(57)【要約】【課題】大きい消光比と、低チャープ特性とが、ともに実現するＥＡ変調器、半導体光素子、及び光モジュールの提供。【解決手段】本発明に係る電界吸収型変調器は、井戸層の電子の基底準位に対する障壁層の高さを第１エネルギーと、前記井戸層のライトホールの基底準位に対する前記障壁層の高さを第２エネルギーと、前記井戸層のヘビーホールの基底準位に対する前記障壁層の高さを第３エネルギーと、それぞれするとき、前記第２エネルギーは、前記第１エネルギーと実質的に等しく、前記第３エネルギーは前記第２エネルギーより小さい、バンドダイアグラムとなる多重量子井戸を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
井戸層の電子の基底準位に対する障壁層の高さを第１エネルギーと、前記井戸層のライトホールの基底準位に対する前記障壁層の高さを第２エネルギーと、前記井戸層のヘビーホールの基底準位に対する前記障壁層の高さを第３エネルギーと、それぞれするとき、
前記第２エネルギーは、前記第１エネルギーと実質的に等しく、前記第３エネルギーは前記第２エネルギーより小さい、多重量子井戸を備える、電界吸収型変調器。
【請求項２】
請求項１に記載の電界吸収型変調器であって、
前記第１エネルギー及び前記第２エネルギーは、ともに、２５ｍｅＶ以上５０ｍｅＶ以下である、
ことを特徴とする、電界吸収型変調器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電界吸収型変調器であって、
前記多重量子井戸の井戸層は、ＩｎＧａＡｌＡｓ系材料によって形成される、
ことを特徴とする、電界吸収型変調器。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の電界吸収型変調器であって、
１５５０ｎｍ波長帯の光を変調する、
ことを特徴とする、電界吸収型変調器。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の電界吸収型変調器、を備える、半導体光素子。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体光素子、を備える、光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界吸収型変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば、情報通信分野などにおいて、電界吸収型変調器（以下、ＥＡ（Electro-Absorption）変調器と記す）が用いられている。ＥＡ変調器とは、量子閉じ込めシュタルク効果（Quantum Confinement Stark Effect：以下、ＱＣＳＥと記す）を利用して、ＥＡ変調器の活性領域に、電界を選択的に印加することにより、光の吸収量を変化させて光のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う変調器である。活性領域に電界が印加されると、ＱＣＳＥにより吸収スペクトルが長波長側にシフトし、レーザ波長λ０における光の吸収率を変化させている。この時、同時に活性領域の屈折率が変化するので、ＥＡ変調器の出力光にチャーピングが発生する。ここで、活性領域は、いわゆる単一量子井戸（Single-Quantum Well：以下、ＳＱＷと記す）層、もしくは、多重量子井戸（Multiple-Quantum Well：以下、ＭＱＷと記す）層を含んでいる。以下、本明細書において、ＭＱＷとは、通常のＭＱＷに加えて、ＳＱＷをも含むものとする。
【０００３】
近年、大きい消光比を維持しつつ、より低いチャープ特性を有する、ＥＡ変調器が求められている。より低いチャープ特性を実現するためには、ＥＡ変調器のチャープパラメータが負であり、かつ、チャープパラメータがより小さい値である（チャープパラメータの絶対値がより大きい値である）必要がある。
【０００４】
ＥＡ変調器における屈折率変化Δｎは、ＥＡ変調器におけるチャープパラメータに比例しており、屈折率変化Δｎは、次に示す（数式１）で表される。
【０００５】
【数１】
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【０００６】
ここで、λ０はレーザ波長であり、αは吸収係数である。Δαは、電界無印加時（信号ＯＮ状態）から電界印加時（信号ＯＦＦ状態）への吸収係数αの変化量である。また、Ｐは主値積分を表している。
【０００７】
（数式１）の主値積分の第１項及び第２項はともに、分母が正である。よって、主値積分の第１項においてΔαの負の部分を多くし、主値積分の第２項においてΔαの正の部分を多くすることにより、屈折率変化Δｎを負とすることができる。
【０００８】
電界無印加時と電界印加時とで吸収係数αが効果的に変化するＥＡ変調器が、特許文献１に開示されている。特許文献１には、ＩｎＰウェハ上に積層されるＭＱＷ層がＩｎＧａＡｓＰ系材料で形成される場合が示されており、ＭＱＷ層のＩｎＧａＡｓＰ組成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−２６０３８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ＩｎＧａＡｓＰ系ＭＱＷ層よりもさらに大きい消光比特性を実現するためには、例えば、ＭＱＷ層をＩｎＧａＡｌＡｓ系材料で形成するのが望ましい。ＩｎＧａＡｌＡｓ系ＭＱＷは、ＩｎＧａＡｓＰ系ＭＱＷと、バンドオフセットが異なる。ＩｎＧａＡｌＡｓ系ＭＱＷの伝導帯のバンドオフセットは、ＩｎＧａＡｓＰ系ＭＱＷの伝導帯のバンドオフセットより大きいという特徴があり、電子の閉じ込めが強くなることから、（数式１）に表す吸収係数αの変化量Δαが小さくなる傾向がある。それゆえ、ＩｎＧａＡｌＡｓ系ＭＱＷにおいて、ＩｎＧａＡｓＰ系ＭＱＷより、チャープパラメータの値が増加してしまい、低チャープ特性を得ることは困難である。
【００１１】
本発明は、かかる課題を鑑みてなされたものであり、大きい消光比と、低チャープ特性とが、ともに実現するＥＡ変調器、半導体光素子、及び光モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）上記課題を解決するために、本発明に係る電界吸収型変調器は、井戸層の電子の基底準位に対する障壁層の高さを第１エネルギーと、前記井戸層のライトホールの基底準位に対する前記障壁層の高さを第２エネルギーと、前記井戸層のヘビーホールの基底準位に対する前記障壁層の高さを第３エネルギーと、それぞれするとき、前記第２エネルギーは、前記第１エネルギーと実質的に等しく、前記第３エネルギーは前記第２エネルギーより小さい、多重量子井戸を備える。
【００１３】
（２）上記（１）に記載の電界吸収型変調器であって、前記第１エネルギー及び前記第２エネルギーは、ともに、２５ｍｅＶ以上５０ｍｅＶ以下であってもよい。
【００１４】
（３）上記（１）又は（２）に記載の電界吸収型変調器であって、前記多重量子井戸の井戸層は、ＩｎＧａＡｌＡｓ系材料によって形成されてもよい。
【００１５】
（４）上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の電界吸収型変調器であって、１５５０ｎｍ波長帯の光を変調してもよい。
【００１６】
（５）本発明に係る半導体光素子は、上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の電界吸収型変調器、を備えていてもよい。
【００１７】
（６）本発明に係る光モジュールは、上記（５）に記載の半導体光素子、を備えていてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明により、大きい消光比と、低チャープ特性とが、ともに実現するＥＡ変調器、半導体光素子、及び光モジュールが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１Ａ】本発明の第１の実施形態に係るＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザの上面図である。
【図１Ｂ】本発明の第１の実施形態に係るＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザの断面図である。
【図１Ｃ】本発明の第１の実施形態に係るＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザの断面図である。
【図２Ａ】量子井戸のバンドダイアグラムを示す図である。
【図２Ｂ】量子井戸のバンドダイアグラムを示す図である。
【図２Ｃ】量子井戸のバンドダイアグラムを示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザのＥＡ変調器部の吸収スペクトルを示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザ１の第１例のα特性についての測定結果を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザ１の第２例のα特性についての測定結果を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る光モジュールの構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、図面に基づき、本発明の実施形態を具体的かつ詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下に示す図は、あくまで、実施形態の実施例を説明するものであって、図の大きさと本実施例記載の縮尺は必ずしも一致するものではない。
【００２１】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る半導体光素子は、ＥＡ変調器と、分布帰還型半導体レーザ（以下、ＤＦＢレーザ（Distributed FeedBack Laser）と記す）とが同一基板上にモノリシックに集積されるＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザ１である。当該実施形態に係るＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザ１は、波長帯が１５５０ｎｍであり、伝送速度が１０．７Ｇｂｉｔ／ｓである８０ｋｍ伝送用の光送受信モジュールに搭載するためのレーザ素子である。
【００２２】
図１Ａは、当該実施形態に係るＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザ１の上面図であり、図１Ｂ及び図１Ｃは当該実施形態に係る半導体光素子の断面図である。図１Ｂに、図１ＡにＩＢ−ＩＢ線で示す断面が、図１Ｃに、図１ＡにＩＣ−ＩＣ線で示す断面が、それぞれ示されている。当該実施形態に係るＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザ１は、ＥＡ変調器部１０６と、ＤＦＢレーザ部１１１と、を備えている。ＤＦＢレーザ部１１１が連続光を発振し、ＥＡ変調器部１０６が該連続光を変調して、光信号として外部へ出射する。なお、当該実施形態に係るＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザ１の構造については、後述する。
【００２３】
図２Ａ乃至図２Ｃは、量子井戸のバンドダイアグラムを示す図である。図２ＡはＭＱＷの伝導帯のバンドダイアグラムＣを表している。図２Ｂは、ＭＱＷの価電子帯のうち、ライトホール（以下、ＬＨと記す）のバンドダイアグラムＶｌを表している。図２Ｃは、ＭＱＷの価電子帯のうち、ヘビーホール（以下、ＨＨと記す）のバンドダイアグラムＶｈを表している。図２Ａ乃至図２Ｃの縦軸はともにエネルギー準位Ｅであり、横軸はともに積層方向の位置Ｚであり、井戸層Ｗとその両側に位置する障壁層Ｂのバンドダイアグラムが図に示されている。
【００２４】
図２Ａに示す伝導帯のバンドオフセットΔＥｃは、障壁層Ｂの伝導帯の下端と、井戸層Ｗの伝導帯の下端と、の差であり、井戸層Ｗの伝導帯の、障壁層Ｂの伝導帯に対する深さを表している。ここで、井戸層Ｗ及び障壁層Ｂの伝導帯の下端とは、各層を形成する材料（バルク）の伝導帯の下端を表している。また、井戸層Ｗの伝導帯の下端と、井戸層Ｗの電子の基底準位と、の差をｃ０とすると、ｃ０は、電子の基底準位の、井戸層Ｗの伝導帯の下端に対する高さを表している。障壁層の伝導帯の下端に対する、井戸層Ｗの電子の基底準位の深さを、第１エネルギーと定義すると、第１エネルギーは、ΔＥｃ−ｃ０で表すことが出来、第１エネルギーは、井戸層Ｗの電子の基底準位に対する障壁層の高さであると言ってもよい。なお、第１エネルギーは、２つのエネルギー準位差の絶対値であり、正の値を取る。
【００２５】
図２Ｂに示す価電子帯のバンドオフセットΔＥｖｌは、障壁層Ｂの価電子帯の上端と、井戸層Ｗの価電子帯（ライトホール）の上端と、の差であり、井戸層Ｗの価電子帯（ライトホール）の、障壁層Ｂの価電子帯に対する深さを表している。ここで、井戸層Ｗ及び障壁層Ｂの価電子帯の上端とは、各層を形成する材料（バルク）の価電子帯の上端を表している。また、井戸層Ｗの価電子帯の上端と、井戸層Ｗのライトホールの基底準位と、の差をｌｈ０とすると、ｌｈ０は、ライトホールの基底準位の、井戸層Ｗの価電子帯（ライトホール）の上端に対する高さを表している。障壁層の価電子帯の上端に対する、井戸層Ｗのライトホールの基底準位を、第２エネルギーと定義すると、第２エネルギーは、ΔＥｖｌ−ｌｈ０で表すことが出来、第２エネルギーは、井戸層Ｗのライトホールの基底準位に対する障壁層の高さであると言ってもよい。
【００２６】
図２Ｃに示す価電子帯ＶのバンドオフセットΔＥｖｈは、障壁層Ｂの価電子帯の上端と、井戸層Ｗの価電子帯（ヘビーホール）の上端と、の差であり、井戸層Ｗの価電子帯（ヘビーホール）の、障壁層Ｂの価電子帯に対する深さを表している。ここで、井戸層Ｗ及び障壁層Ｂの価電子帯の上端とは、各層を形成する材料（バルク）の価電子帯の上端を表している。また、井戸層Ｗの価電子帯の上端と、井戸層Ｗのヘビーホールの基底準位と、の差をｈｈ０とすると、ｈｈ０は、ヘビーホールの基底準位の、井戸層Ｗの価電子帯（ヘビーホール）の上端に対する高さを表している。障壁層の価電子帯の上端に対する、井戸層Ｗのヘビーホールの基底準位を、第３エネルギーと定義すると、第３エネルギーは、ΔＥｖｈ−ｈｈ０で表すことが出来、第３エネルギーは、井戸層Ｗのヘビーホールの基底準位に対する障壁層の高さであると言ってもよい。なお、第２エネルギー及び第３エネルギーは、第１エネルギーと同様に、正の値を取る。
【００２７】
当該実施形態に係るＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザ１の主な特徴は、ＥＡ変調器部１０６のＭＱＷ層１０４がＩｎＧａＡｌＡｓ系材料で形成されており、ＭＱＷ層１０４のバンドダイアグラムが、第２エネルギーは、第１エネルギーと実質的に等しく（ΔＥｃ−ｃ０＝ΔＥｖｌ−ｌｈ０）、第３エネルギーは第２エネルギーより小さい（ΔＥｖｈ−ｈｈ０＜ΔＥｖｌ−ｌｈ０）となっていることにある。ここで、第２エネルギーが第１エネルギーと実質的に等しいとは、第２エネルギーが、第１エネルギーと一致するか、第１エネルギーの±１０％以内の範囲にあることを言う。さらに、好ましくは±３％以内の範囲であることが好ましい。さらには第１エネルギーと第２エネルギーが等しい場合がさらに望ましい。
【００２８】
図３は、当該実施形態に係るＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザ１のＥＡ変調器部１０６の吸収スペクトルを示す図である。図の縦軸は吸収係数αを、横軸は波長λを、それぞれ表しており、図にλ０で示す波長は、ＤＦＢレーザ部１１１が発振するレーザ光の波長である。図３に、電界無印加時の吸収スペクトルをスペクトルＳ１として、電界印加時の吸収スペクトルをスペクトルＳ２として、それぞれ表している。ＥＡ変調器部１０６のＭＱＷ層１０４のバンドダイアグラムが上記の構造となっていることにより、レーザ波長λ０より短波長側の吸収係数αの変化量Δαが負となる部分を多くし、レーザ波長λ０より長波長側の吸収係数αの変化量Δαが正となる部分を多くすることが出来ている。すなわち、ＥＡ変調器部１０６のＭＱＷ層１０４に電界を印加する際に、量子井戸層にある電子とライトホールが互いに逆方向に移動し、電子の波動関数と、ライトホールの波動関数との、積層方向に沿って空間的な重なり積分を小さくすることが実現出来ている。電界を印加して、波動関数に空間的な偏りが起こりやすくするためには、量子井戸の量子井戸の深さ及び有効質量が依存している。当該実施形態では、電子とライトホールの有効質量が同程度であることに注目して、井戸層に引張歪を導入している。そして、ＭＱＷ層１０４のバンドダイアグラムにおいて、有効質量が同程度である電子の基底準位に対する障壁層の高さ（第１エネルギー）と、ライトホールの基底準位に対する障壁層の高さ（第２エネルギー）と、を実質的に等しくし、有効質量が重いヘビーホールの基底準位に対する障壁層の高さ（第３エネルギー）を、電子の基底準位に対する障壁層の高さやライトホールの基底準位に対する障壁層の高さより浅く（小さく）している。ＭＱＷ層１０４をＩｎＧａＡｌＡｓ系材料で形成することにより、第１エネルギー（電子の基底準位に対する障壁層の高さ）が、例えばＩｎＧａＡｓＰ系材料の第１エネルギーよりも大きく、大きい消光比特性を得ることが出来、さらに、ＥＡ変調器部１０６のＭＱＷ層１０４をかかるバンドダイアグラムとすることにより、消光比が大きい特性を有するＩｎＧａＡｌＡｓ系ＭＱＷにおいても、より低いチャープ特性を実現することが出来る。さらに、ＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザとすることにより、小型化及び低消費電力がさらに実現されている。
【００２９】
近年、スマートフォンなどの情報端末の普及による情報伝送量の飛躍的な増大が続いており、その通信基盤を支えている通信デバイスとして、当該実施形態に係るＥＡ変調器型集積ＤＦＢレーザ１は最適である。１５５０ｎｍ波長帯における伝送速度が１０Ｇｂｉｔ／ｓである８０ｋｍ伝送を実現するためには、第１エネルギー及び第２エネルギーは、２５ｍｅＶ以上５０ｍｅＶ以下が望ましく（２５ｍｅＶ≦ΔＥｃ−ｃ０＝ΔＥｖｌ−ｌｈ０≦５０ｍｅＶ）、第１エネルギー及び第２エネルギーがかかる範囲となるよう素子設計を行えばよい。
【００３０】
ここで、ＭＱＷ層１０４の井戸層の層厚をＬｗとすると、ＭＱＷ層１０４は、井戸層及び障壁層の組成Ｉｎ（１−ｘ−ｙ）Ｇａ（ｘ）Ａｌ（ｙ）Ａｓのｘ及びｙが、以下の（数式２）及び（数式３）で与えられるＭＱＷである。
【００３１】
ｘ＝（ａ・Ｌｗ２＋ｂ・Ｌｗ＋ｃ）・（ΔＥｃ−ｃ０）＋（ｄ・Ｌｗ２＋ｅ・Ｌｗ＋ｆ）  ・・・（数式２）
【００３２】
ｙ＝（ａ・Ｌｗ２＋ｂ・Ｌｗ＋ｃ）・（ΔＥｃ−ｃ０）＋（ｄ・Ｌｗ２＋ｅ・Ｌｗ＋ｆ）  ・・・（数式３）
【００３３】
ここで、ＭＱＷ層１０４の井戸層及び障壁層のｘ及びｙの各係数ａ乃至ｆは、それぞれ以下の表１で与えられる。すなわち、井戸層及び障壁層のｘ及びｙはそれぞれ、表１に示す各係数の値を（数式２）及び（数式３）それぞれに代入する式を満たしているのが望ましいが、井戸層及び障壁層のｘ及びｙそれぞれは、かかる式によって求まる値の±３％の誤差を有していても、作製されるＭＱＷ層のΔＥｃ−ｃ０が２５ｍｅＶ以上５０ｍｅＶ以下を満たしていればよい。例えばＬｗ＝１０ｎｍで、ΔＥｃ−ｃ０＝２５ｍｅＶとなるようなＥＡ変調器を作製したければ、（数式２）、（数式３）、及び表１より、ｘ及びｙを求め、そのｘ及びｙで示される組成でＭＱＷ層の井戸層及び障壁層を作製すれば良い。この時、ｘ及びｙで決められる組成で作製したとしてもプロセスばらつきなどにより誤差が生じ得るが、誤差に数％のずれが生じる場合であっても、作製されるＭＱＷ層のΔＥｃ−ｃ０が２５ｍｅＶ以上５０ｍｅＶ以下を満たしていれば本願の効果を得ることができる。
【００３４】
【表１】
2014206557.tif 000004
【００３５】
当該実施形態に係るＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザ１の第１例及び第２例の構造について説明する。第１例では、第１エネルギー及び第２エネルギーを５０ｍｅＶ（ΔＥｃ−ｃ０＝ΔＥｖｌ−ｌｈ０＝５０ｍｅＶ）と、第３エネルギーを２６ｍｅＶ（ΔＥｖｈ−ｈｈ０＝２６ｍｅＶ）としている。ＥＡ変調器部１０６は、図１Ｂに示す通り、ｎ型ＩｎＰ基板１０１上に、ｎ型ＩｎＰバッファ層１０２、ｎ型ＩｎＧａＡｌＡｓ下側ガイド層１０３、ＭＱＷ層１０４、ｐ型ＩｎＧａＡｌＡｓ上側ガイド層１０５、ｐ型ＩｎＰクラッド層１１２、及びｐ型コンタクト層１１３からなる半導体多層が順に積層されている。ここで、ＭＱＷ層１０４の井戸層及び障壁層はともにアンドープ層である。そして、井戸層は、層厚Ｌｗが１０ｎｍで、組成がＩｎ０．４７３Ｇａ０．５１４Ａｌ０．０１３Ａｓであり、障壁層は、層厚Ｌｂが４ｎｍで、組成がＩｎ０．６０６Ｇａ０．１８８Ａｌ０．２０６Ａｓであり、ＭＱＷ層１０４は、７層の井戸層を含んでいる。半導体多層のうち、光導波路を形成する活性領域の外側にある領域が、ｎ型ＩｎＰバッファ層１０２の一部となる高さまで除去されることにより、メサストライプ構造を形成している。さらに、ＥＡ変調器部１０６は、メサストライプ構造の両側面が半絶縁性ＩｎＰ層１１４によって埋め込まれている埋め込みヘテロ（Buried Hetero：以下、ＢＨと記す）構造を有している。半絶縁性ＩｎＰ層１１４の上表面の所定の領域にパッシベーション膜１１５が形成されており、メサストライプ構造の最上面に接触するよう上側電極１１６（ｐ型電極）が形成されている。さらに、ｎ型ＩｎＰ基板１０１の裏面には、ＥＡ変調器部１０６及びＤＦＢレーザ部１１１共通の下側電極１１７（ｎ型電極）が形成されている。
【００３６】
これに対して、ＤＦＢレーザ部１１１は、図１Ｃに示す通り、ｎ型ＩｎＰ基板１０１上に、ｎ型ＩｎＰバッファ層１０２、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ下側ガイド層１０７、ＭＱＷ層１０８、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ上側ガイド層１０９、１０ｎｍから２０ｎｍ程度の層厚のｐ型ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層１１０、ｐ型ＩｎＰクラッド層１１２、及びｐ型コンタクト層１１３からなる半導体多層が順に積層されている。ＭＱＷ層１０８は、井戸層・障壁層が共に、アンドープＩｎＧａＡｓＰによって構成されている。ＤＦＢレーザ部１１１の半導体多層は、ＥＡ変調器部１０６と同様に、メサストライプ構造を形成しており、さらに、ＤＦＢレーザ部１１１は、ＢＨ構造を有し、さらに上側に、パッシベーション膜１１５及び上側電極１１６が形成されている。
【００３７】
図１Ａに示す通り、当該実施形態に係るＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザ１は、同一基板上に、ＥＡ変調器部１０６と、ＤＦＢレーザ部１１１とが、モノリシックに集積されており、出射側とは反対側の端面（図１Ａの右側の端面）に反射膜１１８が、出射側の端面（図１Ａの左側の端面）に反射抑制膜１１９が、それぞれ形成されている。
【００３８】
次に、当該実施形態に係るＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザ１の第２例の構造について説明する。第２例では、第１エネルギー及び第２エネルギーを３０ｍｅＶ（ΔＥｃ−ｃ０＝ΔＥｖｌ−ｌｈ０＝３０ｍｅＶ）と、第３エネルギーを１７ｍｅＶ（ΔＥｖｈ−ｈｈ０＝１７ｍｅＶ）としており、ＭＱＷ層１０４の井戸層は、層厚Ｌｗが１０ｎｍで、組成がＩｎ０．４８５Ｇａ０．４９４Ａｌ０．０２２Ａｓであり、障壁層は、層厚Ｌｂが４ｎｍで、組成がＩｎ０．５９５Ｇａ０．２２７Ａｌ０．１７８Ａｓである。なお、ＭＱＷ層１０４は、７層の井戸層を含んでいる。それ以外については、第２例は、第１例と同じ構造をしている。
【００３９】
図４は、当該実施形態に係るＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザ１の第１例のα特性についての測定結果を、図５は、同様に第２例のα特性についての測定結果を、それぞれ示す図である。α特性は、ＥＡ変調器部１０６のチャープパラメータの指標となる特性である。なお、α特性は、吸収係数αとは全く異なる特性である。図４及び図５に示す通り、第１例及び第２例のＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザとも、Ｖｅａ＜−０．４Ｖにてα＜０を達成した。その結果、伝送速度が１０Ｇｂｉｔ／ｓであって、波長分散が１６００ｐｓ／ｎｍ（すなわち、８０ｋｍ相当の伝送）において、伝送試験を行ったところ、一般的な伝送ペナルティの仕様である２ｄＢに対して、伝送ペナルティ１．５ｄＢを得ることができた。同時に電気の振幅電圧Ｖｍｏｄ＝１．２Ｖにて、消光比は１１．２ｄＢと大きな消光比を達成し、大きい消光比と低チャープ特性（低伝送ペナルティ特性）の両立を実現した。
【００４０】
以下に、当該実施形態に係るＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザ１の製造方法について説明する。ウェハ形状をしたｎ型ＩｎＰ基板１０１上に、有機金属気相成長法（以下、ＭＯ−ＣＶＤ（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition）法と記す）により、ｎ型ＩｎＰバッファ層１０２、ｎ型ＩｎＧａＡｌＡｓ下側ガイド層１０３、ＭＱＷ層１０４、ｐ型ＩｎＧａＡｌＡｓ上側ガイド層１０５、及びｐ型ＩｎＰキャップ層を、順に、結晶成長する（ＥＡ変調器部１０６の第１多層成長）。
【００４１】
そして、こうして形成されたウェハ全体のうち、ＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザ１のＥＡ変調器部１０６となる領域の上にのみ、熱気相成長法（以下、Ｔ−ＣＶＤ（Thermal-Chemical Vapor Deposition）法と記す）により、酸化膜（ＳｉＯ２）を形成する。そして、ドライエッチング・ウェットエッチングを施して、このＥＡ変調器部１０６となる領域以外の領域に位置する、ｎ型ＩｎＰバッファ層１０２より上の多層部分を除去する。
【００４２】
その後、ウェハ全体のうち、ＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザ１のＤＦＢレーザ部１１１となる領域の上に、バットジョイント技術を用いてｎ型ＩｎＧａＡｓＰ下側ガイド層１０７、ＭＱＷ層１０８、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ上側ガイド層１０９、１０ｎｍから２０ｎｍ程度の層厚のｐ型ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層１１０、及びｐ型ＩｎＰキャップ層を、順に、結晶成長する（ＤＦＢレーザ部１１１の第１多層成長）。
【００４３】
なお、ここではＥＡ変調器部１０６、ＤＦＢレーザ部１１１の順に半導体多層を形成するとしたが、形成する順序は、どちらが先でもかまわない。ＥＡ変調器部１０６及びＤＦＢレーザ部１１１を形成した後、ＤＦＢレーザ部１１１のｐ型ＩｎＰキャップ層のみがエッチングされる。そして、各ＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザのＤＦＢレーザ部１１１となる領域の上にのみ、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層１１０に干渉露光法によって回折格子が形成される。なお、回折格子の形成においてはＥＢ描画法により形成しても構わない。
【００４４】
さらに、ｐ型ＩｎＰクラッド層１１２、ｐ型コンタクト層１１３、及びｐ型ＩｎＰ保護層を、順に、ＭＯ−ＣＶＤ法により、結晶成長される（第２多層成長）。第１多層、第２多層ともに、ｐ型半導体のドーパントとして、亜鉛（Ｚｎ）が用いられている。
【００４５】
次に、ストライブ状にパターニングして形成されたＳｉＯ２膜をマスクに、ドライエッチングを施して、ＥＡ変調器部１０６及びＤＦＢレーザ部１１１に、所定の幅のメサストライプ構造を形成する。このとき、メサストライプ構造の最下点は、ｎ型ＩｎＰバッファ層１０２の一部となる高さまで及んでおり、ＥＡ変調器部１０６及びＤＦＢレーザ部１１１において、活性層となるＭＱＷ層１０４，１０８は、それぞれ、メサ構造の最下点から上方に位置している。その後、メサストライプ構造の両側面に、ルテニウム（Ｒｕ）をドーパントとした半絶縁性ＩｎＰ層１１４を形成する。形成される際の温度は、半絶縁性ＩｎＰ層１１４の抵抗率と埋め込み形状が最適になるように、５５０〜６００℃の間に設定される。
【００４６】
その後、ＥＡ変調器部１０６とＤＦＢレーザ部１１１になる領域の間にある領域のｐ型コンタクト層１１３を除去して、ＥＡ変調器部１０６のｐ型コンタクト層１１３とＤＦＢレーザ部１１１のｐ型コンタクト層１１３とを電気的に遮断する。そして、このウェハ全体を一旦パッシベーション膜１１５（ＳｉＯ２膜）で保護して、ＥＡ変調器部１０６及びＤＦＢレーザ部１１１において、メサストライプ構造の最上面に形成されるパッシベーション膜１１５を部分的に除去してスルーホールを形成した後、上側電極１１６を蒸着して、イオンミリングによって電極パターニングを行う。最後に、ｎ型ＩｎＰ基板１０１の下面を、ウェハ全体の厚さが１００〜１５０μｍになる程度まで研磨して、下側電極１１７を蒸着して、ウェハ工程が完了する。
【００４７】
続いて、このウェハを、バー状の形状となるよう劈開して、レーザ素子の後方側（レーザ部側）の劈開面に、反射率９０％以上の反射膜１１８を、レーザ素子の前方側（ＥＡ変調器部側）の劈開面に、反射率１％以下の反射抑制膜１１９を、それぞれコーティングする。その後、さらに、チップ状に劈開され、ＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザ１それぞれが作製される。
【００４８】
以上、当該実施形態に係るＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザ１について説明した。当該実施形態に係るＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザ１のＥＡ変調器部１０６では、ＭＱＷ層１０４をＩｎＧａＡｌＡｓ系材料で形成することにより大きい消光比を実現し、ＭＱＷ層１０４のバンドダイアグラムを前述の通りとすることにより、低いチャープ特性をも実現している。チャープ特性を低くすることと、消光比を大きくすることは、一般には、トレードオフの関係となるので、素子製品の目的・用途に応じて、第１エネルギー及び第２エネルギーを２５ｍｅＶ〜５０ｍｅＶの間で調整することにより、大きい消光比と、低チャープ特性とが、ともに実現する半導体光素子が実現される。
【００４９】
本発明は、１５５０ｎｍ波長帯で用いられ、ＭＱＷ層１０４がＩｎＧａＡｌＡｓ系材料で形成される場合に、大きい消光比と、低いチャープ特性を実現することが出来、最適であるが、ＭＱＷ層１０４を形成する材料は、ＩｎＧａＡｌＡｓ系に限定されることはない。他の材料を用いてＭＱＷを形成する場合であっても、同様のバンドダイアグラムを実現することができれば、電子とホールの振る舞いにより当該実施形態と同様の効果を奏する。また、当該実施形態では、ＥＡ変調器と、ＤＦＢレーザとが、同一基板上にモノリシックに集積されるレーザ素子としたが、これに限定されることはない。他のレーザであってもよいし、ＥＡ変調器が外部変調器として、半導体レーザ素子が出力する連続光を変調してもよい。かかる場合であっても、当該実施形態と同様の効果を奏することは言うまでもない。
【００５０】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る光モジュールは、第１の実施形態に係るＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザ１を備える、光モジュールである。図６は、当該実施形態に係る光モジュールの構成を示す模式図である。当該実施形態に係る光モジュールは、ＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザ１、２つのレンズ１０、アイソレータ１１、光ファイバ１２、サーミスタ１３、及びモニタＰＤ１４を、備えている。ＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザ１より、変調された光信号が出力する。ＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザ１より出力した光信号は、１つ目のレンズ１０によってより平行光に近づけられ、アイソレータ１１を通過して、２つ目のレンズ１０により、光ファイバ１２の入力端付近で集光され、そして、光ファイバ１２に結合される。ＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザ１の温度は、サーミスタ１３により所定の一定温度に保たれる。また、ＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザ１の光出力は、モニタＰＤ１４（pin-Diode：受光素子）によってモニタされ、光出力量がフィードバックされて駆動電流が制御される。第１の実施形態に係るＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザ１において、大きい消光比と、低いチャープ特性が実現されており、当該実施形態に係る光モジュールでは、光ファイバ１２が通常分散のものであっても、８０ｋｍといった長距離伝送をするのに十分な程度に、良好な伝送特性を得ることが出来ている。すなわち、光ファイバ１２で長距離伝送を行った後の光であっても、光信号のＯＮ／ＯＦＦを識別することが可能である。なお、当該実施形態に係る光モジュールは、図６に示す光送信モジュール（ＴＯＳＡ）としているが、これに限定されることはなく、他の光モジュール、例えば、光送受信モジュールであっても、格別の効果を奏することは言うまでもない。
【００５１】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る光伝送装置は、第２の実施形態に係る光モジュールを備える、光伝送装置（光送受信システム）である。また、当該実施形態に係るルータは、第２の実施形態に係る光モジュールを備える、ルータであってもよい。当該実施形態に係る光伝送装置、又はルータは、第２の実施形態に係る光モジュールを備えることにより、小型、低コストで大容量の通信を実現できる。
【００５２】
以上、本発明の実施形態に係るＥＡ変調器、半導体光素子、及び光モジュールについて説明した。本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００５３】
１  ＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザ、１０  レンズ、１１  アイソレータ、１２  光ファイバ、１３  サーミスタ、１４  モニタＰＤ、１０１  ｎ型ＩｎＰ基板、１０２  ｎ型ＩｎＰバッファ層、１０３  ｎ型ＩｎＧａＡｌＡｓ下側ガイド層、１０４  ＭＱＷ層、１０５  ｐ型ＩｎＧａＡｌＡｓ上側ガイド層、１０６  ＥＡ変調器部、１０７  ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ下側ガイド層、１０８  ＭＷＱ層、１０９  ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ上側ガイド層、１１０  ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層、１１１  ＤＦＢレーザ部、１１２  ｐ型ＩｎＰクラッド層、１１３  ｐ型コンタクト層、１１４  半絶縁性ＩｎＰ層、１１５  パッシベーション膜、１１６  上側電極、１１７  下側電極、１１８  反射膜、１１９  反射抑制膜。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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