CN111801610B - 半导体光集成器件 - Google Patents

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Abstract

目的在于提供能够对光强度进行监视，不会对在光波导传播的光的光分布造成影响，不会使入射侧的光元件的特性恶化的半导体光集成器件。半导体光集成器件(200)为将传播光的第一光元件(61)、监视用光波导(62)、第二光元件(63)形成于相同的半导体基板(1)的半导体光集成器件，监视用光波导(62)与第一光元件(61)连接，第二光元件(63)与监视用光波导(62)连接。监视用光波导(62)具有光散射部(7)，该光散射部(7)构成为，组合了具有不同的模场直径的光波导，使光的一部分散射，对由光散射部(7)散射后的散射光进行受光的光检测器(65)设置于监视用光波导(62)的外周或半导体基板(1)的与光散射部(7)相反侧的背面。

Description

半导体光集成器件
技术领域
本申请涉及具有对在光波导传播的光的强度进行监视的光电二极管(PD)的半导体光集成器件。
背景技术
当前，存在如下方式，即，在光波导的上部设置对在光波导传播的光的强度进行监视的光电二极管(以后称为监视PD)，使监视 PD对在光波导传播的光的瞬逝光成分进行受光(专利文献1)。作为通过监视PD对在光波导传播的光的一部分进行受光的方法，还存在使用了衍射光栅的受光方式(专利文献2)。在专利文献2中，在设置于光波导之上的监视PD正下方的光波导部，设置有衍射次数为 2的衍射光栅。2次的衍射光栅在光波导层的光的行进方向及垂直方向产生衍射光。垂直方向的衍射光入射至监视PD，监视PD对该衍射光进行受光。
专利文献1：日本特表2013-540351号公报(第2图)
专利文献2：日本特开2000-114642号公报(第1图)
发明内容
专利文献1的受光方式，即，使监视PD对在光波导传播的光的瞬逝光成分进行受光的方式存在如下问题：如果光波导层的上部的包层的层厚度产生变化，则施加于监视PD的瞬逝光成分增减，因此由监视PD产生的监视电流值产生变化。另外，由于监视PD的受光部为吸收系数大的材料，因此折射率也进一步变大，波导光的等效折射率大幅地变化。因此，通过监视PD的受光部，在光波导传播的进行波导的光的分布容易紊乱。因此，担心出射光的远场像紊乱、由监视 PD形成的吸收损耗之外的损耗增加。因此，就半导体光集成器件而言，难以使用专利文献1的方式而对在光波导中途设置监视PD的构造进行制作。
专利文献2的通过监视PD对在光波导传播的光进行受光的方法存在如下这样的问题，即，由于通过衍射光栅部分将一部分光反射至输入方向，因此连接于入射侧的光元件的特性恶化。例如，在光元件为半导体激光器的情况下，存在如下这样的问题，即，由于由衍射光栅产生的返回光，噪声叠加至激光等，激光特性恶化。
本申请说明书所公开的技术就是为了解决上述那样的问题而提出的，其目的在于提供一种半导体光集成器件，该半导体光集成器件能够对光强度进行监视，不会对在光波导传播的光的光分布造成影响，不会使入射侧的光元件的特性恶化。
本申请说明书所公开的一个例子的半导体光集成器件为将传播光的第一光元件、监视用光波导、第二光元件形成于相同的半导体基板的半导体光集成器件，监视用光波导与第一光元件连接，第二光元件与监视用光波导连接。监视用光波导具有光散射部，该光散射部构成为，组合了具有不同的模场直径的光波导，使光的一部分散射，对由光散射部散射后的散射光进行受光的光检测器设置于监视用光波导的外周或半导体基板的与光散射部相反侧的背面。
发明的效果
就本申请说明书所公开的一个例子的半导体光集成器件而言，对由使光的一部分散射的监视用光波导的光散射部散射后的散射光进行受光的光检测器设置于监视用光波导的外周或半导体基板的与光散射部相反侧的背面，因此能够对光强度进行监视，不会对在光波导传播的光的光分布造成影响，不会使入射侧的光元件的特性恶化。
附图说明
图1是表示实施方式1涉及的半导体光集成器件的鸟瞰图。
图2中的图2A是图1的光元件部台面的沿Z方向的剖视图，图 2B是图2A的A-A的剖视图。
图3A是说明图1的半导体光集成器件的制造工序的图。
图3B是说明图1的半导体光集成器件的制造工序的图。
图3C是说明图1的半导体光集成器件的制造工序的图。
图3D是说明图1的半导体光集成器件的制造工序的图。
图3E是说明图1的半导体光集成器件的制造工序的图。
图3F是说明图1的半导体光集成器件的制造工序的图。
图3G是说明图1的半导体光集成器件的制造工序的图。
图3H是说明图1的半导体光集成器件的制造工序的图。
图3I是说明图1的半导体光集成器件的制造工序的图。
图4A是说明图1的半导体光集成器件的制造工序的图。
图4B是说明图1的半导体光集成器件的制造工序的图。
图4C是说明图1的半导体光集成器件的制造工序的图。
图4D是说明图1的半导体光集成器件的制造工序的图。
图4E是说明图1的半导体光集成器件的制造工序的图。
图4F是说明图1的半导体光集成器件的制造工序的图。
图4G是说明图1的半导体光集成器件的制造工序的图。
图4H是说明图1的半导体光集成器件的制造工序的图。
图4I是说明图1的半导体光集成器件的制造工序的图。
图5是说明2个光波导和光分布的图。
图6是表示由图5的光波导的连接部形成的散射光的比例的图。
图7是表示实施方式2涉及的半导体光集成器件的鸟瞰图。
图8中的图8A是图7的光元件部台面的沿Z方向的剖视图，图 8B是图8A的A-A的剖视图。
图9是表示实施方式3涉及的散射光产生图案的图。
图10是表示实施方式3涉及的其它散射光产生图案的图。
图11A是说明形成图10的散射光产生图案的第一制造方法的图。
图11B是说明形成图10的散射光产生图案的第一制造方法的图。
图11C是说明形成图10的散射光产生图案的第一制造方法的图。
图11D是说明形成图10的散射光产生图案的第一制造方法的图。
图11E是说明形成图10的散射光产生图案的第一制造方法的图。
图12A是说明形成图10的散射光产生图案的第二制造方法的图。
图12B是说明形成图10的散射光产生图案的第二制造方法的图。
图12C是说明形成图10的散射光产生图案的第二制造方法的图。
图12D是说明形成图10的散射光产生图案的第二制造方法的图。
图13是表示实施方式4涉及的散射光产生图案的图。
图14是表示实施方式5涉及的半导体光集成器件的鸟瞰图。
图15中的图15A是图14的光元件部台面的主要部分的沿Z方向的剖视图，图15B是图15A的A-A的剖视图。
图16中的图16A是实施方式6涉及的监视用光波导的主要部分的沿Z方向的剖视图，图16B是图16A的A-A的剖视图。
图17中的图17A是实施方式6涉及的其它监视用光波导的主要部分的沿Z方向的剖视图，图17B是图17A的A-A的剖视图。
图18是表示实施方式7涉及的半导体光集成器件的鸟瞰图。
图19是表示实施方式8涉及的半导体光集成器件的鸟瞰图。
图20是表示实施方式9涉及的半导体光集成器件的鸟瞰图。
图21中的图21A是图20的光元件部台面的沿Z方向的剖视图，图21B是图21A的A-A的剖视图。
图22是表示实施方式10涉及的半导体光集成器件的鸟瞰图。
图23中的图23A是图22的光元件部台面的沿Z方向的剖视图，图23B是图23A的A-A的剖视图。
图24中的图24A是实施方式11涉及的监视用光波导的主要部分的沿Z方向的剖视图，图24B是图24A的A-A的剖视图。
图25中的图25A是实施方式12涉及的半导体光集成器件中的光元件部台面的沿Z方向的剖视图，图25B是图25A的A-A的剖视图。
图26是实施方式13涉及的半导体光集成器件中的光元件部台面的沿Z方向的剖视图。
具体实施方式
实施方式1.
图1是表示实施方式1涉及的半导体光集成器件的鸟瞰图。图 2A是图1的光元件部台面的沿Z方向的剖视图，图2B是图2A的 A-A的剖视图。图3A～图3I、图4A～图4I是说明图1的半导体光集成器件的制造工序的图。图5是说明2个光波导和光分布的图，图 6是表示由图5的光波导的连接部形成的散射光的比例的图。半导体光集成器件200具有：InP基板1、光元件部台面56、台面槽54、通过台面槽54与光元件部台面56分离的侧壁部57、设置于光元件部台面56的监视PD 65。在InP基板1之上形成的光元件部台面56形成第一光元件61、作为监视用光波导的埋入光波导62、第二光元件 63。这里，将第一光元件设为半导体激光器，将第二光元件设为高台面光波导而进行说明。高台面光波导的标号使用63。光元件部台面 56通过蚀刻形成台面槽54，成为台面形状。在图1中，示出监视PD 65设置于埋入光波导62的外周，例如埋入光波导62之上的例子，但也可以设置于埋入光波导62的侧面部、或InP基板1的背面。此外，关于供电用电极，在图1中由于附图会变得烦杂而省略了供电用电极，但实际上存在供电用电极。在图2A中示出第一光元件61的电极6。为了以后的说明，如图所示规定了坐标X、Y、Z。与InP基板1垂直的方向为Y方向(Y轴方向)，与Y方向垂直的半导体光集成器件200的长度方向为Z方向(Z轴方向)，与Y方向及Z方向垂直的半导体光集成器件200的宽度方向为X方向(X轴方向)。在半导体光集成器件200中，波导光在Z方向进行传播。
使第一光元件61为半导体激光器，埋入光波导62连接于该第一光元件61。并且，埋入光波导62连接于作为第二光元件的高台面光波导63。这里，第一光元件61和埋入光波导62通过对接而连接，埋入光波导62和高台面光波导63通过模式转换光波导17连接。另外，在埋入光波导62内部的光波导层5形成用于得到散射光的构造即散射光产生图案7。第一光元件61具有InP基板1、在InP基板1 的表面形成的InP包层2、在InP包层2的表面形成的有源层3、在有源层3的表面形成的InP包层4、在InP基板1的背面形成的电极 6、在InP包层4的表面形成的电极6。埋入光波导62具有InP基板 1、在InP基板1的表面形成的InP包层2、在InP包层2的表面形成的光波导层5、在光波导层5的表面形成的InP包层4、在光波导层 5的表面形成的InP包层4。高台面光波导63具有InP基板1、在InP 基板1的表面形成的InP包层2、在InP包层2的表面形成的光波导层5、在光波导层5的表面形成的InP包层4。
第一光元件61具有在半导体基板即InP基板1形成的依次层叠有第一包层即InP包层2、有源层3、第二包层即InP包层4的层叠体。埋入光波导62具有在半导体基板即InP基板1形成的依次层叠有第一包层即InP包层2、光波导层5、第二包层即InP包层4的层叠体。埋入光波导62的层叠体为埋入构造，该埋入构造具有在与垂直于InP基板1的Y方向及光传播的方向即Z方向垂直的X方向上彼此相对并且没有露出光波导层5的成对的台面端面。高台面光波导 63具有在半导体基板即InP基板1形成的依次层叠有第一包层即InP 包层2、光波导层5、第二包层即InP包层4的层叠体。高台面光波导63的层叠体为高台面构造，该高台面构造具有在与垂直于InP基板1的Y方向及光传播的方向即Z方向垂直的X方向上彼此相对并且露出了光波导层5的成对的台面端面。此外，第一光元件61、埋入光波导62、第二光元件63的结构也可以是埋入光波导、埋入光波导、埋入光波导的结构或高台面光波导、埋入光波导、高台面光波导等，只要埋入光波导62为埋入型则可以是任意结构。
使用图3A～图3I、图4A～图4I对实施方式1的半导体光集成器件200的制造方法进行说明。图3A～图3E示出光元件部台面56 的沿Z方向的剖面。图3F、图3G、图3I、图4A～图4D、图4F～图4I是从高台面光波导63的端面侧即波导光的输出侧观察的图。图 3H、图4E示出与图2A的A-A的剖面相同的剖面。如图3A所示，在InP基板1使用MOCVD(metal organicchemical vapor deposition) 等晶体生长法依次层叠InP包层2、有源层3、InP包层8。在InP包层8的表面对SiO2等的绝缘膜9进行成膜，如图3B所示进行图案化。如图3C所示，将绝缘膜9作为掩模，去除露出的InP包层8、有源层3。如图3D所示，将绝缘膜9作为掩模，使用基于MOCVD的晶体生长技术，依次使光波导层5和InP包层10进行晶体生长。此外，在绝缘膜9之上没有进行晶体的生长。在晶体生长后，通过氟化氢水溶液等去除绝缘膜9。这样的通过使有源层3和光波导层5进行晶体生长而连接的方式称为对接方式。
如图3E、图3F所示，在去除了绝缘膜9的InP包层8及InP 包层10的表面再次对SiO2等的绝缘膜11进行成膜。图3F是从图 3E的右侧、即高台面光波导63的端面侧观察的图。绝缘膜11如图 3H所示形成图案。就形成了图案的绝缘膜11而言，为了形成用于产生散射光的光波导层5的散射光产生图案7，设置散射光产生图案形成部23。另外，就形成了图案的绝缘膜11而言，为了形成光波导层 5的模式转换光波导17，设置模式转换光波导形成部24。之后，如图3I所示，将被图案化后的绝缘膜11作为掩模，去除InP包层8、 10、有源层3、光波导层5、InP包层2，形成脊部12。
如图4A所示，将绝缘膜11作为掩模，通过晶体生长在有源层 3形成用于进行电流限制的电流阻挡层13。如图4B所示，通过氟化氢水溶液等去除绝缘膜11。如图4C所示，通过晶体生长在InP包层 8、10、电流阻挡层13的表面形成InP包层14。之后，如图4D所示，在InP包层14的表面对SiO2等的绝缘膜15进行成膜。如图4E所示，绝缘膜15形成具有用于形成台面槽54的绝缘膜开口部26的图案。另外，就形成了图案的绝缘膜15而言，为了形成光波导层5的模式转换光波导17，设置模式转换光波导形成部25。图4F示出图4E的B-B的剖面。使用干蚀刻技术，将绝缘膜15作为掩模，通过蚀刻从绝缘膜开口部26去除InP包层14、电流阻挡层13。此外，在图4G～图4I中示出将InP基板1的一部分削掉而成的台面槽54。也可以在台面槽54的底部，将InP基板1的一部分削掉。在图1中示出没有削掉InP基板1的台面槽54。
图4G是图4E所示的B-B处的形成了台面槽54后的剖视图。形成台面槽54的蚀刻是以将电流阻挡层13贯穿的方式进行的。另外，图3I所示的包含光波导层5、有源层3在内的脊部12没有被蚀刻。将这样的构造称为埋入型的光波导。
图4H是图4E所示的C-C处的形成了台面槽54后的剖视图。如图4H所示，以在成为高台面光波导63的台面内没有电流阻挡层 13，仅残留光波导层5的方式，对InP包层14、电流阻挡层13进行蚀刻。将这样的构造称为高台面光波导。
如图4I所示，通过氟化氢水溶液等去除绝缘膜15，在埋入光波导62的上部，更具体而言在埋入光波导62的InP包层14设置监视 PD 65。此外，图1、图2A所示的InP包层4为层叠的InP包层，在埋入光波导62及高台面光波导63处由下层的InP包层10及上层的 InP包层14构成，在第一光元件61处由下层的InP包层8及上层的 InP包层14构成。
对用于产生散射光的光波导进行说明。图5所示的光波导构成为，2个光波导、即第一光波导71和第二光波导72彼此连接。另外，在图5中示出第一光波导71和第二光波导72能够进行波导的波导模式(光分布)。在第一光波导71进行波导的光的光分布为光分布73，在第二光波导72进行波导的光的光分布为光分布74。光分布73的模场直径为模场直径w1，光分布74的模场直径为模场直径w2。此外，模场直径是指从波导模式的光分布的强度峰值变为1/e2强度的光分布的直径(宽度)。此外，图5所示的第一光波导71、第二光波导72与图2A所示的有源层3或光波导层5相当。下面，使用模场直径进行说明。如果各个光波导的模场直径不同，则在第一光波导 71传播来的光不能够全部与第二光波导72耦合，仅是满足第二光波导72的波导模式的成分与第二光波导72耦合。不能够耦合的成分成为散射光而进行放射。非专利文献1“河野健治著、光デバイスのための光結合系の基礎と応用第二版”第29页～36页记载了它们的详细说明。
为了方便，以2维(Z-Y面)进行讨论。将第一光波导71的模场直径设为w1，将第二光波导72的模场直径设为w2，图6示出各个光波导的模场直径之比w1/w2、和在第一光波导71传播来的光中的输入至第二光波导72时由散射产生的散射光的比例。图6的散射光的比例的特性是由非专利文献1的耦合效率η和模场直径之比 w1/w2的关系式求出的。由此，通过2个光波导的接合部分处的模场直径w1和模场直径w2之比的设定，能够得到任意强度的散射光。
对波导模式和模场直径进行说明。波导模式是指能够传播光的光波导中的光的分布，通常使用称为基本模式的模式。这里，对基本模式下的光分布的导出进行说明。在图2A、图2B中，在埋入光波导62中，将InP包层2、InP包层4的折射率设为nc1、nc2。将光波导层5的折射率设为nj，将其层厚度设为dj。埋入光波导62是光波导层5被InP包层2和InP包层4夹着的构造。从InP包层2向InP 包层4的层叠方向如图2所示为Y方向。此外，在数学式中使用小写的y。此外，适当将Y方向记为y方向。另外，如图2B所示，与 Y方向垂直的方向，即半导体光集成器件200的宽度方向为X方向。针对X方向也以与Y方向相同的方式进行记述。在数学式中，使用小写的x，适当将X方向记为x方向。
将各层的层叠方向即y方向上的波导光的光电场分布设为E (y)。下面示出InP包层2、光波导层5、InP包层4的光电场分布。 InP包层2的光电场Ec1(y)如式(1)那样表示。
[数学式1]
Ec1(y)＝D1exp(γc1y)…(1)
式(1)的系数γC1如式(2)那样表示。
[数学式2]
Figure GDA0003738604240000101
这里，ny表示透射折射率，k0表示真空中的波数。D1为任意的系数。
光波导层5处的光电场Ej(y)如式(3)那样表示。
[数学式3]
Ej(y)＝A j cos(γj(y-dj))+Bjsin(γj(y-dj))…(3)
式(3)的系数γj如式(4)那样表示。
[数学式4]
Figure GDA0003738604240000102
这里，Aj、Bj为任意的系数。
InP包层4的光电场Ec2(y)如式(5)那样表示。
[数学式5]
Ec2(y)＝D2exp(γc2y)…(5)
式(5)的系数γC2如式(6)那样表示。
[数学式6]
Figure GDA0003738604240000103
这里，ny表示透射折射率，k0表示真空中的波数。D2为任意的系数。
就光电场分布E(y)的光电场强度E2(y)而言，在InP基板1 侧成为光电场强度E2(y)的峰值的1/e2的直径为y方向的模场直径。根据InP包层2的光电场强度Ec1 2(y)，能够求出InP包层2处的y 方向的模场直径。根据光波导层5处的光电场Ej(y)，能够求出光波导层5处的y方向的模场直径。根据InP包层4的光电场Ec2(y)，能够求出InP包层4处的y方向的模场直径。
接着，通过等效折射率法求出x方向的电场。埋入光波导62的 x方向的构造如图2B、图4I所示，光波导层5的x方向的正侧、负侧(在图4I中，左侧、右侧)被电流阻挡层13夹着。将图4I中的左侧、右侧的电流阻挡层13的折射率各自设为nb1、nb2。将光波导层5的折射率、宽度设为nj、tj，将x方向的电场分布设为E(x)。将各个电流阻挡层13的光电场设为Eb1(x)、Eb2(x)，Eb1(x)、 Eb2(x)能够如式(7)、式(9)那样表示。适当将x方向的正侧(在图4I中，左侧)的电流阻挡层13称为第一电流阻挡层13，将x方向的负侧(在图4I中，右侧)的电流阻挡层13称为第二电流阻挡层 13。
将第一电流阻挡层13的光电场设为Eb1(x)，Eb1(x)能够如式(7)那样表示。
[数学式7]
Eb1(x)＝F1exp(γb1x)…(7)
式(7)的系数γb1如式(8)那样表示。
[数学式8]
Figure GDA0003738604240000111
将第二电流阻挡层13的光电场设为Eb2(x)，Eb2(x)能够如式(9)那样表示。
[数学式9]
Eb2(x)＝F2exp(γb2x)…(9)
式(9)的系数γb2如式(10)那样表示。
[数学式10]
Figure GDA0003738604240000112
这里，nx表示透射折射率，k0表示真空中的波数。F1、F2为任意的系数。
光波导层5处的光电场Ej(x)能够如式(11)那样表示。
[数学式11]
Ej(x)＝Gjcos(ζj(x-tj))+Hjsin(ζj(x-tj))…(11)
式(11)的系数ζj如式(12)那样表示。
[数学式12]
Figure GDA0003738604240000121
这里，Gj、Hj为任意的系数。
就光电场分布E(x)的光电场强度E2(x)而言，在基板侧成为光电场强度E2(x)峰值的1/e2的直径为x方向的模场直径。将第一电流阻挡层13的光电场设为Eb1(x)，能够根据Eb1(x)求出第一电流阻挡层13处的x方向的模场直径。将第二电流阻挡层13的光电场设为Eb2(x)，能够根据Eb1(x)求出第二电流阻挡层13处的 x方向的模场直径。能够根据光波导层5处的光电场Ej(x)，求出光波导层5处的x方向的模场直径。
在模场直径的设计中，通过式(1)～式(12)，使埋入光波导 62的各层的折射率nc1、nc2、nb1、nb2、nj产生变化，或使光波导层5 的厚度dj、宽度tj产生变化。通过将埋入光波导62的各层的折射率 nc1、nc2、nb1、nb2、nj、光波导层5的厚度dj、宽度tj设定为所期望的值，从而光波导模式形状(光分布)产生变化。因此，通过光波导模式形状(光分布)产生变化，从而模场直径产生变化。产生散射光的光散射部即散射光产生图案7是组合了具有不同的模场直径的光波导后的构造。
如图2B所示，作为产生散射光的散射光产生图案7，在实施方式1中通过制作使光波导层5的一部分缩颈的形状，从而赋予折射率变化，产生散射光。
对散射光的放射角度进行说明。散射光的放射方向依赖于用于产生散射的图案。通常，光波导层的折射率变化越急剧地变化，则散射光越以相对于光波导层更接近直角的角度产生散射。这是因为如果光波导层的折射率急剧地变化，则在光波导层传播的光不能够追随于该变化的缘故(由于不能够进行与各光波导层的波导模式对应的模式转换)，在光波导层的折射率产生了变化的部位，例如光波导层的宽度产生了变化的部位产生散射。另一方面，由于在光波导层的折射率变化平缓的情况下，在光波导层传播的波导光能够追随于该变化(由于进行与各光波导层的波导模式对应的模式转换)，因此散射光成分少。散射光通过设置于光波导层的用于产生散射光的散射光产生图案 7向前方放射。
对监视PD 65的配置位置进行说明。由于散射光向散射光产生图案7的前方放射，因此监视PD 65的配置位置以包含产生散射光的散射光产生图案7的方式设置于前方，并且设置于到达监视PD 65 的设置面的散射光强度最大的位置。根据设置于光波导层5的用于产生散射光的散射光产生图案7的光波导形状，监视PD 65的设置位置发生改变。如果埋入光波导62的上部的InP包层4的厚度变化，则监视PD 65的位置也变化。由于散射光向前方放射，因此在InP 包层4的厚度薄的情况下，在散射光产生图案7的附近的上部设置监视PD65。在InP包层4的厚度厚的情况下，由于在散射光的传播方向的远方，散射光到达InP包层4的上部(表面)，因此以远离散射光产生图案7的方式设置监视PD 65。
因此，关于监视PD 65的设置位置及受光面积，优选在与用于产生散射光的散射光产生图案7相比相对于波导方向来说包含前方那样的位置、且以散射光强度变得最大的位置为中心设置监视PD，监视PD具有能够将到达监视PD的散射光的光分布全部包含在内的受光面积。此外，关于监视PD 65的受光面积，只要能得到所需要的监视电流值，只要设置在能得到所需要的散射光强度的范围，则受光面积可以任意设定。
在埋入光波导62处，就光波导层5至监视PD 65为止的Y方向的距离，即InP包层4的厚度而言，设定为比进行波导的光的模场直径大、且使得瞬逝光不会接触监视PD 65那样的膜厚度。在制造半导体光集成器件200时，以膜厚度比进行波导的光的模场直径大、且使得瞬逝光不会接触监视PD 65的方式，对InP包层10、14的膜厚度进行设定。
由用于产生散射光的散射光产生图案7而产生的散射光在埋入光波导62处的光波导层5的上部的InP包层4传播，入射至所设置的监视PD 65。从用于产生散射光的散射光产生图案7通过的波导光再次与光波导层5耦合而进行传播。通过利用散射光，从而在埋入光波导62的台面的侧面产生反射，但向台面的侧面的散射光的入射角度是随机的，能够忽略从台面的侧面向输入侧(第一光元件61侧) 返回的散射光。
就实施方式1的半导体光集成器件200而言，通过由监视PD 65 对散射光进行受光，能够得到与波导光的光强度对应的监视电流。由于实施方式1的半导体光集成器件200对散射光进行受光，因此与专利文献1所记载的对瞬逝光进行受光的情况不同，由于波导光没有与监视PD 65的受光部(吸收层)直接接触，因此不会对波导光造成影响。另外，就实施方式1的半导体光集成器件200而言，由于波导光的分布比光波导层5的Y方向的厚度、X方向的宽度大，因此即使从用于产生散射光的散射光产生图案7通过，也不会大幅损害光分布的对称性。就实施方式1的半导体光集成器件200而言，由于没有向第一光元件61的有源层3侧的返回光，因此不会产生由返回光噪声导致的半导体激光器即LD(Laser Diode)的异常振荡。由此，实施方式1的半导体光集成器件200能够对光强度进行监视，不会对在光波导传播的光的光分布造成影响，不会使入射侧的光元件的特性恶化，因此适于作为将监视PD设置于光波导中途的集成器件。
如上所述，实施方式1的半导体光集成器件200为将传播光的第一光元件61、监视用光波导(埋入光波导62)、第二光元件63 形成于相同的半导体基板(InP基板1)的半导体光集成器件，监视用光波导(埋入光波导62)与第一光元件61连接，第二光元件63 与监视用光波导(埋入光波导62)连接(特征1)。监视用光波导(埋入光波导62)具有光散射部(散射光产生图案7)，该光散射部(散射光产生图案7)构成为，组合了具有不同的模场直径的光波导，使光的一部分散射，对由光散射部(散射光产生图案7)散射后的散射光进行受光的光检测器(监视PD 65)设置于监视用光波导(埋入光波导62)的外周或半导体基板(InP基板1)的与光散射部(散射光产生图案7)相反侧的背面(特征2)。就实施方式1的半导体光集成器件200而言，根据特征1及特征2，光检测器(监视PD 65)设置于监视用光波导(埋入光波导62)的外周或半导体基板(InP基板 1)的与光散射部(散射光产生图案7)相反侧的背面，该光检测器 (监视PD 65)对由使光的一部分散射的监视用光波导(埋入光波导 62)的光散射部(散射光产生图案7)散射后的散射光进行受光，因此能够对光强度进行监视，不会对在光波导(埋入光波导62)传播的光的光分布造成影响，不会使入射侧的光元件的特性恶化。
实施方式2.
图7是表示实施方式2涉及的半导体光集成器件的鸟瞰图。图 8A是图7的光元件部台面的沿Z方向的剖视图，图8B是图8A的 A-A的剖视图。实施方式2的半导体光集成器件200是将实施方式1 的半导体光集成器件200的埋入光波导62置换为高台面构造的光波导即高台面光波导64。作为监视用光波导的高台面光波导64具有在半导体基板即InP基板1形成的依次层叠有第一包层即InP包层2、光波导层5、第二包层即InP包层4的层叠体。高台面光波导64的层叠体为高台面构造，该高台面构造具有在与垂直于InP基板1的Y 方向及光传播的方向即Z方向垂直的X方向上彼此相对并且露出了光波导层5的成对的台面端面。监视PD 65设置于高台面光波导64 的外周，例如高台面光波导64之上(表面)。如图8B所示，用于产生散射光的散射光产生图案7是在高台面光波导64处变更了宽度的部分。
监视PD 65的设置位置及面积与实施方式1相同。监视PD 65 可以以与用于产生散射光的散射光产生图案7相比相对于波导方向来说包含前方的方式设置，并且设置于以散射光强度最大的位置为中心，能够对到达InP包层4的上表面(表面)的散射光全部进行受光的位置。此外，也能够根据所需要的监视电流量对监视PD 65的位置、受光面积进行设定。
实施方式2的半导体光集成器件200取得与实施方式1的半导体光集成器件200相同的作用及效果。实施方式2的半导体光集成器件200能够对光强度进行监视，不会对在光波导(高台面光波导64) 传播的光的光分布造成影响，不会使入射侧的光元件的特性恶化。
如上所述，实施方式2的半导体光集成器件200为将传播光的第一光元件61、监视用光波导(高台面光波导64)、第二光元件63 形成于相同的半导体基板(InP基板1)的半导体光集成器件，监视用光波导(高台面光波导64)与第一光元件61连接，第二光元件63 与监视用光波导(高台面光波导64)连接(特征1)。监视用光波导 (高台面光波导64)具有光散射部(散射光产生图案7)，该光散射部(散射光产生图案7)构成为，组合了具有不同的模场直径的光波导，使光的一部分散射，对由光散射部(散射光产生图案7)散射后的散射光进行受光的光检测器(监视PD 65)设置于监视用光波导(高台面光波导64)的外周或半导体基板(InP基板1)的与光散射部(散射光产生图案7)相反侧的背面(特征2)。监视用光波导(高台面光波导64)具有在半导体基板(InP基板1)形成的依次层叠有第一包层(InP包层2)、光波导层5、第二包层(InP包层4)的层叠体，层叠体为高台面构造，该高台面构造具有在与垂直于半导体基板(InP 基板1)的Y方向及光传播的方向即Z方向垂直的X方向上彼此相对并且露出了光波导层5的成对的台面端面(特征3)。就实施方式 2的半导体光集成器件200而言，根据特征1～特征3，光检测器(监视PD 65)设置于监视用光波导(高台面光波导64)的外周或半导体基板(InP基板1)的与光散射部(散射光产生图案7)相反侧的背面，该光检测器(监视PD 65)对由使光的一部分散射的监视用光波导(高台面光波导64)的光散射部(散射光产生图案7)散射后的散射光进行受光，因此能够对光强度进行监视，不会对在光波导(高台面光波导64)传播的光的光分布造成影响，不会使入射侧的光元件的特性恶化。
实施方式3.
在实施方式3中，对与实施方式1及2不同的散射光产生图案进行说明。图9是表示实施方式3涉及的散射光产生图案的图，图 10是表示实施方式3涉及的其它散射光产生图案的图。图11A～图 11E是说明形成图10的散射光产生图案的第一制造方法的图。图 12A～图12D是说明形成图10的散射光产生图案的第二制造方法的图。实施方式3的半导体光集成器件200是将实施方式1或实施方式 2的半导体光集成器件200的散射光产生图案变更为图9或图10所示的散射光产生图案7。
用于产生散射光的散射光产生图案是光波导的折射率产生变化的结构即可。图9示出散射光产生图案7的一个例子。图9与实施方式1的埋入光波导62的Z-X方向剖面(参照图2B)中的主要部分相当。实施方式1的散射光产生图案7是光波导层5的X方向的宽度变窄的例子。实施方式3的散射光产生图案7是将光波导层5的宽度增大的例子，即光波导层5的X方向的宽度变宽的例子。图9的散射光产生图案7能够通过对图3H所示的用于形成散射光产生图案 7的绝缘膜11的形状进行变更而实现。此外，即使重复如图9的散射光产生图案7那样的形状，也能够产生与图9的散射光产生图案7 相同的效果，即产生散射光。
图10示出散射光产生图案7的其它例子。图10与实施方式1 的埋入光波导62的Z-Y方向剖面(参照图2A)中的主要部分相当。实施方式1的散射光产生图案7是光波导层5的Y方向的厚度恒定的例子。实施方式3的散射光产生图案7是将光波导层5的膜厚度薄化后的例子，即光波导层5的Y方向的厚度变薄的例子。就图10所示的散射光产生图案7而言，光波导层5的上部(监视PD 65侧) 向InP基板1侧变窄，具有缩颈形状。此外，即使重复如图10的散射光产生图案7那样的形状，也能够产生与图10的散射光产生图案 7相同的效果，即产生散射光。
关于图9所示的散射光产生图案7、图10所示的散射光产生图案7，通过应用于实施方式1的埋入光波导62的例子进行了说明。但是，并不限于此，图9所示的散射光产生图案7、图10所示的散射光产生图案7也能够应用于实施方式2的高台面光波导64。
实施方式3的具有图9的散射光产生图案7的半导体光集成器件200的制造方法与在实施方式1中说明过的制造方法相同。但是，以与图9的散射光产生图案7的形状相匹配的方式对图3H的绝缘膜 11的形状进行变更。对实施方式3的具有图10的散射光产生图案7 的半导体光集成器件200的制造方法进行说明。第一制造方法是在实施方式1的图3D所示的工序和图3E所示的工序之间追加了图11A～图11E所示的工序。第二制造方法是在实施方式1的图4B所示的工序和图4C所示的工序之间追加了图12A～图12D所示的工序。图 11A～图11E示出光元件部台面56的沿Z方向的剖面。图12A～图 12D示出光元件部台面56的沿Z方向的剖面。首先，对第一制造方法中的图11A～图11E的工序进行说明。
如图11A所示，使用氟化氢水溶液等去除图3D中的绝缘膜9。如图11B所示，在去除了绝缘膜9的InP包层8及InP包层10的表面对SiO2等的绝缘膜16进行成膜。在绝缘膜16的表面涂敷光致抗蚀剂，将光致抗蚀剂的一部分图案化，形成开口。这一过程使用通常的半导体光刻工序。将该被图案化后的光致抗蚀剂作为掩模而对绝缘膜16进行蚀刻，如图11C所示，在绝缘膜16形成绝缘膜开口部36。
如图11D所示，将被图案化后的绝缘膜16作为掩模，使用干蚀刻或湿蚀刻，直至光波导层5的中途为止通过蚀刻去除InP包层10 和光波导层5，形成InP包层开口部27和光波导层凹部28。在湿蚀刻中，InP包层10使用盐酸等蚀刻液。光波导层5使用溴化氢水溶液或酒石酸等蚀刻液。在干蚀刻中使用甲烷系气体或氯系气体等。如图11E所示，通过氟化氢水溶液等去除绝缘膜16。之后的工序与图 3E所示的工序及其后相同。此外，不需要图3H中的散射光产生图案形成部23，设为在散射光产生图案形成部23的位置处没有缩颈形状的矩形形状。另外，在兼具图10的散射光产生图案7的Y方向形状和图2B的散射光产生图案7的X方向形状的情况下，与图3E所示的工序及其后相同即可。此外，在图11D、图11E中示出底面具有与Y方向垂直的水平面的光波导层凹部28，但如果使用湿蚀刻，则在光波导层凹部28的Z方向边界部处光波导层5的厚度比中央部厚，形成图10所示那样的缩颈形状。
对第二制造方法中的图12A～图12D的工序进行说明。从图4B 所示的露出了InP包层10、和在InP包层10的Z方向里侧配置的InP 包层8的状态，如图12A所示在去除了绝缘膜9的InP包层8及InP 包层10的表面，对SiO2等的绝缘膜16进行成膜。在绝缘膜16的表面涂敷光致抗蚀剂，将光致抗蚀剂的一部分图案化，形成开口。这一过程使用通常的半导体光刻工序。将该被图案化后的光致抗蚀剂作为掩模而对绝缘膜16进行蚀刻，如图12B所示，在绝缘膜16形成绝缘膜开口部36。
如图12C所示，将被图案化后的绝缘膜16作为掩模，使用干蚀刻或湿蚀刻，直至光波导层5的中途为止通过蚀刻去除InP包层10 和光波导层5，形成InP包层开口部27和光波导层凹部28。在湿蚀刻中，InP包层10使用盐酸等蚀刻液。光波导层5使用溴化氢水溶液或酒石酸等蚀刻液。在干蚀刻中使用甲烷系气体或氯系气体等。如图12D所示，通过氟化氢水溶液等去除绝缘膜16。之后的工序与图 4C所示的工序及其后相同。此外，不需要图3H中的散射光产生图案形成部23，设为在散射光产生图案形成部23的位置没有缩颈形状的矩形形状。另外，在兼具图10的散射光产生图案7的Y方向形状和图2B的散射光产生图案7的X方向形状的情况下，以形成图3H 中的散射光产生图案形成部23的方式设为与图3H所示的工序相同即可。此外，在图12C、图12D中示出底面具有与Y方向垂直的水平面的光波导层凹部28，但如果使用湿蚀刻，则在光波导层凹部28 的Z方向边界部处光波导层5的厚度比中央部厚，形成图10所示那样的缩颈形状。
实施方式3的半导体光集成器件200具有图9或图10所示的散射光产生图案7，因此与实施方式1或实施方式2相同地，能够通过散射光产生图案7得到散射光，能够通过监视PD65对散射光进行受光，得到与波导光的光强度对应的监视电流。实施方式3的半导体光集成器件200取得与实施方式1或实施方式2的半导体光集成器件 200相同的作用及效果。实施方式3的半导体光集成器件200能够对光强度进行监视，不会对在光波导(埋入光波导62、高台面光波导 64)传播的光的光分布造成影响，不会使入射侧的光元件的特性恶化。
实施方式4.
在实施方式4中，对与实施方式1～实施方式3不同的散射光产生图案进行说明。图13是表示实施方式4涉及的散射光产生图案的图。通过在中途将光波导层5弯曲，从而产生由弯曲导致的波导光的损耗。即，通过在中途将光波导层5弯曲得到的弯曲部，从而产生波导光的损耗。在实施方式4中，使监视PD 65对由该弯曲损耗产生的散射光进行受光。图13示出散射光产生图案7的一个例子。图13 与实施方式1的埋入光波导62的Z-X方向剖面(参照图2B)中的主要部分相当。实施方式1的散射光产生图案7是光波导层5的X 方向的宽度变窄的例子。实施方式4的散射光产生图案7是光波导层 5曲折蜿蜒的例子。图13的散射光产生图案7能够通过对如图3H所示用于形成散射光产生图案7的绝缘膜的形状进行变更而实现。此外，即使重复如图13的散射光产生图案7那样的形状，也能够得到与图13的散射光产生图案7相同的效果，即产生散射光。此外，图 13所示的散射光产生图案7也能够应用于实施方式2的高台面光波导64。
实施方式4的半导体光集成器件200具有图13所示的散射光产生图案7，因此与实施方式1或实施方式2相同地，能够通过散射光产生图案7得到散射光，能够通过监视PD 65对散射光进行受光，得到与波导光的光强度对应的监视电流。实施方式4的半导体光集成器件200取得与实施方式1或实施方式2的半导体光集成器件200 相同的作用及效果。实施方式4的半导体光集成器件200能够对光强度进行监视，不会对在光波导(埋入光波导62、高台面光波导64) 传播的光的光分布造成影响，不会使入射侧的光元件的特性恶化。
如上所述，实施方式4的半导体光集成器件200为将传播光的第一光元件61、监视用光波导(埋入光波导62、高台面光波导64)、第二光元件63形成于相同的半导体基板(InP基板1)的半导体光集成器件，监视用光波导(埋入光波导62、高台面光波导64)与第一光元件61连接，第二光元件63与监视用光波导(埋入光波导62、高台面光波导64)连接(特征1)。监视用光波导(埋入光波导62、高台面光波导64)具有在半导体基板(InP基板1)形成的依次层叠有第一包层(InP包层2)、光波导层5、第二包层(InP包层4)的层叠体，光波导层5具有使光的一部分散射的光散射部(散射光产生图案7)，光散射部(散射光产生图案7)为形成于光波导层5的弯曲部，对由光散射部(散射光产生图案7)散射后的散射光进行受光的光检测器(监视PD 65)设置于监视用光波导(埋入光波导62、高台面光波导64)的外周或半导体基板(InP基板1)的与光散射部 (散射光产生图案7)相反侧的背面(特征2)。就实施方式4的半导体光集成器件200而言，根据特征1及特征2，光检测器(监视 PD 65)设置于监视用光波导(埋入光波导62、高台面光波导64) 的外周或半导体基板(InP基板1)的与光散射部(散射光产生图案 7)相反侧的背面，该光检测器(监视PD 65)对由使光的一部分散射的监视用光波导(埋入光波导62、高台面光波导644)的光散射部 (散射光产生图案7)散射后的散射光进行受光，因此能够对光强度进行监视，不会对在光波导(埋入光波导62、高台面光波导64)传播的光的光分布造成影响，不会使入射侧的光元件的特性恶化。
实施方式5.
在实施方式5中，说明将模式转换光波导17用作用于得到散射光的图案的例子。图14是表示实施方式5涉及的半导体光集成器件的鸟瞰图。图15A是图14的光元件部台面的主要部分的沿Z方向的剖视图，图15B是图15A的A-A的剖视图。实施方式5是将模式转换光波导17用作用于得到散射光的图案的例子。图15所示的埋入光波导62具有第一光波导76和第二光波导77，第一光波导76的光波导层5和第二光波导77的光波导层5通过模式转换光波导17而连接。模式转换光波导17是为了连接不同的光波导模式而设置的，在波导光进行模式转换时产生散射光。实施方式5的半导体光集成器件200 在模式转换光波导17的上侧设置监视PD 65。在图15中示出模式转换光波导17配置于虚线29a和虚线29b之间的例子。另外，在图15 中示出从虚线29c起在左侧存在电流阻挡层13，从虚线29c起在右侧不存在电流阻挡层13的例子。即，在图15中示出第一光波导76 为埋入构造的光波导，第二光波导77为高台面构造的光波导的例子。
监视PD 65可以设置于模式转换光波导17的上部，并且以散射光强度最大的位置为中心，设置于能够对到达InP包层4的上表面(表面)的散射光全部进行受光的位置。此外，也能够根据所需要的监视电流量对监视PD 65的位置、受光面积进行设定。在模式转换光波导17的上部设置监视PD 65的光波导可以为埋入构造和高台面构造中的任意一个。另外，可以是第一光波导76及第二光波导77为埋入构造，也可以是第一光波导76及第二光波导77为高台面构造。另外，也可以将第二光波导77设为埋入构造，将第一光波导76设为高台面构造，将监视PD 65设置于该模式转换光波导的上部。
实施方式5的半导体光集成器件200在产生散射光的模式转换光波导17的上部设置有监视PD 65，因此与实施方式1或实施方式 2相同地，能够通过模式转换光波导17得到散射光，能够通过监视 PD 65对散射光进行受光，得到与波导光的光强度对应的监视电流。实施方式5的半导体光集成器件200取得与实施方式1或实施方式2 的半导体光集成器件200相同的作用及效果。实施方式5的半导体光集成器件200能够对光强度进行监视，不会对在光波导(埋入光波导 62、高台面光波导64)传播的光的光分布造成影响，不会使入射侧的光元件的特性恶化。
实施方式6.
在实施方式6中，说明将通过对接而连接的光波导用作用于得到散射光的散射光产生部的例子。图16A是实施方式6涉及的监视用光波导的主要部分的沿Z方向的剖视图，图16B是图16A的A-A 的剖视图。图17A是实施方式6涉及的其它监视用光波导的主要部分的沿Z方向的剖视图，图17B是图17A的A-A的剖视图。图16A、图16B所示的作为监视用光波导的埋入光波导62具有第一光波导76 和第二光波导77，第一光波导76的光波导层18和第二光波导77的光波导层5通过对接而连接，具有对接部37。实施方式6的半导体光集成器件200是在实施方式1的半导体光集成器件200中应用了图 16A、图16B所示的埋入光波导62。在图16A中示出第一光波导76 和第二光波导77处的Y方向的光分布即Y方向第一光分布21和Y 方向第二光分布22。另外，在图16B中示出第一光波导76和第二光波导77处的X方向的光分布即X方向第一光分布19和X方向第二光分布20。
将第一光波导76的X方向的模场直径设为w1x，将Y方向的模场直径设为w1y，将第二光波导77的X方向的模场直径设为w2x，将Y方向的模场直径设为w2y。实施方式6的成为散射光产生部的通过对接而连接的光波导以如下方式定义。在第一光波导76的模场直径与第二光波导77的模场直径相同或不同的情况下为如下光波导，即，第一光波导76的模场的中心与第二光波导的模场的中心的错开量在X方向为-(w1x+w2x)/2至+(w1x+w2x)/2的范围(范围1)，并且，Y方向(宽度方向)的中心的错开量为-(w1y +w2y)/2至+(w1y+w2y)/2的范围(范围2)。此外，在第一光波导76和第二光波导77的模场直径相同的情况下，错开量必须为范围1、范围2的除了零点(各自的中心一致的情况)的范围。在两者的光波导的模场直径超过该范围地错开的情况下，或错开量为零的情况下，与第二光波导77耦合的波导光为第一光波导76的波导光的 10％，或没有产生散射光，因此作为光半导体器件来说不实用。此外，这些耦合效率的计算记载于文献“河野健治著、光デバイスのための光結合系の基礎と応用第二版”第29页～45页。
图17A、图17B所示的作为监视用光波导的高台面光波导64具有第一光波导76和第二光波导77，第一光波导76的光波导层18和第二光波导77的光波导层5通过对接而连接，具有对接部37。实施方式6的其它半导体光集成器件200是在实施方式2的半导体光集成器件200中应用了图17A、图17B所示的高台面光波导64。在图17A 中示出第一光波导76和第二光波导77处的Y方向的光分布即Y方向第一光分布21和Y方向第二光分布22。另外，在图17B中示出第一光波导76和第二光波导77处的X方向的光分布即X方向第一光分布19和X方向第二光分布20。图17A、图17B所示的高台面光波导64也与图16A、图16B所示的埋入光波导62相同地能够产生散射光。
图16A、图16B所示的埋入光波导62是成为散射光产生部的通过对接部37而连接的光波导。另外，图17A、图17B所示的高台面光波导64是成为散射光产生部的通过对接部37而连接的光波导。无论在埋入光波导62的情况下还是在高台面光波导64的情况下，监视 PD65都可以设置于对接部37的上部，并且以来自对接部37的散射光强度最大的位置为中心，设置于能够对到达InP包层4的上表面(表面)的散射光全部进行受光的位置。此外，也能够根据所需要的监视电流量对监视PD 65的位置、受光面积进行设定。
此外，在图16A、图16B中示出具有第一光波导76和第二光波导77的埋入光波导62的例子。但是，第一光波导76的光波导层18 也可以是第一光元件61的有源层3。这是因为第一光元件61即半导体激光器兼作光波导的缘故。因此，也可以通过第一光元件61的有源层3与埋入光波导62的光波导层5的连接部而形成对接部37。在图17A、图17B中示出具有第一光波导76和第二光波导77的高台面光波导64的例子，但也可以通过第一光元件61的有源层3与高台面光波导64的光波导层5的连接部而形成对接部37。
实施方式6的半导体光集成器件200在产生散射光的对接部37 的上部设置有监视PD 65，因此与实施方式1或实施方式2相同地，能够通过对接部37得到散射光，能够通过监视PD 65对散射光进行受光，得到与波导光的光强度对应的监视电流。实施方式6的半导体光集成器件200取得与实施方式1或实施方式2的半导体光集成器件 200相同的作用及效果。实施方式6的半导体光集成器件200能够对光强度进行监视，不会对在光波导(埋入光波导62、高台面光波导64)传播的光的光分布造成影响，不会使入射侧的光元件的特性恶化。
实施方式7.
图18是表示实施方式7涉及的半导体光集成器件的鸟瞰图。图 18所示的半导体光集成器件200在将实施方式1的半导体光集成器件200中的在波导的上部设置的监视PD 65变更为通过MOCVD等晶体生长技术而单片集成的监视PD 66这一点上不同。通过MOCVD 等晶体生长技术而单片集成的监视PD 66也能够应用于实施方式2～实施方式6。
实施方式7的半导体光集成器件200取得与实施方式1～实施方式6的半导体光集成器件200相同的作用及效果。实施方式7的半导体光集成器件200通过单片集成的监视PD66，能够对光强度进行监视，不会对在光波导(埋入光波导62、高台面光波导64)传播的光的光分布造成影响，不会使入射侧的光元件的特性恶化。
实施方式8.
图19是表示实施方式8涉及的半导体光集成器件的鸟瞰图。图 19所示的半导体光集成器件200在将实施方式1的半导体光集成器件200中的在波导上部设置的监视PD 65变更为通过粘接剂68而粘贴的监视PD元件67这一点上不同。粘接剂68例如为聚酰亚胺等有机粘接剂。作为对监视PD元件67进行粘贴的方法，示出使用粘接剂68的例子，但也可以是其它方法。
实施方式8的半导体光集成器件200取得与实施方式1～实施方式6的半导体光集成器件200相同的作用及效果。实施方式8的半导体光集成器件200通过粘贴的监视PD元件67，能够对光强度进行监视，不会对在光波导(埋入光波导62、高台面光波导64)传播的光的光分布造成影响，不会使入射侧的光元件的特性恶化。
实施方式9.
图20是表示实施方式9涉及的半导体光集成器件的鸟瞰图。图 21A是图20的光元件部台面的沿Z方向的剖视图，图21B是图21A 的A-A的剖视图。实施方式9的半导体光集成器件200在将实施方式1的半导体光集成器件200中的在光元件部台面56的波导的上部设置的监视PD 65通过粘贴设置于光元件部台面56的光波导(埋入光波导62)的一侧侧面或两侧侧面这一点上不同。在图21B中示出监视PD 65设置于光元件部台面56的光波导的两侧侧面的例子。图 20、图21B所示的监视PD 65的具体例为实施方式8中所示的通过粘接剂68粘贴的监视PD元件67。
监视PD 65的设置位置如图21B所示，可以与用于产生散射光的散射光产生图案7相比设置于波导方向，并且以散射光强度最大的位置为中心，设置于能够对到达台面侧面的散射光全部进行受光的位置。此外，也能够根据所需要的监视电流量对监视PD 65的位置、受光面积进行设定。
在产生散射光的光波导处，散射光通过散射光产生图案7而在光波导行进方向各向同性地散射。因此，即使将监视PD 65设置于光元件部台面56的光波导的侧面，也与实施方式1相同地，能够通过散射光产生图案7得到散射光，能够通过监视PD 65对散射光进行受光，得到与波导光的光强度对应的监视电流。在光元件部台面 56的光波导的侧面设置的监视PD 65也能够应用于实施方式2～实施方式6。产生散射光的部分为散射光产生图案7、模式转换光波导 17、对接部37。在产生散射光的部分为模式转换光波导17的情况下，监视PD65是横跨监视用光波导(埋入光波导62、高台面光波导64) 和第二光元件63而设置的。此外，在实施方式6的如图17B所示在 X方向错开的对接部37的情况下，也能够通过对实施方式8所示的粘接剂68的厚度进行调整而应用。
实施方式9的半导体光集成器件200取得与实施方式1～实施方式6的半导体光集成器件200相同的作用及效果。实施方式9的半导体光集成器件200通过在光元件部台面56的光波导的侧面设置的监视PD 65，能够对光强度进行监视，不会对在光波导(埋入光波导62、高台面光波导64)传播的光的光分布造成影响，不会使入射侧的光元件的特性恶化。
实施方式10.
图22是表示实施方式10涉及的半导体光集成器件的鸟瞰图。图23A是图22的光元件部台面的沿Z方向的剖视图，图23B是图 23A的A-A的剖视图。实施方式10的半导体光集成器件200在将实施方式1的半导体光集成器件200中的在光元件部台面56的波导的上部设置的监视PD 65通过粘贴设置于InP基板1的背面这一点上不同。图22、图23A所示的监视PD 65的具体例为实施方式8中所示的通过粘接剂68粘贴的监视PD元件67。
监视PD 65的设置位置如图23A、图23B所示，可以与用于产生散射光的散射光产生图案7相比设置于波导方向，并且以散射光强度最大的位置为中心，设置于能够对到达InP基板1的背面的散射光全部进行受光的位置。此外，也能够根据所需要的监视电流量对监视PD 65的位置、受光面积进行设定。
由散射光产生图案7散射的散射光在InP基板1传播，到达InP 基板1的背面。该散射光能够由通过粘贴设置于背面的监视PD 65 进行受光。因此，即使将监视PD 65设置于InP基板1的背面，也与实施方式1相同地，能够通过散射光产生图案7得到散射光，能够通过监视PD 65对散射光进行受光，得到与波导光的光强度对应的监视电流。在InP基板1的背面设置的监视PD 65也能够应用于实施方式2～实施方式6。产生散射光的部分为散射光产生图案7、模式转换光波导17、对接部37。
实施方式10的半导体光集成器件200取得与实施方式1～实施方式6的半导体光集成器件200相同的作用及效果。实施方式10的半导体光集成器件200通过在InP基板1的背面设置的监视PD 65，能够对光强度进行监视，不会对在光波导(埋入光波导62、高台面光波导64)传播的光的光分布造成影响，不会使入射侧的光元件的特性恶化。
实施方式11.
在实施方式11中对用于产生散射光的台面侧面的形状进行说明。图24A是实施方式11涉及的监视用光波导的主要部分的沿Z方向的剖视图，图24B是图24A的A-A的剖视图。实施方式11的半导体光集成器件200是将实施方式1的半导体光集成器件200的散射光产生图案变更为图24A、图24B所示的凹部32。凹部32是在形成光元件部台面56时，更具体而言是在形成台面槽54时同时形成的。凹部32的X方向的深度调整为与在内部波导的光的分布(光分布31) 接触。波导光的下摆与这样加工后的凹部32接触，从而产生散射光。就实施方式11的半导体光集成器件200而言，通过监视PD 65对由凹部32产生的散射光进行受光。此外，在图24A、图24B中示出三棱柱状的凹部32。三棱柱状的凹部32的X-Z方向的剖面(与Y方向垂直的剖面)为三角形。
图24A所示的监视PD 65可以设置于将在台面侧面的两侧形成的凹部32连接的凹部连接线38的上部，并且以散射光强度最大的位置为中心，设置于能够对到达InP包层4的上表面(表面)的散射光全部进行受光的位置。此外，也能够根据所需要的监视电流量对监视 PD 65的位置、受光面积进行设定。此外，在图24A、图24B中示出监视PD 65设置于作为监视用光波导的埋入光波导62的上部的例子，但也可以将监视PD 65设置于实施方式9所示的台面侧面、实施方式10所示的InP基板1的背面。在将监视PD 65设置于台面侧面或InP基板1的背面的情况下，可以将监视PD 65相对于凹部连接线38设置于波导方向，并且以散射光强度最大的位置为中心，设置于能够对到达台面侧面或InP基板1的背面的散射光全部进行受光的位置。此外，也能够根据所需要的监视电流量对监视PD 65的位置、受光面积进行设定。
实施方式11的半导体光集成器件200具有图24A、图24B所示的产生散射光的凹部32，因此与实施方式1相同地，能够通过凹部 32得到散射光，能够通过监视PD 65对散射光进行受光，得到与波导光的光强度对应的监视电流。实施方式11的半导体光集成器件200取得与实施方式1的半导体光集成器件200相同的作用及效果。实施方式11的半导体光集成器件200能够对光强度进行监视，不会对在光波导(埋入光波导62)传播的光的光分布造成影响，不会使入射侧的光元件的特性恶化。
如上所述，实施方式11的半导体光集成器件200为将传播光的第一光元件61、监视用光波导(埋入光波导62)、第二光元件63 形成于相同的半导体基板(InP基板1)的半导体光集成器件，监视用光波导(埋入光波导62)与第一光元件61连接，第二光元件63 与监视用光波导(埋入光波导62)连接(特征1)。监视用光波导(埋入光波导62)具有在半导体基板(InP基板1)形成的依次层叠有第一包层(InP包层2)、光波导层5、第二包层(InP包层4)的层叠体，层叠体为埋入构造，该埋入构造具有在与垂直于半导体基板(InP 基板1)的Y方向及光传播的方向即Z方向垂直的X方向上彼此相对并且没有露出光波导层5的成对的台面端面(特征2)。监视用光波导(埋入光波导62)在至少1个X方向的台面端面具有与光的分布接触的凹部32，凹部32为使光的一部分散射的光散射部，对由光散射部(凹部32)散射后的散射光进行受光的光检测器65设置于监视用光波导(埋入光波导62)的外周或半导体基板(InP基板1)的与光散射部(凹部32)相反侧的背面(特征3)。就实施方式11的半导体光集成器件200而言，根据特征1～特征3，由于光检测器(监视PD 65)设置于监视用光波导(埋入光波导62)的外周或半导体基板(InP基板1)的与光散射部(凹部32)相反侧的背面，该光检测器(监视PD 65)对由使光的一部分散射的监视用光波导(埋入光波导62)的光散射部(凹部32)散射后的散射光进行受光，因此能够对光强度进行监视，不会对在光波导(埋入光波导62)传播的光的光分布造成影响，不会使入射侧的光元件的特性恶化。
实施方式12.
在实施方式12中，对为了避免散射光返回到输入侧，在台面侧面设置有凹凸部33的例子进行说明。图25A是实施方式12涉及的半导体光集成器件中的光元件部台面的沿Z方向的剖视图，图25B 是图25A的A-A的剖视图。实施方式12的半导体光集成器件200 是在实施方式1的半导体光集成器件200的埋入光波导62的台面侧面设置了凹凸部33。
凹凸部33与波导光的光分布充分地远离，不会对波导光造成影响。通过在台面侧面形成的凹凸部33，散射光进一步向各种方向反射、透射，因此防止了散射光返回到输入侧。因此，在台面侧面形成的凹凸部33是为了防止由散射光产生图案7产生的散射光返回到LD、即第一光元件61而设置的。
实施方式12的半导体光集成器件200通过凹凸部33将由散射光产生图案7产生的散射光向各种方向反射、透射，因此能够对向波导光的输入侧例如向LD的返回光量进行抑制。
在图25A、图25B中示出产生散射光的部分为实施方式1的散射光产生图案7的例子。但是，产生散射光的部分也可以是实施方式 3的散射光产生图案7、实施方式4的散射光产生图案7、实施方式5 的模式转换光波导17、实施方式6的对接部37。监视PD 65可以如实施方式10所示，设置于InP基板1的背面。
实施方式12的半导体光集成器件200取得与实施方式1的半导体光集成器件200相同的作用及效果。实施方式12的半导体光集成器件200能够对光强度进行监视，不会对在光波导(埋入光波导62) 传播的光的光分布造成影响，不会使入射侧的光元件的特性恶化。并且，实施方式12的半导体光集成器件200具有将由散射光产生图案 7等产生散射光的部分产生的散射光向各种方向反射、透射的凹凸部 33，因此能够对向波导光的输入侧即向第一光元件61的返回光量进行抑制。
实施方式13.
在实施方式13中对为了抑制散射光返回到输入侧，在光波导层 5的下部设置有吸收系数大的吸收层34的例子进行说明。图26是实施方式13涉及的半导体光集成器件中的光元件部台面的沿Z方向的剖视图。实施方式13的半导体光集成器件200是在实施方式1的半导体光集成器件200的光波导层5的下部设置了吸收系数大的吸收层 34。为了对由散射光产生图案7(参照图2B)产生的散射光进行抑制，在光波导层5的下部插入有吸收系数大的InGaAs层即吸收层34。在图26中示出将吸收层34插入至第一光元件61的有源层3的下部的例子。另外，在图26中示出在与设置了监视PD 65的位置相比处于波导方向(Z方向)的InP包层4的表面也配置了吸收层34的例子。这些吸收层34是通过基于MOCVD的晶体生长技术而实现的。就吸收层34而言，只要是相对于波导光的波长具有吸收系数的材料，则也可以是InGaAs之外的材料。
由于InGaAs层对1.3μm波段、1.5μm波段的光进行吸收，因此在由产生散射光的散射光产生图案7产生的散射光中，对没有到达监视PD 65的成分进行吸收，对向输入侧的返回光进行抑制。光波导层5的下部的吸收层34对向InP基板1侧传播的散射光进行吸收，在InP包层4的表面配置的吸收层34对向InP包层4侧传播的散射光进行吸收。实施方式13的半导体光集成器件200至少在光波导层 5的下部具有吸收层34，因此能够去除没有入射至监视PD 65的散射光的成分，对向输入侧的返回光的影响(返回光量)进行抑制。就实施方式13的半导体光集成器件200而言，通过在光波导层5的下部及与监视PD 65相比处于波导方向(Z方向)的InP包层4的表面具有吸收层34，从而与仅在光波导层5的下部配置了吸收层34的情况相比，能够更多去除没有入射至监视PD 65的散射光的成分，进一步对向输入侧的返回光的影响进行抑制。
产生散射光的部分并不限于实施方式1的散射光产生图案7，也可以是实施方式3的散射光产生图案7、实施方式4的散射光产生图案7、实施方式5的模式转换光波导17、实施方式6的对接部37。
实施方式13的半导体光集成器件200取得与实施方式1的半导体光集成器件200相同的作用及效果。实施方式13的半导体光集成器件200能够对光强度进行监视，不会对在光波导(埋入光波导62) 传播的光的光分布造成影响，不会使入射侧的光元件的特性恶化。并且，实施方式13的半导体光集成器件200具有对由散射光产生图案 7等产生散射光的部分产生的散射光进行吸收的吸收层34，因此能够对向波导光的输入侧即向第一光元件61的返回光的影响(返回光量) 进行抑制。
此外，可以在不矛盾的范围内将各实施方式自由地组合，对各实施方式适当进行变形、省略。
标号的说明
1…InP基板(半导体基板)，2…InP包层(第一包层)，4…InP 包层(第二包层)，7…散射光产生图案(光散射部)，17…模式转换光波导，32…凹部(光散射部)，33…凹凸部，34…吸收层，37…对接部，61…第一光元件，62…埋入光波导(监视用光波导)，63…第二光元件(高台面光波导)，64…高台面光波导(监视用光波导)， 65…监视PD，66…监视PD，67…监视PD元件，68…粘接剂，76…第一光波导，77…第二光波导，200…半导体光集成器件，w1、w2、 w1x、w2x、w1y、w2y…模场直径

Claims (27)

1.一种半导体光集成器件，其为将传播光的第一光元件、监视用光波导、第二光元件形成于相同的半导体基板的半导体光集成器件，
该半导体光集成器件的特征在于，
所述监视用光波导与所述第一光元件连接，所述第二光元件与所述监视用光波导连接，
所述监视用光波导具有在所述半导体基板形成的依次层叠有第一包层、光波导层、第二包层的层叠体，该光波导层具有使所述光的一部分散射的光散射部，
所述层叠体为高台面构造，该高台面构造具有在X方向上彼此相对并且露出了所述光波导层的成对的台面端面，该X方向与垂直于所述半导体基板的Y方向及所述光传播的方向即Z方向垂直，
或者所述层叠体为埋入构造，该埋入构造具有在X方向上彼此相对并且没有露出所述光波导层的成对的台面端面，该X方向与垂直于所述半导体基板的Y方向及所述光传播的方向即Z方向垂直，
所述光散射部构成为，组合了具有不同的模场直径的光波导，或者组合了模场直径的中心错开的光波导，
对由所述光散射部散射后的散射光进行受光的光检测器设置于所述监视用光波导的与所述半导体基板相反侧的表面或所述台面端面即设置面，
所述光波导层与设置了所述光检测器的所述设置面的距离为比在所述光波导层传播的光的模场直径长，并且在所述光波导层传播的所述光的瞬逝成分没有与所述光检测器接触的距离。
2.根据权利要求1所述的半导体光集成器件，其特征在于，
就所述光散射部而言，通过所述光波导层的折射率局部地变化，从而模场直径产生变化。
3.根据权利要求1所述的半导体光集成器件，其特征在于，
所述监视用光波导具有模场直径及所述光的波导模式不同的第一光波导及第二光波导、将所述第一光波导和所述第二光波导之间连接并对所述光的波导模式进行转换的模式转换光波导，
所述模式转换光波导为所述光散射部。
4.根据权利要求1所述的半导体光集成器件，其特征在于，
所述监视用光波导具有模场直径不同的第一光波导及第二光波导，
所述光散射部为将所述第一光波导和所述第二光波导通过各自的模场直径的中心错开或中心一致的对接进行连接后的对接部。
5.根据权利要求1所述的半导体光集成器件，其特征在于，
所述监视用光波导具有模场直径相同的第一光波导及第二光波导，
所述光散射部为将所述第一光波导和所述第二光波导通过各自的模场直径的中心错开的对接进行连接后的对接部。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体光集成器件，其特征在于，
所述监视用光波导在所述埋入构造的X方向的所述台面端面具有凹凸部，该凹凸部将到达该台面端面的所述散射光向多个方向反射或透射。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体光集成器件，其特征在于，
所述光检测器以单片化的方式形成于所述监视用光波导的与所述半导体基板相反侧的表面。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体光集成器件，其特征在于，
所述光检测器通过粘接剂而粘接于所述监视用光波导的与所述半导体基板相反侧的表面。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体光集成器件，其特征在于，
所述光检测器通过粘接剂而粘接于所述高台面构造或所述埋入构造的至少1个X方向的所述台面端面。
10.根据权利要求6所述的半导体光集成器件，其特征在于，
所述光检测器通过粘接剂而粘接于所述埋入构造的至少1个X方向的所述台面端面。
11.根据权利要求7所述的半导体光集成器件，其特征在于，
所述光检测器设置于相对于所述光散射部处于所述光传播的方向侧且由所述光散射部散射后的所述散射光的光强度最高的位置。
12.根据权利要求8所述的半导体光集成器件，其特征在于，
所述光检测器设置于相对于所述光散射部处于所述光传播的方向侧且由所述光散射部散射后的所述散射光的光强度最高的位置。
13.根据权利要求9所述的半导体光集成器件，其特征在于，
所述光检测器设置于相对于所述光散射部处于所述光传播的方向侧且由所述光散射部散射后的所述散射光的光强度最高的位置。
14.根据权利要求10所述的半导体光集成器件，其特征在于，
所述光检测器设置于相对于所述光散射部处于所述光传播的方向侧且由所述光散射部散射后的所述散射光的光强度最高的位置。
15.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体光集成器件，其特征在于，
所述监视用光波导在所述半导体基板侧具有对由所述光散射部散射后的所述散射光进行吸收的吸收层，并且在同所述光检测器相比处于所述光传播的方向侧且与所述半导体基板相反侧的表面具有所述吸收层。
16.一种半导体光集成器件，其为将传播光的第一光元件、监视用光波导、第二光元件形成于相同的半导体基板的半导体光集成器件，
该半导体光集成器件的特征在于，
所述监视用光波导与所述第一光元件连接，所述第二光元件与所述监视用光波导连接，
所述监视用光波导具有在所述半导体基板形成的依次层叠有第一包层、光波导层、第二包层的层叠体，该光波导层具有使所述光的一部分散射的光散射部，
所述层叠体为高台面构造，该高台面构造具有在X方向上彼此相对并且露出了所述光波导层的成对的台面端面，该X方向与垂直于所述半导体基板的Y方向及所述光传播的方向即Z方向垂直，
或者所述层叠体为埋入构造，该埋入构造具有在X方向上彼此相对并且没有露出所述光波导层的成对的台面端面，该X方向与垂直于所述半导体基板的Y方向及所述光传播的方向即Z方向垂直，
所述光散射部为形成于所述光波导层的弯曲部，
对由所述光散射部散射后的散射光进行受光的光检测器设置于所述监视用光波导的与所述半导体基板相反侧的表面即设置面，
所述光波导层与设置了所述光检测器的所述设置面的距离为比在所述光波导层传播的光的模场直径长，并且在所述光波导层传播的所述光的瞬逝成分没有与所述光检测器接触的距离。
17.根据权利要求16所述的半导体光集成器件，其特征在于，
所述监视用光波导在所述埋入构造的X方向的所述台面端面具有凹凸部，该凹凸部将到达该台面端面的所述散射光向多个方向反射或透射。
18.根据权利要求16或17所述的半导体光集成器件，其特征在于，
所述光检测器以单片化的方式形成于所述监视用光波导的与所述半导体基板相反侧的表面。
19.根据权利要求16或17所述的半导体光集成器件，其特征在于，
所述光检测器通过粘接剂而粘接于所述监视用光波导的与所述半导体基板相反侧的表面。
20.根据权利要求16或17所述的半导体光集成器件，其特征在于，
所述监视用光波导在所述半导体基板侧具有对由所述光散射部散射后的所述散射光进行吸收的吸收层，并且在同所述光检测器相比处于所述光传播的方向侧且与所述半导体基板相反侧的表面具有所述吸收层。
21.一种半导体光集成器件，其为将传播光的第一光元件、监视用光波导、第二光元件形成于相同的半导体基板的半导体光集成器件，
该半导体光集成器件的特征在于，
所述监视用光波导与所述第一光元件连接，所述第二光元件与所述监视用光波导连接，
所述监视用光波导具有在所述半导体基板形成的依次层叠有第一包层、光波导层、第二包层的层叠体，
所述层叠体为埋入构造，该埋入构造具有在X方向上彼此相对并且没有露出所述光波导层的成对的台面端面，该X方向与垂直于所述半导体基板的Y方向及所述光传播的方向即Z方向垂直，
所述监视用光波导在至少1个X方向的所述台面端面具有与所述光的分布的下摆接触的凹部，
所述凹部为使所述光的一部分散射的光散射部，
对由所述光散射部散射后的散射光进行受光的光检测器设置于所述监视用光波导的与所述半导体基板相反侧的表面或不具有所述凹部的所述台面端面即设置面，
所述光波导层与设置了所述光检测器的所述设置面的距离为比在所述光波导层传播的光的模场直径长，并且在所述光波导层传播的所述光的瞬逝成分没有与所述光检测器接触的距离。
22.根据权利要求21所述的半导体光集成器件，其特征在于，
所述监视用光波导在所述埋入构造的X方向的所述台面端面具有凹凸部，该凹凸部将到达该台面端面的所述散射光向多个方向反射或透射。
23.根据权利要求21所述的半导体光集成器件，其特征在于，
所述光检测器以单片化的方式形成于所述监视用光波导的与所述半导体基板相反侧的表面。
24.根据权利要求21所述的半导体光集成器件，其特征在于，
所述光检测器通过粘接剂而粘接于所述监视用光波导的与所述半导体基板相反侧的表面。
25.根据权利要求21所述的半导体光集成器件，其特征在于，
所述光检测器通过粘接剂而粘接于所述埋入构造的至少1个X方向的所述台面端面。
26.根据权利要求23至25中任一项所述的半导体光集成器件，其特征在于，
所述光检测器设置于相对于所述光散射部处于所述光传播的方向侧且由所述光散射部散射后的所述散射光的光强度最高的位置。
27.根据权利要求21至25中任一项所述的半导体光集成器件，其特征在于，
所述监视用光波导在所述半导体基板侧具有对由所述光散射部散射后的所述散射光进行吸收的吸收层，并且在同所述光检测器相比处于所述光传播的方向侧且与所述半导体基板相反侧的表面具有所述吸收层。
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