JP2005079541A - Semiconductor optical amplifier and its manufacturing method - Google Patents

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Mitsunobu Gotoda
光伸 後藤田
Tomoshi Nishikawa
智志 西川
Tetsuya Nishimura
哲也 西村
Yasuki Tokuda
安紀 徳田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a semiconductor optical amplifier realizing a superior element characteristic with a high gain saturation level and a small wave form distortion and having a reliability over a long period of time. <P>SOLUTION: The semiconductor optical amplifier is composed of: a semiconductor substrate 1 having a half insulation; a primary DBR layer 2 and a primary cladding layer 3 which are formed on the semiconductor substrate 1; an activity layer 4 which is formed on the primary cladding layer 3 and has a predetermined width; a primary conductive layer 5 and a secondary conductive layer 6 which are provided respectively so as to contact with both side faces of the activity layer 4 on the primary cladding layer 3; a secondary cladding layer 7 which is provided so as to cover the activity layer 4, the primary conductive layer 5 and the secondary conductive layer 6; a secondary DBR layer 8 which is provided at a position opposite to the activity layer 4 on the secondary cladding layer 7; a primary electrode 9 formed in an etching groove penetrating the secondary cladding layer 7, a bottom face of the etching groove reaching the primary conductive layer 5; and a secondary electrode 10 formed in an etching groove penetrating the secondary cladding layer 7, a bottom face of the etching groove reaching the secondary conductive layer 6. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、専ら光通信システムに用いられる半導体光増幅器およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor optical amplifier used exclusively in an optical communication system and a manufacturing method thereof.

半導体光増幅器は、入力信号光を光増幅した後出力する機能を有し、波長分割多重(WDM)光ファイバ通信システム等において、光信号の散乱や吸収、分岐などによる減衰を補償するために用いられる。   A semiconductor optical amplifier has a function of optically amplifying input signal light and then outputting it, and is used to compensate attenuation due to scattering, absorption, branching, etc. of an optical signal in a wavelength division multiplexing (WDM) optical fiber communication system. It is done.

半導体光増幅器では、光信号強度が強い場合に生じる半導体光増幅器の利得飽和に起因する相対的な利得低下によって発生する波形歪み、あるいは複数の波長の光信号を同時に増幅する際に生じる一方の波長の光信号の増幅率が他方の波長の光信号の強度によって変化するクロストークの発生等、が実用上大きな課題であった。   In a semiconductor optical amplifier, waveform distortion caused by relative gain reduction due to gain saturation of the semiconductor optical amplifier that occurs when the optical signal strength is strong, or one wavelength that occurs when optical signals of multiple wavelengths are amplified simultaneously The occurrence of crosstalk in which the amplification factor of the optical signal changes depending on the intensity of the optical signal of the other wavelength has been a big problem in practical use.

かかる問題を解決するために,特許文献1あるいは非特許文献1に開示された従来の半導体光増幅器では、基板主面に対して活性層の上方および下方に反射率の高いDBR(Distributed Bragg Reflectors)反射鏡を設け、入射光の導波方向に対して垂直方向に各DBR層を一対の反射鏡となして光共振器を構成してレーザ発振させることで活性層内の利得を一定値に固定し、広い波長域で入射信号光の光強度に依存しない一定の利得を実現していた。かかる素子構造では、下部のDBR層を通して活性層への電流注入を行っていた。また、素子構造としてはリッジメサ構造で活性層の側面は半導体層で何ら保護されず、外部に露出していた。   In order to solve such a problem, in the conventional semiconductor optical amplifier disclosed in Patent Document 1 or Non-Patent Document 1, DBR (Distributed Bragg Reflectors) having high reflectivity above and below the active layer with respect to the main surface of the substrate. A reflector is provided, and each DBR layer is formed as a pair of reflectors in the direction perpendicular to the waveguide direction of incident light, and an optical resonator is formed to cause laser oscillation, thereby fixing the gain in the active layer to a constant value. In addition, a constant gain independent of the light intensity of the incident signal light has been realized in a wide wavelength range. In such an element structure, current is injected into the active layer through the lower DBR layer. The element structure is a ridge mesa structure, and the side surface of the active layer is not protected by the semiconductor layer and is exposed to the outside.

米国特許出願公開第US2003/0095326A1号明細書US Patent Application Publication No. US2003 / 0095326A1

D.A.Francis他、”A single―chip linear optical amplifier”,Optical Fiber Communication Conference(OFC)2001,ポストデッドラインペーパー,PD13D. A. Francis et al., “A single-chip linear optical amplifier”, Optical Fiber Communication Conference (OFC) 2001, Post Deadline Paper, PD13

しかしながら、従来の半導体光増幅器ではDBR層を通して活性層に電流を流しているため、DBR部分の高い抵抗によって余分に熱が発生する結果、上下方向のDBR層によるレーザ発振の閾値電流が熱の影響で上昇し、利得飽和レベルが低くなるという問題点があった。また、リッジメサ構造で活性層の両側面が外部にさらされているため、高い動作電流によって半導体光増幅器の長期信頼性が損なわれるという実用上大きな問題もあった。   However, in the conventional semiconductor optical amplifier, since current is passed through the active layer through the DBR layer, heat is generated excessively due to the high resistance of the DBR portion. As a result, the threshold current of laser oscillation by the vertical DBR layer is affected by the heat. There is a problem that the gain saturation level is lowered. In addition, since both sides of the active layer are exposed to the outside due to the ridge mesa structure, there is a large practical problem that the long-term reliability of the semiconductor optical amplifier is impaired by a high operating current.

この発明は上記のような諸問題を解決するためになされたものであり、DBR部分に電流を流さないようにして不要な熱の発生を防止しかつ活性層の両側面を半導体層で保護することにより、利得飽和レベルが高く波形歪みが小さい優れた素子特性を実現しかつ長期信頼性を有する半導体光増幅器を得ることを目的とし、さらに、かかる半導体光増幅器を容易に提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and prevents current from flowing through the DBR portion to prevent generation of unnecessary heat and protect both side surfaces of the active layer with a semiconductor layer. It is an object of the present invention to provide a semiconductor optical amplifier that achieves excellent device characteristics with a high gain saturation level and low waveform distortion and has long-term reliability, and further to easily provide such a semiconductor optical amplifier. To do.

本発明に係る半導体光増幅器は、半絶縁性の半導体基板と、上記半導体基板上に形成された第1DBR層と、上記第1DBR層上に形成された第1クラッド層と、上記第1クラッド層上に形成され所定の幅を有する活性層と、上記第1クラッド層上で上記活性層の両側面に接するようにそれぞれ設けられた第1導電層および第2導電層と、上記活性層、上記第1導電層および上記第2導電層を覆うように設けられた第2クラッド層と、上記第2クラッド層上で上記活性層に対向する位置に設けられた第2DBR層と、上記第2クラッド層を貫通し底面が上記第1導電層に達するエッチング溝に形成された第1電極と、上記第2クラッド層を貫通し底面が上記第2導電層に達するエッチング溝に形成された第2電極と、を備えることとした。   A semiconductor optical amplifier according to the present invention includes a semi-insulating semiconductor substrate, a first DBR layer formed on the semiconductor substrate, a first cladding layer formed on the first DBR layer, and the first cladding layer. An active layer having a predetermined width, a first conductive layer and a second conductive layer provided on the first cladding layer so as to be in contact with both side surfaces of the active layer; the active layer; A second cladding layer provided to cover the first conductive layer and the second conductive layer; a second DBR layer provided on the second cladding layer at a position facing the active layer; and the second cladding. A first electrode formed in an etching groove penetrating the layer and having a bottom surface reaching the first conductive layer; and a second electrode formed in an etching groove penetrating the second cladding layer and having the bottom surface reaching the second conductive layer. And so on.

この発明に係る半導体光増幅器では、いわゆる横方向電流注入構造を採用したので各DBR層に電流が流れないため、各DBR層における不要な熱の発生をほぼ完全に防止できる結果、上下方向のDBR層によるレーザ発振の閾値電流が熱の影響を受けないので熱による閾値電流の上昇といった不具合が回避され利得飽和レベル低下を有効に防止できるので、素子特性に優れた半導体光増幅器が得られる。   Since the semiconductor optical amplifier according to the present invention employs a so-called lateral current injection structure, current does not flow through each DBR layer, so that unnecessary heat generation in each DBR layer can be almost completely prevented. Since the laser oscillation threshold current due to the layer is not affected by heat, problems such as an increase in the threshold current due to heat can be avoided, and a decrease in gain saturation level can be effectively prevented, so that a semiconductor optical amplifier having excellent device characteristics can be obtained.

また、この発明に係る半導体光増幅器では、活性層の両側面に接するように第1導電層および第2導電層が設けられ活性層自体が外部に露出していないので、従来のリッジメサ構造を適用した半導体光増幅器のような活性層の両側面が外部に露出している素子構造に比べて長期信頼性の面で優れている。   In the semiconductor optical amplifier according to the present invention, the first conductive layer and the second conductive layer are provided so as to be in contact with both side surfaces of the active layer, and the active layer itself is not exposed to the outside. Therefore, the conventional ridge mesa structure is applied. This is superior in terms of long-term reliability compared to an element structure in which both side surfaces of the active layer are exposed to the outside, such as a semiconductor optical amplifier.

実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1による半導体光増幅器の断面図(a)および断面図(a)におけるA−A線に沿った正面図(b)である。図中、1は半絶縁性のInP基板(半絶縁性の半導体基板)、2は第1DBR層、3は第1クラッド層、4は活性層、5はn型導電層(第1導電層)、6はp型導電層(第2導電層)、7は第2クラッド層、8は第2DBR層、9は第1電極、10は第2電極、11、12は第1電極および第2電極にそれぞれ接続された金線である。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view (a) and a front view (b) taken along line AA in the cross-sectional view (a) of the semiconductor optical amplifier according to the first embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a semi-insulating InP substrate (semi-insulating semiconductor substrate), 2 is a first DBR layer, 3 is a first cladding layer, 4 is an active layer, and 5 is an n-type conductive layer (first conductive layer). , 6 is a p-type conductive layer (second conductive layer), 7 is a second cladding layer, 8 is a second DBR layer, 9 is a first electrode, 10 is a second electrode, and 11 and 12 are a first electrode and a second electrode. Gold wires connected to each.

実施の形態1による半導体光増幅器の構成を以下に説明する。半絶縁性のインジウムリン(InP)基板1上に、エピタキシャル結晶成長によって半導体多層膜からなる高抵抗の第1DBR層2、高抵抗のInP結晶からなる第1クラッド層3、偏波依存性の少ない引張り歪みバルクのインジウムガリウム砒素リン(InGaAsP)結晶で構成された活性層4、が順次形成されている。活性層4はアンドープで、光導波に最適な所定の幅Wを有している。活性層4の幅Wは1〜2μmの範囲が好適である。なお、活性層4は多重量子井戸構造で構成しても良い。   The configuration of the semiconductor optical amplifier according to the first embodiment will be described below. On a semi-insulating indium phosphide (InP) substrate 1, a high-resistance first DBR layer 2 made of a semiconductor multilayer film by epitaxial crystal growth, a first cladding layer 3 made of a high-resistance InP crystal, and little polarization dependency An active layer 4 composed of indium gallium arsenide phosphide (InGaAsP) crystal in a tensile strain bulk is sequentially formed. The active layer 4 is undoped and has a predetermined width W optimum for optical waveguide. The width W of the active layer 4 is preferably in the range of 1 to 2 μm. The active layer 4 may have a multiple quantum well structure.

第1クラッド層3上で活性層4の両側面に接するようにn型導電層(第1導電層)5およびp型導電層(第2導電層)6が設けられている。各導電層5,6を構成する半導体結晶のバンドギャップエネルギーは、活性層4を構成する半導体結晶のバンドギャップエネルギーよりも大きくなるように設定する。活性層4内に光およびキャリアを有効に閉じ込めるためである。各導電層5,6の半導体結晶材料としては、インジウムリン(InP)が好適である。   An n-type conductive layer (first conductive layer) 5 and a p-type conductive layer (second conductive layer) 6 are provided on the first cladding layer 3 so as to be in contact with both side surfaces of the active layer 4. The band gap energy of the semiconductor crystal constituting each conductive layer 5, 6 is set to be larger than the band gap energy of the semiconductor crystal constituting the active layer 4. This is for effectively confining light and carriers in the active layer 4. As a semiconductor crystal material for each of the conductive layers 5 and 6, indium phosphide (InP) is suitable.

活性層4、n型導電層5およびp型導電層6を覆うようにエピタキシャル結晶成長によって第2クラッド層7が形成されている。第2クラッド層7は高抵抗のInP結晶からなる。   A second cladding layer 7 is formed by epitaxial crystal growth so as to cover active layer 4, n-type conductive layer 5, and p-type conductive layer 6. The second cladding layer 7 is made of a high resistance InP crystal.

第2クラッド層7上で下部の活性層4と対向する位置に半導体多層膜からなる高抵抗の第2DBR層8が設けられている。   A high-resistance second DBR layer 8 made of a semiconductor multilayer film is provided on the second cladding layer 7 at a position facing the lower active layer 4.

第2クラッド層7には底面がn型導電層5に達するエッチング溝およびp型導電層6に達するエッチング溝がそれぞれ設けられ、さらに各エッチング溝中には金属からなりn型導電層5と電気的に接続された第1電極9およびp型導電層6と電気的に接続された第2電極10がそれぞれ設けられている。各電極9,10には外部の電源等と電気的に接続するための金線11,12が設けられている。   The second cladding layer 7 is provided with an etching groove whose bottom surface reaches the n-type conductive layer 5 and an etching groove that reaches the p-type conductive layer 6, and each of the etching grooves is made of metal and is electrically connected to the n-type conductive layer 5. The first electrode 9 and the second electrode 10 electrically connected to the p-type conductive layer 6 are respectively provided. The electrodes 9 and 10 are provided with gold wires 11 and 12 for electrical connection with an external power source or the like.

次に、実施の形態1の半導体光増幅器の動作について説明する。第1電極9が負、第2電極10が正となるように電圧を印加すると、電流が第2電極10、p型導電層6、活性層4、n型導電層5、第1電極9の順に流れる。因みに、このような電流注入方法は、電流が活性層4内をInP基板1の主面に対して平行方向に流れるので、横方向電流注入とよばれる。活性層4に注入されたキャリアによって活性層4内で発光再結合が生じるが、発生した光は第1DBR層2、第2DBR層8を一対の反射鏡とした光共振器、つまり半導体基板1の主面に対して上下方向の光共振器によって光増幅され、活性層4への注入電流が所定の閾値電流を越えると上下方向のDBR層2,8間でレーザ発振が生じる。   Next, the operation of the semiconductor optical amplifier according to the first embodiment will be described. When a voltage is applied so that the first electrode 9 is negative and the second electrode 10 is positive, the current flows through the second electrode 10, the p-type conductive layer 6, the active layer 4, the n-type conductive layer 5, and the first electrode 9. It flows in order. Incidentally, such a current injection method is called lateral current injection because a current flows in the active layer 4 in a direction parallel to the main surface of the InP substrate 1. Light emission recombination occurs in the active layer 4 due to the carriers injected into the active layer 4, but the generated light is an optical resonator having the first DBR layer 2 and the second DBR layer 8 as a pair of reflecting mirrors, that is, the semiconductor substrate 1. When light is amplified by an optical resonator in the vertical direction with respect to the main surface and the injection current to the active layer 4 exceeds a predetermined threshold current, laser oscillation occurs between the DBR layers 2 and 8 in the vertical direction.

かかる状態の半導体光増幅器に対して一方の端面から活性層4内に入射された信号光は、活性層4を導波するに伴い光増幅された後、他方の端面から外部に出力光として出射される。活性層4内の利得は上述の上下方向の各DBR層2,8間のレーザ発振によって広い波長域にわたって一定値に固定されているので、広い波長域で入射信号光の光強度に依存しない光増幅が実現できる。   The signal light that has entered the active layer 4 from one end face of the semiconductor optical amplifier in this state is amplified as the light is guided through the active layer 4 and then emitted from the other end face to the outside as output light. Is done. Since the gain in the active layer 4 is fixed to a constant value over a wide wavelength range by the laser oscillation between the DBR layers 2 and 8 in the vertical direction, light that does not depend on the light intensity of the incident signal light in a wide wavelength range. Amplification can be realized.

実施の形態1の半導体光増幅器では上述したようにいわゆる横方向電流注入構造を採用したので、従来の半導体光増幅器とは異なりDBR層に電流が流れない素子構造となっている。つまり、第1DBR層2および第2DBR層8は電流経路となっていない。よって、従来、抵抗値の高いDBR層に電流を流すことにより生じた不要な熱の発生をほぼ完全に防止できるので、上下方向の各DBR層2,8間のレーザ発振の閾値電流値が熱の影響を受けないため熱による閾値電流の上昇といった不具合が回避され、この結果、利得飽和レベル低下を防げるので、波形歪みが小さいという素子特性に優れた半導体光増幅器が得られる。なお、各DBR層は上述したように電流経路となっていないので低抵抗化を目的とした不純物ドーピングを行う必要がないため、従来の素子構造において生じたような各DBR層での不純物ドーパントに起因する光吸収を効果的に抑制できるので、一層レーザ発振の閾値電流の低減が図れる。   Since the semiconductor optical amplifier according to the first embodiment employs a so-called lateral current injection structure as described above, it has an element structure in which no current flows in the DBR layer, unlike the conventional semiconductor optical amplifier. That is, the first DBR layer 2 and the second DBR layer 8 are not current paths. Therefore, it is possible to almost completely prevent the generation of unnecessary heat that has conventionally been caused by flowing a current through a DBR layer having a high resistance value, so that the threshold current value of laser oscillation between the respective DBR layers 2 and 8 in the vertical direction is the heat value. As a result, a problem such as an increase in threshold current due to heat is avoided, and as a result, a decrease in gain saturation level can be prevented, so that a semiconductor optical amplifier excellent in device characteristics with small waveform distortion can be obtained. In addition, since each DBR layer is not a current path as described above, it is not necessary to perform impurity doping for the purpose of reducing the resistance. Therefore, the impurity dopant in each DBR layer as generated in the conventional element structure is used. Since the resulting light absorption can be effectively suppressed, the threshold current for laser oscillation can be further reduced.

また、実施の形態1の半導体光増幅器では、活性層4の両側面に接するようにn型導電層5およびp型導電層6が設けられ活性層4自体が外部に露出していないので、従来のリッジメサ構造を適用した半導体光増幅器のような側面が外部に露出している素子構造に比べて、長期信頼性に優れた半導体光増幅器が容易に得られる。   In the semiconductor optical amplifier of the first embodiment, the n-type conductive layer 5 and the p-type conductive layer 6 are provided so as to be in contact with both side surfaces of the active layer 4, and the active layer 4 itself is not exposed to the outside. Compared with an element structure in which the side surface is exposed to the outside, such as a semiconductor optical amplifier using the ridge mesa structure, a semiconductor optical amplifier excellent in long-term reliability can be easily obtained.

なお、上述の説明では第1DBR層2および第2DBR層8は半導体層で構成するとしたが、各DBR層のいずれか一方、あるいは双方を半導体以外の材料、例えば、誘電体多層膜で構成しても良い。波長1.3〜1.55μmのいわゆる長波帯の半導体多層膜DBR反射鏡では、高屈折率材料(例えばInGaAsP)と低屈折率材料(例えばInP)間の屈折率差が小さいため、高反射率を得るには高屈折率材料と低屈折率材料の多数のペアを成膜しなければならず、かかる半導体DBR層の成膜には非常に長い結晶成長時間を要するので、上述のように各DBR層2,8を誘電体多層膜で構成することにより、結晶成長時間が大幅に短縮できると共に、反射鏡を活性層4とは独立に最適化できる利点がある。   In the above description, the first DBR layer 2 and the second DBR layer 8 are composed of semiconductor layers, but either one or both of the DBR layers are composed of a material other than a semiconductor, for example, a dielectric multilayer film. Also good. In a so-called long wave band semiconductor multilayer DBR reflector having a wavelength of 1.3 to 1.55 μm, the difference in refractive index between a high refractive index material (for example, InGaAsP) and a low refractive index material (for example, InP) is small. In order to obtain a high refractive index material, a large number of pairs of a high refractive index material and a low refractive index material must be formed, and the formation of such a semiconductor DBR layer requires a very long crystal growth time. By configuring the DBR layers 2 and 8 with dielectric multilayer films, there is an advantage that the crystal growth time can be greatly shortened and the reflecting mirror can be optimized independently of the active layer 4.

また、上述の説明では活性層4はアンドープとしたが、ライトドープしても良い。上記の活性層4が高純度のアンドープ結晶層であると、横方向に電流注入を行う際に活性層4自体が高抵抗体として働き、不要な熱が発生するおそれがある。そこで、活性層4の発光品質が劣化しない範囲でライトドープしておくことで、活性層部分の直流抵抗値を低減すると素子特性上極めて有利である。活性層4のライトドープは、活性層4のエピタキシャル結晶成長時に同時にドーピングするか、あるいはnおよびp型導電層5,6の結晶成長時もしくは結晶成長後にアニールして、アンドープ活性層4中へのドーパントの熱的な拡散を促進(ドライブイン拡散)する方法等により実現できる。   In the above description, the active layer 4 is undoped, but may be lightly doped. If the active layer 4 is a high-purity undoped crystal layer, the active layer 4 itself acts as a high resistance when current is injected in the lateral direction, and unnecessary heat may be generated. Therefore, it is extremely advantageous in terms of device characteristics to reduce the DC resistance value of the active layer portion by light doping in a range where the light emission quality of the active layer 4 does not deteriorate. The light doping of the active layer 4 is performed at the same time as the epitaxial crystal growth of the active layer 4 or is annealed during or after the crystal growth of the n-type and p-type conductive layers 5 and 6 to enter the undoped active layer 4. This can be realized by a method of promoting thermal diffusion of dopant (drive-in diffusion).

実施の形態2.
図2は本発明の実施の形態2による半導体光増幅器の断面図である。図中、15はバッファ層である。実施の形態2による半導体光増幅器は、実施の形態1の半導体光増幅器において、活性層4とn型導電層5およびp型導電層6の間に、活性層4と各導電層5、6の中間のバンドギャップエネルギーを有するバッファ層15を設けた点に特徴がある。かかるバッファ層15の導入によって、バンドダイアグラムにおける活性層4と各導電層5,6のヘテロ界面でのバンド不連続に起因するノッチの影響を低減することができ、結果的に電流注入時の活性層4の直流抵抗を下げることが可能となるので、素子動作時における活性層4での発熱が抑制される結果、素子特性に優れ長期信頼性を有する半導体光増幅器が得られる。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 2 is a sectional view of a semiconductor optical amplifier according to the second embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 15 denotes a buffer layer. The semiconductor optical amplifier according to the second embodiment is different from the semiconductor optical amplifier according to the first embodiment in that the active layer 4 and the conductive layers 5 and 6 are interposed between the active layer 4 and the n-type conductive layer 5 and the p-type conductive layer 6. The buffer layer 15 having an intermediate band gap energy is provided. The introduction of the buffer layer 15 can reduce the influence of notches caused by band discontinuity at the heterointerface between the active layer 4 and the conductive layers 5 and 6 in the band diagram. Since the direct current resistance of the layer 4 can be lowered, the heat generation in the active layer 4 during element operation is suppressed, so that a semiconductor optical amplifier having excellent element characteristics and long-term reliability can be obtained.

実施の形態3.
図3は本発明の実施の形態3による半導体光増幅器の断面図(a)および断面図(a)におけるB−B線に沿った正面図(b)である。実施の形態3による半導体光増幅器は、実施の形態1、2の半導体光増幅器の素子構造において、第1DBR層2を異種基板上に成長させた半導体層、例えばガリウム砒素(GaAs)基板上のAlGaAs/GaAs多層膜で構成し、近年発達の著しい基板貼り合わせ技術を用いて貼り合わせたものである(図3)。つまり、図3中のC−C線を境界として上下のウエハを別個に形成後、貼り合わせている。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view (a) and a front view (b) taken along line BB in the cross-sectional view (a) of the semiconductor optical amplifier according to the third embodiment of the present invention. The semiconductor optical amplifier according to the third embodiment has the same structure as that of the semiconductor optical amplifier according to the first and second embodiments, but a semiconductor layer in which the first DBR layer 2 is grown on a different substrate, for example, AlGaAs on a gallium arsenide (GaAs) substrate. / GaAs multilayer film, and bonded using a substrate bonding technique that has been remarkably developed in recent years (FIG. 3). That is, the upper and lower wafers are separately formed and bonded together with the line CC in FIG.

かかる方法の採用により第1DBR層2を構成する材料の選択肢が増すので、従来InGaAsP/InP系材料では高反射率の反射鏡が得られにくかった長波長領域で簡易に高反射率の反射鏡を用いることができ、上下方向の光共振器によるレーザ発振の閾値電流低下が容易に実現可能となるため、素子動作時における活性層4での発熱が抑制される結果、良好な素子特性を有し、より長期信頼性に優れた半導体光増幅器が得られる。   By adopting such a method, the choice of the material constituting the first DBR layer 2 is increased. Therefore, it has been difficult to obtain a high-reflectivity reflector with conventional InGaAsP / InP-based materials. Since it is possible to easily reduce the threshold current of laser oscillation by the optical resonator in the vertical direction, heat generation in the active layer 4 during element operation is suppressed, and as a result, good element characteristics are obtained. As a result, a semiconductor optical amplifier excellent in long-term reliability can be obtained.

実施の形態4.
図4は本発明の実施の形態4による半導体光増幅器の上面図である。図中、9a、9bは光導波方向に2つに分割された第1電極であり、10a、10bは同じく光導波方向に2つに分割された第2電極である。実施の形態4による半導体光増幅器では、実施の形態1の半導体光増幅器における第1および第2電極9,10が、光導波方向に対して電気的に分離された2つ以上の分割電極で構成されている点に特徴がある。なお、第1電極9a、9b間あるいは第2電極10a、10b間を電気的に完全に分離するのは難しいが、実用上充分な程度に電極間の分離抵抗を高抵抗化しておく。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 4 is a top view of a semiconductor optical amplifier according to Embodiment 4 of the present invention. In the figure, 9a and 9b are first electrodes divided into two in the optical waveguide direction, and 10a and 10b are second electrodes similarly divided into two in the optical waveguide direction. In the semiconductor optical amplifier according to the fourth embodiment, the first and second electrodes 9 and 10 in the semiconductor optical amplifier according to the first embodiment are configured by two or more divided electrodes that are electrically separated in the optical waveguide direction. It is characterized in that it is. Although it is difficult to electrically completely separate the first electrodes 9a and 9b or the second electrodes 10a and 10b, the separation resistance between the electrodes is increased to a sufficiently high level for practical use.

信号光は半導体光増幅器内部の活性層4を導波する間に、誘導放出光が重ね合わされて光増幅される。入射端面近傍に比べて出射端面近傍では誘導放出光成分が増大するため、出射端面近傍の方が同じ電流注入密度ではキャリアが多く消費されて利得飽和が起こりやすくなる。従って、第1および第2電極をそれぞれ複数の分割電極として、入射側から離れた側の分割電極ほど多くの電流を注入可能なように構成することで、利得飽和レベルの低下を有効に防止できる。これにより高い出力レベルまで一定の利得で光信号の増幅を行うことができ、素子特性の向上が図れる。   While the signal light is guided through the active layer 4 inside the semiconductor optical amplifier, the stimulated emission light is superimposed and optically amplified. Since the stimulated emission light component increases near the exit end face as compared to near the entrance end face, more carriers are consumed near the exit end face at the same current injection density, and gain saturation is likely to occur. Therefore, by configuring each of the first and second electrodes as a plurality of divided electrodes so that a larger amount of current can be injected into the divided electrode farther from the incident side, it is possible to effectively prevent the gain saturation level from being lowered. . As a result, the optical signal can be amplified with a constant gain up to a high output level, and the device characteristics can be improved.

実施の形態5.
図5は本発明の実施の形態5における半導体光増幅器の断面図(a)および断面図(a)におけるD−D線に沿った正面図(b)である。図中、21はクラッド層を兼ねた第1導電型の半導体基板(InP基板)、22は活性層、23は第2導電型のクラッド層(InPクラッド層)、24は電流ブロック層、25はDBR層、26は第1電極、27は第2電極、をそれぞれ示す。
Embodiment 5 FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view (a) and a front view (b) taken along line DD in the cross-sectional view (a) of the semiconductor optical amplifier according to the fifth embodiment of the present invention. In the figure, 21 is a first conductivity type semiconductor substrate (InP substrate) that also serves as a cladding layer, 22 is an active layer, 23 is a second conductivity type cladding layer (InP cladding layer), 24 is a current blocking layer, and 25 is The DBR layer, 26 indicates a first electrode, and 27 indicates a second electrode.

実施の形態5の半導体光増幅器では、図5に示すように、半導体基板21上でリッジメサの両側面に断面が矩形を呈しつつリッジメサに略平行に延在しかつ光導波方向に直交する方向に周期的に配置された複数の半導体層(屈折率3.2)および空気(屈折率1)あるいはベンゾシクロブテン(BCB、Benzocyclobutene,屈折率1.546、図示せず)等の低屈折率で低導電性のポリマー材料のペアでDBR層25を構成している。このようなDBR層25を半導体レーザの端面高反射鏡に用いた例は、J.WiedmannらによってJpn.J.Appl.Phys.Vol.40(2001.12) pp6845〜6851,Part1,No.12に開示されている。   In the semiconductor optical amplifier according to the fifth embodiment, as shown in FIG. 5, a rectangular cross section is formed on both side surfaces of the ridge mesa on the semiconductor substrate 21, extending substantially parallel to the ridge mesa and orthogonal to the optical waveguide direction. Low and low refractive index such as periodically arranged semiconductor layers (refractive index 3.2) and air (refractive index 1) or benzocyclobutene (BCB, Benzocyclobutene, refractive index 1.546, not shown) The DBR layer 25 is composed of a pair of conductive polymer materials. An example in which such a DBR layer 25 is used for an end face high reflection mirror of a semiconductor laser is described in J. Org. Wiedmann et al., Jpn. Appl. Phys. Vol. 40 (2001.12) pp6845-6851, Part 1, No. 40. 12.

実施の形態5の半導体光増幅器は、実施の形態1の半導体光増幅器と比べて、リッジメサに平行に延在した、つまり光導波方向に平行に延在したDBR層25を形成している点が異なる。なお、リッジメサの両側面は、バンドギャップエネルギーが活性層22よりも大きいInP結晶等の半導体材料からなる電流ブロック層24で覆われている。リッジメサ形成後、選択結晶成長により埋め込み成長された半導体層24aをリソグラフィ技術とドライエッチング技術によって所定の部分エッチング除去して光導波方向に略平行にかつ光導波方向に直交する方向に複数の半導体層を所定の周期で形成し、各半導体層間の溝の部分は空気のままかあるいは上述のポリマー材料等で埋め込むことによってDBR層25が形成されている。DBR層25においては半導体層/空気あるいはポリマー材料間では屈折率差が大きいため、3周期以上のペアで95%以上の高い反射率が得られる。なお、活性層22には上下方向に電流注入、つまりいわゆる縦方向電流注入を行う。電流注入により利得が与えられた活性層22は横方向、つまり光導波方向に対して直交する方向では高反射率のDBR反射鏡25で囲まれた光共振器の内部に位置するので、電流注入により横方向にレーザ発振が生じ、一旦かかるレーザ発振が生じると活性層22内の利得は一定値に固定され、利得レベルの飽和が防止される。   The semiconductor optical amplifier according to the fifth embodiment is different from the semiconductor optical amplifier according to the first embodiment in that a DBR layer 25 extending in parallel with the ridge mesa, that is, extending in parallel with the optical waveguide direction is formed. Different. Both side surfaces of the ridge mesa are covered with a current blocking layer 24 made of a semiconductor material such as InP crystal whose band gap energy is larger than that of the active layer 22. After the formation of the ridge mesa, the semiconductor layer 24a embedded and grown by selective crystal growth is removed by predetermined partial etching using a lithography technique and a dry etching technique, and a plurality of semiconductor layers are formed in a direction substantially parallel to the optical waveguide direction and perpendicular to the optical waveguide direction. Are formed in a predetermined cycle, and the DBR layer 25 is formed by filling the grooves between the semiconductor layers with air or with the above-described polymer material or the like. Since the DBR layer 25 has a large difference in refractive index between the semiconductor layer / air and the polymer material, a high reflectance of 95% or more can be obtained with a pair of three cycles or more. The active layer 22 is subjected to vertical current injection, that is, so-called vertical current injection. The active layer 22 given gain by current injection is positioned inside the optical resonator surrounded by the DBR reflector 25 having high reflectivity in the lateral direction, that is, in the direction orthogonal to the optical waveguide direction. As a result, laser oscillation occurs in the lateral direction, and once such laser oscillation occurs, the gain in the active layer 22 is fixed to a constant value, and saturation of the gain level is prevented.

実施の形態5の半導体光増幅器では、上述したようにいわゆる縦方向電流注入構造を採用したにもかかわらずDBR層には何ら電流注入されない、つまり、実施の形態1の半導体光増幅器と同様、DBR層に電流が流れない素子構造となっているため、従来、相対的に抵抗値の高いDBR層に電流を流すことにより生じた不要な熱の発生をほぼ完全に防止できるので、横方向におけるレーザ発振の閾値電流値が熱の影響を受けないため熱による閾値電流の上昇といった不具合が回避され、この結果、利得飽和レベル低下を防げるので、例えば波形歪みが小さいといった素子特性に優れた半導体光増幅器が得られる。   In the semiconductor optical amplifier of the fifth embodiment, no current is injected into the DBR layer in spite of employing the so-called vertical current injection structure as described above. That is, as in the semiconductor optical amplifier of the first embodiment, the DBR is not injected. Since it has an element structure in which no current flows through the layer, it is possible to almost completely prevent the generation of unnecessary heat generated by flowing current through a DBR layer having a relatively high resistance value. Since the oscillation threshold current value is not affected by heat, problems such as an increase in threshold current due to heat can be avoided, and as a result, a decrease in gain saturation level can be prevented. For example, a semiconductor optical amplifier having excellent device characteristics such as low waveform distortion Is obtained.

また、実施の形態5の半導体光増幅器では、活性層の両側面に接するように電流ブロック層が設けられ活性層自体が外部に露出していないので、従来のリッジメサ構造を適用した半導体光増幅器のような側面が外部に露出している素子構造に比べて長期信頼性に優れた半導体光増幅器が容易に得られる。   In the semiconductor optical amplifier of the fifth embodiment, since the current blocking layer is provided so as to be in contact with both side surfaces of the active layer and the active layer itself is not exposed to the outside, the semiconductor optical amplifier using the conventional ridge mesa structure is used. A semiconductor optical amplifier excellent in long-term reliability can be easily obtained as compared with the element structure in which the side surface is exposed to the outside.

実施の形態6.
図6は本発明の実施の形態5の半導体光増幅器に対して、電界吸収型光変調器を入射側に集積した素子構造の正面図である。図中、28,29は金線、32は光増幅領域、33は光変調領域をそれぞれ示す。光増幅領域32と光変調領域33はそれぞれ電気的に分離されており、別個の電極26,27および30,31によって独立に駆動する。光変調領域33によって発生した信号光は光増幅領域32によって光増幅される。
Embodiment 6 FIG.
FIG. 6 is a front view of an element structure in which an electroabsorption optical modulator is integrated on the incident side with respect to the semiconductor optical amplifier according to the fifth embodiment of the present invention. In the figure, 28 and 29 are gold wires, 32 is a light amplification region, and 33 is a light modulation region. The light amplification region 32 and the light modulation region 33 are electrically separated from each other, and are independently driven by separate electrodes 26, 27 and 30, 31. The signal light generated by the light modulation region 33 is optically amplified by the light amplification region 32.

実施の形態6の半導体光変調器では、上述したように光増幅領域の利得レベルの波長依存性が極めて小さくかつ利得飽和も生じにくいので高周波でも信号歪みのほとんどない光増幅が行うことができるため、光変調領域の入力信号レベルが安定に増幅されS/N比の高い変調が可能となり、素子特性に優れた半導体光変調器が得られる。   In the semiconductor optical modulator of the sixth embodiment, since the wavelength dependence of the gain level of the optical amplification region is extremely small and gain saturation hardly occurs as described above, optical amplification with almost no signal distortion can be performed even at high frequencies. The input signal level in the optical modulation region is stably amplified, modulation with a high S / N ratio is possible, and a semiconductor optical modulator having excellent device characteristics can be obtained.

実施の形態7.
図7は本発明の実施の形態1における半導体光増幅器の一連の製造方法を示す模式図である。以下、本実施の形態の半導体光増幅器の製造方法について説明する。
Embodiment 7 FIG.
FIG. 7 is a schematic diagram showing a series of manufacturing methods of the semiconductor optical amplifier according to the first embodiment of the present invention. A method for manufacturing the semiconductor optical amplifier according to the present embodiment will be described below.

先ず、エピタキシャル結晶成長によって、半絶縁性のInP基板1上に、半導体多層膜からなる高抵抗の第1DBR層2、高抵抗のInP結晶からなる第1クラッド層3、偏波依存性の少ない引張り歪みバルクInGaAsP結晶で構成された活性層4、を順次形成する(図7(a))。エピタキシャル結晶成長方法としては、例えばMOCVD法、MBE法等の気相結晶成長法が好適である。   First, by epitaxial crystal growth, a high-resistance first DBR layer 2 made of a semiconductor multilayer film, a first cladding layer 3 made of a high-resistance InP crystal, and a tension with less polarization dependence are formed on a semi-insulating InP substrate 1. The active layer 4 composed of strained bulk InGaAsP crystal is sequentially formed (FIG. 7A). As the epitaxial crystal growth method, for example, a vapor phase crystal growth method such as MOCVD method or MBE method is suitable.

かかるエピタキシャル結晶成長後、リソグラフィ技術とウエットあるいはドライエッチング技術によって、活性層4を、断面が光導波に最適な所定の幅Wを呈するストライプ状に加工する(図7(b))。なお、活性層4の幅Wは1〜2μmの範囲が好適である。   After the epitaxial crystal growth, the active layer 4 is processed into a stripe shape having a predetermined width W that is optimal for optical waveguide by lithography and wet or dry etching techniques (FIG. 7B). The width W of the active layer 4 is preferably in the range of 1 to 2 μm.

選択結晶成長法により、第1クラッド層3上で活性層4の一側面に接するように第1導電層5を形成する(図7(c))。この際、活性層4の上部に絶縁膜を形成して選択成長マスクとするので、活性層4上には結晶成長は行われない。同様な方法によって第2導電層6を形成する(図7(d))。   The first conductive layer 5 is formed on the first cladding layer 3 so as to be in contact with one side surface of the active layer 4 by selective crystal growth (FIG. 7C). At this time, since an insulating film is formed on the active layer 4 to form a selective growth mask, crystal growth is not performed on the active layer 4. A second conductive layer 6 is formed by a similar method (FIG. 7D).

さらに、活性層4、n型導電層5およびp型導電層6を覆うように、第2クラッド層7および第2DBR層8を順次エピタキシャル結晶成長する。エピタキシャル結晶成長後、第2DBR層8を、活性層4の幅Wより若干広めの幅になるようにリソグラフィ技術とウエットあるいはドライエッチング技術によって、ストライプ状に加工する(図7(e))。   Further, the second cladding layer 7 and the second DBR layer 8 are sequentially epitaxially grown so as to cover the active layer 4, the n-type conductive layer 5 and the p-type conductive layer 6. After the epitaxial crystal growth, the second DBR layer 8 is processed into stripes by lithography and wet or dry etching techniques so that the width is slightly wider than the width W of the active layer 4 (FIG. 7E).

第2クラッド層7中で、それぞれ底面がn型導電層5およびp型導電層6に達するような2つのエッチング溝を、リソグラフィ技術とウエットあるいはドライエッチング技術によって形成する。かかるエッチング溝の内表面を金属膜で被覆するか、あるいはエッチング溝自体を金属で埋め込んで第1電極9および第2電極10をそれぞれ形成し、各電極9,10の上面に金線11,12を圧着することにより素子構造の主要部が完成する(図7(f))。   In the second cladding layer 7, two etching grooves whose bottom surfaces reach the n-type conductive layer 5 and the p-type conductive layer 6, respectively, are formed by lithography and wet or dry etching. The inner surface of the etching groove is covered with a metal film, or the etching groove itself is filled with a metal to form the first electrode 9 and the second electrode 10, and the gold wires 11, 12 are formed on the upper surfaces of the electrodes 9, 10. The main part of the element structure is completed by crimping (FIG. 7F).

実施の形態7の半導体光増幅器の製造方法によると、素子特性および信頼性に優れた半導体光増幅器を容易に製造できる。   According to the semiconductor optical amplifier manufacturing method of the seventh embodiment, a semiconductor optical amplifier having excellent element characteristics and reliability can be easily manufactured.

実施の形態8.
図8は本発明の実施の形態5における半導体光増幅器の製造方法を示す模式図である。
以下、本実施の形態の半導体光増幅器の製造方法について説明する。
Embodiment 8 FIG.
FIG. 8 is a schematic diagram showing a method for manufacturing a semiconductor optical amplifier according to the fifth embodiment of the present invention.
A method for manufacturing the semiconductor optical amplifier according to the present embodiment will be described below.

先ず、エピタキシャル結晶成長によって、第1クラッド層を兼ねた第1導電型の半導体基板21上に、活性層22、第2導電型の第2クラッド層23を順次形成する(図8(a))。エピタキシャル結晶成長方法としては、例えばMOCVD法、MBE法等の気相結晶成長法が好適である。   First, an active layer 22 and a second conductivity type second cladding layer 23 are sequentially formed on the first conductivity type semiconductor substrate 21 which also serves as the first cladding layer by epitaxial crystal growth (FIG. 8A). . As the epitaxial crystal growth method, for example, a vapor phase crystal growth method such as MOCVD method or MBE method is suitable.

かかる結晶成長後、リソグラフィ技術とドライエッチング技術によって、第1導電型の半導体基板21の一部、活性層22、第2導電型の第2クラッド層23を光導波に最適な所定の幅Wを呈するリッジメサ形状に加工する(図8(b))。なお、活性層22の幅Wは1〜2μmの範囲が好適である。   After such crystal growth, a predetermined width W optimum for optical waveguide is applied to a part of the first conductivity type semiconductor substrate 21, the active layer 22, and the second conductivity type second cladding layer 23 by lithography and dry etching techniques. It is processed into a ridge mesa shape (FIG. 8B). The width W of the active layer 22 is preferably in the range of 1 to 2 μm.

選択結晶成長法により、第1導電型の半導体基板21上でリッジメサ形状を埋め込むように電流ブロック層24に相当する結晶層24aを形成する(図8(c))。この際、リッジメサの上部に絶縁膜を形成して選択成長マスクとするので(図示せず)、リッジメサ上には結晶成長は行われない。   A crystal layer 24a corresponding to the current blocking layer 24 is formed by selective crystal growth so as to embed a ridge mesa shape on the first conductivity type semiconductor substrate 21 (FIG. 8C). At this time, since an insulating film is formed on the ridge mesa to form a selective growth mask (not shown), crystal growth is not performed on the ridge mesa.

次に、半導体基板21の裏面側に第1電極26を、リッジメサを覆うように第2電極27を、それぞれEB蒸着、スパッタ法等の金属膜成膜方法により形成した後、リソグラフィ技術とドライエッチング技術によって所定のパターンに加工する。   Next, after forming the first electrode 26 on the back surface side of the semiconductor substrate 21 and the second electrode 27 so as to cover the ridge mesa by a metal film forming method such as EB vapor deposition or sputtering, lithography technology and dry etching are performed. It is processed into a predetermined pattern by technology.

電流ブロック層およびDBR層25に相当する結晶層24aのうち、リッジメサの両側面に接する部分から一定の層厚分を残してドライエッチングにより除去することによって、リッジメサの両側面を覆うように電流ブロック層24を形成する(図8(d))。かかるドライエッチング時に同時にDBR層25も形成する。   Of the crystal layer 24a corresponding to the current blocking layer and the DBR layer 25, the current block is formed so as to cover both side surfaces of the ridge mesa by removing by dry etching leaving a certain layer thickness from the portion in contact with both side surfaces of the ridge mesa. The layer 24 is formed (FIG. 8D). A DBR layer 25 is also formed simultaneously with the dry etching.

第2電極27の上面に金線28を圧着することにより素子構造の主要部が完成する(図8(f))。   The main part of the element structure is completed by crimping the gold wire 28 on the upper surface of the second electrode 27 (FIG. 8F).

実施の形態8の半導体光増幅器の製造方法によると、素子特性および信頼性に優れた半導体光増幅器を容易に製造できる。   According to the semiconductor optical amplifier manufacturing method of the eighth embodiment, a semiconductor optical amplifier having excellent element characteristics and reliability can be easily manufactured.

実施の形態1による半導体光増幅器の断面図(a)および正面図(b)である。2A is a cross-sectional view of the semiconductor optical amplifier according to the first embodiment, and FIG. 実施の形態2による半導体光増幅器の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a semiconductor optical amplifier according to a second embodiment. 実施の形態3による半導体光増幅器の断面図(a)および正面図(b)である。FIG. 6 is a cross-sectional view (a) and a front view (b) of a semiconductor optical amplifier according to a third embodiment. 実施の形態4による半導体光増幅器の上面図である。FIG. 6 is a top view of a semiconductor optical amplifier according to a fourth embodiment. 実施の形態5による半導体光増幅器の断面図(a)および正面図である。FIG. 10A is a sectional view of a semiconductor optical amplifier according to a fifth embodiment, and FIG. 実施の形態6による半導体光変調器の正面図である。FIG. 10 is a front view of a semiconductor optical modulator according to a sixth embodiment. 実施の形態7による半導体光増幅器の製造方法を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing a method for manufacturing a semiconductor optical amplifier according to a seventh embodiment. 実施の形態8による半導体光増幅器の製造方法を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing a method for manufacturing a semiconductor optical amplifier according to an eighth embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 半絶縁性のInP基板(半導体基板)、 2 第1DBR層、 3 第1クラッド層、 4 活性層、 5 n型導電層(第1導電層)、 6 p型導電層(第2導電層)、 7 第2クラッド層、 8 第2DBR層、 9 第1電極、 9a、9b 光導波方向に2つに分割された第1電極、 10 第2電極、 10a、10b 光導波方向に2つに分割された第2電極、 11、12 第1電極および第2電極にそれぞれ接続された金線、 15 バッファ層、 21 第1導電型の半導体基板、 22 活性層、 23 第2導電型のクラッド層、 24 電流ブロック層、 25 DBR層、 26 第1電極、 27 第2電極、 28,29 金線、 32 光増幅領域、 33 光変調領域。   1 semi-insulating InP substrate (semiconductor substrate), 2 first DBR layer, 3 first cladding layer, 4 active layer, 5 n-type conductive layer (first conductive layer), 6 p-type conductive layer (second conductive layer) 7 Second cladding layer, 8 Second DBR layer, 9 First electrode, 9a, 9b First electrode divided into two in the optical waveguide direction, 10 Second electrode, 10a, 10b Divided into two in the optical waveguide direction Second wires 11, 12, gold wires connected to the first electrode and the second electrode, 15 buffer layer, 21 semiconductor substrate of the first conductivity type, 22 active layer, 23 clad layer of the second conductivity type, 24 current blocking layer, 25 DBR layer, 26 first electrode, 27 second electrode, 28, 29 gold wire, 32 light amplification region, 33 light modulation region.

Claims (9)

半絶縁性の半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された第1DBR層と、
前記第1DBR層上に形成された第1クラッド層と、
前記第1クラッド層上に形成され所定の幅を有する活性層と、
前記第1クラッド層上で前記活性層の両側面に接するようにそれぞれ設けられた第1導電層および第2導電層と、
前記活性層、前記第1導電層および前記第2導電層を覆うように設けられた第2クラッド層と、
前記第2クラッド層上で前記活性層に対向する位置に設けられた第2DBR層と、
前記第2クラッド層を貫通し底面が前記第1導電層に達するエッチング溝に形成された第1電極と、
前記第2クラッド層を貫通し底面が前記第2導電層に達するエッチング溝に形成された第2電極と、
を備えたことを特徴とする半導体光増幅器。
A semi-insulating semiconductor substrate;
A first DBR layer formed on the semiconductor substrate;
A first cladding layer formed on the first DBR layer;
An active layer formed on the first cladding layer and having a predetermined width;
A first conductive layer and a second conductive layer respectively provided on the first cladding layer so as to be in contact with both side surfaces of the active layer;
A second cladding layer provided to cover the active layer, the first conductive layer, and the second conductive layer;
A second DBR layer provided on the second cladding layer at a position facing the active layer;
A first electrode formed in an etching groove penetrating the second cladding layer and having a bottom surface reaching the first conductive layer;
A second electrode formed in an etching groove that penetrates the second cladding layer and has a bottom surface reaching the second conductive layer;
A semiconductor optical amplifier comprising:
前記第1DBR層および前記第2DBR層のいずれか一方あるいは双方が誘電体からなる多層膜で構成されていることを特徴とする請求項1記載の半導体光増幅器。 2. The semiconductor optical amplifier according to claim 1, wherein one or both of the first DBR layer and the second DBR layer are formed of a multilayer film made of a dielectric. 前記活性層がライトドープされていることを特徴とする請求項1記載の半導体光増幅器。 2. The semiconductor optical amplifier according to claim 1, wherein the active layer is lightly doped. 前記活性層と前記第1および前記第2導電層間に、前記活性層を構成する結晶のバンドギャップエネルギーより大きくかつ前記各導電層を構成する結晶のバンドギャップエネルギーより小さいバンドギャップエネルギーを有する結晶で構成されたバッファ層を設けることを特徴とする請求項1記載の半導体光増幅器。 A crystal having a band gap energy between the active layer and the first and second conductive layers that is larger than a band gap energy of a crystal constituting the active layer and smaller than a band gap energy of a crystal constituting each of the conductive layers; 2. The semiconductor optical amplifier according to claim 1, further comprising a buffer layer configured. 少なくとも前記半導体基板および前記第1DBR層が、基板貼り合わせ技術によって前記第1クラッド層に貼り合わせられたものであることを特徴とする請求項1記載の半導体光増幅器。 2. The semiconductor optical amplifier according to claim 1, wherein at least the semiconductor substrate and the first DBR layer are bonded to the first cladding layer by a substrate bonding technique. 前記第1電極および前記第2電極のいずれか一方あるいは双方が光導波方向に対して電気的に分離された2以上の分割電極で構成されることを特徴とする請求項1記載の半導体光増幅器。 2. The semiconductor optical amplifier according to claim 1, wherein one or both of the first electrode and the second electrode is composed of two or more divided electrodes that are electrically separated in the optical waveguide direction. . 第1導電型の半導体基板と、
前記半導体基板の一部および前記半導体基板上に形成された活性層および第2導電型のクラッド層の各層からなり所定の幅を有するリッジメサと、
前記リッジメサの両側面に接するようにそれぞれ設けられた高抵抗の電流ブロック層と、
前記半導体基板上で前記リッジメサに略平行方向に延在しかつ光導波方向に対して直交方向に周期的に配置された複数の半導体層からなるDBR層と、
前記半導体基板で前記活性層が形成された面とは反対側の面上に設けられた第1電極と、
前記第2導電型のクラッド層上に設けられた第2電極と、
を備えたことを特徴とする半導体光増幅器。
A first conductivity type semiconductor substrate;
A ridge mesa comprising a part of the semiconductor substrate and an active layer formed on the semiconductor substrate and a clad layer of a second conductivity type and having a predetermined width;
A high-resistance current blocking layer provided so as to be in contact with both side surfaces of the ridge mesa;
A DBR layer comprising a plurality of semiconductor layers extending in a direction substantially parallel to the ridge mesa on the semiconductor substrate and periodically arranged in a direction perpendicular to the optical waveguide direction;
A first electrode provided on a surface of the semiconductor substrate opposite to the surface on which the active layer is formed;
A second electrode provided on the second conductivity type cladding layer;
A semiconductor optical amplifier comprising:
半絶縁性の半導体基板上に第1DBR層、第1クラッド層および活性層を順次エピタキシャル結晶成長する工程と、
前記活性層を所定の幅にエッチングする工程と、
前記第1クラッド層上で前記活性層の両側面に接するように第1導電層および第2導電層をそれぞれ選択結晶成長する工程と、
前記活性層、前記第1導電層および前記第2導電層を覆うように第2クラッド層および第2DBR層をエピタキシャル結晶成長する工程と、
前記第2クラッド層を貫通し底面がそれぞれ前記第1導電層および前記第2導電層に達するエッチング溝を形成する工程と、
前記各エッチング溝内を金属膜で被覆あるいは金属を埋め込んで前記第1導電層に電気的に接続された第1電極および前記第2導電層に電気的に接続された第2電極を形成する工程と、
を含んでなる半導体光増幅器の製造方法。
Sequentially epitaxially growing a first DBR layer, a first cladding layer and an active layer on a semi-insulating semiconductor substrate;
Etching the active layer to a predetermined width;
Selectively crystal-growing the first conductive layer and the second conductive layer on the first cladding layer so as to be in contact with both side surfaces of the active layer;
Epitaxially growing a second cladding layer and a second DBR layer so as to cover the active layer, the first conductive layer, and the second conductive layer;
Forming an etching groove penetrating the second cladding layer and having bottom faces reaching the first conductive layer and the second conductive layer, respectively;
A step of forming a first electrode electrically connected to the first conductive layer and a second electrode electrically connected to the second conductive layer by covering or burying a metal in each etching groove. When,
A method of manufacturing a semiconductor optical amplifier comprising:
第1導電型の半導体基板上に活性層、第2導電型のクラッド層を順次エピタキシャル結晶成長する工程と、
前記半導体基板の一部、前記活性層および前記第2導電型のクラッド層を所定の幅にエッチングしてリッジメサを形成する工程と、
前記リッジメサを埋め込むように高抵抗の半導体層を選択結晶成長する工程と、
前記半導体基板で前記活性層が形成された面とは反対側の面上に第1電極を形成する工程と、
前記第2導電型のクラッド層上に第2電極を形成する工程と、
前記リッジメサの両側面に接するように設けられた高抵抗の電流ブロック層と前記半導体基板上で前記リッジメサに略平行方向に延在しかつ光導波方向に対して直交方向に周期的に配置された複数の半導体層で構成されたDBR層とを、リソグラフィ技術とドライエッチング技術により形成する工程と、
を含んでなる半導体光増幅器の製造方法。
A step of sequentially epitaxially growing an active layer and a second conductivity type cladding layer on a first conductivity type semiconductor substrate;
Etching a part of the semiconductor substrate, the active layer and the second conductivity type cladding layer to a predetermined width to form a ridge mesa;
Selectively crystal-growing a high-resistance semiconductor layer so as to embed the ridge mesa;
Forming a first electrode on a surface of the semiconductor substrate opposite to the surface on which the active layer is formed;
Forming a second electrode on the second conductivity type cladding layer;
A high-resistance current blocking layer provided so as to be in contact with both side surfaces of the ridge mesa and on the semiconductor substrate, extend in a direction substantially parallel to the ridge mesa and periodically arranged in a direction perpendicular to the optical waveguide direction. Forming a DBR layer composed of a plurality of semiconductor layers by a lithography technique and a dry etching technique;
A method of manufacturing a semiconductor optical amplifier comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN100362419C (en) * 2005-08-09 2008-01-16 华中科技大学 Semiconductor optical amplifier

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