(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型の半導体基板と、
断面が凸状の半導体積層構造が、前記半導体基板上に延在したメサ構造と、
ｐ型の第１の半導体材料で形成され且つ前記半導体基板の上に積層された埋め込み層と、ｎ型の前記第１の半導体材料で形成され且つ前記埋め込み層の上に積層された電流狭窄層とを有し、且つ前記メサ構造の両側面を覆うｐｎ埋め込み構造と、
伝導帯の下端のエネルギーが前記第１の半導体材料より高いｐ型の第２の半導体材料で形成され、且つ前記メサ構造及び前記ｐｎ埋め込み構造の上に積層された第１の電子障壁層と、
ｐ型の半導体材料で形成され且つ前記第１の電子障壁層の上に積層されたクラッド層を、
具備した光半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光半導体装置において、
前記ｐｎ埋め込み構造と前記第１の電子障壁層の間に、
伝導帯の下端のエネルギーが前記第１の半導体材料より高い、ｐ型の第３の半導体材料で形成された第２の電子障壁層が配置されたことを、
特徴とする光半導体装置。  
【請求項３】
請求項１及び２に記載の光半導体装置において、
前記半導体積層構造が、ｎ型の下部クラッド層と、活性層と、ｐ型の上部クラッド層を有し、
更に、前記上部クラッド層の内部に、
伝導帯の下端のエネルギーが前記第１の半導体材料より高い、ｐ型の第４の半導体材料で形成された第３の電子障壁層が配置されたことを、
特徴とする光半導体装置。  
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の光半導体装置において、
前記第１の半導体材料が、ＩｎＰであることを、
特徴とする光半導体装置。
【請求項５】
請求項４に記載の光半導体装置において、
前記第２の半導体材料が、ＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＡｓ、及びＡｌＧａＩｎＡｓからなる群から選択された何れか一つの半導体材料であることを特徴とする光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ｐ型半導体で形成された埋め込み層とｎ型半導体で形成された電流狭窄層とによってメサ構造の側面が覆われた光半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体光増幅器や半導体レーザのように電流注入によって動作する光半導体装置（以下、電流注入型の光半導体装置と呼ぶ）は、光通信システムのような、光を取り扱うシステムの重要な構成部品である。
【０００３】
例えば、半導体光増幅器は、光通信システム内で、インラインアンプ、ブースターアンプ、プリアンプ等として用いられている。更に、半導体光増幅器は、半導体光集積回路に搭載され、光ゲートスイッチ等の機能素子としても利用されている。
【０００４】
このような電流注入型の光半導体装置の大部分は、活性層を含むメサ構造が、n-p-n-pサイリスタ構造によって埋め込まれている（特許文献１）。
【０００５】
図１は、このような半導体光増幅器２の断面図である。
【０００６】
図１に示すように、半導体光増幅器２は、ｎ型の半導体基板４（例えば、ｎ−ＩｎＰ基板）と、半導体基板４の上に延在したメサ構造６を備えている。メサ構造６は、例えば、ｎ型の下部クラッド層８と、活性層１０と、ｐ型の上部クラッド層１２を備えている。
【０００７】
また、半導体光増幅器２は、ｐ型の半導体材料（例えば、ｐ−ＩｎＰ）で形成され且つ上記半導体基板４の上に積層された埋め込み層１４と、ｎ型の半導体材料（例えば、ｎ−ＩｎＰ）で形成され且つ埋め込み層１４の上に直接積層された電流狭窄層１６とを有するｐｎ埋め込み構造１８を備えている。ここで、ｐｎ埋め込み構造１８は、上記メサ構造６の両側面を覆うように形成される。
【０００８】
更に、半導体光増幅器２は、ｐ型の半導体材料（例えば、ｐ−ＩｎＰ）で形成され且つメサ構造６及びｐｎ埋め込み構造１８の上に直接積層されたクラッド層２０と、このクラッド層２０の上に直接積層されたコンタクト層２２を具備している。
【０００９】
なお、メサ構造６の両側面を覆うｐｎ埋め込み構造１８は、活性層１０（例えば、ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸構造）より屈折率が小さく、且つバンドギャップの大きな半導体材料（例えば、ＩｎＰ）によって形成される。
【００１０】
図１に示すような断面構造を有する光半導体装置では、メサ構造６を取り囲む半導体層、すなわち、ｎ型の半導体基板４、ｐｎ埋め込み構造１８、及びクラッド層２０が、n-p-n-pサイリスタ構造２４を、メサ構造６の両側に形成する。
【特許文献１】特開２００３-６０３０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ここで、半導体基板４を接地しコンタクト層２２に正電圧を印加して、上記半導体光増幅器２に、電流を注入した場合を考える。この場合、メサ構造６には電流が流れるが、n-p-n-pサイリスタ構造２４には電流は流れない。
【００１２】
これは、ｐｎ埋め込み構造１８に形成されるｐｎ接合が、コンタクト層２２に印加された正電圧によって、逆バイアスされるためである（何故ならば、逆バイアスされたｐｎ接合には、電流は流れない。）。
【００１３】
このため、半導体光増幅器２に注入された電流は、メサ構造６の内部に配置された活性層１０に集中的に注入される。すなわち、ｐｎ埋め込み構造１８は、電流狭窄機能を有している。従って、活性層１０への電流注入効率が高くなる。
【００１４】
しかし、半導体光増幅器２に注入される電流が増加して行くとその印加電圧も上昇して行く。その結果、遂には、逆バイアスされたｐｎ接合で電子雪崩降伏が起き、サイリスタ構造２４がターンオンしてしまう。すると、図２参照に示すように、ｐｎ埋め込み構造１８を流れるリーク電流２６が急激に増加し、ｐｎ埋め込み構造１８の電流狭窄機能が失われてしまう。
【００１５】
その結果、活性層１０に注入される電流が急激に減少し、半導体光増幅器２の出力は著しく低下する。この現象は、動作温度が高くなるほど顕著である。同様の現象は、n-p-n-pサイリスタ構造２４を有する他の光半導体装置でも見られる。
【００１６】
そこで、本発明の目的は、注入電流が増加していっても電流狭窄機能が急激に消失してしまうことのない埋め込み構造を具備した光半導体装置を提供することである。
【００１７】
尚、図２は、電流注入型光半導体装置に於ける電流リークを説明する概念図である。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の目的を達成するために、本発明に係る光半導体装置は、ｎ型の半導体基板と、断面が凸状の半導体積層構造が前記半導体基板上に延在したメサ構造と、ｐ型の第１の半導体材料で形成され且つ前記半導体基板の上に積層された埋め込み層とｎ型の前記第１の半導体材料で形成され且つ前記埋め込み層の上に積層された電流狭窄層とを有し且つ前記メサ構造の両側面を覆うｐｎ埋め込み構造と、伝導帯の下端のエネルギーが前記第１の半導体材料より高いｐ型の第２の半導体材料で形成され且つ前記メサ構造及び前記ｐｎ埋め込み構造の上に積層された第１の電子障壁層と、ｐ型の半導体材料で形成され且つ前記第１の電子障壁層の上に積層されたクラッド層を具備する。
【００１９】
本光半導体装置では、逆バイアスされたｐｎ埋め込み構造で電子雪崩降伏が起きても、上記第１の電子障壁層が、ｐｎ埋め込み構造に於けるリーク電流の主成分である電子流を阻止する。従って、本光半導体装置によれば、注入電流が増加して行っても、ｐｎ埋め込み構造の電流狭窄機能が急激に消失することはない。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る光半導体装置によれば、注入電流が増加してｐｎ埋め込み構造で電子雪崩降伏が起きても、リーク電流の主成分である電子流を電子障壁層が阻止するので、ｐｎ埋め込み構造の電流狭窄機能が急激に失われることはない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。
【００２２】
（実施の形態１）
本実施の形態は、伝導帯の下端のエネルギーがｐｎ埋め込み構造を形成する第１の半導体材料（例えば、ＩｎＰ）より高い第２の半導体材料（例えば、ＩｎＧａＰ）で形成された電子障壁層を備えた半導体光増幅器に係るものである。
【００２３】
（１）装置構成
図３は、本実施の形態に従う半導体光増幅器の要部断面図である。図４は、本実施の形態に従う半導体光増幅器の要部平面図である。
【００２４】
本実施の形態に従う半導体光増幅器２８は、ｎ型のＩｎＰで形成された半導体基板４と、断面が凸状の半導体積層構造が、半導体基板４の上に延在した所謂メサ構造６を有している。尚、図３は、紙面に垂直な方向に延在したメサ構造６の断面を表したものである。
【００２５】
また、半導体光増幅器２８は、ｐ型のＩｎＰで形成され且つ半導体基板４の上に積層された埋め込み層１４と、ｎ型のＩｎＰで形成され且つ埋め込み層１４の上に積層された電流狭窄層１６とを有し、且つメサ構造６の両側面を覆うｐｎ埋め込み構造１８を有している。尚、図３に示した例では、埋め込み層１４は、半導体基板４の上に、直接ではなく後述する下部クラッド層８の一部を介して形成されている。
そして、本実施の形態に従う半導体光増幅器２８は、伝導帯の下端のエネルギーがＩｎＰより高いｐ型の半導体材料（本実施の形態では、ＩｎＧａＰ）で形成され、且つメサ構造６及びｐｎ埋め込み構造１８の上に積層された電子障壁層３０を有している。
【００２６】
また、半導体光増幅器２８は、ｐ型のＩｎＰで形成され且つ電子障壁層３０の上に積層されたクラッド層２０と、ｐ型のＩｎＧａＡｓＰで形成され且つこのクラッド層２０の上に積層されたコンタクト層２２を有している。
【００２７】
更に、半導体光増幅器２８は、コンタクト層２２の上に形成されたｐ側コンタクト電極（図示せず）と、半導体基板４の裏面に形成されたｎ側コンタクト電極（図示せず）を有している。
【００２８】
尚、メサ構造６は、ｎ型のＩｎＰで形成された下部クラッド層８と、例えばＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸構造で形成された活性層１０と、ｐ型のＩｎＰで形成された上部クラッド層１２を備えている。
【００２９】
そして、このような構造体が、メサ構造６の延在方向に垂直な（一対の）断面でへき開され、へき開によって得られた両断面に、半導体光増幅器２８の動作波長に於いて光の反射を防止する反射防止膜３２が形成されている(図４参照)。
【００３０】
（２）動  作
次に、図３乃至図６を参照して、本実施の形態に従う半導体光増幅器２８の動作について説明する。
【００３１】
図３は、既に説明したように、本実施の形態に従う半導体光増幅器２８の要部断面図である。また、図４は、半導体光増幅器２８の要部平面図である。また、図５は、図３のＸ―Ｙ線に沿ったバンド・ダイヤグラムである。一方、図６は、図３のＸ´―Ｙ´線に沿ったバンド・ダイヤグラムである。
【００３２】
半導体光増幅器２８の動作のためには、まず、半導体基板４の裏面に形成されたｎ側コンタクト電極（図示せず）に、上記駆動電源（図示せず）の負極が接続される。一方、コンタクト層２２の上に形成されたｐ側コンタクト電極（図示せず）に、駆動電源の正極が接続される。
【００３３】
次に、所望の利得を発生させるために必要な電流が、この駆動電源から半導体光増幅器２８に供給される。例えば、ｐｎ埋め込み構造１８で電子雪崩降伏が起きてしまうような大電流（例えば、５００ｍＡ）が、半導体光増幅器２８に供給される。
【００３４】
このような大電流が供給されても、本実施の形態に従う半導体光増幅器２８では、以下に説明するとおり、電子障壁層３０が電子の流れを遮断するので、リーク電流の急激な増加が抑制される。
【００３５】
従って、本実施の形態に従う半導体光増幅器２８では、従来の半導体光増幅器２より、大きな電流を活性層１０に注入することが可能になる。このため、本実施の形態に従う半導体光増幅器２８の利得は、従来の半導体光増幅器２より大きくなる。
【００３６】
図５のバンド・ダイヤグラムに図示すように、ｐ型のＩｎＰによって形成された埋め込み層１４とｎ型のＩｎＰによって形成された電流狭窄層１６との間には、ｐｎ接合３１が形成される。半導体光増幅器２８に駆動電流が注入されている間、ｐ側コンタクト電極には、（ｎ側コンタクト電極に対して）正電圧が印加される。従って、この間、ｐｎ接合３１は逆バイアスされる。
【００３７】
半導体光増幅器２８の駆動電流が大きくなり、印加電圧が大きくなると、ｐｎ接合３１の内部電界も大きくなる。更に、駆動電流が大きくなると、遂には、ｐｎ接合３１で電子雪崩降伏が起きる。
【００３８】
しかし、電子雪崩降伏が起きても、本実施の形態に従う半導体光増幅器２８では、電子雪崩降伏で生成された電子３７の流れが、ＩｎＧａＰによって形成された電子障壁３０によって遮断される。これは、図５に示すように、電子障壁層３０を形成する半導体材料すなわちＩｎＧａＰの伝導帯下端３３のエネルギーが、ｐクラッド層２０を形成する半導体層すなわちＩｎＰの伝導帯下端３３´のエネルギーより高いためである。
【００３９】
尚、電子の流れを確実に止めるためには、電子障壁層３０の形成する（電子に対する）障壁の高さΔＥは十分に高い必要がある。このためには、電子障壁層３０を形成するＩｎＧａＰの組成を、例えば、Ｉｎ０．８Ｇａ０．２Ｐとすればよい。この場合、障壁の高さΔＥは、７０ｍｅＶとなる。
【００４０】
一方、図５に示すように、雪崩降伏で生成された正孔３９の流れを遮断する障壁は存在しない(ｐ型のクラッド層２０及びｐ型の電子障壁３０とｎ型の電流狭窄層１６の間のｐｎ接合４１、及びｐ型の埋め込み層１４とｎ型の半導体基板４の間のｐｎ接合４３は順バイアスされているので電子及び正孔の双方に対して障壁とはならない。)。
【００４１】
しかし、ＩｎＰに於ける正孔の移動度（２００ｃｍ２/ｖ・ｓ）は電子の移動度（５４００ｃｍ２/ｖ・ｓ）の数十の一でしかないので、ｐｎ埋め込み構造１８を流れるリーク電流２６（図２参照）の主成分は電子の流れであり、正孔流の寄与は無視できる（このような傾向は、他の半導体材料にも共通する。）。従って、電子障壁３０によって電子の流れが阻止されれば、ｐｎ埋め込み構造１８を流れるリーク電流２６を抑制することが可能になる。
【００４２】
故に、駆動電流が大きくなりｐｎ埋め込み層１８で電子雪崩降伏が起きても、リーク電流２６（図２参照）が急激に増加することはない。このため、活性層１０への大電流の注入が可能になり、本実施の形態に従う半導体光増幅器２８の利得は、従来の半導体光増幅器２より大きくなる。このようなリーク電流抑制効果は、高温に於いて顕著である。
従って、図４に示すように、半導体光増幅器２８の光入射面３４に入射した信号光３６は、従来の半導体光増幅器２より大きく増幅されて増幅光４０となり、光出射面３８から出射される。
【００４３】
以上が本実施の形態に従う半導体光増幅器２８の動作である。ところで、図６に図示したＸ´―Ｙ´線に沿った価電子帯の上端３５を参照すれば明らかなように、ＩｎＧａＰで形成された電子障壁３０は、正孔に対しては障壁を形成しない。このため、ｐ型ＩｎＰで形成されたクラッド層２０から、同じくｐ型のＩｎＰで形成された上部クラッド層１２へ、正孔３９は、電子障壁層３０を容易に通過して流れ込む。すなわち、電子障壁層３０は、活性層１０への正孔注入の妨げにはならない。但し、電子障壁層３０が正孔に対して障壁を形成する材料で形成されていても、電子障壁層３０がｐ型の半導体材料で形成されているので、正孔の流れが途絶えることはない。
【００４４】
すなわち、電子障壁層３０がｐ型の半導体材料で形成される本実施の形態に係る半導体光増幅器では、電子障壁層３０によって活性層１０への正孔注入が阻害されて、光増幅に支障が生じることはない。
【００４５】
ところで、半導体光増幅器２８に大電流が注入されると、有効質量の小さな電子は活性層から溢れ出して（所謂、オーバーフロー）、上部クラッド層１２へ更にはクラッド層２０内に流れ出す。この電子の流れは、光の増幅には寄与しないキャリアの流れすなわちリーク電流となる。従って、電子のオーバーフローが起きると、活性層１０への電子の注入効率が低下し、半導体光増幅器の利得が低下する。
【００４６】
しかし、本実施の形態に従う半導体光増幅器２８では、電子障壁層３０が活性層１０を含むメサ構造６の上にも設けられているので、このような電子の流れ（リーク電流）はせき止められる（図７参照）。このため、活性層１０からの電子の溢れ２７が抑制され、活性層１０への電子の注入効率が向上する。
【００４７】
故に、本実施の形態に従う半導体光増幅器２８では、活性層１０からの電子のオーバーフローが問題となるような大電流が注入されても、活性層１０への電子の注入効率の劣化が抑制される。このため、利得飽和が起こりにくい。
【００４８】
（３）製造方法
最後に、図３に図示された半導体光増幅器２８の製造方法について説明する。
【００４９】
まず、ｎ型の（１００）ＩｎＰ基板４の上に有機金属化学気相成長法（metal organic chemical vapor deposition；ＭＯＣＶＤ法）によりｎ型のＩｎＰ下部クラッド層８と、ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸で形成された活性層１０と、ｐ型のＩｎＰ上部クラッド層１２が形成される（１回目成長）。
【００５０】
この際、原料ガスとしては、III族元素に対しては、トリメチルインジウム（trimethylindium；ＴＭＩ）及びトリエチルガリウム（triethylgallium；ＴＥＧ）の何れか一方又は双方が用いられる。一方、Ｖ族元素に対しては、原料ガスとして、ホスフィン（phosphine；ＰＨ３）とアルシン（arsine; ＡｓＨ３）の何れか一方又は双方が用いられる。
【００５１】
また、ドーパント用のガスとしては、ｐ型ドーパントには、ジエチル亜鉛（diethylzinc；ＤＥＺｎ）が用いられる。一方、ｎ型ドーパントには、モノシラン（silane；ＳｉＨ４）が用られる。
【００５２】
次いで、ｐ型のＩｎＰクラッド層１２の上にＣＶＤ法（chemical vapor deposition）によりＳｉＯ２製の絶縁膜が堆積される。
【００５３】
次いで、フォトリソグラフィ技術及びエッチングによって、この絶縁膜がパターニングされ、例えば［０１１］方向に延びる幅約２μｍのストライプ状のＳｉＯ２マスクが形成される。
【００５４】
次いで、このストライプ状のＳｉＯ２マスクの両側に表出されているｐ型の上部ＩｎＰクラッド層１２から、ｎ型の下部ＩｎＰクラッド層８の内部（又は、ｎ型の半導体基板４）に達するまで、１回目の成長で得られた半導体層がドライエッチングされる。このドライエッチングによって、メサ構造６が形成される。
【００５５】
次いで、ＳｉＯ２マスクが残されたまま、ＭＯＣＶＤ法により、メサ構造６の両側面及びｎ型の下部ＩｎＰクラッド８（又は、ｎ型の半導体基板４）の上に、ｐ型のＩｎＰで形成される埋め込み層１４と、ｎ型のＩｎＰで形成される電流狭窄層１６が、順次選択的に形成される（２回目成長）。この成長により、メサ構造６の両側面が、埋め込み層１４と電流狭窄層１６を有するｐｎ埋め込み構造１８によって覆われる。
【００５６】
次いで、メサ構造６の上部を覆うＳｉＯ２マスクが除去される。
【００５７】
次いで、ＭＯＣＶＤ法により、ｐ型のＩｎＧａＰ層で形成される電子障壁層３０と、ｐ型のＩｎＰで形成されるクラッド層２０と、ｐ型のＩｎＧａＡｓで形成されるコンタクト層２２が順次形成される。
【００５８】
次いで、コンタクト層２２の表面及び半導体基板４の裏面に、ｐ側コンタクト電極（図示せず）及びｎ側コンタクト電極（図示せず）が夫々形成される。
【００５９】
その後、半導体基板４と共に、１回目及び２回目成長で形成された半導体層がへき開されて、光入射面３４及び光出射面３８が形成される（図４参照）。
【００６０】
最後に、光入射面３４及び光出射面３８の表面に、ＳｉＯ２等から形成される反射防止膜３２が形成される。
【００６１】
ところで、ＩｎＧａＰとＩｎＰは、格子定数が一致しない。従って、ＩｎＰで形成された、電流狭窄層１６及び上部クラッド層１２の上には、厚さが臨界膜厚以下のＩｎＧａＰでないと、結晶欠陥を伴わずに成長することはできない。
【００６２】
図８は、ＩｎＧａＰの臨界膜厚とＩｎ組成（ＩｎＧａＰをＩｎｘＧａ１-ｘＰと表記した場合のｘ）の関係を示したグラフである。例えば、Ｉｎ０．８Ｇａ０．２Ｐの臨界膜厚は、約４５ｎｍである。
【００６３】
従って、上述したようにＩｎ０．８Ｇａ０．２Ｐで電子障壁層３０を形成した場合には、ＩｎＧａＰの厚さは、４５ｎｍ以下、例えば１０ｎｍが好ましい。
【００６４】
（実施の形態２）
本実施の形態は、実施の形態１に従う半導体光増幅器において、ｐｎ埋め込み層１８と電子障壁層３０の間に、更に別の電子障壁層が追加された半導体光増幅器に係るものである。
【００６５】
（１）装置構成
図９は、本実施の形態に従う半導体光増幅器の要部断面図である。一方、本実施の形態に従う半導体光増幅器４２の平面構造は、図４を参照して説明した実施の形態１に従う半導体光増幅器２８の平面構造と同じである。
【００６６】
図９に示すように、本実施の形態に従う光半導体装置４２には、実施の形態１に従う半導体光増幅器２８において、ｐｎ埋め込み構造１８と電子障壁層３０の間に伝導帯の下端のエネルギーがＩｎＰより高い、ｐ型の半導体材料で形成された第２の電子障壁層４４が配置される。尚、実施の形態１に従う半導体光増幅器２８が備えている電子障壁層３０は、以後第１の電子障壁層と呼ぶこととする。
【００６７】
ここで、第２の電子障壁層４４を形成する半導体材料は、第１の電子障壁層３０を形成する半導体材料と同じでも異なっていてもよい。すなわち、第２の電子障壁層４４は、ＩｎＧａＰで形成されてもよいし、異なる材料、例えばＩｎＡｌＡｓやＡｌＧａＩｎＡｓで形成されてもよい。また、第１の電子障壁層３０と同じくＩｎＧａＰで第２の電子障壁層４４が形成される場合、第２の電子障壁層４４を形成するＩｎＧａＰの組成は、第１の電子障壁層３０を形成するＩｎＧａＰの組成と同じであっても異なっていてもよい。
【００６８】
本実施の形態では、第１及び第２の電子障壁層３０,４４は、その厚さの和が臨界膜厚を越えないように形成される。例えば、第１及び第２の電子障壁層３０,４４が共にＩｎ０．８Ｇａ０．２Ｐで形成された場合には、第１及び第２の電子障壁層３０,４４の膜厚の和が、ＩｎＰ上のＩｎ０．８Ｇａ０．２Ｐの臨界膜厚４５ｎｍを越えないように形成される。
【００６９】
例えば、第１の電子障壁層３０が１０ｎｍの厚さに形成され、第２の電子障壁層３０が５ｎｍの厚さに形成される。
【００７０】
（２）動  作
本実施の形態に従う半導体光増幅器４２の動作は、実施の形態１に従う半導体光増幅器２８の動作と略同じである。
【００７１】
但し、２層の電子障壁層３０,４４が一体となってｐｎ埋め込み構造１８の上に厚い電子障壁（例えば、１５ｎｍ）を形成するので、第１の電子障壁層だけの場合より、（ｐｎ埋め込み構造１８於ける）電子雪崩降伏によって生成される電子の流れ（すなわち、リーク電流）がより有効に阻止される。
【００７２】
一方、メサ構造６の上には一層の薄い第１の電子障壁層３０（例えば、５ｎｍ）しか存在しないので、クラッド層２０から上部クラッド層１８へ正孔が円滑に流れる。従って、低い印加電圧でも正孔が容易に活性層１０に注入される。特に、正孔に対しても障壁となる半導体材料で電子障壁層３０が形成される場合には、この傾向は顕著である。
【００７３】
すなわち、本実施の形態に従う半導体光増幅器４２によれば、実施の形態１に従う半導体光増幅器２８に比べ、ｐｎ埋め込み構造１８のリーク電流がより効果的に抑制されると同時に、活性層１０への正孔の注入がより円滑になり動作電圧が低くなる。
【００７４】
（３）製造方法
本実施の形態に従う半導体光増幅器４２の製造方法は、実施の形態１に従う半導体光増幅器２８の製造方法と略同じである。
【００７５】
まず、電流狭窄層１６が形成されるまでの工程が、実施の形態１で説明した半導体光増幅器２８の製造方法と同様に実施される。
【００７６】
但し本実施の形態では、電流狭窄層１６が選択的に形成された後も、ＭＯＣＶＤ法による成長が継続され、電流狭窄層１６の上に、第２の電子障壁層４４が選択的に形成される。
【００７７】
以後、実施の形態１で説明した半導体光増幅器２８の製造方法と略同じ工程が実施される。
【００７８】
（実施の形態３）
本実施の形態は、実施の形態１に従う半導体光増幅器２８において、メサ構造６を形成する上部クラッド層１２の内部に、第３の電子障壁層が配置された半導体光増幅器に係るものである。
【００７９】
（１）装置構成
図１０は、本実施の形態に従う半導体光増幅器４６の要部断面図である。一方、本実施の形態に従う半導体光増幅器４６の平面構造は、図４を参照して説明した実施の形態１に従う半導体光増幅器２８の平面構造と同じである。
【００８０】
図１０に示すように、本実施の形態に従う光半導体装置４６には、実施の形態１に従う半導体光増幅器２８において、（メサ構造６を形成する）上部クラッド層１２の内部に、伝導帯の下端のエネルギーがＩｎＰより高いｐ型の半導体材料で形成された第２の電子障壁層４８が、半導体基板４に対して平行に配置される。
【００８１】
ここで、第３の電子障壁層４８を形成する半導体材料は、第１又は第２の電子障壁層３０,４４を形成する半導体材料と同じであっても異なっていてもよい。すなわち、第３の電子障壁層４８は、ＩｎＧａＰで形成されてもよいし、異なる材料、例えばＩｎＡｌＡｓやＡｌＧａＩｎＡｓで形成されてもよい。
【００８２】
また、第１の電子障壁層３０と同じくＩｎＧａＰで第３の電子障壁層４８が形成される場合、第３の電子障壁層４８を形成するＩｎＧａＰの組成は、第１の電子障壁層３０を形成するＩｎＧａＰの組成と同じであっても異なっていてもよい。
【００８３】
（２）動  作
本実施の形態に従う半導体光増幅器４６の動作は、実施の形態１に従う半導体光増幅器２８の動作と略同じである。図１１は、図１０のＸ´―Ｙ´線に沿ったバンド・ダイヤグラムである。
【００８４】
但し、図１０及び図１１に示すように、上部クラッド層１２の内部に第３の電子障壁層４８が配置されているので、実施の形態１に従う半導体光増幅器２８より、活性層１０に近い位置で活性層１０から溢れ出した電子をせき止めることができる。
【００８５】
このため、活性層１０を溢れ出した電子が、ｐ型の上部クラッド層１２の正孔と再結合する頻度が少なくなる。
【００８６】
従って、本実施の形態に従う半導体光増幅器４６は、実施の形態１に従う半導体光増幅器２８より、電子の溢れ出し（オーバーフロー）を、より効果的に抑制することができる。
【００８７】
故に、本実施の形態に従う半導体光増幅器４６では、実施の形態１に従う半導体光増幅器２８よりも、活性層１０への電子の注入効率が更に向上する。従って、利得飽和が起こりにくい。
【００８８】
（３）製造方法
本実施の形態に従う半導体光増幅器４６の製造方法は、実施の形態１に従う半導体光増幅器２８の製造方法と略同じである。
【００８９】
但し、ＭＯＣＶＤ法による最初の結晶成長工程（１回目成長）で、ｎ型の（１００）ＩｎＰ基板４の上に、ｎ型のＩｎＰ下部クラッド層８と、ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸である活性層１０と、ｐ型のＩｎＰ上部クラッド層１２の一部と、例えばＩｎＧａＰで形成される第３の電子障壁層４８と、残りのＩｎＰ上部クラッド層１２が順次形成される。
【００９０】
その他の点では、本実施の形態に従う半導体光増幅器４６の製造方法は、実施の形態１に従う半導体光増幅器２８の製造方法と略同じである。
【００９１】
（使用例）
図１２は、実施の形態１乃至３に従う半導体光増幅器２８,４２,４６と他の光学部品が組合わされた半導体光増幅器モジュール５０の概念図である。
【００９２】
本使用例に従う半導体光増幅器モジュール５０は、信号光６０が入力される入力側光ファイバ５２と、入力側光ファイバ５２が出射した信号光６０を集光して半導体光増幅器２８,４２,４６の光入射面３４に照射する入力側レンズ系５４と、（実施の形態１乃至３に従う）半導体光増幅器２８,４２,４６の何れか一つと、半導体光増幅器２８,４２,４６が増幅しその光出射面３８から放出された信号光（増幅光６２）を集光して出力側光ファイバ５８の光入射端面に照射する出力側レンズ系５６と、増幅光６２を出力する出力側光ファイバ５８と、これらの部材が装着される筐体６４を具備している。
【００９３】
また、半導体光増幅器モジュール５０は、外部電源が接続される正負一対の端子（図示せず）と、この一対の端子と半導体光増幅器２８,４２,４６のｐ側及びｎ側電極を電気的に接続する配線を有している。
【００９４】
次に、この半導体光増幅器モジュール５０を動作させるため、使用者は、上記外部電源を駆動して、所望の光利得に応じた励起電流を、半導体光増幅器２８,４２,４６に供給する。この時、従来は（ｐｎ埋め込み構造１８に於ける）電子雪崩降伏によりリーク電流が急増してしまため用いることのできなかった大電流を、半導体光増幅器２８,４２,４６に供給してもよい。
【００９５】
次に、使用者は、信号光６０を入力側光ファイバ５２に入力する。
【００９６】
すると、出力側光ファイバ５８に増幅光６２が出力される。この時、出力側光ファイバ５８が所望の装置に接続されていれば、使用者は、増幅光６２を利用することができる。
【００９７】
以上の例は、半導体光増幅器２８,４２,４６を、個別の装置として使用した例である。しかし、半導体光増幅器２８,４２,４６の使用形態は、このような個別の装置としての使用例に限られるものではない。例えば、集積化光半導体装置の構成要素、例えば光ゲートスイッチとして、半導体光増幅器２８,４２,４６を使用してもよい。
【００９８】
（変形例）
以上、半導体光増幅器を例として本発明を説明した。しかし、本発明の適用可能な光半導体装置は、半導体光増幅器に限られるものではない。例えば、本発明は、半導体レーザ装置等の他の光半導体装置にも適用可能である。
【００９９】
また、電子障壁層を形成する主要な半導体材料としてＩｎＧａＰを例示したが、他の半導体材料例えば、ＩｎＡｌＡｓやＡｌＧａＩｎＡｓを利用することもできる。
【０１００】
例えば、実施の形態１に従う半導体光増幅器２８に於いてＩｎ０.８Ｇａ０．２Ｐで形成された電子障壁層３０を、Ｉｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓ又はＩｎ０．５３Ａｌ０．３５Ｇａ０．１２Ａｓで置き換えてもよい。但し、Ｉｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓの方が、Ｉｎ０．５３Ａｌ０．３５Ｇａ０．１２Ａｓより電子に対する障壁層を高くするので好ましい。尚、Ｉｎ０．５３Ａｌ０．３５Ｇａ０．１２Ａｓの電子に対する障壁層の高さは、Ｉｎ０.８Ｇａ０．２Ｐと略同じである。また、Ｉｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓ及びＩｎ０．５３Ａｌ０．３５Ｇａ０．１２ＡｓはＩｎＰに格子整合するので、膜厚に制限はない。
【０１０１】
また、実施の形態１乃至３では、半導体光増幅器を形成する各半導体層が、ＩｎＰを主要成分とする半導体材料によって形成されている例（所謂、ＩｎＰ系光半導体装置）について説明した。
【０１０２】
しかし、本発明が適用可能な光半導体装置は、このようなＩｎＰ系の光半導体装置に限られるものではなく、例えばＧａＡｓを主成分とする半導体層によって形成された光半導体装置（所謂、ＧａＡｓ系光半導体装置）等、他の半導体材料を主成分とする半導体層によって形成される光半導体装置にも適用可能である。
【０１０３】
例えば、電子障壁層をＡｌＧａＡｓで形成すれば、本発明を、ＧａＡｓ系光半導体装置に適用することができる。この場合、電子障壁層は正孔に対しても障壁層として機能する。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】従来の半導体光増幅器の断面を説明する図である。
【図２】電流注入型光半導体装置に於ける電流リークを説明する概念図である。
【図３】実施の形態１に従う半導体光増幅器の要部断面図である。
【図４】実施の形態１に従う半導体光増幅器の要部平面図である。
【図５】実施の形態１に従う半導体光増幅器のＸ―Ｙ線に沿ったバンド・ダイヤグラムである。
【図６】実施の形態１に従う半導体光増幅器のＸ´―Ｙ´線に沿ったバンド・ダイヤグラムである。
【図７】実施の形態１に従う半導体光増幅器に於けるオーバーフローの抑制を説明する概念図である。
【図８】ＩｎＧａＰの臨界膜厚とＩｎ組成の関係を示した図である。
【図９】実施の形態２に従う半導体光増幅器の要部断面図である。
【図１０】本実施の形態３に従う半導体光増幅器の要部断面図である。
【図１１】実施の形態３に従う半導体光増幅器のＸ´―Ｙ´線に沿ったバンド・ダイヤグラムである。
【図１２】実施の形態１乃至３に従う半導体光増幅器と他の光学部品を組合わせた半導体光増幅器モジュールの概念図である。
【符号の説明】
【０１０５】
２・・・半導体光増幅器      ４・・・半導体基板        ６・・・メサ構造
８・・・下部クラッド層      １０・・・活性層      １２・・・上部クラッド層
１４・・・埋め込み層      １６・・・電流狭窄層      １８・・・ｐｎ埋め込み構造
２０・・・クラッド層      ２２・・・コンタクト層
２４・・・n-p-n-pサイリスタ構造      ２６・・・リーク電流
２７・・・活性層からの電子の溢れ（オーバーフロー）
２８・・・実施の形態１に従う半導体光増幅器
３０・・・（第１の）電子障壁層        
３２・・・反射防止膜      ３１,４１,４３・・・ｐｎ接合      
３３,３３´・・・伝導帯下端      ３４・・・光入射面      
３５・・・価電子帯上端      ３６・・・信号光      
３７・・・電子      ３８・・・光出射面
３９・・・正孔      ４０・・・増幅光  
４２・・・実施の形態２に従う半導体光増幅器
４４・・・（第２の）電子障壁層      ４６・・・実施の形態３に従う半導体光増幅器
４８・・・（第３の）電子障壁層      ５０・・・半導体光増幅器モジュール
５２・・・入力側光ファイバ      ５４・・・入力側レンズ系
５６・・・出力側レンズ系    ５８・・・出力側光ファイバ
６０・・・信号光      ６２・・・増幅光      ６４・・・筐体  
【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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