(57)【要約】      （修正有）【課題】利得の偏波依存性を精度よく無くすことが可能な半導体光増幅器（ＳＯＡ）を提供する。【解決手段】活性層２とそれを挟むＳＣＨ層３、及び下クラッド層１、上クラッド層６を含んで構成される光導波路において、リッジ状に加工した上クラッド層６及びコンタクト層７の表面に電極金属８を設ける。この電極金属は光導波路に対し光吸収を有する位置に設け、この光吸収材料をトリミングすることにより光導波路の吸収量を調整し、正味の利得量を調整可能にした。【選択図】図１
2009049073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路に対し光吸収を有する位置に光吸収材料を設け、この光吸収材料をトリミングすることにより光導波路の吸収量を調整し、正味の利得量を調整可能にしたことを特徴とする半導体光増幅器。
【請求項２】
入射光の偏波方向によって異なる光吸収材料による光吸収量を、前記トリミングにより偏波依存性を調整可能としたことを特徴とする請求項１に記載の半導体光増幅器。
【請求項３】
前記光吸収材料は金を含む金属材料を用いたことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体光増幅器。
【請求項４】
前記光吸収材料は入射光より長波長組成（バンドギャップの狭い組成）の半導体を用いたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体光増幅器。
【請求項５】
１）基板上に下クラッド層を形成する工程と、
２）前記下クラッド層上に第１ＳＣＨ層を形成する工程と、
３）前記第１ＳＣＨ層上に活性層を形成する工程と、
４）前記活性層上に第２ＳＣＨ層を形成する工程と、
５）前記第２ＳＣＨ層上にＰ若しくはＮ層を形成する工程と、
６）前記Ｐ若しくはＮ層上にエッチングストップ層を形成する工程と、
７）前記エッチングストップ層上に上クラッド層を形成する工程と、
８）前記上クラッド層上にコンタクト層を形成する工程と、
９）前記コンタクト層上に電極金属を形成する工程と、
１０）前記電極金属の一部およびこの電極金属の下部を残し、前記電極金属、コンタクト層および上クラッド層を前記エッチングストップ層まで除去する工程と、
１１）光導波路に対し光吸収を有する位置に光吸収材料を設け、この光吸収材料をトリミングする工程、
を含むことを特徴とする半導体光増幅器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光増幅器（ＳＯＡ）に関し、偏波依存性を改善した半導体光増幅器の構造および製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信システムに組み込まれる光スイッチ，光偏波スプリッタ，ＷＤＭ素子，方向性結合器，光カプラ，光増幅器などの光機能素子の多くは、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系やＩｎＰ／ＧａＩｎＡｓＰ系などの半導体材料を用いて製造されている。
【０００３】
また、通信需要の飛躍的な増大に対して波長の異なる複数の信号光を多重化して一本の光ファイバで同時に伝達させる波長多重通信システムの開発が進んでいる。この波長多重通信システムにおいては、合波、分波のために数多くの光部品が使用されるため、各光部品の損失によって光信号が減衰することになる。
【０００４】
このような減衰を補償するために光増幅器が使用されるが、従来の光ファイバシステムの場合と比較して非常に数多くの光増幅器が必要とされるため、光増幅器には小型で低消費電力動作が可能であることが要求される。
【０００５】
また、このようなインラインで使用される光増幅器には、入力信号光の偏波状態がランダムなため利得の偏波依存性が小さいこと、入力信号光のパワーレベルの変動が大きいため広い入力ダイナミックレンジをもつようにファイバ結合飽和光出力が大きいこと、等が要求される。
【０００６】
このような光増幅器（ＳＯＡ）に関する先行技術としては次のようなの文献が知られている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−５３３９２号公報
【特許文献２】特開平２００２１７６２２７号公報
【特許文献３】特許第３０１７８６９号公報
【０００８】
図２は上記特許文件、特開２００１−５３３９２号公報に記載された、伸張歪バルク活性層を用いた偏波無依存型半導体光増幅器の一部断面斜視図である。
図の前半分においては活性層の状態を表すように、ｐ型ＩｎＰ埋込層３７、プロトン注入領域３８，３９、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層４０、及び、ｐ型電極４２の図示を省略している。また、この図では、スポットサイズ変換領域や窓領域などを省略した概略図として表している。
【０００９】
この偏波無依存型半導体光増幅器においては、厚さ２００ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ歪バルク活性層３４の上下に厚さ１００ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層（ＳＣＨ層）３３，３５を設けた構造にするとともに、ストライプ幅を１．２μｍとした構造になっている。
【００１０】
なお、ストライプ状のＩｎＧａＡｓＰ歪バルク活性層３４の光軸は光入出力端面の法線と７°の傾き角で交わっている。
【００１１】
このように２００ｎｍと厚い活性層を用いて、ＴＥ偏光とＴＭ偏光の光閉じ込め係数比を小さくすることで、必要な伸張歪を−０．１５％と小さく抑えるように意図して設計されており、それによって、偏波間利得差が低減されるので、一方の端面から出射した信号入力光４６は偏波に依存することなく増幅されて増幅出力光４７として出力される。
【００１２】
なお、両方の端面には無反射コート膜（ＡＲ膜）４４，４５が設けられているので、信号入力光４６の共振は抑制される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、図２に示すような構造においては、活性層の歪量を精度良く製造するのは難しく、ウエハ面内での分布やロット間ばらつきを生じる。また、ストライプ加工した時の幅にもばらつきが生じる。このため精度よく、且つ、歩留まり良く偏波無依存を実現するは困難である。という問題があった。
従って、本発明は上記従来技術の問題点を解決するためになされたもので、利得の偏波依存性を精度よく無くすことが可能なＳＯＡの製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、請求項１記載の半導体光増幅器の発明においては、
光導波路に対し光吸収を有する位置に光吸収材料を設け、この光吸収材料をトリミングすることにより光導波路の吸収量を調整し、正味の利得量を調整可能にしたことを特徴とする。
【００１５】
請求項２においては、請求項１に記載の半導体光増幅器において、
入射光の偏波方向によって異なる光吸収材料による光吸収量を、前記トリミングにより偏波依存性を調整可能としたことを特徴とする。
【００１６】
請求項３においては、請求項１または２に記載の半導体光増幅器において、
前記光吸収材料は金を含む金属材料を用いたことを特徴とする。
【００１７】
請求項４においては、請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体光増幅器において、
前記光吸収材料は入射光より長波長組成（バンドギャップの狭い組成）の半導体を用いたことを特徴とする。
【００１８】
請求項５においては、半導体光増幅器において、
１）基板上に下クラッド層を形成する工程と、
２）前記下クラッド層上に第１ＳＣＨ層を形成する工程と、
３）前記第１ＳＣＨ層上に活性層を形成する工程と、
４）前記活性層上に第２ＳＣＨ層を形成する工程と、
５）前記第２ＳＣＨ層上にＰ若しくはＮ層を形成する工程と、
６）前記Ｐ若しくはＮ層上にエッチングストップ層を形成する工程と、
７）前記エッチングストップ層上に上クラッド層を形成する工程と、
８）前記上クラッド層上にコンタクト層を形成する工程と、
９）前記コンタクト層上に電極金属を形成する工程と、
１０）前記電極金属の一部およびこの電極金属の下部を残し、前記電極金属、コンタクト層および上クラッド層を前記エッチングストップ層まで除去する工程と、
１１）光導波路に対し光吸収を有する位置に光吸収材料を設け、この光吸収材料をトリミングする工程、
を含むことを特徴とする半導体光増幅器の製造方法である。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したことから明らかなように本発明の請求項１乃至４によれば、次のような効果がある。
光導波路に対し光吸収を有する位置に光吸収材料を設け、この光吸収材料をトリミングすることにより光導波路の吸収量を調整し、正味の利得量を調整可能にしたので、利得の偏波依存性を精度よく無くすことができ、利得が偏波方向に依存しない半導体光増幅器を歩留まりよく製造できる。
【００２０】
請求項５によれば、
利得の偏波依存性を精度よく無くすことができ、利得が偏波方向に依存しない半導体光増幅器を歩留まりよく製造可能な製造方法を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は本発明の実施形態の一例を示す要部断面構造図であり、下部の電極や絶縁物による平坦化構造は省略している。
本実施例ではＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰの材料系で説明する。
図１において、１は（１００）ＩｎＰ基板（図示省略）上にエピタキシャル成長されたＩｎＰ下クラッド層、２はＩｎＧａＡｓＰ活性層（バルクでも多重量子井戸でもよく、偏波依存解消のために歪を入れてもよい）でＩｎＧａＡｓＰからなるＳＣＨ（Ｓｅｐａｒａｔｅ  Ｃｏｎｆｉｎｍｅｎｔ  Ｈｅｔｅｒｏ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）層３で挟まれている。
【００２２】
４はＩｎＰ層、５はＩｎＧａＡｓＰからなるエッチストップ層である。６はエッチストップ層５上に形成されたＩｎＰからなる上クラッド層、７はＩｎＧａＡｓＰからなるコンタクト層、８はコンタクト層７上に形成された上部電極金属である。
【００２３】
なお、活性層２から下はｎ形、上はｐ形にドーピングされている。ＩｎＧａＡｓＰエッチストップ層５の上端からＩｎＧａＡｓＰのコンタクト層７はストライプ部分を残してエッチングされ、リッジ光導波路を形成している。
【００２４】
IｎＧａＡｓＰコンタクト層７は活性層２に比べ短波長組成とすることにより、動作波長ではバンド端吸収は無視できる。電極金属８は電流注入のための電極材料であるとともに、動作波長に対する光吸収材料として機能する。バリアメタルを含む多層構造であってもよいが、金のように光吸収の大きな材料を主とすることが望ましい。
【００２５】
通常の光増幅器（ＳＯＡ）では活性層２から上部の半導体層は光吸収を回避するため十分に大きな膜厚とするが、本構造では電極金属８で適度な大きさの光吸収を生じるようにこの膜厚（例えば０．５〜１μｍ）を設計しておくことが重要である。
【００２６】
なお、上記光増幅器は下記の方法により作製する。
１）基板上に下クラッド層を形成する工程、
２）前記下クラッド層上に第１ＳＣＨ層を形成する工程、
３）前記第１ＳＣＨ層上に活性層を形成する工程、
４）前記活性層上に第２ＳＣＨ層を形成する工程、
５）前記第２ＳＣＨ層上にＰ若しくはＮ層を形成する工程、
６）前記Ｐ若しくはＮ層上にエッチングストップ層を形成する工程、
７）前記エッチングストップ層上に上クラッド層を形成する工程、
８）前記上クラッド層上にコンタクト層を形成する工程、
９）前記コンタクト層上に電極金属を形成する工程、
１０）前記電極金属の一部およびこの電極金属の下部を残し、前記電極金属、コンタクト層および上クラッド層を前記エッチングストップ層まで除去する工程、
１１）光導波路に対し光吸収を有する位置に光吸収材料を設け、この光吸収材料をトリミングする工程、を含むことを特徴としている。
【００２７】
一般的な活性層膜厚とストライプ幅からなるＳＯＡの光導波路構造では、ＴＭモード光がＴＥモードより上下方向に大きく広がり、上部電極金属での光吸収はＴＭモードに対して大きくなる。
【００２８】
ここで、バルク活性層２に引っ張り歪みを入れたり、多重量子井戸活性層の障壁層に引っ張り歪みを入れる等の方法により、上部電極金属８での光吸収の無い状態ではＴＭモード利得がＴＥモード利得より大きくなるように歪量を設定しておき、かつ金属吸収があると全体としてＴＭモード利得よりＴＥモード利得が若干大きくなるように上部クラッド層厚を設定する。この設定は各モードでの光分布から光吸収材料（ここでは電極）部分への光閉じ込め係数を計算することにより設計できる。
【００２９】
チップ化、アセンブリの後、各モード利得を測定する。次に電極金属を部分的に除去するトリミングを行う。その結果、金属除去によりＴＭモードの吸収の低下量が大きくなるため、ＴＥモードとＴＭモードの利得を一致させることができる。トリミングはレーザビームの照射などを用いるものとする。
【００３０】
なお、実施例ではリッジ構造での例を示したが、埋め込み構造などの光導波路構造でもよい。
金属材料の代わりにバンドギャップが入射光に対して狭い、つまりバンド間吸収が効く半導体材料を用いても良い。例えば図1でInGaAsPコンタクト層をInGaAs層にし、イオンビーム等でトリミングしても構わない。
【００３１】
吸収材料は活性層上部に設けた例を示したが、側面に設けても構わず、これらを併用しても良い。
また、偏波の無依存化のためにトリミング調整した例を示したが、利得の調整のために用いてもよい。
【００３２】
以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。従って本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の半導体光増幅器の実施形態の一例を示す要部構成図である。
【図２】従来の光増幅器の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１              下クラッド層（ｎ−ＩｎＰ）
２              活性層（ＩｎＧａＡｓＰ）
３              ＳＣＨ層（ＩｎＧａＡｓＰ）
４              Ｐ−ＩｎＰ層
５              エッチングストップ層（Ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ）
６              上クラッド層（Ｐ−ＩｎＰ）
７              コンタクト層（Ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ）
８              電極金属
３１            ｎ型ＩｎＰ基板
３２            ｎ型ＩｎＰバッファ層
３３，３５      ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層
３４            ＩｎＧａＡｓＰ歪バルク活性層
３７            Ｐ型ＩｎＰ埋込層
３８，３９      プロトン注入領域
４０            Ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層
４２            Ｐ側電極
４３            ｎ側電極
４４，４５      無反射コート膜
４６            信号入力光
４７            増幅出力光
【図１】
2009049073.tif 000003
【図２】
2009049073.tif 000004