JP2010151973A - 光半導体装置及びその製造方法、光伝送装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】曲げ導波路における高次モードの励振そのものを防止できるようにする。
【解決手段】光半導体装置を、第１の幅を有する第１光導波路１と、第１光導波路１に接続され、曲げ部２Ａを有すると共に第１の幅よりも狭い第２の幅を有する第２光導波路２と、第２光導波路２に接続され、第２の幅よりも広い第３の幅を有する第３光導波路３とを備えるものとする。
【選択図】図１
【解決手段】光半導体装置を、第１の幅を有する第１光導波路１と、第１光導波路１に接続され、曲げ部２Ａを有すると共に第１の幅よりも狭い第２の幅を有する第２光導波路２と、第２光導波路２に接続され、第２の幅よりも広い第３の幅を有する第３光導波路３とを備えるものとする。
【選択図】図１
Description
本発明は、例えば光通信システムで用いられる光半導体装置及びその製造方法、光伝送装置に関する。
近年、波長多重信号処理方式が導入され、光通信システムにおける伝送容量が飛躍的に増大している。
この場合、高機能な光信号処理を行なうために、様々な光機能素子が必要となる。そして、光機能素子の小型化・高密度化を図るには、光伝搬方向を変えるために、必然的に曲げ導波路を用いることになる。また、光機能素子の端面で反射光が生じるのを防止するために、曲げ導波路を設けることもある。
この場合、高機能な光信号処理を行なうために、様々な光機能素子が必要となる。そして、光機能素子の小型化・高密度化を図るには、光伝搬方向を変えるために、必然的に曲げ導波路を用いることになる。また、光機能素子の端面で反射光が生じるのを防止するために、曲げ導波路を設けることもある。
ところで、光機能素子、特に、光分岐・結合素子や干渉計を備える素子においては、高次モードが励振すると、これが大きな影響を及ぼし、光機能素子、ひいては、光通信システムの性能を劣化させることになる。特に、光機能素子（光集積素子）のサイズが小さくなればなるほど、励振した高次モードが漏洩モードと励振して悪影響を及ぼしかねない。
このため、励振した高次モードを除去するために、いくつかの方法が提案されている。
このため、励振した高次モードを除去するために、いくつかの方法が提案されている。
まず、光分岐・結合素子の１本の導波路側にＳ字曲げ領域を設け、励振した高次モードをＳ字曲げ領域で放射させて除去する方法（第１の方法）が提案されている。
また、光分岐・結合素子の１本の導波路側の導波路幅を狭くして高次モードを除去し、分岐部（結合部）の曲げ導波路の導波路幅を広くして曲げ損失を低減する方法（第２の方法）も提案されている。
また、光分岐・結合素子の１本の導波路側の導波路幅を狭くして高次モードを除去し、分岐部（結合部）の曲げ導波路の導波路幅を広くして曲げ損失を低減する方法（第２の方法）も提案されている。
さらに、光分岐・結合素子の１本の導波路側に高次モード除去フィルタを設け、高次モードを除去する方法（第３の方法）も提案されている。例えば、高次モード除去フィルタとして１×１多モード干渉型（ＭＭＩ：multimode interference）カプラを設けると、基本モードは過剰損失を殆ど受けることなく通るものの、高次モードは大きな損失を受け、通ることができないため、高次モードのみを選択的に除去することができる。しかしながら、この第３の方法では、構成要素が増えるため、素子サイズが増大するほか、高次モード除去フィルタの挿入損失及び高次モード除去フィルタそのものの波長依存性が新たに生じ、素子特性に影響を与えるおそれがある。
特開平０６−６７０４７号公報
特開２００６−２７８７７０号公報
ところで、上述の各方法では、高次モードが励振することを前提に、励振した高次モードが悪影響を及ぼさないように、これを除去するようにしている。
しかしながら、高次モードが励振しないようにすることが極めて重要である。
一方、上述の第１及び第２の方法のように、Ｓ字曲げ領域や曲げ導波路を設けると、この部分で新たな高次モードが励振してしまうことがわかった。
しかしながら、高次モードが励振しないようにすることが極めて重要である。
一方、上述の第１及び第２の方法のように、Ｓ字曲げ領域や曲げ導波路を設けると、この部分で新たな高次モードが励振してしまうことがわかった。
そこで、曲げ導波路における高次モードの励振そのものを防ぐことができるようにしたい。
このため、本光半導体装置は、第１の幅を有する第１光導波路と、第１光導波路に接続され、曲げ部を有すると共に第１の幅よりも狭い第２の幅を有する第２光導波路と、第２光導波路に接続され、第２の幅よりも広い第３の幅を有する第３光導波路とを備えることを要件とする。
本光伝送装置は、上記の光半導体装置を備えることを要件とする。
本光伝送装置は、上記の光半導体装置を備えることを要件とする。
本光半導体装置の製造方法は、半導体基板上に、コア層、クラッド層を順に形成し、コア層及びクラッド層を加工して、第１の幅を有する第１光導波路、曲げ部を有すると共に第１の幅よりも狭い第２の幅を有する第２光導波路、及び、第２の幅よりも広い第３の幅を有する第３光導波路がこの順に連なる導波路ストライプ構造を形成することを要件とする。
したがって、本光半導体装置及びその製造方法、光伝送装置によれば、曲げ導波路における高次モードの励振そのものを防ぐことができるという利点がある。
以下、図面により、本実施形態にかかる光半導体装置及びその製造方法、光伝送装置について説明する。
［第１実施形態］
まず、第１実施形態にかかる光半導体装置及びその製造方法について、図１〜図７を参照しながら説明する。
［第１実施形態］
まず、第１実施形態にかかる光半導体装置及びその製造方法について、図１〜図７を参照しながら説明する。
本実施形態にかかる光半導体装置は、曲げ導波路を有する光導波路素子（光半導体素子）であって、図１に示すように、第１の幅Ｗ１を有する第１光導波路（直線導波路；直線領域；入力側導波路）１と、曲げ部（曲げ領域）２Ａを有すると共に、第１の幅Ｗ１よりも狭い第２の幅Ｗ２を有する第２光導波路（所定の曲率半径を有する曲げ導波路）２と、第２の幅Ｗ２よりも広い第３の幅Ｗ３を有する第３光導波路（直線導波路；直線領域；出力側導波路）３とを備える。
なお、第１光導波路１、第２光導波路２及び第３光導波路３の全体を曲げ導波路６と見ても良いし、第２光導波路２のみを曲げ導波路と見ても良い。このような曲げ導波路は、例えば、光通信システム内で、光信号を分岐したり、結合（合波）したりする光分岐・結合素子において用いられたり、光機能素子の端面（へきかい端面）で反射光が生じるのを防止するために設けられたり［例えばＡＲ（anti-reflection）コーティングと併用する場合もある］するほか、高機能化や多機能化のために複数の能動素子や受動素子を集積させた光集積素子（高密度光集積素子；光集積回路）において、小型化を図るために、これらの素子を接続するのに幅広く使用される。
また、本実施形態では、図１に示すように、第１光導波路１と第２光導波路２との間に、一端を第１の幅Ｗ１とし、他端を第２の幅Ｗ２とする第１テーパ光導波路４（ここでは第１光導波路１から第２光導波路２へ向けて幅が狭くなるテーパ光導波路；幅テーパ領域）を備える。また、第２光導波路２と第３光導波路３との間に、一端を第２の幅Ｗ２とし、他端を第３の幅Ｗ３とする第２テーパ光導波路５（ここでは第２光導波路２から第３光導波路３へ向けて幅が広くなるテーパ光導波路；幅テーパ領域）を備える。
なお、このように、本実施形態では、第２光導波路２を、第１テーパ光導波路４を介して、第１光導波路１に接続し、第３光導波路３を、第２テーパ光導波路５を介して、第２光導波路２に接続しているが、これに限られるものではなく、テーパ光導波路を設けずに、第１光導波路１と第２光導波路２とを接続し、第２光導波路２と第３光導波路３を接続するようにしても良い。但し、テーパ光導波路（モードを徐々に変化させる領域）を設ければ接続損失を減らすことができる。
ところで、光波が曲げ導波路を伝搬する場合、光が感じる屈折率に勾配が生じているため、図５に示すように、光モード分布が曲げ導波路の外側へシフト（モードシフト）する傾向がある。曲げ導波路において光モード分布がシフトすると、光波が再び直線導波路に結合する際に高次モードが励振するおそれがあり、高次モードが励振すると、光半導体装置、ひいては、光通信システムの性能を劣化させることになる。特に、光分岐・結合素子や干渉計を用いる素子では、その特性が大幅に劣化することになる。
ここで、図６は、従来の曲げ導波路［ここではＩｎＰ系材料を用いた半導体埋込構造を有する曲げ導波路（半導体埋込型曲げ導波路）］を示す模式的平面図であり、図７は、図６に示す半導体埋込型曲げ導波路における光伝搬特性（ここでは等角写像法を用いたシミュレーション計算の結果）を示している。
ここでは、図６に示すように、半導体埋込型曲げ導波路は、導波路幅Ｗを１．６μｍとし、曲率半径Ｒを３００μｍとし、曲げ角度θを７度としている。
ここでは、図６に示すように、半導体埋込型曲げ導波路は、導波路幅Ｗを１．６μｍとし、曲率半径Ｒを３００μｍとし、曲げ角度θを７度としている。
なお、図７では、直線導波路を光波が伝搬しているように見えるが、直線導波路の途中の曲げ導波路に相当する領域（曲げ領域）において屈折率の勾配を設けることで、幾何学的な曲げ導波路を光波が伝搬するのと等しい結果が得られるようにしている。
図６に示す従来の曲げ導波路では、光波が曲げ導波路を伝搬する際にモードシフトを受け、再び直線導波路に結合する際に高次モードが励振し（図５参照）、これが基本モードと干渉した結果、図７に示すように、蛇行しながら伝搬する現象が現れている。このようなモード干渉は波長依存性を有するため、光半導体装置（光機能素子）の波長特性を大幅に劣化させることになる。
図６に示す従来の曲げ導波路では、光波が曲げ導波路を伝搬する際にモードシフトを受け、再び直線導波路に結合する際に高次モードが励振し（図５参照）、これが基本モードと干渉した結果、図７に示すように、蛇行しながら伝搬する現象が現れている。このようなモード干渉は波長依存性を有するため、光半導体装置（光機能素子）の波長特性を大幅に劣化させることになる。
このため、高次モードの影響を排除すること、即ち、高次モードが励振しないようにすることは極めて重要である。
そこで、本実施形態では、図１に示すように、曲げ領域２Ａである第２光導波路２の幅Ｗ２を、直線領域である第１光導波路１及び第３光導波路２の幅Ｗ１，Ｗ３よりも狭めることによって、図２に示すように、曲げ領域２Ａにおいて光モード分布がシフトするのを抑え、高次モードそのものの励振を防ぐようにしている。
そこで、本実施形態では、図１に示すように、曲げ領域２Ａである第２光導波路２の幅Ｗ２を、直線領域である第１光導波路１及び第３光導波路２の幅Ｗ１，Ｗ３よりも狭めることによって、図２に示すように、曲げ領域２Ａにおいて光モード分布がシフトするのを抑え、高次モードそのものの励振を防ぐようにしている。
以下、本実施形態にかかる曲げ導波路６の具体的な構成例について説明する。
ここで、図１は、本実施形態の曲げ導波路６を示す模式的平面図である。
本実施形態の曲げ導波路６は、図１に示すように、ＩｎＰ系材料を用いた半導体埋込構造を有する曲げ導波路（半導体埋込型曲げ導波路）である。つまり、本光半導体装置は、第１光導波路１、第２光導波路２及び第３光導波路３を含む曲げ導波路６を埋め込む埋込構造を備える。
ここで、図１は、本実施形態の曲げ導波路６を示す模式的平面図である。
本実施形態の曲げ導波路６は、図１に示すように、ＩｎＰ系材料を用いた半導体埋込構造を有する曲げ導波路（半導体埋込型曲げ導波路）である。つまり、本光半導体装置は、第１光導波路１、第２光導波路２及び第３光導波路３を含む曲げ導波路６を埋め込む埋込構造を備える。
ここでは、曲げ導波路６の入出力端を構成する直線領域［第１光導波路（入力導波路）１及び第３光導波路（出力導波路）３］は、単一モード条件を満たす導波路幅としている。つまり、第１光導波路１及び第３光導波路３は、単一モード条件を満たす導波路幅を有する単一モード導波路である。なお、ここでは、第１の幅Ｗ１と第３の幅Ｗ３とを同一にしているが、異なっていても良い。
具体的には、入出力導波路幅Ｗ１，Ｗ３はそれぞれ１．６μｍとしている。また、曲げ領域２Ａ（第２光導波路２）は、導波路幅を１．０μｍとし、曲率半径を３００μｍとし、曲げ角度を７度としている。さらに、直線領域１，３と曲げ領域２Ａ（２）との間は幅テーパによって曲げ領域２Ａに向けて断熱的に狭くなる構造（幅テーパ領域４，５）としており、そのテーパ長を２００μｍとしている。
また、図３は、上述のように構成される本半導体埋込型曲げ導波路６（図１参照）の光伝搬特性を示している。なお、図３では、等角写像法を用いたシミュレーション計算の結果を示している。
本半導体埋込型曲げ導波路６（図１参照）では、図３に示すように、光波が曲げ導波路を伝搬し、再び直線導波路に結合した後に光モードの蛇行現象が抑えられていることが分かる。これは、本半導体埋込型曲げ導波路６では、図１に示すように、曲げ領域２Ａである第２光導波路２の導波路幅を狭くすることによって、モード閉込係数が減少し、曲げ領域２Ａにおけるモードシフトが抑えられ、高次モードが励振しないようにしたためである。なお、本半導体埋込型曲げ導波路６（図１参照）を用いることによって、何らかの理由で発生した高次モードを除去できることは言うまでもない。
本半導体埋込型曲げ導波路６（図１参照）では、図３に示すように、光波が曲げ導波路を伝搬し、再び直線導波路に結合した後に光モードの蛇行現象が抑えられていることが分かる。これは、本半導体埋込型曲げ導波路６では、図１に示すように、曲げ領域２Ａである第２光導波路２の導波路幅を狭くすることによって、モード閉込係数が減少し、曲げ領域２Ａにおけるモードシフトが抑えられ、高次モードが励振しないようにしたためである。なお、本半導体埋込型曲げ導波路６（図１参照）を用いることによって、何らかの理由で発生した高次モードを除去できることは言うまでもない。
次に、本実施形態の光半導体装置の製造方法（半導体導波路作製プロセス）について、図４を参照しながら説明する。
まず、図４に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板１０（あるいはアンドープＩｎＰ基板；半導体基板）上に、例えば有機金属気相成長法（以下、ＭＯＶＰＥ法）によって、アンドープＧａＩｎＡｓＰコア層１１（発光波長１．３０μｍ，層厚０．２μｍ）、ｐ型ＩｎＰクラッド層１２（層厚２．０μｍ）（あるいはアンドープＩｎＰクラッド層）を順にエピタキシャル成長させる。
まず、図４に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板１０（あるいはアンドープＩｎＰ基板；半導体基板）上に、例えば有機金属気相成長法（以下、ＭＯＶＰＥ法）によって、アンドープＧａＩｎＡｓＰコア層１１（発光波長１．３０μｍ，層厚０．２μｍ）、ｐ型ＩｎＰクラッド層１２（層厚２．０μｍ）（あるいはアンドープＩｎＰクラッド層）を順にエピタキシャル成長させる。
このエピタキシャル成長を行なったウェハの表面上に、例えば、ＳｉＯ２膜を蒸着装置などによって成膜し、光露光装置を用いた光露光プロセスによって導波路ストライプ構造を形成するための導波路パターンをパターニングする。
そして、このようにしてパターニングされたＳｉＯ２膜をマスク（フォトマスク）として、図４に示すように、例えば誘導結合型プラズマ反応性イオンエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ；Inductive Coupled Plasma-Reactive Ion Etching）などの方法でドライエッチングを行なうことでコア層１１及びクラッド層１２を加工して、第１光導波路１、第２光導波路２及び第３光導波路３（図１参照）を形成する領域に導波路ストライプ構造１３（ここでは高さ３μｍ程度のハイメサ導波路構造）を形成する。
そして、このようにしてパターニングされたＳｉＯ２膜をマスク（フォトマスク）として、図４に示すように、例えば誘導結合型プラズマ反応性イオンエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ；Inductive Coupled Plasma-Reactive Ion Etching）などの方法でドライエッチングを行なうことでコア層１１及びクラッド層１２を加工して、第１光導波路１、第２光導波路２及び第３光導波路３（図１参照）を形成する領域に導波路ストライプ構造１３（ここでは高さ３μｍ程度のハイメサ導波路構造）を形成する。
ここでは、第１の幅Ｗ１を有する第１光導波路１（直線導波路；ここでは導波路幅１．６μｍ）、第１テーパ光導波路４（ここではテーパ長２００μｍの幅テーパ導波路）、曲げ部２Ａを有すると共に第１の幅Ｗ１よりも狭い第２の幅Ｗ２を有する第２光導波路２（曲げ導波路；ここでは導波路幅１．０μｍ）、第２テーパ光導波路５（ここではテーパ長２００μｍの幅テーパ導波路）、及び、第２の幅Ｗ２よりも広い第３の幅Ｗ３を有する第３光導波路３（直線導波路；ここでは導波路幅１．６μｍ）（図１参照）がこの順に連なる導波路ストライプ構造１３が形成される。
このような導波路ストライプ構造１３の導波路パターンは、上述のフォトマスクのマスクパターンによって規定される。
次に、図４に示すように、例えばＭＯＶＰＥ法によって、上述のようにして形成された導波路ストライプ構造１３が埋め込まれるように半絶縁性ＩｎＰ層１４［埋込層；ここではコア層１１との屈折率差が小さい材料（例えばクラッド層１２と同じ材料）を用いる］を埋込結晶成長させて、高抵抗埋込導波路構造１５を形成する。
次に、図４に示すように、例えばＭＯＶＰＥ法によって、上述のようにして形成された導波路ストライプ構造１３が埋め込まれるように半絶縁性ＩｎＰ層１４［埋込層；ここではコア層１１との屈折率差が小さい材料（例えばクラッド層１２と同じ材料）を用いる］を埋込結晶成長させて、高抵抗埋込導波路構造１５を形成する。
このような作製プロセスを経て、本光半導体装置が完成する。
したがって、本実施形態にかかる光半導体装置及びその製造方法によれば、曲げ導波路６（曲げ領域２Ａを含む曲げ導波路２）における高次モードの励振そのものを防ぐことができるという利点がある。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態にかかる光半導体装置及びその製造方法について、図８を参照しながら説明する。
したがって、本実施形態にかかる光半導体装置及びその製造方法によれば、曲げ導波路６（曲げ領域２Ａを含む曲げ導波路２）における高次モードの励振そのものを防ぐことができるという利点がある。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態にかかる光半導体装置及びその製造方法について、図８を参照しながら説明する。
本実施形態にかかる光半導体装置（光半導体素子）は、上述の第１実施形態のものに対し、図８に示すように、曲げ領域２Ａを構成する第２光導波路２がオフセットされている点が異なる。なお、図８では、上述の第１実施形態（図１参照）と同一のものには同一の符号を付している。
つまり、本光半導体装置は、図８に示すように、第２光導波路２が、第１光導波路１、第１テーパ光導波路４、第２テーパ光導波路５及び第３光導波路３に対してオフセットされている点が異なる。このような導波路パターンは、光露光装置のフォトマスクによって規定することができるため、上述の第１実施形態と同様の作製プロセスによって形成することができる。
つまり、本光半導体装置は、図８に示すように、第２光導波路２が、第１光導波路１、第１テーパ光導波路４、第２テーパ光導波路５及び第３光導波路３に対してオフセットされている点が異なる。このような導波路パターンは、光露光装置のフォトマスクによって規定することができるため、上述の第１実施形態と同様の作製プロセスによって形成することができる。
具体的には、第２光導波路２の中心軸が、第１光導波路１、第１テーパ光導波路４、第２テーパ光導波路５及び第３光導波路３の中心軸に対して、曲げ領域２Ａの曲率中心側へずらされている。
ここで、オフセット量は、直線導波路（テーパ導波路を含む）１，３（４，５）と曲げ導波路２との間の接続損失が最小になるように最適な値に設定すれば良い。一方、曲げ導波路である第２光導波路２の幅は、放射損失を最低限に抑えながら、高次モードの励振を抑えることができるように最適な値に設定すれば良い。このように、オフセットを設けることで、接続損失と放射損失とを独立に制御することが可能となる。
ここで、オフセット量は、直線導波路（テーパ導波路を含む）１，３（４，５）と曲げ導波路２との間の接続損失が最小になるように最適な値に設定すれば良い。一方、曲げ導波路である第２光導波路２の幅は、放射損失を最低限に抑えながら、高次モードの励振を抑えることができるように最適な値に設定すれば良い。このように、オフセットを設けることで、接続損失と放射損失とを独立に制御することが可能となる。
なお、その他の構成及び製造方法は、上述の第１実施形態と同様であるから、ここではその説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかる光半導体装置及びその製造方法によれば、上述の第１実施形態と同様に、曲げ導波路６（曲げ領域２Ａを含む曲げ導波路２）における高次モードの励振そのものを防ぐことができるという利点がある。
［第３実施形態］
次に、第３実施形態にかかる光半導体装置及びその製造方法について、図９〜図２０を参照しながら説明する。
したがって、本実施形態にかかる光半導体装置及びその製造方法によれば、上述の第１実施形態と同様に、曲げ導波路６（曲げ領域２Ａを含む曲げ導波路２）における高次モードの励振そのものを防ぐことができるという利点がある。
［第３実施形態］
次に、第３実施形態にかかる光半導体装置及びその製造方法について、図９〜図２０を参照しながら説明する。
本実施形態にかかる光半導体装置（光半導体素子）は、図１６に示すように、上述の第１実施形態の曲げ導波路６を、モード変換型カプラ２３を含む光分岐・結合素子２０に適用したものである。なお、図１６では、上述の第１実施形態（図１参照）と同一のものには同一の符号を付している。
以下、曲げ導波路を含まない光分岐・結合素子の構成（図９参照）及びその特性（図１０参照）、従来の曲げ導波路（図５〜図７参照）を含む光分岐・結合素子の構成（図１１参照）及びその課題（図１２参照）、従来の曲げ導波路（図５〜図７参照）がオフセットされている光分岐・結合素子の構成（図１３参照）及びその課題（図１４、図１５参照）、上述の第１実施形態の曲げ導波路６を含む光分岐・結合素子２０の構成（図１６参照）及び作用・効果（図１７〜図２０参照）の順に説明する。
以下、曲げ導波路を含まない光分岐・結合素子の構成（図９参照）及びその特性（図１０参照）、従来の曲げ導波路（図５〜図７参照）を含む光分岐・結合素子の構成（図１１参照）及びその課題（図１２参照）、従来の曲げ導波路（図５〜図７参照）がオフセットされている光分岐・結合素子の構成（図１３参照）及びその課題（図１４、図１５参照）、上述の第１実施形態の曲げ導波路６を含む光分岐・結合素子２０の構成（図１６参照）及び作用・効果（図１７〜図２０参照）の順に説明する。
まず、曲げ導波路を含まない光分岐・結合素子の構成及び特性について、図９、図１０を参照しながら説明する。
ここで、図９は、曲げ導波路を含まない光分岐・結合素子の一例として、１×８チャネルモード変換型カプラ（１×８ＦＦＣ：field flattened coupler）を含む光分岐・結合素子を示している。
ここで、図９は、曲げ導波路を含まない光分岐・結合素子の一例として、１×８チャネルモード変換型カプラ（１×８ＦＦＣ：field flattened coupler）を含む光分岐・結合素子を示している。
図９に示すように、１×８モード変換型カプラ２３を含む光分岐・結合素子（光合分岐器素子；光分岐・合波素子；光分岐結合器）は、単一モードの一の入力導波路（直線導波路）２１と、複数（ここでは８つ）の出力導波路（導波路アレイ）２２と、入力側に１つのポート（入力ポート）を有し、出力側に複数（ここでは８つ；Port1-Port8）のポート（出力ポート）を有する１×８モード変換型カプラ（カプラ領域；モード変換領域；光分岐・結合領域；１×８ＦＦＣ）２３とを備える。
ここで、モード変換型カプラ２３は、一端が入力導波路２１に接続され、他端が出力導波路（直線導波路）２２に接続され、一端（入力側の端部；入力端）から他端（出力側の端部；出力端）へ向けて幅が徐々に広くなる三角形状のテーパ状導波路によって構成され、光信号を分岐あるいは結合させる機能を有する。
ここでは、テーパ状導波路２３の最狭端幅、最広端幅は、それぞれ、１．６μｍ、６８μｍである。また、テーパ状導波路２３の長さ（モード変換領域長）は２８０μｍである。
ここでは、テーパ状導波路２３の最狭端幅、最広端幅は、それぞれ、１．６μｍ、６８μｍである。また、テーパ状導波路２３の長さ（モード変換領域長）は２８０μｍである。
ここで、図１０は、図９に示すモード変換型カプラ（光分岐・結合素子）の透過特性（transmittance；分岐特性）を示している。
図１０に示すように、モード変換型カプラ２３は、８チャネル（Port1-Port8）の透過特性［１つの入力ポートから入力された光のパワーに対する８つの出力ポート（Port1-8）のそれぞれから出力された光のパワーの割合；光透過率］がほぼ等しくなるように設計されている。
図１０に示すように、モード変換型カプラ２３は、８チャネル（Port1-Port8）の透過特性［１つの入力ポートから入力された光のパワーに対する８つの出力ポート（Port1-8）のそれぞれから出力された光のパワーの割合；光透過率］がほぼ等しくなるように設計されている。
また、モード変換型カプラ２３は入力光波長に鈍感な特性を示すため、図１０に示すように、Ｓバンド及びＣバンドに及ぶ波長範囲内でほぼ一定かつ等しい分岐比を有する。
次に、従来の曲げ導波路を含む光分岐・結合素子の構成及び特性について、図１１、図１２を参照しながら説明する。
ここで、図１１は、従来の曲げ導波路を含む光分岐・結合素子の一例として、モード変換型カプラ（１×８ＦＦＣ）を含み、入力側（１チャネル側）に従来の曲げ導波路（曲げ領域；図５〜図７参照）を有する光分岐・結合素子を示している。なお、図１１では、上述のモード変換型カプラを含む光分岐・結合素子（図９参照）と同一のものには同一の符号を付している。
次に、従来の曲げ導波路を含む光分岐・結合素子の構成及び特性について、図１１、図１２を参照しながら説明する。
ここで、図１１は、従来の曲げ導波路を含む光分岐・結合素子の一例として、モード変換型カプラ（１×８ＦＦＣ）を含み、入力側（１チャネル側）に従来の曲げ導波路（曲げ領域；図５〜図７参照）を有する光分岐・結合素子を示している。なお、図１１では、上述のモード変換型カプラを含む光分岐・結合素子（図９参照）と同一のものには同一の符号を付している。
図１１に示すように、曲げ導波路は、上述の図６に示すものと同じであり、曲げ導波路以外の部分は、上述の図９に示すものと同じである。
また、図１２は、図１１に示すモード変換型カプラ（光分岐・結合素子）の透過特性（transmittance；分岐特性）を示している。
モード変換型カプラ２３を含み、入力側に従来の曲げ導波路を有する光分岐・結合素子（図１１参照）では、図１２に示すように、上述の図９に示すモード変換型カプラの透過特性（図１０参照）と大きく異なり、各出力ポート（Port1-Port8）に対する分岐比が波長に対して一定でないだけでなく、各チャネル（Port1-Port8）の透過特性が最大６ｄＢ程度揺らいでおり（即ち、透過特性におけるリップルの振幅が６ｄＢ程度である）、光分岐・結合素子としての性能が顕著に劣化していることが分かる。
また、図１２は、図１１に示すモード変換型カプラ（光分岐・結合素子）の透過特性（transmittance；分岐特性）を示している。
モード変換型カプラ２３を含み、入力側に従来の曲げ導波路を有する光分岐・結合素子（図１１参照）では、図１２に示すように、上述の図９に示すモード変換型カプラの透過特性（図１０参照）と大きく異なり、各出力ポート（Port1-Port8）に対する分岐比が波長に対して一定でないだけでなく、各チャネル（Port1-Port8）の透過特性が最大６ｄＢ程度揺らいでおり（即ち、透過特性におけるリップルの振幅が６ｄＢ程度である）、光分岐・結合素子としての性能が顕著に劣化していることが分かる。
これは、入力側に設けられた曲げ導波路（曲げ領域）において高次モードが励振し、光波が蛇行しながら、カプラ領域２３に入射してしまうからである。つまり、基本モードと高次モードとの干渉によって、入力光波のモード分布が中心対称性に欠けた状態のままカプラ領域２３に入射してしまうからである。また、光の波長によって、モード間の位相差が異なり、モード間干渉の状態が異なってしまうため、カプラの分岐特性（透過特性）における波長依存性を招くことになるからである。
なお、ここでは、モード変換型カプラを含む光分岐・結合素子を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、カプラ領域にＭＭＩカプラやスターカプラなどの他のカプラを用いても、図１２に示す結果と同様に分岐特性（透過特性）が劣化する。
ところで、曲げ導波路（曲げ領域）を、直線導波路（直線領域）に対して、モードシフト量だけ意図的に横方向にずらす（オフセット）ことによって、曲げ領域（曲げ導波路）における高次モードの励振を低減することができる。
ところで、曲げ導波路（曲げ領域）を、直線導波路（直線領域）に対して、モードシフト量だけ意図的に横方向にずらす（オフセット）ことによって、曲げ領域（曲げ導波路）における高次モードの励振を低減することができる。
本来、このようなオフセットは、曲げ導波路と直線導波路との間のモード不整合による接続損失を低減するために用いられるが、高次モードの励振を抑えることもできる。
ここで、図１３は、上述の図１１に示す光分岐・結合素子に対して、入力側（１チャネル側）に設けられた従来の曲げ導波路（曲げ領域；図５〜図７参照）がオフセットされている光分岐・結合素子を示している。なお、図１３では、上述の光分岐・結合素子（図１１参照）と同一のものには同一の符号を付している。ここでは、オフセット量は０．２μｍである。
ここで、図１３は、上述の図１１に示す光分岐・結合素子に対して、入力側（１チャネル側）に設けられた従来の曲げ導波路（曲げ領域；図５〜図７参照）がオフセットされている光分岐・結合素子を示している。なお、図１３では、上述の光分岐・結合素子（図１１参照）と同一のものには同一の符号を付している。ここでは、オフセット量は０．２μｍである。
また、図１４は、図１３に示すモード変換型カプラ（光分岐・結合素子）の透過特性（transmittance；分岐特性）を示している。
従来の曲げ導波路をオフセットした光分岐・結合素子では、図１４に示すように、透過特性におけるリップルの振幅が３ｄＢ程度まで減少している。
また、図１５は、直線導波路（直線領域）と曲げ導波路（曲げ領域）との間のオフセット量（Δｘ）に対するモード変換型カプラ２３の透過特性におけるリップル振幅値（最大値）を示している。なお、光導波路やカプラの各パラメータは、図９に示したものと同様である。
従来の曲げ導波路をオフセットした光分岐・結合素子では、図１４に示すように、透過特性におけるリップルの振幅が３ｄＢ程度まで減少している。
また、図１５は、直線導波路（直線領域）と曲げ導波路（曲げ領域）との間のオフセット量（Δｘ）に対するモード変換型カプラ２３の透過特性におけるリップル振幅値（最大値）を示している。なお、光導波路やカプラの各パラメータは、図９に示したものと同様である。
図１５に示すように、オフセット量Δｘを適切な値に設定することによって、モード変換型カプラ２３の透過特性におけるリップル振幅値が減少するものの、オフセットによる方法では、高次モードの励振を完全に抑えることができないため、２．８ｄＢ程度のリップルが残存してしまい、２．８ｄＢ以下に抑圧することは困難である。
そこで、本実施形態では、図１６に示すように、モード変換型カプラ（１×８ＦＦＣカプラ）２３を含む光分岐・結合素子２０において、上述の第１実施形態（図１参照）の曲げ導波路６（曲げ領域２Ａを含む曲げ導波路２）を適用している。
そこで、本実施形態では、図１６に示すように、モード変換型カプラ（１×８ＦＦＣカプラ）２３を含む光分岐・結合素子２０において、上述の第１実施形態（図１参照）の曲げ導波路６（曲げ領域２Ａを含む曲げ導波路２）を適用している。
図１６に示すように、モード変換型カプラ（１×８ＦＦＣカプラ）２３を含む光分岐・結合素子の基本的な構成は図９に示すものと同じであり、入力側の曲げ導波路（１つの入力導波路に含まれる曲げ領域）の構成は図１に示すものと同じである。また、各光導波路及び光カプラは、同一半導体基板上に集積されている。なお、本構造では、直線導波路（直線領域）と曲げ導波路（曲げ領域）との間にオフセットは設けていないが、曲げ導波路が図１に示すように構成されているため、曲げ領域２Ａにおける高次モードの励振を抑えることができ、モード間干渉が生じない。
本実施形態のモード変換型カプラ２３を含む光分岐・結合素子２０の具体的な素子パラメータは以下の通りである。
入力導波路２１の直線領域（直線導波路）及び出力導波路２２（直線導波路）の幅をいずれも１．６μｍであり、入力導波路２１の曲げ領域２Ａ（曲げ導波路２）の幅は１．０μｍであり、カプラ領域（ＦＦＣ領域）を構成するテーパ状導波路２３の最狭端幅、最広端幅はそれぞれ１．６μｍ、６８μｍであり、複数の出力導波路２２の間隔は３．５μｍである。また、図示していないが、最外側（両外側）の出力導波路２２は、テーパ状導波路２３との接続部分にテーパ部を有し、このテーパ部の最広端幅、最狭端幅、長さはそれぞれ４．０μｍ、１．６μｍ、１００μｍ（１００μｍ長の幅テーパ導波路部）である。
入力導波路２１の直線領域（直線導波路）及び出力導波路２２（直線導波路）の幅をいずれも１．６μｍであり、入力導波路２１の曲げ領域２Ａ（曲げ導波路２）の幅は１．０μｍであり、カプラ領域（ＦＦＣ領域）を構成するテーパ状導波路２３の最狭端幅、最広端幅はそれぞれ１．６μｍ、６８μｍであり、複数の出力導波路２２の間隔は３．５μｍである。また、図示していないが、最外側（両外側）の出力導波路２２は、テーパ状導波路２３との接続部分にテーパ部を有し、このテーパ部の最広端幅、最狭端幅、長さはそれぞれ４．０μｍ、１．６μｍ、１００μｍ（１００μｍ長の幅テーパ導波路部）である。
ここで、図１７は、図１６に示すモード変換型カプラ（光分岐・結合素子）の透過特性（transmittance；分岐特性）を示している。
上述の第１実施形態（図１参照）の曲げ導波路６を適用したモード変換型カプラを含む光分岐・結合素子では、図１７に示すように、各出力チャネル（Port1-Port8）の透過特性におけるリップルは０．５ｄＢ以下となっており、図１２及び図１４に示す結果と比べて著しく改善されていることが分かる。
上述の第１実施形態（図１参照）の曲げ導波路６を適用したモード変換型カプラを含む光分岐・結合素子では、図１７に示すように、各出力チャネル（Port1-Port8）の透過特性におけるリップルは０．５ｄＢ以下となっており、図１２及び図１４に示す結果と比べて著しく改善されていることが分かる。
また、図１８は、図１６に示すモード変換型カプラを含む光分岐・結合素子における曲げ導波路２の導波路幅（直線導波路１，３の幅Ｗｓｔに対する曲げ導波路２の幅Ｗｂｅｎｄの割合；Ｗｂｅｎｄ／Ｗｓｔ）に対するモード変換型カプラの透過特性におけるリップル振幅値（最大値）を示している。なお、光導波路及びカプラの各パラメータは、図９に示したものと同様である。
図１８に示すように、曲げ導波路２の幅Ｗｂｅｎｄによってリップル振幅値が変化する。特に、直線導波路１，３の幅Ｗｓｔとの比、即ち、Ｗｂｅｎｄ／Ｗｓｔ値を０．６２５近傍に設定すると、リップル振幅値が０．５ｄＢ程度まで減少する。Ｗｂｅｎｄ／Ｗｓｔ値が比較的に大きい場合は、曲げ導波路２（曲げ領域２Ａ）におけるモードシフトに起因する高次モードの励振によってリップルが発生する。一方、Ｗｂｅｎｄ／Ｗｓｔ値が最適値より小さくなると、モード閉込係数の減少により、曲げ導波路２（曲げ領域２Ａ）で閉じ込められなくなり、モードシフトが生じ、リップルが発生する。
なお、ここでは、モード変換型カプラを含む光分岐・結合素子を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、カプラ領域に多モード干渉型（ＭＭＩ：multimode interference）カプラやスターカプラなどの他のカプラを用いても、図１７及び図１８に示す結果と同様に分岐特性（透過特性）が著しく改善する。
ところで、上述の本実施形態の構造では、曲げ導波路２における高次モードの励振を抑えるために、局所的に導波路幅を狭めているため、曲げ導波路２における放射損失が危惧される。
ところで、上述の本実施形態の構造では、曲げ導波路２における高次モードの励振を抑えるために、局所的に導波路幅を狭めているため、曲げ導波路２における放射損失が危惧される。
ここで、図１９は、半導体埋込型曲げ導波路２（曲げ領域２Ａ）の曲げ角度に対する放射損失（曲げ損失）を示している。ここでは、曲げ領域２Ａにおける曲率半径は３００μｍである。
図１９に示すように、曲げ角度に比例して放射損失が増大することが分かる。
また、図１９に示すように、導波路幅が狭くなるにつれて、モード閉込係数が減少し、放射損失が増大することが分かる。
図１９に示すように、曲げ角度に比例して放射損失が増大することが分かる。
また、図１９に示すように、導波路幅が狭くなるにつれて、モード閉込係数が減少し、放射損失が増大することが分かる。
ここでは、曲げ角度に対する曲げ損失は、それぞれ、０．０１７ｄＢ／ｄｅｇ（ｗ＝１．６μｍ）、０．０２５ｄＢ／ｄｅｇ（ｗ＝１．４μｍ）、０．０４２ｄＢ／ｄｅｇ（ｗ＝１．２μｍ）及び０．０７８ｄＢ／ｄｅｇ（ｗ＝１．０μｍ）である。
このような曲げ損失は、曲げ導波路２（曲げ領域２Ａ）の曲率半径を大きくすることによって低減することができる。
このような曲げ損失は、曲げ導波路２（曲げ領域２Ａ）の曲率半径を大きくすることによって低減することができる。
例えば、曲げ領域２Ａにおける曲率半径を５００μｍにすると、曲げ損失は、それぞれ、０．０００５ｄＢ／ｄｅｇ（ｗ＝１．６μｍ）、０．０００６ｄＢ／ｄｅｇ（ｗ＝１．４μｍ）、０．００２６ｄＢ／ｄｅｇ（ｗ＝１．２μｍ）及び０．０１２ｄＢ／ｄｅｇ（ｗ＝１．０μｍ）となる。
しかしながら、このように曲率半径を大きくすると、サイズが大きくなるため、曲げ損失と素子サイズとはトレードオフの関係にある。
しかしながら、このように曲率半径を大きくすると、サイズが大きくなるため、曲げ損失と素子サイズとはトレードオフの関係にある。
ここで、図２０は、図１６に示すモード変換型カプラを含む光分岐・結合素子に備えられる曲げ導波路の導波路幅に対する放射損失（透過特性；transmittance）を示している。
図１６に示すモード変換型カプラを含む光分岐・結合素子のように曲げ導波路の曲げ角度が７度程度の場合、図２０に示すように、導波路幅１．０μｍ近傍でもピーク損失に対する過剰損失が０．３ｄＢ以下に抑えられる。
図１６に示すモード変換型カプラを含む光分岐・結合素子のように曲げ導波路の曲げ角度が７度程度の場合、図２０に示すように、導波路幅１．０μｍ近傍でもピーク損失に対する過剰損失が０．３ｄＢ以下に抑えられる。
したがって、上述の本実施形態の構造を用いることによって、過剰損失を増大させることなく、図１７に示すように、均一な分岐比を実現することが可能である。
このように、モード変換型カプラ（１×８ＦＦＣ）を含む光分岐・結合素子を上述のように構成することで、入力側の曲げ導波路における高次モードの励振を抑えることができ、例えば数十ｎｍに及ぶ波長範囲にわたって良好な分岐・結合特性が得られる。
このように、モード変換型カプラ（１×８ＦＦＣ）を含む光分岐・結合素子を上述のように構成することで、入力側の曲げ導波路における高次モードの励振を抑えることができ、例えば数十ｎｍに及ぶ波長範囲にわたって良好な分岐・結合特性が得られる。
なお、ここでは、光分岐・結合素子を、モード変換型カプラを含むものとして構成した場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、例えばＭＭＩカプラ、スターカプラ或いはＹ分岐カプラなどの他の異なる構成のカプラを含むものとして構成しても良く、この場合も上述と同様に良好な特性が得られることになる。
なお、その他の構成及び製造方法は、上述の第１実施形態と同様であるから、ここではその説明を省略する。
なお、その他の構成及び製造方法は、上述の第１実施形態と同様であるから、ここではその説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかる光半導体装置及びその製造方法によれば、上述の第１実施形態と同様に、曲げ導波路６（曲げ領域２Ａを含む曲げ導波路２）における高次モードの励振そのものを防ぐことができるという利点がある。
特に、上述の第１実施形態の曲げ導波路６を適用して、曲げ導波路を含む光分岐・結合素子を構成することで、高次モードが励振しないようにすることができるため、広帯域にわたって波長リップルの小さい光分岐・結合特性、即ち、高チャネル間バランス特性を有し、コンパクトな光分岐・結合素子を実現できることになる。
特に、上述の第１実施形態の曲げ導波路６を適用して、曲げ導波路を含む光分岐・結合素子を構成することで、高次モードが励振しないようにすることができるため、広帯域にわたって波長リップルの小さい光分岐・結合特性、即ち、高チャネル間バランス特性を有し、コンパクトな光分岐・結合素子を実現できることになる。
なお、上述の実施形態では、半導体基板上にモード変換型光カプラ２３及び光導波路２１，２２（上述の第１実施形態の曲げ導波路６を含む）を備える光分岐・結合素子（光半導体装置）を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、例えば、このような光分岐・結合素子が形成されている半導体基板上に、半導体光増幅器、半導体レーザ（レーザ光源）、光変調器、位相変調器、光フィルタなどの他の光機能素子及び光導波路を集積させることによって高機能な光集積素子（半導体光集積素子）を構成することもできる。
例えば、光集積素子（光半導体装置）を、第１光素子と、第１光素子に接続された光導波路と、光導波路に接続された第２光素子とを備え、第１光素子と第２光素子とを接続する光導波路に上述の第１実施形態の曲げ導波路６を適用したものとして構成することができる。
以下、複数の第１光素子及び複数の光導波路を備え、複数の第１光素子が、複数の光導波路のそれぞれに接続されており、第２光素子に接続された他の光導波路と、他の光導波路に接続された第３光素子とをさらに備え、各光素子及び各光導波路が同一半導体基板上に集積されている光集積素子の構成例について説明する。
以下、複数の第１光素子及び複数の光導波路を備え、複数の第１光素子が、複数の光導波路のそれぞれに接続されており、第２光素子に接続された他の光導波路と、他の光導波路に接続された第３光素子とをさらに備え、各光素子及び各光導波路が同一半導体基板上に集積されている光集積素子の構成例について説明する。
なお、ここでは、第１光素子と第２光素子とを接続する光導波路に上述の第１実施形態の曲げ導波路６を適用した場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、例えば、第２光素子と第３光素子とを接続する他の光導波路に上述の第１実施形態の曲げ導波路６を適用しても良い。
例えば図２１に示すように、単一の半導体基板（同一半導体基板）３０上に、上述の実施形態にかかるモード変換型光カプラ２３と、半導体光増幅器（ＳＯＡ）３１，３２とをモノリシックに集積させて、光集積素子としての光ゲートスイッチ３５を構成することができる。ここでは、モード変換型光カプラ（第２光素子）２３の入力側に複数の曲げ導波路［入力導波路；上述の第１実施形態（図１参照）の曲げ導波路６を含む］３３を介して複数のＳＯＡ（ＳＯＡゲートアレイ；第１光素子）３１を接続し、モード変換型光カプラ２３の出力側に１つの光導波路（出力導波路；他の光導波路）３４を介して１つのＳＯＡ（第３光素子）３２を接続している。
例えば図２１に示すように、単一の半導体基板（同一半導体基板）３０上に、上述の実施形態にかかるモード変換型光カプラ２３と、半導体光増幅器（ＳＯＡ）３１，３２とをモノリシックに集積させて、光集積素子としての光ゲートスイッチ３５を構成することができる。ここでは、モード変換型光カプラ（第２光素子）２３の入力側に複数の曲げ導波路［入力導波路；上述の第１実施形態（図１参照）の曲げ導波路６を含む］３３を介して複数のＳＯＡ（ＳＯＡゲートアレイ；第１光素子）３１を接続し、モード変換型光カプラ２３の出力側に１つの光導波路（出力導波路；他の光導波路）３４を介して１つのＳＯＡ（第３光素子）３２を接続している。
このように構成される光ゲートスイッチ３５では、入力側に位置する複数のＳＯＡ３１の電流制御によって、任意のチャネルの光信号を取り出すことができる。この際に、上述の実施形態にかかるモード変換型光カプラ２３による高チャネル間バランス特性によって波長多重された光信号に対して光強度が一定に保たれ、高品質な光信号処理が可能となる。
また、例えば図２２に示すように、単一の半導体基板（同一半導体基板）４０上に、上述の実施形態にかかるモード変換型光カプラ２３と、半導体レーザ（ＬＤ；レーザダイオード）４１と、半導体光増幅器（ＳＯＡ）４２とをモノリシックに集積させて、光集積素子としての波長可変レーザ（波長可変光源）４５を構成することもできる。ここでは、モード変換型光カプラ（第２光素子）２３の入力側に複数の曲げ導波路［入力導波路；上述の第１実施形態（図１参照）の曲げ導波路６を含む］４３を介して複数の半導体レーザ（第１光素子）４１を接続し、モード変換型光カプラ２３の出力側に１つの光導波路（出力導波路；他の光導波路）４４を介してＳＯＡ（第３光素子）４２を接続している。
なお、半導体レーザ４１としては、例えば温度調整可能な分布帰還型（ＤＦＢ：distributed feedback）レーザや電流注入制御型ＴＤＡ（tunable distributed amplification）−ＤＦＢレーザなどを用いることができる。この場合、各半導体レーザ４１が数ｎｍ程度の波長範囲にわたって波長を変化させることができるため、上述の実施形態にかかるモード変換型光カプラ２３を用いて波長可変レーザを構成すれば、Ｃバンド及びＬバンド全体にわたる広帯域波長可変動作が可能となる。また、上述の実施形態にかかるモード変換型光カプラ２３による高チャネル間バランス特性及び低波長依存性によって全てのチャネルにわたってレーザ出力パワーを一定に保つことも可能になる。
また、例えば図２３に示すように、単一の半導体基板（同一半導体基板）５０上に、上述の実施形態にかかるモード変換型光カプラ２３と、半導体レーザ（ＬＤ；レーザダイオード）５１と、半導体光増幅器（ＳＯＡ）５２と、光変調器（ＭＯＤ）５３とをモノリシックに集積させて、光集積素子としての外部変調器集積型波長可変レーザ（外部変調器集積型波長可変光源）５６を構成することもできる。ここでは、モード変換型光カプラ（第２光素子）２３の入力側に複数の曲げ導波路［入力導波路；上述の第１実施形態（図１参照）の曲げ導波路６を含む］５４を介して複数の半導体レーザ（第１光素子）５１を接続し、モード変換型光カプラ２０の出力側に１つの光導波路（出力導波路；他の光導波路）５５を介してＳＯＡ（第３光素子）５２及びＭＯＤ（第３光素子）５３を接続している。
また、例えば図２４に示すように、単一の半導体基板（同一半導体基板）６０上に、上述の実施形態にかかるモード変換型光カプラ２３と、半導体レーザ（ＬＤ；レーザダイオード）６１と、光変調器（ＭＯＤ）６２と、半導体光増幅器（ＳＯＡ）６３とをモノリシックに集積させて、光集積素子６６を構成することもできる。ここでは、モード変換型光カプラ（第２光素子）２３の入力側に複数の曲げ導波路［入力導波路；上述の第１実施形態（図１参照）の曲げ導波路６を含む］６４を介して複数の半導体レーザ（第１光素子）６１及び複数のＭＯＤ（第１光素子）６２を接続し、モード変換型光カプラ２０の出力側に１つの光導波路（出力導波路；他の光導波路）６５を介してＳＯＡ（第３光素子）６３を接続している。
また、例えば図２５に示すように、単一の半導体基板（同一半導体基板）７０上に、上述の実施形態にかかるモード変換型光カプラ２３と、半導体レーザ（ＬＤ；レーザダイオード）［又は半導体光増幅器（ＳＯＡ）］７１と、半導体光増幅器（ＳＯＡ）７２と、光フィルタ（ＯＦ）７３とをモノリシックに集積させて、光集積素子７６を構成することもできる。ここでは、モード変換型光カプラ（第２光素子）２３の入力側に複数の曲げ導波路［入力導波路；上述の第１実施形態（図１参照）の曲げ導波路６を含む］７４を介して複数の半導体レーザ（又はＳＯＡ；第１光素子）７１を接続し、モード変換型光カプラ２０の出力側に１つの光導波路（出力導波路；他の光導波路）７５を介してＳＯＡ（第３光素子）７２及びＯＦ（第３光素子）７３を接続している。この構成により、ＳＯＡの自然放出光成分を除去することができる。また、波長多重信号列が入力された場合、任意の波長成分のみを取り出すことも可能になる。
このような光集積素子［上述の第１実施形態（図１参照）の曲げ導波路６を含む光半導体装置］によって高機能な光信号処理が可能となるため、例えば図２６（Ａ）に示すように、このような高機能な光集積素子［上述の第１実施形態（図１参照）の曲げ導波路６を含む光半導体装置］によって光スイッチ（例えばＮ×Ｎ光スイッチ）８０を構成し、これを光送信機８１と光受信機８２との間の光伝送路８３に設けて光伝送装置８４を構成することで、光伝送装置８４の高性能化を図ることができる。また、例えば図２６（Ｂ）に示すように、上述の波長可変レーザ（波長可変光源）４５（図２２参照）を備えるものとして光送信機８５を構成し、これを、光伝送路８６を介して光受信機８７に接続して光伝送装置８８を構成することで、光伝送装置８８の高性能化を図ることができる。
また、本発明は、上述した各実施形態及びその変形例に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
以下、上述の各実施形態及び変形例に関し、更に、付記を開示する。
（付記１）
第１の幅を有する第１光導波路と、
前記第１光導波路に接続され、曲げ部を有すると共に前記第１の幅よりも狭い第２の幅を有する第２光導波路と、
前記第２光導波路に接続され、前記第２の幅よりも広い第３の幅を有する第３光導波路とを備えることを特徴とする光半導体装置。
以下、上述の各実施形態及び変形例に関し、更に、付記を開示する。
（付記１）
第１の幅を有する第１光導波路と、
前記第１光導波路に接続され、曲げ部を有すると共に前記第１の幅よりも狭い第２の幅を有する第２光導波路と、
前記第２光導波路に接続され、前記第２の幅よりも広い第３の幅を有する第３光導波路とを備えることを特徴とする光半導体装置。
（付記２）
前記第１光導波路と前記第２光導波路との間に、一端を前記第１の幅とし、他端を前記第２の幅とする第１テーパ光導波路を備えることを特徴とする、付記１記載の光半導体装置。
（付記３）
前記第２光導波路と前記第３光導波路との間に、一端を前記第２の幅とし、他端を前記第３の幅とする第２テーパ光導波路を備えることを特徴とする、付記１又は２に記載の光半導体装置。
前記第１光導波路と前記第２光導波路との間に、一端を前記第１の幅とし、他端を前記第２の幅とする第１テーパ光導波路を備えることを特徴とする、付記１記載の光半導体装置。
（付記３）
前記第２光導波路と前記第３光導波路との間に、一端を前記第２の幅とし、他端を前記第３の幅とする第２テーパ光導波路を備えることを特徴とする、付記１又は２に記載の光半導体装置。
（付記４）
前記第２光導波路は、前記第１光導波路及び前記第３光導波路に対してオフセットされていることを特徴とする、付記１記載の光半導体装置。
（付記５）
前記第２光導波路は、前記第１テーパ光導波路に対してオフセットされていることを特徴とする、付記２記載の光半導体装置。
前記第２光導波路は、前記第１光導波路及び前記第３光導波路に対してオフセットされていることを特徴とする、付記１記載の光半導体装置。
（付記５）
前記第２光導波路は、前記第１テーパ光導波路に対してオフセットされていることを特徴とする、付記２記載の光半導体装置。
（付記６）
前記第２光導波路は、前記第２テーパ光導波路に対してオフセットされていることを特徴とする、付記３記載の光半導体装置。
（付記７）
前記第１光導波路及び前記第３光導波路は、単一モード条件を満たす導波路幅を有することを特徴とする、付記１〜６のいずれか１項に記載の光半導体装置。
前記第２光導波路は、前記第２テーパ光導波路に対してオフセットされていることを特徴とする、付記３記載の光半導体装置。
（付記７）
前記第１光導波路及び前記第３光導波路は、単一モード条件を満たす導波路幅を有することを特徴とする、付記１〜６のいずれか１項に記載の光半導体装置。
（付記８）
前記第１光導波路、前記第２光導波路及び前記第３光導波路を埋め込む埋込構造を備えることを特徴とする、付記１〜７のいずれか１項に記載の光半導体装置。
（付記９）
第１光素子と、
前記第１光素子に接続された光導波路と、
前記光導波路に接続された第２光素子とを備え、
前記光導波路は、
前記第１光素子に接続され、第１の幅を有する第１光導波路と、
前記第１光導波路に接続され、曲げ部を有すると共に前記第１の幅よりも狭い第２の幅を有する第２光導波路と、
前記第２光導波路に接続され、前記第２の幅よりも広い第３の幅を有する第３光導波路とを備えることを特徴とする光半導体装置。
前記第１光導波路、前記第２光導波路及び前記第３光導波路を埋め込む埋込構造を備えることを特徴とする、付記１〜７のいずれか１項に記載の光半導体装置。
（付記９）
第１光素子と、
前記第１光素子に接続された光導波路と、
前記光導波路に接続された第２光素子とを備え、
前記光導波路は、
前記第１光素子に接続され、第１の幅を有する第１光導波路と、
前記第１光導波路に接続され、曲げ部を有すると共に前記第１の幅よりも狭い第２の幅を有する第２光導波路と、
前記第２光導波路に接続され、前記第２の幅よりも広い第３の幅を有する第３光導波路とを備えることを特徴とする光半導体装置。
（付記１０）
前記光導波路を複数備えるとともに、前記第１光素子を複数備え、
前記複数の第１光素子は、前記複数の光導波路を構成する前記第１光導波路のそれぞれに接続されていることを特徴とする、付記９記載の光半導体装置。
（付記１１）
前記第１光素子は、光増幅器であり、
前記第２光素子は、光カプラであることを特徴とする、付記１０記載の光半導体装置。
前記光導波路を複数備えるとともに、前記第１光素子を複数備え、
前記複数の第１光素子は、前記複数の光導波路を構成する前記第１光導波路のそれぞれに接続されていることを特徴とする、付記９記載の光半導体装置。
（付記１１）
前記第１光素子は、光増幅器であり、
前記第２光素子は、光カプラであることを特徴とする、付記１０記載の光半導体装置。
（付記１２）
前記第１光素子は、レーザであり、
前記第２光素子は、光カプラであることを特徴とする、付記１０記載の光半導体装置。
（付記１３）
前記第１光素子は、レーザ及び光変調器であり、
前記第２光素子は、光カプラであることを特徴とする、付記１０記載の光半導体装置。
前記第１光素子は、レーザであり、
前記第２光素子は、光カプラであることを特徴とする、付記１０記載の光半導体装置。
（付記１３）
前記第１光素子は、レーザ及び光変調器であり、
前記第２光素子は、光カプラであることを特徴とする、付記１０記載の光半導体装置。
（付記１４）
前記第２光素子に接続された他の光導波路と、
前記他の光導波路に接続された第３光素子とを備え、
前記第３光素子は、光増幅器であることを特徴とする、付記１１〜１３のいずれか１項に記載の光半導体装置。
前記第２光素子に接続された他の光導波路と、
前記他の光導波路に接続された第３光素子とを備え、
前記第３光素子は、光増幅器であることを特徴とする、付記１１〜１３のいずれか１項に記載の光半導体装置。
（付記１５）
前記第２光素子に接続された他の光導波路と、
前記他の光導波路に接続された第３光素子とを備え、
前記第３光素子は、光増幅器及び光変調器であることを特徴とする、付記１２記載の光半導体装置。
前記第２光素子に接続された他の光導波路と、
前記他の光導波路に接続された第３光素子とを備え、
前記第３光素子は、光増幅器及び光変調器であることを特徴とする、付記１２記載の光半導体装置。
（付記１６）
前記第２光素子に接続された他の光導波路と、
前記他の光導波路に接続された第３光素子とを備え、
前記第３光素子は、光増幅器及び光フィルタであることを特徴とする、付記１１又は１２に記載の光半導体装置。
前記第２光素子に接続された他の光導波路と、
前記他の光導波路に接続された第３光素子とを備え、
前記第３光素子は、光増幅器及び光フィルタであることを特徴とする、付記１１又は１２に記載の光半導体装置。
（付記１７）
前記他の光導波路は、
前記第２光素子に接続され、第４の幅を有する第４光導波路と、
前記第４光導波路に接続され、曲げ部を有すると共に前記第４の幅よりも狭い第５の幅を有する第５光導波路と、
前記第５光導波路に接続され、前記第５の幅よりも広い第６の幅を有する第６光導波路とを備えることを特徴とする、付記１４〜１６のいずれか１項に記載の光半導体装置。
前記他の光導波路は、
前記第２光素子に接続され、第４の幅を有する第４光導波路と、
前記第４光導波路に接続され、曲げ部を有すると共に前記第４の幅よりも狭い第５の幅を有する第５光導波路と、
前記第５光導波路に接続され、前記第５の幅よりも広い第６の幅を有する第６光導波路とを備えることを特徴とする、付記１４〜１６のいずれか１項に記載の光半導体装置。
（付記１８）
前記光素子及び前記光導波路は、同一半導体基板上に集積されていることを特徴とする、付記９〜１７のいずれか１項に記載の光半導体装置。
（付記１９）
付記１〜１８のいずれか１項に記載の光半導体装置を備えることを特徴とする、光伝送装置。
前記光素子及び前記光導波路は、同一半導体基板上に集積されていることを特徴とする、付記９〜１７のいずれか１項に記載の光半導体装置。
（付記１９）
付記１〜１８のいずれか１項に記載の光半導体装置を備えることを特徴とする、光伝送装置。
（付記２０）
半導体基板上に、コア層、クラッド層を順に形成し、
前記コア層及び前記クラッド層を加工して、第１の幅を有する第１光導波路、曲げ部を有すると共に前記第１の幅よりも狭い第２の幅を有する第２光導波路、及び、前記第２の幅よりも広い第３の幅を有する第３光導波路がこの順に連なる導波路ストライプ構造を形成することを特徴とする光半導体装置の製造方法。
半導体基板上に、コア層、クラッド層を順に形成し、
前記コア層及び前記クラッド層を加工して、第１の幅を有する第１光導波路、曲げ部を有すると共に前記第１の幅よりも狭い第２の幅を有する第２光導波路、及び、前記第２の幅よりも広い第３の幅を有する第３光導波路がこの順に連なる導波路ストライプ構造を形成することを特徴とする光半導体装置の製造方法。
１ 第１光導波路（直線導波路）
２ 第２光導波路（曲げ導波路）
２Ａ 曲げ部（曲げ領域）
３ 第３光導波路（直線導波路）
４ 第１テーパ光導波路
５ 第２テーパ光導波路
６ 曲げ導波路
１０ ｎ型ＩｎＰ基板（半導体基板）
１１ アンドープＧａＩｎＡｓＰコア層
１２ ｐ型ＩｎＰクラッド層
１３ 導波路ストライプ構造
１４ 半絶縁性ＩｎＰ層（埋込層）
１５ 高抵抗埋込導波路構造
２０ 光分岐・結合素子（モード変換型光カプラ；１×８ＦＦＣ）
２１ 入力導波路
２２ 出力導波路
２３ テーパ状導波路（カプラ領域）
３０ 半導体基板
３１，３２ 半導体光増幅器
３３ 曲げ導波路（入力導波路）
３４ 光導波路（出力導波路）
３５ 光ゲートスイッチ
４０ 半導体基板
４１ 半導体レーザ
４２ 半導体光増幅器
４３ 曲げ導波路（入力導波路）
４４ 光導波路（出力導波路）
４５ 波長可変レーザ
５０ 半導体基板
５１ 半導体レーザ
５２ 半導体光増幅器
５３ 光変調器
５４ 曲げ導波路（入力導波路）
５５ 光導波路（出力導波路）
５６ 外部変調器集積型波長可変レーザ
６０ 半導体基板
６１ 半導体レーザ
６２ 光変調器
６３ 半導体光増幅器
６４ 曲げ導波路（入力導波路）
６５ 光導波路（出力導波路）
６６ 光集積素子
７０ 半導体基板
７１ 半導体レーザ（又は半導体光増幅器）
７２ 半導体光増幅器
７３ 光フィルタ
７４ 曲げ導波路（入力導波路）
７５ 光導波路（出力導波路）
７６ 光集積素子
８０ 光スイッチ
８１ 光送信機
８２ 光受信機
８３ 光伝送路
８４ 光伝送装置
８５ 光送信機
８６ 光伝送路
８７ 光受信機
８８ 光伝送装置
２ 第２光導波路（曲げ導波路）
２Ａ 曲げ部（曲げ領域）
３ 第３光導波路（直線導波路）
４ 第１テーパ光導波路
５ 第２テーパ光導波路
６ 曲げ導波路
１０ ｎ型ＩｎＰ基板（半導体基板）
１１ アンドープＧａＩｎＡｓＰコア層
１２ ｐ型ＩｎＰクラッド層
１３ 導波路ストライプ構造
１４ 半絶縁性ＩｎＰ層（埋込層）
１５ 高抵抗埋込導波路構造
２０ 光分岐・結合素子（モード変換型光カプラ；１×８ＦＦＣ）
２１ 入力導波路
２２ 出力導波路
２３ テーパ状導波路（カプラ領域）
３０ 半導体基板
３１，３２ 半導体光増幅器
３３ 曲げ導波路（入力導波路）
３４ 光導波路（出力導波路）
３５ 光ゲートスイッチ
４０ 半導体基板
４１ 半導体レーザ
４２ 半導体光増幅器
４３ 曲げ導波路（入力導波路）
４４ 光導波路（出力導波路）
４５ 波長可変レーザ
５０ 半導体基板
５１ 半導体レーザ
５２ 半導体光増幅器
５３ 光変調器
５４ 曲げ導波路（入力導波路）
５５ 光導波路（出力導波路）
５６ 外部変調器集積型波長可変レーザ
６０ 半導体基板
６１ 半導体レーザ
６２ 光変調器
６３ 半導体光増幅器
６４ 曲げ導波路（入力導波路）
６５ 光導波路（出力導波路）
６６ 光集積素子
７０ 半導体基板
７１ 半導体レーザ（又は半導体光増幅器）
７２ 半導体光増幅器
７３ 光フィルタ
７４ 曲げ導波路（入力導波路）
７５ 光導波路（出力導波路）
７６ 光集積素子
８０ 光スイッチ
８１ 光送信機
８２ 光受信機
８３ 光伝送路
８４ 光伝送装置
８５ 光送信機
８６ 光伝送路
８７ 光受信機
８８ 光伝送装置
Claims (9)
- 第１の幅を有する第１光導波路と、
前記第１光導波路に接続され、曲げ部を有すると共に前記第１の幅よりも狭い第２の幅を有する第２光導波路と、
前記第２光導波路に接続され、前記第２の幅よりも広い第３の幅を有する第３光導波路とを備えることを特徴とする光半導体装置。 - 前記第１光導波路と前記第２光導波路との間に、一端を前記第１の幅とし、他端を前記第２の幅とする第１テーパ光導波路を備えることを特徴とする、請求項１記載の光半導体装置。
- 前記第２光導波路と前記第３光導波路との間に、一端を前記第２の幅とし、他端を前記第３の幅とする第２テーパ光導波路を備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の光半導体装置。
- 前記第２光導波路は、前記第１テーパ光導波路に対してオフセットされていることを特徴とする、請求項２記載の光半導体装置。
- 前記第２光導波路は、前記第２テーパ光導波路に対してオフセットされていることを特徴とする、請求項３記載の光半導体装置。
- 前記第１光導波路及び前記第３光導波路は、単一モード条件を満たす導波路幅を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光半導体装置。
- 前記第１光導波路、前記第２光導波路及び前記第３光導波路が形成された半導体基板上に集積された光機能素子を備えることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光半導体装置。
- 請求項１〜７のいずれか１項に記載の光半導体装置を備えることを特徴とする、光伝送装置。
- 半導体基板上に、コア層、クラッド層を順に形成し、
前記コア層及び前記クラッド層を加工して、第１の幅を有する第１光導波路、曲げ部を有すると共に前記第１の幅よりも狭い第２の幅を有する第２光導波路、及び、前記第２の幅よりも広い第３の幅を有する第３光導波路がこの順に連なる導波路ストライプ構造を形成することを特徴とする光半導体装置の製造方法。
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| JP2014187299A (ja) * | 2013-03-25 | 2014-10-02 | Sony Corp | 光増幅器及び光増幅方法 |
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