JPH0410582A - Semiconductor optical element - Google Patents

Semiconductor optical element

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JPH0410582A
JPH0410582A JP2112333A JP11233390A JPH0410582A JP H0410582 A JPH0410582 A JP H0410582A JP 2112333 A JP2112333 A JP 2112333A JP 11233390 A JP11233390 A JP 11233390A JP H0410582 A JPH0410582 A JP H0410582A
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JP
Japan
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optical waveguide
light
optical
face
substrate
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JP2112333A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroaki Yoshidaya
弘明 吉田谷
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Anritsu Corp
Original Assignee
Anritsu Corp
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Publication date
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    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
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    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched
    • HELECTRICITY
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Abstract

PURPOSE:To obtain a semiconductor optical element where outgoing light rays and an optical fiber are coupled well by a method wherein a relation between an outgoing direction in which light rays are emitted and a direction of an optical waveguide which guides light rays is set conforming to a Snell's law. CONSTITUTION:An InP buffer layer 13, an active layer 14, and a clad layer 15 are successively grown in crystal on a substrate to form a double hetero substrate, a mesa 10 tilted against the direction of a cleavage plane 4 is formed on the substrate, an InP second conductive layer 17 and an InP first conductive layer 18 are successively grown to fill, a dielectric layer 10 is deposited, an etching process is carried out, electrode materials 21 on patterns evaporated on both the sides of the substrate are lifted off, which are thermally treated into electrodes 22, and a dielectric layer 23 is evaporated again. Then, the dielectric layer 23 is removed, grooves 27 are provided through etching, and the substrate is split into slant optical waveguide elements 25. The element 25 is die-bonded, a wire 28 is bonded to the element 25 to finish an SLD, an SLA is set as long as the overall length of the slant optical waveguide element 25 and a heat sink 12, and the element 25 is arranged between an output optical fiber 29 and an input optical fiber 31. In result, an optical fiber and light rays can be easily coupled.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体基板上に設けられた光導波路に関する
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an optical waveguide provided on a semiconductor substrate.

すなわち、光導波路の端面の角度をスネルの法則にした
がって設定し、基準面に対して垂直または平行に出射さ
れるようにした半導体光素子に関する。
That is, the present invention relates to a semiconductor optical device in which the angle of the end face of an optical waveguide is set according to Snell's law so that light is emitted perpendicularly or parallel to a reference plane.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

低コヒーレント発光素子(5uper Lum1nes
centDiodeいわゆるSLD、)、半導体光直接
増幅素子(Semiconductor La5er 
AmplifierいわゆるSLA、)について、その
概略を説明する。
Low coherent light emitting device (5upper Lum1nes)
centDiode (so-called SLD), semiconductor optical direct amplification device (Semiconductor La5er)
An outline of Amplifier (so-called SLA) will be explained below.

低コヒーレント発光素子(以下、SLDという。Low coherent light emitting device (hereinafter referred to as SLD).

)は、光学利得を有する先導波路を持ち、かつレーザ発
振を抑圧した素子である。この結果として、レーザの発
光する前段において、比較的広い光スペクトル幅で、発
光ダイオード(Light Es+ittingDio
de、以下LEDという。)と比較して、より高い光出
力が得られる。そして、このSLDは低コヒーレンスの
ため、光源、光ファイバ、光ディスク等における戻り光
雑音や干渉を起こすスッペクル雑音が本質的に生じにく
い。また、光スペクトル幅が広く、近似的な白色光源と
なりえるため、光計測用として近年、精力的に開発され
ている。
) is an element that has a leading wavepath with optical gain and suppresses laser oscillation. As a result, in the stage before the laser emits light, a light emitting diode (Light Es+itting Dio
hereafter referred to as LED. ), higher light output can be obtained. Since this SLD has low coherence, it is essentially less likely to generate return optical noise or speckle noise that causes interference in a light source, optical fiber, optical disk, etc. In addition, it has a wide optical spectrum width and can be used as an approximate white light source, so it has been actively developed for optical measurement in recent years.

また、半導体光直接増幅素子(以下、SLAという。)
は、電流注入により光学利得を光導波路に与え、かつ、
レーザ発振を抑圧した素子であり、光伝送線路の途中に
配置される。現在、SLAは光伝送線路とのファイバ結
合損失を含めても光信号を20dB程度、直接、増幅し
得るものである。このSLAは、光スペクトル特性から
広帯域の光増幅が可能であり、かつ、同一材料から作製
される半導体レーザ(以下、LDという。)等との集積
化が可能である。そのため、将来の光交換システムを含
めた長距離高速大容量光通信網の中核をなす素子として
開発が急がれている。
In addition, a semiconductor optical direct amplification element (hereinafter referred to as SLA)
gives optical gain to the optical waveguide by current injection, and
This is an element that suppresses laser oscillation, and is placed in the middle of an optical transmission line. Currently, SLA can directly amplify an optical signal by about 20 dB even including fiber coupling loss with an optical transmission line. This SLA is capable of wide-band optical amplification due to its optical spectral characteristics, and can be integrated with a semiconductor laser (hereinafter referred to as LD) made from the same material. Therefore, there is an urgent need to develop it as a core element for long-distance, high-speed, large-capacity optical communication networks, including future optical switching systems.

以上述べた、SLD及びSLAの基本的動作は、LDの
光導波路端面における光反射のうち光導波路に結合され
る成分を抑圧して行われることが条件である。また、注
入密度を高めた場合においても、レーザ発振を生じさせ
ないということも必要である点で共通している。
The basic operation of the SLD and SLA described above is performed under the condition that the component coupled to the optical waveguide of the light reflection at the end face of the optical waveguide of the LD is suppressed. Furthermore, they have in common that even when the injection density is increased, it is necessary to prevent laser oscillation from occurring.

このように、SLD等の基本的動作は、LDの光導波路
の端面における光反射のうち光導波路Qこ結合される成
分を抑圧した状況下で行われる必要がある。
As described above, the basic operation of an SLD etc. needs to be performed under a condition in which the component coupled to the optical waveguide Q of the light reflection at the end face of the optical waveguide of the LD is suppressed.

この光導波路に結合される成分の抑圧、すなわち、光導
波路の結合反射率を低減するためには、一般には以下の
4つの手法が知られている。
In order to suppress the components coupled to the optical waveguide, that is, to reduce the coupling reflectance of the optical waveguide, the following four methods are generally known.

■ LDの光導波路の端面に無反射膜を施す。■ Apply an anti-reflection film to the end face of the LD optical waveguide.

■ 光導波路端に光吸収領域を設け、反射光を吸収させ
る。
■ A light absorption region is provided at the end of the optical waveguide to absorb reflected light.

■ 光導波路端に光吸収のない物質を埋め込むことによ
りいわゆる窓領域を設け、光導波路から放射された光、
及び窓領域内で反射する光を拡散させる。これによって
反射光の中で光導波路に結合される成分を抑圧する。
■ A so-called window area is created by embedding a material that does not absorb light at the end of the optical waveguide, and the light emitted from the optical waveguide,
and diffuse the light reflected within the window area. This suppresses the components of the reflected light that are coupled to the optical waveguide.

■ 光を放射する端面に対して光導波路を傾斜して設け
、端面に反射し光導波路に結合される成分を抑圧する。
(2) The optical waveguide is provided at an angle with respect to the end face that emits light, and the component reflected from the end face and coupled to the optical waveguide is suppressed.

しかし、■から■までの手法には以下の問題がある。However, the methods from ■ to ■ have the following problems.

■については以下の問題がある。Regarding ■, there are the following problems.

無反射膜を用いた場合、反射率≦10−’&するために
は層厚を5nm以内、屈折率を0.05以内の精度で制
御する必要がある(例えば、電子通信学会技術研究報告
0QE84−93、pp、29〜pp、36斎藤、向弁
、三上) また、TE、 TMの両モードについて、同時に、同一
のレヘルまで低減できないと報告されている(例えば、
G、A、AIphonse etal、 Applie
d PhysicsLetters、 Vol 55、
No、22 27 November 1989 pp
、2289〜pp、2291 )。
When using a non-reflective film, it is necessary to control the layer thickness to within 5 nm and the refractive index to within 0.05 in order to achieve a reflectance of 10-'& (e.g., IEICE technical research report 0QE84). -93, pp, 29-pp, 36 Saito, Mukaiben, Mikami) It has also been reported that both TE and TM modes cannot be reduced to the same level at the same time (for example,
G, A, AIphonese etal, Applie
d Physics Letters, Vol 55,
No. 22 27 November 1989 pp
, 2289-pp, 2291).

そのうえ、この無反射膜を用いる手法は光波の共振現象
によって行われているため、光の波長の広い範囲にわた
り安定した低反射率を実現することができない。
Furthermore, since this method of using a non-reflective film relies on the resonance phenomenon of light waves, it is not possible to achieve a stable low reflectance over a wide range of light wavelengths.

■については以下の問題がある。Regarding ■, there are the following problems.

光導波路端に光吸収領域を設けた場合、この領域は可飽
和吸収体として働(ために、光導波路中の光密度しきい
値を境として急激に吸収が変化し、かつ、この変化は結
晶成長及びデバイス形成時に意図せずに導入される結晶
の欠陥が非発光再結晶中心となる。そのため、製造上、
光吸収特性及びその経時特性に、ばらつきが生し、安定
した素子特性が得られ難い。さらに、そればかりでなく
、先導波路端に形成された光吸収2■域のために、入射
もしくは出射信号光が減衰するため、光直接増幅素子が
得られない。
When a light absorption region is provided at the end of an optical waveguide, this region acts as a saturable absorber (therefore, the absorption changes rapidly after reaching the optical density threshold in the optical waveguide, and this change occurs due to the crystal Crystal defects that are unintentionally introduced during growth and device formation become non-emissive recrystallization centers.
Variations occur in the light absorption characteristics and their characteristics over time, making it difficult to obtain stable device characteristics. Furthermore, not only this, but also an optical direct amplification element cannot be obtained because the input or output signal light is attenuated due to the optical absorption 2-2 region formed at the end of the leading waveguide.

■については以下の問題がある。Regarding ■, there are the following problems.

窓領域とは、光導波路端と窓領域との境界における光反
射を除去すべくその光導波路を形成する物質と同一か、
ごく近い屈折率を有する物質により光導波路端面に接し
、かつ、その光導波路端面からある長さを隔てて終端面
を有するように形成された領域を指す。この窓領域の機
能は、窓領域と接した光導波路端面からその窓領域に入
射した光はその窓領域中を拡散しながら、その窓領域の
終端面を経てその光導波路端面に戻って来るが、その拡
散により光導波路端面を通過し、光導波路中に帰還する
成分を著しく抑圧させるというものである。
The window region is made of the same material that forms the optical waveguide in order to eliminate light reflection at the boundary between the end of the optical waveguide and the window region, or
Refers to a region formed by a substance having a very similar refractive index so as to be in contact with the end face of an optical waveguide, and to have a termination face separated by a certain length from the end face of the optical waveguide. The function of this window area is that light that enters the window area from the end face of the optical waveguide in contact with the window area diffuses through the window area and returns to the end face of the optical waveguide via the end face of the window area. By its diffusion, the component that passes through the end face of the optical waveguide and returns into the optical waveguide is significantly suppressed.

しかし、例えば、埋め込み型構造をとるGaxIn+−
XAsy P+−y/InP化合物半導体系光素子にお
いては、その化合、物半導体系により窓領域を結晶成長
により形成するが、一般にその光導波路端面に対する化
合物半導体の結晶成長に再現性が乏しい。このため、光
導波路端面と窓領域との境界における光反射を十分に抑
圧できない。また、光導波路端面と窓領域との境界で光
の透過が乱されることによって窓領域の終端面よりの出
射光において近視野像、及び遠視野像の乱れが生しる。
However, for example, GaxIn+- which has an embedded structure
In the XAsy P+-y/InP compound semiconductor optical device, a window region is formed by crystal growth using the compound semiconductor, but the crystal growth of the compound semiconductor on the end face of the optical waveguide generally has poor reproducibility. Therefore, light reflection at the boundary between the optical waveguide end face and the window region cannot be sufficiently suppressed. In addition, since the transmission of light is disturbed at the boundary between the optical waveguide end face and the window region, a near-field image and a far-field image are disturbed in the light emitted from the end face of the window region.

そのため、出射光を光ファイバに入射する場合、その出
射光のなかで光ファイバに入射する割合が低下するとい
う問題点がある。
Therefore, when the emitted light is incident on the optical fiber, there is a problem that the proportion of the emitted light that is incident on the optical fiber decreases.

[発明が解決しようとする課題〕 以上の■から■までの手法に比べて、■の光放射端面に
対して光導波路を傾斜して設け、端面反射の光導波路に
結合する成分を抑圧するという手法は、簡便であり実現
性もある。
[Problem to be solved by the invention] Compared to the above methods from ■ to ■, the method of ■ is to provide the optical waveguide at an angle with respect to the light emitting end face, and to suppress the component coupled to the optical waveguide due to the end face reflection. The method is simple and feasible.

しかし、■についても以下の問題がある。However, ■ also has the following problems.

まず、光導波路が傾斜した素子の形成法は、例えば、屈
折率導波路構造を採用する素子の場合、第−導伝型の例
えば、InP基板上に第−導伝型のlnP緩衝層、Ga
X I nl−x As、P+−v /InP活性層、
第二導伝型のJnPを順次結晶成長してなるダブルへテ
ロ基板上にストライプ状のエツチングマスクを形成した
上で、その活性層を含むようにメサ状にエツチングし、
後に屈折率導波路となるメサストライプを形成する。こ
の時メサストライプの方向を光出射端面の面方向と一致
しないように設定する。
First, a method for forming an element with an inclined optical waveguide is, for example, in the case of an element employing a refractive index waveguide structure, a Ga
X I nl-x As, P+-v /InP active layer,
A stripe-shaped etching mask is formed on a double hetero substrate made by sequential crystal growth of second conductivity type JnP, and then a mesa-shaped etching mask is etched to include the active layer.
Form a mesa stripe that will later become a refractive index waveguide. At this time, the direction of the mesa stripe is set so as not to coincide with the surface direction of the light emitting end face.

引続きそのメサストライプをそのマスクにより覆われた
部分を除いて第二導伝型1nP、第−導伝型1nPを順
次成長することにより埋め込み層を形成して素子構造が
完成する。このような構成においては、光導波路内から
光導波路端面を通過して出射する光線は光導波路端面を
通過する前後において、前記光導波路端面に仮想的に立
てた法線に対する角度の正弦と媒質の屈折率の積が保存
されるというスネルの法則を満たす。
Subsequently, the second conductivity type 1nP and the second conductivity type 1nP are sequentially grown on the mesa stripe except for the portion covered by the mask, thereby forming a buried layer and completing the device structure. In such a configuration, a ray emitted from within the optical waveguide after passing through the end face of the optical waveguide is determined by the sine of the angle with respect to the virtual normal to the end face of the optical waveguide and the sine of the medium before and after passing through the end face of the optical waveguide. Satisfies Snell's law that the product of refractive index is conserved.

そのため、光導波路の傾斜角と光出射角とは、より低い
反射率を求めて光導波路の傾斜角を太きくするにつれて
出射光方向が光出射端面の法線方向から離れて行くとい
う関係にある。
Therefore, the inclination angle of the optical waveguide and the light output angle are in a relationship such that as the inclination angle of the optical waveguide increases in order to obtain a lower reflectance, the direction of the output light moves away from the normal direction of the light output end face. .

この関係を第9図、第10図に示す。This relationship is shown in FIGS. 9 and 10.

第9図で説明すると、光出射端面7はへき開により形成
されている。そして、光導波路6が傾斜した素子をダイ
アモンド等のヒートシンク12に接合する工程で、へき
関された端面を方向設定の基準としている。そのへき関
された端面の法線方向8に対してθi傾斜した光導波路
6の内部を伝播する光9は、スネルの法則に従い、第9
図中のθrの角度を有する出射光5となる。この結果、
光導波路6が傾斜している素子と法線方向8とに平行な
光伝送線路に沿っている光ファイバとの結合がむずかし
くなる。
To explain with reference to FIG. 9, the light emitting end face 7 is formed by cleavage. Then, in the process of joining the element with the inclined optical waveguide 6 to the heat sink 12 such as a diamond, the separated end face is used as a reference for setting the direction. According to Snell's law, the light 9 propagating inside the optical waveguide 6 which is inclined θi with respect to the normal direction 8 of the separated end faces is
The output light 5 has an angle of θr in the figure. As a result,
It becomes difficult to couple an element in which the optical waveguide 6 is inclined with an optical fiber running along an optical transmission line parallel to the normal direction 8.

また、このように先導波路6の傾きを大きく取った場合
、出射光5を受ける光ファイバも必然的に傾くので、光
ファイバの受光効率を向上させるためには、光導波路6
が傾斜した光出射端面7と光ファイバ端とを、例えば、
10μm程度に接近させる必要がある。しかし、この場
合光ファイバ端が光出射端面7に接触するようになって
しまう。
In addition, when the inclination of the leading waveguide 6 is made large in this way, the optical fiber receiving the emitted light 5 is also inevitably inclined, so in order to improve the light reception efficiency of the optical fiber, it is necessary to
For example, the light emitting end face 7 and the optical fiber end are tilted.
It is necessary to bring them close to each other by about 10 μm. However, in this case, the end of the optical fiber comes into contact with the light emitting end surface 7.

本発明は、傾斜した先導波路を有するSLD及びSLA
における上記のような事情を鑑みてなされたものであり
、光導波路の結合反射率を強く抑圧した上でも、出射光
と光ファイバとの結合が良好となる半導体光素子を提供
することを課題とする。
The present invention provides SLDs and SLAs with inclined leading wavepaths.
This was done in view of the above-mentioned circumstances, and the object of the present invention is to provide a semiconductor optical device in which the coupling reflectance of the optical waveguide is strongly suppressed and the coupling between the emitted light and the optical fiber is good. do.

〔課題を解決するだめの手段〕[Failure to solve the problem]

上記課題を解決するために本発明の半導体光素子におい
ては、光が導波する先導波路の方向と光が出射される出
射面方向との間との関係をス矛ルの法則に従って設定し
た構成とした。
In order to solve the above problems, the semiconductor optical device of the present invention has a configuration in which the relationship between the direction of the leading waveguide through which the light is guided and the direction of the exit surface from which the light is emitted is set in accordance with Spearl's law. And so.

すなわち、この半導体光素子は、導波する光がスネルの
法則に従っ、で定めた基準面に対して平行または垂直方
向に光を放出、または導入するような角度をもってその
一つの端面を配設した第1の光導波路が半導体基板上に
形成され、その第1の光導波路の端面から放出される光
を導入、または放出し、そして上記のごとく定めた第1
の基準面に対して平行または垂直に配設される第2の基
準面とを有する第2の光導波路とを備えている。
In other words, one end face of this semiconductor optical device is arranged at an angle such that guided light emits or introduces light in a direction parallel or perpendicular to the reference plane determined by Snell's law. A first optical waveguide is formed on a semiconductor substrate, and a first optical waveguide defined as described above is introduced or emitted from an end face of the first optical waveguide.
and a second reference plane disposed parallel or perpendicular to the reference plane.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の半導体光素子の一実施例を図面を用いて
説明する。
An embodiment of the semiconductor optical device of the present invention will be described below with reference to the drawings.

ここで、第1の光導波路は単に光導波路6として、第2
の光導波路は第2の光導波路3として以下述べる。
Here, the first optical waveguide is simply an optical waveguide 6, and the second optical waveguide is
The optical waveguide will be described below as the second optical waveguide 3.

第1の実施例の構成において、第1図で俯かん図を、第
2図で模式的な見取図を示す。
In the configuration of the first embodiment, FIG. 1 shows an overhead view, and FIG. 2 shows a schematic sketch.

まず、光導波路6に対して平行に進む光9があり、その
光9は光導波路6の光出射光導波路端面2で出射光5と
なる。出射光5は第1の基準面としてのへき開面4に対
し任意の方向で、かつ、水平または垂直方向になるよう
に、鉛直な光出射光導波路端面2を形成する。この光出
射光導波路端面2の形成はウェットまたはドライエツチ
ングにより行われる。次に、出射光5はへき開面4に平
行または垂直の位置にある第2の光導波路3の第2の基
準面1に対して垂直に入射され、第2の光導波路3の内
部を平行に進む。
First, there is light 9 that travels parallel to the optical waveguide 6 , and the light 9 becomes output light 5 at the light output waveguide end face 2 of the optical waveguide 6 . The emitted light 5 forms a vertical light emitting optical waveguide end face 2 so that the emitted light 5 is in an arbitrary direction, horizontally or vertically, with respect to the cleavage plane 4 as the first reference plane. The formation of this light output optical waveguide end face 2 is performed by wet or dry etching. Next, the emitted light 5 is incident perpendicularly to the second reference plane 1 of the second optical waveguide 3 located parallel or perpendicular to the cleavage plane 4, and travels inside the second optical waveguide 3 in parallel. move on.

そして、光出射光導波路端面2からの出射光5の方向が
、へき開面4の法線方向8に一致する条件を、例えばG
a InAsP/InP (Ag−1゜55μm)に通
用した場合、光9と光出射光導波路端面2との間に成立
する関係を第3図及び、第4図に示す。
Then, the condition that the direction of the output light 5 from the light output optical waveguide end face 2 coincides with the normal direction 8 of the cleavage plane 4 is set, for example, by G
a When applicable to InAsP/InP (Ag-1°55 μm), the relationship established between the light 9 and the light output optical waveguide end face 2 is shown in FIGS. 3 and 4.

第3図中の角度:θnは光出射光導波路端面2の法XH
“に対する光9の傾きである。
Angle in Figure 3: θn is the normal XH of the end face 2 of the light output optical waveguide
It is the inclination of the light 9 with respect to ".

角度:θfは法線方向8に対する光出射光導波路端面2
の傾きである。
Angle: θf is the light output optical waveguide end face 2 with respect to the normal direction 8
is the slope of

角度:θiは法線方向8゛に対する光9の傾きである。Angle: θi is the inclination of the light 9 with respect to the normal direction 8°.

このような構成による光出射光導波路端面2における光
9がもとの光導波路6に帰還する割合(光導波路結合反
射率)の例を、その光出射光導波路端面2に対する光9
の傾き角:θnの関数として第8図に示す。光導波路結
合反射率はθnと共に急激に減少し、例えば、第3図に
示した結晶系において光出射光導波路端面2の方向が法
線方向8に対しで45°傾いている場合は、光導波路結
合反射率として屈折率光導波路構造においても5X I
 O−’以下が得られることがわかる(破線で示す)。
An example of the ratio (optical waveguide coupling reflectance) of the light 9 at the light output optical waveguide end face 2 returning to the original optical waveguide 6 with such a configuration is the ratio of the light 9 to the light output optical waveguide end face 2.
The inclination angle of is shown in FIG. 8 as a function of θn. The optical waveguide coupling reflectance decreases rapidly with θn. For example, in the crystal system shown in FIG. 5X I also in the refractive index optical waveguide structure as a coupled reflectance
It can be seen that less than O-' can be obtained (indicated by a broken line).

以下に、本発明の半導体光素子を形成する一実施例を第
5図にて説明する。
An example of forming a semiconductor optical device of the present invention will be described below with reference to FIG.

(1)  第−導伝層を有するInP基板上に第−導伝
層のInPハンファ層13、活性層14、第二導伝層の
クラッド層15を順次結晶成長する。
(1) On an InP substrate having a first conductive layer, an InP Hanwha layer 13 as a first conductive layer, an active layer 14, and a cladding layer 15 as a second conductive layer are successively crystal-grown.

(2)  (1)の工程により成長したダブルへテロ基
板のへき開面4方向に対し傾けたメサ16を通常のLD
と同様な手法により形成する。
(2) The mesa 16 tilted with respect to the four directions of the cleavage plane of the double hetero substrate grown in the step (1) is used as a normal LD.
Formed using the same method as .

(3)  それを第二導伝層17、第−導伝層18のI
nPにて順次埋め込み成長を行う。
(3) Add it to the second conductive layer 17 and the second conductive layer
Filling growth is performed sequentially using nP.

(4)次に、InP基板上に、後にエツチングマスクと
なる誘電体層19をプラズマCVD等によって被着する
。その後、光導波路6となるメサ16方向と光出射端面
7との角度を考慮し、後に光出射端面7を含む溝を形成
するためのレジストパターン20を形成する。次に、光
出射端面7を含む溝を形成する過程を第5図に示す(4
)の過程におけるAA′断面で(a)からげ)を用いて
説明する。
(4) Next, a dielectric layer 19 that will later become an etching mask is deposited on the InP substrate by plasma CVD or the like. Thereafter, taking into consideration the angle between the direction of the mesa 16, which will become the optical waveguide 6, and the light emitting end surface 7, a resist pattern 20 for forming a groove including the light emitting end surface 7 later is formed. Next, the process of forming a groove including the light emitting end surface 7 is shown in FIG.
This will be explained using (a) Karage) at the AA' cross section in the process of ).

(a)  基板上の誘電体層19をレジストパターン2
0状にエツチングした後、電極材料21を基板の表裏両
面にそれぞれの導伝性に合わせて蒸着する。
(a) Resist pattern 2 on the dielectric layer 19 on the substrate
After etching into a zero shape, electrode material 21 is deposited on both the front and back surfaces of the substrate in accordance with the respective conductivity.

(b)  レジストパターン20をアセトン等で溶解し
て、パターン上の電極材料21をリフトオフした後、熱
処理を施し、電極22を形成する。
(b) After dissolving the resist pattern 20 with acetone or the like to lift off the electrode material 21 on the pattern, heat treatment is performed to form the electrode 22.

(C)  このように電極22が形成された基板上に、
再び、誘電体層23を被着する。
(C) On the substrate on which the electrode 22 is formed in this way,
Again, a dielectric layer 23 is applied.

(d)  レジスト24を塗布した後、前記レジストパ
ターン20と平行にエツチングするための領域の窓を開
ける。
(d) After applying the resist 24, a window is opened in a region for etching parallel to the resist pattern 20.

(e)  引き続いて、レジスト24をマスクとして誘
電体層23を除去する。
(e) Subsequently, the dielectric layer 23 is removed using the resist 24 as a mask.

(f)  その後、誘電体層23をマスクとして、Ga
T n A s / I n P結晶、またはGa1n
AsP/ I n P結晶にウェット法やドライ法を用
いて工・ンチングを施し、溝27を形成する。
(f) Then, using the dielectric layer 23 as a mask, Ga
T n As / I n P crystal or Ga1n
Grooves 27 are formed by processing and etching the AsP/InP crystal using a wet method or a dry method.

(5)  以上(a)からげ)の工程により溝27を有
する基板が形成される。(第5図 (5)参照)(6)
  次に、溝27の垂直部分に活性層を含む光導波路6
の端面が一致するようにInP基板を、へき開もしくは
ダイシングに依って分割することにより、傾斜光導波路
素子25を得ることができる。
(5) A substrate having grooves 27 is formed by the process (a) Karaage) above. (See Figure 5 (5)) (6)
Next, an optical waveguide 6 including an active layer is formed in the vertical portion of the groove 27.
The inclined optical waveguide element 25 can be obtained by dividing the InP substrate by cleaving or dicing so that the end faces of the two sides coincide with each other.

そして、本発明の半導体光素子を用いた(7)、(8)
の応用例がある。
And (7), (8) using the semiconductor optical device of the present invention
There are examples of applications.

(力 そして、この傾斜光導波路素子25を、ダイアモ
ンド等のヒートシンク12の端面に、結晶のへき開面4
を一致させてダイボンディングした後、傾斜光導波路素
子25へのワイアーボンディング28を行いSLDを完
成させる。
(Force) Then, this inclined optical waveguide element 25 is attached to the end face of the heat sink 12, such as a diamond, at the cleavage plane 4 of the crystal.
After matching and performing die bonding, wire bonding 28 to the inclined optical waveguide element 25 is performed to complete the SLD.

(8)  一方、SLAは、傾斜光導波路素子25とヒ
ートシンク12との全長を同程度とし、これを出力光フ
ァイバ29と入力光ファイバ31の間に配置することに
より完成する。
(8) On the other hand, SLA is completed by making the total lengths of the inclined optical waveguide element 25 and the heat sink 12 approximately the same, and placing them between the output optical fiber 29 and the input optical fiber 31.

このSLD、SLAは、ワイアー28を通して電流また
は電子を傾斜光導波路素子25に注入することにより機
能する。
The SLD and SLA function by injecting current or electrons into the inclined optical waveguide element 25 through the wire 28.

これまで、Ga1nAsP/InP系屈折率導波構造素
子に付いて説明してきたが、本発明は利得導波構造やり
ンジ光導波路構造及びAlGaAs / G a A 
S系など他の結晶系の素子にも適用できることは言うま
でもない。
Up to now, the explanation has been made regarding a Ga1nAsP/InP-based refractive index waveguide structure element, but the present invention also relates to a gain waveguide structure, an optical waveguide structure, and an AlGaAs/GaA
Needless to say, the present invention can also be applied to other crystalline elements such as S-type.

また、第2の実施例として、本発明の半導体光素子を分
布帰還型半導体レーザ(DFB−LD)に適用した例を
第6図に、分布ブラッグ反射型半導体レーザ(DBR−
LD)に適用した例を第7図に示した。
Further, as a second embodiment, an example in which the semiconductor optical device of the present invention is applied to a distributed feedback semiconductor laser (DFB-LD) is shown in FIG.
FIG. 7 shows an example in which this method is applied to a LD.

DFB−LDは活性層14に沿って発振波長を選択する
回折格子32が刻まれたガイド層30を具備している。
The DFB-LD includes a guide layer 30 in which a diffraction grating 32 for selecting an oscillation wavelength is carved along the active layer 14 .

一方、DBR−LDは活性層14と光を選択的に反射す
る回折格子32を有するガイド層30が直列に結合され
た構造となっている。この側構造とも回折格子32は、
ガイド層30の方向に光を回折するように第5図(1)
の工程で作られたダフルへテロ基板の形成時に作り込ま
れており、それ以後の埋め込み成長工程は、第1の実施
例にあるSLDやSLAと基本的に同一である。このよ
うに、本発明をDBR−LD、または、DFB−LDに
適用した場合の効果は以下のとおりである。
On the other hand, the DBR-LD has a structure in which an active layer 14 and a guide layer 30 having a diffraction grating 32 that selectively reflects light are coupled in series. In this side structure, the diffraction grating 32 is
FIG. 5 (1) so that the light is diffracted in the direction of the guide layer 30.
It is formed during the formation of the duffle hetero substrate made in the process of 1, and the subsequent buried growth process is basically the same as that of SLD and SLA in the first embodiment. As described above, the effects when the present invention is applied to DBR-LD or DFB-LD are as follows.

DBR−LD、または、DFB−LDにおいて、先光導
波路端面における回折格子32の位相がレーザ発振の特
性に強い影響を与える。例えば、GaI n A s 
P / I n P光半導体レーザにおいて、次回折格
子32のピンチは、200〜250nmと微細である。
In a DBR-LD or a DFB-LD, the phase of the diffraction grating 32 at the end face of the optical waveguide has a strong influence on the characteristics of laser oscillation. For example, GaI n A s
In the P/I n P optical semiconductor laser, the pinch of the order diffraction grating 32 is as fine as 200 to 250 nm.

そのため、へき開等による光導波路端面の形成において
、回折格子32の位相制御は、現在、はぼ不可能である
。それゆえ、これらのLDの発振特性を安定化するため
には、光導波路端面での光の反射を抑圧する必要がある
。本発明では、このような問題の解決に対しても有効で
あることはこれまでの説明からも明らかである。
For this reason, it is currently impossible to control the phase of the diffraction grating 32 when forming an optical waveguide end face by cleavage or the like. Therefore, in order to stabilize the oscillation characteristics of these LDs, it is necessary to suppress the reflection of light at the end face of the optical waveguide. It is clear from the above description that the present invention is effective in solving such problems.

そして、また本発明による構成を半導体レーザ型光スイ
ッチに適用することもできる。
Furthermore, the configuration according to the present invention can also be applied to a semiconductor laser type optical switch.

この場合の効果は以下のとおりである。The effects in this case are as follows.

本発明の半導体光素子では、光出射端が光入射の垂直方
向にずれているため、スイッチ−オフ状態において、ク
ロストークの原因となる素子への入射光が活性層を迂回
して伝播する。そのため、光出射端へ直接出る光信号成
分を従来の物より削減できると言う利点もある。
In the semiconductor optical device of the present invention, since the light emitting end is shifted in the direction perpendicular to the light incidence, in the switch-off state, incident light to the device, which causes crosstalk, propagates around the active layer. Therefore, there is an advantage that the optical signal component directly output to the light output end can be reduced compared to the conventional one.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明の構成によれば、次のような利点が得られる。 According to the configuration of the present invention, the following advantages can be obtained.

まず、結合反射率を抑圧した上で、光を基準面に対して
平行または垂直に出射または導入できるので、光の結合
が容易にできるようになった。
First, since the light can be emitted or introduced parallel or perpendicular to the reference plane while suppressing the coupling reflectance, the light can now be easily coupled.

次に、半導体光素子の基準面に対して平行または垂直に
という調整しやすい角度で光を出射できる。したがって
、光出射端面以外の、へき開面により素子の位置合わせ
を通常の半導体レーザ同様容易にできるので、製造が容
易である。
Next, light can be emitted at an easily adjustable angle parallel to or perpendicular to the reference plane of the semiconductor optical device. Therefore, the element can be easily aligned using the cleavage plane other than the light emitting end face, as in a normal semiconductor laser, and therefore manufacturing is easy.

また、この反射率の低減は無反射膜のような物質の有す
る波長依存性を、はとんど持たない方法で行っているた
め、広範囲の波長にねったで、ファブリ・ペローモード
発振の抑圧が可能となる。
In addition, this reduction in reflectance is achieved using a method that does not have the wavelength dependence of materials such as non-reflective films, so it suppresses Fabry-Perot mode oscillation over a wide range of wavelengths. becomes possible.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の半導体光素子の俯かん図、第2図は本
発明の半導体光素子を模式的に示した見取図、 第3図は第1図の光出射端面付近を拡大した図、第4図
は光導波路と光出射端面との間に成立する関係を説明す
る図、 第5図は本発明の半導体光素子の製造工程を示した図、 第6図は本発明の半導体光素子をDFB−LDに使用し
た場合の俯かん図、 第7図は本発明の半導体光素子をDBR−LDに使用し
た場合の俯かん図、 第8図は光出射端面における入射光が元の光導波路に帰
還する割合(光導波路結合反射率)の例を第3図に示す
端面に対する光導波路傾き角:θnの関数として示した
図である。 第9図は従来の半導体光素子の俯かん図、第1O図は従
来の半導体光素子を模式的に示した見取図である。 12・ 13・ 15・ 16・ 18・ 20・ 22・ 24・ 27・ 29・ 31 ・ 第2の光導波路 へき開面、5・・・出射光、 光導波路、7・・・光出射端面、 法線方向、9・・・光、 出射光、11・・・半導体基板 ヒートシンク、 InPハンフ7層、14・・・活性層、第2導伝層のク
ラット層、 メサ、17・・・第2導伝層、 第1導伝層、19・・・誘電体層、 レジストパターン、21・・・電極材料、電極、23・
・・誘電体層、 レジスト、25・・・傾斜光導波路素子、溝、2B・・
・ワイアー 出力ファイバ、30・・・ガイド層、 人力ファイバ。32・・・回折格子。 1・・・第2の基準面、 2・・・光出射光導波路端面、 出願人      アンリッ株式会社 代理人  弁理士  小 池 龍太部 第 図 第 図 第 図 64ノ 第 図 +00 φr (度) 図 第 図 第 図 θ、+ (及ン 第1 0図
FIG. 1 is an overhead view of the semiconductor optical device of the present invention, FIG. 2 is a sketch diagram schematically showing the semiconductor optical device of the present invention, and FIG. 3 is an enlarged view of the vicinity of the light emitting end face of FIG. 1. FIG. 4 is a diagram explaining the relationship established between the optical waveguide and the light emitting end face, FIG. 5 is a diagram showing the manufacturing process of the semiconductor optical device of the present invention, and FIG. 6 is the diagram of the semiconductor optical device of the present invention. Fig. 7 is an overhead view when the semiconductor optical device of the present invention is used in a DBR-LD, and Fig. 8 shows how the incident light at the light output end face returns to the original light guide. 4 is a diagram showing an example of the rate of feedback to the waveguide (optical waveguide coupling reflectance) as a function of the optical waveguide inclination angle: θn with respect to the end face shown in FIG. 3. FIG. FIG. 9 is an overhead view of a conventional semiconductor optical device, and FIG. 1O is a schematic diagram of a conventional semiconductor optical device. 12, 13, 15, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 29, 31 ・Second optical waveguide cleavage plane, 5... Output light, optical waveguide, 7... Light output end face, normal line Direction, 9... Light, Emitted light, 11... Semiconductor substrate heat sink, InP half layer 7, 14... Active layer, crat layer of second conductive layer, Mesa, 17... Second conductive layer layer, first conductive layer, 19... dielectric layer, resist pattern, 21... electrode material, electrode, 23.
...dielectric layer, resist, 25...slanted optical waveguide element, groove, 2B...
・Wire output fiber, 30...guide layer, human power fiber. 32... Diffraction grating. 1...Second reference plane, 2...Light output optical waveguide end surface, Applicant: Anri Co., Ltd. Agent Patent attorney: Ryutabe Koike Figure Figure Figure 64 +00 φr (degrees) Figure Number Fig. θ, + (and Fig. 10

Claims (1)

【特許請求の範囲】  第1の基準面(4)を有する半導体基板(11)と、
該半導体基板(11)上に形成され、それが導波する光
(9)がスネルの法則に従って第1の基準面(4)に対
して平行または垂直方向に光を放出または導入するよう
な角度をもってその一つの端面(2)が配設されている
第1の光導波路(6)と、 該第1の光導波路(6)の前記端面(2)より放出され
る光(5)を導入または放出し、かつ、前記第1の基準
面(4)と平行または垂直に配設される第2の基準面(
1)とを有する第2の光導波路(3)とを備えた半導体
光素子。
[Claims] A semiconductor substrate (11) having a first reference surface (4);
An angle formed on the semiconductor substrate (11) such that the light (9) guided by it emits or introduces light in a direction parallel or perpendicular to the first reference plane (4) according to Snell's law. a first optical waveguide (6) with one end face (2) disposed with the first optical waveguide (6); and introducing or introducing light (5) emitted from the end face (2) of the first optical waveguide (6). a second reference plane (4) disposed parallel or perpendicular to the first reference plane (4);
1) and a second optical waveguide (3).
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