WO2024069755A1 - 光半導体装置 - Google Patents

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WO2024069755A1
WO2024069755A1 PCT/JP2022/035944 JP2022035944W WO2024069755A1 WO 2024069755 A1 WO2024069755 A1 WO 2024069755A1 JP 2022035944 W JP2022035944 W JP 2022035944W WO 2024069755 A1 WO2024069755 A1 WO 2024069755A1
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WO
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layer
semiconductor device
optical
scattered light
optical semiconductor
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PCT/JP2022/035944
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English (en)
French (fr)
Inventor
真也 奥田
Original Assignee
三菱電機株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers

Definitions

  • This disclosure relates to optical semiconductor devices.
  • a semiconductor laser device with an optical modulator which is a type of optical semiconductor device that monolithically integrates a semiconductor laser section and an optical modulator section, is used.
  • the optical modulator section is a type of external modulator, and there is less degradation of the signal waveform compared to the direct modulation method that directly modulates the laser light intensity, making high-speed, long-distance optical fiber transmission possible.
  • the semiconductor laser section which is made up of a distributed feedback semiconductor laser (DFB-LD)
  • the optical modulator section which is made up of an electro-absorption modulator (EML)
  • scattered light that is not guided into the optical absorption layer of the optical modulator section among the laser light incident from the semiconductor laser section is emitted to the outside from the output end face of the optical modulator section and becomes leaked light, which appears as a side peak of the output light, hindering the optical axis adjustment of the EML-LD and causing a decrease in the extinction ratio, that is, the light intensity ratio when the light is on and off.
  • the higher the output power of the EML-LD the greater the intensity of the leaked light emitted to the outside from the EML-LD, causing a problem in which the extinction ratio decreases further.
  • a shielding film with an open end face of the optical absorption layer is provided on the output end face of the optical modulator section.
  • the shielding film provided in the optical modulator section of the semiconductor light emitting device described in Patent Document 1 functions to block leaked light output from the output end face other than the light absorption layer.
  • the shielding film can reliably block leaked light from the output end face of the optical modulator section, which has the effect of increasing the extinction ratio during optical modulation.
  • This disclosure has been made to resolve the above-mentioned problems, and aims to provide an optical semiconductor device with a high extinction ratio even when driven at high output.
  • the optical semiconductor device comprises: An optical semiconductor device having a semiconductor laser section and an optical modulator section formed on a common semiconductor substrate,
  • the semiconductor laser unit is
  • the laser includes a lower clad layer of a first conductivity type, each of which is made of a III-V group semiconductor alloy crystal, an active layer that emits laser light, and an upper clad layer of a second conductivity type having a first-order diffraction grating provided thereon;
  • the optical modulator section includes: a light absorption layer at least partially made of a III-V group semiconductor mixed crystal containing Bi, the light absorption layer absorbing the laser light incident from the active layer; a scattered light absorbing layer facing either the lower surface or the upper surface of the light absorbing layer, or a pair of scattered light absorbing layers facing the lower surface and the upper surface of the light absorbing layer, respectively.
  • the scattered light absorbing layer provided in the optical modulator absorbs scattered light other than the guided light guided to the optical absorbing layer, so that it is possible to prevent a decrease in the extinction ratio caused by scattered light. Furthermore, since the optical absorbing layer contains Bi, it is possible to simultaneously suppress a decrease in the extinction ratio caused by pile-up of holes in the optical absorbing layer that occurs due to heat generated by the absorption of scattered light by the scattered light absorbing layer, so that an optical semiconductor device with a high extinction ratio can be obtained.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view taken along a light guide direction in an optical semiconductor device according to a first embodiment; 1 is a cross-sectional view of an optical semiconductor device according to a first embodiment in a direction perpendicular to the waveguide direction of light.
  • 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a light absorption layer of an optical modulator section in the optical semiconductor device according to the first embodiment. 2 is an energy band diagram of an optical modulator portion in the optical semiconductor device according to the first embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the light guide direction in an optical semiconductor device according to a second embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a light absorption layer of an optical modulator section in an optical semiconductor device according to a second embodiment.
  • 11 is an energy band diagram of an optical modulator portion in an optical semiconductor device according to a second embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the light guide direction in an optical semiconductor device according to a third embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view taken along a direction perpendicular to the light guide direction in an optical semiconductor device according to a fourth embodiment.
  • Embodiment 1 Configuration of Optical Semiconductor Device According to First Preferred Embodiment 1 is a cross-sectional view taken along the light guide direction of an optical semiconductor device 100 according to the first embodiment.
  • An EML-LD is given as an example of the optical semiconductor device 100 according to the first embodiment.
  • the optical semiconductor device 100 is composed of the regions of a semiconductor laser section 70, a separation section 71, and an optical modulator section 72.
  • the up-down direction is defined as the direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate, with the active layer or light absorption layer as the reference, toward the surface side of the crystal growth layer as the up direction, and the direction toward the back side of the semiconductor substrate as the down direction.
  • the semiconductor laser section 70 is composed of crystal growth layers formed in sequence on an n-type InP substrate 1 (semiconductor substrate 1), including an n-type InP lower cladding layer 2 (lower cladding layer 2 of a first conductivity type), an active layer 3, a p-type InP upper first cladding layer 4 (upper cladding layer 4 of a second conductivity type), a p-type InP upper second cladding layer 5, and a p-type InGaAs first contact layer 6a.
  • a first-order diffraction grating 15 is formed in the p-type InP upper first cladding layer 4.
  • the active layer 3 is typically constructed of an InGaAsP multiple quantum well structure.
  • a p-side first electrode 8a and a p-side second electrode 9a are formed on the p-type InGaAs first contact layer 6a through openings in the surface protective insulating film 7a.
  • An n-side first electrode 10 and an n-side second electrode 11 are formed on the back surface side of the n-type InP substrate 1.
  • the optical modulator section 72 is composed of crystal growth layers, which are formed in sequence on an n-type InP substrate 1, a lower scattered light absorption layer 20, an n-type InP lower cladding layer 2, an optical absorption layer 21 made of i-type InGaAsBi, which is a III-V group semiconductor alloy containing Bi (bismuth), a p-type InP upper first cladding layer 4, an upper scattered light absorption layer 22, a p-type InP upper second cladding layer 5, and a p-type InGaAs second contact layer 6b.
  • each of the lower scattered light absorption layer 20 and the upper scattered light absorption layer 22 may be simply referred to as a scattered light absorption layer.
  • the lower scattered light absorption layer 20 and the upper scattered light absorption layer 22 may also be collectively referred to as a pair of scattered light absorption layers.
  • a p-side third electrode 8b and a p-side fourth electrode 9b are formed on the p-type InGaAs second contact layer 6b through openings in the surface protective insulating film 7c.
  • An n-side first electrode 10 and an n-side second electrode 11 are formed on the back surface side of the n-type InP substrate 1.
  • the semiconductor laser section 70, the separator section 71, and the optical modulator section 72 are formed on a common n-type InP substrate 1.
  • the n-side first electrode 10 and the n-side second electrode 11 are also integrally formed in the semiconductor laser section 70, the separator section 71, and the optical modulator section 72.
  • the separation section 71 has the same configuration as the optical modulator section 72, except that it does not have a p-type InGaAs second contact layer 6b, its surface is covered with a surface protective insulating film 7b, and it does not have a p-side third electrode 8b or a p-side fourth electrode 9b.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the optical modulator section 72 in a direction perpendicular to the light guide direction in the optical semiconductor device 100 according to the first embodiment.
  • Mesa stripe 35 is formed by a pair of mesa grooves 35a, 35b provided on both side surfaces. The bottom and side surfaces of mesa grooves 35a, 35b are covered with surface protective insulating film 7c.
  • high-resistance InP buried layers 37a, 37b are formed on both side surfaces of light absorption layer 21 made of i-type InGaAsBi.
  • One example of a semiconductor material that constitutes high-resistance InP is semi-insulating InP doped with Fe (iron).
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the MQW layer 31, which is a multiple quantum well structure constituting the optical absorption layer 21 made of i-type InGaAsBi in the optical modulator section 72.
  • the optical absorption layer 21 made of i-type InGaAsBi is composed of, from the n-type InP substrate 1 side, a lower SCH layer 30a, an MQW layer 31 in which well layers 32 and barrier layers 33 are alternately stacked, and an upper SCH layer 30b.
  • MQW is an abbreviation for Multi Quantum Well, meaning multiple quantum wells.
  • SCH is an abbreviation for Separate Confinement Heterostructure, meaning a separate confinement layer.
  • the well layer 32 and barrier layer 33, as well as the lower SCH layer 30a and upper SCH layer 30b, are all made of a III-V group semiconductor alloy containing Bi. Typically, it is i-type InGaAsBi.
  • An n-type InP lower cladding layer 2, an active layer 3, and a part of a p-type InP upper first cladding layer 4 are epitaxially grown in sequence in a region on an n-type InP substrate 1 where a semiconductor laser section 70 is to be formed.
  • Examples of the epitaxial crystal growth method include metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) and molecular beam epitaxy (MBE).
  • a primary diffraction grating 15 is formed on the surface of the p-type InP upper first cladding layer 4 using photolithography and etching techniques.
  • the remaining part of the p-type InP upper first cladding layer 4, the p-type InP upper second cladding layer 5, and the p-type InGaAs first contact layer 6a are epitaxially grown in sequence by MOCVD or the like.
  • an insulating film mask is patterned and formed on the surface of the semiconductor laser portion 70 using photolithography and etching techniques.
  • SiO2 is suitable as a material for forming the insulating film mask.
  • the crystal growth layers of the lower scattered light absorption layer 20, the n-type InP lower cladding layer 2, the optical absorption layer 21 made of i-type InGaAsBi, the p-type InP upper first cladding layer 4, the upper scattered light absorption layer 22, the p-type InP upper second cladding layer 5, and the p-type InGaAs second contact layer 6b are epitaxially grown in sequence by MOCVD or the like.
  • the insulating film mask covering the semiconductor laser section 70 is removed. Furthermore, the insulating film mask covers the areas other than the areas where the pair of mesa grooves 35a, 35b are to be formed.
  • SiO2 is a suitable material for the insulating film mask.
  • etching techniques such as dry etching and wet etching are used to form a pair of mesa grooves 35a, 35b that extend from the p-type InGaAs first contact layer 6a, which is the outermost crystal growth layer, to the n-type InP substrate 1 in the semiconductor laser section 70, from the p-type InP upper second cladding layer 5, which is the outermost crystal growth layer, to the lower scattered light absorption layer 20 in the separation section 71, and from the p-type InGaAs second contact layer 6b, which is the outermost crystal growth layer, to the lower scattered light absorption layer 20 in the optical modulator section 72.
  • high-resistance InP buried layers 37a, 37b are buried and grown by MOCVD or other methods on the side where the mesa stripe 35 is to be formed. After the buried growth, unnecessary portions are removed by etching or other methods to complete the mesa stripe 35.
  • An insulating film is formed so as to cover the entire crystal growth layer on the surface side of the EML-LD, and openings are provided at the locations where each electrode is to be formed using photolithography and etching techniques.
  • the formed insulating film functions as surface protective insulating films 7a, 7b, and 7c.
  • the p-side first electrode 8a that contacts the p-type InGaAs first contact layer 6a through the opening in the surface protective insulating film 7a, and the p-side second electrode 9a on the p-side first electrode 8a are each formed by electron beam deposition or the like, and then lifted off and patterned.
  • the p-side third electrode 8b which contacts the p-type InGaAs second contact layer 6b through the opening in the surface protective insulating film 7c, and the p-side fourth electrode 9b on the p-side third electrode 8b are formed by electron beam deposition or the like, and then lifted off and patterned.
  • the electrodes of the semiconductor laser section 70 and the optical modulator section 72 may be formed in the same process.
  • an n-side first electrode 10 and an n-side second electrode 11 are formed by electron beam deposition or the like, and then lifted off and patterned.
  • the EML-LD is completed by separating the wafer into individual chips by cleavage or the like.
  • the above is an outline of the method for manufacturing the EML-LD, which is an example of the optical semiconductor device 100 according to the first embodiment.
  • the basic operation of the EML-LD which is an example of the optical semiconductor device 100 according to the first embodiment, will be described below.
  • a current is injected into the semiconductor laser section 70 through the p-side first electrode 8a and the p-side second electrode 9a to emit laser light 25. Since a first-order diffraction grating 15 is provided in the p-type InP upper first cladding layer 4 adjacent to the active layer 3 of the semiconductor laser section 70, the semiconductor laser section 70 functions as a DFB-LD.
  • the DFB-LD has the advantage that the oscillation spectrum can be made into a single longitudinal mode.
  • the laser light 25 of the semiconductor laser section 70 is incident as a guided light 26 into the optical modulator section 72 through the separation section 71.
  • a reverse bias voltage is applied from the outside, which makes the p-side third electrode 8b and the p-side fourth electrode 9b of the optical modulator section 72 negative and the n-side first electrode 10 and the n-side second electrode 11 positive, the absorption spectrum of the optical absorption layer 21 changes, and an optical absorption phenomenon occurs.
  • the laser light 25 incident from the semiconductor laser section 70 to the optical modulator section 72 becomes a guided light 26, and the guided light 26 is absorbed in the optical absorption layer 21 according to the magnitude of the reverse bias voltage, and pairs of electrons and holes are generated.
  • the guided light 26 When almost all the guided light 26 is absorbed in the optical absorption layer 21 by the optical absorption phenomenon, the guided light 26 is extinguished. In other words, the guided light 26 is not emitted from the emission end face of the optical modulator section 72. Based on the above operating principle, the intensity modulation of the laser light 25 can be realized in the optical modulator section 72.
  • the above is the basic operation of the EML-LD.
  • the EML-LD which is an example of the optical semiconductor device 100 according to the first embodiment, will be described below.
  • the coupling portion (separation portion) between the semiconductor laser portion constituted by the DFB-LD and the optical modulator portion constituted by the EML the light that is not guided to the light absorption layer of the optical modulator portion among the laser light incident from the semiconductor laser portion becomes scattered light, propagates through the optical modulator portion, and is emitted to the outside from the output end face of the optical modulator portion as leaked light.
  • the intensity of the leaked light outputted to the outside from the output end face of the optical modulator portion also increases proportionally, which causes a problem of a further decrease in the extinction ratio.
  • a lower scattered light absorption layer 20 and an upper scattered light absorption layer 22 are provided in the optical modulator section 72 so as to face the lower surface of the optical absorption layer 21, i.e., the surface on the n-type InP substrate 1 side, and the upper surface of the optical absorption layer 21, i.e., the surface on the surface side of the crystal growth layer, respectively.
  • the lower scattered light absorption layer 20 and the upper scattered light absorption layer 22 function to absorb the scattered light 27 that is not guided to the light absorption layer 21 in the light modulator section 72. That is, the scattered light 27 that is incident on the lower scattered light absorption layer 20 and the upper scattered light absorption layer 22 is absorbed as absorbed light 28. Therefore, the leakage light that is emitted to the outside from the output end face of the light modulator section 72 can be significantly reduced, which has the effect of realizing a high extinction ratio.
  • the lower scattered light absorption layer 20 and the upper scattered light absorption layer 22 are, for example, several hundreds of nm thick and are made of a quaternary III-V group semiconductor alloy such as InGaAsP that has a band gap energy similar to that of the active layer 3 of the semiconductor laser section 70.
  • the lower scattered light absorption layer 20 may be doped with an n-type impurity
  • the upper scattered light absorption layer 22 may be doped with a p-type impurity.
  • Figure 4 is an energy band diagram of the optical modulator section 72. From the left side of Figure 4, the energy bands of each layer are shown: n-type InP substrate 1, lower scattered light absorption layer 20, n-type InP lower cladding layer 2, light absorption layer 21 made of i-type InGaAsBi, p-type InP upper first cladding layer 4, upper scattered light absorption layer 22, and p-type InP upper second cladding layer 5.
  • the energy band of the light absorption layer 21 made of i-type InGaAsBi is further composed of the energy bands of the lower SCH layer 30a containing Bi, the MQW layer 31 consisting of four alternatingly stacked barrier layers 33 containing Bi and three well layers 32 containing Bi, and the upper SCH layer 30b containing Bi.
  • the well layer 32, the barrier layer 33, the lower SCH layer 30a, and the upper SCH layer 30b are each composed of i-type InGaAsBi.
  • the band gap energy of the lower SCH layer 30a and the upper SCH layer 30b is set to be larger than that of the barrier layer 33, and the band gap energy of the barrier layer 33 is set to be larger than that of the well layer 32.
  • III-V semiconductor alloys containing Bi the temperature change in band gap energy decreases with increasing Bi content.
  • InGaAsBi has the property that the band gap (0.6 to 1.5 eV) remains constant with temperature changes.
  • III-V semiconductor alloys containing Bi have a small temperature dependency in band gap energy. Therefore, even if the temperature of III-V semiconductor alloys containing Bi increases, the degree to which the band gap energy decreases with increasing temperature is significantly smaller than in III-V semiconductor alloys not containing Bi.
  • the scattered light 27 incident on the lower scattered light absorbing layer 20 and the upper scattered light absorbing layer 22 is absorbed as absorbed light 28.
  • Heat is generated in the lower scattered light absorbing layer 20 and the upper scattered light absorbing layer 22 due to the absorption of the scattered light 27, and the heat spreads to each crystal growth layer constituting the optical modulator section 72, causing the temperature of the optical modulator section 72 to rise.
  • the band gap energy of each of the n-type InP substrate 1, lower scattered light absorption layer 20, n-type InP lower cladding layer 2, p-type InP upper first cladding layer 4, upper scattered light absorption layer 22, and p-type InP upper second cladding layer 5 becomes smaller due to the heat generated by the absorption of scattered light 27, compared to the case where no heat is generated, that is, compared to the energy band represented by the solid line in Figure 4.
  • the optical absorption layer 21 made of i-type InGaAsBi contains Bi, so the temperature dependence of the band gap energy is small, and the energy band hardly changes even with the heat generated by the absorption of the scattered light 27.
  • the semiconductor material constituting EML-LD is generally a III-V group semiconductor alloy such as InGaAsP epitaxially grown on an InP substrate.
  • the energy gap difference i.e., the band discontinuity ( ⁇ Eg)
  • ⁇ Eg the band discontinuity
  • the EML-LD which is an example of an optical semiconductor device 100 according to the first embodiment
  • one of the technical features is that in order to prevent a decrease in the extinction ratio due to the hole pile-up phenomenon, the lower scattered light absorption layer 20 and the upper scattered light absorption layer 22 utilize heat generated by absorbed light 28 that absorbs the incident scattered light 27.
  • the heat generated by the light generated by the absorption of the scattered light 27 reduces the size of the electron barrier ⁇ Ec on the conduction band side and the hole barrier ⁇ Ev on the valence band side, which are band discontinuities that occur between the p-type InP upper first cladding layer 4 and the upper SCH layer 30b that contacts the p-type InP upper first cladding layer 4 of the optical absorption layer 21 made of i-type InGaAsBi. Note that a band discontinuity similar to that of InGaAsP also exists in InGaAsBi.
  • the hole barrier ⁇ Ev on the valence band side is reduced compared to when heat is not generated, so the holes 34 are more likely to cross the hole barrier ⁇ Ev and flow as a current. In other words, the effect of the hole pile-up phenomenon is reduced. As a result, the extinction ratio of the EML-LD is increased.
  • the semiconductor material constituting the optical absorption layer is generally a quaternary III-V group semiconductor alloy, InGaAsP or AlGaInAs. These have a large change in band gap energy in response to ambient temperature fluctuations, i.e., the temperature dependency of the band gap energy.
  • the optical modulator section in order to obtain the desired characteristics of the optical modulator section, it is usually equipped with a Peltier cooler, which is a temperature adjustment mechanism, and used to control the temperature at a constant level. Another method is to equip it with a mechanism to adjust the bias voltage of the optical modulator section when the temperature fluctuates.
  • these additional mechanisms have problems such as increased power consumption, increased complexity of the element structure, and increased manufacturing costs. Therefore, if the optical modulator section, like the semiconductor laser section, could be operated uncooled, uncooled operation could be achieved for the entire EML-LD.
  • the band gap of the InGaAsBi light absorption layer remains almost constant with temperature changes, and changes in the light absorption characteristics at low and high temperatures can be suppressed, making it possible to operate the EML-LD in an uncooled state.
  • the MQW layer 31 consisting of alternating well layers 32 and barrier layers 33 constituting the light absorption layer 21, as well as the lower SCH layer 30a and upper SCH layer 30b, are all made of III-V group semiconductor alloy crystals containing Bi, as an example.
  • the same effect can be achieved when only the lower SCH layer 30a and upper SCH layer 30b are made of III-V group semiconductor alloy crystals containing Bi.
  • III-V group semiconductor alloy crystals containing Bi include a quaternary III-V group semiconductor alloy crystal made of InGaPBi and a quinary III-V group semiconductor alloy crystal made of InGaPAsBi.
  • the optical modulator section 72 has a lower scattered light absorption layer 20 and an upper scattered light absorption layer 22 provided so as to face the lower surface of the optical absorption layer 21, i.e., the surface on the n-type InP substrate 1 side, and the upper surface of the optical absorption layer 21, i.e., the surface on the surface side of the crystal growth layer, respectively, that is, a structure in which a pair of scattered light absorption layers is provided, has been taken as an example.
  • the optical semiconductor device of the first embodiment by providing a lower scattered light absorption layer facing the lower surface of the light absorption layer made of i-type InGaAsBi and an upper scattered light absorption layer facing the upper surface, respectively, it is possible to absorb and reduce scattered light that adversely affects the extinction ratio, and at the same time, it is possible to utilize heat generated by absorbing the scattered light to reduce the pile-up phenomenon of holes, thereby simultaneously suppressing a decrease in the extinction ratio caused by the pile-up phenomenon, thereby achieving the synergistic effect of obtaining an optical semiconductor device (EML-LD) with a high extinction ratio.
  • EML-LD optical semiconductor device
  • Embodiment 2 ⁇ Configuration of Optical Semiconductor Device According to Second Preferred Embodiment> 5 is a cross-sectional view taken along the light guide direction of an optical semiconductor device 110 according to the second embodiment.
  • An EML-LD is given as an example of the optical semiconductor device 110 according to the second embodiment.
  • the optical semiconductor device 110 according to the second embodiment is structurally different from the optical semiconductor device 100 according to the first embodiment in that in the light absorption layer 21a of the optical semiconductor device 110, only the well layer 32a of the MQW layer 31a contains Bi, and the barrier layer 33a of the MQW layer 31a, the lower SCH layer 30c, and the upper SCH layer 30d do not contain Bi.
  • the rest of the configuration is the same as that of the optical semiconductor device 100 according to the first embodiment.
  • Fig. 7 is an energy band diagram of the optical modulator portion 72a in the optical semiconductor device 110 according to embodiment 2. As shown in the energy band represented by the dotted line in Fig. 7, the band gap energy of each of the p-type InP upper first cladding layer 4, the upper scattered light absorption layer 22, and the p-type InP upper second cladding layer 5 becomes smaller due to heat generated by absorption of the scattered light 27, compared with the case where no heat is generated, that is, the energy band represented by the solid line in Fig. 7.
  • the band gap energy of each of the barrier layer 33a, lower SCH layer 30c, and upper SCH layer 30d of the MQW layer 31a that does not contain Bi is smaller than the energy band when no heat is generated, that is, the energy band shown by the solid line in FIG. 7.
  • the well layer 32a contains Bi as described above, the temperature dependence of the band gap energy is small, and therefore the energy band hardly changes even due to the heat generated by the absorption of the scattered light 27.
  • the energy band of the well layer 32a hardly changes due to the heat generated by the absorption of the scattered light 27, but the energy band in the barrier layer 33a becomes smaller, so the hole barrier ⁇ Ev between the well layer 32a and the barrier layer 33a also becomes smaller. Therefore, the holes 34 easily pass over the hole barrier ⁇ Ev and flow as a current. In other words, the effect of the hole pile-up phenomenon is reduced. As a result, the extinction ratio of the EML-LD is increased.
  • the optical semiconductor device of the first embodiment by providing a lower scattered light absorption layer facing the lower surface of the optical absorption layer in which only the well layer constituting the MQW layer contains Bi, and an upper scattered light absorption layer facing the upper surface of the optical absorption layer, respectively, it is possible to absorb and reduce scattered light that adversely affects the extinction ratio, and to utilize heat generated by absorbing the scattered light to reduce the pile-up phenomenon of holes between the well layer and barrier layer constituting the MQW layer, thereby simultaneously suppressing a decrease in the extinction ratio caused by the pile-up phenomenon, thereby achieving the synergistic effect of obtaining an optical semiconductor device (EML-LD) with a high extinction ratio.
  • EML-LD optical semiconductor device
  • Embodiment 3 ⁇ Configuration of Optical Semiconductor Device According to Third Preferred Embodiment> 8 is a cross-sectional view taken along the light guide direction in an optical semiconductor device 120 according to the third embodiment.
  • An EML-LD is given as an example of the optical semiconductor device 120 according to the third embodiment.
  • the optical semiconductor device 120 according to the third embodiment is structurally different from the optical semiconductor device 100 according to the first embodiment in that a first-order diffraction grating 16 is provided in the lower scattered light absorption layer 20a of the optical modulator section 72b of the optical semiconductor device 120, and a first-order diffraction grating 17 is provided in the upper scattered light absorption layer 22a.
  • the rest of the configuration is the same as that of the optical semiconductor device 100 according to the first embodiment.
  • an EML-LD in an EML-LD, generally, in a coupling portion (separation portion) between a semiconductor laser portion constituted by a DFB-LD and an optical modulator portion constituted by an EML, scattered light that is not guided to the optical absorption layer of the optical modulator portion among laser light incident from the semiconductor laser portion is emitted to the outside from an emission end face of the optical modulator portion and becomes leakage light.
  • the lower scattered light absorption layer 20 and the upper scattered light absorption layer 22 provided in the optical modulator portion 72 function to absorb scattered light 27 that is not guided to the optical absorption layer 21 in the optical modulator portion 72.
  • the lower scattered light absorption layer 20 and the upper scattered light absorption layer 22 cannot completely absorb the scattered light 27.
  • Embodiment 4 ⁇ Configuration of Optical Semiconductor Device According to Fourth Preferred Embodiment> 9 is a cross-sectional view in a direction perpendicular to the light guide direction in an optical semiconductor device 130 according to the fourth embodiment.
  • An EML-LD is given as an example of the optical semiconductor device 130 according to the fourth embodiment.
  • the optical semiconductor device 130 according to the fourth embodiment is structurally different from the optical semiconductor device 100 according to the first embodiment in that side scattered light absorption layers 39a, 39b are provided on both side surfaces of the mesa stripe 36 of the optical modulator section 72.
  • the rest of the configuration is the same as that of the optical semiconductor device 100 according to the first embodiment.
  • the optical semiconductor device 130 has, in the optical modulator section 72, a lower scattered light absorption layer 20 and an upper scattered light absorption layer 22 provided so as to face the lower surface of the optical absorption layer 21, i.e., the surface on the n-type InP substrate 1 side, and the upper surface of the optical absorption layer 21, i.e., the surface on the surface side of the crystal growth layer, respectively, and further has side scattered light absorption layers 39a and 39b provided on both side portions of the mesa stripe 36 of the optical modulator section 72.
  • an EML-LD generally, at a coupling portion (separation portion) between a semiconductor laser portion constituted by a DFB-LD and an optical modulator portion constituted by an EML, the light that is incident from the semiconductor laser portion and is not guided to the optical absorption layer of the optical modulator portion becomes scattered light 27.
  • This scattered light 27 contains components that travel not only in the vertical direction of the optical absorption layer 21 but also in the lateral direction of the stripe-shaped optical absorption layer 21 in the mesa stripe 36, that is, in the direction toward the side surface of the mesa stripe 36.
  • side scattered light absorption layers 39a, 39b are provided on both side surfaces of the mesa stripe 36 of the optical modulator section 72 to absorb the scattered light 27 traveling in the lateral direction. As a result, it is possible to further reduce the leakage light emitted to the outside from the emission end surface of the optical modulator section 72.
  • ⁇ Effects of Fourth Embodiment> As described above, according to the optical semiconductor device of embodiment 4, a side scattered light absorption layer is provided on each of the side portions on both sides of the mesa stripe of the optical modulator portion. Therefore, compared to the optical semiconductor device of embodiment 1, the leakage light emitted to the outside from the output end face of the optical modulator portion can be further reduced, thereby achieving the effect of obtaining an optical semiconductor device with an even higher extinction ratio.
  • a III-V group semiconductor alloy containing Bi has been exemplified as the semiconductor material constituting the light absorbing layers 21 and 21a, and InGaAsBi has been given as an example.
  • the light absorbing layers 21 and 21a may also be made of a III-V group semiconductor alloy containing Sb (antimony).
  • An example of a III-V group semiconductor alloy containing Sb is InGaAsSb.

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Abstract

本開示の光半導体装置（１００）は、共通の半導体基板（１）上に形成された半導体レーザ部（７０）及び光変調器部（７２）を有する光半導体装置（１００）であって、半導体レーザ部（７０）は、それぞれＩＩＩ－Ｖ族半導体混晶からなる第１導電型の下部クラッド層（２）、レーザ光を発する活性層（３）、一次の回折格子（１５）が設けられた第２導電型の上部クラッド層（４）の各層を備え、光変調器部（７２）は、少なくとも一部がＢｉを含有するＩＩＩ－Ｖ族半導体混晶からなり活性層（３）から入射するレーザ光を吸収する光吸収層（２１）と、光吸収層（２１）の下面及び上面のいずれか一方の面に対向する散乱光吸収層（２０、２２）または光吸収層（２１）の下面及び上面にそれぞれ対向する一対の散乱光吸収層（２０、２２）と、を備える。

Description

光半導体装置
　本開示は、光半導体装置に関する。
　近年の各種情報端末の普及、情報のクラウド化などにともない、データ通信量が急激に増大しつつある。増大するデータ通信量の需要に対応するため、光ファイバ通信の基地局内の伝送速度の高速化及び大容量化が進んでいる。
　光ファイバ通信の長距離光通信用光源として、光半導体装置の一種である、半導体レーザ部と光変調器部とをモノリシックに集積した光変調器付き半導体レーザ装置（Ｅｌｅｃｔｒｏ－ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ　Ｌａｓｅｒ　Ｄｉｏｄｅ：ＥＭＬ－ＬＤ）が用いられている。光変調器部は外部変調器の一種であり、レーザ光強度を直接変調する直接変調方式に対して信号波形の劣化が少なく、高速かつ長距離の光ファイバ伝送が可能となる。
　ＥＭＬ－ＬＤでは、分布帰還型半導体レーザ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ＦｅｅｄＢａｃｋ　Ｌａｓｅｒ　Ｄｉｏｄｅ：ＤＦＢ－ＬＤ）で構成された半導体レーザ部と電界吸収型光変調器（Ｅｌｅｃｔｒｏ－ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ：ＥＭＬ）とで構成された光変調器部との結合部（バットジョイント）において、半導体レーザ部から入射したレーザ光の中で光変調器部の光吸収層に導波されなかった散乱光が、光変調器部の出射端面から外部に出射されて漏れ光となり、出力光のサイドピークとして現れ、ＥＭＬ－ＬＤの光軸調整の妨げとなったり、消光比、つまり、光のオン・オフ状態における光強度比の低下の要因となっていた。ＥＭＬ－ＬＤが高出力で動作するほど、ＥＭＬ－ＬＤから外部に出射される漏れ光の強度も増大するため、ますます消光比が低下するという不具合が生じた。
特開平０３－７７３８６号公報
　ＥＭＬ－ＬＤにおける消光比の低下を防止するために、例えば、特許文献１に記載の半導体発光装置では、光変調器部の出力端面に光吸収層の端面が開口した遮蔽膜が設けられている。
　特許文献１に記載の半導体発光装置の光変調器部に設けられた遮蔽膜は、光吸収層以外の出射端面から出力される漏れ光を遮蔽するように機能する。遮蔽膜によって漏れ光を光変調器部の出射端面で確実に遮蔽することが可能となるので、光変調時の消光比が増大するという効果を奏する。
　しかしながら、光変調器部の出力端面に遮蔽膜を設けるには、出力端面の全面に金属膜を形成した後、開口部以外の部分をマスクしてイオンエッチング等により除去するという微細な加工が必要となるが、出力端面上の加工は非常に難度が高く、遮蔽膜として必要な加工精度を維持することは困難であった。したがって、漏れ光の小さい、すなわち消光比の高い光半導体装置を再現性良く製造するという点で問題があった。
　本開示は上記のような問題点を解消するためになされたもので、高出力駆動時においても、消光比の高い光半導体装置を得ることを目的とする。
　本開示による光半導体装置は、
　共通の半導体基板上に形成された半導体レーザ部及び光変調器部を有する光半導体装置であって、
　前記半導体レーザ部は、
　　それぞれＩＩＩ－Ｖ族半導体混晶からなる第１導電型の下部クラッド層、レーザ光を発する活性層、一次の回折格子が設けられた第２導電型の上部クラッド層の各層を備え、
　前記光変調器部は、
　　少なくとも一部がＢｉを含有するＩＩＩ－Ｖ族半導体混晶からなり、前記活性層から入射する前記レーザ光を吸収する光吸収層と、
　　前記光吸収層の下面及び上面のいずれか一方の面に対向する散乱光吸収層または前記光吸収層の下面及び上面にそれぞれ対向する一対の散乱光吸収層と、を備える。
　本開示に係る光半導体装置によれば、光変調器部に設けられた散乱光吸収層が光吸収層に導波される導波光以外の散乱光を吸収するので、散乱光に起因する消光比の低下を防止することができ、さらに、光吸収層がＢｉを含有することにより、散乱光吸収層による散乱光の吸収により発生した熱によって発生する光吸収層内でのホールのパイルアップに起因する消光比の低下も同時に抑制できるので、消光比の高い光半導体装置が得られるという効果を奏する。
実施の形態１に係る光半導体装置における光の導波方向に沿った断面図である。 実施の形態１に係る光半導体装置における光の導波方向に対して垂直な方向の断面図である。 実施の形態１に係る光半導体装置における光変調器部の光吸収層の構成を表す断面図である。 実施の形態１に係る光半導体装置における光変調器部のエネルギーバンド図である。 実施の形態２に係る光半導体装置における光の導波方向に沿った断面図である。 実施の形態２に係る光半導体装置における光変調器部の光吸収層の構成を表す断面図である。 実施の形態２に係る光半導体装置における光変調器部のエネルギーバンド図である。 実施の形態３に係る光半導体装置における光の導波方向に沿った断面図である。 実施の形態４に係る光半導体装置における光の導波方向に対して垂直方向の断面図である。
実施の形態１．
＜実施の形態１に係る光半導体装置の構成＞
　図１は、実施の形態１に係る光半導体装置１００における光の導波方向に沿った断面図である。実施の形態１に係る光半導体装置１００の一例として、ＥＭＬ－ＬＤを挙げている。
　実施の形態１に係る光半導体装置１００は、半導体レーザ部７０、分離部７１、及び光変調器部７２の各領域で構成されている。なお、以下の説明では、上下方向とは、半導体基板の表面に垂直な方向において、活性層あるいは光吸収層を基準として結晶成長層の表面側に向かう方向を上方向、半導体基板の裏面側に向かう方向を下方向とそれぞれ定義する。
　半導体レーザ部７０は、ｎ型ＩｎＰ基板１（半導体基板１）上に順次形成されたｎ型ＩｎＰ下部クラッド層２（第１導電型の下部クラッド層２）、活性層３、ｐ型ＩｎＰ上部第１クラッド層４（第２導電型の上部クラッド層４）、ｐ型ＩｎＰ上部第２クラッド層５、ｐ型ＩｎＧａＡｓ第１コンタクト層６ａからなる各結晶成長層によって構成される。
　ｐ型ＩｎＰ上部第１クラッド層４中には、一次の回折格子１５が形成されている。また、活性層３は、典型的には、ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸構造で構成される。
　ｐ型ＩｎＧａＡｓ第１コンタクト層６ａ上には、表面保護絶縁膜７ａの開口部を介してｐ側第１電極８ａ及びｐ側第２電極９ａがそれぞれ形成されている。ｎ型ＩｎＰ基板１の裏面側には、ｎ側第１電極１０及びｎ側第２電極１１がそれぞれ形成されている。
　光変調器部７２は、ｎ型ＩｎＰ基板１上に順次形成された下部散乱光吸収層２０、ｎ型ＩｎＰ下部クラッド層２、Ｂｉ（ビスマス）を含有するＩＩＩ－Ｖ族半導体混晶であるｉ型ＩｎＧａＡｓＢｉからなる光吸収層２１、ｐ型ＩｎＰ上部第１クラッド層４、上部散乱光吸収層２２、ｐ型ＩｎＰ上部第２クラッド層５、ｐ型ＩｎＧａＡｓ第２コンタクト層６ｂからなる各結晶成長層によって構成される。なお、以下の説明では、下部散乱光吸収層２０及び上部散乱光吸収層２２のそれぞれを単に散乱光吸収層と呼ぶ場合もある。また、下部散乱光吸収層２０及び上部散乱光吸収層２２を総称して、一対の散乱光吸収層と呼ぶ場合もある。
　ｐ型ＩｎＧａＡｓ第２コンタクト層６ｂ上には、表面保護絶縁膜７ｃの開口部を介してｐ側第３電極８ｂ及びｐ側第４電極９ｂがそれぞれ形成されている。ｎ型ＩｎＰ基板１の裏面側には、ｎ側第１電極１０及びｎ側第２電極１１がそれぞれ形成されている。
　半導体レーザ部７０、分離部７１、及び光変調器部７２は、共通のｎ型ＩｎＰ基板１上に形成されている。また、ｎ側第１電極１０及びｎ側第２電極１１も、半導体レーザ部７０、分離部７１、及び光変調器部７２において、一体となって形成されている。
　分離部７１は、ｐ型ＩｎＧａＡｓ第２コンタクト層６ｂが設けられていないこと、表面が表面保護絶縁膜７ｂで覆われていること、ｐ側第３電極８ｂ及びｐ側第４電極９ｂが設けられていないことを除いて、光変調器部７２と同一の構成である。
　図２は、実施の形態１に係る光半導体装置１００における光の導波方向に対して垂直方向の光変調器部７２の断面図である。
　メサストライプ３５は、両側面に設けられた一対のメサ溝３５ａ、３５ｂによって形成される。メサ溝３５ａ、３５ｂの底面部及び側面部は表面保護絶縁膜７ｃによって覆われている。メサストライプ３５において、ｉ型ＩｎＧａＡｓＢｉからなる光吸収層２１の両側面側には、高抵抗ＩｎＰ埋込層３７ａ、３７ｂがそれぞれ形成されている。高抵抗ＩｎＰを構成する半導体材料の一例として、Ｆｅ（鉄）をドープした半絶縁性ＩｎＰが挙げられる。
　図３は、光変調器部７２のｉ型ＩｎＧａＡｓＢｉからなる光吸収層２１を構成する多重量子井戸構造からなるＭＱＷ層３１の断面図である。ｉ型ＩｎＧａＡｓＢｉからなる光吸収層２１は、ｎ型ＩｎＰ基板１側から、下部ＳＣＨ層３０ａ、ウエル層３２及びバリア層３３が交互に積層されたＭＱＷ層３１、及び上部ＳＣＨ層３０ｂの各層で構成されている。なお、ＭＱＷとは、Ｍｕｌｔｉ　Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｗｅｌｌの略称であり多重量子井戸を意味する。また、ＳＣＨとは、Ｓｅｐａｒａｔｅ　Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ　Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅの略称であり、分離閉じ込め層を意味する。
　ウエル層３２及びバリア層３３、並びに下部ＳＣＨ層３０ａ及び上部ＳＣＨ層３０ｂは、いずれもＢｉを含有するＩＩＩ－Ｖ族半導体混晶によって構成される。典型的には、ｉ型ＩｎＧａＡｓＢｉである。
＜実施の形態１に係る光半導体装置の製造方法＞
　実施の形態１に係る光半導体装置１００の製造方法の概要について、以下に説明する。
　先ず、半導体レーザ部７０の各結晶成長層を形成する工程を説明する。
　ｎ型ＩｎＰ基板１上において半導体レーザ部７０の形成が予定されている領域に、ｎ型ＩｎＰ下部クラッド層２、活性層３、及びｐ型ＩｎＰ上部第１クラッド層４の一部を、順次エピタキシャル結晶成長する。エピタキシャル結晶成長方法として、例えば有機金属気相成長法（Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシャル成長法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｂｅａｍ　Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）などが挙げられる。
　上述のエピタキシャル結晶成長後、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、ｐ型ＩｎＰ上部第１クラッド層４の表面に一次の回折格子１５を形成する。回折格子１５が形成されたｐ型ＩｎＰ上部第１クラッド層４上に、ｐ型ＩｎＰ上部第１クラッド層４の残部、ｐ型ＩｎＰ上部第２クラッド層５、及びｐ型ＩｎＧａＡｓ第１コンタクト層６ａの各層を、ＭＯＣＶＤ法などによって順次エピタキシャル結晶成長する。エピタキシャル結晶成長後、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、半導体レーザ部７０の表面に絶縁膜マスクをパターニング形成する。絶縁膜マスクを構成する材料としては、例えばＳｉＯ２が好適である。
　次に、分離部７１及び光変調器部７２の各結晶成長層を形成する工程を説明する。ｎ型ＩｎＰ基板１上において分離部７１及び光変調器部７２の形成が予定されている領域に、下部散乱光吸収層２０、ｎ型ＩｎＰ下部クラッド層２、ｉ型ＩｎＧａＡｓＢｉからなる光吸収層２１、ｐ型ＩｎＰ上部第１クラッド層４、上部散乱光吸収層２２、ｐ型ＩｎＰ上部第２クラッド層５、ｐ型ＩｎＧａＡｓ第２コンタクト層６ｂの各結晶成長層を、ＭＯＣＶＤ法などによって順次エピタキシャル結晶成長する。
　分離部７１及び光変調器部７２の各結晶成長層の形成後、半導体レーザ部７０を覆っていた絶縁膜マスクを除去する。さらに、一対のメサ溝３５ａ、３５ｂの形成が予定されている部位以外を絶縁膜マスクで覆う。絶縁膜マスクを構成する材料としては、例えばＳｉＯ２が好適である。
　絶縁膜マスクをエッチングマスクとして、ドライエッチング、ウエットエッチングなどのエッチング技術によって、半導体レーザ部７０において最表面の結晶成長層であるｐ型ＩｎＧａＡｓ第１コンタクト層６ａからｎ型ＩｎＰ基板１に、分離部７１において最表面の結晶成長層であるｐ型ＩｎＰ上部第２クラッド層５から下部散乱光吸収層２０に、光変調器部７２において最表面の結晶成長層であるｐ型ＩｎＧａＡｓ第２コンタクト層６ｂから下部散乱光吸収層２０にそれぞれ達する一対のメサ溝３５ａ、３５ｂを形成する。
　一対のメサ溝３５ａ、３５ｂを形成後、絶縁膜マスクが残っている状態で、メサストライプ３５の形成を予定している側の側面部に、高抵抗ＩｎＰ埋込層３７ａ、３７ｂをＭＯＣＶＤ法などによって埋込成長する。埋込成長後、不要な部位をエッチングなどによって除去することにより、メサストライプ３５が完成する。
　ＥＭＬ－ＬＤの表面側の結晶成長層の全体を覆うように絶縁膜を形成して、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、各電極の形成が予定される部位に開口部を設ける。形成された絶縁膜は表面保護絶縁膜７ａ、７ｂ、７ｃとして機能する。半導体レーザ部７０では、表面保護絶縁膜７ａの開口部を介してｐ型ＩｎＧａＡｓ第１コンタクト層６ａと接するｐ側第１電極８ａと、ｐ側第１電極８ａ上のｐ側第２電極９ａとを、それぞれ電子ビーム蒸着などによって成膜し、リフトオフしてパターニングする。
　光変調器部７２では、表面保護絶縁膜７ｃの開口部を介してｐ型ＩｎＧａＡｓ第２コンタクト層６ｂと接するｐ側第３電極８ｂと、ｐ側第３電極８ｂ上のｐ側第４電極９ｂとを、それぞれ電子ビーム蒸着などによって成膜し、リフトオフしてパターニングする。なお、半導体レーザ部７０及び光変調器部７２の電極形成は、同一の工程で行っても良い。
　ｎ型ＩｎＰ基板１の裏面側に、ｎ側第１電極１０及びｎ側第２電極１１を、それぞれ電子ビーム蒸着などによって成膜し、リフトオフしてパターニングする。へき開などにより、ウエハから個々のチップに分離することにより、ＥＭＬ－ＬＤが完成する。
　以上が、実施の形態１に係る光半導体装置１００の一例であるＥＭＬ－ＬＤの製造方法の概要である。
＜実施の形態１に係る光半導体装置の動作＞
　まず、実施の形態１に係る光半導体装置１００の一例であるＥＭＬ－ＬＤの基本的な動作を、以下に説明する。
　半導体レーザ部７０に、ｐ側第１電極８ａ及びｐ側第２電極９ａを通して電流注入することにより、レーザ光２５を発光させる。半導体レーザ部７０の活性層３に近接するｐ型ＩｎＰ上部第１クラッド層４中には一次の回折格子１５が設けられているため、半導体レーザ部７０はＤＦＢ－ＬＤとして機能する。ＤＦＢ－ＬＤは、回折格子を有さない半導体レーザと比較して、発振スペクトルを単一縦モード化できるという利点がある。
　半導体レーザ部７０のレーザ光２５は、分離部７１を介して光変調器部７２に、導波光２６として入射する。外部から、光変調器部７２のｐ側第３電極８ｂ及びｐ側第４電極９ｂがマイナス、ｎ側第１電極１０及びｎ側第２電極１１がプラスとなる逆バイアス電圧が印加されると、光吸収層２１の吸収スペクトルが変化し、光吸収現象が生じる。半導体レーザ部７０から光変調器部７２へと入射したレーザ光２５は導波光２６となり、逆バイアス電圧の大きさに応じて、光吸収層２１において導波光２６が吸収され、電子及びホールの対が発生する。光吸収現象により殆ど全ての導波光２６が光吸収層２１において吸収されると、導波光２６は消光する。つまり、光変調器部７２の出射端面から導波光２６は出射されない。以上の動作原理に基づき、光変調器部７２においてレーザ光２５の強度変調が実現できる。
　以上が、ＥＭＬ－ＬＤの基本的な動作である。
　次に、実施の形態１に係る光半導体装置１００の一例であるＥＭＬ－ＬＤの特徴的な動作を、以下に説明する。
　上述したとおり、従来のＥＭＬ－ＬＤでは、ＤＦＢ－ＬＤで構成された半導体レーザ部とＥＭＬで構成された光変調器部との結合部（分離部）において、半導体レーザ部から入射したレーザ光の中で光変調器部の光吸収層に導波されなかった光が散乱光となって光変調器部を伝搬し、光変調器部の出射端面から外部に漏れ光として出射される。ＥＭＬ－ＬＤが出射する光出力の増大とともに、光変調器部の出射端面から外部に出射される漏れ光の強度も比例的に増大するため、消光比が一層低下するという問題があった。
　実施の形態１に係る光半導体装置１００の一例であるＥＭＬ－ＬＤでは、光出力の増大にともなう消光比の低下を防止するため、光変調器部７２において、光吸収層２１の下面、すなわちｎ型ＩｎＰ基板１側の面、及び光吸収層２１の上面、すなわち結晶成長層の表面側の面にそれぞれ対向するように、下部散乱光吸収層２０及び上部散乱光吸収層２２がそれぞれ設けられている。
　下部散乱光吸収層２０及び上部散乱光吸収層２２は、光変調器部７２において光吸収層２１に導波されなかった散乱光２７を吸収するように機能する。すなわち、下部散乱光吸収層２０及び上部散乱光吸収層２２に入射した散乱光２７は、吸収光２８となって吸収される。したがって、光変調器部７２の出射端面から外部に出射される漏れ光を大幅に低減できるため、高い消光比を実現できるという効果を奏する。
　下部散乱光吸収層２０及び上部散乱光吸収層２２は、例えば、層厚が数１００ｎｍであり、半導体レーザ部７０の活性層３と同程度のバンドギャップエネルギーを有するＩｎＧａＡｓＰなどの４元のＩＩＩ－Ｖ族半導体混晶によって構成される。下部散乱光吸収層２０にｎ型の不純物がドープされても良いし、また、上部散乱光吸収層２２にｐ型の不純物がドープされても良い。
　次に、ｉ型ＩｎＧａＡｓＢｉからなる光吸収層２１の機能について説明する。図４は、光変調器部７２のエネルギーバンド図である。図４の左側から、ｎ型ＩｎＰ基板１、下部散乱光吸収層２０、ｎ型ＩｎＰ下部クラッド層２、ｉ型ＩｎＧａＡｓＢｉからなる光吸収層２１、ｐ型ＩｎＰ上部第１クラッド層４、上部散乱光吸収層２２、ｐ型ＩｎＰ上部第２クラッド層５の各層のエネルギーバンドが示されている。
　ｉ型ＩｎＧａＡｓＢｉからなる光吸収層２１のエネルギーバンドは、さらに、Ｂｉを含有する下部ＳＣＨ層３０ａ、交互に積層された４層のＢｉを含有するバリア層３３及び３層のＢｉを含有するウエル層３２からなるＭＱＷ層３１、Ｂｉを含有する上部ＳＣＨ層３０ｂの各層のエネルギーバンドで構成されている。ウエル層３２、バリア層３３、下部ＳＣＨ層３０ａ、及び上部ＳＣＨ層３０ｂは、それぞれｉ型ＩｎＧａＡｓＢｉで構成される。下部ＳＣＨ層３０ａ及び上部ＳＣＨ層３０ｂのバンドギャップエネルギーはバリア層３３よりも大きく、バリア層３３のバンドギャップエネルギーはウエル層３２よりも大きく設定されている。
　Ｂｉを含有するＩＩＩ－Ｖ族半導体混晶はＢｉの含有量とともにバンドギャップエネルギーの温度変化が小さくなる。特に、ＩｎＧａＡｓＢｉは温度変化に対してバンドギャップ（０．６～１．５ｅＶ）が一定になるという性質を有する。つまり、Ｂｉを含有するＩＩＩ－Ｖ族半導体混晶は、バンドギャップエネルギーの温度依存性が小さくなる。したがって、Ｂｉを含有するＩＩＩ－Ｖ族半導体混晶の温度が上昇しても、バンドギャップエネルギーが温度上昇により小さくなる度合いは、Ｂｉを含有しないＩＩＩ－Ｖ族半導体混晶と比較して、顕著に小さくなる。
　実施の形態１に係る光半導体装置１００の一例であるＥＭＬ－ＬＤでは、上述したように、下部散乱光吸収層２０及び上部散乱光吸収層２２に入射した散乱光２７は、吸収光２８となって吸収される。散乱光２７の吸収によって下部散乱光吸収層２０及び上部散乱光吸収層２２では熱が発生し、光変調器部７２を構成する各結晶成長層に熱が広がるため、光変調器部７２の温度が上昇する。
　図４中の点線で表されるエネルギーバンドに示されるように、散乱光２７の吸収によって発生した熱によって、ｎ型ＩｎＰ基板１、下部散乱光吸収層２０、ｎ型ＩｎＰ下部クラッド層２、ｐ型ＩｎＰ上部第１クラッド層４、上部散乱光吸収層２２、及びｐ型ＩｎＰ上部第２クラッド層５のそれぞれのバンドギャップエネルギーは、熱が発生していない場合、つまり図４中の実線で示されるエネルギーバンドに比べて小さくなる。
　一方、ｉ型ＩｎＧａＡｓＢｉからなる光吸収層２１は、上述したように、Ｂｉを含有しているため、バンドギャップエネルギーの温度依存性が小さいので、散乱光２７の吸収によって生じた熱によっても、エネルギーバンドは殆ど変化しない。
　したがって、熱の発生に起因して、ｐ型ＩｎＰ上部第１クラッド層４と、ｉ型ＩｎＧａＡｓＢｉからなる光吸収層２１のうちｐ型ＩｎＰ上部第１クラッド層４に接する上部ＳＣＨ層３０ｂとの間で生じるバンド不連続である伝導帯側の電子障壁ΔＥｃ及び価電子帯側のホール障壁ΔＥｖの各障壁の大きさが低減する。ｐ型ＩｎＰ上部第１クラッド層４のバンドギャップエネルギーが熱の影響によって小さくなるのに対して、Ｂｉを含有する上部ＳＣＨ層３０ｂのバンドギャップエネルギーは熱によっても殆ど変化しないからである。
　ここで、ＥＭＬ－ＬＤの消光比に大きな影響を及ぼすホールのパイルアップ現象について説明する。ＥＭＬ－ＬＤを構成する半導体材料としては、一般に、ＩｎＰ基板上にエピタキシャル結晶成長したＩｎＧａＡｓＰなどのＩＩＩ－Ｖ族半導体混晶が用いられる。この半導体材料系では、ヘテロ界面においてエネルギーギャップ差、つまりバンド不連続（ΔＥｇ）が伝導帯及び価電子帯で４０：６０の比率に分配される。したがって、質量の重いホール３４に関して、相対的に大きなホール障壁ΔＥｖが存在する。このため、光吸収層を構成する多重量子井戸構造内で強度の高い光が吸収されて、キャリア、つまり電子及びホール３４が生成された場合、質量の小さい電子に比べて質量の重いホール３４は価電子帯側の相対的に大きいホール障壁ΔＥｖを越えて電流として流れにくくなる。かかる現象はホールのパイルアップ現象と呼ばれる。ホールのパイルアップ現象が発生すると、吸収飽和、あるいは蓄積されたキャリアが外部電界を遮蔽（スクリーニング効果）することによる高速応答特性の劣化、消光比の低下などといった高性能化を阻む要因となる。
　特に、ＭＱＷ層をバンドギャップエネルギーが相対的に大きいＩｎＰクラッド層で直接はさむ場合及びＩｎＧａＡｓＰからなるＳＣＨ層をＭＱＷ層とＩｎＰクラッド層との間に挿入する場合は、ヘテロ界面に価電子帯端の大きなバンド不連続、つまりホール障壁ΔＥｖが存在する。この結果、ホール３４が熱励起によって障壁を乗り越え、ＩｎＰクラッド層で吸収されるまでの滞留時間が長くなる。
　実施の形態１に係る光半導体装置１００の一例であるＥＭＬ－ＬＤでは、ホールのパイルアップ現象による消光比の低下を防止するため、下部散乱光吸収層２０及び上部散乱光吸収層２２が入射した散乱光２７を吸収した吸収光２８によって発生する熱を利用する点が一つの技術的特徴となっている。
　光変調器部７２では、散乱光２７の吸収によって発生した光によって発生する熱によって、ｐ型ＩｎＰ上部第１クラッド層４とｉ型ＩｎＧａＡｓＢｉからなる光吸収層２１のうちｐ型ＩｎＰ上部第１クラッド層４に接する上部ＳＣＨ層３０ｂの間で生じるバンド不連続である伝導帯側の電子障壁ΔＥｃ及び価電子帯側のホール障壁ΔＥｖの各障壁の大きさが低減する。なお、ＩｎＧａＡｓＢｉにおいても、ＩｎＧａＡｓＰと同様のバンド不連続が存在する。
　この結果、ｉ型ＩｎＧａＡｓＢｉからなる光吸収層２１において強度の高い光が吸収されて電子及びホールの対が生成されても、価電子帯側のホール障壁ΔＥｖは熱が発生していない場合に比べて低減しているため、ホール３４はホール障壁ΔＥｖを越えて電流として流れやすくなる。すなわち、ホールのパイルアップ現象の影響が小さくなる。この結果、ＥＭＬ－ＬＤの消光比が高くなるという効果を奏する。
　さらに、ＥＭＬ－ＬＤの光吸収層として、Ｂｅを含有したｉ型ＩｎＧａＡｓＢｉからなる光吸収層２１とすることの利点を、以下に説明する。
　ＩｎＰ基板に形成されたＥＭＬ－ＬＤの光変調器部では、光吸収層を構成する半導体材料として４元のＩＩＩ－Ｖ族半導体混晶であるＩｎＧａＡｓＰまたはＡｌＧａＩｎＡｓが一般的に使用される。これらは周囲の温度変動に対するバンドギャップエネルギーの変化、つまりバンドギャップエネルギーの温度依存性が大きい。しかしながら、光変調器部において所望の特性を得るためには吸収スペクトルを数ｎｍのオーダーで制御する必要がある。
　したがって、光変調器部としての所望の特性を得るために、通常は温度調整機構であるペルチェクーラーを搭載して一定温度に制御して使用される。他の方法として、温度変動時に光変調器部のバイアス電圧を調節する機構を搭載する方法も挙げられる。しかしながら、これらの付加的な機構は、消費電力の増加、素子構造の複雑度の増大、製造コストの増大といった問題があった。したがって、半導体レーザ部と同様、光変調器部もアンクールドでの動作が可能となれば、ＥＭＬ－ＬＤ全体でアンクールド動作が実現できる。
　ＥＭＬ－ＬＤにおいて、光変調器部の光吸収層を、Ｂｅを含有したｉ型ＩｎＧａＡｓＢｉからなる光吸収層２１とすることにより、光吸収層のＩｎＧａＡｓＢｉのバンドギャップが温度変化に対してほぼ一定となるため、低温及び高温での光吸収特性の変化を抑制することができる結果、ＥＭＬ－ＬＤのアンクールド動作が可能となる。
　上述の説明では、光吸収層２１を構成する交互に積層されたウエル層３２及びバリア層３３からなるＭＱＷ層３１、並びに下部ＳＣＨ層３０ａ及び上部ＳＣＨ層３０ｂは、いずれもＢｉを含有するＩＩＩ－Ｖ族半導体混晶によって構成される場合を一例とした。しかしながら、下部ＳＣＨ層３０ａ及び上部ＳＣＨ層３０ｂのみをＢｉを含有するＩＩＩ－Ｖ族半導体混晶で構成する場合も、同様の効果を奏する。また、Ｂｉを含有するＩＩＩ－Ｖ族半導体混晶の他の例として、ＩｎＧａＰＢｉからなる４元のＩＩＩ－Ｖ族半導体混晶、ＩｎＧａＰＡｓＢｉからなる５元のＩＩＩ－Ｖ族半導体混晶が挙げられる。
　上述の説明では、光変調器部７２において、光吸収層２１の下面、すなわちｎ型ＩｎＰ基板１側の面、及び光吸収層２１の上面、すなわち結晶成長層の表面側の面にそれぞれ対向するように、下部散乱光吸収層２０及び上部散乱光吸収層２２をそれぞれ設ける、つまり、一対の散乱光吸収層を設ける構造を一例とした。しかしながら、下部散乱光吸収層２０及び上部散乱光吸収層２２のいずれか一方のみを設ける構成、すなわち光吸収層２１の下面及び上面のいずれか一方の面に対向する散乱光吸収層という構成を適用した場合も、散乱光２７を低減する効果を奏する。また、かかる構造を適用すれば、光半導体装置の構造が簡素化するため、さらに製造しやすくなるという効果も併せて奏する。
＜実施の形態１の効果＞
　以上、実施の形態１に係る光半導体装置によれば、ｉ型ＩｎＧａＡｓＢｉからなる光吸収層の下面に対向する下部散乱光吸収層を、上面に対向する上部散乱光吸収層をそれぞれ設けることにより、消光比に悪影響を及ぼす散乱光を吸収して低減するとともに、散乱光の吸収によって発生した熱を利用してホールのパイルアップ現象を低減してパイルアップ現象に起因する消光比の低下も同時に抑制できるという相乗効果によって、消光比の高い光半導体装置（ＥＭＬ－ＬＤ）が得られるという効果を奏する。
実施の形態２．
＜実施の形態２に係る光半導体装置の構成＞
　図５は、実施の形態２に係る光半導体装置１１０における光の導波方向に沿った断面図である。実施の形態２に係る光半導体装置１１０の一例として、ＥＭＬ－ＬＤを挙げている。
　実施の形態２に係る光半導体装置１１０が実施の形態１に係る光半導体装置１００と構造的に異なる点は、光半導体装置１１０の光吸収層２１ａでは、ＭＱＷ層３１ａのウエル層３２ａのみがＢｉを含有し、ＭＱＷ層３１ａのバリア層３３ａ、下部ＳＣＨ層３０ｃ、及び上部ＳＣＨ層３０ｄはＢｉを含有しない点にある。なお、その他の構成は、実施の形態１に係る光半導体装置１００と同一である。
＜実施の形態２に係る光半導体装置の動作＞
　図７は、実施の形態２に係る光半導体装置１１０における光変調器部７２ａのエネルギーバンド図である。図７中の点線で表されるエネルギーバンドに示されるように、散乱光２７の吸収によって発生した熱によって、ｐ型ＩｎＰ上部第１クラッド層４、上部散乱光吸収層２２、及びｐ型ＩｎＰ上部第２クラッド層５のそれぞれのバンドギャップエネルギーは、熱が発生していない場合、つまり図７中の実線で示されるエネルギーバンドに比べて小さくなる。
　光吸収層２１ａにおいて、Ｂｉを含有していないＭＱＷ層３１ａのバリア層３３ａ、下部ＳＣＨ層３０ｃ、及び上部ＳＣＨ層３０ｄのそれぞれのバンドギャップエネルギーは、熱が発生していない場合、つまり図７中の実線で示されるエネルギーバンドに比べて小さくなる。一方、ウエル層３２ａは、上述したようにＢｉを含有しているため、バンドギャップエネルギーの温度依存性が小さいので、散乱光２７の吸収によって生じた熱によっても、エネルギーバンドは殆ど変化しない。
　この結果、散乱光２７の吸収によって生じた熱によって、ウエル層３２ａのエネルギーバンドは殆ど変化しないが、バリア層３３ａにおけるエネルギーバンドは小さくなるため、ウエル層３２ａとバリア層３３ａとの間のホール障壁ΔＥｖも小さくなる。したがって、ホール３４はホール障壁ΔＥｖを越えて電流として流れやすくなる。すなわち、ホールのパイルアップ現象の影響が小さくなる。この結果、ＥＭＬ－ＬＤの消光比が高くなるという効果を奏する。
　上述の説明では、光吸収層２１ａを構成する交互に積層されたウエル層３２ａ及びバリア層３３ａからなるＭＱＷ層３１ａにおいてウエル層３２ａのみがＢｉを含有するＩＩＩ－Ｖ族半導体混晶によって構成される場合を一例とした。しかしながら、ウエル層３２ａのみではなく、バリア層３３ａのみをＢｉを含有するＩＩＩ－Ｖ族半導体混晶で構成した場合も、同様の効果を奏する。
＜実施の形態２の効果＞
　以上、実施の形態１に係る光半導体装置によれば、ＭＱＷ層を構成するウエル層のみがＢｉを含有する光吸収層の下面に対向する下部散乱光吸収層を、光吸収層の上面に対向する上部散乱光吸収層をそれぞれ設けることにより、消光比に悪影響を及ぼす散乱光を吸収して低減するとともに、散乱光の吸収によって発生した熱を利用してＭＱＷ層を構成するウエル層とバリア層間のホールのパイルアップ現象を低減してパイルアップ現象に起因する消光比の低下も同時に抑制できるという相乗効果によって、消光比の高い光半導体装置（ＥＭＬ－ＬＤ）が得られるという効果を奏する。
実施の形態３．
＜実施の形態３に係る光半導体装置の構成＞
　図８は、実施の形態３に係る光半導体装置１２０における光の導波方向に沿った断面図である。実施の形態３に係る光半導体装置１２０の一例として、ＥＭＬ－ＬＤを挙げている。
　実施の形態３に係る光半導体装置１２０が実施の形態１に係る光半導体装置１００と構造的に異なる点は、光半導体装置１２０の光変調器部７２ｂの下部散乱光吸収層２０ａ中に一次の回折格子１６が、上部散乱光吸収層２２ａ中に一次の回折格子１７が、それぞれ設けられている点にある。なお、その他の構成は、実施の形態１に係る光半導体装置１００と同一である。
＜実施の形態３に係る光半導体装置の動作＞
　実施の形態１で説明したとおり、ＥＭＬ－ＬＤでは、一般的に、ＤＦＢ－ＬＤで構成された半導体レーザ部とＥＭＬで構成された光変調器部との結合部（分離部）において、半導体レーザ部から入射したレーザ光の中で光変調器部の光吸収層に導波されなかった散乱光が、光変調器部の出射端面から外部に出射されて漏れ光となる。実施の形態１に係る光半導体装置１００では、光変調器部７２に設けられた下部散乱光吸収層２０及び上部散乱光吸収層２２が、光変調器部７２において光吸収層２１に導波されなかった散乱光２７を吸収するように機能する。しかしながら、特にＥＭＬ－ＬＤの高出力動作時には、下部散乱光吸収層２０及び上部散乱光吸収層２２が散乱光２７を完全に吸収しきれない場合も生じうる。
　実施の形態３に係る光半導体装置１２０では、下部散乱光吸収層２０ａ中に設けられた一次の回折格子１６及び上部散乱光吸収層２２ａ中に設けられた一次の回折格子１７が、吸収しきれなかった散乱光２７を、光変調器部７２の出射端面側以外の方向に向かう回折光２９として回折させることにより、散乱光２７が光変調器部７２の出射端面から出射して漏れ光となることを防止するように機能する。したがって、実施の形態３に係る光半導体装置１２０は、光変調器部７２の出射端面から外部に出射される漏れ光をさらに一層低減できるという効果を奏する。
　なお、上述の説明では、下部散乱光吸収層及び上部散乱光吸収層の両方に回折格子を設ける構造を一例としたが、下部散乱光吸収層及び上部散乱光吸収層のいずれか一方にのみ一次の回折格子を設けても、散乱光２７を低減する効果を奏する。かかる構造を適用すれば、光半導体装置の構造が簡素化するため、さらに製造しやすくなるという効果も併せて奏する。
＜実施の形態３の効果＞
　以上、実施の形態３に係る光半導体装置によれば、光変調器部の下部散乱光吸収層及び上部散乱光吸収層中に一次の回折格子がそれぞれ設けられているので、実施の形態１に係る光半導体装置と比較して、光変調器部の出射端面から外部に出射される漏れ光を一層低減できるため、消光比がより高い光半導体装置が得られるという効果を奏する。
実施の形態４．
＜実施の形態４に係る光半導体装置の構成＞
　図９は、実施の形態４に係る光半導体装置１３０における光の導波方向に対して垂直方向の断面図である。実施の形態４に係る光半導体装置１３０の一例として、ＥＭＬ－ＬＤを挙げている。
　実施の形態４に係る光半導体装置１３０が実施の形態１に係る光半導体装置１００と構造的に異なる点は、光変調器部７２のメサストライプ３６の両側の側面部に側面散乱光吸収層３９ａ、３９ｂがそれぞれ設けられている点である。その他の構成は、実施の形態１に係る光半導体装置１００と同一である。
　すなわち、実施の形態４に係る光半導体装置１３０は、光変調器部７２において、光吸収層２１の下面、すなわちｎ型ＩｎＰ基板１側の面、及び光吸収層２１の上面、すなわち結晶成長層の表面側の面にそれぞれ対向するように設けられた下部散乱光吸収層２０及び上部散乱光吸収層２２に加えて、さらに、光変調器部７２のメサストライプ３６の両側の側面部に設けられた側面散乱光吸収層３９ａ、３９ｂを有する。
＜実施の形態４に係る光半導体装置の動作＞
　実施の形態１で説明したとおり、ＥＭＬ－ＬＤでは、一般に、ＤＦＢ－ＬＤで構成された半導体レーザ部とＥＭＬで構成された光変調器部との結合部（分離部）において、半導体レーザ部から入射したレーザ光の中で光変調器部の光吸収層に導波されなかった光が散乱光２７となる。この散乱光２７には、光吸収層２１の上下方向のみならず、メサストライプ３６内のストライプ状の光吸収層２１の横方向、すなわち、メサストライプ３６の側面に向かう方向にも進行する成分が存在する。
　実施の形態４に係る光半導体装置１３０では、光変調器部７２のメサストライプ３６の両側の側面部に側面散乱光吸収層３９ａ、３９ｂを設けて、横方向に進行する散乱光２７を吸収させる。この結果、光変調器部７２の出射端面から外部に出射される漏れ光をさらに低減させることが可能となる。
＜実施の形態４の効果＞
　以上、実施の形態４に係る光半導体装置によれば、光変調器部のメサストライプの両側の側面部にそれぞれ側面散乱光吸収層を設けたので、実施の形態１に係る光半導体装置と比較して、光変調器部の出射端面から外部に出射される漏れ光をさらに一層低減できるため、消光比が一層高い光半導体装置が得られるという効果を奏する。
　実施の形態１から４では、光吸収層２１、２１ａを構成する半導体材料として、Ｂｉを含有するＩＩＩ－Ｖ族半導体混晶を例示し、一例としてＩｎＧａＡｓＢｉを挙げた。しかしながら、光吸収層２１、２１ａをＳｂ（アンチモン）を含有するＩＩＩ－Ｖ族半導体混晶によって構成しても良い。なお、Ｓｂを含有するＩＩＩ－Ｖ族半導体混晶の一例として、ＩｎＧａＡｓＳｂが挙げられる。
　本開示は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
　従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
１　ｎ型ＩｎＰ基板（半導体基板）、２　ｎ型ＩｎＰ下部クラッド層（第１導電型の下部クラッド層）、３　活性層、４　ｐ型ＩｎＰ上部第１クラッド層（第２導電型の上部クラッド層）、５　ｐ型ＩｎＰ上部第２クラッド層、６ａ　ｐ型ＩｎＧａＡｓ第１コンタクト層、６ｂ　ｐ型ＩｎＧａＡｓ第２コンタクト層、７ａ、７ｂ、７ｃ　表面保護絶縁膜、８ａ　ｐ側第１電極、８ｂ　ｐ側第３電極、９ａ　ｐ側第２電極、９ｂ　ｐ側第４電極、１０　ｎ側第１電極、１１　ｎ側第２電極、１５、１６、１７　回折格子、２０、２０ａ　下部散乱光吸収層、２１、２１ａ　光吸収層、２２、２２ａ　上部散乱光吸収層、２５　レーザ光、２６　導波光、２７　散乱光、２８　吸収光、２９　回折光、３０ａ、３０ｃ　下部ＳＣＨ層、３０ｂ、３０ｄ　上部ＳＣＨ層、３１、３１ａ　ＭＱＷ層、３２、３２ａ　ウエル層、３３、３３ａ　バリア層、３４　ホール、３５、３６　メサストライプ、３５ａ、３５ｂ　メサ溝、３７ａ、３７ｂ　高抵抗ＩｎＰ埋込層、３９ａ、３９ｂ　側面散乱光吸収層、７０　半導体レーザ部、７１　分離部、７２、７２ａ、７２ｂ　光変調器部、　１００、１１０、１２０、１３０　光半導体装置

Claims (12)

  1. 　共通の半導体基板上に形成された半導体レーザ部及び光変調器部を有する光半導体装置であって、
    　前記半導体レーザ部は、
    　　それぞれＩＩＩ－Ｖ族半導体混晶からなる第１導電型の下部クラッド層、レーザ光を発する活性層、一次の回折格子が設けられた第２導電型の上部クラッド層の各層を備え、
    　前記光変調器部は、
    　　少なくとも一部がＢｉを含有するＩＩＩ－Ｖ族半導体混晶からなり、前記活性層から入射する前記レーザ光を吸収する光吸収層と、
    　　前記光吸収層の下面及び上面のいずれか一方の面に対向する散乱光吸収層または前記光吸収層の下面及び上面にそれぞれ対向する一対の散乱光吸収層と、
    を備える光半導体装置。
  2. 　前記散乱光吸収層が前記光吸収層の下面側に設けられる場合は、前記光吸収層と前記散乱光吸収層の間に前記第１導電型の下部クラッド層が設けられ、前記散乱光吸収層が前記光吸収層の下面側に設けられる場合は、前記光吸収層と前記散乱光吸収層の間に前記第２導電型の上部クラッド層が設けられることを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置。
  3. 　前記光変調器部は、少なくとも前記光吸収層及び前記散乱光吸収層を含むメサストライプを有し、前記メサストライプの側面部に側面散乱光吸収層が設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の光半導体装置。
  4. 　前記散乱光吸収層に一次の回折格子が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光半導体装置。
  5. 　前記光吸収層は、ウエル層及びバリア層が交互に積層されたＭＱＷ層と、前記ＭＱＷ層の下面に形成された下部ＳＣＨ層と、前記ＭＱＷ層の上面に形成された上部ＳＣＨ層と、を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光半導体装置。
  6. 　前記ＭＱＷ層、前記下部ＳＣＨ層及び前記上部ＳＣＨ層がそれぞれＢｉを含有するＩＩＩ－Ｖ族半導体混晶からなることを特徴とする請求項５に記載の光半導体装置。
  7. 　前記下部ＳＣＨ層及び前記上部ＳＣＨ層のみがＢｉを含有するＩＩＩ－Ｖ族半導体混晶からなることを特徴とする請求項５に記載の光半導体装置。
  8. 　前記ウエル層のみがＢｉを含有するＩＩＩ－Ｖ族半導体混晶からなることを特徴とする請求項５に記載の光半導体装置。
  9. 　前記バリア層のみがＢｉを含有するＩＩＩ－Ｖ族半導体混晶からなることを特徴とする請求項５に記載の光半導体装置。
  10. 　前記下部ＳＣＨ層及び前記上部ＳＣＨ層は、ＩｎＧａＡｓＢｉによって構成されることを特徴とする請求項７に記載の光半導体装置。
  11. 　前記ウエル層は、ＩｎＧａＡｓＢｉによって構成されることを特徴とする請求項８に記載の光半導体装置。
  12. 　前記バリア層は、ＩｎＧａＡｓＢｉによって構成されることを特徴とする請求項９に記載の光半導体装置。
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