JP2011082245A - 光半導体装置及びそれを用いた光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】コストを増大させることなく、レーザダイオードの光出力をフォトダイオードで検出することが可能な光半導体装置及びそれを用いた光モジュールを得ること。
【解決手段】本発明は、半導体基板１０上に順次積層された下部クラッド層２２と活性層２４と下部クラッド層２２と反対の導電型の上部クラッド層２６とを含む半導体層２０を有し、レーザ光を出射する前端面１６と前端面１６と反対側の端面である後端面１８との間を半導体層２０が延在して形成されたレーザダイオード１２と、半導体基板１０上にレーザダイオード１２の幅方向に形成され、レーザダイオード１２の光出力を検出するフォトダイオード１４と、を具備し、レーザダイオード１２は、半導体層２０のうちの少なくとも上部クラッド層２６の幅が変化する幅変化部を有する光半導体装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光半導体装置及びそれを用いた光モジュールに関する。

レーザダイオードは、温度変化や経時劣化などによって光出力が変化する。レーザダイオードの光出力を一定に保つために、フォトダイオードでレーザダイオードの光出力を検出し、その検出結果をフィードバックしてレーザダイオードの駆動電流を制御することで、一定の光出力を得る方法が知られている。また、レーザダイオードの光出力を検出することで、レーザダイオードが壊れていないかチェックすることもできる。

例えば、同一基板上にレーザダイオードとフォトダイオードとを集積し、レーザダイオードの光出力をフォトダイオードで検出する光半導体装置が知られている（例えば、特許文献１及び２）。

特開平８−１８１５２号公報 特開平６−２２４４０６号公報

レーザダイオードの光出力をフォトダイオードで検出するには、レーザダイオードとは別個に外付けのフォトダイオードを用意することが一般的である。このため、部品数の増加によりコストが増大してしまう。また、外付けのフォトダイオードを用いる場合、レーザダイオードとフォトダイオードとが光結合するように高精度で位置合せをする必要があり、組み立て工程の複雑化によるコストの増大も生じる。

例えば、特許文献１では、レーザダイオードが形成された基板に、不純物拡散又は結晶成長を行うことでフォトダイオードを形成しており、フォトダイオード形成のための工程数の増加によりコストが増大する。例えば、特許文献２では、レーザダイオードから出射されるレーザ光をフォトダイオードに入射させるために外部反射鏡を設けているため、部品数の増加によりコストが増大する。

本発明は、コストを増大させることなく、レーザダイオードの光出力をフォトダイオードで検出することが可能な光半導体装置及びそれを用いた光モジュールを提供することを目的とする。

本発明は、半導体基板上に順次積層された下部クラッド層と活性層と前記下部クラッド層と反対の導電型の上部クラッド層とを含む半導体層を有し、レーザ光を出射する前端面と前記前端面と反対側の後端面との間を前記半導体層が延在して形成されたレーザダイオードと、前記半導体基板上に前記レーザダイオードの幅方向に形成され、前記レーザダイオードの光出力を検出するフォトダイオードと、を具備し、前記レーザダイオードは、前記半導体層のうちの少なくとも前記上部クラッドの幅が変化する幅変化部を有することを特徴とする光半導体装置である。本発明によれば、レーザダイオードが形成された半導体基板上に、そのレーザダイオードの光出力を検出するフォトダイオードを集積できるため、部品数の増加や製造工数の増加に伴うコストの増大を抑制することができる。

上記構成において、前記幅変化部は、前記半導体層のうちの少なくとも前記上部クラッドの幅が狭まる狭幅部である構成とすることができる。

上記構成において、前記レーザダイオードは、孤立した前記上部クラッド層からなるリッジ部を有し、前記幅変化部は、前記リッジ部の幅が変化することにより形成されている構成とすることができる。この構成によれば、レーザダイオードで誘導放出された光の一部をフォトダイオードに導くことができ、レーザダイオードの光出力をフォトダイオードで検出できる。

上記構成において、前記フォトダイオードは、前記半導体基板上に順次積層された下部クラッド層と活性層と前記下部クラッド層と反対の導電型の上部クラッド層とを有し、前記フォトダイオードが有する前記活性層と前記レーザダイオードが有する前記活性層とは接続されている構成とすることができる。この構成によれば、レーザダイオードで誘導放出された光をフォトダイオードで効率よく受光することができる。

上記構成において、前記レーザダイオードは、前記下部クラッド層と前記活性層と前記上部クラッド層とが孤立した半導体メサ部を有し、前記幅変化部は前記半導体メサ部の幅が変化することにより形成されている構成とすることができる。この構成によれば、レーザダイオードで誘導放出された光の一部をフォトダイオードに導くことができ、レーザダイオードの光出力をフォトダイオードで検出できる。

上記構成において、前記フォトダイオードは、前記半導体基板上に順次積層された下部クラッド層と活性層と前記下部クラッド層と反対の導電型の上部クラッド層とを有し、前記フォトダイオードが有する活性層と前記レーザダイオードが有する活性層とは、前記半導体メサ部の側面を覆うように形成された埋め込み層を介して接続している構成とすることができる。

上記構成において、前記幅変化部へは段差状に幅が変化する構成とすることができる。この構成によれば、レーザダイオードで誘導放出された光の一部をより確実にフォトダイオードに導くことができる。

上記構成において、前記フォトダイオードは、前記レーザダイオードを挟むように両側に設けられている構成とすることができる。この構成によれば、フォトダイオードの受光効率を向上させることができる。

上記構成において、前記前端面に設けられた前記レーザ光に対する低反射膜と、前記後端面に設けられた前記レーザ光に対する高反射膜と、を具備し、前記幅変化部と前記後端面との間に、前記フォトダイオードに電圧を印加するための電極が設けられている構成とすることができる。この構成によれば、フォトダイオードの受光効率を向上させることができる。

本発明は、上記光半導体装置と、前記フォトダイオードで検出された前記レーザダイオードの光出力のフィードバックを受けて前記レーザダイオードに駆動電流を供給する駆動回路と、を具備することを特徴とする光モジュールである。本発明によれば、レーザダイオードの光出力を一定に保つことができる光モジュールをコストの増加を抑制しつつ得ることができる。

本発明によれば、コストを増大させることなく、レーザダイオードの光出力をフォトダイオードで検出することが可能な光半導体装置及びそれを用いた光モジュールを得ることができる。

図１（ａ）は、実施例１に係る光半導体装置の上面模式図であり、図１（ｂ）及び図１（ｃ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ間及びＢ−Ｂ間の断面模式図である。 図２（ａ）から図２（ｄ）は、実施例１に係る光半導体装置の製造方法を示す断面模式図である。 図３（ａ）は、実施例１に係る光半導体装置における光の伝搬を説明するための上面模式図であり、図３（ｂ）から図３（ｄ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ間からＣ−Ｃ間の断面模式図である。 図４は、実施例１に係る光半導体装置の動作について説明する断面模式図である。 図５（ａ）は、狭細部の幅や長さを変化させた場合の光の分岐比についてシミュレーションした構造を示す模式図であり、図５（ｂ）は、シミュレーション結果を示す図である。 図６（ａ）は、実施例２に係る光半導体装置の上面模式図であり、図６（ｂ）から図６（ｄ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ間からＣ−Ｃ間の断面模式図である。 図７（ａ）から図７（ｄ）は、実施例２に係る光半導体装置の製造方法を示す断面模式図である。 図８は、実施例３に係る光モジュールのブロック図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。

実施例１は、リッジ構造のレーザダイオードを有する場合の光半導体装置の例である。図１（ａ）は実施例１に係る光半導体装置１００の上面模式図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ間の断面模式図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ間の断面模式図である。図１（ａ）から図１（ｃ）のように、実施例１に係る光半導体装置１００は、例えばｎ型ＧａＡｓ基板からなる同一の半導体基板１０上に、レーザダイオード１２とフォトダイオード１４とが形成されている。フォトダイオード１４は、レーザダイオード１２を挟むように両側に形成されている。

レーザダイオード１２及びフォトダイオード１４は共に、半導体基板１０表面上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層からなる下部クラッド層２２と活性層２４とｐ型ＩｎＧａＰ層からなる上部クラッド層２６とが順次積層された半導体層２０を有する。なお、下部クラッド層２２と上部クラッド層２６とは、反対の導電型であれば良く、例えば、ｐ型ＧａＡｓ基板を用い、下部クラッド層２２がｐ型クラッド層、上部クラッド層２６がｎ型クラッド層である場合でもよい。活性層２４は、ＧａＡｓ層からなるベース層２８内にＩｎＡｓからなる複数の量子ドット３０を有する量子ドット活性層である。

レーザダイオード１２は、孤立した上部クラッド層２６からなるリッジ部３２を有する。リッジ部３２の両側には凹部３４が形成されている。レーザダイオード１２が有する半導体層２０は、前端面１６と前端面１６と反対側の端面である後端面１８との間を延在して形成されている。前端面１６には、出射されるレーザ光の波長に対する低反射膜（ＡＲ膜）３７が形成されていて、後端面１８には、出射されるレーザ光の波長に対する高反射膜（ＨＲ膜）３８が形成されている。これにより、レーザ光は前端面１６から出射される。

リッジ部３２上には、ｐ型ＧａＡｓ層からなるコンタクト層３６が形成され、コンタクト層３６上には、レーザダイオード１２用のｐ電極４０Ａが形成されている。半導体基板１０裏面には、レーザダイオード１２とフォトダイオード１４とで共通に用いられるｎ電極４２が形成されている。レーザダイオード１２は、リッジ部３２の幅が一部で狭まる狭幅部４４を有する。狭幅部４４前後の幅広部５０から狭幅部４４へは段差状に幅が狭まっている。

フォトダイオード１４が有する下部クラッド層２２とレーザダイオード１２が有する下部クラッド層２２とは、同時に形成されるため接続されており、フォトダイオード１４が有する活性層２４とレーザダイオード１２が有する活性層２４とは、同時に形成されるため接続されている。

フォトダイオード１４は、孤立した上部クラッド層２６からなるテラス部４６を有する。テラス部４６は、凹部３４により、レーザダイオード１２のリッジ部３２と分離されている。テラス部４６上には、ｐ型ＧａＡｓ層からなるコンタクト層３６が形成されている。レーザダイオード１２の狭幅部４４と後端面１８との間であって、フォトダイオード１４が有するコンタクト層３６上には、フォトダイオード１４用のｐ電極４０Ｂが形成されている。ｐ電極４０Ｂが形成されていない部分のテラス部４６と凹部３４とを覆うように、例えば酸化シリコン膜からなる絶縁膜４８が形成されている。

レーザダイオード１２用のｐ電極４０Ａに接続するパッド部４１は、狭幅部４４と前端面１６との間であって、テラス部４６上に絶縁膜４８を介して形成されている。フォトダイオード１４用のｐ電極４０Ｂは、パッド部としても用いられる。

次に、図２（ａ）から図２（ｄ）を用い、実施例１に係る光半導体装置１００の製造方法を説明する。図２（ａ）、図２（ｂ）及び図２（ｄ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ間に相当する断面模式図であり、図２（ｃ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ間に相当する断面模式図である。図２（ａ）のように、例えばＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法を用い、半導体基板１０表面上に、下部クラッド層２２、活性層２４、上部クラッド層２６、及びコンタクト層３６を順次堆積する。

図２（ｂ）及び図２（ｃ）のように、コンタクト層３６上に形成したマスク層をマスクとして、コンタクト層３６と上部クラッド層２６とを、例えばウエットエッチング法を用いてエッチングする。これにより、レーザダイオード１２となる部分においては、上部クラッド層２６からなるリッジ部３２が形成され、フォトダイオード１４となる部分においては、上部クラッド層２６からなるテラス部４６が形成される。また、リッジ部３２の幅が狭まる狭幅部４４も同時に形成することができる。

図２（ｄ）のように、絶縁膜４８を全面堆積した後、リッジ部３２上の絶縁膜４８と、狭幅部４４と後端面１８との間であって、テラス部４６上の絶縁膜４８と、をエッチングする。その後、絶縁膜４８をエッチングした箇所であるリッジ部３２のコンタクト層３６上にレーザダイオード１２用のｐ電極４０Ａを、テラス部４６のコンタクト層３６上にフォトダイオード１４用のｐ電極４０Ｂを形成する。狭幅部４４と前端面１６との間であって、テラス部４６の絶縁膜４８上にパッド部４１を形成する。半導体基板１０裏面には、レーザダイオード１２とフォトダイオード１４とで共通に用いられるｎ電極４２を形成する。これにより、図１に示した実施例１に係る光半導体装置１００が完成する。

次に、図３及び図４を用いて、実施例１に係る光半導体装置１００の動作について説明する。まず、図３を用いて、レーザダイオード１２が有する活性層２４で誘導放出された光の伝搬について説明する。図３（ａ）は、実施例１に係る光半導体装置１００の上面模式図であり、図３（ｂ）から図３（ｄ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ間からＣ−Ｃ間の断面模式図である。なお、図３（ａ）中の矢印は、光が伝搬される方向を表しており、図３（ｂ）から図３（ｄ）中の網線部は、光が伝搬する導波領域を表している。

図３（ａ）及び図３（ｂ）のように、活性層２４は屈折率の低い下部クラッド層２２と上部クラッド層２６とに挟まれているため、活性層２４で誘導放出された光は活性層２４近傍に閉じ込められる。また、リッジ部３２下の活性層２４近傍を伝搬する光に対する実効屈折率は、リッジ部３２両側の凹部３４下の活性層２４近傍を伝搬する光に対する実効屈折率より大きい。このため、活性層２４近傍を伝搬する光は、リッジ部３２下の活性層２４近傍に閉じ込められる。

図３（ａ）及び図３（ｃ）のように、リッジ部３２下の活性層２４近傍を伝搬してきた光が、リッジ部３２の幅が狭くなる狭幅部４４に到達すると、伝搬してきた光の一部はまっすぐに進むことができず、左右に分岐して伝搬するようになる。このように、伝搬してきた光が狭幅部４４で左右に分岐するのは、狭幅部４４で伝搬することのできるモード形状が、狭幅部４４前後の幅広部５０で伝搬することのできるモード形状と比べて変化するためである。

図３（ａ）及び図３（ｄ）のように、狭幅部４４で左右に分岐された光は、凹部３４下を横断して伝搬し、フォトダイオード１４に導かれる。

図４は、半導体基板１０裏面のｎ電極４２は接地させ、レーザダイオード１２用のｐ電極４０Ａに＋２Ｖの電圧を印加させ、フォトダイオード１４用のｐ電極４０Ｂに−１Ｖの電圧を印加させた場合の電界分布（図４中の破線）を示している。図４のように、レーザダイオード１２用のｐ電極４０Ａに＋２Ｖの電圧を印加させて順方向のバイアスを加えることで、ホール５３と電子５５とが再結合して光が誘導放出される。

誘導放出された光は、前述したように、リッジ部３２下の活性層２４近傍を伝搬するが、伝搬する光の一部は狭幅部４４で左右に分岐して伝搬されるようになりフォトダイオード１４に導かれる。フォトダイオード１４では、導かれた光の照射によりホール５３と電子５５とが生じ、ホール５３と電子５５とはフォトダイオード１４用のｐ電極４０Ｂに印加された逆バイアスの電圧（−１Ｖ）によって生じる電界に引かれ、フォトダイオード１４に電流を生じさせる。

以上説明してきたように、実施例１に係る光半導体装置１００は、同一の半導体基板１０上にレーザダイオード１２とフォトダイオード１４とが形成されている。レーザダイオード１２は、下部クラッド層２２と活性層２４と上部クラッド層２６とを含みレーザ光を出射する前端面１６と前端面と反対側の端面である後端面１８との間を延在する半導体層２０を有する。また、レーザダイオード１２は、上部クラッド層２６からなる孤立したリッジ部３２と、リッジ部３２の幅が狭まることによる狭幅部４４とを有する。フォトダイオード１４は、レーザダイオード１２の幅方向両側に形成されている。

レーザダイオード１２が狭幅部４４を有することで、図３及び図４で説明したように、リッジ部３２下の活性層２４近傍を伝搬する光の一部は狭幅部４４で左右に分岐して伝搬されるようになりフォトダイオード１４に導かれる。これにより、フォトダイオード１４でレーザダイオード１２の光出力を検出することができる。

ここで、図５を用いて、狭幅部４４の幅及び長さと光の分岐比との関係を計算したシミュレーションについて説明する。図５（ａ）は、シミュレーションに用いた構造を示す模式図であり、図５（ｂ）は、シミュレーション結果である。図５（ａ）のように、シミュレーションには、リッジ部３２の幅広部５０の幅を１．８μｍ、狭幅部４４の幅をＷμｍ、長さをＤμｍとした構造を用い、Ｗ及びＤを変化させた場合における光の分岐比を計算した。光の分岐比は、リッジ部３２下を真っ直ぐ進む光の割合をＴ、左右に分岐して進む光の割合を１−Ｔ（左側及び右側に分岐して進む光の割合はそれぞれ（１−Ｔ）／２）とした。リッジ部３２下の活性層２４であって光が伝搬する導波領域（図３（ｂ）の網線部）の実効屈折率を３．３７７４８とし、導波領域周辺の実効屈折率を３．３６３１９として計算を行った。

図５（ｂ）のように、狭幅部４４の幅Ｗを細くすることで、左右に伝搬する光の割合１−Ｔは大きくなる。また、狭幅部４４の長さＤを長くすることでも、左右に伝搬する光の割合１−Ｔは大きくなる。このように、狭幅部４４の幅Ｗ及び長さＤを変化させることで、狭幅部４４で左右に分岐される光の分岐比が変わるため、所望の分岐比を得るための設計の自由度は大きい。

このように、実施例１に係る光半導体装置１００によれば、レーザダイオード１２の光出力を、レーザダイオード１２と同一の半導体基板１０上に形成されたフォトダイオード１４で検出することができる。このため、別個の外付けのフォトダイオードを用意する必要がなく、部品数の増加や組み立て工程の複雑化を抑制でき、コストの増大を抑制できる。

また、図２（ａ）から図２（ｄ）で説明したように、実施例１に係る光半導体装置１００は、リッジ構造を有するレーザダイオードの製造工程と同一工程で製造でき、製造工程が複雑化することがない。したがって、製造工程の工程数の増加によるコストの増大を抑制することができる。

図１のように、レーザダイオード１２が有する活性層２４とフォトダイオード１４が有する活性層２４とは、同時に形成されるため接続している。これにより、図３のように、狭幅部４４でリッジ部３２下の活性層２４近傍から左右に分岐された光は、活性層２４内を伝搬してフォトダイオード１４に導かれる。つまり、狭幅部４４で左右に分岐された光は上下方向（半導体基板１０表面に垂直な方向）に広がることがなく、フォトダイオード１４は分岐された光の大部分を受光することができる。このため、フォトダイオード１４は良好な受光効率が得られる。

図１のように、フォトダイオード１４は、レーザダイオード１２の両側に設けられている場合が好ましい。レーザダイオード１２の片側の側方にのみフォトダイオード１４が設けられている場合でも、レーザダイオード１２の光出力をフォトダイオード１４で検出することができるが、受光効率を向上させる観点から、レーザダイオード１２の両側にフォトダイオード１４が設けられている場合が好ましい。

図１のように、狭幅部４４の前後の幅広部５０から狭幅部４４へは段差状に幅が狭まる場合が好ましい。これにより、リッジ部３２下の活性層２４近傍を伝搬してきた光の一部を、狭幅部４４で左右に分岐させることをより確実に行うことができる。また、幅広部５０から狭幅部４４になだらかに幅が変化する場合であっても、変化する距離が短い場合は、リッジ部３２下の活性層２４近傍を伝搬してきた光の一部を、狭幅部４４で左右に分岐させることができる。

図１のように、フォトダイオード１４用のｐ電極４０Ｂは、狭幅部４４と後端面１８との間のテラス部４６上に形成されている場合が好ましい。後端面１８には、レーザ光に対する高反射膜３８が設けられているため、図３のように、狭幅部４４で左右に分岐して伝搬する光のうち後端面１８で反射した光についてもフォトダイオード１４で検出することができる。これにより、フォトダイオード１４での受光効率をより向上させることができる。また、フォトダイオード１４用のｐ電極４０Ｂが、前端面１６と後端面１８との間のテラス部４６上全面に設けられている場合でもよい。この場合でも、後端面１８で反射した光をフォトダイオード１４で検出することができる。しかしながら、レーザダイオード１２用のｐ電極４０Ａの幅は狭いためパッド部として用いることができないことから、図１のように、ｐ電極４０Ａに接続するパッド部４１は、幅広部分であるテラス部４６上に形成されることが望ましい。したがって、パッド部４１をテラス部４６上に形成し、且つフォトダイオード１４の受光効率を向上させるには、フォトダイオード１４用のｐ電極４０Ｂは、狭幅部４４と後端面１８との間のテラス部４６上に形成されている場合が好ましい。

実施例１においては、レーザダイオード１２が量子ドットレーザである場合を例に説明してきたが、これに限らず、例えば量子井戸レーザ等、量子ドットレーザ以外の半導体レーザの場合でもよい。また、ＤＦＢ（Distributed Feedback）型レーザであってもファブリペロ型レーザであってもよい。これらの場合でも、コストの増大を抑制しつつ、レーザダイオードの光出力をフォトダイオードで検出することが可能な光半導体装置を得ることができる。

実施例２は、ＢＨ構造（埋め込みヘテロ構造）のレーザダイオードを有する場合の光半導体装置の例である。図６（ａ）は実施例２に係る光半導体装置２００の上面模式図であり、図６（ｂ）から図６（ｄ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ間からＣ−Ｃ間の断面模式図である。なお、図６（ａ）中の矢印は、光が伝搬される方向を表しており、図６（ｂ）から図６（ｄ）中の網線部は、光が伝搬する導波領域を表している。

図６（ａ）から図６（ｄ）のように、実施例２に係る光半導体装置２００は、例えばｎ型ＩｎＰ基板からなる同一の半導体基板１０上に、レーザダイオード１２とフォトダイオード１４とが形成されている。フォトダイオード１４は、レーザダイオード１２を挟むように両側方に形成されている。

レーザダイオード１２及びフォトダイオード１４は共に、半導体基板１０表面上に、例えばｎ型ＩｎＰ層からなる下部クラッド層２２と、ＩｎＧａＡｓＰ−ＭＱＷ（Multiple Quantum Wells）層からなる活性層２４と、ｐ型ＩｎＰ層からなる上部クラッド層２６と、が順次積層された半導体層２０を有する。

レーザダイオード１２は、上部クラッド層２６と活性層２４と下部クラッド層２２とが孤立することで形成された半導体メサ部５２を有する。半導体メサ部５２は、前端面１６と後端面１８との間を延在して形成されている。前端面１６には、出射されるレーザ光の波長に対する低反射膜（ＡＲ膜）３７が形成されていて、後端面１８には、出射されるレーザ光の波長に対する高反射膜（ＨＲ膜）３８が形成されている。半導体メサ部５２の両側には、半導体メサ部５２の側面を覆うようにｎ型ＩｎＰ層からなる埋め込み層５４が形成されている。

半導体メサ部５２上には、ｐ型ＩｎＧａＡｓ層からなるコンタクト層３６が形成され、コンタクト層３６上にレーザダイオード１２用のｐ電極４０Ａが形成されている。半導体基板１０裏面には、レーザダイオード１２とフォトダイオード１４とで共通に用いられるｎ電極４２が形成されている。レーザダイオード１２は、半導体メサ部５２（つまり、下部クラッド層２２と活性層２４と上部クラッド層２６）の幅が一部で狭まる狭幅部４４を有する。狭幅部４４前後の幅広部５０から狭幅部４４へは段差状に幅が狭まっている。

フォトダイオード１４が有する半導体層２０の側面は、埋め込み層５４により覆われている。つまり、レーザダイオード１２が有する活性層２４とフォトダイオード１４が有する活性層２４とは、埋め込み層５４を介して接続されている。レーザダイオード１２の狭幅部４４と後端面１８との間であって、フォトダイオード１４が有する上部クラッド層２６上には、ｐ型ＩｎＧａＡｓ層からなるコンタクト層３６を介してフォトダイオード１４用のｐ電極４０Ｂが形成されている。ｐ電極４０Ｂが形成されていない部分のコンタクト層３６等を覆うように、例えば酸化シリコン膜からなる絶縁膜４８が形成されている。

レーザダイオード１２用のｐ電極４０Ａに接続するパッド部４１は、狭幅部４４と前端面１６との間であって、フォトダイオード１４の前方（前端面１６側）に形成された絶縁膜４８上に形成されている。フォトダイオード１４用のｐ電極４０Ｂは、パッド部としても用いられる。

次に、図７（ａ）から図７（ｄ）を用い、実施例２に係る光半導体装置２００の製造方法を説明する。図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｄ）は、図７（ａ）のＣ−Ｃ間に相当する断面模式図であり、図７（ｃ）は、図７（ａ）のＢ−Ｂ間に相当する断面模式図である。図７（ａ）のように、例えばＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法を用い、半導体基板１０表面上に、下部クラッド層２２、活性層２４、上部クラッド層２６、及びコンタクト層３６を順次堆積する。

図７（ｂ）及び図７（ｃ）のように、コンタクト層３６上に形成したマスク層をマスクとして、コンタクト層３６と上部クラッド層２６と活性層２４と下部クラッド層２２とを、例えばドライエッチング法を用いてエッチングする。これにより、レーザダイオード１２となる部分において、孤立した上部クラッド層２６と活性層２４と下部クラッド層２２とからなる半導体メサ部５２が形成される。また、半導体メサ部５２の幅が狭まる狭幅部４４も同時に形成することができる。

図７（ｄ）のように、半導体メサ部５２を形成するためにエッチングした部分に、埋め込み層５４を埋め込む。次いで、絶縁膜４８を全面堆積した後、半導体メサ部５２上の絶縁膜４８と、狭幅部４４と後端面１８との間であって、フォトダイオード１４となるべき部分のコンタクト層３６上の絶縁膜４８と、をエッチングする。その後、絶縁膜４８をエッチングした箇所にレーザダイオード１２用のｐ電極４０Ａとフォトダイオード１４用のｐ電極４０Ｂとを形成する。狭幅部４４と前端面１６との間であってフォトダイオード１４の前方の絶縁膜４８上にパッド部４１を形成する。半導体基板１０裏面にレーザダイオード１２とフォトダイオード１４とで共通して用いられるｎ電極４２を形成する。これにより、図６に示した実施例２に係る光半導体装置２００が完成する。

実施例２に係る光半導体装置２００によれば、レーザダイオード１２は、半導体メサ部５２の幅が狭まることによる狭幅部４４を有する。このため、図６（ａ）から図６（ｄ）のように、実施例１で説明した理由と同様の理由により、活性層２４近傍を伝搬する光の一部は狭幅部４４で左右に分岐して伝搬されるようになりフォトダイオード１４に導かれる。これにより、フォトダイオード１４でレーザダイオード１２の光出力を検出することができる。

したがって、実施例２によれば、実施例１と同様に、別個の外付けのフォトダイオードを用意する必要がないため、部品数の増加や組み立て工程の複雑化を抑制でき、コストの増大を抑制できる。

なお、実施例２では、半導体メサ部５２の幅（上部クラッド層２６と活性層２４と下部クラッド層２２との幅）が狭まることで狭幅部４４が形成されている場合を示したが、これに限られず、少なくとも上部クラッド層２６の幅が狭くなることで狭幅部４４が形成されていればよい。この場合でも、活性層２４近傍を伝搬する光の一部を狭幅部４４で左右に分岐させることができる。しかしながら、図７（ａ）から図７（ｄ）で説明したように、半導体メサ部５２の幅を狭めることで狭幅部４４を形成する場合は、ＢＨ構造（埋め込みヘテロ構造）を有するレーザダイオードの製造工程と同一工程で製造でき、製造工程が複雑化することがない。したがって、製造工程の工程数の増加によるコストの増加を抑制できるため、実施例２に係る光半導体装置２００のように、半導体メサ部５２全層の幅が狭まることで狭幅部４４が形成されている場合が好ましい。

図６のように、レーザダイオード１２が有する活性層２４とフォトダイオードが有する活性層２４とは、レーザダイオード１２が有する半導体メサ部５２の側面を覆うように形成された埋め込み層５４を介して接続されている。これにより、狭幅部４４で活性層２４近傍から左右に分岐された光は、埋め込み層５４内を伝搬してフォトダイオード１４に導かれることができる。

実施例２においては、レーザダイオード１２が量子井戸レーザである場合を例に説明したが、これに限らず、例えば、実施例１のような量子ドットレーザ等、量子井戸レーザ以外の半導体レーザの場合でもよい。また、ＤＦＢ型レーザであってもファブリペロ型レーザであってもよい。これらの場合でも、コストの増大を抑制しつつ、レーザダイオードの光出力をフォトダイオードで検出することが可能な光半導体装置を得ることができる。

実施例１および実施例２において、レーザダイオード１２は、リッジ部３２または半導体メサ部５２の幅が一部で狭まる狭幅部４４を有する場合を例に示したが、この場合に限られず、例えば、リッジ部３２または半導体メサ部５２の幅が一部で広がる場合でもよい。このように、レーザダイオード１２が、リッジ部３２または半導体メサ部５２の幅が変化する幅変化部を有することで、リッジ部３２下または半導体メサ部５２の活性層２４近傍を伝搬する光の一部は幅変化部で左右に漏れて伝搬するようになる。これにより、フォトダイオード１４でレーザダイオード１２の光出力を検出することが可能となる。また、幅変化部へは段差状に幅が変化する場合が好ましい。

実施例３は、実施例１に係る光半導体装置１００を備える光モジュールの例である。図８は、実施例３に係る光モジュール３００の構成を示すブロック図である。図８のように、実施例３に係る光モジュール３００は、レーザダイオード１２とフォトダイオード１４とを備える実施例１に係る光半導体装置１００、駆動回路５６、ＡＰＣ（Auto Power Control）回路５８、及び入力部６０を有する。入力部６０は、外部から送信データ信号６２を受信し、駆動回路５６に送信データ信号を出力する。駆動回路５６は、制御信号６４に基づき駆動電流６６を制御しつつ、レーザダイオード１２に駆動電流６６を出力する。レーザダイオード１２は、駆動電流６６に応じた光出力でレーザ光６８を出射する。フォトダイオード１４は、実施例１で説明したようにレーザダイオード１２の活性層２４で誘導放出された光の一部７０からレーザダイオード１２の光出力を検出し、光出力に応じたモニタ電流７２をＡＰＣ回路５８に出力する。ＡＰＣ回路５８は、モニタ電流７２と基準電流とを比較し、制御信号６４を駆動回路５６に出力する。

このように、実施例３に係る光モジュール３００によれば、フォトダイオード１４でレーザダイオード１２の光出力を検出し、検出した光出力をＡＰＣ回路５８により駆動回路５６にフィードバックする。駆動回路５６は、ＡＰＣ回路５８によりフィードバックされた制御信号６４に基づき駆動電流６６を制御して、レーザダイオード１２に駆動電流６６を出力する。これにより、レーザダイオード１２の光出力を一定に保つことができる。

また、実施例３に係る光モジュール３００は、実施例１に係る光半導体装置１００を備えているため、レーザダイオードと別個の外付けのフォトダイオードを用意する必要がなく、コストの増大を抑制できる。なお、実施例３に係る光モジュール３００は、実施例１に係る光半導体装置１００を備えている場合を例に示したが、実施例２に係る光半導体装置２００を備えている場合でもよい。この場合でも、別個の外付けのフォトダイオードを用意する必要がないため、コストの増大を抑制できる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 半導体基板
１２ レーザダイオード
１４ フォトダイオード
１６ 前端面
１８ 後端面
２０ 半導体層
２２ 下部クラッド層
２４ 活性層
２６ 上部クラッド層
２８ ベース層
３０ 量子ドット
３２ リッジ部
３４ 凹部
３６ コンタクト層
３７ 低反射膜
３８ 高反射膜
４０ ｐ電極
４２ ｎ電極
４１ パッド部
４４ 狭幅部
４６ テラス部
４８ 絶縁膜
５０ 幅広部
５２ 半導体メサ部
５３ ホール
５４ 埋め込み層
５５ 電子
５６ 駆動回路
５８ ＡＰＣ回路
６０ 入力部
６６ 駆動電流
１００ 光半導体装置
２００ 光半導体装置
３００ 光モジュール

Claims (10)

1. 半導体基板上に順次積層された下部クラッド層と活性層と前記下部クラッド層と反対の導電型の上部クラッド層とを含む半導体層を有し、レーザ光を出射する前端面と前記前端面と反対側の端面である後端面との間を前記半導体層が延在して形成されたレーザダイオードと、
   前記半導体基板上に前記レーザダイオードの幅方向に形成され、前記レーザダイオードの光出力を検出するフォトダイオードと、を具備し、
   前記レーザダイオードは、前記半導体層のうちの少なくとも前記上部クラッド層の幅が変化する幅変化部を有することを特徴とする光半導体装置。
2. 前記幅変化部は、前記半導体層のうちの少なくとも前記上部クラッド層の幅が狭まる狭幅部であることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
3. 前記レーザダイオードは、孤立した前記上部クラッド層からなるリッジ部を有し、
   前記幅変化部は、前記リッジ部の幅が変化することにより形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の光半導体装置。
4. 前記フォトダイオードは、前記半導体基板上に順次積層された下部クラッド層と活性層と前記下部クラッド層と反対の導電型の上部クラッド層とを有し、
   前記フォトダイオードが有する前記活性層と前記レーザダイオードが有する前記活性層とは接続していることを特徴とする請求項３記載の光半導体装置。
5. 前記レーザダイオードは、前記下部クラッド層と前記活性層と前記上部クラッド層とが孤立した半導体メサ部を有し、
   前記幅変化部は、前記半導体メサ部の幅が変化することにより形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の光半導体装置。
6. 前記フォトダイオードは、前記半導体基板上に順次積層された下部クラッド層と活性層と前記下部クラッド層と反対の導電型の上部クラッド層とを有し、
   前記フォトダイオードが有する活性層と前記レーザダイオードが有する活性層とは、前記半導体メサ部の側面を覆うように形成された埋め込み層を介して接続していることを特徴とする請求項５記載の光半導体装置。
7. 前記幅変化部へは段差状に幅が変化することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の光半導体装置。
8. 前記フォトダイオードは、前記レーザダイオードを挟むように両側に設けられていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載の光半導体装置。
9. 前記前端面に設けられた前記レーザ光に対する低反射膜と、前記後端面に設けられた前記レーザ光に対する高反射膜と、を具備し、
   前記幅変化部と前記後端面との間に、前記フォトダイオードに電圧を印加するための電極が設けられていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項記載の光半導体装置。
10. 請求項１から９のいずれか一項記載の光半導体装置と、
    前記フォトダイオードで検出された前記レーザダイオードの光出力のフィードバックを受けて前記レーザダイオードに駆動電流を供給する駆動回路と、を具備することを特徴とする光モジュール。

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