JP2938185B2 - 半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 半導体レーザの出力端に電界吸収型光変調器を接続し
た構造を有する半導体発光装置に関し、 半導体レーザの発振波長を安定させることを目的と
し、 光吸収層の組成を変化させることにより、半導体レー
ザとの結合部近傍の吸収係数を小さくした光吸収層を有
する電界吸収型光変調器を含み構成する。
た構造を有する半導体発光装置に関し、 半導体レーザの発振波長を安定させることを目的と
し、 光吸収層の組成を変化させることにより、半導体レー
ザとの結合部近傍の吸収係数を小さくした光吸収層を有
する電界吸収型光変調器を含み構成する。
本発明は、半導体発光装置に関し、より詳しくは、半
導体レーザの出力端に電界吸収型光変調器を接続した構
造を有する半導体発光装置に関する。
導体レーザの出力端に電界吸収型光変調器を接続した構
造を有する半導体発光装置に関する。
長距離大容量光伝送システムの光源として単一モード
半導体レーザの直接変調方式が採用されている。
半導体レーザの直接変調方式が採用されている。
このような直接変調方式では、緩和振動時に生じる大
きな波長拡がり（チャーピング；時間的波長変動）のた
めに伝送容量を飛躍的に増大させることが困難である。
きな波長拡がり（チャーピング；時間的波長変動）のた
めに伝送容量を飛躍的に増大させることが困難である。
半導体レーザを光源として光変調器を用いて変調を行
う外部方式によれば、超高速変調が可能で変調時に生じ
る波長チャーピングが少ないために将来の長距離大容量
光システムの光源として期待されている。
う外部方式によれば、超高速変調が可能で変調時に生じ
る波長チャーピングが少ないために将来の長距離大容量
光システムの光源として期待されている。
小型、高出力等の特徴から光変調器と半導体レーザを
集積化した光変調器／半導体レーザ集積化光源の開発が
システム的に要求されている。
集積化した光変調器／半導体レーザ集積化光源の開発が
システム的に要求されている。
半導体レーザ、例えばDFBレーザから出力されたレー
ザ光を変調する装置として、第４図に示すように、DFB
レーザ41の出力端に一体的に形成された直接結合型の電
界吸収型光変調器42が提案されている。
ザ光を変調する装置として、第４図に示すように、DFB
レーザ41の出力端に一体的に形成された直接結合型の電
界吸収型光変調器42が提案されている。
この電界吸収型変調器42は、InP基板43の上に、第一
のInGaAsP層44、第一のInP層45、第二のInGaAsP層46、
第二のInP層47を順に積層するとともに、InP基板43の下
と第二のInP層47の上に電極48、49を形成して構成され
るもので、２つのInP層45、47に挟まれる第二のInGaAsP
層46が光吸収層となる。
のInGaAsP層44、第一のInP層45、第二のInGaAsP層46、
第二のInP層47を順に積層するとともに、InP基板43の下
と第二のInP層47の上に電極48、49を形成して構成され
るもので、２つのInP層45、47に挟まれる第二のInGaAsP
層46が光吸収層となる。
また、その光吸収層46はDFBレーザ41の活性層50に結
合され、しかも、組成を示す波長が活性層50よりも小さ
くなるように構成されている。
合され、しかも、組成を示す波長が活性層50よりも小さ
くなるように構成されている。
ところで電界吸収型光変調器42においては、上下の電
極48、49間に電圧を印加しない場合に光が透過し、ま
た、それらの電極48、49間に逆バイアス電圧を印加する
場合に、光吸収層46に電界が生じてフランツ−ケルディ
ッシュ効果により光を吸収することになる。
極48、49間に電圧を印加しない場合に光が透過し、ま
た、それらの電極48、49間に逆バイアス電圧を印加する
場合に、光吸収層46に電界が生じてフランツ−ケルディ
ッシュ効果により光を吸収することになる。
そして、DFBレーザ41の出力光を変調する場合には、
光変調器42の電極48、49間に光変調用の信号電圧を印加
し、これによりDFBレーザ41の出力を変調することが行
われている。
光変調器42の電極48、49間に光変調用の信号電圧を印加
し、これによりDFBレーザ41の出力を変調することが行
われている。
ところで、上記した装置によれば、光吸収層46の組成
は光の進行方向に対して一様に形成され、しかも、そこ
に生じさせる電界も一様であるために、吸収係数は光の
進行方向に均一になる。
は光の進行方向に対して一様に形成され、しかも、そこ
に生じさせる電界も一様であるために、吸収係数は光の
進行方向に均一になる。
そして、DFBレーザ41から放出された光は、光変調器4
2の光吸収層46を進行するにつれて指数関数的に減少す
るために、光の吸収によって生じるフォトカレントも光
の進行方向に対して指数関数的な分布を示し、これによ
って発生する熱量は結合部付近で一番大きいことにな
る。
2の光吸収層46を進行するにつれて指数関数的に減少す
るために、光の吸収によって生じるフォトカレントも光
の進行方向に対して指数関数的な分布を示し、これによ
って発生する熱量は結合部付近で一番大きいことにな
る。
この結果、結合部から熱を受けたDFBレーザ41の屈折
率が変わり、発振波長が変化するといった問題がある。
率が変わり、発振波長が変化するといった問題がある。
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであっ
て、半導体レーザの発振波長を安定させることができる
半導体発光装置を提供することを目的とする。
て、半導体レーザの発振波長を安定させることができる
半導体発光装置を提供することを目的とする。
上記した課題は、第１図に例示するように、組成を変
化させることにより光の進行方向に対して吸収係数を増
加させた光吸収層10を有する電界吸収型光変調器９と、
前記電界吸収型光変調器９の全長のうち光吸収係数が小
さく構成される端部に結合する半導体レーザ１とを有す
ることを特徴とする半導体発光装置、 または、組成を変化させることにより、光進行経路の
途中の吸収係数を最も大きくした光吸収層10を有する電
界吸収型光変調器９と、前記電界吸収型光変調器９の光
入力端に結合される半導体レーザ１とを有することを特
徴とする半導体発光装置によって達成する。
化させることにより光の進行方向に対して吸収係数を増
加させた光吸収層10を有する電界吸収型光変調器９と、
前記電界吸収型光変調器９の全長のうち光吸収係数が小
さく構成される端部に結合する半導体レーザ１とを有す
ることを特徴とする半導体発光装置、 または、組成を変化させることにより、光進行経路の
途中の吸収係数を最も大きくした光吸収層10を有する電
界吸収型光変調器９と、前記電界吸収型光変調器９の光
入力端に結合される半導体レーザ１とを有することを特
徴とする半導体発光装置によって達成する。
本発明によれば、電界吸収型光変調器９の吸収率を光
の進行方向に変化させ、電圧印加時に結合部付近での光
吸収量を少なくするようにしている。
の進行方向に変化させ、電圧印加時に結合部付近での光
吸収量を少なくするようにしている。
このため、半導体レーザ１との結合部付近での光吸収
によって発生するフォトカレントが小さくなり、熱の発
生は少なくなる。
によって発生するフォトカレントが小さくなり、熱の発
生は少なくなる。
したがって、半導体レーザ１の熱分布の変化が小さく
なり、その変化による屈折率の変化も小さくなって、発
振波長は安定する。
なり、その変化による屈折率の変化も小さくなって、発
振波長は安定する。
そこで、以下に本発明の詳細を図面に基づいて説明す
る。
る。
第１図は、本発明の一実施例装置を示す断面図であ
る。
る。
図中符号１に示す分布帰還型（DFB）レーザは、InP基
板２の上にInGaAsPバッファ層３、InP保護層４、InGaAs
P活性層５及びInPクラッド層６を順に積層した層構造を
有し、また、光の進行方向に一定周期の凹凸を有する回
折格子７をInP基板２とバッファ層３の界面に有し、さ
らに、InP基板２の上部から最上のInPクラッド層６まで
は、光の進行方向に対して両側がエッチングされて垂直
断面形状が逆メサに形成されている。または、更に、そ
れらの層２〜６の両側には不図示のInP埋込層が形成さ
れている。
板２の上にInGaAsPバッファ層３、InP保護層４、InGaAs
P活性層５及びInPクラッド層６を順に積層した層構造を
有し、また、光の進行方向に一定周期の凹凸を有する回
折格子７をInP基板２とバッファ層３の界面に有し、さ
らに、InP基板２の上部から最上のInPクラッド層６まで
は、光の進行方向に対して両側がエッチングされて垂直
断面形状が逆メサに形成されている。または、更に、そ
れらの層２〜６の両側には不図示のInP埋込層が形成さ
れている。
また、InP基板２の下面にはAu/Ge/Niよりなる電極8a
が形成され、また、クラッド層６の上にはAu/Znよりな
る電極8bが形成されている。
が形成され、また、クラッド層６の上にはAu/Znよりな
る電極8bが形成されている。
そして、DFBレーザの１の出力端はARコートされ、他
端は劈開又はHRコートされている。なお、λ/4シフト構
造のDFBレーザの場合は、両端面がARコートされてい
る。
端は劈開又はHRコートされている。なお、λ/4シフト構
造のDFBレーザの場合は、両端面がARコートされてい
る。
９は、DFBレーザ１の出力端側に結合された電界吸収
型光変調器で、上記したInP基板２、InGaAsPバッファ層
３、InP保護層４及びInPクラッド層６を共通にするとと
もに、活性層５が形成されている層には光吸収層10が設
けられており、InP基板２の下面の電極8aと最上層に形
成されたAu/Zn電極11の間に高周波信号電圧を印加する
ことにより、その信号に同期して光吸収層10が光を透
過、吸収するように構成されている。
型光変調器で、上記したInP基板２、InGaAsPバッファ層
３、InP保護層４及びInPクラッド層６を共通にするとと
もに、活性層５が形成されている層には光吸収層10が設
けられており、InP基板２の下面の電極8aと最上層に形
成されたAu/Zn電極11の間に高周波信号電圧を印加する
ことにより、その信号に同期して光吸収層10が光を透
過、吸収するように構成されている。
上記した光吸収層10は、DFBレーザ１から出力された
光の導波路を構成するもので、組成の異なる複数のInGa
AsP層10a、10b、10c…によって構成されている。また、
InGaAsP層10a、10b、10c…の組成を示す波長は、光進行
方向に大きくなっていて、光吸収層10の光吸収係数が光
進行方向に増加するように構成されている。
光の導波路を構成するもので、組成の異なる複数のInGa
AsP層10a、10b、10c…によって構成されている。また、
InGaAsP層10a、10b、10c…の組成を示す波長は、光進行
方向に大きくなっていて、光吸収層10の光吸収係数が光
進行方向に増加するように構成されている。
ここで、各層の組成を示す波長の大小関係を示すと、
DFBレーザ１においては活性層５が最も大きく、また、
電界吸収型変調器９においては、光吸収層10が他の層よ
りも最も大きくなっており、また、光吸収層10よりも活
性層５が大きくなされている。
DFBレーザ１においては活性層５が最も大きく、また、
電界吸収型変調器９においては、光吸収層10が他の層よ
りも最も大きくなっており、また、光吸収層10よりも活
性層５が大きくなされている。
この場合、光吸収層10の出力端付近の組成をDFBレー
ザ１の組成に近づけることにより光の吸収効果を良くす
ることができる。
ザ１の組成に近づけることにより光の吸収効果を良くす
ることができる。
なお、活性層５はQW（Quantam Well）又はMQW（Multi
Quantam Well）により構成してもよい。
Quantam Well）により構成してもよい。
上記した実施例において、DFBレーザ１から光を出力
させた状態で、光変調器９の上下の電極間11、8aに変調
用信号を加えることになる。この場合、光変調器９にお
ける光吸収層10の吸収係数を光進行方向に対して増加さ
せているため、電極8a、11間に電圧がかかった状態で
は、結合部付近での光吸収量は少なく、吸収により発生
するフォトカレントが小さくなる。
させた状態で、光変調器９の上下の電極間11、8aに変調
用信号を加えることになる。この場合、光変調器９にお
ける光吸収層10の吸収係数を光進行方向に対して増加さ
せているため、電極8a、11間に電圧がかかった状態で
は、結合部付近での光吸収量は少なく、吸収により発生
するフォトカレントが小さくなる。
この結果、DFBレーザ１近傍の発熱量が少なくなってD
FBレーザ１の出力端の温度があまり上昇せず、レーザ１
の熱分布の変化による屈折率の変化も小さくなり、発振
波長の変化は抑制されることになる。
FBレーザ１の出力端の温度があまり上昇せず、レーザ１
の熱分布の変化による屈折率の変化も小さくなり、発振
波長の変化は抑制されることになる。
次に、上記した実施例装置の製造工程を簡単に説明す
る。
る。
まず、InP基板２のレーザ形成領域Ａに干渉露光法を
用いたエッチングにより回折格子７を形成した後に（第
２図（ａ））、液相エピタキシャル成長法によりInP基
板２全体にInGaAsPバッファ層３、InP保護層４、InGaAs
P活性層５、InPクラッド層６を順に積層し、ついで、CV
Dによりクラッド層６の上に第一のSiO2膜12を形成する
（第２図（ｂ））。
用いたエッチングにより回折格子７を形成した後に（第
２図（ａ））、液相エピタキシャル成長法によりInP基
板２全体にInGaAsPバッファ層３、InP保護層４、InGaAs
P活性層５、InPクラッド層６を順に積層し、ついで、CV
Dによりクラッド層６の上に第一のSiO2膜12を形成する
（第２図（ｂ））。
次に、活性層５からSiO2膜12までをパターニングし
て、それらの層５、６、12をレーザ形成領域Ａに残存さ
せる（第２図（ｃ））。
て、それらの層５、６、12をレーザ形成領域Ａに残存さ
せる（第２図（ｃ））。
この後に、レーザ形成領域Ａの上のSiO2膜12をマスク
にして、保護層３の上に第一のInGaAsP層10aを選択的に
エピタキシャル成長させる（第２図（ｄ））。
にして、保護層３の上に第一のInGaAsP層10aを選択的に
エピタキシャル成長させる（第２図（ｄ））。
さらに、全体に第二のSiO2膜14を成長した後に（第２
図（ｅ））、このSiO2膜14と第一のInGaAsP層10aをパタ
ーニングして活性層14の端部から光進行方向に一定長さ
だけ第二のSiO2膜14と第一のInGaAsP層13を残存させる
（第２図（ｆ））。
図（ｅ））、このSiO2膜14と第一のInGaAsP層10aをパタ
ーニングして活性層14の端部から光進行方向に一定長さ
だけ第二のSiO2膜14と第一のInGaAsP層13を残存させる
（第２図（ｆ））。
次に、第二のInGaAsP層10bをエピタキシャル成長する
と、第一及び第二のSiO2膜12、14がマスクとなって、そ
の第二のInGaAsP層10bは保護膜４の上にのみ積層する。
この第二のInGaAsp層10bの組成は、第一のInGaAsP層10a
よりも波長が大きくなるようにする（第２図（ｇ））。
と、第一及び第二のSiO2膜12、14がマスクとなって、そ
の第二のInGaAsP層10bは保護膜４の上にのみ積層する。
この第二のInGaAsp層10bの組成は、第一のInGaAsP層10a
よりも波長が大きくなるようにする（第２図（ｇ））。
このように、InGaAsP層とSiO2膜の形成及びパターニ
ングを順次繰り返して行い、活性層５から遠ざかるほど
吸収係数が漸次大きくなるように複数のInGaAsP層10a、
10b…を保護膜４上に連結し、これらのInGaAsP層10a、1
0b…によって光変調器９の光吸収層10を構成する。
ングを順次繰り返して行い、活性層５から遠ざかるほど
吸収係数が漸次大きくなるように複数のInGaAsP層10a、
10b…を保護膜４上に連結し、これらのInGaAsP層10a、1
0b…によって光変調器９の光吸収層10を構成する。
そして、光吸収層10を形成した後に、SiO2膜12、14を
フッ酸によって除去し、つづいてDFBレーザ１のInPクラ
ッド層６と一体になるInP層を光吸収層10の上に積層す
る（第２図（ｈ））。
フッ酸によって除去し、つづいてDFBレーザ１のInPクラ
ッド層６と一体になるInP層を光吸収層10の上に積層す
る（第２図（ｈ））。
次に、InP基板２の上層部からクラッド層６に到る各
層を逆メサ状にエッチングして光進行方向に長い凸部を
形成する。または、その後に両側に図示しない埋込層を
形成する。
層を逆メサ状にエッチングして光進行方向に長い凸部を
形成する。または、その後に両側に図示しない埋込層を
形成する。
この後に、InP基板２の裏面と、DFBレーザ形成領域Ａ
及び光変調器形成領域Ｂのクラッド層６に各電極8a、8
b、11を形成することになる。それから出力端面にARコ
ート膜を形成する。
及び光変調器形成領域Ｂのクラッド層６に各電極8a、8
b、11を形成することになる。それから出力端面にARコ
ート膜を形成する。
なお、上記した光吸収層10の組成を２〜５のInGaAsP
層によって形成する場合には、吸収係数はステップ状に
変化することになるが、InGaAsP層の数をさらに多くす
ることにより連続的に変化させることもできる。この場
合、その変化を単調に増加させてもよいし、指数関数的
に増加させてもよい。
層によって形成する場合には、吸収係数はステップ状に
変化することになるが、InGaAsP層の数をさらに多くす
ることにより連続的に変化させることもできる。この場
合、その変化を単調に増加させてもよいし、指数関数的
に増加させてもよい。
また、上記した実施例では活性層５と光吸収層10を直
接結合によって形成したが、第３図に示すように、エバ
ネッセント結合（同図（ａ））、テーパ結合（同図
（ｂ））、位相結合（同図（ｃ））等によることも可能
である。なお、符号20〜22は光吸収層を示している。
接結合によって形成したが、第３図に示すように、エバ
ネッセント結合（同図（ａ））、テーパ結合（同図
（ｂ））、位相結合（同図（ｃ））等によることも可能
である。なお、符号20〜22は光吸収層を示している。
さらに、上記した実施例では、光変調器９を構成する
光吸収層10の組成の波長をDFBレーザ１から遠ざかるに
つれて大きくなるようにしたが、光変調器９の両端の発
熱量を小さくする場合には、吸収係数が放物線状に増減
するような組成にすれば、この光変調器９の出力端に接
続される装置の温度上昇を防止することが可能になる。
光吸収層10の組成の波長をDFBレーザ１から遠ざかるに
つれて大きくなるようにしたが、光変調器９の両端の発
熱量を小さくする場合には、吸収係数が放物線状に増減
するような組成にすれば、この光変調器９の出力端に接
続される装置の温度上昇を防止することが可能になる。
以上述べたように本発明によれば、電界吸収型光変調
器の吸収率を光の進行方向に変化させ、電圧印加時に結
合部付近での光吸収量を少なくするようにしたので、半
導体レーザとの結合部付近で光吸収により発生するフォ
トレジストカレントを少なくして、熱の発生を低減する
ことができ、半導体レーザの熱分布の変化による屈折率
の変化を小さくして発振波長を安定にすることが可能に
なる。
器の吸収率を光の進行方向に変化させ、電圧印加時に結
合部付近での光吸収量を少なくするようにしたので、半
導体レーザとの結合部付近で光吸収により発生するフォ
トレジストカレントを少なくして、熱の発生を低減する
ことができ、半導体レーザの熱分布の変化による屈折率
の変化を小さくして発振波長を安定にすることが可能に
なる。
第１図は、本発明の一実施例装置を示す側断面図、 第２図は、本発明の一実施例装置の製造工程を示す断面
図、 第３図は、本発明の他の実施例装置を示す側断面図、 第４図は、従来装置の一例を示す側断面図である。 （符号の説明） １……DFBレーザ（半導体レーザ）、 ２……InP基板、 ３……InPバッファ層、 ４……InP保護層、 ５……InGaAsP活性層、 ６……InGaAsPバッファ層、 ７……回折格子、 8a、8b、11……電極、 ９……光変調器、 10……光吸収層、 12、14……SiO2膜、 20、21、22……光吸収層。
図、 第３図は、本発明の他の実施例装置を示す側断面図、 第４図は、従来装置の一例を示す側断面図である。 （符号の説明） １……DFBレーザ（半導体レーザ）、 ２……InP基板、 ３……InPバッファ層、 ４……InP保護層、 ５……InGaAsP活性層、 ６……InGaAsPバッファ層、 ７……回折格子、 8a、8b、11……電極、 ９……光変調器、 10……光吸収層、 12、14……SiO2膜、 20、21、22……光吸収層。
Claims (2)
- 【請求項１】組成を変化させることにより光の進行方向
に対して吸収係数を増加させた光吸収層（10）を有する
電界吸収型光変調器（９）と、 前記電界吸収型光変調器（９）の全長のうち光吸収係数
が小さく構成される端部に結合する半導体レーザ（１）
とを有することを特徴とする半導体発光装置。 - 【請求項２】組成を変化させることにより、光進行経路
の途中の吸収係数を最も大きくした光吸収層（10）を有
する電界吸収型光変調器（９）と、 前記電界吸収型光変調器（９）の光入力端に結合される
半導体レーザ（１）とを有することを特徴とする半導体
発光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33121990A JP2938185B2 (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | 半導体発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33121990A JP2938185B2 (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | 半導体発光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04199689A JPH04199689A (ja) | 1992-07-20 |
| JP2938185B2 true JP2938185B2 (ja) | 1999-08-23 |
Family
ID=18241230
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33121990A Expired - Lifetime JP2938185B2 (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | 半導体発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2938185B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4857702B2 (ja) * | 2005-10-13 | 2012-01-18 | 三菱電機株式会社 | 集積型光半導体装置の製造方法 |
| JP2013016648A (ja) | 2011-07-04 | 2013-01-24 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体光集積素子の製造方法 |
-
1990
- 1990-11-29 JP JP33121990A patent/JP2938185B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04199689A (ja) | 1992-07-20 |
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