JP2013070027A - 光集積デバイス及び光集積デバイスの製造方法 - Google Patents

光集積デバイス及び光集積デバイスの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】光集積デバイスの素子と、素子との界面に流れる電流による、特性の劣化を抑える。
【解決手段】基板上に形成され、第１光路を有する第１導波路と、第１導波路上に形成された電極と、基板上に形成され、第２光路を有する第２導波路と、第１光路よりバンドギャップエネルギーが大きい材料で形成されて光路となる透明コアを有し、基板上の第１導波路及び第２導波路の間に形成された透明導波路と、を備え、電極は、第１導波路の上方に形成されており、かつ、透明導波路の上方には形成されておらず、第１導波路を有する素子は、電流注入により動作する光学的能動素子である光集積デバイスを提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、光集積デバイス及び光集積デバイスの製造方法に関する。
半導体レーザ、光導波路、及び、変調器が同一の基板上にモノリシック集積された光集積デバイスが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
非特許文献１ K. Shinoda, et. al., "Highly reliable operation of InGaAlAs/InGaAsP integrated lasers", Indium Phosphide & Related Materials, 2007. IPRM '07. IEEE 19th International Conference, IEEE, May 2007, pp. 39-42
モノリシック集積された光集積デバイスにおいて、半導体レーザのような電極を有する光学的能動な素子と、別の素子とが結合する部分がある。光集積デバイスにおいて、光学的能動な素子と、別の素子とが結合部分は、一般的に、再成長法により形成される。しかし、光学的能動な素子と別の素子との界面に、光学的能動な素子の電極から電流が流れると、結晶欠陥の発生及び増殖が促進される。この結晶欠陥は素子の特性を劣化させて、光集積デバイスの信頼性を、特に光学的能動な素子において低下させる。そこで、当該界面に流れる電流を低減することが望まれる。
光学的能動な素子の電極を、光学的能動な素子と別の素子との界面から、別の素子とは反対方向にオフセットさせて、光学的能動な素子と別の素子との界面に流れる電流を抑えることが考えられる。しかし、電極のオフセット量が小さすぎると、光学的能動な素子と別の素子との界面に流れる電流を低減できないので、素子の特性の劣化、及び、信頼性の低下を抑えられない。また、電極のオフセット量が大きすぎると、光学的能動な素子の、別の素子との界面付近の領域に注入される電流が小さくなるので、当該領域における光の吸収が増加して、光学的能動な素子が劣化する。したがって、光学的能動な素子の電極を、光学的能動な素子と別の素子との界面から、別の素子とは反対方向にオフセットさせる場合には、当該界面の位置、及び、電極の位置を数ミクロンの範囲で制御することが求められる。しかしフォトリソグラフィ法の精度の制約により、光集積デバイスの製造プロセス、及び、光学的能動な素子の特性の歩留りが低下する。そこで、他の方法によって、光学的能動な素子と別の素子との界面に流れる電流を低減することが望まれる。
なお、光学的能動な素子とは、電極から電力を供給されて、当該電力を使用する素子のことをいう。光学的能動な素子は、半導体発光ダイオード素子、半導体レーザ素子もしくは光増幅器、またはＥＡ変調器等であってよい。これらの光学的能動な素子では、それぞれ、自然放出、誘導放出または電気光学効果などの現象が生じる。
本発明の第１の態様においては、基板上に形成され、第１光路を有する第１導波路と、第１導波路上に形成された電極と、基板上に形成され、第２光路を有する第２導波路と、第１光路よりバンドギャップエネルギーが大きい材料で形成されて光路となる透明コアを有し、基板上の第１導波路及び第２導波路の間に形成された透明導波路と、を備え、電極は、第１導波路の上方に形成されており、かつ、透明導波路の上方には形成されておらず、第１導波路を有する素子は、電流注入により動作する光学的能動素子である光集積デバイスを提供する。
本発明の第２の態様においては、基板上に、第１光路を有する第１導波路、及び、第１光路よりバンドギャップエネルギーが大きい材料で形成されて光路となる透明コアを有し、第１導波路に結合された透明導波路を形成する第１導波路形成段階と、透明導波路に結合され、第２光路を有する第２導波路を形成する第２導波路形成段階と、第１導波路上に電極を形成して、電流注入により動作する光学的能動素子を作製し、透明導波路の上方には電極を形成しない電極形成段階と、を備える、光集積デバイスの製造方法を提供する。
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
本発明の第１の実施形態に係る光集積デバイスの模式的な上視図である。 第１の実施形態に係る光集積デバイスの半導体レーザ、透明導波路及び光導波路の模式的な断面図である。 第１の実施形態に係る光集積デバイスの半導体レーザの模式的な断面図である。 第１の実施形態に係る光集積デバイスの光導波路の模式的な断面図である。 第１の実施形態に係る光集積デバイスの製造プロセスにおける平面図である。 第１の実施形態に係る光集積デバイスの製造プロセスにおいて、基板上に下部クラッド層が形成された状態を示す断面図である。 第１の実施形態に係る光集積デバイスの製造プロセスにおいて、選択成長のマスクが形成された状態を示す模式的な斜視図である。 第１の実施形態に係る光集積デバイスの製造プロセスにおいて、上部クラッド層まで選択成長した状態を示す模式的な断面図である。 第１の実施形態に係る光集積デバイスの製造プロセスにおいて、マスクを形成した状態を示す模式的な断面図である。 第１の実施形態に係る光集積デバイスの製造プロセスにおいて、エッチングした状態を示す模式的な断面図である。 第１の実施形態に係る光集積デバイスの製造プロセスにおいて、光導波路領域に、コア層及び上部クラッド層を形成した図である。 本発明の第２の実施形態に係る光集積デバイスの半導体レーザ、透明導波路及び光導波路の模式的な断面図である。 第２の実施形態に係る光集積デバイスの製造プロセスにおいて、上部クラッド層上に促進層が形成された状態を示す模式的な断面図である。 第２の実施形態に係る光集積デバイスの製造プロセスにおいて、上部クラッド層上にマスクが形成された状態を示す模式的な断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る光集積デバイスの半導体レーザ、透明導波路及び光導波路の模式的な断面図である。
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光集積デバイス１００の模式的な上視図である。光集積デバイス１００は、半導体レーザ１６２、透明導波路１６４、及び、光導波路１６６を備える。半導体レーザ１６２は、レーザ光を発生する。一例として、半導体レーザ１６２の主モードのレーザ光の発振波長は１３１０ｎｍまたは１５５０ｎｍである。透明導波路１６４は、半導体レーザ１６２に結合される。光導波路１６６は、透明導波路１６４に結合される。半導体レーザ１６２で発生されたレーザ光は、透明導波路１６４を介して、光導波路１６６に導かれる。
図２は、第１の実施形態に係る光集積デバイス１００の半導体レーザ１６２、透明導波路１６４及び光導波路１６６の、図１のＩＩ−ＩＩにおける模式的な断面図である。半導体レーザ１６２は、基板１０２、下部クラッド層１０４、活性層１０６、上部クラッド層１１４、ｐ−ＩｎＰ層１１５、コンタクト層１１６、ｐ側電極１１８、及び、ｎ側電極１３０を備える。活性層１０６は、下部光閉じ込め層１０８、多重量子井戸層１１０、及び、上部光閉じ込め層１１２を備え、半導体レーザ１６２における光路となる。
透明導波路１６４は、ＩＩ−ＩＩ断面において、基板１０２、下部クラッド層１０４、透明コア１６８、上部クラッド層１１４、ｐ−ＩｎＰ層１１５、保護膜１２４、及び、ｎ側電極１３０を備える。透明コア１６８は、半導体レーザ１６２の活性層１０６から延びる下部光閉じ込め層１０８、多重量子井戸層１１０、及び、上部光閉じ込め層１１２を有し、透明導波路１６４における光路となる。また、光導波路１６６は、ＩＩ−ＩＩ断面において、基板１０２、下部クラッド層１０４、コア層１２０、上部クラッド層１２２、ｐ−ＩｎＰ層１１５、保護膜１２４、及び、ｎ側電極１３０を備える。
半導体レーザ１６２、透明導波路１６４及び光導波路１６６において、下部クラッド層１０４は基板１０２上に形成される。下部クラッド層１０４は、活性層１０６、透明コア１６８及びコア層１２０より屈折率の低いＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で形成される。例えば、下部クラッド層１０４はｎ−ＩｎＰで形成される。
半導体レーザ１６２及び透明導波路１６４において、下部光閉じ込め層１０８は、下部クラッド層１０４上に形成される。多重量子井戸層１１０は下部光閉じ込め層１０８上に形成される。上部光閉じ込め層１１２は多重量子井戸層１１０上に形成される。活性層１０６及び透明コア１６８は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で下部クラッド層１０４上に形成される。多重量子井戸層１１０は、多重量子井戸構造を有する。一例として、活性層１０６の多重量子井戸層１１０は、ＡｌＧａＩｎＡｓで形成される。他の例として、活性層１０６の多重量子井戸層１１０はＧａＩｎＡｓＰで形成される。
透明導波路１６４の透明コア１６８は、半導体レーザ１６２における活性層１０６より、バンドギャップエネルギーが大きい材料で、下部クラッド層１０４上に形成される。すなわち、透明コア１６８は、半導体レーザ１６２で発振する光のエネルギーより大きいバンドギャップエネルギーを有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で形成される。一例として、半導体レーザ１６２の活性層１０６のバンドギャップ波長が１３１０ｎｍまたは１５５０ｎｍであり、透明コア１６８のバンドギャップ波長は１１００ｎｍ以下、あるいは、１３００ｎｍ以下である。活性層１０６のバンドギャップ波長と、透明コア１６８のバンドギャップ波長との差が、１００ｎｍ以上であることが好ましく、２００ｎｍ以上であることが更に好ましい。これにより、透明コア１６８は、半導体レーザ１６２が発生するレーザ光に対して、透明になる。
活性層１０６のバンドギャップ波長と、透明コア１６８のバンドギャップ波長との差が、１００ｎｍ以上であることが好ましい理由を以下に述べる。活性層１０６は通常、室温以上の温度で動作させる。室温以上の温度での動作において、活性層１０６に注入されるキャリアの熱エネルギーの大きさは約２６ｍｅＶ以上である。ここで、活性層１０６に注入されるキャリアの熱エネルギーは、マックスウエルボルツマン分布に従うことが知られているので、当該キャリアの熱エネルギー（たとえば、２６ｍｅＶ）と同じ程度（たとえば、２６ｍｅＶ）の揺らぎが存在する。そこで、キャリアの熱エネルギー分布の中心から高エネルギー側に揺らいでいる電子も透明コア１６８において透過させることを目的として、透明コアのバンドギャップ波長と活性層１０６のバンドギャップ波長との差を、キャリアの熱エネルギー分布の中心（たとえば、２６ｍｅＶ）からさらに２６ｍｅＶだけ大きくする。
１ｍｅＶは約１．３ｎｍに相当するので、バンドギャップ波長の差が１００ｎｍ以上であれば、２×２６ｍｅＶ（約６４ｎｍに相当）よりも十分に大きい。また、活性層１０６に注入されるキャリアの熱エネルギーに関して、分布の中心が約２６ｍｅＶであるとき、熱エネルギーの大きさが約２×２６ｍｅＶであるキャリアの存在確率は約ｅ-2に下がるので、活性層１０６のバンドギャップ波長よりも１００ｎｍ短い光が活性層１０６から放射されることはほとんどない。加えて、そのような波長の光が、仮に活性層１０６から放射されたとしても、非常に微量であるので、透明コア１６８は活性層１０６から発生する光に対して透明となる。
半導体レーザ１６２及び透明導波路１６４には、層を共有する部分があってよい。たとえば、半導体レーザ１６２の活性層１０６、及び、透明導波路１６４の透明コア１６８は、共通の構成元素を用いて、同時に形成される。ただし、光集積デバイス１００においては、活性層１０６と、透明コア１６８とは、元素の組成比が異なる。例えば、透明コア１６８は、活性層１０６より、Ｉｎの組成比が小さく、膜厚が薄いＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で形成される。ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、Ｉｎの組成比が小さくなると、バンドギャップエネルギーが大きくなる。したがって、透明コア１６８のバンドギャップエネルギーは、活性層１０６のバンドギャップエネルギーより高い。さらに、透明コア１６８におけるＩｎの組成比は、半導体レーザ１６２と透明導波路１６４との界面から、光導波路１６６と透明導波路１６４との界面に向かって、小さくなる。当該透明コア１６８における組成比の変化は、連続的であってよい。また、透明コア１６８におけるＩｎの組成比は、半導体レーザ１６２と透明導波路１６４との界面において、活性層１０６におけるＩｎの組成比と同一である。
一例として、活性層１０６及び透明コア１６８が、いずれも、ＡｌＧａＩｎＡｓで形成される。そして、透明コア１６８は、Ｉｎの組成比が、活性層１０６より小さい。
また、透明コア１６８は、光導波路１６６と透明導波路１６４との接続界面での膜厚は、透明導波路１６４の構成部分と半導体レーザ１６２の構成部分の境界での膜厚よりも薄い。このとき、透明コア１６８が有する多重量子井戸層１１０の膜厚が、活性層１０６が有する多重量子井戸層１１０の膜厚より薄くなる部分が存在するので、透明コア１６８のバンドギャップエネルギーが、活性層１０６のバンドギャップエネルギーより高くなる部分が有る。また、上記の条件では少なくとも、光導波路１６６と透明導波路１６４との接続界面での透明コア１６８のバンドギャップエネルギーは、透明導波路１６４の構成部分と半導体レーザ１６２の構成部分の境界での透明コア１６８のバンドギャップエネルギーよりも高い。
さらに、透明コア１６８の膜厚は、半導体レーザ１６２と透明導波路１６４との界面から、光導波路１６６と透明導波路１６４との界面に向かって、薄くなってよい。当該透明コア１６８の膜厚変化は、連続的であってよい。
半導体レーザ１６２及び透明導波路１６４の上部クラッド層１１４は、活性層１０６上及び透明コア１６８上に形成される。上部クラッド層１１４は、活性層１０６及び透明コア１６８より屈折率の低いＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で形成される。例えば、上部クラッド層１１４はｐ−ＩｎＰで形成される。
上部クラッド層１１４は、半導体レーザ１６２から透明導波路１６４まで連続して形成される。透明導波路１６４の上部クラッド層１１４は、光導波路１６６と透明導波路１６４との接続界面での膜厚は、透明導波路１６４の構成部分と半導体レーザ１６２の構成部分の境界での半導体レーザ１６２の上部クラッド層１１４の膜厚よりも薄い。
上部クラッド層１１４は、半導体レーザ１６２において、均一な膜厚及び組成を有するのに対して、透明導波路１６４においては、半導体レーザ１６２と透明導波路１６４との界面から、光導波路１６６と透明導波路１６４との界面に向かって、厚さが減少する。当該厚さの減少は、連続的であってよい。
半導体レーザ１６２及び透明導波路１６４において、上部クラッド層１１４上にｐ−ＩｎＰ層１１５がｐ−ＩｎＰで形成される。半導体レーザ１６２において、コンタクト層１１６が、ｐ−ＩｎＰ層１１５上に形成される。コンタクト層１１６は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で形成される。例えば、コンタクト層１１６はｐ−ＩｎＧａＡｓ及びｐ−ＩｎＧａＡｓＰのいずれかで形成される。ｐ側電極１１８はコンタクト層１１６上に形成される。
光導波路１６６において、コア層１２０は、下部クラッド層１０４上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で形成される。コア層１２０は、半導体レーザ１６２でレーザ発振されるレーザ光に対して、透明な材料で形成され、光導波路１６６における光路となる。コア層１２０の厚さは、透明コア１６８の光導波路１６６側端における厚さと、同じであってよい。
光導波路１６６において、上部クラッド層１２２は、コア層１２０上に形成される。上部クラッド層１２２は、コア層１２０より、屈折率が低い材料で形成される。上部クラッド層１２２は、例えば、ノンドープのＩｎＰで形成される。上部クラッド層１２２は、上部クラッド層１１４と同じ材料で形成されてもよい。また、上部クラッド層１２２の厚さは、上部クラッド層１１４の光導波路１６６側端における厚さと、同じであってよい。コア層１２０及び上部クラッド層１２２は、再成長によって形成される。
光導波路１６６において、上部クラッド層１２２上にｐ−ＩｎＰ層１１５が、ｐ−ＩｎＰで形成される。光導波路１６６において、保護膜１２４は、ｐ−ＩｎＰ層１１５上に形成される。上部クラッド層１２２は基板１０２と平行な上面を有するので、光導波路１６６において、ｐ−ＩｎＰ層１１５及び保護膜１２４は基板１０２と平行に形成される。また、透明導波路１６４において、保護膜１２４は、ｐ−ＩｎＰ層１１５上に形成される。上部クラッド層１１４の上面は、透明導波路１６４において当該透明導波路１６４の構成部分と半導体レーザ１６２の構成部分の境界の部分が高く、光導波路１６６と透明導波路１６４との接続界面の部分が低い傾斜面を有するので、ｐ−ＩｎＰ層１１５及び保護膜１２４は、透明導波路１６４において、半導体レーザ１６２側が高く、光導波路１６６側が低い傾斜形状を有して形成される。保護膜１２４は例えば、ＳｉＮ及びＳｉＯ２のいずれかで形成される。
半導体レーザ１６２、透明導波路１６４及び光導波路１６６において、基板１０２の裏面に、ｎ側電極１３０が形成される。活性層１０６の上方には、コンタクト層１１６及びｐ側電極１１８が形成されている。したがって、半導体レーザ１６２において、ｎ側電極１３０及びｐ側電極１１８から活性層１０６に電流が注入されて、活性層１０６においてレーザ発振される。つまり、活性層１０６の上方に形成されるｐ側電極１１８は、光学的能動な素子を作動させるための電極である。これに対して、透明コア１６８の上方には、コンタクト層１１６及びｐ側電極１１８が形成されていないので、透明コア１６８に注入されるキャリアは、活性層１０６より注入されるキャリアより少ない。なお、ｐ側電極１１８はコア層１２０の上方には形成されていないので、光導波路１６６は光学的能動な素子ではなく受動導波路である。
半導体レーザ１６２で発生したレーザ光は活性層１０６から透明コア１６８に導入される。透明コア１６８のバンドギャップエネルギーは、活性層１０６のバンドギャップエネルギーより大きい。したがって、活性層１０６でレーザ発振するレーザ光に対する、透明コア１６８の透過率は、活性層１０６より高く、透明コア１６８の吸収損失が小さい。
ｐ側電極１１８から注入された電流は、コンタクト層１１６から、拡がりながらｎ側電極１３０に流れる。コンタクト層１１６の透明導波路１６４側端部では、電流が透明導波路１６４にも拡がる。光集積デバイス１００では、半導体レーザ１６２と光導波路１６６との間に、透明導波路１６４が形成されている。これにより、透明コア１６８とコア層１２０との再成長界面に拡がる電流を低減することができる。したがって、透明コア１６８とコア層１２０との再成長界面に流れる電流による、当該再成長界面の劣化を低減できる。すなわち、透明導波路１６４により、透明コア１６８とコア層１２０との再成長界面の劣化を防止できるので、信頼性の高い光集積デバイス１００を得ることができる。また、透明導波路１６４により、透明コア１６８とコア層１２０との再成長界面が、半導体レーザ１６２から離れる。これにより、半導体レーザ１６２のｐ側電極１１８及びコンタクト層１１６を形成する時における形成位置合わせのトレランスが向上するので、光集積デバイス１００の、製造プロセス及び特性の歩留りが向上する。
透明導波路１６４の長さは、例えば、活性層１０６の厚さ、上部クラッド層１１４の厚さ、及び、ｐ−ＩｎＰ層１１５の厚さの合計以上が好ましい。すなわち、透明導波路１６４の長さは、下部光閉じ込め層１０８の最下面から上部クラッド層１１４上のコンタクト層１１６の最下面までの厚さの合計以上であることが好ましい。その理由を以下に述べる。ｐ側電極１１８から注入された電流は、コンタクト層１１６から、透明導波路１６４の透明コア１６８および半導体レーザ１６２の活性層１０６に流れる。ここで、透明導波路１６４の長さを上記合計の厚さ以上とすることで、コンタクト層１１６から透明コア１６８までの抵抗がコンタクト層から活性層１０６までの抵抗よりも大きくなる。したがって、コンタクト層１１６から流れる電流が、透明コア１６８とコア層１２０との再成長界面まで拡がりにくい、または、再成長界面に達しにくい。よって、透明コア１６８とコア層１２０との再成長界面に流れる電流を減らすことができるので、当該再成長界面の劣化を一層低減させることができるようになる。
活性層１０６の厚さは、活性層１０６のバンドギャップ波長が１３１０ｎｍの場合は、代表的には、１２０ｎｍ程度、上部クラッド層１１４の厚さは、０．５μｍ程度、ｐ−ＩｎＰ層１１５の厚さは、２μｍ程度となるから、これらの層の厚さの合計は、２．６２μｍ程度となる。このとき、透明導波路１６４の長さは、３μｍよりも長くすれば、透明コア１６８とコア層１２０との再成長界面に流れる電流を減らすことができる。ただし、製造プロセスにおけるトレランスを考慮すると、透明導波路１６４の長さは１０〜３０μｍ程度がより好ましい。これにより、透明コア１６８とコア層１２０との界面まで拡がる電流を低減することができる。なお、透明導波路１６４の長さとは、活性層１０６で発振するレーザ光の光路方向に平行な方向の、透明導波路１６４の距離をいう。
多重量子井戸層１１０の材料には、ＡｌＧａＩｎＡｓを用いてよい。多重量子井戸層１１０の再成長界面に接する領域は、後述のメサ構造を形成するプロセスにおいて、酸化される。ＡｌＧａＩｎＡｓを構成するＡｌ原子は酸化されやすいので、多重量子井戸層１１０の材料としてＡｌＧａＩｎＡｓを用いると、Ａｌを有しない材料、たとえばＧａＩｎＡｓＰを用いた場合に比べて、多重量子井戸層１１０の再成長界面に接する領域は、結晶性が悪化する。多重量子井戸層１１０にＡｌＧａＩｎＡｓを用いた場合、バットジョイント法によりメサ構造を形成する時に、多重量子井戸層１１０のＡｌＧａＩｎＡｓは大気に曝される。すなわち、多重量子井戸層１１０のＡｌＧａＩｎＡｓの大気に曝される面が酸化される。その後、再成長法により形成されるコア層１２０と多重量子井戸層１１０との再成長界面には、結晶欠陥および転移等が生じうる。すなわち、当該再成長界面において非発光再結合種が形成され、通電により、キャリアが再成長界面に到達すると転位が発生、増殖し、半導体レーザ１６２の劣化を引き起こす要因となる。一方、本実施形態においては、再成長界面に拡散する電流（キャリア）は低減されており、かつ、透明コア１６８は活性層１０６において発生するレーザ光に対して透明な材料であるので、透明コア１６８がレーザ光を吸収してキャリアを発生させることもない。したがって、多重量子井戸層１１０にＡｌＧａＩｎＡｓを用いた場合には、多重量子井戸層１１０にＧａＩｎＡｓＰを用いた場合に比べて、より顕著に効果が現れる。
図３は、第１の実施形態に係る光集積デバイス１００の半導体レーザ１６２の、図１のＩＩＩ−ＩＩＩにおける模式的な断面図である。半導体レーザ１６２は、ＩＩＩ−ＩＩＩ断面において、基板１０２、下部クラッド層１０４、活性層１０６、上部クラッド層１１４、ｐ−ＩｎＰ層１１５、コンタクト層１１６、ｐ側電極１１８、ｎ側電極１３０、埋め込み層１２６、電流阻止層１２８、及び、保護膜１２４を備える。
半導体レーザ１６２は、ＩＩＩ−ＩＩＩ断面において、下部クラッド層１０４の一部、活性層１０６、及び、上部クラッド層１１４がメサ構造を有し、埋め込み層１２６及び電流阻止層１２８に埋め込まれている。すなわち、活性層１０６および上部クラッド層１１４は、半導体レーザ１６２において、ｐ側電極１１８の下側の領域以外で除去されている。また、活性層１０６及び上部クラッド層１１４が除去された領域で、下部クラッド層１０４は、厚さ方向に一部が除去されて、他の領域より膜厚が薄い。
下部クラッド層１０４の一部、活性層１０６、及び、上部クラッド層１１４が除去された領域では、下部クラッド層１０４上に埋め込み層１２６が形成されている。埋め込み層１２６は、下部クラッド層１０４、活性層１０６及び上部クラッド層１１４の側面を覆って形成される。すなわち、埋め込み層１２６の厚さは、活性層１０６および上部クラッド層１１４と接する領域において、活性層１０６の厚さ、上部クラッド層１１４の厚さ、及び、除去された下部クラッド層１０４の深さの合計と等しい。埋め込み層１２６の厚さは、活性層１０６および上部クラッド層１１４と接する領域以外の領域で、活性層１０６の厚さ、上部クラッド層１１４の厚さ、及び、除去された下部クラッド層１０４の深さの合計より薄い。したがって、埋め込み層１２６の上面は、活性層１０６および上部クラッド層１１４と接する領域の近傍で、傾斜した面を有する。電流阻止層１２８は、埋め込み層１２６上に形成され、電流阻止層１２８の上面は、上部クラッド層１１４の上面と同一の平面内にある。
例えば、埋め込み層１２６はｐ−ＩｎＰで形成される。電流阻止層１２８は、例えば、ｎ−ＩｎＰで形成される。半導体レーザ１６２において、ｐ−ＩｎＰ層１１５は、上部クラッド層１１４上、及び、電流阻止層１２８上に形成される。コンタクト層１１６は、ｐ−ＩｎＰ層１１５上に形成される。コンタクト層１１６上であって、埋め込み層１２６及び電流阻止層１２８の上方の領域で、保護膜１２４が形成される。
コンタクト層１１６上の、保護膜１２４が形成されていない領域にｐ側電極１１８が形成される。すなわち、ｐ側電極１１８は、活性層１０６及び上部クラッド層１１４が形成された領域の上方に形成される。ｐ側電極１１８は、保護膜１２４が形成されていない領域を超えて、保護膜１２４の端部の一部上に形成されてもよい。ｐ側電極１１８の幅は、活性層１０６及び上部クラッド層１１４の幅より広くてよい。ここで幅とは、図３に示した断面において、活性層１０６の厚さ方向に垂直な方向の長さをいう。埋め込み構造により、ｐ側電極１１８およびｎ側電極１３０から活性層１０６に電流が効率よく注入される。
図４は、第１の実施形態に係る光集積デバイス１００の光導波路１６６の、図１のＩＶ−ＩＶにおける模式的な断面図である。光導波路１６６は、ＩＶ−ＩＶ断面において、基板１０２、下部クラッド層１０４、コア層１２０、上部クラッド層１２２、ｐ−ＩｎＰ層１１５、ｎ側電極１３０、埋め込み層１２６、電流阻止層１２８、及び、保護膜１２４を備える。
光導波路１６６は、下部クラッド層１０４の一部、コア層１２０及び上部クラッド層１２２がメサ構造を有し、埋め込み層１２６及び電流阻止層１２８に埋め込まれている。すなわち、コア層１２０及び上部クラッド層１２２は、図４に示す断面における中央部の光路となる領域以外の領域で除去されている。また、下部クラッド層１０４は、コア層１２０及び上部クラッド層１２２が除去された領域で、厚さ方向に一部が除去されて、他の領域より膜厚が薄い。
下部クラッド層１０４の一部、コア層１２０、及び、上部クラッド層１２２が除去された領域では、下部クラッド層１０４上に埋め込み層１２６が形成されている。埋め込み層１２６は、下部クラッド層１０４、コア層１２０及び上部クラッド層１２２の側面を覆って形成される。すなわち、埋め込み層１２６の厚さは、コア層１２０および上部クラッド層１２２と接する領域において、コア層１２０の厚さ、上部クラッド層１２２の厚さ、及び、除去された下部クラッド層１０４の深さの合計と等しい。埋め込み層１２６の厚さは、コア層１２０および上部クラッド層１２２と接する領域以外の領域で、コア層１２０の厚さ、上部クラッド層１２２の厚さ、及び、除去された下部クラッド層１０４の深さの合計より薄い。したがって、埋め込み層１２６の上面は、コア層１２０および上部クラッド層１２２と接する領域の近傍で、傾斜した面を有する。電流阻止層１２８は、埋め込み層１２６上に形成され、電流阻止層１２８の上面は、上部クラッド層１２２の上面と同一の平面内にある。光導波路１６６において、ｐ−ＩｎＰ層１１５は、上部クラッド層１２２上、及び、電流阻止層１２８上に形成される。保護膜１２４は、ｐ−ＩｎＰ層１１５上に形成される。
図５は、第１の実施形態に係る光集積デバイス１００の選択成長を行うための製造プロセスにおける平面図である。下部クラッド層１０４上であって、半導体レーザ領域１５２および透明領域１５４において点線で示す領域に、選択成長のマスク１９０が形成される。なお、光導波路領域１５６には、選択成長のマスク１９０は形成されない。
図６は、図５のＩＩ−ＩＩにおける模式的な断面図である。第１の実施形態に係る光集積デバイス１００の選択成長を行うための製造プロセスにおいて、まず、基板１０２上に下部クラッド層１０４が形成される。このとき形成される下部クラッド層１０４は、下側の一部分であってよい。例えば、ｎ−ＩｎＰ基板上に、ＭＯＣＶＤ法によりｎ−ＩｎＰで下部クラッド層１０４の下側の一部が形成される。基板１０２は、半導体レーザ１６２が形成される半導体レーザ領域１５２、透明導波路１６４が形成される透明領域１５４、及び、光導波路１６６が形成される光導波路領域１５６を有する。
図７は、第１の実施形態に係る光集積デバイス１００の選択成長を行うための製造プロセスにおいて、選択成長のマスク１９０が形成された状態を示す模式的な斜視図である。下部クラッド層１０４上に、選択成長のマスク１９０が形成される。マスク１９０は、半導体レーザ領域１５２及び透明領域１５４において、活性層１０６、上部クラッド層１１４及びコア層１２０が形成されない領域に形成される。透明領域１５４におけるマスク１９０の幅は、半導体レーザ領域１５２におけるマスク１９０の幅より狭い。マスク１９０の幅とは、下部クラッド層１０４の上面に平行であって、下部クラッド層１０４上に形成される導波路における光路方向に垂直な方向の、マスク１９０の大きさをいう。マスク１９０は、例えば、ＳｉＯ２で形成される。
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の選択成長において、ＩＩＩ族元素はＶ族元素より、マスク１９０によってマイグレーションされやすいので、成長されるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体膜に取り込まれやすい。特に、Ｉｎは他の元素より、マイグレーションされやすい。これにより、半導体レーザ領域１５２にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体膜が選択成長されると、透明領域１５４に選択成長されるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体膜より、Ｉｎの組成比が高くなる。
マスク１９０の幅は、透明領域１５４において、半導体レーザ領域１５２と透明領域１５４との境界から、透明領域１５４と光導波路領域１５６との境界に向かって、連続的に狭くなってよい。透明領域１５４と光導波路領域１５６との境界において、マスク１９０は所定の幅を有し、透明領域１５４におけるマスク１９０が、上面から見て台形であってよい。ただし、透明領域１５４と光導波路領域１５６との境界において、マスク１９０が幅を有さず、透明領域１５４におけるマスク１９０が上面から見て三角形であってもよい。
マスク１９０が形成される前に基板１０２上に形成された下部クラッド層１０４が、下側の一部であったときは、下部クラッド層１０４の残りの一部が形成される。次に、下部光閉じ込め層１０８、多重量子井戸層１１０、上部光閉じ込め層１１２、及び、上部クラッド層１１４が選択成長される。
図８は、第１の実施形態に係る光集積デバイス１００の製造プロセスにおいて、上部クラッド層１１４まで選択成長した状態を示す模式的な断面図である。図８は、図５のＩＩ−ＩＩにおける模式的な断面図に相当する断面の図である。半導体レーザ領域１５２及び透明領域１５４には、層を共有する部分があってよい。たとえば、第１導波路形成段階として、下部光閉じ込め層１０８、多重量子井戸層１１０、上部光閉じ込め層１１２、及び、上部クラッド層１１４は、半導体レーザ領域１５２、透明領域１５４、及び、光導波路領域１５６において、同一の元素で、連続的に形成される。また、下部光閉じ込め層１０８、多重量子井戸層１１０、上部光閉じ込め層１１２、及び、上部クラッド層１１４のうち少なくとも一つの層は、共有されており、半導体レーザ領域１５２および透明領域１５４において同時に形成されてよい。下部光閉じ込め層１０８、多重量子井戸層１１０、上部光閉じ込め層１１２、及び、上部クラッド層１１４は、半導体レーザ領域１５２および光導波路領域１５６において膜厚が一定で、透明領域１５４においては半導体レーザ領域１５２との境界から光導波路領域１５６との境界に向かって膜厚が連続的に減少する。
下部光閉じ込め層１０８、多重量子井戸層１１０、上部光閉じ込め層１１２、及び、上部クラッド層１１４では、半導体レーザ領域１５２および光導波路領域１５６において組成比が一定で、透明領域１５４においては半導体レーザ領域１５２との境界から光導波路領域１５６との境界に向かってＩＩＩ族元素の組成比が連続的に減少する。特に、Ｉｎの組成比は、透明領域１５４において、下部光閉じ込め層１０８、多重量子井戸層１１０、上部光閉じ込め層１１２、及び、上部クラッド層１１４で、半導体レーザ領域１５２との境界から光導波路領域１５６との境界に向かって連続的に減少する。すなわち、図６に示した状態では、透明領域１５４の、下部光閉じ込め層１０８、多重量子井戸層１１０、上部光閉じ込め層１１２、及び、上部クラッド層１１４におけるＩＩＩ族元素の組成比は、半導体レーザ領域１５２との境界において、半導体レーザ領域１５２におけるＩＩＩ族元素の組成比と同一であり、光導波路領域１５６との境界において、光導波路領域１５６におけるＩＩＩ族元素の組成比と同一である。
図９は、第１の実施形態に係る光集積デバイス１００の選択成長を行うための製造プロセスにおいて、マスク１９０が除去されて、透明領域１５４および半導体レーザ領域１５２の部分にマスク１９１を形成した状態を示す模式的な断面図である。図９は、図５のＩＩ−ＩＩにおける模式的な断面図に相当する断面の図である。
図１０は、図９の状態において、光導波路領域１５６における下部クラッド層１０４よりも上の層をエッチングした状態を示す模式的な断面図である。当該エッチングは、ドライエッチングであってよい。エッチングにより、光導波路領域１５６の、下部光閉じ込め層１０８、多重量子井戸層１１０、上部光閉じ込め層１１２、及び上部クラッド層１１４が除去される。
図１１は、下部光閉じ込め層１０８、多重量子井戸層１１０、上部光閉じ込め層１１２、及び上部クラッド層１１４が除去された光導波路領域１５６に、コア層１２０及び上部クラッド層１２２を形成した状態を示す模式的な断面図である。コア層１２０及び上部クラッド層１２２は、透明領域１５４と光導波路領域１５６との境界であって、端面が露出した下部光閉じ込め層１０８、多重量子井戸層１１０、上部光閉じ込め層１１２、及び、上部クラッド層１１４を覆って形成される（第２導波路形成段階）。なお、多重量子井戸層１１０およびコア層１２０は、ＡｌＧａＩｎＡｓ、またはＡｌを含まない材料、たとえばＧａＩｎＡｓＰであってよい。多重量子井戸層１１０およびコア層１２０にＧａＩｎＡｓＰを用いた場合には、ＡｌＧａＩｎＡｓを用いた場合に比べて、再成長界面の非発光再結合種を顕著に低減することができる。
上部クラッド層１１４及び上部クラッド層１２２上に、ストライプ状のマスクがＳｉＮで形成される。当該ストライプ状のマスクを用いて、エッチングにより、半導体レーザ１６２、透明導波路１６４、及び、光導波路１６６のメサ構造が形成される。次に、埋め込み層１２６及び電流阻止層１２８が埋込成長される。これにより、半導体レーザ１６２、透明導波路１６４、及び、光導波路１６６の埋め込み構造が形成される。なお、当該埋め込み構造についての形成方法は、通常の埋め込み構造の形成に用いる方法と同様である。上部クラッド層１１４、上部クラッド層１２２、及び、電流阻止層１２８上にｐ−ＩｎＰ層１１５が形成される。半導体レーザ領域１５２において、ｐ−ＩｎＰ層１１５上にコンタクト層１１６が形成される。
半導体レーザ１６２、透明導波路１６４、及び、光導波路１６６において、ｐ−ＩｎＰ層１１５及びコンタクト層１１６上に保護膜１２４が形成される。半導体レーザ領域１５２において、コンタクト層１１６上の一部で保護膜１２４が除去され、保護膜１２４が除去された領域にｐ側電極１１８が形成される。ｎ側電極１３０が、基板１０２の裏面に形成されて、光集積デバイス１００が得られる。
以上、第１の実施形態に係る光集積デバイス１００を説明したが、透明導波路１６４における透明コア１６８の組成比及び膜厚の変化は、連続的な変化に限られない。例えば、透明コア１６８は、半導体レーザ１６２と透明導波路１６４との界面から、光導波路１６６と透明導波路１６４との界面に向かって、厚さが段階的に減少し、Ｉｎの組成比が段階的に小さくなってよい。また、透明導波路１６４における、上部クラッド層１１４の膜厚および組成比の変化は、連続的な変化に限られない。例えば、上部クラッド層１１４は、半導体レーザ１６２と透明導波路１６４との界面から、光導波路１６６と透明導波路１６４との界面に向かって、厚さが段階的に減少し、Ｉｎの組成比が段階的に小さくなってよい。
透明領域１５４において、半導体レーザ領域１５２と透明領域１５４との境界から、透明領域１５４と光導波路領域１５６との境界に向かって段階的に幅が狭くなる形状のマスク１９０が、図５に示したマスク１９０に代えて形成されてもよい。これによって、透明領域１５４における、透明コア１６８及び上部クラッド層１１４の膜厚及び組成比の変化を段階的にすることができる。
図１２は、本発明の第２の実施形態に係る光集積デバイス２００の半導体レーザ１６２、透明導波路２６４及び光導波路１６６の模式的な断面図である。図７において図２と同一の符号を付した要素は、図２において説明した要素と同一の機能および構成を有してよい。また、光集積デバイス２００は、光集積デバイス１００と同様に、図１に示される上視図を有し、図７は、図１のＩＩ−ＩＩにおける、光集積デバイス２００の模式的な断面図である。光集積デバイス２００の半導体レーザ１６２及び光導波路１６６は、光集積デバイス１００と同様に、図３及び図４に示される断面を、それぞれ、有してよい。
半導体レーザ１６２は、基板１０２、下部クラッド層１０４、活性層１０６、上部クラッド層１１４、ｐ−ＩｎＰ層１１５、コンタクト層１１６、ｐ側電極１１８、及び、ｎ側電極１３０を備える。活性層１０６は、下部光閉じ込め層１０８、多重量子井戸層１１０、及び、上部光閉じ込め層１１２を備え、半導体レーザ１６２における光路となる。また、光導波路１６６は、ＩＩ−ＩＩ断面において、基板１０２、下部クラッド層１０４、コア層１２０、上部クラッド層１２２、ｐ−ＩｎＰ層１１５、保護膜１２４、及び、ｎ側電極１３０を備える。
透明導波路２６４は、ＩＩ−ＩＩ断面において、基板１０２、下部クラッド層１０４、透明コア２６８、上部クラッド層１１４、ｐ−ＩｎＰ層１１５、保護膜１２４、及び、ｎ側電極１３０を備える。透明コア２６８は、半導体レーザ１６２の活性層１０６から延びる下部光閉じ込め層１０８、多重量子井戸層１１０、及び、上部光閉じ込め層１１２を有し、透明導波路２６４における光路となる。透明コア２６８が有する下部光閉じ込め層１０８、多重量子井戸層１１０、及び、上部光閉じ込め層１１２は、活性層１０６が有する下部光閉じ込め層１０８、多重量子井戸層１１０、及び、上部光閉じ込め層１１２と、それぞれ、膜厚が等しく、透明導波路２６４において一定の膜厚を有する。したがって、透明導波路２６４において、下部光閉じ込め層１０８、多重量子井戸層１１０、及び、上部光閉じ込め層１１２の上面は基板１０２の表面に平行である。
透明導波路２６４は、半導体レーザ１６２と光導波路１６６との間に設けられる。透明導波路２６４の透明コア２６８は、半導体レーザ１６２の活性層１０６より、バンドギャップエネルギーが大きい材料で、下部クラッド層１０４上に形成される。すなわち、透明コア２６８は、半導体レーザ１６２で発振する光のエネルギーより大きいバンドギャップエネルギーを有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で形成される。一例として、半導体レーザ１６２の活性層１０６のバンドギャップ波長が１３１０ｎｍまたは１５５０ｎｍであり、透明コア２６８のバンドギャップ波長は１１００ｎｍ〜１３００ｎｍである。活性層１０６のバンドギャップ波長と、透明コア２６８のバンドギャップ波長との差が、１００ｎｍ以上であることが好ましく、２００ｎｍ以上であることが更に好ましい。これにより、透明コア２６８は、半導体レーザ１６２が発振するレーザ光に対して、透明になる。
半導体レーザ１６２の活性層１０６、及び、透明導波路２６４の透明コア２６８は、連続して同一の元素で形成される。ただし、透明コア２６８は混晶化されて、バンドギャップエネルギーが大きくなった化合物半導体で形成されているのに対して、活性層１０６は混晶化されていない化合物半導体で形成される点で異なる。
透明導波路２６４において、透明コア２６８上に上部クラッド層１１４が形成される。透明導波路２６４の上部クラッド層１１４の膜厚と、半導体レーザ１６２の上部クラッド層１１４の膜厚は、同一である。したがって、透明導波路２６４の上部クラッド層１１４の表面は基板１０２に平行である。上部クラッド層１１４上にｐ−ＩｎＰ層１１５が形成される。透明導波路２６４のｐ−ＩｎＰ層１１５上に保護膜１２４が形成される。
透明コア２６８の上方には、コンタクト層１１６及びｐ側電極１１８が形成されていない。したがって、透明コア２６８に注入されるキャリアは、活性層１０６より注入されるキャリアより少ない。
半導体レーザ１６２で発振されたレーザ光は活性層１０６から透明コア２６８に導入される。混晶化された透明コア２６８のバンドギャップエネルギーは、活性層１０６のバンドギャップエネルギーより大きいので、活性層１０６でレーザ発振して放出されたレーザ光に対する、透明コア２６８の透過率は、活性層１０６より高く、吸収損失が小さい。
ｐ側電極１１８から注入された電流は、コンタクト層１１６から、拡がりながらｎ側電極１３０に流れる。コンタクト層１１６の透明導波路２６４側端部では、電流が透明導波路２６４にも拡がる。光集積デバイス２００では、半導体レーザ１６２と光導波路１６６との間に、透明導波路２６４が形成されている。これにより、透明コア２６８とコア層１２０との再成長界面に拡がる電流を低減して、透明コア２６８とコア層１２０との界面の劣化を防止できるので、信頼性の高い光集積デバイス２００を得ることができる。
透明導波路２６４の長さは、例えば、活性層１０６の厚さ、上部クラッド層１１４の厚さ、及び、ｐ−ＩｎＰ層１１５の厚さの合計以上が好ましく、１０〜３０μｍ程度がより好ましい。これにより、透明コア２６８とコア層１２０との界面まで拡がる電流を低減することができる。透明導波路２６４の長さとは、活性層１０６で発振するレーザ光の光路方向に平行な方向の、透明導波路２６４の距離をいう。
光集積デバイス２００は、透明導波路２６４の形成方法を除き、光集積デバイス１００と同様に形成されてよい。以下、透明導波路２６４の形成方法を説明する。
図１３は、第２の実施形態に係る光集積デバイス２００の製造プロセスにおいて、上部クラッド層１１４上に促進層２８０が形成された状態を示す模式的な断面図である。基板１０２は、半導体レーザ１６２が形成される半導体レーザ領域１５２、透明導波路２６４が形成される透明領域２５４、及び、光導波路１６６が形成される光導波路領域１５６を有する。半導体レーザ領域１５２、透明領域２５４、及び、光導波路領域１５６において、基板１０２上に下部クラッド層１０４、下部光閉じ込め層１０８、多重量子井戸層１１０、上部光閉じ込め層１１２、及び、上部クラッド層１１４が形成される。下部光閉じ込め層１０８、多重量子井戸層１１０、上部光閉じ込め層１１２、及び、上部クラッド層１１４は、下部クラッド層１０４の全面にエピタキシャル成長されてよいが、選択成長法で形成されてもよい。半導体レーザ領域１５２、透明領域２５４、及び、光導波路領域１５６において、下部光閉じ込め層１０８、多重量子井戸層１１０、上部光閉じ込め層１１２、及び、上部クラッド層１１４の膜厚は、同じである。
透明領域２５４において、上部クラッド層１１４上に促進層２８０が形成される。促進層２８０は、下部光閉じ込め層１０８、多重量子井戸層１１０、及び、上部光閉じ込め層１１２の混晶化を促進する。一例として、促進層２８０は、ＳｉＯ２で形成される。次に、促進層２８０が形成された基板全体が熱処理される。当該熱処理によって、透明領域２５４における、下部光閉じ込め層１０８、多重量子井戸層１１０、及び、上部光閉じ込め層１１２から、促進層２８０にＩＩＩ族元素が拡散する。これにより、透明領域２５４において、下部光閉じ込め層１０８、多重量子井戸層１１０、及び、上部光閉じ込め層１１２は、混晶化して、バンドギャップエネルギーが大きくなる。熱処理は、例えば、９１５℃、３０秒間の、短時間熱処理（ＲＴＡ：Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）である。混晶化された下部光閉じ込め層１０８、多重量子井戸層１１０、及び、上部光閉じ込め層１１２で、透明コア２６８が形成される。他の例として、Ｎリッチな条件で成膜されたＳｉＮで、促進層２８０が形成されてもよい。その後、促進層２８０が除去される。
図１４は、混晶化の他の方法の例として、上部クラッド層１１４上にマスク２９０が形成された状態を示す模式的な断面図である。図８と同様にして、半導体レーザ領域１５２、透明領域２５４、及び、光導波路領域１５６において、基板１０２上に下部クラッド層１０４、下部光閉じ込め層１０８、多重量子井戸層１１０、上部光閉じ込め層１１２、及び、上部クラッド層１１４が形成される。半導体レーザ領域１５２及び光導波路領域１５６において、上部クラッド層１１４上にマスク２９０が形成される。マスク２９０は、例えば、ａ−Ｓｉで形成される。マスク２９０は、フォトレジストで形成されてもよい。マスク２９０上から、イオンが注入される。マスク２９０は透明領域２５４において開口を有し、透明領域２５４では、イオン注入によって、下部光閉じ込め層１０８、多重量子井戸層１１０、上部光閉じ込め層１１２、及び、上部クラッド層１１４が混晶化される。注入されるイオンは、例えば、プロトン（Ｈ＋）である。混晶化された下部光閉じ込め層１０８、多重量子井戸層１１０、及び、上部光閉じ込め層１１２で、透明コア２６８が形成される。その後、マスク２９０が除去される。
図１５は、本発明の第３の実施形態に係る光集積デバイス３００の半導体レーザ１６２、透明導波路１６４及び光導波路１６６の模式的な断面図である。図１０において図２と同一の符号を付した要素は、図２において説明した要素と同一の機能および構成を有してよい。また、光集積デバイス３００は、光集積デバイス１００と同様に、図１に示される上視図を有し、図１０は、図１のＩＩ−ＩＩにおける、光集積デバイス３００の模式的な断面図である。光集積デバイス３００の半導体レーザ１６２及び光導波路１６６は、光集積デバイス１００と同様に、図３及び図４に示される断面を、それぞれ、有してよい。
半導体レーザ１６２は、基板１０２、下部クラッド層１０４、活性層１０６、上部クラッド層１１４、ｐ−ＩｎＰ層１１５、コンタクト層１１６、ｐ側電極１１８、ｎ側電極１３０、絶縁層３０２、及び、マイクロヒータ３０４を備える。活性層１０６は、下部光閉じ込め層１０８、多重量子井戸層１１０、及び、上部光閉じ込め層１１２を有する。マイクロヒータ３０４は、Ｔｉ層３０６、Ｐｔ層３０８、及び、Ａｕ層３１０を有する。
絶縁層３０２は、ｐ側電極１１８上に形成される。絶縁層３０２は、例えば、ＳｉＮで形成される。マイクロヒータ３０４は、半導体レーザ１６２の全部又は一部において、絶縁層３０２上に形成される。マイクロヒータ３０４は、Ｔｉ層３０６、Ｐｔ層３０８、及び、Ａｕ層３１０が積層されて形成されている。Ｐｔ層３０８上に形成されたＡｕ層３１０は、一部が除去されて２以上の、接続されていない領域に分割されている。分割された複数のＡｕ層３１０の間では、電気抵抗が大きい。したがって、分割された複数のＡｕ層３１０間に電流を流すことによって、半導体レーザ１６２の全部又は一部を加熱できる。
透明導波路１６４は、基板１０２、下部クラッド層１０４、透明コア１６８、上部クラッド層１１４、ｐ−ＩｎＰ層１１５、保護膜１２４、及び、ｎ側電極１３０を備える。透明コア１６８は、半導体レーザ１６２の活性層１０６から延びる下部光閉じ込め層１０８、多重量子井戸層１１０、及び、上部光閉じ込め層１１２を有する。光導波路１６６は、基板１０２、下部クラッド層１０４、コア層１２０、上部クラッド層１２２、ｐ−ＩｎＰ層１１５、保護膜１２４、及び、ｎ側電極１３０を備える。
半導体レーザ１６２がマイクロヒータ３０４により加熱されると、活性層１０６のバンドギャップエネルギーが小さくなる。これにより、透明コア１６８と、活性層１０６とのバンドギャップエネルギーの差が大きくなる。したがって、加熱によって、透明コア１６８の、活性層１０６で発振したレーザ光に対する透過率は、加熱されないときより高くなる。すなわち、透明コア１６８における吸収損失の大幅な低下が見られる。透明コア１６８により、透明コア１６８とコア層１２０との界面に拡がる電流が低減されるので、透明コア１６８とコア層１２０との界面の劣化を防止できる。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。例えば、光集積デバイス１００又は光集積デバイス３００の透明コア１６８が、混晶化されてもよい。半導体レーザ１６２は、回折格子を有するＤＦＢレーザであってもよい。また、半導体レーザ１６２に代えて、他の光学的能動な素子が用いられることもできる。すなわち、ＳＯＡ（光増幅器）又はＥＡ変調器と、光導波路との間に、透明導波路１６４又は透明導波路２６４が形成されてもよい。また、レーザ、ＳＯＡ、及び、ＥＡ変調器がそれぞれモノリシックに集積されてもよい。
上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
１００ 光集積デバイス、１０２ 基板、１０４ 下部クラッド層、１０６ 活性層、１０８ 下部光閉じ込め層、１１０ 多重量子井戸層、１１２ 上部光閉じ込め層、１１４ 上部クラッド層、１１５ ｐ−ＩｎＰ層、１１６ コンタクト層、１１８ ｐ側電極、１２０ コア層、１２２ 上部クラッド層、１２４ 保護膜、１２６ 埋め込み層、１２８ 電流阻止層、１３０ ｎ側電極、１５２ 半導体レーザ領域、１５４ 透明領域、１５６ 光導波路領域、１６２ 半導体レーザ、１６４ 透明導波路、１６６ 光導波路、１６８ 透明コア、１９０ マスク、１９１ マスク、２００ 光集積デバイス、２５４ 透明領域、２６４ 透明導波路、２６８ 透明コア、２８０ 促進層、２９０ マスク、３００ 光集積デバイス、３０２ 絶縁層、３０４ マイクロヒータ、３０６ Ｔｉ層、３０８ Ｐｔ層、３１０ Ａｕ層

Claims (15)

  1. 基板上に形成され、第１光路を有する第１導波路と、
    前記第１導波路上に形成された電極と、
    前記基板上に形成され、第２光路を有する第２導波路と、
    前記第１光路よりバンドギャップエネルギーが大きい材料で形成されて光路となる透明コアを有し、前記基板上の前記第１導波路及び第２導波路の間に形成された透明導波路と、を備え、
    前記電極は、前記第１導波路の上方に形成されており、かつ、前記透明導波路の上方には形成されておらず、
    前記第１導波路を有する素子は、電流注入により動作する光学的能動素子である、光集積デバイス。
  2. 前記透明コアは、前記第１光路と同一の元素で形成され、前記第１光路と元素の組成比が異なる請求項１に記載の光集積デバイス。
  3. 前記透明コアはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で形成され、前記第１導波路との界面から、前記第２導波路との界面に向かって、バンドギャップエネルギーが増加する請求項２に記載の光集積デバイス。
  4. 前記第１導波路との界面における前記透明コアは、前記第２導波路との界面における前記透明コアより厚い請求項１から３のいずれか一項に記載の光集積デバイス。
  5. 前記透明コアは、混晶化した化合物半導体で形成される請求項１から４のいずれか一項に記載の光集積デバイス。
  6. 前記第１導波路を加熱する加熱部をさらに備える請求項１から５のいずれか一項に記載の光集積デバイス。
  7. 前記第１導波路は、ＡｌＧａＩｎＡｓ及びＧａＩｎＡｓＰのいずれかで形成される請求項１から６のいずれか一項に記載の光集積デバイス。
  8. 前記第１導波路は、下部光閉じ込め層、前記下部光閉じ込め層上の多重量子井戸層、前記多重量子井戸層上の上部光閉じ込め層、および前記上部光閉じ込め層上の上部クラッド層を有し、
    前記透明導波路の長さは、前記光閉じ込め層の最下面から前記上部クラッド層上のコンタクト層の最下面までの厚さの合計以上である、請求項１から７のいずれか一項に記載に記載の光集積デバイス。
  9. 前記第１導波路は半導体レーザ素子、光増幅器、及び、ＥＡ変調器のいずれかであり、
    前記第２導波路は電極を有さない光導波路である請求項１から８のいずれか一項に記載の光集積デバイス。
  10. 基板上に、第１光路を有する第１導波路、及び、前記第１光路よりバンドギャップエネルギーが大きい材料で形成されて光路となる透明コアを有し、前記第１導波路に結合された透明導波路を形成する第１導波路形成段階と、
    前記透明導波路に結合され、第２光路を有する第２導波路を形成する第２導波路形成段階と、
    前記第１導波路上に電極を形成して、電流注入により動作する光学的能動素子を作製し、前記透明導波路の上方には前記電極を形成しない電極形成段階と、を備える、光集積デバイスの製造方法。
  11. 前記第１導波路形成段階において、少なくとも一つの層を共有させて形成し、
    前記少なくとも一つの層は、下部光閉じ込め層、多重量子井戸層、および上部光閉じ込め層を有する活性層であり、
    前記透明コアのバンドギャップエネルギーは、前記活性層のバンドギャップエネルギーより高い、請求項１０に記載の光集積デバイスの製造方法。
  12. 前記第１導波路形成段階及び前記第２導波路形成段階のいずれか一方の段階は、他の一方の段階で半導体層がエッチングで除去された領域に、半導体を結晶成長させる段階を有する請求項１１に記載の光集積デバイスの製造方法。
  13. 前記第１導波路形成段階において、前記第１導波路及び前記透明導波路が、選択成長法で形成される請求項１１または１２に記載の光集積デバイスの製造方法。
  14. 前記透明導波路は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で形成され、
    前記第１導波路形成段階は、
    前記透明導波路上に、前記透明導波路の混晶化を促進する促進層を形成する促進層形成段階と、
    前記促進層及び前記透明導波路を加熱して、前記透明導波路から前記促進層にＶ族元素を拡散させて、前記透明導波路を混晶化する混晶化段階と、を有する
    請求項１０から１２のいずれか一項に記載の光集積デバイスの製造方法。
  15. 前記第１導波路形成段階は、前記透明導波路に、イオン注入を行って混晶化する段階を有する請求項１０から１２のいずれか一項に記載の光集積デバイスの製造方法。
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