JP6385633B1 - 半導体光素子、半導体光集積素子、および半導体光素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は実施の形態1による半導体光素子の構成を、光が伝搬する方向である光軸方向に垂直な断面により示す断面図である。この半導体光素子は、リッジ型のDFB半導体レーザと呼ばれる半導体光素子である。半導体基板1上に、最表面層3を有する活性層2が形成されている。活性層2は、電子と正孔を結合させて光を放出する層であり、放出された光は、この最表面層3を含む活性層2に閉じ込められ、活性層2中を光軸方向、すなわち紙面に垂直な方向に伝搬する。光が活性層2に閉じ込められるためには、活性層2が、活性層2よりも屈折率が小さいクラッド層に挟まれる必要がある。クラッド層は、また一方のクラッド層から活性層2に電子を注入し、他方のクラッド層から正孔を活性層2に注入する機能も有する。図1の構成では、半導体基板1が一方のクラッド層すなわち第一のクラッド層として機能する。また、活性層2の最表面層3上には、クラッド層として機能するリッジ部20が形成されており、リッジ部20がもう一方のクラッド層すなわち第二のクラッド層として機能する。リッジ部20は、活性層2に近い側から、リッジ下部5、DFB特有の回折格子が埋め込まれた再成長領域7を有する回折格子層であるリッジ中間部6、リッジ上部8を含んでいる。さらに、リッジ上部8にはコンタクト層9を介して電極11が形成されている。リッジ部20はその上に形成されているコンタクト層9および電極11を含めて絶縁膜10で覆われ、さらにその外側は金めっき12などの金属で覆われている。
図7は実施の形態2による半導体光素子の構成を、光軸方向に垂直な断面により示す断面図である。図1と同様、この半導体光素子は、リッジ型のDFB半導体レーザと呼ばれる半導体光素子である。半導体基板1上に、活性層2が形成されている。光は、この活性層2に閉じ込められて伝搬する。光が活性層2に閉じ込められるためには、活性層2が、活性層2よりも屈折率が小さいクラッド層に挟まれる必要がある。図7の構成では、半導体基板1が一方のクラッド層すなわち第一のクラッド層として作用する。また、活性層2上には、DFB特有の回折格子が埋め込まれた再成長領域7を有する回折格子層16が形成されている。回折格子層16上にはリッジ部20が形成されており、回折格子層16およびリッジ部20がもう一方のクラッド層すなわち第二のクラッド層として作用する。リッジ部20は、活性層2に近い側から、リッジ下部5、リッジ中間部6、リッジ上部8を含んでいる。さらに、リッジ上部8の上にはコンタクト層9を介して電極11が形成されている。リッジ部20はその上に形成されているコンタクト層9および電極11を含めて絶縁膜10で覆われ、さらにその外側は金めっき12などの金属で覆われている。
図13は、実施の形態3による半導体光素子の構成を、光軸方向に垂直な断面により示す断面図である。図13に示す半導体光素子は、一例として、リッジ型の電界吸収型半導体光変調器(EAM:Electro-absorption Modulator)と称される素子である。実施の形態1あるいは実施の形態2のリッジ型のDFB半導体レーザでは、光閉じ込め層が活性層で構成されていたが、本実施の形態3による半導体光素子では、光閉じ込め層が能動層20として構成されている。また回折格子が埋め込まれている層は無い。EAMでは、能動層20は、電界を印加することにより光を吸収する層として形成されており、電界のオン・オフで通過する光を変調することができる。能動層20のリッジ部側の表面には最表面層23が形成されている。
図16は、実施の形態4による半導体光集積素子の構成を示す平面図である。図16に示す半導体光集積素子は、DFB半導体レーザ(DFB−LD)100から出力されたレーザ光を電界吸収型半導体光変調器(EAM)200で高速変調して、半導体光増幅器(SOA:Semiconductor Optical Amplifier)300で増幅して出力する構成となっており、半導体レーザ送信器を構成している。DFB−LD100の光軸に垂直な断面、すなわちA−A断面の構成は、図1〜3、あるいは図7〜9のいずれかの構成となっている。EAM200の光軸に垂直な断面、すなわちB−B断面の構成は、図13〜15のいずれかの構成となっている。また、SOA300は、材料、特に能動層20の材料はEAM200と異なるが、SOA300の光軸に垂直な断面、すなわちC−C断面の構成は、図13〜15のいずれかの構成となっている。さらに、DFB−LD100とEAM200の間、EAM200とSOA300の間は、単なる光導波路であり、その断面構成は、例えば、図13〜15のいずれかの構成となっている。
Claims (14)
- 第一のクラッド層と、リッジ形状に形成されたリッジ部を有する第二のクラッド層と、前記第一のクラッド層と前記第二のクラッド層との間に位置し、光を伝搬する光閉じ込め層とを有する半導体光素子において、
前記リッジ部は、前記光閉じ込め層に近い側から順に、リッジ下部、リッジ中間部、リッジ上部を有し、前記リッジ中間部は、前記光閉じ込め層における光伝搬方向である光軸に垂直な断面における幅が、前記リッジ下部および前記リッジ上部よりも広い幅であり、前記リッジ下部の厚さが、前記リッジ部の厚さの10%以上15%以下の厚さである
ことを特徴とする半導体光素子。 - 前記リッジ上部と前記リッジ下部とは同じ材料で形成され、前記リッジ中間部は前記リッジ上部とは異なる材料で形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体光素子。
- 前記リッジ中間部の前記リッジ下部から張り出した部分と前記光閉じ込め層との間に空洞が形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体光素子。
- 前記リッジ中間部の前記リッジ下部から張り出した部分と前記光閉じ込め層との間に有機膜が形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体光素子。
- 前記リッジ部は、少なくとも一部が絶縁膜で覆われており、前記絶縁膜の外側が金属で覆われていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の半導体光素子。
- 前記光閉じ込め層が、電子および正孔を結合させて光を放出する活性層であることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の半導体光素子。
- 前記リッジ中間部に回折格子が埋め込まれた領域を有することを特徴とする請求項6に記載の半導体光素子。
- 前記光閉じ込め層と前記リッジ下部との間に、回折格子が埋め込まれた回折格子層を有することを特徴とする請求項6に記載の半導体光素子。
- 前記光閉じ込め層が、電界を印加することにより光を吸収する能動層であることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の半導体光素子。
- 前記光閉じ込め層が、光を伝搬する光導波路コア層であることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の半導体光素子。
- 複数の半導体光素子が共通の半導体基板に配置されている半導体光集積素子であって、前記複数の半導体光素子のそれぞれが、請求項1から請求項10に記載のいずれか1項の半導体光素子であり、前記複数の半導体光素子の、それぞれの前記第一のクラッド層が前記半導体基板で形成されていることを特徴とする半導体光集積素子。
- 請求項1に記載の半導体光素子の製造方法であって、
前記第一のクラッド層となる半導体基板の片側に、順に、光閉じ込め層の材料による第一半導体層、前記リッジ下部の材料による第二半導体層、前記リッジ中間部の材料による第三半導体層、前記リッジ上部の材料による第四半導体層を形成する工程と、
前記第四半導体層をエッチングして前記リッジ上部を形成する工程と、
前記第三半導体層および前記第二半導体層をエッチングして、前記第三半導体層を前記リッジ中間部の幅、および前記第二半導体層を前記リッジ下部の幅に形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体光素子の製造方法。 - 前記第三半導体層を形成した後、前記第三半導体層の一部を除去して回折格子埋め込み部を形成し、この回折格子埋め込み部に回折格子を埋め込み成長させる工程を含むことを特徴とする請求項12に記載の半導体光素子の製造方法。
- 前記第二半導体層を形成する前に、前記第一半導体層の表面に、回折格子層の材料による第五半導体層を形成した後、前記第五半導体層の一部を除去して回折格子埋め込み部を形成し、この回折格子埋め込み部に回折格子を埋め込み成長させた後、前記第五半導体層の表面に前記第二半導体層を形成することを特徴とする請求項12に記載の半導体光素子の製造方法。
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