JP3943233B2

JP3943233B2 - Optical semiconductor device

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Publication number: JP3943233B2
Application number: JP09379398A
Authority: JP
Inventors: 和久高木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-04-07
Filing date: 1998-04-07
Publication date: 2007-07-11
Anticipated expiration: 2018-04-07
Also published as: JPH11298087A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は光半導体装置に関し、特に幹線系光通信の光源等に使用する光半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来の変調器とブラッグ反射型レーザ(distributed Bragg-reflector laser diode: 以下、ＤＢＲ−ＬＤと称す) とを集積した光半導体装置の構造を示す斜視図で、その内部構造を説明するためにレーザ光の導波方向に沿った断面も同時に示している。図において、３０１はｎ型（以下、ｎ−と称す）ＩｎＰからなる基板、３０２はｎ−ＩｎＰからなるバッファ層、３０３はｎ−ＩｎＧａＡｓＰからなる光閉じ込め層、３０４はＩｎＧａＡｓ層とＩｎＧａＡｓＰ層とを交互に積層してなる多層構造を有するＭＱＷ（多重量子井戸）活性層、３０５はｐ型（以下、ｐ−と称す）ＩｎＧａＡｓＰからなる光閉じ込め層、３０６はｐ−ＩｎＰからなるクラッド層、３０７はｐ−ＩｎＧａＡｓＰからなる光ガイド層、３０８はｐ−ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層、３０９はＳｉＯ₂からなる絶縁膜、３１０はＣｒ／Ａｕからなる蒸着電極、３１１はＡｕメッキ層、３１２はＣｒ／Ａｕからなる変調器部電極、３１３はＡｕメッキ層、３１４は半絶縁性ＩｎＰからなる埋込層、３１５はｎ−ＩｎＰからなる埋込層である。基板３０１の裏面側には、図示していないが、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる蒸着電極、Ａｕメッキ層が設けられている。３００ａは入射される光を変調する変調器部で、そのレーザ光を出射する光出射端面に窓部３２０を有する。３００ｂは光を発生するための活性領域、３００ｃはブラッグ反射器となるＤＢＲ領域である。
【０００３】
次に動作について説明する。電極３１０と基板の裏面側の電極との間に電圧を印加すると、ホールと電子の発光再結合が活性領域３００ｂの活性層３０４で起こり、光が発生する。この光が活性層３０４の上下の光閉じ込め層３０３，光閉じ込め層３０５との間で閉じ込められて活性層３０４近傍を導波される。この導波された光は周期構造を有するＤＢＲ領域３００ｃにおいてブラッグ反射されて、再び活性領域３００ｂに導波される。そして、活性領域を導波される光は、変調器部３００ａを経て光出射端面３１８から出力される。この光半導体装置においては、ブラッグ反射で光を分布的に帰還させており、出射光の発振波長はＤＢＲ領域３００ｃの回折格子の格子間隔、即ち回折格子ピッチｄと屈折率ｎより、λ＝２ｎｄ
で定まる。また、窓部３２０は、活性層３０４近傍を導波される光を吸収しない材料からなっており、この部分では光を高さ方向や横方向において閉じ込めないようにして、光出射端面において装置内部方向に反射される光が活性層３０４近傍に戻るのを防いで実効的な反射率を下げている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光半導体装置は上記のような構造であり、その発振波長λは、回折格子ピッチｄにより決まっていたため、ウエハプロセス終了後に必要に応じて波長を変えることができないという問題があった。
【０００５】
また、変調器部３００ａの消光比は変調器部３００ａの光導波路の伸びる方向の長さ（以下、変調器長と称す）で決まるが、窓部３２０を設けているため、窓部３２０を除去することなくウエハプロセス終了後に変調器長を変えて消光特性を調節することができないという問題があった。
【０００６】
本発明は上記のような課題を解消するためになされたものであり、発振波長を容易に変化させることができる光半導体装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、消光特性を容易に変化させることができる光半導体装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る光半導体装置は、半導体基板上に設けられた、光を発生し、この発生した光を導波する活性領域と、上記半導体基板上に設けられ、格子の配列方向が、上記活性領域に導波される光の光軸と一致しないように配置された回折格子を備えたブラッグ反射領域と、上記活性領域を導波される光を内部で反射して、上記回折格子に入射させる反射面を備えるようにしたものである。
【０００８】
また、この発明に係る光半導体装置は、上記回折格子が、格子の配列方向が互いに平行である格子ピッチの異なる複数の回折格子で構成され、上記反射面は、この複数の回折格子のいずれか一つに光を入射させるよう構成されてなるようにしたものである。
【０００９】
また、この発明に係る光半導体装置は、上記反射面が光半導体装置の端面で構成されてなるようにしたものである。
【００１０】
また、この発明に係る光半導体装置は、活性領域を導波される光の光軸に対して垂直な光出射端面を、上記活性領域を挟んで、上記反射面と向かい合う位置に設けるようにしたものである。
【００１１】
また、この発明に係る光半導体装置は、上記光出射端面と活性領域との間に、上記活性領域から導波される光を変調する光変調部を備えるようにしたものである。
【００１２】
また、この発明に係る光半導体装置は、内部に入力される光を変調して導波する変調器部と、該変調器部を導波される光の光軸に沿って平行に配置された光出射端面と、上記変調器部に設けられた、上記変調器部に導波される光を反射して、上記光出射端面に入射させる反射端面とを備えるようにしたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る光半導体装置の構造を示す斜視図（図１(a))、及び図１(a) のIb-Ib 線による断面図（図１(b))、図１(a) のIc-Ic 線による断面図（図１(c))、図１(a) のId-Id 線による断面図（図１(d))、図１(a) のIe-Ie 線による断面図（図１(e))であり、本発明の実施の形態１に係る光半導体装置は、光を発生し、導波する活性領域１００ｂと、それぞれの格子の配列方向が、上記活性領域に導波される光の光軸方向と一致しないように配置された、格子の配列方向が互いに平行である格子ピッチの異なる複数の回折格子３２ａ〜３２ｄを備えたブラッグ反射領域１００ｃと、上記活性領域１００ｂを導波される光を装置内部において反射して、上記複数の回折格子３２ａ〜３２ｄのいずれか一つに入射させる反射端面２２とを備えたものであり、反射端面２２を形成する位置をこの反射端面に垂直な方向に移動させることにより、活性領域１００ｂを導波された光が入射されるブラッグ反射領域１００ｃの回折格子３２ａ〜３２ｄを選択することが可能となり、複数の回折格子３２ａ〜３２ｄのうちから所望の発振波長が得られる回折格子を選択できるので、ウエハプロセス終了後にも出射光の波長選択が可能な光半導体装置が得られるようにしたものである。
【００１４】
図において、光半導体装置１００は、入射される光を変調する変調器部１００ａと、光を発生し、これを導波する活性領域１００ｂと、ブラッグ反射器となるブラッグ反射領域（以下、ＤＢＲ領域と称す）１００ｃと、光を出射する光出射端面２１と、光を内部において反射する反射端面２２とを備えている。光出射端面２１には無反射コーティングがなされており、反射端面２２には、高反射コーティングがなされている。ｎ−ＩｎＰからなる基板１上に、ｎ−ＩｎＰからなるバッファ層２、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰからなる光閉じ込め層３、ＩｎＧａＡｓ層とＩｎＧａＡｓＰ層とを交互に積層してなる多層構造を有するＭＱＷ（多重量子井戸）活性層４、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰからなる光閉じ込め層５、ｐ−ＩｎＰからなる第１クラッド層６ａ、及びｐ−ＩｎＰからなる第２クラッド層６ｂが順次積層された半導体積層構造が配置されている。変調器部１００ａのＭＱＷ活性層４を構成する各層の厚さは、活性領域１００ｂの各層の厚さよりもそれぞれ薄くなっており、変調器部１００ａのＭＱＷ活性層４の実効的なバンドギャップエネルギーが活性領域１００ｂよりも大きくなっている。この半導体積層構造は、変調器部１００ａと、活性領域１００ｂとにおいては、これらの領域を貫くような１．３μｍ程度の幅のストライプ状のメサ形状を有している。このメサ形状となっているメサ形状部３０は、基板１上において反射端面に対して０度より大きく９０度より小さい角度をなすように傾斜して配置されている。このメサ形状部３０の光出射端面２１側の端部は光出射端面２１から所定の間隔を隔てた部分に位置している。また、ＤＢＲ領域１００ｃにおいては、メサ形状部３０の内を導波される光の光軸方向、ここでは特にメサ形状部３０のストライプ方向と一致しない方向にストライプ状に伸びる４本のメサ形状部３１ａ〜３１ｄが互いに平行に配置されており、各メサ形状部３１ａ〜３１ｄの第１クラッド層６ａと第２クラッド層６ｂとの間に複数のｐ−ＩｎＧａＡｓＰからなるストライプ状の光ガイド層７が、メサ形状部３１ａ〜３１ｄのストライプ方向に向かって配列されている。この光ガイド層７が第１のｐ−ＩｎＰクラッド層６ａと第２のｐ−ＩｎＰクラッド層６ｂとにより埋め込まれることにより、各メサ形状部３１ａ〜３１ｄのこの光ガイド層７が設けられている部分がそれぞれ回折格子３２ａ〜３２ｄとなる。なお、この回折格子３２ａ〜３２ｄは屈折率型または利得導波型のいずれであってもよい。各メサ形状部３１ａ〜３１ｄにおける光ガイド層７の配列間隔、即ち回折格子ピッチは互いに異なる値とする。このメサ形状部３１ａ〜３１ｄのストライプ方向は、メサ形状部３０を導波路として導波される光が、反射端面２２において反射される方向と同じ方向となるようにする。即ち、メサ形状部３０を導波される光の光軸方向と光ガイド層７の配列方向が、反射端面に垂直な軸に対して対称な方向となるようにする。また、メサ形状部３０を導波された光が反射されることにより、少なくともメサ形状部３１ａ〜３１ｄの一つに入射されるような位置に反射端面２２を設けておく。メサ形状部３０及びメサ形状部３１ａ〜３１ｄの両脇の基板１上には、これらを埋め込むように半絶縁性ＩｎＰからなる埋込層１４、ｎ−ＩｎＰからなる埋込層１５が配置されている。第２クラッド層６ｂ上、及び埋込層１５上にはｐ−ＩｎＰからなる第３クラッド層６ｃ及び不純物濃度が高濃度であるｐ−ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層８が順次配置されている。コンタクト層８上には、変調器部１００ａのメサ形状部３０上の領域近傍、活性領域１００ｂのメサ形状部３０上の領域近傍に開口部をそれぞれ備えたＳｉＯ₂等の絶縁膜９が設けられている。活性領域１００ｂの，絶縁膜９の開口部を覆う領域にＣｒ膜とＡｕ膜とを順次蒸着したＣｒ／Ａｕからなる蒸着電極１０と、Ａｕメッキ層１１とが設けられ、変調器部１００ａの，絶縁膜９の開口部を覆う領域にＣｒ／Ａｕ蒸着電極１２と、Ａｕメッキ層１３とが設けられている。基板１の裏面側には、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる蒸着電極１６、Ａｕメッキ層１７が設けられている。
【００１５】
また、図２は図１に示した光半導体装置の一部切り欠き斜視図（図２(a))、及び図１に示した光半導体装置を基板上面から見た内部構造を説明するための模式図（図２(b))であり、図１と同一符号は同一または相当する部分を示している。
【００１６】
図３は本発明の実施の形態１に係る光半導体装置の製造方法を示す斜視図であり、図において、図１，２と同一符号は同一又は相当する部分を示している。以下、図３に基づいて製造方法について説明する。
【００１７】
まず、図３(a) に示すように、ウエハ状態の基板１上に、その一端が結合された、異なる方向に伸びる２つのストライプ状の開口部を備えた絶縁膜２５を形成する。このストライプ状の開口部の一方は活性領域１００ｂ上及び変調器部１００ａ上に伸びており、他方は、ＤＢＲ領域１００ｃ上に伸びているようにする。また、変調器部１００ａ上に伸びる開口部の端部が、光出射端面を形成する位置に達しないようにする。開口部の活性領域１００ｂにおけるストライプ幅は約５μｍで、変調器部１００ａのストライプ幅はそれよりも少し狭くなっている。また、ＤＢＲ領域１００ｃのストライプ幅は約５０μｍである。
【００１８】
そして、図３(b) に示すように、この絶縁膜２５をマスクとしてｎ−ＩｎＰ基板１上にＭＯＣＶＤ(metal-organic chemical vapor deposition) 法、ＬＰＥ(liquid phase epitaxy)法等を用いて、バッファ層２，光閉じ込め層３，ＭＱＷ活性層４，光閉じ込め層５，第１クラッド層６ａ、光ガイド層７を順次結晶成長する。このとき、絶縁膜２５の開口部の変調器部１００ａのストライプ幅が活性領域１００ｂよりも少し狭くなっているため、変調器部１００ａにおける選択成長速度が遅くなり、変調器部１００ｂのＭＱＷ活性層４の各層の厚さは、活性領域１００ｂに対して薄くなる。
【００１９】
続いて、図３(c) に示すように、干渉露光法を用いて形成したマスクを用いて、光ガイド層７をエッチングして、ＤＢＲ領域１００ｃ上にのみ絶縁膜２５のストライプ方向に向かってそれぞれ配列された、格子ピッチの異なる４つの回折格子パターンとした光ガイド層７を設ける。
【００２０】
次に、図３(d) に示すように、ＭＯＣＶＤ法、ＬＰＥ法等を用いて、第２クラッド層６ｂを形成する。
続いて、絶縁膜２５を除去した後、図においては省略しているが、変調器部１００ａ及び活性領域１００ｂの第２クラッド層６ｂ上にストライプ状に伸びるＳｉＯ₂膜を、また、第２クラッド層６ｂ上の上記各４つの回折格子上にそれぞれストライプ状に伸びるＳｉＯ₂膜を形成し、このＳｉＯ₂膜をマスクとして、図３(e) に示すように、ＨＢｒによるウェットエッチングを行い、光導波路となるメサ形状部３０，及び３１ａ〜３１ｄを形成する。メサ形状部３１ａ〜３１ｄのそれぞれの幅は約１μｍ程度となるようにする。
【００２１】
さらに、図３(f) に示すように、上記メサエッチングに用いたＳｉＯ₂膜を選択成長用のマスクとして、ＭＯＣＶＤ法、ＬＰＥ法等を用いて、メサ形状部３０，及び３１ａ〜３１ｄを埋め込むように、基板１上に埋込層１４及び埋込層１５を形成する。
【００２２】
続いて、図３(g) に示すように、上記マスクとして用いたＳｉＯ₂膜を除去した後、第３クラッド層６ｃ、コンタクト層８をＭＯＣＶＤ法、ＬＰＥ法等を用いて順次成長させる。
【００２３】
次に、コンタクト層８の上面にＳｉＯ₂等の絶縁膜９をスパッタにより形成した後、この絶縁膜９の、変調器部１００ａ及び活性領域１００ｂの、電極とコンタクトをとる部分を、フッ酸（ＨＦ）等でウェットエッチングすることにより除去して開口部を設け、その後、この開口部を覆うように、蒸着電極１０，１２，Ａｕメッキ層１１，１３を形成する。さらに、基板１の下面に蒸着電極１６，Ａｕメッキ層１７をパターン形成する。以上でウエハプロセスが終了する。
【００２４】
その後、素子をへき開して、光出射端面２１と反射端面２２とを形成し、チップ分離して個々の光半導体装置を取り出す。このとき、上述したように反射端面２２のへき開位置は所望の発振波長を得ることのできる回折格子３２ａ〜３２ｄを備えたメサ形状部３１ａ〜３１ｄのうちの一つに、反射端面２２からの反射光が入射するように決める。なお、光出射端面２１では光を反射させずに出射させるため、特に、導波光の光軸に対してどのような角度をなしていてもよい。そして、光出射端面２１を無反射コーティングし、反射端面２２を高反射コーティングして、図１に示すような光半導体装置を得る。
【００２５】
次に動作について説明する。活性領域１００ｂの電極１０と電極１６との間に電圧を印加すると、ホールと電子とがメサ形状部３０の上下から活性層４に注入され、発光再結合が活性領域１００ｂの活性層４で起こり、光が発生する。この光が基板１の高さ方向においては、活性層４の上下の光閉じ込め層３，ｐ型光閉じ込め層５との間で閉じ込められて活性層４近傍を導波される。導波された光は、反射端面２２により反射され、その反射光が、反射端面２２により決められる回折格子３２ａ〜３２ｄを備えたメサ形状部３１ａ〜３１ｄのうちの一つに入射される。この反射光はＤＢＲ領域１００ｃの周期構造を有するメサ形状部３１ａ〜３１ｄのうちの一つにおいてブラッグ反射され、反射端面２２で反射され、再びメサ形状部３０を導波される。そして、メサ形状部３０を動作される光は光変調器部１００ａによって変調され、光出射端面２１から出力される。光変調器部１００ａにおいては、活性層４のバンドギャップエネルギーが活性領域１００ｂのバンドギャップエネルギーよりも大きくしてあるため、光変調器部１００ａに電圧を印加しない状態では、メサ形状部３０を導波される光の吸収は起らないが、電圧を印加すると活性層４において吸収波長の長波長側へのシフトが起り、導波光を吸収し、光を出射しないようになる。これにより光変調動作が可能となる。光変調器部１００ａの光出射端面２１近傍にはメサ形状部３０が設けられておらず、埋込層１４、及び埋込層１５が配置されている。そしてこの部分が窓部２０となって、活性層４近傍を導波される光を吸収せずに、光を高さ方向や横方向において閉じ込めず、広がって導波されるようにして、光出射端面２１において装置内部方向に反射される光が活性層４近傍に戻るのを防いで、実効的な反射率を下げている。
【００２６】
ここで、この実施の形態１においては、反射端面２２を形成する位置を、この反射端面２２に対して垂直な方向において移動させることにより、メサ形状部３０に導波された光が、反射端面２２で反射されて入射されるＤＢＲ領域１００ｃのメサ形状部３１ａ〜３１ｄを取り替えることができる。この光半導体装置においては、ブラッグ反射で光を分布的に帰還させており、出射光の発振波長はＤＢＲ領域１００ｃの回折格子の格子間隔、即ち回折格子ピッチで定まることから、このように反射光が入射されるメサ形状部３１ａ〜３１ｄを取り替えることにより、出射光の発振波長を変化させることが可能となる。
【００２７】
例えば、ウエハプロセスを終了した後、へき開により反射端面２２を形成する際に、図２(b) に示すように、へき開位置を端面形成位置４０ａとすると、反射光はＤＢＲ領域１００ｃのメサ形状部３１ａに入射され、このメサ形状部３１ａの回折格子３２ａのピッチに応じた発振波長の出射光が得られることとなる。また、へき開位置を端面形成位置４０ｂとすると、反射光はＤＢＲ領域１００ｃのメサ形状部３１ｂに入射され、このメサ形状部３１ｂの回折格子３２ｂのピッチに応じた、へき開位置を端面形成位置４０ａとした場合とは異なる発振波長の出射光が得られることとなる。また、一旦へき開位置を端面形成位置４０ｄとした後、必要に応じてドライエッチング等により反射端面２２を端面形成位置４０ｃとして発振波長を変化させることも可能である。
【００２８】
したがって、本実施の形態１においては、メサ形状部３０を導波される光の光軸方向と一致しないように配置された、格子の配列方向が互いに平行である格子ピッチの異なる複数の回折格子３２ａ〜３２ｄを備えたメサ形状部３１ａ〜３１ｄと、メサ形状部３０を導波される光を内部において反射して、上記異なる回折格子３２ａ〜３２ｄを備えたメサ形状部３１ａ〜３１ｄのいずれか一つに入射させる反射端面２２とを備えたから、反射端面２２を形成する位置をこの反射端面２２に垂直な方向において調整することにより、活性領域１００ｂにおいて発生し、メサ形状部３０を導波された光が入射されるブラッグ反射領域１００ｃのメサ形状部３１ａ〜３１ｄのうちの一つを選択することが可能となり、ＤＢＲ領域１００ｃにおいて所望の発振波長が得られる回折格子を備えたメサ形状部を選択できるので、ウエハプロセス終了後にも出射光の発振波長選択が容易に可能な光半導体装置が得られる効果がある。
【００２９】
なお、上記実施の形態１においては、変調器付ＤＢＲ−ＬＤについて説明したが、本発明は変調器を有しないＤＢＲ−ＬＤ等の他の光半導体装置であっても同様の効果を奏する。
【００３０】
また、本実施の形態１においては、ＤＢＲ領域１００ｃが格子ピッチの異なる４つの回折格子を有しているようにしたが、本発明においては回折格子が複数であれば同様の効果を奏する。ただし、複数ではなく、回折格子が単一の場合であっても格子の配列方向が活性領域の導波光軸と異なる方向に配列されているため、従来構成のように活性領域の導波光軸と同じ方向に延在して配列されている場合に比して、活性領域の光軸方向の長さがより短い領域に光半導体素子エレメントを作り込むことが可能となり、それにより、光半導体装置として更に省スペース化、小型化を図ることができる。したがって、かかる観点から、単一の回折格子を用いた形態も、本発明の実施態様に包含されると理解されるべきである。
【００３１】
実施の形態２．
図５は本発明の実施の形態２に係る光半導体装置の構造を示す斜視図（図５(a))、及びVb-Vb 線による断面図（図５(b))であり、本発明の実施の形態２に係る光半導体装置は、光を変調して導波する変調器部２００ａと、変調器部２００ａを導波される光の光軸に沿って平行に配置された光出射端面５４と、変調器部２００ａに設けられた、変調器部２００ａに導波される光を反射して、上記光出射端面５４に入射させる反射端面５３とを備えるようにしたものであり、変調器部２００ａの光が導波される方向の長さＬ_modを反射端面５３を設ける位置により調整することにより、窓部５５の光が導波される方向の長さＬ_wを一定に保ったまま、変調器部２００ａの消光特性を調整することができるものである。
【００３２】
図において、図１と同一符号は同一または相当する部分を示しており、光半導体装置２００は特に変調器部と窓部とを備えたもので、ｎ−ＩｎＰからなる基板１上に、ｎ−ＩｎＰからなるバッファ層２、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰからなる光閉じ込め層３、ＩｎＧａＡｓ層とＩｎＧａＡｓＰ層とを交互に積層してなる多層構造を有するＭＱＷ活性層４、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰからなる光閉じ込め層５、及びｐ−ＩｎＰからなる第１クラッド層６ｄが順次積層された所定幅のメサ形状部５２と、これの両側を埋め込む半絶縁性ＩｎＰからなる埋込層１４及びｎ−ＩｎＰからなる埋込層１５と、これらの上部に配置されたｐ−ＩｎＰからなる第２クラッド層６e ，ｐ−ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層８，及び絶縁膜９と、Ｃｒ／Ａｕからなる蒸着電極１２及びＡｕメッキ層１３と、基板１の裏面側に設けられたＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる蒸着電極１６及びＡｕメッキ層１７からなる変調器部２００ａを備えている。変調器部２００ａの外部から光が入射される光入射端面５１はメサ形状部５２のストライプ方向に対してほぼ垂直となるように設けられ、その表面には無反射コーティングがなされている。変調器部２００ａの光入射端面５１に対して対向する位置に形成された反射端面５３は、基板１表面に対して垂直であるとともに、メサ形状部５２内を導波される光の光軸、ここでは特にメサ形状部５２のストライプ方向に対して約４５度の角度をなしている。その表面には高反射コーティングがなされている。光出射端面５４は、変調器部２００ａの光入射端面５１とは反対側の端部近傍に、基板１表面に対して垂直となるとともに、メサ形状部５２内を導波される光の光軸に対して平行に設けられており、その表面には無反射コーティングがなされている。この光出射端面５４と反射端面５３との間の領域の半絶縁性ＩｎＰ埋込層１４及びｎ−ＩｎＰ埋込層１５が窓部５５となる。
【００３３】
この光半導体装置は、上記実施の形態１において図３(a) 〜図３(g) を用いて示した光半導体装置の製造方法における、変調器部１００ａの部分の製造方法と同様に形成され、ウエハから各半導体装置を切り離す前にマスクを用いてドライエッチング等により半絶縁性ＩｎＰ埋込層１４及びｎ−ＩｎＰ埋込層１５を活性層４よりも深い深さまで除去して光出射端面５４を形成するようにし、ウエハプロセス後に各半導体装置を切り出す際に、反射端面５３をメサ形状部５２のストライプ方向に対して所定の角度となるようにへき開することにより得られる。
【００３４】
次に動作について説明する。光入射端面５１から入射された光は、変調器部２００ａで変調されるとともに、メサ形状部５２のストライプ方向に沿って導波される。そして、反射端面５３において光出射端面５４に向かって反射され、変調された光が窓部５５を経て光出射端面５４から出力される。
【００３５】
ここで、本実施の形態２においては、ウエハプロセス後、反射端面５３の導波光の光軸とのなす角度を約４５度で保ちつつ、へき開位置を調整する等によって反射端面５３を設ける位置を変化させることにより、窓部５５を除去することなく、変調器部２００ａの光が導波される方向の長さ即ち、変調器長を変化させることができる。変調器の消光比は変調器部２００ａの光が導波される方向の長さＬ_modが長いと大きくなることから、必要に応じて変調器長を変化させて、消光特性を調整することが可能となる。なお、通常、消光特性は、伝送システム上は１３ｄＢ前後が最適とされている。また、Ｌ_modは好ましくは、１００〜２５０μｍの間で調整するようにする。
【００３６】
さらに、本実施の形態２においては光導波路となるストライプ状のメサ形状部５２と光出射端面５４との距離は常に一定であり、反射端面５３は変調器部２００ａの導波光の光軸と約４５度の角度をなしているため、この反射端面５３で反射される導波光の光軸と、反射前の導波光の光軸とは約９０度の角度をなす。したがって、反射端面５３の導波光の光軸とのなす角度を約４５度に保つことにより、ウエハプロセス後、反射端面５３を設ける位置を調整することにより変調器長を変化させた場合においても、光出射端面５４と、反射端部５３の導波光が反射される部分との距離、即ち窓部５５の距離Ｌ_wは常に一定とすることができる。通常、窓部５５の距離Ｌ_wは出射光の放射角、および出射面からの変調器への戻り光を制御するために一定に保つ必要があり、通常Ｌ_w＝２０μｍ程度で設定するが、このように構成することにより、窓部５５の距離Ｌ_wの長さを一定に保ったままＬ_modの長さを調整することができるため、窓部の特性を劣化させることがない。
【００３７】
このように、本発明の実施の形態２においては、変調器部を導波される光の光軸に沿って平行に配置された光出射端面５４と、変調器部２００ａに設けられた、変調器部に導波される光を反射して、上記光出射端面５４に入射させる反射端面５３とを備えるようにしたから、変調器長Ｌ_modを反射端面５３を設ける位置を、導波光の光軸に対する角度が変わらないように変更して調整することにより、窓部の距離Ｌ_wを一定に保ったまま、変調器部の消光特性を調整することができ、窓部の特性を劣化させることなく、ウエハプロセス後に変調器部の消光特性を調整することができる効果がある。
【００３８】
なお、本発明においては、上記実施の形態２に係る光半導体装置において変調器部の光入射端面側にＤＢＲレーザ等を集積するようにしてもよく、上記実施の形態２と同様の効果を奏する。
【００３９】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、半導体基板上に設けられた、光を発生し、この発生した光を導波する活性領域と、上記半導体基板上に設けられた、それぞれの格子の配列方向が、上記活性領域に導波される光の光軸方向と一致しないように配置された、格子の配列方向が互いに平行である格子ピッチの異なる複数の回折格子を備えたブラッグ反射領域と、上記活性領域を導波される光を内部で反射して、上記複数の回折格子のいずれか一つに入射させる反射面とを備えるようにしたから、反射面を形成する位置をこの反射面に垂直な方向において調整することにより、活性領域から導波された光が入射されるブラッグ反射領域において所望の発振波長が得られる回折格子を選択でき、ウエハプロセス終了後にも出射光の発振波長選択が容易に可能な光半導体装置を提供できる効果がある。
【００４０】
また、この発明によれば、上記複数の回折格子の代わりに、単一の回折格子を用いた場合であっても、かかる回折格子を導波光軸と異なる方向に設けているため、光半導体装置としての省スペース化、小型化を図ることができる効果がある。
【００４１】
また、この発明によれば、活性領域を導波される光の光軸に対して垂直な光出射端面を、上記活性領域を挟んで、上記反射面と向かい合う位置に設けるようにしたから、ウエハプロセス終了後にも出射光の発振波長選択が容易に可能な光半導体装置を提供できる効果がある。
【００４２】
また、この発明によれば、上記光出射端面と活性領域との間に、上記活性領域から導波される光を変調する光変調部を備えるようにしたから、ウエハプロセス終了後にも出射光の発振波長選択が容易に可能な光半導体装置を提供できる効果がある。
【００４３】
また、この発明によれば、内部に入力される光を変調して導波する変調器部と、該変調器部を導波される光の光軸に沿って平行に配置された光出射端面と、上記変調器部に設けられた、上記変調器部に導波される光を反射して、上記光出射端面に入射させる反射端面とを備えるようにしたから、反射端面を設ける位置を、導波光の光軸に対する角度が変わらないように変更して変調器長を調整することにより、窓部の距離を一定に保ったまま、窓部の特性を劣化させることなく、ウエハプロセス後に変調器部の消光特性を調整することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る光半導体装置の構造を示す斜視図及び断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る光半導体装置の構造を示す一部切り欠き斜視図及び基板上方から見た模式図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る光半導体装置の製造方法を示す斜視図である。
【図４】従来の光半導体装置の構造を示す一部切り欠き斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る光半導体装置の構造を示す斜視図及び断面図である。
【符号の説明】
１ｎ−ＩｎＰ基板、２ｎ−ＩｎＰバッファ層、３ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層、４ＭＱＷ活性層、５ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層、６ａ〜６ｃｐ−ＩｎＰ第１〜第３クラッド層、６ｄ第１クラッド層、６ｅ第２クラッド層、７ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層、８ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層、９−絶縁膜、１０，１２蒸着電極、１１，１３，１７Ａｕメッキ層、１４半絶縁性ＩｎＰ埋込層、１５ｎ−ＩｎＰ埋込層、１６蒸着電極、２１、５４光出射端面、２２，５３反射端面、２５絶縁膜、３０、５２メサ形状部、３１ａ〜３１ｄメサ形状部、３２ａ〜３２ｄ回折格子、４０ａ〜４０ｄ端面へき開位置、５１光入射端面、５５窓部、５６光、１００，２００光半導体装置、１００ａ，２００ａ変調器部、１００ｂ活性領域、１００ｃＤＢＲ領域。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical semiconductor device, and more particularly to an optical semiconductor device used as a light source for trunk optical communication.
[0002]
[Prior art]
FIG. 4 is a perspective view showing the structure of an optical semiconductor device in which a conventional modulator and a Bragg-reflector laser diode (hereinafter referred to as DBR-LD) are integrated, in order to explain its internal structure. The cross section along the waveguide direction of the laser beam is also shown. In the figure, 301 is a substrate made of n-type (hereinafter referred to as n-) InP, 302 is a buffer layer made of n-InP, 303 is an optical confinement layer made of n-InGaAsP, and 304 is an InGaAs layer and an InGaAsP layer. MQW (multiple quantum well) active layer having a multilayer structure formed by alternately stacking, 305 is a light confinement layer made of p-type (hereinafter referred to as p-) InGaAsP, 306 is a clad layer made of p-InP, and 307 is An optical guide layer made of p-InGaAsP, 308 a contact layer made of p-InGaAs, and 309 SiO. ₂ 311 is an Au plated layer, 312 is a modulator electrode made of Cr / Au, 313 is an Au plated layer, and 314 is a buried layer made of semi-insulating InP. Reference numeral 315 denotes a buried layer made of n-InP. Although not shown, a vapor deposition electrode made of AuGe / Ni / Ti / Pt / Ti / Pt / Au and an Au plating layer are provided on the back side of the substrate 301. Reference numeral 300a denotes a modulator that modulates incident light, and has a window 320 on a light emitting end face that emits the laser light. Reference numeral 300b denotes an active region for generating light, and 300c denotes a DBR region serving as a Bragg reflector.
[0003]
Next, the operation will be described. When a voltage is applied between the electrode 310 and the electrode on the back side of the substrate, luminescence recombination of holes and electrons occurs in the active layer 304 of the active region 300b, and light is generated. This light is confined between the light confinement layer 303 and the light confinement layer 305 above and below the active layer 304 and guided in the vicinity of the active layer 304. The guided light is Bragg-reflected in the DBR region 300c having a periodic structure and guided again to the active region 300b. The light guided through the active region is output from the light emitting end face 318 via the modulator unit 300a. In this optical semiconductor device, light is distributed distributedly by Bragg reflection, and the oscillation wavelength of the emitted light is λ = 2nd from the grating interval of the diffraction grating in the DBR region 300c, that is, the diffraction grating pitch d and the refractive index n.
Determined by The window 320 is made of a material that does not absorb light guided in the vicinity of the active layer 304. In this portion, the light is not confined in the height direction or the lateral direction, so that the inside of the device is located at the light emitting end face. The light reflected in the direction is prevented from returning to the vicinity of the active layer 304, and the effective reflectance is lowered.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Since the conventional optical semiconductor device has the structure as described above, and its oscillation wavelength λ is determined by the diffraction grating pitch d, there is a problem that the wavelength cannot be changed as necessary after the wafer process is completed.
[0005]
The extinction ratio of the modulator section 300a is determined by the length of the modulator section 300a in the direction in which the optical waveguide extends (hereinafter referred to as the modulator length). However, since the window section 320 is provided, the window section 320 is removed. Without this, there is a problem that the extinction characteristic cannot be adjusted by changing the modulator length after the wafer process is completed.
[0006]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide an optical semiconductor device capable of easily changing the oscillation wavelength.
Another object of the present invention is to provide an optical semiconductor device in which the extinction characteristic can be easily changed.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
An optical semiconductor device according to the present invention is provided on a semiconductor substrate, generates light, guides the generated light, and an active region provided on the semiconductor substrate. A Bragg reflection region having a diffraction grating disposed so as not to coincide with the optical axis of light guided to the region, and light guided through the active region to be internally reflected and incident on the diffraction grating A reflection surface is provided.
[0008]
Further, in the optical semiconductor device according to the present invention, the diffraction grating is composed of a plurality of diffraction gratings having different grating pitches, in which the arrangement directions of the gratings are parallel to each other, and the reflection surface is one of the plurality of diffraction gratings. The light is incident on one side.
[0009]
The optical semiconductor device according to the present invention is such that the reflecting surface is constituted by an end face of the optical semiconductor device.
[0010]
In the optical semiconductor device according to the present invention, a light emitting end face perpendicular to the optical axis of light guided through the active region is provided at a position facing the reflecting surface with the active region interposed therebetween. Is.
[0011]
In addition, the optical semiconductor device according to the present invention includes a light modulation unit that modulates light guided from the active region between the light emitting end face and the active region.
[0012]
An optical semiconductor device according to the present invention includes a modulator section that modulates and guides light input therein, and is arranged in parallel along the optical axis of the light that is guided through the modulator section. A light emitting end face and a reflecting end face provided in the modulator section for reflecting the light guided to the modulator section to enter the light emitting end face are provided.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
1 is a perspective view showing the structure of an optical semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention (FIG. 1 (a)), and a cross-sectional view taken along the line Ib-Ib in FIG. 1 (a) (FIG. 1 (b)). Fig. 1 (a) is a cross-sectional view taken along line Ic-Ic (Fig. 1 (c)), Fig. 1 (a) is taken along line Id-Id (Fig. 1 (d)) and Fig. 1 (a) is taken along line Ie. FIG. 1E is a cross-sectional view taken along line -Ie, and the optical semiconductor device according to the first embodiment of the present invention has an active region 100b that generates and guides light, and the arrangement direction of each lattice is The Bragg reflection region 100c is provided with a plurality of diffraction gratings 32a to 32d having different grating pitches and arranged in parallel with each other and arranged so as not to coincide with the optical axis direction of the light guided to the active region. And a reflection end face 22 that reflects the light guided through the active region 100b inside the device and makes it incident on any one of the plurality of diffraction gratings 32a to 32d. The diffraction gratings 32a to 32d of the Bragg reflection region 100c into which the light guided through the active region 100b is incident are selected by moving the position where the reflection end surface 22 is formed in a direction perpendicular to the reflection end surface. Since a diffraction grating capable of obtaining a desired oscillation wavelength can be selected from the plurality of diffraction gratings 32a to 32d, an optical semiconductor device capable of selecting the wavelength of emitted light even after the wafer process is completed can be obtained. It is a thing.
[0014]
In the figure, an optical semiconductor device 100 includes a modulator unit 100a that modulates incident light, an active region 100b that generates and guides light, and a Bragg reflection region (hereinafter referred to as a DBR region) that serves as a Bragg reflector. 100 c), a light emitting end face 21 that emits light, and a reflecting end face 22 that reflects light inside. The light emitting end face 21 is coated with a non-reflective coating, and the reflecting end face 22 is coated with a high reflection. An MQW (multiple quantum) having a multilayer structure in which a buffer layer 2 made of n-InP, a light confinement layer 3 made of n-InGaAsP, and an InGaAs layer and an InGaAsP layer are alternately laminated on a substrate 1 made of n-InP. Well) A semiconductor multilayer structure in which an active layer 4, an optical confinement layer 5 made of p-InGaAsP, a first clad layer 6a made of p-InP, and a second clad layer 6b made of p-InP are sequentially laminated is disposed. Yes. The thickness of each layer constituting the MQW active layer 4 of the modulator unit 100a is smaller than the thickness of each layer of the active region 100b, and the effective band gap energy of the MQW active layer 4 of the modulator unit 100a is reduced. It is larger than the active region 100b. In the semiconductor laminated structure, the modulator portion 100a and the active region 100b have a striped mesa shape with a width of about 1.3 μm that penetrates these regions. The mesa-shaped portion 30 having the mesa shape is disposed on the substrate 1 so as to be inclined with respect to the reflection end face so as to form an angle larger than 0 degree and smaller than 90 degrees. The end of the mesa-shaped portion 30 on the light emitting end face 21 side is located at a portion spaced from the light emitting end face 21 by a predetermined distance. In the DBR region 100c, four mesa-shaped portions extending in a stripe shape in the optical axis direction of the light guided in the mesa-shaped portion 30, in particular, in a direction not coincident with the stripe direction of the mesa-shaped portion 30. 31a to 31d are arranged in parallel to each other, and a striped light guide layer 7 made of a plurality of p-InGaAsP is provided between the first cladding layer 6a and the second cladding layer 6b of each mesa-shaped portion 31a to 31d. The mesa-shaped portions 31a to 31d are arranged in the stripe direction. The light guide layer 7 is embedded by the first p-InP clad layer 6a and the second p-InP clad layer 6b, so that the light guide layers 7 of the respective mesa-shaped portions 31a to 31d are provided. The portions are diffraction gratings 32a to 32d, respectively. The diffraction gratings 32a to 32d may be either a refractive index type or a gain waveguide type. The arrangement interval of the light guide layers 7 in each of the mesa-shaped portions 31a to 31d, that is, the diffraction grating pitch is set to a different value. The stripe direction of the mesa shape portions 31 a to 31 d is set to be the same direction as the direction in which the light guided using the mesa shape portion 30 as a waveguide is reflected on the reflection end face 22. That is, the optical axis direction of the light guided through the mesa-shaped portion 30 and the arrangement direction of the light guide layer 7 are made symmetrical with respect to an axis perpendicular to the reflection end face. Further, the reflection end face 22 is provided at a position where the light guided through the mesa-shaped portion 30 is reflected and is incident on at least one of the mesa-shaped portions 31a to 31d. A buried layer 14 made of semi-insulating InP and a buried layer 15 made of n-InP are arranged on the substrate 1 on both sides of the mesa shaped portion 30 and the mesa shaped portions 31a to 31d so as to be buried. Yes. On the second cladding layer 6b and the buried layer 15, a third cladding layer 6c made of p-InP and a contact layer 8 made of p-InGaAs having a high impurity concentration are sequentially arranged. On the contact layer 8, SiO provided with openings in the vicinity of the region on the mesa-shaped portion 30 of the modulator portion 100 a and in the vicinity of the region on the mesa-shaped portion 30 of the active region 100 b. ₂ An insulating film 9 is provided. A deposition electrode 10 made of Cr / Au obtained by sequentially depositing a Cr film and an Au film and an Au plating layer 11 are provided in a region covering the opening of the insulating film 9 in the active region 100b. A Cr / Au vapor deposition electrode 12 and an Au plating layer 13 are provided in a region covering the opening of the insulating film 9. On the back side of the substrate 1, a vapor deposition electrode 16 and an Au plating layer 17 made of AuGe / Ni / Ti / Pt / Ti / Pt / Au are provided.
[0015]
2 is a partially cutaway perspective view of the optical semiconductor device shown in FIG. 1 (FIG. 2 (a)) and an internal structure of the optical semiconductor device shown in FIG. FIG. 2 is a schematic diagram (FIG. 2B), and the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts.
[0016]
FIG. 3 is a perspective view showing the method of manufacturing the optical semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIGS. Hereinafter, a manufacturing method is demonstrated based on FIG.
[0017]
First, as shown in FIG. 3A, an insulating film 25 having two stripe-shaped openings extending in different directions and having one end bonded thereto is formed on a substrate 1 in a wafer state. One of the stripe-shaped openings extends on the active region 100b and the modulator portion 100a, and the other extends on the DBR region 100c. Further, the end of the opening extending on the modulator section 100a is prevented from reaching the position where the light emitting end face is formed. The stripe width in the active region 100b of the opening is about 5 μm, and the stripe width of the modulator portion 100a is slightly smaller than that. The stripe width of the DBR region 100c is about 50 μm.
[0018]
Then, as shown in FIG. 3B, the buffer layer is formed on the n-InP substrate 1 using the insulating film 25 as a mask by MOCVD (metal-organic chemical vapor deposition) method, LPE (liquid phase epitaxy) method or the like. The layer 2, the optical confinement layer 3, the MQW active layer 4, the optical confinement layer 5, the first clad layer 6a, and the optical guide layer 7 are grown in order. At this time, since the stripe width of the modulator portion 100a in the opening of the insulating film 25 is slightly narrower than that of the active region 100b, the selective growth rate in the modulator portion 100a becomes slow, and the MQW active layer of the modulator portion 100b The thickness of each layer 4 is thinner than the active region 100b.
[0019]
Subsequently, as shown in FIG. 3 (c), the light guide layer 7 is etched using a mask formed by the interference exposure method, and only in the stripe direction of the insulating film 25 on the DBR region 100c. Light guide layers 7 each having four diffraction grating patterns with different grating pitches are provided.
[0020]
Next, as shown in FIG. 3D, the second cladding layer 6b is formed by MOCVD, LPE, or the like.
Subsequently, after removing the insulating film 25, although not shown in the drawing, the SiO 2 extending in a stripe shape on the second cladding layer 6b of the modulator portion 100a and the active region 100b. ₂ The film is also striped on each of the four diffraction gratings on the second cladding layer 6b. ₂ A film is formed and this SiO ₂ Using the film as a mask, as shown in FIG. 3 (e), wet etching with HBr is performed to form mesa-shaped portions 30 and 31a to 31d to be optical waveguides. The width of each of the mesa-shaped portions 31a to 31d is set to about 1 μm.
[0021]
Further, as shown in FIG. 3 (f), the SiO used for the mesa etching is used. ₂ Using the film as a mask for selective growth, the buried layer 14 and the buried layer 15 are formed on the substrate 1 using the MOCVD method, the LPE method, or the like so as to bury the mesa-shaped portions 30 and 31a to 31d.
[0022]
Subsequently, as shown in FIG. 3 (g), the SiO used as the mask was used. ₂ After removing the film, the third cladding layer 6c and the contact layer 8 are sequentially grown using the MOCVD method, the LPE method, or the like.
[0023]
Next, SiO 2 is formed on the upper surface of the contact layer 8. ₂ After the insulating film 9 is formed by sputtering, the portions of the insulating film 9 that make contact with the electrodes of the modulator portion 100a and the active region 100b are removed by wet etching with hydrofluoric acid (HF) or the like. Then, the deposition electrodes 10 and 12 and the Au plating layers 11 and 13 are formed so as to cover the opening. Further, the vapor deposition electrode 16 and the Au plating layer 17 are formed in a pattern on the lower surface of the substrate 1. This completes the wafer process.
[0024]
Thereafter, the element is cleaved to form the light emitting end face 21 and the reflecting end face 22, and the chips are separated to take out the individual optical semiconductor devices. At this time, as described above, the cleavage position of the reflection end surface 22 is reflected from the reflection end surface 22 to one of the mesa-shaped portions 31a to 31d including the diffraction gratings 32a to 32d that can obtain a desired oscillation wavelength. Decide to allow light to enter. Since the light exit end face 21 emits the light without reflecting it, any angle may be formed with respect to the optical axis of the guided light. Then, the light emitting end face 21 is coated without reflection and the reflecting end face 22 is coated with high reflection to obtain an optical semiconductor device as shown in FIG.
[0025]
Next, the operation will be described. When a voltage is applied between the electrode 10 and the electrode 16 in the active region 100b, holes and electrons are injected into the active layer 4 from above and below the mesa-shaped portion 30, and luminescence recombination occurs in the active layer 4 in the active region 100b. , Light is generated. In the height direction of the substrate 1, this light is confined between the upper and lower optical confinement layers 3 and the p-type optical confinement layer 5 of the active layer 4 and guided in the vicinity of the active layer 4. The guided light is reflected by the reflection end face 22, and the reflected light is determined by the reflection end face 22. 32a-32d Is incident on one of the mesa-shaped portions 31a to 31d. This reflected light is Bragg-reflected in one of the mesa-shaped parts 31a to 31d having the periodic structure of the DBR region 100c, reflected by the reflection end face 22, and guided again through the mesa-shaped part 30. The light operated through the mesa shape portion 30 is modulated by the light modulator portion 100 a and output from the light emitting end face 21. In the optical modulator unit 100a, the band gap energy of the active layer 4 is the active region. 100b Therefore, in the state where no voltage is applied to the optical modulator portion 100a, absorption of light guided through the mesa shape portion 30 does not occur. However, when a voltage is applied, the active layer 4 is not absorbed. In FIG. 2, the absorption wavelength shifts to the longer wavelength side, so that the guided light is absorbed and the light is not emitted. Thereby, the light modulation operation becomes possible. The mesa-shaped portion 30 is not provided near the light emitting end face 21 of the optical modulator portion 100a, and the buried layer 14 and the buried layer 15 are arranged. This portion becomes the window portion 20 so that the light guided in the vicinity of the active layer 4 is not absorbed, the light is not confined in the height direction or the lateral direction, and is spread and guided. The light reflected from the emission end face 21 toward the inside of the device is prevented from returning to the vicinity of the active layer 4 and the effective reflectance is lowered.
[0026]
Here, in the first embodiment, the reflection end face 22 This reflection end face to form the position 22 The light guided to the mesa-shaped portion 30 is moved in the direction perpendicular to the reflection end surface. 22 It is possible to replace the mesa-shaped portions 31a to 31d of the DBR region 100c that is reflected and incident at. In this optical semiconductor device, light is distributed distributedly by Bragg reflection, and the oscillation wavelength of the emitted light is determined by the grating interval of the diffraction grating in the DBR region 100c, that is, the diffraction grating pitch. It becomes possible to change the oscillation wavelength of the emitted light by replacing the mesa-shaped portions 31a to 31d where the light is incident.
[0027]
For example, when the reflection end face 22 is formed by cleavage after the wafer process is finished, if the cleavage position is an end face formation position 40a as shown in FIG. 2 (b), the reflected light is a mesa shape portion of the DBR region 100c. The light is incident on 31a, and emitted light having an oscillation wavelength corresponding to the pitch of the diffraction grating 32a of the mesa-shaped portion 31a is obtained. When the cleavage position is the end face formation position 40b, the reflected light is incident on the mesa shape part 31b of the DBR region 100c, and the cleavage position corresponding to the pitch of the diffraction grating 32b of the mesa shape part 31b is defined as the end face formation position 40a. As a result, outgoing light having an oscillation wavelength different from that obtained is obtained. Further, once the cleavage position is set to the end face formation position 40d, the oscillation wavelength can be changed by using the reflection end face 22 as the end face formation position 40c by dry etching or the like as necessary.
[0028]
Therefore, in the first embodiment, a plurality of diffraction gratings that are arranged so as not to coincide with the optical axis direction of the light guided through the mesa-shaped portion 30 and that are parallel to each other in the grating arrangement direction. Any of mesa shape portions 31a to 31d provided with 32a to 32d, and mesa shape portions 31a to 31d provided with different diffraction gratings 32a to 32d by internally reflecting light guided through the mesa shape portion 30 Reflective end face incident on one 22 And equipped with a reflective end face 22 The position where this reflective surface is formed 22 Is selected in one of the mesa shape portions 31a to 31d of the Bragg reflection region 100c in which the light generated in the active region 100b and guided through the mesa shape portion 30 is incident. This makes it possible to select a mesa-shaped portion having a diffraction grating capable of obtaining a desired oscillation wavelength in the DBR region 100c, so that an optical semiconductor device capable of easily selecting the oscillation wavelength of the emitted light even after completion of the wafer process is obtained. There is an effect.
[0029]
In the first embodiment, the DBR-LD with a modulator has been described. However, the present invention has the same effect even with another optical semiconductor device such as a DBR-LD having no modulator.
[0030]
In the first embodiment, the DBR region 100c has four diffraction gratings having different grating pitches. However, in the present invention, the same effect can be obtained if there are a plurality of diffraction gratings. However, since the arrangement direction of the grating is arranged in a direction different from the waveguide optical axis of the active region, even if there is a single diffraction grating instead of a plurality, the waveguide optical axis of the active region is different from the waveguide optical axis of the active region as in the conventional configuration. Compared to the arrangement extending in the same direction, an optical semiconductor element element can be formed in a region where the length of the active region in the optical axis direction is shorter. Furthermore, space saving and size reduction can be achieved. Therefore, it should be understood from this point of view that embodiments using a single diffraction grating are also included in the embodiments of the present invention.
[0031]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 5 is a perspective view (FIG. 5 (a)) showing the structure of the optical semiconductor device according to the second embodiment of the present invention and a cross-sectional view taken along the line Vb-Vb (FIG. 5 (b)). The optical semiconductor device according to the second embodiment includes a modulator unit 200a that modulates and guides light, and a light emission end face 54 that is disposed in parallel along the optical axis of the light guided through the modulator unit 200a. And a reflection end face 53 that is provided in the modulator section 200a and reflects the light guided to the modulator section 200a so as to be incident on the light emitting end face 54. The modulator section Length L in the direction in which the light of 200a is guided _mod Is adjusted by the position where the reflection end face 53 is provided, so that the length L of the window 55 in the direction in which the light is guided is adjusted. _w Thus, the extinction characteristic of the modulator unit 200a can be adjusted while keeping the constant.
[0032]
In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts, and the optical semiconductor device 200 is provided with a modulator part and a window part in particular. On the substrate 1 made of n-InP, n − A buffer layer 2 made of InP, an optical confinement layer 3 made of n-InGaAsP, an MQW active layer 4 having a multilayer structure in which InGaAs layers and InGaAsP layers are alternately stacked, an optical confinement layer 5 made of p-InGaAsP, and A mesa-shaped portion 52 having a predetermined width in which first cladding layers 6d made of p-InP are sequentially stacked, a buried layer 14 made of semi-insulating InP and a buried layer 15 made of n-InP filling both sides thereof The second cladding layer 6e made of p-InP, the contact layer 8 made of p-InGaAs, the insulating film 9 and the vapor deposition electrode made of Cr / Au disposed on these 2 and an Au plating layer 13, a vapor deposition electrode 16 made of AuGe / Ni / Ti / Pt / Ti / Pt / Au provided on the back side of the substrate 1, and a modulator part 200 a made of an Au plating layer 17. . The light incident end face 51 into which light is incident from the outside of the modulator section 200a is provided so as to be substantially perpendicular to the stripe direction of the mesa-shaped section 52, and a non-reflective coating is formed on the surface thereof. The reflection end surface 53 formed at a position facing the light incident end surface 51 of the modulator unit 200a is perpendicular to the surface of the substrate 1 and is an optical axis of light guided in the mesa-shaped portion 52. Here, in particular, an angle of about 45 degrees is formed with respect to the stripe direction of the mesa-shaped portion 52. The surface has a highly reflective coating. The light exit end face 54 is perpendicular to the surface of the substrate 1 in the vicinity of the end opposite to the light entrance end face 51 of the modulator section 200a, and is an optical axis of light guided in the mesa-shaped section 52. The surface is provided with an anti-reflective coating. The semi-insulating InP buried layer 14 and the n-InP buried layer 15 in the region between the light emitting end face 54 and the reflecting end face 53 serve as the window portion 55.
[0033]
This optical semiconductor device is formed in the same manner as the method of manufacturing the modulator portion 100a in the method of manufacturing the optical semiconductor device shown in FIGS. 3A to 3G in the first embodiment. Before the semiconductor devices are separated from the wafer, the semi-insulating InP buried layer 14 and the n-InP buried layer 15 are removed to a depth deeper than the active layer 4 by dry etching or the like using a mask, and the light emitting end face 54 is removed. When the semiconductor device is cut out after the wafer process, the reflection end face 53 is cleaved at a predetermined angle with respect to the stripe direction of the mesa-shaped portion 52.
[0034]
Next, the operation will be described. Light incident from the light incident end face 51 is modulated by the modulator section 200 a and guided along the stripe direction of the mesa-shaped section 52. Then, the light reflected from the reflection end face 53 toward the light exit end face 54 and modulated is output from the light exit end face 54 through the window 55.
[0035]
Here, in the second embodiment, after the wafer process, the reflection end face is adjusted by adjusting the cleavage position while keeping the angle formed by the optical axis of the guided light of the reflection end face 53 at about 45 degrees. 53 By changing the position where the light is provided, it is possible to change the length in the direction in which light of the modulator section 200a is guided, that is, the modulator length, without removing the window section 55. The extinction ratio of the modulator is the length L in the direction in which the light of the modulator section 200a is guided. _mod Therefore, the extinction characteristic can be adjusted by changing the modulator length as necessary. Normally, the extinction characteristic is optimum at around 13 dB on the transmission system. L _mod Is preferably adjusted between 100 and 250 μm.
[0036]
Further, in the second embodiment, the distance between the striped mesa-shaped portion 52 serving as an optical waveguide and the light emitting end face 54 is always constant, and the reflecting end face 53 Is at an angle of about 45 degrees with the optical axis of the guided light of the modulator unit 200a. 53 The angle of the optical axis of the guided light reflected by the optical axis and the optical axis of the guided light before reflection are about 90 degrees. Therefore, the reflection end face 53 By maintaining the angle formed by the optical axis of the guided light at about 45 degrees, the reflection end face is obtained after the wafer process. 53 Even when the length of the modulator is changed by adjusting the position to provide the light emitting end face 54 and the reflecting end 53 The distance from the portion where the guided light is reflected, that is, the distance L of the window 55 _w Can always be constant. Usually, the distance L of the window 55 _w Needs to be kept constant in order to control the radiation angle of the outgoing light and the return light from the outgoing face to the modulator. _w = 20 μm is set, but by configuring in this way, the distance L of the window portion 55 is set. _w While keeping the length of L constant _mod Since the length of the window can be adjusted, the characteristics of the window portion are not deteriorated.
[0037]
As described above, in the second embodiment of the present invention, the light emitting end face 54 arranged in parallel along the optical axis of light guided through the modulator section, and the modulation provided in the modulator section 200a. Since it is provided with the reflection end face 53 that reflects the light guided to the vessel portion and enters the light exit end face 54, the modulator length L _mod Is adjusted by changing the position where the reflection end face 53 is provided so that the angle with respect to the optical axis of the guided light does not change. _w Thus, it is possible to adjust the extinction characteristic of the modulator section while keeping the constant, and it is possible to adjust the extinction characteristic of the modulator section after the wafer process without deteriorating the characteristics of the window section.
[0038]
In the present invention, in the optical semiconductor device according to the second embodiment, a DBR laser or the like may be integrated on the light incident end face side of the modulator section, and the same effect as in the second embodiment is achieved. .
[0039]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, an active region that is provided on a semiconductor substrate and generates light and guides the generated light, and an array direction of each lattice provided on the semiconductor substrate. Is arranged so as not to coincide with the optical axis direction of the light guided to the active region, and includes a Bragg reflection region including a plurality of diffraction gratings having different grating pitches and in which the arrangement directions of the gratings are parallel to each other, and A reflection surface that reflects light guided through the active region internally and makes it incident on one of the plurality of diffraction gratings. Therefore, the position where the reflection surface is formed is perpendicular to the reflection surface. By adjusting in various directions, it is possible to select a diffraction grating that can obtain a desired oscillation wavelength in the Bragg reflection region where light guided from the active region is incident, and it is easy to select the oscillation wavelength of the emitted light even after the wafer process is completed There is an effect capable of providing a possible optical semiconductor device.
[0040]
Further, according to the present invention, even when a single diffraction grating is used instead of the plurality of diffraction gratings, since the diffraction grating is provided in a direction different from the waveguide optical axis, the optical semiconductor device As a result, the space can be saved and the size can be reduced.
[0041]
Further, according to the present invention, the light emitting end face perpendicular to the optical axis of the light guided through the active region is provided at a position facing the reflecting surface across the active region. There is an effect that it is possible to provide an optical semiconductor device capable of easily selecting the oscillation wavelength of the emitted light even after the process is completed.
[0042]
In addition, according to the present invention, since the light modulation section for modulating the light guided from the active region is provided between the light emitting end face and the active region, the emitted light can be transmitted even after the wafer process is completed. There is an effect that an optical semiconductor device capable of easily selecting an oscillation wavelength can be provided.
[0043]
Further, according to the present invention, the modulator unit that modulates and guides the light input therein, and the light emitting end face that is disposed in parallel along the optical axis of the light guided through the modulator unit And a reflection end face that is provided in the modulator section and reflects the light guided to the modulator section so as to be incident on the light emitting end face. By changing the angle of the guided light with respect to the optical axis so as not to change, the modulator length is adjusted, and the modulator is adjusted after the wafer process without degrading the characteristics of the window while keeping the distance of the window constant. There is an effect that the extinction characteristic of the portion can be adjusted.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are a perspective view and a sectional view showing a structure of an optical semiconductor device according to a first embodiment of the invention. FIGS.
FIG. 2 is a partially cutaway perspective view showing the structure of the optical semiconductor device according to the first embodiment of the present invention and a schematic view seen from above the substrate.
FIG. 3 is a perspective view showing the method for manufacturing the optical semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a partially cutaway perspective view showing the structure of a conventional optical semiconductor device.
FIGS. 5A and 5B are a perspective view and a sectional view showing the structure of an optical semiconductor device according to a second embodiment of the invention. FIGS.
[Explanation of symbols]
1 n-InP substrate, 2 n-InP buffer layer, 3 n-InGaAsP optical confinement layer, 4 MQW active layer, 5 p-InGaAsP optical confinement layer, 6a to 6c p-InP first to third cladding layers, 6d first 1 clad layer, 6e second clad layer, 7 p-InGaAsP light guide layer, 8 p-InGaAs contact layer, 9-insulating film, 10, 12 evaporation electrode, 11, 13, 17 Au plated layer, 14 semi-insulating InP Buried layer, 15 n-InP buried layer, 16 Deposition electrode, 21, 54 Light emitting end face, 22, 53 Reflecting end face, 25 Insulating film, 30, 52 Mesa shaped part, 31a-31d mesa shaped part, 32a-32d Diffraction grating, 40a to 40d End face cleavage position, 51 Light incident end face, 55 Window part, 56 light, 100, 200 Optical semiconductor device, 100a, 200a Modulator part, 100 Active area, 100c DBR region.

Claims

An active region provided on a semiconductor substrate for generating light and guiding the generated light;
A Bragg reflection region including a diffraction grating provided on the semiconductor substrate and arranged so that an arrangement direction of the grating does not coincide with an optical axis of light guided to the active region;
A reflection surface for internally reflecting the light guided through the active region and entering the diffraction grating;
The diffraction grating is composed of a plurality of diffraction gratings having different grating pitches in which the arrangement directions of the gratings are parallel to each other,
The optical semiconductor device, wherein the reflection surface is configured to allow light to enter one of the plurality of diffraction gratings.

The optical semiconductor device according to claim 1,
An optical semiconductor device, wherein the reflection surface is formed by an end face of the optical semiconductor device.

The optical semiconductor device according to claim 1,
An optical semiconductor device characterized in that a light emitting end face perpendicular to the optical axis of light guided through the active region is provided at a position facing the reflecting surface with the active region interposed therebetween.

The optical semiconductor device according to claim 3,
An optical semiconductor device comprising: a light modulation unit configured to modulate light guided from the active region between the light emitting end face and the active region.