(57)【要約】【課題】低消費電力で高光出力を得ることができる光変調器集積半導体レーザを得る。【解決手段】ｎ型ＩｎＰ基板１上に半導体レーザ部２と電界吸収型光変調部３が形成されている。電界吸収型光変調部３は、ｎ型ＩｎＰ基板１上に形成された光吸収層４を有する。半導体レーザ部２は、ｎ型ＩｎＰ基板１上に形成されたストライプ状の活性層１０と、活性層１０上に形成されたｐ型ＩｎＰクラッド層５とを有する。ｐ型ＩｎＰクラッド層５にはリッジが形成されている。活性層１０の幅Ｗｌｄはｐ型ＩｎＰクラッド層５のリッジ幅Ｗｒｇよりも狭い。活性層１０はｐ型ＩｎＰクラッド層５のリッジの下方領域のみに存在する。光吸収層４は、活性層１０の側面を覆い、活性層１０のバンドギャップエネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを持つ。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成され、レーザ光を出射する半導体レーザ部と、
前記半導体基板上に形成され、前記レーザ光を変調する電界吸収型光変調部とを備え、
前記電界吸収型光変調部は、前記半導体基板上に形成された光吸収層を有し、
前記半導体レーザ部は、前記半導体基板上に形成されたストライプ状の活性層と、前記活性層上に形成されたクラッド層とを有し、
前記クラッド層にはリッジが形成され、
前記活性層の幅は前記クラッド層のリッジ幅よりも狭く、
前記活性層は前記クラッド層のリッジの下方領域のみに存在し、
前記光吸収層は、前記活性層の側面を覆い、前記活性層のバンドギャップエネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを持つことを特徴とする光変調器集積半導体レーザ。
【請求項２】
前記活性層はＩｎＧａＡｓＰ系材料からなり、
前記光吸収層はＡｌＧａＩｎＡｓ系材料からなることを特徴とする請求項１に記載の光変調器集積半導体レーザ。
【請求項３】
前記活性層はＩｎＧａＡｓＰ系材料からなり、
前記光吸収層は、ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料からなる層と、前記ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料からなる層の上又は下に形成されたＩｎＰ又はＩｎＧａＡｓＰからなる層とを有することを特徴とする請求項１に記載の光変調器集積半導体レーザ。
【請求項４】
前記活性層及び前記光吸収層はＩｎＧａＡｓＰ系材料からなることを特徴とする請求項１に記載の光変調器集積半導体レーザ。
【請求項５】
前記半導体レーザ部の発振波長は１．５５〜１．６３μｍであることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の光変調器集積半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ通信の光源として用いられる光変調器集積半導体レーザ（EML-LD： Electro-absorption Modulator Laser Diode）に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光を出射する半導体レーザ部とレーザ光を変調する電界吸収型光変調部が半導体基板上に集積された光変調器集積半導体レーザが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−６３０５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
活性層上のクラッド層にリッジが形成されたレーザにおいて、従来は活性層の幅がリッジ幅よりも広く、活性層がクラッド層のリッジの下方領域からはみ出していた。半導体レーザ部に電流を注入した場合に、この活性層のはみ出した部分に漏れ電流が流れる。また、その部分の電流密度は相対的に小さいため、レーザ光を吸収する。
【０００５】
特に、波長１．５５〜１．６３μｍの光出力が要求されるレーザでは、活性層とＩｎＰクラッド層のバンドギャップエネルギーの差が大きいため、漏れ電流及び光吸収が１．５３〜１．５５μｍ帯のＥＭＬよりも大きく、低消費電力で高光出力を得ることが困難であった。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は低消費電力で高光出力を得ることができる光変調器集積半導体レーザを得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る光変調器集積半導体レーザは、半導体基板と、前記半導体基板上に形成され、レーザ光を出射する半導体レーザ部と、前記半導体基板上に形成され、前記レーザ光を変調する電界吸収型光変調部とを備え、前記電界吸収型光変調部は、前記半導体基板上に形成された光吸収層を有し、前記半導体レーザ部は、前記半導体基板上に形成されたストライプ状の活性層と、前記活性層上に形成されたクラッド層とを有し、前記クラッド層にはリッジが形成され、前記活性層の幅は前記クラッド層のリッジ幅よりも狭く、前記活性層は前記クラッド層のリッジの下方領域のみに存在し、前記光吸収層は、前記活性層の側面を覆い、前記活性層のバンドギャップエネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを持つことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、活性層が電流の流れるリッジの下方領域のみに存在する。その側面は、活性層よりも大きなバンドギャップエネルギーを持つ光吸収層で覆われている。このため、リッジの下方領域より外側への漏れ電流及び光吸収が小さい。この結果、低消費電力で高光出力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態に係る光変調器集積半導体レーザを示す斜視図である。
【図２】図１の電界吸収型光変調部を示す断面図である。
【図３】図１の半導体レーザ部を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る光変調器集積半導体レーザを示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る光変調器集積半導体レーザを示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る光変調器集積半導体レーザを示す平面図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る光変調器集積半導体レーザを示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る光変調器集積半導体レーザを示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る光変調器集積半導体レーザを示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る光変調器集積半導体レーザを示す断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係る光変調器集積半導体レーザを示す断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る光変調器集積半導体レーザを示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態に係る光変調器集積半導体レーザを示す断面図である。
【図１４】比較例に係る光変調器集積半導体レーザの半導体レーザ部を示す断面図である。
【図１５】比較例に係る光変調器集積半導体レーザを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本発明の実施の形態に係る光変調器集積半導体レーザを示す斜視図である。ｎ型ＩｎＰ基板１上にレーザ光を出射する半導体レーザ部２とレーザ光を変調する電界吸収型光変調部３が形成され、両者はバットジョイント接合されている。
【００１１】
図２は、図１の電界吸収型光変調部を示す断面図である。ｎ型ＩｎＰ基板１上に光吸収層４、ｐ型ＩｎＰクラッド層５、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰの多層膜からなるｐ型コンタクト層６が順に形成されている。光吸収層４はＡｌＧａＩｎＡｓ多重量子井戸を有する。ｐ型ＩｎＰクラッド層５及びｐ型コンタクト層６にはリッジが形成され、リッジの側面はＳＩＯ２又はＳｉＮなどの絶縁膜７で覆われている。ｐ型コンタクト層６にＣｒ／Ａｕ，Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕなどからなるアノード電極８が接続されている。ｎ型ＩｎＰ基板１の裏面にＡｕ／Ｇｅ系材料からなるカソード電極９が接続されている。
【００１２】
図３は、図１の半導体レーザ部を示す断面図である。ｎ型ＩｎＰ基板１上にストライプ状の活性層１０が形成されている。活性層１０は、ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸、ＩｎＧａＡｓＰ−ＳＣＨ、及びＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ回折格子を有する。活性層１０上にｐ型ＩｎＰクラッド層５とｐ型コンタクト層６が順に形成されている。
【００１３】
ｐ型ＩｎＰクラッド層５及びｐ型コンタクト層６にはリッジが形成され、リッジの側面は絶縁膜７で覆われている。ｐ型コンタクト層６にＣｒ／Ａｕ，Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕなどからなるアノード電極１１が接続されている。
【００１４】
活性層１０の幅Ｗｌｄはｐ型ＩｎＰクラッド層５のリッジ幅Ｗｒｇよりも狭い（Ｗｌｄ＜Ｗｒｇ）。リッジ幅Ｗｒｇは１．７μｍ〜２．７μｍである。活性層１０はｐ型ＩｎＰクラッド層５のリッジの下方領域のみに存在する。活性層１０の幅Ｗｌｄは埋込型のレーザダイオードと同程度の１．３〜１．８μｍであり、発振波長に対し半導体レーザ部２の導波路が高次モードカットオフ条件を満足する幅とする。
【００１５】
活性層１０のバンドギャップエネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを持つ光吸収層４が活性層１０の側面を覆っている。半導体レーザ部２の発振波長は１．５５〜１．６３μｍであり、この発振波長の光に対して光吸収層４は透明である。
【００１６】
続いて、本実施の形態に係る光変調器集積半導体レーザの製造方法を説明する。図４，５，７−１３は本発明の実施の形態に係る光変調器集積半導体レーザを示す断面図である。図６は本発明の実施の形態に係る光変調器集積半導体レーザを示す平面図である。
【００１７】
まず、図４に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板１上に活性層１０をＭＯＣＶＤ法により結晶成長させる。次に、図５及び図６に示すように、ＳｉＯ２からなる選択成長マスク１２をスパッタ法により形成しパターニングする。選択成長マスク１２の幅はＷｌｄである。選択成長マスク１２をマスクとして用いて活性層１０をエッチングする。
【００１８】
次に、図７に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて選択成長マスク１２で覆われていない部分に光吸収層４を結晶成長させる（バットジョイント成長）。次に、図８に示すように、ＣＦ４によるドライエッチングなどを用いて選択成長マスク１２を除去する。
【００１９】
次に、図９に示すように、ウェハ全面に約２μｍ厚のｐ型ＩｎＰクラッド層５と約０．５μｍ厚のｐ型コンタクト層６を順に形成する。ｐ型ＩｎＰクラッド層５とｐ型コンタクト層６にはｐ型ドーパントとしてＺｎ，Ｍｇ，Ｃなどが添加されている。
【００２０】
次に、図１０に示すように、ＳｉＯ２からなるマスク１３をパターン形成する。次に、図１１に示すように、マスク１３をマスクとして用いてドライエッチングとウェットエッチングの少なくとも一方によりｐ型ＩｎＰクラッド層５とｐ型コンタクト層６の不要部分を除去する。その後、図１２に示すように、マスク１３を除去する。
【００２１】
次に、図１３に示すように、全面にＳｉＯ２，ＳｉＮなどの絶縁膜７を形成する。そして、電極コンタクトを得る領域において絶縁膜７をエッチングする。その後、電界吸収型光変調部３と半導体レーザ部２にそれぞれアノード電極８，１１を形成し、ｎ型ＩｎＰ基板１の裏面にカソード電極９を形成する。
【００２２】
続いて本実施の形態の効果を比較例と比較して説明する。図１４は、比較例に係る光変調器集積半導体レーザの半導体レーザ部を示す断面図である。図１５は比較例に係る光変調器集積半導体レーザを示す平面図である。比較例では選択成長マスク１２の幅が太く、活性層１０の幅Ｗｌｇがリッジ幅Ｗｒｇよりも広く、活性層１０がリッジの下方領域からはみ出している。このため、半導体レーザ部２に電流を注入した場合に、この活性層１０のはみ出した部分に漏れ電流が流れる。また、その部分の電流密度は相対的に小さいため、レーザ光を吸収する。
【００２３】
これに対して、本実施の形態では、活性層１０が電流の流れるリッジの下方領域のみに存在する。その側面は、活性層１０よりも大きなバンドギャップエネルギーを持つ光吸収層４で覆われている。このため、リッジの下方領域より外側への漏れ電流及び光吸収が小さい。この結果、比較例に比べて低消費電力で高光出力を得ることができる。
【００２４】
なお、本実施の形態では、活性層１０はＩｎＧａＡｓＰ系材料からなり、光吸収層４はＡｌＧａＩｎＡｓ系材料からなる。しかし、光吸収層４の材料はこれに限定されない。例えば、光吸収層４が、ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料からなる層と、ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料からなる層の上又は下に形成されたＩｎＰ又はＩｎＧａＡｓＰからなる層とを有する場合でも同様の効果を得ることができる。ＩｎＰ又はＩｎＧａＡｓＰはＡｌＧａＩｎＡｓ系材料よりもバンドギャップエネルギーが大きいため、更に漏れ電流及び光吸収が小さくなる。また、光吸収層４が活性層１０よりもバンドギャップエネルギーが大きいＩｎＧａＡｓＰ系材料からなる場合でも同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００２５】
１  ｎ型ＩｎＰ基板（半導体基板）、２  半導体レーザ部、３  電界吸収型光変調部、４  光吸収層、５  ｐ型ＩｎＰクラッド層（クラッド層）、１０  活性層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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