CN115769133A - 半导体光集成元件 - Google Patents

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Abstract

基于本公开的半导体光集成元件具备：半导体基板(10)；第一光放大器(200)，将从第一端面(10a)输入的信号光沿着光波导进行放大；第一无源型光波导(203)，将被放大后的信号光向与光波导的方向不同的方向进行导波；光分支器(204)，将被导波的信号光分支为多个信号光；相位调制器(202)，连接于第一无源型光波导(203)，沿着不同的方向对多个信号光进行相位调制；第二无源型光波导(206)，将被相位调制后的信号光从不同的方向向光波导的方向进行导波；光合成器(205)，将被相位调制后的多个信号光合成为一个信号光；以及第二光放大器(201)，将通过第二无源型光波导(206)被导波后的信号光沿着光波导的方向进行放大，饱和光输出小于第一光放大器(200)。

Description

半导体光集成元件
技术领域
本公开涉及一种半导体光集成元件。
背景技术
由于智能电话等移动体通信终端的普及、使用云的数据服务的多样化等，通信流量急速增大。随之，连接大城市间的干线系光通信网络自不必说，在城市间、数据中心间等较短距离的光通信网络中也要求高速化、大容量化。
为了发送大容量的通信数据，使用能够进行多值调制的相干相位调制方式的光收发器是有效的，能够高速地生成光调制信号的马赫-曾德尔型的相位调制元件备受关注。
另外，在光收发器中还需要小型化和低消耗电力化，因此使用由半导体材料构成的相位调制元件以代替使用铌酸锂(Lithium Niobate：LiNbO3)等电介质材料的相位调制元件是有效的。并且，通过将激光元件、对信号光进行放大的光放大元件等集成在同一半导体基板上，能够实现进一步的小型化，因此对半导体光集成元件的期待越来越高。
专利文献1：日本专利第5497678号公报
专利文献2：日本专利第5144306号公报
专利文献3：国际公开第2018/117077号
非专利文献1：N.Kikuchi et al.,"High-speed InP-based Mach-ZehnderModulator for Advanced Modulation Formats",Compound Semiconductor IntegratedCircuit Symposium,Oct.2012.
发明内容
发明要解决的问题
为了得到小型且低消耗电力的半导体光集成元件，期望在InP(磷化铟、IndiumPhosphide)基板上集成相位调制元件和光放大元件。此时，通过沿着作为晶面取向(crystal plane orientation)的[0-11]面方向轴形成相位调制元件的光波导，能够得到高的调制效率，因此能够使半导体光集成元件小型化。
并且，在光从光输入部向光输出部传播的路径中，通过将光放大元件分别配置于相位调制元件的前级和相位调制元件的后级来能够得到高的光增益，从而能够使光集成元件低消耗电力化，但是存在调制信号产生失真而无法得到期望的光调制信号这样的问题。
本公开是为了解决如上所述的问题而完成的，目的在于提供相位调制效率高且能够得到失真少的调制光信号的半导体光集成元件。
用于解决问题的方案
基于本公开的半导体光集成元件是一种具有第一端面以及与所述第一端面相向的第二端面的半导体光集成元件，具备：半导体基板；第一光放大器，设置于所述半导体基板上，一端与所述第一端面相接，将从所述第一端面输入的信号光沿着光波导进行放大；第一无源型光波导，设置于所述半导体基板上，与所述第一光放大器的另一端连接，将被放大后的所述信号光向与所述光波导的方向不同的方向进行导波；光分支器，设置于所述第一无源型光波导，将被导波的所述信号光分支为多个信号光；相位调制器，设置于所述半导体基板上，与分支为多个的所述第一无源型光波导分别连接，沿着所述不同的方向对多个所述信号光进行相位调制；第二无源型光波导，设置于所述半导体基板上，一端与所述相位调制器连接，将被相位调制后的所述信号光从所述不同的方向向所述光波导的方向进行导波；光合成器，设置于所述第二无源型光波导，将被相位调制后的多个所述信号光合成为一个信号光；以及第二光放大器，在所述半导体基板上以一端与所述第二无源型光波导的另一端连接、且另一端与所述第一端面或所述第二端面中的任意端面相接的方式设置，将通过所述第二无源型光波导被导波后的所述信号光沿着所述光波导的方向进行放大，将被放大后的所述信号光输出到外部，所述第二光放大器的饱和光输出小于所述第一光放大器。
发明的效果
根据基于本公开的半导体光集成元件，以使第一光放大器及第二光放大器的光波导的方向成为与相位调制器的光波导的方向不同的方向的方式进行配置，且设为与配置于光输入侧的第一光放大器相比配置于光输出侧的第二光放大器的饱和光输出小的结构，因此起到相位调制效率高且能够得到失真少的调制光信号这样的效果。
附图说明
图1是表示基于实施方式1的半导体光集成元件的顶视图。
图2是表示基于实施方式1的半导体光集成元件的变形例的顶视图。
图3是表示基于实施方式1的半导体光集成元件中的光放大器的截面图。
图4是表示基于实施方式1的半导体光集成元件中的相位调制器的截面图。
图5是表示基于实施方式1的半导体光集成元件中的相位调制器的截面图。
图6是表示基于实施方式1的半导体光集成元件中的无源型光波导的截面图。
图7是表示基于实施方式2的半导体光集成元件的顶视图。
图8是表示基于实施方式2的半导体光集成元件的变形例的顶视图。
图9是表示基于实施方式2的半导体光集成元件中的光放大器的截面图。
图10是表示基于实施方式2的半导体光集成元件中的光放大器的截面图。
图11是表示基于实施方式2的半导体光集成元件中的光放大器的多量子阱构造的能带图的图。
图12是表示基于实施方式2的半导体光集成元件中的光放大器的多量子阱构造的能带图的图。
(附图标记说明)
10：半导体基板；10a：第一端面；10b：第二端面；11：下部包层；12：增益芯层；13、21、31：上部包层；14、22：接触层；15：电流阻挡层；16：光放大器用电极；17、24、32：保护绝缘膜；20：调制芯层；23：相位调制器用电极；30：光波导芯层；40：光输入部；41：光输出部；50、51：无反射涂膜；55：第一增益芯层；56：第二增益芯层；60：埋入型构造；70：高台面型构造；80：脊型构造；90：无源型光波导用高台面型构造；100、110、150、160：半导体光集成元件；200、300：第一光放大器；201、301：第二光放大器；202：相位调制器；203：第一无源型光波导；204：光分支器；205：光合波器；206：第二无源型光波导；400、410：多量子阱构造；411：导带；412：价带；421：阱层；422：势垒层
具体实施方式
实施方式1
图1中示出基于实施方式1的半导体光集成元件100的顶视图。
基于实施方式1的半导体光集成元件100在利用IV族半导体、III-V族化合物半导体、II-VI族化合物半导体或由它们的混晶构成的半导体形成的半导体基板10的表面上集成形成如下部分：第一光放大器200及第二光放大器201，具有将光的强度进行放大的功能；相位调制器202，具有使光的相位发生变化的功能；第一无源型光波导203，将第一光放大器200与相位调制器202连接，具有传播光的功能；以及第二无源型光波导206，将相位调制器202与第二光放大器201连接，具有传播光的功能。
半导体光集成元件100的光输入部40配置于通过解理或蚀刻等方法形成了平坦的面的第一端面10a，以一端与该光输入部40相接的方式配置第一光放大器200。换言之，第一光放大器200的面对第一端面10a的一端作为光输入部40发挥功能。此外，上述的第一端面10a是指半导体光集成元件100的侧面部。
由于第一光放大器200的一端与第一端面10a相接，因此无需设置将信号光从第一端面10a向第一光放大器200进行导波的无源型光波导，因此起到即使以低消耗电力也能够谋求被放大的信号光的高输出化这样的效果。
同样地，以与配置于第一端面10a的光输出部41相接的方式配置第二光放大器201。换言之，第二光放大器201的面对第一端面10a的一端作为光输出部41发挥功能。
第二光放大器201中的光放大区域的长度、即第二光放大器201的光波导长度L2比第一光放大器200中的光放大区域的长度、即第一光放大器200的光波导长度L1短。即，L1>L2的关系成立。
关于使第二光放大器201的光波导长度L2比第一光放大器200的光波导长度L1短的技术意义，稍后叙述。
与第一光放大器200的配置同样地，第二光放大器201的一端与第一端面10a相接，因此无需设置将信号光从第二光放大器201向第一端面10a进行导波的无源型光波导，因此起到即使以低消耗电力也能够谋求被放大的信号光的高输出化这样的效果。
第一光放大器200的光的传播方向和第二光放大器201的光的传播方向是沿着作为半导体的晶面取向的[011]面方向轴的方向。另一方面，相位调制器202的光的传播方向是沿着作为半导体的晶面取向的[0-11]面方向轴的方向。
即，第一光放大器200及第二光放大器201的光的传播方向与相位调制器202的光的传播方向处于彼此为相差90°的方向的关系。
在设置有光输入部40和光输出部41的第一端面10a，以覆盖光输入部40和光输出部41的方式形成有无反射涂膜50。通过该无反射涂膜50，能够防止在第一光放大器200或第二光放大器201内被放大的反射光与信号光发生干涉，因此能够抑制光调制信号的失真。
首先，关于第一光放大器200及第二光放大器201的构造，使用表示与光的传播方向正交的面上的截面图的图3进行说明。
增益芯层12是具有通过注入电流来将所输入的光进行放大的功能的半导体层。相对于半导体基板10，分别设置于增益芯层12的上下的下部包层11和上部包层13由折射率低于增益芯层12的半导体层构成，以便将光封闭在增益芯层12，。
为了减小从光放大器用电极16向下部的各半导体层注入电流时的电阻，接触层14由电阻低于上部包层13的半导体层构成。
电流阻挡层15由不流通电流的构造或材料构成，是用于使电流集中于增益芯层12的半导体层。此外，在图3中，作为电流阻挡层15的一例，例示了第一电流阻挡层15a、第二电流阻挡层15b以及第三电流阻挡层15c的三层构造，但是电流阻挡层15的构造不限定于该三层构造，只要是具有阻止电流的功能的半导体层即可。
保护绝缘膜17由氧化膜、氮化膜等无机绝缘膜、或以苯并环丁烯(Benzocyclobutene：BCB)为一例的有机绝缘膜等绝缘性材料构成，是用于防止各半导体层因气氛中的氧、水而发生氧化或变质的绝缘膜。
构成基于实施方式1的半导体光集成元件100的一部分的第一光放大器200及第二光放大器201由在增益芯层12的侧壁形成有电流阻挡层15的埋入型构造60构成。该埋入型构造60作为光波导发挥功能。
在埋入型构造60中，增益芯层12中的发热经由电流阻挡层15扩散，能够抑制因增益芯层12的温度上升引起的增益减少，因此起到能够使半导体光集成元件100高输出化这样的效果。
接着，叙述第一光放大器200及第二光放大器201的制造方法的详情。
例如，在由以半导体晶面取向的(100)面为基板面的InP基板构成的半导体基板10之上，使用有机金属气相生长法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：MOCVD)，使成为下部包层11的层厚2000nm的n型InP层、作为第一光放大器200及第二光放大器201的增益芯层12发挥功能的由总层厚为100nm的AlGaInAs构成的多量子阱构造400以及成为上部包层13的一部分的层厚500nm的p型InP层外延生长。
在此，多量子阱构造400由有助于光的放大的阱层421与带隙大于阱层421的势垒层422的对的重复来构成。在第一光放大器200及第二光放大器201中，将多量子阱构造400的阱层421与势垒层422的对例如设为8对。关于多量子阱构造400，稍后详细说明。
此外，在该工序中外延生长出的下部包层11还能够兼作后述的相位调制器202、第一无源型光波导203以及第二无源型光波导206的下部包层11。
接着，使用光刻技术和RIE(Reactive Ion Etching：反应离子蚀刻)法等蚀刻技术，以保留要形成第一光放大器200及第二光放大器201的区域的方式对作为上部包层13的一部分的p型InP层、增益芯层12以及作为下部包层11的n型InP层的一部分进行蚀刻，来形成脊型构造。
该脊型构造以使光传播的方向沿着作为半导体的晶面取向的[011]面方向轴的方式形成。另外，将第一光放大器200的脊型构造中的、例如沿着[011]方向轴的光波导长度L1设为500μm，将光波导宽度设为2μm，将第二光放大器201的脊型构造中的、例如沿着作为半导体的晶面取向的[011]面方向轴的光波导长度L2设为300μm，将光波导宽度设为2μm，由此能够使第二光放大器201的光波导长度L2比第一光放大器200的光波导长度L2短。
第一光放大器200及第二光放大器201中的饱和光输出与所输入的电力成比例，因此通过如上所述那样将第二光放大器201的光波导长度L2设定得比第一光放大器200的光波导长度L1短，能够实现与第一光放大器200相比第二光放大器301的饱和光输出小的结构。
因而，虽然在大的饱和光输出下进行光放大动作的光放大器中得到增益的信号光在相位上发生失真，但是通过上述的使第二光放大器201的光波导长度L2比第一光放大器200的光波导长度L1短的结构的应用，在基于实施方式1的半导体光集成元件100中，能够从光输出部41得到失真少的调制光信号。
接着，为了设为在增益芯层12的侧壁形成有电流阻挡层15的埋入型构造60，通过外延生长来形成层厚与脊型构造的高度匹配的电流阻挡层15。
在此，在脊型构造以沿着作为半导体的晶面取向的[0-11]面方向轴的状态形成了电流阻挡层15的情况下，向露出于脊部的(111)面外延生长时的晶体生长速度快，因此难以在脊部的侧壁形成平坦的电流阻挡层15。其结果，无法使电流充分地集中于增益芯层12，有可能发生无法得到期望的光输出这样的不良状况。
另一方面，在基于本公开的半导体光集成元件100中，以沿着作为半导体的晶面取向的[011]面方向轴的方式形成第一光放大器200及第二光放大器201的脊型构造、进而埋入型构造60所形成的光波导，由此在脊部不露出(111)面，因此能够形成电流集中效果高的平坦的电流阻挡层15，其结果，能够以低消耗电力得到高的光输出。
在电流阻挡层15中，能够使用将p型半导体层-n型半导体层-p型半导体层重复层叠而成的层叠构造、或掺杂了Fe的InP层等半绝缘性半导体。
例如在脊部的高度为700nm的情况下，从半导体基板10侧起使由层厚100nm的p型InP层构成的第一电流阻挡层15a、由层厚500nm的n型InP层构成的第二电流阻挡层15b以及由层厚500nm的p型InP层构成的第三电流阻挡层15c的三层构造进行外延生长，由此能够形成电流阻挡层15。
接着，通过外延生长来形成成为上部包层13的层厚1500nm的p型InP层和成为接触层14的层厚300nm的p型InGaAs层。
进一步地，在接触层14上形成由Ti、Au、Pt、Nb、Ni等金属构成的光放大器用电极16。
另外，为了防止半导体层的因氧化等而发生的变质，使用CVD(Chemical VaporDeposition：化学气相沉积)法等，使由膜厚300nm的二氧化硅(SiO2)构成的保护绝缘膜17成膜，由此完成具有如图3所示的在增益芯层12的两方的侧壁形成有电流阻挡层15的埋入型构造60的第一光放大器200及第二光放大器201。
接着，关于相位调制器202，使用表示与光的传播方向正交的面上的截面图的图4和图5进行说明。
相位调制器202针对通过第一光放大器200被放大并通过第一无源型光波导203向与相位调制器202的光波导的方向不同的方向被导波的信号光，对调制芯层20施加电压来改变折射率，从而使相位发生变化，由此进行相位调制。
调制芯层20是具有当被施加电压时折射率发生变化来使传播的光的相位发生变化的功能的半导体层，形成于上述的下部包层11上。为了将光封闭在调制芯层20，上部包层21由折射率低于调制芯层20的半导体层构成。
为了减小从相位调制器用电极23向各半导体层施加电压时的电阻，接触层22由电阻低于上部包层21的半导体层构成。
保护绝缘膜24由氧化膜、氮化膜等无机绝缘膜、或以苯并环丁烯(BCB)为一例的有机绝缘膜等绝缘性材料构成，是用于防止各半导体层因气氛中的氧、水而发生氧化或变质的绝缘膜。
构成基于实施方式1的半导体光集成元件100的一部分的相位调制器202优选应用图4所示的高台面型构造70或图5所示的脊型构造80中的任意构造，该高台面型构造70是除了光的传播区域以外对从接触层22至下部包层11的一部分通过RIE法等进行蚀刻而成的，该脊型构造80是对从接触层22至上部包层21的一部分进行蚀刻而成的。
在图4所示的高台面型构造70中，调制芯层20与被蚀刻的区域的折射率差大，因此能够将光强有力地封闭在调制芯层20。由此，在调制芯层20的折射率发生变化时，光的相位变化量变大，能够得到高的相位调制效率。
另一方面，在图5所示的脊型构造80中，调制芯层20的侧壁等不露出，因此能够抑制因蚀刻引起的晶体表面的损伤或因氧化引起的变质，因此对于相位调制器202的特性偏差的降低和长期可靠性的改善起到效果。
以下，叙述相位调制器202的制造方法的详情。
在形成第一光放大器200及第二光放大器201时外延生长出的下部包层11之上，使成为调制芯层20的由总层厚为300nm的AlGaInAs(铝镓铟砷、Aluminium Gallium IndiumArsenide)构成的多量子阱构造400、成为上部包层21的层厚1800nm的p型InP层以及成为接触层22的层厚300nm的p型InGaAs(铟镓砷、Indium Gallium Arsenide)层外延生长。
接着，为了形成为图4的高台面型构造70或图5的脊型构造80，通过RIE法等蚀刻方法对各半导体层选择性地进行蚀刻，将在接触层22上由Ti、Au、Pt、Nb、Ni等金属构成的相位调制器用电极23以及成为用于保护半导体层的表面的保护绝缘膜24的膜厚300nm的SiO2膜通过CVD法等形成。
在上述制造工序中，关于具有由高台面型构造70或脊型构造80构成的光波导的相位调制器202，以使光传播的方向沿着作为半导体的晶面取向的[0-11]面方向轴的方式形成光波导。在对相位调制器202的调制芯层20施加了电压时，由于泡克尔斯效应、克尔效应、量子限制斯塔克效应等电光效应而调制芯层20的折射率发生变化。在沿着作为半导体的晶面取向的[0-11]面方向轴形成相位调制器202的光传播方向、即光波导的方向的情况下，因泡克尔斯效应和量子限制斯塔克效应引起的折射率变化的方向变得相同而彼此重叠，因此能够得到高的相位调制效率。
接着，关于第一无源型光波导203，使用表示与光的传播方向正交的面上的截面图的图6进行说明。为了使光不发生损耗地传播，光波导芯层30由带隙能量大于信号光的光子能量hν的半导体层构成，形成在上述的下部包层11上。
上部包层31为了起到将光封闭在光波导芯层30的功能，由折射率低于光波导芯层30的半导体层构成。保护绝缘膜32由氧化膜或氮化膜所例示的无机绝缘膜、以苯并环丁烯(BCB)为一例的有机绝缘膜等绝缘性材料构成，是用于防止各半导体层由于气氛中的氧、水的影响而发生氧化或变质的绝缘膜。
第一无源型光波导203不具有使光的强度及相位发生变化的功能，因此也可以不存在电极、接触层等用于施加电流或电压的构造。
将构成基于实施方式1的半导体光集成元件100的一部分的第一无源型光波导203设为通过RIE法等对从上部包层31至下部包层11的一部分进行蚀刻而成的无源型光波导用高台面型构造90。
第一光放大器200与相位调制器202的传播光的方向轴正交，因此连接它们的第一无源型光波导203需要弯曲的区域。为了抑制光波导在弯曲的区域中的光学损耗，作为第一无源型光波导203优选的是将光强有力地封闭的无源型光波导用高台面型构造90。
另外，如图1所示，也可以在第一无源型光波导203的一部分包括由多模干涉波导(Multi-Mode Interference：MMI)或定向耦合器等构成的光分支器204。
在该情况下，在半导体光集成元件100的内部，能够应用马赫-曾德尔型调制器来作为相位调制器202，因此能够有助于光收发器的小型化。
接着，叙述第一无源型光波导203的制造方法的详情。此外，后述的第二无源型光波导206的制造方法也相同。
在形成第一光放大器200及第二光放大器201时外延生长出的下部包层11之上，使成为光波导芯层30的层厚100nm的i型InGaAsP(铟镓砷磷、Indium Gallium ArsenidePhosphide)层以及成为上部包层31的层厚2000nm的i型InP层外延生长。
接着，如图6所示，通过RIE法等对半导体层进行蚀刻来形成无源型光波导用高台面型构造90，通过CVD法等形成成为保护绝缘膜32的层厚300nm的SiO2膜，该保护绝缘膜32用于保护通过蚀刻而露出的各半导体层的表面。
另外，如图1所示，在第一无源型光波导203的一部分也可以包括基于多模干涉波导(Multi-Mode Interference：MMI)或定向耦合器等的光分支器204和光合波器205。在该情况下，在半导体光集成元件100的内部能够容易地构成马赫-曾德尔型调制器，因此能够有助于光收发器的小型化。
将构成基于实施方式1的半导体光集成元件100的一部分的第二无源型光波导206与第一无源型光波导203同样地设为通过RIE法等对从上部包层31至下部包层11的一部分进行蚀刻而成的无源型光波导用高台面型构造90。
相位调制器202与第二光放大器201的传播光的方向轴正交，因此连接它们的第二无源型光波导206需要弯曲的区域。为了抑制光波导在弯曲的区域中的光学损耗，与第一无源型光波导203同样地，作为第二无源型光波导206优选的是将光强有力地封闭的无源型光波导用高台面型构造90。
另外，如图1所示，在第一无源型光波导203的一部分设置有光分支器204的情况下，为了将被分支的多个信号光合成为一个信号光，在第二无源型光波导206的一部分设置基于多模干涉波导或定向耦合器等的光合波器205。
接着，从形成有多个半导体光集成元件100的半导体晶片，通过解理或蚀刻等芯片分离方法，以使第一光放大器200及第二光放大器201的一端分别露出于第一端面10a、即第一光放大器200及第二光放大器201的一端均与第一端面10a相接的方式，切出半导体光集成元件100来分离成各个芯片。
在该芯片分离工序中，第一光放大器200的露出于第一端面10a的部位成为光输入部40，第二光放大器201的露出于第一端面10a的部位成为光输出部41。此外，光输入部40是第一光放大器200的一端的部位，光输出部41是第二光放大器201的一端的部位。
使用蒸镀法或溅射法，以覆盖光输入部40和光输出部41的方式在第一端面10a上使无反射涂膜50成膜。无反射涂膜50通过由Si、Al、Ta、Nb等的氧化膜或氮化膜构成的绝缘膜的层叠构造，设为使第一端面10a上的光的反射率为零的层结构。
例如，如专利文献3所记载的那样，在光放大元件不是与端面相接而是构成于芯片内部的情况下，在光放大元件与光输入部之间以及光放大元件与光输出部之间需要新的光波导。在该光波导中，光放大元件和光波导的各芯层由不同的折射率或膜厚构成，因此两者的连接界面在光学上不连续，其结果，在两者的连接界面上信号光的一部分反射，产生向相反方向传播的反射光。反射光再次进入光放大元件而被放大，与信号光发生干涉，因此发生导致光调制信号产生失真这样的不良状况。
另一方面，根据基于本公开的半导体光集成元件100，在第一光放大器200及第二光放大器201的一部分的与第一端面10a相接的部位，能够实现通过无反射涂膜50使反射率为零的结构，因此不会有被放大的反射光与信号光发生干涉，其结果，能够抑制光调制信号的失真。
以上，说明了图1所示的半导体光集成元件100。图2是表示作为图1的半导体光集成元件100的变形例的半导体光集成元件110的顶视图。
与半导体光集成元件100的不同点在于，在半导体光集成元件100中，光输入部40和光输出部41设置于半导体光集成元件100的同一个侧面部、即第一端面10a侧，而在作为变形例的半导体光集成元件110中，光输出部41设置于与设置光输入部40的第一端面10a相向的第二端面10b侧。在相向的第二端面10b形成有无反射涂膜51。无反射涂膜51的结构与上述的无反射涂膜50相同。其它结构与半导体光集成元件100相同。
由于第二光放大器201的一端与第二端面10b相接，因此无需设置将信号光从第二光放大器201向第一端面10a进行导波的无源型光波导，因此起到即使以低消耗电力也能够谋求被放大的信号光的高输出化这样的效果。
根据作为变形例的半导体光集成元件110的结构，在与设置光输入部40的侧面部相向的第二端面10b侧设置有光输出部41，因此能够从相向的第二端面10b侧取出光输出，因此在起到与半导体光集成元件100同样的效果的基础上，起到半导体光集成元件的配置的灵活性提高这样的效果。
此外，在上述的说明中，记载了作为第一光放大器200、第二光放大器201以及相位调制器202进行动作的所需最小限度的要素，但是最终根据需要还形成布线电极、引线键合用电极焊盘、电极保护膜等。
另外，各构造的制造工序的顺序也可以调换，各半导体层、绝缘膜、电极等不限于上述的材料，只要能够实现本公开的半导体光集成元件100、110的结构则也可以是其它材料。
以上，根据基于实施方式1的半导体光集成元件，以使第一光放大器200及第二光放大器201的光波导的方向成为与相位调制器202的光波导的方向不同的方向的方式进行配置，且将第二光放大器201的光波导长度L2设定得比第一光放大器200的光波导长度L1短，由此与第一光放大器200相比第二光放大器201的饱和光输出小，因此起到相位调制效率高、且能够得到失真少的调制光信号这样的效果。
另外，根据基于实施方式1的半导体光集成元件，将第一光放大器200以与第一端面10a相接的方式设置，将第二光放大器201以与第一端面10a或第二端面10b中的任意端面相接的方式设置，因此还一并起到即使以低消耗电力也能够谋求被放大的信号光的高输出化这样的效果。
实施方式2
图7中示出基于实施方式2的半导体光集成元件150的顶视图，图8中示出作为半导体光集成元件150的变形例的半导体光集成元件160的顶视图。
图7所示的半导体光集成元件150与图8所示的半导体光集成元件160的构造上的不同点在于，在半导体光集成元件150中，与基于实施方式1的半导体光集成元件100同样地，是第二光放大器301的光波导长度L2比第一光放大器300的光波导长度L1短的结构，与此相对，在作为变形例的半导体光集成元件160中，是第二光放大器301的光波导长度为与第一光放大器300的光波导长度L1相同的长度、即两者的光波导长度均为L1的结构。
在基于实施方式2的半导体光集成元件150中，关于构成第一光放大器300的第一增益芯层55的多量子阱构造400和构成第二光放大器301的第二增益芯层56的多量子阱构造410中的阱层421的总数，与构成与光输入部40的第一端面10a相接地形成的第一光放大器300的第一增益芯层55的多量子阱构造400的阱层421的总数相比，构成与光输出部41的第一端面10a相接地形成的第二光放大器301的第二增益芯层56的多量子阱构造410的阱层421的总数更多，这一点是与基于实施方式1的半导体光集成元件100的不同点。
与基于实施方式1的半导体光集成元件100同样地，第一光放大器300及第二光放大器301的光的传播方向是沿着作为半导体的晶面取向的[011]面方向轴的方向，相位调制器202的光的传播方向是沿着作为半导体的晶面取向的[0-11]面方向轴的方向。
关于第一光放大器300及第二光放大器301以外的结构，与实施方式1中示出的元件构造同样，因此在以下的说明中省略。
图9中示出构成基于实施方式2的半导体光集成元件150的结构的一部分的第一光放大器300的与光的传播方向正交的面上的截面图，图10中示出第二光放大器301的与光的传播方向正交的面上的截面图。
构成第一光放大器300的第一增益芯层55的多量子阱构造400的阱层421的总数被设定为比构成第二光放大器301的第二增益芯层56的多量子阱构造410的阱层421的总数少。
图11中示出构成第一光放大器300的第一增益芯层55的、阱层421的总数为6层的多量子阱构造400中的包括接近的区域的能带图，图12中示出构成第二光放大器301的第二增益芯层56的、阱层421的总数为8层的多量子阱构造410中的包括接近的区域的能带图。
在图11和图12的能带图中，上侧的线表示各半导体层的导带411，下侧的线表示各半导体层的价带412。图11的能带图所示的构成第一增益芯层55的多量子阱构造400由交替地形成的6层的阱层421和7层的势垒层422构成。多量子阱构造400与下部包层11及上部包层13相接。
图12的能带图所示的构成第二增益芯层56的多量子阱构造410由交替地形成的8层的阱层421和9层的势垒层422构成。多量子阱构造410与下部包层11及上部包层13相接。
一般来说，光放大器中的增益是通过提高向增益芯层的光封闭系数(opticalconfinement factor)而增加，另一方面，饱和光输出与向光放大器输入的电力成比例，因此向增益芯层的光封闭系数低时饱和光输出变高。另外，多量子阱构造中的阱层的总数越多，则向增益芯层的光封闭系数成比例地变高，因此，其结果是饱和光输出变小。
因而，通过使构成第二光放大器301的第二增益芯层56的多量子阱构造410的阱层421的总数比构成第一光放大器300的第一增益芯层55的多量子阱构造400的阱层421的总数多，能够实现第二光放大器301的饱和光输出更小的结构，其结果，能够得到失真少的调制光信号。
在图8所示的作为半导体光集成元件150的变形例的半导体光集成元件160中，如上所述，第二光放大器301的光波导长度为与第一光放大器300的光波导长度L1相同的长度。
在半导体光集成元件160中，也设为使第二光放大器301的饱和光输出小于第一光放大器300的饱和光输出的结构即可，因此通过应用上述的第一增益芯层55和第二增益芯层56的多量子阱构造400、410的设计、即、使构成第二光放大器301的第二增益芯层56的多量子阱构造410的阱层421的总数比构成第一光放大器300的第一增益芯层55的多量子阱构造400的阱层421的总数多的设计，即使第一光放大器300的光波导长度与第二光放大器301的光波导长度为相同的长度，也能够实现第二光放大器301的饱和光输出更小的结构。
作为半导体光集成元件160的一例，例如，如果将构成第一光放大器300的第一增益芯层55的多量子阱构造400的阱层421的总数如图11所示的能带图那样设定为6层，另一方面，将构成第二光放大器301的第二增益芯层56的多量子阱构造410的阱层421的总数如图12所示的能带图那样设定为8层，则能够实现与第一光放大器300相比阱层421的总数多的第二光放大器301的饱和光输出更小的结构，其结果，能够得到失真少的调制光信号。
在半导体光集成元件160中，在起到与半导体光集成元件150同样的效果的基础上，通过使第一光放大器300与第二光放大器301的光波导长度的长度相同，还起到半导体光集成元件的设计变得更容易这样的效果。
以上，根据基于实施方式2的半导体光集成元件150和半导体光集成元件160，以使第一光放大器300及第二光放大器301的光波导的方向成为与相位调制器202的光波导的方向不同的方向的方式进行配置，且以使构成第二光放大器301的第二增益芯层56的多量子阱构造410的阱层421的总数比构成第一光放大器300的第一增益芯层55的多量子阱构造400的阱层421的总数多的方式进行设定，因此能够容易地使第二光放大器301的饱和光输出小于第一光放大器300的饱和光输出，因此起到相位调制效率高且能够得到失真更少的调制光信号这样的效果。
本公开记载了各种例示性的实施方式和实施例，但是记载在一个或多个实施方式的各种特征、方式以及功能不限于特定的实施方式的应用，能够单独地或以各种组合应用于实施方式。
因而，在本申请说明书所公开的技术范围内可设想未例示的无数个变形例。例如包括将至少一个结构要素变形的情况、追加的情况或省略的情况、以及提取至少一个结构要素并与其它实施方式的结构要素组合的情况。

Claims (8)

1.一种半导体光集成元件，具有第一端面以及与所述第一端面相向的第二端面，该半导体光集成元件具备：
半导体基板；
第一光放大器，设置于所述半导体基板上，一端与所述第一端面相接，将从所述第一端面输入的信号光沿着光波导进行放大；
第一无源型光波导，设置于所述半导体基板上，与所述第一光放大器的另一端连接，将被放大后的所述信号光向与所述光波导的方向不同的方向进行导波；
光分支器，设置于所述第一无源型光波导，将被导波的所述信号光分支为多个信号光；
相位调制器，设置于所述半导体基板上，与分支为多个的所述第一无源型光波导分别连接，沿着所述不同的方向对多个所述信号光进行相位调制；
第二无源型光波导，设置于所述半导体基板上，一端与所述相位调制器连接，将被相位调制后的所述信号光从所述不同的方向向所述光波导的方向进行导波；
光合成器，设置于所述第二无源型光波导，将被相位调制后的多个所述信号光合成为一个信号光；以及
第二光放大器，在所述半导体基板上，以一端与所述第二无源型光波导的另一端连接、且另一端与所述第一端面或所述第二端面中的任意端面相接的方式设置，将通过所述第二无源型光波导被导波后的所述信号光沿着所述光波导的方向进行放大，将被放大后的所述信号光输出到外部，所述第二光放大器的饱和光输出小于所述第一光放大器。
2.根据权利要求1所述的半导体光集成元件，其特征在于，
所述第二光放大器的光波导长度比所述第一光放大器的光波导长度短。
3.根据权利要求1或2所述的半导体光集成元件，其特征在于，
所述第一光放大器的光波导的方向是作为晶面取向的[011]面方向轴，所述不同的方向是作为晶面取向的[0-11]面方向轴。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的半导体光集成元件，其特征在于，
所述第一光放大器的光波导和所述第二光放大器的光波导分别是在增益芯层的侧壁形成有电流阻挡层的埋入型构造。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的半导体光集成元件，其特征在于，
所述第一光放大器的第一增益芯层和所述第二光放大器的第二增益芯层分别由多量子阱构造构成，且构成所述第二增益芯层的多量子阱构造的阱层的总数比构成所述第一增益芯层的多量子阱构造的阱层的总数多。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的半导体光集成元件，其特征在于，
所述相位调制器的光波导是高台面型构造或脊型构造中的任意构造。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的半导体光集成元件，其特征在于，
所述相位调制器作为马赫-曾德尔型调制器发挥功能。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的半导体光集成元件，其特征在于，
在所述第一端面设置有无反射涂膜。
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