(57)【要約】  温度依存性が小さく、信頼性に優れた電界吸収型変調器を得ることを目的とする。  本発明の電界吸収型変調器（１６）は、ＩｎＰ基板（１）に形成され、印加される電圧により入射光（３３）を変調する電界吸収型変調器であって、印加される電圧により発生する電界により入射光（３３）の一部を吸収する光吸収層（５）を備え、光吸収層（５）は、Ａｌを含有せず、Ｂｉを含有する３元以上のIII−Ｖ族半導体混晶により構成されることを特徴とする。
2019111295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩｎＰ基板に形成され、印加される電圧により入射光を変調する電界吸収型変調器であって、
印加される前記電圧により発生する電界により前記入射光の一部を吸収する光吸収層を備え、
前記光吸収層は、Ａｌを含有せず、Ｂｉを含有する３元以上のIII−Ｖ族半導体混晶により構成されることを特徴とする電界吸収型変調器。
【請求項２】
前記光吸収層は、量子井戸層及びバリア層が交互に積層された多重量子井戸構造であり、前記量子井戸層がＡｌを含有せず、Ｂｉを含有する３元以上のIII−Ｖ族半導体混晶により構成されることを特徴とする請求項１記載の電界吸収型変調器。
【請求項３】
ＩｎＰ基板に形成され、印加される電圧により入射光を変調する電界吸収型変調器であって、
印加される前記電圧により発生する電界により前記入射光の一部を吸収する光吸収層を備え、
前記光吸収層は、量子井戸層及びバリア層が交互に積層された多重量子井戸構造であり、
前記量子井戸層がＡｌを含有せず、Ｂｉを含有する３元以上のIII−Ｖ族半導体混晶により構成され、
前記バリア層がＢｉを含有せず、Ａｌを含有する３元以上のIII−Ｖ族半導体混晶により構成されることを特徴とする電界吸収型変調器。
【請求項４】
前記光吸収層は、ＩｎＧａＡｓＢｉにより構成されることを特徴とする請求項１記載の電界吸収型変調器。
【請求項５】
前記量子井戸層は、ＩｎＧａＡｓＢｉにより構成されることを特徴とする請求項２または３に記載の電界吸収型変調器。
【請求項６】
前記光吸収層は、ＩｎＧａＰＢｉにより構成されることを特徴とする請求項１記載の電界吸収型変調器。
【請求項７】
前記量子井戸層は、ＩｎＧａＰＢｉにより構成されることを特徴とする請求項２または３に記載の電界吸収型変調器。
【請求項８】
前記光吸収層は、ＩｎＧａＡｓＰＢｉにより構成されることを特徴とする請求項１記載の電界吸収型変調器。
【請求項９】
前記量子井戸層は、ＩｎＧａＡｓＰＢｉにより構成されることを特徴とする請求項２または３に記載の電界吸収型変調器。
【請求項１０】
前記ＩｎＰ基板の表面に形成された第一のクラッド層と、前記第一のクラッド層の表面に形成された第一の光導波路層と、前記第一の光導波路層の表面に形成された前記光吸収層と、前記光吸収層の表面に形成された第二の光導波路層と、前記第二の光導波路層の表面に形成された第二のクラッド層を備えたことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の電界吸収型変調器。
【請求項１１】
請求項１０記載の電界吸収型変調器と、前記電界吸収型変調器が形成された前記ＩｎＰ基板に形成された半導体レーザとを備え、
前記半導体レーザは、
前記ＩｎＰ基板の表面に形成された第一のレーザクラッド層と、前記第一のレーザクラッド層の表面に形成された第一のレーザ光導波路層と、前記第一のレーザ光導波路層の表面に形成された活性層と、前記活性層の表面に形成された第二のレーザ光導波路層と、前記第二のレーザ光導波路層の表面に形成された第二のレーザクラッド層を備え、
前記第一のレーザクラッド層、前記第一のレーザ光導波路層、前記活性層、前記第二のレーザ光導波路層、前記第二のレーザクラッド層は、それぞれ、前記電界吸収型変調器における、前記第一のクラッド層、前記第一の光導波路層、前記光吸収層、前記第二の光導波路層、前記第二のクラッド層に接続されていることを特徴とする光半導体装置。
【請求項１２】
請求項１から９のいずれか１項に記載の電界吸収型変調器と、前記電界吸収型変調器が形成された前記ＩｎＰ基板に形成された半導体レーザとを備え、
前記半導体レーザの活性層は、前記電界吸収型変調器の前記光吸収層に接続されていることを特徴とする光半導体装置。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載の光半導体装置を同一のＩｎＰ基板に２つ以上集積されたことを特徴とする光半導体装置。
【請求項１４】
請求項１２記載の光半導体装置である第二の半導体レーザが同一のＩｎＰ基板に２つ以上集積され、
前記第二の半導体レーザから出射された異なる波長のレーザ光を導く導波路を結合する結合器が前記同一のＩｎＰ基板に集積されたことを特徴とする光半導体装置。
【請求項１５】
請求項１１記載の光半導体装置である第二の半導体レーザが同一のＩｎＰ基板に２つ以上集積され、
前記第二の半導体レーザから出射された異なる波長のレーザ光を導く導波路を結合する結合器が前記同一のＩｎＰ基板に集積されたことを特徴とする光半導体装置。
【請求項１６】
前記結合器は、
前記ＩｎＰ基板の表面に形成された第一の結合器クラッド層と、前記第一の結合器クラッド層の表面に形成された第一の結合器光導波路層と、前記第一の結合器光導波路層の表面に形成された透明導波路層と、前記透明導波路層の表面に形成された第二の結合器光導波路層と、前記第二の結合器光導波路層の表面に形成された第二の結合器クラッド層を備え、
前記第一の結合器クラッド層、前記第一の結合器光導波路層、前記透明導波路層、前記第二の結合器光導波路層、前記第二の結合器クラッド層は、それぞれ、前記第二の半導体レーザの前記電界吸収型変調器における、前記第一のクラッド層、前記第一の光導波路層、前記光吸収層、前記第二の光導波路層、前記第二のクラッド層に接続されていることを特徴とする請求項１５記載の光半導体装置。
【請求項１７】
ステムと、前記ステムに搭載されたチップキャリアと、前記チップキャリアに搭載された光デバイスと、レンズを保持し、前記光デバイス及び前記チップキャリアを覆うように前記ステムに配置されたレンズフォルダと、を備え、
前記光デバイスは、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の電界吸収型変調器、または請求項１１から１６のいずれか１項に記載の光半導体装置であることを特徴とする光モジュール。
【請求項１８】
請求項１７記載の光モジュールにおいて、
ペルチェクーラーが搭載されていないことを特徴とする光モジュール。
【請求項１９】
ステムと、前記ステムに搭載された温度制御機構と、前記温度制御機構に搭載されたチップキャリアと、前記チップキャリアに搭載された光デバイスと、レンズを保持し、前記光デバイス、前記チップキャリア及び前記温度制御機構を覆うように前記ステムに配置されたレンズフォルダと、を備え、
前記光デバイスは、
請求項１１から１６のいずれか１項に記載の光半導体装置であり、かつ前記半導体レーザの活性層がＢｉを含有しない３元以上のIII−Ｖ族半導体混晶により構成されることを特徴とする光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度依存性が小さく、いわゆるアンクールド動作が可能な電界吸収型変調器に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
従来の光通信に用いられるＩｎＰ基板に形成された電界吸収型変調器では光を吸収する光吸収層にＩｎＧａＡｓＰもしくはＡｌＧａＩｎＡｓが一般的に使用される（例えば、特許文献１）。これらは周囲の温度変動に対するバンドギャップの変化が大きい。このため、所望の特性を得るために温度調整機構であるペルチェクーラーを搭載して、例えば５０℃から６０℃程度の一定温度に制御して使用されるか、もしくは温度変動時に電界吸収型変調器のバイアス電圧を調節する機構が搭載される。【０００３】
電界吸収型変調器とは異なり、半導体レーザは発振波長を適切に設計することで、温度変動により利得スペクトルが変化しても、充分な利得が得られ発振が維持できる。また、受光素子は光吸収層のバンドギャップを適切に設計することで、温度変動によりバンドギャップが変化しても充分に機能する。このように、半導体レーザや受光素子では特性の温度依存性が小さく、温度調整機構による温度調整を必要としない、いわゆるアンクールド動作が容易である。【０００４】
一方、電界吸収型変調器は所望の特性を得るためには吸収スペクトルを数ｎｍのオーダーで制御する必要があり、温度調整機構またはバイアス電圧調整機構が必要不可欠である。消費電力、複雑度、コストが増大するため、電界吸収型変調器もアンクールド動作が望まれる。【０００５】
ビスマス（Ｂｉ）を含むIII−Ｖ族の半導体混晶はＢｉの量とともにバンドギャップの温度変化が小さくなり、特にＩｎＧａＡｓＢｉは温度変化に対しバンドギャップ（０．６〜１．５ｅＶ）が一定になることが報告されている（例えば、特許文献２）。ＩｎＧａＡｓＢｉを用いて温度特性の向上を図った半導体レーザも報告されている（例えば、特許文献３、４）。【０００６】
活性層が２種類のIII−Ｖ族半導体又はその混晶の薄膜を構成単位とした短周期超格子からなり、その薄膜のうち格子定数の最も大きいものがＢｉを含む半導体レーザ素子が報告されている（例えば、特許文献５）。特許文献５の半導体レーザ素子は、例えば、ＩｎＡｓとＧａＡｓのうち格子定数の大きいＩｎＡｓの方にＢｉを含んだ（ＩｎＡｓＢｉ）ｍ（ＧａＡｓ）ｎの短周期超格子を活性層に用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１１４２９５号公報（００７４段、図３−１４）
【特許文献２】特開平９−８４０５号公報（０００８段、図１、図３）
【特許文献３】特開２０００−２２３７８７号公報（００３１段、図１）
【特許文献４】特開２００４−２２１４１３号公報（００２３段、図１）
【特許文献５】特開平１１−６８２３８号公報（０００６段、０００７段、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１では光導波路素子の電子吸収変調部ＥＡにアルミニウム（Ａｌ）を含むIII−Ｖ族の半導体混晶が用いられている。Ａｌは反応性に富んだ材料で酸化や腐食を起こしやすい。光吸収層の結晶成長時にＡｌが酸化すると異常成長が生じて多くの欠陥が発生する。このような変調器（電子吸収変調部ＥＡ）は、動作時にこの欠陥部分を基点として結晶の劣化が進行し、信頼性の低下をもたらす。このため、特許文献１の変調器（電子吸収変調部ＥＡ）は、結晶成長時は成膜装置のガス配管や反応室内に酸素が含まれないように厳密に制御する必要があり、Ａｌを含まない材料と比較して成長条件が厳しく高コストとなる。【０００９】
Ａｌは特に湿度に弱いため、結晶端面が直接外気と接触すること防ぐ必要があり、作製コスト及び保管コストが増大する。また、Ａｌはシリコン（Ｓｉ）と５３０℃で共通融点を持っている。このため、Ｓｉ上に電子集積回路と光集積回路を同時に製作する技術体系であるシリコンフォトニクスにおいて、チップ製作工程の高温時にＡｌが部分的に深くＳｉ中に溶け込みピットを作ることがあり、電子集積回路と光集積回路とが形成された半導体装置は信頼性の低下をもたらす。【００１０】
本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、その目的は温度依存性が小さく、信頼性に優れた電界吸収型変調器を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の電界吸収型変調器は、ＩｎＰ基板に形成され、印加される電圧により入射光を変調する電界吸収型変調器であって、印加される電圧により発生する電界により入射光の一部を吸収する光吸収層を備え、光吸収層は、Ａｌを含有せず、Ｂｉを含有する３元以上のIII−Ｖ族半導体混晶により構成される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の電界吸収型変調器は、光吸収層がＡｌを含有せず、Ｂｉを含有する３元以上のIII−Ｖ族半導体混晶により構成されるので、温度依存性が小さく、信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電界吸収型変調器を示す斜視図である。
【図２】図１の光軸方向に沿った要部断面図である。
【図３】図２の光吸収層の断面構造を示す図である。
【図４】比較例１の光吸収層の断面構造を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る電界吸収型変調器を示す斜視図である。
【図６】図５の光軸方向に沿った要部断面図である。
【図７】図６の光吸収層の断面構造を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る光半導体装置を示す斜視図である。
【図９】図８の半導体レーザの活性層の断面構造を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態４に係る光半導体装置を示す斜視図である。
【図１１】比較例２の光通信構成を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態５に係る光モジュールを示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態５に係る他の光モジュールを示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態６に係る光モジュールを示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態６に係る他の光モジュールを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る電界吸収型変調器を示す斜視図である。図２は図１の光軸方向に沿った要部断面図であり、図３は図２の光吸収層の断面構造を示す図である。図２の断面図は、光が進行する軸である光軸３１に平行な破線面３５で切断した図である。実施の形態１の電界吸収型変調器１６は、ｎ型のＩｎＰ基板１と、ＩｎＰ基板１の上面（表面）に設けられた半導体積層構造２と、半導体積層構造２に設けられたＳｉＯ２からなる絶縁膜９と、ＩｎＰ基板１の下面（裏面）に設けられたｎ側電極１０と、絶縁膜９の開口部３４において半導体積層構造２に接続されたｐ側電極１１とを備えている。図１に示すように半導体積層構造２にリッジ型導波路４１が設けられている。半導体積層構造２は、ｎ型のＩｎＰ基板１の上に順に積層されたｎ型ＩｎＰからなるｎ型クラッド層（第一のクラッド層）３、ｉ型ＩｎＧａＡｓＰの光導波路層（第一の光導波路層）４、ｉ型ＩｎＧａＡｓＢｉの光吸収層５、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰからなるｐ型光導波路層（第二の光導波路層）６、ｐ型ＩｎＰからなるｐ型クラッド層（第二のクラッド層）７、及びｐ型ＩｎＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層８を有する。ＩｎＧａＡｓＢｉのｎ型の光吸収層５はＩｎＰ基板１と格子整合している。なお、ここでは、格子整合とは、格子不整合率が０．５％以下であることを意味するものとする。
【００１５】
ｉ型ＩｎＧａＡｓＢｉの光吸収層５は、図３に示すように、ＩｎＧａＡｓＢｉの量子井戸層１３と、ＩｎＧａＡｓＰのバリア層１４が交互に積層されたＩｎＧａＡｓＢｉ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ：ＭＱＷ）構造である。図３では、５層の量子井戸層１３と４層のバリア層１４を有する光吸収層５の例を示した。絶縁膜９が、半導体積層構造２の最上層であるｐ型ＩｎＧａＡｓのｐ型コンタクト層８の表面に設けられている。Ｔｉ／Ａｕ等からなるｐ側電極１１がリッジ型導波路４１の上部のｐ型ＩｎＧａＡｓのｐ型コンタクト層８を介して、ｐ型ＩｎＰのｐ型クラッド層７及びｐ型ＩｎＧａＡｓＰのｐ型光導波路層６と電気的に接続されている。ＡｕＧｅ／Ａｕからなるｎ側電極１０がｎ型のＩｎＰ基板１の裏面（下面）接続されている。ここで、入射光３３の波長は例えば光通信波長帯である１．５５μｍである。入射光３３は図１の端面側より入射する。
【００１６】
続いて、本実施の形態にかかる電界吸収型変調器１６の製造方法を簡単に説明する。まず、ｎ型のＩｎＰ基板１の上に、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などを用いて、ｎ型ＩｎＰのｎ型クラッド層３、ｉ型ＩｎＧａＡｓＰの光導波路層４、ｉ型ＩｎＧａＡｓＢｉの光吸収層５、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰのｐ型光導波路層６、ｐ型ＩｎＰのｐ型クラッド層７、及びｐ型ＩｎＧａＡｓのｐ型コンタクト層８を順にエピタキシャル成長させる。ｉ型ＩｎＧａＡｓＢｉの光吸収層５は、ＩｎＧａＡｓＢｉの量子井戸層１３と、ＩｎＧａＡｓＰのバリア層１４を交互にエピタキシャル成長させる。
【００１７】
次に、ｐ型ＩｎＧａＡｓのｐ型コンタクト層８上にプラズマＣＶＤ法などによりＳｉＯ２の絶縁膜９を形成する。フォトリソグラフィ技術とフッ酸などを用いたエッチングとを組み合わせて、ｐ側電極１１をｐ型コンタクト層８に接続する領域において絶縁膜９に開口部３４を形成する。その後、電子ビーム（ＥＢ）蒸着によりＴｉ／Ａｕ膜を形成し、この膜の不要部分をフォトレジスト膜と共にリフトオフしてｐ側電極１１を形成する。この際に絶縁膜９上に、ｐ側電極１１に接続されたボンディングパッド１２を同時に形成する。その後、ｎ型のＩｎＰ基板１の下面を研磨し、ｎ型のＩｎＰ基板１の下面にｎ側電極１０を形成する。以上の工程により本実施の形態に係る電界吸収型変調器１６が製造される。
【００１８】
本実施の形態に係る電界吸収型変調器１６の基本動作を説明する。外部からｎ側電極１０がプラス、ｐ側電極１１がマイナスとなる逆バイアスが加えられるとｉ型ＩｎＧａＡｓＢｉの光吸収層５の吸収スペクトルが変化し、光吸収現象が生じる。電界吸収型変調器１６の端面側より入射された入射光３３は、逆バイアスの電圧に応じてｉ型ＩｎＧａＡｓＢｉの光吸収層５で一部が吸収され電子及びホールの対が発生する。殆ど全ての入射光３３が光吸収現象により光吸収層５で吸収されると、入射光３３は消光する、すなわち電界吸収型変調器１６から実質的に出射されない。電界吸収型変調器１６は、入射光３３の出射及び非出射を制御する、すなわち入射光３３を変調する。この電子とホールは、ｐ側電極１１及びｎ側電極１０から電流として外部に取り出すことが可能である。この電流を光電流と呼ぶ。なお、電界吸収型変調器１６における光吸収量は、ｐ側電極１１及びｎ側電極１０間に印加された外部電圧に起因してその光吸収層５に印加された電圧の値によって異なる。電界吸収型変調器１６に逆バイアスの所定電圧が印加された場合は入射光３３が電界吸収型変調器１６から出射されず、電界吸収型変調器１６に逆バイアスの所定電圧が印加されない場合は入射光３３が電界吸収型変調器１６から出射される。
【００１９】
本実施の形態の効果を比較例と比較して説明する。図４は比較例１の光吸収層の断面構造を示す図である。比較例１では光吸収層１０５の材料、すなわち量子井戸層１０３及びバリア層１０４の材料が、ｉ型ＡｌＧａＩｎＡｓである。電界吸収型変調器において、外界の温度変化に影響されず一定の特性を示すことが必要である。しかし、ＡｌＧａＩｎＡｓは温度を変化させるとバンドギャップが変わり吸収スペクトルが変化するため、ＡｌＧａＩｎＡｓの光吸収層１０５を有する電界吸収型変調器は、変調器の特性が変化してしまう。
【００２０】
比較例１と異なり、本実施の形態１の電界吸収型変調器１６は、光吸収層５のＩｎＧａＡｓＢｉのバンドギャップが温度変化に対し一定のため、低温及び高温での特性の変化を抑えることができ、アンクールド動作が可能である。また、本実施の形態１の電界吸収型変調器１６は、光吸収層５がＡｌを含まないため、光吸収層５の結晶成長が容易である。本実施の形態１の電界吸収型変調器１６は、Ａｌを含まない光吸収層５は結晶の酸化が起こらないため、光吸収層５の結晶欠陥の発生が抑制され、信頼性の悪化を防ぐことができる。また、本実施の形態１の電界吸収型変調器１６は、ＩｎＧａＡｓＢｉはｎ型のＩｎＰ基板１と格子整合しているため、歪による結晶欠陥の発生も抑制される。
【００２１】
光吸収層５の量子井戸層１３はＢｉが含まれていればよく、ＩｎＧａＡｓＢｉ以外のIII−Ｖ族半導体を用いてもよい。例えば、ＩｎＧａＰＢｉ系混晶、ＩｎＧａＡｓＰＢｉ系混晶等を用いることができる。また、量子井戸層１３は１層に限らずこれらの材料を組み合わせて多層にしても良い。
【００２２】
以上のように、実施の形態１の電界吸収型変調器１６は、ＩｎＰ基板１に形成され、印加される電圧により入射光３３を変調する電界吸収型変調器であって、印加される電圧により発生する電界により入射光３３の一部を吸収する光吸収層５を備えている。実施の形態１の電界吸収型変調器１６の光吸収層５は、Ａｌを含有せず、Ｂｉを含有する３元以上のIII−Ｖ族半導体混晶により構成される。実施の形態１の電界吸収型変調器１６は、光吸収層５がＡｌを含有せず、Ｂｉを含有する３元以上のIII−Ｖ族半導体混晶により構成されるので、温度依存性が小さく、信頼性を向上させることができる。
【００２３】
また、実施の形態１の電界吸収型変調器１６は、光吸収層５が、量子井戸層１３及びバリア層１４が交互に積層された多重量子井戸構造であり、量子井戸層１３がＡｌを含有せず、Ｂｉを含有する３元以上のIII−Ｖ族半導体混晶により構成される。実施の形態１の電界吸収型変調器１６は、光吸収層５の量子井戸層１３にＡｌが含有されず、Ｂｉが含有されており、光吸収層５のバリア層１４にＡｌが含有されていないので、温度依存性が小さく、信頼性を向上させることができる。
【００２４】
実施の形態２．
図５は本発明の実施の形態２に係る電界吸収型変調器を示す斜視図である。図６は図５の光軸方向に沿った要部断面図であり、図７は図６の光吸収層の断面構造を示す図である。図６の断面図は、光が進行する軸である光軸３１に平行な破線面３５で切断した図である。実施の形態２の電界吸収型変調器１６は、半導体積層構造２の光吸収層が光吸収層４５である点で実施の形態１の電界吸収型変調器１６と異なる。光吸収層４５はＩｎＧａＡｓＢｉ／ＡｌＧａＩｎＡｓ多重量子井戸構造である。
【００２５】
光吸収層４５は、図７に示すように、ＩｎＧａＡｓＢｉの量子井戸層１３と、ＡｌＧａＩｎＡｓのバリア層１５が交互に積層されたＩｎＧａＡｓＢｉ／ＡｌＧａＩｎＡｓ多重量子井戸構造である。量子井戸層１３がＩｎＧａＡｓＢｉで構成され、バリア層１５がＡｌＧａＩｎＡｓで構成される。
【００２６】
実施の形態２の電界吸収型変調器１６は、光吸収層４５の量子井戸層１３をＩｎＧａＡｓＢｉとすることで、実施の形態１と同様に変調器の吸収スペクトルの温度依存性がなくなり、アンクールド動作が可能である。実施の形態２の電界吸収型変調器１６は、光吸収層４５のバリア層１５を伝導帯オフセットの大きいＡｌＧａＩｎＡｓとすることで、高い温度でも安定した動作を確保できる。
【００２７】
光吸収層４５の量子井戸層１３はＡｌを含有せず、Ｂｉを含有していればよく、ＩｎＧａＡｓＢｉ以外のIII−Ｖ族半導体を用いてもよい。例えば、ＩｎＧａＰＢｉ系混晶、ＩｎＧａＡｓＰＢｉ系混晶等を用いることができる。また、量子井戸層１３は１層に限らずこれらの材料を組み合わせて多層にしても良い。バリア層１５はＡｌを含有していれば良く、ＡｌＧａＩｎＡｓ以外のIII−Ｖ族半導体を用いてもよい。例えば、ＡｌＧａＩｎＡｓＰ系混晶などを用いることができる。また、バリア層１５は１層に限らずこれらの材料を組み合わせて多層にしても良い。
【００２８】
実施の形態２の電界吸収型変調器１６は、光吸収層４５の量子井戸層１３にＡｌが含有されず、Ｂｉが含有されており、光吸収層４５のバリア層１５にＡｌが含有されているので、温度依存性が小さく、信頼性を向上させることができる。また、実施の形態２の電界吸収型変調器１６は、光吸収層４５のバリア層１５にＡｌが含有されているので、実施の形態１の電界吸収型変調器１６よりも高い温度でも安定した動作を確保できる。
【００２９】
以上のように、実施の形態２の電界吸収型変調器１６は、ＩｎＰ基板１に形成され、印加される電圧により入射光３３を変調する電界吸収型変調器であって、印加される電圧により発生する電界により入射光３３の一部を吸収する光吸収層４５を備えている。実施の形態２の電界吸収型変調器１６の光吸収層４５は、量子井戸層１３及びバリア層１５が交互に積層された多重量子井戸構造であり、量子井戸層１３がＡｌを含有せず、Ｂｉを含有する３元以上のIII−Ｖ族半導体混晶により構成され、バリア層１５がＢｉを含有せず、Ａｌを含有する３元以上のIII−Ｖ族半導体混晶により構成される。実施の形態２の電界吸収型変調器１６は、光吸収層４５の量子井戸層１３がＡｌを含有せず、Ｂｉを含有する３元以上のIII−Ｖ族半導体混晶により構成されるので、温度依存性が小さく、信頼性を向上させることができる。
【００３０】
実施の形態３．
図８は本発明の実施の形態３に係る光半導体装置を示す斜視図であり、図９は図８の半導体レーザの活性層の断面構造を示す図である。実施の形態３の光半導体装置５０は、ｎ型のＩｎＰ基板１に電界吸収型変調器１６と分布帰還型（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ：ＤＦＢ）の半導体レーザ１７が集積されている光半導体装置である。電界吸収型変調器１６は、実施の形態１の電界吸収型変調器１６又は実施の形態２の電界吸収型変調器１６と同じである。なお、図８では、電界吸収型変調器１６の光吸収層が実施の形態１の光吸収層５の例を示した。半導体レーザ１７は活性層１８を有する。半導体レーザ１７におけるｎ型クラッド層３〜ｐ型コンタクト層８までの半導体積層構造２は、電界吸収型変調器１６の光吸収層５が活性層１８に代わった構造になっている。電界吸収型変調器１６はリッジ型導波路４１を有しており、半導体レーザ１７はリッジ型導波路４２を有している。リッジ型導波路４１とリッジ型導波路４２は連続している。破線３６ｂは、光吸収層５と活性層１８における、表面の境界と断面構造の境界に平行な破線である。破線３６ａは光が出射する側の端を示し、破線３６ｃは光が入射する側の端を示している。半導体レーザ１７は破線３６ｂから破線３６ｃの範囲であり、電界吸収型変調器１６は破線３６ａから破線３６ｂの範囲である。
【００３１】
半導体レーザ１７は、ｎ型のＩｎＰ基板１と、ＩｎＰ基板１の上面（表面）に設けられた半導体積層構造２と、半導体積層構造２に設けられたＳｉＯ２からなる絶縁膜９と、ＩｎＰ基板１の下面（裏面）に設けられたｎ側電極１０と、半導体積層構造２に接続されたｐ側電極１１とを備えている。半導体積層構造２は、ｎ型のＩｎＰ基板１の上に順に積層されたｎ型ＩｎＰからなるｎ型クラッド層（第一のレーザクラッド層）３、ｉ型ＩｎＧａＡｓＰの光導波路層（第一のレーザ光導波路層）４、活性層１８、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰのｐ型光導波路層（第二のレーザ光導波路層）６、ｐ型ＩｎＰからなるｐ型クラッド層第二のレーザクラッド層）７、及びｐ型ＩｎＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層８を有する。半導体レーザ１７の第一のレーザクラッド層（ｎ型クラッド層３）、第一のレーザ光導波路層（光導波路層４）、活性層１８、第二のレーザ光導波路層（ｐ型光導波路層６）、第二のレーザクラッド層（ｐ型クラッド層７）は、それぞれ、電界吸収型変調器１６における、第一のクラッド層（ｎ型クラッド層３）、第一の光導波路層（光導波路層４）、光吸収層５、４５、第二の光導波路層（ｐ型光導波路層６）、第二のクラッド層（ｐ型クラッド層７）に接続されている。
【００３２】
半導体レーザ１７の活性層１８は、図９に示すように、ＩｎＧａＡｓＰの量子井戸層１９と、ＩｎＧａＡｓＰのバリア層２０が交互に積層されたＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸構造である。図９では、５層の量子井戸層１９と４層のバリア層２０を有する光吸収層５の例を示した。実施の形態３の光半導体装置５０の製造工程は、実施の形態１で説明した電界吸収型変調器１６の製造工程と同様である。ただし、電界吸収型変調器１６の光吸収層５と半導体レーザ１７の活性層１８は、同時に形成されず個別に形成される。
【００３３】
このような変調器とレーザを集積化した光半導体装置、すなわち電界吸収型変調器１６及び半導体レーザ１７が集積化された実施の形態３の光半導体装置５０は、電界吸収型変調器１６として実施の形態１または実施の形態２の構造を用いることで、実施の形態１または実施の形態２と同様の効果を得ることができる。
【００３４】
変調器及びレーザが集積化された光半導体装置において、所望の変調器の光出力、消光比、伝送ペナルティなどを得るために、レーザの発振波長と変調器の吸収波長の差分Δλは数ｎｍオーダーの精度が要求される。このため実施の形態３の光半導体装置５０は、半導体レーザ１７の活性層１８にＢｉを含まないIII−Ｖ族半導体を用いることで、半導体レーザ１７の発振波長には温度依存性を持たせる。一方、電界吸収型変調器１６として実施の形態１または実施の形態２の構造を用いることで、電界吸収型変調器１６が吸収する光の波長である吸収波長には温度依存性を持たせない。したがって、実施の形態３の光半導体装置５０では、温度を変動させることで電界吸収型変調器１６の吸収波長は一定のまま、レーザの発振波長を変化させることができる。すなわち、実施の形態３の光半導体装置５０は、温度を変動させることで電界吸収型変調器１６の吸収波長は一定のまま、レーザの発振波長を補償することができる。さらに、実施の形態３の光半導体装置５０は、半導体レーザ１７の発振波長、電界吸収型変調器１６の吸収波長の作製誤差によるΔλのズレを温度変調により補償することができ、要求される作製精度が緩和される。
【００３５】
半導体レーザ１７の活性層１８はＢｉが含まれていなければよく、ＩｎＧａＡｓＰ以外のIII−Ｖ族半導体を用いてもよい。例えば、ＡｌＧａＩｎＡｓ系混晶などを用いることもできる。また、量子井戸層１９及びバリア層２０の各層は１層に限らずこれらの材料を組み合わせて多層にしても良い。
【００３６】
実施の形態４．
図１０は、本発明の実施の形態４に係る光半導体装置を示す斜視図である。実施の形態４の光半導体装置５０は、ｎ型のＩｎＰ基板１に２つの第二の半導体レーザ２１ａ、２１ｂと、第二の半導体レーザ２１ａ、２１ｂから出射される異なる波長のレーザ光を導く導波路を結合する結合器であるＹ型結合器２２が集積されている光半導体装置であり、多波長集積光半導体装置である。第二の半導体レーザ２１ａ、２１ｂは、電界吸収型変調器が集積された半導体レーザであり、具体的には電界吸収型変調器１６及び半導体レーザ１７が集積された実施の形態３の光半導体装置５０である。電界吸収型変調器１６は、実施の形態１の電界吸収型変調器１６又は実施の形態２の電界吸収型変調器１６と同じである。なお、図１０では、電界吸収型変調器１６の光吸収層が実施の形態１の光吸収層５の例を示した。Ｙ型結合器２２は、透明導波路層２３を有する。
【００３７】
Ｙ型結合器２２におけるｎ型クラッド層３〜ｐ型コンタクト層８までの半導体積層構造２は、電界吸収型変調器１６の光吸収層５が透明導波路層２３に代わった構造になっている。第二の半導体レーザ２１ａの電界吸収型変調器１６はリッジ型導波路４１ａを有しており、第二の半導体レーザ２１ｂの電界吸収型変調器１６はリッジ型導波路４１ｂを有している。Ｙ型結合器２２は、リッジ型導波路４６ａ、４６ｂ、４６ｃを有している。リッジ型導波路４１ａとリッジ型導波路４６ａは連続しており、リッジ型導波路４１ｂとリッジ型導波路４６ｂは連続している。リッジ型導波路４６ｃは、リッジ型導波路４６ａ、４６ｂと連結されている。破線３６ｅは、透明導波路層２３と光吸収層５における、表面の境界と断面構造の境界に平行な破線である。破線３６ｆは、光吸収層５と活性層１８における、表面の境界と断面構造の境界に平行な破線である。破線３６ｄは光が出射する側の端を示し、破線３６ｇは光が入射する側の端を示している。なお、破線３６ｇ及び破線３６ｄは、図１０における左側では光半導体装置５０の上側（表面側）に記載し、図１０における右側では光半導体装置５０の下側（裏面側）に記載した。破線３６ｇ及び破線３６ｄは、光半導体装置５０の上面（表面）及び右側面以外では省略した。
【００３８】
図１０において、第二の半導体レーザ２１ａは、破線３６ｅから破線３６ｇの範囲で、かつ破線３６ｈから左側の領域である。図１０において、第二の半導体レーザ２１ｂは、破線３６ｅから破線３６ｇの範囲で、かつ破線３６ｈから右側の領域である。半導体レーザ１７は、第二の半導体レーザ２１ａ及び第二の半導体レーザ２１ｂにおける其々の破線３６ｆから破線３６ｇの範囲である。電界吸収型変調器１６は、第二の半導体レーザ２１ａ及び第二の半導体レーザ２１ｂにおける其々の破線３６ｅから破線３６ｆの範囲である。Ｙ型結合器２２は、破線３６ｄから破線３６ｅの範囲である。
【００３９】
Ｙ型結合器２２は、ｎ型のＩｎＰ基板１と、ＩｎＰ基板１の上面（表面）に設けられた半導体積層構造２と、半導体積層構造２に設けられたＳｉＯ２からなる絶縁膜９と、ＩｎＰ基板１の下面（裏面）に設けられたｎ側電極１０と、半導体積層構造２に接続されたｐ側電極１１とを備えている。半導体積層構造２は、ｎ型のＩｎＰ基板１の上に順に積層されたｎ型ＩｎＰからなるｎ型クラッド層（第一の結合器クラッド層）３、ｉ型ＩｎＧａＡｓＰの光導波路層（第一の結合器光導波路層）４、透明導波路層２３、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰのｐ型光導波路層（第二の結合器光導波路層）６、ｐ型ＩｎＰからなるｐ型クラッド層第二の結合器クラッド層）７、及びｐ型ＩｎＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層８を有する。Ｙ型結合器２２の第一の結合器クラッド層（ｎ型クラッド層３）、第一の結合器光導波路層（光導波路層４）、透明導波路層２３、第二の結合器光導波路層（ｐ型光導波路層６）、第二の結合器クラッド層（ｐ型クラッド層７）は、それぞれ、第二の半導体レーザ２１ａ、２１ｂの電界吸収型変調器１６における、第一のクラッド層（ｎ型クラッド層３）、第一の光導波路層（光導波路層４）、光吸収層５、４５、第二の光導波路層（ｐ型光導波路層６）、第二のクラッド層（ｐ型クラッド層７）に接続されている。実施の形態４の光半導体装置５０の製造工程は、実施の形態１で説明した電界吸収型変調器１６の製造工程と同様である。ただし、電界吸収型変調器１６の光吸収層５、半導体レーザ１７の活性層１８、Ｙ型結合器２２の透明導波路層２３は、同時に形成されず個別に形成される。
【００４０】
本実施の形態の効果を比較例と比較して説明する。図１１は比較例２の光通信構成を示す図である。比較例２では複数の半導体レーザ１０６ａ、１０６ｂから出射した光１１０ａ、１１０ｂがそれぞれコリメートレンズ１０７ａ、１０７ｂでコリメート光とされ、集光レンズ１０８において一本の光ファイバ１０９に結合される。このような比較例２の構成を用いた場合には、小型化が困難であり、また、半導体レーザ１０６ａ、１０６ｂ、コリメートレンズ１０７ａ、１０７ｂ、波長選択フィルタ（図示せず）、集光レンズ１０８間での多数の光学的な調整作業が必要となるため、作業コストの点で不利である。
【００４１】
一方、本実施の形態４の光半導体装置５０（多波長集積光半導体装置）は、複数の異なる波長のレーザ光が同一基板に形成された複数の半導体レーザ１７から出射され、これらを例えばＹ型結合器２２等の結合器により外部の一点へ集光させることができる。これにより、本実施の形態４の光半導体装置５０は、コリメートレンズ１０７ａ、１０７ｂ、または集光レンズ１０８などの合波デバイスを用いることなく波長多重が可能となる。本実施の形態４の光半導体装置５０は、複数の半導体レーザ１７をワンチップに集積することができるため、小型でかつ高密度な集積が可能である。
【００４２】
このようなレーザ、変調器、結合器を集積した多波長集積光半導体装置、すなわち半導体レーザ１７、電界吸収型変調器１６、Ｙ型結合器２２が集積化された実施の形態４の光半導体装置５０は、第二の半導体レーザ２１ａ、２１ｂとして、実施の形態３の構造を用いることで、実施の形態３と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
なお、実施の形態４では複数の異なる波長のレーザ光を集光して１つの導波路に結合する結合器としてＹ型結合器２２を用いているが、これ以外にも多モード干渉導波路（Ｍｕｌｔｉ  Ｍｏｄｅ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ：ＭＭＩ）などを用いることができる。また、実施の形態４では、第二の半導体レーザ２１ａ、２１ｂを２つ集積した光半導体装置５０の例を示したが、集積する第二の半導体レーザ２１ａ、２１ｂの数は２つ以上でもよい。例えば、第二の半導体レーザ２１ａ（又は２１ｂ）を４つ集積した４波長集積光半導体装置とすることもできる。
【００４４】
なお、実施の形態１〜４では、電界吸収型変調器１６、半導体レーザ１７の構造として、リッジ型導波路を採用したが、コア層をメサ型にパターニングしたハイメサ型導波路にすることも可能である。また、電界吸収型変調器１６、半導体レーザ１７におけるストライプメサ構造体の埋込構造に、半絶縁体埋込へテロ（ＳＩ−ＢＨ）構造や、半絶縁性プレーナ型埋込へテロ（ＰＮ−ＢＨ）構造を採用することも可能である。また、電界吸収型変調器１６、半導体レーザ１７は、これらの構造を組み合わせることも可能である。また、電界吸収型変調器１６の光吸収層５及び半導体レーザ１７の活性層１８には、多重量子井戸構造以外に、バルク構造、量子細線構造、量子ドット構造、及びこれらを組み合わせた構造を適用することも可能である。
【００４５】
実施の形態５．
図１２は、本発明の実施の形態５に係る光モジュールを示す図である。実施の形態５の光モジュール８０は、光半導体装置５０、光半導体装置５０を搭載するチップキャリア２５、チップキャリア２５を搭載するステム８１、レンズ２７、レンズ２７を保持しステム８１の表面側を覆うレンズフォルダ２８、光半導体装置５０に接続する端子８２を備えている。レンズフォルダ２８は、光半導体装置５０、チップキャリア２５を覆うようにステム８１に配置されている。図１２では、レンズ２７、レンズフォルダ２８は断面で示した。光半導体装置５０が、５０Ωの終端抵抗がついた窒化アルミニウム（ＡｌＮ）製のチップキャリア２５にＡｕＳｎはんだで搭載される。チップキャリア２５は例えば板状である。ステム８１は円筒形のパッケージ土台であり、ステム８１の材料は冷間圧延鋼板（ＳＰＣ）などの金属である。端子８２は、ステム８１に貫通または接続されている。
【００４６】
このような光モジュール８０において、光デバイスである光半導体装置５０として、実施の形態３、４の構造を用いることで、実施の形態３、４と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
また、光モジュール８０に実施の形態１、２の電界吸収型変調器１６を搭載することもできる。図１３は、本発明の実施の形態５に係る他の光モジュールを示す図である。図１３に示した他の光モジュール８０は、電界吸収型変調器１６、半導体レーザ１７、電界吸収型変調器１６及び半導体レーザ１７を搭載するチップキャリア２５、チップキャリア２５を搭載するステム８１、レンズ２７、レンズ２７を保持しステム８１の表面側を覆うレンズフォルダ２８、電界吸収型変調器１６及び半導体レーザ１７に接続する端子８２を備えている。レンズフォルダ２８は、電界吸収型変調器１６、半導体レーザ１７、チップキャリア２５を覆うようにステム８１に配置されている。図１３に示した光モジュール８０において、光デバイスである電界吸収型変調器１６として、実施の形態１、２の構造を用いることで、実施の形態１、２と同様の効果を得ることができる。
【００４８】
以上のように、実施の形態５の光モジュール８０は、ステム８１と、ステム８１に搭載されたチップキャリア２５と、チップキャリア２５に搭載された光デバイス（電界吸収型変調器１６、光半導体装置５０）と、レンズ２７を保持し、光デバイス（電界吸収型変調器１６、光半導体装置５０）及びチップキャリア２５を覆うようにステム８１に配置されたレンズフォルダ２８と、を備えている。実施の形態５の光モジュール８０の光デバイスは、実施の形態１、２の電界吸収型変調器１６又は、実施の形態３、４の光半導体装置５０である。実施の形態５の光モジュール８０は、光デバイス（電界吸収型変調器１６、光半導体装置５０）における光吸収層５がＡｌを含有せず、Ｂｉを含有する３元以上のIII−Ｖ族半導体混晶により構成されている、又は光吸収層４５の量子井戸層１３がＡｌを含有せず、Ｂｉを含有する３元以上のIII−Ｖ族半導体混晶により構成されている。実施の形態５の光モジュール８０は、光デバイス（電界吸収型変調器１６、光半導体装置５０）の光吸収層５又は光吸収層４５の量子井戸層１３が、Ａｌを含有せず、Ｂｉを含有する３元以上のIII−Ｖ族半導体混晶により構成されるので、温度依存性が小さく、信頼性を向上させることができる。
【００４９】
実施の形態６．
図１４は、本発明の実施の形態６に係る光モジュールを示す図である。実施の形態６の光モジュール８０は、光半導体装置５０、光半導体装置５０を搭載するチップキャリア２５、チップキャリア２５に接続されたペルチェクーラー等の温度制御機構２９、温度制御機構２９及びチップキャリア２５を搭載するステム８１、レンズ２７、レンズ２７を保持しステム８１の表面側を覆うレンズフォルダ２８、光半導体装置５０等に接続する端子８２を備えている。レンズフォルダ２８は、光半導体装置５０、チップキャリア２５、温度制御機構２９を覆うようにステム８１に配置されている。図１４では、レンズ２７、レンズフォルダ２８は断面で示した。光半導体装置５０が、５０Ωの終端抵抗がついた窒化アルミニウム（ＡｌＮ）製のチップキャリア２５にＡｕＳｎはんだで搭載される。実施の形態６の光モジュール８０は、温度制御機構２９を備え、チップキャリア２５が温度制御機構２９に搭載される点で、実施の形態５の光モジュール８０と異なる。端子８２には温度制御機構２９に接続する端子もある。
【００５０】
このような光モジュール８０において、光デバイスである光半導体装置５０として、実施の形態３、４の構造を用いることで、実施の形態３、４と同様の効果を得ることができる。すなわち、実施の形態６の光モジュール８０は、温度制御機構２９による光半導体装置５０の温度調整を実行しなくても、実施の形態３、４と同様の効果を得ることができる。また、実施の形態６の光モジュール８０は、温度制御機構２９により光半導体装置５０の温度を変動させることで、実施の形態３で説明したように、電界吸収型変調器１６の吸収波長は一定のまま、半導体レーザ１７の発振波長を変化させることができる。実施の形態６の光モジュール８０は、半導体レーザ１７の発振波長、電界吸収型変調器１６の吸収波長の作製誤差によるΔλのズレを温度変調により補償することができ、要求される作製精度が緩和される。
【００５１】
また、光モジュール８０に実施の形態１、２の電界吸収型変調器１６を搭載することもできる。図１５は、本発明の実施の形態６に係る他の光モジュールを示す図である。図１５に示した他の光モジュール８０は、電界吸収型変調器１６、半導体レーザ１７、電界吸収型変調器１６及び半導体レーザ１７を搭載するチップキャリア２５、チップキャリア２５に接続されたペルチェクーラー等の温度制御機構２９、温度制御機構２９及びチップキャリア２５を搭載するステム８１、レンズ２７、レンズ２７を保持しステム８１の表面側を覆うレンズフォルダ２８、電界吸収型変調器１６及び半導体レーザ１７等に接続する端子８２を備えている。レンズフォルダ２８は、電界吸収型変調器１６、半導体レーザ１７、チップキャリア２５、温度制御機構２９を覆うようにステム８１に配置されている。図１３に示した光モジュール８０において、光デバイスである電界吸収型変調器１６として、実施の形態１、２の構造を用いることで、実施の形態１、２と同様の効果を得ることができる。すなわち、実施の形態６の光モジュール８０は、温度制御機構２９による光半導体装置５０の温度調整を実行しなくても、実施の形態１、２と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
また、図１５に示した実施の形態６の他の光モジュール８０は、光デバイスである電界吸収型変調器１６として、実施の形態１、２の構造を用い、かつ光デバイスである半導体レーザ１７として実施の形態３、４のレーザ構造を用いる場合は、温度制御機構２９により電界吸収型変調器１６及び半導体レーザ１７の温度を変動させることで、実施の形態３で説明したように、電界吸収型変調器１６の吸収波長は一定のまま、半導体レーザ１７の発振波長を変化させることができる。実施の形態６の他の光モジュール８０は、半導体レーザ１７の発振波長、電界吸収型変調器１６の吸収波長の作製誤差によるΔλのズレを温度変調により補償することができ、要求される作製精度が緩和される。
【００５３】
以上のように、実施の形態６の光モジュール８０は、ステム８１と、ステム８１に搭載された温度制御機構２９と、温度制御機構２９に搭載されたチップキャリア２５と、チップキャリア２５に搭載された光デバイス（光半導体装置５０、単体の電界吸収型変調器１６、単体の半導体レーザ１７）と、レンズ２７を保持し、光デバイス（光半導体装置５０、単体の電界吸収型変調器１６、単体の半導体レーザ１７）、チップキャリア２５及び温度制御機構２９を覆うようにステムに配置されたレンズフォルダ２８と、を備えている。実施の形態５の光モジュール８０は、光デバイス（光半導体装置５０、単体の電界吸収型変調器１６）における光吸収層５がＡｌを含有せず、Ｂｉを含有する３元以上のIII−Ｖ族半導体混晶により構成されている、又は光吸収層４５の量子井戸層１３がＡｌを含有せず、Ｂｉを含有する３元以上のIII−Ｖ族半導体混晶により構成される。更に実施の形態５の光モジュール８０の光デバイス（光半導体装置５０の半導体レーザ１７、単体の半導体レーザ１７）における活性層１８がＢｉを含有しない３元以上のIII−Ｖ族半導体混晶により構成される。実施の形態６の光モジュール８０は、光デバイスの光吸収層５又は光吸収層４５の量子井戸層１３がＡｌを含有せず、Ｂｉを含有する３元以上のIII−Ｖ族半導体混晶により構成されるので、温度依存性が小さく、信頼性を向上させることができる。また、実施の形態６の光モジュール８０は、温度制御機構２９により光デバイス（電界吸収型変調器１６、光半導体装置５０）の温度を変動させることで、電界吸収型変調器１６の吸収波長は一定のまま、半導体レーザ１７の発振波長を変化させることができる。
【００５４】
なお、実施の形態５及び実施の形態６では、光モジュール８０として、ＣＡＮ（カン）パッケージである同軸型半導体光モジュールを採用したが、アイソレータを内蔵したレセプタクルやフレキシブル基板を設けたＴＯＳＡ（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  ＳｕｂＡｓｓｅｍｂｌｙ）等としても良い。
【００５５】
なお、本発明は、矛盾のない範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１…ＩｎＰ基板、３…ｎ型クラッド層、６…ｐ型光導波路層、７…ｐ型クラッド層、１３…量子井戸層、１４…バリア層、１５…バリア層、１６…電界吸収型変調器、１７…半導体レーザ、１８…活性層、２１ａ、２１ｂ…第二の半導体レーザ、２２…Ｙ型結合器、２３…透明導波路層、２５…チップキャリア、２７…レンズ、２８…レンズフォルダ、２９…温度制御機構、３３…入射光、４５…光吸収層、５０…光半導体装置、８０…光モジュール、８１…ステム
【図１】
2019111295.tif 000003
【図２】
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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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年2月20日(2020.2.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る電界吸収型変調器を示す斜視図である。図２は図１の光軸方向に沿った要部断面図であり、図３は図２の光吸収層の断面構造を示す図である。図２の断面図は、光が進行する軸である光軸３１に平行な破線面３５で切断した図である。実施の形態１の電界吸収型変調器１６は、ｎ型のＩｎＰ基板１と、ＩｎＰ基板１の上面（表面）に設けられた半導体積層構造２と、半導体積層構造２に設けられたＳｉＯ２からなる絶縁膜９と、ＩｎＰ基板１の下面（裏面）に設けられたｎ側電極１０と、絶縁膜９の開口部３４において半導体積層構造２に接続されたｐ側電極１１とを備えている。図１に示すように半導体積層構造２にリッジ型導波路４１が設けられている。半導体積層構造２は、ｎ型のＩｎＰ基板１の上に順に積層されたｎ型ＩｎＰからなるｎ型クラッド層（第一のクラッド層）３、ｉ型ＩｎＧａＡｓＰの光導波路層（第一の光導波路層）４、ｉ型ＩｎＧａＡｓＢｉの光吸収層５、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰからなるｐ型光導波路層（第二の光導波路層）６、ｐ型ＩｎＰからなるｐ型クラッド層（第二のクラッド層）７、及びｐ型ＩｎＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層８を有する。ＩｎＧａＡｓＢｉのｉ型の光吸収層５はＩｎＰ基板１と格子整合している。なお、ここでは、格子整合とは、格子不整合率が０．５％以下であることを意味するものとする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
半導体レーザ１７の活性層１８は、図９に示すように、ＩｎＧａＡｓＰの量子井戸層１９と、ＩｎＧａＡｓＰのバリア層２０が交互に積層されたＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸構造である。図９では、５層の量子井戸層１９と４層のバリア層２０を有する光吸収層１８の例を示した。実施の形態３の光半導体装置５０の製造工程は、実施の形態１で説明した電界吸収型変調器１６の製造工程と同様である。ただし、電界吸収型変調器１６の光吸収層５と半導体レーザ１７の活性層１８は、同時に形成されず個別に形成される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
Ｙ型結合器２２におけるｎ型クラッド層３〜ｐ型コンタクト層８までの半導体積層構造２は、電界吸収型変調器１６の光吸収層５が透明導波路層２３に代わった構造になっている。第二の半導体レーザ２１ａの電界吸収型変調器１６はリッジ型導波路４１ａを有しており、第二の半導体レーザ２１ｂの電界吸収型変調器１６はリッジ型導波路４１ｂを有している。Ｙ型結合器２２は、リッジ型導波路４６ａ、４６ｂ、４６ｃを有している。リッジ型導波路４１ａとリッジ型導波路４６ａは連続しており、リッジ型導波路４１ｂとリッジ型導波路４６ｂは連続している。リッジ型導波路４６ｃは、リッジ型導波路４６ａ、４６ｂと連結されている。破線３６ｅは、透明導波路層２３と光吸収層５における、表面の境界と断面構造の境界に平行な破線である。破線３６ｆは、光吸収層５と活性層１８における、表面の境界と断面構造の境界に平行な破線である。破線３６ｄは光が出射する側の端を示し、破線３６ｇは光が入射する側の端を示している。なお、破線３６ｇ及び破線３６ｄは、図１０における左側では光半導体装置５０の上側（表面側）に記載し、図１０における右側では光半導体装置５０の下側（裏面側）に記載した。破線３６ｇ及び破線３６ｄは、光半導体装置５０の上面（表面）及び右側面では省略した。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
また、光モジュール８０に実施の形態１、２の電界吸収型変調器１６を搭載することもできる。図１５は、本発明の実施の形態６に係る他の光モジュールを示す図である。図１５に示した他の光モジュール８０は、電界吸収型変調器１６、半導体レーザ１７、電界吸収型変調器１６及び半導体レーザ１７を搭載するチップキャリア２５、チップキャリア２５に接続されたペルチェクーラー等の温度制御機構２９、温度制御機構２９及びチップキャリア２５を搭載するステム８１、レンズ２７、レンズ２７を保持しステム８１の表面側を覆うレンズフォルダ２８、電界吸収型変調器１６及び半導体レーザ１７等に接続する端子８２を備えている。レンズフォルダ２８は、電界吸収型変調器１６、半導体レーザ１７、チップキャリア２５、温度制御機構２９を覆うようにステム８１に配置されている。図１５に示した光モジュール８０において、光デバイスである電界吸収型変調器１６として、実施の形態１、２の構造を用いることで、実施の形態１、２と同様の効果を得ることができる。すなわち、実施の形態６の光モジュール８０は、温度制御機構２９による電界吸収型変調器１６の温度調整を実行しなくても、実施の形態１、２と同様の効果を得ることができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
以上のように、実施の形態６の光モジュール８０は、ステム８１と、ステム８１に搭載された温度制御機構２９と、温度制御機構２９に搭載されたチップキャリア２５と、チップキャリア２５に搭載された光デバイス（光半導体装置５０、単体の電界吸収型変調器１６、単体の半導体レーザ１７）と、レンズ２７を保持し、光デバイス（光半導体装置５０、単体の電界吸収型変調器１６、単体の半導体レーザ１７）、チップキャリア２５及び温度制御機構２９を覆うようにステムに配置されたレンズフォルダ２８と、を備えている。実施の形態６の光モジュール８０は、光デバイス（光半導体装置５０、単体の電界吸収型変調器１６）における光吸収層５がＡｌを含有せず、Ｂｉを含有する３元以上のIII−Ｖ族半導体混晶により構成されている、又は光吸収層４５の量子井戸層１３がＡｌを含有せず、Ｂｉを含有する３元以上のIII−Ｖ族半導体混晶により構成される。更に実施の形態６の光モジュール８０の光デバイス（光半導体装置５０の半導体レーザ１７、単体の半導体レーザ１７）における活性層１８がＢｉを含有しない３元以上のIII−Ｖ族半導体混晶により構成される。実施の形態６の光モジュール８０は、光デバイスの光吸収層５又は光吸収層４５の量子井戸層１３がＡｌを含有せず、Ｂｉを含有する３元以上のIII−Ｖ族半導体混晶により構成されるので、温度依存性が小さく、信頼性を向上させることができる。また、実施の形態６の光モジュール８０は、温度制御機構２９により光デバイス（電界吸収型変調器１６、光半導体装置５０）の温度を変動させることで、電界吸収型変調器１６の吸収波長は一定のまま、半導体レーザ１７の発振波長を変化させることができる。
【国際調査報告】
2019111295.tif 000018
2019111295.tif 000019
2019111295.tif 000020
2019111295.tif 000021