CN104081598A - 半导体光元件、集成型半导体光元件、以及半导体光元件模块 - Google Patents

半导体光元件、集成型半导体光元件、以及半导体光元件模块 Download PDF

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Abstract

一种半导体光元件，其具备形成于半导体基板上的光波导路，其特征在于，所述光波导路具备：单一模式波导部，其以单一模式对输入的光进行波导；弯曲部，其相对于所述光的波导方向配置在所述单一模式波导部的后段侧；以及喇叭部，其相对于所述波导方向配置在所述弯曲部的后段侧，形成为波导宽度往所述波导方向扩大，且具有可在所述光的射入侧以单一模式对所述光进行波导、在所述光的射出侧以多模式对所述光进行波导的波导宽度。

Description

半导体光元件、集成型半导体光元件、以及半导体光元件模块
技术领域
本发明涉及用于光通信等领域的半导体光元件、集成型半导体光元件、以及半导体光元件模块。 
背景技术
光通信中，为了补偿光传输路径即光纤中的光信号衰减、以及光零件导致的光信号损失，目前是使用光放大器。作为光放大器，鉴于小型化和集成性的观点，半导体光放大器前途乐观。 
半导体光放大器有通过光波导路端面反射来积极利用光共振的共振型、以及尽量消除端面反射的行波型。行波型具有放大特性的波长依赖性较小等优点。 
含有行波型半导体光放大器的半导体光元件中，有时例如为了减少切开面即端面的反射，会采用在端面附近使光波导路倾斜于端面的结构。此时，可能会采用以下结构，即在端面附近设置弯曲波导路，并在端面使光波导路倾斜于端面，在其他部位使光波导路垂直于端面(例如参照专利文献1)。 
另一方面，半导体光放大器存在光强度大时输出易饱和的问题。为了解决该问题并提高输出光强度，有时会采用波导宽度随着接近输出侧端面而扩大的喇叭结构(例如参照专利文献2)。 
现有技术文献 
专利文献 
专利文献1：日本专利特开2001-111177号公报 
专利文献2：日本专利特开平05-067845号公报 
专利文献3：日本专利特开2011-233829号公报 
发明内容
发明拟解决的问题 
但是，本发明人等为了同时实现端面反射减少与输出光强度提高，构成由上述弯曲波导路和喇叭结构组合成的半导体光元件时，出现了以下问题，即输出光中有时会含有横向多模式的光，从而有时无法成为优选的横向基本模式下单一模式性高的输出光。以下，模式是指横向模式。 
本发明鉴于以上而开发完成，其目的在于提供能够同时实现端面反射减少、输出光强度提高、以及单一模式性高输出光的半导体光元件、集成型半导体光元件、以及半导体光元件模块。 
解决问题的手段 
为解决上述问题，达成目的，本发明所述半导体光元件具备形成于半导体基板上的光波导路，其特征在于，所述光波导路具备：单一模式波导部，其以单一模式对输入的光进行波导；弯曲部，其相对于所述光的波导方向配置在所述单一模式波导部的后段侧；以及喇叭部，其相对于所述波导方向配置在所述弯曲部的后段侧，形成为波导宽度往所述波导方向扩大，且具有可在所述光的射入侧以单一模式对所述光进行波导、在所述光的射出侧以多模式对所述光进行波导的波导宽度。 
此外，本发明所述半导体光元件的特征在于，在上述发明中，所述弯曲部以单一模式对所述光进行波导。 
此外，本发明所述半导体光元件的特征在于，在上述发明中，所述光波导路含有活性层。 
此外，本发明所述半导体光元件的特征在于，在上述发明中，所述光波导路形成于所述半导体基板的主表面即(001)面上，所述单一模式波导部沿所述半导体基板的<110>方向延伸，所述喇叭部形成为从所述半导体基板的<110>方向开始倾斜。 
此外，本发明所述半导体光元件的特征在于，在上述发明中，所述光波导路中光的射出侧是所述半导体基板的切开端面。 
此外，本发明所述半导体光元件的特征在于，在上述发明中，所述光波导路由脊形波导路构成。 
此外，本发明所述半导体光元件的特征在于，在上述发明中，其为半导体光放大元件。 
此外，本发明所述半导体光元件的特征在于，在上述发明中，其为半导体发光元件。 
此外，本发明所述集成型半导体光元件的特征在于，其具备上述发明的半导体光元件。 
此外，本发明所述集成型半导体光元件的特征在于，在上述发明中，其为半导体激光元件。 
此外，本发明所述半导体光元件模块的特征在于，其具备上述发明的半导体光元件或集成型半导体光元件。 
发明效果 
根据本发明，可获得能够同时实现端面反射减少、输出光强度提高、以及单一模式性高输出光的效果。 
附图说明
图1是表示实施方式1所述半导体光放大元件中波导路结构的模式性平面图。 
图2是图1中A-A线要部的剖面图。 
图3是表示比较方式所述半导体光放大元件中波导路结构的模式性平面图。 
图4是表示输出光之横向模式FFP的图。 
图5是表示实施方式2所述集成型半导体激光元件中波导路结构的模式性平面图。 
图6是图5中B-B线要部的剖面图。 
图7是图5中C-C线要部的剖面图。 
图8是实施方式3所述半导体激光模块的模式性平面剖面图。 
具体实施方式
以下，参照附图，详细说明本发明所述半导体光元件、集成型半导体光元件、以及半导体光元件模块的实施方式。另外，本发明并不因为该实施方式而受到限制。此外，各附图中，对相同或相应的要素适当标注了相同符号。进而，附图为模式图，各要素的尺寸关系及比例等可能会与实物有所不同，敬请注意。附图相互之间，也可能会含有相互尺寸关系及比例不同的部分。 
(实施方式1) 
首先，说明本发明的实施方式1。本实施方式1是输入用于光通信的1.55μm波段光，将其放大后输出的半导体光放大元件。 
图1是表示实施方式1所述半导体光放大元件中波导路结构的模式性平面图。另外，为了说明波导路结构，后文所述p侧电极等波导路结构以外的要素已省略图示。如图1所示，该半导体光放大元件100具备光射入端面101、光射出端面102、以及形成于光射入端面101与光射出端面102之间的光放大波导路110。光放大波导路110具有从光射入端面101往光射出端面102依序连接的输入侧直线部111、输入侧弯曲部112、主直线部113、输出侧弯曲部114、喇叭部115、以及输出侧直线部116。 
图2是图1中A-A线要部的剖面图。如图2所示，半导体光放大元件100采用以下方式构成：在基板120上面形成下部包覆层121、作为光波导路的活性层122、上部包覆层123、下部电流阻挡层124、上部电流阻挡层125、上部包覆层126、接触层127、以及p侧电极128，进而在基板120背面形成n侧电极129。 
基板120的主表面由(001)面即n-InP构成。下部包覆层121由n-InP构成。活性层122具备具有分别限制异质结构的GaInAsP多量子阱。活性层122的总厚度为100nm。上部包覆层123、126由p-InP构成。下部包覆层121、活性层122、以及上部包覆层123依序叠层，形成台面条纹。下部电流阻挡层124、以及上部电流阻挡层125依序叠层，填埋台面条纹的两侧。下部电流阻挡层124由p-InP构成，上部电流阻挡层125由n-InP构成。上部包覆层126、以及接触层127依序叠层在上部包覆层123和上部电流阻挡层125之上。接触层127由p-GaInAs构成。p侧电 极128形成于接触层127上，具有Ti/Pt结构。n侧电极129由AuGeNi构成。 
回到图1。光射入端面101及光射出端面102是将基板120(001)面上形成有上述半导体叠层结构的外延基板切开后形成的，其与基板120的结晶(110)面一致。光射入端面101及光射出端面102上，形成由电介质等构成的低反射膜。 
输入侧直线部111形成为，其一端朝向光射入端面101。此外，输入侧直线部111形成为，从光射入端面101的法线方向即基板120的结晶<110>方向开始，仅倾斜8°。主直线部113沿垂直于光射入端面101及光射出端面102的<110>方向延伸。输入侧弯曲部112连接输入侧直线部111和主直线部113。 
喇叭部115形成为，从光射出端面102的法线方向即<110>方向开始，仅倾斜8°。喇叭部115的波导宽度形成为，往光的波导方向依序扩大。输出侧弯曲部114连接主直线部113和喇叭部115。输出侧直线部116形成为，其一端朝向光射出端面102，从<110>方向开始，仅倾斜8°。即，喇叭部115与输出侧直线部116配置为直线状。另外，虽然倾斜角度优选为8°，但并不限定于此。 
接着，说明各部分的尺寸。另外，尺寸仅为例示，并非限定于此。 
输入侧直线部111、输入侧弯曲部112、主直线部113、以及输出侧弯曲部114的波导宽度大致相等，为2.5μm，设定为以单一模式对1.55μm波段光进行波导。主直线部113构成单一模式波导部。喇叭部115的波导宽度为2.5μm至4μm，例如线形扩大。输出侧直线部116的波导宽度为4μm。 
输入侧直线部111及输出侧直线部116的波导路长度设计为50μm。如果将输入侧直线部111及输出侧直线部116的波导路长度设计为大于形成光射入端面101和光射出端面102时切开的位置精度，则即使切开位置有误差，也能够切实形成输入侧直线部111及输出侧直线部116，因此优选。 
输入侧弯曲部112及输出侧弯曲部114弯曲为圆弧状，并设定其曲率及波导路长度，以连接输入侧直线部111和主直线部113，或者主直 线部113和喇叭部115。此外，输入侧弯曲部112及输出侧弯曲部114中，优选采用基本模式下弯曲损失不会增大的曲率。输入侧弯曲部112及输出侧弯曲部114的曲率半径均为1000μm，波导路长度均约为120μm。喇叭部115的长度为500μm。此外，半导体光放大元件100的总长度为1600μm。 
接着，说明半导体光放大元件100的动作。在p侧电极128与n侧电极129之间施加电压，将电流注入活性层122。此时，通过下部电流阻挡层124及上部电流阻挡层125的作用，将电流有效注入活性层122。在已注入电流的状态下，将应放大的1.55μm波段激光等光L1从光射入端面101输入到光放大波导路110的输入侧直线部111后，光放大波导路110的输入侧直线部111、输入侧弯曲部112、主直线部113、输出侧弯曲部114、喇叭部115、以及输出侧直线部116将依序对光L1进行波导，同时利用活性层122的光放大作用对光L1进行放大，再作为放大光L2，从朝向光射出端面102的输出侧直线部116输出。 
该半导体光放大元件100中，由于在光射入端面101及光射出端面102处，光放大波导路110的输入侧直线部111或输出侧直线部116倾斜于相应的端面，因此可在各端面获得低反射率。例如，在光射入端面101及光射出端面102处形成低反射膜的状态下，可将光射入端面101的反射率设为10-4，将光射出端面102的反射率设为10-6。而通过在光射入端面101及光射出端面102处使用众所周知的窗结构，能够进一步减少该反射率。 
此外，该半导体光放大元件100中，由于光放大波导路110具有喇叭部115，且波导宽度往光的波导方向即光射出端面102一侧扩大，因此能够实现例如饱和输出光强度20dBm以上的良好输出特性。 
进而，光放大波导路110中，光的输入侧即输入侧直线部111、输入侧弯曲部112、主直线部113、以及输出侧弯曲部114将以单一模式对输入的光进行波导。另一方面，光的输出侧即喇叭部115、以及输出侧直线部116的波导宽度较大，因此成为一种能够以多模式对经输出侧弯曲部114输入的光进行波导的结构。例如，在上述例示的半导体材料的情况下，光放大波导路110为单一模式波导路的波导宽度为3.0μm以下。 因此，光放大波导路110中切实以单一模式对光进行波导的波导宽度，是从输入侧直线部111至喇叭部115的输入侧算起约160μm位置处，从该位置至光射出端面102一侧，则光放大波导路110是能够以多模式对光进行波导的波导宽度。我们将喇叭部115的输入侧算起约160μm的部分作为单一模式部115a。 
此处，输出侧弯曲部114等弯曲波导路中，即使输入基本模式的光，也可能激励基本模式以外的模式成分。这种激励尤其易发生在与直线波导路的连接部分。若发生这种激励，则其后的光波导路为能够以多模式对光进行波导的波导路时，将发生多模式的光波导。 
然而，本实施方式1所述半导体光放大元件100在输出侧弯曲部114之后有喇叭部115的单一模式部115a。虽然在输出侧弯曲部114的前后连接部激励的基本模式成分会以单一模式进行波导，但基本模式以外的模式成分在输出侧弯曲部114及单一模式部115a将成为放射模式。因此，输出侧弯曲部114及单一模式部115a可防止或抑制基本模式以外模式成分的光在喇叭部115过度进行波导或者进一步从输出侧直线部116输出。 
此处，单一模式是指可在波导路传播的波导模式对于特定的偏振光为单一的。虽然理想的单一模式中不存在高次波导模式的传播解本身，但为了获得本发明的效果，即使有高次波导模式，与基本模式强度比足够大的疑似单一模式也已足够。疑似单一模式时，基本模式与高次模式的传播损失差希望为20dB/mm左右以上。由此，即使是单一模式波导路部的长度为0.5mm左右的实用性设计，也能够给高次模式带来10dB的损失。 
如此，在光射出端面102，从输出侧直线部116输出的放大光L2的单一模式性将提高。此外，由于可防止或抑制电力在基本模式以外模式成分的光的放大中产生消耗，所以能够提高基本模式的放大效率。 
下面，通过与比较方式的比较，进一步详细说明本实施方式1所述半导体光放大元件100的作用。图3是表示比较方式所述半导体光放大元件中波导路结构的模式性平面图。与半导体光放大元件100相比，该半导体光放大元件100A的不同之处在于，喇叭部115直接与主直线部113连接，沿<110>方向延伸，并且喇叭部115与输出侧直线部116透过 输出侧弯曲部114A连接。输出侧弯曲部114A的曲率半径为1000μm，波导路长度约为120μm，波导宽度为4μm。 
该半导体光放大元件100A中，输出侧弯曲部114A及其前后连接的喇叭部115和输出侧直线部116能够以多模式对光进行波导。因此，在输出侧弯曲部114A及其前后连接部产生的基本模式以外模式成分的光，将作为高次模式的光在输出侧弯曲部114A及输出侧直线部116中传播。该高次模式的光通过输出侧弯曲部114A及输出侧直线部116进行放大，同时到达光射出端面102。 
如此，比较半导体光放大元件100、100A后，可知两者不同之处在于，因输出侧弯曲部而产生的基本模式以外成分的光，是被放射还是作为高次模式的光在其后也继续传播。 
使用比较方式即半导体光放大元件100A时，高次模式的光在光波导路内被放大，因此与放射时相比，功率增大。进而，由于高次模式的光是作为波导模式到达光射出端面102，所以在其后利用透镜等对输出的光进行聚光时，也难以与基本模式的光分离。 
相对于此，在本实施方式1的所述半导体光放大元件100的情况下，产生的基本模式以外成分的光将被放射。因此，放射后的该光不会被光放大。进而，被放射的位置不同于光射出端面102。因此，在光射出端面102利用透镜等对输出侧直线部116输出的基本模式放大光进行聚光时，在该基本模式放大光的聚光点，被放射的光不会聚光。因此，被放射的光能够轻松与基本模式放大光分离。由此，能够获得单峰型的光束模式良好的放大光。 
图4是表示本实施方式1所述半导体光放大元件100的光射出端面102处，输出侧直线部116输出的输出光之横向模式FFP(Far Field Pattern，远场图形)的图。另外，图4中以实线表示测定的FFP，同时为了与该FFP进行比较，还以虚线表示高斯光束的形状。如图4所示，可知所测FFP的形状与高斯光束的形状几乎完全一致。如此，输出光成为优选的基本模式下单一模式性高、光束模式良好的输出光。 
将半导体光放大元件100A形成模块时，输出的放大光会因混存高次模式的光而光束模式混乱，因此难以为了使光结合到透镜或光纤而进 行调整。对此，使用半导体光放大元件100时，可获得光束模式良好的放大光，因此旨在形成模块的组装变得容易，同时能够提高结合到透镜或光纤的效率。 
如上所述，本实施方式1所述半导体光放大元件100能够同时实现端面反射减少、输出光强度提高、以及单一模式性高输出光。 
在此，说明本实施方式1所述半导体光放大元件100的制造方法一例。首先，使用MOCVD法等众所周知的晶体生长方法，在基板120上依序叠层兼做缓冲层的下部包覆层121、活性层122、以及上部包覆层123。 
接着，使用等离子CVD等方法，在整个面上堆积SiNx膜后，使用众所周知的光刻技术和电介质蚀刻技术，形成形状与光放大波导路110的形状相应且由SiNx膜构成的掩膜图案。此时，优选为已在接下来的半导体蚀刻工序中修正过侧蚀量的掩膜图案。 
接着，将该掩膜图案作为蚀刻掩膜，使用众所周知的方法，从上部包覆层123开始，经过活性层122，直至下部包覆层121的一部分，实施蚀刻。该蚀刻也可依序并用干式蚀刻和湿式蚀刻。 
然后，直接将用作蚀刻掩膜的掩膜图案作为选择性生长掩膜，使用MOCVD法等众所周知的方法，依序叠层下部电流阻挡层124、以及上部电流阻挡层125。进而，剥离掩膜图案，使用MOCVD法等，依序叠层上部包覆层126、以及接触层127。 
接着，使用光刻技术，形成抗蚀图案，在接触层127上蒸镀p侧电极128，并通过剥离制成电极图案。进而，通过研磨将基板120减至规定厚度，并在背面蒸镀n侧电极129。 
然后，切开外延基板，形成光射入端面101及光射出端面102，并在各端面形成低反射膜。进而，将切开端面垂直方向上排列的元件逐个分离。由此，半导体光放大元件100制造完毕。 
(实施方式2) 
接着，说明本发明的实施方式2。本实施方式2是输出1.55μm波段激光的波长可变型的集成型半导体激光元件。 
图4是表示实施方式2所述集成型半导体激光元件中波导路结构的模式性平面图。另外，为了说明波导路结构，后文所述p侧电极等波导路结构以外的要素已省略图示。 
如图4所示，该集成型半导体激光元件200具有以下结构，即在一个半导体基板上集成多个DFB(Distributed Feedback，分布反馈)激光条纹203、多个弯曲波导路204、MMI光合流器205、以及半导体光放大器210。此外，集成型半导体激光元件200具备光射出端面202。 
图5是图4中B-B线要部的剖面图。如图5所示，集成型半导体激光元件200的半导体光放大器210部分采用以下方式构成：在基板220上面形成下部包覆层221、作为光波导路的活性层222、上部包覆层223、224、接触层225、绝缘膜226、平坦化聚合物227、以及p侧电极228，进而在基板220背面形成n侧电极229。 
基板220的主表面由(001)面即n-InP构成。下部包覆层221由n-InP构成。活性层222具备具有分别限制异质结构的AlGaInAsP多量子阱。活性层222的总厚度为150nm。上部包覆层223、224由p-InP构成。接触层225由p-GaInAs构成。上部包覆层224、以及接触层225依序叠层，同时往上部包覆层223的上部突出，形成脊形结构。上部包覆层224的宽度为脊形波导路的波导宽度。绝缘膜226由SiNx构成，覆盖上部包覆层223的表面、以及上部包覆层224和接触层225的侧面。平坦化聚合物227由聚酰亚胺构成，填埋上部包覆层224及接触层225，使脊形结构的表面变得平坦。p侧电极228形成于接触层225和平坦化聚合物227之上，具有Ti/Pt结构。n侧电极229由AuGeNi构成。 
图6是图4中C-C线要部的剖面图。如图6所示，集成型半导体激光元件200的弯曲波导路204部分具有以下结构，即在图5所示的结构中，代替活性层222，形成由GaInAsP构成的核心层230。此外，未形成p侧电极228，且接触层225的表面也被绝缘膜226覆盖。此处，当活性层222具有增益的波长为1.55μm波段时，核心层230的GaInAsP组成设定为对1.55μm波段光为透明的。对1.55μm波段光为透明的组成是指，例如，带隙波长为小于1.55μm波段的短波长即1.3μm的组成。 
DFB激光条纹203具有与半导体光放大器210相同的剖面结构，但不同之处在于，活性层222上方具有衍射光栅。MMI光合流器205具有与弯曲波导路204相同的剖面结构。 
回到图4。光射出端面202是将基板220(001)面上形成有上述半导体叠层结构的外延基板切开后形成的，其与基板220的结晶(110)面一致。光射出端面202上，形成由电介质等构成的低反射膜。 
DFB激光条纹203是分别具有宽度2μm、长度600μm的条纹状脊形波导路结构的端面发光型激光，其在集成型半导体激光元件200的一端，以25μm间距形成于宽度方向上。DFB激光条纹203构成为，通过使各DFB激光条纹203具备的衍射光栅间隔互不相同，从而激光振荡波长在1530nm～1570nm范围内存在差异。此外，DFB激光条纹203的各激光振荡波长可通过改变集成型半导体激光元件200的设定温度来调整。通过对待驱动DFB激光条纹203进行切换并实施其温度控制，集成型半导体激光元件200可实现宽泛的波长可变范围。 
MMI光合流器205形成于集成型半导体激光元件200的中央部附近。各弯曲波导路204形成于各DFB激光条纹203与MMI光合流器205之间，光学连接各DFB激光条纹203与MMI光合流器205。 
半导体光放大器210连接到MMI光合流器205的输出侧。半导体光放大器210具有从MMI光合流器205开始往光射出端面202依序连接的主直线部213、输出侧弯曲部214、喇叭部215、以及输出侧直线部216。 
主直线部213沿光射出端面202的法线方向即<110>方向延伸。喇叭部215形成为，从光射出端面102的法线方向即<110>方向开始，仅倾斜8°。喇叭部215的波导宽度形成为，往光的波导方向依序扩大。输出侧弯曲部214连接主直线部213和喇叭部215。输出侧直线部216形成为，其一端朝向光射出端面202，从<110>方向开始，仅倾斜8°。即，喇叭部215与输出侧直线部216配置为直线状。 
接着，说明半导体光放大器210各部分的尺寸。另外，尺寸仅为例示，并非限定于此。 
主直线部213、以及输出侧弯曲部214的波导宽度为2μm，设定为以单一模式对1.55μm波段光进行波导。主直线部213构成单一模式波导 部。喇叭部215的波导宽度为2μm至4μm，例如线形扩大。输出侧直线部216的波导宽度为4μm。 
与实施方式1时相同，如果将输出侧直线部216的波导路长度设计为大于形成光射出端面202时切开的位置精度，则即使切开位置有误差，也能够切实形成输出侧直线部216，因此优选。输出侧直线部216的波导路长度设计为50μm。 
输出侧弯曲部214弯曲为圆弧状，并设定其曲率及波导路长度，以连接主直线部213和喇叭部215。此外，输出侧弯曲部214中，优选采用基本模式下弯曲损失不会增大的曲率。输出侧弯曲部214的曲率半径为1000μm，波导路长度约为120μm。喇叭部215的长度为400μm。此外，半导体光放大器210的总长度为1000μm。 
接着，说明集成型半导体激光元件200的动作。首先，从多个DFB激光条纹203中选择一个能输出所需波长激光者，并对其实施驱动。在多个弯曲波导路204中，与待驱动DFB激光条纹203光学连接的光波导路将对被驱动DFB激光条纹203输出的激光进行波导，并输出到MMI光合流器205。MMI光合流器205令输入的激光通过，输出到半导体光放大器210的主直线部213。半导体光放大器210对经MMI光合流器205输入的激光进行放大，再作为输出光L3，从朝向光射出端面202的输出侧直线部216输出。半导体光放大器210主要用于，对被驱动DFB激光条纹203发出的激光所受到的由MMI光合流器205造成的光损失进行补偿，从而经由光射出端面202获得所需强度的激光输出。 
该集成型半导体激光元件200中，由于半导体光放大器210的输出侧直线部216倾斜于光射出端面202，因此可在光射出端面202获得低反射率。例如，在光射出端面202处形成低反射膜的状态下，可将反射率设为10-6。 
此外，该集成型半导体激光元件200中，由于半导体光放大器210具有喇叭部215，且波导宽度往光的波导方向即光射出端面202一侧扩大，因此能够实现例如输出光强度80mW以上的良好输出特性。 
此外，在上述例示的半导体材料的情况下，脊形波导路即半导体光放大器210为单一模式波导路的波导宽度为2.5μm以下。因此，半导体 光放大器210中切实以单一模式对光进行波导的波导宽度，是从主直线部213至喇叭部215中途位置处，从该位置至光射出端面202一侧，则半导体光放大器210是能够以多模式对光进行波导的波导宽度。我们将喇叭部215中切实以单一模式对光进行波导的波导宽度部分作为单一模式部215a。 
与实施方式1时相同，本实施方式2所述集成型半导体激光元件200在输出侧弯曲部214之后有喇叭部215的单一模式部215a。因此，虽然在输出侧弯曲部214的前后连接部激励的基本模式成分会以单一模式进行波导，但基本模式以外的模式成分在输出侧弯曲部214及单一模式部215a将成为放射模式。因此，输出侧弯曲部214及单一模式部215a可防止基本模式以外模式成分的光在喇叭部215过度进行波导或者进一步从输出侧直线部216输出。 
此处，单一模式是指可在波导路传播的波导模式对于特定的偏振光为单一的。虽然理想的单一模式中不存在高次波导模式的传播解本身，但为了获得本发明的效果，即使有高次波导模式，与基本模式强度比足够大的疑似单一模式也已足够。疑似单一模式时，基本模式与高次模式的传播损失差希望为20dB/mm左右以上。因此，即使是单一模式波导路部的长度为0.5mm左右的实用性设计，也能够给高次模式带来10dB的损失。 
如此，在光射出端面202，从输出侧直线部216输出的输出光L3的单一模式性将提高。此外，由于可防止或抑制电力在基本模式以外模式成分的光的放大中产生消耗，所以能够提高基本模式的放大效率。 
此外，与实施方式1相同，在输出侧弯曲部214前后连接部产生的基本模式以外成分的光将被放射，被放射的位置不同于光射出端面202。因此，在光射出端面202利用透镜等对输出侧直线部216输出的基本模式输出光进行聚光时，在该基本模式输出光的聚光点，被放射的光不会聚光。因此，被放射的光能够轻松与基本模式输出光分离。由此，能够获得单峰型的光束模式良好的输出光。因此，旨在形成模块的组装变得容易，同时能够提高结合到透镜或光纤的效率。 
如上所述，本实施方式2所述集成型半导体激光元件200能够同时实现端面反射减少、输出光强度提高、以及单一模式性高输出光。 
在此，说明本实施方式2所述集成型半导体激光元件200的制造方法一例。首先，使用MOCVD法等众所周知的晶体生长方法，在基板220上依序叠层兼做缓冲层的下部包覆层221、活性层222、上部包覆层223、以及GaInAsP光栅层(未图示)。 
接着，使用等离子CVD等方法，在整个面上堆积SiNx膜后，在分别形成DFB激光条纹203的位置对SiNx膜实施图案化处理，以形成周期互不相同的衍射光栅图案。接下来，将实施过图案化处理的SiNx膜作为掩膜进行蚀刻，在GaInAsP光栅层形成衍射光栅的同时，全部除去其他区域的GaInAsP光栅层。然后，除去SiNx膜的掩膜，再次堆积p-InP层。 
接着，在整个面上堆积SiNx膜后，使用光刻技术，对SiNx膜实施图案化处理，形成宽度大于DFB激光条纹203的条纹图案、以及宽度大于半导体光放大器210的条纹图案。接下来，将实施过图案化处理的SiNx膜用作蚀刻掩膜进行蚀刻，并从上部包覆层223的一部分开始除去，直至活性层222。接着，直接将SiNx膜的掩膜作为选择性生长掩膜，使用MOCVD法等，在实施过上述除去作业的区域，对接生长由GaInAsP构成的核心层230、以及上部包覆层223。 
接着，剥离SiNx膜的掩膜，使用MOCVD法等，依序叠层上部包覆层224、以及接触层225。 
接着，在整个面上堆积SiNx膜后，使用光刻技术，对SiNx膜实施图案化处理。将实施过图案化处理的SiNx膜用作蚀刻掩膜，使用众所周知的蚀刻方法，在DFB激光条纹203、弯曲波导路204、MMI光合流器205、以及半导体光放大器210侧面相应部分进行蚀刻。由此，形成脊形波导路结构。 
接着，在整个面上堆积作为绝缘膜226的SiNx膜后，旋涂平坦化聚合物227。然后，使用光刻技术，对平坦化聚合物227实施图案化处理，仅在DFB激光条纹203、弯曲波导路204、MMI光合流器205、以及半导体光放大器210侧面相应部分留下平坦化聚合物227。 
接着，使平坦化聚合物227固化后，仅在形成p侧电极的部分除去绝缘膜226。然后，形成p侧电极228。进而，通过研磨将基板220减至规定厚度，并在背面蒸镀n侧电极229。 
然后，切开外延基板，形成光射出端面202，并在光射出端面202形成低反射膜。进而，将切开端面垂直方向上排列的元件逐个分离。由此，集成型半导体激光元件200制造完成。 
本实施方式2所述集成型半导体激光元件200中，DFB激光条纹203、弯曲波导路204、MMI光合流器205、以及半导体光放大器210的各光波导路通过脊形波导路而构成。在脊形波导路的情况下，也如上述制造方法一例中所示，其制造过程中没有会大幅受限于晶体取向的工序即填埋工序。如本实施方式2所示，如果采用在弯曲部后段设置喇叭部的结构，则喇叭部也倾斜于<110>方向，因此倾斜于晶体取向的光波导路长度会较长。如此倾斜于晶体取向的光波导路长度较长时，如果使用无需填埋工序的脊形波导路，采用本实施方式2的结构，则容易制造，并且在能够相对于晶体取向随意选择光波导路形成方向等方面更加适宜。 
(实施方式3) 
接着，说明本发明的实施方式3。本实施方式3所述半导体光元件模块是具备实施方式2所述集成型半导体激光元件的半导体激光模块。 
图7是实施方式3所述半导体激光模块的模式性平面剖面图。如图7所示，该半导体激光模块1000具备实施方式2所述的集成型半导体激光元件200；准直透镜1010；光隔离器1020；分束器1030；功率监视器PD(Photo Detector，光电检测器)1040；聚光透镜1050；光纤1060；以及收容集成型半导体激光元件200、准直透镜1010、光隔离器1020、分束器1030、功率监视器PD1040、聚光透镜1050并插有光纤1060的外壳1070。 
集成型半导体激光元件200输出波长与待驱动DFB激光条纹相应的激光L4。准直透镜1010将激光L4形成平行光线。光隔离器1020令形成为平行光线的激光L4往纸面右方穿透，并防止光从纸面左方输入到准直透镜1010一侧。分束器1030具有反射面1031，令穿透光隔离器1020 的激光L4之大部分穿透，并反射其部分激光L5进行分支。功率监视器PD1040检测由分束器1030分支出的激光L5，并输出与检测到的光强度相应的电流。功率监视器PD1040输出的电流输入到未图示的控制装置中，用于集成型半导体激光元件200的输出控制。 
聚光透镜1050对穿透分束器1030的激光L4进行聚光，然后结合到光纤1060。光纤1060对结合后的激光L4实施传播。所传播的激光L4用作信号光等。 
本实施方式3所述半导体激光模块1000中，具备可输出光束模式良好的激光L4的集成型半导体激光元件200。因此，其组装容易，并且结合到光纤1060的效率高，因此是一种能量效率良好的半导体激光模块。 
(其他实施方式) 
以上说明了本发明的实施方式，但作为上述实施方式公开内容之一部分的论述和附图并不限定本发明。根据该公开内容，本领域人员应可明白各种替代实施方式、实施实例、以及运用技术。 
例如，上述实施方式1的结构中，将喇叭部115的单一模式部115a形成弯曲波导路，也可获得本发明的效果。此时，也可去掉输出侧弯曲部114。 
此外，对于上述实施方式2所述的集成型半导体激光元件200，还可进一步具备本发明的发明人在专利文献3中公开的杂散光波导台面。具备杂散光波导台面时，上述放射光将在传播于杂散光波导台面期间被吸收，因此能够获得光束模式更好的光。 
此外，上述实施方式中，为用于1.55μm波段，设定了其化合物半导体及电极等处的材料、尺寸等。但是，各材料和尺寸等可根据输入光的波长进行适当设定，并无特别限定。 
此外，上述实施方式中，光波导路含有活性层，但活性层也可仅在部分光波导路中含有。进而，本发明不仅限于含有活性层的结构，还可广泛用于具有喇叭部和弯曲部的光波导路所在的半导体光元件。 
此外，本发明还包括适当组合上述各构成要素而构成者。例如，也可利用脊形波导路构成实施方式1所述的半导体光放大元件。此外，例 如也可在实施方式1所述半导体光放大元件100的光射入端面101形成高反射膜，并将其用作半导体发光元件。进而，如果将这种半导体发光元件置换为实施方式3中的集成型半导体激光元件200，并将光纤1060置换为作为外部共振器的光纤光栅，则也可构成半导体激光元件模块。 
此外，更多效果和变形例可由本领域人员轻松带出。因此，本发明的更多方式并不限定于上述实施方式，可进行各种改换。 
工业实用性 
如上所述，本发明所述半导体光元件、集成型半导体光元件、以及半导体光元件模块主要适用于光通信用途。 
符号说明 
100半导体光放大元件 
101光射入端面 
102、202光射出端面 
110光放大波导路 
111输入侧直线部 
112输入侧弯曲部 
113、213主直线部 
114、214输出侧弯曲部 
115、215喇叭部 
115a、215a单一模式部 
116、216输出侧直线部 
120、220基板 
121、221下部包覆层 
122、222活性层 
123、126、223、224上部包覆层 
124下部电流阻挡层 
125上部电流阻挡层 
127、225接触层 
128、228p侧电极 
129、229n侧电极 
200集成型半导体激光元件 
203DFB激光条纹 
204弯曲波导路 
205MMI光合流器 
210半导体光放大器 
226绝缘膜 
227平坦化聚合物 
230核心层 
1000半导体激光模块 
1010准直透镜 
1020光隔离器 
1030分束器 
1031反射面 
1040功率监视器PD 
1050聚光透镜 
1060光纤 
1070外壳 
L1光 
L2放大光 
L3输出光 
L4、L5激光 。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.(修正后)一种半导体光元件，其具备形成于半导体基板上的光波导路，其特征在于，所述光波导路具备：
单一模式波导部，其以单一模式对输入的光进行波导；
弯曲部，其相对于所述光的波导方向配置在所述单一模式波导部的后段侧，以单一模式对所述光进行波导；以及
喇叭部，其相对于所述波导方向配置在所述弯曲部的后段侧，形成为波导宽度向所述波导方向扩大，且具有可在所述光的射入侧以单一模式对所述光进行波导、在所述光的射出侧以多模式对所述光进行波导的波导宽度，
所述光波导路含有活性层，利用所述活性层的光放大作用，在整个所述单一模式波导部、所述弯曲部、以及所述喇叭部进行所述光的光放大。
2.(删除)
3.(删除)
4.(修正后)根据权利要求1所述的半导体光元件，其特征在于，所述光波导路形成于所述半导体基板的主表面即(001)面上，所述单一模式波导部沿所述半导体基板的<110>方向延伸，所述喇叭部形成为从所述半导体基板的<110>方向倾斜。
5.(修正后)根据权利要求1或权利要求4所述的半导体光元件，其特征在于，所述光波导路中光的射出侧是所述半导体基板的切开端面。
6.(修正后)根据权利要求1、权利要求4以及权利要求5中任一项所述的半导体光元件，其特征在于，所述光波导路由脊形波导路构成。
7.(修正后)根据权利要求1、权利要求4至权利要求6中任一项所述的半导体光元件，其特征在于，其为半导体光放大元件。
8.(修正后)根据权利要求1、权利要求4至权利要求6中任一项所述的半导体光元件，其特征在于，其为半导体发光元件。
9.(修正后)一种集成型半导体光元件，其特征在于，其具备根据权利要求1、权利要求4至权利要求8中任一项所述的半导体光元件。
10.根据权利要求9所述的集成型半导体光元件，其特征在于，其为半导体激光元件。
11.(修正后)一种半导体光元件模块，其特征在于，其具备根据权利要求1、权利要求4至权利要求8中任一项所述的半导体光元件、或者根据权利要求9或权利要求10所述的集成型半导体光元件。

Claims (11)

1.一种半导体光元件，其具备形成于半导体基板上的光波导路，其特征在于，所述光波导路具备：
单一模式波导部，其以单一模式对输入的光进行波导；
弯曲部，其相对于所述光的波导方向配置在所述单一模式波导部的后段侧；以及
喇叭部，其相对于所述波导方向配置在所述弯曲部的后段侧，形成为波导宽度往所述波导方向扩大，且具有可在所述光的射入侧以单一模式对所述光进行波导、在所述光的射出侧以多模式对所述光进行波导的波导宽度。
2.根据权利要求1所述的半导体光元件，其特征在于，所述弯曲部以单一模式对所述光进行波导。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的半导体光元件，其特征在于，所述光波导路含有活性层。
4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的半导体光元件，其特征在于，所述光波导路形成于所述半导体基板的主表面即(001)面上，所述单一模式波导部沿所述半导体基板的<110>方向延伸，所述喇叭部形成为从所述半导体基板的<110>方向开始倾斜。
5.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的半导体光元件，其特征在于，所述光波导路中光的射出侧是所述半导体基板的切开端面。
6.根据权利要求1至权利要求5中任一项所述的半导体光元件，其特征在于，所述光波导路由脊形波导路构成。
7.根据权利要求1至权利要求6中任一项所述的半导体光元件，其特征在于，其为半导体光放大元件。
8.根据权利要求1至权利要求6中任一项所述的半导体光元件，其特征在于，其为半导体发光元件。
9.一种集成型半导体光元件，其特征在于，其具备根据权利要求1至权利要求8中任一项所述的半导体光元件。
10.根据权利要求9所述的集成型半导体光元件，其特征在于，其为半导体激光元件。
11.一种半导体光元件模块，其特征在于，其具备根据权利要求1至权利要求8中任一项所述的半导体光元件、或者根据权利要求9或权利要求10所述的集成型半导体光元件。
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