JP2001308467A - 光半導体装置とその製造方法 - Google Patents
光半導体装置とその製造方法Info
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- JP2001308467A JP2001308467A JP2000119355A JP2000119355A JP2001308467A JP 2001308467 A JP2001308467 A JP 2001308467A JP 2000119355 A JP2000119355 A JP 2000119355A JP 2000119355 A JP2000119355 A JP 2000119355A JP 2001308467 A JP2001308467 A JP 2001308467A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 単一の素子で利得又は消光特性を劣化させる
ことなく偏光無依存化が可能な光半導体装置を提供す
る。 【解決手段】 ｐ型半導体とｎ型半導体との間に、一端
から他端に至る長手方向とその長手方向に光を伝送させ
るように制限された幅とを有する量子井戸構造の動作層
を備えた光半導体装置において、上記動作層は、幅方向
の中央部で略直角に屈曲されている。
ことなく偏光無依存化が可能な光半導体装置を提供す
る。 【解決手段】 ｐ型半導体とｎ型半導体との間に、一端
から他端に至る長手方向とその長手方向に光を伝送させ
るように制限された幅とを有する量子井戸構造の動作層
を備えた光半導体装置において、上記動作層は、幅方向
の中央部で略直角に屈曲されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ通信な
どに使用される半導体光増幅器及び半導体光変調器等の
光半導体装置に関し、特に偏光依存性を無くした光半導
体装置とその製造方法に関する。
どに使用される半導体光増幅器及び半導体光変調器等の
光半導体装置に関し、特に偏光依存性を無くした光半導
体装置とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバ通信においては、半導体レー
ザ素子の端面反射率を下げて発振しない状態で素子を駆
動することにより光を増幅する半導体光増幅器、多重量
子井戸導波路に印加された逆バイアスの電圧に応答して
光吸収係数が変化する量子閉じ込めシュタルク効果を用
いて光の透過／吸収を制御することにより光を変調する
半導体光変調器等が使用される。
ザ素子の端面反射率を下げて発振しない状態で素子を駆
動することにより光を増幅する半導体光増幅器、多重量
子井戸導波路に印加された逆バイアスの電圧に応答して
光吸収係数が変化する量子閉じ込めシュタルク効果を用
いて光の透過／吸収を制御することにより光を変調する
半導体光変調器等が使用される。
【０００３】しかしながら、この量子井戸構造の活性層
又は吸収層を動作層とする光半導体装置は、偏光に対し
て偏光依存性を有しているという問題点があった。例え
ば、量子井戸構造の活性層の光利得は、井戸層と電界が
平行なＴＥ偏光に対しては主として重い正孔と電子の相
互作用で利得が生じるのに対し、それと垂直なＴＭ偏光
に対しては重い正孔は利得に寄与しないために、一般に
ＴＥ偏光に対する利得がＴＭ偏光に対する利得よりも大
きくなる偏光依存性を有している。したがって、従来は
この偏光依存性を無くすために、特性のほぼ等しい２つ
の素子を直交させて配置することにより、ＴＥ偏光とＴ
Ｍ偏光との間における偏光依存性が等しくなるように構
成していた。
又は吸収層を動作層とする光半導体装置は、偏光に対し
て偏光依存性を有しているという問題点があった。例え
ば、量子井戸構造の活性層の光利得は、井戸層と電界が
平行なＴＥ偏光に対しては主として重い正孔と電子の相
互作用で利得が生じるのに対し、それと垂直なＴＭ偏光
に対しては重い正孔は利得に寄与しないために、一般に
ＴＥ偏光に対する利得がＴＭ偏光に対する利得よりも大
きくなる偏光依存性を有している。したがって、従来は
この偏光依存性を無くすために、特性のほぼ等しい２つ
の素子を直交させて配置することにより、ＴＥ偏光とＴ
Ｍ偏光との間における偏光依存性が等しくなるように構
成していた。
【０００４】図６は、従来の偏光無依存光半導体装置で
ある半導体光増幅器の構成を示す模式的な斜視図であ
る。図６の半導体光増幅器は、量子井戸活性層３を有す
る第１の半導体光増幅器１と量子井戸活性層４を有する
第２の半導体光増幅器２が、互いに直交するように配置
されて構成される。このように構成することにより、第
１の半導体光増幅器１の偏光依存性と第２の半導体光増
幅器２の偏光依存性とが相殺されて全体としての偏光依
存性を無くすことができる。上記の問題は量子井戸構造
を有する半導体光変調器においても同様に生じ、同様に
して偏光依存性を無くしていた（偏光無依存化）。
ある半導体光増幅器の構成を示す模式的な斜視図であ
る。図６の半導体光増幅器は、量子井戸活性層３を有す
る第１の半導体光増幅器１と量子井戸活性層４を有する
第２の半導体光増幅器２が、互いに直交するように配置
されて構成される。このように構成することにより、第
１の半導体光増幅器１の偏光依存性と第２の半導体光増
幅器２の偏光依存性とが相殺されて全体としての偏光依
存性を無くすことができる。上記の問題は量子井戸構造
を有する半導体光変調器においても同様に生じ、同様に
して偏光依存性を無くしていた（偏光無依存化）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図６の
従来例の偏光無依存化した光半導体装置は、２つの素子
を組み合わせているために装置の構成が複雑で組立が容
易でなく、コストが高くなるという問題があった。ま
た、単一素子で偏光無依存化するために、井戸層に引張
歪を加えることにより偏光無依存化することが可能であ
るが、このようにすると、半導体光増幅器においては利
得が減少するという問題があり、また、半導体光変調器
においては消光特性が低下するという新たな問題が生じ
ていた。
従来例の偏光無依存化した光半導体装置は、２つの素子
を組み合わせているために装置の構成が複雑で組立が容
易でなく、コストが高くなるという問題があった。ま
た、単一素子で偏光無依存化するために、井戸層に引張
歪を加えることにより偏光無依存化することが可能であ
るが、このようにすると、半導体光増幅器においては利
得が減少するという問題があり、また、半導体光変調器
においては消光特性が低下するという新たな問題が生じ
ていた。
【０００６】そこで、本発明は、単一の素子で利得又は
消光特性を劣化させることなく偏光無依存化が可能な光
半導体装置とその製造方法を提供することを目的とす
る。
消光特性を劣化させることなく偏光無依存化が可能な光
半導体装置とその製造方法を提供することを目的とす
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明に係る光半導体装置は、ｐ型半導体とｎ型
半導体との間に、一端から他端に至る長手方向とその長
手方向に光を伝送させるように制限された幅とを有する
量子井戸構造の動作層を備えた光半導体装置において、
上記動作層は、幅方向の中央部で略直角に屈曲されてい
ることを特徴とする。このように構成すると、動作層に
おける互いに略直交する２つの部分によって、各部分の
偏光依存性を相殺することができるので、全体としての
偏光依存性を無くすことができる。
めに、本発明に係る光半導体装置は、ｐ型半導体とｎ型
半導体との間に、一端から他端に至る長手方向とその長
手方向に光を伝送させるように制限された幅とを有する
量子井戸構造の動作層を備えた光半導体装置において、
上記動作層は、幅方向の中央部で略直角に屈曲されてい
ることを特徴とする。このように構成すると、動作層に
おける互いに略直交する２つの部分によって、各部分の
偏光依存性を相殺することができるので、全体としての
偏光依存性を無くすことができる。
【０００８】また、本発明に係る光半導体装置は、上記
動作層におけるレーザ発振を抑制するように上記一端と
他端の反射率を設定することにより、一端から入力され
る光を増幅して他端から出力する半導体光増幅装置とす
ることができる。
動作層におけるレーザ発振を抑制するように上記一端と
他端の反射率を設定することにより、一端から入力され
る光を増幅して他端から出力する半導体光増幅装置とす
ることができる。
【０００９】また、本発明に係る光半導体装置は、上記
動作層を印加される電圧に対応して伝送される光の吸収
率が変化する吸収層とすることにより、半導体光変調器
とすることができる。
動作層を印加される電圧に対応して伝送される光の吸収
率が変化する吸収層とすることにより、半導体光変調器
とすることができる。
【００１０】また、本発明に係る光半導体装置では、偏
光依存性を小さくするために、上記動作層の屈曲角が、
８６．７°以上、９３．３°以下であることが好まし
い。
光依存性を小さくするために、上記動作層の屈曲角が、
８６．７°以上、９３．３°以下であることが好まし
い。
【００１１】また、本発明に係る光半導体装置では、偏
光依存性をより小さくするために、上記動作層の屈曲角
が、８８°以上、９２°以下であることが好ましい。
光依存性をより小さくするために、上記動作層の屈曲角
が、８８°以上、９２°以下であることが好ましい。
【００１２】また、本発明に係る光半導体装置では、偏
光依存性をよりいっそう小さくするために、上記動作層
の屈曲角が、８９．３°以上、９０．７°以下であるこ
とが好ましい。
光依存性をよりいっそう小さくするために、上記動作層
の屈曲角が、８９．３°以上、９０．７°以下であるこ
とが好ましい。
【００１３】また、本発明に係る光半導体装置の製造方
法は、半導体基板に、幅方向に比較して十分長い長さを
有しかつ頂角が略９０度の逆Ｖ字型の峰を形成すること
と、上記峰の上に量子井戸構造の動作層を形成すること
とを含むことを特徴とする。
法は、半導体基板に、幅方向に比較して十分長い長さを
有しかつ頂角が略９０度の逆Ｖ字型の峰を形成すること
と、上記峰の上に量子井戸構造の動作層を形成すること
とを含むことを特徴とする。
【００１４】また、本発明に係る別の光半導体装置の製
造方法は、半導体基板に、幅方向に比較して十分長い長
さを有しかつ頂角が略９０度のＶ字型の溝を形成するこ
とと、上記溝の上に量子井戸構造の動作層を形成するこ
ととを含むことを特徴とする。
造方法は、半導体基板に、幅方向に比較して十分長い長
さを有しかつ頂角が略９０度のＶ字型の溝を形成するこ
とと、上記溝の上に量子井戸構造の動作層を形成するこ
ととを含むことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
に係る実施の形態の光半導体装置（半導体光増幅器）に
ついて説明する。本実施の形態の半導体光増幅器は、図
１及び図２に示すように、ｐ型半導体であるｐ−ＩｎＰ
基板５とｎ型半導体であるｎ−ＩｎＰクラッド層７との
間に、一方向に光を伝送させるように制限された所定の
幅を有する量子井戸構造の多重量子井戸活性層（ＭＱＷ
活性層）６が形成されてなり、その活性層６がその幅方
向の中央部で略直角に屈曲されていることを特徴とす
る。このように、本実施の形態の半導体光増幅器では、
多重量子井戸活性層６を上方に頂点を有するように逆Ｖ
字形に形成し、かつ一端面から見た時の活性層の右半分
（第１部分）と左半分（第２部分）とがほぼ同一形状で
しかもほぼ直交するように構成されているので、詳細後
述するように入射光の偏光角によらず光利得をほぼ一定
にすることができる。すなわち、本実施の形態の半導体
光増幅器によれば、一つの素子で偏光無依存動作をする
半導体光増幅器を提供することができる。
に係る実施の形態の光半導体装置（半導体光増幅器）に
ついて説明する。本実施の形態の半導体光増幅器は、図
１及び図２に示すように、ｐ型半導体であるｐ−ＩｎＰ
基板５とｎ型半導体であるｎ−ＩｎＰクラッド層７との
間に、一方向に光を伝送させるように制限された所定の
幅を有する量子井戸構造の多重量子井戸活性層（ＭＱＷ
活性層）６が形成されてなり、その活性層６がその幅方
向の中央部で略直角に屈曲されていることを特徴とす
る。このように、本実施の形態の半導体光増幅器では、
多重量子井戸活性層６を上方に頂点を有するように逆Ｖ
字形に形成し、かつ一端面から見た時の活性層の右半分
（第１部分）と左半分（第２部分）とがほぼ同一形状で
しかもほぼ直交するように構成されているので、詳細後
述するように入射光の偏光角によらず光利得をほぼ一定
にすることができる。すなわち、本実施の形態の半導体
光増幅器によれば、一つの素子で偏光無依存動作をする
半導体光増幅器を提供することができる。
【００１６】詳細に説明すると、実施の形態の半導体光
増幅器において、例えば、１００μｍの厚さを有するｐ
−ＩｎＰ基板５の上面に形成された逆Ｖ字型形状部５０
上に、その稜線の両側にほぼ左右均等になるように所定
の幅のＭＱＷ活性層６が形成される。尚、このＭＱＷ活
性層６は素子の一端から他端に至るように形成される。
そして、ＭＱＷ活性層６上には、ＭＱＷ活性層６とほぼ
同一幅のｎ−ＩｎＰクラッド層７が形成される。このよ
うにして、実施の形態の半導体光増幅器において、ｐ−
ＩｎＰ基板５の逆Ｖ字型形状部５０とＭＱＷ活性層６と
ｎ−ＩｎＰクラッド層７とからなり、そのＭＱＷ活性層
６に沿って光が伝送されるリッジ構造が形成される。こ
こで、ＭＱＷ活性層６の幅は、増幅する光を一端から他
端の一方向に伝送させるように設定し、例えば０．５〜
２．５μｍの幅とする。また、活性層６を構成する井戸
層およびバリア層の層の厚さはそれぞれ３〜２０ｎｍ程
度に設定する。また、活性層６内の井戸層の数は１以上
であればよいが、例えば１〜１５層程度に設定する。さ
らに、ｎ−ＩｎＰクラッド層７の層厚は例えば１〜５μ
ｍに設定する。
増幅器において、例えば、１００μｍの厚さを有するｐ
−ＩｎＰ基板５の上面に形成された逆Ｖ字型形状部５０
上に、その稜線の両側にほぼ左右均等になるように所定
の幅のＭＱＷ活性層６が形成される。尚、このＭＱＷ活
性層６は素子の一端から他端に至るように形成される。
そして、ＭＱＷ活性層６上には、ＭＱＷ活性層６とほぼ
同一幅のｎ−ＩｎＰクラッド層７が形成される。このよ
うにして、実施の形態の半導体光増幅器において、ｐ−
ＩｎＰ基板５の逆Ｖ字型形状部５０とＭＱＷ活性層６と
ｎ−ＩｎＰクラッド層７とからなり、そのＭＱＷ活性層
６に沿って光が伝送されるリッジ構造が形成される。こ
こで、ＭＱＷ活性層６の幅は、増幅する光を一端から他
端の一方向に伝送させるように設定し、例えば０．５〜
２．５μｍの幅とする。また、活性層６を構成する井戸
層およびバリア層の層の厚さはそれぞれ３〜２０ｎｍ程
度に設定する。また、活性層６内の井戸層の数は１以上
であればよいが、例えば１〜１５層程度に設定する。さ
らに、ｎ−ＩｎＰクラッド層７の層厚は例えば１〜５μ
ｍに設定する。
【００１７】また、本実施の形態の半導体光増幅器で
は、リッジ構造の両側における電流を阻止するために、
リッジ構造の両側にｐ−ＩｎＰブロック層８、ｎ−Ｉｎ
Ｐブロック層９、ｐ−ＩｎＰ第２ブロック層１０が形成
され、リッジ構造のｎ−ＩｎＰクラッド層７及びその両
側のｐ−ＩｎＰ第２ブロック層１０を覆うように、ｎ−
ＩｎＰ第２クラッド層１１と、例えば０．１〜１．５μ
ｍの厚みを有するｎ+−ＩｎＰコンタクト層１２とが順
次形成される。そして、ｎ+−ＩｎＰコンタクト層１２
の上には、上述のリッジ構造の上に開口部１３ａを有す
るＳｉＯ2絶縁膜１３が形成され、その開口部１３ａに
おいてｎ+−ＩｎＰコンタクト層１２と接するようにＴ
ｉ／Ａｕ蒸着膜１４ａ及びＡｕメッキ層１４ｂからなる
カソード電極１４が形成される。
は、リッジ構造の両側における電流を阻止するために、
リッジ構造の両側にｐ−ＩｎＰブロック層８、ｎ−Ｉｎ
Ｐブロック層９、ｐ−ＩｎＰ第２ブロック層１０が形成
され、リッジ構造のｎ−ＩｎＰクラッド層７及びその両
側のｐ−ＩｎＰ第２ブロック層１０を覆うように、ｎ−
ＩｎＰ第２クラッド層１１と、例えば０．１〜１．５μ
ｍの厚みを有するｎ+−ＩｎＰコンタクト層１２とが順
次形成される。そして、ｎ+−ＩｎＰコンタクト層１２
の上には、上述のリッジ構造の上に開口部１３ａを有す
るＳｉＯ2絶縁膜１３が形成され、その開口部１３ａに
おいてｎ+−ＩｎＰコンタクト層１２と接するようにＴ
ｉ／Ａｕ蒸着膜１４ａ及びＡｕメッキ層１４ｂからなる
カソード電極１４が形成される。
【００１８】尚、ｐ−ＩｎＰ基板５の下面には、Ｔｉ／
Ａｕアノード電極１５が形成され、その上にＡｕメッキ
層１６が形成される。ここで、Ｔｉ／Ａｕ蒸着膜１４ａ
とＴｉ／Ａｕアノード電極１５とは、例えば、数千オン
グストロームのＴｉ／Ａｕ蒸着膜により構成する。ま
た、Ａｕメッキ層１４ｂ及びＡｕメッキ層１６は、例え
ば、数ミクロンの厚さに形成する。尚、素子長（一端面
から他端面までの長さ）は、例えば５０〜２０００μｍ
程度に設定される。
Ａｕアノード電極１５が形成され、その上にＡｕメッキ
層１６が形成される。ここで、Ｔｉ／Ａｕ蒸着膜１４ａ
とＴｉ／Ａｕアノード電極１５とは、例えば、数千オン
グストロームのＴｉ／Ａｕ蒸着膜により構成する。ま
た、Ａｕメッキ層１４ｂ及びＡｕメッキ層１６は、例え
ば、数ミクロンの厚さに形成する。尚、素子長（一端面
から他端面までの長さ）は、例えば５０〜２０００μｍ
程度に設定される。
【００１９】以上のように構成された半導体光増幅器に
おいて、一方の端面（入力端面）から入射された光は、
リッジ構造のＭＱＷ活性層６をリッジ構造の長手方向に
伝送され、該ＭＱＷ活性層６における誘導放出により増
幅されて他方の端面から出力される。ここで特に本実施
の形態の形態の半導体光増幅器では、ＭＱＷ活性層６が
その幅方向の中央部で略直角に屈曲され第１部分と第２
部分とがほぼ同一形状でしかもほぼ直交するように構成
されているので、後述するように異なる偏光に対してそ
の偏波方向に関わらずほぼ同一利得とできる（偏光無依
存動作をさせることができる。）。
おいて、一方の端面（入力端面）から入射された光は、
リッジ構造のＭＱＷ活性層６をリッジ構造の長手方向に
伝送され、該ＭＱＷ活性層６における誘導放出により増
幅されて他方の端面から出力される。ここで特に本実施
の形態の形態の半導体光増幅器では、ＭＱＷ活性層６が
その幅方向の中央部で略直角に屈曲され第１部分と第２
部分とがほぼ同一形状でしかもほぼ直交するように構成
されているので、後述するように異なる偏光に対してそ
の偏波方向に関わらずほぼ同一利得とできる（偏光無依
存動作をさせることができる。）。
【００２０】＜偏光無依存動作が実現できる理由＞入射
光の電界ベクトルＥは右半分の第１部分の量子井戸面に
平行な方向ベクトルｅaとそれにほぼ直交する左半分の
第２部分の量子井戸面に平行な方向ベクトルｅbの成分
の和として、以下の式（１）で表される。
光の電界ベクトルＥは右半分の第１部分の量子井戸面に
平行な方向ベクトルｅaとそれにほぼ直交する左半分の
第２部分の量子井戸面に平行な方向ベクトルｅbの成分
の和として、以下の式（１）で表される。
【００２１】 Ｅin＝｜Ｅin｜cosθ・ｅa＋｜Ｅin｜sinθ・ｅb…式（１）
【００２２】ここで、θはベクトルＥinとベクトルｅa
のなす角である。尚、式（１）において、Ｅｉｎ，ｅ
ａ，ｅｂはベクトルであるが、文字の上に付すべき矢印
（→）は省略して描いている。以下の数式中においても
同様にベクトルを表す（→）は省略している。また、半
導体光増幅器を透過した光の電界は、第１部分の面に直
交する電界成分を有する偏光に対する利得係数をＧ
ａTE、第１部分の面に平行な電界成分を有する偏光に対
する利得係数をＧａTMとし、第２部分の面に直交する電
界成分を有する偏光に対する利得係数をＧｂTE、第２部
分の面に平行な電界成分を有する偏光に対する利得係数
をＧｂTMとすると、次の式（２）で表すことができる。
のなす角である。尚、式（１）において、Ｅｉｎ，ｅ
ａ，ｅｂはベクトルであるが、文字の上に付すべき矢印
（→）は省略して描いている。以下の数式中においても
同様にベクトルを表す（→）は省略している。また、半
導体光増幅器を透過した光の電界は、第１部分の面に直
交する電界成分を有する偏光に対する利得係数をＧ
ａTE、第１部分の面に平行な電界成分を有する偏光に対
する利得係数をＧａTMとし、第２部分の面に直交する電
界成分を有する偏光に対する利得係数をＧｂTE、第２部
分の面に平行な電界成分を有する偏光に対する利得係数
をＧｂTMとすると、次の式（２）で表すことができる。
【００２３】 Ｅout ＝｛ＧaTE＋ＧbTM｝｜Ｅin｜cosθ・ｅa＋｛ＧbTE＋ＧaTM｝｜Ｅin｜sinθ・ｅb …式（２）
【００２４】入射光強度Ｐinは、Ｐin∝｜Ｅin｜2であ
り、出射光強度Ｐoutは、Ｐout∝｜Ｅout｜2であり、ベ
クトルｅaとベクトルｅbは直交している。また。本実施
の形態では、ＭＱＷ活性層６がその幅方向の中央部で略
直角に屈曲され第１部分と第２部分とがほぼ同一形状で
しかもほぼ直交するように構成されているので、ＧａTE
＝ＧｂTM、ＧａTM＝ＧｂTEである。したがって、出射光
強度Ｐoutは次の式（３）であらわすことができる。
り、出射光強度Ｐoutは、Ｐout∝｜Ｅout｜2であり、ベ
クトルｅaとベクトルｅbは直交している。また。本実施
の形態では、ＭＱＷ活性層６がその幅方向の中央部で略
直角に屈曲され第１部分と第２部分とがほぼ同一形状で
しかもほぼ直交するように構成されているので、ＧａTE
＝ＧｂTM、ＧａTM＝ＧｂTEである。したがって、出射光
強度Ｐoutは次の式（３）であらわすことができる。
【００２５】 Ｐout∝｜Ｅout｜2 ＝｛ＧaTE＋ＧbTM｝2｜Ｅin｜2cos2θ＋｛ＧbTE＋ＧaTM｝2｜Ｅin｜2sin２θ ＋２｛ＧaTE＋ＧbTM｝×｛ＧbTE＋ＧaTM｝cosθ・sinθ（ｅa，ｅb）｜Ｅin｜ 2 ＝｛ＧaTE＋ＧbTM｝2｜Ｅin｜2∝｛ＧaTE＋ＧbTM｝2Ｐin…式（３）
【００２６】この式（３）から明らかなように、出射光
の強度は角度θに無関係に決まる。すなわち、本実施の
形態の構成によれば、偏波面と第１部分または第２部分
との成す角度θに関係無く、入射光の強度に対応して出
射光の強度が決定される。
の強度は角度θに無関係に決まる。すなわち、本実施の
形態の構成によれば、偏波面と第１部分または第２部分
との成す角度θに関係無く、入射光の強度に対応して出
射光の強度が決定される。
【００２７】＜Ｖ字の角度（第１部分と第２部分との成
す角度）＞第１部分と第２部分との成す角度であるＶ字
のひらき角をθとし、活性層（または、後述する光変調
器では吸収層）である動作層が特定方向の偏光に対して
のみ動作すると仮定した場合（最も偏光依存性が大きい
最も条件の厳しいケースの場合）の偏光依存度Δ（ｄ
Ｂ）は、次の式（４）で表される。
す角度）＞第１部分と第２部分との成す角度であるＶ字
のひらき角をθとし、活性層（または、後述する光変調
器では吸収層）である動作層が特定方向の偏光に対して
のみ動作すると仮定した場合（最も偏光依存性が大きい
最も条件の厳しいケースの場合）の偏光依存度Δ（ｄ
Ｂ）は、次の式（４）で表される。
【００２８】 Δ＝２０ｌｏｇ｛tan2（θ／２）｝…式（４）
【００２９】この式（４）に基いて計算すると、一般に
偏光無依存性として要求される特性である、偏光依存度
０．５ｄＢ以下とするため、より好ましい特性として
０．１〜０．３ｄＢ以下とするためには、以下の表のよ
うな角度に設定することが好ましい。
偏光無依存性として要求される特性である、偏光依存度
０．５ｄＢ以下とするため、より好ましい特性として
０．１〜０．３ｄＢ以下とするためには、以下の表のよ
うな角度に設定することが好ましい。
【００３０】表１
【００３１】＜実施の形態の半導体光増幅器の製造方法
＞次に、本実施の形態の半導体光増幅器の製造方法につ
いて図３を参照しながら説明する。本方法では、まず、
最初に図３(ａ)に示すように、ｐ−ＩｎＰ基板５の上に
エッチングにより頂角が略９０度の逆Ｖ字形の峰を形成
する。ここで、頂角とは峰の両側の傾斜面の成す角をい
う。この逆Ｖ字型の峰の形成は、例えば、基板にストラ
イプ状のレジストマスクを形成後、ブロムメタノールに
よりウェットエッチングを行う。この場合、峰のストラ
イプ幅は、上に形成する活性層６の幅（０．５〜２．５
μｍ）よりも少なくともマスク同士の合わせ精度分だけ
広く形成することが好ましい。
＞次に、本実施の形態の半導体光増幅器の製造方法につ
いて図３を参照しながら説明する。本方法では、まず、
最初に図３(ａ)に示すように、ｐ−ＩｎＰ基板５の上に
エッチングにより頂角が略９０度の逆Ｖ字形の峰を形成
する。ここで、頂角とは峰の両側の傾斜面の成す角をい
う。この逆Ｖ字型の峰の形成は、例えば、基板にストラ
イプ状のレジストマスクを形成後、ブロムメタノールに
よりウェットエッチングを行う。この場合、峰のストラ
イプ幅は、上に形成する活性層６の幅（０．５〜２．５
μｍ）よりも少なくともマスク同士の合わせ精度分だけ
広く形成することが好ましい。
【００３２】次に、ＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法を用い
て、図３(ｂ)に示すように、ＭＱＷ活性層６（ＩｎＧａ
X1ＡｓY1Ｐ井戸層とＩｎＧａX2ＡｓY2Ｐバリア層よりな
る）を結晶成長させる。さらに、図３(ｃ)に示すよう
に、ｎ−ＩｎＰクラッド層７をＭＯＣＶＤ法などにより
結晶成長する。
て、図３(ｂ)に示すように、ＭＱＷ活性層６（ＩｎＧａ
X1ＡｓY1Ｐ井戸層とＩｎＧａX2ＡｓY2Ｐバリア層よりな
る）を結晶成長させる。さらに、図３(ｃ)に示すよう
に、ｎ−ＩｎＰクラッド層７をＭＯＣＶＤ法などにより
結晶成長する。
【００３３】次に、図３(ｄ)に示すように、ＳｉＯ2を
ストライプ状にパターン形成することにより、所定の幅
のストライプ上のＳｉＯ2マスク２１を形成し、そのＳ
ｉＯ2マスク２１を用いてリッジ構造を形成するための
エッチングを行う。そして、図３(ｅ)に示すように、Ｓ
ｉＯ2マスク２１を選択成長マスクとして用いて、リッ
ジ構造の両側にＭＯＣＶＤ法などによりｐ−ＩｎＰ第１
ブロック層８、ｎ−ＩｎＰブロック層９、ｐ−ＩｎＰ第
２ブロック層１０を順次埋込成長する。
ストライプ状にパターン形成することにより、所定の幅
のストライプ上のＳｉＯ2マスク２１を形成し、そのＳ
ｉＯ2マスク２１を用いてリッジ構造を形成するための
エッチングを行う。そして、図３(ｅ)に示すように、Ｓ
ｉＯ2マスク２１を選択成長マスクとして用いて、リッ
ジ構造の両側にＭＯＣＶＤ法などによりｐ−ＩｎＰ第１
ブロック層８、ｎ−ＩｎＰブロック層９、ｐ−ＩｎＰ第
２ブロック層１０を順次埋込成長する。
【００３４】次に、ＳｉＯ2マスク２１を除去し、図３
(ｆ)に示すように、ｎ−ＩｎＰクラッド層１１、ｎ+−
ＩｎＰコンタクト層１２をＭＯＣＶＤ法などにより順次
結晶成長する。次いで、ｎ+−ＩｎＰコンタクト層１２
の上に、リッジ構造の上に開口部を有するＳｉＯ2絶縁
膜１３を形成し、その開口部１３ａにおいてｎ+−Ｉｎ
Ｐコンタクト層１２と接するようにＴｉ／Ａｕ蒸着膜１
４ａ及びＡｕメッキ層１４ｂからなるカソード電極１４
を形成する。そして、ｐ−ＩｎＰ基板５の下面に、Ｔｉ
／Ａｕアノード電極１５とＡｕメッキ層１６とを形成す
る。
(ｆ)に示すように、ｎ−ＩｎＰクラッド層１１、ｎ+−
ＩｎＰコンタクト層１２をＭＯＣＶＤ法などにより順次
結晶成長する。次いで、ｎ+−ＩｎＰコンタクト層１２
の上に、リッジ構造の上に開口部を有するＳｉＯ2絶縁
膜１３を形成し、その開口部１３ａにおいてｎ+−Ｉｎ
Ｐコンタクト層１２と接するようにＴｉ／Ａｕ蒸着膜１
４ａ及びＡｕメッキ層１４ｂからなるカソード電極１４
を形成する。そして、ｐ−ＩｎＰ基板５の下面に、Ｔｉ
／Ａｕアノード電極１５とＡｕメッキ層１６とを形成す
る。
【００３５】この後、ウエハより素子を分離し、両端面
に低反射コーティングを行い、各素子をはんだでヒート
シンクに接着し、ワイヤボンドによる配線を行い、半導
体光増幅器が完成する。以上の製造方法により図１及び
図２に示す偏光無依存動作が実現な実施の形態の半導体
光増幅器を製造することができる。
に低反射コーティングを行い、各素子をはんだでヒート
シンクに接着し、ワイヤボンドによる配線を行い、半導
体光増幅器が完成する。以上の製造方法により図１及び
図２に示す偏光無依存動作が実現な実施の形態の半導体
光増幅器を製造することができる。
【００３６】変形例．以上の実施の形態では、多重量子
井戸活性層６を逆Ｖ字型形状に形成したが、本発明はこ
れに限らず、図４及び図５に示すようにＶ字型形状に形
成するようにしてもよい。すなわち、本発明では、実施
の形態と同様の作用効果を奏するようにするために、少
なくとも活性層６をその幅方向の中央部で略直角に屈曲
させ、活性層６を互いにほぼ同一形状でかつ互いにほぼ
直交する第１部分と第２部分とによって構成するように
すればよい。
井戸活性層６を逆Ｖ字型形状に形成したが、本発明はこ
れに限らず、図４及び図５に示すようにＶ字型形状に形
成するようにしてもよい。すなわち、本発明では、実施
の形態と同様の作用効果を奏するようにするために、少
なくとも活性層６をその幅方向の中央部で略直角に屈曲
させ、活性層６を互いにほぼ同一形状でかつ互いにほぼ
直交する第１部分と第２部分とによって構成するように
すればよい。
【００３７】また、活性層を形成する前にＶ字型の溝を
形成する方法の１例としては、ｐ−ＩｎＰ基板にストラ
イプ状に開口されたレジストマスクを形成した後、ＨＣ
ｌによりウェットエッチングする方法がある。このよう
にすると斜面が約４５°の、すなわち頂角が略９０度の
溝がエッチングにより得られる。この場合も、溝の幅
は、上記活性層の幅（０．５〜２．５μｍ）よりも少な
くともマスク同士の合わせ精度分だけ広く形成すること
が好ましい。
形成する方法の１例としては、ｐ−ＩｎＰ基板にストラ
イプ状に開口されたレジストマスクを形成した後、ＨＣ
ｌによりウェットエッチングする方法がある。このよう
にすると斜面が約４５°の、すなわち頂角が略９０度の
溝がエッチングにより得られる。この場合も、溝の幅
は、上記活性層の幅（０．５〜２．５μｍ）よりも少な
くともマスク同士の合わせ精度分だけ広く形成すること
が好ましい。
【００３８】また、本実施の形態では、半導体光増幅器
について説明したが、本発明はこれに限られるものでは
なく、実施の形態の半導体光増幅器と同様の半導体層構
成を有する半導体光変調器にも適用することができる。
すなわち、半導体光変調器は、図１及び図２に示す実施
の形態の半導体光増幅器又は図４及び図５に示す変形例
の半導体光増幅器と同様に、例えば、ｐ型半導体である
ｐ−ＩｎＰ基板とｎ型半導体であるｎ−ＩｎＰクラッド
層との間に、一方向に光を伝送させるように制限された
所定の幅を有する量子井戸構造の多重量子井戸吸収層
（ＭＱＷ吸収層）が形成されてなり、印加される電圧に
対応してその吸収層における光の吸収率が変化すること
を利用して光を変調するものである。この半導体光変調
器においても、吸収層と入射される光の偏光面との角度
に依存して吸収層の光吸収率が変化するので、平坦な吸
収層を用いると変調特性に偏光依存性を生じる。
について説明したが、本発明はこれに限られるものでは
なく、実施の形態の半導体光増幅器と同様の半導体層構
成を有する半導体光変調器にも適用することができる。
すなわち、半導体光変調器は、図１及び図２に示す実施
の形態の半導体光増幅器又は図４及び図５に示す変形例
の半導体光増幅器と同様に、例えば、ｐ型半導体である
ｐ−ＩｎＰ基板とｎ型半導体であるｎ−ＩｎＰクラッド
層との間に、一方向に光を伝送させるように制限された
所定の幅を有する量子井戸構造の多重量子井戸吸収層
（ＭＱＷ吸収層）が形成されてなり、印加される電圧に
対応してその吸収層における光の吸収率が変化すること
を利用して光を変調するものである。この半導体光変調
器においても、吸収層と入射される光の偏光面との角度
に依存して吸収層の光吸収率が変化するので、平坦な吸
収層を用いると変調特性に偏光依存性を生じる。
【００３９】したがって、この半導体光変調器において
も、実施の形態と同様に、吸収層をその幅方向の中央部
で略直角に屈曲させ、吸収層を互いにほぼ同一形状でか
つ互いにほぼ直交する第１部分と第２部分とによって構
成することにより、その第１部分と第２部分によって平
均化され、偏光方向に依存しない一定の変調特性を得る
ことができる。すなわち、本発明に係る半導体光変調器
によれば、一つの素子で偏光無依存動作が可能な半導体
光変調器を提供することができる。
も、実施の形態と同様に、吸収層をその幅方向の中央部
で略直角に屈曲させ、吸収層を互いにほぼ同一形状でか
つ互いにほぼ直交する第１部分と第２部分とによって構
成することにより、その第１部分と第２部分によって平
均化され、偏光方向に依存しない一定の変調特性を得る
ことができる。すなわち、本発明に係る半導体光変調器
によれば、一つの素子で偏光無依存動作が可能な半導体
光変調器を提供することができる。
【００４０】以上のように、活性層又は吸収層等の動作
層をその幅方向の中央部で略直角に屈曲させることによ
り該動作層を互いにほぼ同一形状でかつ互いにほぼ直交
する第１部分と第２部分とによって構成するという本発
明の構成は、動作層と入力される光の偏光方向との角度
に対応して動作特性が偏光依存性を有する光半導体装置
に適用することができる。
層をその幅方向の中央部で略直角に屈曲させることによ
り該動作層を互いにほぼ同一形状でかつ互いにほぼ直交
する第１部分と第２部分とによって構成するという本発
明の構成は、動作層と入力される光の偏光方向との角度
に対応して動作特性が偏光依存性を有する光半導体装置
に適用することができる。
【００４１】以上の実施の形態では、ＩｎＰ基板を用い
て構成した例を示したが、本発明はこれに限られるもの
ではなく、ＧａＡｓ基板等の他の半導体基板を用いて構
成してもよい。尚、例えば、ＧａＡｓ基板を用いる場
合、基板上にＶ字型の峰又は溝を形成する時のウェット
エッチング液としては、Ｈ2ＳＯ4とＨ2Ｏ2とＨ2Ｏの混
合液を使用することができる。
て構成した例を示したが、本発明はこれに限られるもの
ではなく、ＧａＡｓ基板等の他の半導体基板を用いて構
成してもよい。尚、例えば、ＧａＡｓ基板を用いる場
合、基板上にＶ字型の峰又は溝を形成する時のウェット
エッチング液としては、Ｈ2ＳＯ4とＨ2Ｏ2とＨ2Ｏの混
合液を使用することができる。
【００４２】
【発明の効果】以上詳細に説明したことから明らかなよ
うに、本発明に係る光半導体装置は、ｐ型半導体とｎ型
半導体との間に、制限された幅を有する量子井戸構造の
動作層を備えた光半導体装置において、上記動作層は、
幅方向の中央部で略直角に屈曲されているので、動作層
における互いに略直交する２つの部分によって、各部分
の偏光依存性を相殺することができ、全体としての偏光
依存性を無くすことができる。これにより、本発明の光
半導体装置は、単一の素子で利得又は消光特性を劣化さ
せることなく偏光無依存化が可能となる。
うに、本発明に係る光半導体装置は、ｐ型半導体とｎ型
半導体との間に、制限された幅を有する量子井戸構造の
動作層を備えた光半導体装置において、上記動作層は、
幅方向の中央部で略直角に屈曲されているので、動作層
における互いに略直交する２つの部分によって、各部分
の偏光依存性を相殺することができ、全体としての偏光
依存性を無くすことができる。これにより、本発明の光
半導体装置は、単一の素子で利得又は消光特性を劣化さ
せることなく偏光無依存化が可能となる。
【００４３】また、本発明に係る光半導体装置は、上記
動作層におけるレーザ発振を抑制するように上記一端と
他端の反射率を設定することにより、偏光に依存しない
増幅が可能な半導体光増幅装置を提供することができ
る。
動作層におけるレーザ発振を抑制するように上記一端と
他端の反射率を設定することにより、偏光に依存しない
増幅が可能な半導体光増幅装置を提供することができ
る。
【００４４】また、本発明に係る光半導体装置は、上記
動作層を印加される電圧に対応して伝送される光の吸収
率が変化する吸収層とすることにより、偏光に依存しな
い変調特性を有する半導体光変調器を提供することがで
きる。
動作層を印加される電圧に対応して伝送される光の吸収
率が変化する吸収層とすることにより、偏光に依存しな
い変調特性を有する半導体光変調器を提供することがで
きる。
【００４５】また、本発明に係る光半導体装置では、上
記動作層の屈曲角を、８６．７°以上、９３．３°以下
とすることにより、偏光依存性を小さくできる。
記動作層の屈曲角を、８６．７°以上、９３．３°以下
とすることにより、偏光依存性を小さくできる。
【００４６】また、本発明に係る光半導体装置では、上
記動作層の屈曲角を、８８°以上、９２°以下とするこ
とにより、偏光依存性をより小さくすることができる。
記動作層の屈曲角を、８８°以上、９２°以下とするこ
とにより、偏光依存性をより小さくすることができる。
【００４７】また、本発明に係る光半導体装置では、上
記動作層の屈曲角を、８９．３°以上、９０．７°以下
とすることにより、偏光依存性をよりいっそう小さくす
ることができる。
記動作層の屈曲角を、８９．３°以上、９０．７°以下
とすることにより、偏光依存性をよりいっそう小さくす
ることができる。
【００４８】また、本発明に係る光半導体装置の製造方
法は、半導体基板に、幅方向に比較して十分長い長さを
有しかつ頂角が略９０度の逆Ｖ字型の峰を形成すること
と、上記峰の上に量子井戸構造の動作層を形成すること
とを含むので、幅方向の中央部で略直角に屈曲された動
作層を形成することができる。これにより、単一の素子
で利得又は消光特性を劣化させることなく偏光無依存化
が可能な光半導体装置を提供することができる。
法は、半導体基板に、幅方向に比較して十分長い長さを
有しかつ頂角が略９０度の逆Ｖ字型の峰を形成すること
と、上記峰の上に量子井戸構造の動作層を形成すること
とを含むので、幅方向の中央部で略直角に屈曲された動
作層を形成することができる。これにより、単一の素子
で利得又は消光特性を劣化させることなく偏光無依存化
が可能な光半導体装置を提供することができる。
【００４９】また、本発明に係る別の光半導体装置の製
造方法は、半導体基板に、幅方向に比較して十分長い長
さを有しかつ頂角が略９０度のＶ字型の溝を形成するこ
とと、上記溝の上に量子井戸構造の動作層を形成するこ
ととを含むので、幅方向の中央部で略直角に屈曲された
動作層を形成することができる。これにより、単一の素
子で利得又は消光特性を劣化させることなく偏光無依存
化が可能な光半導体装置を提供することができる。
造方法は、半導体基板に、幅方向に比較して十分長い長
さを有しかつ頂角が略９０度のＶ字型の溝を形成するこ
とと、上記溝の上に量子井戸構造の動作層を形成するこ
ととを含むので、幅方向の中央部で略直角に屈曲された
動作層を形成することができる。これにより、単一の素
子で利得又は消光特性を劣化させることなく偏光無依存
化が可能な光半導体装置を提供することができる。
【図１】 本発明に係る実施の形態の光半導体装置（半
導体光増幅器）の構成を示す斜視図である。
導体光増幅器）の構成を示す斜視図である。
【図２】 図１のＡ−Ａ’線についての断面図である。
【図３】 本発明に係る実施の形態の光半導体装置の製
造工程の流れを示す断面図である。
造工程の流れを示す断面図である。
【図４】 本発明に係る変形例の光半導体装置（半導体
光増幅器）の構成を示す斜視図である。
光増幅器）の構成を示す斜視図である。
【図５】 図１のＢ−Ｂ’線についての断面図である。
【図６】 従来例の光半導体装置の構成を模式的に示す
斜視図である。
斜視図である。
５ ｐ−ＩｎＰ基板、６ ＭＱＷ活性層、７ ｎ−Ｉｎ
Ｐクラッド層、８ ｐ−ＩｎＰブロック層、９ ｎ−Ｉ
ｎＰブロック層、１０ ｐ−ＩｎＰ第２ブロック層、１
１ ｎ−ＩｎＰ第２クラッド層、１２ ｎ+−ＩｎＰコ
ンタクト層、１３ＳｉＯ2絶縁膜、１４ａ Ｔｉ／Ａｕ
蒸着膜、１４ｂ，１６ Ａｕメッキ層、１４ カソード
電極、１５ Ｔｉ／Ａｕアノード電極、５０ 逆Ｖ字型
形状部。
Ｐクラッド層、８ ｐ−ＩｎＰブロック層、９ ｎ−Ｉ
ｎＰブロック層、１０ ｐ−ＩｎＰ第２ブロック層、１
１ ｎ−ＩｎＰ第２クラッド層、１２ ｎ+−ＩｎＰコ
ンタクト層、１３ＳｉＯ2絶縁膜、１４ａ Ｔｉ／Ａｕ
蒸着膜、１４ｂ，１６ Ａｕメッキ層、１４ カソード
電極、１５ Ｔｉ／Ａｕアノード電極、５０ 逆Ｖ字型
形状部。
Claims (8)
- 【請求項１】 ｐ型半導体とｎ型半導体との間に、一端
から他端に至る長手方向とその長手方向に光を伝送させ
るように制限された幅とを有する量子井戸構造の動作層
を備えた光半導体装置において、 上記動作層は、幅方向の中央部で略直角に屈曲されてい
ることを特徴とする光半導体装置。 - 【請求項２】 上記動作層におけるレーザ発振を抑制す
るように上記一端と他端の反射率を設定し、一端から入
力される光を増幅して他端から出力する請求項１記載の
光半導体装置。 - 【請求項３】 上記動作層は印加される電圧に対応して
伝送される光の吸収率が変化する吸収層である請求項１
記載の光半導体装置。 - 【請求項４】 上記動作層の屈曲角が、８６．７°以
上、９３．３°以下である請求項１〜３のうちのいずれ
か１項に記載の光半導体装置。 - 【請求項５】 上記動作層の屈曲角が、８８°以上、９
２°以下である請求項１〜３のうちのいずれか１項に記
載の光半導体装置。 - 【請求項６】 上記動作層の屈曲角が、８９．３°以
上、９０．７°以下である請求項１〜３のうちのいずれ
か１項に記載の光半導体装置。 - 【請求項７】 半導体基板に、幅方向に比較して十分長
い長さを有しかつ頂角が略９０度の逆Ｖ字型の峰を形成
することと、 上記峰の上に量子井戸構造の動作層を形成することとを
含む光半導体装置の製造方法。 - 【請求項８】 半導体基板に、幅方向に比較して十分長
い長さを有しかつ頂角が略９０度のＶ字型の溝を形成す
ることと、 上記溝の上に量子井戸構造の動作層を形成することとを
含む光半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000119355A JP2001308467A (ja) | 2000-04-20 | 2000-04-20 | 光半導体装置とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000119355A JP2001308467A (ja) | 2000-04-20 | 2000-04-20 | 光半導体装置とその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001308467A true JP2001308467A (ja) | 2001-11-02 |
Family
ID=18630347
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000119355A Pending JP2001308467A (ja) | 2000-04-20 | 2000-04-20 | 光半導体装置とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001308467A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7288783B2 (en) | 2002-01-07 | 2007-10-30 | Fujitsu Limited | Optical semiconductor device and method for fabricating the same |
| CN100354701C (zh) * | 2003-11-21 | 2007-12-12 | 中国科学院半导体研究所 | 偏振不灵敏半导体光放大器的制作方法 |
| JP2014059170A (ja) * | 2012-09-14 | 2014-04-03 | V Technology Co Ltd | 半導体リングレーザー装置 |
-
2000
- 2000-04-20 JP JP2000119355A patent/JP2001308467A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7288783B2 (en) | 2002-01-07 | 2007-10-30 | Fujitsu Limited | Optical semiconductor device and method for fabricating the same |
| CN100354701C (zh) * | 2003-11-21 | 2007-12-12 | 中国科学院半导体研究所 | 偏振不灵敏半导体光放大器的制作方法 |
| JP2014059170A (ja) * | 2012-09-14 | 2014-04-03 | V Technology Co Ltd | 半導体リングレーザー装置 |
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