(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナイトライド系III-Ｖ族化合物半導体からなりノンドープのコア層を有する光導波路を設けた絶縁性基板或いは半絶縁性基板上に、ナイトライド系III-Ｖ族化合物半導体からなる多重量子井戸構造活性層を有し、伝導帯内におけるサブバンド間の遷移によって発光する半導体レーザを少なくとも集積化したことを特徴とするナイトライド系半導体レーザを備えた光集積装置。
【請求項２】
上記絶縁性基板或いは半絶縁性基板が、サファイア基板、半絶縁性ＳｉＣ基板、半絶縁性ＧａＮ基板、或いは、半絶縁性ＡｌＮ基板のいずれかであることを特徴とする請求項１記載のナイトライド系半導体レーザを備えた光集積装置。
【請求項３】
上記絶縁性基板或いは半絶縁性基板上に、半導体光増幅器、半導体光検知器、及び、光変調器の内の少なくとも一種類の光素子を集積化したことを特徴とする請求項１または２に記載のナイトライド系半導体レーザを備えた光集積装置。
【請求項４】
上記光変調器が、マッハツェンダー型光変調器であることを特徴とする請求項３記載のナイトライド系半導体レーザを備えた光集積装置。
【請求項５】
上記半導体レーザ、半導体光増幅器、半導体光検知器、及び、光変調器の内の少なくとも一種類の光素子を駆動する駆動回路を上記絶縁性基板或いは半絶縁性基板上に集積化するとともに、前記駆動回路を構成する駆動素子の少なくとも一部をナイトライド系III-Ｖ族化合物半導体で構成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のナイトライド系半導体レーザを備えた光集積装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はナイトライド系半導体レーザを備えた光集積装置に関するものであり、例えば、基板上に各光素子を集積化した光集積プラットホームにおいて、各光素子を容易に集積化するためにナイトライド系III-Ｖ族化合物半導体を用いるとともに、サブバンド間（ＩＳＢ）遷移を利用した構成に特徴のあるナイトライド系半導体レーザを備えた光集積装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、光通信の分野はその変調速度が１０Ｇさらに４０Ｇｂｐｓと速くなってきており、また波長多重システムでもその波長数が１００波さらには１０００波と進んできている。
【０００３】
こうした背景はインターネットを始めとする伝達する情報量の増大があり、現状のデバイス構成でこうした状況に対応すると装置規模、コスト等の問題で厳しいものとなっており、集積化が強く望まれている。
【０００４】
従来、光通信用デバイスは個別デバイスが多く、集積化が不適であった。そのため、発光素子である半導体レーザ、受光素子、変調器等を別々にパッケージにいれボード上で組み合わせている。
このことにより装置規模は大きく、特に波長多重システムで多くの波長を扱うようになると装置規模の点で問題となっていた。
【０００５】
一方、この様な装置構成の大規模化の問題に対応するために、光部品の集積化も試みられており、例えば、ガラス基板上に光部品を集積するもの（ＰＬＣ）や、半導体基板を用いた集積化も試みられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ＰＬＣの場合には、パッシブ素子のモノリシック集積には適しているが、アクティブ素子の集積の場合にはハイブリッドとなり、インターフェイスの整合等が問題となって、大規模集積化には不適であるという問題がある。
【０００７】
一方、半導体基板を用いた集積化の場合には、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系においては、基板がアクティブ素子の活性領域と同じ材料なので直接遷移による光の吸収損が生じ、また、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系においてはキャップ層において光の吸収損が生じ動作中に屈折率が変化するため扱い難いという問題がある。
【０００８】
したがって、本発明は、基板における光吸収を防止するとともに、各種の光部品の集積化を容易にすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理的構成の説明図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
上述の目的を達成するために、本発明は、ナイトライド系半導体レーザ２を備えた光集積装置において、ナイトライド系III-Ｖ族化合物半導体からなりノンドープのコア層を有する光導波路７、特に、ＧａＮコア層及びＡｌＧａＮクラッド層から構成される光導波路７を設けた絶縁性基板１或いは半絶縁性基板、特に、サファイア基板、半絶縁性ＳｉＣ基板、半絶縁性ＧａＮ基板、或いは、半絶縁性ＡｌＮ基板のいずれかからなる絶縁性基板１或いは半絶縁性基板上に、ナイトライド系III-Ｖ族化合物半導体からなる多重量子井戸構造活性層を有し、伝導帯内におけるサブバンド間の遷移によって発光する半導体レーザ２を少なくとも集積化したことを特徴とする。
【００１０】
この様に、ナイトライド系III-Ｖ族化合物半導体からなりノンドープのコア層を有する光導波路７と、同じ、ナイトライド系III-Ｖ族化合物半導体からなる半導体レーザ２を集積化することによって、モノリシック集積化が容易になり、且つ、レーザ光の基板或いはキャップ層における吸収損をなくすことができる。
【００１１】
特に、半導体レーザ２として、サブバンド間の遷移を利用した半導体レーザ２、即ち、ＩＳＢ（Ｉｎｔｅｒ  Ｓｕｂｂａｎｄ）レーザを用いることにより、サブバンド間遷移、例えば、第２量子準位−第１量子準位間の遷移に起因する光通信に適した１．３〜１．５５μｍ帯の波長のレーザ光を利用することができる。
【００１２】
また、基板として絶縁性基板１或いは半絶縁性基板を用いているので基板を介しての信号の回り込みをなくすことができ、それによって、各光素子を完全に独立に駆動・制御することができる。
【００１３】
また、半導体光増幅器４、半導体光検知器、或いは、光変調器３、例えば、サブバンド間遷移を利用した半導体光増幅器４、半導体光検知器、或いは、半導体光変調器３を集積化しても良いものであり、多モード干渉型光結合導波路、即ち、ＭＭＩ（Ｍｕｌｔｉ−ｍｏｄｅ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）５及び分岐光導波路８と組み合わせることによって、波長多重通信用光集積プラットホームを構成することが可能になる。
【００１４】
また、光変調器３として、消光比特性に優れるマッハツェンダー型光変調器を用いても良く、また、マッハツェンダー型光変調器の少なくとも一部を、ＬｉＮｂＯ3 等の強誘電体導波路或いはポリマ導波路で構成しても良いものである。
この様に、一連の光経路の一部に絶縁体からなる光素子を介在させることによって、各光素子間の絶縁分離をより確実に行うことができる。
【００１５】
また、半導体レーザ２、半導体光増幅器４、半導体光検知器、及び、光変調器３を駆動する駆動回路６を上記絶縁性基板１或いは半絶縁性基板上に集積化するとともに、駆動回路６を構成する駆動素子の少なくとも一部をナイトライド系III-Ｖ族化合物半導体からなるショットキーバリア型電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）、或いは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）のいずれかの能動素子で構成することが望ましく、それによって、駆動回路６を含めた全体システムをモノリシックに構成することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
ここで、図２乃至図７を参照して、本発明の実施の形態の光集積プラットホームを説明する。
図２参照
図２は、本発明の実施の形態の光集積プラットホーム、即ち、絶縁性基板上に各種の光素子を集積化した光集積装置の構成説明図であり、サファイア基板１０上に、ＤＦＢ−ＩＳＢレーザ３０、ＩＳＢ光変調器４０、ＩＳＢ光増幅器５０、及び、ＭＭＩ６０をモノリシックに集積化するとともに、各光素子間に光導波路２０を設けたものであり、ＭＭＩ６０の出力側には複数の分岐光導波路６１を設けたものである。
【００１７】
また、ＤＦＢ−ＩＳＢレーザ３０、ＩＳＢ光変調器４０、及び、ＩＳＢ光増幅器５０を駆動するための、レーザ駆動回路７０、光変調器駆動回路８０、及び、光増幅器駆動回路９０もモノリシックに集積化している。
【００１８】
この場合、ＤＦＢ−ＩＳＢレーザ３０で発振させたレーザ光は、図における左側の光導波路２０を介して直接取り出しても良いし、ＩＳＢ光変調器４０、ＩＳＢ光増幅器５０を介してＭＭＩ６０に入射し、ＭＭＩ６０において、選択した分岐導波路６１に出力するようにしても良いものである。
【００１９】
図３（ａ）及び（ｂ）参照
図３（ａ）は、本発明の実施の形態の光集積プラットホームに集積化するＤＦＢ−ＩＳＢレーザの縦断面図であり、また、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＡ−Ａ′を結ぶ一点鎖線における横断面図である。
まず、（０００１）面、即ち、Ｃ面を主面とするサファイア基板１０上に、ＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長法）を用いて、厚さが、例えば、０．５μｍのｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３１を成長させ、発振波長の応じた周期を有する回折格子３２を形成する。
【００２０】
次いで、矩形状開口部を有するＳｉＯ2 マスク（図示を省略）を設けたのち、ドブロイ波長以下の膜厚のＡｌＧａＮバリア層及びＩｎＧａＮウエル層からなるＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮＭＱＷ活性層３３を厚さが、例えば、０．２μｍになるように堆積させたのち、厚さが、例えば、０．６μｍのｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３４を選択的に堆積させる。
【００２１】
次いで、幅が、例えば、１．０μｍのＳｉＯ2 マスク（図示を省略）をマスクとしてエッチングしてストライプ状メサを形成したのち、このＳｉＯ2 マスクを選択成長マスクとしてｉ型ＡｌＮ埋込層３５を成長する。
【００２２】
次いで、ｉ型ＡｌＮ埋込層３５の一部を選択的にエッチング除去してｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３１を露出させたのち、Ｎｉを堆積させてＮｉ電極３６，３７を形成することによって、ＤＦＢ−ＩＳＢレーザ３０の基本構成が完成する。
【００２３】
図３（ｃ）参照
図３（ｃ）は、上記のＤＦＢ−ＩＳＢレーザの発光原理の説明図であり、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮＭＱＷ活性層３３の伝導帯（ＥC ）にはＩｎＧａＮウエル層及びＡｌＧａＮ層の組成比及び層厚に応じた量子準位が形成される。
本発明においては、量子井戸内に２つの量子準位のみ、即ち、基底準位である第１量子準位３８と第１励起準位である第２量子準位３９のみが発生し、且つ、両者の間のエネルギー差が、１．３〜１．５５μｍに相当するように、ＩｎＧａＮウエル層及びＡｌＧａＮ層の組成比及び層厚を決定する。
【００２４】
この様なＤＦＢ−ＩＳＢレーザ３０に対して、Ｎｉ電極３６，３７を介してレーザ駆動回路７０から電流を注入すると、第２量子準位３９から第１量子準位３８への遷移によって１．３〜１．５５μｍの波長のレーザ光が出力されることになる。
【００２５】
この１．３〜１．５５μｍの波長のレーザ光は、光ファイバ損失が少ない等の特徴があるので光通信に適するものであり、且つ、サファイア基板１０で吸収されることはないので、基板の光吸収により屈折率が変化して光伝播特性が変化することがない。
なお、図３においては、説明及び図示を簡単にするためにｎ型ＧａＮキャップ層を設けていないが、ｎ型ＧａＮキャップ層を設けたとしても１．３〜１．５５μｍの波長のレーザ光がｎ型ＧａＮキャップ層によって吸収されることがない。
【００２６】
図４参照
図４は、本発明の実施の形態の光集積プラットホームに集積化するＩＳＢ光変調器の概略的断面図であり、サファイア基板１０上に、ＭＯＶＰＥ法を用いて、厚さが、例えば、０．５μｍのｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４１を成長させる。
【００２７】
次いで、矩形状開口部を有するＳｉＯ2 マスク（図示を省略）を設けたのち、ドブロイ波長以下の膜厚のＡｌＧａＮバリア層及びＩｎＧａＮウエル層からなるＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮＭＱＷ能動層４２を堆積させたのち、厚さが、例えば、０．６μｍのｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４３を選択的に堆積させる。
【００２８】
この場合、ＳｉＯ2 マスクに設ける矩形状開口部を、上記のＤＦＢ−ＩＳＢレーザに用いるＳｉＯ2 マスクに設けた矩形状開口部より幅広にすることによって、ＩｎＧａＮウエル層及びＡｌＧａＮバリア層は上記のＤＦＢ−ＩＳＢレーザにおける膜厚より薄くなり、したがって、第２量子準位−第１量子準位間のエネルギー差が大きくなるので、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮＭＱＷ能動層４２における光吸収損失はなくなる。
但し、この場合のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮＭＱＷ能動層４２の膜厚は、ＤＦＢ−ＩＳＢレーザと同時に形成した場合には、０．２μｍより薄くなる。
【００２９】
次いで、上記のＤＦＢ−ＩＳＢレーザの場合と同様に、幅が、例えば、１．０μｍのＳｉＯ2 マスク（図示を省略）をマスクとしてエッチングしてストライプ状メサを形成したのち、このＳｉＯ2 マスクを選択成長マスクとしてｉ型ＡｌＮ埋込層４４を成長する。
【００３０】
次いで、ｉ型ＡｌＮ埋込層４４の一部を選択的にエッチング除去してｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４１を露出させたのち、Ｎｉを堆積させて、Ｎｉ電極４５，４６を形成することによって、ＩＳＢ光変調器４０の基本構成が完成する。
【００３１】
図５参照
図５は、本発明の実施の形態の光集積プラットホームに集積化するＩＳＢ光増幅器の概略的断面図であり、サファイア基板１０上に、ＭＯＶＰＥ法を用いて、厚さが、例えば、０．５μｍのｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５１を成長させる。
【００３２】
次いで、矩形状開口部を有するＳｉＯ2 マスク（図示を省略）を設けたのち、ドブロイ波長以下の膜厚のＡｌＧａＮバリア層及びＩｎＧａＮウエル層からなるＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮＭＱＷ活性層５２を厚さが、例えば、０．２μｍになるように堆積させたのち、厚さが、例えば、０．６μｍのｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５３を選択的に堆積させる。
【００３３】
この場合、ＳｉＯ2 マスクに設ける矩形状開口部を、上記のＤＦＢ−ＩＳＢレーザに用いるＳｉＯ2 マスクに設けた矩形状開口部と同じ大きさにすることによって、ＩｎＧａＮウエル層及びＡｌＧａＮバリア層は上記のＤＦＢ−ＩＳＢレーザと同じ膜厚になり、したがって、第２量子準位−第１量子準位間のエネルギー差がＤＦＢ−ＩＳＢレーザと同じになり、光増幅が可能になる。
【００３４】
次いで、上記のＤＦＢ−ＩＳＢレーザの場合と同様に、幅が、例えば、１．０μｍのＳｉＯ2 マスク（図示を省略）をマスクとしてエッチングしてストライプ状メサを形成したのち、このＳｉＯ2 マスクを選択成長マスクとしてｉ型ＡｌＮ埋込層５４を成長する。
【００３５】
次いで、ｉ型ＡｌＮ埋込層５４の一部を選択的にエッチング除去してｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５１を露出させたのち、Ｎｉを堆積させて、Ｎｉ電極５５，５６を形成することによって、ＩＳＢ光増幅器５０の基本構成が完成する。
このＩＳＢ光増幅器５０においては、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮＭＱＷ活性層５２にレーザ発振が起きない程度に電流を流し、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮＭＱＷ活性層５２に入射されたレーザ光を増幅させる。
【００３６】
図６参照
図６は、本発明の実施の形態の光集積プラットホームに集積化する駆動回路を構成するＨＥＭＴの概略的断面図であり、まず、Ｃ面を主面とするサファイア基板１０上に、ＭＯＶＰＥ法を用いて、厚さが３μｍのｉ型ＧａＮ電子走行層７１、厚さが３ｎｍのｉ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層７２、厚さが２５ｎｍで、Ｓｉドーピング濃度が２×１０18ｃｍ-3のｎ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ電子供給層７３、及び、厚さが５ｎｍのｉ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ保護層７４を順次堆積させる。
【００３７】
次いで、全面に、ＣＶＤ法を用いて厚さが２０ｎｍのＳｉＮ膜７５を堆積したのち、ゲート形成領域に開口部を設けてＮｉ／Ａｕからなるゲート電極７６を形成するとともに、ソース・ドレインコンタクト領域に開口部を設けてＴｉ／Ａｕからなるソース・ドレイン電極７７を形成することによって、ＨＥＭＴの基本構造が完成する。
【００３８】
この様なｉ型ＧａＮ電子走行層７１における二次元電子ガス層の電子移動度は１０００〜１５００ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃ程度であるが、二次元電子ガスの濃度が約１×１０13ｃｍ-2とＧａＡｓ系の二次元電子ガスの濃度に比べて１桁以上大きいので、ＧａＡｓ系ＨＥＭＴと同程度の電流駆動特性を得ることができるとともに、禁制帯幅が広いので高耐圧特性が得られる。
【００３９】
図７参照
図７は、本発明の実施の形態の光集積プラットホームに用いる光導波路の概略的断面図であり、まず、Ｃ面を主面とするサファイア基板１０上に、ＭＯＶＰＥ法を用いて、厚さが、例えば、０．５μｍのｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２１を成長させる。
次いで、厚さが、例えば、０．２μｍのｉ型ＧａＮコア層２２及び厚さが、例えば、０．６μｍのｉ型ＡｌＮクラッド層２３を順次全面に堆積させる。
【００４０】
次いで、上記のＤＦＢ−ＩＳＢレーザの場合と同様に、幅が、例えば、１．０μｍのＳｉＯ2 マスク（図示を省略）をマスクとしてエッチングしてストライプ状メサを形成したのち、このＳｉＯ2 マスクを選択成長マスクとしてｉ型ＡｌＮ埋込層２４を成長する。
【００４１】
この様に、上述の図３乃至図５において説明した光素子、図６において説明したＨＥＭＴ、及び、図７において説明した光導波路を組み合わせることによって図２に示した光集積プラットホームが得られる。
この場合、製造工程を簡素化するために、工程の一部を共通化することが望ましいが、ＨＥＭＴは具体的構成が異なるので最後に選択成長させることが望ましい。
【００４２】
即ち、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２１と、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３１、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４１、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５１を共通にし、この共通となるｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２１のＤＦＢ−ＩＳＢレーザ形成部にのみ回折格子３２を選択的に形成する。
【００４３】
次いで、ＤＦＢ−ＩＳＢレーザ３０、ＩＳＢ光変調器４０、及び、ＩＳＢ光増幅器５０を形成する領域に対応する矩形状開口部を有するＳｉＯ2 マスクを設けて、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮＭＱＷ層を、ＤＦＢ−ＩＳＢレーザ部において、厚さが、例えば、０．２μｍになるように堆積させる。
この場合、上述のように、ＤＦＢ−ＩＳＢレーザ部及びＩＳＢ光増幅器部においては矩形状開口部の大きさを同じとし、ＩＳＢ光変調器部の矩形状開口部の大きさをより幅広にする。
【００４４】
次いで、厚さが、例えば、０．６μｍのｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３４、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４３、及び、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５３を同時に堆積させたのち、ＳｉＯ2 マスクを除去し、次いで、新たに、ＤＦＢ−ＩＳＢレーザ３０、ＩＳＢ光変調器４０、及び、ＩＳＢ光増幅器５０を形成する領域に、各素子長さに対応する長さのＳｉＯ2 マスクを形成し、露出部をエッチング除去する。
【００４５】
次いで、このＳｉＯ2 マスクを選択成長マスクとして用いて、厚さが、例えば、０．２μｍのｉ型ＧａＮコア層２２及び厚さが、例えば、０．６μｍのｉ型ＡｌＮクラッド層２３を順次堆積させる。
【００４６】
次いで、選択成長に用いたＳｉＯ2 マスクを除去したのち、全面に新たなＳｉＯ2 膜を堆積させ、ＭＭＩ６０に達する１本のストライプ状パターン、ＭＭＩ６０に対応するパターン、及び、分岐光導波路６１に対応するパターンを有するＳｉＯ2 パターンを形成し、このＳｉＯ2 パターンをマスクとしてエッチングすることによって、ストライプ状メサ等を形成する。
【００４７】
次いで、このＳｉＯ2 パターンを選択成長マスクとして用いてｉ型ＡｌＮ埋込層２４、ｉ型ＡｌＮ埋込層３５、ｉ型ＡｌＮ埋込層４４、及び、ｉ型ＡｌＮ埋込層５４を形成する。
即ち、ｉ型ＡｌＮ埋込層３５、ｉ型ＡｌＮ埋込層４４、及び、ｉ型ＡｌＮ埋込層５４は、ｉ型ＡｌＮ埋込層２４と共通の層となる。
【００４８】
次いで、ｉ型ＡｌＮ埋込層２４の片側を選択的に除去して基板側の電極形成領域を形成するとともに、他の露出領域にレーザ駆動回路７０、光変調器駆動回路８０、及び、光増幅器９０を選択的に形成し、最後に各電極を形成すれば良い。
【００４９】
この様に、本発明においては、ナイトライド系III-Ｖ族化合物半導体を用いると共に、各光素子をサブバンド間遷移を利用した光素子としているので、駆動回路を含めた全体構成をモノリシックに構成することができ、また、光通信に適した１．３〜１．５５μｍ幅のレーザ光を吸収損なく変調・増幅・伝播することができる。
【００５０】
また、本発明においては、基板として絶縁性の高いサファイア基板１０を用いているので、電気信号が基板を介して回り込むことがなく、全ての素子を互いに独立した状態で駆動することが可能になる。
【００５１】
なお、上記の実施の形態には示していないが、必要に応じて半導体光受光素子を集積化しても良いものであり、構造としては、図５に示したＩＳＢ光増幅器と全く同じ構成で良く、この半導体受光素子に電流を流さない状態でレーザ光を導入すると入力された光の出力に応じた電流が流れ、この電流を検出することで光信号を電気信号に変換することができる。
【００５２】
次に、図８乃至図１０を参照して、本発明の実施の形態に用いる光素子及び光導波路の変形例を説明する。
図８（ａ）及び（ｂ）参照
図８（ａ）は、本発明の実施の形態の光集積プラットホームに集積化する半導体レーザの変形例の縦断面図であり、また、図８（ｂ）は図８（ａ）におけるＡ−Ａ′を結ぶ一点鎖線における横断面図であり、この場合には、ＤＢＲ−ＩＳＢレーザとなる。
【００５３】
まず、Ｃ面を主面とするサファイア基板１０上に、ＭＯＶＰＥ法を用いて、厚さが、例えば、０．５μｍのｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３１を成長させ、レーザの光軸方向の両側に発振波長に応じた周期を有する回折格子１２を形成する。
【００５４】
次いで、矩形状開口部を有するＳｉＯ2 マスク（図示を省略）を設けたのち、ドブロイ波長以下の膜厚のＡｌＧａＮバリア層及びＩｎＧａＮウエル層からなるＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮＭＱＷ活性層３３を厚さが、例えば、０．２μｍになるように堆積させたのち、厚さが、例えば、０．６μｍのｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３４を選択的に堆積させる。
【００５５】
次いで、幅が、例えば、１．０μｍのＳｉＯ2 マスク（図示を省略）をマスクとしてエッチングしてストライプ状メサを形成したのち、このＳｉＯ2 マスクを選択成長マスクとしてｉ型ＡｌＮ埋込層３５を成長する。
【００５６】
次いで、ｉ型ＡｌＮ埋込層３５の一部を選択的にエッチング除去してｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３１を露出させたのち、Ｎｉを堆積させ、Ｎｉ電極３６，３７を形成することによって、ＤＢＲ−ＩＳＢレーザの基本構成が完成する。
【００５７】
なお、この場合も、各光素子を共通化する場合には、各光素子の光入出射端側を揃えるようにエッチングする際に、回折格子１２が露出するような長さのＳｉＯ2 マスクを用いれば良い。
【００５８】
図９（ａ）参照
図９（ａ）は、本発明の実施の形態の光集積プラットホームに用いる光導波路の変形例の概略的断面図であり、この場合には、リブ装荷型光導波路である。
まず、Ｃ面を主面とするサファイア基板１０上に、ＭＯＶＰＥ法を用いて、厚さが、例えば、０．５μｍのｉ型ＡｌＮクラッド層１３、厚さが、例えば、０．２μｍのｉ型ＧａＮコア層１４、及び、厚さが、例えば、０．６ｎｍのｉ型ＡｌＮクラッド層１５を順次堆積させる。
【００５９】
次いで、中央部に、幅が３．３μｍで、高さが０．３μｍのストライプ状メサを形成することによって、リブ装荷型光導波路が完成する。
なお、この様なリブ装荷型光導波路を用いる場合には、各光素子を埋込層まで形成したのち、光導波路のｉ型ＧａＮコア層以上を形成する必要がある。
【００６０】
図９（ｂ）参照
図９（ｂ）は、本発明の実施の形態の光集積プラットホームに用いる光導波路の他の変形例の概略的断面図であり、この場合には、選択成長法を用いて作製したものである。
まず、Ｃ面を主面とするサファイア基板１０上に、ストライプ状開口を有するＳｉＯ2 パターンを形成し、このＳｉＯ2 パターンを選択成長マスクとして、ＭＯＶＰＥ法を用いて、厚さが、例えば、０．５μｍのｉ型ＡｌＮクラッド層１７、厚さが、例えば、０．２μｍのｉ型ＧａＮコア層１８、及び、厚さが、例えば、０．６ｎｍのｉ型ＡｌＮクラッド層１９を順次堆積させたものである。
【００６１】
図１０（ａ）及び（ｂ）参照
図１０（ａ）は、本発明の実施の形態の光集積プラットホームに集積化する光変調器の変形例であるマッハツェンダー型光変調器の概略的要部斜視図であり、また、図１０（ｂ）は図１０（ａ）におけるＬＮ光変調素子８２の形成部の概略的横断面図である。
【００６２】
まず、Ｃ面を主面とするサファイア基板１０上に、スパッタリング法を用いて、厚さが、例えば、０．５μｍのＳｉＯ2 膜、０．２μｍのＬｉＮｂＯ3 膜、及び、０．６μｍのＳｉＯ2 膜を順次堆積させたのち、図に示す形状にパターニングしてＳｉＯ2 クラッド層８５／ＬｉＮｂＯ3 コア層８６／ＳｉＯ2 クラッド層８７からなる光導波路８１を形成する。
【００６３】
次いで、位相差を与えるためのＬＮ光変調素子８２を形成する部分に選択的にＣｒ膜及びＡｕ膜を順次堆積させてＬｉＮｂＯ3 コア層８６に電界を印加するための一対の電極８８，８９を形成することによってマッハツェンダー型の光変調器の基本構成が完成する。
なお、符号８３，８４は、光導波路８１の形成後に、光導波路８１の除去部に形成した光増幅器であり、上記図５に示したＩＳＢ光増幅器と同様の構成である。
【００６４】
このマッハツェンダー型の光変調器においては、ＬＮ光変調素子８２に電極８８，８９を介して電圧を加えることでの部分における屈折率を変更し、それによってレーザ光に位相差を与えることによって出力側でこの電圧の変化に応じた光信号がえられる。
因に、位相差がπの場合には、出力は０となり、位相差が０或いは２πの場合には出力は１となる。
【００６５】
また、この様な絶縁性部材からなる光変調素子を光集積化プラットホームにおける光導波路に組み込むことによって、各光素子間を完全に電気的に分離することができ、クロストークを防止することができる。
【００６６】
以上、本発明の実施の形態及び変形例を説明してきたが、本発明は実施の形態及び変形例に記載した数値、条件等に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、基板としてサファイア基板を用いているが、サファイア基板に限られるものではなく、半絶縁性ＳｉＣ基板、半絶縁性ＧａＮ基板、或いは、半絶縁性ＡｌＮ基板を用いても良いものである。
【００６７】
また、上記の実施の形態においては、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層に直接電極を設けているが、ｎ+ 型ＧａＮ層を介して電極を設けても良く、その場合には、基板上にｎ+ 型ＧａＮコンタクト層を介して下側ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層を設けるとともに、上側ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層上にｎ+ 型ＧａＮキャップ層を設ければ良く、基板側電極を形成するために、ｉ型ＡｌＮ埋込層をエッチングする際に、下側ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層もエッチングすれば良い。
【００６８】
また、上記の実施の形態においては、クラッド層をＡｌＧａＮ層としているが、ＡｌＮ層或いはＡｌ（Ｇａ）Ｎ／（Ａｌ）ＧａＮ超格子層を用いても良く、また、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮＭＱＷ層は、ＧａＮ／ＡｌＧａＮＭＱＷ構造或いはＧａＮ／ＡｌＮＭＱＷ構造としても良いものである。
【００６９】
また、光集積プラットホームに集積化させる光素子の組合せは図２に示した組合せに限られるものではなく、使用形態・目的応じて必要とする光素子を適宜組み合わせれば良いものである。
【００７０】
例えば、上記の実施の形態においては、半導体レーザを１つしか示していないが、互いに発振波長の異なるＤＦＢ−ＩＳＢレーザを複数並列に設けＭＭＩを介して一本の光導波路から出力するように構成しても良いものであり、それによって、波長多重通信用の光源を構成することができる。
【００７１】
なお、各ＤＦＢ−ＩＳＢレーザの発振波長を互いに異なるようにするためには、各回折格子の周期を変えるとともに、ＭＱＷ層を堆積させる際のＳｉＯ2 マスクに設ける矩形状開口部の大きさが互いに異なるようにし、それによってウエル層の膜厚が異なるようにすれば良い。
【００７２】
また、上記の実施の形態の変形例においては、マッハツェンダー型光変調器をＬｉＮｂＯ3 を利用して形成しているが、この様な強誘電体部材に限られるものではなく、ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ  ｐｏｌｙｍｉｄｅ、オキシニトロスチルベンゼン系“ＭＯＮＳ”−ポリマー、アミノニトロスチルベンゼン系“ＤＡＮＳ”−ポリマー等のポリマを用いても良いものである。
【００７３】
また、マッハツェンダー型光変調器においては、横方向から電界を印加するように一対の電極８８，８９を設けているが、図４に示したＩＳＢ光変調器のように、ＳｉＯ2 クラッド層８７とサファイア基板１０上にそれぞれ電極を設け、これらの電極の間に電界を印加するようにしても良いものである。
【００７４】
また、上記の実施の形態の説明においては、各光素子を駆動する駆動回路を構成する駆動素子としてＨＥＭＴを用いているがＨＥＭＴに限られるものではなく、例えば、ナイトライド系III-Ｖ族化合物半導体からなるＭＥＳＦＥＴ（ショットキーバリア型ＦＥＴ）或いはナイトライド系III-Ｖ族化合物半導体からなるＨＢＴ（ヘテロ接合バイポーラトランジスタ）で構成しても良い。
【００７５】
また、上記の実施の形態においては、全体をコンパクトにするために駆動回路も集積化しているが、駆動回路は必ずしも集積化する必要はないものであり、この場合には、駆動素子はナイトライド系III-Ｖ族化合物半導体である必要はない。
【００７６】
また、用途としても、長距離光通信用に限られるものではなく、各種の情報処理端末間の信号伝送システム等としても適当されるものであり、長距離光通信に用いない場合には、光ファイバとの相性の良い１．３〜１．５５μｍ帯である必要はなく、他の波長域のレーザ光を用いても良いものである。
【００７７】
ここで、再び、図１を参照して、改めて本発明の特徴点を説明する。
図１参照
（付記１）  ナイトライド系III-Ｖ族化合物半導体からなりノンドープのコア層を有する光導波路７を設けた絶縁性基板１或いは半絶縁性基板上に、ナイトライド系III-Ｖ族化合物半導体からなる多重量子井戸構造活性層を有し、伝導帯内におけるサブバンド間の遷移によって発光する半導体レーザ２を少なくとも集積化したことを特徴とするナイトライド系半導体レーザ２を備えた光集積装置。
（付記２）  上記絶縁性基板１或いは半絶縁性基板が、サファイア基板、半絶縁性ＳｉＣ基板、半絶縁性ＧａＮ基板、或いは、半絶縁性ＡｌＮ基板のいずれかであることを特徴とする付記１記載のナイトライド系半導体レーザ２を備えた光集積装置。
（付記３）  上記光導波路７が、ＧａＮコア層及びＡｌx Ｇａ1-x Ｎクラッド層（０＜ｘ≦１）から構成されることを特徴とする付記１または２に記載のナイトライド系半導体レーザ２を備えた光集積装置。
（付記４）  上記絶縁性基板１或いは半絶縁性基板上に、半導体光増幅器４、半導体光検知器、及び、光変調器３の内の少なくとも一種類の光素子を集積化したことを特徴とする付記１乃至３のいずれか１に記載のナイトライド系半導体レーザ２を備えた光集積装置。
（付記５）  上記半導体光増幅器４、半導体光検知器、及び、光変調器３の内の少なくとも一種類の光素子が、サブバンド間遷移を利用した光素子であることを特徴とする付記４記載のナイトライド系半導体レーザ２を備えた光集積装置。
（付記６）  上記光変調器３が、マッハツェンダー型光変調器３であることを特徴とする付記４記載のナイトライド系半導体レーザ２を備えた光集積装置。
（付記７）  上記マッハツェンダー型光変調器３の少なくとも一部が、強誘電体導波路或いはポリマ導波路のいずれかから構成されていることを特徴とする付記６記載のナイトライド系半導体レーザ２を備えた光集積装置。
（付記８）  上記半導体レーザ２、半導体光増幅器４、半導体光検知器、及び、光変調器３の内の少なくとも一種類の光素子を駆動する駆動回路６を上記絶縁性基板１或いは半絶縁性基板上に集積化するとともに、前記駆動回路６を構成する駆動素子の少なくとも一部をナイトライド系III-Ｖ族化合物半導体で構成することを特徴とする付記１乃至７のいずれか１に記載のナイトライド系半導体レーザ２を備えた光集積装置。
（付記９）  上記駆動素子が、ショットキーバリア型電界効果トランジスタ、高電子移動度トランジスタ、或いは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタのいずれかからなることを特徴とする付記１乃至７のいずれか１に記載のナイトライド系半導体レーザ２を備えた光集積装置。
【００７８】
【発明の効果】
本発明によれば、ナイトライド系III-Ｖ族化合物半導体を用いてサブバンド間の遷移を利用した半導体レーザを含む光集積プラットホームをモノリシックに構成しているので、光素子の集積化が容易になるとともに、光の吸収による特性の変動を抑制することができ、それによって、大容量光通信の実用化・普及に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の実施の形態の光集積プラットホームの構成説明図である。
【図３】本発明の実施の形態の光集積プラットホームに集積化するＤＦＢ−ＩＳＢレーザの説明図である。
【図４】本発明の実施の形態の光集積プラットホームに集積化するＩＳＢ光変調器の概略的断面図である。
【図５】本発明の実施の形態の光集積プラットホームに集積化するＩＳＢ光増幅器の概略的断面図である。
【図６】本発明の実施の形態の光集積プラットホームに集積化する駆動回路を構成するＨＥＭＴの概略的断面図である。
【図７】本発明の実施の形態の光集積プラットホームに用いる光導波路の概略的断面図である。
【図８】本発明の実施の形態の光集積プラットホームに集積化する半導体レーザの変形例の説明図である。
【図９】本発明の実施の形態の光集積プラットホームに用いる光導波路の変形例の概略的断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態の光集積プラットホームに集積化する光変調器の変形例の構造説明図である。
【符号の説明】
１  絶縁性基板
２  半導体レーザ
３  光変調器
４  半導体光増幅器
５  ＭＭＩ
６  駆動回路
７  光導波路
８  分岐光導波路
１０  サファイア基板
１１  ボンディングワイヤ
１２  回折格子
１３  ｉ型ＡｌＮクラッド層
１４  ｉ型ＧａＮコア層
１５  ｉ型ＡｌＮクラッド層
１６  ＳｉＯ2 マスク
１７  ｉ型ＡｌＮクラッド層
１８  ｉ型ＧａＮコア層
１９  ｉ型ＡｌＮクラッド層
２０  光導波路
２１  ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
２２  ｉ型ＧａＮコア層
２３  ｉ型ＡｌＮクラッド層
２４  ｉ型ＡｌＮ埋込層
３０  ＤＦＢ−ＩＳＢレーザ
３１  ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
３２  回折格子
３３  ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮＭＱＷ活性層
３４  ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
３５  ｉ型ＡｌＮ埋込層
３６  Ｎｉ電極
３７  Ｎｉ電極
３８  第１量子準位
３９  第２量子準位
４０  ＩＳＢ光変調器
４１  ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
４２  ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮＭＱＷ能動層
４３  ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
４４  ｉ型ＡｌＮ埋込層
４５  Ｎｉ電極
４６  Ｎｉ電極
５０  ＩＳＢ光増幅器
５１  ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
５２  ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮＭＱＷ活性層
５３  ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
５４  ｉ型ＡｌＮ埋込層
５５  Ｎｉ電極
５６  Ｎｉ電極
６０  ＭＭＩ
６１  分岐光導波路
７０  レーザ駆動回路
７１  ｉ型ＧａＮ電子走行層
７２  ｉ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層
７３  ｎ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ電子供給層
７４  ｉ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ保護層
７５  ＳｉＮ膜
７６  ゲート電極
７７  ソース・ドレイン電極
８０  光変調器駆動回路
８１  光導波路
８２  ＬＮ光変調素子
８３  光増幅器
８４  光増幅器
８５  ＳｉＯ2 クラッド層
８６  ＬｉＮｂＯ3 コア層
８７  ＳｉＯ2 クラッド層
８８  電極
８９  電極
９０  光増幅器駆動回路
【図１】
0003981864.tif 000002
【図２】
0003981864.tif 000003
【図３】
0003981864.tif 000004
【図４】
0003981864.tif 000005
【図５】
0003981864.tif 000006
【図６】
0003981864.tif 000007
【図７】
0003981864.tif 000008
【図８】
0003981864.tif 000009
【図９】
0003981864.tif 000010
【図１０】
0003981864.tif 000011