(57)【要約】半導体レーザと光アイソレータを一体型に集積した構造で、その製造工程が容易であり、光アイソレータの逆方向伝搬光を効率良く吸収し、迷光の発生を防止した集積型光アイソレータを提供する。  化合物半導体基板上に半導体導波層を層設し、前記半導体導波層の一方部に半導体レーザを形成し、他方部に光アイソレータを形成した集積型光アイソレータにおいて、前記半導体レーザのある半導体導波層の活性層の上部にレーザ電流注入電極を配設し、前記半導体レーザの両脇で前記光アイソレータの逆方向伝搬光出力導波路出力端に終端吸収層を配設する。
2007088991.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化合物半導体基板上に半導体導波層を層設し、前記半導体導波層の一方部に半導体レーザを形成し、他方部に光アイソレータを形成した集積型光アイソレータにおいて、前記半導体レーザのある半導体導波層の活性層の上部にレーザ電流注入電極を配設し、前記半導体レーザの両脇で前記光アイソレータの逆方向伝搬光出力導波路出力端に終端吸収層を配設したことを特徴とする集積型光アイソレータ。
【請求項２】
前記終端吸収層は、前記半導体導波層を光吸収層として作用させたもので、前記終端吸収層の上部に半導体クラッド層を載置したことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の集積型光アイソレータ。
【請求項３】
化合物半導体基板上に半導体導波層を層設し、前記半導体導波層の一方部に半導体レーザを形成し、他方部に光アイソレータを形成した集積型光アイソレータにおいて、前記光アイソレータの逆方向伝搬光出力導波路出力端にある前記半導体導波層の上及び半導体レーザ上に半導体クラッド層及び絶縁層を層設し、更にその上にレーザ電流注入電極を層設し、前記光アイソレータの逆方向伝搬光出力導波路出力端にある前記半導体導波層を終端吸収層とし、前記絶縁層は前記半導体導波層の内終端吸収層となる部分の上に層設したことを特徴とする集積型光アイソレータ。
【請求項４】
前記レーザ電流注入電極を半導体レーザ部の上にのみ層設したことを特徴とする請求の範囲第３項に記載の集積型光アイソレータ。
【請求項５】
前記レーザ電流注入電極を半導体レーザ部の上及び終端吸収層の一部或いは全体の上に層設したことを特徴とする請求の範囲第３項に記載の集積型光アイソレータ。
【請求項６】
前記絶縁層がＳｉＯ２で形成されている請求の範囲第３項乃至第５項のいずれかに記載の集積型光アイソレータ。
【請求項７】
前記絶縁層がＡｌ２Ｏ３で形成されている請求の範囲第３項乃至第５項のいずれかに記載の集積型光アイソレータ。
【請求項８】
化合物半導体基板上に半導体導波層を層設し、前記半導体導波層の一方部に半導体レーザを形成し、他方部に光アイソレータを形成した集積型光アイソレータにおいて、前記光アイソレータの逆方向伝搬光出力導波路出力端に半導体クラッド層を設け、発光導波路上にレーザ電流注入電極を設け、前記光アイソレータの逆方向伝搬光出力導波路出力端の前記半導体クラッド層下の半導体導波層を終端吸収層とすることを特徴とする集積型光アイソレータ。
【請求項９】
前記レーザ電流注入電極のある部分と、前記光アイソレータの逆方向伝搬光出力導波路出力端に設けた終端吸収層との間に分離部が設けられている請求の範囲第６項に記載の集積型光アイソレータ。
【請求項１０】
化合物半導体基板上に半導体導波層を層設し、前記半導体導波層の一方部に半導体レーザを形成し、他方部に光アイソレータを形成した集積型光アイソレータにおいて、前記光アイソレータの半導体導波層は、前記半導体レーザの各層を形成した後に前記光アイソレータの領域のみを除去し、前記光アイソレータの部分は別の結晶成長プロセスとして再成長を行なう２段階成長によって形成することを特徴とする集積型光アイソレータの製造方法。
【請求項１１】
化合物半導体基板上に半導体導波層を層設し、前記半導体導波層の一方部に半導体レーザを形成し、他方部に光アイソレータを形成した集積型光アイソレータにおいて、選択成長法を用いて、半導体レーザの各層を形成する結晶成長プロセスと同時に光アイソレータの半導体導波層を形成することを特徴とする集積型光アイソレータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光非相反素子である光アイソレータ（若しくは光サーキュレータ）の構造に関し、特に半導体レーザと光アイソレータを一体型に整合性をもって集積した構造で、光アイソレータの逆方向伝搬光を効率良く吸収し、迷光の発生を防止するようにした集積型光アイソレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
光アイソレータは一方向にのみ光を透過させ、これと反対の方向に伝搬しようとする光を阻止する素子である。例えば光アイソレータを半導体レーザの出射端に配置することによって、レーザから出射される光は光アイソレータを透過し、これを光ファイバ通信用等の光源として用いることができる。逆に、光アイソレータを通して半導体レーザに入射しようとする光は光アイソレータによって進行を阻止され、半導体レーザに入射することはできない。光アイソレータを半導体レーザの出射端に配置しないと、半導体レーザに反射戻り光が入射してしまい、これが半導体レーザの発振特性を劣化させてしまう。つまり、光アイソレータは半導体レーザに入射しようとする光を遮り、半導体レーザの特性を劣化させることなく、安定な発振（発光）を保つ作用を有している。
半導体レーザへ外部から光が入射すると、半導体レーザの出力強度が変動したり（強度雑音の発生）、発振波長が変化したり（位相雑音の発生）するということが、光エレクトロニクス分野で問題となっている。これを防止するために、逆方向伝搬光を阻止する光アイソレータを半導体レーザの出力端に配置し、半導体レーザの光出射に上記不都合が生じないような対策を講じる必要がある。特に、高速光ファイバ通信用の光源として半導体レーザを用いる場合には、光源（半導体レーザ）の発振安定化が絶対的な条件として要求されるために、必ず光アイソレータが用いられる。
＜文献一覧＞
【特許文献１】特許第３４０７０４６号
【特許文献２】特開２００１−３５００３９号公報
【発明の開示】
【０００３】
光アイソレータは半導体レーザへ光が入射することを防ぎ、半導体レーザの発振安定化に必要不可欠な素子である。その使用目的から、光アイソレータは半導体レーザと一体集積化して用いることが望ましいが、従来半導体レーザと光アイソレータを集積して一体化した実装例はない。
光アイソレータだけを考えた場合、反射戻り光は、光アイソレータに設けられた偏光子によって光軸から逸れた方向に放射される。光アイソレータで伝搬を阻止された逆方向伝搬光が迷光となって、予期せぬ経路を通って半導体レーザに入射したり、不要な出力光として外部の光回路に伝達されることが問題となる。特に特許第３４０７０４６号公報（特許文献１）で示されるような干渉型光アイソレータの場合には、逆方向伝搬光を内部で吸収する機構がなく、出力光は逆方向伝搬光出力導波路から外部に放射される。この放射光は、光アイソレータと半導体レーザを集積化した場合には、迷光となって半導体レーザに入射する危険性があり、光アイソレータの外部に放射される光を適切に処理することが重要である。
ここにおいて、次のような公知技術を利用した構造で逆方向伝搬光を吸収し、迷光の発生を防ぐことも可能である。即ち、上記光アイソレータはＴＭモードで動作するため、光アイソレータによって外部に放射される光はＴＭモード光である。そして、光導波路の上部クラッドに配設した金属クラッド層（例えばＡｌやＡｕ）によってＴＭモード光は効率良く吸収されることが知られており、この方法によって光アイソレータから外部に放射される光を吸収することができる。
即ち、第１図及び第２図に示す従来の光アイソレータの終端構造によれば、逆方向伝搬光出力導波路１０１及び１０２を半導体レーザ方向に導波される逆方向伝搬光は、逆方向伝搬光出力導波路の上部に配設されている金属クラッド層１１１及び１１２の作用で吸収され、迷光の発生を防ぐことが可能である。なお、第１図は光遮断部の平面構造例を示し、第２図は第１図のＦ−Ｆ’部の断面図である。また、半導体レーザからのレーザ光は、レーザ電流注入電極１００に所定の電圧を印加することによって、光アイソレータの入力端１０３から光アイソレータに入力され、光アイソレータを順方向に伝搬して外部の光回路に供給される。
このように光アイソレータ導波層１３０の上部クラッドとして、金属クラッド層１１１，１１２を光アイソレータ導波層１３０に直接或いは適当な緩衝層を介して装荷すると、この金属クラッド層１１１，１１２によって光アイソレータ導波層１３０を伝搬する光を有効に吸収することができる。
しかし、上記構造の光アイソレータでは、金属クラッド層１１１，１１２が不要な部分若しくは金属クラッド層１１１，１１２が装荷されては困る部分（例えば光アイソレータ導波路上）には、金属クラッド層が装荷されないような対策を施す必要がある。つまり、部分的に金属クラッド層を除去するか、金属クラッド層が光の導波に影響を与えないような方策を施す必要がある。
従って、従来の半導体レーザー体型の光アイソレータでは、少なくとも金属クラッド層を装荷する工程と、部分的に金属クラッド層が光アイソレータの動作に影響を与えないようなパターンニングを行なう工程とが必要となり、製造工程が複雑で不経済であるといった問題がある。
本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、半導体レーザと光アイソレータを一体型に集積した構造で、その製造工程が容易であり、光アイソレータの逆方向伝搬光を効率良く吸収し、迷光の発生を防止した集積型光アイソレータを提供することにある。本発明のように光アイソレータを半導体レーザと一体集積化するデバイスを形成した場合、光アイソレータによって光路から除去された逆方向伝搬光が、デバイス内部やパッケージ壁面での反射によって、意図せずに半導体レーザに再入射することを確実に防ぐことができる。
本発明は、化合物半導体基板上に半導体導波層を層設し、前記半導体導波層の一方部に半導体レーザを形成し、他方部に光アイソレータを形成した集積型光アイソレータに関し、本発明の上記目的は、前記半導体レーザのある半導体導波層の活性層の上部にレーザ電流注入電極を配設し、前記半導体レーザの両脇で前記光アイソレータの逆方向伝搬光出力導波路出力端に終端吸収層を配設することにより、或いは前記終端吸収層は、前記半導体導波層を光吸収層として作用させたもので、前記終端吸収層の上部に半導体クラッド層を載置することによる達成される。
本発明は、化合物半導体基板上に半導体導波層を層設し、前記半導体導波層の一方部に半導体レーザを形成し、他方部に光アイソレータを形成した集積型光アイソレータに関し、本発明の上記目的は、前記光アイソレータの逆方向伝搬光出力導波路出力端にある前記半導体導波層の上及び半導体レーザ上に半導体クラッド層及び絶縁層を層設し、更にその上にレーザ電流注入電極を層設し、前記光アイソレータの逆方向伝搬光出力導波路出力端にある前記半導体導波層を終端吸収層とし、前記絶縁層は前記半導体導波層の内終端吸収層となる部分の上に層設することにより、或いは前記レーザ電流注入電極を半導体レーザ部の上にのみ層設することにより、或いは前記レーザ電流注入電極を半導体レーザ部の上及び終端吸収層の一部或いは全体の上に層設することにより、或いは前記絶縁層がＳｉＯ２で形成されていることにより、或いは前記絶縁層がＡｌ２Ｏ３で形成されていることにより達成される。
本発明は、化合物半導体基板上に半導体導波層を層設し、前記半導体導波層の一方部に半導体レーザを形成し、他方部に光アイソレータを形成した集積型光アイソレータに関し、本発明の上記目的は、前記光アイソレータの逆方向伝搬光出力導波路出力端に半導体クラッド層を設け、発光導波路上にレーザ電流注入電極を設け、前記光アイソレータの逆方向伝搬光出力導波路出力端の前記半導体クラッド層下の半導体導波層を終端吸収層とすることにより、或いは前記レーザ電流注入電極のある部分と、前記光アイソレータの逆方向伝搬光出力導波路出力端に設けた終端吸収層との間に分離部が設けられていることにより達成される。
本発明は、化合物半導体基板上に半導体導波層を層設し、前記半導体導波層の一方部に半導体レーザを形成し、他方部に光アイソレータを形成した集積型光アイソレータに関し、本発明の上記目的は、前記光アイソレータの半導体導波層は、前記半導体レーザの各層を形成した後に前記光アイソレータの領域のみを除去し、前記光アイソレータの部分は別の結晶成長プロセスとして再成長を行なう２段階成長によって形成することにより、或いは選択成長法を用いて、半導体レーザの各層を形成する結晶成長プロセスと同時に光アイソレータの半導体導波層を形成することにより達成される。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
第１図は、従来の一般的な光アイソレータの終端の構造例を示す図である。
第２図は、第１図のＦ−Ｆ’部の断面図である。
第３図は、本発明に係る集積型光アイソレータの一例を示す斜視構造図である。
第４図は、第３図のＣ−Ｃ’部の平面図である。
第５図は、第４図のＤ−Ｄ’部の断面図である。
第６図は、本発明の他の実施例を示す平面図である。
第７図は、第６図のＥ−Ｅ’部の断面図である。
第８図は、レーザ電流注入電極をＩ型に配設した場合の平面図である。
第９図は、レーザ電流注入電極をＴ型に配設した場合の平面図である。
第１０図は、本発明の更に別の実施例を示す断面図である。
第１１図は、集積型光アイソレータの２段階成長による成長プロセスを示す図である。
第１２図は、集積型光アイソレータの選択成長による成長プロセスを示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
半導体レーザの発光層となる活性層（狭バンドギャップ層）は、所定のスレッショルド以上に電流を注入すれば利得を有して発光するが、注入電流がそのスレッショルドに満たない場合には光を吸収する。また、光アイソレータと半導体レーザを一体集積化したデバイスを形成する場合には、両素子の導波層（導波路）は高さ方向で一致する必要がある。従って、半導体レーザの活性層と同時に形成されるが電流が注入されない領域を光吸収層として作用させ、光アイソレータの導波層から不要光として放射される逆方向伝搬光を半導体レーザ側の終端吸収層で吸収させることができる。
本発明はかかる事実を前提にしており、一体集積化した半導体レーザの発光層の両側に、結晶成長によって同時に形成される狭バンドギャップ層を終端吸収層として用いることで、光アイソレータ一体集積型半導体レーザと整合性のとれた構造で、逆方向伝搬光を効率良く吸収して迷光の発生を防止できる集積型光アイソレータを提案するものである。
以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
第３図は本発明に係る集積型光アイソレータ１の斜視構造例を示しており、レーザを発光する半導体レーザ１０と光非相反素子である光アイソレータ２０とが、化合物半導体基板２及び半導体導波層３上に連接して一体的に形成されている。半導体レーザ１０の半導体導波層３には発光出力のための発光導波路１１が形成されており、その上部にはレーザ電流注入電極１２が配設されている。そして、レーザ電流注入電極１２の両側に光吸収領域を形成するための半導体クラッド層１３Ａ及び１３Ｂが配設されている。
また、光アイソレータ２０の半導体導波層３上には、半導体クラッド層１３Ａ及び１３Ｂに対応した位置に逆方向伝搬光出力導波路２１Ａ及び２１Ｂが形成されると共に、発光導波路１１に対応して入力導波路２２が形成されている。半導体導波層３上に更に磁気光学材料２３が光導波方向と交差する状態に層設され、その上に磁界部としての永久磁石２４Ａ及び２４Ｂが配設されている。
第４図は第３図のＣ−Ｃ’の平面構造を示しており、第５図は第４図のＤ−Ｄ’の断面構造を示しており、光アイソレータ２０の半導体クラッド層１３Ａ，１３Ｂ下の半導体導波層３部分が光吸収層として作用する終端吸収層３Ａ，３Ｂとなると共に、半導体導波層３の他部分が光アイソレータ導波路（光導波層）として作用する。光アイソレータ２０と半導体レーザ１０の接続部の構造は第４図及び第５図に示すようになっており、活性層（半導体導波層３）を含めて半導体レーザ１０を構成するために必要な各層は、連続した結晶成長プロセスによって整合性をもって形成される。
一方、光アイソレータ２０の導波層（半導体導波層３）は半導体レーザ１０の活性層と異なる組成を有しており、半導体レーザ１０の発振波長では吸収が少ない低吸収半導体層でなくてはならない。光アイソレータ２０の導波層（半導体導波層３）は、半導体レーザ１０の各層を形成した後に、光アイソレータ２０の領域のみを除去して別の結晶成長プロセスとして再成長を行なう２段階成長によって形成可能である。また、選択成長法を用いて、半導体レーザ１０の各層を形成する結晶成長プロセスと同時に形成することも可能である。いずれの方法を用いる場合でも、順方向において、半導体レーザ１０から出力した光を高効率に光アイソレータ２０に入射させるために、半導体レーザ１０の活性層（半導体導波層３）と光アイソレータ２０用の導波層（半導体導波層３）は高さ方向で正確に一致している必要がある。半導体レーザ１０の活性層と光アイソレータ２０用の導波層が高さ方向で一致していることは、逆方向伝搬光を効率良く終端吸収層３Ａ，３Ｂに導き、有効に吸収することにも寄与する。
かかる構造の本発明に係る集積型光アイソレータ１の製造は、半導体レーザ１０を形成する活性層（半導体導波層３）と光アイソレータ２０の光導波層（半導体導波層３）とを、高さ方向で同じ位置に形成する。そして、半導体レーザ１０を形成する活性層（半導体導波層３）において、半導体レーザ１０の発光導波路１１、即ち発光させたい部分にのみレーザ電流注入電極１２から電流を選択的に注入して半導体レーザ１０として動作させ、これ以外の活性層（半導体導波層３）には電流注入を行なわず、光導波層（半導体導波層３）を終端吸収層３Ａ，３Ｂとして作用させる。また、光アイソレータ２０においては、半導体レーザ１０へ戻る逆方向伝搬光を逆方向伝搬光出力導波路２１Ａ及び２１Ｂに導き、逆方向伝搬光出力導波路２１Ａ及び２１Ｂから放射された逆方向伝搬光を光アイソレータ２０の逆方向伝搬光出力導波路出力端に設けた終端吸収層３Ａ及び３Ｂに導く。これにより、終端吸収層３Ａ及び３Ｂは光アイソレータ２０からの逆方向伝搬光を吸収する。
第３図〜第５図に示す構造の集積型光アイソレータ１において、光アイソレータ２０から本デバイス（逆方向伝搬光出力導波路２１Ａ及び２１Ｂ）に入射する光が光アイソレータ２０若しくは半導体レーザ１０において除去すべき逆方向伝搬光となる。この逆方向伝搬光は、光アイソレータ２０の動作により逆方向伝搬光出力導波路２１Ａ及び２１Ｂに導かれるが、光アイソレータ２０の逆方向伝搬光出力導波路出力端に設けた終端吸収層３Ａ，３Ｂの光吸収によって、半導体レーザ１０の発光導波路１１に迷光して入射することを防止している。即ち、終端吸収層３Ａ，３Ｂが形成されていない状態では、光アイソレータ２０から放射される光が逆方向伝搬光出力導波路２１Ａ及び２１Ｂに導かれ、迷光として半導体レーザ１０に入射してしまう可能性がある。しかし、本発明の集積型光アイソレータ１では、逆方向伝搬光出力導波路２１Ａ，２１Ｂから放射される光を、半導体クラッド層１３Ａ，１３Ｂの下に位置する終端吸収層３Ａ，３Ｂによって吸収（除去）しているので、迷光の発生を防ぐことができる。
上述のように本発明によれば、逆方向伝搬光出力導波路２１Ａ，２１Ｂを半導体レーザ活性層（半導体導波層３）と同時に形成される終端吸収層（電流注入されない活性層）３Ａ，３Ｂに接続し、この終端吸収層３Ａ，３Ｂで逆方向伝搬光を吸収するので、迷光の発生を防止して逆方向伝搬阻止特性に優れた高性能光アイソレータを提供することができる。
また、上述の実施例と同じような作用は、第６図及び第７図に示す構造の集積型光アイソレータによっても実現することができる。本例では半導体導波層３の上の逆方向伝搬光を吸収させたい領域（終端吸収層３Ａ，３Ｂ）及びレーザ発光領域に半導体クラッド層１３を配設する。半導体クラッド層１３の上には、終端吸収層３Ａ，３Ｂの領域には電流が注入されないようにする為、その領域の上に当たる部分に絶縁層（例えばＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３など）１６を層設する。更にその上のレーザ発光領域と絶縁層１６の上部全体をレーザ電流注入用電極１５で覆っている。レーザ電流注入用電極１５の下側両側に分離された絶縁層１６が配設されているので、絶縁層１６の領域には電流が注入されない構造となっている。ただし、レーザ発光領域へはレーザ電流注入用電極１５から電流が注入されるように、レーザ発光領域には絶縁層１６を配設しないようにする。なお、本実施例によれば光吸収層となる領域には絶縁層１６のために電流が注入されず、終端吸収層３Ａ，３Ｂを形成することができる。
第６図の実施例では、レーザ電流注入電極を逆方向伝搬光を吸収させたい領域（終端吸収層３Ａ，３Ｂ）及びレーザ発光領域の全面に配設したが、終端吸収層３Ａ，３Ｂに電流注入されない構造になっていれば、その上部には電極は有っても無くても良い。終端吸収層３Ａ，３Ｂの上部には絶縁層があり電流が注入されない構造になっているため、第８図のようにレーザ電流注入電極をレーザ発光領域にのみ配設したり（Ｉ型）、或いは第９図のようにレーザ電流注入電極をＴ型の形状に配設しても良い。レーザ電流注入電極はレーザ発光領域には配設する必要があるが、それ以外の絶縁層が配設されている領域ではレーザ電流注入電極の平面形状は任意である。
第３図〜第５図の実施例及び第６図〜第９図の実施例においても、半導体レーザ１０の活性層（半導体導波層３）は、半導体レーザ１０の発光導波路１１部分ではレーザ電流注入電極１２及び１５からの電流注入によって利得を有し、発光層として機能する。しかし、これ以外の領域では電流注入がなされないために、終端吸収層として作用する。即ち、光アイソレータ２０において、その動作によって逆方向伝搬光は第４図、第６図、第８図及び第９図の終端吸収層３Ａ，３Ｂ位置に達し、光アイソレータ２０の逆方向伝搬光出力導波路２１Ａ，２１Ｂと同じ高さにある終端吸収層３Ａ，３Ｂに入射することになり、終端吸収層３Ａ，３Ｂの中を適当な距離伝搬した後に十分小さな光パワーに減衰される。終端吸収層３Ａ，３Ｂにおける減衰の度合いは、例えば終端吸収層３Ａ，３Ｂの吸収係数が５００ｃｍ−１であれば、１００μｍの伝搬距離で−２１．７ｄＢの減衰が与えられ、終端吸収層３Ａ，３Ｂの吸収係数が１０００ｃｍ−１であれば、１００μｍの伝搬距離で−４３．４ｄＢの減衰量が与えられる。
また、第１０図は本発明の更に別の実施例を示しており、レーザ電流注入電極１２によるレーザ活性層１７を分離部１８Ａ，１８Ｂによって終端吸収層３Ａ，３Ｂから分離した構造になっている。分離部１８Ａ，１８Ｂは、半導体クラッド層１３Ａ，１３Ｂの上面から化合物半導体基板２の上面位置に達しており、分離部１８Ａ，１８Ｂの間にレーザ電流注入電極１２を配設してレーザ活性層１７を形成し、終端吸収層３Ａ，３Ｂへ注入電流が流れ込むことを防ぐようにすると共に、半導体と分離部１８Ａ，１８Ｂの界面における反射によって終端吸収層３Ａ，３Ｂから半導体レーザ１０への微弱な漏れ光を一層減衰させることができる。
本発明の集積型光アイソレータの製法としては、結晶成長の方法として２段階成長を行なう方法と選択成長を行なう方法が考えられる。２段階成長の成長プロセスは、第１１図（ａ）〜（ｈ）に模式的に示され、最初に半導体レーザ１０の各層が形成され、光アイソレータ２０の領域を除去し、その後別の結晶成長プロセスで光アイソレータ部を再成長させている。つまり、最初にアクティブ素子のみを作成し、その他の部分は削除し、その後新たにパッシブ部分を成膜作成する。具体的には、先ず第１１図（ａ）に示すように、半導体レーザ１０の各層を作成する。その際、化合物半導体基板２については、光アイソレータ２０を形成する部分も作成する。次に同図（ｂ）に示すように、光アイソレータ２０となる部分は、エッチングによって化合物半導体基板２の層以外は除去される。同図（ｃ）のエッチング、同図（ｄ）の成長、同図（ｅ）のエッチング過程で、半導体レーザ１０のレーザ発光領域及び終端吸収層となる領域のパターニングが行なわれる。次に、第１１図（ｆ）に示すように、光アイソレータ２０の化合物半導体基板２より上の各層の成長が行なわれ、同図（ｇ）で入力導波路２２及び逆方向伝搬光出力導波路２１の各導波路２５等、光アイソレータ２０の部分のパターニングが行なわれる。最後に第１１図（ｈ）に示すように、レーザ電流注入電極１２が配設される。
次に選択成長の成長プロセスを、第１２図に示す。選択成長では、基板上にマスクを作成して、そのマスク上で成膜する。その際、結晶成長速度がマスク形状により異なることを利用して、能動領域と受動領域、即ち半導体レーザ１０と光アイソレータ２０の各層を同時に成膜する。その後パターニングによって、各素子の作成を行なう。先ず第１２図（ａ）に示すように、化合物半導体基板２、半導体導波層３に対応する各層から成るウェーハが形成される。次に第１２図（ｂ）に示すように、ウェーハ上にリソグラフィーによってマスクパターン２６が形成される。このマスクパターン２６から、同図（ｃ）に示すように、発光導波路１１及び半導体クラッド層１３Ａ，１３Ｂ等の半導体レーザ１０、及び入力導波路２２及び逆方向伝搬光出力導波路２１等の光アイソレータ２０の各素子の成長が行われる。最後に第１２図（ｄ）に示すように、磁気光学材料２３が層設される。
本発明の集積型光アイソレータによれば、半導体レーザと光アイソレータを一体型に集積した構造であり、吸収層は半導体レーザの活性層（半導体導波層）と同時に形成され、光アイソレータの導波路パターンを形成する際に同時に逆方向伝搬の不要光を吸収層に導く導波路を形成すれば良いため、迷光除去のために製造工程が増えることがなく、その製造工程も容易であり、光アイソレータの逆方向伝搬光を効率良く吸収し、迷光の発生を防止することができるという利点がある。
以上のように、本発明に係る集積型光アイソレータは、次の２点において大きな特徴がある。
（１）活性層（半導体導波層）に電流注入することで半導体レーザの発光層として機能させ、電流注入をしない領域では光吸収層として作用させることができる。従って、逆方向伝搬光を終端吸収層で吸収し、導波路外部に迷光となって放射することを防止するために、余計な製造工程を追加する必要がなく、製造も容易である。
（２）終端吸収層が、半導体レーザの発光層と光アイソレータの導波層と同じ高さに形成されるため、終端吸収層で光アイソレータの逆方向伝搬光を効率良く吸収することができる。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成19年5月11日(2007.5.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化合物半導体基板上に半導体導波層を層設し、前記半導体導波層の一方部に半導体レーザを形成し、他方部に光アイソレータを形成した集積型光アイソレータにおいて、前記半導体導波層の前記半導体レーザ部に発光出力のために発光導波路を形成し、前記発光導波路の上部に前記発光導波路に電流を注入するためのレーザ電流注入電極を配設し、前記レーザ電流注入電極の両側に半導体クラッド層を配設し、前記半導体クラッド層の下部で逆方向伝搬光出力導波路出力端にある前記半導体導波層を光吸収層として作用させる終端吸収層としたことを特徴とする集積型光アイソレータ。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
化合物半導体基板上に半導体導波層を層設し、前記半導体導波層の一方部に半導体レーザを形成し、他方部に光アイソレータを形成した集積型光アイソレータにおいて、前記半導体レーザ部の前記半導体導波層の上に半導体クラッド層を層設し、前記半導体クラッド層の上でレーザ発光領域となる部分以外の領域に絶縁層を配設し、更に前記絶縁層の上及び前記絶縁層が層設されていない領域にある前記半導体クラッド層の上にレーザ電流注入電極を配設し、前記絶縁層の下部にある前記半導体導波層を光吸収層として作用させる終端吸収層としたことを特徴とする集積型光アイソレータ。
【請求項４】
前記レーザ電流注入電極を前記レーザ発光領域の上にのみ配設したことを特徴とする請求の範囲第３項に記載の集積型光アイソレータ。
【請求項５】
前記レーザ電流注入電極を前記レーザ発光領域の上及び絶縁層が配設された領域の一部或いは全体の上に配設したことを特徴とする請求の範囲第３項に記載の集積型光アイソレータ。
【請求項６】
前記絶縁層がＳｉＯ２で形成されている請求の範囲第３項乃至第５項のいずれかに記載の集積型光アイソレータ。
【請求項７】
前記絶縁層がＡｌ２Ｏ３で形成されている請求の範囲第３項乃至第５項のいずれかに記載の集積型光アイソレータ。
【請求項８】
化合物半導体基板上に半導体導波層を層設し、前記半導体導波層の一方部に半導体レーザを形成し、他方部に光アイソレータを形成した集積型光アイソレータにおいて、前記半導体レーザ部のある前記半導体導波層の上に半導体クラッド層を配設し、前記半導体導波層の内レーザ活性層となる領域の上にレーザ電流注入電極を配設し、前記レーザ活性層以外の前記半導体導波層を光吸収層として作用させる終端吸収層とし、前記レーザ活性層と前記終端吸収層の間に分離部を設けて、前記終端吸収層に注入電流が流れ込むことを防ぐと共に、前記終端吸収層から前記レーザ活性層への微弱な漏れ光を一層減衰させるようにしたことを特徴とする集積型光アイソレータ。
【請求項９】
（削除）
【請求項１０】
化合物半導体基板上に半導体導波層を層設し、前記半導体導波層の一方部に半導体レーザを形成し、他方部に光アイソレータを形成した集積型光アイソレータの製造方法において、
前記集積型光アイソレータを２段階成長によって製造し、
前記２段階成長は、先ず前記半導体レーザの各層を作成し、作成した前記各層の内前記光アイソレータとなる部分は、最下層の前記化合物半導体基板を除いてエッチングにより除去し、
更にエッチング及び成長を行なうことにより、前記半導体レーザ部のレーザ発光領域及び終端吸収層となる領域のパターニングを行ない、
次に前記光アイソレータ部の各層の成長及び各導波路のパターニングを行なうことを特徴とする集積型光アイソレータの製造方法。
【請求項１１】
化合物半導体基板上に半導体導波層を層設し、前記半導体導波層の一方部に半導体レーザを形成し、他方部に光アイソレータを形成した集積型光アイソレータの製造方法において、
前記集積型光アイソレータを選択成長によって製造し、
前記選択成長は、前記化合物半導体基板及び前記半導体導波層に対応する各層から成るウエーハを形成し、
前記ウエーハ上にリソグラフィによってマスクパターンを形成し、前記マスクパターンから前記半導体レーザ部の発光導波路及び半導体クラッド層、及び光アイソレータ部の各素子を成長させ、前記半導体クラッド層の下部にある前記半導体導波層を光吸収層として作用させる終端吸収層とすることを特徴とする集積型光アイソレータの製造方法。
【国際調査報告】
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