半導体光素子、光送信モジュール、光送受信モジュール、及び、光伝送装置
【課題】埋め込みヘテロ構造を有する半導体光素子において、寄生容量が軽減される構造にすることにより、特性がさらに向上される半導体光素子、光送信モジュール、光送受信モジュール、及び、光伝送装置の提供。
【解決手段】出射方向に沿って入力される光を変調して出射する変調器部、を備える半導体光素子であって、前記変調器部は、活性層を含むとともに出射方向に延伸するメサストライプ構造と、前記メサストライプ構造の両側にそれぞれ隣接して配置される埋め込み層と、を備え、前記埋め込み層の下面と前記活性層の下面との距離は、前記埋め込み層の下面と上面との距離の２０％以上である、ことを特徴とする。
【解決手段】出射方向に沿って入力される光を変調して出射する変調器部、を備える半導体光素子であって、前記変調器部は、活性層を含むとともに出射方向に延伸するメサストライプ構造と、前記メサストライプ構造の両側にそれぞれ隣接して配置される埋め込み層と、を備え、前記埋め込み層の下面と前記活性層の下面との距離は、前記埋め込み層の下面と上面との距離の２０％以上である、ことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光素子、光送信モジュール、光送受信モジュール、及び、光伝送装置に関し、特に、埋め込みヘテロ構造を有する変調器を備える半導体光素子の特性向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットの普及に伴い、光通信システム用途の半導体光素子や光送受信モジュール、光伝送装置に、より高速化、より大容量化が求められている。例えば、電界吸収型変調器（以下、ＥＡ（Electro-Absorption）変調器と記す）は、変調時のチャープ（波動変調）が小さく、光信号のＯＮレベルとＯＦＦレベルの差である消光比が大きく、広帯域である、といった有利な特性を有することに加え、小型で低コストであることにより、広く用いられている。
【０００３】
ＥＡ変調器とは、量子閉じ込めシュタルク効果（Quantum Confinement Stark Effect：以下、ＱＣＳＥと記す）を利用して、ＥＡ変調器の活性領域に、電界を選択的に印加することにより、光を変調する変調器である。ここで、活性領域は、いわゆる単一量子井戸（Single-Quantum Well：以下、ＳＱＷと記す）層、もしくは、多重量子井戸（Multiple-Quantum Well：以下、ＭＱＷと記す）層となっている。以下、本明細書において、ＭＱＷとは、通常のＭＱＷに加えて、ＳＱＷをも含むものとする。なお、ＱＣＳＥとは、ＭＱＷ層に電界が印加されると、ＭＱＷ層における光の吸収端が長波長側へシフトするという効果をいう。
【０００４】
ＥＡ変調器を備える半導体光素子とは、例えば、ＥＡ変調器部と、発振器部とが同一半導体基板上にモノリシックに集積される変調器集積型半導体光素子である。発振器部に駆動電流を注入することにより出射される連続光を、ＥＡ変調器部に電気信号を印加することで、光変調を行い、信号光が出力される。
【０００５】
図５Ａは、従来技術に係る変調器集積型半導体光素子１０１の上面図である。変調器集積型半導体光素子１０１は、変調器部１０２と発振器部１０３とを備えており、前述の通り、発振器部１０３より出射される連続光を、変調器部１０２が光変調をおこなっている。
【０００６】
図５Ｂは、従来技術に係る変調器集積型半導体光素子１０１の変調器部１０２の断面図である。図５Ｂに示す変調器部１０２の断面は、図５ＡのＶＢ―ＶＢ破線を貫く断面に対応している。
【０００７】
半導体光素子の主な構造に、埋め込みヘテロ構造（Buried Heterostructure：以下、ＢＨ構造と記す）やリッジ導波路構造があり、当該変調器集積型半導体光素子１０１は、ＢＨ構造を有している。ＢＨ構造とは、活性層１１１を含む多層構造のうち、導波路領域の外側となる領域を除去することにより形成されるメサストライプ構造の両側を、半絶縁性半導体層によって埋め込まれている構造をいう。ＢＨ構造を有するＥＡ変調器が集積されたＥＡ変調器集積型半導体光素子について、特許文献１に開示されている。
【０００８】
従来技術に係る変調器部１０２において、ｎ型基板１１０上に、ＭＱＷ層を含む活性層１１１、ｐ型クラッド層１１２、ｐ型コンタクト層１１３が、積層されている。ここで、活性層１１１は、不純物が意図的に添加されていない半導体（真性半導体）からなっている。
【０００９】
これら多層構造のうち、導波路領域の外側が、ｎ型基板１１０の一部まで除去されており、メサストライプ構造が形成されている。前述の通り、メサストライプ構造の両側が、鉄（Ｆｅ）などの不純物が添加されている半絶縁性半導体からなる埋め込み層１１６によって、埋め込まれている。ＢＨ構造は、リッジ導波路構造と比較して、横方向に光を閉じ込める効果が強い。それゆえ、ＢＨ構造は、リッジ導波路構造と比較して、ＦＦＰ（Far Field Pattern）がより円形となるので、ファイバーとの結合効率が高いという利点があり、さらに、放熱性に優れており、広く用いられている。
【００１０】
メサストライプ構造の上面と、その両側に位置する埋め込み層１１６の上面を覆って、所定の形状のパッシベーション膜１１７が形成されている。メサストライプ構造の上面の一部と、埋め込み層１１６の上面のうち斜面となる領域の一部には、パッシベーション膜１１７は形成されておらず、スルーホールとなっている。
【００１１】
パッシベーション膜１１７の上側には、所定の形状のｐ型電極１１４が形成されており、スルーホールを介して、ｐ型電極１１４と、メサストライプ構造の最上層であるｐ型コンタクト層１１３とは、電気的に接続されている。
【００１２】
なお、ｐ型クラッド層１１２やｐ型コンタクト層１１３に添加される不純物が、埋め込み層１１６に添加される不純物と相互拡散をするので、ｐ型クラッド層１１２やｐ型コンタクト層１１３に添加される不純物が、埋め込み層１１６へ拡散することとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００４−２７３９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ＥＡ変調器の主たる特性には、消光比、光出力、チャープ特性、そして、帯域がある。帯域は、どの周波数まで高速変調が可能かを決めるパラメータとしてのみならず、光変調時の光波形の品質にも影響を及ぼすパラメータである。それゆえ、ＥＡ変調器の特性向上には、帯域を大きくすることが重要であるが、帯域を大きくするための重要な要因の一つに、ＥＡ変調器の寄生容量の低減化が挙げられる。
【００１５】
図５Ｃは、従来技術に係る変調器集積型半導体光素子１０１の変調器部１０２の寄生容量を表す図である。図５Ｃは、図５Ｂに示す変調器部１０２の寄生容量を表している。変調器部１０２において、真性半導体層がｐ型層とｎ型層に挟まれる構造をしている場合に、寄生容量が発生している。
【００１６】
まず、活性層１１１は、ｐ型クラッド層１１２とｎ型基板１１０とに挟まれており、この領域に、寄生容量Ｃｉが存在する。次に、埋め込み層１１６は、ｐ型電極１１４とｎ型基板１１０とに挟まれており、この領域にも寄生容量が存在する。
【００１７】
ｐ型電極１１４は、図５Ａに示す形状をしている。メサストライプ構造は、図中横方向に延伸しており、ｐ型電極１１４の一部は、メサストライプ構造の最上層であるｐ型コンタクト層１１３を覆うと共に図中横方向に延伸している。ｐ型電極１１４のこの部分を延伸部とする。ｐ型電極１１４は、延伸部と、図５Ａの図中上側に配置される長方形状のパッド部と、パッド部と延伸部を接続する接続部と、からなっている。
【００１８】
埋め込み層１１６を挟んで存在する寄生容量のうち、ｐ型電極１１４のパッド部及び接続部と、ｎ型基板１１０との間に生じる寄生容量を、寄生容量Ｃｐａｄとする。寄生容量Ｃｐａｄを低減するために、ｐ型電極１１４のパッド部とパッシベーション膜１１７の間には、絶縁膜１１８が形成されている。絶縁膜１１８は、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなっている。寄生容量Ｃｐａｄを低減するためには、電極の面積に相当するパッド部の面積を小さくすることが考えられるが、ｐ型電極１１４のパッド部は、ｐ型電極１１４に印加する電圧を供給するために、導線を接続するための領域であり、導線との電気的接続を確保するために十分となる面積を確保する必要がある。
【００１９】
また、図５Ｂに示す通り、ｐ型電極１１４の延伸部は、ｐ型コンタクト層１１３を覆うとともに、半導体埋め込み層１１６の斜面と、さらに、上面の一部に、広がっている。
【００２０】
さらに、前述の通り、埋め込み層１１６には、ｐ型クラッド層１１２やｐ型コンタクト層１１３の両側から、不純物が拡散している。この領域を、不純物拡散領域１２０として、図５Ｃに示している。ｐ型クラッド層１１２やｐ型コンタクト層１１３から不純物拡散領域１２０に拡散している不純物は、ｐ型ドーパントであり、埋め込み層１１６のうち、不純物拡散領域１２０は、いわばｐ型半導体となっている。
【００２１】
それゆえ、メサストライプ構造の両側にそれぞれ広がる不純物拡散領域１２０と、ｎ型基板１１０との間に生じる寄生容量を、寄生容量Ｃｍとする。さらに、ｐ型電極１１４の延伸部のうち半導体埋め込み層１１６の上面の一部及び斜面に形成されている部分とｎ型基板１１０との間に生じる寄生容量から、寄生容量Ｃｍを除いた寄生容量を、メサストライプ構造の両側それぞれに対して、寄生容量Ｃｓとする。
【００２２】
以上より、変調器部１０２が有する総寄生容量Ｃｔｏｔａｌは、Ｃｔｏｔａｌ＝Ｃｉ＋２・Ｃｍ＋２・Ｃｓ＋Ｃｐａｄと、近似される。
【００２３】
ここで、前述の通り、帯域を大きくするために、変調器部１０２が有する総寄生容量Ｃｔｏｔａｌを低減する必要がある。一般に、容量は、電極の面積に比例し、電極間の距離に反比例する。それゆえ、容量を低減化するためには、電極の面積を小さくするか、電極間の距離を長くすればよい。
【００２４】
総寄生容量Ｃｔｏｔａｌのうち、特に大きな割合を占めるのが、寄生容量Ｃｉである。寄生容量Ｃｉは、真性半導体である活性層１１１の層厚を大きくすることにより、低減することが可能であるが、活性層１１１の層厚は、帯域以外の特性（例えば、消光比）に大きく影響するパラメータであり、帯域のみを優先して層厚を小さくすることが出来ない。また、寄生容量Ｃｉ、寄生容量Ｃｍ、及び寄生容量Ｃｓの容量に影響するのが、変調器部１０２の延伸方向（図５Ａの横方向）の長さである変調器長である。変調器長も、同様に、帯域以外の特性に大きく影響するので、帯域のみを優先して変調器長を短くすることが出来ない。
【００２５】
それゆえ、他の特性に及ぼす影響が小さいパラメータとして、埋め込み層１１６の層厚Ｄを大きくすることが考えられる。埋め込み層１１６の層厚Ｄを大きくする場合には、次の３つの場合が考えられる。
【００２６】
まずは、メサストライプ構造の高さ、すなわち、埋め込み層１１６の下面とｐ型コンタクト層１１３の上面の距離、を大きくする場合である。この場合、埋め込み層１１６の層厚Ｄが大きくなることにより、寄生容量Ｃｐａｄ及び寄生容量Ｃｓを低減する。しかし、同時に、ｐ型クラッド層１１２（若しくはｐ型コンタクト層１１３）の層厚を大きくすることになり、ｐ型クラッド層１１２及びｐ型コンタクト層１１３から、埋め込み層１１６に、より不純物が拡散することとなる。すなわち、図５Ｃに示す不純物拡散領域１２０の図中縦方向の長さが大きくなることにより、不純物拡散領域１２０の図中横方向の長さも大きくなることにより、寄生容量Ｃｍの増大を招くこととなる。
【００２７】
次に、メサストライプ構造の高さは同じにして、メサストライプ構造の上面より、さらに上方へ埋め込み層１１６を積層する場合である。この場合、メサストライプ構造の高さは同じであるので、埋め込み層１１６の層厚Ｄを大きくしても、不純物拡散領域１２０のさらなる拡張はされず、寄生容量Ｃｍの増大は抑制されている。ここで、例えば、ｎ型基板１１０がｎ型ＩｎＰであって、埋め込み層が不純物が添加されるＩｎＰである場合を考える。埋め込み層１１６が、メサストライプ構造の上面より、さらに結晶成長される場合、埋め込み層１１６は、ＩｎＰの（１１１）面の面方位に沿って、すなわち、メサストライプ構造の上面の（１００）面方位（図中縦方向）に対して約５５度の角度に、結晶成長される。そのために、埋め込み層１１６の層厚Ｄが大きくなるに伴って、寄生容量Ｃｐａｄ及び寄生容量Ｃｓにおいて、容量の電極間の距離に対応する長さは大きくなり、寄生容量Ｃｐａｄ及び寄生容量Ｃｓを低減する要因となる。しかし、それと同時に、埋め込み層１１６の斜面の面積が増大し、ｐ型電極１１４の延伸部の幅（以下、ｐ型電極幅と記す）も大きくなる。それによって、寄生容量Ｃｓにおいて、容量の電極に対応する面積も大きくなり、寄生容量Ｃｓを増大する要因となってしまう。
【００２８】
最後に、上記２つの場合を組み合わせる場合である。前述の通り、埋め込み層１１６の層厚Ｄを大きくするために、メサストライプ構造を高くすると、寄生容量Ｃｍの増大を招き、埋め込み層１１６のうち、メサストライプ構造の上面より上の部分を高くすると、寄生容量Ｃｓの増大を招く要因を含んでいる。
【００２９】
図６は、従来技術に係る変調器集積型半導体光素子について、埋め込み層１１６の層厚Ｄに対して計算される帯域ｆの計算結果を示す図である。
【００３０】
ここで、ｎ型基板１１０はｎ型ＩｎＰ基板とする。活性層１１１は、ｎ型基板１１０側（図５Ｂの図中下側）から順に、ＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層、ＭＱＷ層、ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層が積層されて形成されているとして、ＭＱＷ層は、ともに、ＩｎＧａＡｓＰからなる井戸層と障壁層が交互に積層されているとする。なお、ＭＱＷ層の井戸層には歪が導入されている。ｐ型クラッド層１１２はｐ型ＩｎＰ層からなり、ｐ型コンタクト層１１３は、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層及びｐ型ＩｎＧａＡｓ層からなるとする。ｐ型クラッド層１１２となるｐ型ＩｎＰ層には、９×１０１７ａｔｏｍ／ｃｍ３程度のＺｎが、ｐ型コンタクト層１１３となるｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層及びｐ型ＩｎＧａＡｓ層には、それぞれ、２×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３程度及び２×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３程度のＺｎが、ｐ型ドーパントとして添加されているとする。なお、ｐ型ドーパントにＺｎが用いられているのは一般的である。また、埋め込み層１１６は、Ｆｅが不純物として添加されるＩｎＰ層からなるとする。埋め込み層１１６に添加される不純物として、Ｆｅが用いられているのは一般的である。しかし、ＺｎとＦｅには相互拡散が強いので、この場合、不純物拡散領域１２０に、Ｚｎが拡散する傾向は強い。
【００３１】
ここで、埋め込み層１１６の下面と活性層１１１の下面との距離ｄ（以下、活性層高さｄと記す）を０．４μｍと、活性層１１１の層厚を０．３５μｍ、ｐ型クラッド層１１２の層厚及びｐ型コンタクト層１１３の層厚の合計を１．７μｍとする。また、変調器長を１００μｍと、メサストライプ構造の幅を１．３μｍとする。ｐ型電極１１４のパッド部は、４５μｍ×４５μｍの正方形状とする。
【００３２】
以上の値を一定として、埋め込み層１１６のうち、メサストライプ構造の上面よりさらに上方に積層される高さを増加させることにより、埋め込み層１１６の層厚Ｄを増加させる。それに伴い、メサストライプ構造の両側に広がる埋め込み層１１６の斜面はより広くなり、ｐ型電極幅も大きくなる。
【００３３】
例えば、埋め込み層１１６の層厚ＤがＤ＝４．０μｍのとき、ｐ型電極幅は７．７μｍであり、このとき、計算によって得られる帯域ｆはｆ＝２５．４ＧＨｚである。また、埋め込み層１１６の層厚ＤがＤ＝７．０μｍのとき、ｐ型電極幅は１１．７μｍまで広がり、このとき、計算によって得られる帯域ｆはｆ＝２６．６ＧＨｚである。これら帯域ｆを有する変調器は、４０Ｇｂｐｓといった伝送速度に用いる変調器としては不十分である。
【００３４】
図６に示す通り、埋め込み層１１６の層厚Ｄに対する帯域ｆは、単調増加であるが、その増加分は小さく、４０ＧＨｚを超える帯域ｆとするには、層厚Ｄを非常に大きくしなければいけない。しかし、埋め込み層１１６を、メサストライプ構造の上面よりもさらに結晶成長させるために、成長時間をさらに必要とし、その間に、ｐ型クラッド層１１２及びｐ型コンタクト層１１３に含まれる不純物が、さらに、埋め込み層１１６へ拡散することになる。これは、寄生容量Ｃｍの増大を招くばかりか、変調器部１０２の駆動時に、活性層１１１に印加される電界が、不純物拡散領域１２０にも広がることにより、変調器としての特性を劣化させることとなる。埋め込み層１１６の層厚Ｄを大きくすることにより、図５Ｂに示す埋め込み層１１６の結晶成長に加えて、メサストライプ構造の上方にも異常成長をする可能性が高まる。メサストライプ構造の上方に埋め込み層１１６が異常成長すると、その領域の下方には、電界が印加されなくなるため、変調器部１０２に入力される光が外方へ出射するまでの光路に、異常な電界分布を発生することとなり、例えば消光特性の劣化など、変調器としての特性を劣化させることとなる。従って、埋め込み層１１６の層厚Ｄを無制限に大きくすることは出来ない。
【００３５】
また、図６に示す計算において、活性層高さｄをｄ＝０．４μｍとしている。半導体多層を、導波路領域の外側となる領域を除去することにより、メサストライプ構造が形成される。この際に、導波路領域となる活性層１１１の両側が十分に除去されているよう、活性層１１１の下面よりもさらに下方まで除去（オーバーエッチング）することにより、メサストライプ構造には、活性層高さｄが存在することとなる。活性層高さｄは、除去する工程における精度などを鑑みて、決定されるのが一般的であり、その結果、活性層高さｄはｄ＝０．４μｍ近傍の値に設定されているのが通常である。
【００３６】
本発明の目的は、上記課題を鑑みて、ＢＨ構造を有する半導体光素子において、寄生容量が軽減される構造にすることにより、特性がさらに向上される半導体光素子、光送信モジュール、光送受信モジュール、及び、光伝送装置を提供することとする。
【課題を解決するための手段】
【００３７】
（１）上記課題を解決するために、本発明に係る半導体光素子は、出射方向に沿って入力される光を変調して出射する変調器部、を備える半導体光素子であって、前記変調器部は、活性層を含むとともに出射方向に延伸するメサストライプ構造と、前記メサストライプ構造の両側にそれぞれ隣接して配置される埋め込み層と、を備え、前記埋め込み層の下面と前記活性層の下面との距離は、前記埋め込み層の下面と上面との距離の２０％以上である、ことを特徴とする。
【００３８】
（２）上記（１）に記載の半導体光素子であって、前記埋め込み層は、鉄若しくはルテニウムを不純物として添加される半導体であってもよい。
【００３９】
（３）上記（１）に記載の半導体光素子であって、前記活性層は、ＩｎＧａＡｓＰ系物質若しくはＩｎＧａＡｌＡｓ系物質を含んでいてもよい。
【００４０】
（４）上記（１）に記載の半導体光素子であって、前記変調器部は、電界吸収型変調器、若しくは、マッハツェンダー型変調器であってもよい。
【００４１】
（５）上記（１）に記載の半導体光素子であって、前記変調器部へ光を出力する、発振器部を、モノリシックにさらに備えていてもよい。
【００４２】
（６）上記（５）に記載の半導体光素子であって、前記発振器部は、分布帰還型半導体レーザであってもよい。
【００４３】
（７）本発明に係る半導体光素子モジュールは、上記（１）乃至（６）のいずれかに記載の半導体光素子を搭載する、半導体光素子モジュールであってもよい。
【００４４】
（８）本発明に係る光送信用モジュール若しくは光送受信用モジュールは、上記（７）に記載の半導体光素子モジュールを搭載する、光送信用モジュール若しくは光送受信用モジュールであってもよい。
【００４５】
（９）本発明に係る光伝送装置は、上記（８）に記載の光送信用モジュール若しくは光送受信用モジュールを搭載する、光伝送装置であってもよい。
【発明の効果】
【００４６】
本発明により、ＢＨ構造を有する半導体光素子において、寄生容量が軽減される構造にすることにより、特性がさらに向上される半導体光素子、光送信モジュール、光送受信モジュール、及び、光伝送装置が、提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１Ａ】本発明の第１の実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子の上面図である。
【図１Ｂ】本発明の第１の実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子の変調器部の断面図である。
【図２Ａ】本発明の第１の実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子について、活性層高さｄに対して計算される変調器部の帯域ｆの計算結果を示す図である。
【図２Ｂ】本発明の第１の実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子について、活性層高さｄの埋め込み層の層厚Ｄに対する比ｒに対して計算される変調器部の帯域ｆの計算結果を示す図である。
【図３Ａ】本発明の第２の実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子の上面図である。
【図３Ｂ】本発明の第２の実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子の変調器部の断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る光送信モジュールの構成を表す図である。
【図５Ａ】従来技術に係る変調器集積型半導体光素子の上面図である。
【図５Ｂ】従来技術に係る変調器集積型半導体光素子の変調器部の断面図である。
【図５Ｃ】従来技術に係る変調器集積型半導体光素子の変調器部の寄生容量を表す図である。
【図６】従来技術に係る変調器集積型半導体光素子について、埋め込み層の層厚Ｄに対して計算される変調器部の帯域ｆの計算結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
本発明に係る実施形態について、以下に、詳細な説明をする。ただし、以下に示す図は、あくまで、各実施形態の実施例を説明するものであって、図の大きさと本実施例記載の縮尺は必ずしも一致するものではない。
【００４９】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る半導体光素子は、変調器部と、発振器部が同一半導体基板上にモノリシックに集積される変調器集積型半導体光素子である。ここで、変調器部はＥＡ変調器であり、発振器部は分布帰還型半導体レーザ（Distributed Feedback Laser：以下、ＤＦＢレーザと記す）であり、ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１である。当該ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１は、ＢＨ構造を有しており、１．５５μｍ帯で伝送速度４０Ｇｂｐｓ光伝送用に用いられる。
【００５０】
図１Ａは、当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の上面図である。前述の通り、ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１は、ＥＡ変調器からなる変調器部２と、ＤＦＢレーザからなる発振器部３が、同じｎ型ＩｎＰ基板１０上に集積されている。ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の多層構造には、中央付近に、図中横方向に延伸する導波路領域がある。発振器部３の導波路領域より、変調器部２の導波路領域へ、光が発振される。変調器部２によって、光が変調され、それに応じて、図中左端より、光が出射される。
【００５１】
図１Ａに示す通り、ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の上面には、パッシベーション膜１７が形成されている。前述の通り、その一部には、パッシベーション膜１７が形成されていない領域であるスルーホール（図示せず）がある。スルーホールを覆うように、変調器部２及び発振器部３それぞれにｐ型電極１４，２４が形成されている。また、光が出射する図中左側の端面は、反射防止膜（図示せず）で覆われ、反対側にある図中右側の端面は、高反射膜（図示せず）で覆われている。なお、変調器部２の図中横方向の長さである変調器長は１００μｍである。
【００５２】
図１Ｂは、当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の変調器部２の断面図である。図１Ｂは、図１Ａに示すＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１のＩＢ−ＩＢ破線を貫く断面を表している。図５Ｂに示す従来技術に係るＥＡ変調器と同様に、図１Ｂに示す通り、当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の変調器部２は、活性層１１を含む多層構造がメサストライプ構造となっており、メサストライプ構造の両側が埋め込み層１６で埋め込まれたＢＨ構造を有している。なお、当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の発振器部３も、同様に、ＢＨ構造を有している。
【００５３】
当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の変調器部２は、メサストライプ構造を形成する工程において、多層構造のうち、導波路領域の外側が、活性層１１の下面より、ドライエッチングにより、さらに深く除去されている。すなわち、埋め込み層１６の下面と活性層１１の下面との距離である、活性層高さｄがｄ＝１．８μｍとなっているメサストライプ構造であることが、本発明の特徴である。
【００５４】
当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の変調器部２は、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に、ＭＱＷ層を含む活性層１１、ｐ型ＩｎＰクラッド層１２、ｐ型コンタクト層１３が、積層されている。活性層１１とは、ＭＱＷ層を少なくとも含んでおり、上下に配置されるそれぞれ配置されるｐ型層、ｎ型層と異なり、ｐ型ドーパントやｎ型ドーパントとなる不純物が意図的に添加されていない半導体層、すなわち、真性半導体層を指している。ここで、活性層１１は、ｎ型ＩｎＰ基板１０側（図中下側）から順に、ＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層、ＭＱＷ層、ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層が積層されて形成されており、ＭＱＷ層は、ともにＩｎＧａＡｓＰからなる井戸層と障壁層が交互に積層されているとする。なお、ＭＱＷ層の井戸層には歪が導入されている。活性層１１の層厚は、０．３５μｍである。ｐ型ＩｎＰクラッド層１２には、９×１０１７ａｔｏｍ／ｃｍ３程度のＺｎが不純物として添加されている。ｐ型コンタクト層１３は、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層及びｐ型ＩｎＧａＡｓ層からなっており、それぞれ、２×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３程度及び２×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３程度のＺｎが、ｐ型ドーパントとして添加されている。
【００５５】
メサストライプ構造の両側が、Ｆｅが不純物として添加されているＩｎＰからなる埋め込み層１６によって埋め込まれている。Ｆｅが添加されるＩｎＰは、半絶縁性半導体である。前述の通り、埋め込み層１６が、メサストライプ構造の上面より、さらに結晶成長される際に、（１１１）面の面方位に沿って、斜面状に広がって積層される。埋め込み層１６の上面は、メサストライプ構造の上面の両側にそれぞれ広がる上面斜面部と、さらにその両側に、ｎ型ＩｎＰ基板１０と平行に広がる上面平坦部からなっている。埋め込み層１６の層厚Ｄとは、図１Ｂに示す通り、埋め込み層１６の上面平坦部から埋め込み層１６の下面の距離であり、埋め込み層１６の層厚Ｄは、Ｄ＝７．０μｍである。それゆえ、埋め込み層１６の層厚Ｄに対する活性層高さｄの比ｒ（＝ｄ／Ｄ）は、ｒ＝２６％となっている。
【００５６】
前述の通り、メサストライプ構造の上表面と、埋め込み層１６の上面を覆って、所定の形状のパッシベーション膜１７が形成され、パッシベーション膜１７の上側に図１Ａに示す形状のｐ型電極１４が形成されている。前述のスルーホールを介して、ｐ型電極１４と、メサストライプ構造の最上層であるｐ型コンタクト層１３とは、電気的に接続されている。ｐ型電極１４は、前述の通り、延伸部と、パッド部と、接続部と、からなっている。ｐ型電極１１４のｐ型電極幅は、９．７μｍである。なお、ｐ型電極１４のパッド部は、４５μｍ×４５μｍの正方形状であり、ｐ型電極１４のパッド部とパッシベーション膜１７の間には、寄生容量Ｃｐａｄを軽減するために、ＳｉＯ２からなる絶縁膜１８が形成されている。
【００５７】
上記値をもとに、当該ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の変調器部２の帯域ｆについて計算を行ったところ、ｆ＝４０．８ＧＨｚという値が得られ、伝送速度４０Ｇｂｐｓ光伝送用に用いることが出来る値である。また、実際に作製される当該ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１を、５０Ωの終端抵抗を備える窒化アルミニウム（ＡｌＮ）製のサブマウントに、ＡｕＳｎはんだを用いて搭載し、このサブマウントを温度調整機能を備える家具を用いて、特性評価を行った。その結果、帯域ｆはｆ＝４２ＧＨｚであり、計算結果と同等の特性が得られた。さらに、伝送速度４０Ｇｂｐｓでの駆動において、光伝送前アイ開口の品質を表すＳＯＮＥＴ ＯＣ−１９２／ＳＤＨ ＳＴＭ−６４にて規定されるマスクに対するマスクマージンは２５％であり、基準値である１０％を大きく上回り、伝送速度４０Ｇｂｐｓでの駆動において、良好なアイ開口が得られている。
【００５８】
当該ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１において、比ｒは、ｒ＝２６％であるが、異なるｒの値に対する帯域ｆの計算を行った。
【００５９】
図２Ａは及び図２Ｂは、当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１について、それぞれ、活性層高さｄ、及び、埋め込み層１６の層厚Ｄに対する活性層高さｄの比ｒに対して計算される帯域ｆの計算結果を示す図である。ここで、埋め込み層１６の層厚ＤをＤ＝７．０μｍに固定し、活性層高さｄを変化させている。それゆえ、比ｒは、活性層高さｄが変化するのに伴い、変化する。なお、活性層高さｄが増加する際、埋め込み層１６のうち、メサストライプ構造より上の厚みを減少させることにより、埋め込み層１６の層厚Ｄを一定としている。
【００６０】
図２Ａ及び図２Ｂに示す通り、活性層高さｄ（比ｒ）が増加するのに伴って、帯域ｆが向上している。特に、比ｒが小さい値から２０％に増加するまで、帯域ｆは急激に向上している。特に、比ｒが２０％以上となるＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１において、帯域ｆは４０ＧＨｚより大きい値をとる。
【００６１】
このように、活性層高さｄの埋め込み層１６の層厚Ｄに対する比ｒが２０％以上となるＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の変調器部２は、特性がさらに向上されている。
【００６２】
以上説明したように、本発明の特徴は、ＢＨ構造を有する変調器部を備える半導体光素子において、活性層高さｄが、埋め込み層１６の層厚Ｄの２０％以上であることにある。これにより、メサストライプ構造の多層構造にあるｐ型層の増加を抑制し、寄生容量Ｃｓの増加を抑制するとともに、埋め込み層１６の上面斜面部の面積増加を抑制し、寄生容量Ｃｐａｄ，Ｃｓの軽減を可能とし、半導体光素子の変調器部が有する総寄生容量Ｃｔｏｔａｌの低減を可能とすることが出来る。これにより、特性がさらに向上される半導体素子が実現される。たとえば、４０Ｇｂｐｓといった高い伝送速度での長距離光伝送を実現することが出来る。
【００６３】
なお、活性層高さｄを大きくしていくと、埋め込み層１６を形成する際に、埋め込み層１６の下面近傍において、メサストライプ構造の両脇に、埋め込み層１６が密着して結晶成長されない可能性がある。その場合には、メサストライプ構造の両脇に空洞が形成されることとなり、ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の特性や信頼性が劣化する。それゆえ、活性層高さｄは、２．５μｍ以下にするのが、さらに望ましい。
【００６４】
当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の変調器部２の活性層１１は、ＩｎＧａＡｓＰ系材料を用いているが、ＩｎＧａＡｌＡｓ系材料を用いて形成されていてもよい。
【００６５】
次に、当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の製造方法を説明する。
【００６６】
まず、発振器部３の多層構造の一部となる多層を形成する（第１結晶成長）。すなわち、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に、順に、活性層、ｐ型ＩｎＰキャップ層、及び、回折格子層を、有機金属気相成長法（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition：以下、ＭＯ−ＣＶＤと記す）によって形成する。ここで、活性層は、順に、ＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層、ＭＱＷ層、ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層を積層することによって形成される。ＭＱＷ層は、ともに、ＩｎＧａＡｓＰからなる井戸層と障壁層を交互に積層することによって形成される。なお、ＭＱＷ層の井戸層には歪を導入する。このとき、発振器部３の活性層のフォトルミネッセンス波長が１５５５ｎｍ付近になるように、ＭＱＷ層のＩｎＧａＡｓＰの組成を調整する。
【００６７】
そして、プラズマ気相成長法（Plazma Chemical Vapor Deposition：以下、プラズマＣＶＤと記す）によって窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を形成し、その後、発振器部３のメサストライプ構造となる領域のＳｉＮ膜をパターニングし、このＳｉＮ膜をマスクとして、ドライエッチング及びウェットエッチングによって、発振器部３のメサストライプ構造となる領域を含む所定の領域以外の領域を除去する。
【００６８】
次に、変調器部２の多層構造の一部となる多層を形成する（第２結晶成長）。発振器部３と同様に、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に活性層１１及びｐ型ＩｎＰキャップ層を、ＭＯ−ＣＶＤによって形成する。このとき、このとき、変調器部２の活性層１１のフォトルミネッセンス波長が１４９５ｎｍ付近になるように、ＭＱＷ層のＩｎＧａＡｓＰの組成を調整する。
【００６９】
そして、プラズマＣＶＤによってＳｉＮ膜を形成し、その後、変調器部２のメサストライプ構造となる領域のＳｉＮ膜をパターニングし、このＳｉＮ膜をマスクとして、ドライエッチング及びウェットエッチングによって、変調器部２及び発振器部３それぞれのメサストライプ構造となる領域を含む所定の領域以外の領域を除去する。
【００７０】
さらに、導波路部４の多層構造の一部を形成する（第３結晶成長）。第１及び第２結晶成長と同様に、変調器部２と発振器部３の間に、パッシブな光導波路となるＩｎＧａＡｓＰ層を結晶成長する。この際に、変調器部２と導波路部４の間、及び、導波路部４と発振器部３の間を、公知のパットジョイント技術により光学的に接続する。
【００７１】
その後、発振器部３の回折格子層に、干渉露光法によって回折格子（grating）を形成することにより、回折格子が形成される。回折格子を形成後、さらに、変調器部２、導波路部、及び発振器部３の多層上面に、ｐ型ＩｎＰクラッド層１２、ｐ型コンタクト層１３、及び、ｐ型ＩｎＰキャップ層を形成する。ここで、ｐ型ＩｎＰクラッド層１２の層厚とｐ型コンタクト層１３の層厚の合計が、１．７μｍとなるようにし、前述の通り、ｐ型ドーパントとして、不純物にＺｎを用いる。なお、ｐ型ＩｎＰキャップ層はその後の工程において除去されるので、最終構造には残らない。
【００７２】
多層形成後、変調器部２、導波路部４、及び発振器部３の多層上面のうち、導波路領域の上方となる領域に、ＳｉＯ２膜を形成する。その後、ドライエッチング若しくはウェットエッチングによって、多層のうち、ＳｉＯ２膜が形成される領域以外の領域を、ｎ型ＩｎＰ基板１０の途中まで除去することにより、幅が１．３μｍであるメサストライプ構造を形成する。ここで、活性層１１の下面から１．８μｍさらに下方まで、ｎ型ＩｎＰ基板１０を除去することにより、活性層高さｄが１．８μｍとなるメサストライプ構造が形成される。
【００７３】
メサストライプ構造を形成後、メサストライプ構造の両側に対して、Ｆｅが不純物として添加されるＩｎＰからなる埋め込み層１６を、ＭＯ−ＣＶＤを用いて形成する。この際、埋め込み層厚Ｄが７．０μｍとなるまで、埋め込み層１６を結晶成長させる。
【００７４】
さらに、メサストライプ構造の最上層であるｐ型コンタクト層１３のうち、導波路部４の領域を、除去する。これにより、変調器部２のｐ型コンタクト層１３と、発振器部３のｐ型コンタクト層とが、電気的に絶縁される。それゆえ、除去されることにより生じる溝は、アイソレーション溝と呼ばれている。
【００７５】
アイソレーション溝を形成後、ウェハ表面全体に、パッシベーション膜１７を形成し、さらに、変調器部のｐ型電極１４のパッド部となる領域を含んで、ＳｉＯ２からなる絶縁膜１８を形成する。前述の通り、絶縁膜１８によって、寄生容量Ｃｐａｄが低減される。その後、形成されるパッシベーション膜１７のうち、変調器部２及び発振器部３となる領域それぞれの一部の領域をウェットエッチングにより除去し、スルーホールとする。変調器部２及び発振器部３それぞれのスルーホールを覆うように、ＥＢ（Electron Beam）蒸着法及びイオンミリングにより、変調器部２及び発振器部３のｐ型電極１４，２４を、それぞれ形成する。変調器部２及び発振器部３それぞれに設けられるｐ型電極１４，２４の形状が、図１Ａに示されている。前述の通り、変調器部２のｐ型電極１４のｐ型電極幅は９．７μｍとし、ｐ型電極１４のパッド部は、４５μｍ角の正方形状とする。これに対して、発振器部３のＤＦＢレーザは、寄生容量の影響をあまり受けないので、ｐ型電極２４は、メサストライプ構造の両側に広がる形状をしている。
【００７６】
その後、ウェハの下面を、ウェハが１００μｍ程度になるまで研磨加工し、ｎ型電極１５を形成し、ウェハ工程が完了する。さらに、ウェハをバー状に劈開し、変調器部２側の端面に反射防止膜を、発振器部３側の端面に高反射膜をそれぞれ形成し、さらに、チップ状態に劈開することにより、ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１は完成する。
【００７７】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る半導体光素子は、第１の実施形態と同様に、ＢＨ構造を有するＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１である。当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１は、第１の実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１と、基本的な構成及び製造方法は同じであるが、当該ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１は、１．３μｍ帯で伝送速度２５Ｇｂｐｓ光伝送用に用いられる。
【００７８】
図３Ａは、当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の上面図であり、図３Ｂは、当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の変調器部２の断面図である。図３Ｂは、図３Ａに示すＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ破線を貫く断面を表している。図３Ｂに示す通り、当該ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１は、同様に、ＢＨ構造を有している。
【００７９】
当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１において、変調器部２の活性層１１は、ＩｎＧａＡｌＡｓによって形成されており、活性層１１の層厚を０．２５μｍ、活性層高さｄをｄ＝１．０μｍである。埋め込み層１６の層厚Ｄは、５．０μｍであり、このとき、埋め込み層１６の層厚Ｄに対する活性層高さｄの比ｒは、ｒ＝２０％となっている。また、ｐ型電極１４のｐ型電極幅は８．２μｍである。変調器部２の変調器長は１５０μｍである。
【００８０】
当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１は、伝送速度が２５Ｇｂｐｓであり、低バイアス電圧によって駆動を可能とするために、活性層１１の層厚は、第１の実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１と比べて小さく設定している。また、伝送速度が２５Ｇｂｐｓと、第１の実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の伝送速度４０Ｇｂｐｓと比較して低いので、所望の特性を得るためには、埋め込み層１６の層厚Ｄは５．０μｍとすることが出来る。
【００８１】
上記値をもとに、当該ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の変調器部２の帯域ｆについて計算を行ったところ、ｆ＝２５．３ＧＨｚという値が得られ、また、実際に作製される当該ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１を第１の実施形態と同様に、特性評価を行ったところ、変調器部２の帯域ｆはｆ＝２６．５ＧＨｚであり、計算結果と同等の特性が得られた。
【００８２】
なお、当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の活性層１１は、ＩｎＧａＡｌＡｓ系材料を用いているが、ＩｎＧａＡｓＰ系材料を用いて形成されていてもよい。
【００８３】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る光送信モジュールは、第１の実施形態若しくは第２の実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１が搭載される光送信モジュール４０である。
【００８４】
図４は、当該実施形態に係る光送信モジュール４０の構成を表す図である。第１の実施形態若しくは第２の実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１が、５０Ω終端抵抗が付いた窒化アルミ二ウム（ＡｌＮ）製のチップキャリア５０に、ＡｕＳｎはんだを用いて、搭載されている。チップキャリア５０は、温度調整手段であるペルチェ５１の上側に搭載されており、それらが、パッケージ５２に搭載されている。サーミスタ５３、モニタフォトダイオード５４、光アイソレータ５５、及び、集光レンズ５６が、さらに、パッケージ５２に搭載されている。ここで、集光レンズ５６は、光の出射先に接続されるファイバー５７へ、光を集光するためのレンズである。
【００８５】
当該実施形態に係る光送信モジュール４０の外部には、制御手段（図示せず）が設けられ、制御手段によって、光送信モジュール４０に対して、ＡＰＣ（Auto Power Control）制御が行われる。すなわち、ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の後方端面より出力する後方出力光を、モニタフォトダイオード５４は受光し、モニタ電流６１として、制御手段へ出力する。モニタ電流６１に対応して、ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の発振器部３に対して、レーザ駆動電流６２が供給される。ＡＰＣ制御により、光送信モジュール４０の出力光６４の出力パワーを一定に保つことが可能となる。なお、ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の変調器部２に対しては、変調器駆動信号６３が供給される。
【００８６】
また、制御手段によって、光送信モジュール４０に対して、ＡＴＣ（Auto Temperature Control）制御が行われる。すなわち、サーミスタ５３は、ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の温度を検知し、その温度をモニタ温度６５として、制御手段へ出力する。モニタ温度６５に対応して、ペルチェ５１に対して、ペルチェ駆動電流６６が供給される。ＡＴＣ制御により、ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の温度を一定に保つことが可能となる。
【００８７】
同様に、当該実施形態に係る光送受信モジュールは、第１の実施形態若しくは第２の実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１が搭載される光送信部と、公知の光受信部を備える光送受信モジュールである。光送受信モジュールの光送信部の構成は、光送信モジュール４０の構成と同様のものとする。
【００８８】
さらに、当該実施形態に係る光伝送装置は、上記の光送信モジュール４０若しくは光送受信モジュールが搭載される光伝送装置である。光伝送装置の他の構成については、公知のものと同じである。
【００８９】
なお、パッケージ５２は、金属素材をボックス型に加工したものである。パッケージ５２は、熱伝導率が高いＣｕＷ合金の底板、ＦｅＮｉ合金からなるフレーム、電気信号をパッケージ５２内部に伝達するために配線パターンを形成したセラミックフィードスルー、リード端子、キャップをシーム溶接するためのシームリング、光を取り出す窓を気密封止するためのサファイヤガラス、レンズホルダや光ファイバを溶接固定するためのパイプ部材などの部品より構成されており、ロー材やＡｕＳｎはんだなどの接合材を用いて組み立てられている。
【００９０】
以上、本発明に係る半導体光素子、光送信モジュール、光送受信モジュール、及び、光伝送装置について説明した。本発明は、半導体光素子に存在する寄生容量の軽減を実現するものである。実施形態に係る半導体光素子として、ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１を例として示した。埋め込み層１６のドーパントに、Ｆｅを用いる場合について説明したが、ルテニウム（Ｒｕ）をドーパントとしてもよい。また、変調器部２の構造は、ＥＡ変調器に限定されることはない。例えば、マッハツェンダー型変調器など、他の変調器であってもよい。発振器部３の構造も、ＤＦＢレーザに限定されることはない。さらに、ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１のように、変調器部２が発振器部３と同一半導体基板上に集積した変調器集積型半導体光素子に限定されることはない。本発明に係る半導体光素子は、レーザ素子の出力側の外部に設けられる外部変調器であってもよい。ここで、外部変調器とは、例えば、ＥＡ変調器やマッハツェンダー型変調器である。また、本発明に係る半導体光素子は、変調器に限定されることはなく、ＢＨ構造を有する他の半導体光素子の寄生容量低減する構造として、本発明を適用することは可能である。
【符号の説明】
【００９１】
１ ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子、２ 変調器部、３ 発振器部、４ 導波路部、１０ ｎ型ＩｎＰ基板、１１ 活性層、１２ ｐ型ＩｎＰクラッド層、１３ ｐ型コンタクト層、１４ ｐ型電極、１５ ｎ型電極、１６ 埋め込み層、１７ パッシベーション膜、２４ ｐ型電極、４０ 光送信モジュール、５０ チップキャリア、５１ ペルチェ、５２ パッケージ、５３ サーミスタ、５４ モニタフォトダイオード、５５ 光アイソレータ、５６ 集光レンズ、５７ ファイバー、６１ モニタ電流、６２ レーザ駆動電流、６３ 変調器駆動信号、６４ 出力光、６５ モニタ温度、６６ ペルチェ駆動電流、１０１ 変調器集積型半導体光素子、１０２ 変調器部、 １０３ 発振器部、１０４ 導波路部、１１０ ｎ型基板、１１１ 活性層、１１２ ｐ型クラッド層、１１３ ｐ型コンタクト層、１１４ ｐ型電極、１１５ ｎ型電極、１１６ 埋め込み層、１１７ パッシベーション膜、１１８ 絶縁膜、１２０ 不純物拡散領域、１２４ ｐ型電極、Ｃｉ，Ｃｍ，Ｃｐａｄ，Ｃｓ 寄生容量、Ｃｔｏｔａｌ 総寄生容量。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光素子、光送信モジュール、光送受信モジュール、及び、光伝送装置に関し、特に、埋め込みヘテロ構造を有する変調器を備える半導体光素子の特性向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットの普及に伴い、光通信システム用途の半導体光素子や光送受信モジュール、光伝送装置に、より高速化、より大容量化が求められている。例えば、電界吸収型変調器（以下、ＥＡ（Electro-Absorption）変調器と記す）は、変調時のチャープ（波動変調）が小さく、光信号のＯＮレベルとＯＦＦレベルの差である消光比が大きく、広帯域である、といった有利な特性を有することに加え、小型で低コストであることにより、広く用いられている。
【０００３】
ＥＡ変調器とは、量子閉じ込めシュタルク効果（Quantum Confinement Stark Effect：以下、ＱＣＳＥと記す）を利用して、ＥＡ変調器の活性領域に、電界を選択的に印加することにより、光を変調する変調器である。ここで、活性領域は、いわゆる単一量子井戸（Single-Quantum Well：以下、ＳＱＷと記す）層、もしくは、多重量子井戸（Multiple-Quantum Well：以下、ＭＱＷと記す）層となっている。以下、本明細書において、ＭＱＷとは、通常のＭＱＷに加えて、ＳＱＷをも含むものとする。なお、ＱＣＳＥとは、ＭＱＷ層に電界が印加されると、ＭＱＷ層における光の吸収端が長波長側へシフトするという効果をいう。
【０００４】
ＥＡ変調器を備える半導体光素子とは、例えば、ＥＡ変調器部と、発振器部とが同一半導体基板上にモノリシックに集積される変調器集積型半導体光素子である。発振器部に駆動電流を注入することにより出射される連続光を、ＥＡ変調器部に電気信号を印加することで、光変調を行い、信号光が出力される。
【０００５】
図５Ａは、従来技術に係る変調器集積型半導体光素子１０１の上面図である。変調器集積型半導体光素子１０１は、変調器部１０２と発振器部１０３とを備えており、前述の通り、発振器部１０３より出射される連続光を、変調器部１０２が光変調をおこなっている。
【０００６】
図５Ｂは、従来技術に係る変調器集積型半導体光素子１０１の変調器部１０２の断面図である。図５Ｂに示す変調器部１０２の断面は、図５ＡのＶＢ―ＶＢ破線を貫く断面に対応している。
【０００７】
半導体光素子の主な構造に、埋め込みヘテロ構造（Buried Heterostructure：以下、ＢＨ構造と記す）やリッジ導波路構造があり、当該変調器集積型半導体光素子１０１は、ＢＨ構造を有している。ＢＨ構造とは、活性層１１１を含む多層構造のうち、導波路領域の外側となる領域を除去することにより形成されるメサストライプ構造の両側を、半絶縁性半導体層によって埋め込まれている構造をいう。ＢＨ構造を有するＥＡ変調器が集積されたＥＡ変調器集積型半導体光素子について、特許文献１に開示されている。
【０００８】
従来技術に係る変調器部１０２において、ｎ型基板１１０上に、ＭＱＷ層を含む活性層１１１、ｐ型クラッド層１１２、ｐ型コンタクト層１１３が、積層されている。ここで、活性層１１１は、不純物が意図的に添加されていない半導体（真性半導体）からなっている。
【０００９】
これら多層構造のうち、導波路領域の外側が、ｎ型基板１１０の一部まで除去されており、メサストライプ構造が形成されている。前述の通り、メサストライプ構造の両側が、鉄（Ｆｅ）などの不純物が添加されている半絶縁性半導体からなる埋め込み層１１６によって、埋め込まれている。ＢＨ構造は、リッジ導波路構造と比較して、横方向に光を閉じ込める効果が強い。それゆえ、ＢＨ構造は、リッジ導波路構造と比較して、ＦＦＰ（Far Field Pattern）がより円形となるので、ファイバーとの結合効率が高いという利点があり、さらに、放熱性に優れており、広く用いられている。
【００１０】
メサストライプ構造の上面と、その両側に位置する埋め込み層１１６の上面を覆って、所定の形状のパッシベーション膜１１７が形成されている。メサストライプ構造の上面の一部と、埋め込み層１１６の上面のうち斜面となる領域の一部には、パッシベーション膜１１７は形成されておらず、スルーホールとなっている。
【００１１】
パッシベーション膜１１７の上側には、所定の形状のｐ型電極１１４が形成されており、スルーホールを介して、ｐ型電極１１４と、メサストライプ構造の最上層であるｐ型コンタクト層１１３とは、電気的に接続されている。
【００１２】
なお、ｐ型クラッド層１１２やｐ型コンタクト層１１３に添加される不純物が、埋め込み層１１６に添加される不純物と相互拡散をするので、ｐ型クラッド層１１２やｐ型コンタクト層１１３に添加される不純物が、埋め込み層１１６へ拡散することとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００４−２７３９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ＥＡ変調器の主たる特性には、消光比、光出力、チャープ特性、そして、帯域がある。帯域は、どの周波数まで高速変調が可能かを決めるパラメータとしてのみならず、光変調時の光波形の品質にも影響を及ぼすパラメータである。それゆえ、ＥＡ変調器の特性向上には、帯域を大きくすることが重要であるが、帯域を大きくするための重要な要因の一つに、ＥＡ変調器の寄生容量の低減化が挙げられる。
【００１５】
図５Ｃは、従来技術に係る変調器集積型半導体光素子１０１の変調器部１０２の寄生容量を表す図である。図５Ｃは、図５Ｂに示す変調器部１０２の寄生容量を表している。変調器部１０２において、真性半導体層がｐ型層とｎ型層に挟まれる構造をしている場合に、寄生容量が発生している。
【００１６】
まず、活性層１１１は、ｐ型クラッド層１１２とｎ型基板１１０とに挟まれており、この領域に、寄生容量Ｃｉが存在する。次に、埋め込み層１１６は、ｐ型電極１１４とｎ型基板１１０とに挟まれており、この領域にも寄生容量が存在する。
【００１７】
ｐ型電極１１４は、図５Ａに示す形状をしている。メサストライプ構造は、図中横方向に延伸しており、ｐ型電極１１４の一部は、メサストライプ構造の最上層であるｐ型コンタクト層１１３を覆うと共に図中横方向に延伸している。ｐ型電極１１４のこの部分を延伸部とする。ｐ型電極１１４は、延伸部と、図５Ａの図中上側に配置される長方形状のパッド部と、パッド部と延伸部を接続する接続部と、からなっている。
【００１８】
埋め込み層１１６を挟んで存在する寄生容量のうち、ｐ型電極１１４のパッド部及び接続部と、ｎ型基板１１０との間に生じる寄生容量を、寄生容量Ｃｐａｄとする。寄生容量Ｃｐａｄを低減するために、ｐ型電極１１４のパッド部とパッシベーション膜１１７の間には、絶縁膜１１８が形成されている。絶縁膜１１８は、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなっている。寄生容量Ｃｐａｄを低減するためには、電極の面積に相当するパッド部の面積を小さくすることが考えられるが、ｐ型電極１１４のパッド部は、ｐ型電極１１４に印加する電圧を供給するために、導線を接続するための領域であり、導線との電気的接続を確保するために十分となる面積を確保する必要がある。
【００１９】
また、図５Ｂに示す通り、ｐ型電極１１４の延伸部は、ｐ型コンタクト層１１３を覆うとともに、半導体埋め込み層１１６の斜面と、さらに、上面の一部に、広がっている。
【００２０】
さらに、前述の通り、埋め込み層１１６には、ｐ型クラッド層１１２やｐ型コンタクト層１１３の両側から、不純物が拡散している。この領域を、不純物拡散領域１２０として、図５Ｃに示している。ｐ型クラッド層１１２やｐ型コンタクト層１１３から不純物拡散領域１２０に拡散している不純物は、ｐ型ドーパントであり、埋め込み層１１６のうち、不純物拡散領域１２０は、いわばｐ型半導体となっている。
【００２１】
それゆえ、メサストライプ構造の両側にそれぞれ広がる不純物拡散領域１２０と、ｎ型基板１１０との間に生じる寄生容量を、寄生容量Ｃｍとする。さらに、ｐ型電極１１４の延伸部のうち半導体埋め込み層１１６の上面の一部及び斜面に形成されている部分とｎ型基板１１０との間に生じる寄生容量から、寄生容量Ｃｍを除いた寄生容量を、メサストライプ構造の両側それぞれに対して、寄生容量Ｃｓとする。
【００２２】
以上より、変調器部１０２が有する総寄生容量Ｃｔｏｔａｌは、Ｃｔｏｔａｌ＝Ｃｉ＋２・Ｃｍ＋２・Ｃｓ＋Ｃｐａｄと、近似される。
【００２３】
ここで、前述の通り、帯域を大きくするために、変調器部１０２が有する総寄生容量Ｃｔｏｔａｌを低減する必要がある。一般に、容量は、電極の面積に比例し、電極間の距離に反比例する。それゆえ、容量を低減化するためには、電極の面積を小さくするか、電極間の距離を長くすればよい。
【００２４】
総寄生容量Ｃｔｏｔａｌのうち、特に大きな割合を占めるのが、寄生容量Ｃｉである。寄生容量Ｃｉは、真性半導体である活性層１１１の層厚を大きくすることにより、低減することが可能であるが、活性層１１１の層厚は、帯域以外の特性（例えば、消光比）に大きく影響するパラメータであり、帯域のみを優先して層厚を小さくすることが出来ない。また、寄生容量Ｃｉ、寄生容量Ｃｍ、及び寄生容量Ｃｓの容量に影響するのが、変調器部１０２の延伸方向（図５Ａの横方向）の長さである変調器長である。変調器長も、同様に、帯域以外の特性に大きく影響するので、帯域のみを優先して変調器長を短くすることが出来ない。
【００２５】
それゆえ、他の特性に及ぼす影響が小さいパラメータとして、埋め込み層１１６の層厚Ｄを大きくすることが考えられる。埋め込み層１１６の層厚Ｄを大きくする場合には、次の３つの場合が考えられる。
【００２６】
まずは、メサストライプ構造の高さ、すなわち、埋め込み層１１６の下面とｐ型コンタクト層１１３の上面の距離、を大きくする場合である。この場合、埋め込み層１１６の層厚Ｄが大きくなることにより、寄生容量Ｃｐａｄ及び寄生容量Ｃｓを低減する。しかし、同時に、ｐ型クラッド層１１２（若しくはｐ型コンタクト層１１３）の層厚を大きくすることになり、ｐ型クラッド層１１２及びｐ型コンタクト層１１３から、埋め込み層１１６に、より不純物が拡散することとなる。すなわち、図５Ｃに示す不純物拡散領域１２０の図中縦方向の長さが大きくなることにより、不純物拡散領域１２０の図中横方向の長さも大きくなることにより、寄生容量Ｃｍの増大を招くこととなる。
【００２７】
次に、メサストライプ構造の高さは同じにして、メサストライプ構造の上面より、さらに上方へ埋め込み層１１６を積層する場合である。この場合、メサストライプ構造の高さは同じであるので、埋め込み層１１６の層厚Ｄを大きくしても、不純物拡散領域１２０のさらなる拡張はされず、寄生容量Ｃｍの増大は抑制されている。ここで、例えば、ｎ型基板１１０がｎ型ＩｎＰであって、埋め込み層が不純物が添加されるＩｎＰである場合を考える。埋め込み層１１６が、メサストライプ構造の上面より、さらに結晶成長される場合、埋め込み層１１６は、ＩｎＰの（１１１）面の面方位に沿って、すなわち、メサストライプ構造の上面の（１００）面方位（図中縦方向）に対して約５５度の角度に、結晶成長される。そのために、埋め込み層１１６の層厚Ｄが大きくなるに伴って、寄生容量Ｃｐａｄ及び寄生容量Ｃｓにおいて、容量の電極間の距離に対応する長さは大きくなり、寄生容量Ｃｐａｄ及び寄生容量Ｃｓを低減する要因となる。しかし、それと同時に、埋め込み層１１６の斜面の面積が増大し、ｐ型電極１１４の延伸部の幅（以下、ｐ型電極幅と記す）も大きくなる。それによって、寄生容量Ｃｓにおいて、容量の電極に対応する面積も大きくなり、寄生容量Ｃｓを増大する要因となってしまう。
【００２８】
最後に、上記２つの場合を組み合わせる場合である。前述の通り、埋め込み層１１６の層厚Ｄを大きくするために、メサストライプ構造を高くすると、寄生容量Ｃｍの増大を招き、埋め込み層１１６のうち、メサストライプ構造の上面より上の部分を高くすると、寄生容量Ｃｓの増大を招く要因を含んでいる。
【００２９】
図６は、従来技術に係る変調器集積型半導体光素子について、埋め込み層１１６の層厚Ｄに対して計算される帯域ｆの計算結果を示す図である。
【００３０】
ここで、ｎ型基板１１０はｎ型ＩｎＰ基板とする。活性層１１１は、ｎ型基板１１０側（図５Ｂの図中下側）から順に、ＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層、ＭＱＷ層、ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層が積層されて形成されているとして、ＭＱＷ層は、ともに、ＩｎＧａＡｓＰからなる井戸層と障壁層が交互に積層されているとする。なお、ＭＱＷ層の井戸層には歪が導入されている。ｐ型クラッド層１１２はｐ型ＩｎＰ層からなり、ｐ型コンタクト層１１３は、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層及びｐ型ＩｎＧａＡｓ層からなるとする。ｐ型クラッド層１１２となるｐ型ＩｎＰ層には、９×１０１７ａｔｏｍ／ｃｍ３程度のＺｎが、ｐ型コンタクト層１１３となるｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層及びｐ型ＩｎＧａＡｓ層には、それぞれ、２×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３程度及び２×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３程度のＺｎが、ｐ型ドーパントとして添加されているとする。なお、ｐ型ドーパントにＺｎが用いられているのは一般的である。また、埋め込み層１１６は、Ｆｅが不純物として添加されるＩｎＰ層からなるとする。埋め込み層１１６に添加される不純物として、Ｆｅが用いられているのは一般的である。しかし、ＺｎとＦｅには相互拡散が強いので、この場合、不純物拡散領域１２０に、Ｚｎが拡散する傾向は強い。
【００３１】
ここで、埋め込み層１１６の下面と活性層１１１の下面との距離ｄ（以下、活性層高さｄと記す）を０．４μｍと、活性層１１１の層厚を０．３５μｍ、ｐ型クラッド層１１２の層厚及びｐ型コンタクト層１１３の層厚の合計を１．７μｍとする。また、変調器長を１００μｍと、メサストライプ構造の幅を１．３μｍとする。ｐ型電極１１４のパッド部は、４５μｍ×４５μｍの正方形状とする。
【００３２】
以上の値を一定として、埋め込み層１１６のうち、メサストライプ構造の上面よりさらに上方に積層される高さを増加させることにより、埋め込み層１１６の層厚Ｄを増加させる。それに伴い、メサストライプ構造の両側に広がる埋め込み層１１６の斜面はより広くなり、ｐ型電極幅も大きくなる。
【００３３】
例えば、埋め込み層１１６の層厚ＤがＤ＝４．０μｍのとき、ｐ型電極幅は７．７μｍであり、このとき、計算によって得られる帯域ｆはｆ＝２５．４ＧＨｚである。また、埋め込み層１１６の層厚ＤがＤ＝７．０μｍのとき、ｐ型電極幅は１１．７μｍまで広がり、このとき、計算によって得られる帯域ｆはｆ＝２６．６ＧＨｚである。これら帯域ｆを有する変調器は、４０Ｇｂｐｓといった伝送速度に用いる変調器としては不十分である。
【００３４】
図６に示す通り、埋め込み層１１６の層厚Ｄに対する帯域ｆは、単調増加であるが、その増加分は小さく、４０ＧＨｚを超える帯域ｆとするには、層厚Ｄを非常に大きくしなければいけない。しかし、埋め込み層１１６を、メサストライプ構造の上面よりもさらに結晶成長させるために、成長時間をさらに必要とし、その間に、ｐ型クラッド層１１２及びｐ型コンタクト層１１３に含まれる不純物が、さらに、埋め込み層１１６へ拡散することになる。これは、寄生容量Ｃｍの増大を招くばかりか、変調器部１０２の駆動時に、活性層１１１に印加される電界が、不純物拡散領域１２０にも広がることにより、変調器としての特性を劣化させることとなる。埋め込み層１１６の層厚Ｄを大きくすることにより、図５Ｂに示す埋め込み層１１６の結晶成長に加えて、メサストライプ構造の上方にも異常成長をする可能性が高まる。メサストライプ構造の上方に埋め込み層１１６が異常成長すると、その領域の下方には、電界が印加されなくなるため、変調器部１０２に入力される光が外方へ出射するまでの光路に、異常な電界分布を発生することとなり、例えば消光特性の劣化など、変調器としての特性を劣化させることとなる。従って、埋め込み層１１６の層厚Ｄを無制限に大きくすることは出来ない。
【００３５】
また、図６に示す計算において、活性層高さｄをｄ＝０．４μｍとしている。半導体多層を、導波路領域の外側となる領域を除去することにより、メサストライプ構造が形成される。この際に、導波路領域となる活性層１１１の両側が十分に除去されているよう、活性層１１１の下面よりもさらに下方まで除去（オーバーエッチング）することにより、メサストライプ構造には、活性層高さｄが存在することとなる。活性層高さｄは、除去する工程における精度などを鑑みて、決定されるのが一般的であり、その結果、活性層高さｄはｄ＝０．４μｍ近傍の値に設定されているのが通常である。
【００３６】
本発明の目的は、上記課題を鑑みて、ＢＨ構造を有する半導体光素子において、寄生容量が軽減される構造にすることにより、特性がさらに向上される半導体光素子、光送信モジュール、光送受信モジュール、及び、光伝送装置を提供することとする。
【課題を解決するための手段】
【００３７】
（１）上記課題を解決するために、本発明に係る半導体光素子は、出射方向に沿って入力される光を変調して出射する変調器部、を備える半導体光素子であって、前記変調器部は、活性層を含むとともに出射方向に延伸するメサストライプ構造と、前記メサストライプ構造の両側にそれぞれ隣接して配置される埋め込み層と、を備え、前記埋め込み層の下面と前記活性層の下面との距離は、前記埋め込み層の下面と上面との距離の２０％以上である、ことを特徴とする。
【００３８】
（２）上記（１）に記載の半導体光素子であって、前記埋め込み層は、鉄若しくはルテニウムを不純物として添加される半導体であってもよい。
【００３９】
（３）上記（１）に記載の半導体光素子であって、前記活性層は、ＩｎＧａＡｓＰ系物質若しくはＩｎＧａＡｌＡｓ系物質を含んでいてもよい。
【００４０】
（４）上記（１）に記載の半導体光素子であって、前記変調器部は、電界吸収型変調器、若しくは、マッハツェンダー型変調器であってもよい。
【００４１】
（５）上記（１）に記載の半導体光素子であって、前記変調器部へ光を出力する、発振器部を、モノリシックにさらに備えていてもよい。
【００４２】
（６）上記（５）に記載の半導体光素子であって、前記発振器部は、分布帰還型半導体レーザであってもよい。
【００４３】
（７）本発明に係る半導体光素子モジュールは、上記（１）乃至（６）のいずれかに記載の半導体光素子を搭載する、半導体光素子モジュールであってもよい。
【００４４】
（８）本発明に係る光送信用モジュール若しくは光送受信用モジュールは、上記（７）に記載の半導体光素子モジュールを搭載する、光送信用モジュール若しくは光送受信用モジュールであってもよい。
【００４５】
（９）本発明に係る光伝送装置は、上記（８）に記載の光送信用モジュール若しくは光送受信用モジュールを搭載する、光伝送装置であってもよい。
【発明の効果】
【００４６】
本発明により、ＢＨ構造を有する半導体光素子において、寄生容量が軽減される構造にすることにより、特性がさらに向上される半導体光素子、光送信モジュール、光送受信モジュール、及び、光伝送装置が、提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１Ａ】本発明の第１の実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子の上面図である。
【図１Ｂ】本発明の第１の実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子の変調器部の断面図である。
【図２Ａ】本発明の第１の実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子について、活性層高さｄに対して計算される変調器部の帯域ｆの計算結果を示す図である。
【図２Ｂ】本発明の第１の実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子について、活性層高さｄの埋め込み層の層厚Ｄに対する比ｒに対して計算される変調器部の帯域ｆの計算結果を示す図である。
【図３Ａ】本発明の第２の実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子の上面図である。
【図３Ｂ】本発明の第２の実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子の変調器部の断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る光送信モジュールの構成を表す図である。
【図５Ａ】従来技術に係る変調器集積型半導体光素子の上面図である。
【図５Ｂ】従来技術に係る変調器集積型半導体光素子の変調器部の断面図である。
【図５Ｃ】従来技術に係る変調器集積型半導体光素子の変調器部の寄生容量を表す図である。
【図６】従来技術に係る変調器集積型半導体光素子について、埋め込み層の層厚Ｄに対して計算される変調器部の帯域ｆの計算結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
本発明に係る実施形態について、以下に、詳細な説明をする。ただし、以下に示す図は、あくまで、各実施形態の実施例を説明するものであって、図の大きさと本実施例記載の縮尺は必ずしも一致するものではない。
【００４９】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る半導体光素子は、変調器部と、発振器部が同一半導体基板上にモノリシックに集積される変調器集積型半導体光素子である。ここで、変調器部はＥＡ変調器であり、発振器部は分布帰還型半導体レーザ（Distributed Feedback Laser：以下、ＤＦＢレーザと記す）であり、ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１である。当該ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１は、ＢＨ構造を有しており、１．５５μｍ帯で伝送速度４０Ｇｂｐｓ光伝送用に用いられる。
【００５０】
図１Ａは、当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の上面図である。前述の通り、ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１は、ＥＡ変調器からなる変調器部２と、ＤＦＢレーザからなる発振器部３が、同じｎ型ＩｎＰ基板１０上に集積されている。ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の多層構造には、中央付近に、図中横方向に延伸する導波路領域がある。発振器部３の導波路領域より、変調器部２の導波路領域へ、光が発振される。変調器部２によって、光が変調され、それに応じて、図中左端より、光が出射される。
【００５１】
図１Ａに示す通り、ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の上面には、パッシベーション膜１７が形成されている。前述の通り、その一部には、パッシベーション膜１７が形成されていない領域であるスルーホール（図示せず）がある。スルーホールを覆うように、変調器部２及び発振器部３それぞれにｐ型電極１４，２４が形成されている。また、光が出射する図中左側の端面は、反射防止膜（図示せず）で覆われ、反対側にある図中右側の端面は、高反射膜（図示せず）で覆われている。なお、変調器部２の図中横方向の長さである変調器長は１００μｍである。
【００５２】
図１Ｂは、当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の変調器部２の断面図である。図１Ｂは、図１Ａに示すＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１のＩＢ−ＩＢ破線を貫く断面を表している。図５Ｂに示す従来技術に係るＥＡ変調器と同様に、図１Ｂに示す通り、当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の変調器部２は、活性層１１を含む多層構造がメサストライプ構造となっており、メサストライプ構造の両側が埋め込み層１６で埋め込まれたＢＨ構造を有している。なお、当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の発振器部３も、同様に、ＢＨ構造を有している。
【００５３】
当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の変調器部２は、メサストライプ構造を形成する工程において、多層構造のうち、導波路領域の外側が、活性層１１の下面より、ドライエッチングにより、さらに深く除去されている。すなわち、埋め込み層１６の下面と活性層１１の下面との距離である、活性層高さｄがｄ＝１．８μｍとなっているメサストライプ構造であることが、本発明の特徴である。
【００５４】
当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の変調器部２は、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に、ＭＱＷ層を含む活性層１１、ｐ型ＩｎＰクラッド層１２、ｐ型コンタクト層１３が、積層されている。活性層１１とは、ＭＱＷ層を少なくとも含んでおり、上下に配置されるそれぞれ配置されるｐ型層、ｎ型層と異なり、ｐ型ドーパントやｎ型ドーパントとなる不純物が意図的に添加されていない半導体層、すなわち、真性半導体層を指している。ここで、活性層１１は、ｎ型ＩｎＰ基板１０側（図中下側）から順に、ＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層、ＭＱＷ層、ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層が積層されて形成されており、ＭＱＷ層は、ともにＩｎＧａＡｓＰからなる井戸層と障壁層が交互に積層されているとする。なお、ＭＱＷ層の井戸層には歪が導入されている。活性層１１の層厚は、０．３５μｍである。ｐ型ＩｎＰクラッド層１２には、９×１０１７ａｔｏｍ／ｃｍ３程度のＺｎが不純物として添加されている。ｐ型コンタクト層１３は、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層及びｐ型ＩｎＧａＡｓ層からなっており、それぞれ、２×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３程度及び２×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３程度のＺｎが、ｐ型ドーパントとして添加されている。
【００５５】
メサストライプ構造の両側が、Ｆｅが不純物として添加されているＩｎＰからなる埋め込み層１６によって埋め込まれている。Ｆｅが添加されるＩｎＰは、半絶縁性半導体である。前述の通り、埋め込み層１６が、メサストライプ構造の上面より、さらに結晶成長される際に、（１１１）面の面方位に沿って、斜面状に広がって積層される。埋め込み層１６の上面は、メサストライプ構造の上面の両側にそれぞれ広がる上面斜面部と、さらにその両側に、ｎ型ＩｎＰ基板１０と平行に広がる上面平坦部からなっている。埋め込み層１６の層厚Ｄとは、図１Ｂに示す通り、埋め込み層１６の上面平坦部から埋め込み層１６の下面の距離であり、埋め込み層１６の層厚Ｄは、Ｄ＝７．０μｍである。それゆえ、埋め込み層１６の層厚Ｄに対する活性層高さｄの比ｒ（＝ｄ／Ｄ）は、ｒ＝２６％となっている。
【００５６】
前述の通り、メサストライプ構造の上表面と、埋め込み層１６の上面を覆って、所定の形状のパッシベーション膜１７が形成され、パッシベーション膜１７の上側に図１Ａに示す形状のｐ型電極１４が形成されている。前述のスルーホールを介して、ｐ型電極１４と、メサストライプ構造の最上層であるｐ型コンタクト層１３とは、電気的に接続されている。ｐ型電極１４は、前述の通り、延伸部と、パッド部と、接続部と、からなっている。ｐ型電極１１４のｐ型電極幅は、９．７μｍである。なお、ｐ型電極１４のパッド部は、４５μｍ×４５μｍの正方形状であり、ｐ型電極１４のパッド部とパッシベーション膜１７の間には、寄生容量Ｃｐａｄを軽減するために、ＳｉＯ２からなる絶縁膜１８が形成されている。
【００５７】
上記値をもとに、当該ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の変調器部２の帯域ｆについて計算を行ったところ、ｆ＝４０．８ＧＨｚという値が得られ、伝送速度４０Ｇｂｐｓ光伝送用に用いることが出来る値である。また、実際に作製される当該ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１を、５０Ωの終端抵抗を備える窒化アルミニウム（ＡｌＮ）製のサブマウントに、ＡｕＳｎはんだを用いて搭載し、このサブマウントを温度調整機能を備える家具を用いて、特性評価を行った。その結果、帯域ｆはｆ＝４２ＧＨｚであり、計算結果と同等の特性が得られた。さらに、伝送速度４０Ｇｂｐｓでの駆動において、光伝送前アイ開口の品質を表すＳＯＮＥＴ ＯＣ−１９２／ＳＤＨ ＳＴＭ−６４にて規定されるマスクに対するマスクマージンは２５％であり、基準値である１０％を大きく上回り、伝送速度４０Ｇｂｐｓでの駆動において、良好なアイ開口が得られている。
【００５８】
当該ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１において、比ｒは、ｒ＝２６％であるが、異なるｒの値に対する帯域ｆの計算を行った。
【００５９】
図２Ａは及び図２Ｂは、当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１について、それぞれ、活性層高さｄ、及び、埋め込み層１６の層厚Ｄに対する活性層高さｄの比ｒに対して計算される帯域ｆの計算結果を示す図である。ここで、埋め込み層１６の層厚ＤをＤ＝７．０μｍに固定し、活性層高さｄを変化させている。それゆえ、比ｒは、活性層高さｄが変化するのに伴い、変化する。なお、活性層高さｄが増加する際、埋め込み層１６のうち、メサストライプ構造より上の厚みを減少させることにより、埋め込み層１６の層厚Ｄを一定としている。
【００６０】
図２Ａ及び図２Ｂに示す通り、活性層高さｄ（比ｒ）が増加するのに伴って、帯域ｆが向上している。特に、比ｒが小さい値から２０％に増加するまで、帯域ｆは急激に向上している。特に、比ｒが２０％以上となるＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１において、帯域ｆは４０ＧＨｚより大きい値をとる。
【００６１】
このように、活性層高さｄの埋め込み層１６の層厚Ｄに対する比ｒが２０％以上となるＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の変調器部２は、特性がさらに向上されている。
【００６２】
以上説明したように、本発明の特徴は、ＢＨ構造を有する変調器部を備える半導体光素子において、活性層高さｄが、埋め込み層１６の層厚Ｄの２０％以上であることにある。これにより、メサストライプ構造の多層構造にあるｐ型層の増加を抑制し、寄生容量Ｃｓの増加を抑制するとともに、埋め込み層１６の上面斜面部の面積増加を抑制し、寄生容量Ｃｐａｄ，Ｃｓの軽減を可能とし、半導体光素子の変調器部が有する総寄生容量Ｃｔｏｔａｌの低減を可能とすることが出来る。これにより、特性がさらに向上される半導体素子が実現される。たとえば、４０Ｇｂｐｓといった高い伝送速度での長距離光伝送を実現することが出来る。
【００６３】
なお、活性層高さｄを大きくしていくと、埋め込み層１６を形成する際に、埋め込み層１６の下面近傍において、メサストライプ構造の両脇に、埋め込み層１６が密着して結晶成長されない可能性がある。その場合には、メサストライプ構造の両脇に空洞が形成されることとなり、ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の特性や信頼性が劣化する。それゆえ、活性層高さｄは、２．５μｍ以下にするのが、さらに望ましい。
【００６４】
当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の変調器部２の活性層１１は、ＩｎＧａＡｓＰ系材料を用いているが、ＩｎＧａＡｌＡｓ系材料を用いて形成されていてもよい。
【００６５】
次に、当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の製造方法を説明する。
【００６６】
まず、発振器部３の多層構造の一部となる多層を形成する（第１結晶成長）。すなわち、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に、順に、活性層、ｐ型ＩｎＰキャップ層、及び、回折格子層を、有機金属気相成長法（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition：以下、ＭＯ−ＣＶＤと記す）によって形成する。ここで、活性層は、順に、ＩｎＧａＡｓＰ下側光ガイド層、ＭＱＷ層、ＩｎＧａＡｓＰ上側光ガイド層を積層することによって形成される。ＭＱＷ層は、ともに、ＩｎＧａＡｓＰからなる井戸層と障壁層を交互に積層することによって形成される。なお、ＭＱＷ層の井戸層には歪を導入する。このとき、発振器部３の活性層のフォトルミネッセンス波長が１５５５ｎｍ付近になるように、ＭＱＷ層のＩｎＧａＡｓＰの組成を調整する。
【００６７】
そして、プラズマ気相成長法（Plazma Chemical Vapor Deposition：以下、プラズマＣＶＤと記す）によって窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を形成し、その後、発振器部３のメサストライプ構造となる領域のＳｉＮ膜をパターニングし、このＳｉＮ膜をマスクとして、ドライエッチング及びウェットエッチングによって、発振器部３のメサストライプ構造となる領域を含む所定の領域以外の領域を除去する。
【００６８】
次に、変調器部２の多層構造の一部となる多層を形成する（第２結晶成長）。発振器部３と同様に、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に活性層１１及びｐ型ＩｎＰキャップ層を、ＭＯ−ＣＶＤによって形成する。このとき、このとき、変調器部２の活性層１１のフォトルミネッセンス波長が１４９５ｎｍ付近になるように、ＭＱＷ層のＩｎＧａＡｓＰの組成を調整する。
【００６９】
そして、プラズマＣＶＤによってＳｉＮ膜を形成し、その後、変調器部２のメサストライプ構造となる領域のＳｉＮ膜をパターニングし、このＳｉＮ膜をマスクとして、ドライエッチング及びウェットエッチングによって、変調器部２及び発振器部３それぞれのメサストライプ構造となる領域を含む所定の領域以外の領域を除去する。
【００７０】
さらに、導波路部４の多層構造の一部を形成する（第３結晶成長）。第１及び第２結晶成長と同様に、変調器部２と発振器部３の間に、パッシブな光導波路となるＩｎＧａＡｓＰ層を結晶成長する。この際に、変調器部２と導波路部４の間、及び、導波路部４と発振器部３の間を、公知のパットジョイント技術により光学的に接続する。
【００７１】
その後、発振器部３の回折格子層に、干渉露光法によって回折格子（grating）を形成することにより、回折格子が形成される。回折格子を形成後、さらに、変調器部２、導波路部、及び発振器部３の多層上面に、ｐ型ＩｎＰクラッド層１２、ｐ型コンタクト層１３、及び、ｐ型ＩｎＰキャップ層を形成する。ここで、ｐ型ＩｎＰクラッド層１２の層厚とｐ型コンタクト層１３の層厚の合計が、１．７μｍとなるようにし、前述の通り、ｐ型ドーパントとして、不純物にＺｎを用いる。なお、ｐ型ＩｎＰキャップ層はその後の工程において除去されるので、最終構造には残らない。
【００７２】
多層形成後、変調器部２、導波路部４、及び発振器部３の多層上面のうち、導波路領域の上方となる領域に、ＳｉＯ２膜を形成する。その後、ドライエッチング若しくはウェットエッチングによって、多層のうち、ＳｉＯ２膜が形成される領域以外の領域を、ｎ型ＩｎＰ基板１０の途中まで除去することにより、幅が１．３μｍであるメサストライプ構造を形成する。ここで、活性層１１の下面から１．８μｍさらに下方まで、ｎ型ＩｎＰ基板１０を除去することにより、活性層高さｄが１．８μｍとなるメサストライプ構造が形成される。
【００７３】
メサストライプ構造を形成後、メサストライプ構造の両側に対して、Ｆｅが不純物として添加されるＩｎＰからなる埋め込み層１６を、ＭＯ−ＣＶＤを用いて形成する。この際、埋め込み層厚Ｄが７．０μｍとなるまで、埋め込み層１６を結晶成長させる。
【００７４】
さらに、メサストライプ構造の最上層であるｐ型コンタクト層１３のうち、導波路部４の領域を、除去する。これにより、変調器部２のｐ型コンタクト層１３と、発振器部３のｐ型コンタクト層とが、電気的に絶縁される。それゆえ、除去されることにより生じる溝は、アイソレーション溝と呼ばれている。
【００７５】
アイソレーション溝を形成後、ウェハ表面全体に、パッシベーション膜１７を形成し、さらに、変調器部のｐ型電極１４のパッド部となる領域を含んで、ＳｉＯ２からなる絶縁膜１８を形成する。前述の通り、絶縁膜１８によって、寄生容量Ｃｐａｄが低減される。その後、形成されるパッシベーション膜１７のうち、変調器部２及び発振器部３となる領域それぞれの一部の領域をウェットエッチングにより除去し、スルーホールとする。変調器部２及び発振器部３それぞれのスルーホールを覆うように、ＥＢ（Electron Beam）蒸着法及びイオンミリングにより、変調器部２及び発振器部３のｐ型電極１４，２４を、それぞれ形成する。変調器部２及び発振器部３それぞれに設けられるｐ型電極１４，２４の形状が、図１Ａに示されている。前述の通り、変調器部２のｐ型電極１４のｐ型電極幅は９．７μｍとし、ｐ型電極１４のパッド部は、４５μｍ角の正方形状とする。これに対して、発振器部３のＤＦＢレーザは、寄生容量の影響をあまり受けないので、ｐ型電極２４は、メサストライプ構造の両側に広がる形状をしている。
【００７６】
その後、ウェハの下面を、ウェハが１００μｍ程度になるまで研磨加工し、ｎ型電極１５を形成し、ウェハ工程が完了する。さらに、ウェハをバー状に劈開し、変調器部２側の端面に反射防止膜を、発振器部３側の端面に高反射膜をそれぞれ形成し、さらに、チップ状態に劈開することにより、ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１は完成する。
【００７７】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る半導体光素子は、第１の実施形態と同様に、ＢＨ構造を有するＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１である。当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１は、第１の実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１と、基本的な構成及び製造方法は同じであるが、当該ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１は、１．３μｍ帯で伝送速度２５Ｇｂｐｓ光伝送用に用いられる。
【００７８】
図３Ａは、当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の上面図であり、図３Ｂは、当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の変調器部２の断面図である。図３Ｂは、図３Ａに示すＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ破線を貫く断面を表している。図３Ｂに示す通り、当該ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１は、同様に、ＢＨ構造を有している。
【００７９】
当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１において、変調器部２の活性層１１は、ＩｎＧａＡｌＡｓによって形成されており、活性層１１の層厚を０．２５μｍ、活性層高さｄをｄ＝１．０μｍである。埋め込み層１６の層厚Ｄは、５．０μｍであり、このとき、埋め込み層１６の層厚Ｄに対する活性層高さｄの比ｒは、ｒ＝２０％となっている。また、ｐ型電極１４のｐ型電極幅は８．２μｍである。変調器部２の変調器長は１５０μｍである。
【００８０】
当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１は、伝送速度が２５Ｇｂｐｓであり、低バイアス電圧によって駆動を可能とするために、活性層１１の層厚は、第１の実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１と比べて小さく設定している。また、伝送速度が２５Ｇｂｐｓと、第１の実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の伝送速度４０Ｇｂｐｓと比較して低いので、所望の特性を得るためには、埋め込み層１６の層厚Ｄは５．０μｍとすることが出来る。
【００８１】
上記値をもとに、当該ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の変調器部２の帯域ｆについて計算を行ったところ、ｆ＝２５．３ＧＨｚという値が得られ、また、実際に作製される当該ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１を第１の実施形態と同様に、特性評価を行ったところ、変調器部２の帯域ｆはｆ＝２６．５ＧＨｚであり、計算結果と同等の特性が得られた。
【００８２】
なお、当該実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の活性層１１は、ＩｎＧａＡｌＡｓ系材料を用いているが、ＩｎＧａＡｓＰ系材料を用いて形成されていてもよい。
【００８３】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る光送信モジュールは、第１の実施形態若しくは第２の実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１が搭載される光送信モジュール４０である。
【００８４】
図４は、当該実施形態に係る光送信モジュール４０の構成を表す図である。第１の実施形態若しくは第２の実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１が、５０Ω終端抵抗が付いた窒化アルミ二ウム（ＡｌＮ）製のチップキャリア５０に、ＡｕＳｎはんだを用いて、搭載されている。チップキャリア５０は、温度調整手段であるペルチェ５１の上側に搭載されており、それらが、パッケージ５２に搭載されている。サーミスタ５３、モニタフォトダイオード５４、光アイソレータ５５、及び、集光レンズ５６が、さらに、パッケージ５２に搭載されている。ここで、集光レンズ５６は、光の出射先に接続されるファイバー５７へ、光を集光するためのレンズである。
【００８５】
当該実施形態に係る光送信モジュール４０の外部には、制御手段（図示せず）が設けられ、制御手段によって、光送信モジュール４０に対して、ＡＰＣ（Auto Power Control）制御が行われる。すなわち、ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の後方端面より出力する後方出力光を、モニタフォトダイオード５４は受光し、モニタ電流６１として、制御手段へ出力する。モニタ電流６１に対応して、ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の発振器部３に対して、レーザ駆動電流６２が供給される。ＡＰＣ制御により、光送信モジュール４０の出力光６４の出力パワーを一定に保つことが可能となる。なお、ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の変調器部２に対しては、変調器駆動信号６３が供給される。
【００８６】
また、制御手段によって、光送信モジュール４０に対して、ＡＴＣ（Auto Temperature Control）制御が行われる。すなわち、サーミスタ５３は、ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の温度を検知し、その温度をモニタ温度６５として、制御手段へ出力する。モニタ温度６５に対応して、ペルチェ５１に対して、ペルチェ駆動電流６６が供給される。ＡＴＣ制御により、ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１の温度を一定に保つことが可能となる。
【００８７】
同様に、当該実施形態に係る光送受信モジュールは、第１の実施形態若しくは第２の実施形態に係るＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１が搭載される光送信部と、公知の光受信部を備える光送受信モジュールである。光送受信モジュールの光送信部の構成は、光送信モジュール４０の構成と同様のものとする。
【００８８】
さらに、当該実施形態に係る光伝送装置は、上記の光送信モジュール４０若しくは光送受信モジュールが搭載される光伝送装置である。光伝送装置の他の構成については、公知のものと同じである。
【００８９】
なお、パッケージ５２は、金属素材をボックス型に加工したものである。パッケージ５２は、熱伝導率が高いＣｕＷ合金の底板、ＦｅＮｉ合金からなるフレーム、電気信号をパッケージ５２内部に伝達するために配線パターンを形成したセラミックフィードスルー、リード端子、キャップをシーム溶接するためのシームリング、光を取り出す窓を気密封止するためのサファイヤガラス、レンズホルダや光ファイバを溶接固定するためのパイプ部材などの部品より構成されており、ロー材やＡｕＳｎはんだなどの接合材を用いて組み立てられている。
【００９０】
以上、本発明に係る半導体光素子、光送信モジュール、光送受信モジュール、及び、光伝送装置について説明した。本発明は、半導体光素子に存在する寄生容量の軽減を実現するものである。実施形態に係る半導体光素子として、ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１を例として示した。埋め込み層１６のドーパントに、Ｆｅを用いる場合について説明したが、ルテニウム（Ｒｕ）をドーパントとしてもよい。また、変調器部２の構造は、ＥＡ変調器に限定されることはない。例えば、マッハツェンダー型変調器など、他の変調器であってもよい。発振器部３の構造も、ＤＦＢレーザに限定されることはない。さらに、ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子１のように、変調器部２が発振器部３と同一半導体基板上に集積した変調器集積型半導体光素子に限定されることはない。本発明に係る半導体光素子は、レーザ素子の出力側の外部に設けられる外部変調器であってもよい。ここで、外部変調器とは、例えば、ＥＡ変調器やマッハツェンダー型変調器である。また、本発明に係る半導体光素子は、変調器に限定されることはなく、ＢＨ構造を有する他の半導体光素子の寄生容量低減する構造として、本発明を適用することは可能である。
【符号の説明】
【００９１】
１ ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子、２ 変調器部、３ 発振器部、４ 導波路部、１０ ｎ型ＩｎＰ基板、１１ 活性層、１２ ｐ型ＩｎＰクラッド層、１３ ｐ型コンタクト層、１４ ｐ型電極、１５ ｎ型電極、１６ 埋め込み層、１７ パッシベーション膜、２４ ｐ型電極、４０ 光送信モジュール、５０ チップキャリア、５１ ペルチェ、５２ パッケージ、５３ サーミスタ、５４ モニタフォトダイオード、５５ 光アイソレータ、５６ 集光レンズ、５７ ファイバー、６１ モニタ電流、６２ レーザ駆動電流、６３ 変調器駆動信号、６４ 出力光、６５ モニタ温度、６６ ペルチェ駆動電流、１０１ 変調器集積型半導体光素子、１０２ 変調器部、 １０３ 発振器部、１０４ 導波路部、１１０ ｎ型基板、１１１ 活性層、１１２ ｐ型クラッド層、１１３ ｐ型コンタクト層、１１４ ｐ型電極、１１５ ｎ型電極、１１６ 埋め込み層、１１７ パッシベーション膜、１１８ 絶縁膜、１２０ 不純物拡散領域、１２４ ｐ型電極、Ｃｉ，Ｃｍ，Ｃｐａｄ，Ｃｓ 寄生容量、Ｃｔｏｔａｌ 総寄生容量。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出射方向に沿って入力される光を変調して出射する変調器部、を備える半導体光素子であって、
前記変調器部は、
活性層を含むとともに出射方向に延伸するメサストライプ構造と、
前記メサストライプ構造の両側にそれぞれ隣接して配置される埋め込み層と、を備え、
前記埋め込み層の下面と前記活性層の下面との距離は、前記埋め込み層の下面と上面との距離の２０％以上である、
ことを特徴とする、半導体光素子。
【請求項２】
前記埋め込み層は、鉄若しくはルテニウムを不純物として添加される半導体である、
ことを特徴とする、請求項１に記載の半導体光素子。
【請求項３】
前記活性層は、ＩｎＧａＡｓＰ系物質若しくはＩｎＧａＡｌＡｓ系物質を含んでいる、
ことを特徴とする、請求項１に記載の半導体光素子。
【請求項４】
前記変調器部は、電界吸収型変調器、若しくは、マッハツェンダー型変調器である、
ことを特徴とする、請求項１に記載の半導体光素子。
【請求項５】
前記変調器部へ光を出力する、発振器部を、モノリシックにさらに備える、請求項１に記載の半導体光素子。
【請求項６】
前記発振器部は、分布帰還型半導体レーザである、
ことを特徴とする、請求項５に記載の半導体光素子。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の半導体光素子を搭載する、半導体光素子モジュール。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体光素子モジュールを搭載する、光送信用モジュール若しくは光送受信用モジュール。
【請求項９】
請求項８に記載の光送信用モジュール若しくは光送受信用モジュールを搭載する、光伝送装置。
【請求項１】
出射方向に沿って入力される光を変調して出射する変調器部、を備える半導体光素子であって、
前記変調器部は、
活性層を含むとともに出射方向に延伸するメサストライプ構造と、
前記メサストライプ構造の両側にそれぞれ隣接して配置される埋め込み層と、を備え、
前記埋め込み層の下面と前記活性層の下面との距離は、前記埋め込み層の下面と上面との距離の２０％以上である、
ことを特徴とする、半導体光素子。
【請求項２】
前記埋め込み層は、鉄若しくはルテニウムを不純物として添加される半導体である、
ことを特徴とする、請求項１に記載の半導体光素子。
【請求項３】
前記活性層は、ＩｎＧａＡｓＰ系物質若しくはＩｎＧａＡｌＡｓ系物質を含んでいる、
ことを特徴とする、請求項１に記載の半導体光素子。
【請求項４】
前記変調器部は、電界吸収型変調器、若しくは、マッハツェンダー型変調器である、
ことを特徴とする、請求項１に記載の半導体光素子。
【請求項５】
前記変調器部へ光を出力する、発振器部を、モノリシックにさらに備える、請求項１に記載の半導体光素子。
【請求項６】
前記発振器部は、分布帰還型半導体レーザである、
ことを特徴とする、請求項５に記載の半導体光素子。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の半導体光素子を搭載する、半導体光素子モジュール。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体光素子モジュールを搭載する、光送信用モジュール若しくは光送受信用モジュール。
【請求項９】
請求項８に記載の光送信用モジュール若しくは光送受信用モジュールを搭載する、光伝送装置。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１９０５３（Ｐ２０１２−１９０５３Ａ）
【公開日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５５１８６（Ｐ２０１０−１５５１８６）
【出願日】平成２２年７月７日（２０１０．７．７）
【出願人】（３０１００５３７１）日本オプネクスト株式会社 (311)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月７日（２０１０．７．７）
【出願人】（３０１００５３７１）日本オプネクスト株式会社 (311)
【Ｆターム（参考）】
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