CN104518426A - 半导体光元件、光模块以及半导体光元件的制造方法 - Google Patents

半导体光元件、光模块以及半导体光元件的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种对多个集成型光调制元件之间的消光比的波动进行抑制的半导体光元件以及光模块。光模块(10)具有波长合波器(12)。波长合波器对多个集成型光调制元件(21、22、23、24)的EAM部(122a、122b、122c、122d)各自的出射光进行合波，输出该合波光。集成型光调制元件(21)具有信号输入端子(31)、激光元件部(121)、以及EAM部(122)。在各个集成型光调制元件中，LDBG波长差(ΔλLDBG)是各元件的振荡波长(λLD)与势垒层带隙波长(λBG)的差的绝对值。将ΔλLDBG1、ΔλLDBG2、ΔλLDBG3、以及ΔλLDBG4的值的波动限定在±1nm的范围内。

Description

半导体光元件、光模块以及半导体光元件的制造方法
技术领域
本发明涉及一种半导体光元件、光模块以及半导体光元件的制造方法。
背景技术
在现有的光通信中，使用波分复用(Wavelength DivisionMultiplexing)这样的通信方式。在波分复用通信方式中，在一根光缆中同时传输多个不同波长的光信号。
近年来，在波分复用通信方式中，最短波长侧激光元件的振荡波长和最长波长侧激光元件的振荡波长的差变大。具体而言，例如，根据通信标准，该振荡波长的差变为15nm的大小。
作为用于波分复用通信的光模块，已知有将多个集成型光调制元件集中在1个封装件中而得到的光模块。作为集成型光调制元件的典型的例子，有使激光元件部和电场吸收型光调制器部并排地形成在同一个半导体衬底上而得到的元件。
当前，如在例如日本特开平10-117040号公报的图4等公开所示，已知有将多个集成型光调制元件并排地形成在1个半导体衬底上而得到的光模块。在波分复用通信方式中需要多个不同的光源，所以将振荡波长彼此不同的多个激光元件部集成化。能够使用各电场吸收型光调制器对来自各激光元件部的不同波长的激光进行光调制。
另外，根据该公报的第0019段，在该公报涉及的装置中，集成型光调制元件各自的电场吸收型光调制部具有彼此不同的光吸收端波长。此外，根据该公报的第0020段，在该公报涉及的装置中，振荡波长与光吸收端波长的差设定在一定范围内。
专利文献1：日本特开平10-117040号公报
专利文献2：日本特开2001-144367号公报
专利文献3：日本特开2001-326414号公报
作为电场吸收型光调制器的特性值，在使用用作光吸收层的多重量子阱芯层的情况下，有势垒层的带隙波长λBG、以及光吸收层的光致发光波长λPL。在多个激光元件部各自具有的振荡波长与多个电场吸收型光调制器各自具有的该2个特性值λBG以及λPL之间存在差值。
本申请发明人经深入研究发现：该振荡波长和2个特性值λBG以及λPL的差会影响到多个光调制器之间的消光比波动等特性。
如上所述，近年中，最短波长侧激光元件的振荡波长和最长波长侧激光元件的振荡波长的差不断变大。因此，需要重视以往没有考虑过的振荡波长和2个特性值λBG以及λPL的差。并且，本申请发明人发现：能够通过使用以往没有使用过的新的设计参数，从而在具有多个集成型光调制元件的光模块中，抑制消光比的波动。
发明内容
本发明就是为了解决如上述课题而提出的，其目的在于提供一种对多个集成型光调制元件之间的消光比的波动进行抑制的半导体光元件以及光模块。
此外，本发明的另一个目的在于提供一种在用于制造具有多个激光元件部以及电场吸收型光调制器的半导体光元件的方法中，适用于消光比的波动抑制的制造方法。
第1技术方案是具有多个集成型光调制元件的半导体光元件，其特征在于，
所述多个集成型光调制元件分别具有：
激光元件部，其射出具有振荡波长的激光；以及
电场吸收型光调制器部，其具有接受来自所述激光元件部的激光的量子阱芯层，并根据输入电信号进行光调制，
与所述多个集成型光调制元件之中的第1集成型光调制元件所具有的激光元件部的振荡波长相比，所述多个集成型光调制元件之中的第2集成型光调制元件所具有的激光元件部的振荡波长较长，
与所述第1集成型光调制元件所具有的所述量子阱芯层的势垒层的带隙波长相比，所述第2集成型光调制元件所具有的所述量子阱芯层的势垒层的带隙波长较长。
第2技术方案是一种光模块，其具有：多个集成型光调制元件；以及波长合波器，其对所述多个集成型光调制元件的电场吸收型光调制器部各自的出射光进行合波，该光模块的特征在于，
所述多个集成型光调制元件分别包含：
信号输入端子；
激光元件部，其射出具有振荡波长的激光；以及
电场吸收型光调制器部，其具有接受来自所述激光元件部的激光的量子阱芯层，并根据来自所述信号输入端子的电信号进行光调制，
与所述多个集成型光调制元件之中的第1集成型光调制元件所具有的激光元件部的振荡波长相比，所述多个集成型光调制元件之中的第2集成型光调制元件所具有的激光元件部的振荡波长较长
与所述第1集成型光调制元件所具有的所述量子阱芯层的势垒层的带隙波长相比，所述第2集成型光调制元件所具有的所述量子阱芯层的势垒层的带隙波长较长。
第3技术方案是用于制造在1个半导体衬底上单片地集成多个集成型光调制元件而得到的半导体光元件的制造方法，该半导体光元件的制造方法的特征在于，
所述多个集成型光调制元件包含：
第1集成型光调制元件，其具有第1激光元件部以及第1电场吸收型光调制部；以及
第2集成型光调制元件，其具有与所述第1激光元件部振荡波长不同的第2激光元件部、以及第2电场吸收型光调制部，
第1电场吸收型光调制部具有第1量子阱芯层，在该第1量子阱芯层中，势垒层具有第1带隙波长，
第2电场吸收型光调制部具有第2量子阱芯层，在该第2量子阱芯层中，势垒层具有与所述第1带隙波长不同的第2带隙波长，
该制造方法具有下述工序：
在所述半导体衬底上沉积出所述第1量子阱芯层的工序，
在所述半导体衬底上，在除了应沉积出所述第2量子阱芯层的区域以外的区域形成掩模，并利用蚀刻去除所述第1量子阱芯层的工序；以及
使用所述掩模，在利用所述蚀刻露出的面上对接沉积出所述第2量子阱芯层的工序。
第4技术方案是用于制造在1个半导体衬底上单片地集成多个激光元件部以及多个电场吸收型光调制器部而得到的半导体光元件的方法，该半导体光元件的制造方法的特征在于，具有下述工序：
在半导体衬底上沉积出量子阱芯层的工序，
在所述量子阱芯层上的应形成所述多个电场吸收型光调制器部的预定形成区域，设置多个掩模的工序，
使用所述多个掩模，对所述预定形成区域各自的所述量子阱芯层进行蚀刻的工序；以及
在所述蚀刻之后，将所述量子阱芯层作为光吸收层，在所述预定形成区域分别形成电场吸收型光调制器部的工序，
所述多个掩模分别具有：
第1掩模部分，其在所述量子阱芯层上，沿着应进行调制的光的行进方向延伸，以及
第2掩模部分，其在所述半导体衬底的面内与所述第1掩模部分平行地延伸，与所述第1掩模部分分离，并且具有与所述第1掩模部分相同的宽度，
在所述多个掩模之中的第1掩模中，所述第1掩模部分以及所述第2掩模部分具有第1宽度，
在所述多个掩模之中的第2掩模中，所述第1掩模部分以及所述第2掩模部分具有与所述第1宽度不同的第2宽度。
发明的效果
根据第1以及第2技术方案，能够通过适当地决定激光元件部的振荡波长与电场吸收型光调制器部的量子阱芯层的势垒层带隙波长的关系，从而抑制多个集成型光调制元件之间的消光比波动。
根据第3以及第4技术方案，提供一种用于调整激光元件部的振荡波长和电场吸收型光调制器部的量子阱芯层的势垒层带隙波长的关系的适当的制造方法。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1涉及的半导体光元件以及光模块的图。
图2是表示本发明的实施方式1涉及的半导体光元件以及光模块的图。
图3是表示本发明的实施方式1涉及的半导体光元件以及光模块的图。
图4是用于说明本发明的实施方式1涉及的半导体光元件以及光模块的动作的图。
图5是用于说明本发明的实施方式1涉及的半导体光元件以及光模块的动作的图。
图6是表示本发明的实施方式2涉及的半导体光元件以及光模块的图。
图7是表示本发明的实施方式2涉及的半导体光元件以及光模块的图。
图8是表示本发明的实施方式2涉及的半导体光元件以及光模块的制造方法的制造工艺的图。
图9是表示本发明的实施方式2涉及的半导体光元件以及光模块的制造方法的制造工艺的图。
图10是表示本发明的实施方式2涉及的半导体光元件以及光模块的制造方法的制造工艺的图。
图11是表示本发明的实施方式2涉及的半导体光元件以及光模块的制造方法的制造工艺的图。
图12是表示本发明的实施方式2涉及的半导体光元件以及光模块的制造方法的制造工艺的图。
图13是表示本发明的实施方式2涉及的半导体光元件以及光模块的制造方法的流程图。
图14是表示本发明的实施方式3涉及的半导体光元件以及光模块的图。
图15是表示本发明的实施方式3涉及的半导体光元件以及光模块的图。
图16是表示本发明的实施方式3涉及的半导体光元件以及光模块的制造方法的制造工艺的图。
图17是表示本发明的实施方式3涉及的半导体光元件以及光模块的制造方法的制造工艺的图。
图18是表示本发明的实施方式3涉及的半导体光元件以及光模块的制造方法的制造工艺的图。
图19是表示本发明的实施方式3涉及的半导体光元件以及光模块的制造方法的制造工艺的图。
图20是表示本发明的实施方式3涉及的半导体光元件以及光模块的制造方法的制造工艺的图。
图21是表示本发明的实施方式3涉及的半导体光元件以及光模块的制造方法的制造工艺的图。
图22是表示本发明的实施方式3涉及的半导体光元件以及光模块的制造方法的流程图。
图23是表示本发明的实施方式4涉及的半导体光元件以及光模块的图。
图24是表示本发明的实施方式4涉及的半导体光元件以及光模块的图。
图25是表示本发明的实施方式4涉及的半导体光元件以及光模块的制造方法的制造工艺的图。
图26是表示本发明的实施方式4涉及的半导体光元件以及光模块的制造方法的制造工艺的图。
图27是表示本发明的实施方式4涉及的半导体光元件以及光模块的制造方法的流程图。
标号的说明
201、202、203、204、205掩模，21、22、23、24集成型光调制元件，31、32、33、34信号输入端子，121、121a、121b、121c、121d激光元件部，221a、221b、222a、222b、321a、321b、321c、321d、421a、421b、421c、421d集成型光调制元件部，10、210、310、410光模块，12波长合波器，101n型InP衬底，102n型InP包覆层，103i型InGaAsP量子阱芯层，104p型InP包覆层，105p型InGaAs接触层，106绝缘膜，107n侧电极，108p侧电极，122、122a、122b、122c、122d电场吸收型光调制器部(EAM部)，123窗构造，124、125波导通路，131n型InP包覆层，132i型MQW芯层，133p型InP包覆层，133a衍射光栅层，141p型InP包覆层，151、152、153、154吸收层形成部分，221、222、321、421单片光元件，SWDM波长复用信号，λBG1、λBG2、λBG3、λBG4势垒层带隙波长，λLD1、λLD2、λLD3、λLD4振荡波长，λPL1、λPL2、λPL3、λPL4光致发光波长。
具体实施方式
实施方式1
【实施方式1的装置的结构】
(光模块的结构)
图1是表示本发明的实施方式1涉及的光模块10的框图。光模块10是在100Gbit/s光通信系统中使用的波分复用通信用光模块。光模块10在1个封装件内具有出射光的波长不同的4个集成型光调制元件21～24。其中，集成型光调制元件21～24是分别在不同的半导体衬底上形成的元件。
集成型光调制元件21具有：信号输入端子31、激光元件部121a、以及EAM部122a。EAM(Electro-absorption Modulator)是指电场吸收型光调制器。集成型光调制元件22、23、24也同样地分别具有：信号输入端子32、33、34、激光元件部121b、121c、121d、以及EAM部122b、122c、122d。也将激光元件部121a、121b、121c、121d统称为激光元件部121，也将EAM部122a、122b、122c、122d统称为EAM部122。
光模块10具有波长合波器12。波长合波器12对多个集成型光调制元件21～24的EAM部122a、122b、122c、122d各自的出射光进行合波，并输出该合波光。从波长合波器12输出的合波光作为波长复用信号SWDM而在光纤等光波导通路上传输。
图2是在光模块10上搭载的集成型光调制元件21的俯视图。在集成型光调制元件21中，在1个半导体衬底上一体形成有激光元件部121a以及EAM部122a，在该集成型光调制元件21的端面具有窗构造123。激光元件部121a具有波导通路124，EAM部122a具有波导通路125。
图3是沿着图2所示的A-A’线的EAM部122a的剖视图。EAM部122a在n型InP衬底101上依次层叠有n型InP包覆层102、i型InGaAsP量子阱芯层103、p型InP包覆层104、以及p型InGaAs接触层105。以下，为了简化，将多量子阱(multi quantum well)芯层记载为MQW芯层。
MQW芯层103具有阱层103a和势垒层103b，它们进行交替地层叠。例如，可以将阱层103a的数量设为5～15，且将阱层103a的厚度设为5～15nm，也可以将势垒层103b的厚度设为3～12nm。使如上述的阱层103a以及势垒层103b的设计值在相同的光模块10之中所设置的多个MQW芯层103之间为相同值。
i型InGaAsPMQW芯层103接受来自激光元件部121a的激光。由于根据来自信号输入端子31的电信号而控制i型InGaAsPMQW芯层103的光吸收系数，所以能够通过EAM部122a进行光调制。另外，使i型InGaAsPMQW芯层103的势垒层厚度在大于或等于3nm而小于或等于12nm的范围内。
p型InP包覆层104通过两侧被蚀刻而成为隆起部。绝缘膜106覆盖这些层叠构造的上表面。在n型InP衬底101的下表面形成有n侧电极107。在p型InGaAs接触层的上表面形成有p侧电极108。
在图2中所示的波导通路125，表示出在图3中所示的隆起部(与p型InP包覆层104相比位于上方的构造)。
另外，激光元件部121a的截面构造未图示，但与图3所示的EAM部122a的截面构造同样地，也在激光元件部121a中形成有具有隆起部的半导体激光元件。在n型InP衬底101上形成n型InP包覆层102，这与EAM部122a是同样的。并且在其上层叠有4元混晶i型MQW芯层和p型InP包覆层。在p型InP包覆层的层内设有4元混晶的衍射光栅层133a。另外，激光元件部121a只要应用各种公知的半导体激光元件的构造即可，所以省略详细说明。
此外，关于集成了如实施方式1的激光元件部和EAM部(即电场吸收型光调制器部)而得到的集成型光调制元件，各种构造以及制造技术已经被公知，不是新的事项。因此，省略进一步的详细说明。
集成型光调制元件22、23、24与集成型光调制元件21同样地，也具有激光元件部121b、121c、121d以及EAM部122b、122c、122d。但是，在集成型光调制元件21～24中，各自的激光元件部121a～121d的活性层以及各自的EAM部122a～122d的MQW芯层的半导体材料的组成比彼此不同。这是由于，要在集成型光调制元件21～24之间，使激光元件部的振荡波长、各自的EAM部的势垒层带隙波长以及光致发光波长彼此不同。
由于对激光元件部的活性层以及各自的EAM部的MQW芯层的构造进行设计以得到期望的振荡波长、势垒层带隙波长以及光致发光波长的技术属于公知技术，所以此处省略说明。
(实施方式1的装置的参数)
以下，在实施方式1涉及的光模块10中，对集成型光调制元件21～24所具有的设计参数进行说明。本申请发明人发现能够通过着眼于下述的设计参数，而抑制集成型光调制元件21～24之间的消光比的波动。
·振荡波长λLD
·势垒层带隙波长λBG
·MQW芯层的光致发光(PL)波长λPL
·LDBG波长差ΔλLDBG
·LDPL波长差ΔλLDPL
(1)振荡波长λLD
首先，说明振荡波长λLD。振荡波长λLD是集成型光调制元件21～24各自的激光元件部121a～121d的设计参数。激光元件部121a的振荡波长为λLD1。激光元件部121b的振荡波长为λLD2。激光元件部121c的振荡波长为λLD3。激光元件部121d的振荡波长为λLD4。
更具体而言，在本实施方式的材料以及构造中，振荡波长λLD1、λLD2、λLD3、λLD4如下面所述。λLD1为1294.53nm～1296.59nm，λLD2为1299.02nm～1301.09nm，λLD3为1303.54nm～1305.63nm，λLD4为1308.09nm～1310.19nm。这些值满足IEEE802.3ba的标准。
在实施方式1中，在后述的式(1)及其之后的计算中使用的值为上述λLD1～λLD4的各范围的中央值。即，在计算中使用的λLD1为1295.56nm。在计算中使用的λLD2为1300.055nm。在计算中使用的λLD3为1304.585nm。在计算中使用的λLD4为1309.14nm。在实施方式1中，λLD1＜λLD2＜λLD3＜λLD4这样的大小关系成立。
如上所述，在实施方式1涉及的光模块10中，激光元件部121a～121d的振荡波长λLD处于1.3μm波段。此处，1.3μm波段是指大于或等于1250nm而小于或等于1350nm的范围，1.1μm波段是指大于或等于1000nm而小于或等于1120nm的范围。
(2)势垒层带隙波长λBG
下面，对势垒层带隙波长λBG进行说明。势垒层带隙波长λBG是EAM部122a～122d的设计参数。
在集成型光调制元件21中，EAM部122a具有i型InGaAsPMQW芯层103。通常MQW层(即多重量子阱芯层)具有势垒层，该i型InGaAsPMQW芯层103也具有势垒层。将该势垒层的带隙波长设为势垒层带隙波长λBG1。
同样地，将集成型光调制元件22的EAM部122b中的势垒层带隙波长设为λBG2。将集成型光调制元件23的EAM部122c中的势垒层带隙波长设为λBG3。将集成型光调制元件24的EAM部122d中的势垒层带隙波长设为λBG4。
在实施方式1中，λBG1为1080nm，λBG2为1084.5nm，λBG3为1089nm，λBG4为1093.5nm。在实施方式1中，λBG1＜λBG2＜λBG3＜λBG4这样的大小关系成立。
如上所述，在实施方式1涉及的光模块10中，EAM部122a～122d中的势垒层带隙波长λBG1～λBG4处于1.1μm波段。
(3)MQW芯层的光致发光(PL)波长λPL
此外，对光致发光(PL)波长λPL进行说明。光致发光(PL)波长λPL是EAM部122a～122d的另一个设计参数。将EAM部122a中的i型InGaAsPMQW芯层103的光致发光波长设为λPL1。
同样地，将EAM部122b中的MQW芯层的光致发光波长设为λPL2。将EAM部122c中的MQW芯层的光致发光波长设为λPL3。将EAM部122d中的MQW芯层的光致发光波长设为λPL4。
(4)LDBG波长差ΔλLDBG
下面，对LDBG波长差ΔλLDBG进行说明。LDBG波长差ΔλLDBG为集成型光调制元件21～24各自中的、激光元件部121a～121d和EAM部122a～122d之间的设计参数。
LDBG波长差ΔλLDBG为在集成型光调制元件21～24各自中，各元件的振荡波长λLD和势垒层带隙波长λBG的差的绝对值。即，作为集成型光调制元件21的设计参数的ΔλLDBG1为λLD1和λBG1的差的绝对值，利用下述式(1)求解。
ΔλLDBG1＝|λLD1-λBG1|…(1)
同样地，对于作为集成型光调制元件22的设计参数的ΔλLDBG2、作为集成型光调制元件23的设计参数的ΔλLDBG3、以及作为集成型光调制元件24的设计参数的ΔλLDBG，也利用下述式(2)～(4)求解。
ΔλLDBG2＝|λLD2-λBG2|…(2)
ΔλLDBG3＝|λLD3-λBG3|…(3)
ΔλLDBG4＝|λLD4-λBG4|…(4)
在实施方式1中，将ΔλLDBG1、ΔλLDBG2、ΔλLDBG3、以及ΔλLDBG4之间的波动限定于规定范围内。在实施方式1中，将该规定范围设为大于或等于目标值－1nm而小于或等于目标值+1nm的范围。如上所述，在实施方式1中，对λLD1～λLD4以及λBG1～λBG4进行设定，以使得ΔλLDBG1～ΔλLDBG4之中的最大值和最小值的差小于或等于2nm。
具体而言，在实施方式1中，对λLD1～λLD4以及λBG1～λBG4进行设定，以将ΔλLDBG1～ΔλLDBG4限定在216nm±1nm这样的范围内。216nm是该情况下的目标值。如果用数学式表示，则如下述式(5)所述。
215nm≤ΔλLDBG1～ΔλLDBG4≤217nm…(5)
(5)LDPL波长差ΔλLDPL
下面，对LDPL波长差ΔλLDPL进行说明。LDPL波长差ΔλLDPL是激光元件部121a～121d和EAM部122a～122d之间的另一个设计参数。
LDPL波长差ΔλLDPL是各个振荡波长λLD1～λLD4和各个光致发光波长λPL1～λPL4的差的绝对值。即，作为集成型光调制元件21的设计参数的ΔλLDPL1是λLD1和λPL1的差的绝对值，利用下述式(6)求解。
ΔλLDPL1＝|λLD1-λPL1|…(6)
同样地，对于作为集成型光调制元件22的设计参数的ΔλLDPL2、作为集成型光调制元件23的设计参数的ΔλLDPL3、以及作为集成型光调制元件24的设计参数的ΔλLDPL4，也利用下述式(7)～(9)求解。
ΔλLDPL2＝|λLD2-λPL2|…(7)
ΔλLDPL3＝|λLD3-λPL3|…(8)
ΔλLDPL4＝|λLD4-λPL4|…(9)
在实施方式1中，将ΔλLDPL1、ΔλLDPL2、ΔλLDPL3、以及ΔλLDPL4之间的波动限定在规定范围内。在实施方式1中，将该规定范围设为大于或等于目标值－1nm而小于或等于目标值+1nm的范围。即在实施方式1中，对λLD1～λLD4以及λPL1～λPL4进行设定以使得ΔλLDPL1～ΔλLDPL4之中的最大值和最小值的差小于或等于2nm。
【实施方式1的装置的作用效果】
在实施方式1涉及的光模块10中，如上述的式(5)所示，对振荡波长λLD1～λLD4以及势垒层带隙波长λBG1～λBG4进行设计。即，在将势垒层带隙波长λBG和振荡波长λLD的差设为ΔλLDBG的情况下，将集成型光调制元件21～24所具有的ΔλLDBG1、ΔλLDBG2、ΔλLDBG3、ΔλLDBG4的波动的大小限定在大于或等于－1nm而小于或等于+1nm的范围内。
如果如上所述进行设计，则能够在振荡波长不同的集成型光调制元件21～24之间使激光的光吸收量均匀化，能够将集成型光调制元件21～24之间的消光比波动限定在－0.1dB～+0.1dB的范围内。由于能够抑制消光比的波动，所以也能够抑制光输出波动。另外，使消光比波动小于或等于0.1dB是实用的光模块中所要求的性能之一。
此外，能够在集成型光调制元件21～24之间使调制特性一致。由此，也具有改善光模块10的控制性这样的优点。
以下对得到上述效果的理由进行说明。
EA调制器是利用量子限制斯塔克效应，并且通过向MQW芯层施加电场而控制光吸收系数的方式的光调制器。如果势垒层带隙波长λBG变短，而量子阱变深，则对电子·空穴的限制变强，所以激子的结合变强。于是，由于在施加了电场时激子的结合变得不易被破坏，所以吸收系数更急剧地变化。量子阱深度是用于控制消光比的重要特性之一。
图4示意地表示出通过施加电场而使得MQW芯层的光吸收系数发生变化的情况。在图4中，实线是不对EAM部122a施加电场时的特性。虚线是对EAM部122a施加了电场时的特性。
在图4(a)和图4(b)中，图示了量子阱的深度不同的2个EA调制器各自具有的光吸收系数的波长特性。图4(a)示出量子阱较深，即使在施加电场时，激子也难以被破坏的情况。图4(b)是与图4(a)的情况相比量子阱较浅，在施加电场时激子容易被破坏的情况。
在图4(a)中，通过施加电场，从而产生激子峰值从峰值S1向峰值S2的转移。在图4(b)中，利用电场，激子峰值变小(峰值S3)。
消光比由图4的光吸收系数的变化量ΔA决定。如果比较图4(a)和图4(b)，则图4(a)的ΔA比图4(b)的变化量ΔA大。如上所述，在图4(a)的量子阱较深，并且在施加电场时仍残留有激子峰值的情况下，能够得到较高的消光比。
振荡波长λLD和光致发光(PL)波长λPL的差对消光比的影响较大。例如，谈及集成型光调制元件21，振荡波长λLD1和光致发光波长λPL1的差对集成型光调制元件21的消光比的影响较大。
如图4(c)所示，在ΔλLDPL2大于ΔλLDPL1时，关于与λLD1、λLD2分别对应的光吸收系数的变化量，ΔA1大于ΔA2。即，如果振荡波长从λLD1变化为λLD2，则消光比从ΔA1降低为ΔA2。
将在实际的EA调制器中使用的波长范围在图4(c)中表示为实际使用范围R。在实际使用范围R的内侧，具有如果ΔλLDPL变大，则施加电场时的光吸收系数变小这样的倾向。根据该倾向，在实际使用范围R内，ΔλLDPL越大，消光比也越降低。
以前认为，在波分复用通信中使用的程度的波长范围内，量子阱的深度不会对消光比产生有意义的影响。因此，在如实施方式1涉及的光模块10这样的具有多个集成型光调制元件的光模块中，作为各个集成型光调制元件的设计参数而控制量子阱深度这样的想法在以往是不存在的。
本申请发明人关注于激光的振荡波长λLD以及势垒层带隙波长λBG的差，并发现该差能较大程度地影响消光比。
图5(a)是EAM部122a的i型InGaAsPMQW芯层103的波段构造的示意图。图5(b)是EAM部122b的MQW芯层(未图示)的波段构造的示意图。作为能较大程度地影响消光比的参数，具有ΔλLDPL和ΔλLDBG。
此处，假设下述3个式子成立。
λBG1＝λBG2…(10)
ΔλLDPL1＝ΔλLDPL2…(11)
ΔλLDBG1－ΔλLDBG2＝λLD1－λLD2…(12)
考虑到在2个集成型光调制元件之间ΔλLDBG对消光比的影响，此处假设集成型光调制元件21的ΔλLDPL1和集成型光调制元件22的ΔλLDPL2相等。这由上述式(11)表达出。假设带隙波长λBG1以及λBG2彼此相等，即式(10)成立。在该情况下，如式(12)所示，ΔλLDBG1和ΔλLDBG2的差与振荡波长λLD1和λLD2的差一致。
如果比较图5(a)和图5(b)，则振荡波长较短的集成型光调制元件21与集成型光调制元件22相比，其量子阱较浅。量子阱较浅，对电子以及空穴的限制变弱，消光比也变小。
在振荡波长λLD1和λLD2的差和集成型光调制元件21、22的消光比的差之间具有相关性。因此，在比较2个集成型光调制元件21、22的情况下，有下述这样的倾向，即，如果集成型光调制元件21、22之间的振荡波长的差越大，则集成型光调制元件21、22之间的量子阱深度的差越大，且集成型光调制元件21、22之间的消光比的差越大。相反地，如果集成型光调制元件21、22之间的振荡波长的差越小，则集成型光调制元件21、22之间的量子阱深度的差越小，且集成型光调制元件21、22之间的消光比的差越小。
因此，本申请发明人利用如上述的倾向得到新的技术构思，并发明了对消光比波动进行抑制的新的半导体光元件以及光模块。
激光元件部121a～121d的振荡波长λLD1～λLD4彼此不同。在实施方式1中，针对具有激光元件部121a～121d的振荡波长λLD1～λLD4之中的较大的振荡波长的激光元件部，将EAM部的势垒层带隙波长也设定得较大。即，在λLD2大于λLD1的情况下，将λBG2设定为大于λBG1。此外，在λLD4大于λLD3的情况下，将λBG4设定为大于λBG3。
综上所述，在实施方式1中，由于λLD1＜λLD2＜λLD3＜λLD4这样的关系成立，所以与此相应地以λBG1＜λBG2＜λBG3＜λBG4这样的倾向设定势垒层带隙波长的值。在上述的实施方式1中的λLD1～λLD4以及λBG1～λBG4的具体的数值中，该倾向也成立。
通过如上所述进行设置，能够与激光元件部121a～121d所具有的振荡波长的倾向相对应地，使势垒层带隙波长λBG1～λBG4的大小适当地变化。其结果，能够抑制振荡波长和势垒层带隙波长的差变得过大，能够抑制消光比波动变得过大。
在实用性方面优选使集成型光调制元件21～24之间的消光比波动小于或等于0.1dB。因此，本申请发明人在实施方式1涉及的光模块10中，针对ΔλLDBG对消光比施加的影响进行了实验和计算。
在该实验、计算中，以下述设置作为条件，即，λLD1～λLD4处于1.3μm波段，λBG1～λBG4处于1.1μm波段，并且i型InGaAsPMQW芯层103的势垒层厚度为3～12nm。其结果，发现：为了使消光比波动小于或等于0.1dB，只要将ΔλLDBG的波动的大小限定为大于或等于－1nm而小于或等于+1nm的范围内即可。
此外，本申请发明人在实施方式1涉及的光模块10中，针对ΔλLDPL对消光比施加的影响也进行了实验和计算。在该实验、计算中，以ΔλLDPL1～ΔλLDPL4在室温中分别限定于40nm～90nm为条件。其结果，发现：为了使消光比波动小于或等于0.1dB，只要将ΔλLDPL1～ΔλLDPL4所具有的波动的大小限定为大于或等于－1nm而小于或等于+1nm的范围内即可。
ΔλLDBG的值和ΔλLDPL的值各自独立地影响消光比。为了设计实用的光模块，优选将ΔλLDBG1～λLDBG4的波动的大小和ΔλLDPL1～ΔλLDPL4的波动的大小均分别限定在大于或等于－1nm而小于或等于+1nm的范围内。
另外，实施方式1涉及的光模块10具有带有隆起型的波导通路125的EAM部122。然而，本发明并不限于此。也可以设置具有嵌入型或者高台型波导通路的EAM部。
在实施方式1中，将EAM部122a～122d各自的MQW芯层设为i型InGaAsPMQW层。然而本发明不限于此。能够使用3元混晶或者4元混晶的i型量子阱芯层。也可以取代InGaAsP，而将EAM部122a～122d各自的MQW芯层设为AlGaInAs、InGaAs、AlInAs。
此外，实施方式1涉及的光模块10具有4个集成型光调制元件21～24。然而，本发明并不限于此，能够将本发明应用在具有大于或等于2个的集成型光调制元件的光模块中。
另外，也不一定要在EAM部122a～122d各自的光出射端面处具有窗构造123。此外，集成型光调制元件21～24也可以在其光出射端面、其中央部等处具有无源波导通路。
另外，在实施方式1中，将集成型光调制元件21～24各自的ΔλLDBG的波动的大小限定在大于或等于－1nm而小于或等于+1nm的范围中。然而，本发明并不限于此。也可以仅在任意选择出的2个集成型光调制元件之间，使ΔλLDBG的波动的大小处于大于或等于－1nm而小于或等于+1nm的范围中。
也可以仅针对例如最短波长侧的集成型光调制元件和最长波长侧的集成型光调制元件这两者，使该2个集成型光调制元件之间的ΔλLDBG的差处于大于或等于－1nm而小于或等于+1nm的范围中。由此，能够使所选择出的2个集成型光调制元件的消光比的差减小。
另外，在实施方式1中记载有：优选将ΔλLDBG1～ΔλLDBG4之间的波动限定在大于或等于－1nm而小于或等于+1nm这样的范围内。即，在实施方式1中记载有：优选对λLD1～λLD4以及λBG1～λBG4进行设定，以使得ΔλLDBG1～ΔλLDBG4之中的最大值和最小值的差小于或等于2nm。与此同样地，在实施方式1中记载有，优选将ΔλLDPL1～ΔλLDPL4的波动的大小也限定在大于或等于－1nm而小于或等于+1nm的范围内。然而，本发明并不限于此。
作为第1变形例，也可以将ΔλLDBG1～λLDBG4的波动的大小限定在大于或等于－3nm而小于或等于+3nm的规定范围内。即，也可以对λLD1～λLD4以及λBG1～λBG4进行设定，以使得ΔλLDBG1～ΔλLDBG4之中的最大值和最小值的差成为小于或等于6nm。
此外，也可以将ΔλLDPL1～ΔλLDPL4的波动的大小限定在大于或等于－3nm而小于或等于+3nm这样的规定范围内。即，也可以对λLD1～λLD4以及λPL1～λPL4进行设定，以使得ΔλLDPL1～ΔλLDPL4之中的最大值和最小值的差成为小于或等于6nm。
能够通过设定如上所述的规定范围，而将消光比波动抑制为±0.3dB左右。此外，具有能够在EAM部122a～122d之中相邻的EAM部之间，统一MQW的构造这样的效果。可以在多个EAM部中设置相同的MQW构造的方案具有下述优点，即，在进行单片集成的制造工序中，使得用于制造EAM部的对接次数减少。
此外，作为第2变形例，也可以将ΔλLDBG1～λLDBG4的波动的大小限定在大于或等于－5nm而小于或等于+5nm这样的规定范围内。即，也可以对λLD1～λLD4以及λBG1～λBG4进行设定，以使得ΔλLDBG1～ΔλLDBG4之中的最大值和最小值的差成为小于或等于10nm。
或者，也可以将ΔλLDPL1～ΔλLDPL4的波动的大小限定在大于或等于－5nm而小于或等于+5nm这样的规定范围内。即，也可以对λLD1～λLD4以及λPL1～λPL4进行设定，以使得ΔλLDPL1～ΔλLDPL4之中的最大值和最小值的差成为小于或等于10nm。
通过设定如上所述的规定范围，从而具有能够通过调整EAM的驱动条件而在不同的波长间实现同等的特性这样的效果。
实施方式2
【实施方式2的装置的结构】
图6是本发明的实施方式2涉及的光模块210的框图。光模块210是在100Gbit/s光通信系统中使用的波分复用通信用光模块。
光模块210具有单片光元件221以及单片光元件222。单片光元件221在1个半导体衬底上单片地集成有2个集成型光调制元件部221a、221b。同样地，单片光元件222在1个半导体衬底上单片地集成有2个集成型光调制元件部222a、222b。
在以单体元件进行观察的情况下，集成型光调制元件部221a、221b、222a、222b具有分别与实施方式1涉及的集成型光调制元件21～24相同的结构。
即，在以单体元件进行观察的情况下，集成型光调制元件部221a具有与集成型光调制元件21相同的结构。因此，集成型光调制元件部221a与集成型光调制元件21相同地，具有振荡波长λLD1、势垒层带隙波长λBG1、以及光致发光波长λPL1。
在以单体元件进行观察的情况下，集成型光调制元件部221b具有与集成型光调制元件22相同的结构。因此，集成型光调制元件部221b与集成型光调制元件22相同地，具有振荡波长λLD2、势垒层带隙波长λBG2、以及光致发光波长λPL2。
在以单体元件进行观察的情况下，集成型光调制元件部222a具有与集成型光调制元件23相同的结构。因此，集成型光调制元件部222a与集成型光调制元件23相同地，具有振荡波长λLD3、势垒层带隙波长λBG3、以及光致发光波长λPL3。
在以单体元件进行观察的情况下，集成型光调制元件部222b具有与集成型光调制元件24相同的结构。因此，集成型光调制元件部222b与集成型光调制元件24相同地，具有振荡波长λLD4、势垒层带隙波长λBG4、以及光致发光波长λPL4。
因此，与实施方式1涉及的光模块10相同地，在光模块210中，也将ΔλLDPL和ΔλLDBG的波动的大小这两者限定在规定范围内。在实施方式2中，该规定范围也设为大于或等于－1nm而小于或等于+1nm的范围。
图7是单片光元件221的俯视图。单片光元件221在集成型光调制元件部221a、221b上具有激光元件部121a、121b、EAM部122a、122b、以及窗构造123。单片光元件222在集成型光调制元件部222a、222b上具有激光元件部121c、121d、EAM部122c、122d、以及窗构造123。激光元件部121a～121d分别具有波导通路124，EAM部122a～122d分别具有波导通路125。
根据光模块210，将2个集成型光元件部设置在1个半导体衬底上而作为单片光元件。因此，与将各集成型光元件部形成在分别不同的半导体衬底上的实施方式1相比，能够使光模块小型化。
【实施方式2涉及的制造方法】
图8～图12是表示本发明的实施方式2涉及的光模块210的制造工艺的图。图13是表示本发明的实施方式2涉及的光模块210的制造方法的流程图。
根据实施方式2涉及的制造方法，能够在同一半导体衬底上沉积出不同的势垒层带隙波长的MQW芯层。根据实施方式2涉及的制造方法，容易进行对实施方式1中所述的振荡波长、势垒层带隙波长以及光致发光波长的调节。
(步骤S201)
首先，如图8所示，在n型InP衬底101上利用有机金属化学气相沉积法(MOCVD)而沉积出：n型InP包覆层131、4元混晶的i型MQW芯层132、p型InP包覆层133。在p型InP包覆层133的层内设置有4元混晶的衍射光栅层133a。
(步骤S202)
然后，在成为激光元件部121a、121b的活性层的部分上形成SiO2掩模201，利用蚀刻去除p型InP包覆层133、i型MQW芯层132、以及n型InP包覆层131。图9表示去除后的状态。通过该蚀刻，露出了n型InP衬底101的上表面的一部分101a。
(步骤S203)
下面，如图10所示，将SiO2掩模201作为选择性沉积掩模，再次利用MOCVD装置对接沉积出：用于集成型光调制元件部221a的n型InP包覆层102、i型InGaAsPMQW芯层103、以及p型InP包覆层104。此时的俯视图是图11。
图10是沿图11的B-B’线的制造过程中的单片光元件221的剖视图。图11的单片光元件221的纸面上半部的部分2211a是光模块210的最终完成后成为集成型光调制元件部221a的部分。图11的单片光元件221的纸面下半部的部分2211b是光模块210的最终完成后成为集成型光调制元件部221b的部分。
(步骤S204)
然后，暂时去除SiO2掩模201。在去除之后，在集成型光调制元件部221a的激光元件部121a的活性层部分、集成型光调制元件部221b的激光元件部121b的活性层部分、以及集成型光调制元件部221a的EAM部122a的吸收层形成部分上再次形成SiO2掩模，并利用蚀刻去除p型InP包覆层133、i型MQW芯层132、以及n型InP包覆层131。利用该蚀刻，露出了n型InP衬底101的表面的一部分。
(步骤S205)
下面，将SiO2掩模作为选择性沉积掩模，在利用上述湿蚀刻而露出的面上，再次利用MOCVD装置对接沉积出：用于集成型光调制元件部221b的n型InP包覆层、i型InGaAsPMQW芯层、p型InP包覆层。各层的组成比与必要的势垒层带隙波长以及光致发光波长等相对应地进行调节。在对接沉积后，去除SiO2掩模。
图12是对接沉积后的俯视图。在部分2211a、2211b上层叠有集成型光调制元件部221a、221b各自的激光元件部121a、121b的p型InP包覆层133、集成型光调制元件部221a的EAM部122a的p型InP包覆层104、以及集成型光调制元件部221b的EAM部122b的p型InP包覆层141。在p型InP包覆层133的层内设置有4元混晶的衍射光栅层133a。
(步骤S206)
然后，在集成型光调制元件部221a的激光元件部121a的活性层部分、集成型光调制元件部221b的激光元件部121b的活性层部分、集成型光调制元件部221a的EAM部122a的吸收层形成部分、以及集成型光调制元件部221b的EAM部122b的吸收层形成部分上再次形成SiO2掩模，利用蚀刻对除了该再次形成的SiO2掩模以外的部分的p型InP包覆层133、i型MQW芯层132、以及n型InP包覆层131进行去除。设置SiO2掩模的部分是图12中以粗虚线所示的框内的区域。利用该蚀刻，n型InP衬底101的表面的一部分露出。
(步骤S207)
将在步骤S206中再次形成的SiO2掩模作为选择性沉积掩模，再次利用MOCVD装置，此次沉积出用于窗构造123的InP层。然后去除SiO2掩模，再次利用MOCVD装置沉积出接触层。然后，通过蚀刻形成隆起波导通路，并在接触层上形成p侧电极。然后，利用研磨使n型InP衬底101变薄，最后在n型InP衬底101的背面形成n侧电极。
通过以上方式，单片光元件221的制造完毕。
(步骤S208)
然后，在单片光元件221完成后，同样地制造单片光元件222。通过在包含单片光元件221、222、波长合波器12、以及信号输入端子31～34的情况下实施封装，从而提供光模块210。
通过以上说明的实施方式2涉及的制造方法，如图7所示，能够在1个n型InP衬底101上单片地集成2个集成型光调制元件部221a、221b。其结果，能够单片地集成具有不同的势垒层带隙波长的2个EAM部122。
另外，在单片地对MQW芯层的光致发光(PL)波长不同的多个集成型光调制元件部进行集成时，也能够通过适当地变更MQW芯层的沉积工序，而以与实施方式2同样的工艺进行集成。
在实施方式2中，对2个集成型光调制元件部单片地进行了集成。然而，本发明并不限于此。也可以使用实施方式2涉及的制造方法单片地集成3个集成型光调制元件部。此时，与集成型光调制元件部的数量相对应地进行MQW芯层的对接沉积。另外对接沉积技术本身是公知技术，不是新内容，所以省略其详细的说明。
实施方式3
【实施方式3的装置的结构】
图14是本发明的实施方式3涉及的光模块310的框图。光模块310是在100Gbit/s光通信系统中使用的波分复用通信用光模块。
光模块310具有单片光元件321。单片光元件321具有4个集成型光调制元件部321a、321b、321c、321d，它们单片地进行了集成。
在以单体元件进行观察的情况下，集成型光调制元件部321a～321d具有分别与实施方式1涉及的集成型光调制元件21～24相同的结构。
即，集成型光调制元件部321a具有与集成型光调制元件21相同的结构。因此，集成型光调制元件部321a与集成型光调制元件21相同地，具有振荡波长λLD1、势垒层带隙波长λBG1、以及光致发光波长λPL1。
集成型光调制元件部321b具有与集成型光调制元件22相同的结构。因此，集成型光调制元件部321b与集成型光调制元件22相同地，具有振荡波长λLD2、势垒层带隙波长λBG2、以及光致发光波长λPL2。
集成型光调制元件部321c具有与集成型光调制元件23相同的结构。因此，集成型光调制元件部321c与集成型光调制元件23相同地，具有振荡波长λLD3、势垒层带隙波长λBG3、以及光致发光波长λPL3。
集成型光调制元件部321d具有与集成型光调制元件24相同的结构。因此，集成型光调制元件部321d与集成型光调制元件24相同地，具有振荡波长λLD4、势垒层带隙波长λBG4、以及光致发光波长λPL4。
因此，与实施方式1涉及的光模块10相同地，在光模块310中，也将ΔλLDPL和ΔλLDBG的波动的大小这两者限定在大于或等于－1nm而小于或等于+1nm的范围内。
图15是单片光元件321的俯视图。集成型光调制元件部321a～321d分别具有：激光元件部121a～121d、EAM部122a～122d、以及窗构造123。激光元件部121a～121d具有波导通路124，EAM部122a～122d具有波导通路125。
集成型光调制元件部321a的EAM部122a具有的势垒层带隙波长λBG1与集成型光调制元件部321b的EAM部122b具有的势垒层带隙波长λBG2相等。集成型光调制元件部321c的EAM部122c具有的势垒层带隙波长λBG3与集成型光调制元件部321d的EAM部122d具有的势垒层带隙波长λBG4相等。
【实施方式3涉及的制造方法】
图16～图21是表示本发明的实施方式3涉及的光模块310的制造工艺的图。图22是表示本发明的实施方式3涉及的光模块310的制造方法的流程图。
根据实施方式3涉及的制造方法，能够在同一半导体衬底上沉积出不同的势垒层带隙波长的MQW芯层。根据实施方式3涉及的制造方法，容易进行对实施方式1中所述的振荡波长、势垒层带隙波长以及光致发光波长的调节。
(步骤S301)
首先，如图16所示，在n型InP衬底101上利用有机金属化学气相沉积法(MOCVD)沉积出：n型InP包覆层131、4元混晶的i型MQW芯层132、p型InP包覆层133。在p型InP包覆层133的层内设置有4元混晶的衍射光栅层133a。
(步骤S302)
然后，在成为激光元件部121的活性层的部分上形成SiO2掩模201，利用蚀刻去除p型InP包覆层133、i型MQW芯层132、以及n型InP包覆层131。通过该蚀刻，露出了n型InP衬底101的表面的一部分101a。图17表示去除后的状态。
(步骤S303)
下面，如图18所示，将SiO2掩模201作为选择性沉积掩模，再次利用MOCVD装置对接沉积出：用于集成型光调制元件部321a、321b的n型InP包覆层102、i型InGaAsPMQW芯层103、p型InP包覆层104。
图19是步骤S303之后的制造过程中的光模块310的俯视图。图18正好是图19的C-C’截面。从图19的纸面上方朝向纸面下方，完成部分3211a、3211b、3211c、3211d。部分3211a、3211b、3211c、3211d分别是光模块310的最终完成后成为集成型光调制元件部321a、321b、321c、321d的部分。
(步骤S304)
然后，暂时去除SiO2掩模201。在去除之后，在集成型光调制元件部321a、321b、321c、321d的激光元件部121的活性层部分以及集成型光调制元件部321a、321b的EAM部122的吸收层形成部分上再次形成SiO2掩模。将该状态表示在图20中。利用蚀刻去除除了SiO2掩模以外的部分的p型InP包覆层133、i型MQW芯层132、以及n型InP包覆层131。利用该蚀刻，n型InP衬底101的表面的一部分露出。
(步骤S305)
下面，将再次形成的SiO2掩模作为选择性沉积掩模，再次利用MOCVD装置对接沉积出：用于集成型光调制元件部321c、321d的n型InP包覆层、i型InGaAsPMQW芯层、n型InP包覆层。在对接沉积后，去除SiO2掩模。
图21是对接沉积后的俯视图。层叠有：p型InP包覆层133、集成型光调制元件部321a、321b的p型InP包覆层104、集成型光调制元件部321c、321d的p型InP包覆层141。
(步骤S306)
然后，在激光元件部121a～121d的活性层部分以及EAM部122a～122d的吸收层形成部分上再次形成SiO2掩模，利用蚀刻对除了该再次形成的SiO2掩模以外的部分的p型InP包覆层133、i型MQW芯层132、以及n型InP包覆层131进行去除。设置SiO2掩模的部分是图21中以粗虚线所示的框内的区域。利用该蚀刻，n型InP衬底101的表面的一部分露出。
(步骤S307)
将在步骤S306中再次形成的SiO2掩模作为选择性沉积掩模，再次利用MOCVD装置，此次沉积出用于窗构造123的InP层。然后去除SiO2掩模，再次利用MOCVD装置沉积出接触层。然后，通过局部地蚀刻到此为止沉积出的半导体层叠构造而形成隆起部。在隆起部的上表面的接触层上形成p侧电极。然后，利用研磨使n型InP衬底101变薄，最后在n型InP衬底101的背面形成n侧电极。
通过以上方式，单片光元件321的制造工序结束。
(步骤S308)
通过在包含单片光元件321、波长合波器12、以及信号输入端子31～34的情况下实施封装，而提供光模块310。
通过以上说明的实施方式3涉及的制造方法，如图15所示，能够在1个n型InP衬底101上单片地集成4个集成型光调制元件部321a～321d。其结果，能够单片地集成具有不同的势垒层带隙波长λBG1～λBG4的4个EAM部122a～122d。
另外，在单片地对MQW芯层的光致发光(PL)波长不同的多个集成型光调制元件部进行集成时，也能够通过适当地变更MQW芯层的沉积工序，而以与实施方式3同样的工艺进行集成。
在实施方式3涉及的制造方法中，使EAM部122a～122d的MQW芯层沉积的工序是分2次进行的。使集成型光调制元件部321a、321b的EAM部122a、122b各自的MQW芯层同时沉积。此外，使集成型光调制元件部321c、321d的EAM部122c、122d各自的MWQ芯层同时沉积。因此，能够利用2次的沉积工序，而形成4个EAM部122a～122d的MWQ芯层。
假设为了4个集成型光调制元件部而分别进行MQW芯层的对接沉积，则共计需要4次的沉积工序。与此相比，在实施方式3中只需要2次的沉积工序即可，所以能够减少工序数量。
集成型光调制元件部321a、321b的势垒层带隙波长λBG1、λBG2是彼此相同的值。集成型光调制元件部321c、321d的势垒层带隙波长λBG3、λBG4是彼此相同的值。
将λBG1、λBG2的值设为λBGA，将λBG3、λBG4的值设为λBGB。此处，将λLD1和λBGA的差的绝对值设为ΔλLDBGA，将λLD3和λBGB的差的绝对值设为ΔλLDBGB，ΔλLDBGA、ΔλLDBGB分别通过下述式求解。
ΔλLDBGA＝|λLD1-λBGA|…(13)
ΔλLDBGB＝|λLD3-λBGB|…(14)
在实施方式3中，使ΔλLDBGA和ΔλLDBGB的差在大于或等于－1nm而小于或等于+1nm的范围以下。由此，能够抑制不同的集成型光调制元件部之间的特性的波动。
在实施方式3中，在单片集成大于或等于3波长的电场吸收型光调制器的情况下，具有减少MQW芯层的对接沉积的次数的效果。
实施方式4
【实施方式4的装置的结构】
图23是本发明的实施方式4涉及的光模块410的框图。光模块410是在100Gbit/s光通信系统中使用的波分复用通信用光模块。
光模块410具有单片光元件421。单片光元件421具有4个集成型光调制元件部421a、421b、421c、421d，它们单片地进行了集成。
在针对每个元件部而比较层叠构造的情况下，集成型光调制元件部421a～421d具有分别与实施方式1涉及的集成型光调制元件21～24相同的结构。
即，集成型光调制元件部421a具有与集成型光调制元件21相同的结构。因此，集成型光调制元件部421a与集成型光调制元件21相同地，具有振荡波长λLD1、势垒层带隙波长λBG1、以及光致发光波长λPL1。
集成型光调制元件部421b与集成型光调制元件22相同地，具有振荡波长λLD2、势垒层带隙波长λBG2、以及光致发光波长λPL2。
集成型光调制元件部421c与集成型光调制元件23相同地，具有振荡波长λLD3、势垒层带隙波长λBG3、以及光致发光波长λPL3。
集成型光调制元件部421d与集成型光调制元件24相同地，具有振荡波长λLD4、势垒层带隙波长λBG4、以及光致发光波长λPL4。
因此，与实施方式1涉及的光模块10相同地，在光模块410中，也将ΔλLDPL和ΔλLDBG的波动的大小这两者限定在大于或等于－1nm而小于或等于+1nm的范围内。
图24是单片光元件421的俯视图。集成型光调制元件部421a～421d分别具有：激光元件部121a～121d、EAM部122a～122d、以及窗构造123。激光元件部121a～121d具有波导通路124，EAM部122a～122d具有波导通路125。
【实施方式4涉及的制造方法】
图25以及图26是表示本发明的实施方式4涉及的光模块410的制造工艺的图。图25是制造过程中的光模块410的剖视图，图26是制造过程中的光模块410的俯视图。图27是表示本发明的实施方式4涉及的光模块410的制造方法的流程图。
根据实施方式4涉及的制造方法，能够在同一半导体衬底上沉积出不同的势垒层带隙波长的MQW芯层。根据实施方式4涉及的制造方法，容易进行对实施方式1中所述的振荡波长、势垒层带隙波长以及光致发光波长的调节。
(步骤S401)
如图25的剖视图所示，在n型InP衬底101上利用MOCVD沉积出：n型InP包覆层131、4元混晶的i型MQW芯层132、p型InP包覆层133。在p型InP包覆层133的层内设置有4元混晶的衍射光栅层133a。
(步骤S402)
下面，如图26的俯视图所示，在p型InP包覆层133的上表面形成SiO2掩模201、202、203、204、以及205。具体而言，在激光元件部121a～121d的活性层部分上形成SiO2掩模201。
另外，在图26所示的制造过程中的图中，从图26的纸面上方朝向纸面下方，完成部分4211a、4211b、4211c、4211d。部分4211a～4211d分别是在光模块410的最终完成后，成为集成型光调制元件部421a～421d的部分。
部分4211a的吸收层形成部分151是应形成集成型光调制元件部421a的EAM部122a的部分。在该吸收层形成部分151的两侧形成SiO2掩模202。SiO2掩模202由以夹着吸收层形成部分151的方式平行地延伸的2个掩模部分(即第1部分以及第2部分)构成。
SiO2掩模203～205也与此相同。即，部分4211b的吸收层形成部分152是应形成集成型光调制元件部421b的EAM部122b的部分。在该吸收层形成部分152的两侧形成SiO2掩模203。部分4211c的吸收层形成部分153是应形成集成型光调制元件部421c的EAM部122c的部分。在该吸收层形成部分153的两侧形成SiO2掩模204。部分4211d的吸收层形成部分154是应形成集成型光调制元件部421d的EAM部122d的部分。在该吸收层形成部分154的两侧形成SiO2掩模205。SiO2掩模203～205也分别由以夹着吸收层形成部分152～154的方式各自平行地延伸的2个掩模部分构成。
此处，SiO2掩模202、203、204、205具有短边方向的宽度W1、W2、W3、W4。这些宽度W1、W2、W3、W4的大小彼此不同。具体而言，W1＜W2＜W3＜W4。
利用蚀刻去除没有形成SiO2掩模202～205的部分的p型InP包覆层133、i型MQW芯层132、以及n型InP包覆层131。利用该蚀刻，n型InP衬底101的表面的一部分露出。
(步骤S403)
下面，将SiO2掩模201～205作为选择性沉积掩模，同时沉积出：EAM部122a～122d的n型InP包覆层、i型InGaAsPMQW芯层、以及p型InP包覆层。
能够利用SiO2掩模202～205的宽度W1～W4，而将集成型光调制元件部421a、421b、421c、421d各自的势垒层带隙波长λBG1、λBG2、λBG3、λBG4调整为期望值。
(步骤S404)
然后，在暂时去除SiO2掩模之后，在应成为激光元件部121a～121d的活性层以及EAM部122a～122d的光吸收层部分上再次形成SiO2掩模。利用蚀刻去除除了该再次形成的SiO2掩模以外的部分的p型InP包覆层133、i型MQW芯层132、以及n型InP包覆层131。设置SiO2掩模的部分是图26中以粗虚线所示的框内的区域。利用该蚀刻，n型InP衬底101的表面的一部分露出。
(步骤S405)
将在步骤S404中再次形成的SiO2掩模作为选择性沉积掩模，再次利用MOCVD装置，此次沉积出用于窗构造123的InP层。然后去除SiO2掩模，再次利用MOCVD装置沉积出接触层。然后，通过蚀刻形成隆起波导通路，在接触层上形成p侧电极。然后，利用研磨使n型InP衬底101变薄，最后在n型InP衬底101的背面形成n侧电极。
通过以上方式，单片光元件421的制造工序结束。
(步骤S406)
通过在包含单片光元件421、波长合波器12、以及信号输入端子31～34的情况下实施封装，而提供光模块410。
通过以上说明的实施方式4涉及的制造方法，如图25所示，能够在1个n型InP衬底101上单片地集成4个集成型光调制元件部421a～421d。即，能够单片地集成具有不同的势垒层带隙波长λBG1～λBG4的4个EAM部122a～122d。
在实施方式4涉及的制造方法中，使EAM部122的MQW芯层对接沉积的工序为一次。由于利用SiO2掩模202～205的宽度W1～W4而调整势垒层带隙波长λBG1～λBG4，所以沉积工序为1次就足够。
在利用宽度W1～W4调整势垒层带隙波长λBG1～λBG4时，考虑振荡波长λLD1～λLD4。即，与实施方式1同样地，只要对宽度W1～W4进行调整，以使得将ΔλLDBG1、ΔλLDBG2、ΔλLDBG3、以及ΔλLDBG4的值的波动限定在规定范围内即可。
在实施方式4中，单片地集成有4个集成型光调制元件部421a～421d。然而，本发明并不限于此。在单片集成大于或等于2个集成型光调制元件部的情况下，也能通过SiO2掩模的宽度调整势垒层带隙波长，所以能够同样地使用实施方式4的制造方法。

Claims (24)

1.一种半导体光元件，其是具有多个集成型光调制元件的半导体光元件，其特征在于，
所述多个集成型光调制元件分别具有：
激光元件部，其射出具有振荡波长的激光；以及
电场吸收型光调制器部，其具有接受来自所述激光元件部的激光的量子阱芯层，并根据输入电信号进行光调制，
与所述多个集成型光调制元件之中的第1集成型光调制元件所具有的激光元件部的振荡波长相比，所述多个集成型光调制元件之中的第2集成型光调制元件所具有的激光元件部的振荡波长较长，
与所述第1集成型光调制元件所具有的所述量子阱芯层的势垒层的带隙波长相比，所述第2集成型光调制元件所具有的所述量子阱芯层的势垒层的带隙波长较长。
2.根据权利要求1所述的半导体光元件，其特征在于，
所述多个集成型光调制元件还包含第3集成型光调制元件，
在将所述第1集成型光调制元件所具有的激光元件部的振荡波长设为λLD1，将所述第2集成型光调制元件所具有的激光元件部的振荡波长设为λLD2，将所述第3集成型光调制元件所具有的激光元件部的振荡波长设为λLD3，并且，
将所述第1集成型光调制元件所具有的所述量子阱芯层的势垒层的带隙波长设为λBG1，将所述第2集成型光调制元件所具有的所述量子阱芯层的势垒层的带隙波长设为λBG2，将所述第3集成型光调制元件所具有的所述量子阱芯层的势垒层的带隙波长设为λBG3的情况下，
λLD1＜λLD2＜λLD3，且λBG1＜λBG2＜λBG3。
3.根据权利要求1或2所述的半导体光元件，其特征在于，
将所述多个集成型光调制元件之中的第1集成型光调制元件所具有的激光元件部的振荡波长与所述第1集成型光调制元件所具有的所述量子阱芯层的势垒层的带隙波长的差的绝对值设为第1波长差，
将所述多个集成型光调制元件之中的第2集成型光调制元件所具有的激光元件部的振荡波长与所述第2集成型光调制元件所具有的所述量子阱芯层的势垒层的带隙波长的差的绝对值设为第2波长差，
所述第1波长差与所述第2波长差的差小于或等于10nm。
4.根据权利要求3所述的半导体光元件，其特征在于，
所述第1波长差与所述第2波长差的差小于或等于6nm。
5.根据权利要求4所述的半导体光元件，其特征在于，
所述第1波长差与所述第2波长差的差小于或等于2nm。
6.根据权利要求1或2所述的半导体光元件，其特征在于，
所述多个集成型光调制元件包含大于或等于3个的集成型光调制元件，
所述大于或等于3个的集成型光调制元件具有LDBG波长差，该LDBG波长差是各个集成型光调制元件的激光元件部的振荡波长与所述量子阱芯层的势垒层的带隙波长的差，
在所述大于或等于3个的集成型光调制元件各自具有的LDBG波长差之中，最大值与最小值的差小于或等于10nm。
7.根据权利要求6所述的半导体光元件，其特征在于，
在所述大于或等于3个的集成型光调制元件各自具有的LDBG波长差之中，最大值与最小值的差小于或等于6nm。
8.根据权利要求7所述的半导体光元件，其特征在于，
在所述大于或等于3个的集成型光调制元件各自具有的LDBG波长差之中，最大值与最小值的差小于或等于2nm。
9.根据权利要求1或2所述的半导体光元件，其特征在于，
与所述第1集成型光调制元件所具有的所述量子阱芯层的光致发光波长相比，所述第2集成型光调制元件所具有的所述量子阱芯层的光致发光波长较长。
10.根据权利要求9所述的半导体光元件，其特征在于，
所述多个集成型光调制元件还包含第3集成型光调制元件，
在将所述第1集成型光调制元件所具有的激光元件部的振荡波长设为λLD1，将所述第2集成型光调制元件所具有的激光元件部的振荡波长设为λLD2，将所述第3集成型光调制元件所具有的激光元件部的振荡波长设为λLD3，并且，
将所述第1集成型光调制元件所具有的所述量子阱芯层的光致发光波长设为λPL1，将所述第2集成型光调制元件所具有的所述量子阱芯层的光致发光波长设为λPL2，将所述第3集成型光调制元件所具有的所述量子阱芯层的光致发光波长设为λPL3的情况下，
λLD1＜λLD2＜λLD3，且λPL1＜λPL2＜λPL3。
11.根据权利要求9或10所述的半导体光元件，其特征在于，
将所述第1集成型光调制元件所具有的激光元件部的振荡波长与所述第1集成型光调制元件所具有的所述光调制器部的光致发光波长的差的绝对值设为第3波长差，
将所述第2集成型光调制元件所具有的激光元件部的振荡波长与所述第2集成型光调制元件所具有的所述光调制器部的光致发光波长的差的绝对值设为第4波长差，
所述第3波长差与所述第4波长差的差小于或等于10nm。
12.根据权利要求11所述的半导体光元件，其特征在于，
所述第3波长差与所述第4波长差的差小于或等于6nm。
13.根据权利要求12所述的半导体光元件，其特征在于，
所述第3波长差和所述第4波长差的差小于或等于2nm。
14.根据权利要求9所述的半导体光元件，其特征在于，
所述多个集成型光调制元件包含大于或等于3个的集成型光调制元件，
所述大于或等于3个的集成型光调制元件具有LDPL波长差，该LDBG波长差是各个集成型光调制元件的激光元件部的振荡波长与电场吸收型光调制器部的光致发光波长的差，
在所述大于或等于3个的集成型光调制元件各自具有的LDPL波长差之中，最大值与最小值的差小于或等于10nm。
15.根据权利要求14所述的半导体光元件，其特征在于，
在所述大于或等于3个的集成型光调制元件各自具有的LDPL波长差之中，最大值与最小值的差小于或等于6nm。
16.根据权利要求15所述的半导体光元件，其特征在于，
在所述大于或等于3个的集成型光调制元件各自具有的LDPL波长差之中，最大值与最小值的差小于或等于2nm。
17.根据权利要求1所述的半导体光元件，其特征在于，
所述激光元件部的振荡波长在大于或等于1250nm而小于或等于1350nm的范围内，
所述量子阱芯层的带隙波长在大于或等于1000nm而小于或等于1120nm的范围内。
18.根据权利要求1所述的半导体光元件，其特征在于，
所述多个集成型光调制元件单片化形成在1个半导体衬底上。
19.一种光模块，其具有：
多个集成型光调制元件；以及
波长合波器，其对所述多个集成型光调制元件的电场吸收型光调制器部各自的出射光进行合波，
该光模块的特征在于，
所述多个集成型光调制元件分别包含：
信号输入端子；
激光元件部，其射出具有振荡波长的激光；以及
电场吸收型光调制器部，其具有接受来自所述激光元件部的激光的量子阱芯层，并根据来自所述信号输入端子的电信号进行光调制，
与所述多个集成型光调制元件之中的第1集成型光调制元件所具有的激光元件部的振荡波长相比，所述多个集成型光调制元件之中的第2集成型光调制元件所具有的激光元件部的振荡波长较长，
与所述第1集成型光调制元件所具有的所述量子阱芯层的势垒层的带隙波长相比，所述第2集成型光调制元件所具有的所述量子阱芯层的势垒层的带隙波长较长。
20.根据权利要求19所述的光模块，其特征在于，
所述多个集成型光调制元件还包含第3集成型光调制元件，
在将所述第1集成型光调制元件所具有的激光元件部的振荡波长设为λLD1，将所述第2集成型光调制元件所具有的激光元件部的振荡波长设为λLD2，将所述第3集成型光调制元件所具有的激光元件部的振荡波长设为λLD3，并且，
将所述第1集成型光调制元件所具有的所述量子阱芯层的势垒层的带隙波长设为λBG1，将所述第2集成型光调制元件所具有的所述量子阱芯层的势垒层的带隙波长设为λBG2，将所述第3集成型光调制元件所具有的所述量子阱芯层的势垒层的带隙波长设为λBG3的情况下，
λLD1＜λLD2＜λLD3，且λBG1＜λBG2＜λBG3。
21.一种半导体光元件的制造方法，其用于制造在1个半导体衬底上单片地集成多个集成型光调制元件而得到的半导体光元件，
该半导体光元件的制造方法的特征在于，
所述多个集成型光调制元件包含：
第1集成型光调制元件，其具有第1激光元件部以及第1电场吸收型光调制部；以及
第2集成型光调制元件，其具有与所述第1激光元件部振荡波长不同的第2激光元件部、以及第2电场吸收型光调制部，
第1电场吸收型光调制部具有第1量子阱芯层，在该第1量子阱芯层中，势垒层具有第1带隙波长，
第2电场吸收型光调制部具有第2量子阱芯层，在该第2量子阱芯层中，势垒层具有与所述第1带隙波长不同的第2带隙波长，
该半导体光元件的制造方法具有下述工序：
在所述半导体衬底上沉积出所述第1量子阱芯层的工序；
在所述半导体衬底上，在除了应沉积出所述第2量子阱芯层的区域以外的区域形成掩模，并利用蚀刻去除所述第1量子阱芯层的工序；以及
使用所述掩模，在利用所述蚀刻露出的面上对接沉积出所述第2量子阱芯层的工序。
22.根据权利要求21所述的半导体光元件的制造方法，其特征在于，
将所述第1激光元件部的振荡波长与所述第1带隙波长的差的绝对值设为第1波长差，
将所述第2激光元件部的振荡波长与所述第2带隙波长的差的绝对值设为第2波长差，
对所述第1激光元件部的振荡波长、所述第1带隙波长、所述第2激光元件部的振荡波长、以及所述第2带隙波长进行设定，以使得将所述第1波长差与所述第2波长差的差限定在规定范围内。
23.根据权利要求21或22所述的半导体光元件的制造方法，其特征在于，
所述第1量子阱芯层以及所述第2量子阱芯层是3元混晶或者4元混晶的i型量子阱芯层。
24.一种半导体光元件的制造方法，其用于制造在1个半导体衬底上单片地集成多个激光元件部以及多个电场吸收型光调制器部而得到的半导体光元件，
该半导体光元件的制造方法的特征在于，具有下述工序：
在半导体衬底上沉积出量子阱芯层的工序；
在所述量子阱芯层上的应形成所述多个电场吸收型光调制器部的预定形成区域，设置多个掩模的工序；
使用所述多个掩模，对所述预定形成区域各自的所述量子阱芯层进行蚀刻的工序；以及
在所述蚀刻之后，将所述量子阱芯层作为光吸收层，在所述预定形成区域分别形成电场吸收型光调制器部的工序，
所述多个掩模分别具有：
第1掩模部分，其在所述量子阱芯层上，沿着应进行调制的光的行进方向延伸，以及
第2掩模部分，其在所述半导体衬底的面内与所述第1掩模部分平行地延伸，与所述第1掩模部分分离，并且具有与所述第1掩模部分相同的宽度，
在所述多个掩模之中的第1掩模中，所述第1掩模部分以及所述第2掩模部分具有第1宽度，
在所述多个掩模之中的第2掩模中，所述第1掩模部分以及所述第2掩模部分具有与所述第1宽度不同的第2宽度，
在将具有利用所述第1掩模进行蚀刻后的所述量子阱芯层的第1电场吸收型光调制部中的、所述量子阱芯层的势垒层的带隙波长设为第1带隙波长，
将使激光入射至所述第1电场吸收型光调制部的激光元件部的振荡波长设为第1振荡波长，
将具有利用所述第2掩模进行蚀刻后的所述量子阱芯层的第2电场吸收型光调制部中的、所述量子阱芯层的势垒层的带隙波长设为第2带隙波长，
将使激光入射至所述第2电场吸收型光调制部的激光元件部的振荡波长设为第2振荡波长，
将所述第1带隙波长与所述第1振荡波长的差的绝对值设为第1波长差，并且，
将所述第2带隙波长与所述第2振荡波长的差的绝对值设为第2波长差时，
对所述第1宽度以及所述第2宽度进行设定，以使得将所述第1波长差与所述第2波长差的差限定在规定范围内。
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