WO2019229799A1 - 半導体レーザ装置 - Google Patents

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semi
inp
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武 大和屋
崇 柳楽
真也 奥田
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三菱電機株式会社
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    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34306—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength longer than 1000nm, e.g. InP based 1300 and 1500nm lasers

Definitions

  • the present application relates to a semiconductor laser device integrated with an electroabsorption modulator and a semiconductor laser, which is used in optical communication.
  • a semiconductor laser device in which an embedded electroabsorption (EA) modulator and a semiconductor laser are integrated uses a semi-insulating semiconductor layer (Fe—InP layer) doped with Fe (iron) in an embedded layer.
  • a semi-insulating semiconductor layer Fe—InP layer
  • Fe iron
  • 33 (conventional example) of Patent Document 2 shows a Fe-doped InP semi-insulating semiconductor on both sides of a mesa structure portion of a semiconductor laser portion (region I), a separation portion (region II), and a modulator portion (region III).
  • a semiconductor laser device is disclosed in which the surface of the mesa structure is covered with a p-type InP clad layer (p-type clad layer).
  • the n-type InP hole trap layer is used to prevent hole injection from the p-type InP cladding layer to the Fe-doped InP semi-insulating semiconductor layer and improve laser efficiency.
  • both side surfaces of a mesa stripe in a laser region are embedded with a Fe-doped InP high resistance block layer (semi-insulating semiconductor layer), and n-type
  • a Fe-doped InP high resistance block layer semiconductor layer
  • n-type buried layer surface opposite to the n-InP substrate
  • p-type cladding layer p-type cladding layer
  • modulation region modulation
  • An integrated optical modulator semiconductor laser device is disclosed in which both sides of the mesa stripe of the device portion are embedded only with Fe-doped InP high resistance block layers.
  • the n-type InP buffer layer in the laser region is used to prevent light output saturation due to hole injection from the p-type InP layer to the Fe-doped InP high resistance block layer, that is, to improve the laser efficiency. Yes.
  • both sides of the mesa stripe in the laser region (laser part) and the modulation region (modulator part) are Fe-doped InP high resistance block layers (semi-insulating semiconductor layers).
  • An integrated optical modulator semiconductor laser device covered with a cladding layer
  • the structure of the n-type InP buffer layer and the p-type InP layer is such that an n-type InP buffer layer is formed on the outer peripheral portion of the mesa stripe and on the outer surface of the Fe-doped InP high resistance block layer.
  • the p-type InP layer covers the surface of the n-type InP buffer layer.
  • both sides of the mesa structure are covered with an Fe-doped InP semi-insulating semiconductor layer (semi-insulating semiconductor layer), and the Fe-doped InP semi-insulating semiconductor layer
  • the laser efficiency was improved by covering the surface with an n-type InP hole trap layer (n-type buried layer).
  • the n-type InP hole trap layer (n-type buried layer) in the modulator section has parasitic capacitance at the interface with the p-type InP clad layer (p-type clad layer) above it, and the high frequency characteristics deteriorate. There was a problem.
  • the semiconductor laser device (integrated optical modulator) of the first example of Patent Document 1 has a structure in which the n-type InP buffer layer (n-type buried layer) is not provided in the modulator section (modulator region), the laser region In the (laser part), even if there is a p-InP clad layer (p-type clad layer) at the top, the n-type InP buffer layer (n-type buried layer) and the p-InP clad layer (p-type clad layer) of the entire device The parasitic capacitance between can be reduced.
  • Patent Document 1 a structure in which a mesa stripe is formed in the modulator portion and a part of the n-type InP buffer layer (n-type buried layer) is removed is disclosed in Patent Document 1.
  • the parasitic capacitance between the n-type InP buffer layer (n-type buried layer) and the p-type InP layer (p-type cladding layer) in the modulator section is Although it could be reduced, it still remained as a large parasitic capacitance, and the improvement of the high frequency characteristics was insufficient.
  • An object of the present invention is to realize a semiconductor laser device having a small or no parasitic capacitance between them, a small optical loss at the connection between the laser unit and the modulator unit, and a high optical output efficiency with respect to the injection current.
  • a laser part and a modulator part are formed on the same semiconductor substrate.
  • the laser part is disposed on the semiconductor substrate and in contact with both sides of the first mesa stripe including an active layer which is a mesa formed in the direction of the optical axis of the laser beam emitted from the laser part.
  • a semi-insulating buried layer formed on the semiconductor substrate, an n-type buried layer formed on the surface of the semi-insulating buried layer, and a p-type covering the surfaces of the n-type buried layer and the first mesa stripe And a cladding layer.
  • the modulator section is formed on the semiconductor substrate and is disposed on and in contact with both side surfaces of the second mesa stripe formed on the semiconductor substrate and including an absorption layer that is a mesa extending in the direction of the optical axis.
  • the p-type cladding layer of the modulator section covers the surface of the semi-insulating buried layer and the second mesa stripe, so that the half of the mesa stripe in the modulation section is buried.
  • the parasitic capacitance between the buried layer including the insulating semiconductor layer and the p-type cladding layer can be made smaller than before, the optical loss can be reduced, and the optical output efficiency can be increased.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a semiconductor laser device according to a first embodiment. It is sectional drawing of the laser part in the semiconductor laser apparatus of FIG.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a separation portion in the semiconductor laser device of FIG. 1.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a modulator section in the semiconductor laser device of FIG. 1.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a semiconductor laser device according to a second embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a laser unit in the semiconductor laser device of FIG. 5.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a separation portion in the semiconductor laser device of FIG. 5.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a modulator section in the semiconductor laser device of FIG. 5.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a semiconductor laser device according to a first embodiment. It is sectional drawing of the laser part in the semiconductor laser apparatus of FIG.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a
  • FIG. 6 is a perspective view showing a semiconductor laser device according to a third embodiment.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a laser unit in the semiconductor laser device of FIG. 9.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a separation portion in the semiconductor laser device of FIG. 9.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a modulator section in the semiconductor laser device of FIG. 9.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a spot size converter section in the semiconductor laser device of FIG. 9. It is sectional drawing of the other isolation
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of another modulator section in the semiconductor laser device of FIG. 9.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of another spot size converter section in the semiconductor laser device of FIG. 9.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a semiconductor laser device according to a fourth embodiment. It is sectional drawing of the laser part in the semiconductor laser apparatus of FIG.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a semiconductor laser device according to the first embodiment.
  • 2 is a cross-sectional view of a laser unit in the semiconductor laser device of FIG. 1
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a separation unit in the semiconductor laser device of FIG. 1
  • FIG. 4 is a diagram of a modulator unit in the semiconductor laser device of FIG. It is sectional drawing.
  • the semiconductor laser device 50 according to the first embodiment includes a laser unit 21, a separation unit 22, and a modulator unit 23.
  • the modulator unit 23 is an electroabsorption (EA) modulator monolithically formed on the n-InP substrate (semiconductor substrate) 1, and the semiconductor laser device 50 is an electroabsorption (EA) modulator integrated semiconductor laser. .
  • the laser unit 21 is formed in a region between the broken line 19a and the broken line 19b
  • the separation unit 22 is formed in a region between the broken line 19b and the broken line 19c
  • the modulator unit 23 is formed between the broken line 19c and the broken line 19d. It is formed in the area.
  • the laser unit 21 includes an n-InP substrate 1, an n-InP cladding layer 2, an active layer 3, a first p-InP cladding layer 5, a semi-insulating InP buried layer 7, an n-InP buried layer 8, 3, a p-InP clad layer 9, a p-InGaAs contact layer 10, an insulating film 11, a cathode electrode 12, and a first anode electrode 13.
  • the modulator section 23 includes an n-InP substrate 1, an n-InP cladding layer 2, an absorption layer 4, a second p-InP cladding layer 6, a semi-insulating InP buried layer 7, and a third p-InP cladding layer.
  • the separation unit 22 is a structure of a region (separation region, isolation region) that separates the laser unit 21 and the modulator unit 23.
  • the separation unit 22 includes an n-InP substrate 1, an n-InP cladding layer 2, an absorption layer 4, a second p-InP cladding layer 6, a semi-insulating InP buried layer 7, and a third p-InP cladding layer 9. Insulating film 11 and cathode electrode 12 are provided.
  • the active layer 3 is composed of an InGaAsP multiple quantum well.
  • the absorption layer 4 is composed of an InGaAsP multiple quantum well.
  • the semi-insulating InP buried layer 7 is a semi-insulating InP buried layer doped with Fe (Fe-doped semi-insulating InP buried layer).
  • the Fe-doped semi-insulating InP buried layer is appropriately abbreviated as Fe—InP buried layer.
  • the insulating film 11 is a SiO 2 insulating film, for example.
  • the semi-insulating InP buried layer 7 is appropriately expressed as an Fe—InP buried layer 7.
  • a mesa stripe 25 having a width of 1.5 ⁇ m and a thickness in the layer direction of 2.5 ⁇ m is formed in the laser portion 21.
  • the mesa stripe 25 of the laser unit 21 includes an n-InP cladding layer 2, an active layer 3, and a first p-InP cladding layer 5.
  • the mesa stripe 25 is a mesa that extends in the direction of the optical axis of the laser beam emitted from the laser unit 21.
  • the mesa stripe 25 is continuously formed in the laser unit 21, the separation unit 22, and the modulator unit 23.
  • the mesa stripe 25 is formed continuously, but the mesa stripe 25 in the laser unit 21, the separation unit 22, and the modulator unit 23 is distinguished from the laser unit mesa stripe, the separation unit mesa stripe, and the modulator unit mesa stripe, respectively. It may be described.
  • the mesa stripe 25 of the laser part 21 is a laser part mesa stripe (first mesa stripe).
  • the mesa stripe 25 of the separation unit 22 is a separation unit mesa stripe (third mesa stripe)
  • the mesa stripe 25 of the modulator unit 23 is a modulator unit mesa stripe (second mesa stripe).
  • a mesa stripe 25 including an n-InP cladding layer 2, an absorption layer 4, and a second p-InP cladding layer 6 is formed in the separation unit 22 and the modulator unit 23.
  • the mesa stripe 25 of the separation unit 22 and the modulator unit 23 is a mesa stripe having a width of 1.5 ⁇ m and a thickness of 2.5 ⁇ m, which is equal to the laser unit 21.
  • the width of the mesa stripe 25 is the width in the short method direction (lateral direction in FIG. 3) of the semiconductor laser device 50, and the direction perpendicular to the direction in which the laser light propagates (the direction in which the active layer 3 and the absorption layer 4 extend). Width.
  • the thickness of the mesa stripe 25 in the layer direction is such that the back surface of the mesa stripe 25 (a surface on a plane that is a part of the n-InP substrate 1 and includes the back surface of the semi-insulating InP buried layer 7) and the surface (n ⁇ This is a step with respect to the surface opposite to the InP substrate 1 and is the thickness in the vertical direction in FIGS.
  • the Fe—InP buried layer 7 having a thickness of 2.5 ⁇ m from the side of the n-InP substrate 1 on both sides of the mesa stripe 25 and the surface of the Fe—InP buried layer 7 (n-InP substrate 1
  • the n-InP buried layer 8 is formed on the surface opposite the surface.
  • the n-InP buried layer 8 has a thickness of 0.5 ⁇ m outside the adjacent region of the mesa stripe 25 (outside from the broken line 41a (left side in FIG. 2) and outside from the broken line 41d (right side in FIG. 2)).
  • the thickness is reduced toward the mesa stripe 25 side.
  • a region adjacent to the mesa stripe 25 of the n-InP buried layer 8 is a mesa adjacent portion 26.
  • the thickness of the first p-InP cladding layer 5 laminated on the surface of the active layer 3 is 0.2 ⁇ m.
  • a third p-InP clad layer 9 and a p-InGaAs contact layer 10 having a thickness of 2 ⁇ m are sequentially formed on the top (surface) of the mesa stripe 25 and the n-InP buried layer 8.
  • the cathode electrode 12 is formed on the n-InP substrate 1 side, and the insulating film 11 and the first anode electrode 13 having an opening near the upper portion of the mesa stripe 25 are formed on the surface side of the laser portion 21. ing.
  • the surface of the active layer 3 is formed closer to the n-InP substrate 1 than the surface of the semi-insulating InP buried layer 7.
  • the Fe—InP buried layer 7 having a thickness of 2.5 ⁇ m is formed on both sides of the mesa stripe 25 from the n-InP substrate 1 side.
  • the thickness of the second p-InP cladding layer 6 laminated on the surface of the absorption layer 4 is 0.2 ⁇ m, which is equal to that of the first p-InP cladding layer 5.
  • a third p-InP cladding layer 9 and a p-InGaAs contact layer 10 are sequentially formed on the mesa stripe 25 and the Fe—InP buried layer 7.
  • the third p-InP cladding layer 9 has a thickness of 2 ⁇ m from the surface of the mesa stripe 25.
  • a cathode electrode 12 is formed on the n-InP substrate 1 side, and an insulating film 11 and a second anode electrode 14 are formed on the surface side of the modulator portion 23 with an opening near the top of the mesa stripe 25.
  • the surface of the absorption layer 4 is formed closer to the n-InP substrate 1 than the surface of the semi-insulating InP buried layer 7.
  • the length of the modulator portion 23 in the longitudinal direction (the direction in which the absorption layer 4 extends) is 200 ⁇ m.
  • the configuration of the separation unit 22 is different from the configuration of the modulator unit 23 in that the p-InGaAs contact layer 10 and the second anode electrode 14 are not provided and no opening is formed in the insulating film 11. Are the same.
  • the surface of the absorption layer 4 is formed closer to the n-InP substrate 1 than the surface of the semi-insulating InP buried layer 7.
  • the surface 31 of the n-InP buried layer 8 and the surface 32 of the third p-InP cladding layer 9 are shown.
  • 3 and 4 the surface 32 of the third p-InP cladding layer 9 is shown.
  • n-InP clad layer 2 and an active layer 3 are grown on the n-InP substrate 1 by MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition), and a diffraction grating (not shown) is formed on the surface of the active layer 3.
  • MOCVD Metal Organic Chemical Vapor Deposition
  • a diffraction grating (not shown) is formed on the surface of the active layer 3.
  • One p-InP cladding layer 5 is crystal-grown.
  • a first mask of SiO 2 is patterned on the laser part 21 and the active layer 3 other than the laser part 21 and the first p-InP cladding layer 5 are removed by dry etching.
  • the absorption layer 4 and the second p-InP cladding layer 6 are crystal-grown on the surface of the n-InP cladding layer 2 in the separation section 22 and the modulator section 23.
  • the first mask of SiO 2 is removed, and a multilayer structure of the mesa stripe 25 is formed (multilayer structure forming procedure).
  • the second mask SiO 2 was formed in the region for forming the mesa stripe 25, the laminated structure of the region outside of the second mask by dry etching, in other words, a part of the n-InP substrate 1
  • the n-InP cladding layer 2, the active layer 3, the absorption layer 4, the first p-InP cladding layer 5, and the second p-InP cladding layer 6 are removed to form a mesa stripe 25 (mesa stripe formation procedure) ).
  • the Fe—InP buried layer 7 and the n—InP buried layer 8 are crystal-grown on both sides of the formed mesa stripe 25 with the SiO 2 second mask remaining.
  • a new SiO 2 third mask is formed on the laser portion 21. In this state, dry etching is performed to remove the n-InP buried layer 8 in the separation portion 22 and the modulator portion 23.
  • the n-InP buried layer 8 having the shape shown in FIG. 2 is formed.
  • a third p-InP cladding layer 9 and a p-InGaAs contact layer 10 are formed by crystal growth.
  • an SiO 2 insulating film 11 is formed on the surface of the intermediate product of the semiconductor laser device 50 (embedded layer and upper layer forming procedure). An opening of the insulating film 11 is formed near the top of the mesa stripe 25 in the laser unit 21 and the modulator unit 23. Thereafter, the first anode electrode 13 and the second anode electrode 14 are formed on the surface of the semiconductor laser device 50 (the surface opposite to the n-InP substrate 1), and the back surface of the n-InP substrate 1 (the surface facing the mesa stripe 25). The cathode electrode 12 is formed on the opposite surface) (electrode formation procedure).
  • the modulator unit 23 and the separation unit 22 have a structure without the n-InP buried layer 8. Therefore, unlike the conventional example (conventional example 1) disclosed in Patent Document 2, the semiconductor laser device 50 according to the first embodiment includes the n-InP buried layer 8 and the third layer in the modulator unit 23 and the separation unit 22. Since there is no parasitic capacitance generated between the p-InP clad layer 9 and the p-InP clad layer 9, the modulator section 23 has good high frequency characteristics.
  • the thickness of the third p-InP clad layer 9 formed on the surface of the mesa stripe 25 is such that the thickness between the laser part 21, the separation part 22, and the modulator part 23 Therefore, unlike the first example (conventional example 2) of Patent Document 1, no loss due to the step is generated.
  • the p-InP cladding layer (the first p-InP cladding layer 5 and the second The p-InP cladding layer 6 and the third p-InP cladding layer 9) need to be thicker than the light distribution.
  • the position of the surface 32 of the third p-InP cladding layer 9 from the n-InP substrate 1 is n on the surface 31 of the n-InP buried layer 8 of the laser unit 21. -It is higher than the position from the InP substrate 1.
  • the layer-direction distance d1 from the surface 31 of the n-InP buried layer 8 to the surface 32 of the third p-InP cladding layer 9 is the thickness of the third p-InP cladding layer 9 above the mesa stripe 25. Same 2 ⁇ m.
  • the shape of the surface 32 of the third p-InP cladding layer 9 is a depressed shape (lower shape) in the surface portion of the mesa stripe 25 according to the surface shapes of the n-InP buried layer 8 and the mesa stripe 25.
  • the p-InGaAs contact layer 10 and the first anode electrode 13 which are the upper layers of the third p-InP clad layer 9 are also simplified in a plane in FIGS. 1 and 2 like the third p-InP clad layer 9. It was described. Further, the longitudinal shape of the surface 32 of the third p-InP clad layer 9 of the separation part 22 and the modulator part 23 where the n-InP buried layer 8 is not formed is n in the separation part 22 and the modulator part 23. A shape (lower shape) that is recessed with respect to the laser portion 21 due to the structure in which the InP buried layer 8 does not exist is shown in a simplified manner on a plane in FIG.
  • the shape of the surface 32 of the third p-InP clad layer 9 and the shape of the p-InGaAs contact layer 10 and the like on the third p-InP cladding layer 9 are also simplified and described in a plane.
  • the layer thickness of the third p-InP clad layer 9 above the mesa stripe 25 of the laser unit 21, the separation unit 22, and the modulator unit 23, that is, the layer direction distance d1 is set. Since it is as thick as 2 ⁇ m, the light absorption and the light distribution shape in the p-InGaAs contact layer 10 are not disturbed.
  • the semiconductor laser device 50 according to the first embodiment in the laser unit 21, since the layer direction distance d2 between the active layer 3 and the n-InP buried layer 8 is short, n corresponding to the n-InP buried layer 8 is present.
  • the current blocking effect by the n-InP buried layer 8 is great, and the light output efficiency with respect to the injection current to the laser unit 21 can be improved.
  • the thickness of the first p-InP cladding layer 5 and the second p-InP cladding layer 6 is 0.2 ⁇ m
  • the thickness of the n-InP buried layer 8 is 0.5 ⁇ m.
  • the layer direction distance d2 in FIGS. 2 to 4 is 0.2 ⁇ m.
  • a mesa stripe is formed in the modulator portion and a part of the n-type InP buffer layer corresponding to the n-InP buried layer 8 is removed.
  • the p-type InP layer corresponding to the third p-InP clad layer 9 covers the surface of the first and n-type InP buffer layers.
  • the mesa width is reduced to reduce the parasitic capacitance between the n-type InP buffer layer corresponding to the n-InP buried layer 8 and the p-type InP layer corresponding to the third p-InP cladding layer 9.
  • the modulator unit 23 and the separation unit 22 have a structure without the n-InP buried layer 8, and the n-InP in the modulator unit 23 and the separation unit 22.
  • the semiconductor laser device 50 of the first embodiment is a semiconductor laser device in which the laser unit 21 and the modulator unit 23 are formed on the same semiconductor substrate (n-InP substrate 1).
  • the laser section 21 is a first mesa stripe (mesa stripe 25 including the active layer 3 formed on the semiconductor substrate (n-InP substrate 1) and extending in the direction of the optical axis of the laser beam emitted from the laser section 21.
  • a semi-insulating buried layer (semi-insulating InP buried layer 7) disposed on both sides of the first mesa stripe (mesa stripe 25) and formed on the semiconductor substrate (n-InP substrate 1)
  • An n-type buried layer (n-InP buried layer 8) formed on the surface of the semi-insulating buried layer (semi-insulating InP buried layer 7), and an n-type buried layer (n-InP buried layer 8).
  • a p-type cladding layer (third p-InP cladding layer 9) covering the surface of the first mesa stripe (mesa stripe 25).
  • the modulator unit 23 includes a second mesa stripe (mesa stripe 25) including an absorption layer 4 which is a mesa formed on the semiconductor substrate (n-InP substrate 1) and extends in the direction of the optical axis, and a second mesa stripe ( A semi-insulating buried layer (semi-insulating InP buried layer 7) disposed on both sides of the mesa stripe 25) and formed on the semiconductor substrate (n-InP substrate 1), and a semi-insulating buried layer (Semi-insulating InP buried layer 7) and a p-type cladding layer (third p-InP cladding layer 9) covering the surface of the second mesa stripe (mesa stripe 25).
  • the p-type cladding layer (third p-InP cladding layer 9) of the modulator unit 23 is a semi-insulating buried layer (semi-insulating InP buried layer). Since the buried layer 7) and the surface of the second mesa stripe (mesa stripe 25) are covered, the buried insulating layer includes a semi-insulating semiconductor layer (semi-insulating InP buried layer 7) filling the mesa stripe 25 in the modulator section 23.
  • n-InP buried layer 8 Parasitic capacitance due to the n-type buried layer (n-InP buried layer 8) is not formed between the adjacent region of the buried layer and the mesa stripe and the p-type clad layer (third p-InP clad layer 9), Light loss can be reduced and light output efficiency can be increased.
  • FIG. FIG. 5 is a perspective view showing a semiconductor laser device according to the second embodiment. 6 is a cross-sectional view of the laser portion in the semiconductor laser device of FIG. 5, FIG. 7 is a cross-sectional view of the separation portion in the semiconductor laser device of FIG. 5, and FIG. 8 is a view of the modulator portion in the semiconductor laser device of FIG. It is sectional drawing.
  • the semiconductor laser device 50 according to the second embodiment the n-InP in the adjacent region (the region between the broken line 42a and the broken line 42b, the region between the broken line 42c and the broken line 42d) of the separation unit 22 and the modulator unit 23.
  • the semiconductor laser device 50 is different from the semiconductor laser device 50 of the first embodiment in that a part of the buried layer 8 remains. Other configurations are the same as those of the semiconductor laser device 50 of the first embodiment.
  • the width of the remaining n-InP buried layer 8 (width in the short direction of the semiconductor laser device 50) is, for example, 0.2 ⁇ m. .
  • the width of the mesa stripe 25 is 1.5 ⁇ m, and the example in which the width of the n-InP buried layer 8 is 2/15 of the width of the mesa stripe 25 is shown in FIGS. 7 and 8, the n-InP buried layer 8 shows an example in which a part of the mesa adjacent portion 26 of the n-InP buried layer 8 in FIG. 6 remains.
  • the surface of the n-InP buried layer 8 (surface opposite to the n-InP substrate 1) is covered with the third p-InP cladding layer 9.
  • a method for manufacturing the semiconductor laser device 50 according to the second embodiment will be described.
  • An n-InP clad layer 2 and an active layer 3 are crystal-grown on the n-InP substrate 1 by MOCVD, a diffraction grating (not shown) is formed on the surface of the active layer 3, and then a first p-InP clad layer 5 is crystal-grown.
  • a first mask of SiO 2 is patterned on the laser part 21 and the active layer 3 other than the laser part 21 and the first p-InP cladding layer 5 are removed by dry etching.
  • the absorption layer 4 and the second p-InP cladding layer 6 are crystal-grown on the surface of the n-InP cladding layer 2 in the separation section 22 and the modulator section 23.
  • the first mask of SiO 2 is removed, and a multilayer structure of the mesa stripe 25 is formed (multilayer structure forming procedure).
  • a second mask of SiO 2 of width 1.5 ⁇ m in regions for forming the mesa stripe 25 the region outside the laminated structure of the second mask by dry etching, i.e.
  • n-InP A part of the substrate 1, the n-InP clad layer 2, the active layer 3, the absorption layer 4, the first p-InP clad layer 5, and the second p-InP clad layer 6 are removed to form a mesa stripe 25. (Mesa stripe formation procedure).
  • the Fe—InP buried layer 7 and the n—InP buried layer 8 are crystal-grown on both sides of the formed mesa stripe 25 with the SiO 2 second mask remaining.
  • a new SiO 2 third mask is formed on the laser portion 21. First, it deposited after removing the second mask SiO 2, the SiO 2 on the entire surface. When the SiO 2 second mask is removed, the n-InP buried layer 8 having the shape shown in FIG. 6 in which the mesa stripe 25 side of the n-InP buried layer 8 is thin is formed.
  • the laser portion 21 leaves the entire surface of SiO 2 , and the separation portion 22 and the modulator portion 23 leave the SiO 2 in a stripe shape having a width of 1.9 ⁇ m around the mesa stripe 25 to form a third mask of SiO 2 . . Thereafter, dry etching is performed to remove the n-InP buried layer 8 in the region not covered with the third mask in the separation portion 22 and the modulator portion 23. As a result, the n-InP buried layer 8 remains on the entire surface in the laser portion 21, and the n-InP buried layer 8 remains in a region adjacent to the mesa stripe 25 with a width of 0.2 ⁇ m on one side in the separation portion 22 and the modulator portion 23. .
  • a third p-InP cladding layer 9 and a p-InGaAs contact layer 10 are formed by crystal growth.
  • an SiO 2 insulating film 11 is formed on the surface of the intermediate product of the semiconductor laser device 50 (embedded layer and upper layer forming procedure). An opening of the insulating film 11 is formed near the top of the mesa stripe 25 in the laser unit 21 and the modulator unit 23.
  • the first anode electrode 13 and the second anode electrode 14 are formed on the surface of the semiconductor laser device 50 (the surface opposite to the n-InP substrate 1), and the back surface of the n-InP substrate 1 (the surface facing the mesa stripe 25).
  • the cathode electrode 12 is formed on the opposite surface) (electrode formation procedure).
  • the n-InP buried layer 8 remains in a narrow region of 0.2 ⁇ m on one side in the modulator unit 23 and the separation unit 22. Therefore, the parasitic capacitance generated at the interface between the n-InP buried layer 8 and the third p-InP cladding layer 9 is significantly larger than the structure in which the n-InP buried layer 8 remains widely as in the conventional example 1. Can be reduced. Therefore, the semiconductor laser device 50 according to the second embodiment can obtain good high-frequency characteristics, and can realize a modulation waveform with sufficiently good quality for modulation of about 10 Gb / s.
  • the n-InP buried layer 8 of the modulator unit 23 and the separation unit 22 is covered with the third p-InP cladding layer 9 and has a refractive index. Therefore, there is no light loss and no deterioration of the light distribution shape. That is, in the semiconductor laser device 50 according to the second embodiment, the narrowing of the n-InP buried layer 8 for improving the high frequency characteristics in the modulator unit 23 and the separation unit 22 reduces the light loss and the light distribution shape. It can be realized without occurrence.
  • the semiconductor laser device 50 is a semiconductor laser device in which the laser unit 21 and the modulator unit 23 are formed on the same semiconductor substrate (n-InP substrate 1).
  • the laser section 21 is a first mesa stripe (mesa stripe 25 including the active layer 3 formed on the semiconductor substrate (n-InP substrate 1) and extending in the direction of the optical axis of the laser beam emitted from the laser section 21.
  • a semi-insulating buried layer (semi-insulating InP buried layer 7) disposed on both sides of the first mesa stripe (mesa stripe 25) and formed on the semiconductor substrate (n-InP substrate 1)
  • An n-type buried layer (n-InP buried layer 8) formed on the surface of the semi-insulating buried layer (semi-insulating InP buried layer 7), and an n-type buried layer (n-InP buried layer 8).
  • a p-type cladding layer (third p-InP cladding layer 9) covering the surface of the first mesa stripe (mesa stripe 25).
  • the modulator unit 23 includes a second mesa stripe (mesa stripe 25) including an absorption layer 4 which is a mesa formed on the semiconductor substrate (n-InP substrate 1) and extends in the direction of the optical axis, and a second mesa stripe ( A semi-insulating buried layer (semi-insulating InP buried layer 7) disposed on both sides of the mesa stripe 25) and formed on the semiconductor substrate (n-InP substrate 1), and a semi-insulating buried layer An n-type buried layer (n-InP buried layer 8) formed on the surface of (semi-insulating InP buried layer 7) and disposed in a region adjacent to the second mesa stripe (mesa stripe 25); P-type cladding layer (first layer covering the surfaces of the conductive buried layer (semi-insulating InP buried layer 7), n-type buried layer (n-InP buried layer 8), and second mesa stripe (mesa strip
  • the p-type cladding layer (third p-InP cladding layer 9) of the modulator section 23 is a semi-insulating buried layer (semi-insulating InP buried layer) by such a configuration. Since it covers the surfaces of the buried layer 7), the n-type buried layer (n-InP buried layer 8), and the second mesa stripe (mesa stripe 25), it is semi-insulating to fill the mesa stripe 25 in the modulator section 23.
  • N-type buried layer (n-InP buried layer) between the buried layer including the conductive semiconductor layer (semi-insulating InP buried layer 7) and the p-type clad layer (third p-InP clad layer 9)
  • the parasitic capacitance due to 8) can be made smaller than before, the optical loss can be reduced, and the optical output efficiency can be increased.
  • FIG. 9 is a perspective view showing a semiconductor laser device according to the third embodiment.
  • 10 is a cross-sectional view of the laser portion in the semiconductor laser device of FIG. 9, and
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the separation portion in the semiconductor laser device of FIG. 12 is a cross-sectional view of the modulator section in the semiconductor laser device of FIG. 9, and
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of the spot size converter section in the semiconductor laser device of FIG.
  • the semiconductor laser device 50 according to the third embodiment is different from the semiconductor laser device 50 according to the first or second embodiment in that the spot size converter unit 24 is provided on the downstream side of the modulator unit 23 in the propagation direction of the laser light. Is different.
  • the spot size converter section 24 is formed in a region between the broken line 19d and the broken line 19e.
  • Other configurations are the same as those of the semiconductor laser device 50 of the first or second embodiment.
  • 11 and 12 show examples of the same structure as the separation unit 22 and the modulator unit 23 of the first embodiment, respectively.
  • An example of another semiconductor laser device according to the third embodiment having the same structure as the separation unit 22 and the modulator unit 23 according to the second embodiment will be described later.
  • the spot size converter unit is appropriately abbreviated as SSC unit.
  • the SSC section 24 is a mesa stripe having a thickness of 2.5 ⁇ m, which is composed of a part of the n-InP substrate 1, the n-InP clad layer 2, the InGaAsP waveguide layer 15, and the fourth p-InP clad layer 16. 25 is formed.
  • the mesa stripe 25 is continuously formed in the laser unit 21, the separation unit 22, the modulator unit 23, and the spot size converter unit 24.
  • the mesa stripe 25 is formed continuously, but the mesa stripe 25 in the laser unit 21, the separation unit 22, the modulator unit 23, and the spot size converter unit 24 is a laser unit mesa stripe (first mesa stripe), respectively.
  • the separation portion mesa stripe (third mesa stripe), the modulator portion mesa stripe (second mesa stripe), and the spot size converter portion mesa stripe (SSC portion mesa stripe) are distinguished from each other.
  • the mesa stripe 25 of the spot size converter section 24 is a spot size converter section mesa stripe (SSC section mesa stripe, (fourth mesa stripe).
  • SSC section mesa stripe a thickness of 2.
  • a 5 ⁇ m thick Fe—InP buried layer 7 is formed, and the thickness of the fourth p-InP clad layer 16 is 0.2 ⁇ m, and the upper part (surface) of the mesa stripe 25 and the Fe—InP buried layer 7.
  • the third p-InP clad layer 9 is formed on the surface of the mesa stripe 25.
  • the third p-InP clad layer 9 has a thickness of 2 ⁇ m from the surface of the mesa stripe 25.
  • the surface 32 of the layer 9 the length in the longitudinal direction of the .SSC portion 24 insulating film 11 of SiO 2 are formed (direction waveguide layer 15 is extended) is 100 [mu] m.
  • the stripes 25 have a width of 1.5 ⁇ m at the boundary with the modulator unit 23, but the width of the mesa stripes 25 decreases in a tapered shape toward the end face side in the longitudinal direction of the SSC unit 24 (the propagation direction of the laser beam).
  • the end face (end face shown by a broken line 19e) of the semiconductor laser device 50 has a width of 0.5 ⁇ m, and the surface of the waveguide layer 15 is closer to the n-InP substrate 1 than the surface of the semi-insulating InP buried layer 7. Is formed.
  • the mesa stripe 25 of the semiconductor laser device 50 according to the third embodiment will be described.
  • the mesa stripe 25 in the laser unit 21, the separation unit 22, and the modulator unit 23, that is, the mesa stripe 25 from the broken line 19a to the broken line 19d has a thickness of 2.5 ⁇ m and a width of 1.5 ⁇ m.
  • the mesa stripe 25 of the SSC portion 24, that is, the mesa stripe 25 from the broken line 19d to the broken line 19e has a thickness of 2.5 ⁇ m and a width changed from 1.5 ⁇ m to 0.5 ⁇ m.
  • the mesa stripe 25 of the SSC portion 24 has a tapered surface shape.
  • the thicknesses of the n-InP cladding layer 2 in the laser unit 21, the separation unit 22, the modulator unit 23, and the SSC unit 24 are the same.
  • the thicknesses of the first p-InP cladding layer 5 of the laser unit 21, the second p-InP cladding layer 6 of the separation unit 22 and the modulator unit 23, and the fourth p-InP cladding layer 16 of the SSC unit 24 are as follows. , Respectively.
  • the thickness of the active layer 3 of the laser unit 21, the separation unit 22, the absorption layer 4 of the modulator unit 23, and the waveguide layer 15 of the SSC unit 24 are the same.
  • the semiconductor laser device 50 according to the third embodiment includes the SSC unit 24 in which the waveguide layer 15 is tapered with respect to the optical axis of the laser beam (the axis in the propagation direction).
  • the spot size of the near-field image (NFP) in the outgoing light) can be widened, and the beam divergence angle of the far-field image (FFP) can be narrowed.
  • a low magnification lens can be used in the optical module product or the optical transceiver product using the semiconductor laser device 50 of the third embodiment.
  • the semiconductor laser device 50 of the third embodiment shown in FIGS. 9 to 13 has the same structure as the semiconductor laser device 50 of the first embodiment because the structure of the laser unit 21, the separation unit 22, and the modulator unit 23 is the same as that of the first embodiment. The same effect as that of the semiconductor laser device 1 of FIG.
  • FIGS. 9 and 10 A perspective view of another semiconductor laser device 50 according to the third embodiment and a cross-sectional view of the laser unit 21 are the same as FIGS. 9 and 10, respectively.
  • 14 is a cross-sectional view of another separation unit in the semiconductor laser device of FIG. 9
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of another modulator unit in the semiconductor laser device of FIG. 9
  • FIG. 16 is a semiconductor laser device of FIG. It is sectional drawing of the other spot size converter part in.
  • the structures of the laser unit 21, the separation unit 22, and the modulator unit 23 in the other semiconductor laser device 50 according to the third embodiment are the same as those in the second embodiment.
  • the spot size converter section 24 in another semiconductor laser device 50 according to the third embodiment shown in FIG. 16 includes adjacent regions of the mesa stripe 25 (regions between the broken lines 42a and 42b and regions between the broken lines 42c and 42d. ) Is different from the spot size converter section 24 shown in FIG. 13 in that a part of the n-InP buried layer 8 remains. What is the width of the remaining n-InP buried layer 8 (width in the short technique direction of the semiconductor laser device 50) in the adjacent region of the mesa stripe 25 of the separation unit 22, the modulator unit 23, and the spot size converter unit 24? Is, for example, 0.2 ⁇ m.
  • the mesa stripe 25 of the spot size converter section 24 has a tapered surface shape whose width changes from 1.5 ⁇ m to 0.5 ⁇ m.
  • the surface of the n-InP buried layer 8 (surface opposite to the n-InP substrate 1) is the third p-InP cladding. Covered with layer 9.
  • Another semiconductor laser device 50 according to the third embodiment includes the SSC unit 24 in which the waveguide layer 15 is tapered with respect to the optical axis of the laser beam (the axis in the propagation direction).
  • the spot size of the near-field image (NFP) in the light (emitted light) can be widened, and the beam divergence angle of the far-field image (FFP) can be narrowed.
  • a low magnification lens can be used in an optical module product or an optical transceiver product using another semiconductor laser device 50 of the third embodiment.
  • the waveguide layer 15 of the spot size converter unit 24 has an example in which the width becomes narrower in a taper shape with respect to the optical axis (axis in the propagation direction) of the laser light.
  • the waveguide layer 15 of the spot size converter section 24 may have a layer thickness that is tapered with respect to the optical axis of the laser beam (axis in the propagation direction).
  • the other semiconductor laser device 50 of the third embodiment can widen the spot size of the near-field image (NFP) in the laser light (emitted light) of the laser unit 21 and can increase the far-field image (FFP).
  • the beam divergence angle can be narrowed.
  • the other semiconductor laser device 50 of the third embodiment shown in FIGS. 9, 10, and 14 to 16 has the structure of the laser unit 21, the separation unit 22, and the modulator unit 23 according to the second embodiment. 50 is the same as the semiconductor laser device 50 of the second embodiment.
  • FIG. 17 is a perspective view showing a semiconductor laser device according to the fourth embodiment
  • FIG. 18 is a cross-sectional view of a laser part in the semiconductor laser device of FIG.
  • the semiconductor laser device 50 according to the fourth embodiment differs from the semiconductor laser device 50 according to the first and second embodiments in that the n-type buried layer is the n-AlInAs buried layer 17 in the laser unit 21.
  • Other configurations are the same as those of the semiconductor laser device 50 of the first or second embodiment.
  • the current blocking effect of the laser unit 21 is improved by using the n-AlInAs buried layer 17 in the laser unit 21.
  • the semiconductor laser device 50 according to the fourth embodiment has the same structure as that of the semiconductor laser device 50 according to the first or second embodiment since the structure of the laser unit 21, the separation unit 22, and the modulator unit 23 is the same as that of the first or second embodiment. The same effects as those of the semiconductor laser device 50 according to the second embodiment are obtained.
  • the current blocking effect of the laser unit 21 can be improved by replacing the n-InP buried layer 8 with the n-AlInAs buried layer 17 in the laser unit 21. .
  • SYMBOLS 1 ... n-InP substrate (semiconductor substrate), 2 ... n-InP clad layer (n-type clad layer), 3 ... Active layer, 4 ... Absorbing layer, 5 ... First p-InP clad layer (p-type clad layer) ), 6 ... second p-InP cladding layer (p-type cladding layer), 7 ... semi-insulating InP buried layer (semi-insulating buried layer), 8 ... n-InP buried layer (n-type buried layer) Layer), 9 ... third p-InP cladding layer (p-type cladding layer), 15 ... waveguide layer, 16 ...
  • fourth p-InP cladding layer (p-type cladding layer), 17 ... n-AlInAs buried layer Layer (n-type buried layer), 21 ... laser part, 22 ... separation part, 23 ... modulator part, 24 ... spot size converter part, 25 ... mesa stripe (first mesa stripe, second mesa stripe, third Mesa stripe, fourth mesa stripe), 50... Semiconductor laser device

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Abstract

半導体レーザ装置（５０）は、レーザ部（２１）と変調器部（２３）とを備えている。レーザ部（２１）は、半導体基板（１）に形成されかつレーザ部（２１）が出射するレーザ光の光軸の方向に延伸した第一メサストライプ（２５）と、第一メサストライプ（２５）の両側面に接して配置されかつ半導体基板（１）に形成された半絶縁性埋込層（７）と、半絶縁性埋込層（７）の表面に形成されたｎ型埋込層（８）と、ｎ型埋込層（８）及び第一メサストライプ（２５）の表面を覆うｐ型クラッド層（９）と、を有する。変調器部（２３）は、半導体基板（１）に形成されかつ光軸の方向に延伸した第二メサストライプ（２５）と、第二メサストライプ（２５）の両側面に接して配置されかつ半導体基板（１）に形成された半絶縁性埋込層（７）と、半絶縁性埋込層（７）及び第二メサストライプ（２５）の表面を覆うｐ型クラッド層（９）と、を有する。

Description

半導体レーザ装置
　本願は、光通信で利用される、電界吸収型変調器と半導体レーザが集積された半導体レーザ装置に関するものである。
　埋込型の電界吸収型（ＥＡ）変調器と半導体レーザが集積された半導体レーザ装置には、埋込層にＦｅ（鉄）がドープされた半絶縁性半導体層（Ｆｅ－ＩｎＰ層）を用いたものが開発されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。特許文献２の図３３（従来例）には、半導体レーザ部（領域Ｉ）、分離部（領域ＩＩ）、変調器部（領域ＩＩＩ）のメサ構造部の両脇にＦｅドープＩｎＰ半絶縁性半導体層（半絶縁性半導体層）及びｎ型ＩｎＰホールトラップ層（ｎ型埋込層）で埋め込まれており、かつｎ型ＩｎＰホールトラップ層の表面（ｎ型ＩｎＰ半導体基板と反対側の面）とメサ構造部の表面がｐ型ＩｎＰクラッド層（ｐ型クラッド層）で覆われている半導体レーザ装置が開示されている。ｎ型ＩｎＰホールトラップ層は、ｐ型ＩｎＰクラッド層からＦｅドープＩｎＰ半絶縁性半導体層へのホール注入を防ぎ、レーザ効率を改善するために用いられている。
　特許文献１の第一例（図１）には、レーザ領域（レーザ部）のメサストライプの両側面がＦｅドープＩｎＰ高抵抗ブロック層（半絶縁性半導体層）で埋め込まれており、かつｎ型ＩｎＰバッファ層（ｎ型埋込層）の表面（ｎ－ＩｎＰ基板と反対側の面）とメサストライプの表面がｐ型のＩｎＰ層（ｐ型クラッド層）で覆われており、変調領域（変調器部）のメサストライプの両側面がＦｅドープＩｎＰ高抵抗ブロック層のみで埋め込まれている集積型光変調器（半導体レーザ装置）が開示されている。レーザ領域（レーザ部）のｎ型ＩｎＰバッファ層は、ｐ型のＩｎＰ層からＦｅドープＩｎＰ高抵抗ブロック層にホールの注入による光出力飽和を防止する、すなわちレーザ効率を改善するために用いられている。
　特許文献１の第二例（図２）には、レーザ領域（レーザ部）及び変調領域（変調器部）のメサストライプの両側面がＦｅドープＩｎＰ高抵抗ブロック層（半絶縁性半導体層）で埋め込まれており、かつメサストライプの表面及びメサストライプ近傍のＦｅドープＩｎＰ高抵抗ブロック層において、一部除去されたｎ型ＩｎＰバッファ層（ｎ型埋込層）とｐ型のＩｎＰ層（ｐ型クラッド層）で覆われている集積型光変調器（半導体レーザ装置）が開示されている。ｎ型ＩｎＰバッファ層とｐ型のＩｎＰ層の構造は、メサストライプの表面外周部とその外側のＦｅドープＩｎＰ高抵抗ブロック層の表面にｎ型ＩｎＰバッファ層が形成され、メサストライプの表面中央部及びｎ型ＩｎＰバッファ層の表面をｐ型のＩｎＰ層が覆っている構造である。
特開平３－１９２７８７号公報（図１、図２） 特開平１０－３３５７５１号公報（図３３）
　特許文献２の半導体レーザ装置に示された従来例は、メサ構造部の両脇をＦｅドープＩｎＰ半絶縁性半導体層（半絶縁性半導体層）で覆うと共に、ＦｅドープＩｎＰ半絶縁性半導体層の表面にｎ型ＩｎＰホールトラップ層（ｎ型埋込層）を覆うことによりレーザ効率改善を行っていた。しかし、変調器部のｎ型ＩｎＰホールトラップ層（ｎ型埋込層）は、その上部のｐ型ＩｎＰクラッド層（ｐ型クラッド層）との界面で寄生容量が生じ、高周波特性が悪化してしまう問題があった。
　特許文献１の第一例の半導体レーザ装置（集積型光変調器）は、変調器部（変調器領域）にｎ型ＩｎＰバッファ層（ｎ型埋込層）が無い構造であるため、レーザ領域（レーザ部）において上部にｐ－ＩｎＰクラッド層（ｐ型クラッド層）があっても装置全体のｎ型ＩｎＰバッファ層（ｎ型埋込層）とｐ－ＩｎＰクラッド層（ｐ型クラッド層）との間の寄生容量は低減できる。しかし、レーザ領域（レーザ部）と変調領域（変調器部）との間に段差が形成されており、この段差による光損失が発生し、かつ、レーザ領域（レーザ部）のｎ型ＩｎＰバッファ層（ｎ型埋込層）が変調領域（変調器部）のｐ－ＩｎＰクラッド層（ｐ型クラッド層）より高い位置にあり、レーザ活性層から離れているため、レーザ領域（レーザ部）の電流ブロック効果が弱く、注入電流に対する光出力効率が悪い問題があった。
　また、特許文献１の第二例の半導体レーザ装置のように、変調器部にメサストライプを形成してｎ型ＩｎＰバッファ層（ｎ型埋込層）の一部を除去する構造では、特許文献２の半導体レーザ装置に示された従来例に比べて、変調器部におけるｎ型ＩｎＰバッファ層（ｎ型埋込層）とｐ型のＩｎＰ層（ｐ型クラッド層）との間の寄生容量は低減できるが、それでも大きな寄生容量として残っており、高周波特性の改善は不十分であった。
　本願明細書に開示される技術は、上記のような問題点を解消するためになされたものであり、変調部におけるメサストライプを埋める半絶縁性半導体層を含む埋込層とｐ型クラッド層との間の寄生容量が小さく或いはなく、レーザ部と変調器部の接続部での光損失が小さく、注入電流に対する光出力効率が高い半導体レーザ装置を実現することを目的とする。
　本願明細書に開示される一例の半導体レーザ装置は、レーザ部と変調器部が同一の半導体基板に形成されている。レーザ部は、半導体基板に形成されかつレーザ部が出射するレーザ光の光軸の方向に延伸したメサである活性層を含む第一メサストライプと、第一メサストライプの両側面に接して配置されかつ半導体基板に形成された半絶縁性埋込層と、半絶縁性埋込層の表面に形成されたｎ型埋込層と、ｎ型埋込層及び第一メサストライプの表面を覆うｐ型クラッド層と、を有する。変調器部は、半導体基板に形成されかつ光軸の方向に延伸したメサである吸収層を含む第二メサストライプと、第二メサストライプの両側面に接して配置されかつ半導体基板に形成された半絶縁性埋込層と、半絶縁性埋込層及び第二メサストライプの表面を覆うｐ型クラッド層と、を有する。
　本願明細書に開示される一例の半導体レーザ装置は、変調器部のｐ型クラッド層が半絶縁性埋込層及び第二メサストライプの表面を覆っているので、変調部におけるメサストライプを埋める半絶縁性半導体層を含む埋込層とｐ型クラッド層との間の寄生容量を従来よりも小さくでき、光損失を小さくでき、光出力効率を高くできる。
実施の形態１に係る半導体レーザ装置を示す斜視図である。 図１の半導体レーザ装置におけるレーザ部の断面図である。 図１の半導体レーザ装置における分離部の断面図である。 図１の半導体レーザ装置における変調器部の断面図である。 実施の形態２に係る半導体レーザ装置を示す斜視図である。 図５の半導体レーザ装置におけるレーザ部の断面図である。 図５の半導体レーザ装置における分離部の断面図である。 図５の半導体レーザ装置における変調器部の断面図である。 実施の形態３に係る半導体レーザ装置を示す斜視図である。 図９の半導体レーザ装置におけるレーザ部の断面図である。 図９の半導体レーザ装置における分離部の断面図である。 図９の半導体レーザ装置における変調器部の断面図である。 図９の半導体レーザ装置におけるスポットサイズ変換器部の断面図である。 図９の半導体レーザ装置における他の分離部の断面図である。 図９の半導体レーザ装置における他の変調器部の断面図である。 図９の半導体レーザ装置における他のスポットサイズ変換器部の断面図である。 実施の形態４に係る半導体レーザ装置を示す斜視図である。 図１７の半導体レーザ装置におけるレーザ部の断面図である。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る半導体レーザ装置を示す斜視図である。図２は図１の半導体レーザ装置におけるレーザ部の断面図であり、図３は図１の半導体レーザ装置における分離部の断面図であり、図４は図１の半導体レーザ装置における変調器部の断面図である。実施の形態１に係る半導体レーザ装置５０は、レーザ部２１、分離部２２、変調器部２３を備えている。変調器部２３は、ｎ－ＩｎＰ基板（半導体基板）１にモノシリックに形成された電界吸収型（ＥＡ）変調器であり、半導体レーザ装置５０は電界吸収型（ＥＡ）変調器集積半導体レーザである。レーザ部２１は破線１９ａから破線１９ｂの間の領域に形成されており、分離部２２は破線１９ｂから破線１９ｃの間の領域に形成されており、変調器部２３は破線１９ｃから破線１９ｄの間の領域に形成されている。
　レーザ部２１は、ｎ－ＩｎＰ基板１、ｎ－ＩｎＰクラッド層２、活性層３、第１のｐ－ＩｎＰクラッド層５、半絶縁性ＩｎＰ埋込層７、ｎ－ＩｎＰ埋込層８、第３のｐ－ＩｎＰクラッド層９、ｐ－ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０、絶縁膜１１、カソード電極１２、第１アノード電極１３を備えている。変調器部２３は、ｎ－ＩｎＰ基板１、ｎ－ＩｎＰクラッド層２、吸収層４、第２のｐ－ＩｎＰクラッド層６、半絶縁性ＩｎＰ埋込層７、第３のｐ－ＩｎＰクラッド層９、ｐ－ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０、絶縁膜１１、カソード電極１２、第２アノード電極１４を備えている。分離部２２は、レーザ部２１と変調器部２３とを分離する領域（分離領域、アイソレーション領域）の構造物である。分離部２２は、ｎ－ＩｎＰ基板１、ｎ－ＩｎＰクラッド層２、吸収層４、第２のｐ－ＩｎＰクラッド層６、半絶縁性ＩｎＰ埋込層７、第３のｐ－ＩｎＰクラッド層９、絶縁膜１１、カソード電極１２を備えている。
　活性層３は、ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸から構成されている。吸収層４は、ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸から構成されている。半絶縁性ＩｎＰ埋込層７は、Ｆｅがドープされた半絶縁性のＩｎＰ埋込層（Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ埋込層）である。Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ埋込層は、適宜、Ｆｅ－ＩｎＰ埋込層と略す。絶縁膜１１は、例えばＳｉＯ２の絶縁膜である。半絶縁性ＩｎＰ埋込層７は、適宜、Ｆｅ－ＩｎＰ埋込層７と表記する。レーザ部２１に、例えば幅１．５μｍ、層方向の厚さ２．５μｍのメサストライプ２５が形成されている。レーザ部２１のメサストライプ２５は、ｎ－ＩｎＰクラッド層２、活性層３、第１のｐ－ＩｎＰクラッド層５から構成されている。メサストライプ２５は、レーザ部２１が出射するレーザ光の光軸の方向に延伸したメサである。メサストライプ２５は、レーザ部２１、分離部２２、変調器部２３に連続的に形成されている。メサストライプ２５は連続的に形成されているが、レーザ部２１、分離部２２、変調器部２３におけるメサストライプ２５は、それぞれレーザ部メサストライプ、分離部メサストライプ、変調器部メサストライプと区別して記載する場合もある。レーザ部２１のメサストライプ２５は、レーザ部メサストライプ（第一メサストライプ）である。分離部２２のメサストライプ２５は分離部メサストライプ（第三メサストライプ）であり、変調器部２３のメサストライプ２５は変調器部メサストライプ（第二メサストライプ）である。分離部２２、変調器部２３に、ｎ－ＩｎＰクラッド層２、吸収層４、第２のｐ－ＩｎＰクラッド層６から構成されたメサストライプ２５が形成されている。分離部２２、変調器部２３のメサストライプ２５は、レーザ部２１と等しい幅１．５μｍ、厚さ２．５μｍのメサストライプである。メサストライプ２５の幅は、半導体レーザ装置５０の短手法方向（図３において横方向）の幅であり、レーザ光が伝搬する方向（活性層３、吸収層４が延伸する方向）に垂直な方向の幅である。メサストライプ２５の層方向の厚さは、メサストライプ２５の裏面（ｎ－ＩｎＰ基板１の一部で、かつ半絶縁性ＩｎＰ埋込層７の裏面を含む平面上の面）と表面（ｎ－ＩｎＰ基板１と反対側の面）との段差であり、図２～図４において縦方向の厚さである。
　レーザ部２１において、メサストライプ２５の両脇にｎ－ＩｎＰ基板１の側から厚さ２．５μｍのＦｅ－ＩｎＰ埋込層７と、Ｆｅ－ＩｎＰ埋込層７の表面（ｎ－ＩｎＰ基板１と反対側の面）にｎ－ＩｎＰ埋込層８が形成されている。ｎ－ＩｎＰ埋込層８は、メサストライプ２５の隣接領域以外（破線４１ａから外側（図２において左側）、破線４１ｄから外側（図２において右側））において厚さが０．５μｍであり、メサストライプ２５の隣接領域（破線４１ａ～破線４１ｂ間の領域、破線４１ｃ～破線４１ｄ間の領域）においてメサストライプ２５の側に厚さが薄くなっている。ｎ－ＩｎＰ埋込層８のメサストライプ２５の隣接領域は、メサ隣接部２６である。活性層３の表面に積層された第１のｐ－ＩｎＰクラッド層５の厚さは０．２μｍである。メサストライプ２５及びｎ－ＩｎＰ埋込層８の上部（表面）に、順次厚さ２μｍの第３のｐ－ＩｎＰクラッド層９、ｐ－ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０が形成されている。また、ｎ－ＩｎＰ基板１の側にはカソード電極１２が形成され、レーザ部２１の表面側にはメサストライプ２５の上部近傍に開口が開けられた絶縁膜１１と第１アノード電極１３が形成されている。活性層３の表面は、半絶縁性ＩｎＰ埋込層７の表面よりもｎ－ＩｎＰ基板１の側に形成されている。
　変調器部２３において、メサストライプ２５の両脇にｎ－ＩｎＰ基板１の側から厚さ２．５μｍのＦｅ－ＩｎＰ埋込層７が形成されている。吸収層４の表面に積層された第２のｐ－ＩｎＰクラッド層６の厚さは、第１のｐ－ＩｎＰクラッド層５と等しい０．２μｍである。メサストライプ２５及びＦｅ－ＩｎＰ埋込層７の上部に、順次第３のｐ－ＩｎＰクラッド層９、ｐ－ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０が形成されている。第３のｐ－ＩｎＰクラッド層９は、メサストライプ２５の表面からの厚さが２μｍである。また、ｎ－ＩｎＰ基板１の側にはカソード電極１２が形成され、変調器部２３の表面側にはメサストライプ２５の上部近傍に開口が開けられた絶縁膜１１と第２アノード電極１４が形成されている。吸収層４の表面は、半絶縁性ＩｎＰ埋込層７の表面よりもｎ－ＩｎＰ基板１の側に形成されている。変調器部２３の長手方向（吸収層４が延伸する方向）の長さは２００μｍである。
　分離部２２の構成は、変調器部２３の構成に対して、ｐ－ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０及び第２アノード電極１４が無く、絶縁膜１１に開口が開けられていないところが異なっており、他の部分は同じである。吸収層４の表面は、半絶縁性ＩｎＰ埋込層７の表面よりもｎ－ＩｎＰ基板１の側に形成されている。図２において、ｎ－ＩｎＰ埋込層８の表面３１と、第３のｐ－ＩｎＰクラッド層９の表面３２を示した。図３、図４において、第３のｐ－ＩｎＰクラッド層９の表面３２を示した。
　実施の形態１の半導体レーザ装置５０の製造方法を説明する。ｎ－ＩｎＰ基板１上にｎ－ＩｎＰクラッド層２、活性層３をＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｖａｐｏｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で結晶成長し、活性層３の表面に回折格子（図示せず）を形成後、第１のｐ－ＩｎＰクラッド層５を結晶成長する。レーザ部２１にＳｉＯ２の第一マスクをパターニング形成し、ドライエッチングでレーザ部２１以外の活性層３、第１のｐ－ＩｎＰクラッド層５を除去する。次に、分離部２２と変調器部２３におけるｎ－ＩｎＰクラッド層２の表面に、吸収層４、第２のｐ－ＩｎＰクラッド層６を結晶成長する。ＳｉＯ２の第一マスクを除去し、メサストライプ２５の多層構造を形成する（多層構造形成手順）。ＳｉＯ２の第一マスクを除去後、メサストライプ２５を形成する領域にＳｉＯ２の第二マスクを形成し、ドライエッチングで第二マスクの領域外の積層構造、すなわちｎ－ＩｎＰ基板１の一部、ｎ－ＩｎＰクラッド層２、活性層３、吸収層４、第１のｐ－ＩｎＰクラッド層５、第２のｐ－ＩｎＰクラッド層６を除去し、メサストライプ２５を形成する（メサストライプ形成手順）。
　メサストライプ形成手順の後、ＳｉＯ２の第二マスクが残った状態で、形成したメサストライプ２５の両脇に、Ｆｅ－ＩｎＰ埋込層７、ｎ－ＩｎＰ埋込層８を結晶成長する。レーザ部２１にＳｉＯ２の第三マスクを新たに形成する。この状態で、ドライエッチングを行い、分離部２２と変調器部２３のｎ－ＩｎＰ埋込層８を除去する。２つのＳｉＯ２の第二マスク、第三マスクを除去すると、図２に示した形状のｎ－ＩｎＰ埋込層８が形成される。２つのＳｉＯ２の第二マスク、第三マスクを除去した後、第３のｐ－ＩｎＰクラッド層９、ｐ－ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０を結晶成長で形成する。分離部２２のｐ－ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０を除去した後、半導体レーザ装置５０の中間製造体の表面にＳｉＯ２の絶縁膜１１を形成する（埋込層及び上部層形成手順）。レーザ部２１と変調器部２３におけるメサストライプ２５の上部近傍に絶縁膜１１の開口を形成する。その後、半導体レーザ装置５０の表面（ｎ－ＩｎＰ基板１と反対側の面）に第１アノード電極１３及び第２アノード電極１４と、ｎ－ＩｎＰ基板１の裏面（メサストライプ２５と対向する面と反対側の面）にカソード電極１２を形成する（電極形成手順）。
　実施の形態１の半導体レーザ装置５０は、変調器部２３及び分離部２２がｎ－ＩｎＰ埋込層８の無い構造である。このため、実施の形態１の半導体レーザ装置５０は、特許文献２に示された従来例（従来例１）と異なり、変調器部２３及び分離部２２においてｎ－ＩｎＰ埋込層８と第３のｐ－ＩｎＰクラッド層９との間で発生する寄生容量がないため、変調器部２３の高周波特性は良好である。また、実施の形態１の半導体レーザ装置５０は、メサストライプ２５の表面に形成された第３のｐ－ＩｎＰクラッド層９の厚さが、レーザ部２１、分離部２２、変調器部２３の間で大きく変化しないため、特許文献１の第一例（従来例２）と異なり、段差に起因した損失は発生しない。
　また、ｐ－ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０での光吸収及び光分布形状の乱れを防ぐために、活性層３及び吸収層４の上部のｐ－ＩｎＰクラッド層（第１のｐ－ＩｎＰクラッド層５、第２のｐ－ＩｎＰクラッド層６、第３のｐ－ＩｎＰクラッド層９）は、光分布程度以上に厚くする必要がある。実施の形態１の半導体レーザ装置５０は、第３のｐ－ＩｎＰクラッド層９の表面３２のｎ－ＩｎＰ基板１からの位置が、レーザ部２１のｎ－ＩｎＰ埋込層８の表面３１のｎ－ＩｎＰ基板１からの位置よりも高くなっている。ｎ－ＩｎＰ埋込層８の表面３１から第３のｐ－ＩｎＰクラッド層９の表面３２の層方向距離ｄ１は、メサストライプ２５の上部におる第３のｐ－ＩｎＰクラッド層９の層厚と同じ２μｍである。なお、第３のｐ－ＩｎＰクラッド層９の表面３２の形状はｎ－ＩｎＰ埋込層８及びメサストライプ２５の表面形状に応じて、メサストライプ２５の表面部分において窪んだ形状（低くなった形状）になるが、図１、図２において平面で簡略化して記載した。また、第３のｐ－ＩｎＰクラッド層９の上層のｐ－ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０、第１アノード電極１３も、第３のｐ－ＩｎＰクラッド層９と同様に図１、図２において平面で簡略化して記載した。また、ｎ－ＩｎＰ埋込層８が形成されない分離部２２、変調器部２３の第３のｐ－ＩｎＰクラッド層９の表面３２の長手方向の形状は、分離部２２、変調器部２３においてｎ－ＩｎＰ埋込層８が存在しない構造に伴ってレーザ部２１に対して窪んだ形状（低くなった形状）になるが、図１において平面で簡略化して記載した。なお、実施の形態２以降の図においても、第３のｐ－ＩｎＰクラッド層９の表面３２の形状、その上部のｐ－ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０等の形状も平面で簡略化して記載した。
　実施の形態１の半導体レーザ装置５０は、レーザ部２１、分離部２２、変調器部２３のメサストライプ２５の上部におる第３のｐ－ＩｎＰクラッド層９の層厚、すなわち層方向距離ｄ１が２μｍと厚いため、ｐ－ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０での光吸収及び光分布形状の乱れが発生しない。同時に、実施の形態１の半導体レーザ装置５０は、レーザ部２１において、活性層３とｎ－ＩｎＰ埋込層８までの層方向距離ｄ２が近いため、ｎ－ＩｎＰ埋込層８に相当するｎ型ＩｎＰバッファ層がレーザ活性層から離れている従来例２と異なり、ｎ－ＩｎＰ埋込層８による電流ブロック効果が大きく、レーザ部２１への注入電流に対する光出力効率を向上させることができる。例示したように、第１のｐ－ＩｎＰクラッド層５、第２のｐ－ＩｎＰクラッド層６の厚さが０．２μｍであり、ｎ－ＩｎＰ埋込層８の厚さが０．５μｍなので、図２～図４の層方向距離ｄ２は０．２μｍである。
　前述した特許文献１の第二例の半導体レーザ装置（従来例３）は、変調器部にメサストライプを形成しｎ－ＩｎＰ埋込層８に相当するｎ型ＩｎＰバッファ層の一部を除去する構造である。より具体的にはメサストライプの表面外周部とその外側の半絶縁性ＩｎＰ埋込層７に相当するＦｅドープＩｎＰ高抵抗ブロック層の表面にｎ型ＩｎＰバッファ層が形成され、メサストライプの表面中央部及びｎ型ＩｎＰバッファ層の表面を第３のｐ－ＩｎＰクラッド層９に相当するｐ型のＩｎＰ層が覆っている構造である。従来例３では、ｎ－ＩｎＰ埋込層８に相当するｎ型ＩｎＰバッファ層と第３のｐ－ＩｎＰクラッド層９に相当するｐ型のＩｎＰ層との間の寄生容量低減のためにメサ幅を狭くすると、光損失が発生し、光分布形状が悪化する問題があった。これに対して、実施の形態１の半導体レーザ装置５０は、変調器部２３及び分離部２２がｎ－ＩｎＰ埋込層８が無い構造であり、変調器部２３及び分離部２２においてｎ－ＩｎＰ埋込層８と第３のｐ－ＩｎＰクラッド層９との間で発生する寄生容量がないため、従来例３と異なりメサストライプ２５の幅を寄生容量低減の為に小さくする必要がなく、光損失が発生せず、良好な光分布形状を実現することができる。
　以上のように、実施の形態１の半導体レーザ装置５０は、レーザ部２１と変調器部２３が同一の半導体基板（ｎ－ＩｎＰ基板１）に形成された半導体レーザ装置である。レーザ部２１は、半導体基板（ｎ－ＩｎＰ基板１）に形成されかつレーザ部２１が出射するレーザ光の光軸の方向に延伸したメサである活性層３を含む第一メサストライプ（メサストライプ２５）と、第一メサストライプ（メサストライプ２５）の両側面に接して配置されかつ半導体基板（ｎ－ＩｎＰ基板１）に形成された半絶縁性埋込層（半絶縁性ＩｎＰ埋込層７）と、半絶縁性埋込層（半絶縁性ＩｎＰ埋込層７）の表面に形成されたｎ型埋込層（ｎ－ＩｎＰ埋込層８）と、ｎ型埋込層（ｎ－ＩｎＰ埋込層８）及び第一メサストライプ（メサストライプ２５）の表面を覆うｐ型クラッド層（第３のｐ－ＩｎＰクラッド層９）と、を有する。変調器部２３は、半導体基板（ｎ－ＩｎＰ基板１）に形成されかつ光軸の方向に延伸したメサである吸収層４を含む第二メサストライプ（メサストライプ２５）と、第二メサストライプ（メサストライプ２５）の両側面に接して配置されかつ半導体基板（ｎ－ＩｎＰ基板１）に形成された半絶縁性埋込層（半絶縁性ＩｎＰ埋込層７）と、半絶縁性埋込層（半絶縁性ＩｎＰ埋込層７）及び第二メサストライプ（メサストライプ２５）の表面を覆うｐ型クラッド層（第３のｐ－ＩｎＰクラッド層９）と、を有する。実施の形態１の半導体レーザ装置５０は、このような構成により、変調器部２３のｐ型クラッド層（第３のｐ－ＩｎＰクラッド層９）が半絶縁性埋込層（半絶縁性ＩｎＰ埋込層７）及び第二メサストライプ（メサストライプ２５）の表面を覆っているので、変調器部２３におけるメサストライプ２５を埋める半絶縁性半導体層（半絶縁性ＩｎＰ埋込層７）を含む埋込層及びメサストライプの隣接領域とｐ型クラッド層（第３のｐ－ＩｎＰクラッド層９）との間にｎ型埋込層（ｎ－ＩｎＰ埋込層８）による寄生容量が形成されず、光損失を小さくでき、光出力効率を高くできる。
実施の形態２．
　図５は、実施の形態２に係る半導体レーザ装置を示す斜視図である。図６は図５の半導体レーザ装置におけるレーザ部の断面図であり、図７は図５の半導体レーザ装置における分離部の断面図であり、図８は図５の半導体レーザ装置における変調器部の断面図である。実施の形態２の半導体レーザ装置５０は、分離部２２、変調器部２３のメサストライプ２５の隣接領域（破線４２ａ～破線４２ｂ間の領域、破線４２ｃ～破線４２ｄ間の領域）において、ｎ－ＩｎＰ埋込層８の一部が残っている点で、実施の形態１の半導体レーザ装置５０とは異なる。他の構成は、実施の形態１の半導体レーザ装置５０と同じである。
　分離部２２、変調器部２３のメサストライプ２５の隣接領域において、残っているｎ－ＩｎＰ埋込層８の幅（半導体レーザ装置５０の短手法方向の幅）はいずれも例えば０．２μｍである。メサストライプ２５の幅は１．５μｍであり、図７、図８においてｎ－ＩｎＰ埋込層８の幅がメサストライプ２５の幅の２／１５である例を示した。また、図７、図８においてｎ－ＩｎＰ埋込層８は図６のｎ－ＩｎＰ埋込層８のメサ隣接部２６の一部の領域が残っている例を示した。分離部２２、変調器部２３において、ｎ－ＩｎＰ埋込層８の表面（ｎ－ＩｎＰ基板１と反対側の面）は、第３のｐ－ＩｎＰクラッド層９で覆われている。
　実施の形態２の半導体レーザ装置５０の製造方法を説明する。ｎ－ＩｎＰ基板１上にｎ－ＩｎＰクラッド層２、活性層３をＭＯＣＶＤ法で結晶成長し、活性層３の表面に回折格子（図示せず）を形成後、第１のｐ－ＩｎＰクラッド層５を結晶成長する。レーザ部２１にＳｉＯ２の第一マスクをパターニング形成し、ドライエッチングでレーザ部２１以外の活性層３、第１のｐ－ＩｎＰクラッド層５を除去する。次に、分離部２２と変調器部２３におけるｎ－ＩｎＰクラッド層２の表面に、吸収層４、第２のｐ－ＩｎＰクラッド層６を結晶成長する。ＳｉＯ２の第一マスクを除去し、メサストライプ２５の多層構造を形成する（多層構造形成手順）。ＳｉＯ２の第一マスクを除去後、メサストライプ２５を形成する領域に幅１．５μｍのＳｉＯ２の第二マスクを形成し、ドライエッチングで第二マスクの領域外の積層構造、すなわちｎ－ＩｎＰ基板１の一部、ｎ－ＩｎＰクラッド層２、活性層３、吸収層４、第１のｐ－ＩｎＰクラッド層５、第２のｐ－ＩｎＰクラッド層６を除去し、メサストライプ２５を形成する（メサストライプ形成手順）。
　メサストライプ形成手順の後、ＳｉＯ２の第二マスクが残った状態で、形成したメサストライプ２５の両脇に、Ｆｅ－ＩｎＰ埋込層７、ｎ－ＩｎＰ埋込層８を結晶成長する。レーザ部２１にＳｉＯ２の第三マスクを新たに形成する。まず、ＳｉＯ２の第二マスクを除去後、ＳｉＯ２を全面に成膜する。なお、ＳｉＯ２の第二マスクを除去すると、ｎ－ＩｎＰ埋込層８のメサストライプ２５側が薄くなった図６に示した形状のｎ－ＩｎＰ埋込層８が形成される。レーザ部２１では全面のＳｉＯ２を残し、分離部２２と変調器部２３ではメサストライプ２５を中心にして１．９μｍ幅のストライプ状にＳｉＯ２を残して、ＳｉＯ２の第三マスクを形成する。その後、ドライエッチングを行い、分離部２２と変調器部２３における第三マスクで覆われていない領域のｎ－ＩｎＰ埋込層８を除去する。これにより、ｎ－ＩｎＰ埋込層８がレーザ部２１において全面に残り、分離部２２及び変調器部２３においてメサストライプ２５の隣接領域にｎ－ＩｎＰ埋込層８が片側０．２μｍ幅で残る。ＳｉＯ２の第三マスクを除去した後、第３のｐ－ＩｎＰクラッド層９、ｐ－ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０を結晶成長で形成する。分離部２２のｐ－ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０を除去した後、半導体レーザ装置５０の中間製造体の表面にＳｉＯ２の絶縁膜１１を形成する（埋込層及び上部層形成手順）。レーザ部２１と変調器部２３におけるメサストライプ２５の上部近傍に絶縁膜１１の開口を形成する。その後、半導体レーザ装置５０の表面（ｎ－ＩｎＰ基板１と反対側の面）に第１アノード電極１３及び第２アノード電極１４と、ｎ－ＩｎＰ基板１の裏面（メサストライプ２５と対向する面と反対側の面）にカソード電極１２を形成する（電極形成手順）。
　実施の形態２の半導体レーザ装置５０では、変調器部２３及び分離部２２において、ｎ－ＩｎＰ埋込層８が片側０．２μｍと狭い領域で残っている。従って、従来例１のようなｎ－ＩｎＰ埋込層８が広く残っている構造に比べ、ｎ－ＩｎＰ埋込層８と第３のｐ－ＩｎＰクラッド層９の界面で生じる寄生容量を大幅に低減できる。そのため、実施の形態２の半導体レーザ装置５０は、良好な高周波特性が得られ、１０Ｇｂ／ｓ程度の変調に対して十分良好な品質の変調波形を実現できる。前述したように、特許文献１の第二例（従来例３）では、変調器部及び分離部にメサストライプを形成し、ｎ－ＩｎＰ埋込層の幅を狭くする方法が示されている。しかし、この方法では、例えば、メサストライプの幅により幅が決定されるｎ－ＩｎＰ埋込層を片側０．２μｍ程度に狭くすると、ｎ－ＩｎＰ埋込層が除去されるメサストライプの幅がｎ－ＩｎＰ埋込層の幅に応じて狭くなる。従来例３の方法では、メサストライプの幅が光分布よりも狭くなるため、光損失及び光分布形状の悪化が生じる。これに対して、実施の形態２の半導体レーザ装置５０では、変調器部２３及び分離部２２のｎ－ＩｎＰ埋込層８は第３のｐ－ＩｎＰクラッド層９で覆われており、屈折率の大きな変化がないため、光損失及び光分布形状の悪化は生じない。つまり、実施の形態２の半導体レーザ装置５０は、変調器部２３及び分離部２２において高周波特性を向上するためのｎ－ＩｎＰ埋込層８の狭幅化を、光損失及び光分布形状悪化の発生なく実現できる。
　以上のように、実施の形態２の半導体レーザ装置５０は、レーザ部２１と変調器部２３が同一の半導体基板（ｎ－ＩｎＰ基板１）に形成された半導体レーザ装置である。レーザ部２１は、半導体基板（ｎ－ＩｎＰ基板１）に形成されかつレーザ部２１が出射するレーザ光の光軸の方向に延伸したメサである活性層３を含む第一メサストライプ（メサストライプ２５）と、第一メサストライプ（メサストライプ２５）の両側面に接して配置されかつ半導体基板（ｎ－ＩｎＰ基板１）に形成された半絶縁性埋込層（半絶縁性ＩｎＰ埋込層７）と、半絶縁性埋込層（半絶縁性ＩｎＰ埋込層７）の表面に形成されたｎ型埋込層（ｎ－ＩｎＰ埋込層８）と、ｎ型埋込層（ｎ－ＩｎＰ埋込層８）及び第一メサストライプ（メサストライプ２５）の表面を覆うｐ型クラッド層（第３のｐ－ＩｎＰクラッド層９）と、を有する。変調器部２３は、半導体基板（ｎ－ＩｎＰ基板１）に形成されかつ光軸の方向に延伸したメサである吸収層４を含む第二メサストライプ（メサストライプ２５）と、第二メサストライプ（メサストライプ２５）の両側面に接して配置されかつ半導体基板（ｎ－ＩｎＰ基板１）に形成された半絶縁性埋込層（半絶縁性ＩｎＰ埋込層７）と、半絶縁性埋込層（半絶縁性ＩｎＰ埋込層７）の表面に形成されかつ第二メサストライプ（メサストライプ２５）の隣接領域に配置されたｎ型埋込層（ｎ－ＩｎＰ埋込層８）と、半絶縁性埋込層（半絶縁性ＩｎＰ埋込層７）、ｎ型埋込層（ｎ－ＩｎＰ埋込層８）、及び第二メサストライプ（メサストライプ２５）の表面を覆うｐ型クラッド層（第３のｐ－ＩｎＰクラッド層９）と、を有する。実施の形態２の半導体レーザ装置５０は、このような構成により、変調器部２３のｐ型クラッド層（第３のｐ－ＩｎＰクラッド層９）が半絶縁性埋込層（半絶縁性ＩｎＰ埋込層７）、ｎ型埋込層（ｎ－ＩｎＰ埋込層８）、及び第二メサストライプ（メサストライプ２５）の表面を覆っているので、変調器部２３におけるメサストライプ２５を埋める半絶縁性半導体層（半絶縁性ＩｎＰ埋込層７）を含む埋込層とｐ型クラッド層（第３のｐ－ＩｎＰクラッド層９）との間のｎ型埋込層（ｎ－ＩｎＰ埋込層８）による寄生容量を従来よりも小さくでき、光損失を小さくでき、光出力効率を高くできる。
実施の形態３．
　図９は、実施の形態３に係る半導体レーザ装置を示す斜視図である。図１０は図９の半導体レーザ装置におけるレーザ部の断面図であり、図１１は図９の半導体レーザ装置における分離部の断面図である。図１２は図９の半導体レーザ装置における変調器部の断面図であり、図１３は図９の半導体レーザ装置におけるスポットサイズ変換器部の断面図である。実施の形態３の半導体レーザ装置５０は、変調器部２３のレーザ光の伝搬方向下流側にスポットサイズ変換器部２４を備える点で、実施の形態１又は実施の形態２の半導体レーザ装置５０とは異なる。スポットサイズ変換器部２４は破線１９ｄから破線１９ｅの間の領域に形成されている。他の構成は、実施の形態１又は実施の形態２の半導体レーザ装置５０と同じである。図１１、図１２では、それぞれ実施の形態１の分離部２２、変調器部２３と同じ構造の例を示した。なお、実施の形態２の分離部２２、変調器部２３と同じ構造を有する実施の形態３に係る他の半導体レーザ装置の例は後述する。スポットサイズ変換器部は、適宜、ＳＳＣ部と略して表記する。
　ＳＳＣ部２４は、ｎ－ＩｎＰ基板１の一部、ｎ－ＩｎＰクラッド層２、ＩｎＧａＡｓＰの導波層１５、第４のｐ－ＩｎＰクラッド層１６から構成された、厚さ２．５μｍのメサストライプ２５が形成されている。メサストライプ２５は、レーザ部２１、分離部２２、変調器部２３、スポットサイズ変換器部２４に連続的に形成されている。メサストライプ２５は連続的に形成されているが、レーザ部２１、分離部２２、変調器部２３、スポットサイズ変換器部２４におけるメサストライプ２５は、それぞれレーザ部メサストライプ（第一メサストライプ）、分離部メサストライプ（第三メサストライプ）、変調器部メサストライプ（第二メサストライプ）、スポットサイズ変換器部メサストライプ（ＳＳＣ部メサストライプ）と区別して記載する場合もある。スポットサイズ変換器部２４のメサストライプ２５は、スポットサイズ変換器部メサストライプ（ＳＳＣ部メサストライプ、（第四メサストライプ）である。ＳＳＣ部２４において、メサストライプ２５の両脇に厚さ２．５μｍのＦｅ－ＩｎＰ埋込層７が形成されている。第４のｐ－ＩｎＰクラッド層１６の厚さは０．２μｍである。メサストライプ２５及びＦｅ－ＩｎＰ埋込層７の上部（表面）に第３のｐ－ＩｎＰクラッド層９が形成されている。第３のｐ－ＩｎＰクラッド層９は、メサストライプ２５の表面からの厚さが２μｍである。また、第３のｐ－ＩｎＰクラッド層９の表面３２にはＳｉＯ２の絶縁膜１１が形成されている。ＳＳＣ部２４の長手方向（導波層１５が延伸する方向）の長さは１００μｍである。また、ＳＳＣ部２４のメサストライプ２５は、変調器部２３との境界では幅１．５μｍだが、ＳＳＣ部２４の長手方向（レーザ光の伝搬方向）の端面側に行くに従いテーパー状にメサストライプ２５の幅を狭くし、半導体レーザ装置５０の端面（破線１９ｅで示した端面）では幅０．５μｍである。導波層１５の表面は、半絶縁性ＩｎＰ埋込層７の表面よりもｎ－ＩｎＰ基板１の側に形成されている。
　実施の形態３の半導体レーザ装置５０のメサストライプ２５について説明する。レーザ部２１、分離部２２、変調器部２３におけるメサストライプ２５、すなわち破線１９ａから破線１９ｄまでのメサストライプ２５は、厚さが２．５μｍであり、幅が１．５μｍである。ＳＳＣ部２４のメサストライプ２５、すなわち破線１９ｄから破線１９ｅまでのメサストライプ２５は、厚さが２．５μｍであり、幅が１．５μｍから０．５μｍに変化している。ＳＳＣ部２４のメサストライプ２５は、テーパー状の表面形状を有している。レーザ部２１、分離部２２、変調器部２３、ＳＳＣ部２４のｎ－ＩｎＰクラッド層２の厚さは、同じ厚さである。レーザ部２１の第１のｐ－ＩｎＰクラッド層５、分離部２２及び変調器部２３の第２のｐ－ＩｎＰクラッド層６、ＳＳＣ部２４の第４のｐ－ＩｎＰクラッド層１６の厚さは、それぞれ０．２μｍである。レーザ部２１の活性層３、分離部２２及び変調器部２３の吸収層４、ＳＳＣ部２４の導波層１５の厚さは、同じ厚さである。
　実施の形態３の半導体レーザ装置５０は、導波層１５がレーザ光の光軸（伝搬方向の軸）に対してテーパー状に狭くなるＳＳＣ部２４を備えることで、レーザ部２１のレーザ光（出射光）における近視野像（ＮＦＰ）のスポットサイズが広くでき、かつ遠視野像（ＦＦＰ）のビーム広がり角を狭くできる。これにより、実施の形態３の半導体レーザ装置５０を用いた光モジュール製品、或いは、光トランシーバー製品において、低倍率のレンズを使用できる。図９～図１３に示した実施の形態３の半導体レーザ装置５０は、レーザ部２１、分離部２２、変調器部２３の構造が実施の形態１の半導体レーザ装置５０と同じなので、実施の形態１の半導体レーザ装置５０と同じ効果を奏する。
　前述したように、実施の形態２の分離部２２、変調器部２３と同じ構造を有する実施の形態３に係る他の半導体レーザ装置を説明する。実施の形態３に係る他の半導体レーザ装置５０の斜視図、レーザ部２１の断面図は、それぞれ図９、図１０と同じである。図１４は図９の半導体レーザ装置における他の分離部の断面図であり、図１５は図９の半導体レーザ装置における他の変調器部の断面図であり、図１６は図９の半導体レーザ装置における他のスポットサイズ変換器部の断面図である。実施の形態３に係る他の半導体レーザ装置５０におけるレーザ部２１、分離部２２、変調器部２３の構造は、実施の形態２と同じである。
　図１６に示した実施の形態３に係る他の半導体レーザ装置５０におけるスポットサイズ変換器部２４は、メサストライプ２５の隣接領域（破線４２ａ～破線４２ｂ間の領域、破線４２ｃ～破線４２ｄ間の領域）において、ｎ－ＩｎＰ埋込層８の一部が残っている点で、図１３に示したスポットサイズ変換器部２４とは異なる。分離部２２、変調器部２３、スポットサイズ変換器部２４のメサストライプ２５の隣接領域において、残っているｎ－ＩｎＰ埋込層８の幅（半導体レーザ装置５０の短手法方向の幅）はいずれも例えば０．２μｍである。スポットサイズ変換器部２４のメサストライプ２５は、幅が１．５μｍから０．５μｍに変化しているテーパー状の表面形状を有している。スポットサイズ変換器部２４において、分離部２２、変調器部２３と同様に、ｎ－ＩｎＰ埋込層８の表面（ｎ－ＩｎＰ基板１と反対側の面）は、第３のｐ－ＩｎＰクラッド層９で覆われている。
　実施の形態３の他の半導体レーザ装置５０は、導波層１５がレーザ光の光軸（伝搬方向の軸）に対してテーパー状に狭くなるＳＳＣ部２４を備えることで、レーザ部２１のレーザ光（出射光）における近視野像（ＮＦＰ）のスポットサイズが広くでき、かつ遠視野像（ＦＦＰ）のビーム広がり角を狭くできる。これにより、実施の形態３の他の半導体レーザ装置５０を用いた光モジュール製品、或いは、光トランシーバー製品において、低倍率のレンズを使用できる。なお、スポットサイズ変換器部２４の導波層１５は、幅がレーザ光の光軸（伝搬方向の軸）に対してテーパー状に狭くなる例を示した。しかし、スポットサイズ変換器部２４の導波層１５は、層厚がレーザ光の光軸（伝搬方向の軸）に対してテーパー状に薄くなっていてもよい。この場合にも、実施の形態３の他の半導体レーザ装置５０は、レーザ部２１のレーザ光（出射光）における近視野像（ＮＦＰ）のスポットサイズが広くでき、かつ遠視野像（ＦＦＰ）のビーム広がり角を狭くできる。図９、図１０、図１４～図１６に示した実施の形態３の他の半導体レーザ装置５０は、レーザ部２１、分離部２２、変調器部２３の構造が実施の形態２の半導体レーザ装置５０と同じなので、実施の形態２の半導体レーザ装置５０と同じ効果を奏する。
実施の形態４．
　図１７は実施の形態４に係る半導体レーザ装置を示す斜視図であり、図１８は図１７の半導体レーザ装置におけるレーザ部の断面図である。実施の形態４の半導体レーザ装置５０は、レーザ部２１においてｎ型埋込層がｎ－ＡｌＩｎＡｓ埋込層１７である点で、実施の形態１、２の半導体レーザ装置５０とは異なる。他の構成は、実施の形態１又は実施の形態２の半導体レーザ装置５０と同じである。
　実施の形態４の半導体レーザ装置５０は、レーザ部２１にｎ－ＡｌＩｎＡｓ埋込層１７を用いることで、レーザ部２１の電流ブロック効果が向上する。実施の形態４の半導体レーザ装置５０は、レーザ部２１、分離部２２、変調器部２３の構造が実施の形態１又は実施の形態２の半導体レーザ装置５０と同じなので、実施の形態１又は実施の形態２の半導体レーザ装置５０と同じ効果を奏する。
　なお、実施の形態３の半導体レーザ装置５０についても、レーザ部２１においてｎ－ＩｎＰ埋込層８をｎ－ＡｌＩｎＡｓ埋込層１７に替えることで、レーザ部２１の電流ブロック効果が向上可能である。
　なお、本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
　１…ｎ－ＩｎＰ基板（半導体基板）、２…ｎ－ＩｎＰクラッド層（ｎ型クラッド層）、３…活性層、４…吸収層、５…第１のｐ－ＩｎＰクラッド層（ｐ型クラッド層）、６…第２のｐ－ＩｎＰクラッド層（ｐ型クラッド層）、７…半絶縁性ＩｎＰ埋込層（半絶縁性埋込層）、８…ｎ－ＩｎＰ埋込層（ｎ型埋込層）、９…第３のｐ－ＩｎＰクラッド層（ｐ型クラッド層）、１５…導波層、１６…第４のｐ－ＩｎＰクラッド層（ｐ型クラッド層）、１７…ｎ－ＡｌＩｎＡｓ埋込層（ｎ型埋込層）、２１…レーザ部、２２…分離部、２３…変調器部、２４…スポットサイズ変換器部、２５…メサストライプ（第一メサストライプ、第二メサストライプ、第三メサストライプ、第四メサストライプ）、５０…半導体レーザ装置

Claims (11)

  1. 　レーザ部と変調器部が同一の半導体基板に形成された半導体レーザ装置であって、
    前記レーザ部は、前記半導体基板に形成されかつ前記レーザ部が出射するレーザ光の光軸の方向に延伸したメサである活性層を含む第一メサストライプと、前記第一メサストライプの両側面に接して配置されかつ前記半導体基板に形成された半絶縁性埋込層と、前記半絶縁性埋込層の表面に形成されたｎ型埋込層と、前記ｎ型埋込層及び前記第一メサストライプの表面を覆うｐ型クラッド層と、を有し、
    前記変調器部は、前記半導体基板に形成されかつ前記光軸の方向に延伸したメサである吸収層を含む第二メサストライプと、前記第二メサストライプの両側面に接して配置されかつ前記半導体基板に形成された半絶縁性埋込層と、前記半絶縁性埋込層及び前記第二メサストライプの表面を覆うｐ型クラッド層と、を有する、ことを特徴とする半導体レーザ装置。
  2. 　レーザ部と変調器部が同一の半導体基板に形成された半導体レーザ装置であって、
    前記レーザ部は、前記半導体基板に形成されかつ前記レーザ部が出射するレーザ光の光軸の方向に延伸したメサである活性層を含む第一メサストライプと、前記第一メサストライプの両側面に接して配置されかつ前記半導体基板に形成された半絶縁性埋込層と、前記半絶縁性埋込層の表面に形成されたｎ型埋込層と、前記ｎ型埋込層及び前記第一メサストライプの表面を覆うｐ型クラッド層と、を有し、
    前記変調器部は、前記半導体基板に形成されかつ前記光軸の方向に延伸したメサである吸収層を含む第二メサストライプと、前記第二メサストライプの両側面に接して配置されかつ前記半導体基板に形成された半絶縁性埋込層と、前記半絶縁性埋込層の表面に形成されかつ前記第二メサストライプの隣接領域に配置されたｎ型埋込層と、前記半絶縁性埋込層、前記ｎ型埋込層、及び前記第二メサストライプの表面を覆うｐ型クラッド層と、を有する、ことを特徴とする半導体レーザ装置。
  3. 　前記レーザ部と前記変調器部との間に形成された分離部を備え、
    前記分離部は、前記半導体基板に形成されかつ前記光軸の方向に延伸したメサである吸収層を含む第三メサストライプと、前記第三メサストライプの両側面に接して配置されかつ前記半導体基板に形成された半絶縁性埋込層と、前記半絶縁性埋込層及び前記第三メサストライプの表面を覆うｐ型クラッド層と、を有する、ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
  4. 　前記レーザ部と前記変調器部との間に形成された分離部を備え、
    前記分離部は、前記半導体基板に形成されかつ前記光軸の方向に延伸したメサである吸収層を含む第三メサストライプと、前記第三メサストライプの両側面に接して配置されかつ前記半導体基板に形成された半絶縁性埋込層と、前記半絶縁性埋込層の表面に形成されかつ前記第三メサストライプの隣接領域に配置されたｎ型埋込層と、前記半絶縁性埋込層、前記ｎ型埋込層、及び前記第三メサストライプの表面を覆うｐ型クラッド層と、を有する、ことを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ装置。
  5. 　前記レーザ部の前記第一メサストライプは、前記半導体基板に順次積層されたｎ型クラッド層、前記活性層、ｐ型クラッド層を有し、
    前記活性層の表面は、前記半絶縁性埋込層の表面よりも前記半導体基板側に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ装置。
  6. 　前記レーザ部の前記第一メサストライプは、前記半導体基板に順次積層されたｎ型クラッド層、前記活性層、ｐ型クラッド層を有し、
    前記活性層の表面は、前記半絶縁性埋込層の表面よりも前記半導体基板側に形成されていることを特徴とする請求項３または４に記載の半導体レーザ装置。
  7. 　前記分離部の前記第三メサストライプは、前記半導体基板に順次積層されたｎ型クラッド層、前記吸収層、ｐ型クラッド層を有し、
    前記吸収層の表面は、前記半絶縁性埋込層の表面よりも前記半導体基板側に形成されていることを特徴とする請求項６記載の半導体レーザ装置。
  8. 　前記変調器部の前記レーザ部と反対側に、前記レーザ光の前記光軸に沿って導波層の幅或いは層厚が変化しているスポットサイズ変換器部を備え、
    前記スポットサイズ変換器部は、前記半導体基板に形成されかつ前記光軸の方向に延伸したメサである前記導波層を含む第四メサストライプと、前記第四メサストライプの両側面に接して配置されかつ前記半導体基板に形成された半絶縁性埋込層と、前記半絶縁性埋込層及び前記第四メサストライプの表面を覆うｐ型クラッド層と、を有する、ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
  9. 　前記変調器部の前記レーザ部と反対側に、前記レーザ光の前記光軸に沿って導波層の幅或いは層厚が変化しているスポットサイズ変換器部を備え、
    前記スポットサイズ変換器部は、前記半導体基板に形成されかつ前記光軸の方向に延伸したメサである前記導波層を含む第四メサストライプと、前記第四メサストライプの両側面に接して配置されかつ前記半導体基板に形成された半絶縁性埋込層と、前記半絶縁性埋込層の表面に形成されかつ前記第四メサストライプの隣接領域に配置されたｎ型埋込層と、前記半絶縁性埋込層、前記ｎ型埋込層、及び前記第四メサストライプの表面を覆うｐ型クラッド層と、を有する、ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
  10. 　前記レーザ部の前記ｎ型埋込層がｎ型のＩｎＰの埋込層であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
  11. 　前記レーザ部の前記ｎ型埋込層がｎ型のＡｌＩｎＡｓの埋込層であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
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