JPH0724319B2 - 光集積装置及びその製造方法 - Google Patents
光集積装置及びその製造方法Info
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- JPH0724319B2 JPH0724319B2 JP820589A JP820589A JPH0724319B2 JP H0724319 B2 JPH0724319 B2 JP H0724319B2 JP 820589 A JP820589 A JP 820589A JP 820589 A JP820589 A JP 820589A JP H0724319 B2 JPH0724319 B2 JP H0724319B2
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は能動光素子と光導波路を一体化した光集積装置
及びその製造方法に関するものである。
及びその製造方法に関するものである。
従来の技術 近年、能動光素子と光導波路を一体化した光集積装置の
構造について、種々のものが提案されている。能動光素
子が半導体レーザである場合、半導体レーザは光の横モ
ードを単一化できる埋め込み構造であり、光導波路は導
波する光の横モードが単一となる３次元光導波路である
ことが望ましい。このような埋め込み型半導体レーザと
３次元光導波路を一体化した光集積装置としては例えば
特開昭60-187079号公報に示されていて、原理的に横モ
ード単一のままレーザ出力光を導波することが可能であ
る。
構造について、種々のものが提案されている。能動光素
子が半導体レーザである場合、半導体レーザは光の横モ
ードを単一化できる埋め込み構造であり、光導波路は導
波する光の横モードが単一となる３次元光導波路である
ことが望ましい。このような埋め込み型半導体レーザと
３次元光導波路を一体化した光集積装置としては例えば
特開昭60-187079号公報に示されていて、原理的に横モ
ード単一のままレーザ出力光を導波することが可能であ
る。
第10図は従来の埋め込み型半導体レーザと３次元光導波
路を一体化した光集積装置の要部断面を示す斜視図であ
る。第10図において半導体レーザ部106は、ｎ型InP基板
101上に設けられたｎ型InGaAsP光導波層102,n型InP分離
層103,n型InGaAsP活性層104,P型InPクラッド層105によ
って構成されている。また光導波路部107は、半導体レ
ーザ部106と共通の光導波層102の上部に半導体レーザ部
106における分離層103の一部がストライプ状に構成され
た装荷型光導波路となっている。
路を一体化した光集積装置の要部断面を示す斜視図であ
る。第10図において半導体レーザ部106は、ｎ型InP基板
101上に設けられたｎ型InGaAsP光導波層102,n型InP分離
層103,n型InGaAsP活性層104,P型InPクラッド層105によ
って構成されている。また光導波路部107は、半導体レ
ーザ部106と共通の光導波層102の上部に半導体レーザ部
106における分離層103の一部がストライプ状に構成され
た装荷型光導波路となっている。
以上のように構成された従来の光集積装置においては、
半導体レーザ部106から発せられた光が、光導波路部107
端面で反射され再び半導体レーザ部106へ帰還されるも
のである。この光帰還によりレーザ光源としてスペクト
ル線幅の非常に狭いレーザ光が得られる。ここで理論的
にはこの帰還される光量が大きい程、また光出力が大き
い程レーザの特性は改善される。この意味でこの光集積
装置の性能を向上させるためには、次のような点に着目
して設計する必要がある。
半導体レーザ部106から発せられた光が、光導波路部107
端面で反射され再び半導体レーザ部106へ帰還されるも
のである。この光帰還によりレーザ光源としてスペクト
ル線幅の非常に狭いレーザ光が得られる。ここで理論的
にはこの帰還される光量が大きい程、また光出力が大き
い程レーザの特性は改善される。この意味でこの光集積
装置の性能を向上させるためには、次のような点に着目
して設計する必要がある。
帰還光量の観点から 1:光波結合効率が高いこと 2:光導波路部における導波損失が低いこと 光出力の観点から 3:発振しきい値が低いこと さらには横モード安定性確保の観点から 4:半導体レーザ部および光導波路部で基本モード条件を
満足していること などが挙げられる。
満足していること などが挙げられる。
発明が解決しようとする課題 しかしながら前記のような構成では、以下のような課題
があった。
があった。
（１）半導体レーザ部が、半導体基板上に成長される光
導波層、分離層、活性層およびクラッド層の４層の多層
構造のため、横モードの制御を考慮した結晶成長および
埋め込み型半導体レーザのプロセスが複雑であり、非常
に歩留まりが悪い。
導波層、分離層、活性層およびクラッド層の４層の多層
構造のため、横モードの制御を考慮した結晶成長および
埋め込み型半導体レーザのプロセスが複雑であり、非常
に歩留まりが悪い。
（２）光導波路部における導波モードの確保（カットオ
フにならないようにする）のため、分離層および光導波
層の膜厚はある程度以上の膜厚が必要となる。しかし、
このため半導体レーザ部におけるトータル膜厚が増加
し、厚み方向の横モード制御が困難になり高次モードが
発生し易くなる。
フにならないようにする）のため、分離層および光導波
層の膜厚はある程度以上の膜厚が必要となる。しかし、
このため半導体レーザ部におけるトータル膜厚が増加
し、厚み方向の横モード制御が困難になり高次モードが
発生し易くなる。
（３）半導体レーザ部と光導波路部の間における光波結
合効率が低い。
合効率が低い。
という問題点を有していた。以上の理由により光集積装
置の歩留まりは著しく低いものであった。
置の歩留まりは著しく低いものであった。
本発明はかかる点に鑑み、製造方法が容易であり、かつ
半導体レーザ部の厚み方向の横モード制御性が改善がで
きる光集積装置及びその製造方法を提供することを目的
とする。
半導体レーザ部の厚み方向の横モード制御性が改善がで
きる光集積装置及びその製造方法を提供することを目的
とする。
課題を解決するための手段 本発明は、上述の課題を解決するため、半導体基板上に
前記半導体基板より大きい屈折率を有するリブ型光導波
路層と、前記リブ型光導波路層上面の一部に前記リブ型
光導波路層よりバンドギャップの小さい活性層を有する
能動光素子を備えた光集積装置である。
前記半導体基板より大きい屈折率を有するリブ型光導波
路層と、前記リブ型光導波路層上面の一部に前記リブ型
光導波路層よりバンドギャップの小さい活性層を有する
能動光素子を備えた光集積装置である。
もう一つの発明は、半導体基板上に前記半導体基板より
大きい屈折率を有するリブ型光導波路層と、前記リブ型
光導波路層上面の一部に前記リブ型光導波路層よりバン
ドギャップの小さい活性層を有する能動光素子とを有
し、前記活性層よりバンドギャップの大きい材料が少な
くとも前記リブ型光導波路層上面に形成されていること
を特徴とする光集積装置である。
大きい屈折率を有するリブ型光導波路層と、前記リブ型
光導波路層上面の一部に前記リブ型光導波路層よりバン
ドギャップの小さい活性層を有する能動光素子とを有
し、前記活性層よりバンドギャップの大きい材料が少な
くとも前記リブ型光導波路層上面に形成されていること
を特徴とする光集積装置である。
作用 本発明は、３次元光導波路として装荷型光導波路の代わ
りにリブ型光導波路を用いることにより、活性層と光導
波路層の間に分離層を介する必要がないため、製造方法
が容易であり、かつ半導体レーザ部の厚み方向の横モー
ドの制御性が改善できる。
りにリブ型光導波路を用いることにより、活性層と光導
波路層の間に分離層を介する必要がないため、製造方法
が容易であり、かつ半導体レーザ部の厚み方向の横モー
ドの制御性が改善できる。
またカバーリング層の導入により半導体レーザ部と光導
波路部の光波結合効率を高めることができ、光帰還型半
導体レーザの特長である狭スペクトル線幅特性をより一
層改善することができる。
波路部の光波結合効率を高めることができ、光帰還型半
導体レーザの特長である狭スペクトル線幅特性をより一
層改善することができる。
実施例 （実施例１） 第１図は本発明の第１の実施例における光集積装置の要
部断面を示す斜視図である。第１図は、第10図に示した
従来例と同様な埋め込み型半導体レーザと３次元光導波
路を一体化した光集積装置である。
部断面を示す斜視図である。第１図は、第10図に示した
従来例と同様な埋め込み型半導体レーザと３次元光導波
路を一体化した光集積装置である。
第１図において、半導体レーザ部９は、ｎ型InP基板
（バンドギャップ波長λｇ＝0.92μｍ）１上にｎ型InGa
AsP（λｇ＝1.1μｍ）で構成されたリブ型光導波路２、
前記光導波路２上に部分的に形成されたｎ型InGaAsP活
性層３（λｇ＝1.3μｍ）,p型InPクラッド層４によって
構成されている。また光導波路部10は、前記半導体レー
ザ部９におけるリブ型光導波路２が延長された形で構成
されている。また活性層３は第１のｐ型InP埋め込み層
５、ｎ型InP埋め込み層６、第２のｐ型InP埋め込み層７
およびレーザ部コンタクト層であるｐ型InGaAsPコンタ
クト層８よりなる埋め込み部11によって埋め込まれてい
る。
（バンドギャップ波長λｇ＝0.92μｍ）１上にｎ型InGa
AsP（λｇ＝1.1μｍ）で構成されたリブ型光導波路２、
前記光導波路２上に部分的に形成されたｎ型InGaAsP活
性層３（λｇ＝1.3μｍ）,p型InPクラッド層４によって
構成されている。また光導波路部10は、前記半導体レー
ザ部９におけるリブ型光導波路２が延長された形で構成
されている。また活性層３は第１のｐ型InP埋め込み層
５、ｎ型InP埋め込み層６、第２のｐ型InP埋め込み層７
およびレーザ部コンタクト層であるｐ型InGaAsPコンタ
クト層８よりなる埋め込み部11によって埋め込まれてい
る。
また半導体レーザ部９の端面14および光導波路部10の前
記レーザ部９より遠い端面12は鏡面に形成しているた
め、レーザ部９と光導波路部10の一体化構成の光帰還型
半導体レーザ装置となる。ここで端面13は必ずしも面で
ある必要はない。
記レーザ部９より遠い端面12は鏡面に形成しているた
め、レーザ部９と光導波路部10の一体化構成の光帰還型
半導体レーザ装置となる。ここで端面13は必ずしも面で
ある必要はない。
以上のように構成されたこの実施例の光集積装置におい
て、以下その動作を説明する。
て、以下その動作を説明する。
第１図において半導体レーザ部９に電流を注入すること
により発生した光の一部はリブ型光導波路２に結合し光
導波路端面12で反射され再び半導体レーザ部９に帰還さ
れる。
により発生した光の一部はリブ型光導波路２に結合し光
導波路端面12で反射され再び半導体レーザ部９に帰還さ
れる。
第２図は第10図に示す光集積装置の半導体レーザ部にお
ける基本モード条件を満足する範囲を示した図であり、
横軸に光導波層膜厚、縦軸に活性層膜厚をとっている。
ここで実線が本発明のリブ型光導波路構造を用いた光集
積装置で分離層厚が零の場合のものに対応し、破線が分
離層膜厚が0.1μｍ、一点鎖線が分離層膜厚が0.2μｍの
ものを示し、高次モードが発生する境界線を示す。第２
図より本発明は分離層を用いないため分離層を用いる従
来例に比べ基本モード条件を満足する範囲を広くなるこ
とがわかる。
ける基本モード条件を満足する範囲を示した図であり、
横軸に光導波層膜厚、縦軸に活性層膜厚をとっている。
ここで実線が本発明のリブ型光導波路構造を用いた光集
積装置で分離層厚が零の場合のものに対応し、破線が分
離層膜厚が0.1μｍ、一点鎖線が分離層膜厚が0.2μｍの
ものを示し、高次モードが発生する境界線を示す。第２
図より本発明は分離層を用いないため分離層を用いる従
来例に比べ基本モード条件を満足する範囲を広くなるこ
とがわかる。
第３図は第10図に示す光集積装置の半導体レーザの発振
しきい値電流および光波結合効率の分離層膜厚依存性を
示す特性図である。ここで光波結合効率は導波光として
TEモードを仮定し、またp-n接合に対し垂直な面におけ
る計算値であり、発振しきい値電流は実験結果から得ら
れたパラメータを用いキャビティー長を250μｍとして
計算した。横軸に光導波路膜厚T,縦軸には半導体レーザ
部の層構成でファブリーペロレーザを構成した場合の発
振しきい値電流lth（左）及び半導体レーザ部と光導波
路部間における光波結合効率η（右）をとっている。こ
こで半導体レーザ部における活性層膜厚は0.1μｍとし
ている。また実線が本発明のリブ型光導波路構造を用い
た光集積装置で分離層厚が零の場合のものに対応し、破
線が分離層膜厚が0.1μｍ、一点鎖線が分離層膜厚が0.2
μｍのものを示している。
しきい値電流および光波結合効率の分離層膜厚依存性を
示す特性図である。ここで光波結合効率は導波光として
TEモードを仮定し、またp-n接合に対し垂直な面におけ
る計算値であり、発振しきい値電流は実験結果から得ら
れたパラメータを用いキャビティー長を250μｍとして
計算した。横軸に光導波路膜厚T,縦軸には半導体レーザ
部の層構成でファブリーペロレーザを構成した場合の発
振しきい値電流lth（左）及び半導体レーザ部と光導波
路部間における光波結合効率η（右）をとっている。こ
こで半導体レーザ部における活性層膜厚は0.1μｍとし
ている。また実線が本発明のリブ型光導波路構造を用い
た光集積装置で分離層厚が零の場合のものに対応し、破
線が分離層膜厚が0.1μｍ、一点鎖線が分離層膜厚が0.2
μｍのものを示している。
第３図より発振しきい値電流は光導波路膜厚及び分離層
膜厚の増加と共に増加して、分離層の存在が発振発振し
きい値をより増加させる作用があり、従来の分離層を用
いた装荷型光導波路の代わりに分離層を用いないリブ型
光導波路を用いる本発明の優位性が窺える。また光波結
合効率ηに関しては分離層膜厚が零の場合（本発明の構
成）若干小さくなるようであるが、光導波路層膜厚等を
最適化することにより、どれも50％程度の効率が得られ
ており特に大きな特性劣化はないと考えられる。
膜厚の増加と共に増加して、分離層の存在が発振発振し
きい値をより増加させる作用があり、従来の分離層を用
いた装荷型光導波路の代わりに分離層を用いないリブ型
光導波路を用いる本発明の優位性が窺える。また光波結
合効率ηに関しては分離層膜厚が零の場合（本発明の構
成）若干小さくなるようであるが、光導波路層膜厚等を
最適化することにより、どれも50％程度の効率が得られ
ており特に大きな特性劣化はないと考えられる。
さらに本発明によれば、第10図に示した従来技術による
光帰還型半導体レーザ装置におけるｎ型InP分離層103が
不要となり、多層膜結晶成長行程における困難度が少な
くなり飛躍的に半導体レーザ素子作製歩留まりが改善さ
れ、従来例の構造では発振歩留まりが約20％であったの
に対し、本実施例では約80％程度まで改善された。
光帰還型半導体レーザ装置におけるｎ型InP分離層103が
不要となり、多層膜結晶成長行程における困難度が少な
くなり飛躍的に半導体レーザ素子作製歩留まりが改善さ
れ、従来例の構造では発振歩留まりが約20％であったの
に対し、本実施例では約80％程度まで改善された。
第４図は本発明の実施例１における光集積装置の製造方
法を示す工程図である。以下実施例１における光集積装
置の製造方法を説明する。
法を示す工程図である。以下実施例１における光集積装
置の製造方法を説明する。
第４図（ａ）に示すように、ｎ型InP基板１上にｎ型InG
aAsP光導波路層２（λｇ＝1.1μｍ）、ｎ型InGaAsP活性
層３（λｇ＝1.3μｍ）、ｐ型InPクラッド層４を順次エ
ピタキシャル成長する。次にｐ型InPクラッド層４上に
酸化シリコン等の絶縁膜をCVD法等を用いて堆積した
後、ホトリソグラフィーによってパターン形成を行い第
４図（ｂ）に示すようなストライプ上の絶縁膜20を形成
する。この絶縁膜20をエッチングマスクとしてInPの選
択エッチング液例えばHCl:H3PO4＝1:2混合液でクラッド
層４をエッチングし更にInGaAsPの選択エッチング液例
えばH2SO4：H2O2：H2O＝1:1:5混合液で活性層３をエッ
チングし、さらに光導波層２の一部をエッチングするこ
とにより第４図（ｃ）のような形状を得る。この後絶縁
膜20を除去したのち、第１のｐ型InP埋め込み層５、ｎ
型InP埋め込み層６、第２のｐ型InP埋め込み層７、およ
びｐ型InGaAsPコンタクト層（λｇ＝1.1μｍ）８を順次
成長させ第４図（ｄ）の形状を得る。
aAsP光導波路層２（λｇ＝1.1μｍ）、ｎ型InGaAsP活性
層３（λｇ＝1.3μｍ）、ｐ型InPクラッド層４を順次エ
ピタキシャル成長する。次にｐ型InPクラッド層４上に
酸化シリコン等の絶縁膜をCVD法等を用いて堆積した
後、ホトリソグラフィーによってパターン形成を行い第
４図（ｂ）に示すようなストライプ上の絶縁膜20を形成
する。この絶縁膜20をエッチングマスクとしてInPの選
択エッチング液例えばHCl:H3PO4＝1:2混合液でクラッド
層４をエッチングし更にInGaAsPの選択エッチング液例
えばH2SO4：H2O2：H2O＝1:1:5混合液で活性層３をエッ
チングし、さらに光導波層２の一部をエッチングするこ
とにより第４図（ｃ）のような形状を得る。この後絶縁
膜20を除去したのち、第１のｐ型InP埋め込み層５、ｎ
型InP埋め込み層６、第２のｐ型InP埋め込み層７、およ
びｐ型InGaAsPコンタクト層（λｇ＝1.1μｍ）８を順次
成長させ第４図（ｄ）の形状を得る。
次に半導体レーザ部と光導波路部を分割するため絶縁膜
21を第４図（ｅ）のように形成後、ｐ型InGaAsPコンタ
クト層８を選択的にエッチングし、更にInPの選択エッ
チング液を用いてエッチングを行うとストライプ状領域
上ではInGaAsP活性層３が、ストライプ状領域以外の部
分では光導波路層２が現れた状態でエッチングが停止す
る。この後例えば、H2SO4：H2O2：H2O＝1:1:5混合液で
活性層３を除去し（第４図（ｆ）参照）ここで使用した
エッチング液の光導波路層２のエッチングレートは活性
層３のエッチングレートの1/10であるためほぼ活性層３
のみが選択的に除去可能となる。更に絶縁膜21を除去す
れば、第１図に示した本発明の実施例１の構造が完成す
る。実際に素子として動作させるためには、この後電極
蒸着等の工程が必要となるが、これらの工程は従来の方
法で容易に得られるため説明は省略する。
21を第４図（ｅ）のように形成後、ｐ型InGaAsPコンタ
クト層８を選択的にエッチングし、更にInPの選択エッ
チング液を用いてエッチングを行うとストライプ状領域
上ではInGaAsP活性層３が、ストライプ状領域以外の部
分では光導波路層２が現れた状態でエッチングが停止す
る。この後例えば、H2SO4：H2O2：H2O＝1:1:5混合液で
活性層３を除去し（第４図（ｆ）参照）ここで使用した
エッチング液の光導波路層２のエッチングレートは活性
層３のエッチングレートの1/10であるためほぼ活性層３
のみが選択的に除去可能となる。更に絶縁膜21を除去す
れば、第１図に示した本発明の実施例１の構造が完成す
る。実際に素子として動作させるためには、この後電極
蒸着等の工程が必要となるが、これらの工程は従来の方
法で容易に得られるため説明は省略する。
（実施例２） 第５図は本発明の第２の実施例における光集積装置の要
部断面を示す斜視図である。第５図に示す番号１〜14は
第１図に示す番号１〜14と同一であるのでここでは説明
を省略する。実施例２の構造は実施例１の構造に半導体
レーザ部コンタクト層８と光導波路層２上面全面にわた
って成長させたｐ型InPカバーリング層15（λｇ＝0.92
μｍ）及びコンタクト層８と電極コンタクトを形成する
ために設けたコンタクトホール16を付加した構造であ
る。
部断面を示す斜視図である。第５図に示す番号１〜14は
第１図に示す番号１〜14と同一であるのでここでは説明
を省略する。実施例２の構造は実施例１の構造に半導体
レーザ部コンタクト層８と光導波路層２上面全面にわた
って成長させたｐ型InPカバーリング層15（λｇ＝0.92
μｍ）及びコンタクト層８と電極コンタクトを形成する
ために設けたコンタクトホール16を付加した構造であ
る。
第６図は本発明の第２の実施例における光集積装置の半
導体レーザ部９と光導波路部10における光波結合効率お
よび発振しきい値電流のカバーリング層15の膜厚依存性
を示す特性図である（第３図で示したものと同様の手法
により求めた）。
導体レーザ部９と光導波路部10における光波結合効率お
よび発振しきい値電流のカバーリング層15の膜厚依存性
を示す特性図である（第３図で示したものと同様の手法
により求めた）。
横軸に光導波路膜厚T,縦軸には半導体レーザ部の層構成
でファブリーペロレーザを構成した場合の発振しきい値
電流lth（右）及び半導体レーザ部と光導波路部間にお
ける光波結合効率η（左）をとっている。ここで半導体
レーザ部９における活性層膜厚は0.1μｍとしている。
また実線が本発明のカバーリング層15を用いた場合の光
波結合効率を示しており、その際のカバーリング層厚15
を0,0.1および0.4μｍと変化させている。一方レーザ部
分単独構成時（ファブリーペロレーザ）における発振し
きい値電流を破線で示している。
でファブリーペロレーザを構成した場合の発振しきい値
電流lth（右）及び半導体レーザ部と光導波路部間にお
ける光波結合効率η（左）をとっている。ここで半導体
レーザ部９における活性層膜厚は0.1μｍとしている。
また実線が本発明のカバーリング層15を用いた場合の光
波結合効率を示しており、その際のカバーリング層厚15
を0,0.1および0.4μｍと変化させている。一方レーザ部
分単独構成時（ファブリーペロレーザ）における発振し
きい値電流を破線で示している。
第６図よりカバーリング層15の存在により光波結合効率
は著しく増加しているのがわかる。この理由は活性層３
（λｇ＝1.3μｍ）よりもバンドギャップの大きなｐ型I
nPカバーリング層15（λｇ＝0.92μｍ）を成長すること
により、光導波路部10における光のフィールド分布が変
化して半導体レーザ部と光導波路部におけるフィールド
分布がよく似た形になったためであり、光波結合効率は
従来例および実施例１に比べて飛躍的に改善される。ま
たただ単にカバーリング層15を従来例に適用すると光導
波路部10における横方向の閉じ込め効果が無くなるため
適用は不可能である。
は著しく増加しているのがわかる。この理由は活性層３
（λｇ＝1.3μｍ）よりもバンドギャップの大きなｐ型I
nPカバーリング層15（λｇ＝0.92μｍ）を成長すること
により、光導波路部10における光のフィールド分布が変
化して半導体レーザ部と光導波路部におけるフィールド
分布がよく似た形になったためであり、光波結合効率は
従来例および実施例１に比べて飛躍的に改善される。ま
たただ単にカバーリング層15を従来例に適用すると光導
波路部10における横方向の閉じ込め効果が無くなるため
適用は不可能である。
第７図は（ａ）従来例（ｂ）実施例１および（ｃ）実施
例２の場合の光集積装置の半導体レーザ部と光導波路部
における電界強度分布を示す特性図であり、以上の理由
を裏付けるものである。以上のようにカバーリング層の
導入により半導体レーザ部と光導波路部の光波結合効率
を高めることができ、光帰還型半導体レーザの特長であ
る狭スペクトル線幅特性をより一層改善することがで
き、その実用的効果は大きい。
例２の場合の光集積装置の半導体レーザ部と光導波路部
における電界強度分布を示す特性図であり、以上の理由
を裏付けるものである。以上のようにカバーリング層の
導入により半導体レーザ部と光導波路部の光波結合効率
を高めることができ、光帰還型半導体レーザの特長であ
る狭スペクトル線幅特性をより一層改善することがで
き、その実用的効果は大きい。
第８図は本発明の実施例２における光集積装置の製造方
法を示す工程図である。以下実施例２における光集積装
置の製造方法を説明する。
法を示す工程図である。以下実施例２における光集積装
置の製造方法を説明する。
実施例１の第４図（ｆ）までの工程が終了後、絶縁膜21
を除去し、MOCVD法等によりInPカバーリング層15を成長
して第８図（ａ）を得る。InPカバーリング層15を成長
後、コンタクト層８と電極コンタクトを形成するため
に、InP選択エッチングを第８図（ｂ）のように行いコ
ンタクトホール16を形成する。ここでカバーリング層15
の導電型がｐ型の場合はこのまま電極工程に入ってよい
が、ｎ型の場合はコンタクトホール16の部分にｐ型拡散
層を形成する必要がある。
を除去し、MOCVD法等によりInPカバーリング層15を成長
して第８図（ａ）を得る。InPカバーリング層15を成長
後、コンタクト層８と電極コンタクトを形成するため
に、InP選択エッチングを第８図（ｂ）のように行いコ
ンタクトホール16を形成する。ここでカバーリング層15
の導電型がｐ型の場合はこのまま電極工程に入ってよい
が、ｎ型の場合はコンタクトホール16の部分にｐ型拡散
層を形成する必要がある。
以上のことを表にまとめると以下のようになり、表はそ
れぞれの構造における光集積装置の各種特性の比較を示
す。
れぞれの構造における光集積装置の各種特性の比較を示
す。
なお実施例１、２では、能動光素子が半導体レーザであ
るとしたが、もちろん他の能動光素子、例えば受光素子
であっても本実施例の効果は十分にある。この場合、必
ずしも能動光素子を埋め込み構造とする必要はない。ま
たInP系化合物半導体を用いて光集積装置を形成した
が、GaAs系化合物半導体等を用いてもよい。更に半導体
レーザ部と光導波路部の形成においてウエットエッチン
グを用いたが、ドライエッチング等を用いてもよいこと
は言うまでもない。
るとしたが、もちろん他の能動光素子、例えば受光素子
であっても本実施例の効果は十分にある。この場合、必
ずしも能動光素子を埋め込み構造とする必要はない。ま
たInP系化合物半導体を用いて光集積装置を形成した
が、GaAs系化合物半導体等を用いてもよい。更に半導体
レーザ部と光導波路部の形成においてウエットエッチン
グを用いたが、ドライエッチング等を用いてもよいこと
は言うまでもない。
（実施例３） 第９図は本発明の実施例３における光集積装置の上面図
である。第９図において光集積装置は、半導体レーザ部
211及び光制御部212より構成される。ここで201は半導
体基板上に成長した光導波層、203は半導体レーザ部211
内に形成されたレーザ活性部202で発光したレーザ光を
光制御部212に導波するためのリブ型光導波路、204及び
205はリブ型光導波路203を導波する光の一部を取り出す
ためのリブ型光導波路である。206及び207はレーザ光出
射端に設けられたレーザ光を反射するための反射膜、20
8はレーザ光出射端に設けられた反射防止膜である。209
はレーザ部211中に設けられたレーザ活性部202と同一の
構造をもつ受光素子である。以下上記装置の動作を説明
する。
である。第９図において光集積装置は、半導体レーザ部
211及び光制御部212より構成される。ここで201は半導
体基板上に成長した光導波層、203は半導体レーザ部211
内に形成されたレーザ活性部202で発光したレーザ光を
光制御部212に導波するためのリブ型光導波路、204及び
205はリブ型光導波路203を導波する光の一部を取り出す
ためのリブ型光導波路である。206及び207はレーザ光出
射端に設けられたレーザ光を反射するための反射膜、20
8はレーザ光出射端に設けられた反射防止膜である。209
はレーザ部211中に設けられたレーザ活性部202と同一の
構造をもつ受光素子である。以下上記装置の動作を説明
する。
レーザ活性部202で発した光は、リブ型光導波路203を通
じて導波し光制御部212に導かれる。ここで一部の光は
リブ型光導波路204、205に結合するが、残りの光は反射
膜207で反射され再びレーザ部に帰還される。この帰還
効果により本装置はスペクトル純度の優れた特性を有す
る発振特性が得られる。リブ型光導波路204に結合した
光は、反射防止膜208を経て外部に出力光として出射さ
れる。一方、リブ型光導波路205に結合した光は、レー
ザ活性部202と同一構成を持つ受光部209に入射して光起
電力を発生する。この光起電力を外部回路により検出す
ることにより、レーザの出力パワーをモニターすること
が可能となる。
じて導波し光制御部212に導かれる。ここで一部の光は
リブ型光導波路204、205に結合するが、残りの光は反射
膜207で反射され再びレーザ部に帰還される。この帰還
効果により本装置はスペクトル純度の優れた特性を有す
る発振特性が得られる。リブ型光導波路204に結合した
光は、反射防止膜208を経て外部に出力光として出射さ
れる。一方、リブ型光導波路205に結合した光は、レー
ザ活性部202と同一構成を持つ受光部209に入射して光起
電力を発生する。この光起電力を外部回路により検出す
ることにより、レーザの出力パワーをモニターすること
が可能となる。
以上のように実施例１、２で示した光集積装置を用いる
ことにより優れたスペクトル特性並びに多機能半導体レ
ーザ装置への応用が可能となる。
ことにより優れたスペクトル特性並びに多機能半導体レ
ーザ装置への応用が可能となる。
なお本実施例では光制御部212として方向性結合器と受
光素子との組合せを示したが、これに限定するものでは
なく他に光スイッチや干渉系等の組合せも可能であるこ
とは言うまでもない。
光素子との組合せを示したが、これに限定するものでは
なく他に光スイッチや干渉系等の組合せも可能であるこ
とは言うまでもない。
発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、３次元光導波路
として装荷型光導波路の代わりにリブ型光導波路を用い
ることにより、半導体レーザ層と光導波路層の間に分離
層を介する必要がないため、結晶成長層数が１層減少し
た。このため製造方法が容易となり、飛躍的な発振歩留
まりの向上と半導体レーザ部の厚み方向の横モードの制
御性が改善できる。またカバーリング層の導入により半
導体レーザ部と光導波路部の光波結合効率を高めること
ができ、光帰還型半導体レーザの特長である狭スペクト
ル線幅特性をより一層改善することができ、その実用的
効果は大きい。
として装荷型光導波路の代わりにリブ型光導波路を用い
ることにより、半導体レーザ層と光導波路層の間に分離
層を介する必要がないため、結晶成長層数が１層減少し
た。このため製造方法が容易となり、飛躍的な発振歩留
まりの向上と半導体レーザ部の厚み方向の横モードの制
御性が改善できる。またカバーリング層の導入により半
導体レーザ部と光導波路部の光波結合効率を高めること
ができ、光帰還型半導体レーザの特長である狭スペクト
ル線幅特性をより一層改善することができ、その実用的
効果は大きい。
第１図は本発明の第１の実施例における光集積装置の要
部断面を示す斜視図、第２図は第10図に示す光集積装置
の半導体レーザ部における横モードが単一となる範囲を
示した図、第３図は第10図に示す光集積装置の半導体レ
ーザの発振しきい値電流および光波結合効率の分離層膜
厚依存性を示す特性図、第４図は本発明の第１の実施例
における光集積装置の製造方法を示す工程図、第５図は
本発明の第２の実施例における光集積装置の要部断面を
示す斜視図、第６図は本発明の第２の実施例における光
集積装置の光波結合効率および発振しきい値電流のカバ
ーリング層膜厚依存性を示す特性図、第７図は従来例，
本発明の第１の実施例および第２の実施例における導波
光のフィールド分布を示す図、第８図は本発明の実施例
２における光集積装置の製造方法を示す工程図、第９図
は本発明の第３の実施例における光集積装置の上面図、
第10図は従来の光集積装置の要部断面を示す斜視図であ
る。 １……ｎ型InP基板、２……ｎ型InGaAsP光導波層、３…
…ｎ型InGaAsP活性層、４……ｐ型InPクラッド層、８…
…ｐ型InGaAsPコンタクト層、9,211……半導体レーザ
部、10……光導波路部、11……埋め込み部、15……ｐ型
InPカバーリング層、202……レーザ活性部、203,204,20
5……リブ型光導波路
部断面を示す斜視図、第２図は第10図に示す光集積装置
の半導体レーザ部における横モードが単一となる範囲を
示した図、第３図は第10図に示す光集積装置の半導体レ
ーザの発振しきい値電流および光波結合効率の分離層膜
厚依存性を示す特性図、第４図は本発明の第１の実施例
における光集積装置の製造方法を示す工程図、第５図は
本発明の第２の実施例における光集積装置の要部断面を
示す斜視図、第６図は本発明の第２の実施例における光
集積装置の光波結合効率および発振しきい値電流のカバ
ーリング層膜厚依存性を示す特性図、第７図は従来例，
本発明の第１の実施例および第２の実施例における導波
光のフィールド分布を示す図、第８図は本発明の実施例
２における光集積装置の製造方法を示す工程図、第９図
は本発明の第３の実施例における光集積装置の上面図、
第10図は従来の光集積装置の要部断面を示す斜視図であ
る。 １……ｎ型InP基板、２……ｎ型InGaAsP光導波層、３…
…ｎ型InGaAsP活性層、４……ｐ型InPクラッド層、８…
…ｐ型InGaAsPコンタクト層、9,211……半導体レーザ
部、10……光導波路部、11……埋め込み部、15……ｐ型
InPカバーリング層、202……レーザ活性部、203,204,20
5……リブ型光導波路
Claims (5)
- 【請求項１】能動光素子と光導波路を一体化した光集積
装置において、半導体基板上に前記半導体基板より大き
い屈折率を有するリブ型光導波路層と、前記リブ型光導
波路層上面の一部に前記リブ型光導波路層よりバンドギ
ャップの小さい活性層を有する能動光素子からなること
を特徴とする光集積装置。 - 【請求項２】能動光素子と光導波路を一体化した光集積
装置において、半導体基板上に前記半導体基板より大き
い屈折率を有するリブ型光導波路層と、前記リブ型光導
波路層上面の一部に前記リブ型光導波路層よりバンドギ
ャップの小さい活性層を有する能動光素子とを有し、前
記活性層よりバンドギャップの大きい材料が少なくとも
前記リブ型光導波路層上面に形成されていることを特徴
とする光集積装置。 - 【請求項３】活性層が埋め込み層によって埋め込まれて
いることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２
項記載の光集積装置。 - 【請求項４】半導体基板上に少なくとも光導波路層、活
性層およびクラッド層の３層を含む多層構造を順次形成
する工程と、前記多層構造をストライプ上の領域を残し
て前記光導波路層の一部までエッチングした後、埋め込
み層により前記ストライプ領域を埋め込む工程と、前記
ストライプ状の領域の一部を残して、前記埋め込み層お
よび前記クラッド層を選択的にエッチングすることによ
り、前記ストライプ状の領域においては前記活性層表面
を露出させ、また前記ストライプ状の領域以外の領域に
おいては前記光導波層表面を露出させる工程と、露出し
た前記活性層を除去する工程からなる光集積装置の製造
方法。 - 【請求項５】露出した前記活性層を除去する工程の後、
前記埋め込み層および前記光導波路層表面に少なくとも
活性層よりバンドギャップの大きい半導体層を形成する
工程からなる特許請求の範囲第４項記載の光集積装置の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP820589A JPH0724319B2 (ja) | 1989-01-17 | 1989-01-17 | 光集積装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP820589A JPH0724319B2 (ja) | 1989-01-17 | 1989-01-17 | 光集積装置及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02188981A JPH02188981A (ja) | 1990-07-25 |
| JPH0724319B2 true JPH0724319B2 (ja) | 1995-03-15 |
Family
ID=11686748
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP820589A Expired - Fee Related JPH0724319B2 (ja) | 1989-01-17 | 1989-01-17 | 光集積装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0724319B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5028805B2 (ja) * | 2006-01-23 | 2012-09-19 | 富士通株式会社 | 光モジュール |
| JP5435447B2 (ja) * | 2008-08-05 | 2014-03-05 | 古河電気工業株式会社 | レーザ素子およびレーザモジュール |
-
1989
- 1989-01-17 JP JP820589A patent/JPH0724319B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02188981A (ja) | 1990-07-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |