JPH03286586A - 集積型光変調器の製造方法 - Google Patents

集積型光変調器の製造方法

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JPH03286586A
JPH03286586A JP8870290A JP8870290A JPH03286586A JP H03286586 A JPH03286586 A JP H03286586A JP 8870290 A JP8870290 A JP 8870290A JP 8870290 A JP8870290 A JP 8870290A JP H03286586 A JPH03286586 A JP H03286586A
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    • H01S5/2222Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers having special electric properties
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は光変調器と半導体レーザを集積化した集積型光
変調器およびその製造方法に関する。
(従来の技術) 分布帰還型半導体レーザ(DFB LD)等の単一軸モ
ードレーザと電界吸収型の半導体光変調器とを集積化し
た光源は、レーザ領域で発光した一定の波長の光を変調
領域に信号電圧を加えることにより強度変調することが
できる。レーザ部と変調器部とが分離されているため、
従来のDFB LDを直接変調する方式に比べ変調時の
波長変動(波長チャーピング)を小さくできるという特
長を有している。
波長チャーピングが小さな光源を用いると、光ファイバ
の波長分散の影響を受けることのない光伝送が可能にな
るため、集積型光変調器は将来の長距離・大容量光ファ
イバ伝送用の光源として期待され、研究開発も盛んに行
われている。従来の集積型光変調器の一例として古津ら
の報告によるもの(1989年電子情報通信学会秋季全
国大会講演予稿集、C−179)がある。この素子では
寄生容量を低減して変調速度の高速化を図るために、レ
ーザ領域の活性層を含むメサストライプ及び変調領域の
光吸収層を含むメサストライプがともに側面を高抵抗半
導体によって埋め込まれた構造となっている。
1ノ−ザ側の発振しきい値電流20mA、光出力は17
mWであり、変調器側では素子容量として0.55pF
、帯域として10GHzが得られている。
(発明が解決しようとする課題) 上記の素子ではpサイドの電極はメサストライプの上に
直接形成されており、半導体と電極とのオーミックコン
タクトはメサストライプの最上層の幅(約2pm)に限
定されている。メサストライプの幅が狭いとオーミック
抵抗が増加し、発熱によりレーザの出力が飽和したり、
高温動作が不安定になったりする。また、その結果長期
信頼性が維持できなくなる問題等が発生する。高出力・
高温動作及び高い信頼性を得るためには、半導体レーザ
素子の経験からオーミックコンタクトの幅は少なくとも
7pm以上必要であることが分かっている。一方メサス
ドライブを広くすると横高次モードが発振し易くなるた
めメサ幅は3pm以上には拡大できない メサ幅を安定な横基本モード動作が得られる2pm以下
に設定した状態でオーミック抵抗を小さくするためには
、メサストライプ及び高抵抗ブロック層の上に第二導電
型(ここでは半導体基板にn型を用いているのでp型)
の埋め込み層を形成し、その上に電極を設けることでコ
ンタクト面積を広くすることが有効と考えられる。但し
埋め込み層を全ての領域に渡って形成したのでは、低抵
抗な埋め込み層の存在により、レーザ領域と変調領域と
の間の分離抵抗が小さくなってしまう。この分離抵抗が
小さいと、変調信号のレーザ領域への漏れ込みにより波
長チャーピングが生じてしまう。この波長チャーピング
を伝送特性に影響を与えない程度に制御するためには、
数〜10にΩ以上の分離抵抗が必要とされる。しかし、
上記の従来の素子では分離抵抗は1にΩと十分ではなか
った。
本発明の目的は、横基本モードで動作し、高出力動作に
優れ、かつ十分な分離抵抗を有することにより変調時の
波長チャーピングが小さな集積型光変調器とその製造方
法を提供することにある。
(課題を解決するための手段) 本発明による集積型光変調器は、第一導電型の半導体基
板の上に形成された少なくとも活性層とその上の第二導
電型のクラッド層を含むメサストライプと、該メサスト
ライプの両側面を埋める高抵抗ブロック層とを備え、該
メサストライプは2分され、それぞれの活性層の禁制帯
幅の異なる集積型光変調器において、禁制帯幅の狭い活
性層を含む領域であるレーザ領域と禁制帯幅の広い活性
層を含む領域である変調領域との境界領域を除いて、前
記高抵抗ブロック層とメサストライプの上に第二導電型
の埋め込み層を有し、前記レーザ領域と変調領域の埋め
込み層の上に第一、第二の電極を有し、前記半導体基板
の下に第三の電極を有してなることを特徴とする。
また、本発明による集積型光変調器の製造方法は第一導
電型の半導体基板の上に少なくとも禁制帯幅の異なる活
性層とその上の第二導電型クラッド層を含むメサストラ
イプを形成した後、該メサストライプの両側面を高抵抗
ブロック層で埋め込む工程と、禁制帯幅の狭い活性層を
含む領域であるレーザ領域と禁制帯幅の広い活性層を含
む領域である変調領域との境界領域において前記高抵抗
ブロック層とメサストライプの上に絶縁膜を形成する工
程と、該絶縁膜の上を除いて第二導電型の埋め込み層を
形成する工程と、前記レーザ領域と変調領域の埋め込み
層の上に第一、第二の電極を、さらに前記半導体基板の
下に第三の電極を形成する工程とを含もことを特徴とす
る。
(作用) 埋め込み層をレーザ領域と変調領域にのみ形成し、境界
領域に設けなければ、電極と半導体とのコンタクト面積
を広くすることにより素子のオーミック抵抗を小さくし
、かつ二つの領域間の分離抵抗を大きくとることが可能
である。この場合、レーザ領域と変調領域とはメサスト
ライプの活性層上部のクラッド層のみにより電気的なつ
ながりを持つ。しかし、このクラッド層の断面積が十分
小さい(1〜2μm)ため、分離抵抗の値として数10
にΩ以上が期待される。
このような構造はウェハ全面に埋め込み層を形成した後
に、境界部において埋め込み層をエツチング除去しても
よいのであるが、この場合エツチング深さが浅過ぎると
分離抵抗が小さ過ぎたり、また深過ぎると活性層を導波
する光の散乱損失の原因になるため、非常に厳しい深さ
の制御が要求される。そこで、より簡単な方法で上記の
構造を得る方法は、メサストライプを高抵抗ブロック層
で側面を埋め込んだ後に、境界領域に相当する部分に絶
縁膜を形成し、その上から埋め込み層を結晶成長ずれば
、埋め込み層は境界領域を除いて積層する。これにより
制御良く、優れた特性の集積型変調器が得られる。
(実施例) 以下に本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。
第1図(a)(b)(c)(d)は本発明の実施例であ
る集積型光変調器及びその製造方法を説明する図である
第1図(a)ではn −InP基板1の上のレーザ領域
に相当する部分に周期240OAの回折格子2を干渉露
光法により形成した後、全面に波長組成1.3μmのn
 −InGaAsPガイド層3(厚e0.1pm)を成
長する。その上に選択成長法により、変調領域に波長組
成1.40pmのInGaAsP光吸収層4a(禁制帯
幅の広い活性層、厚さ0.25pm)を、またレーザ領
域に波長組成1.55pmのInGaAsP発光層4b
(禁制帯幅の狭い活性層、Hさ0.15pm)を形成す
る。光吸収層4a、発光層4bの上にp −InPIn
P基板1層51,0μm)を形成する。第1図(b)で
はエツチングによりストライプ状の活性層を含むメサス
トライプ6(幅約1.5pm)を形成した後、その両脇
をFeドープ高抵抗InPブロック層7(厚さ3pm)
とその上のn −InPバッファ層8(厚;glpm)
により埋め込む。そしてレーザ領域と変調領域の境界領
域の半導体表面に素子分離用の絶縁膜(8102)9を
形成する。絶縁膜9の幅は約10μmである。第1図(
C)では絶縁膜9が形成されたウェハ上にp −InP
埋め込み層10(厚さlpm)、その上にP −InG
aAsキャップ層11(厚さ0.3pm)を成長する。
このときレーザ領域と変調領域との境界部は絶縁膜9で
覆われているため、この部分には埋め込み層10は形成
されない。
尚ここまでの結晶成長は全てMO−VPE法により行な
った。第1図(d)ではウェハ表面全体にSiO□絶縁
膜12をCVD法によって形成した後、レーザ領域と変
調領域のメサストライプ6の上部において絶縁膜12域
には電極15を、半導体基板1の下にはコモン電極16
を形成する。レーザ領域の長さが400μm、変調領域
の長さが200pmとなるように素子を切り出した後に
、図中には示していないが、変調領域の端面にはSiN
膜からなる無反射コーティングを施した。
こうして得られた素子のレーザ領域に電流注入したとこ
ろしきい値電流13mAで、波長1.55pmで単一モ
ードで発振した。素子抵抗は4Ωと低い値を示した。従
って高出力動作に優れ変調器側から最高38mWの高出
力動作を得た。最高発振温度は108°Cであった。変
調器側を逆バイアス電圧により変調したところ、avp
−pの変調電圧に対して15dBの消光比を得た。レー
ザ領域と変調領域との分離抵抗は約20にΩと高く、従
って変調時においても信号電流のリークによる波長のチ
ャーピングはほとんど賎測されなかった。
尚本発明では発光層4bに1.55μm組威のInGa
AsPを用いたが、発光層4bはInGaAs/InG
aAsP多重量子井戸からなってもよい。また同様に、
光吸収層4aも禁制帯幅が発光層4bよりも広い多重量
子井戸からなっていてもよい。また本実施例では、高抵
抗ブロック層7の上にn −InPバッファ層8を設け
たが、n −InPバッファ層8は無くてもよく、その
場合でも本集積型光変調器はほとんど性能を損ねること
なく動作する。バッファ層8はInGaAsPからなっ
ていてもよく、この場合バッファ層8を境界部において
選択的に除去することができ、それによりレーザ領域と
変調領域との間の抵抗を一層高めることができる。更に
本発明は、レーザ領域が分布反射型半導体レーザ(DB
RLD)であっても、有効である。
(発明の効果) 本発明による集積型光変調器は、素子抵抗が低いため高
出力、高温動作に優れると共に、レーザ領域と変調領域
との間の分離抵抗が太きいため変調時のチャーピングが
小さいという特長を有している。本集積型光変調器は長
距離大容量光ファイバ通信用の光源として有望である。
【図面の簡単な説明】 第1図(aXbXcXd)は本発明の実施例である集積
型光変調器の製造方法を説明する工程図であり、図にお
いて1−n−InP基板、2・・・回折格子、3−n 
−InGaAsPガイド層、4a・InGaAsP光吸
収層、4b・InGaAsP発光層、5・・・p −I
nPクラッド層、6・・・メサストライプ、7−Feド
ープInP高抵抗層、8−n−InPバッファ層、9,
12・・・SiO2膜、1O−=p−InP埋め込み層
、11・P+−InGaAsキャップ層、13a、13
b1.tSiO2膜に開けた窓、14.15.16・・
・電極である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第一導電型の半導体基板の上に形成された少なく
    とも活性層とその上の第二導電型のクラッド層を含むメ
    サストライプと、該メサストライプの両側面を埋める高
    抵抗ブロック層とを備え、該メサストライプは2分され
    、それぞれの活性層の禁制帯幅の異なる集積型光変調器
    において、禁制帯幅の狭い活性層を含む領域であるレー
    ザ領域と禁制帯幅の広い活性層を含む領域である変調領
    域との境界領域を除いて、前記高抵抗ブロック層とメサ
    ストライプの上に第二導電型の埋め込み層を有し、前記
    レーザ領域と変調領域の埋め込み層の上に第一、第二の
    電極を有し、前記半導体基板の下に第三の電極を有して
    なることを特徴とする集積型光変調器。
  2. (2)第一導電型の半導体基板の上に少なくとも禁制帯
    幅の異なる活性層とその上の第二導電型クラッド層を含
    むメサストライプを形成した後、該メサストライプの両
    側面を高抵抗ブロック層で埋め込む工程と、禁制帯幅の
    狭い活性層を含む領域であるレーザ領域と禁制帯幅の広
    い活性層を含む領域である変調領域との境界領域におい
    て前記高抵抗ブロック層とメサストライプの上に絶縁膜
    を形成する工程と、該絶縁膜の上を除いて第二導電型の
    埋め込み層を形成する工程と、前記レーザ領域と変調領
    域の埋め込み層の上に第一、第二の電極を、さらに前記
    半導体基板の下に第三の電極を形成する工程とを含むこ
    とを特徴とする集積型光変調器の製造方法。
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