(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩｎＰ基板上に、ＩｎとＧａとＡｓを有する井戸層と、ＡｌとＩｎとＧａとＡｓを有する障壁層とからなる量子井戸構造を有し、
前記量子井戸構造の伝導帯オフセット値を、前記電界吸収型光変調器を高温で動作させるために１２０ｍｅＶ以上とし、前記電界吸収型光変調器により変調された光信号を長距離伝送させるために２５０ｍｅＶ以下とし、
前記障壁層が、Ｉｎ（１−ｙ−ｚ）Ｇａ（ｙ）Ａｌ（ｚ）Ａｓ層（０．１１≦ｙ≦０．２４、０．１８≦ｚ≦０．３１）であり、
前記井戸層が、Ｉｎ（ｘ）Ｇａ（１−ｘ）Ａｓ層（０．４６≦ｘ≦０．４９）であり、
前記井戸層の厚さが、７ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることを特徴とする電界吸収型光変調器。
【請求項２】
環境温度の変化に応じて、前記電界吸収型光変調器への印加電圧を、消光比が低下し且つチャープパラメータ値が負値となる印加電圧範囲で変化させることを特徴とする請求項１に記載の電界吸収型光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界吸収型光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信の広がりに伴い、メトロアクセス系通信（〜８０ｋｍ）では、現在温調クーラー付で動作させている半導体レーザと光変調器を、温調クーラー無しで動作させ、それらを低コスト化させる、という需要が広がっている。このような需要を満たすために、半導体レーザと光変調器には、高温の環境温度下でも大きな特性劣化が見られないよう高性能化することが求められている。
【０００３】
多重量子井戸構造の電界吸収型光変調器（以下ＥＡ変調器と称する）の高温動作化を考えた場合、従来のＰ系半導体材料（ＩｎＧａＡｓＰ系材料）に比べ、Ａｌ系半導体材料（ＩｎＧａＡｌＡｓ系材料）を用いて光変調器を作製し良好な特性を得たという報告が数多くされている。（非特許文献１）
【０００４】
多重量子井戸構造をもつＥＡ変調器は励起子吸収の物理現象を利用して光の強度をオン／オフする。励起子は電子と正孔が互いに束縛しあっている状態であるが、励起子吸収の強さは、励起子の束縛エネルギーの増大、励起子強度の増大、波動関数の閉じ込めの増大に伴い、増大する。励起子吸収を増大させるためには量子井戸層内部への電子の波動関数の閉じ込めを大きくすればよい。図１はＡｌ系半導体材料と、Ｐ系半導体材料のバンド模式図を示している。Ａｌ系半導体材料はＰ系半導体材料に比べ、量子井戸構造を作製した際、伝導帯オフセット値（以下ΔＥｃと称する）が大きい特徴を持つことが知られている。大きなΔＥｃ値をもつ量子井戸構造は波動関数の閉じ込めが大きく、そのため励起子吸収が強く現れる。よって、近年Ａｌ系半導体材料を用いて電界吸収型光変調器を作製する報告が多々されている。（非特許文献２）
【０００５】
環境温度が高い状況では、電子のエネルギー分布が高エネルギー側にシフトする。ΔＥｃ値が小さな量子井戸構造では、井戸層内の電子の波動関数が、井戸層内のエネルギー凖位内に閉じこもりにくくなる。そのため高温で動作させる観点からもΔＥｃ値の大きな量子井戸構造は望ましい。図２は室温と高温の光吸収スペクトルの模式図を表している。ΔＥｃ値が小さな量子井戸構造では高温になるに従って吸収係数が減少してくるのに対し、ΔＥｃ値が大きな量子井戸構造では高温下でも吸収係数の変化が小さい。
【０００６】
だが、長距離伝送について考えた場合、ΔＥｃ値の大きな量子井戸構造が必ずしも良いとは限らない。ＥＡ変調器は変調時に波長チャーピングが生じ、これによるファイバ伝送後の波形劣化が問題となる。つまり波長チャーピングにより、変調後の光信号スペクトルは変調前に比べて広がることになる。この光信号を光ファイバで伝送すると、ファイバ媒質の分散の効果による波形劣化が起こり、伝送特性に好ましくない影響を及ぼす。この現象は伝送速度が速いほど、また伝送距離が長いほど顕著になる。
【０００７】
波長チャーピングは伝送時の光吸収量の変化が大きいほど、大きくなる。光をオン／オフする際の光吸収量の変化が大きいほど波長チャーピングは大きくなる。Ａｌ系半導体材料ではΔＥｃ値が大きく、そのため励起子吸収が大きく、図２のΔＥｃ値大のような吸収スペクトルを持つ。それに対して、Ｐ系半導体材料では、ΔＥｃ値が小さいため、図２のΔＥｃ値小のような吸収スペクトルを持つ。光をオン／オフする際の光吸収量の変化はΔＥｃ値が大きいものの方が大きい。即ちΔＥｃ値を大きくとると、波長チャーピングも大きくなり、長距離伝送ができなくなってくることが問題になっていた。
【０００８】
【非特許文献１】M,R,Gokhale 等、Optical Fiber Communications Conference 、2003、PD42
【非特許文献２】H.Arimoto 等、Electronics letters vo141 、No.1、pp35-37
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のことから、高温動作と長距離伝送を両立することは難しいと考えられていた。
【００１０】
従って、本発明の目的は上記の事情に鑑み、高温環境下で動作し（即ち０℃から８５℃の広い温度範囲で動作し）、且つ、この全温度範囲で長距離伝送が可能な、Ａｌ系半導体材料を用いた低チャープの多重量子井戸構造を有するＥＡ変調器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明者はＥＡ変調器における量子井戸構造の井戸層及び障壁層の組成と前記量子井戸構造のΔＥｃ値を提供する。具体的には本発明のＥＡ変調器は次のような特徴を有する。
【００１２】
即ち、上記の目的を達成する第１発明の電界吸収型光変調器は、ＩｎＰ基板上に、ＩｎとＧａとＡｓを有する井戸層と、ＡｌとＩｎとＧａとＡｓを有する障壁層とからなる量子井戸構造を有し、
前記量子井戸構造の伝導帯オフセット値を、前記電界吸収型光変調器を高温で動作させるために１２０ｍｅＶ以上とし、前記電界吸収型光変調器により変調された光信号を長距離伝送させるために２５０ｍｅＶ以下とし、
前記障壁層が、Ｉｎ（１−ｙ−ｚ）Ｇａ（ｙ）Ａｌ（ｚ）Ａｓ層（０．１１≦ｙ≦０．２４、０．１８≦ｚ≦０．３１）であり、
前記井戸層が、Ｉｎ（ｘ）Ｇａ（１−ｘ）Ａｓ層（０．４６≦ｘ≦０．４９）であり、
前記井戸層の厚さが、７ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１８】
また、第２発明の電界吸収型光変調器は、第１発明の電界吸収型光変調器において、
環境温度の変化に応じて、前記電界吸収型光変調器への印加電圧を、消光比が低下し且つチャープパラメータ値が負値となる印加電圧範囲で変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、電界吸収型光変調器における量子井戸構造の伝導帯オフセット値（ΔＥｃ）を、１２０ｍｅＶ以上２５０ｍｅＶ以下としたことにより、電界吸収型光変調器を高温環境下で（即ち広い温度範囲で）動作させることができ、しかも、電界吸収型光変調器により変調された光信号を長距離伝送させることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下にＰ系半導体材料を用いて作製された量子井戸構造のΔＥｃ値と、Ａｌ系半導体材料を用いて作製された量子井戸構造のΔＥｃ値についての特徴を列挙する。また、長距離伝送が可能なΔＥｃ値についての計算結果を述べる。また、高温動作が可能なΔＥｃ値の実験結果を述べる。本発明では電界吸収型光変調器における量子井戸構造のΔＥｃ値に着目し、幅広い温度範囲で動作すること、長距離伝送を可能とすることを両立する前記量子井戸構造のΔＥｃ値を与える。従って、幅広い温度範囲で動作すること、長距離伝送を可能とすることを両立する前記量子井戸構造を作製することが可能となり、本発明の目的であるＥＡ変調器を実現できる。
【００２５】
図３は、Ａｌ組成とΔＥｃ値の関係の計算結果を示している。これは量子井戸構造の井戸層：Ｉｎ0.485Ｇａ0.515Ａｓ（歪−０．４％固定）、障壁層：Ｉｎ（１−ｘ−ｙ）Ｇａ（ｙ）Ａｌ（ｘ）Ａｓ（歪＋０．４％固定）とした場合の結果である。Ａｌ組成を増やしていくと、ΔＥｃ値は増加していくことが分かる。
（１）  Ｐ系半導体材料で量子井戸構造を作製する場合、組成によって異なるが、ΔＥｃ値は８０ｍｅＶ〜１５０ｍｅＶ、価電子帯オフセット値（以下ΔＥｖと称する）は７０ｍｅＶ〜１００ｍｅＶ程度になる。
（２）  Ａｌ系半導体材料で量子井戸構造を作成する場合は図３に示されているように、容易にΔＥｃ＞１００ｍｅＶを達成することができ、４００ｍｅＶ程度までΔＥｃを大きくできる。またΔＥｖ＝４０ｍｅＶ〜１５０ｍｅＶ程度と大きく変化させることができる。
【００２６】
図４は、長距離伝送を可能とするΔＥｃ値についての計算結果を示している。上記井戸層を用いて、障壁層の組成を変化させ、量子井戸構造のΔＥｃ値が１２０，１６０，２５０ｍｅＶのときのそれぞれのチャープパラメータ値の計算結果が図４に示されている。８０ｋｍ以上の長距離伝送を可能とするためにはチャープパラメータ値が負値のネガティブチャープになっていることが求められる。
【００２７】
図４に示すように、チャープパラメータ値はΔＥｃの値にかかわらず、印加電圧が１．５Ｖ程度のときにピークを示し、１．５Ｖ以上で減少する傾向にある。ΔＥｃが１２０ｍｅＶのときは印加電圧全範囲においてチャープパラメータ値は負値を示す。ΔＥｃが１６０ｍｅＶのときは印加電圧が−２．７Ｖ以下でチャープパラメータ値は負値を示す。ΔＥｃが２５０ｍｅＶのときは印加電圧が−４Ｖ以下でチャープパラメータ値は負値を示す。このように、ΔＥｃが２５０ｍｅＶ以下の量子井戸構造を用いた場合、印加電圧を−４Ｖ以下にしてＥＡ変調器を動作させれば、チャープパラメータ値が負値になるので長距離伝送を実現することができる。ここでＥＡ変調器を動作させる場合の耐圧は高々−２０Ｖ程度であり、これ以上の電圧を印加するとｐｎ接合特性の劣化に伴いＥＡ変調器の動作特性が劣化する。
【００２８】
次に、広い温度範囲（０℃から８５℃まで）でＥＡ変調器を使用する場合について説明する。図７はΔＥｃが１７０ｍｅＶの量子井戸構造を用いた場合の消光特性の０℃から８５℃までの温度変化を示すものである。ＤＦＢレーザ発振波長とＥＡ変調器の量子井戸構造の組成によって決まる吸収端波長の差をデチユーニング量（以下Δλと称する）というが、ここではΔλ＝１２０ｎｍである。
この特性曲線において逆方向のＤＣ電圧印加により急激に消光比が低下する部分が変調器動作時の導波光をオン／オフ切替する性能に関係する。実際に使用する際は、各温度でこの急激に変化する部分のＤＣ電圧を印加している状態で、変調振幅電圧を印加することで高速に光をオン／オフする。例えば、印加電圧を−２Ｖ〜−４Ｖで変化させる場合には、ＤＣ電圧を−３Ｖ印加した状態で変調振幅電圧幅を２Ｖとして印加すればよい。従って、温度変化に応じてＤＣ電圧を変化させることが、広い温度範囲でＥＡ変調器を良好に動作させるために有効である。図７より、ΔＥｃが１７０ｍｅＶの量子井戸構造を用いた場合、０℃から８５℃までの温度変化に対して印加電圧を−２Ｖ〜−６Ｖの範囲で変化させることが有効であることがわかる。例えば、ＤＣ電圧を−３Ｖ〜−５Ｖの範囲で変化させて変調振幅電圧幅を２Ｖとして印加すればよい。ここでＤＣ電圧の範囲はΔλの量によって変化する。Δλが小さい場合にはＤＣ電圧の低い方にシフトし、Δλが大きい場合にはＤＣ電圧の高い方にシフトする。このように、ＤＣ電圧を変化させることによって広い温度範囲においてＥＡ変調器を良好に動作させることが出来る。
実際には、サーミスタなどの温度センサで温度を測定し、その温度に応じたＤＣ電圧を印加する。この場合、温度変化に応じてＤＣ電圧を変化させるが、変調振幅電圧は一定にして動作させても良い。例えば、ΔＥｃ＝１６０ｍｅＶの素子を用いる場合、−２．７Ｖ以下のＤＣ電圧でチャープパラメータ値は負値となる。その場合、例えば下記の表１に例示するように、ＤＣ電圧は温度に対して線形的に変化するようにかけて伝送実験を行っても、伝送は成功する。
【表１】
0004920506.tif 000002
各温度に対してそのＤＣ電圧を、例えばデータシートとして記憶させておき、そのデータに基づいて制御することにより、全温度に対応することができることになる。
なお、ここではＤＣ電圧を温度に対して線形的に変化させて制御したが、非線形的に変化させてもよいし、事前に取得したデータに基づいて変化させてもよい。但し、線形的に変化させた方がデータ処理が簡便で計算が速くできるので制御速度の点で有効である。
【００２９】
次に広い温度範囲での長距離伝送について説明する。
図７の特性曲線において消光比が低下する部分の傾きがチャープパラメータ値と相関する。図７においてこの傾きは０℃から８５℃まででほとんど同程度であるので、０℃から８５℃までの温度範囲でチャープパラメータ値はほぼ一定であると考えられる。このことは、図４のチャープパラメータ値の印加電圧依存性は０℃から８５℃までの温度範囲でほとんど変化しないことを意味する。
図４より、Δλ＝１２０ｎｍで０℃から８５℃までの温度範囲でΔＥｃが１６０ｍｅＶ以下の量子井戸構造を用いた場合、ＤＣ電圧を−２．７Ｖ以下で動作させればチャープパラメータ値が負値になるので、ＥＡ変調器で変調された光信号を長距離伝送することができる。前述したように温度変化に応じて、ＤＣ電圧を−２Ｖ〜−６Ｖの範囲で変化させると広い温度範囲でＥＡ変調器を良好に動作できることから、広い温度範囲に対応するためにこのＤＣ電圧範囲で変化させることが長距離伝送を実現するために有効である。このようにΔＥｃの値に応じて印加電圧を変化させることによって広い温度範囲において長距離伝送が可能となる。
【００３０】
即ち、環境温度の変化に応じて、ＥＡ変調器への印加電圧を、消光比が低下し且つチャープパラメータ値が負値となる印加電圧範囲（−４Ｖ〜−６Ｖ）で変化させることが、高温動作（広い環境温度範囲での動作）と伝送距離の長距離化とを両立させるために有効である。
【００３１】
図５は上記井戸層を用いて障壁層組成を変化させ、量子井戸構造のΔＥｃ値が１２０ｍｅＶ、１６０ｍｅＶ、２５０ｍｅＶのときのＥＡ変調器の消光特性の実験結果を示す。消光特性は変調器を動作させるときに導波する光をオン／オフ切替する性能に直結するものであり、良好な変調器特性を達成するためには消光比差が絶対値で最低限５ｄＢ必要である。特に、ΔＥｃが１２０ｍｅＶの量子井戸構造を用いた場合、印加電圧が−４Ｖのときに消光比が−２ｄＢ、−６Ｖのときに消光比が−８ｄＢになるので、印加電圧が−４Ｖから−６Ｖの範囲で変調すれば、言い換えればＤＣバイアスを−５Ｖ印加して２Ｖの変調振幅電圧幅で変調すれば、５ｄＢ以上の消光比差（６ｄＢ）が得られる。また、ΔＥｃ値が１６０ｍｅＶ、２５０ｍｅＶの量子井戸構造を用いた場合には、１０ｄＢ以上の消光比差が得られる。従って、ΔＥｃ値が１２０ｍｅＶ以上の量子井戸構造を用いれば、５ｄＢ以上の消光比差が得られ、良好な変調器特性が得られる。よってΔＥｃ値は１２０ｍｅＶより大きくすることが望ましいことが分かる。
【００３２】
上述したことから量子井戸構造のΔＥｃ値が１２０ｍｅＶ〜２５０ｍｅＶの値の範囲になるように設定すれば、幅広い温度範囲でのＥＡ変調器の動作と、ＥＡ変調器で変調された光信号の長距離伝送とを両立させることができるようになる。
【００３３】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
【００３４】
［実施例１］
図６は、本発明による量子井戸構造を有するＥＡ変調器の断面図である。以下に、本ＥＡ変調器の構成を、その作製方法とともに説明する。
【００３５】
図６に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板１上にＭＯＣＶＤ法により、ＰＬ波長１．１μｍの無歪ＩｎＧａＡｌＡｓガイド層２、量子井戸構造３、その上にＰＬ波長１．１μｍの無歪ＩｎＧａＡｌＡｓガイド層４、ｐ−ＩｎＰオーバークラッド層５を順次成長した。ここで量子井戸構造３は膜厚８ｎｍの量子井戸層Ｉｎ0.473Ｇａ0.526Ａｓ1と、膜厚５ｎｍの量子障壁層Ｉｎ0.5855Ｇａ0.172Ａｌ0.242Ａｓ1の８周期構造である。その後、メサストライプ幅が２μｍになるように、逆メサ状のリッジ構造のメサストライプを形成し、ストライプの側壁を有機物膜６で埋め込む。具体的には有機物膜６にＢＣＢ膜を用いた。更にｐ電極７、ｎ電極８を形成し、共振器長約２００μｍになるようにへき開した。この作成法により波長１．５５μｍの光を制御するＥＡ変調器を作製した。
【００３６】
試作した素子（ＥＡ変調器）は高温動作（広い環境温度範囲での動作）と伝送距離の長距離化とを両立したΔＥｃ＝１７０ｍｅＶを有し、実際に環境温度が０℃から８５℃で８０ｋｍ伝送をした後、波形劣化がないことを示した。図７は各温度の消光特性を表しており、０℃から８５℃の範囲の全ての温度で１５ｄＢ以上の消光比を得た。また図８は８０ｋｍ伝送後の波形を表し、８０ｋｍ伝送後も波形劣化がないことを示した。
【００３７】
［実施例２］
図９は本発明による量子井戸構造を有するＥＡ変調器とＤＦＢレーザを同一基板上にモノリシック集積したＥＡ−ＤＦＢレーザ（半導体光集積素子）の断面図、図１０は図９のａ−ａ線矢視断面図、図１１は図９のｂ−ｂ線矢視断面図である。以下に、本ＥＡ−ＤＦＢレーザの構成を、その作製方法とともに説明する。
【００３８】
まずＤＦＢレーザ部１１の構成について説明する。図９、図１０及び図１１に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板１２上にＰＬ波長１．１５μｍの無歪のＩｎＧａＡｌＡｓガイド層１３を成長し、その上に活性層を成長する。この活性層は量子井戸構造１４からなり、この量子井戸構造１４はＰＬ波長１．５５μｍ，＋１．０％の圧縮歪のＩｎＧａＡｌＡｓの厚さ７ｎｍの井戸層と、ＰＬ波長１．２０μｍ，−０．４％の引張歪のＩｎＧａＡｌＡｓの厚さ１０ｎｍの障壁層の８周期からなる。この量子井戸活性層１４の上にＩｎＧａＡｌＡｓガイド層１５を成長し、ｐ−ＩｎＡｌＡｓ層１６を成長し、更にその上にｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層（回折格子）１７を形成する。
【００３９】
上述したＤＦＢレーザ部１１と本発明の電界吸収型光変調器部１９を結合するためには、バットジョイント技術を用いる。具体的にはレーザ構造成長層上にＳｉＯ2マスクを付け、ウェットエッチングにより、量子井戸活性層１４を幅が１５μｍ、長さが４５０μｍの島形状に形成する。即ち幅１５μｍ、長さ４５０μｍの領域にのみ量子井戸活性層１４を残した状態にする。その状態で変調器構造を成長することにより、ＤＦＢレーザ部分の周りに変調器構造が成長され、集積化される。
【００４０】
電界吸収型光変調器部分１９の構成は上記実施例１と同じである。即ち、膜厚８ｎｍの量子井戸層Ｉｎ0.473Ｇａ0.526Ａｓ1と、膜厚５ｎｍの量子障壁層Ｉｎ0.5855Ｇａ0.172Ａｌ0.242Ａｓ1の８周期の量子井戸構造２１を有する構成である。詳述すると、上記実施例１と同様にｎ−ＩｎＰ基板１２上にＩｎＧａＡｌＡｓガイド層２０、量子井戸構造２１、ＩｎＧａＡｌＡｓガイド層２４、ＩｎＧａＡｓＰガイド層２５を順に成長する。ここで、ＩｎＧａＡｓＰガイド層２５は、ＩｎＧａＡｌＡｓガイド層２４の表面が露出して酸化されることを防止するための層である。
【００４１】
バットジョイントの後に、マスクを除去し、全面に層厚１．６μｍのｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１８を成長した。このｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１８の上にｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２６を成長した。再度ＳｉＯ2を堆積しフォトリソグラフィ技術によりストライプ状のマスクを新しく形成する。これをマスクにしてＲＩＥ（反応性イオンエッチング）により、幅２μｍのメサストライプを形成した。引き続き、メサストライプの両側に、ＭＯＶＰＥ法により電流ブロック層として、ＲｕドープのＩｎＰ層２７を層厚３μｍ成長させた。Ｒｕの原料として、ビスエチルシクロペンタディエニルルテニウム（bis(ethylcycloPentadienyl)ruthenium(II))を用いた。
【００４２】
更に、ＳｉＯ2からなるマスクをＨＦにより除去し、ＥＡ変調器部１９のオーバークラッド層１８をメサストライプ状に加工し、電気的な絶縁を行うために、ＤＦＢレーザ部１１とＥＡ変調器部１９の間のコンタクト層を除去した。その後、全面に有機物膜２８を塗布し、ＥＡ変調器のメサ脇のみを残して有機物膜を除去する。その後、各ｐ電極２２を形成し、ｎ−ＩｎＰ基板１２を研磨した後にｎ電極２３を形成して、へき開を行う。
【００４３】
本実施例２のＥＡ−ＤＦＢレーザによれば、８５℃での光出力１０ｍＷ、特性温度８０ｋ、１０Ｇｂｉｔ／ｓで変調時の動的消光比１０ｄＢ以上を得た。
【００４４】
［実施例３］
図１２は本発明による量子井戸構造を有するＥＡ変調器とＤＦＢレーザを同一基板上にモノリシック集積したＥＡ−ＤＦＢレーザ（半導体光集積素子）の断面図、図１３は図１２のｃ−ｃ線矢視断面図である。集積化にはバットジョイントではなく、装荷型と呼ばれる構造を用いる。
【００４５】
図１２及び図１３に示すように、同一のｎ−ＩｎＰ基板３１上に本発明のＥＡ変調器層（量子井戸構造３５）を成長し、更にその上にＤＦＢレーザの活性層（ＬＤ量子井戸構造４０）を成長する。その後、ＥＡ変調器部の上のＤＦＢレーザ部の活性層のみをＲＩＥもしくは、硫酸と過酸化水素の混合溶液でウェットエッチングする。この構造は装荷型と呼ばれ、簡単なプロセスで作成可能なＥＡ−ＤＦＢレーザ構造である。
【００４６】
具体的には、ｎ−ＩｎＰ基板３１上にＰＬ波長１．１５μｍの無歪のＩｎＧａＡｌＡｓガイド層３４を成長し、その後本発明のＥＡ変調器層（量子井戸構造３５）を成長する。このＥＡ変調器層量子井戸構造３５は膜厚８ｎｍの量子井戸層Ｉｎ0.473Ｇａ0.526Ａｓ1と、膜厚５ｎｍの量子障壁層Ｉｎ0.5855Ｇａ0.172Ａl0.242Ａｓ1の８周期構造である。その後、無歪のＩｎＧａＡｌＡｓガイド層３６とＩｎＰエッチストップ層３７とＩｎＧａＡｓＰのエッチストップ層３８を成長する。更にその上に、レーザガイド層のＩｎＧａＡｌＡｓ層３９を成長し、その上に活性層４０を成長する。活性層４０は量子井戸構造からなり、ＰＬ波長１．５５μｍ、＋１．０％の圧縮歪のＩｎＧａＡｌＡｓの厚さ７ｎｍの井戸層と、ＰＬ波長１．２０μｍ、−０．４％の引張歪のＩｎＧａＡｌＡｓの厚さ１０ｎｍの障壁層の６周期からなる。活性層４０の上にＩｎＧａＡｌＡｓガイド層４１を成長し、ｐ−ＩｎＡｌＡｓ層４２を成長し、更にその上にｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層（回折格子）４３を形成し、ｐ−ＩｎＰ回折格子積み増し層４８でｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層（回折格子）４３を埋め込む。
【００４７】
ＤＦＢレーザ部３２の上にＳｉＯ2マスクを付け、ウェットエッチングにより、ＩｎＰエッチストップ層３７までエッチングを行いＤＦＢレーザ部３２を形成する。量子井戸活性層４０を幅が４０μｍ、長さが４５０μｍの島形状に形成する。その状態でＳｉＯ2マスクをＨＦによりはがし、全面にｐ−ＩｎＰオーバークラッド層４４を成長し、その上にｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４７を成長する。
【００４８】
その後ＳｉＯ2を堆積しフォトリソグラフィ技術によりストライプ状のマスクを新しく形成する。これをマスクにしてＲＩＥ（反応性イオンエッチング）により、幅２μｍで高さ１．６μｍ程度のメサストライプを形成した。更にその後全面に有機物膜４９を成長し、この有機物膜４９をＥＡ変調器部３３の脇のみを残して除去する。その後、各ｐ電極４５を形成し、ｎ−ＩｎＰ基板３１を研磨した後にｎ電極４６を形成して、へき開を行う。
【００４９】
本実施例３のＥＡ−ＤＦＢレーザによれば、８５℃での光出力６ｍＷ、特性温度７０ｋ、１０Ｇｂｉｔ／ｓで変調時の動的消光比１０ｄＢ以上を得た。また８０ｋｍ伝送後の波形が劣化しないことも確認された。
【００５０】
［参考例］
本参考例は上記実施例１とほぼ同じ構造でＥＡ変調器層量子井戸構造のみが異なる。即ち図６のＥＡ変調器層量子井戸構造３において、膜厚８ｎｍの量子井戸層Ｉｎ0.5888Ｇａ0.398Ａｌ0.0714Ａｓ1と、膜厚５ｎｍの量子障壁層Ｉｎ0.4707Ｇａ0.3441Ａｌ0.1852Ａｓ1の８周期構造を用いたものである。
本参考例ではＩｎＧａＡｌＡｓ層を井戸層に用いた例を述べた。前述のものはＩｎＧａＡｓ層を井戸層に用いていたが、この理由は、井戸層に引張歪を導入しているためである。井戸層に圧縮歪を導入しＩｎＧａＡｌＡｓ層を井戸層に用いて、上述のΔＥｃ値を持つように量子井戸構造を形成しても構わないこととする。
【００５１】
［実施例４］
本実施例４は上記実施例１とほぼ同じ構造でＥＡ変調器層量子井戸構造のみが異なる。即ち図６のＥＡ変調器層量子井戸構造３において、膜厚１０ｎｍの量子井戸層Ｉｎ0.473Ｇａ0.526Ａｓ1と、膜厚１０ｎｍの量子障壁層Ｉｎ0.5855Ｇａ0.172Ａｌ0.242Ａｓ1の１０周期構造を用いたものである。
【００５２】
このように、上記実施例１〜３で示した井戸層厚８ｎｍ、障壁層厚５ｎｍの８周期の量子井戸構造以外の構造を用いてもよい。特に井戸層厚は７ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが有効である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は半導体光変調器（電界吸収型光変調器）における高温動作・長距離化を両立させ、この光変調器とＤＦＢレーザとを集積することによって温度調節用クーラー無しの低コストな変調光源（半導体光集積素子）を実現可能とし、この変調光源を温度調節用クーラー無しの低コストな光伝送システムに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】Ｐ系半導体材料とＡｌ系半導体材料のバンド模式図である。
【図２】ΔＥｃの大きさと吸収係数の関係の模式図である。
【図３】Ａｌ組成とΔＥｃの関係の計算結果を示す図である。
【図４】ＥＡ変調器ＤＣバイアスとチャープパラメータ値のΔＥｃ依存性の計算結果を示す図である。
【図５】ΔＥｃ値とＥＡ変調器消光特性の実験結果を示す図である。
【図６】本発明の実施例１に関わる半導体変調器（ＥＡ変調器）の断面図である。
【図７】本発明の実施例１のＥＡ変調器の消光特性の温度依存性を示す図である。
【図８】本発明の実施例１のＥＡ変調器の光伝送特性の波形の様子を示す図である。
【図９】本発明の実施例２に関わるＥＡ−ＤＦＢレーザ（半導体光集積素子）の断面図である。
【図１０】図９のａ−ａ線矢視断面図である。
【図１１】図９のｂ−ｂ線矢視断面図
【図１２】本発明の実施例３に関わるＥＡ−ＤＦＢレーザ（半導体光集積素子）の断面図である。
【図１３】図１２のｃ−ｃ線矢視断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  ｎ−ＩｎＰ基板
２  Ｉｎ0.527Ｇａ0.235Ａｌ0.2377Ａｓガイド層
３  Ｉｎ0.473Ｇａ0.526Ａｓ1／Ｉｎ0.5855Ｇａ0.172Ａｌ0.242Ａｓ1量子井戸構造
４  Ｉｎ0.527Ｇａ0.235Ａｌ0.2377Ａｓガイド層
５  ｐ−ＩｎＰオーバークラッド層
６  ＢＣＢ膜
７  ｐ電極
８  ｎ電極
１１  ＤＦＢレーザ部
１２  ｎ−ＩｎＰ基板
１３  Ｉｎ0.527Ｇａ0.235Ａｌ0.2377Ａｓガイド層
１４  Ｉｎ0.67Ｇａ0.22Ａｌ0.11Ａｓ1／Ｉｎ0.48Ｇａ0.34Ａｌ0.18Ａｓ1量子井戸構造
１５  Ｉｎ0.527Ｇａ0.235Ａｌ0.2377Ａｓガイド層
１６  ｐ−ＩｎＡｌＡｓ層
１７  ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層（回折格子）
１８  ｐ−ＩｎＰオーバークラッド層
１９  ＥＡ変調器部
２０  Ｉｎ0.527Ｇａ0.235Ａｌ0.2377Ａｓガイド層
２１  Ｉｎ0.473Ｇａ0.526Ａｓ1／Ｉｎ0.5855Ｇａ0.172Ａｌ0.242Ａｓ1量子井戸構造
２２  ｐ電極
２３  ｎ電極
２４  Ｉｎ0.527Ｇａ0.235Ａｌ0.2377Ａｓガイド層
２５  ＩｎＧａＡｓＰガイド層
２６  ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層
２７  ＲｕドープのＩｎＰ層
２８  有機物膜
３１  ｎ−ＩｎＰ基板
３２  ＤＦＢレーザ部
３３  ＥＡ変調器部
３４  Ｉｎ0.527Ｇａ0.235Ａｌ0.2377Ａｓガイド層
３５  Ｉｎ0.473Ｇａ0.526Ａｓ1／Ｉｎ0.5855Ｇａ0.172Ａl0.242Ａｓ1ＥＡ変調器層量子井戸構造
３６  Ｉｎ0.527Ｇａ0.235Ａｌ0.2377Ａｓガイド層
３７  ＩｎＰエッチストップ層
３８  ＩｎＧａＡｓＰエッチストップ層
３９  Ｉｎ0.527Ｇａ0.235Ａｌ0.2377Ａｓガイド層
４０  Ｉｎ0.67Ｇａ0.22Ａｌ0.11Ａｓ1／Ｉｎ0.48Ｇａ0.34Ａｌ0.18Ａｓ1ＬＤ量子井戸構造
４１  Ｉｎ0.527Ｇａ0.235Ａｌ0.2377Ａｓガイド層
４２  ｐ−ＩｎＡｌＡｓ層
４３  ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層（回折格子）
４４  ｐ−ＩｎＰオーバークラッド層
４５  ｐ電極
４６  ｎ電極
４７  ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層
４８  ｐ−ＩｎＰ回折格子積み増し層
４９  有機物膜
【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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