JP2001185805A

JP2001185805A - 光半導体装置

Info

Publication number: JP2001185805A
Application number: JP36915399A
Authority: JP
Inventors: Takashi Akiyama; 傑秋山; Takayuki Yamamoto; 剛之山本; Yuji Kotaki; 裕二小滝; Takeshi Morito; 健森戸
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1999-12-27
Filing date: 1999-12-27
Publication date: 2001-07-06

Abstract

(57)【要約】【課題】光半導体装置に関し、反射光の影響を低減し
ながら、光ファイバ等との位置合わせを容易にする。【解決手段】少なくとも一つの光導波路１の光の入出
射端面２の近傍における光軸方向を光の入出射端面の法
線５に対して傾斜させるとともに、光の入出射端面２を
劈開面３に対して傾斜させ、且つ、少なくとも一つの光
導波路１の光の入出射端面２の近傍における光軸方向を
劈開面３の法線に対して傾斜させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光半導体装置に関す
るものであり、特に、光ファイバを用いた光通信システ
ム（フォトニック・ネットワーク）に用いられる半導体
光増幅器（ＳＯＡ）或いは変調器集積型分布帰還型半導
体レーザ等の光半導体装置における端面での反射を低減
し、且つ、光ファイバとの結合を容易にするための構造
に特徴のある光半導体装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より光通信システムにおいては、光
ファイバ中を伝播する信号光の減衰を補償するために途
中に半導体光増幅器を設けて信号光を増幅しているの
で、この様な半導体光増幅器の一例を図１３及び図１４
を参照して説明する（必要ならば、ＥＬＥＣＴＲＯＮＩ
ＣＳＬＥＴＴＥＲＳ，Ｖｏｌ．２３，Ｎｏ．１９，ｐ
ｐ．９９０−９９１，１０ｔｈＳｅｐｔｅｍｂｅｒ
１９８７参照）。

【０００３】図１３（ａ）参照図１３（ａ）は従来の半導体光増幅器の概略的斜視図で
あり、ＩｎＧａＡｓＰ歪活性層８３を含むストライプ状
メサ８６の側面をｐ型ＩｎＰ電流ブロック層８７及びｎ
型ＩｎＰ電流ブロック層８８で埋め込むとともに、全面
にｐ型ＩｎＰクラッド層８９を設け、ｐ型ＩｎＰクラッ
ド層８９上にｐ側電極９０を設けるとともに、ｎ型Ｉｎ
Ｐ基板８１の裏面にｎ側電極９１を設けることによって
構成されている。

【０００４】図１３（ｂ）参照図１３（ｂ）は従来の半導体光増幅器の光入出射端面の
構造を示す概略的平面図であり、ストライプ状メサ８６
によって構成される光導波路９３は、劈開面９２の法線
に対して約７°傾いており、光導波路９３から増幅され
て出力される出射光９４は劈開面９２の法線に対して約
２３°傾いて出射されることになる。

【０００５】図１４参照図１４は、従来の半導体光増幅器と光ファイバとの結合
構造を説明図である、光ファイバ９６からの入射光９７
が劈開面９２の法線に対して約２３°傾いて入射するよ
うに光ファイバ９６を配置するとともに、劈開面９２の
法線に対して約２３°傾いて出射される出射光９４の出
射方向と光軸が一致するように光ファイバ９５を配置す
る。

【０００６】この場合、入射光９７はｐ側電極９０とｎ
側電極９１との間に電流を注入することによって光学利
得を有するようにした光導波路９３において増幅されて
出射光９４として出射されることになるが、一対の劈開
面９２の間でレーザ共振器が構成されないように、光導
波路９３を劈開面９２に対して７°傾斜させている。

【０００７】即ち、半導体増幅器への注入電流を大きく
していくと、劈開面で反射を繰り返す光が共振モードと
なり、利得の波長依存性を示す曲線において素子長の逆
数に対応した間隔で山谷を生ずるため、共振モードを発
生させないために最大注入電流は小さく抑えられ、結果
として得られる光学利得が小さくなる。

【０００８】そこで、光導波路９３を光入出射端面とな
る劈開面９２の法線に対して５〜８°傾けることによっ
て、光導波路９３中で増幅された光の内、光入出射端面
で反射した成分は光導波路９３内に戻りにくくなるた
め、半導体光増幅器内の光の共振モードは抑えられ、そ
れによって、最大注入電流を大きくすることができるの
で、結果として得られる光学利得も大きくなる。因に、
７°傾斜させた場合には、光入出射端面での光の反射率
を無反射膜のない場合において、２桁以上も低減するこ
とができる。

【０００９】次に、同様に半導体光増幅器において光入
出射端面で反射を抑制する他の方法が提案（必要なら
ば、特開平１０−１２９５９号公報参照）されているの
で、図１５を参照して説明する。図１５参照図１５は、従来の改良型半導体光増幅器の光入出射端面
の構造を示す概略的平面図であり、光導波路９３は、劈
開面９２に対して垂直になっているが、ドライ・エッチ
ングを施すことによって劈開面９２から約７°傾いた光
入出射端面９８を形成したものである。

【００１０】したがって、光導波路９３は光入出射端面
９８の法線に対して７°傾斜しており、光導波路９３か
ら増幅されて出力される出射光９４は劈開面９２の法線
に対して約１６（＝２３°−７°）°傾いて出射される
ことになる。

【００１１】次に、図１６を参照して、この様な半導体
光増幅器をアレイ化した場合における光ファイバとの結
合構造を説明する。図１６参照図１６は、従来の半導体光増幅器アレイと光ファイバの
結合構造の説明図である、各光ファイバ９６からの入射
光９７が劈開面９２の法線に対して約２３°傾いて入射
するように各光ファイバ９６を配置するとともに、劈開
面９２の法線に対して約２３°傾いて出射される出射光
９４の出射方向と光軸が一致するように各光ファイバ９
５を配置する。

【００１２】この様に、アレイ化することによって、分
離したディスクリートの半導体光増幅器を複数個用いた
場合に比べて比較的低コストで、高均一に多チャンネル
の光増幅を行うことができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この様に光導
波路を光入出射端面の法線に対して傾斜させた従来の半
導体光増幅器を実際の光通信システムにおいて使用する
場合には、ＰＬＣ（ＰｌａｎａｒｙＬｉｇｈｔｗａ
ｖｅＣｉｒｃｕｉｔ）や光ファイバ等の光導波路と光
学的に結合させてモジュール化する必要がある。

【００１４】このモジュール化工程においては、素子の
劈開面を視覚的に認識し、これを光の入出力方向とする
ことになるが、図１３の場合も図１５の場合の場合も素
子の劈開面の法線と光の入出射方向とが一致しておら
ず、光結合のための位置合わせが非常に困難になるとい
う問題がある。

【００１５】特に、図１６に示すようにアレイ化した場
合には、光ファイバもアレイ状に配置することになる
が、各光導波路の光入出射端面と各光ファイバの入出射
端面との距離を等しくするために、各光ファイバの入出
射端面を適当にずらす必要があり、実装工程が複雑化し
低コスト化を阻害するという問題がある。なお、図１６
においては、４番目の光ファイバを１番目の光ファイバ
に対して距離Ｌだけずらしている。

【００１６】なお、半導体光増幅器において光入出射端
面で反射を抑制するさらに他の方法が提案（必要なら
ば、特開平５−１７５６１１号公報参照）されており、
光導波路を構成するストライプ状メサの光入出射端面の
法線をストライプ状メサの光軸に対してθ₁傾けるとと
もに、光入出射端面に広禁制帯幅半導体埋込層からなる
窓構造を設け、この窓構造部に形成した劈開面の法線に
対して光導波路を構成するストライプ状メサの光入出射
端面の法線をθ₂傾けている。

【００１７】この様に、光導波路を構成するストライプ
状メサの光入出射端面の法線をストライプ状メサの光軸
に対してθ₁傾けることによって、ストライプ状メサの
光入出射端面と窓構造との境界面における反射による共
振モードの発生を抑制するものである。

【００１８】この場合、活性層の屈折率をｎ₁、窓構造
の屈折率をｎ₂とした場合、ｎ₁ｓｉｎθ₁＝ｎ₂ｓｉｎθ₂（但し、θ₁≠０°）の関係を満たすことによって、入射光は劈開面に対して
垂直に入射し、出射光は劈開面に対して垂直に出射され
るので、上述のような光ファイバ或いは光ファイバアレ
イとの位置合わせの問題は解消されることになる。

【００１９】しかし、この場合には、空気との境界面と
なって屈折率差が大きくて反射の影響がより大きくなる
劈開面が最終的な光入出射端面となるが、上述のように
光の入出射方向が劈開面と垂直になっているので、この
劈開面における反射による共振モードを抑制する効果は
非常に小さく、したがって、最大注入電流が小さく抑え
られてしまうので、結果として得られる光学利得が小さ
くなるという問題がある。

【００２０】したがって、本発明は、反射光の影響を低
減しながら、光ファイバ等との位置合わせを容易にする
ことを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】ここで、図１を参照し
て、本発明における課題を解決するための手段を説明す
る。なお、図１は光入出射端面の概略的構造を示す平面
図である。図１参照（１）本発明は、一つ以上の光導波路１を有し、且つ、
一つ以上の光の入出力を行う光の入出射端面２を有する
光半導体装置において、少なくとも一つの光導波路１の
光の入出射端面２の近傍における光軸方向が光の入出射
端面の法線５に対して傾斜しているとともに、光の入出
射端面２が劈開面３に対して傾斜しており、且つ、少な
くとも一つの光導波路１の光の入出射端面２の近傍にお
ける光軸方向が劈開面３の法線に対して傾斜しているこ
とを特徴とする。

【００２２】この様に、光導波路１の光の入出射端面２
の近傍における光軸方向、入出射端面の法線５、及び、
劈開面３の法線の全てが一致しないように構成すること
によって、入出射端面２における光の反射を効果的に低
減することができるとともに、光の入出射方向４を劈開
面３の法線に近づけることができ、それによって、光フ
ァイバ等との光学的結合を容易にすることができる。特
に、光の入出射方向４を劈開面３の法線に一致させるこ
とが望ましい。

【００２３】なお、少なくとも光導波路１の光の入出射
端面２の近傍における光軸方向と劈開面３の法線とのな
す角αは１５〜１７°が望ましく、また、光の入出射端
面２と劈開面３のなす角（９０°−θ）は２２〜２３°
が望ましく、さらに、少なくとも光導波路１の光の入出
射端面２の近傍における光軸方向と光の入出射端面の法
線５とのなす角（９０°−θ−α）は５〜８°が望まし
い。

【００２４】また、光の入出射端面２に、広禁制帯幅の
半導体層で埋め込んだ窓構造を設けても良いものであ
る。なお、本発明において、「光半導体装置」とは、半
導体光増幅装置或いは変調器集積型半導体レーザ装置を
意味するものである。

【００２５】（２）また、本発明は、上記（１）におい
て、少なくとも一つの光導波路１の光の入出射端面２の
近傍における光軸方向が、光入射側端部と光出射側端部
において非平行であり、且つ、光入射側端部と光出射側
端部との間の光導波路１が、緩やかな曲線で構成されて
いることを特徴とする。

【００２６】この様に、光導波路１の光の入出射端面２
の近傍における光軸方向は、光入射側端部と光出射側端
部において非平行にしても良いものであり、光入射側端
と光出射側端を互いに対向する異なった端面とした場合
には、光の入射位置と光の出射位置とを各々同一直線上
に配置することができる。また、光入射側端と光出射側
端を同一の端面とした場合には、一方の端面側だけでの
位置合わせであるので、ＰＬＣ等との光結合が容易にな
る。

【００２７】（３）また、本発明は、複数の光導波路１
を有するとともに、光導波路１の光の入出射端面２に対
し光学的に結合するように光ファイバアレイ或いは集積
型光導波路回路のいずれかを配置した光半導体装置にお
いて、各光導波路１の光の入出射端面２の近傍における
光軸方向が光の入出射端面の法線５に対して傾斜してい
るとともに、各光導波路１の光の入出射端面２の近傍に
おける光軸方向が劈開面３の法線に対して傾斜してお
り、且つ、各光の入出射端面２が劈開面３に対して傾斜
しているとともに、各光の入出射方向４が劈開面３に対
して垂直であることを特徴とする。

【００２８】この様に、各光導波路１の光の入出射端面
２の近傍における光軸方向、入出射端面の法線５、及
び、劈開面３の法線の全てが一致しないように構成する
と共に、各光の入出射方向４を劈開面３の法線に一致さ
せることによって、光ファイバアレイ或いはＰＬＣをは
じめとする集積型光導波路回路との位置合わせが容易に
なり、且つ、光ファイバアレイ或いは集積型光導波路回
路を構成する各光導波路と各光導波路１の光の入出射端
面２との距離を一致させることができ、実装コストの低
減が可能になるとともに、均一な光結合が可能になる。

【００２９】

【発明の実施の形態】ここで、図２乃至図６を参照して
本発明の第１の実施の形態を説明するが、まず、図２乃
至図５を参照して本発明の第１の実施の形態の製造工程
を説明する。なお、図２（ｂ）及び図４（ｆ）は平面図
であり、また、図５（ｈ）は光入出射端面の構造を示す
要部平面図であり、それ以外の図は斜視図である。図２（ａ）参照まず、ｎ型ＩｎＰ基板１１上に、ＭＯＶＰＥ法（有機金
属気相成長法）を用いて、厚さが、例えば１００ｎｍ
で、１．２μｍ波長組成の光閉じ込め層となるＩｎＧａ
ＡｓＰＳＣＨ（ＳｅｐａｒａｔｅＣｏｎｆｉｎｅｍｅ
ｎｔＨｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）層１２、厚さ
が、例えば、７５ｎｍで、１．６０μｍ波長組成のＩｎ
ＧａＡｓＰ歪活性層１３、厚さが、例えば、１００ｎｍ
のＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層１４、及び、厚さが、例え
ば、２５０ｎｍのｐ型ＩｎＰクラッド層１５を順次成長
させる。

【００３０】図２（ｂ）参照次いで、全面に厚さが、例えば、３００ｎｍのＳｉＯ₂
膜を堆積させたのち、通常のフォトエッチングを施すこ
とによって幅が、例えば、２μｍのストライプ状のＳｉ
Ｏ₂マスク１７を形成する。なお、この場合のＳｉＯ₂
マスク１７の長軸方向と光入出射端面側の劈開面を形成
する素子分割線１６、即ち、〈１１０〉方向とのなす角
αが１５〜１７°、例えば、１６°になるように傾斜さ
せる。

【００３１】図３（ｃ）参照次いで、このＳｉＯ₂マスク１７をエッチングマスクと
してＣＨ₄＋Ｈ₂＋Ｏ ₂からなる混合ガスを用いた反応
性イオンエッチング（ＲＩＥ）を施すことによって、ｎ
型ＩｎＰ基板１１に達するまでエッチングしてストライ
プ状メサ１８を形成する。

【００３２】図３（ｄ）参照次いで、このＳｉＯ₂マスク１７を選択成長マスクとし
てそのまま用いて、再び、ＭＯＶＰＥ法によってストラ
イプ状メサ１８の側面にｐ型ＩｎＰ電流ブロック層１９
及びｎ型ＩｎＰ電流ブロック層２０を順次選択的に成長
堆積させて、ストライプ状メサ１８をｐｎ逆バイアス接
合によって埋め込んで電流狭窄構造を形成する。

【００３３】図４（ｅ）参照次いで、ＳｉＯ₂マスク１７をフッ酸溶液を用いて除去
したのち、再び、ＭＯＶＰＥ法によって全面にｐ型Ｉｎ
Ｐクラッド層２１及びｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層２
２を順次堆積させたのち、ストライプ状メサ１８に沿っ
た光導波路を構成する部分に対応する位置にｐ側電極２
３を形成する。

【００３４】図４（ｆ）参照次いで、全面にレジストを塗布したのち、露光・現像す
ることによって、素子分割線１６の近傍におけるストラ
イプ状メサ１８を含む傾斜した６角形状の開口部２５を
有するレジストマスク２４を形成する。この場合の６角
形状の開口部２５の各辺の長さは、Ｌ₁＝２０μｍ、Ｌ
₂＝Ｌ ₃＝１０μｍとし、辺Ｌ₃が素子分割線１６と直
交するようにし、また、辺Ｌ₁と劈開面の法線とのなす
角θが、６６〜６８°、例えば、６７°になるようにす
る。

【００３５】図５（ｇ）参照次いで、このレジストマスク２４をマスクとして、Ｃｌ
₂ガスを用いたＲＩＥを施すことによって深さが、例え
ば、２０μｍの凹部２６を形成し、次いで、レジストマ
スク２４を除去したのち、ｎ型ＩｎＰ基板１１の裏面を
研磨したのちｎ側電極２７を形成する。

【００３６】次いで、光入出射端面２９が形成される側
の素子分割線１６に沿って劈開することによって、劈開
面２８が露出した半導体光増幅器アレイとしたのち、光
入出射端面２９を含む劈開面２８に誘電体多層膜からな
る反射防止膜を形成し、最後に、半導体光増幅器の光軸
に沿った方向の素子分割線１６に沿って劈開することに
よって個々の半導体光増幅器に分割する。

【００３７】図５（ｈ）参照図５（ｈ）は光入出射端面の構造を示す要部平面図であ
り、ストライプ状メサ１８の長軸方向と劈開面２８の法
線とのなす角αが１５〜１７°、例えば、１６°であ
り、且つ、光入出射端面２９と劈開面２８の法線とのな
す角θが、６６〜６８°、例えば、６７°であるので、
ストライプ状メサ１８の長軸方向と光入出射端面２９の
法線となす角は、９０°−θ−αとなり、５〜８°、例
えば、７°となる。なお、α及びθは、活性層を構成す
る半導体の屈折率により変動するものである。

【００３８】したがって、ストライプ状メサ１８の長軸
方向と光入出射端面２９の法線とは傾斜しているので、
従来と同様に光入出射端面２９における反射による共振
モードの発生を抑制することができるので、最大注入電
流を大きくして光学利得を大きくすることができるとと
もに、光入出射端面２９における空気との屈折率差によ
る屈折によって、出射光は劈開面２８に対して垂直方向
に出射されることになる。

【００３９】図６参照図６は、本発明の第１の実施の形態における光ファイバ
との結合構造の説明図であり、光ファイバ３１及び光フ
ァイバ３４の光軸が劈開面２８と垂直になるように配置
すれば良く、光ファイバの実装工程が簡素化される。な
お、光ファイバ３１からの入射光３２は光導波路３０で
増幅されたのち、光入出射端面２９から劈開面２８に垂
直な方向に出射光３３として出射され、光ファイバ３４
によって更に伝送されることになる。

【００４０】次に、図７を参照して、本発明の第２の実
施の形態を説明する。図７参照図７は、本発明の第２の実施の形態における光ファイバ
との結合構造の説明図であり、図５（ｇ）に示した半導
体光増幅器を集積化して半導体光増幅器アレイ３５とし
たものであり基本的構造及び製造工程は上記の第１の実
施の形態と全く同様であり、最終的な劈開工程を省略し
たものに相当する。なお、互いに隣接する光導波路３０
の間隔は、例えば、２５０μｍとする。この様な半導体
光増幅器アレイ３５を構成する各光導波路３０に対応す
るように各光ファイバ３１及び各光ファイバ３４をアレ
イ状に配置する。

【００４１】この場合には、各光ファイバ３１或いは各
光ファイバ３４は夫々平行に配置され、且つ、各光ファ
イバ３１の出射端面或いは各光ファイバ３４の入射端面
と光入出射端面との距離を同じにすることができるの
で、各光ファイバ３１及び各光ファイバ３４の実装が非
常に容易になるとともに、各光導波路３０における光結
合が均一になる。

【００４２】次に、図８を参照して本発明の第３の実施
の形態を説明するが、光入出射端面側に窓構造部を設け
た以外は、上記の第１の実施の形態と同様であるので、
詳細な図示は省略する。図８（ａ）参照まず、上記の第１の実施の形態と同様に、ｎ型ＩｎＰ基
板上に、ＭＯＶＰＥ法を用いて、厚さが、例えば１００
ｎｍで、１．２μｍ波長組成の光閉じ込め層となるＩｎ
ＧａＡｓＰＳＣＨ層、厚さが、例えば、７５ｎｍで、
１．６０μｍ波長組成のＩｎＧａＡｓＰ歪活性層、厚さ
が、例えば、１００ｎｍのＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層、及
び、厚さが、例えば、２５０ｎｍのｐ型ＩｎＰクラッド
層を順次成長させる。

【００４３】次いで、全面に厚さが、例えば、３００ｎ
ｍのＳｉＯ₂膜を堆積させたのち、通常のフォトエッチ
ングを施すことによって幅が、例えば、２μｍで素子分
割線１６に達しない長さのストライプ状のＳｉＯ₂マス
ク１７を形成する。なお、この場合も、ＳｉＯ₂マスク
１７の長軸方向と光入出射端面側の劈開面を形成する素
子分割線１６、即ち、〈１１０〉方向とのなす角αが１
５〜１７°、例えば、１６°になるように傾斜させる。

【００４４】次いで、このＳｉＯ₂マスク１７をエッチ
ングマスクとしてＣＨ₄＋Ｈ₂＋Ｏ ₂からなる混合ガス
を用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を施すこと
によって、ｎ型ＩｎＰ基板に達するまでエッチングして
ストライプ状メサを形成したのち、このＳｉＯ₂マスク
１７を選択成長マスクとしてそのまま用いて、再び、Ｍ
ＯＶＰＥ法によってストライプ状メサの側面及び長軸方
向の端面にｐ型ＩｎＰ電流ブロック層及びｎ型ＩｎＰ電
流ブロック層を順次選択的に成長堆積させて、ストライ
プ状メサをｐｎ逆バイアス接合によって埋め込んで電流
狭窄構造を形成する。この場合、ストライプ状メサの長
軸方向の端面を埋め込んだｐｎ逆バイアス接合が窓構造
部を形成することになる。

【００４５】以降は、再び、上記の第１の実施の形態と
同様に、ＳｉＯ₂マスク１７をフッ酸溶液を用いて除去
したのち、再び、ＭＯＶＰＥ法によって全面にｐ型Ｉｎ
Ｐクラッド層及びｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層を順次
堆積させたのち、ストライプ状メサに沿った光導波路を
構成する部分に対応する位置にｐ側電極を形成する。

【００４６】次いで、全面にレジストを塗布したのち、
露光・現像することによって、素子分割線１６の近傍に
おけるストライプ状メサを含む傾斜した６角形状の開口
部を有するレジストマスクを形成する。この第３の実施
の形態における６角形状の開口部の各辺の長さは、図４
（ｆ）における長さとは異なり、Ｌ₁＝４０μｍ、Ｌ₂
＝２０，Ｌ₃＝１０μｍとし、辺Ｌ₃が素子分割線１６
と直交するようにし、また、辺Ｌ₁と劈開面の法線との
なす角θが、６６〜６８°、例えば、６７°になるよう
にする。

【００４７】次いで、このレジストマスクをマスクとし
て、Ｃｌ₂ガスを用いたＲＩＥを施すことによって深さ
が、例えば、２０μｍの凹部を形成し、次いで、レジス
トマスクを除去したのち、ｎ型ＩｎＰ基板の裏面を研磨
したのちｎ側電極を形成する。

【００４８】最後に、光入出射端面２９が形成される側
の素子分割線１６に沿って劈開することによって、劈開
面２８が露出した半導体光増幅器アレイとしたのち、光
入出射端面２９を含む劈開面２８に誘電体多層膜からな
る反射防止膜を形成し、最後に、半導体光増幅器の光軸
に沿った方向の素子分割線１６に沿って劈開することに
よって個々の半導体光増幅器に分割する。

【００４９】図８（ｂ）参照図８（ｂ）は光入出射端面の構造を示す要部平面図であ
り、光導波路３０長軸方向と劈開面２８の法線とのなす
角が１５〜１７°、例えば、１６°であり、且つ、光入
出射端面２９と劈開面２８の法線とのなす角が、６６〜
６８°、例えば、６７°であるので、光導波路３０の長
軸方向と光入出射端面２９の法線となす角は、５〜８
°、例えば、７°となる。なお、光入出射端面２９の長
さＬ₁は４０μｍであり、上記の第１の実施の形態の２
倍になっているが、これは、窓構造部３６において拡大
された光が光入出射端面２９内に収まるように設計した
ためである。

【００５０】したがって、この第３の実施の形態におい
ては、窓構造部３６を採用しているため、光導波路３０
内の光が素子外へ出射する際に、素子端面で反射して導
波路に戻る反射光をより低減することができる。その他
の効果は、上記の第１の実施の形態と基本的に同一であ
り、また、第２の実施の形態と同様にアレイ化すること
によって、光ファイバアレイとの位置合わせを容易に行
うことができ、且つ、各光導波路３０における光結合を
均一にすることができる。

【００５１】次に、図９を参照して本発明の第４の実施
の形態を説明するが、この場合も光導波路の形状以外の
基本的素子構造は上記の第１の実施の形態と全く同様で
あるので、製造工程の説明は省略する。図９参照図９は、本発明の第４の実施の形態における光ファイバ
との結合構造を示す平面図であり、この半導体光増幅器
の光導波路３７は、ストライプ状メサを形成する際のＳ
ｉＯ₂マスクの形状を曲率半径が、例えば、２５０μｍ
のアーチ状の曲線としたものであり、したがって、光入
出射端面２９は入射側と出射側とで左右対象に同一位置
に設けるものである。したがって、光ファイバ３１と光
ファイバ３４とを光軸が一致するように一直線状に配列
すれば良く、位置合わせがより容易になる。

【００５２】この第４の実施の形態の半導体光増幅器
は、光ゲートスイッチとして用いた場合にさらなる効果
を奏するものである。即ち、光導波路３７の入力側の光
ファイバ３１から何らかの理由で迷光が入射した場合、
素子の端面で屈折して向きを変えることになり、さら
に、導波モードではない迷光は緩やかに曲がっている光
導波路３７に沿って曲がることができないので、この迷
光が光出射端面に到達して出力側の光ファイバ３４に結
合することが避けられる。したがって、ゲートがＯＦＦ
時の迷光による出力レベルは小さくなり、ＯＮ／ＯＦＦ
間のレンジが大きな光ゲートスイッチが得られる。

【００５３】次に、図１０を参照して、本発明の第５の
実施の形態を説明する。図１０参照図１０は、本発明の第５の実施の形態における光ファイ
バとの結合構造の説明図であり、図９に示した半導体光
増幅器を集積化して半導体光増幅器アレイ３８としたも
のであり基本的構造及び製造工程は上記の第４の実施の
形態と全く同様であり、最終的な劈開工程を省略したも
のに相当する。

【００５４】この場合も、半導体光増幅器アレイ３８を
構成する各光導波路３７に対応するように各光ファイバ
３１及び各光ファイバ３４をアレイ状に配置することな
るが、各光ファイバ３１及び各光ファイバ３４は夫々互
いに対応するもの同士が同一直線状に配列するので、位
置合わせが容易になる。また、上記の第２の実施の形態
と同様に、各光ファイバ３１の出射端面或いは各光ファ
イバ３４の入射端面と光入出射端面との距離を同じにす
ることができるので、各光ファイバ３１及び各光ファイ
バ３４の実装が非常に容易になるとともに、各光導波路
３７における光結合が均一になる。

【００５５】次に、図１１を参照して、本発明の第６の
実施の形態を説明する。図１１参照図１１は、半導体光増幅器アレイと石英ＰＬＣ（Ｐｌａ
ｎａｒｙＬｉｇｈｔｗａｖｅＣｉｒｃｕｉｔ）とを
結合した場合の要部平面図であり、複数の入力側の光導
波路４３及び複数の出力側の光導波路４４を設けたＰＬ
Ｃ本体部分４１と平坦部からなるＰＬＣテラス部４２か
らなる石英ＰＬＣ基板のＰＬＣテラス部４２に光増幅器
アレイ４５を光学的に位置合わせして実装したものであ
る。

【００５６】この場合の石英ＰＬＣ基板は、Ｓｉ基板上
に火炎法を用いてＳｉＯ₂にＰ₂Ｏ ₅及びＢ₂Ｏ₃をド
ープしたクラッド用ガラススート層を厚さが、例えば、
２０μｍになるように堆積させたのち、ＳｉＯ₂にＧｅ
Ｏ₂をドープしたコア用ガラススート層を厚さが、例え
ば、６μｍになるように堆積させ、次いで、例えば、１
３５０℃の温度で加熱処理することによってクラッド用
ガラススート層及びコア用ガラススート層をガラス化し
てアンダークラッド層及びコア層とする。

【００５７】次いで、フォトリソグラフィー工程とドラ
イ・エッチング工程を組み合わせてコア層を幅が、例え
ば、６μｍのストライプ状に加工して相互の間隔が、例
えば、２０μｍの光導波路４３，４４を形成する。

【００５８】次いで、再び、火炎法を用いて全面に、Ｓ
ｉＯ₂にＰ₂Ｏ₅及びＢ₂Ｏ₃をドープしたクラッド用
ガラススート層を厚さが、例えば、２０μｍになるよう
に堆積させたのち、例えば、１１５０℃の温度で加熱処
理することによってクラッド用ガラススート層をガラス
化してオーバークラッド層とする。

【００５９】最後に、ＰＬＣテラス部分４２となる領域
をフォトリソグラフィー工程とドライ・エッチング工程
を組み合わせてアンダークラッド層に達するまで除去す
ることによってＰＬＣテラス部分４２を形成することに
よって石英ＰＬＣ基板における光増幅器アレイとの結合
部に関する基本的構成が完成する。

【００６０】次に、光増幅器アレイの製造工程を簡単に
説明すると、まず、ｎ型ＩｎＰ基板上に、ＭＯＶＰＥ法
を用いて、厚さが、例えば１００ｎｍで、１．２μｍ波
長組成の光閉じ込め層となるＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層、
厚さが、例えば、７５ｎｍで、１．６０μｍ波長組成の
ＩｎＧａＡｓＰ歪活性層、厚さが、例えば、１００ｎｍ
のＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層、及び、厚さが、例えば、２
５０ｎｍのｐ型ＩｎＰクラッド層を順次成長させたの
ち、光増幅部４９となる中央部を残して他部をエッチン
グ除去する。

【００６１】次いで、再び、ＭＯＶＰＥ法を用いて、除
去部に１．６０μｍ波長組成のＩｎＧａＡｓＰ歪活性層
と高さが一致し、且つ、波長組成が１．５５μｍ以下の
短波長側にある光導波層を含むダブルヘテロ接合構造を
堆積させたのち、最も内側の光導波路の曲率半径が２５
０μｍとなり、且つ、相互の間隔が２０μｍとなる幅
が、例えば、６μｍのＳｉＯ₂マスクを用いて、湾曲し
たストライプ状メサを形成し、次いで、ストライプ状メ
サの側面にｐ型ＩｎＰ電流ブロック層及びｎ型ＩｎＰ電
流ブロック層を形成する。

【００６２】次いで、ＳｉＯ₂マスクを除去したのち、
全面にｐ型ＩｎＰクラッド層及びｐ型ＩｎＧａＡｓコン
タクト層を成長させ、次いで、光増幅部４９を構成する
ストライプ状メサ部上にｐ側電極を形成したのち、光入
力部４６の光入射端面及び光出力部４７の光出射端面に
上記の第１の実施の形態と同様の凹部を形成する。

【００６３】この場合も、光の入出射端面は、劈開面に
対して傾いており、且つ、入射光５１を劈開面に対して
垂直に入射し、且つ、出射光５２が劈開面に対して垂直
に出射されるように、光入出射端面近傍における光導波
路４８及び光導波路５０の光軸方向を光入出射端面の法
線に対して傾斜させている。

【００６４】この場合、入射側の光導波路４３から入射
した入射光５１は透明な光導波路４８をほぼ減衰せずに
伝播して光増幅部４９において増幅され、増幅された光
は透明な光導波路５０をほぼ減衰せずに伝播して出射光
５２として出射されて、出力側の光導波路４４に入力さ
れる。

【００６５】この本発明の第６の実施の形態において
は、光増幅器アレイ４５の光入出射端面を一方の端面側
に集中させ、且つ、光入出射端面が一直線状に配列する
ようにしているので、ＰＬＣ本体部分４１に形成する光
導波路４３，４４の入出射端面を一直線状に配列される
ことができ、ＰＬＣ本体部分４１の製造工程が容易にな
る。なお、その他の効果は、上記の第１の実施の形態と
同様である。

【００６６】次に、図１２を参照して、本発明の第７の
実施の形態を説明する。図１２（ａ）及び（ｂ）参照図１２（ａ）は、本発明の第７の実施の形態の電界吸収
型変調器を集積した分布帰還型半導体レーザ装置の平面
図であり、図１２（ｂ）のＤＦＢ（分布帰還型）レーザ
部の光軸に垂直な断面図である。この第７の実施の形態
においては、例えば、波長１．５５μｍで発振するＤＦ
Ｂレーザ部６１に対して電界吸収型変調器部６２を一体
化したものである。

【００６７】まず、ｎ型ＩｎＰ基板７１の表面の一部に
回折格子を部分的に形成したのち、全面にＩｎＧａＡｓ
Ｐ活性層７２、ｐ型ＩｎＰクラッド層７３、及び、ｐ型
ＩｎＧａＡｓコンタクト層７４を順次堆積させたのち、
ＤＦＢレーザ部６１においては幅が、例えば、２．０μ
ｍの均一幅リッジ部６３を形成すると同時に、電界吸収
型変調器部６２においては、ＤＦＢレーザ部６１の近傍
側においては幅が、例えば、２．０μｍの均一幅リッジ
部６４となり且つ光出射端面６７側においては、テーパ
状に拡がるテーパ状リッジ部６５となるようにｐ型Ｉｎ
ＧａＡｓコンタクト層７４及びｐ型ＩｎＰクラッド層７
３をエッチングする。なお、この場合も、電界吸収型変
調器部６２の光出射端面６７近傍におけるリッジの光軸
が劈開面６６の法線に対して１６°傾斜させる。また、
光出射端面６７近傍におけるリッジの光軸は、光出射端
面６７の法線に対して７°傾斜している。

【００６８】次いで、ＤＦＢレーザ部６１のｐ型ＩｎＧ
ａＡｓコンタクト層７４上にｐ側電極７５を形成すると
ともに、電界吸収型変調器部６２のｐ型ＩｎＧａＡｓコ
ンタクト層７４上にもｐ側電極（図示せず）を形成した
のち、劈開面６６に対して傾斜した光出射端面６７を形
成するために凹部を形成する。なお、光出射端面６７の
長さＬ₁は、例えば、４０μｍになるようにする。

【００６９】次いで、ｎ型ＩｎＰ基板の裏面を研磨した
のちｎ側電極７６を形成し、次いで、光出射端面６７が
形成される側の素子分割線に沿って劈開することによっ
て、劈開面６６を形成し、光出射端面６７を含む劈開面
６６に誘電体多層膜からなる反射防止膜を形成し、最後
に、劈開することによって個々の素子に分割する。

【００７０】この場合も、光出射端面６７近傍におい
て、リッジの光軸が、光出射端面６７の法線に対して傾
けられているため、光出射端面６７における反射の影響
を小さく抑えることができ、さらに、テーパ状リッジ部
６５を設けているので、窓構造と同様に、光出射端面６
７における反射光は放射モードに変換され、素子内に戻
って導波モードと結合する成分は小さくなる。したがっ
て、光出力のＯＮ／ＯＦＦ切り換え時に、端面における
反射によって生じる波長チャーピングを抑えることがで
きる。また、この場合も、出射光６８は劈開面６６に対
して垂直方向に出射されるので、光ファイバは劈開面６
６に対して垂直に配置させれば良いので光学的な位置合
わせが容易になる。

【００７１】以上、本発明の各実施の形態を説明してき
たが、本発明は各実施の形態に記載した構成及び条件に
限られるものではなく、各種の変更が可能である。例え
ば、本発明の各実施の形態においては、光増幅器におけ
る活性層を１．６０μｍ波長組成のＩｎＧａＡｓＰ歪活
性層で構成しているが、この様な波長組成に限られるも
のではなく、他の波長組成のＩｎＧａＡｓＰ層等で構成
しても良いものであり、さらには、ＭＱＷ活性層によっ
て構成しても良いものである。

【００７２】また、上記第１乃至第６の実施の形態にお
いては、電流狭窄構造をｐｎ逆バイアス接合で埋め込ん
でいるが、この様な電流狭窄構造に限られるものではな
く、公知の各種のストライプ構造を採用しても良いので
あり、例えば、ストライプ状メサの側面をＦｅドープＩ
ｎＰ高抵抗層によって埋め込んでも良いものである。

【００７３】また、上記第４乃至第６の実施の形態にお
いては、窓構造を採用していないが、上記の第３の実施
の形態と同様に、光入出射端面側を広禁制帯幅層で埋め
込んで窓構造部を形成しても良いものであり、その場合
には、光入出射端面の長さＬ ₁をより広くする必要があ
る。

【００７４】また、上記の各実施の形態においては、光
の入出射方向を劈開面に対して垂直なるようにしている
が、必ずしも垂直である必要はなく、使用目的に応じて
適宜変更しても良いのであり、必要に応じて、図１に示
した適宜角度α及びθを変更すれば良い。

【００７５】また、上記の各実施の形態においては、光
通信システムに適用することを前提としているので、Ｉ
ｎＧａＡｓＰ（ＩｎＧａＡｓ）／ＩｎＰ系半導体で構成
しているが、ＩｎＧａＡｓＰ（ＩｎＧａＡｓ）／ＩｎＰ
系半導体に限られるものではなく、増幅対象となる波長
に応じてＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系半導体等によって形
成しても良いものである。

【００７６】

【発明の効果】本発明によれば、光導波路の光の入出射
端面の近傍における光軸方向、入出射端面の法線、及
び、劈開面の法線の全てが一致しないように、特に、光
の入出射方向を劈開面の法線に一致させているので、光
の入出射端面における反射の影響を低減することができ
るとともに、光ファイバやＰＬＣ等との光結合が容易に
なり、特に、光増幅器アレイの場合には光ファイバやＰ
ＬＣ等の実装が容易になるとともに、均一な光結合が可
能になり、ひいては、光通信システムの低コスト化及び
高信頼性化に寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理的構成の説明図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態の途中までの製造工
程の説明図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態の図２以降の途中ま
での製造工程の説明図である。

【図４】本発明の第１の実施の形態の図３以降の途中ま
での製造工程の説明図である。

【図５】本発明の第１の実施の形態の図４以降の製造工
程の説明図である。

【図６】本発明の第１の実施の形態における光ファイバ
との結合構造の説明図である。

【図７】本発明の第２の実施の形態における光ファイバ
との結合構造の説明図である。

【図８】本発明の第３の実施の形態の説明図である。

【図９】本発明の第４の実施の形態における光ファイバ
との結合構造の説明図である。

【図１０】本発明の第５の実施の形態における光ファイ
バとの結合構造の説明図である。

【図１１】本発明の第６の実施の形態の説明図である。

【図１２】本発明の第７の実施の形態の説明図である。

【図１３】従来の半導体光増幅器の説明図である。

【図１４】従来の半導体光増幅器と光ファイバとの結合
構造の説明図である。

【図１５】従来の改良型半導体光増幅器の端面構造の説
明図である。

【図１６】従来の半導体光増幅器アレイと光ファイバと
の結合構造の説明図である。

【符号の説明】

１光導波路２光の入出射端面３劈開面４光の入出射方向５光の入出射端面の法線１１ｎ型ＩｎＰ基板１２ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層１３ＩｎＧａＡｓＰ歪活性層１４ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層１５ｐ型ＩｎＰクラッド層１６素子分割線１７ＳｉＯ₂マスク１８ストライプ状メサ１９ｐ型ＩｎＰ電流ブロック層２０ｎ型ＩｎＰ電流ブロック層２１ｐ型ＩｎＰクラッド層２２ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層２３ｐ側電極２４レジストマスク２５開口部２６凹部２７ｎ側電極２８劈開面２９光入出射端面３０光導波路３１光ファイバ３２入射光３３出射光３４光ファイバ３５光増幅器アレイ３６窓構造部３７光導波路３８光増幅器アレイ４１ＰＬＣ本体部分４２ＰＬＣテラス部分４３光導波路４４光導波路４５光増幅器アレイ４６光入力部４７光出力部４８光導波路４９光増幅部５０光導波路５１入射光５２出射光６１ＤＦＢレーザ部６２電界吸収型変調器部６３均一幅リッジ部６４均一幅リッジ部６５テーパ状リッジ部６６劈開面６７光出射端面６８出射光７１ｎ型ＩｎＰ基板７２ＩｎＧａＡｓＰ活性層７３ｐ型ＩｎＰクラッド層７４ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層７５ｐ側電極７６ｎ側電極８１ｎ型ＩｎＰ基板８２ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層８３ＩｎＧａＡｓＰ歪活性層８４ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層８５ｐ型ＩｎＰクラッド層８６ストライプ状メサ８７ｐ型ＩｎＰ電流ブロック層８８ｎ型ＩｎＰ電流ブロック層８９ｐ型ＩｎＰクラッド層９０ｐ側電極９１ｎ側電極９２劈開面９３光導波路９４出射光９５光ファイバ９６光ファイバ９７入射光９８光入出射端面９９半導体光増幅器アレイ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小滝裕二神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番１号富士通株式会社内 (72)発明者森戸健神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番１号富士通株式会社内Ｆターム(参考） 5F073 AA21 AB02 BA01 CA12 CB02 DA25 DA31 EA26

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一つ以上の光導波路を有し、且つ、一つ
以上の光の入出力を行う光の入出射端面を有する光半導
体装置において、少なくとも一つの前記光導波路の光の
入出射端面の近傍における光軸方向が前記光の入出射端
面の法線に対して傾斜しているとともに、前記光の入出
射端面が劈開面に対して傾斜しており、且つ、少なくと
も一つの前記光導波路の光の入出射端面の近傍における
光軸方向が前記劈開面の法線に対して傾斜していること
を特徴とする光半導体装置。
【請求項２】上記少なくとも一つの光導波路の光の入
出射端面の近傍における光軸方向が、光入射側端部と光
出射側端部において非平行であり、且つ、前記光入射側
端部と前記光出射側端部との間の光導波路が、緩やかな
曲線で構成されていることを特徴とする請求項１記載の
光半導体装置。
【請求項３】複数の光導波路を有するとともに、前記
光導波路の光の入出射端面に対し光学的に結合するよう
に光ファイバアレイ或いは集積型光導波路回路のいずれ
かを配置した光半導体装置において、前記各光導波路の
光の入出射端面の近傍における光軸方向が前記光の入出
射端面の法線に対して傾斜しているとともに、前記各光
導波路の光の入出射端面の近傍における光軸方向が劈開
面の法線に対して傾斜しており、且つ、前記各光の入出
射端面が前記劈開面に対して傾斜しているとともに、各
光の入出射方向が前記劈開面に対して垂直であることを
特徴とする光半導体装置。