特許 7560005 光半導体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-24

(45)【発行日】2024-10-02

(54)【発明の名称】光半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/026 20060101AFI20240925BHJP

【ＦＩ】

H01S5/026

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2024539752

(86)(22)【出願日】2024-04-09

(86)【国際出願番号】 JP2024014403

【審査請求日】2024-06-28

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003199

【氏名又は名称】弁理士法人高田・高橋国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】内山 麻美

(72)【発明者】

【氏名】外間 洋平

(72)【発明者】

【氏名】奥田 真也

【審査官】右田 昌士

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１３９２６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－２４８２４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０７９１１２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０００－３１２０５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０１－１８６６９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００５／００８９２７０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２３／０１７６０７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／００ － ５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体基板と、
前記半導体基板の上に形成され、活性層を有し、レーザ光を生成し、回折格子を用いないファブリペローレーザと、
前記半導体基板の上に形成され、前記活性層に接続された吸収層を有し、前記レーザ光を変調する電界吸収変調器と、
前記レーザ光が出射されるチップ前端面に形成された低反射率膜と、
前記チップ前端面とは反対側のチップ後端面に形成された高反射率膜とを備え、
前記低反射率膜は前記高反射率膜よりも前記レーザ光の反射率が低く、
前記ファブリペローレーザと前記電界吸収変調器の接続部において前記ファブリペローレーザのメサ幅と前記電界吸収変調器のメサ幅が異なり、前記接続部で前記ファブリペローレーザのメサ幅から前記電界吸収変調器のメサ幅に急峻に変化することを特徴とする光半導体装置。

【請求項2】

前記ファブリペローレーザの前記メサ幅と前記電界吸収変調器の前記メサ幅はそれぞれ前記接続部まで変化せず一定であることを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置。

【請求項3】

前記ファブリペローレーザは、前記活性層を含むリッジ構造のサイドを電流ブロック層で埋め込んだ埋め込み構造であり、
前記電界吸収変調器は、前記吸収層を含むハイメサ構造であり、
前記ファブリペローレーザの前記メサ幅は前記埋め込み構造の幅であり、
前記電界吸収変調器の前記メサ幅は前記ハイメサ構造の幅であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光半導体装置。

【請求項4】

半導体基板と、
前記半導体基板の上に形成され、活性層を有し、レーザ光を生成し、回折格子を用いないファブリペローレーザと、
前記半導体基板の上に形成され、前記活性層に接続された吸収層を有し、前記レーザ光を変調する電界吸収変調器とを備え、
前記活性層又は前記吸収層の導波路幅が前記ファブリペローレーザと前記電界吸収変調器の接続部に向かって変化し、前記接続部において前記活性層の導波路幅と前記吸収層の導波路幅が異なることを特徴とする光半導体装置。

【請求項5】

前記吸収層は、導波路幅が一定の直線部と、前記直線部と前記接続部の間に配置され導波路幅が前記接続部に向かって狭くなるテーパ部とを有し、
前記接続部において前記吸収層の導波路幅が前記活性層の導波路幅より狭いことを特徴とする請求項４に記載の光半導体装置。

【請求項6】

前記活性層は、導波路幅が一定の直線部と、前記直線部と前記接続部の間に配置され導波路幅が前記接続部に向かって広くなるテーパ部とを有し、
前記接続部において前記吸収層の導波路幅が前記活性層の導波路幅より狭いことを特徴とする請求項４に記載の光半導体装置。

【請求項7】

前記活性層は、導波路幅が一定の直線部と、前記直線部と前記接続部の間に配置され導波路幅が前記接続部に向かって狭くなるテーパ部とを有し、
前記接続部において前記吸収層の導波路幅が前記活性層の導波路幅より広いことを特徴とする請求項４に記載の光半導体装置。

【請求項8】

半導体基板と、
前記半導体基板の上に形成され、活性層を有し、レーザ光を生成し、回折格子を用いないファブリペローレーザと、
前記半導体基板の上に形成され、前記活性層に接続された吸収層を有し、前記レーザ光を変調する電界吸収変調器とを備え、
前記ファブリペローレーザと前記電界吸収変調器の接続部において前記ファブリペローレーザのメサ幅と前記電界吸収変調器のメサ幅が異なり、前記接続部で前記ファブリペローレーザのメサ幅から前記電界吸収変調器のメサ幅に急峻に変化し、
前記ファブリペローレーザは、前記活性層を含むリッジ構造のサイドを電流ブロック層で埋め込んだ埋め込み構造であり、
前記電界吸収変調器は、前記吸収層を含むハイメサ構造であり、
前記ファブリペローレーザの前記メサ幅は前記埋め込み構造の幅であり、
前記電界吸収変調器の前記メサ幅は前記ハイメサ構造の幅であり、
前記ファブリペローレーザの前端面の一部が前記電界吸収変調器に接続され、
前記前端面に前記レーザ光を反射する反射膜が形成されていることを特徴とする光半導体装置。

【請求項9】

前記反射膜は、前記活性層と前記吸収層の間にも形成されていることを特徴とする請求項８に記載の光半導体装置。

【請求項10】

半導体基板と、
前記半導体基板の上に形成され、活性層を有し、レーザ光を生成し、回折格子を用いないファブリペローレーザと、
前記半導体基板の上に形成され、前記活性層に接続された吸収層を有し、前記レーザ光を変調する電界吸収変調器と、
前記ファブリペローレーザと前記電界吸収変調器の接続部において前記活性層と前記吸収層の間に形成され、前記活性層及び前記吸収層とは異なる屈折率を持つ導波路層と、
前記レーザ光が出射されるチップ前端面に形成された低反射率膜と、
前記チップ前端面とは反対側のチップ後端面に形成された高反射率膜とを備え、
前記低反射率膜は前記高反射率膜よりも前記レーザ光の反射率が低いことを特徴とする光半導体装置。

【請求項11】

前記レーザ光が出射されるチップ前端面に形成された低反射率膜と、
前記チップ前端面とは反対側のチップ後端面に形成された高反射率膜とを更に備え、
前記低反射率膜は前記高反射率膜よりも前記レーザ光の反射率が低いことを特徴とする請求項４～９の何れか１項に記載の光半導体装置。

【請求項12】

前記接続部でのレーザ光の反射率が１０％以上であることを特徴とする請求項１，２，４～１０の何れか１項に記載の光半導体装置。

【請求項13】

前記ファブリペローレーザのリッジ側面を覆う物質と前記電界吸収変調器のリッジ側面を覆う物質が異なることを特徴とする請求項１，２，４～１０の何れか１項に記載の光半導体装置。

【請求項14】

前記ファブリペローレーザの前記活性層の厚さと前記電界吸収変調器の前記吸収層の厚さが異なることを特徴とする請求項１，２，４～１０の何れか１項に記載の光半導体装置。

【請求項15】

前記ファブリペローレーザの前記活性層の屈折率と前記電界吸収変調器の前記吸収層の屈折率が異なることを特徴とする請求項１，２，４～１０の何れか１項に記載の光半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、光通信の高速化が急速に進んでいる。特にデータセンター又はＡＩネットワークでは概ね２ｋｍ以下の比較的短距離の通信に対して大量の高速な光変調器を必要としている。従来の超高速変調器として、電界吸収（EA：Electro-Absorption）変調器集積分布帰還型 (DFB: Distributed Bragg Reflector)レーザが多く用いられている。

【0003】

ＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザの特性に最も影響するパラメータは、ＥＡ変調器の吸収端波長とＤＦＢレーザ発振波長の差Δλである。ＥＡ変調器の吸収端波長の温度依存性は約０．５ｎｍ／℃で、半導体の熱膨張等に起因したエネルギーバンドの変化による。一方、ＤＦＢレーザの発振波長の温度依存性は約０．１ｎｍ／℃である。発振波長は回折格子の周期で決まるが、温度による熱膨張量と屈折率の変化は、エネルギーバンドの変化よりも小さいからである。よって、ＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザはΔλの温度依存性が大きいため、温度調節器を使用する場合が多い。

【0004】

一方、回折格子を用いないファブリペロー（FP: Fabry-perot）レーザの発振波長の温度依存性は、エネルギーバンドとしきい値で決まり、約０．５ｎｍ／℃である。ＥＡ変調器の吸収端波長の温度依存性とほぼ同じ値であるため、Δλの温度依存性が小さくなり、特性の温度依存性も小さい。よって、ＥＡ変調器集積ＦＰレーザには温度調節器が不要である。

【0005】

ただし、ＦＰレーザとして動作させるためには、ＦＰレーザとＥＡ変調器の接続部にレーザ光を反射させる反射構造を設ける必要がある。これに対して、ＦＰレーザとＥＡ変調器の間に溝を設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】日本特開２００５－０１９５３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、溝により導波路が分断された部分から光が広がりながら進行する。この光を再び導波路に結合させるには、レーザ側のモード径を制御すること、変調器側にＳＳＣ等の集光機能を付けること、その集光部分に焦点距離で光が入射することが必要である。この集光の設計と反射率の設計を両立することは難しい。また、半導体を加工する際は加工深さにばらつきが発生する。成長したエピ層の厚さのばらつきも影響する。さらに、加工と同時に深さを計測することは困難である。従って、溝の深さによる反射率制御は製造上簡単ではない。

【0008】

本開示は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は特性の温度依存性が小さく製造が簡単な光半導体装置を得るものである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示に係る光半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の上に形成され、活性層を有し、レーザ光を生成し、回折格子を用いないファブリペローレーザと、前記半導体基板の上に形成され、前記活性層に接続された吸収層を有し、前記レーザ光を変調する電界吸収変調器と、前記レーザ光が出射されるチップ前端面に形成された低反射率膜と、前記チップ前端面とは反対側のチップ後端面に形成された高反射率膜とを備え、前記低反射率膜は前記高反射率膜よりも前記レーザ光の反射率が低く、前記ファブリペローレーザと前記電界吸収変調器の接続部において前記ファブリペローレーザのメサ幅と前記電界吸収変調器のメサ幅が異なり、前記接続部で前記ファブリペローレーザのメサ幅から前記電界吸収変調器のメサ幅に急峻に変化することを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本開示では、ファブリペローレーザと電界吸収変調器の接続部でレーザ光を反射させる反射構造を実現することができる。反射構造により光をフィードバックさせることで、特性の温度依存性が小さいファブリペローレーザとして動作することができる。また、メサ幅の寸法制御は容易であるため、メサ幅の寸法制御による反射率制御も容易である。この結果、特性の温度依存性が小さく製造が簡単な光半導体装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施の形態１に係る光半導体装置を示す平面図である。

【図2】実施の形態１に係る光半導体装置の共振方向に沿った断面図である。

【図3】実施の形態１に係る光半導体装置を示す斜視図である。

【図4】ＦＰレーザを示す断面図である。

【図5】ＥＡ変調器を示す断面図である。

【図6】実施の形態１に係る光半導体装置をコア層の高さで切断した平面図である。

【図7】実施の形態１に係る光半導体装置の変形例を示す平面図である。

【図8】実施の形態２に係る光半導体装置をコア層の高さで切断した平面図である。

【図9】ＥＡ変調器の吸収層の幅を変化させた時の光のモードの重なり積分の変化を示す図である。

【図10】実施の形態３に係る光半導体装置をコア層の高さで切断した平面図である。

【図11】実施の形態３に係る光半導体装置の変形例をコア層の高さで切断した平面図である。

【図12】ＦＰレーザの活性層の幅を変化させた時の光のモードの重なり積分の変化を示す図である。

【図13】実施の形態４に係る光半導体装置を示す斜視図である。

【図14】実施の形態４に係る光半導体装置をコア層の高さで切断した平面図である。

【図15】実施の形態４に係る光半導体装置の変形例をコア層の高さで切断した平面図である。

【図16】実施の形態５に係る光半導体装置を示す断面図である。

【図17】実施の形態６に係る光半導体装置を示す断面図である。

【図18】実施の形態６に係る光半導体装置の変形例を示す断面図である。

【図19】コアの幅を変化させた時の実効屈折率の変化を示す図である。

【図20】コアの幅を変化させた時の光のモードの重なり積分の変化を示す図である。

【図21】ＦＰレーザのコア層の厚さを変化させた時の光のモードの重なり積分の変化を示す図である。

【図22】ＥＡ変調器のコア層の屈折率を変化させた時の光のモードの重なり積分の変化を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

実施の形態に係る光半導体装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

【0013】

実施の形態１
図１は、実施の形態１に係る光半導体装置を示す平面図である。ファブリペロー（FP: Fabry-perot）レーザ１と電界吸収（EA：Electro-Absorption）変調器２が１チップに集積され、接続部３において互いに接続されている。ＦＰレーザ１及びＥＡ変調器２はそれぞれ溝４によりメサ構造になっている。ＦＰレーザ１の上面に電極５が形成されている。ＥＡ変調器２上面に電極６が形成されている。ＦＰレーザ１は、接続部３とチップ後端面７の間をファブリペロー共振器として用いることで、回折格子を用いることなくレーザ光を生成する。ＥＡ変調器２はレーザ光を変調する。変調されたレーザ光はチップ前端面８から光ファイバ等に出射される。

【0014】

なお、ＦＰレーザ１に供給する電流でレーザ光を直接的に変調すると緩和振動により高周波特性が劣化する。一方、ＥＡ変調器２はレーザ特有の帯域劣化が無い。従って、ＦＰレーザ１が生成したレーザ光をＥＡ変調器２で変調することにより、高速動作が可能である。

【0015】

図２は、実施の形態１に係る光半導体装置の共振方向に沿った断面図である。図３は、実施の形態１に係る光半導体装置を示す斜視図である。半導体基板９の上にＦＰレーザ１とＥＡ変調器２が形成されている。ＦＰレーザ１は、半導体基板９の上に順に形成されたｎ型クラッド層１０、活性層１１、ｐ型クラッド層１２、ｐ型コンタクト層１３を有する。ｐ型コンタクト層１３の上に電極５が形成されている。ＥＡ変調器２は、半導体基板９の上に順に形成されたｎ型クラッド層１０、吸収層１４、ｐ型クラッド層１２、ｐ型コンタクト層１３を有する。ｐ型コンタクト層１３の上に電極６が形成されている。半導体基板９の下面全面に電極１５が形成されている。吸収層１４は、接続部３において他の層を介することなく活性層１１に直接的に接続されている。即ち、活性層１１と吸収層１４はバットジョイントされている。

【0016】

半導体基板９は例えばｎ－ＩｎＰからなる。活性層１１は例えばＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ等からなる。吸収層１４は例えばＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ等からなる。ｎ型クラッド層１０及びｐ型クラッド層１２はＩｎＰからなる。ｐ型コンタクト層１３は例えばＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ等からなる。

【0017】

図４は、ＦＰレーザを示す断面図である。ＦＰレーザ１は、活性層１１を含むリッジ構造のサイドを電流ブロック層１６で埋め込んだ埋め込み構造である。電流ブロック層１６は例えばＦｅ－ＩｎＰ等の半絶縁性の半導体からなる。この埋め込み構造は溝４によりメサ構造になっている。メサ構造のサイドは絶縁膜１７で覆われている。絶縁膜１７は例えばＳｉＮ、ＳｉＯ等からなる。

【0018】

ＦＰレーザ１のメサ幅はリッジ構造の幅と埋め込み構造の幅の合計である。左右の電流ブロック層１６の幅はそれぞれ３μｍである。活性層１１の屈折率は３．５、幅は１．５ｕｍ、厚さは２００ｎｍである。ｎ型クラッド層１０及びｐ型クラッド層１２の屈折率は３．２、厚さは２μｍである。

【0019】

図５は、ＥＡ変調器を示す断面図である。ＥＡ変調器２は、吸収層１４を含むハイメサ構造である。ＥＡ変調器２のメサ幅はハイメサ構造の幅である。ハイメサ構造のサイドは絶縁膜１７で覆われている。吸収層１４の屈折率は３．４、幅は１．５ｕｍ、厚さは２００ｎｍである。絶縁膜１７の屈折率は２．０、厚みは０．５μｍである。

【0020】

図６は、実施の形態１に係る光半導体装置をコア層の高さで切断した平面図である。この図は図２のＩ－ＩＩに沿って装置を切断した平面図に相当する。ＦＰレーザ１のメサ幅は８ｕｍである。ＥＡ変調器２のメサ幅は１．５ｕｍである。ＦＰレーザ１のメサ幅とＥＡ変調器２のメサ幅はそれぞれ接続部３まで変化せず一定である。従って、接続部３でＦＰレーザ１のメサ幅からＥＡ変調器２のメサ幅に急峻に変化する。

【0021】

図７は、実施の形態１に係る光半導体装置の変形例を示す平面図である。ＥＡ変調器２の出力側にスポットサイズ変換器１８（Spot Size Converter）が形成されている。スポットサイズ変換器１８は、出射するレーザ光のスポットサイズを光ファイバのサイズに合うように変換する。これにより、レーザ光を光ファイバに高効率に導入することができる。

【0022】

以上説明したように、本実施の形態では、ＦＰレーザ１とＥＡ変調器２の接続部３でＦＰレーザ１のメサ幅からＥＡ変調器２のメサ幅に急峻に変化する。これにより実効屈折率の差が大きくなるため、レーザ光を反射させる反射構造を実現することができる。反射構造により光をフィードバックさせることで、特性の温度依存性が小さいファブリペローレーザとして動作することができる。また、メサ加工時の転写マスク幅によりメサ幅を制御することができる。加工前に転写レジストの幅を計測し、所望の幅で無ければ再度転写をやり直すこともできる。よって、メサ幅の寸法制御は容易であるため、メサ幅の寸法制御による反射率制御も容易である。この結果、特性の温度依存性が小さく製造が簡単な光半導体装置を得ることができる。

【0023】

実施の形態２
図８は、実施の形態２に係る光半導体装置をコア層の高さで切断した平面図である。ＦＰレーザ１の活性層１１の導波路幅は一定である。一方、ＥＡ変調器２の吸収層１４の導波路幅は、ＦＰレーザ１とＥＡ変調器２の接続部３に向かって変化する。具体的には、ＥＡ変調器２の吸収層１４は、導波路幅が一定の直線部１４ａと、直線部１４ａと接続部３の間に配置され導波路幅が接続部３に向かって狭くなるテーパ部１４ｂとを有する。例えばテーパ部１４ｂの長さが共振器方向に３０ｕｍであり、導波路幅が接続部３に向かって１．５ｕｍから１．０ｕｍに狭くなる。このため、接続部３において吸収層１４の導波路幅が活性層１１の導波路幅より狭くなる。

【0024】

図９は、ＥＡ変調器の吸収層の幅を変化させた時の光のモードの重なり積分の変化を示す図である。ＦＰレーザ１の活性層１１の幅は１５００ｎｍで一定である。ＥＡ変調器２の吸収層１４の幅を変化させると、ＦＰレーザ１とＥＡ変調器２の重なり積分が変化する。（１－重なり積分）の成分の一部がＦＰレーザ１部に戻ることで、レーザ発振に必要な光の増幅率を得ることができる。

【0025】

以上説明したように、本実施の形態では、接続部３において活性層１１の導波路幅と吸収層１４の導波路幅が異なることにより、レーザ光を反射させる反射構造を実現することができる。反射構造により光をフィードバックさせることで、特性の温度依存性が小さいファブリペローレーザとして動作することができる。また、導波路幅の寸法制御は容易であるため、導波路幅の寸法制御による反射率制御も容易である。この結果、特性の温度依存性が小さく製造が簡単な光半導体装置を得ることができる。

【0026】

実施の形態３
図１０は、実施の形態３に係る光半導体装置をコア層の高さで切断した平面図である。ＥＡ変調器２の吸収層１４の導波路幅は一定である。一方、ＦＰレーザ１の活性層１１の導波路幅は、ＦＰレーザ１とＥＡ変調器２の接続部３に向かって変化する。具体的には、ＦＰレーザ１の活性層１１は、導波路幅が一定の直線部１１ａと、直線部１１ａと接続部３の間に配置され導波路幅が接続部３に向かって広くなるテーパ部１１ｂとを有する。例えばテーパ部１１ｂの長さが共振器方向に３０ｕｍであり、導波路幅が接続部３に向かって１．５ｕｍから３．０ｕｍに広がる。このため、接続部３において吸収層１４の導波路幅が活性層１１の導波路幅より狭くなる。

【0027】

図１１は、実施の形態３に係る光半導体装置の変形例をコア層の高さで切断した平面図である。ＦＰレーザ１の活性層１１は、導波路幅が一定の直線部１１ａと、直線部１１ａと接続部３の間に配置され導波路幅が接続部３に向かって狭くなるテーパ部１１ｂとを有する。例えばテーパ部１１ｂの長さが共振器方向に３０ｕｍであり、導波路幅が接続部３に向かって１．５ｕｍから１．０ｕｍに狭くなる。このため、接続部３において吸収層１４の導波路幅が活性層１１の導波路幅より広くなる。

【0028】

図１２は、ＦＰレーザの活性層の幅を変化させた時の光のモードの重なり積分の変化を示す図である。ＥＡ変調器２の吸収層１４の幅は１５００ｎｍで一定である。ＦＰレーザ１の活性層１１の幅を変化させると、ＦＰレーザ１とＥＡ変調器２の重なり積分が変化する。（１－重なり積分）の成分の一部がＦＰレーザ１部に戻ることで、レーザ発振のための利得を稼ぐことができる。

【0029】

以上説明したように、本実施の形態では、接続部３において活性層１１の導波路幅と吸収層１４の導波路幅が異なることにより、レーザ光を反射させる反射構造を実現することができる。反射構造により光をフィードバックさせることで、特性の温度依存性が小さいファブリペローレーザとして動作することができる。また、導波路幅の寸法制御は容易であるため、導波路幅の寸法制御による反射率制御も容易である。この結果、特性の温度依存性が小さく製造が簡単な光半導体装置を得ることができる。

【0030】

実施の形態４
図１３は、実施の形態４に係る光半導体装置を示す斜視図である。図１４は、実施の形態４に係る光半導体装置をコア層の高さで切断した平面図である。ＦＰレーザ１は、活性層１１を含むリッジ構造のサイドを電流ブロック層１６で埋め込んだ埋め込み構造である。一方、ＥＡ変調器２は、吸収層１４を含むハイメサ構造である。ＦＰレーザ１の前端面の一部がＥＡ変調器２に接続されている。ＦＰレーザ１のメサ幅はＥＡ変調器２のメサ幅よりも広いため、ＦＰレーザ１の前端面のうちＥＡ変調器２に接続されていない部分が存在する。この前端面の部分にレーザ光を反射する反射膜１９が形成されている。

【0031】

ＦＰレーザ１の光のモードの一部を反射膜１９で反射させてＦＰレーザ１に戻すことにより、ＦＰレーザ１のミラー損失を減らし、レーザ発振に必要な利得を稼ぐことができる。また、反射膜１９の形成は容易である。この結果、特性の温度依存性が小さく製造が簡単な光半導体装置を得ることができる。

【0032】

図１５は、実施の形態４に係る光半導体装置の変形例をコア層の高さで切断した平面図である。反射膜１９が活性層１１と吸収層１４の間にも形成されている。図１４に示すように活性層１１と吸収層１４の間に反射膜１９を形成しない場合、製造が容易で導波路構造が保持される。一方、図１５に示すように活性層１１と吸収層１４の間に反射膜１９を形成する場合、製造は難しくなるが、大きな反射率が得られる。

【0033】

実施の形態５
図１６は、実施の形態５に係る光半導体装置を示す断面図である。ＦＰレーザ１とＥＡ変調器２の接続部３においてＦＰレーザ１の活性層１１とＥＡ変調器２の吸収層１４の間に導波路層２０が形成されている。導波路層２０は、例えばＩｎＰ等の半導体又はＳｉＯ等の絶縁膜からなり、活性層１１及び吸収層１４とは異なる屈折率を持つ。

【0034】

ＦＰレーザ１の活性層１１の実効屈折率は３．３７１、絶縁膜の導波路層２０の実効屈折率は１．６３６である。重なり積分は９５．１４２％である。実効屈折率の差が大きいため、コア層内の光モードも１２％反射される。導波路層２０の屈折率を調整することで、反射率を容易に制御することができる。また、導波路層２０の形成は容易である。この結果、特性の温度依存性が小さく製造が簡単な光半導体装置を得ることができる。なお、導波路層２０は屈折率の異なる複数の層を積層した構造であってもよい。また、図１６では、導波路層２０の上に溝が形成されている。これに限らず、導波路層２０の上にＩｎＰからなるｐ型クラッド層１２を形成してもよいし、ＩｎＰ以外の半導体材料からなるクラッド層を形成してもよい。

【0035】

実施の形態６
図１７は、実施の形態６に係る光半導体装置を示す断面図である。レーザ光が出射されるチップ前端面に低反射率膜２１が形成されている。チップ前端面とは反対側のチップ後端面に高反射率膜２２が形成されている。低反射率膜２１及び高反射率膜２２は例えばＳｉ層とＳｉＯ層が交互に積層されたものである。低反射率膜２１は高反射率膜２２よりもレーザ光の反射率が低い。これにより、ＥＡ変調器２で変調されたレーザ光がＦＰレーザ１に戻らないため、ＦＰレーザ１の動作が安定して変調特性が向上する。その他の構成及び効果は実施の形態１と同様である。

【0036】

図１８は、実施の形態６に係る光半導体装置の変形例を示す断面図である。ＥＡ変調器２の出力側にスポットサイズ変換器１８が形成されている。この場合にも低反射率膜２１及び高反射率膜２２を形成することで同様の効果を得ることができる。なお、実施の形態２～５に低反射率膜２１及び高反射率膜２２を形成してもよい。

【0037】

通常のＦＰレーザでは、端面にコーティングをせず、へき開端面をそのまま反射構造として利用することがよくある。この場合、前後端面とも３０％の反射率となる。後端面に９０％以上の反射率のコート膜を作った場合に、上記と同じミラー損失となる反射率が１０％である。従って、実施の形態１～６の接続部３の反射構造でのレーザ光の反射率が１０％以上であることが好ましい。また、接続部３の反射構造の反射率に波長選択性があると、ＦＰレーザ１の発振波長の温度依存性がＥＡ変調器２の温度依存性とずれて温度特性が悪くなる。そこで、接続部３の反射構造は波長選択性が小さいことが好ましい。

【0038】

図１９は、コアの幅を変化させた時の実効屈折率の変化を示す図である。ＦＰレーザ１のリッジ側面の電流ブロック層１６をＩｎＰとし、ＥＡ変調器２のリッジ側面の絶縁膜１７をＳｉＯとした。コア幅が同じでも実効屈折率に差がある。実効屈折率の差はＦＰレーザ１とＥＡ変調器２の重なり積分と相関する。（１－重なり積分）の成分の一部がＦＰレーザ１部に戻ることで、レーザ発振のための利得を稼ぐことができる。従って、リッジ側面の材質の屈折率を制御すると反射率を調整できる。

【0039】

図２０は、コアの幅を変化させた時の光のモードの重なり積分の変化を示す図である。リッジ側面の材質が半導体の導波路同士を接続した場合と、リッジ側面の材質が半導体の導波路と絶縁膜の導波路を接続した場合を示す。リッジ側面の材質が異なる方がレーザ発振のための利得を稼ぐ効果が高い。従って、ＦＰレーザ１とＥＡ変調器２の接続部３での反射率を高くするには、ＦＰレーザ１のリッジ側面を覆う物質とＥＡ変調器２のリッジ側面を覆う物質が異なることが好ましい。

【0040】

図２１は、ＦＰレーザのコア層の厚さを変化させた時の光のモードの重なり積分の変化を示す図である。ＥＡ変調器２の吸収層１４の厚さ３００ｎｍに対してＦＰレーザ１の活性層１１の厚さを変化させると、ＦＰレーザ１とＥＡ変調器２の重なり積分が変化する。従って、ＦＰレーザ１とＥＡ変調器２の接続部３での反射率を高くするには、ＦＰレーザ１の活性層１１の厚さとＥＡ変調器２の吸収層１４の厚さが異なることが好ましい。

【0041】

図２２は、ＥＡ変調器のコア層の屈折率を変化させた時の光のモードの重なり積分の変化を示す図である。ＦＰレーザ１の活性層１１の屈折率３．５６に対してＥＡ変調器２の吸収層１４の屈折率を変化させると、ＦＰレーザ１とＥＡ変調器２の重なり積分が変化する。従って、ＦＰレーザ１とＥＡ変調器２の接続部３での反射率を高くするには、ＦＰレーザ１の活性層１１の屈折率とＥＡ変調器２の吸収層１４の屈折率が異なることが好ましい。

【符号の説明】

【0042】

１ ＦＰレーザ、２ ＥＡ変調器、３ 接続部、９ 半導体基板、１１ 活性層、１１ａ，１４ａ 直線部、１１ｂ，１４ｂ テーパ部、１４ 吸収層、１６ 電流ブロック層、１９ 反射膜、２０ 導波路層、２１ 低反射率膜、２２ 高反射率膜

【要約】

半導体基板（９）の上にファブリペローレーザ（１）と電界吸収変調器（２）が形成されている。ファブリペローレーザ（１）は、活性層（１１）を有し、レーザ光を生成する。電界吸収変調器（２）は、活性層（１１）に接続された吸収層（１４）を有し、レーザ光を変調する。ファブリペローレーザ（１）と電界吸収変調器（２）の接続部（３）でファブリペローレーザ（１）のメサ幅から電界吸収変調器（２）のメサ幅に急峻に変化する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】