(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に互いに離間して形成された複数の活性層と、前記複数の活性層の間に形成された吸収層とを有する導波路層を有し、
前記活性層が形成された領域に順方向電流を注入し、前記吸収層が形成された領域に逆方向バイアスを印加した状態で、前記活性層で増幅される自然放出光のピーク波長が、前記導波路層に入力される信号光の波長より短く、前記吸収層の吸収スペクトルの吸収端の波長が、前記信号光の波長より短く、
前記吸収層は、前記活性層とは異なる構造であり、多重量子井戸構造の吸収層である
ことを特徴とする半導体光増幅装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体光増幅装置において、
前記吸収層の前記吸収スペクトルの前記吸収端の波長が、前記活性層で増幅される前記自然放出光の前記ピーク波長より長い
ことを特徴とする半導体光増幅装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の半導体光増幅装置において、
前記導波路層上に形成されたクラッド層と、
前記活性層上の前記クラッド層と前記吸収層上の前記クラッド層とを電気的に分離する分離部とを更に有する
ことを特徴とする半導体光増幅装置。
【請求項４】
請求項３記載の半導体光増幅装置において、
前記分離部は、プロトンイオンが導入されている
ことを特徴とする半導体光増幅装置。
【請求項５】
基板上に互いに離間して形成された複数の活性層と、前記複数の活性層の間に形成された吸収層とを有する導波路層を形成する工程を有し、
前記導波路層を形成する工程では、前記活性層が形成された領域に順方向電流を注入し、前記吸収層が形成された領域に逆方向バイアスを印加した状態で、前記活性層で増幅される自然放出光のピーク波長が、前記導波路層に入力される信号光の波長より短く、前記吸収層の吸収スペクトルの吸収端の波長が、前記信号光の波長より短くなるように、前記導波路層を形成し、
前記吸収層は、前記活性層とは異なる構造であり、多重量子井戸構造の吸収層である
ことを特徴とする半導体光増幅装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体光増幅装置及びその製造方法に係り、特に光通信に用いられる半導体光増幅装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、通信需要の飛躍的な増大に対応し得る通信システムとして、波長多重通信システムが注目されている。波長多重通信システムは、波長の異なる複数の信号光を多重化し、多重化した信号光を一本の光ファイバにより伝送することができるので、大容量伝送に適した通信システムである。
【０００３】
波長多重通信システムにおいては、光信号を分波する必要があるため、多くの光部品が用いられており、これら光部品における損失によって光信号が減衰する。減衰した光信号は、光増幅器を用いて増幅することにより補償することが可能であるが、波長多重通信システムでは、一つの信号光を用いて伝送を行う従来の光ファイバ通信システムに比べて、非常に多くの光増幅器が必要となる。このため、波長多重通信システムにおいては、小型で、消費電力が低く、しかも高利得の光増幅器を用いることが求められている。
【０００４】
小型で、消費電力の低い損失補償用の光増幅器として、半導体光増幅装置が注目されている。半導体光増幅装置は、偏波無依存となるように設計できる点からも、損失補償用の光増幅器に適している。
【０００５】
半導体光増幅装置は、活性層の光閉じ込め係数を小さくして、モード断面積を大きくすることにより、光飽和出力を大きくすることが可能である。しかし、活性層の光閉じ込め係数を小さくすると、その分だけ利得が減少してしまう。このため、光飽和出力を大きく維持しつつ、利得を向上することが重要である。
【０００６】
光飽和出力を大きく維持しつつ、利得を向上することができる従来の半導体光増幅装置を図１３を用いて説明する。図１３は、従来の半導体光増幅装置を示す断面図である。
【０００７】
ｎ−ＩｎＰより成るクラッド層１１０上には、ＩｎＧａＡｓＰより成るＳＣＨ層（図示せず）が一様に形成されている。このＳＣＨ層上には、ＩｎＧａＡｓより成る活性層１２４が一様に形成されている。活性層１２４上には、ＩｎＧａＡｓＰより成るＳＣＨ層（図示せず）が一様に形成されている。このＳＣＨ層上には、ｐ−ＩｎＰより成るクラッド層１４６が一様に形成されている。クラッド層１４６上には、ｐ側電極１５６が形成されている。クラッド層１１０の下側には、ｎ側電極１５８が形成されている。
【０００８】
ｐ側電極１５６とｎ側電極１５８との間に順方向電流（＋Ｉ）を注入すると、紙面左側の入射端から入射された信号光が、半導体光増幅装置内で増幅され、増幅された信号光が紙面右側の出力端から出射される。
【０００９】
このような従来の半導体光増幅装置は、素子長に応じて利得が指数関数的に増加するという特徴があるため、素子長を長くすることにより、利得を増加することが可能である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の半導体光増幅装置では、素子長をある長さよりも長くすると、利得が指数関数的に増加しなくなるとともに、雑音指数の増加を招く。
【００１１】
図１４は、素子長と利得との関係、及び素子長と雑音指数との関係を示すグラフである。いずれも注入電流密度を２２ｋＡ／ｃｍ2として測定したものである。
【００１２】
図１４に示すように、素子長が１５００μｍ以下の場合には、利得は指数関数的に増加するが、素子長を１５００μｍ以上にまで長くすると、利得が指数関数的に増加しなくなるとともに、雑音指数が増加する。これは、素子長を長くするに伴って、増幅された自然放出（ＡＳＥ、Amplified Spontaneous Emission）光の強度が増大し、数１０ｍＷにまで達するためである。
【００１３】
図１５（ａ）は、ＡＳＥ光の強度分布を示すグラフである。横軸は導波路に沿った入射端からの位置を示している。０は入射端であり、Ｌは出射端である。図中、進行方向とは、入射端から出射端に向かって増幅されるＡＳＥ光の強度分布を示しており、後退方向とは、出射端から入射端に向かって増幅されるＡＳＥ光の強度分布を示している。全体とは、進行方向の成分と後退方向の成分とを足し合わせたものである。
【００１４】
図１５（ａ）から分かるように、進行方向の成分は、入射端からの距離に応じて指数関数的に強くなる。一方、後退方向の成分は、出射端からの距離に応じて指数関数的に強くなる。このため、進行方向の成分と後退方向の成分とを足し合わせた全体のＡＳＥ光の強度は、入射端や出射端で強くなり、素子の中央では弱くなる。
【００１５】
図１５（ｂ）は、活性層内のキャリア密度を示すグラフである。ＡＳＥ光の強度が強い領域では活性層内でキャリアが多く消費され、ＡＳＥ光の弱い領域では活性層内で消費されるキャリアが少ないため、入射端や出射端ではキャリア密度が低く、素子の中央ではキャリア密度が高くなる。
【００１６】
このため従来の半導体光増幅装置では、素子長をある長さより長くすると、端面付近でキャリア密度の不足を招く自己ＡＳＥ飽和が生じ、素子長に対して利得が指数関数的に増加しなくなる。また、利得が指数関数的に増加しなくなる一方で、ＡＳＥ光の強度は強くなるため、雑音指数の増加を招いてしまっていた。
【００１７】
本発明の目的は、雑音の増加を抑制しつつ、利得を向上しうる半導体光増幅装置及びその製造方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、基板上に互いに離間して形成された複数の活性層と、前記複数の活性層の間に形成された吸収層とを有する導波路層を有し、前記活性層が形成された領域に順方向電流を注入し、前記吸収層が形成された領域に逆方向バイアスを印加した状態で、前記活性層で増幅される自然放出光のピーク波長が、前記導波路層に入力される信号光の波長より短く、前記吸収層の吸収スペクトルの吸収端の波長が、前記信号光の波長より短く、前記吸収層は、前記活性層とは異なる構造であり、多重量子井戸構造の吸収層であることを特徴とする半導体光増幅装置により達成される。これにより、信号光に影響を与えることなく、ＡＳＥ光を吸収することができるとともに、自己ＡＳＥ飽和を生じることなく、活性層として機能する領域の長さを長くすることができるので、雑音の増加を抑制しつつ、利得を向上することができる半導体光増幅装置を提供することができる。
【００１９】
また、上記目的は、基板上に互いに離間して形成された複数の活性層と、前記複数の活性層の間に形成された吸収層とを有する導波路層を形成する工程を有し、前記導波路層を形成する工程では、前記活性層が形成された領域に順方向電流を注入し、前記吸収層が形成された領域に逆方向バイアスを印加した状態で、前記活性層で増幅される自然放出光のピーク波長が、前記導波路層に入力される信号光の波長より短く、前記吸収層の吸収スペクトルの吸収端の波長が、前記信号光の波長より短くなるように、前記導波路層を形成し、前記吸収層は、前記活性層とは異なる構造であり、多重量子井戸構造の吸収層であることを特徴とする半導体光増幅装置の製造方法により達成される。これにより、信号光に影響を与えることなく、ＡＳＥ光を吸収することができるとともに、自己ＡＳＥ飽和を生じることなく、活性層として機能する領域の長さを長くすることができるので、雑音の増加を抑制しつつ、利得を向上することができる半導体光増幅装置を提供することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態による半導体光増幅装置及びその製造方法を図１乃至図１１を用いて説明する。図１は、本実施形態による半導体光増幅装置を示す断面図及び斜視図である。図２は、本実施形態による半導体光増幅装置の原理を示す図である。図３は、本実施形態による半導体光増幅装置のＡＳＥ光強度分布及びキャリア密度分布を示す概念図である。図４乃至図１１は、本実施形態による半導体光増幅装置の製造方法を示す工程図である。
【００２１】
（半導体光増幅装置）
まず、本実施形態による半導体光増幅装置を図１を用いて説明する。図１（ａ）は、本実施形態による半導体光増幅装置の導波路層に沿った断面図であり、図１（ｂ）は、本実施形態による半導体光増幅装置の斜視図である。
【００２２】
ｎ−ＩｎＰ基板１０上には、幅１．４μｍ、長さ２６００μｍのメサ状の導波路層１２が形成されている。導波路層１２の延在方向における中心線は、ｎ−ＩｎＰ基板１０の延在方向における中心線に対して約７°傾いている。
【００２３】
導波路層１２は、長さ１２００μｍの積層体１４ａと長さ１２００μｍの積層体１４ｂとの間に、長さ２００μｍの積層体１６を形成することにより構成されている。
【００２４】
積層体１４ａ、１４ｂは、それぞれ、厚さ５００ｎｍのＩｎＰより成るクラッド層２０、１．２μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰより成る厚さ１００ｎｍのＳＣＨ（Seperated Confinement Heterostructure）層２２、厚さ５０ｎｍのバルクのＩｎＧａＡｓより成る歪量−０．２３％、ＰＬ波長１．６μｍの活性層２４、１．２μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰより成る厚さ１００ｎｍのＳＣＨ層２６、及び厚さ５００ｎｍのＩｎＰより成るクラッド層２６を順次積層することにより構成されている。
【００２５】
なお、図１（ｂ）に示すように、積層体１４ａの紙面手前側の部分は、紙面手前側、即ち入射端側から、紙面奥側、即ち出射端側に向かって、テーパ状に幅が広くなっている。
【００２６】
積層体１６は、厚さ５００ｎｍのＩｎＰより成るクラッド層３０、１．２μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰより成る厚さ１００ｎｍのＳＣＨ層３２、ＰＬ波長１．４８８μｍの吸収層３４、１．２μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰより成る厚さ１００ｎｍのＳＣＨ層３６、及び厚さ５００ｎｍのＩｎＰより成るクラッド層３８を順次積層することにより構成されている。
【００２７】
吸収層３４は、歪量−０．３８％のＩｎＧａＡｓより成る井戸層と、歪量＋０．５％のＩｎＡｌＡｓより成るバリア層とを交互に積層して成る多重量子井戸構造になっている。吸収層３４に多重量子井戸構造を用いているのは、量子閉じ込めシュタルク効果を奏することにより、吸収層３４の吸収スペクトルの吸収端を急峻にするためである。ここで、吸収層の吸収スペクトルの吸収端とは、多重量子井戸の吸収スペクトルに現れるエキシトンピーク波長のことをいう（図２のλａ参照）。
【００２８】
導波路層１２の両側のｎ−ＩｎＰ基板１０上には、厚さ７００ｎｍのｐ−ＩｎＰ層４０が形成されている。ｐ−ＩｎＰ層４０上には、厚さ５００ｎｍのｎ−ＩｎＰ層４２が形成されている。これらｐ−ＩｎＰ層４０及びｎ−ＩｎＰ層４２により電流狭窄層４４が構成されている。
【００２９】
導波路層１２上及び電流狭窄層４４上には、厚さ２μｍのｐ−ＩｎＰより成るクラッド層４６が形成されている。クラッド層４６上には、厚さ５００ｎｍのｐ−ＩｎＧａＡｓより成るコンタクト層４８が形成されている。
【００３０】
コンタクト層４８及びクラッド層４６には、積層体１４ａ上のクラッド層４６及びコンタクト層４８と、積層体１６上のクラッド層４６及びコンタクト層４８と、積層体１４ｂ上のクラッド層４６及びコンタクト層４８とを、それぞれ電気的に分離する分離部５０が形成されている。分離部５０は、コンタクト層４８及びクラッド層にプロトンイオンを導入して、高抵抗層を形成することにより構成されている。
【００３１】
分離部５０に高抵抗層を用いているのは、信号光の散乱や反射を防止するためである。エッチングで溝を形成することにより、コンタクト層４８及びコンタクト層４６を分離した場合には、溝が形成された領域において光の屈折率が不整合となり、信号光の散乱や反射が生じることとなるが、本実施形態では、プロトンイオンを導入して高抵抗層を形成することにより分離部５０を構成しているため、光の屈折率が分離部５０において不整合になるのを抑制することができ、信号光の散乱や反射を回避することができる。
【００３２】
積層体１４ａの下方領域のｎ−ＩｎＰ基板１０と、積層体１４ａと、積層体１４ａの上方領域のクラッド層４６及びコンタクト層４８とにより、増幅部６０ａが構成されている。
【００３３】
また、積層体１６の下方領域のｎ−ＩｎＰ基板１０と、積層体１６と、積層体１６の上方領域のクラッド層４６及びコンタクト層４８とにより、吸収部６２が構成されている。
【００３４】
また、積層体１４ａの下方領域のｎ−ＩｎＰ基板１０と、積層体１４ｂと、積層体１４ｂの上方領域のクラッド層４６及びコンタクト層４８とにより、増幅部６０ｂが構成されている。
【００３５】
即ち、本実施形態による半導体光増幅装置は、離間して設けられた２つの増幅部６０ａ、６０ｂの間に、吸収部６２が設けられた構成となっている。
【００３６】
コンタクト層４８の表面には、シリコン酸化膜より成る保護膜５２が形成されている。保護膜５２には、コンタクト層４８に達する開口部５４が形成されている。
【００３７】
開口部５４が形成された領域のコンタクト層４８上には、ｐ側電極５６ａ、５６ｂが形成されている。ｎ−ＩｎＰ基板１０の下側には、ｎ側電極５８が形成されている。
【００３８】
ｐ側電極５６ａは、増幅部６０ａ、６０ｂに順方向電流を注入するためのものである。ｐ側電極５６ｂは、吸収部６２に逆方向バイアスを印加するためのものである。
【００３９】
劈開された入射端面及び出射端面には、ＴｉＯ2／ＳｉＯ2より成る反射防止膜６４が形成されている。入射端面及び出射端面に反射防止膜６４を形成しているのは、入射端面や出射端面での光の反射を防止し、進行波型の半導体光増幅装置を提供するためである。
【００４０】
こうして、本実施形態による半導体光増幅装置が構成されている。
【００４１】
本実施形態による半導体光増幅装置は、２つの活性層２４が互いに離間するように形成されており、互いに離間して形成された２つの活性層２４の間にＡＳＥ光を吸収する吸収層３４が形成されており、活性層２４が形成された領域に順方向電流を注入し、吸収層３４が形成された領域に逆方向バイアスを印加した状態で、活性層２４で増幅されるＡＳＥ光のピーク波長λgが、活性層２４に入力される信号光の波長λsより短く、吸収層３４の吸収スペクトル吸収端の波長λaが、信号光の波長λsより短く、かつ活性層２４で増幅されるＡＳＥ光のピーク波長λgより長くなるように構成されていることに主な特徴がある。
【００４２】
本実施形態による半導体光増幅装置の原理を図２を用いて説明する。図２の横軸は波長を示しており、縦軸は強度を示している。
【００４３】
本実施形態による半導体光増幅装置では、活性層２４で増幅されるＡＳＥ光のピーク波長λgが、信号光の波長λsより小さくなるように構成されている。即ち、図２に示すように、ＡＳＥ光のピーク波長λgは、信号光の波長λsより短くなっている。
【００４４】
一方、本実施形態による半導体光増幅装置では、吸収層３４の吸収スペクトルの吸収端の波長λaが、信号光の波長λsより短く、かつ活性層で増幅されるＡＳＥ光のピーク波長λgより長くなるように構成されている。このため、本実施形態によれば、ＡＳＥ光のピーク付近の光を、吸収層３４により吸収することができる。一方、信号光の波長λsは、吸収層３４の吸収スペクトルの吸収端の波長より長いため、信号光が吸収層３４により吸収されてしまうのを回避することができる。
【００４５】
図３は、本実施形態による半導体光増幅装置のＡＳＥ光の強度とキャリア密度の分布を示す概念図である。図３（ａ）はＡＳＥ光の強度分布を示しており、図３（ｂ）はキャリア密度の分布を示している。横軸は導波路に沿った入射端からの位置を示している。０は入射端であり、Ｌは出射端である。図３（ａ）において、進行方向とは、入射端から出射端に向かって増幅されるＡＳＥ光の強度分布を示しており、後退方向とは、出射端から入射端に向かって増幅されるＡＳＥ光の強度分布を示している。全体とは、進行方向の成分と後退方向の成分とを足し合わせたものである。
【００４６】
図３（ａ）から分かるように、ＡＳＥ光の進行方向の成分は、増幅部６０ａにおいて、入射端からの距離に応じて指数関数的に強くなるが、吸収部６２に形成された吸収層によって吸収される。増幅部６０ｂにおいては素子中央から出射端に向かってＡＳＥ光の強度が指数関数的に強くなるが、ＡＳＥ光強度が所定値以下になるように増幅部６０ｂの活性層２４の長さを所定値以下に設定することにより、出射端におけるＡＳＥ光強度を低く抑えることができる。
【００４７】
一方、ＡＳＥ光の後退方向の成分は、増幅部６０ｂにおいて、出射端からの距離に応じて指数関数的に強くなるが、吸収部６２において吸収される。増幅部６０ａにおいては、素子中央から入射端に向かってＡＳＥ光の強度が指数関数的に強くなるが、ＡＳＥ光強度が所定値以下になるように増幅部６０ａの活性層２４の長さを所定値以下に設定することにより、入射端におけるＡＳＥ光強度を低く抑えることができる。
【００４８】
このため、本実施形態によれば、進行方向の成分と後退方向の成分とを足し合わせた全体のＡＳＥ光強度は、図３（ａ）で実線で示すような分布となる。図３（ａ）から分かるように、本実施形態によれば、ＡＳＥ光の強度を低く抑えることができる。
【００４９】
図３（ｂ）は、活性層内のキャリア密度を示すグラフである。図３（ｂ）から分かるように、本実施形態によれば、キャリア密度の分布がほぼ均一になっている。本実施形態では、ＡＳＥ光の強度が低く抑えられているため、活性層内におけるキャリアの消費を低く抑えることができ、端面付近でキャリア密度の不足を招く自己ＡＳＥ飽和が生じるのを回避することができる。従って、本実施形態によれば、雑音の増加を抑制しつつ、利得を向上することができる半導体光増幅装置を提供することができる。
【００５０】
また、本実施形態によれば、自己ＡＳＥ飽和が生じない程度の長さの活性層を２つ形成しているので、自己ＡＳＥ飽和が生じない程度の長さの活性層を１つだけ設けた従来の半導体光増幅装置と比べて、活性層として機能する領域の長さを約２倍にすることができる。従って、本実施形態によれば、雑音の増加を抑制しつつ、利得を著しく向上することができる。
【００５１】
また、本実施形態によれば、活性層と吸収層の偏波依存性を小さく設定することにより、偏波補正用の装置を別途設けることを要しない半導体光増幅装置を提供することも可能である。
【００５２】
（半導体光増幅装置の製造方法）
次に、本実施形態による半導体光増幅装置の製造方法を図４乃至図１１を用いて説明する。図４乃至図１１は、本実施形態による半導体光増幅装置の製造方法を示す工程図である。なお、図４（ａ）乃至図５（ｂ）、図８（ａ）乃至図９（ｃ）、及び図１１は、導波路層に沿った断面図であり、図５（ｃ）乃至図７（ｂ）、及び図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、斜視図である。
【００５３】
まず、図４（ａ）に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板１０上の全面に、ＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor Phase Epitaxial、有機金属気相成長）法により、厚さ５００ｎｍのＩｎＰより成るクラッド層２０を形成する。次に、全面に、ＭＯＶＰＥ法により、厚さ１００ｎｍのＩｎＧａＡｓＰより成るＳＣＨ層２２を形成する。次に、全面に、ＭＯＶＰＥ法により、厚さ５０ｎｍのＩｎＧａＡｓより成る活性層２４を形成する。次に、全面に、ＭＯＶＰＥ法により、厚さ１００ｎｍのＩｎＧａＡｓＰより成るＳＣＨ層２６を形成する。次に、全面に、ＭＯＶＰＥ法により、厚さ５００ｎｍのＩｎＰより成るクラッド層２８を形成する。こうして、クラッド層２０、ＳＣＨ層２２、活性層２４、ＳＣＨ層２６、及びクラッド層２８から成る積層膜６６が形成される（図４（ａ）参照）。
【００５４】
次に、全面に、ＣＶＤ法により、シリコン酸化膜を形成する。次に、全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜を形成する。この後、フォトリソグラフィ技術を用い、吸収部６２が形成される領域を開口するフォトレジストマスク（図示せず）を形成する。なお、フォトレジスト膜を露光する際には、例えばダイレクトコンタクト露光方式を用いることができる。この後、フォトレジストマスクを用いて、シリコン酸化膜をパターニングする。これにより、シリコン酸化膜より成るマスク６８が形成される（図４（ｂ）参照）。
【００５５】
次に、シリコン酸化膜より成るマスク６８を用いて、ＲＩＥ法により、積層膜６６をエッチングする（図４（ｃ）参照）。
【００５６】
次に、全面に、ＭＯＶＰＥ法により、厚さ５００ｎｍのＩｎＰより成るクラッド層３０を形成する。次に、全面に、ＭＯＶＰＥ法により、厚さ１００ｎｍのＩｎＧａＡｓＰより成るＳＣＨ層３２を形成する。次に、ＭＯＶＰＥ法により、ＩｎＧａＡｓより成る井戸層とＩｎＡｌＡｓより成るバリア層とを交互に積層することにより、多重量子井戸構造の吸収層３４を形成する。次に、ＭＯＶＰＥ法により、厚さ１００ｎｍのＩｎＧａＡｓＰより成るＳＣＨ層３６を形成する。この後、ＭＯＶＰＥ法により、ＩｎＰより成る厚さ５００ｎｍのクラッド層３８を形成する。こうして、クラッド層３０、ＳＣＨ層３２、吸収層３４、ＳＣＨ層３６、及びクラッド層３８から成る積層膜７０が形成される。この後、シリコン酸化膜より成るマスク６８を除去する（図５（ｂ）、図５（ｃ）参照）。
【００５７】
次に、全面に、ＣＶＤ法により、膜厚５００ｎｍのシリコン酸化膜を形成する。この後、フォトリソグラフィ技術を用い、シリコン酸化膜を導波路層１２の平面形状にパターニングする。これにより、シリコン酸化膜より成るマスク７２が形成される（図６（ａ）参照）。
【００５８】
次に、マスク７２を用い、ＲＩＥ法により、積層膜６６、７０の表面から例えば１．５μｍの深さまで、積層膜６６、７０をメサエッチングする。これにより、積層膜６６から成る積層体１４ａと、積層膜７０から成る積層体１６と、積層膜６６から成る積層体１４ｂとにより、幅１．４μｍ、高さ１．５μｍのメサ状の導波路層１２が形成される（図６（ｂ）参照）。エッチングガスとしては、例えば、Ｃ2Ｈ6、Ｈ2、及びＯ2を適宜混合したガスを用いることができる。なお、ここでドライエッチングを用いるのは、積層膜６６、７０の組成の違いによりエッチング形状に差が生じるのを防止するためである。
【００５９】
次に、ＭＯＶＰＥ法により、導波路層１２の両側のｎ−ＩｎＰ基板１０上に、厚さ７００ｎｍのｐ−ＩｎＰ層４０を形成する。次に、ＭＯＶＰＥ法により、ｐ−ＩｎＰ層４０上に、厚さ５００ｎｍのｎ−ＩｎＰ層４２を形成する。こうして、ｐ−ＩｎＰ層４０及びｎ−ＩｎＰ層４２より成る電流狭窄層４４が形成される（図７（ａ）参照）。この後、シリコン酸化膜より成るマスク７２を除去する。
【００６０】
次に、全面に、ＭＯＶＰＥ法により、導波路層１２上及び電流狭窄層４４上に、厚さ２μｍのｐ−ＩｎＰより成るクラッド層４６を形成する。
【００６１】
次に、全面に、ＭＯＶＰＥ法により、厚さ５００ｎｍのｐ−ＩｎＧａＡｓより成るコンタクト層４８を形成する（図７（ｂ）、図８（ａ）参照）。
【００６２】
次に、全面に、膜厚１μｍのシリコン酸化膜を形成する。この後、フォトリソグラフィ技術を用い、シリコン酸化膜に、分離部５０が形成される領域を開口する開口部７４を形成する。こうして、開口部７４が形成されたシリコン酸化膜より成るマスク７６が形成される（図８（ｂ）参照）。なお、マスク７６の材料は、シリコン酸化膜に限定されるものではない。例えば、膜厚３μｍ程度のＡｕ膜等を用いることもできる。
【００６３】
次に、マスク７６を用いて、イオン注入法により、コンタクト層４８及びクラッド層４６にプロトンイオンを注入する。イオン注入条件は、例えば、加速エネルギーを３００ｋｅＶとし、ドーズ量を３×１０15proton／ｃｍ3とする。これにより、コンタクト層４８及びクラッド層４６に、コンタクト層４８及びクラッド層４６を電気的に分離する分離部５０が形成される（図８（ｃ）参照）。分離部５０をプロトンイオンの注入により形成するので、分離部５０の位置や深さを容易に制御することができる。この後、マスク７６を除去する。
【００６４】
次に、全面に、膜厚５００ｎｍのシリコン酸化膜より成る保護膜５２を形成する（図９（ａ）参照）。
【００６５】
次に、全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜を形成する。この後、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜をパターニングする。こうして、電極５６ａ、５６ｂが形成される領域に開口部５４が形成されたフォトレジストマスク５３が形成される（図９（ｂ）参照）。
【００６６】
次に、フォトレジストマスク５３が残されている状態のままで、蒸着法により、金属膜を形成する。この後、フォトレジストマスク５３を除去することにより、開口部５４が形成された領域のコンタクト層４８上に、金属膜より成るｐ側電極５６ａ、５６ｂを形成する。
【００６７】
次に、ｎ−ＩｎＰ基板１０の下側に、ｎ側電極５８を形成する（図９（ｃ）、図１０（ａ）参照）。
【００６８】
次に、劈開された入射端面及び出射端面に、ＴｉＯ2／ＳｉＯ2より成る反射防止膜６４を形成する（図１０（ｂ）、図１１参照）。こうして、本実施形態による半導体光増幅装置が製造される。
【００６９】
（変形例）
次に、本実施形態による半導体光増幅装置の変形例を図１２を用いて説明する。図１２は、本変形例による半導体光増幅装置を示す断面図である。
【００７０】
ｎ−ＩｎＰ基板１０上には、幅１．４μｍ、長さ５４００μｍのメサ状の導波路層１２ａが形成されている。
【００７１】
導波路層１２ａは、互いに離間して形成された長さ１２００μｍの積層体１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの間に、長さ２００μｍの積層体１６、１６ａ、１６ｂをそれぞれ形成することにより構成されている。積層体１４ｃ、１４ｄは、積層体１４ｂと同様である。また、積層体１６ａ、１６ｂは、積層体１６と同様である。
【００７２】
積層体１６ａの下方領域のｎ−ＩｎＰ基板１０と、積層体１６ａと、積層体１６ａの上方領域のクラッド層４６及びコンタクト層４８とにより、吸収部６２ａが構成されている。
【００７３】
また、積層体１４ｃの下方領域のｎ−ＩｎＰ基板１０と、積層体１４ｃと、積層体１４ｃの上方領域のクラッド層４６及びコンタクト層４８とにより、増幅部６０ｃが構成されている。
【００７４】
また、積層体１６ｂの下方領域のｎ−ＩｎＰ基板１０と、積層体１６ｂと、積層体１６ｂの上方領域のクラッド層４６及びコンタクト層４８とにより、吸収部６２ｂが構成されている。
【００７５】
また、積層体１４ｄの下方領域のｎ−ＩｎＰ基板１０と、積層体１４ｄと、積層体１４ｄの上方領域のクラッド層４６及びコンタクト層４８とにより、増幅部６０ｄが構成されている。
【００７６】
こうして、本変形例による半導体光増幅装置が構成されている。
【００７７】
本変形例によれば、活性層と吸収層とが交互に繰り返し形成されているので、図１に示す一実施形態による半導体光増幅装置より活性層として機能する領域を更に長く確保することができる。しかも、互いに離間して形成された活性層の間にそれぞれ吸収層を形成しているので、雑音が増加するのを抑制することができる。従って、本変形例によれば、雑音の増加を抑制しつつ、利得をより著しく向上することができる半導体光増幅装置を提供することができる。
【００７８】
［変形実施形態］
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【００７９】
例えば、上記実施形態では、活性層２４を含む積層膜６６を形成した後に、吸収層３４を含む積層膜７０を形成することにより導波路層を形成したが、クラッド層、ＳＣＨ層を形成した後に、活性層と吸収層とを適宜形成し、更に、活性層上及び吸収層上に、ＳＣＨ層、クラッド層を形成することにより、導波路層を形成してもよい。即ち、互いに離間して形成された活性層の間に吸収層を形成できれば、いかなる方法により導波路層を形成してもよい。
【００８０】
また、上記実施形態では、活性層２４を含む積層膜６６を形成した後に、吸収層３４を含む積層膜７０を形成したが、吸収層３４を含む積層膜７０を形成した後に、活性層２４を含む積層膜６６を形成してもよい。
【００８１】
また、活性層２４や吸収層３４の材料、組成、膜厚等は上記実施形態に限定されるものではなく、活性層が形成された領域に順方向電流を注入し、吸収層が形成された領域に逆方向バイアスを印加した状態で、活性層で増幅されるＡＳＥ光のピーク波長が、活性層に入力される信号光の波長より短く、吸収層の吸収スペクトルの吸収端の波長が、信号光の波長より短くなるように適宜設定することができる。
【００８２】
また、上記実施形態では、吸収層の吸収スペクトルの吸収端の波長が、活性層で増幅されるＡＳＥ光のピーク波長より長くなるように設定したが、必ずしも、吸収層の吸収スペクトルの吸収端の波長が、活性層で増幅されるＡＳＥ光のピーク波長より長くなる必要はなく、吸収層の吸収スペクトルの吸収端の波長が、活性層で増幅されるＡＳＥ光のピーク波長より短くなるようにしてもよい。但し、吸収層の吸収スペクトルの吸収端の波長を、活性層で増幅されるＡＳＥ光のピーク波長より長くなるように設定すれば、より効果的に雑音を抑制することができ、より効果的に利得を向上することができる。
【００８３】
また、基板の導電型や各層の導電型は、上記実施形態に限定されるものではなく、適宜設定することができる。
【００８４】
［付記］
（付記１）  基板上に互いに離間して形成された複数の活性層と、前記複数の活性層の間に形成された吸収層とを有する導波路層を有し、前記活性層が形成された領域に順方向電流を注入し、前記吸収層が形成された領域に逆方向バイアスを印加した状態で、前記活性層で増幅される自然放出光のピーク波長が、前記導波路層に入力される信号光の波長より短く、前記吸収層の吸収スペクトルの吸収端の波長が、前記信号光の波長より短いことを特徴とする半導体光増幅装置。
【００８５】
（付記２）  付記１記載の半導体光増幅装置において、前記吸収層の前記吸収スペクトルの前記吸収端の波長が、前記活性層で増幅される前記自然放出光の前記ピーク波長より長いことを特徴とする半導体光増幅装置。
【００８６】
（付記３）  付記１又は２記載の半導体光増幅装置において、前記導波路層上に形成されたクラッド層と、前記活性層上の前記クラッド層と前記吸収層上の前記クラッド層とを電気的に分離する分離部とを更に有することを特徴とする半導体光増幅装置。
【００８７】
（付記４）  付記３記載の半導体光増幅装置において、前記分離部は、プロトンイオンが導入されていることを特徴とする半導体光増幅装置。
【００８８】
（付記５）  基板上に互いに離間して形成された複数の活性層と、前記複数の活性層の間に形成された吸収層とを有する導波路層を形成する工程を有し、前記導波路層を形成する工程では、前記活性層が形成された領域に順方向電流を注入し、前記吸収層が形成された領域に逆方向バイアスを印加した状態で、前記活性層で増幅される自然放出光のピーク波長が、前記導波路層に入力される信号光の波長より短く、前記吸収層の吸収スペクトルの吸収端の波長が、前記信号光の波長より短くなるように、前記導波路層を形成することを特徴とする半導体光増幅装置の製造方法。
【００８９】
（付記６）  付記５記載の半導体装置の製造方法において、前記導波路層を形成する工程では、前記活性層で増幅される前記自然放出光の前記ピーク波長が、前記活性層で増幅される前記自然放出光の前記ピーク波長より長くなるように、前記導波路層を形成することを特徴とする半導体光増幅装置の製造方法。
【００９０】
（付記７）  付記５又は６記載の半導体光増幅装置の製造方法において、前記導波路層上にクラッド層を形成する工程と、前記活性層上の前記クラッド層と前記吸収層上の前記クラッド層とを電気的に分離する分離部を、プロトンイオンを注入することにより形成する工程とを更に有することを特徴とする半導体光増幅装置の製造方法。
【００９１】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、複数の活性層が互いに離間するように形成されており、互いに離間して形成された活性層の間にＡＳＥ光を吸収する吸収層が形成されており、活性層が形成された領域に順方向電流を注入し、吸収層が形成された領域に逆方向バイアスを印加した状態で、活性層で増幅されるＡＳＥ光のピーク波長が、活性層に入力される信号光の波長より短く、吸収層の吸収スペクトル吸収端の波長が、信号光の波長より短くなるように構成されているので、信号光に影響を与えることなく、ＡＳＥ光を吸収することができるとともに、自己ＡＳＥ飽和を生じることなく、活性層として機能する領域の長さを長くすることができる。従って、本発明によれば、雑音の増加を抑制しつつ、利得を向上することができる半導体光増幅装置及びその製造方法を提供することができる。
【００９２】
また、本発明によれば、活性層と吸収層とが交互に繰り返し形成することにより、活性層として機能する領域を更に長く確保することができる。しかも、互いに離間して形成された活性層の間にそれぞれ吸収層を形成するので、雑音が増加するのを抑制することができる。従って、本発明によれば、雑音の増加を抑制しつつ、利得をより更に向上することができる半導体光増幅装置及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による半導体光増幅装置を示す断面図及び斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態による半導体光増幅装置の原理を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による半導体光増幅装置のＡＳＥ光の強度分布とキャリア密度分布を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態による半導体光増幅装置の製造方法を示す工程図（その１）である。
【図５】本発明の一実施形態による半導体光増幅装置の製造方法を示す工程図（その２）である。
【図６】本発明の一実施形態による半導体光増幅装置の製造方法を示す工程図（その３）である。
【図７】本発明の一実施形態による半導体光増幅装置の製造方法を示す工程図（その４）である。
【図８】本発明の一実施形態による半導体光増幅装置の製造方法を示す工程図（その５）である。
【図９】本発明の一実施形態による半導体光増幅装置の製造方法を示す工程図（その６）である。
【図１０】本発明の一実施形態による半導体光増幅装置の製造方法を示す工程図（その７）である。
【図１１】本発明の一実施形態による半導体光増幅装置の製造方法を示す工程図（その８）である。
【図１２】本発明の一実施形態の変形例による半導体光増幅装置を示す断面図である。
【図１３】従来の半導体光増幅装置を示す断面図である。
【図１４】素子長と利得との関係、及び素子長と雑音指数との関係を示すグラフである。
【図１５】従来の半導体光増幅装置のＡＳＥ光の強度分布とキャリア密度分布を示す図である。
【符号の説明】
１０…ｎ−ＩｎＰ基板
１２…導波路層
１２ａ…導波路層
１４ａ〜１４ｄ…積層体
１６、１６ａ、１６ｂ…積層体
２０…クラッド層
２２…ＳＣＨ層
２４…活性層
２６…ＳＣＨ層
２８…クラッド層
３０…クラッド層
３２…ＳＣＨ層
３４…吸収層
３６…ＳＣＨ層
３８…クラッド層
４０…ｐ−ＩｎＰ層
４２…ｎ−ＩｎＰ層
４４…電流狭窄層
４６…クラッド層
４８…コンタクト層
５０…分離部
５２…保護膜
５３…フォトレジストマスク
５４…開口部
５６ａ、５６ｂ…ｐ側電極
５８…ｎ側電極
６０ａ、６０ｂ…増幅部
６２…吸収部
６４…反射防止膜
６６…積層膜
６８…マスク
７０…積層膜
７２…マスク
７４…開口部
７６…マスク
１１０…クラッド層
１２４…活性層
１４６…クラッド層
１５６…ｐ側電極
１５８…ｎ側電極
【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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