JPH06163874A - Optical device - Google Patents

Optical device

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JPH06163874A
JPH06163874A JP31316792A JP31316792A JPH06163874A JP H06163874 A JPH06163874 A JP H06163874A JP 31316792 A JP31316792 A JP 31316792A JP 31316792 A JP31316792 A JP 31316792A JP H06163874 A JPH06163874 A JP H06163874A
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core
waveguide
semiconductor laser
tapered
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Katsuaki Kiyoku
克明 曲
Kazuo Kasatani
和生 笠谷
Masahiro Yuda
正宏 湯田
Yasuhiro Suzuki
安弘 鈴木
Osamu Mitomi
修 三冨
Mitsuru Naganuma
充 永沼
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    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12166Manufacturing methods
    • G02B2006/12195Tapering

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  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve the coupling efficiency between a semiconductor laser and optical waveguide by forming the core sections of the laser and waveguide in tapered states having narrow core widths near a groove. CONSTITUTION:The cores 3 and 4 of a semiconductor laser 1 and wavequide section 2 are narrowed (tapered cores 6) in core width toward a groove 5 when they are viewed from the top so that their core widths can become about 1/5 of their proper core widths near the groove 5. Therefore, the mode field diameter of the light guided from the laser 1 is enlarged on the end face of the core of the laser 1 on the side wall of the groove 5 without causing any propagation loss owing to the tapered core 6 and the diffracting effect is reduced. On the other hand, since the core width on the waveguide 2 side also gradually increases as going farther from the groove 5, the mode field diameter enlarged on the side face of the groove 5 again returns to the size decided by the size of the waveguide core 4. Therefore, the coupling efficiency between the laser 1 and waveguide section 2 can be improved, because the enlarged beams are coupled to each other near the groove 5.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光通信または光計測・
光交換等に用いられる半導体集積化光源に関するもので
ある。
The present invention relates to optical communication or optical measurement /
The present invention relates to a semiconductor integrated light source used for optical switching and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】光通信、光計測分野の光源としては半導
体レーザが利用されているが、機能の向上をはかるため
には光源、導波路、受光器の集積化が要求される。従来
の集積化モジュールとしては、例えば、石英系導波路で
構成されたPLC回路と半導体発光素子と半導体受光素
子をハイブリッドに集積し、光ファイバを結合したピッ
グテール型部品がある。しかしながら、この半導体発光
素子と受光素子のモジュール化技術は、ミクロンオーダ
ーの位置合わせが必要なので高価となる。このため、半
導体受光素子、発光素子、導波路素子を一元的に半導体
基板上に集積化することが望まれるが、そのためには簡
易な半導体機能素子の作製プロセスの確立とともに、半
導体光機能素子相互の結合効率を高める必要がある。
2. Description of the Related Art A semiconductor laser is used as a light source in the fields of optical communication and optical measurement, but in order to improve its function, integration of a light source, a waveguide and a light receiver is required. As a conventional integrated module, for example, there is a pigtail type component in which a PLC circuit formed of a silica-based waveguide, a semiconductor light emitting element, and a semiconductor light receiving element are hybridly integrated and an optical fiber is coupled. However, the technique of modularizing the semiconductor light emitting element and the light receiving element is expensive because it requires alignment on the order of microns. For this reason, it is desirable to integrate the semiconductor light receiving element, the light emitting element, and the waveguide element on the semiconductor substrate in a unified manner. For that purpose, it is necessary to establish a simple manufacturing process of the semiconductor functional element and to integrate the semiconductor optical functional element with each other. It is necessary to increase the coupling efficiency of.

【0003】さて、半導体基板上に半導体レーザを集積
化した場合、半導体レーザを発振させるには共振器を構
成する必要がある関係上、反射鏡であるへき開面または
回折格子の導入が不可欠である。この場合、回折格子の
導入は作製工程が複雑となるため、結晶端面を用いたフ
ァブリ・ペローレーザが作製プロセスおよび価格の観点
から有利である。しかし、光機能素子の集積回路の作製
において結晶端面を有する半導体レーザを形成すること
は、端面形成用の溝が生じることになり、半導体レーザ
と光導波路や受光素子との間を直接結合することができ
ず、結合部で光強度の大きな損失を生じることになる。
When a semiconductor laser is integrated on a semiconductor substrate, it is necessary to introduce a cleaved surface or a diffraction grating as a reflecting mirror because it is necessary to construct a resonator to oscillate the semiconductor laser. . In this case, the introduction of the diffraction grating complicates the manufacturing process. Therefore, the Fabry-Perot laser using the crystal facet is advantageous from the viewpoint of manufacturing process and cost. However, forming a semiconductor laser having a crystal facet in the production of an integrated circuit of an optical functional element results in the formation of a groove for forming the facet, so that the semiconductor laser is directly coupled to the optical waveguide or the light receiving element. Is not possible, and a large loss of light intensity will occur at the joint.

【0004】図6は、従来の構成よりなる半導体レーザ
1と光導波路2との集積構造で、溝5を介しての結合を
模式的に表した平面図(a)および断面図(b)であ
る。ここでは、半導体レーザ1の片側に光導波路2を示
してあるが、両側に光導波路部を形成する場合や、他方
に導波路型受光素子部を形成する場合もあるが、ここで
は半導体レーザ1とその片側の光導波路2との例を示
す。
FIG. 6 is an integrated structure of a semiconductor laser 1 and an optical waveguide 2 having a conventional structure, and is a plan view (a) and a sectional view (b) schematically showing coupling through a groove 5. is there. Here, the optical waveguide 2 is shown on one side of the semiconductor laser 1, but there are cases where an optical waveguide portion is formed on both sides or a waveguide type light receiving element portion is formed on the other side. And an optical waveguide 2 on one side thereof are shown.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】このような半導体レー
ザ1と光導波路2との結合においては、それぞれのコア
3,4を構成する半導体材料の屈折率が3.0以上と空
気のそれと比べて大きいため、半導体材料を伝搬するビ
ーム径が小さいほど、反射端面形成用の溝から空気中に
出射した光波は大きな回折効果をうけ、放射状に広がる
ことになる。このため、端面形成用の溝部5では散乱光
が増大し、半導体レーザ1から導波路2への結合効率は
低下してしまう。具体的には、半導体材料としてInP
系の発光波長1.5μmの半導体レーザの場合には、溝
の間隔を5μmにすると、結合効率は10%以下になっ
てしまう。
In the coupling of the semiconductor laser 1 and the optical waveguide 2 as described above, the refractive index of the semiconductor material forming the cores 3 and 4 is 3.0 or more, which is higher than that of air. Therefore, as the beam diameter propagating through the semiconductor material is smaller, the light wave emitted from the groove for forming the reflecting end face into the air is greatly diffracted and spreads radially. Therefore, scattered light increases in the end face forming groove portion 5, and the coupling efficiency from the semiconductor laser 1 to the waveguide 2 decreases. Specifically, InP is used as a semiconductor material.
In the case of a semiconductor laser having a system emission wavelength of 1.5 μm, the coupling efficiency becomes 10% or less when the groove interval is 5 μm.

【0006】本発明は、半導体基板上に光機能素子を集
積化する場合において、端面形成用溝を有する半導体レ
ーザと光導波路との結合効率を高めることを目的とする
ものである。
It is an object of the present invention to improve the coupling efficiency between a semiconductor laser having an end face forming groove and an optical waveguide when an optical functional element is integrated on a semiconductor substrate.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、半導体基板上に共振器端面の一端を構成する溝を有
する半導体レーザと、前記の溝を介して前記半導体レー
ザと結合された光導波路とを有する光デバイスにおい
て、請求項1記載の発明は、前記半導体レーザと光導波
路のコア幅を前記溝近傍においてテーパ状に縮小した構
造を有するものであり、請求項2記載の発明は、前記半
導体レーザおよび光導波路のコアが第一の内部のコアと
第二の外部のコアからなる二重コア構造を有し、該第一
のコア幅が溝近傍でテーパ状に縮小しているものであ
り、請求項3記載の発明は、前記半導体レーザおよび光
導波路のコア幅が前記溝近傍でテーパ状に縮小するとと
もに、該溝の半導体レーザ側端面が光軸に対して垂直を
なし、かつ該溝の導波路側端面が光軸に対して傾斜させ
た構造を有するものであり、さらに、半導体基板上に半
導体レーザと、前記半導体レーザと結合された光導波路
からなる光デバイスにおいて、請求項4記載の発明は、
前記半導体レーザと光導波路のコア幅が結合部でテーパ
状に縮小しつつ接続され、該結合部において該半導体レ
ーザ側で光軸に対して垂直な端面をなし、かつ該光導波
路側で該結合部に近づくに従いテーパ状コアに近接する
ような溝を有するものであり、請求項5記載の発明は、
前記半導体レーザと光導波路のコア幅が結合部でテーパ
状に縮小しつつ接続され、該結合部において該半導体レ
ーザ側で光軸に対して垂直な端面をなし、かつ該導波路
側で半導体基板の厚さ方向にV字形状となる溝を有する
ものをそれぞれ特徴とする。
In order to achieve the above object, a semiconductor laser having a groove forming one end of a cavity end face on a semiconductor substrate, and an optical waveguide coupled to the semiconductor laser through the groove. In an optical device having a waveguide, the invention according to claim 1 has a structure in which the core widths of the semiconductor laser and the optical waveguide are tapered in the vicinity of the groove, and the invention according to claim 2 is The semiconductor laser and the core of the optical waveguide have a double core structure composed of a first inner core and a second outer core, and the first core width is tapered in the vicinity of the groove. According to the invention of claim 3, the core widths of the semiconductor laser and the optical waveguide are tapered in the vicinity of the groove, and the end surface of the groove on the semiconductor laser side is perpendicular to the optical axis, and Waveguide in the groove An optical device having a structure in which a side end face is inclined with respect to the optical axis, and further comprising a semiconductor laser on a semiconductor substrate and an optical waveguide coupled to the semiconductor laser, wherein the invention according to claim 4 is: ,
The core widths of the semiconductor laser and the optical waveguide are connected while reducing in a tapered shape at the coupling portion, the semiconductor laser side has an end face perpendicular to the optical axis at the coupling portion, and the coupling is performed on the optical waveguide side. The invention according to claim 5 has a groove that is closer to the tapered core as it approaches the portion.
The core widths of the semiconductor laser and the optical waveguide are connected while being reduced in a tapered shape at the coupling portion, the semiconductor laser side has an end face perpendicular to the optical axis at the coupling portion, and the semiconductor substrate at the waveguide side. Characterized by having V-shaped grooves in the thickness direction.

【0008】[0008]

【作用】上記の構成をとることにより、端面形成用の溝
部においてテーパ状コアの存在により導波光のモードフ
ィールド径を拡大して回折効果を低減することになり、
半導体レーザと導波路との高い結合効率を実現するもの
である。
With the above structure, the existence of the tapered core in the groove for forming the end face increases the mode field diameter of the guided light to reduce the diffraction effect.
It realizes high coupling efficiency between the semiconductor laser and the waveguide.

【0009】[0009]

【実施例】以下、図1〜図5を参照して実施例にもとず
いて詳細に説明する。 (実施例1)図1は第一の発明の実施例を示した平面図
(a)および断面図(b)で、半導体レーザ1のコア3
と導波路部2のコア4の両者が、溝5の方向に向かうに
従い平面からみたコア幅を細めて(以後、テーパコア6
と称する。)おり、溝5近傍ではそのコア幅はもとの五
分の一程度に縮小した構造を有している。
Embodiments will be described in detail below with reference to FIGS. 1 to 5. (Embodiment 1) FIG. 1 is a plan view (a) and a sectional view (b) showing an embodiment of the first invention, showing a core 3 of a semiconductor laser 1.
And the core 4 of the waveguide portion 2 both have a narrower core width when viewed from the plane as they go in the direction of the groove 5 (hereinafter, the tapered core 6
Called. ), The core width in the vicinity of the groove 5 has a structure reduced to about one fifth of the original width.

【0010】このため、半導体レーザ1からの導波光は
このテーパコア6のため伝搬損失を生じることなく、溝
5端面でモードフィールド径が著しく拡大される。モー
ドフィールド径が拡大されていることにより溝5に出射
した導波光は溝5伝搬中の回折効果が小さく、溝5の導
波路側の端面におけるモードフィールド径は溝5への出
射前のモードフィールド径とほとんど変化しない。一
方、導波路側のコア幅も半導体レーザ1側と同様溝5か
ら離れるに従い徐々に広がっていることから、溝5端面
で拡大されていたモードフィールド径は再び導波路コア
4の大きさで決まる大きさに戻る。従って、溝5近傍で
は拡大されたビーム同士の結合となるため、従来のコア
幅が同一寸法に比べて、結合効率が著しく向上すること
になる。なお、回折効果を小さくするだけの場合には、
半導体レーザ1のコア3をテーパ状にすればよいが、結
合効率は導波路2側との間でモード形状を整合させかつ
開口角をゆるく採れることで著しく向上し、よって導波
路2側でも溝5側にてテーパコア6を設けている。
Therefore, the guided light from the semiconductor laser 1 does not cause a propagation loss due to the tapered core 6, and the mode field diameter is remarkably enlarged at the end surface of the groove 5. Since the mode field diameter is enlarged, the guided light emitted to the groove 5 has a small diffraction effect during propagation of the groove 5, and the mode field diameter at the end face of the groove 5 on the waveguide side is the mode field before being emitted to the groove 5. Almost does not change with the diameter. On the other hand, since the core width on the waveguide side gradually widens with increasing distance from the groove 5 as on the semiconductor laser 1 side, the mode field diameter enlarged at the end surface of the groove 5 is again determined by the size of the waveguide core 4. Return to size. Therefore, since the expanded beams are coupled in the vicinity of the groove 5, the coupling efficiency is significantly improved as compared with the conventional core having the same size. If you only want to reduce the diffraction effect,
The core 3 of the semiconductor laser 1 may be tapered, but the coupling efficiency is remarkably improved by matching the mode shape with the waveguide 2 side and taking a loose opening angle, so that the groove on the waveguide 2 side is also improved. The taper core 6 is provided on the 5 side.

【0011】なお、本実施例ではレーザの共振器の構成
を、一方の端面を溝5のレーザ側端面に、他方の端面を
通常のへき開端面としているが、レーザの両側に溝5を
構成しても良い。実際に、活性層の厚さが0.25μm
でコア幅が1.5μmのInP系レーザにおいては、溝
3でのコア幅を0.25μmとなるテーパコアを作製し
た結果、溝間隔が5μmまでは結合損失の増加は観測で
きなかった。
In this embodiment, the laser resonator has a structure in which one end face is the end face of the groove 5 on the laser side and the other end face is a normal cleaved end face. However, the groove 5 is formed on both sides of the laser. May be. Actually, the thickness of the active layer is 0.25 μm
In the InP-based laser having a core width of 1.5 μm, a tapered core having a core width of 0.25 μm in the groove 3 was produced, and as a result, no increase in coupling loss was observed up to a groove interval of 5 μm.

【0012】(実施例2)図2は第二の発明の実施例を
示した平面図(a)および断面図(b)で、本実施例で
は製作上の簡易さから半導体レーザ1、テーパ接続部、
導波路2全体にわたって二重導波路構造を採用した例を
示してある。すなわち、第1の内部コア3及びコア4と
この内部コア3,4を囲む第2の外部コア7からなり、
第1の内部コア3,4はそれぞれ溝5近傍でテーパコア
6となり、溝5端部では第一のコア3,4が消失してい
る。
(Embodiment 2) FIG. 2 is a plan view (a) and a sectional view (b) showing an embodiment of the second invention. In this embodiment, the semiconductor laser 1 and the taper connection are shown for simplicity of manufacture. Department,
An example in which a double waveguide structure is adopted over the entire waveguide 2 is shown. That is, it is composed of the first inner core 3 and the core 4 and the second outer core 7 surrounding the inner cores 3 and 4,
The first inner cores 3 and 4 each become a tapered core 6 near the groove 5, and the first cores 3 and 4 disappear at the ends of the groove 5.

【0013】この構造では、外部コア7とクラッド8と
の屈折率差がきわめて小さいので、導波光は半導体レー
ザ1と導波路2では外部コア7をクラッド8と感じて内
部コア3および4に閉じ込められるが、接続部では内部
コアが消失するために外部コア7に閉じ込められる。す
なわち、テーパ6の先端でコアが消失している場合でも
導波構造は保たれ、単一モード条件が溝5の両側で維持
される。
In this structure, the refractive index difference between the outer core 7 and the clad 8 is extremely small, so that the guided light is confined in the inner cores 3 and 4 by feeling the outer core 7 as the clad 8 in the semiconductor laser 1 and the waveguide 2. However, since the inner core disappears at the connecting portion, it is confined in the outer core 7. That is, even when the core disappears at the tip of the taper 6, the waveguide structure is maintained and the single mode condition is maintained on both sides of the groove 5.

【0014】外部コア5の幅および厚さは10〜20μ
mとすることができるので、導波光のモードフィールド
径を半導体レーザ1のモードフィールド径より1桁以上
大きくすることができ、溝5での回折を小さくして結合
効率を高めることができる。
The width and thickness of the outer core 5 are 10 to 20 μm.
Since it can be set to m, the mode field diameter of the guided light can be made larger than the mode field diameter of the semiconductor laser 1 by one digit or more, and the diffraction at the groove 5 can be reduced to improve the coupling efficiency.

【0015】(実施例3)図3に第三の発明の実施例を
示した平面図(a)および断面図(b)である。本実施
例では溝5の導波路2側端面をレーザ1のコア3の軸に
対してやや傾斜させるとともに、導波路コア4の軸がレ
ーザコア3の軸に対して傾斜させて形成したものであ
る。本実施例でも溝5近傍ではコア3,4の幅はテーパ
コア6のように縮小している。本実施例では溝5の導波
路側端面をわずかに傾けることにより、溝5の導波路2
側端面で反射した光が半導体レーザコア3に再結合する
割合を低減することができる。
(Embodiment 3) FIG. 3 is a plan view (a) and a sectional view (b) showing an embodiment of the third invention. In this embodiment, the end surface of the groove 5 on the waveguide 2 side is slightly inclined with respect to the axis of the core 3 of the laser 1, and the axis of the waveguide core 4 is inclined with respect to the axis of the laser core 3. . Also in this embodiment, the widths of the cores 3 and 4 near the groove 5 are reduced like the tapered core 6. In this embodiment, the waveguide 2 end of the groove 5 is formed by slightly inclining the waveguide side end surface of the groove 5.
It is possible to reduce the rate at which the light reflected by the side facets is recombined with the semiconductor laser core 3.

【0016】なお、図3に示すように、導波路コア4の
光軸は溝5の導波路側端面の傾斜角θによる導波光の屈
折角に合わせて設定しておくと、レーザコア3から導波
路コア4への結合における傾斜角θによる過剰損失を無
視でき、導波路部コアへの結合効率を高めることができ
る。もっとも、半導体レーザ1と導波路2との配置上の
理由から、導波路2の光軸を傾斜させることなく、導波
路端面に傾斜を設けるだけでも反射光によるコア3への
再結合を低減できる。なお、本実施例では平面からみて
図3(a)の如く傾斜角θを与えたが、側面からみて図
3(b)上において傾斜角を与えてもよい。更に、本実
施例は図2に示す二重コア構造に対しても応用可能であ
る。本実施例の最大の特徴は、第一の実施例においては
溝5に出射した光が導波路部との境界でも反射されるた
め、半導体レーザ部は溝5の両側端面を反射面とする複
合共振器構造となり、半導体レーザ発振しきい値電流の
変動などを招くが、本実施例によりこの特性の劣化を防
止することにある。
As shown in FIG. 3, when the optical axis of the waveguide core 4 is set in accordance with the refraction angle of the guided light due to the inclination angle θ of the end face of the groove 5 on the waveguide side, the optical axis is guided from the laser core 3. Excessive loss due to the inclination angle θ in coupling to the waveguide core 4 can be ignored, and the coupling efficiency to the waveguide core can be improved. However, because of the arrangement of the semiconductor laser 1 and the waveguide 2, it is possible to reduce the recombination to the core 3 due to the reflected light only by providing the end face of the waveguide without inclining the optical axis of the waveguide 2. . In this embodiment, the tilt angle θ is given as shown in FIG. 3A when viewed from the plane, but the tilt angle may be given as shown in FIG. 3B when viewed from the side. Further, the present embodiment can be applied to the double core structure shown in FIG. The most significant feature of this embodiment is that in the first embodiment, the light emitted to the groove 5 is reflected also at the boundary with the waveguide portion, so that the semiconductor laser portion has a composite structure in which both end faces of the groove 5 are reflection surfaces. The resonator structure causes variations in the semiconductor laser oscillation threshold current, but this embodiment is intended to prevent the deterioration of this characteristic.

【0017】(実施例4)図4に第四の発明の実施例を
示した平面図(a)および断面図(b)を示す。半導体
レーザ1と導波路2の結合部にむけて両者のコア幅3お
よび4をテーパコア6Hおよび6Fに示すように細めて
いき、所定の最小のコア幅でコア同士を接続してある。
さらに、結合部においては、半導体レーザ1側で光軸に
対して垂直な端面で、導波路2側で図のように細いテー
パコア6Fの横方向に切り込み(凹)型の溝5が近接す
るように形成してある。この溝5の作製は、反応性ガス
を用いたイオンエッチングや化学溶液によるエッチング
で形成できる。
(Embodiment 4) FIG. 4 shows a plan view (a) and a sectional view (b) showing an embodiment of the fourth invention. The core widths 3 and 4 of the semiconductor laser 1 and the waveguide 2 are narrowed as shown by the tapered cores 6H and 6F, and the cores are connected to each other with a predetermined minimum core width.
Further, in the coupling portion, the notch (concave) type groove 5 is arranged close to the end face perpendicular to the optical axis on the semiconductor laser 1 side and on the waveguide 2 side in the lateral direction of the thin tapered core 6F as shown in the figure. It is formed on. The groove 5 can be formed by ion etching using a reactive gas or etching using a chemical solution.

【0018】このような構造においては、半導体レーザ
1からの導波光は伝搬損失が増大することなくそのモー
ドフィールド径が拡大されてテーパコア6H領域を伝搬
する。この時モードフィールド径が拡大されているので
テーパコア6H領域から浸みだした光強度分布について
は、切り込み溝5の端面は、反射面として働く。一方、
導波路2のコア4の軸に対して垂直とならない溝5の導
波路側境界面は、レンズ効果により溝5の空間に放出さ
れた光波を導波路2のコア4への結合させる。
In such a structure, the guided light from the semiconductor laser 1 propagates through the tapered core 6H region with its mode field diameter enlarged without increasing the propagation loss. At this time, since the mode field diameter is enlarged, the end surface of the cut groove 5 functions as a reflection surface for the light intensity distribution leached from the tapered core 6H region. on the other hand,
The waveguide side boundary surface of the groove 5 which is not perpendicular to the axis of the core 4 of the waveguide 2 couples the light wave emitted into the space of the groove 5 to the core 4 of the waveguide 2 by the lens effect.

【0019】なお、図4では、拡大されたモードフィー
ルド径のうち溝5をすり抜けて光導波路部2へ達する光
の分布に整合させて結合効率を高めるために、導波路4
のテーパコア6Fのコア幅と半導体レーザ1のテーパコ
ア6Hのコア幅とは異なる例を示してある。
In FIG. 4, in order to increase the coupling efficiency by matching the distribution of light that has passed through the groove 5 and reaches the optical waveguide portion 2 in the expanded mode field diameter, the waveguide 4 is used.
In the example, the core width of the tapered core 6F and the core width of the tapered core 6H of the semiconductor laser 1 are different.

【0020】本実施例では溝5はコア層にはなく、クラ
ッド層に形成した。一般に、コア層は多重量子井戸層等
を用いる場合が多く、クラッド層はInPあるいはIn
GaAsP等の均一組成の材料で構成される場合が多
い。従って、本実施例の構造は加工しやすいクラッド層
のみを加工すればよいという利点がある。また、溝5が
テーパコア6Fに浸入し、半導体レーザ1と導波路2が
空隙により分離されても本発明の基本的な動作は行われ
る。
In this embodiment, the groove 5 is formed in the clad layer instead of the core layer. In general, the core layer is often a multiple quantum well layer or the like, and the cladding layer is InP or In.
It is often composed of a material having a uniform composition such as GaAsP. Therefore, the structure of this embodiment has an advantage that only the clad layer, which is easy to process, needs to be processed. Even if the groove 5 penetrates into the tapered core 6F and the semiconductor laser 1 and the waveguide 2 are separated by the gap, the basic operation of the present invention is performed.

【0021】(実施例5)図5に第五の発明の実施例の
平面図(a)および断面図(b)を示す。本実施例では
半導体レーザ1と導波路2の両コアはテーパコア6によ
り互いにそのコア幅を細めていき、結合部で所定の最小
幅コア9で接続されている。さらに、結合部において
は、半導体レーザ側で光軸に対して垂直な端面をなし、
かつ導波路側で半導体基板に図のような切り込み型のV
字型の溝5が厚さ方向に形成されている。このような構
造においては、実施例4と同様に、半導体レーザの反射
面を形成するとともに、半導体レーザと導波路との結合
を高めることができる。
(Embodiment 5) FIG. 5 shows a plan view (a) and a sectional view (b) of an embodiment of the fifth invention. In this embodiment, the cores of the semiconductor laser 1 and the waveguide 2 are made thinner by a tapered core 6 and are connected by a predetermined minimum width core 9 at a coupling portion. Furthermore, in the coupling portion, an end face perpendicular to the optical axis is formed on the semiconductor laser side,
In addition, a V-shaped cutout is formed on the semiconductor substrate on the waveguide side as shown in the figure.
The V-shaped groove 5 is formed in the thickness direction. In such a structure, the reflecting surface of the semiconductor laser can be formed and the coupling between the semiconductor laser and the waveguide can be enhanced, as in the fourth embodiment.

【0022】以上述べた実施例においては、溝の半導体
レーザ側の端面に金属または誘電体多層膜からなる高反
射膜を設けることにより、レーザ共振器の反射率を高め
ることができ、半導体レーザのしきい値電流を減少させ
ることができる。
In the embodiment described above, the reflectance of the laser resonator can be increased by providing the highly reflective film made of a metal or dielectric multilayer film on the end face of the groove on the semiconductor laser side, and the reflectivity of the semiconductor laser can be improved. The threshold current can be reduced.

【0023】また、テーパ構造は半導体レーザ側と導波
路側で非対称でも良い。さらに、実施例においては導波
路幅のみにテーパ形状を有する構成例を示したが、モー
ドフィールド径を拡大すれば導波路幅および厚さの両者
にテーパ形状を持たせても良い。また、半導体レーザお
よび導波路のテーパ状導波路幅の変化を直線的に変化さ
せて示してあるが、放物線や指数関数等の関数形でもよ
い。
The taper structure may be asymmetric between the semiconductor laser side and the waveguide side. Further, in the embodiment, the configuration example in which only the waveguide width is tapered is shown, but both the waveguide width and the thickness may be tapered by increasing the mode field diameter. Further, although the changes in the width of the tapered waveguide of the semiconductor laser and the waveguide are linearly changed, they may be in the form of a function such as a parabola or an exponential function.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、半
導体基板上への半導体光機能素子の集積化においては、
半導体光機能素子相互の結合を高い光結合効率により実
現することができる。とくに、実用の半導体作製技術に
より光機能素子の集積化が実現できるので、安価で信頼
性の高い光部品を提供することができる。
As described above, according to the present invention, in integrating a semiconductor optical functional device on a semiconductor substrate,
The semiconductor optical functional elements can be coupled to each other with high optical coupling efficiency. In particular, since the integration of the optical functional element can be realized by a practical semiconductor manufacturing technique, an inexpensive and highly reliable optical component can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】第一の実施例を示す平面図および断面図であ
る。
FIG. 1 is a plan view and a sectional view showing a first embodiment.

【図2】第二の実施例を示す平面図および断面図であ
る。
FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view showing a second embodiment.

【図3】第三の実施例を示す平面図および断面図であ
る。
FIG. 3 is a plan view and a sectional view showing a third embodiment.

【図4】第四の実施例を示す平面図および断面図であ
る。
FIG. 4 is a plan view and a sectional view showing a fourth embodiment.

【図5】第五の実施例を示す平面図および断面図であ
る。
FIG. 5 is a plan view and a sectional view showing a fifth embodiment.

【図6】従来の構成よりなる半導体レーザと導波路との
結合を示した平面図および断面図である。
6A and 6B are a plan view and a cross-sectional view showing coupling between a semiconductor laser having a conventional configuration and a waveguide.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体レーザ 2 導波路 3 レーザのコア 4 導波路のコア 5 溝 6,6H,6F テーパコア 7 外部コア 8 クラッド 9 最小幅コア 1 Semiconductor Laser 2 Waveguide 3 Laser Core 4 Waveguide Core 5 Groove 6, 6H, 6F Tapered Core 7 External Core 8 Cladding 9 Minimum Width Core

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 安弘 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 三冨 修 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 永沼 充 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yasuhiro Suzuki 1-6, Uchiyuki-cho, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Osamu Mitomi 1-1-6, Uchiyuki-cho, Chiyoda-ku, Tokyo No. Japan Telegraph and Telephone Corp. (72) Inventor Mitsuru Naganuma 1-6 No. 1-6, Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon Telegraph and Telephone Corp.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に共振器端面の一端を構成
する溝を有する半導体レーザと、前記の溝を介して前記
半導体レーザと結合された導波路とを有する光デバイス
において、前記半導体レーザと導波路とのそれぞれのコ
ア幅が前記溝近傍においてテーパ状に縮小した構造を有
することを特徴とする光デバイス。
1. An optical device comprising: a semiconductor laser having a groove forming one end of a cavity end face on a semiconductor substrate; and a waveguide coupled to the semiconductor laser via the groove, the semiconductor laser comprising: An optical device having a structure in which a core width of each of the waveguide and the core is reduced in a tapered shape in the vicinity of the groove.
【請求項2】 半導体基板上に共振器端面の一端を構成
する溝を有する半導体レーザと、前記の溝を介して前記
半導体レーザと結合された導波路とを有する光デバイス
において、前記半導体レーザおよび導波路とのそれぞれ
のコアが第一の内部のコアとこの内部のコアを囲む第二
の外部のコアからなる二重コア構造を有し、該第一のコ
ア幅が溝近傍でテーパ状に縮小していることを特徴とす
る光デバイス。
2. An optical device having a semiconductor laser having a groove forming one end of a cavity end face on a semiconductor substrate, and a waveguide coupled to the semiconductor laser via the groove. Each core of the waveguide has a dual core structure consisting of a first inner core and a second outer core surrounding the inner core, and the first core width is tapered near the groove. An optical device characterized by being downsized.
【請求項3】 半導体基板上に共振器端面の一端を構成
する溝を有する半導体レーザと、前記の溝を介して前記
半導体レーザと結合された導波路とを有する光デバイス
において、前記半導体レーザおよび導波路の各コア幅が
前記溝近傍でテーパ状に縮小するとともに、該溝の半導
体レーザ側端面が光軸に対して垂直をなし、かつ該溝の
導波路側端面が光軸に対して傾斜させた構造を有するこ
とを特徴とする光デバイス。
3. An optical device having a semiconductor laser having a groove forming one end of a cavity end face on a semiconductor substrate, and a waveguide coupled to the semiconductor laser via the groove, wherein the semiconductor laser and Each core width of the waveguide is tapered in the vicinity of the groove, the semiconductor laser side end face of the groove is perpendicular to the optical axis, and the waveguide side end face of the groove is inclined with respect to the optical axis. An optical device having a structured structure.
【請求項4】 半導体基板上に半導体レーザと、前記半
導体レーザと結合された導波路からなる光デバイスにお
いて、前記半導体レーザと導波路とのそれぞれのコア幅
が結合部でテーパ状に縮小しつつ接続され、該結合部に
おいて該半導体レーザ側で光軸に対して垂直な端面をな
し、かつ該導波路側で該結合部に近づくに従いテーパ状
のコアに近接するような溝を有することを特徴とする光
デバイス。
4. An optical device comprising a semiconductor laser on a semiconductor substrate and a waveguide coupled to the semiconductor laser, wherein the core width of each of the semiconductor laser and the waveguide is tapered at the coupling portion. And a groove that is connected and forms an end face perpendicular to the optical axis on the semiconductor laser side at the coupling portion, and has a groove that is closer to the tapered core as it approaches the coupling portion on the waveguide side. And optical device.
【請求項5】 半導体基板上に半導体レーザと、前記半
導体レーザと結合された導波路からなる光デバイスにお
いて、前記半導体レーザと導波路とのそれぞれのコア幅
が結合部でテーパ状に縮小しつつ接続され、該結合部に
おいて該半導体レーザ側で光軸に対して垂直な端面をな
し、かつ該導波路側で半導体基板の厚さ方向にV字形状
となる溝を有することを特徴とする光デバイス。
5. An optical device comprising a semiconductor laser on a semiconductor substrate and a waveguide coupled to the semiconductor laser, wherein the core width of each of the semiconductor laser and the waveguide is tapered at the coupling portion. A light which is connected and forms an end face perpendicular to the optical axis on the semiconductor laser side at the coupling portion, and has a V-shaped groove in the thickness direction of the semiconductor substrate on the waveguide side. device.
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