JP4005519B2 - Semiconductor optical device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体光装置及びその製造方法に関し、特に、チューナブルツインガイド分布帰還型半導体レーザ(TTG−DFBレーザ)構造を含む半導体光装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
現在、大容量光通信網の基幹伝送系では、光信号を波長軸上で多重化することにより伝送容量の向上を図る波長分割多重(WDM)方式が採用されている。WDM方式において多重数を大きくするためには、光源となる半導体レーザの個数を増やす必要がある。同時にバックアップ用光源も同数以上必要となり、バックアップ用として準備しておくべき品種の数が増加する。このため、在庫管理が煩雑になる。
【0003】
このような背景から、発振波長を変化させることができる波長可変光源を用いて在庫管理を簡素化することが要望されている。WDM方式に用いられる波長可変光源としては、波長を連続的に変えることができ、可変幅の広いことが要求される。
【0004】
波長選択光源として、これまでに様々な波長可変レーザが提案されている。例えば分布帰還型(DFB)レーザや分布ブラッグ反射(DBR)レーザを用い、温度を制御することにより発振波長を変える方式、DBRレーザのチューニング領域に流す電流を制御することにより発振波長を変える方式が提案されている。
【0005】
またDBRタイプでフィルタ機能を持ったGCSR−DBRレーザや、部分回折格子パターンの変調を利用したSG/SSG−DBRレーザが提案されている。しかしながら、これらのレーザ光源では、波長を変えたときに大きな光出力を得ることができない。また、連続的に波長を変えることができる範囲が数nmと狭く、波長制御が複雑である。さらに、モードホッピングにより波長が不連続に変化する場合がある。
【0006】
TTG−DFBレーザは、連続的に波長を変えることができる範囲が8nm程度と広く、波長可変方法が単純であるという特徴を有している。TTG−DFBレーザは、例えば特許文献1及び特許文献2に記載されている。
【0007】
【特許文献1】
特開平7−131121号公報
【特許文献2】
特開平7−326820号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、TTG−DFBレーザは、連続的で比較的広い波長可変範囲を有するとともに、波長可変のための制御方法が容易であるという特徴を有している。しかしながら、TTG−DFBレーザも他の半導体レーザと同様に、波長を短波側に変化させるために、波長チューニング層に電流を注入すると、レーザの内部損失が増加し、光出力が低下してしまう。
【0009】
活性層にさらに電流を注入して、低下した光出力を補償することも可能である。しかし、注入電流の増大は、素子温度の上昇を招き、発振波長を長波側へシフトさせる。結果的に、波長可変幅を狭くさせてしまう。また、温度上昇による発振波長のずれを波長チューニング層に流す電流で再度制御する必要があり、波長可変方法が複雑になってしまう。
【0010】
特許文献2に、TTG−DFBレーザ、光位相調整器、光強度調整器、及び反射鏡を集積した光半導体装置が開示されている。特許文献2に開示された方法では、光位相調整器及び光強度調整器からの戻り光を調節することにより、TTG−DFBレーザ内部における吸収損失を補っている。しかしながら、特許文献2に記載された方法は、制御が容易であるとはいえない。また、利得を持つ光素子が集積化されていないため、光出力の大幅な増加は期待できない。
【0011】
本発明の目的は、広い波長可変範囲を有するとともに、波長可変時にも高い光出力を得ることができる半導体レーザ及びその製造方法を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、第1導電型の半導体基板の第1の領域上に配置され、ストライプ状のメサ構造を有するレーザ発振器と、前記半導体基板の第2の領域上に配置され、ストライプ状のメサ構造を有し、前記レーザ発振器から放射されたレーザ光が入射し、該レーザ光を増幅する光増幅器と、前記レーザ発振器及び前記光増幅器のメサ構造の両脇を埋め込む埋込層とを有し、該レーザ発振器は、電流注入により誘導放出光を発生する第1の活性層、電流注入により屈折率が変化するチューニング層、該第1の活性層と該チューニング層との間に配置され、前記第1導電型とは反対の第2導電型の中間層、及び該活性層で発生し該活性層、中間層、及びチューニング層内を伝搬する光と光学的に結合する位置に配置された回折格子からなる第1の積層構造を含み、前記光増幅器は、前記半導体基板上に配置された第2導電型の第1のクラッド層と、該第1のクラッド層の上に配置され、前記レーザ発振器から放射されたレーザ光が入射し、電流注入によって、入射したレーザ光を増幅する第2の活性層と、該第2の活性層の上に配置された第1導電型の第2のクラッド層とを含み、前記埋込層は、前記レーザ発振器及び光増幅器のメサ構造の両側の、前記半導体基板上に配置された第2導電型の下部埋込層と、該下部埋込層の上に配置された第1導電型または半絶縁性の上部埋込層とを含み、前記レーザ発振器のメサ構造の両側において、該下部埋込層は、前記中間層の端面に接する厚さとされ、前記光増幅器のメサ構造の両側においては、該下部埋込層が前記第1のクラッド層の端面に接するが前記第2の活性層の端面には接しない厚さとされている半導体光装置が提供される。
【0013】
これによって、下部埋込層から中間層を経由してチューニング層に至るチューニング電流経路が画定される。下部埋込層から中間層を経由して第1の活性層に至る励起電流経路が画定される。下部埋込層から第1のクラッド層、第2の活性層を経由して第2のクラッド層に至る光増幅電流経路が画定される。下部埋込層が第2の活性層に接触しないため、下部埋込層から活性層を経由しないで第2のクラッド層に流れるリーク電流を低減することができる。
【0014】
本発明の他の観点によると、(a)第1導電型の半導体基板の第1の領域上に配置され、電流注入により誘導放出光を発生する第1の活性層、電流注入により屈折率が変化するチューニング層、該第1の活性層と該チューニング層との間に配置され、前記第1導電型とは反対の第2導電型の中間層、及び該活性層で発生し該活性層、中間層、及びチューニング層内を伝搬する光と光学的に結合する位置に配置された回折格子からなる第1の積層構造を含むレーザ発振器、前記半導体基板の第2の領域上に配置され、前記半導体基板上に配置された第2導電型の第1のクラッド層と、該第1のクラッド層の上に配置され、前記レーザ発振器から放射されたレーザ光が入射し、電流注入によって、入射したレーザ光を増幅する第2の活性層と、該第2の活性層の上に配置された第1導電型の第2のクラッド層とを含み、入射するレーザ光を増幅する光増幅器、及び前記第1の領域と第2の領域との間の第3の領域上に配置され、前記レーザ発振器の第1の積層構造と前記光増幅器の第2の活性層とを光学的に結合させる光導波路を有するレーザ構造を形成する工程と、(b)前記レーザ構造の上に、前記第1の領域、第3の領域、及び第2の領域が並ぶ方向に延在するストライプメサ用マスク、及び該前記第1及び第3の領域の前記ストライプメサ用マスクの両側に配置された選択成長用マスクであって、該ストライプメサ用マスクと該選択成長用マスクとの間に間隙部が設けられており、前記第3の領域において、該間隙部の幅が前記第1の領域から前記第2の領域に近づくに従って拡がるように、前記ストライプメサ用マスク及び前記選択成長用マスクを形成する工程と、(c)前記半導体基板の、前記ストライプメサ用マスク及び前記選択成長用マスクをエッチングマスクとして、前記第1の領域においては少なくとも前記第1の積層構造の底面に達し、前記第2の領域においては少なくとも前記第2の活性層の底面に達するまでエッチングする工程と、(d)前記ストライプメサ用マスク及び前記選択成長用マスクに覆われていない領域上に、前記第1の領域においては前記中間層まで達し、前記第2の領域においては前記第2の活性層まで達しない高さの第2導電型の下部層を形成する工程と、(e)前記ストライプメサ用マスクと前記選択成長用マスクとを除去する工程とを有する半導体光装置の製造方法が提供される。
【0015】
選択成長用マスクを用いることにより、1回の成長で第1の領域上で厚く、第2の領域上で薄い下部層を成長させることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
図1(A)に、実施例による半導体光装置の活性層を、光共振器の長さ方向(光の伝播方向)に平行な面で切断した断面図を示す。p型InPからなる半導体基板1の表面に、レーザ発光領域Lと光増幅領域Gとが画定されている。半導体基板1の表面上にp型InPからなるバッファ層を形成してもよい。半導体基板1の不純物濃度は1×1018cm-3である。
【0017】
レーザ発光領域Lの表面上に、下部クラッド層2、回折格子層3、チューニング層4、中間層5、活性層6、及び上部クラッド層7がこの順番に積層されている。下部クラッド層2から上部クラッド層7までの積層構造が、TTG−DFBレーザ発振器の主要部を構成する。下部クラッド層2及び上部クラッド層7は、不純物濃度7×1017cm-3のp型InPからなる厚さ150nmの層である。
【0018】
回折格子層3は、表面に複数の凹部が周期的に形成されたp型InGaAsP層の上に、厚さ200nmのp型InP層を積層した構造を有する。InGaAsP層は、遷移波長1.15μmの組成を有し、その厚さは290nm、不純物濃度は7×1017cm-3、凹部の深さは50nm、ピッチは240nmである。InP層の不純物濃度は7×1017cm-3である。なお、光共振器の長さ方向のほぼ中央で1/4波長分(λ/4)だけ位相がシフトされている。
【0019】
チューニング層4は、遷移波長1.3μmの組成のノンドープのInGaAsPで形成され、その厚さは290nmである。中間層5は、n型InPで形成され、その厚さは160nm、n型不純物濃度は1×1018cm-3である。
【0020】
活性層6は、量子井戸層と障壁層とが交互に積層された多重量子井戸構造を、上下から分離閉込層(SCH層)で挟み込んだ構造を有する。下側のSCH層は、遷移波長1.25μmのノンドープのInGaAsPで形成された厚さ40nmの層である。量子井戸層は、圧縮歪を有するノンドープのInGaAsPで形成され、そのフォトルミネッセンス(PL)波長は1.55μm、歪量は0.8%、厚さは7nmであり、全部で7層配置される。障壁層は、遷移波長1.25μmのノンドープのInGaAsPで形成され、その厚さは9nmである。上側のSCH層は、遷移波長1.15μmのノンドープのInGaAsPで形成され、その厚さは100nmである。
【0021】
レーザ発光領域の長さ(光共振器長)は400μmである。なお、後述するように、下部クラッド層2から上部クラッド層7までは、ストライプ状のメサ構造とされ、その幅は1.0μm、高さは1500nmである。
【0022】
光増幅領域Gの表面上に、n型InPからなるn型クラッド層11、活性層12、p型InPからなるp型クラッド層13がこの順番に積層されている。n型クラッド層11、活性層12、及びp型クラッド層13が半導体光増幅器(SOA)の主要部を構成する。この3層はストライプ状のメサ構造とされ、レーザ発光領域Lのメサ構造に連続している。メサ構造の幅は1.0μm、高さは1500nm、長さは600nmである。
【0023】
n型クラッド層11の厚さは700nm、不純物濃度は1×1018cm-3である。p型クラッド層13の厚さは300nm、不純物濃度は7×1017cm-3である。
【0024】
活性層12は、量子井戸層と障壁層とが交互に積層された多重量子井戸構造を、上下からSCH層で挟み込んだ構造を有する。量子井戸層と障壁層とからなる多重量子井戸構造は、レーザ発光領域Lの活性層6の多重量子井戸構造と同様である。下側のSCH層は、遷移波長1.25μmの組成のノンドープのInGaAsPで形成され、その厚さは100nmである。上側のSCH層は、遷移波長1.15μmの組成のノンドープのInGaAsPで形成され、その厚さは100nmである。
【0025】
図2(A)及び(B)に、それぞれ図1(A)の一点鎖線A2−A2及びB2−B2における断面図を示す。図2(A)及び(B)の一点鎖線A1−A1における断面図が図1(A)に相当する。
【0026】
図2(A)に示すように、レーザ発光領域Lにおいては、半導体基板20の上に、下部クラッド層2、回折格子層3、チューニング層4、中間層5、活性層6、及び上部クラッド層7からなるメサ構造が形成されている。このメサ構造の両側が、下部埋込層30及び上部埋込層31からなる2層で埋め込まれている。下部埋込層30はn型InPで形成され、その不純物濃度は1×1018cm−3、厚さは1300nmである。上部埋込層31はp型InPで形成され、その不純物濃度は7×1017cm−3、厚さは300nmである。なお、上部埋込層31は半絶縁性としてもよい。
【0027】
図2(B)に示すように、光増幅領域Gにおいては、半導体基板1の上に、n型クラッド層11、活性層12、p型クラッド層13からなるメサ構造が形成されている。このメサ構造の両側が、下部埋込層34及び上部埋込層35の2層で埋め込まれている。下部埋込層34はn型InPで形成され、その不純物濃度は1×1018cm−3、厚さは450nmである。上部埋込層35はp型InPで形成され、その不純物濃度は7×1017cm−3、厚さは1150nmである。なお、上部埋込層35は半絶縁性としてもよい。
【0028】
図1(B)に、図2(A)及び(B)の一点鎖線B1−B1における断面図を示す。図2(B)の一点鎖線A1−A1における断面図が図1(A)に相当し、B1−B1における断面図が図1(B)に相当する。図2(A)及び(B)で説明したように、レーザ発光領域L上の下部埋込層30と光増幅領域G上の下部埋込層34とは、相互に厚さが異なる。また、上部埋込層31及び35の上面は、同じ高さに設定されている。
【0029】
図2(A)に示したように、レーザ発光領域Lにおいては、下部埋込層30は、メサ構造の側面において中間層5に接触し、両者が電気的に接続される。また、図2(B)に示したように、光増幅領域Gにおいては、上部埋込層35が活性層12に接触し、下部埋込層34は活性層12に接触しない厚さとされている。
【0030】
図1(A)、(B)、図2(A)、(B)に示すように、レーザ発光領域L及び光増幅領域Gのメサ構造の上、及び上部埋込層31、35の上に、p型InPからなる平坦化層15が形成されている。平坦化層15の不純物濃度は7×1017cm-3であり、その厚さは3000nmである。
【0031】
平坦化層15の表面のうち、メサ構造の上方の領域に、p型InGaAsからなるコンタクト層16が形成されている。コンタクト層16の不純物濃度は1×1018cm-3であり、その厚さは300nmである。コンタクト層16のレーザ発光領域L上の部分と、光増幅領域G上の部分とは、相互に分離されている。コンタクト層16の形成されていない領域は酸化シリコンからなる保護膜38で覆われている。
【0032】
図2(A)及び(B)に示すように、平坦化層15の上面から下部埋込層30及び34の上面まで達する開口が形成されている。この開口の底面に露出した下部埋込層30及び34上に、電極37が形成されている。
【0033】
図1(A)及び図2(A)に示すように、レーザ発光領域Lのコンタクト層16の上に電極17が形成されている。図1(A)及び図2(B)に示すように、光増幅領域Gのコンタクト層16の上に電極18が形成されている。さらに、図1(A)、(B)、及び図2(A)に示すように、半導体基板1の裏面のうちレーザ発光領域Lに対応する領域に、電極19が形成されている。これらの電極17、18、19及び37は金(Au)で形成される。
【0034】
図1(A)及び(B)に示すように、光増幅領域G側の端面に反射防止膜20が形成され、レーザ発光領域L側の端面に反射防止膜21が形成されている。
次に、図1及び図2に示した第1の実施例によるTTG−DFBレーザの製造方法について説明する。
【0035】
半導体基板1の上に、有機金属化学気相成長(MOCVD)により下部クラッド層2を成長させる。形成される他の半導体の各層は、特に断らない限りMOCVDにより成長させる。下部クラッド層2の上に、InGaAsP層を形成し、2光束干渉露光または電子ビーム露光を用いたリソグラフィにより、回折格子を形成する。この回折格子をInPで埋め込み、回折格子層3を形成する。回折格子層3の上に、中間層5から上部クラッド層7までの各層を成長させる。
【0036】
上部クラッド層7の表面のうちレーザ発光領域L上の領域を酸化シリコン膜で覆い、光増幅領域G上の上部クラッド層7から下部クラッド層2までの積層をエッチング除去する。酸化シリコン膜は、例えばCVDにより形成することができる。光増幅領域Gの露出した半導体基板1上に、n型クラッド層11、活性層12、及びp型クラッド層13を選択成長させる。このとき、レーザ発光領域L上の表面には酸化シリコン膜が残っているため、この上には半導体層は成長しない。光増幅領域G上にこれらの層を成長させた後、レーザ発光領域L上に残されている酸化シリコン膜を除去する。
【0037】
上部クラッド層7及びp型クラッド層13の上に、メサ構造形成のためのストライプ状の酸化シリコン膜を形成する。この酸化シリコン膜をエッチングマスクとして用い、半導体基板1の表面が露出までエッチングを行う。これにより、ストライプ状のメサ構造が形成される。
【0038】
光増幅領域G上を酸化シリコン膜で覆い、レーザ発光領域L上のメサ構造の両側に、下部埋込層30及び上部埋込層31を選択成長させる。メサ構造の上面及び光増幅領域Gの表面は酸化シリコン膜で覆われているため、この領域上には半導体層は成長しない。
【0039】
選択成長用のマスクとして使用した酸化シリコン膜を除去し、レーザ発光領域Lの表面及び光増幅領域G上のメサ構造の上面を、酸化シリコン膜で覆う。光増幅領域G上のメサ構造の両側に、下部埋込層34及び上部埋込層35を選択成長させる。選択成長用マスクとして用いた酸化シリコン膜を除去する。
【0040】
基板全面上に、平坦化層15、及びコンタクト層16を成長させる。コンタクト層16をパターニングする。平坦化層15及び上部埋込層31、35をエッチングし、電極37を形成するための開口を形成する。全面に、酸化シリコンからなる保護膜38を形成する。電極を形成すべき領域の保護膜38を除去し、リフトオフ法により電極17、18、19及び37を形成する。半導体基板1をへき開し、端面に反射防止膜20及び21を形成する。
【0041】
上記第1の実施例では、図2(A)に示すように、電極17から、平坦化層15、上部クラッド層7、活性層6、中間層5、及び下部埋込層30を経由して電極37に至る励起電流経路が画定される。さらに、電極19から、半導体基板1、下部クラッド層2、回折格子層3、チューニング層4、中間層5、及び下部埋込層30を経由して電極37に至るチューニング電流経路が画定される。励起電流経路を流れる励起電流とチューニング電流経路を流れるチューニング電流とは、相互に独立に制御することができる。
【0042】
さらに、図2(B)に示すように、電極18から、平坦化層15、p型クラッド層13、活性層12、n型クラッド層11、及び下部埋込層34を経由して電極37に至る光増幅電流経路が画定される。
【0043】
レーザ発光領域L上の活性層6に励起電流を流すことにより、レーザ発振を生じさせることができる。チューニング層4に流す電流を制御することにより、発振波長を連続的にかつ広い範囲で変えることができる。レーザ発光領域L上の活性層6で生じたレーザ光は、光増幅領域G上の活性層12内に導入される。活性層12に光増幅電流を流すことにより、レーザ光を増幅することができる。増幅されたレーザ光は、反射防止膜20を通して外部に放射される。
【0044】
第1の実施例では、TTG−DFBレーザに光増幅器が集積化されているため、出力レーザビームの強度を大幅に高めることができる。
また、第1の実施例では、光増幅領域G上の下部埋込層34が、レーザ発光領域L上の下部埋込層30よりも薄くされている。光増幅領域G上の下部埋込層34の厚さをレーザ発光領域L上の下部埋込層30の厚さと等しくすると、光増幅領域Gにおいて、p型クラッド層13の側面の下方の領域が、下部埋込層34に直接接触してしまう。両者が直接接触すると、p型クラッド層13から下部埋込層34に直接電流が流れ、活性層12に注入される電流が減少してしまう。
【0045】
第1の実施例のように、光増幅領域Gにおいて、下部埋込層34を、p型クラッド層13及び活性層12に接触しない程度の厚さとすることにより、活性層12への電流注入効率を高めることができる。
【0046】
図3(A)及び(B)に、第2の実施例による半導体光装置の断面図を示す。図3(A)はメサ構造の部分の断面図であり、図3(B)はメサ構造の両側の埋込層の部分の断面図である。
【0047】
第2の実施例による半導体光装置においては、図1(A)及び(B)に示した第1の実施例による半導体光装置のレーザ発光領域Lと光増幅領域Gとの間に、結合領域Cが配置されている。レーザ発光領域L及び光増幅領域Gにおける積層構造は、図1(A)及び(B)に示した半導体光装置の積層構造と同一である。
【0048】
図3(A)に示すように、半導体基板1の結合領域Cの上に、下部クラッド層41、コア層42、及び上部クラッド層43が積層されている。この3層がメサ構造を構成する。このメサ構造の長さは、200μmである。下部クラッド層41はp型InPで形成され、その不純物濃度は2×1017cm-3、厚さは850nmである。コア層42は、ノンドープのInGaAsPで形成され、その遷移波長は1.3μm、厚さは200nmである。上部クラッド層43はp型InPで形成され、その不純物濃度は2×1017cm-3、厚さは450nmである。
【0049】
上下のクラッド層41、43とコア層42とにより、導波路が構成される。この導波路は、レーザ発光領域Lから放射されたレーザ光を光増幅領域Gの活性層12に導く。
【0050】
図3(B)に示すように、結合領域Cのメサ構造の両側に、下部埋込層45及び上部埋込層46の2層が形成されている。下部埋込層45はn型InPで形成され、その不純物濃度は1×1018cm−3である。上部埋込層46はp型InPで形成され、その不純物濃度は7×1017cm−3である。なお、上部埋込層46は、上部埋込層31及び35とともに半絶縁性としてもよい。
【0051】
下部埋込層45は、レーザ発光領域Lと結合領域Cとの境界において、レーザ発光領域Lの下部埋込層30と同じ膜厚となり、光増幅領域Gと結合領域Cとの境界において、光増幅領域Gの下部埋込層34と同じ膜厚になる。結合領域C内においては、下部埋込層45の膜厚が、レーザ発光領域Lから光増幅領域Gに近づくに従って徐々に薄くなっている。
【0052】
レーザ発光領域Lの上部埋込層31、結合領域Cの上部埋込層46、及び光増幅領域Gの上部埋込層35の上面の高さはほぼ同一である。
平坦化層15の表面のうち結合領域Cの上方の領域は保護膜38で覆われており、この領域にコンタクト層及び電極は配置されていない。
【0053】
図3及び図4を参照して、第2の実施例によるTTG−DFBレーザの製造方法について説明する。
第1の実施例の場合と同様の方法で、レーザ発光領域L上の積層構造を形成する。次に、結合領域C上の積層構造を形成する。その後、光増幅領域G上の積層構造を形成する。
【0054】
図4(A)に示すように、上部クラッド層7、42、及びp型クラッド層13の表面上に、酸化シリコンからなるストライプメサ用マスク50及び選択成長用マスク51を形成する。ストライプメサ用マスク50は、レーザ発光領域Lから結合領域Cを通過して光増幅領域Gまで延びる幅約1.0μmのストライプ状のパターンを有する。選択成長用マスク51は、レーザ発光領域L及び結合領域Cにおいて、ストライプメサ用マスク50の両側に、ストライプメサ用マスク50からある間隔を隔てて配置される。レーザ発光領域Lにおいて、ストライプメサ用マスク50の両側に配置された一対の選択成長用マスク51の間隔Wは約30μmである。結合領域Cにおいては、レーザ発光領域Lから光増幅領域Gに近づくに従って、両者の間隔が徐々に広くなる。このため、ストライプメサ用マスク50と選択成長用マスク51との間隔も、レーザ発光領域Lから光増幅領域Gに近づくに従って徐々に広くなる。
【0055】
ストライプメサ用マスク50及び選択成長用マスク51をエッチングマスクとして用い、図3(A)に示した半導体基板1の上面までエッチングする。
図4(B)及び(C)に、それぞれエッチング後における図4(A)の一点鎖線B4−B4及び一点鎖線C4−C4における断面図を示す。ストライプメサ用マスク50の配置された位置に、メサ構造が残る。
【0056】
図4(D)及び図4(E)に、下部埋込層30、34及び上部埋込層31、35を選択成長させる。結合領域Cの半導体基板1の表面上には、図3(B)に示した下部埋込層45及び上部埋込層46が選択成長する。レーザ発光領域Lに選択成長用マスク51が形成されているため、レーザ発光領域L上に成長する下部埋込層30が、光増幅領域G上に成長する下部埋込層34よりも厚くなる。
【0057】
結合領域Cにおいては、ストライプメサ用マスク50と選択成長用マスク51との間隔が、レーザ発光領域Lから光増幅領域Gに近づくに従って、徐々に広がっているため、結合領域C上に成長する下部埋込層45が、レーザ発光領域Lから光増幅領域Gに近づくに従って徐々に薄くなる。
【0058】
上部埋込層46を成長させる時に、原料ガスに塩素ガスを微少添加するか、または成長温度を制御することにより、基板全面上で成長速度をほぼ均一する。上部埋込層46の上面は、下部埋込層45の膜厚の変動の影響を受けて完全には平坦にならないが、この程度のうねりは、動作上及び製造上の問題にはならない。
【0059】
平坦化層15の形成工程以降は、第1の実施例による半導体光装置の製造工程と同様である。
第2の実施例では、図3(A)に示したように、レーザ発光領域Lと光増幅領域Gとの間に結合領域Cが配置されている。レーザ発光領域L上の電極17と光増幅領域G上の電極18との間隔が、第1の実施例の場合よりも広く、両者の間に電気抵抗の高い領域が配置される。このため、レーザ発光領域Lの活性層6に注入される電流と、光増幅領域Gの活性層12に注入される電流との干渉を低減させることができる。
【0060】
また、光増幅領域Gに流れる電流によって光増幅領域Gの各層の温度が上昇しても、レーザ発光領域Lと光増幅領域Gとの間に結合領域Cが介在しているため、レーザ発光領域Lの各層の温度上昇を軽減することができる。レーザ発光領域Lの各層の温度上昇が抑制されるため、温度上昇による発振波長のシフト(長波長化)を抑制することができる。
【0061】
さらに、第2の実施例では、図4(A)に示した選択成長用マスク51を用いることにより、1回の成長で膜厚の異なる下部埋込層30と34とを形成することができる。結合領域Cにおいて下部埋込層45の厚さが滑らかに変化しているため、光の散乱による損失を少なくすることができる。また、シングルモードで安定した導波光を得やすくなる。
【0062】
次に、図5を参照して第3の実施例による半導体光装置について説明する。
図5(A)に、第3の実施例による半導体光装置のレーザ発光領域Lの断面図を示し、図5(B)に、光増幅領域Gの断面図を示す。第3の実施例においては、図5(A)に示すように、下部埋込層30と上部埋込層31との間に、エッチングストップ層53が配置されている。さらに、図5(B)に示すように、下部埋込層34と上部埋込層35との間にエッチングストップ層55が配置されている。
【0063】
エッチングストップ層53及び55は、n型InGaAsPで形成され、その不純物濃度は5×1018cm-3、遷移波長は1.15μm、厚さは30nmである。上部埋込層31及び35を臭素(Br)系のエッチャントを用いてエッチングする場合、このエッチングストップ層53及び55のエッチング速度が遅くなる。このため、エッチングすべき深さがレーザ発光領域Lと光増幅領域Gとで異なる場合でも、エッチングストップ層53及び55が露出した時点で再現性よくエッチングを停止させることができる。
【0064】
さらに、第3の実施例では、上部埋込層31の上に電流ブロック層54が配置され、上部埋込層35の上に電流ブロック層56が配置されている。電流ブロック層54及び56は、n型InPで形成され、その不純物濃度は1×1018cm-3、厚さは300nmである。電流ブロック層54は、平坦化層15から上部埋込層31に直接流れ込む電流を遮蔽する。電流ブロック層56は、平坦化層15から上部埋込層35に直接流れ込む電流を遮蔽する。
【0065】
このため、レーザ発光領域Lにおいては活性層6への電流注入効率を高めることができる。また、光増幅領域Gにおいては、活性層12への電流注入効率を高めることができる。
【0066】
図6及び図7を参照して、第4の実施例による半導体光装置について説明する。
図6(A)に、第4の実施例による半導体光装置の活性層を、光共振器の長さ方向(光の伝播方向)に平行な面で切断した断面図を示す。図6(B)に、活性層を含むメサ構造の脇において、光共振器の長さ方向に平行な面で切断した断面図を示す。図7に、図6(A)及び(B)の一点鎖線A7−A7における断面図を示す。
【0067】
レーザ発光領域L上の積層構造は、図1(A)及び(B)に示した第1の実施例による半導体光装置の積層構造と同一である。第1の実施例では、図1(A)に示したように、光増幅領域Gの上に、基板側から順番にn型クラッド層11、活性層12、及びp型クラッド層13が積層されていたが、第4の実施例では、図6(A)に示すように、基板側から順番に、p型クラッド層11A、活性層12A、及びn型クラッド層13Aが積層されている。
【0068】
また、第1の実施例では、平坦化層15の上に一方の電極18が形成されていたが、第4の実施例では、半導体基板1の裏面に一方の電極18Aが形成されている。
【0069】
第1の実施例では、図1(B)及び図2(B)に示したように、メサ構造の両側に配置された下部埋込層34がn型であり、上部埋込層35がp型であった。これに対し、第4の実施例では、図6(B)及び図7に示した下部埋込層34Aがp型または半絶縁性であり、上部埋込層35Aがn型である。上部埋込層35Aの側面がn型クラッド層13Aに接する。下部埋込層34Aの厚さは、その上面が活性層12Aよりも高くなるように設定されている。このため、上部埋込層35Aはp型クラッド層11Aに接触しない。
【0070】
平坦化層15の一部に開口が形成され、その底面に上部埋込層35Aの上面が露出している。露出した上部埋込層35A上に電極18Bが形成されている。
電極18Bから、上部埋込層35A、n型クラッド層13A、活性層12A、p型クラッド層11A、及び半導体基板1を経由して電極18Aに至る光増幅電流経路が画定される。上部埋込層35Aがp型クラッド層11Aに直接接触しないため、活性層12Aを経由しないで上部埋込層35Aからp型クラッド層11Aにリーク電流が流れることを抑制することができる。このため、活性層12Aへの電流注入効率を高めることができる。
【0071】
次に、図8(A)及び(B)を参照して第5の実施例による半導体光装置について説明する。
図8(A)は、第5の実施例による半導体光装置の平面図を示す。半導体基板60の表面上に、複数のTTG−DFBレーザ70、光導波路72、マルチモード干渉導波路型(MMI)光合波器74、及び光増幅器76が形成されている。これらの各光学素子は、半導体基板60の上に形成されたメサ構造を有する。このメサ構造以外の部分が、埋込層により埋め込まれている。
【0072】
各TTG−DFBレーザ70、光導波路72、及び光増幅器76は、それぞれ図3(A)に示した第2の実施例による半導体光装置のレーザ発光領域L上のTTG−DFBレーザ、結合領域C上の光導波路、及び光増幅領域G上の光増幅器と同様の積層構造を有する。ただし、TTG−DFBレーザ70の各々は、相互に異なる中心発振波長を有している。TTG−DFBレーザ70の両側の埋込層、光導波路72の両側の埋込層、及び光増幅器76の両側の埋込層は、それぞれ図3(B)に示した第2の実施例による半導体光装置のレーザ発光領域L上の埋込層30、31、結合領域C上の埋込層45、46、及び光増幅領域G上の埋込層34、35と同様の構成を有する。
【0073】
なお、光合波器74の積層構造は、光導波路72の積層構造と同様であり、その周囲の埋込層は、光増幅器76の両側の埋込層と同様の積層構造を有する。光合波器74の平面形状は、短辺の長さが40μm、長辺の長さが300μmの長方形状である。一方の短辺に、4個の入力ポートが設けられ、他方の短辺に1個の出力ポートが設けられている。
【0074】
図8(B)に、メサ構造を形成するためのマスクパターンを示す。TTG−DFBレーザ70、光導波路72、光合波器74、及び光増幅器76のメサ構造に対応するメサ用マスクパターン77が形成されている。TTG−DFBレーザ70及び光導波路72に対応する領域のメサ用マスクパターン77の両側に、選択成長用マスクパターン78が形成されている。
【0075】
TTG−DFBレーザ70に対応する領域のメサ用マスクパターン70とその両側に配置された選択成長用マスクパターン78との間隔は、ほぼ一定である。光導波路72に対応する領域のメサ用マスクパターン77と選択成長用マスクパターン78との間隔は、TTG−DFBレーザ70の配置される領域から光合波路77の配置される領域に近づくに従って徐々に広くなっている。
【0076】
このような選択成長用マスクパターン78を用いて埋込層の選択成長を行うことにより、図3(B)に示した第2の実施例による半導体光装置の結合領域C上の埋込層45と同様に、埋込層の厚さを徐々に変化させることができる。
【0077】
TTG−DFBレーザ70の各々に光導波路72が結合されている。光導波路72の他端は、光合波器74の入力ポートに接続されている。光合波器74の出力ポートが光増幅器76に接続されている。
【0078】
中心発振波長の異なる複数のTTG−DFBレーザ70を配置することにより、より広い範囲で波長を変化させることができる。さらに、光増幅器76が、TTG−DFBレーザと同一の基板上に形成されているため、光出力を高めることができる。
【0079】
上記実施例では、p型の半導体基板を用いた場合について説明したが、n型半導体基板を用いることも可能である。この場合、各層の導電型を、上記実施例の各層の導電型と反対にすればよい。また、上記実施例では、InP基板を用いた場合を説明したが、InP以外の化合物半導体、例えばGaAs等からなる基板を用いることも可能である。
【0080】
さらに、上記実施例では、レーザ発光領域及び光増幅領域の活性層を多重量子井戸構造としたが、半導体からなる単層で構成することも可能である。
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【0081】
以上説明した実施例から、下記の付記に示された発明が導出される。
(付記1) 第1導電型の半導体基板の第1の領域上に配置され、ストライプ状のメサ構造を有するレーザ発振器と、
前記半導体基板の第2の領域上に配置され、ストライプ状のメサ構造を有し、前記レーザ発振器から放射されたレーザ光が入射し、該レーザ光を増幅する光増幅器と、
前記レーザ発振器及び前記光増幅器のメサ構造の両脇を埋め込む埋込層と
を有し、
該レーザ発振器は、電流注入により誘導放出光を発生する第1の活性層、電流注入により屈折率が変化するチューニング層、該第1の活性層と該チューニング層との間に配置され、前記第1導電型とは反対の第2導電型の中間層、及び該活性層で発生し該活性層、中間層、及びチューニング層内を伝搬する光と光学的に結合する位置に配置された回折格子からなる第1の積層構造を含み、
前記光増幅器は、前記半導体基板上に配置された第2導電型の第1のクラッド層と、該第1のクラッド層の上に配置され、前記レーザ発振器から放射されたレーザ光が入射し、電流注入によって、入射したレーザ光を増幅する第2の活性層と、該第2の活性層の上に配置された第1導電型の第2のクラッド層とを含み、
前記埋込層は、前記レーザ発振器及び光増幅器のメサ構造の両側の、前記半導体基板上に配置された第2導電型の下部埋込層と、該下部埋込層の上に配置された第1導電型または半絶縁性の上部埋込層とを含み、前記レーザ発振器のメサ構造の両側において、該下部埋込層は、前記中間層の端面に接する厚さとされ、前記光増幅器のメサ構造の両側においては、該下部埋込層が前記第1のクラッド層の端面に接するが前記第2の活性層の端面には接しない厚さとされている半導体光装置。
【0082】
(付記2) 前記レーザ発振器が、さらに、前記第1の積層構造の下に配置された第1導電型の第3のクラッド層と、前記第1の積層構造の上に配置された第1導電型の第4のクラッド層とを含む付記1に記載の半導体光装置。
【0083】
(付記3) 前記半導体基板の表面上に画定された前記第1の領域と第2の領域との間に、さらに第3の領域が画定されており、
さらに、前記半導体基板の前記第3の領域上に配置され、前記レーザ発振器の前記第1の積層構造と前記光増幅器の第2の活性層とを光学的に結合する光導波路を有する付記1または2に記載の半導体光装置。
【0084】
(付記4) 前記下部埋込層が、前記第1の領域から前記第3の領域上を経由して前記第2の領域まで連続的に配置されており、前記第3の領域上において該下部埋込層の厚さが連続的に変化している付記3に記載の半導体光装置。
【0085】
(付記5) さらに、前記レーザ発振器のメサ構造、前記光増幅器のメサ構造、及び前記埋込層の上に配置され、第1導電型の半導体からなる平坦化層を含み、
前記埋込層が、前記下部埋込層と前記上部埋込層との間に配置され、該上部埋込層とはエッチング特性の異なるエッチングストップ層を含み、
さらに、前記平坦化層及び前記上部埋込層を貫通し、前記エッチングストップ層または前記下部埋込層まで達する凹部と、
前記凹部の底面において前記下部埋込層に電気的に接続された電極と
を有する付記1〜4のいずれかに記載の半導体光装置。
【0086】
(付記6) 前記埋込層が、さらに、前記上部埋込層の上に配置された第2導電型の電流ブロック層を含む付記1〜5のいずれかに記載の半導体光装置。
(付記7) 前記レーザ発振器が、ストライプ状の複数のメサ構造を有し、該メサ構造の各々は、前記第1の積層構造と同じ積層構造を含み、かつ中心発振波長が相互に異なり、
さらに、前記第1の領域と第2の領域との間に配置され、前記レーザ発振器の複数のメサ構造から出射されたレーザ光を合波し、合波されたレーザ光を前記光増幅器の第2の活性層に導入する光合波器を有する付記1〜6のいずれかに記載の半導体光装置。
【0087】
(付記8) 第1導電型の半導体基板の第1の領域上に配置され、ストライプ状のメサ構造を有するレーザ発振器と、
前記半導体基板の第2の領域上に配置され、ストライプ状のメサ構造を有し、前記レーザ発振器から放射されたレーザ光が入射し、該レーザ光を増幅する光増幅器と、
前記レーザ発振器及び前記光増幅器のメサ構造の両側を埋め込む埋込層と
を有し、
該レーザ発振器は、電流注入により誘導放出光を発生する第1の活性層、電流注入により屈折率が変化するチューニング層、該第1の活性層と該チューニング層との間に配置され、前記第1導電型とは反対の第2導電型の中間層、及び該活性層で発生し該活性層、中間層、及びチューニング層内を伝搬する光と光学的に結合する位置に配置された回折格子からなる第1の積層構造を含み、
前記光増幅器は、前記半導体基板上に配置された第1導電型の第1のクラッド層と、該第1のクラッド層の上に配置され、前記レーザ発振器から放射されたレーザ光が入射し、電流注入によって、入射したレーザ光を増幅する第2の活性層と、該第2の活性層の上に配置された第2導電型の第2のクラッド層とを含み、前記埋込層は、前記第1の領域上において、前記レーザ発振器のメサ構造の両側の、前記半導体基板上に配置され、前記レーザ発振器の中間層の端面に接する第2導電型の第1の下部層と、該第1の下部層の上に配置された第1導電型または半絶縁性の第1の上部層とを含み、前記第2の領域上においては、前記光増幅器のメサ構造の両側の、前記半導体基板上に配置され、前記第1のクラッド層及び前記第2の活性層の端面に接する第1導電型または半絶縁性の第2の下部層と、該第2の下部層の上に配置され、前記第2のクラッド層の端面に接する第2導電型の第2の上部層とを含む半導体光装置。
【0088】
(付記9) (a)第1導電型の半導体基板上の第1の領域上に配置され、電流注入により誘導放出光を発生する第1の活性層、電流注入により屈折率が変化するチューニング層、該第1の活性層と該チューニング層との間に配置され、前記第1導電型とは反対の第2導電型の中間層、及び該活性層で発生し該活性層、中間層、及びチューニング層内を伝搬する光と光学的に結合する位置に配置された回折格子からなる第1の積層構造を含むレーザ発振器、前記半導体基板の第2の領域上に配置され、前記半導体基板上に配置された第2導電型の第1のクラッド層と、該第1のクラッド層の上に配置され、前記レーザ発振器から放射されたレーザ光が入射し、電流注入によって、入射したレーザ光を増幅する第2の活性層と、該第2の活性層の上に配置された第1導電型の第2のクラッド層とを含み、入射するレーザ光を増幅する光増幅器、及び前記第1の領域と第2の領域との間の第3の領域上に配置され、前記レーザ発振器の第1の積層構造と前記光増幅器の第2の活性層とを光学的に結合させる光導波路を有するレーザ構造を形成する工程と、
(b)前記レーザ構造の上に、前記第1の領域、第3の領域、及び第2の領域が並ぶ方向に延在するストライプメサ用マスク、及び該前記第1及び第3の領域の前記ストライプメサ用マスクの両側に配置された選択成長用マスクであって、該ストライプメサ用マスクと該選択成長用マスクとの間に間隙部が設けられており、前記第3の領域において、該間隙部の幅が前記第1の領域から前記第2の領域に近づくに従って拡がるように、前記ストライプメサ用マスク及び前記選択成長用マスクを形成する工程と、
(c)前記半導体基板の、前記ストライプメサ用マスク及び前記選択成長用マスクをエッチングマスクとして、前記第1の領域においては少なくとも前記第1の積層構造の底面に達し、前記第2の領域においては少なくとも前記第2の活性層の底面に達するまでエッチングする工程と、
(d)前記ストライプメサ用マスク及び前記選択成長用マスクに覆われていない領域上に、前記第1の領域においては前記中間層まで達し、前記第2の領域においては前記第2の活性層まで達しない高さの第2導電型の下部層を形成する工程と、
(e)前記ストライプメサ用マスクと前記選択成長用マスクとを除去する工程と
を有する半導体光装置の製造方法。
【0089】
(付記10) さらに、(f)前記下部層の上に、半絶縁性の上部層を形成する工程を有する付記9に記載の半導体光装置の製造方法。
(付記11) 前記工程(e)と工程(f)との間に、前記下部層の上に、前記上部層とはエッチング耐性の異なる材料からなるエッチングストップ層を形成する工程を含み、
前記工程(f)の後に、さらに、
前記メサ構造及び前記上部層の上に、第1導電型の平坦化層を形成する工程と、
前記平坦化層及び前記上部層を貫通する開口を、前記上部層のエッチング速度が前記エッチングストップ層のエッチング速度よりも速い条件で形成し、該エッチングストップ層が露出した時点でエッチングを停止させる工程と、
前記開口の底面に、前記下部層と電気的に接続された電極を形成する工程と
を有する付記10に記載の半導体光装置の製造方法。
【0090】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、TTG−DFBレーザに光増幅器を集積化することにより、連続かつ広い可変波長域を実現するとともに、高い光出力を得ることができる。また、光増幅器のメサ構造の両側に配置された下部埋込層と、TTG−DFBレーザのメサ構造の両側に配置された下部埋込層との厚さを異ならせることにより、光増幅器の活性層への電流注入効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1の実施例による半導体レーザの断面図である。
【図2】 第1の実施例による半導体レーザの断面図である。
【図3】 第2の実施例による半導体レーザの断面図である。
【図4】 第2の実施例による半導体レーザの製造方法を説明するためのマスクの平面図、及び製造途中の断面図である。
【図5】 第3の実施例による半導体レーザの断面図である。
【図6】 第4の実施例による半導体レーザの断面図である。
【図7】 第4の実施例による半導体レーザの断面図である。
【図8】 第5の実施例による半導体レーザの平面図、及び製造工程で用いられるマスクパターンの平面図である。
【符号の説明】
1 半導体基板
2 下部クラッド層
3 回折格子層
4 チューニング層
5 中間層
6 活性層
7 上部クラッド層
11 n型クラッド層
12 活性層
13 p型クラッド層
15 平坦化層
16 コンタクト層
17、18、18A、18B、19 電極
20、21 反射防止膜
30 下部埋込層
31 上部埋込層
34、34A 下部埋込層
35、35A 上部埋込層
37 電極
38 保護膜
41 下部クラッド層
42 コア層
43 上部クラッド層
45 下部埋込層
46 上部埋込層
50 ストライプメサ用マスク
51 選択成長用マスク
53、55 エッチングストップ層
54、56 電流ブロック層
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor optical device and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a semiconductor optical device including a tunable twin guide distributed feedback semiconductor laser (TTG-DFB laser) structure and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
Currently, a wavelength division multiplexing (WDM) system that improves transmission capacity by multiplexing optical signals on a wavelength axis is employed in a backbone transmission system of a large-capacity optical communication network. In order to increase the number of multiplexing in the WDM system, it is necessary to increase the number of semiconductor lasers serving as light sources. At the same time, the same number of backup light sources are required, and the number of varieties to be prepared for backup increases. For this reason, inventory management becomes complicated.
[0003]
From such a background, it is desired to simplify inventory management by using a wavelength tunable light source capable of changing the oscillation wavelength. As a wavelength variable light source used in the WDM system, the wavelength can be continuously changed, and a wide variable width is required.
[0004]
Various wavelength tunable lasers have been proposed as wavelength selective light sources. For example, a distributed feedback (DFB) laser or a distributed Bragg reflection (DBR) laser is used to change the oscillation wavelength by controlling the temperature, and a method to change the oscillation wavelength by controlling the current flowing in the tuning region of the DBR laser. Proposed.
[0005]
A DBR type GCSR-DBR laser having a filter function and an SG / SSG-DBR laser using partial diffraction grating pattern modulation have been proposed. However, these laser light sources cannot obtain a large light output when the wavelength is changed. Further, the range in which the wavelength can be continuously changed is as narrow as several nm, and the wavelength control is complicated. Further, the wavelength may change discontinuously due to mode hopping.
[0006]
The TTG-DFB laser has a feature that the range in which the wavelength can be continuously changed is as wide as about 8 nm, and the wavelength tuning method is simple. The TTG-DFB laser is described in Patent Document 1 and Patent Document 2, for example.
[0007]
[Patent Document 1]
JP 7-131121 A
[Patent Document 2]
JP-A-7-326820
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the TTG-DFB laser has a feature that it is continuous and has a relatively wide wavelength tunable range, and a control method for wavelength tunability is easy. However, similarly to other semiconductor lasers, when a current is injected into the wavelength tuning layer in order to change the wavelength to the short wave side, the TTG-DFB laser increases the internal loss of the laser and decreases the optical output.
[0009]
It is also possible to inject more current into the active layer to compensate for the reduced light output. However, the increase in the injection current causes an increase in the element temperature, and shifts the oscillation wavelength to the long wave side. As a result, the wavelength variable width is narrowed. In addition, it is necessary to control again the oscillation wavelength shift due to the temperature rise with the current flowing through the wavelength tuning layer, which complicates the wavelength tuning method.
[0010]
Patent Document 2 discloses an optical semiconductor device in which a TTG-DFB laser, an optical phase adjuster, a light intensity adjuster, and a reflecting mirror are integrated. In the method disclosed in Patent Document 2, the absorption loss inside the TTG-DFB laser is compensated by adjusting the return light from the optical phase adjuster and the light intensity adjuster. However, the method described in Patent Document 2 cannot be said to be easy to control. In addition, since optical elements having gain are not integrated, a significant increase in optical output cannot be expected.
[0011]
An object of the present invention is to provide a semiconductor laser having a wide wavelength variable range and capable of obtaining a high optical output even when the wavelength is variable, and a method for manufacturing the same.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, a laser oscillator having a striped mesa structure disposed on a first region of a first conductivity type semiconductor substrate, and a stripe oscillator disposed on a second region of the semiconductor substrate. And an optical amplifier that amplifies the laser light incident by the laser light emitted from the laser oscillator, and an embedded layer that embeds both sides of the mesa structure of the laser oscillator and the optical amplifier, The laser oscillator includes a first active layer that generates stimulated emission light by current injection, a tuning layer that changes a refractive index by current injection, and is disposed between the first active layer and the tuning layer. And an intermediate layer of the second conductivity type opposite to the first conductivity type, and a position optically coupled to light generated in the active layer and propagating in the active layer, the intermediate layer, and the tuning layer From the diffraction grating The optical amplifier includes a first laminated structure, and the optical amplifier is disposed on the semiconductor substrate, disposed on the first cladding layer, and radiated from the laser oscillator. A second active layer that amplifies the incident laser light by current injection, and a second cladding layer of the first conductivity type disposed on the second active layer. The buried layer is disposed on the semiconductor substrate and on the lower buried layer on the semiconductor substrate on both sides of the mesa structure of the laser oscillator and the optical amplifier. A first conductivity type or semi-insulating upper buried layer, and on both sides of the mesa structure of the laser oscillator, the lower buried layer has a thickness in contact with an end face of the intermediate layer, On both sides of the mesa structure, the lower buried layer is the first cladding. While in contact with the end surface of the second semiconductor optical device on the end face of the active layer is a thickness which is not in contact is provided.
[0013]
This defines a tuning current path from the lower buried layer to the tuning layer via the intermediate layer. An excitation current path is defined from the lower buried layer to the first active layer via the intermediate layer. An optical amplification current path from the lower buried layer to the second cladding layer via the first cladding layer and the second active layer is defined. Since the lower buried layer does not contact the second active layer, the leakage current flowing from the lower buried layer to the second cladding layer without passing through the active layer can be reduced.
[0014]
According to another aspect of the present invention, (a) a first active layer disposed on a first region of a semiconductor substrate of a first conductivity type and generating stimulated emission light by current injection, a refractive index by current injection. A tuning layer that changes, an intermediate layer of a second conductivity type disposed between the first active layer and the tuning layer, opposite to the first conductivity type, and the active layer generated in the active layer, A laser oscillator including a first laminated structure comprising a diffraction grating disposed at a position optically coupled with an intermediate layer and light propagating in the tuning layer, disposed on a second region of the semiconductor substrate, The first conductivity type first cladding layer disposed on the semiconductor substrate and the laser light emitted from the laser oscillator incident on the first cladding layer are incident by current injection. A second active layer for amplifying laser light; and An optical amplifier for amplifying incident laser light, and a first region between the first region and the second region And (b) forming a laser structure having an optical waveguide disposed on the region 3 and optically coupling the first laminated structure of the laser oscillator and the second active layer of the optical amplifier; A stripe mesa mask extending in a direction in which the first region, the third region, and the second region are arranged on the laser structure, and the stripe mesa mask of the first and third regions A selective growth mask disposed on both sides of the first and second masks, wherein a gap is provided between the stripe mesa mask and the selective growth mask. In the third region, the width of the gap is As approaching the second region from the first region Forming the stripe mesa mask and the selective growth mask; and (c) using the stripe mesa mask and the selective growth mask of the semiconductor substrate as the etching mask, Etching at least until reaching the bottom of the first stacked structure in the region and at least reaching the bottom of the second active layer in the second region, and (d) the stripe mesa mask and the selection On the region not covered with the growth mask, the lower portion of the second conductivity type has a height that reaches the intermediate layer in the first region and does not reach the second active layer in the second region. There is provided a method of manufacturing a semiconductor optical device, comprising: a step of forming a layer; and (e) a step of removing the stripe mesa mask and the selective growth mask. It is.
[0015]
By using the selective growth mask, it is possible to grow a thick lower layer on the first region and a thin lower layer on the second region by one growth.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1A is a cross-sectional view of the active layer of the semiconductor optical device according to the embodiment cut along a plane parallel to the length direction (light propagation direction) of the optical resonator. A laser emission region L and an optical amplification region G are defined on the surface of the semiconductor substrate 1 made of p-type InP. A buffer layer made of p-type InP may be formed on the surface of the semiconductor substrate 1. The impurity concentration of the semiconductor substrate 1 is 1 × 1018cm-3It is.
[0017]
On the surface of the laser emission region L, the lower cladding layer 2, the diffraction grating layer 3, the tuning layer 4, the intermediate layer 5, the active layer 6, and the upper cladding layer 7 are laminated in this order. The laminated structure from the lower clad layer 2 to the upper clad layer 7 constitutes a main part of the TTG-DFB laser oscillator. The lower cladding layer 2 and the upper cladding layer 7 have an impurity concentration of 7 × 1017cm-3This is a 150 nm thick layer of p-type InP.
[0018]
The diffraction grating layer 3 has a structure in which a p-type InP layer having a thickness of 200 nm is stacked on a p-type InGaAsP layer having a plurality of recesses periodically formed on the surface. The InGaAsP layer has a composition with a transition wavelength of 1.15 μm, a thickness of 290 nm, and an impurity concentration of 7 × 10.17cm-3The depth of the recesses is 50 nm, and the pitch is 240 nm. The impurity concentration of the InP layer is 7 × 1017cm-3It is. Note that the phase is shifted by a quarter wavelength (λ / 4) at approximately the center in the length direction of the optical resonator.
[0019]
The tuning layer 4 is made of non-doped InGaAsP having a composition with a transition wavelength of 1.3 μm and has a thickness of 290 nm. The intermediate layer 5 is made of n-type InP, has a thickness of 160 nm, and an n-type impurity concentration of 1 × 1018cm-3It is.
[0020]
The active layer 6 has a structure in which a multiple quantum well structure in which quantum well layers and barrier layers are alternately stacked is sandwiched between upper and lower layers by a separate confinement layer (SCH layer). The lower SCH layer is a 40 nm thick layer formed of non-doped InGaAsP having a transition wavelength of 1.25 μm. The quantum well layer is made of non-doped InGaAsP having a compressive strain, and its photoluminescence (PL) wavelength is 1.55 μm, the strain amount is 0.8%, the thickness is 7 nm, and a total of seven layers are arranged. . The barrier layer is made of non-doped InGaAsP having a transition wavelength of 1.25 μm and has a thickness of 9 nm. The upper SCH layer is made of non-doped InGaAsP having a transition wavelength of 1.15 μm and has a thickness of 100 nm.
[0021]
The length of the laser emission region (optical resonator length) is 400 μm. As will be described later, the lower cladding layer 2 to the upper cladding layer 7 have a striped mesa structure with a width of 1.0 μm and a height of 1500 nm.
[0022]
On the surface of the optical amplification region G, an n-type cladding layer 11 made of n-type InP, an active layer 12, and a p-type cladding layer 13 made of p-type InP are laminated in this order. The n-type cladding layer 11, the active layer 12, and the p-type cladding layer 13 constitute the main part of the semiconductor optical amplifier (SOA). These three layers have a striped mesa structure and are continuous with the mesa structure of the laser emission region L. The mesa structure has a width of 1.0 μm, a height of 1500 nm, and a length of 600 nm.
[0023]
The n-type cladding layer 11 has a thickness of 700 nm and an impurity concentration of 1 × 1018cm-3It is. The p-type cladding layer 13 has a thickness of 300 nm and an impurity concentration of 7 × 10.17cm-3It is.
[0024]
The active layer 12 has a structure in which a multiple quantum well structure in which quantum well layers and barrier layers are alternately stacked is sandwiched between SCH layers from above and below. The multiple quantum well structure including the quantum well layer and the barrier layer is the same as the multiple quantum well structure of the active layer 6 in the laser emission region L. The lower SCH layer is made of non-doped InGaAsP having a composition with a transition wavelength of 1.25 μm, and its thickness is 100 nm. The upper SCH layer is made of non-doped InGaAsP having a composition with a transition wavelength of 1.15 μm and has a thickness of 100 nm.
[0025]
2A and 2B are cross-sectional views taken along one-dot chain lines A2-A2 and B2-B2 in FIG. 1A, respectively. A cross-sectional view taken along one-dot chain line A1-A1 in FIGS. 2A and 2B corresponds to FIG.
[0026]
  As shown in FIG. 2A, in the laser emission region L, on the semiconductor substrate 20, the lower cladding layer 2, the diffraction grating layer 3, the tuning layer 4, the intermediate layer 5, the active layer 6, and the upper cladding layer. A mesa structure consisting of 7 is formed. Both sides of this mesa structure are buried with two layers including a lower buried layer 30 and an upper buried layer 31. The lower buried layer 30 is made of n-type InP and has an impurity concentration of 1 × 1018cm-3The thickness is 1300 nm. The upper buried layer 31 is made of p-type InP, and its impurity concentration is 7 × 10.17cm-3The thickness is 300 nm.The upper buried layer 31 may be semi-insulating.
[0027]
  As shown in FIG. 2B, in the optical amplification region G, a mesa structure including an n-type cladding layer 11, an active layer 12, and a p-type cladding layer 13 is formed on the semiconductor substrate 1. Both sides of this mesa structure are buried with two layers of a lower buried layer 34 and an upper buried layer 35. The lower buried layer 34 is made of n-type InP, and its impurity concentration is 1 × 10 6.18cm-3The thickness is 450 nm. The upper buried layer 35 is made of p-type InP, and its impurity concentration is 7 × 10.17cm-3The thickness is 1150 nm.The upper buried layer 35 may be semi-insulating.
[0028]
FIG. 1B is a cross-sectional view taken along one-dot chain line B1-B1 in FIGS. A cross-sectional view taken along one-dot chain line A1-A1 in FIG. 2B corresponds to FIG. 1A, and a cross-sectional view in B1-B1 corresponds to FIG. 2A and 2B, the lower buried layer 30 on the laser emission region L and the lower buried layer 34 on the light amplification region G have different thicknesses. Further, the upper surfaces of the upper buried layers 31 and 35 are set to the same height.
[0029]
As shown in FIG. 2A, in the laser emission region L, the lower buried layer 30 contacts the intermediate layer 5 on the side surface of the mesa structure, and both are electrically connected. As shown in FIG. 2B, in the light amplification region G, the upper buried layer 35 is in contact with the active layer 12 and the lower buried layer 34 is in a thickness not in contact with the active layer 12. .
[0030]
As shown in FIGS. 1A, 1B, 2A, and 2B, on the mesa structure of the laser emission region L and the light amplification region G and on the upper buried layers 31 and 35. A planarization layer 15 made of p-type InP is formed. The impurity concentration of the planarization layer 15 is 7 × 10.17cm-3And its thickness is 3000 nm.
[0031]
A contact layer 16 made of p-type InGaAs is formed in a region above the mesa structure in the surface of the planarization layer 15. The impurity concentration of the contact layer 16 is 1 × 1018cm-3And its thickness is 300 nm. The portion on the laser emission region L of the contact layer 16 and the portion on the light amplification region G are separated from each other. A region where the contact layer 16 is not formed is covered with a protective film 38 made of silicon oxide.
[0032]
As shown in FIGS. 2A and 2B, an opening is formed from the upper surface of the planarization layer 15 to the upper surfaces of the lower buried layers 30 and 34. An electrode 37 is formed on the lower buried layers 30 and 34 exposed at the bottom of the opening.
[0033]
As shown in FIGS. 1A and 2A, an electrode 17 is formed on the contact layer 16 in the laser emission region L. As shown in FIGS. 1A and 2B, an electrode 18 is formed on the contact layer 16 in the light amplification region G. Further, as shown in FIGS. 1A, 1 B, and 2 A, an electrode 19 is formed in a region corresponding to the laser emission region L on the back surface of the semiconductor substrate 1. These electrodes 17, 18, 19 and 37 are made of gold (Au).
[0034]
As shown in FIGS. 1A and 1B, an antireflection film 20 is formed on the end surface on the optical amplification region G side, and an antireflection film 21 is formed on the end surface on the laser emission region L side.
Next, a method for manufacturing the TTG-DFB laser according to the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 will be described.
[0035]
A lower cladding layer 2 is grown on the semiconductor substrate 1 by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). Each of the other semiconductor layers to be formed is grown by MOCVD unless otherwise specified. An InGaAsP layer is formed on the lower cladding layer 2, and a diffraction grating is formed by lithography using two-beam interference exposure or electron beam exposure. The diffraction grating is embedded with InP to form the diffraction grating layer 3. Each layer from the intermediate layer 5 to the upper cladding layer 7 is grown on the diffraction grating layer 3.
[0036]
A region on the laser emission region L of the surface of the upper clad layer 7 is covered with a silicon oxide film, and the stack from the upper clad layer 7 to the lower clad layer 2 on the optical amplification region G is removed by etching. The silicon oxide film can be formed by, for example, CVD. An n-type cladding layer 11, an active layer 12, and a p-type cladding layer 13 are selectively grown on the semiconductor substrate 1 where the optical amplification region G is exposed. At this time, since the silicon oxide film remains on the surface of the laser emission region L, the semiconductor layer does not grow thereon. After these layers are grown on the light amplification region G, the silicon oxide film remaining on the laser emission region L is removed.
[0037]
A striped silicon oxide film for forming a mesa structure is formed on the upper cladding layer 7 and the p-type cladding layer 13. Using this silicon oxide film as an etching mask, etching is performed until the surface of the semiconductor substrate 1 is exposed. Thereby, a striped mesa structure is formed.
[0038]
The light amplification region G is covered with a silicon oxide film, and the lower buried layer 30 and the upper buried layer 31 are selectively grown on both sides of the mesa structure on the laser emission region L. Since the upper surface of the mesa structure and the surface of the light amplification region G are covered with the silicon oxide film, the semiconductor layer does not grow on this region.
[0039]
The silicon oxide film used as a mask for selective growth is removed, and the surface of the laser emission region L and the upper surface of the mesa structure on the light amplification region G are covered with a silicon oxide film. On both sides of the mesa structure on the light amplification region G, the lower buried layer 34 and the upper buried layer 35 are selectively grown. The silicon oxide film used as the selective growth mask is removed.
[0040]
A planarization layer 15 and a contact layer 16 are grown on the entire surface of the substrate. The contact layer 16 is patterned. The planarization layer 15 and the upper buried layers 31 and 35 are etched to form openings for forming the electrodes 37. A protective film 38 made of silicon oxide is formed on the entire surface. The protective film 38 in the region where the electrode is to be formed is removed, and the electrodes 17, 18, 19 and 37 are formed by the lift-off method. The semiconductor substrate 1 is cleaved, and antireflection films 20 and 21 are formed on the end faces.
[0041]
In the first embodiment, as shown in FIG. 2A, the electrode 17 is passed through the planarization layer 15, the upper cladding layer 7, the active layer 6, the intermediate layer 5, and the lower buried layer 30. An excitation current path to the electrode 37 is defined. Further, a tuning current path from the electrode 19 to the electrode 37 via the semiconductor substrate 1, the lower cladding layer 2, the diffraction grating layer 3, the tuning layer 4, the intermediate layer 5, and the lower buried layer 30 is defined. The excitation current flowing through the excitation current path and the tuning current flowing through the tuning current path can be controlled independently of each other.
[0042]
Further, as shown in FIG. 2B, the electrode 18 is connected to the electrode 37 via the planarization layer 15, the p-type cladding layer 13, the active layer 12, the n-type cladding layer 11, and the lower buried layer 34. To which the optical amplification current path is defined.
[0043]
By causing an excitation current to flow through the active layer 6 on the laser emission region L, laser oscillation can be generated. By controlling the current flowing through the tuning layer 4, the oscillation wavelength can be changed continuously and over a wide range. Laser light generated in the active layer 6 on the laser emission region L is introduced into the active layer 12 on the light amplification region G. By flowing a light amplification current through the active layer 12, the laser light can be amplified. The amplified laser light is emitted to the outside through the antireflection film 20.
[0044]
In the first embodiment, since the optical amplifier is integrated in the TTG-DFB laser, the intensity of the output laser beam can be significantly increased.
In the first embodiment, the lower buried layer 34 on the light amplification region G is thinner than the lower buried layer 30 on the laser emission region L. When the thickness of the lower buried layer 34 on the optical amplification region G is equal to the thickness of the lower buried layer 30 on the laser emission region L, the region below the side surface of the p-type cladding layer 13 in the optical amplification region G Then, it comes into direct contact with the lower buried layer 34. When both are in direct contact, a current flows directly from the p-type cladding layer 13 to the lower buried layer 34 and the current injected into the active layer 12 decreases.
[0045]
As in the first embodiment, in the optical amplification region G, the lower buried layer 34 has a thickness that does not contact the p-type cladding layer 13 and the active layer 12, thereby improving the current injection efficiency into the active layer 12. Can be increased.
[0046]
3A and 3B are sectional views of a semiconductor optical device according to the second embodiment. 3A is a cross-sectional view of the mesa structure portion, and FIG. 3B is a cross-sectional view of the buried layer portions on both sides of the mesa structure.
[0047]
In the semiconductor optical device according to the second embodiment, a coupling region is provided between the laser emission region L and the optical amplification region G of the semiconductor optical device according to the first embodiment shown in FIGS. C is arranged. The stacked structure in the laser emission region L and the optical amplification region G is the same as the stacked structure of the semiconductor optical device shown in FIGS.
[0048]
As shown in FIG. 3A, the lower cladding layer 41, the core layer 42, and the upper cladding layer 43 are stacked on the coupling region C of the semiconductor substrate 1. These three layers constitute a mesa structure. The length of this mesa structure is 200 μm. The lower cladding layer 41 is made of p-type InP, and its impurity concentration is 2 × 10.17cm-3The thickness is 850 nm. The core layer 42 is made of non-doped InGaAsP and has a transition wavelength of 1.3 μm and a thickness of 200 nm. The upper cladding layer 43 is made of p-type InP, and its impurity concentration is 2 × 10.17cm-3The thickness is 450 nm.
[0049]
The upper and lower cladding layers 41 and 43 and the core layer 42 constitute a waveguide. This waveguide guides the laser light emitted from the laser emission region L to the active layer 12 in the light amplification region G.
[0050]
  As shown in FIG. 3B, two layers of a lower buried layer 45 and an upper buried layer 46 are formed on both sides of the mesa structure in the coupling region C. The lower buried layer 45 is made of n-type InP and has an impurity concentration of 1 × 1018cm-3It is. The upper buried layer 46 is made of p-type InP, and its impurity concentration is 7 × 10.17cm-3It is.The upper buried layer 46 may be semi-insulating together with the upper buried layers 31 and 35.
[0051]
The lower buried layer 45 has the same thickness as that of the lower buried layer 30 in the laser emission region L at the boundary between the laser emission region L and the coupling region C, and the light is emitted at the boundary between the light amplification region G and the coupling region C. The thickness is the same as that of the lower buried layer 34 in the amplification region G. In the coupling region C, the thickness of the lower buried layer 45 is gradually reduced from the laser emission region L to the optical amplification region G.
[0052]
The height of the upper surface of the upper buried layer 31 in the laser emission region L, the upper buried layer 46 in the coupling region C, and the upper buried layer 35 in the light amplification region G is substantially the same.
Of the surface of the planarization layer 15, the region above the coupling region C is covered with a protective film 38, and no contact layer and electrode are disposed in this region.
[0053]
A method for manufacturing a TTG-DFB laser according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.
A stacked structure on the laser emission region L is formed by the same method as in the first embodiment. Next, a stacked structure on the coupling region C is formed. Thereafter, a stacked structure on the light amplification region G is formed.
[0054]
As shown in FIG. 4A, a stripe mesa mask 50 and a selective growth mask 51 made of silicon oxide are formed on the surfaces of the upper cladding layers 7 and 42 and the p-type cladding layer 13. The stripe mesa mask 50 has a stripe pattern having a width of about 1.0 μm extending from the laser emission region L through the coupling region C to the light amplification region G. The selective growth mask 51 is disposed on both sides of the stripe mesa mask 50 at a certain distance from the stripe mesa mask 50 in the laser emission region L and the coupling region C. In the laser emission region L, the distance W between the pair of selective growth masks 51 arranged on both sides of the stripe mesa mask 50 is about 30 μm. In the coupling region C, the distance between the two gradually increases as the laser light emitting region L approaches the light amplification region G. For this reason, the distance between the stripe mesa mask 50 and the selective growth mask 51 is gradually increased from the laser emission region L to the light amplification region G.
[0055]
Using the stripe mesa mask 50 and the selective growth mask 51 as etching masks, etching is performed up to the upper surface of the semiconductor substrate 1 shown in FIG.
4B and 4C are cross-sectional views taken along one-dot chain line B4-B4 and one-dot chain line C4-C4 in FIG. 4A after etching, respectively. The mesa structure remains at the position where the stripe mesa mask 50 is disposed.
[0056]
4D and 4E, the lower buried layers 30 and 34 and the upper buried layers 31 and 35 are selectively grown. On the surface of the semiconductor substrate 1 in the coupling region C, the lower buried layer 45 and the upper buried layer 46 shown in FIG. Since the selective growth mask 51 is formed in the laser emission region L, the lower buried layer 30 grown on the laser emission region L is thicker than the lower buried layer 34 grown on the light amplification region G.
[0057]
In the coupling region C, the distance between the stripe mesa mask 50 and the selective growth mask 51 gradually increases from the laser emission region L to the optical amplification region G. The buried layer 45 gradually becomes thinner from the laser emission region L toward the light amplification region G.
[0058]
When the upper buried layer 46 is grown, the growth rate is made substantially uniform over the entire surface of the substrate by adding a small amount of chlorine gas to the source gas or by controlling the growth temperature. The upper surface of the upper buried layer 46 is not completely flat due to the influence of the variation in the film thickness of the lower buried layer 45, but this degree of undulation does not pose an operational or manufacturing problem.
[0059]
The steps after the flattening layer 15 forming step are the same as the steps of manufacturing the semiconductor optical device according to the first embodiment.
In the second embodiment, a coupling region C is disposed between the laser emission region L and the light amplification region G as shown in FIG. The distance between the electrode 17 on the laser emission region L and the electrode 18 on the light amplification region G is wider than that in the first embodiment, and a region having a high electric resistance is disposed between the two. For this reason, interference between the current injected into the active layer 6 in the laser emission region L and the current injected into the active layer 12 in the light amplification region G can be reduced.
[0060]
Even if the temperature of each layer of the optical amplification region G rises due to the current flowing in the optical amplification region G, the coupling region C is interposed between the laser emission region L and the optical amplification region G. The temperature rise of each layer of L can be reduced. Since the temperature rise of each layer in the laser emission region L is suppressed, the shift of the oscillation wavelength (lengthening) due to the temperature rise can be suppressed.
[0061]
Furthermore, in the second embodiment, by using the selective growth mask 51 shown in FIG. 4A, the lower buried layers 30 and 34 having different thicknesses can be formed by one growth. . Since the thickness of the lower buried layer 45 changes smoothly in the coupling region C, loss due to light scattering can be reduced. Moreover, it becomes easy to obtain stable guided light in a single mode.
[0062]
Next, a semiconductor optical device according to a third embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 5A shows a cross-sectional view of the laser emission region L of the semiconductor optical device according to the third embodiment, and FIG. 5B shows a cross-sectional view of the optical amplification region G. In the third embodiment, as shown in FIG. 5A, an etching stop layer 53 is disposed between the lower buried layer 30 and the upper buried layer 31. Further, as shown in FIG. 5B, an etching stop layer 55 is disposed between the lower buried layer 34 and the upper buried layer 35.
[0063]
The etching stop layers 53 and 55 are made of n-type InGaAsP and have an impurity concentration of 5 × 10 5.18cm-3The transition wavelength is 1.15 μm and the thickness is 30 nm. When the upper buried layers 31 and 35 are etched using a bromine (Br) -based etchant, the etching rate of the etching stop layers 53 and 55 becomes slow. Therefore, even when the depth to be etched is different between the laser emission region L and the optical amplification region G, the etching can be stopped with good reproducibility when the etching stop layers 53 and 55 are exposed.
[0064]
Further, in the third embodiment, the current block layer 54 is disposed on the upper buried layer 31 and the current block layer 56 is disposed on the upper buried layer 35. The current blocking layers 54 and 56 are made of n-type InP and have an impurity concentration of 1 × 10 6.18cm-3The thickness is 300 nm. The current blocking layer 54 shields current that flows directly from the planarization layer 15 into the upper buried layer 31. The current blocking layer 56 shields current that flows directly from the planarization layer 15 into the upper buried layer 35.
[0065]
For this reason, in the laser emission region L, the current injection efficiency into the active layer 6 can be increased. In the light amplification region G, the efficiency of current injection into the active layer 12 can be increased.
[0066]
A semiconductor optical device according to the fourth embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 6A shows a cross-sectional view of the active layer of the semiconductor optical device according to the fourth embodiment cut along a plane parallel to the length direction (light propagation direction) of the optical resonator. FIG. 6B shows a cross-sectional view taken along a plane parallel to the length direction of the optical resonator on the side of the mesa structure including the active layer. FIG. 7 is a cross-sectional view taken along one-dot chain line A7-A7 in FIGS. 6A and 6B.
[0067]
The laminated structure on the laser emission region L is the same as the laminated structure of the semiconductor optical device according to the first embodiment shown in FIGS. 1 (A) and 1 (B). In the first embodiment, as shown in FIG. 1A, an n-type cladding layer 11, an active layer 12, and a p-type cladding layer 13 are stacked on the optical amplification region G in order from the substrate side. However, in the fourth embodiment, as shown in FIG. 6A, the p-type cladding layer 11A, the active layer 12A, and the n-type cladding layer 13A are stacked in this order from the substrate side.
[0068]
In the first embodiment, one electrode 18 is formed on the planarizing layer 15. In the fourth embodiment, one electrode 18 A is formed on the back surface of the semiconductor substrate 1.
[0069]
  In the first embodiment, as shown in FIGS. 1B and 2B, the lower buried layer 34 disposed on both sides of the mesa structure is n-type, and the upper buried layer 35 is p-type. It was a mold. On the other hand, in the fourth embodiment, the lower buried layer 34A shown in FIG. 6B and FIG.Or semi-insulatingThe upper buried layer 35A is n-type. The side surface of the upper buried layer 35A is in contact with the n-type cladding layer 13A. The thickness of the lower buried layer 34A is set so that its upper surface is higher than the active layer 12A. For this reason, the upper buried layer 35A does not contact the p-type cladding layer 11A.
[0070]
An opening is formed in a part of the planarizing layer 15, and the upper surface of the upper buried layer 35A is exposed on the bottom surface. An electrode 18B is formed on the exposed upper buried layer 35A.
A light amplification current path from the electrode 18B to the electrode 18A via the upper buried layer 35A, the n-type cladding layer 13A, the active layer 12A, the p-type cladding layer 11A, and the semiconductor substrate 1 is defined. Since the upper buried layer 35A is not in direct contact with the p-type cladding layer 11A, it is possible to suppress leakage current from flowing from the upper buried layer 35A to the p-type cladding layer 11A without passing through the active layer 12A. For this reason, the efficiency of current injection into the active layer 12A can be increased.
[0071]
Next, a semiconductor optical device according to a fifth embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 8A shows a plan view of a semiconductor optical device according to the fifth embodiment. A plurality of TTG-DFB lasers 70, an optical waveguide 72, a multimode interference waveguide type (MMI) optical multiplexer 74, and an optical amplifier 76 are formed on the surface of the semiconductor substrate 60. Each of these optical elements has a mesa structure formed on the semiconductor substrate 60. Portions other than the mesa structure are buried with the buried layer.
[0072]
Each TTG-DFB laser 70, optical waveguide 72, and optical amplifier 76 are respectively a TTG-DFB laser and a coupling region C on the laser emission region L of the semiconductor optical device according to the second embodiment shown in FIG. It has the same stacked structure as the upper optical waveguide and the optical amplifier on the optical amplification region G. However, each of the TTG-DFB lasers 70 has a different center oscillation wavelength. The buried layers on both sides of the TTG-DFB laser 70, the buried layers on both sides of the optical waveguide 72, and the buried layers on both sides of the optical amplifier 76 are each a semiconductor according to the second embodiment shown in FIG. The buried layers 30 and 31 on the laser emission region L of the optical device, the buried layers 45 and 46 on the coupling region C, and the buried layers 34 and 35 on the light amplification region G have the same configuration.
[0073]
The laminated structure of the optical multiplexer 74 is the same as the laminated structure of the optical waveguide 72, and the surrounding buried layers have the same laminated structure as the buried layers on both sides of the optical amplifier 76. The planar shape of the optical multiplexer 74 is a rectangular shape having a short side length of 40 μm and a long side length of 300 μm. Four input ports are provided on one short side, and one output port is provided on the other short side.
[0074]
FIG. 8B shows a mask pattern for forming a mesa structure. A mesa mask pattern 77 corresponding to the mesa structure of the TTG-DFB laser 70, the optical waveguide 72, the optical multiplexer 74, and the optical amplifier 76 is formed. A selective growth mask pattern 78 is formed on both sides of a mesa mask pattern 77 in a region corresponding to the TTG-DFB laser 70 and the optical waveguide 72.
[0075]
The distance between the mesa mask pattern 70 in the region corresponding to the TTG-DFB laser 70 and the selective growth mask pattern 78 disposed on both sides thereof is substantially constant. The distance between the mesa mask pattern 77 and the selective growth mask pattern 78 in the region corresponding to the optical waveguide 72 gradually increases from the region where the TTG-DFB laser 70 is disposed toward the region where the optical waveguide 77 is disposed. It has become.
[0076]
By performing selective growth of the buried layer using such a selective growth mask pattern 78, the buried layer 45 on the coupling region C of the semiconductor optical device according to the second embodiment shown in FIG. Similarly to the above, the thickness of the buried layer can be gradually changed.
[0077]
An optical waveguide 72 is coupled to each of the TTG-DFB lasers 70. The other end of the optical waveguide 72 is connected to the input port of the optical multiplexer 74. The output port of the optical multiplexer 74 is connected to the optical amplifier 76.
[0078]
By arranging a plurality of TTG-DFB lasers 70 having different central oscillation wavelengths, the wavelength can be changed in a wider range. Furthermore, since the optical amplifier 76 is formed on the same substrate as the TTG-DFB laser, the optical output can be increased.
[0079]
In the above embodiment, the case where a p-type semiconductor substrate is used has been described, but an n-type semiconductor substrate can also be used. In this case, what is necessary is just to make the conductivity type of each layer opposite to the conductivity type of each layer of the said Example. In the above embodiment, the case where the InP substrate is used has been described. However, it is also possible to use a compound semiconductor other than InP, for example, a substrate made of GaAs or the like.
[0080]
Furthermore, although the active layer of the laser emission region and the optical amplification region has a multi-quantum well structure in the above-described embodiment, it can also be composed of a single layer made of a semiconductor.
Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
[0081]
From the embodiments described above, the invention shown in the following supplementary notes is derived.
(Supplementary Note 1) A laser oscillator disposed on a first region of a first conductivity type semiconductor substrate and having a stripe-like mesa structure;
An optical amplifier disposed on the second region of the semiconductor substrate, having a striped mesa structure, and receiving laser light emitted from the laser oscillator and amplifying the laser light;
A buried layer embedding both sides of the mesa structure of the laser oscillator and the optical amplifier;
Have
The laser oscillator includes a first active layer that generates stimulated emission light by current injection, a tuning layer that changes a refractive index by current injection, and is disposed between the first active layer and the tuning layer. An intermediate layer of the second conductivity type opposite to the one conductivity type, and a diffraction grating disposed at a position optically coupled with light generated in the active layer and propagating in the active layer, the intermediate layer, and the tuning layer Comprising a first laminated structure consisting of
The optical amplifier is disposed on the first clad layer of the second conductivity type disposed on the semiconductor substrate, and the laser light emitted from the laser oscillator is incident on the first clad layer, A second active layer that amplifies the incident laser beam by current injection; and a second cladding layer of the first conductivity type disposed on the second active layer;
The buried layer includes a second conductivity type lower buried layer disposed on the semiconductor substrate on both sides of the mesa structure of the laser oscillator and the optical amplifier, and a second buried layer disposed on the lower buried layer. An upper buried layer of one conductivity type or semi-insulating, and on both sides of the mesa structure of the laser oscillator, the lower buried layer has a thickness in contact with an end face of the intermediate layer, and the mesa structure of the optical amplifier On both sides of the semiconductor optical device, the lower buried layer has a thickness that is in contact with the end face of the first cladding layer but is not in contact with the end face of the second active layer.
[0082]
(Supplementary Note 2) The laser oscillator further includes a third clad layer of a first conductivity type disposed under the first stacked structure, and a first conductivity disposed on the first stacked structure. The semiconductor optical device according to appendix 1, including a fourth cladding layer of a mold.
[0083]
(Supplementary Note 3) A third region is further defined between the first region and the second region defined on the surface of the semiconductor substrate,
Or an optical waveguide disposed on the third region of the semiconductor substrate and optically coupling the first stacked structure of the laser oscillator and the second active layer of the optical amplifier. 2. The semiconductor optical device according to 2.
[0084]
(Supplementary Note 4) The lower buried layer is continuously arranged from the first region to the second region via the third region, and the lower region is formed on the third region. 4. The semiconductor optical device according to appendix 3, wherein the thickness of the buried layer is continuously changed.
[0085]
(Supplementary Note 5) Further, the laser oscillator mesa structure, the optical amplifier mesa structure, and a planarization layer made of a first conductivity type semiconductor, disposed on the buried layer,
The buried layer is disposed between the lower buried layer and the upper buried layer, and includes an etching stop layer having different etching characteristics from the upper buried layer;
Further, a recess that penetrates the planarization layer and the upper buried layer and reaches the etching stop layer or the lower buried layer,
An electrode electrically connected to the lower buried layer at the bottom of the recess;
The semiconductor optical device according to any one of appendices 1 to 4, wherein:
[0086]
(Supplementary note 6) The semiconductor optical device according to any one of supplementary notes 1 to 5, wherein the buried layer further includes a second conductivity type current blocking layer disposed on the upper buried layer.
(Supplementary Note 7) The laser oscillator has a plurality of stripe-shaped mesa structures, each of the mesa structures includes the same stacked structure as the first stacked structure, and the center oscillation wavelengths are different from each other.
Furthermore, the laser light emitted from a plurality of mesa structures of the laser oscillator, which is disposed between the first region and the second region, is combined, and the combined laser light is combined with the first light of the optical amplifier. The semiconductor optical device according to any one of appendices 1 to 6, having an optical multiplexer to be introduced into the two active layers.
[0087]
(Supplementary Note 8) A laser oscillator disposed on the first region of the first conductivity type semiconductor substrate and having a stripe-like mesa structure;
An optical amplifier disposed on the second region of the semiconductor substrate, having a striped mesa structure, and receiving laser light emitted from the laser oscillator and amplifying the laser light;
Embedded layers embedding both sides of the mesa structure of the laser oscillator and the optical amplifier;
Have
The laser oscillator includes a first active layer that generates stimulated emission light by current injection, a tuning layer that changes a refractive index by current injection, and is disposed between the first active layer and the tuning layer. An intermediate layer of the second conductivity type opposite to the one conductivity type, and a diffraction grating disposed at a position optically coupled with light generated in the active layer and propagating in the active layer, the intermediate layer, and the tuning layer Comprising a first laminated structure consisting of
The optical amplifier is disposed on the first clad layer of the first conductivity type disposed on the semiconductor substrate, the laser light emitted from the laser oscillator is incident on the first clad layer, A second active layer that amplifies the incident laser beam by current injection; and a second conductivity type second clad layer disposed on the second active layer, wherein the buried layer comprises: A first conductivity type first lower layer disposed on the semiconductor substrate on both sides of the mesa structure of the laser oscillator on the first region and in contact with an end face of the intermediate layer of the laser oscillator; And a first conductive type or semi-insulating first upper layer disposed on the lower layer of the first semiconductor layer, and the semiconductor substrate on both sides of the mesa structure of the optical amplifier on the second region. An end of the first cladding layer and the second active layer disposed on A first conductive type or semi-insulating second lower layer in contact with the second lower layer, and a second conductive type second upper layer disposed on the second lower layer and in contact with the end surface of the second cladding layer A semiconductor optical device.
[0088]
(Additional remark 9) (a) The 1st active layer which is arrange | positioned on the 1st area | region on the semiconductor substrate of 1st conductivity type, and generate | occur | produces stimulated emission light by electric current injection, The tuning layer from which a refractive index changes with electric current injection A second conductive type intermediate layer disposed between the first active layer and the tuning layer, opposite to the first conductive type, and generated in the active layer, the active layer, the intermediate layer, and A laser oscillator including a first laminated structure including a diffraction grating disposed at a position optically coupled with light propagating in the tuning layer, disposed on a second region of the semiconductor substrate, and disposed on the semiconductor substrate; A first clad layer of the second conductivity type disposed, and a laser beam emitted from the laser oscillator is incident on the first clad layer, and the incident laser beam is amplified by current injection A second active layer, and the second active layer An optical amplifier for amplifying incident laser light, and a third region between the first region and the second region Forming a laser structure having an optical waveguide disposed and optically coupling the first stacked structure of the laser oscillator and the second active layer of the optical amplifier;
(B) a stripe mesa mask extending in a direction in which the first region, the third region, and the second region are arranged on the laser structure, and the first and third regions; A selective growth mask disposed on both sides of the stripe mesa mask, wherein a gap is provided between the stripe mesa mask and the selective growth mask, and the gap is formed in the third region. Forming the stripe mesa mask and the selective growth mask so that the width of the portion increases from the first region toward the second region;
(C) Using the stripe mesa mask and the selective growth mask of the semiconductor substrate as an etching mask, at least the bottom of the first stacked structure is reached in the first region, and in the second region, Etching until at least the bottom of the second active layer is reached;
(D) On the region not covered by the stripe mesa mask and the selective growth mask, the first region reaches the intermediate layer, and the second region reaches the second active layer. Forming a second conductivity type lower layer that does not reach the height;
(E) removing the stripe mesa mask and the selective growth mask;
The manufacturing method of the semiconductor optical device which has this.
[0089]
(Additional remark 10) Furthermore, (f) The manufacturing method of the semiconductor optical device of Additional remark 9 which has the process of forming a semi-insulating upper layer on the said lower layer.
(Additional remark 11) Between the said process (e) and the process (f), the process of forming the etching stop layer which consists of a material in which etching resistance differs from the said upper layer on the said lower layer,
After the step (f),
Forming a planarization layer of a first conductivity type on the mesa structure and the upper layer;
Forming an opening penetrating the planarizing layer and the upper layer under a condition that an etching rate of the upper layer is higher than an etching rate of the etching stop layer, and stopping the etching when the etching stop layer is exposed. When,
Forming an electrode electrically connected to the lower layer on a bottom surface of the opening;
The method of manufacturing a semiconductor optical device according to appendix 10, wherein:
[0090]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by integrating an optical amplifier in a TTG-DFB laser, a continuous and wide variable wavelength range can be realized and a high optical output can be obtained. Further, the thickness of the lower buried layer disposed on both sides of the mesa structure of the optical amplifier and the lower buried layer disposed on both sides of the mesa structure of the TTG-DFB laser are made different, thereby enabling the activity of the optical amplifier. The efficiency of current injection into the layer can be increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor laser according to a first embodiment.
FIG. 2 is a sectional view of a semiconductor laser according to a first embodiment.
FIG. 3 is a sectional view of a semiconductor laser according to a second embodiment.
FIG. 4 is a plan view of a mask for explaining a semiconductor laser manufacturing method according to a second embodiment and a cross-sectional view in the middle of manufacturing.
FIG. 5 is a sectional view of a semiconductor laser according to a third embodiment.
FIG. 6 is a sectional view of a semiconductor laser according to a fourth embodiment.
FIG. 7 is a sectional view of a semiconductor laser according to a fourth embodiment.
FIG. 8 is a plan view of a semiconductor laser according to a fifth embodiment and a plan view of a mask pattern used in the manufacturing process.
[Explanation of symbols]
1 Semiconductor substrate
2 Lower cladding layer
3 Diffraction grating layer
4 Tuning layer
5 middle class
6 Active layer
7 Upper cladding layer
11 n-type cladding layer
12 Active layer
13 p-type cladding layer
15 Planarization layer
16 Contact layer
17, 18, 18A, 18B, 19 electrodes
20, 21 Antireflection film
30 Lower buried layer
31 Upper buried layer
34, 34A Lower buried layer
35, 35A Upper buried layer
37 electrodes
38 Protective film
41 Lower cladding layer
42 Core layer
43 Upper cladding layer
45 Lower buried layer
46 Upper buried layer
50 Stripe Mesa Mask
51 Mask for selective growth
53, 55 Etching stop layer
54, 56 Current blocking layer

Claims (10)

第1導電型の半導体基板の第1の領域上に配置され、ストライプ状のメサ構造を有するレーザ発振器と、
前記半導体基板の第2の領域上に配置され、ストライプ状のメサ構造を有し、前記レーザ発振器から放射されたレーザ光が入射し、該レーザ光を増幅する光増幅器と、
前記レーザ発振器及び前記光増幅器のメサ構造の両脇を埋め込む埋込層と
を有し、
該レーザ発振器は、電流注入により誘導放出光を発生する第1の活性層、電流注入により屈折率が変化するチューニング層、該第1の活性層と該チューニング層との間に配置され、前記第1導電型とは反対の第2導電型の中間層、及び該活性層で発生し該活性層、中間層、及びチューニング層内を伝搬する光と光学的に結合する位置に配置された回折格子からなる第1の積層構造を含み、
前記光増幅器は、前記半導体基板上に配置された第2導電型の第1のクラッド層と、該第1のクラッド層の上に配置され、前記レーザ発振器から放射されたレーザ光が入射し、電流注入によって、入射したレーザ光を増幅する第2の活性層と、該第2の活性層の上に配置された第1導電型の第2のクラッド層とを含み、
前記埋込層は、前記レーザ発振器及び光増幅器のメサ構造の両側の、前記半導体基板上に配置された第2導電型の下部埋込層と、該下部埋込層の上に配置された第1導電型または半絶縁性の上部埋込層とを含み、前記レーザ発振器のメサ構造の両側において、該下部埋込層は、前記中間層の端面に接する厚さとされ、前記光増幅器のメサ構造の両側においては、該下部埋込層が前記第1のクラッド層の端面に接するが前記第2の活性層の端面には接しない厚さとされている半導体光装置。
A laser oscillator disposed on a first region of a first conductivity type semiconductor substrate and having a striped mesa structure;
An optical amplifier disposed on the second region of the semiconductor substrate, having a striped mesa structure, and receiving laser light emitted from the laser oscillator and amplifying the laser light;
Embedded layers embedding both sides of the mesa structure of the laser oscillator and the optical amplifier,
The laser oscillator includes a first active layer that generates stimulated emission light by current injection, a tuning layer that changes a refractive index by current injection, and is disposed between the first active layer and the tuning layer. An intermediate layer of the second conductivity type opposite to the one conductivity type, and a diffraction grating disposed at a position optically coupled with light generated in the active layer and propagating in the active layer, the intermediate layer, and the tuning layer Comprising a first laminated structure consisting of
The optical amplifier is disposed on the first clad layer of the second conductivity type disposed on the semiconductor substrate, and the laser light emitted from the laser oscillator is incident on the first clad layer, A second active layer that amplifies the incident laser beam by current injection; and a second cladding layer of the first conductivity type disposed on the second active layer;
The buried layer includes a second conductivity type lower buried layer disposed on the semiconductor substrate on both sides of the mesa structure of the laser oscillator and the optical amplifier, and a second buried layer disposed on the lower buried layer. An upper buried layer of one conductivity type or semi-insulating, and on both sides of the mesa structure of the laser oscillator, the lower buried layer has a thickness in contact with an end face of the intermediate layer, and the mesa structure of the optical amplifier On both sides of the semiconductor optical device, the lower buried layer has a thickness that is in contact with the end face of the first cladding layer but is not in contact with the end face of the second active layer.
前記レーザ発振器が、さらに、前記第1の積層構造の下に配置された第1導電型の第3のクラッド層と、前記第1の積層構造の上に配置された第1導電型の第4のクラッド層とを含む請求項1に記載の半導体光装置。  The laser oscillator further includes a third clad layer of a first conductivity type disposed under the first stacked structure, and a fourth of a first conductivity type disposed on the first stacked structure. The semiconductor optical device according to claim 1, further comprising: a cladding layer. 前記半導体基板の表面上に画定された前記第1の領域と第2の領域との間に、さらに第3の領域が画定されており、
さらに、前記半導体基板の前記第3の領域上に配置され、前記レーザ発振器の前記第1の積層構造と前記光増幅器の第2の活性層とを光学的に結合する光導波路を有する請求項1または2に記載の半導体光装置。
A third region is further defined between the first region and the second region defined on the surface of the semiconductor substrate;
The optical waveguide is further disposed on the third region of the semiconductor substrate and optically couples the first stacked structure of the laser oscillator and the second active layer of the optical amplifier. Or a semiconductor optical device according to 2;
前記下部埋込層が、前記第1の領域から前記第3の領域上を経由して前記第2の領域まで連続的に配置されており、前記第3の領域上において該下部埋込層の厚さが連続的に変化している請求項3に記載の半導体光装置。  The lower buried layer is continuously disposed from the first region to the second region via the third region, and the lower buried layer is formed on the third region. 4. The semiconductor optical device according to claim 3, wherein the thickness changes continuously. さらに、前記レーザ発振器のメサ構造、前記光増幅器のメサ構造、及び前記埋込層の上に配置され、第1導電型の半導体からなる平坦化層を含み、
前記埋込層が、前記下部埋込層と前記上部埋込層との間に配置され、該上部埋込層とはエッチング特性の異なるエッチングストップ層を含み、
さらに、前記平坦化層及び前記上部埋込層を貫通し、前記エッチングストップ層または前記下部埋込層まで達する凹部と、
前記凹部の底面において前記下部埋込層に電気的に接続された電極と
を有する請求項1〜4のいずれかに記載の半導体光装置。
Furthermore, the mesa structure of the laser oscillator, the mesa structure of the optical amplifier, and a planarization layer made of a semiconductor of the first conductivity type, disposed on the buried layer,
The buried layer is disposed between the lower buried layer and the upper buried layer, and includes an etching stop layer having different etching characteristics from the upper buried layer;
Further, a recess that penetrates the planarization layer and the upper buried layer and reaches the etching stop layer or the lower buried layer,
The semiconductor optical device according to claim 1, further comprising an electrode electrically connected to the lower buried layer at a bottom surface of the recess.
前記埋込層が、さらに、前記上部埋込層の上に配置された第2導電型の電流ブロック層を含む請求項1〜5のいずれかに記載の半導体光装置。  6. The semiconductor optical device according to claim 1, wherein the buried layer further includes a second conductivity type current blocking layer disposed on the upper buried layer. 前記レーザ発振器が、ストライプ状の複数のメサ構造を有し、該メサ構造の各々は、前記第1の積層構造と同じ積層構造を含み、かつ中心発振波長が相互に異なり、
さらに、前記第1の領域と第2の領域との間に配置され、前記レーザ発振器の複数のメサ構造から出射されたレーザ光を合波し、合波されたレーザ光を前記光増幅器の第2の活性層に導入する光合波器を有する請求項1〜6のいずれかに記載の半導体光装置。
The laser oscillator has a plurality of striped mesa structures, each of the mesa structures includes the same stacked structure as the first stacked structure, and the center oscillation wavelengths are different from each other,
Furthermore, the laser light emitted from a plurality of mesa structures of the laser oscillator, which is disposed between the first region and the second region, is combined, and the combined laser light is combined with the first light of the optical amplifier. The semiconductor optical device according to claim 1, further comprising an optical multiplexer introduced into the two active layers.
第1導電型の半導体基板の第1の領域上に配置され、ストライプ状のメサ構造を有するレーザ発振器と、
前記半導体基板の第2の領域上に配置され、ストライプ状のメサ構造を有し、前記レーザ発振器から放射されたレーザ光が入射し、該レーザ光を増幅する光増幅器と、
前記レーザ発振器及び前記光増幅器のメサ構造の両側を埋め込む埋込層と
を有し、
該レーザ発振器は、電流注入により誘導放出光を発生する第1の活性層、電流注入により屈折率が変化するチューニング層、該第1の活性層と該チューニング層との間に配置され、前記第1導電型とは反対の第2導電型の中間層、及び該活性層で発生し該活性層、中間層、及びチューニング層内を伝搬する光と光学的に結合する位置に配置された回折格子からなる第1の積層構造を含み、
前記光増幅器は、前記半導体基板上に配置された第1導電型の第1のクラッド層と、該第1のクラッド層の上に配置され、前記レーザ発振器から放射されたレーザ光が入射し、電流注入によって、入射したレーザ光を増幅する第2の活性層と、該第2の活性層の上に配置された第2導電型の第2のクラッド層とを含み、
前記埋込層は、前記第1の領域上において、前記レーザ発振器のメサ構造の両側の、前記半導体基板上に配置され、前記レーザ発振器の中間層の端面に接する第2導電型の第1の下部層と、該第1の下部層の上に配置された第1導電型または半絶縁性の第1の上部層とを含み、前記第2の領域上においては、前記光増幅器のメサ構造の両側の、前記半導体基板上に配置され、前記第1のクラッド層及び前記第2の活性層の端面に接する第1導電型または半絶縁性の第2の下部層と、該第2の下部層の上に配置され、前記第2のクラッド層の端面に接する第2導電型の第2の上部層とを含む半導体光装置。
A laser oscillator disposed on a first region of a first conductivity type semiconductor substrate and having a striped mesa structure;
An optical amplifier disposed on the second region of the semiconductor substrate, having a striped mesa structure, and receiving laser light emitted from the laser oscillator and amplifying the laser light;
Embedded layers embedding both sides of the mesa structure of the laser oscillator and the optical amplifier,
The laser oscillator includes a first active layer that generates stimulated emission light by current injection, a tuning layer that changes a refractive index by current injection, and is disposed between the first active layer and the tuning layer. An intermediate layer of the second conductivity type opposite to the one conductivity type, and a diffraction grating disposed at a position optically coupled with light generated in the active layer and propagating in the active layer, the intermediate layer, and the tuning layer Comprising a first laminated structure consisting of
The optical amplifier is disposed on the first clad layer of the first conductivity type disposed on the semiconductor substrate, the laser light emitted from the laser oscillator is incident on the first clad layer, A second active layer that amplifies incident laser light by current injection; and a second conductivity type second cladding layer disposed on the second active layer;
The buried layer is disposed on the semiconductor substrate on both sides of the mesa structure of the laser oscillator on the first region, and is in contact with the end surface of the intermediate layer of the laser oscillator. A first conductive type or semi-insulating first upper layer disposed on the first lower layer, and the mesa structure of the optical amplifier is formed on the second region. A first conductivity type or semi-insulating second lower layer disposed on both sides of the semiconductor substrate and in contact with end faces of the first cladding layer and the second active layer; and the second lower layer And a second upper layer of the second conductivity type that is disposed on the second contact layer and is in contact with the end face of the second cladding layer.
(a)第1導電型の半導体基板の第1の領域上に配置され、電流注入により誘導放出光を発生する第1の活性層、電流注入により屈折率が変化するチューニング層、該第1の活性層と該チューニング層との間に配置され、前記第1導電型とは反対の第2導電型の中間層、及び該活性層で発生し該活性層、中間層、及びチューニング層内を伝搬する光と光学的に結合する位置に配置された回折格子からなる第1の積層構造を含むレーザ発振器、前記半導体基板の第2の領域上に配置され、前記半導体基板上に配置された第2導電型の第1のクラッド層と、該第1のクラッド層の上に配置され、前記レーザ発振器から放射されたレーザ光が入射し、電流注入によって、入射したレーザ光を増幅する第2の活性層と、該第2の活性層の上に配置された第1導電型の第2のクラッド層とを含み、入射するレーザ光を増幅する光増幅器、及び前記第1の領域と第2の領域との間の第3の領域上に配置され、前記レーザ発振器の第1の積層構造と前記光増幅器の第2の活性層とを光学的に結合させる光導波路を有するレーザ構造を形成する工程と、
(b)前記レーザ構造の上に、前記第1の領域、第3の領域、及び第2の領域が並ぶ方向に延在するストライプメサ用マスク、及び該前記第1及び第3の領域の前記ストライプメサ用マスクの両側に配置された選択成長用マスクであって、該ストライプメサ用マスクと該選択成長用マスクとの間に間隙部が設けられており、前記第3の領域において、該間隙部の幅が前記第1の領域から前記第2の領域に近づくに従って拡がるように、前記ストライプメサ用マスク及び前記選択成長用マスクを形成する工程と、
(c)前記半導体基板の、前記ストライプメサ用マスク及び前記選択成長用マスクをエッチングマスクとして、前記第1の領域においては少なくとも前記第1の積層構造の底面に達し、前記第2の領域においては少なくとも前記第2の活性層の底面に達するまでエッチングする工程と、
(d)前記ストライプメサ用マスク及び前記選択成長用マスクに覆われていない領域上に、前記第1の領域においては前記中間層まで達し、前記第2の領域においては前記第2の活性層まで達しない高さの第2導電型の下部層を形成する工程と、
(e)前記ストライプメサ用マスクと前記選択成長用マスクとを除去する工程と
(f)前記下部層の上に、半絶縁性の上部層を形成する工程と
を有する半導体光装置の製造方法。
(A) a first active layer that is disposed on a first region of a first conductivity type semiconductor substrate and generates stimulated emission light by current injection; a tuning layer whose refractive index changes by current injection; An intermediate layer disposed between the active layer and the tuning layer and having a second conductivity type opposite to the first conductivity type, and generated in the active layer and propagating through the active layer, the intermediate layer, and the tuning layer A laser oscillator including a first laminated structure composed of a diffraction grating disposed at a position optically coupled with light to be transmitted, a second oscillator disposed on the second region of the semiconductor substrate, and disposed on the semiconductor substrate A first clad layer of conductivity type, and a second activity which is disposed on the first clad layer and receives the laser beam emitted from the laser oscillator and amplifies the incident laser beam by current injection A layer and a second active layer An optical amplifier that amplifies incident laser light, and a third region between the first region and the second region, and the laser Forming a laser structure having an optical waveguide that optically couples the first stacked structure of the oscillator and the second active layer of the optical amplifier;
(B) a stripe mesa mask extending in a direction in which the first region, the third region, and the second region are arranged on the laser structure, and the first and third regions; A selective growth mask disposed on both sides of the stripe mesa mask, wherein a gap is provided between the stripe mesa mask and the selective growth mask, and the gap is formed in the third region. Forming the stripe mesa mask and the selective growth mask so that the width of the portion increases from the first region toward the second region;
(C) Using the stripe mesa mask and the selective growth mask of the semiconductor substrate as an etching mask, at least the bottom of the first stacked structure is reached in the first region, and in the second region, Etching until at least the bottom of the second active layer is reached;
(D) On the region not covered by the stripe mesa mask and the selective growth mask, the first region reaches the intermediate layer, and the second region reaches the second active layer. Forming a second conductivity type lower layer that does not reach the height;
(E) removing the stripe mesa mask and the selective growth mask ;
(F) forming a semi-insulating upper layer on the lower layer; and a method of manufacturing a semiconductor optical device.
前記第1導電型がp型であり、第2導電型がn型である請求項1〜8のいずれかに記載の半導体光装置。The semiconductor optical device according to claim 1, wherein the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type.
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