光學器件以及光學模塊的製作方法

2023-11-01 21:24:32

光學器件以及光學模塊的製作方法
【專利摘要】本發明涉及光學器件以及光學模塊。該光學器件包括：布置在半導體襯底之上的有源層；布置在所述有源層之上的衍射光柵；部分地布置在所述衍射光柵之上的覆層；在所述衍射光柵之上布置在所述覆層的端部分的側表面旁邊的至少一個第一埋料層；以及在所述衍射光柵之上布置在所述覆層的中心部分的側表面旁邊的至少一個第二埋料層。所述至少一個第一埋料層的折射率與所述至少一個第二埋料層的折射率不同。
【專利說明】光學器件以及光學模塊

【技術領域】
[0001 ] 本文中公開的實施方式涉及光學器件以及光學模塊。

【背景技術】
[0002]集成有衍射光柵的脊波導光學器件的示例包括由化合物半導體形成的分布式反饋雷射器(DFB)。近年來，已提出了對DFB雷射器的雷射器特性的改進，其中採用了使耦合係數能夠在諧振器方向上進行分布的結構，所述耦合係數確定衍射光柵的反饋量。例如，已提出了對軸向上的燒孔的抑制和對高光學輸出中的縱向模穩定性的改進，其中採用了使耦合係數能夠以朝向諧振器中心變小的方式進行分布的結構。
[0003]為了抑制燒孔的發生，已提出了:朝向諧振器中心逐漸減小掩埋式衍射光柵的寬度或朝向諧振器中心逐漸增大掩埋式衍射光柵的寬度。而且，還提出了:朝向諧振器中心逐漸增大掩埋式衍射光柵的高度或朝向諧振器中心逐漸減小掩埋式衍射光柵的高度。
[0004]還提出了:通過採用耦合係數在諧振器中心處被增大且在兩端處的耦合係數與中心處的耦合係數相比被減小的結構來獲得主模與側模之間的大閾值增益差或增益差。
[0005]在將驅動電極在諧振器方向上分成三部分並且使用調製中心電極的注入電流的DFB雷射器作為FM調製光源的情況下，已提出了:通過增大諧振器的長度來減小譜線的寬度。
[0006]在這樣的器件的實際生產中，在採用使耦合係數能夠在諧振器方向上進行分布的結構的情況下，期望的是，使耦合係數被增大的區域與耦合係數被減小的區域之間的耦合係數差被增大，以便於改進器件特性。就是說，期望的是，增強耦合係數的反差。
[0007]然而，通過在InP襯底的表面上形成凹凸並用半導體層掩埋該凹凸來形成衍射光柵的情況下，為了使耦合係數被增大的區域與耦合係數被減小的區域之間的耦合係數差被增大，期望的是，指定衍射光柵的深度在耦合係數被減小的區域中非常小。
[0008]難於精確穩定地生產這樣非常淺的衍射光柵。因此，耦合係數發生變化，使器件特性(這裡是發射雷射的閾值)波動，並且成品率不好。
[0009]例如，在改變掩埋式衍射光柵的深度的情況下，在耦合係數被最大化的區域中的衍射光柵的寬度以變為衍射光柵的周期的一半(佔空比為50%)的方式來形成。在耦合係數較小的區域中，使衍射光柵的寬度大於上述寬度(佔空比大於50%)或小於上述寬度(佔空比小於50%)。然而，為了使耦合係數被增大的區域與耦合係數被減小的區域之間的耦合係數差增加，期望的是，使衍射光柵的寬度在耦合係數被減小的區域中非常大或非常小。
[0010]在使衍射光柵的寬度非常大的情況下，形成衍射光柵的掩模的開口部分非常窄，從而通過蝕刻來形成衍射光柵是困難的。另一方面，在使衍射光柵的寬度非常小的情況下，還使蝕刻掩模的寬度非常小，然而精確、穩定地生產具有例如幾個百分比寬度的掩模是困難的。即使形成了具有非常小的寬度的衍射光柵，衍射光柵也可能在被掩埋時消失。因此，穩定地形成掩埋式衍射光柵是困難的並且成品率不好。
[0011]因此，本發明人提出了具有如下結構的光學器件:使衍射光柵的耦合係數能夠在諧振器中進行分布，並且能夠以高成品率使耦合係數被增大的區域與耦合係數被減小的區域之間的耦合係數差增加。
[0012]以下為參考文獻:
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[0017][文獻 5]M.Matsuda 和其他人的"Reactively 1n Etched Nonuniform-DepthGrating for Advanced DFB Lasers",3rd Internat1nal Conference on IndiumPhosphide and Related Materials, TuF.4, April8-ll, 1991,以及
[0018][文獻 6] S.0gita 和其他人的"FM Response of Narrow-Linewidth, Multielectrode λ/4Shift DFB Laser〃，IEEE Photonics Technology Letters, vol.2, N0.3, pp.165-166, Marchl990。


【發明內容】

[0019]根據本發明的方面，一種光學器件，包括:布置在半導體襯底之上的有源層、布置在所述有源層之上的衍射光柵、部分地布置在所述衍射光柵之上的覆層、在所述衍射光柵之上布置在所述覆層的端部分的側表面旁邊的至少一個第一埋料層以及在所述衍射光柵之上布置在所述覆層的中心部分的側表面旁邊的至少一個第二埋料層。所述至少一個第一埋料層的折射率與所述至少一個第二埋料層的折射率不同。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是根據第一實施方式的光學器件的關鍵部分的透視圖；
[0021]圖2A和圖2B是根據第一實施方式的光學器件的說明圖；
[0022]圖3是溝槽中的折射率與耦合係數的關係圖；
[0023]圖4是根據第二實施方式的光學器件的關鍵部分的透視圖；
[0024]圖5A和圖5B是根據第二實施方式的光學器件的說明圖；
[0025]圖6A至圖6C是根據第二實施方式的用於製造光學器件的方法的工藝圖；
[0026]圖7A至圖7C是根據第二實施方式的用於製造光學器件的方法的工藝圖；
[0027]圖8A至圖SC是根據第二實施方式的用於製造光學器件的方法的工藝圖；
[0028]圖9A至圖9C是根據第二實施方式的用於製造光學器件的方法的工藝圖；
[0029]圖10A至圖10C是根據第二實施方式的用於製造光學器件的方法的工藝圖；
[0030]圖11是根據第三實施方式的光學器件的關鍵部分的透視圖；
[0031]圖12A和圖12B是根據第三實施方式的光學器件的說明圖；
[0032]圖13A至圖13C是根據第三實施方式的用於製造光學器件的方法的工藝圖；
[0033]圖14A至圖14C是根據第三實施方式的用於製造光學器件的方法的工藝圖；
[0034]圖15A至圖15C是根據第三實施方式的用於製造光學器件的方法的工藝圖；
[0035]圖16A至圖16C是根據第三實施方式的用於製造光學器件的方法的工藝圖；
[0036]圖17A至圖17C是根據第三實施方式的用於製造光學器件的方法的工藝圖；
[0037]圖18是根據第四實施方式的光學器件的關鍵部分的透視圖；
[0038]圖19A和圖19B是根據第四實施方式的光學器件的說明圖；
[0039]圖20是根據第五實施方式的光學模塊的結構圖；
[0040]圖21是在普通光波導中的折射率不同的情況下的說明圖；
[0041]圖22是根據第六實施方式的光學器件的說明圖；
[0042]圖23是根據第七實施方式的光學器件的說明圖；
[0043]圖24A至圖24C是根據第七實施方式的用於製造光學器件的方法的工藝圖；
[0044]圖25A至圖25C是根據第七實施方式的用於製造光學器件的方法的工藝圖；
[0045]圖26A至圖26C是根據第七實施方式的用於製造光學器件的方法的工藝圖；
[0046]圖27A至圖27C是根據第七實施方式的用於製造光學器件的方法的工藝圖；
[0047]圖28A至圖28C是根據第七實施方式的用於製造光學器件的方法的工藝圖；
[0048]圖29A至圖29C是根據第七實施方式的用於製造光學器件的方法的工藝圖；以及
[0049]圖30A和圖30B是根據第七實施方式的用於製造光學器件的方法的工藝圖。

【具體實施方式】
[0050]下面將描述實施方式。在這方面，用相同的附圖標記來表示相同的構件等，並且將不提供對相同構件的另外的說明。
[0051]第一實施方式
[0052][光學器件]
[0053]將描述第一實施方式。本實施方式中的光學器件是脊波導光學器件，並且設置有在半導體襯底10上的有源層11、衍射光柵層12、半導體掩埋層13和覆層14，如圖1和圖2A所示。通過在衍射光柵層12的表面上形成凹凸並用半導體掩埋層13掩埋形成在表面上的凹凸而形成衍射光柵15。第一埋料層21和第二埋料層22布置在被布置成具有大厚度的覆層14的兩個側表面旁邊。第一埋料層21布置在被布置成具有大厚度的覆層14的兩個端部分的兩個側表面旁邊，其中所述端部分與末端相距預定長度，並且第二埋料層22布置在覆層14的中心部分的兩個側表面旁邊。在本實施方式中，指定第一埋料層21的折射率nl小於第二埋料層22的折射率n2，就是說，滿足n2>nl。上電極31布置在被布置成具有大厚度的覆層14上，並且下電極32布置在半導體襯底10的背面上。在本實施方式中，半導體襯底10用作下覆層，並且在設置有覆層14的區域中的有源層11用作光波導。
[0054]因此，通過光波導進行傳播的光的分布被吸引到被布置成具有大厚度的覆層14的在光波導的中心部分中的一側而非在光波導的兩端處的端部分中的一側，使得耦合係數在光波導的中心部分高並且在兩末端處的端部分中低，如圖2B所示。因此，在使用根據本實施方式的光學器件作為FM調製光源的情況下，可以改進FM調製的效率等。
[0055]在本實施方式中，n-1nP襯底用於半導體襯底10。有源層11是由GaInAsP等製成的MQW有源層。具有6nm厚度的阱層和具有1nm厚度的勢壘層交替地布置，並且分四層的阱層按照使得發射波長為1.55 μ m的方式進行布置。構成衍射光柵15的衍射光柵層12和半導體掩埋層13的厚度是30nm，並且衍射光柵層12以使得合成波長為1.18 μ m的方式布置。覆層14由具有1.5 μ m的寬度的n-1nP製成。第一埋料層21由具有約1.37的折射率nl的MgF2製成，並且第二埋料層22由具有約2.52的折射率n2的T12製成。
[0056]如圖3所示，在使用具有約1.37的折射率nl的MgF2的情況下，耦合係數κ為18cm-l，並且在使用具有約2.52的折射率n2的T12的情況下，耦合係數κ為30.5cm_l，使得該耦合係數相差1.7的因子。因此，可以對應地增大光波導的中心部分中的耦合係數。
[0057]第二實施方式
[0058][光學器件]
[0059]將描述第二實施方式。本實施方式中的光學器件是脊波導光學器件，並且設置有在半導體襯底110上的半導體掩埋層111、有源層112、第一覆層113和第二覆層114，如圖4和圖5A所示。通過在半導體襯底110的表面上形成凹凸並用半導體掩埋層111掩埋形成在表面上的凹凸而形成衍射光柵115。第一埋料層121和第二埋料層122布置在被布置成具有大厚度的第二覆層114的兩個側表面旁邊。第一埋料層121布置在被布置成具有大厚度的第二覆層114的兩末端附近的端部分的兩個側表面旁邊，並且第二埋料層122布置在被布置成具有大厚度的第二覆層114的中心部分的兩個側表面旁邊。在本實施方式中，指定第一埋料層121的折射率nl大於第二埋料層122的折射率n2，就是說，滿足n2〈nl。上電極131布置在被布置成具有大厚度的覆層114上，並且下電極132布置在半導體襯底110的背面上。在本實施方式中，半導體掩埋層111用作下覆層，並且在設置有第二覆層114的區域中的有源層112用作光波導。
[0060]因此，通過光波導進行傳播的光的分布被吸引到被布置成具有大厚度的覆層114的在光波導的兩末端處的端部分中的一側而非在光波導的中心部分中的一側，使得耦合係數在光波導的中心部分高並且在兩末端處的端部分中低，如圖5B所示。因此，在使用根據本實施方式的光學器件作為FM調製光源的情況下，可以改進FM調製的效率等。
[0061]在本實施方式中，n-1nP襯底用於半導體襯底110。有源層112是由GaInAsP等製成的MQW有源層。具有6nm的厚度的阱層和具有1nm的厚度的勢壘層交替地布置，並且分四層的阱層以使得發射波長為1.55 μ m的方式布置。第二覆層114由具有1.5μπι的寬度的n-1nP製成。第一埋料層121由具有約2.52的折射率nl的Ti02製成，並且第二埋料層122由具有約1.37的折射率n2的MgF2製成。在該實施方式中，第二覆層114可以稱為覆層。
[0062][用於製造光學器件的方法]
[0063]接下來，將參照圖6A至圖1OC來對根據本實施方式的用於製造光學器件的方法進行描述。
[0064]最初，如圖6A所示，通過金屬有機物氣相外延(MOVPE)方法在η型摻雜InP襯底150上形成具有1.25 μ m的合成波長和30nm的厚度的η型摻雜GaInAsP層151。之後，將電子束抗蝕劑(由ZEON公司生產的ΖΕΡ520)施加至所得到的η型摻雜GaInAsP層151的表面，並且通過電子束曝光方法形成用於形成衍射光柵的衍射光柵掩模152。
[0065]隨後，如圖6Β所示，使用乙烷/氫混合氣體來執行反應離子蝕刻(RIE)，其中所得到的衍射光柵掩模152用作掩模。因此，具有1.25 μ m的合成波長和30nm的厚度的η型摻雜GaInAsP層151被穿透並且η型摻雜InP襯底150的表面被過蝕刻約15nm。
[0066]如圖6C所示，剝離衍射光柵掩模152。以此方式形成衍射光柵153。在如此形成的衍射光柵153中，相位配置成在器件的諧振器中心處具有π弧度的相移。
[0067]如圖7Α所示，通過MOVPE在構成設置有衍射光柵153的表面的η型摻雜GaInAsP層151和η型摻雜InP襯底150上形成具有60nm厚度的η型摻雜InP層154。之後，通過MOVPE形成量子阱有源層155、具有150nm厚度的p型摻雜InP覆層156以及具有l.lym的合成波長和20nm厚度的η型摻雜GaInAsP蝕刻停止層157。而且，通過MOVPE在η型摻雜GaInAsP蝕刻停止層157上形成具有1.5 μ m的厚度的P型摻雜InP覆層158和具有300nm的厚度的p型摻雜GaInAs接觸層159。然後，通過化學氣相沉積(CVD)方法在p型摻雜GaInAs接觸層159上形成用於形成後續描述的蝕刻掩模的、具有400nm的厚度的S12層160。通過交替地堆疊具有6nm的厚度和1.0%的壓縮應變量的無摻雜GaInAsP量子阱層和具有1.2 μ m的合成波長和1nm的厚度的無摻雜GaInAsP勢壘層來形成量子阱有源層155。在本實施方式中，量子阱有源層155中的量子阱層的數目是四層，並且發射波長是l，550nm。儘管在附圖中未示出，但是這些量子阱/勢壘層夾在具有1.15 μ m的波長和20nm的厚度的無摻雜GaInAsP SCH層之間。
[0068]如圖7B所示，儘管在附圖中未示出，但是通過將光致抗蝕劑施加至S12層160並通過曝光裝置引起曝光和顯影來形成帶狀抗蝕劑圖案。之後，通過溼法蝕刻去除在未設置有抗蝕劑圖案的區域中的S12層160，從而由S12B成蝕刻掩模層160a。去除抗蝕劑圖案。如此形成的蝕刻掩模層160a具有寬度為1.15 μ m的帶形狀，並且還設置有具有6 μ m的寬度的開口部分。
[0069]如圖7C所示，通過組合使用幹法蝕刻和溼法蝕刻來去除在未設置有蝕刻掩模層160a的區域中的P型摻雜InP覆層158和p型摻雜GaInAs接觸層159。在p型摻雜GaInAsP蝕刻停止層157處停止該蝕刻。以此方式，P型摻雜InP覆層158和p型摻雜GaInAs接觸層159形成為具有1.5 μ m的寬度的脊帶的形狀。具有6 μ m的寬度的溝槽161形成在被形成為帶形狀的P型摻雜InP覆層158和P型摻雜GaInAs接觸層159的兩側。
[0070]如圖8A所示，用緩衝氫氟酸去除蝕刻掩模層160a，之後，通過等離子體CVD等形成具有20nm的厚度的SiN鈍化膜162。
[0071]如圖8B所示，形成具有開口部分163a的抗蝕劑圖案163，該開口部分163a位於溝槽161中的待設置有後續描述的第一埋料層164的區域中。具體地，通過將光致抗蝕劑施加至SiN鈍化膜162並通過曝光裝置引起曝光和顯影來形成具有在待設置有第一埋料層164的區域中的開口部分163a的抗蝕劑圖案163。如此形成的抗蝕劑圖案163設置有在與溝槽161的端部分對應的兩個端部分中的開口 163a，該溝槽161的端部分從兩個末端開始直到距該末端300 μ m,並且用抗蝕劑圖案163填充溝槽的具有600 μ m的長度的中心部分。
[0072]如圖8C所示，在設置有抗蝕劑圖案163的表面上形成T12膜164a直到通過真空蒸發等填充了溝槽為止。
[0073]如圖9A所示，通過浸入到有機溶劑中進行剝離等來將形成在抗蝕劑圖案163上的T12膜164a連同抗蝕劑圖案163 —起去除。以此方式，由溝槽中剩餘的T12膜164a形成第一埋料層164。
[0074]如圖9B所示，形成具有開口部分165a的抗蝕劑圖案165，該開口部分165a位於待設置有後續描述的第二埋料層166的區域中，即在溝槽中的未設置有第一埋料層164的區域中。具體地，通過將光致抗蝕劑施加至第一埋料層164和SiN鈍化膜162等並通過曝光裝置引起曝光和顯影來形成具有在待設置有第二埋料層166的區域中的開口部分165a的抗蝕劑圖案165。如此形成的抗蝕劑圖案165設置有在中心部分中具有600 μ m的長度的開口 165a。
[0075]如圖9C所示，在設置有抗蝕劑圖案165的表面上形成MgF2膜166a直到通過真空蒸發等填充了溝槽為止。
[0076]如圖1OA所示，通過浸入到有機溶劑中進行剝離等來將形成在抗蝕劑圖案165上的MgF2膜166a連同抗蝕劑圖案165 —起去除。因此，由溝槽中剩餘的MgF2膜166a形成第二埋料層166。以此方式，在P型摻雜InP覆層158的兩個側表面旁邊，由MgF2製成的、具有600 μ m的長度的第二埋料層166形成在中心部分中，並且由T12製成的、具有300 μ m的長度的第一埋料層164形成在與中心部分接觸的兩個端部分中。
[0077]如圖1OB所示，通過等離子體CVD等在第一埋料層164、第二埋料層166和SiN鈍化膜162上形成具有600nm的厚度的SiN鈍化膜167。
[0078]如圖1OC所示，必要時去除SiN鈍化膜162和SiN鈍化膜167以露出P型摻雜GaInAs接觸層159，並且形成P電極171、172和173。在η型摻雜InP襯底150的背面上形成η電極174。另外，由在雷射器的兩個端表面上的單層或多層介電膜形成非反射塗覆膜(抗反射膜)181和182,以便生產根據本實施方式的光學器件。
[0079]在圖6Α至圖1OC中，η型摻雜InP襯底150對應於圖4和圖5Α中的半導體襯底110，η型摻雜InP層154對應於半導體掩埋層111，並且量子阱有源層155對應於有源層112。P型摻雜InP覆層156對應於第一覆層113，ρ型摻雜InP覆層158對應於第二覆層
114,P電極171、172和173對應於上電極131，並且η電極174對應於下電極132。第一埋料層164對應於第一埋料層121，並且第二埋料層166對應於第二埋料層122。
[0080]在根據本實施方式的光學器件中，在溝槽的兩個端部分中用T12填充的第一埋料層164的歸一化耦合係數K L為2。在溝槽的中心部分中用MgF2填充的第二埋料層166的歸一化耦合係數K L為4。通過以使得兩個端部分的長度相對於諧振器的全長的比例為0.25的方式，用T12填充溝槽來形成第一埋料層164。因此，縱模中的主模與側模之間的標準化閾值增益差的值為1.4，並且是普通λ /4漂移DFB雷射器的閾值增益差0.72的大約兩倍，從而基本上增強了模式穩定性。因此，即使在使用用作光學器件的該半導體雷射器作為MF調製光源或可調諧光源，並且改變用於驅動分三路的ρ電極171、172和173的中心電極172的電流值時,發射雷射可以穩定地保持為單模而無模跳變。
[0081]除上述內容之外的內容與第一實施方式相同。
[0082]第三實施方式
[0083][光學器件]
[0084]將描述第三實施方式。本實施方式中的光學器件設置有在半導體襯底10上的有源層11、衍射光柵層12、半導體掩埋層13和覆層14，如圖11和圖12Α所示。通過在衍射光柵層12的表面上形成凹凸並用半導體掩埋層13掩埋形成在表面上的凹凸而形成衍射光柵
15。第一埋料層221和第二埋料層222布置在被布置成具有大厚度的覆層14的兩個側表面旁邊。第一埋料層221布置在被布置成具有大厚度的覆層14的兩個端部分的兩個側表面旁邊，其中所述端部分與末端相距預定長度，並且第二埋料層222布置在覆層14的中心部分的兩個側表面旁邊。在本實施方式中，指定第一埋料層221的折射率nl大於第二埋料層222的折射率n2，就是說，滿足n2〈nl。上電極31布置在被布置成具有大厚度的覆層14上，並且下電極32布置在半導體襯底10的背面上。在本實施方式中，半導體襯底10用作下覆層，並且在設置有覆層14的區域中的有源層11用作光波導。
[0085]因此，通過光波導進行傳播的光的分布被吸引到被布置成具有大厚度的覆層14的在光波導的兩末端處的端部分中的一側而非在光波導的中心部分中的一側，使得耦合係數在光波導的中心部分低並且在兩末端處的端部分中高，如圖12B所示。因此，在使用根據本實施方式的光學器件作為半導體雷射器的情況下，例如，即使在增大驅動電流時也可以抑制燒孔。
[0086]在本實施方式中,n-1nP襯底用於半導體襯底10。有源層11是由GaInAsP等製成的MQW有源層。具有6nm的厚度的阱層和具有1nm的厚度的勢壘層交替地布置，並且分四層的阱層以使得發射波長為1.55 μ m的方式布置。構成衍射光柵15的衍射光柵層12和半導體掩埋層13的厚度是30nm，並且衍射光柵層12以使得合成波長為1.18 μ m的方式布置。覆層14由具有1.5 μ m的寬度的n-1nP製成。第一埋料層221由具有約2.52的折射率nl的T12製成，並且第二埋料層222由具有約1.37的折射率n2的MgF2製成。
[0087][用於製造光學器件的方法]
[0088]接下來，將參照圖13A至圖17C來描述根據本實施方式的用於製造光學器件的方法。
[0089]最初，如圖13A所示，通過金屬有機物氣相外延(MOVPE)方法在η型摻雜InP襯底250上形成具有1.2 μ m的合成波長和60nm的厚度的η型摻雜GaInAsP層252和量子阱有源層251。之後，將電子束抗蝕劑(由ZEON公司生產的ΖΕΡ520)施加至所得到的η型摻雜GaInAsP層252的表面，並且通過電子束曝光方法形成用於形成衍射光柵的衍射光柵掩模253。通過交替地堆疊具有6nm的厚度和1.0%的壓縮應變量的無摻雜GaInAsP量子阱層和具有1.2 μ m的合成波長和1nm的厚度的無摻雜GaInAsP勢壘層來形成量子阱有源層251。在本實施方式中，量子阱有源層251中的量子阱層的數目是四層，並且發射波長是l，550nm。儘管在附圖中未示出，但是這些量子阱/勢壘層夾在具有1.15 μ m的波長和20nm的厚度的無摻雜GaInAsP SCH層之間。
[0090]隨後，如圖13B所示，使用乙烷/氫混合氣體來執行反應離子蝕刻(RIE)，其中所得到的衍射光柵掩模253用作掩模。因此，在未設置有衍射光柵掩模253的區域中的η型摻雜GaInAsP層252被去除30nm的深度。
[0091]如圖13C所示，剝離衍射光柵掩模253。以此方式，在η型摻雜GaInAsP層252的表面上形成衍射光柵254。在如此形成的衍射光柵254中，相位配置成在器件的諧振器中心處具有η弧度的相移。在本實施方式中，在表面上設置有衍射光柵254的η型摻雜GaInAsP層252可以稱為衍射光柵層。
[0092]如圖14Α所示，在設置有衍射光柵254的η型摻雜GaInAsP層252上形成ρ型摻雜InP層255，並且在ρ型摻雜InP層255上形成ρ型摻雜GaInAsP蝕刻停止層256。通過MOVPE形成ρ型摻雜InP層255和ρ型摻雜GaInAsP蝕刻停止層256。所得到的ρ型摻雜InP層255具有150nm的厚度，並且ρ型摻雜GaInAsP蝕刻停止層256具有1.1 μ m的合成波長和20nm的厚度。而且，通過MOVPE在ρ型摻雜GaInAsP蝕刻停止層256上形成具有1.5 μ m的厚度的P型摻雜InP覆層257和具有300nm的厚度的ρ型摻雜GaInAs接觸層258。之後，通過化學氣相沉積(CVD)方法在ρ型摻雜GaInAs接觸層258上形成用於形成後續描述的蝕刻掩模的、具有400nm的厚度的S12層259。
[0093]如圖14B所示，儘管在附圖中未示出，但是通過將光致抗蝕劑施加至S12層259並通過曝光裝置引起曝光和顯影來形成帶狀抗蝕劑圖案。之後，通過溼法蝕刻去除在未設置有抗蝕劑圖案的區域中的S12層259，以便由S12B成蝕刻掩模層259a。去除抗蝕劑圖案。如此形成的蝕刻掩模層259a具有寬度為1.15 μ m的帶的形狀，並且還設置有具有6 μ m的寬度的開口部分。
[0094]如圖14C所示，通過組合使用幹法蝕刻和溼法蝕刻來去除在未設置有蝕刻掩模層259a的區域中的ρ型摻雜InP覆層257和ρ型摻雜GaInAs接觸層258。在ρ型摻雜GaInAsP蝕刻停止層256處停止該蝕刻。以此方式，ρ型摻雜InP覆層257和ρ型摻雜GaInAs接觸層258形成為具有1.5 μ m的寬度的脊帶的形狀。具有6 μ m的寬度的溝槽260形成在被形成為帶形狀的P型摻雜InP覆層257和ρ型摻雜GaInAs接觸層258的兩側。
[0095]如圖15A所示，用緩衝氫氟酸去除蝕刻掩模層259a，之後，通過等離子體CVD等形成具有20nm的厚度的SiN鈍化膜261。
[0096]如圖15B所示，形成具有開口部分262a的抗蝕劑圖案262，該開口部分262a位於溝槽260中的待設置有後續描述的第二埋料層263的區域中。具體地，通過將光致抗蝕劑施加至SiN鈍化膜261並通過曝光裝置引起曝光和顯影來形成具有在待設置有第二埋料層263的區域中的開口部分262a的抗蝕劑圖案262。如此形成的抗蝕劑圖案262設置有在溝槽260的具有750 μ m的長度的中心部分中的開口 262a，並且與溝槽260的端部分對應的兩個端部分用抗蝕劑圖案262填充，該溝槽260的端部分從兩個末端開始直到距該末端325 μ m0
[0097]如圖15C所示，在設置有抗蝕劑圖案262的表面上形成MgF2膜263a直到通過真空蒸發等填充了溝槽為止。
[0098]如圖16A所示，通過浸入到有機溶劑中進行剝離等來將形成在抗蝕劑圖案262上的MgF2膜263a連同抗蝕劑圖案262 —起去除。以此方式，由溝槽中剩餘的MgF2膜263a形成第二埋料層263。
[0099]如圖16B所示，形成具有開口部分264a的抗蝕劑圖案264，該開口部分264a位於待設置有第一埋料層265的區域中，即溝槽中的未設置有第二埋料層263的區域中。具體地，通過將光致抗蝕劑施加至第二埋料層263和SiN鈍化膜261等並通過曝光裝置引起曝光和顯影來形成具有在待設置有第一埋料層265的區域中的開口部分264a的抗蝕劑圖案264。如此形成的抗蝕劑圖案264設置有在兩個端部分中的具有325 μ m的長度的開口 264a。
[0100]如圖16C所示，在設置有抗蝕劑圖案264的表面上形成T12膜265a直到通過真空蒸發等填充了溝槽為止。
[0101]如圖17A所示，通過浸入到有機溶劑中進行剝離等來將形成在抗蝕劑圖案264上的T12膜265a連同抗蝕劑圖案264 —起去除。因此，由溝槽中剩餘的T12膜265a形成第一埋料層265。以此方式，在ρ型摻雜InP覆層257的兩個側表面旁邊，由MgF2製成的具有600 μ m的長度的第二埋料層263形成在中心部分中，並且由T12製成的具有300 μ m的長度的第一埋料層265形成在與中心部分接觸的兩個端部分中。
[0102]如圖17B所示，通過等離子體CVD等在第一埋料層265、第二埋料層263和SiN鈍化膜261上形成具有600nm的厚度的SiN鈍化膜266。
[0103]如圖17C所示，必要時去除SiN鈍化膜261和SiN鈍化膜266以露出P型摻雜GaInAs接觸層258，並且形成P電極267。在η型摻雜InP襯底250的背面上形成η電極268。另外，由在雷射器的兩個端表面上的單層或多層介電膜形成非反射塗覆膜(抗反射膜)281和282,以便生產根據本實施方式的光學器件。
[0104]在圖13Α至圖17C中，η型摻雜InP襯底250對應於圖11和圖12Α中的半導體襯底10，量子阱有源層251對應於有源層11，並且η型摻雜GaInAsP層252對應於衍射光柵層12。ρ型摻雜InP層255對應於半導體掩埋層13，ρ型摻雜InP覆層257對應於覆層14，P電極267對應於上電極31，並且η電極268對應於下電極32。第一埋料層265對應於第一埋料層221，並且第二埋料層263對應於第二埋料層222。
[0105]在根據本實施方式的光學器件中，在溝槽的兩個端部分中的填充有T12的第一埋料層265的歸一化耦合係數K L為1.5。在溝槽的中心部分中的填充有MgF2的第二埋料層263的歸一化耦合係數K L為3。通過以使得兩個端部分的長度相對於諧振器的全長的比例為0.25的方式用T12填充溝槽來形成第一埋料265。因此，光沿著諧振器的分布比普通雷射器的分布平坦，從而，即使在增大驅動電流時也能夠抑制燒孔。因此，儘管雷射的雷射譜線的寬度被減小至大約100kHz，發射雷射也可以穩定地保持為單模而無模跳變。
[0106]除上述內容之外的內容與第一實施方式相同。在本實施方式中的用於製造光學器件的方法中，通過將用於第一埋料層的材料和用於第二埋料層的材料彼此進行交換來生產根據第一實施方式的光學器件。
[0107]第四實施方式
[0108][光學器件]
[0109]將描述第四實施方式。本實施方式中的光學器件設置有在半導體襯底110上的半導體掩埋層111、有源層112、第一覆層113和第二覆層114，如圖18和圖19A所示。通過在半導體襯底110的表面上形成凹凸並用半導體掩埋層111掩埋形成在表面上的凹凸而形成衍射光柵115。第一埋料層321和第二埋料層322布置在被布置成具有大厚度的第二覆層114的兩個側表面旁邊。第一埋料層321布置在被布置成具有大厚度的第二覆層114的兩末端附近的端部分的兩個側表面旁邊，並且第二埋料層322布置在被布置成具有大厚度的第二覆層114的中心部分的兩個側表面旁邊。在本實施方式中，指定第一埋料層321的折射率nl小於第二埋料層322的折射率n2，就是說，滿足n2>nl。上電極131布置在被布置成具有大厚度的第二覆層114上，並且下電極132布置在半導體襯底110的背面上。在本實施方式中，半導體掩埋層111用作下覆層，並且在設置有第二覆層114的區域中的有源層112用作光波導。
[0110]因此，通過光波導進行傳播的光的分布被吸引到被布置成具有大厚度的第二覆層114的在光波導的中心部分中的一側而非在光波導的兩末端處的端部分中的一側，使得耦合係數在光波導的中心部分低並且在兩末端處的端部分中高，如圖19B所示。因此，在使用根據本實施方式的光學器件作為半導體雷射器的情況下，例如，即使在增大驅動電流時也可以抑制燒孔。
[0111]在本實施方式中，n-1nP襯底用於半導體襯底110。有源層112是由GaInAsP等製成的MQW有源層。具有6nm的厚度的阱層和具有1nm的厚度的勢壘層交替地布置，並且分四層的阱層以使得發射波長為1.55 μ m的方式布置。第二覆層114由具有1.5μπι的寬度的n-1nP製成。第一埋料層321由具有約1.37的折射率nl的MgF2製成，並且第二埋料層322由具有約2.52的折射率n2的T12製成。
[0112]除上述內容之外的內容與第二實施方式相同。在第二實施方式中，通過將用於第一埋料層的材料和用於第二埋料層的材料彼此進行交換來生產根據本實施方式的光學器件。
[0113]第五實施方式
[0114]接下來，將描述第五實施方式。本實施方式是合併有根據第三或第四實施方式的光學器件的光學模塊。具體地，如圖20所示，包括發射器模塊部分430和接收器模塊部分440，並且通過光纖450來連接發射器模塊部分430和接收器模塊部分440。
[0115]發射器模塊部分430包括半導體雷射器431、用於驅動半導體雷射器431的驅動器集成電路(10432、用於監測半導體雷射器431的光發射的監測光接收元件433、絕緣體434和透鏡435等。在本實施方式中，根據第三或第四實施方式的光學器件用於半導體雷射器431。在發射器模塊部分430中，從被驅動器IC432驅動的半導體雷射器431發射的雷射穿過絕緣體434和透鏡435從光纖450的一個端部分450a進入。
[0116]接收器模塊部分440包括光接收元件441例如光檢測器、用於例如驅動光接收元件441的驅動器IC442和透鏡443等。從發射器模塊部分430入射到光纖450的一個端部分450a的雷射傳播經過光纖450的內部並從光纖450的另一個端部分450b出去。從光纖450的另一個端部分450b出去的雷射進入接收器模塊部分440並且穿過接收器模塊部分440中的透鏡443進入光接收元件441。在光接收元件441中，根據強度將入射光轉換成電信號。
[0117]第六實施方式
[0118]在光學器件中，光波導可以由不同的材料製成。具體地，將描述如圖21所示的光學器件。如圖21所示的光學器件設置有在半導體襯底910上的一個區域901中的AlGaInAs基MQW有源層921和在另一個區域902中的GaInAsP基引導層922。AlGaInAs基MQW有源層921和GaInAsP基引導層922在中心部分處結合。在AlGaInAs基MQW有源層921和GaInAsP基引導層922上布置設置有衍射光柵931的衍射光柵層930，並且在衍射光柵層930的衍射光柵931上布置半導體掩埋層932。在半導體掩埋層932上布置覆層940，並且在覆層940上的一個區域901中布置接觸層950和上電極951。在半導體襯底910的後面上布置下電極952。
[0119]在具有如此結構的光學器件中，由在設置有覆層940的區域中的AlGaInAs基MQW有源層921和GaInAsP基引導層922來形成光波導。由具有1.31 μ m的發射雷射波長和
3.266的等效折射率的材料製成AlGaInAs基MQW有源層921，並且由具有1.15 μ m的發射雷射波長和3.239的等效折射率的材料製成GaInAsP基引導層922。在此情況下，從一個區域901朝向另一個區域902行進的光在一個區域901與另一個區域902之間的界面處被散射，部分地為雜散光，並且部分地作為反射光返回，使得傳播損耗增大。
[0120][光學器件]
[0121]接下來，將描述根據第六實施方式的光學器件。本實施方式中的光學器件是脊波導光學器件，如圖22所示。根據本實施方式的光學器件設置有在半導體襯底510上的一個區域501中的AlGaInAs基MQW有源層521和在另一個區域502中的GaInAsP基弓I導層522。AlGaInAs基MQW有源層521和GaInAsP基引導層522在中心部分處結合。在AlGaInAs基MQff有源層521和GaInAsP基引導層522上布置設置有衍射光柵531的衍射光柵層530，並且在衍射光柵層530的衍射光柵531上布置半導體掩埋層532。儘管在附圖中未示出，但是在半導體掩埋層532上的待設置有光波導的區域中布置覆層。在該覆層的兩個側表面旁邊，在第一區域501中布置第一埋料層541並且在第二區域502中布置第二埋料層542。在設置有AlGaInAs基MQW有源層521的第一區域501中布置接觸層550和上電極551。在半導體襯底510的背面上布置下電極552。在本實施方式中,儘管未不出，但是光波導由在設置有覆層的區域中的AlGaInAs基MQW有源層521和GaInAsP基引導層522形成。
[0122]AlGaInAs基MQW有源層521由具有1.31 μ m的發射雷射波長和3.266的等效折射率的材料製成，並且GaInAsP基引導層522由具有1.15 μ m的發射雷射波長和3.239的等效折射率的材料製成。在本實施方式中，將構成第二埋料層542的材料的折射率n2指定為大於構成第一埋料層541的材料的折射率nl，即滿足n2>nl。因此，AlGaInAs基MQW有源層521的等效折射率幾乎等於GaInAsP基引導層522的等效折射率，使得可以抑制在AlGaInAs基MQW有源層521與GaInAsP基弓I導層522之間的界面處的散射和反射。以此方式，可以抑制傳播損耗。
[0123]第七實施方式
[0124]接下來，將描述第七實施方式。本實施方式中的光學器件是脊波導光學器件。如圖23所不,在半導體襯底610的表面上布置衍射光柵611,並且在衍射光柵611上布置半導體掩埋層612。在半導體掩埋層612上的一個區域601中布置AlGaInAs基MQW有源層621，並且在另一個區域602中布置GaInAsP基引導層622。AlGaInAs基MQW有源層621和GaInAsP基引導層622在中心部分處結合。在AlGaInAs基MQW有源層621和GaInAsP基引導層622上布置第一覆層630。儘管在附圖中未示出，但是在第一覆層630上的待設置有光波導的區域中布置覆層。在該覆層的兩個側表面旁邊，在第一區域601中布置第一埋料層641並且在第二區域602中布置第二埋料層642。在設置有AlGaInAs基MQW有源層621的第一區域601中布置接觸層650和上電極651。在半導體襯底610的背面上布置下電極652。在本實施方式中，儘管未示出，但是光波導由AlGaInAs基MQW有源層621和GaInAsP基引導層622在設置有覆層的區域中形成。
[0125]AlGaInAs基MQW有源層621由具有1.31 μ m的發射雷射波長和3.266的等效折射率的材料製成，並且GaInAsP基引導層622由具有1015 μ m的發射雷射波長和3.239的等效折射率的材料製成。在本實施方式中，將構成第二埋料層642的材料的折射率n2指定為小於構成第一埋料層641的材料的折射率nl，即滿足n2〈nl。因此，AlGaInAs基MQW有源層621的等效折射率幾乎等於GaInAsP基引導層622的等效折射率，使得可以抑制在AlGaInAs基MQW有源層621與GaInAsP基引導層622之間的界面處的散射和反射。以此方式，可以抑制傳播損耗。
[0126][用於製造光學器件的方法]
[0127]接下來，將參照圖24A至圖30B來對根據本實施方式的用於製造光學器件的方法進行描述。
[0128]最初，如圖24A所示，通過金屬有機物氣相外延(MOVPE)方法在η型摻雜InP襯底650上形成具有1.15 μ m的合成波長和10nm的厚度的η型摻雜GaInAsP層651。之後，將電子束抗蝕劑(由ZEON公司生產的ΖΕΡ520)施加至所得到的η型摻雜GaInAsP層651的表面，並且通過電子束曝光方法形成用於形成衍射光柵的衍射光柵掩模652。
[0129]隨後，如圖24Β所示，使用乙烷/氫混合氣體來執行反應離子蝕刻(RIE)，其中所得到的衍射光柵掩模652用作掩模。因此，具有1.15 μ m的合成波長和10nm的厚度的η型摻雜GaInAsP層651被穿透並且η型摻雜InP襯底650的表面被過蝕刻約15nm。
[0130]如圖24C所示，剝離衍射光柵掩模652。以此方式形成衍射光柵653。在如此形成的衍射光柵653中，相位配置成在器件的諧振器中心處具有π弧度的相移。
[0131]如圖25Α所示，通過MOVPE在η型摻雜InP襯底650和設置有衍射光柵653的表面的η型摻雜GaInAsP層651上形成具有80nm的厚度的η型摻雜InP層654。之後，形成量子阱有源層655和具有150nm的厚度的p型摻雜InP覆層656。而且，通過化學氣相沉積(CVD)方法在P型摻雜InP覆層656上形成用於形成後續描述的蝕刻掩模的、具有400nm的厚度的S12層657。通過交替地堆疊具有6nm的厚度和1.0%的壓縮應變量的無摻雜AlGaInAs量子阱層和具有1.05 μ m的合成波長和1nm的厚度的無摻雜AlGaInAs勢壘層來形成量子阱有源層655。在本實施方式中，量子阱有源層655中的量子阱層的數目是十二層，並且發射波長是1，310nm。儘管在附圖中未示出，但是這些量子阱/勢壘層夾在具有1.05 μ m的波長和1nm的厚度的無摻雜AlGaInAsP SCH層之間。
[0132]如圖25B所示，儘管在附圖中未示出，但是通過將光致抗蝕劑施加至S12層657並通過曝光裝置引起曝光和顯影在用作第一區域的部分上形成抗蝕劑圖案。之後，通過溼法蝕刻去除在未設置有抗蝕劑圖案的區域中的S12層657，以便由S12形成蝕刻掩模層657a。去除抗蝕劑圖案。如此形成的蝕刻掩模層657a被布置在待設置有第一區域的部分上，並且被形成為在距一末端25 μ m的距離處與距另一末端100 μ m的距離處之間的位置中具有125 μ m的長度。
[0133]如圖25C所示，通過幹法蝕刻等去除量子阱有源層655和在未設置有蝕刻掩模層657a的區域中的P型摻雜InP覆層656。因此，在待設置有第二區域的部分處露出η型摻雜 InP 層 654。
[0134]如圖26Α所示，通過選擇性生長MOVPE方法形成具有1.18 μ m的合成波長和210nm的厚度的無摻雜GaInAsP光引導層658和具有210nm的厚度的無摻雜InP層659。無摻雜GaInAsP光引導層658和無摻雜InP層659通過選擇性生長MOVPE方法來形成，從而僅形成在用作第二區域並且露出了 η型摻雜InP層654的區域中。因此，這些膜未形成在用作第一區域並且布置了蝕刻掩模層657a的區域中。
[0135]如圖26B所示，用緩衝氫氟酸去除蝕刻掩模層657a。之後，通過MOVPE在p型摻雜InP覆層656和無摻雜InP層659上形成具有l.lym的合成波長和20nm的厚度的p型摻雜GaInAsP蝕刻停止層660。而且，隨後通過MOVPE在p型摻雜GaInAsP蝕刻停止層660上形成具有1.5 μ m的厚度的P型摻雜InP覆層661和具有300nm的厚度的p型摻雜GaInAs接觸層662。然後，通過化學氣相沉積(CVD)方法在P型摻雜GaInAs接觸層662上形成用於形成後續描述的蝕刻掩模的、具有400nm的厚度的S12層663。
[0136]如圖26C所示，儘管附圖中未示出，但是通過將光致抗蝕劑施加至S12層663並通過曝光裝置引起曝光和顯影來形成帶狀抗蝕劑圖案。之後，通過溼法蝕刻去除在未設置有抗蝕劑圖案的區域中的S12層663，以便由S12形成蝕刻掩模層663a。去除抗蝕劑圖案。如此形成的蝕刻掩模層663a具有寬度為1.5 μ m的帶的形狀，並且還設置有具有6 μ m的寬度的開口部分。
[0137]如圖27A所示，通過組合使用幹法蝕刻和溼法蝕刻來去除在未設置有蝕刻掩模層663a的區域中的P型摻雜InP覆層661和p型摻雜GaInAs接觸層662。在p型摻雜GaInAsP蝕刻停止層660處停止該蝕刻。以此方式，P型摻雜InP覆層661和p型摻雜GaInAs接觸層662形成為具有1.5 μ m的寬度的脊帶的形狀。具有6 μ m的寬度的溝槽664形成在被形成為帶的形狀的P型摻雜GaInAs接觸層662和p型摻雜InP覆層661的兩側。
[0138]如圖27B所示，用緩衝氫氟酸去除蝕刻掩模層663a，之後，通過等離子體CVD等形成具有20nm的厚度的SiN鈍化膜665。
[0139]如圖27C所示，形成具有開口部分666a的抗蝕劑圖案666，該開口部分666a位於溝槽664中的待設置有後續描述的第二埋料層667的區域中。具體地，通過將光致抗蝕劑施加至SiN鈍化膜665並通過曝光裝置引起曝光和顯影來形成具有在待設置有第二埋料層667的區域中的開口部分666a的抗蝕劑圖案666。如此形成的抗蝕劑圖案666設置有在距溝槽664的一末端為25 μ m的長度的區域中和在距溝槽664的另一末端為100 μ m的長度的區域中的開口 666a。具有125 μ m的長度的中心部分用抗蝕劑圖案666填充。
[0140]如圖28A所示，在設置有抗蝕劑圖案666的表面上形成T12膜667a直到通過真空蒸發等填充了溝槽為止。
[0141]如圖28B所示，通過浸入到有機溶劑中進行剝離等來將形成在抗蝕劑圖案666上的T12膜667a連同抗蝕劑圖案666 —起去除。以此方式，由溝槽中剩餘的T12膜667a形成第二埋料層667。
[0142]如圖28C所示，形成具有開口部分668a的抗蝕劑圖案668，該開口部分668a位於待設置有後述的第一埋料層669的區域中，即在溝槽中未設置有第二埋料層669的區域中。具體地，通過將光致抗蝕劑施加至第二埋料層667和SiN鈍化膜665等並通過曝光裝置引起曝光和顯影來形成具有在待設置有第一埋料層669的區域中的開口部分668a的抗蝕劑圖案668。如此形成的抗蝕劑圖案668設置有在中心部分中長度為125 μ m的開口部分668a0
[0143]如圖29A所示，在設置有抗蝕劑圖案668的表面上形成MgF2膜669a直到通過真空蒸發等填充了溝槽為止。
[0144]如圖29B所示，通過浸入到有機溶劑中進行剝離等來將形成在抗蝕劑圖案668上的MgF2膜669a連同抗蝕劑圖案668 —起去除。因此，由溝槽中剩餘的MgF2膜669a形成第一埋料層669。以此方式，在P型摻雜InP覆層661的兩個側表面旁邊，由MgF2製成的、具有125 μ m的長度的第一埋料層669形成在中心部分中，並且由T12製成第二埋料層667形成為在與中心部分接觸的一個端部分中具有25 μ m的長度並且在與中心部分接觸的另一個端部分中具有100 μ m的長度。
[0145]如圖29C所示，在設置有P型摻雜InP覆層661的區域正上方形成在用作第二區域的區域中具有開口部分670a的抗蝕劑圖案670。具體地，將光致抗蝕劑施加至第一埋料層669、第二埋料層667和SiN鈍化膜665等，並通過曝光裝置引起曝光和顯影。以此方式，在設置有P型摻雜InP覆層661的區域正上方和在設置有無摻雜GaInAsP光引導層658的區域中具有開口部分670a的抗蝕劑圖案670被布置。
[0146]如圖30A所示，去除在開口部分670a中的SiN鈍化膜665和p型摻雜GaInAs接觸層662。因此，在設置有P型摻雜InP覆層661的區域正上方的層等被去除，從而露出在設置有無摻雜GaInAsP光引導層658的區域中的p型摻雜InP覆層661。
[0147]如圖30B所示，去除抗蝕劑圖案670，並且通過等離子體CVD等在第一埋料層667、第二埋料層669和SiN鈍化膜665等上形成具有600nm的厚度的SiN鈍化膜671。而且，必要時去除SiN鈍化膜665和SiN鈍化膜671以露出p型摻雜GaInAs接觸層662，並且形成P電極672。在η型摻雜InP襯底650的背面上形成η電極673。另外，由在雷射器的兩個端表面上的單層或多層介電膜形成非反射塗覆膜(抗反射膜)681和682，以便生產根據本實施方式的光學器件。
[0148]在圖24Α至圖30Β中，η型摻雜InP襯底650對應於圖23中的半導體襯底610，η型摻雜InP層654對應於半導體掩埋層612，並且量子阱有源層655對應於AlGaInAs基MQW有源層621。無摻雜GaInAsP光引導層658對應於GaInAsP基引導層622，ρ型摻雜InP覆層656和無摻雜InP層659對應於第一覆層630,並且ρ電極672對應於上電極651。η電極673對應於下電極652，第一埋料層669對應於第一埋料層641，並且第二埋料層667對應於第二埋料層642。
[0149]在用相同材料來填充溝槽的情況下，如圖21所示，AlGaInAs有源層的折射率高於GaInAsP光引導層的折射率，因此，由於等效折射率的不同而在不同類型的波導的結合部分處發生散射和反射是困難的。然而，在根據本實施方式的光學器件中，通過降低填充到溝槽的AlGaInAs有源層側中的材料的折射率來減小材料之間的折射率差。因此，可以抑制在不同類型的波導的結合部分處的散射和反射。
[0150]除上述內容之外的內容與第一實施方式相同。
[0151]在第一至第四實施方式中，描述了在產生於InP襯底上的量子阱由GaInAsP基材料形成的情況下的光學器件。然而，構成該量子阱的材料可以是AlGaInAs基化合物半導體。在第六或第七實施方式中，描述了在產生於InP襯底上的量子講由AlGaInAs基材料形成的情況下的光學器件。然而，構成該量子阱的材料可以是GaInAsP基化合物半導體。
[0152]同時，在有源層不是由量子阱形成而是由體型半導體形成的情況下，獲得了相同效果。通過使用具有P型導電性的半導體襯底來代替具有η型導電性的半導體，該半導體襯底可以形成有表現出與上述結構的導電性相反的導電性的結構。
[0153]代替該半導體襯底，可以在半絕緣襯底上執行生產。在使用通過將矽襯底等結合在一起所形成的襯底的情況下也獲得相同的效果。在本實施方式中，在第一至第四實施方式中描述了 DFB雷射器,並且在第六或第七實施方式中描述了分布式反射(DR)雷射器。然而，本實施方式不限於此，而可以使用例如分布式布拉格反射(DBR)雷射器等雷射器。可以通過不僅應用有源型元件例(如雷射器元件)而且還應用無源型光學器件(例如光纖)來獲得相同的效果。
[0154]構成光學器件的材料可以不僅可以是化合物半導體而且還可以是有機材料或無機材料，並且一般可以應用於在光波導的附近集成有衍射光柵的光學器件。
[0155]在根據本實施方式的光學器件中，耦合係數在諧振器中可以具有任意分布。可以可選地根據光學器件的期望特性來設置在溝槽中形成的第一埋料層和第二埋料層的形成的數目和位置。
[0156]在本實施方式中，描述了在諧振器中心處具有π的相移的情況。然而，可以使用無相移的結構或具有多個相移的結構，並且可以任意地設置一個或多個相移中的每個量。
[0157]在本實施方式中，描述了將非反射塗層施加至兩個端表面的結構，然而可以使用非反射/解理/高反射的任意組合作為端表面結構的組合。填充在脊旁邊的材料可以不按照與脊幾乎齊平並且平坦的方式來形成。同時，可以起初形成第一埋料層，隨後可以按照覆蓋所得到的第一埋料層的方式形成第二埋料層。
[0158]衍射光柵相對於光波導集成在與襯底相對的側中的結構是優選的，這是因為該結構與衍射光柵相對於光波導集成在襯底側中的結構相比獲得了較好效果。
【權利要求】
1.一種光學器件，包括: 布置在半導體襯底之上的有源層； 布置在所述有源層之上的衍射光柵； 部分地布置在所述衍射光柵之上的覆層； 在所述衍射光柵之上布置在所述覆層的端部分的側表面旁邊的至少一個第一埋料層；以及 在所述衍射光柵之上布置在所述覆層的中心部分的側表面旁邊的至少一個第二埋料層， 其中所述至少一個第一埋料層的折射率與所述至少一個第二埋料層的折射率不同。
2.根據權利要求1所述的光學器件，其中 所述衍射光柵包括衍射光柵層和半導體掩埋層。
3.根據權利要求1所述的光學器件，其中 所述至少一個 第一埋料層的折射率小於所述至少一個第二埋料層的折射率。
4.根據權利要求1所述的光學器件，其中 所述至少一個第一埋料層的折射率大於所述至少一個第二埋料層的折射率。
5.根據權利要求1所述的光學器件，其中 所述至少一個第一埋料層和所述至少一個第二埋料層中任一者由包含T12的材料製成並且另一者由包含MgF2的材料製成。
6.根據權利要求1所述的光學器件，還包括: 布置在所述覆層之上的上電極；以及 布置在所述半導體襯底的背面之上的下電極。
7.根據權利要求1所述的器件，其中 所述半導體襯底由包含InP的材料製成。
8.根據權利要求1所述的光學器件，其中 所述覆層由包含InP的材料製成。
9.根據權利要求1所述的光學器件，其中 所述有源層由包含GaInAsP或AlGaInAs的材料製成。
10.一種光學器件，包括: 布置在半導體襯底之上的衍射光柵； 布置在所述衍射光柵之上的有源層； 部分地布置在所述有源層之上的覆層； 在所述有源層之上布置在所述覆層的端部分的側表面旁邊的至少一個第一埋料層；以及 在所述有源層之上布置在所述覆層的中心部分的側表面旁邊的至少一個第二埋料層， 其中所述至少一個第一埋料層的折射率與所述至少一個第二埋料層的折射率不同。
11.根據權利要求10所述的光學器件，其中 所述至少一個第一埋料層的折射率大於所述至少一個第二埋料層的折射率。
12.根據權利要求10所述的光學器件，其中 所述至少一個第一埋料層的折射率小於所述至少一個第二埋料層的折射率。
13.一種光學器件，包括: 在半導體襯底之上布置在第一區域中的有源層； 在所述半導體襯底之上布置在第二區域中的引導層； 布置在所述有源層和所述引導層之上的衍射光柵；以及 部分地布置在所述衍 射光柵之上的覆層。
14.根據權利要求13所述的光學器件，其中 所述有源層的等效折射率大於所述引導層的等效折射率。
15.根據權利要求13所述的光學器件，其中 在所述覆層之上在所述第一區域中布置有上電極，以及 在所述半導體襯底的背面之上布置有下電極。
16.根據權利要求13所述的光學器件，其中 所述引導層由包含GaInAsP的材料製成。
17.一種光學器件，包括: 布置在半導體襯底之上的衍射光柵； 在所述衍射光柵之上布置在第一區域中的有源層； 在所述衍射光柵之上布置在第二區域中的引導層； 布置在所述有源層和所述引導層之上的覆層； 在所述覆層之上布置在所述第一區域中的第一埋料層；以及 在所述覆層之上布置在所述第二區域中的第二埋料層。
18.根據權利要求17所述的光學器件，其中 所述有源層的等效折射率大於所述引導層的等效折射率。
19.一種光學模塊,包括: 半導體雷射器，所述半導體雷射器配置成具有光學器件，所述光學器件包括: 布置在半導體襯底之上的有源層； 布置在所述有源層之上的衍射光柵； 部分地布置在所述衍射光柵之上的覆層； 在所述衍射光柵之上布置在所述覆層的端部分的側表面旁邊的至少一個第一埋料層；以及 在所述衍射光柵之上布置在所述覆層的中心部分的側表面旁邊的至少一個第二埋料層， 其中所述至少一個第一埋料層的折射率與所述至少一個第二埋料層的折射率不同。
【文檔編號】H01S5/12GK104078842SQ201410123644
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年3月28日 優先權日:2013年3月29日
【發明者】松田學 申請人:富士通株式會社