(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層を有するメサ部と、
前記メサ部を埋め込む埋め込み層と、
を備え、
前記埋め込み層は、前記活性層の屈折率の温度変化係数よりも大きい屈折率の温度変化係数を有し、且つ前記活性層の屈折率よりも大きい屈折率を有する屈折率調整領域を有し、
前記屈折率調整領域は、前記埋め込み層の高さ方向において、前記活性層と少なくとも一部が重なる位置に配置され、発振波長の温度変化係数が、利得ピーク波長の温度変化係数よりも小さい光半導体素子。
【請求項２】
前記屈折率調整領域は、前記メサ部とは接していない請求項１に記載の光半導体素子。
【請求項３】
前記屈折率調整領域は、前記埋め込み層の高さ方向において、前記活性層と一致する位置に配置される請求項１又は２に記載の光半導体素子。
【請求項４】
前記活性層がＩＩＩ−Ｖ族化合物を有し、
前記屈折率調整領域が、インジウム・アンチモン又はガリウム・アンチモン又はアルミニウム・アンチモン又はこれらの混晶を有する請求項１〜３の何れか一項に記載の光半導体素子。
【請求項５】
前記メサ部が、回折格子層を有する請求項１〜４の何れか一項に記載の光半導体素子。
【請求項６】
活性層を有するメサ部と、
前記メサ部を埋め込む埋め込み層と、
を備え、
前記埋め込み層は、前記活性層の屈折率の温度変化係数よりも大きい屈折率の温度変化係数を有し、且つ前記活性層の屈折率よりも大きい屈折率を有する屈折率調整領域を有し、
前記屈折率調整領域は、前記埋め込み層の高さ方向において、前記活性層と少なくとも一部が重なる位置に配置され、発振波長の温度変化係数が、利得ピーク波長の温度変化係数よりも小さい光半導体素子と、
前記活性層に電流を供給する駆動部と、
を備え、
前記光半導体素子が、光ファイバに向けて光を送出する光送信モジュール。
【請求項７】
活性層を有するメサ部と、
前記メサ部を埋め込む埋め込み層と、
を備え、
前記埋め込み層は、前記活性層の屈折率の温度変化係数よりも大きい屈折率の温度変化係数を有し、且つ前記活性層の屈折率よりも大きい屈折率を有する屈折率調整領域を有し、
前記屈折率調整領域は、前記埋め込み層の高さ方向において、前記活性層と少なくとも一部が重なる位置に配置され、発振波長の温度変化係数が、利得ピーク波長の温度変化係数よりも小さい光半導体素子と、
前記光半導体素子に電流を供給する駆動部と、
を有する光送信モジュールと、
前記光送信モジュールから送出された光を伝搬する光ファイバと、
前記光ファイバから光を受信する光受信モジュールと、
を備えた光伝送システム。
【請求項８】
発振波長の温度変化係数が、利得ピーク波長の温度変化係数よりも小さい光半導体素子の製造方法であって、
基板上に活性層を有するメサ部を形成する工程と、
前記メサ部を埋め込むように埋め込み層を形成する工程であって、前記埋め込み層は、前記活性層の屈折率の温度変化係数よりも大きい屈折率の温度変化係数を有し且つ前記活性層の屈折率よりも大きい屈折率を有する屈折率調整領域を有し、前記屈折率調整領域が前記埋め込み層の高さ方向において前記活性層と少なくとも一部が重なる位置に配置されるように埋め込み層を形成する工程と、
を備えた光半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光半導体素子、光送信モジュール、光伝送システム及び光半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体レーザ等の光半導体素子が通信において用いられている。
【０００３】
そして、インターネット等の普及に伴う通信量の増加に対応して、光通信又は光伝送における通信速度の高速化及び通信容量の増大が図られている。
【０００４】
例えば、４０Ｇｂ／ｓ以上の通信速度を有する光ファイバ伝送システム、又は２５ギガビットのデータをＣＷＤＭで４波束ねて１００ギガビットの通信量にして送信することが求められている。
【０００５】
そして、上述した通信を行うための光信号の生成を、アンクールドで動作する半導体レーザを用いて、直接変調により行うことが期待されている。このような半導体レーザとして、分布帰還型レーザ（ＤＦＢレーザ）が挙げられる。
【０００６】
ＤＦＢレーザを用いて、高い周波数で直接変調を行うには、注入される電流に対する光の応答性が急激に低下する電流信号の周波数である緩和振動周波数の高いことが求められる。そして、半導体レーザの活性層の体積を小さくすることにより、緩和振動周波数を大きくすることができる。例えば、ＤＦＢレーザの共振器長を１００μｍと短くすることにより、室温にて４０Ｇｂ／ｓでの変調を可能としたものもある。
【０００７】
また、緩和振動周波数は、ＤＦＢレーザの微分利得の平方根に比例するので、この微分利得を大きくすることによっても、緩和振動周波数を増大できる。具体的には、ＤＦＢレーザにおける活性層の最大の利得が得られる利得ピーク波長と発振波長との差である離調を、回折格子の周期を変化させることにより調整して、微分利得を大きくすることが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−１５７６９１号公報
【特許文献２】特開平１１−１３５８７６号公報
【特許文献３】特開２０１１−４０６３２号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｋ．Ｎａｋａｈａｒａ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｈｉｇｈ  Ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ  Ｒａｔｉｏ  Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  ａｔ  ４０−Ｇｂ／ｓ  Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ｉｎ  １．３−μｍ  ＩｎＧａＡｌＡｓ−ＭＱＷ  ＲＷＧ  ＤＦＢ  Ｌａｓｅｒｓ”，  ＯＦＣ／ＮＦＯＥＣ  ２００６，  講演番号ＯＷＣ５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ここで、ＤＦＢレーザの動作温度が変化すると、発振波長及び利得ピーク波長も変化する。また、ＤＦＢレーザでは、発振波長の温度変化係数よりも、利得ピーク波長の温度変化係数の方が大きい。
【００１１】
従って、ＤＦＢレーザの動作温度が変化すると、上述した離調が変化するので、緩和振動周波数が温度によって変化するという問題が生じる。
【００１２】
本明細書では、上述した問題を解決するために、緩和振動周波数の温度による変化が小さい光半導体素子を提供することを目的とする。
【００１３】
また、本明細書では、上述した問題を解決するために、緩和振動周波数の温度による変化が小さい光半導体素子を備えた光送信モジュールを提供することを目的とする。
【００１４】
また、本明細書では、上述した問題を解決するために、緩和振動周波数の温度による変化が小さい光半導体素子を有する光送信モジュール備えた光伝送システムを提供することを目的とする。
【００１５】
更に、本明細書では、上述した問題を解決するために、緩和振動周波数の温度による変化が小さい光半導体素子の製造方法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】
【００１６】
本明細書に開示する光半導体素子の一形態によれば、活性層を有するメサ部と、上記メサ部を埋め込む埋め込み層と、を備え、上記埋め込み層は、上記活性層の屈折率の温度変化係数よりも大きい屈折率の温度変化係数を有し、且つ上記活性層の屈折率よりも大きい屈折率を有する屈折率調整領域を有し、上記屈折率調整領域は、上記埋め込み層の高さ方向において、上記活性層と少なくとも一部が重なる位置に配置される。
【００１７】
また、本明細書に開示する光送信モジュールの一形態によれば、活性層を有するメサ部と、上記メサ部を埋め込む埋め込み層と、を備え、上記埋め込み層は、上記活性層の屈折率の温度変化係数よりも大きい屈折率の温度変化係数を有し、且つ上記活性層の屈折率よりも大きい屈折率を有する屈折率調整領域を有し、上記屈折率調整領域は、上記埋め込み層の高さ方向において、上記活性層と少なくとも一部が重なる位置に配置される光半導体素子と、上記活性層に電流を供給する駆動部と、を備え、上記光半導体素子が、光ファイバに向けて光を送出する。
【００１８】
また、本明細書に開示する光伝送システムの一形態によれば、活性層を有するメサ部と、上記メサ部を埋め込む埋め込み層と、を備え、上記埋め込み層は、上記活性層の屈折率の温度変化係数よりも大きい屈折率の温度変化係数を有し、且つ上記活性層の屈折率よりも大きい屈折率を有する屈折率調整領域を有し、上記屈折率調整領域は、上記埋め込み層の高さ方向において、上記活性層と少なくとも一部が重なる位置に配置される光半導体素子と、上記光半導体素子に電流を供給する駆動部と、を有する光送信モジュールと、上記光送信モジュールから送出された光を伝搬する光ファイバと、上記光ファイバから光を受信する光受信モジュールと、を備える。
【００１９】
更に、本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の一形態によれば、基板上に活性層を有するメサ部を形成する工程と、上記メサ部を埋め込むように埋め込み層を形成する工程であって、上記埋め込み層は、上記活性層の屈折率の温度変化係数よりも大きい屈折率の温度変化係数を有し且つ上記活性層の屈折率よりも大きい屈折率を有する屈折率調整領域を有し、上記屈折率調整領域が上記埋め込み層の高さ方向において上記活性層と少なくとも一部が重なる位置に配置されるように埋め込み層を形成する工程と、を備える。
【発明の効果】
【００２０】
上述した本明細書に開示する光半導体素子の一形態によれば、緩和振動周波数の温度による変化が低減される。
【００２１】
また、上述した本明細書に開示する光送信モジュールの一形態によれば、緩和振動周波数の温度による変化が低減される。
【００２２】
また、上述した本明細書に開示する光伝送システムの一形態によれば、緩和振動周波数の温度による変化が低減される。
【００２３】
更に、上述した本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の一形態によれば、緩和振動周波数の温度による変化が小さい光半導体素子を製造できる。
【００２４】
本発明の目的及び効果は、特に請求項において指摘される構成要素及び組み合わせを用いることによって認識され且つ得られるだろう。
【００２５】
前述の一般的な説明及び後述の詳細な説明の両方は、例示的及び説明的なものであり、特許請求の範囲に記載されている本発明を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本明細書に開示する光半導体素子の第１実施形態を示す図である。
【図２】図１のＸ１−Ｘ１線断面図である。
【図３】（Ａ）は、図１の光半導体素子を伝搬する導波モードの電界分布を示す図であり、（Ｂ）は屈折率調整領域を有さない光半導体素子を伝搬する導波モードの電界分布を示す図である。
【図４】光半導体素子のニアフィールド及びファーフィールドにおける光の電界分布を示す図である。
【図５】第１実施形態の光半導体素子の変型例を示す図である。
【図６】本明細書に開示する光半導体素子の第２実施形態を示す図である。
【図７】図６のＸ２−Ｘ２線断面図である。
【図８】本明細書に開示する光伝送システムの一実施形態を示す図である。
【図９】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第１実施形態の工程（その１）を示す図である。
【図１０】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第１実施形態の工程（その２）を示す図である。
【図１１】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第１実施形態の工程（その３）を示す図である。
【図１２】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第１実施形態の工程（その４）を示す図である。
【図１３】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第１実施形態の工程（その５）を示す図である。
【図１４】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第１実施形態の工程（その６）を示す図である。
【図１５】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第１実施形態の工程（その７）を示す図である。
【図１６】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第１実施形態の工程（その８）を示す図である。
【図１７】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第２実施形態の工程（その１）を示す図である。
【図１８】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第２実施形態の工程（その２）を示す図である。
【図１９】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第２実施形態の工程（その３）を示す図である。
【図２０】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第２実施形態の工程（その４）を示す図である。
【図２１】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第２実施形態の工程（その５）を示す図である。
【図２２】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第２実施形態の工程（その６）を示す図である。
【図２３】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第２実施形態の工程（その７）を示す図である。
【図２４】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第２実施形態の工程（その８）を示す図である。
【図２５】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第２実施形態の工程（その９）を示す図である。
【図２６】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第２実施形態の工程（その１０）を示す図である。
【図２７】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第２実施形態の工程（その１１）を示す図である。
【図２８】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第２実施形態の工程（その１２）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本明細書において解決する課題について更に説明した上で、本明細書に開示する光半導体素子の形態について詳述する。
【００２８】
まず、本明細書において解決する課題について、以下に説明する。
【００２９】
上述したように離調を用いてＤＦＢレーザの緩和振動周波数を大きくする場合には、一般に、レーザの発振波長を利得ピーク波長よりも短波長側に配置して、微分利得を増大させる。例えば、発振波長は、利得ピーク波長に対して１０〜２０ｎｍ程度、短波長側に配置される。
【００３０】
レーザの発振波長又は利得ピーク波長は、光路長に影響を与える材料の屈折率によって変化する。この屈折率は、材料の温度によって変化する。そのため、レーザの発振波長又は利得ピーク波長は、動作温度の変化に伴う屈折率の変化によっても変化する。例えば、ＩｎＰ系の化合物半導体を用いて形成されるＤＦＢレーザの場合には、発振波長の温度変化係数は、約０．０８ｎｍ／Ｋであり、利得ピーク波長の温度変化係数は、約０．４２ｎｍ／Ｋである。
【００３１】
例えば、ＤＦＢレーザの動作温度範囲が２５℃〜８５℃であるとする。この場合、動作温度が低温側の２５℃から高温側の８５℃に変化した時の利得ピーク波長の温度変化量は約２５．２ｎｍであるのに対して、発振波長の温度変化量は約４．８ｎｍとなる。
【００３２】
上述した離調は、ＤＦＢレーザの動作温度範囲内の何れかの温度において設定される。ここで、離調が、２５℃という低温側の動作温度で設定された場合には、アンクールド動作において高温になったＤＦＢレーザでは、離調が２５℃の値よりも大きくなる。その結果、微分利得の低下と共に利得の絶対値も低下して、レーザ出力の低下と共に緩和振動周波数が減少する場合がある。
【００３３】
一方、離調が、８５℃という高温側の動作温度で設定された場合には、アンクールド動作において低温になったＤＦＢレーザでは、発振波長が利得ピーク波長よりも長波長側に移動する場合がある。その結果、微分利得が低下して、緩和振動周波数が減少する。
【００３４】
従って、動作温度の変化による緩和振動周波数の変化を防止するには、レーザの発振波長の温度変化係数と、利得ピーク波長の温度変化係数とが近い値であることが好ましい。即ち、発振波長を決定する素子部分の屈折率の温度変化係数と、利得ピーク波長を決定する素子部分の屈折率の温度変化係数とが近い値であることが好ましい。
【００３５】
ここで、利得ピーク波長の屈折率の温度変化係数は、主に利得が生じる活性層の形成材料によって決定されるので、屈折率の温度変化係数を変化させるには、活性層の形成材料を変更することになるため、困難な場合がある。
【００３６】
そこで、本明細書では、発振波長の温度変化係数を、利得ピーク波長の温度変化係数に近づけることにより、緩和振動周波数の温度による変化を低減することを目的とした。
【００３７】
以下、本明細書で開示する光半導体素子の好ましい第１実施形態を、図を参照して説明する。但し、本発明の技術範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶものである。
【００３８】
図１は、本明細書に開示する光半導体素子の第１実施形態を示す図である。図２は、図１のＸ１−Ｘ１線断面図である。
【００３９】
本実施形態の光半導体素子１０は、分布帰還型の半導体レーザである。光半導体素子１０は、基板１１上に形成されたメサ部２０と、メサ部２０の両側を埋め込む埋め込み層３０とを有する。メサ部２０は縦長であり、メサ部２０の長手方向に沿って、埋め込み層３０がメサ部２０の側面を覆うように配置される。また、光半導体素子１０の長手方向の両面に無反射層を配置しても良い。ここで、光半導体素子１０の長手方向は、メサ部２０の長手方向と一致する。
【００４０】
まず、メサ部２０について、以下に説明する。
【００４１】
メサ部２０は、基板１１に形成された回折格子層２１と、回折格子層２１上に配置されたガイド層２２と、ガイド層２１上に配置されたエッチングストッパ層２３と、エッチングストッパ層２３上に配置された活性層２４とを有する。
【００４２】
活性層２５は、電流が注入されてレーザ発振する。回折格子層２１の回折格子の周期は、発振波長を決定する。回折格子層２１の長手方向の中央には、位相シフト２１ａが配置される。ガイド層２２は、その屈折率が活性層２５よりも低い。
【００４３】
また、メサ部２０は、活性層２４上に配置された第１クラッド層２５と、第１クラッド層２５上に配置された第２クラッド層２６と、第２クラッド層２６上に配置されたコンタクト層２７とを有する。コンタクト層２７上には第１電極１３が配置され、基板１１の下には第２電極１４が配置される。
【００４４】
第２クラッド層２６の抵抗率は第１クラッド層２５よりも低く、第１電極１３からの電流が第１クラッド層２５を介して、活性層２４に注入されるようになっている。
【００４５】
活性層２５としては、量子井戸構造又はバルク構造を用いることができる。活性層２５の形成材料としては、化合物半導体等を用いることができる。
【００４６】
次に、埋め込み層３０について、以下に説明する。
【００４７】
埋め込み層３０は、好ましくは電気的に半絶縁性又は絶縁性を有し、電流が活性層２４に注入されるように働く。
【００４８】
埋め込み層３０は、メサ部２０の側面及び基板１１の上を覆う電流ブロック層３１を有する。電流ブロック層３１は、電気的に半絶縁体又は絶縁体であることが好ましい。電流ブロック層３１の抵抗率としては、例えば、半絶縁体の場合には１×１０６〜１×１０８Ωｃｍの範囲にあり、電気絶縁体の場合には、１×１０８Ωｃｍよりも、特に１×１０１０Ωｃｍよりも大きいことが、メサ部２０から埋め込み層３０への電流の流れを防止する上で好ましい。
【００４９】
また、埋め込み層３０は、層状の下側埋め込み領域３２及び屈折率調整領域３３及び上側埋め込み領域３４を有する。それぞれの領域は、電流ブロック層３１を介して基板１１上に、順番に積層される。
【００５０】
上側埋め込み領域３４の上には、メサ部２０の上まで跨るようにパッシベーション層１２が配置される。
【００５１】
屈折率調整領域３３は、活性層２４の屈折率の温度変化係数よりも大きい屈折率の温度変化係数を有し、且つ活性層２４の屈折率よりも大きい屈折率を有する。また、屈折率調整領域３３の少なくとも一部分は、埋め込み層３０の高さ方向において、活性層２４と重なる位置に配置される。ここで、埋め込み層３０の高さ方向は、層状の下側埋め込み領域３２及び屈折率調整領域３３及び上側埋め込み領域３４が積層される方向と一致する。
【００５２】
下側埋め込み領域３２及び上側埋め込み領域３４は、電気的に半絶縁性又は絶縁性を有することが好ましい。また、下側埋め込み領域３２及び上側埋め込み領域３４の屈折率は、活性層２４の屈折率よりも小さいことが、光半導体素子１０を伝搬する導波モードの電界が埋め込み層３０側へ拡がることを防止する上で好ましい。
【００５３】
屈折率調整領域３３は、光半導体素子１０において、発振波長を決定する活性層２４を含む素子部分の一部であり、発振波長を決定する素子部分の屈折率の温度変化係数を増大する。発振波長を決定する素子部分は、光半導体素子１０を伝搬する導波モードの電界が分布する領域であり、この領域には、メサ部２０の回折格子層２１から第２クラッド層２６の部分と共に、埋め込み層３０の部分が含まれる。各層の屈折率は同一とは限らないので、発振波長を決定する素子部分の屈折率は、導波モードの電界が分布する領域の等価屈折率を意味する。従って、発振波長を決定する素子部分の屈折率の温度変化係数は、導波モードの電界が分布する領域の等価屈折率の温度変化係数を意味する。なお、活性層２４が量子井戸構造を有する場合には、活性層２４の屈折率は、井戸層及びバリア層からなる領域の等価屈折率となる。
【００５４】
図３（Ａ）は、図１の光半導体素子を伝搬する導波モードの電界分布を示す図である。図３（Ａ）は、電界強度Ｅの光半導体素子１０の幅方向における分布を示している。ここで、光半導体素子１０の幅方向は、メサ部２０の幅方向と一致しており、メサ部２０の幅方向は、メサ部２０の長手方向と直交する方向である。また、図３（Ａ）のメサ部２０では、活性層２４以外の構成要素は示していない。
【００５５】
導波モードの電界は、メサ部２０の特に活性層２４の部分に多く分布しているが、一部分は、メサ部２０両側の埋め込み層３０の部分にも分布している。
【００５６】
埋め込み層３０に配置された屈折率調整領域３３は、活性層２４の屈折率よりも大きい屈折率を有するので、導波モードの電界が埋め込み層３０側に拡がることを誘導して、電界が屈折率調整領域３３内に多く分布するようになっている。
【００５７】
また、光半導体素子１０では、屈折率調整領域３３が、埋め込み層３０の高さ方向において、活性層２４と一致する位置に配置されており、活性層２４側から屈折率調整領域３３側に電界が拡がり易くなっている。
【００５８】
そして、屈折率調整領域３３は、活性層２４の屈折率の温度変化係数よりも大きい屈折率の温度変化係数を有するので、導波モードの電界が分布する領域の等価屈折率の温度変化係数を増大する。
【００５９】
このようにして、光半導体素子１０は、屈折率調整領域３３内への光の拡がりを誘導して、導波モードの電界が分布する領域の等価屈折率の温度変化係数を効果的に増大する。
【００６０】
図３（Ｂ）は、屈折率調整領域を有さない光半導体素子を伝搬する導波モードの電界分布を示す図である。図３（Ｂ）に示す光半導体素子では、埋め込み層には屈折率調整領域が配置されておらず、活性層よりも屈折率が小さい埋め込み層３００を有する。
【００６１】
図３（Ａ）に示すように、光半導体素子１０は、屈折率の大きい屈折率調整領域３３の存在によって、メサ部２０から埋め込み層側への電界の拡がる量が、図３（Ｂ）の場合よりも大きくなっている。
【００６２】
光半導体素子１０の発振波長λは、λ＝２×ｎｅｑ×Λで表される。ここで、ｎｅｑは、導波モードの電界が分布する領域の等価屈折率であり、Λは、回折格子層２１の回折格子の周期である。光半導体素子１０では、等価屈折率ｎｅｑの温度変化係数が大きいので、発振波長の温度変化係数も大きくなる。その結果、発振波長の温度変化係数が、利得ピーク波長の温度変化係数に近づく。
【００６３】
上述したように、光半導体素子１０では、電界の分布を拡げるために、屈折率調整領域３３の屈折率を、活性層２４の屈折率よりも大きくしている。そのため、屈折率調整領域３３の抵抗率は、活性層２４よりも低くなる場合がある。そこで、光半導体素子１０では、上述した電流ブロック層３１を、屈折率調整領域３３とメサ部２０との間に配置し、屈折率調整領域３３とメサ部２０とが接しないようにして、電流がメサ部２０から屈折率調整領域３３へ流れることを防止する。
【００６４】
このように、電流がメサ部２０から屈折率調整領域３３へ流れることを防止する観点から、電流ブロック層３１の厚さは、５００ｎｍ以上であることが好ましい。
【００６５】
一方、メサ部２０から屈折率調整領域３３側への光の拡がりを誘導するには、屈折率調整領域３３とメサ部２０との間の距離は短いことが好ましい。この観点から、電流ブロック層３１の厚さは、０．２μｍ以下であることが好ましい。
【００６６】
次に、活性層２４及び屈折率調整領域３３を形成する材料の具体例を以下に説明する。
【００６７】
活性層２４がＩＩＩ−Ｖ族化合物によって形成される場合には、屈折率調整領域３３がインジウム・アンチモン（ＩｎＳｂ）又はガリウム・アンチモン（ＧａＳｂ）又はアルミニウム・アンチモン（ＡｌＳｂ）又はこれらの混晶を用いて形成されることが好ましい。
【００６８】
活性層２４は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物であるＩｎＰ、ＩｎＡｓ又はＧａＡｓを用いて形成されても良い。ＩｎＰの屈折率は、３．２＠１３１０ｎｍ、３．１７＠１５５０ｎｍである。また、ＩｎＰの屈折率の温度変化係数は、８．６４×１０-5／Ｋ＠１３１０ｎｍ、８．５６×１０-5／Ｋ＠１５５０ｎｍである。ＩｎＡｓの屈折率は、４．１９＠１３１０ｎｍ、３．９８＠１５５０ｎｍである。また、ＩｎＡｓの屈折率の温度変化係数は、３７．７４×１０-5／Ｋ＠１３１０ｎｍ、３５．８０×１０-5／Ｋ＠１５５０ｎｍである。ＧａＡｓの屈折率は、３．４１＠１３１０ｎｍ、３．３８＠１５５０ｎｍである。また、ＧａＡｓの屈折率の温度変化係数は、１５．３４×１０-5／Ｋ＠１３１０ｎｍ、１５．２０×１０-5／Ｋ＠１５５０ｎｍである。
【００６９】
インジウム・アンチモンの屈折率は、４．１３＠１３１０ｎｍ、４．０８＠１５５０ｎｍである。また、インジウム・アンチモンの屈折率の温度変化係数は、６６．０８×１０-5／Ｋ＠１３１０ｎｍ、６５．２８×１０-5／Ｋ＠１５５０ｎｍである。ガリウム・アンチモンの屈折率は、３．８８＠１３１０ｎｍ、３．８６＠１５５０ｎｍである。また、ガリウム・アンチモンの屈折率の温度変化係数は、３７．６４×１０-5／Ｋ＠１３１０ｎｍ、３７．４４×１０-5／Ｋ＠１５５０ｎｍである。
【００７０】
屈折率調整領域３３は、結晶構造を有していても良いが、多結晶又は非晶質構造であっても良い。例えば、屈折率調整領域３３は、非晶質の誘電体によって形成されていても良い。結晶構造の屈折率調整領域３３は、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）を用いて形成され得る。また、多結晶又は非晶質構造の屈折率調整領域３３は、ＣＶＤ又はＰＶＤ法を用いて形成され得る。
【００７１】
同様に、電流ブロック層３１又は下側埋め込み領域３２又は上側埋め込み領域３４は、結晶構造を有していても良いが、多結晶又は非晶質構造であっても良い。
【００７２】
上述したように、埋め込み層３０に屈折率調整領域３３を配置することにより、発振波長を決定する素子部分の等価屈折率が大きくなると、利得ピーク波長を決定する素子部分の等価屈折率も影響を受けて大きくなる。しかし、利得ピーク波長は、発振波長と同じだけ波長がシフトするので、屈折率調整領域３３は、利得ピーク波長と発振波長との間の相対的な波長の関係に変化を生じさせない。
【００７３】
図４は、光半導体素子のニアフィールド及びファーフィールドにおける光の電界分布を示す図である。
【００７４】
図４には、光半導体素子１０におけるニアフィールドの電界分布Ｐ１と、光が自由空間に送出されたファーフィールドの電界分布Ｑ１とが実線で示されている。また、図４には、図３（Ｂ）に示す光半導体素子におけるニアフィールドの電界分布Ｐ２と、ファーフィールドの電界分布Ｑ２とが鎖線で示されている。
【００７５】
図３を参照して説明したように、光半導体素子１０は、ニアフィールドを伝搬する導波モードの電界分布の拡がりが大きくなるので、光半導体素子１０から自由空間に送出されたファーフィールドにおける光の電界強度の拡がりは逆に小さくなる。
【００７６】
図４に示すように、光半導体素子１０は、屈折率の大きい屈折率調整領域３３の存在によって、ファーフィールドにおける光の電界分布の拡がりが、図３（Ｂ）の場合よりも狭くなる。従って、光半導体素子１０から送出される光を光ファイバで伝送する場合には、ファーフィールドにおける光の電界分布の拡がりが狭いので、光半導体素子１０から送出される光は、光ファイバとの結合が向上する。
【００７７】
上述した本実施形態の光半導体素子によれば、発振波長の温度変化係数が、利得ピーク波長の温度変化係数に近づくので、緩和振動周波数の温度による変化を低減することができる。
【００７８】
また、緩和振動周波数の温度による変化が小さいので、温度変化に伴う発振波長及び利得ピーク波長の変化を考慮した離調の設定が容易になる。
【００７９】
次に、上述した第１実施形態の光半導体素子の変型例を、図を参照して、以下に説明する。
【００８０】
図５は、第１実施形態の光半導体素子の変型例を示す図である。
【００８１】
本変型例の光半導体素子１０では、埋め込み層３０が電流ブロック層を有しておらず、電流ブロック層と下側埋め込み領域と上側埋め込み領域とが一体となった埋め込み領域３５を有している点が、上述した第１実施形態とは異なっている。
【００８２】
埋め込み領域３５は、屈折率調整領域３３を挟み込むと共に、基板１１上からメサ部２０の側面を覆うように配置されている。
【００８３】
屈折率調整領域３３とメサ部２０との間には、埋め込み領域３５の一部分が配置されており、屈折率調整領域３３とメサ部２０とが接することが防止される。
【００８４】
本変型例の光半導体素子１０は、例えば、第１実施形態において、電流ブロック層と下側埋め込み領域と上側埋め込み領域を、同じ材料を用いて形成することにより得られる。
【００８５】
次に、上述した光半導体素子の第２実施形態を、図６及び図７を参照しながら以下に説明する。第２実施形態について特に説明しない点については、上述の第１実施形態に関して詳述した説明が適宜適用される。また、同一の構成要素には同一の符号を付してある。
【００８６】
図６は、本明細書に開示する光半導体素子の第２実施形態を示す図である。図７は、図６のＸ２−Ｘ２線断面図である。
【００８７】
本実施形態の光半導体素子１０は、分布反射型の半導体レーザである。本実施形態の光半導体素子１０では、活性層２４の体積を第１実施形態よりも小さくすることにより微分利得を増加させて、緩和振動周波数を増大している。具体的には、メサ部２０の長手方向の寸法を、第１実施形態よりも短くしている。
【００８８】
ただし、活性層２４の長手方向の寸法を短くすると、レーザ発振の電流の閾値が高くなるか、又は発振が不安定になる場合がある。そこで、本実施形態では、メサ部２０の長手方向の両側に分布反射領域を配置して、活性層２４の長手方向の寸法を短くすることにより不具合が生じることを防止している。
【００８９】
図７に示すように、光半導体素子１０は、前方分布反射領域１０ａと、活性層２４が配置される活性領域１０ｂと、後方分布反射領域１０ｃとを有する。
【００９０】
活性領域１０ｂは、メサ部２０の部分及び埋め込み層３０の部分を有しており、上述した第１実施形態の光半導体素子と同様の構造を有する。ただし、活性領域１０ｂの回折格子層２１は、位相シフトを有していない。
【００９１】
前方分布反射領域１０ａは、メサ部２０の部分の構造が、活性領域１０ｂとは異なっており、活性層の代わりに、利得を生じないコア層２８を有する。コア層２８は、活性層２４で生じた光を伝搬する。また、コア層２８の上には、第３クラッド層２９が配置される。基板１１及び回折格子層２１及びガイド層２２及びエッチングストッパ層２３及び第２クラッド層２６及びコンタクト層２７は、活性領域１０ｂと一体に形成される。
【００９２】
一方、前方分布反射領域１０ａにおける埋め込み層３０の部分の構造は、活性領域１０ｂと同じであり、活性領域１０ｂと一体に形成される。埋め込み層３０では、その高さ方向において、活性層２４又はコア層２８と一致する位置に屈折率調整領域３３が配置される。
【００９３】
後方分布反射領域１０ｃは、前方分布反射領域１０ａと同様の構造を有する。後方分布反射領域１０ｃの寸法は、前方分布反射領域１０ａよりも長い。
【００９４】
光半導体素子１０では、電流が活性領域１０ｂに注入されるように、第１電極１３及び第２電極１４が、長手方向において活性領域１０ｂの位置に配置されている。活性領域１０ｂで発振した光は、前方分布反射領域１０ａ又は後方分布反射領域１０ｃで反射されて活性領域１０ｂに戻される。
【００９５】
上述した本実施形態の光半導体素子１０によれば、緩和振動周波数の温度による変化を低減すると共に、緩和振動周波数が増大する。
【００９６】
次に、上述した本明細書に開示する光半導体素子を有する光送信モジュール、及び、このような光送信モジュールを備えた光伝送システムを、図面を参照して、以下に説明する。
【００９７】
図８は、本明細書に開示する光伝送システムの一実施形態を示す図である。
【００９８】
本実施形態の光伝送システム４０は、光送信モジュール５０と、光送信モジュール５０から送出された光を伝搬する光ファイバ４１と、光ファイバ４１から光を受信する光受信モジュール６０とを有する。
【００９９】
光送信モジュール５０は、上述した第１実施形態又は第２実施形態の光半導体素子である半導体レーザ５１と、光半導体素子５１の活性層に電流を供給する駆動部５２と、半導体レーザ５１から送出されるレーザ光を光ファイバ４１に結合するレンズ５３と、を有する。
【０１００】
また、光送信モジュール５０は、光ファイバ４１からの反射光が半導体レーザ５１に侵入することを防止するアイソレータ５４と、半導体レーザ５１のレーザ発振をモニタするモニタ部５５とを有する。
【０１０１】
光送信モジュール５０は、半導体レーザ５１のアンクールド動作で直接変調されて生成された光信号を光ファイバ４１に送出する。
【０１０２】
光受信モジュール６０は、光受信部６１と、光ファイバ４１から送出されるレーザ光を光受信部６１に結合するレンズ６３と、光受信部６１を駆動する駆動部６２とを有する。
【０１０３】
図８に示す例では、一対の光送信モジュール５０及び光受信モジュール６０が記載されているが、光伝送システム４０は、複数の対の光送信モジュール５０及び光受信モジュール６０を備えていても良い。
【０１０４】
上述した本実施形態の光伝送システム４０によれば、光送信モジュール５０が緩和振動周波数の温度による変化が小さい半導体レーザ５１を有しているので、アンクールド動作において、高い周波数範囲まで直接変調による安定した光の送信が可能である。
【０１０５】
次に、上述した光半導体素子の好ましい製造方法の第１実施形態を、図面を参照しながら、以下に説明する。この実施形態は、図１及び図２に示す光半導体素子の製造方法の一例である。
【０１０６】
まず、図９に示すように、基板１１上に回折格子層を形成するためのマスク７０が形成される。本実施形態では、基板１１として、ｎ型ドープＩｎＰ基板を用いた。マスク７０の形成には、電子ビーム露光法を用いた。マスク７０の長さを１５０μｍとして、長手方向の中央には、πラジアン（λ／４シフトに相当）の位相シフトを形成するためのマスクの部分７０ａが設けられている。また、回折格子の周期は１９９．５０５ｎｍとした。
【０１０７】
次に、図１０に示すように、マスク７０を用いて、基板１１を途中までエッチングして、回折格子層２１が形成される。回折格子層２１の長手方向の中央には、位相シフト２１ａが形成される。本実施形態では、エタン／水素混合ガスによるリアクティブ・イオン・エッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）を用いた。また、回折格子の深さは、１００ｎｍとした。そして、マスク７０が除去される。
【０１０８】
次に、図１１に示すように、ガイド層２２と、エッチングストッパ層２３と、活性層２４と、第１クラッド層２５と、第２クラッド層２６と、コンタクト層２７とが、回折格子層２１上に順番に形成される。本実施形態では、ＭＯＶＰＥ法を用いて、各層の形成を行った。ガイド層２２は、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰを用いて形成され、組成波長１．２０μｍ、厚さ１２０ｎｍであった。エッチングストッパ層２３は、ｎ型ドープＩｎＰを用いて形成され、厚さ２０ｎｍであった。なお、エッチングストッパ層２３は、形成されなくても良い。
【０１０９】
活性層２５としては、量子井戸構造を用いた。量子井戸構造は、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ井戸層、及び、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓバリア層を用いて形成された。ここで、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ井戸層は、厚さ６ｎｍ、圧縮歪量１．２％とした。また、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓバリア層は、組成波長１．０５μｍ、厚さ１０ｎｍとした。量子井戸構造の積層数は１５層として、その発光波長（発振波長）は１３１０ｎｍであった。
【０１１０】
また、量子井戸構造の上下に、量子井戸構造を挟み込むように、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ−ＳＣＨ（Ｓｅｐａｒａｔｅ  Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）層を設けた。ここで、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ−ＳＣＨ層は、組成波長１．０５μｍ、厚さ２０ｎｍであった。
【０１１１】
活性層２４上の第１クラッド層２５は、ｐ型ドープＩｎＰを用いて形成され、厚さ２５０ｎｍであった。第２クラッド層２６は、Ｚｎをドープしたｐ型ＩｎＰを用いて形成され、厚さ２．５μｍであった。コンタクト層２７は、Ｚｎをドープしたｐ型ＧａＩｎＡｓを用いて形成され、厚さ３００ｎｍであった。
【０１１２】
次に、図１２に示すように、メサ部を形成するためのストライプ状のマスク７１が、コンタクト層２７上に、素子の長手方向の全体に亘って形成される。本実施形態では、化学気相堆積（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）法及びフォトリソグラフィ技術を用いて、マスク７１を形成した。また、マスク７１は、ＳｉＯ2を用いて形成され、幅１．３μｍ、厚さ４００ｎｍであった。
【０１１３】
次に、図１３に示すように、マスク７１を用いて、マスクが形成されていない部分のコンタクト層２７から基板１１の途中までをエッチングにより除去して、メサ部２０が形成される。本実施形態では、基板１１を表面から０．７μｍの深さまで除去した。
【０１１４】
次に、図１４に示すように、メサ部２０の側面上及び基板１１上に、電流ブロック層３１が形成される。本実施形態では、ＭＯＶＰＥ法を用いて、電流ブロック層３１の形成を行った。電流ブロック層３１は、半絶縁性を有するアンドープＡｌＩｎＡｓを用いて形成され、厚さは０．２μｍであった。
【０１１５】
次に、図１５に示すように、下側埋め込み領域３２と屈折率調整領域３３と上側埋め込み領域３４とを、電流ブロック層３１を介して基板１１上に順番に積層して、埋め込み層３０が形成される。屈折率調整領域３３は、埋め込み層３０の高さ方向において活性層２４と重なる位置に、具体的には活性層２４と一致する位置に、配置されるように形成される。本実施形態では、ＭＯＶＰＥ法を用いて、各層の形成を行った。下側埋め込み領域３２は、アンドープＩｎＰを用いて形成され、厚さ０．５μｍであった。屈折率調整領域３３は、アンドープＩｎＳｂを用いて形成され、厚さ０．２５μｍであった。上側埋め込み領域３４は、アンドープＩｎＰを用いて形成され、厚さ３．０μｍであった。そして、マスク７１が除去される。
【０１１６】
次に、図１６に示すように、パッシベーション層１２が、メサ部２０及び埋め込み層３０上に形成される。本実施形態では、パッシベーション層１２は、ＳｉＯ2を用いて形成された。
【０１１７】
そして、通常のリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、パッシベーション層１２の第１電極が形成される部分を除去した後、第１電極１３が形成される。また、基板１１の下に第２電極１４が形成される。
【０１１８】
そして、素子の長手方向の両面上に、無反射層１５ａ、１５ｂが形成されて、光半導体素子１０の製造が完成する。
【０１１９】
上述したように形成された光半導体素子１０では、活性層２４の屈折率は３．４９であり、屈折率の温度変化係数は３２×１０-5  Ｋ-1であった。活性層２４及びエッチングストッパ層２３及び第１クラッド層２５の部分の等価屈折率は３．３２であり、屈折率の温度変化係数は２１．６×１０-5  Ｋ-1であった。屈折率調整領域３３の屈折率は４．１３であり、屈折率の温度変化係数は６６．１×１０-5  Ｋ-1であった。屈折率調整領域３３及び下側埋め込み領域３２及び上側埋め込み領域３４の部分の等価屈折率は３．２９であり、屈折率の温度変化係数は６０．８×１０-5  Ｋ-1であった。
【０１２０】
また、光半導体素子１０は、発振波長の温度変化係数が、埋め込み層に屈折率調整領域が配置されない場合と比べて、２．２５倍に増大した。
【０１２１】
次に、上述した光半導体素子の好ましい製造方法の第２実施形態を、図面を参照しながら、以下に説明する。この実施形態は、図６及び図７に示す光半導体素子を製造方法の一例である。
【０１２２】
まず、図１７に示すように、基板１１上に回折格子層を形成するためのマスク７２が形成される。本実施形態では、基板１１として、ｎ型ドープＩｎＰ基板を用いた。マスク７２の形成には、二光束干渉露光法を用いた。将来、前方分布反射領域となる基板１１の部分１１ａの長さを２５μｍとして、活性領域となる基板１１の部分１１ｂの長さを１００μｍとし、後方分布反射領域となる基板１１の部分１１ｃの長さを７５μｍとした。回折格子の周期は、部分１１ａ、１１ｂ、１１ｃにおいて同じであり、２３６．０５５ｎｍとした。
【０１２３】
次に、図１８に示すように、マスク７２を用いて、基板１１を途中までエッチングして、回折格子層２１が形成される。本実施形態では、エタン／水素混合ガスによるリアクティブ・イオン・エッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）を用いた。また、回折格子の深さは、１００ｎｍとした。そして、マスク７２が除去される。
【０１２４】
次に、図１９に示すように、ガイド層２２と、エッチングストッパ層２３と、活性層２４と、第１クラッド層２５とが、回折格子層２１上に順番に形成される。本実施形態では、ＭＯＶＰＥ法を用いて、各層の形成を行った。ガイド層２２は、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰを用いて形成され、組成波長１．２０μｍ、厚さ１２０ｎｍであった。エッチングストッパ層２３は、ｎ型ドープＩｎＰを用いて形成され、厚さ２０ｎｍであった。
【０１２５】
活性層２５としては、量子井戸構造を用いた。量子井戸構造は、アンドープＧａＩｎＡｓＰ井戸層、及び、アンドープＧａＩｎＡｓＰバリア層を用いて形成された。ここで、アンドープＧａＩｎＡｓＰ井戸層は、厚さ５．１ｎｍ、圧縮歪量１．２％とした。また、アンドープＧａＩｎＡｓＰバリア層は、組成波長１．２０μｍ、厚さ１０ｎｍとした。量子井戸構造の積層数は１５層として、その発光波長（発振波長）は１５５０ｎｍであった。
【０１２６】
また、量子井戸構造の上下に、量子井戸構造を挟み込むように、アンドープＧａＩｎＡｓＰ−ＳＣＨ（Ｓｅｐａｒａｔｅ  Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）層を設けた。ここで、アンドープＧａＩｎＡｓＰ−ＳＣＨ層は、組成波長１．１５μｍ、厚さ２０ｎｍであった。活性層２４上の第１クラッド層２５は、ｐ型ドープＩｎＰを用いて形成され、厚さ２５０ｎｍであった。
【０１２７】
次に、図２０に示すように、将来、活性領域となる基板１１の部分１１ｂの第１クラッド層２５上に、マスク７３が形成される。本実施形態では、化学気相堆積（ＣＶＤ；Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法及びフォトリソグラフィ技術を用いて、マスク７３を形成した。また、マスク７１は、ＳｉＯ2を用いて形成され、幅４００ｎｍであった。将来、前方分布反射領域及び後方分布反射領域となる基板１１の部分１１ａ、１１ｂの第１クラッド層２５の領域には、マスクは形成されない。
【０１２８】
次に、図２１に示すように、マスク７３を用いて、マスクが形成されていない部分の第１クラッド層２５及び活性層２４がエッチングにより除去されて、エッチングストッパ層２３が露出する。
【０１２９】
次に、図２２に示すように、コア層２８及び第３クラッド層２９が、露出したエッチングストッパ層２３上に順番に形成される。コア層２８は、活性層２４とバッティング接合される。同様に、第３クラッド層２９は、第１クラッド層２５とバッティング接合される。本実施形態では、ＭＯＶＰＥ法を用いて、各層の形成を行った。コア層２８は、アンドープＧａＩｎＡｓＰを用いて形成され、組成波長１．２５μｍ、厚さ２３０ｎｍであった。第３クラッド層２９は、アンドープＩｎＰを用いて形成され、厚さ２５０ｎｍであった。コア層２８及び第３クラッド層２９は、選択成長によってＳｉＯ2であるマスク層７３上には成長せず、露出しているｎ型ドープＩｎＰであるエッチングストッパ層２３上のみに成長する。そして、マスク層７３が除去される。
【０１３０】
次に、図２３に示すように、第２クラッド層２６及びコンタクト層２７が、第１クラッド層２５及び第３クラッド層２９上に、順番に形成される。本実施形態では、ＭＯＶＰＥ法を用いて、各層の形成を行った。第２クラッド層２６は、Ｚｎをドープしたｐ型ＩｎＰを用いて形成され、厚さ２．５μｍであった。コンタクト層２７は、Ｚｎをドープしたｐ型ＧａＩｎＡｓを用いて形成され、厚さ３００ｎｍであった。
【０１３１】
次に、図２４に示すように、メサ部を形成するためのストライプ状のマスク７４が、コンタクト層２７上に、素子の長手方向の全体に亘って形成される。本実施形態では、ＣＶＤ法及びフォトリソグラフィ技術を用いて、マスク７４を形成した。また、マスク７４は、ＳｉＯ2を用いて形成され、幅１．５μｍ、厚さ４００ｎｍであった。
【０１３２】
次に、図２５に示すように、マスク７４を用いて、マスクが形成されていない部分のコンタクト層２７から基板１１の途中までをエッチングにより除去して、メサ部２０が形成される。本実施形態では、基板１１を表面から０．７μｍの深さまで除去した。
【０１３３】
次に、図２６に示すように、メサ部２０の側面上及び基板１１上に、電流ブロック層３１が形成される。本実施形態では、ＭＯＶＰＥ法を用いて、電流ブロック層３１の形成を行った。電流ブロック層３１は、半絶縁性を有するＦｅドープ型ＩｎＰを用いて形成され、厚さは０．２μｍであった。
【０１３４】
次に、図２７に示すように、下側埋め込み領域３２と屈折率調整領域３３と上側埋め込み領域３４とを、電流ブロック層３１を介して基板１１上に順番に積層して、埋め込み層３０が形成される。屈折率調整領域３３は、埋め込み層３０の高さ方向において活性層２４と重なる位置に、具体的には活性層２４と一致する位置に、配置されるように形成される。本実施形態では、ＭＯＶＰＥ法を用いて、各層の形成を行った。下側埋め込み領域３２は、アンドープＩｎＰを用いて形成され、厚さ０．５μｍであった。屈折率調整領域３３は、アンドープＧａＩｎＳ（登録商標）ｂを用いて形成され、厚さ０．２５μｍであった。上側埋め込み領域３４は、アンドープＩｎＰを用いて形成され、厚さ３．０μｍであった。そして、マスク７４が除去される。
【０１３５】
次に、図２８に示すように、パッシベーション層１２が、メサ部２０及び埋め込み層３０上に形成される。本実施形態では、パッシベーション層１２は、ＳｉＯ2を用いて形成された。
【０１３６】
そして、通常のリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、パッシベーション層１２の第１電極が形成される部分を除去した後、第１電極１３が形成される。また、基板１１の下に第２電極１４が形成される。
【０１３７】
そして、素子の長手方向の両面上に、無反射層１５ａ、１５ｂが形成されて、光半導体素子１０の製造が完成する。
【０１３８】
上述したように形成された光半導体素子１０では、活性層２４の屈折率は３．４４であり、屈折率の温度変化係数は３０×１０-5  Ｋ-1であった。活性層２４及びエッチングストッパ層２３及び第１クラッド層２５の部分の等価屈折率は３．２５であり、屈折率の温度変化係数は２３．７×１０-5  Ｋ-1であった。屈折率調整領域３３の屈折率は４．０８であり、屈折率の温度変化係数は６５．３×１０-5  Ｋ-1であった。屈折率調整領域３３及び下側埋め込み領域３２及び上側埋め込み領域３４の部分の等価屈折率は３．２４であり、屈折率の温度変化係数は６１．３２×１０-5  Ｋ-1であった。
【０１３９】
また、光半導体素子１０は、発振波長の温度変化係数が、埋め込み層に屈折率調整領域が配置されない場合と比べて、２倍に増大した。
【０１４０】
本発明では、上述した実施形態の光半導体素子、光送信モジュール、光伝送システム及び光半導体素子の製造方法は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。また、一の実施形態が有する構成要件は、他の実施形態にも適宜適用することができる。
【０１４１】
例えば、上述した製造方法の第１実施形態では、活性層がＡｌＧａＩｎＡｓ系化合物半導体を用いて形成され、第２実施形態では、活性層がＧａＩｎＡｓＰ系化合物半導体を用いて形成されていた。しかし、第１実施形態の活性層がＧａＩｎＡｓＰ系化合物半導体を用いて形成され、第２実施形態の活性層がＡｌＧａＩｎＡｓ系化合物半導体を用いて形成されても良い。
【０１４２】
また、上述した製造方法の第１実施形態では、電流ブロック層がＡｌＩｎＡｓ系化合物半導体を用いて形成され、第２実施形態では、電流ブロック層がＩｎＰ系化合物半導体を用いて形成されていた。しかし、第１実施形態の電流ブロック層がＩｎＰ系化合物半導体を用いて形成され、第２実施形態の電流ブロック層がＡｌＩｎＡｓ系化合物半導体を用いて形成されても良い。また、電流ブロック層は、誘電体を用いて形成されても良い。
【０１４３】
また、上述した製造方法の各実施形態では、基板又は活性層がＩｎＰを含む化合物半導体を用いて形成されていたが、基板又は活性層は、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ／ＧａＩｎＰ等の他の化合物半導体を用いて形成されても良い。
【０１４４】
また、上述した製造方法の各実施形態では、ｎ型の導電性を有する基板を用いていたが、ｐ型の導電性を有する基板を用いて、その上に各実施形態とは逆の導電性を有する素子構造を形成しても良い。
【０１４５】
また、上述した製造方法の各実施形態では、ｎ型ドープＩｎＰ基板を用いていたが、半絶縁性の基板を用いても良い。また、光半導体素子をシリコン基板の上に貼り合わせる方法を用いて形成しても良い。
【０１４６】
また、上述した各実施形態では、回折格子が基板の表面に形成される表面回折格子構造を有していたが、埋め込み型の回折格子構造を有していても良い。
【０１４７】
また、上述した各実施形態では、回折格子層は、活性層に対して基板側に配置されていたが、回折格子層は、活性層に対して、基板とは反対側に配置されていても良い。
【０１４８】
また、上述した第１実施形態では、位相シフトは、回折格子層の長手方向の中央に配置されていたが、位相シフトは、回折格子層内であれば中央以外の位置に配置されても良い。また、位相シフトの値は、πラジアンに限られるものではなく、設計の範囲内で任意の値にすることも可能である。
【０１４９】
また、上述した第２実施形態では、活性領域と前方分布反射領域及び後方分布反射領域とは、回折格子の深さが同じであり、伝搬する光と回折格子との間の結合係数が同じであった。しかし、素子設計によっては、活性領域と前方分布反射領域及び後方分布反射領域とは、伝搬する光と回折格子との間の結合係数が異なっていても良い。
【０１５０】
また、上述した第２実施形態では、前方分布反射領域を有していたが、素子設計によっては、前方分布反射領域を有していなくても良い。
【０１５１】
また、上述した各実施形態では、回折格子の山谷比が５０％であったが、素子設計によっては、山谷比は他の値であっても良い。
【０１５２】
更に、上述した各実施形態の光半導体素子は、回折格子層を有する半導体レーザであったが、本明細書に開示する光半導体素子は、回折格子を有さないファブリ・ペロー型半導体レーザであっても良い。このようなファブリ・ペロー型半導体レーザは、ファーフィールドにおける光の電界分布の拡がりが狭いので、レーザから送出される光は、光ファイバとの結合が向上する。同様の観点から、本明細書に開示する光半導体素子は、半導体光アンプであっても良い。
【０１５３】
ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、読者が、発明者によって寄与された発明及び概念を技術を深めて理解することを助けるための教育的な目的を意図する。ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、そのような具体的に述べられた例及び条件に限定されることなく解釈されるべきである。また、明細書のそのような例示の機構は、本発明の優越性及び劣等性を示すこととは関係しない。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、その様々な変更、置き換え又は修正が本発明の精神及び範囲を逸脱しない限り行われ得ることが理解されるべきである。
【０１５４】
以上の上述した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【０１５５】
（付記１）
活性層を有するメサ部と、
前記メサ部を埋め込む埋め込み層と、
を備え、
前記埋め込み層は、前記活性層の屈折率の温度変化係数よりも大きい屈折率の温度変化係数を有し、且つ前記活性層の屈折率よりも大きい屈折率を有する屈折率調整領域を有し、
前記屈折率調整領域は、前記埋め込み層の高さ方向において、前記活性層と少なくとも一部が重なる位置に配置される光半導体素子。
【０１５６】
（付記２）
前記屈折率調整領域は、前記メサ部とは接していない付記１に記載の光半導体素子。
【０１５７】
（付記３）
前記屈折率調整領域と前記メサ部との間に半絶縁体層が配置される付記２に記載の光半導体素子。
【０１５８】
（付記４）
前記屈折率調整領域と前記メサ部との間に電気絶縁体層が配置される付記２に記載の光半導体素子。
【０１５９】
（付記５）
前記屈折率調整領域は、前記埋め込み層の高さ方向において、前記活性層と一致する位置に配置される付記１〜４の何れか一項に記載の光半導体素子。
【０１６０】
（付記６）
前記活性層がＩＩＩ−Ｖ族化合物を有し、
前記屈折率調整領域が、インジウム・アンチモン又はガリウム・アンチモン又はアルミニウム・アンチモン又はこれらの混晶を有する付記１〜５の何れか一項に記載の光半導体素子。
【０１６１】
（付記７）
前記メサ部が、回折格子層を有する付記１〜６の何れか一項に記載の光半導体素子。
【０１６２】
（付記８）
活性層を有するメサ部と、
前記メサ部を埋め込む埋め込み層と、
を備え、
前記埋め込み層は、前記活性層の屈折率の温度変化係数よりも大きい屈折率の温度変化係数を有し、且つ前記活性層の屈折率よりも大きい屈折率を有する屈折率調整領域有し、
前記屈折率調整領域は、前記埋め込み層の高さ方向において、前記活性層と少なくとも一部が重なる位置に配置される光半導体素子と、
前記活性層に電流を供給する駆動部と、
を備え、
前記光半導体素子が、光ファイバに向けて光を送出する光送信モジュール。
【０１６３】
（付記９）
活性層を有するメサ部と、
前記メサ部を埋め込む埋め込み層と、
を備え、
前記埋め込み層は、前記活性層の屈折率の温度変化係数よりも大きい屈折率の温度変化係数を有し、且つ前記活性層の屈折率よりも大きい屈折率を有する屈折率調整領域を有し、
前記屈折率調整領域は、前記埋め込み層の高さ方向において、前記活性層と少なくとも一部が重なる位置に配置される光半導体素子と、
前記光半導体素子に電流を供給する駆動部と、
を有する光送信モジュールと、
前記光送信モジュールから送出された光を伝搬する光ファイバと、
前記光ファイバから光を受信する光受信モジュールと、
を備えた光伝送システム。
【０１６４】
（付記１０）
基板上に活性層を有するメサ部を形成する工程と、
前記メサ部を埋め込むように埋め込み層を形成する工程であって、前記埋め込み層は、前記活性層の屈折率の温度変化係数よりも大きい屈折率の温度変化係数を有し且つ前記活性層の屈折率よりも大きい屈折率を有する屈折率調整領域を有し、前記屈折率調整領域が前記埋め込み層の高さ方向において前記活性層と少なくとも一部が重なる位置に配置されるように埋め込み層を形成する工程と、
を備えた光半導体素子の製造方法。
【符号の説明】
【０１６５】
１０    光半導体素子
１０ａ    前方分布反射領域
１０ｂ    活性領域
１０ｃ    後方分布反射領域
１１    基板
１２    パッシベーション層
１３    第１電極
１４    第２電極
１５ａ、１５ｂ    無反射層
２０    メサ部
２１    回折格子層
２１ａ    位相シフト
２２    ガイド層
２３    エッチングストッパ層
２４    活性層
２５    第１クラッド層
２６    第２クラッド層
２７    コンタクト層
２８    コア層
２９    第３クラッド層
３０    埋め込み層
３１    電流ブロック層
３２    下側埋め込み領域
３３    屈折率調整領域
３４    上側埋め込み領域
３５    埋め込み領域
４０    光伝送システム
４１    光ファイバ
５０    光送信モジュール
５１    半導体レーザ
５２    駆動部
５３    レンズ
５４    アイソレータ
５５    モニタ部
６０    光受信モジュール
６１    光受信部
６２    駆動部
６３    レンズ
７０    マスク
７１    マスク
７２    マスク
７３    マスク
７４    マスク
【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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【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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