调制器集成型激光器元件的制作方法与工艺

本发明涉及例如在光通信系统中使用的调制器集成型激光器元件。

背景技术：
在专利文献1中公开了用于对激光光束施加强度调制的调制器。为了改善消光比，使用驱动器的正相电信号和反相电信号来驱动该调制器。将使用了正相电信号和反相电信号两者的驱动方式称为差动驱动。在专利文献2中也公开了进行差动驱动的调制器。在专利文献3、4中，公开了调制器和激光器元件被集成于同一基板上的调制器集成型激光器元件。关于专利文献3所公开的调制器集成型激光器元件，激光器元件与调制器的电极是共同的。关于专利文献4所公开的调制器集成型激光器元件，激光器元件与调制器的电极是独立的。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2002-277840号公报；专利文献2：日本特开2003-17797号公报；专利文献3：日本特开平04-061186号公报；专利文献4：日本特开2007-158063号公报。发明要解决的课题在激光器元件和调制器被集成于同一基板的调制器集成型激光器元件中，存在对调制器施加的电压影响激光器元件的工作的情况。当对激光器元件施加调制器的信号电压时，激光器元件的光输出强度被非有意地调制。由此存在调制器集成型激光器元件的光输出的消光比恶化的问题。此外，当对激光器元件施加调制器的信号电压时，还有在调制器集成型激光器元件的光输出中产生波长啁啾（chirping）的问题。因此，有在光纤内对调制器集成型激光器元件的光输出进行长距离传输时调制波形劣化、通信品质劣化的问题。特别是在对调制器进行差动驱动的情况下，这些问题显著。因此，通常仅使用正相电信号或反相电信号的一方来对调制器集成型激光器元件的调制器进行单相驱动。

技术实现要素：
本发明是为了解决上述那样的课题而完成的，其目的在于提供一种能够不产生问题地对调制器进行差动驱动的调制器集成型激光器元件。用于解决课题的方案本申请发明提供一种调制器集成型激光器元件，在同一基板上形成有激光器部、分离部和调制部，其特征在于，该激光器部具有：第一下包覆（clad）层，形成在该基板上；有源层，形成在该第一下包覆层上；第一阳极电极，形成在该有源层的上方；以及第一阴极电极，一部分与该第一下包覆层相接，该分离部具有：第二下包覆层，与该激光器部相接，形成在该基板上；以及第一吸收层，以与该有源层连结的方式形成在该第二下包覆层上，该调制部具有：第三下包覆层，与该分离部相接，形成在该基板上；第二吸收层，以与该第一吸收层连结的方式形成在该第三下包覆层上；第二阳极电极，形成在该第二吸收层的上方；以及第二阴极电极，一部分与该第三下包覆层相接，该基板以半绝缘体形成，该第一下包覆层、该第二下包覆层和该第三下包覆层被一体地形成，该调制器集成型激光器元件的短尺寸方向的该第二下包覆层的宽度比该第一下包覆层的宽度及该第三下包覆层的宽度窄。发明效果根据本发明的调制器集成型激光器元件，因为提高了激光器部与调制部的隔离电阻，所以能够不产生问题地对调制器进行差动驱动。附图说明图1是本发明实施方式1的调制器集成型激光器元件的平面图。图2是图1的A-A’剖面图。图3是图1的B-B’剖面图。图4是图1的C-C’剖面图。图5是表示装载有调制器集成型激光器元件的光模块的平面图。图6是本发明实施方式2的调制器集成型激光器元件的平面图。图7是图6的C-C’剖面图。图8是本发明实施方式3的调制器集成型激光器元件的平面图。图9是图8的A-A’剖面图。图10是图8的C-C’剖面图。图11是本发明实施方式4的调制器集成型激光器元件的分离部的剖面图。图12是表示本发明实施方式4的调制器集成型激光器元件的分离部的变形例的剖面图。图13是本发明实施方式5的调制器集成型激光器元件的平面图。图14是图13的B-B’剖面图。图15是本发明实施方式6的调制器集成型激光器元件的分离部的剖面图。图16是表示本发明实施方式6的变形例的分离部的剖面图。图17是表示本发明实施方式6的另一个变形例的分离部的剖面图。图18是表示本发明实施方式6的另一个变形例的分离部的剖面图。具体实施方式实施方式1.图1是本发明实施方式1的调制器集成型激光器元件的平面图。调制器集成型激光器元件10在同一基板上单片地形成有激光器部12、分离部14和调制部16。分离部14通过在一方与激光器部12相接，在另一方与调制部16相接，从而位于激光器部12与调制部16之间，将它们分离。在激光器部12的表面形成有第一阳极电极20和第一阴极电极22。在激光器部12的表面中的未形成有第一阳极电极20和第一阴极电极22的部分，形成有作为钝化（passivation）膜而发挥作用的SiN膜24。在分离部14的表面形成有SiN膜24。在调制部16的表面形成有第二阳极电极30和第二阴极电极32。在调制部16的表面中的未形成有第二阳极电极30和第二阴极电极32的部分，形成有SiN膜24。在激光器部12形成有带S1，在分离部14形成有带S2，在调制部16形成有带S3。带S1-S3形成直线的波导。带S1-S3的宽度是2μm左右。关于调制器集成型激光器元件10，沿着上述的带S1-S3的方向（长尺寸方向）的长度是700μm，与带垂直的方向（短尺寸方向）的长度是250μm，厚度是100μm。图2是图1的A-A’剖面图。参照图2对激光器部12的剖面进行说明。基板40例如以掺杂铁的InP等的半绝缘体形成。在基板40上例如以n型InP等形成有第一下包覆层42。在第一下包覆层42上，例如以InGaAsP的多量子阱结构（MQW）形成有有源层44。再有，有源层44也可以用AlGaInAs等的化合物半导体形成。在带S1的有源层44上形成有衍射光栅45。在带S1以外的有源层44上以及衍射光栅45上，例如以p型InP等形成有第一上包覆层46。在第一上包覆层46上，例如以p型InGaAs等形成有接触层48。在带S1的左侧形成有从接触层48到达第一下包覆层42的槽50。第一阴极电极22是与露出于槽50底面的第一下包覆层42相接的部分和隔着SiN膜24形成在接触层48上的部分被一体形成的电极。像这样，第一阴极电极22的一部分与第一下包覆层42相接。在带S1的右侧形成有用于形成带S1的槽52。第一阳极电极20具有：与带S1处的接触层48上相接的部分、隔着SiN膜24沿着槽52形成的部分、以及隔着SiN膜24形成在接触层48上的部分。第一阳极电极20的所有部分均形成在有源层44的上方。像这样，在激光器部12形成有分布反馈型激光器元件。图3是图1的B-B’剖面图。参照图3对分离部14的剖面进行说明。在基板40上形成有带S2。带S2具有在基板40上例如以n型InP形成的第二下包覆层60。在第二下包覆层60上形成有第一吸收层62。再有，第二下包覆层60为了使其宽度变窄而仅形成在第一吸收层62的正下方。第一吸收层62以与带S1的有源层44连结的方式形成。第一吸收层62例如以AlGaInAs的多量子阱结构（MQW）形成。再有，第一吸收层62也可以用InGaAsP等的化合物半导体形成。在第一吸收层62上例如以p型InP形成有第二上包覆层64。带S2由第二下包覆层60、第一吸收层62以及第二上包覆层64形成。带S2是对成为核心层的第一吸收层62进行蚀刻而形成的，因此成为所谓的高台面（high-mesa）型的光波导。分离部14的表面整体被SiN膜24覆盖。在分离部14的表面未形成有电极。图4是图1的C-C’剖面图。参照图4对调制部16的剖面进行说明。在基板40上例如以n型InP形成有第三下包覆层70。在第三下包覆层70上形成有第二吸收层72。第二吸收层72以与上述的第一吸收层62连结的方式形成。第二吸收层72以与第一吸收层62相同的材料形成。在第二吸收层72上例如以p型InP形成有第三上包覆层74。在第三上包覆层74上形成有接触层48。带S3是对成为核心层的第二吸收层72进行蚀刻而形成的，因此成为所谓的高台面型的光波导。在带S3的左侧形成有从接触层48到达第三下包覆层70的槽80。而且，第二阴极电极32是与露出于槽80底面的第三下包覆层70相接的部分和隔着SiN膜24形成在接触层48上的部分被一体形成的电极。像这样，通过形成槽80，从而第二阴极电极32的一部分能够与第三下包覆层70相接。在带S3的右侧，形成有从调制部16的表面至少达到基板40的槽82。沿着槽82的壁面形成有SiN膜24。利用槽82将第三下包覆层70分割为第二吸收层72的正下方的第二吸收层正下方部70a和离开部70b。离开部70b利用槽82与第二吸收层正下方部70a离开。该离开部70b与分离部14的第二下包覆层60及激光器部12的第一下包覆层42绝缘。第二阳极电极30具有第二吸收层正上方部30a、槽部30b和引线接合部30c。第二吸收层正上方部30a形成在带S3处的第二吸收层正下方部70a的上方。槽部30b沿着绝缘膜（SiN膜24）而形成，该绝缘膜（SiN膜24）沿着槽82的壁面而形成。引线接合部30c形成在离开部70b的上方。该引线接合部30c形成在第二吸收层72的上方。此外，在第二吸收层72与引线接合部30c之间形成有第三上包覆层74。像这样，在本发明实施方式1的调制器集成型激光器元件10中，以有源层44、第一吸收层62及第二吸收层72形成宽度均匀的带状波导。在本结构的各层的层厚中，例如基板40是100μm，第一下包覆层42、第二下包覆层60及第三下包覆层70是0.5μm，有源层44是0.3μm，第一吸收层62及第二吸收层72是0.3μm，第一上包覆层46、第二上包覆层64及第三上包覆层74是2μm，接触层48是0.5μm。接着，参照图5对调制器集成型激光器元件10的工作进行说明。图5是表示装载有调制器集成型激光器元件10的光模块的平面图。光模块90具有传输线路基板92。在传输线路基板92形成有电极92a和电极92b。电极92a通过引线94与第二阳极电极30连接。电极92b通过引线96与第二阴极电极32连接。从激光器部12发出激光光束，使其向调制部16入射。对电极92a、92b施加作为调制信号的各自的相位仅相差180度的高频的正相电信号和反相电信号。也就是说，对电极92a、92b施加差动信号。而且，因为调制部16处的激光光束的吸收量根据差动信号的电压差而变化，所以能够进行经由光学耦合系统98输出的激光光束的强度调制。本发明实施方式1的调制器集成型激光器元件10能够通过以下3个特征来提高激光器部12与调制部16的隔离电阻。第一特征是，第一阳极电极20、第一阴极电极22、第二阳极电极30、第二阴极电极32分别独立地形成。当例如使第一阴极电极22和第二阴极电极32为共同电极时，对调制部施加的电压影响激光器部的工作。可是，通过将激光器部的电极与调制部的电极分离，从而能够解决该问题。第二特征是，例如以掺杂铁的InP等的半绝缘体形成基板40。由此，能够避免激光器部12和调制部16经由基板40而被电连接。第三特征是，使分离部14的第二下包覆层60小型化，并且在分离部14不设置接触层。以n型InP形成的第二下包覆层60的电阻小。因此，为了提高激光器部12与调制部16的隔离电阻，优选使连结第一下包覆层42与第三下包覆层70的第二下包覆层60的剖面积小。在本发明实施方式1的调制器集成型激光器元件10中，在分离部14处在基板40上仅形成有带S2，第二下包覆层60的剖面积非常小。因而，能够提高激光器部12与调制部16的隔离电阻。此外，因为在分离部14未形成电极，所以不需要接触层。因此，通过除去分离部14的接触层，从而能够将激光器部12的接触层48与调制部16的接触层48分离。通过该分离，能够提高激光器部12与调制部16的隔离电阻。通过以上3个特征，能够充分减小对调制部16进行差动驱动的电信号对激光器部12的影响，能够强化激光器部12与调制部16的电分离。特别是能够强化第一阴极电极22与第二阴极电极32的电分离。由此，能够进行差动驱动，同时改善调制器集成型激光器元件10的输出光的消光比，并且，能够抑制输出光的波长啁啾的产生。再有，作为对调制部16进行差动驱动的效果，举出消光比的改善、与单相驱动相比能够以低电压振幅进行驱动。通过以低电压驱动进行驱动，从而能够实现省电化，能够使用低成本的驱动器。像这样，根据本发明实施方式1的调制器集成型激光器元件10，能够不产生问题地对调制器16进行差动驱动。可是，由于通常阳极电极的引线接合部的大小是大到50μm见方左右，所以有在与其下的下包覆层之间产生大的电容而妨碍调制部的高速工作的问题。在该情况下，下包覆层与引线接合部之间的上包覆层等作为电介质而发挥作用。可是，在本发明的实施方式1中，引线接合部30c之下的包覆层即离开部70b被调制器集成型激光器元件10的端面、深度到达基板40的槽82、以及带S2的横向的未形成有第二下包覆层60的空间所包围。也就是说，离开部70b在元件10的端面方向具有剖面，在槽82的侧面方向具有剖面，在分离部14的方向也具有剖面。因而，位于引线接合部30c之下的第三下包覆层（离开部70b）能够与位于带S3之下并从第二阴极电极32被施加电压的第三下包覆层（第二吸收层正下方部70a）电分离。因此，难以生成引线接合部30c与离开部70b之间的电容，能够使调制部16高速工作。可是，由于专利文献4所公开的元件是通过离子注入来制作绝缘性的分离部（分离区域）的，所以被认为会对有源层注入离子使元件的可靠性降低。可是，在本发明的实施方式1中，因为不会对有源层进行离子注入，所以与专利文献4所公开的元件相比，能够提高可靠性。此外，专利文献4所公开的分离部（分离区域）的上包覆层以与激光器部（LD区域）及调制部（EA区域）的上包覆层相反的导电型形成，下包覆层以与激光器部（LD区域）及调制部（EA区域）的下包覆层相反的导电型形成。为了形成这样的分离部需要除去工序、再生长工序，而且难以充分提高与调制部（EA区域）的电阻。可是，在本发明的实施方式1中，因为不需要上述的各工序，而且离开部70b被实施了电分离，所以能够提高调制部（离开部70b）与分离部的电阻。在本发明实施方式1的调制器集成型激光器元件10中，为了强化激光器部12与调制部16的电分离，举出了上述的3个特征，但是采用任一个特征均能够实现该电分离。因而，可以采用3个特征的任一个。除此之外，在不丢失本发明的特征的范围内能够进行各种变形。例如，也可以代替SiN膜24而使用其他绝缘膜。实施方式2.本发明实施方式2的调制器集成型激光器元件与实施方式1的调制器集成型激光器元件的共同点较多。因此，以与实施方式1的调制器集成型激光器元件的不同点为中心进行说明。图6是本发明实施方式2的调制器集成型激光器元件的平面图。调制部16的结构与实施方式1不同。沿着带S3的两侧形成有低洼部100。虽然低洼部100的上表面比带S3的上表面低，但是比槽80、槽82的底面高。再有，调制器集成型激光器元件的长尺寸方向、短尺寸方向的长度以及调制器集成型激光器元件的厚度与实施方式1是同样的。图7是图6的C-C’剖面图。在带S3中，第三上包覆层74与接触层48的宽度相等，第二吸收层72形成得比该宽度宽。也就是说，带S3为脊型的光波导。像这样，即使以脊型的光波导形成调制部16，也能够获得与实施方式1的调制器集成型激光器元件同样的效果。实施方式3.本发明实施方式3的调制器集成型激光器元件与实施方式1的调制器集成型激光器元件的共同点较多。因此，以与实施方式1的调制器集成型激光器元件的不同点为中心进行说明。图8是本发明实施方式3的调制器集成型激光器元件的平面图。激光器部12和调制部16的结构与实施方式1不同。以虚线示出第一带S1，与其两侧没有高度的差。还以虚线示出第三带S3，与其两侧没有高度的差。再有，调制器集成型激光器元件的长尺寸方向、短尺寸方向的长度以及调制器集成型激光器元件的厚度与实施方式1是同样的。图9是图8的A-A’剖面图。在带S1处的第一下包覆层42的一部分、有源层44、衍射光栅45、以及第一上包覆层46的一部分的两侧，形成有半绝缘体110。半绝缘体110以掺杂铁的InP形成。该结构是具有将有源层44作为核心并且其周围被基板40、第一下包覆层42、衍射光栅45、第一上包覆层46、以及半绝缘体110覆盖的光波导的所谓的掩埋型结构。第一阳极电极20平坦地形成，在带S1的上表面取得接触。图10是图8的C-C’剖面图。调制部16的第二吸收层72被半绝缘体112掩埋。半绝缘体110、112的层厚是2μm。像这样，即使以半绝缘体110、112掩埋有源层44、第二吸收层72，也能够获得与实施方式1的调制器集成型激光器元件同样的效果。实施方式4.本发明实施方式4的调制器集成型激光器元件与实施方式1的调制器集成型激光器元件的共同点多。因此，以与实施方式1的调制器集成型激光器元件的不同点为中心进行说明。图11是本发明实施方式4的调制器集成型激光器元件的分离部的剖面图。在带S2中，第一吸收层62与第二下包覆层60的宽度相等，第二上包覆层64形成得比该宽度窄。第二上包覆层64的宽度是2μm，第一吸收层62与第二下包覆层60的宽度是10μm。再有，调制器集成型激光器元件的长尺寸方向、短尺寸方向的长度以及调制器集成型激光器元件的厚度与实施方式1是同样的。带S2为低台面（low-mesa）脊型的光波导。由于调制器集成型激光器元件的元件宽度是250μm，第一吸收层62的宽度是10μm，所以第一吸收层62的两侧合起来是240μm，未形成有第二下包覆层60的区域扩大。由于第一吸收层62的宽度（10μm）相对于光波导的宽度（带S1-S3的宽度）即2μm充分大，所以不会干扰低台面脊型光波导的光封闭。此外，在达到250μm的元件宽度中，第二下包覆层60所占的仅是10μm，因此能够减少第二下包覆层60的剖面积。因而，能够增大激光器部与调制部的隔离电阻。再有，也可以在实施方式2或3的调制器集成型激光器元件中采用本发明实施方式4的分离部。图12是表示本发明实施方式4的调制器集成型激光器元件的分离部的变形例的剖面图。第一吸收层62的宽度是2μm，被半绝缘体114掩埋。第一吸收层62和半绝缘体114的宽度之和与第二上包覆层64的宽度及第二下包覆层60的宽度一致。由于第二下包覆层60的宽度是10μm，调制器集成型激光器元件的元件宽度是250μm，所以作为掩埋层的半绝缘体114的两侧合起来是240μm，未形成有第二下包覆层的区域扩大。根据变形例的调制器集成型激光器元件，能够不干扰光波导的光封闭而减少第二下包覆层60的剖面积，并且能够增大激光器部12与调制部16的隔离电阻。实施方式5.本发明实施方式5的调制器集成型激光器元件与实施方式3的调制器集成型激光器元件的共同点多。因此，以与实施方式3的调制器集成型激光器元件的不同点为中心进行说明。图13是本发明实施方式5的调制器集成型激光器元件的平面图。以虚线示出带S1-S3，与它们的两侧没有高度的差。在本发明实施方式5的调制器集成型激光器元件中，分离部14与调制部16的结构与实施方式3不同。平坦地形成分离部的表面。调制部16的槽82形成为L字型。图14是图13的B-B’剖面图。第一吸收层62的宽度是2μm。第一吸收层62被半绝缘体120掩埋。半绝缘体120的厚度是3μm。第二上包覆层64和第二下包覆层60仅形成于带S2。再有，调制器集成型激光器元件的长尺寸方向、短尺寸方向的长度以及调制器集成型激光器元件的厚度与实施方式1是同样的。本发明实施方式5的调制器集成型激光器元件采用带S1-S3中的核心被半绝缘体掩埋的结构。在该结构中，与实施方式1同样地，也能够实现激光器部12与调制部16的电分离。在此，因为调制部16的槽82形成为L字型，所以第三下包覆层的离开部70b与第二吸收层正下方部70a离开，并且也与分离部14的半绝缘体120离开。因此，能够减少将离开部70b和形成在其上方的引线接合部30c作为电极的寄生电容器的电容，能够实现调制部16的高速工作。可是，在本发明的实施方式5中，以半绝缘体120掩埋第一吸收层62，但是也可以用载流子浓度为1×1017cm-3以下的n型或p型的InP层掩埋。此外，也可以采用在与光的传播方向垂直的方向将有源层、第一吸收层、或第二吸收层的至少1个掩埋的结构。在该情况下也不限于半绝缘体，能够用载流子浓度为1×1017cm-3以下的层进行掩埋。实施方式6.本发明实施方式6的调制器集成型激光器元件的特征在于分离部。而且，关于激光器部和调制部，采用实施方式1至4的任一个所公开的激光器部和调制部。图15是本发明实施方式6的调制器集成型激光器元件的分离部的剖面图。第二下包覆层60a用包含InP的半绝缘体或载流子浓度为1×1017cm-3以下的n型或p型的InP层形成。第二上包覆层64a也同样地用半绝缘体或载流子浓度为1×1017cm-3以下的n型或p型的InP层形成。在分离部14中，在带S2以外的部分未形成有第二下包覆层、第一吸收层和第二上包覆层。在本发明实施方式6的分离部14中，用半绝缘体或载流子浓度为1×1017cm-3以下的n型或p型的InP层来形成图3（实施方式1中已说明）的结构中的第二下包覆层和第二上包覆层的材料。根据本发明实施方式6的调制器集成型激光器元件，因为用电阻高的材料形成分离部14的第二下包覆层60a和第二上包覆层64a，所以能够提高激光器部12和调制部16的电分离效果。图16是表示本发明实施方式6的变形例的分离部的剖面图。第二下包覆层60a和第二上包覆层64a用半绝缘体或载流子浓度为1×1017cm-3以下的n型或p型的InP层形成。在该变形例中，将图11的结构中的第二下包覆层和第二上包覆层的材料如上述那样进行替换。图17是表示本发明实施方式6的另一个变形例的分离部的剖面图。第二下包覆层60a和第二上包覆层64a用半绝缘体或载流子浓度为1×1017cm-3以下的n型或p型的InP层形成。在该变形例中，将图12的结构中的第二下包覆层和第二上包覆层的材料如上述那样进行替换。图18是表示本发明实施方式6的另一个变形例的分离部的剖面图。第二下包覆层60a和第二上包覆层64a用半绝缘体或载流子浓度为1×1017cm-3以下的n型或p型的InP层形成。在该变形例中，将图14的结构中的第二下包覆层和第二上包覆层的材料如上述那样进行替换。在本发明的实施方式6中，用半绝缘体等形成第二上包覆层和第二下包覆层这两者，但是只要用半绝缘体或载流子浓度为1×1017cm-3以下的层来形成第二上包覆层或上述第二下包覆层，就能够获得激光器部12与调制部16的电分离效果。此外，因为第一下包覆层、第二下包覆层和第三下包覆层被一体地形成，所以使调制器集成型激光器元件的短尺寸方向的第二下包覆层60a的宽度比第一下包覆层的宽度及第三下包覆层的宽度窄会对提高激光器部与调制部的电分离效果做出贡献。本发明的调制器集成型激光器元件能够进行各种各样的变形。例如，也可以适当地组合上述各实施方式的调制器集成型激光器元件的特征。此外，也能够使各层的导电型适当地反转、或者追加其他的半导体层。附图标记的说明：10调制器集成型激光器元件、12激光器部、14分离部、16调制部、20第一阳极电极、22第一阴极电极、24SiN膜、30第二阳极电极、30a第二吸收层正上方部、30b槽部、30c引线接合部、32第二阴极电极、40基板、42第一下包覆层、44有源层、45衍射光栅、46第一上包覆层、48接触层、50槽、52槽、60，60a第二下包覆层、62第一吸收层、64，64a第二上包覆层、70第三下包覆层、70a第二吸收层正下方部、70b离开部、72第二吸收层、74第三上包覆层、80槽、82槽、90光模块、92传输线路基板、92a，92b电极、94，96引线、98光学耦合系统、100低洼部、110，112，114，120半绝缘体、S1，S2，S3带。