JP7156850B2 - 半導体光素子及び光送受信モジュール - Google Patents

半導体光素子及び光送受信モジュール Download PDF

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Description

本発明は、半導体光素子及び光送受信モジュールに関する。
近年、モバイル端末やインターネットなどの通信機器の普及に伴い、光送受信モジュールに高速化及び大容量化が求められている。発振器から出射される連続光の変調には、電界吸収型変調器（ＥＡ（Electro-Absorption）変調器）が使用される。ＥＡ変調器は、変調器のチャープ（波動変調）が小さく、光信号のＯＮレベルとＯＦＦレベルの差である消光比が大きく、広域帯である、といった有利な特性を有することに加え、小型で低コストであることにより、幅広く用いられている。
特許文献１には、埋め込みヘテロ構造（Buried Heterostructure：以下、ＢＨ構造と記す）を有するＥＡ変調器が集積されたＥＡ変調器集積型半導体光素子が開示されている。ＢＨ構造は、活性層を含む多層からなるメサストライプ構造の両側に半絶縁性半導体層が埋め込まれている構造である。メサストライプ構造の形成プロセスは特許文献２に開示されている。
特開２０１２－１９０５３号公報 特開２０１３－６１６３２号公報
ＥＡ変調器の特性向上のためには、帯域を広くすることが重要である。例えば、ＥＡ変調器の寄生容量を低減することで、帯域を広くすることができる。寄生容量の低減は、ＥＡ変調器のメサストライプ構造の埋め込み層を厚くする又はメサストライプ構造の高さを高くすることで可能になる。しかしながら、ボイドが発生するなど、埋め込み層が正常に形成されないことがある。
また、埋め込み層にＲｕを不純物として添加することで、ｐ型クラッド層の亜鉛（Ｚｎ）などのドーパントとの相互拡散を抑えることができ、高速応答性を実現することができる。しかしながら、Ｒｕを添加した埋め込み層の形成は、低抵抗化を図るためには、低温で行うことが必要である。
本発明は、半導体光素子の特性劣化の防止を目的とする。
（１）本発明に係る半導体光素子は、メサストライプ型の半導体光素子であって、メサストライプ構造の少なくとも下端部を構成するように、第１方向にストライプ状に延びる凸部を有する半導体基板と、前記メサストライプ構造の一部を構成するように、前記凸部の上で前記第１方向にストライプ状に延びる量子井戸層と、埋め込みヘテロ構造を構成するように、前記第１方向に直交する第２方向に、前記メサストライプ構造の両側に隣接して、前記半導体基板の上面に載る埋め込み層と、を有し、前記半導体基板の前記上面は、水平面に対して０～１２°の角度で前記凸部から前記第２方向に下がる勾配を有し、前記メサストライプ構造は、前記水平面に対して４５～５５°の角度で前記半導体基板の前記上面から上がる勾配を有する傾斜面と、前記水平面に対して８５～９５°の角度で前記傾斜面から立ち上がる直立面と、を有し、前記埋め込み層は、ルテニウムがドープされた半導体からなり、前記傾斜面及び前記直立面に接触し、前記傾斜面は、前記半導体基板の前記上面から前記量子井戸層の下面までの高さの８０％以下であって０．３μｍ以上の高さを有することを特徴とする。
本発明によれば、メサストライプ構造の傾斜面が半導体基板の上面から緩やかに上がる形状になっているので、埋め込み層が正常に形成されやすく、半導体光素子の特性劣化を防止することができる。
（２）（１）に記載された半導体光素子であって、前記量子井戸層は、多重量子井戸層であって、複数の量子井戸層及び隣同士の前記量子井戸層の間に介在する障壁層を含むことを特徴としてもよい。
（３）（１）又は（２）に記載された半導体光素子であって、前記半導体基板の前記凸部の表面は、前記傾斜面の全体を含むことを特徴としてもよい。
（４）（３）に記載された半導体光素子であって、前記半導体基板の前記凸部の前記表面は、前記メサストライプ構造の前記直立面の下端部を含むことを特徴としてもよい。
（５）（１）から（４）のいずれか１項に記載された半導体光素子であって、前記メサストライプ構造は、前記量子井戸層の上で前記第１方向にストライプ状に延びるクラッド層を含み、前記クラッド層は、亜鉛がドープされた半導体からなることを特徴としてもよい。
（６）（１）から（５）のいずれか１項に記載された半導体光素子であって、前記メサストライプ構造は、前記量子井戸層が活性層であって半導体レーザを構成するための第１メサストライプ構造と、前記量子井戸層が吸収層であって変調器を構成するための第２メサストライプ構造と、を含み、前記半導体レーザ及び前記変調器がモノリシックに集積された変調器集積レーザとして構成されていることを特徴としてもよい。
（７）本発明に係る光送受信モジュールは、入力された電気信号から変換された光信号を出力する光送信サブアセンブリと、入力された光信号から変換された電気信号を出力する光受信サブアセンブリと、を有し、少なくとも前記光送信サブアセンブリが、（１）から（６）のいずれか１項に記載された半導体光素子を内蔵することを特徴とする。
実施形態に係る半導体光素子の平面図である。 図１に示す半導体光素子のII－II線断面図である。 図１に示す半導体光素子のIII－III線断面図である。 マストランスポート現象を示す図である。 実施形態に係る光送受信モジュールの分解斜視図である。 実施形態に係る光送信サブアセンブリの内部構造を示す模式図である。
以下に、図面に基づき、本発明の実施形態を具体的かつ詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、以下に示す図は、あくまで、実施形態の実施例を説明するものであって、図の大きさと本実施例記載の縮尺は必ずしも一致するものではない。
図１は、実施形態に係る半導体光素子の平面図である。半導体光素子１０は、発振器部１２に駆動電流を注入することにより出射される連続光を変調器部１４で変調して、信号光が出力されるようになっている。半導体光素子１０は、発振器部１２（例えば半導体レーザ）及び変調器部１４が同一の半導体基板１６（図２及び図３）上にモノリシックに集積された変調器集積型半導体光素子（例えば変調器集積レーザ）である。発振器部１２は、分布帰還型半導体レーザ(Distributed Feedback Laser：ＤＦＢレーザ)である。変調器部１４は、電界吸収型変調器（ＥＡ（Electro-Absorption）変調器）である。電界吸収型変調器は、チャープ（波動変調）が小さく、光信号のＯＮレベルとＯＦＦレベルの差である消光比が大きく、広域帯である、といった有利な特性を有することに加え、小型で低コストであることにより、幅広く用いられている。変調器長は１００μｍである。半導体光素子１０は、ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子である。ＥＡ変調器集積型ＤＦＢレーザ素子は、例えば、１．５５μｍ帯域での伝送速度４０Ｇｂｐｓ光伝送又は１．３μｍ帯で伝送速度２５Ｇｂｐｓ光伝送用に用いられる。
図２は、図１に示す半導体光素子１０のII－II線断面図である。図３は、図１に示す半導体光素子１０のIII－III線断面図である。
半導体光素子１０は、埋め込みヘテロ構造（Buried Heterostructure：ＢＨ構造）を有している。ＢＨ構造とは、光導波路を有するメサストライプ構造Ｍの両側に半絶縁性半導体層が埋め込まれている構造をいう。ＢＨ構造は、横方向に光を閉じ込める効果が強く、ＦＦＰ（Far Field Pattern）がより円形となるので、光ファイバとの結合効率が高いという利点があり、さらに、放熱性に優れており、広く用いられている。
半導体光素子１０は、半導体基板１６を有する。半導体基板１６は、ｎ型の不純物がドープされた半導体（例えばｎ型ＩｎＰ）からなる。半導体基板１６は凸部１８を有する。凸部１８は、第１方向Ｄ１にストライプ状に延びる。半導体基板１６の上面は、水平面ＨＰに対して０～１２°の角度で凸部１８から第２方向Ｄ２に下がる勾配を有する。凸部１８は、メサストライプ構造Ｍの少なくとも下端部を構成する。メサストライプ構造Ｍは、発振器部１２（半導体レーザ）を構成するための第１メサストライプ構造Ｍ１を含む。メサストライプ構造Ｍは、変調器部１４を構成するための第２メサストライプ構造Ｍ２を含む。
半導体光素子１０は、凸部１８の上で第１方向Ｄ１にストライプ状に延びる量子井戸層２０を有する。量子井戸層２０は、ｐ型又はｎ型の不純物がドープされていない真正半導体からなる。量子井戸層２０の層厚は、ここでは多重量子井戸構造であり、その合計膜厚が０．３５μｍである。量子井戸層２０は、メサストライプ構造Ｍの一部を構成する。半導体レーザ（第１メサストライプ構造Ｍ１）では、量子井戸層２０は活性層である。変調器部１４（第２メサストライプ構造Ｍ２）では、量子井戸層２０は吸収層である。量子井戸層２０は、多重量子井戸（Multiple-Quantum Well：ＭＱＷ）層である。ＭＱＷ層に電界が印加されると、ＭＱＷ層における光の吸収端が長波長側へシフトする量子閉じ込めシュタルク効果（Quantum Confinement Stark Effect：ＱＣＳＥ）が得られる。ＥＡ変調器は、ＱＣＳＥを利用して光を変調する。ＭＱＷ層は、歪が導入された複数の量子井戸層（ＩｎＧａＡｓＰ）及び隣同士の量子井戸層の間に介在する障壁層を含む。
量子井戸層２０の上下には、ＩｎＧａＡｓＰからなる光ガイド層（図示せず）が設けられる。発振器部１２では、量子井戸層２０（活性層）の上に回折格子層２２が設けられる。回折格子層２２は、ＩｎＧａＡｓＰからなる。メサストライプ構造Ｍは、量子井戸層２０（発振器部１２では回折格子層２２）の上で第１方向Ｄ１にストライプ状に延びるクラッド層２４を含む。クラッド層２４は、ｐ型の不純物である亜鉛（Ｚｎ）がドープされた半導体（ｐ型ＩｎＰ）からなる。メサストライプ構造Ｍは、コンタクト層２６を含む。コンタクト層２６は、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層及びｐ型ＩｎＧａＡｓ層からなり、それぞれ、ｐ型の不純物（Ｚｎ）がドープされている。
メサストライプ構造Ｍは、水平面ＨＰに対して４５～５５°の角度で半導体基板１６の上面から上がる勾配を有する傾斜面２８を有する。傾斜面２８は、０．３μｍ以上の高さｈを有する。傾斜面２８の高さｈは、半導体基板１６の上面から量子井戸層２０の下面までの高さの８０％以下である。傾斜面２８の全体が、半導体基板１６の凸部１８の表面の一部である。メサストライプ構造Ｍは、水平面ＨＰに対して８５～９５°の角度で傾斜面２８から立ち上がる直立面３０を有する。直立面３０の下端部は、半導体基板１６の凸部１８の表面に含まれる。
半導体光素子１０は、埋め込み層３２を有する。埋め込み層３２は、ルテニウム（Ｒｕ）がドープされた半導体（例えばｎ型ＩｎＰ）からなる。Ｒｕが添加されるＩｎＰは、半絶縁性半導体である。埋め込み層３２は、半導体基板１６の上面に載る。埋め込み層３２は、メサストライプ構造Ｍの両側に、第１方向Ｄ１に直交する第２方向Ｄ２に隣接して、埋め込みヘテロ構造を構成する。半導体光素子１０は、メサストライプ型である。埋め込み層３２は、メサストライプ構造Ｍの傾斜面２８及び直立面３０に接触する。
埋め込み層３２の上面は、メサストライプ構造Ｍの上面に隣接して、（１１１）面の面方位に沿って傾斜する傾斜部３４を有する。埋め込み層３２の上面は、傾斜部３４の外側に、水平面ＨＰに平行に拡がる平坦部３６を有する。
本実施形態によれば、メサストライプ構造Ｍの傾斜面２８が半導体基板１６の上面から緩やかに上がる形状になっているので、埋め込み層３２が正常に形成されやすく、半導体光素子１０の特性劣化を防止することができる。
メサストライプ構造Ｍ及び埋め込み層３２は、パッシベーション膜３８によって覆われている。パッシベーション膜３８は、スルーホール４０を有する。スルーホール４０内には、メサストライプ構造Ｍ（コンタクト層２６）の上面が露出し、これに隣接して埋め込み層３２の上面の一部（傾斜部３４）も露出する。パッシベーション膜３８の上に、発振器部１２の電極４２及び変調器部１４の電極４４が載る。電極４２，４４は、スルーホール４０内でコンタクト層２６と電気的に接続している。電極４４は、延伸部４４ａ、パッド部４４ｂ及び接続部４４ｃを含む。パッド部４４ｂとパッシベーション膜３８の間には、寄生容量を軽減するために、ＳｉＯ２からなる絶縁膜４６が形成されている。半導体光素子１０は、光が出射する端面には反射防止膜（図示せず）を有し、反対側の端面には高反射膜（図示せず）を有する。
半導体光素子１０の製造プロセスでは、図２に示す第１メサストライプ構造Ｍ１を形成するための第１結晶成長を行う。詳しくは、半導体基板１６上に、光ガイド層、量子井戸層２０（活性層）及び回折格子層２２を有機金属気相成長法（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition：Ｍｏ－ＣＶＤ）によって形成する。量子井戸層２０（ＭＱＷ層）は、ＩｎＧａＡｓＰからなる井戸層及び障壁層を交互に積層することによって形成する。井戸層には歪を導入する。発振器部１２の量子井戸層２０（活性層）のフォトルミネッセンス波長が１５５５ｎｍ付近になるように、ＭＱＷ層のＩｎＧａＡｓＰの組成を調整する。
そして、プラズマ気相成長法（Plazma Chemical Vapor Deposition：プラズマＣＶＤ）によって、図示しない窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）を形成し、第１メサストライプ構造Ｍ１となる領域のＳｉＮ膜が残るようにパターニングし、このＳｉＮ膜をエッチングマスクとして、ドライエッチング及びウエットエッチングを行う。
半導体光素子１０の製造プロセスでは、図３に示す第２メサストライプ構造Ｍ２を形成するための第２結晶成長を行う。詳しくは、半導体基板１６上に、光ガイド層、量子井戸層２０（吸収層）をＭｏ－ＣＶＤによって形成する。変調器部１４の量子井戸層２０（吸収層）のフォトルミネッセンス波長が１４９５ｎｍ付近になるように、ＭＱＷ層のＩｎＧａＡｓＰの組成を調整する。変調器部１４の量子井戸層２０は、ＩｎＧａＡｓｐ系材料を用いているが、ＩｎＧａＡｌＡｓ系材料を用いて形成してもよい。
そして、プラズマＣＶＤによってＳｉＮ膜を形成し、第１メサストライプ構造Ｍ１及び第２メサストライプ構造Ｍ２となる領域のＳｉＮ膜が残るようにパターニングし、このＳｉＮ膜をエッチングマスクとして、ドライエッチング及びウエットエッチングを行う。
半導体光素子１０の製造プロセスでは、発振器部１２と変調器部１４の間に、導波路部４８の多層構造を形成するための第３結晶成長を行う。詳しくは、発振器部１２と変調器部１４の間に、パッシブな光導波路となるＩｎＧａＡｓＰ層を結晶成長する。発振器部１２と導波路部４８の間及び変調器部１４と導波路部４８の間は、公知のバットジョイントにより光学的に接続する。
その後、発振器部１２の回折格子層２２に干渉露光法によって回折格子（grating）を形成する。回折格子を形成後、さらに、発振器部１２、導波路部４８及び変調器部１４のそれぞれの一部を構成するように、クラッド層２４及びコンタクト層２６を形成する。ｐ型ドーパントとしての不純物にＺｎを用いる。
その後、発振器部１２、導波路部４８及び変調器部１４を含むメサストライプ構造Ｍの上方にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）を形成する。その後、ＳｉＯ２膜をエッチングマスクとして、ドライエッチング又はウエットエッチングによって、半導体基板１６の表層まで除去することにより、幅が１．３μｍであるメサストライプ構造Ｍを形成する。例えば、量子井戸層２０の下面から１．８μｍ下方まで、半導体基板１６の表層を除去する。
次に、メサストライプ構造Ｍの下部に傾斜面２８を形成するために、熱処理によるマストランスポート現象を発生させる。熱処理の温度及び時間は、例えば、６５０℃、５分程度とする。これにより、半導体基板１６の表面からリン（Ｐ）原子の離脱が生じることによって、インジウム（Ｉｎ）原子の表面拡散が広がり、表面エネルギーが最低になる形状に固体表面の形状が変化する。
図４は、マストランスポート現象を示す図である。図４に示すように、マストランスポート現象によって、メサストライプ構造Ｍの下部に傾斜面２８が形成され、傾斜面２８は、熱処理時間の経過とともに高くなっていく。熱処理は、メサ表面部分のダメージ除去のためのincitu Clと兼ねてもよい。塩酸系ウエットエッチングによって、熱処理前にメサストライプ構造Ｍが順メサ形状である場合には、裾野形状のテーパ部を形成することができる。傾斜面２８が、半導体基板１６の上面から量子井戸層２０の下面までの高さの８０％以下であって０．３μｍ以上の高さを有するように、熱処理を行う。傾斜面が量子井戸層まで及んだ場合は、電流のリークが発生する要因となる。そのため、ウエハ全体の製造ばらつき等を加味すると傾斜面は半導体基板１６の上面から量子井戸層２０の下面までの高さの８０％以下に留めることが望ましい。また傾斜面の高さが０．３μｍより小さい場合は、メサストライプ構造Ｍの下部に埋め込み層３２が十分に形成されずボイド等が発生する恐れがある。そのため、ある程度の裾野形状のテーパ部の大きさが必要であり、発明者らの鋭意検討により０．３μｍ以上が望ましいことが分かった。
続いて、メサストライプ構造Ｍの両側に、Ｒｕが不純物として添加されるＩｎＰからなる埋め込み層３２をＭＯ－ＣＶＤを用いて形成する。埋め込み層３２が、メサストライプ構造Ｍのコンタクト層２６の上面よりも高くなるように、結晶成長させる。メサストライプ構造Ｍの表面のダメージ除去のためのincitu Clを行った後に、埋め込み層３２の形成を行ってもよい。
本実施形態によれば、ＢＨ構造を有する半導体光素子１０において、埋め込み層３２にボイドが形成されるなどの成長異常がなくなり、特性が向上する。
さらに、メサストライプ構造Ｍの最上層であるコンタクト層２６のうち、導波路部４８の領域を除去する。これにより、変調器部１４のコンタクト層２６と発振器部１２のコンタクト層２６とが電気的に絶縁される。それゆえ、除去されることにより生じる溝は、アイソレーション溝と呼ばれる。
アイソレーション溝を形成後、ウエハの表面全体に、パッシベーション膜３８を形成する。さらに、変調器部１４の電極４４のパッド部４４ｂとなる領域を含むように、ＳｉＯ２からなる絶縁膜４６を形成する。絶縁膜４６によって、寄生容量が低減される。その後、パッシベーション膜３８に、発振器部１２及び変調器部１４となる領域それぞれの一部の領域をウエットエッチングにより除去して、スルーホール４０を形成する。発振器部１２及び変調器部１４それぞれのスルーホール４０を覆うように、ＥＢ（Electron Beam）蒸着法及びイオンミリングにより、電極４２，４４をそれぞれ形成する。
その後、ウエハの下面を、ウエハが１００μｍ程度になるまで研磨加工し、電極５０を形成し、ウエハ工程が完了する。さらに、ウエハをバー状に劈開し、変調器部１４側の端面に反射防止膜を形成し、発振器部１２側の端面に高反射膜を形成し、さらに、チップ状態に劈開することにより、半導体光素子１０は完成する。
図５は、実施形態に係る光送受信モジュールの分解斜視図である。光送受信モジュール１００は、電気信号を光信号に変換するための光送信サブアセンブリ１０２（TOSA: Transmitter Optical Sub-Assembly）と、光信号を電気信号に変換するための光受信サブアセンブリ１０４（ROSA: Receiver Optical Sub-Assembly）と、を有する。送信側では図示しないホスト基板より送られる電気信号を、電気的インターフェース１０６を通して光送受信モジュール１００内の回路に通して光信号に変換し、これを光学的インターフェース１０８から送信する。受信側では光信号を光学的インターフェース１０８から受信し、電気信号を電気的インターフェース１０６から図示しないホスト側基板へと出力する。
図６は、実施形態に係る光送信サブアセンブリ１０２の内部構造を示す模式図である。光送信サブアセンブリ１０２は、パッケージ１１０を有する。パッケージ１１０は、金属素材をボックス型に加工したものである。パッケージ１１０は、熱伝導率が高いＣｕＷ合金の底板、ＦｅＮｉ合金からなるフレーム、電気信号をパッケージ１１０内部に伝達するために配線パターンを形成したセラミックフィールドスルー、リード端子、キャップをシーム溶接するためのシームリング、光を取り出す窓を気密封止するためのサファイヤガラス、レンズホルダや光ファイバを溶接固定するためのパイプ部材などの部品より構成されており、ろう材やＡｕＳｕはんだなどの接合材を用いて組み立てられている。
光送信サブアセンブリ１０２は、上述した半導体光素子１０を有する。半導体光素子１０が、５０Ω終端抵抗が付いた窒化アルミニウム（ＡｌＮ）製のチップキャリア１１２に、ＡｕＳｕはんだを用いて搭載されている。チップキャリア１１２は、温度調節手段であるペルチエ素子１１４の上側に搭載されており、それらは、パッケージ１１０に搭載されている。サーミスタ１１６、モニターフォトダイオード１１８、光アイソレータ１２０及び集光レンズ１２２が、さらに、パッケージ１１０に搭載されている。集光レンズ１２２は、光の出射先に接続される光ファイバ１２４へ光を集光するためのレンズである。
光送信サブアセンブリ１０２の外部には、制御手段（図示せず）が設けられ、制御手段によって、光送信サブアセンブリ１０２に対して、ＡＰＣ（Auto Power Control）制御が行われる。すなわち、半導体光素子１０の発振器部１２側の端面に設ける高反射膜を、光の一部が透過するように形成し、半導体光素子１０の後方端面より出力する後方出力光を、モニターフォトダイオード１１８は受光し、モニタ電流ｉｍとして制御手段へ出力する。モニタ電流ｉｍに対応して、半導体光素子１０の発振器部１２に、レーザ駆動電流ｉｄが供給される。ＡＰＣ制御により、光送信サブアセンブリ１０２の出力光Ｌの出力パワーを一定に保つことが可能となる。なお、半導体光素子１０の変調器部１４に対しては、変調器駆動信号Ｓが供給される。
また、図示しない制御手段によって、光送信サブアセンブリ１０２に対して、ＡＴＣ（Auto Temperature Control）制御が行われる。すなわち、サーミスタ１１６及び半導体光素子１０の温度を検知し、その温度をモニタ温度Ｔとして、制御手段へ出力する。モニタ温度Ｔに対応して、ペルチエ素子１１４に対して、ペルチエ素子駆動電流ｉｐが供給される。ＡＴＣ制御により、半導体光素子１０の温度を一定に保つことが可能となる。
以上、光送受信モジュール１００の光送信サブアセンブリ１０２について説明したが、光受信サブアセンブリ１０４が上述した半導体光素子１０を有していてもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、実施形態で説明した構成は、実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。
１０ 半導体光素子、１２ 発振器部、１４ 変調器部、１６ 半導体基板、１８ 凸部、２０ 量子井戸層、２２ 回折格子層、２４ クラッド層、２６ コンタクト層、２８ 傾斜面、３０ 直立面、３２ 埋め込み層、３４ 傾斜部、３６ 平坦部、３８ パッシベーション膜、４０ スルーホール、４２ 電極、４４ 電極、４４ａ 延伸部、４４ｂ パッド部、４４ｃ 接続部、４６ 絶縁膜、４８ 導波路部、５０ 電極、１００ 光送受信モジュール、１０２ 光送信サブアセンブリ、１０４ 光受信サブアセンブリ、１０６ 電気的インターフェース、１０８ 光学的インターフェース、１１０ パッケージ、１１２ チップキャリア、１１４ ペルチエ素子、１１６ サーミスタ、１１８ モニターフォトダイオード、１２０ 光アイソレータ、１２２ 集光レンズ、１２４ 光ファイバ、Ｄ１ 第１方向、Ｄ２ 第２方向、ＨＰ 水平面、Ｌ 出力光、Ｍ メサストライプ構造、Ｍ１ 第１メサストライプ構造、Ｍ２ 第２メサストライプ構造、Ｓ 変調器駆動信号、Ｔ モニタ温度、ｉｄ レーザ駆動電流、ｉｍ モニタ電流、ｉｍ モニタ電流、ｉｐ ペルチエ素子駆動電流。

Claims (7)

  1. メサストライプ型の半導体光素子であって、
    メサストライプ構造の少なくとも下端部を構成するように、第１方向にストライプ状に延びる凸部を有する半導体基板と、
    前記メサストライプ構造の一部を構成するように、前記凸部の上で前記第１方向にストライプ状に延びる量子井戸層と、
    埋め込みヘテロ構造を構成するように、前記第１方向に直交する第２方向に、前記メサストライプ構造の両側に隣接して、前記半導体基板の上面に載る埋め込み層と、
    を有し、
    前記半導体基板の前記上面は、水平面に対して、０°を超えて１２°以下の角度で前記凸部から前記第２方向に下がる勾配を有し、
    前記メサストライプ構造は、前記水平面に対して４５～５５°の角度で前記半導体基板の前記上面から上がる勾配を有する傾斜面と、前記水平面に対して８５～９５°の角度で前記傾斜面から立ち上がる直立面と、を有し、
    前記埋め込み層は、ルテニウムがドープされた半導体である単一材料からなり、前記量子井戸層の表面、前記半導体基板の前記上面並びに前記メサストライプ構造の前記傾斜面及び前記直立面に接触し、
    前記傾斜面は、前記半導体基板の前記上面から前記量子井戸層の下面までの高さの８０％以下であって０．３μｍ以上の高さを有することを特徴とする半導体光素子。
  2. 請求項１に記載された半導体光素子であって、
    前記量子井戸層は、多重量子井戸層であって、複数の量子井戸層及び隣同士の前記量子井戸層の間に介在する障壁層を含むことを特徴とする半導体光素子。
  3. 請求項１又は２に記載された半導体光素子であって、
    前記半導体基板の前記凸部の表面は、前記傾斜面の全体を含むことを特徴とする半導体光素子。
  4. 請求項３に記載された半導体光素子であって、
    前記半導体基板の前記凸部の前記表面は、前記メサストライプ構造の前記直立面の下端部を含むことを特徴とする半導体光素子。
  5. 請求項１から４のいずれか１項に記載された半導体光素子であって、
    前記メサストライプ構造は、前記量子井戸層の上で前記第１方向にストライプ状に延びるクラッド層を含み、
    前記クラッド層は、亜鉛がドープされた半導体からなることを特徴とする半導体光素子。
  6. 請求項１から５のいずれか１項に記載された半導体光素子であって、
    前記メサストライプ構造は、前記量子井戸層が活性層であって半導体レーザを構成するための第１メサストライプ構造と、前記量子井戸層が吸収層であって変調器を構成するための第２メサストライプ構造と、を含み、
    前記半導体レーザ及び前記変調器がモノリシックに集積された変調器集積レーザとして構成されていることを特徴とする半導体光素子。
  7. 入力された電気信号から変換された光信号を出力する光送信サブアセンブリと、
    入力された光信号から変換された電気信号を出力する光受信サブアセンブリと、
    を有し、
    少なくとも前記光送信サブアセンブリが、請求項１から６のいずれか１項に記載された半導体光素子を内蔵することを特徴とする光送受信モジュール。
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