(57)【要約】【課題】電界吸収型光変調器が、良好な逆耐圧特性を有し、低い逆バイアス電圧で高い消光比を示す光集積デバイスを提供する。【解決手段】ｎ−ＩｎＰホールブロック層２３と、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層２５との間に、ノンドープＩｎＰ層２４を形成する。ノンドープＩｎＰ層２４は、この領域を空乏化させ、ＥＡ光変調器領域１０Ｂにおける、ｎ−ＩｎＰホールブロック層２３とｐ−ＩｎＰ上部クラッド層２５との間の電界を緩和する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発生する活性層を有する分布帰還型半導体レーザ素子（ＤＦＢレーザ素子）と、前記レーザ光を吸収する吸収層を有する電界吸収型光変調器（ＥＡ光変調器）とを、共通の第１導電型の半導体基板上にモノリシックに集積した光集積デバイスであって、前記活性層及び吸収層を有するメサストライプと、該メサストライプの側部を順次に埋め込む半絶縁性膜及び第１導電型の埋込み層とを備える光集積デバイスにおいて、
前記第１導電型の埋込み層と、前記メサストライプの上部に配設される第２導電型のクラッド層との間に、キャリア空乏層を形成したことを特徴とする光集積デバイス。
【請求項２】
前記活性層及び吸収層の少なくとも一方が、ＩｎＧａＡｓＰ系材料又はＩｎＧａＡｌＡｓ系材料から成る、請求項１に記載の光集積デバイス。
【請求項３】
前記半絶縁性膜及び前記第１導電型の埋込み層が夫々、ＦｅドープＩｎＰ層及び第１導電型の不純物ドープＩｎＰ層から成り、前記キャリア空乏層がノンドープＩｎＰ層である、請求項２に記載の光集積デバイス。
【請求項４】
前記半絶縁性膜及び前記第１導電型の埋込み層が夫々、ＦｅドープＩｎＰ層及び第１導電型の不純物ドープＩｎＰ層から成り、前記キャリア空乏層がＦｅドープＩｎＰ層である、請求項２に記載の光集積デバイス。
【請求項５】
前記第１導電型の不純物ドープＩｎＰ層のキャリア濃度が、４×１０１８ｃｍ−３〜１×１０１９ｃｍ−３の範囲にある、請求項３又は４に記載の光集積デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分布帰還型半導体レーザ素子と、電界吸収型光変調器とを集積した光集積デバイスに関し、特に、電界吸収型光変調器が良好な逆耐圧特性を有し、低い逆バイアス電圧で高い消光比を示す光集積デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
分布帰還型半導体レーザ素子（ＤＦＢレーザ素子）に電界吸収型光変調器（ＥＡ光変調器：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）を集積した光集積デバイス（ＥＡ−ＤＦＢ）は、外部変調方式の光デバイスに比べて、モジュール構成を格段に小さくでき、ＤＷＤＭ装置に対して要求される小型化及び低コスト化を達成できるデバイスとして注目されている。特に、メトロポリタン系における通信用光源として重要性が高まっており、光通信分野のキー・デバイスとなっている。
【０００３】
ＥＡ光変調器は、電界による吸収係数の変化によって生じる電界吸収効果を適用した光変調器であり、量子井戸構造の吸収層を備えている。ＥＡ光変調器の動作原理は、量子閉じ込めシュタルク効果（Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｃｏｎｆｉｎｅｄ　Ｓｔａｒｋ　Ｅｆｆｅｃｔ）を利用し、吸収層に逆バイアス電圧を印加することで、エキシトン（Ｅｘｃｉｔｏｎ）の吸収端を長波長側、即ち低エネルギー側に移動させ、ＤＦＢレーザ素子からの出射光を吸収、消光させるものである。
【０００４】
ＥＡ−ＤＦＢでは、一般的に、メサストライプの側部をＦｅドープＩｎＰ（Ｆｅ−ＩｎＰ）層で埋め込んだ構造が採用されている。この場合、Ｆｅ−ＩｎＰ層は、ドープしたＦｅが深い準位を形成することによって空乏化され、ＥＡ光変調器の低容量化が実現される。上記構造により、数１０Ｇｂｐｓまでの高速変調が可能なＥＡ−ＤＦＢが開発されている。
【０００５】
ここで、従来のＥＡ−ＤＦＢの一例を説明する。図７は従来のＥＡ−ＤＦＢの層構造を示す部分断面斜視図であり、図８（ａ）及び（ｂ）は、夫々図７のＶＩＩＩａ−ＶＩＩＩａ断面及びＶＩＩＩｂ−ＶＩＩＩｂ断面の一部を示す断面図である。
【０００６】
ＥＡ−ＤＦＢ４０は、電流ブロック層としてＦｅ−ＩｎＰ層を採用したＳＩ−ＰＢＨ構造（Ｓｅｍｉ−Ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ　Ｐｌａｎａｒ　Ｂｕｒｉｅｄ　Ｈｅｔｅｒｏｓｔｕｒｃｔｕｒｅ）のＥＡ−ＤＦＢであり、図７に示すように、ＤＦＢレーザ領域４０Ａに形成されたＤＦＢレーザ素子とＥＡ光変調器領域４０Ｂに形成されたＥＡ光変調器とが、共通のｎ−ＩｎＰ型基板４１上に導波方向に同軸状でモノリシックに集積された光集積デバイスである。
【０００７】
ＤＦＢレーザ領域４０Ａは、図８（ａ）に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板４１上に順次に形成された、ｎ−ＩｎＰ下部クラッド層４２、ＭＱＷ−ＳＣＨ４３、ｐ−ＩｎＰスペーサ層４４、回折格子４５、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層４６から成る積層構造を有する。ＤＦＢレーザ領域４０Ａの積層構造のうち、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層４６、回折格子４５、ｐ−ＩｎＰスペーサ層４４、ＭＱＷ−ＳＣＨ４３、ｎ−ＩｎＰ下部クラッド層４２、及びｎ−ＩｎＰ基板４１の上部は、メサ構造５０として形成されている。
【０００８】
ＥＡ光変調器領域４０Ｂは、図８（ｂ）に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板４１上に順次に形成された、ｎ−ＩｎＰ下部クラッド層４７、吸収層であるＭＱＷ−ＳＣＨ４８、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層４９から成る積層構造を有する。ＥＡ光変調器領域４０Ｂの積層構造のうちｐ−ＩｎＰ上部クラッド層４９、ＭＱＷ−ＳＣＨ４８、ｎ−ＩｎＰ下部クラッド層４７、及びｎ−ＩｎＰ基板４１の上部は、ＤＦＢレーザ領域４０Ａのメサ構造５０に連続する、メサ構造５１として形成されている。
【０００９】
メサ構造５０、５１の両側面、及びメサ構造５０、５１の外側のｎ−ＩｎＰ基板４１上には、半絶縁性のＦｅ−ＩｎＰ電子トラップ層５２、及びｎ−ＩｎＰホールブロック層５３を順次に埋め込んだ電流ブロック構造が形成されている。
【００１０】
メサ構造５０、５１及びその両側のｎ−ＩｎＰホールブロック層５３上には、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層５４、及びｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層５５が、順次に積層されている。ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層５５上には、ＤＦＢレーザ領域４０Ａにｐ側電極５６が、ＥＡ光変調器領域４０Ｂにｐ側電極５７が夫々形成されている。また、ｎ−ＩｎＰ基板４１の裏面には共通のｎ側電極５８が形成されている。
【００１１】
メサ構造５０、５１の更に外側には、図７に示すように、ｐ側電極５６、５７、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層５５、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層５４、ｎ−ＩｎＰホールブロック層５３、Ｆｅ−ＩｎＰ電子トラップ層５２、及びｎ−ＩｎＰ基板４１の上部を貫通して、トレンチ５９が設けられている。トレンチ５９により寄生容量を低減することができる。
【００１２】
ＤＦＢレーザ領域４０ＡとＥＡ光変調器領域４０Ｂとの境界近傍で、積層構造のうち、ｐ側電極５６、５７、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層５５、及びｐ−ＩｎＰ上部クラッド層５４の上部を貫通して、分離溝６０が設けられている。分離溝６０により、ｐ側電極５６とｐ側電極５７とを電気的に分離することができる。
【００１３】
ＥＡ−ＤＦＢ４０では、ＤＦＢレーザ領域４０Ａの素子抵抗を低くするために、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層５４のキャリア濃度を１×１０１８ｃｍ−３程度に高めている。また、ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層５３のキャリア濃度を、４×１０１８ｃｍ−３〜１×１０１９ｃｍ−３程度の高い値に設定することで、ＤＦＢレーザ領域４０Ａで、しきい値電流、及び電流−光変換効率が共に良好な素子特性が得られる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、ＥＡ−ＤＦＢ４０では、ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層５３及びｐ−ＩｎＰ上部クラッド層５４が共に高いキャリア濃度を有するが、この場合、ＥＡ光変調器領域４０Ｂでは、駆動時にｎ−ＩｎＰホールブロック層５３とｐ−ＩｎＰ上部クラッド層５４との界面に空乏層が広がらない。このため、非常に高い電界が上記界面に加わり、ＥＡ光変調器領域４０Ｂにおける逆耐圧特性が悪化し、素子によって所定の消光比を得るための逆バイアス電圧が得られないという問題があった。
【００１５】
また、仮に所定の消光比を得るための逆バイアス電圧が得られたとしても、上述のように非常に高い電界が上記界面に加わるため、ｎ−ＩｎＰホールブロック層５３のｐ−ＩｎＰ上部クラッド層５４に対する電流ブロック機能が十分でなく、所定の消光比を得るための逆バイアス電圧が大きいため、素子が劣化し易くなるという問題があった。
【００１６】
そこで、本発明の目的は、電界吸収型光変調器が良好な逆耐圧特性を有し、低い逆バイアス電圧で高い消光比を示す光集積デバイスを提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上述の問題を解決するために、上記ｎ−ＩｎＰホールブロック層とｐ−ＩｎＰ上部クラッド層との間にキャリアを空乏化させる層（キャリア空乏層）を介在させることにより、上記問題を解決することを着想し、種々の実験の末、本発明を完成するに至った。
【００１８】
即ち、上記目的を達成する本発明に係る光集積デバイスは、レーザ光を発生する活性層を有する分布帰還型半導体レーザ素子（ＤＦＢレーザ素子）と、前記レーザ光を吸収する吸収層を有する電界吸収型光変調器（ＥＡ光変調器）とを、共通の第１導電型の半導体基板上にモノリシックに集積した光集積デバイスであって、前記活性層及び吸収層を有するメサストライプと、該メサストライプの側部を順次に埋め込む半絶縁性膜及び第１導電型の埋込み層とを備える光集積デバイスにおいて、
前記第１導電型の埋込み層と、前記メサストライプの上部に配設される第２導電型のクラッド層との間に、キャリア空乏層を形成したことを特徴とする光集積デバイス。
【００１９】
第１導電型の埋込み層と、メサストライプの上部に配設される第２導電型のクラッド層との間に、キャリア空乏層を形成したことにより、ＥＡ光変調器領域における、第１導電型の埋込み層と第２導電型のクラッド層との間の電界を緩和し、逆耐圧特性を向上させることができる。また、上記電界が緩和されることにより、ＥＡ光変調器領域における、第１導電型の埋込み層の第２導電型のクラッド層に対する電流ブロック機能を高め、低い逆バイアス電圧で高い消光比を得ることができる。
【００２０】
本発明は、前記活性層及び吸収層の少なくとも一方が、ＩｎＧａＡｓＰ系材料又はＩｎＧａＡｌＡｓ系材料から成る光集積デバイスに適用することによって、良好な効果を得ることができる。
【００２１】
本発明の好適な実施態様では、前記半絶縁性膜及び前記第１導電型の埋込み層が夫々、ＦｅドープＩｎＰ層及び第１導電型の不純物ドープＩｎＰ層から成り、前記キャリア空乏層がノンドープＩｎＰ層である。半絶縁性膜及び第１導電型の埋込み層が夫々、ＦｅドープＩｎＰ層及び第１導電型の不純物ドープＩｎＰ層から成ることにより、ＤＦＢレーザ領域で、良好な電流狭窄効果及び電流ブロック効果を得て、良好なしきい値電流及び電流−光変換特性などのレーザ特性を得ることができる。また同時に、キャリア空乏層がノンドープＩｎＰ層であることことにより、ＥＡ光変調器領域で、良好な上記効果を得ることができる。
【００２２】
或いは上記に代えて、前記半絶縁性膜及び前記第１導電型の埋込み層が夫々、ＦｅドープＩｎＰ層及び第１導電型の不純物ドープＩｎＰ層から成り、前記キャリア空乏層がＦｅドープＩｎＰ層であっても同様の効果を得ることができる。
【００２３】
本発明は、前記第１導電型の不純物ドープＩｎＰ層のキャリア濃度が、４×１０１８ｃｍ−３〜１×１０１９ｃｍ−３の範囲にある光集積デバイスに適用することにより、良好な効果を得ることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面を参照し、実施形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的且つ詳細に説明する。
実施形態例
図１は本実施形態例のＥＡ−ＤＦＢの層構造を示す部分断面斜視図であり、図２（ａ）及び（ｂ）は、夫々図１のＩＩａ−ＩＩａ断面及びＩＩｂ−ＩＩｂ断面の一部を示す断面図である。
【００２５】
ＥＡ−ＤＦＢ１０は、電流ブロック層としてＦｅ−ＩｎＰ層を採用したＳＩ−ＰＢＨ型のＥＡ−ＤＦＢであり、図１に示すように、ＤＦＢレーザ領域１０Ａに形成されたＤＦＢレーザ素子とＥＡ光変調器領域１０Ｂに形成されたＥＡ光変調器とが、共通のｎ−ＩｎＰ型基板１１上に導波方向に同軸状でモノリシックに集積された光集積デバイスである。
【００２６】
ＤＦＢレーザ領域１０Ａは、図２（ａ）に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板１１上に順次に形成された、ｎ−ＩｎＰ下部クラッド層１２、ＭＱＷ−ＳＣＨ１３、ｐ−ＩｎＰスペーサ層１４、回折格子１５、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層１６から成る積層構造を有する。ＤＦＢレーザ領域１０Ａの積層構造のうち、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層１６、回折格子１５、ｐ−ＩｎＰスペーサ層１４、ＭＱＷ−ＳＣＨ１３、ｎ−ＩｎＰ下部クラッド層１２、及びｎ−ＩｎＰ基板１１の上部は、メサ構造２０として形成されている。
【００２７】
図３（ａ）に、ＤＦＢレーザ領域１０Ａで、結晶成長方向に沿ったバンドギャップエネルギーＥｇを示す。ＭＱＷ−ＳＣＨ１３は、ＭＱＷ構造３２とその上下に配設された２段ＳＣＨ構造３３から構成されている。ＭＱＷ構造３２は、６層のバンドギャップ波長λｇが１．５５μｍで膜厚が４．５ｎｍの井戸層と、バンドギャップλｇが１．２μｍで膜厚が１２ｎｍの障壁層から成る。２段ＳＣＨ構造３２は、バンドギャップ波長λｇが１．２μｍで膜厚が１２ｎｍの第１段目ＳＣＨと、バンドギャップ波長λｇが１．１μｍで膜厚が２０ｎｍの第２段目ＳＣＨとから成る。また、回折格子１５は、バンドギャップ波長λｇが１．５μｍで膜厚が２０ｎｍである。
【００２８】
ＥＡ光変調器領域１０Ｂは、図２（ｂ）に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板１１上に順次に形成された、ｎ−ＩｎＰ下部クラッド層１７、吸収層であるＭＱＷ−ＳＣＨ１８、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層１９から成る積層構造を有する。ＥＡ光変調器領域１０Ｂの積層構造のうちｐ−ＩｎＰ上部クラッド層１９、ＭＱＷ−ＳＣＨ１８、ｎ−ＩｎＰ下部クラッド層１７、及びｎ−ＩｎＰ基板１１の上部は、ＤＦＢレーザ領域１０Ａのメサ構造２０に連続する、メサ構造２１として形成されている。
【００２９】
図３（ｂ）に、ＥＡ光変調器領域１０Ｂで、結晶成長方向に沿ったバンドギャップエネルギーＥｇを示す。ＭＱＷ−ＳＣＨ１８は、ＭＱＷ構造３４とその上下に配設されたＳＣＨ構造３５から構成されている。ＭＱＷ構造３４は、５層のバンドギャップ波長λｇが１．５１μｍで膜厚１０ｎｍの井戸層と、バンドギャップλｇが１．１μｍで膜厚４ｎｍの障壁層から成る。
【００３０】
消光比は、多重量子井戸構造に関して言えば、主として井戸層の層数及び膜厚などの構成によって影響を受けるため、最適な上記構成で形成されることが重要である。
【００３１】
ＳＣＨ構造３５は、バンドギャップ波長λｇが１．１μｍで膜厚が５０ｎｍの半導体層から成り、ＤＦＢレーザ領域１０Ａ側とレーザ光のモードフィールドが近くなるように設定されている。
【００３２】
メサ構造２０、２１の両側面、及びメサ構造２０、２１の外側のｎ−ＩｎＰ基板１１上には、図２（ａ）及び（ｂ）に夫々示すように、半絶縁性のＦｅ−ＩｎＰ電子トラップ層２２、ｎ−ＩｎＰホールブロック層２３、及びノンドープＩｎＰ（ｉ−ＩｎＰ）層２４を順次に埋め込んだ電流ブロック構造が形成されている。
【００３３】
Ｆｅ−ＩｎＰ電子トラップ層２２は、電子トラップ層として機能し、同層を空乏化させ、レーザ素子の寄生容量を低減する。ｎ−ＩｎＰホールブロック層２３は、後述するｐ−ＩｎＰ上部クラッド層２５に対するホールブロック層として機能する。
【００３４】
ｉ−ＩｎＰ層２４を設けたことにより、この領域を空乏化させ、ＥＡ光変調器領域１０Ｂにおける、ｎ−ＩｎＰホールブロック層２３とｐ−ＩｎＰ上部クラッド層２５との間の電界を緩和し、逆耐圧特性を向上させることができる。また、上記電界が緩和されることにより、ＥＡ光変調器領域１０Ｂにおける、ｎ−ＩｎＰホールブロック層２３のｐ−ＩｎＰ上部クラッド層２５に対する電流ブロック機能を高め、低い逆バイアス電圧で高い消光比を得ることができる。
【００３５】
メサ構造２０、２１及びその両側のｉ−ＩｎＰ層２４上には、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層２５、及びｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２６が、順次に積層されている。ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２６上には、ＤＦＢレーザ領域１０Ａにｐ側電極２７が、ＥＡ光変調器領域１０Ｂにｐ側電極２８が夫々形成されている。また、ｎ−ＩｎＰ基板１１の裏面には共通のｎ側電極２９が形成されている。
【００３６】
メサ構造２０、２１の更に外側には、図１に示すように、ｐ側電極２７、２８、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２６、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層２５、ｉ−ＩｎＰ層２４、ｎ−ＩｎＰホールブロック層２３、半絶縁性のＦｅ−ＩｎＰ電子トラップ層２２、及びｎ−ＩｎＰ基板１１の上部を貫通して、トレンチ３０が設けられている。トレンチ３０により寄生容量を低減することができる。
【００３７】
ＤＦＢレーザ領域１０ＡとＥＡ光変調器領域１０Ｂとの境界近傍で、積層構造のうち、ｐ側電極２７、２８、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２６、及びｐ−ＩｎＰ上部クラッド層２５の上部を貫通して、分離溝３１が設けられている。分離溝３１により、ｐ側電極２６とｐ側電極２７とを電気的に分離することができる。
【００３８】
ＥＡ−ＤＦＢ１０は、上述の構成により、ＥＡ光変調器が良好な逆耐圧特性を有し、低い逆バイアス電圧で高い消光比を得ることができる。尚、ｉ−ＩｎＰ層２４に代えて、ＦｅドープＩｎＰ層を用いても、同様の効果が得られる。
【００３９】
ＥＡ−ＤＦＢ１０の製造方法を説明する。図４（ａ）〜（ｃ）は、夫々本実施形態例のＥＡ−ＤＦＢの製造方法に係る一製造工程段階を示す導波方向に沿った断面図であり、図５（ａ）〜（ｃ）は、夫々本実施形態例のＥＡ−ＤＦＢの製造方法に係る一製造工程段階を示すＥＡ光変調器領域の断面図である。
【００４０】
先ず、図４（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ装置を使って、ｎ−ＩｎＰ基板１１上の全面に、ｎ−ＩｎＰ下部クラッド層１２、ＭＱＷ−ＳＣＨ１３、ｐ−ＩｎＰスペーサ層１４、及び回折格子１５の形成層（図示なし）を成長させる。
【００４１】
次いで、回折格子１５の形成層上に回折格子パターンを有するレジスト膜を形成し、ドライエッチング装置を使ってレジスト膜上から回折格子１５の形成層をエッチングして回折格子１５を形成する。回折格子パターンは、ＤＦＢレーザ領域１０Ａのみ形成すればよい。続いて、ＭＯＣＶＤ装置を使って、ｐ−ＩｎＰ層を成長させて、回折格子１５を埋め込むと共に回折格子１５上にｐ−ＩｎＰ上部クラッド層１６を形成する。
【００４２】
次いで、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層１６上のＤＦＢレーザ領域１０Ａを覆う、ＳｉＮ等の誘電体膜から成るバットジョイントマスク３６を形成し、マスクから露出しているＥＡ光変調器領域１０Ｂをエッチングしてｎ−ＩｎＰ基板１１を露出させる。
【００４３】
続いて、図４（ｂ）及び図５（ａ）に示すように、バットジョイントマスク３６を選択成長マスクとして使い、露出させたｎ−ＩｎＰ基板１１上に、ＭＯＣＶＤ法によって、ｎ−ＩｎＰ下部クラッド層１７、吸収層であるＭＱＷ−ＳＣＨ１８、及びｐ−ＩｎＰ上部クラッド層１９を成長させる。次いで、バットジョイントマスク３６を除去する。ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層１９を成長させる際には、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層１９の上面が、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層６の上面とほぼ同じ高さになるように成長させる。
【００４４】
次いで、幅２μｍ程度のストライプ状であって、ＳｉＮ等の誘電体膜から成るストライプマスク３７を、ＤＦＢレーザ領域１０Ａの積層構造上及びＥＡ光変調器領域１０Ｂの積層構造上に連続して形成し、続いて、ストライプマスク３７をエッチングマスクとして、ウエットエッチングを行う。
【００４５】
これにより、ＤＦＢレーザ部１０Ａには、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層１６、回折格子１５、ｐ−ＩｎＰスペーサ層１４、ＭＱＷ−ＳＣＨ１３、ｎ−ＩｎＰ下部クラッド層１２、及びｎ−ＩｎＰ基板１１の上部から成るメサ構造２０を形成する。また、ＥＡ光変調器領域１０Ｂには、図５（ｂ）に示すように、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層１９、ＭＱＷ−ＳＣＨ１８、ｎ−ＩｎＰ下部クラッド層１７、及びｎ−ＩｎＰ基板１１の上部から成るメサ構造２１を形成する。
【００４６】
次いで、ストライプマスク３７を、ＤＦＢレーザ領域１０Ａ及びＥＡ光変調器領域１０Ｂの夫々で、選択成長マスクとして用い、メサ構造２０、２１の両側面及び露出させたｎ−ＩｎＰ基板１１上に、半絶縁性のＦｅ−ＩｎＰ電子トラップ層２２、ｎ−ＩｎＰホールブロック層２３、及びｉ−ＩｎＰ層２４を順次に成長させて、メサ構造２０、２１の両側を埋め込む。
【００４７】
次いで、ストライプマスク３７を除去した後、図４（ｃ）及び図５（ｃ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用い、メサ構造２０、２１上及びｉ−ＩｎＰ層２４上に、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層２５、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２６を順次に成長させる。続いて、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２６上にｐ側電極２７、２８を設ける。また、ｎ−ＩｎＰ基板１１の裏面を研磨し、研磨後の裏面に、ｎ側電極２９を設ける。
【００４８】
更に、図１に示すように、メサ構造２０、２１よりも外側にトレンチ３０を設け、ＤＦＢレーザ領域１０ＡとＥＡ光変調器領域１０Ｂの境界近傍に分離溝３１を設ける等の工程を経ることにより、ＥＡ−ＤＦＢ１０を完成する。
【００４９】
本実施形態例のＥＡ−ＤＦＢ１０の性能を評価するために、ＥＡ−ＤＦＢ１０を試作し、種々の測定を行った。電流−電圧特性を調べたところ、図６（ａ）に示すようになり、良好な逆耐圧特性を示すものと評価できる。また、ＥＡ光変調器領域１０Ｂへの印加電圧−２Ｖにおいて、消光比は１０ｄＢ以上であり、低い逆バイアス電圧で高い消光比を示すものと評価できる。
【００５０】
比較例
実施形態例のＥＡ−ＤＦＢ１０との比較を行うために、従来のＥＡ−ＤＦＢの一例として、比較例のＥＡ−ＤＦＢを試作した。
【００５１】
比較例のＥＡ−ＤＦＢは、実施形態例のＥＡ−ＤＦＢ１０とは、以下の点を除いて同様の構成をしている。即ち、メサ構造２０、２１の両側面、及びメサ構造２０、２１の外側のｎ−ＩｎＰ基板１１上には、半絶縁性のＦｅ−ＩｎＰ電子トラップ層、及びｎ−ＩｎＰホールブロック層を順次に埋め込んだ電流ブロック構造が形成されている。
【００５２】
比較例のＥＡ−ＤＦＢの製造にあたっては、実施形態例のメサ構造２０、２１の両側を埋め込む工程において、半絶縁性のＦｅ−ＩｎＰ電子トラップ層、及びｎ−ＩｎＰホールブロック層を順次に成長させる。
【００５３】
このような比較例のＥＡ−ＤＦＢを試作し、実施形態例と同様の測定を行った。電流−電圧特性を調べたところ、図６（ｂ）に示すようになった。また、ＥＡ光変調器領域への印加電圧−２Ｖにおいて、消光比は１０ｄＢ以上であった。
【００５４】
上述の実施形態例及び比較例の試験結果より、実施形態例のＥＡ−ＤＦＢ１０は、比較例のＥＡ−ＤＦＢと比較して、良好な逆耐圧特性を示し、且つ従来のＥＡ−ＤＦＢと同じ駆動電圧−２Ｖで、高い消光比を得ることができた。よって、本実施形態例のＥＡ−ＤＦＢ１０は、比較例のＥＡ−ＤＦＢと比べて、良好な逆耐圧特性を有し、低い逆バイアス電圧で高い消光比を示すものと評価できる。
【００５５】
以上、本発明をその好適な実施形態例に基づいて説明したが、本発明の光集積デバイスは、上記実施形態例の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施した光集積デバイスも、本発明の範囲に含まれる。
【００５６】
例えば、本実施形態例では、ＩｎＰ基板上に成長させたＩｎＧａＡｓＰ系材料を用いたＥＡ−ＤＦＢについて説明したが、ＩｎＰ基板上に成長させＩｎＧａＡｌＡｓ系材料を用いたＥＡ−ＤＦＢ、及びＩｎＰ基板上に成長させ、ＥＡ光変調器領域の吸収層及びＤＦＢレーザ領域の活性層の少なくとも一方が、ＩｎＧａＡｓＰ系材料又はＩｎＧａＡｌＡｓ系材料から成るＥＡ−ＤＦＢ、及びその他の光集積デバイスにも適用することが可能である。また、井戸層厚、障壁層厚、及び井戸層数についても、実施形態例の構成に限られるものではない。更に、バルクのＩｎＧａＡｓＰを吸収層として用いたＥＡ光変調器にも適用することができる。
【００５７】
また、本実施形態例では、バットジョイント法を用いたＥＡ−ＤＦＢについて説明したが、選択成長法により積層構造を成長させるＥＡ−ＤＦＢ及びその他の光集積デバイスでも適用することが可能である。更に、実施形態例で示した成膜方法、半導体層の組成及び膜厚、メサ幅、プロセス条件等は、本発明の理解を容易にするための一つの例示であって、本発明はこの例示に限定されるものではない。
【００５８】
本実施形態例のＥＡ−ＤＦＢ１０では、構造上、同一の埋めこみ層をＤＦＢレーザ領域１０Ａにも適用することになる。ＤＦＢレーザは順方向で駆動する素子であるが、逆方向耐圧が向上することで、サージ破壊に強い素子が可能になる。またキャリア空乏層（ｉ−ＩｎＰ層２４）が入ったとしても、静特性が変化することはない。少なくともＥＡ光変調器領域１０Ｂの埋めこみ層にはキャリア空乏層（ｉ−ＩｎＰ層２４）を挿入することが必要であるが、ＤＦＢレーザ領域１０Ａ側にも適用されていれば、なおよい。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、光集積デバイスの第１導電型の埋込み層と、メサストライプの上部に配設される第２導電型のクラッド層との間に、キャリア空乏層を形成したことにより、ＥＡ光変調器領域における、第１導電型の埋込み層と第２導電型のクラッド層との間の電界を緩和し、逆耐圧特性を向上させることができる。また、上記電界が緩和されることにより、ＥＡ光変調器領域における、第１導電型の埋込み層の第２導電型のクラッド層に対する電流ブロック機能を高め、低い逆バイアス電圧で高い消光比を得ることができる。従って、素子が劣化し難く、信頼性の高い光集積デバイスを実現している。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、実施形態例のＥＡ−ＤＦＢの層構造を部分断面で示す斜視図である。
【図２】（ａ）は、図１のＩＩａ−ＩＩａ断面の一部を示す断面図であり、（ｂ）は、図１のＩＩｂ−ＩＩｂ断面の一部を示す断面図である。
【図３】（ａ）は、ＤＦＢレーザ領域における結晶成長方向に沿ったバンドギャップエネルギーＥｇを示すプロファイルであり、（ｂ）は、ＥＡ光変調器領域における結晶成長方向に沿ったバンドギャップエネルギーＥｇを示すプロファイルである。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、夫々実施形態例のＥＡ−ＤＦＢの製造方法に係る一製造工程段階を示す導波方向に沿った断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、夫々実施形態例のＥＡ−ＤＦＢの製造方法に係る一製造工程段階を示すＥＡ光変調器領域の断面図である。
【図６】（ａ）は、実施形態例のＥＡ−ＤＦＢの電流−電圧特性を示すグラフであり、（ｂ）は、比較例のＥＡ−ＤＦＢの電流−電圧特性を示すグラフである。
【図７】図７は、従来のＥＡ−ＤＦＢの層構造を部分断面で示す斜視図である。
【図８】（ａ）は、図７のＶＩＩＩａ−ＶＩＩＩａ断面の一部を示す断面図であり、（ｂ）は、図７のＶＩＩＩｂ−ＶＩＩＩｂ断面の一部を示す断面図である。
【符号の説明】
１０　ＥＡ−ＤＦＢ
１０Ａ　ＤＦＢレーザ領域
１０Ｂ　ＥＡ光変調器領域
１１　ｎ−ＩｎＰ基板
１２　ｎ−ＩｎＰ下クラッド層
１３　ＭＱＷ−ＳＣＨ
１４　ｐ−ＩｎＰスペーサ層
１５　回折格子
１６　ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層
１７　ｎ−ＩｎＰ下部クラッド層
１８　ＭＱＷ−ＳＣＨ
１９　ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層
２０　（ＤＦＢレーザ領域の）メサ構造
２１　（ＥＡ光変調器領域の）メサ構造
２２　Ｆｅ−ＩｎＰ電子トラップ層
２３　ｎ−ＩｎＰホールブロック層
２４　ｉ−ＩｎＰ層
２５　ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層
２６　ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層
２７　（ＤＦＢレーザ領域の）ｐ側電極
２８　（ＥＡ光変調器領域の）ｐ側電極
２９　ｎ側電極
３０　トレンチ
３１　分離溝
３２　ＭＱＷ構造
３３　２段ＳＣＨ構造
３４　ＭＱＷ構造
３５　ＳＣＨ構造
３６　バットジョイントマスク
３７　ストライプマスク
４０　ＥＡ−ＤＦＢ
４０Ａ　ＤＦＢレーザ領域
４０Ｂ　ＥＡ光変調器領域
４１　ｎ−ＩｎＰ基板
４２　ｎ−ＩｎＰ下クラッド層
４３　ＭＱＷ−ＳＣＨ
４４　ｐ−ＩｎＰスペーサ層
４５　回折格子
４６　ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層
４７　ｎ−ＩｎＰ下部クラッド層
４８　ＭＱＷ−ＳＣＨ
４９　ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層
５０　（ＤＦＢレーザ領域の）メサ構造
５１　（ＥＡ光変調器領域の）メサ構造
５２　Ｆｅ−ＩｎＰ電子トラップ層
５３　ｎ−ＩｎＰホールブロック層
５４　ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層
５５　ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層
５６　（ＤＦＢレーザ領域の）ｐ側電極
５７　（ＥＡ光変調器領域の）ｐ側電極
５８　ｎ側電極
５９　トレンチ
６０　分離溝
【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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