JP2001148542A - Optical semiconductor device, manufacturing method therefor and optical communication apparatus - Google Patents

Optical semiconductor device, manufacturing method therefor and optical communication apparatus

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JP2001148542A
JP2001148542A JP33020299A JP33020299A JP2001148542A JP 2001148542 A JP2001148542 A JP 2001148542A JP 33020299 A JP33020299 A JP 33020299A JP 33020299 A JP33020299 A JP 33020299A JP 2001148542 A JP2001148542 A JP 2001148542A
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optical
semiconductor device
active
optical semiconductor
layer
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Yuji Furushima
裕司 古嶋
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To lower element resistance by broadening the current path width specified by the width of an active mesa stripe top, including an active layer of an optical semiconductor device having a current restricting structure, thereby improving the operating speed, the operating efficiency, the high-temperature operation characteristics, the high power operation characteristics, the modulation band, etc. SOLUTION: An active mesa stripe, including an active layer, is formed like an inverted mesa shape by the selective growth, and the current path width specified by the width of the active mesa stripe top is broadened to lower the element resistance.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は光通信装置と光通信
装置に用いる光半導体装置、特に、高速動作に適した光
増幅器、光変調器、光源、或いは、これらが集積された
光半導体装置、及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical communication device and an optical semiconductor device used for the optical communication device, and more particularly, to an optical amplifier, an optical modulator, a light source, or an optical semiconductor device in which these are integrated, suitable for high-speed operation. And its manufacturing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】光ファイバー通信技術の進歩に伴い、長
距離大容量の光通信システムの開発が進められており、
そこに用いる光通信装置や光通信モジュール、光半導体
装置等の動作速度等特性向上が求められている。このよ
うな要求に応じて開発された光半導体装置の一例とし
て、図7に示す半導体光増幅器がある。
2. Description of the Related Art With the progress of optical fiber communication technology, the development of long-distance, large-capacity optical communication systems has been promoted.
There is a demand for improved characteristics such as operating speed of optical communication devices, optical communication modules, optical semiconductor devices, and the like used therein. As an example of an optical semiconductor device developed in response to such a demand, there is a semiconductor optical amplifier shown in FIG.

【0003】図7の半導体光増幅器は、選択MOVPE
成長によりn−InP基板1上に直接形成されたn−I
nPクラッド層2、InGaAsP多重量子井戸活性層
3、p−InPクラッド層4からなる順メサ形状の活性
メサストライプ5と、この活性メサストライプ頂上にS
iO2やSiN等の誘電体マスクあるいはAl系半導体
の酸化による成長阻止マスクを形成して、選択成長によ
り活性メサストライプ5の両脇に形成したp−InPブ
ロック層12及びn−InPブロック層13と、n−I
nPブロック層13と活性メサストライプ5の上部に形
成したp−InP埋め込み層14及びp−InGaAs
コンタクト層15とを有し、n−InP基板1、p−I
nPブロック層12、n−InPブロック層13、p−
InP埋め込み層14でp−n−p−n電流狭窄構造6
を構成している。n−InP基板裏面とp−InGaA
sコンタクト層15表面にはそれぞれ電極17、16が
形成され、両端面には無反射コーティング(図示省略)
が施されている。増幅に与る波長は波長1.3μmで、
素子長は600μmである。
[0003] The semiconductor optical amplifier shown in FIG.
NI formed directly on n-InP substrate 1 by growth
A forward mesa-shaped active mesa stripe 5 composed of an nP cladding layer 2, an InGaAsP multiple quantum well active layer 3, and a p-InP cladding layer 4, and an S on the top of the active mesa stripe
A p-InP block layer 12 and an n-InP block layer 13 formed on both sides of the active mesa stripe 5 by selective growth by forming a dielectric mask such as iO 2 or SiN or a growth prevention mask by oxidation of an Al-based semiconductor. And n-I
p-InP buried layer 14 formed above nP block layer 13 and active mesa stripe 5 and p-InGaAs
N-InP substrate 1, p-I
nP block layer 12, n-InP block layer 13, p-
Pnpn current confinement structure 6 with InP buried layer 14
Is composed. n-InP substrate back surface and p-InGaAs
Electrodes 17 and 16 are formed on the surface of the s-contact layer 15, respectively, and antireflection coatings (not shown) are formed on both end surfaces.
Is given. The wavelength for amplification is 1.3 μm,
The element length is 600 μm.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】図7の半導体光増幅器
のように、選択MOVPE成長により直接形成された活
性メサストライプ5を有する光半導体装置は、活性層や
電流狹窄構造の寸法を、選択成長用マスクのパターニン
グとMOVPE成長における成長厚さ制御によって、極
めて高精度に且つ均一に再現性良く制御できるという特
徴を有している。しかしながら、選択成長により形成し
た活性メサストライプ5が順メサ形状となっているた
め、活性メサストライプ5頂上の幅によって規定される
活性層への電流経路幅7が狹い。この為、活性層3への
電流経路の抵抗が高くなり、電流狭窄特性の悪化、発熱
による効率の低下等を引き起こし、素子の動作速度、動
作効率、高温動作特性、高出力動作特性等に悪影響を及
ぼすという問題がある。
An optical semiconductor device having an active mesa stripe 5 directly formed by selective MOVPE growth, such as the semiconductor optical amplifier of FIG. The feature is that extremely high precision and uniform reproducibility can be controlled by patterning the mask for use and controlling the growth thickness in MOVPE growth. However, since the active mesa stripe 5 formed by the selective growth has a forward mesa shape, the current path width 7 to the active layer defined by the width on the top of the active mesa stripe 5 is narrow. For this reason, the resistance of the current path to the active layer 3 becomes high, causing the current constriction characteristics to deteriorate, the efficiency to decrease due to heat generation, etc., and adversely affecting the operation speed, operation efficiency, high temperature operation characteristics, high output operation characteristics, etc. There is a problem that exerts.

【0005】一般に光通信の用途に供される光半導体装
置は高次横モードの発生を抑制するために活性層幅が
1.8μm以下に設定されている。この為、上述の如き
電流経路幅の減少による素子特性の影響は無視できない
問題となっている。図7に示した従来の半導体光増幅器
では活性層幅1.3μmに対して、電流経路幅は約0.
6μmとなっており、素子抵抗は10Ωであった。この
半導体光増幅器の電流−利得特性は図8に示すように、
発熱や電流狭窄特性の低下(リーク電流の増加)から注
入電流200mA以上では利得が伸びず、20dB以上
の利得は得られなかった。
In general, an optical semiconductor device used for optical communication has an active layer width of 1.8 μm or less in order to suppress the occurrence of higher-order transverse modes. Therefore, the influence of the element characteristics due to the decrease in the current path width as described above is a problem that cannot be ignored. In the conventional semiconductor optical amplifier shown in FIG. 7, the width of the current path is about 0.3 with respect to the active layer width of 1.3 μm.
6 μm, and the element resistance was 10Ω. The current-gain characteristics of this semiconductor optical amplifier are as shown in FIG.
The gain did not increase at an injection current of 200 mA or more, and a gain of 20 dB or more was not obtained due to heat generation and a decrease in current constriction characteristics (increase in leak current).

【0006】光増幅器や光変調器等の光半導体装置にお
いては偏波依存性を低減する為に、活性層幅を1μm以
下とし、かつ、活性層幅と活性層厚さをほぼ同等に設定
することが多い。図7の半導体光増幅器は、このタイプ
の設計を導入した従来例を示したものであるが、選択成
長により直接形成された活性メサストライプ5頂上部の
幅は非常に狹くなり、電流狭窄構造を形成することが極
めて困難となる。
In an optical semiconductor device such as an optical amplifier or an optical modulator, the active layer width is set to 1 μm or less, and the active layer width and the active layer thickness are set to be substantially equal in order to reduce the polarization dependence. Often. The semiconductor optical amplifier of FIG. 7 shows a conventional example in which this type of design is introduced. However, the width of the top of the active mesa stripe 5 directly formed by selective growth is very narrow, and the current confinement structure is obtained. Is extremely difficult to form.

【0007】このように頂部が狭幅の順メサストライプ
に対しては、図9のように、n−InP基板1の上に選
択成長により形成した活性メサストライプ5をp−In
P埋め込み層14で埋め込み、p−InP埋め込み層1
4上にp−InGaAsコンタクト層15を設けたホモ
埋込型の素子構造を採用して電流経路幅の拡大を図るこ
とになる。しかし、図9の構造では、pnホモ接合部2
5を通過するリーク電流が大きく、また、pnホモ接合
部25の接合容量が大きい為、高速動作が困難である。
As shown in FIG. 9, an active mesa stripe 5 formed by selective growth on an n-InP substrate 1 is formed on a p-In
Buried with a P buried layer 14, p-InP buried layer 1
The width of the current path is increased by adopting a homo-buried element structure in which the p-InGaAs contact layer 15 is provided on the substrate 4. However, in the structure of FIG.
5 is large, and the junction capacity of the pn homo junction 25 is large, so that high-speed operation is difficult.

【0008】上述のような、特性の劣る光半導体装置を
用いている光通信装置や光通信モジュールでは伝送速度
が劣り、長距離・大容量・高速伝送光通信システムには
適さない。
An optical communication device or an optical communication module using an optical semiconductor device having inferior characteristics as described above has a poor transmission speed and is not suitable for a long-distance, large-capacity, high-speed transmission optical communication system.

【0009】本発明は上述の如き問題を解決するために
なされたものであり、その第一の目的とするところは、
選択成長によって直接形成した活性メサストライプと、
活性メサストライプ中の活性層に電流注入を行う為の電
流狭窄構造とを有する光半導体装置において、活性メサ
ストライプ内の活性層への電流経路幅を大きくし、動作
速度、動作効率、高温動作特性、高出力動作特性、変調
帯域等の良好な光半導体装置を提供すると共に、この光
半導体装置を用いて、長距離・大容量・高速伝送光通信
システムに適した、高速伝送が可能な光通信装置や光通
信モジュールを提供することである。第二の目的とする
ところは、活性層幅と活性層厚さがほぼ同等に設計され
た選択成長活性メサストライプに対しても電流狭窄構造
を形成することを可能とし、動作速度、動作効率、高温
動作特性、高出力動作特性、変調帯域等の良好な光半導
体装置を提供しすると共に、この光半導体装置を用い
て、長距離・大容量・高速伝送光通信システムに適し
た、高速伝送が可能な光通信装置や光通信モジュールを
提供することである。
[0009] The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the first object of the present invention is to provide:
An active mesa stripe directly formed by selective growth;
In an optical semiconductor device having a current confinement structure for injecting a current into an active layer in an active mesa stripe, the current path width to the active layer in the active mesa stripe is increased, and the operation speed, operation efficiency, and high-temperature operation characteristics are increased. Optical semiconductor device with high output operation characteristics, good modulation bandwidth, etc., and using this optical semiconductor device, optical communication capable of high-speed transmission suitable for long-distance, large-capacity, high-speed transmission optical communication systems. It is to provide an apparatus and an optical communication module. The second object is to make it possible to form a current confinement structure even for a selectively grown active mesa stripe in which the active layer width and the active layer thickness are designed to be substantially equal, and to increase the operation speed, operation efficiency, It provides optical semiconductor devices with good high-temperature operation characteristics, high-output operation characteristics, modulation bandwidth, etc., and uses this optical semiconductor device to achieve high-speed transmission suitable for long-distance, large-capacity, high-speed transmission optical communication systems. It is to provide a possible optical communication device and an optical communication module.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の光半導体装置
は、活性層を含む活性メサストライプと、活性メサスト
ライプの両脇に形成された電流狹窄構造とを備えた光半
導体装置において、活性メサストライプが、選択成長に
よって形成された逆メサ形状であることを特徴としてい
る。
An optical semiconductor device according to the present invention is an optical semiconductor device having an active mesa stripe including an active layer and a current constriction structure formed on both sides of the active mesa stripe. The stripes are characterized by having an inverted mesa shape formed by selective growth.

【0011】ここで、電流狹窄構造は、p−半導体ブロ
ック層とn−半導体ブロック層を有するp−n−p−n
電流狹窄構造、或いは、半絶縁性半導体ブロック層を有
する構造、または、ベンゾシクロブテンやポリイミド或
いは有機硝子等のスピンコート平坦化膜と誘電体絶縁膜
とによって構成されている構造が利用できる。
Here, the current confinement structure is a pnpn-pn having a p-semiconductor block layer and an n-semiconductor block layer.
A current constriction structure, a structure having a semi-insulating semiconductor block layer, or a structure composed of a spin-coat flattening film such as benzocyclobutene, polyimide, or organic glass and a dielectric insulating film can be used.

【0012】また、光半導体装置としては、光増幅器、
半導体レーザ、光変調器、光変調器と半導体レーザとを
モノリシックに集積したもの、スポットサイズ変換器と
半導体レーザとを集積したもの、スポットサイズ変換器
と光増幅器とを集積したものスポットサイズ変換器と光
変調器とを集積したもの等、種々ものが利用できる。
Further, as an optical semiconductor device, an optical amplifier,
Semiconductor laser, optical modulator, monolithically integrated optical modulator and semiconductor laser, integrated spot size converter and semiconductor laser, integrated spot size converter and optical amplifier spot size converter Various devices such as a device in which a light modulator and a light modulator are integrated can be used.

【0013】本発明の製造方法は、活性層を含む、逆メ
サ形状の活性メサストライプを選択成長によって半導体
基板上に直接形成する工程と、活性メサストライプ頂上
部に結晶成長阻止マスクを形成し、選択成長により電流
狭窄構造を活性メサストライプ両脇に形成する工程とを
含むことを特徴とする光半導体装置の製造方法である。
ここで、半導体結晶基板に(100)面基板を用い、活
性メサトライプの選択成長を行う為のマスク開口ストラ
イプの延在する方向を半導体基板の[011]方向に対
して所望の角度(オフセット角)ずらして設けるのが効
果的である。
According to the manufacturing method of the present invention, an inverted mesa-shaped active mesa stripe including an active layer is directly formed on a semiconductor substrate by selective growth, and a crystal growth inhibition mask is formed on the top of the active mesa stripe. Forming a current confinement structure on both sides of the active mesa stripe by selective growth.
Here, a (100) plane substrate is used as a semiconductor crystal substrate, and a direction in which a mask opening stripe for selective growth of active mesa stripes extends is a desired angle (offset angle) with respect to a [011] direction of the semiconductor substrate. It is effective to displace them.

【0014】電流狭窄構造を形成する工程は、選択成長
により第一導電型半導体ブロック層と第二導電型半導体
ブロック層を前記活性メサストライプ両脇に順次成長し
てp−n−p−n電流狹窄構造を形成する工程、或い
は、選択成長により高抵抗半導体層或いは半絶縁性半導
体層を活性メサストライプ両脇に成長して、高抵抗或い
は半絶縁性半導体層から成る電流狹窄構造を形成する工
程、又は、活性メサストライプの両脇にベンゾシクロブ
テンやポリイミド或いは有機ガラス等をスピンコートし
てスピンコート平坦化膜を形成し、スピンコート平坦化
膜から成る電流狹窄構造を形成する工程が利用できる。
In the step of forming a current confinement structure, a first conductivity type semiconductor block layer and a second conductivity type semiconductor block layer are sequentially grown on both sides of the active mesa stripe by selective growth, and a pnpn current is formed. A step of forming a constriction structure, or a step of growing a high-resistance semiconductor layer or a semi-insulating semiconductor layer on both sides of an active mesa stripe by selective growth to form a current constriction structure comprising a high-resistance or semi-insulating semiconductor layer Alternatively, a step of forming a current constriction structure formed of a spin-coated flattening film by spin-coating benzocyclobutene, polyimide, organic glass, or the like on both sides of the active mesa stripe can be used. .

【0015】本発明の製造方法は、上述の製造工程に加
えて、半導体結晶基板の一部(レーザ部となる部分)に
回折格子を形成する工程を付加すると、光変調器と半導
体レーザをモノリシックに集積した光半導体装置を製造
することができる。
According to the manufacturing method of the present invention, when a step of forming a diffraction grating on a part of a semiconductor crystal substrate (a part to be a laser part) is added to the above-described manufacturing steps, the optical modulator and the semiconductor laser can be monolithically formed. An optical semiconductor device integrated in a semiconductor device can be manufactured.

【0016】本発明の光通信装置は、上述の本発明に係
る光半導体装置と、この光半導体装置からの出力光を外
部に導波するための光導波手段と、光導波手段に光半導
体装置からの出力光を入力する光学系と、光半導体装置
を駆動するための電気的インターフェースとを具備した
光通信用モジュールで成る構成、或いは、上述の本発明
に係る光半導体装置を有する光通信手段と、この通信手
段からの出力光を受信するための光受信手段とを有する
構成である。光通信手段には、前述の光通信用モジュー
ルが利用できる。
An optical communication device according to the present invention comprises the above-described optical semiconductor device according to the present invention, optical waveguide means for guiding output light from the optical semiconductor device to the outside, and an optical semiconductor device provided on the optical waveguide means. Composed of an optical communication module including an optical system for inputting output light from the optical system and an electrical interface for driving the optical semiconductor device, or an optical communication unit having the optical semiconductor device according to the present invention described above. And light receiving means for receiving output light from the communication means. The above-described optical communication module can be used as the optical communication means.

【0017】上述の光通信用モジュールとしては、本発
明に係る光半導体装置に半導体光増幅器を用い、半導体
光増幅器駆動回路を内蔵すると共に、半導体光増幅器の
入力側と出力側にそれぞれ光結合光学系と光ファイバを
備えて、中継器として働くもの、或いは、DFBレーザ
と光変調器を集積した本発明に係る光半導体装置と、光
出力側に光結合光学系と光ファイバを備えて光源として
働く光送信モジュール等がある。
In the above-mentioned optical communication module, a semiconductor optical amplifier is used in the optical semiconductor device according to the present invention, a semiconductor optical amplifier driving circuit is built in, and optical coupling optics are respectively provided on the input side and the output side of the semiconductor optical amplifier. An optical semiconductor device according to the present invention having a system and an optical fiber and acting as a repeater, or an optical semiconductor device according to the present invention in which a DFB laser and an optical modulator are integrated, and an optical coupling optical system and an optical fiber on an optical output side as a light source. There is a working optical transmission module and the like.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】(実施の形態1)本発明の実施の
形態について図面を参照して説明する。図1は本発明第
一の実施の形態に係る光半導体装置として、波長1.3
μm帯の半導体光増幅器を示したものであり、図2に示
す工程によって製造される。
(Embodiment 1) An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an optical semiconductor device according to a first embodiment of the present invention, which has a wavelength of 1.3.
1 shows a semiconductor optical amplifier in the μm band, which is manufactured by the process shown in FIG.

【0019】面方位が(100)のn−InP基板1上
に、幅10μmの第一の選択成長用SiO2マスク8を
2つ、互いに平行に形成することにより、第一の選択成
長用SiO2マスク8間に幅1.5μmのマスク開口ス
トライプ9を形成する(図2(a))。続いて、選択M
OVPE成長によりn−InPクラッド層2、InGa
AsP多重量子井戸活性層3、p−InPクラッド層4
を順次成長し、これら3層から成る活性メサストライプ
5を直接形成する(図2(b)、マスク開口ストライプ
以外にもマスクに覆われずに基板が露出した部分には半
導体層が結晶成長するが、その部分の成長層は図示省略
した)。ここで、マスク開口ストライプ9の延在する方
向9aを基板結晶の[011]方位に対して若干のオフ
セット角10を持たせ、かつ、MOVPE成長における
成長圧力、成長速度を制御することにより、p−InP
クラッド層4が逆メサ形状となり、n−InPクラッド
層2とInGaAsP多重量子井戸活性層3をp−In
Pクラッド層4内に埋め込むように成長することができ
る。本実施の形態においてはオフセット角10を7度、
成長圧力を760Torr、成長速度を0.15μm/
hとし、n−InPクラッド層2、InGaAsP多重
量子井戸活性層3を覆った逆メサ状のp−InPクラッ
ド層4を得た。次に、選択成長により形成した活性メサ
ストライプ5の上に第二の選択成長用SiO2マスク1
1を形成し、p−InPブロック層12、n−InPブ
ロック層13の選択MOVPE成長を行い、活性メサス
トライプ5の両脇にInPブロック層12、13を形成
する(図2(c))。この際、InPブロック層12、
13が活性メサストライプ5上に張り出すのを防ぐよう
な結晶成長条件が好ましい。本実施例においては成長圧
力を75Torr、成長速度を1.2μm/hとし、I
nPブロック層12、13が活性メサストライプ5上に
張り出すのを防いだ。この後、第二の選択成長用SiO
2マスク11を除去し、n−InPブロック層13及び
活性メサストライプ5上に、p−InP埋め込み層1
4、p−InGaAsコンタクト層15を順次成長した
後、p−InGaAsコンタクト層15上にp−電極1
6、InP基板裏面にn−電極17を形成し、素子長6
00μmに劈開し、両端面に無反射コーティング(図示
省略)を施して、図1に示す半導体光増幅器を得る。
On the n-InP substrate 1 having a plane orientation of (100), two first selective growth SiO 2 masks 8 each having a width of 10 μm are formed in parallel with each other, whereby the first selective growth SiO 2 mask 8 is formed. A mask opening stripe 9 having a width of 1.5 μm is formed between the two masks 8 (FIG. 2A). Then select M
The n-InP cladding layer 2 and the InGa
AsP multiple quantum well active layer 3, p-InP cladding layer 4
Are sequentially formed, and an active mesa stripe 5 composed of these three layers is directly formed (FIG. 2B). In addition to the mask opening stripe, a semiconductor layer is crystal-grown in a portion where the substrate is exposed without being covered with the mask. However, the growth layer at that portion is not shown). Here, the direction 9a in which the mask opening stripe 9 extends has a slight offset angle 10 with respect to the [011] direction of the substrate crystal, and the growth pressure and the growth rate in MOVPE growth are controlled. -InP
The cladding layer 4 has an inverted mesa shape, and the n-InP cladding layer 2 and the InGaAsP multiple quantum well active layer 3 are p-In
It can be grown so as to be embedded in the P clad layer 4. In the present embodiment, the offset angle 10 is 7 degrees,
A growth pressure of 760 Torr and a growth rate of 0.15 μm /
h, an inverted mesa-shaped p-InP cladding layer 4 covering the n-InP cladding layer 2 and the InGaAsP multiple quantum well active layer 3 was obtained. Next, a second selective growth SiO 2 mask 1 is formed on the active mesa stripe 5 formed by selective growth.
Then, selective MOVPE growth of the p-InP block layer 12 and the n-InP block layer 13 is performed to form InP block layers 12 and 13 on both sides of the active mesa stripe 5 (FIG. 2C). At this time, the InP block layer 12,
Crystal growth conditions that prevent the overhang 13 on the active mesa stripe 5 are preferable. In this embodiment, the growth pressure is 75 Torr, the growth rate is 1.2 μm / h,
The nP block layers 12 and 13 were prevented from projecting over the active mesa stripe 5. Thereafter, a second selective growth SiO 2 is formed.
2 The mask 11 is removed, and the p-InP buried layer 1 is formed on the n-InP block layer 13 and the active mesa stripe 5.
4. After the p-InGaAs contact layer 15 is sequentially grown, the p-electrode 1 is formed on the p-InGaAs contact layer 15.
6. Form an n-electrode 17 on the back surface of the InP substrate,
The semiconductor optical amplifier shown in FIG. 1 is obtained by cleaving at 00 μm and applying an anti-reflection coating (not shown) on both end surfaces.

【0020】本実施の形態においては、p−InPクラ
ッド層4が逆メサ状であるため、活性メサストライプ頂
上の幅によって規定される電流経路幅7は約3μmと大
きく、素子抵抗は3.8Ωと低い値が得られた。このよ
うに、電流経路幅が広く、素子抵抗が低減されたことに
より活性層3への電流狭窄特性が向上し、注入電流30
0mAで34dBの高利得が得られた。
In this embodiment, since the p-InP cladding layer 4 has an inverted mesa shape, the current path width 7 defined by the width of the top of the active mesa stripe is as large as about 3 μm, and the element resistance is 3.8Ω. And low values were obtained. As described above, the current path width is wide and the element resistance is reduced, so that the current confinement characteristic to the active layer 3 is improved.
A high gain of 34 dB was obtained at 0 mA.

【0021】上記半導体光増幅器の両端面に無反射コー
ティングを施す替わりに、一方の端面に高反射膜、他方
の端面に低反射膜を設けて、光増幅器ではなく、半導体
レーザとして機能させてもよい。また、上記実施の形態
では、n−InP基板1、p−InPブロック層12、
n−InPブロック層13、p−InP埋め込み層14
でp−n−p−n電流狭窄構造6を構成しているが、活
性メサストライプの両脇にp−InPブロック層12と
n−InPブロック層13を形成する替わりに、半絶縁
性或いは高抵抗の半導体層(例えば、FeドープInP
層)を形成して、この半絶縁性或いは高抵抗の半導体層
により電流狹窄構造を形成してもよい。
Instead of applying a non-reflective coating to both end surfaces of the semiconductor optical amplifier, a high reflection film is provided on one end surface and a low reflection film is provided on the other end surface, so that the semiconductor optical amplifier can function as a semiconductor laser instead of an optical amplifier. Good. In the above embodiment, the n-InP substrate 1, the p-InP block layer 12,
n-InP block layer 13 and p-InP buried layer 14
Constitutes a pnpn current confinement structure 6, but instead of forming a p-InP block layer 12 and an n-InP block layer 13 on both sides of an active mesa stripe, a semi-insulating or high Resistive semiconductor layer (eg, Fe-doped InP
), And a current confinement structure may be formed by the semi-insulating or high-resistance semiconductor layer.

【0022】上記実施の形態では光半導体装置として半
導体光増幅器の例を示したが、半導体光増幅器と共に、
例えば、活性メサストライプの厚さが端面に近いほど薄
いテーパ状の活性メサストライプを有する、スポットサ
イズ変換器を設けてもよい。この場合、例えば、図10
に示すように、開口幅が半導体光増幅器部とスポットサ
イズ変換器部とで異なる(図10(a))、或いは、開
口幅は一定で、その両側のSiO2マスク8の幅が異な
る(図10(b))等の選択成長用マスクを用いて選択
成長することにより半導体光増幅器とスポットサイズ変
換器が集積された光半導体装置が作製できる。成長方法
等は、上記実施の形態と同じでよい。このスポットサイ
ズ変換器を設けるのは、この実施の形態に限らず、以下
に示す実施の形態の光半導体装置(例えば、光変調器、
半導体レーザ等)に対しても適用できる。 (実施の形態2)本発明の第二の実施の形態として、電
界吸収型光変調器と分布帰還型レーザダイオード(DF
Bレーザ)とを1つの基板に集積した光半導体装置を図
3に示す。ここで、図3(a)は、回折格子を形成した
InP基板に選択成長用SiO2マスク8を形成したI
nP基板平面図、図3(b)は、光半導体装置の斜視図
である。
In the above embodiment, an example of a semiconductor optical amplifier is shown as an optical semiconductor device.
For example, a spot size converter having a tapered active mesa stripe that is thinner as the thickness of the active mesa stripe is closer to the end face may be provided. In this case, for example, FIG.
As shown in FIG. 10, the opening width is different between the semiconductor optical amplifier section and the spot size converter section (FIG. 10A), or the opening width is constant and the width of the SiO 2 mask 8 on both sides is different (FIG. By performing selective growth using a selective growth mask such as 10 (b)), an optical semiconductor device in which a semiconductor optical amplifier and a spot size converter are integrated can be manufactured. The growth method and the like may be the same as in the above embodiment. The provision of the spot size converter is not limited to this embodiment, and the optical semiconductor device (for example, optical modulator,
Semiconductor laser). Embodiment 2 As a second embodiment of the present invention, an electro-absorption optical modulator and a distributed feedback laser diode (DF)
FIG. 3 shows an optical semiconductor device in which B laser is integrated on one substrate. Here, FIG. 3A shows an IP where an SiO 2 mask 8 for selective growth is formed on an InP substrate on which a diffraction grating is formed.
FIG. 3B is a perspective view of the optical semiconductor device.

【0023】先ず、(100)面方位のn−InP基板
1のレーザ部18となる領域に、干渉露光とウエットエ
ッチングにより〔011〕方向から7度ずれた方向(矢
印Aの方向)に周期Λを有する回折格子20を形成す
る。次に、図3(a)に示すように、熱CVDによりS
iO2膜を堆積し、開口幅が1.5μm、幅がレーザ部
18で18μm、光変調器部で5μm、長さは、レーザ
部18で250μm、光変調器部19で150μmの第
一の選択成長用SiO2マスク8及びマスク開口ストラ
イプ9を形成する。ここで、マスク開口ストライプの延
在する方向9aを〔011〕方向に対して7度傾ける。
この後、実施の形態1と同様にして、選択MOVPE成
長によりn−InPクラッド層2、InGaAsP多重
量子井戸活性層3、p−InPクラッド層4を順次成長
し、これら3層から成る活性メサストライプ5を直接形
成する。成長条件は、成長圧力を760Torr、成長
速度を0.15μm/hとし、n−InPクラッド層
2、InGaAsP多重量子井戸活性層3を覆った逆メ
サ状のp−InPクラッド層4を得た。この結果、活性
メサストライプ5は逆メサ状になる。
First, in the region to be the laser section 18 of the n-InP substrate 1 having the (100) plane orientation, the period に is shifted by 7 degrees from the [011] direction (in the direction of arrow A) by interference exposure and wet etching. Is formed. Next, as shown in FIG.
An iO 2 film is deposited, the opening width is 1.5 μm, the width is 18 μm in the laser unit 18, 5 μm in the optical modulator unit, and the length is 250 μm in the laser unit 18 and 150 μm in the optical modulator unit 19. A SiO 2 mask 8 for selective growth and a mask opening stripe 9 are formed. Here, the direction 9a in which the mask opening stripe extends is inclined by 7 degrees with respect to the [011] direction.
Thereafter, as in the first embodiment, an n-InP cladding layer 2, an InGaAsP multiple quantum well active layer 3, and a p-InP cladding layer 4 are sequentially grown by selective MOVPE growth, and an active mesa stripe comprising these three layers is formed. 5 is formed directly. The growth conditions were such that the growth pressure was 760 Torr, the growth rate was 0.15 μm / h, and an n-InP cladding layer 2 and an inverted-mesa p-InP cladding layer 4 covering the InGaAsP multiple quantum well active layer 3 were obtained. As a result, the active mesa stripe 5 has an inverted mesa shape.

【0024】次いで、第一の選択成長用SiO2マスク
8を除去した後、活性メサストライプ頂部に第二の選択
成長用SiO2マスクを形成し、選択MOVPE成長に
よりFeをドープした半絶縁性のInPブロック層21
を活性メサストライプ5の両脇に形成する。この後、第
二の選択成長用SiO2マスクを除去し、半絶縁性In
Pブロック層21と活性メサストライプ5の上にp−I
nP埋め込み層14、p−InGaAsコンタクト層1
5(厚さ0.3μm、Zn濃度2×1019cm -3)を順
次形成して、半絶縁性InPブロック層21とp−In
P埋め込み層14とで活性メサストライプ5を埋め込
む。
Next, the first selective growth SiO 2Twomask
After removing 8, a second selection is made on top of the active mesa stripe.
SiO for growthTwoForm a mask for selective MOVPE growth
Fe-doped semi-insulating InP block layer 21
Are formed on both sides of the active mesa stripe 5. After this,
SiO for selective growthTwoThe mask is removed and semi-insulating In
P-I on the P block layer 21 and the active mesa stripe 5
nP buried layer 14, p-InGaAs contact layer 1
5 (thickness 0.3 μm, Zn concentration 2 × 1019cm -3)
Next, the semi-insulating InP block layer 21 and the p-In
Active mesa stripe 5 is buried with P buried layer 14
No.

【0025】次に、p−InGaAsコンタクト層15
の表面で且つ活性メサストライプ上方に該当する領域
に、活性メサストライプ5よりも幅の広いストライプ状
のレジストを形成した後、このストライプ状レジストを
エッチングマスクにして、p−InGaAsコンタクト
層15、p−InP埋め込み層14、半絶縁性InPブ
ロック層21をInP基板1に達するまでエッチング
し、電極分離メサを形成する。この時、光変調器部の素
子容量を小さくするために、光変調器部19のエッチン
グマスク幅を、レーザ部18のエッチングマスク幅より
も狭くして、光変調器部19の電極分離メサ幅がレーザ
部18の電極分離メサ幅よりも小さくなるようにした。
Next, the p-InGaAs contact layer 15
A resist having a stripe shape wider than the active mesa stripe 5 is formed in the region corresponding to the surface of the active mesa stripe and above the active mesa stripe 5, and the p-InGaAs contact layers 15 and p are formed using the stripe resist as an etching mask. -InP buried layer 14 and semi-insulating InP block layer 21 are etched until reaching InP substrate 1 to form an electrode separation mesa. At this time, in order to reduce the element capacity of the optical modulator section, the etching mask width of the optical modulator section 19 is made smaller than the etching mask width of the laser section 18 so that the electrode separation mesa width of the optical modulator section 19 is reduced. Is smaller than the electrode separation mesa width of the laser section 18.

【0026】最後に、CVDにより、活性メサストライ
プ上部に該当する位置に開口を有するSiO2絶縁膜2
4を形成した後、開口を介してp−InGaAsコンタ
クト層15に接触するp−電極16をSiO2絶縁膜2
4上に形成し、n−InP基板裏面にn−電極を形成す
る。この後、劈開し、レーザ部18の端面に反射率90
%の高反射膜(図示省略)、光変調器部19の端面に反
射率0.1%の低反射膜(図示省略)を形成して、電界
吸収型光変調器とDFBレーザが集積された、図3
(b)に示す光半導体装置が完成する。なお、レーザ部
18にはDFBレーザを形成したが、回折格子を有しな
い半導体レーザをレーザ部18に形成してもよい。
Finally, the SiO 2 insulating film 2 having an opening at a position corresponding to the upper part of the active mesa stripe by CVD.
4 is formed, the p-electrode 16 contacting the p-InGaAs contact layer 15 through the opening is formed on the SiO 2 insulating film 2.
4 and an n-electrode is formed on the back surface of the n-InP substrate. Thereafter, the laser light is cleaved and the reflectivity 90
% Of a high reflection film (not shown) and a low reflection film (not shown) having a reflectance of 0.1% on the end face of the optical modulator section 19, and the electroabsorption optical modulator and the DFB laser are integrated. , FIG.
The optical semiconductor device shown in (b) is completed. Although a DFB laser is formed in the laser unit 18, a semiconductor laser having no diffraction grating may be formed in the laser unit 18.

【0027】光変調器の変調帯域は容量Cと素子抵抗R
の積に反比例するため、素子容量の低減とともに素子抵
抗の低減が重要である。本実施の形態においては、光変
調器部19の容量を低減するために半絶縁性InPブロ
ック層21を導入するとともに、活性層3を有する活性
メサストライプ5を逆メサ形状とすることで素子抵抗が
低減され、光変調器の小信号応答3dB帯域として18
GHzを得た。また、DFBレーザの電流狭窄特性も素
子抵抗の低減により向上し、駆動電流100mA時の光
出力として15mW以上の高出力を得た。 (実施の形態3)図4は、本発明第三の実施例にかかる
光半導体装置として、波長1.58μm帯の電界吸収型
光変調器を示した斜視図である。実施の形態1と同様
に、n−InP基板1上にストライプ状の開口を有する
マスクを形成し、選択MOVPE成長により、マスク開
口部にn−InPクラッド層2、InAlGaAs活性
層22、逆メサ状のp−InPクラッド層4、p−In
GaAsコンタクト層15を順次成長し、これら4層か
ら成る活性メサストライプ5を直接形成する。この時の
結晶成長条件は実施の形態1と同じである。続いて、マ
スクを除去した後、ベンゾシクロブテン、あるいはポリ
イミドや有機ガラス等のスピンコート平坦化膜23によ
る平坦化プロセスを実施し、活性ストライプ5の両脇に
スピンコート平坦化膜23を形成し、更に、スピンコー
ト平坦化膜23の上にCVDによりSiO2絶縁膜24
を形成し、スピンコート平坦化膜23とSiO2絶縁膜
24から成る電流狹窄構造を形成する。この後、活性メ
サストライプ上部と、基板裏面にそれぞれ電極16、1
7を形成した後、素子長120μmに劈開し、両端面に
無反射コーティング(図示省略)を施して図4に示す電
界吸収型光変調器を得る。
The modulation band of the optical modulator has a capacitance C and an element resistance R
Therefore, it is important to reduce the element resistance as well as the element capacitance. In the present embodiment, the semi-insulating InP block layer 21 is introduced to reduce the capacitance of the optical modulator section 19, and the active mesa stripe 5 having the active layer 3 is formed into an inverted mesa shape, thereby reducing the element resistance. Is reduced and the small signal response 3 dB band of the optical modulator is reduced to 18
GHz was obtained. Further, the current confinement characteristics of the DFB laser were also improved by reducing the element resistance, and a high output of 15 mW or more was obtained as the optical output at a drive current of 100 mA. (Embodiment 3) FIG. 4 is a perspective view showing an electroabsorption optical modulator in a 1.58 μm wavelength band as an optical semiconductor device according to a third embodiment of the present invention. As in the first embodiment, a mask having a stripe-shaped opening is formed on an n-InP substrate 1, and an n-InP cladding layer 2, an InAlGaAs active layer 22, and an inverted mesa are formed in the mask opening by selective MOVPE growth. P-InP cladding layer 4, p-In
A GaAs contact layer 15 is sequentially grown, and an active mesa stripe 5 composed of these four layers is directly formed. The crystal growth conditions at this time are the same as in the first embodiment. Subsequently, after removing the mask, a flattening process using a spin coat flattening film 23 made of benzocyclobutene, polyimide, organic glass, or the like is performed to form a spin coat flattening film 23 on both sides of the active stripe 5. Further, an SiO 2 insulating film 24 is formed on the spin coat flattening film 23 by CVD.
To form a current confinement structure including the spin-coat planarization film 23 and the SiO 2 insulating film 24. Thereafter, electrodes 16 and 1 are respectively provided on the upper portion of the active mesa stripe and on the back surface of the substrate.
After the formation of 7, the device is cleaved to an element length of 120 μm, and an anti-reflection coating (not shown) is applied to both end faces to obtain an electro-absorption optical modulator shown in FIG.

【0028】本実施の形態の電界吸収型光変調器のよう
に、変調帯域向上のために素子長を短くした光変調器に
おいては、素子長短縮により素子容量が低減される一方
で素子抵抗が増加するというトレードオフが発生するの
で、素子抵抗の低減が非常に重要である。本実施の形態
においては、p−InPクラッド層4を逆メサ状にして
3μmの電流経路幅7を確保することにより、素子抵抗
を6Ωと低く抑え、光変調器の小信号応答3dB帯域と
して26GHzを得た。 (実施の形態4)本発明の第四の実施の形態として、本
発明に係る光半導体装置と光学部品を組み合わせた光通
信モジュールの平面図を図5に示す。図5の光通信モジ
ュールは、光半導体装置26として、上記実施の形態2
で示した、光変調器とDFBレーザとを集積した光半導
体装置を用い、光半導体装置26からの出力光が非球面
レンズ27および光アイソレータ28を介して光ファイ
バ29に入力されるように、光半導体装置26、非球面
レンズ27、光アイソレータ28、光ファイバ29をパ
ッケージ31aに設置・固定し、さらに、光半導体装置
26を駆動するための電気インターフェース30をパッ
ケージ31aに内蔵した構成の光送信モジュールであ
る。この、光送信モジュールは、用いた光半導体装置2
6が電流経路幅の広い逆メサ状の活性メサストライプを
有しており、動作速度、動作効率、高温動作特性、高出
力動作特性、変調帯域等に優れているので、高速光通信
信号を効率良く作り出すことができた。
In an optical modulator in which the element length is shortened to improve the modulation band, such as the electro-absorption type optical modulator of the present embodiment, the element resistance is reduced while the element resistance is reduced by shortening the element length. Since a trade-off of increase occurs, it is very important to reduce the element resistance. In the present embodiment, the p-InP cladding layer 4 is formed in a reverse mesa shape to secure a current path width 7 of 3 μm, thereby suppressing the element resistance to as low as 6Ω and providing a small signal response 3 dB band of the optical modulator of 26 GHz. I got (Embodiment 4) As a fourth embodiment of the present invention, a plan view of an optical communication module in which an optical semiconductor device according to the present invention and an optical component are combined is shown in FIG. The optical communication module shown in FIG.
As shown in the above, an optical semiconductor device in which an optical modulator and a DFB laser are integrated is used, and output light from the optical semiconductor device 26 is input to the optical fiber 29 via the aspheric lens 27 and the optical isolator 28. An optical transmission device in which an optical semiconductor device 26, an aspheric lens 27, an optical isolator 28, and an optical fiber 29 are installed and fixed in a package 31a, and an electric interface 30 for driving the optical semiconductor device 26 is built in the package 31a. Module. This optical transmission module is the optical semiconductor device 2 used.
6 has an inverted mesa-shaped active mesa stripe having a wide current path width and is excellent in operation speed, operation efficiency, high-temperature operation characteristics, high-output operation characteristics, modulation band, etc., so that high-speed optical communication signals can be efficiently used. It was able to produce well.

【0029】実施の形態4では光半導体装置26に、光
変調器とDFBレーザを集積した光半導体装置を用い
が、他の光半導体装置、例えば、実施の形態3の光変調
器、実施の形態1で示した光増幅器や半導体レーザ等、
逆メサ状クラッド層を含む活性メサストライプを有し、
電流経路が広い構造の光半導体装置であればどの様なも
のを用いてもよい。例えば、実施の形態1で示した光増
幅器を光半導体装置26に用いた場合は、図5の構成に
加えて、もう一組の非球面レンズ27、光アイソレータ
28、光ファイバ29を光半導体装置26を中心に、図
5に示した光学部品と対象に配置(光入力側にも光学部
品を配置)した構成、則ち、左側から順に、光ファイバ
29、光アイソレータ28、非球面レンズ27、光半導
体装置26、非球面レンズ27、光アイソレータ28、
光ファイバ29を配置した構成とすることにより、光中
継器モジュールが構成できる。この場合も、実施の形態
1で説明したように光半導体装置26の特性が優れてい
るので、高速に光通信信号を増幅・再生することができ
る。
In the fourth embodiment, an optical semiconductor device in which an optical modulator and a DFB laser are integrated is used as the optical semiconductor device 26. However, other optical semiconductor devices, for example, the optical modulator of the third embodiment, Optical amplifiers, semiconductor lasers, etc.
Having an active mesa stripe including an inverted mesa-shaped cladding layer,
Any optical semiconductor device having a wide current path may be used. For example, when the optical amplifier described in the first embodiment is used for the optical semiconductor device 26, another set of the aspheric lens 27, the optical isolator 28, and the optical fiber 29 are added to the optical semiconductor device in addition to the configuration of FIG. A configuration in which the optical components shown in FIG. 5 are arranged around the object 26 (optical components are also arranged on the light input side), that is, an optical fiber 29, an optical isolator 28, an aspheric lens 27, An optical semiconductor device 26, an aspheric lens 27, an optical isolator 28,
By adopting a configuration in which the optical fibers 29 are arranged, an optical repeater module can be configured. Also in this case, as described in the first embodiment, since the characteristics of the optical semiconductor device 26 are excellent, the optical communication signal can be amplified and reproduced at high speed.

【0030】この実施の形態4において、光変調器やD
FBレーザ、光増幅器等に加えてスポットサイズ変換器
をも集積したものを用いると、非球面レンズを省略する
ことができ、部品点数の少ない光通信モジュールが実現
できる。 (実施の形態5)図6は本発明の第五の実施の形態とし
て、実施の形態4の光送信モジュール31を用いた光通
信装置を示したブロック図である。この光通信装置は、
光送信装置32と、光受信装置34と、これら装置3
2、34の間を結ぶ光ファイバ29とから成る。光送信
装置32は光送信モジュール31と、光送信モジュール
31を駆動する為の光送信モジュール駆動装置33を有
する。光受信装置34は受光モジュール35を有してい
る。光送信装置32の光送信モジュール31から出力さ
れた信号光は光ファイバ29を通じて伝送され、受信装
置34内の受光モジュール35で検出される。
In the fourth embodiment, the optical modulator and the D
When an integrated device that incorporates a spot size converter in addition to an FB laser, an optical amplifier, and the like is used, an aspheric lens can be omitted, and an optical communication module with a small number of components can be realized. (Embodiment 5) FIG. 6 is a block diagram showing an optical communication apparatus using an optical transmission module 31 of Embodiment 4 as a fifth embodiment of the present invention. This optical communication device
The optical transmitting device 32, the optical receiving device 34, these devices 3
And an optical fiber 29 connecting between the two. The optical transmission device 32 has an optical transmission module 31 and an optical transmission module driving device 33 for driving the optical transmission module 31. The optical receiving device 34 has a light receiving module 35. The signal light output from the optical transmission module 31 of the optical transmission device 32 is transmitted through the optical fiber 29 and detected by the light receiving module 35 in the reception device 34.

【0031】本実施の形態の光通信装置は、実施の形態
4の光送信モジュール31を用いているため、高速光伝
送が容易に実現できる。これは、上記実施の形態4で説
明したように、実施の形態4に係る光送信モジュール
が、動作効率、高温動作特性、高出力動作特性、変調帯
域等に優れた光半導体装置を有して、良好な光伝送信号
を高効率に得られることに基づく。
Since the optical communication device of the present embodiment uses the optical transmission module 31 of the fourth embodiment, high-speed optical transmission can be easily realized. This is because, as described in the fourth embodiment, the optical transmission module according to the fourth embodiment has an optical semiconductor device excellent in operation efficiency, high-temperature operation characteristics, high-output operation characteristics, modulation band, and the like. And good optical transmission signals can be obtained with high efficiency.

【0032】上記何れの実施の形態においても、劈開に
より端面を形成し、(011)面を端面としたが(活性
メサストライプの延在する方向が端面と直交していない
(斜めに交わる))、エッチングにより端面を形成し、
(011)面から(010)面或いは(001)面の方
向に数度傾いた面、例えば、メサストライプのオフセッ
ト角と同じ角度θ傾いた面、この場合は7度傾いた面
(図3(a)2点鎖線で示した面B)、を端面としても
よい。この場合、活性メサストライプの延在する方向9
aと端面は直交する。
In each of the above embodiments, the end face is formed by cleavage and the (011) plane is used as the end face (the direction in which the active mesa stripe extends is not orthogonal to the end face (obliquely intersects)). , Forming an end face by etching,
A plane inclined by several degrees from the (011) plane to the (010) plane or the (001) plane, for example, a plane inclined by the same angle θ as the offset angle of the mesa stripe, in this case, a plane inclined by 7 degrees (FIG. a) The surface B) indicated by a two-dot chain line may be used as an end surface. In this case, the direction 9 in which the active mesa stripe extends
a is perpendicular to the end face.

【0033】上記の実施の形態においては光半導体装置
として半導体光増幅器、電界吸収型変調器集積化分布帰
還レーザダイオード、電界吸収型光変調器を記載した
が、この他の光半導体装置、例えば、半導体レーザ等に
も適用することが可能である。また、波長帯も実施の形
態に記載した1.3μm帯、1.55μm帯、1.58
μm帯に限定されるものではない。
In the above embodiment, a semiconductor optical amplifier, an electro-absorption modulator integrated distributed feedback laser diode, and an electro-absorption optical modulator have been described as optical semiconductor devices, but other optical semiconductor devices, for example, It can be applied to a semiconductor laser or the like. Also, the wavelength bands are 1.3 μm band, 1.55 μm band, and 1.58 μm band described in the embodiment.
It is not limited to the μm band.

【0034】光半導体装置の活性層として量子井戸活性
層を用いた例を示したが、歪量子井戸構造やバルク結晶
による活性層、自然超格子活性層を用いても良い。ま
た、基板の導電型をn型とした例を示したが、p型ある
いは半絶縁性の基板を用いた場合にも適用可能である。
Although an example in which a quantum well active layer is used as an active layer of an optical semiconductor device has been described, an active layer of a strained quantum well structure, a bulk crystal, or a natural superlattice active layer may be used. Further, although an example has been shown in which the conductivity type of the substrate is n-type, the present invention can be applied to a case where a p-type or semi-insulating substrate is used.

【0035】材料系として、InGaAsP/InPな
らびにInAlGaAs/InP系を用いた例を示した
が、これらの材料系に限定されるものではなく、AlG
aAs/GaAs系、AlGaInP/GaInP系、
その他いかなる材料系を使用したものであっても良い。
また、(100)基板を用い、活性層メサストライプの
選択成長用マスク開口ストライプを[011]方向に対
して7度のオフセット角を持たせた例について示した
が、活性メサストライプを構成するクラッド層が逆メサ
状に結晶成長できる条件であれば、使用する基板の面方
位、ストライプ方向等はこれらに限定されるものではな
く、選択MOVPE成長における成長圧力、成長速度等
の成長条件も本実施の形態記載の値に限定されるもので
はない。
Although the examples using InGaAsP / InP and InAlGaAs / InP as the material system have been described above, the present invention is not limited to these material systems.
aAs / GaAs system, AlGaInP / GaInP system,
Any other material may be used.
Also, an example is shown in which the (100) substrate is used and the mask opening stripe for selective growth of the active layer mesa stripe has an offset angle of 7 degrees with respect to the [011] direction. As long as the layer is capable of crystal growth in an inverted mesa shape, the plane orientation and the stripe direction of the substrate to be used are not limited to these, and the growth conditions such as the growth pressure and the growth rate in the selective MOVPE growth are also applied. However, the present invention is not limited to the values described in the embodiment.

【0036】尚、本明細書において、「選択MOVPE
成長により直接形成された活性メサストライプ」なる表
現を用いているが、この場合の「直接形成」とは、エッ
チングによらず、選択成長により順メサ状又は逆メサ状
のメサストライプを形成するという意味である。
In this specification, "selection MOVPE"
The expression "active mesa stripe directly formed by growth" is used. In this case, "direct formation" means that a mesa stripe of a normal mesa shape or an inverted mesa shape is formed by selective growth without etching. Meaning.

【0037】[0037]

【発明の効果】本発明の光半導体装置は、電流狹窄構造
を構成するブロック層に両脇を挾まれた活性メサストラ
イプが逆メサ状に形成されて、活性メサストライプ頂上
の幅によって規定される電流経路幅が広く、素子抵抗が
低減されている。この結果、動作速度、動作効率、高温
動作特性、高出力動作特性、変調帯域等が向上した。例
えば、実施の形態の光増幅器においては、活性層への電
流狭窄特性が向上し、注入電流300mAで34dBの
高利得が得られた。また、DFBレーザと光変調器を集
積した光半導体装置では、光変調器の小信号応答3dB
帯域として18GHzを得、分布帰還レーザダイオード
部の電流狭窄特性も素子抵抗の低減により向上し、駆動
電流100mA時の光出力として15mW以上の高出力
を得た。光変調器は小信号応答3dB帯域として26G
Hzを得た。
According to the optical semiconductor device of the present invention, an active mesa stripe sandwiched on both sides by a block layer constituting a current constriction structure is formed in an inverted mesa shape, and is defined by the width of the top of the active mesa stripe. The current path width is wide and the element resistance is reduced. As a result, the operating speed, operating efficiency, high-temperature operating characteristics, high-output operating characteristics, modulation band, and the like have been improved. For example, in the optical amplifier of the embodiment, the current confinement characteristics to the active layer were improved, and a high gain of 34 dB was obtained at an injection current of 300 mA. In an optical semiconductor device in which a DFB laser and an optical modulator are integrated, the small signal response of the optical modulator is 3 dB.
A band of 18 GHz was obtained, and the current confinement characteristics of the distributed feedback laser diode portion were also improved by reducing the element resistance, and a high output of 15 mW or more was obtained as the optical output at a driving current of 100 mA. The optical modulator is 26G as a small signal response 3dB band.
Hz was obtained.

【0038】本発明の光通信装置や光通信モジュール
は、電流狹窄構造を構成するブロック層に両脇を挾まれ
た活性メサストライプが逆メサ状に形成された上述の光
半導体装置を搭載しているので、高速光通信信号を効率
良く作り出すことができ、長距離・大容量・高速光伝送
光通信システムに適したものとなる。
An optical communication device or an optical communication module according to the present invention mounts the above-described optical semiconductor device in which active mesa stripes sandwiched on both sides are formed in an inverted mesa shape in a block layer constituting a current confinement structure. Therefore, a high-speed optical communication signal can be efficiently generated, which is suitable for a long-distance, large-capacity, high-speed optical transmission optical communication system.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の一実施の形態を示す半導体光増幅
器の斜視図
FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor optical amplifier according to an embodiment of the present invention.

【図2】 第一の実施の形態における半導体光増幅器
の製造工程を示す図
FIG. 2 is a diagram showing a manufacturing process of the semiconductor optical amplifier according to the first embodiment.

【図3】 第二の実施の形態を示す、選択成長マスク
を形成した基板の平面図、及び、光変調器とDFBレー
ザとを集積した光半導体装置の斜視図
FIG. 3 is a plan view of a substrate on which a selective growth mask is formed and a perspective view of an optical semiconductor device in which an optical modulator and a DFB laser are integrated, showing a second embodiment.

【図4】 第三の実施の形態における光変調器の斜視
FIG. 4 is a perspective view of an optical modulator according to a third embodiment.

【図5】 第四の実施の形態を示す光送信モジュール
の平面図
FIG. 5 is a plan view of an optical transmission module according to a fourth embodiment.

【図6】 第五の実施の形態を示す光通信装置のブロ
ック図
FIG. 6 is a block diagram of an optical communication device according to a fifth embodiment.

【図7】 従来の光半導体装置(光増幅器)の斜視図FIG. 7 is a perspective view of a conventional optical semiconductor device (optical amplifier).

【図8】 図7に示す光増幅器の特性を示す図FIG. 8 is a diagram showing characteristics of the optical amplifier shown in FIG. 7;

【図9】 従来の光半導体装置(光増幅器)の斜視図FIG. 9 is a perspective view of a conventional optical semiconductor device (optical amplifier).

【図10】 半導体光増幅器や光変調器或いは半導体
レーザと、スポットサイズ変換器とをモノリシックに集
積する際の選択成長用マスクの平面図
FIG. 10 is a plan view of a selective growth mask when a semiconductor optical amplifier, an optical modulator, or a semiconductor laser and a spot size converter are monolithically integrated.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 n−InP基板 2 n−InPクラッド層 3 InGaAsP多重量子井戸活性層 4 p−InPクラッド層 5 活性メサストライプ 6 p−n−p−n電流狭窄構造 7 電流経路幅 8 第一の選択成長用SiO2マスク 9 マスク開口ストライプ 9a マスク開口ストライプの延在する方向 10 オフセット角 11 第二の選択成長用SiO2マスク 12 p−InPブロック層 13 n−InPブロック層 14 p−InP埋め込み層 15 p−InGaAsコンタクト層 16 p−電極 17 n−電極 18 レーザ部 19 光変調器部 20 回折格子 21 半絶縁性InPブロック層 22 InAlGaAs活性層 23 スピンコート平坦化膜 24 SiO2絶縁膜 25 pnホモ接合部 26 光半導体装置 27 非球面レンズ 28 光アイソレータ 29 光ファイバ 30 光半導体装置駆動用電気インタフェース 31 光送信モジュール 31a パッケージ 32 光送信装置 33 光送信モジュール駆動装置 34 受信装置 35 受光モジュールREFERENCE SIGNS LIST 1 n-InP substrate 2 n-InP cladding layer 3 InGaAsP multiple quantum well active layer 4 p-InP cladding layer 5 active mesa stripe 6 pnpn current confinement structure 7 current path width 8 first selective growth SiO 2 mask 9 Mask opening stripe 9a Direction of extending mask opening stripe 10 Offset angle 11 Second selective growth SiO 2 mask 12 p-InP block layer 13 n-InP block layer 14 p-InP buried layer 15 p- InGaAs contact layer 16 p-electrode 17 n-electrode 18 laser unit 19 optical modulator unit 20 diffraction grating 21 semi-insulating InP block layer 22 InAlGaAs active layer 23 spin coat flattening film 24 SiO 2 insulating film 25 pn homojunction 26 Optical semiconductor device 27 Aspherical lens 28 Optical isolator 29 Optical fiber 30 Electrical interface for driving an optical semiconductor device 31 Optical transmission module 31a Package 32 Optical transmission device 33 Optical transmission module driving device 34 Receiving device 35 Light receiving module

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 活性層を含む活性メサストライプと、前
記活性メサストライプの両脇に形成された電流狹窄構造
とを備えた光半導体装置において、前記活性メサストラ
イプが、選択成長によって形成された逆メサ形状である
ことを特徴とする光半導体装置。
1. An optical semiconductor device comprising: an active mesa stripe including an active layer; and a current confinement structure formed on both sides of the active mesa stripe, wherein the active mesa stripe is formed by selective growth. An optical semiconductor device having a mesa shape.
【請求項2】 電流狭窄構造が、p−半導体ブロック層
とn−半導体ブロック層を有するp−n−p−n電流狹
窄構造である請求項1記載の光半導体装置。
2. The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the current confinement structure is a pnpn current confinement structure having a p-semiconductor block layer and an n-semiconductor block layer.
【請求項3】 電流狭窄構造が半絶縁性半導体ブロック
層を有する請求項1記載の光半導体装置。
3. The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the current confinement structure has a semi-insulating semiconductor block layer.
【請求項4】 電流狭窄構造が誘電体絶縁膜とスピンコ
ート平坦化膜によって構成されている請求項1記載の光
半導体装置。
4. The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the current confinement structure comprises a dielectric insulating film and a spin-coat planarizing film.
【請求項5】 スピンコート平坦化膜がベンゾシクロブ
テン或いはポリイミド又は有機ガラスである請求項4記
載の光半導体装置
5. The optical semiconductor device according to claim 4, wherein the spin coat flattening film is made of benzocyclobutene, polyimide, or organic glass.
【請求項6】 光変調器と半導体レーザとをモノリシッ
クに集積した請求項1乃至5の何れかに記載の光半導体
装置。
6. The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the optical modulator and the semiconductor laser are monolithically integrated.
【請求項7】 活性層を含む、逆メサ形状の活性メサス
トライプを選択成長によって半導体基板上に直接形成す
る工程と、前記活性メサストライプ頂上部に結晶成長阻
止マスクを形成し、選択成長により電流狭窄構造を前記
活性メサストライプ両脇に形成する工程とを含むことを
特徴とする光半導体装置の製造方法。
7. A step of directly forming an inverted mesa-shaped active mesa stripe including an active layer on a semiconductor substrate by selective growth, a step of forming a crystal growth-inhibiting mask on top of the active mesa stripe, and forming a current by selective growth. Forming a constriction structure on both sides of the active mesa stripe.
【請求項8】 選択成長により第一導電型半導体ブロッ
ク層と第二導電型半導体ブロック層を前記活性メサスト
ライプ両脇に順次成長してp−n−p−n電流狹窄構造
を形成する工程を含むことを特徴とする請求項7記載の
光半導体装置の製造方法。
8. A step of forming a pnpn current constriction structure by sequentially growing a first conductivity type semiconductor block layer and a second conductivity type semiconductor block layer on both sides of the active mesa stripe by selective growth. The method for manufacturing an optical semiconductor device according to claim 7, comprising:
【請求項9】 選択成長により高抵抗半導体層或いは半
絶縁性半導体層を前記活性メサストライプ両脇に成長し
て、前記高抵抗或いは半絶縁性半導体層から成る電流狹
窄構造を形成する工程を含むことを特徴とする請求項7
記載の光半導体装置の製造方法。
9. A step of growing a high-resistance semiconductor layer or a semi-insulating semiconductor layer on both sides of the active mesa stripe by selective growth to form a current confinement structure comprising the high-resistance or semi-insulating semiconductor layer. 8. The method according to claim 7, wherein
The manufacturing method of the optical semiconductor device described in the above.
【請求項10】 活性層を含む、逆メサ形状の活性メサ
ストライプを選択成長によって半導体基板上に直接形成
する工程と、前記活性メサストライプの両脇にスピンコ
ート平坦化膜を形成し、前記スピンコート平坦化膜を有
する電流狹窄構造を形成する工程とを有する光半導体装
置の製造方法。
10. A step of directly forming an inverted mesa-shaped active mesa stripe including an active layer on a semiconductor substrate by selective growth, and forming a spin-coated flattening film on both sides of the active mesa stripe. Forming a current constriction structure having a coat flattening film.
【請求項11】 活性層を含む逆メサ状活性メサストラ
イプの選択成長を行う為のマスク開口ストライプの延在
する方向が半導体結晶基板の結晶方位に対してオフセッ
ト角を有していることを特徴とする請求項7乃至10の
何れかに記載の光半導体装置の製造方法。
11. A direction in which a mask opening stripe for selectively growing an inverted mesa active mesa stripe including an active layer has an offset angle with respect to a crystal orientation of a semiconductor crystal substrate. The method for manufacturing an optical semiconductor device according to claim 7.
【請求項12】 半導体結晶基板が(100)面基板で
あり、マスク開口ストライプの延在する方向が前記半導
体基板の[011]方向に対してオフセット角を有して
いることを特徴とする請求項7乃至11の何れかに記載
の光半導体装置の製造方法。
12. The semiconductor crystal substrate is a (100) plane substrate, and a direction in which a mask aperture stripe extends has an offset angle with respect to a [011] direction of the semiconductor substrate. Item 12. The method for manufacturing an optical semiconductor device according to any one of Items 7 to 11.
【請求項13】 半導体結晶基板のレーザ部となる部分
に回折格子を形成する工程を含み、光変調器と半導体レ
ーザをモノリシックに集積する請求項7乃至12の何れ
かに記載の光半導体装置の製造方法。
13. The optical semiconductor device according to claim 7, further comprising a step of forming a diffraction grating in a portion to be a laser portion of the semiconductor crystal substrate, wherein the optical modulator and the semiconductor laser are monolithically integrated. Production method.
【請求項14】 請求項1乃至6の何れかに記載の光半
導体装置と、前記光半導体装置からの出力光を外部に導
波するための光導波手段と、前記光導波手段に前記光半
導体装置からの出力光を入力する光学系と、前記光半導
体装置を駆動するための電気的インターフェースとを具
備した光通信用モジュールで成る光通信装置。
14. An optical semiconductor device according to claim 1, an optical waveguide means for guiding output light from the optical semiconductor device to the outside, and the optical semiconductor device provided on the optical waveguide means. An optical communication device comprising an optical communication module including an optical system for inputting output light from the device and an electrical interface for driving the optical semiconductor device.
【請求項15】 請求項1乃至6の何れかに記載の光半
導体装置と、前記光半導体装置へ信号光を導波するため
の光導波手段と、前記光導波手段からの信号光をに前記
光半導体装置入力する光学系と、前記光半導体装置から
の出力光を外部に導波するための光導波手段と、前記光
導波手段に前記光半導体装置からの出力光を入力する光
学系と、前記光半導体装置を駆動するための電気的イン
ターフェースとを具備した光通信用モジュールで成る光
通信装置。
15. The optical semiconductor device according to claim 1, an optical waveguide for guiding a signal light to the optical semiconductor device, and a signal light from the optical waveguide. An optical system for inputting an optical semiconductor device, an optical waveguide unit for guiding output light from the optical semiconductor device to the outside, and an optical system for inputting output light from the optical semiconductor device to the optical waveguide unit; An optical communication device comprising an optical communication module including an electrical interface for driving the optical semiconductor device.
【請求項16】 請求項1乃至6の何れかに記載の光半
導体装置を有する光通信手段と、この通信手段からの出
力光を受信するための光受信手段とを有する光通信装
置。
16. An optical communication device comprising: an optical communication device having the optical semiconductor device according to claim 1; and an optical receiving device for receiving output light from the communication device.
【請求項17】 光通信手段が、請求項14又は15記
載の光通信用モジュールである請求項16記載の光通信
装置。
17. The optical communication device according to claim 16, wherein the optical communication means is the optical communication module according to claim 14.
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