CN104170189B - 光半导体器件 - Google Patents

光半导体器件 Download PDF

Info

Publication number
CN104170189B
CN104170189B CN201280071341.7A CN201280071341A CN104170189B CN 104170189 B CN104170189 B CN 104170189B CN 201280071341 A CN201280071341 A CN 201280071341A CN 104170189 B CN104170189 B CN 104170189B
Authority
CN
China
Prior art keywords
ring resonator
semiconductor device
luminescent semiconductor
waveguide
ring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201280071341.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104170189A (zh
Inventor
秋山知之
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Publication of CN104170189A publication Critical patent/CN104170189A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104170189B publication Critical patent/CN104170189B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/21—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  by interference
    • G02F1/225—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  by interference in an optical waveguide structure
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
    • G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
    • G02F1/3132—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type
    • 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
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/14—External cavity lasers
    • H01S5/141—External cavity lasers using a wavelength selective device, e.g. a grating or etalon
    • H01S5/142—External cavity lasers using a wavelength selective device, e.g. a grating or etalon which comprises an additional resonator
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29331—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by evanescent wave coupling
    • G02B6/29335—Evanescent coupling to a resonator cavity, i.e. between a waveguide mode and a resonant mode of the cavity
    • G02B6/29338—Loop resonators
    • G02B6/29343—Cascade of loop resonators
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/21—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  by interference
    • G02F1/212—Mach-Zehnder type
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/15—Function characteristic involving resonance effects, e.g. resonantly enhanced interaction
    • 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
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/081—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors
    • H01S3/083—Ring lasers
    • 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
    • H01S5/005—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S5/0085—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping for modulating the output, i.e. the laser beam is modulated outside the laser cavity

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

本发明的光半导体器件，具有半导体衬底上的激光振荡器和所述半导体衬底上的光调制器；所述激光振荡器的一对反射镜中的至少一个反射镜为环形镜，所述环形镜具有环形波导路径和在所述环形波导路径上串联插入的多个第一环谐振器；所述光调制器具有沿着调制器波导路径级联连接的多个第二环谐振器；所述第一环谐振器的通频带宽度设定为比所述第二环谐振器的通频带宽度更宽。

Description

光半导体器件
技术领域
本发明涉及一种光半导体器件。
背景技术
在对大容量的光收发器进行小型化、低功率化的方面，在具有硅波导路径的衬底上单片集成光学器件的技术起到重要作用。作为提高硅衬底上的调制器的调制效率，且减少消耗功率和器件尺寸的结构，已提出了微环相位辅助(RA)调制器(例如，参照非专利文献1)。在RA调制器中，通过将多个环谐振器排列在移相器中来得到具有实际效果的相互作用。
图1是现有技术中的光半导体器件1000的示意图。光半导体器件1000在未图示的硅衬底上集成了激光振荡器1010和微环相位辅助型马赫-曾德尔(Mach-Zehnder(MZ))调制器1020。激光振荡器1010具有相向的两个反射镜1011、1012和一个环谐振器1013。如图表(C)所示，通过插入环谐振器来得到仅使环谐振波长附近的波长透过的滤波特性，并发生以环谐振波长为中心的激光振荡。通过使环谐振器1013的形状、尺寸与微环相位辅助型MZ调制器1020的环谐振器1023的形状、尺寸相同，能够以使调制器1020的调制效率达到最高的波长来发生激光振荡。
即使环谐振器的尺寸在设计上设定成相同尺寸，也会因为制作上的偏差而使环谐振波长存在偏差。就微环相位辅助型MZ调制器1020而言，由于以下的原因能够抑制调制效率最大波长的偏差。如图表(B)所示，微环相位辅助型MZ调制器1020的移相量的波长依赖性等于各环1023单体的移相量的波长依赖性的总和。微环相位辅助型MZ调制器1020的调制效率最大波长在各个环谐振器1023的平均谐振波长的附近处。从而，与各环谐振器1023的谐振波长的偏差比较，调制器整体的调制效率最大波长的偏差得到了抑制。
另一方面，激光振荡器1010的环谐振器1013只有一个，因此环谐振器1013的谐振波长的偏差直接成为振荡波长的偏差。所以，在激光振荡波长(图表(C))和使调制效率最大的峰值波长(图表(B))之间产生差异。该差异成为使调制器1020的调制效率降低，或产生特性的个别差的原因。
另外，采用了由多级波导路径环谐振器构成的环形过滤器的波长可变激光器已被人们熟知(例如，参照专利文献1)。
先行技術文献
专利文献
专利文献1:特开2008-60326号公报
非专利文献
非专利文献1:Seok-Hwan Jeong et al.,"Hybrid Laser with Si RingResonator and SOA for Temperature Control Free Operation with Ring Resonator-based Modulator,"20118th IEEE International Conference on Group IV Photonics,pp.172-174(2011)
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明的目的在于，在具有激光振荡器和光调制器的光半导体器件中减少激光振荡器和光调制器之间的波长差异。
解决技术问题的手段
根据本发明的一观点，光半导体器件，具有半导体衬底上的激光振荡器和所述半导体衬底上的光调制器；所述激光振荡器的一对反射镜中的至少一个反射镜为环形镜，所述环形镜具有环形波导路径和在所述环形波导路径上串联插入的多个第一环谐振器；所述光调制器具有沿着调制器波导路径级联连接的多个第二环谐振器；所述第一环谐振器的通频带宽度设定为比所述第二环谐振器的通频带宽度更宽。
发明效果
在具有激光振荡器和光调制器的光半导体器件中，能够减少激光振荡器和光调制器之间的波长差异。
附图说明
图1是采用了微环相位辅助型MZ调制器的现有技术中光半导体器件的图。
图2A是示出实施方式中光半导体器件的图。
图2B是示出图2A中光半导体器件的波长特性的图。
图3是用于说明环型移相器的特性的图。
图4是用于说明阶梯环型移相器的特性的图。
图5是示出实施方式中光半导体器件的效果的图。
图6是示出实施例1中光半导体器件的整体结构的图。
图7是实施例1中光半导体器件的示意图。
图8是实施例2中光半导体器件的示意图。
图9是示出实施例3中光半导体器件的结构的图。
图10是示出实施例4中光半导体器件的结构的图。
图11是示出实施例5中光半导体器件的结构的图。
图12是示出实施例6中光半导体器件的结构的图。
图13是示出实施例7中光半导体器件的结构的图。
图14是示出实施例8中光半导体器件的结构的图。
图15是示出实施例9中光半导体器件的结构的图。
图16是示出实施例10中光半导体器件的结构的图。
图17是示出实施例11中光半导体器件的结构的图。
具体实施方式
针对本发明的实施方式，参照附图进行说明。
图2A是实施方式中光半导体器件1的示意图，图2B是示出图2A中光半导体器件1的波长特性的图。
光半导体器件1具有激光振荡器10和光调制器20。光调制器20具有作为波导路径的第一臂24a和第二臂24b、沿着第一臂24a和第二臂24b而配置的多个环谐振器23-1～23-2k(适当地总称为“环谐振器23”)以及施加电压用电极21。
激光振荡器10具有反射镜11和环形镜12。环形镜12具有：环形波导路径14，从分支部延伸；多个环谐振器13-1～13-N(适当地总称为“环谐振器13”)，在环形波导路径14上以串联方式光耦合。环形镜12起到决定激光振荡器10的振荡波长的滤波器的作用。
方便起见，将环形镜12所具有的波导路径称之为环形波导路径14，将光调制器20所具有的波导路径称之为第一臂24a、第二臂24b，将除此之外的部分(用于连接反射镜11和环形镜12之间的波导路径，用于连接环形镜12和光调制器20的波导路径，光调制器20的输出侧的波导路径等)称之为波导路径4，但以上部分是通过相同工序且以相同材料形成的。
在环形镜12中，如果将多个环谐振器13-1～13-N串联连接，则如图2B的图表(B)所示，各环谐振器13的透过光谱相乘的结果就会成为整体的透过光谱。即使各个环谐振器13的透过光谱存在偏差，整体的透过光谱的透过峰值波长也位于各个环谐振器13的透过峰值波长的平均值附近。由于激光振荡器10的振荡波长由多个环谐振器13-1～13-N的谐振波长的平均值决定，因此与使用单个环型谐振器的情况相比，能够减少谐振波长的偏差。
如果将多个环谐振器13-1～13-N串联连接，则使得通过环谐振器13时的透过率降低。为了避免发生此情况，加宽单个环谐振器13的透过波长频带。在图2A的结构中，将环形镜12的环形波导路径14和环谐振器13之间的缝宽d1设定为小于光调制器20的臂(波导路径)24a、24b和环谐振器23之间的缝宽d2。由此，使得由环形波导路径14和环谐振器13构成的定向耦合器的耦合常数变大，从而能够扩大通频带。
另一方面，如图2B中图表(A)所示，光调制器20整体的调制效率是各环谐振器23的调制效率(每单位电压的移相量)的总和。整体的调制效率达到最大的峰值波长，位于各环谐振器23的调制效率的峰值波长偏差范围的中心附近。
从图2B可知，通过采用在波导路径14串联连接多个环谐振器13的环链的环形镜12，使激光振荡波长位于激光振荡器10的环谐振器13的谐振波长的平均值附近，并使激光振荡波长几乎与多个环谐振器23的谐振波长的平均値相一致，所述多个环谐振器23的谐振波长的平均値决定光调制器20的调制效率最大波长。在图2A的例子中，只有激光振荡器10的一对反射镜中的一个反射镜是由环形镜12构成，但两个反射镜都可以由环形镜构成。
接着，参照图3和图4针对在光调制器20中使用环谐振器23的优点进行说明。与图3中的直线型移相器(A)相比，图3中的环型移相器(B)能够将发生移相的波长限定在环谐振波长附近。另外，就施加相同电压时的移相量而言，环型移相器比直线型移相器更大。从而，通过使用环谐振器23能够将图表(C)那样发生移相的波长限定在特定波长，而且能够增强每单位电压的移相量。
如果只采用一个环，则光路长度毕竟受到限制，因此如图4的上段(A)所示，通过将多个环谐振器级联连接来使光路长度变长。此时，如图4中图表(B)所示，光调制器20的移相特性是将各个环谐振器23的移相量波长依赖性相加的结果。由于各环谐振器23之间存在制造偏差，因此导致谐振波长存在偏差。其结果，使光调制器20整体的移相频带比单个环谐振器23的移相频带更宽。通过将这种阶梯环型(Cascade ring)的移相器配置在MZ干涉仪中，虽然被限定在规定波长，但是能够以比直线型移相器更小的消耗功率来进行调制。
图5将图2A中光半导体器件1的效果与现有技术中的光半导体器件进行比较而示出的图。图5的图表(A)示出在激光振荡器中使用了一个环型谐振器的现有技术的结构的特性。用黑点表示的激光的振荡波长分散在较宽的范围内。这是因为环谐振器的制造偏差直接成为谐振波长的偏差。与此相比，在图5的图表(B)中，将实施方式中的环形镜使用于激光振荡器中。在该情况下，不仅能抑制激光的振荡波长的偏差，而且使激光振荡波长和光调制器的谐振波长几乎相一致。另外，在图表(A)和图表(B)两者中，调制器的谐振波长的偏差均较小。这是因为使用了阶梯环型移相器的缘故。
如上所述，在实施方式的光半导体器件1中，波长偏差在激光振荡器10和光调制器20两者中均得以平均化，从而能够减少光调制器的调制效率峰值波长和激光振荡器的振荡波长的差异。
以下，说明具体实施例的结构。
实施例1
图6示出实施例1中光半导体器件1A的俯视图(A)和剖面图(B)。光半导体器件1A是使用SOI(silicon-on-insulator：绝缘硅片)衬底来制作的。通过在SOI衬底上加工表面硅层来形成环形镜12的环形波导路径14和环谐振器13-1～13-N、光谐振器20的臂24a和24b、环谐振器23-1～23-2k以及除此之外部分的波导路径4。这些波导路径是以硅为(Si)线芯且以SiO2层3、5为包层的硅细线波导路径。在SiO2层5上形成有光调制器20的施加电压用电极21。
去除SOI衬底的SiO2层3的一部分，使硅衬底2露出。在露出的硅衬底2上配置激光振荡器的增益介质17。增益介质17例如是在InP上配置了InGaAsP的半导体光放大器(SOA：semiconductor optical amplifier)芯片17。在SOA芯片17的一侧端面上设置有高反射膜(HR涂层)11，在另一侧端面上设置有防反射膜(AR涂层)16。在高反射膜11和环形镜12之间重复进行反射。
SOA芯片17通过焊料凸点9被倒装焊接(Flip-chip bonding)。SOA芯片17的波导路径19通过对接耦合与硅细线波导路径4相耦合。增益介质17并不局限于SOA芯片17，可以通过以下方式来实现，即：通过晶片键合或粘接将III-V族半导体粘贴在Si细线波导路径4上，并安装电极来进行电流注入。
图7是图6中光半导体器件1A的示意图。为了扩大激光振荡器10的环谐振器13-1～13-N的通频带，将环形镜12的环形波导路径14和环谐振器13之间的缝宽d1设定为小于光调制器20的波导路径(臂)24a、24b和环谐振器23之间缝宽d2(d2>>d1)。由此，使激光振荡器10的振荡波长位于环谐振器13-1～13-N的谐振波长的平均值附近，且与光调制器20的调制效率最大波长几乎相一致。
实施例2
图8是实施例2中光半导体器件1B的示意图。光半导体器件1B具有激光振荡器30和光调制器40。在实施例2中，为了扩大环形镜32的环谐振器33-1～33-N的通频带而采用其他结构。
使与环形镜32的环谐振器33相邻且光连接部分的环形波导路径34c的宽度w2，比其他环形波导路径34a的宽度w1更窄(w2＜w1)。由此，使波导模式的扩散得以扩大，以使与环波导路径的重叠变多，从而强化从环形波导路径34c至环谐振器33的耦合。根据该结构也能扩大环谐振器33-1～33-N的透过波长频带。
可以将宽度宽(w1)的波导路径部分34a和宽度窄(w2)的波导路径部分34c之间用锥形波导路径34b来连接也可。另外，可以将光调制器40的波导路径44a和44b、环谐振器43-1～43-2k以及其他波导路径4的宽度设定为与环形波导路径部分34a相同的宽度w2。
即使在加工上难以缩小环形波导路径34c和环谐振器33之间的缝宽的情况下，通过采用实施例2的方法也能够以相同缝宽得到更宽的透过波长频带。
实施例3
图9是实施例3的光半导体器件1C的示意图。光半导体器件1C具有激光振荡器30和光调制器50。在实施例3中，作为光调制器50，以不具备MZ干涉仪的相位调制器50来代替强度调制器。针对使激光振荡波长和光调制器50的调制效率最大波长相一致的效果，并不限定仅通过强度调制器来得到。通过采用相位调制器50的结构也能得到相同的效果，所述相位调制器50的调制效率最大波长由多个环谐振器53-1～53N决定。
在图9的例子中采用了实施例2中激光振荡器30，但可以结合实施例1中激光振荡器10和相位调制器50是不言而喻的。
实施例4
图10是实施例4中光半导体器件1D的示意图。光半导体器件1D具有激光振荡器60和光调制器20。在实施例4中，向环形镜62的环形波导路径64当中与环谐振器63相邻且光连接的部分，选择性地掺杂杂质，从而形成光吸收区域64a。杂质可以是p型杂质，也可以是n型杂质。
在与环谐振器63相邻的区域吸收从波导路径64泄露的光，从而抑制在波导路径端部(与环谐振器63相向的区域)的反射。通过抑制不必要的反射，防止激光振荡器60的透过光谱形状不稳定的情况，所述激光振荡器60的透过光谱是由串联连接的环谐振器63-1～63-N的透过光谱的乘积来决定的。
另外，为了扩大激光振荡器60的环谐振器63-1～63-N的通频带，如如实施例1那样，可以采用缩小环形波导路径64和环谐振器63之间的缝宽的结构。或者，如实施例2那样，可以采用缩小与环谐振器63相邻部分的环形波导路径的宽度的结构。不管是哪种结构，均通过在与环谐振器63相邻的波导路径部分设置光吸收区域64a，能够扩大各环谐振器63的通频带宽度的同时，能够维持整体透过光谱呈确切的高斯曲线。
另外，可以使用实施例3中相位调制器50来代替MZ型光调制器20。不管是哪种情况，均能使激光振荡器60的振荡波长和光调制器的调制效率最大波长稳定地一致。
实施例5
图11是实施例5的光半导体器件1E的示意图。光半导体器件1E具有激光振荡器70和光调制器20。在实施例5中，在环形镜72的环形波导路径74当中与环谐振器73相邻部分的硅芯74a上，形成防反射膜75。防反射膜75可以由金属、金属氧化物、低折射率的树脂等形成。通过防反射膜75能够防止激光振荡器70整体的透过光谱形状不稳定的情况。
可以通过缩小环形波导路径74和环谐振器73之间的缝宽的结构(实施例)，也可以通过缩小与环谐振器73相邻部分的环形波导路径74的波导路径宽度的结构(实施例2)，来确保在激光振荡器70中的通频带宽度。可以使用实施例3中相位调制器50来代替MZ型光调制器20。
不管是哪种情况，均能使激光振荡器70的振荡波长和光调制器20的调制效率最大波长稳定地一致。
实施例6
图12是实施例6中光半导体器件1F的示意图。光半导体器件1F具有激光振荡器80和光调制器20。在实施例6中，通过加大环形镜82的环形波导路径84当中与环谐振器83相邻部分的硅芯的宽度，来形成宽度宽部84a。通过加大硅芯的宽度，抑制反射光与原波导路径84耦合。通过使传播光稳定透过环谐振器83，能够防止激光振荡器80整体的透过光谱形状不稳定的情况。
宽度宽部84a沿波导路径方向的长度被设定为能够使来自波导路径84的边缘84e的反射光不会聚集在宽度宽部84a的颈部p，而分散至外侧的长度。
可以通过缩小环形波导路径84和环谐振器83之间的缝宽的结构(实施例)，也可以通过缩小与环谐振器83相邻部分的环形波导路径84的波导路径宽度的结构(实施例2)，来确保在激光振荡器80中的通频带宽度。可以使用实施例3中相位调制器50来代替MZ型光调制器20。
不管是哪种情况，均能使激光振荡器80的振荡波长和光调制器20的调制效率最大波长稳定地一致。
实施例7
图13是实施例7中光半导体器件1G的示意图。光半导体器件1G具有激光振荡器90和光调制器120。在实施例7中，在光调制器(MZ型调制器)120的两个臂(波导路径)124a和124b之间配置激光振荡器90的环形镜92。
为了使光调制器120的波长和激光振荡器90的波长相一致，使光调制器120中具有的环谐振器123-1～123-2k的谐振波长的平均値与激光振荡器90的环谐振器93-1～93-N的谐振波长的平均値相一致。此时，使光调制器120的环谐振器123-1～123-2k和激光振荡器90的环谐振器93-1～93-N的位置相靠近，则更有效。通过使环谐振器93-1～93-N和环谐振器123-1～123-2k的配置位置相靠近，能够抑制晶片面内的蚀刻率、SiO2膜厚度的偏差。其结果，容易使激光振荡器90的环谐振器93-1～93-N的谐振波长偏差范围的中心，与光调制器120的环谐振器123-1～123-2k的波长偏差范围的中心相一致。
通过以上结构，能够抑制激光振荡器90的谐振波长和光调制器120的调制效率最大波长的差异。
实施例8
图14是实施例8中光半导体器件1H的示意图。光半导体器件1H具有激光振荡器130和光调制器120。在实施例8中，使激光振荡器130的平均振荡波长和光调制器120的平均波长进一步接近。为此，将环形镜132配置在光调制器120的两个臂124a和124b之间，并将光调制器120的环谐振器123-1～123-2k和激光振荡器130的环谐振器133-1～133-2k交替配置。
通过以上结构，能够更有效抑制激光振荡器130的谐振波长和光调制器120的调制效率最大波长的差异。
实施例9
图15是实施例9中光半导体器件1I的示意图。光半导体器件1I具有激光振荡器130和光调制器140。将相位调制器140用作光调制器140。在该情况下，由于不用MZ干涉仪，即使未用波导路径4围住激光振荡器130整体，也能够交替配置环形镜132的环谐振器133-1～133-2k和光调制器140的环谐振器143-1～143-2k。
由于未用波导路径4围住激光振荡器130整体，因此如果使用SOA作为增益介质17，则能够通过在单个芯片上集成多个SOA来用单个芯片构成多个光半导体器件(激光器和调制器的集成结构)。
实施例10
图16是实施例10中光半导体器件1J的示意图。光半导体器件1J具有激光振荡器150和光调制器160。在实施例10中，环形镜152的环谐振器153-1～153-N可以不具有相同的循环光路长度。也就是说，只要激光振荡器150的环谐振器153-1～153-N的平均谐振波长与光调制器160的环谐振器163-1～163-2k的平均谐振波长相一致即可，因此无需全部的环谐振器153-1～153-N非要由相同尺寸的环状构成不可。
相同的情况也适用于光调制器160中。光调制器的环谐振器163-1～163-N不是非具有相同的轨道光学长度不可。
在该结构中，条件是使激光振荡器150的环谐振器53-1～153-N的平均谐振波长和光调制器160的环谐振器163-1～163-2k的平均谐振波长相一致。
实施例11
图17是实施例11的光半导体器件1K的示意图。光半导体器件1K具有激光振荡器170和光调制器180。在实施例11中，环形镜172的环谐振器173-1～173-N不是非圆形不可。只要是环状，可以是赛道型，也可以是其他形状。
同样，光调制器180的环谐振器183-1～183-2k不是非圆形不可。只要是环状，可以是赛道型，也可以是其他形状。
在该结构中，条件是使激光振荡器170的环谐振器173-1～173-N的平均谐振波长和光调制器180的环谐振器183-1～183-2k的平均谐振波长一致。
如果将环谐振器173-1～173-N和环谐振器183-1～183-2k做成赛道型，则使激光振荡器170的环谐振器173-1～173-N的赛道直线部分的长度，比光调制器180的环谐振器183-1～183-2k的赛道直线部分的长度更长。由此能够扩大激光振荡器170的环谐振器173-1～173-N的谐振波长频带。
通过该结构，能够使激光振荡器170的振荡波长与光调制器180的调制效率最大波长相一致。
如以上所述，能够抑制由制造偏差引起的激光振荡器的振荡波长和光调制器的调制效率最大波长的差异，并能够提高且稳定调制效率。另外，无需用来修正差异的机构，因此能够缩小尺寸。
产业上的应用领域
能够适用于光收发系统的发射模块中。
附图标记说明
1、1A-1K 光半导体器件
4 波导路径
10、30、60、70、80、90、130、150、170 激光振荡器
14、64、74、84 环形波导路径
20、40、50、120、140、160、180 光调制器
12、32、62、72、82、92、132、152、172 环形镜
13、33、63、73、83、93、133、153、173 振荡器的环谐振器
23、43、53、123、143、163、183 光调制器的环谐振器
24a、24b、44a、44b、124a、124b 调制器臂(波导路径)
64a 光吸收区域(掺杂区域)
75 防反射膜
84a 宽度宽部

Claims (10)

1.一种光半导体器件，其特征在于，
所述光半导体器件具有半导体衬底上的激光振荡器和所述半导体衬底上的光调制器；
所述激光振荡器的一对反射镜中的至少一个反射镜为环形镜，所述环形镜具有环形波导路径和在所述环形波导路径上串联插入的多个第一环谐振器；
所述光调制器具有沿着调制器波导路径级联连接的多个第二环谐振器；
所述第一环谐振器的通频带宽度设定为比所述第二环谐振器的通频带宽度更宽。
2.如权利要求1所述的光半导体器件，其特征在于，所述环形波导路径和所述第一环谐振器之间的缝宽比所述调制器波导路径和所述第二环谐振器之间的缝宽更窄。
3.如权利要求1所述的光半导体器件，其特征在于，
所述环形波导路径具有：
第一波导路径部分，以第一宽度与所述多个第一环谐振器进行光耦合；
第二波导路径部分，具有比所述第一宽度更宽的宽度。
4.如权利要求3所述的光半导体器件，其特征在于，所述环形波导路径具有锥形的第三波导路径部分，所述第三波导路径部分用于连接所述第一波导路径部分和所述第二波导路径部分。
5.如权利要求1所述的光半导体器件，其特征在于，所述环形波导路径在与各个第一环谐振器相邻的波导路径部分，具有掺杂区域。
6.如权利要求1所述的光半导体器件，其特征在于，所述环形波导路径在与各个所述第一环谐振器相邻的波导路径部分，具有用于覆盖所述波导路径部分的防反射膜。
7.如权利要求1所述的光半导体器件，其特征在于，所述环形波导路径在与各个所述第一环谐振器相邻的波导路径部分，具有加大波导路径芯部宽度的反射抑制区域。
8.如权利要求1所述的光半导体器件，其特征在于，
所述第一环谐振器和所述第二环谐振器呈具有直线部分的赛道形状，
所述第一环谐振器的所述直线部分的长度，比所述第二环谐振器的所述直线部分的长度更长。
9.如权利要求1所述的光半导体器件，其特征在于，
所述光调制器具有马赫-曾德尔干涉仪，
所述激光振荡器配置在由所述马赫-曾德尔干涉仪的两个臂围成的区域。
10.如权利要求9所述的光半导体器件，其特征在于，所述激光振荡器的所述第一环谐振器和所述光调制器的所述第二环谐振器被交替配置。
CN201280071341.7A 2012-03-28 2012-03-28 光半导体器件 Expired - Fee Related CN104170189B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2012/058263 WO2013145195A1 (ja) 2012-03-28 2012-03-28 光半導体デバイス

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104170189A CN104170189A (zh) 2014-11-26
CN104170189B true CN104170189B (zh) 2016-11-09

Family

ID=49258559

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201280071341.7A Expired - Fee Related CN104170189B (zh) 2012-03-28 2012-03-28 光半导体器件

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9002147B2 (zh)
JP (1) JP5850139B2 (zh)
CN (1) CN104170189B (zh)
WO (1) WO2013145195A1 (zh)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2581774A1 (en) * 2011-10-14 2013-04-17 Astrium Limited Suppression of back reflection in a waveguide
EP2581775A1 (en) * 2011-10-14 2013-04-17 Astrium Limited Resonator Optimisation
US20150212271A1 (en) * 2012-12-11 2015-07-30 Acacia Communications Inc. Optical waveguide terminators with doped waveguides
US9726553B2 (en) * 2013-06-11 2017-08-08 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of Commerce Optical temperature sensor and use of same
JP6266311B2 (ja) * 2013-11-08 2018-01-24 富士通株式会社 光共振装置、光送信機及び光共振器の制御方法
US9748726B1 (en) * 2014-08-18 2017-08-29 Morton Photonics Multiple-microresonator based laser
US9559484B2 (en) * 2014-08-18 2017-01-31 Morton Photonics Inc. Low noise, high power, multiple-microresonator based laser
US9470951B2 (en) * 2014-10-09 2016-10-18 The Royal Institution For The Advancement Of Learning / Mcgill University Methods and devices for photonic M-ary pulse amplitude modulation
WO2017137977A1 (en) * 2016-02-09 2017-08-17 Ramot At Tel-Aviv University Ltd. Modulator using a micro-ring resonator
JP6778526B2 (ja) 2016-07-11 2020-11-04 富士通株式会社 光素子
JP6723451B2 (ja) 2017-06-23 2020-07-15 三菱電機株式会社 波長可変レーザ装置および波長可変レーザ装置の製造方法
US20190058306A1 (en) * 2017-08-18 2019-02-21 Futurewei Technologies, Inc. Efficient Wavelength Tunable Hybrid Laser
WO2020023016A1 (en) * 2018-07-23 2020-01-30 Source Photonics, Inc. Optical modulator and methods of making and using the same
US11804694B2 (en) * 2019-03-27 2023-10-31 Samsung Electronics Co., Ltd. Laser device and method of transforming laser spectrum
US11705687B2 (en) 2020-04-27 2023-07-18 Honeywell International Inc. Cascaded resonant optical phase modulators for enhanced sensitivity while preserving linearity
KR20210150225A (ko) * 2020-06-03 2021-12-10 삼성전자주식회사 파장 가변 레이저 광원 및 이를 포함하는 광 조향 장치
US11791902B2 (en) * 2020-12-16 2023-10-17 Mellanox Technologies, Ltd. Heterogeneous integration of frequency comb generators for high-speed transceivers
CN117321866A (zh) * 2021-05-21 2023-12-29 三菱电机株式会社 多波长激光装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1862898A (zh) * 2005-03-29 2006-11-15 日本电气株式会社 可调谐激光器

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003066253A (ja) * 2001-08-28 2003-03-05 Yokohama Tlo Co Ltd 波長分波器
KR100584697B1 (ko) * 2004-10-08 2006-05-30 한국전자통신연구원 변조 주파수 가변형 광 발진기
JP4779886B2 (ja) 2006-08-31 2011-09-28 日本電気株式会社 波長可変レーザ
JP4942429B2 (ja) * 2006-09-04 2012-05-30 日本電信電話株式会社 半導体波長可変レーザ
JP2008198944A (ja) 2007-02-15 2008-08-28 Fujitsu Ltd 半導体光集積素子
US7539375B2 (en) * 2007-05-04 2009-05-26 Massachusetts Institute Of Technology Optical coupled resonator structures based on loop-coupled cavities and loop coupling phase
JPWO2009119284A1 (ja) * 2008-03-26 2011-07-21 日本電気株式会社 波長可変レーザ装置並びにその制御方法及び制御プログラム
US8643943B2 (en) * 2008-04-30 2014-02-04 Nec Corporation Tunable laser source using intracavity laser light outcoupling and module containing the same
JP2009278015A (ja) * 2008-05-16 2009-11-26 Nec Corp 平面光波回路及びこれを備えた波長可変レーザ装置
JP5206187B2 (ja) * 2008-07-15 2013-06-12 富士通株式会社 光半導体装置
JP4745432B2 (ja) 2009-09-30 2011-08-10 住友大阪セメント株式会社 光導波路素子
JP5764875B2 (ja) * 2010-06-02 2015-08-19 富士通株式会社 半導体光装置
US8582929B2 (en) * 2010-10-15 2013-11-12 Northwestern University Ultra-sensitive electric field detection device

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1862898A (zh) * 2005-03-29 2006-11-15 日本电气株式会社 可调谐激光器

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013145195A1 (ja) 2013-10-03
CN104170189A (zh) 2014-11-26
JP5850139B2 (ja) 2016-02-03
US9002147B2 (en) 2015-04-07
US20150016767A1 (en) 2015-01-15
JPWO2013145195A1 (ja) 2015-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104170189B (zh) 光半导体器件
US9020004B2 (en) External resonator-type semiconductor laser element and optical element
US7480425B2 (en) Integrated opto-electronic oscillators
US9575256B2 (en) Optical reflector based on a directional coupler and a coupled optical loop
US9130350B2 (en) Laser device that includes ring resonator
CN108604764B (zh) 具有应变诱导电光材料的集成的微波到光单光子换能器
EP3703202B1 (en) Tunable laser device and laser transmitter
CN110729630A (zh) 一种采用铌酸锂材料制成的波长高速调谐的激光器
CN109378707B (zh) 一种硅基可调谐激光器
WO2014157456A1 (ja) 光変調器
JP6666423B2 (ja) 高インデックスコントラストのフォトニックデバイスおよびその応用
US9122004B1 (en) Heterogeneous resonant photonic integrated circuit
US9678288B2 (en) Optical circuit
JP6778526B2 (ja) 光素子
Fandiño et al. A monolithic integrated microwave photonics filter
CN115037379B (zh) 基于硅基微环调制器的光子rf倍频芯片及其控制方法
WO2022163724A1 (ja) 光変調器とそれを用いた光送信装置
Marpaung et al. New opportunities for integrated microwave photonics
US20220291567A1 (en) Optical device and optical transceiver
WO2023284400A1 (zh) 外腔式激光器及其调谐方法
WO2020145173A1 (ja) 波長可変レーザ
Michel et al. Advances in fully CMOS integrated photonic devices
JP6191116B2 (ja) 光変調装置
US20230056833A1 (en) Optical device and optical communication apparatus
CN114583541A (zh) 混合集成激光器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20161109

Termination date: 20180328