CN110088995B - 光集成元件以及光发送机模块 - Google Patents

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Abstract

光集成元件具备：在基板上依次层叠第2芯层、下部包覆层、第1芯层、以及上部包覆层而成的无源波导区域、在基板上依次层叠第2芯层、下部包覆层、第1芯层、通过注入电流而放大光的量子阱层、以及上部包覆层而成的活性区域，第1芯层与量子阱层之间在对第1芯层进行波导的光的模场的范围内相接近，无源波导区域的至少一部分以及活性区域具有上部包覆层突出为台面状的第1台面构造，无源波导区域包含除了第1台面构造还具有第1芯层、下部包覆层以及第2芯层突出为台面状的第2台面构造的第2光点尺寸变换区域，第2台面构造的宽度比第1台面构造的宽度宽，并且具有第2台面构造的无源波导区域中，第1台面构造的宽度连续地变化。

Description

光集成元件以及光发送机模块
技术领域
本发明涉及光集成元件以及光发送机模块。
背景技术
伴随近年来的光通信用设备中的小型化的要求，针对将半导体光放大器、相位调制器等不同功能的光元件集成在同一基板上的光集成元件的要求水准也在提高(例如参照专利文献1)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2016-126216号公报
发明内容
-发明要解决的课题-
但是，在将半导体光放大器、相位调制器等集成在同一基板上的情况下，优选各个波导层的厚度根据各自元件的特性而被最优化。例如，对于相位调制器而言，为了降低电容量从而使响应特性高速化，优选加厚波导层的厚度，但是对于半导体光放大器而言，为了抑制饱和输出的下降，优选将波导层的厚度设为某种程度的厚度以下。
如使这样被集成的各元件的波导层的厚度最优化，则由于最佳的波导层的厚度的差异较大，因此具有在元件间的接合部分连接损耗增大的这种问题。图8是表示厚度不同的波导层的连接损耗的例子的图表。如图8所示，连接目标与连接源的波导层的厚度之比越是远离1，则连接损耗越增大。此外，如果在连接部产生折射率的不连续，则也会产生连接部处的反射，但是连接部的波导层的厚度之比越是远离1，则该反射也越大，更加对光集成元件的特性带来不良影响。
再有，若将光集成元件中集成的各元件的波导层的厚度最优化，则关于相对于光集成元件的周边的光学元件的容许偏差也会带来影响。也就是说，从光集成元件出射或者入射的光与光纤、光源等耦合，由于被集成的各元件的波导层中最优化的光点尺寸与光纤、光源等中最佳的光点尺寸的差异较大，因此光集成元件与周边的光学元件之间的耦合透镜的容许偏差变得严格。
本发明是鉴于上述情况而作出的，其目的在于提供一种能够抑制因光点尺寸的不匹配引起的问题的光集成元件以及光发送机模块。
-解决课题的手段-
为了解决上述课题而达成目的，本发明的一个方式所涉及的光集成元件具备：基板；无源波导区域，在所述基板上依次层叠折射率比所述基板高的第2芯层、折射率比所述第2芯层低的下部包覆层、折射率比所述下部包覆层高的第1芯层、以及折射率比所述第1芯层低的上部包覆层而成；和活性区域，在所述基板上依次层叠所述第2芯层、所述下部包覆层、所述第1芯层、通过注入电流来对光进行放大的量子阱层、以及所述上部包覆层而成，所述第1芯层与所述量子阱层之间在所述第1芯层中进行波导的光的模场的范围内相接近，所述无源波导区域的至少一部分以及所述活性区域具有所述上部包覆层突出为台面状的第1台面构造，所述无源波导区域包含第2光点尺寸变换区域，所述第2光点尺寸变换区域除了所述第1台面构造，还具有所述第1芯层、所述下部包覆层以及所述第2芯层突出为台面状的第2台面构造，所述第2台面构造的宽度比所述第1台面构造的宽度宽，并且在具有所述第2台面构造的所述无源波导区域中，所述第1台面构造的宽度连续地变化。
本发明的一个方式所涉及的光集成元件中，在所述第1芯层与所述量子阱层之间，具备与所述第1芯层以及所述量子阱层不同的组成的中间层。
本发明的一个方式所涉及的光集成元件中，所述中间层是与所述下部包覆层或者所述上部包覆层相同的组成。
本发明的一个方式所涉及的光集成元件中，所述无源波导区域包含所述第1芯层的层厚变化的第1光点尺寸变换区域。
本发明的一个方式所涉及的光集成元件中，所述无源波导区域包含所述第1芯层的层厚变化的第1光点尺寸变换区域。
本发明的一个方式所涉及的光集成元件具备：基板；无源波导区域，在所述基板上依次层叠下部包覆层、折射率比所述下部包覆层高的第1芯层、以及折射率比所述第1芯层低的上部包覆层而成；和活性区域，在所述基板上依次层叠所述下部包覆层、所述第1芯层、通过注入电流来对光进行放大的量子阱层、以及所述上部包覆层而成，所述第1芯层与所述量子阱层之间在所述第1芯层中进行波导的光的模场的范围内相接近，所述无源波导区域包含所述第1芯层的层厚变化的第1光点尺寸变换区域。
本发明的一个方式所涉及的光集成元件中，在所述无源波导区域以及所述活性区域，在所述基板与所述下部包覆层之间，层叠有折射率比所述基板以及所述下部包覆层高的第2芯层，所述无源波导区域的至少一部分以及所述活性区域具有所述上部包覆层突出为台面状的第1台面构造，所述无源波导区域包含第2光点尺寸变换区域，所述第2光点尺寸变换区域除了所述第1台面构造，还具有所述第1芯层、所述下部包覆层、以及所述第2芯层突出为台面状的第2台面构造，所述第2台面构造的宽度比所述第1台面构造的宽度宽，并且在具有所述第2台面构造的所述无源波导区域中，所述第1台面构造的宽度连续地变化。
本发明的一个方式所涉及的光集成元件中，具备：基板；和无源波导区域，在所述基板上依次层叠折射率比所述基板高的第2芯层、折射率比所述第2芯层低的下部包覆层、折射率比所述下部包覆层高的第1芯层、折射率比所述第1芯层低的上部包覆层而成，所述无源波导区域的至少一部分具有所述上部包覆层突出为台面状的第1台面构造，所述无源波导区域除了所述第1台面构造，还包含：所述第1芯层的层厚变化的第1光点尺寸变换区域、以及具有所述第1芯层、所述下部包覆层和所述第2芯层突出为台面状的第2台面构造的第2光点尺寸变换区域，所述第2台面构造的宽度比所述第1台面构造的宽度宽，并且在具有所述第2台面构造的所述无源波导区域，所述第1台面构造的宽度连续地变化。
本发明的一个方式所涉及的光集成元件中，所述光集成元件具备：活性区域，在所述基板上依次层叠所述第2芯层、所述下部包覆层、所述第1芯层、通过注入电流来对光进行放大的量子阱层、以及所述上部包覆层而成，所述第1芯层与所述量子阱层之间在所述第1芯层中进行波导的光的模场的范围内相接近。
本发明的一个方式所涉及的光集成元件中，在所述第1光点尺寸变换区域与所述第2光点尺寸变换区域之间，配置有所述活性区域。
本发明的一个方式所涉及的光集成元件中，所述第2光点尺寸变换区域与该光集成元件的端面邻接地被配置。
本发明的一个方式所涉及的光集成元件中，所述第2光点尺寸变换区域中的所述第1台面构造的宽度不延伸设置到所述端面而在中途成为零。
本发明的一个方式所涉及的光集成元件中，所述无源波导区域的另一部分包含所述第1光点尺寸变换区域，并且具有所述上部包覆层、所述第1芯层和所述下部包覆层的一部分突出为台面状的高台面构造，所述第1台面构造与所述高台面构造被光学地连接。
本发明的一个方式所涉及的光集成元件中，在所述基板上具备调制器区域，所述调制器区域作为对波导的光的相位进行调制的相位调制器发挥功能。
本发明的一个方式所涉及的光集成元件中，在所述调制器区域对光进行波导的调制器芯层与所述第1芯层对接接合。
本发明的一个方式所涉及的光集成元件中，所述无源波导区域的另一部分包含所述第1光点尺寸变换区域，并且具有所述上部包覆层、所述第1芯层以及所述下部包覆层的一部分突出为台面状的高台面构造，所述第1台面构造与所述高台面构造被光学地连接。
本发明的一个方式所涉及的光集成元件中，所述基板上具备调制器区域，所述调制器区域作为对波导的光的相位进行调制的相位调制器发挥功能。
本发明的一个方式所涉及的光集成元件中，在所述调制器区域对光进行波导的调制器芯层与所述第1芯层对接接合。
本发明的一个方式所涉及的光集成元件中，所述无源波导区域的另一部分包含所述第1光点尺寸变换区域，并且具有所述上部包覆层、所述第1芯层以及所述下部包覆层的一部分突出为台面状的高台面构造，所述第1台面构造与所述高台面构造被光学地连接。
本发明的一个方式所涉及的光集成元件中，在所述基板上具备调制器区域，所述调制器区域作为对波导的光的相位进行调制的相位调制器发挥功能。
本发明的一个方式所涉及的光集成元件中，在所述调制器区域对光进行波导的调制器芯层与所述第1芯层对接接合。
本发明的一个方式所涉及的光发送机模块，其特征在于具备上述记载的光集成元件。
-发明效果-
本发明所涉及的光集成元件以及光发送机模块实现了能够抑制因光点尺寸的不匹配引起的问题的这种效果。
附图说明
图1A是第1实施方式所涉及的光集成元件的波导方向剖视图。
图1B是第1实施方式所涉及的光集成元件的俯视图。
图1C是第1实施方式所涉及的光集成元件的剖视图。
图2A是第2实施方式所涉及的光集成元件的波导方向剖视图。
图2B是第2实施方式所涉及的光集成元件的俯视图。
图2C是第2实施方式所涉及的光集成元件的剖视图。
图3A是第3实施方式所涉及的光集成元件的波导方向剖视图。
图3B是第3实施方式所涉及的光集成元件的俯视图。
图3C是第3实施方式所涉及的光集成元件的剖视图。
图4是第4实施方式所涉及的光集成元件的示意俯视图。
图5A是第4实施方式所涉及的光集成元件的波导方向剖视图。
图5B是第4实施方式所涉及的光集成元件的俯视图。
图5C是第4实施方式所涉及的光集成元件的剖视图。
图6是表示钝化膜以及电极的形成例的剖视图。
图7是第5实施方式所涉及的光发送机模块的示意结构图。
图8是表示厚度不同的波导层的连接损耗的例子的图表。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式所涉及的光集成元件进行详细说明。另外，并不是通过以下说明的实施方式来限定本发明。此外，各图中，对于相同或者对应的结构要素适当赋予同一符号。此外，附图是示意的图，应注意各层的厚度、厚度的比例等与现实的情况不同。此外，在附图彼此间有时包含相互的尺寸关系、比例不同的部分。
(第1实施方式)
图1A是第1实施方式所涉及的光集成元件的波导方向剖视图，图1B是第1实施方式所涉及的光集成元件的俯视图，图1C是第1实施方式所涉及的光集成元件的剖视图。另外，图1A以及图1B中记载的箭头(a)～(e)对应于图1C中记载的剖面的位置。
图1A～图1C所示的光集成元件100作为从相位调制器到半导体光放大器(SOA：Semiconductor Optical Amplifier)的连结区域中使用的结构例来进行说明。但是，第1实施方式所涉及的光集成元件并不限定于与相位调制器的组合。并不限定相位调制器，在与芯层较厚的设备的组合中特别能够获得适当的效果。这里，作为相位调制器的例子，假定马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)型的调制器。此外，光集成元件100也能够应用于从纸面的左右的任意端面入射1.55μm波段的光的用途。
如图1A所示，光集成元件100在基板101上具备将下部包覆层102、波导芯103、上部包覆层104、以及接触层105依次层叠的无源波导区域R11，在基板101上具备将下部包覆层102、波导芯103、量子阱层107、上部包覆层104以及接触层105依次层叠的活性区域R12。此外，光集成元件100作为将相位调制器集成在同一元件的结构例，在基板101上具备将下部包覆层102、调制器芯106、上部包覆层104以及接触层105依次层叠的调制器区域R13。
具体而言，在光集成元件100中，在基板101之上层叠下部包覆层102。例如，基板101是InP基板，下部包覆层102是被N型掺杂的InP，层厚为1500nm。
此外，在光集成元件100中，在下部包覆层102之上形成有调制器芯106以及波导芯103，调制器芯106与波导芯103被连接。例如，调制器芯106由AlGaInAs多量子阱构成，层厚为500nm。
另一方面，例如波导芯103由折射率3.39的GaInAsP构成，被构成为折射率比下部包覆层102以及上部包覆层104高。换言之，波导芯103中进行波导的光受到与下部包覆层102以及上部包覆层104的折射率差所产生的限制力。
无源波导区域R11在从与调制器芯106的连接部(图中(b)附近)到规定的位置(图中(c)附近)的区间，包含波导芯层的层厚变化的光点尺寸变换区域R14。光点尺寸变换区域R14中的波导芯103的与调制器芯106的连接部的层厚为400nm，厚度从此处直至减少到200nm。由于光点尺寸变换区域R14中的波导芯103的层厚的变化，光的限制力也变化，波导芯103中进行波导的光的模场直径也被变换。此外，光点尺寸变换区域R14被配置于活性区域R12与调制器区域R13之间。
此外，如图1A所示，在活性区域R12中的波导芯103的近旁，设有量子阱层107。在此，所谓波导芯103的近旁，是指在波导芯103中进行波导的光的模场的范围内相接近，在波导芯103与量子阱层107之间，存在与波导芯103以及量子阱层107不同的组成、与上部包覆层104相同的组成的材料的层(中间层)。中间层也可以是与下部包覆层102相同的组成的材料。另外，图中所示的曲线是视觉上例示了波导芯103中进行波导的光的模场的情况。
量子阱层107例如由GaInAsP多量子阱构成，层厚为100nm。该量子阱层107作为SOA的活性层发挥功能。也就是说，由于波导芯103中进行波导的光的模场扩散至量子阱层107，因此若向量子阱层107从未图示的电极(图6中例示)注入电流，则对波导芯103中进行波导的光的光强度也会带来放大效果(例如10dB左右的增益)。这种相对于波导芯103隔开间隔而设有量子阱层107的情况也被称为偏移量子阱。由于在波导芯103之上近傍层叠量子阱层107的材料，在活性区域R12以外仅蚀刻量子阱层107而进行去除，就能够制作SOA的活性层，因此存在不需要进行追加的结晶生长以及蚀刻的这种优点。
在调制器芯106、波导芯103以及量子阱层107之上，层叠上部包覆层104。例如，上部包覆层104是被P型掺杂的InP，层厚为2μm。再有，在上部包覆层104之上层叠接触层105。例如，接触层105是被P型掺杂的InGaAs，层厚为500nm。
光集成元件100是所谓的台面构造的波导，但是在光集成元件100的各区域，该台面构造中存在差异。为此，一并参照图1A～图1C，对光集成元件100的各区域中的台面构造进行说明。
如图1B以及图1C所示，光集成元件100中的台面构造的宽度是一定的，例如为2.0μm。另外，本例的光集成元件100中，台面构造的宽度为一定的，但是也可以根据需要在各区域的台面构造的宽度中设置差异。
如图1C(a)所示，在光集成元件100中的相位调制器的区域中，形成有将调制器芯106贯通而下部包覆层102的一部分台面状突出的高台面构造。因此，如图1B所示，在从上方观察光集成元件100的相位调制器的区域的图中，在台面构造的两侧示出下部包覆层102。
如图1C(b)以及(c)所示，在光集成元件100中的波导芯103的一部分的区域(前述的光点尺寸变换器的区域)，形成有将波导芯103贯通而下部包覆层102的一部分台面状突出的高台面构造。其中，若比较图1C(b)以及(c)可知，波导芯103的层厚不同。这是为了如前述那样使波导芯103的一部分的区域具有光点尺寸的变换的作用。此外，如图1B所示，在从上方观察波导芯103的一部分的区域((b)至(c)的区域)的图中，在台面构造的两侧示出下部包覆层102。另外，本例中在波导芯103的一部分的区域采用高台面构造，但是也可以在该区域采用低台面构造(参照后述的图1C(d))。
如图1C(d)所示，在光集成元件100中的波导芯103的一部分的区域(前述的光点尺寸变换器以外的区域)，形成有上部包覆层104台面状突出的低台面构造。在此，在光集成元件100中的波导芯103中，高台面构造的波导与低台面构造的波导在中途被变换。一般而言，在高台面构造与低台面构造中，由于有关光的限制的特性不同，因此若将高台面构造的波导与低台面构造的波导连接，则产生损耗。为此，例如JP特开2014-35540号公报所记载那样，在高台面构造的波导与低台面构造的波导之间设置中间区域，在该中间区域实现与高台面构造以及低台面构造不同的光的限制，由此能够降低高台面构造的波导与低台面构造的波导之间的光学连接中的损耗。此外，如图1B所示，在从上方观察波导芯103的一部分的区域((d)的区域)的图中，在台面构造的两侧示出波导芯103。在此，在台面构造的两侧，也可以上部包覆层104露出至表面。
如图1C(e)所示，在光集成元件100中的活性区域R12中，形成有直到量子阱层107之上的上部包覆层104台面状突出的低台面构造。因此，如图1B所示，在从上方观察在波导芯103之上设有量子阱层107的区域((e)的区域)的图中，在台面构造的两侧示出量子阱层107。在此，在台面构造的两侧，也可以上部包覆层104露出至表面。
在此，参照图1A，以制造方法的观点来说明光集成元件100的结构。
在光集成元件100的制造方法中，首先，在作为基板101的InP基板之上，利用有机金属气相生长(MOCVD)法，依次形成作为下部包覆层102的n-InP、作为调制器芯106的AlGaInAs多量子阱层、作为上部包覆层104的一部分的p-InP。
接下来，在作为上部包覆层104的一部分的p-InP的层的整面，堆积SiNx膜之后，实施图案化处理以使得成为比相位调制器略宽的图案，将该SiNx膜作为掩膜，直至AlGaInAs多量子阱层进行蚀刻，露出作为下部包覆层102的n-InP的层。
接下来，将上述SiNx膜直接用作为选择生长的掩膜，通过MOCVD法，依次层叠作为波导芯103的GaInAsP、用于将波导芯103与量子阱层107之间偏移的p-InP、作为量子阱层107的GaInAsP多量子阱、作为上部包覆层104的p-InP。此时，在平坦区域和选择生长区域调整为大致1：2程度的膜厚。
接下来，将上述SiNx膜一次去除，将新的SiNx膜形成于整面，进行图案化以使得既不是相位调制器也不是SOA的区域开口。然后，将该SiNx膜作为掩膜，对p-InP的层与GaInAsP多量子阱的层进行蚀刻。之后，去除SiNx膜之后，通过MOCVD法，层叠作为上部包覆层104的一部分的p-InP以及作为接触层105的p-InGaAs。
接下来，再次将SiNx膜形成于整面，进行低台面构造的图案化以及蚀刻，将SiNx膜一次去除之后，将SiNx膜形成于整面，进行高台面构造的图案化以及蚀刻。
之后，通过公知的方法，在各部分形成钝化膜、树脂层或其开口部、用于电流注入或电压施加的电极等。在表面的加工结束之后，对基板进行研磨成为期望的厚度，根据需要在背面形成电极。进而，通过基板切割形成端面，进行端面涂层、元件分离从而完成光集成元件100。
如以上，在光集成元件100的结构中，通过三次的结晶生长以及两次的台面构造形成，能够将相位调制器、SOA和光点尺寸变换器集成在一个元件。
以上所说明的第1实施方式所涉及的光集成元件100即便将如相位调制器那样波导层较厚的元件和如SOA那样波导层较薄的元件集成在一个元件，通过在相位调制器与SOA之间配置的光点尺寸变换器也能够变换光点尺寸，因此能够在相位调制器以及SOA的双方采用最佳的结构。
(第2实施方式)
图2A是第2实施方式所涉及的光集成元件的波导方向剖视图，图2B是第2实施方式所涉及的光集成元件的俯视图，图2C是第2实施方式所涉及的光集成元件的剖视图。另外，图2A以及图2B中记载的箭头(a)～(c)对应于图2C中记载的剖面的位置。此外，第2实施方式所涉及的光集成元件也能够应用于从纸面的左右的任意端面入射1.55μm波段的光的用途。
如图2A所示，光集成元件200具备：在基板201上依次层叠光点尺寸转换器(SSC)芯208、下部包覆层202、波导芯203、上部包覆层204、以及接触层205的无源波导区域R21；以及在基板201上依次层叠SSC芯208、下部包覆层202、波导芯203、量子阱层207、上部包覆层204以及接触层205的活性区域R22。此外，无源波导区域R21如后述的图2B以及图2C所示，包含具有2阶段的台面构造的光点尺寸变换区域R23。
具体而言，在光集成元件200，在基板201之上层叠SSC芯208。例如，基板201是InP基板。另一方面，SSC芯208是光点尺寸变换用的芯，例如由折射率3.34的GaInAsP构成，层厚为100nm。在此，可以在基板201之上不直接层叠SSC芯208，将另外的InP层叠于基板201之上，在其上层叠SSC芯208。
例如，下部包覆层202是被N型掺杂的InP，层厚为1500nm。此外，在下部包覆层202之上形成有波导芯203，例如波导芯203由折射率3.39的GaInAsP构成，被构成为折射率比下部包覆层202以及上部包覆层204高。
此外，如图2A所示，在活性区域R22中的波导芯203的近旁，设有量子阱层207。在此，所谓波导芯203的近旁，是指在波导芯203中进行波导的光的模场的范围内相接近，在波导芯203与量子阱层207之间，存在与波导芯203以及量子阱层207不同的组成、与上部包覆层204相同的材料的层(中间层)。中间层可以是与下部包覆层202相同的组成的材料。量子阱层207例如由GaInAsP多量子阱构成，层厚为100nm。该量子阱层207的结构与第1实施方式同样，作为SOA的活性层发挥功能。
在波导芯203之上，层叠有上部包覆层204。例如，上部包覆层204是被P型掺杂的InP，层厚为2μm。进而，在上部包覆层204之上层叠有接触层205。例如，接触层205是被P型掺杂的InGaAs，层厚为500nm。
光集成元件200是所谓的台面构造的波导，但是在光集成元件200的各区域，该台面构造存在差异。为此，一并参照图2A～图2C，对光集成元件200的各区域中的台面构造进行说明。
如图2B以及图2C所示，光集成元件200中的台面构造存在2阶段。也就是说，光集成元件200在无源波导区域R21以及活性区域R22中，具有接触层205以及上部包覆层204台面状突出的第1台面构造M1，在无源波导区域R21的一部分，除了第1台面构造M1，还具有波导芯203、下部包覆层202、SSC芯208以及基板201的一部分突出为台面状的第2台面构造M2。具有该第1台面构造M1和第2台面构造M2的无源波导区域R21的区域如后述那样作为光点尺寸变换器发挥功能。此外，具有该第1台面构造M1和第2台面构造M2的无源波导区域R21的区域与光集成元件200的端面邻接地被配置。在此，图2B中，波导芯203、量子阱层207露出至表面的区域中，可以上部包覆层204露出至表面。
如图2C(a)以及(b)所示，在未形成第2台面构造M2的区域，第1台面构造M1的宽度是一定的，例如为2.0μm。另一方面，如图2C(c)所示，在形成有第2台面构造M2的区域，第1台面构造M1的宽度随着接近于端面而宽度连续地减少。另外，如图2B所示，优选第1台面构造M1的宽度在终端部设为一定的宽度(例如0.5μm)，优选设为不延伸至光集成元件200的端面而在中途被切断(宽度为零)的构造。这是为了获得减少光点尺寸变换的偏差的效果。
上述结构减少光点尺寸变换的偏差的理由如下所示。上述结构的光集成元件200中，如图2A所示，随着第1台面构造M1的宽度变窄，波导芯203中进行波导的光的模场向SSC芯208隔热地移动。另外，图中所示的曲线在视觉上例示了从波导芯203向SSC芯208移动的光的模场的情况。
此时，从波导芯203向SSC芯208移动的光的模场受到被第1台面构造M1向上侧偏移的作用，将该光的模场向上侧偏移的作用的大小由第1台面构造M1的宽度决定。换言之，纵向的光的模场的大小在第1台面构造M1的宽度的精度上较为敏感。为此，若设为不将第1台面构造M1延伸至光集成元件200的端面而在中途被切断的构造，则不会制作出更容易受到宽度方向的精度的影响的细的台面构造，因此，获得减少光点尺寸变换的偏差的效果。
在此，参照图2A，以制造方法的观点对光集成元件200的结构进行说明。
在光集成元件200的制造方法中，首先在作为基板201的InP基板之上，利用有机金属气相生长(MOCVD)法，依次形成作为SSC芯208的GaInAsP、作为下部包覆层202的n-InP、作为波导芯203的GaInAsP、波导芯203与量子阱层207之间的作为缓冲层的p-InP、作为量子阱层207的GaInAsP多量子阱、作为上部包覆层204的p-InP。
接下来，在作为上部包覆层204的一部分的p-InP的层的整面，堆积SiNx膜之后，进行图案化以使得开口不是SOA的无源波导区域R21。然后，将该SiNx膜作为掩膜，蚀刻p-InP的层与GaInAs多量子阱的层。之后，去除SiNx膜之后，通过MOCVD法，层叠作为上部包覆层204的一部分的p-InP以及作为接触层205的p-InGaAs。
接下来，再次将SiNx膜形成在整面，进行第1台面构造M1的图案化以及蚀刻，在将SiNx膜一次去除之后将SiNx膜形成在整面，进行第2台面构造M2的图案化以及蚀刻。
之后，通过公知的方法，在各部分形成钝化膜、树脂层或其开口部、用于电流注入或电压施加的电极等。在表面的加工结束之后，对基板进行研磨设为期望的厚度，根据需要在背面形成电极。进而，通过基板切割而进行端面形成，进行端面涂层、元件分离从而完成光集成元件200。
通过以上的构造，光集成元件200能够将SOA和光点尺寸变换器集成在一个元件，该光点尺寸变换器能够在1/e2的全部宽度测定的光点尺寸从低于1μm扩展至3μm程度。
此外，如上述说明，光集成元件200通过两次的结晶生长和两次的台面构造的形成，能够将SOA和光点尺寸变换器集成在一个元件，因此制造较为容易。另外，在上述光集成元件200中，是第1台面构造M1和第2台面构造M2的2阶段的台面构造，但是即便将该台面构造进一步设为多阶化，也并不脱离本发明的主旨。
以上所说明的第2实施方式所涉及的光集成元件200即便集成如相位调制器那样波导层厚的元件，通过在光集成元件200的端面邻接地配置的光点尺寸变换器，相对于光集成元件200的周边的光学元件的容许偏差被缓和。此外，在光集成元件200中，由于活性区域R22中的量子阱层207被配置于波导芯203的近旁，因此能够抑制在基于量子阱层207的波导芯203进行波导的光的吸收。此外，由于能够使得光点尺寸变换器的设计和作为SOA的活性层的量子阱层207的设计独立，因此能够使得光点尺寸变换器与SOA分别最优化。
(第3实施方式)
图3A是第3实施方式所涉及的光集成元件的波导方向剖视图，图3B是第3实施方式所涉及的光集成元件的俯视图，图3C是第3实施方式所涉及的光集成元件的剖视图。另外，图3A以及图3B中记载的箭头(a)～(e)对应于图3C中记载的剖面的位置。图3A～图3C所示的光集成元件300作为从相位调制器到SCC的连结区域中使用的结构例来进行说明，但是第3实施方式所涉及的光集成元件并不限定于与相位调制器的组合。此外，第3实施方式所涉及的光集成元件也能够应用于从纸面的左右任意端面入射1.55μm波段的光的用途。
如图3A所示，光集成元件300具备：在基板301上依次层叠SSC芯308、下部包覆层302、波导芯303、上部包覆层304以及接触层305的无源波导区域R31。此外，光集成元件300作为将相位调制器集成在同一元件的结构例，具备在基板301上依次层叠SSC芯308、下部包覆层302、调制器芯306、上部包覆层304以及接触层305的调制器区域R32。
具体而言，在光集成元件300中，在基板301之上层叠SSC芯308。例如，基板301是InP基板。另一方面，SSC芯308是光点尺寸变换用的芯，例如由折射率3.34的GaInAsP构成，层厚为100nm。在此，也可以在基板301之上不直接层叠SSC芯308，将另外的InP层叠于基板301之上，在其上层叠SSC芯308。
例如，下部包覆层302是被N型掺杂的InP，层厚为1500nm。此外，在光集成元件300中，在下部包覆层302之上形成有调制器芯306以及波导芯303，调制器芯306与波导芯303在结晶学上被连接(对接接合)。例如，调制器芯306由A1GaInAs多量子阱构成，层厚为500nm。另一方面，例如波导芯303由折射率3.39的GaInAsP构成，被构成为折射率比下部包覆层302以及上部包覆层304高。
在波导芯303以及调制器芯306之上，层叠有上部包覆层304。例如，上部包覆层304是被P型掺杂的InP，层厚为2μm。进而，在上部包覆层304之上层叠有接触层305。例如，接触层305是被P型掺杂的InGaAs，层厚为500nm。
无源波导区域R31在从与调制器芯306的连接部(图中(b)附近)到规定的位置(图中(c)附近)的区间，包含波导芯303的层厚变化的第1光点尺寸变换区域R33。第1光点尺寸变换区域R33中的波导芯303中，与调制器芯306的连接部的层厚为400nm，层厚从此处减少直到200nm为止。通过第1光点尺寸变换区域R33中的波导芯303的层厚的变化，光的限制力也变化，波导芯303中进行波导的光的模场直径也被变换。
此外，无源波导区域R31如后述的图3B以及图3C所示，包含具有2阶段的台面构造的第2光点尺寸变换区域R34。也就是说，光集成元件300是被组入了基于第1光点尺寸变换区域R33和第2光点尺寸变换区域R34的2阶段的光点尺寸变换器的结构。此外，第2光点尺寸变换区域R34在光集成元件300的端面邻接地被配置。此外，第1光点尺寸变换区域R33被配置于调制器区域R32与第2光点尺寸变换区域R34之间。
在此，一并参照图3A～图3C，对光集成元件300的各区域的台面构造进行说明。
如图3A～图3C所示，光集成元件300中的台面构造存在3个种类。也就是说，光集成元件300在调制器区域R32以及第1光点尺寸变换区域R33，形成将波导芯303贯通而下部包覆层302的一部分突出为台面状的高台面构造，在第1光点尺寸变换区域R33以外的无源波导区域R31，形成接触层305以及上部包覆层304突出为台面状的低台面构造即第1台面构造M1，在第2光点尺寸变换区域R34，除了第1台面构造M1，还形成有波导芯303、下部包覆层302、SSC芯308以及基板301的一部分突出为台面状的第2台面构造M2。另外，由于第2光点尺寸变换区域R34形成第1光点尺寸变换区域R33以外的无源波导区域R31的一部分，因此第2光点尺寸变换区域R34形成有第1台面构造M1和第2台面构造M2。
更为具体而言，如图3C(a)所示，在光集成元件300中的调制器区域R32，形成有将调制器芯306贯通而下部包覆层302的一部分突出为台面状的高台面构造。因此，如图3B所示，在从上方观察光集成元件300中的相位调制器的区域的图中，在台面构造的两侧示出下部包覆层302。
如图3C(b)以及(c)所示，在光集成元件300中的第1光点尺寸变换区域R33中，形成有贯通波导芯303而下部包覆层302的一部分突出为台面状的高台面构造。其中，如比较图3C(b)以及(c)可知那样，波导芯303的层厚不同，以使其具有光点尺寸的变换的作用。此外，如图3B所示，在从上方观察第1光点尺寸变换区域R33的图中，在台面构造的两侧示出下部包覆层302。
如图3C(d)所示，在光集成元件300中的既不是第1光点尺寸变换区域R33也不是第2光点尺寸变换区域R34的无源波导区域R31中，形成有上部包覆层304突出为台面状的低台面构造即第1台面构造M1。如图3B所示，在上方观察既不是第1光点尺寸变换区域R33也不是第2光点尺寸变换区域R34的无源波导区域R31的图中，在台面构造的两侧示出波导芯303。在此，也可以在台面构造的两侧，上侧包覆304露出至表面。
另外，在光集成元件300中，也与第1实施方式所涉及的光集成元件100同样，高台面构造的波导与低台面构造的波导在中途被变换。由此，在光集成元件300中，也与第1实施方式所涉及的光集成元件100同样，优选在高台面构造的波导与低台面构造的波导之间设有中间区域，在该中间区域实现与高台面构造以及低台面构造不同的光的限制，由此能够减少高台面构造的波导与低台面构造的波导之间的光学连接的损耗。
如图3C(e)所示，在光集成元件300中的第2光点尺寸变换区域R34，形成有上部包覆层304突出为台面状的低台面构造即第1台面构造M1、波导芯303、下部包覆层302、SSC芯308以及基板301的一部分突出为台面状的第2台面构造M2。光集成元件300中的第2光点尺寸变换区域R34的第1台面构造M1、第2台面构造M2与第2实施方式所涉及的光集成元件200同样，波导芯303中进行波导的光的模场向SSC芯308隔热地移动，由此进行光点尺寸的变换。
如图3A～图3C所示，光集成元件300中的台面构造的宽度除了第2光点尺寸变换区域R34以外是一定的，例如为2.0μm。另一方面，光集成元件300中的台面构造的宽度在第2光点尺寸变换区域R34中，第1台面构造M1的宽度随着接近于端面而宽度连续地减少。另外，如图3B所示，优选第1台面构造M1的宽度在终端部设为一定的宽度(例如0.5μm)，优选设为不延伸至光集成元件300的端面而在中途被切断(宽度为零)的构造。与第2实施方式同样，这是为了获得减少光点尺寸变换的偏差的效果。
在此，参照图3A，以制造方法的观点对光集成元件300的结构进行说明。
在光集成元件300的制造方法中，首先在作为基板301的InP基板之上，利用有机金属气相生长(MOCVD)法，依次形成作为SSC芯308的GaInAsP、作为下部包覆层302的n-InP、作为调制器芯306的A1GaInAs多量子阱层、作为上部包覆层304的一部分的p-InP。
接下来，在作为上部包覆层304的一部分的p-InP的层的整面，堆积SiNx膜之后，实施图案化以使得成为比相位调制器略宽的图案，将该SiNx膜作为掩膜，蚀刻A1GaInAs多量子阱层，作为下部包覆层302的n-InP的层露出。
接下来，将上述SiNx膜直接用作为选择生长的掩膜，通过MOCVD法，依次层叠作为波导芯303的GaInAsP、作为上部包覆层304的p-InP。此时，在平坦区域和选择生长区域进行调整以使得成为大致1∶2左右的膜厚。之后，去除SiNx膜之后，通过MOCVD法，层叠作为上部包覆层304的p-InP和作为接触层305的p-InGaAs。
接下来，再次将SiNx膜形成于整面，进行作为低台面构造的第1台面构造M1的图案化以及蚀刻，在将SiNx膜一次去除之后将SiNx膜形成于整面，同时进行高台面构造以及第2台面构造M2的图案化以及蚀刻。
之后，通过公知的方法，在各部分形成钝化膜、树脂层或其开口部、用于电流注入或电压施加的电极等。在表面的加工结束之后，研磨基板而设为期望的厚度，根据需要在背面形成电极。进而，通过基板切割进行端面形成，进行端面涂层或元件分离而完成光集成元件300。
通过以上的构造，光集成元件300能够将如相位调制器那样波导层厚的设备与2阶段的光点尺寸变换器集成在一个元件，该光点尺寸变换器能够在1/e2的全部宽度测定的光点尺寸从低于1μm扩展至3μm左右。
此外，如上述说明，光集成元件300通过两次的结晶生长和两次的台面构造的形成，能够将如相位调制器那样波导层芯厚的设备与2阶段的光点尺寸变换器集成在一个元件，因此制造较为容易。另外，上述光集成元件300中，是第1台面构造M1与第2台面构造M2的2阶段的台面构造，但是即便将该台面构造进一步多阶化，也没有脱离本发明的主旨。
以上说明的第3实施方式所涉及的光集成元件300即便集成如相位调制器那样波导层厚的元件，通过第1光点尺寸变换区域R33与第2光点尺寸变换区域R34的2阶段的光点尺寸变换器，能够有效地进行光点尺寸变换。也就是说，由于如相位调制器那样波导层厚的元件中光的限制较强，光点尺寸小，因此这种情况下难以从波导芯303向SSC芯308转移光。另一方面，在本结构中，由于在第1光点尺寸变换区域R33将波导层的厚度变更，之后从波导芯303向SSC芯308转移光，因此能够有效地进行光点尺寸变换。
(第4实施方式)
第4实施方式所涉及的光集成元件400是更为实际的实施方式，是将上述第1实施方式至第3实施方式的特征全部应用于一个光集成元件的实施方式。图4是第4实施方式所涉及的光集成元件400的示意俯视图。
如图4所示，第4实施方式所涉及的光集成元件400是将马赫-曾德尔型的IQ调制器420、SOA430以及SSC440集成在一个元件的光集成元件。例如，光集成元件400被用作为调制从端部T1入射的光并从端部T2出射的调制器。另外，所谓IQ调制器，是针对光的振幅以及相位的双方施加调制的调制器。
如图4所示，光集成元件400为IQ调制器420与SOA430以及SSC440的配置相正交的所谓U字型的结构，能够减小光集成元件400的安装面积。
并且，作为U字型的结构的光集成元件400，根据基板的面方位的关系，制作IQ调制器420、SOA430以及SSC440的台面构造时的湿式蚀刻变得容易。具体而言，优选SOA430以及SSC440在与基板的[011]方向平行的方向制作台面构造，优选IQ调制器420在与基板的[01-1]方向平行的方向制作台面构造。另外，IQ调制器420利用量子限制斯塔克效应来产生相位变化，但是在[01-1]方向普克尔效应以与斯塔克效应相同的符号发挥作用，在[011]方向普克尔效应以与斯塔克效应相反的符号发挥作用。因此，若在[01-1]方向制作台面构造，则IQ调制器420中的相位变化的效率良好。换言之，在将纸面上下方向设为基板的[011]方向，将纸面左右方向设为基板的[01-1]方向的情况下，若使IQ调制器420与SOA430以及SSC440的配置正交，则分别相对于基板的面方位成为合适的配置。
另外，在光集成元件400中，仅在比IQ调制器420更靠前级插入了SOA430以及SSC440，但是也可以插入至后级。此外，也能够仅插入至后级。
图5A是第4实施方式所涉及的光集成元件的波导方向剖视图，图5B是第4实施方式所涉及的光集成元件的俯视图，图5C是第4实施方式所涉及的光集成元件的剖视图。另外，图5A以及图5B中记载的箭头(a)～(f)对应于图5C中记载的剖面的位置。此外，图5A～图5C所示的光集成元件400仅记载了与图4所示的区域A对应的部分。
如图5A所示，光集成元件400具备：在基板401上依次层叠SSC芯408、下部包覆层402、波导芯403、上部包覆层404以及接触层405的无源波导区域R41；在基板401上依次层叠SSC芯408、下部包覆层402、波导芯403、量子阱层407、上部包覆层404以及接触层405的活性区域R42；以及在基板401上依次层叠SSC芯408、下部包覆层402、调制器芯406、上部包覆层404以及接触层405的调制器区域R43。
具体而言，在光集成元件400中，在基板401之上层叠SSC芯408。例如，基板401是InP基板。另一方面，SSC芯408是光点尺寸变换用的芯，例如由折射率3.34的GaInAsP构成，层厚为100nm。
例如，下部包覆层402是被N型掺杂的InP，层厚为1500nm。此外，在光集成元件400中，在下部包覆层402之上形成有调制器芯406以及波导芯403，调制器芯406与波导芯403在结晶学上被连接(对接接合)。例如，调制器芯406由A1GaInAs多量子阱构成，层厚为500nm。另一方面，例如波导芯403由折射率3.39的GaInAsP构成，被构成为折射率比下部包覆层402以及上部包覆层404高。
此外，如图5A所示，在活性区域R42中的波导芯403的近旁，设有量子阱层407。在此，所谓波导芯403的近旁，是指在波导芯403中进行波导的光的模场的范围内相接近，在波导芯403与量子阱层407之间，存在与波导芯403及量子阱层407不同的组成、与上部包覆层404相同的组成的材料的层(中间层)。中间层可以是与下部包覆层402相同的组成的材料。量子阱层407例如由GaInAsP多量子阱构成，层厚为100nm。该量子阱层407的结构与第1实施方式同样，作为SOA的活性层发挥功能。
在调制器芯406、波导芯403以及量子阱层407之上，层叠有上部包覆层404。例如，上部包覆层404是被P型掺杂的InP，层厚为2μm。进而，在上部包覆层404之上，层叠有接触层405。例如，接触层405是被P型掺杂的InGaAs，层厚为500nm。
无源波导区域R41在从与调制器芯406的连接部(图中(b)附近)到规定的位置(图中(c)附近)的区间，包含波导层的层厚变化的第1光点尺寸变换区域R44。第1光点尺寸变换区域R44中的波导芯403中，与调制器芯406的连接部的层厚为400nm，层厚从此处减少直至200nm为止。通过第1光点尺寸变换区域R44中的波导芯403的层厚的变化，光的限制力也变化，波导芯403中进行波导的光的模场直径也被变换。
此外，无源波导区域R41如后述的图5B以及图5C所示，包含具有2阶段的台面构造的第2光点尺寸变换区域R45。也就是说，光集成元件400是组入了基于第1光点尺寸变换区域R44与第2光点尺寸变换区域R45的2阶段的光点尺寸变换器的结构。此外，第2光点尺寸变换区域R45在光集成元件400的端面邻接地被配置。
如图5A所示，活性区域R42被配置于第1光点尺寸变换区域R44与第2光点尺寸变换区域R45之间。因此，在光集成元件400中，按调制器区域R43、第1光点尺寸变换区域R44、活性区域R42、第2光点尺寸变换区域R45的顺序被排列，通过第2光点尺寸变换区域R45与光集成元件400的端面相接。另外，该顺序未必意味着光的行进方向，并不是排除在各区域之间插入具有其他功能的区域的可能性。
在此，一并参照图5A～图5C，对光集成元件400的各区域中的台面构造进行说明。
如图5A～图5C所示，光集成元件400中的台面构造存在3个种类。也就是说，光集成元件400在调制器区域R43以及第1光点尺寸变换区域R44，形成贯通波导芯403而下部包覆层402的一部分突出为台面状的高台面构造，在第1光点尺寸变换区域R44以外的无源波导区域R41，形成接触层405以及上部包覆层404突出为台面状的低台面构造即第1台面构造M1，在第2光点尺寸变换区域R45，形成有波导芯403、下部包覆层402、SSC芯408以及基板401的一部分突出为台面状的第2台面构造M2。另外，第2光点尺寸变换区域R45形成第1光点尺寸变换区域R44以外的无源波导区域R41的一部分，因此第1台面构造M1与第2台面构造M2形成第2光点尺寸变换区域R45。
更为具体而言，如图5C(a)所示，在光集成元件400中的调制器区域R43中，形成有将调制器芯406贯通而下部包覆层402的一部分突出为台面状的高台面构造。因此，如图5B所示，在从上方观察光集成元件400中的相位调制器的区域的图中，在台面构造的两侧示出下部包覆层402。
如图5C(b)以及(c)所示，在光集成元件400中的第1光点尺寸变换区域R44中，形成有将波导芯403贯通而下部包覆层402的一部分突出为台面状的高台面构造。其中，如比较图5C(b)以及(c)可知那样，波导芯403的层厚不同，以使得具有光点尺寸的变换的作用。此外，如图5B所示，从上方观察第1光点尺寸变换区域R44的图中，在台面构造的两侧示出下部包覆层402。
如图5C(d)所示，在光集成元件400中的既不是第1光点尺寸变换区域R44也不是第2光点尺寸变换区域R45的无源波导区域R41中，形成有上部包覆层404突出为台面状的低台面构造即第1台面构造M1。如图5B所示，在从上方观察既不是第1光点尺寸变换区域R44也不是第2光点尺寸变换区域R45的无源波导区域R41的图中，在台面构造的两侧示出波导芯403。在此，也可以在台面构造的两侧，上部包覆层404露出至表面。
另外，在光集成元件400中，与第1实施方式所涉及的光集成元件100同样，高台面构造的波导与低台面构造的波导在中途被变换。由此，在光集成元件400中，优选也与第1实施方式所涉及的光集成元件100同样，在高台面构造的波导与低台面构造的波导之间设有中间区域，在该中间区域高台面构造以及低台面构造实现不同的光的限制，由此减少高台面构造的波导与低台面构造的波导之间的光学连接的损耗。
如图5C(e)所示，在光集成元件400中的活性区域R42中，形成有直到量子阱层407之上的上部包覆层404突出为台面状的低台面构造。因此，如图5B所示，从上方观察活性区域R42的图中，在台面构造的两侧示出量子阱层407。在此，也可以在台面构造的两侧，上部包覆层404露出至表面。
如图5C(f)所示，在光集成元件400中的第2光点尺寸变换区域R45中，形成有上部包覆层404突出为台面状的低台面构造即第1台面构造M1、以及波导芯403、下部包覆层402、SSC芯408和基板401的一部分突出为台面状的第2台面构造M2。光集成元件400中的第2光点尺寸变换区域R45的第1台面构造M1、第2台面构造M2与第2实施方式所涉及的光集成元件200同样，在波导芯403中进行波导的光的模场向SSC芯408隔热地移动，由此进行光点尺寸的变换。
如图5A～图5C所示，光集成元件400中的台面构造的宽度除了第2光点尺寸变换区域R45以外是一定的，例如为2.0μm。另一方面，光集成元件400中的台面构造的宽度在第2光点尺寸变换区域R45中，第1台面构造M1的宽度随着接近于端面而宽度连续地减少。另外，如图5B所示，优选第1台面构造M1的宽度在终端部设为一定的宽度(例如0.5μm)，优选不延伸至光集成元件400的端面而在中途被切断(宽度为零)的构造。这是与第2实施方式同样，为了获得减少光点尺寸变换的偏差的效果。
在此，参照图5A，以制造方法的观点对光集成元件400的结构进行说明。
在光集成元件400的制造方法中，首先在作为基板401的InP基板之上，利用有机金属气相生长(MOCVD)法，依次形成作为SSC芯408的GaInAsP、作为下部包覆层402的n-InP、作为调制器芯406的AlGaInAs多量子阱层、作为上部包覆层404的一部分的p-InP。
接下来，在作为上部包覆层404的一部分的p-InP的层的整面，堆积SiNx膜之后，实施图案化以使得成为比相位调制器略宽的图案，将该SiNx膜作为掩膜，蚀刻AlGaInAs多量子阱层，露出作为下部包覆层402的n-InP的层。
接下来，将上述SiNx膜直接用作为选择生长的掩膜，通过MOCVD法，依次形成作为波导芯403的GaInAsP、用于使波导芯403与量子阱层407之间偏移的p-InP、作为量子阱层407的GaInAsP多量子阱、作为上部包覆层404的p-InP。此时，在平坦区域与选择生长区域进行调整，以使得大致成为1∶2左右的膜厚。
接下来，将上述SiNx膜一次去除，将新的SiNx膜形成于整面，并进行图案化以使得既不是相位调制器也不是SOA的区域开口。然后，将该SiNx膜作为掩膜，对p-InP的层和GaInAsP多量子阱的层蚀刻。之后，去除SiNx膜之后，通过MOCVD法，层叠作为上部包覆层404的一部分的p-InP以及作为接触层405的p-InGaAs。
接下来，再次将SiNx膜形成于整面，进行作为低台面构造的第1台面构造M1的图案化以及蚀刻，将SiNx膜一次去除之后将SiNx膜形成于整面，同时进行高台面构造以及第2台面构造M2的图案化以及蚀刻。
之后，通过公知的方法，在各部分形成钝化膜、树脂层或其开口部、用于电流注入或电压施加的电极等。在表面的加工结束之后，研磨基板而设为期望的厚度，根据需要在背面形成电极。进而，通过基板切割进行端面形成，并进行端面涂层或元件分离从而完成光集成元件400。
图6是表示示出钝化膜以及电极的形成例的剖视图。图6(a)与图4中的I-I剖面对应，图6(b)与图4中的II-II剖面对应。如图6(a)所示，在IQ调制器420的台面构造的剖面中，接触层405、上部包覆层404、调制器芯406以及下部包覆层402的一部分突出为台面状的高台面构造由例如以SiO2、SiNx为材料的钝化膜410进行覆膜，进而，在钝化膜410的外侧形成有例如以BCB、聚酰亚胺等的树脂为材料的树脂层411。并且，成为电流从接触层405上形成的电极409a流到下部包覆层402上形成的接地电极GND的结构。另一方面，如图6(b)所示，在SOA430的台面构造的剖面中，接触层405和上部包覆层404突出为台面状的低台面构造由例如以SiO2、SiNx为材料的钝化膜410进行覆膜。并且，成为电流从接触层405上形成的电极409b流到下部包覆层402上形成的接地电极GND的结构。
通过以上构造，光集成元件400能够将如IQ调制器420那样波导层厚的设备、SOA430、2阶段的SSC440集成在一个元件，该光点尺寸变换器能够在1/e2的全部宽度测定的光点尺寸从低于1μm扩展至3μm左右。
此外，如上述说明，光集成元件400能够将如IQ调制器420那样波导层厚的设备、SOA430、2阶段的SSC440集成在一个元件。另外，在上述光集成元件400中，是第1台面构造M1与第2台面构造M2的2阶段的台面构造，但是即便将该台面构造进一步多阶化，也不脱离本发明的主旨。
以上说明的第4实施方式所涉及的光集成元件400能够共享第1实施方式至第3实施方式所涉及的光集成元件中的全部优点，同时还具有在制造时不会增加结晶生长次数以及台面构造的形成次数的这种优点。
(第5实施方式)
图7是第5实施方式所涉及的光发送机模块的示意结构图。第5实施方式所涉及的光发送机模块500是使用了上述第1实施方式至第4实施方式所涉及的光集成元件之中的任意一个的光发送机模块，但是在此例示使用了第4实施方式所涉及的光集成元件400的光发送机模块。
如图7所示，光发送机模块500具备：波长可变半导体激光器501、第1透镜502a、502b、光集成元件400、第2透镜503a、503b、以及光纤504。
波长可变半导体激光器501是输出作为载波的激光的光源。从波长可变半导体激光器501出射的激光被第1透镜502a准直之后，由第1透镜502b入射至光集成元件400的入射端面。
光集成元件400如前述那样是将IQ调制器、SOA和SSC集成在1个元件的光集成元件，入射至光集成元件400的入射端面的激光通过SSC被变换光点尺寸，并且通过SOA而光强度被放大，由IQ调制器施加调制。
从光集成元件400出射的激光被第2透镜503a准直之后，由第2透镜503b入射至光纤504的端面，通过光纤504被导出至光发送机模块500的外部。
上述结构的光发送机模块500通过光集成元件400具备的SSC的作用，从波长可变半导体激光器501入射至光集成元件400时的耦合的容许偏差被缓和。此外，通过光集成元件400具备的SSC的作用，从光集成元件400入射至光纤504时的耦合的容许偏差被缓和。
以上，基于实施方式说明了本发明，但是并不是通过上述实施方式来限定本发明。适当组合上述的各结构要素而构成的部分也包含在本发明的范围中。此外，进一步的效果、变形例能够由本领域技术人员容易导出。例如上述实施方式的说明中使用的光集成元件的层结构只要顺序是说明的方式即可，即便在其间插入其他的半导体层，也包含在本发明的范围中。由此，本发明的更宽的方式并不限定于上述的实施方式，能够进行各种变更。
工业上的可利用性
如以上，本发明适合应用于例如光通信的领域。
-符号说明-
100、200、300、400 光集成元件
101、201、301、401 基板
102、202、302、402 下部包覆层
103、203、303、403 波导芯
104、204、304、404 上部包覆层
105、205、305、405 接触层
106、306、406 调制器芯
107、207、407 量子阱层
208、308、408 SSC芯
409a、409b 电极
410 钝化膜
411 树脂层
420 IQ调制器
430 SOA
440 SSC
500 光发送机模块
501 波长可变半导体激光器
502a、502b 第1透镜
503a、503b 第2透镜
504 光纤。

Claims (23)

1.一种光集成元件，其特征在于，具备：
基板；
无源波导区域，在所述基板上依次层叠折射率比所述基板高的第2芯层、折射率比所述第2芯层低的下部包覆层、折射率比所述下部包覆层高的第1芯层、以及折射率比所述第1芯层低的上部包覆层而成；和
活性区域，在所述基板上依次层叠所述第2芯层、所述下部包覆层、所述第1芯层、通过注入电流来对光进行放大的量子阱层、以及所述上部包覆层而成，
所述第1芯层与所述量子阱层之间在所述第1芯层中进行波导的光的模场的范围内相接近，
在所述第1芯层与所述量子阱层之间，具备与所述第1芯层以及所述量子阱层不同的组成的中间层，
所述无源波导区域的至少一部分以及所述活性区域具有所述上部包覆层突出为台面状的第1台面构造，
所述无源波导区域包含第2光点尺寸变换区域，所述第2光点尺寸变换区域除了所述第1台面构造，还具有所述第1芯层、所述下部包覆层以及所述第2芯层突出为台面状的第2台面构造，
所述第2台面构造的宽度比所述第1台面构造的宽度宽，并且在具有所述第2台面构造的所述无源波导区域中，所述第1台面构造的宽度随着接近于端面而宽度连续地减少。
2.根据权利要求1所述的光集成元件，其特征在于，
所述中间层是与所述下部包覆层或者所述上部包覆层相同的组成。
3.根据权利要求2所述的光集成元件，其特征在于，
所述无源波导区域包含所述第1芯层的层厚减少的第1光点尺寸变换区域。
4.根据权利要求1所述的光集成元件，其特征在于，
所述无源波导区域包含所述第1芯层的层厚减少的第1光点尺寸变换区域。
5.根据权利要求4所述的光集成元件，其特征在于，
在所述第1光点尺寸变换区域与所述第2光点尺寸变换区域之间，配置有所述活性区域。
6.根据权利要求5所述的光集成元件，其特征在于，
所述第2光点尺寸变换区域与该光集成元件的端面邻接地被配置。
7.根据权利要求6所述的光集成元件，其特征在于，
所述第2光点尺寸变换区域中的所述第1台面构造的宽度不延伸设置到所述端面而在中途成为零。
8.根据权利要求4所述的光集成元件，其特征在于，
所述无源波导区域的另一部分包含所述第1光点尺寸变换区域，并且具有所述上部包覆层、所述第1芯层和所述下部包覆层的一部分突出为台面状的高台面构造，
所述第1台面构造与所述高台面构造被光学地连接。
9.根据权利要求8所述的光集成元件，其特征在于，
在所述基板上具备调制器区域，所述调制器区域作为对波导的光的相位进行调制的相位调制器发挥功能。
10.根据权利要求9所述的光集成元件，其特征在于，
在所述调制器区域对光进行波导的调制器芯层与所述第1芯层对接接合。
11.一种光集成元件，其特征在于，具备：
基板；
无源波导区域，在所述基板上依次层叠下部包覆层、折射率比所述下部包覆层高的第1芯层、以及折射率比所述第1芯层低的上部包覆层而成；和
活性区域，在所述基板上依次层叠所述下部包覆层、所述第1芯层、通过注入电流来对光进行放大的量子阱层、以及所述上部包覆层而成，
所述第1芯层与所述量子阱层之间在所述第1芯层中进行波导的光的模场的范围内相接近，
在所述第1芯层与所述量子阱层之间，具备与所述第1芯层以及所述量子阱层不同的组成的中间层，
所述无源波导区域包含所述第1芯层的层厚减少的第1光点尺寸变换区域。
12.根据权利要求11所述的光集成元件，其特征在于，
在所述无源波导区域以及所述活性区域，在所述基板与所述下部包覆层之间，层叠有折射率比所述基板以及所述下部包覆层高的第2芯层，
所述无源波导区域的至少一部分以及所述活性区域具有所述上部包覆层突出为台面状的第1台面构造，
所述无源波导区域包含第2光点尺寸变换区域，所述第2光点尺寸变换区域除了所述第1台面构造，还具有所述第1芯层、所述下部包覆层、以及所述第2芯层突出为台面状的第2台面构造，
所述第2台面构造的宽度比所述第1台面构造的宽度宽，并且在具有所述第2台面构造的所述无源波导区域中，所述第1台面构造的宽度随着接近于端面而宽度连续地减少。
13.根据权利要求12所述的光集成元件，其特征在于，
所述无源波导区域的另一部分包含所述第1光点尺寸变换区域，并且具有所述上部包覆层、所述第1芯层以及所述下部包覆层的一部分突出为台面状的高台面构造，
所述第1台面构造与所述高台面构造被光学地连接。
14.根据权利要求13所述的光集成元件，其特征在于，
所述基板上具备调制器区域，所述调制器区域作为对波导的光的相位进行调制的相位调制器发挥功能。
15.根据权利要求14所述的光集成元件，其特征在于，
在所述调制器区域对光进行波导的调制器芯层与所述第1芯层对接接合。
16.一种光集成元件，其特征在于，具备：
基板；和
无源波导区域，在所述基板上依次层叠折射率比所述基板高的第2芯层、折射率比所述第2芯层低的下部包覆层、折射率比所述下部包覆层高的第1芯层、折射率比所述第1芯层低的上部包覆层而成，
所述无源波导区域的至少一部分具有所述上部包覆层突出为台面状的第1台面构造，
所述无源波导区域除了所述第1台面构造，还包含：所述第1芯层的层厚减少的第1光点尺寸变换区域、以及具有所述第1芯层、所述下部包覆层和所述第2芯层突出为台面状的第2台面构造的第2光点尺寸变换区域，
所述第2台面构造的宽度比所述第1台面构造的宽度宽，并且在具有所述第2台面构造的所述无源波导区域，所述第1台面构造的宽度随着接近于端面而宽度连续地减少。
17.根据权利要求16所述的光集成元件，其特征在于，
所述光集成元件具备：活性区域，在所述基板上依次层叠所述第2芯层、所述下部包覆层、所述第1芯层、通过注入电流来对光进行放大的量子阱层、以及所述上部包覆层而成，
所述第1芯层与所述量子阱层之间在所述第1芯层中进行波导的光的模场的范围内相接近。
18.根据权利要求16所述的光集成元件，其特征在于，
所述无源波导区域的另一部分包含所述第1光点尺寸变换区域，并且具有所述上部包覆层、所述第1芯层以及所述下部包覆层的一部分突出为台面状的高台面构造，
所述第1台面构造与所述高台面构造被光学地连接。
19.根据权利要求18所述的光集成元件，其特征在于，
在所述基板上具备调制器区域，所述调制器区域作为对波导的光的相位进行调制的相位调制器发挥功能。
20.根据权利要求19所述的光集成元件，其特征在于，
在所述调制器区域对光进行波导的调制器芯层与所述第1芯层对接接合。
21.一种光发送机模块，其特征在于，具备权利要求4所述的光集成元件。
22.一种光发送机模块，其特征在于，具备权利要求11所述的光集成元件。
23.一种光发送机模块，其特征在于，具备权利要求16所述的光集成元件。
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