JP2000156543A - 光結合デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 異なるスポットサイズの光デバイス同士を、
偏波依存性をより小さくした上で光結合ができるように
することを目的とする。 【解決手段】 ｎ形のＩｎＰからなる基板１０１の表面
に、それをストライプ形状に加工することで下部クラッ
ド層１０１ａが形成され、この上に、化合物半導体であ
るＩｎＧａＡｓＰからなるテーパコア（スポットサイズ
変換領域）１０２と活性領域コア１０３が形成され、そ
の基板１０１（下部クラッド層１０１ａ）におけるｎ形
不純物の濃度が、例えば、１×１０¹⁸ｃｍ^-3と、２×１
０¹⁸ｃｍ^-3未満とされている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光導波路を伝わ
る信号光のスポットサイズを低損失で変換し、かつ偏波
依存性の小さいスポットサイズ変換部を備えた光結合デ
バイスに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザダイオード（ＬＤ）や半導
体光スイッチ、あるいは、半導体光増幅器などの半導体
導波路デバイスと、単一モードファイバとの間を光結合
させる場合、デバイス端面とファイバを直接つきあわせ
て結合（バットジョイント）させると、互いの光導波路
光波スポットサイズが異なっているため、直接つきあわ
せた部分の結合損失が問題になる。通常、半導体光デバ
イスのモード直径（Ｗ）といわれている光波スポットサ
イズは２μｍ程度であり、ファイバのスポットサイズは
約１０μｍであるので、この結合損失は約１０ｄＢにな
る。そこで、最近では、コアをテーパ状に構成したテー
パ導波路によって、信号光のスポットサイズを変換して
結合損失を低減する方法が多く採られている。

【０００３】また、光通信技術の進展に伴って、波長多
重（ＷＤＮ）方式を利用したフォトニックネットワーク
や光交換技術が期待されている。それらの方式におい
て、多くの場合、光デバイスの偏波依存性が問題にな
る。このような方式に用いられている偏波依存タイプの
半導体光増幅器（ＬＤＡ）デバイスに関し、半導体増幅
部すなわち活性領域にスポットサイズ変換用テーパ導波
路をバットジョイントによってモノリシック集積化し
た、従来の光結合デバイスの構成例を次に示す。

【０００４】この光結合デバイスでは、活性領域の導波
路入出力端にテーパ導波路が接続されている。すなわ
ち、図６に示すように、２×１０¹⁸ｃｍ^-3以上の不純物
濃度とされたｎ形半導体からなる基板６０１の表面に
は、その一部をリッジ（ストライプ）状に加工すること
で下部クラッド層６０１ａが形成され、この上に、光信
号の出力端より徐々に膜厚が厚くなるテーパ状に形成さ
れたテーパコア６０２が配置されている。また、テーパ
コア層６０２の他端に接触して下部クラッド層６０１ａ
上に活性領域コア６０３が形成されている。また、ｐ形
半導体からなる上部クラッド層６０４が、ｎ形半導体基
板６０１上に、それらを覆うように形成されている。こ
こで、抵抗を下げるという観点から、基板６０１の不純
物濃度は高ければ高い程良い。しかし、その抵抗が下が
るという効果は、ｎ形不純物濃度の場合、２×１０¹⁸ｃ
ｍ^-3程度で飽和する。このため、一般には、低抵抗化と
いう観点から最大の効果が得られるように、基板６０１
の不純物濃度を２×１０¹⁸ｃｍ^-3以上としている。

【０００５】また、上部クラッド層６０４上部には、活
性領域コア６０３に効率よく電流を注入するための５×
１０¹⁸ｃｍ^-3以上の不純物濃度とされたｎ形半導体から
なる電流狭窄層６０５が形成されている。ここで、その
電流狭窄という観点からは、電流狭窄層６０５における
不純物濃度は高ければ高い程良い。しかしながら、５×
１０¹⁸ｃｍ^-3を越えてあまり高い不純物濃度とすると、
結晶性の問題などが表面化し、素子としての特性が劣化
してしまう。それら光結合デバイスが用いられる一般的
な温度範囲では、電流狭窄層としてｎ形不純物濃度を５
×１０¹⁸ｃｍ^-3程度としておけば、十分な電流狭窄効果
が得られる。この結果、一般的に、電流狭窄層６０５の
ｎ形不純物濃度は、結晶性を損なわない範囲で効果が得
られる最大の濃度として、５×１０¹⁸ｃｍ^-3としてい
る。なお、上部クラッド層６０４および電流狭窄層６０
５上には、キャップ層６０６が形成されている。また、
図示していないが、活性領域コア６０３形成領域には、
電極が形成されている。

【０００６】このように、層厚が徐々に変化するテーパ
コア層６０２を用いることにより、信号光のスポットサ
イズを変換拡大し、テーパコア層６０２の出力端より出
射する出射光６０７が、結合先のファイバ（図示せず）
と低損失に結合するようにしている。また、このような
光結合デバイスでは、光デバイス特性の偏波依存性を小
さくするために、活性領域コア６０３の断面形状は、ほ
ぼ正方形（Ｗ_a≒ｔ_a）としている。ここで、この光結合
デバイスでは、テーパコア層６０２をエピタキシャル選
択成長法によって形成することで、光信号の出力端の膜
厚ｔ₀ を他端の膜厚ｔ_i より薄くし、徐々に膜厚が変化
した状態としている。この成長方法において、例えば、
その選択成長比（＝ｔ₀／ｔ_i）を１／２とした場合、導
波路幅（Ｗ_a ）と結合損失およびその偏波依存性は、図
７（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す特性となる。

【０００７】なお、ここでは、半導体基板６０１にはｎ
形のＩｎＰを用い動作波長帯としてλ１．５５μｍと
し、そして活性領域コア６０３の層厚は、ｔａ＝０．４
μｍとした。また、テーパコア６０２はＩｎＧａＡｓの
組成をバンドギャップ波長１．３μｍとした。そして、
図７では、そのテーパコア６０１の層厚ｔ₀ を白三角は
０．２２μｍ、白丸は０．２μｍ，黒丸（点）は０．１
８μｍとした。そして、図７（ａ）は，活性層の定常モ
ードのＴＥ偏光をテーパコア層６０２からなるテーパ導
波路に入射したとき、そのテーパ導波路からの出射光６
０７と光ファイバとの結合損失Ｌ_TEを示している。同様
に、図７（ｂ）は、活性層の定常モードのＴＭ偏光をテ
ーパコア層６０２からなるテーパ導波路に入射したと
き、そのテーパ導波路からの出射光６０７と光ファイバ
との結合損失Ｌ_TMを示している。また、図７（ｃ）は結
合損失Ｌ_TEと結合損失Ｌ_TMとの差であり、結合損失の偏
波依存性を示している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ここで、図７から明ら
かなように、低い結合損失が得られる最適な導波路幅
（Ｗ_a ）があり、そのとき、偏波依存性も相対的に小さ
な値をとることがわかる。しかしながら、図７（ｃ）か
らも明らかなように、図６に示した従来の構造では、偏
波依存性が０にはならず、偏波依存性が残ってしまうと
いう問題があった。したがって、この発明は、以上のよ
うな問題点を解消するためになされたものであり、上述
したような異なるスポットサイズの光デバイス同士を、
偏波依存性をより小さくした上で光結合ができるように
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の光結合デバイ
スは、下部クラッド層となりｎ形の不純物が導入された
半導体からなる基板と、活性領域およびこの活性領域に
続いて導波する信号光のスポットサイズを変換するスポ
ットサイズ変換領域から構成されて基板上に形成された
コアと、このコアを埋め込むようにコア側面の基板上に
形成された埋め込み層と、この埋め込み層上に形成され
た上部クラッド層とを備え、基板のコアのスポットサイ
ズ変換領域下部の領域はｎ形の不純物濃度が２×１０¹⁸
ｃｍ^-3未満とされているようにした。以上のように構成
することで、下部クラッド層となる基板の屈折率が、埋
め込み層や上部クラッド層の屈折率に近くなる。また、
加えて、埋め込み層上のコア上部両脇の箇所にコアに沿
って配置されたｎ形の不純物が導入された半導体からな
る電流狭窄層を備え、この電流狭窄層は５×１０¹⁸ｃｍ
^-3未満のｎ形の不純物が導入されているようにした。し
たがって、ｎ形の不純物が導入された半導体からなる電
流狭窄層の屈折率が、埋め込み層や上部クラッド層の屈
折率に近くなる。

【００１０】また、この発明の光結合デバイスは、下部
クラッド層となりｐ形の半導体からなる基板と、活性領
域およびこの活性領域に続いて導波する信号光のスポッ
トサイズを変換するスポットサイズ変換領域から構成さ
れて基板上に形成されたコアと、このコアを埋め込むよ
うにコア側面の基板上に形成された埋め込み層と、この
埋め込み層およびコア上に形成されたｎ形の不純物が導
入された上部クラッド層とを備え、コアのスポットサイ
ズ変換領域上部の上部クラッド層はｎ形の不純物濃度が
２×１０¹⁸ｃｍ^-3未満とされた半導体から構成されてい
るようにした。以上のように構成したので、コアのスポ
ットサイズ変換領域上部の上部クラッド層の屈折率が、
埋め込み層や基板の屈折率に近くなる。

【００１１】また、この発明の光結合デバイスは、下部
クラッド層となりｐ形の半導体からなる基板と、活性領
域およびこの活性領域に続いて導波する信号光のスポッ
トサイズを変換するスポットサイズ変換領域から構成さ
れて基板上に形成されたコアと、このコアを埋め込むよ
うにコア側面の基板上に形成された半絶縁性の半導体か
らなる埋め込み層と、コアの活性領域上からこの領域の
埋め込み層上に形成されたｎ形の不純物が導入された半
導体からなる第１の上部クラッド層と、コアのスポット
サイズ変換領域上からこの領域の埋め込み層上に形成さ
れた半絶縁性の半導体からなる第２の上部クラッド層と
を備え、第１の上部クラッド層はｎ形の不純物濃度が２
×１０¹⁸ｃｍ^-3未満とされているようにした。以上のよ
うに構成したので、第１の上部クラッド層の屈折率が、
第２の上部クラッド層や埋め込み層および基板の屈折率
に近くなる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図を
参照して説明する。 実施の形態１ はじめに、この発明の第１の実施の形態について図１を
用いて説明する。なお、図１では、図１（ａ）は光結合
デバイスの光出射端面からみた状態を示しており、その
ＡＡ’線における断面が図１（ｂ）に示されている。こ
の実施の形態１における光結合デバイスは、まず、例え
ば化合物半導体であるｎ形のＩｎＰからなる基板１０１
の表面に、それをリッジ（ストライプ）形状に加工する
ことで下部クラッド層１０１ａが形成されている。ここ
で、この実施の形態１では、その基板１０１（下部クラ
ッド層１０１ａ）におけるｎ形不純物の濃度を、例え
ば、１×１０¹⁸ｃｍ^-3と、２×１０¹⁸ｃｍ^-3未満とし
た。ｎ形の不純物濃度を２×１０¹⁸ｃｍ^-3未満とすると
きに、実質的に制御できる範囲では、１×１０¹⁸ｃｍ^-3
がもっとも高い濃度となる。

【００１３】またこの下部クラッド層１０１ａ上に、化
合物半導体であるＩｎＧａＡｓＰからなるテーパコア
（スポットサイズ変換領域）１０２と活性領域コア１０
３が形成されている。このテーパコア１０２は、その断
面の高さが活性領域コア１０３側より徐々に低くなるよ
うに形成され、活性領域コア１０３で発生した信号光が
そのテーパコア１０２を導波していくことで、そのスポ
ットサイズが大きくなるように構成されている。また、
基板１０１上には、下部クラッド層１０１ａおよびテー
パコア１０２と活性領域コア１０３が覆われるように、
ｐ形のＩｎＰからなる上部クラッド層１０４が形成され
ている。

【００１４】また、上部クラッド層１０４には、ｎ形の
ＩｎＰからなり、活性領域コア１０３に効率よく駆動電
流を注入するための電流狭窄層１０５が形成されてい
る。この電流狭窄層１０５は、図１（ｂ）に一点鎖線で
示すように、テーパコア１０２から活性領域コア１０３
にかけて形成されている。そして、この実施の形態１で
は、この電流狭窄層１０５におけるｎ形の不純物濃度
を、例えば、４×１０¹⁸ｃｍ^-3と、５×１０¹⁸ｃｍ^-3未
満とした。ここでも、ｎ形の不純物濃度を５×１０¹⁸ｃ
ｍ^-3未満とするときに、実質的に制御できる範囲では、
４×１０¹⁸ｃｍ^-3がもっとも高い濃度となる。また、図
示していないが、基板１０１裏面にはｎ側電極が形成さ
れ、活性領域コア１０３が形成されている領域の上部ク
ラッド層１０４上部には、キャップ層などを介してｐ側
電極が形成され、電位を印加できるようにされている。

【００１５】以上示したように、この実施の形態１で
は、ｎ形のＩｎＰからなる基板１０１と電流狭窄層１０
５におけるｎ形の不純物濃度を、従来より通常用いられ
ている濃度より低濃度としてそれらの層の屈折率を高く
することで、テーパコア１０２の周囲の屈折率をより均
一な状態となるようにした。一般に半導体では、不純物
濃度を低下させることで、その領域の屈折率を大きくす
ることができる。その屈折率の変化は、半導体中の不純
物（キャリア）によるプラズマ効果によって生じてい
る。このプラズマ効果によって、特にｎ形の不純物濃度
が高くなるほど、半導体の屈折率は小さくなる。この変
化は、ｐ形不純物の場合に比較して大きい。そして、そ
れらのことにより、上述したようにテーパコア１０２の
周囲における屈折率分布の非対称性を解消できる。その
屈折率分布は、テーパコア１０２の光導波方向に垂直な
面における、テーパコア１０２を中心とした屈折率の分
布である。そして、この屈折率分布によりテーパコア１
０２からなる導波路を導波する信号光のスポットの広が
り状態に非対称性が発生する。なお、一般に、そのスポ
ットの広がり状態のことは、伝搬光フィールド分布と呼
ばれている。

【００１６】ここで、図６の従来構成の場合、下部クラ
ッド層６０１ａとテーパコア６０２とその周囲の上部ク
ラッド層６０４と電流狭窄層６０５との屈折率の関係
は、テーパコア６０２＞上部クラッド層６０４＞下部ク
ラッド層６０１＞電流狭窄層６０５となっていた。すな
わち、従来では、テーパ導波路の光出力部での伝搬光フ
ィールド分布が、非対称の形状となる状態となってい
た。このため、従来では、光軸に対して対称性を有して
いるファイバフィールド分布とミスマッチを起こし、フ
ァイバ結合損失が大きく、そして偏波依存性を生じてい
た。それらに対し、この実施の形態１では、下部クラッ
ド層１０１ａとテーパコア１０２とその周囲の上部クラ
ッド層１０４と電流狭窄層１０５との屈折率の差をより
小さくするようにしたので、伝搬光フィールド分布がよ
り対称性を有するようになり、ファイバフィールド分布
とのミスマッチを低減することができるので、結果とし
て、偏波依存性を抑制することが可能となる。

【００１７】図２は、活性領域コア１０４からのＴＥ偏
光，ＴＭ偏光それぞれに対するファイバ結合損失とコア
の幅Ｗ_a （＝Ｗ₀：図６ ）との関係を示したものであ
る。図２において、「×」は図６に示した従来よりある
光結合デバイスの特性を示し、黒丸で上述した実施の形
態１における光結合デバイスの特性を示している。ま
た、実線はＴＥ偏光の結合損失の変化を示し、点線がＴ
Ｍ偏光の結合損失の変化を示している。その図２から明
らかなように、コア幅０．４μｍにおいて、この実施の
形態１の光結合デバイスでは、ほぼ偏波依存性が解消さ
れている。なお、図２は、基板１０１（下部クラッド層
１０１ａ）のｎ形不純物濃度を１×１０¹⁸ｃｍ^-3とした
場合を示している。

【００１８】実施の形態２ 次に、この発明の第２の実施の形態について図３を用い
て説明する。なお、図３では、図３（ａ）は光結合デバ
イスの光出射端面からみた状態を示しており、そのＡ
Ａ’線における断面が図３（ｂ）に示されている。この
実施の形態２における光結合デバイスは、まず、例えば
ｎ形ＩｎＰからなる基板３０１の表面に、それをストラ
イプ形状に加工することで下部クラッド層１０１ａが形
成されている。ここで、この実施の形態２でも、その基
板３０１（下部クラッド層３０１ａ）におけるｎ形不純
物の濃度を、例えば、１×１０¹⁸ｃｍ^-3と、２×１０¹⁸
ｃｍ^-3未満とした。またこの下部クラッド層３０１ａ上
に、ＩｎＧａＡｓＰからなるテーパコア３０２と活性領
域コア３０３が形成されている。

【００１９】また、下部クラッド層３０１ａ両側の基板
３０１上には、その下部クラッド層３０１ａおよびテー
パコア３０２それから活性領域コア３０３の両側面を埋
め込むように、鉄をドープするなどにより半絶縁性とさ
れたＩｎＰもしくはｐ形のＩｎＰからなる埋め込み層３
０４が形成され、電流狭窄構造とされている。また、図
３（ｂ）にも示すように、テーパコア３０２上には、埋
め込み層３０４上を含めて、半絶縁性とされたＩｎＰも
しくはｐ形のＩｎＰからなる上部クラッド層３０５が形
成されている。一方、活性層コア３０３上には、埋め込
み層３０４の上を含めて、ｐ形のＩｎＰからなる上部ク
ラッド層３０５ａが形成され、活性層コア３０３には電
流が注入できるように構成されている。また、図示して
いないが、基板３０１裏面にはｎ側電極が形成され、上
部クラッド層３０５ａ上部には、キャップ層などを介し
てｐ側電極が形成され、電位を印加できるようにされて
いる。

【００２０】以上示したように、この実施の形態２で
は、ｎ形のＩｎＰからなる基板３０１におけるｎ形の不
純物濃度を、従来より通常用いられている濃度より低濃
度としてそれらの層の屈折率を高くし、また、半絶縁性
もしくはｐ形の半導体で電流狭窄構造と上部クラッド層
を構成するようにした。このようにしたことにより、テ
ーパコア３０２の周囲の屈折率をより均一な状態とする
ことができる。この結果、この実施の形態２において
も、伝搬光フィールド分布がより対称性を有するように
なり、ファイバフィールド分布とのミスマッチを低減す
ることができるので、結果として、偏波依存性を抑制す
ることが可能となる。これらは、上述の図２に示した実
施の形態１と同様である。

【００２１】実施の形態３ 次に、この発明の第３の実施の形態について図４を用い
て説明する。なお、図４では、図４（ａ）は光結合デバ
イスの光出射端面からみた状態を示しており、そのＡ
Ａ’線における断面が図４（ｂ）に示されている。この
実施の形態３における光結合デバイスは、まず、例えば
不純物濃度が２×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ形ＩｎＰからなる基
板４０１上の、以降に説明するテーパ導波路形成領域
に、不純物濃度が２×１０¹⁸ｃｍ^-3未満とされた低濃度
不純物層４０２を備えるようにした。また、図４（ｂ）
にも示すように、その低濃度不純物層４０２をストライ
プ状に加工することで形成された下部クラッド層４０２
ａに連続し、基板４０１をストライプ状に加工すること
で下部クラッド層４０１ａが形成されている。

【００２２】これらは、まず、基板４０１の所定領域に
凹部を形成し、そこに不純物濃度が２×１０¹⁸ｃｍ^-3未
満とされた低濃度不純物層を埋め込むように結晶成長さ
せる。そして、低濃度不純物層が埋め込まれた領域から
基板４０１上にかけてストライプ状に加工することで、
上述した下部クラッド層４０２ａに連続して下部クラッ
ド層４０１ａが形成された状態が得られる。またその下
部クラッド層４０２ａ上には、ＩｎＧａＡｓＰからなる
テーパコア４０３が形成され、また、下部クラッド層４
０１ａ上にはＩｎＧａＡｓＰからなる活性領域コア４０
４が形成されている。なお、テーパコア４０３から活性
領域コア４０４にかけて、下部クラッド層４０２ａおよ
び低濃度不純物層４０２が配置されているようにしても
よい。ただし、活性領域コア４０４の領域では、下部ク
ラッド層４０１ａが配置されている方が電流注入の効率
はよい。

【００２３】また、下部クラッド層４０１ａ，４０２ａ
基板４０１上には、その下部クラッド層４０１ａ，４０
２ａおよびテーパコア４０３そして活性領域コア４０４
の両側面を埋め込むように、鉄をドープするなどにより
半絶縁性とされたＩｎＰもしくはｐ形のＩｎＰからなる
埋め込み層４０５が形成され、電流狭窄構造とされてい
る。また、図４（ｂ）にも示すように、テーパコア４０
３上には、埋め込み層４０５上を含めて、半絶縁性とさ
れたＩｎＰもしくはｐ形のＩｎＰからなる上部クラッド
層４０６が形成されている。一方、活性層コア４０４上
には、埋め込み層４０５の上を含めて、ｐ形のＩｎＰか
らなる上部クラッド層４０６ａが形成され、活性層コア
４０４には電流が注入できるように構成されている。ま
た、図示していないが、基板４０１裏面にはｎ側電極が
形成され、上部クラッド層４０６ａ上部には、キャップ
層などを介してｐ側電極が形成され、活性領域コア４０
４に対して電位を印加できるようにされている。

【００２４】以上示したように、この実施の形態３で
は、少なくともテーパコア４０３下の領域においては、
低濃度不純物層４０２と下部クラッド層４０２ａを備え
るようにしてこれらの層の屈折率を高くした。また、半
絶縁性もしくはｐ形の半導体で電流狭窄構造と上部クラ
ッド層を構成するようにした。このようにしたことによ
り、テーパコア４０３の周囲の屈折率をほぼ均一な状態
とすることができる。この結果、この実施の形態３にお
いても、伝搬光フィールド分布がより対称性を有するよ
うになり、ファイバフィールド分布とのミスマッチを低
減することができるので、結果として、光結合させると
きの偏波依存性を抑制することが可能となる。

【００２５】ここで、以下の２つのことにより、伝搬光
フィールド分布がもっとも対称性を有した状態とするこ
とができる。まず、低濃度不純物層４０２の不純物濃度
を低下させてその屈折率を上部クラッド層４０６と全く
同一とする。そして、テーパコア４０３の下界面から低
濃度不純物層４０２の下界面までの厚さを、伝搬光フィ
ールドの強度が強い範囲の半径以上となるように、例え
ば、５μｍ程度とすればよい。また、同様に、低濃度不
純物層４０２の形成領域広さは、伝搬光フィールドの強
度が強い範囲が含まれる程度とすればよい。ただし、低
濃度不純物層４０２が十分広く形成されていれば、低濃
度不純物層３０２の厚さに関しては、それが０．５μｍ
から伝搬光フィールド分布の対称性を向上させることが
できる。

【００２６】図５は、上述した実施の形態３における活
性領域コアからのＴＥ偏光，ＴＭ偏光それぞれに対する
ファイバ結合損失とコアの幅Ｗ_a （＝Ｗ₀：図６ ）との
関係を示したものである。図５において、「×」は図６
に示した従来よりある光結合デバイスの特性を示してい
る。また、白抜きの三角で、実施の形態３における光結
合デバイスの特性を示している。また、白抜きの四角
で、上部クラッド層４０６ａの厚さを、十分に厚くした
場合の特性を示している。図５から明らかなように、コ
ア幅０．４μｍ近辺において、この実施の形態３の光結
合デバイスでは、光結合における偏波依存性が解消され
ている。

【００２７】なお、この実施の形態３では、前述した実
施の形態２と同様に、コアの両側面を半絶縁性もしくは
ｐ形のＩｎＰで埋め込む構成としたが、これに限るもの
ではなく、実施の形態１で用いた電流狭窄構造を用いる
ようにしてもよい。また、上記実施の形態１〜３では、
基板にｎ形の不純物が導入された半導体を用いるように
したが、これらに限るものではなく、それぞれの層の導
電形を逆転した構成とするようにしてもよい。この場合
においては、例えば、上部クラッド層のｎ形不純物濃度
を２×１０¹⁸ｃｍ^-3未満とすることで、ノンドープの状
態の屈折率により近づけるようにすればよい。また、図
３に示したようにコア側部は半絶縁性の半導体で埋め込
み、その埋め込み層とコアの上部の上部クラッド層を配
置し、少なくともテーパコア上部は上部クラッド層のｎ
形不純物濃度を２×１０¹⁸ｃｍ^-3未満とするようにして
もよい。

【００２８】ところで、上記実施の形態１〜３では、図
２や図５に示したことからも明らかなように、コアの横
幅がサブミクロンと微小でその断面がほぼ正方形の導波
路構成の場合について説明した。一方、活性領域に多重
量子井戸構造のコアを用いた場合、その幅が１μｍから
それ以上になり、その厚さは０．０５〜１μｍとなり、
扁平な構造となるが、このような構成においても、この
発明を適用することができる。このように、多重量子井
戸構造のコアを用いる場合、活性領域の光スポットサイ
ズや形状に合わせるように、活性領域側の形状を構成し
たテーパ導波路となるようなテーパコアを形成するよう
にすればよい。また、テーパコアの幅が１μｍ以上であ
ってもよい。

【００２９】また、テーパ導波路において、コアの幅が
徐々に小さくなるテーパコアや、コアの光軸方向での屈
折率の大きさが徐々に変化するテーパコアを用いた構成
など、様々なテーパ導波路のコア構成や構造の光結合デ
バイスに対してこの発明を適用できる。また、半導体増
幅器のみならず、例えば光スイッチなど、伝搬する光の
スポットサイズを変更させる他の光結合デバイスに対し
ても、本発明を適用できることはいうまでもない。ま
た、上述では、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系で動作波長が
１．５５μｍ帯の場合について説明したが、これに限る
ものではなく、他の化合物半導体を用いる構成に関して
も、本発明は同様に適用できる。

【００３０】なお、以上では、光ファイバを接続する場
合について示したが、半導体導波路デバイスや、石英、
有機材料あるいはガラスなどのあらゆる光導波路デバイ
スと接続する場合についても、それら導波路の光スポッ
トサイズに合わせるように光結合デバイス導波路の材質
や寸法を設定すれば、本発明を適用することで低損失で
偏波依存性の小さい特性で光結合させることができる。
また、以上では、半導体光増幅部のからの光信号を光フ
ァイバに結合させる場合について説明したが、逆に、光
ファイバから伝送されてきた信号光を、スポットサイズ
の小さな光機能デバイスに光結合させる場合にも、本発
明による光結合デバイスが有効である。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明では、下
部クラッド層となりｎ形の不純物が導入された半導体か
らなる基板と、活性領域およびこの活性領域に続いて導
波する信号光のスポットサイズを変換するスポットサイ
ズ変換領域から構成されて基板上に形成されたコアと、
このコアを埋め込むようにコア側面の基板上に形成され
た埋め込み層と、この埋め込み層上に形成された上部ク
ラッド層とを備え、基板のコアのスポットサイズ変換領
域下部の領域はｎ形の不純物濃度が２×１０¹⁸ｃｍ^-3未
満とされているようにした。以上のように構成すること
で、下部クラッド層となる基板の屈折率が、埋め込み層
や上部クラッド層の屈折率に近くなる。

【００３２】また、加えて、埋め込み層上のコア上部両
脇の箇所にコアに沿って配置されたｎ形の不純物が導入
された半導体からなる電流狭窄層を備え、この電流狭窄
層は５×１０¹⁸ｃｍ^-3未満のｎ形の不純物が導入されて
いるようにした。したがって、ｎ形の不純物が導入され
た半導体からなる電流狭窄層の屈折率が、埋め込み層や
上部クラッド層の屈折率に近くなる。それらの結果、こ
の発明によれば、コアのスポットサイズ変換領域におけ
る屈折率分布の非対称性を解消でき、この光結合デバイ
スと異なるスポットサイズの光デバイスであっても、偏
波依存性をより小さくした上で光結合ができるようにな
るという優れた効果を奏する。

【００３３】また、この発明の光結合デバイスは、下部
クラッド層となりｐ形の半導体からなる基板と、活性領
域およびこの活性領域に続いて導波する信号光のスポッ
トサイズを変換するスポットサイズ変換領域から構成さ
れて基板上に形成されたコアと、このコアを埋め込むよ
うにコア側面の基板上に形成された埋め込み層と、この
埋め込み層およびコア上に形成されたｎ形の不純物が導
入された上部クラッド層とを備え、コアのスポットサイ
ズ変換領域上部の上部クラッド層はｎ形の不純物濃度が
２×１０¹⁸ｃｍ^-3未満とされた半導体から構成されてい
るようにした。以上のように構成したので、コアのスポ
ットサイズ変換領域上部の上部クラッド層の屈折率が、
埋め込み層や基板の屈折率に近くなる。この結果、この
発明によれば、コアのスポットサイズ変換領域における
屈折率分布の非対称性を解消でき、この光結合デバイス
と異なるスポットサイズの光デバイスであっても、偏波
依存性をより小さくした上で光結合ができるようになる
という優れた効果を奏する。

【００３４】また、この発明の光結合デバイスは、下部
クラッド層となりｐ形の半導体からなる基板と、活性領
域およびこの活性領域に続いて導波する信号光のスポッ
トサイズを変換するスポットサイズ変換領域から構成さ
れて基板上に形成されたコアと、このコアを埋め込むよ
うにコア側面の基板上に形成された半絶縁性の半導体か
らなる埋め込み層と、コアの活性領域上からこの領域の
埋め込み層上に形成されたｎ形の不純物が導入された半
導体からなる第１の上部クラッド層と、コアのスポット
サイズ変換領域上からこの領域の埋め込み層上に形成さ
れた半絶縁性の半導体からなる第２の上部クラッド層と
を備え、第１の上部クラッド層はｎ形の不純物濃度が２
×１０¹⁸ｃｍ^-3未満とされているようにした。以上のよ
うに構成したので、第１の上部クラッド層の屈折率が、
第２の上部クラッド層や埋め込み層および基板の屈折率
に近くなる。この結果、この発明によれば、コアのスポ
ットサイズ変換領域における屈折率分布の非対称性を解
消でき、この光結合デバイスと異なるスポットサイズの
光デバイスであっても、偏波依存性をより小さくした上
で光結合ができるようになるという優れた効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の第１の実施の形態における光結合
デバイスの構成を示す構成図である。

【図２】 この発明の第１の実施の形態における光結合
デバイスの特性を示す特性図である。

【図３】 この発明の第２の実施の形態における光結合
デバイスの構成を示す構成図である。

【図４】 この発明の第３の実施の形態における光結合
デバイスの構成を示す構成図である。

【図５】 この発明の第３の実施の形態における光結合
デバイスの特性を示す特性図である。

【図６】 従来よりある光結合デバイスの構成を示す斜
視図である。

【図７】 従来よりある光結合デバイスの特性を示す特
性図である。

【符号の説明】

１０１…基板、１０１ａ…下部クラッド層、１０２…テ
ーパコア（スポットサイズ変換領域）、１０３…活性領
域、１０４…上部クラッド層、１０５…電流狭窄層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 敏夫 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 須崎 泰正 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 川口 悦弘 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 5F073 AA09 AA22 AB25 AB28 BA03 CA12 EA18 EA22

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下部クラッド層となりｎ形の不純物が導
   入された半導体からなる基板と、 活性領域およびこの活性領域に続いて導波する信号光の
   スポットサイズを変換するスポットサイズ変換領域から
   構成されて前記基板上に形成されたコアと、 このコアを埋め込むように前記コア側面の前記基板上に
   形成された埋め込み層と、 この埋め込み層上に形成された上部クラッド層とを備
   え、 前記基板の前記コアのスポットサイズ変換領域下部の領
   域はｎ形の不純物濃度が２×１０¹⁸ｃｍ^-3未満とされた
   ことを特徴とする光結合デバイス。
2. 【請求項２】 請求項１記載の光結合デバイスにおい
   て、 前記基板全域がｎ形の不純物濃度を２×１０¹⁸ｃｍ^-3未
   満とされたことを特徴とする光結合デバイス。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の光結合デバイス
   において、 前記埋め込み層上の前記コア上部両脇の箇所に前記コア
   に沿って配置されたｎ形の不純物が導入された半導体か
   らなる電流狭窄層を備え、この電流狭窄層は５×１０¹⁸
   ｃｍ^-3未満のｎ形の不純物が導入されたことを特徴とす
   る光結合デバイス。
4. 【請求項４】 請求項１〜３いずれか１項記載の光結合
   デバイスにおいて、 前記埋め込み層と上部クラッド層は同一のｐ形半導体か
   ら構成されたことを特徴とする光結合デバイス。
5. 【請求項５】 請求項１または２記載の光結合デバイス
   において、 前記埋め込み層は半絶縁性の半導体から構成され、前記
   コアの活性領域上部のクラッド層はｐ形の半導体から構
   成されたことを特徴とする光結合デバイス。
6. 【請求項６】 請求項５記載の光結合デバイスにおい
   て、 前記コアのスポットサイズ変換領域上部のクラッド層は
   半絶縁性の半導体から構成されたことを特徴とする光結
   合デバイス。
7. 【請求項７】 請求項１〜６いずれか１項記載の光結合
   デバイスにおいて、 前記基板におけるｎ形不純物濃度は１×１０¹⁸ｃｍ^-3以
   下であることを特徴とする光結合デバイス。
8. 【請求項８】 請求項１〜７いずれか１項記載の光結合
   デバイスにおいて、 前記電流狭窄層におけるｎ形不純物濃度は４×１０¹⁸ｃ
   ｍ^-3以下であることを特徴とする光結合デバイス。
9. 【請求項９】 下部クラッド層となりｐ形の半導体から
   なる基板と、 活性領域およびこの活性領域に続いて導波する信号光の
   スポットサイズを変換するスポットサイズ変換領域から
   構成されて前記基板上に形成されたコアと、 このコアを埋め込むように前記コア側面の前記基板上に
   形成された埋め込み層と、 この埋め込み層および前記コア上に形成されたｎ形の不
   純物が導入された上部クラッド層とを備え、 前記コアのスポットサイズ変換領域上部の前記上部クラ
   ッド層はｎ形の不純物濃度が２×１０¹⁸ｃｍ^-3未満とさ
   れた半導体から構成されたことを特徴とする光結合デバ
   イス。
10. 【請求項１０】 請求項９記載の光結合デバイスにおい
    て、 前記上部クラッド層全域がｎ形の不純物濃度を２×１０
    ¹⁸ｃｍ^-3未満とされた半導体から構成されたことを特徴
    とする光結合デバイス。
11. 【請求項１１】 請求項９または１０記載の光結合デバ
    イスにおいて、 前記埋め込み層はｎ形の不純物濃度が２×１０¹⁸ｃｍ^-3
    未満とされた半導体から構成され、前記埋め込み層上の
    前記コア上部両脇の箇所に前記コアに沿って配置された
    ｐ形の半導体からなる電流狭窄層を備えたことを特徴と
    する光結合デバイス。
12. 【請求項１２】 請求項９または１０記載の光結合デバ
    イスにおいて、 前記埋め込み層は半絶縁性の半導体から構成されたこと
    を特徴とする光結合デバイス。
13. 【請求項１３】 請求項９〜１２いずれか１項記載の光
    結合デバイスにおいて、 前記ｎ形不純物濃度は１×１０¹⁸ｃｍ^-3以下であること
    を特徴とする光結合デバイス。
14. 【請求項１４】 下部クラッド層となりｐ形の半導体か
    らなる基板と、 活性領域およびこの活性領域に続いて導波する信号光の
    スポットサイズを変換するスポットサイズ変換領域から
    構成されて前記基板上に形成されたコアと、 このコアを埋め込むように前記コア側面の前記基板上に
    形成された半絶縁性の半導体からなる埋め込み層と、 前記コアの活性領域上からこの領域の前記埋め込み層上
    に形成されたｎ形の不純物が導入された半導体からなる
    第１の上部クラッド層と、 前記コアのスポットサイズ変換領域上からこの領域の前
    記埋め込み層上に形成された半絶縁性の半導体からなる
    第２の上部クラッド層と を備え、 前記第１の上部クラッド層はｎ形の不純物濃度が２×１
    ０¹⁸ｃｍ^-3未満とされたことを特徴とする光結合デバイ
    ス。
15. 【請求項１５】 請求項１４記載の光結合デバイスにお
    いて、 前記ｎ形不純物濃度は１×１０¹⁸ｃｍ^-3以下であること
    を特徴とする光結合デバイス。