(57)【要約】本発明は、埋込み活性ガイド構造１２を備える半導体光増幅器に関する。本発明は、前記増幅器が増幅すべき光の偏光の影響を受けないようにする全体的な応力をガイド構造が受けるように、前記活性ガイド構造１２に外部応力をかけ、前記外部応力が、前記活性ガイド構造１２を取り囲むリッジ１５に接して材料５０を堆積することによって誘導される力から生じることを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
埋込みガイド活性構造（１２）を含む半導体光増幅器であって、
埋込みガイド活性構造（１２）は、前記増幅器の利得が増幅される光の偏光の影響を受け難いように、外部応力がかけられ、前記外部応力は、前記ガイド活性構造（１２）を取り囲むリッジ（１５）に接して材料（５０）を堆積することによって誘導される力から生じることを特徴とする半導体光増幅器。
【請求項２】
前記ガイド活性構造（１２）を取り囲む前記リッジ（１５）の深さが１μｍ〜４μｍである、請求項１に記載の光増幅器。
【請求項３】
前記ガイド活性構造（１２）を取り囲む前記リッジ（１５）の幅が４μｍ〜６μｍであることを特徴とする、請求項１または２に記載の光増幅器。
【請求項４】
前記活性構造（１２）を取り囲む前記リッジ（１５）に接して堆積する前記材料（５０）が酸化物であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の光増幅器。
【請求項５】
外部圧縮応力のために堆積する前記材料（５０）がＳｉＯ２であることを特徴とする、請求項４に記載の光増幅器。
【請求項６】
外部引張応力のために堆積する前記材料（５０）がＳｉ３Ｎ４であることを特徴とする、請求項４に記載の光増幅器。
【請求項７】
前記ガイド活性構造（１２）を取り囲む前記リッジ（１５）に接して堆積する前記材料（５０）の厚さが、０．１μｍ〜０．５μｍであることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の光増幅器。
【請求項８】
前記ガイド活性構造（１２）が、半導体材料の格子不整合のため内部応力を受け、前記外部応力が内部応力に付加される応力であることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の光増幅器。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の半導体光増幅器を製作する方法であって、
埋込みガイド活性構造（１２）を備えた半導体光増幅器を作成するステップと、
前記ガイド活性構造（１２）を取り囲むリッジ（１５）をエッチングするステップと、
エッチングされたリッジ（１５）の輪郭上に酸化物（５０）を堆積するステップと、
電極（２２）を形成するステップとを含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、光信号を増幅することに関する。本発明は通常、光ファイバ通信ネットワークに適用される。光ファイバ通信ネットワークで伝送される信号は、２値の形で伝送される情報を搬送するパルスからなる。このパルスを、このネットワークで伝搬中に受ける出力損失を補償するように増幅しなければならない。半導体増幅器は、こうした増幅を得るコンパクトな手段を構成し、集積することができる。しかし、増幅器の偏光感度（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）に関して以下でより簡単に示すように、損失を防止するための具体的な手段を実装しない限り、増幅器の利得は、パルスが受ける光の偏光状態の影響を受ける。
【０００２】
本発明は特に、偏光感度をなくすまたは少なくとも制限する必要がある場合に適用される。この感度は次式で表すことができる。△Ｇ＝ＧＴＥ−ＧＴＭ。条件｜△Ｇ｜＜１ｄＢを実現することが目的である。
【０００３】
増幅すべき光パルスが移動する距離が、伝搬中に前記パルスの偏光状態が大幅にかつランダムに影響を受けているようなとき、感度を制限またはなくさなければならない状況に頻繁に出遭い、そのような状況が頻繁に発生する。増幅されたパルスが、１つまたは複数の所定の出力レベルを有することが好ましい。
【０００４】
より一般的には、本発明は、光増幅器の偏光感度をゼロまたは低い値にしなければならない時に適用される。
【０００５】
本発明は、より詳細には、埋込みリッジ構造（Ｂｕｒｉｅｄ　Ｒｉｄｇｅ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ、ＢＲＳ）増幅器に適用される。
【０００６】
埋込みリッジ構造の半導体光増幅器（図１を参照のこと）は、半導体材料の複数の層から形成されるウェハ２を含み、それらの層はそれぞれ屈折率を有し、共通の結晶格子を形成する。機械的応力がない場合、これらの材料から形成される格子は、その複数の材料の結晶格子のパラメータをそれぞれ構成する特徴的寸法を有する。これらの層は、垂直方向ＤＶに連続しており、この垂直方向は、縦方向ＤＬおよび横方向ＤＴを構成する２つの水平方向と共に、ウェハ２に関して定義される直角三面体を形成する。これらの層は、垂直方向ＤＶに、底面４から頂面６まで、上方に連続して形成される。このウェハ２は、少なくとも次の層、または層群、もしくは層の一部を含む。
−　主として第１の導電型を有する半導体基本材料からなる基板８。この基板は、ウェハ２のすべての結晶格子に基本材料の格子寸法をとらせるのに十分な厚さである。
−　この材料中に注入された両方のタイプの電荷キャリアの誘導再結合によって、光を増幅するように構成された活性材料を含む活性層１０。
−　活性層１０内に形成され、周囲の材料１４、１６よりも高い屈折率を有する埋込みガイド活性構造１２。この活性構造１２は、縦方向ＤＬに延びて、光をその方向に案内し、横幅ｌおよび垂直方向の厚さｅを有する。
−　最後に、第１の型と逆の第２の導電型を有する材料からなる上部閉込め層１８。
【０００７】
この増幅器はさらに、両方のタイプの電荷キャリアを活性層１０中に注入するために、ウェハ２の底面４と頂面６との間に電流を流すことができるようにするため、それぞれウェハ２の底面４および頂面６上に形成された、下部電極２０および上部電極２２を含む。
【０００８】
従来技術の半導体光増幅器の基本材料は、ＩＩＩ−Ｖ族材料、すなわち、通常はインジウムリンおよびガリウムヒ素である。この活性材料は一般に、同じ化学元素を含む三元または四元材料である。通常、ガイド活性構造１２のエッチングを容易にし、最も重要なことには、この増幅器を同じ半導体ウェハ上の他の光コンポーネントと容易に集積するために、光を案内するガイド活性構造１２の幅ｌが、１マイクロメートルに近いことが必要である。通常１３１０ｎｍまたは１５５０ｎｍの波長で光の単一モード伝搬を確実にするためには、厚さｅは、幅ｌよりずっと薄くなければならない。偏光感度を防止する具体的な方策を施さない場合、ガイド活性構造１２の断面のこの長方形の形状が、前述の偏光感度を引き起こす。
【０００９】
ＢＲＳ増幅器では、光を案内する活性構造１２を構成する活性材料１０は、すべての側面が二元半導体材料で囲まれている。この材料は、熱伝導がよいという利点があるが、その屈折率は活性材料よりもわずかに低い。活性材料が均質である状態をさらに考察する。この場合、その材料はバルク材料と呼ばれる。一般には、埋込みガイド活性構造１２の断面は、明瞭な長方形である。ガイド構造１２と周囲の二元材料との屈折率の差が小さいなら、水平方向に偏光された波の閉込めは、垂直方向に偏光された波の閉込めよりも大きくなり、ガイド構造１２の幅ｌと厚さｅの比が増大するにつれ、２つの閉込め係数の差は大きくなる。波に関して上記で言及した閉込めは、横断面内でおこる。それは、ガイド構造が占める領域での波の出力と、波の総出力の比に等しい。閉込め係数は、偏光毎および波長毎に、ガイド活性構造１２の断面の形状および寸法によって、また構造１２の材料および周囲の材料１４、１６、８、１８の屈折率によって定義される。長方形の断面の場合、その閉込め係数は、水平方向における方向性閉込め係数と垂直方向における方向性閉込め係数の積になるとみなすことができ、２つの方向性閉込め係数は、それぞれ偏光に依存する。キャリアの再結合および誘導放出による波の増幅現象が、活性材料、すなわち構造１２のみで発生するなら、波の閉込めが増大するにつれて、波に関する増幅器の利得は大きくなる。その結果、ガイド構造１２の材料が均質の材料であり、かつ等方性でもあり、したがって偏光の影響を受けない場合には、垂直方向に偏光された波よりも水平方向に偏光された波の方が増幅器の利得は大きくなる。
【００１０】
増幅される光の偏光の影響を受けないこうした増幅器を製作するために、かなりの研究がなされてきている。
【００１１】
具体的には、米国特許第５，９８２，５３１号では、光の偏光の影響を受けないようにされたこの種の増幅器が提案されている。この増幅器は、その利得が増幅される光の偏光の影響を受けないようにするために、その活性材料１０に十分な引張応力をかけることを特徴とする。この応力は通常、活性材料１０と基板８の基本材料との格子不整合から生じる。水平方向閉込め係数は一般に、垂直方向閉込め係数と閉込め非対称係数の積に等しい。
【００１２】
本発明は、例えばガイド構造１２が明瞭な長方形の断面のリッジからなるために閉込め非対称係数が高い場合でさえ、偏光に対して非感度になるようにこの構造を形成する均質の活性材料にかかる引張応力が、この構造の厚さを、対応する転位に関する臨界厚さ未満に留めるのに十分なほど低いという観察に基づくものである。
【００１３】
上記の種類の増幅器は、偏光に対する感度が低い。その主なパラメータは、以下の通りである。
−　増幅する活性層の波長：λ＝１．５７μｍ
−　活性材料：Ｉｎ１―ＸＧａＸＰ１−ｙＡｓｙ
−　活性層の引張応力：△ａ／ａ＝−０．０１５
−　ガイド構造の厚さ：ｅ＝０．２μｍ
−　ガイド構造の幅：ｌ＝１μｍ
【００１４】
しかし、この種の構造には欠点がある。偏光は、活性層の厚さおよび活性層にかかる応力の制御に大いに依存することが、実験的にも理論的にも確立されてきている。例えば、この応力（△ａ／ａ）を−０．０１５から−０．０１４または−０．０１６に変更すると、ＴＥモードまたはＴＭモードのそれぞれの感度に対して、０．８ｄＢの利得シフト△Ｇが誘導される。同様に、ガイド活性構造の厚さを（わずかなパーセント）変更すると、増幅器の利得オフセット△Ｇが直接、誘導される。したがって、光の偏光に対する増幅器の感度は、その構造に依存し、容易に制御することはできない。
【００１５】
本発明の目的は、前に引用した米国特許第５，９８２，５３１号で提案された技術の欠点を取り除くことである。
【００１６】
本発明は、増幅される光の偏光に対する半導体光増幅器の感度が、ガイド活性構造の幾何形状およびガイド活性構造にかかる内部応力（格子不整合など）だけでなく、例えば光学コンポーネントの実装および使用に際して、ガイド活性構造にかかる外部応力にも依存するという理論的および実験的知見から出発する。
【００１７】
この目的で、本発明は、従来技術で開発されたように、ガイド活性構造の近くで誘導される外部応力を、活性層のエピタキシャル構造に応じて、単独でまたは内部引張応力と組み合わせて、増幅器コンポーネントにかけることを提案している。その外部応力は、そのパラメータを、光増幅器の利得が増幅すべき光の偏光の影響を受けないようにする全応力が、ガイド活性構造上で得られるように設定することができる。
【００１８】
本発明は、より詳細には埋込みガイド活性構造を含む半導体光増幅器であって、ガイド活性構造に外部応力がかかって、この増幅器の利得が増幅される光の偏光の影響を受け難いようにし、この外部応力は、このガイド活性構造を取り囲むリッジに接して材料を堆積することによって誘導される力から生じることを特徴とする半導体光増幅器に関する。
【００１９】
１つの特徴によれば、ガイド活性構造を取り囲むリッジは、深さ１μｍ〜４μｍである。
【００２０】
他の特徴によれば、ガイド活性構造を取り囲むリッジは、幅４μｍ〜６μｍである。
【００２１】
他の特徴によれば、ガイド活性構造を取り囲むリッジに接して堆積する材料は、酸化物である。
【００２２】
一実施形態では、外部圧縮応力のために堆積する材料は、ＳｉＯ２である。
【００２３】
他の実施形態では、外部引張応力のために堆積する材料は、Ｓｉ３Ｎ４である。
【００２４】
１つの特徴によれば、活性構造を取り囲むリッジに接して堆積する材料の厚さは、０．１μｍ〜０．５μｍである。
【００２５】
一応用例では、ガイド活性構造は、半導体材料の格子不整合のため、内部応力を受け、その外部応力はこの内部応力に付加される応力である。
【００２６】
本発明はまた、半導体光増幅器を製作する方法に関し、この方法は、
埋込みガイド活性構造を備えた半導体光増幅器を作成するステップと、
前記ガイド活性構造を取り囲むリッジをエッチングするステップと、
エッチングされたリッジの輪郭上に酸化物を堆積するステップと、
電極を形成するステップとを含むことを特徴とする。
【００２７】
本発明による光増幅器は、光の偏光に対する１ｄＢ以下の感度を実現する。
【００２８】
ガイド活性構造を取り囲むリッジは、光増幅器を製作するプロセスの終わりに、当技術分野で知られている使用しやすい技術を使って、エッチングされることができる。
【００２９】
本発明の他の特徴および利点は、図面を参照して非限定的で例示的な例として示す、以下の説明の中で明らかになるであろう。
【００３０】
以下の説明では、図２、および図３ａから３ｄを参照する。
【００３１】
本発明による光増幅器は、図１を参照して従来技術について説明した増幅器と類似の構造である。同じ構成要素を表すのに同じ参照符号を使用する。したがって、この種の増幅器を製作する方法は、埋込みガイド活性構造１２を備えた増幅器を作成する同一のステップを含む。
【００３２】
第１の応用例では、米国特許第５，９８２，５３１号を参照して先に説明したように、ガイド活性構造１２は、半導体材料の格子不整合による内部応力を受ける恐れがある。この場合、本発明は、増幅器の利得が増幅すべき光の偏光の影響を受けないようにする全応力をガイド活性構造１２が受けるように、ガイド活性構造１２に外部応力をかけることによって、その内部応力を補完しまたは補償することにある。
【００３３】
他の応用例では、活性層１０のエピタキシャル成長中に、ガイド活性構造１２にかかる内部応力はなく、本発明はこの場合、増幅器の利得が増幅すべき光の偏光の影響を受けないようにする全応力をガイド活性構造１２が受けるように、ガイド活性構造１２に外部応力をかけることからなる。
【００３４】
どちらの場合でも、外部応力は、ガイド活性構造１２を取り囲むリッジ１５に接して材料５０を堆積することによって誘導される力から生じる。
【００３５】
ガイド活性構造１２を取り囲むリッジ１５は、増幅器の閉込め層１８上に堆積された、例えばＳｉＯ２マスクなどのマスク１７を介して、例えばドライエッチングなど当技術分野で周知の任意の技術によってエッチングされる。
【００３６】
このリッジ１５は、深さが１μｍ〜４μｍで、幅が４μｍ〜６μｍであることが好ましい。
【００３７】
一般に、埋込みガイド活性構造１２は、幅が約２μｍで、構成要素の頂面６から、２μｍ〜４μｍの深さにある（基板８を含む構成要素の厚さが約１００μｍの場合）。したがって、リッジ１５は、ガイド活性層１２を取り囲み、リッジ１５にかかる力は活性構造１２に伝わって、増幅器の利得全体および増幅される光の偏光に対する感度に影響を与える。
【００３８】
活性構造１２を取り囲むリッジ１５に接して堆積する材料５０は、酸化物、例えば外部圧縮応力（図３ｃの点線）にはＳｉＯ２、また外部引張応力（図３ｃの実線）にはＳｉ３Ｎ４であることが好ましい。材料５０の厚さは、０．１〜０．５μｍにすると有利である。
【００３９】
増幅器のガイド活性構造１２を取り囲むリッジ１５に対する外部応力を調整するためのパラメータは、基本的にはリッジ１５をエッチングする幅と深さ、堆積する材料５０の性質およびその厚さである。
【００４０】
次いで、例えば活性構造１２の上面の酸化物堆積物５０中に開口部を形成して、そこに金属被覆を堆積することにより、光学コンポーネントの頂面６上に電極２２を形成する。
【００４１】
次いで、この金属被覆を、電極２２の開口部および外部応力材料５０の上面に堆積させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の埋込みリッジ構造の半導体光増幅器の図である。
【図２】外部応力を受ける本発明による半導体光増幅器の図である。
【図３ａ】本発明による光増幅器の製作における諸ステップを概略的に示す図である。
【図３ｂ】本発明による光増幅器の製作における諸ステップを概略的に示す図である。
【図３ｃ】本発明による光増幅器の製作における諸ステップを概略的に示す図である。
【図３ｄ】本発明による光増幅器の製作における諸ステップを概略的に示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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