JP2012002929A - Method for manufacturing semiconductor optical element, laser module, and optical transmission apparatus - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor optical element, laser module, and optical transmission apparatus Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a semiconductor optical element which improves the characteristics of a semiconductor optical element with a buried hetero structure by providing a structure capable of reducing parasitic capacitance, and to provide a laser module and an optical transmission apparatus.SOLUTION: The invention relates to a method for manufacturing the semiconductor optical element that has a modulator portion for modulating and emitting light input along an emitting direction. The modulator portion includes: a quantum well layer containing aluminum; a semiconductor multi-layer having a mesa-stripe structure; and a semiconductor buried layer which is disposed on both sides of the semiconductor multi-layer and adjacent to them, and in which impurities are added. The method comprises: the step of forming the mesa-stripe structure by removing a predetermined area from the semiconductor multi-layer; the step of cleaning both surfaces of the semiconductor multi-layer by use of chlorine gas; and the step of forming the semiconductor buried layers on both sides of the semiconductor multi-layer, in this order.

Description

本発明は、半導体光素子、レーザモジュール、及び光伝送装置に関し、特に、埋め込みヘテロ構造を有する変調器を備える半導体光素子の特性向上に関する。   The present invention relates to a semiconductor optical device, a laser module, and an optical transmission device, and more particularly to improvement of characteristics of a semiconductor optical device including a modulator having a buried hetero structure.

近年のブロードバンドネットワークの飛躍的な発展に伴い、ますます通信速度の高速化が求められている。こうした要求の一方、半導体光素子及びそれを搭載するレーザモジュール及び光伝送装置には、小型化・低消費電力化・低コスト化が、同時に求められている。   With the rapid development of broadband networks in recent years, higher communication speeds are increasingly required. On the other hand, a semiconductor optical device, a laser module and an optical transmission device on which the semiconductor optical device is mounted are required to be downsized, reduced in power consumption, and reduced in cost.

電界吸収型変調器（以下、ＥＡ（Electro-Absorption）変調器と記す）は、変調時のチャープ（波動変調）が小さく、光信号のＯＮレベルとＯＦＦレベルの差である消光比が大きく、広帯域である、といった有利な特性を有することに加え、小型で低コストであることにより、広く用いられている。   An electroabsorption modulator (hereinafter referred to as an EA (Electro-Absorption) modulator) has a small chirp (wave modulation) during modulation, a large extinction ratio that is the difference between the ON level and the OFF level of an optical signal, and a wide bandwidth. In addition to having such advantageous characteristics as being small, it is widely used because of its small size and low cost.

ＥＡ変調器とは、量子閉じ込めシュタルク効果（Quantum Confinement Stark Effect：以下、ＱＣＳＥと記す）を利用して、ＥＡ変調器の活性領域に、電界を選択的に印加することにより、光を変調する変調器である。ここで、活性領域は、いわゆる単一量子井戸（Single-Quantum Well：以下、ＳＱＷと記す）層、もしくは、多重量子井戸（Multiple-Quantum Well：以下、ＭＱＷと記す）層となっている。以下、本明細書において、ＭＱＷとは、通常のＭＱＷに加えて、ＳＱＷをも含むものとする。なお、ＱＣＳＥとは、ＭＱＷ層に電界が印加されると、ＭＱＷ層における光の吸収端が長波長側へシフトするという効果をいう。低いチャープと高い消光比を得るために、ＥＡ変調器のＭＱＷ層に適した材料として、インジウムガリウムアルミニウム砒素（ＩｎＧａＡｌＡｓ）などＡｌ系材料が望ましい。   The EA modulator is a modulation that modulates light by selectively applying an electric field to the active region of the EA modulator using the quantum confinement Stark effect (hereinafter referred to as QCSE). It is a vessel. Here, the active region is a so-called single-quantum well (hereinafter referred to as SQW) layer or a multiple-quantum well (hereinafter referred to as MQW) layer. Hereinafter, in this specification, MQW includes SQW in addition to normal MQW. Note that QCSE refers to an effect that when an electric field is applied to the MQW layer, the absorption edge of light in the MQW layer shifts to the long wavelength side. In order to obtain a low chirp and a high extinction ratio, an Al-based material such as indium gallium aluminum arsenide (InGaAlAs) is desirable as a material suitable for the MQW layer of the EA modulator.

また、半導体光素子の主な構造に、埋め込みヘテロ構造（Buried Heterostructure：以下、ＢＨ構造と記す）がある。ＢＨ構造とは、ＭＱＷ層を含む多層構造のうち、導波路領域の外側となる領域を除去することにより形成されるメサストライプ構造の両側を、半絶縁性半導体からなる半導体埋め込み層によって埋め込まれている構造をいう。   Also, the main structure of a semiconductor optical device is a buried heterostructure (hereinafter referred to as a BH structure). The BH structure is a multilayer structure including an MQW layer in which both sides of a mesa stripe structure formed by removing a region outside a waveguide region are embedded with a semiconductor buried layer made of a semi-insulating semiconductor. Refers to the structure.

半導体多層の両側を除去してメサストライプ構造を形成した後、メサストライプ構造のＡｌを含むＭＱＷ層の両側を半絶縁性半導体によって埋め込む際、半導体光素子の特性や信頼度が低下する懸念がある。また、それはＭＱＷ層に含まれるＡｌの含有率が高くなるほど、顕著である。   After forming the mesa stripe structure by removing both sides of the semiconductor multilayer, there is a concern that the characteristics and reliability of the semiconductor optical device may be lowered when both sides of the MQW layer containing Al of the mesa stripe structure are embedded with a semi-insulating semiconductor. . Moreover, it becomes more remarkable as the content of Al contained in the MQW layer increases.

本発明の目的は、上記課題を鑑みて、ＭＱＷ層にＡｌ系材料を含み、ＢＨ構造を有する半導体光素子において、特性がさらに向上される半導体光素子の製造方法、レーザモジュール、光伝送装置を提供することとする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a semiconductor optical device manufacturing method, a laser module, and an optical transmission device, in which characteristics are further improved in a semiconductor optical device including an Al-based material in an MQW layer and having a BH structure. I will provide it.

（１）本発明に係る半導体光素子の製造方法は、出射方向に沿って入力される光を変調して出射する変調器部、を備える半導体光素子の製造方法であって、前記変調器部は、アルミニウムを含む量子井戸層を備えるとともに、メサストライプ構造を有する半導体多層と、前記半導体多層の両側にそれぞれ隣接して配置されるとともに、不純物が添加される半導体埋め込み層と、を備え、前記半導体多層の所定の領域を除去して、メサストライプ構造とする工程と、前記半導体多層の両側の表面を、塩素系ガスを用いてクリーニングする工程と、前記半導体多層の両側に、前記半導体埋め込み層を形成する工程と、を、順に含むことを特徴とする。   (1) A method of manufacturing a semiconductor optical device according to the present invention is a method of manufacturing a semiconductor optical device comprising a modulator unit that modulates and outputs light input along an emission direction, and the modulator unit Comprises a quantum well layer containing aluminum, a semiconductor multilayer having a mesa stripe structure, and a semiconductor buried layer disposed adjacent to both sides of the semiconductor multilayer and doped with impurities, Removing a predetermined region of the semiconductor multilayer to form a mesa stripe structure; cleaning a surface of both sides of the semiconductor multilayer using a chlorine-based gas; and filling the semiconductor buried layer on both sides of the semiconductor multilayer And a step of forming the layers in order.

（２）上記（１）に記載の半導体光素子の製造方法であって、インジウムガリウムアルミニウム砒素を材料として前記量子井戸層を形成する工程を、さらに備えていてもよい。   (2) The method for manufacturing a semiconductor optical device according to (1), further comprising a step of forming the quantum well layer using indium gallium aluminum arsenide as a material.

（３）上記（２）に記載の半導体光素子の製造方法であって、前記量子井戸を形成する工程において、１．３μｍ波長帯に用いられる組成に調整して前記量子井戸層を形成してもよい。   (3) The method for manufacturing a semiconductor optical device according to (2), wherein in the step of forming the quantum well, the quantum well layer is formed by adjusting to a composition used in a 1.3 μm wavelength band. Also good.

（４）上記（１）に記載の半導体光素子の製造方法であって、前記半導体埋め込み層に添加される前記不純物とは、ルテニウムであってもよい。   (4) In the method for manufacturing a semiconductor optical device according to (1), the impurity added to the semiconductor buried layer may be ruthenium.

（５）上記（４）に記載の半導体光素子の製造方法であって、前記半導体埋め込み層を形成する工程において、層厚が３．５μｍ以上の前記半導体埋め込み層を形成してもよい。   (5) In the method of manufacturing a semiconductor optical device according to (4), the semiconductor buried layer having a layer thickness of 3.5 μm or more may be formed in the step of forming the semiconductor buried layer.

（６）上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の半導体光素子の製造方法であって、前記半導体光素子は、前記入力される光を出力する発振器部と、前記発振器部と前記変調器部の間を接続するとともに、コア層を備える導波路部と、をさらに備え、前記発振器部と前記導波路部との間、及び、前記導波路部と前記発振器部との間を、パットジョイント接続し、前記コア層を形成する工程を、さらに、含んでいてもよい。   (6) The method of manufacturing a semiconductor optical device according to any one of (1) to (5), wherein the semiconductor optical device includes an oscillator unit that outputs the input light, the oscillator unit, and the oscillator unit. And connecting between the modulator sections, and further comprising a waveguide section including a core layer, between the oscillator section and the waveguide section, and between the waveguide section and the oscillator section, A step of connecting the pad joint and forming the core layer may be further included.

（７）上記（６）に記載の半導体光素子の製造方法であって、前記コア層を形成する工程において、インジウムガリウム砒素燐、若しくは、インジウムガリウムアルミニウム砒素を材料として前記コア層を形成してもよい。   (7) In the method for manufacturing a semiconductor optical device according to (6), in the step of forming the core layer, the core layer is formed using indium gallium arsenide phosphorus or indium gallium aluminum arsenide. Also good.

（８）上記（６）又は（７）に記載の半導体光素子の製造方法であって、前記変調器部は、電界吸収型変調器であり、前記発振器部は、回折格子を備える分布帰還型半導体レーザであり、前記変調器部の吸収波長端の波長エネルギーより、前記発振器部の発振波長の波長エネルギーが、２３ｍｅＶ以上４０ｍｅＶ以下低くなるよう回折格子を形成する工程を、さらに含んでいてもよい。   (8) In the method of manufacturing a semiconductor optical device according to (6) or (7), the modulator unit is an electroabsorption modulator, and the oscillator unit is a distributed feedback type including a diffraction grating. The semiconductor laser may further include a step of forming a diffraction grating such that the wavelength energy of the oscillation wavelength of the oscillator unit is 23 meV or more and 40 meV or less lower than the wavelength energy at the absorption wavelength end of the modulator unit. .

（９）上記（８）に記載の半導体光素子の製造方法であって、前記変調器部は、複数の光出力部を有し、前記複数の光出力部それぞれより光を出力するとともに、前記複数の光出力部に対応して、前記メサストライプ構造を有する前記半導体多層を複数備え、前記発振器部は、前記複数の光出力部にそれぞれに対応して前記回折格子を複数備え、前記回折格子を形成する工程において、前記複数の光出力部にそれぞれ対応する発振波長となるよう、前記複数の回折格子をそれぞれ形成してもよい。   (9) In the method of manufacturing a semiconductor optical device according to (8), the modulator unit includes a plurality of light output units, and outputs light from each of the plurality of light output units. A plurality of the semiconductor multilayers having the mesa stripe structure are provided corresponding to a plurality of light output units, and the oscillator unit includes a plurality of diffraction gratings corresponding to the plurality of light output units, respectively. In the step of forming the plurality of diffraction gratings, the plurality of diffraction gratings may be formed so as to have oscillation wavelengths respectively corresponding to the plurality of light output portions.

（１０）上記（８）又は（９）に記載の半導体光素子の製造方法であって、前記メサストライプ構造とする工程において、前記半導体多層の所定の領域に、前記半導体光素子の光の出射側の端面から５μｍ以内となる領域を含んでいるとともに、前記半導体埋め込み層を形成する工程において、該領域を、前記半導体埋め込み層を形成することにより窓構造を形成してもよい。   (10) The method for manufacturing a semiconductor optical device according to (8) or (9), wherein in the step of forming the mesa stripe structure, the light emitted from the semiconductor optical device is emitted to a predetermined region of the semiconductor multilayer. In the step of forming the semiconductor buried layer, the window structure may be formed by forming the semiconductor buried layer in the step of forming the semiconductor buried layer.

（１１）本発明に係るレーザモジュールは、上記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の半導体光素子の製造方法によって製造される半導体光素子を備えていてもよい。   (11) The laser module according to the present invention may include a semiconductor optical device manufactured by the method for manufacturing a semiconductor optical device according to any one of (1) to (10).

（１２）本発明に係る光伝送装置は、上記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の半導体光素子の製造方法によって製造される半導体光素子を備えていてもよい。   (12) The optical transmission device according to the present invention may include a semiconductor optical device manufactured by the method for manufacturing a semiconductor optical device according to any one of (1) to (10).

本発明により、ＭＱＷ層にＡｌ系材料を含み、ＢＨ構造を有する半導体光素子において、特性がさらに向上される半導体光素子の製造方法、レーザモジュール、光伝送装置が提供される。   According to the present invention, there are provided a semiconductor optical device manufacturing method, a laser module, and an optical transmission device in which characteristics are further improved in a semiconductor optical device including an Al-based material in an MQW layer and having a BH structure.

本発明の第１の実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子の上面図である。1 is a top view of an EA modulator integrated DFB laser device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 本発明の第１の実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子の断面図である。1 is a cross-sectional view of an EA modulator integrated DFB laser device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第１の実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子の断面図である。1 is a cross-sectional view of an EA modulator integrated DFB laser device according to a first embodiment of the present invention. Ｒｕが不純物として添加されるＩｎＰからなる埋め込み層の層厚ｄに対するｆ３ｄＢ帯域の計算結果を示す図である。It is a figure which shows the calculation result of the f3 dB zone | band with respect to the layer thickness d of the buried layer which consists of InP which Ru adds as an impurity. デチューニング量ΔＨに対する変調時光出力Ｐｍｏｄを表す図である。It is a figure showing the optical output P mod at the time of modulation | alteration with respect to detuning amount (DELTA) H. デチューニング量ΔＨに対する変調時消光比ＡＣＥＲを表す図である。It is a figure showing extinction ratio ACER at the time of modulation with respect to detuning amount (DELTA) H. デチューニング量ΔＨに対するｆ３ｄＢ帯域を表す図である。It is a figure showing the f3 dB zone | band with respect to detuning amount (DELTA) H. デチューニング量ΔＨに対する変調時光振幅ＯＭＡを表す図である。It is a figure showing the optical amplitude OMA at the time of modulation | alteration with respect to detuning amount (DELTA) H. 本発明の第２の実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子の上面図である。It is a top view of the EA modulator integrated DFB laser device according to the second embodiment of the present invention. 本発明の第２の実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子の断面図である。It is sectional drawing of the EA modulator integrated type DFB laser element concerning the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子の断面図である。It is sectional drawing of the EA modulator integrated type DFB laser element concerning the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施形態に係る当該実施形態に係るレーザモジュールの構成を表す図である。It is a figure showing the structure of the laser module which concerns on the said embodiment which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４の実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザアレイ素子の上面図である。It is a top view of the EA modulator integrated type DFB laser array device according to the fourth embodiment of the present invention.

本発明に係る実施形態について、以下に、詳細な説明をする。ただし、以下に示す図は、あくまで、各実施形態の実施例を説明するものであって、図の大きさと本実施例記載の縮尺は必ずしも一致するものではない。   Embodiments according to the present invention will be described in detail below. However, the drawings shown below are merely examples of each embodiment, and the size of the drawings and the scales described in the present examples do not necessarily match.

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る半導体光素子は、変調器部と、発振器部が同一半導体基板上にモノリシックに集積される変調器集積型半導体光素子である。ここで、変調器部はＥＡ変調器であり、発振器部は分布帰還型半導体レーザ（（Distributed Feedback Laser：以下、ＤＦＢレーザと記す）であり、ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子５０である。当該ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子５０は、ルテニウム（Ｒｕ）を不純物として添加された半導体埋め込み層によるＢＨ構造を有しており、１．３μｍ波長帯で伝送速度２５Ｇｂｉｔ／ｓ光伝送用に用いられ、４０℃から６０℃といった温度における駆動が可能である。ここで、１．３μｍ波長帯とは、１２８０ｎｍ以上１３６０ｎｍ以下の波長帯をいう。 [First Embodiment]
The semiconductor optical device according to the first embodiment of the present invention is a modulator integrated semiconductor optical device in which a modulator section and an oscillator section are monolithically integrated on the same semiconductor substrate. Here, the modulator section is an EA modulator, the oscillator section is a distributed feedback semiconductor laser (hereinafter referred to as DFB laser), and is an EA modulator integrated DFB laser element 50. The EA modulator integrated DFB laser element 50 has a BH structure with a semiconductor buried layer doped with ruthenium (Ru) as an impurity, and is used for optical transmission at a transmission speed of 25 Gbit / s in the 1.3 μm wavelength band. , And can be driven at a temperature of 40 ° C. to 60 ° C. Here, the 1.3 μm wavelength band refers to a wavelength band of 1280 nm to 1360 nm.

図１Ａは、当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子５０の上面図である。前述の通り、ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子５０は、ＥＡ変調器からなる変調器部６と、ＤＦＢレーザからなる発振器部１１とが、同じｎ型ＩｎＰ基板１上に集積されている。変調器部６と、発振器部１１との間には、バルク導波路となる導波路部１２が設けられている。ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子５０の多層構造には、中央付近に、図中横方向に延伸する導波路領域がある。発振器部１１の導波路領域より、図中左方向へ出力される連続光が、導波路部１２の導波路領域を通過し、変調器部６に入力される。変調器部６の導波路領域において、入力される光が変調され、図中左側へ出射される。図中左側の端面から右側に、変調器部６のメサストライプ構造が形成されておらず、窓構造１８を有している。光が出射する図中左側の端面は、反射率１％以下の反射防止膜２４で覆われ、反対側にある図中右側の端面は、反射率９０％以上の高反射膜２３で覆われている。   FIG. 1A is a top view of the EA modulator integrated DFB laser device 50 according to this embodiment. As described above, in the EA modulator integrated DFB laser element 50, the modulator unit 6 made of the EA modulator and the oscillator unit 11 made of the DFB laser are integrated on the same n-type InP substrate 1. Between the modulator unit 6 and the oscillator unit 11, a waveguide unit 12 serving as a bulk waveguide is provided. In the multilayer structure of the EA modulator integrated DFB laser element 50, there is a waveguide region extending in the lateral direction in the figure near the center. Continuous light that is output from the waveguide region of the oscillator unit 11 in the left direction in the figure passes through the waveguide region of the waveguide unit 12 and is input to the modulator unit 6. In the waveguide region of the modulator section 6, the input light is modulated and emitted to the left side in the figure. The mesa stripe structure of the modulator section 6 is not formed on the right side from the left end face in the figure, but has a window structure 18. The end face on the left side in the figure from which light is emitted is covered with an antireflection film 24 having a reflectance of 1% or less, and the right end face in the figure on the opposite side is covered with a high reflection film 23 having a reflectance of 90% or more. Yes.

図１Ｂ及び図１Ｃは、当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子５０の断面図である。図１Ｂは、図１Ａに示すＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子５０のＩＢ−ＩＢ破線を貫く断面を、図１Ｃは、変調器部６のＩＣ−ＩＣ波線を貫く断面を、それぞれ表している。   1B and 1C are cross-sectional views of the EA modulator integrated DFB laser device 50 according to this embodiment. 1B shows a cross section through the IB-IB broken line of the EA modulator integrated DFB laser element 50 shown in FIG. 1A, and FIG. 1C shows a cross section through the IC-IC wavy line of the modulator section 6.

図１Ｂに示す通り、ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子５０の変調器部６、導波路部１２、及び発振器部１１は、それぞれ、半導体多層によって形成されている。ｎ型ＩｎＰ基板１上に、ｎ型ＩｎＰバッファ層２が形成されている。変調器部６において、ｎ型ＩｎＰバッファ層２上に、順に、ＩｎＧａＡｌＡｓ下側ガイド層３、ＭＱＷ層４、ｐ型ＩｎＧａＡｌＡｓ上側ガイド層５が形成されており、光閉じ込め層となっている。ここで、ＭＱＷ層４は、ＩｎＧａＡｌＡｓからなる井戸層と障壁層が交互に積層されている。変調器部６の光閉じ込め層には、Ａｌ系材料が用いられている。   As shown in FIG. 1B, the modulator section 6, the waveguide section 12, and the oscillator section 11 of the EA modulator integrated DFB laser element 50 are each formed of a semiconductor multilayer. An n-type InP buffer layer 2 is formed on the n-type InP substrate 1. In the modulator section 6, an InGaAlAs lower guide layer 3, an MQW layer 4, and a p-type InGaAlAs upper guide layer 5 are formed in this order on the n-type InP buffer layer 2 to form an optical confinement layer. Here, in the MQW layer 4, well layers and barrier layers made of InGaAlAs are alternately stacked. An Al-based material is used for the optical confinement layer of the modulator unit 6.

発振器部１１において、ｎ型ＩｎＰバッファ層２上に、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ下側ガイド層７、ＭＱＷ層８、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ上側ガイド層９、回折格子層１０が形成されており、光閉じ込め層となっている。ここで、ＭＱＷ層８は、ＩｎＧａＡｓＰからなる井戸層と障壁層が交互に積層されている。また、回折格子層１０は、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰからなっている。   In the oscillator unit 11, an n-type InGaAsP lower guide layer 7, an MQW layer 8, a p-type InGaAsP upper guide layer 9, and a diffraction grating layer 10 are formed on the n-type InP buffer layer 2 and serve as an optical confinement layer. ing. Here, in the MQW layer 8, well layers and barrier layers made of InGaAsP are alternately stacked. The diffraction grating layer 10 is made of p-type InGaAsP.

導波路部１２において、ｎ型ＩｎＰバッファ層２の上に、３層からなるコア層が形成されており、光閉じ込め層となっている。コア層は、組成波長１．１μｍのＩｎＧａＡｓＰ層１３，１４で、組成波長１．１５μｍのＩｎＧａＡｓＰ層１５を挟みこむ構造である。コア層はバルク結晶からなるバルク導波路を形成している。変調器部６のＭＱＷ層４と導波路部１２のＩｎＧａＡｓＰ層１５との間、及び、導波路部１２のＩｎＧａＡｓＰ層１５と発振器部１１のＭＱＷ層８との間は、パットジョイント接続されている。   In the waveguide section 12, a core layer composed of three layers is formed on the n-type InP buffer layer 2, and serves as an optical confinement layer. The core layer has a structure in which InGaAsP layers 13 and 14 having a composition wavelength of 1.1 μm sandwich an InGaAsP layer 15 having a composition wavelength of 1.15 μm. The core layer forms a bulk waveguide made of a bulk crystal. A pad joint connection is made between the MQW layer 4 of the modulator section 6 and the InGaAsP layer 15 of the waveguide section 12, and between the InGaAsP layer 15 of the waveguide section 12 and the MQW layer 8 of the oscillator section 11. .

さらに、変調器部６、導波路部１２、及び発振器部１１の光閉じ込め層の上側に、ｐ型ＩｎＰクラッド層１６が、変調器部６及び発振器部１１には、さらに、ｐ型コンタクト層１７が、形成されており、半導体多層構造をなしている。   Further, a p-type InP cladding layer 16 is provided above the optical confinement layer of the modulator unit 6, the waveguide unit 12, and the oscillator unit 11, and a p-type contact layer 17 is further provided on the modulator unit 6 and the oscillator unit 11. However, the semiconductor multilayer structure is formed.

発振器部１１の発振波長λＤＦＢは、５０℃において、１２９５．５ｎｍとなるように、回折格子の回折ピッチが設計され、回折格子層１０が形成されている。また、変調器部６の吸収端波長λＥＡは、５０℃において、１２５０．０ｎｍとなるよう、変調器部６のＭＱＷ層４の組成が調整されている。すなわち、発振波長λＤＦＢと吸収端波長λＥＡとの差で定義されるデチューニング量ΔＨが、４５．５ｎｍ（エネルギー換算をして、３４．８ｍｅＶ）となるよう、調整されている。ここで、発振波長λＤＦＢは吸収端波長λＥＡより長く、エネルギー換算すると、発振波長λＤＦＢの波長エネルギーは、吸収端波長λＥＡの波長エネルギーより、低くなっている。 The diffraction pitch of the diffraction grating is designed so that the oscillation wavelength λ DFB of the oscillator unit 11 is 1295.5 nm at 50 ° C., and the diffraction grating layer 10 is formed. Further, the composition of the MQW layer 4 of the modulator unit 6 is adjusted so that the absorption edge wavelength λ EA of the modulator unit 6 is 1250.0 nm at 50 ° C. That is, the detuning amount ΔH defined by the difference between the oscillation wavelength λ DFB and the absorption edge wavelength λ EA is adjusted to be 45.5 nm (34.8 meV in terms of energy). Here, the oscillation wavelength λ DFB is longer than the absorption edge wavelength λ EA , and in terms of energy, the wavelength energy of the oscillation wavelength λ DFB is lower than the wavelength energy of the absorption edge wavelength λ EA .

図１Ｃに示す通り、当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子５０は、半導体多層構造が導波路領域の外側となる領域が除去されるメサストライプ構造となっており、メサストライプ構造の両側が埋め込み層１９で埋め込まれるＢＨ構造を有している。埋め込み層１９は、Ｒｕが不純物として添加されるＩｎＰからなっており、半絶縁性半導体である。なお、メサストライプ構造の幅は１．４μｍで、高さは３．４μｍである。埋め込み層１９の層厚は５．０μｍである。   As shown in FIG. 1C, the EA modulator integrated DFB laser device 50 according to this embodiment has a mesa stripe structure in which a region outside the waveguide region is removed from the semiconductor multilayer structure. Both sides have a BH structure embedded with a buried layer 19. The buried layer 19 is made of InP to which Ru is added as an impurity, and is a semi-insulating semiconductor. The mesa stripe structure has a width of 1.4 μm and a height of 3.4 μm. The layer thickness of the buried layer 19 is 5.0 μm.

埋め込み層１９は、半絶縁性半導体からなり、例えば、鉄（Ｆｅ）やＲｕなどの不純物が添加される半導体である。メサストライプ構造に含まれるｐ型層のｐ型ドーパントである不純物と、埋め込み層に含まれる不純物とが、相互拡散をするために、ｐ型層のｐ型ドーパントである不純物が、メサストライプ構造の両側から埋め込み層に拡散するという問題が生じる。ｐ型層の不純物が埋め込み層に拡散することにより、変調器部６の駆動時に、ＭＱＷ層４に印加される電界が、埋め込み層１９にも広がることとなり、変調器としての特性を劣化させる。   The buried layer 19 is made of a semi-insulating semiconductor, for example, a semiconductor to which an impurity such as iron (Fe) or Ru is added. Since the impurity that is the p-type dopant of the p-type layer included in the mesa stripe structure and the impurity that is included in the buried layer are mutually diffused, the impurity that is the p-type dopant of the p-type layer is There arises a problem of diffusion from both sides into the buried layer. When the impurity of the p-type layer diffuses into the buried layer, the electric field applied to the MQW layer 4 also spreads to the buried layer 19 when the modulator unit 6 is driven, and the characteristics as the modulator are deteriorated.

メサストライプ構造に含まれるｐ型層のｐ型ドーパントとして、亜鉛（Ｚｎ）が用いられるのが一般的であり、埋め込み層１９の不純物にＦｅを用いる場合、ＺｎとＦｅの相互拡散は強いので、Ｚｎがより埋め込み層１９へ拡散することとなる。Ｚｎとの相互拡散との観点から、埋め込み層１９に添加する不純物は、Ｒｕが望ましい。ＲｕはＺｎとの相互拡散が、Ｆｅなどと比較して弱いので、Ｚｎが埋め込み層に拡散するのが抑制され、変調器としての特性が向上する。   As the p-type dopant of the p-type layer included in the mesa stripe structure, zinc (Zn) is generally used, and when Fe is used as the impurity of the buried layer 19, the mutual diffusion of Zn and Fe is strong. Zn is further diffused into the buried layer 19. From the viewpoint of mutual diffusion with Zn, the impurity added to the buried layer 19 is preferably Ru. Since Ru has weak interdiffusion with Zn as compared with Fe or the like, the diffusion of Zn into the buried layer is suppressed, and the characteristics as a modulator are improved.

図２は、Ｒｕが不純物として添加されるＩｎＰからなる埋め込み層の層厚ｄに対するｆ３ｄＢ帯域の計算結果を示す図である。ここで、当該計算において、ＥＡ変調器の変調器長を１００μｍ、メサストライプ構造の幅を１．５μｍ、ＭＱＷ層を含むアンドープ層の層厚を２６０ｎｍと仮定している。例えば、２５Ｇｂｉｔ／ｓ動作を可能とする帯域２５ＧＨｚを満足するためには、埋め込み層の層厚ｄは３．５μｍ以上必要であることが分かる。また、埋め込み層に、相互拡散が小さいＲｕを不純物として用いることにより、発振器部では、漏れ電流を低減させることができるため、閾値電流の低減、高光出力が実現できる。同様に、変調器部では、駆動時の電界の漏れを低減させることができるため、電圧が効率よくＭＱＷ層に印加され、高光出力が実現できる。   FIG. 2 is a diagram showing a calculation result of the f3 dB band with respect to the layer thickness d of the buried layer made of InP to which Ru is added as an impurity. In this calculation, it is assumed that the modulator length of the EA modulator is 100 μm, the width of the mesa stripe structure is 1.5 μm, and the thickness of the undoped layer including the MQW layer is 260 nm. For example, it can be understood that the thickness d of the buried layer is required to be 3.5 μm or more in order to satisfy the band of 25 GHz enabling 25 Gbit / s operation. Further, by using Ru, which has a small interdiffusion, as the impurity in the buried layer, the leakage current can be reduced in the oscillator unit, so that the threshold current can be reduced and high light output can be realized. Similarly, in the modulator section, electric field leakage during driving can be reduced, so that a voltage is efficiently applied to the MQW layer, and high light output can be realized.

また、前述の通り、図１Ｂの図中左側端面から右側には、メサストライプ構造を有する半導体多層が形成されておらず、埋め込み層１９によって埋め込まれている窓構造１８となっている。窓構造１８の長さは５μｍ以上が望ましく、当該ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子５０においては、窓構造１８の長さは１５μｍである。窓構造１８とは、半導体光素子の導波路領域の光の出射方向に対して先端部分において、光の閉じ込め層を有していないバルクの半導体によって埋め込まれている構造をいう。半導体光素子の内部の導波路領域を通過する光は、窓構造１８を通過して、反射防止膜２４に到達する。反射防止膜２４の反射率は非常に低く、多くの光は反射防止膜２４を通過して、半導体光素子から外部へ出射される。しかし、一部の光は反射防止膜２４で半導体光素子内部へ反射される。この場合であっても、窓構造１８によって、反射された光が再び、導波路領域に進入し、発振器部１１まで到達することが抑制されるので、高周波応答特性（Ｓ２１特性）が向上される。   Further, as described above, a semiconductor multilayer having a mesa stripe structure is not formed on the right side from the left end face in the drawing of FIG. 1B, and the window structure 18 is buried by the buried layer 19. The length of the window structure 18 is desirably 5 μm or more. In the EA modulator integrated DFB laser element 50, the length of the window structure 18 is 15 μm. The window structure 18 refers to a structure embedded in a bulk semiconductor that does not have a light confinement layer at the tip portion with respect to the light emission direction of the waveguide region of the semiconductor optical device. Light that passes through the waveguide region inside the semiconductor optical device passes through the window structure 18 and reaches the antireflection film 24. The reflectance of the antireflection film 24 is very low, and much light passes through the antireflection film 24 and is emitted from the semiconductor optical device to the outside. However, part of the light is reflected by the antireflection film 24 into the semiconductor optical device. Even in this case, since the reflected light is prevented from entering the waveguide region again and reaching the oscillator unit 11 by the window structure 18, the high frequency response characteristic (S21 characteristic) is improved. .

また、当該ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子５０において、デチューニング量ΔＨは、エネルギー換算して、２３ｍｅＶ以上４０ｍｅＶ以下となるのが望ましい。これら範囲は、以下のように説明される。   In the EA modulator integrated DFB laser element 50, the detuning amount ΔH is preferably 23 meV or more and 40 meV or less in terms of energy. These ranges are described as follows.

図３は、デチューニング量ΔＨに対する変調時光出力Ｐｍｏｄを、図４は、デチューニング量ΔＨに対する変調時消光比ＡＣＥＲを、図５は、デチューニング量ΔＨに対するｆ３ｄＢ帯域を、それぞれ表す図である。測定に用いたＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子は、変調器部の長さが１００μｍであり、ＥＡ変調器のＭＱＷ層を含むアンドープ層の層厚が２６０ｎｍである。また、レーザ駆動電流Ｉｆ＝５０ｍＡとして、測定を行っている。図に示すデチューニング量ΔＨは、発振器部の発振波長λＤＦＢと変調器部吸収端波長λＥＡそれぞれの波長エネルギーＥを、それぞれ、Ｅ＝（ｈ／２π）・（ｃ／λ）を用いて、エネルギー換算し、それらの差の値を用いている。ここで、ｈ及びｃは、それぞれ、プランク定数及び真空中での光速を表している。 FIG. 3 is a diagram illustrating the modulation optical output P mod with respect to the detuning amount ΔH, FIG. 4 is a diagram illustrating the modulation extinction ratio ACER with respect to the detuning amount ΔH, and FIG. 5 is a diagram illustrating the f3 dB band with respect to the detuning amount ΔH. . In the EA modulator integrated DFB laser element used for the measurement, the length of the modulator portion is 100 μm, and the thickness of the undoped layer including the MQW layer of the EA modulator is 260 nm. In addition, the measurement is performed with the laser drive current I f = 50 mA. The detuning amount ΔH shown in the figure uses the wavelength energy E of the oscillation wavelength λ DFB of the oscillator unit and the absorption wavelength λ EA of the modulator unit using E = (h / 2π) · (c / λ), respectively. The energy is converted and the difference between them is used. Here, h and c represent the Planck constant and the speed of light in vacuum, respectively.

図６は、デチューニング量ΔＨに対する変調時光振幅ＯＭＡを表す図である。１００Ｇｂｉｔ／ｓイーサーネットの規格には、変調時光振幅ＯＭＡ（Optical Modulation Amplitude）があり、変調時光出力Ｐｆｍｏｄと変調時消光比ＡＣＥＲから、ＯＭＡ＝１０ｌｏｇ｛（２×１０Ｐｆｍｏｄ／１０）×（１０ＡＣＥＲ／１０−１）／（１０ＡＣＥＲ／１０＋１）｝によって計算される。ここで、変調時光出力Ｐｆｍｏｄとは、ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子を搭載するレーザモジュールでの変調時光出力をあらわし、ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子の変調時光出力Ｐｍｏｄからレーザモジュールでの結合損を引いたものである。図６は、レーザモジュールでの結合損を３ｄＢと仮定し、図示している。 FIG. 6 is a diagram illustrating the modulation optical amplitude OMA with respect to the detuning amount ΔH. The 100 Gbit / s Ethernet standard, has during modulation optical amplitude OMA (Optical Modulation Amplitude), from the modulated during the extinction ratio ACER modulation at an optical output P fmod, OMA = 10log {( 2 × 10 Pfmod / 10) × (10 ACER / 10 -1) / (10 ACER / 10 +1)}. Here, the modulated optical output P fmod represents the modulated optical output of the laser module equipped with the EA modulator integrated DFB laser element, and the modulated optical output P mod of the EA modulator integrated DFB laser element Minus the coupling loss. FIG. 6 is illustrated assuming that the coupling loss in the laser module is 3 dB.

図３に示す通り、デチューニング量ΔＨが小さくなると、変調器部での吸収が増大するので、変調時光出力Ｐｍｏｄが減少し、図４に示す通り、変調時消光比ＡＣＥＲが増大する。それに応じて、図６に示す通り、変調時光振幅ＯＭＡも減少する。ＩＥＥＥ８０２．３ｂａ規格で定められている変調時光振幅ＯＭＡの仕様である−１．３〜＋４．５ｄＢｍを満足させるために、変調時光出力Ｐｍｏｄ及び変調時消光比ＡＣＥＲを、それぞれ、＋１．０〜＋５．５ｄＢｍ（すなわち、レーザモジュールでの結合損を３ｄＢと仮定した場合に、変調時光出力Ｐｆｍｏｄを−２．０〜＋２．５ｄＢｍ）、及び、８．０ｄＢ以上となる条件を求める。図３及び図４に表す矢印は、この範囲を、それぞれ示している。図３及び図４から求められるデチューニング量ΔＨの範囲は、それぞれ、２３ｍｅＶ以上４０ｍｅＶ以下、及び、４０ｍｅＶ以下である。このとき、図６から、変調時光振幅ＯＭＡは、ＩＥＥＥ８０２．３ｂａ規格に対して、特性の経年劣化などを考慮しても十分に満たしている。図６に表す矢印は、ＩＥＥＥの規格を表している。 As shown in FIG. 3, when the detuning amount ΔH decreases, the absorption in the modulator section increases, so that the modulation light output P mod decreases, and the modulation extinction ratio ACER increases as shown in FIG. Accordingly, as shown in FIG. 6, the modulation light amplitude OMA also decreases. In order to satisfy −1.3 to +4.5 dBm, which is the specification of the modulated optical amplitude OMA defined in the IEEE 802.3ba standard, the modulated optical output P mod and the modulated extinction ratio ACER are set to +1.0 to +5.5 dBm (that is, assuming that the coupling loss in the laser module is 3 dB, the modulated light output P fmod is −2.0 to +2.5 dBm) and a condition of 8.0 dB or more are obtained. The arrows shown in FIGS. 3 and 4 indicate this range, respectively. The range of the detuning amount ΔH obtained from FIGS. 3 and 4 is 23 meV or more and 40 meV or less and 40 meV or less, respectively. At this time, as shown in FIG. 6, the modulated optical amplitude OMA is sufficiently satisfied with respect to the IEEE 802.3ba standard even if the deterioration of characteristics over time is taken into consideration. The arrows shown in FIG. 6 represent IEEE standards.

一方、図５に示す通り、デチューニング量ΔＨが小さくなると、変調器部における光吸収が大きくなり、高周波特性に劣化傾向が見られると考えられる。伝送速度２５Ｇｂｉｔ／ｓにおける駆動を可能にするためには、ｆ３ｄＢ帯域が２５ＧＨｚ以上ある必要があり、それを満たすデチューニング量ΔＨは、２３ｍｅＶ以上である。以上のことにより、これらすべての特性を満足するデチューニング量ΔＨは、エネルギー換算して、２３ｍｅＶ以上４０ｍｅＶ以下である。   On the other hand, as shown in FIG. 5, it is considered that when the detuning amount ΔH is small, the light absorption in the modulator section is large and the high frequency characteristics tend to be deteriorated. In order to enable driving at a transmission speed of 25 Gbit / s, the f3 dB band needs to be 25 GHz or more, and the detuning amount ΔH that satisfies it is 23 meV or more. As described above, the detuning amount ΔH that satisfies all these characteristics is 23 meV or more and 40 meV or less in terms of energy.

次に、当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子５０の製造方法を説明する。   Next, a method for manufacturing the EA modulator integrated DFB laser device 50 according to this embodiment will be described.

まず、変調器部６の多層構造の一部となる半導体多層を形成する（変調器半導体下層形成工程）。すなわち、ｎ型ＩｎＰ基板１上に、順に、ｎ型ＩｎＰバッファ層２、ＩｎＧａＡｌＡｓ下側ガイド層３、ＭＱＷ層４、ｐ型ＩｎＧａＡｌＡｓ上側ガイド層５、及び、ｐ型ＩｎＰキャップ層を、有機金属気相成長法（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition：以下、ＭＯ−ＣＶＤと記す）によって形成する。ｐ型ＩｎＰキャップ層は後の工程で除去され、ｐ型ＩｎＰキャップ層以外の半導体多層が、変調器部６の光閉じ込め層となる。ここで、ＩｎＧａＡｌＡｓ下側ガイド層３及びＭＱＷ層４は、不純物が添加されていないアンドープ層である。ＭＱＷ層４は、ともに、ＩｎＧａＡｌＡｓからなる井戸層と障壁層を交互に積層することによって形成される。このとき、変調器部６の吸収端波長λＥＡが５０℃において１２５０ｎｍとなるように、ＭＱＷ層４のＩｎＧａＡｌＡｓの組成を調整する。 First, a semiconductor multilayer that is part of the multilayer structure of the modulator section 6 is formed (modulator semiconductor lower layer forming step). That is, the n-type InP buffer layer 2, the InGaAlAs lower guide layer 3, the MQW layer 4, the p-type InGaAlAs upper guide layer 5, and the p-type InP cap layer are sequentially formed on the n-type InP substrate 1 with an organic metal layer. It is formed by a phase growth method (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition: hereinafter referred to as MO-CVD). The p-type InP cap layer is removed in a later step, and the semiconductor multilayer other than the p-type InP cap layer becomes the optical confinement layer of the modulator section 6. Here, the InGaAlAs lower guide layer 3 and the MQW layer 4 are undoped layers to which no impurity is added. Both of the MQW layers 4 are formed by alternately stacking well layers and barrier layers made of InGaAlAs. At this time, the composition of InGaAlAs in the MQW layer 4 is adjusted so that the absorption edge wavelength λ EA of the modulator section 6 is 1250 nm at 50 ° C.

そして、熱ＣＶＤ（Thermal Chemical Vapor Deposition）によって二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜を、ウェハ表面のうち、変調器部６となる領域のみに、パターン形成し、このＳｉＯ２膜をマスクとして、ドライエッチング及びウェットエッチングによって、変調器部６となる領域以外の領域にある半導体多層を、ｎ型ＩｎＰバッファ層２の上面に至るまで除去する。 Then, a silicon dioxide (SiO 2 ) film is patterned by thermal CVD (Thermal Chemical Vapor Deposition) only in a region of the wafer surface where the modulator portion 6 is to be formed. Using this SiO 2 film as a mask, dry etching and The semiconductor multilayer in the region other than the region to be the modulator section 6 is removed by wet etching until reaching the upper surface of the n-type InP buffer layer 2.

次に、発振器部１１の多層構造の一部となる半導体多層を形成する（発振器半導体下層形成工程）。ｎ型ＩｎＰバッファ層２の上側に、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ下側ガイド層７、ＭＱＷ層８、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ上側ガイド層９、回折格子層１０となる厚さ２０ｎｍのｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層、及び、ｐ型ＩｎＰキャップ層を、ＭＯ−ＣＶＤによって形成する。ｐ型ＩｎＰキャップ層以外の半導体多層が、発振器部１１の光閉じ込め層となる。ここで、ＭＱＷ層８は、アンドープ層であり、ともに、ＩｎＧａＡｓＰからなる井戸層と障壁層を交互に積層することによって形成される。   Next, a semiconductor multilayer that becomes a part of the multilayer structure of the oscillator unit 11 is formed (oscillator semiconductor lower layer forming step). On the upper side of the n-type InP buffer layer 2, an n-type InGaAsP lower guide layer 7, an MQW layer 8, a p-type InGaAsP upper guide layer 9, a p-type InGaAsP layer having a thickness of 20 nm to be a diffraction grating layer 10, and a p-type An InP cap layer is formed by MO-CVD. A semiconductor multilayer other than the p-type InP cap layer serves as an optical confinement layer of the oscillator unit 11. Here, the MQW layer 8 is an undoped layer, and is formed by alternately laminating well layers and barrier layers made of InGaAsP.

そして、発振器半導体下層形成工程と同様に、熱ＣＶＤによってＳｉＯ２膜を、ウェハ表面のうち、変調器部６及び発振器部１１となる領域にのみに、パターン形成し、ドライエッチング及びウェットエッチングによって、変調器部６及び発振器部１１となる領域以外の領域、すなわち、導波路部１２となる領域、にある半導体多層を、ｎ型ＩｎＰバッファ層２の上面に至るまで除去する。 Then, similar to the oscillator semiconductor lower layer forming step, the SiO 2 film is formed by thermal CVD only on the region of the wafer surface where the modulator unit 6 and the oscillator unit 11 are formed, and by dry etching and wet etching, The semiconductor multilayer in the region other than the region to be the modulator unit 6 and the oscillator unit 11, that is, the region to be the waveguide unit 12 is removed until reaching the upper surface of the n-type InP buffer layer 2.

さらに、導波路部１２の多層構造の一部となる半導体多層形成する（導波路部半導体下層形成工程）。ｎ型ＩｎＰバッファ層２の上側に、同様に、コア層及びｐ型ＩｎＰキャップ層を、ＭＯ−ＣＶＤによって形成する。コア層が、導波路部１２の光閉じ込め層となる。ここで、コア層は３層からなり、ともにアンドープ層である。コア層は、組成波長１．１μｍのＩｎＧａＡｓＰ層１３，１４で、組成波長１．１５μｍのＩｎＧａＡｓＰ層１５を挟みこむよう、形成される。この際、変調器部６と発振器部１１の実効屈折率と、導波路部１２の実効屈折率が、ほぼ一致するように、コア層を構成するＩｎＧａＡｓＰ層１３，１４，１５それぞれの膜厚を調整している。この際に、変調器部６と導波路部１２の間、及び、導波路部１２と発振器部１１の間を、公知のパットジョイント技術により光学的に接続する。   Furthermore, a semiconductor multilayer that becomes a part of the multilayer structure of the waveguide section 12 is formed (waveguide section semiconductor lower layer forming step). Similarly, a core layer and a p-type InP cap layer are formed on the upper side of the n-type InP buffer layer 2 by MO-CVD. The core layer becomes an optical confinement layer of the waveguide section 12. Here, the core layer is composed of three layers, both of which are undoped layers. The core layer is formed such that the InGaAsP layers 13 and 14 having a composition wavelength of 1.1 μm sandwich the InGaAsP layer 15 having a composition wavelength of 1.15 μm. At this time, the film thickness of each of the InGaAsP layers 13, 14, and 15 constituting the core layer is set so that the effective refractive index of the modulator unit 6 and the oscillator unit 11 and the effective refractive index of the waveguide unit 12 substantially coincide with each other. It is adjusting. At this time, the modulator section 6 and the waveguide section 12 and the waveguide section 12 and the oscillator section 11 are optically connected by a known pad joint technique.

なお、ここでは、ＩｎＧａＡｓＰ系材料を用いてコア層を形成しているが、ＩｎＧａＡｌＡｓ系材料を用いて形成してもよい。コア層の組成波長は、１．２μｍ以下が望ましい。   Here, the core layer is formed using an InGaAsP-based material, but may be formed using an InGaAlAs-based material. The composition wavelength of the core layer is desirably 1.2 μm or less.

以上、変調器部６、発振器部１１、導波路部１２の順に、それぞれにおいて光閉じ込め層となる半導体多層を形成する工程について説明したが、これら工程の順番はこれに限られない。   The process of forming the semiconductor multilayer serving as the light confinement layer in the order of the modulator unit 6, the oscillator unit 11, and the waveguide unit 12 has been described above, but the order of these processes is not limited thereto.

これら工程の後、発振器部１１の回折格子を形成する（回折格子形成工程）。ウェハ表面のうち、発振器部１１のｐ型ＩｎＰキャップ層のみエッチングし、発振器部１１のｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層を露出させる。そして、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層に干渉露光法を施し回折格子（grating）を形成することにより、回折格子層１０を形成する。このとき、５０℃における発振器部１１の発振波長λＤＦＢが１２９５．５ｎｍとなるピッチに設計することにより、デチューニング量ΔＨを４５．５ｎｍ（エネルギー換算すると、３４．８ｍｅＶ）にする。回折格子形成工程において、干渉露光法の代わりに、電子線（Electron Beam：以下、ＥＢと記す）描画法によって、回折格子を形成してもよい。 After these steps, the diffraction grating of the oscillator unit 11 is formed (diffraction grating forming step). Of the wafer surface, only the p-type InP cap layer of the oscillator unit 11 is etched to expose the p-type InGaAsP layer of the oscillator unit 11. Then, the diffraction grating layer 10 is formed by subjecting the p-type InGaAsP layer to an interference exposure method to form a diffraction grating. At this time, by designing the pitch so that the oscillation wavelength λ DFB of the oscillator unit 11 at 50 ° C. is 1295.5 nm, the detuning amount ΔH is set to 45.5 nm (34.8 meV in terms of energy). In the diffraction grating forming step, the diffraction grating may be formed by an electron beam (hereinafter referred to as EB) drawing method instead of the interference exposure method.

回折格子層１０を形成後、素子全体に亘って、残りの半導体多層を形成する（素子半導体上層形成工程）。ウェハ表面に形成されているｐ型ＩｎＰキャップ層をエッチングにより除去し、ｐ型ＩｎＰクラッド層１６、ｐ型コンタクト層１７、ｐ型ＩｎＰ保護層を、ＭＯ−ＣＶＤによって形成する。これらｐ型層のｐ型ドーパントには、ともにＺｎを用いる。   After the diffraction grating layer 10 is formed, the remaining semiconductor multilayer is formed over the entire element (element semiconductor upper layer forming step). The p-type InP cap layer formed on the wafer surface is removed by etching, and the p-type InP cladding layer 16, the p-type contact layer 17, and the p-type InP protective layer are formed by MO-CVD. Zn is used for the p-type dopant of these p-type layers.

素子半導体上層形成工程の後、半導体多層の両側を除去して、メサストライプ構造を形成する（メサストライプ形成工程）。ウェハ表面のうち、素子の導波路領域の上方となる領域に、ＳｉＯ２膜をパターン形成し、このＳｉＯ２膜をマスクとして、ドライエッチング若しくはウェットエッチングによって半導体多層を除去し、変調器部６、導波路部１２、発振器部１１に亘って、幅１．４μｍ、高さ３．４μｍのメサストライプ構造を形成する。このときに、変調器部６及び発振器部１１のＭＱＷ層４，８を含むそれぞれの光閉じ込め層と、導波路部１２のコア層は、メサストライプ構造両脇の底部（ｎ型ＩｎＰバッファ層２の上面のうち、メサストライプ構造の両脇の領域）から約１μｍの高さとなるように、メサストライプ構造を形成する。また、ＳｉＯ２膜にパターン形成する際に、ウェハ表面のうち、光の出射側の素子端面（変調器部６側の素子端面）から１５μｍの領域には、ＳｉＯ２膜を形成しない。その結果、この領域の半導体多層は、エッチングによって除去される。すなわち、メサストライプ構造の光の出射側の端面は、素子端面より約１５μｍ内側に位置する。前述の通り、この除去される領域が、素子の窓構造１８となる。 After the element semiconductor upper layer forming step, both sides of the semiconductor multilayer are removed to form a mesa stripe structure (mesa stripe forming step). A SiO 2 film is patterned in a region on the wafer surface above the waveguide region of the device, and the semiconductor multilayer is removed by dry etching or wet etching using the SiO 2 film as a mask, A mesa stripe structure having a width of 1.4 μm and a height of 3.4 μm is formed across the waveguide portion 12 and the oscillator portion 11. At this time, the respective optical confinement layers including the MQW layers 4 and 8 of the modulator unit 6 and the oscillator unit 11 and the core layer of the waveguide unit 12 are formed on the bottoms on both sides of the mesa stripe structure (n-type InP buffer layer 2). The mesa stripe structure is formed so as to have a height of about 1 μm from the upper surface of each of the regions on both sides of the mesa stripe structure. Further, when the patterned SiO 2 film, and a wafer surface, the device end face on the exit side of the light (device end face of the modulator 6 side) to 15μm region does not form a SiO 2 film. As a result, the semiconductor multilayer in this region is removed by etching. That is, the end face on the light emission side of the mesa stripe structure is located about 15 μm inside from the element end face. As described above, the removed region becomes the element window structure 18.

メサストライプ形成工程の後、メサストライプ構造に対して、表面処理を施す（表面処理工程）。ウェハ全体を、塩素系ガス雰囲気の中にさらし、メサストライプ構造の側面をクリーニングする。これにより、メサストライプ構造の側面に露出している変調器部６のＭＱＷ層４もクリーニングされ、ＭＱＷ層４にＡｌが含まれている場合であっても、完成後に、特性が向上される半導体素子の製造が可能となる。特に、変調器部６のＭＱＷ層４が、Ａｌ含有率が高い材料によって形成されている場合に、特性の向上はさらに高まる。   After the mesa stripe formation step, surface treatment is performed on the mesa stripe structure (surface treatment step). The entire wafer is exposed to a chlorine-based gas atmosphere to clean the sides of the mesa stripe structure. Thereby, the MQW layer 4 of the modulator section 6 exposed on the side surface of the mesa stripe structure is also cleaned, and even if the MQW layer 4 contains Al, the semiconductor whose characteristics are improved after completion The device can be manufactured. In particular, when the MQW layer 4 of the modulator section 6 is formed of a material having a high Al content, the improvement in characteristics is further increased.

表面処理工程の後、メサストライプ構造の側面を埋め込み層１９によって埋め込む（埋め込み工程）。すなわち、メサストライプ構造の両脇部分及び先端部分に、Ｒｕを不純物として添加されるＩｎＰによって、厚さ５．０μｍの埋め込み層１９を形成する。このときの結晶成長温度は、抵抗率と埋め込み形状が最適となるように、５５０℃〜６００℃の間に設定するのが望ましい。   After the surface treatment process, the side surface of the mesa stripe structure is embedded by the embedded layer 19 (embedding process). That is, the buried layer 19 having a thickness of 5.0 μm is formed on both sides and the tip of the mesa stripe structure by InP doped with Ru as an impurity. The crystal growth temperature at this time is preferably set between 550 ° C. and 600 ° C. so that the resistivity and the embedding shape are optimized.

埋め込み工程の後、ｐ型電極２１及びｎ型電極２２を形成する（電極形成工程）。メサストライプ構造の最上層であるｐ型コンタクト層１７のうち、導波路部１２の領域を、除去する。これにより、変調器部６のｐ型コンタクト層１７と、発振器部１１のｐ型コンタクト層１７とが、電気的に絶縁される。それゆえ、除去されることにより生じる溝は、アイソレーション溝と呼ばれている。さらに、ウェハ表面全体に、ＳｉＯ２からなるパッシベーション膜２０を形成する。形成されるパッシベーション膜２０のうち、変調器部６及び発振器部１１のメサストライプ構造の上方それぞれの一部を除去し、スルーホールとする。変調器部６及び発振器部１１それぞれのスルーホールを覆うように、ウェハ表面に、順に、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕの金属膜を蒸着し、イオンミリングによって電極パターンを施すことにより、変調器部６及び発振器部１１それぞれのｐ型電極２１を形成する。その後、ウェハの下面を、ウェハが１００μｍから１５０μｍ程度になるまで研磨加工し、ウェハ下面に、順に、ＡｕＧｅ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕの金属膜を蒸着することにより、ｎ型電極２２を形成する。 After the embedding process, the p-type electrode 21 and the n-type electrode 22 are formed (electrode forming process). The region of the waveguide portion 12 is removed from the p-type contact layer 17 which is the uppermost layer of the mesa stripe structure. As a result, the p-type contact layer 17 of the modulator unit 6 and the p-type contact layer 17 of the oscillator unit 11 are electrically insulated. Therefore, the groove formed by being removed is called an isolation groove. Further, a passivation film 20 made of SiO 2 is formed on the entire wafer surface. Of the passivation film 20 to be formed, a part of each of the upper part of the mesa stripe structure of the modulator unit 6 and the oscillator unit 11 is removed to form a through hole. By sequentially depositing a metal film of Ti, Pt, and Au on the wafer surface so as to cover the through holes of the modulator unit 6 and the oscillator unit 11, and applying an electrode pattern by ion milling, the modulator unit 6 and A p-type electrode 21 of each oscillator unit 11 is formed. Thereafter, the lower surface of the wafer is polished until the wafer becomes about 100 μm to 150 μm, and a metal film of AuGe, Ni, Ti, Pt, and Au is sequentially deposited on the lower surface of the wafer to form an n-type electrode 22. To do.

電極形成工程の後、ウェハをチップ化することにより、ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子５０は完成する（チップ化工程）。すなわち、ウェハをバー状に劈開し、変調器部６側の端面に反射率１％以下の反射防止膜２４を、発振器部１１側の端面に反射率９０％以上の高反射膜２３をそれぞれコーティングし、さらに、チップ状態に劈開することにより、素子は完成する。当該製造方法にて製造された当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子５０を、素子Ｌ０とする。   After the electrode forming step, the wafer is chipped to complete the EA modulator integrated DFB laser element 50 (chip forming step). That is, the wafer is cleaved in a bar shape, and the antireflection film 24 having a reflectance of 1% or less is coated on the end surface on the modulator unit 6 side, and the high reflection film 23 having a reflectance of 90% or more is coated on the end surface on the oscillator unit 11 side. Further, the device is completed by cleaving into a chip state. The EA modulator integrated DFB laser element 50 according to the embodiment manufactured by the manufacturing method is referred to as an element L0.

１００Ｇｂｉｔ／ｓといった高速伝送速度であって、例えばメトロ網伝送に用いる１０ｋｍ以上の長距離光伝送が可能な半導体光素子、レーザモジュール、及び、光伝送装置が望まれている。１００Ｇｂｉｔ／ｓイーサーネット光伝送装置を実現する方式の一つとして、シングルモードファイバ（Single Mode Fiber：以下、ＳＭＦと記す）の波長分散が小さい１．３μｍ波長帯で２５Ｇｂｉｔ／ｓ駆動する、異なる４波長の半導体光素子をパラレルに波長多重（Wavelength Division Multiplexing：以下、ＷＤＭと記す）する方式が主に用いられている。さらに、低消費電力化の観点から、レーザモジュール内で半導体光素子の温度を４０〜６０℃で動作（セミクールド動作）が可能な半導体素子が望ましい。   A semiconductor optical element, a laser module, and an optical transmission device that have a high transmission speed of 100 Gbit / s and that can perform long-distance optical transmission of, for example, 10 km or more used for metro network transmission are desired. As one of the methods for realizing a 100 Gbit / s Ethernet optical transmission apparatus, a single mode fiber (hereinafter referred to as SMF) is driven at 25 Gbit / s in a 1.3 μm wavelength band where the chromatic dispersion is small. A system for wavelength multiplexing (Wavelength Division Multiplexing: hereinafter referred to as WDM) of semiconductor optical elements having wavelengths is mainly used. Furthermore, from the viewpoint of reducing power consumption, a semiconductor element capable of operating at a temperature of 40 to 60 ° C. (semi-cooled operation) of the semiconductor optical element in the laser module is desirable.

また、１．３μｍ波長帯では、従来、ＤＦＢレーザを高速電流変調することによって、光のオン・オフを行う直接変調型レーザが一般的であった。しかしながら、直接変調型レーザはチャーピングが大きいため、高速電流変調を行ったときに瞬時的なキャリアの変動で活性層の屈折率が変動して光の波長が変動する緩和振動現象を起こしやすい。それゆえ、伝送速度２５Ｇｂｉｔ／ｓといった高速変調を行うには、緩和振動周波数を上げる必要があり、１．３μｍ波長帯において、安定的な２５Ｇｂｉｔ／ｓ駆動の直接変調型ＤＦＢレーザ素子の製造は困難である。   In the 1.3 μm wavelength band, conventionally, a direct modulation laser that turns light on and off by high-speed current modulation of a DFB laser is generally used. However, since the direct modulation laser has a large chirping, when the high-speed current modulation is performed, a relaxation oscillation phenomenon in which the refractive index of the active layer fluctuates due to instantaneous carrier fluctuation and the wavelength of light fluctuates easily occurs. Therefore, in order to perform high-speed modulation such as a transmission rate of 25 Gbit / s, it is necessary to increase the relaxation oscillation frequency, and it is difficult to manufacture a stable direct modulation type DFB laser element driven at 25 Gbit / s in the 1.3 μm wavelength band. It is.

それゆえ、ＷＤＭによって１００Ｇｂｉｔ／ｓ駆動を可能とするために、上記の素子Ｌ０の他に、１．３μｍ波長帯で２５Ｇｂｉｔ／ｓ駆動する、異なる３波長のＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子５０を、同様の製造方法において製造した。これらを、素子Ｌ１、素子Ｌ２、素子Ｌ３とする。素子Ｌ１、素子Ｌ２、素子Ｌ３は、変調器部６の吸収波長λＥＡが、５０℃において、それぞれ、１２５４．０ｎｍ、１２５９．０ｎｍ、１２６４．０ｎｍとそれぞれなるよう、発振器部１１の発振波長λＤＦＢが、５０℃において、それぞれ、１３００．０ｎｍ、１３０４．５ｎｍ、１３０９．０ｎｍとそれぞれなるよう製造されている。ここで、デチューニング量ΔＨは、エネルギー換算して、いずれも約３４ｍｅＶである。 Therefore, in order to enable 100 Gbit / s driving by WDM, in addition to the above-described element L0, different three-wavelength EA modulator integrated DFB laser elements 50 that are driven at 25 Gbit / s in the 1.3 μm wavelength band are provided. The same manufacturing method was used. These are element L1, element L2, and element L3. The element L1, the element L2, and the element L3 have the oscillation wavelength λ EA of the oscillator unit 11 such that the absorption wavelength λ EA of the modulator unit 6 is 1254.0 nm, 1259.0 nm, and 1264.0 nm, respectively, at 50 ° C. DFB is manufactured to be 1300.0 nm, 1304.5 nm, and 1309.0 nm, respectively, at 50 ° C. Here, the detuning amount ΔH is about 34 meV in terms of energy.

これら素子について、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）製の５０Ω終端抵抗がついたチップキャリアにＡｕＳｎはんだを用いて搭載し、発振器部１１及び変調器部６それぞれに通電するための導線をボンディングして、素子温度ＴＬＤ＝５０℃において、特性評価を行った。変調時光出力Ｐｍｏｄ及び変調時消光比ＡＣＥＲは、変調器部６の逆バイアス電圧Ｖｅａ＝−０．３Ｖ、変調電圧Ｖｍｏｄ＝２．０Ｖにおいて、特性評価を行っている。 These elements are mounted on a chip carrier made of aluminum nitride (AlN) with a 50Ω termination resistor using AuSn solder, and conductive wires for energizing the oscillator unit 11 and the modulator unit 6 are bonded to each other, and the element temperature The characteristics were evaluated at T LD = 50 ° C. The modulation light output P mod and the modulation extinction ratio ACER are evaluated at the reverse bias voltage V ea = −0.3 V and the modulation voltage V mod = 2.0 V of the modulator unit 6.

Figure 2012002929
Figure 2012002929

表１は、４個の素子Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３における素子の特性を表す表である。表１に示す通り、発振閾値電流Ｉｔｈ及びレーザ駆動電流Ｉｆ＝５０ｍＡでの光出力Ｐｏも良好な値を示しており、いずれの素子も、１００Ｇｂｉｔ／ｓイーサーネット光伝送装置に搭載する素子として、十分な特性を示している。表面処理工程において、メサストライプ構造のＭＱＷ層４のＡｌ表面をクリーニングすることによって、良好な特性・信頼度を示すことが確認される。 Table 1 is a table showing the element characteristics of the four elements L0, L1, L2, and L3. As shown in Table 1, the optical output P o at the oscillation threshold current I th and the laser drive current I f = 50 mA also shows good values, and both elements are mounted on the 100 Gbit / s Ethernet optical transmission device. It shows sufficient characteristics as an element. In the surface treatment process, it is confirmed that the Al surface of the MQW layer 4 having the mesa stripe structure exhibits good characteristics and reliability.

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る半導体光素子は、第１の実施形態と同様に、ＢＨ構造を有するＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子５０である。当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子５０は、第１の実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子５０と、基本的な構成及び製造方法は同じであるが、当該ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子５０は、１．３μｍ波長帯で伝送速度４０Ｇｂｉｔ／ｓ光伝送用に用いられ、４０℃から６０℃といった温度における駆動が可能である。 [Second Embodiment]
The semiconductor optical device according to the second embodiment of the present invention is an EA modulator integrated DFB laser device 50 having a BH structure, as in the first embodiment. The EA modulator integrated DFB laser device 50 according to the present embodiment has the same basic configuration and manufacturing method as the EA modulator integrated DFB laser device 50 according to the first embodiment. The integrated DFB laser element 50 is used for optical transmission at a transmission speed of 40 Gbit / s in the 1.3 μm wavelength band, and can be driven at a temperature of 40 ° C. to 60 ° C.

図７Ａは、当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子５０の上面図であり、図７Ｂ及び図７Ｃは、その断面図である。図７Ｂは、図７Ａに示すＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子５０のVIIＢ−VIIＢ破線を貫く断面を、図７Ｃは、VIIＣ−VIIＣ破線を貫く断面を、表している。   FIG. 7A is a top view of the EA modulator integrated DFB laser device 50 according to this embodiment, and FIGS. 7B and 7C are cross-sectional views thereof. 7B shows a cross section through the broken line VIIB-VIIB of the EA modulator integrated DFB laser device 50 shown in FIG. 7A, and FIG. 7C shows a cross section through the broken line VIIC-VIIC.

当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子５０の製造方法においても、第１の実施形態と同様に、メサストライプ形成工程の後、メサストライプ構造に対して、塩素系ガスによる表面処理を施す表面処理工程を行い、その後に、メサストライプ構造の両脇に埋め込み層１９を形成する埋め込み工程を行っている。   Also in the manufacturing method of the EA modulator integrated DFB laser device 50 according to the embodiment, after the mesa stripe formation step, the mesa stripe structure is subjected to surface treatment with a chlorine-based gas, as in the first embodiment. A surface treatment process is performed, followed by a burying process for forming buried layers 19 on both sides of the mesa stripe structure.

また、回折格子形成工程において、５０℃における発振器部１１の発振波長λＤＦＢが１３００．０ｎｍとなるよう、回折格子の回折ピッチを設計することにより、デチューニング量ΔＨを５０ｎｍ（エネルギー換算すると、３８ｍｅＶ）にする。 Further, in the diffraction grating forming step, the detuning amount ΔH is set to 50 nm (in terms of energy, 38 meV by designing the diffraction pitch of the diffraction grating so that the oscillation wavelength λ DFB of the oscillator unit 11 at 50 ° C. becomes 1300.0 nm. ).

当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子５０の変調器部６には、ｐ型電極２１のパッド部とパッシベーション膜２０との間に、ポリイミド樹脂３０が形成されている。変調器部６には寄生容量が存在し、その中の一つに、ｐ型電極２１のパッド部と、ｎ型ＩｎＰ基板１の間に生じる寄生容量がある。ここで、ｐ型電極２１のパッド部は、図７Ａに示すｐ型電極２１のうち、長方形状をしている領域である。ｐ型電極２１のパッド部は、ｐ型電極２１に印加する電圧を供給するために、導線を接続するための領域であり、導線との電気的接続を確保するために十分となる面積を確保する必要がある。それゆえ、当該寄生容量を低減するために、埋め込み層１９より誘電率の小さいポリイミド樹脂３０を、パッシベーション膜２０とｐ型電極２１のパッド部の間に配置することにより、当該寄生容量は、小さい誘電率であるポリイミド樹脂３０と、埋め込み層１９との直列接続されたものと等価であり、当該寄生容量が低減される。   In the modulator section 6 of the EA modulator integrated DFB laser element 50 according to this embodiment, a polyimide resin 30 is formed between the pad section of the p-type electrode 21 and the passivation film 20. The modulator section 6 has a parasitic capacitance, and one of them is a parasitic capacitance generated between the pad section of the p-type electrode 21 and the n-type InP substrate 1. Here, the pad portion of the p-type electrode 21 is a rectangular region of the p-type electrode 21 shown in FIG. 7A. The pad portion of the p-type electrode 21 is a region for connecting a conductive wire in order to supply a voltage to be applied to the p-type electrode 21, and has a sufficient area for ensuring electrical connection with the conductive wire. There is a need to. Therefore, in order to reduce the parasitic capacitance, the parasitic capacitance is reduced by disposing the polyimide resin 30 having a dielectric constant smaller than that of the buried layer 19 between the passivation film 20 and the pad portion of the p-type electrode 21. This is equivalent to a series connection of the polyimide resin 30 having a dielectric constant and the buried layer 19, and the parasitic capacitance is reduced.

ポリイミド樹脂３０を形成するために、第１の実施形態において説明した電極形成工程において、ウェハ表面全体にパッシベーション膜２０を形成後、ウェハ表面全体に、厚さ３μｍのポリイミド樹脂３０を塗布する。ｐ型電極２１のパッド部となる領域に対応してマスクをし、マスクされていない領域にあるポリイミド樹脂３０を、酸素とアルゴンの混合ガスによるエッチバックにより除去する。その後は、パッシベーション膜２０にスルーホールを形成し、さらに、ｐ型電極２１を形成する。   In order to form the polyimide resin 30, after forming the passivation film 20 on the entire wafer surface in the electrode forming step described in the first embodiment, the polyimide resin 30 having a thickness of 3 μm is applied to the entire wafer surface. A mask is formed corresponding to the region to be the pad portion of the p-type electrode 21, and the polyimide resin 30 in the unmasked region is removed by etching back with a mixed gas of oxygen and argon. Thereafter, a through hole is formed in the passivation film 20, and a p-type electrode 21 is further formed.

当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子５０について、第１の実施形態と同様に、特性評価を行った。その結果、素子温度ＴＬＤ＝５０℃において、発振閾値電流Ｉｔｈ＝１５．６ｍＡ、レーザ駆動電流Ｉｆ＝５０ｍＡでの光出力Ｐｏ＝９．３ｄＢｍ、発振波長λＤＦＢ＝１３００．２３ｎｍであり、また、ｆ３ｄＢ帯域は４２．１ＧＨｚ、変調時光出力Ｐｍｏｄ＝＋４．９ｄＢｍ、変調時消光比ＡＣＥＲ＝８．１ｄＢであった。これらは、４０Ｇｂｉｔ／ｓイーサーネットシリアル伝送に十分な特性を示している。表面処理工程において、メサストライプ構造のＭＱＷ層４のＡｌ表面をクリーニングすることによって、良好な特性・信頼度を示すことが確認される。 The EA modulator integrated DFB laser element 50 according to the embodiment was evaluated for characteristics in the same manner as in the first embodiment. As a result, at the element temperature T LD = 50 ° C., the oscillation threshold current I th = 15.6 mA, the laser output current I f = 50 mA, the optical output P o = 9.3 dBm, and the oscillation wavelength λ DFB = 1300.23 nm. The f3 dB band was 42.1 GHz, the modulated light output P mod = + 4.9 dBm, and the modulated extinction ratio ACER = 8.1 dB. These show sufficient characteristics for 40 Gbit / s Ethernet serial transmission. In the surface treatment process, it is confirmed that the Al surface of the MQW layer 4 having the mesa stripe structure exhibits good characteristics and reliability.

［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係るレーザモジュールは、第１の実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子５０が搭載されるレーザモジュール５１であり、４０℃から６０℃といった温度における駆動が可能である。 [Third Embodiment]
The laser module according to the third embodiment of the present invention is a laser module 51 on which the EA modulator integrated DFB laser element 50 according to the first embodiment is mounted, and is driven at a temperature of 40 ° C. to 60 ° C. Is possible.

図８は、当該実施形態に係るレーザモジュール５１の構成を表す図である。第１の実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子５０は、５０Ω終端抵抗が付いた窒化アルミ二ウム（ＡｌＮ）製のチップキャリア１０２に、ＡｕＳｎはんだを用いて、搭載されている。チップキャリア１０２は、温度調整手段であるペルチエ基板１０３の上側に搭載されており、それらが、パッケージ１１０に搭載されている。サーミスタ１０４、モニタフォトダイオード１０７、集光用レンズ１０８が、さらに、パッケージ１１０に搭載されている。ここで、集光用レンズ１０８は、ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子５０の光の出射方向に出力する前方出力光１０５を、光の出射先に接続される光ファイバー１０９へ、光を集光するためのレンズである。モニタフォトダイオード１０７は、ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子５０の光の出射方向と反対方向に出力する後方出力光１０６を受光している。   FIG. 8 is a diagram illustrating the configuration of the laser module 51 according to this embodiment. The EA modulator integrated DFB laser device 50 according to the first embodiment is mounted on a chip carrier 102 made of aluminum nitride (AlN) with a 50Ω termination resistor using AuSn solder. The chip carrier 102 is mounted on the upper side of the Peltier substrate 103 which is a temperature adjusting means, and these are mounted on the package 110. A thermistor 104, a monitor photodiode 107, and a condensing lens 108 are further mounted on the package 110. Here, the condensing lens 108 condenses the forward output light 105 output in the light emission direction of the EA modulator integrated DFB laser element 50 onto the optical fiber 109 connected to the light emission destination. It is a lens for. The monitor photodiode 107 receives the backward output light 106 output in the direction opposite to the light emission direction of the EA modulator integrated DFB laser element 50.

パッケージ１１０の外部には、レーザ駆動電流源１１１が設けられ、モニタフォトダイオード１０７で受光する後方出力光１０６のパワー変動が、レーザ駆動電流源１１１に帰還され、発振器部１１に供給する電流量が制御されることにより、前方出力光１０５のパワーを一定に保つＡＰＣ（Auto Power Control）制御が行われる。なお、ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子５０の変調器部６に対しては、変調器高周波信号源１１２より、変調器駆動信号が供給される。   A laser drive current source 111 is provided outside the package 110, and the power fluctuation of the backward output light 106 received by the monitor photodiode 107 is fed back to the laser drive current source 111, and the amount of current supplied to the oscillator unit 11 is increased. By being controlled, APC (Auto Power Control) control is performed to keep the power of the front output light 105 constant. A modulator driving signal is supplied from the modulator high-frequency signal source 112 to the modulator unit 6 of the EA modulator integrated DFB laser element 50.

また、ペルチエ駆動電流源１１３によって、ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子５０に対して、ＡＴＣ（Auto Temperature Control）制御が行われる。すなわち、サーミスタ１０４は、ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子５０の温度を検知し、その温度をモニタ温度として、ペルチエ駆動電流源１１３へ出力する。モニタ温度に対応して、ペルチエ基板１０３に対して、ペルチエ駆動電流源１１３よりペルチエ駆動電流が供給される。ＡＴＣ制御により、ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子５０の温度を一定に保つことが可能となる。   The Peltier drive current source 113 performs ATC (Auto Temperature Control) control on the EA modulator integrated DFB laser element 50. That is, the thermistor 104 detects the temperature of the EA modulator integrated DFB laser element 50 and outputs the detected temperature to the Peltier drive current source 113 as the monitor temperature. Corresponding to the monitor temperature, the Peltier drive current is supplied from the Peltier drive current source 113 to the Peltier substrate 103. By the ATC control, the temperature of the EA modulator integrated DFB laser element 50 can be kept constant.

第１の実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子５０において説明した４個の素子Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３それぞれを搭載する各レーザモジュール５１について、２５．８Ｇｂｉｔ／ｓ変調評価を行ったところ、各レーザモジュール５１とも、１００Ｇｂｉｔ／ｓイーサーネット光伝送装置に搭載するレーザモジュールとして、十分な特性を示している。   25.8 Gbit / s modulation evaluation was performed on each laser module 51 mounted with each of the four elements L0, L1, L2, and L3 described in the EA modulator integrated DFB laser element 50 according to the first embodiment. However, each laser module 51 exhibits sufficient characteristics as a laser module mounted on a 100 Gbit / s Ethernet optical transmission device.

同様に、当該実施形態に係る光送受信モジュールは、第１の実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子５０が搭載される光送信部と、公知の光受信部を備える光送受信モジュールである。光送受信モジュールの光送信部の構成は、レーザモジュール５１の構成と同様のものとする。   Similarly, the optical transmission / reception module according to the embodiment is an optical transmission / reception module including an optical transmission unit on which the EA modulator integrated DFB laser element 50 according to the first embodiment is mounted and a known optical reception unit. . The configuration of the optical transmitter of the optical transceiver module is the same as that of the laser module 51.

さらに、当該実施形態に係る光伝送装置は、レーザモジュール５１若しくは光送受信モジュールが搭載される光伝送装置である。光伝送装置の他の構成については、公知のものと同じである。   Furthermore, the optical transmission apparatus according to this embodiment is an optical transmission apparatus in which the laser module 51 or the optical transmission / reception module is mounted. Other configurations of the optical transmission apparatus are the same as those known.

［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態に係る半導体光素子は、変調器部と発振器部とを備える集積レーザ部を、同一半導体上にモノシリックに、４個備えるＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザアレイ素子５２である。第１の実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子５０として、４個の素子Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３について説明したが、当該ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザアレイ素子５２は、それら４個の素子を、それぞれ集積レーザ部として、備えている。すなわち、当該ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザアレイ素子５２の集積レーザ部は、それぞれ、１．３μｍ波長帯で伝送速度２５Ｇｂｉｔ／ｓ光伝送用に用いられ、４０℃から６０℃といった温度における駆動が可能である。それゆえ、当該ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザアレイ素子５２は、４個集積レーザ部それぞれより光出力がされるので、４個の光出力部を有しており、ＷＤＭにより、伝送速度１００Ｇｂｉｔ／ｓ光伝送用に用いることが出来る。 [Fourth Embodiment]
The semiconductor optical device according to the fourth embodiment of the present invention is an EA modulator integrated DFB laser array element 52 that includes four integrated laser units that are monolithically provided on the same semiconductor. is there. Although the four elements L0, L1, L2, and L3 have been described as the EA modulator integrated DFB laser element 50 according to the first embodiment, the EA modulator integrated DFB laser array element 52 includes the four elements. Each of these elements is provided as an integrated laser section. That is, each of the integrated laser portions of the EA modulator integrated DFB laser array element 52 is used for optical transmission at a transmission speed of 25 Gbit / s in the 1.3 μm wavelength band, and can be driven at a temperature of 40 ° C. to 60 ° C. It is. Therefore, the EA modulator integrated DFB laser array element 52 outputs light from each of the four integrated laser units, and thus has four optical output units. The transmission rate is 100 Gbit / s by WDM. It can be used for optical transmission.

図９は、当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザアレイ素子５２の上面図である。当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザアレイ素子５２において、図９に示すＡ−Ａ破線を貫く断面は、図１Ｂに示す断面であり、Ｂ−Ｂ破線を貫く断面は、図１Ｃに示す断面である。   FIG. 9 is a top view of the EA modulator integrated DFB laser array element 52 according to this embodiment. In the EA modulator integrated DFB laser array element 52 according to this embodiment, the cross section passing through the AA broken line shown in FIG. 9 is the cross section shown in FIG. 1B, and the cross section passing through the BB broken line is shown in FIG. FIG.

４個の集積レーザ部それぞれの変調器部６の吸収端波長λＥＡは、５０℃において１２５９ｎｍとなるよう、変調器部６のＭＱＷ層４の組成が調整されている。また、４個の集積レーザ部それぞれの発振器部１１の発振波長λＤＦＢは、５０℃において、順に、１２９５．５ｎｍ、１３００．０ｎｍ、１３０４．５ｎｍ、１３０９．０ｎｍとなるように、回折格子の回折ピッチがそれぞれ設計され、回折格子層１０がそれぞれ形成されている。これら４個の集積レーザ部は、順に、第１の実施形態に係る４個の素子、Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に対応しており、それぞれ、集積レーザ部Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３とする。ここで、４個の集積レーザ部において、デチューニング量ΔＨは、順に、３６．５ｎｍ、４１．０ｎｍ、４５．５ｎｍ、５０．０ｎｍ（エネルギー換算すると、それぞれ、２７．８ｍｅＶ、３１．１ｍｅＶ、３４．３ｍｅＶ、３７．６ｍｅＶ）となっている。 The composition of the MQW layer 4 of the modulator section 6 is adjusted so that the absorption edge wavelength λ EA of each of the four integrated laser sections is 1259 nm at 50 ° C. In addition, the oscillation wavelength λ DFB of the oscillator unit 11 of each of the four integrated laser units is 1295.5 nm, 1300.0 nm, 1304.5 nm, and 1309.0 nm in order at 50 ° C. Each pitch is designed, and each diffraction grating layer 10 is formed. These four integrated laser units correspond to the four elements according to the first embodiment, L0, L1, L2, and L3, respectively, and are integrated laser units L0, L1, L2, and L3, respectively. . Here, in the four integrated laser units, the detuning amount ΔH is 36.5 nm, 41.0 nm, 45.5 nm, and 50.0 nm in order (27.8 meV, 31.1 meV, and 34, respectively, in terms of energy). .3 meV, 37.6 meV).

当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザアレイ素子５２の製造方法は、第１の実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子５０の製造方法と、基本的には同じであり、メサストライプ形成工程の後、メサストライプ構造に対して、塩素系ガスによる表面処理を施す表面処理工程を行い、その後に、メサストライプ構造の両脇に埋め込み層１９を形成する埋め込み工程を行っている。   The manufacturing method of the EA modulator integrated DFB laser array element 52 according to this embodiment is basically the same as the manufacturing method of the EA modulator integrated DFB laser element 50 according to the first embodiment. After the stripe formation process, a surface treatment process is performed on the mesa stripe structure by performing a surface treatment with a chlorine-based gas, and thereafter, an embedding process for forming the buried layers 19 on both sides of the mesa stripe structure is performed.

当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザアレイ素子５２の製造方法は、第１の実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子５０の製造方法と、以下の点において主に異なる。   The manufacturing method of the EA modulator integrated DFB laser array element 52 according to this embodiment is mainly different from the manufacturing method of the EA modulator integrated DFB laser element 50 according to the first embodiment in the following points.

変調器半導体下層形成工程において、４個の集積レーザ部それぞれの変調器部６の吸収端波長λＥＡが５０℃においてともに１２５９ｎｍとなるように、各変調器部６のＭＱＷ層４のＩｎＧａＡｌＡｓの組成を調整する。 In the modulator semiconductor lower layer formation step, the composition of InGaAlAs in the MQW layer 4 of each modulator section 6 is such that the absorption edge wavelength λ EA of each of the four integrated laser sections is 1259 nm at 50 ° C. Adjust.

また、回折格子形成工程において、ＥＢ描画法によって、４個の集積レーザ部それぞれの発振器部１１の発振波長λＤＦＢが、５０℃において、順に、１２９５．５ｎｍ、１３００．０ｎｍ、１３０４．５ｎｍ、１３０９．０ｎｍとなるように、回折格子の回折ピッチをそれぞれ設計して、回折格子を形成する。 Further, in the diffraction grating formation step, the oscillation wavelength λ DFB of each of the four integrated laser units is 1295.5 nm, 1300.0 nm, 1304.5 nm, 1309 in order at 50 ° C. by the EB drawing method. Each diffraction pitch of the diffraction grating is designed so as to be 0.0 nm, and the diffraction grating is formed.

さらに、チップ化工程において、隣り合う４個の集積レーザ部を１個のチップとして劈開する。   Further, in the chip forming process, four adjacent integrated laser portions are cleaved as one chip.

以上の製造方法によって製造することにより、当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザアレイ素子５２は、それぞれの集積レーザ部より、異なる発振波長λＤＦＢの光を出射することが出来る。 By manufacturing by the above manufacturing method, the EA modulator integrated DFB laser array element 52 according to the embodiment can emit light having different oscillation wavelengths λ DFB from each integrated laser section.

当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザアレイ素子５２について、第１の実施形態と同様に、素子温度ＴＬＤ＝５０℃において、特性評価を行った。なお、この際、それぞれ導波路領域に高周波電圧が印加される４個の集積レーザ部が隣り合って配置されているので、チップキャリアに搭載する際、実装上の工夫を施す必要がある。 The EA modulator integrated DFB laser array element 52 according to this embodiment was evaluated at an element temperature T LD = 50 ° C. as in the first embodiment. At this time, since the four integrated laser portions to which the high-frequency voltage is applied are disposed adjacent to each other in the waveguide region, it is necessary to devise mounting when mounting on the chip carrier.

Figure 2012002929
Figure 2012002929

表２は、当該ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザアレイ素子５２の４個の集積レーザ部Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３における特性を表す表である。変調時光出力Ｐｍｏｄ及び変調時消光比ＡＣＥＲは、変調器部６の逆バイアス電圧Ｖｅａは表２に示す値により、また、変調電圧Ｖｍｏｄ＝２．０Ｖにおいて、特性評価を行っている。 Table 2 is a table showing characteristics of the four integrated laser portions L0, L1, L2, and L3 of the EA modulator integrated DFB laser array element 52. The modulation light output P mod and the modulation extinction ratio ACER are evaluated for the reverse bias voltage V ea of the modulator unit 6 according to the values shown in Table 2 and at the modulation voltage V mod = 2.0V.

当該ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザアレイ素子５２の４個の集積レーザ部において、デチューニング量ΔＨがそれぞれ異なっているので、レーザ駆動電流Ｉｆ＝５０ｍＡでの光出力Ｐｏは、集積レーザ部Ｌ３において最も大きくなっている。また、波長が長くなるにつれて、逆バイアス電圧Ｖｅａの絶対値を大きくすることにより、各集積レーザ部において、近い値の変調時消光比ＡＣＥＲが実現される。また、その他の特性についても駆動条件を変更することにより、１００Ｇｂｉｔ／ｓイーサーネット光伝送装置に搭載する素子として、十分な特性を示している。表面処理工程において、メサストライプ構造のＭＱＷ層４のＡｌ表面をクリーニングすることによって、良好な特性・信頼度を示すことが確認される。 In the four integrated laser parts of the EA modulator integrated DFB laser array element 52, the detuning amounts ΔH are different from each other, so that the optical output P o at the laser drive current I f = 50 mA is the integrated laser part L3. Is the largest. Further, by increasing the absolute value of the reverse bias voltage V ea as the wavelength becomes longer, a near-modulation extinction ratio ACER is realized in each integrated laser unit. In addition, the other characteristics show sufficient characteristics as elements to be mounted on the 100 Gbit / s Ethernet optical transmission device by changing the driving conditions. In the surface treatment process, it is confirmed that the Al surface of the MQW layer 4 having the mesa stripe structure exhibits good characteristics and reliability.

以上、本発明に係る半導体光素子、レーザモジュールについて、説明した。本発明の特徴は、Ａｌを含む量子井戸層と、不純物が添加される半導体埋め込み層とを備えるＢＨ構造を有する変調器を備える半導体光素子において、メサストライプ構造を形成後、埋め込み層を形成する工程との間に、メサストライプ構造の両側の表面を、塩素系ガスを用いてクリーニングする工程を行うことにある。   The semiconductor optical device and laser module according to the present invention have been described above. A feature of the present invention is that, in a semiconductor optical device including a modulator having a BH structure including a quantum well layer containing Al and a semiconductor buried layer to which an impurity is added, a buried layer is formed after the mesa stripe structure is formed. Between the steps, a step of cleaning the surfaces on both sides of the mesa stripe structure using a chlorine-based gas is performed.

Ａｌを含む量子井戸層とは、例えば、ＩｎＧａＡｌＡｓからなるＭＱＷ層であるが、１．５５μｍ波長帯に比べて、１．３μｍ波長帯のＥＡ変調器のＭＱＷ層に含まれるＡｌの含有率が高い。それゆえ、１．３μｍ波長帯のＥＡ変調器において、特性や信頼性の高い素子を製造することが困難であり、ので、１．３μｍ波長帯のＥＡ変調器に対して本発明を適用することにより、本発明の効果はさらに高まっている。埋め込み層の層厚は、３．５μｍ以上が望ましい。   The quantum well layer containing Al is, for example, an MQW layer made of InGaAlAs, but has a higher Al content in the MQW layer of the EA modulator in the 1.3 μm wavelength band than in the 1.55 μm wavelength band. . Therefore, it is difficult to manufacture an element with high characteristics and reliability in an EA modulator in the 1.3 μm wavelength band. Therefore, the present invention is applied to an EA modulator in the 1.3 μm wavelength band. Thus, the effect of the present invention is further enhanced. The thickness of the buried layer is preferably 3.5 μm or more.

また、半導体埋め込み層に添加する不純物としては、Ｒｕが望ましい。メサストライプ構造のｐ型層にｐ型ドーパントとして添加されるＺｎに対して、Ｆｅなどと比較して、相互拡散が抑制されるので、不純物をＲｕとすることにより、変調器の特性が向上する。   Further, Ru is desirable as an impurity added to the semiconductor buried layer. Compared to Fe or the like, interdiffusion is suppressed with respect to Zn added as a p-type dopant to a p-type layer having a mesa stripe structure, so that the characteristics of the modulator are improved by making the impurity Ru. .

ＳＭＦを用いて、波長分散が小さい１．３μｍ波長帯の光伝送を行う場合、ＳＭＦの伝播損失は０．３〜０．４ｄＢ／ｋｍ程度と大きい。それゆえ、半導体光素子には、１．５５μｍ波長帯の光伝送よりも、より大きな光出力が求められている。   When performing optical transmission in the 1.3 μm wavelength band with small chromatic dispersion using SMF, the propagation loss of SMF is as large as about 0.3 to 0.4 dB / km. Therefore, the semiconductor optical device is required to have a larger light output than the optical transmission in the 1.55 μm wavelength band.

変調器部と、発振器部が同一半導体基板上にモノリシックに集積される変調器集積型半導体光素子において、変調器部と発振器部との間に導波路部を設け、発振器部の発振波長より組成波長の短いバルク導波路をなすコア層を備え、変調器部及び発振器部それぞれとバットジョイント接続するようコア層を形成するのが望ましい。これにより、変調器集積型半導体光素子の光出力特性はさらに向上することとなる。なお、コア層は、ＩｎＧａＡｓＰ若しくはＩｎＧａＡｌＡｓのいずれかを用いて形成するのが、さらに望ましい。１．３μｍ波長帯の変調器集積型半導体光素子において、コア層の組成波長は１．２μｍ以下となるよう、コア層を形成するのが、さらに望ましい。   In a modulator integrated semiconductor optical device in which the modulator unit and the oscillator unit are monolithically integrated on the same semiconductor substrate, a waveguide unit is provided between the modulator unit and the oscillator unit, and the composition is determined from the oscillation wavelength of the oscillator unit. It is desirable to provide a core layer having a short wavelength bulk waveguide, and to form the core layer so as to make a butt joint connection with each of the modulator section and the oscillator section. As a result, the light output characteristics of the modulator integrated semiconductor optical device are further improved. The core layer is more preferably formed using either InGaAsP or InGaAlAs. In the 1.3 μm wavelength band modulator integrated semiconductor optical device, it is more desirable to form the core layer so that the composition wavelength of the core layer is 1.2 μm or less.

さらに、変調器部がＥＡ変調器で、発振器部がＤＦＢレーザからなるＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子において、デチューニング量ΔＨを２３ｍｅＶ以上４０ｍｅＶ以下の範囲とするのが望ましい。すなわち、変調器部の吸収波長端の波長エネルギーより、発振器部の発振波長の波長エネルギーが、２３ｍｅＶ以上４０ｍｅＶ以下低くなるよう回折格子を形成するのが望ましい。これにより、ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子の特性はさらに高まる。   Further, in the EA modulator integrated DFB laser element in which the modulator unit is an EA modulator and the oscillator unit is a DFB laser, it is desirable that the detuning amount ΔH is in a range of 23 meV to 40 meV. That is, it is desirable to form the diffraction grating so that the wavelength energy of the oscillation wavelength of the oscillator unit is 23 meV or more and 40 meV or less lower than the wavelength energy at the absorption wavelength end of the modulator unit. This further enhances the characteristics of the EA modulator integrated DFB laser element.

また、本発明に係る半導体光素子は、上記ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子などのレーザとなる集積レーザ部が複数、同一基板上に集積されるレーザアレイ素子であってもよい。当該半導体光素子は、複数の光出力部を備えている。複数の集積レーザ部それぞれの変調器部は、変調器部の光閉じ込め層を形成する工程（変調器半導体下層形成工程）において、変調器部の吸収端波長λＥＡが同じ波長となるように形成し、複数の集積レーザ部それぞれの回折格子を形成する工程（回折格子形成工程）において、各集積レーザ部の発振波長λＤＦＢに応じて、回折格子を形成するのが望ましい。その際、各集積レーザ部のデチューニング量ΔＨがすべて、２３ｍｅＶ以上４０ｍｅＶ以下となっているのが、さらに望ましい。これにより、当該レーザアレイ素子の特性はさらに高まる。 In addition, the semiconductor optical device according to the present invention may be a laser array device in which a plurality of integrated laser parts serving as lasers such as the EA modulator integrated DFB laser device are integrated on the same substrate. The semiconductor optical device includes a plurality of light output units. The modulator sections of the plurality of integrated laser sections are formed so that the absorption edge wavelength λ EA of the modulator section has the same wavelength in the process of forming the optical confinement layer of the modulator section (modulator semiconductor lower layer forming process). In the step of forming the diffraction gratings of each of the plurality of integrated laser units (diffraction grating forming step), it is desirable to form the diffraction gratings according to the oscillation wavelength λ DFB of each integrated laser unit. At that time, it is more desirable that the detuning amount ΔH of each integrated laser unit is 23 meV or more and 40 meV or less. Thereby, the characteristics of the laser array element are further enhanced.

また、半導体光素子の出射側端面の内側には、メサストライプ構造が存在していない窓構造を有しているのが望ましい。これにより、素子の特性はさらに高まる。半導体多層の所定の領域を除去することによりストライプ構造を形成するが、この工程において、該所定の領域に、窓構造となる領域を含めて、この領域にある半導体多層を除去する。さらに、埋め込み層を埋め込む工程において、この領域にも埋め込み層を形成する。これにより、ストライプ構造の先端が出射側の端面より内側に位置し、窓構造が形成される。窓構造の長さ、すなわち、ストライプ構造の先端から出射側端面までの距離が、５μｍ以上あるのが望ましい。このとき、出射側の端面から５μｍ以内となる領域は、ストライプ構造を形成する際に除去する領域に含まれることとなる。   Moreover, it is desirable to have a window structure in which no mesa stripe structure exists inside the outgoing side end face of the semiconductor optical device. Thereby, the characteristics of the element are further enhanced. A stripe structure is formed by removing a predetermined region of the semiconductor multilayer. In this step, the semiconductor multilayer in this region is removed including the region to be a window structure in the predetermined region. Further, in the step of filling the buried layer, the buried layer is also formed in this region. As a result, the leading end of the stripe structure is positioned on the inner side of the end face on the emission side, and a window structure is formed. It is desirable that the length of the window structure, that is, the distance from the front end of the stripe structure to the emission side end face is 5 μm or more. At this time, the region within 5 μm from the end face on the emission side is included in the region to be removed when the stripe structure is formed.

１ ｎ型ＩｎＰ基板、２ ｎ型ＩｎＰバッファ層、３ ＩｎＧａＡｌＡｓ下側ガイド層、４ ＭＱＷ層、５ ｐ型ＩｎＧａＡｌＡｓ上側ガイド層、６ 変調器部、７ ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ下側ガイド層、８ ＭＱＷ層、９ ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ上側ガイド層、１０ 回折格子層、１１ 発振器部、１２ 導波路部、１３，１４，１５ ＩｎＧａＡｓＰ層、１６ ｐ型ＩｎＰクラッド層、１８ 窓構造、１９ 埋め込み層、２０ パッシベーション膜、２１ ｐ型電極、２２ ｎ型電極、２３ 高反射膜、２４ 反射防止膜、５０ ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子、５１ レーザモジュール、５２ ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザアレイ素子、１０２ チップキャリア、１０３ ペルチエ基板、１０４ サーミスタ、１０５ 前方出力光、１０６ 後方出力光、１０７ モニタフォトダイオード、１０８ 集光レンズ、１０９ ファイバー、１１０ パッケージ、１１１ レーザ駆動電流源、１１２ 変調器高周波信号源、１１３ ペルチエ駆動電流源。   1 n-type InP substrate, 2 n-type InP buffer layer, 3 InGaAlAs lower guide layer, 4 MQW layer, 5 p-type InGaAlAs upper guide layer, 6 modulator section, 7 n-type InGaAsP lower guide layer, 8 MQW layer, 9 p-type InGaAsP upper guide layer, 10 diffraction grating layer, 11 oscillator section, 12 waveguide section, 13, 14, 15 InGaAsP layer, 16 p-type InP cladding layer, 18 window structure, 19 buried layer, 20 passivation film, 21 p-type electrode, 22 n-type electrode, 23 highly reflective film, 24 antireflection film, 50 EA modulator integrated DFB laser element, 51 laser module, 52 EA modulator integrated DFB laser array element, 102 chip carrier, 103 Peltier Substrate, 104 thermistor, 105 front output light, 106 rear output light, 107 monitor photodiode, 108 condenser lens, 109 fiber, 110 package, 111 laser drive current source, 112 modulator high frequency signal source, 113 Peltier drive current source.

Claims (12)

出射方向に沿って入力される光を変調して出射する変調器部、を備える半導体光素子の製造方法であって、
前記変調器部は、
アルミニウムを含む量子井戸層を備えるとともに、メサストライプ構造を有する半導体多層と、
前記半導体多層の両側にそれぞれ隣接して配置されるとともに、不純物が添加される半導体埋め込み層と、を備え、
前記半導体多層の所定の領域を除去して、メサストライプ構造とする工程と、
前記半導体多層の両側の表面を、塩素系ガスを用いてクリーニングする工程と、
前記半導体多層の両側に、前記半導体埋め込み層を形成する工程と、を、
順に含むことを特徴とする、半導体光素子の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor optical device comprising a modulator unit that modulates and emits light input along an emission direction,
The modulator section is
A semiconductor multilayer having a quantum well layer containing aluminum and having a mesa stripe structure;
A semiconductor buried layer disposed adjacent to both sides of the semiconductor multilayer and doped with impurities,
Removing a predetermined region of the semiconductor multilayer to form a mesa stripe structure;
Cleaning the surfaces of both sides of the semiconductor multilayer using a chlorine-based gas;
Forming the semiconductor buried layer on both sides of the semiconductor multilayer;
The manufacturing method of the semiconductor optical element characterized by including in order. 請求項１に記載の半導体光素子の製造方法であって、
インジウムガリウムアルミニウム砒素を材料として前記量子井戸層を形成する工程を、さらに備える、
ことを特徴とする、半導体光素子の製造方法。 A method for producing a semiconductor optical device according to claim 1,
Further comprising the step of forming the quantum well layer using indium gallium aluminum arsenide as a material,
A method of manufacturing a semiconductor optical device. 請求項２に記載の半導体光素子の製造方法であって、
前記量子井戸を形成する工程において、
１．３μｍ波長帯に用いられる組成に調整して前記量子井戸層を形成する、
ことを特徴とする、半導体光素子の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor optical device according to claim 2,
In the step of forming the quantum well,
Adjusting the composition used in the 1.3 μm wavelength band to form the quantum well layer;
A method of manufacturing a semiconductor optical device. 請求項１に記載の半導体光素子の製造方法であって、
前記半導体埋め込み層に添加される前記不純物とは、ルテニウムである、
ことを特徴とする、半導体光素子の製造方法。 A method for producing a semiconductor optical device according to claim 1,
The impurity added to the semiconductor buried layer is ruthenium.
A method of manufacturing a semiconductor optical device. 請求項４に記載の半導体光素子の製造方法であって、
前記半導体埋め込み層を形成する工程において、
層厚が３．５μｍ以上の前記半導体埋め込み層を形成する、
ことを特徴とする、半導体光素子の製造方法。 It is a manufacturing method of the semiconductor optical element according to claim 4,
In the step of forming the semiconductor buried layer,
Forming the semiconductor buried layer having a layer thickness of 3.5 μm or more;
A method of manufacturing a semiconductor optical device. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の半導体光素子の製造方法であって、
前記半導体光素子は、
前記入力される光を出力する発振器部と、
前記発振器部と前記変調器部の間を接続するとともに、コア層を備える導波路部と、
をさらに備え、
前記発振器部と前記導波路部との間、及び、前記導波路部と前記発振器部との間を、パットジョイント接続し、前記コア層を形成する工程を、
さらに、含むことを特徴とする、半導体光素子の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor optical device according to any one of claims 1 to 5,
The semiconductor optical element is
An oscillator unit for outputting the input light;
While connecting between the oscillator unit and the modulator unit, a waveguide unit comprising a core layer,
Further comprising
A step of connecting a joint between the oscillator unit and the waveguide unit and between the waveguide unit and the oscillator unit and forming the core layer,
Furthermore, the manufacturing method of the semiconductor optical element characterized by including. 請求項６に記載の半導体光素子の製造方法であって、
前記コア層を形成する工程において、
インジウムガリウム砒素燐、若しくは、インジウムガリウムアルミニウム砒素を材料として前記コア層を形成する、
ことを特徴とする、半導体光素子の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor optical device according to claim 6,
In the step of forming the core layer,
Forming the core layer using indium gallium arsenide phosphorus or indium gallium aluminum arsenide as a material;
A method of manufacturing a semiconductor optical device. 請求項６又は請求項７に記載の半導体光素子の製造方法であって、
前記変調器部は、電界吸収型変調器であり、
前記発振器部は、回折格子を備える分布帰還型半導体レーザであり、
前記変調器部の吸収波長端の波長エネルギーより、前記発振器部の発振波長の波長エネルギーが、２３ｍｅＶ以上４０ｍｅＶ以下低くなるよう回折格子を形成する工程を、さらに含む、
ことを特徴とする、半導体光素子の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor optical device according to claim 6 or 7,
The modulator unit is an electroabsorption modulator,
The oscillator unit is a distributed feedback semiconductor laser including a diffraction grating,
Further including the step of forming a diffraction grating such that the wavelength energy of the oscillation wavelength of the oscillator unit is 23 meV or more and 40 meV or less lower than the wavelength energy at the absorption wavelength end of the modulator unit.
A method of manufacturing a semiconductor optical device. 請求項８に記載の半導体光素子の製造方法であって、
前記変調器部は、複数の光出力部を有し、前記複数の光出力部それぞれより光を出力するとともに、前記複数の光出力部に対応して、前記メサストライプ構造を有する前記半導体多層を複数備え、
前記発振器部は、前記複数の光出力部にそれぞれに対応して前記回折格子を複数備え、
前記回折格子を形成する工程において、
前記複数の光出力部にそれぞれ対応する発振波長となるよう、前記複数の回折格子をそれぞれ形成する、
ことを特徴とする、半導体光素子の製造方法。 A method for producing a semiconductor optical device according to claim 8, comprising:
The modulator section includes a plurality of light output sections, outputs light from each of the plurality of light output sections, and the semiconductor multilayer having the mesa stripe structure corresponding to the plurality of light output sections. Multiple
The oscillator unit includes a plurality of diffraction gratings corresponding to the plurality of light output units, respectively.
In the step of forming the diffraction grating,
Forming each of the plurality of diffraction gratings to have oscillation wavelengths respectively corresponding to the plurality of light output units;
A method of manufacturing a semiconductor optical device. 請求項８又は請求項９に記載の半導体光素子の製造方法であって、
前記メサストライプ構造とする工程において、前記半導体多層の所定の領域に、前記半導体光素子の光の出射側の端面から５μｍ以内となる領域を含んでいるとともに、
前記半導体埋め込み層を形成する工程において、該領域を、前記半導体埋め込み層を形成することにより窓構造を形成する、
ことを特徴とする、半導体素子の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor optical device according to claim 8 or 9, wherein
In the step of forming the mesa stripe structure, the predetermined region of the semiconductor multilayer includes a region that is within 5 μm from the end surface on the light emission side of the semiconductor optical element,
In the step of forming the semiconductor buried layer, the window structure is formed in the region by forming the semiconductor buried layer.
A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that: 請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の半導体光素子の製造方法によって製造される半導体光素子を備える、レーザモジュール。   A laser module provided with the semiconductor optical element manufactured by the manufacturing method of the semiconductor optical element in any one of Claims 1 thru | or 10. 請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の半導体光素子の製造方法によって製造される半導体光素子を備える、光伝送装置。   An optical transmission device comprising a semiconductor optical device manufactured by the method for manufacturing a semiconductor optical device according to claim 1.
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