JP3641473B2 - 光半導体素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，光通信システムや光情報処理システムに用いる，電界吸収型半導体光変調器と半導体レーザなどの光機能素子とを集積化した素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電界吸収型半導体光変調器（ＥＡ：Ｅｌｅｃｔｒｏ−ＡｂｓｏｒｐｔｉｏｎＭｏｄｕｌａｔｏｒ）と分布帰還形（ＤＦＢ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ＦｅｅｄＢａｃｋ）半導体レーザとを集積した素子（以降ＥＡ−ＤＦＢまたはＥＡ−ＬＤとする）は，高速電気信号を光信号に変換する素子である。
【０００３】
具体的には，ＤＦＢレーザに電流を注入してＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ：半導体レーザの連続発振状態）光を発振させた状態で，ＤＦＢレーザとＥＡ変調器を結合するバットジョイント部を介してＥＡ変調器にＣＷ光を入射させる。バットジョイント部はＤＦＢレーザの光を発する活性層とＥＡ変調器の半導体光吸収層の界面のことである。ＥＡ変調器には，電界を加えると半導体のバンド構造が変化し，光の吸収量が変化する電界吸収効果があり，ＥＡ変調器に逆バイアス電圧を加えると吸収量が増加し光は透過しなくなる。従って，電圧を加えない場合は光は透過し（オン状態），負の電圧を加えると光は遮断される（オフ状態）ことになり，光が変調される。このように半導体光吸収層に外部から電圧を印加して光の吸収率を変化させることを利用して電気信号を光信号に変換するものである。
【０００４】
図４に従来のＥＡ−ＤＦＢの構造を模式的に示し，図５に概略斜視図を示した。１つの基板上にＤＦＢレーザ（ＬＤ）４１とＥＡ４２とが形成され，ＬＤ４１の上部電極４６とＥＡ４２の上部電極４８とに挟まれた領域が分離領域４３である。ＬＤ４１においては基板５２上に下側クラッド層５３，活性層５４，上側クラッド層（図示せず），電極とのコンタクトを取るオーミックコンタクト層（図示せず）が順次形成されており，ＥＡ４２においては基板５２上に下側クラッド層５３，光吸収層５６，上側クラッド層，オーミックコンタクト層が順次形成されている。また，分離領域４３は，基板５２上に下側クラッド層５３，導波路層５５，上側クラッド層，オーミックコンタクト層が順次形成されている。ＬＤ４１とＥＡ４２との両脇に，エッチングされたチャネル４９部分を有した，リッジ構造である。
【０００５】
ＬＤ４１の上部電極４６と下部電極４７の間に順バイアス電圧を印加してＣＷ光を活性層４４より発振させる。そしてＥＡ４２の上部電極４８と下部電極４７の間に逆バイアス電圧を印加して吸収層４５での光の吸収量を変化させることにより変調を行う。また図５の上部電極４８パッド下のコンタクト層をエッチングしているのは，パッド電極の電気容量が増加することにより周波数特性が悪化することを防ぐためである。
【０００６】
しかし，この構造では入力光パワーが大きいとき，最も光吸収量が大きいＥＡ入射端付近において，光を吸収したことによる発熱で素子に悪影響を与えるため，強い光を入力できないという欠点があった。その問題を解決する構造として，特許文献により図６の概略斜視図に示した構造が提案されている。
【０００７】
図５に示す従来例と同様に，１つの基板上にＬＤ６１とＥＡ６２とが形成され，ＬＤ６１の上部電極６６とＥＡ６２の上部電極６８とに挟まれた領域が分離領域６３である。ＬＤ６１においては基板７２上に下側クラッド層７３，活性層７４，上側クラッド層（図示せず），電極とのコンタクトを取るオーミックコンタクト層（図示せず）が順次形成されており，ＥＡ６２においては基板７２上に下側クラッド層７３，光吸収層７６，上側クラッド層，オーミックコンタクト層が順次形成されている。また，分離領域６３は，基板５２上に下側クラッド層５３，導波路層７５，上側クラッド層，オーミックコンタクト層が順次形成されている。また，ＬＤ６１とＥＡ６２との両脇に，エッチングされたチャネル７９を有している。
【０００８】
ただし本構造は，図６に示すようにＥＡ‐ＤＦＢにおけるＥＡ６２の入射端付近をチャネル７９を狭めるように（分離領域６３をふくらませるように）上側クラッド層が広がった領域６４を設けている。これにより，最も温度上昇が大きいと考えられるＥＡ６２の入射端付近の放熱性を改善して，より強い光を入力可能としたものである。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−１１７０５８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが上記構造には，問題点がある。ＥＡ‐ＤＦＢでは，ＥＡとＤＦＢが電気的に完全に分離されていないため，ＬＤに順バイアス＋１．２Ｖ印加した状態でＥＡに逆バイアス−３Ｖ印加したとき，ＥＡとＬＤを分離する領域において電界強度が大きくなってしまう。それにともなって，光吸収がＥＡ部においてではなく分離領域部において起こってしまい，これによって分離領域部で生成されるフォトカレントによる発熱はＥＡの入射端付近に上側クラッド層が広がった領域を設けた構造では効率よく放熱されなかった。
【００１１】
上記のＥＡ‐ＤＦＢの発熱原理についての説明図を図７に示した。ＬＤ６１の上部電極６６と下部電極６７の間に順バイアス電圧＋１．２Ｖを印加してＣＷ光を活性層６４より発振させ，ＥＡ６２の上部電極６８と下部電極６７の間に逆バイアス電圧−３Ｖを印加して吸収層６５での光の吸収量を変化させるのであるが，上部電極６６と下部電極６７の間に順バイアス電圧，上部電極６８と下部電極６７の間に逆バイアス電圧を印加すると，上部電極６６と上部電極６８の間に高電圧がかかってしまい，分離領域６３において光吸収６９が起こり，発熱も分離領域６３が多くなる。
【００１２】
それについて，シミュレーションした結果を，図８に示す。ＬＤ，分離領域，ＥＡの位置に対して，光吸収が起こったことによるフォトカレントを表しているが，これを見てわかるように，分離領域でのフォトカレントが最も高くなっている。つまり分離領域での発熱が最も大きいことがわかる。
【００１３】
またこのＥＡ‐ＤＦＢでは，スラブがＥＡのパッド電極の下に入り込んでしまっているために，パッド電極全体の電気容量が大きくなってしまい，周波数特性が悪くなってしまう問題があった。
【００１４】
本発明は，従来のＥＡ‐ＤＦＢ光半導体素子に関する上記問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の目的は，分離領域でのフォトカレントによる発熱を効率的に放熱して，より強い光を入力可能にするとともに，パッド電極全体の電気容量が大きくなって周波数特性が悪化することのない，新規かつ改良された光半導体素子を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため，本発明の第１の観点によれば，下側クラッド層の主表面に順次積層された，活性層，上側クラッド層からなる半導体レーザと，下側クラッド層の主表面に順次積層された，光吸収層，上側クラッド層からなる電解吸収型光変調器と，下側クラッド層の主表面に順次積層された，導波路層，上側クラッド層からなる分離領域と，を備え，半導体レーザと電解吸収型光変調器とが，分離領域を介して連結され，１つの基板上に形成されており，上側クラッド層には，上側クラッド層をエッチングして形成された一対のチャネルが光の導波方向と平行に形成されており，分離領域のチャネルに挟まれた上側クラッド層は，半導体レーザ及び電解吸収型光変調器の上側クラッド層に連結されている光半導体素子であって；分離領域の上側クラッド層は，光を吸収したことにより発生する熱を放熱する効果を有するスラブを含み，スラブは，分離領域で光の導波方向に交差して延在し，基板の側面に達していることを特徴とする光半導体素子が提供される。つまり，下側クラッド層の主表面に順次積層された，活性層，上側クラッド層からなる半導体レーザと下側クラッド層の主表面に順次積層された，光吸収層，上側クラッド層からなる電解吸収型光変調器と，下側クラッド層の主表面に順次積層された，導波路層，上側クラッド層からなる分離領域とを備え，分離領域は，半導体レーザと光変調器に挟まれており，上側クラッド層は，半導体レーザから分離領域を介して光変調器まで延在している光半導体素子であり，半導体レーザ，光変調器，分離領域は，それぞれ互いに略平行な側面を有し，上側クラッド層は，分離領域において，分離領域の側面に達していることを特徴とする光半導体素子が提供される。また，上側クラッド層の上面にはコンタクト層を有し，半導体レーザ及び光変調器において，それぞれコンタクト層に上部電極が形成されており，下側クラッド層の裏面には，半導体レーザと光変調器に共通の下部電極が形成されている構造を有している。さらに，分離領域を除いて，上側クラッド層は，上側クラッド層自体を除去してなるチャネルに挟まれており，チャネルは，分離領域において，側面に達していることを特徴としている。ここで分離領域において分離領域の側面に達している上側クラッド層は，光を吸収したことにより発生する熱を放熱する効果を有しており，以降スラブと呼ぶ。
【００１６】
こうして，ＥＡ入射端でなく，スラブを分離領域の側面に達する素子端まで伸ばして形成することにより，素子の放熱性を改善してより強い光を入力可能にすることができる。ここで，チャネルが分離領域において側面に達しており，スラブ両脇の上側クラッド層が除去され，上部電極下に上側クラッド層のない構造にすることにより，パッド電極の電気容量が増大するのを防ぐことができ，周波数特性が良好になる。
【００１７】
また，上側クラッド層は，半導体レーザの側面から分離領域の側面を介して光変調器の側面まで延在している構造にすることもできる。つまり，スラブがチャネル外側の上側クラッド層に接合されていることにより，放熱性はさらに改善されるので，より強い光を入力することが可能となる。
【００１８】
さらに，分離領域において，コンタクト層が除去されている構造，或いは分離領域において，コンタクト層がイオン注入によって高抵抗化されている構造にすることもできる。分離領域とスラブ形成領域の上側クラッド層の上層である高濃度のコンタクト層をエッチングまたは，高抵抗化することにより，上部電極パッドの電気容量の増加を防ぎ，周波数特性を改善できるので，変調帯域を広帯域化したい場合に，非常に有効である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら，本発明にかかる光半導体素子の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２０】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態について，図１に光半導体素子１，ＥＡ‐ＤＦＢの構造を示す。図１（ａ）は概略の斜視図であり，（ｂ）は分離領域部分を拡大した上面図である。１つの基板２上にＤＦＢレーザ（ＬＤ）１１とＥＡ１２とが形成され，ＬＤ１１の上部電極１６とＥＡ１２の上部電極１８とに挟まれた領域が分離領域１３である。ＬＤ１１においては基板２上に下側クラッド層３，活性層４，上側クラッド層（図示せず），電極とのコンタクトを取るオーミックコンタクト層（図示せず）が順次形成されており，ＥＡ１２においては基板２上に下側クラッド層３，光吸収層６，上側クラッド層，オーミックコンタクト層が順次形成されている。また，分離領域１３は，基板２上に下側クラッド層３，導波路層５，上側クラッド層，オーミックコンタクト層が順次形成されている。
【００２１】
本実施の形態での層構造については，従来技術と同様であり詳細な説明は省略するが，下側クラッド層３にはｎ型のインジウムリン（ＩｎＰ），ＬＤの活性層４とＥＡの光吸収層６にはインジウムガリウムヒ素リン（ＩｎＧａＡｓＰ），上側クラッド層にはｐ型のインジウムリン（ＩｎＰ）を用いている。また，ＬＤ１１とＥＡ１２との両脇に上側クラッド層の除去されたチャネル１０が形成されている。分離領域１３において素子端まで伸びた上側クラッド層がスラブ１４である。
【００２２】
放熱性を向上させるために，ＥＡ‐ＤＦＢにおけるＥＡの入射端付近にスラブを設けるのではなく，最も発熱量が多いと考えられるＥＡとＬＤを分離する分離領域１３にスラブ１４を形成して，熱の流れ１９ができるように素子端にまで伸ばしている。そして上部電極１８の電気容量を低減するために，スラブ１４の両脇は上側クラッド層を除去して，周波数特性の低下を防いでいる。
【００２３】
動作原理は従来技術と実質的に同様であり，上部電極１６と下部電極１７の間に順バイアス電圧をかけることによりＬＤに電流を注入しＣＷ光を発振させ，上部電極１８と下部電極１７の間に逆バイアス電圧を印加して光の吸収量を変化させることにより，変調を行うものである。
【００２４】
スラブをＥＡの入射端付近に設けるのではなく，最も発熱量が大きな分離領域部に設けることにより，放熱性を改善し，より強い光を入力可能にする。またこのようにスラブの位置をパッド電極の下から外し，さらにスラブの両脇の上側クラッド層を素子端まで除去してあることにより，パッド電極が感じる電気容量が低減し，周波数特性の低下を改善することが可能となる。
【００２５】
（第２の実施の形態）
図２に第２の実施の形態によるＥＡ‐ＤＦＢの分離領域部分を拡大した上面図を示す。ＬＤ２１とＥＡ２２と，ＬＤ２１とＥＡ２２に挟まれて分離領域２３が形成されている。第１の実施の形態と同様に分離領域２３にスラブ２４を形成するが，第１の実施の形態とは異なり，熱の流れ２９を更に良くして放熱効率をさらに向上させるためにスラブをチャネル２５の外側の上側クラッド層に接合していることを特徴とする構造である。
【００２６】
動作原理は上記従来技術と実質的に同様であり，上部電極と下部電極の間に順バイアス電圧をかけることによりＬＤに電流を注入もＣＷ光を発振させ，上部電極と下部電極の間に逆バイアス電圧を印加して光の吸収量を変化させることにより，変調を行うものである。
【００２７】
この構造による効果は，第１の実施の形態と比較してパッド電極の電気容量は大きくなることにより周波数特性は低下するが，スラブが両チャネル外側領域と接合している分，放熱性が良好になり，より強い光を入力可能にする。
【００２８】
（第３の実施の形態）
図３に第３の実施の形態によるＥＡ‐ＤＦＢの分離領域部分を拡大した上面図を示す。ＬＤ３１とＥＡ３２と，ＬＤ３１とＥＡ３２に挟まれて分離領域３３が形成されている。第１の実施の形態と同様に，分離領域３３にスラブ３４を形成するのであるが，分離領域３３とスラブ３４との上側クラッド層上層に形成されているコンタクト層（図３のハッチング部分）を除去することにより，パッド電
極の電気容量を低減させる構造である。
【００２９】
動作原理は従来技術と実質的に同様であり，上部電極と下部電極の間に順バイアス電圧をかけることによりＬＤに電流を注入しＣＷ光を発振させ，上部電極と下部電極の間に逆バイアス電圧を印加して光の吸収量を変化させることにより，変調を行うものである。
【００３０】
第３の実施の形態における効果は，第１の実施の形態による効果に加えて，パッド電極の電気容量を低減していることにより，周波数特性を向上させて変調帯域を広帯域化することが可能となる。
【００３１】
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態によるＥＡ‐ＤＦＢ構造は，第３の実施の形態での分離領域とスラブとの上側クラッド層上層に形成されているコンタクト層（図３のハッチング部分）を除去するのではなく，その領域を高抵抗化してパッド電極が感じる電気容量を低減させた構造である。例えば，亜鉛（Ｚｎ）ドープＰ型インジウムリン（ＩｎＰ）のコンタクト層に，プロトン（Ｈ＋）のイオン注入を行う方法がある。
【００３２】
動作原理は従来構造と全く変わらず，上部電極と下部電極の間に順バイアス電圧をかけることによりＬＤに電流を注入しＣＷ光を発振させ，上部電極と下部電極の間に逆バイアス電圧を印加して光の吸収量を変化させることにより，変調を行うものである。
【００３３】
第４の実施の形態における効果は，第３の実施の形態による効果と同様に，パッド電極の電気容量を低減していることにより，周波数特性を向上させて変調帯域を広帯域化することが可能となる。
【００３４】
以上，添付図面を参照しながら本発明にかかる光半導体素子の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば，ＥＡとＤＦＢレーザが集積された光半導体素子において，ＥＡ入射端でなく，分離領域にスラブを形成することにより，素子の放熱性を改善して入力光パワーの向上が可能となる。また，パッド電極下にはスラブが形成されない構造にすることにより，パッド電極の電気容量の増加を防ぐことができ，周波数特性が改善され，変調帯域を広帯域化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態にかかるＥＡ‐ＤＦＢの（ａ）は概略斜視図であり，（ｂ）は拡大平面図である。
【図２】第２の実施の形態にかかるＥＡ‐ＤＦＢの分離領域近傍の平面図である。
【図３】第３，第４の実施の形態にかかるＥＡ‐ＤＦＢの分離領域近傍の平面図である。
【図４】従来技術によるＥＡ‐ＤＦＢの電気的模式を図示した説明図である。
【図５】従来技術によるＥＡ‐ＤＦＢの概略斜視図である。
【図６】特開２００１−１１７０５８で提案されているＥＡ‐ＤＦＢの概略斜視図である。
【図７】上記特開２００１−１１７０５８で提案されているＥＡ‐ＤＦＢの発熱原理について図示した説明図である。
【図８】ＥＡ‐ＤＦＢの光吸収に起因するフォトカレントを表すシミュレーション結果を示す。
【符号の説明】
１ 光半導体素子
２ 基板
３ 下側クラッド層
４ 活性層
５ 導波路層
６ 光吸収層
１０ チャネル
１１ ＬＤ
１２ ＥＡ
１３ 分離領域
１４ スラブ
１６ 上部電極
１７ 下部電極
１８ 上部電極
１９ 熱の流れ
【発明の属する技術分野】
本発明は，光通信システムや光情報処理システムに用いる，電界吸収型半導体光変調器と半導体レーザなどの光機能素子とを集積化した素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電界吸収型半導体光変調器（ＥＡ：Ｅｌｅｃｔｒｏ−ＡｂｓｏｒｐｔｉｏｎＭｏｄｕｌａｔｏｒ）と分布帰還形（ＤＦＢ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ＦｅｅｄＢａｃｋ）半導体レーザとを集積した素子（以降ＥＡ−ＤＦＢまたはＥＡ−ＬＤとする）は，高速電気信号を光信号に変換する素子である。
【０００３】
具体的には，ＤＦＢレーザに電流を注入してＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ：半導体レーザの連続発振状態）光を発振させた状態で，ＤＦＢレーザとＥＡ変調器を結合するバットジョイント部を介してＥＡ変調器にＣＷ光を入射させる。バットジョイント部はＤＦＢレーザの光を発する活性層とＥＡ変調器の半導体光吸収層の界面のことである。ＥＡ変調器には，電界を加えると半導体のバンド構造が変化し，光の吸収量が変化する電界吸収効果があり，ＥＡ変調器に逆バイアス電圧を加えると吸収量が増加し光は透過しなくなる。従って，電圧を加えない場合は光は透過し（オン状態），負の電圧を加えると光は遮断される（オフ状態）ことになり，光が変調される。このように半導体光吸収層に外部から電圧を印加して光の吸収率を変化させることを利用して電気信号を光信号に変換するものである。
【０００４】
図４に従来のＥＡ−ＤＦＢの構造を模式的に示し，図５に概略斜視図を示した。１つの基板上にＤＦＢレーザ（ＬＤ）４１とＥＡ４２とが形成され，ＬＤ４１の上部電極４６とＥＡ４２の上部電極４８とに挟まれた領域が分離領域４３である。ＬＤ４１においては基板５２上に下側クラッド層５３，活性層５４，上側クラッド層（図示せず），電極とのコンタクトを取るオーミックコンタクト層（図示せず）が順次形成されており，ＥＡ４２においては基板５２上に下側クラッド層５３，光吸収層５６，上側クラッド層，オーミックコンタクト層が順次形成されている。また，分離領域４３は，基板５２上に下側クラッド層５３，導波路層５５，上側クラッド層，オーミックコンタクト層が順次形成されている。ＬＤ４１とＥＡ４２との両脇に，エッチングされたチャネル４９部分を有した，リッジ構造である。
【０００５】
ＬＤ４１の上部電極４６と下部電極４７の間に順バイアス電圧を印加してＣＷ光を活性層４４より発振させる。そしてＥＡ４２の上部電極４８と下部電極４７の間に逆バイアス電圧を印加して吸収層４５での光の吸収量を変化させることにより変調を行う。また図５の上部電極４８パッド下のコンタクト層をエッチングしているのは，パッド電極の電気容量が増加することにより周波数特性が悪化することを防ぐためである。
【０００６】
しかし，この構造では入力光パワーが大きいとき，最も光吸収量が大きいＥＡ入射端付近において，光を吸収したことによる発熱で素子に悪影響を与えるため，強い光を入力できないという欠点があった。その問題を解決する構造として，特許文献により図６の概略斜視図に示した構造が提案されている。
【０００７】
図５に示す従来例と同様に，１つの基板上にＬＤ６１とＥＡ６２とが形成され，ＬＤ６１の上部電極６６とＥＡ６２の上部電極６８とに挟まれた領域が分離領域６３である。ＬＤ６１においては基板７２上に下側クラッド層７３，活性層７４，上側クラッド層（図示せず），電極とのコンタクトを取るオーミックコンタクト層（図示せず）が順次形成されており，ＥＡ６２においては基板７２上に下側クラッド層７３，光吸収層７６，上側クラッド層，オーミックコンタクト層が順次形成されている。また，分離領域６３は，基板５２上に下側クラッド層５３，導波路層７５，上側クラッド層，オーミックコンタクト層が順次形成されている。また，ＬＤ６１とＥＡ６２との両脇に，エッチングされたチャネル７９を有している。
【０００８】
ただし本構造は，図６に示すようにＥＡ‐ＤＦＢにおけるＥＡ６２の入射端付近をチャネル７９を狭めるように（分離領域６３をふくらませるように）上側クラッド層が広がった領域６４を設けている。これにより，最も温度上昇が大きいと考えられるＥＡ６２の入射端付近の放熱性を改善して，より強い光を入力可能としたものである。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−１１７０５８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが上記構造には，問題点がある。ＥＡ‐ＤＦＢでは，ＥＡとＤＦＢが電気的に完全に分離されていないため，ＬＤに順バイアス＋１．２Ｖ印加した状態でＥＡに逆バイアス−３Ｖ印加したとき，ＥＡとＬＤを分離する領域において電界強度が大きくなってしまう。それにともなって，光吸収がＥＡ部においてではなく分離領域部において起こってしまい，これによって分離領域部で生成されるフォトカレントによる発熱はＥＡの入射端付近に上側クラッド層が広がった領域を設けた構造では効率よく放熱されなかった。
【００１１】
上記のＥＡ‐ＤＦＢの発熱原理についての説明図を図７に示した。ＬＤ６１の上部電極６６と下部電極６７の間に順バイアス電圧＋１．２Ｖを印加してＣＷ光を活性層６４より発振させ，ＥＡ６２の上部電極６８と下部電極６７の間に逆バイアス電圧−３Ｖを印加して吸収層６５での光の吸収量を変化させるのであるが，上部電極６６と下部電極６７の間に順バイアス電圧，上部電極６８と下部電極６７の間に逆バイアス電圧を印加すると，上部電極６６と上部電極６８の間に高電圧がかかってしまい，分離領域６３において光吸収６９が起こり，発熱も分離領域６３が多くなる。
【００１２】
それについて，シミュレーションした結果を，図８に示す。ＬＤ，分離領域，ＥＡの位置に対して，光吸収が起こったことによるフォトカレントを表しているが，これを見てわかるように，分離領域でのフォトカレントが最も高くなっている。つまり分離領域での発熱が最も大きいことがわかる。
【００１３】
またこのＥＡ‐ＤＦＢでは，スラブがＥＡのパッド電極の下に入り込んでしまっているために，パッド電極全体の電気容量が大きくなってしまい，周波数特性が悪くなってしまう問題があった。
【００１４】
本発明は，従来のＥＡ‐ＤＦＢ光半導体素子に関する上記問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の目的は，分離領域でのフォトカレントによる発熱を効率的に放熱して，より強い光を入力可能にするとともに，パッド電極全体の電気容量が大きくなって周波数特性が悪化することのない，新規かつ改良された光半導体素子を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため，本発明の第１の観点によれば，下側クラッド層の主表面に順次積層された，活性層，上側クラッド層からなる半導体レーザと，下側クラッド層の主表面に順次積層された，光吸収層，上側クラッド層からなる電解吸収型光変調器と，下側クラッド層の主表面に順次積層された，導波路層，上側クラッド層からなる分離領域と，を備え，半導体レーザと電解吸収型光変調器とが，分離領域を介して連結され，１つの基板上に形成されており，上側クラッド層には，上側クラッド層をエッチングして形成された一対のチャネルが光の導波方向と平行に形成されており，分離領域のチャネルに挟まれた上側クラッド層は，半導体レーザ及び電解吸収型光変調器の上側クラッド層に連結されている光半導体素子であって；分離領域の上側クラッド層は，光を吸収したことにより発生する熱を放熱する効果を有するスラブを含み，スラブは，分離領域で光の導波方向に交差して延在し，基板の側面に達していることを特徴とする光半導体素子が提供される。つまり，下側クラッド層の主表面に順次積層された，活性層，上側クラッド層からなる半導体レーザと下側クラッド層の主表面に順次積層された，光吸収層，上側クラッド層からなる電解吸収型光変調器と，下側クラッド層の主表面に順次積層された，導波路層，上側クラッド層からなる分離領域とを備え，分離領域は，半導体レーザと光変調器に挟まれており，上側クラッド層は，半導体レーザから分離領域を介して光変調器まで延在している光半導体素子であり，半導体レーザ，光変調器，分離領域は，それぞれ互いに略平行な側面を有し，上側クラッド層は，分離領域において，分離領域の側面に達していることを特徴とする光半導体素子が提供される。また，上側クラッド層の上面にはコンタクト層を有し，半導体レーザ及び光変調器において，それぞれコンタクト層に上部電極が形成されており，下側クラッド層の裏面には，半導体レーザと光変調器に共通の下部電極が形成されている構造を有している。さらに，分離領域を除いて，上側クラッド層は，上側クラッド層自体を除去してなるチャネルに挟まれており，チャネルは，分離領域において，側面に達していることを特徴としている。ここで分離領域において分離領域の側面に達している上側クラッド層は，光を吸収したことにより発生する熱を放熱する効果を有しており，以降スラブと呼ぶ。
【００１６】
こうして，ＥＡ入射端でなく，スラブを分離領域の側面に達する素子端まで伸ばして形成することにより，素子の放熱性を改善してより強い光を入力可能にすることができる。ここで，チャネルが分離領域において側面に達しており，スラブ両脇の上側クラッド層が除去され，上部電極下に上側クラッド層のない構造にすることにより，パッド電極の電気容量が増大するのを防ぐことができ，周波数特性が良好になる。
【００１７】
また，上側クラッド層は，半導体レーザの側面から分離領域の側面を介して光変調器の側面まで延在している構造にすることもできる。つまり，スラブがチャネル外側の上側クラッド層に接合されていることにより，放熱性はさらに改善されるので，より強い光を入力することが可能となる。
【００１８】
さらに，分離領域において，コンタクト層が除去されている構造，或いは分離領域において，コンタクト層がイオン注入によって高抵抗化されている構造にすることもできる。分離領域とスラブ形成領域の上側クラッド層の上層である高濃度のコンタクト層をエッチングまたは，高抵抗化することにより，上部電極パッドの電気容量の増加を防ぎ，周波数特性を改善できるので，変調帯域を広帯域化したい場合に，非常に有効である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら，本発明にかかる光半導体素子の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２０】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態について，図１に光半導体素子１，ＥＡ‐ＤＦＢの構造を示す。図１（ａ）は概略の斜視図であり，（ｂ）は分離領域部分を拡大した上面図である。１つの基板２上にＤＦＢレーザ（ＬＤ）１１とＥＡ１２とが形成され，ＬＤ１１の上部電極１６とＥＡ１２の上部電極１８とに挟まれた領域が分離領域１３である。ＬＤ１１においては基板２上に下側クラッド層３，活性層４，上側クラッド層（図示せず），電極とのコンタクトを取るオーミックコンタクト層（図示せず）が順次形成されており，ＥＡ１２においては基板２上に下側クラッド層３，光吸収層６，上側クラッド層，オーミックコンタクト層が順次形成されている。また，分離領域１３は，基板２上に下側クラッド層３，導波路層５，上側クラッド層，オーミックコンタクト層が順次形成されている。
【００２１】
本実施の形態での層構造については，従来技術と同様であり詳細な説明は省略するが，下側クラッド層３にはｎ型のインジウムリン（ＩｎＰ），ＬＤの活性層４とＥＡの光吸収層６にはインジウムガリウムヒ素リン（ＩｎＧａＡｓＰ），上側クラッド層にはｐ型のインジウムリン（ＩｎＰ）を用いている。また，ＬＤ１１とＥＡ１２との両脇に上側クラッド層の除去されたチャネル１０が形成されている。分離領域１３において素子端まで伸びた上側クラッド層がスラブ１４である。
【００２２】
放熱性を向上させるために，ＥＡ‐ＤＦＢにおけるＥＡの入射端付近にスラブを設けるのではなく，最も発熱量が多いと考えられるＥＡとＬＤを分離する分離領域１３にスラブ１４を形成して，熱の流れ１９ができるように素子端にまで伸ばしている。そして上部電極１８の電気容量を低減するために，スラブ１４の両脇は上側クラッド層を除去して，周波数特性の低下を防いでいる。
【００２３】
動作原理は従来技術と実質的に同様であり，上部電極１６と下部電極１７の間に順バイアス電圧をかけることによりＬＤに電流を注入しＣＷ光を発振させ，上部電極１８と下部電極１７の間に逆バイアス電圧を印加して光の吸収量を変化させることにより，変調を行うものである。
【００２４】
スラブをＥＡの入射端付近に設けるのではなく，最も発熱量が大きな分離領域部に設けることにより，放熱性を改善し，より強い光を入力可能にする。またこのようにスラブの位置をパッド電極の下から外し，さらにスラブの両脇の上側クラッド層を素子端まで除去してあることにより，パッド電極が感じる電気容量が低減し，周波数特性の低下を改善することが可能となる。
【００２５】
（第２の実施の形態）
図２に第２の実施の形態によるＥＡ‐ＤＦＢの分離領域部分を拡大した上面図を示す。ＬＤ２１とＥＡ２２と，ＬＤ２１とＥＡ２２に挟まれて分離領域２３が形成されている。第１の実施の形態と同様に分離領域２３にスラブ２４を形成するが，第１の実施の形態とは異なり，熱の流れ２９を更に良くして放熱効率をさらに向上させるためにスラブをチャネル２５の外側の上側クラッド層に接合していることを特徴とする構造である。
【００２６】
動作原理は上記従来技術と実質的に同様であり，上部電極と下部電極の間に順バイアス電圧をかけることによりＬＤに電流を注入もＣＷ光を発振させ，上部電極と下部電極の間に逆バイアス電圧を印加して光の吸収量を変化させることにより，変調を行うものである。
【００２７】
この構造による効果は，第１の実施の形態と比較してパッド電極の電気容量は大きくなることにより周波数特性は低下するが，スラブが両チャネル外側領域と接合している分，放熱性が良好になり，より強い光を入力可能にする。
【００２８】
（第３の実施の形態）
図３に第３の実施の形態によるＥＡ‐ＤＦＢの分離領域部分を拡大した上面図を示す。ＬＤ３１とＥＡ３２と，ＬＤ３１とＥＡ３２に挟まれて分離領域３３が形成されている。第１の実施の形態と同様に，分離領域３３にスラブ３４を形成するのであるが，分離領域３３とスラブ３４との上側クラッド層上層に形成されているコンタクト層（図３のハッチング部分）を除去することにより，パッド電
極の電気容量を低減させる構造である。
【００２９】
動作原理は従来技術と実質的に同様であり，上部電極と下部電極の間に順バイアス電圧をかけることによりＬＤに電流を注入しＣＷ光を発振させ，上部電極と下部電極の間に逆バイアス電圧を印加して光の吸収量を変化させることにより，変調を行うものである。
【００３０】
第３の実施の形態における効果は，第１の実施の形態による効果に加えて，パッド電極の電気容量を低減していることにより，周波数特性を向上させて変調帯域を広帯域化することが可能となる。
【００３１】
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態によるＥＡ‐ＤＦＢ構造は，第３の実施の形態での分離領域とスラブとの上側クラッド層上層に形成されているコンタクト層（図３のハッチング部分）を除去するのではなく，その領域を高抵抗化してパッド電極が感じる電気容量を低減させた構造である。例えば，亜鉛（Ｚｎ）ドープＰ型インジウムリン（ＩｎＰ）のコンタクト層に，プロトン（Ｈ＋）のイオン注入を行う方法がある。
【００３２】
動作原理は従来構造と全く変わらず，上部電極と下部電極の間に順バイアス電圧をかけることによりＬＤに電流を注入しＣＷ光を発振させ，上部電極と下部電極の間に逆バイアス電圧を印加して光の吸収量を変化させることにより，変調を行うものである。
【００３３】
第４の実施の形態における効果は，第３の実施の形態による効果と同様に，パッド電極の電気容量を低減していることにより，周波数特性を向上させて変調帯域を広帯域化することが可能となる。
【００３４】
以上，添付図面を参照しながら本発明にかかる光半導体素子の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば，ＥＡとＤＦＢレーザが集積された光半導体素子において，ＥＡ入射端でなく，分離領域にスラブを形成することにより，素子の放熱性を改善して入力光パワーの向上が可能となる。また，パッド電極下にはスラブが形成されない構造にすることにより，パッド電極の電気容量の増加を防ぐことができ，周波数特性が改善され，変調帯域を広帯域化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態にかかるＥＡ‐ＤＦＢの（ａ）は概略斜視図であり，（ｂ）は拡大平面図である。
【図２】第２の実施の形態にかかるＥＡ‐ＤＦＢの分離領域近傍の平面図である。
【図３】第３，第４の実施の形態にかかるＥＡ‐ＤＦＢの分離領域近傍の平面図である。
【図４】従来技術によるＥＡ‐ＤＦＢの電気的模式を図示した説明図である。
【図５】従来技術によるＥＡ‐ＤＦＢの概略斜視図である。
【図６】特開２００１−１１７０５８で提案されているＥＡ‐ＤＦＢの概略斜視図である。
【図７】上記特開２００１−１１７０５８で提案されているＥＡ‐ＤＦＢの発熱原理について図示した説明図である。
【図８】ＥＡ‐ＤＦＢの光吸収に起因するフォトカレントを表すシミュレーション結果を示す。
【符号の説明】
１ 光半導体素子
２ 基板
３ 下側クラッド層
４ 活性層
５ 導波路層
６ 光吸収層
１０ チャネル
１１ ＬＤ
１２ ＥＡ
１３ 分離領域
１４ スラブ
１６ 上部電極
１７ 下部電極
１８ 上部電極
１９ 熱の流れ
Claims (9)
- 下側クラッド層の主表面に順次積層された，活性層，上側クラッド層からなる半導体レーザと，
前記下側クラッド層の主表面に順次積層された，光吸収層，前記上側クラッド層からなる電解吸収型光変調器と，
前記下側クラッド層の主表面に順次積層された，導波路層，前記上側クラッド層からなる分離領域と，
を備え，
前記半導体レーザと前記電解吸収型光変調器とが，前記分離領域を介して連結され，１つの基板上に形成されており，
前記上側クラッド層には，前記上側クラッド層をエッチングして形成された一対のチャネルが光の導波方向と平行に形成されており，
前記分離領域の前記チャネルに挟まれた上側クラッド層は，前記半導体レーザ及び前記電解吸収型光変調器の上側クラッド層に連結されている光半導体素子であって；
前記分離領域の前記上側クラッド層は，光を吸収したことにより発生する熱を放熱する効果を有するスラブを含み，
前記スラブは，前記分離領域で光の導波方向に交差して延在し，前記基板の側面に達していることを特徴とする光半導体素子。 - 前記上側クラッド層の上面にコンタクト層を有し，前記半導体レーザ及び前記光変調器において，それぞれ前記コンタクト層に上部電極が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光半導体素子。
- 前記下側クラッド層の裏面には，前記半導体レーザと前記光変調器に共通の下部電極が形成されていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の光半導体素子。
- 前記スラブは，前記基板の両側面に達していることを特徴とする請求項１，２または３のいずれかに記載の光半導体素子。
- 前記チャネルは，前記分離領域において，前記側面に達していることを特徴とする請求項１，２，３または４のいずれかに記載の光半導体素子。
- 前記上側クラッド層は，前記半導体レーザの前記側面から前記分離領域の前記側面を介して前記光変調器の前記側面まで延在していることを特徴とする請求項１，２，３または４のいずれかに記載の光半導体素子。
- 前記分離領域において，前記コンタクト層が除去されていることを特徴とする請求項１，２，３，４または５のいずれかに記載の光半導体素子。
- 前記分離領域において，前記コンタクト層が高抵抗化されていることを特徴とする請求項１，２，３，４または５のいずれかに記載の光半導体素子。
- 前記高抵抗化は，イオン注入によってなされていることを特徴とする請求項８に記載の光半導体素子。
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