JP2015068918A - 半導体光素子、光モジュールおよび半導体光素子の製造方法 - Google Patents

半導体光素子、光モジュールおよび半導体光素子の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】複数の集積型光変調素子間での消光比のばらつきが抑制された半導体光素子および光モジュールを提供する。【解決手段】光モジュール１０は、波長合波器１２を備えている。波長合波器１２は、複数の集積型光変調素子２１、２２、２３、２４のＥＡＭ部１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄそれぞれの出射光を合波し、その合波光を出力する。集積型光変調素子２１は、信号入力端子３１と、レーザ素子部１２１と、ＥＡＭ部１２２と、を備えている。ＬＤＢＧ波長差ΔλＬＤＢＧは、集積型光変調素子２１、２２、２３、２４それぞれにおいて、各素子の発振波長λＬＤとバリア層バンドギャップ波長λＢＧとの差の絶対値である。ΔλＬＤＢＧ１、ΔλＬＤＢＧ２、ΔλＬＤＢＧ３、およびΔλＬＤＢＧ４の値のばらつきを、?１ｎｍの範囲内に収める。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体光素子、光モジュールおよび半導体光素子の製造方法に関する。
従来の光通信では、波長分割多重(Wavelength Division Multiplexing)という通信方式が用いられている。波長分割多重通信方式では、一本の光ファイバーケーブルに複数の異なる波長の光信号を同時に乗せている。
近年、波長分割多重通信方式において、最も短波長側レーザ素子の発振波長と最も長波長側レーザ素子の発振波長との差が大きくなっている。具体的には、例えば、通信規格によってはこの発振波長の差が１５ｎｍもの大きさになる。
波長分割多重通信に用いる光モジュールとして、複数の集積型光変調素子を１つのパッケージにまとめた光モジュールが知られている。集積型光変調素子として典型的なものは、レーザ素子部と電界吸収型光変調器部とを同一の半導体基板上に並べて成長させたものがある。
従来、例えば特開平１０−１１７０４０号公報の図４等に開示されているように、集積型光変調素子を１つの半導体基板上に複数個並べて形成した光モジュールが知られている。波長分割多重通信方式では複数の異なる光源が必要になるので、互いに発振波長が異なる複数のレーザ素子部が集積化されている。各レーザ素子部からの異なる波長のレーザ光に対して、各電界吸収型光変調器を用いて光変調を行うことができる。
なお、この公報の段落００１９によれば、この公報にかかる装置では、集積型光変調素子それぞれの電界吸収型光変調部に、互いに異なる光吸収端波長を持たせている。さらに、この公報の段落００２０によれば、この公報にかかる装置では、発振波長と光吸収端波長との差が一定範囲に設定されている。
特開平１０−１１７０４０号公報 特開２００１−１４４３６７号公報 特開２００１−３２６４１４号公報
電界吸収型光変調器の特性値として、光吸収層として用いる多重量子井戸コア層を用いる場合におけるそのバリア層のバンドギャップ波長λＢＧと、光吸収層のフォトルミネセンス波長λＰＬとがある。複数のレーザ素子部がそれぞれ有する発振波長と、複数の電界吸収型光変調器がそれぞれ有するこの２つの特性値λＢＧおよびλＰＬとの間には、差が存在する。
本願発明者は、鋭意研究の結果、この発振波長と２つの特性値λＢＧおよびλＰＬとの差が、複数の光変調器間での消光比ばらつき等の特性へ影響を与えることを発見した。
上述したように、近年では最も短波長側レーザ素子の発振波長と最も長波長側レーザ素子の発振波長との差が大きくなってきている。このため、従来考慮されていなかった発振波長と２つの特性値λＢＧおよびλＰＬとの差を重視する必要がある。そこで、本願発明者は、従来用いられていなかった新規な設計パラメータを用いることで、複数の集積型光変調素子を備えた光モジュールにおいて消光比のばらつきを抑制することができることを見出した。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、複数の集積型光変調素子間での消光比のばらつきが抑制された半導体光素子および光モジュールを提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、レーザ素子部および電界吸収型光変調器とを複数有する半導体光素子を製造する方法において、消光比のばらつき抑制に適した製造方法を提供することである。
第１の発明は、複数の集積型光変調素子を備えた半導体光素子であって、
前記複数の集積型光変調素子それぞれが、
発振波長を有するレーザ光を出射するレーザ素子部と、
前記レーザ素子部からのレーザ光を受ける量子井戸コア層を備え、入力電気信号に従って光変調を行う電界吸収型光変調器部と、
を備え、
前記複数の集積型光変調素子のうち第１集積型光変調素子が有するレーザ素子部の発振波長よりも、前記複数の集積型光変調素子のうち第２集積型光変調素子が有するレーザ素子部の発振波長のほうが長く、
前記第１集積型光変調素子が有する前記量子井戸コア層のバリア層のバンドギャップ波長よりも、前記第２集積型光変調素子が有する前記量子井戸コア層のバリア層のバンドギャップ波長のほうが長いことを特徴とする。
第２の発明は、複数の集積型光変調素子と、前記複数の集積型光変調素子の電界吸収型光変調器部それぞれの出射光を合波する波長合波器と、を備えた光モジュールであって、
前記複数の集積型光変調素子それぞれが、
信号入力端子と、
発振波長を有するレーザ光を出射するレーザ素子部と、
前記レーザ素子部からのレーザ光を受ける量子井戸コア層を備え、前記信号入力端子からの電気信号に従って光変調を行う電界吸収型光変調器部と、
を含み、
前記複数の集積型光変調素子のうち第１集積型光変調素子が有するレーザ素子部の発振波長よりも、前記複数の集積型光変調素子のうち第２集積型光変調素子が有するレーザ素子部の発振波長のほうが長く、
前記第１集積型光変調素子が有する前記量子井戸コア層のバリア層のバンドギャップ波長よりも、前記第２集積型光変調素子が有する前記量子井戸コア層のバリア層のバンドギャップ波長のほうが長いことを特徴とする。
第３の発明は、１つの半導体基板上に複数の集積型光変調素子をモノリシックに集積した半導体光素子を製造する製造方法であって、
前記複数の集積型光変調素子は、
第１レーザ素子部および第１電界吸収型光変調部を備えた第１集積型光変調素子と、
前記第１レーザ素子部と発振波長が異なる第２レーザ素子部および第２電界吸収型光変調部を備えた第２集積型光変調素子と、
を含み、
第１電界吸収型光変調部は、バリア層が第１バンドギャップ波長を備えた第１量子井戸コア層を備え、
第２電界吸収型光変調部は、バリア層が前記第１バンドギャップ波長と異なる第２バンドギャップ波長を備えた第２量子井戸コア層を備え、
前記半導体基板上に、前記第１量子井戸コア層を成長させる工程と、
前記半導体基板上において、前記第２量子井戸コア層を成長させるべき領域以外にマスクを形成し、前記第１量子井戸コア層をエッチングで除去する工程と、
前記マスクを用いて、前記エッチングで露出した面に、前記第２量子井戸コア層をバットジョイント成長させる工程と、
を有することを特徴とする。
第４の発明は、１つの半導体基板上に複数のレーザ素子部および複数の電界吸収型光変調器部をモノリシックに集積した半導体光素子を製造する方法であって、
半導体基板上に、量子井戸コア層を成長させる工程と、
前記量子井戸コア層の上における前記複数の電界吸収型光変調器部を形成すべき形成予定領域に、複数のマスクを設ける工程と、
前記複数のマスクを用いて、前記形成予定領域それぞれの前記量子井戸コア層にエッチングを行う工程と、
前記エッチング後に、前記形成予定領域それぞれに、前記量子井戸コア層を光吸収層として、電界吸収型光変調器部を形成する工程と、
を備え、
前記複数のマスクは、それぞれ、
前記量子井戸コア層の上で、変調させるべき光の進行方向に伸びる第１マスク部分と、
前記半導体基板の面内で前記第１マスク部分と平行に伸び、前記第１マスク部分と離間し、かつ前記第１マスク部分と同じ幅を有する第２マスク部分と、
を備え、
前記複数のマスクのうち第１マスクは、前記第１マスク部分および前記第２マスク部分が第１の幅を備え、
前記複数のマスクのうち第２マスクは、前記第１マスク部分および前記第２マスク部分が前記第１の幅と異なる第２の幅を備えることを特徴とする。
第１および第２の発明によれば、レーザ素子部の発振波長と電界吸収型光変調器部の量子井戸コア層のバリア層バンドギャップ波長との関係を適切に定めることにより、複数の集積型光変調素子間での消光比ばらつきを抑制することができる。
第３および第４の発明によれば、レーザ素子部の発振波長と電界吸収型光変調器部の量子井戸コア層のバリア層バンドギャップ波長との関係を調整するのに好適な製造方法が提供される。
本発明の実施の形態１にかかる半導体光素子および光モジュールを示す図である。 本発明の実施の形態１にかかる半導体光素子および光モジュールを示す図である。 本発明の実施の形態１にかかる半導体光素子および光モジュールを示す図である。 本発明の実施の形態１にかかる半導体光素子および光モジュールの動作を説明するための図である。 本発明の実施の形態１にかかる半導体光素子および光モジュールの動作を説明するための図である。 本発明の実施の形態２にかかる半導体光素子および光モジュールを示す図である。 本発明の実施の形態２にかかる半導体光素子および光モジュールを示す図である。 本発明の実施の形態２にかかる半導体光素子および光モジュールの製造方法における製造プロセスを示す図である。 本発明の実施の形態２にかかる半導体光素子および光モジュールの製造方法における製造プロセスを示す図である。 本発明の実施の形態２にかかる半導体光素子および光モジュールの製造方法における製造プロセスを示す図である。 本発明の実施の形態２にかかる半導体光素子および光モジュールの製造方法における製造プロセスを示す図である。 本発明の実施の形態２にかかる半導体光素子および光モジュールの製造方法における製造プロセスを示す図である。 本発明の実施の形態２にかかる半導体光素子および光モジュールの製造方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３にかかる半導体光素子および光モジュールを示す図である。 本発明の実施の形態３にかかる半導体光素子および光モジュールを示す図である。 本発明の実施の形態３にかかる半導体光素子および光モジュールの製造方法における製造プロセスを示す図である。 本発明の実施の形態３にかかる半導体光素子および光モジュールの製造方法における製造プロセスを示す図である。 本発明の実施の形態３にかかる半導体光素子および光モジュールの製造方法における製造プロセスを示す図である。 本発明の実施の形態３にかかる半導体光素子および光モジュールの製造方法における製造プロセスを示す図である。 本発明の実施の形態３にかかる半導体光素子および光モジュールの製造方法における製造プロセスを示す図である。 本発明の実施の形態３にかかる半導体光素子および光モジュールの製造方法における製造プロセスを示す図である。 本発明の実施の形態３にかかる半導体光素子および光モジュールの製造方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態４にかかる半導体光素子および光モジュールを示す図である。 本発明の実施の形態４にかかる半導体光素子および光モジュールを示す図である。 本発明の実施の形態４にかかる半導体光素子および光モジュールの製造方法における製造プロセスを示す図である。 本発明の実施の形態４にかかる半導体光素子および光モジュールの製造方法における製造プロセスを示す図である。 本発明の実施の形態４にかかる半導体光素子および光モジュールの製造方法を示すフローチャートである。
実施の形態１．
［実施の形態１の装置の構成］
（光モジュールの構成）
図１は、本発明の実施の形態１にかかる光モジュール１０を示すブロック図である。光モジュール１０は、１００Ｇｂｉｔ／ｓ光通信システムに用いられる波長分割多重通信用光モジュールである。光モジュール１０は、１つのパッケージ内に出射光の波長が異なる４つの集積型光変調素子２１〜２４を備えている。ただし、集積型光変調素子２１〜２４は、それぞれが別々の半導体基板上に形成された素子である。
集積型光変調素子２１は、信号入力端子３１と、レーザ素子部１２１ａと、ＥＡＭ部１２２ａと、を備えている。ＥＡＭ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）とは電界吸収型光変調器を意味している。集積型光変調素子２２、２３、２４も同様に、それぞれ、信号入力端子３２、３３、３４と、レーザ素子部１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄと、ＥＡＭ部１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄと、を備えている。レーザ素子部１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄをまとめてレーザ素子部１２１とも称し、ＥＡＭ部１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄをまとめてＥＡＭ部１２２とも称す。
光モジュール１０は、波長合波器１２を備えている。波長合波器１２は、複数の集積型光変調素子２１〜２４のＥＡＭ部１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄそれぞれの出射光を合波し、その合波光を出力する。波長合波器１２から出力された合波光は、波長多重信号ＳＷＤＭとして、光ファイバ等の光導波路上を伝送される。
図２は光モジュール１０に搭載される集積型光変調素子２１の上面図である。集積型光変調素子２１は、１つの半導体基板上にレーザ素子部１２１ａおよびＥＡＭ部１２２ａが一体に形成され、その端面に窓構造１２３を備えている。レーザ素子部１２１ａは導波路１２４を、ＥＡＭ部１２２ａは導波路１２５を備える。
図３は、図２に示すＡ−Ａ‘線に沿うＥＡＭ部１２２ａの断面図である。ＥＡＭ部１２２ａは、ｎ型ＩｎＰ基板１０１に、ｎ型ＩｎＰクラッド層１０２、ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸コア層１０３、ｐ型ＩｎＰクラッド層１０４、およびｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０５が順次積層されたものである。以下、簡略化のため、多重量子井戸（multi quantum well）コア層を、ＭＱＷコア層と記載する。
ＭＱＷコア層１０３は、井戸層１０３ａとバリア層１０３ｂを有し、これらが交互に積層されたものである。例えば、井戸層１０３ａの数は５〜１５として井戸層１０３ａの厚さは５〜１５ｎｍとしてもよく、バリア層１０３ｂの厚さは３〜１２ｎｍとしてもよい。このような井戸層１０３ａおよびバリア層１０３ｂの設計値は、同一の光モジュール１０の中で設けられた複数のＭＱＷコア層１０３の間では同じ値とする。
ｉ型ＩｎＧａＡｓＰＭＱＷコア層１０３は、レーザ素子部１２１ａからのレーザ光を受ける。信号入力端子３１からの電気信号に従ってｉ型ＩｎＧａＡｓＰＭＱＷコア層１０３の光吸収係数が制御されるので、ＥＡＭ部１２２ａで光変調を行うことができる。なお、ｉ型ＩｎＧａＡｓＰＭＱＷコア層１０３のバリア層厚は、３ｎｍ以上かつ１２ｎｍ以下の範囲内であるものとする。
ｐ型ＩｎＰクラッド層１０４は両脇がエッチングされることでリッジ部とされている。絶縁膜１０６が、これらの積層構造の上面を覆っている。ｎ型ＩｎＰ基板１０１の下面には、ｎ側電極１０７が形成されている。ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層の上面には、ｐ側電極１０８が形成されている。
図２に示した導波路１２５は、図３でいうところのリッジ部（ｐ型ＩｎＰクラッド層１０４より上の構造）を示している。
なお、レーザ素子部１２１ａの断面構造は図示しないが、図３に示すＥＡＭ部１２２ａの断面構造と同様に、レーザ素子部１２１ａにもリッジ部を備えた半導体レーザ素子が形成されている。ｎ型ＩｎＰ基板１０１にｎ型ＩｎＰクラッド層１０２が形成されるのはＥＡＭ部１２２ａと同様である。さらにその上に４元混晶ｉ型ＭＱＷコア層と、ｐ型ＩｎＰクラッド層とが積層されている。ｐ型ＩｎＰクラッド層の層内には、４元混晶の回折格子層１３３ａが設けられている。なお、レーザ素子部１２１ａは、各種公知の半導体レーザ素子の構造を適用すればよいので、詳細な説明は省略する。
また、実施の形態１のようなレーザ素子部とＥＡＭ部（つまり電界吸収型光変調器部）とを集積した集積型光変調素子は、既に各種の構造および製造技術が公知であり、新規な事項ではない。したがって、これ以上の詳細な説明は省略する。
集積型光変調素子２２、２３、２４も、集積型光変調素子２１と同様に、レーザ素子部１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄおよびＥＡＭ部１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄを備えている。ただし、集積型光変調素子２１〜２４は、互いに、それぞれのレーザ素子部１２１ａ〜１２１ｄの活性層およびそれぞれのＥＡＭ部１２２ａ〜１２２ｄのＭＱＷコア層の半導体材料の組成比が異なっている。これは、集積型光変調素子２１〜２４の間で、互いに、レーザ素子部の発振波長、それぞれのＥＡＭ部のバリア層バンドギャップ波長およびフォトルミネセンス波長を異なるものとするためである。
所望の発振波長、バリア層バンドギャップ波長およびフォトルミネセンス波長を得るためにレーザ素子部の活性層およびそれぞれのＥＡＭ部のＭＱＷコア層の構造を設計する技術は、公知技術に属するので、ここでは説明を省略する。
（実施の形態１の装置のパラメータ）
以下、実施の形態１にかかる光モジュール１０において、集積型光変調素子２１〜２４が有する設計パラメータを説明する。本願発明者は、下記の設計パラメータに着目することで、集積型光変調素子２１〜２４の間の消光比のばらつきを抑制することができることを見出した。
・発振波長λＬＤ
・バリア層バンドギャップ波長λＢＧ
・ＭＱＷコア層のフォトルミネセンス（ＰＬ）波長λＰＬ
・ＬＤＢＧ波長差ΔλＬＤＢＧ
・ＬＤＰＬ波長差ΔλＬＤＰＬ
（１）発振波長λＬＤ
先ず、発振波長λＬＤを説明する。発振波長λＬＤは、集積型光変調素子２１〜２４それぞれのレーザ素子部１２１ａ〜１２１ｄの設計パラメータである。レーザ素子部１２１ａは、その発振波長がλＬＤ１である。レーザ素子部１２１ｂは、その発振波長がλＬＤ２である。レーザ素子部１２１ｃは、その発振波長がλＬＤ３である。レーザ素子部１２１ｄは、その発振波長がλＬＤ４である。
より具体的には、本実施形態の材料および構造では、発振波長λＬＤ１、λＬＤ２、λＬＤ３、λＬＤ４は次のとおりである。λＬＤ１は１２９４．５３ｎｍ〜１２９６．５９ｎｍであり、λＬＤ２は１２９９．０２ｎｍ〜１３０１．０９ｎｍであり、λＬＤ３は１３０３．５４ｎｍ〜１３０５．６３ｎｍであり、λＬＤ４は１３０８．０９ｎｍ〜１３１０．１９ｎｍであるものとする。これは、ＩＥＥＥ８０２．３ｂａの規格を満たす。
実施の形態１では、後述する式（１）以降の計算に用いる値は、上記のλＬＤ１〜λＬＤ４の各範囲の中央値である。つまり、計算に用いるλＬＤ１は、１２９５．５６ｎｍである。計算に用いるλＬＤ２は１３００．０５５ｎｍであり。計算に用いるλＬＤ３は１３０４．５８５ｎｍである。計算に用いるλＬＤ４は１３０９．１４ｎｍであるものとする。実施の形態１では、λＬＤ１＜λＬＤ２＜λＬＤ３＜λＬＤ４という大小関係が成立している。
このように、実施の形態１にかかる光モジュール１０では、レーザ素子部１２１ａ〜１２１ｄの発振波長λＬＤが１．３μｍ帯である。ここで、１．３μｍ帯とは１２５０ｎｍ以上かつ１３５０ｎｍ以下の範囲を意味し、１．１μｍ帯とは１０００ｎｍ以上かつ１１２０ｎｍ以下の範囲を意味する。
（２）バリア層バンドギャップ波長λＢＧ
次に、バリア層バンドギャップ波長λＢＧを説明する。バリア層バンドギャップ波長λＢＧは、ＥＡＭ部１２２ａ〜１２２ｄの設計パラメータである。
集積型光変調素子２１では、ＥＡＭ部１２２ａがｉ型ＩｎＧａＡｓＰＭＱＷコア層１０３を備えている。一般にＭＱＷ層（つまり多重量子井戸コア層）はバリア層を備えており、このｉ型ＩｎＧａＡｓＰＭＱＷコア層１０３もバリア層を備えている。このバリア層のバンドギャップ波長を、バリア層バンドギャップ波長λＢＧ１とする。
同様に、集積型光変調素子２２のＥＡＭ部１２２ｂにおけるバリア層バンドギャップ波長を、λＢＧ２とする。集積型光変調素子２３のＥＡＭ部１２２ｃにおけるバリア層バンドギャップ波長を、λＢＧ３とする。集積型光変調素子２４のＥＡＭ部１２２ｄにおけるバリア層バンドギャップ波長を、λＢＧ４とする。
実施の形態１では、λＢＧ１が１０８０ｎｍ、λＢＧ２が１０８４．５ｎｍ、λＢＧ３が１０８９ｎｍ、λＢＧ４が１０９３．５ｎｍとなるようにした。実施の形態１では、λＢＧ１＜λＢＧ２＜λＢＧ３＜λＢＧ４という大小関係が成立している。
このように、実施の形態１にかかる光モジュール１０では、ＥＡＭ部１２２ａ〜１２２ｄにおけるバリア層バンドギャップ波長λＢＧ１〜λＢＧ４が１．１μｍ帯である。
（３）ＭＱＷコア層のフォトルミネセンス（ＰＬ）波長λＰＬ
さらに、フォトルミネセンス（ＰＬ）波長λＰＬを説明する。フォトルミネセンス（ＰＬ）波長λＰＬは、ＥＡＭ部１２２ａ〜１２２ｄのもう１つの設計パラメータである。ＥＡＭ部１２２ａにおけるｉ型ＩｎＧａＡｓＰＭＱＷコア層１０３のフォトルミネセンス波長を、λＰＬ１とする。
同様にして、ＥＡＭ部１２２ｂにおけるＭＱＷコア層のフォトルミネセンス波長を、λＰＬ２とする。ＥＡＭ部１２２ｃにおけるＭＱＷコア層のフォトルミネセンス波長を、λＰＬ３とする。ＥＡＭ部１２２ｄにおけるＭＱＷコア層のフォトルミネセンス波長を、λＰＬ４とする。
（４）ＬＤＢＧ波長差ΔλＬＤＢＧ
次に、ＬＤＢＧ波長差ΔλＬＤＢＧを説明する。ＬＤＢＧ波長差ΔλＬＤＢＧは、集積型光変調素子２１〜２４それぞれにおける、レーザ素子部１２１ａ〜１２１ｄとＥＡＭ部１２２ａ〜１２２ｄとの間の設計パラメータである。
ＬＤＢＧ波長差ΔλＬＤＢＧは、集積型光変調素子２１〜２４それぞれにおいて、各素子の発振波長λＬＤとバリア層バンドギャップ波長λＢＧとの差の絶対値である。すなわち、集積型光変調素子２１の設計パラメータであるΔλＬＤＢＧ１は、λＬＤ１とλＢＧ１の差の絶対値であり、下記の式（１）で求められる。
ΔλＬＤＢＧ１ ＝ ｜λＬＤ１−λＢＧ１｜ ・・・（１）
同様に、集積型光変調素子２２の設計パラメータであるΔλＬＤＢＧ２、集積型光変調素子２３の設計パラメータであるΔλＬＤＢＧ３、および集積型光変調素子２４の設計パラメータであるΔλＬＤＢＧ４についても、下記の式（２）〜（４）で求められる。
ΔλＬＤＢＧ２ ＝ ｜λＬＤ２−λＢＧ２｜ ・・・（２）
ΔλＬＤＢＧ３ ＝ ｜λＬＤ３−λＢＧ３｜ ・・・（３）
ΔλＬＤＢＧ４ ＝ ｜λＬＤ４−λＢＧ４｜ ・・・（４）
実施の形態１では、ΔλＬＤＢＧ１、ΔλＬＤＢＧ２、ΔλＬＤＢＧ３、およびΔλＬＤＢＧ４の間のばらつきを、所定範囲内に収める。実施の形態１では、この所定範囲を、目標値−１ｎｍ以上かつ目標値＋１ｎｍ以下の範囲とする。このように、実施の形態１では、ΔλＬＤＢＧ１〜ΔλＬＤＢＧ４のうちの最大値と最小値の差が２ｎｍ以下になるように、λＬＤ１〜λＬＤ４およびλＢＧ１〜λＢＧ４を設定する。
具体的には、実施の形態１では、ΔλＬＤＢＧ１〜ΔλＬＤＢＧ４が２１６ｎｍ±１ｎｍという範囲内に収まるようにλＬＤ１〜λＬＤ４およびλＢＧ１〜λＢＧ４を設定している。２１６ｎｍがこの場合の目標値である。数式で表すと、下記の式（５）のとおりである。
２１５ｎｍ≦ΔλＬＤＢＧ１〜ΔλＬＤＢＧ４≦２１７ｎｍ ・・・（５）
（５）ＬＤＰＬ波長差ΔλＬＤＰＬ
次に、ＬＤＰＬ波長差ΔλＬＤＰＬを説明する。ＬＤＰＬ波長差ΔλＬＤＰＬは、レーザ素子部１２１ａ〜１２１ｄとＥＡＭ部１２２ａ〜１２２ｄとの間のもう１つの設計パラメータである。
ＬＤＰＬ波長差ΔλＬＤＰＬは、発振波長λＬＤ１〜λＬＤ４それぞれとフォトルミネセンス波長λＰＬ１〜λＰＬ４それぞれとの差の絶対値である。すなわち、集積型光変調素子２１の設計パラメータであるΔλＬＤＰＬ１は、λＬＤ１とλＰＬ１の差の絶対値であり、下記の式（６）で求められる。
ΔλＬＤＰＬ１ ＝ ｜λＬＤ１−λＰＬ１｜ ・・・（６）
同様に、集積型光変調素子２２の設計パラメータであるΔλＬＤＰＬ２、集積型光変調素子２３の設計パラメータであるΔλＬＤＰＬ３、および集積型光変調素子２４の設計パラメータであるΔλＬＤＰＬ４についても、下記の式（７）〜（９）で求められる。
ΔλＬＤＰＬ２ ＝ ｜λＬＤ２−λＰＬ２｜ ・・・（７）
ΔλＬＤＰＬ３ ＝ ｜λＬＤ３−λＰＬ３｜ ・・・（８）
ΔλＬＤＰＬ４ ＝ ｜λＬＤ４−λＰＬ４｜ ・・・（９）
実施の形態１では、ΔλＬＤＰＬ１、ΔλＬＤＰＬ２、ΔλＬＤＰＬ３、およびΔλＬＤＰＬ４の間のばらつきを、所定範囲内に収める。実施の形態１では、この所定範囲を、目標値−１ｎｍ以上かつ目標値＋１ｎｍ以下の範囲とする。つまり実施の形態１では、ΔλＬＤＰＬ１〜ΔλＬＤＰＬ４のうちの最大値と最小値の差が２ｎｍ以下になるように、λＬＤ１〜λＬＤ４およびλＰＬ１〜λＰＬ４を設定する。
［実施の形態１の装置の作用効果］
実施の形態１にかかる光モジュール１０では、上述した式（５）に示すように、発振波長λＬＤ１〜λＬＤ４およびバリア層バンドギャップ波長λＢＧ１〜λＢＧ４を設計している。つまり、バリア層バンドギャップ波長λＢＧと発振波長λＬＤの差をΔλＬＤＢＧとした場合に、集積型光変調素子２１〜２４が有するΔλＬＤＢＧ１、ΔλＬＤＢＧ２、ΔλＬＤＢＧ３、ΔλＬＤＢＧ４のばらつきの大きさが、−１ｎｍ以上かつ＋１ｎｍ以下の範囲内に収まるようにしている。
このように設計すると、発振波長が異なる集積型光変調素子２１〜２４の間でレーザ光の光吸収量を均一化することができ、集積型光変調素子２１〜２４の間での消光比ばらつきを、−０．１ｄＢ〜＋０．１ｄＢの範囲内に収めることができる。消光比のばらつきが抑制できるので、光出力ばらつきも抑制することができる。なお、消光比ばらつきを０．１ｄＢ以下にすることは、実用的な光モジュールに要求される性能のひとつである。
また、集積型光変調素子２１〜２４の間で変調特性をそろえることができる。これにより、光モジュール１０の制御性が良くなるという利点もある。
以下、上記の効果が得られる理由を説明する。
ＥＡ変調器は、量子閉じ込めシュタルク効果を利用しており、ＭＱＷコア層に電界を印加することで光吸収係数を制御する方式の光変調器である。バリア層バンドギャップ波長λＢＧが短くなり量子井戸が深くなると、電子・ホールの閉じ込めが強くなるので、エキシトンの結合が強くなる。すると電界を印加した際にエキシトンの結合が壊れにくくなるので、吸収係数がより急峻に変化するようになる。量子井戸深さは、消光比の制御のための重要な特性のひとつである。
図４は、電界印加によってＭＱＷコア層の光吸収係数が変化する様子を模式的に表している。図４において、実線は、ＥＡＭ部１２２ａに電界を加えないときの特性である。破線は、ＥＡＭ部１２２ａに電界を加えたときの特性である。
図４（ａ）と図４（ｂ）とでは、量子井戸の深さが異なる２つのＥＡ変調器がそれぞれ有する光吸収係数の波長特性を図示したものである。図４（ａ）は量子井戸が深く、電界印加時にもエキシトンが壊れにくい場合を示している。図４（ｂ）は図４（ａ）の場合よりも量子井戸が浅く、電界印加時にエキシトンが壊れやすい場合である。
図４（ａ）では、電界を印加することでピークＳ１からピークＳ２へとエキシトンピークのシフトが起きている。図４（ｂ）では、電界によりエキシトンピークが小さくなっている（ピークＳ３）。
消光比は図４の光吸収係数の変化量ΔＡで決定される。図４（ａ）と図４（ｂ）を比較すると、図４（ａ）のΔＡのほうが、図４（ｂ）の変化量ΔＡよりも大きい。このように、図４（ａ）の量子井戸が深く、電界印加時にもエキシトンピークが残っている場合のほうが、高い消光比が得られる。
発振波長λＬＤとフォトルミネセンス（ＰＬ）波長λＰＬの差が、消光比に大きく影響する。例えば、集積型光変調素子２１で言えば、発振波長λＬＤ１とフォトルミネセンス波長λＰＬ１の差は、集積型光変調素子２１の消光比に大きく影響する。
図４（ｃ）に示すようにΔλＬＤＰＬ１よりもΔλＬＤＰＬ２が大きいとき、λＬＤ１、λＬＤ２それぞれに対応する光吸収係数の変化量はΔＡ１よりもΔＡ２のほうが小さい。つまり、発振波長がλＬＤ１からλＬＤ２へと変化すると、ΔＡ１からΔＡ２へと消光比が低下している。
実際のＥＡ変調器において使用される波長範囲を、図４（ｃ）に実使用範囲Ｒとして示している。実使用範囲Ｒの内側では、ΔλＬＤＰＬが大きくなると電界印加時の光吸収係数が小さくなるという傾向がある。この傾向にしたがって、実使用範囲Ｒ内では、ΔλＬＤＰＬが大きいほど消光比も低下する。
波長分割多重通信で使われる程度の波長範囲では、量子井戸の深さは消光比に有意な影響を与えないと考えられていた。したがって、実施の形態１にかかる光モジュール１０のような複数の集積型光変調素子を備えた光モジュールでは、それぞれの集積型光変調素子の設計パラメータとして量子井戸深さを制御するという発想は従来存在していなかった。
本願発明者は、レーザの発振波長λＬＤおよびバリア層バンドギャップ波長λＢＧの差に注目し、この差が消光比に大きな影響を与えることを発見した。
図５（ａ）は、ＥＡＭ部１２２ａのｉ型ＩｎＧａＡｓＰＭＱＷコア層１０３のバンド構造の模式図である。図５（ｂ）は、ＥＡＭ部１２２ｂのＭＱＷコア層（図示せず）のバンド構造の模式図である。消光比に大きな影響を与えるパラメータとして、ΔλＬＤＰＬとΔλＬＤＢＧがある。
ここでは下記の３つの式が成り立っているものとする。
λＢＧ１＝λＢＧ２ ・・・（１０）
ΔλＬＤＰＬ１＝ΔλＬＤＰＬ２ ・・・（１１）
ΔλＬＤＢＧ１＝ΔλＬＤＢＧ２ ・・・（１２）
２つの集積型光変調素子の間で消光比に対するΔλＬＤＢＧの影響を考えるために、ここでは集積型光変調素子２１のΔλＬＤＰＬ１と集積型光変調素子２２のΔλＬＤＰＬ２とが等しいものとする。これが上記の式（１１）であらわされている。バンドギャップ波長λＢＧ１およびλＢＧ２が互いに等しい、つまり式（１０）が成立しているものとする。この場合には、式（１２）に示すようにΔλＬＤＢＧ１とΔλＬＤＢＧ２の差が発振波長λＬＤ１とΔλＬＤ２の差と一致する。
図５（ａ）と図５（ｂ）を比較すると、発振波長の短いほうの集積型光変調素子２１は、集積型光変調素子２２よりも、その量子井戸が浅くなる。量子井戸が浅いほうが、電子およびホールの閉じ込めが弱くなり、消光比も小さくなる。
発振波長λＬＤ１とλＬＤ２の差と、集積型光変調素子２１、２２の消光比の差には相関がある。よって、２つの集積型光変調素子２１、２２を比較した場合、集積型光変調素子２１、２２の間で発振波長の差が大きくなればなるほど、集積型光変調素子２１、２２の間で量子井戸深さの差が大きくなり、集積型光変調素子２１、２２の間で消光比の差が大きくなるという傾向がある。逆に、集積型光変調素子２１、２２の間で発振波長の差が小さければ小さいほど、集積型光変調素子２１、２２の間で量子井戸深さの差が小さくなり、集積型光変調素子２１、２２の間で消光比の差が小さくなる。
そこで、本願発明者は、このような傾向を利用するという新規な着想を得て、消光比ばらつきを抑制した新規な半導体光素子および光モジュールを発明した。
レーザ素子部１２１ａ〜１２１ｄにおける発振波長λＬＤ１〜λＬＤ４は互いに異なっている。実施の形態１では、レーザ素子部１２１ａ〜１２１ｄの発振波長λＬＤ１〜λＬＤ４のうち、大きな発振波長を有するレーザ素子部に対しては、ＥＡＭ部のバリア層バンドギャップ波長も大きく設定する。つまり、λＬＤ１よりもλＬＤ２のほうが大きい場合には、λＢＧ１よりもλＢＧ２を大きく設定する。また、λＬＤ３よりもλＬＤ４のほうが大きい場合には、λＢＧ３よりもλＢＧ４を大きく設定する。
まとめると、実施の形態１では、λＬＤ１＜λＬＤ２＜λＬＤ３＜λＬＤ４という関係が成り立っているので、これに合わせてλＢＧ１＜λＢＧ２＜λＢＧ３＜λＢＧ４という傾向にバリア層バンドギャップ波長の値を設定する。上述した実施の形態１におけるλＬＤ１〜λＬＤ４およびλＢＧ１〜λＢＧ４の具体的数値においてもこの傾向が成り立っている。
このようにすることで、レーザ素子部１２１ａ〜１２１ｄが有する発振波長の傾向に合わせて、バリア層バンドギャップ波長λＢＧ１〜λＢＧ４の大きさを適切に変化させることができる。その結果、発振波長とバリア層バンドギャップ波長との差が大きくなりすぎることを抑制でき、消光比ばらつきが大きくなりすぎるのを抑制することができる。
実用的には、集積型光変調素子２１〜２４の間の消光比ばらつきを０．１ｄＢ以下にすることが望ましい。そこで、本願発明者は、実施の形態１にかかる光モジュール１０において、ΔλＬＤＢＧが消光比に与える影響について実験および計算を行った。
この実験、計算では、λＬＤ１〜λＬＤ４が１．３μｍ帯であり、λＢＧ１〜λＢＧ４が１．１μｍ帯であり、かつｉ型ＩｎＧａＡｓＰＭＱＷコア層１０３のバリア層厚が３〜１２ｎｍであることを条件とした。その結果、消光比ばらつきを０．１ｄＢ以下にするためには、ΔλＬＤＢＧのばらつきの大きさが−１ｎｍ以上かつ＋１ｎｍ以下の範囲内に入れば良いことが判明した。
また、本願発明者は、実施の形態１にかかる光モジュール１０において、ΔλＬＤＰＬが消光比に与える影響についても実験および計算を行った。この実験、計算では、ΔλＬＤＰＬ１〜ΔλＬＤＰＬ４が室温において４０ｎｍ〜９０ｎｍにそれぞれ収まることを条件とした。その結果、消光比ばらつきを０．１ｄＢ以下にするためには、ΔλＬＤＰＬ１〜ΔλＬＤＰＬ４が有するばらつきの大きさが、−１ｎｍ以上かつ＋１ｎｍ以下の範囲内に入れば良いことが判明した。
ΔλＬＤＢＧの値とΔλＬＤＰＬの値は、それぞれ、消光比に対して独立に影響を与える。実用的な光モジュールを設計するためには、ΔλＬＤＢＧ１〜λＬＤＢＧ４のばらつきの大きさとΔλＬＤＰＬ１〜ΔλＬＤＰＬ４のばらつきの大きさを、両方ともそれぞれ−１ｎｍ以上かつ＋１ｎｍ以下の範囲内に収めることが好ましい。
なお、実施の形態１にかかる光モジュール１０は、リッジ型の導波路１２５をもつＥＡＭ部１２２を備えている。しなしながら、本発明はこれに限られない。埋め込み型あるいはハイメサ型導波路を有するＥＡＭ部を設けてもよい。
実施の形態１では、ＥＡＭ部１２２ａ〜１２２ｄそれぞれのＭＱＷコア層を、ｉ型ＩｎＧａＡｓＰＭＱＷ層とした。しかしながら本発明はこれに限られない。３元混晶または４元混晶のｉ型量子井戸コア層を用いることができる。ＩｎＧａＡｓＰに代えて、ＥＡＭ部１２２ａ〜１２２ｄそれぞれのＭＱＷコア層を、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＩｎＡｓとしてもよい。
また、実施の形態１にかかる光モジュール１０は、４つの集積型光変調素子２１〜２４を備えている。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。２つ以上の集積型光変調素子を備えた光モジュールに対して、本発明を適用することが可能である。
なお、必ずしも、ＥＡＭ部１２２ａ〜１２２ｄそれぞれの光出射端面に窓構造１２３を備えなくともよい。また、集積型光変調素子２１〜２４が、その光出射端面やその中央部などにパッシブ導波路を備えてもよい。
なお、実施の形態１では、集積型光変調素子２１〜２４それぞれのΔλＬＤＢＧのばらつきの大きさが、−１ｎｍ以上かつ＋１ｎｍ以下の範囲に入るようにした。しかしながら、本発明はこれに限られない。任意に選択した２つの集積型光変調素子の間でのみ、ΔλＬＤＢＧのばらつきの大きさが、−１ｎｍ以上かつ＋１ｎｍ以下の範囲に入るようにしてもよい。
例えば、もっとも短波長側の集積型光変調素子ともっとも長波長側の集積型光変調素子の２つのみにおいて、その２つの集積型光変調素子の間でのΔλＬＤＢＧの差が−１ｎｍ以上かつ＋１ｎｍ以下の範囲に入るようにしてもよい。これにより、選択した２つの集積型光変調素子の消光比の差を小さくすることができる。
なお、実施の形態１では、ΔλＬＤＢＧ１〜ΔλＬＤＢＧ４の間のばらつきを、−１ｎｍ以上かつ＋１ｎｍ以下という所定範囲内に収めることが好ましいと述べた。つまり、実施の形態１では、ΔλＬＤＢＧ１〜ΔλＬＤＢＧ４のうちの最大値と最小値の差が２ｎｍ以下になるように、λＬＤ１〜λＬＤ４およびλＢＧ１〜λＢＧ４を設定することが好ましいと述べた。これと同様に、実施の形態１では、ΔλＬＤＰＬ１〜ΔλＬＤＰＬ４のばらつきの大きさも−１ｎｍ以上かつ＋１ｎｍ以下の範囲内に収めることが好ましいと述べた。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。
第１変形例として、ΔλＬＤＢＧ１〜λＬＤＢＧ４のばらつきの大きさを−３ｎｍ以上かつ＋３ｎｍ以下という所定範囲内に収めるようにしてもよい。つまり、ΔλＬＤＢＧ１〜ΔλＬＤＢＧ４のうちの最大値と最小値の差が６ｎｍ以下になるように、λＬＤ１〜λＬＤ４およびλＢＧ１〜λＢＧ４を設定してもよい。
また、ΔλＬＤＰＬ１〜ΔλＬＤＰＬ４のばらつきの大きさを−３ｎｍ以上かつ＋３ｎｍ以下という所定範囲内に収めるようにしてもよい。つまり、ΔλＬＤＰＬ１〜ΔλＬＤＰＬ４のうちの最大値と最小値の差が６ｎｍ以下になるように、λＬＤ１〜λＬＤ４およびλＰＬ１〜λＰＬ４を設定してもよい。
このような所定範囲を設定することで、消光比ばらつきを±０．３ｄＢ程度に抑えることができる。また、ＥＡＭ部１２２ａ〜１２２ｄのうち隣り合うもの同士で、ＭＱＷの構造を統一できるという効果がある。複数のＥＡＭ部に同じＭＱＷ構造を設けてもよいということは、モノリシック集積を行う製造工程において、ＥＡＭ部を製造するためのバットジョイント回数を減らせるという利点がある。
また、第２変形例として、ΔλＬＤＢＧ１〜λＬＤＢＧ４のばらつきの大きさを−５ｎｍ以上かつ＋５ｎｍ以下という所定範囲内に収めるようにしてもよい。つまり、ΔλＬＤＢＧ１〜ΔλＬＤＢＧ４のうちの最大値と最小値の差が１０ｎｍ以下になるように、λＬＤ１〜λＬＤ４およびλＢＧ１〜λＢＧ４を設定してもよい。
または、ΔλＬＤＰＬ１〜ΔλＬＤＰＬ４のばらつきの大きさを−５ｎｍ以上かつ＋５ｎｍ以下という所定範囲内に収めるようにしてもよい。つまり、ΔλＬＤＰＬ１〜ΔλＬＤＰＬ４のうちの最大値と最小値の差が１０ｎｍ以下になるように、λＬＤ１〜λＬＤ４およびλＰＬ１〜λＰＬ４を設定してもよい。
このような所定範囲を設定することで、ＥＡＭの駆動条件を調整することにより異なる波長間で同等の特性を実現できるという効果がある。
実施の形態２．
［実施の形態２の装置の構成］
図６は本発明の実施の形態２にかかる光モジュール２１０のブロック図である。光モジュール２１０は、１００Ｇｂｉｔ／ｓ光通信システムに用いられる波長分割多重通信用光モジュールである。
光モジュール２１０は、モノリシック光素子２２１およびモノリシック光素子２２２を備えている。モノリシック光素子２２１は、２つの集積型光変調素子部２２１ａ、２２１ｂが１つの半導体基板上にモノリシックに集積されたものである。同様に、モノリシック光素子２２２は、２つの集積型光変調素子部２２２ａ、２２２ｂが他の１つの半導体基板上にモノリシックに集積されたものである。
素子単体で見た場合には、集積型光変調素子部２２１ａ、２２１ｂ、２２２ａ、２２２ｂは、実施の形態１にかかる集積型光変調素子２１〜２４とそれぞれ同じ構成を備えている。
すなわち、素子単体で見た場合には、集積型光変調素子部２２１ａは集積型光変調素子２１と同様の構成を備えている。したがって、集積型光変調素子部２２１ａは、集積型光変調素子２１と同じく、発振波長λＬＤ１、バリア層バンドギャップ波長λＢＧ１、およびフォトルミネセンス波長λＰＬ１を備えている。
素子単体で見た場合には、集積型光変調素子部２２１ｂは集積型光変調素子２２と同様の構成を備えている。したがって、集積型光変調素子部２２１ｂは、集積型光変調素子２２と同じく、発振波長λＬＤ２、バリア層バンドギャップ波長λＢＧ２、およびフォトルミネセンス波長λＰＬ２を備えている。
素子単体で見た場合には、集積型光変調素子部２２２ａは集積型光変調素子２３と同様の構成を備えている。したがって、集積型光変調素子部２２２ａは、集積型光変調素子２３と同じく、発振波長λＬＤ３、バリア層バンドギャップ波長λＢＧ３、およびフォトルミネセンス波長λＰＬ３を備えている。
素子単体で見た場合には、集積型光変調素子部２２２ｂは集積型光変調素子２４と同様の構成を備えている。したがって、集積型光変調素子部２２２ｂは、集積型光変調素子２４と同じく、発振波長λＬＤ４、バリア層バンドギャップ波長λＢＧ４、およびフォトルミネセンス波長λＰＬ４を備えている。
このため、実施の形態１にかかる光モジュール１０と同じく、光モジュール２１０も、ΔλＬＤＰＬとΔλＬＤＢＧのばらつきの大きさが両方とも、所定範囲内に収められている。実施の形態２でも、この所定範囲は−１ｎｍ以上かつ＋１ｎｍ以下の範囲とする。
図７は、モノリシック光素子２２１の上面図である。モノリシック光素子２２１は、集積型光変調素子部２２１ａ、２２１ｂに、レーザ素子部１２１ａ、１２１ｂ、ＥＡＭ部１２２ａ、１２２ｂ、および窓構造１２３を備えている。モノリシック光素子２２２は、集積型光変調素子部２２２ａ、２２２ｂに、レーザ素子部１２１ｃ、１２１ｄ、ＥＡＭ部１２２ｃ、１２２ｄ、および窓構造１２３を備えている。レーザ素子部１２１ａ〜１２１ｄはそれぞれ導波路１２４を備え、ＥＡＭ部１２２ａ〜１２２ｄはそれぞれ導波路１２５を備える。
光モジュール２１０によれば、２つの集積型光素子部を１つの半導体基板上にモノリシック光素子にしている。このため、各集積型光素子部を別々の半導体基板上に形成した実施の形態１に比べて、光モジュールを小型化することができる。
［実施の形態２にかかる製造方法］
図８〜図１２は、本発明の実施の形態２にかかる光モジュール２１０の製造プロセスを示す図である。図１３は、本発明の実施の形態２にかかる光モジュール２１０の製造方法を示すフローチャートである。
実施の形態２にかかる製造方法によれば、同一半導体基板上に異なるバリア層バンドギャップ波長のＭＱＷコア層を成長することができる。実施の形態２にかかる製造方法によれば、実施の形態１で述べた発振波長、バリア層バンドギャップ波長およびフォトルミネセンス波長の調節が容易である。
（ステップＳ２０１）
まず、図８に示すようにｎ型ＩｎＰ基板１０１上に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）で、ｎ型ＩｎＰクラッド層１３１、４元混晶のｉ型ＭＱＷコア層１３２、ｐ型ＩｎＰクラッド層１３３を成長する。ｐ型ＩｎＰクラッド層１３３の層内には、４元混晶の回折格子層１３３ａが設けられている。
（ステップＳ２０２）
その後、レーザ素子部１２１ａ、１２１ｂの活性層となる部分にＳｉＯ２マスク２０１を形成し、ｐ型ＩｎＰクラッド層１３３、ｉ型ＭＱＷコア層１３２、およびｎ型ＩｎＰクラッド層１３１をエッチングで除去する。除去した状態が図９である。このエッチングにより、ｎ型ＩｎＰ基板１０１の上面の一部１０１ａが露出している。
（ステップＳ２０３）
次に、図１０に示すように、ＳｉＯ２マスク２０１を選択成長マスクとして、再びＭＯＣＶＤ装置で、集積型光変調素子部２２１ａのためのｎ型ＩｎＰクラッド層１０２、ｉ型ＩｎＧａＡｓＰＭＱＷコア層１０３、およびｐ型ＩｎＰクラッド層１０４をバットジョイント成長する。このときの上面図が図１１である。
図１０は図１１のＢ−Ｂ’線に沿う製造途中のモノリシック光素子２２１の断面図である。図１１のモノリシック光素子２２１の紙面上方半分の部分２２１１ａが、光モジュール２１０の最終完成後に集積型光変調素子部２２１ａとなる部分である。図１１のモノリシック光素子２２１の紙面下方半分の部分２２１１ｂが、光モジュール２１０の最終完成後に集積型光変調素子部２２１ｂとなる部分である。
（ステップＳ２０４）
その後、一度、ＳｉＯ２マスク２０１を除去する。除去の後、集積型光変調素子部２２１ａのレーザ素子部１２１ａの活性層部分、集積型光変調素子部２２１ｂのレーザ素子部１２１ｂの活性層部分、および集積型光変調素子部２２１ａのＥＡＭ部１２２ａの吸収層形成部分に再びＳｉＯ２マスクを形成し、ｐ型ＩｎＰクラッド層１３３、ｉ型ＭＱＷコア層１３２、およびｎ型ＩｎＰクラッド層１３１をエッチングで除去する。このエッチングでｎ型ＩｎＰ基板１０１の表面の一部が露出する。
（ステップＳ２０５）
次にＳｉＯ２マスクを選択成長マスクとして、上記ウェットエッチングで露出した面に、再びＭＯＣＶＤ装置で、集積型光変調素子部２２１ｂのためのｎ型ＩｎＰクラッド層、ｉ型ＩｎＧａＡｓＰＭＱＷコア層、ｐ型ＩｎＰクラッド層をバットジョイント成長する。各層の組成比は、必要なバリア層バンドギャップ波長およびフォトルミネセンス波長などに合わせて調節する。バットジョイント成長後、ＳｉＯ２マスクを除去する。
図１２は、バットジョイント成長後の上面図である。部分２２１１ａ、２２１１ｂには、集積型光変調素子部２２１ａ、２２１ｂそれぞれのレーザ素子部１２１ａ、１２１ｂのｐ型ＩｎＰクラッド層１３３と、集積型光変調素子部２２１ａのＥＡＭ部１２２ａのｐ型ＩｎＰクラッド層１０４と、集積型光変調素子部２２１ｂのＥＡＭ部１２２ｂのｐ型ＩｎＰクラッド層１４１が積層されている。ｐ型ＩｎＰクラッド層１３３の層内には、４元混晶の回折格子層１３３ａが設けられている。
（ステップＳ２０６）
その後、集積型光変調素子部２２１ａのレーザ素子部１２１ａの活性層部分、集積型光変調素子部２２１ｂのレーザ素子部１２１ｂの活性層部分、集積型光変調素子部２２１ａのＥＡＭ部１２２ａの吸収層形成部分、および集積型光変調素子部２２１ｂのＥＡＭ部１２２ｂの吸収層形成部分に、再びＳｉＯ２マスクを形成し、この再形成したＳｉＯ２マスク以外の部分のｐ型ＩｎＰクラッド層１３３、ｉ型ＭＱＷコア層１３２、およびｎ型ＩｎＰクラッド層１３１をエッチングで除去する。ＳｉＯ２マスクを設ける部分は、図１２に太い破線で示した枠内の領域である。このエッチングでｎ型ＩｎＰ基板１０１の表面の一部が露出する。
（ステップＳ２０７）
ステップＳ２０６で再形成したＳｉＯ２マスクを選択成長マスクとして、再びＭＯＣＶＤ装置で今度は窓構造１２３のためのＩｎＰ層を成長する。その後ＳｉＯ２マスクを除去し、再びＭＯＣＶＤ装置でコンタクト層を成長する。その後、エッチングによりリッジ導波路を形成し、コンタクト層上にｐ側電極を形成する。その後、ｎ型ＩｎＰ基板１０１を研磨で薄くし、最後にｎ型ＩｎＰ基板１０１の裏面にｎ側電極を形成する。
以上により、モノリシック光素子２２１の製造が完了する。
（ステップＳ２０８）
その後、モノリシック光素子２２１の完成後に、同様にモノリシック光素子２２２が製造される。モノリシック光素子２２１、２２２、波長合波器１２、および信号入力端子３１〜３４を含めてパッケージングが施されることで、光モジュール２１０が提供される。
以上説明した実施の形態２にかかる製造方法により、図７に示すように１つのｎ型ＩｎＰ基板１０１上に、２つの集積型光変調素子部２２１ａ、２２１ｂをモノリシックに集積できる。その結果、異なるバリア層バンドギャップ波長を持つ２つのＥＡＭ部１２２をモノリシックに集積できる。
なお、ＭＱＷコア層のフォトルミネセンス（ＰＬ）波長が異なる複数の集積型光変調素子部をモノリシックに集積するときにも、ＭＱＷコア層の成長工程を適宜に変更することにより、実施の形態２と同様のプロセスで集積することが可能である。
実施の形態２では、２つの集積型光変調素子部をモノリシックに集積している。しかしながら本発明はこれに限られるものではない。３つの集積型光変調素子部を、実施の形態２にかかる製造方法を用いてモノリシックに集積しても良い。このとき、集積型光変調素子部の数だけ、ＭＱＷコア層のバットジョイント成長を行う。なおバットジョイント成長技術そのものは公知技術であり、新規な事項ではないので、その詳細な説明は省略する。
実施の形態３．
［実施の形態３の装置の構成］
図１４は本発明の実施の形態３にかかる光モジュール３１０のブロック図である。光モジュール３１０は、１００Ｇｂｉｔ／ｓ光通信システムに用いられる波長分割多重通信用光モジュールである。
光モジュール３１０は、モノリシック光素子３２１を備えている。モノリシック光素子３２１は、４つの集積型光変調素子部３２１ａ、３２１ｂ、３２１ｃ、３２１ｄを備えており、これらがモノリシックに集積されたものである。
素子単体で見た場合には、集積型光変調素子部３２１ａ〜３２１ｄは、実施の形態１にかかる集積型光変調素子２１〜２４とそれぞれ同じ構成を備えている。
すなわち、集積型光変調素子部３２１ａは集積型光変調素子２１と同様の構成を備えている。したがって、集積型光変調素子部３２１ａは、集積型光変調素子２１と同じく、発振波長λＬＤ１、バリア層バンドギャップ波長λＢＧ１、およびフォトルミネセンス波長λＰＬ１を備えている。
集積型光変調素子部３２１ｂは集積型光変調素子２２と同様の構成を備えている。したがって、集積型光変調素子部３２１ｂは、集積型光変調素子２２と同じく、発振波長λＬＤ２、バリア層バンドギャップ波長λＢＧ２、およびフォトルミネセンス波長λＰＬ２を備えている。
集積型光変調素子部３２１ｃは集積型光変調素子２３と同様の構成を備えている。したがって、集積型光変調素子部３２１ｃは、集積型光変調素子２３と同じく、発振波長λＬＤ３、バリア層バンドギャップ波長λＢＧ３、およびフォトルミネセンス波長λＰＬ３を備えている。
集積型光変調素子部３２１ｄは集積型光変調素子２４と同様の構成を備えている。したがって、集積型光変調素子部３２１ｄは、集積型光変調素子２４と同じく、発振波長λＬＤ４、バリア層バンドギャップ波長λＢＧ４、およびフォトルミネセンス波長λＰＬ４を備えている。
このため、実施の形態１にかかる光モジュール１０と同じく、光モジュール３１０も、ΔλＬＤＰＬとΔλＬＤＢＧのばらつきの大きさが両方とも−１ｎｍ以上かつ＋１ｎｍ以下の範囲内に収められている。
図１５は、モノリシック光素子３２１の上面図である。集積型光変調素子部３２１ａ〜３２１ｄは、それぞれ、レーザ素子部１２１ａ〜１２１ｄ、ＥＡＭ部１２２ａ〜１２２ｄ、および窓構造１２３を備えている。レーザ素子部１２１ａ〜１２１ｄは導波路１２４を、ＥＡＭ部１２２ａ〜１２２ｄは導波路１２５を備える。
集積型光変調素子部３２１ａのＥＡＭ部１２２ａが備えるバリア層バンドギャップλＢＧ１と、集積型光変調素子部３２１ｂのＥＡＭ部１２２ｂが備えるバリア層バンドギャップλＢＧ２は等しい。集積型光変調素子部３２１ｃのＥＡＭ部１２２が備えるバリア層バンドギャップλＢＧ３と、集積型光変調素子部３２１ｄのＥＡＭ部１２２ｄが備えるバリア層バンドギャップλＢＧ４は等しい。
［実施の形態３にかかる製造方法］
図１６〜図２１は、本発明の実施の形態３にかかる光モジュール３１０の製造プロセスを示す図である。図２２は、本発明の実施の形態３にかかる光モジュール３１０の製造方法を示すフローチャートである。
実施の形態３にかかる製造方法によれば、同一半導体基板上に異なるバリア層バンドギャップ波長のＭＱＷコア層を成長することができる。実施の形態３にかかる製造方法によれば、実施の形態１で述べた発振波長、バリア層バンドギャップ波長およびフォトルミネセンス波長の調節が容易である。
（ステップＳ３０１）
まず、図１６に示すようにｎ型ＩｎＰ基板１０１上に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）で、ｎ型ＩｎＰクラッド層１３１、４元混晶のｉ型ＭＱＷコア層１３２、ｐ型ＩｎＰクラッド層１３３を成長する。ｐ型ＩｎＰクラッド層１３３の層内には、４元混晶の回折格子層１３３ａが設けられている。
（ステップＳ３０２）
その後、レーザ素子部１２１の活性層となる部分にＳｉＯ２マスク２０１を形成し、ｐ型ＩｎＰクラッド層１３３、ｉ型ＭＱＷコア層１３２、およびｎ型ＩｎＰクラッド層１３１をエッチングで除去する。このエッチングでｎ型ＩｎＰ基板１０１の表面の一部が露出する。除去した状態が図１７である。
（ステップＳ３０３）
次に図１８に示すように、ＳｉＯ２マスク２０１を選択成長マスクとして、再びＭＯＣＶＤ装置で、集積型光変調素子部３２１ａ、３２１ｂのためのｎ型ＩｎＰクラッド層１０２、ｉ型ＩｎＧａＡｓＰＭＱＷコア層１０３、ｐ型ＩｎＰクラッド層１０４をバットジョイント成長する。
図１９は、ステップＳ３０３直後の製造途中の光モジュール３１０の上面図である。図１８は、ちょうど図１９のＣ−Ｃ’断面である。図１９の紙面上方から紙面下方に向かって、部分３２１１ａ、３２１１ｂ、３２１１ｃ、３２１１ｄが完成している。部分３２１１ａ、３２１１ｂ、３２１１ｃ、３２１１ｄは、それぞれ、光モジュール３１０の最終完成後に集積型光変調素子部３２１ａ、３２１ｂ、３２１ｃ、３２１ｄとなる部分である。
（ステップＳ３０４）
その後、一度ＳｉＯ２マスク２０１を除去する。除去した後、集積型光変調素子部３２１ａ、３２１ｂ、３２１ｃ、３２１ｄのレーザ素子部１２１の活性層部分および集積型光変調素子部３２１ａ、３２１ｂのＥＡＭ部１２２の吸収層形成部分に再びＳｉＯ２マスクを形成する。この状態を図２０に示す。ＳｉＯ２マスク以外の部分のｐ型ＩｎＰクラッド層１３３、ｉ型ＭＱＷコア層１３２、およびｎ型ＩｎＰクラッド層１３１をエッチングで除去する。このエッチングでｎ型ＩｎＰ基板１０１の表面の一部が露出する。
（ステップＳ３０５）
次に、再び形成したＳｉＯ２マスクを選択成長マスクとして、再びＭＯＣＶＤ装置で、集積型光変調素子部３２１ｃ、３２１ｄのためのｎ型ＩｎＰクラッド層、ｉ型ＩｎＧａＡｓＰＭＱＷコア層、ｎ型ＩｎＰクラッド層をバットジョイント成長する。バットジョイント成長後に、ＳｉＯ２マスクを除去する。
図２１は、バットジョイント成長後の上面図である。ｐ型ＩｎＰクラッド層１３３と、集積型光変調素子部３２１ａ、３２１ｂのｐ型ＩｎＰクラッド層１０４と、集積型光変調素子部３２１ｃ、３２１ｄのｐ型ＩｎＰクラッド層１４１までが積層されている。
（ステップＳ３０６）
その後、レーザ素子部１２１ａ〜１２１ｄの活性層部分およびＥＡＭ部１２２ａ〜１２２ｄの吸収層形成部分に再びＳｉＯ２マスクを形成し、この再形成したＳｉＯ２マスク以外の部分のｐ型ＩｎＰクラッド層１３３、ｉ型ＭＱＷコア層１３２、およびｎ型ＩｎＰクラッド層１３１をエッチングで除去する。ＳｉＯ２マスクを設ける部分は、図２１に太い破線で示した枠内の領域である。このエッチングでｎ型ＩｎＰ基板１０１の表面の一部が露出する。
（ステップＳ３０７）
ステップＳ３０６で再形成したＳｉＯ２マスクを選択成長マスクとして、再びＭＯＣＶＤ装置で今度は窓構造１２３のためのＩｎＰ層を成長する。その後ＳｉＯ２マスクを除去し、再びＭＯＣＶＤ装置でコンタクト層を成長する。その後、これまで成長させた半導体積層構造を部分的にエッチングすることによりリッジ部を形成する。リッジ部上面のコンタクト層の上にｐ側電極を形成する。その後、ｎ型ＩｎＰ基板１０１を研磨で薄くし、最後にｎ型ＩｎＰ基板１０１の裏面にｎ側電極を形成する。
以上により、モノリシック光素子３２１の製造工程が終了する。
（ステップＳ２０８）
モノリシック光素子３２１、波長合波器１２、および信号入力端子３１〜３４を含めてパッケージングが施されることで、光モジュール３１０が提供される。
以上説明した実施の形態３にかかる製造方法により、図１５に示すように、１つのｎ型ＩｎＰ基板１０１上に、４つの集積型光変調素子部３２１ａ〜３２１ｄをモノリシックに集積できる。その結果、異なるバリア層バンドギャップ波長λＢＧ１〜λＢＧ４を持つ４つのＥＡＭ部１２２ａ〜１２２ｄをモノリシックに集積できる。
なお、ＭＱＷコア層のフォトルミネセンス（ＰＬ）波長が異なる複数の集積型光変調素子部をモノリシックに集積するときにも、ＭＱＷコア層の成長工程を適宜に変更することにより、実施の形態３と同様のプロセスで集積することが可能である。
実施の形態３にかかる製造方法では、ＥＡＭ部１２２ａ〜１２２ｄのＭＱＷコア層を成長させる工程が、２回である。集積型光変調素子部３２１ａ、３２１ｂのＥＡＭ部１２２ａ、１２２ｂそれぞれのＭＷＱコア層を同時に成長させている。更に、集積型光変調素子部３２１ｃ、３２１ｄのＥＡＭ部１２２ｃ、１２２ｄそれぞれのＭＷＱコア層を同時に成長させている。このため、２回の成長工程によって、４つのＥＡＭ部１２２ａ〜１２２ｄのＭＷＱコア層を形成することができる。
仮に４つの集積型光変調素子部それぞれのためにＭＱＷコア層のバットジョイント成長を行うと、合計で４回の成長工程が必要になる。これに比べると、実施の形態４では２回の成長工程で済むので、工程数を削減することができる。
集積型光変調素子部３２１ａ、３２１ｂのバリア層バンドギャップ波長λＢＧ１、λＢＧ２は互いに同じ値である。集積型光変調素子部３２１ｃ、３２１ｄのバリア層バンドギャップ波長λＢＧ３、λＢＧ４は互いに同じ値である。
λＢＧ１、λＢＧ２の値をλＢＧＡとし、λＢＧ３、λＢＧ４の値をλＢＧＢとする。ここで、λＬＤ１とλＢＧＡの差の絶対値をΔλＬＤＢＧＡとし、λＬＤ３とλＢＧＢの差の絶対値をΔλＬＤＢＧＢとし、それぞれ下記の式で求められる。
ΔλＬＤＢＧＡ ＝｜λＬＤ１−λＢＧＡ｜ ・・・（１３）
ΔλＬＤＢＧＢ ＝｜λＬＤ３−λＢＧＢ｜ ・・・（１４）
実施の形態３において、ΔλＬＤＢＧＡとΔλＬＤＢＧＢの差を−１ｎｍ以上かつ＋１ｎｍ以下の範囲以下とする。これにより、異なる集積型光変調素子部の間での特性のばらつきは抑制することが可能である。
実施の形態３では、３波長以上の電界吸収型光変調器をモノリシック集積する場合において、ＭＱＷコア層のバットジョイント成長の回数を減らす効果がある。
実施の形態４．
［実施の形態４の装置の構成］
図２３は本発明の実施の形態３にかかる光モジュール４１０のブロック図である。光モジュール４１０は、１００Ｇｂｉｔ／ｓ光通信システムに用いられる波長分割多重通信用光モジュールである。
光モジュール４１０は、モノリシック光素子４２１を備えている。モノリシック光素子４２１は、４つの集積型光変調素子部４２１ａ、４２１ｂ、４２１ｃ、４２１ｄを備えており、これらがモノリシックに集積されたものである。
素子部ごとに積層構造を比較した場合には、集積型光変調素子部４２１ａ〜４２１ｄは、実施の形態１にかかる集積型光変調素子２１〜２４とそれぞれ同様の構成を備えている。
すなわち、集積型光変調素子部４２１ａは集積型光変調素子２１と同様の構成を備えている。したがって、集積型光変調素子部４２１ａは、集積型光変調素子２１と同じく、発振波長λＬＤ１、バリア層バンドギャップ波長λＢＧ１、およびフォトルミネセンス波長λＰＬ１を備えている。
集積型光変調素子部４２１ｂは、集積型光変調素子２２と同じく、発振波長λＬＤ２、バリア層バンドギャップ波長λＢＧ２、およびフォトルミネセンス波長λＰＬ２を備えている。
集積型光変調素子部４２１ｃは、集積型光変調素子２３と同じく、発振波長λＬＤ３、バリア層バンドギャップ波長λＢＧ３、およびフォトルミネセンス波長λＰＬ３を備えている。
集積型光変調素子部４２１ｄは、集積型光変調素子２４と同じく、発振波長λＬＤ４、バリア層バンドギャップ波長λＢＧ４、およびフォトルミネセンス波長λＰＬ４を備えている。
このため、実施の形態１にかかる光モジュール１０と同じく、光モジュール４１０も、ΔλＬＤＰＬとΔλＬＤＢＧのばらつきの大きさが両方とも−１ｎｍ以上かつ＋１ｎｍ以下の範囲内に収められている。
図２４は、モノリシック光素子４２１の上面図である。集積型光変調素子部４２１ａ〜４２１ｄは、それぞれ、レーザ素子部１２１ａ〜１２１ｄ、ＥＡＭ部１２２ａ〜１２２ｄ、および窓構造１２３を備えている。レーザ素子部１２１ａ〜１２１ｄは導波路１２４を備え、ＥＡＭ部１２２ａ〜１２２ｄは導波路１２５を備える。
［実施の形態４にかかる製造方法］
図２５および図２６は、本発明の実施の形態４にかかる光モジュール４１０の製造プロセスを示す図である。図２５は、製造途中の光モジュール４１０の断面図であり、図２５は、製造途中の光モジュール４１０の上面図である。図２７は、本発明の実施の形態４にかかる光モジュール４１０の製造方法を示すフローチャートである。
実施の形態４にかかる製造方法によれば、同一半導体基板上に異なるバリア層バンドギャップ波長のＭＱＷコア層を成長することができる。実施の形態３にかかる製造方法によれば、実施の形態１で述べた発振波長、バリア層バンドギャップ波長およびフォトルミネセンス波長の調節が容易である。
（ステップＳ４０１）
図２５の断面図に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板１０１上に、ＭＯＣＶＤで、ｎ型ＩｎＰクラッド層１３１、４元混晶のｉ型ＭＱＷコア層１３２、ｐ型ＩｎＰクラッド層１３３を成長する。ｐ型ＩｎＰクラッド層１３３の層内には、４元混晶の回折格子層１３３ａが設けられている。
（ステップＳ４０２）
次に図２６の上面図に示すように、ｐ型ＩｎＰクラッド層１３３の上面に、ＳｉＯ２マスク２０１、２０２、２０３、２０４、および２０５を形成する。具体的には、レーザ素子部１２１ａ〜１２１ｄの活性層部分にＳｉＯ２マスク２０１を形成する。
なお、図２６に示す製造途中の図では、図２６の紙面上方から紙面下方に向かって、部分４２１１ａ、４２１１ｂ、４２１１ｃ、４２１１ｄが完成している。部分４２１１ａ〜４２１１ｄは、それぞれ、光モジュール４１０の最終完成後に集積型光変調素子部４２１ａ〜４２１ｄとなる部分である。
部分４２１１ａの吸収層形成部分１５１は、集積型光変調素子部４２１ａのＥＡＭ部１２２ａを形成すべき部分である。この吸収層形成部分１５１の両脇に、ＳｉＯ２マスク２０２を形成する。ＳｉＯ２マスク２０２は、吸収層形成部分１５１を挟み込むように平行に伸びる２つのマスク部分（つまり第１部分および第２部分）からなる。
ＳｉＯ２マスク２０３〜２０５もこれと同様である。すなわち、部分４２１１ｂの吸収層形成部分１５２は、集積型光変調素子部４２１ｂのＥＡＭ部１２２ｂを形成すべき部分である。この吸収層形成部分１５２の両脇に、ＳｉＯ２マスク２０３を形成する。部分４２１１ｃの吸収層形成部分１５３は、集積型光変調素子部４２１ｃのＥＡＭ部１２２ｃを形成すべき部分である。この吸収層形成部分１５３の両脇にＳｉＯ２マスク２０４を形成する。部分４２１１ｄの吸収層形成部分１５４は、集積型光変調素子部４２１ｄのＥＡＭ部１２２ｄを形成すべき部分である。この吸収層形成部分１５４の両脇に、ＳｉＯ２マスク２０５を形成する。ＳｉＯ２マスク２０３〜２０５も、それぞれ、吸収層形成部分１５２〜１５４それぞれを挟み込むように平行に伸びる２つのマスク部分からなる。
ここで、ＳｉＯ２マスク２０２、２０３、２０４、２０５は短手方向の幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４を備えている。これらの幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４の大きさは互いに異なる。具体的には、Ｗ１＜Ｗ２＜Ｗ３＜Ｗ４である。
ＳｉＯ２マスク２０２〜２０５を形成しない部分のｐ型ＩｎＰクラッド層１３３、ｉ型ＭＱＷコア層１３２、およびｎ型ＩｎＰクラッド層１３１をエッチングで除去する。このエッチングでｎ型ＩｎＰ基板１０１の表面の一部が露出する。
（ステップＳ４０３）
次にＳｉＯ２マスク２０１〜２０５を選択成長マスクとして、ＥＡＭ部１２２ａ〜１２２ｄのｎ型ＩｎＰクラッド層、ｉ型ＩｎＧａＡｓＰＭＱＷコア層、およびｐ型ＩｎＰクラッド層を同時に成長する。
ＳｉＯ２マスク２０２〜２０５の幅Ｗ１〜Ｗ４により、集積型光変調素子部４２１ａ、４２１ｂ、４２１ｃ、４２１ｄそれぞれのバリア層バンドギャップ波長λＢＧ１、λＢＧ２、λＢＧ３、λＢＧ４を所望値に調整することができる。
（ステップＳ４０４）
その後一度ＳｉＯ２マスクを除去した後、レーザ素子部１２１ａ〜１２１ｄの活性層およびＥＡＭ部１２２ａ〜１２２ｄの光吸収層となるべき部分に、再びＳｉＯ２マスクを形成する。この再形成したＳｉＯ２マスク以外の部分のｐ型ＩｎＰクラッド層１３３、ｉ型ＭＱＷコア層１３２、およびｎ型ＩｎＰクラッド層１３１をエッチングで除去する。ＳｉＯ２マスクを設ける部分は、図２６に太い破線で示した枠内の領域である。このエッチングでｎ型ＩｎＰ基板１０１の表面の一部が露出する。
（ステップＳ４０５）
ステップＳ４０４で再形成したＳｉＯ２マスクを選択成長マスクとして、再びＭＯＣＶＤ装置で今度は窓構造１２３のためのＩｎＰ層を成長する。その後ＳｉＯ２マスクを除去し、再びＭＯＣＶＤ装置でコンタクト層を成長する。その後、エッチングによりリッジ導波路を形成し、コンタクト層上にｐ側電極を形成する。その後、ｎ型ＩｎＰ基板１０１を研磨で薄くし、最後にｎ型ＩｎＰ基板１０１の裏面にｎ側電極を形成する。
以上により、モノリシック光素子４２１の製造工程が終了する。
（ステップＳ４０６）
モノリシック光素子４２１、波長合波器１２、および信号入力端子３１〜３４を含めてパッケージングが施されることで、光モジュール４１０が提供される。
以上説明した実施の形態４にかかる製造方法により、図２４に示すように、１つのｎ型ＩｎＰ基板１０１上に、４つの集積型光変調素子部４２１ａ〜４２１ｄをモノリシックに集積できる。つまり、異なるバリア層バンドギャップ波長λＢＧ１〜λＢＧ４を持つ４つのＥＡＭ部１２２ａ〜１２２ｄをモノリシックに集積できる。
実施の形態４にかかる製造方法では、ＥＡＭ部１２２のＭＱＷコア層をバットジョイント成長させる工程が、１回である。ＳｉＯ２マスク２０２〜２０５の幅Ｗ１〜Ｗ４によりバリア層バンドギャップ波長λＢＧ１〜λＢＧ４を調整するようにしているので、成長工程が１度で済むからである。
幅Ｗ１〜Ｗ４によりバリア層バンドギャップ波長λＢＧ１〜λＢＧ４を調整する際には、発振波長λＬＤ１〜λＬＤ４を考慮する。つまり、実施の形態１と同様に、ΔλＬＤＢＧ１、ΔλＬＤＢＧ２、ΔλＬＤＢＧ３、およびΔλＬＤＢＧ４の値のばらつきを、所定範囲内に収めるように、幅Ｗ１〜Ｗ４を調整すればよい。
実施の形態４では４つの集積型光変調素子部４２１ａ〜４２１ｄをモノリシックに集積している。しかしながら本発明はこれに限られるものではない。２つ以上の集積型光変調素子部をモノリシック集積する場合にも、ＳｉＯ２マスクの幅によりバリア層バンドギャップ波長を調整するようにすればよいので、実施の形態４の製造方法を同様に使用することができる。
２０１、２０２、２０３、２０４、２０５ マスク、２１、２２、２３、２４ 集積型光変調素子、３１、３２、３３、３４ 信号入力端子、１２１、１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄ レーザ素子部、２２１ａ、２２１ｂ、２２２ａ、２２２ｂ、３２１ａ、３２１ｂ、３２１ｃ、３２１ｄ、４２１ａ、４２１ｂ、４２１ｃ、４２１ｄ 集積型光変調素子部、１０、２１０、３１０、４１０ 光モジュール、１２ 波長合波器、１０１ ｎ型ＩｎＰ基板、１０２ ｎ型ＩｎＰクラッド層、１０３ ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸コア層、１０４ ｐ型ＩｎＰクラッド層、１０５ ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層、１０６ 絶縁膜、１０７ ｎ側電極、１０８ ｐ側電極、１２２、１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄ 電界吸収型光変調器部（ＥＡＭ部）、１２３ 窓構造、１２４、１２５ 導波路、１３１ ｎ型ＩｎＰクラッド層、１３２ ｉ型ＭＱＷコア層、１３３ ｐ型ＩｎＰクラッド層、１３３ａ 回折格子層、１４１ ｐ型ＩｎＰクラッド層、１５１、１５２、１５３、１５４ 吸収層形成部分、２２１、２２２、３２１、４２１ モノリシック光素子、ＳＷＤＭ 波長多重信号、λＢＧ１、λＢＧ２、λＢＧ３、λＢＧ４ バリア層バンドギャップ波長、λＬＤ１、λＬＤ２、λＬＤ３、λＬＤ４ 発振波長、λＰＬ１、λＰＬ２、λＰＬ３、λＰＬ４ フォトルミネセンス波長

Claims (24)

  1. 複数の集積型光変調素子を備えた半導体光素子であって、
    前記複数の集積型光変調素子それぞれが、
    発振波長を有するレーザ光を出射するレーザ素子部と、
    前記レーザ素子部からのレーザ光を受ける量子井戸コア層を備え、入力電気信号に従って光変調を行う電界吸収型の光変調器部と、
    を備え、
    前記複数の集積型光変調素子のうち第１集積型光変調素子が有するレーザ素子部の発振波長よりも、前記複数の集積型光変調素子のうち第２集積型光変調素子が有するレーザ素子部の発振波長のほうが長く、
    前記第１集積型光変調素子が有する前記量子井戸コア層のバリア層のバンドギャップ波長よりも、前記第２集積型光変調素子が有する前記量子井戸コア層のバリア層のバンドギャップ波長のほうが長いことを特徴とする半導体光素子。
  2. 前記複数の集積型光変調素子が、さらに第３集積型光変調素子を含み、
    前記第１集積型光変調素子が有するレーザ素子部の発振波長をλＬＤ１とし、前記第２集積型光変調素子が有するレーザ素子部の発振波長をλＬＤ２とし、前記第３集積型光変調素子が有するレーザ素子部の発振波長をλＬＤ３とし、
    前記第１集積型光変調素子が有する前記量子井戸コア層のバリア層のバンドギャップ波長をλＢＧ１とし、前記第２集積型光変調素子が有する前記量子井戸コア層のバリア層のバンドギャップ波長をλＢＧ２とし、前記第３集積型光変調素子が有する前記量子井戸コア層のバリア層のバンドギャップ波長をλＢＧ３とした場合に、
    λＬＤ１＜λＬＤ２＜λＬＤ３であり、かつλＢＧ１＜λＢＧ２＜λＢＧ３であることを特徴とする請求項１に記載の半導体光素子。
  3. 前記複数の集積型光変調素子のうち第１集積型光変調素子が有するレーザ素子部の発振波長と前記第１集積型光変調素子が有する前記量子井戸コア層のバリア層のバンドギャップ波長との差の絶対値を第１波長差とし、
    前記複数の集積型光変調素子のうち第２集積型光変調素子が有するレーザ素子部の発振波長と前記第２集積型光変調素子が有する前記量子井戸コア層のバリア層のバンドギャップ波長との差の絶対値を第２波長差とし、
    前記第１波長差と前記第２波長差との差が、１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体光素子。
  4. 前記第１波長差と前記第２波長差との差が、６ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の半導体光素子。
  5. 前記第１波長差と前記第２波長差との差が、２ｎｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載の半導体光素子。
  6. 前記複数の集積型光変調素子が、３つ以上の集積型光変調素子を含み、
    前記３つ以上の集積型光変調素子は、それぞれの集積型光変調素子のレーザ素子部の発振波長と前記量子井戸コア層のバリア層のバンドギャップ波長との差であるＬＤＢＧ波長差を備え、
    前記３つ以上の集積型光変調素子がそれぞれ有するＬＤＢＧ波長差のうち、最大値と最小値の差が１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体光素子。
  7. 前記３つ以上の集積型光変調素子がそれぞれ有するＬＤＢＧ波長差のうち、最大値と最小値の差が６ｎｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の半導体光素子。
  8. 前記３つ以上の集積型光変調素子がそれぞれ有するＬＤＢＧ波長差のうち、最大値と最小値の差が２ｎｍ以下であることを特徴とする請求項７に記載の半導体光素子。
  9. 前記第１集積型光変調素子が有する前記量子井戸コア層のフォトルミネセンス波長よりも、前記第２集積型光変調素子が有する前記量子井戸コア層のフォトルミネセンス波長のほうが長いことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体光素子。
  10. 前記複数の集積型光変調素子が、さらに第３集積型光変調素子を含み、
    前記第１集積型光変調素子が有するレーザ素子部の発振波長をλＬＤ１とし、前記第２集積型光変調素子が有するレーザ素子部の発振波長をλＬＤ２とし、前記第３集積型光変調素子が有するレーザ素子部の発振波長をλＬＤ３とし、
    前記第１集積型光変調素子が有する前記量子井戸コア層のフォトルミネセンス波長をλＰＬ１とし、前記第２集積型光変調素子が有する前記量子井戸コア層のフォトルミネセンス波長をλＰＬ２とし、前記第３集積型光変調素子が有する前記量子井戸コア層のフォトルミネセンス波長をλＰＬ３とした場合に、
    λＬＤ１＜λＬＤ２＜λＬＤ３であり、かつλＰＬ１＜λＰＬ２＜λＰＬ３であることを特徴とする請求項９に記載の半導体光素子。
  11. 前記第１集積型光変調素子が有するレーザ素子部の発振波長と前記第１集積型光変調素子が有する前記光変調器部のフォトルミネセンス波長との差の絶対値を第３波長差とし、
    前記第２集積型光変調素子が有するレーザ素子部の発振波長と前記第２集積型光変調素子が有する前記光変調器部のフォトルミネセンス波長との差の絶対値を第４波長差とし、
    前記第３波長差と前記第４波長差との差が、１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項９または１０に記載の半導体光素子。
  12. 前記第３波長差と前記第４波長差との差が、６ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１１に記載の半導体光素子。
  13. 前記第３波長差と前記第４波長差との差が、２ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１２に記載の半導体光素子。
  14. 前記複数の集積型光変調素子が、３つ以上の集積型光変調素子を含み、
    前記３つ以上の集積型光変調素子は、それぞれの集積型光変調素子のレーザ素子部の発振波長と電界吸収型光変調器部のフォトルミネセンス波長の差であるＬＤＰＬ波長差を備え、
    前記３つ以上の集積型光変調素子がそれぞれ有するＬＤＰＬ波長差のうち、最大値と最小値の差が１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項９〜１３のいずれか１項に記載の半導体光素子。
  15. 前記３つ以上の集積型光変調素子がそれぞれ有するＬＤＰＬ波長差のうち、最大値と最小値の差が６ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１４に記載の半導体光素子。
  16. 前記３つ以上の集積型光変調素子がそれぞれ有するＬＤＰＬ波長差のうち、最大値と最小値の差が２ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１５に記載の半導体光素子。
  17. 前記レーザ素子部の発振波長は、１２５０ｎｍ以上かつ１３５０ｎｍ以下の範囲内であり、
    前記量子井戸コア層のバンドギャップ波長は、１０００ｎｍ以上かつ１１２０ｎｍ以下の範囲内であることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の半導体光素子。
  18. 前記複数の集積型光変調素子が１つの半導体基板上にモノリシック化されたことを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の半導体光素子。
  19. 複数の集積型光変調素子と、
    前記複数の集積型光変調素子の電界吸収型光変調器部それぞれの出射光を合波する波長合波器と、
    を備えた光モジュールであって、
    前記複数の集積型光変調素子それぞれが、
    信号入力端子と、
    発振波長を有するレーザ光を出射するレーザ素子部と、
    前記レーザ素子部からのレーザ光を受ける量子井戸コア層を備え、前記信号入力端子からの電気信号に従って光変調を行う電界吸収型光変調器部と、
    を含み、
    前記複数の集積型光変調素子のうち第１集積型光変調素子が有するレーザ素子部の発振波長よりも、前記複数の集積型光変調素子のうち第２集積型光変調素子が有するレーザ素子部の発振波長のほうが長く、
    前記第１集積型光変調素子が有する前記量子井戸コア層のバリア層のバンドギャップ波長よりも、前記第２集積型光変調素子が有する前記量子井戸コア層のバリア層のバンドギャップ波長のほうが長いことを特徴とする光モジュール。
  20. 前記複数の集積型光変調素子が、さらに第３集積型光変調素子を含み、
    前記第１集積型光変調素子が有するレーザ素子部の発振波長をλＬＤ１とし、前記第２集積型光変調素子が有するレーザ素子部の発振波長をλＬＤ２とし、前記第３集積型光変調素子が有するレーザ素子部の発振波長をλＬＤ３とし、
    前記第１集積型光変調素子が有する前記量子井戸コア層のバリア層のバンドギャップ波長をλＢＧ１とし、前記第２集積型光変調素子が有する前記量子井戸コア層のバリア層のバンドギャップ波長をλＢＧ２とし、前記第３集積型光変調素子が有する前記量子井戸コア層のバリア層のバンドギャップ波長をλＢＧ３とした場合に、
    λＬＤ１＜λＬＤ２＜λＬＤ３であり、かつλＢＧ１＜λＢＧ２＜λＢＧ３であることを特徴とする請求項１９に記載の光モジュール。
  21. １つの半導体基板上に複数の集積型光変調素子をモノリシックに集積した半導体光素子を製造する製造方法であって、
    前記複数の集積型光変調素子は、
    第１レーザ素子部および第１電界吸収型光変調部を備えた第１集積型光変調素子と、
    前記第１レーザ素子部と発振波長が異なる第２レーザ素子部および第２電界吸収型光変調部を備えた第２集積型光変調素子と、
    を含み、
    第１電界吸収型光変調部は、バリア層が第１バンドギャップ波長を備えた第１量子井戸コア層を備え、
    第２電界吸収型光変調部は、バリア層が前記第１バンドギャップ波長と異なる第２バンドギャップ波長を備えた第２量子井戸コア層を備え、
    前記半導体基板上に、前記第１量子井戸コア層を成長させる工程と、
    前記半導体基板上において、前記第２量子井戸コア層を成長させるべき領域以外にマスクを形成し、前記第１量子井戸コア層をエッチングで除去する工程と、
    前記マスクを用いて、前記エッチングで露出した面に、前記第２量子井戸コア層をバットジョイント成長させる工程と、
    を有することを特徴とする半導体光素子の製造方法。
  22. 前記第１レーザ素子部の発振波長と前記第１バンドギャップ波長との差の絶対値を第１波長差とし、
    前記第２レーザ素子部の発振波長と前記第２バンドギャップ波長との差の絶対値を第２波長差とし、
    前記第１波長差と前記第２波長差との差を所定範囲内に収めるように、前記第１レーザ素子部の発振波長、前記第１バンドギャップ波長、前記第２レーザ素子部の発振波長、および前記第２バンドギャップ波長を設定することを特徴とする請求項２１に記載の半導体光素子の製造方法。
  23. 前記第１量子井戸コア層および前記第２量子井戸コア層が、３元混晶または４元混晶のｉ型量子井戸コア層であることを特徴とする請求項２１または２２に記載の半導体光素子の製造方法。
  24. １つの半導体基板の上に複数のレーザ素子部および複数の電界吸収型光変調器部をモノリシックに集積した半導体光素子を製造する製造方法であって、
    半導体基板の上に、量子井戸コア層を成長させる工程と、
    前記量子井戸コア層の上における前記複数の電界吸収型光変調器部を形成すべき形成予定領域に、複数のマスクを設ける工程と、
    前記複数のマスクを用いて、前記形成予定領域それぞれの前記量子井戸コア層にエッチングを行う工程と、
    前記エッチングの後に、前記形成予定領域それぞれに、前記量子井戸コア層を光吸収層として、電界吸収型光変調器部を形成する工程と、
    を備え、
    前記複数のマスクは、それぞれ、
    前記量子井戸コア層の上で、変調させるべき光の進行方向に伸びる第１マスク部分と、
    前記半導体基板の面内で前記第１マスク部分と平行に伸び、前記第１マスク部分と離間し、かつ前記第１マスク部分と同じ幅を有する第２マスク部分と、
    を備え、
    前記複数のマスクのうち第１マスクは、前記第１マスク部分および前記第２マスク部分が第１の幅を備え、
    前記複数のマスクのうち第２マスクは、前記第１マスク部分および前記第２マスク部分が前記第１の幅と異なる第２の幅を備え、
    前記第１マスクでエッチングした前記量子井戸コア層を備える第１電界吸収型光変調部における前記量子井戸コア層のバリア層のバンドギャップ波長を第１バンドギャップ波長とし、
    前記第１電界吸収型光変調部にレーザ光を入射するレーザ素子部における発振波長を第１発振波長とし、
    前記第２マスクでエッチングした前記量子井戸コア層を備える第２電界吸収型光変調部における前記量子井戸コア層のバリア層のバンドギャップ波長を第２バンドギャップ波長とし、
    前記第２電界吸収型光変調部にレーザ光を入射するレーザ素子部における発振波長を第２発振波長とし、
    前記第１バンドギャップ波長と前記第１発振波長の差の絶対値を第１波長差とし、
    前記第２バンドギャップ波長と前記第２発振波長の差の絶対値を第２波長差としたときに、
    前記第１波長差と前記第２波長差との差を所定範囲内に収めるように、前記第１の幅および前記第２の幅を設定することを特徴とする半導体光素子の製造方法。
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