(57)【要約】【課題】Ａｌ系半導体材料の酸化とサイドエッチの影響の小さい半導体光集積素子を、簡便な作製プロセスで提供する。【解決手段】同一の基板１０上に、Ａｌ系半導体材料からなる活性層１３を備えるレーザ部１の光導波路とＡｌ系半導体材料からなる変調器層１８を備える変調器部２の光導波路とをモノリシック集積した半導体光集積素子において、活性層１３及び変調器層１８の下層側に、非Ａｌ系半導体材料からなる共通光導波路層１１を設けると共に、共通光導波路層１１の上層側、かつ、レーザ部１の光導波路と変調器部２の光導波路との間に、非Ａｌ系半導体材料からなる結合部３を設け、結合部３の光導波路のリッジ幅Ｗcを、レーザ部１の光導波路、変調器部２の光導波路のリッジ幅ＷA、ＷBより大きくする。【選択図】図２
2009094410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の半導体基板上に、Ａｌを含む半導体材料からなる活性層を備えるレーザ部光導波路とＡｌを含む半導体材料からなる変調器層を備える変調器部光導波路とをモノリシック集積した半導体光集積素子において、
前記活性層及び前記変調器層の上層側又は下層側に、Ａｌを含まない半導体材料からなる共通光導波路層を設けると共に、
前記共通光導波路層の上層側、かつ、前記レーザ部光導波路と前記変調器部光導波路との間に、Ａｌを含まない半導体材料からなる結合部光導波路を設け、
前記結合部光導波路のリッジ幅を、前記レーザ部光導波路及び前記変調器部光導波路のリッジ幅より大きくすることを特徴とする半導体光集積素子。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体光集積素子において、
Ａｌを含まない半導体材料からなる窓構造部を、当該半導体光集積素子の端部に設け、
前記活性層及び前記変調器層の端面を前記窓構造部で覆って、空気中に露出しないようにしたことを特徴とする半導体光集積素子。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体光集積素子において、
前記窓構造部の光導波路のリッジ幅を、前記レーザ部光導波路又は前記変調器部光導波路の少なくとも一方のリッジ幅より大きくすることを特徴とする半導体光集積素子。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の半導体光集積素子において、
前記レーザ部光導波路の両側面又は前記変調器部光導波路の両側面の少なくとも一方を、Ｒｕドープ半絶縁性半導体材料により埋め込むことを特徴とする半導体光集積素子。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体光集積素子において、
前記共通光導波路層が、前記活性層及び前記変調器層の上層側に設けられている場合、前記共通光導波路層の両側面まで、前記Ｒｕドープ半絶縁性半導体材料で埋め込むことを特徴とする半導体光集積素子。
【請求項６】
同一の半導体基板上に、Ａｌを含む半導体材料からなる活性層を備えるレーザ部光導波路とＡｌを含む半導体材料からなる変調器層を備える変調器部光導波路とをモノリシック集積する半導体光集積素子の作製方法において、
前記半導体基板上に、Ａｌを含まない半導体材料からなる共通光導波路層を形成し、
前記共通光導波路層上に、半導体層を形成し、
前記半導体層上に、前記活性層と前記変調器層とを隣接して形成すると共に、前記活性層と前記変調器層との隣接部分を除去し、
除去した前記隣接部分に、Ａｌを含まない半導体材料からなる結合部光導波路を形成し、
前記結合部光導波路のリッジ幅を、前記レーザ部光導波路及び前記変調器部光導波路のリッジ幅より大きく形成することを特徴とする半導体光集積素子の作製方法。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体光集積素子の作製方法において、
前記隣接部分を除去する際、当該半導体光集積素子の端部となる前記活性層及び前記変調器層の端部も同時に除去し、
前記結合部を形成する際、除去した前記端部部分に、Ａｌを含まない半導体材料からなる窓構造部を同時に形成し、前記活性層及び前記変調器層の端面を前記窓構造部で覆って、空気中に露出しないようにすることを特徴とする半導体光集積素子の作製方法。
【請求項８】
同一の半導体基板上に、Ａｌを含む半導体材料からなる活性層を備えるレーザ部光導波路とＡｌを含む半導体材料からなる変調器層を備える変調器部光導波路とをモノリシック集積する半導体光集積素子の作製方法において、
前記半導体基板上に、前記活性層と前記変調器層とを隣接して形成すると共に、前記活性層と前記変調器層との隣接部分を除去し、
除去した前記隣接部分に、Ａｌを含まない半導体材料からなる半導体層を形成し、
前記活性層、前記変調器層及び前記半導体層上に、他の半導体層を形成し、
前記他の半導体層上に、Ａｌを含まない半導体材料からなる共通光導波路層を形成し、
前記隣接部分の上層にＡｌを含まない半導体材料からなる結合部光導波路を形成し、
前記結合部光導波路のリッジ幅を、前記レーザ部光導波路及び前記変調器部光導波路のリッジ幅より大きく形成することを特徴とする半導体光集積素子の作製方法。
【請求項９】
請求項８に記載の半導体光集積素子の作製方法において、
前記隣接部分を除去する際、当該半導体光集積素子の端部となる前記活性層及び前記変調器層の端部も同時に除去し、
前記半導体層を形成する際、除去した前記端部部分に前記半導体層を同時に形成することにより窓構造部を形成し、前記活性層及び前記変調器層の端面を前記窓構造部で覆って、空気中に露出しないようにすることを特徴とする半導体光集積素子の作製方法。
【請求項１０】
請求項７又は請求項９に記載の半導体光集積素子の作製方法において、
前記窓構造部の光導波路のリッジ幅を、前記レーザ部光導波路又は前記変調器部光導波路の少なくとも一方のリッジ幅より大きく形成することを特徴とする半導体光集積素子の作製方法。
【請求項１１】
請求項６から請求項１０のいずれか１つに記載の半導体光集積素子の作製方法において、
前記レーザ部光導波路の両側面又は前記変調器部光導波路の両側面の少なくとも一方を、Ｒｕドープ半絶縁性半導体材料により埋め込むことを特徴とする半導体光集積素子の作製方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の半導体光集積素子の作製方法において、
前記共通光導波路層が、前記活性層及び前記変調器層の上層側に設けられている場合、前記共通光導波路層の両側面まで、前記Ｒｕドープ半絶縁性半導体材料で埋め込むことを特徴とする半導体光集積素子の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、光通信用モジュール、光通信システムの光変調器集積化光源に用いる半導体光集積素子及びその作製方法に関する。
【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、低温から高温にわたる広い範囲の環境温度でも、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】
光変調器集積化光源となる半導体光集積素子の高温動作化を考えた場合に、多重量子井戸構造のＤＦＢ（Distributed feedback）レーザと多重量子井戸構造の電界吸収型光変調器（ＥＡ（Electro-Absorption）変調器と称する。）を、どちらもＡｌ系半導体材料（ＩｎＧａＡｌＡｓ系材料等）を用いて作製、モノリシック集積し、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１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】M. R. Gokhale, et al., "Uncooled, 10Gb/s 1310nm Electroabsorption Modulated Laser", Optical Fiber Communications Conference, 2003, PD42
【非特許文献２】Kenichiro Yashiki, et al., "10-GB/s 23-km Penalty-Free Operation of 1310-nm Uncooled EML With Semi-Insulating BH Structure", IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 18, No.1, January 1, 2006, PP109-111
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
Ａｌ系半導体材料は、高温動作に優れる反面、材料の取り扱いの難しさに問題がある。
図２２は、半導体レーザと半導体光変調器を、同一基板上にモノリシック集積する際に良く用いられるバットジョイント（以下、ＢＪと略す。）法を模式的に表したものであり、良好なＢＪ構造を示している。
まず、基板５０上に、半導体レーザ部となる活性層５１を積層し、その上部にクラッド層５２を積層する（図２２（ａ））。その後、最初に集積したい半導体レーザ部の部分に酸化絶縁膜マスク５３（以下、マスク５３と称する。）を形成する（図２２（ｂ））。その後、エッチング溶液でマスク５３のかかっていない部分を削り取る（図２２（ｃ）。以下、この工程をウェットエッチングと称する。）。その後、ウェットエッチングした部分に半導体光変調器部となる変調器層５４、クラッド層５５を結晶再成長することで、半導体レーザ部と半導体光変調器部を、一つの基板５０上にモノリシック集積を行っている（図２２（ｄ））。
【０００６】
図２３は、Ａｌ系半導体材料にＢＪ法を適用した場合に起こる問題点を、模式的に表した図である。
Ａｌ系半導体材料でＢＪ法を行う場合も、図２２に示す方法と同様、残しておきたい部分にマスク５３を形成しておき、マスク５３が形成されていない部分をエッチング溶液で削り取る。ところが、Ａｌ系半導体材料では、図２３（ａ）の符号Ｓに示すように、エッチング溶液がマスク５３の下に入り込み、残しておきたい部分まで削り取ってしまう（以下、サイドエッチと称する）。これは、Ａｌ系半導体材料では、従来のＰ系半導体材料（ＩｎＧａＡｓＰ系材料）に比べ、サイドエッチＳの量が大きいためである。ウェットエッチングの後、通常のＢＪ法と同様に、半導体光変調器部となる変調器層５４、クラッド層５５を結晶再成長し、同一基板５０上にモノリシック集積を行うことになる。しかしながら、サイドエッチＳの量が多いと、図２３（ｂ）に示すように、半導体レーザ部と半導体光変調器部との結合部分に空孔部５７が残ってしまい、半導体レーザ部と半導体光変調器部がきれいに結合されなくなる。そのため、半導体レーザ部と半導体光変調器部の結合効率が劣化し、光出力を減少させることが問題となっていた。
【０００７】
又、Ａｌ系半導体材料では、空気中で容易に酸化してしまうことも問題となっている。半導体を再成長しようとする場合に、表面が酸化していると、結晶再成長を行うことが出来なくなる。図２４（ａ）の符号５８は、ＢＪ法の際に、半導体レーザ部となる活性層５１の端面が酸化した様子を表している。活性層５１の端面が酸化している状態でＢＪ法を行うと、結合部分でうまく結晶成長が出来ず、図２４（ｂ）に示すように、空孔部５９が残ってしまう。そのため、半導体レーザ部と半導体光変調器部の結合効率が劣化し、光出力を減少させる原因となっていた。
【０００８】
Ａｌ系半導体材料の酸化への対処方法として、半導体レーザ部と半導体光変調器部を一度に成長する選択成長技術が報告されている。この方法では、結晶成長の過程でＡｌ系半導体材料を一度も空気中に出さないために酸化の影響を抑制できると報告されている（非特許文献２）。しかしながら、これらの工程は、全て難易度が高く、歩留まりの向上が難しい、量産に向かないという問題点があった。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、Ａｌ系半導体材料を用いて同一の基板上に半導体レーザと半導体光変調器を集積する際に、結合効率が劣化する問題を、従来技術のような難易度の高い作製プロセスを用いることなく、簡便な作製プロセスで解決することである。すなわち、簡便な作製プロセスで、Ａｌ系半導体材料の酸化とサイドエッチの影響を抑制した半導体光集積素子及びその作製方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する第１の発明に係る半導体光集積素子は、
同一の半導体基板上に、Ａｌを含む半導体材料からなる活性層を備えるレーザ部光導波路とＡｌを含む半導体材料からなる変調器層を備える変調器部光導波路とをモノリシック集積した半導体光集積素子において、
前記活性層及び前記変調器層の上層側又は下層側に、Ａｌを含まない半導体材料からなる共通光導波路層を設けると共に、
前記共通光導波路層の上層側、かつ、前記レーザ部光導波路と前記変調器部光導波路との間に、Ａｌを含まない半導体材料からなる結合部光導波路を設け、
前記結合部光導波路のリッジ幅を、前記レーザ部光導波路及び前記変調器部光導波路のリッジ幅より大きくすることを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する第２の発明に係る半導体光集積素子は、
上記第１発明に記載の半導体光集積素子において、
Ａｌを含まない半導体材料からなる窓構造部を、当該半導体光集積素子の端部に設け、
前記活性層及び前記変調器層の端面を前記窓構造部で覆って、空気中に露出しないようにしたことを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する第３の発明に係る半導体光集積素子は、
上記第２の発明に記載の半導体光集積素子において、
前記窓構造部の光導波路のリッジ幅を、前記レーザ部光導波路又は前記変調器部光導波路の少なくとも一方のリッジ幅より大きくすることを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する第４の発明に係る半導体光集積素子は、
上記第１〜第３のいずれか１つの発明に記載の半導体光集積素子において、
前記レーザ部光導波路の両側面又は前記変調器部光導波路の両側面の少なくとも一方を、Ｒｕドープ半絶縁性半導体材料により埋め込むことを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決する第５の発明に係る半導体光集積素子は、
上記第４の発明に記載の半導体光集積素子において、
前記共通光導波路層が、前記活性層及び前記変調器層の上層側に設けられている場合、前記共通光導波路層の両側面まで、前記Ｒｕドープ半絶縁性半導体材料で埋め込むことを特徴とする。
【００１５】
上記課題を解決する第６の発明に係る半導体光集積素子の作製方法は、
同一の半導体基板上に、Ａｌを含む半導体材料からなる活性層を備えるレーザ部光導波路とＡｌを含む半導体材料からなる変調器層を備える変調器部光導波路とをモノリシック集積する半導体光集積素子の作製方法において、
前記半導体基板上に、Ａｌを含まない半導体材料からなる共通光導波路層を形成し、
前記共通光導波路層上に、半導体層を形成し、
前記半導体層上に、前記活性層と前記変調器層とを隣接して形成すると共に、前記活性層と前記変調器層との隣接部分を除去し、
除去した前記隣接部分に、Ａｌを含まない半導体材料からなる結合部光導波路を形成し、
前記結合部光導波路のリッジ幅を、前記レーザ部光導波路及び前記変調器部光導波路のリッジ幅より大きく形成することを特徴とする。
【００１６】
上記課題を解決する第７の発明に係る半導体光集積素子の作製方法は、
上記第６発明に記載の半導体光集積素子の作製方法において、
前記隣接部分を除去する際、当該半導体光集積素子の端部となる前記活性層及び前記変調器層の端部も同時に除去し、
前記結合部を形成する際、除去した前記端部部分に、Ａｌを含まない半導体材料からなる窓構造部を同時に形成し、前記活性層及び前記変調器層の端面を前記窓構造部で覆って、空気中に露出しないようにすることを特徴とする。
【００１７】
上記課題を解決する第８の発明に係る半導体光集積素子の作製方法は、
同一の半導体基板上に、Ａｌを含む半導体材料からなる活性層を備えるレーザ部光導波路とＡｌを含む半導体材料からなる変調器層を備える変調器部光導波路とをモノリシック集積する半導体光集積素子の作製方法において、
前記半導体基板上に、前記活性層と前記変調器層とを隣接して形成すると共に、前記活性層と前記変調器層との隣接部分を除去し、
除去した前記隣接部分に、Ａｌを含まない半導体材料からなる半導体層を形成し、
前記活性層、前記変調器層及び前記半導体層上に、他の半導体層を形成し、
前記他の半導体層上に、Ａｌを含まない半導体材料からなる共通光導波路層を形成し、
前記隣接部分の上層にＡｌを含まない半導体材料からなる結合部光導波路を形成し、
前記結合部光導波路のリッジ幅を、前記レーザ部光導波路及び前記変調器部光導波路のリッジ幅より大きく形成することを特徴とする。
【００１８】
上記課題を解決する第９の発明に係る半導体光集積素子の作製方法は、
上記第８の発明に記載の半導体光集積素子の作製方法において、
前記隣接部分を除去する際、当該半導体光集積素子の端部となる前記活性層及び前記変調器層の端部も同時に除去し、
前記半導体層を形成する際、除去した前記端部部分に前記半導体層を同時に形成することにより窓構造部を形成し、前記活性層及び前記変調器層の端面を前記窓構造部で覆って、空気中に露出しないようにすることを特徴とする。
【００１９】
上記課題を解決する第１０の発明に係る半導体光集積素子の作製方法は、
上記第７又は第９の発明に記載の半導体光集積素子の作製方法において、
前記窓構造部の光導波路のリッジ幅を、前記レーザ部光導波路又は前記変調器部光導波路の少なくとも一方のリッジ幅より大きく形成することを特徴とする。
【００２０】
上記課題を解決する第１１の発明に係る半導体光集積素子の作製方法は、
上記第６〜第１０のいずれか１つの発明に記載の半導体光集積素子の作製方法において、
前記レーザ部光導波路の両側面又は前記変調器部光導波路の両側面の少なくとも一方を、Ｒｕドープ半絶縁性半導体材料により埋め込むことを特徴とする。
【００２１】
上記課題を解決する第１２の発明に係る半導体光集積素子の作製方法は、
上記第１１発明に記載の半導体光集積素子の作製方法において、
前記共通光導波路層が、前記活性層及び前記変調器層の上層側に設けられている場合、前記共通光導波路層の両側面まで、前記Ｒｕドープ半絶縁性半導体材料で埋め込むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、極めて容易な作製プロセスで、Ａｌ系半導体材料を用いる際の酸化、サイドエッチといった問題を抑制し、集積化した光素子間の光結合効率を、少なくとも８０％以上、更には、９０％以上にすることが可能である。その結果として、低温から高温までの広い動作温度範囲で、特性劣化の小さな高信頼性の半導体光集積素子を実現することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は、本発明に係る半導体光集積素子の実施形態の一例を示す概略断面図であり、図２は、その斜視図である。
【００２４】
本発明に係る半導体光集積素子は、ＥＡ−ＤＦＢレーザと呼ばれるものであり、Ａｌを含む半導体材料（以降、Ａｌ系半導体材料と呼ぶ。）からなる活性層１３を備える半導体レーザ部（以降、レーザ部と略す。）１の光導波路と、Ａｌ系半導体材料からなる変調器層１８を備える半導体光変調器部（以降、変調器部と略す。）２の光導波路とを、同一の基板１０上にモノリシック集積したものである。更に、レーザ部１と変調器部２との間に形成された結合部３の光導波路と、レーザ部１の端部側方に形成された窓構造部４の光導波路と、変調器部２の端部側方に形成された窓構造部５の光導波路とを有する。
【００２５】
レーザ部１は、下部クラッド層となる基板１０と、共通光導波路層１１及び半導体層１２と、Ａｌ系半導体材料からなり、レーザ光を発振する活性層１３と、活性層１３上方の回折格子１５と、上部クラッド層２３と、コンタクト層２４、２５から構成される。レーザ部１において、共通光導波路層１１、半導体層１２及び活性層１３は、コア層を構成している。なお、共通光導波路層１１は、活性層１３及び変調器層１８の下方側（基板１０側）に、活性層１３及び変調器層１８の導波方向に沿って形成されており、Ａｌを含まない半導体材料（以降、非Ａｌ系半導体材料と呼ぶ。）から形成されている。又、半導体層１２、上部クラッド層１３も、非Ａｌ系半導体材料から形成されている。
【００２６】
変調器部２は、下部クラッド層となる基板１０と、共通光導波路層１１及び半導体層１２と、Ａｌ系半導体材料からなり、活性層１３から発振されたレーザ光を変調する変調器層１８と、上部クラッド層２３と、コンタクト層２４、２５から構成される。変調器部２において、共通光導波路層１１、半導体層１２及び変調器層１８は、コア層を構成している。
【００２７】
結合部３は、活性層１３と変調器層１８とを光結合する役割を果たすものであり、下部クラッド層となる基板１０と、共通光導波路層１１と、半導体層１２と、上部クラッド層２３とから構成される。結合部３においては、共通光導波路層１１がコア層を構成している。
【００２８】
窓構造部４、５は、下部クラッド層となる基板１０と、共通光導波路層１１と、半導体層１２と、上部クラッド層２３とから構成される。窓構造部４、５においては、共通光導波路層１１がコア層を構成している。窓構造部４、５は、Ａｌ系半導体材料から形成された活性層１３及び変調器層１８の端面が空気に触れないようにする役割を果たすものであり、そのため、共通光導波路層１１、半導体層１２の上面に、非Ａｌ系半導体材料からなる上部クラッド層２３を形成することにより、活性層１３及び変調器層１８の端面を覆うような構造としている。
【００２９】
レーザ部１（窓構造部４）、変調器部２（窓構造部５）及び結合部３は、リッジ型光導波路構造に形成されており、それらのリッジ幅ＷA、ＷB、ＷCは、活性層１３と共通光導波路層１１をあわせて一つの単一モード光導波路となるように、かつ、共通光導波路層１１と変調器層１８をあわせて一つの単一モード光導波路となるように、各々設定されている。このように、活性層１３及び共通光導波路層１１、共通光導波路層１１及び変調器層１８を、単一モード光導波路となるように構成することにより、活性層１３と変調器層１８との間の結合効率を上げている。このため、モノリシック集積化の際に、サイドエッチ発生の結果、Ａｌ系半導体材料のＢＪ法がたとえうまくいかなくても、活性層１３と変調器層１８との間の結合効率の低下を抑制することができる。
【００３０】
このような構成により、本発明に係る半導体光集積素子においては、活性層１３から放出された光は、活性層１３と共通光導波路層１１とがあわせて単一モード光導波路になるように導波され、更に、共通光導波路層層１１と変調器層１８とがあわせて単一モード光導波路になるように導波されて、窓構造部５の端面から出射されることになる。
【００３１】
上述したように、本発明に係る半導体光集積素子においては、共通光導波路１１を備えると共に、レーザ部１と変調器部２とを光結合する結合部３を備えている。更に、レーザ部１と共通光導波路層７があわせて単一モード光導波路になるように、光導波路部のリッジ幅ＷAを決定している。加えて、変調器部２と共通光導波路層７があわせて単一モード光導波路になるように、光導波路部のリッジ幅ＷBを決定している。更に加えて、共通光導波路層１１が単一モード光導波路になるように光導波路部リッジ幅ＷCを決定している。つまり、本発明に係る半導体光集積素子においては、単一モード条件が許される範囲でリッジ幅ＷA、ＷB、ＷC、を決定することにより、結合効率を向上させている。
【００３２】
以下に、本発明の効果を、計算結果を用いて詳細に説明する。以下の計算には、光導波路等の設計の際にシミュレーションを行う計算ソフト「APSS」（バージョン：２．３ｇ、Apollo Photonics社製）を用いた。
【００３３】
図３は、レーザ部１の断面構造において、その光のフィールド分布の計算結果の一例を示している。レーザ部１は左右対称の構造なので、計算を軽減するため右半分のみの計算で光のフィールド分布を求めている。図３中の黒い直線は、計算を行った構造の輪郭を表している。１０は基板、１１は共通光導波路層、１３は活性層、２３はクラッド層、３０は空気を表している。図３に示すドットの分布が光のフィールド分布を示し、濃いドットの部分が最もフィールド強度が強く、薄いドットの部分が最もフィールド強度が弱い。この結果は、リッジ幅ＷAが２．０μｍの場合について計算したものである。図３において、濃いドットから薄いドットまでの光のフィールド分布はほぼ円形であり、リッジ構造の下部に閉じ込められて、光が分布していることがわかる。又、図３が、左右対称の右半分を示していることを考慮すれば、光のフィールドは、単一の分布（単一モード）を有していることがわかる。
【００３４】
図４は、上記計算に用いたレーザ部１の断面構造を示している。１０は基板（ｎ−ＩｎＰ）、１１は共通光導波路層（ＩｎＧａＡｓＰ、ＰＬ波長が１．３μｍとなる組成、０．２μｍ厚）、１２は半導体層（アンドープｉ−ＩｎＰ、２０ｎｍ厚）、１３は活性層、１４、１６は半導体層（アンドープｉ−ＩｎＰ、５０ｎｍ厚）、２３は上部クラッド層（ｐ−ＩｎＰ、２０００ｎｍ厚）、２４はコンタクト層（ＩｎＧａＡｓＰ、２００ｎｍ）、２５はコンタクト層（ＩｎＧａＡｓ、３００ｎｍ）である。１３の活性層は、Ａｌ系半導体材料からなる多重量子井戸構造で、ＰＬ波長１．５５μｍ、厚さ０．２μｍである。ＷAはレーザ部１の光導波路のリッジ幅を表している。
【００３５】
又、図５は、リッジ幅ＷAが３．０μｍのときの光のフィールド分布の計算結果を示している。図５において、濃いドットから薄いドットまでの光のフィールド分布は、リッジ構造の端部の下に閉じ込められて分布していることがわかる。図５が、左右対称の右半分を示していることを考慮すれば、この光のフィールドは、２つのモードを有していることがわかる。このように、光導波路幅が３．０μｍより大きくなると、光導波路中心に対して非対称な複数のモードが生じ、レーザ部１の光導波路が単一モード光導波路ではなくなっていることを示している。
【００３６】
図６（ａ）は、活性層１３の光閉じ込め係数のリッジ幅ＷA依存性の計算結果を示しており、横軸はリッジ幅ＷA、縦軸は光閉じ込め係数である。光閉じ込め係数は、光導波路中心線上（図３のグラフのフィールド計算におけるＹ＝０μｍの位置）での計算結果である。リッジ幅ＷAが小さくなるに従い、横方向の光の閉じ込めが増大し、光のフィールドは活性層１３からもれだす。そのため、リッジ幅ＷAの減少に伴い、活性層１３の閉じ込め係数は減少している。又、前述したように、光導波路中心に対して、非対称な複数のモードが生じるため、３．０μｍより大きくすると、単一モード光導波路ではなくなってくる。
【００３７】
又、図６（ｂ）は、共通光導波路層１１の光閉じ込め係数のリッジ幅ＷA依存性の計算結果を示しており、横軸はリッジ幅ＷA、縦軸は光閉じ込め係数である。光閉じ込め係数は、光導波路中心線上（図３のグラフのフィールド計算におけるＹ＝０μｍの位置）での計算結果である。リッジ幅ＷAが小さいときは、横方向の光の閉じ込めが強く、活性層１３から共通光導波路層１１へ光のフィールドが漏れ出すため、共通光導波路層１１の光閉じ込め係数は大きいが、逆に、リッジ幅ＷAが大きくなるに従い、共通光導波路層１１の光閉じ込め係数は減少する。又、光導波路中心に対して非対称な複数のモードが生じるため、３．０μｍより大きくすると単一モード光導波路ではなくなってくる。
【００３８】
図７は、レーザ部１と変調器部２の間にある結合部３において、その断面構造の光のフィールド分布の計算結果を示している。なお、結合部３も、左右対称の構造であるで、計算を軽減するため、右半分のみの計算で光のフィールドを求めている。図７の黒い直線は、計算を行った構造の輪郭を表している。１０は基板、１１は共通光導波路層、２３はクラッド層、３０は空気を表している。図７のドットの分布は、光のフィールドの分布を示し、濃いドットが最もフィールド強度が強く、薄いドットが最もフィールド強度が弱い。この結果は、リッジ幅が２．０μｍの場合について計算したものである。図７において、濃いドットから薄いドットまでの光のフィールドは、ほぼ円形であり、リッジ構造の中央下部に閉じ込められて分布していることがわかる。又、図７が左右対称の右半分を示していることを考慮すれば、この光のフィールドは、単一の分布（単一モード）を有していることがわかる。
【００３９】
図８は、上記計算に用いた結合部３の断面構造を示している。１０は基板（ｎ−ＩｎＰ）、１１は共通光導波路層（ＩｎＧａＡｓＰ、ＰＬ波長が１．３μｍとなる組成、０．２μｍ厚）、１２は半導体層（アンドープｉ−ＩｎＰ、２０ｎｍ厚）、２３は上部クラッド層（Ｐ−ＩｎＰ、２０００ｎｍ厚）である。
【００４０】
図９は、リッジ幅ＷCが３．８μｍのときの光のフィールド分布の計算結果を示している。図９において、濃いドットから薄いドットまでの光のフィールドは、リッジ構造の端部の下に閉じ込められて分布していることがわかる。図９が、左右対称の右半分を示していることを考慮すれば、この光のフィールドは２つのモードを有していることがわかる。このように、リッジ幅が３．８μｍより大きくなると、光導波路中心に対して非対称な複数のモードが生じ、結合部３の光導波路が単一モード光導波路ではなくなっていることを示している。
【００４１】
図１０は、光導波路中心部線上（図９のグラフのフィールド計算におけるＹ＝０μｍの位置）での共通光導波路層１１の光閉じ込め係数の計算結果を示している。横軸はリッジ幅ＷC、縦軸は共通光導波路層１１の光閉じ込め係数である。共通光導波路層１１の光閉じ込め係数は、リッジ幅ＷCの増大に伴い減少する。又、リッジ幅ＷCを３．８μｍより大きくすると、光導波路中心に対して非対称な複数のモードが生じるので、単一モード光導波路ではなくなってくる。
【００４２】
図１１に、レーザ部１と結合部３の結合効率の計算結果を示す。
横軸は結合部３のリッジ幅ＷC、縦軸はレーザ部１と結合部３の結合効率である。レーザ部１と結合部３の結合効率は、図２で説明すると、リッジ幅ＷAのレーザ部１の光導波路とリッジ幅ＷCの結合部３の光導波路との間の結合効率になる。他のパラメーターとして、レーザ部１のリッジ幅ＷAの値も変化させている。この結果より、リッジ幅ＷAに依存することなく、リッジ幅ＷCが１．５μｍから２．０μｍに増加するに伴い、結合効率が増加しており、リッジ幅ＷCが２．５μｍ以上になると、結合効率が減少することがわかる。リッジ幅ＷAが、２．０、２．５μｍの場合には、リッジ幅ＷCが２．０μｍ以上３．５μｍ以下において、結合効率を８０％以上にすることが出来る。更に、リッジ幅ＷAが、１．５μｍの場合には、リッジ幅ＷCが２．０μｍ以上３．０μｍ以下において、結合効率を９０％以上にすることが出来る。なお、光導波路の結合部の結合効率８０％は、通常の光導波路の結合部を有するデバイスが、良好な特性を示すのに必要とされる値である。
【００４３】
この計算結果について、その詳細を以下に説明する。
光導波路の性質上、屈折率が高く、光が導波するコア層が厚くなるに従い、縦方向の光閉じ込めは増大し、縦方向の光のフィールドの広がりは小さくなる。縦方向の光閉じ込めが強い場合には、光のフィールドを円形にするため、横方向の光閉じ込めも大きく設計する必要が有り、そのため光導波路幅（例えば、リッジ幅ＷA）は小さくなるようにする。一方、コア層が薄いと、縦方向の光閉じ込めは減少し、縦方向の光のフィールドは、コア層の外に広がってくる。そのため、横方向の光閉じ込めを小さくして、光のフィールドを円形に保つ必要が有る。
【００４４】
図１、図２においては、レーザ部１のコア層は、活性層１３と共通光導波路層１１からなるので、共通光導波路層１１のみからなる結合部３のコア層より厚いため、縦方向の光閉じ込めが大きく、縦方向の光のフィールドは小さくなっている。結合部３に光が導波されると、コア層が薄いため縦方向の光閉じ込めは小さくなり、縦方向の光のフィールドは広がる。結合効率を増大させるためには、二つの光のフィールドの重なりを大きくする必要が有り、二つの光のフィールドは円形に近い形で結合させ、導波させる方が好ましい。
【００４５】
そのため、上述したような理由により、リッジ幅ＷAよりリッジ幅ＷCが大きくなるようにすることが望ましい。このことは、実際に結合効率が増大する、リッジ幅ＷAとリッジ幅ＷCの関係の計算結果（例えば、図１１）からも明らかである。従って、結合効率を高めるためには、光導波路リッジ幅ＷAに比べ、リッジ幅ＷCが大きくなるようにすればよい。なお、計算結果において、リッジ幅ＷCが３．０〜３、５μｍ以上で結合効率が減少しているのは、光の導波モードが単一モードでなくなるからである。
【００４６】
一方、結合部３から変調器部２に光が導波していく場合を考える。
図１、図２において、結合部３と変調器部２を見ると分かるように、コア層の厚さは、共通光導波路層１１のみからなる結合部３より、変調器層１８と共通光導波路層１１からなる変調器部３の方が大きい。このような構成においては、上述したように、光のフィールドの広がりは、結合部３のほうが、変調器部２より大きい。従って、上述したように、レーザ部１と結合部３のコア層の関係と同様の理由で、図２に示すように、リッジ幅ＷCがリッジ幅ＷBより大きくなるようにすれば、結合効率を大きくすることが可能である。
【００４７】
従来の作製方法では、Ａｌ系半導体材料のサイドエッチにより、大きく結合効率が下がることが問題であったが、上述したように、共通光導波路層１１を導入すると共に、結合効率を増大させるように、各光導波路の幅を設定することで、結合効率を大きく保つことが可能である。特に、図１おける結合部３、図２における上部クラッド層２３ａに示すように、非Ａｌ系半導体材料を用いて、サイドエッチにより形成された空孔部２１を埋め（後述の図１２、１３参照）、各光導波路の幅を上記のように設定することによって、結合効率を高い値、例えば、８０％以上にすることが出来る。
【００４８】
つまり、上述したように、共通光導波路層１１を設けて集積した複数の素子間に光を導波させる場合には、素子間の結合部３のリッジ幅ＷCを、素子のリッジ幅ＷA、ＷBより広くすることにより、結合部３の光閉じ込め、結合効率を増加させ、導波する光の損失を低減することができる。
【００４９】
なお、本発明においては、結合部３のリッジ幅ＷCの範囲を１．５μｍ以上としているが、これは、レーザ部１の活性層１３、変調器部２の変調器層１８の幅（リッジ幅ＷA、ＷB）として、通常１．５μｍが用いられるためである。しかしながら、本発明は、結合部３のリッジ幅ＷCは、レーザ部１の活性層１３、変調器部２の変調器層１８の幅（リッジ幅ＷA、ＷB）よりも広ければ有効であるので、上記値に限らず、１．０μｍ以上としてもかまわない。なお、いずれの場合においても、上述したように、結合部３のリッジ幅ＷCの上限は、単一モードで光が導波するリッジ幅となる。
【００５０】
加えて、Ａｌ系半導体材料を用いた素子においては、上述したように、光の損失を低減して、光出力を増加させた場合には、光の出射部におけるＡｌ系半導体材料の酸化に起因する劣化が生じる可能性が高くなる。そこで、本発明においては、更に、素子端部（特に、出射部）を、非Ａｌ系半導体材料で覆うことにより、即ち、窓構造（図１中の窓構造部４、５）を導入することにより、素子端部（特に、出射部）の酸化に起因する劣化を防止することができる。この窓構造４、５は、非Ａｌ系半導体材料からなる結合部３と同時に形成できるため、素子作製プロセスを簡略化でき、素子の作製コストを削減することができる。
【００５１】
以下、本発明の具体的な実施例を、図面を用いて説明していく。
【実施例１】
【００５２】
（構成）
本実施例の半導体光集積素子は、前述の図１、図２、図４、図８に示した構造からなり、各層が以下のように構成されたものである。なお、各構成要素については、同じ符号を用いて説明を行う。ちなみに、図１は半導体光集積素子の概略断面図、図２は半導体光集積素子の斜視図、図４は半導体光集積素子におけるレーザ部の断面図、図８は半導体光集積素子における結合部の断面図を示すものである。
【００５３】
本実施例の半導体光集積素子において、基板１０はｎ−ＩｎＰ、共通光導波路層１１は厚さ２００ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ（ＰＬ波長１．３μｍ）、半導体層１２は厚さ１０ｎｍのアンドープｉ−ＩｎＰ、上部クラッド層２３は厚さ１８００ｎｍのｐ−ＩｎＰからなり、全て、非Ａｌ系半導体材料から構成されている。又、コンタクト層２４は厚さ２００ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ（ＰＬ波長１．３μｍ）、コンタクト層２５は厚さ３００ｎｍ、ＩｎＧａＡｓＰ（ＰＬ波長１．５μｍ）からなる。
【００５４】
一方、活性層１３は、基板１０側から、ガイド層、多重量子井戸層、ガイド層、キャリアストップ層からなる。ガイド層は厚さ３０ｎｍでＰＬ波長１．１μｍのＩｎＧａＡｌＡｓ系材料からなり、キャリアストップ層は厚さ３０ｎｍのＩｎＡｌＡｓ層からなり、Ａｌ系半導体材料から構成されている。多重量子井戸層は、井戸層厚７ｎｍ、障壁層厚１０ｎｍの１０周期構造で、量子井戸のＰＬ波長が１．５５μｍになるような組成からなる。なお、多重量子井戸層は無歪でも歪が入っていてもよいものとする。
【００５５】
又、変調器層１８は、基板１０側から、ガイド層、多重量子井戸層、ガイド層からなる。ガイド層は厚さ２０ｎｍでＰＬ波長１．１μｍのＩｎＧａＡｌＡｓ系材料からなり、Ａｌ系半導体材料から構成されている。多重量子井戸層は、井戸層１０ｎｍ、障壁層５ｎｍの８周期構造で、量子井戸のＰＬ波長が１．４６μｍとなるような組成からなる。なお、多重量子井戸層は無歪でも歪が入っていてもよいものとする。
【００５６】
又、レーザ部１のリッジ幅ＷA＝２．０μｍ、結合部３のリッジ幅ＷC＝２．５μｍ、変調器部２のリッジ幅ＷB＝２．０μｍとしている。なお、本実施例の場合、窓構造部４、５の光導波路のリッジ幅は、隣接するレーザ部１及び変調器部２のリッジ幅ＷA、ＷBと同じく、２．０μｍとしている。
【００５７】
（作製方法）
ここで、図１、図２、図４、図８を参照しながら、図１２（ａ）〜（ｄ）、図１３（ａ）〜（ｅ）を用いて、本実施例の半導体光集積素子の作製方法を説明する。
【００５８】
（１）まず、ｎ−ＩｎＰの基板１０上に、非Ａｌ系半導体材料からなる共通光導波路層１１（厚さ２００ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ（ＰＬ波長１．３μｍ））、半導体層１２（厚さ１０ｎｍのアンドープｉ−ＩｎＰ）を順に結晶成長させ、その上に、Ａｌ系半導体材料からなる活性層１３を結晶成長させる。その後、半導体層（回折格子層）１４を結晶成長させ、半導体層（回折格子層）１４に回折格子１５を形成する（図１２（ａ））。
【００５９】
（２）次に、１００ｎｍの半導体層１６（ｉ−ＩｎＰ）を結晶成長する。その後、最初に集積したいレーザ部１の部分の試料表面に誘電体絶縁膜（例えば、酸化絶縁膜）のマスク１７を形成する（図１２（ｂ））。このマスク１７は、変調器部２の部分の試料表面には開口部を有することになる。マスク１７としては、例えば、プラズマＣＶＤ法により酸化シリコン膜（３００ｎｍ厚）を成膜し、通常の露光方法でレジストパターンを形成した後、ＣＦ系のプラズマエッチングにより作製すればよい。
【００６０】
（３）次に、マスク１７を用いて、マスク１７のかかっていない部分、つまり、変調器部２の部分の活性層１３をウェットエッチングにより除去する（図１２（ｃ））。この際、変調器部２の部分においては、活性層１３までは溶かすが、半導体層１２（厚さ１０ｎｍ）は溶かさないような溶液を用いてウェットエッチングを行い、共通光導波路層１１は残している。なお、本実施例における作製方法の場合も、従来と同様に、Ａｌ系半導体材料においては、図１２（ｃ）に示すように、エッチング溶液がマスク１７の下に入り込み、サイドエッチＳが形成されてしまう。
【００６１】
（４）次に、ウェットエッチングの後、通常のＢＪ法により、変調器層１８、ＩｎＧａＡｓＰ層１９（１００ｎｍ）、ｉ−ＩｎＰ層２０（１００ｎｍ）を結晶再成長する。本実施例における作製方法の場合も、サイドエッチＳの部分では、結晶再成長がなされず、活性層１３と変調器層１８との結合部分に空孔部２１が残ってしまう（図１２（ｄ））。
【００６２】
空孔部２１が残った状態では、活性層１３と変調器層１８がきれいに結合されなくなり、サイドエッチＳの量が大きくなると、この影響は更に大きくなる。この状態のままでは、従来と同様に、活性層１３と変調器層１８の結合効率が低下し、光出力を減少させることが問題となってしまう。そこで、本発明においては、共通光導波路層１１を形成すると共に、図１３（ａ）〜（ｅ）以降の手順を経て、半導体光集積素子を形成することにより、簡易な作製プロセスで、結合効率の低下を抑制するようにしている。
【００６３】
（５）具体的には、空孔部２１がある部分の試料表面に開口部を形成するように、又、活性層１３の空孔部２１とは反対側の端部及び変調器層１８の空孔部２１とは反対側の端部、つまり、半導体光集積素子の両端部の試料表面に開口部を形成するように、誘電体絶縁膜（例えば、酸化絶縁膜）のマスク２２を形成する（図１３（ａ））。マスク２２としては、例えば、プラズマＣＶＤ法により酸化シリコン膜（３００ｎｍ厚）を成膜し、通常の露光方法でレジストパターンを形成した後、ＣＦ系のプラズマエッチングにより作製する。
【００６４】
（６）次に、マスク２２を用いて、ドライエッチング加工により、空孔部２１を含む領域と素子端部の領域を除去する（図１３（ｂ））。つまり、後に結合部３となる部分を一旦除去することにより、空孔部２１を除去している。この際、活性層１３、変調器層１８までは除去するが、半導体層１２以下の層は除去しないようにして、共通光導波路層１１は残している。ドライエッチング加工には、塩素、臭素等のハロゲン系ガス、又は、メタン、エタン等の炭化水素ガス、又は、アルゴンガス等を用いる。なお、酸溶液を用いたウェットエッチングによって、空孔部２１を含む領域と素子端部の領域の除去加工を行ってもよい。
【００６５】
（７）次に、マスク２２を、ＨＦ系溶液によるウェットエッチング、又は、ＣＦ系ガスによるドライエッチングにより除去した後、上部クラッド層２３（１８００ｎｍ、ｐ−ＩｎＰ）をＭＯＶＰＥ法により全面に成長する（図１３（ｃ））。又、上部クラッド層２３として、例えば、アンドープのＩｎＰ層（１５０ｎｍ厚）とｐ−ＩｎＰ層（２μｍ厚程度）から構成してもよい。このようにして、レーザ部１と変調器部２との間の結合部３と、素子端部の窓構造部４、５が同時に形成される。
【００６６】
（８）引き続き、コンタクト層２４（２００ｎｍ、ＩｎＧａＡｓＰ（ＰＬ波長１．３μｍ））とコンタクト層２５（３００ｎｍ、ＩｎＧａＡｓＰ（ＰＬ波長１．５μｍ））を、ＭＯＶＰＥ法により結晶成長する（図１３（ｄ））。
【００６７】
（９）その後、試料表面に光導波路形成用の誘電体絶縁膜マスクを形成し、上部クラッド層２３、コンタクト層２４、２５を光導波路状にエッチング加工する（図２参照）。このとき、レーザ部１の光導波路、結合部３の光導波路及び変調器部２の光導波路は、上述したように、単一モード光導波路の条件を満たすリッジ幅ＷA、ＷB、ＷCに形成される。具体的には、レーザ部１のリッジ幅ＷA＝２．０μｍ、結合部３のリッジ幅ＷC＝２．５μｍ、変調器部２のリッジ幅ＷB＝２．０μｍとした。従って、結合部３では、図２に示すように、幅方向に広がった上部クラッド層２３ａが形成されることになる。
【００６８】
その後、結合部３において電極分離を行う領域だけ開口すると共に、窓構造部４、５の領域を開口したマスクパターンを用いて、レーザ部１の光導波路と変調器部２の光導波路の間のコンタクト層２４、２５を除去して、互いの電極分離を行うと共に、同時に、窓構造部４、５のコンタクト層２４、２５も除去する（図１３（ｅ））。その後、変調器部２の光導波路の脇に、ポリイミド等の有機物膜を形成した後、レーザ部１と変調器部２に各々電極を作製する。
【００６９】
従来技術では、結合効率の低下を回避するため、難易度の高いプロセスを必要としていたが、本発明では、上述した作製方法を用いることにより、難易度の高い作製プロセスの使用を回避し、簡単な作製プロセスで、結合効率の低下を抑制する半導体光集積素子を実現することができる。
【００７０】
（特性）
上記作製方法で作製した本実施例の半導体光集積素子は、温度範囲０℃から９５℃の範囲で、光出力１０ｍＷ以上、そして、１０Ｇｂｉｔ／ｓ変調時の動的消光比１０ｄＢ以上を得た。又、０℃から９５℃の範囲にわたり、１０Ｇｂｉｔ／ｓ変調、８０ｋｍＳＭＦ伝送後の１０-12ＢＥＲにおける受信感度劣化が、２ｄＢ以下を達成した。又、環境温度９５℃の条件化で、１０ｍＷ光出力連続動作させたところ、全ての半導体光集積素子で、１万時間以上安定に動作した。
【実施例２】
【００７１】
実施例１では、波長１．５５μｍでの半導体光集積素子について述べたが、本実施例では、波長１．３μｍでの半導体光集積素子について述べる。
【００７２】
（構成）
本実施例の半導体光集積素子も、前述の図１、図２、図４、図８に示した構造からなり、各層が以下のように構成されたものである。従って、各構成要素については、同じ符号を用いて説明を行う。
【００７３】
本実施例の半導体光集積素子において、基板１０はｎ−ＩｎＰ、共通光導波路層１１は厚さ２００ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ（ＰＬ波長１．１μｍ）、半導体層１２は厚さ１０ｎｍのアンドープｉ−ＩｎＰ、上部クラッド層２３は厚さ１８００ｎｍのｐ−ＩｎＰからなり、全て、非Ａｌ系半導体材料から構成されている。又、コンタクト層２４は厚さ２００ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ（ＰＬ波長１．３μｍ）、コンタクト層２５は厚さ３００ｎｍ、ＩｎＧａＡｓＰ（ＰＬ波長１．５μｍ）からなる。
【００７４】
一方、活性層１３は、基板１０側から、ガイド層、多重量子井戸層、ガイド層、キャリアストップ層からなる。ガイド層は厚さ３０ｎｍでＰＬ波長１．１μｍのＩｎＧａＡｌＡｓ系材料からなり、キャリアストップ層は厚さ３０ｎｍのＩｎＡｌＡｓ層からなり、Ａｌ系半導体材料から構成されている。多重量子井戸層は、井戸層厚７ｎｍ、障壁層厚１０ｎｍの１０周期構造で、量子井戸のＰＬ波長が１．３０μｍになるような組成からなる。なお、多重量子井戸層は無歪でも歪が入っていてもよいものとする。
【００７５】
又、変調器層１８は、基板１０側から、ガイド層、多重量子井戸層、ガイド層からなる。ガイド層は厚さ２０ｎｍでＰＬ波長１．１μｍのＩｎＧａＡｌＡｓ系材料からなり、Ａｌ系半導体材料から構成されている。多重量子井戸層は、井戸層１０ｎｍ、障壁層５ｎｍの８周期構造で、量子井戸のＰＬ波長が１．２３μｍとなるような組成からなる。なお、多重量子井戸層は無歪でも歪が入っていてもよいものとする。
【００７６】
又、各領域のリッジ幅については、レーザ部１のリッジ幅ＷA＝２．０μｍ、結合部３のリッジ幅ＷC＝２．４μｍ、変調器部２のリッジ幅ＷB＝１．８μｍとしている。なお、本実施例の場合も、窓構造部４、５の光導波路のリッジ幅は、隣接するレーザ部１及び変調器部２のリッジ幅ＷA、ＷBと同じく、各々、２．０μｍ、１．８μｍとしている。
【００７７】
このように、本実施例の半導体光集積素子は、共通光導波路層１１、活性層１３及び変調器層１８において、実施例１に示した半導体光集積素子とは、ＰＬ波長が相違し、又、各領域のリッジ幅ＷA、ＷB、ＷCが相違している。一方、本実施例の半導体光集積素子の作製方法については、上記相違点を除き、実施例１に示した作製方法と同等のものであるため、本実施例では、作製方法の説明については省略する。
【００７８】
（特性）
本実施例の半導体光集積素子は、温度範囲０℃から９５℃の範囲で、光出力１０ｍＷ以上、そして、１０Ｇｂｉｔ／ｓ変調時の動的消光比１０ｄＢ以上を得た。又、０℃から９５℃の範囲にわたり、１０Ｇｂｉｔ／ｓ変調、８０ｋｍＳＭＦ伝送後の１０-12ＢＥＲにおける受信感度劣化が、２ｄＢ以下を達成した。又、環境温度９５℃の条件化で、１０ｍＷ光出力連続動作させたところ、全ての半導体光集積素子で１万時間以上安定に動作した。
【実施例３】
【００７９】
上記実施例１、２においては、共通光導波路層１１が活性層１３及び変調器層１８の下方側（基板１０側）にある構造について説明したが、本実施例においては、共通光導波路層１１が活性層１３及び変調器層１８の上方側（素子表面側）にある構造について説明する。
【００８０】
（構成）
本実施例の半導体光集積素子は、図１４、図１５、図１６、図１７に示した構造からなり、各層が以下のように構成されたものである。ここで、図１４は半導体光集積素子の概略断面図、図１５は半導体光集積素子の斜視図、図１６は半導体光集積素子におけるレーザ部の断面図、図１７は半導体光集積素子における結合部の断面図を示すものである。なお、本実施例では、上述した実施例１、２における構成要素と同等のものについては、同じ符号を用い、重複する説明は省略する。
【００８１】
本実施例の半導体光集積素子において、基板１０はｎ−ＩｎＰ、共通光導波路層１１は２００ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ（ＰＬ波長１．３μｍ）、半導体層１２は厚さ１０ｎｍのアンドープｉ−ＩｎＰ、上部クラッド層２３は厚さ１８００ｎｍのｐ−ＩｎＰからなり、全て、非Ａｌ系半導体材料から構成されている。又、コンタクト層２４は厚さ２００ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ（ＰＬ波長１．３μｍ）、コンタクト層２５は厚さ３００ｎｍ、ＩｎＧａＡｓＰ（ＰＬ波長１．５μｍ）からなる。
【００８２】
一方、活性層１３は、基板１０側から、ガイド層、多重量子井戸層、ガイド層、キャリアストップ層からなる。ガイド層は厚さ３０ｎｍでＰＬ波長１．１μｍのＩｎＧａＡｌＡｓ系材料からなり、キャリアストップ層は厚さ３０ｎｍのＩｎＡｌＡｓ層からなり、Ａｌ系半導体材料から構成されている。多重量子井戸層は、井戸層厚７ｎｍ、障壁層厚１０ｎｍの１０周期構造で、量子井戸のＰＬ波長が１．５５μｍになるような組成からなる。なお、多重量子井戸層は無歪でも歪が入っていてもよいものとする。
【００８３】
又、変調器層１８は、基板１０側から、ガイド層、多重量子井戸層、ガイド層からなる。ガイド層は厚さ２０ｎｍでＰＬ波長１．１μｍのＩｎＧａＡｌＡｓ系材料からなり、Ａｌ系半導体材料から構成されている。多重量子井戸層は、井戸層１０ｎｍ、障壁層５ｎｍの８周期構造で、量子井戸のＰＬ波長が１．４６μｍとなるような組成からなる。なお、多重量子井戸層は無歪でも歪が入っていてもよいものとする。
【００８４】
又、各領域のリッジ幅については、レーザ部１のリッジ幅ＷA＝２．０μｍ、結合部３のリッジ幅ＷC＝２．５μｍ、変調器部２のリッジ幅ＷB＝２．０μｍとしている。なお、本実施例の場合も、窓構造部４、５の光導波路のリッジ幅は、隣接するレーザ部１及び変調器部２のリッジ幅ＷA、ＷBと同じく、２．０μｍとしている。
【００８５】
（作製方法）
ここで、図１４、図１５、図１６、図１７を参照しながら、図１８（ａ）〜（ｄ）、図１９（ａ）〜（ｆ）を用いて、本実施例の半導体光集積素子の作製方法を説明する。
【００８６】
（１）まず、ｎ−ＩｎＰの基板１０上に、Ａｌ系半導体材料からなる活性層１３を結晶成長させる（図１８（ａ））。
【００８７】
（２）次に、最初に集積したいレーザ部１の部分の試料表面に誘電体絶縁膜（例えば、酸化絶縁膜）のマスク１７を形成する（図１８（ｂ））。このマスク１７は、変調器部２の部分の試料表面には開口部を有することになる。マスク１７は、実施例１と同様な方法により加工する。
【００８８】
（３）次に、マスク１７を用いて、マスク１７のかかっていない部分、つまり、変調器部２の部分の活性層１３のみをウェットエッチングにより除去する（図１８（ｃ））。この際、変調器部２の部分においては、活性層１３までは溶かすが、ｎ−ＩｎＰの基板１０は溶かさないような溶液を用いてウェットエッチングを行う。なお、本実施例における作製方法の場合、サイドエッチの影響は小さいと予想される。
【００８９】
（４）次に、ウェットエッチングの後、通常のＢＪ法により、変調器層１８を結晶再成長する。本実施例における作製方法の場合、サイドエッチの影響は小さいと予想されるが、Ａｌ系半導体材料においては、酸化の影響により、やはり、結晶再成長がなされず、活性層１３と変調器層１８との結合部分に空孔部２１が残ってしまう（図１８（ｄ））。
【００９０】
空孔部２１が残った状態では、活性層１３と変調器層１８がきれいに結合されなくなる。この状態のままでは、従来と同様に、活性層１３と変調器層１８の結合効率が低下し、光出力を減少させることが問題となってしまう。そこで、本発明においても、共通光導波路層１１を形成すると共に、図１９（ａ）〜（ｆ）以降の手順を経て、半導体光集積素子を形成することにより、簡易な作製プロセスで、結合効率の低下を抑制するようにしている。
【００９１】
（５）具体的には、空孔部２１がある部分の試料表面に開口部を形成するように、又、活性層１３の空孔部２１とは反対側の端部及び変調器層１８の空孔部２１とは反対側の端部、つまり、半導体光集積素子の両端部の試料表面に開口部を形成するように、誘電体絶縁膜（例えば、酸化絶縁膜）のマスク２２を形成する（図１９（ａ））。マスク２２は、実施例１と同様な方法により加工する。
【００９２】
（６）次に、マスク２２を用いて、実施例１と同様に、ドライエッチング又はウェットエッチングにより、空孔部２１を含む領域と素子端部の領域を除去する（図１９（ｂ））。つまり、後に結合部３となる部分を一旦除去することにより、空孔部２１を除去している。この際、活性層１３、変調器層１８までは除去するが、ｎ−ＩｎＰの基板１０は除去しないようにしている。
【００９３】
（７）次に、エッチングにより除去した部分に、アンドープのＩｎＰ層２６（２００ｎｍ厚）をＭＯＶＰＥ法で結晶成長する（図１９（ｃ））。なお、ＩｎＰ層２６に換えて、ＩｎＰ以外のＡｌを含まない半導体材料、例えば、ＩｎＧａＡｓＰ系材料を用いてもよい。この場合、ＩｎＧａＡｓＰ等の波長組成は、レーザ部の活性層と変調器部の変調器層に用いたものより短波長であることが望ましい。
【００９４】
（８）次に、マスク２２を、ＨＦ系溶液によるウェットエッチング、又は、ＣＦ系ガスによるドライエッチングにより除去した後、半導体層１２（厚さ１０ｎｍのアンドープｉ−ＩｎＰ）、非Ａｌ系半導体材料（２００ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ（ＰＬ波長１．３μｍ））からなる共通光導波路層１１を順に結晶成長させる。その後、レーザ部１に回折格子１５を形成し、上部クラッド層２３（１８００ｎｍ、ｐ−ＩｎＰ）をＭＯＶＰＥ法により全面に成長する（図１９（ｄ））。このようにして、レーザ部１と変調器部２との間の結合部３と、素子端部の窓構造部４、５が同時に形成される。
【００９５】
（９）引き続き、コンタクト層２４（２００ｎｍ、ＩｎＧａＡｓＰ（ＰＬ波長１．３μｍ））とコンタクト層２５（３００ｎｍ、ＩｎＧａＡｓＰ（ＰＬ波長１．５μｍ））を、ＭＯＶＰＥ法により結晶成長する（図１９（ｅ））。
【００９６】
（１０）その後、試料表面に光導波路形成用の誘電体絶縁膜マスクを形成し、上部クラッド層２３、コンタクト層２４、２５を光導波路状にエッチング加工する（図１５参照）。このとき、レーザ部１の光導波路、結合部３の光導波路及び変調器部２の光導波路は、上述したように、単一モード光導波路の条件を満たすリッジ幅ＷA、ＷB、ＷCに形成される。具体的には、レーザ部１のリッジ幅ＷA＝２．０μｍ、結合部３のリッジ幅ＷC＝２．５μｍ、変調器部２のリッジ幅ＷB＝２．０μｍとした。従って、結合部３では、図１５に示すように、幅方向に広がった上部クラッド層２３ａが形成されることになる。
【００９７】
その後、結合部３において電極分離を行う領域だけ開口すると共に、窓構造部４、５の領域を開口したマスクパターンを用いて、レーザ部１の光導波路と変調器部２の光導波路の間のコンタクト層２４、２５を除去して、互いの電極分離を行うと共に、同時に、窓構造部４、５のコンタクト層２４、２５も除去する（図１９（ｆ））。その後、変調器部２の光導波路の脇に、ポリイミド等の有機物膜を形成した後、レーザ部１と変調器部２に各々電極を作製する。
【００９８】
従来技術では、結合効率の低下を回避するため、難易度の高いプロセスを必要としていたが、本発明では、上述した作製方法を用いることにより、難易度の高い作製プロセスの使用を回避し、簡単な作製プロセスで、結合効率の低下を抑制する半導体光集積素子を実現することができる。
【００９９】
（特性）
上記作製方法で作製した本実施例の半導体光集積素子は、温度範囲０℃から９５℃の範囲で、光出力１０ｍＷ以上、そして、１０Ｇｂｉｔ／ｓ変調時の動的消光比１０ｄＢ以上を得た。又、０℃から９５℃の範囲にわたり、１０Ｇｂｉｔ／ｓ変調、８０ｋｍＳＭＦ伝送後の１０-12ＢＥＲにおける受信感度劣化が、２ｄＢ以下を達成した。又、環境温度９５℃の条件化で、１０ｍＷ光出力連続動作させたところ、全ての半導体光集積素子で１万時間以上安定に動作した。
【実施例４】
【０１００】
実施例３においては、共通光導波路層１１を活性層１３及び変調器層１８の上方側（素子表面側）に設けた構造について説明したが、本実施例では、図２０に示すように、実施例３に示した半導体光集積素子において、更に、そのレーザ部１、変調器部２をＲｕドープのＩｎＰ層２７で埋め込む構造について説明する。
【０１０１】
（構成）
本実施例の半導体光集積素子は、ＩｎＰ層２７を除き、実施例３に示した半導体光集積素子と同等の構成であるため、本実施例では、ＩｎＰ層２７の構成を除き、他の構成については、その説明を省略する。
【０１０２】
本実施例の半導体光集積素子は、図２０に示すように、レーザ部１の両側面をＲｕドープのＩｎＰ層２７により埋め込む構成としている。レーザ部１の両側面を埋め込むＩｎＰ層２７は、活性層１３の上層側に設けられた共通光導波路層１３の両側面まで埋め込むことが望ましく、実施例３の図１６と比較すると、本実施例では、レーザ部１の両側面において、共通光導波路層１１までエッチングされて、半導体層１２の上層にＩｎＰ層２７が形成されている。又、変調器部２も、レーザ部１と同様の構成により、その両側面をＲｕドープのＩｎＰ層２７により埋め込む構成としている。
【０１０３】
（作製方法）
本実施例の半導体光集積素子の作製方法についても、コンタクト層２５を結晶成長するところまでは実施例３と同じであるので（実施例３の作製方法における（１）〜（９）参照）、ここでは、コンタクト層２５の結晶成長後の作製方法について説明を行う。
【０１０４】
コンタクト層２５の結晶成長後、試料表面に光導波路形成用の誘電体絶縁膜マスクを形成し、上部クラッド層２３、コンタクト層２４、２５を光導波路状にエッチング加工する。光導波路状にエッチング加工する際、除去対象部分においては、図２０に示すように、共通光導波路層１１までを除去し、半導体層１２で止めるような溶液を用いて行う。又、レーザ部１の光導波路、結合部３の光導波路及び変調器部２の光導波路は、上述したように、単一モード光導波路の条件を満たすリッジ幅ＷA、ＷB、ＷCに形成される。具体的には、レーザ部１のリッジ幅ＷA＝１．６μｍ、結合部３のリッジ幅ＷC＝２．５μｍ、変調器部２のリッジ幅ＷB＝２．０μｍとした。
【０１０５】
その後、レーザ部１及び変調器部２の光導波路の両側面に、ＭＯＶＰＥ法により、電流ブロック層として、ＲｕドープのＩｎＰ層２７を成長させた。Ｒｕの原料としては、ビスエチルシクロペンタディエニルルテニウム（bis(ethylcycloPentadienyl)ruthenimm(II)）を用いた。
【０１０６】
その後、電極分離を行う領域だけ開口したマスクパターンを用いて、レーザ部１の光導波路と変調器部２の光導波路の間のコンタクト層２４、２５を除去して、互いの電極分離を行う。その後、変調器部２の光導波路の脇に、ポリイミド等の有機物膜を形成した後、レーザ部１と変調器部２に各々電極を作製する。
【０１０７】
（特性）
上記作製方法で作製した本実施例の半導体光集積素子は、温度範囲０℃から９５℃の範囲で、光出力１２ｍＷ以上、そして、１０Ｇｂｉｔ／ｓ変調時の動的消光比１１ｄＢ以上を得た。又、０℃から９５℃の範囲にわたり、１０Ｇｂｉｔ／ｓ変調、８０ｋｍＳＭＦ伝送後の１０-12ＢＥＲにおける受信感度劣化が、２ｄＢ以下を達成した。又、環境温度９５℃の条件化で、１０ｍＷ光出力連続動作させたところ、全ての半導体光集積素子で１万時間以上安定に動作した。
【０１０８】
なお、本実施例においては、半導体光集積素子のレーザ部１及び変調器部２の両側面をＲｕドープのＩｎＰ層で埋め込む構造（ＲｕドープＩｎＰ層埋め込み構造）としたが、レーザ部１又は変調器部２の少なくとも一方にＲｕドープＩｎＰ層埋め込み構造を導入するようにしてもよい。又、本実施例においては、共通光導波路層１１を活性層１３及び変調器層１８の上方側（素子表面側）に設けた構造において、ＲｕドープＩｎＰ層埋め込み構造を導入することについて説明したが、実施例１、２の構造においても、ＲｕドープＩｎＰ層埋め込み構造を導入してもよい。
【実施例５】
【０１０９】
上記実施例１〜４では、素子端部の窓構造部４、５における光導波路のリッジ幅を、隣接するレーザ部１の光導波路、変調器部２の光導波路のリッジ幅と同等としている半導体光集積素子について述べたが、本実施例では、窓構造部４、５における光導波路のリッジ幅が、隣接するレーザ部１の光導波路又は変調器部２の光導波路の少なくとも一方のリッジ幅より大きい半導体光集積素子について述べる。
【０１１０】
（構成）
図２１に、本実施例の半導体光集積素子を示す。本実施例の半導体光集積素子は、図２１に示すように、窓構造部４、５における光導波路のリッジ幅を除いて、その構成は、実施例１に示す半導体光集積素子と同等の構成である。従って、実施例１における構成要素と同等のものについては、同じ符号を用い、重複する説明は省略する。
【０１１１】
具体的には、本実施例では、窓構造部４、５における光導波路（上部クラッド層２３ｂ、２３ｃ）のリッジ幅ＷD、ＷEを、共に２．５μｍとしており、隣接するレーザ部１の光導波路及び変調器部２の光導波路のリッジ幅ＷA（２．０μｍ）、ＷB（２．０μｍ）より大きくしている。その他、各層の材料、厚さ等の構成については、実施例１に記載した通りである。
【０１１２】
一方、本実施例の半導体光集積素子の作製方法については、実施例１に示した作製方法の（９）において、上部クラッド層２３を光導波路状にエッチング加工する際に、図２１に示す上部クラッド層２３ｂ、２３ｃのように形成すればよいだけであり、他の作製工程については同等である。従って、本実施例では、作製方法の説明についても省略する。
【０１１３】
本実施例の半導体光集積素子において、窓構造部４、５における光導波路のリッジ幅ＷD、ＷEと共通光導波路１１を導波する光の閉じ込め係数の関係は、結合部３における光導波路のリッジ幅Ｗcと共通光導波路１１を導波する光の閉じ込め係数の関係を示す前述の図１０と同様である。このように、窓構造部４、５においても、リッジ幅ＷD、ＷEが３．８μｍより大きくなると、導波する光が単一モードでなくなるので、リッジ幅ＷD、ＷEは３．８μｍ以下が有効である。
【０１１４】
又、窓構造部４と隣接するレーザ部１との結合効率の関係についても、結合部３における光導波路のリッジ幅Ｗcと結合部３〜レーザ部１間の結合効率との関係を示す前述の図１１と同様であり、又、窓構造部５と隣接する変調器部２との結合効率の関係についても、図１１と同様である。このように、リッジ幅ＷD、ＷEが２．０μｍ以上３．５μｍ以下の範囲において、結合効率を８０％以上にすることができる。このことは、特に窓構造部５と隣接する変調器部２との光結合において、光損失による変調器部２からの出力光の低下を抑制することができることを示す。
【０１１５】
上述したように、窓構造部４、５における光導波路のリッジ幅ＷD、ＷEを、隣接するレーザ部１の光導波路又は変調器部２の光導波路のリッジ幅ＷA、ＷBよりも大きくすることにより、良好な出力特性を得ることができる。更に、窓構造部４、５における光導波路のリッジ幅ＷD、ＷEを、隣接するレーザ部１の光導波路又は変調器部２の光導波路のリッジ幅ＷA、ＷBよりも大きくすることにより、出力光のビーム形状を円形に維持することができる。これにより、本実施例の半導体光集積素子を、光ファイバと接続する際に光ファイバとの結合効率の低減を抑制できる。
【０１１６】
本実施例において、窓構造部４、５における光導波路のリッジ幅ＷD、ＷEは、共に、隣接するレーザ部１の光導波路又は変調器部２の光導波路のリッジ幅ＷA、ＷBより大きくしたが、隣接するレーザ部１の光導波路のリッジ幅ＷA又は変調器部２の光導波路のリッジ幅ＷBのうち、少なくともどちらか一方のリッジ幅より大きくすればよい。
【０１１７】
又、本実施例においては、実施例１と同様に、波長帯を１．５５μｍとしているが、１．３μｍにも適用できる。更に、本実施例においては、共通光導波路１１を活性層１３及び変調器層１８の下層側に設けたが、実施例３に示すように、共通光導波路１１を活性層１３及び変調器層１８の上層側に設けても、同様の効果が得られる。加えて、本実施例では、素子構造にリッジ構造を採用しているが、実施例４に示すように、Ｒｕなどをドープした半導体層（例えば、ＲｕドープＩｎＰ層）で、メサ両脇を埋め込む構造でも、同様の効果が得られる。
【０１１８】
＜その他の実施例＞
なお、上記実施例１〜５においては、１．３μｍ波長帯、１．５５μｍ波長帯に対応する半導体光集素子について説明したが、Ａｌ系半導体材料からなる活性層を備えるレーザ部光導波路と、Ａｌ系半導体材料からなる変調器層を備える変調器部光導波路を用いる場合であれば、他の波長帯であっても本発明は適用でき、同等の効果を得ることができる。
【０１１９】
又、共通光導波路層の波長組成は、１．１μｍ、１．３μｍを用いたが、この波長組成に限ることはない。特に、共通光導波路層の波長組成は、レーザ部の活性層、変調器部の変調器層よりも長波長であると、光の導波がマルチモードになる（単一モードでない）場合があるので、レーザ部の活性層、変調器部の変調器層よりも短波長であることが望ましい。
【０１２０】
又、共通光導波路層の層厚は２００ｎｍとしたが、レーザ部の活性層で発振した光の一部を閉じ込めて、変調器部へ導波できればよいので、２００ｎｍ以外の層厚でもよい。この層厚は、０．１μｍ未満になると結合効率が低下して、素子特性が低下するので、０．１μｍ以上であることが望ましい。一方、０．６μｍより厚くなると、共通光導波路層の閉じ込めが増大する一方、レーザ部の活性層の閉じ込めが低下して、レーザの特性が低下（閾値電流の増大等）するので、０．６μｍ以下であることが望ましい。
【０１２１】
又、レーザ部の光導波路と変調器部の光導波路の結合部にＩｎＰを用いたが、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ等のＡｌを含まない半導体材料であれば適用できる。この場合、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ等の波長組成は、レーザ部の活性層と変調器部の変調器層に用いたものより短波長であることが望ましい。レーザ部、変調器部、結合部、共通光導波路層等を構成する層の厚さ、幅等は他の値であっても構わない。
【産業上の利用可能性】
【０１２２】
本発明に係る半導体光集積素子は、光通信用モジュール、光通信システムにおける光変調器集積化光源に好適なものであり、特に、温度調節用クーラー無しで動作させる低コストの光通信用モジュール、光通信システムに用いて好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】本発明に係る半導体光集積素子の実施形態の一例を示す概略断面図である。
【図２】図１に示す半導体光集積素子の斜視図である。
【図３】図１に示す半導体光集積素子におけるレーザ部の光のフィールド分布を示す計算結果である。
【図４】図１に示す半導体光集積素子におけるレーザ部の断面図である。
【図５】図１に示す半導体光集積素子におけるレーザ部がマルチモードになる場合の光のフィールド分布を示す計算結果である。
【図６】（ａ）は、図１に示す半導体光集積素子におけるレーザ部（活性層）の光閉じ込め係数のリッジ幅ＷA依存性を表す計算結果であり、（ｂ）は、図１に示す半導体光集積素子におけるレーザ部（共通光導波路層）の光閉じ込め係数のリッジ幅ＷA依存性を表す計算結果である。
【図７】図１に示す半導体光集積素子における結合部の光のフィールド分布を示す計算結果である。
【図８】図１に示す半導体光集積素子における結合部の断面図である。
【図９】図１に示す半導体光集積素子における結合部がマルチモードになる場合の光のフィールド分布を示す計算結果である。
【図１０】図１に示す半導体光集積素子における結合部（共通光導波路層）の光閉じ込め係数のリッジ幅ＷC依存性を表す計算結果である。
【図１１】図１に示す半導体光集積素子において、レーザ部と結合部との結合効率の計算結果である。
【図１２】図１に示す半導体光集積素子の作製方法（前半）を説明する図である。
【図１３】図１に示す半導体光集積素子の作製方法（後半）を説明する図である。
【図１４】本発明に係る半導体光集積素子の実施形態の他の一例（実施例３）を示す概略断面図である。
【図１５】図１４に示す半導体光集積素子の斜視図である。
【図１６】図１４に示す半導体光集積素子におけるレーザ部の断面図である。
【図１７】図１４に示す半導体光集積素子における結合部の断面図である。
【図１８】図１４に示す半導体光集積素子の作製方法（前半）を説明する図である。
【図１９】図１４に示す半導体光集積素子の作製方法（後半）を説明する図である。
【図２０】本発明に係る半導体光集積素子の実施形態の他の一例（実施例４）を示すものであり、半導体光集積素子におけるレーザ部の断面図である。
【図２１】本発明に係る半導体光集積素子の実施形態の他の一例（実施例５）を示す斜視図である。
【図２２】ＢＪ法を模式的に説明する図である。
【図２３】サイドエッチを説明する模式図である。
【図２４】Ａｌ系半導体材料層の酸化を説明する模式図である。
【符号の説明】
【０１２４】
１    半導体レーザ部
２    半導体光変調器部
３    結合部
４、５  窓構造部
１０  基板
１１  共通光導波路層
１２  半導体層
１３  活性層
１５  回折格子
１８  変調器層
２３  上部クラッド層
２４、２５  コンタクト層
【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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【図２３】
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【図２４】
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