JP3339596B2 - 光増幅機能素子およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光増幅機能素子およびそ
の製造方法に関し、より詳細には光スイッチや光変調器
を実現しやすい特性をもつ光導波路と、そこを伝搬する
光信号を増幅する機能に優れた光増幅器を集積した光増
幅機能素子とその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】２１世紀の高度な情報通信サービスの実
現に向けた高速・高帯域通信網の構築のため、光通信技
術が不可欠になっている。このため、光導波層としては
量子井戸構造を持つ光導波路を伝搬する光信号に対し
て、電圧や電流を加えることで光導波路の屈折率等を変
化させ、これを利用することで光変調や光スイッチング
を行うことが試みられている。例えば量子閉じ込めシュ
タルク効果等の効果を利用して、逆方向電圧を加えるこ
とで光導波層の屈折率を変える場合には、光導波層の光
閉じ込めを強くし、層厚の厚い光導波層を用いることが
必要である。そのため、多重量子井戸構造のウェル層と
バリア層とが２０ペアを越えるような層厚の厚い多重量
子井戸構造が用いられてきている。

【０００３】ここで問題となるのは光導波路で減衰する
光信号をいかに補償するかであり、通常は光増幅器を用
いて光信号を増幅する。しかしながら、層厚が厚い光導
波層に対して、それに装荷された形で形成された光増幅
器によって光信号の減衰を補償することは、以下に示す
ように困難であった。

【０００４】図１２は従来の光増幅機能素子の例を示し
てある。同図において、１２０１はｐ側電極、１２０２
はｐ−ＩｎＰ基板、１２０３はｐ−ＩｎＰ層、１２０４
は量子井戸構造の光導波路（例えばＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ
ＡｌＡｓやＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ）、１２０
５は光信号の損失を補償するための光増幅器の活性層、
１２０６はｎ−ＩｎＰ層、１２０７および５０８はｎ側
電極である。例えば動作波長を１．５５μｍとした場合
には光導波路１２０４の多重量子井戸構造は、厚さ９ｎ
ｍのＩｎＧａＡｓウェルと厚さ５ｎｍのＩｎＡｌＡｓバ
リアとから構成され、ヘビーホールエキシトンの吸収ピ
ークを１．４４μｍに設定して、電圧制御によりスイッ
チング動作や変調動作に利用することができる。同図に
示す光増幅機能素子では多重量子井戸構造の光導波層の
バリア層のエネルギー障壁が通常使われるＩｎＧａＡｓ
Ｐ／ＩｎＰやＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰの多重量
子井戸構造の光導波層に比べて高いためにキャリアの閉
じ込めが強く、量子効果が大きい。さらに、多重量子井
戸構造のウェル層とバリア層とが２０ペアを越えるよう
な層厚の厚い多重量子井戸構造にすることで導波層への
光の閉じ込めを強くすることができ、光スイッチや光変
調器として有利である。

【０００５】一方、上記光増幅機能素子は光導波路の伝
搬損失に伴う損失を補償するため、光増幅器の活性層１
２０５を通して光信号を増幅する必要がある。通常、活
性層１２０５のバンドギャップ波長は１．５８μｍ程度
であり、光増幅器の増幅帯域は５０ｎｍ程度のスペクト
ル半値幅を持つ。ところが、前述のように光は光導波層
１２０４に非常に強く閉じ込められているために、光増
幅器の活性層１２０５における光のフィールドは小さ
く、増幅の効率が落ちるという欠点があった。また、バ
リア層のエネルギー障壁が高く、かつ層厚の厚い光導波
層１２０４を用いているため抵抗が高く、すなわち、電
流が流れにくいために、この素子は光増幅器の活性層１
２０５に十分な電流密度を与えることが困難であった。

【０００６】また、電流は全て活性層１２０５に注入さ
れ、光に変換されるわけではなく、その一部は光導波層
１２０４に漏れ出る。ところが前述のように光導波層の
ヘビーホールエキシトンの吸収ピークは１．４４μｍで
活性層１２０５のバンドギャップ波長１．５８μｍに近
いため光導波層１２０４においても光の発光が生じる。
このため発光スペクトルは図１３のように２つのピーク
を持つようになる。この現象によって信号光を増幅する
際に光導波層からの自然放出光の雑音が生じ、また活性
層１２０５へのキャリア注入の効率が落ちるという欠点
があった。

【０００７】以上示したように、従来の光増幅機能素子
は活性層への電流注入が困難で、増幅の効率が悪く、か
つ雑音が増えるという欠点があった。

【０００８】図１４は従来の光増幅機能素子の別の例を
説明する図である。この例は光スイッチや変調器のよう
な光機能素子の光導波層と突き合わせる形で光増幅器の
活性層を設けたものである。図１４において、１４０１
はｐ側電極、１４０２はｐ−ＩｎＰ基板、１４０３はｐ
−ＩｎＰ層、１４０４は量子井戸構造を取る光機能素子
の光導波層（例えばＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓやＩｎ
ＧａＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ）、１４０５は光信号の損
失を補償するための光増幅器の活性層であり、１４０６
はｎ−ＩｎＰ層、１４０７および１４０８はｎ側電極で
ある。例えば動作波長を１．５５μｍとした場合には光
導波層１４０４の多重量子井戸構造は、厚さ９ｎｍのＩ
ｎＧａＡｓウェルと厚さ５ｎｍのＩｎＡｌＡｓバリアと
でバンドギャップ波長を１．４４μｍに設定して、電圧
制御によりスイッチング動作や変調動作に利用すること
ができる。同図に示す光増幅機能素子は多重量子井戸構
造のウェル層とバリア層とが２０ペアを越えるような層
厚の厚い多重量子井戸構造にすることで光導波層への光
の閉じ込めを強くすることができ、光スイッチや光変調
器として有利である。また、上記光増幅機能素子は光機
能素子の伝搬損失に伴う損失を補償するため、光増幅器
の活性層１４０５を通して光信号を増幅する必要がある
が、活性層が光導波層に突き合わされているため、光の
結合がよく、また活性層への電流の注入にも問題がな
い。

【０００９】しかしながら、光機能素子の光導波層と光
増幅器の活性層の突き合わせを歩留りよく製作すること
は、以下に示すように困難であった。

【００１０】図１５は図１４に示す光増幅機能素子の製
作方法を示す。同図に示すように、第一段階でｐ−Ｉｎ
Ｐ基板１５０２上にｐ−ＩｎＰ層１５０３および量子井
戸構造を取る光機能素子の光導波層（例えばＩｎＧａＡ
ｓ／ＩｎＡｌＡｓやＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ）
１５０４を結晶成長する（図１５(a) ）。その上にＳｉ
Ｏ₂ マスクを設け、フォトリソグラフィとエッチングと
によって光増幅器部分のＳｉＯ₂ マスクと光導波層１５
０４とを取り除く。このとき、光導波層１５０４の端面
部分はＳｉＯ₂ マスクに比べて内側に引っ込んでしまう
（図１５(b) ）。ここで選択成長技術を用いて光信号の
損失を補償するための光増幅器の活性層１５０５を結晶
成長すると、活性層１５０５はＳｉＯ₂ マスク上には成
長しないので、ＳｉＯ₂ マスクに覆われていない部分に
成長する（図１５(c) ）。ここで問題となりうるのが光
導波層１５０４がＳｉＯ₂ マスクの内側に引っ込んでい
ることであり、このため光導波層１５０４と活性層１５
０５の突き合わせがうまくいかないという問題があっ
た。さらに、ＳｉＯ₂ マスクを剥がした上でｎ−ＩｎＰ
層１５０６の結晶成長を行い、最後にｐ側電極１５０
１、ｎ側電極１５０７および１５０８を取り付けて素子
を完成する（図１５(d) ）。

【００１１】以上示したように、図１４に示す光増幅機
能素子は光機能素子の光導波層と光増幅器の活性層の突
き合わせを歩留りよく製作することが困難という欠点が
あった。

【００１２】図１６は従来の光増幅機能素子について、
別の製作法を示している。図１６に示すようなＳｉＯ₂
によるマスクを半導体基板上に施した上で、結晶成長を
行ういわゆる選択成長を用いると、ＳｉＯ₂ マスクに挟
まれていないａの領域では短波長（例えば１．４４μ
ｍ）、ＳｉＯ₂ マスクに挟まれているｂの領域では長波
長（例えば１．５８μｍ）のバンドギャップを持ち、中
間領域で組成が徐々に変化する層を一回の成長で作るこ
とができる。この際、選択成長の特徴から、図１７に示
すように、ｂの領域の層厚はａの領域の層厚に比べて厚
くなる。

【００１３】このように作成される層のａの領域を光機
能素子の光導波層、ｂの領域を光増幅器の活性層として
用いたのが従来の光増幅機能素子であり、この例を図１
８に示す。

【００１４】図１８において、１８０１はｎ側電極、１
８０２はｎ−Ｉｎｐ基板、１８０３はｎ−ＩｎＰ層、１
８０４および１８０５は量子井戸構造を持つ層（例えば
ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ）である。ここで、領域１
８０４は短波長（例えば１．４４μｍ）のバンドギャッ
プ波長を持つ光機能素子の光導波層、領域１８０５は長
波長（例えば１．５８μｍ）のバンドギャップ波長を持
つ光増幅器の活性層であり、領域１８０４と領域１８０
５とは、その組成が徐々に変化している。また１８０６
はｐ−ＩｎＰ層、１８０７および１８０８はｐ側電極で
ある。動作波長を１．５５μｍとした場合、光導波層１
８０４として厚さ９ｎｍのＩｎＧａＡｓウェルと厚さ５
ｎｍのＩｎＡｌＡｓバリアとでバンドギャップ波長１．
４４μｍに設定して、電圧制御によりスイッチング動作
や変調動作に利用することができる。

【００１５】図１８に示す光増幅機能素子は多重量子井
戸構造のウェル層とバリア層とが２０ペアを越えるよう
な層厚の厚い多重量子井戸構造にすることで光導波層へ
の光の閉じ込めを強くすることができ、光スイッチや光
変調器として有利である。一方、上記光増幅機能素子は
光導波路の伝搬に伴う損失を補償するため、光増幅器の
活性層１８０５を通して光信号を増幅する必要がある。
ところが、活性層１８０５は光導波層１８０４に比べて
バンドギャップ波長が長く（すなわち屈折率が高く）か
つ層厚が厚いために、図１９に示すように、光導波層１
８０４ではシングルモードで伝搬していた光信号がマル
チモードになってしまうという欠点を有していた。この
ため、シングルモードからマルチモードへのモード変換
損が生じ、かつ光信号の波形が乱れるという欠点があっ
た。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
光増幅機能素子の光導波路として層厚の厚いものを用い
た場合には、光スイッチや光変調器としては有利である
が、光導波層の層厚が厚いために光信号の閉じ込めが強
く、光のフィールドが光増幅器の活性層に掛からなくな
って、増幅の効率が落ちるという欠点があった。さら
に、光増幅器の活性層に電流を注入することが困難で、
光導波路の伝搬損失を補償できないという欠点があっ
た。

【００１７】また、光導波層のバンドギャップ波長が活
性層のバンドギャップ波長に近いために自然放出光の雑
音が生じ、さらに活性層へのキャリア注入の効率が落ち
るという欠点があった。これに対し、図１４に示す光増
幅機能素子は光増幅の効率に優れ、電流の注入等に問題
がないものの、光機能素子の光導波層と光増幅器の活性
層の突き合わせを歩留りよく製作することが困難という
欠点があった。

【００１８】選択成長を用いた光増幅機能素子の作製に
おいても、光導波層として層厚の厚いものを用いた場合
には、光スイッチや光変調器としては有利であるが、光
増幅器の活性層はそれ以上に厚くなってしまう。そのた
め光導波層ではシングルモードで伝搬していた光信号が
活性層ではマルチモードになってしまうという現象が生
じ、このためシングルモードからマルチモードへのモー
ド変換損が生じ、かつ光信号の波形が乱れるという欠点
があった。

【００１９】そこで、本発明の目的は上述した問題点を
解決し、光導波路としてエネルギー障壁の高いバリア層
を用いた多重量子井戸構造で、かつ層厚の厚いものを利
用しつつ光増幅の効率を上げるため、光増幅器への電流
注入を容易にし、かつ自然放出光の雑音が小さく、活性
層を伝搬する信号のシングルモード性を保ちながら製作
が容易で歩留りのよい光増幅機能素子およびその製造方
法を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
る本発明の第１の光増幅機能素子は、半導体基板上に形
成された少なくとも光導波層を有する光導波路と、該光
導波路上に装荷された少なくとも活性層と該活性層に電
流を注入するための電極とを有する光増幅器とを具備す
る光増幅機能素子において、前記光導波層は、前記光増
幅器が装荷された部分の層厚が、装荷されていない部分
の層厚に比べて薄く、前記光導波路が、少なくとも下か
ら第１の層とエッチストップ層と第２の層とを有し、前
記光増幅器が装荷された部分の光導波路の光導波層は、
前記第１の層と前記エッチストップ層とからなり、前記
光増幅器が装荷されていない部分の光導波路の光導波層
は、前記第１の層と前記エッチストップ層と前記第２の
層とからなり、前記第１の層のうち、前記光増幅器が装
荷された部分のバンドギャップ波長が、装荷されていな
い部分のバンドギャップ波長に比べて短いことを特徴と
する。

【００２１】

【００２２】本発明の第２の光増幅機能素子は、前記第
１の光増幅機能素子において、前記第１の層および前記
第２の層として多重量子井戸構造を用いることを特徴と
する。

【００２３】

【００２４】本発明の第３の光増幅機能素子は、半導体
基板上の一部に形成された第１の光導波層と、該第１の
光導波層の端部に乗り上げる形で前記基板上に形成され
た第２の光導波層と、該第２の光導波層上に装荷された
少なくとも光信号を増幅するための活性層と該活性層に
電流を注入するための電極とを有する光増幅器とを具備
することを特徴とする。

【００２５】本発明の第４の光増幅機能素子は、前記第
３の光増幅機能素子において、前記第２の光導波層のバ
ンドギャップ波長が前記第１の光導波層のバンドギャッ
プ波長に比べて短いことを特徴とする。

【００２６】本発明の第５の光増幅機能素子は、前記第
３または４の光増幅機能素子において、前記第１の光導
波層、前記第２の光導波層および前記活性層のうち、少
なくとも１つに多重量子井戸構造を用いることを特徴と
する。

【００２７】本発明の光増幅機能素子の製造方法におい
て、請求項３，４または５に記載の光増幅機能素子の製
造方法であって、半導体基板上に第１の光導波層を結晶
成長し、その後、少なくとも光増幅器部分の第１の光導
波層を取り除く工程と、前記第１の光導波路層を覆うよ
うに下から第２の光導波層と活性層とを、この順に結晶
成長を行う工程と、少なくとも光増幅器部分以外の前記
活性層と、光機能素子部分の前記第２の光導波層とを取
り除く工程とを具備することを特徴とする。

【００２８】本発明の第７の光増幅機能素子は、半導体
基板上に形成された少なくとも光信号が導波する光導波
層を有する光導波路と、少なくとも光信号を増幅する活
性層と該活性層に電流を注入するための電極とを有する
光増幅器とを具備し、光の伝搬方向に沿って光導波路と
光増幅器とが配される光増幅機能素子において、前記光
導波層の組成を徐々に変化させて前記活性層の組成に一
致させ、また同時に前記光導波層のバンドギャップ波長
を前記活性層のバンドギャップ波長に比べて短波長側に
設定した上で、該光導波路のバンドギャップ波長を徐々
に変化させて該活性層のバンドギャップ波長に一致さ
せ、かつ前記光導波層の層厚を前記活性層の層厚に比べ
て厚くしたことを特徴とする。

【００２９】本発明の第８の光増幅機能素子は、前記第
７の光増幅機能素子において、前記光導波層は下から第
１の層とエッチストップ層と第２の層とからなり、前記
活性層は下から前記第１の層と前記エッチストップ層と
からなり、前記第１の層の組成を徐々に変化させて、前
記光導波層のバンドギャップ波長を前記活性層のバンド
ギャップ波長に比べて短波長側に設定した上で、該光導
波路のバンドギャップ波長を徐々に変化させて該活性層
のバンドギャップ波長に一致させることを特徴とする。

【００３０】本発明の第９の光増幅機能素子は、前記第
８の光増幅機能素子において、前記第１の層と前記第２
の層として多重量子井戸構造を持つ層を用いたことを特
徴とする。

【００３１】

【作用】本発明によれば、光増幅器が装荷された部分の
光導波層の層厚が薄く、装荷されていない部分は層厚の
厚い光導波層を用いることで、光導波層と光増幅器の接
続をよくし、効率の高い光増幅器機能素子を提供するこ
とができる。

【００３２】また、これによって光増幅器が装荷された
部分の光導波層の直列抵抗を下げ、光増幅器への電流の
注入を容易にすることができる。

【００３３】また光導波層のうち光増幅器が装荷された
部分のバンドギャップ波長を、装荷されていない部分の
バンドギャップ波長に比べて短くすることで自然放出光
の発光を抑え、雑音の小さな光増幅機能素子を提供する
ことができる。

【００３４】さらに、光機能素子の光導波層に対して、
より層厚の薄い光導波路の光導波層を設け、これに光増
幅器の活性層を装荷することで光機能素子と光増幅器の
接続をよくし、効率の高い光機能導波増幅素子を提供す
ることができる。

【００３５】またこれによって光増幅器が装荷された部
分の光導波層の層厚が薄いので光増幅器への電流の注入
を容易にすることができる。

【００３６】また、光導波路の光導波層のバンドギャッ
プ波長を、光機能素子の光導波層に比べて短くすること
で自然放出光の発光を抑え、雑音の小さな光機能導波機
能素子を提供することができる。

【００３７】さらに本発明によれば、光導波路の光導波
層の層厚が厚いためにスイッチング動作や光変調器とし
て有利であり、かつ光増幅器の活性層の層厚を薄くする
ことで活性層を伝搬する信号のシングルモード性を保つ
光導波増幅素子を提供することができる。

【００３８】

【実施例】以下、図面を参照しつつ本発明の実施例につ
いて詳細に説明する。

【００３９】（実施例１）図１は本発明の第１の実施例
に係る光増幅機能素子の模式的な断面図である。同図に
おいて、ｐ側電極１０１はｐ−ＩｎＰ基板１０２の下側
に設けられており、ｐ−ＩｎＰ基板１０２上には、ｐ−
ＩｎＰ層１０３、光導波層１０４、光増幅器の活性層１
０５およびｎ−ＩｎＰ層１０６が順次設けられている。
ここで、光導波層１０４は、例えば、バンドギャップ波
長を１．３９μｍに設定したＩｎＧａＡｓＰであり、光
増幅器が装荷された部分の層厚が薄く、光増幅器が装荷
されない部分の層厚が厚くなっている。光増幅器の活性
層１０５は、光導波路を伝搬する光信号の損失を補償す
るためのもので、例えば、厚さ５．２ｎｍの歪ＩｎＧａ
ＡｓＰウェルと厚さ１５０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰバリア
とから構成されて、バンドギャップ波長が１．５６μｍ
に設定されたものであり、光導波層１０４の層厚の薄い
部分に設けられている。また、ｎ−ＩｎＰ層１０６は、
光増幅器が装荷された部分の層厚が薄く、光増幅器が装
荷されない部分の層厚が厚くなっており、層厚が厚い部
分にはｎ側電極１０７が、層厚の薄い部分にはｎ側電極
１０８が、それぞれ設けられている。

【００４０】本実施例の光増幅機能素子は電極１０７の
下の光導波層１０４の層厚が厚いので光信号の閉じ込め
が強く、光スイッチや光変調器として有利である。

【００４１】一方、上記光増幅機能素子は導波路の伝搬
損失に伴う損失を補償するため、光導波層１０４を伝搬
する光信号を光増幅器の活性層１０５に乗り移して増幅
する必要がある。ここで、本実施例の光増幅機能素子は
電極１０８の下の光導波層１０４の層厚が薄いので当該
光導波層１０４への光の閉じ込めが弱くなり、光信号は
容易に光増幅器の活性層１０５に乗り移ることができ
る。

【００４２】また、光増幅器の活性層１０５には電極１
０８を通して電流を注入する必要があるが、本実施例の
光増幅機能素子では電極１０８の下の光導波層１０４の
層厚が薄いので直列抵抗が低く、光増幅器の活性層１０
５に容易に電流を注入することができる。

【００４３】（実施例２）図２は本発明の第２の実施例
に係る光増幅機能素子の模式的な断面図である。同図に
おいて、２０１はｐ側電極、２０２はｐ−ＩｎＰ基板、
２０３はｐ−ＩｎＰ層、２０４は第１の光導波層であ
る。第１の光導波層２０４は、例えば、バンドギャップ
波長を１．３９μｍに設定したＩｎＧａＡｓＰであり、
層厚は一定である。光導波層２０４上にはＩｎＰエッチ
ストップ層２１４が設けられており、このエッチストッ
プ層２１４上の異なる領域には、それぞれ光増幅器の活
性層１０５および第２の光導波層２２４が設けられてい
る。第２の光導波路２２４は、例えば、バンドギャップ
波長を１．３９μｍに設定したＩｎＧａＡｓＰであり、
すなわち第１の光導波層２０４と同一構造である。光増
幅器の活性層２０５は光導波路を伝搬する光信号の損失
を補償するためのもので、例えば、厚さ５．２ｎｍの歪
ＩｎＧａＡｓＰウェルと厚さ１５０ｎｍのＩｎＧａＡｓ
Ｐバリアとから構成され、バンドギャップ波長が１．５
６μｍに設定されたものである。光増幅器の活性層１０
５および第２の光導波層２２４上には、ｎ−ＩｎＰ層２
０６が設けられており、ｎ−ＩｎＰ層２０６上の第２の
光導波層２２４に対応する部分にはｎ側電極２０７が、
光増幅器２０５に対応する部分にはｎ側電極２０８が、
それぞれ設けられている。

【００４４】本実施例の光増幅器機能素子は、電極２０
７の下の第１の光導波層２０４および第２の光導波層２
２４の合計の層厚が厚いので光信号の閉じ込めが強く、
光信号の閉じ込めが強く光スイッチや光変調器として有
利である。

【００４５】一方、上記光増幅機能素子は光導波路の伝
搬損失に伴う損失を補償するため、光導波層を伝搬する
光信号を光増幅器の活性層２０５に乗り移して増幅する
必要がある。本実施例の光増幅機能素子は、電極２０８
の下の第１の光導波層２０４の層厚が薄いので第１の光
導波層２０４への光の閉じ込めが弱くなり、光信号は容
易に光増幅器の活性層２０５に乗り移ることができる。

【００４６】また、上記光増幅機能素子は光導波路の伝
搬損失に伴う損失を補償するため、光増幅器の活性層２
０５に電極２０８を通して電流を注入する必要がある
が、本実施例の光増幅機能素子では、電極２０８の下の
第１の光導波層２０４の層厚が薄いので直列抵抗が低
く、光増幅器の活性層２０５に容易に電流を注入するこ
とができる。

【００４７】さらに、本実施例は、第１の実施例とは異
なり、第１の光導波層２０４上にエッチストップ層２１
４を設けることにより、第２の光導波層２２４をエッチ
ングで削る際の制御性を高めている。

【００４８】なお、上記説明において第１の光導波層２
０４と第２の光導波層２２４との構造を同じとしてある
が、別の構造にしても同様の効果があることは言うまで
もない。

【００４９】（実施例３）図３は本発明の第３の実施例
に係る光増幅機能素子の模式的な断面図である。同図に
おいて、３０１はｐ側電極、３０２はｐ−ＩｎＰ基板、
３０３はｐ−ＩｎＰ層、３０４は第１の光導波層であ
る。第１の光導波層３０４は、エネルギー障壁の高いバ
リア層からなる量子井戸構造を持つ層で、例えば、厚さ
９ｎｍの歪ＩｎＧａＡｓＰウェルと厚さ１０ｎｍのＩｎ
ＧａＡｓＰバリアとから構成され、バンドギャップ波長
が１．３９μｍに設定されたものである。第２の実施例
と同様に、第１の光導波層３０４上には、エッチストッ
プ層３１４が設けられており、エッチストップ層３１４
上には、第２の光導波層３２４および光増幅器の活性層
３０５が設けられている。第２の光導波層３２４は、エ
ネルギー障壁の高いバリア層からなる量子井戸構造を持
つ層で、例えば、厚さ９ｎｍの歪ＩｎＧａＡｓＰウェル
と厚さ１０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰバリアとから構成さ
れ、バンドギャップ波長が１．３９μｍに設定されたも
のである。光増幅器の活性層３０５は光導波路を伝搬す
る光信号の損失を補償するためのもので、例えば、厚さ
５．２ｎｍの歪ＩｎＧａＡｓＰウェルと厚さ１５０ｎｍ
のＩｎＧａＡｓＰバリアとから構成され、バンドギャッ
プ波長が１．５６μｍに設定されたものである。第２の
光導波層３２４および光増幅器の活性層３０５上には、
ｎ−ＩｎＰ層３０６が設けられており、ｎ−ＩｎＰ層３
０６上の第２の活性層３２４に対応する部分にはｎ側電
極３０７が、光増幅器３０５に対応する部分にはｎ側電
極３０８が、それぞれ設けられている。

【００５０】本実施例の光増幅機能素子は、電極３０７
の下の第１の光導波層３０４および第２の光導波層３２
４の合計の層厚が厚いので閉じ込めが強く、またこれら
光導波層３０４および３２４のバリア層のエネルギー障
壁が、通常使われるＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰやＩｎＧａ
ＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰの量子井戸導波路に比べて高い
ためにキャリアの閉じ込めが強く、量子効果が大きいた
めに小さな逆方向電圧を電極３０７に加えることでスイ
ッチング動作や変調動作を得ることができる。このため
光スイッチや光変調器として有利である。

【００５１】一方、上記光増幅機能素子は光導波路の伝
搬損失に伴う損失を補償するため、光導波層を伝搬する
光信号を光増幅器の活性層３０５に乗り移して増幅する
必要がある。本実施例の光増幅機能素子は、電極３０８
の下の第１の光導波層３０４の層厚が薄いので、この第
１の光導波層３０４への光の閉じ込めが弱くなり、光信
号は容易に光増幅器の活性層３０５に乗り移ることがで
きる。

【００５２】また、上記光増幅機能素子は光導波路の伝
搬損失に伴う損失を補償するため、光増幅器の活性層３
０５に電極３０８を通して電流を注入する必要がある
が、本実施例の光増幅機能素子では、電極３０８の下の
光導波層３０４の層厚が薄いので直列抵抗が低く、光増
幅器の活性層３０５に容易に電流を注入することができ
る。

【００５３】なお、上記説明において第１の光導波層３
０４と第２の光導波層３２４との構造を同じとしてある
が、別の構造にしても同様の効果があることは言うまで
もない。

【００５４】（実施例４）図４は本発明の第４の実施例
に係る光増幅機能素子の模式的な断面図である。同図に
おいて、４０１はｐ側電極、４０２はｐ−ＩｎＰ基板、
４０３はｐ−ＩｎＰ層である。そして、本実施例ではｐ
−ＩｎＰ層４０３上に、第１の光導波層４０４および第
３の光導波層４３４が設けられている。第１の光導波層
４０４は光増幅器が装荷されない領域に設けられ、バリ
ア層のエネルギー障壁が高い量子井戸構造（例えばＩｎ
ＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓやＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＡｌ
Ａｓ）を持ち、ヘビーホールエキシトンの吸収ピークが
１．４４μｍである層、第３の導波層４３４はバリアが
高い量子井戸構造を持ち、エキシトンの吸収ピークが
１．３０μｍである層である。これら第１および第３の
光導波層４０４および４３４上には、エッチストップ層
４１４が設けられており、エッチストップ層４１４上の
第１の光導波層４０４の一部に対応する部分には第２の
光導波層４２４が、第３の光導波層４３４の一部に対応
する部分には光増幅器の活性層４０５が、それぞれ設け
られている。第２の光導波層４２４は、バリア層のエネ
ルギー障壁が高い量子井戸構造を持ち、エキシトンの吸
収ピークが１．４４μｍである層であり、光増幅器の活
性層４０５は、光導波路を伝搬する光信号の損失を補償
するためのもので、例えば、厚さ５．２ｎｍの歪ＩｎＧ
ａＡｓＰウェルと厚さ１５０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰバリ
アとから構成され、バンドギャップ波長が１．５６μｍ
に設定されたものである。第２の光導波層４２４および
光増幅器の活性層４０５上には、ｎ−ＩｎＰ層４０６が
設けられており、ｎ−ＩｎＰ層４０６上の第２の活性層
４２４に対応する部分にはｎ側電極４０７が、光増幅器
４０５に対応する部分にはｎ側電極４０８が、それぞれ
設けられている。

【００５５】本実施例の光増幅機能素子は、電極４０７
の下の第１の光導波層４０４および第２の光導波層４２
４の合計の層厚が厚いので光信号の閉じ込めが強く、ま
た、これら導波層のバリア層のエネルギー障壁が通常使
われるＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰやＩｎＧａＡｓＰ／Ｉｎ
ＧａＡｓＰの量子井戸導波路に比べて高いためにキャリ
アの閉じ込めが強く、量子効果が大きいために小さな逆
方向電圧を電極４０７に加えることでスイッチング動作
や変調動作を得ることができる。ここで、第１および第
２の光導波層４０４および４２４は、波長１．５５μｍ
でのスイッチング動作や変調動作を行えるようにエキシ
トンピークの波長を１．４４μｍに設定してある。ま
た、光導波層４０４および４２４の合計の層厚が厚いこ
とで光信号の閉じ込めが強く光スイッチや光変調器とし
て有利である。

【００５６】一方、上記光増幅機能素子は導波路の伝搬
損失に伴う損失を補償するため、光導波層を伝搬する光
信号を光増幅器の活性層４０５に乗り移して増幅する必
要がある。本実施例の光増幅機能素子は電極４０８の下
の第１の光導波層４０４の層厚が薄いので第１の光導波
層４０４への光の閉じ込めが弱くなり、光信号は容易に
光増幅器の活性層４０５に乗り移ることができる。

【００５７】また、上記光増幅機能素子は光導波路の伝
搬損失に伴う損失を補償するため、光増幅器の活性層４
０５に電極４０８を通して電流を注入する必要がある
が、本実施例の光増幅機能素子では、電極４０８の下の
光導波層４０４の層厚が薄いので直列抵抗が低く、光増
幅器の活性層４０５に容易に電流を注入することができ
る。

【００５８】さらに、活性層４０５に注入された電流の
一部は第３の光導波層４３４に漏れ出る。ところが前述
のように、光導波層４３４のヘビーホールエキシトンの
吸収ピークは１．３０μｍと活性層４０５のバンドギャ
ップ波長１．５８μｍから大きく離してあるために、光
導波層４３４での発光が生じない。そのため、光導波層
４３４からの自然放出光による雑音が小さく、キャリア
を有効に使うことが可能である。ここでは第１の光導波
層４０４と第３の光導波層４３４との組成が急激に変化
した場合を示しているが、ＳｉＯ₂ などのマスクを用い
ることにより部分的に材料組成や厚みを変化できる選択
成長により、第１の光導波層４０４と第３の光導波層４
３４との組成を緩やかに変化させた場合も同様の効果が
得られる。

【００５９】（実施例５）図５は本発明の第５の実施例
に係る光増幅機能素子の模式的な断面図である。同図に
おいて、５０１はｐ側電極、５０２はｐ−ＩｎＰ基板、
５０３はｐ−ＩｎＰ層である。ｐ−ＩｎＰ層５０３上に
は、光機能素子の光導波層５０４Ａおよび光導波路の光
導波層５０４Ｂが設けられており、光導波路の光導波層
５０４Ｂの一部には、光機能素子層を伝搬する光信号の
損失を補償するための光増幅器の活性層５０５が設けら
れている。ここで、光導波層５０４Ａは厚く、光導波層
５０４Ｂは薄く形成されており、光導波層５０４Ｂの光
導波層５０４Ａ側の端部が光導波層５０４Ａ上に乗り上
げた構造となっている。活性層５０５は、例えば、厚さ
５．２ｎｍの歪ＩｎＧａＡｓＰウェルと厚さ１５０ｎｍ
のＩｎＧａＡｓＰバリアとから構成され、バンドギャッ
プ波長が１．５６μｍに設定されたものである。光導波
層５０４Ａ，５０４Ｂおよび活性層５０５の上にはｎ−
ＩｎＰ層５０６が設けられ、ｎ−ＩｎＰ層５０６上の光
導波層５０４Ａに対応する部分にはｎ側電極５０７が、
光増幅器の活性層５０５に対応する部分にはｎ側電極５
０８が、それぞれ設けられている。

【００６０】本実施例で光導波層５０４Ａおよび５０４
Ｂのバンドギャップ波長は、光増幅器の活性層５０５の
バンドギャップ波長よりも短波長側に設定されていれば
良い。すなわち、光導波層５０４Ａおよび５０４Ｂを構
成する材料の持つバンドギャップ波長の大小関係は任意
である。そして、本実施例の光増幅機能素子は電極５０
７の下の光導波層５０４Ａの層厚が厚いので光信号の閉
じ込めが強く光スイッチや光変調器として有利である。
すなわち、本実施例では、光機能素子部と光増幅器部の
構造を独立に設計することができる。

【００６１】一方、上記光増幅機能素子は光導波路の伝
搬損失に伴う損失を補償するため、光機能素子の光導波
層５０４Ａを伝搬する光信号を光導波路の光導波層５０
４Ｂに移し、さらに光増幅器の活性層５０５に乗り移ら
せて光信号を増幅する必要がある。本実施例の光増幅機
能素子は、電極５０８の下の光導波層５０４Ｂの層厚が
薄いので、この光導波層５０４Ｂへの光の閉じ込めが弱
くなり、光信号は容易に活性層５０５に乗り移ることが
できる。

【００６２】また、光増幅器の活性層５０５には電極５
０８を通して電流を注入する必要があるが、本実施例の
光増幅機能素子では、電極５０８の下の光導波層５０４
Ｂの層厚が薄いので直列抵抗が低く、光増幅器の活性層
５０５に容易に電流を注入することができる。

【００６３】（実施例６）図６は本発明の第６の実施例
に係る光増幅機能素子の模式的な断面図である。同図に
おいて、６０１はｐ側電極、６０２はｐ−ＩｎＰ基板、
６０３はｐ−ＩｎＰ層、６０４Ａは光機能素子の光導波
層、６０４Ｂは光導波路の光導波層、６０５は光機能素
子層を伝搬する光信号の損失を補償するための光増幅器
の活性層、６０６はｎ−ＩｎＰ層、６０７および６０８
はｎ側電極である。動作波長を１．５５μｍとした場
合、活性層６０５のバンドギャップ波長は１．５８μｍ
付近に、光導波路の光導波層６０４Ｂのバンドギャップ
波長はそれよりも短く、例えば１．１０μｍに設定す
る。本実施例では、第５の実施例と異なり、光導波層６
０４Ｂのバンドギャップ波長を、光機能素子の光導波層
のバンドギャップ波長よりも短波側にあるように規定し
ている。

【００６４】本実施例の光増幅機能素子は電極６０７の
下の光導波層６０４Ａの層厚が厚いので光信号の閉じ込
めが強く光スイッチや光変調器として有利である。すな
わち、本実施例では、光機能素子部と光増幅器部との構
造を独立に設計することができる。

【００６５】一方、上記光増幅機能素子は光導波路の伝
搬損失に伴う損失を補償するため、光機能素子の光導波
層６０４Ａを伝搬する光信号を光導波路の光導波層６０
４Ｂに移し、さらに光増幅器の活性層６０５に乗り移ら
せて光信号を増幅する必要がある。本実施例の光増幅機
能素子は、電極６０８の下の光導波層６０４Ｂの層厚が
薄いので、光導波層６０４Ｂへの光の閉じ込めが弱くな
り、光信号は容易に活性層６０５に乗り移ることができ
る。

【００６６】また、光増幅器の活性層６０５には、電極
６０８を通して電流を注入する必要があるが、本実施例
の光増幅機能素子では、電極６０８の下の光導波層６０
４Ｂの層厚が薄いので直列抵抗が低く、光増幅器の活性
層６０５に容易に電流を注入することができる。

【００６７】さらに、活性層６０５に注入された電流の
一部は光導波路の光導波層６０４Ｂに漏れ出る。ところ
が前述のように光導波層６０４Ｂのバンドギャップ波長
は１．１０μｍと活性層６０５のバンドギャップ波長
１．５８μｍから大きく離してあるために、光導波層６
０４Ｂでの発光が生じない。このため、光導波層６０４
Ｂからの自然放出光による雑音が小さく、キャリアを有
効に使うことが可能である。

【００６８】（実施例７）図７は本発明の第７の実施例
に係る光増幅機能素子の模式的な断面図である。同図に
おいて、７０１はｐ側電極、７０２はｐ−ＩｎＰ基板、
７０３はｐ−ＩｎＰ層、７０４Ａは多重量子井戸構造を
取る（例えば、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓやＩｎＧａ
ＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ）光機能素子の光導波層、７０
４Ｂは光導波路の光導波層、７０５は光機能素子層を伝
搬する光信号の損失を補償するための光増幅器の活性
層、７０６はｎ−ＩｎＰ層、７０７および７０８はｎ側
電極である。

【００６９】動作波長を１．５５μｍとした場合、光導
波層７０４Ａの多量量子井戸構造は厚さ９ｎｍのＩｎＧ
ａＡｓウェルと厚さ５ｎｍのＩｎＡｌＡｓバリアとでバ
ンドギャップ波長を１．４４μｍに設定して、電圧制御
によりスイッチング動作や変調動作に利用することがで
きる。また、活性層７０５のバンドギャップ波長は１．
５８μｍ付近に、光導波路の光導波層７０４Ｂのバンド
ギャップ波長はそれよりも短く（例えば１．３０μｍ）
に設定する。

【００７０】本実施例の光増幅機能素子は、電極７０７
の下の光導波層７０４Ａの層厚が厚いので光の閉じ込め
が強く光スイッチや光変調器として有利である。

【００７１】一方、上記光増幅機能素子は光導波路の伝
搬損失に伴う損失を補償するため、光機能素子の光導波
層７０４Ａを伝搬する光信号を光導波路の光導波層７０
４Ｂに移し、さらに光増幅器の活性層７０５に乗り移ら
せて光信号を増幅する必要がある。本実施例の光増幅機
能素子は、電極７０８の下の光導波層７０４Ｂの層厚が
薄いので、光導波層７０４Ｂへの光の閉じ込めが弱くな
り、光信号は容易に活性層７０５に乗り移ることができ
る。

【００７２】また、光増幅器の活性層７０５には電極７
０８を通して電流を注入する必要があるが、本実施例の
光増幅機能素子では、電極７０８の下の光導波層７０４
Ｂの層厚が薄いので直列抵抗が低く、光増幅器の活性層
７０５に容易に電流を注入することができる。

【００７３】さらに、活性層７０５に注入された電流の
一部は光導波路の光導波層７０４Ｂに漏れ出る。ところ
が前述のように光導波層７０４Ｂのバンドギャップ波長
は１．３０μｍと活性層７０５のバンドギャップ波長
１．５８μｍから大きく離してあるために、光導波層７
０４Ｂでの発光が生じない。このため、光導波層７０４
Ｂからの自然放出光による雑音が小さく、キャリアを有
効に使うことが可能である。

【００７４】（実施例８）図８は本発明の第８の実施例
に係り、光増幅機能素子の一製造方法を説明する図であ
る。同図に基づいて本実施例の製造方法を説明する。

【００７５】まず、第一段階でｐ−ＩｎＰ基板８０２上
にｐ−ＩｎＰ層８０３および量子井戸構造を取る光機能
素子の光導波層（例えばＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓや
ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ）８０４Ａを結晶成長
する（図８(a) ）。

【００７６】その上でフォトリソグラフィとエッチング
とにより光増幅器部分の光導波層８０４Ａを取り除く
（図８(b) ）。

【００７７】次に、光導波路の光導波層８０４Ｂと光信
号の損失を補償するための光増幅器の活性層８０５を全
面に結晶成長する。ここでは、ＳｉＯ₂ マスクを使った
いわゆる選択成長技術を使っていないため、光機能素子
の光導波層８０４ＡがＳｉＯ₂ マスクの内側に引っ込ん
でいるという問題を回避でき、光導波層８０４Ａと光導
波層８０４Ｂとの突き合わせ部分を容易に作成すること
ができる（図８(c) ）。

【００７８】続いて、光機能素子および光導波路部分の
活性層８０５と、光機能素子部分の光導波層８０４Ｂを
フォトリソグラフィとエッチングとによって除去する
（図８(d) ）。

【００７９】最後に、全面にｎ−ＩｎＰ層８０６の結晶
成長を行い、ｐ側電極８０１、およびｎ側電極８０７、
８０８を取り付けて素子を完成する（図８(e) ）。

【００８０】なお、本発明についてはこれまでｐ型のＩ
ｎＰ基板を例に説明を行ったが、ｎ型の基板や他の材料
からなる半導体基板においても同様な効果を得ることが
できる。また、本発明の実施例で説明した光増幅器の活
性層の代わりに、活性層をパッシブな導波路で挟んだい
わゆるＬＯＣ構造（文献：Ｓ．Ｃｏｒｅ，Ｄ．Ｍ．Ｃｏ
ｏｐｅｒ，Ｗ．Ｊ．Ｄｅｖｌｉｎ，Ａ．Ｄ．Ｅｌｌｉ
ｓ，Ｄ．Ｊ．Ｅｌｔｏｎ，Ｊ．Ｊ．Ｉｓａａｃ，Ｇ．Ｓ
ｈｅｒｌｏｃｋ，Ｐ．Ｃ．Ｓｐｕｒｄｅｎｓ ａｎｄ
Ｗ．Ａ．Ｓｔａｌｌａｒｄ：“Ｐｏｌａｒｉｓａｔｉｏ
ｎ−Ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅ，Ｎｅａｒ−Ｔｒａｖｅｌ
ｌｉｎｇ−ｗａｖｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｌ
ａｓｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ａｔ １．５５μ
ｍ”，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，２ｎ
ｄ Ｍａｒｃｈ １９８９，ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．５，
ｐｐ．３１４−３１５）を用いても同様な効果を得るこ
とができる。さらに光機能素子と光増幅器の間に、分離
溝あるいは絶縁領域を設け、光機能素子と光増幅器の間
で電気的絶縁を行ってもよいことは言うまでもない。

【００８１】（実施例９）図９は本発明の第９の実施例
に係る光導波増幅素子の模式的な断面図である。同図に
おいて、９０１はｎ側電極、９０２はｎ−ＩｎＰ基板、
９０３はｎ−ＩｎＰ層、９０４および９０５は光信号が
導波する層である。ここで、領域９０４と領域９０５と
は、その組成が徐々に変化しており、領域９０４は短波
長（例えば１．４４μｍ）のバンドギャップ波長を持つ
光導波層であり、領域９０５は長波長（例えば１．５８
μｍ）のバンドギャップ波長を持つ光増幅器の活性層で
ある。さらに、領域９０５はエッチングによって削られ
（エッチング前の領域９０５の厚さは図中の点線で示さ
れている）、層厚が薄くなっている。また、９０６はｐ
−ＩｎＰ層、９０７および９０８はｐ側電極である。光
導波層９０４と活性層９０５との間の組成の変化と（エ
ッチング前の）層厚の変化は、図１６に示すようなＳｉ
Ｏ₂ マスクパターンのある基板上に成長することにより
得られる。

【００８２】本実施例の光増幅機能素子は、層厚の厚い
光導波層を用いることで光導波層への光の閉じ込めを強
くすることができ、光スイッチや光変調器として有利で
ある。

【００８３】一方、上記光増幅機能素子は光導波路の伝
搬に伴う損失を補償するため、光増幅器の活性層９０５
を通して光信号を増幅する必要がある。活性層９０５は
光導波層９０４に比べてバンドギャップ波長が長い（す
なわち屈折率が高い）が、しかし層厚が薄いために、光
導波層９０４でシングルモードで伝搬していた光信号は
活性層９０５でもシングルモードに保たれる。

【００８４】（実施例１０）図１０は本発明の第１０の
実施例に係る光増幅機能素子の模式的な断面図である。
同図において、１００１はｎ側電極、１００２はｎ−Ｉ
ｎＰ基板、１００３はｎ−ＩｎＰ層、１００４および１
００５は光信号が伝搬する第１の層、１０１４はエッチ
ストップ層、１０２４は光信号が伝搬する第２の層であ
る。領域１００４および領域１０２４は、短波長（例え
ば１．４４μｍ）のバンドギャップ波長を持つ光導波路
の第１および第２の光導波層、領域１００５は長波長
（例えば１．５８μｍ）のバンドギャップ波長を持つ光
増幅器の活性層であり、領域１００４と領域１００５と
の間は、その組成が徐々に変化している。また、１００
６はｐ−ＩｎＰ層、１００７および１００８はｐ側電極
である。

【００８５】本実施例の光増幅機能素子は層厚の厚い光
導波層を用いることで光導波層への光の閉じ込めを強く
することができ、光スイッチや光変調器として有利であ
る。

【００８６】一方、上記光増幅機能素子は光導波路の伝
搬に伴う損失を補償するため、光増幅器の活性層１００
５を通して光信号を増幅する必要がある。活性層１００
５は、第１の光導波層１００４および第２の光導波層１
０２４に比べてバンドギャップ波長が長い（すなわち屈
折率が高い）が、しかし層厚が薄いために、光導波層１
００４および１０２４でシングルモードで伝搬していた
光信号は活性層１００５でもシングルモードに保たれ
る。

【００８７】図１０の構造を作製する手順を以下に略記
する。図１６に示すようなＳｉＯ₂マスクパターンを有
するｎ−ＩｎＰ基板１００２上に、ｎ−ＩｎＰ層１００
３、光信号が伝搬する第１の層１００４および１００
５、エッチストップ層１０１４、および光信号が伝搬す
る第２の層１０２４をこの順に成長する。その後、第２
の層１０２４の一部を選択性のエッチャント（Ｈ₂ ＳＯ
₄ ：Ｈ₂ Ｏ₂ ：Ｈ₂ Ｏ）を用いてエッチストップ層１０
１４まで削る。さらに、ｐ−ＩｎＰ層１００６を成長
し、ｎ側電極１００１とｐ側電極１００７および１００
８を形成する。本実施例は、第９の実施例と異なり、エ
ッチストップ層１０１４を設けることにより、エッチン
グで第２の層１０２４の一部を削る際の制御性を向上さ
せている。

【００８８】図１１は本発明の第１１の実施例に係る光
導波増幅素子の模式的な断面図である。同図において、
１１０１はｎ側電極、１１０２はｎ−ＩｎＰ基板、１１
０３はｎ−ＩｎＰ層、１１０４および１１０５は量子井
戸構造を持つ第１の層（例えばＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌ
Ａｓ）、１１１４はエッチストップ層、１１２４は量子
井戸構造を持つ第２の層（例えばＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡ
ｌＡｓ）である。領域１１０４および領域１１２４は短
波長（例えば１．４４μｍ）のバンドギャップ波長を持
つ光導波路の光導波層、１１０５は長波長（例えば１．
５８μｍ）のバンドギャップ波長を持つ光増幅器の活性
層である。領域１１０４と領域１１０５との間は、その
組成が徐々に変化している。また、１１０６はｐ−Ｉｎ
Ｐ層、１１０７および１１０８はｐ側電極である。

【００８９】動作波長を１．５５μｍとした場合、第１
の光導波層１１０４として厚さ９ｎｍのＩｎＧａＡｓウ
ェルと厚さ５ｎｍのＩｎＡｌＡｓバリアとでバンドギャ
ップ波長１．４４μｍに設定して、電圧制御によりスイ
ッチング動作や変調動作に利用することができる。本実
施例の光導波増幅素子は多重量子井戸構造のウェル層と
バリア層とが２０ペアを越えるような層厚の厚い多重量
子井戸構造にすることで光導波層への光の閉じ込めを強
くすることができ、光スイッチや光変調器として有利で
ある。

【００９０】一方、上記光導波増幅素子は光導波路の伝
搬に伴う損失を補償するため、光増幅器の活性層１１０
５を通して光信号を増幅する必要がある。活性層１１０
５は光導波層１１０４および１１２４に比べてバンドギ
ャップ波長が長い（すなわち屈折率が高い）が、しかし
層厚が薄いために、光導波層１１０４および１１２４で
シングルモードで伝搬していた光信号は活性層１１０５
でもシングルモードに保たれる。

【００９１】図１１の構造を作製する手順を以下に略記
する。図１６に示すようなＳｉＯ₂マスクパターンを有
するｎ−ＩｎＰ基板１１０２上に、ｎ−ＩｎＰ層１１０
３、光信号が伝搬する第１の層１１０４および１１０
５、エッチストップ層１１１４、光信号が伝搬する第２
の層１１２４をこの順に成長する。その後第２の層１１
２４の一部を選択性のエッチャント（Ｈ₂ ＳＯ₄ ：Ｈ₂
Ｏ₂ ：Ｈ₂ Ｏ）を用いてエッチストップ層１１１４まで
削る。さらに、ｐ−ＩｎＰ層１１０６を成長し、ｎ側電
極１１０１とｐ側電極１１０７および１１０８を形成す
る。本実施例は、第９の実施例とは異なり、エッチスト
ップ層１１２４を存在させることにより、第２の光導波
層１１２４の一部をエッチングで削る際の制御性を向上
させている。

【００９２】なお、本構造についてはｎ型のＩｎＰ基板
を例に説明を行ったが、ｐ型の基板や他の半導体基板に
おいても同様な効果を得ることができる。

【００９３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、光
増幅器が装荷された部分の光導波層の層厚が薄く、装荷
されていない部分は層厚の厚い光導波層を用いること
で、光導波層と光増幅器との接続効率を上げ、また光増
幅器が装荷された部分の光導波層の直列抵抗を下げるこ
とで光増幅器への電流の注入を容易にすることができ
る。

【００９４】また、光導波層の光増幅器が装荷された部
分のヘビーホールエキシトンの吸収ピークを、装荷され
ていない部分のヘビーホールエキシトンの吸収ピークに
比べて短くすることで自然放出光の発光を抑え、雑音の
小さな光増幅機能素子を提供することができる。

【００９５】さらに、本発明によれば、光機能素子の光
導波層に対して、より層厚の薄い光導波路の光導波層を
設け、これに光増幅器の活性層を装荷することで光機能
素子と光増幅器の接続をよくし、効率の高い光機能導波
増幅素子を提供することができる。

【００９６】また、これによって光増幅器が装荷された
部分の光導波層の層厚が薄いので光増幅器への電流の注
入を容易にすることができる。さらに、光導波路の光導
波層のバンドギャップ波長を、光機能素子の光導波層に
比べて短くすることで自然放出光の発光を抑え、雑音の
小さな光増幅機能素子を提供することができる。

【００９７】さらにまた、本発明によれば、光導波路の
光導波層の層厚が厚いためにスイッチング動作や光変調
器として有利であり、かつ光増幅器の活性層の層厚を薄
くすることで活性層を伝搬する信号のシングルモード性
を保つ光増幅機能素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る光増幅機能素子の
模式的な断面図である。

【図２】本発明の第２の実施例に係る光増幅機能素子の
模式的な断面図である。

【図３】本発明の第３の実施例に係る光増幅機能素子の
模式的な断面図である。

【図４】本発明の第４の実施例に係る光増幅機能素子の
模式的な断面図である。

【図５】本発明の第５の実施例に係る光増幅機能素子の
模式的な断面図である。

【図６】本発明の第６の実施例に係る光増幅機能素子の
模式的な断面図である。

【図７】本発明の第７の実施例に係る光増幅機能素子の
模式的な断面図である。

【図８】本発明の第８の実施例に係る光増幅機能素子の
製造方法を示す模式的な断面図である。

【図９】本発明の第９の実施例に係る光増幅機能素子の
模式的な断面図である。

【図１０】本発明の第１０の実施例に係る光増幅機能素
子の模式的な断面図である。

【図１１】本発明の第１１の実施例に係る光増幅機能素
子の模式的な断面図である。

【図１２】従来の光増幅機能素子の模式的な断面図であ
る。

【図１３】従来の光増幅機能素子の模式的な断面図であ
る。

【図１４】従来の光増幅機能素子の模式的な断面図であ
る。

【図１５】従来の光増幅機能素子の製造方法を説明する
模式的な断面図である。

【図１６】選択成長を説明する斜視図である。

【図１７】選択成長を説明する模式的な断面図である。

【図１８】従来の光増幅機能素子を説明する模式的な断
面図である。

【図１９】従来の光増幅機能素子を説明する模式的な断
面図である。

【符号の説明】

１０１〜８０１，９０７，９０８，１０１７，１００
８，１１０７，１１０８ｐ側電極 １０２〜８０２，９０６，１００６，１１０６ ｐ−Ｉ
ｎＰ基板 ９０２，１００２，１１０２ ｎ−ＩｎＰ基板 １０３〜８０３ ｐ−ＩｎＰ層 １０４〜４０４，９０４〜１１０４ 光導波層 ５０４Ａ〜８０４Ａ，５０４Ｂ〜８０４Ｂ 光導波層 １０５〜１１０５ 光増幅器の活性層 １０６〜８０６、９０３，１００３，１１０３ ｎ−Ｉ
ｎＰ層 １０７〜８０７，１０８〜８０８，９０１，１００１，
１１０１ ｎ側電極 ２１４，３１４，４１４，１０１４，１１０４ エッチ
ストップ層 ２２４，３２４，４２４，１０２４，１１２４ 光導波
層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河野 健治 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−42784（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−196282（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−253290（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−186488（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に形成された少なくとも光
   導波層を有する光導波路と、該光導波路上に装荷された
   少なくとも活性層と該活性層に電流を注入するための電
   極とを有する光増幅器とを具備する光増幅機能素子にお
   いて、 前記光導波層は、前記光増幅器が装荷された部分の層厚
   が、装荷されていない部分の層厚に比べて薄く、 前記光導波路が、少なくとも下から第１の層とエッチス
   トップ層と第２の層とを有し、 前記光増幅器が装荷された部分の光導波路の光導波層
   は、前記第１の層と前記エッチストップ層とからなり、 前記光増幅器が装荷されていない部分の光導波路の光導
   波層は、前記第１の層と前記エッチストップ層と前記第
   ２の層とからなり、 前記第１の層のうち、前記光増幅器が装荷された部分の
   バンドギャップ波長が、装荷されていない部分のバンド
   ギャップ波長に比べて短いことを特徴とする光増幅機能
   素子。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の光増幅機能素子におい
   て、前記第１の層および前記第２の層として多重量子井
   戸構造を用いることを特徴とする光増幅機能素子。
3. 【請求項３】 半導体基板上の一部に形成された第１の
   光導波層と、該第１の光導波層の端部に乗り上げる形で
   前記基板上に形成された第２の光導波層と、該第２の光
   導波層上に装荷された少なくとも光信号を増幅するため
   の活性層と該活性層に電流を注入するための電極とを有
   する光増幅器とを具備することを特徴とする光増幅機能
   素子。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の光増幅機能素子におい
   て、前記第２の光導波層のバンドギャップ波長が前記第
   １の光導波層のバンドギャップ波長に比べて短いことを
   特徴とする光増幅機能素子。
5. 【請求項５】 請求項３または４に記載の光増幅機能素
   子において、前記第１の光導波層、前記第２の光導波層
   および前記活性層のうち、少なくとも１つに多重量子井
   戸構造を用いることを特徴とする光増幅機能素子。
6. 【請求項６】 請求項３，４または５に記載の光増幅機
   能素子の製造方法であって、 半導体基板上に第１の光導波層を結晶成長し、その後、
   少なくとも光増幅器部分の第１の光導波層を取り除く工
   程と、 前記第１の光導波路層を覆うように下から第２の光導波
   層と活性層とを、この順に結晶成長を行う工程と、 少なくとも光増幅器部分以外の前記活性層と、光機能素
   子部分の前記第２の光導波層とを取り除く工程とを具備
   することを特徴とする光増幅機能素子の製造方法。
7. 【請求項７】 半導体基板上に形成された少なくとも光
   信号が導波する光導波層を有する光導波路と、少なくと
   も光信号を増幅する活性層と該活性層に電流を注入する
   ための電極とを有する光増幅器とを具備し、光の伝搬方
   向に沿って光導波路と光増幅器とが配される光増幅機能
   素子において、 前記光導波層の組成を徐々に変化させて前記活性層の組
   成に一致させ、 また同時に前記光導波層のバンドギャップ波長を前記活
   性層のバンドギャップ波長に比べて短波長側に設定した
   上で、該光導波路のバンドギャップ波長を徐々に変化さ
   せて該活性層のバンドギャップ波長に一致させ、 かつ前記光導波層の層厚を前記活性層の層厚に比べて厚
   くしたことを特徴とする光増幅機能素子。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の光増幅機能素子におい
   て、前記光導波層は下から第１の層とエッチストップ層
   と第２の層とからなり、前記活性層は下から前記第１の
   層と前記エッチストップ層とからなり、 前記第１の層の組成を徐々に変化させて、前記光導波層
   のバンドギャップ波長を前記活性層のバンドギャップ波
   長に比べて短波長側に設定した上で、該光導波路のバン
   ドギャップ波長を徐々に変化させて該活性層のバンドギ
   ャップ波長に一致させることを特徴とする光増幅機能素
   子。
9. 【請求項９】 請求項８に記載の光増幅機能素子におい
   て、前記第１の層と前記第２の層として多重量子井戸構
   造を持つ層を用いたことを特徴とする光増幅機能素子。