JPH05251812A

JPH05251812A - 量子井戸構造光変調器付き分布帰還型半導体レーザおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH05251812A
Application number: JP4980692A
Authority: JP
Inventors: Koichi Wakita; 紘一脇田; Isamu Odaka; 勇小高; Osamu Mitomi; 修三冨; Hiromitsu Asai; 裕充浅井
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1992-03-06
Filing date: 1992-03-06
Publication date: 1993-09-28

Abstract

(57)【要約】【目的】レーザと光変調器の活性層，光導波層を光学
的吸収端波長の異なる多重量子井戸（ＭＱＷ）構造で構
成し、かつ、両者の屈折率が滑らかに接続した集積化光
源を提供する。【構成】ＭＱＷ光変調器付きＤＦＢレーザ素子１０
は、基板２０とその上に設けられＭＱＷ構造２６とこれ
を挟む上下クラッド層３０，２４とを有するＤＦＢレー
ザ部１２と、このレーザ部に結合されＭＱＷ構造３４と
これを挟む上下クラッド層３６，３２とを有する光変調
器部１３とを備える。ＭＱＷ構造２６，３４は導波方向
に垂直な面内で相互に離隔し、変調器部の下クラッド層
３２を介して光結合領域１６において光学的に結合され
ている。この光変調器付きレーザでは界面１７は半導体
部分１５の対向する端面１５Ａのみを共有する。半導体
部分１４，１５の上のクラッド層３８は界面１７を挟む
領域に沿う分離部４０を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は外部変調器付き分布帰還
型半導体レーザに関し、特に量子井戸構造光変調器付き
分布帰還型半導体レーザに関する。

【０００２】本発明は、また、そのような半導体レーザ
の製造方法に関する。

【０００３】

【従来の技術】光変調器集積化光源の代表的な従来技術
は、分布帰還型レーザ（以下、ＤＦＢレーザと略称す
る。）とフランツ・ケルディシュ効果を用いた電界印加
吸収型変調器がモノリシックに集積化されたものであ
る。図７は従来の集積化光源（Ｈ．Ｓｏｄａら、Ｅｌｅ
ｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒ，第２６巻１号９ペー
ジ）の構造を示す模式的斜視図である。この構造では、
ＤＦＢレーザの活性層２６と吸収型光変調器の光導波層
３４は突合せ結合（バットジョイント結合）１８により
接続されている。また、この構造は、ＤＦＢレーザの発
光波長を吸収型光変調器の光導波層の光学的吸収端波長
より長波長にするためにＤＦＢレーザ構造を製作した
後、一部をエッチングにより取り除き新たに変調器の光
導波層がレーザの活性層に一致するよう埋め込み再成長
を行って製作されている。

【０００４】突合せ結合ではＤＦＢレーザの発光波長を
吸収形光変調器の光導波層の光学的吸収端波長より長波
長にするため結合部では屈折率変化がある。その結果、
結合部での反射，散乱をなくすことは困難である。従来
の技術では、変調器部分が選択埋め込み成長されている
ために突合せ結合で成長膜厚が不均一になり、導波路方
向に分布を持っている。その結果、高い結合効率を得る
ことが困難で、歩留りも低い。

【０００５】レーザの活性層や光変調器の導波層に多重
量子井戸（ＭＱＷ）構造を用いれば、レーザの発振閾値
電流を低減でき、量子閉じ込めシュタルク効果により低
電圧駆動で広い変調周波数帯域が得られるなど高性能が
期待できるが、ＭＱＷ構造導波路の突合せ結合はきわめ
て困難である。その理由は、突合せ結合部近傍で選択埋
め込み成長層が厚くなり、ＭＱＷ構造導波路の実効禁制
帯幅エネルギーが小さくなり、導波路の吸収損失が無視
できなくなるからである。

【０００６】そこで、レーザの活性層と光変調器の導波
層を突合せ結合によることなく光学的に結合させた半導
体発光素子が提案されている。

【０００７】図８は、回折格子帰還レーザと量子井戸構
造を有する電気光吸収変調器とを別工程で形成した従来
の半導体発光素子（特開昭６２−２２９９９０号）の構
造を示す断面図である。図９は、図８の半導体発光素子
の製造工程を示す断面図である。

【０００８】図８において、ｎ形ＩｎＰ基板２０，エッ
チングストップ層となるｎ形ＩｎＧａＡｌＡｓ層２２，
クラッド層となるｎ形ＩｎＰ層２４，活性層となるＩｎ
ＧａＡｌＡｓ層２６，回折格子を形成したガイド層とな
るＩｎＧａＡｌＡｓ層２８，クラッド層となるｐ形Ｉｎ
ＡｌＡｓ層３０，電極層となるｐ形ＩｎＧａＡｓ層４８
がこの順に積層されている。一方、クラッド層となるｎ
形ＩｎＡｌＡｓ層３２の上に、ＩｎＧａＡｓ量子井戸層
３４Ａと、ＩｎＡｌＡｓバリア層３４Ｂとを交互に積層
したものが配置され、その上に、さらにクラッド層とな
るｐ形ＩｎＡｌＡｓ層３６を介して電極層となるｐ形Ｉ
ｎＧａＡｓ層５０が配置されている。電極層４８上には
ＳｉＯ₂ 膜があり、電極層４８および５０の上にはｐ形
電極５８，６０がそれぞれ設けられており、基板２０の
下側にはｎ形電極６２が配置されている。光出射端面に
は反射防止膜６４が設けられている。

【０００９】この構造を得るには、図９に示すように、
（Ａ）まず、基板１の上に分子線エピタキシー法等によ
り各層２０，２２，２４，２６，２８を順次に成長さ
せ、（Ｂ）ＩｎＧａＡｌＡｓ層２８に回折格子２９を形
成した後に、クラッド層３０および電極層４８を成長さ
せて積層体を形成し、（Ｃ）ＳｉＯ₂ 膜５２等をマスク
として、積層体の一部をＩｎＧａＡｌＡｓストップ層２
２の上まで選択的にエッチし、（Ｄ）ＳｉＯ₂ マスク５
２を残した状態でＩｎＧａＡｌＡｓストップ層２２の上
に層３２，３４Ａ，３４Ｂ，３６，５０までの各層を順
次に成長させ、（Ｅ）ＩｎＧａＡｌＡｓストップ層２２
上に成長した変調器となる部分をＳｉＯ₂膜５２等でマ
スクし、レーザとなる部分（各層２２，２４，２６，２
８，３０，３２）の上に成長した層を選択的にエッチ
し、さらに、ＳｉＯ₂ 膜５２を除去した後、各電極層４
８，５０，６２を蒸着し、最後に反射防止膜６４を出射
端面に形成して、図９（Ｆ）の構造が得られる。

【００１０】上述したように、特開昭６２−２２９９９
０号に示す半導体発光素子では、レーザの活性層と光変
調器の導波層を直接結合する突合せ結合でなく、レーザ
部を基板上に設けられたエッチングストップ層までウェ
ットエッチングし、その上に光変調器の導波層を形成し
て光学的結合がとられている。このような構成では、結
合部で結晶が盛り上がってしまい、これ以降の作製工程
において、特にフォトプロセスにおいて、作業がしにく
いという問題があった。さらに、レーザ部と変調器部の
クラッド層を介して電流が流れ、レーザの発振時にはリ
ーク電流が大きく、発振閾値電流は通常のレーザのそれ
に比べて倍程度大きいという問題があった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
した欠点を除去し、レーザおよび光変調器の活性層，光
導波層を光学的吸収端波長、すなわち、実効禁制帯幅エ
ネルギーの異なるＭＱＷ構造で構成し、かつ、両者の屈
折率が滑らかに接続するようにした集積化光源を提供す
ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは鋭意検討し
た結果、集積化光源のＤＦＢレーザ部の活性層と光変調
器部の導波層との結合を突合せ結合でなく、ｎ形クラッ
ド層の延長部を介して光学的に結合させるとともに、こ
の光学的結合部をまたぐ分離部をレーザ用ｐ側電極と光
変調器用ｐ側電極との間に設けることにより上記目的が
達成されることを見出し、本発明を完成した。

【００１３】すなわち、本発明の第１の局面に従う量子
井戸構造光変調器付き分布帰還型半導体レーザは、基板
と、前記基板上に設けられた光導波路とを具備し、前記
光導波路は活性層としての第１の導波層とこの第１の導
波層を挟む第１の上下クラッド層とを有する第１の半導
体部分を含む分布帰還型半導体レーザ部と、前記半導体
レーザ部に結合され第２の導波層とこの第２の導波層を
挟む第２の上下クラッド層とを有する第２の半導体部分
を含む光変調器部とを備え、前記半導体レーザ部および
前記変調器部は前記第１および第２の半導体部分の上に
設けられた第３のクラッド層を有し、前記第２の導波層
はバリヤ層およびウェル層からなる多重量子井戸構造を
有し、かつ、前記第１および第２の半導体部分は、前記
第１および第２の導波層が導波方向に垂直な面内で相互
に離隔しているとともに前記半導体レーザ部または前記
光変調部の前記第１または第２の下クラッド層を介して
相互に対向する光結合領域において光学的に結合された
量子井戸構造光変調器付き分布帰還型半導体レーザにお
いて、前記第１の導波層はバリヤ層およびウェル層から
なる多重量子井戸構造を有し、前記第１および第２の半
導体部分の界面が前記第１および第２の半導体部分の導
波方向の対向する端面のみを共有し、かつ、前記第３の
クラッド層は前記第１および第２の半導体部分の前記界
面を挟む対向端部を含む領域に沿って設けられた分離部
を有することを特徴とする。

【００１４】また、本発明の量子井戸構造光変調器付き
分布帰還型半導体レーザは、前記第１および第２の半導
体部分の間の前記界面が前記基板の面となす角度θが６
５度以上であり、かつ、前記第１または第２の下クラッ
ド層の厚さをｄとするとき、ｄ・ｃｏｔθが前記光導波
路を伝播する光波の波長より小さいことを特徴とする。

【００１５】本発明の第２の局面に従う量子井戸構造光
変調器付き分布帰還型半導体レーザの製造方法は、基板
上に分布帰還型半導体レーザ部と量子井戸構造を有する
光変調器部を別工程で形成することにより光変調器付き
分布帰還型半導体レーザを製造する方法において、下記
工程を具備したことを特徴とする：（Ａ）ａ−１）バリヤ層およびウェル層からなる第１の
多重量子井戸構造とこの第１の多重量子井戸構造を挟む
第１の上下クラッド層とを有し分布帰還型半導体レーザ
部を構成すべき第１の半導体部分、およびａ−２）バリ
ヤ層およびウェル層からなる第２の多重量子井戸構造と
この第２の多重量子井戸構造を挟む第２の上下クラッド
層とを有し光変調器部を構成すべき第２の半導体部分の
いずれか一方を第１の積層体、他方を第２の積層体とす
るとき、基板上に第１の積層体を有する構造体を用意
し、（Ｂ）前記第１の積層体の前記上クラッド層の上に
ＳｉＯ₂ 膜を形成し、このＳｉＯ₂ 膜の上にフォトリソ
グラフィーによりパターン化レジストを形成し、前記Ｓ
ｉＯ₂ 膜と前記パターン化レジストからなる２層マスク
を使用して前記基板まで斜めエッチングをし、次いで、
残存部分に存在する前記ＳｉＯ₂ 膜の下の部分の側面を
ウェットエッチングしてひさしを形成し、（Ｃ）前記パ
ターン化レジストの残存部分を除去して残存する前記第
１の積層体の前記ＳｉＯ₂ 膜を露出し、（Ｄ）分子線エ
ピタキシー法により前記露出されたＳｉＯ₂ 膜、前記第
１の積層体の斜めエッチング面および前記基板上に前記
第２の積層体を前記第１の積層体部分の残存部分に接し
て形成するとともに前記第２の積層体の上にＩｎＧａＡ
ｓ層を形成し、（Ｅ）前記ＳｉＯ₂ 膜をその側面からウ
ェットエッチングして前記ＳｉＯ₂ 膜およびその上に形
成された前記第２の積層体を除去し、（Ｆ）前記第１お
よび第２の積層体のそれぞれの上に第３のクラッド層を
形成し、かつ、（Ｇ）前記第３のクラッド層の上に電極
を形成し、次いで前記第１および第２の積層体が接する
界面を挟む前記第１および第２の積層体の対向端部を含
む領域に沿って前記第３のクラッド層をエッチングして
前記電極間に分離部を形成する。

【００１６】

【作用】この集積化光源を製作するためにレーザの活性
層と光変調器の導波層を直接に結合する突合せ結合でな
く、レーザ部を半導体の基板まで斜めエッチングしその
上およびレーザ部に光変調器部の導波層を形成して光学
的結合をとる。このとき半導体の基板に対する斜めエッ
チングの角度θを６５度以上とし、かつ、ＭＱＷ層の両
側を挟む半導体（クラッド層と呼ばれる）の基板側に位
置する層の厚さｄをｄ・ｃｏｔθ（ｃｏｔθは正接ｔａ
ｎθの逆数）が光導波構造を伝搬する光波の波長より小
さくなるようにするのが好適である。この光変調器の導
波層を作製する手段として、分子線エピタキシャル法を
用いることができる。

【００１７】また、光変調器とレーザ部との電気的絶縁
を良好にするため、レーザ部上にＳｉＯ₂ 膜を付着した
のち、その下部をサイドエッチングし、ひさしを形成し
てその下に結晶が成長しないようにし、かつ、その上に
成長した層は、ＳｉＯ₂ 膜をサイドからエッチングして
取除くようにしている。また、工程の一番最後にエッチ
ングを追加して光変調器とレーザ部との電気的絶縁を良
好にしている。

【００１８】本発明の構造ではレーザおよび光変調器の
活性層，光導波層をＭＱＷ構造としているため発振閾値
電流，変調電圧，変調周波数帯域等において高性能が期
待できる。

【００１９】以下、図面を参照して本発明の一つの実施
態様に従う素子構造を詳細に説明する。

【００２０】図１は本発明の実施例に従うＭＱＷ−ＤＦ
ＢレーザとＭＱＷ光変調器の集積化光源の素子構造を示
す概略断面図である。図２は図１の素子構造のレーザ部
と光変調器部の結合部の拡大図である。図１において、
１０はＭＱＷ−ＤＦＢレーザ素子、１１は光導波路、１
２は分布帰還型半導体レーザ部、１３は光変調器部、１
４は第１の半導体部分、１４Ａは対向端部、１５は第２
の半導体部分、１５Ａは対向端部、１６は光結合領域、
１７は界面、２０は基板、２２はエッチングストップ
層、２４は第１の下クラッド層、２６は活性層（第１の
多重量子井戸構造）、２６Ａはウェル層、２６Ｂはバリ
ヤ層、２８はガイド層、２９は回折格子（グレーティン
グ）、３０は第１の上クラッド層、３１は保護層、３２
は第２の下クラッド層、３４は第２の多重量子井戸構
造、３４Ａはウェル層、３４Ｂはバリヤ層、３６は第２
の上クラッド層、３８は第３のクラッド層、３８Ａは肉
薄部、３８Ｂ，３８Ｃはクラッド層の部分、４０は分離
部、４２はキャップ層、４４，４６は埋め込み部、４８
はレーザ部の電極、５０は変調器部の電極である。

【００２１】本発明のＭＱＷ−ＤＦＢレーザ素子１０は
光導波路１１を基板２０上に設けたものである。この光
導波路１１は分布帰還型半導体レーザ部１２とこれに結
合された光変調器部１３とから構成されている。分布帰
還型半導体レーザ部１２は第１の半導体部分１４を含
み、光変調器部１３は第２の半導体部分１５を含む。基
板２０上にはエッチングストップ層２２を介して上述し
た第１および第２の半導体部分１４，１５を設ける。こ
の第１の半導体部分１４は第１の下クラッド層２４，活
性層２６，ガイド層２８，第１の上クラッド層３０を有
し、この順に積層してある。ガイド層２８には回折格子
（グレーティング）２９を形成する。第１の上下クラッ
ド層３０，２４は導電型が異なるようにドープしてあ
り、活性層２６とガイド層２８とを挟んでいる。活性層
２６はバリヤ層２６Ａおよびウェル層２６Ｂからなる第
１の多重量子井戸構造を構成している。上述した回折格
子２９は活性層２６に設けてもよい。

【００２２】一方、光変調器部１３に含まれる第２の半
導体部分１５は第２の下クラッド層３２，第２の多重量
子井戸構造３４，第２の上クラッド層３６を有し、この
順に積層してある。第２の上下クラッド層３６，３２
は、第１の上下クラッド層と同様に、導電型が異なるよ
うにドープしてあり、第２の多重量子井戸構造を挟んで
いる。この第２の多重量子井戸構造３４は、第１の多重
量子井戸構造と同様に、ウェル層３４Ａおよびバリヤ層
３４Ｂからなる。第１および第２の半導体部分１４，１
５は、第１および第２の多重量子井戸構造２６，３４が
導波方向に垂直な面内で相互に離隔しており、不連続で
ある。半導体レーザ部１２は、光変調部１３の下クラッ
ド層３２を介して相互に対向する光結合領域１６におい
て光学的に結合されている。この場合、レーザ部１２の
第１の半導体部分１４が基板となす角度をθとすると
き、θは６５度以上が好適である。また、光結合領域に
おける活性層２６と第２の多重量子井戸構造３４の距離
をｄとするとき、ｄ・ｃｏｔθが導波光の波長λ／ｎ
_eff よりも小さくなるようにするとよい。

【００２３】第１および第２の半導体部分１４，１５の
間の界面１７は、第２の半導体部分１５の導波方向の端
面であって第１の半導体部分１４に対向する端面１５Ａ
のみを共有する。すなわち、本発明の素子構造では、特
開昭６２−２２９９９０に記載のものとは異なり、レー
ザ部１２の上クラッド層３０の上に変調器部１３の下ク
ラッド層３２および第２の多重量子井戸構造３４が乗り
上げた状態の部分を持たない（図８の符号Ｐで示す部分
に相当する部分が存在しない）。さらに、第１および第
２の半導体部分１２，１３の上には連続するクラッド層
３８を設け、このクラッド層３８は第１および第２の半
導体部分１２，１３の界面１７を挟む対向端部１４Ａ，
１５Ａを含む領域に沿って上部が欠損した分離部４０を
有する。すなわち、界面１７をまたぐ肉薄部３８ＡでＤ
ＦＢレーザ部１２と光変調器部１３に存在するクラッド
３８の部分３８Ｂ，３８Ｃを一体に連絡している。クラ
ッドの部分３８Ｂ，３８Ｃの上にはキャップ層４２が設
けられている。光導波路１１はＤＦＲレーザ部１２と光
変調器部１３を貫くリッジ構造をしており、ＤＦＲレー
ザ部１２と光変調器部１３の両側はそれぞれ埋め込み部
４４，４６がキャップ層４２と同じ高さに設けられてい
る。キャップ層４２および埋め込み部４４，４６の上に
レーザ部の電極４８，変調器部１３の電極５０がそれぞ
れ設けられている。レーザ部１２と変調器部１３とは分
離部４０により絶縁性が向上されている。

【００２４】図２に示す本発明の素子構造では、光導波
路１１の図２において左側部分がレーザ部１２であり、
右側部分が変調器部１３となっているが、両者を入れ換
えた構造にすることもできる。

【００２５】上述したＭＱＷ−ＤＦＢレーザは、次のよ
うにして製造できる。すなわち、予め分子線エピタキシ
ー法（ＭＢＥ）あるいは有機金属気相成長法（ＭＯＶＰ
Ｅ）により基板上に作製されたＤＦＢレーザ部（または
変調器部）を選択的にドライおよびウェットエッチング
法により基板までエッチングし、その後、変調器部（ま
たはレーザ部）をＭＢＥ法を用いて成長する。この時レ
ーザ部（変調器部）斜めエッチングの角度を６５度以上
になるようにし、レーザ発光部の基板表面から測った高
さは変調器部光導波路部分の基板表面より測った高さに
合うように、かつ、レーザ活性層と変調器導波路層の間
の距離（ｄ・ｃｏｔθ）が導波光の波長λ／ｎ_eff （λ
はレーザの大気中の波長、ｎ_eff は等価屈折率）よりも
小さくなるようにすると良い結果が得られる。通常、Ｍ
ＢＥ法では段差基板面上にも滑らかに結晶成長するのに
対し、ＭＯＶＰＥ法ではしばしば異常成長が生ずるので
ＭＢＥ法がより好ましい。

【００２６】次に、図３を参照しながら、レーザ部を先
に形成する場合を例にとって、本発明の量子井戸構造光
変調器付き分布帰還型半導体レーザの製造方法を詳細に
説明する。図３は図１および図２に示す光変調器付き半
導体レーザの製造工程を示す概略断面図である。図３に
おいて、図１および２において使用されている符号と同
じ符号は同じ部材または部分を示し、５２はＳｉＯ₂
膜、５４はパターン化レジスト、５６はＳｉＯ₂ 膜ひさ
しである。

【００２７】図３に示すように、（Ａ）レーザ部用意：
まず、基板２０上に、ストップ層２２，ウェル層２６
Ａおよびバリヤ層２６Ｂからなる第１の多重量子井戸構
造（活性層）２６とこの第１の多重量子井戸構造２６を
挟む第１の上下クラッド層３０，２４と回折格子２９を
形成したガイド層２８を有し分布帰還型半導体レーザ部
１２を構成すべき第１の積層体または半導体部分１４を
形成した構造体を用意する。上述した構造体は分子線エ
ピタキシー法またはＭＯＶＰＥ法により基板２０上にス
トップ層２２、下クラッド層２４、バリヤ層２６Ａ、ウ
ェル層２６Ｂ、ガイド層２８、上クラッド層３０を順次
形成することにより得られる。

【００２８】（Ｂ）変調器部エッチング（１）：次い
で、上述した第１の半導体部分１４の上クラッド層３０
の上にＳｉＯ₂ 膜５２を形成し、このＳｉＯ₂ 膜５２の
上にフォトリソグラフィーによりパターン化レジスト５
４を形成し、ＳｉＯ₂ 膜５２とパターン化レジスト５４
からなる２層マスクを使用して基板２０まで斜めエッチ
ングをする。基板２０と第２の下クラッド層３２との間
にエッチングストップ層２２を設けておく。このとき、
レジストをマスクとしてＥＣＲ形イオンエッチング装置
を用い、ほぼ基板２０までエッチしたのち、軽くウェッ
トエッチングを施し、ダメージ層を除去するとともに、
残存部分に存在する前記ＳｉＯ₂ 膜５２の下の部分の側
面を除去してひさし５６を形成する。

【００２９】（Ｃ）変調器部エッチング（２）：この
パターン化レジスト５４の残存部分を除去して残存する
第１の半導体部分のＳｉＯ₂ 膜５２を露出させる。

【００３０】（Ｄ）変調器部再成長：分子線エピタキ
シー法により、露出されたＳｉＯ₂膜５２，第１の半導
体の斜めエッチング面１７および基板２０上に上述した
第２の半導体部分の積層体を形成して、第１の半導体部
分残存部分に結合するとともに第２の半導体部分の積層
体の上に保護層３１を形成する。

【００３１】（Ｅ）レーザ部エッチング：次いで、保
護層３１をマスクとしてＳｉＯ₂ 膜５２をその側面から
ウェットエッチングしてＳｉＯ₂ 膜５２およびその上に
形成された第２の半導体部分の積層体を除去する。

【００３２】（Ｆ）クラッド層再成長：第１および第
２の半導体部分のそれぞれの積層体の上にクラッド層３
８およびキャップ層４２をこの順序で形成する。

【００３３】（Ｇ）分離部エッチング：キャップ層４
２の上に電極４８，５０を形成する。次いで、第１およ
び第２の半導体部分が接する界面１７を挟む第１および
第２の半導体部分の対向端部１４Ａ，１５Ａを含む領域
に沿って電極４８，５０をマスクとしてクラッド層３８
をエッチングして分離部４０を形成する。

【００３４】（Ｈ）反射防止膜６４を出射端面に形成す
る。

【００３５】基板に光変調器部を構成する各層を有する
構造体を用意して、レーザ部の各層を後に形成してもよ
い。

【００３６】図４は集積化光源のＭＱＷ−ＤＦＢレーザ
とＭＱＷ光変調器の接合部の損失の（Ａ）エッチング角
度依存性、（Ｂ）再成長膜の軸ずれ依存性を示す線図で
ある。図４（Ａ）および（Ｂ）において、Ｄはレーザス
ポット径である。図４（Ａ）に示すように、本発明の構
造ではレーザ部斜めエッチング界面から変調器部導波部
分ヘガウスビームで放射されているとする近似を用いた
計算により、エッチング角度θが６５度以上の角度であ
れば結合損失は０．５ｄＢ以下であり、また、界面での
反射損失は０．１ｄＢに比べてはるかに小さく、さらに
再成長膜の軸ずれも図４（Ｂ）に示されているように
０．１５μｍ以下であれば結合損失は０．５ｄＢ以下で
ある。ここでの計算では変調器部の下クラッド層の厚さ
ｄが０．４５μｍとしている。さらにレーザ活性層と変
調器導波層の間の距離（ｄ・ｃｏｔθ）が導波光の波長
λ／ｎ_eff （λはレーザの大気中の波長、ｎ_eff は等価
屈折率）よりも小さい場合には光はトンネル効果により
ほとんど減衰することなく結合する。

【００３７】従って本発明の構造ではレーザ部から光変
調器部に反射，散乱されることなく導波光は結合する。

【００３８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００３９】図１および図２に示す素子構造を下記の通
り製作した。

【００４０】すなわち、ｎ−ＩｎＰ基板２０の表面にＭ
ＯＶＰＥ法によりｎ−ＩｎＧａＡｌＡｓ層をエッチング
ストップ層２２として設け、その上にｎ−ＩｎＰクラッ
ド層２４を０．１μｍ、次いで１０ｎｍのＩｎＧａＡｓ
をウェル層（井戸層）２６Ａとし波長１．３μｍ相当の
ＩｎＧａＡｓＰ１０ｎｍをバリヤ層（障壁層）２６Ｂと
する量子井戸構造６層からなる活性層２６，波長１．３
μｍ相当のＩｎＧａＡｓＰガイド層２８を０．１μｍ成
長した。その上に干渉露光とエッチングによりグレーテ
ィング２９を形成しｐ−ＩｎＰクラッド層３０を成長し
た後、ＳｉＯ₂膜５２をスパッタ装置により形成し、こ
れにフォトリソグラフィー技術によって所望の部分に穴
を形成する。すなわち、パターン化したフォトレジスト
５４をＳｉＯ₂ 膜５２上に形成し、ＳｉＯ₂ 膜５２とフ
ォトレジスト５４との２層マスクを使用してリソグラフ
ィーを行う。

【００４１】このとき、ＳｉＯ₂ 膜５２の下の部分のサ
イドをウェットエッチングしてひさし５６を形成してお
く（図３（Ｂ））。

【００４２】次にこれをマスクとして光変調器部１３
（図２）をＭＢＥ法により成長する。光変調器部１３は
ｎ−ＩｎＡｌＡｓクラッド層３２を０．３μｍ、厚さ
７．５ｎｍのＩｎＧａＡｓウェル層３４Ａ、５ｎｍのＩ
ｎＡｌＡｓバリヤ層３４Ｂからなる量子井戸構造１０層
を成長して光導波層３４を形成し、その上にｐ−ＩｎＡ
ｌＡｓクラッド層３６を形成する。クラッド層３６の上
にはｐ−ＩｎＧａＡｓ保護層３１を形成する。レーザ部
１１の上に成長した部分（層３２，３４，３６，３１）
はＳｉＯ₂ 層５２をサイドからエッチングすることによ
り取り除き、最後にｐ−ＩｎＰクラッド層３８，ｐ−Ｉ
ｎＧａＡｓキャップ層４２をＭＯＶＰＥ法により形成す
る。

【００４３】次に幅１．５〜３．０μｍのストライプを
用いて、上述した活性層２６，光導波層３４までエッチ
ングを行い、レーザ部と変調器部を貫くリッジを形成す
る。この後、レーザ部をＩｎＰ層（ｐ−ＩｎＰとｎ−Ｉ
ｎＰの組合せまたは半絶縁性ＩｎＰからなる）４４で、
変調器部をポリイミド４６でそれぞれ埋め込み、最後に
各々の部分に電極４８，５０をつける。

【００４４】この電極４８，５０をマスクとしてエッチ
ングを施し、両電極間に分離部４０を形成し、変調器部
とレーザ部の間の絶縁を強化する。

【００４５】レーザ部，変調器部，その間の絶縁部の長
さは３００μｍ，１００μｍ，５０μｍとした。変調器
の出射端面には無反射コーティング（図示しない）を施
した。また、基板の下面にはｎ形電極６２（図１）をつ
ける。

【００４６】図５は本発明を適用したＭＱＷ−ＤＦＢレ
ーザとＭＱＷ光変調器の集積化光源の特性を示すもので
ある。図５に示すように、発振閾値電流は２０ｍＡ、変
調器側端面光出力６ｍＷ、−２．５Ｖの電圧印加時に変
調器の消光比２２ｄＢが得られた。また変調器の３ｄＢ
帯域幅は１５ＧＨｚとこの種の光源では最高性能を示
す。

【００４７】図６は本発明を適用した実施例１のＭＱＷ
−ＤＦＢレーザとＭＱＷ光変調器の集積化光源の全光出
力と導波光の消光特性を示す線図である。縦軸は消光
比、横軸は変調器に印加された電圧である。図６に示す
ように、駆動電圧（Ｖｍｏｄ）も低く１Ｖ_D-D の電圧振
幅で１８ｄＢと良好な特性が得られ、変調器としての性
能指数（３ｄＢ帯域幅／消光比２０ｄＢを得るのに必要
な電圧）６ＧＨｚ／Ｖは最高である。これはＭＱＷ構造
を光変調器の導波路に採用した効果であり、従来のバル
ク型変調器に比べ約４倍の向上である。結合効率は変調
器側からの散乱光を含む全光出力と導波光の消光特性か
ら評価することができる。図６において、導波光が十分
に消光した状態での全光出力が散乱光成分に相当し、別
の実験で求めた吸収層での損失４０ｃｍ^-1を用いると結
合効率は９０％と高い値が得られた。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によればＭ
ＱＷ−ＤＦＢレーザとＭＱＷ光変調器が結合効率よく集
積化された光源が作製でき、また各々の性能を最適化で
きるため広帯域・低電圧駆動の高性能な集積化光源が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した実施例１のＭＱＷ−ＤＦＢレ
ーザとＭＱＷ光変調器の集積化光源の素子構造の概略構
成を示す斜視図である。

【図２】図１の集積化光源のレーザと光変調器の接合界
面のＩＩ―ＩＩ線に沿う拡大断面図である。

【図３】本発明のＭＱＷ−ＤＦＢレーザとＭＱＷ光変調
器の集積化光源の製造工程を示す概略断面図である。

【図４】集積化光源のＭＱＷ−ＤＦＢレーザとＭＱＷ光
変調器の接合部の損失の（Ａ）エッチング角度依存性、
（Ｂ）再成長膜の軸ずれ依存性を示す線図である。

【図５】本発明を適用した実施例１のＭＱＷ−ＤＦＢレ
ーザとＭＱＷ光変調器の集積化光源の全光出力と導波光
の消光特性を示す線図である。縦軸は消光比、横軸は変
調器に印加された電圧である。

【図６】本発明を適用した実施例１のＭＱＷ−ＤＦＢレ
ーザとＭＱＷ光変調器の集積化光源の特性を示す線図で
ある。縦軸は変調器側光出力、横軸はレーザ部に流れる
電流である。

【図７】従来の集積化光源の構造を示す模式的斜視図で
ある。

【図８】従来の集積化光源の構造を示す模式的断面図で
ある。

【図９】従来の集積化光源の製造工程を示す模式的斜視
図である。

【符号の説明】

１０ＭＱＷ−ＤＦＢレーザ素子１１光導波路１２分布帰還型半導体レーザ部１３光変調器部１４第１の半導体部分１４Ａ対向端部１５第２の半導体部分１５Ａ対向端部１６光結合領域１７界面（斜めエッチング面）１８突合わせ結合２０基板２２エッチングストップ層２４第１の下クラッド層２６活性層（第１の多重量子井戸構造）２６Ａウェル層２６Ｂバリヤ層２８ガイド層２９回折格子（グレーティング）３０第１の上クラッド層３１保護層３２第２の下クラッド層３４第２の多重量子井戸構造３４Ａウェル層３４Ｂバリヤ層３６第２の上クラッド層３８第３のクラッド層３８Ａ肉薄部３８Ｂ，３８Ｃクラッドの部分４０分離部４２キャップ層４４，４６埋め込み部４８レーザ部の電極５０変調器部の電極５２ＳｉＯ₂ 膜５４パターン化レジスト５６ひさし５８ｐ型電極６０ｐ型電極６２ｎ型電極６４反射防止膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者浅井裕充東京都千代田区内幸町１丁目１番６号日本電信電話株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、前記基板上に設けられた光導波
路とを具備し、前記光導波路は活性層としての第１の導
波層とこの第１の導波層を挟む第１の上下クラッド層と
を有する第１の半導体部分を含む分布帰還型半導体レー
ザ部と、前記半導体レーザ部に結合され第２の導波層と
この第２の導波層を挟む第２の上下クラッド層とを有す
る第２の半導体部分を含む光変調器部とを備え、前記半
導体レーザ部および前記変調器部は前記第１および第２
の半導体部分の上に設けられた第３のクラッド層を有
し、前記第２の導波層はバリヤ層およびウェル層からな
る多重量子井戸構造を有し、かつ、前記第１および第２
の半導体部分は、前記第１および第２の導波層が導波方
向に垂直な面内で相互に離隔しているとともに前記半導
体レーザ部または前記光変調部の前記第１または第２の
下クラッド層を介して相互に対向する光結合領域におい
て光学的に結合された量子井戸構造光変調器付き分布帰
還型半導体レーザにおいて、前記第１の導波層はバリヤ層およびウェル層からなる多
重量子井戸構造を有し、前記第１および第２の半導体部分の界面が前記第１およ
び第２の半導体部分の導波方向の対向する端面のみを共
有し、かつ、前記第３のクラッド層は前記第１および第２の半導体部
分の前記界面を挟む対向端部を含む領域に沿って設けら
れた分離部を有することを特徴とする量子井戸構造光変
調器付き分布帰還型半導体レーザ。
【請求項２】前記第１および第２の半導体部分の間の
前記界面が前記基板の面となす角度θが６５度以上であ
り、かつ、前記第１または第２の下クラッド層の厚さをｄとすると
き、ｄ・ｃｏｔθが前記光導波路を伝播する光波の波長
より小さいことを特徴とする請求項１記載の量子井戸構
造光変調器付き分布帰還型半導体レーザ。
【請求項３】基板上に分布帰還型半導体レーザ部と量
子井戸構造を有する光変調器部を別工程で形成すること
により光変調器付き分布帰還型半導体レーザを製造する
方法において、下記工程を具備したことを特徴とする量
子井戸構造光変調器付き分布帰還型半導体レーザの製造
方法：（Ａ）ａ−１）バリヤ層およびウェル層からなる第１の
多重量子井戸構造とこの第１の多重量子井戸構造を挟む
第１の上下クラッド層とを有し分布帰還型半導体レーザ
部を構成すべき第１の半導体部分、およびａ−２）バリ
ヤ層およびウェル層からなる第２の多重量子井戸構造と
この第２の多重量子井戸構造を挟む第２の上下クラッド
層とを有し光変調器部を構成すべき第２の半導体部分の
いずれか一方を第１の積層体、他方を第２の積層体とす
るとき、基板上に第１の積層体を有する構造体を用意
し、（Ｂ）前記第１の積層体の前記上クラッド層の上にＳｉ
Ｏ₂ 膜を形成し、このＳｉＯ₂ 膜の上にフォトリソグラ
フィーによりパターン化レジストを形成し、前記ＳｉＯ
₂ 膜と前記パターン化レジストからなる２層マスクを使
用して前記基板まで斜めエッチングをし、次いで、残存
部分に存在する前記ＳｉＯ₂ 膜の下の部分の側面をウェ
ットエッチングしてひさしを形成し、（Ｃ）前記パターン化レジストの残存部分を除去して残
存する前記第１の積層体の前記ＳｉＯ₂ 膜を露出し、（Ｄ）分子線エピタキシー法により前記露出されたＳｉ
Ｏ₂ 膜、前記第１の積層体の斜めエッチング面および前
記基板上に前記第２の積層体を前記第１の積層体部分の
残存部分に接して形成するとともに前記第２の積層体の
上にＩｎＧａＡｓ層を形成し、（Ｅ）前記ＳｉＯ₂ 膜をその側面からウェットエッチン
グして前記ＳｉＯ₂ 膜およびその上に形成された前記第
２の積層体を除去し、（Ｆ）前記第１および第２の積層体のそれぞれの上に第
３のクラッド層を形成し、かつ、（Ｇ）前記第３のクラッド層の上に電極を形成し、次い
で前記第１および第２の積層体が接する界面を挟む前記
第１および第２の積層体の対向端部を含む領域に沿って
前記第３のクラッド層をエッチングして前記電極間に分
離部を形成する。