JP5082414B2 - 光半導体装置および光導波路装置 - Google Patents

光半導体装置および光導波路装置 Download PDF

Info

Publication number
JP5082414B2
JP5082414B2 JP2006328938A JP2006328938A JP5082414B2 JP 5082414 B2 JP5082414 B2 JP 5082414B2 JP 2006328938 A JP2006328938 A JP 2006328938A JP 2006328938 A JP2006328938 A JP 2006328938A JP 5082414 B2 JP5082414 B2 JP 5082414B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
refractive index
region
optical waveguide
core layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2006328938A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2008147209A (ja
Inventor
誠 高橋
英生 有本
和彦 細見
俊彦 深町
茂樹 牧野
康信 松岡
俊樹 菅原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2006328938A priority Critical patent/JP5082414B2/ja
Priority to TW096139860A priority patent/TWI360274B/zh
Priority to CN2007101933082A priority patent/CN101197489B/zh
Priority to EP07023485A priority patent/EP1933184B1/en
Priority to US11/950,447 priority patent/US8965153B2/en
Priority to KR1020070125554A priority patent/KR101401223B1/ko
Publication of JP2008147209A publication Critical patent/JP2008147209A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5082414B2 publication Critical patent/JP5082414B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/1228—Tapered waveguides, e.g. integrated spot-size transformers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/125—Bends, branchings or intersections
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/0206—Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
    • H01S5/021—Silicon based substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/1003—Waveguide having a modified shape along the axis, e.g. branched, curved, tapered, voids
    • H01S5/1014—Tapered waveguide, e.g. spotsize converter
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/3223—IV compounds
    • H01S5/3224—Si

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Description

本発明は光半導体装置および光導波路装置に関し、特に、光導波路間を光学的に低損失で結合する技術に関する。
近年の通信トラフィックの増大に伴い、大容量な光通信装置の需要が高まっている。このため、装置の大容量化に有効である光部品の小型化が各所で活発に研究されている。例えば、光導波回路を小型化するためにSi細線を用いる技術が研究されている。Si細線光導波路では、従来の石英やポリマを用いた場合に比べて光がコア内部により強くとじこめられる。このため、許容最小曲率半径が低減し、光導波回路の小型化が可能になる。一方、Si細線光導波路では光のスポットサイズが小さいため、半導体レーザ等の導波路型光機能部品との光結合損失が従来に比べて増大するという問題が生じる。この様な背景のもと、Si細線の光軸に沿って半導体レーザの活性層を直接貼り付けることによって、レーザ光を効率良くSi細線と結合させた素子が研究されている（非特許文献１）。本素子の構成を図９を用いて説明する。図９(a)に鳥瞰図、図９(b)に図９(a)中のA−A’を通るy−z断面図を示す。これらの図に示す様に、本素子では下側から、Si基板１１、Si酸化膜層１２、Siコア層１３、化合物半導体コア層１４および化合物半導体基板１５という順で積層されている。また、z軸に垂直な両端面にそれぞれ通常のファブリペロ型半導体レーザと同様に高反射コーティング６１および低反射コーティング６２が施されている。この様な構成にすることにより、z軸を光軸とし、図中のz0とz1との間を共振器領域２１とした半導体レーザを形成することができる。すなわち、本構成を電流注入ないしは光励起することによってレーザ発振が得られる。この際、利得は化合物半導体コア層１４から生じ、化合物半導体コア層１４が半導体レーザの活性層となる。また、半導体レーザの下側クラッド層および上側クラッド層は、それぞれSiコア層１３および化合物半導体基板１５がその機能を兼ねる。この際、一般にSiの屈折率は化合物半導体に比べて高いため、本構成によれば光強度分布４１の中心は、化合物半導体コア層１４内ではなく、Siコア層１３内にある（図９(b)に図示されている通りである。）。このため、本素子はSi細線光導波路との間で高い光結合を得ることができる。図１０に、図９におけるxy平面での断面における光強度分布４１を示す。前述の様に光強度分布４１の中心はSiコア層１３内にあるため、光の大部分はSiコア層１３内に閉じ込められている。しかし、一部の光は化合物半導体コア層１４内に漏れ出しているため利得を得ることができ、レーザ発振が可能になる。発振したレーザ光を他の機能部品や光ファイバ等に入射させるためには、図１１に示す様にSiコア層１３により光回路を形成し、導波光３１を導けば良い。ここで、他の機能部品に光を導くためにSiコア層１３を伸ばした部分、すなわち化合物半導体コア層１４および化合物半導体基板１５が無い部分においては、Siコア層１３の上部に何も形成しないで空気にさらしておいても良いし、ポリマやSi酸化膜層等でSiコア層１３を埋め込んでも良い。
IEEE Photonic Technology Letters, Vol. 18, No. 10, pp.1143-1145 (2006) IEEE Photonic Technology Letters, Vol. 8, No. 4, pp.479-481 (1996) IEEE J. Quantum Electron., Vol. QE29, No. 6, pp.2088-2096 (1993)
しかしながら、上記構成ではSiコア層から他の機能部品に光を導く際に光損失が生じるという問題がある。すなわち、光を図１１中の共振器領域２１から外に導く際に光損失が生じてしまう。ここで、共振器領域２１とは、レーザ共振器を構成する部分の領域全体をいう。図１２にこの様子を示す。図１２は図１１における共振器領域２１の外側z2でのｘｙ断面である。ここでは、共振器領域２１内で導波している光のうち、Siコア層１３内に存在する光（光分布４１−１）しか導波することができない。共振器領域２１外では化合物半導体コア層１４および化合物半導体基板１５が存在しないため、共振器領域21内で化合物半導体コア層１４および化合物半導体基板１５中に漏れ出した光（光分布４１−２）は共振器領域21の端面で外部へ放射するためである。この放射した分の光が損失となる。
そこで、本発明の目的はSi細線等の導波路と半導体レーザ等の光機能部品たる光導波路とを低損失で光結合する構成および方法を提供することにある。
本発明の要旨の一つは次の通りである。
シリコン基板上に設けられたシリコン酸化膜と、前記シリコン酸化膜上に設けられ、かつ、前記シリコン基板の長手方向又は一の方向に延在するシリコンコア層とを有する第１の部材と、
化合物半導体基板上に化合物半導体コア層が設けられた第２の部材とを有し、
前記シリコンコア層は、その内部を光が伝搬するものであるものであり、
前記化合物半導体コア層は共振器領域と、モード変換領域とを有し、
前記共振器領域の一端側は、前記モード変換領域の一端側と連続した領域となっており、かつ、
前記共振器領域の光の伝播方向の長さと、前記モード変換領域の光の伝播方向の長さとを合わせた合計長さは前記シリコンコア層の光の伝播方向の長さよりも短く、
前記共振器領域は半導体レーザの発振領域であり、
前記モード変換領域は前記光の伝播方向に向かって、その領域の実効屈折率の値が減少しており、
前記シリコンコア層上の少なくとも一部に、前記化合物半導体コア層が固定され、
前記シリコン基板と前記化合物半導体基板とに挟まれた前記化合物半導体コア層の実効的な屈折率値は、前記シリコン基板及び前記化合物半導体基板の実効的な屈折率値よりも高いことを特徴とする光半導体装置。
本発明の実施例の要旨の一つは次の通りである。
透明な材料より成る第一、第二および第三の層を少なくとも有する光導波路装置であって、かつ、第三の層は第一および第二の層の間に形成され、かつ、第一の層の屈折率は第二の層の屈折率より低く、かつ、第二の層の屈折率は第三の層の屈折率より低く、かつ、第三の層は第一、第二および第三の層の積層方向に垂直な面内において少なくとも二方向に光閉じ込め構造を有する光導波路ストライプ構造を少なくとも一つ有し、かつ、前記第三の層の少なくとも一つの光導波路ストライプと交わる少なくとも一つの第二の層の端面の近傍において、第二の層の実効的屈折率が当該端面と交わる第三の層の光導波路ストライプの長軸方向に沿って当該端面に向かい低くなることを特徴とする光導波路装置によって達成できる。
本発明によれば光導波路と半導体レーザ等の光機能部品たる光導波路とを低損失で光結合することが可能になる。
以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
（実施例1）
図１に本発明の第一の実施例を示す。図1(a)に鳥瞰図、図1(b)に図１(a)中のA−A’を通るy−z断面図を示す。本素子は半導体レーザの共振器領域２１、モード変換領域２２およびSi細線領域２３から成る。共振器領域２１では下側から、Si基板１１、Si酸化膜層１２、Siコア層１３、化合物半導体コア層１４および化合物半導体基板１５という順で積層されている。ここで、Si酸化膜層１２の屈折率n1は化合物半導体コア層１４の屈折率n2より低く、かつ、化合物半導体コア層１４の屈折率n2はSiコア層１３の屈折率n3より低い。つまり、n1＜n2＜n3である。また、共振器領域２１では化合物半導体コア層１４と化合物半導体基板１５との間にグレーティング５１が、z0端面に高反射コーティング６１が設けられ分布帰還型半導体レーザの共振器が形成されている。モード変換領域２２では下側から、Si基板１１、Si酸化膜層１２、Siコア層１３、化合物半導体コア層１４および化合物半導体基板１５という順で積層されている。Si細線領域２３では下側から、Si基板１１、Si酸化膜層１２、Siコア層１３という順で積層されている。いずれの領域においてもSiコア層１３はリブ型の導波路ストライプを形成している。また、Siコア層１３はポリマやSi酸化膜等で埋め込んでも良い。また、本実施例では端面に高反射コーティングを施した例を挙げたが、本発明がこの例に限定されないことは言うまでも無い。例えば、無反射コーティングを施しても良いし、何もコーティングをしなくても良い。また、本実施例では共振器型として、分布帰還型を挙げたが、本発明がこの例に限定されないことは言うまでも無い。例えば、ファブリペロー型やその他の型の共振器を形成しても良い。
図２−１(a)に、化合物半導体コア層１４における実効屈折率分布３５を示す。図２−１(a)に示した様に、化合物半導体コア層１４における実効屈折率は、モード変換領域２２内においてモード変換領域２２の端面z2に向かい低くしてある。一般に光は屈折率が高い領域により多く分布する。このため、図1(b)に示した様に共振器領域２１で化合物半導体コア層１４に大きく漏れ出していた光は、化合物半導体コア層１４内の実行屈折率を低くすることによってモード変換領域２２内で次第に屈折率の高いSiコア層１３内に閉じ込められていき、Si細線領域２３では固有モードにほぼ等しい光ビーム形状を得ることができる。
光導波路の結合損失は、結合させる光のビーム形状と結合先の光導波路の固有モードとの重なりが大きいほど、小さくなる。従って、本構成によれば共振器領域２１からの光をSi細線領域２３に低損失で結合することができ、Si細線領域２３から十分な強度の光ビーム３１を得ることができる。
図２−１(a)では、化合物半導体コア層１４における実効屈折率を光軸方向の位置z1からz2に対して線形に減少させる場合を示したが、図２−１(b)に示す様に非線形に減少させても良い。
化合物半導体コア層１４の屈折率分布を図２に示した様にするためには、例えば、化合物半導体コア層１４の混晶化をSiコア層１３のストライプ方向に沿って度合いを変調しておこなったり、化合物半導体コア層１４へのイオン打ち込みをSiコア層１３のストライプ方向に沿って濃度を変調して行ったり、化合物半導体コア層１４の膜厚をSiコア層１３のストライプ方向に沿って変調したりすれば良い。
ここで、まず、イオン打ち込みによって図２−１(a)ないしは(b)に示した実効屈折率分布を作製する方法を説明する。一般に半導体のドナーもしくはアクセプタとなる様な元素をインプラする場合、半導体の屈折率はインプラ濃度が高いほど低くなる。このため、図２−２(a)ないしは(b)に示す様にインプラ濃度３６を、Siコア層１３のストライプ方向に沿って変調すれば、化合物半導体コア層１４において図２−１(a)ないしは(b)に示した実効屈折率分布を作ることができる。
次に、化合物半導体コア層１４の膜厚を変調することによって、図２−１(a)ないしは(b)に示した実効屈折率分布を作製する方法を説明する。化合物半導体コア層１４の実効屈折率は膜厚が小さいほど低くなる。このため、図２−３(a)ないしは(b)に示す様に化合物半導体コア層１４の膜厚３７を、Siコア層１３のストライプ方向に沿って変調すれば、化合物半導体コア層１４において図２−１(a)ないしは(b)に示した実効屈折率分布を作ることができる。なお、図２−３(a)ないしは(b)に示す様な膜厚分布を作製するためには、誘電体やSiマスクを用いた領域選択成長によれば良い（非特許文献2、3の記述を参照のこと。）。
< 実施例2 >
図３に本発明の第二の実施例を示す。本実施例ではモード変換領域２２において化合物半導体コア層１４をテーパ状に加工することによって、屈折率変調を実現している。
ここで、まず、化合物半導体コア層１４をテーパ状に加工することによって図２−１(a)ないしは(b)に示した実効屈折率分布を作製する方法を説明する。化合物半導体コア層１４の実効屈折率はストライプ幅が小さいほど低くなる。このため、図３−２(a)ないしは(b)に示す様に化合物半導体コア層１４のストライプ幅38を、Siコア層１３のストライプ方向に沿ってテーパ状に変調すれば、化合物半導体コア層１４において図２−１(a)ないしは(b)に示した実効屈折率分布を作ることができる。
図４―１に本実施例の作製法を示す。はじめに、化合物半導体部分とSi導波路部分を別体で作製する。次に、化合物半導体部分の化合物半導体コア層１４とSi導波路部分Siコア層１３を貼り合せれば完成する。
図４−１に化合物半導体部分において化合物半導体コア層１４をテーパ状に加工する方法を示す。まず、図４−２(a)に示す様に化合物半導体基板１５上に化合物半導体コア層１４を積層し、更にその上にエッチングマスク１６を作製する。次に、図４−２(b)に示す様に化合物半導体コア層１４をエッチングする。最後に、図４−２(c)に示す様にエッチングマスク１６を除去する。ここで、エッチングマスク１６の幅を図３−１のz1からz2に向かい細くする様にすれば、図３−１に示した様なテーパ部分を有する化合物半導体コア層１４を得ることができる。
図３−１では、化合物半導体コア層１４におけるテーパが複数個ある場合を示したが、図５の様に一つだけ設けても良い。
< 実施例3>
図６に本発明の第三の実施例を示す。本実施例ではモード変換領域２２において化合物半導体コア層１４の端面と光導波路ストライプの側壁１３−１が交わる様に加工することによって、屈折率変調を実現している。本実施例では、化合物半導体コア層１４の微細加工が不要であるため作製が容易になる。
< 実施例4>
図７に本発明の第四の実施例を示す。本実施例では、モード変換領域２２近傍で光導波路ストライプの側壁１３−１を曲線状に加工することによって、光結合効率の向上を図っている。図７には光導波路ストライプ幅を狭める場合を示したが、図８の様に広げる場合や他の形状に加工しても良い。
＜実施例5＞
図13に本発明の第五の実施例を示す。本発明では、本実施例の様にSiコア層１３の光軸に垂直な断面が矩形になっていても良い。
本発明は上記実施例中に示した材料および光閉じ込め方式等に限定されずに有効である。
なお、本発明の実施例に関連する技術的事項は次の通りである。
１．透明な材料より成る第一、第二および第三の層を少なくとも有する光導波路装置であって、かつ、第三の層は第一および第二の層の間に形成され、かつ、第一の層の屈折率は第二の層の屈折率より低く、かつ、第二の層の屈折率は第三の層の屈折率より低く、かつ、第三の層は第一、第二および第三の層の積層方向に垂直な面内において少なくとも二方向に光閉じ込め構造を有する光導波路ストライプ構造を少なくとも一つ有し、かつ、前記第三の層の少なくとも一つの光導波路ストライプと交わる少なくとも一つの第二の層の端面の近傍において、第二の層の実効的屈折率が当該端面と交わる第三の層の光導波路ストライプの長軸方向に沿って当該端面に向かい低くなることを特徴とする光導波路装置。
２．前記第三の層の少なくとも一つの光導波路ストライプと交わる少なくとも一つの第二の層の端面の近傍において、該端面と交わる第三の層の光導波路ストライプの長軸方向に沿って当該端面に向かい層厚方向に垂直な面内での幅が狭くなるテーパ構造を少なくとも一つ有する様に第二の層が形成されていることを特徴とする上記１記載の光導３．前記第三の層の少なくとも一つの光導波路ストライプと交わる少なくとも一つの第二の層の端面の法線の層厚方向に垂直な面内での成分が当該光導波路ストライプの長軸方向と交わることを特徴とする上記１記載の光導波路装置。
４．前記第三の層の少なくとも一つの光導波路ストライプと交わる少なくとも一つの前記第二の層の端面の近傍において、前記第二の層中に前記第二の層の主成分と異なる材料を打ち込んであり、かつ、打ち込んだ材料の濃度が当該光導波路ストライプの長軸方向に沿って変調されていることを特徴とする上記１記載の光導波路装置。
５．前記第一の層がシリコン酸化膜であり、かつ、前記第二の層が化合物半導体であり、かつ、前記第三の層がシリコンであることを特徴とする請求項２記載の光導波路装置。
６．前記第一の層がシリコン酸化膜であり、かつ、前記第二の層が化合物半導体であり、かつ、前記第三の層がシリコンであることを特徴とする上記３記載の光導波路装置。
７．前記第一の層がシリコン酸化膜であり、かつ、前記第二の層が化合物半導体であり、かつ、前記第三の層がシリコンであることを特徴とする上記４記載の光導波路装置。
８．前記第二の層の実効的屈折率が前記第三の層の光導波路ストライプに沿って低くなっていない領域が半導体レーザとして機能することを特徴とする上記５記載の光導波路装置。
９．前記第二の層と前記第三の層との間に透明電極を有することを特徴とする上記８記載の光導波路装置。
１０．前記第二の層の実効的屈折率が前記第三の層の光導波路ストライプに沿って低くなっていない領域がフォトディテクタとして機能することを特徴とする上記５記載の光導波路装置。
１１．前記第二の層と前記第三の層との間に透明電極を有することを特徴とする上記１０記載の光導波路装置。
１２．前記第二の層の実効的屈折率が前記第三の層の光導波路ストライプに沿って低くなっていない領域が光変調器として機能することを特徴とする上記５記載の光導波路装置。
１３．前記第二の層と前記第三の層との間に透明電極を有することを特徴とする上記１２記載の光導波路装置。
１４．前記第二の層の実効的屈折率が前記第三の層の光導波路ストライプに沿って低くなっていない領域が半導体レーザとして機能することを特徴とする上記６記載の光導波路装置。
１５．前記第二の層と前記第三の層との間に透明電極を有することを特徴とする上記１４記載の光導波路装置。
１６．前記第二の層の実効的屈折率が前記第三の層の光導波路ストライプに沿って低くなっていない領域がフォトディテクタとして機能することを特徴とする上記６記載の光導波路装置。
１７．前記第二の層と前記第三の層との間に透明電極を有することを特徴とする上記１６記載の光導波路装置。
１８．前記第二の層の実効的屈折率が前記第三の層の光導波路ストライプに沿って低くなっていない領域が光変調器として機能することを特徴とする上記６記載の光導波路装置。
１９．前記第二の層と前記第三の層との間に透明電極を有することを特徴とする上記１８記載の光導波路装置。
本発明の第一の実施例の構造を示す図である。 化合物半導体コア層における実効屈折率分布を示す図である。 化合物半導体コア層における実効屈折率分布を示す図である。 化合物半導体コア層における実効屈折率分布を示す図である。 本発明の第二の実施例を示す図である。 本発明の第二の実施例を示す図である。 本発明の第二の実施例の作製法を示す図である。 本発明の第二の実施例の作製法を示す図である。 本発明の第二の実施例の他の形態を示す図である。 本発明の第三の実施例を示す図である。 本発明の第四の実施例を示す図である。 本発明の第四の実施例の他の形態を示す図である。 従来の光導波路装置の構造を示す図である。 従来の光導波路装置における光強度分布を示す図である。 従来の光導波路装置の他の形態を示す図である。 従来の光導波路装置における光強度分布を示す図である。 本発明の第四の実施例の他の形態を示す図である。
符号の説明
１１…Si基板、１２…Si酸化膜層、１３…Siコア層、１３−１…光導波路ストライプの側壁、１４…化合物半導体コア層、１５…化合物半導体基板、１６…エッチングマスク、２１…共振器領域、２２…モード変換領域、２３…Si細線領域、３１…光ビーム、３５…実効屈折率分布、４１…光強度分布、４１−１…Siコア層内における光強度分布、４１−１…化合物半導体コア層１４および化合物半導体基板１５中における光強度分布、５１…グレーティング、６１…高反射コーティング、６２…低反射コーティング。

Claims (7)

  1. シリコン基板上に設けられたシリコン酸化膜と、前記シリコン酸化膜上に設けられ、かつ、前記シリコン基板の長手方向又は一の方向に延在するシリコンコア層とを有する第１の部材と、
    化合物半導体基板上に化合物半導体コア層が設けられた第２の部材とを有し、
    前記第2の部材は、前記化合物半導体コア層と前記シリコンコア層が対向するよう、前記第1の部材上に設置され、
    前記シリコンコア層は、その内部を光が伝搬するものであり、
    前記化合物半導体コア層は共振器領域と、モード変換領域とを有し、
    前記共振器領域と対向する位置には、前記シリコンコア層が位置し、
    前記共振器領域の一端側は、前記モード変換領域の一端側と連続した領域となっており、かつ、
    前記共振器領域の光の伝播方向の長さと、前記モード変換領域の光の伝播方向の長さとを合わせた合計長さは前記シリコンコア層の光の伝播方向の長さよりも短く、
    前記共振器領域は半導体レーザの発振領域であり、
    前記モード変換領域は前記光の伝播方向に向かって、その領域の実効屈折率の値が減少しており、
    前記モード変換領域の前記一端側と反対側の一端には、光の伝搬方向に向かってテーパ形状の部分が複数設けられ、
    前記共振器領域の前記一端側は、前記テーパ形状の部分の根元の幅よりも広いことを特徴とする光半導体装置。
  2. 前記シリコン基板と前記化合物半導体基板とに挟まれた前記化合物半導体コア層の実効的な屈折率値は、前記シリコン基板及び前記化合物半導体基板の実効的な屈折率値よりも高いことを特徴とする請求項1記載の光半導体装置。
  3. 前記モード変換領域には光の伝播方向に向かって屈折率が減少する一または複数個の屈折率減少領域を有することを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
  4. 前記シリコンコア層の少なくとも一部はリッジ形状を有することを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
  5. 透明な材料より成る第一、第二および第三の層を少なくとも有する光導波路装置であって、
    第三の層は第一および第二の層の間に形成され、
    第一の層の屈折率は第二の層の屈折率より低く、
    第二の層の屈折率は第三の層の屈折率より低く、
    第三の層は第一、第二および第三の層の積層方向に垂直な面内において少なくとも二方向に光閉じ込め構造を有する光導波路ストライプ構造を少なくとも一つ有し、
    前記第三の層の光導波路ストライプと交わる第二の層の端面の近傍において、該端面と交わる第三の層の光導波路ストライプの長軸方向に沿ってテーパ構造を複数有する様に第二の層が形成され、
    前記第二の層の実効的屈折率が前記第三の層の光導波路ストライプに沿って低くなっていない領域の前記テーパ構造側の端面は、前記テーパ構造の根元部分の幅よりも広いことを特徴とする光導波路装置。
  6. 前記第一の層がシリコン酸化膜であり、かつ、前記第二の層が化合物半導体であり、かつ、前記第三の層がシリコンであることを特徴とする請求項5記載の光導波路装置。
  7. 前記第二の層の実効的屈折率が前記第三の層の光導波路ストライプに沿って低くなっていない領域が半導体レーザとして機能することを特徴とする請求項6記載の光導波路装置。
JP2006328938A 2006-12-06 2006-12-06 光半導体装置および光導波路装置 Expired - Fee Related JP5082414B2 (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006328938A JP5082414B2 (ja) 2006-12-06 2006-12-06 光半導体装置および光導波路装置
TW096139860A TWI360274B (en) 2006-12-06 2007-10-24 Optical semiconductor device and waveguide device
CN2007101933082A CN101197489B (zh) 2006-12-06 2007-12-03 光半导体装置以及光波导路装置
EP07023485A EP1933184B1 (en) 2006-12-06 2007-12-04 Optical semiconductor device
US11/950,447 US8965153B2 (en) 2006-12-06 2007-12-05 Optical semiconductor device and optical waveguide
KR1020070125554A KR101401223B1 (ko) 2006-12-06 2007-12-05 광 반도체 장치 및 광 도파로 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006328938A JP5082414B2 (ja) 2006-12-06 2006-12-06 光半導体装置および光導波路装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008147209A JP2008147209A (ja) 2008-06-26
JP5082414B2 true JP5082414B2 (ja) 2012-11-28

Family

ID=39167725

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006328938A Expired - Fee Related JP5082414B2 (ja) 2006-12-06 2006-12-06 光半導体装置および光導波路装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8965153B2 (ja)
EP (1) EP1933184B1 (ja)
JP (1) JP5082414B2 (ja)
KR (1) KR101401223B1 (ja)
CN (1) CN101197489B (ja)
TW (1) TWI360274B (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101411917B1 (ko) 2012-12-17 2014-06-26 전자부품연구원 도파로 센서를 이용한 휴대용 유사 석유 감별기

Families Citing this family (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010146926A1 (ja) * 2009-06-16 2010-12-23 日本電気株式会社 接続路
JP5728964B2 (ja) * 2011-01-20 2015-06-03 富士通株式会社 光半導体装置及びその製造方法
JP5879710B2 (ja) * 2011-03-18 2016-03-08 富士通株式会社 光デバイス及び光変調器
US9097846B2 (en) * 2011-08-30 2015-08-04 Skorpios Technologies, Inc. Integrated waveguide coupler
US9977188B2 (en) 2011-08-30 2018-05-22 Skorpios Technologies, Inc. Integrated photonics mode expander
US9442243B2 (en) 2013-01-30 2016-09-13 Cree, Inc. Waveguide bodies including redirection features and methods of producing same
US9625638B2 (en) * 2013-03-15 2017-04-18 Cree, Inc. Optical waveguide body
US9366396B2 (en) 2013-01-30 2016-06-14 Cree, Inc. Optical waveguide and lamp including same
US9291320B2 (en) 2013-01-30 2016-03-22 Cree, Inc. Consolidated troffer
US9519095B2 (en) 2013-01-30 2016-12-13 Cree, Inc. Optical waveguides
US9690029B2 (en) 2013-01-30 2017-06-27 Cree, Inc. Optical waveguides and luminaires incorporating same
US9869432B2 (en) 2013-01-30 2018-01-16 Cree, Inc. Luminaires using waveguide bodies and optical elements
WO2014189599A2 (en) 2013-03-14 2014-11-27 Massachusetts Institute Of Technology Photonic devices and methods of using and making photonic devices
US9798072B2 (en) 2013-03-15 2017-10-24 Cree, Inc. Optical element and method of forming an optical element
US9366799B2 (en) 2013-03-15 2016-06-14 Cree, Inc. Optical waveguide bodies and luminaires utilizing same
US10502899B2 (en) * 2013-03-15 2019-12-10 Ideal Industries Lighting Llc Outdoor and/or enclosed structure LED luminaire
US9920901B2 (en) 2013-03-15 2018-03-20 Cree, Inc. LED lensing arrangement
US10209429B2 (en) 2013-03-15 2019-02-19 Cree, Inc. Luminaire with selectable luminous intensity pattern
US10436970B2 (en) 2013-03-15 2019-10-08 Ideal Industries Lighting Llc Shaped optical waveguide bodies
US10379278B2 (en) * 2013-03-15 2019-08-13 Ideal Industries Lighting Llc Outdoor and/or enclosed structure LED luminaire outdoor and/or enclosed structure LED luminaire having outward illumination
US9166369B2 (en) * 2013-04-09 2015-10-20 Nlight Photonics Corporation Flared laser oscillator waveguide
US9703039B2 (en) 2014-04-09 2017-07-11 Futurewei Technologies, Inc. Edge coupling device fabrication
WO2015183992A1 (en) 2014-05-27 2015-12-03 Skorpios Technologies, Inc. Waveguide mode expander using amorphous silicon
EP2985645B1 (en) 2014-08-13 2019-10-16 Caliopa NV Method for producing an integrated optical circuit
US10186836B2 (en) * 2014-10-10 2019-01-22 Nlight, Inc. Multiple flared laser oscillator waveguide
JP6641765B2 (ja) 2015-08-05 2020-02-05 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 光通信装置、及び、光モジュール
US11719882B2 (en) 2016-05-06 2023-08-08 Ideal Industries Lighting Llc Waveguide-based light sources with dynamic beam shaping
US10416377B2 (en) 2016-05-06 2019-09-17 Cree, Inc. Luminaire with controllable light emission
JP6872329B2 (ja) * 2016-09-07 2021-05-19 富士通株式会社 光ファイバ搭載光集積回路装置
US9664852B1 (en) * 2016-09-30 2017-05-30 Nanya Technology Corporation Optical waveguide having several dielectric layers and at least one metal cladding layer
JP6753526B2 (ja) * 2017-05-29 2020-09-09 三菱電機株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法
US10268002B2 (en) * 2017-06-06 2019-04-23 Advanced Semiconductor Engineering, Inc. Optical device package
JP6943150B2 (ja) * 2017-11-14 2021-09-29 日本電信電話株式会社 半導体光素子
JP7117869B2 (ja) * 2018-03-22 2022-08-15 株式会社日立製作所 分析装置
US11381053B2 (en) * 2019-12-18 2022-07-05 Globalfoundries U.S. Inc. Waveguide-confining layer with gain medium to emit subwavelength lasers, and method to form same
WO2022153529A1 (ja) * 2021-01-18 2022-07-21 日本電信電話株式会社 半導体レーザおよびその設計方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63224382A (ja) * 1987-03-13 1988-09-19 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 半導体レ−ザ
JPH05249331A (ja) * 1992-01-09 1993-09-28 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 導波路形ビームスポット変換素子およびその製造方法
GB9503981D0 (en) * 1995-02-28 1995-04-19 Ca Nat Research Council Bandag tuning of semiconductor well structures
US5982961A (en) * 1997-01-21 1999-11-09 Molecular Optoelectronics Corporation Organic crystal compound optical waveguide and methods for its fabrication
US6310995B1 (en) * 1998-11-25 2001-10-30 University Of Maryland Resonantly coupled waveguides using a taper
JP2001053387A (ja) * 1999-08-10 2001-02-23 Hitachi Ltd 半導体光素子
GB0002775D0 (en) 2000-02-07 2000-03-29 Univ Glasgow Improved integrated optical devices
US6330378B1 (en) 2000-05-12 2001-12-11 The Trustees Of Princeton University Photonic integrated detector having a plurality of asymmetric waveguides
KR100397320B1 (ko) * 2000-10-05 2003-09-06 주식회사 에이티아이 광 모드 크기 변환기
GB2374155A (en) * 2001-03-16 2002-10-09 Bookham Technology Plc A tapered optical waveguide formed with two substrates
JP4105403B2 (ja) * 2001-04-26 2008-06-25 日本オプネクスト株式会社 半導体光集積素子の製造方法
JP2003043270A (ja) * 2001-08-03 2003-02-13 Japan Aviation Electronics Industry Ltd 光ファイバ端部構造及びその製造方法
FR2851826B1 (fr) * 2003-02-27 2005-06-10 Centre Nat Rech Scient Coupleur optique pour circuits integres a guide d'onde optique
US6980720B2 (en) * 2003-04-11 2005-12-27 Sioptical, Inc. Mode transformation and loss reduction in silicon waveguide structures utilizing tapered transition regions
KR20060130045A (ko) 2003-11-20 2006-12-18 시옵티컬 인코포레이티드 실리콘계열 쇼트키 장벽 적외선 광검출기
US7184623B2 (en) * 2004-05-25 2007-02-27 Avanex Corporation Apparatus, system and method for an adiabatic coupler for multi-mode fiber-optic transmission systems

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101411917B1 (ko) 2012-12-17 2014-06-26 전자부품연구원 도파로 센서를 이용한 휴대용 유사 석유 감별기

Also Published As

Publication number Publication date
EP1933184A2 (en) 2008-06-18
TWI360274B (en) 2012-03-11
US8965153B2 (en) 2015-02-24
KR20080052444A (ko) 2008-06-11
JP2008147209A (ja) 2008-06-26
CN101197489A (zh) 2008-06-11
CN101197489B (zh) 2010-06-23
TW200835102A (en) 2008-08-16
EP1933184A3 (en) 2008-07-02
US20080137695A1 (en) 2008-06-12
EP1933184B1 (en) 2012-08-22
KR101401223B1 (ko) 2014-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5082414B2 (ja) 光半導体装置および光導波路装置
US10241267B2 (en) Semiconductor optical integrated device including a reduced thickness upper cladding layer in a ridge waveguide portion, and method of manufacturing the same
JP5387671B2 (ja) 半導体レーザ及び集積素子
JP2008277445A (ja) 半導体レーザおよび光モジュール
US7466736B2 (en) Semiconductor laser diode, semiconductor optical amplifier, and optical communication device
JP3244115B2 (ja) 半導体レーザー
JP2001174658A (ja) 選択領域成長法を用いた２重コアスポットサイズ変換器及びその製造方法
US20020154393A1 (en) Semiconductor optical amplifier and semiconductor laser
JPH05323139A (ja) 光結合デバイス
JP5275634B2 (ja) 光集積素子および光集積素子の製造方法
US7190852B2 (en) Semiconductor devices with curved waveguides and mode transformers
US11462885B2 (en) Variable-confinement monolithic master oscillator power amplifier
Hattori et al. In-plane coupling of light from InP-based photonic crystal band-edge lasers into single-mode waveguides
JPH0961652A (ja) 半導体光導波路およびその作製方法
JP2015206969A (ja) スポットサイズ変換素子および半導体装置
JP2018046118A (ja) ブロードエリア半導体レーザ素子
JPH1152168A (ja) 光結合デバイス及び光結合方法
US10725241B2 (en) Asymmetrical spot-size converter and method of manufacturing spot-size converter
JP2016018894A (ja) 集積半導体光素子
CN112072470B (zh) 多波长激光器阵列及其制作方法
JP2860666B2 (ja) 光機能素子
JPWO2005060058A1 (ja) 半導体レーザーおよびその製造方法
JP2010080707A (ja) 半導体光機能デバイス
CN110178275B (zh) 半导体激光元件、半导体激光元件的制造方法
JP2016189437A (ja) 半導体レーザ素子

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090722

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110628

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110629

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110825

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120306

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120426

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120807

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120820

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5082414

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150914

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees