JP2001148531A - 半導体光デバイス - Google Patents

半導体光デバイス

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暢之 生駒
Akira Ishida
晶 石田
Shigenori Takagishi
成典 高岸
Mitsuo Takahashi
光男 高橋
Tsukuru Katsuyama
造 勝山
Masayuki Shigematsu
昌行 重松
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光増幅素子、光導波路、および光学素子をＧ
ａＡｓ基板上に集積した半導体光デバイスを提供する。 【解決手段】 半導体光デバイスは、ＧａＡｓ半導体基
板50上に設けられた光導波路部72及び光増幅部62を備え
る。光増幅部62は、少なくとも１つの半導体光増幅器を
含む。光導波路部72は、光導波路72a、72bを含む光学素
子を含む。光導波路72a、72bは、光半導体増幅器に光学
的に接続されている。半導体光増幅器は、ＧａxＩｎ1-x
ＮyＡｓ1-y半導体を含む活性層54a並びに活性層54aを挟
む第１導電型クラッド層52a及び第２導電型クラッド層5
6aを有する。光導波路72a、72bは、ＧａＩｎＮＡｓ半導
体及びＧａＡｓ半導体の少なくともいずれかを含むコア
半導体層66a、並びにコア半導体層66aを挟む第１のクラ
ッド半導体層64a及び第２のクラッド半導体層68aを有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＧａxＩｎ1-xＮy
Ａｓ1-y半導体を含む半導体光デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体基板上に形成された半導体層を光
導波路として利用することが知られている。また、光フ
ァイバでの伝送に適した波長１．２５〜１．６５μｍの
光を用いたネットワークにおいて、ＩｎＧａＡｓＰ活性
層を用いた半導体光増幅器とＩｎＧａＡｓＰをコアに用
いた光導波路をＩｎＰ基板上に集積したものが知られて
いる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ＩｎＰ系半導体を採用
する半導体レーザおよび半導体光増幅器の発光波長は、
１．２５〜１．６５μｍの範囲をカバーするように変化
させることが可能である。単一のＩｎＰ半導体基板上
に、半導体光増幅器および回折格子といった光学要素を
集積した光デバイスを作製することができる。
【０００４】このような光デバイスを検討した結果、発
明者は以下のような課題を発見した。
【０００５】半導体光増幅器および回折格子といった光
学素子を単一の半導体基板上に集積すると、大きな面積
を必要になる。しかしながら、大口径であり集積回路に
適した良質のＩｎＰ半導体ウエハを製造することが技術
的に難しく、またＩｎＰ半導体基板を製造するためには
高価な材料を使用する必要がある。
【０００６】一方、今後、光通信が適用される用途が拡
大されることを考慮すると、低価格なウエハおよび高集
積化に適したウエハがますます必要となる。したがっ
て、低価格であり且つ高集積化に適したウエハを製造可
能な半導体材料の選択が重要な課題となる。
【０００７】このような半導体基板としてＧａＡｓ半導
体基板が最も適していると、発明者は考えている。
【０００８】しかしながら、ＧａＡｓ半導体基板を採用
したときに、この基板上に発光素子、光導波路、および
回折格子といった光学要素を集積するために好適な半導
体材料を選択することが次なる重要な課題となる。そこ
で、発明者は、このような半導体材料に関して検討を進
めた。この結果、以下に示されるいくつかの文献を発見
した。
【０００９】半導体レーザに関する文献としては、例え
ば特開平７−１５４０２３号公報がある。この文献１に
は、高特性温度を有する１．３μｍ用半導体レーザをＩ
ｎＰ基板上に形成することが困難であるという課題を解
決するために為された発明が記載されている。この課題
を解決するために、文献１には、ＧａＡｓ半導体基板
と、この基板上に窒素(Ｎ)組成が０．５％以上であるＧ
ａＩｎＮＡｓ半導体活性層とを備える半導体レーザが記
載されている。Ｎ元素を混晶化したため歪ＧａＩｎＡｓ
Ｎ層の圧縮歪量が２％を越えない状態で、半導体レーザ
の発振波長１．３μｍが得られる。しかしながら、この
発明では、複数の異なる光学素子を単一の基板上に集積
する際の課題について何らの記載がない。
【００１０】また、このような文献としては、特開平６
−３７３５５号公報がある。この文献２には、短波長で
のレーザ発振可能な新規な半導体材料を提供することを
課題を解決するために成された発明が記載されている。
この課題を解決するための材料としてＧａＡｓＮ半導体
を採用すると、０．３５μｍから１．２μｍの波長範囲
で連続的に発振可能な半導体レーザが可能であることが
記載されている。また、この文献には、ＧａＩｎＮＡｓ
半導体に関して記載されている。この記載によれば、Ｇ
ａＩｎＮＡｓ半導体は、ＧａＡｓ半導体との格子定数の
不整合を緩和できる。また、ＧａＡｓ半導体よりも長波
長の発光素子を作製できる旨の記載があるのみである。
しかしながら、１．２μｍの波長を越えて長波長化する
ことに関する記載はない。また、この発明では、複数の
異なる光学素子を単一の基板上に集積する際の課題につ
いて何らの示唆がない。
【００１１】さらに、このような文献としては、特開平
９−３２８３８５７号公報がある。この文献３には、Ｖ
族の空孔濃度を高くすることなく、大きなＮ組成のIII
−V族混晶半導体を高品質に形成するという課題を解決
するために成された発明が記載されている。このような
課題を解決するために、所定の手順に従うＧａＩｎＮＡ
ｓ半導体の製造方法が記載されている。しかしながら、
今後の光通信ネットワークにおいて必要とされる発光素
子、光導波路、および回折格子といった光学素子を集積
するために好適な構造について何ら記載されていない。
また、このような光学素子を含む光集積回路で取り扱う
ことができる１．２５μｍから１．６５μｍの波長範囲
において適用可能なＧａＩｎＮＡｓ半導体に関する具体
的且つ系統的な記載がない。
【００１２】特に、これらの文献には、ＧａＩｎＮＡｓ
半導体を発光素子に適用すると共に、この発光素子に関
連する光が伝搬する光導波路にＧａＩｎＮＡｓ半導体を
採用することに関して何らの記載もない。
【００１３】そこで、本発明の目的は、発光素子、光導
波路、および光学素子をＧａＡｓ半導体基板上に集積し
た半導体光デバイスを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる半導体光
デバイスは、ＧａＡｓ半導体基板と、ＧａＡｓ半導体基
板上に設けられた光導波路部と、ＧａＡｓ半導体基板上
に設けられた光増幅部と、を備える。光増幅部は、少な
くとも１つの半導体光増幅器を含む。光導波路は光半導
体増幅器に光学的に接続されている。
【００１５】半導体光増幅器は、ＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ
1-y半導体を含む活性層、並びにこの活性層を挟むよう
に設けられた第１導電型クラッド層および第２導電型ク
ラッド層を有する。活性層は、第１導電型クラッド層お
よび第２導電型クラッド層よりも大きな屈折率を有す
る。
【００１６】光導波路は、ＧａＩｎＮＡｓ半導体および
ＧａＡｓ半導体の少なくともいずれかを含むコア半導体
層、並びにこのコア半導体層を挟むように設けられた第
１および第２のクラッド半導体層を有する。
【００１７】光学素子は、例えば、複数の入力ポートお
よび少なくとも１つの出力ポートを有する光合波器を含
むことができる。入力ポートは、半導体光増幅器に光学
的に接続されることができる。また、光学素子は、例え
ば、少なくとも１つの入力ポートおよび複数の出力ポー
トを有する光分波器を含むことができる。出力ポート
は、半導体光増幅器に光学的に接続されることができ
る。光導波路部は、光導波路を有する光合波器および光
分波器を含むことができる。光分波器および光合波器の
各々は、例えば、ＡＷＧを含むことができる。
【００１８】コア半導体層がＧａＩｎＮＡｓ半導体を含
む場合には、ＧａＩｎＮＡｓ半導体は光増幅部において
増幅されるべき光の波長に対するエネルギよりも大きい
バンドギャップを有する。このため、光導波路部での吸
収が少なくなっていて、光増幅部において増幅されるべ
き光および光増幅部において増幅された光の両方がコア
半導体層を伝搬することができる。また、コア半導体層
は活性層と接している。このため、光導波路と半導体光
増幅器との間の光学的な結合は、空気層を介することに
よって生じ得る損失なく行われる。
【００１９】このように、ＧａＡｓ半導体基板を採用し
たので、大口径の良質な基板上に光学素子を集積するこ
とができる。このため、光分波器および／または光合波
器といった複数の光学要素および半導体光増幅器を集積
すると、材料の組成だけでなく光導波路の加工形状に関
しても相対精度が揃った光学素子が得られる。また、活
性層はＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y半導体を有し、且つ光合
波器および光分波器の各々は、ＧａＩｎＮＡｓ半導体お
よびＧａＡｓ半導体の少なくともいずれかを含む光導波
路を有するので、適正な組成の材料を組み合わせること
によって広範囲の波長の光を取り扱うことができる。
【００２０】光分波器は、受けた光を半導体光増幅器に
入力すべき光毎に分けることができる。半導体光増幅器
は、受けた光を増幅し、またはゲート動作するといった
処理をすることができる。光合波器は、半導体光増幅器
において処理された光を合流することができる。
【００２１】本発明に係わる半導体光デバイスでは、光
分波器はＡＷＧ(Arrayed WaveguideGrating)を含むこと
ができ、また光合波器もＡＷＧを含むことができる。光
分波器がＡＷＧを含めば、ＡＷＧの入力ポートに受けた
光を波長毎に空間的に異なる位置に設けられた複数の出
力ポートに分離することができる。また、光合波器がＡ
ＷＧを含めば、空間的に異なる位置の複数の入力ポート
に受けた波長の異なる光を単一の出力ポートに集めるこ
とができる。
【００２２】本発明に係わる半導体光デバイスでは、活
性層のＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y半導体に関して、０．７
≦ｘ≦０．９であり、０．０３≦y≦０．１であること
ができる。
【００２３】このような組成の半導体は、ＱＷ(Quantum
Well)構造を持たないバルク活性層に好適である。これ
によって、発明者は、上記の範囲で組成を制御すること
により、活性層の材料として採用されたＧａxＩｎ1-xＮ
yＡｓ1-y半導体層のバンドギャップに関連するエネルギ
の光が発生されることを見出した。
【００２４】本発明に係わる半導体光デバイスでは、活
性層は、ＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y半導体を含む少なくと
も１層の量子井戸層および量子井戸層を挟むように設け
られ複数の量子障壁層を有することができる。
【００２５】本発明に係わる半導体光デバイスでは、量
子障壁層はＧａＡｓ半導体を含み、量子井戸層のＧａx
Ｉｎ1-xＮyＡｓ1-y半導体に関して、ｘが実質的に０．
６５であり、０．００５≦ｙ≦０．０４の範囲にあるこ
とができる。
【００２６】このような組成の半導体は、ＳＱＷ(Singl
e Quantum Well)構造またはＭＱＷ(Multiple Quantum W
ell)構造を持つ活性層に好適である。このような組成範
囲において、量子井戸層におけるＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ
1-y半導体とＧａＡｓ半導体との間には約２％の格子不
整合が与えられ、また、量子井戸層の材料として採用さ
れたＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y半導体層の組成を上記の範
囲で制御することにより、そのバンドギャップあるいは
量子井戸構造に応じた伝導帯、価電子帯の量子準位差に
対応したエネルギの光が増幅されることを発明者は見出
した。
【００２７】本発明に係わる半導体光デバイスでは、量
子障壁層はＡｌＧａＡｓ半導体を含み、量子井戸層にお
けるＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y半導体に関して、０．７≦
ｘ≦０．８７であり、０．０３５≦ｙ≦０．１であるこ
とができる。
【００２８】このような組成の半導体は、ＳＱＷ構造ま
たはＭＱＷ構造を持つ活性層に好適である。このような
組成範囲において、量子障壁層のＡｌＧａＡｓ半導体に
対してほぼ格子整合が達成され、また、量子井戸層の材
料として採用されたＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y半導体層の
バンドギャップおよび量子井戸構造に応じたエネルギの
光が増幅されることを発明者は見出した。
【００２９】本発明に係わる半導体光デバイスでは、量
子障壁層はＧａＩｎＡｓ半導体およびＧａＡｓ半導体の
少なくともいずれかを含むことができる。量子井戸層の
Ｇａ xＩｎ1-xＮyＡｓ1-y半導体に関して、０．７≦ｘ≦
０．９であり、０．０３５≦ｙ≦０．０６であることが
できる。
【００３０】このような組成の半導体は、ＳＱＷ構造ま
たはＭＱＷ構造を持つ活性層に好適である。このような
組成範囲においては、いわゆるタイプII型の量子井戸構
造が達成されることを発明者は発見した。量子井戸層の
材料として採用されたＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y半導体層
の伝導層および量子障壁層の価電子帯のエネルギー差、
並びに量子井戸構造に応じたエネルギの光を発生するこ
とを発明者は見出した。
【００３１】これまでに説明した半導体光デバイスおよ
び、これから説明される半導体光デバイスを製造するた
めには、以下の方法を適用できる。
【００３２】本発明に係わる半導体光デバイスを製造す
る方法は、(1)主面上に第１の領域および第２の領域を
有するＧａＡｓ半導体基板を準備し、(2)第１導電型ク
ラッド層、ＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y半導体を含む活性
層、および第２導電型クラッド層を有する光増幅器部を
ＧａＡｓ半導体基板上の第１の領域に形成し、(3)Ｇａ
Ａｓ半導体基板上の第２の領域に、第１のクラッド半導
体層、ＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y半導体よりもバンドギャ
ップが大きなＧａＩｎＮＡｓ半導体およびＧａＡｓ半導
体の少なくともいずれかを含むコア半導体層、並びに第
２のクラッド半導体層を有する光導波路を含む光学素子
を形成する、それぞれのステップを備える。
【００３３】それそれ別個の領域に、光増幅部並びに光
合波器および光分波器といった光学素子を形成している
ので、光増幅部の活性層膜の組成と、光学素子に含まれ
る光導波路のコア半導体膜の組成を独立して制御可能で
ある。
【００３４】また、同一基板上に半導体光増幅器および
光導波路を形成するので、半導体光増幅器および光導波
路の各々の配置に関する相対的な精度が優れる。光学素
子が光合波器および光分波器を含む場合には、これらの
構成材料および形状を形成する工程が共に同じあるの
で、形状に関する相対精度も優れている。
【００３５】さらに、ＧａＩｎＮＡｓ半導体を採用する
場合には、元素組成を変更するだけで様々な波長の光を
取り扱う半導体を製造できる。このため、ＧａＡｓ半導
体の格子定数と所定の関係を保ちながら、様々な波長の
光を取り扱うことが可能な半導体光デバイスが提供され
る。
【００３６】本発明に係わる半導体光デバイスを製造す
る方法では、ステップ(2)は、(2a)第１導電型クラッド
膜、ＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y半導体を含む活性層膜、お
よび第２導電型クラッド膜をＧａＡｓ半導体基板上に順
に形成し、(2b)第１導電型クラッド膜、活性層膜、およ
び第２導電型クラッド膜をエッチングし、第１導電型ク
ラッド層、活性層、および第２導電型クラッド層を前記
第１の領域に形成する、それぞれのステップを備えるこ
とができる。
【００３７】本発明に係わる半導体光デバイスを製造す
る方法では、ステップ(3)は、(3a)ＧａＡｓ半導体基板
上の第２の領域に、第１のクラッド半導体膜、ＧａxＩ
ｎ1-xＮyＡｓ1-y半導体よりもバンドギャップが大きな
ＧａＩｎＮＡｓ半導体およびＧａＡｓ半導体の少なくと
もいずれかを含むコア半導体膜、並びに第２のクラッド
半導体膜を順に形成し、(3b)第１のクラッド半導体層、
コア半導体層、および第２のクラッド半導体層を含む光
導波路を形成するために、第１のクラッド半導体膜、コ
ア半導体膜、および第２のクラッド半導体膜をエッチン
グし、前記光導波路を含む光合波器および光分波器を形
成する光導波路を形成する、それぞれのステップを備え
ることができる。
【００３８】また、本発明に係わる半導体光デバイスを
製造する方法では、ステップ(3)は、(3c)ＧａＡｓ半導
体基板上の第２の領域に、第１のクラッド半導体層膜、
Ｇａ xＩｎ1-xＮyＡｓ1-y半導体よりもバンドギャップが
大きなＧａＩｎＮＡｓ半導体およびＧａＡｓ半導体の少
なくともいずれかを含むコア半導体層膜、並びに第２の
クラッド半導体層膜を順に形成し、(3d)第１のクラッド
半導体層、コア半導体層、および第２の半導体層を含む
光導波路を形成するように第１のクラッド半導体層膜お
よびコア半導体層膜をエッチングすると共に、第１導電
型クラッド層を少なくともエッチングして、光合波器お
よび光分波器を形成する、それぞれのステップを備える
ことができる。
【００３９】さらに、半導体光デバイスを製造する方法
に係わる発明では、コア半導体層は、活性層に接するよ
うに形成されている。また、第１及び第２のクラッド半
導体層膜は、コア半導体層膜を挟むように形成されてい
る。
【００４０】このようなステップを有する方法によれ
ば、管理された環境である半導体デバイスの製造工程内
において活性層およびコア半導体層の接続部分を形成す
ることができるので、光学的に結合の損失を低減でき
る。
【００４１】
【発明の実施の形態】図面を参照しながら本発明の実施
の形態を説明する。図面において可能な場合には、同一
の部分には同一の符号を付する。
【００４２】図１は、本発明の実施の形態に係る半導体
光デバイスの平面図である。半導体光デバイス１は、Ｇ
ａＡｓ半導体基板２と、基板２上に設けられた光増幅部
１０と、基板２上に設けられた光導波路部２０と、を備
える。半導体光デバイス１は、単独または複数の入力４
(４ａ〜４ｄ)および出力６(６ａ〜６ｄ)を有する。入力
４(４ａ〜４ｄ)は、受けた光を光増幅部１０および光導
波路部２０の少なくともいずれかに提供するように設け
られている。出力６(６ａ〜６ｄ)は、光増幅部１０およ
び光導波路部２０の少なくともいずれかからの光を外部
に提供するように設けられている。入力４(４ａ〜４ｄ)
および出力６(６ａ〜６ｄ)は、それぞれ、光ファイバ
といった光伝送路と光学的に結合されることができる。
【００４３】光増幅部１０は、キャリアが注入されると
光を発生する単独または複数の半導体光増幅器１２を含
む。半導体光増幅器１２は、光の入力および出力が可能
な１対のポート１４、１６を有する。入力ポート１４お
よび出力ポート１６の間には、光を受けると誘導放出に
よって光増幅する活性層が設けられている。活性層の材
料は、III-V族化合物半導体である。図１では、４個の
半導体光増幅器１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは、そ
れぞれ、光の入力ポート１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４
ｄおよび出力ポート１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄを
有する。例示的に示せば、半導体光増幅器１２ａに電力
が与えられているときは、半導体光増幅器１２ａは入力
ポート１４ａに受けた所定波長の光を増幅して出力ポー
ト１６ａに提供する。この増幅効果によりファイバと入
力ポート４ａ〜４ｄ、出力ポート６ａ〜６ｄとファイバ
との光結合損失や光導波路内部での光損失を補償するこ
とができる。半導体光増幅器１２ａに電力が与えられて
いないときは、半導体光増幅器１２ａは入力ポート１４
ａに受けた所定波長の光を出力ポート１６ａに至るまで
に減衰させる。
【００４４】光導波路部２０は、光半導体増幅器１２の
入力ポート１４および出力ポート１６の少なくともいず
れかに光学的に接続された光導波路２２(２２ａ〜２２
ｐ)を含む。光導波路２０の材料は、III-V族化合物半導
体であるけれども、活性層の材料であるIII-V族化合物
半導体よりのバンドギャップが大きい。故に、半導体光
増幅器１０において取り扱われる光は、光導波路２２内
を透過することができる。このため、本実施の形態に係
わる半導体光デバイス１の典型的な大きさ、例えば縦３
〜４ｍｍ、横５〜７ｍｍｍにおいては、ほとんど減衰す
ることなく伝搬する。
【００４５】このような半導体基板２上にIII-V族化合
物半導体から成る光導波路２２を設けるために、半導体
製造技術における微細加工技術を採用することができ
る。この技術の適用によって、数マイクロメートル程度
の幅の光導波路２２を形成することができ、その加工精
度も非常に高く、加工寸法における再現性も実用的に十
分である。
【００４６】加えて、光導波路２２は、基板２の表面に
垂直な方向に関しては屈折率の異なる半導体層を積層す
ることによって光を閉じ込め、基板２の表面に沿った方
向に関しては、積層された半導体層を部分的に除去する
ことによって光導波路２２を形成し半導体層と空気との
屈折率差を利用して光を閉じ込めることができる。ま
た、半導体光増幅器１２の活性層との光学的な接続も実
用的に許容しうる損失以下で達成される。
【００４７】光導波路２２の形状も、微細加工技術を適
用すれば、光学的な損失が許容しうるという条件の下で
規定できる。このため、光学的な距離を変化させた複数
の光導波路の接続、または幅の異なる複数の光導波路の
接続、といった形態を組み合わせて光学素子３０、４０
を形成することが可能である。
【００４８】図１を参照すると、光分波器３０は、第１
および第２のスラブ導波路２４、２８と、第１のスラブ
導波路２４および第２のスラブ導波路２８との間に設け
られた複数の光導波路２６ａ、２６ｂ、２６ｃと、を備
える。第１のスラブ導波路２４は、これに分波されるべ
き光を提供するように、光導波路２２ａ〜２２ｄに接続
されている。第２のスラブ導波路２８は、これによって
分波された光を受けるように、光導波路２２ｅ〜２２ｈ
に接続されている。光導波路２２ａ〜２２ｄは、入力４
ａ〜４ｄに接続されることができる。複数の光導波路２
６ａ、２６ｂ、２６ｃは、それぞれ、所定の長さ△Ｌだ
け異なる光路長を有している。
【００４９】光分波器３０においては、光導波路２２ａ
〜２２ｄのいずれかからスラブ導波路２４に入力された
複数の波長成分を持つ光は、スラブ導波路内２４を伝搬
して、複数の光導波路２６ａ、２６ｂ、２６ｃの一端に
到達する。複数の光導波路２６ａ、２６ｂ、２６ｃの他
端に到達した光は、スラブ導波路２８を伝搬する。光導
波路２６ａ、２６ｂ、２６ｃは△Ｌだけ光学的な長さが
異なるので、スラブ導波路内２８において、各光導波路
２６ａ〜２６ｃからの光は干渉し、各波長に応じて異な
る位置において強め合う。波長毎に対応した位置に光導
波路２２ｅ〜２２ｈの一端を配置すれば、複数の波長成
分を含む光信号を波長成分毎に分波できる。
【００５０】光分波器４０は、第３および第４のスラブ
導波路４４、４８と、第３のスラブ導波路４４および第
４のスラブ導波路４８との間に設けられた複数の光導波
路４６ａ、４６ｂ、４６ｃと、を備える。第３のスラブ
導波路４４は、これに合波されるべき光を提供するよう
に、光導波路２２ｉ〜２２ｌに接続されている。第４の
スラブ導波路４８は、これに合波された光を受けるよう
に、光導波路２２ｍ〜２２ｐに接続されている。光導波
路２２ｍ〜２２ｐは、出力６ａ〜６ｄに接続されること
ができる。複数の光導波路４６ａ、４６ｂ、４６ｃは、
それぞれ、所定の長さ△Ｌだけ異なる光学的な長さを有
している。
【００５１】光合波器４０においては、光導波路２２ｉ
〜２２ｌにはそれぞれ波長が異なり且つ単一の波長成分
を持つ光が入力される。これらの光は、スラブ導波路内
４４を伝搬して、複数の光導波路４６ａ、４６ｂ、４６
ｃの一端に到達する。複数の光導波路４６ａ、４６ｂ、
４６ｃの他端に到達した光は、スラブ導波路内４８を伝
搬する。スラブ導波路４８において、各光導波路４６ａ
〜４６ｃからの光は干渉する。光導波路４６ａ、４６
ｂ、４６ｃは△Ｌだけ光学的な長さが異なるので、すべ
ての波長の光は同じ位置で強め合うようになる。これに
よって、光導波路２２ｍ〜２２ｐのいずれかに出力され
るようになるので、複数の波長の光を合波することがで
きる。光導波路２２ｍ〜２２ｐのいずれかに出力される
かは、光導波路２２ｉ〜２２ｌに入力される波長の組合
せによって決定される。
【００５２】図２および図３は、図１に示された半導体
光デバイス１の動作を説明するための図面である。図２
には、半導体光デバイス１に入力される１又は複数(図
２の例では４つ)の波長成分を含む光信号を示してい
る。このような光信号を所定の入力チャネルから半導体
光デバイス１が受けると、ＡＷＧといった光分波器にお
いて各波長毎に分波される。分波された各波長の光は、
入力されたそれぞれの半導体光増幅器において、光の増
幅および減衰のいずれかの処理(図３の例では増幅)が施
される。この処理の後に、ＡＷＧといった光合波器にお
いて合波され、図３に示されるような波形が所定の出力
チャネルに提供される。
【００５３】引き続いて、光導波路２２および半導体光
増幅器１０の製造方法を説明する。これによって、光導
波路２２および半導体光増幅器１０の構造についても理
解することができる。図４〜図１２は、製造工程図を示
す。これらの図面は、図１の一点鎖線で囲まれた部分に
対して描かれている。このため、以下の説明で参照され
る図４〜図１２において、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に伸
びる側面が現われるけれども、これらの側面は、本実施
の形態に係わる半導体光デバイスの製造工程における断
面を示している。
【００５４】まず、図４に示されるようなｎ型ＧａＡｓ
半導体基板５０を準備する。このようにＧａＡｓ半導体
基板５０を採用したので、大口径の良質な基板上に光学
要素を集積することができる。ＧａＡｓ半導体基板５０
は、主面５０ａと、この主面５０ａに対向する裏面５０
ｂとを備える。ｎ型ＧａＡｓ半導体基板５０を採用する
場合について説明するけれども、ｐ型ＧａＡｓ半導体基
板を採用することもできる。基板の面方位は(００１)面
が採用されているが、この面から２゜以上２５゜以下の
範囲の角度で[１１０]方向に傾斜した基板も用いること
が可能である。このような傾斜基板を採用することで、
半導体成長時のＮ原料の消費量を削減することが可能で
ある。
【００５５】基板５０の主面５０ａ上に、ｎ型ＡｌＧａ
Ａｓ半導体を含む第１のクラッド膜５２と、アンドープ
ＧａＩｎＮＡｓ半導体を含むＳＯＡ用活性層膜５４と、
ｐ型ＡｌＧａＡｓ半導体を含む第２のクラッド膜５６
と、ｐ型ＧａＡｓ半導体を含むコンタクト膜５８とが順
に成長される。また、第１のクラッド膜５２に成長に先
立って、ｎ型ＧａＡｓ半導体を含むバッファ膜を形成す
ることができる。
【００５６】具体的には、これらのIII-V族化合物半導
体膜を、キャリア濃度の２×１０18ｃｍ-3を持つｎ型Ｇ
ａＡｓ(００１)面基板の主面上に、石英製横型反応炉を
採用した有機金属化学的気相成長(Organic Metal Chemi
cal Vapor Deposition)装置を用いて形成した。III族の
Ｇａ原料としてトリエチルガリウム(ＴＥＧ)、Ｉｎ原料
としてトリメチルインジウム(ＴＭＩ)、V族元素のＮ原
料としてジメチルヒドラジン(ＤＭＨｙ)、Ａｓ原料とし
てターシャリブチルアルシン(ＴＢＡｓ)、Ｐ原料として
ターシャリブチルフォスフィン(ＴＢＰ)を使用した。こ
れらの原材料は、水素ガスをキャリアガスとしてバブリ
ング法によって反応炉内に導入される。
【００５７】活性層膜に採用されたＧａＩｎＮＡｓ半導
体結晶の形成方法では、成長温度５３０℃で、モル供給
比で表された［ＴＢＡｓ］／(［ＴＥＧ］+［ＴＭＩ］)
および［ＤＭＨｙ］／(［ＤＭＨｙ］+［ＴＢＡｓ］)を
変化させて組成比を調整する。窒素の組成は、［ＤＭＨ
ｙ］／(［ＤＭＨｙ］+［ＴＢＡｓ］)を変化させ制御で
きる。ｎ型伝導特性を得るためには、テトラエチルシラ
ン(ＴＥＳｉ)をドーパントとして採用できる。ｐ型伝導
特性を得るためには、ジエチル亜鉛(ＤＥＺｎ)をドーパ
ントとして採用できる。
【００５８】これらの半導体を形成する場合、有機金属
気相成長法(ＯＭＶＰＥ)法を採用することもできるが、
これに限られることなく、分子線エピタキシ(ＭＢＥ)
法、化学線エピタキシ(ＣＢＥ)法といった、成膜法を採
用することができる。また、Ｎ原料としてＮ2ガスを励
起することにより得られるＮラジカルを用いることも可
能である。
【００５９】これらの半導体膜のキャリア濃度および膜
厚は、以下にリストされるように、 である。これによって、ＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y半導体
を含む活性層膜、並びに活性層膜を挟むように設けられ
た第１導電型クラッド膜および第２導電型クラッド膜が
形成された。
【００６０】引き続いて、コンタクト膜５８上にシリコ
ン窒化(ＳｉＮ)膜を形成する。ＳｉＮ膜は、フォトリソ
グラフィック法を用いて所定の領域を残すようにエッチ
ングされマスク材に加工される。この結果、光増幅部
(図１の１０)が形成されるべき領域上にマスクＳｉＮ層
６０が形成される。図５においては、この領域は、Ｙ軸
方向に伸びるストライプ形状を有する。
【００６１】図６に示すように、ＳｉＮ層６０をマスク
にして、第１のクラッド膜５２と、活性層膜５４と、第
２のクラッド膜５６と、コンタクト膜５８とをエッチン
グして、光増幅部用メサ６２を形成する。光増幅部用メ
サ６２は、第１のクラッド層５２ａと、活性層５４ａ
と、第２のクラッド層５６ａと、コンタクト層５８ａ
と、を有し、この上にＳｉＮ層６０が存在している。Ｇ
ａＡｓ半導体基板５０は、主面５０ａ上に、光増幅部用
メサ６２が形成された第１の領域、および第１の領域と
異なる第２の領域を有する。この第２の領域において
は、半導体基板５０の主面５０ａが露出しており、ここ
に光導波路部(図１の２０)が形成される。
【００６２】光増幅部メサ６２の上部にＳｉＮ層６０を
残した状態で、有機金属化学的気相成長法を採用して、
アンドープＧａＡｓ半導体を含む第３のクラッド膜６
４、ＧａＩｎＮＡｓ半導体を含むコア膜６６、アンドー
プＧａＡｓ半導体を含む第４のクラッド膜６８といった
半導体膜の堆積を行う。この堆積によって、図７に示す
ように、ＳｉＮ層６０が設けられていない領域、つま
り、半導体基板５０の主面５０ａが露出した第２の領域
のみ、所望の半導体膜が形成される。
【００６３】これらの半導体膜の膜厚は、以下にリスト
されるように、 である。
【００６４】光導波路は、ＧａＩｎＮＡｓ半導体を含む
コア半導体膜、並びにこのコア半導体膜を挟むように設
けられた第１および第２のクラッド半導体膜を有するこ
とができる。第３のクラッド膜６４は、コア半導体層６
６と活性膜５４とが直接に接続するような厚さを有す
る。つまり、第３のクラッド膜６４は、第１のクラッド
膜５２とほぼ等しい膜厚を有することが好ましい。
【００６５】次いで、図８に示すように、ＳｉＮ層６０
を除去した後に、露出された半導体膜６４、６６、６８
および半導体層５２ａ、５４ａ、５６ａ、５８ａ上にマ
スク層７０を形成する。マスク層は、光導波路が形成さ
れるべき領域、および光増幅部メサを覆うような領域に
設けられる。マスク層７０は、例えばフォトリソグラフ
ィック法を用いて形成することができる。なお、ＳｉＮ
層６０を除去することなく、この上にマスク材７０を形
成することもできる。
【００６６】このマスク材７０を用いてエッチングし、
図９に示すように、光導波路７２(７２ａ、７２ｂ)を形
成する。光導波路７２ａ(図１の２２ｆ、２２ｊ)、７２
ｂ(図１の２２ｇ、２２ｋ)は、それぞれ、光増幅部(図
１の１０)を挟んで配置され、所定の軸に沿って伸びて
いる。光導波路７２ａは、コア半導体層６６ａと、コア
半導体層６６ａを通して伝搬されるべき光を閉じ込める
ように設けられた第３のクラッド層６４ａおよび第４の
クラッド層６８ａと、を有する。光導波路７２ｂは、コ
ア半導体層６６ｂと、コア半導体層６６ｂを通して伝搬
されるべき光を閉じ込めるように第３のクラッド層６４
ｂおよび第４のクラッド層６８ｂと、を有する。コア層
６６ａ、６６ｂは、それぞれ、光増幅部６２の活性層５
４ａと直接に接触している。このため、光の伝搬はコア
半導体層６６ａ、６６ｂと活性層５４ａとの間でいずれ
の方向にも行われ、この伝搬の際して生じる損失が低減
された接続が提供される。このようにして提供された光
導波路は、２μｍ程度の幅を有することができる。
【００６７】この後に、光増幅部(図１の１０)の半導体
層５８ａ、５６ａを部分的に除去する。図１０を参照す
ると、光増幅器部には、リッジ部がコンタクト層５８ａ
および第２のクラッド層５６ａに設けられている。リッ
ジ部は、形成されるべき光導波路７２ａ、７２ｂに沿っ
て帯状に伸びている。このリッジ部によって、活性層５
４ａに注入されるキャリアが狭窄され、横方向の光閉じ
込めが実現される。
【００６８】続いて、図１１に示すように、光増幅部メ
サ６２の表面にシリコン酸化(ＳｉＯ2)膜といった絶縁
膜７４を形成する。光導波路部の表面は、絶縁膜７４を
形成しない。この理由は、光導波路を構成する半導体層
と、気体(空気)の屈折率の差を利用して光閉じ込めを実
現するためである。次いで、半導体光増幅器の各々(図
１の１２)ためにコンタクト層５８ａに対する電極を形
成する。まず、絶縁膜７４に開口部７６を設ける。開口
部７６は、半導体光増幅器(図１の１２ａ〜１２ｄ)の各
々の対して設けられている。開口部７６ａ、７６ｂは、
光増幅部６２において、それぞれ、光導波路７２ａ(２
２ｆおよび２２ｊ)、７２ｂ(２２ｇおよび２２ｋ)が伸
びる軸に沿って設けられている。
【００６９】半導体光増幅器に対する電極７８ａ、７８
ｂは、図１２に示されるように、個々の半導体光増幅器
に分離して設けられることができる。ｐ型半導体層に対
する電極は、例えばＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉといった積層の導
電部材を有することができる。
【００７０】また、基板５０の裏面５０ｂにも電極８０
を形成する。電極７８は、半導体光増幅器(図１の１２
ａ〜１２ｄ)のｐ型領域に対して電源を供給するように
設けられたけれども、電極８０は、半導体光増幅器(図
１の１２ａ〜１２ｄ)のｎ型領域に対して電源を供給す
るように設けられる。ｎ型半導体層に対する電極は、例
えばＡｕＧｅＮｉといった導電部材を有することができ
る。
【００７１】電極８０は、図１２に示された複数の半導
体光増幅器(図１の１２ａ〜１２ｄ)の各々に対して分離
されるように設けられていない。しかしながら、ｐ型領
域に対する電極７８ａ、７８ｂは分離され、活性層に提
供されるべきキャリアを光導波路から入射される光が通
過する領域に提供するように設けられている。
【００７２】基板５０上に設けられた複数の半導体光増
幅器１２ａ〜１２ｄ(図１を参照)の各々には、異なる波
長の光が入力されるように、各半導体光増幅器１２ａ〜
１２ｄの入力には光分波器が結合されることができる。
基板５０上に設けられた複数の半導体光増幅器１２ａ〜
１２ｄの各々から出力された異なる波長の光が合波され
るように、各半導体光増幅器１２ａ〜１２ｄの出力には
光合波器が結合されることができる。
【００７３】本実施の形態では、複数の半導体光増幅器
の各々は、共通の第３のクラッド層５２ａ、活性層５４
ａ、および第４のクラッド層５６ａと、各光増幅器毎に
独立したコンタクト層５８ａを有している。しかしなが
ら、隣接する半導体光増幅器の間隔を所定の値以上に隔
てるようにすれば、隣接する半導体光増幅器間の電気的
な干渉を実用的なレベルまで低減することが可能であ
る。このような距離の典型的な値は、２００μｍ程度で
ある。
【００７４】この様な半導体光デバイスの製造方法およ
び構造においては、図１を参照しながら既に説明したよ
うに、ＡＷＧといった光分波器および光合波器を含む光
学素子が、光導波路の組み合わせによって形成される。
複数の光学素子を集積すると、材料の組成だけでなく光
導波路の加工形状に関しても相対精度が揃った光学素子
が得られる。また、高真空度のチャンバ内における成膜
によって、安定した光学的な接続が光学素子と半導体光
増幅器との間に達成される。
【００７５】上記の実施例において、コア半導体膜に含
まれるＧａＩｎＮＡｓ半導体は、光増幅部において増幅
されるべき光の波長よりも短い波長に対応するバンドギ
ャップを有する。このため、光増幅部において増幅され
るべき光および光増幅部において増幅された光のいずれ
もがコア半導体膜を伝搬することができる。
【００７６】また、活性層はＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y半
導体を含み、且つ光合波器および光分波器の各々は、Ｇ
ａＩｎＮＡｓ半導体およびＧａＡｓ半導体の少なくとも
いずれかを含む光導波路を含むので、適正な組成の材料
を組み合わせることによって広範囲の波長の光を取り扱
うことができる。具体的に記述すれば、波長１．２５μ
ｍ以上１．６５μｍ以下の範囲で光増幅、光の発生、お
よび光の伝搬が可能になる。
【００７７】さらに、ＧａＡｓ基板５０上に光増幅部を
形成した後に光導波路部を形成するので、光増幅部の存
在によって制限されることなく光導波路の形状をエッチ
ングによって規定できる。また、光導波路の形状をエッ
チングする際に光増幅部に影響を与えることが実質的に
ない。光増幅部および光導波路部の相互の独立性にも係
わらず、活性層とコア半導体層との良好な光学的な接続
が達成される。
【００７８】続いて、活性層に適用される組成および活
性層の構造について説明する。以下の説明において、ク
ラッド層は、ＧａＡｓ半導体基板に格子整合するような
組成が選択されている。
【００７９】量子井戸層が、ＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y半
導体で、量子障壁層がＧａＡｓ半導体の場合には、量子
井戸層におけるＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y半導体に関し
て、ｘがほぼ０．６５で、０．００５≦ｙ≦０．０４の
範囲を含むことができる。
【００８０】このような組成範囲において、量子井戸層
におけるＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y半導体とＧａＡｓ半導
体との間には約２％の格子不整合が達成される。また、
図１３および図１４に示されるような、いわゆるタイプ
Ｉのバンド構造が達成される。
【００８１】また、量子井戸層が、ＧａxＩｎ1-xＮyＡ
ｓ1-y半導体で、量子障壁層がＡｌＧａＡｓ半導体の場
合には、量子井戸層におけるＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y半
導体に関して、０．７０≦ｘ≦０．８７、０．０３５≦
ｙ≦０．１とすることができる。Ｇａ0.87Ｉｎ0.13Ｎ
0.035Ａｓ0.965の組成で１．２５μｍの波長に、Ｇａ
0.7Ｉｎ0.3Ｎ0.1Ａｓ0.9の組成で１．６５μｍの波長
に、それぞれ対応することができる。
【００８２】このような組成範囲において、量子井戸層
のＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y半導体に対してほぼ格子整合
が達成される。この場合にも、図１３および図１４に示
されるような、いわゆるタイプＩのバンド構造が達成さ
れる。
【００８３】さらに、量子井戸層が、ＧａxＩｎ1-xＮy
Ａｓ1-y半導体で、量子障壁層がＧａ zＩｎ1-zＡｓ半導
体(ｚ＝１を含む)を含む場合には、量子井戸層のＧａx
Ｉｎ1-xＮyＡｓ1-y半導体に関して、０．７≦ｘ≦０．
９、０．０３５≦ｙ≦０．０６とすることができる。Ｇ
ａ0.75Ｉｎ0.25Ｎ0.055Ａｓ0.945の組成で１．６５μｍ
の波長に、Ｇａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ0.035Ａｓ0.965の組成で
１．２５μｍの波長に、それぞれ対応することができ
る。
【００８４】このような組成範囲においては、図１５お
よび図１６に示されるように、いわゆるタイプII型の量
子井戸構造が達成される。このときの光学的遷移は、量
子井戸層(ＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y)の伝導帯における量
子準位と、障壁層(ＧａzＩｎ 1-zＡｓ)の価電子帯、ある
いは量子障壁層の場合には価電子帯の量子準位との間で
起こる。
【００８５】このような構造の具体例を示せば、ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板上に順次に、０．２μｍ程度のｎ型ＧａＡｓ
バッファ層、２μｍ程度のｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓクラ
ッド層、３０ｎｍ程度のアンドープＧａＡｓ量子障壁
層、１８ｎｍ程度のアンドープＧａＡｓ量子障壁層およ
び８ｎｍ程度のアンドープＧａ0.85Ｉｎ0.15Ｎ0.055Ａ
ｓ0.945量子井戸層の５対、２μｍ程度のｐ型ＧａＡｓ
クラッド層、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層を成長する。こ
の量子井戸構造は、いわゆるタイプII型の特徴を示すの
で、電子は量子井戸層に閉じ込められ、正孔は量子障壁
層に閉じ込められる。これらのキャリアの再結合によっ
て、１．５μｍ帯の波長の光を発生する。また、アンド
ープＧａ0.87Ｉｎ0.13Ｎ0.045Ａｓ0.955量子井戸層を採
用すると、１．３μｍ帯の波長の光を発生することがで
きる。
【００８６】さらにまた、活性層がＧａxＩｎ1-xＮyＡ
ｓ1-yのバルク半導体に関して、０．７≦ｘ≦０．９、
０．０３≦ｙ≦０．１とすることができる。このような
組成の半導体は、ＳＱＷ構造およびＭＱＷ構造を持たな
い、いわゆるバルク型の活性層に好適に適用できる。
【００８７】図１７および図１８は、光導波路の構造お
よび屈折率分布を示している。光導波路部は、所定の屈
折率を有するコア半導体層と、コア半導体層よりも小さ
い屈折率を有する第１および第２のクラッド層を含む。
コア半導体層は、ＧａＩｎＮＡｓ半導体およびＧａＡｓ
半導体の少なくともいずれかを含む。第１および第２の
クラッド半導体層は、このコア半導体層を挟むように設
けられている。
【００８８】図１７に示された光導波路は、Ｇａ1-xＩ
ｎxＮyＡｓ1-y半導体を含むコア部と、このコア部を挟
みＧａＡｓ半導体を含む第１および第２のクラッド部を
備える。例えば、波長１．５μｍ帯に好適な好適なｘ値
の範囲は、０．８≦ｘ≦０．９５であり、好適なｙ値の
範囲は、０．０１５≦ｙ≦０．０４である。このような
範囲が好適であるのは、Ｇａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-y半導体
のバルクの特性において、波長１．１〜１．３５μｍに
対応する組成であり、１．５μｍ帯の光に対して透明な
材料であるからである。
【００８９】図１８に示された光導波路は、Ｇａ1-xＩ
ｎxＮyＡｓ1-y半導体を含むコア部と、このコア部を挟
むように設けられたＡｌzＧａ1-zＡｓ半導体を含む一対
の内側クラッド層と、この一対の内側クラッド層の外側
に配置された一対の外側クラッド層とを有する。波長
１．３μｍ帯に好適なｘ値の範囲は０．９≦ｘ≦１．０
であり、好適なｙ値の範囲は０≦ｙ≦０．０３である。
このような範囲が好適であるのは、１．５μｍ帯と同様
に、１．３μｍの光に対して透明になる組成であるから
である。
【００９０】図１９および図２０は、これまでのＧａＩ
ｎＮＡｓ半導体につき説明した内容を図式的にまとめた
図面である。図１９は、発明者が行った実験に基づくＡ
ｌＧａＡｓ半導体を障壁層とするタイプＩの量子井戸構
造に関する組成条件を示す組成図である。図１９におい
て、横軸はＶ族元素に対する窒素含有量の比をモルに表
した百分率を示し、縦軸はモルで表したIII族に対する
ガリウム含有量を百分率で示している。本実施の形態で
は、波長１．２５μｍ以上１．６５μｍ以下の範囲の光
を取り扱うための半導体光デバイスについて説明してい
る。
【００９１】図２０は、発明者が行ったＧａzＩｎ1-zＡ
ｓ(ｚ＝１を含む)半導体を障壁層とするタイプＩおよび
タイプIIの量子井戸構造に関するＧａＩｎＮＡｓ半導体
の組成条件を示している。図２０には、タイプＩ遷移領
域およびタイプII遷移領域を区分する破線Ａが示されて
いる。
【００９２】タイプＩ遷移領域においては、波長１．２
μｍ発光線、波長１．３μｍ発光線、波長１．５μｍ発
光線が、それぞれ示されている。
【００９３】タイプＩＩ遷移領域においては、波長１．
２μｍ発光線、波長１．３μｍ発光線、波長１．５μｍ
発光線、波長１．７μｍ発光線が、それぞれ示されてい
る。
【００９４】以上説明したように、ＧａＡｓ半導体基板
を用いて、この上にＧａＩｎＮＡｓ半導体を含む活性
層、およびＧａＩｎＮＡｓ半導体およびＧａＡｓ半導体
の少なくともいずれかを含むコア半導体層を形成するよ
うにしたので、広い範囲の光波長を取り扱うために好適
な半導体光デバイスの構成が提供された。
【００９５】以上の説明においては、半導体光増幅器を
用いて、光増幅、光ゲート機能を実現する場合も説明し
てきたが、強度変調された光信号を入力して、相互利得
変調や相互位相変調をすることも可能である。また、半
導体光増幅器内で四光波混合により、波長変換を行うこ
とも可能である。光導波路部では、光合波器、光分波器
の例を説明したが、マッハツェンダー型の干渉計を作製
して光増幅器と組み合わせることも可能である。さら
に、光導波路内部にブラッグ回折格子を作製して波長選
択機能を持たせることもできる。
【００９６】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
わる半導体光デバイスは、ＧａＡｓ半導体基板上にモノ
リシックに設けられた光導波路部および光増幅部を備え
る。半導体光増幅器は、ＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y半導体
を含む活性層、並びに活性層を挟むように設けられた第
１導電型クラッド層および第２導電型クラッド層を有す
る。光導波路は、ＧａＩｎＮＡｓ半導体およびＧａＡｓ
半導体の少なくともいずれかを含むコア半導体層、並び
にこのコア半導体層を挟むように設けられた第１および
第２のクラッド半導体層を有する。
【００９７】このように、ＧａＡｓ半導体基板を採用し
たので、大口径の良質な基板上に光学要素を集積するこ
とができる。つまり、ＧａＡｓ半導体基板上に、光分波
器、光合波器といった複数の光学素子および半導体光増
幅器をモノリシックに集積できる。これによって、材料
の組成だけでなく光導波路の加工形状に関しても相対精
度が揃った光学素子が得られる。また、活性層はＧａx
Ｉｎ1-xＮyＡｓ1-y半導体を含み、且つ光導波路、並び
に光導波路を含む光合波器および光分波器の各々は、Ｇ
ａＩｎＮＡｓ半導体およびＧａＡｓ半導体の少なくとも
いずれかを含むので、適正な組成の材料を組み合わせる
ことによって広範囲の波長の光を取り扱うことができ
る。
【００９８】したがって、光増幅素子、光導波路、およ
び光学素子をＧａＡｓ半導体基板上に集積した半導体光
デバイスが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る半導体光デ
バイスの平面図である。
【図２】図２は、図１に示された半導体光デバイスの動
作を説明するための図面である。
【図３】図３は、図１に示された半導体光デバイスの動
作を説明するための図面である。
【図４】図４は、本実施の形態に係わる半導体光デバイ
スの製造工程図を示す。
【図５】図５は、本実施の形態に係わる半導体光デバイ
スの製造工程図を示す。
【図６】図６は、本実施の形態に係わる半導体光デバイ
スの製造工程図を示す。
【図７】図７は、本実施の形態に係わる半導体光デバイ
スの製造工程図を示す。
【図８】図８は、本実施の形態に係わる半導体光デバイ
スの製造工程図を示す。
【図９】図９は、本実施の形態に係わる半導体光デバイ
スの製造工程図を示す。
【図１０】図１０は、本実施の形態に係わる半導体光デ
バイスの製造工程図を示す。
【図１１】図１１は、本実施の形態に係わる半導体光デ
バイスの製造工程図を示す。
【図１２】図１２は、本実施の形態に係わる半導体光デ
バイスの製造工程図を示す。
【図１３】図１３は、活性層における発光に関与するバ
ンドダイアグラムを示す図面である。
【図１４】図１４は、活性層における発光に関与するバ
ンドダイアグラムを示す図面である。
【図１５】図１５は、活性層における発光に関与するバ
ンドダイアグラムを示す図面である。
【図１６】図１６は、活性層における発光に関与するバ
ンドダイアグラムを示す図面である。
【図１７】図１７は、光導波路の断面形態を示す図面で
ある。
【図１８】図１８は、光導波路の断面形態を示す図面で
ある。
【図１９】図１９は、ＧａＩｎＮＡｓ半導体に関する組
成を示す図面である。
【図２０】図２０は、ＧａＩｎＮＡｓ半導体に関する組
成を示す図面である。
【符号の説明】
１…半導体光デバイス、２…ＧａＡｓ半導体基板、４、
４ａ〜４ｄ…入力、６、６ａ〜６ｄ…出力、１０…光増
幅部、１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ…半導体
光増幅器、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ…入力ポー
ト、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ…出力ポート、２
０…光導波路部、２２…光導波路、２４…光学素子、２
４、２８…スラブ導波路、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ…光
導波路、３０…光分波器、４０…光合波器、４４、４８
…スラブ導波路、４６ａ、４６ｂ、４６ｃ…光導波路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高岸 成典 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 高橋 光男 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 勝山 造 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 重松 昌行 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内 Ｆターム(参考） 2H047 KA04 KB01 LA12 MA07 QA02 RA08 TA05 TA12 2K002 AB12 BA01 CA13 DA11 DA12 EA28 HA31 5F073 AA74 AB12 CA17 CB02 CB07 DA05 DA21

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ＧａＡｓ半導体基板と、ＧａＩｎＮＡｓ
    半導体およびＧａＡｓ半導体の少なくともいずれかを含
    み前記ＧａＡｓ半導体基板上に設けられたコア半導体
    層、並びにこのコア半導体層を挟むように前記ＧａＡｓ
    半導体基板上に設けられた第１および第２のクラッド半
    導体層を有する光導波路を含む少なくとも１つの光学素
    子を有する光導波路部と、 前記コア半導体層と隣接して前記ＧａＡｓ半導体基板上
    に設けられＧａxＩｎ1 -xＮyＡｓ1-y半導体を含む活性
    層、並びに前記活性層を挟むように前記ＧａＡｓ半導体
    基板上に設けられた第１導電型クラッド層および第２導
    電型クラッド層を有する少なくとも１つの半導体光増幅
    器を含む光増幅部と、を備える、半導体光デバイス。
  2. 【請求項２】 前記活性層のＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y半
    導体に関して、０．７≦ｘ≦０．９であり、０．０３≦
    ｙ≦０．１である、請求項１に記載の半導体光デバイ
    ス。
  3. 【請求項３】 前記活性層は、ＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y
    半導体の少なくとも１層の量子井戸層、および前記量子
    井戸層を挟むように設けられたＧａＡｓ半導体の量子障
    壁層を有し、 前記ＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y半導体に関して、実質的に
    ｘ＝０．６５であり、０．００５≦ｙ≦０．０４であ
    る、請求項１に記載の半導体光デバイス。
  4. 【請求項４】 前記活性層は、ＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y
    半導体の少なくとも１層の量子井戸層、および前記量子
    井戸層を挟むように設けられたＡｌＧａＡｓ半導体の量
    子障壁層を有し、 前記ＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y半導体に関して、０．７≦
    ｘ≦０．８７であり、０．０３５≦ｙ≦０．１である、
    請求項１に記載の半導体光デバイス。
  5. 【請求項５】 前記活性層は、ＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y
    半導体の少なくとも１層の量子井戸層、および前記量子
    井戸層を挟むように設けられたＧａzＩｎ1-zＡｓ半導体
    (０＜ｚ≦１)の量子障壁層を有し、 前記ＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y半導体に関して、０．７≦
    ｘ≦０．９であり、０．０３５≦ｙ≦０．０６である、
    請求項１に記載の半導体光デバイス。
  6. 【請求項６】 前記光学素子は、複数の入力ポートおよ
    び少なくとも１つの出力ポートを有する光合波器を含
    み、前記入力ポートは、前記半導体光増幅器に光学的に
    接続されている、請求項１から請求項５のいずれかに記
    載の半導体光デバイス。
  7. 【請求項７】 前記光学素子は、少なくとも１つの入力
    ポートおよび複数の出力ポートを有する光分波器を含
    み、前記出力ポートは、前記半導体光増幅器に光学的に
    接続されている、請求項１から請求項６のいずれかに記
    載の半導体光デバイス。
  8. 【請求項８】 前記コア半導体層は、前記光増幅部にお
    いて増幅されるべき光の波長に対するエネルギよりも大
    きいバンドギャップを有するＧａＩｎＮＡｓ半導体を含
    む、請求項１〜請求項７のいずれかに記載の半導体光デ
    バイス。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7405421B2 (en) 2004-03-30 2008-07-29 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Optical integrated device
JP2008233711A (ja) * 2007-03-23 2008-10-02 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光処理回路
JP2008233710A (ja) * 2007-03-23 2008-10-02 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光処理回路
JP2012034314A (ja) * 2010-08-03 2012-02-16 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 多チャネル光受信器
US8279519B2 (en) 2001-03-13 2012-10-02 Ricoh Company, Ltd. Semiconductor optical modulator, an optical amplifier and an integrated semiconductor light-emitting device
WO2014129613A1 (ja) * 2013-02-25 2014-08-28 カナレ電気株式会社 光増幅器及びレーザ発振器
US9057828B2 (en) 2011-11-02 2015-06-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Multi-port light sources of photonic integrated circuits

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2379517B (en) * 2001-09-11 2003-08-13 Kymata Netherlands B V Optical arrayed waveguide grating
GB0216319D0 (en) * 2002-07-13 2002-08-21 Alcatel Optronics Uk Ltd Improved optical splitter
JP2005286198A (ja) * 2004-03-30 2005-10-13 Sumitomo Electric Ind Ltd 光集積素子
JP2005286196A (ja) * 2004-03-30 2005-10-13 Sumitomo Electric Ind Ltd 光集積素子
US7425732B2 (en) * 2005-04-27 2008-09-16 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Nitride semiconductor device
US7518139B2 (en) * 2006-10-31 2009-04-14 Lehigh University Gallium nitride-based device and method
EP2636060A4 (en) 2010-10-28 2014-09-03 Univ Utah Res Found METHODS OF ENHANCING P-TYPE DOPING OF III-V SEMICONDUCTOR FILMS
JP6541898B2 (ja) * 2017-01-10 2019-07-10 三菱電機株式会社 半導体光増幅器およびその製造方法、光位相変調器
CN117277057A (zh) * 2023-11-17 2023-12-22 深圳市速腾聚创科技有限公司 激光发射器件、激光发射模组及全固态激光雷达

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0637355A (ja) 1992-07-20 1994-02-10 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Ｉｉｉ−ｖ族合金半導体およびその製造方法
JPH07154023A (ja) 1993-11-29 1995-06-16 Fujitsu Ltd 半導体レーザ装置
JP3751052B2 (ja) * 1994-12-28 2006-03-01 シャープ株式会社 集積型光制御素子およびその作製方法、並びにそれを備えた光集積回路素子および光集積回路装置
JPH09328357A (ja) 1996-06-04 1997-12-22 Yotai Refractories Co Ltd ロ−タリ−キルン用高アルミナ質れんがおよびその 製造方法
JP3788831B2 (ja) * 1996-08-30 2006-06-21 株式会社リコー 半導体素子およびその製造方法
US5825796A (en) * 1996-09-25 1998-10-20 Picolight Incorporated Extended wavelength strained layer lasers having strain compensated layers
JP3854693B2 (ja) * 1996-09-30 2006-12-06 キヤノン株式会社 半導体レーザの製造方法
US6314115B1 (en) * 1998-05-15 2001-11-06 University Of Central Florida Hybrid WDM-TDM optical communication and data link
JP3713956B2 (ja) * 1998-05-29 2005-11-09 富士ゼロックス株式会社 面発光型半導体レーザ素子の製造方法
US6207973B1 (en) * 1998-08-19 2001-03-27 Ricoh Company, Ltd. Light emitting devices with layered III-V semiconductor structures

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8279519B2 (en) 2001-03-13 2012-10-02 Ricoh Company, Ltd. Semiconductor optical modulator, an optical amplifier and an integrated semiconductor light-emitting device
US7405421B2 (en) 2004-03-30 2008-07-29 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Optical integrated device
JP2008233711A (ja) * 2007-03-23 2008-10-02 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光処理回路
JP2008233710A (ja) * 2007-03-23 2008-10-02 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光処理回路
JP2012034314A (ja) * 2010-08-03 2012-02-16 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 多チャネル光受信器
US9057828B2 (en) 2011-11-02 2015-06-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Multi-port light sources of photonic integrated circuits
WO2014129613A1 (ja) * 2013-02-25 2014-08-28 カナレ電気株式会社 光増幅器及びレーザ発振器

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