特開 2015-175901 電界吸収型変調器、光モジュール、及び電界吸収型変調器の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-175901(P2015-175901A)

(43)【公開日】2015年10月5日

(54)【発明の名称】電界吸収型変調器、光モジュール、及び電界吸収型変調器の製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/017 20060101AFI20150908BHJP

   H01S 5/026 20060101ALI20150908BHJP

【ＦＩ】

   G02F1/017 503

   H01S5/026 616

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2014-50518(P2014-50518)

(22)【出願日】2014年3月13日

(71)【出願人】

【識別番号】301005371

【氏名又は名称】日本オクラロ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000154

【氏名又は名称】特許業務法人はるか国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】安原 望

(72)【発明者】

【氏名】山内 俊也

【テーマコード（参考）】

2K102

5F173

【Ｆターム（参考）】

2K102AA20

2K102BA02

2K102BB01

2K102BC04

2K102BD01

2K102CA11

2K102CA30

2K102DA05

2K102DA08

2K102DA11

2K102DD03

2K102DD09

2K102EA02

2K102EB20

2K102EB29

5F173AA26

5F173AD12

5F173AH14

5F173AP05

5F173AP33

5F173AP45

(57)【要約】

【課題】消光特性の劣化を抑制しつつチャープ特性を小さくするＥＡ変調器の提供。
【解決手段】Ｍｇ若しくはＣのいずれか又はその組み合わせがドーパントとして第１濃度に添加される多重量子井戸層と、前記第１濃度よりも高濃度である第２濃度にＭｇがドーパントとして添加されるとともに、前記多重量子井戸層に接して形成されるｐ型半導体層と、を備える、電界吸収型変調器。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｍｇ若しくはＣのいずれか又はその組み合わせがドーパントとして第１濃度に添加される多重量子井戸層と、
前記第１濃度よりも高濃度である第２濃度にＭｇがドーパントとして添加されるとともに、前記多重量子井戸層に接して形成されるｐ型半導体層と、
を備える、電界吸収型変調器。

【請求項2】

請求項１に記載の電界吸収型変調器であって、
前記第１濃度は、前記多重量子井戸層の層厚の中心部分におけるドーパント濃度である、
ことを特徴とする、電界吸収型変調器。

【請求項3】

請求項２に記載の電界吸収型変調器であって、
前記第１濃度は、２×１０^１６ｃｍ^−３以上である、
ことを特徴とする、電界吸収型変調器。

【請求項4】

請求項２に記載の電界吸収型変調器であって、
前記多重量子井戸層の、積層方向に沿うそれぞれの位置におけるドーパント濃度は、前記第１濃度の±１×１０^１６ｃｍ^−３以内である、
ことを特徴とする、電界吸収型変調器。

【請求項5】

請求項１乃至４のいずれかに記載の電界吸収型変調器を備える、レーザモジュールと、
受信器と、
を備える、光モジュール。

【請求項6】

Ｍｇ若しくはＣのいずれか又はその組み合わせがドーパントとして第１濃度に添加される多重量子井戸層を積層する、多重量子井戸積層工程と、
前記第１濃度よりも高濃度である第２濃度にＭｇがドーパントとして添加されるｐ型半導体層を、前記多重量子井戸層に接して積層する、隣接ｐ型半導体層積層工程と、
を備える、電界吸収型変調器の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電界吸収型変調器、光モジュール、及び電界吸収型変調器の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電界吸収型（Electro-Absorption：以下、ＥＡと記す）変調器は、変調電圧を印加することにより光を吸収する。ＥＡ変調器は、変調時の波長変動（チャープ）が小さく、光信号の消光比が大きい高速変調が可能である。それゆえ、例えば、光通信システム用途のレーザモジュールは、高速化と共に長距離伝送が要求されており、ＥＡ変調器は光通信用に広く用いられている。ＥＡ変調器は基板上に多重量子井戸層を含む半導体多層が積層されている。多重量子井戸層はドーパント（不純物）が意図的に添加されていない真正半導体層（ｉ層：アンドープ層）であり、積層方向に沿って、多重量子井戸層を、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とで挟んだｐ−ｉ−ｎ構造となっているのが、一般的である。

【0003】

ｐ型半導体層のドーパントには、Ｚｎ（亜鉛）又はＭｇ（マグネシウム）がよく用いられている。Ｚｎは拡散しやすく、製造プロセスの過程で、ｉ層である多重量子井戸層にｐ型半導体層のＺｎが拡散することが、例えば特許文献１及び特許文献２に開示されている。一方、Ｍｇは拡散しにくく、製造プロセスを経ても、Ｚｎと比較して多重量子井戸層にｐ型半導体層のＭｇが拡散することは抑制される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１０−２２８００５号公報

【特許文献2】特開２００７−２０１０７２号公報

【特許文献3】特開２００１−１３４７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

近年、ＥＡ変調器には、チャープ特性をさらに小さくする特性向上が求められている。ＥＡ変調器に比較的低いバイアス電圧が印加される場合に、多重量子井戸層における電界強度が小さくなり、チャープ特性が大きいことが問題となる。チャープ特性を小さくするためには、多重量子井戸層における電界強度を強めればよいことが知られている。電界強度を強めるために、多重量子井戸層の層厚を薄くる方法が考えられるが、この場合、多重量子井戸層での光吸収量が小さくなり、消光比が小さくなってしまうという問題が生じる。すなわち、消光特性の劣化を抑制することと、チャープ特性を小さくすることとの両立の実現をするために、製造プロセスを経た後の多重量子井戸層のドーピングプロファイルを制御することが求められる。

【0006】

上述の通り、ｐ型半導体層のｐ型ドーパントにＺｎを用いる場合、多重量子井戸層にＺｎが拡散され、多重量子井戸層にＺｎが拡散される場合の半導体多層の電界強度分布が、特許文献３に開示されている。しかし、多重量子井戸層へのＺｎの拡散の制御は困難であり、製造プロセスを経た後の多重量子井戸層のＺｎ濃度のドーピングプロファイルを精密に制御することは困難である。それゆえ、Ｚｎの拡散による多重量子井戸層へのドーピングの影響を、特性改善に積極的に利用されることはなかった。

【0007】

一方、ｐ型半導体層のｐ型ドーパントにＭｇを用いる場合、多重量子井戸層へＭｇがほとんど拡散せず、製造プロセスを経た後の多重量子井戸層のドーピングプロファイルの制御をＺｎと比べるとより精密に行うことが出来る。しかし、多重量子井戸層のＭｇ濃度のドーピングプロファイルがＥＡ変調器の特性にどう影響するか見出されておらず、ｐ型半導体層のｐ型ドーパントにＭｇを用いるＥＡ変調器の多重量子井戸層は、ドーパントが意図的に添加されないｉ層（アンドープ層）とされていた。

【0008】

本発明は、かかる課題を鑑みてなされたものであり、消光特性の劣化を抑制しつつチャープ特性を小さくするＥＡ変調器の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

（１）上記課題を解決するために、本発明に係る電界吸収型変調器は、Ｍｇ若しくはＣのいずれか又はその組み合わせがドーパントとして第１濃度に添加される多重量子井戸層と、前記第１濃度よりも高濃度である第２濃度にＭｇがドーパントとして添加されるとともに、前記多重量子井戸層に接して形成されるｐ型半導体層と、を備える、電界吸収型変調器である。

【0010】

（２）上記（１）に記載の電界吸収型変調器であって、前記第１濃度は、前記多重量子井戸層の層厚の中心部分におけるドーパント濃度であってもよい。

【0011】

（３）上記（２）に記載の電界吸収型変調器であって、前記第１濃度は、２×１０^１６ｃｍ^−３以上であってもよい。

【0012】

（４）上記（２）に記載の電界吸収型変調器であって、前記多重量子井戸層の、積層方向に沿うそれぞれの位置におけるドーパント濃度は、前記第１濃度の±１×１０^１６ｃｍ^−３以内であってもよい。

【0013】

（５）本発明に係る光モジュールは、上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の電界吸収型変調器を備える、レーザモジュールと、受信器と、を備える、光モジュールであってもよい。

【0014】

（６）本発明に係る電界吸収型変調器の製造方法は、Ｍｇ若しくはＣのいずれか又はその組み合わせがドーパントとして第１濃度に添加される多重量子井戸層を積層する、多重量子井戸積層工程と、前記第１濃度よりも高濃度である第２濃度にＭｇがドーパントとして添加されるｐ型半導体層を、前記多重量子井戸層に接して積層する、隣接ｐ型半導体層積層工程と、を備える、電界吸収型変調器の製造方法であってもよい。

【発明の効果】

【0015】

本発明により、消光特性の劣化を抑制しつつチャープ特性を小さくするＥＡ変調器が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の実施形態に係るＥＡ変調器集積レーザ素子の上面図である。

【図2】本発明の実施形態に係るＥＡ変調器集積レーザ素子のＥＡ変調器部の断面図である。

【図3】本発明の実施形態に係るＥＡ変調器のαパラメータの計算結果を示す図である。

【図4】本発明の実施形態に係るＥＡ変調器のαパラメータの計算結果を示す図である。

【図5】多重量子井戸層のバンドダイヤグラムである。

【図6】多重量子井戸層のバンドダイヤグラムである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

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。

【0018】

図１は、本発明の実施形態に係るＥＡ変調器集積レーザ素子１の上面図である。当該実施形態に係るＥＡ変調器集積レーザ素子１は、波長１．５５μｍ帯の光通信システム用途のレーザモジュールに搭載されるための光素子である。当該実施形態に係るＥＡ変調器集積レーザ素子１は、ＥＡ変調器部２とレーザ部３とが同一基板上に集積されたレーザ素子である。すなわち、当該実施形態にかかるＥＡ変調器はＥＡ変調器部２である。ここで、レーザ部３は、一定電流により駆動されるＤＦＢレーザ（Distributed Feedback Laser）である。ＥＡ変調器部２とレーザ部３の間には、導波路部４が設けられている。

【0019】

図２は、当該実施形態に係るＥＡ変調器集積レーザ素子１のＥＡ変調器部２の断面図であり、図１に示すＩＩ−ＩＩ線による断面を表している。図２に示す通り、ＥＡ変調器部２は、埋め込みヘテロ（Buried Hetero：以下、ＢＨと記す）構造を有している。ｎ型ＩｎＰ半導体基板１０上に、ハイメサ構造が形成される。ハイメサ構造は、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ下光ガイド層１１、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層１２、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ上光ガイド層１３、ｐ型ＩｎＰクラッド層１４、及びｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１５を含んでいる。ここでは、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層１２、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ上光ガイド層１３、ｐ型ＩｎＰクラッド層１４、及びｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１５には、Ｍｇがドーパント（不純物）として添加（ドープ）されており、製造プロセスにおいて添加されるＭｇはそれぞれ、５×１０^１６ｃｍ^−３、１×１０^１８ｃｍ^−３、１×１０^１８ｃｍ^−３、５×１０^１８ｃｍ^−３である。ここで、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層１２のドーパント濃度が第１濃度、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ上光ガイド層１３のドーパント濃度が第２濃度である。ハイメサ構造の両側が、Ｆｅ（鉄）が添加された半絶縁性ＩｎＰ埋め込み層１６で埋め込まれており、ＢＨ構造となる半導体多層が形成されている。スルーホールとなる領域以外にパッシベーション膜１７が形成され、さらに、ｐ側電極１８が形成されており、ｐ型電極１８はスルーホールによってｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１５と電気的に接続している。ｎ型ＩｎＰ半導体基板１０の裏面（図２に示す下面）に、ｎ側電極１９が形成されている。なお、ここでは、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層１２に添加されるドーパントは、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層１２に接して形成されるｐ型半導体層であるｐ型ＩｎＧａＡｓＰ上光ガイド層１３のドーパントであるＭｇと同じであるとしたが、これに限定されることはなく、Ｃ（炭素）であってもよい。また、ＭｇとＣの組み合わせであってもよい。

【0020】

本発明に係るＥＡ変調器の主な特徴は、多重量子井戸層にＭｇ若しくはＣのいずれか又はその組み合わせがドーパント（不純物）として第１濃度に添加され、多重量子井戸層に接して形成されるｐ型半導体層にＭｇがドーパントとして第２濃度に添加されていることにある。ここで、第２濃度は第１濃度よりも高濃度である。すなわち、多重量子井戸層に添加されるドーパント濃度（第１濃度）を、多重量子井戸層に接して形成されるｐ型半導体層に添加されるドーパント濃度（第２濃度）よりも低濃度とすることにより、光吸収量の増大を抑制しながら、チャープ特性を小さくすることが実現できる。なお、少なくとも、形成される複数のｐ型半導体層のうち、多重量子井戸層に接して形成されるｐ型半導体層（ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ上光ガイド層１３）のドーパントがＭｇであればよいが、ｐ型半導体層すべてのドーパントがＭｇであるのがさらに望ましい。

【0021】

当該実施形態に係るＥＡ変調器では、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層１２のドーパント濃度（ドーピング濃度）を５×１０^１６ｃｍ^−３としているが、これに限定されることはなく、２×１０^１６ｃｍ^−３以上であればよい。また、当該実施形態に係るＥＡ変調器は、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層１２の材料にＩｎＧａＡｓＰを用いているが、これに限定されることはなく、他の材料、例えば、ＩｎＧａＡｌＡｓであってもよい。さらに、当該実施形態に係るＥＡ変調器は、ＥＡ変調器集積レーザ素子１のＥＡ変調器部２であるとしたが、これに限定されることはなく、ＥＡ変調器単体であっても、同一基板上に他の光部品と集積された素子であってもよい。

【0022】

図３及び図４は、当該実施形態に係るＥＡ変調器のαパラメータの計算結果を示す図である。αパラメータはチャープ特性を示すパラメータであり、それぞれの吸収量［ｄＢ］におけるαパラメータについて行ったシミュレーション結果が図３及び図４に示されている。図３に合計で１１本の曲線が示されているが、それぞれの曲線は、図３に示す矢印の順に、多重量子井戸層のドーパント濃度（ドーピング量）が０〜２×１０^１７ｃｍ^−３の場合（２×１０^１６ｃｍ^−３間隔で増加）を表している。吸収量が、０〜−１５ｄＢの範囲において、ドーパント濃度が増加するにつれて、同じ吸収量におけるαパラメータが減少している。すなわち、チャープ特性が小さくなっている。

【0023】

図４に３本の曲線が示されているが、図３のｘ軸に示す吸収量が−２ｄＢ、−５ｄＢ、及び−１０ｄＢであるときに、図３の示す１１本の曲線のαパラメータの値がそれぞれ示されている。すなわち、吸収量−２ｄＢであるときをシンボル◆で、吸収量−５ｄＢであるときをシンボル■で、吸収量−１０ｄＢであるときをシンボル▲で示している。いずれの吸収量においても、ドーパント濃度が増加するにつれて、αパラメータが減少している。この結果は、同じ吸収量すなわち同じ消光比において、αパラメータが減少していることを示している。以上のように、本願発明により、消光特性の劣化を抑制しつつチャープ特性を小さくするＥＡ変調器が提供できる。

【0024】

多重量子井戸層にＭｇ若しくはＣのいずれか又はその組み合わせをドーパントとして添加して、多重量子井戸層に接するｐ型半導体層にＭｇがドーパントとして添加される場合に、チャープ特性が小さくなる（チャープ特性が向上する）ことは、発明者らによって見出されたものである。発明者らは、チャープ特性が小さくなる原因について、以下の通り検討を行っている。

【0025】

図５及び図６は、多重量子井戸層のバンドダイヤグラムである。多重量子井戸層に低濃度のドーピングがなされる場合が図５に、多重量量子井戸層に意図的にドーパントが添加されていない（ノンドープ）場合が図６に、それぞれ示されている。図５に示す多重量子井戸層には、ドーパント濃度８×１０^１６ｃｍ^−３にドーパントが添加されている。図５及ぶ図６にはともに、伝導帯のバンド端のエネルギー準位が実線で、価電子帯のバンド端のエネルギー準位が破線で、それぞれ示されている。また、図の位置は、多重量子井戸層を含む半導体多層の積層方向に沿う位置を表しており、図の右側が基板側で、右から左の向きに半導体多層は積層されている。なお、図のｘ軸の１０ｎｍ以下はｐ型半導体層（ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ上光ガイド層１３に相当）の位置であり、図の１２０ｎｍ以上はｎ型半導体層（ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ下光ガイド層１１に相当）の位置であり、多重量子井戸層の位置は、図の１０ｎｍ〜１２０ｎｍの範囲である。

【0026】

図５及び図６は、電極間（ｐ側電極１８及びｎ側電極１９の間に相当）に所定の低バイアス電圧を印加したときのバンドダイヤグラムである。すなわち、図５及び図６のダイヤグラムにおいて、位置にて微分すると、多重量子井戸層の積層方向の位置それぞれにおける電界強度が求まる。図６に示すノンドープの多重量子井戸層では、多重量子井戸層の上面（左側）から下面（右側）にかけて一定の電界強度Ｅ_０の電界が印加されている（Ｅ＝Ｅ_０＝一定）。

【0027】

これに対して、低濃度のドーピングをした多重量子井戸層では、多重量子井戸層のエネルギーバンド構造が図５に示す通り湾曲する。多重量子井戸層の上部（左側）においては、図６に示す電界強度Ｅ_０よりも小さな電界強度（Ｅ＜Ｅ_０）の電界が印加されているが、多重量子井戸層の下部（右側）においては、図６に示す電界強度Ｅ_０よりも大きな電界強度（Ｅ＞Ｅ_０）の電界が印加されている。

【0028】

以上、チャープ特性が小さくなる原因について考察した。当該実施形態に係るＥＡ変調器では、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層１２のドーパント濃度を第１濃度とし、多重量子井戸層に接して形成されるｐ型半導体層（ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ上光ガイド層１３）のドーパント濃度を第２濃度としている。理想的には、積層方向に沿って、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層１２のドーパント濃度が、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層１２の下面から上面にかけて第１濃度で一定に維持され、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層１２とｐ型ＩｎＧａＡｓＰ上光ガイド層１３の界面においてドーパント濃度が不連続に変化し、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ上光ガイド層１３のドーパント濃度が、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ上光ガイド層１３の下面から上面にかけて第２濃度で一定に維持されるのが望ましい。しかし、実際には、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層１２とｐ型ＩｎＧａＡｓＰ上光ガイド層１３の界面付近においてドーパント濃度は有限の幅をもって急峻に変化するものと考えられる。また、製造プロセス又はその他の理由により、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層１２のドーパント濃度が、積層方向に沿って変化する場合が考えられる。よって、より厳密には、第１濃度をｐ型ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層１２の（積層方向に沿う長さである）層厚の中心部分の濃度であるとする。同様に、第２濃度をｐ型ＩｎＧａＡｓＰ上光ガイド層１３の下面付近の濃度であるとする。ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層１２とｐ型ＩｎＧａＡｓＰ上光ガイド層１３の界面においてドーパント濃度が有限の幅をもって急峻に変化する場合に、第２濃度は、その急峻な変化している領域の最大値（ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ上光ガイド層１３側の値）である。また、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層１２の、積層方向に沿うそれぞれの位置におけるドーパント濃度は、第１濃度の±１×１０^１６ｃｍ^−３以内にあるのが望ましい。なお、ここで用いる「ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層１２の、積層方向に沿うそれぞれの位置」は、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層１２の上面付近であって、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ上光ガイド層１３からのＭｇの拡散により、ドーパント濃度が急峻に変化している部分を含まないものとする。

【0029】

以上のように多重量子井戸層にドーピングを行うことで、消光比の劣化を抑制しつつ低チャープ特性を得られることを、本発明者らは初めて見出した。従来においては、ｐ型半導体層のｐ型ドーパントがＺｎを用いた場合、多重量子井戸層にＺｎが存在することが確認されることがあるが、これは拡散であるために、多重量子井戸層内のドーパント濃度を精密に制御することが困難であった。そのため、ドーパント量を制御して、所望の消光比、チャープ特性（αパラメータ）を得ることは難しかった。しかし、本願発明によれば拡散度合が小さいＭｇ若しくはＣのいずれか又はその組み合わせをドーパントとして用いることで、ｐ型半導体層からの拡散を抑え、製造段階において意図的に多重量子井戸層に所望の濃度をドーピングすることで、所望の特性を得ることが安定的に可能となる。

【0030】

また、本発明に係る光モジュールは、本発明に係るＥＡ変調器を備えるレーザモジュールと、公知の受信器と、を備える光モジュールである。本発明に係る光モジュールは、消光比を確保しつつ低チャープ特性を実現でき、光通信における長距離伝送用に最適である。

【0031】

以下に、当該実施形態に係るＥＡ変調器集積レーザ素子１の製造方法について説明する。

【0032】

最初に、有機金属気相法を用いて、ＥＡ変調器部２の下部半導体多層を形成する（ＥＡ変調器部下部半導体多層形成工程）。かかる工程において、ｎ型ＩｎＰ半導体基板１０上に、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ下光ガイド層１１を積層し、その上にＭｇが５×１０^１６ｃｍ^−３ドープされたｐ型ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層１２を積層する。その上にＭｇが１×１０^１８ｃｍ^−３ドープされたｐ型ＩｎＧａＡｓＰ上光ガイド層１３を形成し、さらにＭｇが１×１０^１８ｃｍ^−３ドープされたＩｎＰスペーサ層を形成する。なお、ここでＥＡ変調器部２の下部半導体多層は、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ下光ガイド層１１、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層１２、及びｐ型ＩｎＧａＡｓＰ上光ガイド層１３である。そして、プラズマＣＶＤ法により絶縁膜を形成した後に、ＥＡ変調器部２となる領域に絶縁膜が残存するようにパターニングし、この絶縁膜をマスクとしてエッチングを施すことにより、ＥＡ変調器部２となる領域以外の下部半導体多層を除去する。なお、ＥＡ変調器部２のｐ型ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層１２からのフォトルミネッセンス波長が１４９０ｎｍとなるように、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層１２のＩｎＧａＡｓＰ組成は調整されている。

【0033】

ＥＡ変調器下部半導体多層形成工程のうち、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層１２を積層する工程が、Ｍｇ若しくはＣのいずれか又はその組み合わせがドーパントとして第１濃度に添加される多重量子井戸層を積層する多重量子井戸層積層工程である。また、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層１２の上にｐ型ＩｎＧａＡｓＰ上光ガイド層１３を積層する工程が、Ｍｇがドーパントとして第２濃度に添加されるｐ型半導体層を多重量子井戸層に接して積層する隣接ｐ型半導体層積層工程である。ここで、第１濃度は第２濃度より低い。第１濃度は２×１０^１６ｃｍ^−３以上であるのが望ましい。本発明に係るＥＡ変調器の製造方法の主な特徴は、多重量子井戸層積層工程と、隣接ｐ型半導体層積層工程と、を含むことにある。

【0034】

次に、導波路部４の下部半導体多層を形成する（導波路部下部半導体多層形成工程）。かかる工程において、ＥＡ変調器部２となる領域以外の下部半導体多層が除去された基板に、導波路部４に含まれるＩｎＧａＡｓＰ層を結晶成長する。その後、プラズマＣＶＤ法により絶縁膜を形成した後に、ＥＡ変調器部２及び導波路部４となる領域に絶縁膜が残存するようにパターニングし、この絶縁膜をマスクとしてエッチングを施すことにより、ＥＡ変調器部２及び導波路部４となる領域以外の下部半導体多層を除去する。

【0035】

さらに、レーザ部３の下部半導体多層を形成する（レーザ部下部半導体多層形成工程）。ＥＡ変調器部２及び導波路部４となる領域以外の下部半導体多層が除去された基板に、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ下光ガイド層、アンドープのＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ上光ガイド層、ｐ型ＩｎＰキャップ層、及び回折格子層の順で積層する。なお、レーザ部３のＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層からのフォトルミネッセンス波長が１５５５ｎｍとなるように、ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層のＩｎＧａＡｓＰ組成は調整されている。

【0036】

そして、ＤＦＢレーザ部３となる領域の回折格子層にＥＢ描画により、発振波長が１５５０ｎｍとなるように回折格子を形成する（レーザ部回折格子形成工程）。

【0037】

基板上面の全域（ＥＡ変調器部２、導波路部４、及びレーザ部３となる領域）に上部半導体多層を形成する（素子上部半導体多層形成工程）。かかる工程において、Ｍｇが１×１０^１８ｃｍ^−３ドープされたｐ型ＩｎＰクラッド層１４、Ｍｇが５×１０^１８ｃｍ^−３ドープされたｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１５、及びｐ型ＩｎＰキャップ層を結晶成長する。なお、ｐ型ＩｎＰキャップ層は、後の工程において除去される。

【0038】

そして、ＥＡ変調器部２、導波路部４、及びＤＦＢレーザ部３において光導波路となる領域の両側にある半導体層を除去して、ハイメサ構造を形成する（ハイメサ形成工程）。かかる工程において、基板表面のうち、光導波路の上方となる領域に、ストライプ形状の絶縁膜マスクを形成する。絶縁膜マスクが形成された基板に対して、ドライエッチングを行い、光導波路部分以外を除去することにより、ハイメサ構造を形成する。

【0039】

さらに、ハイメサ構造の両側を、有機金属気相法を用いて、Ｆｅ（鉄）が添加された半絶縁性ＩｎＰ埋め込み層１６で埋め込む（埋め込み層形成工程）。

【0040】

そして、基板上面全域にパッシベーション膜１７を形成後、パッシベーション膜１７のうち、ハイメサ構造に位置するストライプ形状の領域をエッチングにより除去し、スルーホールを形成する（パッシベーション膜形成工程）。さらに、基板上面に所定の形状にｐ側電極１８を、続いて、基板下面（裏面）にｎ側電極１９を形成する（電極形成工程）。その後、ウェハ（基板）からチップを切り出し、端面をコーティングすることにより、当該実施形態に係るＥＡ変調器集積レーザ素子１が完成する（チップ形成工程）。

【0041】

以上、本発明の実施形態に係るＥＡ変調器、光モジュール、及びＥＡ変調器の製造方法について説明した。本発明に係るＥＡ変調器は、上記実施形態に限定されることなく、ｐ型半導体層にＭｇをドーパントとして用いるＥＡ変調器に本発明を広く適用することが出来る。例えば、当該実施形態では、ｎ型基板上に、ｎ型半導体層と、ｐ型多重量子井戸層と、ｐ型半導体層とが、順に積層されているが、ｐ型基板上に、ｐ型半導体層と、ｐ型多重量子井戸層と、ｎ型半導体層とが、順に積層されてもよい。

【符号の説明】

【0042】

１ ＥＡ変調器集積レーザ素子、２ ＥＡ変調器部、３ レーザ部、４ 導波路部４、１０ ｎ型ＩｎＰ半導体基板、１１ ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ下光ガイド層、１２ ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層、１３ ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ上光ガイド層、１４ ｐ型ＩｎＰクラッド層、１５ ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層、１６ 半絶縁性ＩｎＰ埋め込み層、１７ パッシベーション膜、１８ ｐ側電極、１９ ｎ側電極。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】