JPH0653596A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH0653596A JPH0653596A JP20004292A JP20004292A JPH0653596A JP H0653596 A JPH0653596 A JP H0653596A JP 20004292 A JP20004292 A JP 20004292A JP 20004292 A JP20004292 A JP 20004292A JP H0653596 A JPH0653596 A JP H0653596A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高い繰り返し周波数で動作し制御容易で時間
幅・スペクトル幅もより狭い、より高出力の半導体発光
素子を提供する。 【構成】 半導体発光素子１０は基板２０上に形成した
半導体部分１５，１６，１７を含むＤＦＢレーザ部１
２，光変調器部１３，光増幅器部１４からなる光導波路
１１を持つ。これらは界面１９を挟む対向端部１５Ａと
１６Ａ，１６Ａと１７Ａを含む領域に沿い分離部４０で
分離する。１７は回折格子２９を持つ。それらの活性層
２６，３４はウェル層２６Ａ，３４Ａとバリア層２６
Ｂ，３４ＢからなるＭＱＷ構造をとる。上下クラッド層
３０，２４同士、半導体部分１６の上下クラッド層３
６，３２同士は導電型が異なる。１２と１４は１３の下
クラッド層３２を介して光結合領域１８で光学的に結合
する。埋込み部４４，４６，４７をキャップ層４２と同
じ高さに設ける。電極４８，４９，５０，６２を設け
る。
幅・スペクトル幅もより狭い、より高出力の半導体発光
素子を提供する。 【構成】 半導体発光素子１０は基板２０上に形成した
半導体部分１５，１６，１７を含むＤＦＢレーザ部１
２，光変調器部１３，光増幅器部１４からなる光導波路
１１を持つ。これらは界面１９を挟む対向端部１５Ａと
１６Ａ，１６Ａと１７Ａを含む領域に沿い分離部４０で
分離する。１７は回折格子２９を持つ。それらの活性層
２６，３４はウェル層２６Ａ，３４Ａとバリア層２６
Ｂ，３４ＢからなるＭＱＷ構造をとる。上下クラッド層
３０，２４同士、半導体部分１６の上下クラッド層３
６，３２同士は導電型が異なる。１２と１４は１３の下
クラッド層３２を介して光結合領域１８で光学的に結合
する。埋込み部４４，４６，４７をキャップ層４２と同
じ高さに設ける。電極４８，４９，５０，６２を設け
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、光通信および光計測
における光源として高速な繰り返し周波数を有する短光
パルス発生素子に関するものである。
における光源として高速な繰り返し周波数を有する短光
パルス発生素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザは小形、直接変調可能とい
う特徴を持ち、超短光パルス発生に用いられてきた。そ
の方法は大別すると（１）Ｑスイッチング法、（２）利
得スイッチング法、（３）モード同期法の３種類であ
る。このうち、Ｑスイッチング法は素子製作が容易でな
い、動作制御が容易でないなどの問題点がある。利得ス
イッチング法は方式が簡便で繰り返し周波数が可変とい
う特徴はあるものの、狭くて高い繰り返し周波数の電流
パルスを必要とし、また、半導体レーザ自体は高速に動
作する必要があり、発生する光パルスも半導体レーザ固
有のチャープ特性のため、パルスの幅とそのスペクトル
幅の積がフーリエ変換によって規定される値より数倍大
きくなってしまうという欠点があった（通常、チャープ
量は線幅拡大係数αで表され、この積はαを用いて（１
＋α2 ）1/2 倍だけ大きくなる）。一方、モード同期法
は理論限界に近いパルス幅は得られているが、複雑な外
部共振器構成が必要であり、また、繰り返し周波数はこ
の外部共振器構成によって規定され、その共振周波数の
整数倍しか得ることができない。最近、以上述べた３つ
の方法とは別に電界吸収型の外部光変調器を用いた高速
短光パルス発生の方法（４）が報告されている（文献：
Ｍ／Ｓｕｚｕｋｉ等、ＣＬＥＯ’９２ ＰｏｓｔＤｅａ
ｄｌｉｎｅ Ｐａｐｅｒ，ＣＰＤ２６，５６−５７ペー
ジ，１９９２年参照）。図５はその原理を示すもので、
電界吸収型のバルク形の光変調器は外部より電界を印加
されると図のように吸収係数が変化しこれを透過する光
の強度を変調でき、その変化は印加電圧に対して非線形
であるので、外部から連続光を照射し（例えば半導体レ
ーザを直流で動かし）、光変調器に正弦波信号を乗せれ
ば信号の半波長より狭い光のパルスが発生できる。この
方法は比較的入手しやすい正弦波電圧を用いて繰り返し
周波数を自由に設定でき、しかもフーリエ変換無限に近
い狭線幅かつ狭スペクトル幅の光パルスが得られる利点
がある。
う特徴を持ち、超短光パルス発生に用いられてきた。そ
の方法は大別すると（１）Ｑスイッチング法、（２）利
得スイッチング法、（３）モード同期法の３種類であ
る。このうち、Ｑスイッチング法は素子製作が容易でな
い、動作制御が容易でないなどの問題点がある。利得ス
イッチング法は方式が簡便で繰り返し周波数が可変とい
う特徴はあるものの、狭くて高い繰り返し周波数の電流
パルスを必要とし、また、半導体レーザ自体は高速に動
作する必要があり、発生する光パルスも半導体レーザ固
有のチャープ特性のため、パルスの幅とそのスペクトル
幅の積がフーリエ変換によって規定される値より数倍大
きくなってしまうという欠点があった（通常、チャープ
量は線幅拡大係数αで表され、この積はαを用いて（１
＋α2 ）1/2 倍だけ大きくなる）。一方、モード同期法
は理論限界に近いパルス幅は得られているが、複雑な外
部共振器構成が必要であり、また、繰り返し周波数はこ
の外部共振器構成によって規定され、その共振周波数の
整数倍しか得ることができない。最近、以上述べた３つ
の方法とは別に電界吸収型の外部光変調器を用いた高速
短光パルス発生の方法（４）が報告されている（文献：
Ｍ／Ｓｕｚｕｋｉ等、ＣＬＥＯ’９２ ＰｏｓｔＤｅａ
ｄｌｉｎｅ Ｐａｐｅｒ，ＣＰＤ２６，５６−５７ペー
ジ，１９９２年参照）。図５はその原理を示すもので、
電界吸収型のバルク形の光変調器は外部より電界を印加
されると図のように吸収係数が変化しこれを透過する光
の強度を変調でき、その変化は印加電圧に対して非線形
であるので、外部から連続光を照射し（例えば半導体レ
ーザを直流で動かし）、光変調器に正弦波信号を乗せれ
ば信号の半波長より狭い光のパルスが発生できる。この
方法は比較的入手しやすい正弦波電圧を用いて繰り返し
周波数を自由に設定でき、しかもフーリエ変換無限に近
い狭線幅かつ狭スペクトル幅の光パルスが得られる利点
がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この時発生す
る光パルスの幅は上記外部光変調器の帯域で制限され、
高々２０ＧＨｚ程度であり（上記文献では８−１０ＧＨ
ｚ）、駆動電圧も低くなく、また、光変調器と光ファイ
バとの結合損の大きいことに起因して光の強度も弱いと
いう問題がある。
る光パルスの幅は上記外部光変調器の帯域で制限され、
高々２０ＧＨｚ程度であり（上記文献では８−１０ＧＨ
ｚ）、駆動電圧も低くなく、また、光変調器と光ファイ
バとの結合損の大きいことに起因して光の強度も弱いと
いう問題がある。
【０００４】従って、この発明の課題は、より高い繰り
返し周波数で動作し制御の容易な、かつ、簡便にして時
間幅のみならず、スペクトル幅もより狭い、より高出力
の半導体発光素子を提供することである。
返し周波数で動作し制御の容易な、かつ、簡便にして時
間幅のみならず、スペクトル幅もより狭い、より高出力
の半導体発光素子を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明に従う半導体発
光素子は、基板と、前記基板上に形成された 半導体レ
ーザと、前記基板上に形成され、前記半導体レーザの出
射光を強度変調する光変調器と、前記基板上に形成さ
れ、前記光変調器により変調された光を増幅する光増幅
器とを有し、前記光変調器は多重量子井戸からなる光導
波路を有するとともに前記光導波路中に回折格子を有す
ることを特徴とする。
光素子は、基板と、前記基板上に形成された 半導体レ
ーザと、前記基板上に形成され、前記半導体レーザの出
射光を強度変調する光変調器と、前記基板上に形成さ
れ、前記光変調器により変調された光を増幅する光増幅
器とを有し、前記光変調器は多重量子井戸からなる光導
波路を有するとともに前記光導波路中に回折格子を有す
ることを特徴とする。
【０００６】
【作用】半導体レーザ特有の小型、堅固性を維持しつ
つ、多重量子井戸構造を用いた超高速（超広帯域）・低
駆動電圧外部強度変調器を用いてレーザそのものには影
響を与えないで光変調器自体の持っている低チャープ性
を利用して、制御の容易な高い繰り返し周波数で簡便に
狭い光パルスの発生をするものである。
つ、多重量子井戸構造を用いた超高速（超広帯域）・低
駆動電圧外部強度変調器を用いてレーザそのものには影
響を与えないで光変調器自体の持っている低チャープ性
を利用して、制御の容易な高い繰り返し周波数で簡便に
狭い光パルスの発生をするものである。
【０００７】光源と光変調器との結合には個別の素子で
あれば、その間に光ファイバを介するため必ず結合損が
発生し、光の強度を落とす。また、ファイバとの結合に
はモジュールを必要とし、作製工程が増え、信頼性にも
問題が出てくる。これを解決するため、この発明に従え
ば、図１に示すように光変調器と半導体レーザをモノリ
シックに集積している。また、光変調器透過後の光は強
くないので同一基板上に進行波形の半導体増幅器を設け
これを通して光を増幅し、より高出力の光パルスの発生
をさせている。外部光変調器ではバルク形に比べて高速
性、低電圧駆動に有利な多重量子井戸構造を採用し、強
度変調器の電圧に対する強い非線形性や低チャープ性を
利用している。
あれば、その間に光ファイバを介するため必ず結合損が
発生し、光の強度を落とす。また、ファイバとの結合に
はモジュールを必要とし、作製工程が増え、信頼性にも
問題が出てくる。これを解決するため、この発明に従え
ば、図１に示すように光変調器と半導体レーザをモノリ
シックに集積している。また、光変調器透過後の光は強
くないので同一基板上に進行波形の半導体増幅器を設け
これを通して光を増幅し、より高出力の光パルスの発生
をさせている。外部光変調器ではバルク形に比べて高速
性、低電圧駆動に有利な多重量子井戸構造を採用し、強
度変調器の電圧に対する強い非線形性や低チャープ性を
利用している。
【０００８】半導体レーザそのものをＱスイッチングや
利得スイッチング法によって狭い光パルスの発生に利用
しても、そのチャープ特性に起因してその線幅はスペク
トル線幅との積は大きいが、線幅拡大係数αの小さい
（０．２−１．０）外部光変調器を用いるので理論限界
に近い狭い線幅でかつスペクトル幅の狭い光パルスが得
られる。多重量子井戸構造を用いたものでは３ｄＢ帯域
４０ＧＨｚという最高性能の光変調器が報告されており
（文献：小高他，電子情報通信学会論文誌Ｃ−１，Ｊ７
４−Ｃ−１巻，Ｎｏ．１１，４１４−４２０ページ，１
９９１年，１１月）、帯域が広ければ、変調周波数をそ
の分高くでき、光パルスの幅を狭くできる。また、光変
調器は大振幅動作で駆動する必要があるが、多重量子井
戸構造光変調器では駆動電圧も小さくて済み、高周波数
の信号源の負担が軽くなる。さらに図５に示すように多
重量子井戸構造では変調電圧に対して消光比は非線形に
変化し、その変化の程度は上記のバルク形の光変調器に
比べ大きく、その結果、正弦波電圧の印加によりＣＷ光
の照射下でも狭い光パルスの発生が可能となる。
利得スイッチング法によって狭い光パルスの発生に利用
しても、そのチャープ特性に起因してその線幅はスペク
トル線幅との積は大きいが、線幅拡大係数αの小さい
（０．２−１．０）外部光変調器を用いるので理論限界
に近い狭い線幅でかつスペクトル幅の狭い光パルスが得
られる。多重量子井戸構造を用いたものでは３ｄＢ帯域
４０ＧＨｚという最高性能の光変調器が報告されており
（文献：小高他，電子情報通信学会論文誌Ｃ−１，Ｊ７
４−Ｃ−１巻，Ｎｏ．１１，４１４−４２０ページ，１
９９１年，１１月）、帯域が広ければ、変調周波数をそ
の分高くでき、光パルスの幅を狭くできる。また、光変
調器は大振幅動作で駆動する必要があるが、多重量子井
戸構造光変調器では駆動電圧も小さくて済み、高周波数
の信号源の負担が軽くなる。さらに図５に示すように多
重量子井戸構造では変調電圧に対して消光比は非線形に
変化し、その変化の程度は上記のバルク形の光変調器に
比べ大きく、その結果、正弦波電圧の印加によりＣＷ光
の照射下でも狭い光パルスの発生が可能となる。
【０００９】さらに、進行波形の半導体光増幅器をモノ
リシックに集積してあるため、光パルス出力が大きくと
れる。
リシックに集積してあるため、光パルス出力が大きくと
れる。
【００１０】以下、図面を参照して本発明の一つの実施
態様に従う素子構造を詳細に説明する。
態様に従う素子構造を詳細に説明する。
【００１１】図１は本発明の実施例に従うＭＱＷ−ＤＦ
ＢレーザとＭＱＷ光変調器、進行波形のＭＱＷ光増幅器
の集積化光源の概略斜視図を示すものである。図２は図
１の素子構造の結合部のＩＩ−ＩＩ線に沿う拡大断面図
である。図１および図２において、１０は半導体発光素
子（ＭＱＷ−ＤＦＢレーザ素子）、１１は光導波路、１
２は分布帰還型半導体レーザ部（ＤＦＢレーザ部）、１
３は光変調器部、１４は光増幅器部、１５は第１の半導
体部分、１５Ａは対向端部、１６は第２の半導体部分、
１６Ａは対向端部、１７は第３の半導体部分、１７Ａは
対向端部、１８は光結合領域、１９は界面、２０は基
板、２２はエッチングストップ層、２４は第１の下クラ
ッド層、２６は活性層（第１の多重量子井戸構造）、２
６Ａはウェル層、２６Ｂはバリア層、２８はガイド層、
２９は回折格子（グレーティング）、３０は第１の上ク
ラッド層、３１は保護層、３２は第２の下クラッド層、
３４は第２の多重量子井戸構造、３４Ａはウェル層、３
４Ｂはバリア層、３６は第２の上クラッド層、３８は第
３のクラッド層、３８Ａは肉薄部、３８Ｂ，３８Ｃはク
ラッド層の部分、４０は分離部、４２はキャップ層、４
４，４６，４７は埋込み部、４８はレーザ部の電極、４
９は光変調器部の電極、５０は光増幅器部の電極であ
る。
ＢレーザとＭＱＷ光変調器、進行波形のＭＱＷ光増幅器
の集積化光源の概略斜視図を示すものである。図２は図
１の素子構造の結合部のＩＩ−ＩＩ線に沿う拡大断面図
である。図１および図２において、１０は半導体発光素
子（ＭＱＷ−ＤＦＢレーザ素子）、１１は光導波路、１
２は分布帰還型半導体レーザ部（ＤＦＢレーザ部）、１
３は光変調器部、１４は光増幅器部、１５は第１の半導
体部分、１５Ａは対向端部、１６は第２の半導体部分、
１６Ａは対向端部、１７は第３の半導体部分、１７Ａは
対向端部、１８は光結合領域、１９は界面、２０は基
板、２２はエッチングストップ層、２４は第１の下クラ
ッド層、２６は活性層（第１の多重量子井戸構造）、２
６Ａはウェル層、２６Ｂはバリア層、２８はガイド層、
２９は回折格子（グレーティング）、３０は第１の上ク
ラッド層、３１は保護層、３２は第２の下クラッド層、
３４は第２の多重量子井戸構造、３４Ａはウェル層、３
４Ｂはバリア層、３６は第２の上クラッド層、３８は第
３のクラッド層、３８Ａは肉薄部、３８Ｂ，３８Ｃはク
ラッド層の部分、４０は分離部、４２はキャップ層、４
４，４６，４７は埋込み部、４８はレーザ部の電極、４
９は光変調器部の電極、５０は光増幅器部の電極であ
る。
【００１２】本発明の半導体発光素子（ＭＱＷ−ＤＦＢ
レーザ素子）１０は光導波路１１を基板２０上に設けた
ものである。この光導波路１１はＤＦＢレーザ部１２と
これに結合された光変調器部１３，光増幅器部１４とか
ら構成されている。ＤＦＢレーザ部１２は、第１の半導
体部分１５を含み、光変調器部１３は第２の半導体部分
１６を含む。光増幅器部１４は第３の半導体１７を含
み、この第３の半導体部分は回折格子（グレーティン
グ）２９を除いた以外は第１の半導体部分１５と同じ構
成である。基板２０上にはエッチングストップ層２２を
介して上述した第１、第２および第３の半導体部分１
５，１６，１７を設ける。この第１の半導体部分１５は
第１の下クラッド層２４，活性層２６（第１の多重量子
井戸構造）、ガイド層２８，第１の上クラッド層３０を
有し、この順に積層してある。ガイド層２８にはＤＦＢ
レーザ部では回折格子（グレーティング）２９を形成す
る。
レーザ素子）１０は光導波路１１を基板２０上に設けた
ものである。この光導波路１１はＤＦＢレーザ部１２と
これに結合された光変調器部１３，光増幅器部１４とか
ら構成されている。ＤＦＢレーザ部１２は、第１の半導
体部分１５を含み、光変調器部１３は第２の半導体部分
１６を含む。光増幅器部１４は第３の半導体１７を含
み、この第３の半導体部分は回折格子（グレーティン
グ）２９を除いた以外は第１の半導体部分１５と同じ構
成である。基板２０上にはエッチングストップ層２２を
介して上述した第１、第２および第３の半導体部分１
５，１６，１７を設ける。この第１の半導体部分１５は
第１の下クラッド層２４，活性層２６（第１の多重量子
井戸構造）、ガイド層２８，第１の上クラッド層３０を
有し、この順に積層してある。ガイド層２８にはＤＦＢ
レーザ部では回折格子（グレーティング）２９を形成す
る。
【００１３】第１の上下クラッド層３０，２４は導電型
が異なるようにドープしてあり、活性層２６とガイド層
２８を挟んでいる。活性層２６は、ウェル層２６Ａ，バ
リア層２６Ｂからなる第１の多重量子井戸構造を構成し
ている。光増幅器部１４を構成する第３の半導体部分１
７は回折格子（グレーティング）のない点以外は第１の
半導体部分１５と同じ構成である。第１の半導体部分１
５の回折格子は活性層２６に設けてもよい。
が異なるようにドープしてあり、活性層２６とガイド層
２８を挟んでいる。活性層２６は、ウェル層２６Ａ，バ
リア層２６Ｂからなる第１の多重量子井戸構造を構成し
ている。光増幅器部１４を構成する第３の半導体部分１
７は回折格子（グレーティング）のない点以外は第１の
半導体部分１５と同じ構成である。第１の半導体部分１
５の回折格子は活性層２６に設けてもよい。
【００１４】一方、光変調器部１３に含まれる第２の半
導体部分１６は第２の下クラッド層３２，第２の多重量
子井戸構造３４，第２の上クラッド層３６を有し、この
順に積層してある。第２の上下クラッド層３６，３２は
第１の上下クラッド層３０，２４と同様に、導電型が異
なるようにドープしてあり、第２の多重量子井戸構造を
挟んでいる。この第２の多重量子井戸構造３４は第１の
多重量子井戸構造と同様に、ウェル層３４Ａおよびバリ
ア層３Ｂからなる。半導体レーザ部１２および光増幅器
部１４は、光変調器部１３の下クラッド層３２を介して
相互に対向する光結合領域１８において光学的に結合さ
れている。
導体部分１６は第２の下クラッド層３２，第２の多重量
子井戸構造３４，第２の上クラッド層３６を有し、この
順に積層してある。第２の上下クラッド層３６，３２は
第１の上下クラッド層３０，２４と同様に、導電型が異
なるようにドープしてあり、第２の多重量子井戸構造を
挟んでいる。この第２の多重量子井戸構造３４は第１の
多重量子井戸構造と同様に、ウェル層３４Ａおよびバリ
ア層３Ｂからなる。半導体レーザ部１２および光増幅器
部１４は、光変調器部１３の下クラッド層３２を介して
相互に対向する光結合領域１８において光学的に結合さ
れている。
【００１５】第１、第２および第３の半導体部分１５，
１６，１７の上には連続するクラッド層３８を設け、こ
のクラッド層３８は第１、第２および第３の半導体部分
１５，１６，１７の相互の界面１９を挟む対向端部１５
Ａと１６Ａ，１６Ａと１７Ａを含む領域に沿って上部が
欠損した分離部４０を有する。すなわち、界面１９をま
たぐ肉薄部３８ＡでＤＦＢレーザ部１２と光変調器部１
３，光増幅器部１４に存在するクラッド３８の部分３８
Ｂ，３８Ｃを一体に連絡している。光導波路１１はＤＦ
Ｂレーザ部１２，光変調器部１３，光増幅器部１４を貫
くリッジ構造を有しており、ＤＦＢレーザ部１２，光変
調器部１３，光増幅器部１４の各両側はそれぞれ埋込み
部４４，４６，４７がキャップ層４２と同じ高さに設け
られている。キャップ層４２および埋込み部４４，４
６，４７の上にＤＦＢレーザ部１２の電極４８，光変調
器部１３の電極４９，光増幅器部１４の電極５０がそれ
ぞれ設けられている。ＤＦＢレーザ部１２と光変調器部
１３，光変調器部１３と光増幅器部１４はそれぞれ分離
部４０により絶縁性が向上されている。
１６，１７の上には連続するクラッド層３８を設け、こ
のクラッド層３８は第１、第２および第３の半導体部分
１５，１６，１７の相互の界面１９を挟む対向端部１５
Ａと１６Ａ，１６Ａと１７Ａを含む領域に沿って上部が
欠損した分離部４０を有する。すなわち、界面１９をま
たぐ肉薄部３８ＡでＤＦＢレーザ部１２と光変調器部１
３，光増幅器部１４に存在するクラッド３８の部分３８
Ｂ，３８Ｃを一体に連絡している。光導波路１１はＤＦ
Ｂレーザ部１２，光変調器部１３，光増幅器部１４を貫
くリッジ構造を有しており、ＤＦＢレーザ部１２，光変
調器部１３，光増幅器部１４の各両側はそれぞれ埋込み
部４４，４６，４７がキャップ層４２と同じ高さに設け
られている。キャップ層４２および埋込み部４４，４
６，４７の上にＤＦＢレーザ部１２の電極４８，光変調
器部１３の電極４９，光増幅器部１４の電極５０がそれ
ぞれ設けられている。ＤＦＢレーザ部１２と光変調器部
１３，光変調器部１３と光増幅器部１４はそれぞれ分離
部４０により絶縁性が向上されている。
【００１６】上述したＭＱＷ−ＤＦＢレーザは、次のよ
うにして製造できる。すなわち、予め分子線エピタキシ
ー法（ＭＢＥ）あるいは有機金属気相成長法（ＭＯＶＰ
Ｅ）により基板上に作製されたＤＦＢレーザ部１２、光
増幅器部１３（または光変調器部１４）を選択的にドラ
イおよびウェットエッチング法により基板までエッチン
グし、その後、光変調器部１３（またはＤＦＢレーザ部
１２，光増幅器部１４）をＭＢＥ法を用いて成長する。
このときＤＦＢレーザ部、光増幅器部１４の基板表面か
ら測った高さは光変調器部の光導波路部分の基板表面か
ら測った高さに合うようにする。ＤＦＢレーザ部１２と
光増幅器部１４は回折格子の有無が相違するだけで他の
構成はすべて同じである。
うにして製造できる。すなわち、予め分子線エピタキシ
ー法（ＭＢＥ）あるいは有機金属気相成長法（ＭＯＶＰ
Ｅ）により基板上に作製されたＤＦＢレーザ部１２、光
増幅器部１３（または光変調器部１４）を選択的にドラ
イおよびウェットエッチング法により基板までエッチン
グし、その後、光変調器部１３（またはＤＦＢレーザ部
１２，光増幅器部１４）をＭＢＥ法を用いて成長する。
このときＤＦＢレーザ部、光増幅器部１４の基板表面か
ら測った高さは光変調器部の光導波路部分の基板表面か
ら測った高さに合うようにする。ＤＦＢレーザ部１２と
光増幅器部１４は回折格子の有無が相違するだけで他の
構成はすべて同じである。
【００１７】図３はＤＦＢレーザ部、光増幅器部を先に
形成する場合の製造工程を示す概略断面図である。図３
において、図１および図２において使用されている符号
と同じ符号は同じ部材または部分を示し、５２はＳｉＯ
2 膜、５４はパター化レジスト、５６はＳｉＯ2 膜のひ
さし部である。
形成する場合の製造工程を示す概略断面図である。図３
において、図１および図２において使用されている符号
と同じ符号は同じ部材または部分を示し、５２はＳｉＯ
2 膜、５４はパター化レジスト、５６はＳｉＯ2 膜のひ
さし部である。
【００１８】まず、図３Ａに示すように、Ｐ基板２０の
表面にＭＯＶＰＥ法によりエッチングストップ層２２を
設け、その上に第１の下クラッド層２４、次いでウェル
層（井戸層）２６Ａ，バリア層（障壁層）２６Ｂからな
る量子井戸構造の活性層２６，ガイド層２８を順次成長
させる。その上に、ＤＦＢレーザ部を形成すべき部分に
のみ干渉露光とエッチングによりグレーティング２９を
形成し、第２の下クラッド層３０を成長させる。
表面にＭＯＶＰＥ法によりエッチングストップ層２２を
設け、その上に第１の下クラッド層２４、次いでウェル
層（井戸層）２６Ａ，バリア層（障壁層）２６Ｂからな
る量子井戸構造の活性層２６，ガイド層２８を順次成長
させる。その上に、ＤＦＢレーザ部を形成すべき部分に
のみ干渉露光とエッチングによりグレーティング２９を
形成し、第２の下クラッド層３０を成長させる。
【００１９】次に、第２の下クラッド層３０の上にＳｉ
Ｏ2 膜５２をスパッタ装置により形成する。これにフォ
トリソグラフィー技術により所望の部分（光変調器部を
形成すべき部分）に穴を開ける。すなわち、ＳｉＯ2 膜
５２とパターン化したフォトレジスト５４とからなる２
層マスクを使用してリソグラフィーを行う。このように
して図３Ｂに示す構造を得る。
Ｏ2 膜５２をスパッタ装置により形成する。これにフォ
トリソグラフィー技術により所望の部分（光変調器部を
形成すべき部分）に穴を開ける。すなわち、ＳｉＯ2 膜
５２とパターン化したフォトレジスト５４とからなる２
層マスクを使用してリソグラフィーを行う。このように
して図３Ｂに示す構造を得る。
【００２０】さらに、パターン化したフォトレジスト５
４を除去して光変調器部を形成すべき部分に穴を開ける
ことにより、図３Ｃに示すように、ＤＦＢレーザ部と光
増幅器部の双方からＳｉＯ2 膜が延び出したひさし部を
形成した構造が得られる。
４を除去して光変調器部を形成すべき部分に穴を開ける
ことにより、図３Ｃに示すように、ＤＦＢレーザ部と光
増幅器部の双方からＳｉＯ2 膜が延び出したひさし部を
形成した構造が得られる。
【００２１】次に、ひさし部５６をマスクとして光変調
器部１３をＭＢＥ法により成長する。光変調器部１３は
第２の下クラッド層３２，ウェル層３４Ａ，バリア層３
４Ｂからなる第２の多重量子井戸構造３４を成長させて
光導波路を形成し、その上に第２の上クラッド層３６を
形成する。第２の上クラッド層３６の上には保護層３１
を形成する。この場合、ＤＦＢレーザ部１２，光増幅器
部１４にも同様に積層する。このようにして、図３Ｄに
示す構造が得られる。
器部１３をＭＢＥ法により成長する。光変調器部１３は
第２の下クラッド層３２，ウェル層３４Ａ，バリア層３
４Ｂからなる第２の多重量子井戸構造３４を成長させて
光導波路を形成し、その上に第２の上クラッド層３６を
形成する。第２の上クラッド層３６の上には保護層３１
を形成する。この場合、ＤＦＢレーザ部１２，光増幅器
部１４にも同様に積層する。このようにして、図３Ｄに
示す構造が得られる。
【００２２】ＤＦＢレーザ部１２および光増幅器部１４
の上に成長した部分（層３２，３４，３６，３１）はＳ
ｉＯ2 膜５２をサイドからエッチングすることにより取
り除いて図３Ｅに示す構造を得る。
の上に成長した部分（層３２，３４，３６，３１）はＳ
ｉＯ2 膜５２をサイドからエッチングすることにより取
り除いて図３Ｅに示す構造を得る。
【００２３】この上に、図３Ｆに示すように、第３のク
ラッド層３８，キャップ層４２をＭＯＶＰＥ法により形
成する。
ラッド層３８，キャップ層４２をＭＯＶＰＥ法により形
成する。
【００２４】次に、上述した活性層２６，光導波層（第
２の量子井戸構造）３４までエッチングを行い、ＤＦＢ
レーザ部と光変調器部、光増幅器部を貫くリッジを形成
する（図１）。
２の量子井戸構造）３４までエッチングを行い、ＤＦＢ
レーザ部と光変調器部、光増幅器部を貫くリッジを形成
する（図１）。
【００２５】この後、ＤＦＢレーザ部，光増幅器部に埋
め込み部４４，４７を、光変調器部に埋め込み部４６を
それぞれ埋込み、最後に各々の部分に電極４８，５０，
４９をつける（図１）。
め込み部４４，４７を、光変調器部に埋め込み部４６を
それぞれ埋込み、最後に各々の部分に電極４８，５０，
４９をつける（図１）。
【００２６】この電極４８，４９，５０をマスクとして
エッチングを施し、各電極間に分離部４０を形成し、光
変調器部とＤＦＢレーザ部、光増幅器部の間の絶縁を強
化する。また、光増幅器部の出射端面には無反射コーテ
ィング６４（図２）を施し、基板２０の下面にはｎ形電
極６２（図１）をつける。このようにして、図３Ｇに示
す構造を得る。この構造は図１および図２に示す構造に
対応する。
エッチングを施し、各電極間に分離部４０を形成し、光
変調器部とＤＦＢレーザ部、光増幅器部の間の絶縁を強
化する。また、光増幅器部の出射端面には無反射コーテ
ィング６４（図２）を施し、基板２０の下面にはｎ形電
極６２（図１）をつける。このようにして、図３Ｇに示
す構造を得る。この構造は図１および図２に示す構造に
対応する。
【００２７】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
するが、本発明はこれに限定されない。
するが、本発明はこれに限定されない。
【００２８】図１および図２に示す素子構造を下記の通
り製作した。
り製作した。
【００２９】すなわち、ｎ−ＩｎＰ基板２０の表面にＭ
ＯＶＰＥ法によりｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層をエッチングス
トップ層２２として設け、その上にｎ−ＩｎＰクラッド
層２４を０．１μｍ、次いで１０ｎｍのＩｎＧａＡｓを
ウェル層（井戸層）２６Ａとし波長１．３μｍ相当のＩ
ｎＧａＡｓＰ １０ｎｍをバリア層（障壁層）２６Ｂと
する量子井戸構造６層からなる活性層２６，波長１．３
μｍ相当のＩｎＧａＡｓＰガイド層２８を０．１μｍ成
長した。その上ＤＦＢレーザ部を形成すべき部分にのみ
干渉露光とエッチングにより回折格子２９を形成し、ｐ
−ＩｎＰクラッド層３０を成長した（図３Ａ）。この
後、クラッド層３０の上にＳｉＯ2 膜５２をスパッタ装
置により形成し、これにフォトリソグラフィー技術によ
り所望の部分（光変調器部を形成すべき部分に穴を開け
る。すなわち、ＳｉＯ2 膜５２とパターン化したフォト
レジスト５４とからなる２層マスクを使用してリソグラ
フィーを行う（図３Ｂ）。さらに、パターン化したフォ
トレジスト５４を除去して光変調器部を形成すべき部分
に穴を開け、ＤＦＢレーザ部と光増幅器部の双方からＳ
ｉＯ2 膜が延び出したひさし部を形成した構成が得られ
る（図３Ｃ）。
ＯＶＰＥ法によりｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層をエッチングス
トップ層２２として設け、その上にｎ−ＩｎＰクラッド
層２４を０．１μｍ、次いで１０ｎｍのＩｎＧａＡｓを
ウェル層（井戸層）２６Ａとし波長１．３μｍ相当のＩ
ｎＧａＡｓＰ １０ｎｍをバリア層（障壁層）２６Ｂと
する量子井戸構造６層からなる活性層２６，波長１．３
μｍ相当のＩｎＧａＡｓＰガイド層２８を０．１μｍ成
長した。その上ＤＦＢレーザ部を形成すべき部分にのみ
干渉露光とエッチングにより回折格子２９を形成し、ｐ
−ＩｎＰクラッド層３０を成長した（図３Ａ）。この
後、クラッド層３０の上にＳｉＯ2 膜５２をスパッタ装
置により形成し、これにフォトリソグラフィー技術によ
り所望の部分（光変調器部を形成すべき部分に穴を開け
る。すなわち、ＳｉＯ2 膜５２とパターン化したフォト
レジスト５４とからなる２層マスクを使用してリソグラ
フィーを行う（図３Ｂ）。さらに、パターン化したフォ
トレジスト５４を除去して光変調器部を形成すべき部分
に穴を開け、ＤＦＢレーザ部と光増幅器部の双方からＳ
ｉＯ2 膜が延び出したひさし部を形成した構成が得られ
る（図３Ｃ）。
【００３０】次にこれをマスクとして光変調器部１３を
ＭＢＥ法により成長する。光変調器部１３は第２の下ク
ラッド層３２としてｎ−ＩｎＡｌＡｓクラッド層を０．
３μｍ、厚さ７．５ｎｍのＩｎＧａＡｓウェル層３４
Ａ、５ｎｍのＩｎＡｌＡｓバリア層３４Ｂからなる量子
井戸構造３０層を成長させて光導波路３４を形成し、そ
の上に第２の上クラッド層３６としてｐ−ＩｎＡｌＡｓ
クラッド層を形成する（図３６Ｄ）。第２の上クラッド
層３６の上にはｐ−ＩｎＧａＡｓ保護層３１を形成す
る。この場合、ＤＦＢレーザ部１２，光増幅器部１４の
上にも同様に積層するが、ＤＦＢレーザ部１２および光
増幅器部１４の上に成長した部分（層３２，３４，３
６，３１）はＳｉＯ2 膜５２をサイドからエッチングす
ることにより取り除く（図３Ｅ）。この上に第３のクラ
ッド層としてｐ−ＩｎＰクラッド層３８，ｐ−ＩｎＧａ
Ａｓキャップ層４２をＭＯＶＰＥ法により形成する（図
３Ｆ）。
ＭＢＥ法により成長する。光変調器部１３は第２の下ク
ラッド層３２としてｎ−ＩｎＡｌＡｓクラッド層を０．
３μｍ、厚さ７．５ｎｍのＩｎＧａＡｓウェル層３４
Ａ、５ｎｍのＩｎＡｌＡｓバリア層３４Ｂからなる量子
井戸構造３０層を成長させて光導波路３４を形成し、そ
の上に第２の上クラッド層３６としてｐ−ＩｎＡｌＡｓ
クラッド層を形成する（図３６Ｄ）。第２の上クラッド
層３６の上にはｐ−ＩｎＧａＡｓ保護層３１を形成す
る。この場合、ＤＦＢレーザ部１２，光増幅器部１４の
上にも同様に積層するが、ＤＦＢレーザ部１２および光
増幅器部１４の上に成長した部分（層３２，３４，３
６，３１）はＳｉＯ2 膜５２をサイドからエッチングす
ることにより取り除く（図３Ｅ）。この上に第３のクラ
ッド層としてｐ−ＩｎＰクラッド層３８，ｐ−ＩｎＧａ
Ａｓキャップ層４２をＭＯＶＰＥ法により形成する（図
３Ｆ）。
【００３１】次に幅１．５−３．０μｍのストライプを
用いて、上述した活性層２６，光導波層（第２の量子井
戸構造）３４までエッチングを行い、ＤＦＢレーザ部と
光変調器部、光増幅器部を貫くリッジを形成する（図
１）。この後、ＤＦＢレーザ部，光増幅器部をＩｎＰ層
（ｐ−ＩｎＰとｎ−ＩｎＰの組み合わせまたは半絶縁性
ＩｎＰからなる）４４，４７で、光変調器部をポリイミ
ド４６でそれぞれ埋込み、最後に各々の部分に電極４
８，５０，４９をつける（図１）。
用いて、上述した活性層２６，光導波層（第２の量子井
戸構造）３４までエッチングを行い、ＤＦＢレーザ部と
光変調器部、光増幅器部を貫くリッジを形成する（図
１）。この後、ＤＦＢレーザ部，光増幅器部をＩｎＰ層
（ｐ−ＩｎＰとｎ−ＩｎＰの組み合わせまたは半絶縁性
ＩｎＰからなる）４４，４７で、光変調器部をポリイミ
ド４６でそれぞれ埋込み、最後に各々の部分に電極４
８，５０，４９をつける（図１）。
【００３２】この電極４８，４９，５０をマスクとして
エッチングを施し、各電極間に分離部４０を形成し、光
変調器部とＤＦＢレーザ部、光増幅器部の間の絶縁を強
化する（図３Ｇ）。
エッチングを施し、各電極間に分離部４０を形成し、光
変調器部とＤＦＢレーザ部、光増幅器部の間の絶縁を強
化する（図３Ｇ）。
【００３３】ＤＦＢレーザ部、光増幅器部と光変調器部
および各部との間の絶縁部の長さは３００μｍ、３００
μｍ、１００μｍ、５０μｍとした。光増幅器部１４の
出射端面には無反射コーティング６４（図２）を施し
た。また、基板２０の下面にはｎ形電極６２（図１）を
つける。
および各部との間の絶縁部の長さは３００μｍ、３００
μｍ、１００μｍ、５０μｍとした。光増幅器部１４の
出射端面には無反射コーティング６４（図２）を施し
た。また、基板２０の下面にはｎ形電極６２（図１）を
つける。
【００３４】図４は本発明を適用したＭＱＷ−ＤＦＢレ
ーザとＭＱＷ光変調器、ＭＱＷ光増幅器の集積化光源に
よる光パルス発生素子の特性を示すものであり、横軸は
振動周期τ0 （ｐｓｅｃ／ｄｉｖ．）、縦軸は光強度で
ある。ここではＤＣバイアスよりも大きな振幅の正弦波
信号を入力した。１０ピコ秒程度のパルス幅が４０ＧＨ
ｚの繰り返し周波数で得られており、測定系の時間分解
能を考慮すれば（１０ピコ秒程度の応答速度を持つの
で）１０ピコ秒以下の幅であることが推定される。光出
力も数ｍＷあり、この種の光パルスとして十分な値であ
る。
ーザとＭＱＷ光変調器、ＭＱＷ光増幅器の集積化光源に
よる光パルス発生素子の特性を示すものであり、横軸は
振動周期τ0 （ｐｓｅｃ／ｄｉｖ．）、縦軸は光強度で
ある。ここではＤＣバイアスよりも大きな振幅の正弦波
信号を入力した。１０ピコ秒程度のパルス幅が４０ＧＨ
ｚの繰り返し周波数で得られており、測定系の時間分解
能を考慮すれば（１０ピコ秒程度の応答速度を持つの
で）１０ピコ秒以下の幅であることが推定される。光出
力も数ｍＷあり、この種の光パルスとして十分な値であ
る。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によればＭ
ＱＷ−ＤＦＢレーザとＭＱＷ光変調器、ＭＱＷ光増幅器
が結合効率よく集積化された光源を作製でき、また、Ｍ
ＱＷ−ＤＦＢレーザとＭＱＷ光変調器の各々の性能を最
適化できるため、狭線幅で高繰り返し周波数の光パルス
が高出力で得られる。
ＱＷ−ＤＦＢレーザとＭＱＷ光変調器、ＭＱＷ光増幅器
が結合効率よく集積化された光源を作製でき、また、Ｍ
ＱＷ−ＤＦＢレーザとＭＱＷ光変調器の各々の性能を最
適化できるため、狭線幅で高繰り返し周波数の光パルス
が高出力で得られる。
【図１】本発明を適用したＭＱＷ−ＤＦＢレーザとＭＱ
Ｗ光変調器、ＭＱＷ光増幅器の集積化光源による光パル
ス発生素子の構造の概略構成を示す斜視図である。
Ｗ光変調器、ＭＱＷ光増幅器の集積化光源による光パル
ス発生素子の構造の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１のＭＱＷ−ＤＦＢレーザとＭＱＷ光変調
器、ＭＱＷ光増幅器の接合界面のＩＩ−ＩＩ線に沿う拡
大断面図である。
器、ＭＱＷ光増幅器の接合界面のＩＩ−ＩＩ線に沿う拡
大断面図である。
【図３】本発明を適用したＭＱＷ−ＤＦＢレーザとＭＱ
Ｗ光変調器、ＭＱＷ光増幅器の集積化光源による光パル
ス発生素子の製造工程を示す概略断面図である。
Ｗ光変調器、ＭＱＷ光増幅器の集積化光源による光パル
ス発生素子の製造工程を示す概略断面図である。
【図４】本発明を適用したＭＱＷ−ＤＦＢレーザとＭＱ
Ｗ光変調器、ＭＱＷ光増幅器の集積化光源による光パル
ス発生素子の特性を示す図である。
Ｗ光変調器、ＭＱＷ光増幅器の集積化光源による光パル
ス発生素子の特性を示す図である。
【図５】本発明を適用した場合の光パルス発生素子の動
作原理を示す図であり、従来のバルクを用いたものとの
対比も併せて示す。
作原理を示す図であり、従来のバルクを用いたものとの
対比も併せて示す。
１０ 半導体発光素子（ＭＱＷ−ＤＦＢレーザ素子） １１ 光導波路 １２ 分布帰還型半導体レーザ部（ＤＦＢレーザ部） １３ 光変調器部 １４ 光増幅器部 １５ 第１の半導体部分 １５Ａ 対向端部 １６ 第２の半導体部分 １６Ａ 対向端部 １７ 第３の半導体部分 １７Ａ 対向端部 １８ 光結合領域 １９ 界面（斜めエッチング面） ２０ 基板 ２２ エッチングストップ層 ２４ 第１の下クラッド層 ２６ 活性層（第１の多重量子井戸構造） ２６Ａ ウェル層 ２６Ｂ バリア層 ２８ ガイド層 ２９ 回折格子（グレーティング） ３０ 第１の上クラッド層 ３１ 保護層 ３２ 第２の下クラッド層 ３４ 第２の多重量子井戸構造 ３４Ａ ウェル層 ３４Ｂ バリア層 ３６ 第２の上クラッド層 ３８ 第３のクラッド層 ３８Ａ 肉薄部 ３８Ｂ，３８Ｃ クラッドの部分 ４０ 分離部 ４２ キャップ層 ４４，４６，４７ 埋込み部 ４８ レーザ部の電極 ４９ 変調器部の電極 ５０ 増幅器部の電極 ５２ ＳｉＯ2 膜 ５４ パターン化レジスト ５６ ひさし部 ５８，５９，６０ ｐ型電極 ６２ ｎ型電極 ６４ 反射防止膜
Claims (1)
- 【請求項１】 基板と、 前記基板上に形成された 半導体レーザと、 前記基板上に形成され、前記半導体レーザの出射光を強
度変調する光変調器と、 前記基板上に形成され、前記光変調器により変調された
光を増幅する光増幅器とを有し、 前記光変調器は多重量子井戸からなる光導波路を有する
とともに前記光導波路中に回折格子を有することを特徴
とする半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20004292A JPH0653596A (ja) | 1992-07-27 | 1992-07-27 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20004292A JPH0653596A (ja) | 1992-07-27 | 1992-07-27 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0653596A true JPH0653596A (ja) | 1994-02-25 |
Family
ID=16417867
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20004292A Pending JPH0653596A (ja) | 1992-07-27 | 1992-07-27 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0653596A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11251686A (ja) * | 1998-03-05 | 1999-09-17 | Mitsubishi Electric Corp | 変調器付半導体レーザ及びその製造方法 |
| JP2000124541A (ja) * | 1998-10-21 | 2000-04-28 | Hitachi Ltd | 半導体レーザおよび半導体レーザモジュール |
| JP2004532520A (ja) * | 2001-03-29 | 2004-10-21 | ジーエスアイ ルモニックス コーポレイション | デバイスを処理する方法及びシステム、デバイスをモデリングする方法及びシステム、並びにデバイス |
| WO2005114307A1 (en) * | 2004-05-20 | 2005-12-01 | Bookham Technology Plc | Laterally implanted electroabsorption modulated laser |
| US7680169B2 (en) | 2002-12-17 | 2010-03-16 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Self-mode locked multi-section semiconductor laser diode |
| JP2018060973A (ja) * | 2016-10-07 | 2018-04-12 | 日本電信電話株式会社 | 半導体光集積素子およびこれを搭載した光送受信モジュール |
| JP2018206901A (ja) * | 2017-06-01 | 2018-12-27 | 日本電信電話株式会社 | 光送信機 |
| JP2021068820A (ja) * | 2019-10-24 | 2021-04-30 | 住友電気工業株式会社 | 半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子の製造方法 |
-
1992
- 1992-07-27 JP JP20004292A patent/JPH0653596A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2021068820A (ja) * | 2019-10-24 | 2021-04-30 | 住友電気工業株式会社 | 半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子の製造方法 |
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