JP2003152264A - Optical integration device including nitride-based semiconductor laser - Google Patents

Optical integration device including nitride-based semiconductor laser

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JP2003152264A
JP2003152264A JP2001349798A JP2001349798A JP2003152264A JP 2003152264 A JP2003152264 A JP 2003152264A JP 2001349798 A JP2001349798 A JP 2001349798A JP 2001349798 A JP2001349798 A JP 2001349798A JP 2003152264 A JP2003152264 A JP 2003152264A
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元 今井
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克巳 岸野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical integrated device including a nitride-based semiconductor laser, prevent light absorption by a substrate, and to easily realize integration of various optical components. SOLUTION: The optical integrated device has a multiple quantum well structure active layer formed of a nitride-based III-V compound semiconductor on an insulating substrate 1 provided with an optical waveguide 7 formed of a nitride-based III-V compound semiconductor, and integrates at least a semiconductor laser 2 which emits light in accordance with the transition between sub-bands.

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】本発明はナイトライド系半導
体レーザを備えた光集積装置に関するものであり、例え
ば、基板上に各光素子を集積化した光集積プラットホー
ムにおいて、各光素子を容易に集積化するためにナイト
ライド系III-V族化合物半導体を用いるとともに、サブ
バンド間(ISB)遷移を利用した構成に特徴のあるナ
イトライド系半導体レーザを備えた光集積装置に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical integrated device equipped with a nitride semiconductor laser, and for example, in an optical integrated platform in which each optical element is integrated on a substrate, each optical element can be easily integrated. The present invention relates to an optical integrated device including a nitride-based semiconductor laser, which is characterized by a structure using intersubband (ISB) transitions, as well as using a nitride-based III-V group compound semiconductor.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、光通信の分野はその変調速度が1
0Gさらに40Gbpsと速くなってきており、また波
長多重システムでもその波長数が100波さらには10
00波と進んできている。
2. Description of the Related Art Currently, the modulation speed is 1 in the field of optical communication.
It has become faster at 0 G and 40 Gbps, and the number of wavelengths is 100 and even 10 even in wavelength division multiplexing systems.
It is progressing with 00 waves.

【0003】こうした背景はインターネットを始めとす
る伝達する情報量の増大があり、現状のデバイス構成で
こうした状況に対応すると装置規模、コスト等の問題で
厳しいものとなっており、集積化が強く望まれている。
The background of this is the increase in the amount of information to be transmitted, including the Internet, and it is difficult to cope with such a situation with the current device configuration due to problems such as the scale of the device and cost, and integration is strongly desired. It is rare.

【0004】従来、光通信用デバイスは個別デバイスが
多く、集積化が不適であった。そのため、発光素子であ
る半導体レーザ、受光素子、変調器等を別々にパッケー
ジにいれボード上で組み合わせている。このことにより
装置規模は大きく、特に波長多重システムで多くの波長
を扱うようになると装置規模の点で問題となっていた。
In the past, many optical communication devices were individual devices, and integration was unsuitable. Therefore, the semiconductor laser, which is a light emitting element, the light receiving element, the modulator, and the like are separately packaged and combined on a board. As a result, the device scale is large, and there is a problem in terms of the device scale particularly when many wavelengths are handled in the wavelength multiplexing system.

【0005】一方、この様な装置構成の大規模化の問題
に対応するために、光部品の集積化も試みられており、
例えば、ガラス基板上に光部品を集積するもの(PL
C)や、半導体基板を用いた集積化も試みられている。
On the other hand, in order to cope with such a problem of large-scaled device structure, integration of optical parts has been attempted,
For example, one in which optical components are integrated on a glass substrate (PL
C) and integration using a semiconductor substrate have also been attempted.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、PLCの場合
には、パッシブ素子のモノリシック集積には適している
が、アクティブ素子の集積の場合にはハイブリッドとな
り、インターフェイスの整合等が問題となって、大規模
集積化には不適であるという問題がある。
However, although the PLC is suitable for monolithic integration of passive elements, it becomes a hybrid for integration of active elements, which causes problems such as interface matching. There is a problem that it is not suitable for large-scale integration.

【0007】一方、半導体基板を用いた集積化の場合に
は、GaAs/AlGaAs系においては、基板がアク
ティブ素子の活性領域と同じ材料なので直接遷移による
光の吸収損が生じ、また、InGaAsP/InP系に
おいてはキャップ層において光の吸収損が生じ動作中に
屈折率が変化するため扱い難いという問題がある。
On the other hand, in the case of integration using a semiconductor substrate, in the GaAs / AlGaAs system, since the substrate is the same material as the active region of the active element, light absorption loss due to direct transition occurs, and InGaAsP / InP. In the system, there is a problem that it is difficult to handle because light absorption loss occurs in the cap layer and the refractive index changes during operation.

【0008】したがって、本発明は、基板における光吸
収を防止するとともに、各種の光部品の集積化を容易に
することを目的とする。
Therefore, it is an object of the present invention to prevent light absorption in a substrate and facilitate integration of various optical components.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理的構
成の説明図であり、この図1を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。 図1参照 上述の目的を達成するために、本発明は、ナイトライド
系半導体レーザ2を備えた光集積装置において、ナイト
ライド系III-V族化合物半導体からなる光導波路7、特
に、GaNコア層及びAlGaNクラッド層から構成さ
れる光導波路7を設けた絶縁性基板1、特に、サファイ
ア基板、半絶縁性SiC基板、半絶縁性GaN基板、或
いは、半絶縁性AlN基板のいずれかからなる絶縁性基
板1上に、ナイトライド系III-V族化合物半導体からな
る多重量子井戸構造活性層を有し、サブバンド間の遷移
によって発光する半導体レーザ2を少なくとも集積化し
たことを特徴とする。
FIG. 1 is an explanatory view of the principle configuration of the present invention, and means for solving the problems in the present invention will be described with reference to FIG. In order to achieve the above object, the present invention provides an optical integrated device including a nitride-based semiconductor laser 2, an optical waveguide 7 made of a nitride-based III-V group compound semiconductor, particularly a GaN core layer. And an insulating substrate 1 provided with an optical waveguide 7 composed of an AlGaN cladding layer, particularly an insulating substrate made of a sapphire substrate, a semi-insulating SiC substrate, a semi-insulating GaN substrate, or a semi-insulating AlN substrate. It is characterized in that it has a multiple quantum well structure active layer made of a nitride-based III-V group compound semiconductor on a substrate 1, and at least a semiconductor laser 2 emitting light by transition between subbands is integrated.

【0010】この様に、ナイトライド系III-V族化合物
半導体からなる光導波路7と、同じ、ナイトライド系II
I-V族化合物半導体からなる半導体レーザ2を集積化す
ることによって、モノリシック集積化が容易になり、且
つ、レーザ光の基板或いはキャップ層における吸収損を
なくすことができる。
As described above, the same nitride waveguide II as the optical waveguide 7 made of a nitride III-V compound semiconductor is used.
By integrating the semiconductor laser 2 made of an IV compound semiconductor, monolithic integration can be facilitated and absorption loss of laser light in the substrate or the cap layer can be eliminated.

【0011】特に、半導体レーザ2として、サブバンド
間の遷移を利用した半導体レーザ2、即ち、ISB(I
nter Subband)レーザを用いることによ
り、サブバンド間遷移、例えば、第2量子準位−第1量
子準位間の遷移に起因する光通信に適した1.3〜1.
55μm帯の波長のレーザ光を利用することができる。
In particular, as the semiconductor laser 2, a semiconductor laser 2 utilizing the transition between subbands, that is, ISB (I
The use of an inter-subband laser is suitable for optical communication due to intersubband transition, for example, transition between the second quantum level and the first quantum level 1.3 to 1.
A laser beam having a wavelength of 55 μm band can be used.

【0012】また、基板として絶縁性基板1を用いてい
るので基板を介しての信号の回り込みをなくすことがで
き、それによって、各光素子を完全に独立に駆動・制御
することができる。
Further, since the insulating substrate 1 is used as the substrate, it is possible to prevent the signal from sneaking through the substrate, and thereby each optical element can be driven and controlled completely independently.

【0013】また、半導体光増幅器4、半導体光検知
器、或いは、光変調器3、例えば、サブバンド間遷移を
利用した半導体光増幅器4、半導体光検知器、或いは、
半導体光変調器3を集積化しても良いものであり、多モ
ード干渉型光結合導波路、即ち、MMI(Multi−
mode Interference)5及び分岐光導
波路8と組み合わせることによって、波長多重通信用光
集積プラットホームを構成することが可能になる。
Further, the semiconductor optical amplifier 4, the semiconductor photodetector, or the optical modulator 3, for example, the semiconductor optical amplifier 4 using the intersubband transition, the semiconductor photodetector, or
The semiconductor optical modulator 3 may be integrated, and the multimode interference type optical coupling waveguide, that is, MMI (Multi-
By combining with the mode interference 5 and the branch optical waveguide 8, it becomes possible to construct an optical integrated platform for wavelength division multiplexing communication.

【0014】また、光変調器3として、消光比特性に優
れるマッハツェンダー型光変調器を用いても良く、ま
た、マッハツェンダー型光変調器の少なくとも一部を、
LiNbO3 等の強誘電体導波路或いはポリマ導波路で
構成しても良いものである。この様に、一連の光経路の
一部に絶縁体からなる光素子を介在させることによっ
て、各光素子間の絶縁分離をより確実に行うことができ
る。
As the optical modulator 3, a Mach-Zehnder type optical modulator having an excellent extinction ratio characteristic may be used, and at least a part of the Mach-Zehnder type optical modulator may be used.
A ferroelectric waveguide such as LiNbO 3 or a polymer waveguide may be used. In this way, by interposing the optical element made of an insulator in a part of the series of optical paths, the insulation separation between the optical elements can be performed more reliably.

【0015】また、半導体レーザ2、半導体光増幅器
4、半導体光検知器、及び、光変調器3を駆動する駆動
回路6を上記絶縁基板上に集積化するとともに、駆動回
路6を構成する駆動素子の少なくとも一部をナイトライ
ド系III-V族化合物半導体からなるショットキーバリア
型電界効果トランジスタ(MESFET)、高電子移動
度トランジスタ(HEMT)、或いは、ヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタ(HBT)のいずれかの能動素子で
構成することが望ましく、それによって、駆動回路6を
含めた全体システムをモノリシックに構成することがで
きる。
Further, the drive circuit 6 for driving the semiconductor laser 2, the semiconductor optical amplifier 4, the semiconductor photodetector, and the optical modulator 3 is integrated on the insulating substrate, and a drive element forming the drive circuit 6 is integrated. Of at least a part of a Schottky barrier field effect transistor (MESFET), a high electron mobility transistor (HEMT), or a heterojunction bipolar transistor (HBT) made of a nitride-based III-V group compound semiconductor. It is desirable to configure with elements, whereby the entire system including the drive circuit 6 can be configured monolithically.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】ここで、図2乃至図7を参照し
て、本発明の実施の形態の光集積プラットホームを説明
する。 図2参照 図2は、本発明の実施の形態の光集積プラットホーム、
即ち、絶縁性基板上に各種の光素子を集積化した光集積
装置の構成説明図であり、サファイア基板10上に、D
FB−ISBレーザ30、ISB光変調器40、ISB
光増幅器50、及び、MMI60をモノリシックに集積
化するとともに、各光素子間に光導波路20を設けたも
のであり、MMI60の出力側には複数の分岐光導波路
61を設けたものである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An optical integrated platform according to an embodiment of the present invention will now be described with reference to FIGS. See FIG. 2. FIG. 2 shows an optical integrated platform according to an embodiment of the present invention.
That is, it is a configuration explanatory view of an optical integrated device in which various optical elements are integrated on an insulating substrate, and D on the sapphire substrate 10.
FB-ISB laser 30, ISB optical modulator 40, ISB
The optical amplifier 50 and the MMI 60 are monolithically integrated, and the optical waveguide 20 is provided between the optical elements. A plurality of branch optical waveguides 61 are provided on the output side of the MMI 60.

【0017】また、DFB−ISBレーザ30、ISB
光変調器40、及び、ISB光増幅器50を駆動するた
めの、レーザ駆動回路70、光変調器駆動回路80、及
び、光増幅器駆動回路90もモノリシックに集積化して
いる。
Further, the DFB-ISB laser 30, ISB
A laser drive circuit 70, an optical modulator drive circuit 80, and an optical amplifier drive circuit 90 for driving the optical modulator 40 and the ISB optical amplifier 50 are also monolithically integrated.

【0018】この場合、DFB−ISBレーザ30で発
振させたレーザ光は、図における左側の光導波路20を
介して直接取り出しても良いし、ISB光変調器40、
ISB光増幅器50を介してMMI60に入射し、MM
I60において、選択した分岐導波路61に出力するよ
うにしても良いものである。
In this case, the laser light oscillated by the DFB-ISB laser 30 may be directly taken out via the optical waveguide 20 on the left side in the figure, or the ISB optical modulator 40,
The light enters the MMI 60 via the ISB optical amplifier 50, and the MM
In I60, the output may be output to the selected branch waveguide 61.

【0019】図3(a)及び(b)参照 図3(a)は、本発明の実施の形態の光集積プラットホ
ームに集積化するDFB−ISBレーザの縦断面図であ
り、また、図3(b)は図3(a)におけるA−A′を
結ぶ一点鎖線における横断面図である。まず、(000
1)面、即ち、C面を主面とするサファイア基板10上
に、MOVPE法(有機金属気相成長法)を用いて、厚
さが、例えば、0.5μmのn型AlGaNクラッド層
31を成長させ、発振波長の応じた周期を有する回折格
子32を形成する。
3A and 3B. FIG. 3A is a longitudinal sectional view of a DFB-ISB laser integrated on the optical integrated platform according to the embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 3B) is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line connecting AA ′ in FIG. First, (000
1) On the sapphire substrate 10 whose main surface is the C surface, an n-type AlGaN cladding layer 31 having a thickness of, for example, 0.5 μm is formed by MOVPE (metal organic chemical vapor deposition). The crystal is grown to form a diffraction grating 32 having a period corresponding to the oscillation wavelength.

【0020】次いで、矩形状開口部を有するSiO2
スク(図示を省略)を設けたのち、ドブロイ波長以下の
膜厚のAlGaNバリア層及びInGaNウエル層から
なるInGaN/AlGaNMQW活性層33を厚さ
が、例えば、0.2μmになるように堆積させたのち、
厚さが、例えば、0.6μmのn型AlGaNクラッド
層34を選択的に堆積させる。
Next, after a SiO 2 mask (not shown) having a rectangular opening is provided, an InGaN / AlGaN MQW active layer 33 consisting of an AlGaN barrier layer and an InGaN well layer having a film thickness not more than the de Broglie wavelength is formed. , For example, after depositing to 0.2 μm,
An n-type AlGaN cladding layer 34 having a thickness of, for example, 0.6 μm is selectively deposited.

【0021】次いで、幅が、例えば、1.0μmのSi
2 マスク(図示を省略)をマスクとしてエッチングし
てストライプ状メサを形成したのち、このSiO2 マス
クを選択成長マスクとしてi型AlN埋込層35を成長
する。
Next, Si having a width of 1.0 μm, for example,
After forming a stripe mesa by etching using an O 2 mask (not shown) as a mask, the i-type AlN buried layer 35 is grown using this SiO 2 mask as a selective growth mask.

【0022】次いで、i型AlN埋込層35の一部を選
択的にエッチング除去してn型AlGaNクラッド層3
1を露出させたのち、Niを堆積させてNi電極36,
37を形成することによって、DFB−ISBレーザ3
0の基本構成が完成する。
Next, a part of the i-type AlN buried layer 35 is selectively removed by etching to remove the n-type AlGaN cladding layer 3.
1 is exposed and then Ni is deposited to form the Ni electrode 36,
DFB-ISB laser 3 by forming 37
The basic configuration of 0 is completed.

【0023】図3(c)参照 図3(c)は、上記のDFB−ISBレーザの発光原理
の説明図であり、InGaN/AlGaNMQW活性層
33の伝導帯(EC )にはInGaNウエル層及びAl
GaN層の組成比及び層厚に応じた量子準位が形成され
る。本発明においては、量子井戸内に2つの量子準位の
み、即ち、基底準位である第1量子準位38と第1励起
準位である第2量子準位39のみが発生し、且つ、両者
の間のエネルギー差が、1.3〜1.55μmに相当す
るように、InGaNウエル層及びAlGaN層の組成
比及び層厚を決定する。
FIG. 3C is an explanatory view of the light emission principle of the above-mentioned DFB-ISB laser, in which the InGaN / AlGaN MQW active layer 33 has an InGaN well layer and an InGaN well layer in the conduction band (E C ). Al
Quantum levels corresponding to the composition ratio and layer thickness of the GaN layer are formed. In the present invention, only two quantum levels are generated in the quantum well, that is, only the first quantum level 38 that is the ground level and the second quantum level 39 that is the first excitation level, and The composition ratio and the layer thickness of the InGaN well layer and the AlGaN layer are determined so that the energy difference between the two corresponds to 1.3 to 1.55 μm.

【0024】この様なDFB−ISBレーザ30に対し
て、Ni電極36,37を介してレーザ駆動回路70か
ら電流を注入すると、第2量子準位39から第1量子準
位38への遷移によって1.3〜1.55μmの波長の
レーザ光が出力されることになる。
When a current is injected into the DFB-ISB laser 30 from the laser driving circuit 70 through the Ni electrodes 36 and 37, the second quantum level 39 changes to the first quantum level 38. Laser light having a wavelength of 1.3 to 1.55 μm is output.

【0025】この1.3〜1.55μmの波長のレーザ
光は、光ファイバ損失が少ない等の特徴があるので光通
信に適するものであり、且つ、サファイア基板10で吸
収されることはないので、基板の光吸収により屈折率が
変化して光伝播特性が変化することがない。なお、図3
においては、説明及び図示を簡単にするためにn型Ga
Nキャップ層を設けていないが、n型GaNキャップ層
を設けたとしても1.3〜1.55μmの波長のレーザ
光がn型GaNキャップ層によって吸収されることがな
い。
The laser light having a wavelength of 1.3 to 1.55 μm is suitable for optical communication because it has characteristics such as a small optical fiber loss and is not absorbed by the sapphire substrate 10. In addition, the light propagation characteristic does not change due to the change in the refractive index due to the light absorption of the substrate. Note that FIG.
In order to simplify the description and illustration, the n-type Ga
Although the N cap layer is not provided, even if the n-type GaN cap layer is provided, laser light having a wavelength of 1.3 to 1.55 μm is not absorbed by the n-type GaN cap layer.

【0026】図4参照 図4は、本発明の実施の形態の光集積プラットホームに
集積化するISB光変調器の概略的断面図であり、サフ
ァイア基板10上に、MOVPE法を用いて、厚さが、
例えば、0.5μmのn型AlGaNクラッド層41を
成長させる。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an ISB optical modulator integrated on the optical integrated platform according to the embodiment of the present invention. The ISB optical modulator is formed on the sapphire substrate 10 by using the MOVPE method. But,
For example, a 0.5 μm n-type AlGaN cladding layer 41 is grown.

【0027】次いで、矩形状開口部を有するSiO2
スク(図示を省略)を設けたのち、ドブロイ波長以下の
膜厚のAlGaNバリア層及びInGaNウエル層から
なるInGaN/AlGaNMQW能動層42を堆積さ
せたのち、厚さが、例えば、0.6μmのn型AlGa
Nクラッド層43を選択的に堆積させる。
Next, an SiO 2 mask (not shown) having a rectangular opening was provided, and then an InGaN / AlGaN MQW active layer 42 consisting of an AlGaN barrier layer and an InGaN well layer having a film thickness not larger than the de Broglie wavelength was deposited. After that, for example, n-type AlGa having a thickness of 0.6 μm
The N cladding layer 43 is selectively deposited.

【0028】この場合、SiO2 マスクに設ける矩形状
開口部を、上記のDFB−ISBレーザに用いるSiO
2 マスクに設けた矩形状開口部より幅広にすることによ
って、InGaNウエル層及びAlGaNバリア層は上
記のDFB−ISBレーザにおける膜厚より薄くなり、
したがって、第2量子準位−第1量子準位間のエネルギ
ー差が大きくなるので、InGaN/AlGaNMQW
能動層42における光吸収損失はなくなる。但し、この
場合のInGaN/AlGaNMQW能動層42の膜厚
は、DFB−ISBレーザと同時に形成した場合には、
0.2μmより薄くなる。
In this case, the rectangular opening provided in the SiO 2 mask is the SiO used in the DFB-ISB laser.
2 By making the width wider than the rectangular opening provided in the mask, the InGaN well layer and the AlGaN barrier layer become thinner than the film thickness in the above DFB-ISB laser,
Therefore, since the energy difference between the second quantum level and the first quantum level becomes large, the InGaN / AlGaN MQW
There is no light absorption loss in the active layer 42. However, the film thickness of the InGaN / AlGaN MQW active layer 42 in this case is, when formed simultaneously with the DFB-ISB laser,
It becomes thinner than 0.2 μm.

【0029】次いで、上記のDFB−ISBレーザの場
合と同様に、幅が、例えば、1.0μmのSiO2 マス
ク(図示を省略)をマスクとしてエッチングしてストラ
イプ状メサを形成したのち、このSiO2 マスクを選択
成長マスクとしてi型AlN埋込層44を成長する。
Then, as in the case of the DFB-ISB laser described above, etching is performed using a SiO 2 mask (not shown) having a width of, for example, 1.0 μm as a mask to form stripe mesas, and then this SiO is formed. 2 The i-type AlN buried layer 44 is grown using the mask as a selective growth mask.

【0030】次いで、i型AlN埋込層44の一部を選
択的にエッチング除去してn型AlGaNクラッド層4
1を露出させたのち、Niを堆積させて、Ni電極4
5,46を形成することによって、ISB光変調器40
の基本構成が完成する。
Next, a part of the i-type AlN buried layer 44 is selectively removed by etching to remove the n-type AlGaN cladding layer 4.
1 is exposed and then Ni is deposited to form the Ni electrode 4
ISB optical modulator 40 by forming 5, 46
The basic configuration of is completed.

【0031】図5参照 図5は、本発明の実施の形態の光集積プラットホームに
集積化するISB光増幅器の概略的断面図であり、サフ
ァイア基板10上に、MOVPE法を用いて、厚さが、
例えば、0.5μmのn型AlGaNクラッド層51を
成長させる。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of an ISB optical amplifier integrated on the optical integrated platform according to the embodiment of the present invention, which has a thickness of sapphire substrate 10 formed by the MOVPE method. ,
For example, a 0.5 μm n-type AlGaN cladding layer 51 is grown.

【0032】次いで、矩形状開口部を有するSiO2
スク(図示を省略)を設けたのち、ドブロイ波長以下の
膜厚のAlGaNバリア層及びInGaNウエル層から
なるInGaN/AlGaNMQW活性層52を厚さ
が、例えば、0.2μmになるように堆積させたのち、
厚さが、例えば、0.6μmのn型AlGaNクラッド
層53を選択的に堆積させる。
Next, after a SiO 2 mask (not shown) having a rectangular opening is provided, an InGaN / AlGaN MQW active layer 52 consisting of an AlGaN barrier layer and an InGaN well layer having a film thickness not more than the de Broglie wavelength is formed. , For example, after depositing to 0.2 μm,
An n-type AlGaN cladding layer 53 having a thickness of, for example, 0.6 μm is selectively deposited.

【0033】この場合、SiO2 マスクに設ける矩形状
開口部を、上記のDFB−ISBレーザに用いるSiO
2 マスクに設けた矩形状開口部と同じ大きさにすること
によって、InGaNウエル層及びAlGaNバリア層
は上記のDFB−ISBレーザと同じ膜厚になり、した
がって、第2量子準位−第1量子準位間のエネルギー差
がDFB−ISBレーザと同じになり、光増幅が可能に
なる。
In this case, the rectangular opening provided in the SiO 2 mask is formed of SiO used in the above DFB-ISB laser.
By making the size of the rectangular opening provided in the two masks, the InGaN well layer and the AlGaN barrier layer have the same film thickness as the above DFB-ISB laser, and therefore, the second quantum level-the first quantum level. The energy difference between the levels becomes the same as that of the DFB-ISB laser, which enables optical amplification.

【0034】次いで、上記のDFB−ISBレーザの場
合と同様に、幅が、例えば、1.0μmのSiO2 マス
ク(図示を省略)をマスクとしてエッチングしてストラ
イプ状メサを形成したのち、このSiO2 マスクを選択
成長マスクとしてi型AlN埋込層54を成長する。
Then, as in the case of the DFB-ISB laser described above, etching is performed using a SiO 2 mask (not shown) having a width of, for example, 1.0 μm as a mask to form a stripe mesa, and then this SiO is formed. 2 The i-type AlN buried layer 54 is grown using the mask as a selective growth mask.

【0035】次いで、i型AlN埋込層54の一部を選
択的にエッチング除去してn型AlGaNクラッド層5
1を露出させたのち、Niを堆積させて、Ni電極5
5,56を形成することによって、ISB光増幅器50
の基本構成が完成する。このISB光増幅器50におい
ては、InGaN/AlGaNMQW活性層52にレー
ザ発振が起きない程度に電流を流し、InGaN/Al
GaNMQW活性層52に入射されたレーザ光を増幅さ
せる。
Then, a part of the i-type AlN buried layer 54 is selectively removed by etching to remove the n-type AlGaN cladding layer 5.
1 is exposed and then Ni is deposited to form the Ni electrode 5
ISB optical amplifier 50 by forming 5, 56
The basic configuration of is completed. In this ISB optical amplifier 50, a current is passed through the InGaN / AlGaN MQW active layer 52 to the extent that laser oscillation does not occur, and InGaN / Al
The laser light incident on the GaN MQW active layer 52 is amplified.

【0036】図6参照 図6は、本発明の実施の形態の光集積プラットホームに
集積化する駆動回路を構成するHEMTの概略的断面図
であり、まず、C面を主面とするサファイア基板10上
に、MOVPE法を用いて、厚さが3μmのi型GaN
電子走行層71、厚さが3nmのi型Al0.25Ga0.75
N層72、厚さが25nmで、Siドーピング濃度が2
×1018cm-3のn型Al0.25Ga0.75N電子供給層7
3、及び、厚さが5nmのi型Al0.25Ga0.75N保護
層74を順次堆積させる。
See FIG. 6. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a HEMT that constitutes a drive circuit integrated in the optical integrated platform according to the embodiment of the present invention. First, the sapphire substrate 10 having the C-plane as the main surface is first described. On top, using the MOVPE method, i-type GaN with a thickness of 3 μm
Electron transit layer 71, i-type Al 0.25 Ga 0.75 with a thickness of 3 nm
N layer 72, thickness 25 nm, Si doping concentration 2
× 10 18 cm -3 n-type Al 0.25 Ga 0.75 N electron supply layer 7
3 and an i-type Al 0.25 Ga 0.75 N protective layer 74 having a thickness of 5 nm are sequentially deposited.

【0037】次いで、全面に、CVD法を用いて厚さが
20nmのSiN膜75を堆積したのち、ゲート形成領
域に開口部を設けてNi/Auからなるゲート電極76
を形成するとともに、ソース・ドレインコンタクト領域
に開口部を設けてTi/Auからなるソース・ドレイン
電極77を形成することによって、HEMTの基本構造
が完成する。
Then, a SiN film 75 having a thickness of 20 nm is deposited on the entire surface by the CVD method, and then an opening is provided in the gate formation region to form a gate electrode 76 made of Ni / Au.
And the source / drain contact regions are provided with openings to form the source / drain electrodes 77 of Ti / Au, the basic structure of the HEMT is completed.

【0038】この様なi型GaN電子走行層71におけ
る二次元電子ガス層の電子移動度は1000〜1500
cm2 /V・sec程度であるが、二次元電子ガスの濃
度が約1×1013cm-2とGaAs系の二次元電子ガス
の濃度に比べて1桁以上大きいので、GaAs系HEM
Tと同程度の電流駆動特性を得ることができるととも
に、禁制帯幅が広いので高耐圧特性が得られる。
The electron mobility of the two-dimensional electron gas layer in the i-type GaN electron transit layer 71 is 1000 to 1500.
Although it is about cm 2 / V · sec, the concentration of the two-dimensional electron gas is about 1 × 10 13 cm -2 , which is one or more orders of magnitude higher than the concentration of the two-dimensional electron gas of the GaAs system.
It is possible to obtain a current driving characteristic similar to that of T and to obtain a high withstand voltage characteristic because the forbidden band width is wide.

【0039】図7参照 図7は、本発明の実施の形態の光集積プラットホームに
用いる光導波路の概略的断面図であり、まず、C面を主
面とするサファイア基板10上に、MOVPE法を用い
て、厚さが、例えば、0.5μmのn型AlGaNクラ
ッド層21を成長させる。次いで、厚さが、例えば、
0.2μmのi型GaNコア層22及び厚さが、例え
ば、0.6μmのi型AlNクラッド層23を順次全面
に堆積させる。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of an optical waveguide used in the optical integrated platform according to the embodiment of the present invention. First, the MOVPE method is applied to the sapphire substrate 10 having the C-plane as the main surface. The n-type AlGaN cladding layer 21 having a thickness of, for example, 0.5 μm is grown by using this. The thickness is then, for example,
An i-type GaN core layer 22 having a thickness of 0.2 μm and an i-type AlN cladding layer 23 having a thickness of, for example, 0.6 μm are sequentially deposited on the entire surface.

【0040】次いで、上記のDFB−ISBレーザの場
合と同様に、幅が、例えば、1.0μmのSiO2 マス
ク(図示を省略)をマスクとしてエッチングしてストラ
イプ状メサを形成したのち、このSiO2 マスクを選択
成長マスクとしてi型AlN埋込層24を成長する。
Then, as in the case of the DFB-ISB laser described above, etching is performed using a SiO 2 mask (not shown) having a width of, for example, 1.0 μm as a mask to form a stripe mesa, and then this SiO is formed. 2 The i-type AlN buried layer 24 is grown using the mask as a selective growth mask.

【0041】この様に、上述の図3乃至図5において説
明した光素子、図6において説明したHEMT、及び、
図7において説明した光導波路を組み合わせることによ
って図2に示した光集積プラットホームが得られる。こ
の場合、製造工程を簡素化するために、工程の一部を共
通化することが望ましいが、HEMTは具体的構成が異
なるので最後に選択成長させることが望ましい。
As described above, the optical device described with reference to FIGS. 3 to 5, the HEMT described with reference to FIG. 6, and
By combining the optical waveguides described in FIG. 7, the optical integrated platform shown in FIG. 2 can be obtained. In this case, in order to simplify the manufacturing process, it is desirable to make part of the process common, but since the HEMT has a different specific configuration, it is desirable to selectively grow the HEMT last.

【0042】即ち、n型AlGaNクラッド層21と、
n型AlGaNクラッド層31、n型AlGaNクラッ
ド層41、n型AlGaNクラッド層51を共通にし、
この共通となるn型AlGaNクラッド層21のDFB
−ISBレーザ形成部にのみ回折格子32を選択的に形
成する。
That is, the n-type AlGaN cladding layer 21 and
The n-type AlGaN clad layer 31, the n-type AlGaN clad layer 41, and the n-type AlGaN clad layer 51 are commonly used,
DFB of this common n-type AlGaN cladding layer 21
-The diffraction grating 32 is selectively formed only in the ISB laser forming portion.

【0043】次いで、DFB−ISBレーザ30、IS
B光変調器40、及び、ISB光増幅器50を形成する
領域に対応する矩形状開口部を有するSiO2 マスクを
設けて、InGaN/AlGaNMQW層を、DFB−
ISBレーザ部において、厚さが、例えば、0.2μm
になるように堆積させる。この場合、上述のように、D
FB−ISBレーザ部及びISB光増幅器部においては
矩形状開口部の大きさを同じとし、ISB光変調器部の
矩形状開口部の大きさをより幅広にする。
Next, the DFB-ISB laser 30, IS
A SiO 2 mask having a rectangular opening corresponding to a region where the B optical modulator 40 and the ISB optical amplifier 50 are formed is provided, and the InGaN / AlGaN MQW layer is formed on the DFB-
In the ISB laser section, the thickness is, for example, 0.2 μm.
To be deposited. In this case, as described above, D
In the FB-ISB laser section and the ISB optical amplifier section, the sizes of the rectangular openings are made the same, and the sizes of the rectangular openings of the ISB optical modulator section are made wider.

【0044】次いで、厚さが、例えば、0.6μmのn
型AlGaNクラッド層34、n型AlGaNクラッド
層43、及び、n型AlGaNクラッド層53を同時に
堆積させたのち、SiO2 マスクを除去し、次いで、新
たに、DFB−ISBレーザ30、ISB光変調器4
0、及び、ISB光増幅器50を形成する領域に、各素
子長さに対応する長さのSiO2 マスクを形成し、露出
部をエッチング除去する。
Next, the thickness of n is 0.6 μm, for example.
-Type AlGaN clad layer 34, n-type AlGaN clad layer 43, and n-type AlGaN clad layer 53 are simultaneously deposited, the SiO 2 mask is removed, and then a new DFB-ISB laser 30 and ISB optical modulator Four
A SiO 2 mask having a length corresponding to each element length is formed in the area where 0 and the ISB optical amplifier 50 are formed, and the exposed portion is removed by etching.

【0045】次いで、このSiO2 マスクを選択成長マ
スクとして用いて、厚さが、例えば、0.2μmのi型
GaNコア層22及び厚さが、例えば、0.6μmのi
型AlNクラッド層23を順次堆積させる。
Next, using this SiO 2 mask as a selective growth mask, the i-type GaN core layer 22 having a thickness of, for example, 0.2 μm and the i-type GaN core layer 22 having a thickness of, for example, 0.6 μm are used.
The type AlN cladding layer 23 is sequentially deposited.

【0046】次いで、選択成長に用いたSiO2 マスク
を除去したのち、全面に新たなSiO2 膜を堆積させ、
MMI60に達する1本のストライプ状パターン、MM
I60に対応するパターン、及び、分岐光導波路61に
対応するパターンを有するSiO2 パターンを形成し、
このSiO2 パターンをマスクとしてエッチングするこ
とによって、ストライプ状メサ等を形成する。
Next, after removing the SiO 2 mask used for the selective growth, a new SiO 2 film is deposited on the entire surface,
One striped pattern that reaches MMI60, MM
Forming a SiO 2 pattern having a pattern corresponding to I60 and a pattern corresponding to the branched optical waveguide 61,
By etching using this SiO 2 pattern as a mask, a stripe mesa or the like is formed.

【0047】次いで、このSiO2 パターンを選択成長
マスクとして用いてi型AlN埋込層24、i型AlN
埋込層35、i型AlN埋込層44、及び、i型AlN
埋込層54を形成する。即ち、i型AlN埋込層35、
i型AlN埋込層44、及び、i型AlN埋込層54
は、i型AlN埋込層24と共通の層となる。
Next, using this SiO 2 pattern as a selective growth mask, the i-type AlN burying layer 24 and the i-type AlN are formed.
Buried layer 35, i-type AlN buried layer 44, and i-type AlN
The buried layer 54 is formed. That is, the i-type AlN buried layer 35,
i-type AlN buried layer 44 and i-type AlN buried layer 54
Is a layer common to the i-type AlN buried layer 24.

【0048】次いで、i型AlN埋込層24の片側を選
択的に除去して基板側の電極形成領域を形成するととも
に、他の露出領域にレーザ駆動回路70、光変調器駆動
回路80、及び、光増幅器90を選択的に形成し、最後
に各電極を形成すれば良い。
Next, one side of the i-type AlN burying layer 24 is selectively removed to form an electrode formation region on the substrate side, and the laser drive circuit 70, the optical modulator drive circuit 80, and The optical amplifier 90 may be selectively formed, and each electrode may be finally formed.

【0049】この様に、本発明においては、ナイトライ
ド系III-V族化合物半導体を用いると共に、各光素子を
サブバンド間遷移を利用した光素子としているので、駆
動回路を含めた全体構成をモノリシックに構成すること
ができ、また、光通信に適した1.3〜1.55μm幅
のレーザ光を吸収損なく変調・増幅・伝播することがで
きる。
As described above, in the present invention, since the nitride-based III-V group compound semiconductor is used and each optical element is an optical element utilizing the intersubband transition, the entire structure including the drive circuit is It can be configured monolithically, and can modulate, amplify, and propagate laser light having a width of 1.3 to 1.55 μm suitable for optical communication without absorption loss.

【0050】また、本発明においては、基板として絶縁
性の高いサファイア基板10を用いているので、電気信
号が基板を介して回り込むことがなく、全ての素子を互
いに独立した状態で駆動することが可能になる。
Further, in the present invention, since the sapphire substrate 10 having a high insulation property is used as the substrate, all the elements can be driven independently of each other without electric signals sneaking through the substrate. It will be possible.

【0051】なお、上記の実施の形態には示していない
が、必要に応じて半導体光受光素子を集積化しても良い
ものであり、構造としては、図5に示したISB光増幅
器と全く同じ構成で良く、この半導体受光素子に電流を
流さない状態でレーザ光を導入すると入力された光の出
力に応じた電流が流れ、この電流を検出することで光信
号を電気信号に変換することができる。
Although not shown in the above embodiment, semiconductor light receiving elements may be integrated if necessary, and the structure is exactly the same as that of the ISB optical amplifier shown in FIG. The configuration is good, and when laser light is introduced into the semiconductor light receiving element in the state where no current flows, a current flows according to the output of the input light, and an optical signal can be converted into an electrical signal by detecting this current. it can.

【0052】次に、図8乃至図10を参照して、本発明
の実施の形態に用いる光素子及び光導波路の変形例を説
明する。 図8(a)及び(b)参照 図8(a)は、本発明の実施の形態の光集積プラットホ
ームに集積化する半導体レーザの変形例の縦断面図であ
り、また、図8(b)は図8(a)におけるA−A′を
結ぶ一点鎖線における横断面図であり、この場合には、
DBR−ISBレーザとなる。
Next, modified examples of the optical element and the optical waveguide used in the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Reference is made to FIGS. 8A and 8B. FIG. 8A is a vertical cross-sectional view of a modified example of the semiconductor laser integrated on the optical integrated platform according to the embodiment of the present invention, and FIG. Is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line connecting AA ′ in FIG.
It becomes a DBR-ISB laser.

【0053】まず、C面を主面とするサファイア基板1
0上に、MOVPE法を用いて、厚さが、例えば、0.
5μmのn型AlGaNクラッド層31を成長させ、レ
ーザの光軸方向の両側に発振波長に応じた周期を有する
回折格子12を形成する。
First, the sapphire substrate 1 whose main surface is the C surface
0 using the MOVPE method, the thickness is, for example, 0.
A 5 μm n-type AlGaN cladding layer 31 is grown to form the diffraction grating 12 having a period corresponding to the oscillation wavelength on both sides in the optical axis direction of the laser.

【0054】次いで、矩形状開口部を有するSiO2
スク(図示を省略)を設けたのち、ドブロイ波長以下の
膜厚のAlGaNバリア層及びInGaNウエル層から
なるInGaN/AlGaNMQW活性層33を厚さ
が、例えば、0.2μmになるように堆積させたのち、
厚さが、例えば、0.6μmのn型AlGaNクラッド
層34を選択的に堆積させる。
Next, after a SiO 2 mask (not shown) having a rectangular opening is provided, the InGaN / AlGaN MQW active layer 33 consisting of an AlGaN barrier layer and an InGaN well layer having a film thickness not more than the de Broglie wavelength is formed. , For example, after depositing to 0.2 μm,
An n-type AlGaN cladding layer 34 having a thickness of, for example, 0.6 μm is selectively deposited.

【0055】次いで、幅が、例えば、1.0μmのSi
2 マスク(図示を省略)をマスクとしてエッチングし
てストライプ状メサを形成したのち、このSiO2 マス
クを選択成長マスクとしてi型AlN埋込層35を成長
する。
Next, Si having a width of, for example, 1.0 μm is used.
After forming a stripe mesa by etching using an O 2 mask (not shown) as a mask, the i-type AlN buried layer 35 is grown using this SiO 2 mask as a selective growth mask.

【0056】次いで、i型AlN埋込層35の一部を選
択的にエッチング除去してn型AlGaNクラッド層3
1を露出させたのち、Niを堆積させ、Ni電極36,
37を形成することによって、DBR−ISBレーザの
基本構成が完成する。
Then, a part of the i-type AlN buried layer 35 is selectively removed by etching to remove the n-type AlGaN cladding layer 3.
1 is exposed and then Ni is deposited to form the Ni electrode 36,
By forming 37, the basic structure of the DBR-ISB laser is completed.

【0057】なお、この場合も、各光素子を共通化する
場合には、各光素子の光入出射端側を揃えるようにエッ
チングする際に、回折格子12が露出するような長さの
SiO2 マスクを用いれば良い。
Also in this case, in the case where the optical elements are commonly used, the SiO 2 has such a length that the diffraction grating 12 is exposed when the optical elements are etched so that the light input / output end sides are aligned. You can use 2 masks.

【0058】図9(a)参照 図9(a)は、本発明の実施の形態の光集積プラットホ
ームに用いる光導波路の変形例の概略的断面図であり、
この場合には、リブ装荷型光導波路である。まず、C面
を主面とするサファイア基板10上に、MOVPE法を
用いて、厚さが、例えば、0.5μmのi型AlNクラ
ッド層13、厚さが、例えば、0.2μmのi型GaN
コア層14、及び、厚さが、例えば、0.6nmのi型
AlNクラッド層15を順次堆積させる。
Reference is made to FIG. 9A. FIG. 9A is a schematic sectional view of a modification of the optical waveguide used in the optical integrated platform according to the embodiment of the present invention.
In this case, it is a rib-loaded optical waveguide. First, an i-type AlN cladding layer 13 having a thickness of, for example, 0.5 μm, and an i-type AlN clad layer 13 having a thickness of, for example, 0.2 μm are formed on the sapphire substrate 10 having the C-plane as a main surface by using the MOVPE method. GaN
The core layer 14 and the i-type AlN cladding layer 15 having a thickness of, for example, 0.6 nm are sequentially deposited.

【0059】次いで、中央部に、幅が3.3μmで、高
さが0.3μmのストライプ状メサを形成することによ
って、リブ装荷型光導波路が完成する。なお、この様な
リブ装荷型光導波路を用いる場合には、各光素子を埋込
層まで形成したのち、光導波路のi型GaNコア層以上
を形成する必要がある。
Next, a rib-loaded optical waveguide is completed by forming a stripe-shaped mesa having a width of 3.3 μm and a height of 0.3 μm in the central portion. When such a rib-loaded optical waveguide is used, it is necessary to form each optical element up to the buried layer and then form the i-type GaN core layer or more of the optical waveguide.

【0060】図9(b)参照 図9(b)は、本発明の実施の形態の光集積プラットホ
ームに用いる光導波路の他の変形例の概略的断面図であ
り、この場合には、選択成長法を用いて作製したもので
ある。まず、C面を主面とするサファイア基板10上
に、ストライプ状開口を有するSiO2 パターンを形成
し、このSiO2 パターンを選択成長マスクとして、M
OVPE法を用いて、厚さが、例えば、0.5μmのi
型AlNクラッド層17、厚さが、例えば、0.2μm
のi型GaNコア層18、及び、厚さが、例えば、0.
6nmのi型AlNクラッド層19を順次堆積させたも
のである。
FIG. 9B is a schematic sectional view of another modification of the optical waveguide used in the optical integrated platform according to the embodiment of the present invention. In this case, selective growth is performed. It was produced using the method. First, an SiO 2 pattern having a stripe-shaped opening is formed on a sapphire substrate 10 having a C-plane as a main surface, and this SiO 2 pattern is used as a selective growth mask to form M.
Using the OVPE method, the thickness is, for example, 0.5 μm
-Type AlN clad layer 17, the thickness is, for example, 0.2 μm
I-type GaN core layer 18 having a thickness of 0.
A 6 nm i-type AlN cladding layer 19 is sequentially deposited.

【0061】図10(a)及び(b)参照 図10(a)は、本発明の実施の形態の光集積プラット
ホームに集積化する光変調器の変形例であるマッハツェ
ンダー型光変調器の概略的要部斜視図であり、また、図
10(b)は図10(a)におけるLN光変調素子82
の形成部の概略的横断面図である。
10A and 10B. FIG. 10A is a schematic view of a Mach-Zehnder type optical modulator which is a modification of the optical modulator integrated on the optical integrated platform according to the embodiment of the present invention. 10B is a perspective view of an essential part, and FIG. 10B is an LN optical modulation element 82 in FIG. 10A.
It is a schematic cross-sectional view of the formation part of.

【0062】まず、C面を主面とするサファイア基板1
0上に、スパッタリング法を用いて、厚さが、例えば、
0.5μmのSiO2 膜、0.2μmのLiNbO
3 膜、及び、0.6μmのSiO2 膜を順次堆積させた
のち、図に示す形状にパターニングしてSiO2 クラッ
ド層85/LiNbO3 コア層86/SiO2 クラッド
層87からなる光導波路81を形成する。
First, the sapphire substrate 1 whose main surface is the C surface
0, using a sputtering method, the thickness is
0.5 μm SiO 2 film, 0.2 μm LiNbO
After sequentially depositing three films and a SiO 2 film of 0.6 μm, patterning is performed in the shape shown in the figure to form an optical waveguide 81 including a SiO 2 clad layer 85 / LiNbO 3 core layer 86 / SiO 2 clad layer 87. Form.

【0063】次いで、位相差を与えるためのLN光変調
素子82を形成する部分に選択的にCr膜及びAu膜を
順次堆積させてLiNbO3 コア層86に電界を印加す
るための一対の電極88,89を形成することによって
マッハツェンダー型の光変調器の基本構成が完成する。
なお、符号83,84は、光導波路81の形成後に、光
導波路81の除去部に形成した光増幅器であり、上記図
5に示したISB光増幅器と同様の構成である。
Next, a Cr film and an Au film are selectively deposited in order on the portion where the LN optical modulator 82 for giving a phase difference is formed, and a pair of electrodes 88 for applying an electric field to the LiNbO 3 core layer 86. , 89, the basic structure of the Mach-Zehnder type optical modulator is completed.
Reference numerals 83 and 84 are optical amplifiers formed in the removed portion of the optical waveguide 81 after the optical waveguide 81 is formed, and have the same configuration as the ISB optical amplifier shown in FIG.

【0064】このマッハツェンダー型の光変調器におい
ては、LN光変調素子82に電極88,89を介して電
圧を加えることでの部分における屈折率を変更し、それ
によってレーザ光に位相差を与えることによって出力側
でこの電圧の変化に応じた光信号がえられる。因に、位
相差がπの場合には、出力は0となり、位相差が0或い
は2πの場合には出力は1となる。
In this Mach-Zehnder type optical modulator, a voltage is applied to the LN optical modulation element 82 via the electrodes 88 and 89 to change the refractive index in the portion, thereby giving a phase difference to the laser light. As a result, an optical signal corresponding to the change in this voltage can be obtained at the output side. Incidentally, the output becomes 0 when the phase difference is π, and the output becomes 1 when the phase difference is 0 or 2π.

【0065】また、この様な絶縁性部材からなる光変調
素子を光集積化プラットホームにおける光導波路に組み
込むことによって、各光素子間を完全に電気的に分離す
ることができ、クロストークを防止することができる。
Further, by incorporating the optical modulation element made of such an insulating member into the optical waveguide in the optical integrated platform, the optical elements can be completely electrically separated from each other and crosstalk can be prevented. be able to.

【0066】以上、本発明の実施の形態及び変形例を説
明してきたが、本発明は実施の形態及び変形例に記載し
た数値、条件等に限られるものではなく、各種の変更が
可能である。例えば、上記の実施の形態においては、基
板としてサファイア基板を用いているが、サファイア基
板に限られるものではなく、半絶縁性SiC基板、半絶
縁性GaN基板、或いは、半絶縁性AlN基板を用いて
も良いものである。
Although the embodiments and modifications of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the numerical values, conditions, etc. described in the embodiments and modifications, and various changes can be made. . For example, although the sapphire substrate is used as the substrate in the above-described embodiments, it is not limited to the sapphire substrate, and a semi-insulating SiC substrate, a semi-insulating GaN substrate, or a semi-insulating AlN substrate is used. It is also good.

【0067】また、上記の実施の形態においては、n型
AlGaNクラッド層に直接電極を設けているが、n+
型GaN層を介して電極を設けても良く、その場合に
は、基板上にn+ 型GaNコンタクト層を介して下側n
型AlGaNクラッド層を設けるとともに、上側n型A
lGaNクラッド層上にn+ 型GaNキャップ層を設け
れば良く、基板側電極を形成するために、i型AlN埋
込層をエッチングする際に、下側n型AlGaNクラッ
ド層もエッチングすれば良い。
[0067] Further, in the above embodiment, it is provided with the electrode directly in the n-type AlGaN clad layer, n +
May be provided with an electrode through type GaN layer, in which case the lower n through n + -type GaN contact layer on a substrate
-Type AlGaN clad layer is provided and the upper n-type A
An n + -type GaN cap layer may be provided on the lGaN clad layer, and when the i-type AlN buried layer is etched to form the substrate-side electrode, the lower n-type AlGaN clad layer may also be etched. .

【0068】また、上記の実施の形態においては、クラ
ッド層をAlGaN層としているが、AlN層或いはA
l(Ga)N/(Al)GaN超格子層を用いても良
く、また、InGaN/AlGaNMQW層は、GaN
/AlGaNMQW構造或いはGaN/AlNMQW構
造としても良いものである。
Further, in the above embodiment, the clad layer is the AlGaN layer, but the AlN layer or A
An l (Ga) N / (Al) GaN superlattice layer may be used, and the InGaN / AlGaN MQW layer may be GaN.
A / AlGaN MQW structure or a GaN / AlNM MQW structure may be used.

【0069】また、光集積プラットホームに集積化させ
る光素子の組合せは図2に示した組合せに限られるもの
ではなく、使用形態・目的応じて必要とする光素子を適
宜組み合わせれば良いものである。
Further, the combination of the optical elements to be integrated on the optical integrated platform is not limited to the combination shown in FIG. 2, and the required optical elements may be appropriately combined depending on the usage form and purpose. .

【0070】例えば、上記の実施の形態においては、半
導体レーザを1つしか示していないが、互いに発振波長
の異なるDFB−ISBレーザを複数並列に設けMMI
を介して一本の光導波路から出力するように構成しても
良いものであり、それによって、波長多重通信用の光源
を構成することができる。
For example, in the above embodiment, only one semiconductor laser is shown, but a plurality of DFB-ISB lasers having mutually different oscillation wavelengths are provided in parallel and the MMI is provided.
It may be configured to output from one optical waveguide via the optical waveguide, and thereby a light source for wavelength division multiplexing can be configured.

【0071】なお、各DFB−ISBレーザの発振波長
を互いに異なるようにするためには、各回折格子の周期
を変えるとともに、MQW層を堆積させる際のSiO2
マスクに設ける矩形状開口部の大きさが互いに異なるよ
うにし、それによってウエル層の膜厚が異なるようにす
れば良い。
In order to make the oscillation wavelengths of the DFB-ISB lasers different from each other, the period of each diffraction grating is changed, and the SiO 2 at the time of depositing the MQW layer is changed.
The sizes of the rectangular openings provided in the mask may be different from each other so that the film thickness of the well layer may be different.

【0072】また、上記の実施の形態の変形例において
は、マッハツェンダー型光変調器をLiNbO3 を利用
して形成しているが、この様な強誘電体部材に限られる
ものではなく、fluorinated polymi
de、オキシニトロスチルベンゼン系“MONS”−ポ
リマー、アミノニトロスチルベンゼン系“DANS”−
ポリマー等のポリマを用いても良いものである。
Further, in the modification of the above embodiment, the Mach-Zehnder interferometer type optical modulator is formed by using LiNbO 3 , but the present invention is not limited to such a ferroelectric member, and it is not limited to such a ferroelectric member. polymi
de, oxynitrostilbenzene-based "MONS" -polymer, aminonitrostilbenzene-based "DANS"-
Polymers such as polymers may also be used.

【0073】また、マッハツェンダー型光変調器におい
ては、横方向から電界を印加するように一対の電極8
8,89を設けているが、図4に示したISB光変調器
のように、SiO2 クラッド層87とサファイア基板1
0上にそれぞれ電極を設け、これらの電極の間に電界を
印加するようにしても良いものである。
In the Mach-Zehnder interferometer type optical modulator, the pair of electrodes 8 is applied so that an electric field is applied from the lateral direction.
8 and 89 are provided, the SiO 2 clad layer 87 and the sapphire substrate 1 are provided as in the ISB optical modulator shown in FIG.
It is also possible to provide electrodes on each of the electrodes and apply an electric field between these electrodes.

【0074】また、上記の実施の形態の説明において
は、各光素子を駆動する駆動回路を構成する駆動素子と
してHEMTを用いているがHEMTに限られるもので
はなく、例えば、ナイトライド系III-V族化合物半導体
からなるMESFET(ショットキーバリア型FET)
或いはナイトライド系III-V族化合物半導体からなるH
BT(ヘテロ接合バイポーラトランジスタ)で構成して
も良い。
Further, in the above description of the embodiment, the HEMT is used as the drive element constituting the drive circuit for driving each optical element, but the HEMT is not limited to the HEMT, and for example, a nitride type III- MESFET (Schottky barrier type FET) made of Group V compound semiconductor
Alternatively, H composed of a nitride III-V compound semiconductor
You may comprise by BT (heterojunction bipolar transistor).

【0075】また、上記の実施の形態においては、全体
をコンパクトにするために駆動回路も集積化している
が、駆動回路は必ずしも集積化する必要はないものであ
り、この場合には、駆動素子はナイトライド系III-V族
化合物半導体である必要はない。
Further, in the above embodiment, the drive circuit is also integrated in order to make the whole compact, but the drive circuit does not necessarily have to be integrated. In this case, the drive element is used. Need not be a nitride III-V compound semiconductor.

【0076】また、用途としても、長距離光通信用に限
られるものではなく、各種の情報処理端末間の信号伝送
システム等としても適当されるものであり、長距離光通
信に用いない場合には、光ファイバとの相性の良い1.
3〜1.55μm帯である必要はなく、他の波長域のレ
ーザ光を用いても良いものである。
Further, the application is not limited to long-distance optical communication, but is also suitable as a signal transmission system between various information processing terminals, and when not used for long-distance optical communication. Has a good compatibility with the optical fiber.
It does not have to be in the band of 3 to 1.55 μm, and laser light in other wavelength ranges may be used.

【0077】ここで、再び、図1を参照して、改めて本
発明の特徴点を説明する。 図1参照 (付記1) ナイトライド系III-V族化合物半導体から
なる光導波路7を設けた絶縁性基板1上に、ナイトライ
ド系III-V族化合物半導体からなる多重量子井戸構造活
性層を有し、サブバンド間の遷移によって発光する半導
体レーザ2を少なくとも集積化したことを特徴とするナ
イトライド系半導体レーザ2を備えた光集積装置。 (付記2) 上記絶縁性基板1が、サファイア基板、半
絶縁性SiC基板、半絶縁性GaN基板、或いは、半絶
縁性AlN基板のいずれかであることを特徴とする付記
1記載のナイトライド系半導体レーザ2を備えた光集積
装置。 (付記3) 上記光導波路7が、GaNコア層及びAl
x Ga1-x Nクラッド層(0<x≦1)から構成される
ことを特徴とする付記1または2に記載のナイトライド
系半導体レーザ2を備えた光集積装置。 (付記4) 上記絶縁基板上に、半導体光増幅器4、半
導体光検知器、及び、光変調器3の内の少なくとも一種
類の光素子を集積化したことを特徴とする付記1乃至3
のいずれか1に記載のナイトライド系半導体レーザ2を
備えた光集積装置。 (付記5) 上記半導体光増幅器4、半導体光検知器、
及び、光変調器3の内の少なくとも一種類の光素子が、
サブバンド間遷移を利用した光素子であることを特徴と
する付記4記載のナイトライド系半導体レーザ2を備え
た光集積装置。 (付記6) 上記光変調器3が、マッハツェンダー型光
変調器3であることを特徴とする付記4記載のナイトラ
イド系半導体レーザ2を備えた光集積装置。 (付記7) 上記マッハツェンダー型光変調器3の少な
くとも一部が、強誘電体導波路或いはポリマ導波路のい
ずれかから構成されていることを特徴とする付記6記載
のナイトライド系半導体レーザ2を備えた光集積装置。 (付記8) 上記半導体レーザ2、半導体光増幅器4、
半導体光検知器、及び、光変調器3の内の少なくとも一
種類の光素子を駆動する駆動回路6を上記絶縁基板上に
集積化するとともに、前記駆動回路6を構成する駆動素
子の少なくとも一部をナイトライド系III-V族化合物半
導体で構成することを特徴とする付記1乃至7のいずれ
か1に記載のナイトライド系半導体レーザ2を備えた光
集積装置。 (付記9) 上記駆動素子が、ショットキーバリア型電
界効果トランジスタ、高電子移動度トランジスタ、或い
は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタのいずれかから
なることを特徴とする付記1乃至7のいずれか1に記載
のナイトライド系半導体レーザ2を備えた光集積装置。
Here, the characteristic points of the present invention will be described again with reference to FIG. See FIG. 1 (Appendix 1) A multiple quantum well structure active layer made of a nitride-based III-V compound semiconductor is provided on an insulating substrate 1 provided with an optical waveguide 7 made of a nitride-based III-V compound semiconductor. An optical integrated device including a nitride semiconductor laser 2 in which at least the semiconductor laser 2 that emits light by transition between subbands is integrated. (Supplementary Note 2) The nitride system according to Supplementary Note 1, wherein the insulating substrate 1 is a sapphire substrate, a semi-insulating SiC substrate, a semi-insulating GaN substrate, or a semi-insulating AlN substrate. An optical integrated device including a semiconductor laser 2. (Supplementary Note 3) The optical waveguide 7 includes a GaN core layer and Al.
3. An optical integrated device comprising a nitride semiconductor laser 2 according to appendix 1 or 2, which is composed of an x Ga 1-x N cladding layer (0 <x ≦ 1). (Additional remark 4) At least one type of optical element among the semiconductor optical amplifier 4, the semiconductor photodetector, and the optical modulator 3 is integrated on the above-mentioned insulating substrate.
An optical integrated device comprising the nitride semiconductor laser 2 described in any one of 1. (Supplementary Note 5) The semiconductor optical amplifier 4, the semiconductor photodetector,
And at least one type of optical element in the optical modulator 3,
An optical integrated device comprising the nitride semiconductor laser 2 according to appendix 4, which is an optical element utilizing intersubband transition. (Additional remark 6) The optical modulator 3 is a Mach-Zehnder interferometer type optical modulator 3, and an optical integrated device comprising the nitride semiconductor laser 2 according to the additional remark 4. (Additional remark 7) At least a part of the Mach-Zehnder interferometer type optical modulator 3 is composed of either a ferroelectric waveguide or a polymer waveguide, and the nitride semiconductor laser 2 according to additional remark 6 is characterized. An optical integrated device equipped with. (Supplementary Note 8) The semiconductor laser 2, the semiconductor optical amplifier 4,
A semiconductor photodetector and a drive circuit 6 for driving at least one type of optical element in the optical modulator 3 are integrated on the insulating substrate, and at least a part of the drive elements constituting the drive circuit 6 is integrated. 9. An optical integrated device comprising a nitride semiconductor laser 2 according to any one of appendices 1 to 7, characterized in that is composed of a nitride III-V compound semiconductor. (Supplementary Note 9) The supplementary note 1 to 7, wherein the driving element is any one of a Schottky barrier field effect transistor, a high electron mobility transistor, and a heterojunction bipolar transistor. An optical integrated device including a nitride semiconductor laser 2.

【0078】[0078]

【発明の効果】本発明によれば、ナイトライド系III-V
族化合物半導体を用いてサブバンド間の遷移を利用した
半導体レーザを含む光集積プラットホームをモノリシッ
クに構成しているので、光素子の集積化が容易になると
ともに、光の吸収による特性の変動を抑制することがで
き、それによって、大容量光通信の実用化・普及に寄与
するところが大きい。
According to the present invention, the nitride III-V
An optical integrated platform that includes a semiconductor laser that uses transitions between subbands using group compound semiconductors is configured monolithically, facilitating integration of optical devices and suppressing fluctuations in characteristics due to absorption of light. Therefore, it contributes to the practical application and spread of large-capacity optical communication.

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

【図1】本発明の原理的構成の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a principle configuration of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態の光集積プラットホームの
構成説明図である。
FIG. 2 is a configuration explanatory view of an optical integrated platform according to the embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態の光集積プラットホームに
集積化するDFB−ISBレーザの説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a DFB-ISB laser integrated on the optical integrated platform according to the embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施の形態の光集積プラットホームに
集積化するISB光変調器の概略的断面図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an ISB optical modulator integrated on the optical integrated platform according to the embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施の形態の光集積プラットホームに
集積化するISB光増幅器の概略的断面図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of an ISB optical amplifier integrated in the optical integrated platform according to the embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施の形態の光集積プラットホームに
集積化する駆動回路を構成するHEMTの概略的断面図
である。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a HEMT that constitutes a drive circuit integrated in the optical integrated platform according to the embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施の形態の光集積プラットホームに
用いる光導波路の概略的断面図である。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of an optical waveguide used in the optical integrated platform according to the embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施の形態の光集積プラットホームに
集積化する半導体レーザの変形例の説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram of a modified example of a semiconductor laser integrated on the optical integrated platform according to the embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施の形態の光集積プラットホームに
用いる光導波路の変形例の概略的断面図である。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a modification of the optical waveguide used in the optical integrated platform according to the embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施の形態の光集積プラットホーム
に集積化する光変調器の変形例の構造説明図である。
FIG. 10 is a structural explanatory view of a modified example of the optical modulator integrated in the optical integrated platform according to the embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 絶縁性基板 2 半導体レーザ 3 光変調器 4 半導体光増幅器 5 MMI 6 駆動回路 7 光導波路 8 分岐光導波路 10 サファイア基板 11 ボンディングワイヤ 12 回折格子 13 i型AlNクラッド層 14 i型GaNコア層 15 i型AlNクラッド層 16 SiO2 マスク 17 i型AlNクラッド層 18 i型GaNコア層 19 i型AlNクラッド層 20 光導波路 21 n型AlGaNクラッド層 22 i型GaNコア層 23 i型AlNクラッド層 24 i型AlN埋込層 30 DFB−ISBレーザ 31 n型AlGaNクラッド層 32 回折格子 33 InGaN/AlGaNMQW活性層 34 n型AlGaNクラッド層 35 i型AlN埋込層 36 Ni電極 37 Ni電極 38 第1量子準位 39 第2量子準位 40 ISB光変調器 41 n型AlGaNクラッド層 42 InGaN/AlGaNMQW能動層 43 n型AlGaNクラッド層 44 i型AlN埋込層 45 Ni電極 46 Ni電極 50 ISB光増幅器 51 n型AlGaNクラッド層 52 InGaN/AlGaNMQW活性層 53 n型AlGaNクラッド層 54 i型AlN埋込層 55 Ni電極 56 Ni電極 60 MMI 61 分岐光導波路 70 レーザ駆動回路 71 i型GaN電子走行層 72 i型Al0.25Ga0.75N層 73 n型Al0.25Ga0.75N電子供給層 74 i型Al0.25Ga0.75N保護層 75 SiN膜 76 ゲート電極 77 ソース・ドレイン電極 80 光変調器駆動回路 81 光導波路 82 LN光変調素子 83 光増幅器 84 光増幅器 85 SiO2 クラッド層 86 LiNbO3 コア層 87 SiO2 クラッド層 88 電極 89 電極 90 光増幅器駆動回路1 Insulating Substrate 2 Semiconductor Laser 3 Optical Modulator 4 Semiconductor Optical Amplifier 5 MMI 6 Drive Circuit 7 Optical Waveguide 8 Branching Optical Waveguide 10 Sapphire Substrate 11 Bonding Wire 12 Diffraction Grating 13 i-type AlN Clad Layer 14 i-type GaN Core Layer 15 i Type AlN clad layer 16 SiO 2 mask 17 i type AlN clad layer 18 i type GaN core layer 19 i type AlN clad layer 20 optical waveguide 21 n type AlGaN clad layer 22 i type GaN core layer 23 i type AlN clad layer 24 i type AlN buried layer 30 DFB-ISB laser 31 n-type AlGaN clad layer 32 diffraction grating 33 InGaN / AlGaN MQW active layer 34 n-type AlGaN clad layer 35 i-type AlN buried layer 36 Ni electrode 37 Ni electrode 38 first quantum level 39 Second quantum level 40 ISB optical modulator 41 n-type AlG N clad layer 42 InGaN / AlGaN MQW active layer 43 n-type AlGaN clad layer 44 i-type AlN buried layer 45 Ni electrode 46 Ni electrode 50 ISB optical amplifier 51 n-type AlGaN clad layer 52 InGaN / AlGaN MQW active layer 53 n-type AlGaN clad layer 54 i-type AlN buried layer 55 Ni electrode 56 Ni electrode 60 MMI 61 Branched optical waveguide 70 Laser drive circuit 71 i-type GaN electron transit layer 72 i-type Al 0.25 Ga 0.75 N layer 73 n-type Al 0.25 Ga 0.75 N electron supply layer 74 i-type Al 0.25 Ga 0.75 N protective layer 75 SiN film 76 Gate electrode 77 Source / drain electrode 80 Optical modulator drive circuit 81 Optical waveguide 82 LN optical modulator 83 Optical amplifier 84 Optical amplifier 85 SiO 2 clad layer 86 LiNbO 3 core Layer 87 SiO 2 clad layer 88 electrode 89 Polar 90 optical amplifier drive circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今井 元 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1番 1号 富士通株式会社内 (72)発明者 岸野 克巳 東京都あきる野市草花1782 (72)発明者 小関 健 埼玉県さいたま市天沼町2−443−26 Fターム(参考) 2H079 BA01 BA03 CA05 DA03 DA16 DA22 EA03 EA05 5F073 AA22 AA64 AA65 AA74 AB13 AB14 AB21 AB25 CA07 CB05 DA05    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Gen Imai             4-1, Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa             No. 1 within Fujitsu Limited (72) Inventor Katsumi Kishino             1782 Sobana, Akiruno-shi, Tokyo (72) Inventor Ken Ozeki             2-443-26 Amanumacho, Saitama City, Saitama Prefecture F-term (reference) 2H079 BA01 BA03 CA05 DA03 DA16                       DA22 EA03 EA05                 5F073 AA22 AA64 AA65 AA74 AB13                       AB14 AB21 AB25 CA07 CB05                       DA05

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ナイトライド系III-V族化合物半導体か
らなる光導波路を設けた絶縁性基板上に、ナイトライド
系III-V族化合物半導体からなる多重量子井戸構造活性
層を有し、サブバンド間の遷移によって発光する半導体
レーザを少なくとも集積化したことを特徴とするナイト
ライド系半導体レーザを備えた光集積装置。
1. A subband having a multiple quantum well structure active layer made of a nitride III-V compound semiconductor on an insulating substrate provided with an optical waveguide made of a nitride III-V compound semiconductor. An optical integrated device comprising a nitride semiconductor laser, wherein at least a semiconductor laser that emits light due to transitions between them is integrated.
【請求項2】 上記絶縁性基板が、サファイア基板、半
絶縁性SiC基板、半絶縁性GaN基板、或いは、半絶
縁性AlN基板のいずれかであることを特徴とする請求
項1記載のナイトライド系半導体レーザを備えた光集積
装置。
2. The nitride according to claim 1, wherein the insulating substrate is a sapphire substrate, a semi-insulating SiC substrate, a semi-insulating GaN substrate, or a semi-insulating AlN substrate. Optical integrated device equipped with a semiconductor laser.
【請求項3】 上記絶縁基板上に、半導体光増幅器、半
導体光検知器、及び、光変調器の内の少なくとも一種類
の光素子を集積化したことを特徴とする請求項1または
2に記載のナイトライド系半導体レーザを備えた光集積
装置。
3. The semiconductor optical amplifier, the semiconductor photodetector, and at least one type of optical element of an optical modulator are integrated on the insulating substrate. Optical integrated device equipped with the above-mentioned nitride semiconductor laser.
【請求項4】 上記光変調器が、マッハツェンダー型光
変調器であることを特徴とする請求項3記載のナイトラ
イド系半導体レーザを備えた光集積装置。
4. An optical integrated device equipped with a nitride semiconductor laser according to claim 3, wherein the optical modulator is a Mach-Zehnder type optical modulator.
【請求項5】 上記半導体レーザ、半導体光増幅器、半
導体光検知器、及び、光変調器の内の少なくとも一種類
の光素子を駆動する駆動回路を上記絶縁基板上に集積化
するとともに、前記駆動回路を構成する駆動素子の少な
くとも一部をナイトライド系III-V族化合物半導体で構
成することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項
に記載のナイトライド系半導体レーザを備えた光集積装
置。
5. A drive circuit for driving at least one type of optical element of the semiconductor laser, the semiconductor optical amplifier, the semiconductor photodetector, and the optical modulator is integrated on the insulating substrate, and the drive circuit is integrated. 5. A light provided with a nitride semiconductor laser according to any one of claims 1 to 4, wherein at least a part of a driving element constituting the circuit is composed of a nitride III-V group compound semiconductor. Accumulation device.
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