JPH11204773A - Waveguide type semiconductor optical integrated element and its manufacture - Google Patents

Waveguide type semiconductor optical integrated element and its manufacture

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JPH11204773A
JPH11204773A JP765098A JP765098A JPH11204773A JP H11204773 A JPH11204773 A JP H11204773A JP 765098 A JP765098 A JP 765098A JP 765098 A JP765098 A JP 765098A JP H11204773 A JPH11204773 A JP H11204773A
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waveguide
optical
type semiconductor
light emitting
growth
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve characteristics by reducing absorption loss in a waveguide in a waveguide type semiconductor optical element, and realize an optical module and optical communication system at a low cost by using the element. SOLUTION: In a waveguide type semiconductor optical integrated element containing a light emitting part and a passive optical waveguide part, film thickness of an active layer 1 of the light emitting part is constant, and width of the active layer is at most 5 μm. The film thickness of a core layer of the passive optical waveguide part is modulated in a tapered shape 2 so as to be thinned along the direction of light propagation. The width of the core layer is greater than that of the active layer, and the active layer 1 of the light emitting part and the core layer of the passive optical waveguide part are collectively formed by selective growth.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】 本発明は、導波路型半導体
光集積素子に関し、特に光通信用光モジュールおよび光
通信システムに好適に用いられる導波路型半導体光集積
素子およびその製造方法に関する。
The present invention relates to a waveguide type semiconductor optical integrated device, and more particularly to a waveguide type semiconductor optical integrated device suitably used for an optical module for optical communication and an optical communication system, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来技術】アクセス系光通信システムの低価格化に
は、光モジュールの低価格化が重要である。光モジュー
ルの低価格化を図るには、従来のレンズ系を用いた光学
系ではなく、直接半導体レーザと光導波路や光ファイバ
を直接結合するのが有効である。しかしながら、従来構
造の半導体レーザの光スポットサイズ(光強度が1/e
2となる直径)は約2μm程度であり、広く使われてい
る1.3μm零分散の光ファイバのそれの10μmと比
べると大きな違いがある。このため、両者の直接結合で
は結合損失が10dB程度と大きく、深刻な問題となっ
ていた。また平面型光回路(PLC:planer l
ight−wave circuit)などで通常用い
られる石英系光導波路においても光スポットサイズは8
μm程度大きいことから、この光スポットサイズの違い
が問題となっている。
2. Description of the Related Art Cost reduction of access optical communication systems
It is important to reduce the price of the optical module. Light module
In order to reduce the price of the lens, the optical system using the conventional lens system
System, not semiconductor laser and optical waveguide or optical fiber
It is effective to directly connect However, the conventional structure
Spot size of the semiconductor laser (light intensity is 1 / e
TwoIs about 2 μm, which is widely used
1.3 μm Zero-dispersion optical fiber
There is a big difference. For this reason, the direct combination of the two
Has a large coupling loss of about 10 dB, which is a serious problem.
I was In addition, a planar optical circuit (PLC: planar
Normally used in light-wave circuits
The optical spot size is 8 even in the quartz optical waveguide
This difference in light spot size is about μm larger.
Is a problem.

【0003】このような両者のモード不整合による結合
損失を低減させるには、半導体レーザの光スポットサイ
ズを拡大することが有効である。しかしながら半導体レ
ーザにおいては、光導波路の光閉じ込めが弱いほど、即
ち光スポットサイズが大きいほど発振閾値が高くなって
発光効率が低下する。レーザ発振特性を犠牲にすること
なく、光スポットサイズを拡大するには、半導体よりな
る光スポットサイズ変換用の光導波路を集積し、その厚
さや幅を光軸方向でテーパ状に変調すれば良い(以下こ
れをSSC−LDと称す)。
In order to reduce the coupling loss due to such mode mismatch, it is effective to increase the light spot size of the semiconductor laser. However, in a semiconductor laser, the smaller the light confinement of the optical waveguide, that is, the larger the light spot size, the higher the oscillation threshold value and the lower the luminous efficiency. In order to increase the light spot size without sacrificing the laser oscillation characteristics, a light spot size conversion optical waveguide made of a semiconductor may be integrated and its thickness or width may be modulated in a tapered shape in the optical axis direction. (Hereinafter, this is referred to as SSC-LD).

【0004】光導波路厚を光軸方向で変調し、光スポッ
トサイズを変換するSSC−LDの製造方法が、特開平
7−283490号公報に開示されている。これの構造
図を図2に示す。ここでは選択MOVPEにて成長阻止
膜のパターンを変えることで、活性層1とテーパ導波路
2のコア層を一括形成している。さらに、成長阻止膜の
パターンを工夫することで、光軸方向に光導波路厚とエ
ネルギーバンドギャップを変化させ、テーパ導波路を形
成する。同構造ではフラットエンドの光ファイバとの結
合損失として4dB以下が得られている。
[0004] A method of manufacturing an SSC-LD in which the thickness of an optical waveguide is modulated in the optical axis direction to convert the light spot size is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-283490. FIG. 2 shows a structural diagram of this. Here, the active layer 1 and the core layer of the tapered waveguide 2 are collectively formed by changing the pattern of the growth blocking film by selective MOVPE. Further, the thickness of the optical waveguide and the energy band gap are changed in the optical axis direction by devising the pattern of the growth blocking film to form a tapered waveguide. In this structure, a coupling loss with a flat-end optical fiber of 4 dB or less is obtained.

【0005】選択MOVPEにより光軸方向に、光導波
路厚とエネルギーバンドギャップを変化させる構造は、
特開平5−29602号公報に開示されている。成長阻
止膜10の間隙幅を変えて選択MOVPEを行った結果
の模式図を図3に示す。
A structure for changing the thickness of the optical waveguide and the energy band gap in the optical axis direction by the selective MOVPE is as follows.
It is disclosed in JP-A-5-29602. FIG. 3 is a schematic diagram showing the result of performing selective MOVPE by changing the gap width of the growth blocking film 10.

【0006】特開平7−283490号公報および特開
平5−29602号公報のどちらの公報においても、半
導体エッチングにて導波路を形成後、電流ブロック層
3、4、クラッド層5を成長して、素子を完成する。
In both Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 7-283490 and 5-29602, after forming a waveguide by semiconductor etching, current blocking layers 3, 4 and a cladding layer 5 are grown. Complete the device.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで、選択MOV
PEでは成長阻止膜幅や間隙幅の一方を光軸方向に急激
に変化させても、実際の光導波路の厚さは滑らかに変化
する。同様に、活性層1とテーパ導波路2のコア層の境
界ではバンドギャップエネルギーが緩やかに変化し、こ
れによってテーパ導波路2においてバンド間遷移による
吸収損失が生じる。吸収損失の増加は閾値電流の増加、
スロープ効率の低下を生じさせるばかりか、高温動作特
性も著しく低下させる。
By the way, the selection MOV
In PE, the actual thickness of the optical waveguide changes smoothly even if one of the growth blocking film width and the gap width is suddenly changed in the optical axis direction. Similarly, the band gap energy gradually changes at the boundary between the active layer 1 and the core layer of the tapered waveguide 2, thereby causing absorption loss due to the inter-band transition in the tapered waveguide 2. Increase in absorption loss is due to increase in threshold current,
Not only does the slope efficiency drop, but the high temperature operating characteristics also drop significantly.

【0008】この問題を解決するために、活性層1とテ
ーパ導波路2のコア層を別工程の結晶成長にて作製する
ことで、SSC−LDを実現する構造が文献ELECT
RONICS LETTERS Vol. 31, N
o. 21, 1838頁に開示されている。同構造に
て形成されるテーパ導波路はレーザ発振波長に対する吸
収損失が小さいため、室温での閾値電流5.6mA、ス
ロープ効率0.41W/A、最高発振温度135℃と良
好な発振特性を実現している。さらにテーパ導波路集積
による光スポットサイズの拡大により、フラットエンド
光ファイバとの結合損失1.8dBと良好な結合特性も
同時に実現している。
In order to solve this problem, an active layer 1 and a core layer of the tapered waveguide 2 are formed by crystal growth in different steps, and a structure for realizing the SSC-LD is disclosed in the document ELECT.
RONICS LETTERS Vol. 31, N
o. 21, page 1838. Since the tapered waveguide formed by this structure has a small absorption loss at the laser oscillation wavelength, it realizes excellent oscillation characteristics such as a threshold current at room temperature of 5.6 mA, a slope efficiency of 0.41 W / A, and a maximum oscillation temperature of 135 ° C. doing. Further, by expanding the light spot size due to the integration of the tapered waveguide, the coupling loss with the flat end optical fiber of 1.8 dB and good coupling characteristics are also realized.

【0009】しかしながら、同構造では活性層とテーパ
導波路層を別の結晶成長により形成するため、作製プロ
セスが複雑となる。このため素子の実用化に際し十分な
再現性、特性の均一性が得られないことが懸念される。
However, in this structure, since the active layer and the tapered waveguide layer are formed by different crystal growth, the manufacturing process becomes complicated. For this reason, there is a concern that sufficient reproducibility and uniformity of characteristics cannot be obtained when the element is put into practical use.

【0010】本発明の目的は、低閾値電流、高スロープ
効率でレーザ発振し、高温動作特性、再現性、特性の均
一性に優れ、且つ簡単なプロセスにより作製可能なSS
C−LDを含む導波路型半導体光集積素子を提供するこ
とにある。さらには、同素子を用いて安価な光モジュー
ル、光通信システムを実現することにある。
An object of the present invention is to provide a laser which oscillates with a low threshold current and a high slope efficiency, has excellent high-temperature operation characteristics, reproducibility, uniformity of characteristics, and can be manufactured by a simple process.
An object of the present invention is to provide a waveguide type semiconductor optical integrated device including a C-LD. Another object is to realize an inexpensive optical module and an optical communication system using the element.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明では、選択MOV
PEを用いた以下に示す解決手段により、受動導波路で
の吸収損失を低減し、光スポットサイズが拡大された良
好な発振特性を有する導波路型半導体光集積素子を実現
する。
According to the present invention, a selective MOV is provided.
The following solution using PE reduces absorption loss in a passive waveguide, and realizes a waveguide type semiconductor optical integrated device having an excellent light emission characteristic with an enlarged light spot size.

【0012】本発明の解決手段1では、発光部と受動光
導波路部を含む導波路型半導体光集積素子において、前
記発光部の活性層の膜厚が一定であり、この活性層幅が
5μm以下であり、前記受動光導波路部のコア層の膜厚
が光の伝搬する方向に沿って薄くなるようにテーパ状に
変調されており、このコア層の幅が活性層幅よりも広
く、この発光部の活性層と受動光導波路部のコア層は一
括して選択成長により形成されたものであることを特徴
とする導波路型半導体光集積素子により問題を解決す
る。
According to a first aspect of the present invention, in a waveguide type semiconductor optical integrated device including a light emitting section and a passive optical waveguide section, the active layer of the light emitting section has a constant thickness, and the active layer width is 5 μm or less. The thickness of the core layer of the passive optical waveguide portion is modulated in a tapered shape so as to become thinner in the light propagation direction, and the width of the core layer is wider than the width of the active layer. The problem is solved by a waveguide type semiconductor optical integrated device characterized in that the active layer of the portion and the core layer of the passive optical waveguide portion are collectively formed by selective growth.

【0013】本発明の解決手段2では、前記受動光導波
路部のコア層の幅が、発光部の活性層と接する領域でテ
ーパ状に変化していることを特徴とする解決手段1記載
の導波路型半導体光集積素子により問題を解決する。
[0013] In a second aspect of the present invention, the width of the core layer of the passive optical waveguide portion is tapered in a region in contact with the active layer of the light emitting portion. The problem is solved by a waveguide type semiconductor optical integrated device.

【0014】本発明の解決手段3では、前記発光部の活
性層と前記受動光導波路部のコア層が量子井戸層である
ことを特徴とする解決手段1または2記載の導波路型半
導体光集積素子により問題を解決する。
According to a third aspect of the present invention, there is provided the waveguide type semiconductor optical integrated device according to the first or second aspect, wherein the active layer of the light emitting section and the core layer of the passive optical waveguide section are quantum well layers. The element solves the problem.

【0015】本発明の解決手段4では、前記発光部およ
び受動光導波路部が埋め込み型であることを特徴とする
解決手段1〜2のいずれかに記載の導波路型半導体光集
積素子により問題を解決する。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a waveguide type semiconductor optical integrated device according to any one of the first and second aspects, wherein the light emitting section and the passive optical waveguide section are of an embedded type. Solve.

【0016】本発明の解決手段5では、分布帰還型半導
体レーザ、分布反射型半導体レーザ、光変調器、光検出
器、光スイッチおよび光導波路から選ばれる少なくとも
一つをさらに含む解決手段1〜4のいずれかに記載の導
波路型半導体光集積素子により問題を解決する。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the first to fourth aspects, further including at least one selected from a distributed feedback semiconductor laser, a distributed reflection semiconductor laser, an optical modulator, a photodetector, an optical switch, and an optical waveguide. The problem is solved by the waveguide type semiconductor optical integrated device according to any one of the above.

【0017】本発明の解決手段6では、半導体基板上
に、選択成長のマスクとして用いる成長阻止膜を、一対
のストライプ状であって、(イ)発光部における成長阻
止膜の間隙が5μm以下、受動光導波路における成長阻
止膜の間隙が発光部の間隙幅より広く、(ロ)発光部に
おける成長阻止膜の幅に比べて、受動光導波路における
成長阻止膜の幅が狭く、かつ光の伝搬する方向に沿って
狭くなるように形成する工程と、この成長阻止膜の間隙
部分に発光部の活性層と受動導波路のコア層を一括して
選択成長によって形成する工程とを含む導波路型半導体
光集積素子の製造方法により問題を解決する。
According to Solution 6 of the present invention, a growth inhibiting film used as a mask for selective growth is formed on a semiconductor substrate in a pair of stripes, and (a) the gap between the growth inhibiting films in the light emitting portion is 5 μm or less. The gap between the growth blocking film in the passive optical waveguide is wider than the gap width in the light emitting portion. (B) The width of the growth blocking film in the passive optical waveguide is narrower than the width of the growth blocking film in the light emitting portion, and light propagates. A waveguide-type semiconductor including a step of forming the active layer of the light-emitting portion and a core layer of the passive waveguide in a gap portion of the growth-blocking film by collective selective growth. The problem is solved by a method for manufacturing an optical integrated device.

【0018】本発明の解決手段7では、前記選択成長を
選択MOVPEにより形成することを特徴とする解決手
段6記載の導波路型半導体光集積素子の製造方法により
問題を解決する。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a waveguide type semiconductor optical integrated device according to the sixth aspect, wherein the selective growth is formed by selective MOVPE.

【0019】本発明の解決手段8では、前記発光部の活
性層と受動導波路のコア層が量子井戸構造となるように
選択成長を行う解決手段6または7記載の導波路型半導
体光集積素子の製造方法により問題を解決する。
According to Solution 8 of the present invention, the waveguide type semiconductor optical integrated device according to Solution 6 or 7, wherein selective growth is performed so that the active layer of the light emitting section and the core layer of the passive waveguide have a quantum well structure. To solve the problem.

【0020】本発明の解決手段9では、選択成長により
形成される発光部および受動光導波路部の光導波路の側
壁が(111)結晶面である解決手段1〜5のいずれか
に記載の導波路型半導体光素子により問題を解決する。
[0020] According to the solution 9 of the present invention, the waveguide according to any one of the solutions 1 to 5, wherein the side walls of the optical waveguide of the light emitting portion and the passive optical waveguide portion formed by selective growth are (111) crystal planes. The problem is solved by the type semiconductor optical device.

【0021】本発明の解決手段10では、発光部および
受動光導波路部の光導波路が電流または電圧印加のため
に2つ以上の電極構造を有する解決手段1〜5のいずれ
かに記載の導波路型半導体光集積素子により問題を解決
する。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided the waveguide according to any one of the first to fifth aspects, wherein the light emitting portion and the optical waveguide of the passive optical waveguide portion have two or more electrode structures for applying current or voltage. The problem is solved by the integrated semiconductor optical device.

【0022】本発明の解決手段11では、動作波長が
0.3〜1.7μmである解決手段1〜5のいずれかに
記載の導波路型半導体光集積素子により問題を解決す
る。
According to a solution 11 of the present invention, the problem is solved by the waveguide type semiconductor optical integrated device according to any one of the solutions 1 to 5, wherein the operating wavelength is 0.3 to 1.7 μm.

【0023】本発明の解決手段12では、解決手段1〜
5のいずれかに記載の導波路型半導体光集積素子を少な
くとも一個用いて形成することを特徴とする光モジュー
ルにより問題を解決する。
In the solution means 12 of the present invention, the solution means 1 to 1
The problem is solved by an optical module characterized in that the optical module is formed by using at least one waveguide-type semiconductor optical integrated device according to any one of (5).

【0024】本発明の解決手段13では、解決手段1〜
5のいずれかに記載の導波路型半導体光集積素子を少な
くとも一個用いることを特徴とする光通信システムによ
り問題を解決する。
According to the solution means 13 of the present invention, the solution means 1
The problem is solved by an optical communication system characterized by using at least one waveguide type semiconductor optical integrated device according to any one of the above (5).

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】本発明の導波路型半導体光集積素
子は、発光部の活性層の膜厚が一定で、受動光導波路部
のコア層の膜厚が光の伝搬する方向に沿ってテーパ状に
薄くなるように変調されているので、発光部からの光の
スポットサイズが受動光導波路部で拡大される。ここで
テーパ状に薄くなるとは、直線的に薄くなることばかり
ではなく、不連続に変化することなく滑らかに薄くなっ
ていることをいう。このように、コア層がテーパ状に薄
くなっている受動光導波路部を、以下テーパ導波路とも
いう。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the waveguide type semiconductor optical integrated device of the present invention, the thickness of the active layer of the light emitting section is constant, and the thickness of the core layer of the passive optical waveguide section is along the direction of light propagation. Since the light is modulated so as to be tapered, the spot size of the light from the light emitting portion is enlarged in the passive optical waveguide portion. Here, thinning in a tapered shape means not only linearly thinning but also smooth thinning without discontinuous change. The passive optical waveguide portion in which the core layer is tapered and thus thin is also referred to as a tapered waveguide hereinafter.

【0026】この発光部の活性層とテーパ導波路のコア
層は、選択成長、特に好ましくはMOVPEによる選択
成長により形成される。選択成長の際に用いるマスクで
ある成長阻止膜のパターンを、活性層を形成する部分
で、間隙幅5μm以下とし、テーパ導波路のコア層を形
成する領域で、間隙幅を活性層を形成する領域より広く
し、発光部における成長阻止膜の幅に比べて、受動光導
波路における成長阻止膜の幅が狭く、かつ光の伝搬する
方向に沿って狭くなるように形成する。このようにする
ことにより、活性層幅が5μm以下となり、コア層の幅
が活性層幅より広く形成される。
The active layer of the light emitting portion and the core layer of the tapered waveguide are formed by selective growth, particularly preferably by MOVPE. The pattern of the growth blocking film, which is a mask used for selective growth, is formed to have a gap width of 5 μm or less at the portion where the active layer is formed, and the active layer is formed with a gap width at the region where the core layer of the tapered waveguide is formed. The width is wider than the region, and the width of the growth blocking film in the passive optical waveguide is narrower than the width of the growth blocking film in the light emitting portion, and is narrower in the light propagation direction. By doing so, the width of the active layer becomes 5 μm or less, and the width of the core layer is formed wider than the width of the active layer.

【0027】従来例で示した間隙幅を変化させる方式で
は、選択MOVPEを行った後、半導体をエッチングす
ることにより導波路を形成する。しかしながら、成長阻
止膜上を移動してくる原料種のマイグレーションによ
り、図4に示すように、選択成長層のメサ端近傍が幅1
〜2μmにわたり盛り上がってしまい、この部分での光
学特性等が劣化する。従ってこの製造方法では、この盛
り上がった領域を避け、比較的幅の広い空隙部を設けて
その中央に活性層1やテーパ導波路2等を形成する必要
がある。このため、先に示した特開平7−283490
号公報と特開平5−29602号公報のように、半導体
をエッチングすることにより導波路を形成する製造方法
では10μm程度以上の間隙幅が必要となる。しかし、
間隙幅が広くなると、膜厚変化はマイグレーションの効
果でなく気相拡散の効果によって生じるため、急峻なバ
ンドギャップエネルギーシフトが実現できず、SSC−
LDで要求される低損失なテーパ導波路が実現できな
い。
In the method of changing the gap width shown in the conventional example, a waveguide is formed by performing selective MOVPE and then etching the semiconductor. However, due to the migration of the raw material species moving on the growth inhibiting film, as shown in FIG.
It rises up to about 2 μm, and the optical characteristics and the like at this portion deteriorate. Therefore, in this manufacturing method, it is necessary to provide a relatively wide gap, avoiding the raised area, and form the active layer 1, the tapered waveguide 2, and the like in the center. For this reason, Japanese Unexamined Patent Application Publication No.
In the manufacturing method of forming a waveguide by etching a semiconductor as disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 5-29602 and Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 5-29602, a gap width of about 10 μm or more is required. But,
When the gap width is increased, the change in film thickness is caused not by the effect of migration but by the effect of gas phase diffusion, so that a steep band gap energy shift cannot be realized and SSC-
A low-loss tapered waveguide required by LD cannot be realized.

【0028】これに対して本発明においては、成長阻止
膜の間隙幅が5μm以下と狭くするので、間隙部に直接
形成される形状は、図4に示した側面付近の突起が接合
された状態となる。側面の突起は主としてマイグレーシ
ョンによるものであり、これが支配的となって導波路が
形成される。
On the other hand, in the present invention, since the gap width of the growth blocking film is narrowed to 5 μm or less, the shape directly formed in the gap is such that the protrusion near the side face shown in FIG. Becomes The protrusion on the side surface is mainly due to migration, and this becomes dominant to form a waveguide.

【0029】間隙部へ供給される原料の供給量は一定で
あることを考慮すると、この部分に形成される導波路の
断面積は一定となる。例えば間隙部を1.5μmから3
μmに広げた場合は、図5に示すように、選択成長され
る厚さが0.3μmから約0.15μmへと変化する。
この場合の選択MOVPE成長では、気相拡散による濃
度勾配の影響を受けにくいため、間隙幅を変えることに
よる急峻な導波路厚の変化が可能となる。
Considering that the supply amount of the raw material supplied to the gap is constant, the cross-sectional area of the waveguide formed in this portion is constant. For example, if the gap is 1.5 μm to 3
When the thickness is increased to μm, as shown in FIG. 5, the thickness to be selectively grown changes from 0.3 μm to about 0.15 μm.
In the selective MOVPE growth in this case, since it is hard to be affected by the concentration gradient due to the vapor phase diffusion, a steep change in the waveguide thickness by changing the gap width becomes possible.

【0030】さらに導波路に量子井戸構造を採用すれ
ば、導波路厚が薄くなるに伴いバンドギャップエネルギ
ーが高エネルギー側に変化していくため、光導波路層厚
と同時にバンドギャップ波長を急峻に短波長化でき、テ
ーパ導波路2における吸収損失も小さくすることができ
る。この吸収損失の低下はSSC−LDでの特性改善に
大きく寄与し、良好な発振特性、高温動作特性を実現す
ることができる。さらに、間隙幅を広げたことによる活
性層1への影響は極めて小さく、良好な光学利得特性も
同時に実現することができる。このため、テーパ導波路
2を集積しても、半導体レーザ単体と比較しても遜色無
い良好な特性を有するSSC−LDが本発明により得ら
れる。
Further, if a quantum well structure is adopted for the waveguide, the bandgap energy changes to a higher energy side as the thickness of the waveguide decreases, so that the bandgap wavelength is sharply shortened simultaneously with the thickness of the optical waveguide layer. The wavelength can be increased, and the absorption loss in the tapered waveguide 2 can be reduced. This reduction in the absorption loss greatly contributes to the improvement of the characteristics of the SSC-LD, and can realize good oscillation characteristics and high-temperature operation characteristics. Further, the effect on the active layer 1 due to the widening of the gap width is extremely small, and good optical gain characteristics can be realized at the same time. For this reason, even if the tapered waveguide 2 is integrated, an SSC-LD having excellent characteristics comparable to a semiconductor laser alone can be obtained by the present invention.

【0031】実際に光軸方向に間隙幅を変化させて選択
MOVPEを行った場合のフォトルミネッセンス波長
(以下、PL波長という)変化の測定結果を図6に示
す。尚、PL波長はバンドギャップに対応する。ここ
で、成長阻止膜の幅は発光部にて50μm、また受動光
導波路部では幅を50μmから4μmにテーパ状に変化
させた。急峻なPL波長変化を実現するため、間隙幅は
1.5μmから3μmに広げる構成とした。また、比較
のため成長阻止膜幅は同じパターンとし、間隙幅を一定
とした場合のPL波長変化も併せて示す。間隙幅を広げ
た本発明による成長阻止膜パターンでは従来の間隙幅一
定のパターンと比べて活性層近傍のテーパ導波路領域に
おいて急峻なPL波長変化が得られるのが判る。
FIG. 6 shows a measurement result of a change in photoluminescence wavelength (hereinafter, referred to as PL wavelength) when selective MOVPE is performed by actually changing the gap width in the optical axis direction. Note that the PL wavelength corresponds to the band gap. Here, the width of the growth blocking film was changed to 50 μm in the light emitting portion, and the width in the passive optical waveguide portion was tapered from 50 μm to 4 μm. In order to realize a steep PL wavelength change, the gap width was increased from 1.5 μm to 3 μm. Also, for comparison, the PL wavelength change when the growth blocking film width is the same pattern and the gap width is constant is also shown. It can be seen that in the growth blocking film pattern according to the present invention in which the gap width is widened, a steep PL wavelength change can be obtained in the tapered waveguide region near the active layer as compared with the conventional pattern having a constant gap width.

【0032】PL波長の両者の差をプロットした結果を
図7に示す。発光部近傍のテーパ導波路領域において、
間隙幅を広げることで45nmのPL波長の短波長化が
得られていること、間隙幅変化によるPL波長変化は発
光部とテーパ導波路部の境界から数μmの範囲で急峻に
生じていることが判る。ここで示したように、間隙幅を
広げることで気相拡散の影響を受けることなく、急激な
バンドギャップエネルギーシフトが得られることは、本
発明者が初めて見出した現象である。
FIG. 7 shows the result of plotting the difference between the PL wavelengths. In the tapered waveguide region near the light emitting section,
The PL wavelength of 45 nm can be shortened by increasing the gap width, and the PL wavelength change due to the gap width change occurs sharply within a range of several μm from the boundary between the light emitting portion and the tapered waveguide portion. I understand. As shown here, a rapid band gap energy shift can be obtained without being affected by gas phase diffusion by increasing the gap width, which is the phenomenon discovered by the present inventors for the first time.

【0033】このように、本発明の導波路型半導体光集
積素子では、発光部の活性層とテーパ導波路部のコア層
の膜厚を急峻に変化しており、また急激なバンドギャッ
プエネルギーシフトが生じているので、バンド間遷移に
起因する吸収損失がなく良好な発振特性を有するSSC
−LD部を有する導波路型半導体光集積素子が得られ
る。
As described above, in the waveguide type semiconductor optical integrated device of the present invention, the thickness of the active layer of the light emitting portion and the thickness of the core layer of the tapered waveguide portion are sharply changed, and the band gap energy shift is abrupt. SSC having good oscillation characteristics without absorption loss due to inter-band transition
-A waveguide type semiconductor optical integrated device having an LD portion is obtained.

【0034】同時に、本発明の製造方法によれば、従来
行われていた半導体層等のエッチングによる導波路形成
が必要なく、均一性、再現性に優れる導波路が形成でき
る。
At the same time, according to the manufacturing method of the present invention, it is not necessary to form a waveguide by etching a semiconductor layer or the like, which has been conventionally performed, and a waveguide having excellent uniformity and reproducibility can be formed.

【0035】次に、本発明の製造方法において選択成長
の際に用いられる成長阻止膜のパターンを説明しなが
ら、本発明の導波路型半導体光集積素子における発光部
の活性層およびテーパ導波路のコア層の形状についてさ
らに説明する。
Next, the active layer of the light emitting portion and the tapered waveguide in the waveguide type semiconductor optical integrated device of the present invention will be described while explaining the pattern of the growth inhibiting film used in the selective growth in the manufacturing method of the present invention. The shape of the core layer will be further described.

【0036】図14に、本発明において選択成長の際に
用いられる成長阻止膜のパターンの1例を示す。図中、
Laは発光部長、Ltはテーパ導波路長である。尚、成
長阻止膜は、この図のように発光部およびテーパ導波路
を形成する部分において、一対のストライプ状をなして
おり、発光部端とテーパ導波路端で劈開等により切り出
される場合は、発光部およびテーパ導波路を形成する外
側、即ち、切り出されて不要となる部分ではストライプ
状である必要は必ずしもなく、本発明はそのような形態
をも含む。
FIG. 14 shows an example of a pattern of a growth blocking film used in the selective growth in the present invention. In the figure,
La is the length of the light emitting portion, and Lt is the length of the tapered waveguide. Incidentally, the growth blocking film has a pair of stripes in the portion where the light emitting portion and the tapered waveguide are formed as shown in this figure, and when the light emitting portion and the tapered waveguide end are cut out by cleavage or the like, It is not always necessary for the light emitting portion and the tapered waveguide to be formed outside, that is, portions that are cut out and become unnecessary, and are not necessarily in a stripe shape, and the present invention includes such a form.

【0037】対になる成長阻止膜の発光部における間隙
Gp−aは、5μm以下に設定する。間隙Gp−aによ
り、発光部の活性層の幅が決定される。間隙Gp−aの
下限としては、活性層での発光が起こる程度以上の幅に
設定すればよいが、通常は0.1μm以上である。
The gap Gp-a in the light emitting portion of the growth blocking film forming a pair is set to 5 μm or less. The width of the active layer of the light emitting unit is determined by the gap Gp-a. The lower limit of the gap Gp-a may be set to a width that is equal to or greater than the level at which light emission occurs in the active layer, and is usually 0.1 μm or more.

【0038】対になる成長阻止膜のテーパ導波路部分の
間隙Gp−tは、間隙Gp−aより広く設定する。間隙
Gp−tは、5μmより広くてもよい。ここで、発光部
の活性層と接する領域(活性層からの距離が0〜L1の
範囲)では、間隙Gp−tが急激にテーパ状に広がって
いる。L1の長さとしては、あまり長すぎると急激な膜
厚の変化が得られない場合があるので、例えば100μ
m程度以下、好ましくは50μm以下である。この場
合、「テーパ状」とは、滑らかに広がっていることを意
味し、直線状にのみ広がることを意味するものではな
い。
The gap Gp-t at the tapered waveguide portion of the growth blocking film forming a pair is set wider than the gap Gp-a. The gap Gpt may be wider than 5 μm. Here, in a region of the light emitting portion in contact with the active layer (distance from the active layer is in a range of 0 to L1), the gap Gpt is sharply expanded in a tapered shape. If the length L1 is too long, a rapid change in film thickness may not be obtained.
m or less, preferably 50 μm or less. In this case, the “tapered shape” means that it spreads smoothly, but does not mean that it spreads only linearly.

【0039】また、図15にように、L1を0としても
よい。L1を0としても、選択成長によって、活性層と
コア層の幅が不連続となるほど急峻に変化するように形
成されるものではないが、モード不整合による散乱損失
を防ぐためには、L1を5μm以上、好ましくは10μ
m以上とする。
As shown in FIG. 15, L1 may be set to 0. Even if L1 is set to 0, it is not formed such that the width of the active layer and the core layer changes steeply as the width becomes discontinuous by selective growth. However, in order to prevent scattering loss due to mode mismatch, L1 is set to 5 μm. Above, preferably 10μ
m or more.

【0040】また、形成されるテーパ導波路の厚さが光
の伝搬する方向に沿って薄くなるように、テーパ導波路
部分の成長阻止膜の幅は、光の伝搬する方向に沿って狭
くなるように設定する。図14に示したように、活性層
から距離L2だけ離れたところで、幅の減少が緩やかに
なるようにしても、図16のように、成長阻止膜の外側
が、直線的に変化するように設定してもよく、また図1
7のように、テーパ導波路部分の間隙が光の伝搬方向に
向かって徐々に広がるようにしてもよい。また間隙また
は成長阻止膜幅が、このように直線的または折れ線的に
変化するばかりでなく、曲線状に緩やかに変化するよう
にしてもよい。どのような場合であっても、成長したコ
ア層の膜厚が光の伝搬する方向に沿って薄くなるように
テーパ状に変調されればよい。
Further, the width of the growth blocking film in the tapered waveguide portion is narrowed in the light propagation direction so that the thickness of the formed tapered waveguide is reduced in the light propagation direction. Set as follows. As shown in FIG. 14, even if the width decreases gradually at a distance L2 from the active layer, as shown in FIG. 16, the outside of the growth inhibiting film changes linearly. You can set
As shown in FIG. 7, the gap between the tapered waveguide portions may gradually widen in the light propagation direction. In addition, the gap or the width of the growth inhibiting film may not only change linearly or polygonally as described above, but may also change gradually in a curved shape. In any case, the thickness of the grown core layer may be modulated in a tapered shape so as to become thinner in the light propagation direction.

【0041】また、図14における成長阻止膜の発光部
の活性層部分の幅Waは、活性層を形成する領域におい
て一定の幅であり、必要とされる活性層の膜厚に合わせ
て適宜変更する。
The width Wa of the active layer portion of the light emitting portion of the growth blocking film in FIG. 14 is constant in the region where the active layer is formed, and is appropriately changed according to the required thickness of the active layer. I do.

【0042】また、テーパ導波路の出力端側の成長阻止
膜幅Wtも、出力端側で必要とされる膜厚に応じて適宜
調整する。
Further, the width Wt of the growth blocking film on the output end side of the tapered waveguide is appropriately adjusted according to the film thickness required on the output end side.

【0043】本発明の導波路型半導体光集積素子は、上
記のようにSSC−LD部分が最も特徴的な部分である
が、SSC−LDに加えて、分布帰還型半導体レーザ、
分布反射型半導体レーザ、光変調器、光検出器、光スイ
ッチおよび光導波路等のその他の光機能素子を同一基板
上に集積し、さらに高機能化、高集積化を図ったもので
あってもよい。
In the waveguide type semiconductor optical integrated device of the present invention, the SSC-LD portion is the most characteristic portion as described above. In addition to the SSC-LD, a distributed feedback semiconductor laser,
Other optical functional elements such as distributed reflection type semiconductor lasers, optical modulators, photodetectors, optical switches, and optical waveguides are integrated on the same substrate to achieve higher functionality and higher integration. Good.

【0044】[0044]

【実施例】以下に実施例を示して本発明をさらに詳細に
説明する。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples.

【0045】(第1の実施例)図1に、本発明の導波路
型半導体光集積素子の一形態であるSSC−LDを示
す。InGaAsP/InGaAsP MQW構造から
なる活性層1は間隙幅が1.5μmの部分に、また同時
に形成されるテーパ導波路2のコア層は間隙幅が3μm
に広げられた部分に直接形成される。導波路幅は活性層
1とテーパ導波路2のコア層の境界付近で30μmの長
さにわたり幅1.5μmから3μmに拡大し、ここでの
モード不整合による散乱損失(モード変換損失)を抑制
する構造を採用している。出射端の導波路厚は活性層1
の部分と比べて1/6に減少しており、ここでの光スポ
ットサイズが拡大されるとともにアスペクト比が改善さ
れ、良好な光ファイバとの結合特性を実現することがで
きる。この半導体レーザは発振波長が1.3μmになる
構造を採用している。
(First Embodiment) FIG. 1 shows an SSC-LD which is an embodiment of the waveguide type semiconductor optical integrated device of the present invention. The active layer 1 having the InGaAsP / InGaAsP MQW structure has a gap width of 1.5 μm, and the core layer of the simultaneously formed tapered waveguide 2 has a gap width of 3 μm.
It is formed directly on the part that is spread out. The width of the waveguide increases from 1.5 μm to 3 μm over a length of 30 μm near the boundary between the active layer 1 and the core layer of the tapered waveguide 2, thereby suppressing scattering loss (mode conversion loss) due to mode mismatching. The structure is adopted. The thickness of the waveguide at the emission end is the active layer 1
The light spot size is increased here, the aspect ratio is improved, and good coupling characteristics with the optical fiber can be realized. This semiconductor laser employs a structure having an oscillation wavelength of 1.3 μm.

【0046】図1および図8を用いて製造工程を説明す
る。図8(a)に示すように、まずn−InP基板の
(001)面上に熱CVD法により厚さ100nmのS
iO2膜からなる成長阻止膜10を堆積する。続いてフ
ォトリソグラフィ工程により、選択MOVPEに用いる
レジストパターンを形成する。希釈した弗酸により成長
阻止膜10をエッチングし、成長に用いる基板が完成す
る。成長阻止膜10のパターンは、図14に示した形状
と同一であり、発光部での成長阻止膜幅は50μm(=
Wa)で一定、受動光導波路部では50μmから4μm
(=Wt)にテーパ状に変化させる。さらに成長阻止膜
10の間隙部11の幅は、発光部分で1.5μm(=G
p−a)一定、受動光導波路部と発光部の境界では長さ
30μm(=L1)に渡り間隙部11の幅を1.5μm
から3μm(=Gp−t)に広げる構造とした。
The manufacturing process will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 8A, first, a 100 nm thick S is formed on a (001) plane of an n-InP substrate by a thermal CVD method.
A growth stop film 10 made of an iO 2 film is deposited. Subsequently, a resist pattern used for selective MOVPE is formed by a photolithography process. The growth inhibition film 10 is etched with the diluted hydrofluoric acid, and a substrate used for growth is completed. The pattern of the growth blocking film 10 is the same as the shape shown in FIG. 14, and the width of the growth blocking film in the light emitting section is 50 μm (=
Wa) constant, 50 μm to 4 μm in the passive optical waveguide section
(= Wt). Further, the width of the gap 11 of the growth blocking film 10 is 1.5 μm (= G
pa) Constant, at the boundary between the passive optical waveguide portion and the light emitting portion, the width of the gap portion 11 is 1.5 μm over a length of 30 μm (= L1).
From 3 μm (= Gp−t).

【0047】この基板を用いて選択MOVPEにより、
n−InPクラッド層を100nm、1.13μm波長
組成のInGaAsPよりなる第一のSCH層を60n
m、MQW層、1.13μm波長組成InGaAsPよ
りなる第二のSCH層を60nm、p−InPクラッド
層を100nmを順次エピタキシャル成長する。それら
の層の結晶は、成長阻止膜10上には成長せず、これの
間隙部分のn−InP基板の上に選択的に成長する。し
かもそれらの層は、成長阻止膜10の幅の広い部分の発
光部では最も膜厚が厚く、成長阻止膜の幅が狭くなって
いく領域ではレーザ活性層1から離れるにつれて膜厚が
薄くなる。MQW層は7つの1.4μm波長組成InG
aAsPよりなる井戸層とその間に挟まれる1.13μ
m波長組成InGaAsPよりなる障壁層から構成され
たもので、活性層1での井戸層の厚さは7nm、障壁層
の厚さは15nmとした。
Using this substrate, by selective MOVPE,
The n-InP cladding layer is 100 nm, and the first SCH layer made of InGaAsP having a wavelength composition of 1.13 μm is 60 n.
An m, MQW layer, a second SCH layer made of InGaAsP having a wavelength of 1.13 μm and a p-InP cladding layer of 60 nm are epitaxially grown in order. The crystals of those layers do not grow on the growth-blocking film 10 but grow selectively on the n-InP substrate in the gaps between them. In addition, those layers have the largest thickness in the light emitting portion of the wide portion of the growth blocking film 10, and become thinner as the distance from the laser active layer 1 increases in the region where the width of the growth blocking film becomes narrower. The MQW layer has seven 1.4 μm wavelength composition InG
aAsP well layer and 1.13 μm sandwiched between the well layers
The active layer 1 was composed of a barrier layer of m-wavelength composition InGaAsP, the thickness of the well layer was 7 nm, and the thickness of the barrier layer was 15 nm.

【0048】このように活性層1とテーパ導波路2を一
括形成した後、弗酸にてSiO2膜からなる成長阻止膜
10を除去し、図8(b)までの工程を終了する。
After the active layer 1 and the tapered waveguide 2 are collectively formed as described above, the growth stopper film 10 made of a SiO 2 film is removed with hydrofluoric acid, and the process up to FIG. 8B is completed.

【0049】その後再び全面にSiO2膜を堆積させ、
次いでセルフアラインプロセスにより、直接形成した導
波路の頂上にのみSiO2膜を残し、その他の部分のS
iO2膜を弗酸により除去することで、図8(c)に示
すように、埋め込み成長のための成長阻止膜10bを形
成する。その後の工程は、図1を参照して説明する。
Thereafter, a SiO 2 film is deposited again on the entire surface,
Next, by a self-alignment process, the SiO 2 film is left only on the top of the directly formed waveguide, and the S
By removing the iO 2 film with hydrofluoric acid, a growth stop film 10b for buried growth is formed as shown in FIG. Subsequent steps will be described with reference to FIG.

【0050】次に、この成長阻止膜10bをマスクにし
て再びMOVPE成長を行い、p−InP電流ブロック
層3を0.7μmとn−InP電流ブロック層4を0.
7μm順次形成する。
Next, MOVPE growth is performed again using the growth blocking film 10b as a mask, and the p-InP current blocking layer 3 is 0.7 μm and the n-InP current blocking layer 4 is 0.1 μm.
7 μm are sequentially formed.

【0051】次に成長阻止膜10bを除去してから、全
面にp−InPクラッド層5を形成する。p−InPク
ラッド層5はスポットサイズ拡大により光フィールドの
一部が電極に到達しない様、5μmと通常のLD構造よ
りも厚くする。またp−InPクラッド層5成長後は、
p−InGaAsコンタクト層6を成長し電極とのオー
ミックコンタクトが取り易い構造とする。
Next, the p-InP cladding layer 5 is formed on the entire surface after removing the growth inhibiting film 10b. The p-InP cladding layer 5 is 5 μm thicker than a normal LD structure so that a part of the light field does not reach the electrode due to the increase in the spot size. After the growth of the p-InP cladding layer 5,
The p-InGaAs contact layer 6 is grown to have a structure that makes it easy to make ohmic contact with the electrode.

【0052】続いて全面にSiO2膜を形成し、これを
フォトリソグラフィ工程によりパターニングして活性層
1にのみ電流が流れるように開口部を形成する。両面に
TiAuからなるp電極7とn電極9を形成後、430
℃での電極アロイ化を行い図1に示す素子が完成する。
Subsequently, an SiO 2 film is formed on the entire surface, and the SiO 2 film is patterned by a photolithography process to form openings so that current flows only in the active layer 1. After forming the p-electrode 7 and the n-electrode 9 made of TiAu on both surfaces, 430
Electrode alloying at a temperature of ° C. completes the device shown in FIG.

【0053】ウエハからLD部の長さ300μm、テー
パ導波路2の長さ200μmとして素子を切り出し、特
性の評価を行った。LD部の端面に95%の高反射コー
ティングを施した場合のI−L特性を図9に示す。室温
でのしきい値電流は8mAと低く、また85℃の場合に
おいても24.5mAと良好な発振特性を実現した。外
部微分量子効率は25℃、85℃の場合に対してそれぞ
れ、0.46W/A、0.36W/Aと良好であった。
加入者系に使われるLDの特性として重要な高温動作時
の駆動電流は、たとえば85℃での11mWを例に取る
と、56mAと低い値を実現した。
The device was cut out from the wafer with the length of the LD part being 300 μm and the length of the tapered waveguide 2 being 200 μm, and the characteristics were evaluated. FIG. 9 shows the IL characteristics when a high reflection coating of 95% is applied to the end face of the LD section. The threshold current at room temperature was as low as 8 mA, and good oscillation characteristics of 24.5 mA were realized even at 85 ° C. The external differential quantum efficiencies were as good as 0.46 W / A and 0.36 W / A for the cases of 25 ° C. and 85 ° C., respectively.
The driving current at the time of high-temperature operation, which is important as a characteristic of the LD used in the subscriber system, is as low as 56 mA in the case of 11 mW at 85 ° C., for example.

【0054】このような良好な発振特性が得られたの
は、導波路幅を拡大することで急峻なPL波長変化が得
られ、これによりテーパ導波路2での吸収損失が大きく
低減できたこと、さらに選択MOVPEによりモード変
換損失や導波路側壁の荒れによる散乱損失が生じなかっ
たことが挙げられる。
The reason that such excellent oscillation characteristics were obtained is that a steep PL wavelength change was obtained by enlarging the waveguide width, whereby the absorption loss in the tapered waveguide 2 could be greatly reduced. In addition, the mode conversion loss and the scattering loss due to the roughness of the waveguide side wall were not caused by the selective MOVPE.

【0055】同素子の遠方放射パターンを図10に示
す。水平放射角、垂直放射角として10.8°、13.
5°と狭い値を実現した。これは通常のLDで得られて
いる放射角の35°と比べると約1/3の値である。
FIG. 10 shows a far radiation pattern of the element. 12. Horizontal and vertical radiation angles are 10.8 ° and 13.
A narrow value of 5 ° was realized. This is about 1/3 of the emission angle of 35 ° obtained by a normal LD.

【0056】図11はスポットサイズ10μmのノーマ
ルシングルモードファイバと結合実験を行った結果であ
る。最小結合損失として、2.7dBが得られた。ま
た、結合損失が1dB上昇する位置トレランスは1.8
μmと安価な実装方式であるパッシブアライメントにも
十分適応できる良好な結合特性を同時に実現した。光フ
ァイバとのモード不整合の大きな通常構造の半導体レー
ザにて得られる結合損失が10dBであることを考慮す
ると、実に7dB以上の結合特性の改善をテーパ導波路
2の集積により実現することができた。
FIG. 11 shows the results of a coupling experiment performed with a normal single mode fiber having a spot size of 10 μm. As a minimum coupling loss, 2.7 dB was obtained. The position tolerance at which the coupling loss increases by 1 dB is 1.8.
Good coupling characteristics that can be adequately applied to passive alignment, which is an inexpensive mounting method with μm, are also realized. Considering that the coupling loss obtained by a semiconductor laser having a normal structure having a large mode mismatch with an optical fiber is 10 dB, an improvement of coupling characteristics of 7 dB or more can be realized by the integration of the tapered waveguide 2. Was.

【0057】(実施例2)図12は本発明によるSSC
−LD12をPLC(平面型光回路)基板15上にパッ
シブアライメント実装したものである。パッシブアライ
メント実装は、素子に付けられた電極パターンとPLC
基板のパターンとを画像認識により一致させることで素
子をPLC基板15上に配置する技術で、従来行われて
いた光軸調整をすることなく、素子と導波路とを結合す
る方法であり、実装コストを大きく低減させるものとし
て注目を集めている。
Embodiment 2 FIG. 12 shows an SSC according to the present invention.
-The LD 12 is mounted on a PLC (planar optical circuit) substrate 15 by passive alignment. Passive alignment mounting uses the electrode pattern attached to the device and the PLC
This is a technique for aligning the pattern of the substrate with the substrate by image recognition, thereby arranging the element on the PLC substrate 15. This is a method of coupling the element and the waveguide without adjusting the optical axis, which has been conventionally performed. It is drawing attention as a significant reduction in cost.

【0058】PLC基板15にはY分岐14が形成され
ており、これの一方にはSSC−LD12が、もう一方
には受光素子16が実装される構成になっている。PL
C基板15の導波路13とSSC−LD12との結合損
失は4dBであり、パッシブアライメント実装による過
剰損失は僅か1.3dBに抑えることができた。本発明
による半導体レーザはテーパ導波路2での吸収損失低減
により高温動作特性に優れていることから、従来半導体
レーザで行われていた温度制御が不要となっている。こ
のため、光モジュール17を非常に安価に構成すること
が可能となった。
A Y-branch 14 is formed on the PLC substrate 15, and the SSC-LD 12 is mounted on one of the Y-branches 14, and the light receiving element 16 is mounted on the other. PL
The coupling loss between the waveguide 13 of the C substrate 15 and the SSC-LD 12 was 4 dB, and the excess loss due to the passive alignment mounting could be suppressed to only 1.3 dB. The semiconductor laser according to the present invention is excellent in high-temperature operation characteristics due to the reduction of the absorption loss in the tapered waveguide 2, so that the temperature control conventionally performed by the semiconductor laser is unnecessary. For this reason, the optical module 17 can be configured at very low cost.

【0059】(実施例3)図13は実施例2にて示した
本発明の素子を実装した光モジュール17を光通信シス
テムに採用した構成を示すものである。本局と加入者と
は8〜32分岐の光カップラ18を通して1本の光ファ
イバ19で接続されている。本発明により安価な光モジ
ュール17を実現することが可能となるため、光通信シ
ステムトータルのコストを低く抑えることができる。
(Embodiment 3) FIG. 13 shows a configuration in which the optical module 17 on which the element of the present invention shown in Embodiment 2 is mounted is adopted in an optical communication system. The head office and the subscriber are connected by one optical fiber 19 through an optical coupler 18 having 8 to 32 branches. Since the present invention makes it possible to realize an inexpensive optical module 17, the total cost of the optical communication system can be reduced.

【0060】以上説明した実施例において、レーザ構造
をファブリペロー構造としたが、発光部であるLD部と
テーパ導波路2の間に受動導波路を設け、ここに回折格
子を形成するDBRレーザ構造としても良い。また、L
D部に回折格子を形成するDFBレーザ構造としてもよ
い。同一基板上にDFBレーザと変調器を形成し、変調
器部分の間隙幅を広くして、ここでの吸収損失を低減す
る変調器集積化光源としても良い。
In the embodiment described above, the laser structure is the Fabry-Perot structure. However, a passive waveguide is provided between the LD portion as the light emitting portion and the tapered waveguide 2, and a DBR laser structure in which a diffraction grating is formed there. It is good. Also, L
A DFB laser structure in which a diffraction grating is formed in the portion D may be used. A DFB laser and a modulator may be formed on the same substrate, and the gap width of the modulator portion may be widened to form a modulator integrated light source that reduces the absorption loss.

【0061】さらに、上記した実施例では、MQWをI
nGaAsP/InP系材料によって構成しているが、
AlGaAs/GaAs系材料、AlGaInP/Ga
InP系材料、ZnSe系、GaN系その他の化合物半
導体材料を使用したものであってもよい。
Further, in the above-described embodiment, the MQW is
Although it is made of nGaAsP / InP-based material,
AlGaAs / GaAs-based material, AlGaInP / Ga
InP-based materials, ZnSe-based, GaN-based, and other compound semiconductor materials may be used.

【0062】[0062]

【発明の効果】本発明によれば、発光部の活性層と受動
光導波路部のコア層の膜厚およびバンドギャップが急峻
に変化しているので、受動光導波路部の発光領域に近い
部分でバンド間遷移に起因する吸収損失を大きく低減す
ることができ、低閾値電流、高スロープ効率でレーザ発
振し、高温動作特性、再現性、特性の均一性に優れ、且
つ簡単なプロセスにより作製可能で、光スポットサイズ
の拡大により良好なシングルモードファイバとの結合損
失を実現できるSSC−LDを含む導波路型半導体光集
積素子を提供することができる。
According to the present invention, since the film thickness and band gap of the active layer of the light emitting portion and the core layer of the passive optical waveguide portion are sharply changed, the portion close to the light emitting region of the passive optical waveguide portion is provided. Absorption loss caused by band-to-band transition can be greatly reduced, laser oscillation with low threshold current and high slope efficiency, excellent high-temperature operation characteristics, reproducibility, uniformity of characteristics, and can be manufactured by a simple process. Further, it is possible to provide a waveguide type semiconductor optical integrated device including an SSC-LD capable of realizing a good coupling loss with a single mode fiber by enlarging an optical spot size.

【0063】また、本発明によれば導波路形状のエッチ
ングが不要で、簡単なプロセスによって、低閾値電流、
高スロープ効率でレーザ発振し、高温動作特性、再現
性、特性の均一性に優れ、光スポットサイズの拡大によ
り良好なシングルモードファイバとの結合損失を実現で
きるSSC−LDを含む導波路型半導体光集積素子の製
造方法を提供することができる。
Further, according to the present invention, etching of a waveguide shape is not required, and a low threshold current and a low threshold current can be obtained by a simple process.
Waveguide-type semiconductor light including SSC-LD that oscillates with high slope efficiency, has excellent high-temperature operation characteristics, reproducibility, and uniformity of characteristics, and realizes good coupling loss with single mode fiber by expanding the light spot size. A method for manufacturing an integrated device can be provided.

【0064】さらに、本発明によれば、他の光機能素子
との組合せにより、より高機能化、高集積化された導波
路型半導体光集積素子が可能になる。
Further, according to the present invention, a waveguide-type semiconductor optical integrated device having higher function and higher integration can be realized by combination with another optical functional device.

【0065】さらに、本発明によれば、光モジュールお
よび加入者系光通信システムの低価格化を図ることがで
きる。
Further, according to the present invention, the cost of the optical module and the subscriber optical communication system can be reduced.

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

【図1】本発明の1実施形態であるSSC−LDの構造
図である。
FIG. 1 is a structural diagram of an SSC-LD according to an embodiment of the present invention.

【図2】従来技術のSSC−LDの構造図である。FIG. 2 is a structural diagram of a conventional SSC-LD.

【図3】従来技術を説明するための選択成長層の構造図
である。
FIG. 3 is a structural diagram of a selective growth layer for explaining a conventional technique.

【図4】従来技術を説明するための選択成長層の断面図
である。
FIG. 4 is a sectional view of a selective growth layer for explaining a conventional technique.

【図5】本発明の効果を説明するための選択成長層の断
面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a selective growth layer for explaining the effect of the present invention.

【図6】本発明の効果を説明するためのPL波長プロフ
ァイル図である。
FIG. 6 is a PL wavelength profile diagram for explaining the effect of the present invention.

【図7】本発明の効果を説明するためのPL波長プロフ
ァイル図である。
FIG. 7 is a PL wavelength profile diagram for explaining the effect of the present invention.

【図8】本発明によるSSC−LDの製造工程を説明す
るための図である。
FIG. 8 is a diagram for explaining a manufacturing process of the SSC-LD according to the present invention.

【図9】本発明の実施例を説明するための図である。FIG. 9 is a diagram for explaining an embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施例を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining an embodiment of the present invention.

【図11】本発明の実施例を説明するための図である。FIG. 11 is a diagram for explaining an embodiment of the present invention.

【図12】本発明の実施例を説明するための光モジュー
ルの構成wp示す図である。
FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration wp of an optical module for describing an example of the present invention.

【図13】本発明の実施例を説明するための光通信シス
テムの構成を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a configuration of an optical communication system for explaining an embodiment of the present invention.

【図14】本発明に用いる成長阻止膜のパターンの1例
である。
FIG. 14 is an example of a pattern of a growth blocking film used in the present invention.

【図15】本発明に用いる成長阻止膜のパターンの1例
である。
FIG. 15 is an example of a pattern of a growth blocking film used in the present invention.

【図16】本発明に用いる成長阻止膜のパターンの1例
である。
FIG. 16 is an example of a pattern of a growth blocking film used in the present invention.

【図17】本発明に用いる成長阻止膜のパターンの1例
である。
FIG. 17 is an example of a pattern of a growth blocking film used in the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 活性層 2 テーパ導波路 3 p−InP電流ブロック層 4 n−InP電流ブロック層 5 p−InPクラッド層 6 p−InGaAsコンタクト層 7 p電極 8 n−InP基板 9 n電極 10 成長阻止膜 11 間隙部 12 SSC−LC 13 導波路 14 Y分岐 15 PLC基板 16 受光素子 17 光モジュール 18 光カップラ 19 光ファイバ REFERENCE SIGNS LIST 1 active layer 2 tapered waveguide 3 p-InP current blocking layer 4 n-InP current blocking layer 5 p-InP cladding layer 6 p-InGaAs contact layer 7 p electrode 8 n-InP substrate 9 n electrode 10 growth inhibiting film 11 gap Part 12 SSC-LC 13 waveguide 14 Y branch 15 PLC substrate 16 light receiving element 17 optical module 18 optical coupler 19 optical fiber

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 発光部と受動光導波路部を含む導波路型
半導体光集積素子において、 前記発光部の活性層の膜厚が一定であり、この活性層幅
が5μm以下であり、 前記受動光導波路部のコア層の膜厚が光の伝搬する方向
に沿って薄くなるようにテーパ状に変調されており、こ
のコア層の幅が活性層幅よりも広く、 この発光部の活性層と受動光導波路部のコア層は一括し
て選択成長により形成されたものであることを特徴とす
る導波路型半導体光集積素子。
1. A waveguide-type semiconductor optical integrated device including a light emitting section and a passive optical waveguide section, wherein the active layer of the light emitting section has a constant thickness, the active layer width is 5 μm or less, The thickness of the core layer in the waveguide section is modulated in a tapered shape so as to become thinner in the light propagation direction, and the width of the core layer is wider than the active layer width. A waveguide type semiconductor optical integrated device, wherein the core layer of the optical waveguide portion is formed by collective selective growth.
【請求項2】 前記受動光導波路部のコア層の幅が、発
光部の活性層と接する領域でテーパ状に変化しているこ
とを特徴とする請求項1記載の導波路型半導体光集積素
子。
2. The waveguide type semiconductor optical integrated device according to claim 1, wherein the width of the core layer of the passive optical waveguide portion changes in a tapered shape in a region in contact with the active layer of the light emitting portion. .
【請求項3】 前記発光部の活性層と前記受動光導波路
部のコア層が量子井戸層であることを特徴とする請求項
1または2記載の導波路型半導体光集積素子。
3. The integrated semiconductor optical device according to claim 1, wherein the active layer of the light emitting section and the core layer of the passive optical waveguide section are quantum well layers.
【請求項4】 前記発光部および受動光導波路部が埋め
込み型であることを特徴とする請求項1〜2のいずれか
に記載の導波路型半導体光集積素子。
4. The waveguide type semiconductor optical integrated device according to claim 1, wherein said light emitting section and said passive optical waveguide section are of a buried type.
【請求項5】 分布帰還型半導体レーザ、分布反射型半
導体レーザ、光変調器、光検出器、光スイッチおよび光
導波路から選ばれる少なくとも一つをさらに含む請求項
1〜4のいずれかに記載の導波路型半導体光集積素子。
5. The semiconductor device according to claim 1, further comprising at least one selected from a distributed feedback semiconductor laser, a distributed reflection semiconductor laser, an optical modulator, a photodetector, an optical switch, and an optical waveguide. Waveguide type semiconductor optical integrated device.
【請求項6】 半導体基板上に、選択成長のマスクとし
て用いる成長阻止膜を、一対のストライプ状であって、
(イ)発光部における成長阻止膜の間隙が5μm以下、
受動光導波路における成長阻止膜の間隙が発光部の間隙
幅より広く、(ロ)発光部における成長阻止膜の幅に比
べて、受動光導波路における成長阻止膜の幅が狭く、か
つ光の伝搬する方向に沿って狭くなるように形成する工
程と、 この成長阻止膜の間隙部分に発光部の活性層と受動導波
路のコア層を一括して選択成長によって形成する工程と
を含む導波路型半導体光集積素子の製造方法。
6. A pair of stripe-shaped growth inhibiting films used as a mask for selective growth on a semiconductor substrate,
(A) the gap between the growth blocking films in the light emitting portion is 5 μm or less;
The gap between the growth blocking film in the passive optical waveguide is wider than the gap width in the light emitting portion. (B) The width of the growth blocking film in the passive optical waveguide is narrower than the width of the growth blocking film in the light emitting portion, and light propagates. A waveguide-type semiconductor including a step of forming the active layer of the light-emitting portion and a core layer of the passive waveguide in the gap portion of the growth-blocking film by collective selective growth. A method for manufacturing an optical integrated device.
【請求項7】 前記選択成長を選択MOVPEにより形
成することを特徴とする請求項6記載の導波路型半導体
光集積素子の製造方法。
7. The method according to claim 6, wherein the selective growth is performed by selective MOVPE.
【請求項8】 前記発光部の活性層と受動導波路のコア
層が量子井戸構造となるように選択成長を行う請求項6
または7記載の導波路型半導体光集積素子の製造方法。
8. The selective growth is performed so that the active layer of the light emitting section and the core layer of the passive waveguide have a quantum well structure.
Or a method of manufacturing a waveguide-type semiconductor optical integrated device according to item 7.
【請求項9】 選択成長により形成される発光部および
受動光導波路部の光導波路の側壁が(111)結晶面で
ある請求項1〜5のいずれかに記載の導波路型半導体光
素子。
9. The waveguide type semiconductor optical device according to claim 1, wherein the side walls of the light guide of the light emitting portion and the passive light guide portion formed by the selective growth have a (111) crystal plane.
【請求項10】 発光部および受動光導波路部の光導波
路が電流または電圧印加のために2つ以上の電極構造を
有する請求項1〜5のいずれかに記載の導波路型半導体
光集積素子。
10. The waveguide-type semiconductor optical integrated device according to claim 1, wherein the light-emitting portion and the optical waveguide of the passive optical waveguide portion have two or more electrode structures for applying current or voltage.
【請求項11】 動作波長が0.3〜1.7μmである
請求項1〜5のいずれかに記載の導波路型半導体光集積
素子。
11. The waveguide type semiconductor optical integrated device according to claim 1, wherein an operating wavelength is 0.3 to 1.7 μm.
【請求項12】 請求項1〜5のいずれかに記載の導波
路型半導体光集積素子を少なくとも一個用いて形成する
ことを特徴とする光モジュール。
12. An optical module comprising at least one waveguide type semiconductor optical integrated device according to claim 1. Description:
【請求項13】 請求項1〜5のいずれかに記載の導波
路型半導体光集積素子を少なくとも一個用いることを特
徴とする光通信システム。
13. An optical communication system using at least one waveguide-type semiconductor optical integrated device according to claim 1. Description:
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