JP2013254163A - コヒーレントミキサ、コヒーレントミキサを作製する方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】コヒーレントミキサ11では、第1入力導波路19及び第2入力導波路21の一方に信号光Sが伝搬すると共に第1入力導波路19及び第2入力導波路21の他方に参照光Lが伝搬する。多モード干渉デバイス15は、その入力ポート14a、14bを介して、これらの光S、Lをそれぞれ第1入力導波路19及び第2入力導波路21から受ける。コヒーレントミキサ11が、多モード干渉デバイス15の表面の少なくとも一部分が保護層25に開口25aに露出されている形態を有するとき、評価特性を所望の偏差及び所望の位相ズレに近づける構造を有するコヒーレントミキサ11を得ることができる。
【選択図】図1
Description
図1は、コヒーレントミキサ及びコヒーレントミキサ装置を概略的に説明する図面である。コヒーレントミキサ11は、基板13と、多モード干渉デバイス15と、受光デバイス17と、第1入力導波路19と、第2入力導波路21と、光導波路デバイス23(光導波路23a、23b、23c、23d)と、保護層25とを備える。基板13は主面13aを有し、主面13aは第1エリア13b及び第2エリア13cを含む。多モード干渉デバイス15は、基板13の第1エリア13b上に設けられる。受光デバイス17は、基板13の第2エリア13b上に設けられ、また受光デバイス17は複数の導波路型フォトダイオード17a、17b、17c、17dを含む。第1入力導波路19は、多モード干渉デバイス15に光学的に結合される。第2入力導波路21は、多モード干渉デバイスに光学的に結合される。多モード干渉デバイス15は、受光デバイス17に光導波路デバイス23を介して光学的に結合される。受光デバイス17は、本実施例では導波路型フォトダイオード17a、17b、17c、17dを含み、導波路型フォトダイオード17a、17b、17c、17dは、それぞれ、光導波路(出力光導波路)23a、23b、23c、23dに光学的に結合される。保護層25は、基板13の第2エリア13c及び複数の導波路型フォトダイオード17a、17b、17c、17dを覆い、また基板13の第1エリア13bに位置する開口25aを有する。
半絶縁InP基板、i−InP(厚さ1.2μm)/i−InGaAsP(厚さ0.5μm、λg=1.05μm)、i−InP(厚さ1.0μm)。これらはエピタキシャル成長により作製される。
導波路幅:2.5μm。
メサ高さ:2.3μm。
MMI構造の一例。
層構造は導波路と同じ。
MMI構造の幅:20μm。
MMI構造の長さ:806μm。
MMI構造のメサ高さ:2.3μm。
PD構造の一例。
半絶縁InP基板、n−InP(厚さ1.2μm、5×1018cm−3)、i−InGaAs吸収層(厚さ0.5μm)、p−InP(厚さ0.7μm、7×1017cm−3)、p−InGaAsコンタクト層(厚さ0.3μm、1×1019cm−3。これらはエピタキシャル成長により作製される。
メサ側面を埋め込むi−InP保護層(0.3μm)。これはエピタキシャル成長により作製される。
PD幅:12μm。
PD長:12μm。
PDメサ高さ:2.0μm。
メサ上部にp電極。
メサ底面にn電極。
保護層:SiN保護層(厚さ:500nm)
半導体素子作製後における加工中の導波路へのダメージ抑制のために、およびPDの信頼性・絶縁性確保のために、厚さ500nmのSiN保護層(好ましくは、100nm以上1000nm以下)を成膜している。
この知見に基づいて、図4の(a)部に示されるように、このコヒーレントミキサでは、フォトダイオードを選択的に厚さ500nmのSiN膜で覆うと共に多モード干渉デバイス(フォトダイオード以外のデバイス)をSiN膜で選択的に覆わないようにSiN膜を部分的に除去する。図4の(b)部及び(c)部は、それぞれ、入力ポートLから光を入射したときのIチャネル間位相差及び偏差を示す。位相ズレの最大値は1.4度であり、偏差の最大値は0.25dB程度である。これは、ほぼ許容可能な範囲であり、理想的な値に非常に近い。多モード干渉デバイス(フォトダイオード以外のデバイス)において、SiN膜による応力がなくなったので、MMIの屈折率分布の均一性が高めされたと考えられる。MMIの特性を安定化させるには、MMIを覆う保護層を設けないことが有効であるを示す。一方、フォトダイオードは信頼性・絶縁性確保のために、保護層を設けている。
実施例1におけるコヒーレントミキサをAlNサブマウントにAuSnを用いて実装して、コヒーレントミキサ装置を作製する。実施例1と同様に位相ズレ及び偏差の評価をする。図5は、コヒーレントミキサ装置における位相ズレ及び偏差の評価結果を示す。コヒーレントミキサ装置の位相ズレが4度であり、コヒーレントミキサ装置の偏差が0.7dBである。
図6の(a)部に示すように、コヒーレントミキサのMMI部のSiN膜を一部分だけ除去したコヒーレントミキサを作製する。このMMI部は、入力ポートから出力ポートへの方向に配列された第1部分、第2部分及び第3部分を含む。第1部分は入力ポートを含み、第3部分は出力ポートを含む。第2部分は、SiN膜で覆われていない。このコヒーレントミキサをAlNサブマウントにAuSnを用いて実装して、コヒーレントミキサ装置を作製する。図6の(b)部及び(c)部は、この構造のコヒーレントミキサ装置の特性を示す。その特性が向上されて、位相ズレは1度以下であり、偏差は0.25dBである。
コヒーレントミキサ11では、多モード干渉デバイス15はカプラ編み込み型90度ハイブリットを含むことができる。
図8は、PDを集積すると共にされたカプラ編み込み型90度ハイブリッドを含むコヒーレントミキサを示す。カプラ編み込み型90度ハイブリッドは、第1の実施形態1と同じく、ポートSから入力された信号光とポートLから入力された局所発振光を干渉させ、4つの出力ポートにおける光の位相をそれぞれ90度ずつずらして出力する機能をもつ。信号光S及び局部発振光Lはカプラ編み込み型90度ハイブリッドの入力ポートに提供されて、カプラ編み込み型90度ハイブリッドの出力ポートからは個々のPDに混合光が提供される。個々のPDは、電気信号I1、I2、Q1、Q2を生成する。信号光と局所発振光の位相差に応じて、光が出力されるポートおよび出力される光の強度が変化するので、信号光のもつ位相情報が強度情報に変換される。これらの信号をPDで受光できる。
層構造は実施の形態1における導波路と同じ。
2×2MMI構造の幅:6μm。
2×2MMI構造の長さ:158μm。
2×2MMI構造のメサ高さ:2.3μm。
Claims (11)
- 第1エリア及び第2エリアを含む主面を有する基板と、
前記基板の前記第1エリア上に設けられた多モード干渉デバイスと、
複数の導波路型フォトダイオードを含み、前記基板の前記第2エリア上に設けられた受光デバイスと、
前記多モード干渉デバイスに光学的に結合された第1入力導波路と、
前記多モード干渉デバイスに光学的に結合された第2入力導波路と、
前記多モード干渉デバイスを前記複数の導波路型フォトダイオードに光学的に、それぞれ、結合する複数の光導波路と、
前記基板の前記第1エリアに位置する開口を有すると共に前記基板の前記第2エリア及び前記複数の導波路型フォトダイオードを覆う保護層と、
を備え、
前記多モード干渉デバイスの表面の少なくとも一部分は、前記保護層の前記開口に露出されており、
前記多モード干渉デバイスは、前記基板の前記主面の法線軸の方向に順に配列された第1クラッド層、コア層及び第2クラッド層を含む半導体積層を有し、
前記光導波路、前記第1入力導波路及び前記第2入力導波路の各々は、コア半導体層を含み、
前記導波路型フォトダイオードの各々は、受光半導体層を含む、コヒーレントミキサ。 - 前記多モード干渉デバイスはMMI型90度ハイブリット及びカプラ編み込み型90度ハイブリットの少なくともいずれかを含む、請求項1に記載されたコヒーレントミキサ。
- 前記多モード干渉デバイスはMMI型90度ハイブリットを含み、
前記MMI型90度ハイブリットの上面及び側面の少なくとも一部分は、前記保護層から露出されている、請求項1又は請求項2に記載されたコヒーレントミキサ。 - 前記多モード干渉デバイスはカプラ編み込み型90度ハイブリットを含み、
前記多モード干渉デバイスの前記カプラ編み込み型90度ハイブリットは、前記第1入力導波路に接続された第1MMIと、前記第2入力導波路に接続された第2MMIと、第1内部導波路及び第2内部導波路を介してそれぞれ前記第1MMI及び前記第2MMIに接続された第3MMIと、第3内部導波路及び第4内部導波路を介してそれぞれ前記第1MMI及び前記第2MMIに接続された第4MMIとを含み、
前記第3MMIは、前記複数の光導波路のうちの一光導波路を介して前記受光デバイスに接続されており、
前記第4MMIは、前記複数の光導波路のうちの別の光導波路を介して前記受光デバイスに接続されており、
前記第1MMI、前記第2MMI、前記第3MMI及び前記第4MMIの少なくともいずれか一つは、前記開口に露出されている、請求項3に記載されたコヒーレントミキサ。 - 前記第1MMI、前記第2MMI、前記第3MMI及び前記第4MMIのいずれか一つは、前記保護層に覆われている、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載されたコヒーレントミキサ。
- 前記保護層はシリコン窒化物を備え、
前記基板は半絶縁性のInP基板を含み、
前記光導波路の前記コア層は、InGaAsPを備え、
前記導波路型フォトダイオードの前記受光半導体層はInGaAsを備える、請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載されたコヒーレントミキサ。 - 請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載されたコヒーレントミキサと、
前記コヒーレントミキサを搭載するサブマウントと、
前記コヒーレントミキサと前記サブマウントを接合する半田部材と、
を備える、コヒーレントミキサ装置。 - コヒーレントミキサを作製する方法であって、
第1エリア及び第2エリアを含む主面を有する基板と、前記基板の前記第1エリア上に設けられIII−V化合物半導体からなる多モード干渉デバイスと、複数の導波路型フォトダイオードを含み、前記基板の前記第2エリア上に設けられた受光デバイスと、前記多モード干渉デバイスに光学的に結合されておりIII−V化合物半導体からなる第1入力導波路と、前記多モード干渉デバイスに結合されておりIII−V化合物半導体からなる第2入力導波路と、前記多モード干渉デバイスを前記複数の導波路型フォトダイオードに光学的に、それぞれ、結合する複数の光導波路とを備える基板生産物を準備する工程と、
前記基板生産物の全体を覆うように保護膜を成長する工程と、
前記保護膜を加工して、前記基板の前記第2エリア及び前記複数の導波路型フォトダイオードを覆うと共に前記基板の前記第1エリアに位置する開口を有する保護層を形成する工程と、
を備え、
前記多モード干渉デバイスの表面の少なくとも一部分は、前記保護層の前記開口に露出されており、
前記多モード干渉デバイスは、前記基板の前記主面の法線軸の方向に順に配列された第1クラッド層、コア層及び第2クラッド層を含む半導体積層を有し、
前記光導波路は、III−V化合物半導体からなるコア層を含み、
前記導波路型フォトダイオードの各々は、III−V化合物半導体からなる受光層を含む、コヒーレントミキサを作製する方法。 - 第1エリア及び第2エリアを含む主面を有する基板と、前記基板の前記第1エリア上に設けられIII−V化合物半導体からなる多モード干渉デバイスと、複数の導波路型フォトダイオードを含み前記基板の前記第2エリア上に設けられた受光デバイスと、前記多モード干渉デバイスに光学的に結合されておりIII−V化合物半導体からなる第1入力導波路と、前記多モード干渉デバイスに結合されておりIII−V化合物半導体からなる第2入力導波路と、前記多モード干渉デバイスを前記複数の導波路型フォトダイオードに光学的に、それぞれ、結合する複数の光導波路とを備える試行用基板生産物を準備する工程と、
前記試行用基板生産物の全体を覆うように保護膜を成長する工程と、
前記保護膜の加工により前記保護膜の一部分を除去して、前記加工された保護層を有する試行用コヒーレントミキサを作製する工程と、
前記試行用コヒーレントミキサの特性評価を行う工程と、
を備え、
前記保護層を形成する前記工程では、前記特性評価に基づき、前記保護膜を加工して前記開口を形成する、請求項8に記載されたコヒーレントミキサを作製する方法。 - 第1エリア及び第2エリアを含む主面を有する基板と、前記基板の前記第1エリア上に設けられIII−V化合物半導体からなる多モード干渉デバイスと、複数の導波路型フォトダイオードを含み前記基板の前記第2エリア上に設けられた受光デバイスと、前記多モード干渉デバイスに光学的に結合されておりIII−V化合物半導体からなる第1入力導波路と、前記多モード干渉デバイスに結合されておりIII−V化合物半導体からなる第2入力導波路と、前記多モード干渉デバイスを前記複数の導波路型フォトダイオードに光学的に、それぞれ、結合する複数の光導波路とを備える試行用基板生産物を準備する工程と、
前記試行用基板生産物の全体を覆うように保護膜を成長する工程と、
前記保護膜の加工により前記保護膜の一部分を除去して、前記加工された保護層を有する試行用コヒーレントミキサを作製する工程と、
前記試行用コヒーレントミキサをサブマウント上に実装して、試行用コヒーレントミキサ装置を作製する工程と、
前記試行用コヒーレントミキサ装置の特性評価を行う工程と、
を備え、
前記保護層を形成する前記工程では、前記特性評価の結果に基づき前記保護膜を加工して前記開口を形成する、請求項8又は請求項9に記載されたコヒーレントミキサを作製する方法。 - 第1エリア及び第2エリアを含む主面を有する基板と、
前記基板の前記第1エリア上に設けられた多モード干渉デバイスと、
前記多モード干渉デバイスに光学的に結合された第1入力導波路と、
前記多モード干渉デバイスに光学的に結合された第2入力導波路と、
前記多モード干渉デバイスに光学的に結合する複数の光導波路と、
前記基板の前記第1エリアに位置する開口を有すると共に前記基板の前記第2エリアを覆う保護層と、
を備え、
前記多モード干渉デバイスの表面の少なくとも一部分は、前記保護層の前記開口に露出されており、
前記多モード干渉デバイスは、前記基板の前記主面の法線軸の方向に順に配列された第1クラッド層、コア層及び第2クラッド層を含む半導体積層を有し、
前記光導波路、前記第1入力導波路及び前記第2入力導波路の各々は、コア半導体層を含む、コヒーレントミキサ。
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