TW202005210A - 半導體雷射裝置 - Google Patents

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Abstract

半導體雷射裝置（50），具備雷射部（21）及調變器部（23）。雷射部（21）具有：第一條狀平台（25），形成於半導體基板（1）且延伸於雷射部（21）所射出的雷射光的光軸方向；半絕緣性埋入層（7），與第一條狀平台（25）的兩側面相接配置而且形成於半導體基板（1）；n型埋入層（8），形成於半絕緣性埋入層（7）的表面；p型覆蓋層（9），覆蓋n型埋入層（8）及第一條狀平台（25）的表面。調變器部（23）具有：第二條狀平台（25），形成於半導體基板（1）且延伸於光軸方向；半絕緣性埋入層（7），與第二條狀平台（25）的兩側面相接配置而且形成於半導體基板（1）；p型覆蓋層（9），覆蓋半絕緣性埋入層（7）及第二條狀平台的表面（25）。半導體雷射裝置（50）包括：分離部（22），形成雷射部（21）及調變器部（23）之間。分離部（22）具有：第三條狀平台（25），含有吸收層（4），是形成於半導體基板（1）且延伸於光軸方向之平台；半絕緣性埋入層（7），與第三條狀平台（25）的兩側面相接配置而且形成於半導體基板（1）；n型埋入層（8），形成於半絕緣性埋入層（7）的表面，且只配置於第三條狀平台（25）的鄰接領域；p型覆蓋層（9），覆蓋半絕緣性埋入層（7）、n型埋入層（8）及第三條狀平台（25）的表面。

Description

半導體雷射裝置
本申請案係有關於利用於光通信之，電場吸收型調變器及半導體雷射積體而成的半導體雷射裝置。
埋入型電場吸收型（EA）調變器及半導體雷射積體而成的半導體雷射裝置中，目前開發出一種使用了摻雜Fe（鐵）於埋入層中的半絕緣性半導體層（Fe—InP層）的設計（例如，參照專利文獻1、專利文獻2）。專利文獻2的第33圖（習知例）揭露了一種半導體雷射裝置，在半導體雷射部（領域I）、分離部（領域II）、調變器部（領域III）的平台構造部的兩側埋入摻雜Fe的InP半絕緣性半導體層（半絕緣性半導體層）及n型InP電洞陷阱層（n型埋入層），且n型InP電洞陷阱層的表面（與n型InP半導體基板相反側的面）與平台構造部的表面被p型InP覆蓋層（p型覆蓋層）所覆蓋。n型InP層電洞陷阱層被應用於防止電洞從p型InP覆蓋層注入摻雜Fe的InP半絕緣性半導體層，來改善雷射效率。
專利文獻1的第1例（第1圖）揭露了一種積體型光調變器（半導體雷射裝置），在雷射領域（雷射部）的條狀平台的兩側面被埋入摻雜Fe的InP高阻抗屏障層（半絕緣性半導體層），且n型InP緩衝層（n型埋入層）的表面（與n—InP基板相反側的面）與條狀平台的表面被p型InP層（p型覆蓋層）所覆蓋，調變領域（調變器部）的條狀平台的兩側面只埋入摻雜Fe的InP高阻抗屏障層。雷射領域的n型InP緩衝層被應用於防止電洞從p型InP層注入摻雜Fe的InP高阻抗屏障層所造成的輸出光飽和，也就是用來改善雷射效率。
專利文獻1的第二例（第2圖）揭露了一種積體型光調變器（半導體雷射裝置），在雷射領域（雷射部）及調變領域（調變器部）的條狀平台的兩側面被埋入摻雜Fe的InP高阻抗屏障層（半絕緣性半導體層），且條狀平台的表面及條狀平台附近的摻雜Fe的InP高阻抗屏障層中，被一部分除去的n型InP緩衝層（n型埋入層）及p型InP層（p型覆蓋層）所覆蓋。n型InP緩衝層與p型InP層的構造是條狀平台的表面外周部及其外側的摻雜Fe的InP高阻抗屏障層的表面形成有n型InP緩衝層，條狀平台的表面中央部及n型InP緩衝層的表面會被p型InP層所覆蓋。
先行技術文獻 專利文獻1：日本特開平3-192787號公報（第1圖、第2圖） 專利文獻2：日本特開平10-335751號公報（第33圖）
專利文獻2的半導體雷射裝置所示的習知例，藉由以摻雜Fe的InP半絕緣性半導體層（半絕緣性半導體層）包覆平台構造部的兩側，且將n型InP電洞陷阱層（n型埋入層）覆蓋於摻雜Fe的InP半絕緣性半導體層的表面，藉此改善雷射效率。然而，卻會有調變器部的n型InP電洞陷阱層（n型埋入層）與其上部的p型InP覆蓋層（p型覆蓋層）之間的界面間產生寄生電容，使高頻特性惡化的問題。
專利文獻1的第一例的半導體雷射裝置（積體型光調變器）是調變器部（調變器領域）中沒有n型InP緩衝層（n型埋入層）的構造，即使在雷射領域（雷射部）中，上部有p—InP覆蓋層（p型覆蓋層），也能夠減低裝置全體的n型InP緩衝層（n型埋入層）及p—InP覆蓋層（p型覆蓋層）之間的寄生電容。然而，雷射領域（雷射部）與調變領域（調變器部）之間形成有高低差，這個高低差造成光損失，且雷射領域（雷射部）的n型InP緩衝層（n型埋入層）會位於比調變領域（調變器部）的p—InP覆蓋層（p型覆蓋層）更高的位置，因為與雷射活性層分離，所以雷射領域（雷射部）的電流阻隔效果弱，產生了相對於注入電流來說，光輸出效率惡化的問題。
又，如同專利文獻1的第二例的半導體雷射裝置，將條狀平台形成於調變器部，來除去一部分的n型InP緩衝層（n型埋入層）的構造當中，相較於專利文獻2的半導體雷射裝置所示的習知例，雖然能夠減低調變器部中的n型InP緩衝層（n型埋入層）與p型的InP層（p型覆蓋層）之間的寄生電容，但即使如此仍殘留很大的寄生電容，對於高頻特性的改善並不足夠。
本申請案說明書所揭露的技術係為了解決上述的問題點而產生，目的是實現一種半導體雷射裝置，其中在調變部中的含有埋入了條狀平台的半絕緣性半導體層之埋入層以及p型覆蓋層之間的寄生電容減小或消失，雷射部及調變器部的連接部之間的光損失減小，相對於注入電流來說的光輸出效率高。
本申請案說明書揭露的一例的半導體雷射裝置，雷射部及調變器部形成在同一半導體基板。雷射部具有：第一條狀平台，含有活性層，是形成於半導體基板且延伸於雷射部所射出的雷射光的光軸方向之平台；半絕緣性埋入層，與第一條狀平台的兩側面相接配置而且形成於半導體基板；n型埋入層，形成於半絕緣性埋入層的表面；p型覆蓋層，覆蓋n型埋入層及第一條狀平台的表面。調變器部具有：第二條狀平台，含有吸收層，是形成於半導體基板且延伸於光軸方向之平台；半絕緣性埋入層，與第二條狀平台的兩側面相接配置而且形成於半導體基板；p型覆蓋層，覆蓋半絕緣性埋入層及第二條狀平台的表面。半導體雷射裝置包括：分離部，形成雷射部及調變器部之間。分離部具有：第三條狀平台，含有吸收層，是形成於半導體基板且延伸於光軸方向之平台；半絕緣性埋入層，與第三條狀平台的兩側面相接配置而且形成於半導體基板；n型埋入層，形成於半絕緣性埋入層的表面，且只配置於第三條狀平台的鄰接領域；p型覆蓋層，覆蓋半絕緣性埋入層、n型埋入層及第三條狀平台的表面。
本申請案說明書所揭露的一例的半導體雷射裝置中，調變器部的p型覆蓋層覆蓋了半絕緣性埋入層及第二條狀平台的表面，所以能夠比習知技術更縮小調變部中的含有埋入了條狀平台的半絕緣性半導體層之埋入層以及p型覆蓋層之間的寄生電容，能夠縮小光損失，能夠提高光輸出效率。
[實施型態1]
第1圖係顯示實施型態1的半導體雷射裝置的立體圖。第2圖係第1圖的半導體雷射裝置之雷射部的剖面圖。第3圖係第1圖的半導體雷射裝置之分離部的剖面圖。第4圖係第1圖的半導體雷射裝置之調變器部的剖面圖。實施型態1的半導體雷射裝置50具備雷射部21、分離部22、調變器部23。調變器部23是在n—InP基板（半導體基板）1上形成單片的電場吸收型（EA）調變器，半導體雷射裝置50是電場吸收型（EA）調變器積體半導體雷射。雷射部21是形成於虛線19a至虛線19b之間的領域，分離部22是形成於虛線19b至虛線19c之間的領域，調變器部23是形成於虛線19c至虛線19d之間的領域。
雷射部21具備n—InP基板1、n—InP覆蓋層2、活性層3、第1p—InP覆蓋層5、半絕緣性InP埋入層7、n—InP埋入層8、第3p—InP覆蓋層9、p—InGaAs接觸層10、絕緣膜11、陰極電極12、第1陽極電極13。調變器部23具備n—InP基板1、n—InP覆蓋層2、吸收層4、第2p—InP覆蓋層6、半絕緣性InP埋入層7、第3p—InP覆蓋層9、p—InGaAs接觸層10、絕緣膜11、陰極電極12、第2陽極電極14。分離部22是分離雷射部21及調變器部23的領域（分離領域、隔離領域）的構造物。分離部22具備n—InP基板1、n—InP覆蓋層2、吸收層4、第2p—InP覆蓋層6、半絕緣性InP埋入層7、第3p—InP覆蓋層9、絕緣膜11、陰極電極12。
活性層3是由InGaAsP多重量子井所構成。吸收層4是由InGaAsP多重量子井所構成。半絕緣性InP埋入層7是摻雜Fe的半絕緣性InP埋入層（摻雜Fe半絕緣性InP埋入層）。摻雜Fe半絕緣性InP埋入層為了方便而簡略稱為Fe—InP埋入層。絕緣層11例如是SiO2 的絕緣膜。半絕緣性InP埋入層7為了方便而標示為Fe—InP埋入層7。雷射部21上例如形成有寬度1.5μm、層方向的厚度2.5μm的條狀平台25。雷射部21的條狀平台25是由n—InP覆蓋層2、活性層3、第1p—InP覆蓋層5所構成。條狀平台25是延伸於雷射部21射出的雷射光的光軸方向之平台。條狀平台25連續地形成於雷射部21、分離部22、調變器部23。雖然條狀平台25連續地形成，但雷射部21、分離部22、調變器部23中的條狀平台25有時候會分別區別成雷射部條狀平台、分離部條狀平台、調變器部條狀平台來記載。雷射部21的條狀平台25是雷射部條狀平台（第一條狀平台）。分離部22的條狀平台25是分離部條狀平台（第三條狀平台）。調變器部23的條狀平台25是調變器部條狀平台（第二條狀平台）。分離部22、調變器部23上形成有由n—InP覆蓋層2、吸收層4、第2p—InP覆蓋層6所構成的條狀平台25。分離部22、調變器部23的條狀平台25是與雷射部21有相同的寬度1.5μm、厚度2.5μm的條狀平台。條狀平台25的寬度是半導體雷射裝置50的短邊方向（第3圖中的橫方向）的寬度，也是與雷射光的傳輸方向（活性層3、吸收層4延伸的方向）垂直的方向的寬度。條狀平台25的層方向的厚度是條狀平台25的背面（n—InP基板1的一部分，且包括半絕緣性InP埋入層7的背面之平面上的面）與正面（與n—InP基板1位於相反側的面）之間的高低差，在第2圖～第4圖中是縱方向的厚度。
在雷射部21中，在條狀平台25的兩側，從n—InP基板1的一側開始形成有厚度2.5μm的Fe—InP埋入層7、以及形成於Fe—InP埋入層7的表面（與n—InP基板1相反側的面）的n—InP埋入層8。n—InP埋入層8在條狀平台25的鄰接領域以外（虛線41a的外側（第2圖中的左側）、虛線41d的外側（第2圖中的右側）），厚度是0.5μm，在條狀平台25的鄰接領域（虛線41a～虛線41b之間的領域、虛線41c～虛線41d之間的領域），靠條狀平台25側厚度變薄。n—InP埋入層8的條狀平台25的鄰接領域是平台鄰接部26。積層於活性層3的表面的第1p—InP覆蓋層5的厚度是0.2μm。條狀平台25及n—InP埋入層8的上部（表面）上，依序形成有厚度2μm的第3p—InP覆蓋層9、p—InGaAs接觸層10。又，在n—InP基板1側形成有陰極電極12，在雷射部21的表面側形成有開口於條狀平台25的上部附近的絕緣膜11及第1陽極電極13。活性層3的表面形成於比半絕緣性InP埋入層7的表面更靠n—InP基板1側。
在調變器部23中，條狀平台25的兩邊形成從n—InP基板1側算起厚度2.5μm的Fe—InP埋入層7。積層於吸收層4的表面之第2p—InP覆蓋層6的厚度是等於第1p—InP覆蓋層5的0.2μm。條狀平台25及Fe—InP埋入層7的上部依序形成有第3p—InP覆蓋層9、p—InGaAs接觸層10。第3p—InP覆蓋層9從條狀平台25的表面算起厚度2μm。又，n—InP基板1側形成有陰極電極12，調變器部23的表面側形成有開口於條狀平台25的上部附近的絕緣膜11及第2陽極電極14。吸收層4的表面形成於比半絕緣性InP埋入層7的表面更靠n—InP基板1側。調變器部23的長邊方向（吸收層4的延伸方向）的長度是200μm。
分離部22的構造，與調變器部23的構造相比，沒有p—InGaAs接觸層10及第2陽極電極14、沒有開口於絕緣層11這點有所不同，其他部分相同。吸收層4的表面形成於比半絕緣性InP埋入層7的表面更靠n—InP基板1側。第2圖中，顯示了n—InP埋入層8的表面31以及第3p—InP覆蓋層9的表面32。第3圖、第4圖中，顯示了第3p—InP覆蓋層9的表面32。
說明實施型態1的半導體雷射裝置50的製造方法。n—InP基板1上以MOCVD（Metal organic chemical vapor deposition）法結晶成長出n—InP覆蓋層2、活性層3，活性層3的表面上形成衍射光柵（未圖示）後，結晶成長出第1p—InP覆蓋層5。雷射部21圖樣化形成SiO2 的第一光罩，以乾蝕刻除去雷射部21以外的活性層3、第1p—InP覆蓋層5。接著，分離部22及調變器部23中的n—InP覆蓋層2的表面，結晶成長出吸收層4、第2p—InP覆蓋層6。除去SiO2 的第一光罩，形成條狀平台25的多層構造（多層構造形成步驟）。除去SiO2 的第一光罩後，形成條狀平台25的領域，會形成SiO2 的第二光罩，以乾蝕刻除去第二光罩的領域外的積層構造，也就是n—InP基板1的一部分、n—InP覆蓋層2、活性層3、吸收層4、第1p—InP覆蓋層5、第2p—InP覆蓋層6，形成條狀平台25（條狀平台形成步驟）。
條狀平台形成步驟後，在SiO2 的第二光罩留著的狀態下，在形成的條狀平台25的兩側結晶成長出Fe—InP埋入層7、n—InP埋入層8。雷射部21上形成新的SiO2 的第三光罩。在這個狀態下，實施乾蝕刻，除去分離部22及調變器部23的n—InP埋入層8。當除去2個SiO2 的第二光罩及SiO2 的第三光罩後，形成第2圖所示的形狀的n—InP埋入層8。除去2個SiO2 的第二光罩及SiO2 的第三光罩後以結晶成長來形成第3p—InP覆蓋層9、p—InGaAs接觸層10。除去分離部22的p—InGaAs接觸層10後，在半導體雷射裝置50的中間製造體的表面上形成SiO2 的絕緣膜11（埋入層及上部層形成步驟）。在雷射部21及調變器部23中的條狀平台25的上部分附近，形成絕緣膜11的開口。之後，在半導體雷射裝置50的表面（與n—InP基板1相反側的正面）形成第1陽極電極13及第2陽極電極14，在n—InP基板1的背面（與條狀平台25相向的面之相反側的面）形成陰極電極12（電極形成步驟）。
實施型態1的半導體雷射裝置50是調變器23及分離部22中沒有n—InP埋入層8的構造。因此，實施型態1的半導體雷射裝置50與專利文獻2所示的習知例（習知例1）不同，調變器部23及分離部22中，n—InP埋入層8與第3p—InP覆蓋層9之間沒有產生寄生容量，因此調變器部23的高頻特性良好。又，實施型態1的半導體雷射裝置50中，形成於條狀平台25的表面之第3p—InP覆蓋層9的厚度在雷射部21、分離部22、調變器部23之間沒有太大的變化，因此與專利文獻1的第一例（習知例2）不同，不會發生因為高低差而造成的損失。
又，為了防止在p—InGaAs接觸層10的光吸收及光分佈形狀的散亂，活性層3及吸收層4的上部的p—InP覆蓋層（第1p—InP覆蓋層5、第2p—InP覆蓋層6、第3p—InP覆蓋層9）必須加厚到光分布程度以上。實施型態1的半導體雷射裝置50中，第3p—InP覆蓋層9的表面32的從n—InP基板1算起的位置，會比雷射部21的n—InP埋入層8的表面31的從n—InP基板1算起的位置高。從n—InP埋入層8的表面31至第3p—InP覆蓋層9的表面32的層方向距離d1與條狀平台25的上部中的第3p—InP覆蓋層9的層厚相同，是2μm。另外，第3p—InP覆蓋層9的表面32的形狀會對應n—InP埋入層8及條狀平台25的表面形狀，在條狀平台25的表面部分形成凹陷的形狀（變低的形狀），但在第1圖、第2圖中以平面簡略化地記載。又，第3p—InP覆蓋層9的上層的p—InGaAs接觸層10、第1陽極電極13也與第3p—InP覆蓋層9相同地，在第1圖、第2圖中以平面簡略化地記載。又，沒有形成n—InP埋入層8的分離部22、調變器部23的第3p—InP覆蓋層9的表面32的長邊方向的形狀，雖然隨著分離部22、調變器部23中不存在n—InP埋入層8的構造而朝向雷射部21陷入的形狀（變低的形狀），但在第1圖中以平面簡略化地記載。另外，實施型態2以後的圖中，第3p—InP覆蓋層9的表面32的形狀、其上部的p—InGaAs接觸層10等的形狀也以平面簡略化地記載。
實施型態1的半導體雷射裝置50中，位於雷射部21、分離部22、調變器部23的條狀平台25的上部之第3p—InP覆蓋層9的層厚，也就是層方向距離d1，有2μm的厚度，因此不會發生在p—InGaAs接觸層10的光吸收及光分布形狀的散亂。同時，實施型態1的半導體雷射裝置50，因為在雷射部21中，活性層3至n—InP埋入層8的層方向距離d2很短，所以會與相當於n—InP埋入層8的n型InP緩衝層遠離雷射活性層的習知例2不同，n—InP埋入層8所帶來的電流屏障效果變大，能夠提昇相對於往雷射部21的注入電流之光輸出效率。如例示，第1p—InP覆蓋層5、第2p—InP覆蓋層6的厚度是0.2μm，n—InP埋入層8的厚度是0.5μm，因此第2圖～第4圖的層方向距離d2是0.2μm。
前述的專利文獻1的第二例的半導體雷射裝置（習知例3）是調變器部上形成條狀平台並將相當於n—InP埋入層8的n型InP緩衝層的一部分除去的構造。更具體來說，是在條狀平台的表面外周部以及與其外側的半絕緣性InP埋入層7相當之摻雜Fe的InP高阻抗屏障層的表面，形成n型InP緩衝層，將條狀平台的表面中央部及n型InP緩衝層的表面以相當於第3p—InP覆蓋層9的p型InP層覆蓋的構造。習知例3中，為了減低相當於n—InP埋入層8的n型InP緩衝層以及相當於第3p—InP覆蓋層9的p型InP層之間的寄生電容，而縮小平台寬度，因此發生了光損失、光分布形狀惡化的問題。相對於此，實施型態1的半導體雷射裝置50是調變器部23及分離部22沒有n—InP埋入層8的構造，在調變器部23及分離部22中不會產生n—InP埋入層8與第3p—InP覆蓋層9之間的寄生電容，因此習知例3不同，不需要為了減低寄生電容而縮小條狀平台25的寬度，不會發生光損失，能夠實現良好的光分布形狀。
如以上所述，實施型態1的半導體雷射裝置50是雷射部21及調變器部23形成在同一半導體基板（n—InP基板1）的半導體雷射裝置。雷射部21具有：第一條狀平台（條狀平台25），含有活性層3，是形成於半導體基板（n—InP基板1）且延伸於雷射部21所射出的雷射光的光軸方向之平台；半絕緣性埋入層（半絕緣性InP埋入層7），與第一條狀平台（條狀平台25）的兩側面相接配置而且形成於半導體基板（n—InP基板1）；n型埋入層（n—InP埋入層8），形成於半絕緣性埋入層（半絕緣性InP埋入層7）的表面；p型覆蓋層（第3p—InP覆蓋層9），覆蓋n型埋入層（n—InP埋入層8）及第一條狀平台（條狀平台25）的表面。調變器部23具有：第二條狀平台（條狀平台25），含有吸收層4，是形成於半導體基板（n—InP基板1）且延伸於光軸方向之平台；半絕緣性埋入層（半絕緣性InP埋入層7），與第二條狀平台（條狀平台25）的兩側面相接配置而且形成於半導體基板（n—InP基板1）；p型覆蓋層（第3p—InP覆蓋層9），覆蓋半絕緣性埋入層（半絕緣性InP埋入層7）及第二條狀平台（條狀平台25）的表面。實施型態1的半導體雷射裝置50藉由這樣的構造，調變器23的p型覆蓋層（第3p—InP覆蓋層9）覆蓋半絕緣性埋入層（半絕緣性InP埋入層7）及第二條狀平台（條狀平台25）的表面，因此調變器部23中含有埋入了條狀平台25的半絕緣性半導體層（半絕緣性InP埋入層7）之埋入層以及條狀平台的鄰接領域、與p型覆蓋層（第3p—InP覆蓋層9）之間，不會形成n型埋入層（n—InP埋入層8）帶來的寄生電容，能夠縮小光損失，提高光輸出效率。 [實施型態2]
第5圖係顯示實施型態2的半導體雷射裝置的立體圖。第6圖係第5圖的半導體雷射裝置之雷射部的剖面圖。第7圖係第5圖的半導體雷射裝置之分離部的剖面圖。第8圖係第5圖的半導體雷射裝置之調變器部的剖面圖。實施型態2的半導體雷射裝置50在分離部22、調變器部23的條狀平台25的鄰接領域（虛線42a～虛線42b之間的領域、虛線42c～虛線42d之間的領域）留有一部分的n—InP埋入層8這點，與實施型態1的半導體雷射裝置50不同。其他的構造與實施型態1的半導體雷射裝置50相同。
分離部22、調變部23的條狀平台25的鄰接領域中，剩下的n—InP埋入層8的寬度（半導體雷射裝置50的短邊方向的長度）任一者都例如是0.2μm。條狀平台25的寬度是1.5μm，第7圖、第8圖中顯示了n—InP埋入層8的寬度是條狀平台25的寬度的2/15的例子。又，第7圖、第8圖中的n—InP埋入層8顯示了第6圖的n—InP埋入層8的平台鄰接部26的一部分領域留下的例子。在分離部22、調變器23中，n—InP埋入層8的表面（與n—InP基板1相反側的面）被第3p—InP覆蓋層9包覆。
說明實施型態2的半導體雷射裝置50的製造方法。n—InP基板1上以MOCVD法結晶成長出n—InP覆蓋層2、活性層3，活性層3的表面上形成衍射光柵（未圖示）後，結晶成長出第1p—InP覆蓋層5。雷射部21圖樣化形成SiO2 的第一光罩，以乾蝕刻除去雷射部21以外的活性層3、第1p—InP覆蓋層5。接著，分離部22及調變器部23中的n—InP覆蓋層2的表面，結晶成長出吸收層4、第2p—InP覆蓋層6。除去SiO2 的第一光罩，形成條狀平台25的多層構造（多層構造形成步驟）。除去SiO2 的第一光罩後，形成條狀平台25的領域，會形成寬度1.5μm的SiO2 的第二光罩，以乾蝕刻除去第二光罩的領域外的積層構造，也就是n—InP基板1的一部分、n—InP覆蓋層2、活性層3、吸收層4、第1p—InP覆蓋層5、第2p—InP覆蓋層6，形成條狀平台25（條狀平台形成步驟）。
條狀平台形成步驟後，在SiO2 的第二光罩留著的狀態下，在形成的條狀平台25的兩側結晶成長出Fe—InP埋入層7、n—InP埋入層8。雷射部21上形成新的SiO2 的第三光罩。首先，除去SiO2 的第二光罩後，將SiO2 成膜於全面。另外，當除去SiO2 的第二光罩，會形成n—InP埋入層8的條狀平台25側變薄的第6圖所示的形狀之n—InP埋入層8。在雷射部21留下全面的SiO2 ，在分離部22及調變器部23以條狀平台25為中心，留下1.9μm寬的條狀的SiO2 ，形成SiO2 的第三光罩。之後，進行乾蝕刻，除去分離部22及調變器部23中沒有被第三光罩覆蓋的領域的n—InP埋入層8。藉此，n—InP埋入層8在雷射部21中全面留下，在分離部22及調變器部23中n—InP埋入層8以單側0.2μm寬度留在條狀平台25的鄰接領域。除去SiO2 的第三光罩後，以結晶成長出第3p—InP覆蓋層9、p—InGaAs接觸層10。除去分離部22的p—InGaAs接觸層10後，在半導體雷射裝置50的中間製造體的表面上形成SiO2 的絕緣膜11（埋入層及上部層形成步驟）。在雷射部21及調變器部23中的條狀平台25的上部分附近，形成絕緣膜11的開口。之後，在半導體雷射裝置50的表面（與n—InP基板1相反側的正面）形成第1陽極電極13及第2陽極電極14，在n—InP基板1的背面（與條狀平台25相向的面之相反側的面）形成陰極電極12（電極形成步驟）。
實施型態2的半導體雷射裝置50中，在調變器部23及分離部22，n—InP埋入層8會留下單側0.2μm的狹窄領域。因此，相較於習知例1那樣留下廣範圍的n—InP埋入層8的構造，能夠大幅地減低n—InP埋入層8及第3p—InP覆蓋層9的界面間產生的寄生容量。因此，實施型態2的半導體雷射裝置50能夠獲得良好的高頻特性，相對於10Gb/s程度左右的調變，能夠呈現非常好的品質的調變波形。如前所述，專利文獻1的第二例（習知例3）中，揭露了在調變器部及分離部形成條狀平台，縮窄n—InP埋入層的方法。然而，這個方法中，例如將藉由條狀平台的寬度來決定寬度的n—InP埋入層縮窄到單側0.2μm左右的話，除去n—InP埋入層的條狀平台的寬度也會因應於n—InP埋入層的寬度而變窄。習知例3的方法中，因為條狀平台的寬度變得比光分布窄，所以會發生光損失及光分布形狀的惡化。相對於此，實施型態2的半導體雷射裝置50中，調變器部23及分離部22的n—InP埋入層8會被第3p—InP覆蓋層9覆蓋，不會有大的折射率變化，因此不會發生光損失及光分布形狀的惡化。也就是說，實施型態2的半導體雷射裝置50能夠不發生光損失及光分布形狀的惡化，而實現為了提高高頻特性將調變器部23及分離部22中的n—InP埋入層8的寬度窄化。
如以上所述，實施型態2的半導體雷射裝置50是雷射部21及調變器部23形成在同一半導體基板（n—InP基板1）的半導體雷射裝置。雷射部21具有：第1條狀平台（條狀平台25），含有活性層3，是形成於半導體基板（n—InP基板1）且延伸於雷射部21所射出的雷射光的光軸方向之平台；半絕緣性埋入層（半絕緣性InP埋入層7），與第一條狀平台（條狀平台25）的兩側面相接配置而且形成於半導體基板（n—InP基板1）；n型埋入層（n—InP埋入層8），形成於半絕緣性埋入層（半絕緣性InP埋入層7）的表面；p型覆蓋層（第3p—InP覆蓋層9），覆蓋n型埋入層（n—InP埋入層8）及第一條狀平台（條狀平台25）的表面。調變器部23具有：第2條狀平台（條狀平台25），含有吸收層4，是形成於半導體基板（n—InP基板1）且延伸於光軸方向之平台；半絕緣性埋入層（半絕緣性InP埋入層7），與第二條狀平台（條狀平台25）的兩側面相接配置而且形成於半導體基板（n—InP基板1）；n型埋入層（n—InP埋入層8），形成於半絕緣性埋入層（半絕緣性InP埋入層7）的表面且配置於第二條狀平台（條狀平台25）的鄰接領域；p型覆蓋層（第3p—InP覆蓋層9），覆蓋半絕緣性埋入層（半絕緣性InP埋入層7）、n型埋入層（n—InP埋入層8）及第二條狀平台（條狀平台25）的表面。實施型態2的半導體雷射裝置50藉由這樣的構造，調變器23的p型覆蓋層（第3p—InP覆蓋層9）覆蓋半絕緣性埋入層（半絕緣性InP埋入層7）、n型埋入層（n—InP埋入層8）及第二條狀平台（條狀平台25）的表面，因此調變器部23中含有埋入了條狀平台25的半絕緣性半導體層（半絕緣性InP埋入層7）之埋入層與p型覆蓋層（第3p—InP覆蓋層9）之間的n型埋入層（n—InP埋入層8）所帶來的寄生電容能夠被減少得比習知還小，能夠縮小光損失，提高光輸出效率。 [實施型態3]
第9圖係顯示實施型態3的半導體雷射裝置的立體圖。第10圖係第9圖的半導體雷射裝置之雷射部的剖面圖。第11圖係第9圖的半導體雷射裝置之分離部的剖面圖。第12圖係第9圖的半導體雷射裝置之調變器部的剖面圖。第13圖係第9圖的半導體雷射裝置之光點尺寸變換器部的剖面圖。實施型態3的半導體雷射裝置50在調變器部23的雷射光的傳輸方向下流側具備光點尺寸變換器部24這點與實施型態1或實施型態2不同。光點尺寸變換器部24是形成於虛線19d至虛線19e之間的領域。其他的構造與實施型態1或實施型態2的半導體雷射裝置50相同。在第11圖、第12圖中，顯示出與各個實施型態1的分離部22、調變器部23相同的構造的例子。另外，具有與實施型態2的分離部22、調變器部23相同構造的實施型態3的其他半導體雷射裝置的例子將在之後說明。光點尺寸變換器部24為了方便而簡略為SSC部來表示。
SSC部24會形成有由n—InP基板1的一部分、n—InP覆蓋層2、InGaAsP的導波層15、第4p—InP覆蓋層16所構成的厚度2.5μm的條狀平台25。條狀平台25會在雷射部21、分離部22、調變器部23、光點尺寸變換器部24連續地形成。條狀平台25雖然連續地形成，但雷射部21、分離部22、調變器部23、光點尺寸變換器部24中的條狀平台25有時會區別成雷射部條狀平台（第一條狀平台）、分離部條狀平台（第三條狀平台）、調變器部條狀平台（第二調變平台）、光點尺寸變換器部條狀平台（SSC部條狀平台）來記載。光點尺寸變換器部24的條狀平台25是光點尺寸變換器部條狀平台（SSC部條狀平台、第四條狀平台）。SSC部24中，在條狀平台25的兩側形成厚度2.5μm的Fe—InP埋入層7。第4p—InP覆蓋層16的厚度是0.2μm。條狀平台25及Fe—InP埋入層7的上部（表面）會形成第3p—InP覆蓋層9。第3p—InP覆蓋層9從條狀平台25的表面算起的厚度是2μm。又，第3p—InP覆蓋層9的表面32上形成SiO2 的絕緣膜11。SSC部24的長邊方向（導波層15延伸的方向）的長度是100μm。又，SSC部24的條狀平台25在與調變器部23的邊界上寬度是1.5μm，但隨著朝向SSC部24的長度方向（雷射光的傳輸方向）的端面側前進，會錐狀地縮窄成條狀平台25的寬度，在半導體雷射裝置50的端面（以虛線19e所示的端面）上的寬度是0.5μm。導波層15的表面會形成比半絕緣性InP埋入層7的表面更靠n—InP基板1側。
說明實施型態3的半導體雷射裝置50的條狀平台25。在雷射部21、分離部22、調變器部23中的條狀平台25，也就是從虛線19a至虛線19d為止的條狀平台25厚度是2.5μm，寬度是1.5μm。SSC部24的條狀平台25，也就是虛線19d至虛線19e為止的條狀平台25是厚度2.5μm，寬度是變化於1.5μm至0.5μm。SSC部24的條狀平台25具有錐狀的表面形狀。雷射部21、分離部22、調變器部23、SSC部24的n—InP覆蓋層2的厚度是相同的。雷射部21的第1p—InP覆蓋層5、分離部22及調變器部23的第2p—InP覆蓋層6、SSC部24的第4p—InP覆蓋層16的厚度分別是0.2μm。雷射部21的活性層3、分離部22及調變器部23的吸收層4、SSC部24的導波層15的寬度是相同的。
實施型態3的半導體雷射裝置50具備導波層15朝向雷射光的光軸（傳輸方向的軸）縮窄成錐狀的SSC部24，因此雷射部21的雷射光（射出光）中的近視野影像（NFP）的光點尺寸能夠變廣，且遠視野影像（FFP）的光束擴散角能夠縮窄。因此，在使用了實施型態3的半導體雷射裝置50的光模組產品、或者是光收發器產品中，能夠使用低倍率的鏡頭。第9圖～第13圖所示的實施型態3的半導體雷射裝置50中的雷射部21、分離部22、調變器部23的構造與實施型態1的半導體雷射裝置50相同，因此達成與實施型態1的半導體雷射裝置50相同的效果。
如前所述，說明具有與實施型態2的分離部22、調變器部23相同構造的實施型態3的其他的半導體雷射裝置。實施型態3的其他的半導體雷射裝置50的立體圖、雷射部21的剖面圖、分別與第9圖、第10圖相同。第14圖係第9圖的半導體雷射裝置之其他分離部的剖面圖。第15圖係第9圖的半導體雷射裝置之其他調變器部的剖面圖。第16圖係第9圖的半導體雷射裝置之其他光點尺寸變換器部的剖面圖。實施型態3的其他的半導體雷射裝置50中的雷射部21、分離部22、調變部23的構造與實施型態2相同。
第16圖所示的實施型態3的其他的半導體雷射裝置50中光點尺寸變換器部24，在條狀平台25的鄰接領域（虛線42a～虛線42b之間的領域、虛線42c～虛線42d之間的領域）中留有一部分的n—InP埋入層8這點，會與第13圖所示的光點尺寸變換器部24不同。分離部22、調變器部23、光點尺寸變換器部24的條狀平台25的鄰接領域中，剩下的n—InP埋入層8的寬度（半導體雷射裝置50的短邊方向的寬度）都例如是0.2μm。光點尺寸變換器部24的條狀平台25是具有從寬度1.5μm至0.5μm變化的錐狀的表面形狀。在光點尺寸變換器部24，與分離部22、調變器部23同樣地，n—InP埋入層8的表面（與n—InP基板1相反側的面）會被第3p—InP覆蓋層9所覆蓋。
實施型態3的其他的半導體雷射裝置50具備導波層15朝向雷射光的光軸（傳輸方向的軸）縮窄成錐狀的SSC部24，因此雷射部21的雷射光（射出光）中的近視野影像（NFP）的光點尺寸能夠變廣，且遠視野影像（FFP）的光束擴散角能夠縮窄。因此，在使用了實施型態3的其他的半導體雷射裝置50的光模組產品、或者是光收發器產品中，能夠使用低倍率的鏡頭。另外，光點尺寸變換器部24的導波層15顯示了寬度朝向雷射光的光軸（傳輸方向的軸）縮窄成錐狀的例子。然而，光點尺寸變換器部24的導波層15也可以是層厚相對於雷射光的光軸（傳輸方向的軸）減薄成錐狀。即使在這個情況下，實施型態3的其他的半導體雷射裝置50中，雷射部21的雷射光（射出光）中的近視野影像（NFP）的光點尺寸也能夠變廣，且遠視野影像（FFP）的光束擴散角也能夠縮窄。第9圖、第10圖、第14圖～第16圖所示的實施型態3的其他的半導體雷射裝置50中的雷射部21、分離部22、調變器部23的構造與實施型態2的半導體雷射裝置50相同，因此達成與實施型態2的半導體雷射裝置50相同的效果。 [實施型態4]
第17圖係顯示實施型態4的半導體雷射裝置的立體圖。第18圖係第17圖的半導體雷射裝置之雷射部的剖面圖。實施型態4的半導體雷射裝置50在雷射部21中n型埋入層是n—AlInAs埋入層17這點，與實施型態1、2的半導體雷射裝置50不同。其他的構造與實施型態1或者是實施型態2的半導體雷射裝置50相同。
實施型態4的半導體雷射裝置50藉由在雷射部21中使用n—AlInAs埋入層17，提昇雷射部21的電流屏障效果。實施型態4的半導體雷射裝置50中的雷射部21、分離部22、調變器部23的構造與實施型態1或實施型態2的半導體雷射裝置50相同，因此達成與實施型態1或實施型態2的半導體雷射裝置50相同的效果。
另外，關於實施型態3的半導體雷射裝置50，藉由將雷射部21中的n—InP埋入層8替換成n—AlInAs埋入層17，能夠提昇雷射部21的電流屏障效果。
另外，本申請案揭露了各式各樣例示的實施型態及實施例，但記載於1個或者是複數的實施型態中的各式各樣的特徵、態樣及機能並不限定於適用特定的實施型態，能夠適用於單獨或者是各式各樣組合的實施型態。因此，有許多沒有例示的無數的變形例可以視為在本申請案說明書所揭露的技術的範圍內。例如，本揭露包括變形、追加或者是省略至少1個構成要素的情況，也包括將至少1個構成要素抽出，並與其他的實施型態的構成要素組成的情況。
1‧‧‧n—InP基板（半導體基板） 2‧‧‧n—InP覆蓋層（n型覆蓋層） 3‧‧‧活性層 4‧‧‧吸收層 5‧‧‧第1p—InP覆蓋層（p型覆蓋層） 6‧‧‧第2p—InP覆蓋層（p型覆蓋層） 7‧‧‧半絕緣性InP埋入層（半絕緣性埋入層） 8‧‧‧n—InP埋入層（n型埋入層） 9‧‧‧第3p—InP覆蓋層（p型覆蓋層） 10‧‧‧p—InGaAa接觸層 11‧‧‧絕緣膜 12‧‧‧陰極電極 13‧‧‧第1陽極電極 14‧‧‧陽極電極 15‧‧‧導波層 16‧‧‧第4p—InP覆蓋層（p型覆蓋層） 17‧‧‧n—AlInAs埋入層（n型埋入層） 21‧‧‧雷射部 22‧‧‧分離部 23‧‧‧調變器部 24‧‧‧光點尺寸變換器部 25‧‧‧條狀平台（第一條狀平台、第二條狀平台、第三條狀平台、第四條狀平台） 26‧‧‧平台鄰接部 31‧‧‧表面 32‧‧‧表面 50‧‧‧半導體雷射裝置
第1圖係顯示實施型態1的半導體雷射裝置的立體圖。 第2圖係第1圖的半導體雷射裝置之雷射部的剖面圖。 第3圖係第1圖的半導體雷射裝置之分離部的剖面圖。 第4圖係第1圖的半導體雷射裝置之調變器部的剖面圖。 第5圖係顯示實施型態2的半導體雷射裝置的立體圖。 第6圖係第5圖的半導體雷射裝置之雷射部的剖面圖。 第7圖係第5圖的半導體雷射裝置之分離部的剖面圖。 第8圖係第5圖的半導體雷射裝置之調變器部的剖面圖。 第9圖係顯示實施型態3的半導體雷射裝置的立體圖。 第10圖係第9圖的半導體雷射裝置之雷射部的剖面圖。 第11圖係第9圖的半導體雷射裝置之分離部的剖面圖。 第12圖係第9圖的半導體雷射裝置之調變器部的剖面圖。 第13圖係第9圖的半導體雷射裝置之光點尺寸變換器部的剖面圖。 第14圖係第9圖的半導體雷射裝置之其他分離部的剖面圖。 第15圖係第9圖的半導體雷射裝置之其他調變器部的剖面圖。 第16圖係第9圖的半導體雷射裝置之其他光點尺寸變換器部的剖面圖。 第17圖係顯示實施型態4的半導體雷射裝置的立體圖。 第18圖係第17圖的半導體雷射裝置之雷射部的剖面圖。
1‧‧‧n-InP基板(半導體基板)
2‧‧‧n-InP覆蓋層(n型覆蓋層)
3‧‧‧活性層
5‧‧‧第1p-InP覆蓋層(p型覆蓋層)
7‧‧‧半絕緣性InP埋入層(半絕緣性埋入層)
8‧‧‧n-InP埋入層(n型埋入層)
9‧‧‧第3p-InP覆蓋層(p型覆蓋層)
10‧‧‧p-InGaAa接觸層
11‧‧‧絕緣膜
12‧‧‧陰極電極
13‧‧‧第1陽極電極
14‧‧‧陽極電極
19a~19d‧‧‧虛線
21‧‧‧雷射部
22‧‧‧分離部
23‧‧‧調變器部
25‧‧‧條狀平台(第一條狀平台、第二條狀平台、第三條狀平台)
50‧‧‧半導體雷射裝置

Claims (19)

  1. 一種半導體雷射裝置，雷射部及調變器部形成在同一半導體基板，其中： 該雷射部具有：第一條狀平台，含有活性層，是形成於該半導體基板且延伸於該雷射部所射出的雷射光的光軸方向之平台；半絕緣性埋入層，與該第一條狀平台的兩側面相接配置而且形成於該半導體基板；n型埋入層，形成於該半絕緣性埋入層的表面；p型覆蓋層，覆蓋該n型埋入層及該第一條狀平台的表面， 該調變器部具有：第二條狀平台，含有吸收層，是形成於該半導體基板且延伸於該光軸方向之平台；半絕緣性埋入層，與該第二條狀平台的兩側面相接配置而且形成於該半導體基板；p型覆蓋層，覆蓋該半絕緣性埋入層及該第二條狀平台的表面， 該半導體雷射裝置包括：分離部，形成於該雷射部及該調變器部之間， 該分離部具有：第三條狀平台，含有吸收層，是形成於該半導體基板且延伸於該光軸方向之平台；半絕緣性埋入層，與該第三條狀平台的兩側面相接配置而且形成於該半導體基板；n型埋入層，形成於該半絕緣性埋入層的表面，且只配置於該第三條狀平台的鄰接領域；p型覆蓋層，覆蓋該半絕緣性埋入層、該n型埋入層及該第三條狀平台的表面。
  2. 一種半導體雷射裝置，雷射部及調變器部形成在同一半導體基板，其中： 該雷射部具有：第一條狀平台，含有活性層，是形成於該半導體基板且延伸於該雷射部所射出的雷射光的光軸方向之平台；半絕緣性埋入層，與該第一條狀平台的兩側面相接配置而且形成於該半導體基板；n型埋入層，形成於該半絕緣性埋入層的表面；p型覆蓋層，覆蓋該n型埋入層及該第一條狀平台的表面， 該調變器部具有：第二條狀平台，含有吸收層，是形成於該半導體基板且延伸於該光軸方向之平台；半絕緣性埋入層，與該第二條狀平台的兩側面相接配置而且形成於該半導體基板；n型埋入層，形成於該半絕緣性埋入層的表面，且只配置於該第二條狀平台的鄰接領域；p型覆蓋層，覆蓋該半絕緣性埋入層、該n型埋入層及該第二條狀平台的表面。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之半導體雷射裝置，其中： 該半導體雷射裝置包括：分離部，形成該雷射部及該調變器部之間， 該分離部具有：第三條狀平台，含有吸收層，是形成於該半導體基板且延伸於該光軸方向之平台；半絕緣性埋入層，與該第三條狀平台的兩側面相接配置而且形成於該半導體基板；p型覆蓋層，覆蓋該半絕緣性埋入層及該第三條狀平台的表面。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之半導體雷射裝置，其中： 該半導體雷射裝置包括：分離部，形成該雷射部及該調變器部之間， 該分離部具有：第三條狀平台，含有吸收層，是形成於該半導體基板且延伸於該光軸方向之平台；半絕緣性埋入層，與該第三條狀平台的兩側面相接配置而且形成於該半導體基板；n型埋入層，形成於該半絕緣性埋入層的表面，且只配置於該第三條狀平台的鄰接領域；p型覆蓋層，覆蓋該半絕緣性埋入層、該n型埋入層及該第三條狀平台的表面。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之半導體雷射裝置，其中： 該雷射部的該第一條狀平台具有在該半導體基板上依序積層的n型覆蓋層、該活性層、p型覆蓋層， 該活性層的表面會比該半絕緣性埋入層的表面形成於更靠該半導體基板側。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之半導體雷射裝置，其中： 該雷射部的該第一條狀平台具有在該半導體基板上依序積層的n型覆蓋層、該活性層、p型覆蓋層， 該活性層的表面會比該半絕緣性埋入層的表面形成於更靠該半導體基板側。
  7. 如申請專利範圍第3項所述之半導體雷射裝置，其中： 該雷射部的該第一條狀平台具有在該半導體基板上依序積層的n型覆蓋層、該活性層、p型覆蓋層， 該活性層的表面會比該半絕緣性埋入層的表面形成於更靠該半導體基板側。
  8. 如申請專利範圍第4項所述之半導體雷射裝置，其中： 該雷射部的該第一條狀平台具有在該半導體基板上依序積層的n型覆蓋層、該活性層、p型覆蓋層， 該活性層的表面會比該半絕緣性埋入層的表面形成於更靠該半導體基板側。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之半導體雷射裝置，其中： 該分離部的該第三條狀平台具有在該半導體基板上依序積層的n型覆蓋層、該吸收層、p型覆蓋層， 該吸收層的表面會比該半絕緣性埋入層的表面形成於更靠該半導體基板側。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之半導體雷射裝置，其中： 該分離部的該第三條狀平台具有在該半導體基板上依序積層的n型覆蓋層、該吸收層、p型覆蓋層， 該吸收層的表面會比該半絕緣性埋入層的表面形成於更靠該半導體基板側。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之半導體雷射裝置，其中： 該分離部的該第三條狀平台具有在該半導體基板上依序積層的n型覆蓋層、該吸收層、p型覆蓋層， 該吸收層的表面會比該半絕緣性埋入層的表面形成於更靠該半導體基板側。
  12. 如申請專利範圍第1至11項任一項所述之半導體雷射裝置，其中： 半導體雷射裝置更具備：光點尺寸變換器部，在該調變器部的與該雷射部相反側，導波層的寬度或者是層厚會沿著該雷射光的該光軸變化， 該光點尺寸變換器部具有：第四條狀平台，含有該導波層，是形成於該半導體基板且延伸於該光軸方向之平台；半絕緣性埋入層，與該第四條狀平台的兩側面相接配置而且形成於該半導體基板；p型覆蓋層，覆蓋該半絕緣性埋入層及該第四條狀平台的表面。
  13. 如申請專利範圍第1至11項任一項所述之半導體雷射裝置，其中： 半導體雷射裝置更具備：光點尺寸變換器部，在該調變器部的與該雷射部相反側，導波層的寬度或者是層厚會沿著該雷射光的該光軸變化， 該光點尺寸變換器部具有：第四條狀平台，含有該導波層，是形成於該半導體基板且延伸於該光軸方向之平台；半絕緣性埋入層，與該第四條狀平台的兩側面相接配置而且形成於該半導體基板；n型埋入層，形成於該半絕緣性埋入層的表面，且只配置於該第四條狀平台的鄰接領域；p型覆蓋層，覆蓋該半絕緣性埋入層、該n型埋入層及該第四條狀平台的表面。
  14. 如申請專利範圍第1至11項任一項所述之半導體雷射裝置，其中： 該雷射部的該n型埋入層是n型的InP埋入層。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之半導體雷射裝置，其中： 該雷射部的該n型埋入層是n型的InP埋入層。
  16. 如申請專利範圍第13項所述之半導體雷射裝置，其中： 該雷射部的該n型埋入層是n型的InP埋入層。
  17. 如申請專利範圍第1至11項任一項所述之半導體雷射裝置，其中： 該雷射部的該n型埋入層是n型的AlInAs埋入層。
  18. 如申請專利範圍第12項所述之半導體雷射裝置，其中： 該雷射部的該n型埋入層是n型的AlInAs埋入層。
  19. 如申請專利範圍第13項所述之半導體雷射裝置，其中： 該雷射部的該n型埋入層是n型的AlInAs埋入層。
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