JP3336994B2 - Method of manufacturing semiconductor optical waveguide array and semiconductor optical device having array structure - Google Patents

Method of manufacturing semiconductor optical waveguide array and semiconductor optical device having array structure

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体光導波路ア
レイの製造方法及びアレイ構造半導体光素子に関し、更
に詳細には、均一な光素子特性を有し、しかも従来に比
べて大幅にアレイサイズを縮小した半導体光導波路アレ
イの製造方法及びその方法により製造されたアレイ構造
半導体光素子に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor optical waveguide array and a semiconductor optical device having an array structure, and more particularly, to a semiconductor optical device having uniform optical device characteristics and greatly reducing the array size as compared with the prior art. The present invention relates to a method of manufacturing a reduced semiconductor optical waveguide array and an array-structured semiconductor optical device manufactured by the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】波長多重(WDM)光通信システムの実
用化のためには、システムのキーデバイスである異波長
光源や波長選択光源を低コストで供給する技術を開発す
ることが必要不可欠である。なかでも、システムの使用
者側で任意の発振波長を選択できる波長選択光源は、そ
の使用上の簡便さから、システムの実用化のために強く
望まれている光源の一つである。波長選択光源の一つの
形態として、複数の相互に波長の異なる異波長光源を1
チップ上にモノリシック集積することが考えられてお
り、その一例として、異波長半導体レーザアレイが開発
されつつある。
2. Description of the Related Art For practical use of a wavelength division multiplexing (WDM) optical communication system, it is indispensable to develop a technique for supplying a different wavelength light source or a wavelength selective light source which is a key device of the system at a low cost. . Above all, a wavelength selection light source capable of selecting an arbitrary oscillation wavelength on the user side of the system is one of the light sources that are strongly desired for practical use of the system because of its ease of use. As one mode of the wavelength selection light source, a plurality of different wavelength light sources having mutually different wavelengths is used.
Monolithic integration on a chip is considered, and as an example, a different wavelength semiconductor laser array is being developed.

【0003】従来の異波長半導体レーザアレイの代表的
な作製方法の一つは、文献 IEE Electronics Letters V
ol. 28, no. 9, pp. 824-825(以下、参照する際には、
文献(1)とする)に報告されている作製方法である。
この方法では、まず、通常の有機金属気相成長法(MO
VPE)等により、InP等のウエハ上に、多重量子井
戸(MQW)等の活性層、及び光導波層を成長し、光導
波層上に、異なる周期の回折格子を電子ビーム露光法等
で形成する。その後、高抵抗埋め込み等によって電流ブ
ロック構造を形成し、アレイを構成する各半導体レーザ
をドライエッチング等により加工して電気的に分離し、
異波長半導体レーザアレイを構成する。この異波長半導
体レーザアレイでは、異周期回折格子によって、アレイ
を構成する各半導体レーザをそれぞれ異なる波長で、即
ち各回折格子のブラッグ波長に相当する波長で発振させ
ることが可能となる。
One of the typical methods for fabricating a conventional different wavelength semiconductor laser array is described in IEE Electronics Letters V
ol. 28, no. 9, pp. 824-825 (hereinafter referred to as
Reference (1)).
In this method, first, a conventional metal organic chemical vapor deposition (MO)
An active layer such as a multiple quantum well (MQW) and an optical waveguide layer are grown on a wafer such as InP by VPE) or the like, and diffraction gratings having different periods are formed on the optical waveguide layer by an electron beam exposure method or the like. I do. After that, a current block structure is formed by high resistance embedding, etc., and each semiconductor laser constituting the array is processed by dry etching or the like to be electrically separated,
A different wavelength semiconductor laser array is formed. In this different wavelength semiconductor laser array, the semiconductor lasers constituting the array can be oscillated at different wavelengths, that is, at a wavelength corresponding to the Bragg wavelength of each diffraction grating, by the different periodic diffraction grating.

【0004】しかし、この方法では、MQW活性層の利
得ピーク波長がアレイ内で一定であるから、回折格子の
周期で決定される半導体レーザのブラッグ波長が変化
し、そのため、利得ピーク波長からずれるに従って、発
振時の光出力、しきい値電流等のレーザ特性が劣化する
という問題があって、異波長半導体レーザアレイを構成
する全ての半導体レーザから良好なレーザ特性を得るよ
うにすることはできなかった。
However, in this method, since the gain peak wavelength of the MQW active layer is constant in the array, the Bragg wavelength of the semiconductor laser determined by the period of the diffraction grating changes. However, there is a problem that laser characteristics such as light output during oscillation and threshold current are deteriorated, and it is not possible to obtain good laser characteristics from all the semiconductor lasers constituting the different wavelength semiconductor laser array. Was.

【0005】この問題は、特開平8−153928(以
下、参照する際には、文献(2)とする)に開示された
異波長半導体レーザアレイの作製方法によって解決する
ことができる。この方法は、半導体レーザの利得を発生
するMQW活性層の成長に選択成長を用いる方法であ
る。この方法を用いると、回折格子で決定される各半導
体レーザの発振波長に、MQW活性層の利得ピーク波長
を常に追随させることができ、異波長半導体レーザアレ
イを構成する全ての半導体レーザから、低しきい値電
流、高出力等の均一で良好なレーザ特性を得ることがで
きる。
[0005] This problem can be solved by a method of manufacturing a different wavelength semiconductor laser array disclosed in JP-A-8-153928 (hereinafter referred to as Document (2)). This method is a method of using selective growth for growing an MQW active layer for generating a gain of a semiconductor laser. By using this method, the gain peak wavelength of the MQW active layer can always follow the oscillation wavelength of each semiconductor laser determined by the diffraction grating. Uniform and good laser characteristics such as threshold current and high output can be obtained.

【0006】このように、良好な特性を有する異波長半
導体レーザアレイを実現するためには、1)発振波長を
変化させるための異周期回折格子を形成する技術と、
2)異周期回折格子の各ブラッグ波長の変化にMQW活
性層の利得ピーク波長を追随させる技術の両者が必要不
可欠といえる。この点から考えると、上記文献(2)に
開示された技術、即ち1)電子ビーム露光技術と、2)
選択成長技術を組み合わせた作製方法は、高性能な異波
長半導体レーザアレイを作製する上で必要な二つの必要
条件を満足することのできる技術といえる。
As described above, in order to realize a different wavelength semiconductor laser array having good characteristics, 1) a technique of forming a different periodic diffraction grating for changing an oscillation wavelength;
2) It can be said that both techniques for making the gain peak wavelength of the MQW active layer follow the change of each Bragg wavelength of the different-period diffraction grating are necessary. From this point of view, the technology disclosed in the above-mentioned document (2), namely, 1) an electron beam exposure technology, and 2)
The manufacturing method combining the selective growth technology can be said to be a technology capable of satisfying two necessary conditions necessary for manufacturing a high-performance different wavelength semiconductor laser array.

【0007】しかし、この文献(2)の方法を用いて作
製する異波長半導体レーザアレイ等のアレイ構造半導体
光素子には、素子を低コストで供給する上で致命的な問
題があった。即ち、アレイ構造半導体光素子全体のサイ
ズの拡大である。文献(2)に示された作製方法で、例
えば、異波長半導体レーザアレイを作製した場合、アレ
イを構成する各半導体レーザの素子間隔は、250μm
程度となる。その結果、共振器長300μm の8本(8
波長)の異波長半導体レーザアレイを作製した場合、ア
レイ素子全体のサイズは、2mm×300μm 程度にもな
ってしまう。この原因は、文献(2)に示された選択成
長技術が、アレイを構成する各光導波路を挟んで、各々
幅40μm 程度の誘電体マスクを用いることを必要とす
るため、隣り合うアレイ光導波路間で相互に誘電体マス
クが影響を与えないようにするには、最低でも200μ
m 程度以上のアレイ間隔が必要になるからである。従っ
て、文献(2)の異波長半導体レーザアレイの製造方法
では、本質的にアレイ間隔を狭くすることができない。
このため、ウエハ1枚からのアレイ素子の収量は、半導
体レーザ1素子の収量の1/8以下になり、著しいコス
トの増大を招き、異波長半導体レーザアレイ等のアレイ
構造半導体光素子を実用化する上で深刻な問題であっ
た。
However, an array-structured semiconductor optical device such as a semiconductor laser array of a different wavelength manufactured using the method of this document (2) has a fatal problem in supplying the device at low cost. That is, the size of the entire array-structured semiconductor optical device is increased. For example, when a different wavelength semiconductor laser array is manufactured by the manufacturing method described in the literature (2), the element spacing of each semiconductor laser constituting the array is 250 μm.
About. As a result, eight resonators having a resonator length of 300 μm (8
When a different wavelength semiconductor laser array is manufactured, the size of the entire array element is about 2 mm × 300 μm. This is because the selective growth technique disclosed in the literature (2) requires the use of dielectric masks each having a width of about 40 μm with each optical waveguide constituting the array interposed therebetween. To prevent the dielectric masks from affecting each other, at least 200 μm
This is because an array interval of about m or more is required. Therefore, in the method of manufacturing a different wavelength semiconductor laser array described in Document (2), the array interval cannot be essentially reduced.
For this reason, the yield of array elements from one wafer is 1/8 or less of the yield of one semiconductor laser, resulting in a remarkable increase in cost, and practical use of an array structure semiconductor optical element such as a different wavelength semiconductor laser array. Was a serious problem in doing so.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】このように、文献
(1)、(2)等の異波長半導体レーザアレイの従来の
作製方法では、1)アレイを構成する全ての半導体レー
ザから良好で均一な特性を得ることができないこと、更
には、2)異波長半導体レーザアレイの素子サイズが大
きくなり、1枚のウエハからの収量が減少し、素子コス
トの著しい増大を招くこと、等の問題があった。
As described above, according to the conventional methods for fabricating the different wavelength semiconductor laser arrays described in the literatures (1) and (2), 1) good and uniform semiconductor lasers constituting the array are obtained. In addition, characteristics cannot be obtained, and 2) the device size of the different wavelength semiconductor laser array increases, the yield from one wafer decreases, and the device cost increases significantly. Was.

【0009】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであって、その目的は、アレイサイズの微細化を
可能とする半導体光導波路アレイの製造方法を提供する
ことにあり、また、アレイ構造半導体光素子において、
微細化された半導体光導波路アレイからなり、良好で均
一な特性を有するアレイ構造半導体光素子を提供するこ
とにある。
The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor optical waveguide array which enables miniaturization of an array size. In an array structure semiconductor optical device,
It is an object of the present invention to provide an array-structured semiconductor optical device comprising a miniaturized semiconductor optical waveguide array and having good and uniform characteristics.

【0010】本発明者は、後述する実験例1〜3を含む
多数の実験を重ねて、誘電体薄膜の幅を特定することに
より、アレイサイズを微細化し、また、アレイを構成す
る隣り合う光導波路間で組成及び層厚を可変にすること
により、均一な光素子特性を得ることができることを見
い出し、本発明を完成するに到った。
The inventor of the present invention has repeated many experiments including Experimental Examples 1 to 3 to be described later to specify the width of the dielectric thin film, thereby minimizing the array size, and adjoining light guides constituting the array. It has been found that uniform optical element characteristics can be obtained by varying the composition and the layer thickness between the waveguides, and the present invention has been completed.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る半導体光導波路アレイの製造方法
は、基板上に誘電体薄膜に挟まれて形成されたストライ
プ状成長領域に、量子井戸層を有する半導体多層構造、
またはバルク層からなる半導体多層構造を選択的に結晶
成長させてなる光導波路を複数本アレイ状に備えた半導
体光導波路アレイの製造方法において、並列に延在する
複数本のストライプ状成長領域をそれぞれ誘電体薄膜で
挟んで形成し、各成長領域に選択的に量子井戸層を有す
る半導体多層構造、またはバルク層からなる半導体多層
構造を有機金属気相成長法により結晶成長させる際、前
記各成長領域が、結晶成長時の反応管内での原料種の拡
散長よりも短い間隔で並列に形成されており、前記各成
長領域の間に配設された誘電体薄膜の幅はWa であり、
2本の最外側の成長領域の外側にそれぞれ配設された第
1最外誘電体薄膜の幅Wm1及び第2最外誘電体薄膜の幅
Wm2が、Wm1>Wa 及びWm2>Wa であることを特徴と
している。
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor optical waveguide array according to the present invention comprises a method of manufacturing a semiconductor optical waveguide array in a stripe-shaped growth region formed on a substrate by sandwiching the same with a dielectric thin film. A semiconductor multilayer structure having a quantum well layer,
Alternatively, in a method of manufacturing a semiconductor optical waveguide array including a plurality of optical waveguides formed by selectively crystal-growing a semiconductor multilayer structure including a bulk layer, a plurality of stripe-shaped growth regions extending in parallel are respectively formed. When a semiconductor multilayer structure formed between dielectric thin films and having a quantum well layer selectively in each growth region or a semiconductor multilayer structure composed of a bulk layer is crystal-grown by metal organic chemical vapor deposition, each of the growth regions Are formed in parallel at intervals shorter than the diffusion length of the raw material species in the reaction tube during crystal growth, and the width of the dielectric thin film provided between the respective growth regions is Wa,
The width Wm1 of the first outermost dielectric thin film and the width Wm2 of the second outermost dielectric thin film disposed outside the two outermost growth regions are Wm1> Wa and Wm2> Wa. Features.

【0012】また請求項2に記載の発明は、請求項1に
おいて、前記第1最外誘電体薄膜の幅Wm1と前記第2最
外誘電体薄膜の幅Wm2とをWm1≠Wm2にすることによ
り、アレイを構成する各半導体光導波路の組成または層
厚を変化させることを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the width Wm1 of the first outermost dielectric thin film and the width Wm2 of the second outermost dielectric thin film are set to Wm1 ≠ Wm2. The composition or the layer thickness of each semiconductor optical waveguide constituting the array is changed.

【0013】また請求項3に記載の発明は、請求項1及
び2において、前記複数本の成長領域によってそれぞれ
挟まれた各領域は、誘電体薄膜によって完全に被覆され
ていることを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, in each of the first and second aspects, each region sandwiched between the plurality of growth regions is completely covered with a dielectric thin film. .

【0014】また請求項4に記載の発明は、請求項1な
いし3のいずれか1項において、前記複数本の成長領域
の各々の隣同士の間隔が、50μm以下であることを特
徴としている。
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, an interval between adjacent ones of the plurality of growth regions is 50 μm or less.

【0015】また請求項5に記載の発明は、請求項1な
いし4のいずれか1項において、前記複数本の成長領域
の各々の幅が、10μm以下であることを特徴としてい
る。
According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, each of the plurality of growth regions has a width of 10 μm or less.

【0016】また請求項6に記載の発明は、請求項1な
いし5のいずれか1項において、前記複数本の成長領域
の本数、または前記誘電体薄膜の幅Wa 、Wm1及びWm2
のうち少なくともいずれか一つを前記成長領域の長手方
向に沿って変化させることにより、アレイを構成する各
光導波路の組成または層厚を前記成長領域の長手方向に
沿って変化させるようにしたことを特徴としている。
According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, the number of the plurality of growth regions or the widths Wa, Wm1 and Wm2 of the dielectric thin film is provided.
Changing the composition or the layer thickness of each optical waveguide forming the array along the longitudinal direction of the growth region by changing at least one of them along the longitudinal direction of the growth region. It is characterized by.

【0017】また請求項7に記載の発明は、請求項1な
いし6のいずれか1項において、前記複数本の成長領域
の各間隔を前記成長領域の長手方向に沿って変化させる
ことにより、各半導体光導波路の間隔を変化させること
を特徴としている。
According to a seventh aspect of the present invention, in any one of the first to sixth aspects, each interval between the plurality of growth regions is changed along a longitudinal direction of the growth region, thereby providing each of the plurality of growth regions. It is characterized in that the distance between the semiconductor optical waveguides is changed.

【0018】また請求項8に記載の発明は、請求項1な
いし7のいずれか1項において、前記複数本の各成長領
域の幅、各成長領域の間隔、誘電体薄膜の幅Wa 、Wm
1、及びWm2のうち少なくともいずれか一つが、基板上
に形成された半導体光導波路アレイ相互間で異なること
を特徴としている。
According to an eighth aspect of the present invention, in any one of the first to seventh aspects, the width of each of the plurality of growth regions, the interval between each of the growth regions, and the width Wa, Wm of the dielectric thin film.
At least one of Wm2 and Wm2 is different between semiconductor optical waveguide arrays formed on a substrate.

【0019】請求項9に記載のアレイ構造半導体光素子
の発明は、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の方法
により製造されたことを特徴とする。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided an array-structured semiconductor optical device according to any one of the first to eighth aspects.
It is characterized by being manufactured by.

【0020】請求項10に記載のアレイ構造半導体光素
子の発明は、基板上に誘電体薄膜に挟まれて形成された
ストライプ状成長領域に、量子井戸層を有する半導体多
層構造、またはバルク層からなる半導体多層構造をMO
VPE気相成長により選択的に結晶成長してなる光導波
路を備えた半導体光素子において、前記光導波路が、結
晶成長時の反応管内の原料種の拡散長よりも短い間隔で
複数本アレイ状に配設されており、該アレイ状の光導波
路が前記選択的結晶成長により一括して成長したもので
ることを特徴とする。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided an array-structured semiconductor optical device comprising a semiconductor multilayer structure having a quantum well layer or a bulk layer in a stripe-shaped growth region formed on a substrate between dielectric thin films. the semiconductor multilayer structure MO made
In a semiconductor optical device provided with an optical waveguide formed by selective crystal growth by VPE vapor phase growth , the optical waveguides are arranged in an array at intervals shorter than the diffusion length of the raw material species in the reaction tube during crystal growth. The array of optical waveguides
The paths are grown collectively by the selective crystal growth.
Oh, wherein the Rukoto.

【0021】請求項11に記載のアレイ構造半導体光素
子の発明は、請求項10において、前記アレイ状に配設
された光導波路のアレイ本数が、16以下であることを
特徴とする。
The invention of an array-structured semiconductor optical device according to an eleventh aspect is characterized in that, in the tenth aspect , the number of the arrayed optical waveguides is 16 or less.

【0022】請求項12に記載のアレイ構造半導体光素
子の発明は、請求項10において、前記光導波路が、5
0μm以下の間隔にて複数本アレイ状に配設されたこと
を特徴とする。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the tenth aspect of the present invention, the optical waveguide according to the twelfth aspect, wherein
It is characterized in that a plurality of these are arranged in an array at an interval of 0 μm or less.

【0023】請求項13に記載のアレイ構造半導体光素
子の発明は、請求項から12において、前記光導波路
の幅が10μm以下であり、光導波路の側壁が選択成長
により形成された(111)B結晶面であることを特徴
とする。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the semiconductor device having an array structure according to the ninth to twelfth aspects, the width of the optical waveguide is 10 μm or less, and the side wall of the optical waveguide is formed by selective growth (111). It is a B crystal plane.

【0024】請求項14に記載のアレイ構造半導体光素
子の発明は、請求項9から1のいずれか1項におい
て、選択的に成長された結晶のバンドギャップエネルギ
ー、又は層厚から選択される少なくとも一つが、隣り合
う光導波路間で異なることを特徴とする。
The invention array structure semiconductor optical device according to claim 14, in any one of claims 9 1 3 is selected from the selectively band-gap energy of the grown crystal, or the layer thickness At least one is different between adjacent optical waveguides.

【0025】請求項15に記載のアレイ構造半導体光素
子の発明は、請求項から1のいずれか1項におい
て、前記アレイ状光導波路が、半導体バルク活性層から
なり、電流注入により光学利得を生じさせる光増幅器の
機能を有することを特徴とする。
The invention array structure semiconductor optical device according to claim 15, in any one of claims 9 1 4, wherein the array-shaped optical waveguide made of a semiconductor bulk active layer, the optical gain by current injection Characterized by having the function of an optical amplifier that causes

【0026】請求項16に記載のアレイ構造半導体光素
子の発明は、請求項から1のうちのいずれか1項に
おいて、前記アレイ状光導波路が、多重量子井戸層(M
QW)からなり、光導波路の両端または光導波路の近傍
に光の反射機構を有し、電流注入により光学利得を生じ
させることにより、レーザ発振させることを特徴とす
る。
The invention array structure semiconductor optical device according to claim 16, in any one of claims 9 to 1 5, wherein the array optical waveguide, the multiple quantum well layer (M
QW), having a light reflection mechanism at both ends of the optical waveguide or near the optical waveguide, and causing laser oscillation by generating an optical gain by current injection.

【0027】請求項17に記載のアレイ構造半導体光素
子の発明は、請求項9から1、又は1のいずれか1
項において、光の反射機能が光導波路の近傍に設けられ
た回折格子によって生じることを特徴とする。
The invention array structure semiconductor optical device according to claim 17, any one of claims 9 1 4, or 1 6 1
In the paragraph, the light reflection function is provided by a diffraction grating provided near the optical waveguide.

【0028】請求項18に記載のアレイ構造半導体光素
子の発明は、請求項1において、前記回折格子の周期
が隣り合う光導波路間で異なることを特徴とする。
The invention array structure semiconductor optical device according to claim 18, in claim 1 7, wherein the different between optical waveguide period of the diffraction grating is adjacent.

【0029】請求項19に記載のアレイ構造半導体光素
子の発明は、請求項から1のうちのいずれか1項に
おいて、前記アレイ状光導波路の少なくとも一方の端に
光のスポットサイズ変換器が集積されたことを特徴とす
る。
The invention array structure semiconductor optical device according to claim 19, in any one of claims 9 1 8, the light spot size converter to at least one end of said arrayed optical waveguides Are integrated.

【0030】請求項20に記載のアレイ構造半導体光素
子の発明は、請求項9から1のいずれか1項におい
て、前記アレイ状光導波路の少なくとも一方の端に、ス
ターカップラ、多モード干渉器(MMI、Multi Mode I
nterference )から選択される少なくとも1つの光合波
器を集積したことを特徴とする。
According to a twentieth aspect of the invention, there is provided an array-structured semiconductor optical device according to any one of the ninth to nineteenth aspects, wherein at least one end of the arrayed optical waveguide is provided with a star coupler and a multi-mode interferometer. (MMI, Multi Mode I
, at least one optical multiplexer selected from the group consisting of:

【0031】請求項21に記載のアレイ構造半導体光素
子の発明は、請求項9から12、または15から18の
いずれか1項において、前記アレイ構造半導体光素子
が、発振波長970から990nmの範囲の半導体レー
ザアレイであることを特徴とする。
According to a twenty-first aspect of the invention, there is provided an array-structured semiconductor optical device according to any one of the ninth to twelfth or the fifteenth to eighteenth, wherein the array-structured semiconductor optical device has an oscillation wavelength of 970 to 990 nm. Is characterized in that it is a semiconductor laser array.

【0032】請求項22に記載のアレイ構造半導体光素
子の発明は、請求項9から14または16から18のい
ずれか1項において、前記アレイ構造半導体光素子が、
発振波長1450から1510nmの範囲の半導体レー
ザアレイであることを特徴とする。
According to a twenty-second aspect of the present invention, there is provided an array-structured semiconductor optical device according to any one of the ninth to fourteenth or sixteenth to eighteenth aspects,
The semiconductor laser array has an oscillation wavelength of 1450 to 1510 nm.

【0033】請求項23に記載の複合共振器型多波長光
源の発明は、請求項14又は15に記載のアレイ構造半
導体光素子と、回折格子等が形成された石英系Planer L
ightwave Circuit(PLC)とが、ハイブリッド集積さ
れたことを特徴とする。
According to a twenty-third aspect of the present invention, there is provided a compound resonator type multi-wavelength light source according to the fourteenth or fifteenth aspect, and a quartz-based Planer L having a diffraction grating formed thereon.
and an integrated ightwave circuit (PLC).

【0034】請求項24に記載の光モジュール光源の発
明は、請求項9から23のうちのいずれか1項に記載さ
れたアレイ構造半導体光素子の少なくとも一個が用いら
れていることを特徴とする。
According to a twenty-fourth aspect of the present invention, there is provided an optical module light source, wherein at least one of the array-structured semiconductor optical elements according to any one of the ninth to twenty-third aspects is used. .

【0035】請求項25に記載の光モジュールの発明
は、請求項24において、さらにアレイ状に配設された
半導体光素子からの光出力を実質的に全集光する光学素
子と、該光出力を取出すことを特徴とする。
According to a twenty-fifth aspect of the present invention, there is provided the optical module according to the twenty-fourth aspect, further comprising: an optical element for substantially condensing light output from the semiconductor optical elements arranged in an array; It is characterized by taking out.

【0036】請求項26に記載の光モジュールの発明
は、請求項9から21のいずれか1項において、少なく
ともアレイ構造半導体光素子と、該アレイ構造半導体光
素子からの光出力を導出する光ファイバと、当該アレイ
構造半導体光素子からの光出力をモニタする受光素子
と、からなる光モジュールであって、前記アレイ構造半
導体光素子が、記載のアレイ構造半導体光素子から選択
された少なくとも1つのアレイ構造半導体光素子であ
り、該アレイ構造半導体光素子から出射された実質的に
全光を前記光ファイバにより導出することを特徴とす
る。
According to a twenty-sixth aspect of the present invention, there is provided an optical module according to any one of the ninth to twenty- first aspects, wherein at least an array-structured semiconductor optical device and an optical fiber for deriving an optical output from the array-structured semiconductor optical device. And a light receiving element for monitoring light output from the array-structured semiconductor optical element, wherein the array-structured semiconductor optical element is at least one array selected from the array-structured semiconductor optical element. A structure semiconductor optical device, wherein substantially all light emitted from the array structure semiconductor optical device is led out by the optical fiber.

【0037】請求項27に記載の光モジュールの発明
は、請求項24から26のいずれか1項において、アレ
イ状に配設された半導体光素子からの光出力された波長
を制御する波長フィルタをさらに有することを特徴とす
る。
According to a twenty-seventh aspect of the present invention, there is provided an optical module according to any one of the twenty-fourth to twenty-sixth aspects, wherein the wavelength filter for controlling the wavelength of light output from the semiconductor optical elements arranged in an array is provided. It is further characterized by having.

【0038】本発明に係る光通信システムは、請求項9
から2のうちのいずれか1項に記載されたアレイ構造
半導体光素子の少なくとも1個が用いられていることを
特徴としている。
The optical communication system according to the present invention is defined in claim 9.
Or at least one of the array-structured semiconductor optical devices described in any one of ( 2 ) to (22) is used.

【0039】本発明方法では、選択成長用のマスクとし
て、図1に示すような寸法と配置のSiO2 を使用す
る。図1は本発明の選択成長で用いるSiO2 成長阻止
マスクパターンを示す。SiO2 マスクは、選択成長用
のマスクであって、InP基板99上に形成し、複数本
のストライプ状成長領域1を挟んで、幅Wa のSiO2
マスク2、幅Wm1のSiO2 マスク3、幅Wm2のSiO
2 マスク4からなる。このとき、各々の成長領域の幅W
0 は、1.5μm に設定されている。以後、図1に示す
ようなマスクパターンを用いて、アレイ状成長領域に選
択的に結晶を成長する本発明の選択成長法を、簡単のた
め" 狭幅マイクロアレイ選択成長" と称する。狭幅マイ
クロアレイ選択成長では、結晶成長時の原料種の拡散長
よりも短い任意のアレイ間隔で並べられた複数本の狭幅
(1.5μm 幅)のストライプ状選択成長領域1に、多
重量子井戸(MQW)等の結晶層を選択的に成長する。
各成長領域1に成長される結晶のバンドギャップ波長
は、基本的に、最も外側に配設したSiO2 マスク3、
4の幅Wm1とWm2を変化させることで制御できる。但
し、後述するように、SiO2 マスク2の幅Wa も成長
領域に成長される結晶の組成及び層厚に少なからず影響
を与えるパラメータである。
In the method of the present invention, SiO 2 having dimensions and arrangement as shown in FIG. 1 is used as a mask for selective growth. FIG. 1 shows a mask for preventing SiO 2 growth used in the selective growth of the present invention. SiO 2 mask is a mask for selective growth, is formed on the InP substrate 99, sandwiching a stripe-shaped growth region 1 a plurality of, SiO 2 having a width Wa
Mask 2, SiO 2 mask 3 of the width Wm1, SiO of width Wm2
It consists of two masks 4. At this time, the width W of each growth region
0 is set to 1.5 μm. Hereinafter, the selective growth method of the present invention in which a crystal is selectively grown in an array-shaped growth region using a mask pattern as shown in FIG. 1 will be referred to as "narrow microarray selective growth" for simplicity. In the narrow-width microarray selective growth, multiple quantum wells are formed in a plurality of narrow (1.5 μm-wide) stripe-like selective growth regions 1 arranged at an arbitrary array interval shorter than the diffusion length of the source species during crystal growth. A crystal layer such as (MQW) is selectively grown.
The band gap wavelength of the crystal grown in each growth region 1 is basically the same as that of the SiO 2 mask 3 disposed on the outermost side.
4 can be controlled by changing the widths Wm1 and Wm2. However, as described later, the width Wa of the SiO 2 mask 2 is also a parameter that has a considerable influence on the composition and layer thickness of the crystal grown in the growth region.

【0040】実験例1 実験例1では、まず、狭ストライプ幅(1.5μm 幅)
のアレイ状成長領域1の本数を8本(8チャンネル)、
アレイ間隔Λ=11.5μm とし、図2に示すように、
1.50μm 組成圧縮歪InGaAsPウエル/1.2
0μm 組成InGaAsPバリアの多層構造からなる多
重量子井戸(MQW)層を有機金属気相成長法(MOV
PE)により選択成長した。尚、図2は各チャンネルの
積層構造を示す。成長条件は、圧力150Torr、温度6
50℃であり、SiO2 マスク2、3、4の幅は、それ
ぞれWa =10μm 、Wm1=Wm2=Wm として、Wm の
値を5〜60μm の間で変化させ、MQW層のフォトル
ミネッセンス(PL)ピーク波長のSiO2 マスク幅W
m 依存性を調べ、その結果を図3に示した。図3は、M
QW層のフォトルミネッセンス(PL)ピーク波長のS
2 マスク幅Wm 依存性を示していて、横軸にチャン
ネル番号、縦軸にはMQW層のフォトルミネッセンス
(PL)ピーク波長を取っている。図3から判る通り、
Wm1= Wm2の場合、アレイ内の波長分布は、ch4ない
しch5を中心にしてch1〜ch8で完全に対称にな
る。また、PLピーク波長のチャンネル内分布の中心値
は、SiO2 マスクの幅Wm を拡大させることで、短波
長から長波長へと100nm以上の波長域に亘り変化さ
せることができる。但し、全チャンネルでほぼ均一なP
Lピーク波長分布を得るには、マスク幅Wmは、Wa と
等しいか、ある程度広くしなければならない。
Experimental Example 1 In Experimental Example 1, first, a narrow stripe width (1.5 μm width) was used.
The number of array-like growth regions 1 is 8 (8 channels),
Assuming that the array interval Λ = 11.5 μm, as shown in FIG.
1.50 μm composition compressive strain InGaAsP well / 1.2
A multiple quantum well (MQW) layer having a multilayer structure of a 0 μm-composition InGaAsP barrier is formed by metal organic chemical vapor deposition (MOV).
(PE). FIG. 2 shows a laminated structure of each channel. The growth conditions were a pressure of 150 Torr and a temperature of 6
50 ° C., the widths of the SiO 2 masks 2, 3, and 4 were set to Wa = 10 μm and Wm1 = Wm2 = Wm, and the value of Wm was changed between 5 and 60 μm, and the photoluminescence (PL) of the MQW layer was changed. SiO 2 mask width W at peak wavelength
The dependence on m was examined, and the results are shown in FIG. FIG.
S of photoluminescence (PL) peak wavelength of QW layer
i O 2 and shows the mask width Wm dependent, channels on the horizontal axis number, and the vertical axis represents the photoluminescence (PL) peak wavelength of the MQW layer. As can be seen from FIG.
When Wm1 = Wm2, the wavelength distribution in the array is completely symmetrical in ch1 to ch8 around ch4 to ch5. The center value of the distribution of the PL peak wavelength in the channel can be changed from a short wavelength to a long wavelength over a wavelength range of 100 nm or more by increasing the width Wm of the SiO 2 mask. However, almost uniform P in all channels
To obtain the L peak wavelength distribution, the mask width Wm must be equal to or somewhat wider than Wa.

【0041】次に、マスク幅Wm に対する光導波層の層
厚依存性を調べ、その結果を図4に示した。図4では、
横軸にチャンネル番号、縦軸に光導波層の厚さを取って
いる。図4から判る通り、SiO2 マスクの幅Wm を拡
大するにしたがって、光導波層の層厚が厚くなる。層厚
分布は、図3のPLピーク波長分布と対応してほぼ同じ
分布形状をしており、光導波層の層厚もSiO2 マスク
の幅Wm を変化させることで制御できることがわかっ
た。
Next, the dependence of the thickness of the optical waveguide layer on the mask width Wm was examined, and the results are shown in FIG. In FIG.
The horizontal axis represents the channel number, and the vertical axis represents the thickness of the optical waveguide layer. As can be seen from FIG. 4, the thickness of the optical waveguide layer increases as the width Wm of the SiO 2 mask increases. The layer thickness distribution has almost the same distribution shape as the PL peak wavelength distribution in FIG. 3, and it has been found that the layer thickness of the optical waveguide layer can be controlled by changing the width Wm of the SiO 2 mask.

【0042】実験例2 次に、実験例2として、Wm1≠Wm2の非対称なマスクを
用いた場合の、各チャンネルのPLピーク波長依存性を
調べ、その結果を図5に示した。図5では、横軸にチャ
ンネル番号、縦軸にフォトルミネッセンス(PL)ピー
ク波長を取っている。図5から判る通り、Wm1=10μ
m 、Wm2=70μm のマスクを用いた場合、アレイ内の
ch1〜ch8間で、PLピーク波長を、ほぼ線形に1
480〜1580nmまで100nmの波長域に亘り変
化させることができる。また、Wm1=10μm 、Wm2=
70μm のマスクを用いたときに得られたPLスペクト
ルを図6に示す。全チャンネルで、強いPL強度が維持
され、またPL半値幅も十分狭い値が得られた。図6で
は、横軸に波長、縦軸に強度を取っている。一方、マス
ク幅の組み合わせとして、Wm1=10μm 、Wm2=30
μm を用いた場合は、図5に示すように、ch1〜ch
8間でのPLピーク波長の変化率をより緩やかにするこ
とができる。これらの結果は、狭幅マイクロアレイ選択
成長では、SiO2 マスクの幅Wm1とWm2の組合わせを
適切に選ぶことにより、極めて狭い間隔で配設された半
導体光導波路アレイの各MQW光導波路のバンドギャッ
プ波長を任意に制御できることを意味している。このよ
うに、本発明の狭幅マイクロアレイ選択成長技術が、極
小間隔アレイデバイスのバンドギャップ波長、及び層厚
制御に対して極めて有効であることが確認された。
Experimental Example 2 Next, as Experimental Example 2, the dependence of the PL peak wavelength on each channel when an asymmetric mask of Wm1 ≠ Wm2 was used was examined, and the results are shown in FIG. In FIG. 5, the horizontal axis represents the channel number, and the vertical axis represents the photoluminescence (PL) peak wavelength. As can be seen from FIG. 5, Wm1 = 10 μm
m, Wm2 = 70 μm, the PL peak wavelength between ch1 and ch8 in the array is substantially linearly increased by 1
It can be changed over a wavelength range of 100 nm from 480 to 1580 nm. Wm1 = 10 μm, Wm2 =
FIG. 6 shows a PL spectrum obtained when a 70 μm mask was used. In all channels, a strong PL intensity was maintained, and a sufficiently narrow PL half-width was obtained. In FIG. 6, the horizontal axis represents wavelength and the vertical axis represents intensity. On the other hand, as combinations of mask widths, Wm1 = 10 μm and Wm2 = 30
When μm is used, as shown in FIG.
The change rate of the PL peak wavelength between 8 can be made gentler. These results indicate that in the selective growth of the narrow-width microarray, the band gap of each MQW optical waveguide of the semiconductor optical waveguide array arranged at a very narrow interval can be appropriately selected by appropriately selecting a combination of the widths Wm1 and Wm2 of the SiO 2 mask. This means that the wavelength can be arbitrarily controlled. As described above, it was confirmed that the narrow-width microarray selective growth technique of the present invention was extremely effective for controlling the band gap wavelength and the layer thickness of an array device having an extremely small interval.

【0043】実験例3 最後に、実験例3で、複数本のストライプ状成長領域の
間に配設されているSiO2 マスク2の幅Wa が、選択
成長される結晶組成に与える影響について調べ、その結
果を図7に示した。この実験では、8チャンネルのアレ
イについて、Wm1+Wm2+(7×Wa )=90μm (一
定)で、且つWm1=Wm2=Wm の条件を用いて実験を行
った。つまり、積分したマスクの面積が常に一定となる
条件で実験を行った。図7は、Wa=2、4、6、8、
10μm (対応してアレイ間隔Λ=3.5、5.5、
7.5、9.5、11.5μm と変化)と変化させたと
きの、各チャンネルのMQW層のPLピーク波長依存性
を示す。Wa =2μm の場合(Wm の1/19の幅)
は、チャンネル内の波長分布は下に凸型であり、Wa =
4μm の場合(Wm の約1/8の幅)に、チャンネル内
でほぼ均一な波長分布となり、Wa =10μm の場合
(Wm と同じ幅)は、上に凸型の波長分布をとることが
わかった。この結果は、図3の実験で得られた結果、"
アレイ内の全チャンネルでほぼ均一なPLピーク波長分
布を得るには、マスク幅Wm はWa と等しいか、ある程
度広くしなければならない" を裏付ける結果と言える。
更に新しい知見として、Wm >>Wa の場合にも、PL
ピーク波長分布のチャンネル内均一性が劣化することが
わかった。これらのことから、Wa もアレイ内のMQW
層のバンドギャップ波長制御に少なからず影響を与える
パラメータであることがわかった。
Experimental Example 3 Finally, in Experimental Example 3, the effect of the width Wa of the SiO 2 mask 2 disposed between the plurality of stripe-shaped growth regions on the crystal composition to be selectively grown was examined. The result is shown in FIG. In this experiment, an experiment was performed on an eight-channel array under the conditions that Wm1 + Wm2 + (7 × Wa) = 90 μm (constant) and Wm1 = Wm2 = Wm. That is, the experiment was performed under the condition that the integrated mask area is always constant. FIG. 7 shows that Wa = 2, 4, 6, 8,
10 μm (corresponding to array spacing Λ = 3.5, 5.5,
FIG. 7 shows the PL peak wavelength dependence of the MQW layer of each channel when it is changed to 7.5, 9.5, and 11.5 μm). When Wa = 2 μm (1/19 width of Wm)
Is that the wavelength distribution in the channel is convex downward, and Wa =
In the case of 4 μm (width of about 8 of Wm), the wavelength distribution becomes almost uniform in the channel, and in the case of Wa = 10 μm (the same width as Wm), the wavelength distribution has an upward convex shape. Was. This result is the result obtained in the experiment of FIG.
In order to obtain a substantially uniform PL peak wavelength distribution in all the channels in the array, the mask width Wm must be equal to or somewhat wider than Wa. "
Furthermore, as a new finding, in the case of Wm >> Wa, PL
It was found that the in-channel uniformity of the peak wavelength distribution deteriorated. From these, Wa is also the MQW in the array.
It was found that the parameter had a considerable effect on the bandgap wavelength control of the layer.

【0044】最後に、ここでは図を用いて説明はしない
が、狭幅マイクロアレイ選択成長では、アレイ状成長領
域の幅W0 (図1参照)を導波路方向で適切に変化させ
ることによって、成長される結晶のバンドギャップ波長
制御の自由度を拡大することができる。例えば、W0 が
狭い部分では、成長される結晶の層厚は厚く、組成は長
波長側にシフトする。
Finally, although not described with reference to the drawings, in the narrow-width microarray selective growth, the growth is performed by appropriately changing the width W0 (see FIG. 1) of the array-like growth region in the waveguide direction. The degree of freedom in controlling the band gap wavelength of the crystal can be increased. For example, in a portion where W0 is narrow, the thickness of the grown crystal is large, and the composition shifts to a longer wavelength side.

【0045】以上の実験例の結果に基づいて、本発明の
狭幅マイクロアレイ選択成長では、主として、1)原料
種の拡散効果、2)原料種のマイグレーション効果、の
二つの物理現象を用いている。1)の効果は、マイクロ
アレイのアレイ間隔を、原料種の拡散長より十分短く設
定することで(例えば、50μm 以下の間隔)有効に利
用することができ、アレイを構成する全チャンネルの結
晶組成及び層厚を均一性良く制御することが可能とな
る。一方、2)の効果は、マイクロアレイの成長領域幅
W0 を原料種のマイグレーション長より短く設定するこ
とで(例えば、10μm 以下の幅、1.5μm 幅等)有
効に利用することができ、選択成長される結晶層の平坦
性が向上し、また、図4に示すような各チャンネルのバ
ンドギャップ波長を独立に制御する上で有利になる。
Based on the results of the above experimental examples, the narrow-width microarray selective growth of the present invention mainly uses two physical phenomena: 1) the diffusion effect of the source species, and 2) the migration effect of the source species. . The effect of 1) can be effectively used by setting the array interval of the microarray to be sufficiently shorter than the diffusion length of the raw material species (for example, an interval of 50 μm or less). It is possible to control the layer thickness with good uniformity. On the other hand, the effect 2) can be effectively used by setting the growth region width W0 of the microarray to be shorter than the migration length of the source species (for example, a width of 10 μm or less, a width of 1.5 μm, or the like). This improves the flatness of the crystal layer to be formed, and is advantageous in independently controlling the bandgap wavelength of each channel as shown in FIG.

【0046】更に、本発明の狭幅マイクロアレイ選択成
長では、成長領域幅W0 を1.5μm 程度に選ぶことに
よって、選択成長された結晶によって形成されるアレイ
光導波路が、そのままのサイズで各々単一横モード条件
を満足するので、極小アレイ光導波路を、1)半導体の
エッチング無しで形成できるから、歩留まりを著しく向
上させることができ、2)図2に示すように、選択成長
される結晶の側面が平滑な(111)B面となるから、
従来のエッチングで形成された凸凹の側面を有する光導
波路に比べて、極めて光信号の低損失なアレイ光導波路
を形成できる等の利点をも有している。
Further, in the narrow-width microarray selective growth of the present invention, by selecting the growth region width W0 to about 1.5 μm, the arrayed optical waveguides formed by the selectively grown crystals are each single in the same size. Since the transverse mode condition is satisfied, the micro array optical waveguide can be formed 1) without etching the semiconductor, so that the yield can be remarkably improved. 2) As shown in FIG. Becomes a smooth (111) B surface,
Compared to the conventional optical waveguide having uneven side surfaces formed by etching, it also has an advantage that an arrayed optical waveguide with extremely low loss of an optical signal can be formed.

【0047】以上述べてきた実験結果の意味すること
は、本発明の狭幅マイクロアレイ選択成長技術を用いる
と、従来、250μm 間隔で1個の光源を作製していた
大きさの領域に、アレイを構成する各光導波路間で、結
晶組成が適切に制御された異なる波長のアレイ光源を超
高集積して作り込むことが可能になるということであ
る。具体的な例で述べると、共振器長300μm の異波
長8chアレイ光源であっても、従来の1チップのサイ
ズ(250μm ×300μm )で作製が可能であり、従
来の単体光素子と同じチップ数の" アレイ構造半導体光
素子" を1ウエハ上に作製できるということを意味して
いる。即ち、従来の集積光素子の集積度を10倍以上に
拡大することが可能であり、本発明は、超高集積アレイ
構造半導体光素子を実現する上で非常に有効な技術であ
る。
The above experimental results indicate that the use of the narrow-width microarray selective growth technique of the present invention allows an array to be formed in a region of a size in which one light source was conventionally produced at 250 μm intervals. This means that it is possible to form an array light source of different wavelengths whose crystal composition is appropriately controlled between the constituent optical waveguides with a very high integration. As a specific example, even a different wavelength 8ch array light source having a cavity length of 300 μm can be manufactured in a conventional one chip size (250 μm × 300 μm), and the same number of chips as a conventional single optical element This means that the "array-structured semiconductor optical device" can be manufactured on one wafer. That is, the degree of integration of the conventional integrated optical device can be increased to 10 times or more, and the present invention is a very effective technique for realizing a semiconductor optical device having an ultra-highly integrated array structure.

【0048】[0048]

【発明の実施の形態】以下に、実施の形態例を挙げ、添
付図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳
細に説明する。実施の形態例 本発明の半導体光導波路アレイの製造方法及びアレイ構
造半導体光素子の実施の形態について説明する。本発明
では、誘電体マスクを用いた有機金属気相成長法による
選択成長によって半導体光導波路アレイを結晶成長する
際に、反応管内における原料種の拡散長よりも短い間隔
で複数本並列して形成された半導体光導波路の隣り合う
光導波路間で、各成長領域の間に形成された幅Wa の誘
電体薄膜と、最外側に形成された幅Wm1及びWm2(Wm
1、Wm2>Wa )の誘電体薄膜を用いて、成長させる結
晶のバンドギャップエネルギー及び層厚を制御する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. Embodiments Embodiments of a method for manufacturing a semiconductor optical waveguide array and an array-structured semiconductor optical device according to the present invention will be described. In the present invention, when a semiconductor optical waveguide array is crystal-grown by selective growth using a metalorganic vapor phase epitaxy method using a dielectric mask, a plurality of semiconductor optical waveguide arrays are formed in parallel at an interval shorter than the diffusion length of the raw material species in the reaction tube. Between the optical waveguides adjacent to the semiconductor optical waveguide thus formed, a dielectric thin film having a width Wa formed between the respective growth regions and widths Wm1 and Wm2 (Wm2) formed on the outermost sides.
1. The band gap energy and the layer thickness of the crystal to be grown are controlled using a dielectric thin film of Wm2> Wa).

【0049】[0049]

【実施例】以下に、添付図面を参照して、実施例に基づ
いて本発明をより詳細に説明する。実施例1 本実施例は、本発明に係るアレイ構造半導体光素子をマ
イクロアレイ分布帰還(DFB)型半導体レーザに適用
した実施形態の一である。図8は、回折格子の配置図、
図9はマスクの平面図、及び図10はアレイの各チャン
ネルの半導体レーザ層構造を示す断面図である。本実施
例のマイクロアレイ分布帰還(DFB)型半導体レーザ
(以下、簡単に半導体レーザと言う)100は、ディチ
ューニング(レーザの利得ピーク波長と回折格子のブラ
ッグ波長の差)が適切な値(±10nm)に制御された
マイクロアレイ分布帰還(DFB)型半導体レーザであ
る。即ち、半導体レーザ100は、図10に示すよう
に、n−InP基板99上に、発光波長(以下、省略)
1.13μm 組成のn−InGaAsP半導体層11、
n−InPスペーサ層12、1.20μm 組成のn−I
nGaAsP光閉じ込め層13、7層多重量子井戸(M
QW)層14(1.50μm 組成圧縮歪InGaAsP
ウエル/1.20μm 組成InGaAsPバリアからな
る)、1.20μm 組成のInGaAsP光閉じ込め層
15、及びp−InP層16からなる積層構造を有す
る。更に、半導体レーザ100は、積層構造上に層厚
2.0μm のp−InP埋め込みクラッド層17、層厚
0.3μm のp+ −InGaAsコンタクト層18、及
びSiO2 保護膜19を有し、上下に、Cr/Au上部
電極20、及びCr/Au下部電極21を備えている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in more detail with reference to the accompanying drawings. Example 1 This example is an embodiment in which the semiconductor optical device having an array structure according to the present invention is applied to a microarray distributed feedback (DFB) type semiconductor laser. FIG. 8 is a layout diagram of a diffraction grating,
FIG. 9 is a plan view of the mask, and FIG. 10 is a cross-sectional view showing a semiconductor laser layer structure of each channel of the array. The microarray distributed feedback (DFB) type semiconductor laser (hereinafter simply referred to as “semiconductor laser”) 100 of this embodiment has a detuning (difference between the gain peak wavelength of the laser and the Bragg wavelength of the diffraction grating) of an appropriate value (± 10 nm). ) Controlled microarray distributed feedback (DFB) type semiconductor laser. That is, as shown in FIG. 10, the semiconductor laser 100 has an emission wavelength (hereinafter, omitted) on an n-InP substrate 99.
N-InGaAsP semiconductor layer 11 having a composition of 1.13 μm,
n-InP spacer layer 12, n-I having a composition of 1.20 μm
nGaAsP light confinement layer 13, 7-layer multiple quantum well (M
QW) layer 14 (1.50 μm composition compressively strained InGaAsP)
(Well / composed of 1.20 μm InGaAsP barrier), 1.20 μm composition InGaAsP light confinement layer 15 and p-InP layer 16. Further, the semiconductor laser 100 has a p-InP buried cladding layer 17 having a layer thickness of 2.0 μm, a p + -InGaAs contact layer 18 having a layer thickness of 0.3 μm, and a SiO 2 protective film 19 on the laminated structure. Further, a Cr / Au upper electrode 20 and a Cr / Au lower electrode 21 are provided.

【0050】半導体レーザ100の作製方法次に、図8
及び図9を参照して、半導体レーザ100の作製方法を
説明する。まず、図8に示すように、n−InP基板9
9上に横方向に11.5μm 間隔で配列され、チャンネ
ル1本当たり幅5μm ×長さ300μm の8本のチャン
ネルの領域に、電子ビーム露光法等を用いて、回折格子
パターン88を描画する。このとき、各チャンネルの発
振波長を全8チャンネルで1536〜1568nm(隣
り合うチャンネル間で4nmずつ異なる発振波長に設定
する)と変化させるため、チャンネル1の回折格子の周
期Λ1を240nmとし、順次、周期を0.625nm
ずつ増加させ、チャンネル8の回折格子の周期Λ8が2
45nmとなるようにする。この回折格子パターン88
を、通常のウエットエッチング等により、n−InP基
板99上に転写し、深さ60nmの回折格子88を形成
する。
Next, a method for fabricating the semiconductor laser 100 will be described with reference to FIG.
A method for manufacturing the semiconductor laser 100 will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG.
A diffraction grating pattern 88 is drawn by using an electron beam exposure method or the like in an area of eight channels, each of which has a width of 5 μm and a length of 300 μm per channel, which is arranged at a horizontal interval of 11.5 μm on the substrate 9. At this time, in order to change the oscillation wavelength of each channel to 1536 to 1568 nm in all eight channels (set to different oscillation wavelengths by 4 nm between adjacent channels), the period Λ1 of the diffraction grating of channel 1 is set to 240 nm, and sequentially. 0.625 nm period
And the period Λ8 of the diffraction grating of the channel 8 is 2
It is set to 45 nm. This diffraction grating pattern 88
Is transferred onto an n-InP substrate 99 by ordinary wet etching or the like to form a diffraction grating 88 having a depth of 60 nm.

【0051】次に、回折格子88が形成された基板99
上へ、図9に示すように、<011>方向に、選択成長
用のSiO2 マスク2、3、4を形成する。このとき、
マスク幅は、各々Wa =10μm 、Wm1=20μm 、W
m2=50μm とし、マスクが8本の成長領域(即ち、回
折格子88の領域で、各々、成長領域幅W0 =1.5μ
m )を挟んで対向するように形成する。一方、共振器の
両端面に窓構造を導入するために、幅25μm のSiO
2 マスク5を共振器の両端面位置に配設する。このSi
2 マスク2、3、4、5が形成された基板上に、図1
0の断面図に示す積層方向の各半導体層の組成になるよ
うに、1.13μm 組成のn−InGaAsP半導体層
11、n−InPスペーサ層12、1.20μm 組成の
n−InGaAsP光閉じ込め層13、7層多重量子井
戸(MQW)層14(1.50μm 組成圧縮歪InGa
AsPウエル/1.20μm 組成InGaAsPバリア
からなる)、1.20μm 組成のInGaAsP光閉じ
込め層15、及びp−InP層16を有機金属気相成長
法(MOVPE)等により選択成長する。成長条件は、
圧力150Torr、温度650℃である。この時、MQW
層14のフォトルミネッセンス(PL)ピーク波長は、
チャンネル1〜8で1535〜1570nmと変化させ
ることができた。その結果、回折格子の周期Λによって
決まる各チャンネルの発振波長に、MQW層14の利得
ピーク波長を追随させて変化させることができ、各チャ
ンネルのディチューニング量(発振波長と利得ピーク波
長の差)を常に±10nm以下の良好な値に維持するこ
とができた。
Next, the substrate 99 on which the diffraction grating 88 is formed
As shown in FIG. 9, SiO 2 masks 2, 3, and 4 for selective growth are formed in the <011> direction. At this time,
The mask widths are Wa = 10 μm, Wm1 = 20 μm, W
m2 = 50 μm, and the mask has eight growth regions (that is, in the region of the diffraction grating 88, each growth region width W0 = 1.5 μm).
m) so as to face each other. On the other hand, in order to introduce a window structure at both end faces of the resonator, a 25 μm wide SiO
(2) The masks 5 are arranged at both end positions of the resonator. This Si
On the substrate on which the O 2 masks 2, 3, 4, 5 are formed, FIG.
0, the n-InGaAsP semiconductor layer 11 having a composition of 1.13 μm, the n-InP spacer layer 12, and the n-InGaAsP optical confinement layer 13 having a composition of 1.20 μm have a composition of each semiconductor layer in the laminating direction shown in the cross-sectional view of FIG. , 7-layer multiple quantum well (MQW) layer 14 (1.50 μm composition compressively strained InGa)
(AsP well / composed of 1.20 μm InGaAsP barrier), 1.20 μm InGaAsP optical confinement layer 15 and p-InP layer 16 are selectively grown by metal organic chemical vapor deposition (MOVPE) or the like. The growth conditions are
The pressure is 150 Torr and the temperature is 650 ° C. At this time, MQW
The photoluminescence (PL) peak wavelength of layer 14 is
Channels 1 to 8 could be changed to 1535 to 1570 nm. As a result, the gain peak wavelength of the MQW layer 14 can be changed by following the oscillation wavelength of each channel determined by the period Λ of the diffraction grating, and the amount of detuning of each channel (difference between the oscillation wavelength and the gain peak wavelength) Was always maintained at a good value of ± 10 nm or less.

【0052】このようにして、各半導体層を形成した
後、成長阻止マスクのマスク開口幅W0 を1.5μm か
ら全領域で5μm になるように再度形成し、このマスク
を用いて、層厚2.0μm のp−InP埋め込みクラッ
ド層17、層厚0.3μm のp+ −InGaAsコンタ
クト層18をMOVPEにより選択成長する。その後、
全面にSiO2 膜を形成し、電流注入用窓を形成し、C
r/Au上部電極20、Cr/Au下部電極21を通常
のスパッタ法等により形成する。最後に、共振器の両端
面に25μm 長の窓構造が配置されるように共振器長を
350μm で劈開し、両端面にSiON膜からなる低反
射コーティングを通常のスパッタ法等で形成し素子化を
完了した。
After each semiconductor layer is formed in this manner, the mask opening width W0 of the growth blocking mask is formed again from 1.5 μm to 5 μm in the entire region. A 0.0 μm p-InP buried cladding layer 17 and a 0.3 μm-thick p + -InGaAs contact layer 18 are selectively grown by MOVPE. afterwards,
An SiO 2 film is formed on the entire surface, a current injection window is formed, and C
An r / Au upper electrode 20 and a Cr / Au lower electrode 21 are formed by a normal sputtering method or the like. Finally, the resonator is cleaved at 350 μm so that a window structure having a length of 25 μm is disposed on both end surfaces of the resonator, and a low reflection coating made of a SiON film is formed on both end surfaces by a normal sputtering method or the like to form an element. Completed.

【0053】このようにして、アレイ全体のチップサイ
ズが約100μm ×350μm という極めて小さいサイ
ズでありながら、アレイを構成する各DFBレーザのデ
ィチューニングが各々独立に制御された異波長DFBレ
ーザアレイを実現することができた。各チャンネルのデ
ィチューニング量が適切に制御されているため、全チャ
ンネルで、25℃、CWのしきい値電流10mA±1m
A、片側光出力18mW±1mW@150mAという良
好で均一な特性を得ることができた。
Thus, a different-wavelength DFB laser array in which the detuning of each DFB laser constituting the array is independently controlled while the chip size of the entire array is as small as about 100 μm × 350 μm is realized. We were able to. Since the detuning amount of each channel is appropriately controlled, the CW threshold current is 10 mA ± 1 m for all channels at 25 ° C.
A, good and uniform characteristics of 18 mW ± 1 mW / 150 mA on one side were obtained.

【0054】実施例2 本実施例は、本発明に係るアレイ構造半導体光素子をス
ポットサイズ変換器付きマイクロアレイ異波長半導体レ
ーザに適用した実施例である。図11はマスクの平面
図、図12は積層構造の各半導体層の組成を示す図、及
び図13は半導体レーザの構造を示す部分断面斜視図で
ある。本実施例の半導体レーザ200は、スポットサイ
ズ変換器(Spot Size Converter 、SSC)付きマイク
ロアレイ異波長半導体レーザであって、各チャンネルは
図12に示す層組成の積層構造を有し、また、図13に
示す全体構成を備えている。各チャンネルの半導体レー
ザ素子構造は、p−InP埋め込みクラッド層17の膜
厚が5.0μm であることを除いて、実施例1の素子構
造と同じである。
Embodiment 2 This embodiment is an embodiment in which the semiconductor optical device having an array structure according to the present invention is applied to a microarray different wavelength semiconductor laser with a spot size converter. FIG. 11 is a plan view of a mask, FIG. 12 is a diagram showing the composition of each semiconductor layer in a stacked structure, and FIG. 13 is a partial cross-sectional perspective view showing the structure of a semiconductor laser. The semiconductor laser 200 of this embodiment is a microarray different wavelength semiconductor laser equipped with a spot size converter ( Spot Size Converter, SSC), and each channel has a layered structure having a layer composition shown in FIG. Is provided. The semiconductor laser device structure of each channel is the same as the device structure of Example 1 except that the thickness of the p-InP buried cladding layer 17 is 5.0 μm.

【0055】半導体レーザ200の作製方法 まず、図11に示すように、n−InP基板99上に、
選択成長用SiO2 マスク2、3、4を<011>方向
にステッパ等を用いて形成する。SiO2 マスク2、
3、4は、各々の開口幅W0 =1.5μm の8本のアレ
イ状成長領域を挟んでアレイ間隔20μm で配置する。
このとき、領域長400μm のレーザ領域では、SiO
2 マスク2の幅Wa1=18.5μm 、SiO2 マスク3
の幅Wm1=30μm 、SiO2 マスク4の幅Wm2=70
μm とし、領域長200μm のSSC領域では、SiO
2 マスク2の幅Wa2=4μm 、SiO2 マスク3、4の
幅Wm3=7μm とする。但し、SSC領域では、SiO
2 マスク2の幅がWa2=4μm であり、アレイ間隔20
μm よりも狭いため、各チャンネルの成長領域の間にダ
ミー成長領域77が存在する。
First, as shown in FIG. 11, a semiconductor laser 200 is formed on an n-InP substrate 99.
Selective growth SiO 2 masks 2, 3, and 4 are formed in the <011> direction using a stepper or the like. SiO 2 mask 2,
Nos. 3 and 4 are arranged at an array interval of 20 .mu.m across eight array-shaped growth regions each having an opening width W0 = 1.5 .mu.m.
At this time, in the laser region having a region length of 400 μm, SiO 2
2 of the mask 2 width Wa1 = 18.5μm, SiO 2 mask 3
Width Wm1 = 30 μm, width Wm2 of SiO 2 mask 4 = 70 μm
μm, and in the SSC region having a region length of 200 μm, SiO
2 The width Wa2 of the mask 2 is 4 μm, and the width Wm3 of the SiO 2 masks 3 and 4 is 7 μm. However, in the SSC region, SiO
2 The width of the mask 2 is Wa2 = 4 μm, and the array interval is 20 μm.
Since it is smaller than μm, a dummy growth region 77 exists between the growth regions of the respective channels.

【0056】このマスクが形成された基板上に、図12
に示すような光導波層を、有機金属気相成長法(MOV
PE)等により、圧力70torr、温度650℃の条件下
で選択成長する。詳細に説明すると、積層構造は、1.
13μm 組成のn−InGaAsP半導体層11、n−
InPスペーサ層12、1.20μm 組成のn−InG
aAsP光閉じ込め層13、1.50μm 組成圧縮歪I
nGaAsPウエル/1.20μm 組成InGaAsP
バリアからなる7層多重量子井戸(MQW)層14、
1.20μm 組成のInGaAsP光閉じ込め層15、
及びp−InP層16である。成長した結果、光導波層
の全層厚は、レーザ領域ではチャンネル1〜8で0.2
5〜0.35μm の範囲で分布し、SSC領域では、チ
ャンネル1〜8で0.08〜0.1μm の分布となっ
た。また、レーザ領域のMQW層のフォトルミネッセン
ス(PL)ピーク波長は、チャンネル1〜8で1540
〜1590nmと変化させることができた。このように
して、各半導体層11〜16を成長した後、成長阻止マ
スクのマスク開口幅W0 を1.5μm から全領域で12
μm になるように再度形成し、このマスクを用いて、層
厚5.0μm のp−InP埋め込みクラッド層17、層
厚0.3μm のp+ −InGaAsコンタクト層18を
MOVPEにより成長する。その後、全面にSiO2
19を成膜し、電流注入用窓を形成し、Cr/Au上部
p電極20、Cr/Au下部n電極21を通常のスパッ
タ法等により形成する。最後に、レーザ領域長400μ
m 、SSC領域長200μm となるように全共振器長を
600μm で劈開し、レーザ側端面にSiON膜からな
る高反射コーティング膜22を通常のスパッタ法等で成
膜し、素子化を完了した。
On the substrate on which this mask is formed, FIG.
An optical waveguide layer as shown in FIG.
Selective growth under conditions of a pressure of 70 torr and a temperature of 650 ° C. by PE) or the like. More specifically, the laminated structure includes:
N-InGaAsP semiconductor layer 11 having a composition of 13 μm, n-
InP spacer layer 12, n-InG having a composition of 1.20 μm
aAsP light confinement layer 13, 1.50 μm composition compressive strain I
nGaAsP well / 1.20 μm composition InGaAsP
A seven-layer multiple quantum well (MQW) layer 14 comprising a barrier,
1. an InGaAsP light confinement layer 15 having a composition of 20 μm;
And the p-InP layer 16. As a result of the growth, the total thickness of the optical waveguide layer is 0.2 in channels 1 to 8 in the laser region.
The distribution was in the range of 5 to 0.35 μm, and in the SSC region, the distribution was 0.08 to 0.1 μm in channels 1 to 8. The peak wavelength of the photoluminescence (PL) of the MQW layer in the laser region is 1540 for channels 1 to 8.
151590 nm. After each of the semiconductor layers 11 to 16 is grown in this manner, the mask opening width W0 of the growth-inhibiting mask is increased from 1.5 .mu.m to 12 in all regions.
Using the mask, a p-InP buried cladding layer 17 having a thickness of 5.0 μm and ap + -InGaAs contact layer 18 having a thickness of 0.3 μm are grown by MOVPE using this mask. Thereafter, an SiO 2 film 19 is formed on the entire surface, a window for current injection is formed, and a Cr / Au upper p-electrode 20 and a Cr / Au lower n-electrode 21 are formed by a normal sputtering method or the like. Finally, laser region length 400μ
Then, the entire cavity length was cleaved at 600 μm so as to have a SSC region length of 200 μm, and a high-reflection coating film 22 made of a SiON film was formed on the laser-side end face by a normal sputtering method or the like, and the device was completed.

【0057】このようにして、アレイ全体のチップサイ
ズが160μm ×600μm という極めて小さいサイズ
のスポットサイズ変換器付きの8チャンネル異波長半導
体レーザアレイを実現することができた。レーザアレイ
は、全チャンネルで、発振波長が1540〜1590n
mと分布させることができ、また、しきい値電流も6m
A±1mAという極めて均一で良好な特性を示し、25
℃の片側光出力も30mW以上という優れた値を得るこ
とができた。フラットエンド光ファイバとの結合損失を
測定した結果、全チャンネルで3dB以下という極めて
良好な値を得ることができ、スポットサイズ変換器がア
レイを構成する全ての素子で十分機能していることも確
認された。
In this manner, an 8-channel different wavelength semiconductor laser array with a spot size converter having an extremely small chip size of 160 μm × 600 μm as a whole array was realized. The laser array has an oscillation wavelength of 1540 to 1590n in all channels.
m and a threshold current of 6 m
A ± 1 mA, showing very uniform and good characteristics, 25
An excellent value of 30 mW or more was obtained for the one-sided optical output at 30 ° C. As a result of measuring the coupling loss with the flat-end optical fiber, it was possible to obtain an extremely good value of 3 dB or less for all channels, and it was confirmed that the spot size converter was functioning properly for all elements constituting the array. Was done.

【0058】実施例3 本実施例は、本発明に係るアレイ構造半導体光素子をス
ポットサイズ変換器付マイクロアレイ半導体光アンプに
適用した実施例である。図14はマスクの平面図、図1
5は積層構造の各半導体層の組成を示す図、及び図16
は半導体レーザの構造を示す部分断面斜視図である。本
実施例の光アンプ300は、スポットサイズ変換器付マ
イクロアレイ半導体光アンプであって、光アンプの各チ
ャンネルは、図15に示す層組成の積層構造を有し、ま
た、図16に示す全体構成を備えている。即ち、光アン
プ300は、図15及び図16に示すように、n−In
P基板99上に、0.2μm 厚のn−InPバッファー
層24、0.4μm 厚の1.50μm 組成の圧縮歪In
GaAsPバルク活性層25、及びp−InP層16の
積層構造を備え、積層構造上に、p−InP埋め込みク
ラッド層17(層厚5.0μm )、p+ −InGaAs
コンタクト層18(層厚0.3μm )を有する。更に、
光アンプ300は、基板全面にSiO2 保護膜19を備
え、上下にCr/Au上部電極20及びCr/Au下部
電極21を有する。前記したような実施例2の半導体レ
ーザ200では、狭幅マイクロアレイ選択成長で用いる
SiO2 マスクの成長領域の幅W0 をW0 =1.5μm
とし、活性層にMQWを用いていた。一方、本実施例で
は、成長領域幅W0 をW0 =0.6μm とし、活性層に
InGaAsPバルク層を用いたことで、実施例2とほ
ぼ同様のプロセスを経て、簡単にスポットサイズ変換器
付きのマイクロアレイ半導体光アンプを実現することが
できる。
Embodiment 3 This embodiment is an embodiment in which the semiconductor optical device having an array structure according to the present invention is applied to a microarray semiconductor optical amplifier with a spot size converter. FIG. 14 is a plan view of the mask, and FIG.
FIG. 5 is a diagram showing the composition of each semiconductor layer of the laminated structure, and FIG.
1 is a partial sectional perspective view showing a structure of a semiconductor laser. The optical amplifier 300 of this embodiment is a microarray semiconductor optical amplifier with a spot size converter. Each channel of the optical amplifier has a layered structure having a layer composition shown in FIG. 15, and has an overall configuration shown in FIG. It has. That is, as shown in FIGS. 15 and 16, n-In
On a P substrate 99, an n-InP buffer layer 24 having a thickness of 0.2 μm and a compressive strain In having a composition of 1.50 μm having a thickness of 0.4 μm are formed.
The laminated structure of the GaAsP bulk active layer 25 and the p-InP layer 16 is provided. On the laminated structure, the p-InP buried cladding layer 17 (layer thickness: 5.0 μm), p + -InGaAs
It has a contact layer 18 (layer thickness 0.3 μm). Furthermore,
The optical amplifier 300 includes an SiO 2 protective film 19 on the entire surface of the substrate, and has a Cr / Au upper electrode 20 and a Cr / Au lower electrode 21 on the upper and lower sides. In the semiconductor laser 200 of the second embodiment as described above, the width W0 of the growth region of the SiO 2 mask used in the selective growth of the narrow microarray is set to W0 = 1.5 μm.
And MQW was used for the active layer. On the other hand, in this embodiment, the growth region width W0 is set to W0 = 0.6 μm, and the InGaAsP bulk layer is used for the active layer. A microarray semiconductor optical amplifier can be realized.

【0059】光アンプ300の作製方法 まず、図14に示すように、n−InP基板99上に<
011>方向に、SiO2 マスク2、3、4をアレイ間
隔20μm で形成する。このとき、SiO2 マスクの幅
は、領域長300μm のSSC領域では、Wa2=1μm
、Wm3=4μmとし、領域長800μm のアンプ領域で
は、Wa1=18.5μm 、Wm1=80μm 、Wm2=80
μm とし、各領域共にマスクが8本の成長領域(各々成
長領域幅W0 =0.6μm )を挟んで対向するように形
成する。但し、SSC領域では、SiO2 マスク2の幅
がWa2=1μm であり、アレイ間隔20μm よりも狭い
ため、各チャンネルの成長領域の間にダミー成長領域7
7が存在する。一方、共振器の両端面に窓構造を導入す
るために、幅25μm のSiO2 マスク5を共振器の端
面位置に配置する。
First, as shown in FIG. 14, an optical amplifier 300 is formed on an n-InP substrate
In the <011> direction, SiO 2 masks 2, 3, and 4 are formed at an array interval of 20 μm. At this time, the width of the SiO 2 mask is Wa2 = 1 μm in the SSC region having a region length of 300 μm.
, Wm3 = 4 μm, and in an amplifier region having a region length of 800 μm, Wa1 = 18.5 μm, Wm1 = 80 μm, and Wm2 = 80
.mu.m, and a mask is formed in each region so as to face each other across eight growth regions (each growth region width W0 = 0.6 .mu.m). However, in the SSC region, the width of the SiO 2 mask 2 is Wa2 = 1 μm, which is smaller than the array interval of 20 μm.
7 are present. On the other hand, in order to introduce a window structure to both end faces of the resonator, a SiO 2 mask 5 having a width of 25 μm is arranged at the end face position of the resonator.

【0060】このマスクが形成された基板上に、図15
に示すような層組成を有する積層構造を形成する。詳細
には、0.2μm 厚のn−InPバッファー層24、
0.4μm 厚の1.50μm 組成の圧縮歪InGaAs
Pバルク活性層25、及びp−InP層16を有機金属
気相成長法(MOVPE)等により選択成長する。成長
条件は、圧力300Torr、温度650℃である。この
時、アンプ領域のバルク層のフォトルミネッセンス(P
L)ピーク波長は、チャンネル1〜8で、1550〜1
570nmとほぼ一定に保つことができた。また、SS
C領域のバルク層のPLピーク波長は、チャンネル1〜
8で、1380〜1390nmという均一で、且つ、ス
ポットサイズ変換機能を有する低損失受動導波路として
十分に短波長化することができた。アンプ領域のInG
aAsPバルク層の層厚に対して、SSC領域のInG
aAsPバルク層の層厚は、全チャンネルで1/4以下
の薄膜化が達成された。
On the substrate on which this mask has been formed, FIG.
To form a laminated structure having a layer composition as shown in FIG. Specifically, the n-InP buffer layer 24 having a thickness of 0.2 μm,
0.4 μm thick 1.50 μm compositional compressive strained InGaAs
The P bulk active layer 25 and the p-InP layer 16 are selectively grown by metal organic chemical vapor deposition (MOVPE) or the like. The growth conditions are a pressure of 300 Torr and a temperature of 650 ° C. At this time, the photoluminescence (P
L) The peak wavelength is 1550-1 for channels 1-8
It could be kept almost constant at 570 nm. Also, SS
The PL peak wavelength of the bulk layer in the C region is channel 1 to channel 1.
8, the wavelength could be made sufficiently short as a low-loss passive waveguide having a uniform size of 1380 to 1390 nm and a spot size conversion function. InG in amplifier area
For the thickness of the aAsP bulk layer, the InG in the SSC region
The thickness of the aAsP bulk layer was reduced to 1/4 or less in all channels.

【0061】このようにして、各半導体層を形成した
後、SiO2マスク2〜4のマスク開口幅W0 を0.6
μm から全領域で12μm になるように再度形成し、こ
のマスクを用いて、p−InP埋め込みクラッド層17
(層厚5.0μm )、p+ −InGaAsコンタクト層
18(層厚0.3μm )をMOVPEにより成長する。
その後、全面にSiO2 膜19を成膜し、電流注入用窓
を形成し、Cr/Au上部電極20、Cr/Au下部電
極21を通常のスパッタ法等により形成する。最後に、
両端面に25μm 長の窓構造が配置されるように共振器
長を1150μm で劈開し、両端面に低反射コーティン
グ用SiON膜23を通常のスパッタ法等で形成して、
アレイ全体のチップサイズが160μm ×1150μm
という極めて小さいサイズのスポットサイズ変換器付き
の8チャンネルアレイ半導体光アンプを実現することが
できた。
After forming each semiconductor layer in this way, the mask opening width W0 of the SiO 2 masks 2 to 4 is set to 0.6.
.mu.m to 12 .mu.m in the entire region. Using this mask, the p-InP buried cladding layer 17 is formed.
A p + -InGaAs contact layer 18 (layer thickness 0.3 μm) is grown by MOVPE (layer thickness 5.0 μm).
Thereafter, a SiO 2 film 19 is formed on the entire surface, a current injection window is formed, and a Cr / Au upper electrode 20 and a Cr / Au lower electrode 21 are formed by a normal sputtering method or the like. Finally,
Cleavage is performed at a cavity length of 1150 μm so that a window structure having a length of 25 μm is disposed on both end surfaces, and a SiON film 23 for low reflection coating is formed on both end surfaces by a normal sputtering method or the like.
The chip size of the entire array is 160μm x 1150μm
That is, an 8-channel array semiconductor optical amplifier with an extremely small spot size converter.

【0062】特性としては、全チャンネルで、アンプへ
の注入電流30mA時の波長1560nmの入力光に対
する光学利得10dB±0.2dB、フラットエンド光
ファイバとの結合損失3.5dB±1dBという良好な
特性を得ることができた。活性層にバルク層を用い、W
0 =0.6μm としているため、選択成長される光導波
層の横断面形状がほぼ矩形の形となり、アンプの利得特
性をTE波、TM波に対して偏向無依存にすることがで
きた。また、石英系のPlaner Lightwave Circuit(PL
C)とパッシブアライン実装し、ゲートスイッチ動作を
確認したところ、全チャンネルで、波長1560nmの
入力光に対して、消光比50dB以上の良好なスイッチ
動作を達成することができた。
As characteristics, good characteristics are obtained in all channels such that the optical gain is 10 dB ± 0.2 dB with respect to input light having a wavelength of 1560 nm when the injection current to the amplifier is 30 mA, and the coupling loss with the flat end optical fiber is 3.5 dB ± 1 dB. Could be obtained. Using a bulk layer for the active layer, W
Since 0 = 0.6 μm, the cross-sectional shape of the optical waveguide layer to be selectively grown was substantially rectangular, and the gain characteristics of the amplifier could be made polarization independent of the TE wave and the TM wave. In addition, quartz-based Planer Lightwave Circuit (PL
C) and passive alignment were performed, and the gate switch operation was confirmed. As a result, a good switch operation with an extinction ratio of 50 dB or more for all the channels with input light having a wavelength of 1560 nm could be achieved.

【0063】実施例4 本実施例は、本発明に係るアレイ構造半導体光素子をマ
イクロアレイ波長選択光源に適用した実施例であって、
図17は回折格子の配置図、図18はマスクの平面図、
及び図19は波長選択光源の構造を示す斜視図である。
本実施例のマイクロアレイ波長選択光源400は、図1
9に示すように、InP基板上へモノリシック集積され
た極小サイズの波長選択光源であって、光源は、主とし
て5つの領域から構成されている。すなわち、波長選択
光源400は、1)DFBレーザ領域、2)合波器領
域、3)多モード干渉(Multi Mode Interference)
領域、4)光増幅器領域、及び5)光変調器領域、の5
つで構成されている。
Embodiment 4 This embodiment is an embodiment in which the semiconductor optical device having an array structure according to the present invention is applied to a microarray wavelength selective light source.
FIG. 17 is a layout view of a diffraction grating, FIG. 18 is a plan view of a mask,
19 is a perspective view showing the structure of the wavelength selection light source.
The microarray wavelength selection light source 400 of the present embodiment is the same as that of FIG.
As shown in FIG. 9, this is a wavelength-selective light source of an extremely small size monolithically integrated on an InP substrate, and the light source mainly includes five regions. That is, the wavelength selection light source 400 has 1) a DFB laser region, 2) a multiplexer region, and 3) multi-mode interference (Multi Mode Interference).
Area, 4) optical amplifier area, and 5) optical modulator area.
It is composed of one.

【0064】波長選択光源400の作製方法 まず、図17に示すように、n−InP基板99上に回
折格子パターン88をDFBレーザ領域のみに電子ビー
ム露光法を用いて描画する。詳細には、横方向に11.
5μm 間隔で、アレイ1本当たり幅5μm ×長さ400
μm の8本のチャンネル領域に描画する。この時、レー
ザ領域の各チャンネルの発振波長を全8チャンネルで1
536〜1547.2nm(即ち、チャンネル間で1.
4nmずつ異なる発振波長に設定する)と変化させるた
め、チャンネル1の回折格子の周期Λ1を240nmと
し、隣り合うチャンネルで周期を0.25nmずつ増加
させ、チャンネル8の回折格子の周期Λ8が241.7
5nmとなるようにする。この回折格子パターン88
を、通常のウエットエッチング等により、n−InP基
板99上に転写し、深さ60nmの回折格子88を形成
する。
[0064] The method for manufacturing a wavelength selective light source 400 Firstly, as shown in FIG. 17, be drawn using an electron beam exposure method a diffraction grating pattern 88 on the n-InP substrate 99 only in the DFB laser region. Specifically, 11.
5 μm interval, 5 μm width × 400 length per array
Draw in 8 μm channel area. At this time, the oscillation wavelength of each channel in the laser region is set to 1 for all 8 channels.
536-1547.2 nm (i.e., 1.
In this case, the period of the diffraction grating of the channel 1 is set to 240 nm, the period of the adjacent channel is increased by 0.25 nm, and the period of the diffraction grating of the channel 8 is set to 241. 7
The thickness is set to 5 nm. This diffraction grating pattern 88
Is transferred onto an n-InP substrate 99 by ordinary wet etching or the like to form a diffraction grating 88 having a depth of 60 nm.

【0065】次に、図18に示すように、この回折格子
が形成された基板99上に選択成長用SiO2マスクを
形成する。このとき、各領域のマスク幅は次のように設
定する。1)DFBレーザ領域:8本のアレイ間隔1
1.5μm 、Wa =10μm 、Wm1=20μm 、Wm2=
50μm 、成長領域幅W0 =1.5μm 、2)合波器領
域:アレイ間隔11.5〜2.5μm まで、距離300
μm で変化させる。成長領域幅W0 =1.5μm 、マス
ク幅は領域内全てWm3=1μm 、3)MMI領域:成長
領域幅W0 =19μm、マスク幅Wm4=20μm 、4)
光増幅器領域:成長領域幅W0 =1.5μm 、マスク幅
Wm5=60μm 、5)光変調器領域:成長領域幅W0 =
1.5μm 、マスク幅Wm6=40μm 。更に、素子の両
端面に窓構造を導入するために、幅25μm のSiO2
マスク5を端面位置に配置する。
Next, as shown in FIG. 18, an SiO 2 mask for selective growth is formed on the substrate 99 on which the diffraction grating is formed. At this time, the mask width of each region is set as follows. 1) DFB laser area: 8 array intervals 1
1.5 μm, Wa = 10 μm, Wm1 = 20 μm, Wm2 =
50 .mu.m, growth area width W0 = 1.5 .mu.m, 2) multiplexer area: array distance 11.5 to 2.5 .mu.m, distance 300
Change in μm. Growth area width W0 = 1.5 μm, mask width Wm3 = 1 μm in all areas, 3) MMI area: growth area width W0 = 19 μm, mask width Wm4 = 20 μm, 4)
Optical amplifier area: growth area width W0 = 1.5 μm, mask width Wm5 = 60 μm, 5) optical modulator area: growth area width W0 =
1.5 μm, mask width Wm6 = 40 μm. Further, in order to introduce a window structure on both end surfaces of the device, a SiO 2 film having a width of 25 μm
The mask 5 is arranged at the end face position.

【0066】これらのマスクが形成された基板上に、実
施例1の図10と同様の層構造、即ち1.13μm 組成
のn−InGaAsP半導体層11、n−InPスペー
サ層12、1.20μm 組成のn−InGaAsP光閉
じ込め層13、1.50μm組成圧縮歪InGaAsP
ウエル/1.20μm 組成InGaAsPバリアからな
る7層多重量子井戸(MQW)層14、1.20μm 組
成のInGaAsP光閉じ込め層15、及びp−InP
層16を有機金属気相成長法(MOVPE)等により選
択成長する。成長条件は、圧力150Torr、温度650
℃である。この時、MQW層のフォトルミネッセンス
(PL)ピーク波長は、1)DFBレーザ領域:チャン
ネル1〜8で1535〜1550nmと変化させること
ができ、2)合波器領域:全チャンネルで、1380n
m、3)MMI領域:1300nm、4)光増幅器領
域:1542nm、5)光変調器領域:1472nmと
なった。その結果、1)DFBレーザ領域では、回折格
子の周期によって決まる各チャンネルのレーザの発振波
長に、MQW層の利得ピーク波長を追随させて変化させ
ることができ、各チャンネルのディチューニング量(発
振波長と利得ピーク波長の差)を±10nm以下の良好
な値に維持することができた。
On the substrate on which these masks are formed, a layer structure similar to that of FIG. 10 of the first embodiment, that is, an n-InGaAsP semiconductor layer 11 having a 1.13 μm composition, an n-InP spacer layer 12, and a 1.20 μm composition N-InGaAsP light confinement layer 13, 1.50 μm composition compressively strained InGaAsP
Well / MQW layer 14 composed of a 1.20 μm InGaAsP barrier, InGaAsP optical confinement layer 15 having a 1.20 μm composition, and p-InP
The layer 16 is selectively grown by metal organic chemical vapor deposition (MOVPE) or the like. The growth conditions were a pressure of 150 Torr and a temperature of 650.
° C. At this time, the peak wavelength of the photoluminescence (PL) of the MQW layer can be changed from 1) DFB laser region: 1535 to 1550 nm in channels 1 to 8; 2) multiplexer region: 1380 n in all channels.
m, 3) MMI area: 1300 nm, 4) optical amplifier area: 1542 nm, 5) optical modulator area: 1472 nm. As a result, 1) In the DFB laser region, the gain peak wavelength of the MQW layer can be changed by following the laser oscillation wavelength of each channel determined by the period of the diffraction grating, and the detuning amount (oscillation wavelength) of each channel (A difference between the gain peak wavelength and the gain peak wavelength) could be maintained at a favorable value of ± 10 nm or less.

【0067】このようにして、各半導体層を形成した
後、SiO2 マスクのマスク開口幅W0 を、1)DFB
レーザ領域、2)光増幅器領域、3)光変調器領域の3
つの領域で、1.5μm から5μm になるように再度形
成する。更に、4)MMI領域のSiO2 マスクは全て
除去し、5)合波器領域では、幅W0 の成長領域を覆う
ようにSiO2 を再度形成する。このマスクを用いて、
実施例1の図10と同様の埋め込み構造、即ちp−In
P埋め込みクラッド層17(層厚3μm )、p+−In
GaAsコンタクト層18(層厚0.3μm )をMOV
PEにより成長する。その結果、1)DFBレーザ領
域、2)光増幅器領域、3)光変調器領域、4)MMI
領域では、埋め込み導波路構造が、5)合波器領域では
ハイメサ導波路構造が形成される。その後、全面にSi
2 膜19を形成し、電流注入用窓を、DFBレーザ領
域のみに形成し、Cr/Au上部電極20、Cr/Au
下部電極21を通常のスパッタ法等により形成する。
After forming each semiconductor layer in this manner, the mask opening width W0 of the SiO 2 mask is set to 1) DFB
Laser area, 2) optical amplifier area, 3) optical modulator area
One region is formed again so as to have a thickness of 1.5 μm to 5 μm. Further, 4) the SiO 2 mask in the MMI region is entirely removed, and 5) in the multiplexer region, SiO 2 is formed again so as to cover the growth region having the width W0. Using this mask,
An embedded structure similar to that of FIG. 10 of the first embodiment, that is, p-In
P buried cladding layer 17 (layer thickness 3 μm), p + -In
The GaAs contact layer 18 (layer thickness 0.3 μm) is
Grow by PE. As a result, 1) DFB laser area, 2) optical amplifier area, 3) optical modulator area, 4) MMI
In the region, a buried waveguide structure is formed, and in the 5) multiplexer region, a high-mesa waveguide structure is formed. After that, Si
An O 2 film 19 is formed, a current injection window is formed only in the DFB laser region, and a Cr / Au upper electrode 20 and a Cr / Au
The lower electrode 21 is formed by a usual sputtering method or the like.

【0068】更に、もう一度全領域にSiO2 膜を成膜
し、1)DFBレーザ領域は、図19に示すように、部
分的に窓を開け、2)光増幅器領域、3)光変調器領域
にも窓を開ける。再度、Cr/Au上部電極20を形成
する。つまり、DFBレーザ領域では、各チャンネルの
電極が相互に接触しないように二重電極構造となってい
る。このようにして電極を形成した後、最後に、両端面
に25μm 長の窓構造が配置されるように共振器長を1
500μm で劈開し、両端面に低反射コーティング用S
iON膜23を通常のスパッタ法等で形成して、全体の
チップサイズが300μm ×1500μm という極めて
小さいサイズの波長選択光源を実現することができた。
Further, an SiO 2 film is again formed on the entire area. 1) The DFB laser area is partially opened as shown in FIG. 19, 2) the optical amplifier area, and 3) the optical modulator area. Open the window. The Cr / Au upper electrode 20 is formed again. That is, the DFB laser region has a double electrode structure so that the electrodes of each channel do not contact each other. After forming the electrodes in this manner, finally, the length of the resonator is set to 1 so that a window structure having a length of 25 μm is arranged on both end faces.
Cleave at 500μm, S on both sides for low reflection coating
By forming the iON film 23 by a normal sputtering method or the like, it was possible to realize a wavelength-selective light source having an extremely small chip size of 300 μm × 1500 μm.

【0069】異波長DFBレーザアレイを構成する各D
FBレーザのディチューニングが各々適切に制御されて
いるため、各々のレーザの特性は、発振波長1536〜
1547.2nm、全チャンネルで25℃、CW時のし
きい値電流9mA±1mA、光増幅器への注入電流20
mAで、光出力20mW±1mW@150mAという良
好で均一な特性を得ることができた。更に、光変調器の
変調特性としても、全チャンネルの発振波長に対して
2.5Gbit/s−600km伝送を達成することができ
た。両端面に窓構造を導入し、且つ低反射コーティング
しているために、全チャンネルで単一モード発振が得ら
れる歩留まりも50%以上と良好な値が得られた。
Each D constituting the different wavelength DFB laser array
Since the detuning of the FB laser is appropriately controlled, the characteristics of each laser are as follows.
1547.2 nm, 25 ° C. in all channels, threshold current 9 mA ± 1 mA at CW, injection current 20 into optical amplifier
In mA, good and uniform characteristics of an optical output of 20 mW ± 1 mW @ 150 mA could be obtained. Further, as the modulation characteristics of the optical modulator, it was possible to achieve 2.5 Gbit / s-600 km transmission with respect to the oscillation wavelengths of all the channels. Since the window structure was introduced on both end faces and the coating was low-reflection coated, the yield in which single-mode oscillation was obtained in all channels was as good as 50% or more.

【0070】さらに本発明は、光モジュールに適用する
上でも大きな利点を有する。たとえば図20に示すよう
に、図20(a)には、4チャンネルの半導体レーザア
レイを用いた場合の光モジュール内での光ファイバとレ
ーザアレイとの配置模式図を示す。たとえば本発明にお
いては、半導体レーザアレイのアレイ全幅は、前記図2
0(a)に示すように、30μm程度と極小化し、50
μmと比較的コア径の大きな光ファイバ2を用いること
で、半導体レーザアレイからの全出力光を光ファイバに
直接結合(直接取出)することができる。すなわち、光
出力の集光用レンズなどの光学系を特に必要としない。
一方、アレイ本数が増加した場合を図20(b)に示
す。アレイ本数が例えば6本に増加し、光ファイバのコ
ア径(たとえば50μm)程度になった場合には、光フ
ァイバ2と半導体レーザアレイとの間に、集光レンズを
挿入するだけで、半導体レーザアレイからの全出力光を
光ファイバに直接結合(直接出力)することができ、こ
の場合において、光合波器の集積化を必要としない。
Further, the present invention has a great advantage when applied to an optical module. For example, as shown in FIG. 20, FIG. 20 (a) shows a schematic diagram of the arrangement of optical fibers and laser arrays in an optical module when a four-channel semiconductor laser array is used. For example, in the present invention, the entire array width of the semiconductor laser array is as shown in FIG.
As shown in FIG. 0 (a), it is minimized to about 30 μm,
By using the optical fiber 2 having a relatively large core diameter of μm, all output light from the semiconductor laser array can be directly coupled (directly extracted) to the optical fiber. That is, an optical system such as a condenser lens for outputting light is not particularly required.
On the other hand, FIG. 20B shows a case where the number of arrays increases. When the number of arrays increases to, for example, six, and becomes about the core diameter of the optical fiber (for example, 50 μm), the semiconductor laser is simply inserted between the optical fiber 2 and the semiconductor laser array. All output light from the array can be directly coupled (direct output) to the optical fiber, in which case no integration of the optical multiplexer is required.

【0071】このようなレンズを有する場合の光モジュ
ールの構造模式図を、図20(c)に示す。光モジュー
ルは、アレイ全幅が光ファイバのコア径以下になるよう
に、極小アレイ周期で半導体レーザが配置された半導体
レーザアレイ31と、光ファイバ32と、受光素子3
3、ペルチェ素子34、レンズ35およびレンズ支持体
36等により構成されている。本発明による極小半導体
レーザアレイ31と、コア径50μm以上の光ファイバ
32とを用いることで、多チャンネルの半導体レーザア
レイ31の各チャンネルからの光出力を、集積型の光合
波器を用いずにレンズ集光により、直接1本の光ファイ
バに結合できるようになった。
FIG. 20C is a schematic structural view of an optical module having such a lens. The optical module includes a semiconductor laser array 31 in which semiconductor lasers are arranged at a minimum array period, an optical fiber 32, and a light receiving element 3 so that the entire array width is equal to or less than the core diameter of the optical fiber.
3, a Peltier element 34, a lens 35, a lens support 36, and the like. By using the extremely small semiconductor laser array 31 according to the present invention and the optical fiber 32 having a core diameter of 50 μm or more, the optical output from each channel of the multi-channel semiconductor laser array 31 can be obtained without using an integrated optical multiplexer. Lens condensing allows direct coupling to a single optical fiber.

【0072】半導体レーザアレイ素子のサイズは、電極
部を含めても横幅250μm程度、長さ300μm程度
と、従来の1チップ素子のサイズと同じにすることがで
きるため、全体の光モジュールのサイズも通常の半導体
レーザ光モジュールと同程度の小型サイズが可能となっ
た。その結果、光モジュールの作成プロセス、歩留まり
が大幅に向上し、半導体レーザアレイ光モジュールの低
価格供給が可能となった。また半導体レーザアレイ全幅
が、光ファイバのコア径よりも十分に狭い場合には、集
光レンズ35も必要としなくなる。その結果、光モジュ
ールの部品点数のさらなる減少および作成プロセスの更
なる簡単化が可能となり、なお一層の低価格化を実現可
能とした。なお、図20(a)および図20(b)に示
す半導体レーザアレイにおいて、部分的に電流注入窓を
開口したところに、電極7を設けることによって、各チ
ャンネルのレーザを独立駆動可能としている。
The size of the semiconductor laser array element, including the electrode section, is about 250 μm in width and about 300 μm in length, which is the same as the size of a conventional one-chip element. It is possible to achieve a size as small as a normal semiconductor laser optical module. As a result, the production process and yield of the optical module have been greatly improved, and low-cost supply of the semiconductor laser array optical module has become possible. When the entire width of the semiconductor laser array is sufficiently smaller than the core diameter of the optical fiber, the condenser lens 35 is not required. As a result, the number of components of the optical module can be further reduced, and the manufacturing process can be further simplified, so that further reduction in cost can be realized. In the semiconductor laser array shown in FIGS. 20 (a) and 20 (b), the laser of each channel can be independently driven by providing an electrode 7 at a position where a current injection window is partially opened.

【0073】また、本発明のアレイ構造半導体光素子
は、受光素子33を搭載する上でも大きなメリットを有
する。すなわち図20に示すように、半導体レーザアレ
イ全幅が50μm程度以下と非常に狭いため、単一の受
光素子で、全チャンネルの光を受光することができる。
その結果、光モジュールに必要な受光素子の数を、従
来、チャンネル数と同数必要であったが、これを大幅に
減少することができ、前記同様に、チップサイズの小型
化、製造工程の簡略化、さらに、光モジュールの一層の
低価格化に寄与することができた。以下に、本発明の光
モジュールの応用例を、実施例および図面によって、説
明する。このように、本発明に係る極小アレイ半導体光
素子を用いて光モジュールに適用すれば、光モジュール
の小型化、低価格化さらには歩留まりの向上が飛躍的に
図ることができる。
The semiconductor optical device having an array structure according to the present invention has a great advantage in mounting the light receiving device 33. That is, as shown in FIG. 20, since the entire width of the semiconductor laser array is very narrow, about 50 μm or less, a single light receiving element can receive light of all channels.
As a result, the number of light receiving elements required for the optical module was conventionally required to be the same as the number of channels, but this can be greatly reduced, and the chip size can be reduced and the manufacturing process can be simplified as described above. And further contributed to further lowering the cost of the optical module. Hereinafter, application examples of the optical module of the present invention will be described with reference to examples and drawings. As described above, when the present invention is applied to an optical module using the ultra-small array semiconductor optical device according to the present invention, it is possible to drastically reduce the size, cost, and yield of the optical module.

【0074】実施例5 多波長半導体ファブリペロー(FP)レーザアレイ光モ
ジュール 図21に本発明の第5の実施例である、多波長半導体フ
ァブリペロー(FP)レーザアレイ光モジュールの構成
を示す。この光モジュールは、7μm間隔の極小アレイ
周期で各チャンネルの発振波長が異なるFPレーザの配
置された8チャンネルの多波長FPレーザアレイ41
と、コア径が60μmの光ファイバ32と、受光素子3
3と、ペルチェ素子34とで構成されている。8チャン
ネルのレーザアレイ41のアレイ全幅は、60μm以下
であるため、該レーザアレイから出力される光出力は、
全てレンズ35によりコア径60μmの光ファイバに結
合される。FPレーザアレイの電極37は、各チャンネ
ルに独立に電流注入できるように、部分的に窓が開いた
二重電極構造を用いた。
Example 5 Multi-wavelength semiconductor Fabry-Perot (FP) laser array
Joule Figure 21 is a fifth embodiment of the present invention, illustrating a configuration of a multi-wavelength semiconductor Fabry-Perot (FP) laser array optical module. This optical module has an eight-channel multi-wavelength FP laser array 41 in which FP lasers having different oscillation wavelengths in each channel are arranged at a minimum array period of 7 μm.
An optical fiber 32 having a core diameter of 60 μm;
3 and a Peltier element 34. Since the entire array width of the 8-channel laser array 41 is 60 μm or less, the light output from the laser array is:
All are coupled by a lens 35 to an optical fiber having a core diameter of 60 μm. As the electrode 37 of the FP laser array, a double electrode structure with a partially opened window was used so that current could be independently injected into each channel.

【0075】また、レーザアレイを構成する各半導体レ
ーザの活性層は、多重量子井戸(MQW)層39からな
り、各チャンネルで10mA程度の低しきい値電流発振
により、10mW以上の光出力を確認した。各チャンネ
ルの発振波長は、ch. 1=1530nm、ch. 2=15
40nm、ch. 3=1550nm、ch. 4=1560n
m、ch. 5=1570nm、ch. 6=1580nm、c
h. 7=1590nm、ch. 8=1600nmであっ
た。多波長FPレーザアレイの素子サイズは、横幅25
0μm、長さ390μmと小型であり、光モジュールも
通常の半導体レーザと同程度に小型化、低価格化を実現
できた。
The active layer of each semiconductor laser constituting the laser array is composed of a multiple quantum well (MQW) layer 39, and a light output of 10 mW or more is confirmed by low threshold current oscillation of about 10 mA in each channel. did. The oscillation wavelength of each channel is ch.1 = 1530 nm, ch.2 = 15
40 nm, ch. 3 = 1550 nm, ch. 4 = 1560 n
m, ch. 5 = 1570 nm, ch. 6 = 1580 nm, c
h.7 = 1590 nm and ch.8 = 1600 nm. The element size of the multi-wavelength FP laser array is 25
The optical module is as small as 0 μm and 390 μm in length, and the optical module can be reduced in size and cost as much as a normal semiconductor laser.

【0076】実施例6 多波長半導体DFBレーザアレイ光モジュール 図22に本発明の第5の実施例である、多波長半導体D
FBレーザアレイ光モジュールの構成を示す。この光モ
ジュールは、10μm間隔の極小アレイ周期で配置され
た8チャンネルの異波長DFBレーザアレイ45、コア
径が80μmの光ファイバ32、受光素子33、ペルチ
ェ素子34、レンズ35、レンズ支持体36および波長
フィルタ38とで構成されている。8チャンネルのレー
ザアレイ45のアレイ全幅は、70μm以下であるた
め、アレイから出力される光出力は、全てレンズ35に
よりコア径80μmの光ファイバに結合される。DFB
レーザアレイの素子サイズは、幅250μm、長さ30
0μmであり、発振波長は、チャンネル毎に異なる周期
の回折格子10を用いることにより、1550nmを中
心として、ITUグリッドに合わせて0.8nmづつ、
またアレイ全体としては5.6nm程度変化させてい
る。アレイを構成する各DFBレーザの活性層は、多重
量子井戸(MQW)層39からなり、5mA程度の低し
きい値電流発振により、20mW以上の光出力を確認し
た。レーザアレイの各チャンネルの発振波長は、たとえ
ば誘電体多層膜波長フィルタなどの波長フィルタ38を
透過する光強度を受光素子でモニターし、ペルチェ素子
34を用いて規定温度にフィードバックすることによっ
て、目標の発振波長にロックできるようになっている。
DFBレーザアレイ45を用いることで、発振波長のモ
ード安定性を高め、より通信用途に適した光モジュール
とすることができた。
Embodiment 6 Multiwavelength Semiconductor DFB Laser Array Optical Module FIG. 22 shows a multiwavelength semiconductor D according to a fifth embodiment of the present invention.
1 shows a configuration of an FB laser array optical module. This optical module includes an 8-channel different-wavelength DFB laser array 45 arranged at a minimum array period of 10 μm intervals, an optical fiber 32 having a core diameter of 80 μm, a light receiving element 33, a Peltier element 34, a lens 35, a lens support 36, And a wavelength filter 38. Since the entire width of the eight-channel laser array 45 is 70 μm or less, all the optical outputs output from the array are coupled by the lens 35 to an optical fiber having a core diameter of 80 μm. DFB
The element size of the laser array is 250 μm in width and 30 in length.
By using the diffraction grating 10 having a different period for each channel, the oscillation wavelength is 0.8 nm at a time centered at 1550 nm and 0.8 nm in accordance with the ITU grid.
The entire array is changed by about 5.6 nm. The active layer of each DFB laser constituting the array was composed of a multiple quantum well (MQW) layer 39, and light output of 20 mW or more was confirmed by low threshold current oscillation of about 5 mA. The oscillation wavelength of each channel of the laser array is determined by monitoring the intensity of light transmitted through a wavelength filter 38 such as a dielectric multilayer film wavelength filter with a light receiving element and feeding it back to a specified temperature using a Peltier element 34. It can be locked to the oscillation wavelength.
By using the DFB laser array 45, the mode stability of the oscillation wavelength was improved, and an optical module more suitable for communication applications could be obtained.

【0077】実施例7 波長可変DBRレーザアレイ光モジュール 本発明の第7の実施例である、波長可変DBRレーザア
レイ光モジュールは、図22において、8チャンネルの
多波長DFBレーザアレイを8チャンネルの波長可変D
BRレーザアレイに置き換えている。1チャンネルあた
りのDBRレーザの構造模式図を、図23に示す。8チ
ャンネルDBRレーザアレイは、各チャンネルの中心発
振波長を、ch.1=1535nm、ch.2=1540nm、ch.3=1545n
m、ch.4=1550nm、ch.5=1555nm、ch.6=1560nm、ch.7
=1565nmおよびch.8=1570nmとしている。広い波長範囲
で利得を十分に発生できるように、活性層にはバルク活
性層43を用いた。DBRレーザは、活性領域と、回折
格子領域+位相制御領域からなる波長チューニング領域
とからなり、波長チューニング電極42を通じて、チュ
ーニング電流を制御することにより、1チャンネルあた
り5nmの波長可変動作が可能であった。その結果、ア
レイ全体として35nmの広波長範囲に亘って単一モー
ド発振のできる波長可変DBRレーザアレイ光モジュー
ルを実現することができた。
Embodiment 7 Tunable DBR Laser Array Optical Module A tunable DBR laser array optical module according to a seventh embodiment of the present invention is shown in FIG. Variable D
It has been replaced with a BR laser array. FIG. 23 shows a schematic structural diagram of a DBR laser per channel. The 8-channel DBR laser array sets the center oscillation wavelength of each channel to ch.1 = 1535 nm, ch.2 = 1540 nm, ch.3 = 1545n.
m, ch.4 = 1550 nm, ch.5 = 1555 nm, ch.6 = 1560 nm, ch.7
= 1565 nm and ch.8 = 1570 nm. The bulk active layer 43 was used as the active layer so that a sufficient gain could be generated in a wide wavelength range. The DBR laser includes an active region and a wavelength tuning region including a diffraction grating region and a phase control region. By controlling the tuning current through the wavelength tuning electrode 42, a wavelength tunable operation of 5 nm per channel is possible. Was. As a result, a wavelength tunable DBR laser array optical module capable of performing single mode oscillation over a wide wavelength range of 35 nm as the entire array was realized.

【0078】実施例8 スポットサイズ変換器付きDFBレーザアレイ光モジュ
ール 図24に本発明の第8の実施例である、スポットサイズ
変換器(Supot Size Convertor:SSC )付きDFBレー
ザアレイ光モジュールを示す。6チャンネルのSSC付
きDFBレーザアレイ光モジュールは、図21の8チャ
ンネル多波長半導体FPレーザアレイを、6チャンネル
の多波長SSC付きDFBレーザアレイに置き換え、ま
た、125μmの光ファイバのコア径に置き換えてい
る。またInP基板上に作製されたSSC付きDFBレ
ーザアレイの1チャンネル分の構造斜視図を図24
(a)に示す。素子は、レーザ領域とSSC領域からな
り、SSC領域のMQW光導波路の層厚及び組成は、レ
ーザ領域境界部よりSSC領域端面へ向けて、緩やかに
薄く、かつ短波長化している。InPクラッド44の幅
は7μm、MQW活性層39の幅は1.5μmである。
また6チャンネル分のレーザ側横方向断面模式図を図2
4(b)に示す。アレイの周期は20μmで、アレイ全
幅は100μm程度であり、光ファイバ32のコア径1
25μmより狭くなっている。素子サイズとしては、レ
ーザ領域長400μm、SSC領域長250μm、チッ
プ横幅300μmと、従来の1チップ半導体光素子と同
等のサイズであった。また光モジュールに搭載したとき
の構造模式図を図24(c)に示す。SSC構造が付加
され、光の出射端でのスポットサイズを小さくできるた
め、アレイ全体の光出力をレンズを用いずにコア径12
5μmの光ファイバと直接結合することができた。各チ
ャンネルの発振波長は、それぞれ、1546.8nm、1548.4n
m、1550nm、1551.6nm、1553.2nm、1554.8nmであり、波
長のチャンネル間隔1.6nm (200GHz)となっていた。こ
のように、本発明のスポットサイズ変換器付きDFBレ
ーザアレイ光モジュールは、SSC構造を用いることに
よって、実施例6のようなSSC構造を用いない場合に
比較して、光ファイバとの結合損失を3dB程度低減す
ることができた。
Embodiment 8 DFB Laser Array Optical Module with Spot Size Converter
A eighth embodiment of the present invention to Lumpur Figure 24, the spot size converter: shows the (Supot Size Convertor SSC) DFB laser array optical module with. The DFB laser array optical module with 6-channel SSC is obtained by replacing the 8-channel multi-wavelength semiconductor FP laser array of FIG. 21 with a DFB laser array with 6-channel multi-wavelength SSC and by replacing the core diameter of an optical fiber of 125 μm. I have. FIG. 24 is a structural perspective view of one channel of a DFB laser array with SSC fabricated on an InP substrate.
(A). The device includes a laser region and an SSC region, and the layer thickness and composition of the MQW optical waveguide in the SSC region are gradually thinner and shorter in wavelength from the laser region boundary to the end surface of the SSC region. The width of the InP cladding 44 is 7 μm, and the width of the MQW active layer 39 is 1.5 μm.
Fig. 2 is a schematic cross-sectional view of the laser side for six channels.
This is shown in FIG. The period of the array is 20 μm, the entire width of the array is about 100 μm, and the core diameter of the optical fiber 32 is 1 μm.
It is smaller than 25 μm. The device size was 400 μm for the laser region, 250 μm for the SSC region, and 300 μm in chip lateral width, which were equivalent to the size of a conventional one-chip semiconductor optical device. FIG. 24C is a schematic diagram showing the structure when the optical module is mounted on an optical module. Since an SSC structure is added and the spot size at the light emitting end can be reduced, the optical output of the entire array can be reduced to a core diameter of 12 without using a lens.
It could be directly coupled with a 5 μm optical fiber. The oscillation wavelength of each channel is 1546.8nm and 1548.4n, respectively.
m, 1550 nm, 1551.6 nm, 1553.2 nm, and 1554.8 nm, and the wavelength channel spacing was 1.6 nm (200 GHz). As described above, the DFB laser array optical module with the spot size converter of the present invention uses the SSC structure to reduce the coupling loss with the optical fiber as compared with the case where the SSC structure as in the sixth embodiment is not used. The reduction was about 3 dB.

【0079】前記した実施例6においては、SSC構造
に、層厚がテーパ状に薄くなる層厚テーパ構造を用いた
例を示した。本発明は、このような例の他に、その他の
SSC構造、例えばMQW光導波路幅をテーパ状に変化
させたもの、二重の光導波路を用いる等、いかなるSS
C原理を用いたものでも、SSC構造が集積された半導
体レーザアレイを用いた光モジュールに対して有効に採
用することができる。
In the sixth embodiment described above, an example in which a layer thickness taper structure in which a layer thickness is tapered is used for the SSC structure. The present invention can be applied to any other SSC structures other than the above examples, for example, those in which the width of an MQW optical waveguide is changed into a tapered shape, the use of a double optical waveguide, and the like.
Even the one using the C principle can be effectively adopted for an optical module using a semiconductor laser array in which an SSC structure is integrated.

【0080】実施例9 高出力0.98μm帯半導体レーザアレイ光モジュール 図25に本発明の第9の実施例である、高出力0.98
μm帯半導体レーザアレイ光モジュールの構成を示す。
図25(a)に示すように、半導体レーザアレイは5チ
ャンネルからなり、各チャンネルで高出力化するため
に、光導波路幅は後端2μm、光出射端10μmのテー
パ構造となっている。チャンネル間隔は20μm、アレ
イ全幅は80μmである。共振器長900μmでチップ
横幅は250μm、電流注入用電極は全チャンネル共通
で、アレイ全体を一度に駆動する構成となっている。そ
して、全アレイの光出力は、レンズを介して、一本の光
ファイバ(コア径100μm)に結合されている。また
光モジュールの横断面図を図25(b)に示す。このよ
うな光モジュールの最大光出力は、1チャンネルあたり
250mWであり、アレイ全体として、1Wを越える光
出力をこのようなモジュールアウトで実現することがで
きた。
Embodiment 9 High Power 0.98 μm Band Semiconductor Laser Array Optical Module FIG. 25 shows a ninth embodiment of the present invention, a high output 0.98 μm.
1 shows a configuration of a μm band semiconductor laser array optical module.
As shown in FIG. 25A, the semiconductor laser array has five channels, and in order to increase the output in each channel, the optical waveguide has a tapered structure with a rear end of 2 μm and a light emitting end of 10 μm. The channel spacing is 20 μm and the total array width is 80 μm. The resonator length is 900 μm, the chip width is 250 μm, the current injection electrodes are common to all channels, and the entire array is driven at one time. Then, the optical outputs of all the arrays are coupled to one optical fiber (core diameter 100 μm) via a lens. FIG. 25B is a cross-sectional view of the optical module. The maximum optical output of such an optical module is 250 mW per channel, and an optical output exceeding 1 W can be realized by such a module out as the whole array.

【0081】本発明の実施例9において、光モジュール
にレンズを用いる例を示したが、光ファイバのコア径を
さらに広口径とし、かつ、レンズを使用せずに構成し
た、高出力0.98μm帯半導体レーザアレイ光モジュ
ール(980nm、帯域幅±10nm)に対しても、本
発明は有効である。上記した本発明の実施例9では、発
振波長0.98μm帯の高出力半導体レーザアレイ光モ
ジュールの例を示したが、本発明はその他の波長帯、例
えば、2〜10μm帯(2000〜10, 000nm
帯)、1.55μm帯(1, 550nm帯)、1.48
μm帯(1480nm帯)、1.3μm帯(1, 300
nm帯)、0.2〜1μm帯(200〜1, 000nm
帯)等についても、コア径の大きな光ファイバに大光出
力を結合するのに非常に有効である。特に、エルビウム
ドープ光ファイバ励起用光源としての、1.48μm帯
高出力半導体レーザアレイの場合には、高出力特性と多
波長特性を兼ね備えた、DFB構造を用いて、1.48
μm帯高出力多波長DFBレーザアレイ光モジュールを
構成する場合に、本発明は非常に有効である。
In the ninth embodiment of the present invention, an example in which a lens is used for an optical module has been described. However, a high output 0.98 μm, in which the core diameter of the optical fiber is made wider and the lens is not used, is used. The present invention is also effective for a band semiconductor laser array optical module (980 nm, bandwidth ± 10 nm). In the above-described ninth embodiment of the present invention, the example of the high-power semiconductor laser array optical module having the oscillation wavelength of 0.98 μm was shown. However, the present invention is applied to other wavelength bands, for example, 2 to 10 μm band (2000 to 10, 000nm
Band), 1.55 μm band (1,550 nm band), 1.48
μm band (1480 nm band), 1.3 μm band (1,300
nm band), 0.2-1 μm band (200-1,000 nm)
Bands) are also very effective in coupling a large optical output to an optical fiber having a large core diameter. In particular, in the case of a 1.48 μm band high power semiconductor laser array as a light source for exciting an erbium-doped optical fiber, a DFB structure having both high power characteristics and multi-wavelength characteristics is used at 1.48 μm.
The present invention is very effective when configuring a high output multi-wavelength DFB laser array optical module in the μm band.

【0082】本発明の実施例1では、ディチューニング
が適切な値(±10nm)に制御されたマイクロアレイ
分布帰還(DFB)型半導体レーザの例を示したが、実
施例1のDFBレーザをDBRレーザ、DRレーザ、利
得結合型レーザ等に置き換えた場合においても、本発明
は有効である。
In the first embodiment of the present invention, the example of the microarray distributed feedback (DFB) type semiconductor laser in which detuning is controlled to an appropriate value (± 10 nm) has been described. However, the DFB laser of the first embodiment is a DBR laser. The present invention is also effective in the case where it is replaced with a DR laser, a gain coupling type laser or the like.

【0083】本発明の実施例2では、スポットサイズ変
換器付きのマイクロアレイ異波長半導体レーザの例を示
したが、実施例2の半導体レーザを、回折格子を有する
DFBレーザ、DBRレーザ、DRレーザ、利得結合型
レーザ等に置き換えた場合においても本発明は有効であ
る。
In the second embodiment of the present invention, an example of a microarray different wavelength semiconductor laser with a spot size converter has been described. However, the semiconductor laser of the second embodiment is a DFB laser having a diffraction grating, a DBR laser, a DR laser, The present invention is effective even when replaced with a gain-coupled laser or the like.

【0084】本発明の実施例3で示したスポットサイズ
変換器付きのマイクロアレイ半導体光アンプは、光ファ
イバ等に低損失結合させることが可能であるため、ファ
イバグレーティングと組み合わせた外部共振器型の単一
モードレーザを構成する場合にも全体の素子サイズを小
さくすることができるため、非常に有効である。更に、
石英系のプレーナーライトウエーブサーキット(PL
C)とも低損失結合することが可能であるので、石英系
PLCとハイブリッド実装した機能デバイスを構成する
場合にも、非常に有効である。例えば、文献:1997
年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会
講演論文集1、C−3−103に示されているような異
なる周期の回折格子が形成された石英系のプレーナーラ
イトウエーブサーキット(PLC)と、本発明の実施例
3で示したマイクロアレイ半導体光アンプをハイブリッ
ド実装することで、従来の1/10以下の小さいサイズ
で、縦モードが制御された外部共振器型の異波長単一モ
ードレーザを構成することができる。
Since the microarray semiconductor optical amplifier with the spot size converter shown in the third embodiment of the present invention can be coupled to an optical fiber or the like with low loss, an external resonator type optical amplifier combined with a fiber grating can be used. This is very effective also in the case of forming a one-mode laser because the entire element size can be reduced. Furthermore,
Quartz-based planar lightwave circuit (PL
C) can also be coupled with low loss, so that it is very effective also when configuring a functional device hybrid-mounted with a quartz PLC. For example, Reference: 1997
Quartz-based planar lightwave circuit (PLC) on which diffraction gratings with different periods are formed as shown in IEICE Electronics Society Conference, Proc. By hybrid mounting the microarray semiconductor optical amplifier shown in Example 3, it is possible to configure an external resonator type different wavelength single mode laser whose longitudinal mode is controlled with a small size of 1/10 or less of the conventional one. .

【0085】本発明は、アレイを構成する光導波路間で
伝搬光が相互干渉することによって、全体で一つの横モ
ード、即ちスーパーモードで発振する半導体レーザアレ
イの作製にも非常に有効である。
The present invention is also very effective for manufacturing a semiconductor laser array that oscillates in one transverse mode as a whole, that is, a super mode due to mutual interference of propagating lights between the optical waveguides constituting the array.

【0086】また本発明は、InGaAsP/InP系
以外の材料、例えばInGaAsN/GaAs系、In
GaAlAs/InGaAsP系等の材料を用いた光集
積素子及び、それを実現する選択成長においても有効で
ある。本発明では、SiO2 マスクの開口幅を1.5μ
m として光導波路を選択成長で形成する例について述べ
たが、選択成長のSiO2 マスクの開口幅をもっと広く
した選択成長法に対しても有効である。
The present invention also relates to materials other than InGaAsP / InP, such as InGaAsN / GaAs,
It is also effective in an optical integrated device using a material such as GaAlAs / InGaAsP and a selective growth for realizing the same. In the present invention, the opening width of the SiO 2 mask is set to 1.5 μm.
Although an example in which an optical waveguide is formed by selective growth with m as described above has been described, the present invention is also effective for a selective growth method in which the opening width of a selective growth SiO 2 mask is further increased.

【0087】本発明の実施例6〜8では、回折格子を有
する縦単一モードレーザアレイの例として、DFBレー
ザ及びDBRレーザの例を示したが、本発明は、その他
の形態の縦単一モードレーザアレイの場合にも有効であ
る。このようなアレイとしては、例えば、分布反射(D
R)型レーザアレイ、利得結合型DFBレーザアレイ、
複素結合型DFBレーザアレイ、スパーストラクチャー
グレーティング(SSG)DBRレーザアレイ、チュー
ナブルツインガイド(TTG)型DFBレーザアレイ、
空気(誘電体)と半導体の回折格子を利用したDFB、
DBRレーザアレイ等である。
In the sixth to eighth embodiments of the present invention, DFB lasers and DBR lasers have been described as examples of the longitudinal single mode laser array having a diffraction grating. This is also effective for a mode laser array. Such arrays include, for example, distributed reflection (D
R) laser array, gain-coupled DFB laser array,
Complex coupled DFB laser array, superstructure grating (SSG) DBR laser array, tunable twin guide (TTG) type DFB laser array,
DFB using air (dielectric) and semiconductor diffraction grating,
A DBR laser array or the like.

【0088】本発明の実施例8において、半導体レーザ
にSSCを集積したアレイ光モジュールの例を示した
が、本発明は、SSCを光変調器、光増幅器、受光素子
等に置き換えた、他のアレイ集積光素子の場合にも非常
に有効である。
In the eighth embodiment of the present invention, an example of an array optical module in which a semiconductor laser is integrated with an SSC has been described. It is very effective also in the case of an array integrated optical device.

【0089】また、単一の半導体レーザの動作温度をペ
ルチェ素子でコントロールして波長可変動作させる場
合、レーザの発振しきい値電流や光出力等の特性劣化を
抑制しつつ可変できる波長範囲は、せいぜい4nm程度
(変化温度範囲40℃程度の場合)である。すなわち、
半導体レーザをアレイ化して、多波長半導体レーザアレ
イ光モジュールを構成する場合、アレイ全体でカバーで
きる波長範囲が4nm以上となる場合に、本発明は特に
有効に使用することができる。また本発明の実施例6に
おいて、8chのアレイ全体でカバーできる波長範囲が
5.6nmである例を示したが、たとえば本発明では、
チャンネル数を減少させて、全体でカバーできる波長範
囲を4nm程度あるいはそれ以下とした多波長DFBレ
ーザアレイについても、本発明は有効である。このよう
に、波長範囲4nm以上をカバーできる多波長半導体レ
ーザアレイ光モジュールについて、本発明は非常に有効
である。なお、さらにチャンネル数を減少させれば、波
長範囲が4nm未満の範囲を適宜カバーすることもでき
る。
In the case where the operating temperature of a single semiconductor laser is controlled by a Peltier device to perform a wavelength tunable operation, the wavelength range that can be changed while suppressing the characteristic deterioration of the laser oscillation threshold current and optical output is as follows. It is at most about 4 nm (in the case of a change temperature range of about 40 ° C.). That is,
When a semiconductor laser is arrayed to form a multiwavelength semiconductor laser array optical module, the present invention can be used particularly effectively when the wavelength range that can be covered by the entire array is 4 nm or more. In the sixth embodiment of the present invention, an example is shown in which the wavelength range that can be covered by the entire 8ch array is 5.6 nm.
The present invention is also effective for a multi-wavelength DFB laser array in which the number of channels is reduced and the wavelength range that can be covered as a whole is about 4 nm or less. Thus, the present invention is very effective for a multi-wavelength semiconductor laser array optical module that can cover a wavelength range of 4 nm or more. If the number of channels is further reduced, the wavelength range of less than 4 nm can be appropriately covered.

【0090】また、本発明においては、アレイ本数は特
に限定されないが、たとえば最小アレイ数について考え
てみると、最小アレイ数は2本とすることができる。こ
のアレイ数2本の半導体レーザアレイ光モジュールとし
た場合、用いることのできる光ファイバの最小コア径
は、最小アレイ間隔を7μm程度であるとすると15μ
m程度となる。このような結果、本発明は光ファイバの
口径を15μm以上として設定可能であり、この場合に
有効に実施可能である。
In the present invention, the number of arrays is not particularly limited. For example, considering the minimum number of arrays, the minimum number of arrays can be two. In the case of a semiconductor laser array optical module having two arrays, the minimum core diameter of an optical fiber that can be used is 15 μm when the minimum array interval is about 7 μm.
m. As a result, the present invention can set the diameter of the optical fiber to 15 μm or more, and can be effectively implemented in this case.

【0091】また一方、最大アレイ数については、最大
アレイ数は、アレイ間隔×(アレイ数―1)程度とする
ことができ、たとえば光ファイバの最大コア径程度に達
するまで増やすことが可能となる。特に素子の電極配置
等によって、本発明は、アレイ本数16本以下の場合に
非常に有効である。
On the other hand, as for the maximum number of arrays, the maximum number of arrays can be set to about the array interval × (the number of arrays−1). For example, the maximum number of arrays can be increased until the maximum core diameter of the optical fiber is reached. . In particular, the present invention is very effective when the number of arrays is 16 or less, depending on the electrode arrangement of the elements and the like.

【0092】また上記本発明の実施例5〜9において、
光ファイバに回折格子の無い例を示したが、本発明は、
例えば実施例6の多波長半導体FPレーザアレイと結合
させる光ファイバに、ファイバブラッググレーティング
のような回折格子を付加して、発振波長の単一モード安
定性を高めた光モジュールに適用可能であり、本発明
は、このような光モジュールに非常に有効である。
In Examples 5 to 9 of the present invention,
Although an example in which the optical fiber has no diffraction grating is shown, the present invention
For example, an optical fiber coupled with the multi-wavelength semiconductor FP laser array of the sixth embodiment, a diffraction grating such as a fiber Bragg grating is added, and the present invention can be applied to an optical module in which the single mode stability of the oscillation wavelength is improved. The present invention is very effective for such an optical module.

【0093】[0093]

【発明の効果】本発明によれば、誘電体薄膜の幅を特定
することにより、アレイサイズを微細化し、また、アレ
イを構成する隣り合う光導波路間で組成及び層厚を可変
にすることにより、均一な光素子特性を有する半導体光
導波路アレイを実現している。これにより、本発明の半
導体光導波路アレイの製造方法及びアレイ構造半導体光
素子は、アレイサイズを従来の1/10以下に超高集積
化することができるため、あらゆるアレイ構造半導体光
素子の1ウエハからの収量を10倍以上向上させること
が可能となり、アレイ構造半導体光素子を低コストで供
給する上で非常に有益である。更に、従来の技術では、
50μm 以下のアレイ間隔で超高集積されたアレイ構造
半導体光素子において、アレイを構成する各光導波層の
バンドギャップエネルギーを任意に制御することは技術
的に難しかったが、本発明を用いることにより、アレイ
を構成する各光導波層のバンドギャップエネルギーを均
一変化、線形変化等、任意に制御することが可能とな
り、超高集積された回折格子等を有するアレイ構造半導
体光素子の特性を均一化、高性能化できるという利点が
ある。
According to the present invention, by specifying the width of the dielectric thin film, the array size can be reduced, and the composition and layer thickness can be varied between adjacent optical waveguides constituting the array. And a semiconductor optical waveguide array having uniform optical element characteristics. As a result, the method for manufacturing a semiconductor optical waveguide array and the semiconductor optical device having an array structure according to the present invention can be ultra-highly integrated to an array size of 1/10 or less of the conventional semiconductor optical device. Can be improved by 10 times or more, which is very useful in supplying an array-structured semiconductor optical device at low cost. Furthermore, in the prior art,
Although it was technically difficult to arbitrarily control the bandgap energy of each optical waveguide layer constituting an array in an array-structured semiconductor optical device ultra-highly integrated at an array interval of 50 μm or less, the present invention , It is possible to arbitrarily control the bandgap energy of each optical waveguide layer constituting the array, such as uniform change and linear change, and to uniformize the characteristics of array-structured semiconductor optical devices having ultra-highly integrated diffraction gratings. There is an advantage that the performance can be improved.

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

【図1】本発明の選択成長で用いるSiO2成長阻止マ
スクパターンを示す図である。
FIG. 1 is a view showing a SiO 2 growth inhibition mask pattern used in selective growth of the present invention.

【図2】各チャンネルの積層構造を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a laminated structure of each channel.

【図3】実験例1のMQW層のフォトルミネッセンス
(PL)ピーク波長のSiO2 マスク幅Wm 依存性を示
すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the dependency of the photoluminescence (PL) peak wavelength of the MQW layer of Experimental Example 1 on the SiO 2 mask width Wm.

【図4】実験例1のマスク幅Wm に対する光導波層の層
厚依存性を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the dependence of the optical waveguide layer thickness on the mask width Wm in Experimental Example 1.

【図5】実験例2の各チャンネルのPLピーク波長依存
性を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the PL peak wavelength dependence of each channel in Experimental Example 2.

【図6】実験例2のPLスペクトルを示すグラフであ
る。
FIG. 6 is a graph showing a PL spectrum of Experimental Example 2.

【図7】実験例3の各チャンネルのMQW層のPLピー
ク波長依存性を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing the PL peak wavelength dependence of the MQW layer of each channel in Experimental Example 3.

【図8】実施例1の回折格子の配置図である。FIG. 8 is a layout diagram of the diffraction grating of the first embodiment.

【図9】実施例1のマスクの平面図である。FIG. 9 is a plan view of a mask according to the first embodiment.

【図10】実施例1の半導体レーザの層構造を示す断面
図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a layer structure of the semiconductor laser according to the first embodiment.

【図11】実施例2のマスクの平面図である。FIG. 11 is a plan view of a mask according to a second embodiment.

【図12】実施例2のマスクの平面図である。FIG. 12 is a plan view of a mask according to a second embodiment.

【図13】実施例2の半導体レーザの構造を示す部分断
面斜視図である。
FIG. 13 is a partial cross-sectional perspective view showing a structure of a semiconductor laser according to a second embodiment.

【図14】実施例3のマスクの平面図である。FIG. 14 is a plan view of a mask according to a third embodiment.

【図15】実施例3のマスクの平面図である。FIG. 15 is a plan view of a mask according to a third embodiment.

【図16】実施例3の半導体レーザの構造を示す部分断
面斜視図である。
FIG. 16 is a partial sectional perspective view showing the structure of a semiconductor laser according to a third embodiment.

【図17】実施例4の回折格子の配置図である。FIG. 17 is a layout diagram of the diffraction grating of the fourth embodiment.

【図18】実施例4のマスクの平面図である。FIG. 18 is a plan view of a mask according to a fourth embodiment.

【図19】実施例4の波長選択光源の構造を示す斜視図
である。
FIG. 19 is a perspective view illustrating a structure of a wavelength selection light source according to a fourth embodiment.

【図20】4チャンネルの半導体レーザアレイを用いた
場合の光モジュール内での光ファイバとレーザアレイの
配置模式図である。
FIG. 20 is a schematic diagram of an arrangement of optical fibers and a laser array in an optical module when a four-channel semiconductor laser array is used.

【図21】実施例5の多波長半導体FPレーザアレイ光
モジュールの構造を示す図である。
FIG. 21 is a diagram illustrating a structure of a multi-wavelength semiconductor FP laser array optical module according to a fifth embodiment.

【図22】実施例6の多波長半導体DFBレーザアレイ
光モジュールの構造を示す図である。
FIG. 22 is a diagram illustrating a structure of a multi-wavelength semiconductor DFB laser array optical module according to a sixth embodiment.

【図23】実施例7の多波長半導体DBRレーザアレイ
光モジュールの1チャンネルあたりの構造を示す図であ
る。
FIG. 23 is a diagram showing a structure per channel of a multi-wavelength semiconductor DBR laser array optical module according to a seventh embodiment.

【図24】実施例8のスポットサイズ変換器付DFBレ
ーザアレイ光モジュールの構造を示す図である。
FIG. 24 is a diagram illustrating the structure of a DFB laser array optical module with a spot size converter according to an eighth embodiment.

【図25】実施例9の高出力0.98μm帯半導体レー
ザアレイ光モジュールの構造を示す図である。
FIG. 25 is a diagram showing the structure of a high-power 0.98 μm band semiconductor laser array optical module according to a ninth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 成長領域 2、3、4、5 SiO2 マスク 11 InGaAsP層 12 InP層 13 InGaAsP層 14 MQW活性層 15 InGaAsP層 16 InP層 17 p−InPクラッド層 18 p+ −InGaAsコンタクト層 19 SiO2 20 p電極 21 n電極 22 高反射コーティング膜 23 低反射コーティング膜 24 InPバッファー層 25 InGaAsPバルク層 31 半導体レーザアレイ 32 光ファイバ 33 受光素子 34 ペルチェ素子 35 レンズ 36 レンズ支持体 37 電極 38 波長フィルタ 39 MQW活性層 40 回折格子 41 FPレーザアレイ 42 チューニング電極 43 バルク活性層 44 InPクラッド 45 DFBレーザアレイ 46 SSC付きDFBレーザアレイ 47 0.98μm帯半導体レーザアレイ 77 ダミー成長領域 99 InP基板 100 実施例1の半導体レーザ 200 実施例2の半導体レーザ 300 光アンプ 400 波長選択光源Reference Signs List 1 Growth region 2, 3, 4, 5 SiO 2 mask 11 InGaAsP layer 12 InP layer 13 InGaAsP layer 14 MQW active layer 15 InGaAsP layer 16 InP layer 17 p-InP cladding layer 18 p + -InGaAs contact layer 19 SiO 2 20 p Electrode 21 n electrode 22 high reflection coating film 23 low reflection coating film 24 InP buffer layer 25 InGaAsP bulk layer 31 semiconductor laser array 32 optical fiber 33 light receiving element 34 Peltier element 35 lens 36 lens support 37 electrode 38 wavelength filter 39 MQW active layer Reference Signs List 40 diffraction grating 41 FP laser array 42 tuning electrode 43 bulk active layer 44 InP clad 45 DFB laser array 46 DFB laser array with SSC 47 0.98 μm band semiconductor laser array 77 dummy growth region 99 of the semiconductor laser 200 Example 2 of the InP substrate 100 Example 1 a semiconductor laser 300 the optical amplifier 400 wavelength selective light source

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−36473(JP,A) 信学技報 OPE94−110,1994年, Vol.94 No.493,p.13−18 Journal of Crysta l Growth,2000年,221,p. 189−195 Superlattices and Microstructures, 1996年,20[1],p.111−116 信学技報 OCS99−69,1999年,V ol.99 No.372,p.31−34 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50 G02B 6/122 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-9-36473 (JP, A) IEICE Technical Report OPE94-110, 1994, Vol. 94 No. 493, p. 13-18 Journal of Crystal Growth, 2000, 221, p. 189-195 Superlattices and Microstructures, 1996, 20 [1], p. 111-116 IEICE Technical Report OCS 99-69, 1999, Vol. 99 No. 372, p. 31-34 (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01S 5/00-5/50 G02B 6/122

Claims (28)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板上に誘電体薄膜に挟まれて形成され
たストライプ状成長領域に、量子井戸層を有する半導体
多層構造、またはバルク層からなる半導体多層構造を選
択的に結晶成長させてなる光導波路を複数本アレイ状に
備えた半導体光導波路アレイの製造方法において、並列
に延在する複数本のストライプ状成長領域をそれぞれ誘
電体薄膜で挟んで形成し、各成長領域に選択的に量子井
戸層を有する半導体多層構造、またはバルク層からなる
半導体多層構造を有機金属気相成長法により結晶成長さ
せる際、前記各成長領域が、結晶成長時の反応管内での
原料種の拡散長よりも短い間隔で並列に形成されてお
り、前記各成長領域の間に配設された誘電体薄膜の幅は
Wa であり、2本の最外側の成長領域の外側にそれぞれ
配設された第1最外誘電体薄膜の幅Wm1及び第2最外誘
電体薄膜の幅Wm2が、Wm1>Wa 及びWm2>Wa である
ことを特徴とする半導体光導波路アレイの製造方法。
1. A semiconductor multi-layer structure having a quantum well layer or a semiconductor multi-layer structure including a bulk layer is selectively crystal-grown in a stripe-shaped growth region formed between dielectric thin films on a substrate. In a method of manufacturing a semiconductor optical waveguide array having a plurality of optical waveguides in an array, a plurality of stripe-shaped growth regions extending in parallel are formed sandwiching a dielectric thin film, respectively, and a quantum is selectively formed in each growth region. When a semiconductor multilayer structure having a well layer, or a semiconductor multilayer structure including a bulk layer is subjected to crystal growth by metal organic chemical vapor deposition, each of the growth regions has a length greater than a diffusion length of a source species in a reaction tube during crystal growth. The widths of the dielectric thin films disposed between the respective growth regions are parallel to each other at short intervals, and the width of the dielectric thin film is Wa, and the first thin film is disposed outside the two outermost growth regions. Invitation The width of the body thin Wm1 and second outermost dielectric width Wm2 of the thin film, Wm1> Wa and Wm2> method of manufacturing a semiconductor optical waveguide array, which is a Wa.
【請求項2】 前記第1最外誘電体薄膜の幅Wm1と前記
第2最外誘電体薄膜の幅Wm2とをWm1≠Wm2にすること
により、アレイを構成する各半導体光導波路の組成また
は層厚を変化させることを特徴とする請求項1記載の半
導体光導波路アレイの製造方法。
2. The composition or layer of each semiconductor optical waveguide forming an array by setting the width Wm1 of the first outermost dielectric thin film and the width Wm2 of the second outermost dielectric thin film to Wm1 ≠ Wm2. 2. The method for manufacturing a semiconductor optical waveguide array according to claim 1, wherein the thickness is changed.
【請求項3】 前記複数本の成長領域によってそれぞれ
挟まれた各領域は、誘電体薄膜によって完全に被覆され
ていることを特徴とする請求項1及び2記載の半導体光
導波路アレイの製造方法。
3. The method of manufacturing a semiconductor optical waveguide array according to claim 1, wherein each region sandwiched between the plurality of growth regions is completely covered with a dielectric thin film.
【請求項4】 前記複数本の成長領域の各々の隣同士の
間隔が、50μm以下であることを特徴とする請求項1
から3のうちのいずれか1項記載の半導体光導波路アレ
イの製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein an interval between adjacent ones of the plurality of growth regions is 50 μm or less.
4. The method for manufacturing a semiconductor optical waveguide array according to any one of items 1 to 3.
【請求項5】 前記複数本の成長領域の各々の幅が、1
0μm以下であることを特徴とする請求項1から4のう
ちのいずれか1項に記載の半導体光導波路アレイの製造
方法。
5. The width of each of the plurality of growth regions is 1
The method of manufacturing a semiconductor optical waveguide array according to claim 1, wherein the thickness is 0 μm or less.
【請求項6】 前記複数本の成長領域の本数、または前
記誘電体薄膜の幅Wa 、Wm1及びWm2のうち少なくとも
いずれか一つを前記成長領域の長手方向に沿って変化さ
せることにより、アレイを構成する各光導波路の組成ま
たは層厚を前記成長領域の長手方向に沿って変化させる
ようにしたことを特徴とする請求項1から5のうちのい
ずれか1項に記載の半導体光導波路アレイの製造方法。
6. The array is formed by changing the number of the plurality of growth regions or at least one of the widths Wa, Wm1 and Wm2 of the dielectric thin film along the longitudinal direction of the growth region. 6. The semiconductor optical waveguide array according to claim 1, wherein a composition or a layer thickness of each of the constituent optical waveguides is changed along a longitudinal direction of the growth region. Production method.
【請求項7】 前記複数本の成長領域の各間隔を前記成
長領域の長手方向に沿って変化させることにより、各半
導体光導波路の間隔を変化させることを特徴とする請求
項1から6のうちのいずれか1項に記載の半導体光導波
路アレイの製造方法。
7. The semiconductor optical waveguide according to claim 1, wherein an interval between the semiconductor optical waveguides is changed by changing an interval between the plurality of growth regions along a longitudinal direction of the growth region. The method for manufacturing a semiconductor optical waveguide array according to any one of the above items.
【請求項8】 前記複数本の各成長領域の幅、各成長領
域の間隔、誘電体薄膜の幅Wa 、Wm1、及びWm2のうち
少なくともいずれか一つが、基板上に形成された半導体
光導波路アレイ相互間で異なることを特徴とする請求項
1から7のうちのいずれか1項に記載の半導体光導波路
アレイの製造方法。
8. A semiconductor optical waveguide array wherein at least one of the width of each of the plurality of growth regions, the interval between the growth regions, and the width Wa, Wm1, and Wm2 of the dielectric thin film is formed on a substrate. The method for manufacturing a semiconductor optical waveguide array according to any one of claims 1 to 7, wherein the method differs from one another.
【請求項9】 請求項1乃至8のいずれか1項に記載の
方法により製造されたアレイ構造半導体光素子。
9. The method according to claim 1 , wherein
An array-structured semiconductor optical device manufactured by the method.
【請求項10】 基板上に誘電体薄膜に挟まれて形成さ
れたストライプ状成長領域に、量子井戸層を有する半導
体多層構造、またはバルク層からなる半導体多層構造を
MOVPE気相成長により選択的に結晶成長してなる光
導波路を備えた半導体光素子において、前記光導波路
が、結晶成長時の反応管内の原料種の拡散長よりも短い
間隔で複数本アレイ状に配設されており、該アレイ状の
光導波路が前記選択的結晶成長により一括して成長した
ものであることを特徴とするアレイ構造半導体光素子。
10. A semiconductor multilayer structure having a quantum well layer or a semiconductor multilayer structure including a bulk layer is formed in a stripe-shaped growth region formed between a dielectric thin film on a substrate.
In a semiconductor optical device provided with an optical waveguide formed by selective crystal growth by MOVPE vapor phase growth , the optical waveguides are arranged in an array at intervals shorter than the diffusion length of the raw material species in the reaction tube during crystal growth. Are arranged in the form of an array
Optical waveguides are grown collectively by the selective crystal growth
Array structure semiconductor optical device according to claim Monodea Rukoto.
【請求項11】 前記アレイ状に配設された光導波路の
アレイ本数が、16以下であることを特徴とする請求項
10に記載のアレイ構造半導体光素子。
11. The optical waveguide according to claim 11, wherein the number of optical waveguides arranged in an array is 16 or less.
11. The semiconductor optical device having an array structure according to item 10 .
【請求項12】 前記光導波路が、50μm以下の間隔
にて複数本アレイ状に配設されたことを特徴とする請求
10記載のアレイ構造半導体光素子。
12. The semiconductor optical device having an array structure according to claim 10 , wherein a plurality of said optical waveguides are arranged in an array at an interval of 50 μm or less.
【請求項13】 前記光導波路の幅が10μm以下であ
り、光導波路の側壁が選択成長により形成された(11
1)B結晶面であることを特徴とする請求項から12
に記載のアレイ構造半導体光素子。
13. The optical waveguide, wherein the width of the optical waveguide is 10 μm or less, and the side wall of the optical waveguide is formed by selective growth.
Claims 9, characterized in that 1) a B crystal plane 12
3. The semiconductor optical device having an array structure according to item 1.
【請求項14】 選択的に成長された結晶のバンドギャ
ップエネルギー、又は層厚から選択される少なくとも一
つが、隣り合う光導波路間で異なることを特徴とする請
求項9から1のいずれか1項に記載のアレイ構造半導
体光素子。
14. The band gap energy of selectively grown crystals, or at least one is selected from the layer thickness, any of claims 9, characterized in that different between adjacent optical waveguides 1 3 1 Item 14. An array-structured semiconductor optical device according to item 5.
【請求項15】 前記アレイ状光導波路が、半導体バル
ク活性層からなり、電流注入により光学利得を生じさせ
る光増幅器の機能を有することを特徴とする請求項
ら1のいずれか1項に記載のアレイ構造半導体光素
子。
15. The array optical waveguide is composed of the semiconductor bulk active layer, by current injection to any one of claims 9 to 1 4, characterized in that it has the function of an optical amplifier causes an optical gain An array-structured semiconductor optical device according to claim 1.
【請求項16】 前記アレイ状光導波路が、多重量子井
戸層(MQW)からなり、光導波路の両端または光導波
路の近傍に光の反射機構を有し、電流注入により光学利
得を生じさせることにより、レーザ発振させることを特
徴とする請求項から1のうちのいずれか1項に記載
のアレイ構造半導体光素子。
16. The arrayed optical waveguide comprises a multiple quantum well layer (MQW), has a light reflecting mechanism at both ends of the optical waveguide or near the optical waveguide, and generates an optical gain by current injection. , array structure semiconductor optical device according to any one of claims 9 to 1 5, characterized in that a laser oscillation of.
【請求項17】 光の反射機能が光導波路の近傍に設け
られた回折格子によって生じることを特徴とする請求項
9から1、又は1のいずれか1項に記載のアレイ構
造半導体光素子。
17. The array structure semiconductor optical device according to claims 9 to 1 4, or 1 6 any one of the reflection function of the light is equal to or caused by the diffraction grating provided in the vicinity of the optical waveguide .
【請求項18】 前記回折格子の周期が隣り合う光導波
路間で異なることを特徴とする請求項1に記載のアレ
イ構造半導体光素子。
18. The array structure semiconductor optical device according to claim 1 7, wherein the different between optical waveguide period of the diffraction grating is adjacent.
【請求項19】 前記アレイ状光導波路の少なくとも一
方の端に光のスポットサイズ変換器が集積されたことを
特徴とする請求項から1のうちのいずれか1項に記
載のアレイ構造半導体光素子。
19. The array structure semiconductor according to any one of claims 9 to 1 8, characterized in that at least one of the light spot size converter to an end of said arrayed optical waveguides are integrated Optical element.
【請求項20】 前記アレイ状光導波路の少なくとも一
方の端に、スターカップラ、多モード干渉器(MMI、
Multi Mode Interference )から選択される少なくとも
1つの光合波器を集積したことを特徴とする請求項9か
ら1のいずれか1項に記載のアレイ構造半導体光素
子。
20. At least one end of the arrayed optical waveguide is provided with a star coupler, a multi-mode interferometer (MMI,
The array-structured semiconductor optical device according to any one of claims 9 to 19 , wherein at least one optical multiplexer selected from Multi Mode Interference is integrated.
【請求項21】 前記アレイ構造半導体光素子が、発振
波長970から990nmの範囲の半導体レーザアレイ
であることを特徴とする請求項9から12、または15
から18のいずれか1項に記載のアレイ構造半導体光素
子。
21. The semiconductor optical device according to claim 9, wherein the array-structured semiconductor optical device is a semiconductor laser array having an oscillation wavelength in the range of 970 to 990 nm.
19. The semiconductor optical device having an array structure according to any one of items 1 to 18.
【請求項22】 前記アレイ構造半導体光素子が、発振
波長1450から1510nmの範囲の半導体レーザア
レイであることを特徴とする請求項9から14または1
6から18のいずれか1項に記載のアレイ構造半導体光
素子。
22. The semiconductor optical device according to claim 9, wherein said array-structured semiconductor optical device is a semiconductor laser array having an oscillation wavelength in the range of 1450 to 1510 nm.
19. An array-structured semiconductor optical device according to any one of items 6 to 18.
【請求項23】 請求項14又は15に記載のアレイ構
造半導体光素子と、回折格子等が形成された石英系Plan
er Lightwave Circuit(PLC)とが、ハイブリッド集
積されたことを特徴とする複合共振器型多波長光源。
23. A quartz-based plan having a semiconductor optical device having an array structure according to claim 14 and a diffraction grating formed thereon.
ER Lightwave Circuit (PLC) and a hybrid resonator type multi-wavelength light source characterized by being hybrid-integrated.
【請求項24】 請求項9から23のうちのいずれか1
項に記載されたアレイ構造半導体光素子の少なくとも一
個が用いられていることを特徴とする光モジュール。
24. Any one of claims 9 to 23
An optical module, characterized in that at least one of the array-structured semiconductor optical elements described in the above section is used.
【請求項25】 さらにアレイ状に配設された半導体光
素子からの光出力を実質的に全集光する光学素子と、該
光出力を取出すことを特徴とする請求項24に記載の光
モジュール。
25. The optical module according to claim 24, further comprising an optical element for substantially condensing light output from the semiconductor optical elements arranged in an array, and extracting the light output.
【請求項26】 少なくともアレイ構造半導体光素子
と、該アレイ構造半導体光素子からの光出力を導出する
光ファイバと、当該アレイ構造半導体光素子からの光出
力をモニタする受光素子と、からなる光モジュールであ
って、前記アレイ構造半導体光素子が、請求項9から2
1のいずれか1項に記載のアレイ構造半導体光素子から
選択された少なくとも1つのアレイ構造半導体光素子で
あり、該アレイ構造半導体光素子から出射された実質的
に全光を前記光ファイバにより導出することを特徴とす
る光モジュール。
26. Light comprising at least an array-structured semiconductor optical device, an optical fiber for deriving an optical output from the array-structured semiconductor optical device, and a light-receiving device for monitoring the optical output from the array-structured semiconductor optical device. A module, wherein the array-structured semiconductor optical device is a module.
2. An at least one array-structured semiconductor optical device selected from the arrayed-structured semiconductor optical device according to claim 1, wherein substantially all light emitted from the arrayed-structure semiconductor optical device is led out by the optical fiber. An optical module, comprising:
【請求項27】 アレイ状に配設された半導体光素子か
らの光出力された波長を制御する波長フィルタをさらに
有することを特徴とする請求項24から26のいずれか
1項に記載の光モジュール。
27. The optical module according to claim 24 , further comprising a wavelength filter for controlling a wavelength output from the semiconductor optical elements arranged in an array. .
【請求項28】 請求項9から22のいずれか1項に記
載されたアレイ構造半導体光素子の少なくとも1個が用
いられていることを特徴とする光通信システム。
28. An optical communication system using at least one of the array-structured semiconductor optical devices according to claim 9 .
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