JP2005072579A - 光検出器を備える半導体光増幅器及びその製造方法 - Google Patents

光検出器を備える半導体光増幅器及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 別途の光分配器を使用せず、光増幅器の入力端及び出力端での信号強度を検出することができる光検出器を備えるＳＯＡを提供する。
【解決手段】 第１導電型の半導体基板２０１と、半導体基板の上に形成された水平方向レージング構造を有する半導体光増幅器と、半導体光増幅器の入力信号及び出力信号の強度を測定するために、半導体光増幅器の入力側及び出力側から水平方向に離隔して半導体基板の上にそれぞれ形成された第１及び第２の光検出器２２０−１，２２０−２と、を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光増幅器に関し、特に、光増幅器の入力端及び出力端での信号強度を感知できる光検出器を単結晶基板上に集積化した、光検出器を備える利得固定半導体光増幅器及びその製造方法に関する。
一般に、光通信システムにおいて、送信器から伝送された信号光は、光伝送路を通じて伝送されるときに伝送損失を負い、受信器に到達するときにはパワーが減少した状態になる。そして、受信器に到達した信号光のパワーが所定値以下であれば、受信エラーによって正常に光通信を遂行することができない場合がありうる。従って、送信器と受信器との間に光増幅器を設置して信号光を増幅することによって、光伝送路を通じて伝送された信号光の伝送損失を補償し、さらに遠い距離を少ないエラーで伝送することができる。
このような光増幅器には、エルビウム添加光ファイバ増幅器(Erbium Doped Fiber Amplifier；以下、「ＥＤＦＡ」と略称する。)、ラマン増幅器(Raman Amplifier)、及び半導体光増幅器(Semiconductor Optical Amplifier;以下、「ＳＯＡ」と略称する。)がある。
ＥＤＦＡは、希土類元素(例えば、エルビウム(Ｅｒ))が添加された増幅用光ファイバを使用したもので、高い利得特性、低い雑音指数(Noise Figure；ＮＦ)、及び大きい飽和出力パワー(saturation output power)特性を有している。従って、ＥＤＦＡは、基幹網またはメトロ(metro)網に幅広く使用されている。しかし、ＥＤＦＡは、価格が高く、動作波長が１．５μｍ帯域に制限される問題点がある。
ラマン増幅器(Raman amplifier)は、光ファイバ内でのラマン増幅を利用した光増幅器である。ラマン増幅は、光ファイバに強い光であるポンピング光(pumping light)を入射したときに、誘導ラマン散乱(stimulated Raman scattering)によってポンピング光の波長から約１００ｎｍの長波長の側に利得(gain)が現れ、この励起された状態の光ファイバに当該利得を有する波長帯域の信号光を入射すると、その信号光が増幅される、いわゆるラマン増幅現象を利用した光信号の増幅方法である。ラマン増幅器は、ラマン増幅用ポンピング光の波長を適切に設定することによって増幅帯域も容易に調節することができ、雑音指数が低い特徴を有している。しかし、光増幅効率が非常に低く、高価のポンピング光源を必要とするので、光増幅器モジュールの全体のサイズを増加させ、価格を上昇させる問題点がある。
一方、上記のＳＯＡは、半導体の利得特性を利用したもので、半導体バンドギャップ(band-gap)に従って増幅帯域を調節することができる。また、ＳＯＡは、サイズが小型（通常は数ｃｍ）であり、特に、高価のポンピング光源を必要としないという長所がある。
しかしながら、ＳＯＡは、一般に、入力信号強度の増加につれて利得値が減少する利得飽和現象を示し、これにより、光出力が大きい信号が入力される場合に、信号増幅において信号を歪曲して伝送する問題点がある。
このような問題点を解決するために、図１に示すような構造を有する利得固定ＳＯＡが提示されている。
図１は、従来の一般的な利得固定半導体光増幅器１００の構造を示す。利得固定半導体光増幅器１００は、ｎ−ＩｎＰ基板１０１と、ＩｎＧａＡｓＰ受動導波路層１０２と、ＩｎＰスペーサー１０３と、ＤＢＲ格子パターン１０４と、活性層導波路１０５と、電流遮断層１０６と、ｐ−ＩｎＰクラッド層１０７と、オーム接触抵抗を減少させるためのｐ−ＩｎＧａＡｓ層１０８と、酸化物層１０９と、上部電極１１０と、下部電極１１１と、を有している。
利得固定ＳＯＡ１００は、両方に分配されたＤＢＲ(Distributed Bragg Reflector)格子を使用して、増幅しようとする入力信号の波長領域から遠く離隔した短波長でレーザー発振を誘導して、共振器内のキャリア密度を固定させることによって、駆動電流が増加しても光利得が一定に保持されるようにする。
しかしながら、従来の利得固定ＳＯＡでは、増幅すべき信号の進行方向(図１の矢印Ａ)及び発振を誘導するレーザービームの進行方向(図１の矢印Ｂ)が同一であり、このため、複数のチャンネルの信号を増幅するときに発振波長と信号波長との間で４波長ミキシング(four wave mixing)現象が現れる。また、従来の利得固定ＳＯＡは、レーザーの発振波長を除去するために、波長フィルタを付加的に使用しなければならない問題点がある。
一方、利得固定ＳＯＡの利得を調節するか、または素子が適切に動作するか否かを点検するためには、入力される信号と出力される増幅信号のサイズ（大きさ、強度）を知らなければならない。このために、従来は、増幅器に入力される信号の光パワー(optical power)の一部と増幅器から出力される信号の光パワーの一部とを光分配器などを使用して分離した後に、光検出器に入力して測定する方法を用いている。
しかしながら、かかる従来技術では、信号の一部を分離することによって光出力損失を引き起こし、これにより、光増幅器の重要な特性である雑音指数、飽和光出力、及び利得などを低下させる。また、光信号の一部を検出するために少なくとも１つの光分配器及び少なくとも１つの光検出器を別途に使用しなければならず、これによって、モジュールの製造の際に部品数及び工程数が増加して、モジュールの価格競争力を低下させる問題点がある。
上記背景に鑑みて、本発明の目的は、別途の光分配器を使用せず、光増幅器の入力端及び出力端での信号強度を検出することができる光検出器を備えるＳＯＡを提供することにある。
本発明の他の目的は、光増幅器の入力端及び出力端での信号強度を検出することができる光検出器を単結晶基板上に集積化した、光検出器を備えるＳＯＡ及びその製造方法を提供することにある。
このような目的を達成するために、本発明による光検出器を備えるＳＯＡは、第１導電型の半導体基板と、前記半導体基板の上に形成された水平方向レージング構造を有するＳＯＡと、前記ＳＯＡの入力信号及び出力信号の強度を測定するために、前記ＳＯＡの入力側及び出力側から水平方向に離隔して前記半導体基板の上にそれぞれ形成された第１及び第２の光検出器と、を備えることを特徴とする。
望ましくは、前記第１及び第２の光検出器は、前記ＳＯＡの利得層の構成物質と同一の物質で構成される。
また、本発明による光検出器を備えるＳＯＡの製造方法は、(a) 所定の利得層及び所定の光検出器領域以外の第１導電型の半導体基板の上にブラッグ格子を形成するステップと、(b) 前記ブラッグ格子が形成された第１導電型の半導体基板の上に第１導電型の下部クラッド層、光導波路層、第１導電型の上部クラッド層、利得物質層、及び第２導電型のクラッド層を形成するステップと、(c) 所定の利得層領域と前記所定の利得層領域から水平方向に所定距離で離隔して、利得層の前端部及び後端部にそれぞれマスクパターンを形成するように、前記第２導電型のクラッド層の上にマスクパターンを形成するステップと、(d) 前記マスクパターンをエッチングマスクとして使用したエッチング工程を通じて、前記第２導電型のクラッド層及び利得物質層を選択的にエッチングした後に、前記マスクパターンを除去するステップと、(e) 前記利得層以外の領域への電流の流れを遮断する電流遮断層を形成するステップと、(f) 前記利得層及び光検出器領域に電流を供給する電極を形成するステップと、を備えることを特徴とする。
本発明は、ＳＯＡ及び光検出器を単結晶基板の上に集積することによって別途の光分配器を使用せず、光増幅器の入力端及び出力端での信号強度を検出することができる。従って、光分配器によって発生する光損失を除去することによって光増幅器の利得特性を改善することができる。
また、光検出器を備えるＳＯＡの製造方法は、別途の光検出器の成長工程を遂行せず、ＳＯＡの利得層の形成のためのエッチングのときに利得層から水平方向に離隔した位置に利得層を除去せず残すことによって、単結晶半導体基板の上にＳＯＡ及び光検出器を集積することができる。従って、光増幅器モジュールの製造の際に、部品数が減少し、工程が単純化されて安価の光増幅器を製造することができる。
以下、本発明の好適な実施形態について添付図面を参照しつつ詳細に説明する。下記説明において、本発明の要旨のみを明瞭するために公知の機能又は構成に対する詳細な説明は省略する。なお、図面中、同一の構成要素及び部分には、可能な限り同一な符号及び番号を共通使用するものとする。
図２は、本発明の一実施形態に従う光検出器を備えるリッジ導波路型利得固定ＳＯＡ２００の構成を示し、図３は、図２のＩ−Ｉ’方向に従う断面図である。
本実施形態の光検出器を備えるＳＯＡ２００は、半導体基板２０１と、ブラッグ格子層２０２と、ｎ−ＩｎＰ下部クラッド層２０３と、受動型光導波路層２０４と、ｎ−ＩｎＰ上部クラッド層２０５と、利得層２０６と、ｐ−ＩｎＰクラッド層２０７と、電流遮断層２０８と、電極２０９と、光検出器２２０−１及び２２０−２と、を有する。また、ＳＯＡ２００は、位相変換領域２１０及び位相変換用電極２１１を備える。
ブラッグ格子層２０２は、該当波長を有する光が該ブラッグ格子層２０２のブラッグ格子の間を共振可能となり、水平方向にブラッグレーザー発振が起こるようにするために、受動型光導波路層２０４の上または下に形成される。本実施形態では、ブラッグ格子層２０２が受動型光導波路層２０４の下に形成される場合を図示している。
光導波路層２０４は、ブラッグ格子層２０２の両側に形成されるブラッグ格子によって共振されるモードの光損失を抑制し、ブラッグ反射を効率的に遂行するために、ブラッグ格子層２０２と利得層２０６との間での光閉じ込め係数(optical confinement coefficient)を大きくし、半導体基板２０１の屈折率よりも高い屈折率を有する。
利得層２０６は、入力光信号を増幅し、ブラッグ格子層２０２が形成されない領域のｎ−ＩｎＰ上部クラッド層２０５の上に形成される。利得層２０６の上にはｐ−ＩｎＰクラッド層２０７が形成される。
電流遮断層２０８は、利得層２０６以外の領域への電流の流れを遮断して利得層２０６の電流効率を増加させるためのものであり、利得層２０６の周辺領域及び位相変換領域２１０を除外したｎ−ＩｎＰ上部クラッド層２０５の上に形成される。
前記電極２０９は、利得層２０６に電流を供給し、モジュールの製造の際に、容易に導線を接続できるように、ｎ−ＩｎＰ上部クラッド層２０５上の広い領域に亘って形成される。
位相変換領域２１０は、レージング波長の調節によってレーザーの臨界電流を調節することによって利得固定ＳＯＡの利得値を調節し、ブラッグ格子層２０２にブラッグ格子が一部形成されないようにすることによって形成されることができる。
位相変換用電極２１１は、位相変換領域２１０に印加される電流または電圧を変化させてレーザーの発振波長を変化させることができ、電流遮断層２０８の上またはｎ−ＩｎＰ上部クラッド層２０５の上に形成される。レーザーの発振波長が変化すると、利得領域の利得曲線が波長に従って異なるので、発振のために必要な駆動電流が変わる。結果的に、増幅器の利得値は、増幅しようとする波長領域で変わる。
光検出器２２０−１及び２２０−２は、ＳＯＡの入力信号及び出力信号の強度が変化されるに従って利得固定用レージング波長の出力の変化された値を測定し、ＳＯＡの入力側及び出力側と水平方向に離隔して形成される。光検出器２２０−１及び２２０−２は、ＳＯＡの利得層２０６と同一の物質層で構成され、ＳＯＡの利得層の形成のためのエッチングのときに利得層から水平方向に離隔した位置に利得層を除去せず残すことによって、別途の光検出器の成長工程を経ず、単結晶半導体基板の上にＳＯＡとともに集積することができる。光検出器の活性層２２１の上にもＳＯＡの利得層２０６の上と同様に、ｐ−ＩｎＰクラッド層２２２及び電極２２３が形成される。
上記の構成とされた光検出器を備えるＳＯＡ２００の動作は、次の通りである。図２及び図３を参照すると、利得層２０６にポンピング電流を注入することで、高いエネルギーレベルの第１伝導帯から低いエネルギーレベルの第２伝導帯への遷移を発生させる自然発光(spontaneous emission)及び密度反転が行われて、低いエネルギーレベルの価電子帯(valence band)への遷移によって誘導放出(stimulated emission)が発生する。利得層２０６で発生する自然発光によって発生する光の一部は、光導波路層２０４内で拘束される。ブラッグ格子の共振条件を満足する拘束された光の特定の波長は、利得層２０６及び利得層の両側に形成された受動型導波路層２０４が形成した共振区間を、反復的にフィードバックするようになる。一回フィードバックするたびに利得層２０６を二回ずつ通過しつつ、密度反転によって得られる誘導放出による利得を得ることができる。利得層２０６の利得が電流の増加に従って増加して水平方向への一回のフィードバックによって発生する光損失より大きくなるときまで発振が発生する。このように発振が発生し始めると、利得層の電荷密度が固定され、駆動電流が増加しても素子の利得がそれ以上増加しない利得固定特性を示す。発振電流以上の電流を継続して増加させると、利得は増加せず発振波長の光強度のみ継続して大きくなる。このときに、信号光は利得層２０６の長さ方向(図２に“Ａ”で示される。)に増幅され、レーザーの発振は水平方向(図２に“Ｂ”で示される。)に行われる。
一方、ＳＯＡに注入される信号強度が増加すれば、線形的な利得特性によって増幅された信号強度が大きくなり、このとき、利得固定用として使用されるブラッグ格子レーザーの発振出力は相対的に減少する。利得固定のために増幅波長の代わりに、短波長を有するレーザー発振特性を利用する利得固定ＳＯＡの場合に、増幅しようとする信号が増幅器を通過しつつ該当波長部分の電荷を消耗するようになる。このように、電荷密度が減少しつつ発振レーザー波長の出力は減少する。また、信号によって消耗される電荷量は、信号強度が増加することに従って大きくなるので、発振波長の強度が減少する。このとき、水平方向に発振する発振波長の強度を測定して通過する信号強度との関係を確認すると、発振波長の強度のみを測定して信号強度がわかる。
また、発振波長の強度は、入力信号が通過するときに入力信号が増幅されつつ発生するエネルギー量だけ減少する。そこで、ＳＯＡの入力端及び出力端で光検出器によって検出される電圧強度は、増幅器を通過する信号強度と半比例関係を保持する。従って、このような特性を利用して、増幅器素子に入力される信号と増幅器素子によって増幅された信号強度がわかる。
図４Ａ乃至図４Ｇは、図２に示した光検出器を備えるリッジ導波路型利得固定ＳＯＡを製造する過程を示す図である。
まず、図４Ａに示すように、ｎ−ＩｎＰ基板２０１の上にブラッグ格子を形成するために、屈折率が異なる物質層２０２’とｎ−ＩｎＰ下部クラッド層２０３をｎ−ＩｎＰ基板２０１の上に形成する。
次に、図４Ｂに示すように、選択エッチング工程により所定の利得層形成領域２３０、所定の光検出器領域２２０、及び所定の位相変換領域２１０を除外することで、ｎ−ＩｎＰ基板２０１の上にブラッグ格子層２０２を形成する。このときに、位相変換領域２１０を形成せず、利得層形成領域２３０以外のｎ−ＩｎＰ基板２０１の上にブラッグ格子層２０２を形成することもできる。ブラッグ格子層２０２の形成方法は、一般的な波長フィードバックレーザーで使用する方法と同様である。
その後、図４Ｃに示すように、ブラッグ格子層２０２の上に、ｎ−ＩｎＰ下部クラッド層２０３と、受動型光導波路層２０４と、ｎ−ＩｎＰ上部クラッド層２０５と、利得物質層２０６’と、ｐ−ＩｎＰクラッド層２０７と、を順次に成長（形成）させる。ここで、利得物質層２０６’は、バルク(bulk)または量子井戸構造(quantum well structure)で成長し、入力光信号の波長に従って利得層を形成する物質の組成比を調節するか、または、利得層の厚さを調節することによって増幅帯域を調節することができる。図４Ｃにおいて、点線円で示された階段形グラフ(step-shape graph)は、受動型光導波路層２０４乃至ｐ−ＩｎＰクラッド層２０７のバンドギャップ(band-gap)を示す。このときに、ブラッグ格子層２０２は、受動型光導波路層２０４の上または下に形成されることができるが、本実施形態では、ブラッグ格子層２０２が受動型光導波路層２０４の下に形成される場合について説明する。また、図示しないが、リッジ型導波路を形成するためのエッチングストップ層(etching stop layer)の形成工程を追加することもできる。
続いて、図４Ｄに示すように、ｐ−ＩｎＰクラッド層２０７の上にＳｉＯ２、ＳｉＮ２などを含むマスクパターン２５０を形成する。このマスクパターン２５０は、利得層形成領域３２０の上に形成された利得層マスクパターン２５１と、この利得層マスクパターン２５１から水平方向に所定距離で離隔して利得層の前端部及び後端部にそれぞれ形成された光検出器の活性層形成用マスクパターン２５２，２５３と、から構成される。
そして、図４Ｅに示すように、マスクパターン２５０をエッチングマスクとして使用したエッチング工程により利得物質層２０６’を選択的にエッチングすることで、利得層２０６及び光検出器の活性層２２１を形成し、この後にマスクパターン２５０を除去する。
図４Ｆにおいて、上記の選択エッチング工程を行った構造物の上にＳｉＯ2またはＳｉＮＸ２０８を蒸着した後に、フォトマスク工程及びエッチング工程を通じて電流を注入する利得領域を露出させた後に電極２０９及び２２３を形成する。また、ｎ−ＩｎＰ基板２０１の下面に電極を形成する(図示せず)。上記のような手順を通じて、利得層２０６及び光検出器の活性層２２１以外の領域に電流遮断層２０８が形成される。
図４Ｇにおいて、位相変換領域２１０に該当する電流遮断層２０８の一部に位相変換用電極２１１を形成する。
一方、本発明の光検出器を備えるＳＯＡは、図２に示したリッジ導波路型(ridge waveguide type)利得固定ＳＯＡの以外の埋め込みへテロ構造(buried hetero-structure)にも実施されることができる。
図５は、本発明の他の実施形態に従う光検出器を備える埋め込みヘテロ構造を有する利得固定ＳＯＡ３００の構成を示す。
図５を参照すると、利得固定ＳＯＡ３００は、半導体基板３０１と、利得層３０２と、ｐ−ＩｎＰ下部クラッド層３０３と、電流遮断層３０９と、光導波路層３１０と、ブラッグ格子層３１２と、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層３１４と、電極３１５と、光検出器領域３４０と、光検出器用電極３１７と、絶縁層３１９と、を有する。また、利得固定ＳＯＡ３００は、位相変換領域３２０及び位相変換領域３２０の上に形成される位相変換用電極３１６を備える。
埋め込みヘテロ構造の水平方向レージング構造を有する利得固定ＳＯＡ３００の動作は、図２に示したリッジ導波路型利得固定ＳＯＡ２００の動作と類似しているので、これについての説明は省略する。
図６Ａ乃至図６Ｅは、図５に示した埋め込みヘテロ構造を有する利得固定ＳＯＡ３００の好適な製造過程を示す。
まず、図６Ａに示すように、ｎ−ＩｎＰ基板３０１の上に、利得物質層３０２’及びｐ−ＩｎＰ下部クラッド層３０３を成長（形成）させる。
図６Ｂにおいて、ＳｉＯ2またはＳｉＮＸマスクを使用したエッチング工程を通じて、所定の利得層領域３３０及び所定の光検出器領域３４０に該当するｐ−ＩｎＰ下部クラッド層３０３の上にマスクパターン３０４を形成し、これをエッチングマスクとして使用したエッチング工程を通じてｐ−ＩｎＰ下部クラッド層３０３、利得物質層３０２’、及びｎ−ＩｎＰ基板３０１を選択的に除去して、メサ構造を有する利得層３０２、光検出器の活性層３４１、及びエッチンググルーブ３０５を形成する。
図６Ｃにおいて、エッチンググルーブ３０５にｐ−ＩｎＰ層３０６、ｎ−ＩｎＰ層３０７、ｐ−ＩｎＰ層３０８からなる電流遮断層３０９を形成する。次に、この電流遮断層３０９の上に、ｎ−ＩｎＰ基板３０１の屈折率より高い屈折率を有する物質で構成された光導波路層３１０を形成する。このときに、利得層３０２と光導波路層３１０とのモードの光結合のために、利得層３０２と光導波路層３１０との離隔高さを２μｍの以内にすることが望ましい。続いて、光導波路層領域の上に格子形成のために、薄いｐ−ＩｎＰクラッド層３１１、格子を形成する屈折率が高い物質層３１２’、及びｐ−ＩｎＰクラッド層３１３を成長する。
図６Ｄにおいて、位相変換領域３２０を除外した光導波路層３１０の上にブラッグ格子層３１２を形成した後に、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層３１４を形成する。前述した第一実施形態の場合と同様に、ブラッグ格子層３１２は、光導波路層３１０の上または下に形成されることができる。本実施形態では、ブラッグ格子層３１２が光導波路層３１０の上に形成される場合に焦点を合わせる。また、位相変換領域３２０は、必要に応じて形成されないことができ、ブラッグ格子層３１２の形成方法は、一般的な波長フィードバックレーザーで使用する方法と同様である。
図６Ｅにおいて、上記構造の全体の上面にさらにｐ−ＩｎＰ上部クラッド層３１４を形成し、ＳｉＯ２またはＳｉＮＸ絶縁層３１９を蒸着した後に、フォトマスク工程及びエッチング工程を通じて電流を注入する領域を露出させた後に、電極３１５、３１６、及び３１７を形成する。このときに、利得層に電流を供給するための電極３１５、位相変換領域３２０に電流を供給するための位相変換用電極３１６、及び光検出器の活性層に電流を供給するための電極３１７は、それぞれ独立的に形成される。電極３１５、３１６、及び３１７を形成した後に、ｐ−ＩｎＰクラッド層３１４をエッチングして光増幅領域３３０、光検出器領域３４０、及び位相変換領域３２０を分離させる。
以上、本発明の詳細について具体的な実施形態に基づき説明してきたが、本発明の範囲を逸脱しない限り、各種の変形が可能なのは明らかである。従って、本発明の範囲は、上記実施形態に限るものでなく、特許請求の範囲及び該範囲と均等なものにより定められるべきである。
従来技術に従う利得固定ＳＯＡの構造を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態に従う光検出器を備えるＳＯＡの構成を示す図である。 図２のＩ−Ｉ’方向に従う断面図である。 図２に示す光検出器を備えるＳＯＡの製造工程を説明するための図である。 図２に示す光検出器を備えるＳＯＡの製造工程を説明するための図である。 図２に示す光検出器を備えるＳＯＡの製造工程を説明するための図である。 図２に示す光検出器を備えるＳＯＡの製造工程を説明するための図である。 図２に示す光検出器を備えるＳＯＡの製造工程を説明するための図である。 図２に示す光検出器を備えるＳＯＡの製造工程を説明するための図である。 図２に示す光検出器を備えるＳＯＡの製造工程を説明するための図である。 本発明の他の実施形態に従う光検出器を備えるＳＯＡの構成を示す図である。 図５に示す光検出器を備えるＳＯＡの製造工程を説明するための図である。 図５に示す光検出器を備えるＳＯＡの製造工程を説明するための図である。 図５に示す光検出器を備えるＳＯＡの製造工程を説明するための図である。 図５に示す光検出器を備えるＳＯＡの製造工程を説明するための図である。 図５に示す光検出器を備えるＳＯＡの製造工程を説明するための図である。
符号の説明
２００，３００ ＳＯＡ
２０１，３０１ 半導体基板
２０２，３１２ ブラッグ格子層
２０３，３０３ ｎ-ＩｎＰ下部クラッド層
２０４，３１０ 光導波路層
２０５ ｎ-ＩｎＰ上部クラッド層
２０６，３０２ 利得層
２０７ ｐ-ＩｎＰクラッド層
２０８，３０９ 電流遮断層
２０９，３１５ 電極
２２０−１，２２０−２ 光検出器
２２０−１ 第１の光検出器
２２０−２ 第２の光検出器
２１０，３２０ 位相変換領域
２１１，３１６ 位相変換用電極
３２０ 利得層形成領域（利得層領域）
３４０ 光検出器領域
３１７ 光検出器用電極
３１９ 絶縁層

Claims (20)

  1. 第１導電型の半導体基板と、
    前記半導体基板の上に形成された水平方向レージング構造を有する半導体光増幅器と、
    前記半導体光増幅器の入力信号及び出力信号の強度を測定するために、前記半導体光増幅器の入力側及び出力側から水平方向に離隔して前記半導体基板の上にそれぞれ形成された第１及び第２の光検出器と、
    を備えることを特徴とする光検出器を備える半導体光増幅器。
  2. 前記半導体光増幅器は、リッジ導波路型(ridge waveguide-type)である請求項１記載の半導体光増幅器。
  3. ｐ−ＩｎＰ層及びｎ−ＩｎＰ層を構成する電流遮断層をさらに備える請求項２記載の半導体光増幅器。
  4. 前記半導体光増幅器は、
    所定の利得層領域以外の前記半導体基板の上に選択的に形成されたブラッグ格子(Bragg lattice)と、
    前記ブラッグ格子を囲むように前記半導体基板の上面に形成された第１導電型の下部クラッド層と、
    前記下部クラッド層の上に形成された光導波路層と、
    前記光導波路層の上に形成された第１導電型の上部クラッド層と、
    光信号を増幅するために所定の利得層領域に該当する前記第１導電型の上部クラッド層の上に形成された利得層と、
    前記利得層に電流を供給する第１電極と、
    前記利得層以外の領域への電流の流れを遮断する電流遮断層と、
    備える請求項２記載の半導体光増幅器。
  5. 前記第１及び第２の光検出器は、
    前記半導体光増幅器の入力側及び出力側と水平方向に離隔して前記第１導電型の上部クラッド層の上にそれぞれ形成される請求項４記載の半導体光増幅器。
  6. 前記第１及び第２の光検出器は、
    前記利得層構成物質層からなる活性層と、
    前記活性層の上に形成された第２導電型のクラッド層と、
    前記第２導電型のクラッド層の上に形成された第２電極と、を備える請求項２記載の半導体光増幅器。
  7. 前記第１及び第２の光検出器は、
    前記利得層構成物質層からなる活性層と、
    前記活性層の上に形成された第２導電型のクラッド層と、
    前記第２導電型のクラッド層の上に形成された第２電極と、を備える請求項５記載の半導体光増幅器。
  8. 前記光導波路層は、前記ブラッグ格子の上または下に形成される請求項７記載の半導体光増幅器。
  9. 前記ブラッグ格子の間に形成された位相変換領域をさらに備える請求項４記載の半導体光増幅器。
  10. 前記位相変換領域に電流を供給する位相変換用電極をさらに備える請求項９記載の半導体光増幅器。
  11. 前記位相変換用電極は、前記位相変換領域に該当する電流遮断層の上に形成される請求項１０記載の半導体光増幅器。
  12. 前記半導体光増幅器は、
    埋め込みヘテロ構造(buried hetero-structure)を有する半導体光増幅器を備える請求項１記載の半導体光増幅器。
  13. 前記半導体光増幅器は、
    電流遮断層をさらに備える請求項１２記載の半導体光増幅器。
  14. (a) 所定の利得層及び所定の光検出器領域以外の第１導電型の半導体基板の上にブラッグ格子を形成するステップと、
    (b) 前記ブラッグ格子が形成された第１導電型の半導体基板の上に第１導電型の下部クラッド層、光導波路層、第１導電型の上部クラッド層、利得物質層、及び第２導電型のクラッド層を形成するステップと、
    (c) 所定の利得層領域と前記所定の利得層領域から水平方向に所定距離で離隔して、利得層の前端部及び後端部にそれぞれマスクパターンを形成するように、前記第２導電型のクラッド層の上にマスクパターンを形成するステップと、
    (d) 前記マスクパターンをエッチングマスクとして使用したエッチング工程を通じて、前記第２導電型のクラッド層及び利得物質層を選択的にエッチングした後に、前記マスクパターンを除去するステップと、
    (e) 前記利得層以外の領域への電流の流れを遮断する電流遮断層を形成するステップと、
    (f) 前記利得層及び光検出器領域に電流を供給する電極を形成するステップと、
    を備えることを特徴とする光検出器を備える半導体光増幅器の製造方法。
  15. 前記ステップ(a)は、
    所定の利得層領域、所定の光検出器領域、及び所定の位相変換領域の以外の前記半導体基板の上にブラッグ格子を形成する請求項１４記載の半導体光増幅器の製造方法。
  16. 前記ステップ(f)は、
    前記利得層領域、光検出器領域、及び位相変換領域に電流を供給する電極を形成するステップを備える請求項１４記載の半導体光増幅器の製造方法。
  17. 別途の光検出器の成長工程を遂行せず、単結晶半導体基板の上に半導体光増幅器を集積する過程をさらに備える請求項１４記載の半導体光増幅器の製造方法。
  18. (a) 第１導電型の半導体基板に利得物質層及び第２導電型の下部クラッド層を形成するステップと、
    (b) 所定の利得層領域及び所定の光検出器領域に該当する前記第２導電型の下部クラッド層の上にマスクパターンを形成し、これをエッチングマスクとして使用したエッチング工程を通じて、前記第２導電型の下部クラッド層、利得物質層、及び半導体基板を選択的に除去してメサ構造(mesa structure)の利得層、光検出器の活性層及びエッチンググルーブを形成するステップと、
    (c) 前記エッチングホールに電流遮断層を形成するステップと、
    (d) 前記電流遮断層の上に前記半導体基板の屈折率より高い屈折率を有する物質で構成された光導波路層を形成するステップと、
    (e) 前記光導波路層の上にブラッグ格子を形成するステップと、
    (f) 前記ブラッグ格子が形成された構造の全体の上面に第２導電型の上部クラッド層を形成するステップと、
    (g) 前記利得層及び前記光検出器の活性層に電流を供給するための電極をそれぞれ形成するステップと、
    を備えることを特徴とする光検出器を備える半導体光増幅器の製造方法。
  19. 前記ステップ(e)は、
    ブラッグ格子層にブラッグ格子が一部存在しないようにして位相変換領域が形成されるようにする請求項１８記載の半導体光増幅器の製造方法。
  20. 前記ステップ(g)は、
    前記利得層、前記光検出器の活性層、及び前記位相変換領域に電流を供給するための第１、第２、及び第３電極を形成するステップを備える請求項１９記載の半導体光増幅器の製造方法。
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