JP2001272559A - 光導波路素子および半導体レーザ装置 - Google Patents
光導波路素子および半導体レーザ装置Info
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- JP2001272559A JP2001272559A JP2000085973A JP2000085973A JP2001272559A JP 2001272559 A JP2001272559 A JP 2001272559A JP 2000085973 A JP2000085973 A JP 2000085973A JP 2000085973 A JP2000085973 A JP 2000085973A JP 2001272559 A JP2001272559 A JP 2001272559A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体レーザと直接結合される光導波路素子
において、光導波路への光閉じ込めを十分に高くし、直
接結合された半導体レーザと光導波路とのモードマッチ
ングを良好にする。 【解決手段】 Ｓｉまたは石英からなる基板10上に光導
波路が形成されてなり、この光導波路の端面に半導体レ
ーザが直接結合される光導波路素子20において、光導波
路のコア13を屈折率１．７５〜２．７の材料から形成す
る。
において、光導波路への光閉じ込めを十分に高くし、直
接結合された半導体レーザと光導波路とのモードマッチ
ングを良好にする。 【解決手段】 Ｓｉまたは石英からなる基板10上に光導
波路が形成されてなり、この光導波路の端面に半導体レ
ーザが直接結合される光導波路素子20において、光導波
路のコア13を屈折率１．７５〜２．７の材料から形成す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光導波路素子に関
し、さらに詳しくは、半導体レーザと直接結合して用い
られる光導波路素子に関するものである。
し、さらに詳しくは、半導体レーザと直接結合して用い
られる光導波路素子に関するものである。
【０００２】また本発明は、このような光導波路素子と
半導体レーザとが直接結合されてなる半導体レーザ装置
に関するものである。
半導体レーザとが直接結合されてなる半導体レーザ装置
に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】従来より、Ｓｉまたは石英からなる基板
上に光導波路が形成されてなる光導波路素子が種々提供
されている。このような光導波路素子に光を入射させる
光源としては、半導体レーザが用いられる場合も多く、
その場合は特開平１０−１６１１６５号や同１０−２５
４００１号に示されるように、半導体レーザを光導波路
素子の端面に直接結合させることが広くなされている。
上に光導波路が形成されてなる光導波路素子が種々提供
されている。このような光導波路素子に光を入射させる
光源としては、半導体レーザが用いられる場合も多く、
その場合は特開平１０−１６１１６５号や同１０−２５
４００１号に示されるように、半導体レーザを光導波路
素子の端面に直接結合させることが広くなされている。
【０００４】他方、例えば上記特開平１０−２５４００
１号に示されるように、半導体レーザの発振波長を所定
値に選択、ロックするための手法の１つとして、いわゆ
る光フィードバックが知られている。この光フィードバ
ックは、半導体レーザから発せられたレーザ光をグレー
ティング素子や狭帯域バンドパスフィルタ等の波長選択
素子を介して半導体レーザに再入射させ、選択された波
長で半導体レーザを発振させる技術である。
１号に示されるように、半導体レーザの発振波長を所定
値に選択、ロックするための手法の１つとして、いわゆ
る光フィードバックが知られている。この光フィードバ
ックは、半導体レーザから発せられたレーザ光をグレー
ティング素子や狭帯域バンドパスフィルタ等の波長選択
素子を介して半導体レーザに再入射させ、選択された波
長で半導体レーザを発振させる技術である。
【０００５】この光フィードバックを行なうための上記
グレーティング素子としては、バルク型のグレーティン
グやファイバーグレーティングが用いられることが多い
が、前述したような光導波路素子において光導波路に沿
ってグレーティングを形成してなるものを用いることも
できる。すなわち、そのような構成の光導波路素子にお
いては、光導波路を伝搬する導波光のうちグレーティン
グ周期から定まる特定波長の光のみがグレーティングで
回折するので、例えばこのグレーティングで反射回折し
た光が半導体レーザに戻るようにしておけば、半導体レ
ーザの発振波長を所定値に選択、ロックすることが可能
となる。
グレーティング素子としては、バルク型のグレーティン
グやファイバーグレーティングが用いられることが多い
が、前述したような光導波路素子において光導波路に沿
ってグレーティングを形成してなるものを用いることも
できる。すなわち、そのような構成の光導波路素子にお
いては、光導波路を伝搬する導波光のうちグレーティン
グ周期から定まる特定波長の光のみがグレーティングで
回折するので、例えばこのグレーティングで反射回折し
た光が半導体レーザに戻るようにしておけば、半導体レ
ーザの発振波長を所定値に選択、ロックすることが可能
となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記構成の光導波路素
子に半導体レーザを直接結合させてその発振波長を選
択、ロックする場合、半導体レーザと光導波路とのモー
ドマッチング（つまり光導波路における導波光の電界分
布と、半導体レーザの光導波路入射側端面における光強
度分布との整合性）が良好でないと損失が大きくなり、
半導体レーザにフィードバックされる光量が低減して高
出力化することが困難になる。
子に半導体レーザを直接結合させてその発振波長を選
択、ロックする場合、半導体レーザと光導波路とのモー
ドマッチング（つまり光導波路における導波光の電界分
布と、半導体レーザの光導波路入射側端面における光強
度分布との整合性）が良好でないと損失が大きくなり、
半導体レーザにフィードバックされる光量が低減して高
出力化することが困難になる。
【０００７】特開平９−８０２４７号には、石英系基板
上に形成した光導波路における光閉じ込めを強くして、
半導体レーザとのモードマッチングを良好にするように
した光導波路素子が示されている。この光導波路素子
は、光導波路のコア部分に比較的容易に高屈折率が得ら
れるＳｉＯxＮyＨzを用い、その周囲にフッ素を添加し
たＳｉＯ２ からなるクラッド層を設け、さらにその周
囲にＳｉＯ２ からなるクラッド層を設けてなるもので
ある。
上に形成した光導波路における光閉じ込めを強くして、
半導体レーザとのモードマッチングを良好にするように
した光導波路素子が示されている。この光導波路素子
は、光導波路のコア部分に比較的容易に高屈折率が得ら
れるＳｉＯxＮyＨzを用い、その周囲にフッ素を添加し
たＳｉＯ２ からなるクラッド層を設け、さらにその周
囲にＳｉＯ２ からなるクラッド層を設けてなるもので
ある。
【０００８】しかし上記構成の光導波路素子において
も、コアとその周囲のクラッドとの間の比屈折率差Δｎ
は2.5％程度で、まだ光閉じ込めが十分とは言えず、そ
のため、そこに半導体レーザを直接結合した場合、半導
体レーザと光導波路とのモードマッチングが良好ではな
いという問題が認められる。したがって、この光導波路
素子を光フィードバックに利用しても、半導体レーザを
高出力化することは困難である。
も、コアとその周囲のクラッドとの間の比屈折率差Δｎ
は2.5％程度で、まだ光閉じ込めが十分とは言えず、そ
のため、そこに半導体レーザを直接結合した場合、半導
体レーザと光導波路とのモードマッチングが良好ではな
いという問題が認められる。したがって、この光導波路
素子を光フィードバックに利用しても、半導体レーザを
高出力化することは困難である。
【０００９】本発明は上記の事情に鑑みて、光導波路へ
の光閉じ込めが十分に高く、直接結合された半導体レー
ザと光導波路とのモードマッチングが良好になされ得る
光導波路素子を提供することを目的とする。
の光閉じ込めが十分に高く、直接結合された半導体レー
ザと光導波路とのモードマッチングが良好になされ得る
光導波路素子を提供することを目的とする。
【００１０】また本発明は、前述のグレーティングを備
えて半導体レーザに光フィードバックをかける光導波路
素子において、上記のモードマッチングを良好にし、そ
れによりフィードバック光量を十分に確保して、半導体
レーザの高出力化を実現することを目的とする。
えて半導体レーザに光フィードバックをかける光導波路
素子において、上記のモードマッチングを良好にし、そ
れによりフィードバック光量を十分に確保して、半導体
レーザの高出力化を実現することを目的とする。
【００１１】さらに本発明は、上述のような光導波路素
子と半導体レーザとが直接結合されてなる半導体レーザ
装置において、高出力化を実現することを目的とする。
子と半導体レーザとが直接結合されてなる半導体レーザ
装置において、高出力化を実現することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明による光導波路素
子は、前述したように例えばＳｉや石英からなる基板上
に光導波路が形成されてなり、この光導波路の端面に半
導体レーザが直接結合される光導波路素子において、光
導波路のコアが屈折率１．７５〜２．７の材料から形成
されていることを特徴とするものである。
子は、前述したように例えばＳｉや石英からなる基板上
に光導波路が形成されてなり、この光導波路の端面に半
導体レーザが直接結合される光導波路素子において、光
導波路のコアが屈折率１．７５〜２．７の材料から形成
されていることを特徴とするものである。
【００１３】なおこの本発明の光導波路素子において、
屈折率が１．７５〜２．７のコア材料としては、例えば
Ｓｉ３Ｎ４ 、Ｔａ２Ｏ５ 、ＨｆＯ２ 、ＴｉＯ２ およ
びＺｒＯ２ のうちのいずれかを適用することができ
る。
屈折率が１．７５〜２．７のコア材料としては、例えば
Ｓｉ３Ｎ４ 、Ｔａ２Ｏ５ 、ＨｆＯ２ 、ＴｉＯ２ およ
びＺｒＯ２ のうちのいずれかを適用することができ
る。
【００１４】また本発明の光導波路素子においては、コ
アと、その外側に形成されたコアよりも低屈折率の第１
クラッドとの間に、該第１クラッドの屈折率とコアの屈
折率との間の屈折率を有する第２クラッドが形成される
ことが望ましい。
アと、その外側に形成されたコアよりも低屈折率の第１
クラッドとの間に、該第１クラッドの屈折率とコアの屈
折率との間の屈折率を有する第２クラッドが形成される
ことが望ましい。
【００１５】その場合、第１クラッドの屈折率は１．４
〜１．４７の範囲にあり、第２クラッドの屈折率は１．
４８〜１．５２の範囲にあることが好ましい。そのよう
な第１クラッドの材料としては、例えばＳｉＯ２または
ＳｉＯ２・ＧｅＯ２が適用可能であり、一方第２クラッ
ドの材料としては、酸窒化ケイ素、ＳｉＯ２・ＧｅＯ ２
またはＳｉＯ２ が適用可能である。
〜１．４７の範囲にあり、第２クラッドの屈折率は１．
４８〜１．５２の範囲にあることが好ましい。そのよう
な第１クラッドの材料としては、例えばＳｉＯ２または
ＳｉＯ２・ＧｅＯ２が適用可能であり、一方第２クラッ
ドの材料としては、酸窒化ケイ素、ＳｉＯ２・ＧｅＯ ２
またはＳｉＯ２ が適用可能である。
【００１６】また、上記のように第１クラッドと第２ク
ラッドとが形成される場合は、コアとなる層の上下にそ
れぞれ上部第２クラッド層、下部第２クラッド層が形成
され、これらの３層の周囲に第１クラッドが配されてい
ることが望ましい。
ラッドとが形成される場合は、コアとなる層の上下にそ
れぞれ上部第２クラッド層、下部第２クラッド層が形成
され、これらの３層の周囲に第１クラッドが配されてい
ることが望ましい。
【００１７】また、基板の上に第１クラッドの一部とな
る下部第１クラッド層が形成され、この下部第１クラッ
ド層の上に、それよりも狭い幅にて下部第２クラッド
層、コアとなる層および上部第２クラッド層の３層がこ
の順に形成され、これら３層の周囲を取り囲む状態にし
て、下部第１クラッド層の上に上部第１クラッド層が形
成されてもよい。
る下部第１クラッド層が形成され、この下部第１クラッ
ド層の上に、それよりも狭い幅にて下部第２クラッド
層、コアとなる層および上部第２クラッド層の３層がこ
の順に形成され、これら３層の周囲を取り囲む状態にし
て、下部第１クラッド層の上に上部第１クラッド層が形
成されてもよい。
【００１８】他方、本発明の光導波路素子におけるコア
の幅は、半導体レーザの発振幅と略等しい大きさとされ
るのが好ましい。
の幅は、半導体レーザの発振幅と略等しい大きさとされ
るのが好ましい。
【００１９】また光導波路の端面には、反射防止コート
が形成されるのが好ましい。
が形成されるのが好ましい。
【００２０】また本発明の光導波路素子において、光導
波路における導波光の電界分布は、半導体レーザの光導
波路入射側端面における光強度分布の光強度分布と略等
しいことが望ましい。
波路における導波光の電界分布は、半導体レーザの光導
波路入射側端面における光強度分布の光強度分布と略等
しいことが望ましい。
【００２１】さらに本発明の光導波路素子は、コアまた
は第２クラッドに半導体レーザの発振波長を選択するグ
レーティングが形成された構成とするのが望ましい。
は第２クラッドに半導体レーザの発振波長を選択するグ
レーティングが形成された構成とするのが望ましい。
【００２２】他方、本発明による半導体レーザ装置は、
上述のようにコアまたは第２クラッドに半導体レーザの
発振波長を選択するグレーティングが形成された本発明
の光導波路素子を用いた半導体レーザ装置であって、半
導体レーザから発せられた後、前記グレーティングで波
長選択された光が該半導体レーザにフィードバックされ
る構成を有することを特徴とするものである。
上述のようにコアまたは第２クラッドに半導体レーザの
発振波長を選択するグレーティングが形成された本発明
の光導波路素子を用いた半導体レーザ装置であって、半
導体レーザから発せられた後、前記グレーティングで波
長選択された光が該半導体レーザにフィードバックされ
る構成を有することを特徴とするものである。
【００２３】なおこの半導体レーザ装置において、半導
体レーザは、光波長変換素子に入射させる基本波を発す
る光源として用いられたものであることが望ましい。
体レーザは、光波長変換素子に入射させる基本波を発す
る光源として用いられたものであることが望ましい。
【００２４】
【発明の効果】本発明による光導波路素子は、光導波路
のコアが屈折率１．７５〜２．７と著しく高い材料から
形成されていることにより、Δｎ≒（コアの屈折率−ク
ラッドの屈折率）／コアの屈折率で定義されるコアとク
ラッドとの間の比屈折率差Δｎを、前述した特開平９−
８０２４７号に示された2.5％の１０倍程度まで高くす
ることも可能である。それにより本発明の光導波路素子
は、光導波路における光閉じ込めが著しく強くて、直接
結合された半導体レーザと光導波路とのモードマッチン
グが良好になされ得るものとなる。
のコアが屈折率１．７５〜２．７と著しく高い材料から
形成されていることにより、Δｎ≒（コアの屈折率−ク
ラッドの屈折率）／コアの屈折率で定義されるコアとク
ラッドとの間の比屈折率差Δｎを、前述した特開平９−
８０２４７号に示された2.5％の１０倍程度まで高くす
ることも可能である。それにより本発明の光導波路素子
は、光導波路における光閉じ込めが著しく強くて、直接
結合された半導体レーザと光導波路とのモードマッチン
グが良好になされ得るものとなる。
【００２５】そして本発明の光導波路素子のうち、特に
コアに半導体レーザの発振波長を選択するグレーティン
グを形成して、このグレーティングで波長選択された光
が半導体レーザにフィードバックされる構成としたもの
においては、上記の通りモードマッチングが良好になさ
れることにより、フィードバック光量が十分に確保され
て、半導体レーザの高出力化を実現可能となる。
コアに半導体レーザの発振波長を選択するグレーティン
グを形成して、このグレーティングで波長選択された光
が半導体レーザにフィードバックされる構成としたもの
においては、上記の通りモードマッチングが良好になさ
れることにより、フィードバック光量が十分に確保され
て、半導体レーザの高出力化を実現可能となる。
【００２６】以上の効果は、クラッドを第１クラッドと
第２クラッドとから構成したとき、第２クラッドに同様
のグレーティングを形成して光フィードバックを行なう
ように構成した光導波路素子においても、同様に得られ
るものである。
第２クラッドとから構成したとき、第２クラッドに同様
のグレーティングを形成して光フィードバックを行なう
ように構成した光導波路素子においても、同様に得られ
るものである。
【００２７】したがって、上述のようにコアまたは第２
クラッドに半導体レーザの発振波長を選択するグレーテ
ィングが形成された光導波路素子を用いた本発明の半導
体レーザ装置は、フィードバック光量が十分に確保され
て、高出力化を達成できるものとなる。
クラッドに半導体レーザの発振波長を選択するグレーテ
ィングが形成された光導波路素子を用いた本発明の半導
体レーザ装置は、フィードバック光量が十分に確保され
て、高出力化を達成できるものとなる。
【００２８】また本発明の光導波路素子において、光導
波路における導波光の電界分布が、半導体レーザの光導
波路入射端面における光強度分布と略等しくなっていれ
ば、半導体レーザと光導波路とのモードマッチングが最
大限良好になされるようになる。
波路における導波光の電界分布が、半導体レーザの光導
波路入射端面における光強度分布と略等しくなっていれ
ば、半導体レーザと光導波路とのモードマッチングが最
大限良好になされるようになる。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１および図２はそれぞれ、本発
明の第１の実施形態による光導波路素子の立断面形状お
よび側断面形状を示すものである。これらの図を参照し
て、本実施形態の光導波路素子をその作製方法とともに
説明する。
施の形態を説明する。図１および図２はそれぞれ、本発
明の第１の実施形態による光導波路素子の立断面形状お
よび側断面形状を示すものである。これらの図を参照し
て、本実施形態の光導波路素子をその作製方法とともに
説明する。
【００３０】まずＳｉ基板10の上に、ＴＥＯＳ（テトラ
エトキシシラン）とＯ２ によるプラズマＣＶＤ法によ
り、屈折率１．４５のＳｉＯ２下部第１クラッド層11を
３μｍ厚に形成し、同様にＳｉＨ４，Ｎ２Ｏ、ＮＨ３
およびＮ２ ガスを用いてプラズマＣＶＤ法により、屈
折率１．４８のＳｉＯＮ下部第２クラッド層12を50ｎｍ
厚に形成する。さらにＳｉＨ４，ＮＨ３ 、Ｈｅガスを
用いてプラズマＣＶＤ法により屈折率1.9のＳｉ３Ｎ４
コア層13を120ｎｍ厚に形成し、その上にＳｉＨ ４，Ｎ
２Ｏ，Ｇｅ（ＯＣ２Ｈ５）４（ゲルマニウムテトラエト
キシド）ガスを用いてプラズマＣＶＤ法により屈折率
１．４８のＳｉＯ２・ＧｅＯ２上部第２クラッド層14を
110ｎｍ厚に形成する。
エトキシシラン）とＯ２ によるプラズマＣＶＤ法によ
り、屈折率１．４５のＳｉＯ２下部第１クラッド層11を
３μｍ厚に形成し、同様にＳｉＨ４，Ｎ２Ｏ、ＮＨ３
およびＮ２ ガスを用いてプラズマＣＶＤ法により、屈
折率１．４８のＳｉＯＮ下部第２クラッド層12を50ｎｍ
厚に形成する。さらにＳｉＨ４，ＮＨ３ 、Ｈｅガスを
用いてプラズマＣＶＤ法により屈折率1.9のＳｉ３Ｎ４
コア層13を120ｎｍ厚に形成し、その上にＳｉＨ ４，Ｎ
２Ｏ，Ｇｅ（ＯＣ２Ｈ５）４（ゲルマニウムテトラエト
キシド）ガスを用いてプラズマＣＶＤ法により屈折率
１．４８のＳｉＯ２・ＧｅＯ２上部第２クラッド層14を
110ｎｍ厚に形成する。
【００３１】その上に、後述する発振波長1.06μｍの半
導体レーザの縦モードを選択するグレーティングを形成
するために、厚さ100ｎｍ程度の薄膜レジストを形成
し、Ｈｅ・Ｃｄレーザ光源を用いた干渉露光法により周
期Λ＝λ／２ｎｅｆｆ のグレーティングパターンを形
成し、ＣＨＦ３ ガスを用いたドライエッチングにより
深さ60ｎｍのグレーティング16を形成する。なお上記ｎ
ｅｆｆ は石英光導波路を導波する光の等価屈折率、λ
は導波光の波長である。
導体レーザの縦モードを選択するグレーティングを形成
するために、厚さ100ｎｍ程度の薄膜レジストを形成
し、Ｈｅ・Ｃｄレーザ光源を用いた干渉露光法により周
期Λ＝λ／２ｎｅｆｆ のグレーティングパターンを形
成し、ＣＨＦ３ ガスを用いたドライエッチングにより
深さ60ｎｍのグレーティング16を形成する。なお上記ｎ
ｅｆｆ は石英光導波路を導波する光の等価屈折率、λ
は導波光の波長である。
【００３２】次にＯ２プラズマアッシングによってレジ
ストを剥離した後、フォトリソ法により３μｍ幅のレジ
ストマスクを形成し、次いで、ＣＨＦ３ ガスを用いた
ドライエッチングによりＳｉＯＮ下部第２クラッド層1
2、Ｓｉ３Ｎ４コア層13およびＳｉＯ２・ＧｅＯ２上部
第２クラッド層14を同時にエッチングし、コアと第２ク
ラッド層部分からなる光導波路を作製する。
ストを剥離した後、フォトリソ法により３μｍ幅のレジ
ストマスクを形成し、次いで、ＣＨＦ３ ガスを用いた
ドライエッチングによりＳｉＯＮ下部第２クラッド層1
2、Ｓｉ３Ｎ４コア層13およびＳｉＯ２・ＧｅＯ２上部
第２クラッド層14を同時にエッチングし、コアと第２ク
ラッド層部分からなる光導波路を作製する。
【００３３】次に上記レジストマスクをＯ２プラズマア
ッシングによって除去した後、屈折率１．４５のＳｉＯ
２上部第１クラッド層15をＴＥＯＳとＯ２ によるプラ
ズマＣＶＤ法により３μｍ厚に積層する。以上の各層が
形成された基板をダイシング装置によって長さ５ｍｍの
バーに切断し、そのバーの両端面を精密鏡面研磨し、そ
れら両端面に反射率0.1％程度のＡＲコート17，18を蒸
着法によって形成する。さらにダイシング装置によって
バーをチップ状に切断すると、本実施形態の光導波路素
子20が完成する。
ッシングによって除去した後、屈折率１．４５のＳｉＯ
２上部第１クラッド層15をＴＥＯＳとＯ２ によるプラ
ズマＣＶＤ法により３μｍ厚に積層する。以上の各層が
形成された基板をダイシング装置によって長さ５ｍｍの
バーに切断し、そのバーの両端面を精密鏡面研磨し、そ
れら両端面に反射率0.1％程度のＡＲコート17，18を蒸
着法によって形成する。さらにダイシング装置によって
バーをチップ状に切断すると、本実施形態の光導波路素
子20が完成する。
【００３４】この光導波路素子20は、図３に示すように
Ｃｕマウント21上に実装され、同じくＣｕマウント22上
に実装された発振波長1.06μｍの単一モード半導体レー
ザ23と直接結合される。この直接結合は、光導波路素子
20のコア層13の端面と半導体レーザ23のストライプ24の
後端面（図中の右端面）とが密接、あるいは微小距離を
おいて近接する状態にして、Ｃｕマウント21とＣｕマウ
ント22とを互いに固定することによってなされる。
Ｃｕマウント21上に実装され、同じくＣｕマウント22上
に実装された発振波長1.06μｍの単一モード半導体レー
ザ23と直接結合される。この直接結合は、光導波路素子
20のコア層13の端面と半導体レーザ23のストライプ24の
後端面（図中の右端面）とが密接、あるいは微小距離を
おいて近接する状態にして、Ｃｕマウント21とＣｕマウ
ント22とを互いに固定することによってなされる。
【００３５】半導体レーザ23のストライプ24の前端面か
らは使用光としてのレーザ光25が出射し、一方その後端
面からは、いわゆる後方出射光25Ｒが出射する。この後
方出射光25Ｒは光導波路素子20のＳｉ３Ｎ４コア層13に
入射し、そこを導波モードで伝搬する。このときグレー
ティング16において、グレーティング周期ΛとΛ＝λ／
２ｎｅｆｆ の関係を満たす特定波長λの光のみが選択
的に反射回折し、その回折した後方出射光25Ｒが半導体
レーザ23にフィードバックされる。この光フィードバッ
クがなされることにより半導体レーザ23の発振波長は、
上記の選択された波長λにロックされる。
らは使用光としてのレーザ光25が出射し、一方その後端
面からは、いわゆる後方出射光25Ｒが出射する。この後
方出射光25Ｒは光導波路素子20のＳｉ３Ｎ４コア層13に
入射し、そこを導波モードで伝搬する。このときグレー
ティング16において、グレーティング周期ΛとΛ＝λ／
２ｎｅｆｆ の関係を満たす特定波長λの光のみが選択
的に反射回折し、その回折した後方出射光25Ｒが半導体
レーザ23にフィードバックされる。この光フィードバッ
クがなされることにより半導体レーザ23の発振波長は、
上記の選択された波長λにロックされる。
【００３６】図４は、本実施形態の光導波路素子20と半
導体レーザ23とのモードマッチング状態を示すものであ
る。図中実線の曲線ａが、光導波路素子20の光導波路に
おける導波光の電界分布（光強度分布）を示し、破線の
曲線ｂが半導体レーザ23の後方端面における光強度分布
を示している。また比較のために、前述の特開平９−８
０２４７号に示された従来の光導波路における導波光の
電界分布を、図中一点鎖線の曲線ｃで示してある。なお
この図４の横軸は、光導波路の上下方向（層厚方向）の
中心位置からの距離を示している。
導体レーザ23とのモードマッチング状態を示すものであ
る。図中実線の曲線ａが、光導波路素子20の光導波路に
おける導波光の電界分布（光強度分布）を示し、破線の
曲線ｂが半導体レーザ23の後方端面における光強度分布
を示している。また比較のために、前述の特開平９−８
０２４７号に示された従来の光導波路における導波光の
電界分布を、図中一点鎖線の曲線ｃで示してある。なお
この図４の横軸は、光導波路の上下方向（層厚方向）の
中心位置からの距離を示している。
【００３７】図示の通り本実施形態の光導波路素子20の
光導波路は、上記従来の光導波路と比べると光閉じ込め
が著しく強く、そこでの導波光の電界分布は、半導体レ
ーザ23の後方端面における光強度分布と略等しい状態と
なっている。このように極めて良好なモードマッチング
が実現されていることにより、半導体レーザ23へのフィ
ードバック光量が十分に確保されて、該半導体レーザ23
の高出力化が達成される。
光導波路は、上記従来の光導波路と比べると光閉じ込め
が著しく強く、そこでの導波光の電界分布は、半導体レ
ーザ23の後方端面における光強度分布と略等しい状態と
なっている。このように極めて良好なモードマッチング
が実現されていることにより、半導体レーザ23へのフィ
ードバック光量が十分に確保されて、該半導体レーザ23
の高出力化が達成される。
【００３８】図５は、以上説明した光導波路素子20の別
の使用形態を示すものである。なおこの図５において、
図３中の要素と同等の要素には同番号を付し、それらに
ついての説明は特に必要のない限り省略する。
の使用形態を示すものである。なおこの図５において、
図３中の要素と同等の要素には同番号を付し、それらに
ついての説明は特に必要のない限り省略する。
【００３９】本例では、半導体レーザ23の前端面側が導
波路型の光波長変換素子30に直接結合されている。この
光波長変換素子30は一例として、非線形光学材料であ
る、ＭｇＯがドープされたＬｉＮｂＯ３基板28にチャン
ネル光導波路29が形成され、そしてこのチャンネル光導
波路29に沿って周期ドメイン反転構造31が形成されてな
るものである。
波路型の光波長変換素子30に直接結合されている。この
光波長変換素子30は一例として、非線形光学材料であ
る、ＭｇＯがドープされたＬｉＮｂＯ３基板28にチャン
ネル光導波路29が形成され、そしてこのチャンネル光導
波路29に沿って周期ドメイン反転構造31が形成されてな
るものである。
【００４０】なお上記光波長変換素子30は半導体レーザ
23とともに共通のＣｕマウント22に固定され、このＣｕ
マウント22はペルチェ素子35の上に固定されている。そ
してこのペルチェ素子35により、光波長変換素子30およ
び半導体レーザ23が所定の温度に温度調節される。
23とともに共通のＣｕマウント22に固定され、このＣｕ
マウント22はペルチェ素子35の上に固定されている。そ
してこのペルチェ素子35により、光波長変換素子30およ
び半導体レーザ23が所定の温度に温度調節される。
【００４１】半導体レーザ23の前端面から出射した波長
1.06μｍのレーザ光25は光波長変換素子30の光導波路29
に入射し、そこを伝搬する際に波長が１／２＝0.53μｍ
の第２高調波26に変換される。このとき、周期ドメイン
反転構造31によって位相整合（疑似位相整合）が取られ
る。得られた第２高調波26は光波長変換素子30から出射
し、ビームスプリッタ32を透過した第２高調波26が所定
の用途に使用される。
1.06μｍのレーザ光25は光波長変換素子30の光導波路29
に入射し、そこを伝搬する際に波長が１／２＝0.53μｍ
の第２高調波26に変換される。このとき、周期ドメイン
反転構造31によって位相整合（疑似位相整合）が取られ
る。得られた第２高調波26は光波長変換素子30から出射
し、ビームスプリッタ32を透過した第２高調波26が所定
の用途に使用される。
【００４２】ビームスプリッタ32で反射した一部の第２
高調波26は光検出器33に検出され、この光検出器33が出
力する光検出信号ＳはＡＰＣ（Automatic Power Contro
l）回路34に入力される。ＡＰＣ回路34は入力された光
検出信号Ｓに基づいて半導体レーザ23の駆動電流Ｄを制
御し、それにより、第２高調波26の光強度が一定化され
る。
高調波26は光検出器33に検出され、この光検出器33が出
力する光検出信号ＳはＡＰＣ（Automatic Power Contro
l）回路34に入力される。ＡＰＣ回路34は入力された光
検出信号Ｓに基づいて半導体レーザ23の駆動電流Ｄを制
御し、それにより、第２高調波26の光強度が一定化され
る。
【００４３】次に、本発明の第２の実施の形態について
説明する。図６および図７はそれぞれ、本発明の第２の
実施形態による光導波路素子の立断面形状および側断面
形状を示すものである。これらの図を参照して、本実施
形態の光導波路素子をその作製方法とともに説明する。
説明する。図６および図７はそれぞれ、本発明の第２の
実施形態による光導波路素子の立断面形状および側断面
形状を示すものである。これらの図を参照して、本実施
形態の光導波路素子をその作製方法とともに説明する。
【００４４】まずＳｉ基板40の上に、ＴＥＯＳ（テトラ
エトキシシラン）とＯ２ によるプラズマＣＶＤ法によ
り、屈折率１．４５のＳｉＯ２下部第１クラッド層41を
１μｍ厚に形成し、同様にＳｉＨ４，Ｎ２Ｏ、ＮＨ３
およびＮ２ ガスを用いてプラズマＣＶＤ法により、屈
折率１．４８のＳｉＯＮ下部第２クラッド層42を50ｎｍ
厚に形成する。さらにＳｉＨ４，ＮＨ３ 、Ｈｅガスを
用いてプラズマＣＶＤ法により屈折率1.9のＳｉ３Ｎ４
コア層43を130ｎｍ厚に形成する。
エトキシシラン）とＯ２ によるプラズマＣＶＤ法によ
り、屈折率１．４５のＳｉＯ２下部第１クラッド層41を
１μｍ厚に形成し、同様にＳｉＨ４，Ｎ２Ｏ、ＮＨ３
およびＮ２ ガスを用いてプラズマＣＶＤ法により、屈
折率１．４８のＳｉＯＮ下部第２クラッド層42を50ｎｍ
厚に形成する。さらにＳｉＨ４，ＮＨ３ 、Ｈｅガスを
用いてプラズマＣＶＤ法により屈折率1.9のＳｉ３Ｎ４
コア層43を130ｎｍ厚に形成する。
【００４５】そしてこのＳｉ３Ｎ４コア層43の上に、発
振波長1.06μｍの半導体レーザの縦モードを選択するグ
レーティングを形成するために、厚さ100ｎｍ程度の薄
膜レジストを形成し、Ｈｅ・Ｃｄレーザ光源を用いた干
渉露光法により周期Λ＝λ／２ｎｅｆｆ のグレーティ
ングパターンを形成し、ＣＨＦ３ ガスを用いたドライ
エッチングにより深さ20ｎｍのグレーティング46を形成
する。
振波長1.06μｍの半導体レーザの縦モードを選択するグ
レーティングを形成するために、厚さ100ｎｍ程度の薄
膜レジストを形成し、Ｈｅ・Ｃｄレーザ光源を用いた干
渉露光法により周期Λ＝λ／２ｎｅｆｆ のグレーティ
ングパターンを形成し、ＣＨＦ３ ガスを用いたドライ
エッチングにより深さ20ｎｍのグレーティング46を形成
する。
【００４６】次にＯ２プラズマアッシングによってレジ
ストを剥離した後、その上にＳｉＨ ４，Ｎ２Ｏ，Ｎ２ガ
スを用いてプラズマＣＶＤ法により屈折率１．４８のＳ
ｉＯＮ上部第２クラッド層44を50ｎｍ厚に形成する。
ストを剥離した後、その上にＳｉＨ ４，Ｎ２Ｏ，Ｎ２ガ
スを用いてプラズマＣＶＤ法により屈折率１．４８のＳ
ｉＯＮ上部第２クラッド層44を50ｎｍ厚に形成する。
【００４７】次にフォトリソ法により３μｍ幅のレジス
トマスクを形成し、次いでＣＨＦ３ガスを用いたドライ
エッチングによりＳｉＯＮ下部第２クラッド層42、Ｓｉ
３Ｎ４コア層43およびＳｉＯＮ上部第２クラッド層44を
同時にエッチングし、コアと第２クラッド層部分からな
る光導波路を作製する。
トマスクを形成し、次いでＣＨＦ３ガスを用いたドライ
エッチングによりＳｉＯＮ下部第２クラッド層42、Ｓｉ
３Ｎ４コア層43およびＳｉＯＮ上部第２クラッド層44を
同時にエッチングし、コアと第２クラッド層部分からな
る光導波路を作製する。
【００４８】次に上記レジストマスクをＯ２プラズマア
ッシングによって除去した後、屈折率１．４５のＳｉＯ
２上部第１クラッド層45をＴＥＯＳとＯ２ によるプラ
ズマＣＶＤ法により３μｍ厚に積層し、アッパークラッ
ド層を形成する。以上の各層が形成された基板をダイシ
ング装置によって長さ５ｍｍのバーに切断し、そのバー
の両端面を精密鏡面研磨し、それら両端面に反射率0.1
％程度のＡＲコート47，48を蒸着法によって形成する。
さらにダイシング装置によってバーをチップ状に切断す
ると、本実施形態の光導波路素子50が完成する。
ッシングによって除去した後、屈折率１．４５のＳｉＯ
２上部第１クラッド層45をＴＥＯＳとＯ２ によるプラ
ズマＣＶＤ法により３μｍ厚に積層し、アッパークラッ
ド層を形成する。以上の各層が形成された基板をダイシ
ング装置によって長さ５ｍｍのバーに切断し、そのバー
の両端面を精密鏡面研磨し、それら両端面に反射率0.1
％程度のＡＲコート47，48を蒸着法によって形成する。
さらにダイシング装置によってバーをチップ状に切断す
ると、本実施形態の光導波路素子50が完成する。
【００４９】この光導波路素子50も、第１の実施形態の
光導波路素子20と同様、図３や図５に示すような形態で
使用することができる。そしてその際にも、第１の実施
形態の場合と同様の効果を得ることができる。
光導波路素子20と同様、図３や図５に示すような形態で
使用することができる。そしてその際にも、第１の実施
形態の場合と同様の効果を得ることができる。
【００５０】なお基板としては、上記の各実施形態で用
いたＳｉ基板以外に、石英基板を用いることもできる。
また、Ｓｉあるいは石英にＰ，Ｂ等のドーパントが添加
されたものからなる基板を用いることもできる。
いたＳｉ基板以外に、石英基板を用いることもできる。
また、Ｓｉあるいは石英にＰ，Ｂ等のドーパントが添加
されたものからなる基板を用いることもできる。
【００５１】さらに、光導波路素子を構成するいずれの
層に関しても、屈折率が本発明で規定している範囲にあ
れば、上で説明した以外の材料および作製法を適用して
もよい。例えばＴＥＯＳとＯ２ による下部第１クラッ
ド層は火炎堆積法、上部第１クラッド層はＳｉＨ４，Ｎ
２Ｏ，Ｇｅ（ＯＣ２Ｈ５）４（ゲルマニウムテトラエト
キシド）によるＳｉＯ２・ＧｅＯ２材から形成されても
よい。ただし火炎堆積法等の高温成膜法はグレーティン
グ形状の変形を招いてしまうため、上部第１クラッド層
には適用不可能である。また第２クラッド層を構成する
ＳｉＯＮは、成膜条件を変えたＳｉＯ２膜でも代用可能
であり、コアを構成するＳｉ３Ｎ４も、Ｔａ２Ｏ５ ，
ＨｆＯ２ 、ＴｉＯ２ 、ＺｒＯ２ 等で代用することが
可能である。
層に関しても、屈折率が本発明で規定している範囲にあ
れば、上で説明した以外の材料および作製法を適用して
もよい。例えばＴＥＯＳとＯ２ による下部第１クラッ
ド層は火炎堆積法、上部第１クラッド層はＳｉＨ４，Ｎ
２Ｏ，Ｇｅ（ＯＣ２Ｈ５）４（ゲルマニウムテトラエト
キシド）によるＳｉＯ２・ＧｅＯ２材から形成されても
よい。ただし火炎堆積法等の高温成膜法はグレーティン
グ形状の変形を招いてしまうため、上部第１クラッド層
には適用不可能である。また第２クラッド層を構成する
ＳｉＯＮは、成膜条件を変えたＳｉＯ２膜でも代用可能
であり、コアを構成するＳｉ３Ｎ４も、Ｔａ２Ｏ５ ，
ＨｆＯ２ 、ＴｉＯ２ 、ＺｒＯ２ 等で代用することが
可能である。
【００５２】そして第２の実施の形態のようにコア部に
グレーティングを形成する場合は、上部第２クラッドを
省いても構わない。
グレーティングを形成する場合は、上部第２クラッドを
省いても構わない。
【００５３】また、本発明の光導波路素子に前述のグレ
ーティングを形成して光フィードバックに用いる場合、
その光導波路素子は特定発振波長の半導体レーザのみに
限らず、半導体レーザの発振波長に適応したグレーティ
ング周期を設定することにより、種々の発振波長の半導
体レーザに対応可能である。
ーティングを形成して光フィードバックに用いる場合、
その光導波路素子は特定発振波長の半導体レーザのみに
限らず、半導体レーザの発振波長に適応したグレーティ
ング周期を設定することにより、種々の発振波長の半導
体レーザに対応可能である。
【００５４】また本発明の光導波路素子は、図３や図５
に示したような使用形態に限らず、その他例えばアレイ
型半導体レーザや、光集積回路等と組み合わせて使用す
ることも可能である。
に示したような使用形態に限らず、その他例えばアレイ
型半導体レーザや、光集積回路等と組み合わせて使用す
ることも可能である。
【００５５】またコア幅は、半導体レーザに対して単一
横モードの光をフィードバックさせる上から、半導体レ
ーザの発振幅と等しいことが好ましい。そのようなコア
幅は、通常、具体的には２〜５μｍ程度である。
横モードの光をフィードバックさせる上から、半導体レ
ーザの発振幅と等しいことが好ましい。そのようなコア
幅は、通常、具体的には２〜５μｍ程度である。
【図１】本発明の第１の実施形態による光導波路素子の
概略立断面図
概略立断面図
【図２】上記光導波路素子の概略側断面図
【図３】上記光導波路素子の使用状態を示す側面図
【図４】上記光導波路素子における導波光の電界分布と
半導体レーザの近視野像との関係を示すグラフ
半導体レーザの近視野像との関係を示すグラフ
【図５】上記光導波路素子の別の使用状態を示す側面図
【図６】本発明の第２の実施形態による光導波路素子の
概略立断面図
概略立断面図
【図７】上記第２の実施形態による光導波路素子の概略
側断面図
側断面図
10 Ｓｉ基板 11 ＳｉＯ２下部第１クラッド層 12 ＳｉＯＮ下部第２クラッド層 13 Ｓｉ３Ｎ４コア層 14 ＳｉＯ２・ＧｅＯ２上部第２クラッド層 15 ＳｉＯ２上部第１クラッド層 16 グレーティング 17，18 ＡＲコート 20 光導波路素子 21、22 Ｃｕマウント 23 半導体レーザ 24 半導体レーザのストライプ 25 レーザ光 25Ｒ 後方出射光 28 ＬｉＮｂＯ３基板 29 チャンネル光導波路 30 光波長変換素子 31 周期ドメイン反転構造 32 ビームスプリッタ 33 光検出器 34 ＡＰＣ回路 35 ペルチェ素子 40 Ｓｉ基板 41 ＳｉＯ２下部第１クラッド層 42 ＳｉＯＮ下部第２クラッド層 43 Ｓｉ３Ｎ４コア層 44 ＳｉＯＮ上部第２クラッド層 45 ＳｉＯ２上部第１クラッド層 46 グレーティング 47，48 ＡＲコート 50 光導波路素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA02 CA34 DA02 DA03 DA06 2H047 KA04 LA02 QA02 RA08 TA32 2K002 AB12 BA03 CA03 DA06 EA07 EB15 FA27 GA04 HA20 5F073 AA67 AB23 AB25 FA14 FA25 GA03
Claims (12)
- 【請求項１】 基板上に光導波路が形成されてなり、こ
の光導波路の端面に半導体レーザが直接結合される光導
波路素子において、光導波路のコアが屈折率１．７５〜
２．７の材料から形成されていることを特徴とする光導
波路素子。 - 【請求項２】 前記コアと、その外側に形成されたコア
よりも低屈折率の第１クラッドとの間に、該第１クラッ
ドの屈折率とコアの屈折率との間の屈折率を有する第２
クラッドが形成されていることを特徴とする請求項１記
載の光導波路素子。 - 【請求項３】 前記第１クラッドの屈折率が１．４〜
１．４７の範囲にあり、前記第２クラッドの屈折率が
１．４８〜１．５２の範囲にあることを特徴とする請求
項２記載の光導波路素子。 - 【請求項４】 前記コアとなる層の上下にそれぞれ上部
第２クラッド層、下部第２クラッド層が形成され、これ
らの３層の周囲に前記第１クラッドが配されていること
を特徴とする請求項２または３記載の光導波路素子。 - 【請求項５】 前記基板の上に前記第１クラッドの一部
となる下部第１クラッド層が形成され、 この下部第１クラッド層の上に、それよりも狭い幅にて
下部第２クラッド層、前記コアとなる層および上部第２
クラッド層の３層がこの順に形成され、 これら３層の周囲を取り囲む状態にして、前記下部第１
クラッド層の上に上部第１クラッド層が形成されている
ことを特徴とする請求項２または３記載の光導波路素
子。 - 【請求項６】 前記コアの幅が、前記半導体レーザの発
振幅と略等しいことを特徴とする請求項１から５いずれ
か１項記載の光導波路素子。 - 【請求項７】 前記光導波路の端面に反射防止コートが
形成されていることを特徴とする請求項１から６いずれ
か１項記載の光導波路素子。 - 【請求項８】 前記光導波路における導波光の電界分布
が、前記半導体レーザの光導波路入射側端面における光
強度分布と略等しいことを特徴とする請求項１から７い
ずれか１項記載の光導波路素子。 - 【請求項９】 前記コアに前記半導体レーザの発振波長
を選択するグレーティングが形成されていることを特徴
とする請求項１から８いずれか１項記載の光導波路素
子。 - 【請求項１０】 前記第２クラッドに前記半導体レーザ
の発振波長を選択するグレーティングが形成されている
ことを特徴とする請求項１から８いずれか１項記載の光
導波路素子。 - 【請求項１１】 請求項９または１０記載の光導波路素
子を用いた半導体レーザ装置であって、 前記半導体レーザから発せられた後、前記グレーティン
グで波長選択された光が該半導体レーザにフィードバッ
クされる構成を有することを特徴とする半導体レーザ装
置。 - 【請求項１２】 前記半導体レーザが、光波長変換素子
に入射させる基本波を発する光源として用いられたもの
であることを特徴とする請求項１１記載の半導体レーザ
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000085973A JP2001272559A (ja) | 2000-03-27 | 2000-03-27 | 光導波路素子および半導体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000085973A JP2001272559A (ja) | 2000-03-27 | 2000-03-27 | 光導波路素子および半導体レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001272559A true JP2001272559A (ja) | 2001-10-05 |
Family
ID=18602213
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000085973A Withdrawn JP2001272559A (ja) | 2000-03-27 | 2000-03-27 | 光導波路素子および半導体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001272559A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6944112B2 (en) * | 2002-06-28 | 2005-09-13 | Seagate Technology Llc | Heat assisted magnetic recording head with a planar waveguide |
| WO2006035893A1 (ja) * | 2004-09-30 | 2006-04-06 | Hamamatsu Photonics K.K. | シリコン基板加工方法 |
| JP2011076086A (ja) * | 2009-09-30 | 2011-04-14 | Intel Corp | 導波路結合された表面プラズモンポラリトン光検出器 |
| US9184564B2 (en) | 2013-06-07 | 2015-11-10 | Ngk Insulators, Ltd. | External resonator type light emitting system |
| US9331454B2 (en) | 2013-11-27 | 2016-05-03 | Ngk Insulators, Ltd. | External resonator type light emitting system |
| JP5936771B2 (ja) * | 2013-11-27 | 2016-06-22 | 日本碍子株式会社 | 外部共振器型発光装置 |
-
2000
- 2000-03-27 JP JP2000085973A patent/JP2001272559A/ja not_active Withdrawn
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| JPWO2006035893A1 (ja) * | 2004-09-30 | 2008-05-15 | 浜松ホトニクス株式会社 | シリコン基板加工方法 |
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| US8417070B2 (en) | 2009-09-30 | 2013-04-09 | Intel Corporation | Waveguide coupled surface plasmon polarition photo detector |
| JP2011076086A (ja) * | 2009-09-30 | 2011-04-14 | Intel Corp | 導波路結合された表面プラズモンポラリトン光検出器 |
| US9063254B2 (en) | 2009-09-30 | 2015-06-23 | Intel Corporation | Waveguide coupled surface plasmon polarition photo detector |
| US9184564B2 (en) | 2013-06-07 | 2015-11-10 | Ngk Insulators, Ltd. | External resonator type light emitting system |
| US9627853B2 (en) | 2013-06-07 | 2017-04-18 | Ngk Insulators, Ltd. | External resonator-type light emitting device |
| US9331454B2 (en) | 2013-11-27 | 2016-05-03 | Ngk Insulators, Ltd. | External resonator type light emitting system |
| JP5936771B2 (ja) * | 2013-11-27 | 2016-06-22 | 日本碍子株式会社 | 外部共振器型発光装置 |
| US10063034B2 (en) | 2013-11-27 | 2018-08-28 | Ngk Insulators, Ltd. | External resonator-type light emitting device |
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