的横模稳定化、并且降低半导体光放大器部23的元件电阻以降低消耗功率。
此外，半导体激光器部2的垂直脊4能够通过干蚀刻而形成，半导体光放大器部23的倒台面脊5能够通过湿蚀刻而形成。
符号说明
1 n-InP衬底(半导体衬底)；2 半导体激光器部；3 光调制器部；4 垂直脊；5 倒台面脊；21 光合波器；22 被动波导部；23 半导体光放大器部；24 多个激光器。

Claims (8)

1. 一种光半导体装置，其中包括：
半导体衬底；
半导体激光器部，该半导体激光器部设于所述半导体衬底上，具有垂直脊；以及
光调制器部，该光调制器部设于所述半导体衬底上，具有倒台面脊，对从所述半导体激光器部出射的光进行调制。
2. 根据权利要求1所述的光半导体装置，其中，将所述光调制器部的所述倒台面脊的底的宽度设为d1，将所述半导体激光器部的所述垂直脊的底的宽度设为d2时，满足d1＋0.2μm＞d2。
3. 根据权利要求1或2所述的光半导体装置，其中还包括：被动波导部，该被动波导部设于所述半导体衬底上，具有垂直脊，将从所述半导体激光器部出射的光引导至所述光调制器部。
4. 根据权利要求1或2所述的光半导体装置，其中，所述光调制器部为马赫曾德尔型。
5. 一种光半导体装置，其中包括：
半导体衬底；
半导体激光器部，该半导体激光器部设于所述半导体衬底上，具有垂直脊；以及
半导体光放大器部，该半导体光放大器部设于所述半导体衬底上，具有倒台面脊，对从所述半导体激光器部出射的光进行放大。
6. 根据权利要求5所述的光半导体装置，其中，
所述半导体激光器部具有集成于所述半导体衬底上的多个激光器，
还具备光合波器，所述光合波器将从所述多个激光器出射的光合波并输入所述半导体光放大器部。
7. 一种光半导体装置的制造方法，其中包括：
在半导体衬底上形成半导体激光器部和对从所述半导体激光器部出射的光进行调制的光调制器部的工序；
通过干蚀刻来形成所述半导体激光器部的垂直脊的工序；以及
通过湿蚀刻来形成所述光调制器部的倒台面脊的工序。
8. 一种光半导体装置的制造方法，其中包括：
在半导体衬底上形成半导体激光器部和对从所述半导体激光器部出射的光进行放大的半导体光放大器部的工序；
通过干蚀刻来形成所述半导体激光器部的垂直脊的工序；以及
通过湿蚀刻来形成所述半导体光放大器部的倒台面脊的工序。
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