(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、ＭＱＷ構造を有する半導体レーザ装置を形成する為の積層構造を形成する工程、
前記ＭＱＷ構造を有する半導体レーザ装置を形成する為の積層構造の所定領域に保護マスクを設ける工程、
前記保護マスクが設けられていない部分の、前記ＭＱＷ構造を有する半導体レーザ装置を形成する為の積層構造をエッチングして除去する工程、
前記半導体基板上の前記エッチングにて除去された領域に、ＭＱＷ構造を有する光変調器の吸収層領域を形成し、前記半導体レーザ装置を形成する為の積層構造の所定領域と光変調器の吸収層領域とがバットジョイントするようにする工程、
前記半導体レーザ装置を形成する為の積層構造の所定領域と前記光変調器の吸収層領域の接続部分の結晶欠陥領域を除去するする工程、
前記結晶欠陥領域の除去した領域を埋めるようにバットジョイントによりバルク結晶の光導波路領域を設ける工程とを有し、
前記バルク結晶の光導波路領域は、前記半導体レーザ装置を形成する為の積層構造の所定領域のＭＱＷ構造及び前記光変調器の吸収層領域のＭＱＷ構造と光学的に接続していることを特徴とする半導体光集積素子の製造方法。
【請求項２】
前記半導体レーザ装置を形成する為の積層構造の所定領域、前記光変調器の吸収層領域、及び前記バルク結晶の光導波路領域の光導波路上にはそれぞれクラッド層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体光集積素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、半導体光集積素子に関するものである。特に、量子井戸構造を複数有する光導波路を有する半導体光素子、導波路型光素子及びこれを用いた光モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
情報通信サービスの利用増大に伴い、それを支える光通信システムの高速・大容量化が求められている。例えば、通信回線が束なる幹線系光通信用の光伝送装置では、毎秒１０ギガビット(Ｇｂｉｔ／ｓ)の高速・長距離伝送が必要になっており、光伝送装置に組込まれる光モジュールの光源として伝送速度１０Ｇｂｉｔ／ｓ以上で動作する半導体レーザが必須となる。
【０００３】
１０Ｇｂｉｔ／ｓ以上の高速・長距離伝送を実現する有望な光源として、電界吸収（ＥＡ：Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）型光変調器と分布帰還型半導体(ＤＦＢ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ)レーザを一体集積したレーザ装置（ＥＡ／ＤＦＢレーザと略記する）がある。ＥＡ／ＤＦＢレーザの動作原理およびその有用性は既に知られているので、詳細な説明は省略し、ここではその基本構造とその利害得失を説明する。
【０００４】
ＥＡ／ＤＦＢレーザでは、同一の半導体基板上に、ＤＦＢレーザ領域とＥＡ変調器領域とが一体形成される。一般には、レーザと変調器それぞれの量子井戸(ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ)構造の、材料、組成、層厚等を変え、変調器部ＭＱＷ層のエネルギギャップがレーザ部ＭＱＷ層よりも大きくなるように形成される。エネルギギャップの異なるＭＱＷ構造を同一半導体基板上に形成する方法の代表的なものに、（１）選択成長法、（２）バットジョイント（ｂｕｔｔ−ｊｏｉｎｔ）形成法が有る。いずれの方法も長所と短所をもち合わせていることが知られている。しかし、伝送速度が１０Ｇｂｉｔ／ｓ以上の伝送のように高速の光通信システムにおいて、ＥＡ／ＤＦＢの特性を最大限に活かすためには、ＥＡ変調器とＤＦＢレーザとを各々独立に最適な構造とし、レーザ、変調器各々の潜在能力を最大限に引き出すことが望ましい。
【０００５】
選択成長でＥＡ／ＤＦＢレーザの構造を形成する場合、一回の結晶成長で変調器とレーザを形成できるため、作製工程が簡単である利点がある。しかし、レーザ部と変調器の材料、組成、総数は必然的に同じになり、これらを独立に最適化する余地はない。これに対し、バットジョイント形成の方法では、レーザ部と変調器を別々の工程で形成できるため、変調器・レーザ各々の材料、組成、層厚、層数などを最適化することができる。従って、変調器とレーザ部の特性を、各々最高の特性が要求される１０Ｇｂｉｔ／ｓ以上の高速・長距離伝送では、変調器とレーザの集積方法として、バットジョイント形成による集積が有望である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
バットジョイント方式を用いた場合、光変調器を集積化したレーザは、一般に、以下のような工程を経て形成される。まず、（１）半導体基板上にＤＦＢレーザの構造を形成する。(２)ＤＦＢレーザ領域を酸化ケイ素または窒化ケイ素などの誘電体膜で保護する。次いで、(３)前述の誘電体膜をマスクとしてＤＦＢレーザ領域の量子井戸層を選択的にエッチング除去し半導体基板を露出させる。(４)露出した半導体基板上に吸収層となるＥＡ変調器として所望の量子井戸構造（ＥＡ−ＭＱＷと略記する）を再成長する。
【０００７】
ＥＡ-ＭＱＷの成長工程においては、ＤＦＢレーザ領域を覆う誘電体マスク近傍の数十μｍの領域において、成長原料ガスの供給量が多くなるため、ＭＱＷ層のウエル、バリア層が厚くなり、ＭＱＷの吸収端波長が長波長化する。更に、当該領域では、ＥＡ-ＭＱＷ層の結晶性が悪くなることも知られている。その詳細は、例えば、１９９６年に開催されたＩＥＥＥ．Ｌａｓｅｒ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｏ−Ｏｐｔｉｃｓ  Ｓｏｃｉｅｔｙ国際会議の予稿集(ＶＷ２,頁１８９)等に報告されている。
【０００８】
上述の例では、このように、吸収端が長波長化し、且つ、結晶性が劣化した不良領域は、ＤＦＢレーザ部からＥＡ変調器に伝播する光を容易に吸収する。この為、（ａ）素子の光出力が低下する、（ｂ）ＥＡ変調器領域に不要なキャリアを発生する、等の問題を引き起こす。同様の問題は、例えば、日本国、公開公報、特開平８-３３５７４５号においても言及されており、バットジョイント形成を用いる場合の共通課題といえる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、光導波路内の光損失を可能な限り小さくし且つ高速伝送に耐え得る半導体光素子を提供するものである。
【００１０】
本願発明の、更なる目的は、光変調器と半導体レーザ素子のおのおのの諸特性を最適化して集積化した半導体光素子を提供するものである。
【００１１】
本願発明の基本的構成は、光導波路を有する光素子部を少なくとも２つ有し、前記少なくとも２つの光素子部が有する前記光導波路が、少なくともコア部がバルク結晶よりなる光導波路によって接続されたことを特徴とする光素子である。この場合、前記少なくとも２つの光素子部が一つの基板、例えば半導体基板に形成されるのが好都合である。
【００１２】
前記少なくとも２つの光素子部の代表的な例を掲げれば、各々半導体レーザ部、光変調器部、あるいは光増幅器などを挙げることが出来る。更に、これらとは別の光素子を必要に応じて用いることが出来る。又、素子の要求に応じて、これらの光素子の対を複数、並列に配置する形態も当然とることが出来る。
【００１３】
本発明者らは、前述の諸課題を解決し、例えば、ＥＡ／ＤＦＢレーザの特性を最大限に引き出すため、ＤＦＢレーザとＥＡ変調器間の不良領域を除去し、当該領域に光吸収が極めて低い導波路を挿入する構造を採用した。
【００１４】
具体的には、本願発明の基本構造は、レーザ部ＭＱＷと変調器部ＭＱＷの接続部分に、バルク結晶の光導波路を形成したものである。即ち、本願発明の形態は、前記バルク領域を光導波路に用いることによって量子効果が極めて小さい構造とすることが出来るのである。
【００１５】
尚、前記レーザ部ＭＱＷと変調器部ＭＱＷの接続部分は、第１のバットジョイントによって形成する。前記バルク光導波路は、新たな第２のバットジョイントにより光導波に望ましい屈折率分布を持つバルク導波路を形成する。
【００１６】
本願発明においては、光変調器-レーザ部間をバルク結晶の光導波路によって光学的に接続することが肝要である。このことの詳細は、後述される。
【００１７】
こうして、本願発明は、新たに形成したバルク結晶よりなる光導波路を採用することによって、（１）量子井戸構造において発生する吸収端のシフトをおさえ、光吸収を可能な限り低くなすと共に、（２）結晶性の不良領域を設けないことによって、光吸収のより低減並びに素子の信頼性の向上を図ることが出来る。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本願発明の具体的な実施の形態を説明するに先立って、上述した本願発明の基本構成が有する効果、及び本願発明と従来知られた光素子の構造との比較について、更に詳細に説明する。
【００１９】
本願発明では、前述の不良領域を除去した結果、素子内での光の吸収損失が大幅に低減される。不良領域にバルク光導波路をバットジョイント形成する利点は、以下の通りである。バルク光導波路では量子井戸構造を持たないため、バットジョイント形成において、前述のようにマスク近傍でのバンドギャップエネルギ（吸収端）のシフトはほとんどない。したがって、新たに挿入するバルク導波路での吸収は元々のＭＱＷ構造に比べ大幅に低減される。
【００２０】
このように、欠陥領域の結晶を新規に成長させた結晶に置き換えて問題解決を図る点は、前出の日本国の公開公報、特開平８-３３５７４５号での課題解決方法と大きく異なる。前記特開平８-３３５７４５号では、前述の不良領域の吸収端を、イオン注入により短波長側にシフトさせ、吸収損失の低減を図っている。この場合、吸収端をシフトさせることは可能だが、不良領域そのものを切除できるわけではない。
【００２１】
これに対して、本願発明では、不良領域をバルク結晶の光導波路に置き換えているため、結晶の不良領域を有する状態の吸収端から、所望の吸収端に、吸収端をシフトさせるだけでなく、結晶欠陥そのものを切除することができる。光導波路上の欠陥領域を除去することで、素子の信頼性を向上できる等、付加的な効果が期待できる。即ち、本願発明を用いることによって、装置の寿命を改善することが出来る。更に、本願発明によれば、前記の従来技術などと比較して、当該光導波路において、光吸収の低減を図ることも出来る。
【００２２】
また、前述の不良領域を除去することに目的を絞るのであれば、不良領域を除去した箇所をクラッド層と同一材料で埋めこむことも可能である。実際、ＤＦＢレーザとＥＡ変調器の間をＩｎＰで埋めこんだ構造は、例えば、日本国の公開公報、特開平７-１９３２１０号に見ることが出来る。しかし、この例では、ＤＦＢレーザからＥＡ変調器の間で、光導波路が途切れているため、当該箇所で光が放射損失を受ける。その放射損失の大きさを図２０に示す。
【００２３】
図２０は、光変調器―レーザ部間の距離と放射損失の大きさとの関係を示した図である。横軸が光変調器―レーザ部間の距離、縦軸が素子内の放射損失である。変調器―レーザ間にＩｎＰが存在する場合を、「ＩｎＰ埋め込み」、本願発明の例は「本願発明」と表示した。「ＩｎＰ埋め込み」の例では、変調器―レーザ間の距離の増大と共に放射損失が指数関数的に増大している様子がわかる。ＥＡ変調器とレーザを数十ミクロン程度離した場合には、１ｄＢ以上の放射損失が発生しており、素子の光出力増大に対して大きな支障となる。
【００２４】
これに対し、本願発明のように、不良領域を除去した領域に光の導波に相応しい屈折率を有するバルク結晶で埋めこむ構造では、レーザと変調器の間で光の放射損失はほとんど発生しない。こうした構造の概念的な断面図を図２１に示す。符号５０１の領域がＤＦＢレーザ部、５０２の領域が光変調器部、及び５０３の領域が新たな結晶結晶成長で形成したバルク結晶の光導波路領域である。半導体基板５００に、レーザ部として、第１の光閉じ込め層５１４、活性層領域５１５、第２の光閉じ込め層５１６、及び回折格子５１７が形成される。一方、光変調部として、第１の光閉じ込め層５１１、光導波路部５１２、及び第２の光閉じ込め層５１３が形成される。そして、これらの上部に第２のクラッド層５１８が形成されている。
【００２５】
他方、図２２は、光変調器-レーザ部間の不良領域を、結晶成長によって、第２のクラッドによって埋め込んだ例を示す断面図である。この例も、前記図２１の例と同様に、半導体基板５００に、レーザ部として、第１の光閉じ込め層５１４、活性層領域５１５、第２の光閉じ込め層５１６、及び回折格子５１７が形成される。一方、光変調部として、第１の光閉じ込め層５１１、光導波路部５１２、及び第２の光閉じ込め層５１３が形成される。そして、これらの上部に第２のクラッド層５１８が形成されている。但し、この例では、光変調器-レーザ部間が前記第２のクラッド層５０４によって埋め込まれている。
【００２６】
尚、図２１、及び図２２は模式的な概念図であり、具体的な変形構造例が有ることは言うまでも
本願発明によれば、図２２に例示される変調器-レーザ間をＩｎＰで埋めこむ構造に比べ、損失を一桁以上小さくでき、素子の光出力増大に好適な構造を提供できる。このことは、前記図２０の特性比較を参酌すれば、十分理解されるであろう。
【００２７】
このように、本願発明においては、光変調器-レーザ部間をバルク結晶の光導波路によって光学的に接続することが肝要である。単なる結晶によって光変調器-レーザ部間を接続しても、所望の効果を得ることが出来ない。
【００２８】
尚、本願発明は、半導体光素子、わけても化合物半導体材料を用いた半導体光素子に有用である。当該半導体光素子に供する半導体材料の代表的な例を掲げれば、ＩｎＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰなどで量子井戸構造を構成する。この場合、これらの量子井戸構造を接続するバルク部はＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｌＡｓ、あるいはＩｎＡｌＡｓの群から選ばれた一者が好ましい。これらの場合、基板には一般にＩｎＰが多用される。また、Ｎ含有の化合物半導体材料を用いた光素子に対しても本願発明は有用である。即ち、量子井戸構造を構成するものとして、ＧａＡｓ基板上に形成されたＩｎＧａＮＡｓ系化合物半導体材料を用いた導波路型光素子などを例としてあげることが出来る。
【００２９】
＜実施例１＞
本願発明を適用した第１の実施例、波長１.５５μｍ帯のＥＡ変調器を集積化した半導体レーザ装置（ＥＡ変調器集積化半導体レーザ装置と略称する）について説明する。尚、レーザにおける光の帰還はＤＦＢ型である。
【００３０】
図１は本願発明の第一の実施例の斜視図、図２は光導波路部分の光の進行方向に平行な面での断面図、図３は装置の光の進行方向に交差する面での断面図である。図４はその製造工程を説明する断面図である。
【００３１】
図１に示すように、素子はレーザ２６と変調器２７から形成され、レーザ用電極２３と変調器用電極２４が独立に形成されている。レーザ２６と変調器２７の間には、両者を電気的に分離するための溝２１が形成されている。素子の光導波路部分３１は、ストライプ状に加工され、且つ埋め込みヘテロ（ＢＨ：Ｂｕｒｉｅｄ  Ｈｅｔｅｒｏ）型の構造を有する。この構造は知られたものである。この例では、埋め込みヘテロにおけるストライプ状の光導波路部分の周囲は、鉄（Ｆｅ）をドープした高抵抗のＩｎＰ３２（図３を参照）で埋め込まれている。
【００３２】
当該実施例における積層構造の断面図を、図２に示す。素子特性を最適化するため、レーザ部２６とＥＡ変調器部２７を独立に最適な構造としているため、それぞれ異なった積層構造を有している。但し、基板は、例えば、化合物半導体基板の代表例であるｎ型ＩｎＰ１であり、共通である。レーザ部２６はｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層２、歪多重量子井戸層３、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層４を有する。活性層領域となる量子井戸層では、厚さ６ｎｍのウエル層、厚さ１０ｎｍのバリア層を、７対（周期）積層し、レーザとして充分な特性を実現できるよう設計した。これらの層の上方には、ＩｎＧａＡｓＰ系材料からなる回折格子層５を有する。活性層領域および回折格子層の構造は、室温(２５℃)でのＤＦＢレーザの発振波長が１５５０ｎｍとなるよう形成した。
【００３３】
尚、ここで、量子井戸層を挟んで設けられた光閉じ込め層は、前記量子井戸層の光閉じ込めを強化する為の層である。光導波機能はコア領域を、これより屈折率の低いクラッド層で挟み込むことによって発生する。即ち、クラッド層／量子井戸層／クラッド層の積層構造によって光導波機能が実現される。更に、具体的形態では、量子井戸層における光閉じ込めを強化する為、量子井戸層を挟んで光閉じ込め層を設けた。従って、その目的より、クラッド層の屈折率は、前記光閉じ込め層の屈折率より低い値とする。クラッド層／光閉じ込め層／量子井戸層／光閉じ込め層／クラッド層の積層構造によって光導波機能が強化されて実現される。尚、基板側のクラッド層は当該基板がこの役割を担う形態を取ることが出来る。勿論、半導体基板上に基板側クラッド層を別異に設けることも可能である。
【００３４】
回折格子層５の極性はｎ型、ｐ型いずれでもよい。ｐ型の場合には、ＤＦＢレーザは、光の伝播方向に屈折率のみが周期的にする屈折率結合型となる。また、ｎ型の回折格子では、利得結合型ＤＦＢレーザとなる。それは、既に知られているように、回折格子が周期的な電流阻止層として機能するために、屈折率のみならず、活性層内の利得に周期的変化が生ずる為である。又、本実施例では、回折格子がＤＦＢレーザの全領域で均一に形成されたものを説明しているが、必要に応じて、領域の一部に回折格子の周期（即ち、位相）をずらして構成した、いわゆる位相シフト構造を設けてもよい。
【００３５】
一方、ＥＡ変調器領域２７では、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層１１、アンドープ光吸収層１２、アンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層１３を形成する。光吸収層１２はＥＡ変調器として良好な特性を引き出すため、ＩｎＧａＡｓＰ系歪多重量子井戸構造とした。量子井戸の厚さは７ｎｍ、バリア層厚さは５ｎｍとし、これらを１０周期積層した。変調器部のバリア層をレーザ部に比べ薄くする理由は、吸収層内でのキャリアの移動を容易にし、変調器特性を向上させるためである。
【００３６】
レーザと変調器間の接続部分には、当該箇所に発生する欠陥領域を除去するため、バットジョイントによりＩｎＧａＡｓＰ光導波路層を形成した。これらの導波路の形成方法の例を図４で説明する。
【００３７】
先ず、レーザ部分の構造を形成するため、ｎ-ＩｎＰ基板１上に、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層２、歪多重量子井戸層３、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層４を積層する。更に、この上方にＩｎＧａＡｓＰ系材料からなる回折格子層５を含む多層構造を形成する（図４の（ａ））。
【００３８】
この多層構造を有する半導体ウエハ上に、窒化ケイ素(以下、ＳｉＮと略記する)を被覆し、レーザ部分に保護マスク５１を形成する。このＳｉＮマスク領域を用いて、図４の（ｂ）に示すように、回折格子層５と活性層領域とをエッチング除去する。エッチングはｎ型ＩｎＧａＡｓＰ２までをエッチングし、ｎ型ＩｎＰ基板１上で選択的に停止させる。エッチングは、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ)等のドライエッチング、または、燐酸または硫酸を主成分とする溶液を用いた選択性ウエットエッチング、さらには両者の併用、いずれの手法でもよい。
【００３９】
上記の選択エッチングにより露出したｎ型ＩｎＰ基板１の上に、ＥＡ変調器の吸収層領域を、第一のバットジョイント工程で形成する（図４の（ｃ））。吸収層領域は、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層１１、多重量子井戸光吸収層１２、ｐ型光閉じ込め層１３、ｐ-ＩｎＰクラッド層１５を順次積層して形成される。
【００４０】
歪量子井戸層１２は、厚さ７ｎｍのウエルと厚さ５ｎｍのバリア層１０周期から構成される。その吸収端波長は１４９０ｎｍになるよう設計した。変調特性の改善のため、ウエルには圧縮、バリアには引張の歪を加えるように結晶組成が選択された。
【００４１】
この第一のバットジョイント工程で、ＥＡ部のＭＱＷ層を形成する際、レーザ部分の保護マスク近傍において、結晶性の欠陥領域１７が形成される。その領域では、結晶性が悪く、また、ＭＱＷの吸収端波長が長波長側にシフトしている。図５は、バットジョイント成長させた場合のＥＡ部吸収端波長シフト量の例を示している。横軸はレーザ部の保護マスクの端部よりの距離、縦軸はＥＡ変調器部分での吸収端波長のずれ量を示している。この例では、レーザ部の保護マスクに近接する約１００μｍ程度の領域で吸収端波長のシフトが生じており、レーザ部を保護するマスクに近い場所ほど吸収端波長のシフト量は大きい。マスクに最近接の箇所では、吸収端波長が３０ｎｍ程度も長波長化している。
【００４２】
この欠陥領域１７を切除するため、図４の（ｄ）にあるように、欠陥領域近傍のみを開口させたマスク５２を形成し、約５０μｍの長さに渡り欠陥領域を除去した。この工程でも、第一のバットジョイントと同様、ｎ型ＩｎＰ基板（１）表面でエッチングを選択的に停止させる。引き続き、アンドープＩｎＧａＡｓＰからなる光導波路層１４とアンドープＩｎＰ層１８とを積層する。
【００４３】
上記の手順で光導波路構造を形成した後、ｐ型ＩｎＰクラッド層１５、ｐ型ＩｎＧａＡｓ層１６、を形成した。これらの結晶成長工程には、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いた。また、ｐ型ＩｎＧａＡｓ層１６は、電極形成時に良好なオーミック接続を得るために形成した。上記の結晶成長工程には、有機金属気相成長(ＭＯＶＰＥ：Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ)法を用いた。尚、図３の断面図では、層１３の上部のｐ型ＩｎＰクラッド層１５、ｐ型ＩｎＧａＡｓ層１６はその符号が省略されている。
【００４４】
上記の結晶成長工程に引き続き、通例のドライエッチングを用いたメサストライプを形成する工程と、ＭＯＶＰＥ法による埋め込み層を再成長させるプロセスにより、埋め込みヘテロ（ＢＨ：Ｂｕｒｉｅｄ  Ｈｅｔｅｒｏ)構造を形成した。埋め込みヘテロ構造は、光導波路の光の進行方向の両側を光を閉じ込め得る材料で埋め込んだ構造である。閉じ込める材料は、通例高抵抗となされる。本例では、埋め込み層である高抵抗ＩｎＰ３２を用い、高抵抗となすにＦｅをドープした。図３はＢＨレーザ部の光の進行方向と交差する面での断面図である。図３より埋め込み構造が十分理解されるであろう。これに引き続き、ウエハ表面を酸化珪素(以下、ＳｉＯ２と略記する)２２により絶縁化処理した後、ｐ側電極２４、ｎ側電極２５を形成した。又、素子の前端面および後端面には、それぞれ通例の半導体光素子で用いられる低反射膜４０および高反射膜４１を形成した。
【００４５】
本願発明を適用した素子の効果を示すため、電流-光出力特性を評価して得た単位電流当りの光出力効率（スロープ効率）の分布を図６に示す。図６の横軸はスロープ効率、縦軸は測定例の累積確率を示す。図６には、本願発明を適用せず、レーザと変調器の接続部分に欠陥領域を残した素子でのスロープ効率の累積分布をあわせて示す。黒の正方形のドットが本願発明の例、白の円形のドットが従来例の特性である。本願発明を適用しない素子では、その９５％程度の素子がスロープ効率０.１５Ｗ／Ａ程度以下に分布している。これに対し、本願発明を適用した素子では、スロープ効率０.１５Ｗ／Ａ以下の素子の数は、全体の２５％程度以下である。また、確率分布５０％となる分布の中心値に着目すると、本願発明の適用により、スロープ効率の中心値（平均値とほぼ等価）が約１.３倍（２デシベル：２ｄＢ）程度改善している様子がわかる。これは、本願発明を適用した素子では光導波路上に欠陥領域がないために、導波路内の吸収損失が、従来のバットジョイント方式にくらべ、極めて小さくなったことによるものである。この効果は本願発明の最大の効果である。
【００４６】
＜実施例２＞
図７より図９は、本願発明の第２の実施例を示す図である。図７は本願発明の第２の実施例の斜視図、図８は光導波路部分の光の進行方向に平行な面での断面図、図９は装置の光の進行方向に交差する面での断面図である。図１０はその製造工程を説明する断面図である。
【００４７】
本実施例では、特にＥＡ変調器部分２７をＩｎＧａＡｌＡｓ系ＭＱＷから構成したことに特徴を有する。レーザ部分２６は第１の実施例と同様、ＩｎＧａＡｓＰ系ＭＱＷで形成している。符号２１はこれらを分離する溝である。図７の斜視図より理解されるように、本例も実施例１と同等の基本構成を有している。尚、本例の基本構成は実施例１と同様につき、各図面の詳細説明は省略する。
【００４８】
ＩｎＧａＡｌＡｓ系材料を用いたＥＡ変調器では、変調効率が上昇し、ＩｎＧａＡｓＰ系ＭＱＷを用いた場合より、大きな消光比を実現できることは知られている。消光比とは、光信号のオン/オフでの光出力の比を表すパラメータである。一般には、消光比が大きいほど、光信号の伝送には望ましい。したがって、より大きな消光比が必要となる光伝送システムに対しては、本実施例のように、ＩｎＧａＡｌＡｓ系ＭＱＷからなるＥＡ変調器を集積したレーザは好適である。以下に、その製造工程について図１０を用いて説明する。
【００４９】
本実施例でＥＡ変調器部に用いるＩｎＧａＡｌＡｓ系材料の成長温度は、レーザ部に用いるＩｎＧａＡｓＰ系材料の成長温度より高い。したがって、レーザ部ＭＱＷを先に形成した場合には、その成長温度よりも高い温度にさらされることになる。このような熱履歴を通した場合、レーザ部ＭＱＷを構成する結晶中の微細な欠陥が容易に移動し、結晶を容易に劣化させ、結果として素子特性の劣化を招く。これを回避するため、本願発明では、高温成長が必要なＩｎＧａＡｌＡｓ系ＭＱＷを最初に形成する。
【００５０】
ｎ型ＩｎＰ基板１１１の上に、光吸収層として、ｎ型ＩｎＧａＡｌＡｓ光閉じ込め層１１２、ＭＱＷ層１１３、アンドープＩｎＧａＡｌＡｓ光閉じ込め層１１４を形成する。ＭＱＷ層１１３は、ＩｎＧａＡｌＡｓ系材料の井戸層（厚さ７ｎｍ）と障壁層（厚さ５ｎｍ）からなるＭＱＷ層を１０周期積層した。この光吸収層の上に、クラッド層ｐ型ＩｎＰ層１１５を０.２μｍ程度の厚さ成長する。この多層構造を有する半導体ウエハ上にＳｉＮを被覆し、変調器部分を保護するマスク１１６を形成する（図１０の（ａ））。このＳｉＮマスクを用いて、ｐ-ＩｎＰクラッド層と光吸収層をエッチングにより除去する（図１０の（ｂ））。エッチングはｎ型ＩｎＧａＡｌＡｓ１１２までをエッチングし、ｎ型ＩｎＰ基板１１１上で選択的に停止させる。エッチングには、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ)等のドライエッチング、または、燐酸または硫酸を主成分とする溶液を用いた選択性ウエットエッチング、さらには両者の併用、いずれの手法でもよい。
【００５１】
エッチングで露出したｎ-ＩｎＰ基板１１１に、レーザとなるＩｎＧａＡｓＰ系ＭＱＷを、第１のバットジョイント工程で形成する。ＭＱＷは、第１の実施例と同様、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層１２１、アンドープ活性層１２２、アンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層１２３、さらに、この上方にＩｎＧａＡｓＰ系材料からなる回折格子層１２４、ｐ-ＩｎＰクラッド層１２５を形成する（図１０の（ｃ））。
【００５２】
次いで、変調器とレーザの接続部分にできる結晶性の欠陥領域１２６を、ＳｉＮマスク１３０を用いて除去する（図１０の（ｄ））。除去の工程には、第１のバットジョイント工程と同様、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のドライエッチングと燐酸または硫酸を主成分とする溶液を用いた選択性ウエットエッチングを併用する。また、エッチングは、ｎ型ＩｎＰ基板１１１上で選択的に停止させる。ｎ-ＩｎＰ基板１１１が露出した後、第二のバットジョイント工程として、アンドープのバルクＩｎＧａＡｓＰ導波路層１３１とアンドープのＩｎＰ１３２を積層する（図１０の（ｅ））。
【００５３】
以上、２回のバットジョイント工程の後、通例の方法によってレーザ領域に回折格子構造１４１を形成し（図１０の（ｆ））、ｐ型ＩｎＰクラッド層１５１、ｐ型ＩｎＧａＡｓ層１５２を積層する（図１０の（ｇ））。
【００５４】
以後、第１の実施例と同じ工程を経てレーザ構造を形成する。その詳細は、第１実施例と同じであるので、説明を省略する。尚、図９は当該素子の光の進行方向と交差する断面での断面図である。図９では、層１３の上部のｐ型ＩｎＰクラッド層１５１、ｐ型ＩｎＧａＡｓ層１５２はその符号が省略されている。
【００５５】
本例の光素子は、実用温度領域が摂氏２５度で、電流―光出力特性を評価した。この結果、平均しきい値電流は８ｍＡ、スロ−プ効率の平均値は０．１７Ｗ／Ａであった。スロープ効率の累積分布の例は図６に例示したところである。図６より本願発明が、従来構造の素子と比較してスロープ効率は大幅に改善されていることが理解される。又、距離４０−８０ｋｍの単一モード光ファイバを用いて、本例の光素子の光伝送試験を行ったところ、十分な伝送特性を得ることができた。更に、信頼性に対する加速試験では、２０万時間以上の推定寿命を確保することができた。
【００５６】
＜実施例３＞
本願発明を波長１.５５μｍ帯のＥＡ変調器集積分布帰還型半導体レーザに適用した第３の実施例として、ＥＡ変調器とレーザの接続部に設けたバルク導波路がモード変換機能を有する例を図１１および図１３に示す。これらの実施例は、ＥＡ変調器部とレーザ部で導波路層の厚さに差があり、夫々の領域で、光の導波モードサイズに差が生じた場合に、導波路間のモード不整合を補償するのに有効である。
【００５７】
図１１に例示する本実施例は、動作帯域を改善する目的で、変調器長さを短くした例である。即ち、変調器の変調器長さを短くすることによって、電気的容量を低減し、素子の変調帯域を向上することが出来る。又、この例は光変調器を構成する層の厚さが、レーザ部の厚さより厚く設定されている。図１１は素子の光の進行方向に平行な面での断面図、図１２は、この例の各部の製造に用いる保護マスクの位置及び幅を示す平面図である。
【００５８】
図１３の例は、逆に光変調器を構成する層の厚さが、レーザ部の厚さより薄く設定されている。図１３は素子の光の進行方向に平行な面での断面図、図１４はこの例の各部の製造に用いる保護マスクの位置及び幅を示す平面図である。
【００５９】
先ず図１１の例を説明する。本構造では、短い変調器で充分な消光比を実現するため、ＥＡ変調器部のＭＱＷ層数を増やし、吸収層への光閉じ込め係数を大きくした。このため、導波路２０４の厚さがＥＡ変調器部分に近い領域の厚さがレーザ部分に近い領域より厚くなっている。また、本実施例においても、変調器の変調特性を良好にするため、変調器部分はＩｎＧａＡｌＡｓ系材料のＭＱＷ構造で構成される。以下に、その製造工程について説明する。
【００６０】
第２の実施例と同様の手順で、ｎ型ＩｎＰ基板１１１の上に、光吸収層として、ｎ型ＩｎＧａＡｌＡｓ光閉じ込め層２０１、多重量子井戸層２０２、アンドープＩｎＧａＡｌＡｓ光閉じ込め層２０３を形成する。光吸収層となる量子井戸層は、第２の実施例よりも周期数が多く１４周期とした。このため、吸収層の厚さは第２の実施例の場合より、約５０ｎｍ程度厚くなる。この光吸収層の上に、クラッド層ｐ型ＩｎＰ層を０.２μｍ程度の厚さ成長する。この多層構造を有する半導体ウエハ上に、第２の実施例と同様の手法により、変調器部分を保護するＳｉＮマスクを形成する。このＳｉＮマスクを用いて、ｐ-ＩｎＰクラッド層と光吸収層をエッチングにより除去する。エッチングはｎ型ＩｎＧａＡｌＡｓ２０１までをエッチングし、ｎ型ＩｎＰ基板１１１上で選択的に停止させる。エッチングには、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ  ＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ)等のドライエッチング、または、燐酸または硫酸を主成分とする溶液を用いた選択性ウエットエッチング、さらには両者の併用、いずれの手法でもよい。
【００６１】
以上の手順でｎ型ＩｎＰ基板１１１の表面を露出させ、この表面にレーザの活性層領域を形成する。活性層領域の構造は、第１、第２の実施例と同一である。ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層２、活性層３、アンドープＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層４、さらに、この上方にＩｎＧａＡｓＰ系材料からなる回折格子層５、ｐ-ＩｎＰクラッド層を順次形成する。
【００６２】
引き続き、第２の実施例と同様、光変調器とレーザ部の接続部分にできる欠陥領域を、第２のバットジョイント工程でバルクのＩｎＧａＡｓＰ導波路２０４に置換する。本実施例では、この第２のバットジョイント工程で用いるマスク形状を、光変調器側のマスク幅をレーザ側のマスク幅より大きく取ってある。このようなマスク幅の設定で、バルクの化合物半導体材料を結晶成長することによって、このバルク状の半導体層は光変調器側で厚さが厚く、レーザ側で薄くすることが出来る。こうして、図１１に例示されるように、バルク状の化合物半導体になる導波路をテーパ構造とすることが出来る。
【００６３】
上記のマスクを用いてＭＱＷを除去する場合でも、第１のバットジョイント工程と同様、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のドライエッチングと燐酸または硫酸を主成分とする溶液を用いた選択性ウエットエッチングを併用すればよい。エッチングは、ｎ型ＩｎＰ基板１１１上で選択的に停止させる。ｎ-ＩｎＰ基板１１１が露出した後、第二のバットジョイント工程として、アンドープのバルクＩｎＧａＡｓＰ導波路層１１２とアンドープのＩｎＰを積層する。
【００６４】
前述したように、図１２のように、第２のバットジョイント成長において、ＥＡ変調器側のマスク２１１の幅を、レーザ部を保護するマスク２１１の幅よりも大きくすると、周知の選択成長の効果が発生する。すなわち、ＥＡ変調器側では成長原料ガスの供給量が多くなるため、第二バットジョイント工程で成長する結晶の厚さが、レーザ側よりも厚くなる。これにより、ＩｎＧａＡｓＰ導波路層２０４の厚さは、レーザ側から変調器に接近するにつれ厚くなって行く。この結果、レーザ側ではレーザの導波路と同じ厚さに、また、ＥＡ変調器側では吸収層の厚さと同じになるように、導波路の厚さをテーパー状に変化させることができる。このように、レーザとＩｎＧａＡｓＰになるバルクの光導波路の接続部、光変調器とＩｎＧａＡｓＰバルク導波路の接続部、夫々において導波路の厚さに不連続がなくなり、導波路間の光の伝播損失が極めて小さくなる。
【００６５】
上記の手順で第２のバットジョイント工程を終えた後、周知の手法でレーザ領域に回折格子構造を形成し、ｐ型ＩｎＰクラッド層２０５、ｐ型ＩｎＧａＡｓ層２０６を積層する。以後、第１の実施例と同じ工程を経てレーザ構造を形成する。その詳細は、第１実施例と同じであるので、説明は省略する。
【００６６】
また、上記の説明は、ＥＡ変調器部分の導波路層厚がレーザ部に比べ厚い場合のものであるが、逆に、図１３に示すようにＥＡ変調器部の厚さがレーザ部よりも薄い場合にも、本願発明は応用できる。この場合、レーザと変調器の間に設けるバルクの光導波路２５１は、レーザ部との接続部でその厚さが厚く、変調器の方向にテーパ状に薄くなっている。このようなテーパ状の光導波路２５１を形成する場合には、本願発明で述べる第２のバットジョイント工程において、そのマスク形状を図１４のようにすればよい。すなわち、レーザ側を保護するＳｉＮマスク２６１の幅をＥＡ変調器部の保護マスク２６２の幅よりも広くすればよい。このようなマスク形状にしてテーパ導波路が形成される理由は、図１２の説明とまったく同様であるので、詳細説明は割愛する。
【００６７】
また、図１１および図１３に示す実施例では、マスク形状を変更する以外、その他の素子作製工程は、基本的に第１の実施例と同じである。
【００６８】
実施例４
図１５、図１６は、第１または第２の実施例で述べた素子構造を並列にならべ、アレイ(ａｒｒａｙ)として本願発明を応用した例である。図１５は本例の素子の平面図、図１６は光の進行方向に平行な面での断面図である。尚、各図は素子の特徴部分を示し、電極など本願素子に共通する部分は省略されている。本例のように、並列に変調器集積化レーザを並べた素子では、伝送容量がチャネル数の積に比例するため、より大容量の光伝送システムに好適な光源を提供できる。
【００６９】
図１５は素子の平面図を示しており、素子表面には発光部となるＤＦＢレーザが、第１チャネル３０１から第４チャネル３０４まで並列に４列並んでいる。又、各チャネルには第１チャネルの変調器３１１から第４チャネルの変調器３１４が合せて形成されている。図１６は、並列チャネル素子の光導波路の断面構造を示す。４つのチャネルとも、レーザ領域３２１と変調器領域３２２を有しており、かつ、両者の間にはバルク光導波路３２３が形成されている。これらの導波路構造の形成過程は既に第１の実施例と同じであるため、その詳細な説明は省略する。
【００７０】
並列にチャネルが並んだ素子に本願発明を適用した場合、素子ならびにそれを搭載した光モジュールの消費電力低減に大きな効果を期待できる。それは、以下の理由による。すでに第１の実施例で示したように、本願発明の適用により、各チャネルの光出力は２ｄＢ程度増大する。これは、従来と同じ光出力を得るために必要な電力が小さくなることと等価である。図１５のような並列配置された光素子においては、素子全体の消費電力はそのチャネル数の積となるため、消費電力低減の効果もチャネル数の席となる。すなわち、単一チャネルの素子よりも、消費電力低減の効果は大きい。
【００７１】
＜実施例５＞
また、図１７に示す実施例は、並列に並べたレーザから出射した光を合波器で一つの光導波路に収束させ、一つの光変調器で変調する素子の例である。図１７の符号４５１がレーザ部、４５２が光変調器部、４１１が光合波器部であり、この間は光導波路で接続されている。第１チャネル４０１から第４のチャネル４０４まで４チャネルのレーザが並列に並ぶ。４つのチャネルで発生した光は、光合波器４１１を介して一つの光変調器４１２に入射し、変調される。
図１７のような素子形態では、一つの素子から所望の波長を取り出すことが可能となる。本実施例では、レーザの第１チャネル４０１から第４チャネル４０４までの４チャネルの発振波長をそれぞれ１５５０ｎｍ、１５５２ｎｍ、１５５４ｎｍ、１５５６ｎｍと２ｎｍ間隔で異なる波長に設定した。このような並列構造とすることで、必要に応じて所望の波長を有するチャネルに電流を流すこととで、所望の波長を取り出すことができる。尚、本実施例では、チャネル数を４、チャネル間の波長間隔を２ｎｍとしているが、必要に応じたチャネル数および波長間隔に設定することで、選択できる波長の数および波長領域を所望の値に設定できる。
【００７２】
図１７は、各光導波路層をたどった断面図である。レーザ部分４５１とＥＡ変調器部分４５２は、それぞれの特性を最適なものとするために、量子井戸構造を有する。その積層構造の詳細は、実施例１と同じであるため説明を省略する。
【００７３】
レーザとＥＡ変調器の間、すなわち、合波器が設けられている部分には、本願発明の特徴である光導波路として望ましい屈折率分布を持ったバルクの光導波路層４５３が形成されている。本実施例のように合波器等を設ける場合、素子全体の長さが長くなるため、その経路での単位長さ当りの光吸収を極めて低く抑えることが重要である。光導波路内で光が吸収されると、当然のことながら、素子から射出される光出力は低くなる。この結果、光伝送装置に組み込んだ後、その伝送装置のＳＮ特性を劣化させるなどの障害が発生する。尚、光合波器自体は通例のもので十分である。
【００７４】
光導波路内の光の損失低減への解決方法しては、本願発明の、レーザとＥＡ変調器の間にバルク導波路を設ける構造は、好適なものである。すでに述べているように、バルク導波路では、量子井戸導波路に比べ、吸収端波長が導波光波長から大きく離れているために、導波路の単位長さ当りの吸収を低く抑えることが可能である。また、本願発明では、チャネル数を４としているが、それ以外のチャネル数の素子に本願発明を適用しても、光が合波器を通過する際の損失を低減する効果は同じである。
【００７５】
本実施例を適用した光素子を実際に光モジュールに搭載した場合の、実装形態の概念的な上面図を図１１に示す。光素子６０３を光学レンズ６０４と共に実装基板６０２上に配置し、パッケージ６０５内に配置し、光ファイバ６０１を接続している。素子への電流供給は、周知の手法と同様電極パッドからワイヤを介して行うことができる。尚、図中、符号６１１はＥＡ変調器用給電パッド、６１２は半導体レーザ用ｎ極給電パッド、６２１、６２３、及び６２４はＤＦＢレーザ用ｐ極給電パッド、６３１は給電用ワイヤである。
【００７６】
以上詳細に説明したように、本願発明により、光出力が大きく、高速光通信が可能な変調器集積レーザを提供できる。本願発明に係る素子を搭載した光モジュール・光伝送装置によれば、低消費電力での動作が可能な高速光伝送システムを提供できる。
【００７７】
以下に本願発明の主な形態を列挙する。
（１）光の導波に望ましい屈折率を持つ光導波路層とその上方および下方に光導波路層よりも低屈折率の材料からなるクラッド層が存在する積層構造が半導体基板上に形成された導波路型光素子において、その光導波路層の光伝播軸方向に、量子井戸構造を有する光導波路層が複数存在し、これら複数の量子井戸構造層の層構造または構成材料が互いに異なり、これら層構造の異なる量子井戸構造導波路の接続部分において、量子効果が小さくかつクラッド層よりも高い屈折率を有する半導体バルク結晶からなる光導波路が存在することを特徴とする導波路型光素子。
（２）光の導波に望ましい屈折率を持つ光導波路層とその上方および下方に光導波路層よりも低屈折率の材料からなるクラッド層が存在する積層構造が半導体基板上に形成された導波路型光素子において、半導体基板上に第一の多重量子井戸構造を積層する工程と、第一の多重量子井戸層の一部を除去しその領域に第二の多重量子井戸構造を形成する工程と、第一および第二の量子井戸構造の接続領域に第三の結晶として、量子効果が小さくかつクラッド層よりも高い屈折率を有する半導体バルク結晶材料からなる光導波路層を積層する工程を経て形成されたことを特徴とする導波路型光素子。
（３）同一の半導体基板上に機能の異なる導波路型光素子が光の伝播軸方向に複数形成され、これら導波路型光素子では光導波路層の上方および下方に光導波路層よりも屈折率が低い材料からなるクラッド層が積層され、かつ、導波路型光素子の一部またはすべてが量子井戸構造を有し、各々の導波路型光素子の接続部分には、量子効果が極めて小さい半導体バルク結晶を積層した光導波路が存在することを特徴とする導波路型光素子。
（４）少なくともその一部分に半導体レーザと光変調器を有する導波路型光素子において、これら光変調器と半導体レーザ部が共に量子井戸構造を有し、かつ、これら量子井戸層の構造または構成材料が互いに異なっており、光変調器と半導体レーザの接続部分にバルク結晶からなる光導波路が存在することを特徴とする導波路型光素子。
（５）同一半導体基板上に少なくとも半導体レーザと光変調器および半導体光増幅器を含む導波路型光素子が形成され、これら導波路型光素子が光の伝播軸方向に配列しており、少なくとも光変調器と半導体レーザ部分が共に量子井戸構造を有し、かつ、これら量子井戸層の積層構造または構成材料が互いに異なっており、光変調器と半導体レーザおよび半導体光増幅器の接続部分に量子効果が極めて小さい半導体バルク結晶を積層した光導波路が存在することを特徴とする導波路型光素子。
（６）同一半導体基板上に少なくとも半導体レーザと光変調器を有する構造が、光の伝播軸に平行な方向に複数並列に形成され、並列に並んだ素子が同一または互いに異なる波長の光を射出することができ、これら光変調器と半導体レーザ部分が共に量子井戸構造を有し、かつ、これら量子井戸層の構造または構成材料が互いに異なっており、変調器と半導体レーザの接続部分にバルク結晶からなる光導波路が存在することを特徴とする導波路型光素子。
（７）少なくともその一部分に半導体導波路型光素子と光ファイバとを構成要素とする光モジュールにおいて、半導体光素子内部には、少なくとも半導体レーザと光変調器を有する構造が光の伝播軸に平行な方向に複数並列に形成され、並列に並んだ素子が同一または互いに異なる波長の光を射出することができ、これら光変調器と半導体レーザ部分が共に量子井戸構造を有し、かつ、これら量子井戸層の構造または構成材料が互いに異なっており、変調器と半導体レーザの接続部分にバルク結晶からなる光導波路が存在する導波路型光素子を搭載したことを特徴とする光モジュール。
（８）同一半導体基板上に少なくとも半導体レーザと光変調器を有する構造が形成され、これらレーザと光変調器が光の伝播軸に平行な方向に複数並列に配置され、並列に並んだ素子が同一または互いに異なる波長の光を射出することができ、かつ半導体レーザから素子の光射出面に至るまでの光導波路上に、少なくとも光合波器と光変調器が設置され、並列に並んだレーザから射出される光が合波器によって収束された後光変調器に入射する構造を有し、少なくとも変調器部分は量子井戸構造を有し、合波器内の光導波路の少なくとも部分にバルク結晶からなる光導波路が存在することを特徴とする導波路型光素子。
（９）少なくともその一部分に光ファイバと単一縦モードの光を射出する半導体光素子を含む光モジュールにおいて、半導体光素子には同一半導体基板上に少なくとも半導体レーザと光変調器を有する構造が形成されており、これらレーザと光変調器が光の伝播軸に平行な方向に複数並列に配置され、並列に並んだ素子が同一または互いに異なる波長の光を射出することができ、かつ半導体レーザから素子の光射出面に至るまでの光導波路上に、少なくとも光合波器と光変調器が設置され、並列に並んだレーザから射出される光が合波器によって収束された後光変調器に入射する構造を有し、少なくとも変調器部分は量子井戸構造を有し、合波器内の光導波路の少なくとも部分にバルク結晶からなる光導波路が存在し、複数の波長をモジュールから発生させることができることを特徴とする光モジュール。
（１０）導波路型光素子の光伝播軸上に、ＩｎＧａＡｌＡｓ系材料からなる多重量子井戸構造とＩｎＧａＡｓＰ系材料からなる多重量子井戸構造が存在し、これら二つの多重量子井戸構造の接続部分にＩｎＧａＡｓＰ系またはＩｎＧａＡｌＡｓ系またはＩｎＡｌＡｓ系のバルク結晶からなる光導波路が存在することを特徴とする導波路型光素子。
（１１）少なくともその一部分に半導体レーザと光変調器を有する導波路型光素子において、これらＥＡ変調器を形成する多層構造にＩｎＧａＡｌＡｓ系材料からなる多重量子井戸構造がふくまれ、半導体レーザを形成する部分にはＩｎＧａＡｓＰ系材料からなる多重量子井戸構造が含まれ、かつ、これら変調器と半導体レーザの接続部分にＩｎＧａＡｓＰ系またはＩｎＧａＡｌＡｓ系またはＩｎＡｌＡｓ系のバルク結晶からなる光導波路が存在することを特徴とする導波路型光素子。
（１２）少なくともその一部分に半導体レーザと光変調器を有する導波路型光素子において、これらＥＡ変調器と半導体レーザが共にＩｎＧａＡｓＰ系材料からなる多重量子井戸構造を有し、かつ、変調器部分の多重量子井戸構造とレーザ部分の多重量子井戸構造を構成する井戸層の厚さ、障壁層の厚さ、または、量子井戸の周期すうが互いに異なっており、かつ、これら変調器と半導体レーザの接続する領域にＩｎＧａＡｓＰ系またはＩｎＧａＡｌＡｓ系またはＩｎＡｌＡｓ系のバルク結晶からなる光導波路が存在することを特徴とする導波路型光素子。
（１３）少なくともその一部分に半導体レーザと光変調器を有する導波路型光素子において、これらＥＡ変調器と半導体レーザが共にＩｎＧａＡｌＡｓ系材料からなる多重量子井戸構造を有し、かつ、変調器部分の多重量子井戸構造とレーザ部分の多重量子井戸構造を構成する井戸層の厚さ、障壁層の厚さ、または、量子井戸の周期すうが互いに異なっており、かつ、これら変調器と半導体レーザの接続部分にＩｎＧａＡｓＰ系またはＩｎＧａＡｌＡｓ系またはＩｎＡｌＡｓ系のバルク結晶からなる光導波路が存在することを特徴とする導波路型光素子。
【００７８】
【発明の効果】
本願発明は、光導波路内の光損失を可能な限り小さくし且つ高速伝送に耐え得る光素子を提供することが出来る。
【００７９】
本願発明は更に、光変調器と半導体レーザ素子のおのおのの諸特性を最適化して集積化した光素子を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１の実施例の素子の斜視図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施例の素子の光の進行方向に平行な面での断面図である
【図３】図３は、本願発明の第１の実施例の素子の光の進行方向と交差する面での断面図である
【図４】図４は、本願発明の第１の実施例の素子を製造工程順に示した断面図である。
【図５】図５は、結晶の欠陥領域における吸収端波長のずれを例示する特性図である。
【図６】図６は、スロープ効率の累積確率を、本願発明と従来例とを比較した図である。
【図７】図７は、本発明の第２の実施例の素子の斜視図である。
【図８】図８は、本発明の第２の実施例の素子の光の進行方向に平行な面での断面図である
【図９】図９は、本願発明の第２の実施例の素子の光の進行方向と交差する面での断面図である
【図１０】図１０は、本願発明の第２の実施例の素子を製造工程順に示した断面図である。
【図１１】図１１は、本願発明の第３の実施例の素子の光の進行方向に平行な面で断面図である。
【図１２】図１２は、図１１に示す本願発明の第３の実施例の素子のバルク状光導波路の形成の為のマスクの形状の例を示す図である。
【図１３】図１３は、本願発明の第４の実施例の素子の光の進行方向に平行な面で断面図である。
【図１４】図１４は、図１３に示す本願発明の第４の実施例の素子のバルク状光導波路の形成の為のマスクの形状の例を示す図である。
【図１５】図１５は、アレイ状の発光素子部を有する実施例の平面図である。
【図１６】図１６は、アレイ状の発光素子部を有する実施例の光の進行方向に平行な面での断面図である。
【図１７】図１７は、アレイ状の発光素子部と光合波器を有する実施例の平面図である。
【図１８】図１８は、アレイ状の発光素子部と光合波器を有する実施例の光の進行方向に平行な面での断面図である。
【図１９】図１９は、本願発明の光素子を用いた光モジュールの概念を示す平面図である。
【図２０】図２０は、レーザ部と光変調器の距離と素子内での放射損失との関係を例示する図である。
【図２１】図２１は、本願発明の基本概念を示す断面図である。
【図２２】図２２は、レーザ部と光変調器の間を単結晶で埋め込んだ比較例を示す断面図である。
【符号の説明】
１…基板、２…第１導電型の光閉じ込め層、３…多重量子井戸構造を有する活性層領域、４…第２導電型の光閉じ込め層、５…回折格子層
１１…第１導電型の光閉じ込め層、１２…多重量子井戸構造を有する光吸収層、１３…光閉じ込め層、１４…バルク光導波路層、１５…第２の導電型のクラッド層、１６…コンタクト層、１７…欠陥領域、１８…アンドープの化合物半導体層、２１…分離溝、２２…酸化ケイ素膜、２３…レーザ部の第２の導電型の電極、２４…変調器部電極、２５…第１の導電型の電極、２６…半導体レーザ領域、２７…変調器領域、３１…埋め込みヘテロ構造、３２…高抵抗の化合物半導体領域、５１…窒化ケイ素膜、５２…窒化ケイ素膜、１１１…基板、１１２…第１の導電型の光閉じ込め層、１１３…多重量子井戸構造を有する光吸収層、１１４…光閉じ込め層、１１５…第２の導電型のクラッド層、１１６…窒化ケイ素膜、１２１…第１の導電型の光閉じ込め層、１２２…多重量子井戸光吸収層、１２３…光閉じ込め層、１２４…回折格子層、１２５…第２の導電型のクラッド層、１２６…欠陥領域、１３０…窒化ケイ素膜、１３１…バルク状光導波路層、１３２…アンドープの化合物半導体層、１５１…第２の導電型のクラッド層、１５２…第２の導電型のコンタクト層、２０１…第１の導電型の光閉じ込め層、２０２…多重量子井戸構造を有する活性層領域、２０３…アンドープ化合物半導体層による光閉じ込め層、２０４…テーパ状光導波路、２０５…第２の導電型のクラッド層、２０６…第２の導電型のコンタクト層、２１１…変調器部保護マスク、２１２…レーザ部保護マスク、２５１…テーパ状光導波路、２６１…レーザ部保護マスク、２６２…変調器部保護マスク、３０１…第１チャネルＤＦＢレーザ、３０２…第２チャネルＤＦＢレーザ、３０３…第３チャネルＤＦＢレーザ、３０４…第４チャネルＤＦＢレーザ、３１１…第１チャネルＥＡ変調器、３１２…第２チャネルＥＡ変調器、３１３…第３チャネルＥＡ変調器、３１４…第４チャネルＥＡ変調器、３２１…ＤＦＢレーザ領域、３２２…ＥＡ変調器領域、３２３…バルク状光導波路、４０１…第１チャネルＤＦＢレーザ、４０２…第２チャネルＤＦＢレーザ、４０３…第３チャネルＤＦＢレーザ、４０４…第４チャネルＤＦＢレーザ、４１１…光合波器、４１２…ＥＡ変調器、４５１…ＤＦＢレーザ領域、４５２…ＥＡ変調器領域、４５３…バルク状光導波路、５０１…ＤＦＢレーザ領域、５０２…ＥＡ変調器領域、５０３…バルク状光導波路、５０４…化合物半導体層、６０１…光ファイバ、６０２…光素子実装基板、６０３…光合波器集積光素子、６０４…光学レンズ、６１１…ＥＡ変調器用給電パッド、６１２…半導体レーザｎ極給電パッド、６２１…第１チャネルＤＦＢレーザ用ｐ極給電パッド、６２２…第２チャネルＤＦＢレーザ用ｐ極給電パッド、６２３…第３チャネルＤＦＢレーザ用ｐ極給電パッド、６２４…第４チャネルＤＦＢレーザ用ｐ極給電パッド、６３１…給電用ワイヤ。
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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