JP2002344068A - Optical semiconductor device and manufacturing method therefor - Google Patents

Optical semiconductor device and manufacturing method therefor

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JP2002344068A
JP2002344068A JP2002119898A JP2002119898A JP2002344068A JP 2002344068 A JP2002344068 A JP 2002344068A JP 2002119898 A JP2002119898 A JP 2002119898A JP 2002119898 A JP2002119898 A JP 2002119898A JP 2002344068 A JP2002344068 A JP 2002344068A
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quantum well
well structure
semiconductor device
region
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Hirohiko Kobayashi
宏彦 小林
Haruhisa Soda
晴久 雙田
Mitsuru Egawa
満 江川
Jiro Okazaki
二郎 岡崎
Shoichi Ogita
省一 荻田
Takuya Fujii
卓也 藤井
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce optical absorption in a waveguide and oscillate a stable laser of low threshold, in an optical semiconductor device which is used as a light source for optical communication, optical disk, optical interconnection, etc. SOLUTION: This optical semiconductor device is provided with a striped quantum well structure layer 6, and an upper clad layer 8 that is formed on the quantum well structure layer 6; the quantum well structure layer 6 is formed starting from a gain region A to a mode conversion region B on a semiconductor substrate 1, whose film is formed thinner in the mode conversion region B as it becomes far away from the gain region A, and where the energy band gap due to resulted quantum effect becomes larger apart from the gain region A. Its film thickness in the boundary between the mode conversion region B and gain region A is two times or more that at the light outgoing end of the mode conversion region B.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光半導体装置及びその
製造方法に関し、より詳しくは、光通信、光ディスク装
置、光インターコネクションなどの光源に用いられる光
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 semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an optical semiconductor device used for a light source such as an optical communication device, an optical disk device, and an optical interconnection, and a method of manufacturing the same.

【0002】半導体通信技術の高度化に伴い、半導体レ
ーザの作製技術も向上し、近年では半導体レーザと他の
光半導体素子を集積化する研究が盛んである。例えば、
DFBレーザと光変調器を集積した装置や、DBRレー
ザとモード変換器(ビームサイズ変換器)を集積したも
のがある。
[0002] With the advancement of semiconductor communication technology, the fabrication technology of semiconductor lasers has also been improved. In recent years, research on integrating semiconductor lasers and other optical semiconductor elements has been actively conducted. For example,
There are devices in which a DFB laser and an optical modulator are integrated, and devices in which a DBR laser and a mode converter (beam size converter) are integrated.

【0003】モード変換器は、本来30〜40度と広い
出射角をもつ半導体レーザの出力ビームを狭めるための
機構であり、半導体レーザと光ファイバをモジュール化
する場合に光結合を容易にするものである。
A mode converter is a mechanism for narrowing an output beam of a semiconductor laser which has an emission angle as wide as 30 to 40 degrees, and facilitates optical coupling when a semiconductor laser and an optical fiber are modularized. It is.

【0004】[0004]

【従来の技術】半導体レーザにおいては、光導波路の光
閉じ込めが強いほど、即ち光スポット径が小さいほど発
振閾値が小さくなって発光効率が向上するが、光スポッ
ト径が小さくなるほど光ファイバとの結合は困難にな
る。
2. Description of the Related Art In a semiconductor laser, as the light confinement of an optical waveguide becomes stronger, that is, as the light spot diameter becomes smaller, the oscillation threshold value becomes smaller and the light emission efficiency improves. Becomes difficult.

【0005】そこで、半導体よりなる光ビーム径変換用
の導波路を有するモード変換器集積化ファブリペロー半
導体レーザ(以下、FP−LDという)が例えば次の文
献に提案されている。
Therefore, a mode converter integrated Fabry-Perot semiconductor laser (hereinafter, referred to as an FP-LD) having a waveguide for converting a light beam diameter made of a semiconductor has been proposed in, for example, the following document.

【0006】〔1〕T. L. KOCH et al., IEEE PHOTONIC
S TECHNOLOGY LETTERS, VOL.2, NO.2, 1990 そのFP−LDは、図12に示すように、 InP基板101
の上に第一の InPクラッド層102 、導波路層103 、多重
量子井戸(MQW)活性層104 、第二の InPクラッド層
105 を順に形成して構成されている。MQW活性層104
は、InGaAs井戸層と InGaAsP障壁層から構成され、利得
領域110 にのみ形成されている。また、導波路層103
は、利得領域110 とモード変換領域111 の双方に形成さ
れている。なお、符号106 は、第二のInP クラッド層10
5 の上に形成されたコンタクト層、107 は、第二のクラ
ッド層内に形成されたエッチングストップ層を示す。
[1] TL KOCH et al., IEEE PHOTONIC
S TECHNOLOGY LETTERS, VOL.2, NO.2, 1990 The FP-LD, as shown in FIG.
A first InP cladding layer 102, a waveguide layer 103, a multiple quantum well (MQW) active layer 104, and a second InP cladding layer
105 are formed in order. MQW active layer 104
Is composed of an InGaAs well layer and an InGaAsP barrier layer, and is formed only in the gain region 110. In addition, the waveguide layer 103
Are formed in both the gain region 110 and the mode conversion region 111. Reference numeral 106 denotes the second InP cladding layer 10.
The contact layer 107 formed on 5 indicates an etching stop layer formed in the second cladding layer.

【0007】そのモード変換領域111 における導波路層
103 は厚さ方向にテーパ状に形成されており、利得領域
110 から遠ざかるにつれて薄くなっている。導波路層10
3 はInGaAsP層103aと InP層103bを交互に積層した構造
を有している。そして、そのInP層103bをエッチングス
トップ層として使用して耐エッチングマスクを複数回変
えてInGaAsP 層103aとInP 層103bを階段状にパターニン
グし、これによりモード変換領域における導波路層103
の膜厚をテーパ形状にしている。
The waveguide layer in the mode conversion region 111
103 has a tapered shape in the thickness direction,
It fades away from 110. Waveguide layer 10
3 has a structure in which InGaAsP layers 103a and InP layers 103b are alternately stacked. Then, using the InP layer 103b as an etching stop layer and changing the etching resistance mask a plurality of times, the InGaAsP layer 103a and the InP layer 103b are patterned in a stepwise manner, whereby the waveguide layer 103 in the mode conversion region is formed.
Has a tapered shape.

【0008】そのMQW活性層104 で励起されて導波路
層103 を導波する光は、モード変換領域111 では利得領
域110 よりも光閉じ込めが弱いため、テーパ先端部での
近視野像は広がり、その結果、近視野像の回折パターン
である遠視野像は狭くなる。従って、テーパ先端から出
たビームの出射角は狭くなり、光ファイバとの結合が容
易になる。
The light excited by the MQW active layer 104 and guided through the waveguide layer 103 has a weaker light confinement in the mode conversion region 111 than in the gain region 110, so that the near-field image at the tapered tip portion expands. As a result, the far-field image, which is the diffraction pattern of the near-field image, becomes narrow. Therefore, the exit angle of the beam emitted from the tapered tip becomes narrow, and the coupling with the optical fiber becomes easy.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ところで、共振器を構
成する導波路層103 は出力端に近づくほど層数が少なく
なる構造であり、その導波路層103 のテーパ形状は耐エ
ッチングマスクを複数回取り換えて得られるために、そ
の構造は結晶欠陥を含み易くなり、発光素子の特性劣化
が生じやすい。
By the way, the waveguide layer 103 constituting the resonator has a structure in which the number of layers decreases as approaching the output end. The tapered shape of the waveguide layer 103 is such that the etching-resistant mask is used a plurality of times. Since the structure is obtained by replacement, the structure tends to include crystal defects, and the characteristics of the light-emitting element are likely to deteriorate.

【0010】また、半導体レーザにテーパ状の導波路層
を集積化する場合に重要なことは、モード変換領域にあ
る導波路が発振光に対して吸収媒質にならないようにす
ることである。
When integrating a tapered waveguide layer into a semiconductor laser, it is important to prevent the waveguide in the mode conversion region from becoming an absorption medium for oscillating light.

【0011】上記文献〔1〕に記載された構造では、利
得領域110 の活性層104 とモード変換領域111 のテーパ
状導波路層103 が異なる層であってほぼ同一組成で構成
されているため、レーザ光の一部が、テーパ状導波路層
103 の利得領域110 に近い部分で吸収され易い。
In the structure described in the above document [1], the active layer 104 in the gain region 110 and the tapered waveguide layer 103 in the mode conversion region 111 are different layers and have substantially the same composition. Part of the laser light is applied to the tapered waveguide layer
It is easy to be absorbed in the portion 103 near the gain region 110.

【0012】従って、モード変換器が一体化されないレ
ーザ素子と比較して光出力、スロープ効率(電流−光強
度特性線の立ち上がり微分値)の低下は免れない。特
に、文献〔1〕に記載のFP−LDでは、テーパ状導波
路層103 が共振器内にあるために半導体レーザの基本特
性にまで影響し、パルス測定における発振閾値電流が両
端劈開の素子で70mAまで上昇している。
Therefore, compared with a laser device in which the mode converter is not integrated, the light output and the slope efficiency (the rising differential value of the current-light intensity characteristic line) are inevitably reduced. In particular, in the FP-LD described in the document [1], the tapered waveguide layer 103 in the resonator affects the basic characteristics of the semiconductor laser. It has risen to 70 mA.

【0013】しかも、両端劈開の素子で室温連続(C
W)発振したという報告はなされていない。
In addition, a device at both ends is cleaved at room temperature continuously (C
W) There is no report that oscillation has occurred.

【0014】また、半導体レーザとテーパ導波路を集積
化した装置が〔2〕特開昭63-233584 号公報、〔3〕特
開昭64-53487号公報に記載されている。これらの構造に
おいても、レーザ活性層とテーパ導波路が同一組成で構
成されており、テーパ領域の吸収損失が大きく、この吸
収損失を打ち消すためには、テーパ導波路全体にも大き
な電流を注入する必要がある。
Further, a device in which a semiconductor laser and a tapered waveguide are integrated is described in [2] JP-A-63-233584 and [3] JP-A-64-53487. Also in these structures, the laser active layer and the tapered waveguide have the same composition, and the tapered region has a large absorption loss. To cancel this absorption loss, a large current is injected into the entire tapered waveguide. There is a need.

【0015】しかし、公報〔2〕の電流−光強度特性で
はその図から明らかなように発振閾値42mA、微分量子
効率が0.15mW/mAしか得られていない。また、その
導波路層のテーパ形状はエッチング方法を工夫すること
によって得られるために、テーパ形状を常に均一に形成
することが難しくなってビームスポット形状の制御性が
良くない上に歩留りが低下する恐れがある。しかも、共
振器を構成する導波路層に結晶欠陥が入り易く、発光素
子の特性劣化が生じやすい。さらに、その導波路層は単
一材料からなり、文献〔1〕のようなテーパ形状のMQ
W層を有するものではない。
However, in the current-light intensity characteristics of the publication [2], as is apparent from the figure, an oscillation threshold of 42 mA and a differential quantum efficiency of only 0.15 mW / mA are obtained. Further, since the tapered shape of the waveguide layer can be obtained by devising an etching method, it is difficult to always form the tapered shape uniformly, so that the controllability of the beam spot shape is not good and the yield is reduced. There is fear. In addition, a crystal defect easily enters the waveguide layer constituting the resonator, and the characteristic of the light emitting element is likely to deteriorate. Further, the waveguide layer is made of a single material and has a tapered MQ shape as described in Reference [1].
It does not have a W layer.

【0016】なお、公報[3]では横方向のテーパ形状
を有する光半導体装置であって、テーパ導波路の先端部
ではサブミクロンオーダーの加工が必要となるため、そ
の構造に起因して同じテーパ形状を再現性よく作製する
ことが難しい。
In the publication [3], an optical semiconductor device having a tapered shape in the lateral direction is required. Sub-micron-order processing is required at the tip of the tapered waveguide. It is difficult to produce a shape with good reproducibility.

【0017】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであって、導波路での光吸収を小さくし、低閾値で
安定なレーザ発振ができるモード変換器を有する光半導
体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and has been made in view of the above circumstances. An optical semiconductor device having a mode converter capable of reducing a light absorption in a waveguide and performing stable laser oscillation at a low threshold value, and manufacturing the same. The aim is to provide a method.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】上記した課題は、図1、
図10、図11に例示するように、不純物を含む半導体
基板1と、前記半導体基板1の上において利得領域Aか
らモード変換領域Bにかけて形成され、且つ、前記モー
ド変換領域Bでは前記利得領域Aから離れるにつれて膜
厚が薄く形成されることにより量子効果によってエネル
ギーバンドギャップが前記利得領域から離れるにつれて
広がり、さらに、前記モード変換領域Bと前記利得領域
Aの境界での膜厚は前記モード変換領域Bの光出射端の
膜厚に対して2倍以上となるストライプ状の量子井戸構
造層6と、前記量子井戸構造層6の上に形成された上側
のクラッド層8とを有することを特徴とする光半導体装
置により解決される。
Means for Solving the Problems The above-mentioned problems are shown in FIG.
As illustrated in FIGS. 10 and 11, a semiconductor substrate 1 containing impurities is formed on the semiconductor substrate 1 from the gain region A to the mode conversion region B, and the gain region A is formed in the mode conversion region B. The energy band gap increases as the distance from the gain region increases due to the quantum effect due to the film thickness being reduced as the distance from the mode conversion region increases. A quantum well structure layer 6 having a stripe shape that is at least twice as thick as the film thickness of the light emitting end of B, and an upper cladding layer 8 formed on the quantum well structure layer 6 are provided. It is solved by the optical semiconductor device which does.

【0019】上記した光半導体装置において、前記量子
井戸構造層6は、複数の井戸層6aと該井戸層6aを挟
む複数の障壁層6bとを有する多重量子井戸構造6、又
は、井戸層6aと該井戸層6aを挟む障壁層6bとを有
する単一量子井戸構造から構成されるようにしてもよ
い。
In the above-described optical semiconductor device, the quantum well structure layer 6 has a multiple quantum well structure 6 having a plurality of well layers 6a and a plurality of barrier layers 6b sandwiching the well layers 6a. It may be constituted by a single quantum well structure having a barrier layer 6b sandwiching the well layer 6a.

【0020】上記した光半導体装置において、前記量子
井戸構造層6と前記半導体基板1の間には下側のクラッ
ド層2が形成されるようにしてもよい。
In the optical semiconductor device described above, a lower cladding layer 2 may be formed between the quantum well structure layer 6 and the semiconductor substrate 1.

【0021】上記した光半導体装置において、前記量子
井戸構造層6の上又は下にはSCH層3,7が形成され
るようにしてもよい。この場合、前記SCH層3,7は
前記光出射端方向に向けて膜厚が徐々に薄くなる構造で
あってもよい。
In the above optical semiconductor device, SCH layers 3 and 7 may be formed above or below the quantum well structure layer 6. In this case, the SCH layers 3 and 7 may have a structure in which the film thickness gradually decreases toward the light emitting end.

【0022】上記した光半導体装置において、前記半導
体基板1の下に形成された第1の電極18と、前記上側
のクラッド層8のうち前記利得領域A上に形成された第
2の電極17とをさらに有するようにしてもよい。
In the optical semiconductor device described above, the first electrode 18 formed below the semiconductor substrate 1 and the second electrode 17 formed on the gain region A in the upper cladding layer 8 May be further provided.

【0023】上記した課題は、図1、図6(a) に例示す
るように、不純物を含む半導体基板1と、前記半導体基
板1の上において利得領域Aからモード変換領域Bにか
けて形成され、且つ、前記モード変換領域Bでは前記利
得領域Aから離れるにつれて膜厚が薄く形成されること
により量子効果によってエネルギーバンドギャップが前
記利得領域から離れるにつれて広がったストライプ状の
量子井戸構造層6と、前記量子井戸構造層6の上に形成
された上側のクラッド層8と、前記半導体基板1の下面
に形成された第1の電極18と、前記利得領域Aから前
記モード変換領域Bの一部にかけた範囲で、前記上側の
クラッド層8の上に形成された第2の電極17とを有す
ることを特徴とする光半導体装置によって解決される。
As shown in FIGS. 1 and 6 (a), the above-mentioned problem is solved by forming a semiconductor substrate 1 containing an impurity, and forming the semiconductor substrate 1 from the gain region A to the mode conversion region B on the semiconductor substrate 1, and In the mode conversion region B, a stripe-shaped quantum well structure layer 6 whose energy band gap is widened away from the gain region due to a quantum effect because the film thickness is reduced as the distance from the gain region A is increased; An upper cladding layer 8 formed on the well structure layer 6, a first electrode 18 formed on the lower surface of the semiconductor substrate 1, and a range from the gain region A to a part of the mode conversion region B. The optical semiconductor device has a second electrode 17 formed on the upper clad layer 8.

【0024】上記した光半導体装置において、前記第2
の電極17は、前記モード変換領域Bと前記利得領域A
の境界近傍で分離されているようにしてもよい。
In the above-mentioned optical semiconductor device, the second
Of the mode conversion region B and the gain region A
May be separated in the vicinity of the boundary.

【0025】上記した課題は、不純物を含む半導体基板
1と、前記半導体基板1の上において利得領域Aからモ
ード変換領域Bにかけて形成され、且つ、前記モード変
換領域Bでは前記利得領域Aから離れるにつれて膜厚が
薄く形成されることにより量子効果によってエネルギー
バンドギャップが前記利得領域から離れるにつれて広が
ったストライプ状の量子井戸構造層6と、前記量子井戸
構造層6の上に形成された上側のクラッド層8と、前記
半導体基板1の下面に形成された第1の電極18と、前
記利得領域Aの前記上側クラッド層8の上に形成された
第2の電極17と、前記第2の電極17と前記上側のク
ラッド層8の間に形成され、且つ前記第2の電極17よ
りも前記モード変換領域B側に延在して形成されたコン
タクト層14とを有することを特徴とする光半導体装置
によって解決される。
The above-mentioned problem is caused by the problem that the semiconductor substrate 1 containing impurities is formed on the semiconductor substrate 1 from the gain region A to the mode conversion region B, and in the mode conversion region B, as the distance from the gain region A increases. A stripe-shaped quantum well structure layer 6 whose energy band gap widens away from the gain region due to a quantum effect due to the thin film thickness, and an upper cladding layer formed on the quantum well structure layer 6 8, a first electrode 18 formed on the lower surface of the semiconductor substrate 1, a second electrode 17 formed on the upper cladding layer 8 in the gain region A, and a second electrode 17 A contact layer 14 formed between the upper cladding layer 8 and extending to the mode conversion region B side with respect to the second electrode 17; It is solved by an optical semiconductor device according to claim to.

【0026】その光半導体装置において、前記コンタク
ト層14は、前記利得領域Aから前記モード変換領域B
の途中まで延びる構造であってもよい。光半導体装置に
おいて、前記モード変換領域Bにおける前記量子井戸構
造層6の膜厚は、光入射端が光出射端に比べて2倍以上
であることが好ましい。
In the optical semiconductor device, the contact layer 14 extends from the gain region A to the mode conversion region B
May be extended halfway. In the optical semiconductor device, it is preferable that the thickness of the quantum well structure layer 6 in the mode conversion region B is twice or more at the light incident end as compared with the light emitting end.

【0027】上記したそれぞれの光半導体装置におい
て、前記量子井戸構造層6の両端部の幅の比が0.8〜
1.2であることが好ましい。
In each of the above-described optical semiconductor devices, the ratio of the width of both ends of the quantum well structure layer 6 is 0.8 to 0.8.
It is preferably 1.2.

【0028】上記したそれぞれの光半導体装置におい
て、前記量子井戸構造層6内の井戸層6aは、InGaAsP
又はGaAsを含む化合物半導体層から形成され、前記上側
のクラッド層8はInP から形成されるようにしてもよ
い。また、前記量子井戸構造層6内の井戸層6aは、Ga
Asから形成され、前記上側のクラッド層8はAlGaAsから
形成されるようにしてもよい。さらに、前記量子井戸構
造層6内の井戸層6はGaInP から形成され、前記上側の
クラッド層8はAlGaInP から形成されるようにしてもよ
い。
In each of the above optical semiconductor devices, the well layer 6a in the quantum well structure layer 6 is made of InGaAsP.
Alternatively, the upper cladding layer 8 may be formed of a compound semiconductor layer containing GaAs, and the upper cladding layer 8 may be formed of InP. The well layer 6a in the quantum well structure layer 6 is made of Ga
The upper cladding layer 8 may be made of AlGaAs. Further, the well layer 6 in the quantum well structure layer 6 may be formed of GaInP, and the upper cladding layer 8 may be formed of AlGaInP.

【0029】上記したそれぞれの光半導体装置におい
て、前記利得領域Aでは前記量子井戸構造層6に沿って
分布帰還型ミラーを構成する回折格子が形成されている
構造を採用してもよい。また、前記利得領域Aの前方又
は後方には導波方向に沿って分布反射型ミラーを構成す
る回折格子が形成される構造を採用してもよい。
In each of the above optical semiconductor devices, a structure in which a diffraction grating constituting a distributed feedback mirror is formed along the quantum well structure layer 6 in the gain region A may be employed. Further, a structure in which a diffraction grating forming a distributed reflection type mirror is formed in front of or behind the gain region A along the waveguide direction may be employed.

【0030】上記した課題は、図2〜図4に例示するよ
うに、不純物を含む半導体基板1上に、ストライプ状の
第1の開口部5aと、該第1の開口部5aに接続し且つ
該第1の開口部5aよりも幅の広い第2の開口部5bを
有するマスク4を形成する工程と、前記第1及び第2の
開口部5a,5bに半導体層を成長することにより、前
記第1の開口部5aの最大膜厚が前記第2の開口部5b
の最小膜厚の2倍以上となる量子井戸構造層6を形成す
る工程と、前記量子井戸構造層6の上に上側のクラッド
層8を形成する工程とを有することを特徴とする光半導
体装置の製造方法によって解決される。
As shown in FIGS. 2 to 4, the above-described problem is caused by forming a first opening 5 a in the form of a stripe on the semiconductor substrate 1 containing impurities and connecting the first opening 5 a to the first opening 5 a. Forming a mask 4 having a second opening 5b wider than the first opening 5a, and growing a semiconductor layer in the first and second openings 5a and 5b, The maximum thickness of the first opening 5a is equal to the second opening 5b.
An optical semiconductor device comprising: a step of forming a quantum well structure layer 6 having a thickness at least twice the minimum film thickness of the above; and a step of forming an upper cladding layer 8 on the quantum well structure layer 6. Is solved.

【0031】その光半導体装置の製造方法において、前
記量子井戸構造層6は、複数の井戸層6aと該井戸層6
aを挟む複数の障壁層6bとを有する多重量子井戸構
造、又は、井戸層6aと該井戸層6bを挟む障壁層とを
有する単一量子井戸構造のいずれかであってもよい。
In the method for manufacturing an optical semiconductor device, the quantum well structure layer 6 includes a plurality of well layers 6a and
This may be either a multiple quantum well structure having a plurality of barrier layers 6b sandwiching a, or a single quantum well structure having a well layer 6a and a barrier layer sandwiching the well layer 6b.

【0032】なお、上記した図番、符号は、発明の理解
を容易にするために引用されたものであって、本願発明
がそれらに限定されるものではない。
It should be noted that the above-mentioned figure numbers and reference numerals are cited for facilitating the understanding of the present invention, and the present invention is not limited thereto.

【0033】[0033]

【作 用】本発明では、利得領域の活性層とモード変換
用の導波路を1つのストライプ状の量子井戸構造層から
構成し、かつ、導波路の量子井戸構造層をその層数を変
化させずに利得領域から遠ざかるにつれて薄くして膜厚
方向の光ビームの径を変換している。
According to the present invention, the active layer in the gain region and the waveguide for mode conversion are composed of one stripe-shaped quantum well structure layer, and the number of the quantum well structure layers of the waveguide is changed. Instead, the light beam is made thinner as it goes away from the gain region, and the diameter of the light beam in the film thickness direction is converted.

【0034】モード変換領域での量子井戸構造層の厚さ
は、モード変換領域Bでの入射端の膜厚は出射端の膜厚
に比べて2倍以上となっている。これによれば、量子井
戸構造層から放出されたビームスポット形状が円形又は
円形に極めて近い形状になり、しかも、そのビーム放射
角が20度から10度の範囲内に存在するために、光フ
ァイバなどとの結合効率が大幅に改善される。
As for the thickness of the quantum well structure layer in the mode conversion region, the film thickness at the incident end in the mode conversion region B is more than twice as large as the film thickness at the emission end. According to this, the beam spot emitted from the quantum well structure layer has a circular shape or a shape very close to a circular shape, and the beam emission angle is in the range of 20 to 10 degrees. The coupling efficiency with the above is greatly improved.

【0035】この構造では、活性層を構成する量子井戸
層の厚さよりもモード変換用導波路を構成する量子井戸
層が薄くなり、量子井戸の基底準位はモード変換用導波
路の方が活性層よりも高くなるため、出射端部でのモー
ド変換用導波路での光吸収波長端は活性層での発振波長
よりも短波長となる。
In this structure, the quantum well layer forming the mode conversion waveguide is thinner than the thickness of the quantum well layer forming the active layer, and the ground level of the quantum well is more active in the mode conversion waveguide. Since the height is higher than that of the layer, the light absorption wavelength end of the mode conversion waveguide at the emission end is shorter than the oscillation wavelength of the active layer.

【0036】これにより、出射端部で量子井戸構造層を
導波する光はモード変換領域では吸収されなくなる。
Thus, light guided through the quantum well structure layer at the emission end is not absorbed in the mode conversion region.

【0037】量子井戸構造層の膜厚は、結晶成長の際に
使用するマスクの開口部の面積を変えることにより成長
速度が変化する性質を利用して制御される。しかし、利
得領域の近傍ではモード変換用導波路の膜厚減少が充分
でなく大きな損失を与えてしまう。
The thickness of the quantum well structure layer is controlled by using the property that the growth rate changes by changing the area of the opening of the mask used for crystal growth. However, in the vicinity of the gain region, the thickness of the mode conversion waveguide is not sufficiently reduced, resulting in a large loss.

【0038】本発明によれば、モード変換用導波路の利
得領域に近い部分に電極を存在させたり、コンタクト層
を延在させることによって、局部的に電流を流すように
しているので、その部分が確実に透明になって光吸収が
なくなる。モード変換用導波路の利得領域に近い部分に
形成する電極は、利得領域の電極を延在させてもよい
し、利得領域の電極と分離させてもよいが、分離させる
ことによって光吸収量を制御することが容易となる。
According to the present invention, the current is caused to flow locally by providing an electrode in a portion close to the gain region of the mode conversion waveguide or extending the contact layer. Are transparent and light absorption is eliminated. An electrode formed in a portion near the gain region of the mode conversion waveguide may extend the electrode in the gain region or may be separated from the electrode in the gain region. It becomes easy to control.

【0039】また、他の本発明によれば、ストライプ状
の量子井戸構造層の両端幅の最小値の比を0.8〜1.
2とすることにより円形ビームスポットを得ることがで
き、光学結合が容易になる。
According to another aspect of the present invention, the ratio of the minimum value of both end widths of the striped quantum well structure layer is set to 0.8 to 1.
By setting to 2, a circular beam spot can be obtained, and optical coupling becomes easy.

【0040】量子井戸構造層の井戸層やクラッド層は特
に材料を限定するものではない。例えば、井戸層をInGa
AsP 、クラッド層をInP から形成してもよいし、井戸層
をGaAs、クラッド層をAlGaAsから形成してもよいし、井
戸層はGaInP 、クラッド層をAlGaInP から形成してもよ
い。、また、そのような光半導体装置に形成されるレー
ザは、ファブリペロー型であってもよいし、回折格子を
有する分布帰還型又は分布反射型であってもよい。
The materials of the well layers and the cladding layers of the quantum well structure layer are not particularly limited. For example, if the well layer is InGa
The AsP cladding layer may be formed from InP, the well layer may be formed from GaAs, the cladding layer may be formed from AlGaAs, the well layer may be formed from GaInP, and the cladding layer may be formed from AlGaInP. The laser formed in such an optical semiconductor device may be of a Fabry-Perot type, a distributed feedback type having a diffraction grating or a distributed reflection type.

【0041】[0041]

【実施例】(第1実施例)図1は、本発明の第1実施例
のファブリペロー型半導体レーザを示す斜視断面図であ
る。
FIG. 1 is a perspective sectional view showing a Fabry-Perot semiconductor laser according to a first embodiment of the present invention.

【0042】この半導体レーザは、利得ピークが1.3
μm帯に現れるような構造となっており、その構造を製
造工程に沿って説明する。
This semiconductor laser has a gain peak of 1.3.
The structure appears in the μm band, and the structure will be described along with the manufacturing process.

【0043】まず、図2(a) に示すように、n型(n-)
InP 基板1の上に、少なくとも利得領域A及びモード変
換領域Bが開口された第一のマスク4を形成する。
First, as shown in FIG. 2A, an n-type (n-)
A first mask 4 having at least a gain region A and a mode conversion region B is formed on an InP substrate 1.

【0044】そのマスク4は、シリコン窒化膜などの絶
縁膜をフォトリソグラフィーによりパターニングしたも
ので、そのマスク4の開口部5の形状は、利得領域Aで
は光の進行方向に延びる長さ400μmの矩形部5a
と、この矩形部5aの端部から遠ざかるにつれて一定の
角度で連続的に幅が広くなる長さ350μmの扇形部5
bと、扇形部5bの端部から更に大きく広がった拡張部
5cとを有している。
The mask 4 is obtained by patterning an insulating film such as a silicon nitride film by photolithography. The opening 5 of the mask 4 has a rectangular shape of 400 μm in length extending in the light traveling direction in the gain region A. Part 5a
And a 350 μm long sector 5 whose width is continuously increased at a constant angle as the distance from the end of the rectangular portion 5a increases
b and an extended portion 5c that is further widened from the end of the sector 5b.

【0045】次に、図2(b) とそのX−X線断面を示す
図3(a) に示すように、第一のマスク4から露出したn
型InP 基板1の上に、n-InP クラッド層2、Inx Ga1-x
AsyP1-y(0<x<1、0<y<1)よりなる第一のS
CH層3、MQW層6、InxGa1-x Asy P1-yよりなる第
二のSCH層7、p−InP クラッド層8を連続的にエピ
タキシャル成長する。それぞれの層の膜厚については、
n-InP クラッド層2を100nm、第一及び第二のSCH
層3,7を100nm、p−InP クラッド層8を200nm
とする。
Next, as shown in FIG. 2 (b) and FIG. 3 (a) showing a cross section taken along the line XX of FIG.
An n-InP cladding layer 2 and an In x Ga 1-x
The first S consisting of As y P 1-y (0 <x <1, 0 <y <1)
CH layer 3, MQW layer 6, In x Ga 1-x As y P 1-y consisting of the second SCH layer 7, a p-InP cladding layer 8 continuously epitaxially grown. For the thickness of each layer,
The n-InP cladding layer 2 is 100 nm, the first and second SCH
Layers 3 and 7 are 100 nm, and p-InP cladding layer 8 is 200 nm.
And

【0046】それらの層の結晶は、成長核のないマスク
4の上には成長せず、マスク4の開口部5内にあるn型
InP 基板1の上に選択的に成長する。しかも、それらの
層は、マスク4の開口部5のストライプ状の利得領域A
では最も膜厚が厚く、そこから広がっているモード変換
領域Bでは利得領域Aから離れるにつれて膜厚が薄くな
る。このような膜の成長方法を、選択成長法という。
The crystals of these layers do not grow on the mask 4 without the growth nuclei, and the n-type
Grow selectively on InP substrate 1. In addition, these layers are formed in a striped gain region A in the opening 5 of the mask 4.
In the mode conversion region B extending therefrom, the film thickness becomes thinner as the distance from the gain region A increases. Such a film growth method is called a selective growth method.

【0047】モード変換領域Bの先端におけるMQW層
6の井戸層6aの厚さは利得領域Aでの膜厚に対して1
/3となっている。このMQW層6は、利得領域Aでは
活性層として機能し、モード変換領域Bでは導波路とな
っている。なお、MQW層6がモード変換領域Bでテー
パ状に形成されているので、その領域を以下にテーパ領
域ともいう。
The thickness of the well layer 6a of the MQW layer 6 at the tip of the mode conversion region B is 1 to the thickness in the gain region A.
/ 3. The MQW layer 6 functions as an active layer in the gain region A, and functions as a waveguide in the mode conversion region B. Since the MQW layer 6 is formed in a tapered shape in the mode conversion region B, that region is hereinafter also referred to as a tapered region.

【0048】そのMQW層6は、3つのInx'Ga1-x'Asy'
P1-y' (0<x’<1、0<y’<1)よりなる井戸層
6aとその間に挟まれるInx'' Ga1-x'' Asy'' P
1-y''(0<x''<1、0<y''<1)よりなる障壁層
6bから構成されたもので、利得領域Aでの井戸層6a
の厚さは7nm、障壁層6bの厚さは15nmとなってい
る。
The MQW layer 6 has three In x ' Ga 1 -x' As y '
Well layer 6a composed of P 1-y ′ (0 <x ′ <1, 0 <y ′ <1) and In x ″ Ga 1-x ″ As y ″ P sandwiched therebetween
1-y '' (0 <x ''<1, 0 <y ''<1), which is composed of a barrier layer 6b, and a well layer 6a in the gain region A.
Is 7 nm, and the thickness of the barrier layer 6b is 15 nm.

【0049】上記した第一のマスク4を除去した後に、
図2(b) のY−Y線断面を示す図4(a) のように、第二
のマスク9を光進行方向に沿ってp-InP クラッド層8の
上に形成する。そのマスク9は、窒化シリコン膜をパタ
ーニングして幅1.5μmの長方形のストライプ状に形
成したものである。このとき、利得領域Aとモード変換
領域Bでのストライプ幅の最小値の比を0.8〜1.2
として、ビームスポットを円形又は略円形にする。
After removing the first mask 4 described above,
A second mask 9 is formed on the p-InP cladding layer 8 along the light traveling direction as shown in FIG. 4 (a) showing a cross section taken along line YY in FIG. 2 (b). The mask 9 is formed by patterning a silicon nitride film into a rectangular stripe shape having a width of 1.5 μm. At this time, the ratio of the minimum value of the stripe width in the gain region A and the mode conversion region B is set to 0.8 to 1.2.
To make the beam spot circular or substantially circular.

【0050】この後に、図4(b) に示すように、第二の
マスク9を使用してp-InP クラッド層8からn-InP クラ
ッド層2の上部までを略垂直方向にエッチングして整形
した後に、第二のマスク9を除去せずに、図4(c) に示
すように、第二のマスク9の両側にあるn-InP クラッド
層2の上に第一のp-InP 埋込層10とn-InP 埋込層11
を順に形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 4B, the portion from the p-InP cladding layer 8 to the upper portion of the n-InP cladding layer 2 is etched in a substantially vertical direction using the second mask 9 and shaped. After that, without removing the second mask 9, the first p-InP is buried on the n-InP cladding layer 2 on both sides of the second mask 9 as shown in FIG. Layer 10 and n-InP buried layer 11
Are formed in order.

【0051】次に、第二のマスク9を除去してから、p-
InP クラッド層8とn-InP 埋込層11の上にp-InP を積
層することにより、第二のクラッド層8の厚さを増すと
ともに、n-InP 埋込層11の上に第二のp-InP 埋込層1
2を形成してMQW層6の両側に図1のようなサイリス
タ構造の電流ブロック層13を形成する。さらに、図3
(b) に示すように、p-InP の上にp+ 型InGaAsP を積層
してこれをコンタクト層14として使用する。このコン
タクト層14は、結晶成長防止用のマスクを使用するか
或いは半導体層をパターニングするかのいずれかによっ
てテーパ領域Bには存在させないようにする。
Next, after removing the second mask 9, p-
By stacking p-InP on the InP clad layer 8 and the n-InP buried layer 11, the thickness of the second clad layer 8 is increased, and the second p-InP buried layer 1
Then, a current block layer 13 having a thyristor structure as shown in FIG. 1 is formed on both sides of the MQW layer 6. Further, FIG.
As shown in (b), p + -type InGaAsP is laminated on p-InP and used as the contact layer 14. The contact layer 14 is prevented from being present in the tapered region B by either using a mask for preventing crystal growth or patterning the semiconductor layer.

【0052】この後に、コンタクト層14、第二のクラ
ッド層8及び第二のp-InP 埋込層8の上に絶縁膜15を
形成し、これをフォトリソグラフィーによりパターニン
グして利得領域AのMQW層6の上方にだけ開口部16
を形成する。
Thereafter, an insulating film 15 is formed on the contact layer 14, the second cladding layer 8, and the second p-InP buried layer 8, and is patterned by photolithography to form the MQW of the gain region A. Opening 16 only above layer 6
To form

【0053】このように化合物半導体及び絶縁体の積層
を終えた後に、図3(c) に示すように、コンタクト層1
4の上にp電極17を形成し、n-InP 基板1の下面にn
電極18を形成する。さらに、InP 基板1とその上の各
半導体層のうち利得領域Aとモード変換領域Bの互いに
接続しない方の端面を劈開する。なお、利得領域Aの劈
開面に反射膜を形成してもよい。
After completion of the lamination of the compound semiconductor and the insulator in this manner, as shown in FIG.
4 is formed on the lower surface of the n-InP substrate 1.
An electrode 18 is formed. Further, of the InP substrate 1 and the respective semiconductor layers thereon, the end surfaces of the gain region A and the mode conversion region B which are not connected to each other are cleaved. Note that a reflection film may be formed on the cleavage plane of the gain region A.

【0054】以上のような工程により形成されたファブ
リペロー型の半導体レーザを一部切り欠いた斜視図を示
すと図1に示すようになる。この半導体レーザのMQW
層のモード変換領域Bでのテーパ形状は、エッチング方
法を変更することによらず、膜成長の際のマスクの形状
を工夫することによって得られるために、テーパ状のM
QW層には結晶欠陥は生じにくくなる。このため、テー
パ形状の結晶欠陥による特性劣化はなくなる。しかも、
テーパ形状は、小さい誤差で歩留り良く形成され、形状
の均一なビームスポットが得られる。
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of the Fabry-Perot type semiconductor laser formed by the above steps. MQW of this semiconductor laser
The tapered shape of the layer in the mode conversion region B can be obtained by devising the shape of the mask during film growth without changing the etching method.
Crystal defects are less likely to occur in the QW layer. Therefore, there is no deterioration in characteristics due to the tapered crystal defect. Moreover,
The tapered shape is formed with a small error with a high yield, and a beam spot with a uniform shape can be obtained.

【0055】この半導体レーザのMQW6において、利
得領域Aで発振した光は、利得領域Aの端面とモード変
換領域Bの端面との反射により共振してモード変換領域
B側の端面から出力することになる。この場合、量子井
戸の基底準位のポテンシャルは量子サイズ効果によって
井戸層6aが薄くなるほど大きくなり、その井戸の伝導
帯と価電子帯間のバンドギャップも広がる。図5(a) に
示す利得領域AでのバンドギャップEg1は同図(b) に示
すモード変換領域BのバンドギャップEg2よりも小さい
ので、モード変換領域BでのMQW層6は利得領域Aで
発振した光を透過することになる。
In the MQW 6 of this semiconductor laser, the light oscillated in the gain region A resonates by reflection between the end surface of the gain region A and the end surface of the mode conversion region B, and is output from the end surface on the side of the mode conversion region B. Become. In this case, the ground level potential of the quantum well increases as the well layer 6a becomes thinner due to the quantum size effect, and the band gap between the conduction band and the valence band of the well also increases. Since the band gap Eg 1 in the gain region A shown in FIG. 5A is smaller than the band gap Eg 2 in the mode conversion region B shown in FIG. 5B, the MQW layer 6 in the mode conversion region B The light oscillated at A is transmitted.

【0056】しかし、モード変換領域(テーパ領域)B
でのMQW層6の膜厚の変化が緩やかなためテーパ状の
MQW層6のうち利得領域Aに近い部分が可飽和吸収層
となる。可飽和吸収層が存在すれば、その中でキャリア
が飽和状態になるまで光を吸収することになるので、閾
値が高くなり電流−光出力特性(I−L特性)曲線にキ
ンクが生じ、十分な光強度が得られなくなる。
However, the mode conversion region (taper region) B
Since the change in the film thickness of the MQW layer 6 is gentle, the portion of the tapered MQW layer 6 close to the gain region A becomes a saturable absorption layer. If a saturable absorption layer is present, light is absorbed until the carriers are saturated in the saturable absorption layer. Therefore, the threshold value becomes high, and the current-light output characteristic (IL characteristic) curve is kinked, and Light intensity cannot be obtained.

【0057】そこで、図6(a) に示すように、半導体レ
ーザの利得領域Aに形成されるコンタクト層14及びp
電極17をテーパ領域Bの近傍の可飽和吸収領域Cまで
延ばし、その可飽和吸収領域CのMQW層6にも電流を
注入する構成とすることが好ましい。
Therefore, as shown in FIG. 6A, the contact layer 14 formed in the gain region A of the semiconductor laser and the
It is preferable that the electrode 17 extends to the saturable absorption region C near the tapered region B, and the current is injected also into the MQW layer 6 in the saturable absorption region C.

【0058】これによれば、電極17を通して可飽和吸
収領域CのMQW層6にも電流が供給され、その領域で
の光の吸収がキャリアの注入により相殺されてMQW層
6は可飽和吸収層とならずに透明になって光を透過す
る。これにより、閾値上昇特性曲線にキンクが発生しな
くなり、図7に示すような特性が得られる。
According to this, the current is also supplied to the MQW layer 6 in the saturable absorption region C through the electrode 17, and the absorption of light in that region is canceled by the injection of carriers, and the MQW layer 6 becomes a saturable absorption layer. It becomes transparent and transmits light. As a result, kink does not occur in the threshold rise characteristic curve, and the characteristic shown in FIG. 7 is obtained.

【0059】図7のI−L特性曲線では、両劈開の素子
で発振閾値電流19mAという、文献〔1〕、〔2〕に示
す構造よりも低い値が得られ、微分量子効率も0.25
mW/mAと良好であった。また、モード変換領域Bでは、
光吸収波長帯端が発振波長よりも短波長側に存在し、可
飽和吸収領域が殆ど発生しないので、I−L曲線にヒス
テリシスやキンクも見られず、MQW層6における利得
領域Aとテーパ領域Bの接合部での光の反射や放射も十
分低く抑えられていることが確認できた。
In the IL characteristic curve shown in FIG. 7, the oscillation threshold current of 19 mA is obtained for both cleaved devices, which is lower than the structure shown in the literatures [1] and [2], and the differential quantum efficiency is 0.25.
It was as good as mW / mA. In the mode conversion area B,
Since the end of the light absorption wavelength band is on the shorter wavelength side than the oscillation wavelength and almost no saturable absorption region is generated, no hysteresis or kink is observed in the IL curve, and the gain region A and the tapered region in the MQW layer 6 are not observed. It was confirmed that the reflection and emission of light at the junction of B were also sufficiently suppressed.

【0060】また、遠視野像を観察した結果、出射ビー
ムの半値全幅(FWHM)は、図8(a),(b) に示すよう
に膜厚(垂直)方向で11.8Å、膜の面(水平)方向
で8.0°であり、従来よりも狭いビーム出射角が得ら
れた。
As a result of observing the far-field image, the full width at half maximum (FWHM) of the emitted beam was 11.8 ° in the film thickness (vertical) direction as shown in FIGS. It was 8.0 ° in the (horizontal) direction, and a narrower beam emission angle than the conventional one was obtained.

【0061】また、近視野像におけるビームスポット径
の垂直方向、水平方向とテーパ領域Bの長さ(テーパ
長)との関係を調べたところ、図9に示すような関係が
得られた。この場合、テーパ領域BでのMQW層6の井
戸層6aの厚さは利得領域Aでの井戸層6aの厚さの1
/5とした。
When the relationship between the vertical and horizontal directions of the beam spot diameter in the near-field image and the length (taper length) of the tapered region B was examined, the relationship shown in FIG. 9 was obtained. In this case, the thickness of the well layer 6a of the MQW layer 6 in the tapered region B is one of the thickness of the well layer 6a in the gain region A.
/ 5.

【0062】図9において、膜厚が急激に変化する長
さ、即ちテーパ長が50μm以下では光のモードが膜厚
の変化に追随できずにモード変換器としての十分な機能
が得られない。これに対して、テーパ長が50μm以上
ではスポット径の変化が緩やかであってモード変換器と
して十分な膜厚の変化となる。また、特に図示していな
いが、テーパ長が500μm以上になると、スポット径
に変化は見られず、それ以上の長さは特に必要がなくな
る。
In FIG. 9, if the length at which the film thickness changes abruptly, that is, the taper length is 50 μm or less, the light mode cannot follow the change in the film thickness, and a sufficient function as a mode converter cannot be obtained. On the other hand, when the taper length is 50 μm or more, the change in spot diameter is gradual, and the change in film thickness is sufficient for a mode converter. Although not particularly shown, when the taper length is 500 μm or more, there is no change in the spot diameter, and a longer length is not particularly necessary.

【0063】従って、テーパ長は50μm以上、好まし
くは50〜500μmが最適といえる。
Therefore, it can be said that the optimum taper length is 50 μm or more, preferably 50 to 500 μm.

【0064】次に、モード変換領域BにおけるMQW層
6の膜厚変化の最適な大きさについて説明する。
Next, the optimum change in the thickness of the MQW layer 6 in the mode conversion region B will be described.

【0065】図10は、テーパ導波路となるMQW層6
のモード変換領域Bの入射端と出射端の膜厚比(入射端
膜厚/出射端膜厚)を1から5まで変化させた場合に、
出射端からのビーム放射角がどのように変わるかを計算
した結果である。
FIG. 10 shows an MQW layer 6 serving as a tapered waveguide.
When the film thickness ratio (incident end film thickness / outgoing end film thickness) between the incident end and the outgoing end of the mode conversion region B is changed from 1 to 5,
It is the result of calculating how the beam radiation angle from the exit end changes.

【0066】計算には通常の3次元ビーム伝搬法を用
い、1.3μm帯のMQW導波路について計算した。図
11に示すように、その入射端におけるMQW層6の膜
厚を0.1μm、SCH層3,7を0.1μmとし、導
波路の長さlを200μmとし、膜厚の変化が一様な無
損失導波路を仮定した。そのテーパ導波路の横幅は、導
波路の全長さにわたって1μmと一定にした。
The calculation was performed using the ordinary three-dimensional beam propagation method, and the calculation was performed on the MQW waveguide in the 1.3 μm band. As shown in FIG. 11, the thickness of the MQW layer 6 at the incident end is 0.1 μm, the SCH layers 3 and 7 are 0.1 μm, the length l of the waveguide is 200 μm, and the change in the film thickness is uniform. A lossless waveguide is assumed. The width of the tapered waveguide was constant at 1 μm over the entire length of the waveguide.

【0067】図10において、四角のドットは基板面に
対して水平方向のビームの放射角を示し、菱形のドット
は基板面に対して垂直方向のビームの放射角を示してい
る。図10によれば、膜厚比を1にする場合には一般的
な半導体レーザと同様に30度に近い放射角しか得られ
ない。
In FIG. 10, square dots indicate the radiation angle of the beam in the horizontal direction with respect to the substrate surface, and rhombic dots indicate the radiation angle of the beam in the direction perpendicular to the substrate surface. According to FIG. 10, when the film thickness ratio is set to 1, only a radiation angle close to 30 degrees can be obtained similarly to a general semiconductor laser.

【0068】膜厚比が大きくなるにつれて放射角は狭ま
り、膜厚比が3で15度、4で12度となる。また、水
平方向と垂直方向の放射角の値が近くなるのはビーム形
状が円形に近づくことを示しており、円形に近いほど光
ファイバとの結合にとって好ましい結果となる。
The radiation angle becomes narrower as the film thickness ratio increases, and becomes 15 degrees when the film thickness ratio is 3 and 12 degrees when the film thickness ratio is 4. In addition, the fact that the values of the radiation angles in the horizontal direction and the vertical direction are close indicates that the beam shape approaches a circular shape, and the closer to the circular shape, the better the result for coupling with the optical fiber.

【0069】光ファイバとの結合を考えた場合、結合効
率の大きな改善が見られるのは、水平及び垂直方向共に
ビーム放射角が従来の半分以下、即ち15度以下となる
場合である。
Considering the coupling with the optical fiber, the coupling efficiency is greatly improved when the beam radiation angle in both the horizontal and vertical directions is less than half the conventional value, that is, 15 degrees or less.

【0070】これは膜厚比が3以上の場合に相当する。
従って、モード変換器(スポットサイズ変換器)に使用
する場合には、MQW層6の膜厚比は3以上が望ましい
ことが図10から明らかである。ただし、放射角が20
度、即ち、膜厚比が2の場合でも、従来のレーザよりビ
ームが円に近づき、レーザのモード形状が光ファイバの
モード形状に近くなることによる結合効率の改善の効果
は期待できる。
This corresponds to the case where the film thickness ratio is 3 or more.
Therefore, it is clear from FIG. 10 that the thickness ratio of the MQW layer 6 is desirably 3 or more when used in a mode converter (spot size converter). However, the radiation angle is 20
Even when the degree, that is, the film thickness ratio is 2, the effect of improving the coupling efficiency can be expected because the beam approaches a circle more than the conventional laser and the mode shape of the laser approaches the mode shape of the optical fiber.

【0071】ところで、MQW層の膜厚が変化している
光変調器集積化光源については、特開平1─31998
6号、特開平3─284891号公報に記載されてい
る。
Incidentally, an optical modulator integrated light source in which the film thickness of the MQW layer is changed is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-31998.
No. 6, JP-A-3-284891.

【0072】前者の公報には、基板のメサストライプ形
状の幅を変化させて利得領域と変調領域の境界でMQW
層の膜厚を変えることについて記載されている。また、
後者の公報には、マスクのストライプ幅を変化させて利
得領域と変調領域の境界でMQW層の膜厚を変えること
について記載されている。これらは、MQW層の変調領
域での膜厚を一定に形成するものであって、MQW層を
テーパ状に形成することについては何らの記載もないし
示唆もない。
In the former publication, the width of the mesa stripe shape of the substrate is changed to make the MQW at the boundary between the gain region and the modulation region.
It describes changing the layer thickness. Also,
The latter publication describes changing the thickness of the MQW layer at the boundary between the gain region and the modulation region by changing the stripe width of the mask. These are for forming the film thickness of the MQW layer in the modulation region to be constant, and there is no description or suggestion about forming the MQW layer in a tapered shape.

【0073】光変調器を集積化した光源においては、利
得領域のMQW層の組成に比べて光変調領域のMQW層
は短い波長の組成で構成される。例えば、利得領域の組
成が1.3μmの場合には、光変調領域では1.20μ
m〜1.22μmの組成とする。
In the light source in which the optical modulator is integrated, the MQW layer in the light modulation region has a shorter wavelength composition than the composition of the MQW layer in the gain region. For example, when the composition of the gain region is 1.3 μm, 1.20 μm in the light modulation region.
m to 1.22 μm.

【0074】なお、利得領域の組成を1.55μmとす
るときには、光変調領域では1.40μm〜1.45μ
m程度とする。
When the composition of the gain region is 1.55 μm, the light modulation region has a composition of 1.40 μm to 1.45 μm.
m.

【0075】これをMQW層の膜厚比に換算すると、そ
の膜厚比は1.5〜2の範囲内に存在する。これよりも
大きな膜厚比で構成する場合には、光変調領域での組成
波長が大き過ぎるために、光変調用の電圧を大きくしな
ければ十分な光吸収が得られなくなる。この結果、素子
の動作電圧を引き上げなければならない。実際に、それ
らの特許公開公報の光変調器集積化光源の利得領域での
MQW層の膜厚は、光変調領域のMQW層の膜厚の2倍
以下となっている。
When this is converted into the film thickness ratio of the MQW layer, the film thickness ratio exists in the range of 1.5 to 2. In the case of a film thickness ratio larger than this, since the composition wavelength in the light modulation region is too large, sufficient light absorption cannot be obtained unless the voltage for light modulation is increased. As a result, the operating voltage of the device must be increased. Actually, the thickness of the MQW layer in the gain region of the optical modulator integrated light source disclosed in these patent publications is twice or less the thickness of the MQW layer in the light modulation region.

【0076】従って、光変調器を集積化した光源では、
MQW層の膜厚の変化は小さい方が望ましく、本発明の
モード変換器を集積化した半導体レーザの膜厚の有効な
変化量とは相違する。
Therefore, in a light source in which an optical modulator is integrated,
The change in the film thickness of the MQW layer is desirably small, which is different from the effective change in the film thickness of the semiconductor laser in which the mode converter of the present invention is integrated.

【0077】このように、光変調集積化光源と光モード
変換器集積化光源との膜厚の変化の有効な範囲が相違す
ることは、本発明者等が見いだしたことであり、モード
変換器を集積化した光源では、モード変換器の導波路層
の膜厚は、出射端に対して入射端を2倍以上にする必要
があり、5倍にすることにより円形のビームが得られ
る。
As described above, the present inventors have found that the effective range of the change in film thickness between the light source integrated with the light modulation and the light source integrated with the optical mode converter is different. In the light source integrated with the above, the thickness of the waveguide layer of the mode converter needs to be twice or more the incidence end with respect to the emission end, and by making it five times, a circular beam can be obtained.

【0078】以上のように、MQW層6のテーパ領域の
始点と終点の膜厚比は2倍よりも大きくすることによっ
て、モード変換器としての機能が得られる。また、膜厚
の変化は一様である必要はなく、利得領域Aの近傍では
急激に変化してそれら遠ざかるにつれて緩やかに変化し
てもよいし、その逆に利得領域Aの近傍では緩やかに変
化したり、或いはその膜厚の変化率を複数回緩やかに変
化させるようにしてもよい。また、その膜厚は緩やかな
階段状に変化してもよい。
As described above, by setting the thickness ratio between the start point and the end point of the tapered region of the MQW layer 6 to be more than twice, a function as a mode converter can be obtained. Further, the change in the film thickness does not need to be uniform, but may change abruptly in the vicinity of the gain region A and change gradually as the distance increases, and conversely, change gradually in the vicinity of the gain region A. Alternatively, the rate of change of the film thickness may be gradually changed a plurality of times. Further, the film thickness may be changed in a gentle step shape.

【0079】ところで、利得領域Aよりも可飽和吸収領
域Cに注入する電流の方が小さくても良い場合には、図
6(b) に示すように利得領域Aと可飽和吸収領域Cに2
つのp電極17,21を分離形成してもよい。これによ
れば、可飽和吸収領域Cでの電流注入量が少なくなって
消費電力が低減する。
When the current injected into the saturable absorption region C may be smaller than that in the gain region A, as shown in FIG.
The two p-electrodes 17 and 21 may be formed separately. According to this, the amount of current injection in the saturable absorption region C is reduced, and power consumption is reduced.

【0080】さらに、テーパ状のMQW層6の可飽和吸
収領域Cにおける光吸収量は利得領域Aから遠ざかるに
つれて次第に小さくなるので、利得領域Aから離れるに
つれて光吸収を無くすための電流値は小さくて済む。従
って、図6(c) に示すようにコンタクト層14だけを利
得領域Aから可飽和領域Cまで延ばすだけでもよい。こ
れによれば、不純物含有半導体からなるコンタクト層1
4は金属製のp電極17よりも高抵抗であり、コンタク
ト層14を介してMQW層6に注入される電流は利得領
域Aから遠ざかるにつれて小さくなるので過剰な電流の
供給を抑制できる。
Further, since the amount of light absorption in the saturable absorption region C of the tapered MQW layer 6 gradually decreases as the distance from the gain region A increases, the current value for eliminating the light absorption decreases as the distance from the gain region A decreases. I'm done. Accordingly, only the contact layer 14 may be extended from the gain region A to the saturable region C as shown in FIG. According to this, the contact layer 1 made of the impurity-containing semiconductor
4 has a higher resistance than the p-electrode 17 made of metal, and the current injected into the MQW layer 6 via the contact layer 14 decreases as the distance from the gain region A increases, so that the supply of an excessive current can be suppressed.

【0081】(その他の実施例)上記した例ではファブ
リペロー構造としたが、モード変換領域BのMQW層6
の下方又は上方に回折格子を設けてDBRレーザ構造と
してもよい。また、前記利得領域のMQW層に沿って回
折格子を設けてDFBレーザ構造としてもよい。
(Other Embodiments) Although the Fabry-Perot structure is used in the above embodiment, the MQW layer 6 in the mode conversion region B
A DBR laser structure may be provided by providing a diffraction grating below or above. Further, a DFB laser structure may be provided by providing a diffraction grating along the MQW layer in the gain region.

【0082】さらに、上記した実施例では、MQWをIn
GaAsP /InP 系材料によって構成しているが、AlGaAs/
GaAs系材料、AlGaInP /GaInP 系材料、その他の化合物
半導体材料を使用したものであってもよい。
Further, in the above embodiment, the MQW is set to In.
Although it is made of GaAsP / InP-based material,
A material using a GaAs material, an AlGaInP / GaInP material, or another compound semiconductor material may be used.

【0083】なお、上記した化合物半導体層の成長は、
MOCVD、MBE、その他のエピタキシャル成長法等
による。
The growth of the compound semiconductor layer described above
MOCVD, MBE, and other epitaxial growth methods.

【0084】[0084]

【発明の効果】本発明では、利得領域の活性層とモード
変換用の導波路を1つのストライプ状の量子井戸構造層
から構成し、かつ、導波路の量子井戸構造層をその層数
を変化させずに利得領域から遠ざかるにつれて薄くして
膜厚方向の光ビームの径を変換している。
According to the present invention, the active layer in the gain region and the waveguide for mode conversion are composed of one stripe-shaped quantum well structure layer, and the number of the quantum well structure layers of the waveguide is changed. Instead, the light beam is made thinner as it moves away from the gain region, and the diameter of the light beam in the film thickness direction is converted.

【0085】その構造において、モード変換領域での量
子井戸構造層の厚さを、入射モード変換領域Bでの入射
端の膜厚は出射端の膜厚に比べて2倍以上としているの
で、量子井戸構造層から放出されたビームスポット形状
が円形又は円形に極めて近い形状になり、しかも、その
ビーム放射角が20度から10度の範囲内に存在し、こ
れにより、光ファイバなどとの結合効率を大幅に改善で
きる。
In the structure, the thickness of the quantum well structure layer in the mode conversion region is twice or more the thickness of the incident end in the incident mode conversion region B as compared with the thickness of the exit end. The beam spot shape emitted from the well structure layer has a circular shape or a shape very close to a circular shape, and the beam emission angle exists in a range of 20 degrees to 10 degrees, so that the coupling efficiency with an optical fiber or the like is increased. Can be greatly improved.

【0086】この構造では、活性層を構成する量子井戸
層の厚さよりもモード変換用導波路を構成する量子井戸
層が薄くなり、量子井戸の基底準位はモード変換用導波
路の方が活性層よりも高くなるため、出射端部でのモー
ド変換用導波路での光吸収波長端は活性層での発振波長
よりも短波長となるので、量子井戸構造層を導波する光
はモード変換領域では吸収量を少なくすることができ
る。
In this structure, the quantum well layer forming the mode conversion waveguide is thinner than the thickness of the quantum well layer forming the active layer, and the ground level of the quantum well is more active in the mode conversion waveguide. Since the light absorption wavelength end of the mode conversion waveguide at the emission end is shorter than the oscillation wavelength of the active layer, light guided through the quantum well structure layer is subjected to mode conversion. In the region, the amount of absorption can be reduced.

【0087】また、モード変換用導波路の利得領域に近
い部分のクラッド層の上に電極を存在させたり、コンタ
クト層を延在させることによって、局部的に電流を流す
ようにしているので、その部分を確実に透明にして光吸
収をなくすことができる。
Further, since an electrode is provided on the cladding layer in a portion close to the gain region of the mode conversion waveguide, or the contact layer is extended, current is caused to flow locally. It is possible to make the portion transparent and eliminate light absorption.

【0088】その電極は、利得領域の電極を延在させて
もよいし、利得領域の電極と分離させてもよいが、分離
させることによって光吸収量を容易に制御できる。
The electrodes may extend from the electrodes in the gain region or may be separated from the electrodes in the gain region. By separating the electrodes, the amount of light absorption can be easily controlled.

【0089】また、他の本発明によれば、ストライプ状
の量子井戸構造層の両端幅の最小値の比を0.8〜1.
2とすることにより円形ビームスポットを得ることがで
き、光学結合を容易にする。
According to another aspect of the present invention, the ratio of the minimum value of both end widths of the striped quantum well structure layer is set to 0.8 to 1.
By setting to 2, a circular beam spot can be obtained, and optical coupling is facilitated.

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

【図1】図1は、本発明の第1実施例を示す光半導体装
置の斜視断面図を示す。
FIG. 1 is a perspective sectional view of an optical semiconductor device showing a first embodiment of the present invention.

【図2】図2(a) 〜図2(b) は、本発明の第1実施例の
光半導体装置の製造工程の一部を示す斜視図である。
FIGS. 2A and 2B are perspective views showing a part of a manufacturing process of the optical semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

【図3】図3(a) 〜図3(c) は、本発明の第1実施例の
光半導体装置の製造工程の一部を示す側断面図である。
FIGS. 3A to 3C are side sectional views showing a part of the manufacturing process of the optical semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

【図4】図4(a) 〜図4(c) は、本発明の第1実施例の
光半導体装置の製造工程の一部を示す正断面図である。
FIGS. 4A to 4C are front sectional views showing a part of a manufacturing process of the optical semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

【図5】図5(a) 及び図5(b) は、本発明の第1実施例
の量子井戸構造のエネルギーバンドを示す図である。
FIGS. 5A and 5B are diagrams showing energy bands of the quantum well structure according to the first embodiment of the present invention.

【図6】図6(a) 〜図6(c) は、本発明の一実施例の光
半導体装置に係る電極の複数の構造を示す断面図であ
る。
FIGS. 6 (a) to 6 (c) are cross-sectional views showing a plurality of structures of an electrode according to the optical semiconductor device of one embodiment of the present invention.

【図7】図7は、本発明の第1実施例の光半導体装置に
おける電流と光出力の関係を示す特性図である。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing a relationship between current and light output in the optical semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

【図8】図8(a),(b) は、第1実施例の光半導体装置の
遠視野像の垂直方向と横方向の光強度分布図である。
FIGS. 8A and 8B are vertical and horizontal light intensity distribution diagrams of a far-field image of the optical semiconductor device of the first embodiment.

【図9】図9は、本発明の第1実施例の光半導体装置の
導波路のテーパ長と近視野像のスポット径との関係を示
す特性図である。
FIG. 9 is a characteristic diagram showing a relationship between a taper length of a waveguide and a spot diameter of a near-field image of the optical semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

【図10】図10は、本発明の第1実施例の光半導体装
置の膜厚比とビーム放射角との関係を示す特性図であ
る。
FIG. 10 is a characteristic diagram illustrating a relationship between a film thickness ratio and a beam radiation angle of the optical semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

【図11】図11は、図10で示した特性を計算する際
の導波路のモデルを示す断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a model of the waveguide when calculating the characteristics shown in FIG. 10;

【図12】図12は、従来のモード変換用導波路が集積
化された半導体レーザの一例を示す断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing an example of a semiconductor laser in which a conventional mode conversion waveguide is integrated.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A 利得領域 B モード変換領域 1 基板 2、8 クラッド層 3、7 SCH層 6 多重量子井戸構造 6a 量子井戸層 6b 障壁層 13 電流ブロック層 14 コンタクト層 15 絶縁膜 16 開口部 17 p電極 18 n電極 A Gain region B Mode conversion region 1 Substrate 2, 8 Cladding layer 3, 7 SCH layer 6 Multiple quantum well structure 6a Quantum well layer 6b Barrier layer 13 Current block layer 14 Contact layer 15 Insulating film 16 Opening 17 p electrode 18 n electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江川 満 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 岡崎 二郎 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 荻田 省一 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 藤井 卓也 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 Fターム(参考) 5F073 AA21 AA45 AA61 AA67 AA73 AA74 AA86 AA87 AA89 BA02 BA04 BA09 CA04 CA06 CA12 CA14 CB11 DA05 DA06 DA35 EA20 EA29  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Mitsuru Egawa 1015 Uedanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside Fujitsu Limited (72) Inventor Jiro Okazaki 1015 Kamikodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Fujitsu Limited ( 72) Inventor Shoichi Ogita 1015 Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Inside Fujitsu Limited (72) Inventor Takuya Fujii 1015 Kamikodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Fujitsu Limited F-term (reference) 5F073 AA21 AA45 AA61 AA67 AA73 AA74 AA86 AA87 AA89 BA02 BA04 BA09 CA04 CA06 CA12 CA14 CB11 DA05 DA06 DA35 EA20 EA29

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】不純物を含む半導体基板と、 前記半導体基板の上において利得領域からモード変換領
域にかけて形成され、且つ、前記モード変換領域では前
記利得領域から離れるにつれて膜厚が薄く形成されるこ
とにより量子効果によってエネルギーバンドギャップが
前記利得領域から離れるにつれて広がり、さらに、前記
モード変換領域と前記利得領域の境界での膜厚は前記モ
ード変換領域の光出射端の膜厚に対して2倍以上となる
ストライプ状の量子井戸構造層と、 前記量子井戸構造層の上に形成された上側のクラッド層
とを有することを特徴とする光半導体装置。
A semiconductor substrate containing an impurity, wherein the semiconductor substrate is formed on the semiconductor substrate from a gain region to a mode conversion region, and the film thickness of the mode conversion region decreases as the distance from the gain region increases. Due to the quantum effect, the energy band gap increases as the distance from the gain region increases, and the film thickness at the boundary between the mode conversion region and the gain region is twice or more as large as the film thickness at the light emitting end of the mode conversion region. An optical semiconductor device, comprising: a striped quantum well structure layer; and an upper cladding layer formed on the quantum well structure layer.
【請求項2】前記量子井戸構造層は、複数の井戸層と該
井戸層を挟む複数の障壁層とを有する多重量子井戸構
造、又は、井戸層と該井戸層を挟む障壁層とを有する単
一量子井戸構造から構成されることを特徴とする請求項
1に記載の光半導体装置。
2. The quantum well structure layer, wherein the quantum well structure layer has a multiple quantum well structure having a plurality of well layers and a plurality of barrier layers sandwiching the well layer, or a single quantum well structure having a well layer and a barrier layer sandwiching the well layer. 2. The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the optical semiconductor device has a single quantum well structure.
【請求項3】前記量子井戸構造層と前記半導体基板の間
には下側のクラッド層が形成されていることを特徴とす
る請求項1に記載の光半導体装置。
3. The optical semiconductor device according to claim 1, wherein a lower cladding layer is formed between said quantum well structure layer and said semiconductor substrate.
【請求項4】前記量子井戸構造層の上又は下にはSCH
層が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の
光半導体装置。
4. An SCH above or below the quantum well structure layer.
The optical semiconductor device according to claim 1, wherein a layer is formed.
【請求項5】前記SCH層は前記光出射端方向に向けて
膜厚が徐々に薄くなっていることを特徴とする請求項4
に記載の光半導体装置。
5. The SCH layer according to claim 4, wherein the thickness of the SCH layer gradually decreases toward the light emitting end.
An optical semiconductor device according to item 1.
【請求項6】前記半導体基板の下に形成された第1の電
極と、 前記上側のクラッド層のうち前記利得領域上に形成され
た第2の電極とをさらに有することを特徴とする請求項
1に記載の光半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a first electrode formed below said semiconductor substrate, and a second electrode formed on said gain region in said upper cladding layer. 2. The optical semiconductor device according to 1.
【請求項7】不純物を含む半導体基板と、 前記半導体基板の上において利得領域からモード変換領
域にかけて形成され、且つ、前記モード変換領域では前
記利得領域から離れるにつれて膜厚が薄く形成されるこ
とにより量子効果によってエネルギーバンドギャップが
前記利得領域から離れるにつれて広がったストライプ状
の量子井戸構造層と、 前記量子井戸構造層の上に形成された上側のクラッド層
と、 前記半導体基板の下面に形成された第1の電極と、 前記利得領域から前記モード変換領域の一部にかけた範
囲で、前記上側のクラッド層の上に形成された第2の電
極とを有することを特徴とする光半導体装置。
7. A semiconductor substrate containing an impurity, wherein the semiconductor substrate is formed on the semiconductor substrate from a gain region to a mode conversion region, and the film thickness of the mode conversion region decreases as the distance from the gain region increases. A stripe-shaped quantum well structure layer in which an energy band gap is spread away from the gain region due to a quantum effect; an upper cladding layer formed on the quantum well structure layer; and a lower surface of the semiconductor substrate. An optical semiconductor device comprising: a first electrode; and a second electrode formed on the upper cladding layer in a range from the gain region to a part of the mode conversion region.
【請求項8】前記第2の電極は、前記モード変換領域と
前記利得領域の境界近傍で分離されていることを特徴と
する請求項7に記載の光半導体装置。
8. The optical semiconductor device according to claim 7, wherein said second electrode is separated near a boundary between said mode conversion region and said gain region.
【請求項9】不純物を含む半導体基板と、 前記半導体基板の上において利得領域からモード変換領
域にかけて形成され、且つ、前記モード変換領域では前
記利得領域から離れるにつれて膜厚が薄く形成されるこ
とにより量子効果によってエネルギーバンドギャップが
前記利得領域から離れるにつれて広がったストライプ状
の量子井戸構造層と、 前記量子井戸構造層の上に形成された上側のクラッド層
と、 前記半導体基板の下面に形成された第1の電極と、 前記利得領域の前記上側クラッド層の上に形成された第
2の電極と、 前記第2の電極と前記上側のクラッド層の間に形成さ
れ、且つ前記第2の電極より前記モード変換領域側に延
在して形成されたコンタクト層とを有することを特徴と
する光半導体装置。
9. A semiconductor substrate containing impurities, wherein the semiconductor substrate is formed on the semiconductor substrate from the gain region to the mode conversion region, and the film thickness of the mode conversion region is reduced as the distance from the gain region increases. A stripe-shaped quantum well structure layer in which an energy band gap is spread away from the gain region due to a quantum effect; an upper cladding layer formed on the quantum well structure layer; and a lower surface of the semiconductor substrate. A first electrode, a second electrode formed on the upper cladding layer in the gain region, and a second electrode formed between the second electrode and the upper cladding layer. An optical semiconductor device comprising: a contact layer extending to the mode conversion region side.
【請求項10】前記コンタクト層は、前記利得領域から
前記モード変換領域の途中まで延びていることを特徴と
する請求項9に記載の光半導体装置。
10. The optical semiconductor device according to claim 9, wherein said contact layer extends from said gain region to a part of said mode conversion region.
【請求項11】前記モード変換領域における前記量子井
戸構造層の膜厚は、光入射端が光出射端に比べて2倍以
上であることを特徴とする請求項7又は請求項9に記載
の光半導体装置。
11. The quantum well structure layer according to claim 7, wherein the thickness of the quantum well structure layer in the mode conversion region is twice or more at the light incident end as compared with the light emitting end. Optical semiconductor device.
【請求項12】前記量子井戸構造層の両端部の幅の比が
0.8〜1.2であることを特徴とする請求項1、請求
項7又は請求項9に記載の光半導体装置。
12. The optical semiconductor device according to claim 1, wherein a ratio of widths at both ends of the quantum well structure layer is 0.8 to 1.2.
【請求項13】前記量子井戸構造層内の井戸層は、InGa
AsP 又はGaAsを含む化合物半導体層から形成され、前記
上側のクラッド層はInP から形成されていることを特徴
とする請求項1、請求項7又は請求項9に記載の光半導
体装置。
13. The quantum well structure layer according to claim 1, wherein said well layer is made of InGa.
10. The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the optical semiconductor device is formed of a compound semiconductor layer containing AsP or GaAs, and the upper cladding layer is formed of InP.
【請求項14】前記量子井戸構造層内の井戸層は、GaAs
から形成され、前記上側のクラッド層はAlGaAsから形成
されていることを特徴とする請求項1、請求項7又は請
求項9に記載の光半導体装置。
14. The well layer in the quantum well structure layer is formed of GaAs.
10. The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the upper cladding layer is made of AlGaAs.
【請求項15】前記量子井戸構造層内の井戸層はGaInP
から形成され、前記上側のクラッド層はAlGaInP から形
成されていることを特徴とする請求項1、請求項7又は
請求項9に記載の光半導体装置。
15. The quantum well structure layer according to claim 15, wherein the well layer is GaInP.
10. The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the upper cladding layer is formed of AlGaInP.
【請求項16】前記利得領域では前記量子井戸構造層に
沿って分布帰還型ミラーを構成する回折格子が形成され
ていることを特徴とする請求項1、請求項7又は請求項
9に記載の光半導体装置。
16. The gain region according to claim 1, wherein a diffraction grating constituting a distributed feedback mirror is formed along the quantum well structure layer. Optical semiconductor device.
【請求項17】前記利得領域の前方又は後方には導波方
向に沿って分布反射型ミラーを構成する回折格子が形成
されていることを特徴とする請求項1、請求項7又は請
求項9に記載の光半導体装置。
17. A diffraction grating constituting a distributed reflection type mirror is formed in front of or behind said gain region along a waveguide direction. An optical semiconductor device according to item 1.
【請求項18】不純物を含む半導体基板上に、ストライ
プ状の第1の開口部と、該第1の開口部に接続し且つ該
第1の開口部よりも幅の広い第2の開口部を有するマス
クを形成する工程と、 前記第1及び第2の開口部に半導体層を成長することに
より、前記第1の開口部の最大膜厚が前記第2の開口部
の最小膜厚の2倍以上となる量子井戸構造層を形成する
工程と、 前記量子井戸構造層の上に上側のクラッド層を形成する
工程とを有することを特徴とする光半導体装置の製造方
法。
18. A stripe-shaped first opening and a second opening connected to the first opening and wider than the first opening on a semiconductor substrate containing impurities. Forming a mask having the same, and growing a semiconductor layer in the first and second openings, so that the maximum thickness of the first opening is twice the minimum thickness of the second opening. A method for manufacturing an optical semiconductor device, comprising: forming a quantum well structure layer as described above; and forming an upper cladding layer on the quantum well structure layer.
【請求項19】前記量子井戸構造層は、複数の井戸層と
該井戸層を挟む複数の障壁層とを有する多重量子井戸構
造、又は、井戸層と該井戸層を挟む障壁層とを有する単
一量子井戸構造であることを特徴とする請求項18に記
載の光半導体装置の製造方法。
19. The quantum well structure layer has a multiple quantum well structure having a plurality of well layers and a plurality of barrier layers sandwiching the well layer, or a single quantum well structure having a well layer and a barrier layer sandwiching the well layer. 19. The method according to claim 18, wherein the optical semiconductor device has a single quantum well structure.
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