(57)【要約】【課題】基板の成長後にバンドギャップを制御することによって、広い波長帯域の光を安定的に提供することができる量子井戸構造の半導体光源を提供する。 【解決手段】基板の上に下部クラッドを形成するステップと、下部クラッドの上に多重量子井戸構造の活性層を形成するステップと、活性層の上に上部クラッドとキャップ層とを順次に積層するステップと、キャップの上に相互に異なる材質を有する少なくとも２つ以上の領域からなるカバー層を積層するステップと、カバー層が積層された広帯域光源を、高温で熱処理するステップとを有する。【選択図】 図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に下部クラッドを形成するステップと、
前記下部クラッドの上に多重量子井戸構造の活性層を形成するステップと、
前記活性層の上に上部クラッドとキャップ層とを順次に積層するステップと、
前記キャップの上に相互に異なる材質を有する少なくとも２つ以上の領域を含むカバー層を積層するステップと、
前記カバー層が積層された前記広帯域光源を高温で熱処理するステップと
を有することを特徴とする広帯域光源の製造方法。
【請求項２】
前記カバー層は、前記キャップ層上に並んで積層される、ＳｉＯ２からなる第１の領域とＳｉＮｘからなる第２の領域とを含むことを特徴とする請求項１記載の広帯域光源の製造方法。
【請求項３】
前記熱処理をするステップは、前記広帯域光源を７００℃以上の高温で熱処理することを特徴とする請求項１記載の広帯域光源の製造方法。
【請求項４】
基板と、
前記基板の上に形成される下部クラッドと、 
前記下部クラッドの上に積層される活性層と、
前記活性層の上に形成される上部クラッドと、
前記上部クラッドの上に積層されるキャップ層と、
前記キャップ層の上に積層され、相互に異なる材質を有する複数の領域を含むカバー層とを有することを特徴とする広帯域光源。
【請求項５】
前記カバー層は、ＳｉＯ２からなる第１の領域と、ＳｉＮｘからなる第２の領域とを含むことを特徴とする請求項４記載の広帯域光源。
【請求項６】
前記カバー層を含む前記広帯域光源は、７００℃以上の高温で熱処理されることを特徴とする請求項４記載の広帯域光源。
【請求項７】
前記広帯域光源は、
前記第１の領域を含む前記広帯域光源の第１の側面にコーティングされる高反射層と、
前記第２の領域を含む前記広帯域光源の第２の側面にコーティングされる無反射層とをさらに有することを特徴とする請求項５記載の広帯域光源。
【請求項８】
前記第１及び第２の領域の各々で生成される光の利得は、前記第１及び第２の領域の各々の広さに比例することを特徴とする請求項４記載の広帯域光源。
【請求項９】
基板上に多重量子井戸構造の活性層を形成するステップと、
相互に異なる材質を有する少なくとも２つ以上の領域を含むカバー層を前記基板上に積層するステップと、 
前記カバー層が積層された前記広帯域光源を熱処理するステップとを有することを特徴とする広帯域光源の製造方法。
【請求項１０】
前記基板上に下部クラッドを積層し、前記活性層上に前記上部クラッドとキャップ層とを順次に積層するステップをさらに有することを特徴とする請求項９記載の広帯域光源の製造方法。
【請求項１１】
基板の上に形成される活性層と、
相互に異なる材質で形成された複数の領域を備え、前記基板の上に積層されるカバー層とを有することを特徴とする広帯域光源。
【請求項１２】
前記基板の上に形成される下部クラッドと、
前記活性層の上に形成される上部クラッドと、
前記上部クラッドの上に積層されるキャップ層とをさらに有することを特徴とする請求項１１記載の広帯域光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は広帯域光源に関して、特に、量子井戸構造を有する広帯域光源及び広帯域光源の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
広帯域光源としては、非干渉性の自然放出光を生成可能な光ファイバー増幅器又は半導体光増幅器が使用される。この広帯域光源は、波長分割多重方式の光通信網において、ファブリーペロー(Ｆａｂｒｙ-Ｐｅｒｏｔ)レーザーなどの波長ロック(ｌｏｃｋ)を誘導するための外部注入光の光源又は多チャンネルを生成するための光源として使用される。 
【０００３】
また、広帯域光源としては、上述の光源以外にも、複数の量子井戸構造（多重量子井戸構造）を有する半導体光源を使用することができる。多重量子井戸構造を有する半導体光源を用いて広い波長帯域光を生成するためには、相互に異なるエネルギーレベルを有する量子井戸を形成したり、或いは、相互に異なるエネルギーレベルで生成されたそれぞれの光を合成して広い波長帯域の光を生成する。
【０００４】
しかしながら、多重量子井戸構造を有する半導体光源などは、相互に異なる量子井戸の厚さを容易に制御することができない。また、成長した（形成された）後の量子井戸は、波長特性を制御しにくいという問題があった。さらに、量子井戸の種類により、それぞれの光利得（optical gain）が異なるので、多重量子井戸構造を有する半導体光源を制御して所望する波長帯域の光をコンスタントに得ることが難しい問題もあった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、基板上に半導体光源が形成（成長）された後に、バンドギャップを制御することによって、広い波長帯域の光を安定的に提供することのできる量子井戸構造の半導体光源及びその製造方法を提供することにある。 
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を実現するために、本発明の広帯域光源の製造方法は、基板上に下部クラッドを形成するステップと、下部クラッドの上に多重量子井戸構造の活性層を形成するステップと、活性層の上に、上部クラッドとキャップ層とを順次に積層するステップと、キャップ層の上に相互に異なる材質を有する少なくとも２つ以上の領域を含むカバー層を積層するステップと、カバー層が積層された広帯域光源を高温で熱処理するステップとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の相互に異なる材質を有する複数の領域を含むカバー層を備える広帯域光源は、各領域が熱処理などのＩＦＶＤ工程後に相互に異なるバンドギャップを有する。したがって、広帯域光源は、広い波長帯域の光を安定的に生成することが可能になる。さらに、本発明は、単一の基板上に集積された広帯域光源が生成可能なため、生産性が向上する効果がある。 
【０００８】
さらに、各領域の広さとバンドギャップとを制御（調整）することにより、光の利得及び波長帯域の特性制御が容易となり、必要に応じて多様な仕様の製品を容易に生産することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の好適な実施形態を添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、下記の説明において、本発明の要旨のみを明瞭にするために、公知の機能や構成についての説明は、適宜省略する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態における量子井戸構造を有する広帯域光源を示す図である。図１に示すように、本実施形態による広帯域光源１００は、基板１１０と、基板１１０の上に形成される下部クラッド(ｌｏｗｅｒ  ｃｌａｄ)１２０と、下部クラッド１２０の上に積層され、広い波長帯域の光を生成するための活性層１４０と、活性層１４０の上に形成される上部クラッド(ｕｐｐｅｒ  ｃｌａｄ)１６０と、上部クラッド１６０の上に積層されるキャップ層１７０と、キャップ層１７０の上に積層され、相互に異なる材質を有する複数の領域を含むカバー層１８０と、第１及び第２の保護層１３０、１５０とを含んでいる。なお、第１の保護層１３０は、下部クラッド１２０と活性層１４０との間に形成され、第２の保護層１５０は、上部クラッド１６０と活性層１４０との間に形成される。カバー層１８０は、ＳｉＯ２材質（シリコン酸化膜）の第１の領域１８１と、ＳｉＮｘ材質（シリコン窒化膜）の第２の領域１８２とを含むように形成されている。
【００１０】
図２は、第１及び第２の領域１８１，１８２のそれぞれのエネルギーバンドギャップを示す図である。図２に示すように、広帯域光源１００は、７００℃以上の高温で熱処理されることによって、カバー層１８０に形成されたエネルギーバンドギャップが局所的に制御可能になる。すなわち、幅が同一の量子井戸構造では、エネルギーバンドギャップが高いほど、量子井戸構造が緩やかな曲線構造に変化する。したがって、本実施形態の量子井戸構造は、図２に示すように、熱処理によって緩やかな曲線構造に変化している。
【００１１】
図３は、図１に示す第１及び第２の領域１８１，１８２から出力された各光波長λ１、λ２を示すグラフである。広帯域光源１００は、図３に示すように、広い波長帯域の光を生成する。すなわち、カバー層１８０が形成された広帯域光源１００を熱処理するときに量子井戸構造が変化し、それによってバンドギャップ及び生成される光の波長帯域が変化する。すなわち、カバー層１８０のバンドギャップは、熱処理によって変化し、それによって波長帯域も変化する。なお、第１及び第２の領域１８１，１８２の各々のバンドギャップ及び波長帯域の変化の程度は異なる。
【００１２】
図４は、図１に示す広帯域光源１００の平面図である。すなわち、第２の領域１８２のエネルギーバンドギャップ（Ｅ２）が第１の領域１８１のエネルギーバンドギャップ（Ｅ１）よりも高い場合には、第２の領域１８２を含む広帯域光源１００で生成される光（図３のλ２）は、第１の領域１８１を含む広帯域光源１００で生成される光（図３のλ１）の波長帯域よりも短い波長帯域に位置する。そして、本実施形では、第１の領域１８１を含む広帯域光源１００の一側面（第１の側面）には高反射層１０２がコーティングされ、広帯域光源１００の一側面に対向する第２の領域１８２を含む他側面（第２の側面）には無反射層１０１がコーティングされている。 
【００１３】
広帯域光源１００は、キャップ層１７０の上にカバー層１８０が形成された後に、７００℃以上の高温で熱処理を行うＩＦＶＤ(Ｉｍｐｕｒｉｔｙ  Ｆｒｅｅ  Ｖａｃａｎｃｙ  Ｄｉｓｏｒｄｅｒｉｎｇ)過程によって、バンドギャップが変化する。そして、上述したように、第１の領域１８１のバンドギャップの変化と第２の領域１８２のバンドギャップの変化は各々相互に異なる。このように、本実施形態の広帯域光源１００は、カバー層１８０が形成された広帯域光源に熱処理を施すことにより、カバー層１８０を構成する各領域のバンドギャップを局所的に制御することができ、広い波長帯域の光を生成することが可能になる。 
【００１４】
また、図５は、図１に示す広帯域光源１００におけるカバー層１８０の第１及び第２の領域を示す平面図である。図６及び図７は、図５に示す第１及び第２の領域１８１’、１８２’の広さＡ１、Ａ２と生成される光の利得Ｇ１、Ｇ２との関係を説明するためのグラフである。図５と図６に示すように、第１の領域１８１’の利得Ｇ１が第２の領域１８２’の利得Ｇ２より大きい場合に、第１及び第２の領域１８１’、１８２’の広さＡ１、Ａ２を調節することによって、第１及び第２の領域１８１’、１８２’で生成される光の強さを一定に調節することができる。すなわち、カバー層１８０’を構成する各領域の利得は、その広さに比例（広さが大きくなると光学利得が大きくなる比例関係）するので、必要に応じて広さを制御して生成される相互に異なる波長の利得を一定に制御可能になる。なお、広帯域光源１００’は高反射層１０２’と無反射層１０１’とを備えている。
【００１５】
（第２の実施形態）  
図８は、本発明の第２の実施形態における、相互に異なる材質の領域２１０，２２０からなるカバー層を含む多波長光源２００の平面図である。そして、図８に示すように、第１の領域２１０を含む多波長光源２００の一側面に高反射層２０２がコーティングされ、第２の領域２２０を含む多波長光源２００の他側面に無反射層２０１がコーティングされ、この無反射層２０１を介して生成された光を出力する。活性層２３０は、第１の領域２１０から第２の領域２２０にその幅が順次に広くなるテーパー(ｔａｐｅｒ)構造（図８の点線部分）に形成され、生成される光の利得は、光の進行方向に沿って大きくなる。
【００１６】
（第３の実施形態） 
図９は、本発明の第３の実施形態における、相互に異なる領域３１０、３２０からなるカバー層を含む反射型半導体光増幅器３００の平面図である。図９に示すように、第１の領域３１０を含む反射型半導体光増幅器３００の一側面に高反射層３０２がコーティングされ、第２の領域３２０を含む反射型半導体光増幅器３００の他側面に無反射層３０１がコーティングされている。反射型半導体光増幅器３００は、活性層３３０の幅が狭くなるＳＳＣ(Ｓｐｏｔ  Ｓｉｚｅ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）構造（図９の点線部分）に構成され、この活性層３３０は、第２の領域３２０で狭くなっている。すなわち、本実施形態のような活性層３３０の構造を有する半導体光増幅器３００は、ＦＦＰ(Ｆａｒ-Ｆｉｌｄ  Ｐａｔｔｅｒｎ）を改善することができるので、光ファイバーと高いカップリング効率で結合可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態の量子井戸構造を有する広帯域光源を示す図である。
【図２】図１の第１及び第２の領域におけるそれぞれのエネルギーバンドギャップを示す図である。
【図３】図１の第１及び第２の領域から出力された各光の波長を示すグラフである。
【図４】図１に示す広帯域光源の平面図である。
【図５】図１に示す広帯域光源の平面図である。
【図６】図５に示す第１及び第２の領域の広さと光の利得との関係を説明するためのグラフである。
【図７】図５に示す第１及び第２の領域の広さと光の利得との関係を説明するためのグラフである。
【図８】本発明の第２の実施形態の広帯域光源を示す平面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態の広帯域光源を示す平面図である。
【符号の説明】
【００１８】
１００    広帯域光源
１１０    基板
１２０    下部クラッド
１４０    活性層
１６０    上部クラッド
１７０    キャップ層
１８０    カバー層
１８１    第１の領域
１８２    第２の領域
【図１】
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【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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