CN111064076A - 光学半导体器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种光学半导体器件及其制造方法，该方法包括：形成第一半导体层；在形成电吸收型调制器的第一区中的第一半导体层上形成第一掩模图案；在第一半导体层上沿着第一方向形成平坦部；在凹凸部上形成第二半导体层；以及在第二半导体层上形成光波导层。第一掩模图案包括在第一区中的第一图案和在形成DFB激光器的第二区中的第二图案，第一图案包括第一开口图案和第一覆盖图案，并且第二图案包括第二开口图案和第二覆盖图案，并且第一开口图案与第一覆盖图案的比率不同于第二开口图案与第二覆盖图案的比率。

Description

光学半导体器件及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年10月17日提交的日本专利申请No.JP2018-195767的优先权，其全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本公开涉及光学半导体器件及其制造方法。
背景技术
例如，日本未审专利公布No.H10-163568公开了一种集成有调制器的半导体激光器，其具有彼此集成的半导体激光器部和调制器部。
发明内容
根据本公开的方面的光学半导体器件的制造方法是一种光学半导体器件的制造方法，该光学半导体器件包括电吸收型调制器、DFB激光器以及在半导体衬底上在第一方向上以集成结构连接在电吸收型调制器和DFB激光器之间的连接区，该制造方法包括：在半导体衬底上形成第一半导体层；在连接区和形成电吸收型调制器的第一区中的第一半导体层上形成第一掩模图案；使用第一掩模图案在连接区中的第一半导体层上沿着第一方向形成平坦部；在设置在第一半导体层上的凹凸部上形成第二半导体层；以及在第二半导体层上形成光波导层。第一掩模图案包括在第一区中的第一图案和在形成DFB激光器的第二区中的第二图案，第一图案包括彼此相邻的第一开口图案和第一覆盖图案，并且第二图案包括彼此相邻的第二开口图案和第二覆盖图案。第一开口图案与第一覆盖图案的比率不同于第二开口图案与第二覆盖图案的比率。
根据本公开的另一方面的光学半导体器件包括激光器，该激光器包括：电吸收型调制器；DFB激光器；以及连接区，其在半导体衬底上在第一方向上以集成结构连接在电吸收型调制器和DFB激光器之间；在半导体衬底上具有在第一方向上延伸的凹凸部的第一半导体层；设置在第一半导体层的凹凸部上的第二半导体层；设置在第二半导体层上的有源层；以及设置在第二半导体层上的光波导，该光波导布置有电吸收型调制器和连接区。连接区中凹凸部的占空比在DFB激光器侧大于电吸收型调制器侧。凹凸部的占空比对应于凹陷的长度与彼此相邻的凹陷和突起的总长度的比率。
根据本公开的又一方面的光学半导体器件的制造方法是一种光学半导体器件的制造方法，该光学半导体器件包括沿着光波导方向依次设置的激光器区、连接区和光学调制区，该方法包括：在半导体衬底上形成第一半导体层；在连接区中的第一半导体层上形成第一掩模图案；使用第一掩模图案在连接区中的第一半导体层上形成沿着光波导方向的凹凸部；在其上形成凹凸部的第一半导体层上形成第二半导体层；以及在第二半导体层上形成光波导层。在形成第一掩模图案中，形成这样的第一掩模图案，其中沿着光波导方向的覆盖图案的长度与位于连接区中并且沿着光波导方向彼此相邻的开口图案和覆盖图案的总长度的比率在激光器区侧大于在光学调制区侧，并且在形成凹凸部中，凹凸部被形成为其中突起的沿着光波导方向的长度与位于连接区中并且沿着光波导方向彼此相邻的凹陷和突起的总长度的比率在激光器区侧大于在光学调制区侧。
附图说明
参考附图，通过对本公开的优选实施例的以下详细描述，将更好地理解前述和其他目的、方面和优点，其中：
图1A是示出根据实施例的半导体激光器件的示意性平面图；
图1B是沿图1A中的线Ib-Ib截取的剖视图；
图2A至2C是示出根据实施例的半导体激光器件的制造方法的图；
图3的A至C是示出根据实施例的半导体激光器件的制造方法的图；
图4A至4C是示出根据实施例的半导体激光器件的制造方法的图；
图5A和5B是示出根据实施例的半导体激光器件的制造方法的图；
图6是示出在第六步骤之后连接区和光学调制区的主要部件的放大剖视图；
图7是示出掩模图案的形状的示意性平面图；以及
图8是示出根据修改的凹凸部的示意性剖视图。
具体实施方式
[本公开要解决的问题]
集成调制器的半导体激光器如日本未审专利公布No.H10-163568中所示，从降低内部损耗的观点来看，通常，半导体激光器部(激光器区)的光波导(有源层)理想地为薄的。从高消光比和低容量的观点来看，调制器部(光学调制区)的光波导(光波导层)理想地为厚的。然而，光波导层的厚度比有源层的厚度的简单增加容易导致光反射，这是由于半导体激光器部和调制器部之间的端面连接部(对接部)处的台阶大。因此，在有源层的厚度和光波导层的厚度被不同地设置的情况下，这可能导致半导体激光器部到调制器部的耦合效率的劣化。
[本公开的实施例的描述]
本公开的实施例是半导体激光器件的制造方法，该半导体激光器件包括沿着光波导方向依次设置的激光器区、连接区和光学调制区，该制造方法包括：在半导体衬底上形成第一半导体层；在连接区中的第一半导体层上形成第一掩模图案；使用第一掩模图案在连接区中的第一半导体层上形成沿着光波导方向的凹凸部；在其上形成凹凸部的第一半导体层上形成第二半导体层；以及在第二半导体层上形成光波导层。在形成第一掩模图案中，形成第一掩模图案，其中沿着光波导方向的覆盖图案的长度与位于连接区中并且沿着光波导方向彼此相邻的开口图案和覆盖图案的总长度的比率在激光器区侧大于在光学调制区侧，并且在形成凹凸部中，凹凸部被形成为其中突起的沿着光波导方向的长度与位于连接区中并且沿着光波导方向彼此相邻的凹陷和突起的总长度的比率在激光器区侧大于在光学调制区侧。
在该制造方法中，使用第一掩模图案在连接区中的第一半导体层上形成沿着光波导方向的凹凸部。在所形成的凹凸部中，突起的沿着光波导方向的长度与位于连接区中的沿着光波导方向彼此相邻的凹陷和突起的总长度的比率在激光器区侧大于在光学调制区侧。这里，在其上形成凹凸部的第一半导体层上生长第二半导体层中，在比率较小的区域中凹陷的容量较大，因此第二半导体层的厚度变得较薄。因此，在光波导方向上，位于连接区中的第二半导体层的厚度在光学调制区侧比在激光器区侧较薄。因此，即使在形成比有源层厚的光波导层的情况下，也可以抑制在有源层和光波导层之间的端面连接部上形成大台阶。因此，根据该制造方法，可以制造半导体激光器件，其中可以将光学调制区中的光波导层的厚度设置为大于激光器区中的有源层的厚度，同时抑制激光器区到光学调制区的耦合效率的劣化。
该制造方法还可以包括：在第一半导体层上形成衍射光栅层；以及移除位于连接区中和光学调制区中的衍射光栅层的一部分，以暴露第一半导体层。在该制造方法中，在形成第一掩模图案时，也可以在衍射光栅层上形成第一掩模图案，并且在第一半导体层上形成凹凸部时，可以使用第一掩模图案形成衍射光栅。在这种情况下，例如，在第一半导体层上形成凹凸部时，可以在激光器区中形成衍射光栅。因此，可以制造可实现稳定单模振荡的半导体激光器件。
突起的长度与凹陷和突起的总长度的比率可以沿着光波导方向连续变化或者可以逐步变化。在这种情况下，位于连接区中的第二半导体层的厚度沿着光波导方向从激光器区侧朝向光学调制区侧连续变薄或逐步变薄。因此，位于连接区中的光波导层的厚度可以沿着光波导方向从激光器区侧朝向光学调制区侧连续变厚或逐步变厚。因此，在位于连接区中的光波导层上不提供台阶，或者可以抑制在光波导层上形成大台阶，从而可以优选地抑制激光器区到光学调制区的耦合效率的劣化。
在形成光波导层时，可以使用具有与第二半导体层的一部分重叠的开口的第二掩模图案在开口中形成光波导层，并且位于连接区中的开口的区域的图案宽度可以随着在光波导方向上更靠近光学调制区而变得更窄。在这种情况下，具有宽图案宽度的激光器区周围的光波导层的生长速率变小。因此，可以很好地抑制在有源层和光波导层之间的端面连接部上形成大台阶，从而可以优选地抑制激光器区到光学调制区的耦合效率的劣化。
第二掩模图案可以具有不同于该开口的一对开口，不同于该开口的一对开口可以与第二半导体层重叠，并且该开口可以位于在平面图中与光波导方向相交的方向上不同于该开口的一对开口之间。在这种情况下，在第二半导体层上，构成光波导层的半导体层不仅在该开口中生长，而且也在不同于该开口的一对开口中生长。因此，该开口中光波导层的生长速率进一步变得更小。因此，可以进一步提高光波导层的膜质量，并且可以优选地控制光波导层的厚度。因此，有源层可以连接到光波导层，而不会出现折射率的突然变化。
本公开的另一个实施例是一种半导体激光器件，其包括沿着光波导方向依次设置在半导体衬底上的激光器区、连接区和光学调制区，该半导体激光器件包括：第一半导体层，其设置在半导体衬底上，该第一半导体层在第一部分上沿着光波导方向具有凹凸部；第二半导体层，其设置在第一半导体层的凹凸部上；有源层，其设置在位于激光器区中的第二半导体层上；以及光波导层，其设置在位于连接区中和光学调制区中的第二半导体层上。在半导体激光器件中，位于连接区中的凹凸部的占空比在激光器区侧大于在光学调制区侧，位于光学调制区中的凹凸部的占空比是恒定的，并且等于或小于位于连接区中的凹凸部的占空比的最小值，并且占空比是突起的沿着光波导方向的长度与沿着光波导方向彼此相邻的凹陷和突起的总长度的比率。
在该半导体激光器件中，在设置在第一半导体层上的凹凸部中，突起的沿着光波导方向的长度与沿着光波导方向位于连接区中的彼此相邻的凹陷和突起的总长度的比率在激光器区侧大于在光学调制区侧。这里，在其上形成凹凸部的第一半导体层上生长的第二半导体层的厚度中，在占空比较小的区域中凹陷的容量较大，因此第二半导体层的厚度变薄。因此，在光波导方向上，位于连接区中的第二半导体层的厚度在光学调制区侧比在激光器区侧薄。因此，半导体激光器件可以包括比有源层厚的光波导层，同时抑制了在有源层和光波导层之间的端面连接部上形成大台阶。因此，可以获得这样的半导体激光器件，其中可以将光学调制区中的光波导层的厚度设置为大于激光器区中的有源层的厚度，同时抑制激光器区到光学调制区的耦合效率的劣化。
位于连接区中的凹凸部的占空比可以沿着光波导方向连续变化或逐步变化。在这种情况下，位于连接区中的第二半导体层的厚度沿着光波导方向从激光器区侧朝向光学调制区侧连续变薄或逐步变薄。因此，位于连接区中的光波导层的厚度可以沿着光波导方向从激光器区侧朝向光学调制区侧连续变厚或逐步变厚。因此，在位于连接区中的光波导层上不提供台阶，或者可以抑制在光波导层上形成大台阶，从而可以优选地抑制激光器区到光学调制区的耦合效率的劣化。
有源层的顶面的高度和光波导层的顶面的高度可以相等。在这种情况下，在有源层和光波导层的顶面上不提供台阶，从而可以优选地抑制激光器区到光学调制区的耦合效率的劣化。
[本公开的实施例的效果]
根据本公开的实施例，可以提供一种半导体激光器件及其制造方法，其中可以将光学调制区中的光波导层的厚度设置为大于激光器区中的有源层的厚度，同时抑制激光器区到光学调制区的耦合效率的劣化。
[本公开的实施例的描述]
下面将参照附图描述根据本公开的实施例的半导体激光器件及其制造方法的具体示例。此外，应当理解，本公开不限于这些示例，而是由权利要求的范围限定，并且包括在等同于权利要求的含义和范围内的所有修改。在下面的描述中，在附图的描述中，相同的元件由相同的附图标记表示，并且省略多余的解释。
图1A是示出根据实施例的半导体激光器件的示意性平面图，而图1B是沿着图1A中的线Ib-Ib截取的剖视图。图1A和1B所示的半导体激光器件1(光学半导体器件)是形成在半导体衬底11上的激光器件，并且包括激光器区2、连接区3和光学调制区4。激光器区2、连接区3和光学调制区4依次沿着一个方向设置在半导体衬底11上的主面11a上。在该实施例中，激光器区2、连接区3和光学调制区4整体形成在半导体衬底11上。所述一个方向是由半导体激光器件1振荡的光的传播方向(光波导方向)。在下文中，所述一个方向是方向X(光波导方向)。在下文中，垂直于在水平方向上的方向X的方向是方向Y(宽度方向)，并且垂直于水平方向的竖直方向是方向Z(厚度方向)。在平面图中的半导体激光器件1对应于从方向Z观察的半导体激光器件1。
半导体衬底11是包括在激光器区2等中的半导体层的晶种衬底，并且是包括例如InP的n型半导体衬底。在半导体衬底11的背表面上，可以提供具有诸如金属的导电材料的背侧电极。
激光器区2是在半导体激光器件1中振荡激光的部分，并且具有下包层21、有源层22、上包层23、接触层24和电极25。下包层21、有源层22、上包层23、接触层24和电极25依次堆叠在半导体衬底11的主面11a上。下包层21和上包层23也包括在连接区3和光学调制区4中。
下包层21是将光限制在有源层22的内部和光波导层31的内部之间的层，稍后描述。下包层21是化合物半导体层，并且呈现例如包括InP的n型。位于激光器区2中的下包层21(即，位于激光器区2中的下包层21的部分21a)的厚度为例如700nm或更大且1,200nm或更小。下包层21的部分21a的厚度是恒定的。应注意，在该实施例中，术语“恒定”、术语“相同”和任何其他术语可以包括误差范围。误差范围为例如±5％。
下包层21的部分21a设置有衍射光栅26，衍射光栅26被配置为以分布方式将特定波长的光反馈到有源层22。这些衍射光栅26形成在激光器区2中，因此可以实现稳定的单模振荡。因此，半导体激光器件1用作分布式反馈半导体激光器(DFB激光器)。衍射光栅26包括不同于下包层21的折射率的折射率。在下包层21是例如InP半导体层的情况下，构成衍射光栅26的材料是例如InGaAsP。
有源层22是可以通过电流注入获得增益的光波导层，并且是半导体激光器件1的核心。有源层22是具有包括例如InGaAsP的量子阱结构的化合物半导体层。作为量子阱结构的示例，结构被适配为其中交替堆叠由InGaAsP制成的阱层和由InGaAsP制成的势垒层，该势垒层的组成不同于阱层的InGaAsP的组成。例如，有源层22的厚度为180nm或更大且220nm或更小。
上包层23是与下包层21一起将光限制在有源层22的内部和光波导层31的内部之间的层，这将在后面描述。上包层23是化合物半导体层，并且呈现例如包括InP的p型。上包层23的厚度是恒定的，并且是例如1,500nm或更大且2,000nm或更小。
接触层24是与电极25欧姆接触的化合物半导体层，并且是例如p型InGaAsP层。电极25是导电层，并且设置在接触层24上，用于振荡激光的直流被供应至该导电层。
连接区3是在方向X上将激光器区2连接到光学调制区4的部分，并且具有下包层21、光波导层31和上包层23。下包层21、光波导层31和上包层23依次堆叠在半导体衬底11的主面11a上。光波导层31也包括在光学调制区4中。
位于连接区3中的下包层21(即，位于连接区3中的下包层21的部分21b)的厚度在方向X上在光学调制区4侧比在激光器区2侧薄。部分21b的厚度为例如600nm或更大且1,100nm或更小。在该实施例中，在下包层21的部分21b中，在激光器区2侧的端部部分的厚度最厚，在光学调制区4侧的端部部分的厚度最薄。部分21b在方向X上从激光器区2侧到光学调制区4侧连续变薄。也就是说，部分21b的厚度在方向X上以恒定的比率从激光器区2侧到光学调制区4侧减小。
与有源层22类似，光波导层31是半导体激光器件1的核心，并且是沿着方向X延伸的化合物半导体层。光波导层31具有包括例如InGaAsP的量子阱结构。在方向X上，光波导层31和有源层22彼此光学耦合。具体地，在激光器区2侧的光波导层31的端面与在连接区3侧的有源层22的端面耦合。因此，半导体激光器件1设置有在有源层22和光波导层31之间的端面连接部。位于连接区3中的光波导层31(即，位于连接区3中的光波导层31的部分31a)的厚度在方向X上在光学调制区4侧比在激光器区2侧厚。部分31a的厚度为例如180nm或更大且300nm或更小。在该实施例中，在光波导层31的部分31a中，在激光器区2侧的端部部分的厚度最薄，在光学调制区4侧的端部部分的厚度最厚。部分31a在方向X上从激光器区2侧到光学调制区4侧连续变厚。除此之外，部分31a的顶面F2的高度与有源层22的顶面F1的高度相同。因此，位于连接区3中的上包层23的厚度与位于激光器区2中的上包层23的厚度相同。
光学调制区4是其中振荡的激光被调制的部分，并且具有下包层21、光波导层31、上包层23、接触层41和电极42。下包层21、光波导层31、上包层23、接触层41和电极42依次堆叠在半导体衬底11的主面11a上。
位于光学调制区4中的下包层21(即，位于光学调制区4中的下包层21的部分21c)的厚度等于或小于连接区3中的部分21b的厚度。在该实施例中，下包层21的部分21c的厚度对应于在下包层21的部分21b中光学调制区4侧的端部部分的厚度。部分21c的厚度是恒定的。
位于光学调制区4中的光波导层31(即，位于光学调制区4中的光波导层31的部分31b)可以吸收在激光器区2中振荡的光，并且也可以被指定为光吸收层。光波导层31的部分31b的厚度等于或大于连接区3的部分31a的厚度。在该实施例中，部分31b的厚度对应于在连接区3的部分31a中光学调制区4侧的端部部分的厚度。类似于部分31a，部分31b的顶面F3的高度与有源层22的顶面F1的高度相同。因此，位于光学调制区4中的上包层23的厚度与位于激光器区2和连接区3中的上包层23的厚度相同。
接触层41是与电极42欧姆接触的化合物半导体层，并且是例如p型InGaAsP层。接触层41与接触层24分开。绝缘膜可以设置在接触层24和41之间。在这种情况下，接触层24和41可以极好地彼此绝缘。
电极42是导电层，并且设置在接触层41上，用于调制激光的信号被供应至该导电层。电极42例如通过接线部42a连接到焊盘43。接线部42a是从电极42的一部分沿着方向Y延伸的部分。焊盘43是导电层，例如，信号被供应到的线结合到该导电层。
绝缘膜可以形成在半导体激光器件1在方向X上的两个端面上。具体地，可以提供这样的配置，其中高反射膜形成在半导体激光器件1在激光器区2侧的端面上，并且抗反射膜可以形成在半导体激光器件1在光学调制区4侧的端面上。在该半导体激光器件1中，向电极25供应直流导致有源层22中的激光振荡。在有源层22中振荡和放大的激光在光学调制区4中的光波导层31中被调制。调制的激光从光学调制区4输出到外部。
接下来，将参照图2A至5B描述根据该实施例的半导体激光器件的制造方法。图2A至2C、图3的A至C、图4A至4C以及图5A和5B是示出根据实施例的半导体激光器件1的制造方法的图。为了说明，图2C、图3的A至C、图4A至4C以及图5A和5B示出了最终为激光器区2的区域、最终为连接区3的区域以及最终为光学调制区4的区域。
首先，如图2A所示，在半导体衬底11的主面11a上形成第一半导体层51(第一步骤)。在第一步骤中，通过例如金属有机化学气相沉积在主面11a上外延生长第一半导体层51。第一半导体层51是例如n型InP层。第一半导体层51的厚度为例如500nm或更大且1,000nm或更小。
随后，如图2B所示，在第一半导体层51上形成衍射光栅层52(第二步骤)。在第二步骤中，通过例如金属有机化学气相沉积在第一半导体层51上外延生长衍射光栅层52。衍射光栅层52是例如InGaAsP层。衍射光栅层52的厚度为例如50nm或更大且100nm或更小。
随后，如图2C所示，衍射光栅层52的一部分被移除(第三步骤)。在第三步骤中，位于连接区3和光学调制区4中的衍射光栅层52的一部分被移除，以暴露第一半导体层51。具体地，首先，在位于激光器区2中的衍射光栅层52的部分上形成掩模53。随后，使用掩模53移除衍射光栅层52的一部分。因此，位于连接区3和光学调制区4中的第一半导体层51的第一部分51a从衍射光栅层52暴露。衍射光栅层52的一部分对应于衍射光栅层52从掩模53暴露的部分，并且例如通过干法蚀刻移除。覆盖衍射光栅层52的一部分的掩模53是例如呈现膜形状的光致抗蚀剂。
随后，如图3的A所示，在第一半导体层51的第一部分51a上形成掩模图案54，并且在剩余的衍射光栅层52上形成掩模图案55(第四步骤)。在第四步骤中，例如，通过光刻形成掩模图案54和掩模图案55。掩模图案54和掩模图案55是例如图案化的光致抗蚀剂。在该实施例中，在至少在连接区3中的第一半导体层51上，形成掩模图案54。应注意，掩模图案54和55同时形成。因此，掩模图案54和55也可以被解释为例如相同的第一掩模图案。
掩模图案54具有覆盖第一半导体层51的第一部分51a的覆盖图案54a和多个开口图案54b。多个开口图案54b沿着方向X周期性地设置。因此，在第一部分51a上，覆盖图案54a和开口图案54b在方向X上交替地定位。在多个开口图案54b中，开口图案54b的一部分沿着方向X的长度不同于其他部分。具体地，位于连接区3中的开口图案54b沿着方向X的长度在光学调制区4侧比在激光器区2侧长。在该实施例中，位于连接区3中的开口图案54b沿着方向X的长度在方向X上在光学调制区4侧更长，并且例如为40nm或更大且110nm或更小。另一方面，位于光学调制区4中的开口图案54b沿着方向X的长度相同，并且例如为90nm或更大且110nm或更小。在位于光学调制区4中的掩模图案54的部分处，夹在相邻开口图案54b之间的覆盖图案54a沿着方向X的长度和开口图案54b沿着方向X的长度相同。
掩模图案55具有覆盖衍射光栅层52的覆盖图案55a和多个开口图案55b。多个开口图案55b沿着方向X周期性地设置。因此，在衍射光栅层52上，覆盖图案55a和开口图案55b在方向X上交替地定位。开口图案55b沿着方向X的长度相同，并且例如为99nm或更大且101nm或更小。夹在相邻开口图案55b之间的覆盖图案55a沿着方向X的长度和开口图案55b沿着方向X的长度相同。
随后，如图3的B所示，使用掩模图案54在第一部分51a上形成沿着方向X的凹凸部61，并且使用掩模图案55形成衍射光栅26(第五步骤)。在第五步骤中，掩模图案54在第一部分51a中暴露的位置和掩模图案55在衍射光栅层52中暴露的位置被蚀刻。因此，形成了各自具有沿着方向X的周期性结构的凹凸部61和衍射光栅26。在该实施例中，凹凸部61形成在至少在连接区3中的第一半导体层51上。
凹凸部61是沿着方向X交替形成在第一部分51a的表面上的一组凹陷和突起。在下文中，在凹凸部61中，位于连接区3中的凹陷是凹陷62，位于连接区3中的突起是突起63，并且彼此相邻的一组凹陷62和突起63是凹凸部64。位于光学调制区4中的凹陷是凹陷65，位于光学调制区4中的突起是突起66，并且彼此相邻的一组凹陷65和突起66是凹凸部67。凹陷62和65以及突起63和66沿着方向X的长度例如是40nm或更大且160nm或更小。凹陷62和65的深度(或者突起63和66的突出量)是相同的，并且例如是250nm或更大且300nm或更小。
在下文中，彼此相邻的一组凹陷和突起是凹凸部。突起沿着方向X的长度b与凹陷沿着方向X的长度a和长度b的总和的比率(b/(a+b))被定义为凹凸部的占空比。因此，凹凸部的占空比较小，因为凹陷沿着方向X的长度较长。如上所述，在掩模图案54中，位于连接区3中的开口图案54b沿着方向X的长度在光学调制区4侧比在激光器区2侧长。因此，在凹凸部61中，位于连接区3中的凹凸部64的占空比在激光器区2侧比在光学调制区4侧大。类似地，覆盖图案54a沿着方向X的长度与位于连接区3中并且沿着方向X彼此相邻的覆盖图案54a和开口图案54b的总长度的比率在激光器区2侧比在光学调制区4侧大。在该实施例中，凹凸部64的占空比沿着方向X连续变化。凹凸部64的占空比为0.5或更大且1或更小。
如上所述，在位于光学调制区4中的掩模图案54的部分处，夹在相邻开口图案54b之间的覆盖图案54a沿着方向X的长度和开口图案54b沿着方向X的长度相同。因此，在凹凸部61中，位于光学调制区4中的凹凸部67的占空比是恒定的，即0.5。也就是说，凹凸部67的占空比等于或小于凹凸部64的占空比的最小值。应注意，在凹凸部64的占空比为1的情况下，凹凸部64没有凹陷62。因此，在该实施例中，在凹凸部61的一部分上可以不形成凹凸部。
在第五步骤中，在第一半导体层51中，位于激光器区2中的部分的一部分也被蚀刻。因此，在激光器区2中，提供了凹陷71和包括InGaAsP层的突起72，形成衍射光栅26的InGaAsP层从凹陷71中被移除。如上所述，在掩模图案55中，夹在相邻开口图案55b之间的覆盖图案55a沿着方向X的长度和开口图案55b沿着方向X的长度相同。因此，凹陷71沿着方向X的长度和突起72沿着方向X的长度也是相同的。因此，由彼此相邻的凹陷71和突起72的配置的凹凸部73的占空比为0.5。凹凸部73沿着方向X的长度为例如198nm或更大且202nm或更小。
随后，如图3的C所示，在形成第一部分51a的第一半导体层51上，形成第二半导体层56(第六步骤)。在第六步骤中，首先，掩模图案55和掩模图案54被移除。随后，通过例如金属有机化学气相沉积，在衍射光栅26和第一部分51a上外延生长作为例如n型InP层的第二半导体层56。第二半导体层56的厚度为例如100nm或更大且200nm或更小。在第六步骤之后，第一半导体层51和第二半导体层56彼此集成，从而形成其中掩埋衍射光栅26的下包层21。凹凸部61被第二半导体层56掩埋，并且消失。
图6是示出在第六步骤之后连接区3和光学调制区4的主要部件的放大剖视图。在图6中，为了解释，凹凸部61、凹陷62和65、突起63和66以及凹凸部64和67用实线描绘。如图6所示，在连接区3中生长的第二半导体层56的厚度随着在方向X上更靠近光学调制区4侧而变得更薄。在光学调制区4中生长的第二半导体层56的厚度是恒定的，并且等于或小于位于连接区3中的第二半导体层56的厚度的最小值。设置在位于连接区3中的凹凸部64上的第二半导体层56的体积可以全部相同。例如，在连接区3中，设置在不同凹凸部64上的第二半导体层56的体积V1和V2可以相同。设置在位于光学调制区4中的凹凸部67上的第二半导体层56的体积V1和体积V3可以相同。
随后，如图4A所示，在第二半导体层56上形成有源层22(第七步骤)。在第七步骤中，通过例如金属有机化学气相沉积外延生长具有量子阱结构的有源层22。在第七步骤的时间点，有源层22设置在激光器区2以及连接区3和光学调制区4中。
随后，如图4B所示，位于连接区3和光学调制区4中的有源层22的部分被移除(第八步骤)。在第八步骤中，首先，在有源层22上形成掩模图案58(第二掩模图案)。随后，使用掩模图案58移除位于连接区3和光学调制区4中的有源层22的部分。因此，有源层22保留在激光器区2中。在连接区3和光学调制区4中，包括在下包层21中的第二半导体层56的第二部分56a被暴露。
这里，参考图7，将详细描述掩模图案58的形状。图7是示出掩模图案58的形状的示意性平面图。如图7所示，掩模图案58具有设置在位于激光器区2中的有源层22上的掩模部81和设置在位于连接区3和光学调制区4中的有源层22上的掩模部82。掩模部81完全覆盖有源层22。掩模部81沿着方向Y的长度L1为例如100μm或更大且150μm或更小。
掩模部82覆盖位于连接区3和光学调制区4中的有源层22的一部分，并且具有沿着方向Y依次设置的开口83至85。开口83和85是不同于开口84的一对开口，提供用于调节形成在开口84中的光波导层31的生长速率，并且与第二半导体层56重叠。开口83位于在方向Y上的一个端部侧，开口85位于在方向Y上的另一个端部侧。另一方面，开口84是形成光波导层31的部分，并且与第二半导体层56的一部分重叠。开口84在方向Y上位于开口83和85之间。在开口84中，位于连接区3中的区域84a在平面图中呈现梯形形状。区域84a沿着方向Y的宽度(图案宽度)随着在方向X上更靠近光学调制区4而变得更窄。区域84a沿着方向Y的最大宽度W1为例如50μm或更大且70μm或更小。区域84a沿着方向X的长度L2为例如40μm或更大且80μm或更小。另一方面，在开口84中，位于光学调制区4中的区域84b在平面图中呈现矩形形状。区域84b沿着方向Y的宽度W2为例如15μm或更大且25μm或更小。区域84b的宽度W2与在光学调制区4侧的区域84a的端部部分的宽度相同。在掩模部82中，沿着方向Y夹住开口84的部分的最大宽度W3为例如20μm或更大且30μm或更小。应注意，图4B对应于沿着在图7中沿着方向X穿过开口84的直线截取的剖视图。
随后，如图4C所示，在从有源层22暴露的第二半导体层56的第二部分56a上，形成光波导层31(第九步骤)。在第九步骤中，例如使用掩模图案58，通过金属有机化学气相沉积在开口84中外延生长光波导层31。随后，在形成光波导层31之后，掩模图案58被移除。如上所述，在掩模图案58上形成的开口84的区域84a沿着方向Y的宽度随着在方向X上更靠近光学调制区4而变得更窄。因此，位于连接区3中的光波导层31的生长速率随着更靠近激光器区2变得更小。因此，有源层22的顶面F1与位于连接区3中的光波导层31的顶面F2对齐。
随后，如图5A所示，在有源层22和光波导层31上，形成上包层23(第十步骤)。在第十步骤中，通过例如金属有机化学气相沉积在有源层22和光波导层31上外延生长上包层23。
随后，如图5B所示，在上包层23上，形成接触层24和41以及电极25和42(第十一步骤)。在第十一步骤中，可以在形成电极25和42时形成焊盘43(参见图1A)。通过上述步骤，制造了根据该实施例的半导体激光器件1。
在根据上述实施例的半导体激光器件1的制造方法中，使用掩模图案54在第一半导体层51的第一部分51a上形成沿着方向X的凹凸部61。在第一部分51a上形成的凹凸部61中，凹凸部64的占空比在激光器区2侧比在光学调制区4侧大。此外，凹凸部67的占空比是恒定的，并且等于或小于凹凸部64的占空比的最小值。这里，在第一部分51a上的第二半导体层56的生长中，在凹凸部的占空比较小的区域中，凹陷的容量较大，因此第二半导体层56的厚度较薄。因此，位于连接区3中的第二半导体层56的厚度在方向X上在光学调制区4侧比在激光器区2侧薄。除此之外，位于光学调制区4中的第二半导体层56的厚度等于或小于位于连接区3中的第二半导体层56的厚度。因此，即使在形成比有源层22厚的光波导层31的情况下，也可以抑制在有源层22和光波导层31之间的端面连接部上形成大台阶。因此，根据该实施例的半导体激光器件1的制造方法，可以制造这样的半导体激光器件1，其中可以将光学调制区4中的光波导层31的厚度设置为大于激光器区2中的有源层22的厚度，同时抑制激光器区2到光学调制区4的耦合效率的劣化。
除此之外，在根据该实施例的半导体激光器件1中，位于连接区3中的第二半导体层56的厚度在方向X上在光学调制区4侧比在激光器区2侧薄。此外，位于光学调制区4中的第二半导体层56的厚度等于或小于位于连接区3中的第二半导体层56的厚度。因此，半导体激光器件1可以包括比有源层22厚的光波导层31，同时抑制了在有源层22和光波导层31之间的端面连接部上形成大台阶。因此，半导体激光器件1可以施加上述操作和效果。
在有源层22和光波导层31之间的端面连接部上形成大台阶，这是因为，在光波导层31侧的有源层22的端面的厚度和在有源层22侧的光波导层31的端面的厚度之间的差值是例如40nm或更大。
根据该实施例的半导体激光器件1的制造方法包括在第一半导体层51上形成衍射光栅层52的步骤和移除位于连接区3和光学调制区4中的衍射光栅层52的部分以暴露第一半导体层51的第一部分51a的步骤。在第四步骤中，在衍射光栅层52上形成掩模图案55，并且在第五步骤中，使用掩模图案55形成衍射光栅26。在这种情况下，在第一部分51a上形成凹凸部61时，衍射光栅26可以形成在激光器区2中。因此，可以制造可实现稳定单模振荡的半导体激光器件1。
在该实施例中，位于连接区3中的凹凸部64的占空比沿着方向X连续变化。因此，位于连接区3中的第二半导体层56的厚度沿着方向X从激光器区2侧到光学调制区4侧连续变薄。因此，位于连接区3中的光波导层31的厚度可以沿着方向X从激光器区2侧到光学调制区4侧连续地变厚。因此，在位于连接区3中的光波导层31上不设置台阶，从而可以优选地抑制激光器区2到光学调制区4的耦合效率的劣化。
在该实施例中，在第九步骤中，使用掩模图案58在开口84中形成光波导层31，掩模图案58具有与第二半导体层56的第二部分56a重叠的开口84，并且位于开口84中的连接区3中的区域84a的图案宽度随着在方向X上更靠近光学调制区4而变得更窄。在这种情况下，具有宽开口宽度的激光器区2周围的光波导层31的生长速率变小。因此，可以很好地抑制在有源层22和光波导层31之间的端面连接区上形成大台阶，从而可以优选地抑制激光器区2到光学调制区4的耦合效率的劣化。
在该实施例中，掩模图案58具有与开口84分开的开口83和85。开口83和85与第二半导体层56的第二部分56a重叠。在平面图中，开口84在与方向X相交的方向上位于开口83和85之间。在这种情况下，在第二部分56a上，构成光波导层31的半导体层不仅在开口84中生长，而且在开口83和85中生长。因此，开口84中的光波导层31的生长速率变小。因此，可以提高光波导层31的膜质量，并且可以控制光波导层31的厚度。因此，有源层22可以连接到光波导层31，而不会出现折射率的突然变化。
在该实施例中，有源层22的顶面F1的高度和光波导层31的顶面F2和F3的高度相同。在这种情况下，在有源层22和光波导层31的顶面之间不提供台阶，从而可以优选地抑制激光器区2到光学调制区4的耦合效率的劣化。
接下来，参考图8，将描述实施例的修改。图8是示出根据修改的凹凸部的示意性剖视图。在图8中，为了解释，凹凸部61、凹陷62、65和71、突起63、66和72以及凹凸部64和73用实线描绘。如图8所示，在修改中位于连接区3A中的第二半导体层56的厚度沿着方向X逐步变化。因此，在连接区3A中，光波导层31的厚度也沿着方向X逐步变化。在连接区3A中，限定了从激光器区2侧沿着方向X依次布置的过渡区域R1至R3。过渡区域R1至R3沿着方向X的长度为例如10μm或更大且20μm或更小。
过渡区域R1中包括的所有凹凸部的占空比是1，并且在过渡区域R1中没有形成凹陷。因此，位于过渡区域R1中的第二半导体层56的厚度是恒定的。过渡区域R2中包括的所有凹凸部的占空比为例如0.8。因此，位于过渡区域R2中的第二半导体层56的厚度是恒定的，并且比位于过渡区域R1中的第二半导体层56的厚度薄。除此之外，过渡区域R3中包括的所有凹凸部的占空比为例如0.65。因此，位于过渡区域R3中的第二半导体层56的厚度是恒定的，并且比位于过渡区域R2中的第二半导体层56的厚度薄。应注意，位于过渡区域R3中的第二半导体层56的厚度比位于光学调制区4中的第二半导体层56的厚度厚。
在该修改中，位于衍射光栅26上的第二半导体层56的厚度T1为例如130nm，并且位于激光器区2中的有源层22的厚度T2为例如200nm。在激光器区2中，凹陷71和突起72沿着方向X的长度L11和L12分别为例如50nm。位于过渡区域R1中的第二半导体层56的厚度T3为例如180nm，并且位于过渡区域R1中的光波导层31的厚度T4为例如220nm。在过渡区域R2中，第二半导体层56的厚度T5为例如160nm，光波导层31的厚度T6为例如240nm，凹陷62沿着方向X的长度L13为例如40nm，并且突起63沿着方向X的长度L14为例如160nm。在过渡区域R3中，第二半导体层56的厚度T7为例如140nm，光波导层31的厚度T8为例如260nm，凹陷62沿着方向X的长度L15为例如70nm，并且突起63沿着方向X的长度L16为例如130nm。凹陷65和突起66在光学调制区4中沿着方向X的长度L17和L18分别为例如100nm。位于突起66上的第二半导体层56的厚度T9为例如130nm，并且位于光学调制区4中的光波导层31的厚度T10为例如280nm。
同样在该修改中，施加了类似于实施例的操作和效果。除此之外，可以容易地形成位于连接区3A中的凹凸部64，因此可以提高半导体激光器件1的成品率。
应注意，在该修改中，在连接区3A中，设置在不同凹凸部64上的第二半导体层56的体积V11至V13是相同的。体积V11至V13也与设置在位于光学调制区4中的凹凸部67上的第二半导体层56的体积V21相同。除此之外，体积V11至V13也与位于激光器区2中的凹凸部73上的第二半导体层56的体积V31相同。
根据本公开的半导体激光器件及其制造方法不限于前述实施例和修改，并且可以进行各种修改。例如，可以省略第一至第十一步骤中的任何一个。例如，在半导体激光器件中不包括衍射光栅的情况下，可以省略第二和第三步骤。除此之外，第四步骤的一部分也可以省略。
在该实施例中，形成在第一半导体层的第一部分上的凹凸部的边界消失，但不限于此。例如，可以使用例如横截面扫描电镜图像来检测凹凸部的边界。在下包层中，可以检测第一半导体层和第二半导体层之间的边界。在这种情况下，凹凸部的占空比与凹凸部被第二半导体层覆盖之前的占空比相同。例如，位于连接区中的凹凸部的占空比在激光器区上大于在光学调制区侧，并且位于光学调制区中的凹凸部的占空比是恒定的，并且等于或小于位于连接区中的凹凸部的占空比的最小值。
在该修改中，形成在第二半导体层上的掩模图案的开口在平面图中可以不呈现梯形形状。例如，沿着方向Y的开口的宽度可以沿着方向X逐步改变。在这种情况下，沿着方向Y的开口的宽度随着沿着方向X更靠近光学调制区而变得更窄。在修改中，可以单独提供用于形成光波导层的开口。

Claims (17)

1.一种光学半导体器件的制造方法，所述光学半导体器件包括电吸收型调制器、DFB激光器以及在半导体衬底上在第一方向上以集成结构连接在所述电吸收型调制器和所述DFB激光器之间的连接区，所述制造方法包括：
在半导体衬底上形成第一半导体层；
在所述连接区和形成所述电吸收型调制器的第一区中的所述第一半导体层上形成第一掩模图案；
使用所述第一掩模图案在所述连接区中的所述第一半导体层上沿着所述第一方向形成凹凸部；
在设置在所述第一半导体层上的所述凹凸部上形成第二半导体层；以及
在所述第二半导体层上形成光波导层，
其中，所述第一掩模图案包括在所述第一区中的第一图案和在形成所述DFB激光器的第二区中的第二图案，所述第一图案包括彼此相邻的第一开口图案和第一覆盖图案，并且所述第二图案包括彼此相邻的第二开口图案和第二覆盖图案，并且
其中，所述第一开口图案与所述第一覆盖图案的比率不同于所述第二开口图案与所述第二覆盖图案的比率。
2.根据权利要求1所述的制造方法，
其中，所述第一掩模图案包括在所述连接区中的第三图案，并且
其中，在所述第三图案中，覆盖图案的长度与彼此相邻的开口图案和所述覆盖图案的总长度的比率在所述DFB激光器侧大于在所述电吸收型调制器侧。
3.根据权利要求1或2所述的制造方法，
其中，在所述形成所述凹凸部中，所述凹凸部被形成为其中突起的长度与彼此相邻的凹陷和所述突起的总长度的比率在所述DFB激光器侧大于在所述电吸收型调制器侧。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的制造方法，还包括：
在所述第一半导体层上形成衍射光栅层；以及
蚀刻布置在所述电吸收型调制器处的区和在所述衍射光栅层中的所述连接区，并且暴露所述第一半导体层，
其中，所述第一掩模图案被形成在所述衍射光栅层上。
5.根据权利要求3所述的制造方法，
其中，所述凹凸部的占空比对应于所述凹陷的长度与彼此相邻的所述凹陷和所述突起的总长度的比率，并且
其中，在所述连接区中的所述占空比连续或逐渐变化。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的制造方法，
其中，在所述形成所述光波导层中，使用包括在所述第二半导体层上方的开口区的第二掩模图案，
其中，所述光波导层形成在所述第二掩模图案的所述开口区中，并且
其中，所述第二掩模图案的所述开口区的宽度在所述第一方向上越靠近所述电吸收型调制器就越窄。
7.根据权利要求6所述的制造方法，
其中，所述第二掩模图案包括在所述第二半导体层上方的一对开口区，并且
其中，在所述第二掩模图案中，所述开口区在平面图中在与所述第一方向相交的第二方向上位于所述一对开口区之间。
8.一种光学半导体器件，包括：
激光器，所述激光器包括：
电吸收型调制器；
DFB激光器；以及
连接区，所述连接区在半导体衬底上在第一方向上以集成结构连接在所述电吸收型调制器和所述DFB激光器之间；
第一半导体层，所述第一半导体层在所述半导体衬底上具有在所述第一方向上延伸的凹凸部；
第二半导体层，所述第二半导体层设置在所述第一半导体层的所述凹凸部上；
有源层，所述有源层设置在所述第二半导体层上；以及
光波导，所述光波导设置在所述第二半导体层上，所述光波导被布置有所述电吸收型调制器和所述连接区，
其中，在所述连接区中的所述凹凸部的占空比在所述DFB激光器侧大于在所述电吸收型调制器侧，并且
其中，所述凹凸部的所述占空比对应于凹陷的长度与彼此相邻的所述凹陷和突起的总长度的比率。
9.根据权利要求8所述的光学半导体器件，
其中，在所述电吸收型调制器中的所述凹凸部的占空比是恒定的。
10.根据权利要求9所述的光学半导体器件，
其中，在所述电吸收型调制器中的所述占空比等于或小于在所述连接区中的所述凹凸部的所述占空比的最小值。
11.根据权利要求8至10中的任一项所述的光学半导体器件，
其中，在所述连接区中的所述凹凸部的所述占空比连续或逐渐变化。
12.根据权利要求8至11中的任一项所述的光学半导体器件，
其中，所述有源层的顶部的高度和所述光波导的顶部的高度相等。
13.一种光学半导体器件的制造方法，所述光学半导体器件包括沿着光波导方向依次设置的激光器区、连接部和光学调制区，所述制造方法包括：
在半导体衬底上形成第一半导体层；
在所述连接部中的所述第一半导体层上形成第一掩模图案；
使用所述第一掩模图案在所述连接部中的所述第一半导体层上沿着所述光波导方向形成凹凸部；
在其上形成所述凹凸部的所述第一半导体层上形成第二半导体层；以及
在所述第二半导体层上形成光波导层，
其中，在所述形成所述第一掩模图案中，所述第一掩模图案被形成为其中覆盖图案的沿着所述光波导方向的长度与位于所述连接部中并且彼此相邻的开口图案和所述覆盖图案的沿着所述光波导方向的总长度的比率在所述激光器区侧大于在所述光学调制区侧，并且
其中，在所述形成所述凹凸部中，所述凹凸部被形成为其中突起的沿着所述光波导方向的长度与位于所述连接部中并且彼此相邻的凹陷和所述突起的沿着所述光波导方向的总长度的比率在所述激光器区侧大于在所述光学调制区侧。
14.根据权利要求13所述的制造方法，还包括：
在所述第一半导体层上形成衍射光栅层；以及
移除位于所述连接部和所述光学调制区中的所述衍射光栅层的一部分以暴露所述第一半导体层，
其中，在所述形成所述第一掩模图案中，在所述衍射光栅层上形成所述第一掩模图案，并且
其中，在所述形成所述凹凸部中，使用所述第一掩模图案在所述第一半导体层上形成衍射光栅。
15.根据权利要求13或14所述的制造方法，
其中，在所述连接部中，所述突起的长度与彼此相邻的所述凹陷和所述突起的总长度的比率沿着所述光波导方向连续变化或逐步变化。
16.根据权利要求13至15中的任一项所述的制造方法，
其中，在所述形成所述光波导层中，使用包括与所述第二半导体层的一部分重叠的开口的第二掩模图案，
其中，所述光波导层形成在所述第二掩模图案的所述开口中，并且
其中，位于所述连接部和所述开口中的区的图案宽度在所述光波导方向上越靠近所述光学调制区就越窄。
17.根据权利要求16所述的制造方法，
其中，所述第二掩模图案具有不同于所述开口的一对开口，
其中，所述一对开口与所述第二半导体层重叠，并且
其中，所述开口在平面图中在与所述光波导方向相交的方向上位于所述一对开口之间。
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Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0677583A (ja) * 1992-08-24 1994-03-18 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザ／光変調器集積化光源
JPH08274406A (ja) * 1994-09-28 1996-10-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd 分布帰還型半導体レーザ装置及びその製造方法
JPH1187839A (ja) * 1997-09-10 1999-03-30 Oki Electric Ind Co Ltd 変調器集積化半導体レーザの製造方法
JP2001257421A (ja) * 2000-03-10 2001-09-21 Oki Electric Ind Co Ltd 半導体レーザ素子および製造方法
JP2003060284A (ja) * 2001-08-10 2003-02-28 Furukawa Electric Co Ltd:The 光集積デバイスの作製方法
US20080219315A1 (en) * 2007-03-07 2008-09-11 Shigeki Makino Semiconductor Optical Device and Manufacturing Method Thereof
JP2011135008A (ja) * 2009-12-25 2011-07-07 Fujitsu Ltd 光半導体装置
US20130207140A1 (en) * 2012-02-13 2013-08-15 Hitachi, Ltd. Semiconductor Optical Element Semiconductor Optical Module and Manufacturing Method Thereof
JP2014045135A (ja) * 2012-08-28 2014-03-13 Furukawa Electric Co Ltd:The 集積型光半導体装置
CN107706739A (zh) * 2016-08-08 2018-02-16 三菱电机株式会社 光设备的制造方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07263655A (ja) * 1994-03-18 1995-10-13 Fujitsu Ltd 光集積回路およびその製造方法
EP1130715A2 (en) * 1994-09-28 2001-09-05 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Dsistributed feedback semiconductor laser and method for producing the same
JPH09186391A (ja) * 1995-12-28 1997-07-15 Fujitsu Ltd 化合物半導体装置及びその製造方法
JPH10163568A (ja) 1996-12-03 1998-06-19 Mitsubishi Electric Corp 変調器集積半導体レーザ
JP2000137126A (ja) * 1998-10-30 2000-05-16 Toshiba Corp 光機能素子
JP2000277869A (ja) * 1999-03-29 2000-10-06 Mitsubishi Electric Corp 変調器集積型半導体レーザ装置及びその製造方法
US6574260B2 (en) * 2001-03-15 2003-06-03 Corning Lasertron Incorporated Electroabsorption modulated laser

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0677583A (ja) * 1992-08-24 1994-03-18 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザ／光変調器集積化光源
JPH08274406A (ja) * 1994-09-28 1996-10-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd 分布帰還型半導体レーザ装置及びその製造方法
JPH1187839A (ja) * 1997-09-10 1999-03-30 Oki Electric Ind Co Ltd 変調器集積化半導体レーザの製造方法
JP2001257421A (ja) * 2000-03-10 2001-09-21 Oki Electric Ind Co Ltd 半導体レーザ素子および製造方法
JP2003060284A (ja) * 2001-08-10 2003-02-28 Furukawa Electric Co Ltd:The 光集積デバイスの作製方法
US20080219315A1 (en) * 2007-03-07 2008-09-11 Shigeki Makino Semiconductor Optical Device and Manufacturing Method Thereof
JP2011135008A (ja) * 2009-12-25 2011-07-07 Fujitsu Ltd 光半導体装置
US20130207140A1 (en) * 2012-02-13 2013-08-15 Hitachi, Ltd. Semiconductor Optical Element Semiconductor Optical Module and Manufacturing Method Thereof
JP2014045135A (ja) * 2012-08-28 2014-03-13 Furukawa Electric Co Ltd:The 集積型光半導体装置
CN107706739A (zh) * 2016-08-08 2018-02-16 三菱电机株式会社 光设备的制造方法

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