JP5621706B2 - 光半導体装置 - Google Patents
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Description
発明の目的および利点は、請求の範囲に具体的に記載された構成要素および組み合わせによって実現され達成される。前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は、典型例および説明のためのものであって、本発明を限定するためのものではない、と理解すべきである。
図1(a)、(b)は、第1の実施形態に係る光半導体装置の一例を示す平面図とI−I線から見た断面図である。図2(a)、(b)は、図1に示す半導体レーザ装置のII−II線、III-III線から見た断面図である。
イプ状のSOA素子領域14を有している。
た場合に、電力がどのように消費されるかを次に説明する。
まず、n型GaAs基板1のうち(001)面を有する主面の上に、n型AlGaAsクラッド層2、活性層3を順に形成する。活性層3として、例えばGaAs層を介してInAsの量子ドットを繰り返して10層形成する積層構造であってもよいし、GaAsのバルク層であってもよい。
ラズマ化学気相成長(PCVD)法などにより成膜する。さらに、誘電体膜31上にフォトレジスト32を塗布し、干渉露光法や電子線露光法などを用いて第1の領域11においてストライプ状の回折格子を有するレジストパターンを形成する。フォトレジスト32の回折格子パターンは、第1の領域11から第2の領域12に向かう方向に開口部32aと線状パターン32bを繰り返し交互に形成されている。
まず、フォトレジスト32をマスクに使用して、誘電体膜31をエッチングすることにより、回折格子パターンの形状を誘電体膜31に転写する。これにより、開口部31aと線上パターン31bを有するマスクを形成する。誘電体膜31のエッチングには、緩衝フッ酸(BHF)などによるウェットエッチングや、フッ素系ガス、例えばCF4などのガスを使用する反応性イオンエッチングが用いられる。
まず、誘電体膜31を例えばウェットエッチングにより除去する。ついで、回折格子4aを含むi型GaAs層4の上にi型AlGaAs層による埋め込み再成長を行い、ついで、その上にp型AlGaAsクラッド層5、p型GaAsコンタクト層6を形成する。
まず、図7(a)に例示するように、p型GaAsコンタクト層6の上に、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等の誘電体膜33を例えばPCVD法により形成する。その後に、誘電体膜33上にフォトレジストを塗布し、これを露光、現像してレジストパターン34を形成する。レジストパターン34は、DFBレーザ領域13と、その延長上にあるSOA素子領域14と、SOA素子領域14の側方に配置される温度調整素子領域17のそれぞれの両側に開口部34a〜34dを有している。
トでもよいしドライでもよい。ウェットエッチングには例えばアンモニア系エッチャントやリン酸系エッチャントが用いられる。また、ドライエッチングには、例えばICPエッチング法などが用いられる。ICPエッチング法の場合、エッチャントとして例えば塩素系ガスが用いられる。
まず、図8(a)に示すように、第1〜第4の溝15a〜15dの内面とp型GaAsコンタクト層6の上面の上に、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜などの絶縁性保護膜19を例えばプラズマ化学気相成長法により形成する。その後に、絶縁性保護膜19の表面に、例えばBCBなどの低誘電率材料16をスピンコートにより塗布し、その表面をほぼ平坦化する。その後に、低誘電率材料16であるBCB層を高温キュアする。
性層3の下方に形成してもかまわない。
ところで、上記の化合物半導体層に含まれるアルミニウム、ガリウム、リン、ヒ素等の元素は元素記号Al、Ga、P、As等で示されている。
図9(a)は、第2実施形態に係る光半導体装置を例示する平面図、図9(b)は、図9(a)のII−II線から見た断面図である。図1、図2と同じ符号は同じ要素を示している。
まず、コンタクト層6及び第1〜第3のp側電極8a〜8cの上に、絶縁膜36として例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜等をPCVD法により形成する。その後に、例えば、絶縁膜36の上にフォトレジスト(不図示)を形成し、これを露光、現像することにより、DFBレーザ領域13の一部に開口部を形成する。続いて、レジストパターンの上と開口部内に、発熱導電膜、例えばプラチナ膜を蒸着した後に、レジストパターンを溶剤等により除去する。これにより絶縁膜36上に残されたプラチナ膜をヒータ37として使用する。
(付記1)回折格子及び第1の活性層を含む第1の導波路、及び前記第1の導波路の上方に形成される第1の電極を有する半導体レーザと、前記第1の導波路の前記第1の活性層に連接する第2の活性層を含む第2の導波路、及び前記第2の導波路の上方に形成される第2の電極を有する光半導体増幅素子と、前記半導体レーザに熱的に接続され、電流注入領域と第3の電極を有する温度調整素子と、を有することを特徴とする光半導体装置。
(付記2)前記電流注入領域は、第3の活性層を有す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)前記第1の活性層、前記第2の活性層及び前記第3の活性層は同一の層であることを特徴とする付記2に記載の光半導体装置。
(付記4)前記第1の活性層、前記第2の活性層及び前記第3の活性層は、同一の半導体基板の上方に形成され、前記半導体基板の下面には第4の電極が形成され、前記第1の活性層、前記第2の活性層及び前記第3の活性層のそれぞれは、前記第1の活性層、前記第2の活性層及び前記第3の活性層よりも屈折率の低い上部半導体層と下部半導体層により上下から挟まれることを特徴とする付記2又は付記3に記載の光半導体装置。
(付記5)前記上部半導体層はリッジ構造を有することを特徴とする付記4に記載の光半導体装置。
(付記6)前記回折格子は、前記第1の電極の下方に形成されることを特徴とする付記1乃至付記5のいずれか1つに記載の光半導体装置。
(付記7)前記回折格子は、前記第1の電極の前と後の2つの領域の下方に形成されることを特徴とする付記1乃至付記5のいずれか1つに記載の光半導体装置。
(付記8)前記半導体レーザの上方にはヒータが形成されていることを特徴とする付記1乃至付記7のいずれか1つに記載の光半導体装置。
(付記9)前記光半導体増幅素子の光出力端には、第二次高調波発生素子が光結合されることを特徴とする付記1乃至付記8のいずれか1つに記載の光半導体装置。
(付記10)前記光半導体増幅素子の前記光出力端と第二次高調波発生素子の間にはコリメートレンズが配置されていることを特徴とする付記9に記載の光半導体装置。
(付記11)前記光半導体増幅素子の第2の電極に変調信号を出力するとともに、前記変調信号のうちのオフ時に前記第3の電極に電流を流す制御回路を有することを特徴とする付記1乃至付記10のいずれか1つに記載の光半導体装置。
(付記12)前記制御回路は、前記光半導体増幅素子から出力された光を受光する受光素子の測定データに基づいて前記第3の電極に流す電流をさらに調整する回路であることを特徴とする付記11に記載の光半導体装置。
(付記13)前記制御回路は、前記半導体レーザの一部に接続される温度検出素子の測定温度データに基づいて前記第3の電極に流す電流をさらに調整する回路であることを特徴とする付記11に記載の光半導体装置。
(付記14)前記制御回路は、前記半導体レーザの一部に接続される温度検出素子の測定温度データに基づいて前記ヒータに流す電流をさらに調整する回路であることを特徴とする付記11に記載の光半導体装置。
2 AlGaAsクラッド層
3 活性層
4 GaAs層
4a 回折格子
5 AlGaAsクラッド層
6 GaAsコンタクト層
7 n側電極
8a、8b、8c p側電極
9a、9b、9c パッド電極
13 DFBレーザ領域
14 SOA素子領域
15a、15b、15c、15d 溝
16a、16b、16c、16d 誘電体層
17 温度調整素子領域
21 コリメートレンズ
22 非線形光学素子
23 赤外線遮断用フィルタ
24 ハーフミラー
25 フォトダイオード
26 サーミスタ
27 制御回路
37 ヒータ
Claims (4)
- 化合物半導体基板に形成され、回折格子及び第1活性層と、前記回折格子及び前記第1活性層の下方に形成された第1下側クラッド層と、前記回折格子及び前記第1活性層の上方に形成された第1上側クラッド層を含む第1導波路、及び前記第1導波路の上方に形成される第1電極を有する半導体レーザと、
前記化合物半導体基板に形成され、前記第1導波路の前記第1活性層に連接して光結合し、前記第1活性層に繋がる第2活性層と、前記第2活性層の下方で前記第1下側クラッド層に繋がる前記第2下側クラッド層と、前記第2活性層の上方で前記第1上側クラッド層に繋がる第2上側クラッド層を含む第2導波路、及び前記第2導波路の上方に形成される第2電極を有する光半導体増幅素子と、
前記化合物半導体基板に形成され、前記第1活性層に繋がり、前記第2活性層と同じ層の第3活性層と、前記第3活性層の下方で前記第1下側クラッド層に繋がり、第2下側クラッド層と同じ層の第3下側クラッド層と、前記第3の導波路の上方で前記第1上側クラッド層に繋がり、前記第2上側クラッド層と同じ層の第3上側クラッド層とを含み、前記半導体レーザに熱的に接続される第3の導波路と、前記第3の導波路の上方に形成された第3電極を有する温度調整素子と、
前記光半導体増幅素子の光出力端に光結合された非線形光学素子と、
前記非線形光学素子の光出力端に光結合された赤外線遮断用フィルタと、
前記光半導体増幅素子及び前記温度調整素子をオフにした状態において前記半導体レーザの発振波長を前記非線形光学素子の位相整合波長より短い波長となる電流を前記第1の電極に流しつつ、前記光半導体増幅素子の前記第2の電極に変調信号の電流を流すと同時に前記変調信号と逆のオン・オフ電流信号を前記第3の電極に流す制御回路と、
を有することを特徴とする光半導体装置。 - 前記半導体レーザの前記第1の電極の両側方で、前記第1上側クラッド層の途中の深さに形成される第1溝と、
前記光半導体増幅素子の前記第2電極の両側方で、前記第2上側クラッド層の途中の深さに形成される第2溝と、
前記温度調整素子の前記第3の電極の両側方で、前記第2上側クラッド層の途中の深さに形成される第3溝と、
前記第1溝と前記第2溝と前記第3溝内に充填される絶縁材と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の光半導体装置。 - 前記回折格子は、前記第1の電極の下方に形成されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の光半導体装置。
- 前記回折格子は、前記第1の電極の前と後の2つの領域の下方に形成されることを特徴とする請求項1乃請求項3のいずれか1項に記載の光半導体装置。
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