CN110249245B - 光波导构造 - Google Patents

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Abstract

光波导构造具备：位于基板上的下部包覆层、位于所述下部包覆层上的光波导层、位于所述光波导层上的上部包覆层、以及位于所述上部包覆层上的加热器，所述下部包覆层、所述光波导层、以及所述上部包覆层构成台面构造，若将所述台面构造的台面宽度设为Wmesa，将所述光波导层的宽度设为Wwg，则可以下式Wwg≤Wmesa≤3×Wwg成立，Wwg≤Wmesa≤2×Wwg成立。

Description

光波导构造
技术领域
本发明涉及光波导构造。
背景技术
已知如下技术：在具备光波导构造的半导体激光元件中，通过由加热器进行加热，使构成光波导构造的光波导层、衍射光栅层的折射率变化，从而使激光振荡波长变化(例如专利文献1)。专利文献2～4中公开了如下技术：为了提高加热器的加热效率，在光波导层与基板之间设置热传导率低的层或区域。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2016/152274号
专利文献2：JP特开2015-12176号公报
专利文献3：JP特许第5303580号公报
专利文献4：美国专利第8236589号说明书
发明内容
-发明要解决的课题-
如上述专利文献2～4中所公开那样，需要提高由加热器进行的加热的效率。
本发明是鉴于上述情况而提出的，其目的在于提供一种提高了加热器的加热效率的光波导构造。
-解决课题的手段-
为了解决上述问题而实线目的，本发明的一方式所涉及的光波导构造的特征在于，
具备：下部包覆层，位于基板上；光波导层，位于所述下部包覆层上；上部包覆层，位于所述光波导层上；和加热器，位于所述上部包覆层上，所述下部包覆层、所述光波导层、以及所述上部包覆层构成台面构造，若将所述台面构造的台面宽度设为Wmesa，将所述光波导层的宽度设为Wwg，则下式成立：
Wwg≤Wmesa≤3×Wwg。
本发明的一方式所涉及的光波导构造的特征在于，Wwg≤Wmesa≤2×Wwg成立。
本发明的一方式所涉及的光波导构造的特征在于，Wmesa≤4μm成立。
本发明的一方式所涉及的光波导构造的特征在于，1μm≤Wwg≤3μm、且2μm≤Wmesa≤4μm成立。
本发明的一方式所涉及的光波导构造的特征在于，所述光波导层由热传导率比所述上部包覆层低的材料构成。
本发明的一方式所涉及的光波导构造的特征在于，所述光波导层由GaInAs构成，所述下部包覆层以及所述上部包覆层由InP构成。
本发明的一方式所涉及的光波导构造的特征在于，还具备：衍射光栅层，相对于所述光波导层而位于所述上部包覆层侧或者所述下部包覆层侧。
本发明的一方式所涉及的光波导构造的特征在于，还具备：低热传导率区域，相对于所述光波导层而位于所述基板侧。
本发明的一方式所涉及的光波导构造的特征在于，还具备：与所述光波导层连接的活性芯层。
本发明的一方式所涉及的光波导构造的特征在于，在所述活性芯层中传播的规定波长的光的模场直径或者传播常数与在所述光波导层中传播的所述规定波长的光的模场直径或者传播常数相互不同。
本发明的一方式所涉及的光波导构造的特征在于，所述活性芯层与所述光波导层经由模场变换构造而连接。
-发明效果-
根据本发明，获得能够实现提高加热器的加热效率的光波导构造的这种效果。
附图说明
图1是表示包含实施方式所涉及的光波导构造的波长可变激光元件的结构的示意图。
图2是图1所示的第1光波导部的俯视图。
图3A是表示图2的A-A线剖面的图。
图3B是表示图2的B-B线剖面的图。
图3C是表示图2的C-C线剖面的图。
图4是表示计算例1、计算例2中的标准化热阻以及计算例1中的有效折射率的图。
图5是表示计算例1、计算例2中的标准化热阻以及实施例1～3中的标准化热阻的图。
图6A是表示计算例1～6中的标准化热阻的图。
图6B是表示计算例1、3～6中的有效折射率的图。
图7是表示光波导构造的变形例1的图。
图8是表示光波导构造的变形例2的图。
图9是表示光波导构造的变形例3的图。
图10是表示光波导构造的变形例4的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，并不是通过该实施方式来限定本发明。此外，在附图的记载中，对于相同或者对应的要素适当赋予同一符号。此外，附图是示意的图，需要注意的是各要素的尺寸的关系、各要素的比例等有时与现实不同。在附图的相互之间，有时也包含相互的尺寸关系、比例不同的部分。此外，图中适当表示xyz坐标轴，基于此来进行说明。
(实施方式)
图1是表示包含实施方式所涉及的光波导构造的波长可变激光元件的结构的示意图。波长可变激光元件100具备在共同的基部S上所形成的第1光波导部10和第2光波导部20。基部S例如包含n型InP。另外，在基部S的背面形成有n侧电极30。n侧电极30例如包含AuGeNi而构成，与基部S欧姆接触。
第1光波导部10具备：还包含光波导11的半导体台面部12、p侧电极13、包含Ti的微型加热器14、以及2个电极连接盘15。第1光波导部10具有嵌入构造，光波导11被形成为在半导体台面部12内在z方向延伸。半导体台面部12是InP系半导体层层叠而构成，具备针对光波导11的包覆部的功能等。
图2是第1光波导部10的俯视图。另外，图2中，p侧电极13、微型加热器14、以及电极连接盘15省略了图示。第1光波导部10具有：第1光波导构造部10A、第2光波导构造部10B、第3光波导构造部10C、以及2个支承台面部10D。按第1光波导构造部10A、第2光波导构造部10B、第3光波导构造部10C的顺序进行连接。此外，在第2光波导构造部10B以及第3光波导构造部10C与支承台面部10D之间设有绝缘部件17。绝缘部件17例如包含聚酰亚胺。
p侧电极13在第1光波导构造部10A中的半导体台面部12上，被配置为沿着光波导11。另外，在半导体台面部12设有后述的SiN保护膜，p侧电极13经由被形成于SiN保护膜的开口部而与半导体台面部12接触。微型加热器14在第3光波导构造部10C中的半导体台面部12的SiN保护膜上，被配置为沿着光波导11。各电极连接盘15被配置于各支承台面部10D的半导体台面部12的SiN保护膜上。各电极连接盘15经由被设置于绝缘部件17上的未图示的布线图案而与微型加热器14电连接。微型加热器14经由各电极连接盘15被提供电流而进行发热。
图3A、3B、3C分别是表示图2的A-A线剖面、B-B线剖面、C-C线剖面的图。图3A、3B、3C分别包含第1光波导构造部10A、第2光波导构造部10B、第3光波导构造部10C的剖面。
首先，对第1光波导构造部10A进行说明。如图3A所示，第1光波导构造部10A的半导体台面部12在构成基部S的n型InP基板上，具有由n型InP构成的下部包覆层12a。在下部包覆层12a上，层叠有第1光波导构造部10A中的光波导11即活性芯层11a。进而在活性芯层11a上，层叠有p型InP构成的第1上部包覆层12b。下部包覆层12a的上部、活性芯层11a以及第1上部包覆层12b成为通过蚀刻等而被设为适合于以单模对1.55μm波段的光进行光波导的宽度(例如2μm)的条状台面构造。条状台面构造的两肋(纸面左右方向)成为具有包含p型InP嵌入层12c以及n型InP电流阻挡层12d的电流阻挡构造的嵌入构造。进而，在第1上部包覆层12b以及嵌入构造的上层叠有p型半导体层12e。p型半导体层12e包含：由p型InP构成的第2上部包覆层12ea、以及由在第2上部包覆层12ea上层叠的p型InGaAs构成并形成半导体台面部12的最上层的接触层12eb。p型半导体层12e至少遍及从第1上部包覆层12b的正上方到其两肋的嵌入构造而被设置。第1上部包覆层12b与第2上部包覆层12ea成为一体而针对光波导11作为上部包覆层发挥功能。在半导体台面部12形成有SiN保护膜16，以使得覆盖半导体台面部12。p侧电极13包含AuZn而构成，被形成于接触层12eb上，经由SiN保护膜16的开口部16a而与接触层12eb进行欧姆接触。通过以上的结构，能够进行从n侧电极30以及p侧电极13向活性芯层11a的电流注入。此外，第1光波导构造部10A的嵌入构造自身成为台面构造。
活性芯层11a具有包含被交替层叠的多个阱层和多个势垒层而构成的多量子阱构造、以及从上下夹着多量子阱构造的下部光限制层以及上部光限制层，通过电流注入进行发光。构成该活性芯层11a的多量子阱构造的阱层以及势垒层包含各自组成不同的GaInAsP，来自活性芯层11a的发光波段在本实施方式中为1.55μm波段。下部光限制层包含n型GaInAsP。上部光限制层包含p型GaInAsP。下部以及上部光限制层的带隙波长被设定为比活性芯层11a的带隙波长短的波长。
接下来，对第2光波导构造部10B进行说明。如图3B所示，第2光波导构造部10B的半导体台面部12在图3A所示的构造中，具有将活性芯层11a置换为由GaInAsP构成的光波导层11b并删除了接触层12eb的构造。光波导层11b是第2光波导构造部10B中的光波导11。光波导层11b的带隙波长优选比活性芯层11a的带隙波长短，例如为1.2μm。
此外，如图2所示，第2光波导构造部10B的嵌入构造自身成为台面构造，其台面宽度从第1光波导构造部10A侧向第3光波导构造部10C侧而连续地变窄，成为锥形状。与第1光波导构造部10A的连接部处的第2光波导构造部10B的台面宽度Wm例如为10μm。第2光波导构造部10B的长度L例如为100μm、120μm、或者150μm。
接下来，对作为实施方式所涉及的光波导构造的第3光波导构造部10C进行说明。如图3C所示，第3光波导构造部10C的半导体台面部12具有在图3B所示的构造中将光波导层11b以及第1上部包覆层12b置换为光波导层11ca、间隔层12f、以及衍射光栅层11cb的构造。此外，微型加热器14被设置于SiN保护膜16上。光波导层11ca、间隔层12f以及衍射光栅层11cb是第3光波导构造部10C中的光波导11。
光波导层11ca包含GaInAsP。优选光波导层11ca的带隙波长比活性芯层11a的带隙波长短，例如为1.2μm。
衍射光栅层11cb是夹着由p型InP构成的间隔层12f而包含在光波导层11ca的近旁并且正上方沿着光波导层11ca设置的采样衍射光栅(Sampled Grating)的层，被形成为DBR(Distributed Bragg Reflector)型的衍射光栅层。也就是说，衍射光栅层11cb相对于光波导层11ca而位于第2上部包覆层12ea侧。衍射光栅层11cb在p型GaInAsP层沿着z方向形成采样衍射光栅，衍射光栅的沟槽具有以InP进行嵌入的结构。在衍射光栅层11cb中，衍射光栅的光栅间隔是一定的来进行采样，由此针对波长表现出大致周期的反射响应。优选衍射光栅层11cb的p型GaInAsP层的带隙波长比活性芯层11a的带隙波长短，例如为1.2μm。
此外，第3光波导构造部10C的嵌入构造自身为台面构造。该台面构造至少包含下部包覆层12a、光波导层11ca以及第2上部包覆层12ea。进而，如上述那样，微型加热器14经由各电极连接盘15被提供电流而进行发热，对衍射光栅层11cb进行加热。通过使被提供的电流量变化，从而衍射光栅层11cb的温度变化，其折射率变化。
返回至图1，对第2光波导部20进行说明。第2光波导部20具备：二分支部21、2个臂部22、23、环状波导24、以及包含Ti的微型加热器25。
二分支部21由包含1×2型的多模干涉型(MMI)波导21a的1×2型的分支型波导构成，2端口侧分别连接于2个臂部22、23，并且1端口侧被连接于第1光波导部10侧。通过二分支部21，2个臂部22、23的一端被合并，与衍射光栅层11cb进行光学耦合。
臂部22、23均在z方向延伸，被配置为夹着环状波导24。臂部22、23与环状波导24接近，均以相同的耦合系数κ与环状波导24进行光学耦合。κ的值例如为0.2。臂部22、23与环状波导24构成环形谐振器滤波器RF1。此外，环形谐振器滤波器RF1与二分支部21、以及以下说明的相位调整部27构成反射镜M1。微型加热器25为环状，被配置于形成为覆盖环状波导24的SiN保护膜上。微型加热器25通过被提供电流而进行发热，对环状波导24进行加热。通过使提供的电流量变化，从而环状波导24的温度变化，其折射率变化。
二分支部21、臂部22、23、以及环状波导24均具有由GaInAsP构成的光波导层20a被由n型InP构成的下部包覆层以及由p型InP构成的上部包覆层夹着的高台面波导构造。
此外，在臂部23的一部分的SiN保护膜上，配置有微型加热器26。臂部23之中的微型加热器26的下方的区域作为使光的相位变化的相位调整部27发挥功能。微型加热器26通过被提供电流而进行发热，对相位调整部27进行加热。通过使被提供的电流量变化，从而相位调整部27的温度，其折射率变化。
第1光波导部10与第2光波导部20构成由相互光学连接的一组波长选择要素即衍射光栅层11cb和反射镜M1构成的光谐振器C1。反射镜M1除了二分支部21、臂部22、臂部23(包含相位调整部27)、以及环状波导24以外，还包含相位调整部27。相位调整部27被配置于反射镜M1内。
在波长可变激光元件100中，衍射光栅层11cb生成以大致规定的波长间隔具有大致周期性的反射特性的第一梳状反射光谱。另一方面，环形谐振器滤波器RF1生成以大致规定的波长间隔具有大致周期性的反射特性的第二梳状反射光谱。第二梳状反射光谱具有比第一梳状反射光谱的峰值的半值全宽窄的半值全宽的峰值，以与第一梳状反射光谱的波长间隔不同的波长间隔具有大致周期性的反射特性。其中，需要注意的是：若考虑折射率的波长分散，则光谱分量严格上并不是等波长间隔。
若对各梳状反射光谱的特性进行例示，则第一梳状反射光谱的峰值间的波长间隔(自由光谱区域：FSR)以光的频率表示时为373GHz。此外，第二梳状反射光谱的峰值间的波长间隔(FSR)以光的频率表示时为400GHz。
在波长可变激光元件100中，为了实现激光振荡，构成为使第一梳状反射光谱的一个峰值与第二梳状反射光谱的一个峰值在波长轴上能够重叠。这种重叠能够利用微型加热器14以及微型加热器25的至少任意一个，通过进行由微型加热器14对衍射光栅层11cb进行加热而由于热光效应使其折射率变化从而使第一梳状反射光谱在波长轴上整体移动而变化、以及、由微型加热器25对环状波导24进行加热使其折射率变化从而使第二梳状反射光谱在波长轴上整体移动而变化、的至少任意一个，能够实现。
另一方面，在波长可变激光元件100中，存在基于光谐振器C1的谐振器模式。在波长可变激光元件100中，设定光谐振器C1的谐振器长，以使得谐振器模式的间隔(纵模式间隔)为25GHz以下。另外，通过利用微型加热器26对相位调整部27进行加热使其折射率变化从而使谐振器模式的波长在波长轴上整体移动，由此能够对光谐振器C1的谐振器模式的波长进行微调整。也就是说，相位调整部27是用于主动地控制光谐振器C1的光路长度的部分。
波长可变激光元件100被构成为：若从n侧电极30以及p侧电极13向活性芯层11a注入电流，使活性芯层11a发光，则以第一梳状反射光谱的光谱分量的峰值、第二梳状反射光谱的光谱分量的峰值以及光谐振器C1的谐振器模式的一个相一致的波长例如1550nm进行激光振荡，输出激光L1。
此外，波长可变激光元件100中，利用游标效应能够使激光振荡波长变化。例如，若由微型加热器14对衍射光栅层11cb进行加热，则由于热光效应而衍射光栅层11cb的折射率上升，衍射光栅层11cb的反射光谱(第一梳状反射光谱)整体向长波侧偏移。其结果，1550nm附近的第一梳状反射光谱的峰值与环形谐振器滤波器RF1的反射光谱(第二梳状反射光谱)的峰值的重叠被解除，与存在于长波侧的第二梳状反射光谱的别的峰值(例如1556nm附近付近)重叠。进而，对相位调整部27进行调谐而微调谐振器模式，使一个谐振器模式与2个梳状反射光谱重叠，从而能够实现1556nm附近的激光振荡。
在此，如上述，在波长可变激光元件100中，为了实现激光振荡以及激光振荡波长的变化，由微型加热器14对衍射光栅层11cb加热。为了提高微型加热器14的加热效率，使得包含衍射光栅层11cb的第3光波导构造部10C的构造满足以下的条件式。
也就是说，如图3C所示，若将第3光波导构造部10C中的台面构造的台面宽度设为Wmesa，将光波导层11ca的宽度设为Wwg，则下式成立。
Wwg≤Wmesa≤3×Wwg
由此，在台面构造的宽度方向，由热传导率比构成第2上部包覆层12ea的材料(InP)低的材料(GaInAsP)所构成的光波导层11ca所占的比例较大，因此，能够提高由微型加热器14进行的衍射光栅层11cb的加热效率。
以下，利用基于模拟的计算例来具体说明。以下，作为计算例1，将在由InP构成的基板上在由InP构成的上部包覆层与下部包覆层之间配置由GaInAsP构成的光波导层的台面构造的光波导构造作为计算模型。并且，针对该计算模型，计算光波导层的有效折射率、以及从包覆层上表面施加热时的热阻。另外，在各计算模型中，光波导层的宽度设为一定，台面构造的台面宽度按各计算模型的每一个而设定为不同的值。此外，在计算模型中，台面宽度与光波导层的宽度相等的构造是高台面构造的光波导构造，台面宽度比光波导层的宽度大的构造是嵌入构造的光波导构造。嵌入构造中，将在光波导层的两侧面所配置的层称为嵌入层。
计算中使用的具体的计算参数如下所示。首先，光波导层的厚度为0.3μm，宽度(Wwg)为2μm。此外，光波导层是具有带隙波长为1.2μm的组成、波长1.55μm处的折射率为3.3542、热传导率为5W/Km的GaInAsP。此外，上部包覆层、下部包覆层、嵌入层均是波长1.55μm处的折射率为3.165、热传导率为68W/Km的InP。上部包覆层的厚度为1.5μm，下部包覆层的厚度为1.0μm。
进而，作为计算例2，将计算例1的计算模型的光波导构造中将光波导层置换为与包覆层相同的InP所构成的层的构造作为计算模型，计算从包覆层上表面施加热时的热阻。
图4是表示计算例1、计算例2中的标准化热阻以及计算例1中的有效折射率的图。标准化热阻是表示从上部包覆层的上表面施加1W的热量时上部包覆层的上表面的温度上升几开尔文的量。有效折射率是波长1.55μm处的值。
如图4所示，在计算例1中，若使台面宽度从约10μm减小，则标准化热阻平缓地上升，但是若台面宽度为6μm以下则急剧上升。也就是说，在Wwg≤Wmesa≤3×Wwg成立的范围中，由于热阻显著地变高，因此能够提高加热器的加热效率。此外，在Wwg≤Wmesa≤2×Wwg成立的范围中，由于热阻更为显著地变高，因此能够进一步提高加热器的加热效率，因此更为优选。另外，在计算例2中，在台面宽度为6μm以下，标准化热阻也急剧上升，但是存在热传导率低的光波导层的计算例1的情况下，上升更为显著。
认为计算例2的情况下的热阻的上升是由于提供的热流过的流路的宽度(台面宽度)变窄从而热梯度变大所引起的效果，台面宽度与热阻处于反比例的关系。相对于此，确认了在计算例1的情况下，与根据计算例2的结果被预测的相比热阻大幅度地上升。
另外，在上述计算例1中，光波导层是具有带隙波长为1.2μm的组成、热传导率为5W/Km的GaInAsP。因此，与热传导率为68W/Km的InP相比，热传导率大幅变小。其中，关于GaInAsP，如果是相对于波长1.3μm～1.6μm的光为透明的这种组成，则其热传导率比InP大幅变小。因此，认为关于相对于波长1.3μm～1.6μm的光为透明、且折射率比InP高的组成的GaInAsP，台面宽度与标准化热阻的关系也与图4所示的结果相同。
此外，如图4所示，在台面宽度为6μm、也就是Wmesa＝3×Wwg的情况下，光波导层的有效折射率为3.208，但是若台面宽度变得小于4μm，则有效折射率急剧减少。这意味着：Wmesa≤2×Wwg的情况与台面宽度为Wmesa＝3×Wwg这样比Wmesa充分大的情况相比，台面宽度较窄从而光波导层中的光的传播状态受到影响。
接下来，作为实施例1、2、3，制作基于计算例1的计算模型的光波导构造，并实测其热阻。另外，实施例1、2、3的台面宽度分别设为2μm、3μm、8μm。图5是表示计算例1、计算例2中的标准化热阻以及实施例1～3中的标准化热阻的图。图5所示的实施例1～3的标准化热阻(右纵轴)是实施例3也就是台面宽度为8μm的情况下的以标准化热阻[K/W]进行了标准化的值，是无量纲的。如图5所示，实施例1～3中的标准化热阻的台面宽度依赖性表现出与计算例1中的标准化热阻的台面宽度依赖性相同的这种趋势，确认了计算模型的妥当性。
图6A是表示计算例1、2中的标准化热阻、在计算例1的计算模型中变更光波导层的宽度(Wwg)而设为1μm(计算例3)、1.5μm(计算例4)、2.5μm(计算例5)、3μm(计算例6)的情况下的标准化热阻的图。图6B是表示计算例1、3～6中的有效折射率的图。计算例1、3～6是至少1μm≤Wwg≤3μm、且2μm≤Wmesa≤4μm成立的范围中进行了计算的结果。此外，表1是从计算例1、4、5中提取表示1μm≤Wwg≤3μm、且2μm≤Wmesa≤4μm成立的范围的Wwg、Wmesa的值处的有效折射率和标准化热阻。
[表1]
Figure BDA0002152623910000111
如图6A所示，如果与Wwg的值无关地，Wmesa≤4μm成立，则热阻变高，能够享有提高加热器的加热效率的这种效果。此外，如图6B所示，对于有效折射率，在Wmesa大于4μm的情况下，不依赖于Wmesa的值而大致一定，在Wmesa≤4μm的情况下，随着Wmesa变小而变小。这意味着如上述那样若台面宽度变窄则光波导层中的光的传播状态受到影响。
在此，在第3光波导构造部10C中，Wwg≤Wmesa≤2×Wwg成立。此时，第3光波导构造部10C为由于台面宽度较窄而光波导层中的光的传播状态受到影响的状态。另一方面，在第1光波导构造部10A中，相对于作为光波导层的活性芯层11a的宽度而台面宽度充分宽，例如为250μm以上。因此，第1光波导构造部10A是图6B中的不依赖于台面宽度而有效折射率大致一定的状态。因此，第1光波导构造部10A中在活性芯层11a中传播的规定波长(例如1.55μm)的光的模场直径或者传播常数与第3光波导构造部10C中在光波导层11ca中传播的相同波长的光的模场直径或者传播常数相互不同。若将这种的光的模场直径或者传播常数不同的波导彼此直接连接，则在连接部位，模场直径或者传播常数不连续地变化，因此产生较大的光损耗、光反射。
为此，在波长可变激光元件100中，活性芯层11a与光波导层11ca经由作为模场变换构造的第2光波导构造部10B而连接。如上述，第2光波导构造部10B具有嵌入构造的台面宽度从第1光波导构造部10A侧向第3光波导构造部10C侧连续地变窄的锥形状(参照图2)。其结果，第2光波导构造部10B中的光波导层11b中传播的光的模场直径或者传播常数也从活性芯层11a中的值连续地变化至光波导层11ca中的值，因此光损耗、光反射被抑制。优选，第2光波导构造部10B的嵌入构造的台面宽度为在第1光波导构造部10A侧光波导层11b中的模场直径或者传播常数与活性芯层11a中的模场直径或者传播常数大致相等的这种台面宽度，如果在第3光波导构造部10C侧成为与第3光波导构造部10C相同的台面宽度，则能够更为有效地抑制光损耗、光反射。
如以上说明，在波长可变激光元件100的第3光波导构造部10C中，能够提高由微型加热器14进行的衍射光栅层11cb的加热效率。
另外，波长可变激光元件100能够通过以下的工序进行制造。首先，在构成基部S的n型InP基板上，利用有机金属气相生长(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：MOCVD)法，依次堆积下部包覆层12a以及第2光波导部20中的下部包覆层、活性芯层11a、第1上部包覆层12b。
接下来，在正面堆积SiN膜之后，对SiN膜实施图案化。之后，将SiN膜作为掩膜进行蚀刻，将形成第1光波导构造部10A的区域以外的区域的活性芯层11a以及第1上部包覆层12b全部除去。进而，将SiN膜的掩膜直接作为选择生长掩膜，通过MOCVD法，依次堆积光波导层11b、11ca以及第2光波导部20中的光波导层20a、间隔层12f、作为衍射光栅层11cb的p型InGaAsP层、第2上部包覆层12ea的一部分。
接下来，在除去SiN膜的掩膜之后，在整面堆积SiN膜之后，在形成衍射光栅层11cb的区域的SiN膜，实施衍射光栅的图案化。然后，将SiN膜作为掩膜进行蚀刻，在p型InGaAsP层形成作为衍射光栅的光栅沟槽，并且将形成衍射光栅层11cb的位置以外的位置的p型InGaAsP层全部去除。
接下来，在除去SiN膜的掩膜之后，在整面使p型InP层再生长。之后，重新堆积SiN膜，实施图案化以使得成为与第1光波导部10中的光波导11以及第2光波导部20中的光波导层对应的图案。然后，将该SiN膜作为掩膜进行蚀刻，在第1光波导部10以及第2光波导部20形成条状台面构造，并且使下部包覆层12a露出。此时，相当于二分支部21、臂部22、23、环状波导24的区域以包含这些的宽的区域的形状进行蚀刻。
接下来，将之前的工序中使用的SiN膜掩膜作为选择生长掩膜，利用MOCVD法，在露出的下部包覆层12a上依次堆积p型InP嵌入层12c、n型InP电流阻挡层12d来形成嵌入构造。接下来，除去SiN膜的掩膜之后，利用MOCVD法在整面依次堆积第2上部包覆层12ea以及第2光波导部20中的上部包覆层的剩余的部分的p型InP层、接触层12eb。接下来，进行将形成第1光波导构造部10A的区域以外的接触层12eb除去的工序。接下来，在整面堆积SiN膜之后，实施第1光波导构造部10A、第2光波导构造部10B、第3光波导构造部10C的形状的图案化以及二分支部21、臂部22、23、相当于环状波导24的波导的图案化。然后，将该SiN膜作为掩膜来进行蚀刻，形成第1光波导构造部10A、第2光波导构造部10B、第3光波导构造部10C的台面构造、支承台面部10D、以及第2光波导部20中的高台面波导构造。该蚀刻进行到例如到达基部S的深度为止。之后，形成SiN保护膜16、绝缘部件17、n侧电极30、微型加热器14、26以及电极连接盘15以及布线图案。最后，将基板劈开为波长可变激光元件100排列多个的条状，在第3光波导构造部10C侧端面、臂部22、23的端面涂层反射防止膜之后，按各波长可变激光元件100的每一个进行元件分离，完成波长可变激光元件100。
(变形例)
本发明所涉及的光波导构造并不限于上述实施方式的样式，能够变形为各种样式。图7是表示光波导构造的变形例1的图。作为实施方式所涉及的光波导构造的变形例1的光波导构造110C具有将第3光波导构造部10C的半导体台面部12中的衍射光栅层11cb的位置与光波导层11ca的位置交换的构造的半导体台面部112。也就是说，在光波导构造110C中，衍射光栅层11cb相对于光波导层11ca而位于下部包覆层12a侧。在光波导构造110C中，关于台面构造的台面宽度Wmesa、光波导层11ca的宽度Wwg，Wwg≤Wmesa≤3×Wwg成立。此外，Wmesa为4μm以下。由此，即便是衍射光栅层11cb相对于光波导层11ca而位于与微型加热器14相反的一侧的位置的构造，也能够提高由微型加热器14进行的衍射光栅层11cb的加热效率。
图8是表示光波导构造的变形例2的图。作为变形例2的光波导构造210C具有将第3光波导构造部10C的半导体台面部12置换为半导体台面部212的构造。半导体台面部212具有从半导体台面部12删除了衍射光栅层11cb以及间隔层12f的结构。因此，在半导体台面部212中，第2上部包覆层212ea形成到光波导层11ca的正上方的区域为止。这种光波导构造210C是由微型加热器14对光波导层11ca进行加热使其折射率变化、来发挥相位调整等的规定的功能的构造。在光波导构造210C中，关于台面构造的台面宽度Wmesa、光波导层11ca的宽度Wwg，Wwg≤Wmesa≤3×Wwg成立。由此，能够提高由微型加热器14进行的光波导层11ca的加热效率。另外，在光波导层11ca具备衍射光栅的功能的情况下，通过加热能够使反射波长变化。此外，在光波导构造210C被应用于法布里-珀罗型的半导体激光元件的光谐振器内的光波导、光波导层11ca具备活性芯层的功能的情况下，通过加热能够使激光振荡波长变化。在任意的情况下，均能够提高由微型加热器14进行的光波导层11ca的加热效率。
图9是表示光波导构造的变形例3的图。作为变形例3的光波导构造310C具有将第3光波导构造部10C的半导体台面部12置换为半导体台面部312的构造。半导体台面部312具有将半导体台面部12的下部包覆层12a置换为下部包覆层312a以及低热传导率层312g的构造。下部包覆层312a包含下部包覆层312aa和下部包覆层312ab。低热传导率层312g被下部包覆层312aa与下部包覆层312ab夹着，相对于光波导层11ca而位于基部S侧。低热传导率层312g包含热传导率比构成下部包覆层312a的InP低的n型的材料(例如AlInAsP、被氧化的GaAlInAsP)，构成低热传导率区域。
由于光波导构造310C通过具备这种的低热传导率层312g，从微型加热器14提供的热量向基部S侧扩散得以被抑制，因此，与Wwg≤Wmesa≤3×Wwg成立所带来的效果相结合，能够更加提高由微型加热器14进行的光波导层11ca的加热效率。
另外，在由被氧化的GaAlInAsP构成低热传导率层312g的情况下，以如下的方式进行。首先，在形成半导体台面部312的工序中，在应形成低热传导率层312g的位置堆积GaAlInAsP层。之后，在形成台面构造之后，针对侧面露出的GaAlInAsP层，在水蒸气氛围下进行退火，从露出的侧面对GaAlInAsP层进行热氧化。
图10是表示光波导构造的变形例4的图。作为变形例4的光波导构造410C具有将第3光波导构造部10C的半导体台面部12置换为半导体台面部412的构造。半导体台面部412具有如下结构：将半导体台面部12的下部包覆层12a置换为具备相对于台面构造而在一侧延伸的支撑区域412aa的下部包覆层412a，在下部包覆层412a的支撑区域412aa与基部S之间设有支撑层412h。支撑层412h例如包含n型的AlInAs。通过上述结构，在下部包覆层412a的台面构造的部分与基部之间形成作为低热传导率区域的空腔区域412i。空腔区域412i是以空气等的气体被填满的区域。
光波导构造410C通过具备这种的空腔区域412i，由于从微型加热器14提供的热量向基部S侧扩散得以抑制，因此与Wwg≤Wmesa≤3×Wwg成立所带来的效果相结合，能够更加提高由微型加热器14进行的光波导层11ca的加热效率。
以下例示光波导构造410C的制造方法。首先，在n型InP基板上堆积作为支撑层412h的AlInAs层之后，堆积比下部包覆层412a更靠上的层。之后，在形成台面构造时，首先对下部包覆层412a进行蚀刻以使得残留支撑区域412aa，之后，在与支撑区域412aa相反的一侧的侧面进行蚀刻以使得AlInAs层的一部分露出。然后，例如使用氢氟酸系的蚀刻液对台面构造中的AlInAs层选择性地进行蚀刻除去，形成支撑层412h和空腔区域412i。
另外，在上述实施方式以及变形例中，衍射光栅为采样衍射光栅，但是衍射光栅的种类并不限于此，也可以是超结构衍射光栅(Superstructure Grating)、叠加衍射光栅(Superimposed Grating)。
此外，本发明并不是通过上述实施方式来限定。将上述各结构要素适当组合而构成的方式也包含在本发明中。此外，进一步的效果、变形例能够由本领域技术人员容易地导出。由此，本发明的更宽范围的方式并不限定于上述实施方式，能够进行各种变更。
工业上的可利用性
本发明所涉及的光波导构造是适合用于例如半导体激光元件的结构。
-符号说明-
10 第1光波导部
10A 第1光波导构造部
10B 第2光波导构造部
10C 第3光波导构造部
10D 支承台面部
11 光波导
11a 活性芯层
11b、11ca 光波导层
11cb 衍射光栅层
12、212、312、412 半导体台面部
12a、312a312aa、312ab、412a 下部包覆层
12b 第1上部包覆层
12c p 型InP嵌入层
12cb 衍射光栅层
12d n 型InP电流阻挡层
12e p 型半导体层
12ea、212ea 第2上部包覆层
12eb 接触层
12f 间隔层
13 p侧电极
14、25、26 微型加热器
15 电极连接盘
16 SiN保护膜
16a 开口部
17 绝缘部件
20 第2光波导部
21a MMI波导
22、23 臂部
24 环状波导
27 相位调整部
30 n侧电极
100 波长可变激光元件
110C、210C、310C、410C 光波导构造
312g 低热传导率层
412aa 支撑区域
412h 支撑层
412i 空腔区域
C1 光谐振器
L1 激光
M1 反射镜
RF1 环形谐振器滤波器
S 基部。

Claims (9)

1.一种光波导构造，其特征在于，具备：
下部包覆层，位于基板上；
光波导层，位于所述下部包覆层上；
上部包覆层，位于所述光波导层上；和
加热器，位于所述上部包覆层上，
所述下部包覆层、所述光波导层以及所述上部包覆层构成台面构造，所述光波导层由热传导率比所述上部包覆层低的材料构成，若将所述台面构造的台面宽度设为Wmesa，将所述光波导层的宽度设为Wwg，则下式成立，
Wwg≤Wmesa≤3×Wwg，
在所述台面构造的宽度方向，所述光波导层所占的比例为1/3以上，
Wwg＜Wmesa成立，
若台面宽度即Wmesa为6μm以下，则标准化热阻的上升度变大，所述标准化热阻表示从上部包覆层的上表面施加1W的热量时上部包覆层的上表面的温度上升几开尔文，
对于所述光波导层的有效折射率，在Wmesa大于4μm的情况下，不依赖于Wmesa的值而大致一定，在Wmesa≤4μm的情况下，随着Wmesa变小而变小。
2.根据权利要求1所述的光波导构造，其特征在于，
1μm≤Wwg≤3μm、且2μm≤Wmesa≤4μm成立。
3.根据权利要求1所述的光波导构造，其特征在于，
Wmesa≤2×Wwg成立。
4.根据权利要求1～3的任意一项所述的光波导构造，其特征在于，
所述光波导层由GaInAsP构成，所述下部包覆层以及所述上部包覆层由InP构成。
5.根据权利要求1～3的任意一项所述的光波导构造，其特征在于，
所述光波导构造还具备：衍射光栅层，相对于所述光波导层而位于所述上部包覆层侧或者所述下部包覆层侧。
6.根据权利要求1～3的任意一项所述的光波导构造，其特征在于，
所述光波导构造还具备：低热传导率区域，相对于所述光波导层而位于所述基板侧。
7.根据权利要求1～3的任意一项所述的光波导构造，其特征在于，
所述光波导构造还具备：活性芯层，与所述光波导层连接。
8.根据权利要求7所述的光波导构造，其特征在于，
在所述活性芯层中传播的规定波长的光的模场直径或者传播常数与在所述光波导层中传播的所述规定波长的光的模场直径或者传播常数相互不同。
9.根据权利要求8所述的光波导构造，其特征在于，
所述活性芯层与所述光波导层经由模场变换构造而连接。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2021149647A1 (zh) * 2020-01-22 2021-07-29
JP7444622B2 (ja) 2020-01-29 2024-03-06 古河電気工業株式会社 光半導体素子および集積型半導体レーザ
CN114552383B (zh) * 2020-11-27 2023-07-18 山东华光光电子股份有限公司 一种无铝有源区的红光半导体激光器及其制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104081598A (zh) * 2012-01-30 2014-10-01 古河电气工业株式会社 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

Family Cites Families (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61160987A (ja) * 1985-01-09 1986-07-21 Nec Corp 集積型半導体光素子とその製造方法
US5222091A (en) * 1990-09-14 1993-06-22 Gte Laboratories Incorporated Structure for indium phosphide/indium gallium arsenide phosphide buried heterostructure semiconductor
US5082799A (en) * 1990-09-14 1992-01-21 Gte Laboratories Incorporated Method for fabricating indium phosphide/indium gallium arsenide phosphide buried heterostructure semiconductor lasers
JP2840902B2 (ja) * 1992-07-27 1998-12-24 日本電信電話株式会社 半導体レーザ
JP3064118B2 (ja) * 1992-09-16 2000-07-12 アンリツ株式会社 分布反射型半導体レーザ
JPH07106691A (ja) * 1993-10-05 1995-04-21 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 外部変調器付き集積化光源及びその駆動方法
JPH08279648A (ja) * 1995-04-05 1996-10-22 Furukawa Electric Co Ltd:The 分布帰還型半導体レーザ素子の製造方法
JPH1154841A (ja) * 1997-07-30 1999-02-26 Furukawa Electric Co Ltd:The 半導体レーザ装置およびその製造方法
JPH11103130A (ja) * 1997-09-29 1999-04-13 Mitsubishi Electric Corp 半導体光素子，及びその製造方法
WO1999031774A1 (fr) * 1997-12-15 1999-06-24 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Laser et procede de fabrication de ce dernier
KR20020077567A (ko) * 2001-04-02 2002-10-12 한국전자통신연구원 광모드 크기 변환기가 결합된 레이저 및 그 제조 방법
US6977953B2 (en) * 2001-07-27 2005-12-20 Sanyo Electric Co., Ltd. Nitride-based semiconductor light-emitting device and method of fabricating the same
GB2409570B (en) 2003-10-10 2007-02-14 Agilent Technologies Inc Optoelectronic device having a discrete bragg reflector and an electro-absorption modulator
JP4685535B2 (ja) 2005-07-21 2011-05-18 日本電信電話株式会社 熱光学位相変調器およびその製造方法
JP2007273644A (ja) * 2006-03-30 2007-10-18 Eudyna Devices Inc 光半導体装置、レーザチップおよびレーザモジュール
KR100842277B1 (ko) * 2006-12-07 2008-06-30 한국전자통신연구원 반사형 반도체 광증폭기 및 수퍼 루미네센스 다이오드
US7760777B2 (en) 2007-04-13 2010-07-20 Finisar Corporation DBR laser with improved thermal tuning efficiency
JP4794505B2 (ja) * 2007-06-15 2011-10-19 富士通株式会社 半導体光増幅装置、半導体光増幅システム及び半導体光集積素子
JP5418887B2 (ja) * 2009-05-27 2014-02-19 住友電気工業株式会社 半導体レーザ素子の製造方法及び半導体レーザ素子
JP4444368B1 (ja) * 2009-07-30 2010-03-31 古河電気工業株式会社 集積型半導体レーザ素子および半導体レーザモジュールならびに光伝送システム
US8615025B2 (en) * 2009-10-13 2013-12-24 Skorpios Technologies, Inc. Method and system for hybrid integration of a tunable laser
US9318868B2 (en) * 2011-09-07 2016-04-19 Skorpios Technologies, Inc. Tunable hybrid laser with carrier-induced phase control
JP2011204895A (ja) * 2010-03-25 2011-10-13 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体レーザ装置
JP5573386B2 (ja) * 2010-06-10 2014-08-20 三菱電機株式会社 半導体光集積素子及びその製造方法
JP5303580B2 (ja) 2011-01-11 2013-10-02 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 光半導体装置、レーザチップおよびレーザモジュール
JP2012174938A (ja) * 2011-02-22 2012-09-10 Sumitomo Electric Ind Ltd 光半導体素子およびその製造方法
JP5888883B2 (ja) * 2011-06-15 2016-03-22 日本オクラロ株式会社 スポットサイズ変換器、半導体光素子、及びそれらの製造方法
JP2013033892A (ja) * 2011-06-29 2013-02-14 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体レーザおよびレーザ装置
JP2013105975A (ja) * 2011-11-16 2013-05-30 Mitsubishi Electric Corp 光半導体装置の製造方法
JP5783011B2 (ja) * 2011-11-28 2015-09-24 三菱電機株式会社 光半導体装置
JP2013165123A (ja) * 2012-02-09 2013-08-22 Furukawa Electric Co Ltd:The 半導体順メサ構造を有する半導体素子の製造方法、当該半導体素子を有する集積型半導体発光素子の製造方法
JP6067231B2 (ja) * 2012-02-21 2017-01-25 古河電気工業株式会社 光フィルタ及び半導体レーザ装置
JP5891920B2 (ja) * 2012-04-16 2016-03-23 三菱電機株式会社 変調器集積型レーザ素子
JP2014149323A (ja) 2013-01-30 2014-08-21 Furukawa Electric Co Ltd:The 半導体光変調器
WO2014126261A1 (ja) 2013-02-18 2014-08-21 古河電気工業株式会社 半導体レーザ素子、集積型半導体レーザ素子、および、半導体レーザ素子の製造方法
JP6212754B2 (ja) 2013-06-28 2017-10-18 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 光半導体装置及びその製造方法
US9419412B2 (en) * 2013-11-13 2016-08-16 Agency For Science, Technology And Research Integrated laser and method of fabrication thereof
JP6416553B2 (ja) * 2014-09-02 2018-10-31 住友電気工業株式会社 半導体素子及び半導体素子の製造方法
EP3051638A1 (en) * 2015-01-27 2016-08-03 Huawei Technologies Co., Ltd. Tunable laser and method of tuning a laser
JP6365357B2 (ja) * 2015-03-11 2018-08-01 三菱電機株式会社 光半導体装置の製造方法
WO2016152274A1 (ja) 2015-03-20 2016-09-29 古河電気工業株式会社 波長可変レーザ素子およびレーザモジュール
JP6684094B2 (ja) 2015-03-20 2020-04-22 古河電気工業株式会社 波長可変レーザ素子およびレーザモジュール
US10852478B1 (en) * 2019-05-28 2020-12-01 Ciena Corporation Monolithically integrated gain element

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104081598A (zh) * 2012-01-30 2014-10-01 古河电气工业株式会社 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

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Publication number Publication date
US11482838B2 (en) 2022-10-25
WO2018147307A1 (ja) 2018-08-16
JPWO2018147307A1 (ja) 2019-11-21
JP7145765B2 (ja) 2022-10-03
US20190363516A1 (en) 2019-11-28
CN110249245A (zh) 2019-09-17

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