JP2002134826A

JP2002134826A - 半導体光集積素子

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Publication number: JP2002134826A
Application number: JP2001328510A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Aoki; 雅博青木; Hirohisa Sano; 博久佐野; Shinji Sakano; 伸治坂野; Makoto Suzuki; 鈴木　　誠; Makoto Takahashi; 誠高橋; Kazuhisa Uomi; 和久魚見; Tatsumi Ido; 立身井戸; Atsushi Takai; 厚志高井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-10-26
Filing date: 2001-10-26
Publication date: 2002-05-10

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は半導体量子井戸構造を有する光集積素
子に関し、特に異種機能を有する個々の集積光素子の性
能向上を極めて容易に実現する構造及び製造方法を提供
することである。また、更なる目的は、光機能部の光利
得、光吸収係数がＴＥ、ＴＭモ−ドで異なる半導体光集
積素子を実現することである。【解決手段】量子井戸構造を構成する結晶成長層の半導
体基板に対する格子不整合量が各光機能部で異なるよう
な光導波層を有する半導体光素子を同一半導体基板上に
集積化した半導体光集積素子及び半導体基板上に形成し
た絶縁膜パターニングマスクを用いた領域選択成長技術
を用いた半導体光集積素子の製造方法を開示する。【効果】集積する光素子個々の性能を最大に引き出す素
子設計を行うことができる。素子間のほぼ１００％光結
合を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体光集積素子及
びその製造方法に係り、特に光通信用モジュール、光通
信システムに用いて好適な半導体光集積素子及びその製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】２軸性の歪を有する超格子構造の導入に
より半導体レーザ、光変調器、光スイッチ、光検出器、
光増幅器等の半導体光機能素子の特性を大きく改善でき
ることが知られている。今後、光応用技術の進展に伴い
これらのモノリシック集積化が必要不可欠になると考え
られるが、現状の結晶成長技術では異なる歪量をもつ超
格子構造の集積化は不可能であり実現例もこれまでに無
かった。このため、これまでの集積素子内での動作光の
偏波はＴＥモ−ドに限定されていた。

【０００３】一方、同一半導体基板上に異種機能素子を
集積化する方法として、図１Ａ、Ｂに示すように、選択
成長を用いて基板面内でのバンドギャップエネルギ−を
制御する方法が提案されている。なお、この種の半導体
光集積素子として関連するものに、例えば、電子情報通
信学会秋季大会Ｃ−１３３、１９９１年９月５日が挙げ
られる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法によれば絶縁マスク１を形成した半導体基板２上に
量子井戸構造３を結晶成長することにより基板面内に量
子井戸層厚の異なる、すなわち、量子準位の異なる量子
井戸光導波路を単一の結晶成長で集積化できる。この場
合、集積する素子の量子井戸層厚及び混晶組成は必要な
絶縁マスク幅から一意に規定されてしまう。このため、
基板面内での歪量制御が不可能であり素子特性の一層の
向上が期待できる歪系の量子井戸構造への応用が困難だ
った。このため集積素子毎に量子井戸層等の素子構造を
最適設計することはできなかった。本発明は、歪量（格
子不整合度、圧縮歪／引張歪）が異なる量子井戸構造の
集積化により半導体光素子の性能を大幅に向上すること
を目的とする。本発明のさらなる目的は、歪量（格子不
整合度、圧縮歪／引張歪）が基板面内で異なる量子井戸
構造を提供することにある。また、前記歪量の組合せに
より、従来では存在しなかった光学特性の偏波面依存性
の異なる光導波路の集積化、および動作光の任意の偏波
面制御が可能な光集積素子及びその好適な作製法を提供
する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者らは、量子井戸結晶層の組成、つまり下地
基板に対する格子不整合量が異なる半導体光集積素子を
提供する。さらに、上記の実現に向けた半導体光集積素
子の製造方法を半導体基板上に形成した絶縁膜パターニ
ングマスクを用いた領域選択成長技術により提供するも
のである。

【０００６】まづ、光軸方向に格子不整合量が異なる量
子井戸構造を有する半導体光集積素子についてその特長
を列挙する。（１）圧縮歪を有する量子井戸導波路層と引張歪を有す
る量子井戸導波路層を集積した場合、圧縮歪量子井戸素
子では結晶成長面に平行な偏波面を持つ光（ＴＥ偏波
光）を、引張歪量子井戸素子では結晶成長面に垂直な偏
波面を持つ光（ＴＭ偏波光）をそれぞれ独立に制御でき
るため、偏波無依存な光素子や動作光の任意の偏波面制
御が可能な光集積素子を実現することができる。（２）圧縮歪を有する量子井戸導波路層を半導体能動素
子、引張歪を有する量子井戸導波路層を半導体受動素子
として用いた場合、圧縮歪量子井戸能動素子から発生す
るＴＥ偏波光に対し、引張歪受動導波路層の伝搬損失が
大きく低減できる。これは引張歪をもつ半導体層では光
吸収に関し軽い正孔帯が関与するためとにより、ＴＭ偏
波光の光吸収が支配的になるためである。

【０００７】また、圧縮歪を有する量子井戸導波路層を
半導体受動素子、引張歪を有する量子井戸導波路層を半
導体能動素子として用いた場合についても同様な議論が
成立することを付記する。（３）能動受動素子に共に引張歪を有する量子井戸導波
路層を導入した場合、発光、光吸収、屈折率変化などの
光学特性に対して全て軽い正孔帯が関与し、動作光はＴ
Ｍ偏波光となる。このため、発光素子に対しては発光効
率の向上、発振波長の安定性や温度特性の改善、高速動
作化等が図れる。また、受動素子に対しては吸収係数や
屈折率変化の増大、高速動作化、動作光出力の増大が実
現できる。（４）能動受動素子に共に圧縮歪を有する量子井戸導波
路層を導入した場合、重い正孔の有効質量は１／１０程
度にまで軽くなり、軽い正孔と同様の効果が現われる。
このため、（３）と同様の素子性能向上が期待できる。

【０００８】以上の様に歪量の異なる量子井戸構造を有
する光集積素子によりの組合せにより高性能な光集積素
子を実現することが出来る。

【０００９】では以下、歪量（格子不整合度、圧縮歪／
引張歪）が異なる量子井戸構造を有する半導体光集積素
子の作製法について説明する。図２に示した半導体基板
２上に絶縁膜パターニングマスク１を形成する。ここ
で、パターニング間の半導体が露出している部分を成長
領域、その幅を成長領域幅と定義する。図２に示すよう
に、成長領域幅が光軸方向で変化するように絶縁膜マス
ク１をパターニングしている。このような絶縁膜パター
ニングマスク１を有する半導体基板２上に図３Ａに示す
ように、III／Ｖ族の混晶半導体で構成される光導波路
層４、量子井戸層５、量子障壁層６から構成される量子
井戸構造３及びクラッド層７を気相成長する。ここで、
量子井戸層５は格子定数の異なる２種以上のIII族元
素、例えばＧａやＩｎで構成されるものとする。この場
合、絶縁膜パターニングマスク上には結晶成長が起こら
ないため、成長領域のみに選択的に成長が起こる（領域
選択成長）。また、絶縁膜パターニングマスク１上に飛
来した成長原料種は成長領域に表面拡散、気相拡散する
ため、目開き長が小さい程、成長速度は増大する。この
時、成長層の組成変化も同時におこる。これは、同族元
素材料間、特にIII族材料間の絶縁膜パターニングマス
ク１上での拡散長が異なるために起こる現象である。例
えば、前出のＧａとＩｎではＩｎ原料種の方が拡散長が
大きいため、選択成長により結晶中のＩｎ組成が豊富に
なり、結晶格子定数は下地基板のそれより長くなる。こ
の拡散長や格子定数の大小関係はIII族元素の組合せに
より異なるため領域選択成長により結晶格子定数が下地
基板のそれより短くなる場合も有ることを付記する。ま
た、これらの成長層厚の増大や組成変化は成長領域幅の
減少と共に顕著になる。従って、この組成変化を積極的
に用いれば、量子井戸構造の基板面内での組成、つまり
歪量を成長領域幅により容易に制御することができ、こ
の技術を用いて基板面内に歪量の異なる量子井戸構造を
有する高性能な半導体光集積素子を作製することができ
る。具体的には、図３Ａに示した量子井戸構造の結晶成
長において、図３Ｂに示すように、成長領域幅の大きい
領域ｂでは量子井戸層５の結晶格子定数を量子障壁層６
のそれよりも予め短く設定し、量子井戸層に引張歪を有
する量子井戸構造とする。この時、前述の組成変化によ
り、目開き長の小さな領域ａにおいては量子井戸層に圧
縮歪を有する量子井戸構造が自動的に形成される。ここ
で、光導波路層４、量子障壁層６及びクラッド層７には
後に実施例で示すようにIII族元素組成比が１もしくは
十分大きな混晶半導体を用いているため、図３Ｂに示す
ように、２領域ａ、ｂで成長層組成に大きな差異が生じ
ない。例えば、ＩｎxＧａ1-xＡｓＰにおいてIII族元素
であるＩｎとＧａの組成比が共に０．５程度の場合には
２領域で層厚、組成の変化が大きくなるが、いずれかの
元素の組成比が大きくなるに従いこの変化は小さくな
る。このような化合物半導体の組成比が、領域選択成長
における層厚、組成の変化に寄与する度合いは、Ｖ族元
素に比べてIII族元素のほうが桁違いに大きい。同族の
元素ＡとＢの組成比をそれぞれ［Ａ］、［Ｂ］としたと
き、χ≡［Ａ］／［Ｂ］で定義されるχの値が、０．２
５≦χ≦４で大きな変化が得られ、１で最大の変化とな
る。この際、成長条件は目開き長の大きい領域ｂにおい
て量子井戸層の格子定数が、混晶半導体結晶を構成する
原子の絶縁膜パターニングマスク１上での、ガス組成や
移動距離が元素間で異なるために、パターニング幅に応
じて成長層の組成及び層厚が異なった量子井戸構造３が
自動的に形成される。領域ａ、ｂは同一の結晶成長で形
成されているため２領域は極めて滑らかに結合してお
り、結合損失が著しく低減され、光結合効率はほぼ１０
０％となる。図４は、原料ガス供給量、成長温度等の成
長条件を一定にし、ＩｎＧａＡｓＰ四元層及びＩｎＧａ
Ａｓ三元層をＩｎＰ基板上に有機金属気相成長した場合
の、パターニングマスク幅に対する成長層の下地基板に
対する格子不整合度を調べた結果の一例である。結晶成
長は図の挿絵に示すように、全て成長領域幅は２０μｍ
一定とし、マスク幅がゼロつまり通常の成長の場合格子
不整が負、マスク幅５０μｍの場合格子整合する様な条
件で行った。図に示すように、同一基板上で、異なった
マスク幅に設定することにより、歪量の異なる量子井戸
構造を複数種、任意に設定することができる。図５は量
子井戸層厚増大及び前述の井戸層組成変化による量子井
戸構造の等価的なエネルギ−ギャップ変化をＰＬピ−ク
波長により表した結果の一例である。従来の方法では圧
縮歪によるエネルギ−ギャップの縮小効果のみを用いて
いたため、エネルギーギャップ制御幅は１００ｍｅＶ程
度に制限されていたが、本発明によれば負の歪も用いる
ことによりエネルギーギャップ制御幅を従来の２倍程度
まで拡大できる。このため、本技術の光集積素子応用へ
の設計自由度が大きく向上する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図６〜図
１４を用いて説明する。

【００１１】実施例１図６において、ｎ−ＩｎＰ基板８上に半導体基板が露出
した領域（成長領域幅）が、回折格子９が形成されてい
る領域と形成されていない領域とで光導波路方向に異な
るようなＳｉＯ2、ＳｉＮX、ａ−Ｓｉ等の絶縁物パター
ニングマスク１０を形成する。次に、このパターニング
基板上にＩｎ0.85Ｇａ0.15Ａｓ0.33Ｐ0.67四元導波路層
１１、ＩｎxＧａ1-xＡｓ三元量子井戸層１２及びＩｎ0.
85Ｇａ0.15Ａｓ0.33Ｐ0.67四元量子障壁層１３で構成さ
れる多重量子井戸構造１４、およびｐ−ＩｎＰクラッド
層１５を順次、有機金属気相成長法で結晶成長する。図
４から２領域の目開き長をそれぞれ４５μｍ、６０μｍ
とすることによって、利得ピーク波長をそれぞれ１．４
８μｍ、１．５６μｍに設定すると同時に量子井戸構造
の格子歪量をそれぞれ−０．５％、＋０．５％に設定す
る。このようにして各半導体層を形成した後、上部電極
１６、下部電極１７を通常の蒸着法等により形成して半
導体光集積素子を得る。本構造を、それぞれ光変調器、
分布帰還型レーザとして用いることにより電界吸収型変
調器集積化光源を実現できる。図７は更に埋込構造、電
流狭窄構造を公知の方法により導入した実施例の素子構
造である。変調器への引張歪導入により利得ピーク波長
を１．４８μｍに保ったまま量子井戸層厚を無歪の場合
の約１．５倍の６０Åに広げることが出来る。電界吸収
効果は井戸層厚の４乗にほぼ比例するため、電界吸収効
果は５倍に増大する。これにより、変調器の駆動電圧を
従来の半分に、変調時のチャ−ピングを１／１０程度に
まで低減でき、極めて容易に高性能、高信頼の光集積素
子を実現することができた。

【００１２】実施例２図８は実施例１における光変調器、分布帰還型レーザ部
の量子井戸層をそれぞれ−１．５％、−１．０％の引張
歪を有する量子井戸層１４で置き換え、更に埋込構造、
電流狭窄構造を公知の方法により導入した実施例の素子
構造である。この場合、発振光はＴＭモ−ドとなり、レ
−ザ発光、光吸収には従来の重い正孔帯に替わり軽い正
孔帯が関与する。このため、レ−ザの発振波長の安定
性、変調器の変調効率、高速性を大きく改善することが
できる。

【００１３】実施例３図９に示す光集積素子では実施例１と同様な手法によ
り、２領域の利得ピーク波長をそれぞれ１．５０μｍ、
１．５５μｍに設定すると同時に量子井戸構造の格子歪
量をそれぞれ−１．０％、０．５％に設定する。このよ
うにして各半導体層を形成した後、上部分離電極１６、
下部電極１７を通常の蒸着法等により形成して半導体光
集積素子を得る。本構造を、それぞれＴＥ、ＴＭモ−ド
光増幅器として用い、電流注入によりＴＥ、ＴＭモ−ド
の増幅率を独立に制御することにより極めて容易に偏波
無依存の光増幅器を実現できる。図９は更に埋込構造、
電流狭窄構造を公知の方法により導入した実施例の素子
構造である。これにより、光増幅器の偏波無依存性を完
全に除去することができる。また、電流注入または電圧
印加によりＴＥまたはＴＭモ−ドの増幅率及び吸収係数
を独立に制御することにより、ＴＥ、ＴＭモ−ドフィル
タを構成できる。

【００１４】実施例４図９において、ｎ−ＩｎＰ基板８上に半導体基板が露出
した領域（成長領域幅）が回折格子９が形成されている
領域と形成されていない領域とで光導波路方向に幅の異
なるＳｉＯ2、ＳｉＮX、ａ−Ｓｉ等の絶縁物からなるパ
ターニングマスク１０を形成する。次に、このパターニ
ング基板上にＩｎ0.85Ｇａ0.15Ａｓ0.33Ｐ0.67四元導波
路層１１、ＩｎxＧａ1-xＡｓ三元量子井戸層１２及びＩ
ｎ0.85Ｇａ0.15Ａｓ0.33Ｐ0.67四元量子障壁層１３で構
成される多重量子井戸層１４、およびｐ−ＩｎＰクラッ
ド層１５を順次、有機金属気相成長法で結晶成長する。
この際、目開き領域に成長される三元、四元結晶の組成
は図４に示したようにパターニングマスクの目開き領域
長によって変化する。図４から２領域の目開き長をそれ
ぞれ３０μｍ、９０μｍとすることによって、利得ピー
ク波長をそれぞれ１．２５μｍ、１．５５μｍに設定す
ると同時に量子井戸構造の格子歪量をそれぞれ−１％、
＋１％に設定する。このようにして各半導体層を形成し
た後、上部電極１６、下部電極１７を通常の蒸着法等に
より形成して半導体光集積素子を得る。本構造を、それ
ぞ分布反射器１８、活性領域１９として用いることによ
り分布反射型レ−ザを実現できる。図１０は更に埋込構
造、電流狭窄構造を公知の方法により導入した実施例の
素子構造である。この場合、圧縮歪を有する活性層１９
で発生するＴＥ光に対して引張歪を有する分布反射器１
８はほぼ無損失となるためレ−ザの発振しきい値の低
減、スペクトル線幅の低減を達成できる。本実施例では
活性領域を圧縮歪量子井戸、分布反射器１８を引張歪量
子井戸で構成したが、作用に記述したように、これを逆
に活性領域を引張歪量子井戸、分布反射器１８を圧縮歪
量子井戸で構成しても同様の効果が得られる。

【００１５】実施例５図１１は同様の手法で光増幅器を集積した交差型光スイ
ッチの実現例である。図１２に示すようなＳｉＯ2、Ｓ
ｉＮX、ａ−Ｓｉ等の絶縁物からなるパターニングマス
ク１０を有するｎ−ＩｎＰ基板８上に利得ピーク波長が
１．４５μｍで井戸層に−１％の引張歪を有する量子井
戸構造１４を形成する。この際、領域ａ、ｃでは利得ピ
ーク波長が１．５０μｍで井戸層に＋０．５％の圧縮
歪、領域ｂには利得ピーク波長が１．５５μｍで井戸層
に＋１．０％の圧縮歪となるようにマスク幅、成長領域
幅を調整する。図１１Ｂは更に埋込構造、導波路構造、
電流狭窄構造を公知の方法により導入した実施例の素子
構造である。このように、圧縮、引張両歪を有する量子
井戸構造を面内に配置することにより、光反射部、光増
幅部は図１１に示すようにＴＥ、ＴＭモ−ド両偏波光に
対してそれぞれ独立に制御することが可能となる。この
実施例によれば、ごく低損失、高消光比、完全偏波無依
存の光スイッチを極めて容易に実現できる。

【００１６】実施例６図１３は、サブマウント２０上に実施例１または実施例
２の分布帰還型レーザ及び光変調器集積素子２１とその
光軸上に球レンズ２２を介し先球ファイバ２３を固定
し、さらに変調駆動回路２４を内蔵した光通信用送信モ
ジュール２５である。本モジュールを用いれば高ファイ
バ光出力、低チャーピングの高速送信光信号を容易に作
り出せる。

【００１７】実施例７図１４は、サブマウント２０上に実施例３の偏波無依存
の光増幅器２６とその光軸上に球レンズ２２を介し２本
の先球ファイバ２３を固定し、さらに駆動回路２７を内
蔵した光通信用中継モジュール２８である。本モジュー
ルを用いればＴＥ、ＴＭモ−ドの増幅率を独立に制御す
ることにより極めて容易に完全に偏波無依存の光中継モ
ジュールを実現できる。

【００１８】実施例８図１５は、実施例５の送信モジュール２５を用いた幹線
系光通信システムである。送信装置２９は送信モジュー
ル２５とこのモジュール２５を駆動するための駆動系３
０とを有する。モジュール２５からの光信号がファイバ
３１を通って受信装置３２内の受光部３３で検出され
る。本実施例に係る光通信システムによれば１００ｋｍ
以上の無中継光伝送が容易に実現できる。これはチャー
ピングが著しく低減される結果、ファイバ３１の分散に
よる信号劣化がやはり著しく低減されることに基づく。

【００１９】

【発明の効果】本発明に係る半導体光集積素子よれば、
複数の量子井戸層厚、歪量（格子不整合度、圧縮歪／引
張歪）が異なる量子井戸構造の集積化により半導体光素
子の性能を大幅に向上することができる。また本発明に
係る半導体光集積素子の製造方法によれば、複数の量子
井戸層厚、歪量（格子不整合度、圧縮歪／引張歪）が基
板面内で異なる量子井戸構造を実現できる。また、前記
歪量の組合せにより、従来では存在しなかった偏波面依
存性の異なる光導波路の集積化し、動作光の任意の偏波
面制御が可能な光集積素子及びその好適な作製法を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術を説明するための図である。

【図２】本発明の作用を説明するための図である。

【図３】本発明の作用を説明するための図である。

【図４】本発明の作用を説明するための図である。

【図５】本発明の作用を説明するための図である。

【図６】本発明の実施例を説明するための図である。

【図７】本発明の実施例を説明するための図である。

【図８】本発明の実施例を説明するための図である。

【図９】本発明の実施例を説明するための図である。

【図１０】本発明の実施例を説明するための図である。

【図１１】本発明の実施例を説明するための図である。

【図１２】本発明の実施例を説明するための図である。

【図１３】本発明の実施例を説明するための図である。

【図１４】本発明の実施例を説明するための図である。

【図１５】本発明の実施例を説明するための図である。

【符号の説明】

１…絶縁膜パターニングマスク、２…半導体基板、３…
量子井戸構造、４…光導波路層、５…量子井戸層、６…
量子障壁層、７…クラッド層、８…ｎ−ＩｎＰ基板、９
…回折格子、１０…パタ−ニングマスク、１１…ＩｎＧ
ａＡｓＰ導波路層、１２…ＩｎＧａＡｓ三元量子井戸
層、１３…ＩｎＧａＡｓＰ量子障壁層、１４…多重量子
井戸構造、１５…ｐ−ＩｎＰクラッド層、１６…上部電
極、１７…下部電極、１８…分布反射器、１９…活性
層、２０…サブマウント、２１…光変調器集積素子、２
２…球レンズ、２３…先球ファイバ、２４…変調駆動回
路、２５…光通信用送信モジュール、２６…偏波無依存
光増幅器、２７…モジュール駆動系、２８…光通信用中
継モジュール、２９…送信装置、３０…送信モジュール
駆動系、３１…光ファイバ、３２…受信装置、３３…受
光部。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１３年１１月７日（２００１．１１．
７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の半導体光
集積素子において、前記第１の光導波層では利得が０よ
り大きく、前記第２の光導波層では利得が０以下である
ことを特徴とする半導体光集積素子。

【請求項５】請求項１〜３のいずれかに記載の半導体光
集積素子において、前記第１、２の光導波層での利得が
共に０より大きいことを特徴とする半導体光集積素子。

【請求項６】請求項１〜３のいずれかに記載の半導体光
集積素子において、前記第１または第２の光導波層の少
なくとも一方が量子井戸構造を有することを特徴とする
半導体光集積素子。

【請求項７】請求項１〜３のいずれかに記載の半導体光
集積素子において、前記結晶成長層は有機金属気相成長
法により形成されたものであることを特徴とする半導体
光集積素子。

【請求項８】請求項１〜３のいずれかに記載の半導体光
集積素子において、前記第１および第２の光導波層のコ
ア層の形成は１回の結晶成長により行うことを特徴とす
る半導体光集積素子。

【請求項９】請求項１に記載の半導体光集積素子におい
て、前記第１の光機能部は格子定数が半導体基板よりも
大きい量子井戸層、前記第２の光機能部は格子定数が半
導体基板よりも小さい量子井戸層を有する半導体光集積
素子。

【請求項１０】請求項１に記載の半導体光集積素子にお
いて、前記第１、第２の光機能部は共に格子定数が半導
体基板よりも大きい量子井戸層を有する半導体光集積素
子。

【請求項１１】請求項１に記載の半導体光集積素子にお
いて、前記第１、第２の光機能部は共に格子定数が半導
体基板よりも小さい量子井戸層を有する半導体光集積素
子。

【請求項１２】請求項９〜１１のいずれかに記載の半導
体光集積素子において、前記第１の光機能部は利得が０
より大きく、前記第２の光機能部は利得が０以下である
半導体光集積素子。

【請求項１３】請求項９に記載の半導体光集積素子にお
いて、前記第１、第２の光機能部の利得が共に０より大
きい半導体光集積素子。

【請求項１４】請求項１２に記載の半導体光集積素子に
おいて、前記第１の光機能部は分布帰還型レ−ザ、第２
の光機能部は半導体光変調器である半導体光集積素子。

【請求項１５】請求項１２に記載の半導体光集積素子に
おいて、前記第１の光機能部は活性領域、第２の光機能
部は分布反射器であることを特徴とする半導体光集積素
子。

【請求項１６】請求項１３に記載の半導体光集積素子に
おいて、前記第１、第２の光機能部は半導体光増幅器で
ある半導体光集積素子。

【請求項１７】請求項１３に記載の半導体光集積素子に
おいて、前記第１、第２の光機能部は半導体光偏波フィ
ルタである半導体光集積素子。

【請求項１８】請求項１に記載の前記半導体光集積素子
と、この半導体光集積素子からの出力光を外部に導波す
るための導波手段と、この導波手段に上記半導体光集積
素子からの出力光を集光するための集光手段と、上記半
導体光集積素子を駆動するための駆動手段とを有する光
通信用モジュール。

【請求項１９】請求項１７に記載の半導体光集積素子に
おいて、ＴＥ偏波光を増幅するための化合物半導体から
なる活性光導波層を有する第１の光機能部とＴＭ偏波光
を増幅するための化合物半導体からなる活性光導波層を
有する第２の光機能部とを有し、ＴＥ偏波光、ＴＭ偏波
光をそれぞれ独立に増幅できる半導体光増幅器と、この
半導体光増幅器の入出力光を導波させるための導波手段
と、この導波手段に上記半導体光増幅器の入出力光を集
光するための集光手段と、上記半導体光光増幅器を駆動
するための駆動手段とを有する光通信用モジュール。

【請求項２０】化合物半導体からなる第１の光導波層を
有する第１の光機能部の他に、少なくとも化合物半導体
からなる第２の光導波層を有する第２の光機能部を同一
半導体基板面内に有する半導体光集積素子。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】実施例４図９において、ｎ−ＩｎＰ基板８上に半導体基板が露出
した領域（成長領域幅）が回折格子９が形成されている
領域と形成されていない領域とで光導波路方向に幅の異
なるＳｉＯ₂、ＳｉＮ_X、ａ−Ｓｉ等の絶縁物からなるパ
ターニングマスク１０を形成する。次に、このパターニ
ング基板上にＩｎ₀.₈₅Ｇａ₀.₁₅Ａｓ₀. ₃₃Ｐ₀.₆₇四元導波
路層１１、Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ三元量子井戸層１２及びＩ
ｎ₀.₈₅Ｇａ₀.₁₅Ａｓ₀.₃₃Ｐ₀.₆₇四元量子障壁層１３で構
成される多重量子井戸層１４、およびｐ−ＩｎＰクラッ
ド層１５を順次、有機金属気相成長法で結晶成長する。
この際、目開き領域に成長される三元、四元結晶の組成
は図４に示したようにパターニングマスクのマスク幅に
よって変化する。図４から２領域の目開き長をそれぞれ
３０μｍ、９０μｍとすることによって、利得ピーク波
長をそれぞれ１．２５μm、１．５５μmに設定すると同
時に量子井戸構造の格子歪量をそれぞれ−１％、＋１％
に設定する。このようにして各半導体層を形成した後、
上部電極１６、下部電極１７を通常の蒸着法等により形
成して半導体光集積素子を得る。本構造を、それぞれ分
布反射器１８、活性領域１９として用いることにより分
布反射型レ−ザを実現できる。図１０は更に埋込構造、
電流狭窄構造を公知の方法により導入した実施例の素子
構造である。この場合、圧縮歪を有する活性層１９で発
生するＴＥ光に対して引張歪を有する分布反射器１８は
ほぼ無損失となるためレ−ザの発振しきい値の低減、ス
ペクトル線幅の低減を達成できる。本実施例では活性領
域を圧縮歪量子井戸、分布反射器１８を引張歪量子井戸
で構成した。

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｓ 5/50 ６３０Ｈ０１Ｓ 5/50 ６３０ (72)発明者坂野伸治東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者鈴木誠東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者高橋誠東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者魚見和久東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者井戸立身東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者高井厚志東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内Ｆターム(参考） 5F073 AA22 AA64 AA74 AB12 AB21 CA12 DA05 DA35

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】化合物半導体からなる第１の光導波層を有
する第１の光機能部の他に、少なくとも化合物半導体か
らなる第２の光導波層を有する第２の光機能部を同一半
導体基板面内に有する半導体光集積素子において、上記
第１、第２の光機能部の光導波層を構成する一部または
全ての結晶成長層の格子不整合量が半導体基板に対して
異なることを特徴とする半導体光集積素子。
【請求項２】化合物半導体からなる第１の光導波層を有
する第１の光機能部の他に、少なくとも化合物半導体か
らなる第２の光導波層を有する第２の光機能部を同一半
導体基板面内に有する半導体光集積素子において、上記
第１の光機能部の光導波層ではＴＥ偏波光に対する光利
得、光吸収係数のいずれかまたは両者がＴＭ偏波光に対
するそれより大きく、第２の光機能部の光導波層では逆
にＴＭ偏波光に対する光利得、光吸収係数のいずれかま
たは両者がＴＥ偏波光に対するそれより大きいことを特
徴とする半導体光集積素子。
【請求項３】化合物半導体からなる第１の光導波層を有
する第１の光機能部の他に、少なくとも化合物半導体か
らなる第２の光導波層を有する第２の光機能部を同一半
導体基板面内に有する半導体光集積素子において、上記
第１の光機能部の光導波層ではＴＥ偏波光に対するキャ
リア注入または量子閉じ込めシュタルク効果による屈折
率変化がＴＭ偏波光に対するそれより大きく、第２の光
機能部の光導波層では逆にＴＭ偏波光に対する上記屈折
率変化がＴＥ偏波光に対するそれより大きいことを特徴
とする半導体光集積素子。
【請求項４】化合物半導体からなる第１の光導波層を有
する第１の光機能部の他に少なくとも、化合物半導体か
らなる第２の光導波層を有する第２の光機能部を同一半
導体基板面内に有する半導体光集積素子において、上記
第１、第２の光機能部の動作光の偏波面が結晶成長面に
垂直であることを特徴とする半導体光集積素子。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の半導体光
集積素子において、上記第１、第２の光機能部の光導波
層を構成する一部または全ての結晶成長層の格子不整合
量が上記第１及び第２の光機能部で異なることを特徴と
する半導体光集積素子。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載の半導体光
集積素子において、前記第１の光導波層は利得が０より
大きく、前記第２の光導波層は利得が０以下である半導
体光集積素子。
【請求項７】請求項１〜５のいずれかに記載の半導体光
集積素子において、前記第１、２の光導波層の利得が共
に０より大きい半導体光集積素子。
【請求項８】請求項１〜７のいずれかに記載の半導体光
集積素子において、前記第１または第２の光導波層もし
くはその両者が少なくとも１層の量子井戸構造を有する
構成であることを特徴とする半導体光集積素子。
【請求項９】請求項１〜８のいずれかに記載の半導体光
集積素子において、前記結晶成長は有機金属気相成長法
により行われた半導体光集積素子。
【請求項１０】請求項１〜９のいずれかに記載の半導体
光集積素子において、前記第１、第２の光導波層の一部
または全ての形成を１回の結晶成長により行って得た半
導体光集積素子。
【請求項１１】請求項１〜３のいずれかに記載の半導体
光集積素子において、前記第１の光機能部は格子定数が
半導体基板よりも大きい量子井戸層、前記第２の光機能
部は格子定数が半導体基板よりも小さい量子井戸層を有
する半導体光集積素子。
【請求項１２】請求項１〜３のいずれかに記載の半導体
光集積素子において、前記第１、第２の光機能部は共に
格子定数が半導体基板よりも大きい量子井戸層を有する
半導体光集積素子。
【請求項１３】請求項１〜４のいずれかに記載の半導体
光集積素子において、前記第１、第２の光機能部は共に
格子定数が半導体基板よりも小さい量子井戸層を有する
半導体光集積素子。
【請求項１４】請求項１１〜１３のいずれかに記載の半
導体光集積素子において、前記第１の光機能部は利得が
０より大きく、前記第２の光機能部は利得が０以下であ
る半導体光集積素子。
【請求項１５】請求項１１〜１３のいずれかに記載の半
導体光集積素子において、前記第１、第２の光機能部の
利得が共に０より大きい半導体光集積素子。
【請求項１６】請求項１１〜１３のいずれかに記載の半
導体光集積素子において、前記第１の光機能部は利得が
０以下であり、前記第２の光機能部は利得が０より大き
い半導体光集積素子。
【請求項１７】請求項１４に記載の半導体光集積素子に
おいて、前記第１の光機能部は半導体光変調器、第２の
光機能部は分布帰還型レ−ザである半導体光集積素子。
【請求項１８】請求項１４に記載の半導体光集積素子に
おいて、前記第１の光機能部は活性領域、第２の光機能
部は分布反射器であることを特徴とする半導体光集積素
子。
【請求項１９】請求項１５に記載の半導体光集積素子に
おいて、前記第１、第２の光機能部は半導体光増幅器で
ある半導体光集積素子。
【請求項２０】請求項１５に記載の半導体光集積素子に
おいて、前記第１、第２の光機能部は半導体光偏波フィ
ルタである半導体光集積素子。
【請求項２１】光を放出するための化合物半導体からな
る活性光導波層を有する第１の光機能部と放出された光
を変調するための化合物半導体からなる受動光導波層を
有する第２の光機能部を有し、光導波層を構成する結晶
成長層の半導体基板に対する格子不整合量が上記第１及
び第２の光機能部で異なる半導体光集積素子と、この半
導体光集積素子からの出力光を外部に導波するための導
波手段と、この導波手段に上記半導体光集積素子からの
出力光を集光するための集光手段と、上記半導体光集積
素子を駆動するための駆動手段とを有する光通信用モジ
ュール。
【請求項２２】ＴＥ偏波光を増幅するための化合物半導
体からなる活性光導波層を有する第１の光機能部とＴＭ
偏波光を増幅するための化合物半導体からなる活性光導
波層を有する第２の光機能部とを有しＴＥ、ＴＭ偏波光
をそれぞれ独立に増幅できる半導体光増幅器と、この半
導体光増幅器の入出力光を導波させるための導波手段
と、この導波手段に上記半導体光増幅器の入出力光を集
光するための集光手段と、上記半導体光光増幅器を駆動
するための駆動手段とを有する光通信用モジュール。
【請求項２３】光を放出するための化合物半導体からな
る活性光導波層を有する第１の光機能部と放出された光
を変調するための化合物半導体からなる受動光導波層を
有する第２の光機能部を有し、光導波層を構成する結晶
成長層の半導体基板に対する格子不整合量が上記第１及
び第２の光機能部で異なる半導体光集積素子を有する送
信手段と、この送信手段からの出力光を外部に導波する
ための導波手段と、この導波手段からの出力光を受信す
るための受信手段とを有する光通信システム。