JPH03222387A - モノリシック集積型半導体光素子 - Google Patents
モノリシック集積型半導体光素子Info
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- JPH03222387A JPH03222387A JP1748390A JP1748390A JPH03222387A JP H03222387 A JPH03222387 A JP H03222387A JP 1748390 A JP1748390 A JP 1748390A JP 1748390 A JP1748390 A JP 1748390A JP H03222387 A JPH03222387 A JP H03222387A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
- H01S5/0265—Intensity modulators
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、モノリシック集積型半導体光素子およびその
作製方法に関する。より詳細には、光通信、光計測、光
記録、光情報処理等、半導体レーザを光源とする諸分野
で使用される新規なモノリシック集積型半導体光素子お
よびその作製方法に関する。
作製方法に関する。より詳細には、光通信、光計測、光
記録、光情報処理等、半導体レーザを光源とする諸分野
で使用される新規なモノリシック集積型半導体光素子お
よびその作製方法に関する。
従来の技術
光伝送システムの伝送容量は、主に光源の波長の広がり
によって制限される。そのために大容量の光伝送システ
ムのためには、波長の広がりが少ない分布帰還型半導体
レーザ（以下ＤＦＢレーザと記す）が用いられている。
によって制限される。そのために大容量の光伝送システ
ムのためには、波長の広がりが少ない分布帰還型半導体
レーザ（以下ＤＦＢレーザと記す）が用いられている。
一方、現在の光伝送システムでは、半導体レーザを直接
変調する方式を採っている。この方式では、変調速度を
速くするとＤＦＢレーザでも波長の広がりが問題になる
。すなわち、半導体レーデを直接変調する場合は、波長
の広がりを避けることが不可能である。
変調する方式を採っている。この方式では、変調速度を
速くするとＤＦＢレーザでも波長の広がりが問題になる
。すなわち、半導体レーデを直接変調する場合は、波長
の広がりを避けることが不可能である。
そこで近年、半導体レーザは一定の出力で発光させて、
半導体レーザ外部に取り付けた光変調器で、より高い速
度で変調を行う装置が研究されている。
半導体レーザ外部に取り付けた光変調器で、より高い速
度で変調を行う装置が研究されている。
第２図（ａ）およびわ）に、昭和６１年秋季応用物理学
会講演予稿集ρｐ１７４に開示されている従来のＤＦＢ
レーザと外部多重量子井戸導波層とをモノリシックに集
積したＤＦＢレーザ／外部光変調器集積素子を示す。第
２図（ａ）は一部切り欠き斜視図であり、第２図（ｂ）
は第２図（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。第２
図に示したＤＦＢレーザ／外部光変調器集積素子は、下
面に下部電極１０を具備する半導体基板１上の右側部分
がＤＦＢレーザ１１てあり、半導体基板ｌ上の左側部分
が多重量子井戸構造の外部光変調器１２である。ＤＦＢ
レーデ１１は、半導体基板１上に下部クラッド層２、活
性層３、回折格子層６、上部クラッド層７、コンタクト
層８および上部電極９を順次積層した構成となっている
。一方、外部光変調器１２は、半導体基板１上からＤＦ
ＢレーザＨの左上の５ｉ０２層１３上に、下部クラッド
層２０、多重量子井戸導波層５、上部クラッド層７０、
コンタクト層８および上部電極９を順次積層した構成と
なっている。
会講演予稿集ρｐ１７４に開示されている従来のＤＦＢ
レーザと外部多重量子井戸導波層とをモノリシックに集
積したＤＦＢレーザ／外部光変調器集積素子を示す。第
２図（ａ）は一部切り欠き斜視図であり、第２図（ｂ）
は第２図（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。第２
図に示したＤＦＢレーザ／外部光変調器集積素子は、下
面に下部電極１０を具備する半導体基板１上の右側部分
がＤＦＢレーザ１１てあり、半導体基板ｌ上の左側部分
が多重量子井戸構造の外部光変調器１２である。ＤＦＢ
レーデ１１は、半導体基板１上に下部クラッド層２、活
性層３、回折格子層６、上部クラッド層７、コンタクト
層８および上部電極９を順次積層した構成となっている
。一方、外部光変調器１２は、半導体基板１上からＤＦ
ＢレーザＨの左上の５ｉ０２層１３上に、下部クラッド
層２０、多重量子井戸導波層５、上部クラッド層７０、
コンタクト層８および上部電極９を順次積層した構成と
なっている。
上記の素子においては、外部光変調器１２の多重量子井
戸導波層５に逆バイアスを印加し、量子閉じ込めシュタ
ルク効果を利用することによって、ＤＦＢレーザ領域１
１からの出射光を変調する。
戸導波層５に逆バイアスを印加し、量子閉じ込めシュタ
ルク効果を利用することによって、ＤＦＢレーザ領域１
１からの出射光を変調する。
上記従来のＤＦＢレーザ／外部光変調器集積素子は、以
下に示す従来の方法により作製されていた。
下に示す従来の方法により作製されていた。
最初に半導体基板ｌ上の全面に下部クラッド層２、活性
層３、回折格子層６、上部クラッド層７、コンタクト層
８およびＳ＋０２層１３を順に積層して、ＤＦＢレーザ
を形成する。
層３、回折格子層６、上部クラッド層７、コンタクト層
８およびＳ＋０２層１３を順に積層して、ＤＦＢレーザ
を形成する。
次にこのように形成したＤＦＢレーザの左側部分の半導
体基板ｌより上の層をエツチングにより除去し、半導体
基ｉｔ上の右側部分のみにＤＦＢレーザ１１が形成され
ているようにする。この上に下部クラッド層２０、多重
量子井戸導波層５、上部クラッド層７０およびコンタク
ト層８を順次積層し、多重量子井戸構造の外部光変調器
１２を形成する。
体基板ｌより上の層をエツチングにより除去し、半導体
基ｉｔ上の右側部分のみにＤＦＢレーザ１１が形成され
ているようにする。この上に下部クラッド層２０、多重
量子井戸導波層５、上部クラッド層７０およびコンタク
ト層８を順次積層し、多重量子井戸構造の外部光変調器
１２を形成する。
次いで、ＤＦＢレーザ１１の左上の一部に外部光変調器
１２を構成する層が残るように、右側部分を５ｉＯ２１
３までエツチング除去し、最後にＤＦＢレーザ１１およ
び外部光変調器１２それぞれの上に上部電極９を形成し
、半導体基板ｌの下面に下部電極１０を形成して、上記
の素子は完成する。
１２を構成する層が残るように、右側部分を５ｉＯ２１
３までエツチング除去し、最後にＤＦＢレーザ１１およ
び外部光変調器１２それぞれの上に上部電極９を形成し
、半導体基板ｌの下面に下部電極１０を形成して、上記
の素子は完成する。
発明が解決しようとする課題
上記従来のＤＦＢレーザ／外部光変調器集積素子では、
ＤＦＢレーザ１１と、外部光変調器１２とが別々に形成
されている。そのためＤＦＢレーザ１１の回折格子層６
と、外部変調器１１の多重量子井戸導波層５との位置合
せが難しく、精度の高い加工が要求される。また、ＤＦ
Ｂレーザ１１の回折格子層６と外部変調器１２の多重量
子井戸導波層５との層構造が異なるので、両者の境界面
でレーザ光が反射し、結合効率が悪い。さらに、製造プ
ロセスが複雑なため、歩留りが悪く、製造コストも高価
であった。
ＤＦＢレーザ１１と、外部光変調器１２とが別々に形成
されている。そのためＤＦＢレーザ１１の回折格子層６
と、外部変調器１１の多重量子井戸導波層５との位置合
せが難しく、精度の高い加工が要求される。また、ＤＦ
Ｂレーザ１１の回折格子層６と外部変調器１２の多重量
子井戸導波層５との層構造が異なるので、両者の境界面
でレーザ光が反射し、結合効率が悪い。さらに、製造プ
ロセスが複雑なため、歩留りが悪く、製造コストも高価
であった。
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決
した、新規なりＦＢレーザ／外部光変調器集積素子およ
びその製造方法を提供することにある。
した、新規なりＦＢレーザ／外部光変調器集積素子およ
びその製造方法を提供することにある。
課題を解決するための手段
本発明に従うと、ともに複数の半導体層から構成されて
いる、半導体レーザと、前記半導体レーザの出力するレ
ーザ光を変調する多重量子井戸型光変調器とが、一体に
構成された光素子において、前記半導体レーザの活性層
以外の半導体層が、前記多重量子井戸型光変調器の半導
体層と同一の層で一体に形成されていることを特徴とす
るモノリシック集積型半導体光素子が提供される。
いる、半導体レーザと、前記半導体レーザの出力するレ
ーザ光を変調する多重量子井戸型光変調器とが、一体に
構成された光素子において、前記半導体レーザの活性層
以外の半導体層が、前記多重量子井戸型光変調器の半導
体層と同一の層で一体に形成されていることを特徴とす
るモノリシック集積型半導体光素子が提供される。
また、本発明では、上記モノリシック集積型半導体光素
子を作製する方法として、前記多重量子井戸型光変調器
の多重量子井戸導波路層と一体に形成された層の前記半
導体レーザの活性層上の部分に不純物をドーピングして
、前記半導体レーザの回折格子層となる層を形成するこ
とを特徴とするモノリシック集積型半導体光素子の作製
方法が提供される。
子を作製する方法として、前記多重量子井戸型光変調器
の多重量子井戸導波路層と一体に形成された層の前記半
導体レーザの活性層上の部分に不純物をドーピングして
、前記半導体レーザの回折格子層となる層を形成するこ
とを特徴とするモノリシック集積型半導体光素子の作製
方法が提供される。
作用
本発明のモノリシック集積型半導体光素子は、ＤＦＢレ
ーザを構成する活性層以外の半導体層と多重量子井戸型
光変調器を構成する半導体層とが、実質的に同一の半導
体層であるところにその主要な特徴がある。従って、本
発明の光素子では、ＤＦＢレーザの回折格子層と多重量
子井戸型光変調器の多重量子井戸導波路層との位置がず
れることもないので、両者の界面における反射が非常に
小さく、よって、多重量子井戸型光変調器の挿入損失が
小さくなり、光素子全体としての性能が安定している。
ーザを構成する活性層以外の半導体層と多重量子井戸型
光変調器を構成する半導体層とが、実質的に同一の半導
体層であるところにその主要な特徴がある。従って、本
発明の光素子では、ＤＦＢレーザの回折格子層と多重量
子井戸型光変調器の多重量子井戸導波路層との位置がず
れることもないので、両者の界面における反射が非常に
小さく、よって、多重量子井戸型光変調器の挿入損失が
小さくなり、光素子全体としての性能が安定している。
本発明の方法では、上記本発明のモノリシック集積型半
導体光素子を作製する場合、ＤＦＢレーデの回折格子層
は以下の手順により形成する。
導体光素子を作製する場合、ＤＦＢレーデの回折格子層
は以下の手順により形成する。
部にＤＦＢレーザの活性層が形成された例えばクラッド
層である半導体層上の全面にバッファ層を形成する。こ
のバッファ層上のやはり全面に多重量子井戸導波層を形
成する。このように形成された多重量子井戸導波層のＤ
ＦＢレーザ活性層上の部分に、不純物をイオン注入法ま
たは拡散法によってドーピングする。ドーピング後アニ
ールを行い、多重量子井戸導波層のＤＦＢレーザの活性
層上の部分を混晶化する。多重量子井戸導波層の混晶化
した部分に回折格子を形成し、ＤＦＢレーザの回折格子
層とする。上記の方法では、最初に多重量子井戸導波層
のＤＦＢレーデの活性層上の部分に回折格子を形成した
後、混晶化してもよい。
層である半導体層上の全面にバッファ層を形成する。こ
のバッファ層上のやはり全面に多重量子井戸導波層を形
成する。このように形成された多重量子井戸導波層のＤ
ＦＢレーザ活性層上の部分に、不純物をイオン注入法ま
たは拡散法によってドーピングする。ドーピング後アニ
ールを行い、多重量子井戸導波層のＤＦＢレーザの活性
層上の部分を混晶化する。多重量子井戸導波層の混晶化
した部分に回折格子を形成し、ＤＦＢレーザの回折格子
層とする。上記の方法では、最初に多重量子井戸導波層
のＤＦＢレーデの活性層上の部分に回折格子を形成した
後、混晶化してもよい。
以下、本発明を実施例により、さらに詳しく説明するが
、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎず、本発明
の技術的範囲をなんら制限するものではない。
、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎず、本発明
の技術的範囲をなんら制限するものではない。
実施例
第１図（ａ）〜（ｅ）を参照して本発明の方法で、本発
明のモノリシック集積型半導体光素子を作製する工程を
説明する。第１図（ａ）〜（ｅ）は、本発明の方法によ
る本発明のモノリシック集積型半導体光素子の作製過程
の断面を示す。
明のモノリシック集積型半導体光素子を作製する工程を
説明する。第１図（ａ）〜（ｅ）は、本発明の方法によ
る本発明のモノリシック集積型半導体光素子の作製過程
の断面を示す。
まず、第１Ｉ！Ｉ（ａ）に示すように、ｎ−１ｎＰ等の
半導体基板１上に、やはりｎ−１ｎＰで下部クラッド層
２を形成し、さらにその上にＧａ１ｎＡｓ Ｐの活性層
３を成長させ、多重量子井戸型光変調器１２となる部分
の活性層をエツチングして除去する。これは、多重量子
井戸型光変調器１２における光の吸収を防ぐためである
。
半導体基板１上に、やはりｎ−１ｎＰで下部クラッド層
２を形成し、さらにその上にＧａ１ｎＡｓ Ｐの活性層
３を成長させ、多重量子井戸型光変調器１２となる部分
の活性層をエツチングして除去する。これは、多重量子
井戸型光変調器１２における光の吸収を防ぐためである
。
次に第１図ら）に示すようにＩｎＰバッファ層４を下部
クラッド層２および活性層３上に成長させ、その上にＧ
ａ１ｎＡｓ／Ａ１１ｎＡｓ多重量子井戸導波層５を成長
させる。
クラッド層２および活性層３上に成長させ、その上にＧ
ａ１ｎＡｓ／Ａ１１ｎＡｓ多重量子井戸導波層５を成長
させる。
第１図（Ｃ）に示すように多重量子井戸導波層５の活性
層３上の部分のみをイオン注入法でドーピングし、アニ
ールして混晶化した後、イオンエツチング等で回折格子
を形成して回折格子層６とする。
層３上の部分のみをイオン注入法でドーピングし、アニ
ールして混晶化した後、イオンエツチング等で回折格子
を形成して回折格子層６とする。
この工程では、先にイオンエツチング等で加工を行い、
回折格子を形成してから混晶化を行ってもよい。バッフ
ァ層４は、多重量子井戸導波層５内に光を閉じ込めるた
めに必要であり、多重量子井戸導波層５よりも屈折率が
小さくなるように組成を決定する。また、多重量子井戸
導波層５の混晶化は、上述のような、不純物のイオン注
入だけでなく拡散等によってドーピングした後、アニー
ルを行うことによっても実現できる。混晶化のための不
純物は、回折格子層をｐ型にするかｎ型にするかに応じ
て、ｐ型またはｎ型のドーパントを用いる。
回折格子を形成してから混晶化を行ってもよい。バッフ
ァ層４は、多重量子井戸導波層５内に光を閉じ込めるた
めに必要であり、多重量子井戸導波層５よりも屈折率が
小さくなるように組成を決定する。また、多重量子井戸
導波層５の混晶化は、上述のような、不純物のイオン注
入だけでなく拡散等によってドーピングした後、アニー
ルを行うことによっても実現できる。混晶化のための不
純物は、回折格子層をｐ型にするかｎ型にするかに応じ
て、ｐ型またはｎ型のドーパントを用いる。
その後第１図（ｄ）に示すように多重量子井戸導波層５
および回折格子層６上にｐ−１ｎＰで上部クラッド層７
を形成し、さらにｐ ” −１ｎＧａＡｓ Ｐでコンタ
クト層８を、上部クラッド層７上の全面に成長させる。
および回折格子層６上にｐ−１ｎＰで上部クラッド層７
を形成し、さらにｐ ” −１ｎＧａＡｓ Ｐでコンタ
クト層８を、上部クラッド層７上の全面に成長させる。
最後に第１図（ｅ）に示すように、上部電極９と下部電
極ＩＯを蒸着等により形成し、電気的な絶縁のために、
コンタクト層８、上部クラッド層７および上部電極９を
ＤＦＢレーザ１１と多重量子井戸型光変調器１２との間
で分離して、本発明のモノリシック集積型半導体光素子
は完成する。
極ＩＯを蒸着等により形成し、電気的な絶縁のために、
コンタクト層８、上部クラッド層７および上部電極９を
ＤＦＢレーザ１１と多重量子井戸型光変調器１２との間
で分離して、本発明のモノリシック集積型半導体光素子
は完成する。
以上説明したように、本発明のモノリシック集積型半導
体光素子は、ＤＦＢレーザ１１と多重量子井戸型光変調
器１２とで、活性層３以外の半導体層は実質的に同一の
層で形成されている。従って、特に回折格子層６および
多重量子井戸導波層５間の光学的結合効率が優れている
。また、本発明の方法では、特に精度の高い加工を行う
ことなく、本発明のモノリシック集積型半導体光素子を
作製することが可能である。
体光素子は、ＤＦＢレーザ１１と多重量子井戸型光変調
器１２とで、活性層３以外の半導体層は実質的に同一の
層で形成されている。従って、特に回折格子層６および
多重量子井戸導波層５間の光学的結合効率が優れている
。また、本発明の方法では、特に精度の高い加工を行う
ことなく、本発明のモノリシック集積型半導体光素子を
作製することが可能である。
発明の効果
本発明のモノリシック集積型半導体光素子は、ＤＦＢレ
ーザと多重量子井戸型光変調器とて活性層を除くと、実
質的に同一の半導体層で構成されている。従って、作製
時にＤＦＢレーザ側の回折格子層と多重量子井戸型光変
調器の多重量子井戸導波層との位置合せが不要である。
ーザと多重量子井戸型光変調器とて活性層を除くと、実
質的に同一の半導体層で構成されている。従って、作製
時にＤＦＢレーザ側の回折格子層と多重量子井戸型光変
調器の多重量子井戸導波層との位置合せが不要である。
また、従来のものに比べて領域界面での反射が減少し、
レーザ側から変調器側への光学的結合も向上している。
レーザ側から変調器側への光学的結合も向上している。
さらに、本発明の方法による本発明の光素子の作製プロ
セスは、従来のものに比べて簡略化されているので、歩
留りも向上する。
セスは、従来のものに比べて簡略化されているので、歩
留りも向上する。
第１図は、本発明のモノリシック集積型半導体光素子を
本発明の方法で作製する工程を示す概念図であり、 第２図は、従来のＤＦＢレーザ／外部光変調器集積素子
の概略図である。 〔主な参照番号〕 １・・・半導体基板、 ・下部クラッド層、 ・活性層、 ・バッファ層、 ・多重量子井戸導波層、 ・回折格子層、 ・上部クラッド層、 ・コンタクト層、 ・上部電極、 １０・・・下部電極、・ＤＦＢレーザ
、 ・多重量子井戸型光変調器
本発明の方法で作製する工程を示す概念図であり、 第２図は、従来のＤＦＢレーザ／外部光変調器集積素子
の概略図である。 〔主な参照番号〕 １・・・半導体基板、 ・下部クラッド層、 ・活性層、 ・バッファ層、 ・多重量子井戸導波層、 ・回折格子層、 ・上部クラッド層、 ・コンタクト層、 ・上部電極、 １０・・・下部電極、・ＤＦＢレーザ
、 ・多重量子井戸型光変調器
Claims (2)
- （１）ともに複数の半導体層から構成されている、半導
体レーザと、前記半導体レーザの出力するレーザ光を変
調する多重量子井戸型光変調器とが、一体に構成された
光素子において、前記半導体レーザの活性層以外の半導
体層が、前記多重量子井戸型光変調器の半導体層と同一
の層で一体に形成されていることを特徴とするモノリシ
ック集積型半導体光素子。 - （２）ともに複数の半導体層から構成されている、半導
体レーザと、前記半導体レーザの出力するレーザ光を変
調する多重量子井戸型光変調器とを、一体に構成した光
素子を作製する方法において、前記多重量子井戸型光変
調器の多重量子井戸導波路層と一体に形成された層の前
記半導体レーザの活性層上の部分に不純物をドーピング
して、前記半導体レーザの回折格子層となる層を形成す
ることを特徴とするモノリシック集積型半導体光素子の
作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017483A JP2924041B2 (ja) | 1990-01-26 | 1990-01-26 | モノリシック集積型半導体光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017483A JP2924041B2 (ja) | 1990-01-26 | 1990-01-26 | モノリシック集積型半導体光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03222387A true JPH03222387A (ja) | 1991-10-01 |
| JP2924041B2 JP2924041B2 (ja) | 1999-07-26 |
Family
ID=11945250
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2017483A Expired - Lifetime JP2924041B2 (ja) | 1990-01-26 | 1990-01-26 | モノリシック集積型半導体光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2924041B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5991322A (en) * | 1993-07-20 | 1999-11-23 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor optical device |
| WO2005114307A1 (en) * | 2004-05-20 | 2005-12-01 | Bookham Technology Plc | Laterally implanted electroabsorption modulated laser |
-
1990
- 1990-01-26 JP JP2017483A patent/JP2924041B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5991322A (en) * | 1993-07-20 | 1999-11-23 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor optical device |
| WO2005114307A1 (en) * | 2004-05-20 | 2005-12-01 | Bookham Technology Plc | Laterally implanted electroabsorption modulated laser |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2924041B2 (ja) | 1999-07-26 |
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