CN117413210A - 半导体光集成元件和光集成装置 - Google Patents
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Abstract
半导体光集成元件(1)具备基板(9)、MMI波导(10)、有机绝缘层(20)以及加热器层(25)。MMI波导(10)设置于基板(9)上，且由半导体材料形成。MMI波导(10)包括第一侧面(10c)以及位于与第一侧面(10c)相反侧的第二侧面(10d)。有机绝缘层(20)掩埋第一侧面(10c)和第二侧面(10d)。加热器层(25)能够对有机绝缘层(20)进行加热。
Description
技术领域
本公开涉及一种半导体光集成元件和光集成装置。
背景技术
日本特开2013-250527号公报(专利文献1)公开了半导体马赫-曾德尔光调制器。半导体马赫-曾德尔光调制器包括两根臂波导、与两根臂波导连接的2×2多模干涉(MMI)光分束器以及与两根臂波导连接的2×2MMI光耦合器。两根臂波导、2×2MMI光分束器以及2×2MMI光耦合器由如InP那样的半导体材料形成，且具有高台面构造。两根臂波导、2×2MMI光分束器以及2×2MMI光耦合器被由如苯并环丁烯(BCB)树脂那样的有机绝缘树脂形成的掩埋层掩埋。
专利文献1：日本特开2013-250527号公报
发明内容
发明要解决的问题
起因于由半导体材料形成的MMI波导(MMI光分束器、MMI光耦合器)的热膨胀系数与有机绝缘树脂的热膨胀系数之间的差，从掩埋层对MMI波导施加大的应力。由于该应力，有时MMI波导的折射率发生变化，如MMI光分束器的光分支比和MMI光耦合器的光耦合比那样的半导体光集成元件的光学特性偏离半导体光集成元件的目标光学特性。另外，有时起因于半导体光集成元件的制造误差(例如，MMI波导的尺寸误差和MMI波导的组成偏差等)，偏离半导体光集成元件的目标光学特性。
本公开是鉴于上述问题而完成的，本公开的第一方面的目的在于提供能够降低或消除半导体光集成元件的光学特性相对于目标光学特性的偏离的半导体光集成元件。本公开的第二方面的目的在于提供能够降低或消除光集成装置的光学特性相对于目标光学特性的偏离的光集成装置。
用于解决问题的方案
本公开的半导体光集成元件具备基板、多模干涉波导、有机绝缘层以及加热器层。多模干涉波导设置于基板上，且由半导体材料形成。多模干涉波导包括与基板相向的下表面、与下表面相反侧的上表面、与上表面连接的第一侧面以及与上表面连接且位于与第一侧面相反侧的第二侧面。有机绝缘层掩埋第一侧面和第二侧面。加热器层能够对有机绝缘层进行加热。
本公开的光集成装置具备本公开的半导体光集成元件以及能够控制对加热器层供给的电力的控制器。
发明的效果
通过使用加热器层对有机绝缘层进行加热，有机绝缘层热膨胀而对多模干涉波导施加应力。起因于该应力，多模干涉波导的折射率发生变化。因此，根据本公开的半导体光集成元件，能够降低或消除半导体光集成元件的光学特性相对于目标光学特性的偏离。根据本公开的光集成装置，能够降低或消除光集成装置的光学特性相对于目标光学特性的偏离。
附图说明
图1是实施方式1的半导体光集成元件的概略平面图。
图2是实施方式1的半导体光集成元件的、图1所示的截面线II-II上的概略截面图。
图3是实施方式1的变形例的半导体光集成元件的概略截面图。
图4是表示实施方式1至实施方式4的光集成装置的框图。
图5是表示实施方式1及其变形例的半导体光集成元件的控制方法的流程图的图。
图6是实施方式2的半导体光集成元件的概略截面图。
图7是实施方式2的变形例的半导体光集成元件的概略截面图。
图8是实施方式3的半导体光集成元件的概略平面图。
图9是实施方式3的半导体光集成元件的、图8所示的截面线IX-IX上的概略截面图。
图10是实施方式4的半导体光集成元件的概略平面图。
图11是实施方式4的变形例的半导体光集成元件的概略平面图。
图12是表示实施方式4及其变形例的半导体光集成元件的控制方法的流程图的图。
(附图标记说明)
1、1a、1b、1c、1d、1e、1f：半导体光集成元件；2：光集成装置；9：基板；10：多模干涉波导；10a：下表面；10b：上表面；10c：第一侧面；10d：第二侧面；11：下部包层；12：芯层；13：上部包层；16、17：槽；18：第一无机绝缘层；20：有机绝缘层、21：第一有机绝缘部分；22：第二有机绝缘部分；23：第三有机绝缘部分；25：加热器层；26：第一加热器膜；27：第二加热器膜；28、29：焊盘电极；31：输入波导；32：输出波导、35：控制器；38：第二无机绝缘层；39：光分束器；40：父马赫-曾德尔干涉仪；41、42：第一臂波导；43、53：光分束器；44、54：光耦合器；47、48：父相位调整部；50：子马赫-曾德尔干涉仪；51、52：第二臂波导；55、56：相位调制部；57、58：子相位调整部；60a、60b、62、67、68：监视用光电二极管；71：输入波导；70a、70b：光相位调制器；72a、72b：波导；73a、73b：输出波导。
具体实施方式
以下，说明本公开的实施方式。此外，对相同的结构附加相同的参照编号，不重复其说明。
实施方式1.
参照图1和图2来说明实施方式1的半导体光集成元件1。半导体光集成元件1主要具备基板9、输入波导31、多模干涉(MMI)波导10、输出波导32、第一无机绝缘层18、有机绝缘层20以及加热器层25。半导体光集成元件1也可以还具备焊盘电极28、29。
基板9例如是如InP基板那样的半导体基板。
半导体层叠体设置于基板9上。半导体层叠体包括下部包层11、芯层12以及上部包层13。MMI波导10包括下部包层11、芯层12以及上部包层13。下部包层11形成于基板9上。下部包层11例如是n型InP层。芯层12形成于下部包层11上。芯层12的折射率大于下部包层11的折射率、且大于上部包层13的折射率。芯层12例如由如AlGaInAs那样的半导体材料形成。芯层12例如也可以具有多量子阱(MQW)构造。芯层12例如是i型半导体层。上部包层13形成于芯层12上。上部包层13例如是i型InP层或p型InP层。半导体层叠体包括MMI波导10、输入波导31以及输出波导32。
通过对半导体层叠体进行蚀刻，在半导体层叠体中形成有槽16、17。槽16、17从半导体层叠体的上表面延伸至下部包层11。MMI波导10形成于槽16、17之间。MMI波导10具有高台面构造。具体地说，MMI波导10包括与基板9相向的下表面10a、与下表面10a相反侧的上表面10b、与上表面10b连接的第一侧面10c以及与上表面10b连接且位于与第一侧面10c相反侧的第二侧面10d。MMI波导10的第一侧面10c包括上部包层13的第一侧面、芯层12的第一侧面以及下部包层11的第一侧面。MMI波导10的第二侧面10d包括上部包层13的第二侧面、芯层12的第二侧面以及下部包层11的第二侧面。第一侧面10c和第二侧面10d沿着MMI波导10中的光的传播方向延伸。
在MMI波导10的输入端面连接有输入波导31。在MMI波导10的输出端面连接有输出波导32。输入波导31及输出波导32分别与MMI波导10同样地构成，具有高台面构造。输入波导31及输出波导32例如是单模波导。输入波导31及输出波导32各自的高台面构造的宽度(波导的宽度)比MMI波导10的高台面构造的宽度(波导的宽度)窄。
在本实施方式中，MMI波导10是2×2MMI波导。2×2MMI波导是指具有两个输入端口和两个输出端口的MMI波导。MMI波导10不限于2×2MMI波导，也可以是m×nMMI波导(m、n为自然数)。
第一无机绝缘层18形成于规定槽16、17的半导体层叠体的表面上和上表面10b上。第一无机绝缘层18形成于第一侧面10c、第二侧面10d以及上表面10b上。第一无机绝缘层18形成于第一侧面10c与第一有机绝缘部分21之间，并且形成于第二侧面10d与第二有机绝缘部分22之间。第一无机绝缘层18例如由SiO2形成。第一无机绝缘层18的厚度例如为约500nm。第一无机绝缘层18防止MMI波导10、输入波导31以及输出波导32与半导体光集成元件1的周围气氛中包含的氧或水等接触而氧化或变质。
槽16、17被有机绝缘层20掩埋。有机绝缘层20掩埋第一侧面10c和第二侧面10d。有机绝缘层20包括掩埋第一侧面10c的第一有机绝缘部分21和掩埋第二侧面10d的第二有机绝缘部分22。在本实施方式中，上表面10b从有机绝缘层20露出，第一有机绝缘部分21与第二有机绝缘部分22被相互分离。有机绝缘层20防止MMI波导10、输入波导31以及输出波导32与半导体光集成元件1的周围气氛中包含的氧或水等接触而氧化或变质。
有机绝缘层20例如由苯并环丁烯(BCB)树脂或聚酰亚胺树脂形成。在将半导体光集成元件1应用于光调制器的情况下，有时在有机绝缘层20上形成输入高频电信号的电极。由于苯并环丁烯(BCB)树脂或聚酰亚胺树脂具有低的介电常数，因此由苯并环丁烯(BCB)树脂或聚酰亚胺树脂形成有机绝缘层20使得能够扩大光调制器的带宽。
加热器层25能够对有机绝缘层20进行加热。加热器层25形成于有机绝缘层20上。加热器层25包括对第一有机绝缘部分21进行加热的第一加热器膜26和对第二有机绝缘部分22进行加热的第二加热器膜27。第一加热器膜26形成于第一有机绝缘部分21上。第二加热器膜27形成于第二有机绝缘部分22上。因此，关于施加到第一有机绝缘部分21的热的量和施加到第二有机绝缘部分22的热的量，能够相互独立地进行控制。加热器层25例如由如铂膜或钛膜那样的金属薄膜、如镍铬膜那样的合金薄膜、如钽或铌的氧化物或氮化物那样的薄膜或这些薄膜的层叠体等形成。对于加热器层25从外部电力源(例如，外部电流源)供给电力(例如，电流)。
焊盘电极28、29形成于第一无机绝缘层18上。焊盘电极28、29与加热器层25连接。具体地说，焊盘电极28与第一加热器膜26连接。焊盘电极29与第二加热器膜27连接。与外部电力源(例如，外部电流源)连接的布线(未图示)连接于焊盘电极28、29。焊盘电极28、29例如由钛膜与金膜的层叠体形成。
参照图3，在本实施方式的变形例的半导体光集成元件1a中，有机绝缘层20还掩埋上表面10b。具体地说，有机绝缘层20还包括掩埋上表面10b的第三有机绝缘部分23。第三有机绝缘部分23与第一有机绝缘部分21及第二有机绝缘部分22连接。
说明半导体光集成元件1、1a的动作。MMI波导10也可以是光分束器。具体地说，MMI波导10将输入到输入波导31中的一个输入波导31的光分波为多个光并输出到输出波导32。MMI波导10也可以是光耦合器。具体地说，MMI波导10将输入到输入波导31的光进行合波并输出到输出波导32中的一个输出波导32。
参照图4，本实施方式的光集成装置2具备半导体光集成元件1(或半导体光集成元件1a)和控制器35。控制器35例如是包括处理器的微型计算机或电子电路。控制器35能够控制对加热器层25供给的电力(例如，电流)。
具体地说，起因于由半导体材料形成的MMI波导10的热膨胀系数与有机绝缘层20的热膨胀系数之间的差，对MMI波导10施加第一应力。由于第一应力，有时MMI波导10的折射率发生变化，如MMI光分束器的光分支比和MMI光耦合器的光耦合比那样的半导体光集成元件1、1a的光学特性偏离半导体光集成元件1、1a的目标光学特性。另外，有时起因于半导体光集成元件的制造误差(MMI波导的尺寸误差和MMI波导的组成偏差等)，偏离半导体光集成元件的目标光学特性。
通过对加热器层25供给电力(例如，电流)，加热器层25对有机绝缘层20进行加热。有机绝缘层20热膨胀而对MMI波导10施加第二应力。第二应力使MMI波导10的折射率发生变化。关于对加热器层25供给的电力，由控制器35进行控制。通过这样，能够降低或消除半导体光集成元件1、1a的光学特性相对于目标光学特性的偏离。控制器35也可以继续控制对加热器层25供给的电力(例如，电流)使得半导体光集成元件1、1a的光学特性维持为目标光学特性。
参照图5来说明本实施方式的半导体光集成元件1、1a的控制方法。
对半导体光集成元件1、1a输入光(S1)。具体地说，从光源(未图示)放射的光通过输入波导31被输入到MMI波导10的输入端口。
检测从半导体光集成元件1、1a输出的光的强度(S2)。具体地说，对于从MMI波导10的输出端口输出的光，通过输出波导32由光检测器(未图示)进行检测。光检测器检测从输出波导32输出的光的强度。
基于由光检测器检测的光的强度，调整对加热器层25施加的电力(例如，电流)(S3)。例如，在MMI波导10是光分束器的情况下，控制器35控制对加热器层25施加的电力使得从输出波导32输出的光的强度彼此相等。例如，在MMI波导10是光耦合器的情况下，控制对加热器层25施加的电力使得从输出波导32中的一个输出波导32输出的光的强度最大。通过这样，能够降低或消除半导体光集成元件1、1a的光学特性相对于目标光学特性的偏离。控制器35也可以继续控制对加热器层25供给的电力(例如，电流)使得半导体光集成元件1、1a的光学特性维持为目标光学特性。
说明本实施方式的半导体光集成元件1、1a的效果。
本实施方式的半导体光集成元件1、1a具备基板9、多模干涉(MMI)波导10、有机绝缘层20以及加热器层25。MMI波导10设置于基板9上，且由半导体材料形成。MMI波导10包括与基板9相向的下表面10a、与下表面10a相反侧的上表面10b、与上表面10b连接的第一侧面10c以及与上表面10b连接且位于与第一侧面10c相反侧的第二侧面10d。有机绝缘层20掩埋第一侧面10c和第二侧面10d。加热器层25能够对有机绝缘层20进行加热。
起因于由半导体材料形成的MMI波导10的热膨胀系数与有机绝缘层20的热膨胀系数之间的差所产生的第一应力有时施加到MMI波导10。第一应力有时使MMI波导10的折射率发生变化，从而半导体光集成元件1、1a的光学特性偏离半导体光集成元件1、1a的目标光学特性。但是，如果使用加热器层25对有机绝缘层20进行加热，则有机绝缘层20热膨胀而对MMI波导10施加第二应力。第二应力使MMI波导10的折射率发生变化。因此，能够降低或消除半导体光集成元件1、1a的光学特性相对于目标光学特性的偏离。
在本实施方式的半导体光集成元件1、1a中，有机绝缘层20包括掩埋第一侧面10c的第一有机绝缘部分21和掩埋第二侧面10d的第二有机绝缘部分22。加热器层25包括对第一有机绝缘部分21进行加热的第一加热器膜26和对第二有机绝缘部分22进行加热的第二加热器膜27。
因此，关于施加到第一有机绝缘部分21的热的量和施加到第二有机绝缘部分22的热的量，能够相互独立地进行控制。能够更精细地调整基于加热器层25对有机绝缘层20的加热的第二应力的大小及分布。因此，能够更进一步降低或消除半导体光集成元件1、1a的光学特性相对于目标光学特性的偏离。
在本实施方式的半导体光集成元件1、1a中，第一加热器膜26形成于第一有机绝缘部分21上。第二加热器膜27形成于第二有机绝缘部分22上。因此，能够更进一步降低或消除半导体光集成元件1、1a的光学特性相对于目标光学特性的偏离。
本实施方式的半导体光集成元件1、1a还具备第一无机绝缘层18。第一无机绝缘层18形成于第一侧面10c、第二侧面10d以及上表面10b上。第一无机绝缘层18形成于第一侧面10c与第一有机绝缘部分21之间，并且形成于第二侧面10d与第二有机绝缘部分22之间。
第一无机绝缘层18防止MMI波导10与半导体光集成元件1、1a的周围气氛中包含的氧或水等接触而氧化或变质。因此，能够降低或消除半导体光集成元件1、1a的光学特性相对于目标光学特性的偏离。
在本实施方式的半导体光集成元件1a中，有机绝缘层20还包括第三有机绝缘部分23。第三有机绝缘部分23掩埋上表面10b，且与第一有机绝缘部分21及第二有机绝缘部分22连接。
有机绝缘层20防止MMI波导10与半导体光集成元件1a的周围气氛中包含的氧或水等接触而氧化或变质。因此，能够降低或消除半导体光集成元件1a的光学特性相对于目标光学特性的偏离。
本实施方式的光集成装置2具备半导体光集成元件1、1a和能够控制对加热器层25供给的电力的控制器35。因此，能够降低或消除光集成装置2的光学特性相对于目标光学特性的偏离。
实施方式2.
参照图6来说明实施方式2的半导体光集成元件1b。本实施方式的半导体光集成元件1b具备与实施方式1的半导体光集成元件1同样的结构，但是主要在以下方面不同。
半导体光集成元件1b还具备第二无机绝缘层38。第二无机绝缘层38形成于有机绝缘层20(第一有机绝缘部分21和第二有机绝缘部分22)上。第二无机绝缘层38也可以还形成于第一无机绝缘层18上。第二无机绝缘层38例如由SiO2形成。第二无机绝缘层38的厚度例如为约500nm。第二无机绝缘层38防止有机绝缘层20与半导体光集成元件1b的周围气氛中包含的氧或水等接触而变质。加热器层25形成于第二无机绝缘层38上。
参照图7来说明本实施方式的变形例的半导体光集成元件1c。在半导体光集成元件1c中，在实施方式1的变形例的半导体光集成元件1a中，还具备第二无机绝缘层38。第二无机绝缘层38形成于第一有机绝缘部分21、第二有机绝缘部分22以及第三有机绝缘部分23上。加热器层25形成于第二无机绝缘层38上。
参照图4，本实施方式的光集成装置2具备半导体光集成元件1b(或半导体光集成元件1c)和控制器35。本实施方式的半导体光集成元件1b、1c的控制方法与图5所示的实施方式1的半导体光集成元件1、1a的控制方法相同。
本实施方式的半导体光集成元件1b、1c除了实施方式1的半导体光集成元件1、1a的效果以外，还起到以下的效果。
本实施方式的半导体光集成元件1b、1c还具备形成于第一有机绝缘部分21和第二有机绝缘部分22上的第二无机绝缘层38。加热器层25形成于第二无机绝缘层38上。
第二无机绝缘层38防止有机绝缘层20与半导体光集成元件1b、1c的周围气氛中包含的氧或水等接触而变质。因此，能够进一步降低或消除半导体光集成元件1b、1c的光学特性相对于目标光学特性的偏离。
实施方式3.
参照图8和图9来说明实施方式3的半导体光集成元件1d。本实施方式的半导体光集成元件1d具备与实施方式1的半导体光集成元件1同样的结构，但是主要在以下方面不同。
在半导体光集成元件1d中，加热器层25从第一有机绝缘部分21至第二有机绝缘部分22连续地形成。加热器层25与焊盘电极28、29连接。
参照图4，本实施方式的光集成装置2具备半导体光集成元件1d和控制器35。本实施方式的半导体光集成元件1d的控制方法与图5所示的实施方式1的半导体光集成元件1、1a的控制方法相同。
本实施方式的半导体光集成元件1d除了实施方式1的半导体光集成元件1的效果以外，还起到以下的效果。
在本实施方式的半导体光集成元件1d中，有机绝缘层20包括掩埋第一侧面10c的第一有机绝缘部分21和掩埋第二侧面10d的第二有机绝缘部分22。加热器层25从第一有机绝缘部分21至第二有机绝缘部分22连续地形成。
因此，简化了加热器层25的制造工艺。能够降低半导体光集成元件1d的制造成本。
实施方式4.
参照图10来说明实施方式4的半导体光集成元件1e。半导体光集成元件1e是输出二值以上的多值光信号的多值光相位调制器。作为二值以上的多值光信号，能够例示QPSK(Quadrature Phase Shift Keying：正交相移键控)信号、DP-QPSK(Dual-PolarizationQuadrature Phase Shift Keying：双偏振正交相移键控)信号。在本实施方式中，半导体光集成元件1e是DP-QPSK光相位调制器。半导体光集成元件1e主要具备基板9、输入波导71、光分束器39、波导72a、72b、光相位调制器70a、70b、输出波导73a、73b以及监视用光电二极管60a、60b、62。
基板9与实施方式1的基板9相同。输入波导71、光分束器39、波导72a、72b、光相位调制器70a、70b、输出波导73a、73b以及监视用光电二极管60a、60b、62形成于基板9上。
光分束器39包括输入端口、第一输出端口以及第二输出端口。光分束器39例如是1×2MMI分束器。输入波导71与光分束器39的输入端口连接。波导72a与光分束器39的第一输出端口连接。波导72b与光分束器39的第二输出端口连接。
光相位调制器70a作为QPSK光相位调制器发挥功能。光相位调制器70a包括父马赫-曾德尔干涉仪40、两个子马赫-曾德尔干涉仪50、相位调制部55、56、父相位调整部47、48以及子相位调整部57、58。
父马赫-曾德尔干涉仪40包括两根第一臂波导41、42、光分束器43以及光耦合器44。
光相位调制器70a的光分束器43与波导72a及两根第一臂波导41、42连接。光分束器43例如是1×2MMI分束器。光分束器43的输入端口与波导72a连接。光分束器43的两个输出端口与两根第一臂波导41、42连接。光分束器43将通过光分束器39被分波后的光进一步进行分波并输出到两根第一臂波导41、42。
光相位调制器70a的光耦合器44与两根第一臂波导41、42及输出波导73a连接。光耦合器44例如是2×2MMI耦合器。光耦合器44的两个输入端口与两根第一臂波导41、42连接。光耦合器44的两个输出端口中的一个输出端口与输出波导73a连接。光耦合器44将在两根第一臂波导41、42中传播的光进行合波并输出到输出波导73a。
两个子马赫-曾德尔干涉仪50分别与两根第一臂波导41、42连接。与第一臂波导41连接的子马赫-曾德尔干涉仪50及相位调制部55、56例如构成I通道用的马赫-曾德尔型光相位调制器。与第一臂波导42连接的子马赫-曾德尔干涉仪50及相位调制部55、56例如构成Q通道用的马赫-曾德尔型光相位调制器。子马赫-曾德尔干涉仪50分别包括两根第二臂波导51、52、光分束器53以及光耦合器54。
光分束器53与两根第一臂波导41、42中的一个第一臂波导及两根第二臂波导51、52连接。光分束器53例如是1×2MMI分束器。光分束器53的输入端口与两根第一臂波导41、42中的一个第一臂波导连接。光分束器53的两个输出端口与两根第二臂波导51、52连接。光分束器53将通过光分束器43被分波后的光进一步进行分波并输出到两根第二臂波导51、52。
光耦合器54与两根第二臂波导51、52及两根第一臂波导41、42中的一个第一臂波导连接。光耦合器54例如是2×2MMI耦合器。光耦合器44的两个输入端口与两根第二臂波导51、52连接。光耦合器44的两个输出端口中的一个输出端口与两根第一臂波导41、42中的一个第一臂波导连接。光耦合器54将在两根第二臂波导51、52中传播的光进行合波并输出到两根第一臂波导41、42中的一个第一臂波导。
相位调制部55、56设置于两根第二臂波导51、52。具体地说，相位调制部55设置于第二臂波导51。相位调制部56设置于第二臂波导52。相位调制部55、56分别除了包括下部包层11、芯层12以及上部包层13以外，还包括电极(未图示)。
父相位调整部47、48设置于两根第一臂波导41、42。具体地说，父相位调整部47设置于第一臂波导41。父相位调整部48设置于第一臂波导42。父相位调整部47、48具有与相位调制部55、56同样的结构。父相位调整部47、48分别除了包括下部包层11、芯层12以及上部包层13以外，还包括电极(未图示)。例如，在父相位调整部47、48中调整对I通道光信号和Q通道光信号赋予的相位，使得在光耦合器44的输入端口中从第一臂波导41输出的I通道光信号与从第一臂波导42输出的Q通道光信号之间的相位差为π/2。
子相位调整部57、58设置于两根第二臂波导51、52。具体地说，子相位调整部57设置于第二臂波导51。子相位调整部58设置于第二臂波导52。子相位调整部57、58具有与相位调制部55、56同样的结构。子相位调整部57、58分别除了包括下部包层11、芯层12以及上部包层13以外，还包括电极(未图示)。
光相位调制器70b也作为QPSK光相位调制器发挥功能。光相位调制器70b与光相位调制器70a同样地构成。光相位调制器70b的光分束器43与波导72b及两根第一臂波导41、42连接。光相位调制器70b的光耦合器44与两根第一臂波导41、42及输出波导73b连接。
监视用光电二极管60a与光相位调制器70a的光耦合器44的两个输出端口中的另一个输出端口光学耦合。监视用光电二极管60a检测从光相位调制器70a的光耦合器44的两个输出端口中的另一个输出端口输出的光的强度。监视用光电二极管60b与光相位调制器70b的光耦合器44的两个输出端口中的另一个输出端口光学耦合。监视用光电二极管60b检测从光相位调制器70b的光耦合器44的两个输出端口中的另一个输出端口输出的光的强度。监视用光电二极管62与光耦合器54的两个输出端口中的另一个输出端口光学耦合。监视用光电二极管62检测从光耦合器54的两个输出端口中的另一个输出端口输出的光的强度。
在本实施方式中，光分束器43、53具有与实施方式1至实施方式3以及它们的变形例的半导体光集成元件1、1a、1b、1c、1d的任一个相同的结构。即，光分束器43、53具备有机绝缘层20和加热器层25。光耦合器44、54具有与实施方式1至实施方式3以及它们的变形例的半导体光集成元件1、1a、1b、1c、1d的任一个同样的结构，但是不具备加热器层25。输入波导71、波导72a、72b、两个第一臂波导41、42、两个第二臂波导51、52、输出波导73a、73b分别具有与实施方式1的输入波导31及输出波导32分别相同的结构。
参照图11，本实施方式的变形例的半导体光集成元件1f还具备监视用光电二极管67、68。监视用光电二极管67、68设置于两个第二臂波导51、52。监视用光电二极管67、68检测在两个第二臂波导51、52中传播的两个光的一部分的强度。在第二臂波导51、52中传播的两个光的其余部分通过监视用光电二极管67、68。
具体地说，监视用光电二极管67设置于两个第二臂波导51、52中的一个第二臂波导(第二臂波导51)。监视用光电二极管67检测在两个第二臂波导51、52中的一个第二臂波导中传播的光的一部分的强度。在两个第二臂波导51、52中的一个第二臂波导中传播的光的其余部分通过监视用光电二极管67。监视用光电二极管68设置于两个第二臂波导51、52中的另一个第二臂波导(第二臂波导52)。监视用光电二极管68检测在两个第二臂波导51、52中的另一个第二臂波导中传播的光的一部分的强度。在两个第二臂波导51、52中的另一个第二臂波导中传播的光的其余部分通过监视用光电二极管68。
参照图4，本实施方式的光集成装置2具备半导体光集成元件1e(或半导体光集成元件1f)和控制器35。控制器35能够控制对加热器层25供给的电力(例如，电流)、对相位调制部55、56施加的电压、对父相位调整部47、48施加的电压以及对子相位调整部57、58施加的电压。控制器35基于由监视用光电二极管60a、60b、62检测的光的强度、或者基于由监视用光电二极管60a、60b、67、68检测的光的强度，控制对加热器层25供给的电力。
说明本实施方式的半导体光集成元件1e、1f的动作。
对相位调制部55、56施加高频电信号，来使相位调制部55、56的芯层12的折射率发生变化。从光相位调制器70a的输出波导73a输出第一光信号，并且从光相位调制器70b的输出波导73b输出第二光信号。在半导体光集成元件1e、1f的输出侧配置有偏振旋转器(未图示)和偏振合束器(未图示)。第一光信号及第二光信号中的一方通过偏振旋转器而其偏振方向旋转90°。第一光信号及第二光信号中的另一方不通过偏振旋转器而入射到偏振合束器。偏振合束器将偏振方向被旋转的第一光信号及第二光信号中的一方与第一光信号及第二光信号中的另一方进行合波来输出DP-QPSK信号。
参照图12来说明本实施方式的半导体光集成元件1e的控制方法。关于半导体光集成元件1e的目标光学特性，例如设在未对相位调制部55、56施加电信号时从输出波导73a、73b不输出光。在半导体光集成元件1e的光学特性满足目标光学特性的情况下，能够使半导体光集成元件1e的S/N比最大。半导体光集成元件1e的S/N比作为在对相位调制部55、56施加了电信号时从半导体光集成元件1e输出的光信号的强度与在未对相位调制部55、56施加电信号时从半导体光集成元件1e输出的光的强度(噪声强度)之比来给出。
具体地说，对半导体光集成元件1e输入光(S11)。步骤S11与步骤S1同样。具体地说，从光源(未图示)放射的光输入到输入波导71。
基于由监视用光电二极管62检测的光的强度，调整对子相位调整部57、58施加的电压(S12)。例如，控制器35调整对子相位调整部57、58施加的电压，使得在未对相位调制部55、56施加电信号时由监视用光电二极管62检测的光的强度最大。
基于由监视用光电二极管62检测的光的强度，调整对光分束器53的加热器层25施加的电力(例如，电流)(S13)。例如，控制器35控制对光分束器53的加热器层25施加的电力(例如，电流)，使得在未对相位调制部55、56施加电信号时由监视用光电二极管62检测的光的强度最大。步骤S12和步骤S13也可以任一个先进行。步骤S12和步骤S13也可以重复进行。
基于由监视用光电二极管60a、60b检测的光的强度，调整对父相位调整部47、48施加的电压(S14)。例如，控制器35调整对父相位调整部47、48施加的电压，使得在未对相位调制部55、56施加电信号时由监视用光电二极管60a、60b检测的光的强度最大。
基于由监视用光电二极管60a、60b检测的光的强度，调整对光分束器43的加热器层25施加的电力(例如，电流)(S15)。例如，控制器35控制对光分束器43的加热器层25施加的电力(例如，电流)，使得在未对相位调制部55、56施加电信号时由监视用光电二极管60a、60b检测的光的强度最大。步骤S14和步骤S15也可以任一个先进行。步骤S14和步骤S15也可以重复进行。
通过这样，能够降低或消除半导体光集成元件1e的光学特性相对于目标光学特性的偏离。
如图12所示，本实施方式的变形例的半导体光集成元件1f的控制方法与本实施方式的半导体光集成元件1e的控制方法同样，但是两者在以下方面不同。
基于由监视用光电二极管67、68检测的光的强度，调整对光分束器53的加热器层25施加的电力(例如，电流)(S13)。例如，控制器35控制对光分束器53的加热器层25施加的电力(例如，电流)，使得在未对相位调制部55、56施加电信号时由监视用光电二极管67检测的光的强度与由监视用光电二极管68检测的光的强度彼此相等。
本实施方式的半导体光集成元件1e、1f除了实施方式1的半导体光集成元件1的效果以外，还起到以下的效果。
本实施方式的半导体光集成元件1e、1f还具备检测从多模干涉波导10输出的光的强度的监视用光电二极管(例如，监视用光电二极管60a、60b、62、67、68的至少一个)。
能够基于由监视用光电二极管(例如，监视用光电二极管60a、60b、62、67、68的至少一个)检测的光的强度调整对有机绝缘层20施加的热的量。能够降低或消除半导体光集成元件1e、1f的光学特性相对于目标光学特性的偏离。
本实施方式的半导体光集成元件1e、1f还具备与多模干涉波导10连接的两根臂波导(两根第一臂波导41、42或两根第二臂波导51、52)以及与两根臂波导连接的光耦合器(光耦合器44或光耦合器54)。多模干涉波导10是光分束器(光分束器43或光分束器53)。监视用光电二极管(例如，监视用光电二极管60a、60b、62、67、68的至少一个)检测从光耦合器输出的第一光的第一强度，或者检测在两根臂波导中传播的两个第二光的第二强度。
能够基于由监视用光电二极管(例如，监视用光电二极管60a、60b、62、67、68的至少一个)检测的光的强度调整对有机绝缘层20施加的热的量。能够降低或消除半导体光集成元件1e、1f的光学特性相对于目标光学特性的偏离。
应认为，本次公开的实施方式1至实施方式4以及它们的变形例在所有方面均是例示而不是限制性的。只要不矛盾，则也可以将本次公开的实施方式1至实施方式4以及它们的变形例的至少两个进行组合。本公开的范围不是由上述的说明而是由权利要求书表示，意图包括与权利要求书等同的含义及范围内的所有变更。
Claims (12)
1.一种半导体光集成元件，具备：
基板；
多模干涉波导，设置于所述基板上，且由半导体材料形成；
有机绝缘层；以及
加热器层，能够对所述有机绝缘层进行加热，
所述多模干涉波导包括与所述基板相向的下表面、与所述下表面相反侧的上表面、与所述上表面连接的第一侧面以及与所述上表面连接且位于与所述第一侧面相反侧的第二侧面，
所述有机绝缘层掩埋所述第一侧面和所述第二侧面。
2.根据权利要求1所述的半导体光集成元件，其中，
所述有机绝缘层包括掩埋所述第一侧面的第一有机绝缘部分和掩埋所述第二侧面的第二有机绝缘部分，
所述加热器层包括对所述第一有机绝缘部分进行加热的第一加热器膜和对所述第二有机绝缘部分进行加热的第二加热器膜。
3.根据权利要求2所述的半导体光集成元件，其中，
所述第一加热器膜形成于所述第一有机绝缘部分上，
所述第二加热器膜形成于所述第二有机绝缘部分上。
4.根据权利要求1所述的半导体光集成元件，其中，
所述有机绝缘层包括掩埋所述第一侧面的第一有机绝缘部分和掩埋所述第二侧面的第二有机绝缘部分，
所述加热器层从所述第一有机绝缘部分至所述第二有机绝缘部分连续地形成。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的半导体光集成元件，其中，
还具备第一无机绝缘层，该第一无机绝缘层形成于所述第一侧面、所述第二侧面以及所述上表面上，
所述第一无机绝缘层形成于所述第一侧面与所述第一有机绝缘部分之间，并且形成于所述第二侧面与所述第二有机绝缘部分之间。
6.根据权利要求2至5中的任一项所述的半导体光集成元件，其中，
所述有机绝缘层还包括第三有机绝缘部分，该第三有机绝缘部分掩埋所述上表面，且与所述第一有机绝缘部分及所述第二有机绝缘部分连接。
7.根据权利要求2至6中的任一项所述的半导体光集成元件，其中，
还具备第二无机绝缘层，该第二无机绝缘层形成于所述第一有机绝缘部分和所述第二有机绝缘部分上，
所述加热器层形成于所述第二无机绝缘层上。
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，其中，
所述多模干涉波导是2×2多模干涉波导。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的半导体光集成元件，其中，
所述有机绝缘层由苯并环丁烯树脂或聚酰亚胺树脂形成。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的半导体光集成元件，其中，
还具备监视用光电二极管，该监视用光电二极管检测从所述多模干涉波导输出的光的强度。
11.根据权利要求10所述的半导体光集成元件，其中，还具备：
两根臂波导，与所述多模干涉波导连接；以及
光耦合器，与所述两根臂波导连接，
所述多模干涉波导是光分束器，
所述监视用光电二极管检测从所述光耦合器输出的第一光的第一强度，或者检测在所述两根臂波导中传播的两个第二光的第二强度。
12.一种光集成装置，具备：
权利要求1至11中的任一项所述的所述半导体光集成元件；以及
控制器，能够控制对所述加热器层供给的电力。
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