JP5682197B2 - Optical semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、光半導体素子に関する。 The present invention relates to an optical semiconductor element.
近年、半導体レーザとマッハツェンダ(Mach−Zehnder)干渉計型光変調器(以下、単にMZ光変調器ともいう)とを組み合わせた光送信器が開発されている。この種の光送信機は、例えば、波長多重伝送システムで使用される。また、光送信機として、小型なものが求められている。 In recent years, an optical transmitter in which a semiconductor laser and a Mach-Zehnder interferometer type optical modulator (hereinafter also simply referred to as an MZ optical modulator) are combined has been developed. This type of optical transmitter is used, for example, in a wavelength division multiplexing transmission system. Further, there is a demand for a small optical transmitter.
MZ光変調器としては、例えば、非線形光学結晶であるニオブ酸リチウム(LiNbO3:LN)の電気光学効果を利用したMZ光変調器(以下、単にLN−MZ光変調器ともいう)がある。LN−MZ光変調器は、動作波長帯域が広く、チャープ制御が可能である。そして、半導体レーザとLN−MZ光変調器とを、レンズ及びアイソレータ等の光学部品と共に組み合わせて同一モジュール内に集積し、光送信機を小型にすることが提案されている。 As the MZ light modulator, for example, there is an MZ light modulator (hereinafter, also simply referred to as an LN-MZ light modulator) using an electro-optic effect of lithium niobate (LiNbO 3 : LN) which is a nonlinear optical crystal. The LN-MZ optical modulator has a wide operating wavelength band and can be chirped. Then, it has been proposed to combine a semiconductor laser and an LN-MZ optical modulator together with optical components such as a lens and an isolator and integrate them in the same module to reduce the size of the optical transmitter.
しかし、LN−MZ光変調器自体の寸法が大きいこと、またレンズ及びアイソレータ等の複数の光学部品を組み合わせることでは、光送信機の寸法を小型にすることには限界がある。 However, the size of the optical transmitter is limited by the large size of the LN-MZ optical modulator itself and the combination of a plurality of optical components such as a lens and an isolator.
また、石英系の材料により形成された平面光導波路回路(Planer Lightwave Circuit:PLC)素子を用いて、半導体レーザ及びLN−MZ光変調器をハイブリッド集積することにより、光送信機の寸法を更に小型にすることが提案されている。 In addition, by using a planar lightwave circuit (PLC) element formed of a quartz-based material, a semiconductor laser and an LN-MZ optical modulator are integrated in a hybrid manner, thereby further reducing the size of the optical transmitter. It has been proposed to
しかし、このような光送信機は、形成部品同士を光学的に結合すること容易ではないので、製造することが難しい。 However, such an optical transmitter is difficult to manufacture because it is not easy to optically couple the formed parts.
また、半導体レーザが形成される同一基板に、基板と同程度の格子定数を有する半導体を用いた半導体マッハツェンダ干渉計型光変調器(以下、半導体MZ光変調器ともいう)を形成した光半導体素子が提案されている。この場合、半導体レーザと、半導体MZ光変調器と、これらを接続する光導波路とが、直線状に同一基板に配置される。この光半導体素子では、半導体レーザ及び半導体MZ光変調器が、同一基板にインラインに製造することができる。 An optical semiconductor element in which a semiconductor Mach-Zehnder interferometer type optical modulator (hereinafter also referred to as a semiconductor MZ optical modulator) using a semiconductor having a lattice constant comparable to that of the substrate is formed on the same substrate on which the semiconductor laser is formed. Has been proposed. In this case, the semiconductor laser, the semiconductor MZ optical modulator, and the optical waveguide connecting them are linearly arranged on the same substrate. In this optical semiconductor device, the semiconductor laser and the semiconductor MZ optical modulator can be manufactured in-line on the same substrate.
また、半導体MZ光変調器では、特に量子井戸構造に電界を印加して屈折率を変化させる量子閉じ込めシュタルク効果(Quantum Confined Stark Effect :QCSE)を用いた半導体MZ光変調器では、LN−MZ光変調器と比べて、屈折率の変化量が大きい。そのため、半導体MZ光変調器は、光半導体素子の寸法及び駆動電圧を低減できることが期待される。 In the semiconductor MZ optical modulator, in particular, in a semiconductor MZ optical modulator using a quantum confined stark effect (QCSE) that changes the refractive index by applying an electric field to the quantum well structure, LN-MZ light is used. Compared with the modulator, the amount of change in the refractive index is large. Therefore, it is expected that the semiconductor MZ optical modulator can reduce the size and driving voltage of the optical semiconductor element.
半導体レーザが、ファブリペロー型レーザ又は分布帰還型(Distributed FeedBack:DFB)レーザの場合には、レーザの素子長は数100μm程度となる。一方、出力する光の波長が可変である半導体レーザの場合、特に波長可変帯域が広い波長可変型半導体レーザの場合には、レーザの素子長が数mmとなることもある。 When the semiconductor laser is a Fabry-Perot laser or a distributed feedback (DFB) laser, the element length of the laser is about several hundred μm. On the other hand, in the case of a semiconductor laser in which the wavelength of the output light is variable, particularly in the case of a wavelength variable semiconductor laser having a wide wavelength variable band, the element length of the laser may be several mm.
また、曲がり導波路、及び光結合器、及び位相変調部等のその他の要素を合わせた長さが数mm程度になるので、半導体レーザと半導体MZ光変調器とを直線状に配置することは、光半導体素子の長手方向の寸法を大きくする。 In addition, since the combined length of the bent waveguide, the optical coupler, and other elements such as the phase modulation unit is about several millimeters, it is impossible to arrange the semiconductor laser and the semiconductor MZ optical modulator in a straight line. The dimension in the longitudinal direction of the optical semiconductor element is increased.
更に、光半導体素子の長手方向の寸法が大きいことは、一枚の基板から製造され得る素子の個数を低減すると共に、素子の縦横比(アスペクト比)を大きくすることは、素子の製造における歩留りを低下させる原因ともなり得る。 Furthermore, the large size of the optical semiconductor element in the longitudinal direction reduces the number of elements that can be manufactured from a single substrate, and the increase in the aspect ratio (aspect ratio) of the element means that the yield in the manufacture of the element. It can also be a cause of lowering.
そこで、半導体レーザ及び半導体MZ光変調器を備えた光半導体素子の寸法を低減することが期待されている。 Therefore, it is expected to reduce the size of the optical semiconductor element provided with the semiconductor laser and the semiconductor MZ optical modulator.
本明細書は、寸法の低減された光半導体素子を提供することを目的とする。 The present specification aims to provide an optical semiconductor device with reduced dimensions.
上記課題を解決するために、本明細書で開示する光半導体素子の一形態によれば、基板に形成された半導体レーザと、基板に形成され、第1光導波路を有する第1位相変調部と、基板に形成され、第2光導波路を有する第2位相変調部と、基板に形成され、半導体レーザの出力光を2つに分岐し、分岐した光を第1光導波路及び第2光導波路へ出力する第1光結合器と、基板に形成され、第1光導波路及び第2光導波路からの出力光を結合して出力する第2光結合器と、を備え、半導体レーザと第1光導波路及び第2光導波路とは、少なくとも一部分が並列に配置される。 In order to solve the above problems, according to one embodiment of the optical semiconductor element disclosed in this specification, a semiconductor laser formed on a substrate, a first phase modulation unit formed on the substrate and having a first optical waveguide, A second phase modulator formed on the substrate and having a second optical waveguide; and an output light of the semiconductor laser formed on the substrate that is split into two, and the branched light is split into the first optical waveguide and the second optical waveguide. A semiconductor laser and a first optical waveguide, comprising: a first optical coupler that outputs; and a second optical coupler that is formed on the substrate and that combines and outputs the output light from the first optical waveguide and the second optical waveguide. The second optical waveguide is at least partially arranged in parallel.
上述した本明細書で開示する光半導体素子の一形態によれば、寸法が低減される。 According to one embodiment of the optical semiconductor element disclosed in the present specification described above, the size is reduced.
本発明の目的及び効果は、特に請求項において指摘される構成要素及び組み合わせを用いることによって認識され且つ得られるだろう。 The objects and advantages of the invention will be realized and obtained by means of the elements and combinations particularly pointed out in the appended claims.
前述の一般的な説明及び後述の詳細な説明の両方は、例示的及び説明的なものであり、クレームされている本発明を制限するものではない。 Both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not restrictive of the invention as claimed.
以下、本明細書で開示する光半導体素子の好ましい第1実施形態を、図面を参照して説明する。但し、本発明の技術範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。 Hereinafter, a preferred first embodiment of an optical semiconductor device disclosed in this specification will be described with reference to the drawings. However, it should be noted that the technical scope of the present invention is not limited to these embodiments, but extends to the invention described in the claims and equivalents thereof.
図1は、本明細書に開示する光半導体素子の第1実施形態を示す図である。図2は、図1のA−A線拡大断面図である。図3は、図1のB−B線拡大断面図である。 FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of an optical semiconductor device disclosed in this specification. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 3 is an enlarged sectional view taken along line BB in FIG.
本実施形態の光半導体素子10は、半導体の基板30に形成された半導体レーザ11と、基板30に形成され、第1光導波路12aを有する第1位相変調部12と、基板30に形成され、第2光導波路13aを有する第2位相変調部13と、を備える。
The
また、光半導体素子10は、基板30に形成され、半導体レーザ11の出力光を2つに分岐し、分岐した光を第1光導波路12a及び第2光導波路13aへ出力する第1光結合器14を備える。また、光半導体素子10は、基板30に形成され、第1光導波路12a及び第2光導波路13aからの出力光を結合して出力する第2光結合器15を備える。
Further, the
第1位相変調部12は、第1光導波路12aと共に、第1光導波路12aに変調電界を印加して光導波路の屈折率を変化させる第1位相変調電極12bを有する。第1光導波路12aは、直線状の縦長に形成される。第1位相変調電極12bは、縦長であり、第1光導波路12aの長手方向を全体に覆っている。図1に示すように、第1位相変調部12は、縦長であり、その長手方向は、第1光導波路12a及び第1位相変調電極12bの長手方向と一致する。第1光導波路12aを伝搬する光は、光導波路の屈折率の大きさに対応して位相が変化する。第1位相変調電極12bは、図3に示すように、第1光導波路12aの上方に配置される。
The first
第2位相変調部13は、第2光導波路13aと共に、第2光導波路13aに変調電界を印加する第2位相変調電極13bを有する。第2位相変調部13の構造は、上述した第1位相変調部12と同様である。
The second
第1位相変調部12と第2位相変調部13とは、幅方向に離間し、隣合って並列に配置されている。ここで、幅方向は、第1光導波路12a及び第2光導波路13aの長手方向と直交する方向である。また、光半導体素子10では、第1光導波路12a及び第2光導波路13aは、同じ長さを有している。
The first
第1位相変調部12及び第2位相変調部13の幅方向に離間する距離は、それらの位相変調電極12b、13bの間にクロストークが発生しない程度とすることが好ましい。例えば、第1位相変調部12及び第2位相変調部13の幅方向に離間する距離は、100〜200μmとすることができる。
It is preferable that the distance between the first
次に、半導体レーザ11について、更に説明する。図1に示すように、半導体レーザ11は縦長であり、その長手方向は、第1位相変調部12及び第2位相変調部13の長手方向と一致している。これらの長手方向は、光半導体素子10の長手方向と一致する。
Next, the
半導体レーザ11は、図1及び図2に示すように、レーザメサ部11aと、レーザメサ部11aに駆動電流を注入するレーザ駆動電極11bとを有する。図1に示すように、レーザ駆動電極11は、縦長であり、レーザメサ部11aの長手方向を全体に覆っている。図2に示すように、レーザ駆動電極11bは、第1光導波路12aの上方に配置される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
半導体レーザ11と第2位相変調部13とは、幅方向に離間している。半導体レーザ11と第2位相変調部13とが幅方向に離間する距離は、レーザ駆動電極11bと第2位相変調電極13bとの間にクロストークが発生しない程度とすることが好ましい。例えば、半導体レーザ11及び第2位相変調部13の幅方向に離間する距離は、100〜200μmとすることができる。
The
図1に示すように、光半導体素子10では、同一基板30に形成された半導体レーザ11と第1光導波路12a及び第2光導波路13aとは、それらの長手方向において少なくとも一部分が重なるように並列に配置される。
As shown in FIG. 1, in the
図1に示す例では、半導体レーザ11の長手方向の一部分が、第1光導波路12a及び第2光導波路13aと、それらの長手方向において重なっている。また、半導体レーザ11の長さが、第1光導波路12a及び第2光導波路13aよりも短い場合には、半導体レーザ11は、その長手方向の全体が第1光導波路12a及び第2光導波路13aと重なっていてもよい。また、第1光導波路12a及び第2光導波路13aの長さが、半導体レーザ11よりも短い場合には、第1光導波路12a及び第2光導波路13aは、その長手方向の全体が半導体レーザ11と重なっていてもよい。このように配置されることで、光半導体素子10の長手方向の寸法をより低減することができる。
In the example shown in FIG. 1, a part of the
半導体レーザ11は、シングルモードレーザであることが好ましい。また、半導体レーザ11は、波長可変型レーザであっても良い。具体的には、半導体レーザ11は、分布帰還(Distributed FeedBack:DFB)型レーザ、分布ブラッグ反射(Distributed Bragg Reflector:DBR)型レーザ、超周期構造回折格子(Super Structure Grating:SSG)型DBRレーザ、又はCSG−DR(Chirped Sampled Grating Distributed Reflector)型レーザであっても良い。
The
本実施形態では、半導体レーザ11がDFB型レーザである場合を例として以下の説明を行う。
In the present embodiment, the following description is given by taking the case where the
次に、半導体レーザ11の断面構造を、図面を参照して、以下に説明する。
Next, the cross-sectional structure of the
図2に示すように、半導体レーザ11は、基板30上に形成されたレーザメサ部11aと、その上に形成されたレーザ駆動電極11bとを有する。
As shown in FIG. 2, the
レーザメサ部11aは、基板30上に配置された下クラッド層31と、下クラッド層31上に配置された回折格子層32と、回折格子層32上に配置されたスペーサ層33と、スペーサ層33上に配置された半導体レーザのコア層34と、を有する。回折格子層32には、光伝搬方向に周期性を有する回折格子が形成される。また、レーザメサ部11aは、半導体レーザのコア層34上に配置された第1上クラッド層36と、第1上クラッド層36上に配置された第3上クラッド層38と、第3上クラッド層38上に配置された第1コンタクト層39と、を有する。また、下クラッド層31の下に位置する基板30の部分も、レーザメサ部11aの一部分を形成する。
The
レーザ駆動電極11bは、第1電極40及び第2電極41を有する。レーザ駆動電極11bは、第1電極40及び第2電極41を介して、レーザメサ部11aと電気的に接続する。
The
レーザメサ部11aは、第1埋め込み層42により埋め込まれている。第1埋め込み層42上には、第1パッシベーション層43が配置され、第1パッシベーション層43上には第2埋め込み層44が配置され、第2埋め込み層44上には第2パッシベーション層45が配置される。レーザ駆動電極11bの下側の部分は、第2埋め込み層44により埋め込まれている。
The
レーザメサ部11aは、レーザ駆動電極11bから電流の注入を受けて、レーザ光を発振するのと共に発熱して熱膨張する。また、第1埋め込み層42も、レーザメサ部11aに加熱されて熱膨張する。そこで、レーザメサ部11aと第1埋め込み層42とは、熱膨張係数に差がないことが、レーザメサ部11a又は第1埋め込み層42に熱応力が発生することを防止する上で好ましい。レーザメサ部11a又は第1埋め込み層42に熱応力が発生すると、亀裂等の発生により、半導体レーザ11の寿命が短縮するおそれがある。
The
例えば、第1埋め込み層42と、半導体レーザのコア層34の熱膨張係数の違いは±数%以内であることが、上述した観点から好ましい。第1埋め込み層42の形成材料としては、基板と同様の半導体を用いて形成されることが好ましい。また、第1埋め込み層42は、コア層34への電流の注入効率を高めるために半絶縁性の導電性を有することが好ましい。
For example, the difference between the thermal expansion coefficients of the first buried
図1には、第1埋め込み層42が形成される領域が、第1埋め込み領域B1として示されている。第1埋め込み領域B1では、半導体レーザ11が第1埋め込み層42により埋め込まれている。また、第1埋め込み領域B1には、後述する第1曲がり光導波路16の入力側の部分が第1埋め込み層42により埋め込まれている。
In FIG. 1, a region where the first buried
次に、第1位相変調部12の断面構造を、図面を参照して、以下に説明する。
Next, the cross-sectional structure of the first
図3に示すように、第1位相変調部12の第1光導波路12aは、メサ構造を有する。
As shown in FIG. 3, the first
第1光導波路12aは、下記の点を除いて、半導体レーザ11のレーザメサ部11aと同様の構造を有する。第1光導波路12aでは、回折格子層32には回折格子が形成されない。また、スペーサ層33上には、光導波路のコア層35が配置され、光導波路のコア層35上には第2上クラッド層37が配置される。また、第1光導波路12aの両側面は、第1パッシベーション層43により覆われている。この第1パッシベーション層43は、第1光導波路12aの両側の基板30上も覆っている。第1光導波路12a上には、第1位相変調電極12bが配置される。第1位相変調電極12bの下側の部分は、第2埋め込み層44により埋め込まれている。
The first
第1光導波路12aは、第1光導波路12aのコア層35よりも屈折率が小さい第2埋め込み層44により埋め込まれている。第1光導波路12aを伝播する光の閉じ込めの観点から、第2埋め込み層44の屈折率と、第1光導波路のコア層35の屈折率との差は大きい方が好ましい。
The first
第2埋め込み層44の形成材料としては、例えば、低誘電率を有する樹脂又は空気を用いることができる。
As a material for forming the second embedded
第2位相変調部13は、第1位相変調部12と同様の断面構造を有しており、上述した説明は、第2位相変調部13に対しても適宜適用される。
The second
図1には、第2埋め込み層44によって光導波路等のメサ構造が埋め込まれる領域が、第2埋め込み領域B2として示されている。第2埋め込み領域B2では、第1光導波路12aと、第2光導波路13aと、第1光結合器14と、第2光結合器15とが、第2埋め込み層44により埋め込まれている。また、第2埋め込み領域B2では、後述する説明する第1曲がり光導波路16の出力側の部分が第2埋め込み層44により埋め込まれている。
In FIG. 1, a region where a mesa structure such as an optical waveguide is embedded by the second embedded
また、基板30の裏側には、レーザ駆動電極11b及び第1及び第2位相変調電極12b、13bに対応して、図示しない下部電極が配置される。
Further, on the back side of the
次に、半導体レーザ11の出力光を入力し反対方向に湾曲させて第1光結合器14に光を伝搬する第1曲がり光導波路16について、図面を参照して、以下に説明する。
Next, the first bent
図1に示すように、光半導体素子10は、基板30に形成された第1曲がり光導波路16を備える。第1曲がり光導波路16は、半導体レーザ11の出力光を入力し、伝搬方向を180度曲げて光を伝搬する。このように、光半導体素子10は、第1曲がり光導波路16を用いて、並列に配置された半導体レーザ11と第1光導波路12a及び第2光導波路13aとの間に、第1光結合器14を介して、光を伝搬する。
As shown in FIG. 1, the
次に、第1曲がり光導波路16と半導体レーザ11との接合部分の断面構造を、図面を参照して、以下に説明する。
Next, the cross-sectional structure of the joint portion between the first bent
図4は、図1のC−C’線拡大断面図である。図4は、第1曲がり光導波路16と半導体レーザ11との接合部分における長手方向の断面構造を示す。
FIG. 4 is an enlarged sectional view taken along line C-C ′ of FIG. 1. FIG. 4 shows a cross-sectional structure in the longitudinal direction at the joint between the first bent
図4に示すように、第1曲がり光導波路16は、下記の点を除いて、上述した第1光導波路12aと同様の構造を有する。第1曲がり光導波路16では、第1位相変調電極12bが配置されない。また、第1コンタクト層39は、第1パッシベーション層43により覆われる。
As shown in FIG. 4, the first bent
第1曲がり光導波路16と半導体レーザ11との接合部分では、光導波路のコア層35と半導体レーザのコア層34との接合界面S1が形成される。接合界面S1は、いわゆるバットジョイント界面である。また、接合界面S1の位置には、半導体レーザのコア層34上に配置される第1上クラッド層36と、光導波路のコア層35上に配置される第2上クラッド層37との接合界面も形成される。
At the junction between the first bent
直線状の半導体レーザのコア層34の端面である接合界面S1から、光導波路のコア層35が第1光結合器14に向かって円弧上に延びる。
The
第1曲がり光導波路16の曲率半径は、上述した半導体レーザ11と第2位相変調部13との好ましい離間距離を確保するように決定され得る。また、第1曲がり光導波路16の曲率半径の下限値は、製造工程上の制約を受ける場合もある。このような観点から、第1曲がり光導波路16の曲率半径を、例えば100μmとすることができる。
The radius of curvature of the first bent
また、図1示すように、第1曲がり光導波路17aの入力側の部分は、レーザメサ部11aと同様に、第1埋め込み領域B1に含まれる。
Further, as shown in FIG. 1, the input-side portion of the first bent
一方、図1に示すように、第1光結合器14に接続する第1曲がり光導波路17aの出力側の部分は、第2埋め込み領域B2に含まれており、第1曲がり光導波路17aの途中の位置に、第1埋め込み層42と第2埋め込み層44との接合界面S2が形成される。
On the other hand, as shown in FIG. 1, the output-side portion of the first bent
次に、第1埋め込み層42と第2埋め込み層44との接合界面S2の位置について、図面を参照して、以下に説明する。
Next, the position of the bonding interface S2 between the first buried
図5(A)は、図1の要部の拡大図である。図5(B)は、第1埋め込み層42に埋め込まれているコア層35を伝搬する光の強度分布を示す。図5(C)は、第2埋め込み層44に埋め込まれているコア層35を伝搬する光の強度分布を示す。
FIG. 5A is an enlarged view of a main part of FIG. FIG. 5B shows the intensity distribution of light propagating through the
図5(A)には、レーザメサ部11aの接合界面S1から、円弧上に延びる第1曲がり光導波路16の部分が示されている。また、図5(A)には、第1曲がり光導波路16の途中の位置Pに形成される接合界面S2が一点鎖線で示されている。また、図5(A)には、円弧状の第1曲がり光導波路16の位置Pにおける接線L1が示されている。また、図5(A)には、接合界面S1から出力される光の直進方向が、直線L2で示されている。
FIG. 5A shows a portion of the first bent
接合界面S2が形成される第1曲がり光導波路16の途中の位置Pは、接線L1と直線L2とのなす角度αにより決定される。また、角度αは、第1曲がり光導波路16の曲率中心Oを中心として、接合界面S1の位置と位置Pとが形成する円弧の中心角でもある。
The position P in the middle of the first bent
図5(B)に示すように、第1埋め込み層42に埋め込まれた第1曲がり光導波路16の部分では、第1曲がり光導波路16のメサ部16a内のコア層35を伝搬する光の強度分布は、コア層35の幅を超えて広がっている。一方、図5(C)に示すように、第2埋め込み層44に埋め込まれた第1曲がり光導波路16の部分では、メサ部16aのコア層35を伝搬する光の強度分布は、コア層35の幅内にほぼ閉じ込められている。
As shown in FIG. 5B, in the portion of the first bent
図5(B)に示すような強度分布を有する光が接合界面S2を通過すると、光が、等価屈折率が異なる接合界面S2で反射して、半導体レーザ11の方へ第1曲がり光導波路16内を戻る光が生じる。
When light having an intensity distribution as shown in FIG. 5B passes through the junction interface S2, the light is reflected by the junction interface S2 having a different equivalent refractive index, and the first bent
そこで、光半導体素子10では、第1曲がり光導波路16の途中の位置に、第1埋め込み層42と第2埋め込み層44との接合界面S2を形成して、反射により半導体レーザ11の方へ第1曲がり光導波路16内を戻る光の量を低減している。
Therefore, in the
反射により半導体レーザ11の方へ第1曲がり光導波路16内を戻る光の量は、接合界面の位置Pを定める角度αの値が大きい程低減する。
The amount of light that returns to the
一方、角度αは、製造工程の制約から上限が定められる場合がある。例えば、角度αが大きくなると、第1埋め込み層42が第1曲がり光導波路16のメサ構造の上に盛り上がるように成長する場合がある。このような場合には、角度αは、第1埋め込み層42が異常成長しない範囲内の大きさにすることが好ましい。
On the other hand, the upper limit of the angle α may be determined due to restrictions on the manufacturing process. For example, when the angle α increases, the first buried
そこで、本実施形態では、角度αとして、第1曲がり光導波路16のメサ構造を埋め込む際に第1埋め込み層42が異常成長しない上限の値とした。このようにして、角度αを決定することにより、第1埋め込み層42と第2埋め込み層44との接合界面S2の位置Pが定められる。角度αとして、例えば10度とすることができる。
Therefore, in the present embodiment, the angle α is set to an upper limit value at which the first embedded
次に、第1光結合器14について、説明する。第1光結合器14としては、例えば、1つの入力ポート及び2つの出力ポートを有する多モード干渉結合器を用いることができる。第1光結合器14の断面構造は、上述した第1曲がり光導波路16と同様である。なお、第1光結合器14として、2つの入力ポート及び2つの出力ポートを有する多モード干渉結合器を用いても良い。この場合、半導体レーザ11からの光は、一方の入力ポートから入力される。
Next, the first
次に、第2光結合器15について説明する。第2光結合器15は、入力した2つの光を干渉させて、位相差に応じた光強度を有する光を出力する。第2光結合器15としては、例えば、2つの入力ポート及び2つの出力ポートを有する多モード干渉結合器を用いることができる。第2光結合器15の断面構造は、上述した第1曲がり光導波路16と同様である。なお、第2光結合器15として、2つの入力ポート及び1つの出力ポートを有する多モード干渉結合器を用いても良い。
Next, the second
また、図1に示すように、光半導体素子10は、基板30に形成され、第1光結合器14の2つの出力光の内の一方を入力し、伝搬方向を曲げて第1光導波路12aに光を伝搬する第2曲がり光導波路17aを備える。また、光半導体素子10は、基板30に形成され、第1光結合器14の2つの出力光の内の他方を入力し、伝搬方向を曲げて第2光導波路12bに光を伝搬する第3曲がり光導波路17bを備える。
As shown in FIG. 1, the
また、図1に示すように、光半導体素子10は、基板30に形成され、第1光導波路12aの出力光を入力し、伝搬方向を曲げて第2光結合器15に光を伝搬する第4曲がり光導波路18aを備える。また、光半導体素子10は、基板30に形成され、第2光導波路13aの出力光を入力し、伝搬方向を曲げて第2光結合器15に光を伝搬する第5曲がり光導波路18bを備える。
As shown in FIG. 1, the
光半導体素子10は、第2光結合器15の2つの出力ポートから光を入力し、外部に光を出力する第6及び第7光導波路19a、19bを有する。第6及び第7光導波路19a、19bの露出した端面は、例えば、無反射コーティングされることが好ましい。
The
第2〜5曲がり光導波路17a、17b、18a、18b、並びに第6及び第7光導波路19a、19bの断面構造は、上述した第1曲がり光導波路16と同様である。
The cross-sectional structures of the second to fifth bent
上述した第2埋め込み領域B2には、第2及び第3曲がり光導波路17a、17bと、第4及び第5曲がり光導波路18a、18bと、第6及び第7光導波路19a、19bとが、第2埋め込み層44により埋め込まれている。
In the second buried region B2, the second and third bent
また、上述した第1光結合器14と、第1位相変調部12及び第2位相変調部13と、第2光結合器15と、第2及び第3曲がり光導波路17a、17bと、第4及び第5曲がり光導波路18a、18bと、第6及び第7光導波路19a、19bと、により同一基板30上に半導体MZ光変調器が形成される。
Further, the first
図1に示すように、光半導体素子10では、隣合って並列に配置される第1位相変調部12及び第2位相変調部13の一方の側に半導体レーザ11が配置される。また、光半導体素子10では、第1位相変調部12及び第2位相変調部13の他方の側には、基板30に形成されたヒータ22が配置される。
As shown in FIG. 1, in the
ヒータ22は、縦長のヒータ本体22aと、ヒータ本体22aに電力を供給する一対のヒータ電極22b、22cとを有する。ヒータ電極22b、22cは、ヒータ本体22aの両端部と接続される。
The
ヒータ本体22aの長手方向は、半導体レーザ11及び第1光導波路12a及び第2光導波路13aの長手方向と一致する。
The longitudinal direction of the
ヒータ本体22aと第1位相変調部12との間の距離は、半導体レーザ11と第2位相変調部13との間の距離と同じにすることが好ましい。
The distance between the
光半導体素子10では、電流を注入された半導体レーザ11が発熱するので、光半導体素子10の幅方向には温度勾配が形成されて、第2位相変調部13側の温度が高く第1位相変調部12の温度が相対的に低くなる。MZ変調器の干渉計を構成する光路間に温度差が発生すると、干渉計の光路長が変化するため位相差が変化してしまう。このように半導体レーザ11の駆動状態によって変化する位相差を調整するのは非常に困難である。また、第1光導波路12a及び第2光導波路13aは、電界が印加された時の屈折率の変化量が、発生した温度差によって異なってしまうといった問題もある。
In the
そこで、光半導体素子10では、ヒータ22を用いて、光半導体素子10の幅方向における温度勾配を打ち消して、第1光導波路12a及び第2光導波路13aが同様の温度に成るようにしている。
Therefore, in the
光半導体素子10では、ヒータ22の駆動方法として、半導体レーザ11に注入するのと同じ量の電力をヒータ電極22に供給する。
In the
また、第1光導波路12a及び第2光導波路13aそれぞれに温度センサを配置し、それぞれの光導波路の温度が同じになるように、ヒータ22を駆動するようにしても良い。
Further, a temperature sensor may be disposed in each of the first
次に、ヒータ22の断面構造を、図面を参照して、以下に説明する。
Next, the cross-sectional structure of the
図6は、図1のD−D’線拡大断面図である。図6は、ヒータ本体22aとヒータ電極22bとの接合部分の長手方向の断面構造を示す。
6 is an enlarged sectional view taken along line D-D ′ of FIG. 1. FIG. 6 shows a cross-sectional structure in the longitudinal direction of the joint portion between the
図6に示すように、ヒータ本体22aは、基板30上に配置された第1埋め込み層42と、第1埋め込み層42上に配置された第1パッシベーション層43と、第1パッシベーション層43上に配置された第2埋め込み層44とを有する。また、ヒータ本体22aは、第2埋め込み層44上に配置された発熱層46と、発熱層46上に配置された第2パッシベーション層45とを有する。発熱層46は、例えば、Tiにより形成され得る。
As shown in FIG. 6, the
また、ヒータ電極22bは、図6に示すように、発熱層46上に第1電極40及び第2電極41を順番に介在させて配置されている。
Further, as shown in FIG. 6, the
次に、上述した本実施形態の光半導体素子10の好ましい製造方法の一例を、図面を参照して、以下に説明する。
Next, an example of a preferable method for manufacturing the above-described
まず、図7に示すように、基板30上に、下クラッド層31が形成される。下クラッド層31の形成方法としては、例えば、有機金属化学気相成長(MOCVD)法によるエピタキシャル成長を用いることができる。後述する回折格子層32から第1上クラッド層36も、同様に、MOCVD法を用いて形成され得る。基板30の形成材料には、例えば、n−InPを用いることができる。下クラッド層31は、例えば、形成材料にn−InPを用いて、厚さは200nmとすることができる。
First, as shown in FIG. 7, the
そして、下クラッド層31上に、回折格子層32が形成される。回折格子層32の形成材料には、例えば組成波長が1.2μmであるn−InGaAsPを用いることができる。回折格子層32の厚さは、例えば70nmとすることができる。また、回折格子層32の半導体レーザとなる領域には、例えば、光の伝搬方向に約240nm周期を有する回折格子が、電子ビーム(EB)露光及びドライエッチングを用いて形成され得る。なお、回折格子層32の半導体レーザとならない領域には、回折格子は形成されない。
A
そして、回折格子層32上に、スペーサ層33が形成される。スペーサ層33は、例えば、形成材料にn−InPを用いて、厚さは100nmとすることができる。
Then, the
そして、スペーサ層33上に半導体レーザのコア層34が形成される。コア層34は、多層量子井戸(MQW)活性層と、このMQW活性層の上下に配置されるSCH層とにより形成される。MQW活性層は、例えば、形成材料にi−InGaAsPを用いて、厚さが15nmのバリア層と厚さが5nmの井戸層とが8周期積層されて形成され、PL発光波長を1.55μmとすることができる。SCH層それぞれの内側には、バリア層が配置される。SCH層は、例えば、形成材料に組成波長が1.15μmであるi−InGaAsPを用いて、厚さは12.5nmとすることができる。コア層34は、例えば、200nmとすることができる。
Then, the
そして、半導体レーザのコア層34上に、第1上クラッド層36が形成される。第1上クラッド層36は、例えば、形成材料にp−InPを用いて、厚さは200nmとすることができる。
A first
次に、図8に示すように、フォトリソグラフィー等の技術を用いて、第1上クラッド層36の半導体レーザとなる領域上にパターニングされた第1マスク層M1が形成される。第1マスク層M1は、例えば、形成材料にSiO2を用いることができる。第1マスク層M1の形成方法としては、例えば、化学気相成長(CVD)法を用いることができる。
Next, as shown in FIG. 8, a patterned first mask layer M <b> 1 is formed on the region of the first
次に、図9に示すように、第1マスク層M1をマスクとして、第1マスク層M1が形成されていない領域に対して、ウエットエッチング等を用いて、第1上クラッド層36及びコア層34が選択的に除去されて、スペーサ層33が露出する。
Next, as shown in FIG. 9, using the first mask layer M1 as a mask, the first
次に、図10及び図11に示すように、第1マスク層M1を選択成長マスクとして、第1マスク層M1が形成されていない領域のスペーサ層33上に、光導波路のコア層35と、第2上クラッド層37とが順番に形成される。コア層35及び第2上クラッド層37の形成方法としては、例えば、MOCVD法によるエピタキシャル成長を用いることができる。コア層35は、例えば、形成材料に組成波長が1.38μmであるi−InGaAsPを用いて、厚さは200nmとすることができる。第2上クラッド層37は、形成材料にp−InPを用いて、厚さは200nmとすることができる。このように、光導波路のコア層35は、半導体レーザのコア層34に対してバットジョイント成長されて、光導波路のコア層35と半導体レーザのコア層34との接合界面S1が形成される。そして、第1マスク層M1が除去される。
Next, as shown in FIGS. 10 and 11, using the first mask layer M1 as a selective growth mask, the
また、この光導波路のコア層35を含む光導波路構造が、将来、第1曲がり光導波路16と、第1及び第2光導波路12a、13aと、第1及び第2光結合器14、15と、第2〜5曲がり光導波路17a、17b、18a、18bと、第6及び第7光導波路19a、19bの光導波路構造を形成する。
In addition, in the future, the optical waveguide structure including the
次に、図12に示すように、第1上クラッド層36及び第2上クラッド層37上に、第3上クラッド層38と、第1コンタクト層39とが、順番に形成される。第3上クラッド層38及び第1コンタクト層39の形成方法としては、例えば、MOCVD法を用いることができる。第3上クラッド層38は、例えば、形成材料にp−InPを用いて、厚さは1200nmとすることができる。第1コンタクト層39は、例えば、形成材料にp−InGaAsを用いて、厚さは300nmとすることができる。
Next, as shown in FIG. 12, a third
次に、図13に示すように、フォトリソグラフィー等の技術を用いて、第1コンタクト層39上に、パターニングされた第2マスク層M2が形成される。第2マスク層M2の形成材料には、SiO2を用いた。そして、第2マスク層M2をマスクとして、第2マスク層M2が形成されていない領域がエッチングにより除去されて、図14及び図15に示すようなメサ構造が形成される。エッチングの方法としては、例えば、ICP−RIEを用いることができる。このエッチングによって、表面から約3μmの厚さの部分が取り除かれてメサ構造が形成される。また、このエッチングにより、基板30の表面の一部も除去されている。図14には、半導体レーザを形成するメサ構造の図13のG−G線拡大断面図が示される。図15には、第1光導波路を形成するメサ構造の図13のH−H線拡大断面図が示される。図13に示すように、第1曲がり光導波路を形成するコア層は、第2マスク層M2と同様に曲がって形成される。
Next, as shown in FIG. 13, a patterned second mask layer M2 is formed on the
次に、図16及び図17に示すように、フォトリソグラフィー等の技術を用いて、メサ構造が形成された基板30上に、パターニングされた第3マスク層M3が形成される。第3マスク層M3の形成材料には、例えばSiNを用いることができる。第3マスク層M3が形成された領域が、将来第2埋め込み領域B2となる。また、第1曲がり光導波路を形成するメサ構造の部分に対しては、第3マスク層M3は、図5を用いて説明された位置Pの部分まで覆うように形成される。即ち、半導体レーザを形成するメサ構造の部分と、第1曲がり光導波路を形成するメサ構造の位置Pから半導体レーザ側の部分には、第3マスク層M3は形成されない。
Next, as shown in FIGS. 16 and 17, a patterned third mask layer M3 is formed on the
そして、図18に示すように、第2マスク層M2及び第3マスク層M3を選択成長マスクとして、第2マスク層M2及び第3マスク層M3が形成されていない領域上に、第1埋め込み層42が形成されて、基板30上のメサ構造が第1埋め込み層42により埋め込まれる。第1埋め込み層42の形成方法としては、例えば、MOCVD法を用いることができる。第1埋め込み層42の形成材料としては、例えば、半絶縁性のInP(SemiInsulating−InP)を用いることができる。この第1埋め込み層42が形成された部分が、第1埋め込み領域B1となる。
Then, as shown in FIG. 18, using the second mask layer M2 and the third mask layer M3 as a selective growth mask, the first buried layer is formed on the region where the second mask layer M2 and the third mask layer M3 are not formed. 42 is formed, and the mesa structure on the
そして、第2マスク層M2及び第3マスク層M3が除去される。これらのマスク層は、例えば、フッ酸系のエッチャントを用いて取り除かれる。 Then, the second mask layer M2 and the third mask layer M3 are removed. These mask layers are removed using, for example, a hydrofluoric acid-based etchant.
次に、基板30上の全面に、第1パッシベーション層43が形成される。第1パッシベーション層43の形成方法としては、例えば、CVD法を用いることができる。第1パッシベーション層43の形成材料には、例えば、SiO2を用いることができる。
Next, a
そして、図19及び図20に示すように、第1パッシベーション層43上に、第2埋め込み層44が形成されて、第2埋め込み領域B2のメサ構造が第2埋め込み層44により埋め込まれる。第2埋め込み層44の形成方法としては、例えば、スピンコート法を用いることができる。また、第2埋め込み層44の形成材料としては、例えば、ベンゾシクロブテン(Benzocyclobutene:BCB)のような低屈折率材料を用いることができる。そして、BCBがスピンコートされた基板30には、適切な熱処理が施される。ここで、図20は、図17に示す位置に対応する断面構造である。
Then, as shown in FIGS. 19 and 20, the second embedded
また、図21に示すように、第1埋め込み領域B1に含まれる第1埋め込み層42上にも、第1パッシベーション層43を介して、第2埋め込み層44が形成される。ここで、図21は、図18に示す位置に対応する断面構造である。
As shown in FIG. 21, the second buried
次に、第2埋め込み層44上の全面に、発熱層46が形成される。発熱層46の形成方法としては、例えば、スパッタリングを用いることができる。また、発熱層46の形成材料としては、例えばTiを用いることができる。そして、発熱層46上に、ヒータ本体が形成される領域に開口を有するマスクパターン(図示せず)が形成されて、マスクパターンが形成されていない領域の発熱層46が、ICP−RIE等のドライエッチングを用いて除去される。そして、マスクパターンが取り除かれた後に、基板30上の全面に、第2パッシベーション層45が形成される。第2パッシベーション層45の形成方法としては、例えば、プラズマCVDを用いることができる。また、第2パッシベーション層45の形成材料としては、例えばSiNを用いることができる。
Next, the
そして、レーザ駆動電極と、第1及び第2位相変調電極と、ヒータ電極が形成される領域に開口を有するパターニングされた第4マスク層M4が形成され、この第4マスク層M4を用いて、開口に露出している第2パッシベーション層45が、ウエットエッチング等により除去される。第4マスク層M4の形成材料としては、例えば、フォトレジストを用いることができる。
Then, a patterned fourth mask layer M4 having an opening in a region where the laser driving electrode, the first and second phase modulation electrodes, and the heater electrode are formed is formed, and using this fourth mask layer M4, The
続けて、レーザ駆動電極と、第1及び第2位相変調電極とが形成される領域に露出している第2埋め込み層44の部分が、ICP−RIE等のドライエッチングを用いて除去されて、第1パッシベーション層43が露出する。この状態の断面図として、図22に、図19のK−K線に対応する位置における拡大断面図を示し、図23に、図19のL−L線に対応する位置における拡大断面図を示す。また、この状態の断面図として、図24に、図19のM−M’線に対応する拡大断面図を示す。
Subsequently, the portion of the second embedded
次に、レーザ駆動電極と第1及び第2位相変調電極とが形成される領域の第4マスク層M4の開口に露出している第1パッシベーション層43の部分が、ウエットエッチング等を用いて除去されて、メサ構造の第1コンタクト層39が露出する。
Next, the portion of the
そして、基板30上の全面に、第1電極40が形成される。第1電極40は、レーザ駆動電極と第1及び第2位相変調電極が形成される領域の第4マスク層M4の開口では、第1コンタクト層39上に形成される。また、第1電極40は、ヒータ電極が形成される領域の第4マスク層M4の開口では、発熱層46を覆うように形成される。第1電極40は、例えば、真空蒸着法を用いて、Au/Zn/Au膜として形成される。そして、第4マスク層M4上に形成された第1電極40の部分は、第4マスク層M4と共に除去される。
Then, the
そして、基板30上の全面に、第2電極41が形成される。第2電極41は、例えば、スパッタリング法を用いて、Ti/Pt/Au膜として形成される。そして、この第2電極41上に、レーザ駆動電極と、第1及び第2位相変調電極と、ヒータ電極が形成される領域に開口を有するマスクパターン(図示せず)が形成される。そして、第2電極41を電極として、マスクパターンの開口に露出する第2電極41上の部分に導電層がメッキされる。この導電層の形成材料としては、Auを用いることができる。そして、マスクパターンが除去された後、メッキにより形成された導電層をマスクとして、ドライエッチング等を用いて、導電層が形成されていない領域の第2電極41の部分が除去される。
Then, the
このようにして、レーザ駆動電極となる領域にメッキされた導電層の部分がレーザ駆動電極となり、第1及び第2位相変調電極となる領域にメッキされた導電層の部分が第1及び第2位相変調電極となる。また、ヒータ電極となる領域にメッキされた導電層の部分がヒータ電極となる。 Thus, the portion of the conductive layer plated in the region to be the laser drive electrode becomes the laser drive electrode, and the portion of the conductive layer plated in the region to be the first and second phase modulation electrodes is the first and second. It becomes a phase modulation electrode. Further, the portion of the conductive layer plated in the region to be the heater electrode becomes the heater electrode.
このようにして、図1〜図4及び図6に示す構造が形成される。 In this way, the structure shown in FIGS. 1 to 4 and 6 is formed.
そして、基板30の裏面(電極等が形成されている面の反対側の面)が、基板30の厚さが150μm程度となるように研磨され、裏面上の全面に、例えば、真空蒸着法により、AuGe/Au膜が形成される。そして、このAuGe/Au膜上に、フォトレジストを用いて適宜パターニングされた開口を有するマスクパターンが形成された後、開口に露出したAuGe/Auの部分にAuメッキが形成されて、下部電極が形成される。その後、マスクパターンが除去された基板30に対して、適宜熱処理が行われて、基板30の表面及び裏面にオーミック性の良好なコンタクトが得られて、図1に示す光半導体素子が完成される。
Then, the back surface of the substrate 30 (the surface opposite to the surface on which the electrodes and the like are formed) is polished so that the thickness of the
上述した本実施形態の光半導体素子10によれば、半導体レーザ11及び半導体MZ光変調器が同一基板に形成され、且つその長手方向の寸法が低減される。
According to the
また、光半導体素子10によれば、ヒータ22に半導体レーザ11に投入している電力と同等の電力を投入する事で、半導体レーザ11を駆動する事によって発生する光半導体素子10の幅方向における温度勾配を打ち消して、第1光導波路12a及び第2光導波路13aの温度を同様にできる。従って、2つの光導波路間の温度差を考慮することなく、2つの光導波路間の位相調整を行うことができる。
Further, according to the
また、光半導体素子10によれば、その長手方向の寸法が低減することにより、一枚の基板から製造され得る素子の個数が増加する。
Further, according to the
更に、光半導体素子10によれば、その長手方向の寸法が低減することにより、素子の縦横比(アスペクト比)が低減するので、素子の製造における歩留りが向上する。
Furthermore, according to the
次に、上述した第1実施形態の光半導体素子の変形例を、図面を参照して、以下に説明する。 Next, modifications of the optical semiconductor device of the first embodiment described above will be described below with reference to the drawings.
図25は、第1実施形態の光半導体素子の変形例1を示す図である。 FIG. 25 is a diagram illustrating a first modification of the optical semiconductor device according to the first embodiment.
図25に示すように、変形例1の光半導体素子10aは、第1位相変調部12及び第2位相変調部13それぞれが、基板30に形成された位相調整部23を有する。位相調整部23は、第1光導波路12aの第2曲がり光導波路17a側の部分と、第2光導波路13aの第3曲がり光導波路17b側の部分と、位相調整電極23aとにより形成される。
As illustrated in FIG. 25, in the
位相調整部23は、位相調整電極23aに電圧を印加することにより、第1光導波路12a又は第2光導波路13a内を伝搬する光の位相を、第1位相変調電極12b又は第2位相変調電極13bによる変調とは独立して制御することができる。
The
光導波路の幅又は光結合器の寸法等には、加工精度によるズレが生じる場合がある。このような寸法のズレによって、第1光導波路12aに入射する光と、第2光導波路13aに入射する光との間には、位相差が生じる。
There may be a deviation due to processing accuracy in the width of the optical waveguide or the dimensions of the optical coupler. Due to such a displacement, a phase difference occurs between the light incident on the first
そこで、変形例1では、第1位相変調部12及び第2位相変調部13それぞれに位相調整部23を配置して、第1光導波路12aに入射する光と、第2光導波路13aに入射する光との間の位相差が調整される。
Therefore, in the first modification, the
変形例1の光半導体素子10aのように、第1位相変調部12及び第2位相変調部13それぞれに位相調整部23を配置することを、他の実施形態又はその変形例に適用しても良い。
The arrangement of the
また、位相調整部23は、第1位相変調部12及び第2位相変調部13それぞれと、第2光結合器15との間に配置されても良い。
The
図26は、第1実施形態の光半導体素子の変形例2を示す図である。図27は、図26のN−N’線拡大断面図である。 FIG. 26 is a diagram illustrating a second modification of the optical semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 27 is an enlarged sectional view taken along line N-N ′ of FIG. 26.
変形例2の光半導体素子10bは、出力光の波長が可変な半導体レーザ24を備える。具体的には、半導体レーザ24として、超周期構造回折格子(Super Structure Grating:SSG)型DBRレーザ(以下、単にSSG−DBRともいう)を用いる。
The
半導体レーザ24は、図26に示すように、前方DBR領域24aと、位相調整領域24bと、利得領域24cと、後方DBR領域24dとを有する。また、半導体レーザ24は、前方DBR領域24aに電流を注入する第1駆動電極24eと、位相調整領域24bに電流を注入する第2駆動電極24fと、利得領域24cに電流を注入する第3駆動電極24gと、後方DBR領域24dに電流を注入する第4駆動電極24hとを有する。SSG−DBR型レーザは、前方及び後方の2カ所のDBR領域を個別に制御することにより、バーニア効果を利用して広い波長可変動作が得られる。従って、光半導体素子60は、複数の波長で信号光を出力できる。
As shown in FIG. 26, the
前方DBR領域24aと、位相調整領域24bと、利得領域24cと、後方DBR領域24dとは、基板30に直列に配置される。各領域を形成するレーザメサ部も、同様に直列に配置される。
The front DBR region 24 a, the phase adjustment region 24 b, the gain region 24 c, and the rear DBR region 24 d are arranged in series on the
前方DBR領域24aと、位相調整領域24bとは、コア層が一体に形成される。また、後方DBR領域24dを形成するコア層は、前方DBR領域24a及び位相調整領域24bと同じ材料により形成される。前方DBR領域24aと、位相調整領域24bと、後方DBR領域24dとを併せて屈折率制御領域ともいう。利得領域24cのコア層は、屈折率制御領域のコア層とは異なる材料により形成される。 The front DBR region 24a and the phase adjustment region 24b are integrally formed with a core layer. The core layer forming the rear DBR region 24d is formed of the same material as the front DBR region 24a and the phase adjustment region 24b. The front DBR region 24a, the phase adjustment region 24b, and the rear DBR region 24d are collectively referred to as a refractive index control region. The core layer of the gain region 24c is formed of a material different from that of the core layer of the refractive index control region.
図26に示すように、第1曲がり光導波路16は、前方DBR領域24aの一方の端面から第1光結合器14に向かって円弧状に延びる。
As shown in FIG. 26, the first bent
半導体レーザ24の出力光は、前方DBR領域24aの一方の端面から、第1曲がり光導波路16へ出力される。第1曲がり光導波路16は、入力側のコア層から光を入力し、湾曲させて出力側のコア層へ光を伝搬するコア層を有する。
The output light of the
変形例2では、第1曲がり光導波路16を形成するコア層の入力側の前方DBR領域24a側の部分は、入力側の前方DBR領域24aのコア層と一体に形成される。一方、第1曲がり光導波路16のコア層の出力側の第1光結合器14側の部分は、出力側の第1光結合器14のコア層と一体に形成される。
In the second modification, the portion on the front DBR region 24a side on the input side of the core layer forming the first bent
図27に示すように、第1曲がり光導波路16の途中の位置に、入力側の前方DBR領域24aのコア層34aと出力側の第1光結合器14のコア層35との接合界面S3が形成される。
As shown in FIG. 27, a junction interface S3 between the
変形例2の光半導体素子10bでは、異なるコア層34a、35の接合界面S3を、第1曲がり光導波路16の途中の位置に配置して、接合界面S3における反射により第1曲がり光導波路16内を半導体レーザ24の方へ戻る光の量を低減している。
In the
また、第1埋め込み層42と第2埋め込み層44との接合界面S2は、上述した第1実施形態と同様に、第1曲がり光導波路16の途中の位置に配置される。
Further, the joint interface S2 between the first buried
次に、変形例2の光半導体素子10bの製造方法を以下に説明する。
Next, a method for manufacturing the
変形例2の製造方法は、半導体レーザ24の形成方法を除いては、上述した光半導体素子10の製造方法と同様である。そこで、半導体レーザ24の形成について、以下に説明する。
The manufacturing method of
半導体レーザ24の形成方法と、上述した光半導体素子10の製造方法における半導体レーザ11の形成方法との大きな違いは、屈折率制御領域のコア層を利得領域24cのコア層に対してバットジョイント成長させること、及び、回折格子が前方DBR領域24a及び後方DBR領域24dには形成されるが、利得領域24cのコア層には回折格子が形成されないことの2点となる。
The major difference between the method of forming the
具体的には、図7において、スペーサ層32上の全面に、利得領域24cのコア層及び第1上クラッド層36が形成された後に、利得領域24cが形成されるコア層の領域上のみにマスクパターンが形成される。そして、マスクパターンが形成されていない領域における第1上クラッド層36及び利得領域24cのコア層及びスペーサ層32が、エッチングにより除去される。そして、前方DBR領域24a及び後方DBR領域24dが形成される領域の回折格子層32の部分に、ドライエッチング等を用いて回折格子が形成される。そして、マスクパターンが形成されていない領域に、スペーサ層32と、屈折率制御領域のコア層34aと、第1上クラッド層36aとが形成されて、利得領域24cのコア層に対して、屈折率制御領域のコア層がバットジョイント成長される。そして、半導体レーザ24が形成される領域及び第1曲がり光導波路における半導体レーザ側の部分(図26の接合界面S3が形成される部分まで)に、マスクパターンが形成されて、このマスクパターンが形成されていない領域におけるコア層までが、ウエットエッチング等により除去される。そして、半導体レーザ及び第1曲がり光導波路における半導体レーザ側の部分が形成される以外の領域上に、光導波路のコア層35及び第2上クラッド層37が形成される。その後の工程は、上述した製造方法と同様である。また、変形例2の半導体レーザ24の駆動電極の形成に関しては、マスクパターンを適宜変更すれば良い。
Specifically, in FIG. 7, after the core layer of the gain region 24c and the first
また、変形例2の光半導体素子10bでは、曲がり光導波路等の受動的な光導波路のコア層が、屈折率制御領域のコア層を用いて形成されても良い。
Further, in the
変形例2の光半導体素子10bのように、第1曲がり光導波路の途中に、半導体レーザのコア層のような入力側のコア層と一体に形成された光導波路のコア層と、第1光結合器のコア層のような出力側のコア層と一体に形成された光導波路のコア層との接合界面を配置することを、他の実施形態又はその変形例に適用しても良い。
A core layer of an optical waveguide integrally formed with an input-side core layer, such as a core layer of a semiconductor laser, in the middle of the first bent optical waveguide, as in the
次に、本明細書に開示する第2及び第3実施形態の光半導体素子を、図面を参照しながら以下に説明する。第2及び第3実施形態について特に説明しない点については、上述の第1実施形態に関して詳述した説明が適宜適用される。また、図28〜図31において、図1〜図27と同じ形成要素に同じ符号を付してある。 Next, the optical semiconductor elements of the second and third embodiments disclosed in this specification will be described below with reference to the drawings. Regarding points that are not particularly described in the second and third embodiments, the description in detail regarding the first embodiment is applied as appropriate. 28 to 31, the same reference numerals are given to the same forming elements as those in FIGS. 1 to 27.
図28は、本明細書に開示する光半導体素子の第2実施形態を示す図である。 FIG. 28 is a diagram illustrating a second embodiment of the optical semiconductor element disclosed in this specification.
本実施形態の光半導体素子50は、第1光導波路12aと第2光導波路13aとの間に半導体レーザ11が配置される。第1光導波路12a及び第2光導波路13aそれぞれは、半導体レーザ11から等しい距離だけ離間する。
In the
光半導体素子50では、半導体レーザ11が発生する熱が、第1光導波路12a及び第2光導波路13aに均等に伝わるので、第1光導波路12aと第2光導波路13aとの間に温度差が生じない。そのため、光半導体素子50では、第1光導波路12aと第2光導波路13aとの間に温度勾配に起因した位相差が生じないので、上述した第1実施形態のヒータは配置されていない。
In the
光半導体素子50は、半導体レーザ11の出力光を入力し第1光結合器14に光を伝搬する第8光導波路25を備える。第8光導波路25は、半導体レーザ11が第1光結合器14に向けて光を出力する一方の端面から、第1光結合器14に向かって直線状に延びる。
The
また、光半導体素子50では、第2曲がり光導波路17aは、第1光結合器14の2つの出力光の内の一方を入力し反対方向に180度湾曲させて第1光導波路12aに光を伝搬する。同様に、第3曲がり光導波路17bは、第1光結合器14の2つの出力光の内の他方を入力し反対方向に180度湾曲させて第2光導波路13aに光を伝搬する。
In the
第2及び第3曲がり光導波路17a、17bの曲率半径は、第1実施形態の説明で述べたように半導体レーザ11と第1及び第2位相変調部12、13との好ましい離間距離を確保するように決定され得る。また、第2及び第3曲がり光導波路17a、17bの曲率半径の下限値は、製造工程上の制約を受ける場合もある。このような観点から、第2及び第3曲がり光導波路17a、17bの曲率半径を、例えば100μmとすることができる。
The radius of curvature of the second and third bent
半導体レーザ11は、第1光結合器14に向けて光を出力する一方の端面とは反対側の端面に、一方の端面に向けて光を反射する反射膜11cを有する。このようにして、光半導体素子50では、半導体レーザ11の他方の端面から、半導体MZ光変調器に迷光が漏れることが防止される。
The
光半導体素子50では、第1埋め込み領域B1には、半導体レーザ11と、第8光導波路25と、第1光結合器14と、第2曲がり光導波路17a及び第3曲がり光導波路17bの第1光結合器14側の部分が含まれる。従って、第2曲がり光導波路17a及び第3曲がり光導波路17bの第1光結合器14側の部分は、第1埋め込み層42に埋め込まれている。
In the
また、光半導体素子50では、第2埋め込み領域B2には、第2曲がり光導波路17a及び第3曲がり光導波路17bの第1光導波路12a又は第2光導波路13a側の部分が含まれる。従って、第2曲がり光導波路17a及び第3曲がり光導波路17bの第1光導波路12a又は第2光導波路13a側の部分は、第2埋め込み層44により埋め込まれている。また、第2埋め込み領域B2には、第1及び第2光導波路12a、13aと、第4及び第5曲がり光導波路18a、18bと、第2光結合器15と、第6及び第7光導波路19a、19bとが含まれる。
Further, in the
図28に示すように、第2曲がり光導波路17a及び第3曲がり光導波路17bの途中の位置に、第1埋め込み層42と第2埋め込み層44との接合界面S2が形成される。このように、接合界面S2を第2曲がり光導波路17a及び第3曲がり光導波路17bの途中の位置に配置することにより、光の反射を低減している。
As shown in FIG. 28, a junction interface S2 between the first embedded
次に、第2実施形態の光半導体素子50の製造方法を以下に説明する。
Next, the manufacturing method of the
第2実施形態の光半導体素子50の製造方法は、用いるマスクパターンの形状を除いては、上述した光半導体素子10の製造方法と同様である。光半導体素子50では、半導体レーザと、第1及び第2位相変調部及びその他の光導波路の形状又は配置が、第1実施形態とは異なる。そこで、第2実施形態の光半導体素子50の製造に用いるマスクパターンを適宜変更すれば、上述した第1実施形態と同様に製造することができる。また、後述する第2実施形態の変形例も、同様に製造することができる。
The manufacturing method of the
上述した本実施形態の光半導体素子50によれば、上述した第1実施形態と同様の効果が奏される。
According to the
また、光半導体素子50によれば、上述した第1実施形態のようなヒータを用いないので、消費電力が低減される。
Moreover, according to the
次に、上述した第2実施形態の光半導体素子の変形例を、図面を参照して、以下に説明する。 Next, a modification of the optical semiconductor device of the second embodiment described above will be described below with reference to the drawings.
図29は、第2実施形態の光半導体素子の変形例1を示す図である。 FIG. 29 is a diagram illustrating a first modification of the optical semiconductor device according to the second embodiment.
変形例1の光半導体素子50aは、半導体レーザ11が第1光結合器14に向けて光を出力する一方の端面とは反対側の端面に隣接して、光吸収部26を備える。
The optical semiconductor element 50 a of
光吸収部26は、半導体レーザ11のレーザメサ部11aが延出して形成された光吸収メサ部26aと、この光吸収メサ部26aに逆方向電圧を印加する光吸収駆動電極26bとを有する。
The
光吸収部26は、光吸収駆動電極26bに対して、半導体レーザ11とは反対の向きに電圧を加えることにより、光を吸収する。このようにして、光半導体素子50aでは、半導体レーザ11の他方の端面から、半導体MZ光変調器に迷光が漏れることが防止される。
The
また、半導体レーザ11のレーザメサ部11aの回折格子層34に設ける回折格子を調整して、他方の端面から漏れる光の量を低減することを用いても良い。
Further, it may be used to adjust the diffraction grating provided in the
図30は、第2実施形態の光半導体素子の変形例2を示す図である。 FIG. 30 is a diagram illustrating a second modification of the optical semiconductor device according to the second embodiment.
変形例2の光半導体素子50bは、第1埋め込み領域B1と第2埋め込み領域B2との接合界面S2の位置が、上述した第2実施形態の光半導体素子とは異なる。
The
図30に示すように、光半導体素子50bでは、第1埋め込み領域B1には、半導体レーザ11と、第8光導波路25と、多モード干渉結合器である第1光結合器14の半導体レーザ側11の部分とが含まれる。第1光結合器14は、具体的には、第1光結合器14における半導体レーザ11側の端部の近傍の部分までが、第1埋め込み層42に埋め込まれている。
As shown in FIG. 30, in the
また、光半導体素子50bでは、第2埋め込み領域B2には、第1光結合器14の第2曲がり光導波路17a及び第3曲がり光導波路17b側の部分が含まれる。第1光結合器14の第2曲がり光導波路17a及び第3曲がり光導波路17b側の部分は、第2埋め込み層44により埋め込まれている。また、第2埋め込み領域B2には、第2及び第3曲がり光導波路17a、17bと、第1及び第2光導波路12a、13aと、第4及び第5曲がり光導波路18a、18bと、第2光結合器15と、第6及び第7光導波路19a、19bとが含まれる。
Further, in the
図30に示すように、第1埋め込み層42と第2埋め込み層44との接合界面S2が、第1光結合器14における半導体レーザ11側の端部の近傍に形成される。
As shown in FIG. 30, the junction interface S <b> 2 between the first buried
多モード干渉結合器である第1光結合器14の入力側の端部近傍では、第8光導波路25が接続される幅方向の中央部分に光の分布が集中するため幅方向の両端部に分布する光の量が少ない。そこで、第1埋め込み層42と第2埋め込み層44との接合界面S2を、第1光結合器14における半導体レーザ11側の端部の近傍に配置することによって、光の反射の影響が低減される。
In the vicinity of the input side end of the first
また、同様の考え方から、第1埋め込み層42と第2埋め込み層44との接合界面S2を、第1光結合器14における出力側の端部の近傍に配置しても良い。第1光結合器14における出力側の端部の近傍では、第1光結合器14の内部を伝搬した多モード干渉光が自己結像して、第2及び第3曲がり光導波路17a、17bの接続部分に集中する。従って、第1光結合器14における出力側の端部の近傍でも、光導波路の接続部分以外の場所における光の分布は少なくなっているためである。
From the same concept, the junction interface S <b> 2 between the first buried
図31は、本明細書に開示する光半導体素子の第3実施形態を示す図である。 FIG. 31 is a diagram illustrating a third embodiment of the optical semiconductor element disclosed in this specification.
本実施形態の光半導体素子60は、第1光結合器14の構造と、第2及び第3曲がり光導波路17a、17bの形状とが、上述した第2実施形態とは異なる。
The
光半導体素子60では、多モード干渉結合器である第1光結合器14が、半導体レーザ11の出力光を入力する第1端面14aと、第1端面14aと対向し、内部を伝搬する多モード干渉光を反射して第1端面14aの方向へ折り返させる第2端面14bと、を有する。第1光結合器14は、第1端面14aから分岐した2つの光を出力する。
In the
第1光結合器14は、1つの入力ポート及び2つの出力ポートを有する多モード干渉結合器の光路を中間の位置で折り返すことにより、光路長を維持しつつ、光伝搬方向の寸法を半分に低減した構造を有する。第8光導波路25から第1光結合器14の第1端面14aに入力した光は、第2端面14bに向かって伝搬し、第2端面14bで反射して折り返された後、第1端面14aに向かって伝搬し、第8光導波路25の接続部分の両側に2つに分岐した光が自己結像する。
The first
第2端面14aの位置は、劈開により定められても良いが、反射位置の精度を高める観点から、ドライエッチング等の技術を用いて定められることが好ましい。この場合、第2端面14aの位置は、光結合器又は光導波路のメサ構造の形成と同様に、マスクパターンを用いて確定される。この技術を用いれば、サブミクロンの精度で、第2端面14aの位置を定めることができる。 The position of the second end face 14a may be determined by cleaving, but is preferably determined using a technique such as dry etching from the viewpoint of improving the accuracy of the reflection position. In this case, the position of the second end face 14a is determined by using a mask pattern as in the formation of the mesa structure of the optical coupler or the optical waveguide. If this technique is used, the position of the second end face 14a can be determined with submicron accuracy.
また、第2端面14aには、反射率の高い反射膜14cが形成されることが、光の損失を低減する上で好ましい。この反射膜14cとしては、例えば、SiO2とSiとが積層して形成される多層膜を用いても良い。反射膜14cは、光半導体素子60の第1光結合器14側の端面全体に形成されても良い。
In addition, it is preferable to form a
光半導体素子60では、第2曲がり光導波路17aは、第1光結合器14の2つの出力光の内の一方を入力し伝搬方向を曲げて第1光導波路12aに光を伝搬する。また、第3曲がり光導波路17bは、第1光結合器14の2つの出力光の内の他方を入力し伝搬方向を曲げて第2光導波路13aに光を伝搬する。
In the
光半導体素子60では、反射を利用した第1光結合器14を用いるので、第2及び第3曲がり光導波路17a、17bは、入力光の伝搬方向を斜めに曲げて伝搬するが、上述した第2実施形態のように、入力光を反対方向に180度湾曲させては伝搬しない。
In the
従って、光半導体素子60では、光半導体素子60の幅方向の寸法が、上述した第2実施形態よりも低減される。また、光半導体素子60では、第1光結合器14の光伝搬方向の寸法が半分になるので、光半導体素子60の長手方向の寸法も低減される。
Therefore, in the
光半導体素子60では、第1埋め込み領域B1には、半導体レーザ11と、第8光導波路25と、第1光結合器14と、第2曲がり光導波路17a及び第3曲がり光導波路17bの第1光結合器14側の部分が含まれる。従って、第2曲がり光導波路17a及び第3曲がり光導波路17bの第1光結合器14側の部分は、第1埋め込み層42に埋め込まれている。
In the
また、光半導体素子60では、第2埋め込み領域B2には、第2曲がり光導波路17a及び第3曲がり光導波路17bの第1光導波路12a又は第2光導波路13a側の部分が含まれる。従って、第2曲がり光導波路17a及び第3曲がり光導波路17bの第1光導波路12a又は第2光導波路13a側の部分は、第2埋め込み層44により埋め込まれている。また、第2埋め込み領域B2には、第1及び第2光導波路12a、13aと、第4及び第5曲がり光導波路18a、18bと、第2光結合器15と、第6及び第7光導波路19a、19bとが含まれる。
In the
図31に示すように、第2曲がり光導波路17a及び第3曲がり光導波路17bの途中の位置に、第1埋め込み層42と第2埋め込み層44との接合界面S2が形成される。このように、接合界面S2を第2曲がり光導波路17a及び第3曲がり光導波路17bの途中の位置に配置することにより、光の反射を低減している。
As shown in FIG. 31, a bonding interface S2 between the first embedded
次に、第3実施形態の光半導体素子60の製造方法を以下に説明する。
Next, the manufacturing method of the
第3実施形態の光半導体素子60の製造方法は、用いるマスクパターンの形状を除いては、上述した第1実施形態の光半導体素子10の製造方法と同様である。光半導体素子60では、第1光結合器と、第1及び第2位相変調部及びその他の光導波路の形状又は配置が、第1実施形態とは異なる。そこで、第2実施形態の光半導体素子50の製造に用いるマスクパターンを適宜変更すれば、上述した第2実施形態と同様に製造することができる。また、第1光結合器の第2端面の位置を、劈開により定めるか、又はエッチングにより定めるかによって、マスクパターンの形状が変わり得る。
The manufacturing method of the
上述した本実施形態の光半導体素子60によれば、光半導体素子60の長手方向及び幅方向の寸法が低減される。また、上述した第2実施形態と同様の効果が奏される。
According to the
なお、第3実施形態の光半導体素子60では、第1光結合器14を第2埋め込み領域B2内に配置して、第1埋め込み層42と第2埋め込み層44との接合界面S2を、第8光導波路25の途中の位置に設けても良い。
In the
本発明では、上述した実施形態の光半導体素子及びその製造方法は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。また上述した一の実施形態または変形例における要件は、適宜、実施形態及び変形例間で相互に置換可能である。 In the present invention, the optical semiconductor element and the manufacturing method thereof according to the above-described embodiments can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention. In addition, the requirements in the above-described embodiment or modification can be appropriately interchanged between the embodiment and the modification as appropriate.
例えば、上述した第1実施形態におけるヒータは、図32に示すように、配置されなくても良い。この場合には、第1位相変調電極又は第2位相変調電極への駆動信号電圧を調整して、第1光導波路と第2光導波路との間の温度差による位相差を補償すれば良い。 For example, the heater in the first embodiment described above may not be arranged as shown in FIG. In this case, the drive signal voltage to the first phase modulation electrode or the second phase modulation electrode may be adjusted to compensate for the phase difference due to the temperature difference between the first optical waveguide and the second optical waveguide.
また、上述した光半導体素子の実施形態では、第1位相変調部及び第2位相変調部は、それぞれ、位相変調電極を有していたが、位相変調電極は、第1位相変調部又は第2位相変調部の何れか一方のみに配置しても良い。 In the embodiment of the optical semiconductor element described above, each of the first phase modulation unit and the second phase modulation unit has the phase modulation electrode. However, the phase modulation electrode may be the first phase modulation unit or the second phase modulation unit. You may arrange | position only to either one of a phase modulation part.
また、上述した各実施形態では、基板の形成材料としてInPを用いて説明を行ったが、基板の形成材料は他の材料を用いても良い。また、レーザメサ部又は光導波路の構造又は形成材料も、他の構造又は形成材料を用いても良い。例えば、第1及び第2光導波路のコア層は、形成材料としてInAlGaAsを用いても良い。また、光導波路のコア層は、MQW構造を有していても良い。 In each of the above-described embodiments, the description has been made using InP as the substrate forming material, but other materials may be used as the substrate forming material. Further, the structure or forming material of the laser mesa portion or the optical waveguide may be other structures or forming materials. For example, the core layers of the first and second optical waveguides may use InAlGaAs as a forming material. The core layer of the optical waveguide may have an MQW structure.
また、上述した光半導体素子の製造方法は、一例であり、他の製造方法を用いて光半導体素子を形成しても良い。 Moreover, the manufacturing method of the optical semiconductor element mentioned above is an example, and you may form an optical semiconductor element using another manufacturing method.
ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、読者が、発明者によって寄与された発明及び概念を技術を深めて理解することを助けるための教育的な目的を意図する。ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、そのような具体的に述べられた例及び条件に限定されることなく解釈されるべきである。また、明細書のそのような例示の機構は、本発明の優越性及び劣等性を示すこととは関係しない。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、その様々な変更、置き換え又は修正が本発明の精神及び範囲を逸脱しない限り行われ得ることが理解されるべきである。 All examples and conditional words mentioned herein are intended for educational purposes to help the reader deepen and understand the inventions and concepts contributed by the inventor. All examples and conditional words mentioned herein are to be construed without limitation to such specifically stated examples and conditions. Also, such exemplary mechanisms in the specification are not related to showing the superiority and inferiority of the present invention. While embodiments of the present invention have been described in detail, it should be understood that various changes, substitutions or modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention.
以上の上述した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。 Regarding the above-described embodiments, the following additional notes are disclosed.
(付記1)
基板に形成された半導体レーザと、
前記基板に形成され、第1光導波路を有する第1位相変調部と、
前記基板に形成され、第2光導波路を有する第2位相変調部と、
前記基板に形成され、前記半導体レーザの出力光を2つに分岐し、分岐した光を前記第1光導波路及び前記第2光導波路へ出力する第1光結合器と、
前記基板に形成され、前記第1光導波路及び前記第2光導波路からの出力光を結合して出力する第2光結合器と、を備え、
前記半導体レーザと前記第1光導波路及び前記第2光導波路とは、少なくとも一部分が並列に配置される光半導体素子。
(Appendix 1)
A semiconductor laser formed on a substrate;
A first phase modulation unit formed on the substrate and having a first optical waveguide;
A second phase modulation unit formed on the substrate and having a second optical waveguide;
A first optical coupler formed on the substrate, for branching the output light of the semiconductor laser into two, and outputting the branched light to the first optical waveguide and the second optical waveguide;
A second optical coupler formed on the substrate and coupling and outputting the output light from the first optical waveguide and the second optical waveguide;
An optical semiconductor element in which at least a part of the semiconductor laser and the first optical waveguide and the second optical waveguide are arranged in parallel.
(付記2)
前記半導体レーザは、第1埋め込み層により埋め込まれた第1メサ部を有し、
前記第1光導波路及び前記第2光導波路は、前記第1光導波路及び前記第2光導波路のコア層よりも屈折率が小さい第2埋め込み層により埋め込まれており、
前記基板に形成され、光を入力し伝搬方向を曲げて光を伝搬する曲がり光導波路を備え、
前記曲がり光導波路の入力側の部分は、前記第1埋め込み層により埋め込まれており、前記曲がり光導波路の出力側の部分は、前記第2埋め込み層により埋め込まれており、前記曲がり光導波路の途中の位置に、前記第1埋め込み層と前記第2埋め込み層との接合界面が形成される付記1に記載の光半導体素子。
(Appendix 2)
The semiconductor laser has a first mesa portion embedded by a first embedded layer,
The first optical waveguide and the second optical waveguide are embedded by a second embedded layer having a refractive index smaller than that of the core layer of the first optical waveguide and the second optical waveguide,
Formed on the substrate, comprising a bent optical waveguide that inputs light and bends the propagation direction to propagate the light,
An input side portion of the bent optical waveguide is embedded by the first embedded layer, and an output side portion of the bent optical waveguide is embedded by the second embedded layer. The optical semiconductor element according to
(付記3)
前記基板に形成され、入力側のコア層から光を入力し、湾曲させて出力側のコア層へ光を伝搬するコア層を有する曲がり光導波路を備え、
前記曲がり光導波路のコア層の入力側の部分は、前記入力側のコア層と一体に形成され、
前記曲がり光導波路のコア層の出力側の部分は、前記出力側のコア層と一体に形成され、
前記曲がり光導波路の途中の位置に、前記入力側のコア層と前記出力側のコア層との接合界面が形成される付記1に記載の光半導体素子。
(Appendix 3)
A bent optical waveguide formed on the substrate, having a core layer that inputs light from the core layer on the input side, propagates the light to the core layer on the output side, and is bent;
The input side portion of the core layer of the bent optical waveguide is formed integrally with the input side core layer,
The output side portion of the core layer of the bent optical waveguide is formed integrally with the output side core layer,
The optical semiconductor device according to
(付記4)
前記第1位相変調部と前記第2位相変調部とは隣合って配置されており、
前記曲がり光導波路として、
前記基板に形成され、前記半導体レーザの出力光を入力し反対方向に湾曲させて前記第1光結合器に光を伝搬する第1曲がり光導波路を備える付記2又は3に記載の光半導体素子。
(Appendix 4)
The first phase modulator and the second phase modulator are arranged next to each other,
As the bent optical waveguide,
4. The optical semiconductor element according to
(付記5)
隣合って並列に配置される前記第1位相変調部及び前記第2位相変調部の一方の側に前記半導体レーザが配置され、
前記第1位相変調部及び前記第2位相変調部の他方の側には、前記基板に形成されたヒータが配置される付記4に記載の光半導体素子。
(Appendix 5)
The semiconductor laser is disposed on one side of the first phase modulation unit and the second phase modulation unit that are disposed adjacent to each other in parallel,
The optical semiconductor element according to appendix 4, wherein a heater formed on the substrate is disposed on the other side of the first phase modulation unit and the second phase modulation unit.
(付記6)
前記第1光導波路と前記第2光導波路との間に前記半導体レーザが配置される付記2又は3に記載の光半導体素子。
(Appendix 6)
4. The optical semiconductor element according to
(付記7)
前記第1光導波路及び前記第2光導波路それぞれは、前記半導体レーザから等しい距離だけ離間する付記6に記載の光半導体素子。
(Appendix 7)
The optical semiconductor device according to
(付記8)
前記曲がり光導波路として、
前記基板に形成され、前記第1光結合器の2つの出力光の内の一方を入力し反対方向に湾曲させて前記第1光導波路に光を伝搬する第2曲がり光導波路と、
前記基板に形成され、前記第1光結合器の2つの出力光の内の他方を入力し反対方向に湾曲させて前記第2光導波路に光を伝搬する第3曲がり光導波路と、を備える付記6又は7に記載の光半導体素子。
(Appendix 8)
As the bent optical waveguide,
A second bent optical waveguide formed on the substrate and configured to input one of the two output lights of the first optical coupler and bend in the opposite direction to propagate the light to the first optical waveguide;
And a third bent optical waveguide formed on the substrate and configured to input the other of the two output lights of the first optical coupler and bend in the opposite direction to propagate the light to the second optical waveguide. 8. The optical semiconductor element according to 6 or 7.
(付記9)
前記第1光結合器は、前記半導体レーザの出力光を2つに分岐する多モード干渉結合器であり、
前記第1光結合器は、前記半導体レーザの出力光を入力する第1端面と、前記第1端面と対向し、内部を伝搬する多モード干渉光を反射して前記第1端面の方向へ折り返させる第2端面と、を有し、前記第1端面から分岐した2つの光を出力する、付記6又は7に記載の光半導体素子。
(Appendix 9)
The first optical coupler is a multimode interference coupler that branches the output light of the semiconductor laser into two,
The first optical coupler reflects a multi-mode interference light that is opposed to the first end face for inputting the output light of the semiconductor laser and propagates through the first end face, and is folded back in the direction of the first end face. The optical semiconductor element according to
(付記10)
前記曲がり光導波路として、
前記基板に形成され、前記第1光結合器の2つの出力光の内の一方を入力し前記第1光導波路に光を伝搬する第4曲がり光導波路と、
前記基板に形成され、前記第1光結合器の2つの出力光の内の他方を入力し前記第2光導波路に光を伝搬する第5曲がり光導波路と、を備える付記9に記載の光半導体素子。
(Appendix 10)
As the bent optical waveguide,
A fourth bent optical waveguide formed on the substrate and receiving one of two output lights of the first optical coupler and propagating the light to the first optical waveguide;
The optical semiconductor according to
(付記11)
前記第1光導波路と前記第2光導波路との間に前記半導体レーザが配置され、
前記基板に形成され、前記第1光結合器の2つの出力光の内の一方を入力し反対方向に湾曲させて前記第1光導波路に光を伝搬する第6曲がり光導波路と、
前記基板に形成され、前記第1光結合器の2つの出力光の内の他方を入力し反対方向に湾曲させて前記第2光導波路に光を伝搬する第7曲がり光導波路と、を備え、
前記半導体レーザは、第1コア層を有する第1メサ部を有し、前記第1メサ部は、第1埋め込み層により埋め込まれており、
前記第6曲がり光導波路及び前記第7曲がり光導波路は、第2埋め込み層により埋め込まれており、
前記第1光結合器の前記半導体レーザ側の部分は、前記第1埋め込み層により埋め込まれており、前記第1光結合器の前記第2曲がり光導波路及び前記第3曲がり光導波路側の部分は、第2埋め込み層により埋め込まれており、
前記第1埋め込み層と前記第2埋め込み層との接合界面が、前記第1光結合器における前記半導体レーザ側の端部の近傍に形成される付記1に記載の光半導体素子。
(Appendix 11)
The semiconductor laser is disposed between the first optical waveguide and the second optical waveguide;
A sixth bent optical waveguide formed on the substrate and configured to input one of the two output lights of the first optical coupler and bend it in the opposite direction to propagate the light to the first optical waveguide;
A seventh bent optical waveguide formed on the substrate and configured to input the other of the two output lights of the first optical coupler and bend it in the opposite direction to propagate the light to the second optical waveguide;
The semiconductor laser has a first mesa portion having a first core layer, and the first mesa portion is buried by a first buried layer,
The sixth bent optical waveguide and the seventh bent optical waveguide are embedded by a second embedded layer;
The portion of the first optical coupler on the side of the semiconductor laser is buried by the first buried layer, and the portions of the first optical coupler on the side of the second bent optical waveguide and the third bent optical waveguide are Embedded with a second buried layer,
The optical semiconductor element according to
(付記12)
前記半導体レーザが前記第1光結合器に向けて光を出力する一方の端面とは反対側の端面に隣接して、光吸収部を備える付記6から11の何れか一項に記載の光半導体素子。
(Appendix 12)
The optical semiconductor according to any one of
(付記13)
前記半導体レーザは、前記第1光結合器に向けて光を出力する一方の端面とは反対側の端面に、前記一方の端面に向けて光を反射する反射膜を有する付記6から11の何れか一項に記載の光半導体素子。
(Appendix 13)
Any one of
(付記14)
前記第1位相変調部及び前記第2位相変調部それぞれは、前記基板に形成された位相調整部を有する付記1〜13の何れか一項に記載の光半導体素子。
(Appendix 14)
Each of the said 1st phase modulation | alteration part and the said 2nd phase modulation | alteration part is an optical semiconductor element as described in any one of Additional remarks 1-13 which has the phase adjustment part formed in the said board | substrate.
(付記15)
前記半導体レーザは、波長が可変である付記1から14の何れか一項に記載の光半導体素子。
(Appendix 15)
15. The optical semiconductor element according to any one of
10、50、60 光半導体素子
11 半導体レーザ
11a レーザメサ部
11b レーザ駆動電極
11c 反射膜
12 第1位相変調部
12a 第1光導波路
12b 第1位相変調電極
13 第2位相変調部
13a 第2光導波路
13b 第2位相変調電極
14 第1光結合器
14a 第1端面
14b 第2端面
14c 反射膜
15 第2光結合器
16 第1曲がり光導波路
16a 第1曲がり光導波路のメサ部
17a 第2曲がり光導波路
17b 第3曲がり光導波路
18a 第4曲がり光導波路
18b 第5曲がり光導波路
19a 第6光導波路
19b 第7光導波路
22 ヒータ
22a ヒータ本体
22b、22c ヒータ電極
23 位相調整部
23a 位相調整電極
24 半導体レーザ
24a 前方DBR領域
24b 位相調整領域
24c 利得領域
24d 後方DBR領域
24e 第1駆動電極
24f 第2駆動電極
24g 第3駆動電極
24h 第4駆動電極
25 第8光導波路
26 光吸収部
26a 光吸収メサ部
26b 光吸収駆動電極
30 基板
31 下クラッド層
32 回折格子層
33 スペーサ層
34 半導体レーザのコア層
35 光導波路のコア層
36 第1上クラッド層
37 第2上クラッド層
38 第3上クラッド層
39 第1コンタクト層
40 第1電極
41 第2電極
42 第1埋め込み層
43 第1パッシベーション層
44 第2埋め込み層
45 第2パッシベーション層
46 発熱層
B1 第1埋め込み領域
B2 第2埋め込み領域
S1、S3 コア層接合界面
S2 埋め込み接合界面
M1 第1マスク層
M2 第2マスク層
M3 第3マスク層
M4 第4マスク層
10, 50, 60 Optical semiconductor element 11 Semiconductor laser 11a Laser mesa unit 11b Laser drive electrode 11c Reflective film 12 First phase modulation unit 12a First optical waveguide 12b First phase modulation electrode 13 Second phase modulation unit 13a Second optical waveguide 13b Second phase modulation electrode 14 First optical coupler 14a First end face 14b Second end face 14c Reflective film 15 Second optical coupler 16 First bent optical waveguide 16a Mesa portion of first bent optical waveguide 17a Second bent optical waveguide 17b 3rd bent optical waveguide 18a 4th bent optical waveguide 18b 5th bent optical waveguide 19a 6th optical waveguide 19b 7th optical waveguide 22 heater 22a heater main body 22b, 22c heater electrode 23 phase adjusting unit 23a phase adjusting electrode 24 semiconductor laser 24a front DBR region 24b Phase adjustment region 24c Gain region 24 Rear DBR region 24e First drive electrode 24f Second drive electrode 24g Third drive electrode 24h Fourth drive electrode 25 Eighth optical waveguide 26 Light absorption part 26a Light absorption mesa part 26b Light absorption drive electrode 30 Substrate 31 Lower cladding layer 32 Diffraction Lattice layer 33 Spacer layer 34 Semiconductor laser core layer 35 Optical waveguide core layer 36 First upper cladding layer 37 Second upper cladding layer 38 Third upper cladding layer 39 First contact layer 40 First electrode 41 Second electrode 42 Second 1 buried layer 43 first passivation layer 44 second buried layer 45 second passivation layer 46 heat generation layer B1 first buried region B2 second buried region S1, S3 core layer junction interface S2 buried junction interface M1 first mask layer M2 second Mask layer M3 Third mask layer M4 Fourth mask layer
Claims (5)
前記基板に形成され、第1光導波路を有する第1位相変調部と、
前記基板に形成され、第2光導波路を有する第2位相変調部と、
前記基板に形成され、前記半導体レーザの出力光を2つに分岐し、分岐した光を前記第1光導波路及び前記第2光導波路へ出力する第1光結合器と、
前記基板に形成され、前記第1光導波路及び前記第2光導波路からの出力光を結合して出力する第2光結合器と、を備え、
前記半導体レーザと前記第1光導波路及び前記第2光導波路とは、少なくとも一部分が並列に配置され、
前記半導体レーザは、第1埋め込み層により埋め込まれた第1メサ部を有し、
前記第1光導波路及び前記第2光導波路は、前記第1光導波路及び前記第2光導波路のコア層よりも屈折率が小さい第2埋め込み層により埋め込まれており、
前記基板に形成され、光を入力し伝搬方向を曲げて光を伝搬する曲がり光導波路を備え、
前記曲がり光導波路の入力側の部分は、前記第1埋め込み層により埋め込まれており、前記曲がり光導波路の出力側の部分は、前記第2埋め込み層により埋め込まれており、前記曲がり光導波路の途中の位置に、前記第1埋め込み層と前記第2埋め込み層との接合界面が形成される光半導体素子。 A semiconductor laser formed on a substrate;
A first phase modulation unit formed on the substrate and having a first optical waveguide;
A second phase modulation unit formed on the substrate and having a second optical waveguide;
A first optical coupler formed on the substrate, for branching the output light of the semiconductor laser into two, and outputting the branched light to the first optical waveguide and the second optical waveguide;
A second optical coupler formed on the substrate and coupling and outputting the output light from the first optical waveguide and the second optical waveguide;
The semiconductor laser and the first optical waveguide and the second optical waveguide are at least partially arranged in parallel ,
The semiconductor laser has a first mesa portion embedded by a first embedded layer,
The first optical waveguide and the second optical waveguide are embedded by a second embedded layer having a refractive index smaller than that of the core layer of the first optical waveguide and the second optical waveguide,
Formed on the substrate, comprising a bent optical waveguide that inputs light and bends the propagation direction to propagate the light,
An input side portion of the bent optical waveguide is embedded by the first embedded layer, and an output side portion of the bent optical waveguide is embedded by the second embedded layer. An optical semiconductor element in which a bonding interface between the first buried layer and the second buried layer is formed at the position of .
前記曲がり光導波路として、
前記基板に形成され、前記半導体レーザの出力光を入力し反対方向に湾曲させて前記第1光結合器に光を伝搬する第1曲がり光導波路を備え、
前記第1位相変調部及び前記第2位相変調部の他方の側には、前記基板に形成されたヒータが配置される請求項1に記載の光半導体素子。 The semiconductor laser is disposed on one side of the first phase modulation unit and the second phase modulation unit that are disposed adjacent to each other in parallel,
As the bent optical waveguide,
A first bent optical waveguide which is formed on the substrate and receives the output light of the semiconductor laser and bends in the opposite direction to propagate the light to the first optical coupler;
Wherein the other side of the first phase modulator section and said second phase modulator section, an optical semiconductor device according to claim 1 in which the heater formed on the substrate is placed.
前記基板に形成され、前記第1光結合器の2つの出力光の内の一方を入力し反対方向に湾曲させて前記第1光導波路に光を伝搬する第2曲がり光導波路と、
前記基板に形成され、前記第1光結合器の2つの出力光の内の他方を入力し反対方向に湾曲させて前記第2光導波路に光を伝搬する第3曲がり光導波路と、を備える請求項3に記載の光半導体素子。 As the bent optical waveguide,
A second bent optical waveguide formed on the substrate and configured to input one of the two output lights of the first optical coupler and bend in the opposite direction to propagate the light to the first optical waveguide;
And a third bent optical waveguide formed on the substrate and configured to input the other of the two output lights of the first optical coupler and bend it in the opposite direction to propagate the light to the second optical waveguide. Item 4. The optical semiconductor device according to Item 3 .
前記第1光結合器は、前記半導体レーザの出力光を入力する第1端面と、前記第1端面と対向し、内部を伝搬する多モード干渉光を反射して前記第1端面の方向へ折り返させる第2端面と、を有し、前記第1端面から分岐した2つの光を出力し、
前記曲がり光導波路として、
前記基板に形成され、前記第1光結合器の2つの出力光の内の一方を入力し前記第1光導波路に光を伝搬する第4曲がり光導波路と、
前記基板に形成され、前記第1光結合器の2つの出力光の内の他方を入力し前記第2光導波路に光を伝搬する第5曲がり光導波路と、を備える請求項3に記載の光半導体素子。 The first optical coupler is a multimode interference coupler that branches the output light of the semiconductor laser into two,
The first optical coupler reflects a multi-mode interference light that is opposed to the first end face for inputting the output light of the semiconductor laser and propagates through the first end face, and is folded back in the direction of the first end face. A second end face that outputs the two lights branched from the first end face,
As the bent optical waveguide,
A fourth bent optical waveguide formed on the substrate and receiving one of two output lights of the first optical coupler and propagating the light to the first optical waveguide;
4. The light according to claim 3 , further comprising: a fifth bent optical waveguide that is formed on the substrate and that inputs the other of the two output lights of the first optical coupler and propagates the light to the second optical waveguide. Semiconductor element.
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