集成型半導(dǎo)體激光器元件以及半導(dǎo)體激光器模塊的制作方法
【專利摘要】一種集成型半導(dǎo)體激光器元件，在基板上集成了半導(dǎo)體激光器和對(duì)所述半導(dǎo)體激光器的輸出激光進(jìn)行放大的半導(dǎo)體光放大器，所述集成型半導(dǎo)體激光器元件的特征在于，所述半導(dǎo)體激光器包括第1活性層，所述半導(dǎo)體光放大器包括第2活性層，所述第1活性層以及所述第2活性層具有多量子阱結(jié)構(gòu)，所述第2活性層的量子阱數(shù)目比所述第1活性層的量子阱數(shù)目多。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)輸出激光的光譜線寬窄且高強(qiáng)度的集成型半導(dǎo)體激光器元件以及半導(dǎo)體激光器模塊。
【專利說明】
集成型半導(dǎo)體激光器元件以及半導(dǎo)體激光器模塊
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及集成型半導(dǎo)體激光器元件以及半導(dǎo)體激光器模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]例如，作為DWDM(DenseWavelength Divis1n Multiplexing)光通信用的波長可調(diào)光源，公開了集成型半導(dǎo)體激光器元件(參照專利文獻(xiàn)I)。
[0003]該集成型半導(dǎo)體激光器元件在一個(gè)基板上集成了多個(gè)DFB(DistributedFeedback)激光條紋、多個(gè)光波導(dǎo)、多模干涉型(MM1:Multi mode Interferometer)光合成器、半導(dǎo)體光放大器。光波導(dǎo)對(duì)來自DFB激光條紋的輸出光進(jìn)行導(dǎo)波。MMI光合成器使在光波導(dǎo)中被導(dǎo)波的光通過后將其輸出。半導(dǎo)體光放大器將從MMI光合成器輸出的光放大后進(jìn)行輸出。
[0004]在該集成型半導(dǎo)體激光器元件中，通過選擇波長不同的多個(gè)DFB激光條紋當(dāng)中的任一個(gè)條紋來進(jìn)行波長的粗調(diào)，然后通過對(duì)集成型半導(dǎo)體激光器元件進(jìn)行溫度調(diào)整來進(jìn)行波長的微調(diào)，由此被用作波長可調(diào)激光器。波長可調(diào)激光器作為光通信的信號(hào)光源，用于獲得波分復(fù)用通信的期望的通道。
[0005]此外，近幾年，在光通信中，為了提高通信速度而使用多值調(diào)制方式。作為多值調(diào)制方式，使用以相移鍵控(PSK)為主的相干光通信方式。在這樣的相干光通信中，除了發(fā)送側(cè)的信號(hào)光源外，接收側(cè)也需要局部振蕩光源。
[0006]在相干光通信中，由于光的相位搭載信息，所以在信號(hào)光源以及局部振蕩光源中要求相位波動(dòng)小。使用激光的光譜線寬作為特性值，光譜線寬越窄則相位波動(dòng)越小，其中，上述的特性值是相位波動(dòng)大小的指標(biāo)。例如，在通信的調(diào)制速率為25Gbaud的四相相移鍵控(QPSK:Quaternary PSK)的情況下，要求相干光通信中使用的光源的光譜線寬在500kHz以下。另外，為了今后實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的多值化，要求相干光通信中使用的光源的光譜線寬在300kHz以下。針對(duì)這些特性值的要求伴隨多值調(diào)制方式的高度化而發(fā)生變化，在正交調(diào)幅(QAM:Quadrature Amplitude Modulat1n)等多值度高的調(diào)制方式中，預(yù)計(jì)會(huì)要求其在10kHz以下等更窄的光譜線寬。
[0007]此外，近幾年，信號(hào)光源輸出的激光的高強(qiáng)度化的要求正在提高。將激光設(shè)為高強(qiáng)度時(shí)具有以下優(yōu)點(diǎn):能夠省略設(shè)置在發(fā)送器后級(jí)的放大器，或者，通過使激光分支而能夠?qū)π盘?hào)光和局部振蕩光這兩束光使用一個(gè)光源等。作為能夠享有這種優(yōu)點(diǎn)的光強(qiáng)度，例如要求40mW以上的輸出光強(qiáng)度。
[0008]這樣，近幾年，對(duì)于被用作信號(hào)光源的波長可調(diào)激光器而言，要求其輸出激光的光譜線寬窄且強(qiáng)度高。
[0009]在此，在集成型半導(dǎo)體激光器元件中，為了使激光的光譜線寬變窄，已知加長DFB激光條紋的方法是有效的。此外，為了實(shí)現(xiàn)輸出的激光的高強(qiáng)度化，已知加長半導(dǎo)體光放大器的方法是有效的。
[0010]此外，作為使激光的光譜線寬變窄的另一方法，例如，在非專利文獻(xiàn)I中記載了以下內(nèi)容:半導(dǎo)體激光器或者半導(dǎo)體光放大器的活性層的量子阱數(shù)目越多，線寬增強(qiáng)系數(shù)就越小，得到的光譜線寬越窄。
[0011]此外，作為高輸出光強(qiáng)度化的另一方法，在專利文獻(xiàn)2中公開了一種集成型半導(dǎo)體激光器元件，通過使半導(dǎo)體光放大器的活性層的厚度比半導(dǎo)體激光器的活性層的厚度薄，從而減小半導(dǎo)體光放大器向活性層的陷光系數(shù)(light trapping coefficient)，提高飽和光輸出強(qiáng)度。
[0012]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0013]專利文獻(xiàn)
[0014]專利文獻(xiàn)1: JP特開2003-258368號(hào)公報(bào)
[0015]專利文獻(xiàn)2: JP特開2008-205113號(hào)公報(bào)
[0016]非專利文獻(xiàn)
[0017]非專利文獻(xiàn)l:S.H.Cho，et.al.IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS，VOL.9，N0.8,pp.1081,AUGUST 1997

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]發(fā)明要解決的問題
[0019]但是，同時(shí)滿足近幾年對(duì)信號(hào)光源要求的激光的光譜線寬的窄寬化和高強(qiáng)度化這兩者是很困難的。
[0020]本發(fā)明鑒于上述情況而完成，其目的在于，提供一種輸出激光的光譜線寬窄且高強(qiáng)度的集成型半導(dǎo)體激光器元件以及半導(dǎo)體激光器模塊。
[0021]用于解決問題的手段
[0022]為了解決上述課題而達(dá)成目的，本發(fā)明的一方式涉及的集成型半導(dǎo)體激光器元件在基板上集成了半導(dǎo)體激光器和對(duì)所述半導(dǎo)體激光器的輸出激光進(jìn)行放大的半導(dǎo)體光放大器，該集成型半導(dǎo)體激光器元件的特征在于，所述半導(dǎo)體激光器包括第I活性層，所述半導(dǎo)體光放大器包括第2活性層，所述第I活性層以及所述第2活性層具有多量子阱結(jié)構(gòu)，所述第2活性層的量子阱數(shù)目比所述第I活性層多。
[0023]本發(fā)明的一方式涉及的集成型半導(dǎo)體激光器元件的特征在于，所述第2活性層的量子阱數(shù)目在5個(gè)以上。
[0024]本發(fā)明的一方式涉及的集成型半導(dǎo)體激光器元件在基板上集成了半導(dǎo)體激光器和對(duì)所述半導(dǎo)體激光器的輸出激光進(jìn)行放大的半導(dǎo)體光放大器，該集成型半導(dǎo)體激光器元件的特征在于，所述半導(dǎo)體激光器包括第I活性層，所述半導(dǎo)體光放大器包括第2活性層，所述第I活性層以及所述第2活性層具有多量子阱結(jié)構(gòu)，所述第2活性層的每I層量子阱的厚度比所述第I活性層厚。
[0025]本發(fā)明的一方式涉及的集成型半導(dǎo)體激光器元件在基板上集成了半導(dǎo)體激光器和對(duì)所述半導(dǎo)體激光器的輸出激光進(jìn)行放大的半導(dǎo)體光放大器，該集成型半導(dǎo)體激光器元件的特征在于，所述半導(dǎo)體激光器包括第I活性層，所述半導(dǎo)體光放大器包括第2活性層，向所述第2活性層的陷光系數(shù)比向所述第I活性層的陷光系數(shù)大。
[0026]本發(fā)明的一方式涉及的集成型半導(dǎo)體激光器元件的特征在于，該集成型半導(dǎo)體激光器元件的輸出激光的光譜線寬在300kHz以下。
[0027]本發(fā)明的一方式涉及的集成型半導(dǎo)體激光器元件的特征在于，該集成型半導(dǎo)體激光器元件的輸出激光其光強(qiáng)度在40mW以上。
[0028]本發(fā)明的一方式涉及的集成型半導(dǎo)體激光器元件的特征在于，該集成型半導(dǎo)體激光器元件的輸出激光是連續(xù)光。
[0029]本發(fā)明的一方式涉及的集成型半導(dǎo)體激光器元件的特征在于，所述第2活性層的與帶隙能量對(duì)應(yīng)的波長比所述第I活性層長。
[0030]本發(fā)明的一方式涉及的集成型半導(dǎo)體激光器元件的特征在于，具備:光損耗部，配置在所述半導(dǎo)體激光器與所述半導(dǎo)體光放大器之間，使所述半導(dǎo)體激光器的輸出激光的光強(qiáng)度受到損耗后將其輸入到所述半導(dǎo)體光放大器。
[0031]本發(fā)明的一方式涉及的集成型半導(dǎo)體激光器元件的特征在于，具備:所述半導(dǎo)體激光器的輸出激光的波長互不相同的多個(gè)所述半導(dǎo)體激光器;和光合成器，合成所述多個(gè)半導(dǎo)體激光器的輸出激光。
[0032]本發(fā)明的一方式涉及的集成型半導(dǎo)體激光器元件的特征在，所述半導(dǎo)體激光器的光諧振器長度方向的長度在ΙΟΟΟμπι以上。
[0033]本發(fā)明的一方式涉及的集成型半導(dǎo)體激光器元件的特征在于，所述半導(dǎo)體激光器以及所述半導(dǎo)體光放大器被集成在由InP形成的所述基板上，所述第I活性層以及所述第2活性層包括InGaAsP系的材料。
[0034]本發(fā)明的一方式涉及的集成型半導(dǎo)體激光器元件的特征在于，所述半導(dǎo)體激光器以及所述半導(dǎo)體光放大器被集成在由InP形成的所述基板上，所述第I活性層包括InGaAsP系的材料，所述第2活性層包括AlGaInAs系的材料。
[0035]本發(fā)明的一方式涉及的集成型半導(dǎo)體激光器元件的特征在于，所述半導(dǎo)體激光器具有分布反饋型激光器部和分布式黑反射部，在所述分布反饋型激光器部中，所述第I活性層在整個(gè)光諧振器長度方向上連續(xù)，并且在所述第I活性層的附近沿著該第I活性層配置衍射光柵層，在所述分布式黑反射部中，離散地且周期性地配置所述第I活性層以便形成衍射光柵。
[0036]本發(fā)明的一方式涉及的半導(dǎo)體激光器模塊的特征在于，具備本發(fā)明的一方式涉及的集成型半導(dǎo)體激光器元件。
[0037]發(fā)明效果
[0038]根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)輸出激光的光譜線寬窄且高強(qiáng)度的集成型半導(dǎo)體激光器元件以及半導(dǎo)體激光器模塊。
【附圖說明】
[0039]圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式I涉及的集成型半導(dǎo)體激光器元件的示意俯視圖。
[0040]圖2是圖1所示的集成型半導(dǎo)體激光器元件的A-A線主要部分剖視圖。
[0041]圖3是圖1所示的集成型半導(dǎo)體激光器元件的B-B線主要部分剖視圖。
[0042]圖4是圖1所示的集成型半導(dǎo)體激光器元件的C-C線主要部分剖視圖。
[0043]圖5是圖1所示的集成型半導(dǎo)體激光器元件的D-D線主要部分剖視圖。
[0044]圖6是表示集成型半導(dǎo)體激光器元件的輸出激光的光譜線寬與量子阱數(shù)目的關(guān)系的圖。
[0045]圖7是表示集成型半導(dǎo)體激光器元件的輸出激光的光強(qiáng)度與量子阱數(shù)目的關(guān)系的圖。
[0046]圖8是表示半導(dǎo)體激光器的輸出光所包含的激光的強(qiáng)度與ASE光強(qiáng)度之比的計(jì)算結(jié)果的圖。
[0047]圖9是說明圖1所示的集成型半導(dǎo)體激光器元件的制造方法的圖。
[0048]圖10是說明圖1所示的集成型半導(dǎo)體激光器元件的制造方法的圖。
[0049]圖11是說明圖1所示的集成型半導(dǎo)體激光器元件的制造方法的圖。
[0050]圖12是說明圖1所示的集成型半導(dǎo)體激光器元件的制造方法的圖。
[0051]圖13是說明圖1所示的集成型半導(dǎo)體激光器元件的制造方法的圖。
[0052]圖14是說明圖1所示的集成型半導(dǎo)體激光器元件的制造方法的圖。
[0053]圖15是說明圖1所示的集成型半導(dǎo)體激光器元件的制造方法的圖。
[0054]圖16是本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的集成型半導(dǎo)體激光器元件的示意俯視圖。
[0055]圖17是圖16所示的集成型半導(dǎo)體激光器元件的H-H線主要部分剖視圖。
[0056]圖18是說明圖16所示的集成型半導(dǎo)體激光器元件的制造方法的圖。
[0057]圖19是說明圖16所示的集成型半導(dǎo)體激光器元件的制造方法的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0058]以下，參照附圖，說明本發(fā)明涉及的集成型半導(dǎo)體激光器元件以及半導(dǎo)體激光器模塊的實(shí)施方式。另外，本發(fā)明并不受本實(shí)施方式的限定。此外，在附圖的記載中，對(duì)相同或?qū)?yīng)的要素適當(dāng)附加相同的符號(hào)。此外，附圖是示意性的，需要注意的是，各要素的尺寸關(guān)系、各要素的比率等有時(shí)會(huì)與實(shí)際不同。在附圖之間，有時(shí)會(huì)包括彼此的尺寸關(guān)系、比率不同的部分。
[0059](實(shí)施方式I)
[0060]首先，說明本發(fā)明的實(shí)施方式I涉及的集成型半導(dǎo)體激光器元件。圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式I涉及的集成型半導(dǎo)體激光器元件的示意俯視圖。如圖1所示，本實(shí)施方式I涉及的集成型半導(dǎo)體激光器元件10構(gòu)成為集成型半導(dǎo)體激光器元件。集成型半導(dǎo)體激光器元件10具有以下結(jié)構(gòu):在一個(gè)半導(dǎo)體基板上集成了作為輸出激光的半導(dǎo)體激光器的多個(gè)DFB激光條紋11-1?ll-n(n為2以上的整數(shù))、多個(gè)光波導(dǎo)12-1?12-n、作為光合成器的MMI光合成器13和對(duì)DFB激光條紋11 -1?11 -η的輸出激光進(jìn)行放大的半導(dǎo)體光放大器14，且在它們周圍形成了埋入部15。此外，在DFB激光條紋11-1?ll-η間設(shè)置用于使各DFB激光條紋電分離的溝槽16-1?16-m(m = n-l)。此外，雖然在此說明具有多個(gè)DFB激光條紋11的方式，但DFB激光條紋11可以是I個(gè)，此時(shí)不需要溝槽。
[0061 ] DFB激光條紋11-1?ll-η是各自具有寬度1.3?2.5μπι、長度1200弘m的條紋狀的埋入結(jié)構(gòu)的端面發(fā)光型激光器，在集成型半導(dǎo)體激光器元件1的、與光輸出側(cè)的輸出端14a相反的一側(cè)的一端，在寬度方向上以25μπι間距來形成這些激光條紋。在溝槽、電極的制造精度的范圍內(nèi)設(shè)計(jì)較小的DFB激光條紋的間距。
[0062]DFB激光條紋11-1?ll-η通過使各DFB激光條紋所具備的衍射光柵的間隔彼此不同，從而構(gòu)成為輸出激光的波長在1550nm段(例如1530nm?1570nm)的范圍內(nèi)不同。此外，DFB激光條紋11-1?ll-η的激光器振蕩波長能夠通過使集成型半導(dǎo)體激光器元件10的設(shè)定溫度發(fā)生變化來調(diào)整。即，集成型半導(dǎo)體激光器元件10通過要驅(qū)動(dòng)的DFB激光條紋的切換和溫度控制，實(shí)現(xiàn)寬的波長可調(diào)范圍。另外，DFB激光條紋雖然通過從外部供給一定的電流來輸出連續(xù)光，但是也能夠通過從外部供給調(diào)制電流，從而輸出調(diào)制后的信號(hào)光。
[0063 ]為了使集成型半導(dǎo)體激光器元件1的輸出激光的光譜線寬變窄，使DFB激光條紋11-1?ll-η的閾值增益降低的方法是有效的。閾值增益與耦合系數(shù)的平方成正比、與諧振器長度度的3次方成反比，所以即使將耦合系數(shù)與諧振器長度之積設(shè)為固定，也與諧振器長度成反比。因此，閾值增益可通過加長諧振器長度來降低。因此，對(duì)于DFB激光條紋11-1?ll-η來說，為了使集成型半導(dǎo)體激光器元件10的輸出激光的光譜線寬變窄，優(yōu)選諧振器長度較長，具體來說，DFB激光條紋11-1?I 1-η的光諧振器長度最好在ΙΟΟΟμπι以上。
[0064]光波導(dǎo)12-1?12-n形成在DFB激光條紋11-1?ll-η與麗I光合成器13之間，以光學(xué)方式連接DFB激光條紋11-1?ll-η與MMI光合成器13。
[0065]半導(dǎo)體光放大器14與MMI光合成器13的輸出端口 13a連接。半導(dǎo)體光放大器14具有寬度為I.3μηι?4.0μηι、長度為1500μηι(500μηι?2000μηι)的條紋狀埋入結(jié)構(gòu)。此外，半導(dǎo)體光放大器14也可以具有越接近輸出端14a則條紋寬度越寬的喇叭形結(jié)構(gòu)。
[0066]圖2、圖3、圖4分別是集成型半導(dǎo)體激光器元件10的DFB激光條紋的剖面即A-A線主要部分剖視圖、MMI光合成器13的剖面即B-B線主要部分剖視圖、半導(dǎo)體光放大器14的剖面即C-C線主要部分剖視圖。
[0067]如圖2所示，DFB激光條紋11-2、11-3具有在η型InP基板21上依次層疊了兼做下部包層的η型InP緩沖層22、下部InGaAsP-SCH層23a、作為第I活性層的活性層24a、上部InGaAsP-SCH層25a、InP分隔層(spacer layer)26a、形成有衍射光柵的InGaAsP光柵層27、p型InP包層28a的結(jié)構(gòu)。從P型InP包層28a直至到達(dá)η型InP緩沖層22的中途的深度為止是構(gòu)成DFB激光條紋11-2、11 -3的臺(tái)式(mesa)結(jié)構(gòu)。臺(tái)式結(jié)構(gòu)的寬度方向兩側(cè)被構(gòu)成埋入部15的P型InP電流阻擋層32和η型電流阻擋層33的層疊結(jié)構(gòu)而埋入。
[0068]進(jìn)一步地，DFB激光條紋11-2、11-3具備依次形成在P型InP包層28a以及η型電流阻擋層33之上的P型InP包層34、InGaAs接觸層35。此外，溝槽16-2、16-3從InGaAs接觸層35形成至到達(dá)η型InP緩沖層22的中途的深度為止。SiN保護(hù)膜38形成為覆蓋InGaAs接觸層35的表面以及溝槽16-2、16-3的內(nèi)表面。另外，在InGaAs接觸層35的上表面處與DFB激光條紋11-
2、11-3對(duì)應(yīng)的位置上，形成未被SiN保護(hù)膜38覆蓋的開口部。P側(cè)電極39形成為在該開口部與InGaAs接觸層35接觸。另外，在圖1中，省略了P側(cè)電極39的記載。集成型半導(dǎo)體激光器元件10還具備形成在η型InP基板21的背面的η側(cè)電極40。另外，DFB激光條紋11-1?ll-η均具有與DFB激光條紋11-2、11-3相同的結(jié)構(gòu)。
[0069]在此，活性層24a、和從上下夾持活性層24a的下部InGaAsP-SCH層23a、上部InGaAsP-SCH層25a、n型InP緩沖層22及P型InP包層28a、34構(gòu)成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
[0070]活性層24a具有由InGaAsP形成的多量子阱活性層，量子阱層的厚度為6nm，量子阱數(shù)目為4。下部InGaAsP-SCH層23a、活性層24a、上部InGaAsP-SCH層25a的總厚度為145nm。此夕卜，計(jì)算出的向量子講的陷光系數(shù)(light trapping coefficient)之和為3.0%。
[0071]另外，為了充分利用量子效應(yīng)，量子講層的厚度適于在3.5nm?7nm的范圍內(nèi)選擇。此外，為了將光譜線寬設(shè)為在300kHz以下，優(yōu)選將半導(dǎo)體激光器的活性層的量子阱數(shù)目設(shè)為5以下，進(jìn)一步優(yōu)選設(shè)為4以下。其中，若量子阱數(shù)目過少，則一個(gè)阱所負(fù)擔(dān)的增益量變大，溫度特性變差，所以量子阱數(shù)目優(yōu)選設(shè)為在3以上。
[0072]在此，陷光系數(shù)是指，借助含活性層而成的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行導(dǎo)波的光的強(qiáng)度之中，包括在活性層內(nèi)的光強(qiáng)度的比例。在如本實(shí)施方式這樣活性層具有多量子阱結(jié)構(gòu)的情況下，設(shè)為不含障礙層、SCH層，僅將量子阱層作為活性層來計(jì)算出陷光系數(shù)。
[0073]如圖3所示，麗I光合成器13具有在η型InP基板21上依次層疊了η型InP緩沖層22、InGaAsP纖芯層30、i型InP層31的結(jié)構(gòu)。構(gòu)成InGaAsP纖芯層30的InGaAsP的組成被設(shè)定成其帶隙波長比DFB激光條紋11-1?ll-η的激光器振蕩波長短。從i型InP層31直至到達(dá)η型InP緩沖層22的中途的深度為止是構(gòu)成MMI光合成器13的臺(tái)式結(jié)構(gòu)。臺(tái)式結(jié)構(gòu)的寬度方向兩側(cè)被P型InP電流阻擋層32和η型電流阻擋層33的層疊結(jié)構(gòu)埋入。
[0074]進(jìn)一步地，MMI光合成器13具備依次形成在i型InP層31以及η型電流阻擋層33上的P型InP包層34、InGaAs接觸層35、SiN保護(hù)膜38 AiN保護(hù)膜38形成為完全覆蓋InGaAs接觸層35的上表面。
[0075]另外，光波導(dǎo)12-1?12-n也都具有與MMI光合成器13相同的結(jié)構(gòu)。其中，在MMI光合成器13中，InGaAsP纖芯層30的核心寬度(臺(tái)面寬度)被設(shè)定成起到MMI光合成器13的作用。相對(duì)于此，在光波導(dǎo)12-1?12-n中，對(duì)應(yīng)的InGaAsP纖芯層的核心寬度(臺(tái)面寬度)被設(shè)定成對(duì)DFB激光條紋11-1?ll-η的激光器振蕩波長的光進(jìn)行單模傳播。
[0076]如圖4所示，半導(dǎo)體光放大器14具有在η型InP基板21上依次層疊了η型InP緩沖層22、下部InGaAsP-SCH層23b、作為第2活性層的活性層24b、上部InGaAsP-SCH層25b、InP分隔層26b和P型InP包層28b的結(jié)構(gòu)。從P型InP包層28b直至到達(dá)η型InP緩沖層22的中途的深度為止是構(gòu)成半導(dǎo)體光放大器14的臺(tái)式結(jié)構(gòu)。臺(tái)式結(jié)構(gòu)的寬度方向兩側(cè)被P型Inp電流阻擋層32和η型電流阻擋層33的層疊結(jié)構(gòu)埋入。
[0077]進(jìn)一步地，半導(dǎo)體光放大器14具備依次形成在P型InP包層28b以及η型電流阻擋層33上的P型InP包層34、InGaAs接觸層35、SiN保護(hù)膜38。另外，在InGaAs接觸層35的上表面的與臺(tái)式結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的位置處形成有未被SiN保護(hù)膜38覆蓋的開口部。P側(cè)電極39形成為:在該開口部與InGaAsP接觸層35接觸，且完全覆蓋開口部。
[0078]在此，活性層24b、和從上下夾持活性層24b的下部InGaAsP-SCH層23b、上部InGaAsP-SCH層25b、n型InP緩沖層22以及P型InP包層28b、34構(gòu)成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
[0079]活性層24b具有由InGaAsP形成的多量子阱活性層，量子阱層的厚度為6nm，量子阱數(shù)目為6。此時(shí)，下部InGaAsP-SCH層23b、活性層24b、上部InGaAsP-SCH層25b的總厚度為175nm。此時(shí)，計(jì)算出的向量子阱的陷光系數(shù)之和為5.4%。
[0080]另外，為了充分利用量子效應(yīng)，量子講層的厚度適于在3.5nm?7nm的范圍內(nèi)選擇。此外，為了將集成型半導(dǎo)體激光器元件的輸出激光的光強(qiáng)度設(shè)為在35mW以上，且更優(yōu)選設(shè)為在40mW以上，優(yōu)選將半導(dǎo)體激光器的活性層的量子阱數(shù)目設(shè)為在5以上，更優(yōu)選設(shè)為在6以上。此外，從均勻注入的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選將量子阱數(shù)目設(shè)為在8以下。
[0081]接著，圖5是圖1所示的集成型半導(dǎo)體激光器元件的D-D線主要部分剖視圖。在圖5中，區(qū)域SI表不DFB激光條紋，區(qū)域S2表不光波導(dǎo)，區(qū)域S3表不MMI光合成器13，區(qū)域S4表不半導(dǎo)體光放大器14。如圖5所示，DFB激光條紋11-1?ll-η、光波導(dǎo)12-1?12-n、MMI光合成器
13、半導(dǎo)體光放大器14形成在同一η型InP基板21上。
[0082]此外，從上下夾持InGaAsP纖芯層30的i型InP層31、ρ型InP包層34和η型InP緩沖層22構(gòu)成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
[0083]在此，DFB激光條紋11-1?ll-η的活性層24a和半導(dǎo)體光放大器14的活性層24b的構(gòu)成是不同的。由于構(gòu)成不同，半導(dǎo)體光放大器14的向活性層24b的陷光系數(shù)比DFB激光條紋11-1?ll-η的向活性層24a的陷光系數(shù)大。
[0084]具體來說，在本實(shí)施方式I涉及的集成型半導(dǎo)體激光器元件10中，作為半導(dǎo)體激光器的DFB激光條紋11-1?ll-η的活性層24a的量子阱數(shù)目為4，半導(dǎo)體光放大器14的活性層24b的量子阱數(shù)目為6，比活性層24a的量子阱數(shù)目多。其結(jié)果，半導(dǎo)體光放大器14的向活性層24b的陷光系數(shù)(5.4%)比DFB激光條紋11-1?ll-η的向活性層24a的陷光系數(shù)(3.0%)大。
[0085]其結(jié)果，如后那樣，集成型半導(dǎo)體激光器元件10能夠同時(shí)滿足輸出激光的光譜線寬的窄寬化和高強(qiáng)度化這兩者。
[0086]另外，在本實(shí)施方式I中，雖然DFB激光條紋11-1?ll-η和半導(dǎo)體光放大器14的向量子阱的陷光系數(shù)之比為1.8倍，但若將陷光系數(shù)的比例如設(shè)為1.2倍以上，則能夠顯著得到激光的光譜線寬的窄寬化和高強(qiáng)度化的效果，因而是適合的。另外，對(duì)于活性層的多量子阱的障礙層、下部InGaAsP-SCH層和上部InGaAsP-SCH層來說，為了對(duì)陷光系數(shù)進(jìn)行微調(diào)整，能夠適當(dāng)?shù)剡x擇厚度?；钚詫拥亩嗔孔于宓恼系K層的厚度例如為1nm左右(5?15nm)，下部InGaAsP-SCH層以及上部InGaAsP-SCH層的厚度例如為數(shù)十納米程度(30?150nm)。
[0087]接著，說明集成型半導(dǎo)體激光器元件10的動(dòng)作。首先，驅(qū)動(dòng)從DFB激光條紋11-1?11 -η之中選擇出的一個(gè)DFB激光條紋。被驅(qū)動(dòng)的DFB激光條紋輸出激光。由于溝槽16_1?16-m將DFB激光條紋11 -1?11 -η間電分離，所以DFB激光條紋間的分離電阻變大。因此，選擇DFB激光條紋11-1?I 1-η之中的一個(gè)來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)就很容易。
[0088]并且，多個(gè)光波導(dǎo)12-1?12-n之中與被驅(qū)動(dòng)的DFB激光條紋以光學(xué)方式連接的光波導(dǎo)對(duì)來自被驅(qū)動(dòng)的DFB激光條紋的激光進(jìn)行導(dǎo)波。MMI光合成器13使在光波導(dǎo)中導(dǎo)波的激光通過后從輸出端口 13a將其輸出。半導(dǎo)體光放大器14將從輸出端口 13a輸出的激光放大，從輸出端14a將其輸出到外部。
[0089]另外，DFB激光條紋的輸出激光在MMI光合成器13中衰減成與DFB激光條紋的數(shù)目成反比的量。在本實(shí)施方式I中，由于DFB激光條紋是η個(gè)，所以MMI光合成器13的輸出激光是DFB激光條紋的輸出激光的大致I /n。因此，半導(dǎo)體光放大器14對(duì)來自要驅(qū)動(dòng)的DFB激光條紋的輸出激光因MMI光合成器13引起的光的損耗進(jìn)行補(bǔ)償，將從輸出端14a輸出的激光放大成期望的光強(qiáng)度。
[0090]在此，說明
【發(fā)明人】們提出本實(shí)施方式I的構(gòu)成時(shí)進(jìn)行的考察內(nèi)容。為了實(shí)現(xiàn)輸出激光的光譜線寬窄且高強(qiáng)度的集成型半導(dǎo)體激光器元件以及半導(dǎo)體激光器模塊，適當(dāng)?shù)卦O(shè)定半導(dǎo)體激光器以及半導(dǎo)體光放大器的活性層的構(gòu)成很重要。
[0091]已知半導(dǎo)體激光器的輸出激光的光譜線寬理論上依賴于輸出光強(qiáng)度、閾值增益、線寬增強(qiáng)系數(shù)、內(nèi)部損耗等。這些特性值可通過半導(dǎo)體激光器的諧振器長度、活性層的構(gòu)成來進(jìn)行調(diào)整。
[0092]如上所述，半導(dǎo)體激光器為了實(shí)現(xiàn)較窄的光譜線寬，優(yōu)選加長諧振器長度。
[0093]但是，若加長諧振器長度，則會(huì)存在因元件面積的增大而可從一個(gè)晶元取得的芯片的數(shù)目減少等問題，單純地加長諧振器長度是有限度的。因此，為了使光譜線寬進(jìn)一步變窄，需要半導(dǎo)體激光器的活性層的構(gòu)成的最佳化。
[0094]作為用于使輸出激光器的光譜線寬變窄的重要要素，有線寬增強(qiáng)系數(shù)。線寬增強(qiáng)系數(shù)的平方對(duì)光譜線寬有貢獻(xiàn)。即，為了使光譜線寬變窄，只要減小線寬增強(qiáng)系數(shù)即可。
[0095]線寬增強(qiáng)系數(shù)具有注入載流子密度越小則變得越小的傾向。從該觀點(diǎn)出發(fā)，為了使光譜線寬變窄，增大量子阱數(shù)目使得在閾值方面注入載流子密度變小，由此增大陷波系數(shù)的方法是有效的。例如，非專利文獻(xiàn)I記載了量子阱數(shù)目越大則線寬增強(qiáng)系數(shù)越小的內(nèi)容。
[0096]但是，有時(shí)即使增大半導(dǎo)體激光器的量子阱數(shù)目，光譜線寬也不會(huì)變窄。
[0097]為了確認(rèn)這種情況，
【發(fā)明人】們實(shí)際制造了具備量子阱數(shù)目彼此不同的半導(dǎo)體激光器且具備光波導(dǎo)、MMI光合成器和半導(dǎo)體光放大器的多個(gè)集成型半導(dǎo)體激光器元件。然后，通過實(shí)驗(yàn)確認(rèn)了集成型半導(dǎo)體激光器元件的輸出激光的光譜線寬與量子阱數(shù)目之間的關(guān)系。其結(jié)果如下。另外，各半導(dǎo)體激光器的諧振器長度為1200μπι，耦合系數(shù)等量子阱數(shù)目以外的構(gòu)成相同。
[0098]圖6是表示集成型半導(dǎo)體激光器元件的輸出激光的光譜線寬與量子阱數(shù)目的關(guān)系的圖。如圖6所示，集成型半導(dǎo)體激光器元件的輸出激光的光譜線寬在任一個(gè)電流值下都是量子講數(shù)目越少就越窄。理由被推定為，由于在作為光通信波長的1550nm段(1525nm?1610nm)，光譜線寬受到的影響中內(nèi)部損耗帶來的影響比線寬增強(qiáng)系數(shù)大。此外，得知了用于獲得期望的光譜線寬的輸出激光的驅(qū)動(dòng)電流是量子阱數(shù)目越少則越小。即，量子阱數(shù)目越少的半導(dǎo)體激光器越能在低功耗下得到光譜線寬窄的輸出激光。
[0099]此外，在量子阱數(shù)目少的本實(shí)施方式I的半導(dǎo)體激光器中，也起到外部微分量子效率高這樣的效果，由此，實(shí)現(xiàn)了發(fā)光效率好的半導(dǎo)體激光器。
[0100]接著，說明半導(dǎo)體光放大器的活性層的構(gòu)成。要使集成型半導(dǎo)體激光器元件的輸出激光高強(qiáng)度化，使半導(dǎo)體光放大器的光導(dǎo)波方向上的長度、活性層的構(gòu)成最佳化是很重要的。
[0101]若半導(dǎo)體光放大器的長度較長，則即使每單位長度的活性層的增益低，也能夠得到光輸出。但是，若加長半導(dǎo)體光放大器，則因元件面積的增大而可從一個(gè)晶元得到的芯片的數(shù)目減少，并且伴隨面積的增大，透明化所需的電流變大。因此，單純地加長半導(dǎo)體光放大器是有限度的。因此，需要提高活性層的增益。
[0102]專利文獻(xiàn)2涉及的集成型半導(dǎo)體激光器元件使半導(dǎo)體光放大器的活性層的厚度比半導(dǎo)體激光器的活性層的厚度薄，為了避免增益飽和而減小向活性層的陷光系數(shù)。
[0103]在此，增益飽和是指，變得無法針對(duì)輸入得到線性輸出的現(xiàn)象。對(duì)半導(dǎo)體光放大器來說，雖然在光強(qiáng)度充分小的區(qū)域中相對(duì)于輸入電力的放大率為恒定的，但在光強(qiáng)度大的區(qū)域中，相對(duì)于輸入電力的放大率會(huì)下降。這是因?yàn)?，通過用于光放大的感應(yīng)釋放，載流子被消耗掉，變成無法維持用于得到恒定的放大率的載流子密度。這樣，若因增益飽和而變成無法得到輸入電力和輸出光強(qiáng)度的線性性，則在將輸入光強(qiáng)度隨時(shí)間變化的調(diào)制光信號(hào)放大時(shí)會(huì)成為很大問題。因此，若降低半導(dǎo)體光放大器的向活性層的陷光系數(shù)來降低放大率，則能夠?qū)Ω袘?yīng)釋放進(jìn)行某種程度的限制，即使輸入電力變大，也能夠抑制載流子密度的降低。由此，能夠抑制增益飽和發(fā)生。
[0104]但是，在不是對(duì)調(diào)制信號(hào)光進(jìn)行放大而是對(duì)連續(xù)光進(jìn)行放大的情況下，無需專利文獻(xiàn)2那樣的輸入電力和輸出光強(qiáng)度的線性性。因此，僅考慮連續(xù)光的放大，能夠使半導(dǎo)體光放大器的活性層最佳化以便實(shí)現(xiàn)集成型半導(dǎo)體激光器元件的高輸出化。
[0105]要高效地提高集成型半導(dǎo)體激光器元件的輸出激光的強(qiáng)度，增大半導(dǎo)體光放大器的向活性層的陷光系數(shù)來增大增益是有效的。這是因?yàn)?，若增加增益，就容易引發(fā)感應(yīng)釋放，能更高效地將電能轉(zhuǎn)換成光能。如上所述，可通過增加量子阱數(shù)目來增大陷光系數(shù)。
[0106]在此，實(shí)際制造了具備半導(dǎo)體激光器、光波導(dǎo)、MMI光合成器、量子阱數(shù)目彼此不同的半導(dǎo)體光放大器的多個(gè)集成型半導(dǎo)體激光器元件，通過實(shí)驗(yàn)確認(rèn)了集成型半導(dǎo)體激光器元件的輸出激光的光強(qiáng)度與量子阱數(shù)目之間的關(guān)系。另外，在實(shí)驗(yàn)中，集成型半導(dǎo)體激光器元件的溫度為55°C，向半導(dǎo)體光放大器的注入電流為300mA。此外，各集成型半導(dǎo)體激光器元件的半導(dǎo)體光放大器的諧振器長度為1500μπι，量子阱數(shù)目以外的構(gòu)成相同。圖7是表示集成型半導(dǎo)體激光器元件的輸出激光的光強(qiáng)度與量子阱數(shù)目之間的關(guān)系的圖。如圖7所示，集成型半導(dǎo)體激光器元件的輸出激光的光強(qiáng)度是量子阱數(shù)目越多則越大。即，根據(jù)該實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，半導(dǎo)體光放大器的活性層的量子阱數(shù)目越多，半導(dǎo)體光放大器的向活性層的陷光系數(shù)就越大，越能夠得到光強(qiáng)度高的輸出激光。
[0107]此外，通過提高半導(dǎo)體光放大器的向活性層的陷光系數(shù)來得到高增益的方法其有效性特別在使集成型半導(dǎo)體激光器元件在高溫(例如，60°C以上)下工作時(shí)高。通常，對(duì)于集成型半導(dǎo)體激光器元件來說，在高溫下活性層的增益容易降低，有時(shí)會(huì)因增益不夠而導(dǎo)致光輸出受到限制。另一方面，半導(dǎo)體光放大器的向活性層的陷光系數(shù)高的本實(shí)施方式的集成型半導(dǎo)體激光器元件，即使在高溫下也能夠得到足夠的光輸出。此外，若使集成型半導(dǎo)體激光器元件在高溫下工作，則能夠抑制調(diào)溫部件的功耗，所以能夠抑制集成型半導(dǎo)體激光器元件整體的功耗。因此，要實(shí)現(xiàn)集成型半導(dǎo)體激光器元件的高輸出光強(qiáng)度化，優(yōu)選半導(dǎo)體光放大器的向活性層的陷光系數(shù)大。
[0108]另外，為了抑制在半導(dǎo)體光放大器的輸出端附近從電能到光能的轉(zhuǎn)換效率的降低，也可以將半導(dǎo)體光放大器設(shè)置成越是輸出側(cè)則寬度越寬的喇叭形結(jié)構(gòu)。
[0109]此外，優(yōu)選使用AlGaInAs活性層作為半導(dǎo)體光放大器的活性層。
[0110]通過使用AlGaInAs活性層，容易增大增益，并且高溫特性會(huì)變好。因此，特別在使激光器元件在高溫下工作的情況下，使用AlGaInAs活性層是有效的。另外，作為實(shí)施方式2，將在后面敘述在半導(dǎo)體光放大器的活性層中使用AlGaInAs活性層的集成型半導(dǎo)體激光器元件。
[0111]如以上所說明的，對(duì)輸出激光同時(shí)要求窄線寬和高強(qiáng)度的集成型半導(dǎo)體激光器元件要求半導(dǎo)體激光器和半導(dǎo)體光放大器具有不同的特性。因此，如作為現(xiàn)有技術(shù)的專利文獻(xiàn)I記載的集成型半導(dǎo)體激光器元件那樣，在半導(dǎo)體激光器和半導(dǎo)體光放大器中使用共同的活性層的結(jié)構(gòu)中，輸出激光的窄線寬和高強(qiáng)度的特性會(huì)此消彼長，無法同時(shí)滿足兩者。
[0112]此外，即使是在半導(dǎo)體激光器和半導(dǎo)體光放大器中使活性層的構(gòu)成不同的結(jié)構(gòu)，如專利文獻(xiàn)2涉及的集成型半導(dǎo)體激光器元件那樣，在半導(dǎo)體光放大器的活性層的厚度比半導(dǎo)體激光器的活性層的厚度薄的構(gòu)成中，抑制半導(dǎo)體光放大器的增益飽和也是一種設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，但在半導(dǎo)體光放大器的高光輸出化方面存在限度。進(jìn)一步地，專利文獻(xiàn)2涉及的集成型半導(dǎo)體激光器元件沒有考慮光譜線寬，在得到窄線寬方面是不合適的。
[0113]在以上的考察下，
【發(fā)明人】們提出的本實(shí)施方式I的集成型半導(dǎo)體激光器元件將半導(dǎo)體激光器和半導(dǎo)體光放大器的活性層分別最佳化，使半導(dǎo)體光放大器的向活性層的陷光系數(shù)大于半導(dǎo)體激光器的向活性層的陷光系數(shù)。其結(jié)果，本實(shí)施方式I的集成型半導(dǎo)體激光器元件能夠同時(shí)良好地具備輸出激光的光譜線寬窄且高強(qiáng)度這2個(gè)特性。
[0114]此外，優(yōu)選將與半導(dǎo)體光放大器的活性層的帶隙能量對(duì)應(yīng)的波長比與半導(dǎo)體激光器的活性層的帶隙能量對(duì)應(yīng)的波長稍長。例如，在1550nm段的波長下使用的集成型半導(dǎo)體激光器元件中，對(duì)于與半導(dǎo)體激光器的活性層和半導(dǎo)體光放大器的活性層的帶隙能量對(duì)應(yīng)的波長來說，半導(dǎo)體光放大器適于為5nm?20nm長波長。由此，能夠作為增益大的半導(dǎo)體光放大器。
[0115]此外，本發(fā)明的實(shí)施方式I的集成型半導(dǎo)體激光器元件還具有能夠增大輸出光所包含的激光的強(qiáng)度與被放大的自然釋放(ASE:AmplifiedSpontaneous Emiss1n)光的強(qiáng)度之比的效果。
[0116]圖8是表示半導(dǎo)體激光器的輸出光所包含的激光的強(qiáng)度與ASE光強(qiáng)度之比的計(jì)算結(jié)果的圖。在圖8中，橫軸是半導(dǎo)體激光器的振蕩波長，縱軸是SSER( Signal toSpontaneous Emiss1n Rat1) dSER是激光的最大光強(qiáng)度(每波長寬度lnm)與光強(qiáng)度最大的波長下的ASE光強(qiáng)度(每波長寬度Inm)之比。如圖8所示，通過減少半導(dǎo)體激光器的量子阱數(shù)目，從而具有激光的強(qiáng)度與ASE光強(qiáng)度之比變大的效果。在集成型半導(dǎo)體激光器元件中，得到了作為在半導(dǎo)體激光器單體的激光強(qiáng)度與ASE光強(qiáng)度之比上重疊半導(dǎo)體光放大器的特性后的值的、激光強(qiáng)度與ASE光強(qiáng)度之比，本發(fā)明的實(shí)施方式I的集成型半導(dǎo)體激光器元件能夠改善激光強(qiáng)度與ASE光強(qiáng)度之比，且不會(huì)使半導(dǎo)體光放大器的放大率降低。
[0117]接著，使用圖9?15說明本實(shí)施方式I涉及的集成型半導(dǎo)體激光器元件10的制造方法。圖9?14示意性示出了各制造工序中沿圖1所示的集成型半導(dǎo)體激光器元件10的D-D線的剖面。
[0118]首先，如圖9所示，在η型InP基板21上，使用金屬有機(jī)氣相沉積(M0CVD:MetalOrganic Chemical Vapor Deposit1n)法，依次堆積n型InP緩沖層22、下部InGaAsP-SCH層23b、活性層24b、上部InGaAsP-SCH層25b、InP分隔層26b和p型InP包層28b。
[0119]接著，在整面上堆積SiN膜后，進(jìn)行圖案化，以形成寬度比成為半導(dǎo)體光放大器14的區(qū)域S4稍寬的圖案，如圖10所示，形成覆蓋到區(qū)域S3的一部分為止的掩模Ml。然后，如圖11所示，以SiN膜即掩模Ml作為掩模來進(jìn)行蝕刻，去除至下部InGaAsP-SCH層23b為止，露出η型InP緩沖層22 ο接著，如圖12所示，將掩模Ml直接用作選擇生長的掩模，通過MOCVD法，層疊下部 InGaAsP-SCH層 23a、活性層 24a、上部 InGaAsP-SCH層 25a、InP 分隔層 26a、InGaAsP 光柵層27和P型InP包層28a。
[0120]接著，在去除掩模Ml后，重新在整面堆積SiN膜，在形成區(qū)域SI的各個(gè)DFB激光條紋
11-1?ll-η的位置，實(shí)施圖案化，以形成周期彼此不同的衍射光柵的圖案。然后，以SiN膜作為掩模進(jìn)行蝕刻，在InGaAsP光柵層27形成成為衍射光柵的槽G(參照?qǐng)D13的區(qū)域SI)。接著，在去除SiN膜的掩模之后，再次在整面堆積P型InP包層。
[0121]接著，在整面堆積SiN膜之后，實(shí)施圖案化，以形成長度為與成為DFB激光條紋11-1?ll-η的區(qū)域SI以及成為半導(dǎo)體光放大器14的區(qū)域S4對(duì)應(yīng)的長度且寬度稍寬的圖案。此時(shí)，期望相對(duì)于成為半導(dǎo)體光放大器14的區(qū)域S4，是寬度比最初的圖案稍窄的圖案。然后，如圖13所示，以SiN膜作為掩模進(jìn)行蝕刻，去除到包括2種活性層24a或者24b的下部InGaAsP-SCH層23a或者23b為止，露出η型InP緩沖層22。接著，直接以SiN膜的掩模作為選擇生長的掩模，通過MOCVD法，如圖14所示，在區(qū)域S2以及區(qū)域S3層疊InGaAsP纖芯層30和i型InP層31。
[0122]接著，在去除了SiN膜的掩模后，重新堆積SiN膜，實(shí)施圖案化，以形成與圖1所示的DFB激光條紋11-1?ll-η、光波導(dǎo)12-1?12-n、MMI光合成器13、半導(dǎo)體光放大器14對(duì)應(yīng)的圖案。然后，以該SiN膜作為掩模進(jìn)行蝕刻，形成與DFB激光條紋11-1?ll-η、光波導(dǎo)12-1?12-n、MMI光合成器13、半導(dǎo)體光放大器14對(duì)應(yīng)的臺(tái)式結(jié)構(gòu)，并且在這以外的區(qū)域內(nèi)，使η型InP緩沖層22露出。
[0123]圖15是說明進(jìn)行該工序后的狀態(tài)的平面示意圖。在區(qū)域SI?S4中，形成與DFB激光條紋11-1?ll-η、光波導(dǎo)12-1?12-η、ΜΜΙ光合成器13、半導(dǎo)體光放大器14的每一個(gè)對(duì)應(yīng)的形狀的臺(tái)式結(jié)構(gòu)MSl?MS4。
[0124]接著，以在剛剛之前的工序中使用過的SiN膜的掩模作為選擇生長的掩模，使用MOCVD法，在露出的η型InP緩沖層22上，依次堆積P型InP電流阻擋層32和η型電流阻擋層33。由此，形成埋入部15。接著，在去除了SiN膜的掩模后，使用MOCVD法，在區(qū)域SI?S4的整面依次堆積P型InP包層34、InGaAs接觸層35。
[0125]接著，在整面堆積SiN膜后，對(duì)SiN膜實(shí)施圖案化，以形成與溝槽16-1?16-m對(duì)應(yīng)的圖案。然后，以該SiN膜作為掩模進(jìn)行蝕刻，形成溝槽16-1?16-m。
[0126]對(duì)于溝槽16-1?16-m來說，雖然例如形成至到達(dá)η型InP緩沖層22的深度為止，但是只要形成到DFB激光條紋11-1?ll-η間能夠被電分離的深度為止即可。
[0127]接著，在去除SiN膜的掩模后，再次在整面堆積SiN膜，形成針對(duì)DFB激光條紋11-1?η-η和半導(dǎo)體光放大器14的開口部，從而形成SiN保護(hù)膜38。進(jìn)一步，在整面堆積由AuZn/Au形成的兩層導(dǎo)電膜后，通過進(jìn)行圖案化，形成為與DFB激光條紋11-1?ll-η和半導(dǎo)體光放大器14對(duì)應(yīng)的形狀，從而形成P側(cè)電極39。另一方面，在η型InP基板21的背面，通過研磨而調(diào)整η型InP基板21的厚度后，形成由AuGeNi/Au形成的兩層結(jié)構(gòu)的η側(cè)電極40。通過上述制造工序，形成半導(dǎo)體光放大器14、DFB激光條紋11-1?ll-η、光波導(dǎo)12-1?12-η、ΜΜΙ光合成器13ο
[0128]最后，將η型InP基板21解理成多個(gè)集成型半導(dǎo)體激光器元件10并排的條狀，通過在形成了 DFB激光條紋11-1?ll-η、半導(dǎo)體光放大器14的兩端面涂敷反射防止膜，然后按各集成型半導(dǎo)體激光器元件10的每一個(gè)進(jìn)行分離，由此完成集成型半導(dǎo)體激光器元件10。
[0129]如以上所述，制造本實(shí)施方式I涉及的集成型半導(dǎo)體激光器元件10，實(shí)現(xiàn)輸出激光的光譜線寬窄且高強(qiáng)度的集成型半導(dǎo)體激光器元件。
[0130](實(shí)施例1)
[0131]作為本發(fā)明的實(shí)施例1涉及的半導(dǎo)體激光器模塊，制造了使用具有實(shí)施方式I涉及的集成型半導(dǎo)體激光器元件10的構(gòu)成的集成型半導(dǎo)體激光器元件的半導(dǎo)體激光器模塊。
[0132]實(shí)施例1的DFB激光條紋11-1?ll-η分別具有寬度為2.Ομπι、長度為1200μπι的條紋狀的埋入結(jié)構(gòu)，集成型半導(dǎo)體激光器元件的半導(dǎo)體光放大器的寬度為2.Ομπι，諧振器長度為15 O Oym。此外，η為 16。
[0133]DFB激光條紋11-1?ll-η的活性層24a具有由InGaAsP形成的多量子阱活性層，量子阱層的厚度為6nm，量子阱數(shù)目為4。此外，下部InGaAsP-SCH層23a、活性層24a和上部InGaAsP-SCH層25a的總厚度為145nm。此時(shí)，向量子阱的陷光系數(shù)之和為3.0%。
[0134]半導(dǎo)體光放大器14的活性層24b具有由InGaAsP形成的多量子阱活性層，量子阱層的厚度為6nm，量子阱數(shù)目為6 ο
[0135]此外，下部InGaAsP-SCH層23b、活性層24b和上部InGaAsP-SCH層25b的總厚度為175nm。此時(shí)，向量子阱的陷光系數(shù)之和為5.4%。
[0136]在本實(shí)施例1涉及的半導(dǎo)體激光器模塊中，集成型半導(dǎo)體激光器元件的溫度為55°C，將DFB激光條紋的驅(qū)動(dòng)電流設(shè)為200mA，將半導(dǎo)體光放大器的驅(qū)動(dòng)電流設(shè)為300mA。其結(jié)果，半導(dǎo)體激光器模塊的輸出激光的光譜線寬小于300kHz，且半導(dǎo)體激光器模塊的輸出激光的光強(qiáng)度為40mW。
[0137]本實(shí)施例1涉及的半導(dǎo)體激光器模塊通過減小DFB激光條紋的向活性層的陷光系數(shù)，從而減小了輸出激光的光譜線寬。此外，本實(shí)施例1涉及的半導(dǎo)體激光器模塊由于增大了半導(dǎo)體光放大器的向活性層的陷光系數(shù)，所以能夠提高輸出激光的光強(qiáng)度。
[0138]此外，實(shí)際測(cè)量本實(shí)施例1涉及的半導(dǎo)體激光器模塊的輸出光的SSER發(fā)現(xiàn)，在所使用的全波長范圍內(nèi)，在40dB以上。因此，在本實(shí)施例1涉及的半導(dǎo)體激光器模塊中，集成型半導(dǎo)體激光器元件的輸出激光的強(qiáng)度與ASE光的光強(qiáng)度之比較大，噪聲少。
[0139](實(shí)施方式2)
[0140]接著，說明本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的集成型半導(dǎo)體激光器元件。圖16是本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的集成型半導(dǎo)體激光器元件的示意俯視圖。如圖16所示，本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的集成型半導(dǎo)體激光器元件110構(gòu)成為集成型半導(dǎo)體激光器元件。集成型半導(dǎo)體激光器元件Il0具有以下結(jié)構(gòu):在一個(gè)半導(dǎo)體基板上集成了作為輸出激光的半導(dǎo)體激光器的多個(gè)DR激光條紋111-1?lll-n(n為2以上的整數(shù))、多個(gè)光波導(dǎo)112-1?112-n、MMI光合成器
113、將DR激光條紋111 -1?111 -η的輸出激光放大的半導(dǎo)體光放大器114，且在它們周圍形成埋入部115 ο此外，在DR激光條紋111 -1?111 -η間設(shè)置用于使各DR激光條紋電分離的溝槽116-1?116-m(m = n-l)。此外，在此，雖然說明了具有多個(gè)DR激光條紋111的方式，但DR激光條紋111也可以是I個(gè)，此時(shí)不需要溝槽。
[0141]DR激光條紋111 -1?111 -η是分別具有寬度1.3?2.5μπι的條紋狀的埋入結(jié)構(gòu)的端面發(fā)光型激光器，在集成型半導(dǎo)體激光器元件110的與光輸出側(cè)的輸出端114a相反的一側(cè)的一端，在寬度方向上以25μπι間距來形成這些激光條紋。DR激光條紋111-1?Ill-η如后那樣具備進(jìn)行電流注入的分布反饋型激光器部和不進(jìn)行電流注入的分布式黑反射部，各部分的長度分別為1200μπι以及SOOynuDR激光條紋111-1?Ill-η通過使各DR激光條紋所具備的衍射光柵的間隔彼此不同，從而構(gòu)成為輸出激光的波長在1550nm段(例如1530nm?1570nm)的范圍內(nèi)不同。此外，DR激光條紋111-1?Ill-η的激光器振蕩波長可通過使集成型半導(dǎo)體激光器元件110的設(shè)定溫度發(fā)生變化來進(jìn)行調(diào)整。即，集成型半導(dǎo)體激光器元件110通過要驅(qū)動(dòng)的DR激光條紋的切換和溫度控制來實(shí)現(xiàn)大的波長可調(diào)范圍。
[0142]光波導(dǎo)112-1?112-n雖然是與實(shí)施方式I的光波導(dǎo)12-1?12-n相同的構(gòu)成，但并不特別限定。MMI光合成器113雖然是與實(shí)施方式I的MMI光合成器13相同的構(gòu)成，但并不特別限定。與MMI光合成器113的輸出端口 113a連接的半導(dǎo)體光放大器114除了后述的下部SCH層、活性層、上部SCH層的設(shè)計(jì)以外，其他結(jié)構(gòu)與實(shí)施方式I的半導(dǎo)體光放大器14相同，但并不特別限定。
[0143]此外，集成型半導(dǎo)體激光器元件110的DR激光條紋的剖面、即圖16的E-E線主要部分剖視圖、麗I光合成器113的剖面、即圖16的F-F線主要部分剖視圖、半導(dǎo)體光放大器114的剖面、即圖16的G-G線主要部分剖視圖分別與圖2、3、4相同。
[0144]圖17是圖16所示的集成型半導(dǎo)體激光器元件的H-H線主要部分剖視圖。在圖17中，區(qū)域SI 1-1表示DR激光條紋的分布式黑反射部，區(qū)域SI 1-2表示DR激光條紋的分布反饋型激光器部，區(qū)域S12表不光波導(dǎo)，區(qū)域S13表不MMI光合成器113，區(qū)域S14表不半導(dǎo)體光放大器
114。如圖17所不，DR激光條紋、光波導(dǎo)、MMI光合成器113、半導(dǎo)體光放大器114形成在同一η型InP基板121以及η型InP緩沖層122上。另外，在η型InP基板121的背面形成η側(cè)電極140。
[0145]分布反饋型激光器部和分布式黑反射部具有形成在η型InP緩沖層122上的相同設(shè)計(jì)的下部InGaAsP-SCH層123a、包括多量子阱層的第I活性層即活性層124a、和上部InGaAsP-SCH層125a。進(jìn)一步地，分布反饋型激光器部和分布式黑反射部具有在上部InGaAsP-SCH層125a上依次層疊InP分隔層126a、形成有等間隔地配置了槽G的光柵的InGaAsP光柵層127和P型InP包層128a的結(jié)構(gòu)。并且，在分布反饋型激光器部中，下部InGaAsP-SCH層123a、活性層124a、上部InGaAsP-SCH層125a在整個(gè)光諧振器長度方向上連續(xù)，且在活性層124a的附近沿該活性層124a配置了 InGaAsP光柵層127。在分布式黑反射部，離散地且周期性地配置了下部InGaAsP-SCH層123a,活性層124a、上部InGaAsP-SCH層125a，以便形成衍射光柵，且其周期與InGaAsP光柵層127的周期相同。
[0146]從P型InP包層128a直至到達(dá)η型InP緩沖層122的中途的深度為止形成構(gòu)成DR激光條紋的臺(tái)式結(jié)構(gòu)。臺(tái)式結(jié)構(gòu)的寬度方向兩側(cè)被構(gòu)成埋入部115的P型InP電流阻擋層和η型電流阻擋層的層疊結(jié)構(gòu)埋入。
[0147]進(jìn)一步地，DR激光條紋具備依次形成在P型InP包層128a以及η型電流阻擋層上的P型InP包層134和InGaAs接觸層135?；钚詫?24a和從上下夾持活性層124a的下部InGaAsP-SCH層123a、上部InGaAsP-SCH層125a、n型InP緩沖層122以及P型InP包層128a、134構(gòu)成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。此外，從InGaAs接觸層135直至到達(dá)η型InP緩沖層122的中途的深度為止形成溝槽116-1?116-m AiN保護(hù)膜138形成為覆蓋InGaAs接觸層135的表面以及溝槽116-1?116-m的內(nèi)表面。另外，在InGaAs接觸層135的與DR激光條紋的分布反饋型激光器部對(duì)應(yīng)的位置的上表面，形成未被SiN保護(hù)膜38覆蓋的開口部，P側(cè)電極139形成為在該開口部與InGaAs接觸層135接觸。此時(shí)，在與分布式黑反射部對(duì)應(yīng)的位置處，在SiN保護(hù)膜138上不形成開口部。由此，P側(cè)電極139在與DR激光條紋的分布式黑反射部對(duì)應(yīng)的位置處不與InGaAs接觸層135相接(參照?qǐng)D17)。
[0148]活性層124a具有與實(shí)施方式I的活性層24a相同的組成、量子阱層厚度、量子阱數(shù)目以及下部InGaAsP-SCH層123a、活性層124a及上部InGaAsP-SCH層125a的總厚度，向量子阱的陷光系數(shù)之和也與活性層24a的情況相同，是3.0%。
[0149]MMI光合成器113具有與實(shí)施方式I的MMI光合成器13相同的構(gòu)成。另外，InGaAsP纖芯層130、i型InP層131分別與InGaAsP纖芯層30、i型InP層31對(duì)應(yīng)。因此，構(gòu)成InGaAsP纖芯層130的InGaAsP的組成被設(shè)定成其帶隙波長是比DR激光條紋111-1?Ill-η的激光器振蕩波長短的波長。
[0150]此外，半導(dǎo)體光放大器114的活性層124b由AlGaInAs形成，具有與實(shí)施方式I的活性層24b相同的量子阱層厚、量子阱數(shù)目。此外，作為使組成階段性變化的SCH層，設(shè)置了下部 AlGaInAs-SCH層 123b 以及上部 AlGaInAs-SCH層 125b。下部 AlGaInAs-SCH層 123b、活性層124b、上部AlGaInAs-SCH層125b的總厚度為150nm。此時(shí)，計(jì)算出的向量子阱的陷光系數(shù)之和為5.8%。
[0151]另外，本實(shí)施方式2中的各構(gòu)成要素的參數(shù)的適合范圍與關(guān)于上述的實(shí)施方式I中對(duì)應(yīng)的構(gòu)成要素而例示為參數(shù)的適合范圍的范圍相同。
[0152]集成型半導(dǎo)體激光器元件110其工作方式與實(shí)施方式I涉及的集成型半導(dǎo)體激光器元件10相同。
[0153]在此，如上所述，DR激光條紋111-1?Ill-η的活性層124a與半導(dǎo)體光放大器114的活性層124b的構(gòu)成不同。例如，DR激光條紋111 -1?11 1-η的活性層124a的量子阱數(shù)目為4，半導(dǎo)體光放大器114的活性層124b的量子阱數(shù)目為6。由于構(gòu)成不同，半導(dǎo)體光放大器114的向活性層124b的陷光系數(shù)(5.8 % )大于DR激光條紋111 -1?111 -η的向活性層124a的陷光系數(shù)(3.0%)。因此，集成型半導(dǎo)體激光器元件110與實(shí)施方式I涉及的集成型半導(dǎo)體激光器元件10同樣地，輸出激光的光譜線寬窄且是高強(qiáng)度。另外，在本實(shí)施方式2中，DR激光條紋111-1?Ill-η與半導(dǎo)體光放大器114的向量子阱的陷光系數(shù)之比在1.9倍以上，大于實(shí)施方式I的DFB激光條紋11-1?ll-η與半導(dǎo)體光放大器14的向量子阱的陷光系數(shù)之比。在使用DR激光器的情況下，與使用DFB激光器的情況相比，為了得到期望的特性，適合的激光器的量子阱數(shù)目很少。因此，在本實(shí)施方式2中，激光器和半導(dǎo)體光放大器的適合的量子阱數(shù)目的差異變大。與此相應(yīng)地，由于陷光系數(shù)的差異也變大，所以能夠得到本發(fā)明的實(shí)施方式的更大的效果。
[0154]接著，說明本實(shí)施方式2涉及的集成型半導(dǎo)體激光器元件的制造方法的一例。本實(shí)施方式2涉及的集成型半導(dǎo)體激光器元件的制造方法除制造DR激光條紋111-1?Ill-η的工序以外，能夠與實(shí)施方式I同樣地進(jìn)行制造。因此，主要說明制造DR激光條紋111-1?111-η的工序，但適當(dāng)參照用于說明實(shí)施方式I涉及的集成型半導(dǎo)體激光器元件10的制造方法的圖9?15。
[0155]首先，在η型InP基板121上，依次堆積η型InP緩沖層122、下部AlGaInAs-SCH層123b、活性層124b、上部AlGaInAs-SCH層125b、InP分隔層126b、p型InP包層128b(也參照?qǐng)D9)?；钚詫?24b是包含在半導(dǎo)體光放大器114中的活性層。
[0156]接著，在整面堆積SiN膜后，進(jìn)行圖案化，以形成寬度比成為半導(dǎo)體光放大器114的區(qū)域S14稍寬的圖案，形成覆蓋至區(qū)域S13的一部分這樣的掩模(也參照?qǐng)D10)。然后，將作為SiN膜的掩模設(shè)為掩模來進(jìn)行蝕刻，直至下部AlGaInAs-SCH層123b為止都去除后露出η型InP緩沖層122(也參照?qǐng)D11)。接著，直接將掩模用作選擇生長的掩模，層疊下部InGaAsP-SCH層 123a、活性層 124a、上部 InGaAsP-SCH層 125a、InP 分隔層 126a、InGaAsP 光柵層 127 和 P型InP包層128a(參照?qǐng)D12)?；钚詫?24a是包含在DR激光條紋111-1?Ill-η中的活性層。
[0157]接著，形成具備分布反饋型激光器部和分布式黑反射部的DR激光條紋111-1?
Ill-η。圖18、19是說明圖16所示的集成型半導(dǎo)體激光器元件的制造方法的圖。首先，去除掩模(與圖12的掩模Ml對(duì)應(yīng))后，如圖18的最上段的圖所示那樣，重新在整面堆積SiN膜，在分別形成成為分布式黑反射部的區(qū)域Sll-1和成為分布反饋型激光器部的區(qū)域S11-2的DR激光條紋111-1?Ill-η的位置，實(shí)施圖案化，以形成周期彼此不同的衍射光柵的圖案，作為掩模M2。然后，如從圖18上方起第2個(gè)圖所示那樣，以掩模M2作為掩模，通過以甲烷及氫氣作為蝕刻氣體的干蝕刻裝置進(jìn)行蝕刻，在InGaAsP光柵層127上形成成為衍射光柵的槽G。
[0158]進(jìn)一步，如從圖18上方起第3個(gè)圖所示，形成掩模M3以便填埋槽G并且覆蓋掩模M2，進(jìn)一步在成為分布反饋型激光器部的區(qū)域S11-2的掩模M3形成抗蝕劑膜R。在此，掩模M3是如下的材料:在針對(duì)規(guī)定的蝕刻液的蝕刻速率與掩模M2的蝕刻速率之間，存在差異。作為掩模M3的材料，例如是S12,能夠利用S0G(Spin On Glass)。另外，只要掩模M3由S12形成，則掩模M2可以是由娃或金屬形成的膜。
[0159]接著，如圖18的最下段的圖所示，通過緩沖氫氟酸液(BHF:BufferedHF)來去除成為分布式黑反射部的區(qū)域S11 -1的掩模M3，使槽G露出。此時(shí)，由于針對(duì)BHF的掩模M3的蝕刻速率大于針對(duì)BHF的掩模M2的蝕刻速率，所以掩模M3被選擇性蝕刻，掩模M2殘留。
[0160]接著，如圖19的最上段的圖所示，去除抗蝕劑膜R。進(jìn)一步，如從圖19的上方起第2個(gè)圖所示，通過將甲烷以及氫氣作為蝕刻氣體的干蝕刻裝置，進(jìn)行蝕刻，對(duì)槽G進(jìn)一步深入蝕刻至到達(dá)下部InGaAsP-SCH層123a的底面的深度為止。其結(jié)果，在成為分布式黑反射部的區(qū)域S11 -1內(nèi)，下部InGaAsP-SCH層123a、活性層124a、上部I nGaAsP-SCH層125a因槽G而被分離，形成周期性配置的衍射光柵結(jié)構(gòu)。另一方面，在成為分布反饋型激光器部的區(qū)域S11-2內(nèi)，下部InGaAsP-SCH層123a,活性層124a、上部InGaAsP-SCH層125a在整個(gè)光諧振器長度方向上保持連續(xù)。即，該工序是，在成為分布反饋型激光器部的區(qū)域S11-2的最表面形成掩模M3，從該工序的蝕刻中保護(hù)成為分布反饋型激光器部的區(qū)域SI 1-2的下部InGaAsP-SCH層123a、活性層124a、上部InGaAsP-SCH層125a而進(jìn)行的。
[0161]另外，在分布式黑反射部中，InGaAsP光柵層127不一定必須存在，但由于InGaAsP光柵層127也有助于分布式黑反射部的耦合系數(shù)κ，因此也可以不必特別從制造工序中去除。
[0162]之后，如從圖19上方起第3個(gè)圖所示，去除掩模M2、M3，如圖19的最下段的圖所示，再次在整面堆積P型InP包層128a。
[0163]通過以上工序，形成DR激光條紋111-1?11 l_n的DR結(jié)構(gòu)。之后，適當(dāng)進(jìn)行與在集成型半導(dǎo)體激光器元件10的制造方法中使用圖13說明過的工序?qū)?yīng)的工序、以及其以后的工序來完成集成型半導(dǎo)體激光器元件110。
[0164]另外，在本實(shí)施方式2涉及的集成型半導(dǎo)體激光器元件的制造方法中，DR激光條紋的分布式黑反射部的加工是通過使用甲烷和氫氣作為蝕刻氣體的蝕刻來進(jìn)行的。在使用甲烷和氫氣作為蝕刻氣體的干蝕刻中，InP、InGaAsP被良好地蝕刻，但AlGaInAs幾乎不被蝕亥IJ。另一方面，在使用氯氣系的氣體作為蝕刻氣體的干蝕刻中，AlGaInAs的蝕刻良好地推進(jìn)，但由于半導(dǎo)體的損壞大，所以對(duì)于對(duì)活性層的精細(xì)加工來說是不合適的。因此，在要蝕刻活性層的這種DR激光條紋中，對(duì)于活性層而言，在加工方面優(yōu)選InGaAsP，而并非AlGalnAs。在本實(shí)施方式2的集成型半導(dǎo)體激光器元件中，將半導(dǎo)體光放大器的活性層的構(gòu)成材料設(shè)為AlGalnAs，將DR激光條紋的活性層的構(gòu)成材料設(shè)為InGaAsP。因此，具有以下優(yōu)點(diǎn):在半導(dǎo)體光放大器中，利用AlGaInAs的良好的增益特性的同時(shí)，容易在DR激光條紋中進(jìn)行加工。
[0165]如以上所述，制造本實(shí)施方式2涉及的集成型半導(dǎo)體激光器元件110，實(shí)現(xiàn)輸出激光的光譜線寬窄且高強(qiáng)度的集成型半導(dǎo)體激光器元件。
[0166](實(shí)施例2)
[0167]作為本發(fā)明的實(shí)施例2涉及的半導(dǎo)體激光器模塊，制造了使用具有實(shí)施方式2涉及的集成型半導(dǎo)體激光器元件110的構(gòu)成的集成型半導(dǎo)體激光器元件的半導(dǎo)體激光器模塊。
[0168]實(shí)施例2的DR激光條紋111-1?Ill-η分別具有寬度2.(^、長度120(^111的條紋狀的埋入結(jié)構(gòu)，集成型半導(dǎo)體激光器元件的半導(dǎo)體光放大器的寬度為2.Ομπι，分布反饋型激光器部和分布式黑反射部的長度分別為1200μηι以及300μηι。此外，η為16。
[0169]DR激光條紋111-1?Ill-η的活性層124a具有由InGaAsP形成的多量子阱活性層，量子阱層的厚度為6nm，量子阱數(shù)目為4。此外，下部InGaAsP-SCH層123a、活性層124a、上部InGaAsP-SCH層125a的總厚度為145nm。此時(shí)，向量子阱的陷光系數(shù)之和為3.0%。
[0170]半導(dǎo)體光放大器114的活性層124b具有由AlGaInAs形成的多量子阱活性層，量子阱層的厚度為6nm，量子阱數(shù)目為6。
[0171]此外，下部AlGaInAs-SCH層123b、活性層124b、上部AlGaInAs-SCH層125b的總厚度為150nm。此時(shí)，向量子阱的陷光系數(shù)之和為5.8 %。
[0172]在集成型半導(dǎo)體激光器元件為30°C的情況下，在本實(shí)施例2涉及的半導(dǎo)體激光器模塊中，將DR激光條紋的驅(qū)動(dòng)電流設(shè)為200mA，將半導(dǎo)體光放大器的驅(qū)動(dòng)電流設(shè)為250mA。其結(jié)果是，半導(dǎo)體激光器模塊的輸出激光的光譜線寬是150kHz，且半導(dǎo)體激光器模塊的輸出激光的光強(qiáng)度是40mW。進(jìn)一步，在集成型半導(dǎo)體激光器元件為70°C的情況下，在本實(shí)施例2涉及的半導(dǎo)體激光器模塊中，若將DR激光條紋的驅(qū)動(dòng)電流設(shè)為200mA，將半導(dǎo)體光放大器的驅(qū)動(dòng)電流設(shè)為400mA，則半導(dǎo)體激光器模塊的輸出激光的光譜線寬為150kHz，且半導(dǎo)體激光器模塊的輸出激光的光強(qiáng)度為40mW。
[0173]本實(shí)施例2涉及的半導(dǎo)體激光器模塊通過減小DR激光條紋的向活性層的陷光系數(shù)，成為了對(duì)窄線寬更有利的DR激光條紋，從而能夠使輸出激光的光譜線寬變窄。此外，本實(shí)施例2涉及的半導(dǎo)體激光器模塊由于增大了半導(dǎo)體光放大器的向活性層的陷光系數(shù)，并進(jìn)一步在半導(dǎo)體光放大器中使用高增益特性優(yōu)異的AlGaInAs活性層，所以能夠提高輸出激光的光強(qiáng)度。
[0174]進(jìn)一步地，本實(shí)施例2涉及的半導(dǎo)體激光器模塊即使在高溫下特性劣化也很少。這樣，本實(shí)施例2涉及的半導(dǎo)體激光器模塊能夠提高集成型半導(dǎo)體激光器元件的溫度來使用，所以能夠降低半導(dǎo)體激光器模塊的調(diào)溫部件的功耗。
[0175]以上，如所說明的那樣，根據(jù)本實(shí)施方式，能夠提供一種輸出激光的光譜線寬窄且高強(qiáng)度的集成型半導(dǎo)體激光器元件。
[0176]另外，在上述實(shí)施方式中，說明了具備作為多個(gè)半導(dǎo)體激光器的DFB激光條紋或者DR激光條紋和半導(dǎo)體光放大器，并進(jìn)一步具備光波導(dǎo)和MMI光合成器的集成型半導(dǎo)體激光器元件，但本發(fā)明并不限于此。例如，也可以是將半導(dǎo)體激光器與半導(dǎo)體光放大器直接連接，而不具有光波導(dǎo)、麗I光合成器等光合成器的構(gòu)成。此外，例如，也可以是具備光損耗部的集成型半導(dǎo)體激光器元件，該光損耗部配置在半導(dǎo)體激光器與半導(dǎo)體光放大器之間并使半導(dǎo)體激光器的輸出激光的光強(qiáng)度受到損耗后使其輸入到半導(dǎo)體光放大器。在該情況下，也能夠通過適當(dāng)?shù)剡x擇半導(dǎo)體激光器以及半導(dǎo)體光放大器的向多量子阱活性層的陷光系數(shù)，從而得到本發(fā)明的效果。
[0177]此外，在上述實(shí)施方式中，為了使半導(dǎo)體光放大器的向活性層的陷光系數(shù)大于半導(dǎo)體激光器的向活性層的陷光系數(shù)，采用了使半導(dǎo)體光放大器的活性層的量子阱數(shù)目比半導(dǎo)體激光器的活性層的量子阱數(shù)目多的構(gòu)成，但本發(fā)明并不限于此。
[0178]S卩，與一維層結(jié)構(gòu)相關(guān)的陷光系數(shù)可通過矩陣法等來求取。實(shí)際的光元件中的波導(dǎo)是二維陷光的通道波導(dǎo)，但在設(shè)計(jì)半導(dǎo)體激光器與半導(dǎo)體光放大器的相對(duì)關(guān)系的情況下，可以僅考慮層疊方向的一維。因此，通過改變半導(dǎo)體激光器和半導(dǎo)體光放大器的活性層的每I層量子阱的厚度，從而能夠使陷光系數(shù)具有差異。在該情況下，要使半導(dǎo)體光放大器的向活性層的陷光系數(shù)大于半導(dǎo)體激光器的向活性層的陷光系數(shù)，只要使半導(dǎo)體光放大器的活性層(第2活性層)的每I層量子阱的厚度比半導(dǎo)體激光器的活性層(第I活性層)的每I層量子阱的厚度厚即可。另外，由于量子阱的增益、光吸收與厚度成反比，所以可以以陷光系數(shù)除以每I層量子阱的厚度而得到的值作為基準(zhǔn)來設(shè)定相對(duì)關(guān)系。
[0179]此外，并不通過上述實(shí)施方式來限定本發(fā)明。對(duì)上述各構(gòu)成要素適當(dāng)組合而構(gòu)成的結(jié)構(gòu)也包含在本發(fā)明中。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員也能夠容易導(dǎo)出進(jìn)一步的效果、變形例。由此，本發(fā)明的更廣泛的形式并不限于上述實(shí)施方式，能夠進(jìn)行各種變更。
[0180]工業(yè)上的可利用性
[0181]如上所述，本發(fā)明涉及的集成型半導(dǎo)體激光器元件以及半導(dǎo)體激光器模塊主要適合利用于光通信。
[0182]符號(hào)說明
[0183]10，110集成型半導(dǎo)體激光器元件
[0184]11-1 ?ll-η DFB激光條紋
[0185]111-1 ?111-n DR激光條紋
[0186]12-1 ?12-n，112-l?112-n 光波導(dǎo)
[0187]13,113 MMI光合成器
[0188]13a，113a 輸出端口
[0189]14，114半導(dǎo)體光放大器
[0190]14a，114a 輸出端
[0191]15,115 埋入部
[0192]16-1 ?16-m，116-1 ?116-m 溝槽
[0193]21，121 η 型 InP 基板
[0194]22，122 η型InP緩沖層
[0195]23a，23b，123a 下部InGaAsP-SCH層
[0196]123b 下部AlGaInAs-SCH層
[0197]24a，24b，124a，124b 活性層
[0198]25a，25b，125a 上部InGaAsP-SCH層
[0199]125b 上部AlGaInAs-SCH層
[0200]26a，26b，126a，126b InP分隔層
[0201]27，127 InGaAsP光柵層
[0202]28a，28b，128a，128b p型InP包層
[0203]30，130 InGaAsP纖芯層
[0204]31，131 i型InP層
[0205]32 P型InP電流阻擋層
[0206]33 η型電流阻擋層
[0207]34，134 ρ型 InP包層
[0208]35，135 InGaAs接觸層
[0209]38，138 SiN保護(hù)膜
[0210]39，139 ρ側(cè)電極
[0211]40，140 η側(cè)電極
[0212]G 槽
[0213]Ml?M3 掩模
[0214]MSl?MS4臺(tái)式結(jié)構(gòu)
[0215]R抗蝕劑膜
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種集成型半導(dǎo)體激光器元件，在基板上集成了半導(dǎo)體激光器和對(duì)所述半導(dǎo)體激光器的輸出激光進(jìn)行放大的半導(dǎo)體光放大器，所述集成型半導(dǎo)體激光器元件的特征在于， 所述半導(dǎo)體激光器包括第I活性層， 所述半導(dǎo)體光放大器包括第2活性層， 所述第I活性層以及所述第2活性層具有多量子阱結(jié)構(gòu)， 所述第2活性層的量子阱數(shù)目比所述第I活性層的量子阱數(shù)目多。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成型半導(dǎo)體激光器元件，其特征在于， 所述第2活性層的量子阱數(shù)目在5個(gè)以上。3.—種集成型半導(dǎo)體激光器元件，在基板上集成了半導(dǎo)體激光器和對(duì)所述半導(dǎo)體激光器的輸出激光進(jìn)行放大的半導(dǎo)體光放大器，所述集成型半導(dǎo)體激光器元件的特征在于， 所述半導(dǎo)體激光器包括第I活性層， 所述半導(dǎo)體光放大器包括第2活性層， 所述第I活性層以及所述第2活性層具有多量子阱結(jié)構(gòu)， 所述第2活性層的每I層量子阱的厚度比所述第I活性層的每I層量子阱的厚度厚。4.一種集成型半導(dǎo)體激光器元件，在基板上集成了半導(dǎo)體激光器和對(duì)所述半導(dǎo)體激光器的輸出激光進(jìn)行放大的半導(dǎo)體光放大器，所述集成型半導(dǎo)體激光器元件的特征在于， 所述半導(dǎo)體激光器包括第I活性層， 所述半導(dǎo)體光放大器包括第2活性層， 向所述第2活性層的陷光系數(shù)大于向所述第I活性層的陷光系數(shù)。5.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一項(xiàng)所述的集成型半導(dǎo)體激光器元件，其特征在于， 該集成型半導(dǎo)體激光器元件的輸出激光的光譜線寬在300kHz以下。6.根據(jù)權(quán)利要求1?5中任一項(xiàng)所述的集成型半導(dǎo)體激光器元件，其特征在于， 該集成型半導(dǎo)體激光器元件的輸出激光的光強(qiáng)度在40mW以上。7.根據(jù)權(quán)利要求1?6中任一項(xiàng)所述的集成型半導(dǎo)體激光器元件，其特征在于， 該集成型半導(dǎo)體激光器元件的輸出激光是連續(xù)光。8.根據(jù)權(quán)利要求1?7中任一項(xiàng)所述的集成型半導(dǎo)體激光器元件，其特征在于， 所述第2活性層的與帶隙能量對(duì)應(yīng)的波長比所述第I活性層的與帶隙能量對(duì)應(yīng)的波長長。9.根據(jù)權(quán)利要求1?8中任一項(xiàng)所述的集成型半導(dǎo)體激光器元件，其特征在于， 該集成型半導(dǎo)體激光器元件具備:光損耗部，配置在所述半導(dǎo)體激光器與所述半導(dǎo)體光放大器之間，使所述半導(dǎo)體激光器的輸出激光的光強(qiáng)度受到損耗后使其輸入到所述半導(dǎo)體光放大器。10.根據(jù)權(quán)利要求1?8中任一項(xiàng)所述的集成型半導(dǎo)體激光器元件，其特征在于， 該集成型半導(dǎo)體激光器元件具備: 所述半導(dǎo)體激光器的輸出激光的波長互不相同的多個(gè)所述半導(dǎo)體激光器;和 光合成器，對(duì)所述多個(gè)半導(dǎo)體激光器的輸出激光進(jìn)行合成。11.根據(jù)權(quán)利要求1?10中任一項(xiàng)所述的集成型半導(dǎo)體激光器元件，其特征在于， 所述半導(dǎo)體激光器的光諧振器長度方向的長度在ΙΟΟΟμπι以上。12.根據(jù)權(quán)利要求1?11中任一項(xiàng)所述的集成型半導(dǎo)體激光器元件，其特征在于， 所述半導(dǎo)體激光器以及所述半導(dǎo)體光放大器被集成在由InP形成的所述基板上， 所述第I活性層以及所述第2活性層包含InGaAsP系的材料。13.根據(jù)權(quán)利要求1?11中任一項(xiàng)所述的集成型半導(dǎo)體激光器元件，其特征在于， 所述半導(dǎo)體激光器以及所述半導(dǎo)體光放大器被集成在由InP形成的所述基板上， 所述第I活性層包含InGaAsP系的材料， 所述第2活性層包含AlGaInAs系的材料。14.根據(jù)權(quán)利要求1?13中任一項(xiàng)所述的集成型半導(dǎo)體激光器元件，其特征在于， 所述半導(dǎo)體激光器具有分布反饋型激光器部和分布式黑反射部， 在所述分布反饋型激光器部中，所述第I活性層在整個(gè)光諧振器長度方向上連續(xù)，并且在所述第I活性層的附近沿該第I活性層配置衍射光柵層， 在所述分布式黑反射部中，離散地且周期性地配置有所述第I活性層，以形成衍射光柵。15.—種半導(dǎo)體激光器模塊，其特征在于，具備權(quán)利要求1?14中任一項(xiàng)所述的集成型半導(dǎo)體激光器元件。
【文檔編號(hào)】H01S5/125GK105981239SQ201580007841
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2015年2月6日
【發(fā)明人】清田和明, 小林剛
【申請(qǐng)人】古河電氣工業(yè)株式會(huì)社