JP2008205113A - 光半導体集積素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストが大きくならないようにしながら、光通信システムに適用するための十分な飽和光出力が得られるようにする。
【解決手段】光半導体集積素子を、利得を発生しうる利得導波路部１Ａと、発振波長を制御しうる波長制御導波路部１Ｂとを有する波長可変レーザ１と、半導体光増幅器２とを備えるものとし、波長可変レーザ及び半導体光増幅器を同一基板上に集積し、半導体光増幅器の積層構造と波長可変レーザの利得導波路部の積層構造を同じにし、且つ、半導体光増幅器を構成する活性層１５Ｂの厚さが波長可変レーザの利得導波路部を構成する活性層１５Ａの厚さよりも薄くなるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信などに用いられる光半導体集積素子及びその製造方法に関する。

近年の通信需要の飛躍的な増大に伴い、波長の異なる複数の信号光を多重化することで１本の光ファイバで大容量伝送を可能とする波長分割多重通信システム（ＷＤＭ通信システム）の開発が進められている。
このような波長分割多重通信システムにおいて、柔軟かつ高度な通信システムを実現するために、広い波長範囲で高速に所望の波長を選択しうる波長可変レーザが強く求められている。

そこで、広帯域な波長可変レーザを実現する手段として、図９に示すように、例えば数ｎｍ〜十数ｎｍの波長可変範囲を持つ複数の波長可変レーザ（波長可変レーザアレイ）、曲がり導波路、光合流器（光結合器）及び光増幅器を同一基板上に集積したアレイ集積型波長可変レーザが提案されている（例えば特許文献１参照）。
このようなアレイ集積型波長可変レーザにおいて、広帯域かつ高速波長可変動作を実現するためには、集積される個々の波長可変レーザの波長可変範囲を広くし、かつ、波長可変動作を速くすることが要求される。

例えば、このようなアレイ集積型波長可変レーザに用いることができる波長可変レーザとして、特許文献１、特許文献２、特許文献３、非特許文献１に開示されているようなＤＦＢレーザ（分布帰還形レーザ：Distributed Feed Back Laser）や、特許文献４に開示されているようなＤＢＲレーザ（分布反射形レーザ：Distributed Bragg Reflector Laser）がある。

このうち、非特許文献１に開示されているようなＴＤＡ（Tunable Distributed Amplification）−ＤＦＢレーザは、利得を発生する利得導波路と、電流注入などによって導波路の屈折率を変えて発振波長を変化させる波長制御導波路とが光軸方向に交互に周期的に並んだ構造になっており、高速で、かつ、連続的に発振波長を変化させることができる。
特開２００３−１９８０４９号公報 特許第２８０４８３８号公報 特開平１１−２３８９４３号公報 特開平７−２７３４００号公報 Hiroyuki Ishii, et al. "A Tnanble Distributed Amplification DFB Laser Diode (TDA-DFB-LD)" IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 10, No. 1, January 1998, pp.30-32

ところで、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ、光導波路、半導体光増幅器（ＳＯＡ）を集積したアレイ型集積素子を作製する手順として、本出願人は、図１０（Ａ）〜（Ｇ）に示すような手順を採用していた（例えば特願２００６−００９９２３号参照）。
つまり、まず、図１０（Ａ）に示すように、回折格子を含む回折格子層１０１が形成されたＩｎＰ基板１００上に、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ及びＳＯＡの活性層１０２及びクラッド層１０３を、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）によって成長させて形成する。

次に、図１０（Ｂ）に示すように、クラッド層１０３上に、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザの波長制御層を形成するためのマスク（波長制御層用バットジョイントマスク）１０４を形成した後、図１０（Ｃ）に示すように、クラッド層１０３及び活性層１０２の一部をエッチングし、その後、図１０（Ｄ）に示すように、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザの波長制御層１０５及びクラッド層１０６をバットジョイント成長させて形成する。

次いで、波長制御層用マスク１０４を除去した後、図１０（Ｅ）に示すように、光導波路を形成するためのマスク（光導波路用バットジョイントマスク）１０７を形成し、図１０（Ｆ）に示すように、波長制御層１０５及びクラッド層１０６の一部をエッチングし、その後、図１０（Ｇ）に示すように、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ部とＳＯＡ部との間に光導波路部を形成すべく［図１０（Ｂ）参照］、光導波路のコア層１０８及びクラッド層１０９をバットジョイント成長させて形成する。

このような手順で作製する場合、ＳＯＡの活性層の構造はＴＤＡ−ＤＦＢレーザの活性層の構造と同一となる。
しかしながら、通常、この活性層はＴＤＡ−ＤＦＢレーザの活性層として最適化された積層構造にするため、ＳＯＡの活性層として使用するには膜厚が厚すぎ、光閉じ込めが大きくなってしまう。このため、光通信システムに適用するための十分な飽和光出力が得られていない。

ＳＯＡの飽和光出力を上げるためには、ＳＯＡの活性層の厚さを薄くし、光閉じ込めを小さくする必要がある。
しかしながら、上述のような作製手順を用いてＳＯＡの活性層の厚さを変更するためには、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザの活性層とＳＯＡの活性層とを別々に成長させる必要があり、この場合、バットジョイント成長を１回追加して行なわなければならないため、製造コストが大きくなってしまうことになる。

本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、製造コストが大きくならないようにしながら、光通信システムに適用するための十分な飽和光出力が得られるようにした、光半導体集積素子及びその製造方法を提供することを目的とする。

このため、本発明の光半導体集積素子は、利得を発生しうる利得導波路部と、発振波長を制御しうる波長制御導波路部とを有する波長可変レーザと、半導体光増幅器とを備え、波長可変レーザ及び半導体光増幅器が同一基板上に集積されており、半導体光増幅器の積層構造と波長可変レーザの利得導波路部の積層構造が同じであり、且つ、半導体光増幅器を構成する活性層の厚さが波長可変レーザの利得導波路部を構成する活性層の厚さよりも薄いことを特徴としている。

また、本発明の光半導体集積素子の製造方法は、半導体基板上に、波長可変レーザの波長制御導波路部の積層構造を形成し、波長可変レーザの波長制御導波路部の積層構造の上に、波長可変レーザの利得導波路部を形成するための利得導波路部形成用マスクを形成し、利得導波路部形成用マスクを用いて波長可変レーザの波長制御導波路部の積層構造の一部を除去し、利得導波路部形成用マスクを用いて選択成長によって波長可変レーザの利得導波路部を構成する活性層と半導体光増幅器を構成する活性層とを同時に形成する、各工程を含むことを特徴としている。

したがって、本発明の光半導体集積素子及びその製造方法によれば、製造コストが大きくならないようにしながら、光通信システムに適用するための十分な飽和光出力が得られるようになるという利点がある。

以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる光半導体集積素子及びその製造方法について、図１〜図３を参照しながら説明する。
本実施形態にかかる光半導体集積素子は、例えば図３に示すように、異なる波長可変幅を持ち（例えば数ｎｍ〜十数ｎｍの波長可変範囲を持ち）、かつ、互いに並列に配置されている複数の波長可変レーザ（波長可変レーザアレイ；ここではＴＤＡ−ＤＦＢレーザ）１と、半導体光増幅器（ＳＯＡ）２と、波長可変レーザ１とＳＯＡ２との間に設けられた光結合器３と、これらを接続するように設けられた光導波路４とを、同一半導体基板上に集積したアレイ集積型波長可変レーザである。

本光半導体集積素子は、図１（Ｇ）に示すように、波長可変レーザ１が形成されている領域（波長可変レーザ部；ここではＴＤＡ−ＤＦＢレーザ部）２０と、光結合器３及び光導波路４が形成されている領域（光導波路部）２１と、ＳＯＡ２が形成されている領域（ＳＯＡ部）２２とを備える。なお、光導波路部２１には、光導波路４が形成されており、その一部が光結合器３として機能するように構成されている。

ここで、波長可変レーザ１は、図１（Ｇ）に示すように、利得を発生しうる利得導波路部１Ａと、電流注入によって発振波長を制御しうる波長制御導波路部１Ｂとを備え、これらが光軸方向に交互に配置されたものとして構成される。
また、波長可変レーザ１は、図１（Ｇ）に示すように、利得導波路部１Ａ及び波長制御導波路部１Ｂによって構成される光導波路の全長にわたって、この光導波路に沿って回折格子（回折格子層１１）が設けられている。

ＳＯＡ２は、図３に示すように、波長可変レーザ１から出射され、光結合器３及び光導波路４を介して入射する光を増幅するようになっている。
光導波路４としては、図３に示すように、複数の波長可変レーザ１のそれぞれから出射される光を光結合器３まで伝搬する複数の光導波路４Ａと、光結合器３によって結合された光をＳＯＡ２まで伝播する光導波路４Ｂとが設けられている。

特に、本光半導体集積素子は、図１（Ｇ）に示すように、ＳＯＡ２の積層構造と波長可変レーザ１の利得導波路部１Ａの積層構造が同じであり、且つ、ＳＯＡ２を構成する活性層１５Ｂの厚さが波長可変レーザ１の利得導波路部１Ａを構成する活性層１５Ａの厚さよりも薄くなっている。
具体的には、波長可変レーザ１の利得導波路部１Ａを構成する活性層１５Ａの厚さが、ＳＯＡ２を構成する活性層１５Ｂの厚さよりも１５％以上厚くなっている。

次に、本光半導体集積素子の製造方法について、図１及び図２を参照しながら説明する。
まず、図１（Ａ）に示すように、半導体基板１０上に回折格子を含む回折格子層１１を形成した後、この回折格子層１１上に波長可変レーザ（ここではＴＤＡ−ＤＦＢレーザ）１の波長制御導波路部１Ｂの積層構造、即ち、波長制御導波路部１Ｂを構成する波長制御層１２及びクラッド層１３を、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）によって成長させて形成する。

次に、図１（Ｂ）に示すように、波長可変レーザ１の波長制御導波路部１Ｂの積層構造の上に（即ち、クラッド層１３上に）、波長可変レーザ１の利得導波路部１Ａを形成するためのマスク（利得導波路部形成用マスク；活性層形成用バットジョイントマスク）１４を形成した後、図１（Ｃ）に示すように、マスク１４を用いて、波長可変レーザ１の波長制御導波路部１Ｂの積層構造の一部（即ち、クラッド層１３及び波長制御層１２の一部）をエッチングして除去し、その後、図１（Ｄ）に示すように、マスク１４を用いた選択成長によって、波長可変レーザ１の利得導波路部１Ａ及びＳＯＡ２の積層構造、即ち、波長可変レーザ１の利得導波路部１Ａ及びＳＯＡ２を構成する活性層１５及びクラッド層１６を同時にバットジョイント成長させて形成する。

ここでは、利得導波路部形成用マスク１４として、例えば図２に示すようなマスクを用いる。
このようなマスク１４を用いてバットジョイント成長させる場合、波長可変レーザ１を形成する波長可変レーザ部２０は、マスク１４による被覆率が高いため、選択成長効果が大きく、一方、ＳＯＡ２を形成するＳＯＡ部２２は、マスクが存在しないため、選択成長効果が得られない。

このため、バットジョイント成長（選択成長）させる際に、波長可変レーザ部２０では、ＳＯＡ部２２よりも成長速度が速くなり、図１（Ｄ）に示すように、波長可変レーザ部２０に形成される波長可変レーザ１の利得導波路部１Ａの活性層１５の厚さは、ＳＯＡ部２２に形成される活性層１５の厚さよりも厚くなる。つまり、ＳＯＡ部２２に形成される活性層１５の厚さは、波長可変レーザ部２０に形成される活性層１５の厚さよりも薄くなる。

ところで、光通信システムに適用するための十分な飽和光出力が得られるようにするためには、波長可変レーザ（ここではＴＤＡ−ＤＦＢレーザ）１の活性層の厚さはＳＯＡ２の活性層の厚さよりも１５％以上厚くすることが望ましい。
例えば、図２に示すように、複数のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ１の間隔（アレイ間隔）（Ｗａ）を６０μｍとし、各ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ１の幅（利得導波路部形成用バットジョイントマスクの幅）（Ｗｍ）を１０μｍとし、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ１の利得導波路部１Ａ（活性層）及び波長制御導波路部１Ｂの長さをいずれも３０μｍとし、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ部２０の長さを７００μｍとし、光導波路部２１の長さを１２００μｍとし、ＳＯＡ部２２の長さを８００μｍとして実験したところ、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ１の活性層の厚さはＳＯＡ２の活性層の厚さよりも２０％厚くなることが確認できた。

なお、アレイ間隔（Ｗａ）を狭くしたり、利得導波路部形成用バットジョイントマスクの幅（Ｗｍ）を大きくしたり、成長室の圧力を高くしたりすることによって、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ１の活性層の厚さをＳＯＡ２の活性層の厚さよりも１５％以上厚くすることは可能である。
また、光導波路部２１の長さ（即ち、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ部２０とＳＯＡ部２２との距離）は、少なくとも１５０μｍ以上あれば、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ１の活性層の厚さをＳＯＡ２の活性層の厚さよりも１５％以上厚くすることができる。

次いで、利得導波路部形成用マスク１４を除去した後、図１（Ｅ）に示すように、波長可変レーザ１の利得導波路部１Ａ、波長制御導波路部１Ｂ及びＳＯＡ２の積層構造の上に（即ち、クラッド層１３，１６上に）、光導波路４（光結合器３を含む）を形成するためのマスク（光導波路形成用バットジョイントマスク）１７を形成し、図１（Ｆ）に示すように、マスク１７を用いて波長可変レーザ１の利得導波路部１Ａ又はＳＯＡ２の積層構造の一部（即ち、活性層１５及びクラッド層１６の一部）をエッチングして除去する。これにより、波長可変レーザ１の利得導波路部１Ａを構成する活性層１５Ａ及びクラッド層１６Ａ、並びに、ＳＯＡ２を構成する活性層１５Ｂ及びクラッド層１６Ｂが形成される。

その後、図１（Ｇ）に示すように、波長可変レーザ部２０とＳＯＡ部２２との間に光導波路部２１を形成すべく、マスク１７を用いて選択成長によって、光導波路４（光結合器３を含む）を構成するコア層１８及びクラッド層１９をバットジョイント成長させて形成する。
このように、波長可変レーザ１の利得導波路部１Ａを構成する活性層１５Ａと波長制御層１２を成長させる順番を入れ替えることによって、１回の成長で波長可変レーザ１の利得導波路部１Ａを構成する活性層１５ＡとＳＯＡ２を構成する活性層１５Ｂとを同時に形成しながら、ＳＯＡ２を構成する活性層１５Ｂの厚さがＴＤＡ−ＤＦＢレーザ１の利得導波路部１Ａを構成する活性層１５Ａの厚さよりも薄くなる構造を実現できることになる。

したがって、本実施形態にかかる光半導体集積素子及びその製造方法によれば、製造コストが大きくならないようにしながら、光通信システムに適用するための十分な飽和光出力が得られるようになるという利点がある。
つまり、本光半導体集積素子は上述のような製造方法によって製造することで、波長可変レーザ１の利得導波路部１Ａを構成する活性層１５ＡとＳＯＡ２を構成する活性層１５Ｂとが、例えば有機金属気層成長法を用いた選択成長によって同時に形成されるようにして、バットジョイント成長の回数を増やすことなく、ＳＯＡ２を構成する活性層１５Ｂの厚さが波長可変レーザ１の利得導波路部１Ａを構成する活性層１５Ａの厚さよりも薄くなるようにすることができる。

このようにしてＳＯＡ２を構成する活性層１５Ｂの厚さを薄くすることによって、光閉じ込めを小さくすることができ、本出願人が先願で採用していた手順で作製する場合と比べ、ＳＯＡ２の飽和光出力を増加させることができ、光通信システムに適用するための十分な飽和光出力が得られるようになるという利点がある。
また、各ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ１の波長制御層１２への注入電流を同一にした場合、本出願人が先願で採用していた手順で作製する場合と比べ、上述のような製造方法によって製造した方が、各ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ１の波長可変量（波長可変幅）が大きくなることが確認されている。

さらに、本出願人が先願で採用していた手順で作製する場合と比べ、同じ波長可変量を得るためにＴＤＡ−ＤＦＢレーザ１の波長制御層１２に流す電流を約２０ｍＡ程度低減でき、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ１の低消費電力化を実現することが可能となり、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ１をＷＤＭ通信システムに適用することが可能となる。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することができる。

また、上述の実施形態では、本発明の光半導体集積素子を、複数の波長可変レーザ、光結合器、半導体光増幅器、光導波路を備えるアレイ集積型波長可変レーザに適用した場合を例に説明しているが、これに限られるものではない。
例えば、一つの波長可変レーザ、半導体光増幅器、光導波路を同一基板上に集積した光半導体集積素子に本発明を適用することもできる。

また、例えば、波長可変レーザ、半導体光増幅器、電界吸収型光変調器（ＥＡ変調器）を同一基板上に集積した光半導体集積素子に本発明を適用することもできる。
この場合、光半導体集積素子は、図４（Ｇ）に示すように、波長可変レーザ１が形成されている領域（波長可変レーザ部；ここではＴＤＡ−ＤＦＢレーザ部）２０と、ＳＯＡ２が形成されている領域（ＳＯＡ部）２２と、ＥＡ変調器６０が形成されている領域（ＥＡ変調器部）６１とを備える。なお、図４では、図１に示したものと同一のものには同一の符号を付している。

この光導波路集積素子も、上述の実施形態のものと同様に、ＳＯＡ２の積層構造と波長可変レーザ１の利得導波路部１Ａの積層構造が同じであり、且つ、ＳＯＡ２を構成する活性層１５Ｂの厚さが波長可変レーザ１の利得導波路部１Ａを構成する活性層１５Ａの厚さよりも薄くなっている。
以下、本変形例にかかる光半導体集積素子の製造方法について、図４を参照しながら説明する。

まず、図４（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、上述の実施形態［図１（Ａ）〜（Ｄ）参照］と同様に、波長可変レーザ１及びＳＯＡ２の積層構造が形成される。
次に、利得導波路部形成用マスク１４を除去した後、図４（Ｅ）に示すように、波長可変レーザ１の利得導波路部１Ａ、波長制御導波路部１Ｂ及びＳＯＡ２の積層構造の上に（即ち、クラッド層１３，１６上に）、ＥＡ変調器６０を形成するためのマスク（ＥＡ変調器形成用バットジョイントマスク）６２を形成し、図４（Ｆ）に示すように、マスク６２を用いてＳＯＡ２の積層構造の一部（即ち、活性層１５及びクラッド層１６の一部）をエッチングして除去する。これにより、波長可変レーザ１の利得導波路部１Ａを構成する活性層１５Ａ及びクラッド層１６Ａ、並びに、ＳＯＡ２を構成する活性層１５Ｂ及びクラッド層１６Ｂが形成される。ここでは、波長可変レーザ１とＳＯＡ２は光導波路を介さずに直接接合されたものとして形成される。

その後、図４（Ｇ）に示すように、ＳＯＡ部２２の端部に接合されるようにＥＡ変調器部６１を形成すべく、マスク６２を用いて選択成長によって、ＳＯＡ２を介して入射する光を変調するＥＡ変調器６０を構成する活性層６３及びクラッド層６４をバットジョイント成長させて形成する。
このように、波長可変レーザ１の利得導波路部１Ａを構成する活性層１５Ａと波長制御層１２を成長させる順番を入れ替えることによって、１回の成長で波長可変レーザ１の利得導波路部１Ａを構成する活性層１５ＡとＳＯＡ２を構成する活性層１５Ｂとを同時に形成しながら、ＳＯＡ２を構成する活性層１５Ｂの厚さがＴＤＡ−ＤＦＢレーザ１の利得導波路部１Ａを構成する活性層１５Ａの厚さよりも薄くなる構造を実現できることになる。

これにより、製造コストが大きくならないようにしながら、ＳＯＡ２の飽和光出力を増加させることができ、光通信システムに適用するための十分な飽和光出力が得られるようになり、ＥＡ変調器６０からの光出力を増加させることが可能となる。
また、上述の実施形態にかかる光半導体集積素子、即ち、複数の波長可変レーザ、光結合器、半導体光増幅器、光導波路を備えるアレイ集積型波長可変レーザにおいて、さらに、半導体光増幅器の端部に電界吸収型光変調器（ＥＡ変調器）を集積したものに本発明を適用することもできる。

なお、上述の実施形態では、波長可変レーザの波長制御導波路部に電流注入を行なうことによって発振波長を制御しているが、これに限られるものではなく、例えば波長制御導波路部に波長制御電極を介して電圧印加を行なうことによって発振波長の制御を行なうように構成しても良い。

以下、実施例１，２によって本発明を更に詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施例１，２によって限定されるものではない。
［実施例１］
ここで、図５，図６は、本実施例１にかかる光半導体集積素子、即ち、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ（波長可変レーザ）１、光導波路４（光結合器３を含む）、ＳＯＡ２を集積化した素子の製造工程を示している。

まず、図５（Ａ）に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板３０上に、必要に応じてｎ型ＩｎＰバッファ層を介して、例えば電子ビーム露光法等によってｎ型ＩｎＧａＡｓＰからなる格子パターンを形成し、このｎ型ＩｎＧａＡｓＰ格子パターンを埋め込むように、例えばＭＯＣＶＤ法によってｎ型ＩｎＰスペーサ層３２を形成し、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ１を形成する領域（波長可変レーザ部；ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ部）２０にＤＦＢレーザ用のｎ型ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層３１を形成する。

なお、光導波路４（光結合器３を含む）及びＳＯＡ２を形成する領域（光導波路部２１及びＳＯＡ部２２）のｎ型ＩｎＰ基板３０上には、図５（Ａ）に示すように、例えばＭＯＣＶＤ法によって、ｎ型ＩｎＰスペーサ層３２が形成される。
次に、図５（Ａ）に示すように、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層３１及びｎ型ＩｎＰスペーサ層３２上に、例えばＭＯＣＶＤ法によって、ＩｎＧａＡｓＰからなる下部ＳＣＨ層３３、ＩｎＧａＡｓＰからなる波長制御層３４、ＩｎＧａＡｓＰからなる上部ＳＣＨ層３５、ｐ型ＩｎＰからなるクラッド層３６、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰからなるキャップ層３７、ｐ型ＩｎＰからなるキャップ層３８を順に積層し、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ１の波長制御導波路部１Ｂの積層構造を形成する。なお、図５（Ａ）〜（Ｇ）では、下部ＳＣＨ層３３、波長制御層３４、上部ＳＣＨ層３５をまとめて示している。

なお、ここでは、後述の選択成長の際に、選択成長させた層の表面を平坦にすることができるように、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層３７及びｐ型ＩｎＰキャップ層３８を形成している。
次いで、ｐ型ＩｎＰキャップ層３８上にＳｉＯ₂膜を成膜し、例えばリソグラフィー技術によってパターニングして、図５（Ａ）に示すように、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ１の利得導波路部１Ａを形成するためのマスクパターン（第１マスクパターン）を有する利得導波路部形成用バットジョイントマスク３９を形成する。

次に、図５（Ｂ）に示すように、利得導波路部形成用バットジョイントマスク３９をエッチングマスクとして、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ１の波長制御導波路部１Ｂの積層構造の一部をエッチングして除去する。ここでは、ｐ型ＩｎＰキャップ層３８からＩｎＧａＡｓＰ下部ＳＣＨ層３３までの各層を選択的にウェットエッチングする。
ここでは、まず、ｐ型ＩｎＰキャップ層３８を、例えば塩酸と酢酸と水の混合液によってエッチングし、次いで、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層３７を、例えば硫酸と過酸化水素水と水の混合液によってエッチングする。この場合、図５（Ｂ）に示すように、マスクの下側までえぐられるようにｐ型ＩｎＰキャップ層３８及びｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層３７はサイドエッチングされ、利得導波路部形成用バットジョイントマスク３９及びｐ型ＩｎＰキャップ層３８がひさし状に残ることになる。

次いで、ｐ型ＩｎＰクラッド層３６を、例えば臭化水素酸によってエッチングした後、ＩｎＧａＡｓＰ上部ＳＣＨ層３５、ＩｎＧａＡｓＰ波長制御層３４及びＩｎＧａＡｓＰ下部ＳＣＨ層３３を、例えば塩酸と過酸化水素酸と水の混合液によってエッチングする。この場合、図５（Ｂ）に示すように、エッチングされた後の断面はひさし状の構造が形成される。

このようにして、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ１の波長制御導波路部１Ｂが形成される。
次に、エッチングされた領域［ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ１の利得導波路部１Ａ、光導波路部２１及びＳＯＡ部２２］に、図５（Ｃ）に示すように、利得導波路部形成用バットジョイントマスク３９を用いて、例えばＭＯＣＶＤ法によって、ＩｎＧａＡｓＰからなる下部ＳＣＨ層４０、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰからなるＭＱＷ活性層４１、ＩｎＧａＡｓＰからなる上部ＳＣＨ層４２、ｐ型ＩｎＰからなるクラッド層４３、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰからなるキャップ層４４、ｐ型ＩｎＰからなるキャップ層４５を順に選択成長（バットジョイント成長）させ、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ１の利得導波路部１Ａ及びＳＯＡ２の積層構造を同時に形成する。つまり、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ１の活性層とＳＯＡ２の活性層とが選択成長によって同時に形成される。

この場合、利得導波路部形成用バットジョイントマスク３９として図２に示すようなマスクを用いており、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ部２０は、マスク３９による被覆率が高いため、選択成長効果が大きいが、ＳＯＡ部２２は、マスクが存在しないため、選択成長効果が得られない。このため、バットジョイント成長（選択成長）させる際に、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ部２０では、ＳＯＡ部２２よりも成長速度が速くなり、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ１の利得導波路部１Ａを構成する活性層４１の厚さは、ＳＯＡ２を構成する活性層４１の厚さよりも厚くなる。つまり、ＳＯＡ２を構成する活性層４１の厚さは、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ１の利得導波路部１Ａを構成する活性層４１の厚さよりも薄くなる。

このようにして、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ１の利得導波路部１Ａが形成される。
次に、利得導波路部形成用バットジョイントマスク（第１マスクパターン）３９を除去した後、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ１の利得導波路部１Ａ、波長制御導波路部１Ｂ及びＳＯＡ２の積層構造の上に、再度、ＳｉＯ₂膜を成膜し、例えばリソグラフィー技術によってパターニングして、図５（Ｄ）に示すように、光導波路を形成するためのマスクパターン（第２マスクパターン）を有する光導波路用バットジョイントマスク４６を形成する。

次に、図５（Ｅ）に示すように、光導波路用バットジョイントマスク４６をエッチングマスクとして、波長可変レーザ１の利得導波路部１Ａ又はＳＯＡ２の積層構造の一部をエッチングして除去する。ここでは、上述のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ１の波長制御導波路部１Ｂの積層構造のエッチングと同様の手順で、ｐ型ＩｎＰキャップ層４５からＩｎＧａＡｓＰ下部ＳＣＨ層４０までの各層を選択的にウェットエッチングする。この場合も、エッチングされた後の断面は同様にマスクの下側までえぐられて、ひさし状の構造となる。

このようにして、ＳＯＡ２が形成される。
その後、エッチングされた領域［光導波路部２１］に、図５（Ｆ）に示すように、光導波路用バットジョイントマスク４６を用いて、例えばＭＯＣＶＤ法によって、ＩｎＧａＡｓＰからなるコア層４７、ｎ型ＩｎＰからなるクラッド層４８を順に選択成長（バットジョイント成長）させ、光導波路４（光結合器３を含む）の積層構造を形成する。

このようにして光導波路４（光結合器３を含む）の積層構造を形成した後、光導波路用バットジョイントマスク（第２マスクパターン）４６を除去するとともに、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ部２０及びＳＯＡ部２２に形成されているｐ型ＩｎＰキャップ層３８，４５及びｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層３７，４４を除去し、図５（Ｇ）に示すように、例えばＭＯＣＶＤ法によって、ｐ型ＩｎＰクラッド層４９、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層５０を順に積層する。

なお、ここでは、電流特性を良くするためにｐ型ＩｎＰキャップ層３８，４５及びｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層３７，４４を除去しているが、これらの層をそのまま残しておいても良い。
次に、ＳｉＯ₂膜を成膜し、例えばリソグラフィー技術によってパターニングして、図６（Ａ）に示すように、メサストライプを形成するためのマスクパターン（メサストライプ形成用マスクパターン）を有するメサストライプ形成用マスク５１を形成し、例えばドライエッチングによって、例えば幅１〜２μｍのメサストライプ５２を形成する。

その後、図６（Ｂ）に示すように、例えばＭＯＣＶＤ法により、メサストライプ５２の両側に半絶縁性ＩｎＰ層５３を形成してメサストライプ５２を埋め込んだ後、図６（Ｃ）に示すように、メサストライプ形成用マスクパターン５１を除去し、コンタクト層５０上にｐ側電極５４を形成するとともに、基板裏面側にｎ側電極５５を形成する。
このようにして、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ１、光導波路４（光結合器３を含む）、ＳＯＡ２を集積化した光半導体集積素子（アレイ集積型波長可変レーザ）が製造される。
［実施例２］
ここで、図７，図８は、本実施例２にかかる光半導体集積素子、即ち、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ（波長可変レーザ）１、ＳＯＡ２、ＥＡ変調器６０を集積化した素子の製造工程を示している。なお、図７では、図５に示したものと同一のものには同一の符号を付している。また、図８では、図６に示したものと同一のものには同一の符号を付している。

なお、本実施例２では、上述の実施例１のものに対し、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ１とＳＯＡ２は光導波路を介さずに直接接合されており、ＳＯＡ２の端部に接合されるようにＥＡ変調器６０が配置された構造になっている点が異なる。
まず、図７（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、上述の実施例１［図５（Ａ）〜（Ｃ）参照］と同様に、波長可変レーザ１及びＳＯＡ２の積層構造が形成される。

ここでは、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ１の活性層とＳＯＡ２の活性層とが選択成長によって同時に形成される。特に、ＳＯＡ２を構成する活性層４１の厚さは、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ１の利得導波路部１Ａを構成する活性層４１の厚さよりも薄くなる。
次に、利得導波路部形成用バットジョイントマスク（第１マスクパターン）３９を除去した後、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ１の利得導波路部１Ａ、波長制御導波路部１Ｂ及びＳＯＡ２の積層構造の上に、再度、ＳｉＯ₂膜を成膜し、例えばリソグラフィー技術によってパターニングして、図７（Ｄ）に示すように、ＥＡ変調器６０を形成するためのマスクパターン（第２マスクパターン）を有するＥＡ変調器用バットジョイントマスク６５を形成する。

次に、図７（Ｅ）に示すように、ＥＡ変調器用バットジョイントマスク６５をエッチングマスクとして、ＳＯＡ２の積層構造の一部をエッチングして除去する。ここでは、上述のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ１の波長制御導波路部１Ｂの積層構造のエッチングと同様の手順で、ｐ型ＩｎＰキャップ層４５からＩｎＧａＡｓＰ下部ＳＣＨ層４０までの各層を選択的にウェットエッチングする。この場合も、エッチングされた後の断面は同様にマスクの下側までえぐられて、ひさし状の構造となる。

このようにして、ＳＯＡ２が形成される。
その後、エッチングされた領域［ＥＡ変調器部６１］に、図７（Ｆ）に示すように、ＥＡ変調器用バットジョイントマスク６５を用いて、例えばＭＯＣＶＤ法によって、ＩｎＧａＡｓＰからなる活性層６６、ｐ型ＩｎＰからなるクラッド層６７を順に選択成長（バットジョイント成長）させ、ＥＡ変調器６０の積層構造を形成する。

このようにしてＥＡ変調器６０の積層構造を形成した後、ＥＡ変調器用バットジョイントマスク（第２マスクパターン）６５を除去するとともに、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ部２０及びＳＯＡ部２２に形成されているｐ型ＩｎＰキャップ層３８，４５及びｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層３７，４４を除去し、図７（Ｇ）に示すように、例えばＭＯＣＶＤ法によって、ｐ型ＩｎＰクラッド層４９、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層５０を順に積層する。

なお、ここでは、電流特性を良くするためにｐ型ＩｎＰキャップ層３８，４５及びｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層３７，４４を除去しているが、これらの層をそのまま残しておいても良い。
次に、ＳｉＯ₂膜を成膜し、例えばリソグラフィー技術によってパターニングして、図８（Ａ）に示すように、メサストライプを形成するためのマスクパターン（メサストライプ形成用マスクパターン）を有するメサストライプ形成用マスク５１を形成し、例えばドライエッチングによって、例えば幅１〜２μｍのメサストライプ５２を形成する。

その後、図８（Ｂ）に示すように、例えばＭＯＣＶＤ法により、メサストライプ５２の両側に半絶縁性ＩｎＰ層５３を形成してメサストライプ５２を埋め込んだ後、図８（Ｃ）に示すように、メサストライプ形成用マスクパターン５１を除去し、コンタクト層５０上にｐ側電極５４を形成するとともに、基板裏面側にｎ側電極５５を形成する。
このようにして、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ１、ＳＯＡ２、ＥＡ変調器６０を集積化した光半導体集積素子が製造される。

以下、上述の実施形態に関し、更に、付記を開示する。
（付記１）
利得を発生しうる利得導波路部と、発振波長を制御しうる波長制御導波路部とを有する波長可変レーザと、
半導体光増幅器とを備え、
前記波長可変レーザ及び前記半導体光増幅器が同一基板上に集積されており、
前記半導体光増幅器の積層構造と前記波長可変レーザの利得導波路部の積層構造が同じであり、且つ、前記半導体光増幅器を構成する活性層の厚さが前記波長可変レーザの利得導波路部を構成する活性層の厚さよりも薄いことを特徴とする光半導体集積素子。

（付記２）
前記波長可変レーザからの光を伝播する光導波路を備え、
前記波長可変レーザ、前記半導体光増幅器及び前記光導波路が同一基板上に集積されていることを特徴とする、付記１記載の光半導体集積素子。
（付記３）
前記波長可変レーザとして、異なる波長可変幅を持つ複数の波長可変レーザが並べて設けられており、
前記波長可変レーザと前記半導体光増幅器との間に備えられる前記光導波路の一部が光結合器として機能するように構成されることを特徴とする、付記２記載の光半導体集積素子。

（付記４）
前記半導体光増幅器を介して入射する光を変調する電界吸収型光変調器を備え、
前記波長可変レーザ、前記半導体光増幅器及び前記電界吸収型光変調器が同一基板上に集積されていることを特徴とする、付記１〜３のいずれか１項に記載の光半導体集積素子。

（付記５）
前記波長可変レーザの利得導波路部を構成する活性層の厚さが、前記半導体光増幅器を構成する活性層の厚さよりも１５％以上厚いことを特徴とする、付記１〜４のいずれか１項に記載の光半導体集積素子。
（付記６）
半導体基板上に、波長可変レーザの波長制御導波路部の積層構造を形成し、
前記波長可変レーザの波長制御導波路部の積層構造の上に、前記波長可変レーザの利得導波路部を形成するための利得導波路部形成用マスクを形成し、
前記利得導波路部形成用マスクを用いて前記波長可変レーザの波長制御導波路部の積層構造の一部を除去し、
前記利得導波路部形成用マスクを用いて選択成長によって前記波長可変レーザの利得導波路部を構成する活性層と半導体光増幅器を構成する活性層とを同時に形成する、各工程を含むことを特徴とする光半導体集積素子の製造方法。

（付記７）
半導体基板上に、波長制御層、クラッド層、キャップ層を順に積層して、波長可変レーザの波長制御導波路部の積層構造を形成し、
前記波長可変レーザの波長制御導波路部の積層構造の上に、前記波長可変レーザの利得導波路部を形成するための利得導波路部形成用マスクを形成し、
前記利得導波路部形成用マスクを用いて前記波長可変レーザの波長制御導波路部の積層構造の一部を除去し、
前記利得導波路部形成用マスクを用いて選択成長によって前記波長可変レーザの利得導波路部を構成する活性層と半導体光増幅器を構成する活性層とを同時に形成し、
前記波長可変レーザの利得導波路部を構成する活性層及び前記半導体光増幅器を構成する活性層上に、クラッド層、キャップ層を順に積層して前記波長可変レーザの利得導波路部及び前記半導体光増幅器の積層構造を形成し、
前記利得導波路部形成用マスクを除去した後、前記波長可変レーザの波長制御導波路部、利得導波路部及び前記半導体光増幅器の積層構造の上に、光導波路を形成するための光導波路形成用マスクを形成し、
前記光導波路形成用マスクを用いて前記波長可変レーザの利得導波路部又は前記半導体光増幅器の積層構造の一部を除去し、
前記光導波路形成用マスクを用いて選択成長によって前記光導波路を構成するコア層及びクラッド層を形成した後、前記キャップ層を除去する、各工程を含むことを特徴とする、光半導体集積素子の製造方法。

（付記８）
半導体基板上に、波長制御層、クラッド層、キャップ層を順に積層して、波長可変レーザの波長制御導波路部の積層構造を形成し、
前記波長可変レーザの波長制御導波路部の積層構造の上に、前記波長可変レーザの利得導波路部を形成するための利得導波路部形成用マスクを形成し、
前記利得導波路部形成用マスクを用いて前記波長可変レーザの波長制御導波路部の積層構造の一部を除去し、
前記利得導波路部形成用マスクを用いて選択成長によって前記波長可変レーザの利得導波路部を構成する活性層と半導体光増幅器を構成する活性層とを同時に形成し、
前記波長可変レーザの利得導波路部を構成する活性層及び前記半導体光増幅器を構成する活性層上に、クラッド層、キャップ層を順に積層して前記波長可変レーザの利得導波路部及び前記半導体光増幅器の積層構造を形成し、
前記利得導波路部形成用マスクを除去した後、前記波長可変レーザの波長制御導波路部、利得導波路部及び前記半導体光増幅器の積層構造の上に、電界吸収型光変調器を形成するための電界吸収型光変調器形成用マスクを形成し、
前記電界吸収型光変調器形成用マスクを用いて前記半導体光増幅器の積層構造の一部を除去し、
前記電界吸収型光変調器形成用マスクを用いて選択成長によって前記電界吸収型光変調器を構成する活性層及びクラッド層を形成した後、前記キャップ層を除去する、各工程を含むことを特徴とする、光半導体集積素子の製造方法。

（Ａ）〜（Ｇ）は、本発明の一実施形態にかかる光半導体集積素子の構成及びその製造方法を示す模式的断面図である。 本発明の一実施形態にかかる光半導体集積素子の製造方法において用いられる利得導波路部形成用バットジョイントマスクを示す模式的平面図である。 本発明の一実施形態にかかる光半導体集積素子の構成を示す模式的平面図である。 （Ａ）〜（Ｇ）は、本発明の一実施形態の変形例にかかる光半導体集積素子の構成及びその製造方法を示す模式的断面図である。 （Ａ）〜（Ｇ）は、本発明の実施例１にかかる光半導体集積素子の製造方法を示す模式的断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の実施例１にかかる光半導体集積素子の製造方法を示す模式的斜視図である。 （Ａ）〜（Ｇ）は、本発明の実施例２にかかる光半導体集積素子の製造方法を示す模式的断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の実施例２にかかる光半導体集積素子の製造方法を示す模式的斜視図である。 従来のアレイ集積型波長可変レーザの構成を示す模式的斜視図である。 （Ａ）〜（Ｇ）は、先願で採用されている光半導体集積素子の製造方法を示す模式的断面図である。

符号の説明

１ 波長可変レーザ（ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ）
１Ａ 利得導波路部
１Ｂ 波長制御導波路部
２ 半導体光増幅器（ＳＯＡ）
３ 光結合器
４，４Ａ，４Ｂ 光導波路
１０ 半導体基板
１１ 回折格子層
１２ 波長制御層
１３ クラッド層
１４ マスク（利得導波路部形成用マスク；活性層形成用バットジョイントマスク）
１５，１５Ａ，１５Ｂ 活性層
１６，１６Ａ，１６Ｂ クラッド層
１７ マスク（光導波路形成用バットジョイントマスク）
１８ コア層
１９ クラッド層
２０ 波長可変レーザ部（ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ部）
２１ 光導波路部
２２ ＳＯＡ部
３０ ｎ型ＩｎＰ基板
３１ ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層
３２ ｎ型ＩｎＰスペーサ層
３３ ＩｎＧａＡｓＰ下部ＳＣＨ層
３４ ＩｎＧａＡｓＰ波長制御層
３５ ＩｎＧａＡｓＰ上部ＳＣＨ層
３６ ｐ型ＩｎＰクラッド層
３７ ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層
３８ ｐ型ＩｎＰキャップ層
３９ 利得導波路部形成用バットジョイントマスク
４０ ＩｎＧａＡｓＰ下部ＳＣＨ層
４１ ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰＭＱＷ活性層
４２ ＩｎＧａＡｓＰ上部ＳＣＨ層
４３ ｐ型ＩｎＰクラッド層
４４ ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層
４５ ｐ型ＩｎＰキャップ層
４６ 光導波路用バットジョイントマスク
４７ ＩｎＧａＡｓＰコア層
４８ ｎ型ＩｎＰクラッド層
４９ ｐ型ＩｎＰクラッド層
５０ ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層
５１ メサストライプ形成用マスク
５２ メサストライプ
５３ 半絶縁性ＩｎＰ層
５４ ｐ側電極
５５ ｎ側電極
６０ 電界吸収型光変調器（ＥＡ変調器）
６１ ＥＡ変調器部
６２ マスク（ＥＡ変調器形成用バットジョイントマスク）
６３ 活性層
６４ クラッド層
６５ ＥＡ変調器用バットジョイントマスク
６６ ＩｎＧａＡｓＰ活性層
６７ ｐ型ＩｎＰクラッド層

Claims (6)

1. 利得を発生しうる利得導波路部と、発振波長を制御しうる波長制御導波路部とを有する波長可変レーザと、
   半導体光増幅器とを備え、
   前記波長可変レーザ及び前記半導体光増幅器が同一基板上に集積されており、
   前記半導体光増幅器の積層構造と前記波長可変レーザの利得導波路部の積層構造が同じであり、且つ、前記半導体光増幅器を構成する活性層の厚さが前記波長可変レーザの利得導波路部を構成する活性層の厚さよりも薄いことを特徴とする光半導体集積素子。
2. 前記波長可変レーザからの光を伝播する光導波路を備え、
   前記波長可変レーザ、前記半導体光増幅器及び前記光導波路が同一基板上に集積されていることを特徴とする、請求項１記載の光半導体集積素子。
3. 前記波長可変レーザとして、異なる波長可変幅を持つ複数の波長可変レーザが並べて設けられており、
   前記波長可変レーザと前記半導体光増幅器との間に備えられる前記光導波路の一部が光結合器として機能するように構成されることを特徴とする、請求項２記載の光半導体集積素子。
4. 前記半導体光増幅器を介して入射する光を変調する電界吸収型光変調器を備え、
   前記波長可変レーザ、前記半導体光増幅器及び前記電界吸収型光変調器が同一基板上に集積されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光半導体集積素子。
5. 前記波長可変レーザの利得導波路部を構成する活性層の厚さが、前記半導体光増幅器を構成する活性層の厚さよりも１５％以上厚いことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光半導体集積素子。
6. 半導体基板上に、波長可変レーザの波長制御導波路部の積層構造を形成し、
   前記波長可変レーザの波長制御導波路部の積層構造の上に、前記波長可変レーザの利得導波路部を形成するための利得導波路部形成用マスクを形成し、
   前記利得導波路部形成用マスクを用いて前記波長可変レーザの波長制御導波路部の積層構造の一部を除去し、
   前記利得導波路部形成用マスクを用いて選択成長によって前記波長可変レーザの利得導波路部を構成する活性層と半導体光増幅器を構成する活性層とを同時に形成する、各工程を含むことを特徴とする光半導体集積素子の製造方法。

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