JP5310533B2 - Optical semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve stable single transverse mode operation while suppressing saturation of optical output, for sufficient characteristics. <P>SOLUTION: The optical semiconductor device includes an active region 1 and a first distribution reflecting mirror region 2 which is provided on one end side of the active region 1 and contains a first waveguide 10 mounted with a first diffraction grating 6. The first diffraction grating 6 is tilted to the opposite side of the active region 1 relative to the central portion in width direction whose coupling factor is identical in width direction of the first waveguide 10, with the both side portions in width direction being parallel in width direction of the first waveguide 10. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、例えば半導体レーザなどの光半導体装置に関する。   The present invention relates to an optical semiconductor device such as a semiconductor laser.

インターネット需要の爆発的な増加に伴い、光通信/光伝送において超高速化と大容量化への取り組みが活発化している。
特に、超高速光ファイバ伝送システム、又は、データコム向けに、アンクールドで高速直接変調が可能な半導体レーザが求められている。
このアンクールドで高速直接変調が可能な半導体レーザとして、DFB(Distributed Feed-Back)レーザが期待されている。
Along with the explosive increase in Internet demand, efforts to increase the speed and capacity in optical communication / transmission have become active.
In particular, an uncooled semiconductor laser capable of high-speed direct modulation is demanded for an ultrahigh-speed optical fiber transmission system or datacom.
A DFB (Distributed Feed-Back) laser is expected as a semiconductor laser capable of high-speed direct modulation in this uncooled state.

基本的に、半導体レーザにおいては、活性層の体積をできるだけ小さくすれば、緩和振動周波数の値が大きくなり、直接変調可能なビット・レートが上昇する。
実際、DFBレーザの共振器長を100μmと短くすることで、室温にて40Gb/s変調を可能としたものもある。
しかしながら、このようなDFBレーザでは、図22に示すように、前端面に無反射コート(反射防止膜)を設けるとともに、後端面に高反射コート(高反射膜;反射率90%程度)を設け、活性層に沿って位相シフトのない回折格子を設けている。
Basically, in the semiconductor laser, if the volume of the active layer is made as small as possible, the value of the relaxation oscillation frequency increases, and the bit rate that can be directly modulated increases.
In fact, there is a DFB laser having a cavity length as short as 100 μm that enables 40 Gb / s modulation at room temperature.
However, in such a DFB laser, as shown in FIG. 22, a non-reflective coating (antireflection film) is provided on the front end face, and a high reflection coat (high reflection film; reflectivity of about 90%) is provided on the rear end face. A diffraction grating having no phase shift is provided along the active layer.

このため、単一縦モード発振が得られる素子の歩留まりは、後端面での回折格子の位相に強く依存する。そして、回折格子の周期が約200nmと微細であり、素子に劈開するときの端面の位置を精密に制御することはほぼ不可能であるため、後端面での位相はランダムにならざるを得ない。したがって、良好な単一縦モード発振が得られる素子の歩留まりを高くすることができない。   For this reason, the yield of the element capable of obtaining single longitudinal mode oscillation strongly depends on the phase of the diffraction grating at the rear end face. And since the period of the diffraction grating is as fine as about 200 nm and it is almost impossible to precisely control the position of the end face when cleaved into the element, the phase at the rear end face must be random. . Therefore, it is not possible to increase the yield of elements that can obtain good single longitudinal mode oscillation.

また、単一縦モード発振が得られる素子の歩留まりを向上させるとともに、高効率なレーザ動作を行なえるようにした分布反射型(DR;Distributed Reflector)レーザもある。このようなDRレーザでは、後端面の反射鏡として、高反射膜ではなく、活性領域の回折格子と同一周期の回折格子を有し、受動反射器として機能する受動領域を備え、活性領域と受動領域との間に位相シフトを設けている。   In addition, there is a distributed reflector (DR) laser that improves the yield of an element capable of obtaining single longitudinal mode oscillation and can perform highly efficient laser operation. In such a DR laser, the reflecting mirror on the rear end face is not a highly reflective film, but has a diffraction grating having the same period as the diffraction grating of the active region, and has a passive region functioning as a passive reflector, and the active region and the passive mirror. A phase shift is provided between the regions.

また、DRレーザにおいて、活性領域の中央にλ/4位相シフトを設け、後端面の反射鏡として、回折格子を有する受動領域を設け、活性領域と受動領域との間の組成の違いに応じて、活性領域と受動領域とで回折格子のピッチを変えたものもある。これにより、活性領域と受動領域とで回折格子の光学的ピッチを等しくし、受動領域でのブラッグ反射波長を活性領域で発生したレーザ光の波長に等しくして、効率よくレーザ光を反射できるようにしている。   Also, in the DR laser, a λ / 4 phase shift is provided in the center of the active region, a passive region having a diffraction grating is provided as a reflecting mirror on the rear end surface, and depending on the difference in composition between the active region and the passive region In some cases, the pitch of the diffraction grating is changed between the active region and the passive region. As a result, the optical pitch of the diffraction grating is made equal in the active region and the passive region, and the Bragg reflection wavelength in the passive region is made equal to the wavelength of the laser light generated in the active region, so that the laser light can be reflected efficiently. I have to.

特公平7−70785号公報Japanese Patent Publication No. 7-70785 特開2002−353559号公報JP 2002-353559 A

K. Nakahara et al., “High Extinction Ratio Operation at 40-Gb/s Direct Modulation in 1.3-μm InGaAlAs-MQW RWG DFB Lasers”, OFC/NFOEC 2006, 講演番号OWC5K. Nakahara et al., “High Extinction Ratio Operation at 40-Gb / s Direct Modulation in 1.3-μm InGaAlAs-MQW RWG DFB Lasers”, OFC / NFOEC 2006, lecture number OWC5

ところで、図23に示すような構造のDRレーザであって、埋込導波路構造を有し、高速応答特性を向上させるために、活性領域の長さを100μmよりも短くしたものを作製したところ、高温動作時に光出力が飽和し、十分な特性が得られないことがわかった。
そして、埋込導波路構造を有するDRレーザでは、メサ構造の幅、即ち、導波路コア層としての活性層の幅(導波路幅)が例えば1.3μm程度であり、狭いため、素子抵抗が増大し、その結果発生したジュール熱が原因の一つであることがわかった。
By the way, a DR laser having a structure as shown in FIG. 23 having a buried waveguide structure and having an active region shorter than 100 μm in order to improve high-speed response characteristics is manufactured. It was found that the light output was saturated during high temperature operation and sufficient characteristics could not be obtained.
In a DR laser having a buried waveguide structure, the width of the mesa structure, that is, the width of the active layer as the waveguide core layer (waveguide width) is about 1.3 μm, for example, and is narrow. It was found that the Joule heat generated as a result was one of the causes.

このため、導波路幅を広くすれば、素子抵抗が減少するため、上述の高温動作時に光出力が飽和し、十分な特性が得られないという課題を解決することが可能である。
しかしながら、導波路幅を例えば3μmまで拡大すると、図24(A)〜(C)に示すように、導波路内で横高次モードの発振が可能となり、安定した単一横モード動作が得られなくなる。
For this reason, if the waveguide width is widened, the device resistance decreases, so that the problem that the optical output is saturated at the time of the above-described high-temperature operation and sufficient characteristics cannot be obtained can be solved.
However, when the waveguide width is increased to, for example, 3 μm, as shown in FIGS. 24A to 24C, it becomes possible to oscillate a transverse higher-order mode in the waveguide, and a stable single transverse mode operation is obtained. Disappear.

そこで、光出力の飽和を抑制し、十分な特性が得られるようにしながら、安定した単一横モード動作を実現できるようにしたい。   Therefore, it is desired to realize a stable single transverse mode operation while suppressing saturation of the light output and obtaining sufficient characteristics.

このため、本光半導体装置は、活性領域と、活性領域の一端側に設けられ、第1回折格子を装荷した第1導波路を有する第1分布反射鏡領域とを備え、第1回折格子は、結合係数が第1導波路の幅方向で同一であり、幅方向両側部分が第1導波路の幅方向に平行な幅方向中央部分に対して活性領域の反対側へ傾いていることを要件とする。   Therefore, the optical semiconductor device includes an active region and a first distributed reflector region that is provided on one end side of the active region and has a first waveguide loaded with the first diffraction grating. The coupling coefficient is the same in the width direction of the first waveguide, and both side portions in the width direction are inclined to the opposite side of the active region with respect to the center portion in the width direction parallel to the width direction of the first waveguide. And

したがって、本光半導体装置によれば、光出力の飽和を抑制し、十分な特性が得られるようにしながら、安定した単一横モード動作を実現できるという利点がある。   Therefore, according to the present optical semiconductor device, there is an advantage that stable single transverse mode operation can be realized while suppressing saturation of the optical output and obtaining sufficient characteristics.

第1実施形態にかかる光半導体装置に備えられる回折格子の構成を示す模式的平面図である。FIG. 3 is a schematic plan view showing a configuration of a diffraction grating provided in the optical semiconductor device according to the first embodiment. 第1実施形態にかかる光半導体装置の構成を示す模式的断面図である。It is a typical sectional view showing the composition of the optical semiconductor device concerning a 1st embodiment. (A)〜(C)は、第1実施形態にかかる光半導体装置による作用を説明するための図である。(A)-(C) are the figures for demonstrating the effect | action by the optical semiconductor device concerning 1st Embodiment. 第1実施形態にかかる光半導体装置の分布反射鏡領域に備えられる反射用回折格子の曲率半径と横モードの結合係数減少率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the curvature radius of the diffraction grating for reflection provided in the distributed reflector area | region of the optical semiconductor device concerning 1st Embodiment, and the coupling coefficient reduction rate of a transverse mode. (A)〜(C)は、第1実施形態にかかる光半導体装置の製造方法を説明するための模式的斜視図である。(A)-(C) are typical perspective views for demonstrating the manufacturing method of the optical semiconductor device concerning 1st Embodiment. (A)〜(C)は、第1実施形態にかかる光半導体装置の製造方法を説明するための模式的斜視図である。(A)-(C) are typical perspective views for demonstrating the manufacturing method of the optical semiconductor device concerning 1st Embodiment. (A)〜(C)は、第1実施形態にかかる光半導体装置の製造方法を説明するための模式的斜視図である。(A)-(C) are typical perspective views for demonstrating the manufacturing method of the optical semiconductor device concerning 1st Embodiment. (A),(B)は、第1実施形態にかかる光半導体装置の製造方法を説明するための模式的斜視図である。(A), (B) is a typical perspective view for demonstrating the manufacturing method of the optical semiconductor device concerning 1st Embodiment. 第1実施形態にかかる光半導体装置による効果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the effect by the optical semiconductor device concerning 1st Embodiment. 第1実施形態にかかる光半導体装置に備えられる回折格子の変形例の構成を示す模式的平面図である。FIG. 6 is a schematic plan view showing the configuration of a modification of the diffraction grating provided in the optical semiconductor device according to the first embodiment. 第2実施形態にかかる光半導体装置に備えられる回折格子の構成を示す模式的平面図である。It is a typical top view which shows the structure of the diffraction grating with which the optical semiconductor device concerning 2nd Embodiment is equipped. (A)〜(C)は、第2実施形態にかかる光半導体装置の製造方法を説明するための模式的斜視図である。(A)-(C) are typical perspective views for demonstrating the manufacturing method of the optical semiconductor device concerning 2nd Embodiment. (A)〜(C)は、第2実施形態にかかる光半導体装置の製造方法を説明するための模式的斜視図である。(A)-(C) are typical perspective views for demonstrating the manufacturing method of the optical semiconductor device concerning 2nd Embodiment. (A)〜(C)は、第2実施形態にかかる光半導体装置の製造方法を説明するための模式的斜視図である。(A)-(C) are typical perspective views for demonstrating the manufacturing method of the optical semiconductor device concerning 2nd Embodiment. (A),(B)は、第2実施形態にかかる光半導体装置の製造方法を説明するための模式的斜視図である。(A), (B) is a typical perspective view for demonstrating the manufacturing method of the optical semiconductor device concerning 2nd Embodiment. 第2実施形態にかかる光半導体装置に備えられる回折格子の変形例の構成を示す模式的平面図である。It is a typical top view showing composition of a modification of a diffraction grating with which an optical semiconductor device concerning a 2nd embodiment is provided. 第3実施形態にかかる光半導体装置に備えられる回折格子の構成を示す模式的平面図である。It is a typical top view which shows the structure of the diffraction grating with which the optical semiconductor device concerning 3rd Embodiment is equipped. (A)〜(C)は、第3実施形態にかかる光半導体装置の製造方法を説明するための模式的斜視図である。(A)-(C) are typical perspective views for demonstrating the manufacturing method of the optical semiconductor device concerning 3rd Embodiment. (A)〜(C)は、第3実施形態にかかる光半導体装置の製造方法を説明するための模式的斜視図である。(A)-(C) are typical perspective views for demonstrating the manufacturing method of the optical semiconductor device concerning 3rd Embodiment. (A)〜(C)は、第3実施形態にかかる光半導体装置の製造方法を説明するための模式的斜視図である。(A)-(C) are typical perspective views for demonstrating the manufacturing method of the optical semiconductor device concerning 3rd Embodiment. (A),(B)は、第3実施形態にかかる光半導体装置の製造方法を説明するための模式的斜視図である。(A), (B) is a typical perspective view for demonstrating the manufacturing method of the optical semiconductor device concerning 3rd Embodiment. 従来の半導体レーザの構成を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the structure of the conventional semiconductor laser. 本発明の創案過程で作製した半導体レーザの構成を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the structure of the semiconductor laser produced in the creation process of this invention. (A)〜(C)は、本発明の課題を説明するための図である。(A)-(C) are the figures for demonstrating the subject of this invention.

以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる光半導体装置について説明する。
[第1実施形態]
まず、第1実施形態にかかる光半導体装置について、図1〜図9を参照しながら説明する。
本実施形態にかかる光半導体装置は、例えば光ファイバ伝送方式向けの光源としての半導体レーザであって、分布反射型レーザ構造を有する分布反射型レーザ(DRレーザ)である。なお、分布反射型レーザは、分布反射鏡集積型分布帰還型半導体レーザともいう。
Hereinafter, an optical semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
First, the optical semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
The optical semiconductor device according to this embodiment is, for example, a semiconductor laser as a light source for an optical fiber transmission system, and is a distributed reflection laser (DR laser) having a distributed reflection laser structure. The distributed reflection laser is also referred to as a distributed reflector integrated distributed feedback semiconductor laser.

本分布反射型レーザは、図2に示すように、電流が注入されてレーザ発振する分布帰還型(DFB)レーザ領域として機能する活性領域1と、電流が注入されず、活性領域1から出射されたレーザ光を反射して活性領域1へ戻す分布反射鏡領域2とを備える。なお、活性領域1は、電流注入領域又は分布帰還活性領域ともいう。また、分布反射鏡領域2は、分布ブラッグ反射領域、受動領域又は電流非注入領域ともいう。   As shown in FIG. 2, the present distributed reflection type laser has an active region 1 functioning as a distributed feedback (DFB) laser region in which a laser is oscillated when current is injected, and is emitted from the active region 1 without being injected with current. And a distributed reflector region 2 that reflects the laser beam back to the active region 1. The active region 1 is also referred to as a current injection region or a distributed feedback active region. The distributed reflector region 2 is also referred to as a distributed Bragg reflection region, a passive region, or a current non-injection region.

本分布反射型レーザでは、活性領域1のみに電流注入が行なわれるため、活性領域1のみに電流注入用電極(p側電極)115が設けられている。また、n型ドープInP基板101の裏面側にn側電極116が設けられている。また、本分布反射型レーザでは、両端面に無反射コーティング(無反射膜;反射防止膜)117,118が施されている。
ここで、活性領域1は、電流注入によって利得を生じる活性層105と、発振波長を決める回折格子3及び位相シフト4と、p型InPクラッド層110と、p型GaInAsコンタクト層111とを備える。ここでは、位相シフト4は、λ/4位相シフトであり、位相シフト量がλ/4近傍の値になっている。つまり、活性領域1は、位相シフト4を有する回折格子(第3回折格子)3を装荷した活性導波路9を備える。
In this distributed reflection type laser, since current injection is performed only in the active region 1, a current injection electrode (p-side electrode) 115 is provided only in the active region 1. An n-side electrode 116 is provided on the back side of the n-type doped InP substrate 101. In this distributed reflection type laser, antireflection coatings (antireflection films; antireflection films) 117 and 118 are applied to both end faces.
Here, the active region 1 includes an active layer 105 that generates a gain by current injection, a diffraction grating 3 and a phase shift 4 that determine an oscillation wavelength, a p-type InP cladding layer 110, and a p-type GaInAs contact layer 111. Here, the phase shift 4 is a λ / 4 phase shift, and the phase shift amount is a value in the vicinity of λ / 4. That is, the active region 1 includes an active waveguide 9 loaded with a diffraction grating (third diffraction grating) 3 having a phase shift 4.

本実施形態では、活性領域1は、位相シフト4を含む回折格子3とn型ドープGaInAsP層103とを含む回折格子層5と、導波路コア層としてのアンドープAlGaInAs/AlGaInAs量子井戸活性層105とを備える。
ここでは、回折格子層5は、n型ドープInP基板101の表面に形成された位相シフト4を含む回折格子3を、n型ドープGaInAsP層103によって埋め込むことによって形成されている。また、n型ドープGaInAsP層103は、組成波長1.20μm、厚さ120nmである。
In the present embodiment, the active region 1 includes a diffraction grating layer 5 including a phase shift 4 and an n-type doped GaInAsP layer 103, an undoped AlGaInAs / AlGaInAs quantum well active layer 105 as a waveguide core layer, and Is provided.
Here, the diffraction grating layer 5 is formed by embedding the diffraction grating 3 including the phase shift 4 formed on the surface of the n-type doped InP substrate 101 with the n-type doped GaInAsP layer 103. The n-type doped GaInAsP layer 103 has a composition wavelength of 1.20 μm and a thickness of 120 nm.

また、アンドープAlGaInAs/AlGaInAs量子井戸活性層105は、アンドープAlGaInAs井戸層、及び、アンドープAlGaInAsバリア層で構成される。ここでは、アンドープAlGaInAs井戸層は、厚さ6nm、圧縮歪量1.2%である。また、アンドープAlGaInAsバリア層は、組成波長1.05μm、厚さ10nmである。また、アンドープAlGaInAs/AlGaInAs量子井戸活性層105の積層数は15層であり、その発光波長(発振波長)は1310nmである。   The undoped AlGaInAs / AlGaInAs quantum well active layer 105 includes an undoped AlGaInAs well layer and an undoped AlGaInAs barrier layer. Here, the undoped AlGaInAs well layer has a thickness of 6 nm and a compressive strain of 1.2%. The undoped AlGaInAs barrier layer has a composition wavelength of 1.05 μm and a thickness of 10 nm. The number of undoped AlGaInAs / AlGaInAs quantum well active layers 105 is 15 and the emission wavelength (oscillation wavelength) is 1310 nm.

ここで、活性領域1の長さは約125μmである。これにより、高速応答特性を向上させることができる。そして、例えば25Gb/s以上の直接変調が可能な半導体レーザ(直接変調レーザ)を実現している。なお、活性領域1の回折格子3の周期は一定である。また、活性領域1内で、回折格子3の結合係数(デューティ比及び深さ)及び位相(位相シフト4の部分を除く)は一定である。また、活性領域1内で、導波路(活性層6)の等価屈折率は共振器方向に沿って一定である。さらに、活性領域1の中央よりも10μm後端面側の位置に位相がπラジアンシフト(λ/4シフトに相当)したλ/4位相シフト4が設けられている。   Here, the length of the active region 1 is about 125 μm. Thereby, a high-speed response characteristic can be improved. For example, a semiconductor laser (direct modulation laser) capable of direct modulation of 25 Gb / s or more is realized. Note that the period of the diffraction grating 3 in the active region 1 is constant. Further, in the active region 1, the coupling coefficient (duty ratio and depth) and phase (excluding the portion of the phase shift 4) of the diffraction grating 3 are constant. In the active region 1, the equivalent refractive index of the waveguide (active layer 6) is constant along the resonator direction. Further, a λ / 4 phase shift 4 having a phase shifted by π radians (corresponding to λ / 4 shift) is provided at a position 10 μm rear end face side from the center of the active region 1.

分布反射鏡領域2は、利得を生じない光ガイド層(パッシブ導波路コア層)108と、反射用回折格子6と、p型InPクラッド層110とを備える。つまり、分布反射鏡領域(第1分布反射鏡領域)2は、反射用回折格子(第1回折格子)6を装荷したパッシブ導波路(第1導波路)10を備える。光ガイド層108は、吸収損失が生じないように1.15μm組成となっている。   The distributed reflector region 2 includes a light guide layer (passive waveguide core layer) 108 that does not generate gain, a reflection diffraction grating 6, and a p-type InP cladding layer 110. That is, the distributed reflector region (first distributed reflector region) 2 includes a passive waveguide (first waveguide) 10 loaded with a reflection diffraction grating (first diffraction grating) 6. The light guide layer 108 has a composition of 1.15 μm so as not to cause absorption loss.

本実施形態では、分布反射鏡領域2は、反射用回折格子6とn型ドープGaInAsP層103とを含む反射用回折格子層7と、導波路コア層としてのアンドープAlGaInAs光ガイド層108とを備える。
ここでは、反射用回折格子層7は、n型ドープInP基板101の表面に形成された反射用回折格子6を、n型ドープGaInAsP層103によって埋め込むことによって形成されている。また、n型ドープGaInAsP層103は、例えば、組成波長約1.20μm、厚さ約120nmである。また、アンドープAlGaInAs光ガイド層108は、例えば、組成波長約1.15μm、厚さ約250nmである。
In the present embodiment, the distributed reflector region 2 includes a reflection diffraction grating layer 7 including a reflection diffraction grating 6 and an n-type doped GaInAsP layer 103, and an undoped AlGaInAs light guide layer 108 as a waveguide core layer. .
Here, the reflective diffraction grating layer 7 is formed by embedding the reflective diffraction grating 6 formed on the surface of the n-type doped InP substrate 101 with the n-type doped GaInAsP layer 103. The n-type doped GaInAsP layer 103 has a composition wavelength of about 1.20 μm and a thickness of about 120 nm, for example. The undoped AlGaInAs light guide layer 108 has, for example, a composition wavelength of about 1.15 μm and a thickness of about 250 nm.

ここで、分布反射鏡領域2は、図2に示すように、活性領域1の後端面側[図2中、右側;一端側]に連なるように設けられている。本実施形態では、活性領域1に連続して、例えば約75μmの長さの分布反射鏡領域2が設けられている。つまり、活性領域1に連続して、例えば約75μmの長さにわたって反射用回折格子6がパターニングされている。また、分布反射鏡領域2の反射用回折格子6の周期は一定である。また、分布反射鏡領域2内で、反射用回折格子6の結合係数(デューティ比及び深さ)及び位相は一定である。また、分布反射鏡領域2内で、導波路(光ガイド層)の等価屈折率は共振器方向に沿って一定である。   Here, as shown in FIG. 2, the distributed reflector region 2 is provided so as to be continuous with the rear end face side of the active region 1 [right side in FIG. 2; one end side]. In the present embodiment, a distributed reflector region 2 having a length of, for example, about 75 μm is provided continuously to the active region 1. That is, the reflective diffraction grating 6 is patterned continuously to the active region 1 over a length of, for example, about 75 μm. Further, the period of the reflection diffraction grating 6 in the distributed reflector region 2 is constant. In the distributed reflector region 2, the coupling coefficient (duty ratio and depth) and phase of the reflecting diffraction grating 6 are constant. In the distributed reflector region 2, the equivalent refractive index of the waveguide (light guide layer) is constant along the resonator direction.

また、活性領域1の回折格子3と分布反射鏡領域2の反射用回折格子6とは、導波路幅方向中央部分において位相が同一になっている。また、活性領域1の回折格子3と分布反射鏡領域2の反射用回折格子6とは、周期も同一になっている。さらに、活性領域1の回折格子3と分布反射鏡領域2の反射用回折格子6とは、結合係数も同一になっている。つまり、活性領域1の回折格子3と分布反射鏡領域2の反射用回折格子6とは深さが同一になっている。ここでは、活性領域1の回折格子3及び分布反射鏡領域2の反射用回折格子6の深さは、いずれも100nmである。また、活性領域1の回折格子3と分布反射鏡領域2の反射用回折格子6とは、デューティ比(回折格子の周期に対するエッチングによって残される部分の割合;ここでは約50%)も同一になっている。   Further, the diffraction grating 3 in the active region 1 and the reflection diffraction grating 6 in the distributed reflector region 2 have the same phase at the central portion in the waveguide width direction. In addition, the diffraction grating 3 in the active region 1 and the reflection diffraction grating 6 in the distributed reflector region 2 have the same period. Furthermore, the coupling coefficient of the diffraction grating 3 in the active region 1 and the reflection diffraction grating 6 in the distributed reflector region 2 are the same. That is, the diffraction grating 3 in the active region 1 and the reflection diffraction grating 6 in the distributed reflector region 2 have the same depth. Here, the depths of the diffraction grating 3 in the active region 1 and the reflection diffraction grating 6 in the distributed reflector region 2 are both 100 nm. Further, the diffraction grating 3 in the active region 1 and the reflecting diffraction grating 6 in the distributed reflector region 2 have the same duty ratio (the ratio of the portion left by etching with respect to the period of the diffraction grating; here, about 50%). ing.

また、本分布反射型レーザは、埋込導波路構造[図8(A)参照]を有するものであるが、メサ構造8の幅、即ち、導波路幅を、例えば約3.0μmと広くしている。これにより、素子抵抗を低減して光出力の飽和を抑制することができる。特に、高温動作時に光出力が飽和するのを抑制することができ、十分な変調特性が得られることになる。
ところで、本実施形態では、活性領域1の回折格子3は、図1に示すように、活性導波路9の幅方向、即ち、メサ構造8の幅方向(図1中、上下方向)に平行な直線形状の回折格子である。これに対し、分布反射鏡領域2の反射用回折格子6は、活性導波路9の幅方向、即ち、メサ構造8の幅方向(図1中、上下方向)に沿って曲げられた曲線形状の回折格子である。つまり、分布反射鏡領域2の反射用回折格子6は、活性領域1の側に向かって凸形状になるように湾曲している。なお、活性領域1の回折格子3を直線回折格子ともいう。また、分布反射鏡領域2の反射用回折格子6を湾曲回折格子あるいは曲線回折格子ともいう。
This distributed reflection type laser has a buried waveguide structure [see FIG. 8A]. However, the width of the mesa structure 8, that is, the waveguide width is increased to about 3.0 μm, for example. ing. Thereby, element resistance can be reduced and saturation of optical output can be suppressed. In particular, saturation of the light output during high temperature operation can be suppressed, and sufficient modulation characteristics can be obtained.
By the way, in the present embodiment, the diffraction grating 3 in the active region 1 is parallel to the width direction of the active waveguide 9, that is, the width direction of the mesa structure 8 (vertical direction in FIG. 1), as shown in FIG. It is a linear diffraction grating. On the other hand, the reflecting diffraction grating 6 in the distributed reflector region 2 has a curved shape bent along the width direction of the active waveguide 9, that is, the width direction of the mesa structure 8 (vertical direction in FIG. 1). It is a diffraction grating. That is, the reflection diffraction grating 6 in the distributed reflector region 2 is curved so as to be convex toward the active region 1 side. The diffraction grating 3 in the active region 1 is also referred to as a linear diffraction grating. The reflection diffraction grating 6 in the distributed reflector region 2 is also referred to as a curved diffraction grating or a curved diffraction grating.

これにより、横高次モードの結合係数を減少させることができる。この結果、発振しきい値が上昇し、横高次モードの発振を抑制することができる。
つまり、分布反射鏡領域2の反射用回折格子6を曲線回折格子とすると、図3(A)〜(C)に示すように、導波モード成分のうち、導波路幅方向の中央部分よりも両側部分(外側部分)の強度成分ほど曲線回折格子によって導波路外へと放射されることになる。
As a result, the coupling coefficient of the transverse higher-order mode can be reduced. As a result, the oscillation threshold value increases, and the oscillation of the lateral higher order mode can be suppressed.
That is, when the reflecting diffraction grating 6 in the distributed reflector region 2 is a curved diffraction grating, as shown in FIGS. 3A to 3C, the waveguide mode component is more than the central portion in the waveguide width direction. The intensity components of both side portions (outer portions) are radiated out of the waveguide by the curved diffraction grating.

そして、図3(A)〜(C)に示すように、横高次モードは、横基本モードに比べて導波路幅方向の中央部分よりも外側部分の成分が多いため、曲線回折格子による活性領域1へのフィードバック量が小さくなる。この結果、横高次モードでの発振が抑制される。
ここでは、分布反射鏡領域2の反射用回折格子6の幅方向両側部分の結合係数を下げて横高次モードでの発振を抑えるのではなく、曲線回折格子を用いることによって横高次モードを導波路外へ放射させて、横高次モードでの発振を抑えるようにしている。このため、分布反射鏡領域2の反射用回折格子6は、結合係数が導波路幅方向で同一になっている。つまり、分布反射鏡領域2の反射用回折格子6は、幅方向両側部分でディーティ比が小さくなっていない。したがって、反射用回折格子6の幅方向両側部分において、多くの横高次モードが反射され、導波路外へ放射されることになる。この結果、横基本モードの結合係数はそれほど減少せずに、横高次モードの結合係数が大きく減少することになる。
As shown in FIGS. 3A to 3C, the lateral high-order mode has more components in the outer portion than the central portion in the waveguide width direction compared to the transverse fundamental mode, and therefore, the active by the curved diffraction grating. The amount of feedback to region 1 is reduced. As a result, oscillation in the lateral higher order mode is suppressed.
Here, rather than lowering the coupling coefficient at both sides in the width direction of the reflecting diffraction grating 6 in the distributed reflector region 2 to suppress oscillation in the lateral higher order mode, the lateral higher order mode is changed by using a curved diffraction grating. It radiates out of the waveguide to suppress oscillation in the lateral higher order mode. For this reason, the reflection diffraction grating 6 in the distributed reflector region 2 has the same coupling coefficient in the waveguide width direction. That is, the diffraction grating 6 for reflection in the distributed reflector region 2 does not have a small duty ratio at both sides in the width direction. Therefore, many transverse higher-order modes are reflected and radiated out of the waveguide at both sides in the width direction of the reflecting diffraction grating 6. As a result, the coupling coefficient of the transverse fundamental mode does not decrease so much, and the coupling coefficient of the transverse higher-order mode greatly decreases.

このように、導波路幅を広くして、素子抵抗を低減し、光出力の飽和を抑制するとともに、曲線回折格子を用いることで、単一横モード動作を実現できるようにしている。これにより、モード競合が発生して、特性(変調特性)が劣化してしまうのを防止することができる。
具体的には、上述のように、高速応答特性を向上させるために、活性領域1の長さを125μmにしている。また、素子抵抗を低減して光出力の飽和を抑制するために、メサ構造8の幅、即ち、導波路幅を3.0μmとしている。そして、横高次モードの発振を抑制するために、分布反射鏡領域2の反射用回折格子6として、曲率半径が10μmの円弧形状を有する円弧状回折格子(曲線回折格子)を用いている。
As described above, the waveguide width is widened, the element resistance is reduced, the saturation of the optical output is suppressed, and the single transverse mode operation can be realized by using the curved diffraction grating. Thereby, it is possible to prevent the occurrence of mode competition and the deterioration of the characteristics (modulation characteristics).
Specifically, as described above, the length of the active region 1 is set to 125 μm in order to improve the high-speed response characteristic. Further, in order to reduce the element resistance and suppress the saturation of the optical output, the width of the mesa structure 8, that is, the waveguide width is set to 3.0 μm. In order to suppress the oscillation of the lateral higher-order mode, an arc-shaped diffraction grating (curved diffraction grating) having an arc shape with a radius of curvature of 10 μm is used as the reflection diffraction grating 6 in the distributed reflector region 2.

なお、活性領域1の長さ、導波路幅、分布反射鏡領域2の反射用回折格子6の曲率半径は、これらの値に限られるものではない。
例えば、約25Gb/s以上の直接変調レーザを実現するためには、活性領域1の長さを約125μm以下にすれば良い。また、約40Gb/s以上の直接変調レーザを実現するためには、活性領域1の長さを約100μm以下にすれば良い。
The length of the active region 1, the waveguide width, and the radius of curvature of the reflection diffraction grating 6 in the distributed reflector region 2 are not limited to these values.
For example, in order to realize a direct modulation laser of about 25 Gb / s or more, the length of the active region 1 may be about 125 μm or less. In order to realize a direct modulation laser of about 40 Gb / s or more, the length of the active region 1 may be about 100 μm or less.

この場合に、分布反射鏡領域2の反射用回折格子6として曲線回折格子を用いることで、導波路幅を、一般的な導波路幅である1.3μm〜1.6μmの1.5倍〜2倍の広い幅にすることが可能である。つまり、1.95μm〜2.6μm、あるいは、2.4μm〜3.2μm、即ち、1.95μm〜3.2μmの導波路幅にすることが可能である。なお、ここで、導波路幅を約3.2μm程度までとしているのは、これよりも広くしても活性層に注入される電流の経路がリッジ導波路型レーザとほとんど変わらなくなり、電流狭窄効果が飽和してしまうからである。   In this case, by using a curved diffraction grating as the reflection diffraction grating 6 in the distributed reflector region 2, the waveguide width is 1.5 times the general waveguide width of 1.3 μm to 1.6 μm. The width can be doubled. That is, the waveguide width can be set to 1.95 μm to 2.6 μm, or 2.4 μm to 3.2 μm, that is, 1.95 μm to 3.2 μm. Here, the waveguide width is set to about 3.2 μm, even if it is wider than this, the current path injected into the active layer is almost the same as that of the ridge waveguide type laser, and the current confinement effect. Is saturated.

上述のように導波路幅を約3.0μmとする場合、分布反射鏡領域2の反射用回折格子6としての曲線回折格子の曲率半径は、約5μm〜約13μmの範囲内とするのが好ましい。これは以下の理由による。なお、ここでは、導波路幅を約3.0μmとすることを前提として曲率半径の好ましい範囲を規定しているが、これに限られるものではなく、導波路幅を上述の範囲にした場合であっても、曲率半径をこの範囲内にするのが好ましい。   As described above, when the waveguide width is about 3.0 μm, the radius of curvature of the curved diffraction grating as the reflection diffraction grating 6 in the distributed reflector region 2 is preferably in the range of about 5 μm to about 13 μm. . This is due to the following reason. Here, the preferable range of the radius of curvature is defined on the assumption that the waveguide width is about 3.0 μm, but this is not restrictive, and the waveguide width is in the above range. Even if it exists, it is preferable to make a curvature radius into this range.

ここで、図4は、分布反射鏡領域2の反射用回折格子6として曲線回折格子を用いた場合の曲率半径と横モードの結合係数減少率との関係を示している。なお、図4中、実線A、B、Cは、横基本モード(0次)、横高次モード(1次)、横高次モード(2次)のそれぞれの場合の曲率半径と横モードの結合係数減少率との関係を示している。
まず、曲率半径が大きくなるほど直線に近づく。このため、曲線回折格子を用いた場合の横モードの結合係数は、図4に示すように、曲線回折格子の曲率半径が大きくなるほど、直線回折格子を用いた場合の横モードの結合係数、即ち、ほぼ100%に近づく。
Here, FIG. 4 shows the relationship between the radius of curvature and the transverse mode coupling coefficient reduction rate when a curved diffraction grating is used as the reflection diffraction grating 6 in the distributed reflector region 2. In FIG. 4, solid lines A, B, and C indicate the radius of curvature and the transverse mode in the transverse basic mode (0th order), the transverse higher order mode (primary), and the transverse higher order mode (secondary), respectively. The relationship with the coupling coefficient reduction rate is shown.
First, the larger the radius of curvature, the closer to a straight line. For this reason, as shown in FIG. 4, the coupling coefficient of the transverse mode when the linear diffraction grating is used, that is, the larger the radius of curvature of the curved diffraction grating is, as shown in FIG. Nearly 100%.

例えば、0次、1次、2次の全ての横モードの結合係数がほぼ100%の曲率半径100μmから曲率半径を小さくしていくと、0次、1次、2次の全ての横モードの結合係数は減少していく。この場合、横モードの結合係数の減少の度合いは、横モードの次数が大きくなるほど顕著になる。つまり、横モードの次数が大きいほど、曲率半径の変化に対する横モードの結合係数減少率の変化が大きくなる。このため、曲線回折格子を用いることで、横基本モードの結合係数をそれほど減少させずに、横高次モードの結合係数を減少させることができ、これにより、単一横モード動作を実現することが可能となる。   For example, if the radius of curvature is reduced from 100 μm, where the coupling coefficient of all transverse modes of the 0th, 1st and 2nd is almost 100%, all of the transverse modes of 0th, 1st and 2nd are obtained. The coupling coefficient decreases. In this case, the degree of reduction of the coupling coefficient in the transverse mode becomes more prominent as the order of the transverse mode increases. That is, the greater the order of the transverse mode, the greater the change in the coupling coefficient reduction rate of the transverse mode with respect to the change in the radius of curvature. For this reason, by using a curved diffraction grating, the coupling coefficient of the transverse higher-order mode can be reduced without significantly reducing the coupling coefficient of the transverse fundamental mode, thereby realizing a single transverse mode operation. Is possible.

具体的には、曲線回折格子を用いた場合の横高次モードの結合係数が、直線回折格子を用いた場合の横モードの結合係数の約50%以下になるようにするのが好ましい。ここでは、湾曲回折格子を用いた場合の全ての横高次モードの結合係数が約50%になるのは、曲率半径を約13μmにしたときである。このため、分布反射鏡領域2の反射用回折格子6としての曲線回折格子の曲率半径は約13μm以下にするのが好ましい。   Specifically, it is preferable that the coupling coefficient of the transverse higher-order mode when the curved diffraction grating is used is about 50% or less of the coupling coefficient of the transverse mode when the linear diffraction grating is used. Here, when the curved diffraction grating is used, the coupling coefficient of all the transverse higher-order modes is about 50% when the radius of curvature is about 13 μm. For this reason, the radius of curvature of the curved diffraction grating as the reflection diffraction grating 6 in the distributed reflector region 2 is preferably about 13 μm or less.

また、曲線回折格子を用いた場合の横基本モードの結合係数が、直線回折格子を用いた場合の横モードの結合係数の約50%以下にならないようにするのが好ましい。ここでは、曲線回折格子を用いた場合の横基本モードの結合係数が約50%になるのは、曲率半径を約5μmにしたときである。このため、分布反射鏡領域2の反射用回折格子6としての曲線回折格子の曲率半径は約5μm以上にするのが好ましい。   In addition, it is preferable that the coupling coefficient of the transverse fundamental mode when the curved diffraction grating is used is not less than about 50% of the coupling coefficient of the transverse mode when the linear diffraction grating is used. Here, the coupling coefficient of the transverse fundamental mode when the curved diffraction grating is used is about 50% when the radius of curvature is about 5 μm. Therefore, the radius of curvature of the curved diffraction grating as the reflection diffraction grating 6 in the distributed reflector region 2 is preferably about 5 μm or more.

次に、本実施形態の具体的構成例にかかる分布反射型レーザ(光半導体装置)の製造方法について、図5〜図8を参照しながら説明する。
まず、図5(A)に示すように、n型ドープInP基板101の表面上に、例えば、電子ビーム露光法によって、電子ビームレジスト(日本ゼオン製ZEP520)からなり、回折格子パターンを有するマスク102を形成する。なお、回折格子パターンには、活性領域1の回折格子3(位相シフト4を含む)を形成するための回折格子パターンと、分布反射鏡領域2の反射用回折格子6を形成するための反射用回折格子パターンとが含まれている。
Next, a manufacturing method of a distributed reflection type laser (optical semiconductor device) according to a specific configuration example of this embodiment will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 5A, on a surface of an n-type doped InP substrate 101, a mask 102 made of an electron beam resist (ZEP 520 manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) and having a diffraction grating pattern is formed by, for example, an electron beam exposure method. Form. The diffraction grating pattern includes a diffraction grating pattern for forming the diffraction grating 3 (including the phase shift 4) in the active region 1 and a reflection diffraction pattern for forming the reflection diffraction grating 6 in the distributed reflector region 2. And a diffraction grating pattern.

次いで、このマスク102を用いて、例えばエタン/水素混合ガスによるリアクティブ・イオン・エッチング(RIE;Reactive Ion Etching)によって、図5(B)に示すように、n型InP基板101の表面の一部を除去して回折格子パターンを転写する。ここでは、n型InP基板101の途中でエッチングが停止するようにしている。
これにより、活性領域1の回折格子3(位相シフト4を含む)と分布反射鏡領域2の反射用回折格子6とが一括形成される。つまり、個々の素子の活性領域1となる領域の全長(ここでは125μm)にわたって、活性領域1の中央よりも10μm後端面側の位置に位相がπラジアンシフト(λ/4シフトに相当)したλ/4位相シフト4を有する回折格子3が形成される。また、活性領域1の回折格子3に連続して分布反射鏡領域2となる領域の全長(ここでは75μm)にわたって反射用回折格子6が形成される。
Next, by using this mask 102, for example, reactive ion etching (RIE; Reactive Ion Etching) using an ethane / hydrogen mixed gas, as shown in FIG. The diffraction grating pattern is transferred by removing the portion. Here, the etching is stopped in the middle of the n-type InP substrate 101.
As a result, the diffraction grating 3 (including the phase shift 4) in the active region 1 and the reflection diffraction grating 6 in the distributed reflector region 2 are collectively formed. That is, λ whose phase is shifted by π radians (corresponding to λ / 4 shift) to the position on the rear end face side of 10 μm from the center of the active region 1 over the entire length of the region to be the active region 1 of each element (here 125 μm). A diffraction grating 3 having a / 4 phase shift 4 is formed. Further, the reflection diffraction grating 6 is formed over the entire length (here, 75 μm) of the region that becomes the distributed reflector region 2 continuously to the diffraction grating 3 of the active region 1.

本実施形態では、活性領域1の回折格子3は、直線形状の回折格子になっている。これに対し、分布反射鏡領域2の反射用回折格子6は、曲線形状の回折格子になっている。つまり、分布反射鏡領域2の反射用回折格子6は、活性領域1の側に向かって凸形状になるように湾曲した湾曲回折格子になっている。ここでは、分布反射鏡領域2の反射用回折格子6は、曲率半径が10μmの円弧形状を有する円弧状回折格子になっている。   In the present embodiment, the diffraction grating 3 in the active region 1 is a linear diffraction grating. On the other hand, the reflecting diffraction grating 6 in the distributed reflector region 2 is a curved diffraction grating. That is, the reflection diffraction grating 6 in the distributed reflector region 2 is a curved diffraction grating that is curved so as to be convex toward the active region 1 side. Here, the reflection diffraction grating 6 in the distributed reflector region 2 is an arc-shaped diffraction grating having an arc shape with a radius of curvature of 10 μm.

また、活性領域1の回折格子3の周期は一定である。また、活性領域1内で、回折格子3の結合係数及び位相は一定である。また、活性領域1内で、導波路の等価屈折率は共振器方向に沿って一定である。
さらに、分布反射鏡領域2の反射用回折格子6の周期は一定である。また、分布反射鏡領域2内で、反射用回折格子6の結合係数及び位相は一定である。また、分布反射鏡領域2内で、導波路の等価屈折率は共振器方向に沿って一定である。
Further, the period of the diffraction grating 3 in the active region 1 is constant. Further, in the active region 1, the coupling coefficient and phase of the diffraction grating 3 are constant. In the active region 1, the equivalent refractive index of the waveguide is constant along the resonator direction.
Furthermore, the period of the reflection diffraction grating 6 in the distributed reflector region 2 is constant. Further, in the distributed reflector region 2, the coupling coefficient and the phase of the reflecting diffraction grating 6 are constant. In the distributed reflector region 2, the equivalent refractive index of the waveguide is constant along the resonator direction.

また、活性領域1の回折格子3及び分布反射鏡領域2の反射用回折格子6の深さは、いずれも100nmであり、同一になっている。また、活性領域1の回折格子3と分布反射鏡領域2の反射用回折格子6とは、デューティ比(ここでは50%)も同一になっている。つまり、活性領域1の回折格子3と分布反射鏡領域2の反射用回折格子6とは、結合係数が同一になっている。また、活性領域1の回折格子3と分布反射鏡領域2の反射用回折格子6とは、導波路幅方向中央部分において位相も同一になっている。また、活性領域1の回折格子3と分布反射鏡領域2の反射用回折格子6とは、周期も同一になっている。   The depths of the diffraction grating 3 in the active region 1 and the reflection diffraction grating 6 in the distributed reflector region 2 are both 100 nm and are the same. In addition, the diffraction grating 3 in the active region 1 and the reflection diffraction grating 6 in the distributed reflector region 2 have the same duty ratio (here, 50%). That is, the coupling coefficient of the diffraction grating 3 in the active region 1 and the reflection diffraction grating 6 in the distributed reflector region 2 are the same. Further, the diffraction grating 3 in the active region 1 and the reflection diffraction grating 6 in the distributed reflector region 2 have the same phase at the central portion in the waveguide width direction. In addition, the diffraction grating 3 in the active region 1 and the reflection diffraction grating 6 in the distributed reflector region 2 have the same period.

次に、マスク102を通常のレジスト剥離工程を用いて表面から除去する。その後、図5(C)に示すように、回折格子パターンが形成されたn型InP基板101の表面上に、例えば、有機金属気相成長(MOVPE;Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法を用いて、n型ドープGaInAsP層(ガイド層)103を成長させる。ここでは、n型ドープGaInAsP層103は、組成波長1.15μm、厚さ120nmである。これにより、n型InP基板101の途中でエッチングが停止されて形成された溝(回折格子パターン)がn型ドープGaInAsP層103によって埋め込まれる。   Next, the mask 102 is removed from the surface using a normal resist stripping process. Thereafter, as shown in FIG. 5C, on the surface of the n-type InP substrate 101 on which the diffraction grating pattern is formed, for example, using metal organic chemical vapor deposition (MOVPE) method, An n-type doped GaInAsP layer (guide layer) 103 is grown. Here, the n-type doped GaInAsP layer 103 has a composition wavelength of 1.15 μm and a thickness of 120 nm. Thereby, the groove (diffraction grating pattern) formed by stopping the etching in the middle of the n-type InP substrate 101 is filled with the n-type doped GaInAsP layer 103.

次いで、図5(C)に示すように、n型ドープGaInAsP層103上に、例えばMOVPE法によって、n型ドープInP層104、アンドープAlGaInAs/AlGaInAs量子井戸活性層105、p型ドープInPクラッド層106を順次成長させる。ここでは、n型ドープInP層104の厚さは20nmである。また、p型ドープInPクラッド層106の厚さは250nmである。   Next, as shown in FIG. 5C, the n-type doped InP layer 104, the undoped AlGaInAs / AlGaInAs quantum well active layer 105, and the p-type doped InP cladding layer 106 are formed on the n-type doped GaInAsP layer 103 by, for example, MOVPE. Grow sequentially. Here, the thickness of the n-type doped InP layer 104 is 20 nm. The thickness of the p-type doped InP cladding layer 106 is 250 nm.

ここで、量子井戸活性層105は、AlGaInAs系化合物半導体材料を用いて構成されている。つまり、量子井戸活性層105は、アンドープAlGaInAs井戸層、及び、アンドープAlGaInAsバリア層で構成される。ここでは、アンドープAlGaInAs井戸層は、厚さ6nm、圧縮歪量1.2%である。また、アンドープAlGaInAsバリア層は、組成波長1.05μm、厚さ10nmである。また、量子井戸活性層105の積層数は15層であり、その発光波長(発振波長)は1310nmである。   Here, the quantum well active layer 105 is configured using an AlGaInAs-based compound semiconductor material. That is, the quantum well active layer 105 includes an undoped AlGaInAs well layer and an undoped AlGaInAs barrier layer. Here, the undoped AlGaInAs well layer has a thickness of 6 nm and a compressive strain of 1.2%. The undoped AlGaInAs barrier layer has a composition wavelength of 1.05 μm and a thickness of 10 nm. The number of stacked quantum well active layers 105 is 15, and the emission wavelength (oscillation wavelength) is 1310 nm.

なお、量子井戸活性層105の上下に、量子井戸活性層105を挟み込むように、アンドープAlGaInAs−SCH(Separate Confinement Heterostructure)層を設けても良い。ここでは、アンドープAlGaInAs−SCH層(光ガイド層)は、組成波長1.05μm、厚さ20nmである。
次に、p型ドープInPクラッド層106の表面に、図6(A)に示すように、通常の化学気相堆積(CVD;Chemical Vapor Deposition)法及びフォトリソグラフィ技術を用いて、活性領域1を覆うように、ストライプ状のSiOマスク(エッチングマスク)107を形成する。ここでは、SiOマスク107の厚さは400nmである。
An undoped AlGaInAs-SCH (Separate Confinement Heterostructure) layer may be provided above and below the quantum well active layer 105 so as to sandwich the quantum well active layer 105. Here, the undoped AlGaInAs-SCH layer (light guide layer) has a composition wavelength of 1.05 μm and a thickness of 20 nm.
Next, as shown in FIG. 6A, the active region 1 is formed on the surface of the p-type doped InP cladding layer 106 by using a normal chemical vapor deposition (CVD) method and a photolithography technique. A striped SiO 2 mask (etching mask) 107 is formed so as to cover it. Here, the thickness of the SiO 2 mask 107 is 400 nm.

そして、図6(B)に示すように、マスク107を用いて、p型ドープInPクラッド層106の表面からn型ドープInP層104の表面に至るまで、即ち、p型ドープInPクラッド層106及び量子井戸活性層105を、例えばエッチングによって除去する。
その後、図6(C)に示すように、n型ドープInP層104上に、例えばMOVPE法によって、アンドープAlGaInAs光ガイド層108、アンドープInP層109を順次成長させる。ここでは、アンドープAlGaInAs光ガイド層108は、組成波長1.15μm、厚さ250nmである。また、アンドープInP層109の厚さは250nmである。このとき、これらの層108、109は、選択成長によってSiOマスク107の上には成長せず、表面に露出しているn型ドープInP層104の上にのみ成長することになる。
6B, from the surface of the p-type doped InP cladding layer 106 to the surface of the n-type doped InP layer 104 using the mask 107, that is, the p-type doped InP cladding layer 106 and The quantum well active layer 105 is removed by, for example, etching.
Thereafter, as shown in FIG. 6C, an undoped AlGaInAs light guide layer 108 and an undoped InP layer 109 are sequentially grown on the n-type doped InP layer 104 by, eg, MOVPE. Here, the undoped AlGaInAs light guide layer 108 has a composition wavelength of 1.15 μm and a thickness of 250 nm. The undoped InP layer 109 has a thickness of 250 nm. At this time, these layers 108 and 109 do not grow on the SiO 2 mask 107 by selective growth, but grow only on the n-type doped InP layer 104 exposed on the surface.

その後、SiOマスク107を剥離した後、図7(A)に示すように、再びMOVPE法を用いて、半導体結晶ウェハ全面に、例えば、p型InPクラッド層110、引き続いて、p型GaInAsコンタクト層111を積層させる。ここでは、p型InPクラッド層110は、Znをドープしたものであって、その厚さは2.0μmである。また、p型GaInAsコンタクト層111は、Znをドープしたものであって、その厚さは300nmである。 Thereafter, after removing the SiO 2 mask 107, as shown in FIG. 7A, the MOVPE method is used again, for example, on the entire surface of the semiconductor crystal wafer, for example, the p-type InP clad layer 110, followed by the p-type GaInAs contact. Layer 111 is stacked. Here, the p-type InP clad layer 110 is doped with Zn and has a thickness of 2.0 μm. The p-type GaInAs contact layer 111 is doped with Zn and has a thickness of 300 nm.

そして、図7(B)に示すように、p型GaInAsコンタクト層111の表面に、例えば、通常のCVD法及びフォトリソグラフィ技術を用いて、SiOマスク112を形成する。ここでは、SiOマスク112は、厚さ400nm、幅3.0μmのストライプ状のエッチングマスクである。
その後、図7(C)に示すように、例えばドライエッチング法を用いて、n型InP基板101が例えば0.7μm程掘り込まれる深さまで、上述のようにして形成された半導体積層構造をエッチングし、ストライプ状のメサ構造(メサストライプ)8に加工する。ここでは、メサ構造8の幅、即ち、導波路幅は3.0μmである。
Then, as shown in FIG. 7B, a SiO 2 mask 112 is formed on the surface of the p-type GaInAs contact layer 111 using, for example, a normal CVD method and a photolithography technique. Here, the SiO 2 mask 112 is a striped etching mask having a thickness of 400 nm and a width of 3.0 μm.
Thereafter, as shown in FIG. 7C, the semiconductor multilayer structure formed as described above is etched to a depth at which the n-type InP substrate 101 is dug, for example, by about 0.7 μm, using, for example, a dry etching method. Then, it is processed into a striped mesa structure (mesa stripe) 8. Here, the width of the mesa structure 8, that is, the waveguide width is 3.0 μm.

次に、図8(A)に示すように、このメサ構造8の両側に、例えばFeドープ型半絶縁性InPで構成される電流狭窄層113を、例えばMOVPE法を用いて成長させる。これにより、半絶縁性埋込ヘテロ構造(SI−BH構造;Semi-Insulating Buried Heterostructure;高抵抗埋込構造)が形成される。
次いで、エッチングマスク112を例えばふっ酸で除去した後、活性領域1以外のp型GaInAsコンタクト層111を、通常のフォトリソグラフィ技術及びエッチングを用いて除去する。
Next, as shown in FIG. 8A, current confinement layers 113 made of, for example, Fe-doped semi-insulating InP are grown on both sides of the mesa structure 8 by using, for example, the MOVPE method. Thereby, a semi-insulating buried heterostructure (SI-BH structure; Semi-Insulating Buried Heterostructure) is formed.
Next, after removing the etching mask 112 with, for example, hydrofluoric acid, the p-type GaInAs contact layer 111 other than the active region 1 is removed using a normal photolithography technique and etching.

その後、図8(B)に示すように、SiOパッシベーション膜114を形成する。そして、活性領域1のp型GaInAsコンタクト層111の上方の部分のみに窓が開くように、通常のフォトリソグラフィ技術及びエッチングを用いてSiOパッシベーション膜114を取り除く。その後、p側電極115、n側電極116を形成する。なお、図2は、図8(B)におけるA−A’線に沿う断面図である。 Thereafter, as shown in FIG. 8B, a SiO 2 passivation film 114 is formed. Then, the SiO 2 passivation film 114 is removed using a normal photolithography technique and etching so that a window opens only in a portion of the active region 1 above the p-type GaInAs contact layer 111. Thereafter, the p-side electrode 115 and the n-side electrode 116 are formed. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG.

そして、図8(B)に示すように、素子の両端面に無反射コート117,118を形成して、素子が完成する。
したがって、本実施形態にかかる光半導体装置(半導体レーザ)によれば、光出力の飽和を抑制し、十分な特性(変調特性)が得られるようにしながら、安定した単一横モード動作を実現できるという利点がある。
Then, as shown in FIG. 8B, non-reflective coatings 117 and 118 are formed on both end faces of the element, thereby completing the element.
Therefore, according to the optical semiconductor device (semiconductor laser) according to the present embodiment, stable single transverse mode operation can be realized while suppressing saturation of optical output and obtaining sufficient characteristics (modulation characteristics). There is an advantage.

特に、上述の実施形態では、高速応答特性を向上させるために、活性領域1の長さを125μmにしている。また、素子抵抗を低減して光出力の飽和を抑制するために、メサ構造8の幅、即ち、導波路幅を3.0μmとしている。そして、横高次モードの発振を抑制するために、分布反射鏡領域2の反射用回折格子6を、曲率半径が10μmの曲線回折格子にしている。   In particular, in the above-described embodiment, the length of the active region 1 is set to 125 μm in order to improve high-speed response characteristics. Further, in order to reduce the element resistance and suppress the saturation of the optical output, the width of the mesa structure 8, that is, the waveguide width is set to 3.0 μm. In order to suppress the oscillation of the transverse higher-order mode, the reflection diffraction grating 6 in the distributed reflector region 2 is a curved diffraction grating having a curvature radius of 10 μm.

ここで、図9は、横モードの結合係数と発振しきい値利得との関係を示す図であって、上述の実施形態のように分布反射鏡領域2の反射用回折格子6を曲線回折格子とした場合の効果を、直線回折格子とした場合と比較して示している。
なお、図9中、丸又は四角内の数字0、1、2は、横モードの次数を示している。つまり、図9中、丸又は四角内の数字0、1、2は、横基本モード(0次)、横高次モード(1次)、横高次モード(2次)のそれぞれの場合の結合係数と発振しきい値利得との関係を示している。
Here, FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the transverse mode coupling coefficient and the oscillation threshold gain, and the reflecting diffraction grating 6 in the distributed reflector region 2 is a curved diffraction grating as in the above-described embodiment. The effect of the above is shown in comparison with the case of using a linear diffraction grating.
In FIG. 9, numbers 0, 1 and 2 in circles or squares indicate the order of the transverse mode. That is, in FIG. 9, the numbers 0, 1, and 2 in circles or squares indicate the coupling in each case of the horizontal basic mode (0th order), the horizontal higher order mode (primary), and the horizontal higher order mode (secondary). The relationship between the coefficient and the oscillation threshold gain is shown.

図9に示すように、曲線回折格子の場合の横基本モード(0次)の結合係数は、直線回折格子の場合に比べて80%となる。これに対し、曲線回折格子の場合の横高次モード(1次)の結合係数、横高次モード(2次)の結合係数は、直線回折格子の場合に比べて、それぞれ、40%、30%となる。これにより、曲線回折格子の場合の横高次モード(1次、2次)の発振しきい値利得は、横基本モードの発振しきい値利得の2倍以上になる。この結果、上述の実施形態のようにして作製した素子において、横高次モードで発振しなくなり、安定した単一横モード動作が得られた。   As shown in FIG. 9, the coupling coefficient of the transverse fundamental mode (0th order) in the case of the curved diffraction grating is 80% as compared with the case of the linear diffraction grating. On the other hand, the coupling coefficient of the transverse higher-order mode (first order) and the coupling coefficient of the transverse higher-order mode (second order) in the case of the curved diffraction grating are 40% and 30%, respectively, compared to the case of the linear diffraction grating. %. As a result, the oscillation threshold gain of the transverse higher-order mode (first order and second order) in the case of the curved diffraction grating is at least twice the oscillation threshold gain of the transverse fundamental mode. As a result, in the device manufactured as in the above-described embodiment, oscillation in the lateral high-order mode was stopped, and a stable single transverse mode operation was obtained.

なお、上述の実施形態では、分布反射鏡領域2の反射用回折格子6として、曲線回折格子を用いているが、これに限られるものではなく、活性領域1の側に向かって凸形状になる回折格子を用いれば良い。つまり、分布反射鏡領域2の反射用回折格子6は、結合係数がパッシブ導波路10の幅方向で同一であり、幅方向両側部分がパッシブ導波路10の幅方向に平行な幅方向中央部分に対して活性領域1の反対側へ傾いているものであれば良い。   In the above-described embodiment, a curved diffraction grating is used as the reflection diffraction grating 6 in the distributed reflector region 2. However, the present invention is not limited to this, and a convex shape is formed toward the active region 1 side. A diffraction grating may be used. That is, the reflection diffraction grating 6 in the distributed reflector region 2 has the same coupling coefficient in the width direction of the passive waveguide 10, and both side portions in the width direction are in the center portion in the width direction parallel to the width direction of the passive waveguide 10. In contrast, it may be inclined to the opposite side of the active region 1.

但し、設計上のトレランスが広いという点で、円弧状回折格子、楕円形状回折格子、二次曲線状回折格子などの曲線形状の回折格子を用いるのが好ましい。このような曲線形状の回折格子を用いる場合、回折格子を形成する際に、回折格子が導波路の幅方向にずれてしまったとしても、特性に影響を与えないようにすることができる。つまり、曲線形状の回折格子を用いる場合、回折格子が導波路の幅方向にずれたとしても、横基本モードの結合係数はそれほど低下せず、その一方で、横高次モードの結合係数は大きく低下するため、所望の特性が得られることになる。なお、回折格子の形状を規定する関数(例えば曲率変化を示す関数)として、どのような関数を採用するかは、設計上の自由度がある。このため、「曲線形状の回折格子」には、曲線形状の回折格子だけでなく、曲線形状に近似した形状の回折格子も含まれるものとする。   However, it is preferable to use a curved diffraction grating such as an arc-shaped diffraction grating, an elliptical diffraction grating, or a second-order curved diffraction grating in terms of wide design tolerance. When such a curved diffraction grating is used, even if the diffraction grating is displaced in the width direction of the waveguide when the diffraction grating is formed, the characteristics can be prevented from being affected. In other words, when a curved diffraction grating is used, even if the diffraction grating is shifted in the width direction of the waveguide, the coupling coefficient of the transverse fundamental mode does not decrease so much, while the coupling coefficient of the transverse higher-order mode is large. Therefore, desired characteristics can be obtained. Note that there is a degree of freedom in design as to what function is adopted as a function that defines the shape of the diffraction grating (for example, a function indicating a change in curvature). Therefore, the “curved diffraction grating” includes not only a curved diffraction grating but also a diffraction grating having a shape approximate to a curved shape.

また、上述の実施形態では、活性領域1の回折格子3を、位相シフト4を含むものとしているが、これに限られるものではなく、例えば図10に示すように、活性領域1の回折格子3を、位相シフトを含まないものとして構成しても良い。
また、上述の実施形態では、活性領域1の後端面側に連なるように分布反射鏡領域2が設けられているが、これに限られるものではなく、活性領域の後端面側及び前端面側に連なるように分布反射鏡領域を設けても良い。この場合、活性領域の前端面側に連なる分布反射鏡領域の反射用回折格子は、直線回折格子であっても良いし、湾曲回折格子であっても良い。
In the above-described embodiment, the diffraction grating 3 in the active region 1 includes the phase shift 4, but is not limited to this. For example, as shown in FIG. 10, the diffraction grating 3 in the active region 1. May be configured not to include a phase shift.
Further, in the above-described embodiment, the distributed reflector region 2 is provided so as to be continuous with the rear end surface side of the active region 1. However, the present invention is not limited to this, and the active region has a rear end surface side and a front end surface side. A distributed reflector region may be provided so as to be continuous. In this case, the reflection diffraction grating in the distributed reflector region connected to the front end face side of the active region may be a linear diffraction grating or a curved diffraction grating.

また、上述の実施形態では、活性領域1の回折格子3は、直線回折格子にしているが、これに限られるものではなく、例えば、後述の第3実施形態のように、曲線回折格子にしても良い。
[第2実施形態]
次に、第2実施形態にかかる光半導体装置について、図11〜図15を参照しながら説明する。
In the above-described embodiment, the diffraction grating 3 in the active region 1 is a linear diffraction grating. However, the diffraction grating 3 is not limited to this. For example, a curved diffraction grating is used as in a third embodiment described later. Also good.
[Second Embodiment]
Next, an optical semiconductor device according to a second embodiment will be described with reference to FIGS.

本実施形態にかかる光半導体装置(DRレーザ)は、上述の第1実施形態のものに対し、以下の5つの点が異なる。
つまり、第1の異なる点は、活性領域1の後端面側及び前端面側に連なるように分布反射鏡領域2A,2Bを設ける点である。第2の異なる点は、位相シフトを設けていない点である。第3の異なる点は、活性領域1の長さを100μmとしている点である。第4の異なる点は、分布反射鏡領域2A,2Bの反射用回折格子6A,6Bとしての曲線回折格子の曲率半径を8μmとしている点である。第5の異なる点は、発振波長帯を1.55μm帯としている点である。
The optical semiconductor device (DR laser) according to the present embodiment differs from the above-described first embodiment in the following five points.
That is, the first different point is that the distributed reflector regions 2A and 2B are provided so as to be continuous with the rear end surface side and the front end surface side of the active region 1. The second difference is that no phase shift is provided. A third difference is that the length of the active region 1 is 100 μm. A fourth different point is that the radius of curvature of the curved diffraction grating as the reflection diffraction gratings 6A and 6B in the distributed reflector regions 2A and 2B is set to 8 μm. The fifth different point is that the oscillation wavelength band is 1.55 μm band.

本実施形態では、図11に示すように、分布反射鏡領域2A,2Bは、活性領域1の前端面側及び後端面側に連なるように設けられている。本実施形態では、活性領域1に連続して前端面側に25μmの長さの分布反射鏡領域2B(第2分布反射鏡領域)が設けられており、活性領域1に連続して後端面側に75μmの長さの分布反射鏡領域2A(第1分布反射鏡領域)が設けられている。つまり、活性領域1に連続して、前端面側に25μmの長さにわたって反射用回折格子6B(第2回折格子)がパターニングされており、後端面側に75μmの長さにわたって反射用回折格子6A(第1回折格子)がパターニングされている。   In the present embodiment, as shown in FIG. 11, the distributed reflector regions 2 </ b> A and 2 </ b> B are provided so as to continue to the front end surface side and the rear end surface side of the active region 1. In this embodiment, a distributed reflector region 2B (second distributed reflector region) having a length of 25 μm is provided on the front end face side continuously with the active region 1, and the rear end face side continuously with the active region 1 is provided. A distributed reflector region 2A (first distributed reflector region) having a length of 75 μm is provided. That is, the reflection diffraction grating 6B (second diffraction grating) is patterned on the front end face side over the length of 25 μm continuously to the active region 1, and the reflection diffraction grating 6A over the length of 75 μm on the rear end face side. The (first diffraction grating) is patterned.

このように、活性領域1の前端面側に設けられた分布反射鏡領域2Bは、活性領域1の後端面側に設けられた分布反射鏡領域2Aよりも共振器方向の長さが短くなっている。これは、レーザ光は素子の前端面側から出力されるため、前端面側の分布反射鏡領域2Bにおける反射率を低下させるためである。
これらの後端面側及び前端面側の分布反射鏡領域2A,2Bは、同一構造になっている。
As described above, the distributed reflector region 2B provided on the front end face side of the active region 1 is shorter in the cavity direction than the distributed reflector region 2A provided on the rear end face side of the active region 1. Yes. This is because the laser beam is output from the front end face side of the element, and thus the reflectance in the distributed reflector region 2B on the front end face side is lowered.
The distributed reflector regions 2A and 2B on the rear end face side and the front end face side have the same structure.

また、本実施形態では、活性領域1は、位相シフトを有しない。つまり、活性領域1は、位相シフトを有しない回折格子(第3回折格子)3を装荷した活性導波路9を備える。
また、本実施形態では、活性領域1の長さは約100μmである。これにより、高速応答特性を向上させることができる。例えば40Gb/s以上の直接変調が可能な半導体レーザを実現することができる。
In the present embodiment, the active region 1 has no phase shift. That is, the active region 1 includes an active waveguide 9 loaded with a diffraction grating (third diffraction grating) 3 having no phase shift.
In the present embodiment, the length of the active region 1 is about 100 μm. Thereby, a high-speed response characteristic can be improved. For example, a semiconductor laser capable of direct modulation of 40 Gb / s or more can be realized.

また、本分布反射型レーザは、上述の第1実施形態の場合と同様に、埋込導波路構造[図15(A)参照]を有するものであるが、メサ構造8の幅、即ち、導波路幅を、例えば約3.0μmと広くしている。これにより、素子抵抗を低減して光出力の飽和を抑制することができる。特に、高温動作時に光出力が飽和するのを抑制することができ、十分な変調特性が得られることになる。   In addition, the distributed reflection laser has an embedded waveguide structure [see FIG. 15A] as in the case of the first embodiment, but the width of the mesa structure 8, that is, the guiding wavelength. The waveguide width is increased to, for example, about 3.0 μm. Thereby, element resistance can be reduced and saturation of optical output can be suppressed. In particular, saturation of the light output during high temperature operation can be suppressed, and sufficient modulation characteristics can be obtained.

また、本実施形態では、活性領域1の回折格子3は、図11に示すように、活性導波路9の幅方向、即ち、メサ構造8の幅方向(図11中、上下方向)に平行な直線形状の回折格子である。これに対し、分布反射鏡領域2Aの反射用回折格子6Aは、パッシブ導波路10(第1導波路)の幅方向、即ち、メサ構造8の幅方向(図11中、上下方向)に沿って曲げられた曲線形状の回折格子である。また、分布反射鏡領域2Bの反射用回折格子6Bは、パッシブ導波路10(第2導波路)の幅方向、即ち、メサ構造8の幅方向(図11中、上下方向)に沿って曲げられた曲線形状の回折格子である。つまり、分布反射鏡領域2A,2Bの反射用回折格子6A,6Bは、活性領域1の側に向かって凸形状になるように湾曲している。なお、活性領域1の回折格子3を直線回折格子ともいう。また、分布反射鏡領域2A,2Bの反射用回折格子6A,6Bを湾曲回折格子あるいは曲線回折格子ともいう。   In this embodiment, the diffraction grating 3 in the active region 1 is parallel to the width direction of the active waveguide 9, that is, the width direction of the mesa structure 8 (vertical direction in FIG. 11), as shown in FIG. 11. It is a linear diffraction grating. On the other hand, the reflection diffraction grating 6A in the distributed reflector region 2A is along the width direction of the passive waveguide 10 (first waveguide), that is, the width direction of the mesa structure 8 (vertical direction in FIG. 11). It is a curved curved diffraction grating. The reflection diffraction grating 6B in the distributed reflector region 2B is bent along the width direction of the passive waveguide 10 (second waveguide), that is, the width direction of the mesa structure 8 (vertical direction in FIG. 11). The diffraction grating has a curved shape. That is, the reflection diffraction gratings 6A and 6B in the distributed reflector regions 2A and 2B are curved so as to be convex toward the active region 1 side. The diffraction grating 3 in the active region 1 is also referred to as a linear diffraction grating. The reflection diffraction gratings 6A and 6B in the distributed reflector regions 2A and 2B are also referred to as curved diffraction gratings or curved diffraction gratings.

これにより、横高次モードの結合係数を減少させることができる。この結果、発振しきい値が上昇し、横高次モードの発振を抑制することができる。
このように、導波路幅を広くして、素子抵抗を低減し、光出力の飽和を抑制するとともに、曲線回折格子を用いることで、単一横モード動作を実現できるようにしている。
具体的には、上述のように、高速応答特性を向上させるために、活性領域1の長さを100μmにしている。また、素子抵抗を低減して光出力の飽和を抑制するために、メサ構造8の幅、即ち、導波路幅を3.0μmとしている。そして、横高次モードの発振を抑制するために、分布反射鏡領域2A,2Bの反射用回折格子6A,6Bとして、曲率半径が8μmの円弧形状を有する円弧状回折格子(曲線回折格子)を用いている。
As a result, the coupling coefficient of the transverse higher-order mode can be reduced. As a result, the oscillation threshold value increases, and the oscillation of the lateral higher order mode can be suppressed.
As described above, the waveguide width is widened, the element resistance is reduced, the saturation of the optical output is suppressed, and the single transverse mode operation can be realized by using the curved diffraction grating.
Specifically, as described above, the length of the active region 1 is set to 100 μm in order to improve the high-speed response characteristic. Further, in order to reduce the element resistance and suppress the saturation of the optical output, the width of the mesa structure 8, that is, the waveguide width is set to 3.0 μm. In order to suppress the oscillation of the transverse higher-order mode, an arc-shaped diffraction grating (curved diffraction grating) having an arc shape with a radius of curvature of 8 μm is used as the reflection diffraction gratings 6A and 6B in the distributed reflector regions 2A and 2B. Used.

また、本実施形態では、分布反射型レーザの発振波長帯を1.55μm帯としている。
このため、回折格子層5は、n型ドープInP基板201の表面に形成された回折格子3を埋め込むn型ドープGaInAsP層203の組成波長1.25μmとし、厚さ120nmとしている。
また、アンドープAlGaInAs/AlGaInAs量子井戸活性層205を構成するアンドープAlGaInAs井戸層を厚さ5.1nm、圧縮歪量1.2%とし、アンドープAlGaInAsバリア層を組成波長1.20μm、厚さ10nmとしている。また、アンドープAlGaInAs/AlGaInAs量子井戸活性層205の積層数は15層とし、その発光波長(発振波長)は1550nmとしている。
In this embodiment, the oscillation wavelength band of the distributed reflection type laser is set to the 1.55 μm band.
Therefore, the diffraction grating layer 5 has a composition wavelength of 1.25 μm and a thickness of 120 nm of the n-type doped GaInAsP layer 203 embedding the diffraction grating 3 formed on the surface of the n-type doped InP substrate 201.
The undoped AlGaInAs well layer constituting the undoped AlGaInAs / AlGaInAs quantum well active layer 205 has a thickness of 5.1 nm and a compressive strain of 1.2%, and the undoped AlGaInAs barrier layer has a composition wavelength of 1.20 μm and a thickness of 10 nm. . The number of undoped AlGaInAs / AlGaInAs quantum well active layers 205 is 15 and the emission wavelength (oscillation wavelength) is 1550 nm.

なお、量子井戸活性層205の上下に、量子井戸活性層205を挟み込むように、アンドープAlGaInAs−SCH層を設ける場合には、アンドープAlGaInAs−SCH層の組成波長1.15μm、厚さ20nmとすれば良い。
また、アンドープAlGaInAs光ガイド層208は、組成波長1.35μm、厚さ230nmである。
When an undoped AlGaInAs-SCH layer is provided above and below the quantum well active layer 205 to sandwich the quantum well active layer 205, the composition wavelength of the undoped AlGaInAs-SCH layer is 1.15 μm and the thickness is 20 nm. good.
The undoped AlGaInAs light guide layer 208 has a composition wavelength of 1.35 μm and a thickness of 230 nm.

なお、その他の詳細は、上述の第1実施形態及びその変形例のものと同じであるため、ここではその説明を省略する。
次に、本実施形態の具体的構成例にかかる分布反射型レーザ(光半導体装置)の製造方法について、図12〜図15を参照しながら説明する。
まず、図12(A)に示すように、n型ドープInP基板201の表面上に、例えば、電子ビーム露光法によって、電子ビームレジスト(日本ゼオン製ZEP520)からなり、回折格子パターンを有するマスク202を形成する。なお、回折格子パターンには、活性領域1の回折格子3を形成するための回折格子パターンと、前端面側及び後端面側の分布反射鏡領域2A,2Bの反射用回折格子6A,6Bを形成するための反射用回折格子パターンとが含まれている。
Since other details are the same as those of the first embodiment and its modification, the description thereof is omitted here.
Next, a manufacturing method of a distributed reflection type laser (optical semiconductor device) according to a specific configuration example of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 12A, a mask 202 made of an electron beam resist (ZEP 520 manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) and having a diffraction grating pattern is formed on the surface of an n-type doped InP substrate 201 by, for example, an electron beam exposure method. Form. The diffraction grating pattern includes a diffraction grating pattern for forming the diffraction grating 3 in the active region 1 and reflection diffraction gratings 6A and 6B in the distributed reflector regions 2A and 2B on the front end surface side and the rear end surface side. And a diffraction grating pattern for reflection.

次いで、このマスク202を用いて、例えばエタン/水素混合ガスによるリアクティブ・イオン・エッチング(RIE)によって、図12(B)に示すように、n型InP基板201の表面の一部を除去して回折格子パターンを転写する。ここでは、n型InP基板201の途中でエッチングが停止するようにしている。
これにより、活性領域1の回折格子3と分布反射鏡領域2A,2Bの反射用回折格子6A,6Bとが一括形成される。つまり、個々の素子の活性領域1の全長(ここでは100μm)にわたって回折格子3が形成される。また、活性領域1の回折格子3に連続して前端面側の分布反射鏡領域2Bの全長(ここでは25μm)にわたって反射用回折格子6Bが形成される。さらに、活性領域1の回折格子3に連続して後端面側の分布反射鏡領域2Aの全長(ここでは75μm)にわたって反射用回折格子6Aが形成される。
Next, using this mask 202, a part of the surface of the n-type InP substrate 201 is removed by reactive ion etching (RIE) using, for example, an ethane / hydrogen mixed gas, as shown in FIG. To transfer the diffraction grating pattern. Here, the etching is stopped in the middle of the n-type InP substrate 201.
As a result, the diffraction grating 3 in the active region 1 and the reflection diffraction gratings 6A and 6B in the distributed reflector regions 2A and 2B are collectively formed. That is, the diffraction grating 3 is formed over the entire length (here, 100 μm) of the active region 1 of each element. Further, a reflection diffraction grating 6B is formed over the entire length (here, 25 μm) of the distributed reflector region 2B on the front end face side in succession to the diffraction grating 3 of the active region 1. Further, the diffraction grating 6A for reflection is formed over the entire length (here, 75 μm) of the distributed reflector region 2A on the rear end face side continuously to the diffraction grating 3 of the active region 1.

本実施形態では、活性領域1の回折格子3は、直線形状の回折格子になっている。これに対し、分布反射鏡領域2A,2Bの反射用回折格子6A,6Bは、曲線形状の回折格子になっている。つまり、分布反射鏡領域2A,2Bの反射用回折格子6A,6Bは、活性領域1の側に向かって凸形状になるように湾曲した湾曲回折格子になっている。ここでは、分布反射鏡領域2A,2Bの反射用回折格子6A,6Bは、曲率半径が8μmの円弧形状を有する円弧状回折格子になっている。   In the present embodiment, the diffraction grating 3 in the active region 1 is a linear diffraction grating. On the other hand, the reflection diffraction gratings 6A and 6B in the distributed reflector regions 2A and 2B are curved diffraction gratings. That is, the reflection diffraction gratings 6A and 6B in the distributed reflector regions 2A and 2B are curved diffraction gratings that are curved so as to be convex toward the active region 1 side. Here, the reflection diffraction gratings 6A and 6B in the distributed reflector regions 2A and 2B are arc-shaped diffraction gratings having an arc shape with a radius of curvature of 8 μm.

また、活性領域1に形成される回折格子3の周期は一定である。また、活性領域1内で、回折格子3の結合係数及び位相は一定である。また、活性領域1内で、導波路の等価屈折率は共振器方向に沿って一定である。
また、後端面側の分布反射鏡領域2Aに形成される反射用回折格子6Aの周期は一定である。また、分布反射鏡領域2A内で、反射用回折格子6Aの結合係数及び位相は一定である。また、分布反射鏡領域2A内で、導波路の等価屈折率は共振器方向に沿って一定である。
Further, the period of the diffraction grating 3 formed in the active region 1 is constant. Further, in the active region 1, the coupling coefficient and phase of the diffraction grating 3 are constant. In the active region 1, the equivalent refractive index of the waveguide is constant along the resonator direction.
Further, the period of the reflection diffraction grating 6A formed in the distributed reflector region 2A on the rear end face side is constant. Further, in the distributed reflector region 2A, the coupling coefficient and phase of the reflection diffraction grating 6A are constant. In the distributed reflector region 2A, the equivalent refractive index of the waveguide is constant along the resonator direction.

また、前端面側の分布反射鏡領域2Bに形成される反射用回折格子6Bの周期は一定である。また、分布反射鏡領域2B内で、反射用回折格子6Bの結合係数及び位相は一定である。また、分布反射鏡領域2B内で、導波路の等価屈折率は共振器方向に沿って一定である。
さらに、活性領域1の回折格子3及び分布反射鏡領域2A,2Bの反射用回折格子6A,6Bの深さは、いずれも100nmであり、同一になっている。また、活性領域1の回折格子3と分布反射鏡領域2A,2Bの反射用回折格子6A,6Bとは、デューティ比(ここでは50%)も同一になっている。つまり、活性領域1の回折格子3と分布反射鏡領域2A,2Bの反射用回折格子6A,6Bとは、結合係数が同一になっている。また、活性領域1の回折格子3と分布反射鏡領域2A,2Bの反射用回折格子6A,6Bとは、導波路幅方向中央部分において位相も同一になっている。また、活性領域1の回折格子3と分布反射鏡領域2A,2Bの反射用回折格子6A,6Bとは、周期も同一になっている。
The period of the reflection diffraction grating 6B formed in the distributed reflector region 2B on the front end face side is constant. Further, the coupling coefficient and the phase of the reflection diffraction grating 6B are constant in the distributed reflector region 2B. In the distributed reflector region 2B, the equivalent refractive index of the waveguide is constant along the resonator direction.
Further, the depths of the diffraction grating 3 in the active region 1 and the reflection diffraction gratings 6A and 6B in the distributed reflector regions 2A and 2B are 100 nm, which are the same. Further, the diffraction grating 3 in the active region 1 and the reflection diffraction gratings 6A and 6B in the distributed reflector regions 2A and 2B have the same duty ratio (here, 50%). That is, the coupling coefficients of the diffraction grating 3 in the active region 1 and the reflection diffraction gratings 6A and 6B in the distributed reflector regions 2A and 2B are the same. Further, the diffraction grating 3 in the active region 1 and the reflection diffraction gratings 6A and 6B in the distributed reflector regions 2A and 2B have the same phase at the center in the waveguide width direction. Further, the diffraction grating 3 in the active region 1 and the reflection diffraction gratings 6A and 6B in the distributed reflector regions 2A and 2B have the same period.

次に、マスク202を通常のレジスト剥離工程を用いて表面から除去する。その後、図12(C)に示すように、回折格子パターンが形成されたn型InP基板201の表面上に、例えば、MOVPE法を用いて、n型ドープGaInAsP層(ガイド層)203を成長させる。ここでは、n型ドープGaInAsP層203は、組成波長1.25μm、厚さ120nmである。これにより、n型InP基板201の途中でエッチングが停止されて形成された溝(回折格子パターン)がn型ドープGaInAsP層203によって埋め込まれる。   Next, the mask 202 is removed from the surface using a normal resist stripping process. Thereafter, as shown in FIG. 12C, an n-type doped GaInAsP layer (guide layer) 203 is grown on the surface of the n-type InP substrate 201 on which the diffraction grating pattern is formed, using, for example, the MOVPE method. . Here, the n-type doped GaInAsP layer 203 has a composition wavelength of 1.25 μm and a thickness of 120 nm. Thereby, the groove (diffraction grating pattern) formed by stopping the etching in the middle of the n-type InP substrate 201 is filled with the n-type doped GaInAsP layer 203.

次いで、図12(C)に示すように、n型ドープGaInAsP層203上に、例えばMOVPE法によって、n型ドープInP層204、アンドープAlGaInAs/AlGaInAs量子井戸活性層205、p型ドープInPクラッド層206を順次成長させる。ここでは、n型ドープInP層204の厚さは20nmである。また、p型ドープInPクラッド層206の厚さは250nmである。   Next, as shown in FIG. 12C, an n-type doped InP layer 204, an undoped AlGaInAs / AlGaInAs quantum well active layer 205, and a p-type doped InP cladding layer 206 are formed on the n-type doped GaInAsP layer 203 by, for example, MOVPE. Grow sequentially. Here, the thickness of the n-type doped InP layer 204 is 20 nm. The p-type doped InP cladding layer 206 has a thickness of 250 nm.

ここで、量子井戸活性層205は、AlGaInAs系化合物半導体材料を用いて構成されている。つまり、量子井戸活性層205は、アンドープAlGaInAs井戸層、及び、アンドープAlGaInAsバリア層で構成される。ここでは、アンドープAlGaInAs井戸層は、厚さ5.1nm、圧縮歪量1.2%である。また、アンドープAlGaInAsバリア層は、組成波長1.20μm、厚さ10nmである。また、量子井戸活性層205の積層数は15層であり、その発光波長は1550nmである。   Here, the quantum well active layer 205 is configured using an AlGaInAs-based compound semiconductor material. That is, the quantum well active layer 205 includes an undoped AlGaInAs well layer and an undoped AlGaInAs barrier layer. Here, the undoped AlGaInAs well layer has a thickness of 5.1 nm and a compressive strain of 1.2%. The undoped AlGaInAs barrier layer has a composition wavelength of 1.20 μm and a thickness of 10 nm. The number of stacked quantum well active layers 205 is 15, and the emission wavelength is 1550 nm.

なお、量子井戸活性層205の上下に、量子井戸活性層205を挟み込むように、アンドープAlGaInAs−SCH層(光ガイド層)を設けても良い。ここでは、アンドープAlGaInAs−SCH層は、組成波長1.15μm、厚さ20nmである。
次に、p型ドープInPクラッド層206の表面に、図13(A)に示すように、通常のCVD法及びフォトリソグラフィ技術を用いて、活性領域1を覆うように、ストライプ状のSiOマスク(エッチングマスク)207を形成する。ここでは、SiOマスク207の厚さ400nmである。
An undoped AlGaInAs-SCH layer (light guide layer) may be provided above and below the quantum well active layer 205 so as to sandwich the quantum well active layer 205. Here, the undoped AlGaInAs-SCH layer has a composition wavelength of 1.15 μm and a thickness of 20 nm.
Next, as shown in FIG. 13A, a striped SiO 2 mask is formed on the surface of the p-type doped InP clad layer 206 so as to cover the active region 1 by using a normal CVD method and a photolithography technique. An (etching mask) 207 is formed. Here, the thickness of the SiO 2 mask 207 is 400 nm.

そして、図13(B)に示すように、マスク207を用いて、p型ドープInPクラッド層206の表面からn型ドープInP層204の表面に至るまで、即ち、p型ドープInPクラッド層206及び量子井戸活性層205を、例えばエッチングによって除去する。
その後、図13(C)に示すように、n型ドープInP層204上に、例えばMOVPE法によって、アンドープAlGaInAs光ガイド層208、アンドープInP層209を順次成長させる。ここでは、アンドープAlGaInAs光ガイド層208は、組成波長1.35μm、厚さ230nmである。また、アンドープInP層209の厚さは250nmである。このとき、これらの層208、209は、選択成長によってSiOマスク207の上には成長せず、表面に露出しているn型ドープInP層204の上にのみ成長することになる。
Then, as shown in FIG. 13B, from the surface of the p-type doped InP cladding layer 206 to the surface of the n-type doped InP layer 204 using the mask 207, that is, the p-type doped InP cladding layer 206 and The quantum well active layer 205 is removed by etching, for example.
Thereafter, as shown in FIG. 13C, an undoped AlGaInAs light guide layer 208 and an undoped InP layer 209 are sequentially grown on the n-type doped InP layer 204 by, for example, the MOVPE method. Here, the undoped AlGaInAs light guide layer 208 has a composition wavelength of 1.35 μm and a thickness of 230 nm. The undoped InP layer 209 has a thickness of 250 nm. At this time, these layers 208 and 209 do not grow on the SiO 2 mask 207 by selective growth, but grow only on the n-type doped InP layer 204 exposed on the surface.

その後、SiOマスク207を剥離した後、図14(A)に示すように、再びMOVPE法を用いて、半導体結晶ウェハ全面に、例えば、p型InPクラッド層210、引き続いて、p型GaInAsコンタクト層211を積層させる。ここでは、p型InPクラッド層210は、Znをドープしたものであって、その厚さは2.0μmである。また、p型GaInAsコンタクト層211は、Znをドープしたものであって、その厚さは300nmである。 Thereafter, after the SiO 2 mask 207 is peeled off, as shown in FIG. 14A, for example, a p-type InP cladding layer 210 is formed on the entire surface of the semiconductor crystal wafer by using the MOVPE method, followed by a p-type GaInAs contact. The layer 211 is stacked. Here, the p-type InP clad layer 210 is doped with Zn and has a thickness of 2.0 μm. The p-type GaInAs contact layer 211 is doped with Zn and has a thickness of 300 nm.

そして、図14(B)に示すように、p型GaInAsコンタクト層211の表面に、例えば、通常のCVD法及びフォトリソグラフィ技術を用いて、SiOマスク212を形成する。ここでは、SiOマスク212は、厚さ400nm、幅3.0μmのストライプ状のエッチングマスクである。
その後、図14(C)に示すように、例えばドライエッチング法を用いて、n型InP基板201が例えば0.7μm程掘り込まれる深さまで、上述のようにして形成された半導体積層構造をエッチングし、ストライプ状のメサ構造(メサストライプ)8に加工する。
Then, as shown in FIG. 14B, a SiO 2 mask 212 is formed on the surface of the p-type GaInAs contact layer 211 using, for example, a normal CVD method and a photolithography technique. Here, the SiO 2 mask 212 is a striped etching mask having a thickness of 400 nm and a width of 3.0 μm.
Thereafter, as shown in FIG. 14C, the semiconductor stacked structure formed as described above is etched to a depth at which the n-type InP substrate 201 is dug, for example, about 0.7 μm, using, for example, a dry etching method. Then, it is processed into a striped mesa structure (mesa stripe) 8.

次に、図15(A)に示すように、このメサ構造8の両側に、例えばFeドープ型半絶縁性InPで構成される電流狭窄層213を、例えばMOVPE法を用いて成長させる。これにより、半絶縁性埋込ヘテロ構造(SI−BH構造)が形成される。
次いで、エッチングマスク212を例えばふっ酸で除去した後、活性領域1以外のp型GaInAsコンタクト層211を、通常のフォトリソグラフィ技術及びエッチングを用いて除去する。
Next, as shown in FIG. 15A, current confinement layers 213 made of, for example, Fe-doped semi-insulating InP are grown on both sides of the mesa structure 8 by using, for example, the MOVPE method. Thereby, a semi-insulating buried heterostructure (SI-BH structure) is formed.
Next, after removing the etching mask 212 with, for example, hydrofluoric acid, the p-type GaInAs contact layer 211 other than the active region 1 is removed using a normal photolithography technique and etching.

その後、図15(B)に示すように、SiOパッシベーション膜214を形成する。そして、活性領域1のp型GaInAsコンタクト層211の上方の部分のみに窓が開くように、通常のフォトリソグラフィ技術及びエッチングを用いてSiOパッシベーション膜を取り除く。その後、p側電極215、n側電極216を形成する。
そして、図15(B)に示すように、素子の両端面に無反射コート217,218を形成して、素子が完成する。
Thereafter, as shown in FIG. 15B, a SiO 2 passivation film 214 is formed. Then, the SiO 2 passivation film is removed using a normal photolithography technique and etching so that a window is opened only in a portion above the p-type GaInAs contact layer 211 in the active region 1. Thereafter, the p-side electrode 215 and the n-side electrode 216 are formed.
Then, as shown in FIG. 15B, non-reflective coatings 217 and 218 are formed on both end faces of the element, thereby completing the element.

なお、その他の詳細は、上述の第1実施形態及びその変形例のものと同じであるため、ここではその説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかる光半導体装置(半導体レーザ)によれば、光出力の飽和を抑制し、十分な特性(変調特性)が得られるようにしながら、安定した単一横モード動作を実現できるという利点がある。
Since other details are the same as those of the first embodiment and its modification, the description thereof is omitted here.
Therefore, according to the optical semiconductor device (semiconductor laser) according to the present embodiment, stable single transverse mode operation can be realized while suppressing saturation of optical output and obtaining sufficient characteristics (modulation characteristics). There is an advantage.

特に、上述の実施形態では、高速応答特性を向上させるために、活性領域1の長さを100μmにしている。また、素子抵抗を低減して光出力の飽和を抑制するために、メサ構造8の幅、即ち、導波路幅を3.0μmとしている。そして、横高次モードの発振を抑制するために、分布反射鏡領域2A,2Bの反射用回折格子6A,6Bを、曲率半径が8μmの曲線回折格子にしている。   In particular, in the above-described embodiment, the length of the active region 1 is set to 100 μm in order to improve high-speed response characteristics. Further, in order to reduce the element resistance and suppress the saturation of the optical output, the width of the mesa structure 8, that is, the waveguide width is set to 3.0 μm. In order to suppress the oscillation of the transverse higher-order mode, the reflection diffraction gratings 6A and 6B in the distributed reflector regions 2A and 2B are curved diffraction gratings having a curvature radius of 8 μm.

このような曲線回折格子を用いた場合の横基本モード(0次)の結合係数は、直線回折格子の場合に比べて70%となる。これに対し、曲線回折格子を用いた場合の横高次モード(1次)の結合係数、横高次モード(2次)の結合係数は、直線回折格子の場合に比べて、それぞれ、20%、25%となる。これにより、曲線回折格子を用いた場合の横高次モード(1次、2次)の発振しきい値利得は、横基本モードの発振しきい値利得の2倍以上になる。この結果、上述の実施形態のようにして作製した素子において、横高次モードで発振しなくなり、安定した単一横モード動作が得られた。   When such a curved diffraction grating is used, the coupling coefficient of the transverse fundamental mode (0th order) is 70% compared to the case of the linear diffraction grating. On the other hand, the coupling coefficient of the transverse higher-order mode (first order) and the coupling coefficient of the transverse higher-order mode (second order) when the curved diffraction grating is used are 20% as compared with the case of the linear diffraction grating. 25%. As a result, the oscillation threshold gain of the transverse higher-order mode (first order and second order) when the curved diffraction grating is used is at least twice the oscillation threshold gain of the transverse fundamental mode. As a result, in the device manufactured as in the above-described embodiment, oscillation in the lateral high-order mode was stopped, and a stable single transverse mode operation was obtained.

なお、上述の実施形態では、分布反射鏡領域2A,2Bの反射用回折格子6A,6Bとして、曲線回折格子を用いているが、これに限られるものではなく、活性領域1の側に向かって凸形状になる回折格子を用いれば良い。つまり、分布反射鏡領域2A,2Bの反射用回折格子6A,6Bは、結合係数がパッシブ導波路の幅方向で同一であり、幅方向両側部分がパッシブ導波路の幅方向に平行な幅方向中央部分に対して活性領域の反対側へ傾いているものであれば良い。   In the above-described embodiment, the curved diffraction gratings are used as the reflection diffraction gratings 6A and 6B in the distributed reflector regions 2A and 2B. However, the present invention is not limited to this, and is directed toward the active region 1 side. A convex diffraction grating may be used. That is, the reflection diffraction gratings 6A and 6B in the distributed reflector regions 2A and 2B have the same coupling coefficient in the width direction of the passive waveguide, and both widthwise center portions in the width direction are parallel to the width direction of the passive waveguide. What is necessary is just to incline to the opposite side of an active region with respect to a part.

但し、設計上のトレランスが広いという点で、円弧状回折格子、楕円形状回折格子、二次曲線状回折格子などの曲線形状の回折格子を用いるのが好ましい。このような曲線形状の回折格子を用いる場合、回折格子を形成する際に、回折格子が導波路の幅方向にずれてしまったとしても、特性に影響を与えないようにすることができる。つまり、曲線形状の回折格子を用いる場合、回折格子が導波路の幅方向にずれたとしても、横基本モードの結合係数はそれほど低下せず、その一方で、横高次モードの結合係数は大きく低下するため、所望の特性が得られることになる。なお、回折格子の形状を規定する関数(例えば曲率変化を示す関数)として、どのような関数を採用するかは、設計上の自由度がある。このため、「曲線形状の回折格子」には、曲線形状の回折格子だけでなく、曲線形状に近似した形状の回折格子も含まれるものとする。   However, it is preferable to use a curved diffraction grating such as an arc-shaped diffraction grating, an elliptical diffraction grating, or a second-order curved diffraction grating in terms of wide design tolerance. When such a curved diffraction grating is used, even if the diffraction grating is displaced in the width direction of the waveguide when the diffraction grating is formed, the characteristics can be prevented from being affected. In other words, when a curved diffraction grating is used, even if the diffraction grating is shifted in the width direction of the waveguide, the coupling coefficient of the transverse fundamental mode does not decrease so much, while the coupling coefficient of the transverse higher-order mode is large. Therefore, desired characteristics can be obtained. Note that there is a degree of freedom in design as to what function is adopted as a function that defines the shape of the diffraction grating (for example, a function indicating a change in curvature). Therefore, the “curved diffraction grating” includes not only a curved diffraction grating but also a diffraction grating having a shape approximate to a curved shape.

また、上述の実施形態では、活性領域1の回折格子3を、位相シフト4を含まないものとしているが、これに限られるものではなく、活性領域1の回折格子3を、位相シフトを含むものとして構成しても良い。
また、上述の実施形態では、活性領域1の後端面側及び前端面側に連なるように分布反射鏡領域2A,2Bを設けているが、これに限られるものではなく、活性領域1の後端面側にだけ連なるように分布反射鏡領域を設けても良い。
In the above-described embodiment, the diffraction grating 3 in the active region 1 does not include the phase shift 4. However, the present invention is not limited to this, and the diffraction grating 3 in the active region 1 includes the phase shift. You may comprise as.
In the above-described embodiment, the distributed reflector regions 2A and 2B are provided so as to be continuous with the rear end surface side and the front end surface side of the active region 1. However, the present invention is not limited to this, and the rear end surface of the active region 1 is not limited thereto. You may provide a distributed reflector area | region so that it may continue only to the side.

また、上述の実施形態では、活性領域1の後端面側及び前端面側に連なる分布反射鏡領域2A,2Bの反射用回折格子6A,6Bを、いずれも曲線回折格子にしているが、これに限られるものではない。例えば、上述の実施形態の構成において、活性領域の後端面側及び前端面側に連なる分布反射鏡領域のうち、どちらか一方の反射用回折格子を直線回折格子にしても良い。通常、後端面側に連なる分布反射鏡領域を、前端面側に連なる分布反射鏡領域よりも長くする。このため、図16に示すように、活性領域1の後端面側に連なる分布反射鏡領域2Aの反射用回折格子6Aを、曲線回折格子にし、活性領域1の前端面側に連なる分布反射鏡領域2Bの反射用回折格子6Bを、直線回折格子にするのが好ましい。   In the above-described embodiment, the reflection diffraction gratings 6A and 6B of the distributed reflector regions 2A and 2B connected to the rear end surface side and the front end surface side of the active region 1 are both curved diffraction gratings. It is not limited. For example, in the configuration of the above-described embodiment, either one of the reflecting reflector regions connected to the rear end surface side and the front end surface side of the active region may be a linear diffraction grating. Usually, the distributed reflector region continuous to the rear end surface side is made longer than the distributed reflector region continuous to the front end surface side. Therefore, as shown in FIG. 16, the reflecting diffraction grating region 6 </ b> A of the distributed reflector region 2 </ b> A connected to the rear end surface side of the active region 1 is a curved diffraction grating, and the distributed reflector region connected to the front end surface side of the active region 1. The 2B reflecting diffraction grating 6B is preferably a linear diffraction grating.

また、上述の実施形態では、活性領域1の回折格子3は、直線回折格子にしているが、これに限られるものではなく、例えば、後述の第3実施形態のように、曲線回折格子にしても良い。
[第3実施形態]
次に、第3実施形態にかかる光半導体装置について、図17〜図21を参照しながら説明する。
In the above-described embodiment, the diffraction grating 3 in the active region 1 is a linear diffraction grating. However, the diffraction grating 3 is not limited to this. For example, a curved diffraction grating is used as in a third embodiment described later. Also good.
[Third Embodiment]
Next, an optical semiconductor device according to a third embodiment will be described with reference to FIGS.

本実施形態にかかる光半導体装置(DRレーザ)は、上述の第1実施形態のものに対し、以下の3つの点が異なる。
つまり、第1の異なる点は、活性領域1の後端面側及び前端面側に連なるように分布反射鏡領域2A,2Bを設ける点である。第2の異なる点は、活性領域1の中央に位相シフト4が設けられている点である。第3の異なる点は、活性領域1の長さを100μmとしている点である。第4の異なる点は、活性領域1の回折格子3が曲線回折格子である点である。第5の異なる点は、活性領域1の回折格子3としての曲線回折格子の曲率半径、及び、分布反射鏡領域2A,2Bの反射用回折格子6A,6Bとしての曲線回折格子の曲率半径を、8μmとしている点である。第6の異なる点は、発振波長帯を1.55μm帯としている点である。
The optical semiconductor device (DR laser) according to the present embodiment differs from the above-described first embodiment in the following three points.
That is, the first different point is that the distributed reflector regions 2A and 2B are provided so as to be continuous with the rear end surface side and the front end surface side of the active region 1. The second difference is that a phase shift 4 is provided in the center of the active region 1. A third difference is that the length of the active region 1 is 100 μm. A fourth difference is that the diffraction grating 3 in the active region 1 is a curved diffraction grating. The fifth difference is that the radius of curvature of the curved diffraction grating as the diffraction grating 3 in the active region 1 and the radius of curvature of the curved diffraction grating as the reflection diffraction gratings 6A and 6B in the distributed reflector regions 2A and 2B are as follows. The point is 8 μm. The sixth different point is that the oscillation wavelength band is 1.55 μm band.

本実施形態では、図17に示すように、分布反射鏡領域2A,2Bは、活性領域1の前端面側及び後端面側に連なるように設けられている。本実施形態では、活性領域1に連続して前端面側に25μmの長さの分布反射鏡領域2B(第2分布反射鏡領域)が設けられており、活性領域1に連続して後端面側に75μmの長さの分布反射鏡領域2A(第1分布反射鏡領域)が設けられている。つまり、活性領域1に連続して、前端面側に25μmの長さにわたって反射用回折格子6B(第2回折格子)がパターニングされており、後端面側に75μmの長さにわたって反射用回折格子6A(第1回折格子)がパターニングされている。   In the present embodiment, as shown in FIG. 17, the distributed reflector regions 2 </ b> A and 2 </ b> B are provided so as to continue to the front end surface side and the rear end surface side of the active region 1. In this embodiment, a distributed reflector region 2B (second distributed reflector region) having a length of 25 μm is provided on the front end face side continuously with the active region 1, and the rear end face side continuously with the active region 1 is provided. A distributed reflector region 2A (first distributed reflector region) having a length of 75 μm is provided. That is, the reflection diffraction grating 6B (second diffraction grating) is patterned on the front end face side over the length of 25 μm continuously to the active region 1, and the reflection diffraction grating 6A over the length of 75 μm on the rear end face side. The (first diffraction grating) is patterned.

このように、活性領域1の前端面側に設けられた分布反射鏡領域2Bは、活性領域1の後端面側に設けられた分布反射鏡領域2Aよりも共振器方向の長さが短くなっている。これは、レーザ光は素子の前端面側から出力されるため、前端面側の分布反射鏡領域2Bにおける反射率を低下させるためである。
これらの後端面側及び前端面側の分布反射鏡領域2A,2Bは、同一構造になっている。
As described above, the distributed reflector region 2B provided on the front end face side of the active region 1 is shorter in the cavity direction than the distributed reflector region 2A provided on the rear end face side of the active region 1. Yes. This is because the laser beam is output from the front end face side of the element, and thus the reflectance in the distributed reflector region 2B on the front end face side is lowered.
The distributed reflector regions 2A and 2B on the rear end face side and the front end face side have the same structure.

また、本実施形態では、活性領域1は、発振波長を決める回折格子3及び位相シフト4を備える。ここでは、位相シフト4として、活性領域1の中央に位相がπラジアンシフト(λ/4シフトに相当)したλ/4位相シフトが設けられている。つまり、活性領域1は、位相シフト4を有する回折格子(第3回折格子)3を装荷した活性導波路9を備える。
また、本実施形態では、活性領域1の長さは約100μmである。これにより、高速応答特性を向上させることができる。例えば40Gb/s以上の直接変調が可能な半導体レーザを実現することができる。
In the present embodiment, the active region 1 includes a diffraction grating 3 and a phase shift 4 that determine an oscillation wavelength. Here, as the phase shift 4, a λ / 4 phase shift in which the phase is shifted by π radians (corresponding to λ / 4 shift) is provided in the center of the active region 1. That is, the active region 1 includes an active waveguide 9 loaded with a diffraction grating (third diffraction grating) 3 having a phase shift 4.
In the present embodiment, the length of the active region 1 is about 100 μm. Thereby, a high-speed response characteristic can be improved. For example, a semiconductor laser capable of direct modulation of 40 Gb / s or more can be realized.

また、本分布反射型レーザは、上述の第1実施形態の場合と同様に、埋込導波路構造[図21(A)参照]を有するものであるが、メサ構造8の幅、即ち、導波路幅を、例えば約3.0μmと広くしている。これにより、素子抵抗を低減して光出力の飽和を抑制することができる。特に、高温動作時に光出力が飽和するのを抑制することができ、十分な変調特性が得られることになる。   Further, the distributed reflection type laser has an embedded waveguide structure [see FIG. 21A] as in the case of the first embodiment described above, but the width of the mesa structure 8, that is, the guiding structure. The waveguide width is increased to, for example, about 3.0 μm. Thereby, element resistance can be reduced and saturation of optical output can be suppressed. In particular, saturation of the light output during high temperature operation can be suppressed, and sufficient modulation characteristics can be obtained.

また、本実施形態では、活性領域1の回折格子3は、図17に示すように、活性導波路9の幅方向、即ち、メサ構造8の幅方向(図17中、上下方向)に沿って曲げられた曲線形状の回折格子である。つまり、活性領域1の回折格子3は、活性領域1の中央位置に向かって凸形状になるように湾曲している。なお、活性領域1の回折格子3を湾曲回折格子あるいは曲線回折格子ともいう。   In the present embodiment, the diffraction grating 3 in the active region 1 is arranged along the width direction of the active waveguide 9, that is, the width direction of the mesa structure 8 (vertical direction in FIG. 17), as shown in FIG. It is a curved curved diffraction grating. That is, the diffraction grating 3 of the active region 1 is curved so as to be convex toward the center position of the active region 1. The diffraction grating 3 in the active region 1 is also referred to as a curved diffraction grating or a curved diffraction grating.

また、本実施形態では、分布反射鏡領域2Aの反射用回折格子6Aは、パッシブ導波路10(第1導波路)の幅方向、即ち、メサ構造8の幅方向(図17中、上下方向)に沿って曲げられた曲線形状の回折格子である。また、分布反射鏡領域2Bの反射用回折格子6Bは、パッシブ導波路10(第2導波路)の幅方向、即ち、メサ構造8の幅方向(図17中、上下方向)に沿って曲げられた曲線形状の回折格子である。つまり、分布反射鏡領域2A,2Bの反射用回折格子6A,6Bは、活性領域1の側に向かって、即ち、活性領域1の中央位置に向かって凸形状になるように湾曲している。なお、分布反射鏡領域2A,2Bの反射用回折格子6A,6Bを湾曲回折格子あるいは曲線回折格子ともいう。   In the present embodiment, the reflection diffraction grating 6A in the distributed reflector region 2A has a width direction of the passive waveguide 10 (first waveguide), that is, a width direction of the mesa structure 8 (vertical direction in FIG. 17). Is a curved diffraction grating bent along the line. Further, the reflection diffraction grating 6B in the distributed reflector region 2B is bent along the width direction of the passive waveguide 10 (second waveguide), that is, the width direction of the mesa structure 8 (vertical direction in FIG. 17). The diffraction grating has a curved shape. That is, the reflection diffraction gratings 6A and 6B in the distributed reflector regions 2A and 2B are curved so as to have a convex shape toward the active region 1, that is, toward the center position of the active region 1. The reflection diffraction gratings 6A and 6B in the distributed reflector regions 2A and 2B are also referred to as curved diffraction gratings or curved diffraction gratings.

これにより、横高次モードの結合係数を減少させることができる。この結果、発振しきい値が上昇し、横高次モードの発振を抑制することができる。
このように、導波路幅を広くして、素子抵抗を低減し、光出力の飽和を抑制するとともに、曲線回折格子を用いることで、単一横モード動作を実現できるようにしている。
具体的には、上述のように、高速応答特性を向上させるために、活性領域1の長さを100μmにしている。また、素子抵抗を低減して光出力の飽和を抑制するために、メサ構造8の幅、即ち、導波路幅を3.0μmとしている。そして、横高次モードの発振を抑制するために、活性領域1の回折格子3及び分布反射鏡領域2A,2Bの反射用回折格子6A,6Bとして、曲率半径が8μmの円弧形状を有する円弧状回折格子(曲線回折格子)を用いている。
As a result, the coupling coefficient of the transverse higher-order mode can be reduced. As a result, the oscillation threshold value increases, and the oscillation of the lateral higher order mode can be suppressed.
As described above, the waveguide width is widened, the element resistance is reduced, the saturation of the optical output is suppressed, and the single transverse mode operation can be realized by using the curved diffraction grating.
Specifically, as described above, the length of the active region 1 is set to 100 μm in order to improve the high-speed response characteristic. Further, in order to reduce the element resistance and suppress the saturation of the optical output, the width of the mesa structure 8, that is, the waveguide width is set to 3.0 μm. In order to suppress the oscillation of the transverse higher-order mode, as the diffraction grating 3 in the active region 1 and the reflection diffraction gratings 6A and 6B in the distributed reflector regions 2A and 2B, an arc shape having an arc shape with a curvature radius of 8 μm. A diffraction grating (curved diffraction grating) is used.

また、本実施形態では、分布反射型レーザの発振波長帯を1.55μm帯としている。
このため、回折格子層5は、n型ドープInP基板301の表面に形成された回折格子3を埋め込むn型ドープGaInAsP層303の組成波長1.25μmとし、厚さ120nmとしている。
また、アンドープAlGaInAs/AlGaInAs量子井戸活性層305を構成するアンドープAlGaInAs井戸層を厚さ5.1nm、圧縮歪量1.2%とし、アンドープAlGaInAsバリア層を組成波長1.20μm、厚さ10nmとしている。また、アンドープAlGaInAs/AlGaInAs量子井戸活性層305の積層数は15層とし、その発光波長(発振波長)は1550nmとしている。
In this embodiment, the oscillation wavelength band of the distributed reflection type laser is set to the 1.55 μm band.
Therefore, the diffraction grating layer 5 has a composition wavelength of 1.25 μm and a thickness of 120 nm of the n-type doped GaInAsP layer 303 that embeds the diffraction grating 3 formed on the surface of the n-type doped InP substrate 301.
The undoped AlGaInAs well layer constituting the undoped AlGaInAs / AlGaInAs quantum well active layer 305 has a thickness of 5.1 nm and a compressive strain of 1.2%, and the undoped AlGaInAs barrier layer has a composition wavelength of 1.20 μm and a thickness of 10 nm. . The number of undoped AlGaInAs / AlGaInAs quantum well active layers 305 is 15 and the emission wavelength (oscillation wavelength) is 1550 nm.

なお、量子井戸活性層305の上下に、量子井戸活性層305を挟み込むように、アンドープAlGaInAs−SCH層を設ける場合には、アンドープAlGaInAs−SCH層の組成波長1.15μm、厚さ20nmとすれば良い。
また、アンドープAlGaInAs光ガイド層308は、組成波長1.35μm、厚さ230nmである。
When an undoped AlGaInAs-SCH layer is provided above and below the quantum well active layer 305 so as to sandwich the quantum well active layer 305, the composition wavelength of the undoped AlGaInAs-SCH layer is 1.15 μm and the thickness is 20 nm. good.
The undoped AlGaInAs light guide layer 308 has a composition wavelength of 1.35 μm and a thickness of 230 nm.

なお、その他の詳細は、上述の第1実施形態及びその変形例のものと同じであるため、ここではその説明を省略する。
次に、本実施形態の具体的構成例にかかる分布反射型レーザ(光半導体装置)の製造方法について、図18〜図21を参照しながら説明する。
まず、図18(A)に示すように、n型ドープInP基板301の表面上に、例えば、電子ビーム露光法によって、電子ビームレジスト(日本ゼオン製ZEP520)からなり、回折格子パターンを有するマスク302を形成する。なお、回折格子パターンには、活性領域1の回折格子3を形成するための回折格子パターンと、前端面側及び後端面側の分布反射鏡領域2A,2Bの反射用回折格子6A,6Bを形成するための反射用回折格子パターンとが含まれている。
Since other details are the same as those of the first embodiment and its modification, the description thereof is omitted here.
Next, a manufacturing method of a distributed reflection type laser (optical semiconductor device) according to a specific configuration example of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 18A, on a surface of an n-type doped InP substrate 301, a mask 302 made of an electron beam resist (ZEP 520 manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) and having a diffraction grating pattern is formed by, for example, an electron beam exposure method. Form. The diffraction grating pattern includes a diffraction grating pattern for forming the diffraction grating 3 in the active region 1 and reflection diffraction gratings 6A and 6B in the distributed reflector regions 2A and 2B on the front end surface side and the rear end surface side. And a diffraction grating pattern for reflection.

次いで、このマスク302を用いて、例えばエタン/水素混合ガスによるリアクティブ・イオン・エッチング(RIE)によって、図18(B)に示すように、n型InP基板301の表面の一部を除去して回折格子パターンを転写する。ここでは、n型InP基板301の途中でエッチングが停止するようにしている。
これにより、活性領域1の回折格子3と分布反射鏡領域2A,2Bの反射用回折格子6A,6Bとが一括形成される。つまり、個々の素子の活性領域1の全長(ここでは100μm)にわたって回折格子3が形成される。また、活性領域1の回折格子3に連続して前端面側の分布反射鏡領域2Bとなる領域の全長(ここでは25μm)にわたって反射用回折格子6Bが形成される。さらに、活性領域1の回折格子3に連続して後端面側の分布反射鏡領域2Aの全長(ここでは75μm)にわたって反射用回折格子6Aが形成される。
Next, using this mask 302, a part of the surface of the n-type InP substrate 301 is removed by reactive ion etching (RIE) using an ethane / hydrogen mixed gas, for example, as shown in FIG. To transfer the diffraction grating pattern. Here, the etching is stopped in the middle of the n-type InP substrate 301.
As a result, the diffraction grating 3 in the active region 1 and the reflection diffraction gratings 6A and 6B in the distributed reflector regions 2A and 2B are collectively formed. That is, the diffraction grating 3 is formed over the entire length (here, 100 μm) of the active region 1 of each element. In addition, a reflection diffraction grating 6B is formed over the entire length (here, 25 μm) of the region that becomes the distributed reflector region 2B on the front end face side, continuously from the diffraction grating 3 of the active region 1. Further, the diffraction grating 6A for reflection is formed over the entire length (here, 75 μm) of the distributed reflector region 2A on the rear end face side in succession to the diffraction grating 3 of the active region 1.

本実施形態では、活性領域1の回折格子3は、曲線形状の回折格子になっている。また、分布反射鏡領域2A,2Bの反射用回折格子6A,6Bも、曲線形状の回折格子になっている。つまり、活性領域1の回折格子3、及び、分布反射鏡領域2A,2Bの反射用回折格子6A,6Bは、活性領域1の中央位置に向かって凸形状になるように湾曲した湾曲回折格子になっている。ここでは、活性領域1の回折格子3、及び、分布反射鏡領域2A,2Bの反射用回折格子6A,6Bは、曲率半径が8μmの円弧形状を有する円弧状回折格子になっている。また、活性領域1の中央に位相シフト(ここではλ/4位相シフト)が設けられている。   In the present embodiment, the diffraction grating 3 in the active region 1 is a curved diffraction grating. The reflection diffraction gratings 6A and 6B in the distributed reflector regions 2A and 2B are also curved diffraction gratings. That is, the diffraction grating 3 in the active region 1 and the reflection diffraction gratings 6A and 6B in the distributed reflector regions 2A and 2B are curved diffraction gratings curved so as to be convex toward the center position of the active region 1. It has become. Here, the diffraction grating 3 in the active region 1 and the reflection diffraction gratings 6A and 6B in the distributed reflector regions 2A and 2B are arc-shaped diffraction gratings having an arc shape with a curvature radius of 8 μm. A phase shift (λ / 4 phase shift in this case) is provided at the center of the active region 1.

また、活性領域1に形成される回折格子3の周期は一定である。また、活性領域1内で、回折格子3の結合係数及び位相は一定である。また、活性領域1内で、導波路の等価屈折率は共振器方向に沿って一定である。
また、後端面側の分布反射鏡領域2Aに形成される反射用回折格子6Aの周期は一定である。また、分布反射鏡領域2A内で、反射用回折格子6Aの結合係数及び位相は一定である。また、分布反射鏡領域2A内で、導波路の等価屈折率は共振器方向に沿って一定である。
Further, the period of the diffraction grating 3 formed in the active region 1 is constant. Further, in the active region 1, the coupling coefficient and phase of the diffraction grating 3 are constant. In the active region 1, the equivalent refractive index of the waveguide is constant along the resonator direction.
Further, the period of the reflection diffraction grating 6A formed in the distributed reflector region 2A on the rear end face side is constant. Further, in the distributed reflector region 2A, the coupling coefficient and phase of the reflection diffraction grating 6A are constant. In the distributed reflector region 2A, the equivalent refractive index of the waveguide is constant along the resonator direction.

また、前端面側の分布反射鏡領域2Bに形成される反射用回折格子6Bの周期は一定である。また、分布反射鏡領域2B内で、反射用回折格子6Bの結合係数及び位相は一定である。また、分布反射鏡領域2B内で、導波路の等価屈折率は共振器方向に沿って一定である。
さらに、活性領域1の回折格子3及び分布反射鏡領域2A,2Bの反射用回折格子6A,6Bの深さは、いずれも100nmであり、同一になっている。また、活性領域1の回折格子3と分布反射鏡領域2A,2Bの反射用回折格子6A,6Bとは、デューティ比(ここでは50%)も同一になっている。つまり、活性領域1の回折格子3と分布反射鏡領域2A,2Bの反射用回折格子6A,6Bとは、結合係数が同一になっている。また、活性領域1の回折格子3と分布反射鏡領域2A,2Bの反射用回折格子6A,6Bとは、導波路幅方向中央部分において位相も同一になっている。
The period of the reflection diffraction grating 6B formed in the distributed reflector region 2B on the front end face side is constant. Further, the coupling coefficient and the phase of the reflection diffraction grating 6B are constant in the distributed reflector region 2B. In the distributed reflector region 2B, the equivalent refractive index of the waveguide is constant along the resonator direction.
Further, the depths of the diffraction grating 3 in the active region 1 and the reflection diffraction gratings 6A and 6B in the distributed reflector regions 2A and 2B are 100 nm, which are the same. Further, the diffraction grating 3 in the active region 1 and the reflection diffraction gratings 6A and 6B in the distributed reflector regions 2A and 2B have the same duty ratio (here, 50%). That is, the coupling coefficients of the diffraction grating 3 in the active region 1 and the reflection diffraction gratings 6A and 6B in the distributed reflector regions 2A and 2B are the same. Further, the diffraction grating 3 in the active region 1 and the reflection diffraction gratings 6A and 6B in the distributed reflector regions 2A and 2B have the same phase at the center in the waveguide width direction.

次に、マスク302を通常のレジスト剥離工程を用いて表面から除去する。その後、図18(C)に示すように、回折格子パターンが形成されたn型InP基板301の表面上に、例えば、MOVPE法を用いて、n型ドープGaInAsP層(ガイド層)303を成長させる。ここでは、n型ドープGaInAsP層303は、組成波長1.25μm、厚さ120nmである。これにより、n型InP基板301の途中でエッチングが停止されて形成された溝(回折格子パターン)がn型ドープGaInAsP層303によって埋め込まれる。   Next, the mask 302 is removed from the surface using a normal resist stripping process. Thereafter, as shown in FIG. 18C, an n-type doped GaInAsP layer (guide layer) 303 is grown on the surface of the n-type InP substrate 301 on which the diffraction grating pattern is formed by using, for example, the MOVPE method. . Here, the n-type doped GaInAsP layer 303 has a composition wavelength of 1.25 μm and a thickness of 120 nm. As a result, a groove (diffraction grating pattern) formed by stopping etching in the middle of the n-type InP substrate 301 is filled with the n-type doped GaInAsP layer 303.

次いで、図18(C)に示すように、n型ドープGaInAsP層303上に、例えばMOVPE法によって、n型ドープInP層304、アンドープAlGaInAs/AlGaInAs量子井戸活性層305、p型ドープInPクラッド層306を順次成長させる。ここでは、n型ドープInP層304の厚さは20nmである。また、p型ドープInPクラッド層306の厚さは250nmである。   Next, as shown in FIG. 18C, an n-type doped InP layer 304, an undoped AlGaInAs / AlGaInAs quantum well active layer 305, and a p-type doped InP cladding layer 306 are formed on the n-type doped GaInAsP layer 303 by, for example, MOVPE. Grow sequentially. Here, the thickness of the n-type doped InP layer 304 is 20 nm. The p-type doped InP cladding layer 306 has a thickness of 250 nm.

ここで、量子井戸活性層305は、AlGaInAs系化合物半導体材料を用いて構成されている。つまり、量子井戸活性層305は、アンドープAlGaInAs井戸層、及び、アンドープAlGaInAsバリア層で構成される。ここでは、アンドープAlGaInAs井戸層は、厚さ5.1nm、圧縮歪量1.2%である。また、アンドープAlGaInAsバリア層は、組成波長1.20μm、厚さ10nmである。また、量子井戸活性層305の積層数は15層であり、その発光波長は1550nmである。   Here, the quantum well active layer 305 is configured using an AlGaInAs-based compound semiconductor material. That is, the quantum well active layer 305 includes an undoped AlGaInAs well layer and an undoped AlGaInAs barrier layer. Here, the undoped AlGaInAs well layer has a thickness of 5.1 nm and a compressive strain of 1.2%. The undoped AlGaInAs barrier layer has a composition wavelength of 1.20 μm and a thickness of 10 nm. The number of stacked quantum well active layers 305 is 15, and the emission wavelength is 1550 nm.

なお、量子井戸活性層305の上下に、量子井戸活性層305を挟み込むように、アンドープAlGaInAs−SCH層(光ガイド層)を設けても良い。ここでは、アンドープAlGaInAs−SCH層は、組成波長1.15μm、厚さ20nmである。
次に、p型ドープInPクラッド層306の表面に、図19(A)に示すように、通常のCVD法及びフォトリソグラフィ技術を用いて、活性領域1を覆うように、ストライプ状のSiOマスク(エッチングマスク)307を形成する。ここでは、SiOマスク307の厚さ400nmである。
An undoped AlGaInAs-SCH layer (light guide layer) may be provided above and below the quantum well active layer 305 so as to sandwich the quantum well active layer 305. Here, the undoped AlGaInAs-SCH layer has a composition wavelength of 1.15 μm and a thickness of 20 nm.
Next, a striped SiO 2 mask is formed on the surface of the p-type doped InP cladding layer 306 so as to cover the active region 1 by using a normal CVD method and a photolithography technique as shown in FIG. (Etching mask) 307 is formed. Here, the thickness of the SiO 2 mask 307 is 400 nm.

そして、図19(B)に示すように、マスク307を用いて、p型ドープInPクラッド層306の表面からn型ドープInP層304の表面に至るまで、即ち、p型ドープInPクラッド層306及び量子井戸活性層305を、例えばエッチングによって除去する。
その後、図19(C)に示すように、n型ドープInP層304上に、例えばMOVPE法によって、アンドープAlGaInAs光ガイド層308、アンドープInP層309を順次成長させる。ここでは、アンドープAlGaInAs光ガイド層308は、組成波長1.35μm、厚さ230nmである。また、アンドープInP層309の厚さは250nmである。このとき、これらの層308、309は、選択成長によってSiOマスク307の上には成長せず、表面に露出しているn型ドープInP層304の上にのみ成長することになる。
Then, as shown in FIG. 19B, from the surface of the p-type doped InP cladding layer 306 to the surface of the n-type doped InP layer 304 using the mask 307, that is, the p-type doped InP cladding layer 306 and The quantum well active layer 305 is removed by, for example, etching.
Thereafter, as shown in FIG. 19C, an undoped AlGaInAs light guide layer 308 and an undoped InP layer 309 are sequentially grown on the n-type doped InP layer 304 by, eg, MOVPE. Here, the undoped AlGaInAs light guide layer 308 has a composition wavelength of 1.35 μm and a thickness of 230 nm. The undoped InP layer 309 has a thickness of 250 nm. At this time, these layers 308 and 309 do not grow on the SiO 2 mask 307 by selective growth, but grow only on the n-type doped InP layer 304 exposed on the surface.

その後、SiOマスク307を剥離した後、図20(A)に示すように、再びMOVPE法を用いて、半導体結晶ウェハ全面に、例えば、p型InPクラッド層310、引き続いて、p型GaInAsコンタクト層311を積層させる。ここでは、p型InPクラッド層310は、Znをドープしたものであって、その厚さは2.0μmである。また、p型GaInAsコンタクト層311は、Znをドープしたものであって、その厚さは300nmである。 Thereafter, after the SiO 2 mask 307 is peeled off, as shown in FIG. 20A, the MOVPE method is used again, for example, on the entire surface of the semiconductor crystal wafer, for example, a p-type InP clad layer 310, followed by a p-type GaInAs contact. The layer 311 is stacked. Here, the p-type InP cladding layer 310 is doped with Zn and has a thickness of 2.0 μm. The p-type GaInAs contact layer 311 is doped with Zn and has a thickness of 300 nm.

そして、図20(B)に示すように、p型GaInAsコンタクト層311の表面に、例えば、通常のCVD法及びフォトリソグラフィ技術を用いて、SiOマスク312を形成する。ここでは、SiOマスク312は、厚さ400nm、幅3.0μmのストライプ状のエッチングマスクである。
その後、図20(C)に示すように、例えばドライエッチング法を用いて、n型InP基板301が例えば0.7μm程掘り込まれる深さまで、上述のようにして形成された半導体積層構造をエッチングし、ストライプ状のメサ構造(メサストライプ)8に加工する。
Then, as shown in FIG. 20B, a SiO 2 mask 312 is formed on the surface of the p-type GaInAs contact layer 311 using, for example, a normal CVD method and a photolithography technique. Here, the SiO 2 mask 312 is a striped etching mask having a thickness of 400 nm and a width of 3.0 μm.
After that, as shown in FIG. 20C, the semiconductor stacked structure formed as described above is etched to a depth at which the n-type InP substrate 301 is dug by about 0.7 μm, for example, using a dry etching method. Then, it is processed into a striped mesa structure (mesa stripe) 8.

次に、図21(A)に示すように、このメサ構造8の両側に、例えばFeドープ型半絶縁性InPで構成される電流狭窄層313を、例えばMOVPE法を用いて成長させる。これにより、半絶縁性埋込ヘテロ構造(SI−BH構造)が形成される。
次いで、エッチングマスク312を例えばふっ酸で除去した後、活性領域1以外のp型GaInAsコンタクト層311を、通常のフォトリソグラフィ技術及びエッチングを用いて除去する。
Next, as shown in FIG. 21A, current confinement layers 313 made of, for example, Fe-doped semi-insulating InP are grown on both sides of the mesa structure 8 by using, for example, the MOVPE method. Thereby, a semi-insulating buried heterostructure (SI-BH structure) is formed.
Next, after removing the etching mask 312 with, for example, hydrofluoric acid, the p-type GaInAs contact layer 311 other than the active region 1 is removed using a normal photolithography technique and etching.

その後、図21(B)に示すように、SiOパッシベーション膜314を形成する。そして、活性領域1のp型GaInAsコンタクト層311の上方の部分のみに窓が開くように、通常のフォトリソグラフィ技術及びエッチングを用いてSiOパッシベーション膜を取り除く。その後、p側電極315、n側電極316を形成する。
そして、図21(B)に示すように、素子の両端面に無反射コート317,318を形成して、素子が完成する。
Thereafter, as shown in FIG. 21B, a SiO 2 passivation film 314 is formed. Then, the SiO 2 passivation film is removed using a normal photolithography technique and etching so that a window opens only in a portion above the p-type GaInAs contact layer 311 in the active region 1. Thereafter, a p-side electrode 315 and an n-side electrode 316 are formed.
Then, as shown in FIG. 21B, non-reflective coatings 317 and 318 are formed on both end faces of the element, thereby completing the element.

なお、その他の詳細は、上述の第1実施形態及びその変形例のものと同じであるため、ここではその説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかる光半導体装置(半導体レーザ)によれば、光出力の飽和を抑制し、十分な特性(変調特性)が得られるようにしながら、安定した単一横モード動作を実現できるという利点がある。
Since other details are the same as those of the first embodiment and its modification, the description thereof is omitted here.
Therefore, according to the optical semiconductor device (semiconductor laser) according to the present embodiment, stable single transverse mode operation can be realized while suppressing saturation of optical output and obtaining sufficient characteristics (modulation characteristics). There is an advantage.

特に、上述の実施形態では、高速応答特性を向上させるために、活性領域1の長さを100μmにしている。また、素子抵抗を低減して光出力の飽和を抑制するために、メサ構造8の幅、即ち、導波路幅を3.0μmとしている。そして、横高次モードの発振を抑制するために、活性領域1の回折格子3及び分布反射鏡領域2A,2Bの反射用回折格子6A,6Bを、曲率半径が8μmの曲線回折格子にしている。   In particular, in the above-described embodiment, the length of the active region 1 is set to 100 μm in order to improve high-speed response characteristics. Further, in order to reduce the element resistance and suppress the saturation of the optical output, the width of the mesa structure 8, that is, the waveguide width is set to 3.0 μm. In order to suppress the oscillation of the transverse higher-order mode, the diffraction grating 3 in the active region 1 and the reflection diffraction gratings 6A and 6B in the distributed reflector regions 2A and 2B are curved diffraction gratings having a curvature radius of 8 μm. .

このような曲線回折格子を用いた場合の横基本モード(0次)の結合係数は、直線回折格子の場合に比べて65%となる。これに対し、曲線回折格子を用いた場合の横高次モード(1次)の結合係数、横高次モード(2次)の結合係数は、直線回折格子の場合に比べて、それぞれ、10%、15%となる。これにより、曲線回折格子を用いた場合の横高次モード(1次、2次)の発振しきい値利得は、横基本モードの発振しきい値利得の2倍以上になる。この結果、上述の実施形態のようにして作製した素子において、横高次モードで発振しなくなり、安定した単一横モード動作が得られた。   When such a curved diffraction grating is used, the coupling coefficient of the transverse fundamental mode (0th order) is 65% as compared with the case of the linear diffraction grating. On the other hand, the coupling coefficient of the transverse higher-order mode (primary) and the coupling coefficient of the transverse higher-order mode (secondary) when the curved diffraction grating is used are 10% as compared with the case of the linear diffraction grating. 15%. As a result, the oscillation threshold gain of the transverse higher-order mode (first order and second order) when the curved diffraction grating is used is at least twice the oscillation threshold gain of the transverse fundamental mode. As a result, in the device manufactured as in the above-described embodiment, oscillation in the lateral high-order mode was stopped, and a stable single transverse mode operation was obtained.

なお、上述の実施形態では、活性領域1の回折格子3及び分布反射鏡領域2A,2Bの反射用回折格子6A,6Bとして、曲線回折格子を用いているが、これに限られるものではなく、活性領域1の側に向かって凸形状になる回折格子を用いれば良い。
つまり、分布反射鏡領域2A,2Bの反射用回折格子6A,6Bは、結合係数がパッシブ導波路10の幅方向で同一であり、幅方向両側部分がパッシブ導波路10の幅方向に平行な幅方向中央部分に対して活性領域1の反対側へ傾いているものであれば良い。
In the above-described embodiment, curved diffraction gratings are used as the diffraction grating 3 in the active region 1 and the reflection diffraction gratings 6A and 6B in the distributed reflector regions 2A and 2B. However, the present invention is not limited to this. A diffraction grating having a convex shape toward the active region 1 may be used.
That is, the reflection diffraction gratings 6A and 6B in the distributed reflector regions 2A and 2B have the same coupling coefficient in the width direction of the passive waveguide 10, and widths on both sides in the width direction are parallel to the width direction of the passive waveguide 10. What is necessary is just to incline to the opposite side of the active region 1 with respect to the direction center part.

また、活性領域1の中央位置から後端面側の回折格子3は、結合係数が活性導波路9の幅方向で同一であり、幅方向両側部分が活性導波路9の幅方向に平行な幅方向中央部分に対して後端面側の分布反射鏡領域2A側へ傾いているものであれば良い。なお、活性領域1の中央位置から後端面側の回折格子3を第4回折格子という。また、後端面側の分布反射鏡領域2Aを第1分布反射鏡領域ともいう。   Further, the diffraction grating 3 from the center position of the active region 1 to the rear end face side has the same coupling coefficient in the width direction of the active waveguide 9, and the width direction both side portions are parallel to the width direction of the active waveguide 9. What is necessary is just to incline to the distributed reflector area | region 2A side of the rear end surface side with respect to a center part. The diffraction grating 3 on the rear end face side from the center position of the active region 1 is referred to as a fourth diffraction grating. Further, the distributed reflector region 2A on the rear end face side is also referred to as a first distributed reflector region.

また、活性領域1の中央位置から前端面側の回折格子3は、結合係数が活性導波路9の幅方向で同一であり、幅方向両側部分が活性導波路9の幅方向に平行な幅方向中央部分に対して後端面側の分布反射鏡領域2Aの反対側へ傾いているものであれば良い。なお、活性領域1の中央位置から前端面側の回折格子3を第5回折格子ともいう。また、後端面側の分布反射鏡領域2Aを第1分布反射鏡領域ともいう。   Further, the diffraction grating 3 on the front end face side from the center position of the active region 1 has the same coupling coefficient in the width direction of the active waveguide 9, and both sides in the width direction are parallel to the width direction of the active waveguide 9. What is necessary is just to incline to the opposite side of 2 A of distributed reflector area | regions of the rear end surface side with respect to a center part. Note that the diffraction grating 3 on the front end face side from the center position of the active region 1 is also referred to as a fifth diffraction grating. Further, the distributed reflector region 2A on the rear end face side is also referred to as a first distributed reflector region.

但し、設計上のトレランスが広いという点で、円弧状回折格子、楕円形状回折格子、二次曲線状回折格子などの曲線形状の回折格子を用いるのが好ましい。このような曲線形状の回折格子を用いる場合、回折格子を形成する際に、回折格子が導波路の幅方向にずれてしまったとしても、特性に影響を与えないようにすることができる。つまり、曲線形状の回折格子を用いる場合、回折格子が導波路の幅方向にずれたとしても、横基本モードの結合係数はそれほど低下せず、その一方で、横高次モードの結合係数は大きく低下するため、所望の特性が得られることになる。なお、回折格子の形状を規定する関数(例えば曲率変化を示す関数)として、どのような関数を採用するかは、設計上の自由度がある。このため、「曲線形状の回折格子」には、曲線形状の回折格子だけでなく、曲線形状に近似した形状の回折格子も含まれるものとする。   However, it is preferable to use a curved diffraction grating such as an arc-shaped diffraction grating, an elliptical diffraction grating, or a second-order curved diffraction grating in terms of wide design tolerance. When such a curved diffraction grating is used, even if the diffraction grating is displaced in the width direction of the waveguide when the diffraction grating is formed, the characteristics can be prevented from being affected. In other words, when a curved diffraction grating is used, even if the diffraction grating is shifted in the width direction of the waveguide, the coupling coefficient of the transverse fundamental mode does not decrease so much, while the coupling coefficient of the transverse higher-order mode is large. Therefore, desired characteristics can be obtained. Note that there is a degree of freedom in design as to what function is adopted as a function that defines the shape of the diffraction grating (for example, a function indicating a change in curvature). Therefore, the “curved diffraction grating” includes not only a curved diffraction grating but also a diffraction grating having a shape approximate to a curved shape.

また、上述の実施形態では、活性領域1の回折格子3を、位相シフト4を含むものとしているが、これに限られるものではなく、活性領域1の回折格子3を、位相シフトを含まないものとして構成しても良い。
また、上述の実施形態では、活性領域1の後端面側及び前端面側に連なるように分布反射鏡領域2A,2Bを設けているが、これに限られるものではなく、活性領域1の後端面側にだけ連なるように分布反射鏡領域を設けても良い。
In the above-described embodiment, the diffraction grating 3 in the active region 1 includes the phase shift 4. However, the present invention is not limited to this, and the diffraction grating 3 in the active region 1 does not include the phase shift. You may comprise as.
In the above-described embodiment, the distributed reflector regions 2A and 2B are provided so as to be continuous with the rear end surface side and the front end surface side of the active region 1. However, the present invention is not limited to this, and the rear end surface of the active region 1 is not limited thereto. You may provide a distributed reflector area | region so that it may continue only to the side.

また、上述の実施形態では、活性領域1の前端面側に連なる分布反射鏡領域2Bの反射用回折格子6Bを、曲線回折格子にしているが、これに限られるものではなく、上述の第2実施形態の変形例のように、直線回折格子にしても良い。
また、上述の実施形態では、活性領域1の回折格子3は、曲線回折格子にしているが、これに限られるものではなく、例えば、上述の第1、第2実施形態のように、直線回折格子にしても良い。この場合、活性領域1の中央位置から前端面側及び後端面側の回折格子3のうち、どちらか一方の回折格子を直線回折格子にしても良い。活性領域1の中央位置から後端面側に位置する回折格子3を、曲線回折格子(第4回折格子)にし、活性領域1の中央位置から前端面側に位置する回折格子3を、直線回折格子(第3回折格子)にするのが好ましい。
[その他]
なお、上述の各実施形態及び変形例では、活性領域1にも回折格子3が設けられているDRレーザ、即ち、分布帰還型レーザの機能も有するDRレーザに本発明を適用した場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではない。例えば、活性領域には回折格子が設けられていない分布反射型(DBR:Distributed BraggReflector)レーザに本発明を適用することもできる。なお、この場合、上述の第1実施形態の構成では、前端面側のへき開面に高反射膜を設けることになる。
In the above-described embodiment, the reflection diffraction grating 6B of the distributed reflector region 2B connected to the front end face side of the active region 1 is a curved diffraction grating. However, the present invention is not limited to this. A linear diffraction grating may be used as in the modification of the embodiment.
In the above-described embodiment, the diffraction grating 3 of the active region 1 is a curved diffraction grating. However, the present invention is not limited to this. For example, as in the first and second embodiments described above, linear diffraction is performed. It may be a lattice. In this case, either one of the diffraction gratings 3 on the front end face side and the rear end face side from the center position of the active region 1 may be a linear diffraction grating. The diffraction grating 3 located on the rear end face side from the center position of the active region 1 is a curved diffraction grating (fourth diffraction grating), and the diffraction grating 3 located on the front end face side from the center position of the active area 1 is a linear diffraction grating. (Third diffraction grating) is preferable.
[Others]
In each of the above-described embodiments and modifications, the case where the present invention is applied to a DR laser in which the diffraction grating 3 is also provided in the active region 1, that is, a DR laser having a function of a distributed feedback laser is taken as an example. The explanation is given by way of example, but the present invention is not limited to this. For example, the present invention can also be applied to a distributed reflection (DBR) laser in which no diffraction grating is provided in the active region. In this case, in the configuration of the first embodiment described above, a highly reflective film is provided on the cleavage surface on the front end face side.

また、上述の各実施形態及び変形例では、活性領域と分布反射領域とで回折格子の結合係数の値を同一にした場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、素子の設計によっては異なっていても良い。
また、上述の各実施形態及び変形例では、回折格子のデューティ比(山谷比)を50%にしている場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、素子の設計によってはデューティ比が変化していても良い。
Further, in each of the above-described embodiments and modifications, the case where the active region and the distributed reflection region have the same coupling coefficient value of the diffraction grating has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. Depending on the design of the element, it may be different.
In each of the above-described embodiments and modifications, the case where the duty ratio (Yamatani ratio) of the diffraction grating is set to 50% has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and element design is performed. Depending on the case, the duty ratio may be changed.

また、上述の第1実施形態では、発振波長帯を1.31μm帯にしており、第2実施形態及び第3実施形態では、発振波長帯を1.55μm帯にしているが、これらに限られるものではない。例えば、第1実施形態のものにおいて発振波長帯を1.55μm帯にしても良いし、第2実施形態及び第3実施形態のものにおいて発振波長帯を1.31μm帯にしても良い。   In the first embodiment described above, the oscillation wavelength band is set to 1.31 μm band, and in the second and third embodiments, the oscillation wavelength band is set to 1.55 μm band. It is not a thing. For example, in the first embodiment, the oscillation wavelength band may be 1.55 μm, and in the second and third embodiments, the oscillation wavelength band may be 1.31 μm.

また、上述の各実施形態及び変形例では、高速変調動作を実現するために、n型InP基板上にAlGaInAs系化合物半導体材料を用いた量子井戸活性層を備える半導体レーザ(DRレーザ)を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではない。例えば、各実施形態及び変形例のものにおいてGaInAsP系化合物半導体材料を用いて量子井戸活性層を構成しても良い。また、例えば、GaInNAs系化合物半導体材料などの他の化合物半導体材料を用いて量子井戸活性層を構成しても良い。これらの場合も、上述の各実施形態及びその変形例の場合と同様に横高次モード抑制効果が得られる。   In each of the above-described embodiments and modifications, a semiconductor laser (DR laser) including a quantum well active layer using an AlGaInAs-based compound semiconductor material on an n-type InP substrate is taken as an example in order to realize a high-speed modulation operation. The explanation is given by way of example, but the present invention is not limited to this. For example, the quantum well active layer may be formed using a GaInAsP-based compound semiconductor material in each of the embodiments and modifications. For example, the quantum well active layer may be formed using other compound semiconductor materials such as a GaInNAs-based compound semiconductor material. In these cases as well, the lateral higher-order mode suppression effect can be obtained as in the case of the above-described embodiments and modifications thereof.

また、上述の実施形態及び変形例では、n型の導電性を有する基板を用いているが、これに限られるものではなく、例えば、p型の導電性を有する基板を用いても良い。この場合、基板上に形成される各層の導電性は全て逆になる。また、半絶縁性の基板を用いても良い。さらに、例えばシリコン基板上に貼り合わせの方法で作製しても良い。これらの場合も、上述の各実施形態及びその変形例の場合と同様の効果が得られる。   In the above-described embodiments and modifications, the substrate having n-type conductivity is used. However, the present invention is not limited to this. For example, a substrate having p-type conductivity may be used. In this case, the conductivity of each layer formed on the substrate is reversed. A semi-insulating substrate may be used. Further, for example, it may be produced by a method of bonding onto a silicon substrate. In these cases, the same effects as those of the above-described embodiments and modifications thereof can be obtained.

また、例えばGaAs基板を用い、GaAs基板上に結晶成長(例えばエピタキシャル成長)しうる半導体材料を用いて各層を形成しても良い。この場合も、上述の各実施形態及びその変形例の場合と同様の効果が得られる。
また、上述の各実施形態及び変形例では、量子井戸活性層を用いているが、これに限られるものではない。例えばバルク型の半導体材料を用いたバルク活性層や量子ドット活性層などの他の活性層構造を採用しても良い。この場合も、上述の各実施形態及びその変形例の場合と同様に、横高次モード抑制効果が得られる。
Alternatively, for example, a GaAs substrate may be used, and each layer may be formed using a semiconductor material capable of crystal growth (for example, epitaxial growth) on the GaAs substrate. Also in this case, the same effects as those of the above-described embodiments and modifications thereof can be obtained.
In each of the above-described embodiments and modifications, the quantum well active layer is used. However, the present invention is not limited to this. For example, other active layer structures such as a bulk active layer using a bulk semiconductor material or a quantum dot active layer may be employed. In this case as well, the lateral higher-order mode suppression effect can be obtained as in the case of the above-described embodiments and modifications thereof.

また、上述の各実施形態及び変形例では、高速変調動作のために、半絶縁性埋込構造(SI−BH構造)を用いた電流狭窄構造を用いた場合を例に挙げて説明している。しかしながら、これらに限られるものではなく、例えばpnpnサイリスタ構造を用いた電流狭窄構造などの他の埋込構造を用いた電流狭窄構造を採用することも可能である。
また、上述の各実施形態及びその変形例では、基板の表面に形成される表面回折格子構造を例に挙げて説明している。しかしながら、これらに限られるものではなく、周期的に分断された半導体層を他の半導体層によって埋め込むことによって形成される埋込型回折格子構造を用いることも可能である。
Further, in each of the above-described embodiments and modifications, a case where a current confinement structure using a semi-insulating embedded structure (SI-BH structure) is used for high-speed modulation operation is described as an example. . However, the present invention is not limited to these, and a current confinement structure using another buried structure such as a current confinement structure using a pnpn thyristor structure can also be adopted.
Further, in each of the above-described embodiments and the modifications thereof, the surface diffraction grating structure formed on the surface of the substrate is described as an example. However, the invention is not limited to these, and an embedded diffraction grating structure formed by embedding a periodically divided semiconductor layer with another semiconductor layer can also be used.

また、上述の各実施形態及びその変形例では、回折格子が導波路コア層(活性層や光ガイド層)の下側(導波路コア層に対して基板側)に装荷されている場合を例に挙げて説明している。しかしながら、これらに限られるものではなく、例えば、導波路コア層の上側(導波路コア層に対して基板と反対側)に装荷されていても良く、この場合も上述の各実施形態の場合と同様の効果が得られる。   Further, in each of the above-described embodiments and modifications thereof, an example in which the diffraction grating is loaded on the lower side of the waveguide core layer (active layer or light guide layer) (substrate side with respect to the waveguide core layer) is an example. It is listed and explained. However, the present invention is not limited to these, and for example, it may be loaded on the upper side of the waveguide core layer (the side opposite to the substrate with respect to the waveguide core layer). Similar effects can be obtained.

また、上述の第1及び第3実施形態及びその変形例では、活性領域1の中央よりも10μm後端面側の位置、又は、活性領域1の中央位置に位相シフトを設けているが、位相シフトの位置は、これに限られるものではない。つまり、位相シフトは、活性領域内であれば設計の範囲内で、他の位置に配置することも可能である。
また、上述の各実施形態及びその変形例では、位相シフトを1つだけ有する場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、例えば、位相シフトが複数個ある構造であっても良い。また、1個又は複数個の位相シフトの量は任意に設定可能である。
Further, in the above-described first and third embodiments and the modifications thereof, the phase shift is provided at the position on the rear end face side of 10 μm from the center of the active region 1 or at the center position of the active region 1. The position of is not limited to this. In other words, the phase shift can be arranged at other positions within the design range within the active region.
Further, in each of the above-described embodiments and modifications thereof, the case where only one phase shift is provided has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and for example, a structure having a plurality of phase shifts. There may be. Further, the amount of one or a plurality of phase shifts can be arbitrarily set.

また、本発明は、上述した各実施形態及び変形例に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
以下、上述の各実施形態及びその変形例に関し、更に、付記を開示する。
(付記1)
活性領域と、
前記活性領域の一端側に設けられ、第1回折格子を装荷した第1導波路を有する第1分布反射鏡領域とを備え、
前記第1回折格子は、結合係数が前記第1導波路の幅方向で同一であり、幅方向両側部分が前記第1導波路の幅方向に平行な幅方向中央部分に対して前記活性領域の反対側へ傾いていることを特徴とする光半導体装置。
Further, the present invention is not limited to the configurations described in the above-described embodiments and modifications, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
Hereinafter, additional notes will be disclosed regarding the above-described embodiments and modifications thereof.
(Appendix 1)
An active region;
A first distributed reflector region provided on one end side of the active region and having a first waveguide loaded with a first diffraction grating;
The first diffraction grating has the same coupling coefficient in the width direction of the first waveguide, and both side portions in the width direction of the active region with respect to the center portion in the width direction parallel to the width direction of the first waveguide. An optical semiconductor device which is inclined to the opposite side.

(付記2)
前記第1回折格子は、曲線形状の回折格子であることを特徴とする、付記1に記載の光半導体装置。
(付記3)
前記活性領域の他端側に設けられ、第2回折格子を装荷した第2導波路を有する第2分布反射鏡領域を備えることを特徴とする、付記1又は2に記載の光半導体装置。
(Appendix 2)
The optical semiconductor device according to appendix 1, wherein the first diffraction grating is a curved diffraction grating.
(Appendix 3)
The optical semiconductor device according to appendix 1 or 2, further comprising a second distributed reflector region provided on the other end side of the active region and having a second waveguide loaded with a second diffraction grating.

(付記4)
前記第2回折格子は、結合係数が前記第2導波路の幅方向で同一であり、幅方向両側部分が前記第2導波路の幅方向に平行な幅方向中央部分に対して前記活性領域の反対側へ傾いていることを特徴とする、付記3に記載の光半導体装置。
(付記5)
前記第2回折格子は、曲線形状の回折格子であることを特徴とする、付記4に記載の光半導体装置。
(Appendix 4)
The second diffraction grating has the same coupling coefficient in the width direction of the second waveguide, and both side portions in the width direction of the active region with respect to the center portion in the width direction parallel to the width direction of the second waveguide. 4. The optical semiconductor device according to appendix 3, wherein the optical semiconductor device is inclined to the opposite side.
(Appendix 5)
The optical semiconductor device according to appendix 4, wherein the second diffraction grating is a curved diffraction grating.

(付記6)
前記第2回折格子は、前記第2導波路の幅方向に平行な直線形状の回折格子であることを特徴とする、付記3に記載の光半導体装置。
(付記7)
前記活性領域は、第3回折格子を装荷した活性導波路を備えることを特徴とする、付記1〜6のいずれか1項に記載の光半導体装置。
(Appendix 6)
4. The optical semiconductor device according to appendix 3, wherein the second diffraction grating is a linear diffraction grating parallel to the width direction of the second waveguide.
(Appendix 7)
The optical semiconductor device according to any one of appendices 1 to 6, wherein the active region includes an active waveguide loaded with a third diffraction grating.

(付記8)
前記第3回折格子は、前記活性導波路の幅方向に平行な直線形状の回折格子であることを特徴とする、付記7に記載の光半導体装置。
(付記9)
前記活性領域は、第3回折格子及び第4回折格子を装荷した活性導波路を備え、
前記第3回折格子は、前記活性導波路の幅方向に平行な直線形状の回折格子であり、
前記第4回折格子は、結合係数が前記活性導波路の幅方向で同一であり、幅方向両側部分が前記活性導波路の幅方向に平行な幅方向中央部分に対して前記第1分布反射鏡領域側へ傾いていることを特徴とする、付記1〜6のいずれか1項に記載の光半導体装置。
(Appendix 8)
8. The optical semiconductor device according to appendix 7, wherein the third diffraction grating is a linear diffraction grating parallel to the width direction of the active waveguide.
(Appendix 9)
The active region comprises an active waveguide loaded with a third diffraction grating and a fourth diffraction grating,
The third diffraction grating is a linear diffraction grating parallel to the width direction of the active waveguide,
The fourth diffraction grating has the same coupling coefficient in the width direction of the active waveguide, and the first distributed reflector with respect to the center portion in the width direction whose both side portions are parallel to the width direction of the active waveguide. The optical semiconductor device according to any one of appendices 1 to 6, wherein the optical semiconductor device is inclined toward the region.

(付記10)
前記活性領域は、第4回折格子及び第5回折格子を装荷した活性導波路を備え、
前記第4回折格子は、結合係数が前記活性導波路の幅方向で同一であり、幅方向両側部分が前記活性導波路の幅方向に平行な幅方向中央部分に対して前記第1分布反射鏡領域側へ傾いており、
前記第5回折格子は、結合係数が前記活性導波路の幅方向で同一であり、幅方向両側部分が前記活性導波路の幅方向に平行な幅方向中央部分に対して前記第1分布反射鏡領域の反対側へ傾いていることを特徴とする、付記1〜6のいずれか1項に記載の光半導体装置。
(Appendix 10)
The active region comprises an active waveguide loaded with a fourth diffraction grating and a fifth diffraction grating,
The fourth diffraction grating has the same coupling coefficient in the width direction of the active waveguide, and the first distributed reflector with respect to the center portion in the width direction whose both side portions are parallel to the width direction of the active waveguide. Tilted to the area side,
The fifth diffraction grating has the same coupling coefficient in the width direction of the active waveguide, and the first distributed reflectors with respect to the center portion in the width direction whose both side portions are parallel to the width direction of the active waveguide. The optical semiconductor device according to any one of appendices 1 to 6, wherein the optical semiconductor device is inclined to the opposite side of the region.

1 活性領域
2 分布反射鏡領域
2A 後端面側の分布反射鏡領域
2B 前端面側の分布反射鏡領域
3 回折格子
4 位相シフト
5 回折格子層
6,6A,6B 反射用回折格子
7 反射用回折格子層
8 メサ構造
9 活性導波路
10 パッシブ導波路
101,201,301 n型ドープInP基板
102,202,302 マスク
103,203,303 n型ドープGaInAsP層
104,204,304 n型ドープInP層
105,205,305 アンドープAlGaInAs/AlGaInAs量子井戸活性層
106,206,306 p型ドープInPクラッド層
107,207,307 SiOマスク
108,208,308 アンドープAlGaInAs光ガイド層
109,209,309 アンドープInP層
110,210,310 p型InPクラッド層
111,211,311 p型GaInAsコンタクト層
112,212,312 SiOマスク
113,213,313 電流狭窄層
114,214,314 SiOパッシベーション膜
115,215,315 電流注入用電極(p側電極)
116,216,316 n側電極
117,217,317,118,218,318 無反射コーティング
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Active area | region 2 Distributed reflector area | region 2A Distributed reflector area | region of the rear end surface side 2B Distributed reflector area | region of the front end surface side 3 Diffraction grating 4 Phase shift 5 Diffraction grating layer 6, 6A, 6B Reflection diffraction grating 7 Reflection diffraction grating Layer 8 mesa structure 9 active waveguide 10 passive waveguide 101, 201, 301 n-type doped InP substrate 102, 202, 302 mask 103, 203, 303 n-type doped GaInAsP layer 104, 204, 304 n-type doped InP layer 105, 205,305 Undoped AlGaInAs / AlGaInAs quantum well active layer 106,206,306 p-type doped InP cladding layer 107,207,307 SiO 2 mask 108,208,308 Undoped AlGaInAs light guide layer 109,209,309 Undoped InP layer 110, 210, 310 p-type InP cladding layer 111, 211, 311 p-type GaInAs contact layer 112, 212, 312 SiO 2 mask 113, 213, 313 Current confinement layer 114, 214, 314 SiO 2 passivation film 115, 215, 315 Current injection electrode (P-side electrode)
116, 216, 316 n-side electrode 117, 217, 317, 118, 218, 318 Non-reflective coating

Claims (5)

活性領域と、
前記活性領域の一端側に設けられ、第1回折格子を装荷した第1導波路を有する第1分布反射鏡領域とを備え、
前記第1回折格子は、結合係数が前記第1導波路の幅方向で同一であり、幅方向両側部分が前記第1導波路の幅方向に平行な幅方向中央部分に対して前記活性領域の反対側へ傾いていることを特徴とする光半導体装置。
An active region;
A first distributed reflector region provided on one end side of the active region and having a first waveguide loaded with a first diffraction grating;
The first diffraction grating has the same coupling coefficient in the width direction of the first waveguide, and both side portions in the width direction of the active region with respect to the center portion in the width direction parallel to the width direction of the first waveguide. An optical semiconductor device which is inclined to the opposite side.
前記第1回折格子は、曲線形状の回折格子であることを特徴とする、請求項1に記載の光半導体装置。   The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the first diffraction grating is a curved diffraction grating. 前記活性領域の他端側に設けられ、第2回折格子を装荷した第2導波路を有する第2分布反射鏡領域を備えることを特徴とする、請求項1又は2に記載の光半導体装置。   3. The optical semiconductor device according to claim 1, further comprising a second distributed reflector region provided on the other end side of the active region and having a second waveguide loaded with a second diffraction grating. 前記第2回折格子は、結合係数が前記第2導波路の幅方向で同一であり、幅方向両側部分が前記第2導波路の幅方向に平行な幅方向中央部分に対して前記活性領域の反対側へ傾いていることを特徴とする、請求項3に記載の光半導体装置。   The second diffraction grating has the same coupling coefficient in the width direction of the second waveguide, and both side portions in the width direction of the active region with respect to the center portion in the width direction parallel to the width direction of the second waveguide. The optical semiconductor device according to claim 3, wherein the optical semiconductor device is inclined to the opposite side. 前記活性領域は、第3回折格子を装荷した活性導波路を備えることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の光半導体装置。   The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the active region includes an active waveguide loaded with a third diffraction grating.
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