JP6157911B2 - 光半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、光半導体装置に関するものである。
光ファイバ通信や光インターコネクト等における光通信・データ処理用に用いられる光源として、半導体レーザが用いられている。一般的に、半導体レーザは環境温度に依存して、出射される光の出力や波長が変動することが知られており、例えば、温度が高くなると、出射される光の出力は低下する。このような半導体レーザの温度変化に対応するため、環境温度が変化しても一定の特性を得ることができる方法として、ＴＥＣ（thermoelectric coolers）を用いて温度調節する方法や、ＡＰＣ（Automatic Power Control）回路を用いた方法がある。また、これ以外の方法としては、環境温度が変化することによる波長シフトに対応して、出射される光の出力が一定となるような波長依存性を有する反射鏡を用いた半導体レーザが開示されている。
特開２００２−１８２０７６号公報 特開平７−７４４２７号公報 特開２０１１−３８０３号公報
Y. Tanaka, M. Ishida, K. Takada, T. Yamamoto, H.-Z. Song, Y. Nakata, M. Yamaguchi, K. Nishi, M. Sugawara, Y. Arakawa, CLEO, CTuZ1, San Jose, USA (2010).
しかしながら、ＴＥＣやＡＰＣを用いた場合には、ＴＥＣやＡＰＣを設ける必要があるため、高コストなものとなり、また、消費電力も増大し、光半導体装置の大きさも大きくなってしまうため好ましくない。また、波長依存性を有する反射鏡を用いた半導体レーザの場合では、温度変化に依存した光出力の変化を十分には抑制することができず、光出力の変化を所望とする範囲内に収めることができない。
よって、レーザ光を出射する光半導体装置において、低コストで、温度変化における光出力変化が極めて小さい光半導体装置が求められている。
本実施の形態の一観点によれば、基板の上に形成された酸化シリコン層と、前記酸化シリコン層の上に、第１の光導波路の一部と第２の光導波路の一部により形成される方向性結合器を有する光導波路部と、前記光導波路部を覆うように形成されたクラッド層と、前記基板の上に設置された半導体レーザと、を備え、前記半導体レーザより出射されたレーザ光は、前記第１の光導波路に入射し、前記方向性結合器において、前記第１の光導波路から前記第２の光導波路に伝搬し、第２の光導波路から出射され、前記光導波路部は、前記半導体レーザの発振波長が環境温度上昇に伴い増加する波長範囲において、前記レーザ光の波長が長くなるに伴い前記第１の光導波路から前記第２の光導波路に前記レーザ光が伝搬する光量の比率が増加することを特徴とする。
また、本実施の形態の他の一観点によれば、基板の上に形成された酸化シリコン層と、前記酸化シリコン層の上に、光導波路と、前記光導波路に形成されたブラッグ回折格子とを有する光導波路部と、前記光導波路部を覆うように形成されたクラッド層と、前記基板の上に設置された半導体レーザと、を備え、前記半導体レーザより出射されたレーザ光は、前記光導波路に入射し、前記光導波路部は、前記半導体レーザの発振波長が環境温度上昇に伴い増加する波長範囲において、前記レーザ光の波長が長くなるに伴い前記レーザ光の透過率が増加することを特徴とする。
開示の光半導体装置によれば、低コストで、温度変化における光出力変化が極めて小さいレーザ光を出射させることができる。
第１の実施の形態における光半導体装置の構造図 半導体レーザにおける温度と発振波長との相関図 方向性結合器における温度と発振波長との相関図 光導波路部における波長と透過率の相関図（１） 光導波路部における波長と透過率の相関図（２） 半導体レーザにおける電流と光出力との相関図 第１の実施の形態における光半導体装置の電流と光出力との相関図 方向性結合器の構造図 方向性結合器の長さと出射される光出力との相関図 第２の実施の形態における光半導体装置の構造図 ブラッグ回折格子における波長と透過率との相関図 第３の実施の形態における光送信器及び光送受信器の構造図
実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
〔第１の実施の形態〕
（光半導体装置）
第１の実施の形態における光半導体装置について説明する。本実施の形態における光半導体装置は、半導体レーザと、波長に依存して透過率が変化する光学フィルタとして機能する方向性結合器とを有している。本実施の形態における光半導体装置は、図１に示されるように、Ｓｉ（シリコン）基板１０の上に、酸化シリコン層１１が形成されており、酸化シリコン層１１の上に、シリコンにより光導波路部２０が形成されている。また、光導波路部２０を被うように、酸化シリコンによりクラッド層３０が形成されている。尚、図１（ａ）は、本実施の形態における光半導体装置の上面図であり、図１（ｂ）は、断面図である。
本実施の形態においては、光導波路部２０の上側に形成されたクラッド層３０が上部クラッド層となり、光導波路部２０の下側の酸化シリコン層１１が下部クラッド層となる。また、Ｓｉ基板１０の上には、半導体発光素子である半導体レーザ４０が設置されている。半導体レーザ４０は、ＧａＡｓ等の化合物半導体により形成されており、活性層４１を有している。また、半導体レーザ４０は、量子ドットＬＤ（Laser Diode）であってもよく、一般的な量子井戸レーザであってもよいが、量子ドットＬＤは、温度依存性が少ないためより好ましい。尚、量子ドットＬＤでは、活性層は量子ドット活性層により形成されている。
半導体レーザ４０は、Ｓｉ基板１０の表面を加工することにより形成されたＳｉ台座５１の上に設置されており、半導体レーザ４０における不図示の電極は、Ｓｉ基板１０に設けられた電極５３とハンダ５４により接続されている。また、Ｓｉ基板１０には、半導体レーザ４０を設置する際の位置合せをするためのアライメントマーク５２が設けられている。
光導波路部２０は、第１の光導波路２１と第２の光導波路２２を有しており、第１の光導波路２１の一部である結合領域２１ａと第２の光導波路２２の一部である結合領域２２ａとにより方向性結合器２３が形成されている。
第１の光導波路２１の一方の端部２１ｂには、スポットサイズ変換器２４が設けられており、半導体レーザ４０は、出射された光がスポットサイズ変換器２４に入射するように、位置合せがなされて設置されている。第１の光導波路２１における結合領域２１ａは、第１の光導波路２１における他方の端部２１ｃの近傍に設けられており、第２の光導波路２２における結合領域２２ａは、第２の光導波路２２における一方の端部２２ｂの近傍に設けられている。
よって、半導体レーザ４０より出射されるレーザ光は、スポットサイズ変換器２４を介し、第１の光導波路２１の一方の端部２１ｂに入射させることができる。第１の光導波路２１の一方の端部２１ｂに入射したレーザ光は、方向性結合器２３において、第１の光導波路２１から第２の光導波路２２に伝搬し、第２の光導波路２２における他方の端部２２ｃより出射される。
ところで、半導体レーザ４０は、環境温度が高くなると、発振閾値が上昇し、出射されるレーザ光の出力が低下するとともに、図２に示すように、発振波長が長くなる。よって、半導体レーザ４０に同じ値の電流を流した場合には、低温時よりも高温時の方が出射されるレーザ光の出力は低下し、長い波長の光が出射される。方向性結合器２３は、波長依存性を有しており、光の波長に依存して第１の光導波路２１から第２の光導波路２２に伝搬する光量が変化する。具体的には、図３に示すように、方向性結合器２３は、光の波長が長くなると透過率が高くなるように形成されている。尚、本実施の形態においては、第１の光導波路２１から第２の光導波路２２に伝搬する伝搬効率を便宜上、透過率と記載する場合がある。また、環境温度は、２５℃が常温であるものと仮定して説明する。また、環境温度が変化した場合における半導体レーザ４０から出射される波長の範囲を半導体レーザの発振波長範囲と記載する場合がある。また、本実施の形態においては、環境温度が、常温である２５℃から８０℃の場合について説明したが、この範囲に限定されるものではなく、使用環境に依存して環境温度の温度範囲を広くしてもよい。例えば、環境温度は、０℃から８０℃の範囲であってもよい。
例えば、半導体レーザ４０から出射されるレーザ光の波長が、環境温度が２５℃においては１．２６μｍであり、環境温度が８０℃においては１．３２μｍである場合について考える。この場合、図３に示すように、波長１．２６μｍの光における透過率が８０％であり、波長１．３２μｍの光における透過率は１００％となるように、方向性結合器２３を形成する。これにより、環境温度が２５℃の場合には、半導体レーザ４０からは波長が１．２６μｍであって、高い出力のレーザ光が出射されるが、方向性結合器２３において８０％透過し一部が減衰するため、半導体光装置から出射されるレーザ光の出力は低下する。また、環境温度が８０℃の場合には、半導体レーザ４０からは波長が１．３２μｍであって、環境温度が２５℃の場合と比べて低い出力のレーザ光が出射されるが、方向性結合器２３において１００％透過するため減衰されない。
よって、半導体レーザ４０における温度特性に対応して、方向性結合器２３の透過率が変化するように形成することにより、環境温度に依存することなく出射されるレーザ光の光出力を一定にすることができる。即ち、半導体レーザ４０から出射されるレーザ光は、環境温度が高くなると、出力が低下し、波長が長波長側にシフトする。しかしながら、方向性結合器２３において、透過率が長波長側で高くなるように形成することにより、出射されるレーザ光の光出力を略一定にすることができる。
これにより、環境温度が変化しても出力変動が極めて小さいレーザ光を出射する光半導体装置を低コストで得ることができる。
（光半導体装置の製造方法）
本実施の形態における光半導体装置の製造方法について説明する。本実施の形態においては、Ｓｉ基板１０の上に、酸化シリコン層１１がＢＯＸ層として形成されており、ＢＯＸ層の上にシリコン層が形成されているＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板が用いられている。尚、用いられたＳＯＩ基板において、形成されているＢＯＸ層の厚さは約３μｍであり、シリコン層の厚さは約２００ｎｍである。
このＳＯＩ基板におけるシリコン層の上に、第１の光導波路２１、第２の光導波路２２及びスポットサイズ変換器２４等が形成される領域にレジストパターンを形成する。具体的には、ＳＯＩ基板におけるシリコン層の上に、フォトレジストを塗布し、ＥＢ描画装置により描画を行い、現像することにより、第１の光導波路２１、第２の光導波路２２及びスポットサイズ変換器２４等が形成される領域にレジストパターンを形成する。この後、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等のドライエッチングにより、レジストパターンが形成されていない領域のシリコン層を除去する。
これにより、ＢＯＸ層である酸化シリコン層１１の上に、第１の光導波路２１、第２の光導波路２２及びスポットサイズ変換器２４等が形成される。このようにして形成される第１の光導波路２１及び第２の光導波路２２における幅は約３４０ｎｍであり、厚さは、ＳＯＩ基板のシリコン層の厚さと同じ約２００ｎｍである。また、方向性結合器２３の長さ、即ち、方向性結合器２３を形成している第１の光導波路２１における結合領域２１ａ及び第２の光導波路２２における結合領域２２ａの長さは約５００μｍである。また、方向性結合器２３のギャップ、即ち、結合領域２１ａと結合領域２２ａとの間隔（ギャップ）は約４００ｎｍである。
次に、レジストパターンを除去し、酸化シリコン層１１の上に形成された第１の光導波路２１、第２の光導波路２２及びスポットサイズ変換器２４等を被うように、クラッド層３０となる酸化シリコン膜を成膜する。クラッド層３０となる酸化シリコン膜は、厚さが約２μｍであり、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、スパッタリング等により形成する。
次に、Ｓｉ基板１０に、半導体レーザ４０が設置される領域を形成するとともに、クラッド端面を形成する。具体的には、Ｓｉ基板１０のクラッド層３０が形成されている面にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、半導体レーザ４０が設置される領域を除く領域にレジストパターンを形成する。この後、ＲＩＥ等によるドライエッチングにより、クラッド層３０、シリコン層、酸化シリコン層１１を除去することにより、クラッド端面を形成する。これにより、半導体レーザ４０が設置される領域において、Ｓｉ基板１０が露出する。尚、レジストパターンは、この後、有機溶剤等により除去する。
次に、Ｓｉ基板１０の表面の一部が露出しているＳＯＩ基板に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、Ｓｉ台座５１、アライメントマーク５２が形成される領域にレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンが形成されていない領域のＳｉ基板１０を所望の深さまでＲＩＥ等によるドライエッチングにより除去することにより、Ｓｉ台座５１、アライメントマーク５２を形成する。尚、レジストパターンは、この後、有機溶剤等により除去する。
次に、Ｓｉ台座５１、アライメントマーク５２が形成されているＳＯＩ基板にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、電極５３が形成される領域に開口部を有するレジストパターンを形成する。この後、真空蒸着等により電極５３を形成するための金属膜を成膜した後、有機溶剤等に浸漬させることにより、レジストパターンの上に成膜された金属膜をレジストパターンとともに、リフトオフにより除去する。これにより、半導体レーザ４０に電力を供給するための電極５３が形成される。
次に、半導体レーザ４０をＳｉ台座５１が設けられている領域に設置する。具体的には、半導体レーザ４０には、Ｓｉ基板１０に設けられたアライメントマーク５２に対応する位置に不図示のアライメントマークが設けられている。よって、アライメントマーク５２と半導体レーザ４０に設けられた不図示のアライメントマークとの位置が一致するように、Ｓｉ基板１０と半導体レーザ４０との位置合せを行うことができる。このようにして、Ｓｉ基板１０と半導体レーザ４０との位置合せを行った後、電極５３と半導体レーザ４０における不図示の電極とをハンダ５４により接続する。
尚、本実施の形態においては、半導体レーザ４０は、活性層としてｐ型量子ドット活性層が形成されている量子ドットレーザが用いられている。本実施の形態において半導体レーザ４０として用いた量子ドットレーザは、例えば、環境温度が２５℃で、約２０ｍＷの光出力が得られる値の電流を流した場合、環境温度が８０℃になると、約１６ｍＷの光出力となり、光出力が約８０％（−１ｄＢ）低下する。また、この量子ドットレーザにおける発振波長の温度依存性は、約１ｎｍ／Ｋであり、環境温度が２５℃から８０℃に変化することにより、発振波長が約６０ｎｍ長くなる。ここで、方向性結合器２３等において、環境温度が２５℃における発振波長における透過率が、環境温度が７０℃における発振波長における透過率よりも、約１ｄＢ低くすることができれば、レーザ光の出力の温度依存性を１ｄＢ以下に低く抑えることができる。
（方向性結合器）
次に、図４及び図５に基づき方向性結合器２３について説明する。図４は、方向性結合器２３において、第１の光導波路２１の一方の端部２１ｂより光を入射させた場合に、第１の光導波路２１の他方の端部２１ｃより出射される光量の比率と、第２の光導波路２２の他方の端部２２ｃより出射される光量の比率を示す。また、図５は、方向性結合器２３において、第１の光導波路２１の一方の端部２１ｂより光を入射させた場合に、第２の光導波路２２の他方の端部２２ｃより出射される光量の比率をｄＢにより表示したものである。尚、上述したように、本実施の形態においては、便宜上、出射される光量の比率を透過率と記載する場合がある。
図４に示されるように、第１の光導波路２１の一方の端部２１ｂに入射させる光が、波長１．３２μｍの光である場合、第２の光導波路２２の他方の端部２２ｃからは、入射した光のほぼすべてが出射されるため、透過率は１００％となる。しかしながら、波長１．３２μｍよりもずれた波長を第１の光導波路２１の一方の端部２１ｂに入射させた場合には、第２の光導波路２２の他方の端部２２ｃから出射される光は徐々に減少し透過率が低下する。具体的には、１．３２μｍに対し、第１の光導波路２１の一方の端部２１ｂに入射させる光の波長のずれが大きくなると、透過率も徐々に低下する。本実施の形態においては、第１の光導波路２１の一方の端部２１ｂに、波長１．２６μｍの光を入射させた場合に、第２の光導波路２２の他方の端部２２ｃから、入射させた光出力に対し０．８の光出力となるように形成されている。即ち、波長１．２６μｍの光において、透過率が８０％となるように形成されている。本実施の形態においては、方向性結合器２３は、波長１．２６μｍの光に対し波長１．３２μｍの光の透過率が、０．１ｄＢ以上大きくなるものが好ましく、また、１ｄＢ以上大きくなるものがより好ましく、更には、３ｄＢ以上大きくなるものが好ましい。即ち、半導体レーザの発振波長範囲において、波長の短い光に対し波長の長い光の透過率が、０．１ｄＢ以上大きくなるものが好ましく、また、１ｄＢ以上大きくなるものがより好ましく、更には、３ｄＢ以上大きくなるものが好ましい。
本実施の形態における光半導体装置について、より詳細に、図６及び図７に基づき説明する。一般的に、半導体レーザ４０は、図６に示されるように電流値を増加させると光出力が増加する。また、環境温度が高い場合には、環境温度が低い場合と比べて、しきい値電流が高くなり、また、電流を増加させた場合の光出力の増加も緩やかになる。よって、光学フィルタとして機能する方向性結合器２３を設けることにより、図７に示されるように、環境温度が変化した場合、即ち、環境温度が高い場合であっても低い場合であっても、同じ電流の値において略同じ光出力を得ることができる。
尚、上記においては、方向性結合器２３の長さが、５００μｍの場合について説明したが、方向性結合器２３の長さを長くすることにより、透過率の変化を大きくすることが可能である。具体的には、方向性結合器２３の長さを３倍の１５００μｍとすることにより透過率の変化をより大きくすることができ、方向性結合器２３の長さを５倍の２５００μｍとすることにより、更に一層透過率の変化を大きくすることができる。よって、長さの長い方向性結合器２３を用いることにより、温度依存性の高い量子井戸レーザを半導体レーザ４０として用いた場合においても、十分対応することができる。
このことを図８及び図９に基づきより詳細に説明する。図８に示される構造の方向性結合器２３において、波長が１３０５ｎｍと波長１３３２ｎｍとの場合における、方向性結合器２３の長さＬと第２の光導波路２２の他方の端部２２ｃより出射される光出力との関係を図９に示す。尚、図９は第１の光導波路２１及び第２の光導波路２２の幅を３４８ｎｍとし、方向性結合器２３における結合領域２１ａと結合領域２２ａとの間隔（ギャップ）Ｇを２００ｎｍとし、クラッド層３０の厚さを２μｍと仮定して計算を行ったものである。
この場合、図９に示されるように、波長が１３０５ｎｍと波長１３３２ｎｍとの出力差は、方向性結合器２３の長さＬが約１４μｍでは、約０．１２ｄＢである。これに対し、方向性結合器２３の長さＬが約３倍の約４２μｍでは、約１．０ｄＢであり、長さＬが約５倍の約７０μｍでは、約３．０ｄＢとなる。よって、方向性結合器２３を約奇数倍の長さで長くすることにより、波長が１３０５ｎｍと波長１３３２ｎｍとの出力差を大きくすることができ、透過率の制御範囲を広くすることができる。
〔第２の実施の形態〕
（光半導体装置）
次に、第２の実施の形態における光半導体装置について説明する。本実施の形態における光半導体装置は、半導体レーザと、回折格子等とを有している構造のものである。尚、本実施の形態において用いられる回折素子等は、波長に依存して透過率が変化する光学フィルタとしての機能を有している。
本実施の形態における光半導体装置は、図１０に示されるように、Ｓｉ基板１０の上に、酸化シリコン層１１が形成されており、酸化シリコン層１１の上に、シリコンにより光導波路部１２０が形成されている。また、光導波路部１２０を被うように、酸化シリコンによりクラッド層３０が形成されている。本実施の形態においては、光導波路部２０の上側に形成されたクラッド層３０が上部クラッド層となり、光導波路部２０の下側の酸化シリコン層１１が下部クラッド層となる。尚、図１０（ａ）は、本実施の形態における光半導体装置の上面図であり、図１０（ｂ）は、断面図である。
また、Ｓｉ基板１０の上には、第１の実施の形態と同様に半導体レーザ４０が設置されている。具体的には、半導体レーザ４０は、Ｓｉ基板１０の表面を加工することにより形成されたＳｉ台座５１の上に設置されており、半導体レーザ４０における不図示の電極は、Ｓｉ基板１０に設けられた電極５３とハンダ５４により接続されている。また、Ｓｉ基板１０には、半導体レーザ４０を設置する際の位置合せをするためのアライメントマーク５２が設けられている。
光導波路部１２０は、光導波路１２１にブラッグ回折格子１２２が設けられている構造のものである。ブラッグ回折格子１２２においては、所定の周期で幅の広い領域１２２ａと狭い領域１２２ｂとが形成されており、この幅の広い領域１２２ａにおける周期や長さ等を変えることにより、光の透過率が最も高くなる波長を変化させることができる。尚、本実施の形態における光半導体装置に設けられたブラッグ回折格子１２２は、光導波路１２１に対して垂直な面より、各々の格子が傾いた角度となるように形成されていることが好ましい。これにより、ブラッグ回折格子１２２において反射された光は、半導体レーザ４０が設けられている側には、殆ど戻ることがない。
光導波路１２１の一方の端部１２１ａには、スポットサイズ変換器２４が設けられており、半導体レーザ４０は、出射された光がスポットサイズ変換器２４に入射するように、位置合せがなされて設置されている。
これにより、半導体レーザ４０よりスポットサイズ変換器２４を介し、光導波路１２１の一方の端部１２１ａに光を入射させることができる。光導波路１２１の一方の端部１２１ａより入射した光は、一部がブラッグ回折格子１２２において反射され、残りがブラッグ回折格子１２２を透過し、光導波路１２１の他方の端部１２１ｂより出射される。尚、ブラッグ回折格子１２２において反射された光は、上述したように、再び、半導体光増幅器１４０に戻ることがないように形成されている。
ところで、半導体レーザ４０は、第１の実施の形態において説明したように、環境温度が高くなると、発振閾値が上昇し、出射されるレーザ光の出力が低下するとともに、発振波長が長くなる。よって、半導体レーザ４０に同じ値の電流を流した場合には、低温時よりも高温時の方が出射されるレーザ光の出力は低下する。ブラッグ回折格子１２２は、図１１に示されるように、波長依存性を有しており、波長に依存してブラッグ回折格子１２２を透過する光の光量が変化する。本実施の形態においては、光の波長が長くなると、透過率が高くなるように、ブラッグ回折格子１２２が形成されている。
例えば、半導体レーザ４０から出射されるレーザ光の波長が、環境温度が２５℃においては１．２６μｍであり、環境温度が８０℃においては１．３２μｍである場合について考える。この場合、波長１．２６μｍの光における透過率が７２％であり、波長１．３２μｍの光における透過率は９０％となるように、ブラッグ回折格子１２２を形成する。これにより、環境温度が２５℃の場合には、半導体レーザ４０からは、波長が１．２６μｍであって、高出力の光が出射されるが、ブラッグ回折格子１２２において７２％透過し一部が減衰しているため、出射されるレーザ光の出力は低下する。環境温度が８０℃の場合には、半導体レーザ４０からは波長が１．３２μｍであって、環境温度が２５℃の場合と比べて低い出力の光が出射されるが、ブラッグ回折格子１２２において９０％透過するため、出射されるレーザ光は若干減衰するだけである。また、本実施の形態においては、環境温度が、常温である２５℃から８０℃の場合について説明したが、この範囲に限定されるものではなく、使用環境に依存して環境温度の温度範囲を広くしてもよい。例えば、環境温度は、０℃から８０℃の範囲であってもよい。
よって、半導体レーザ４０における温度が上昇すると、透過率が増加するようにブラッグ回折格子１２２を形成することにより、環境温度に依存することなく、出射されるレーザ光の光出力を一定にすることができる。即ち、半導体レーザ４０から出射されるレーザ光は、環境温度が上昇すると、出力が低下し、波長が長波長側にシフトする。しかしながら、透過率が長波長側で高くなるようにブラッグ回折格子１２２を形成することにより、出射されるレーザ光の光出力を一定にすることができる。
これにより、環境温度が変化しても出力変動が極めて小さいレーザ光を出射する光半導体装置を低コストで得ることができる。
尚、本実施の形態における光半導体装置は、ブラッグ回折格子１２２に代えてリング共振器を用いてもよい。また、本実施の形態における光半導体装置は、第１の実施の形態と同様の工程により製造することができる。また、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態または第２の実施の形態における光半導体装置を含む光送信器及び光送受信器である。本実施の形態について、図１２に基づき説明する。図１２においては、一例として、光源２００として第１の実施の形態における光半導体装置を用いた場合の光送信器及び光送受信器を示す。光源２００となる第１の実施の形態における光半導体装置は、半導体レーザ４０と方向性結合器２３とを有している。光源２００から出射されたレーザ光は、光源２００と光学的に接続されている光変調器２１０に入射し、光変調器２１０において、レーザ光の変調がなされ光信号となる。本実施の形態においては、光源２００及び光変調器２１０により、光送信器２０１が形成されており、光源２００及び光変調器２１０は同一のＳｉ基板の上に形成されている。
光変調器２１０において、レーザ光を変調することにより生成された光信号は、光変調器２１０と光学的に接続されている受光器２２０に入射し、入射した光信号は電気信号に変換される。本実施の形態においては、光源２００、光変調器２１０及び受光器２２０により、光送受信器２０２が形成されており、光源２００、光変調器２１０及び受光器２２０は同一のＳｉ基板の上に形成されている。
以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。即ち、上記において述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、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、本願明細書において例示されている機構は、本発明の優越性及び劣等性を示すこととは関係しない。本発明の実施の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。
上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
基板の上に形成された酸化シリコン層と、
前記酸化シリコン層の上に形成された光導波路部と、
前記光導波路部を覆うように形成されたクラッド層と、
前記基板の上に設置された半導体レーザと、
を有し、
前記半導体レーザより出射されたレーザ光は、前記光導波路部に入射するものであって、
前記光導波路部は、前記半導体レーザの発振波長範囲において、波長が長くなるに伴い光の透過率が増加するものであることを特徴とする光半導体装置。
（付記２）
前記半導体レーザの発振波長範囲は、環境温度が変化した場合における発振波長の変化の範囲であって、
前記光導波路部は、前記環境温度が低温である場合よりも高温である場合の方が、前記半導体レーザから出射された光の透過率が高いことを特徴とする付記１に記載の光半導体装置。
（付記３）
前記光導波路部は、第１の光導波路の一部と第２の光導波路の一部により方向性結合器が形成されており、
前記半導体レーザより出射されたレーザ光は、前記第１の光導波路に入射し、前記方向性結合器において、前記第１の光導波路から前記第２の光導波路に伝搬し、第２の光導波路の端部より出射されるものであることを特徴とする付記１または２に記載の光半導体装置。
（付記４）
前記光導波路部は、光導波路と、前記光導波路に形成されたブラッグ回折格子とを有しており、
前記半導体レーザより出射されたレーザ光は、前記光導波路部の一方の端面より入射し、ブラッグ回折格子を通過し、前記光導波路部の他方の端面より入射されるものであることを特徴とする付記１または２に記載の光半導体装置。
（付記５）
前記半導体レーザは、量子ドットレーザであることを特徴とする付記１から４のいずれかに記載の光半導体装置。
（付記６）
前記半導体レーザは、量子井戸レーザであることを特徴とする付記１から４のいずれかに記載の光半導体装置。
（付記７）
前記光導波路部は、シリコンを含む材料により形成されていることを特徴とする付記１から６のいずれかに記載の光半導体装置。
（付記８）
前記クラッド層は、酸化シリコンを含む材料により形成されていることを特徴とする付記１から７のいずれかに記載の光半導体装置。
（付記９）
前記基板は、シリコンを含む材料により形成されていることを特徴とする付記１から８のいずれかに記載の光半導体装置。
（付記１０）
付記１から９のいずれかに記載の光半導体装置と、
前記光半導体装置と光学的に接続されている光変調器と、
を有し、
前記光変調器は、前記光半導体装置における前記基板の上に形成されていることを特徴とする光送信器。
（付記１１）
付記１０に記載の光送信器と、
前記光送信器から出射された光を受光する受光器と、
を有し、
前記受光器は、前記光半導体装置における前記基板の上に形成されていることを特徴とする光送受信器。
１０ Ｓｉ基板
１１ 酸化シリコン層
２０ 光導波路部
２１ 第１の光導波路
２１ａ 結合領域（第１の光導波路）
２１ｂ 一方の端部（第１の光導波路）
２１ｃ 他方の端部（第１の光導波路）
２２ 第２の光導波路
２２ａ 結合領域（第２の光導波路）
２２ｂ 一方の端部（第２の光導波路）
２２ｃ 他方の端部（第２の光導波路）
２３ 方向性結合器
２４ スポットサイズ変換器
３０ クラッド層
４０ 半導体レーザ
４１ 活性層
５１ Ｓｉ台座
５２ アライメントマーク
５３ 電極
５４ ハンダ
１２０ 光導波路部
１２１ 光導波路
１２１ａ 一方の端部
１２１ｂ 他方の端部
１２２ ブラッグ回折格子
１２２ａ 幅の広い領域
１２２ｂ 幅の狭い領域
２００ 光源
２０１ 光送信器
２０２ 光送受信器
２１０ 光変調器
２２０ 受光器

Claims (6)

  1. 基板の上に形成された酸化シリコン層と、
    前記酸化シリコン層の上に、第１の光導波路の一部と第２の光導波路の一部により形成される方向性結合器を有する光導波路部と、
    前記光導波路部を覆うように形成されたクラッド層と、
    前記基板の上に設置された半導体レーザと、
    を備え、
    前記半導体レーザより出射されたレーザ光は、前記第１の光導波路に入射し、前記方向性結合器において、前記第１の光導波路から前記第２の光導波路に伝搬し、第２の光導波路から出射され、
    前記光導波路部は、前記半導体レーザの発振波長が環境温度上昇に伴い増加する波長範囲において、前記レーザ光の波長が長くなるに伴い前記第１の光導波路から前記第２の光導波路に前記レーザ光が伝搬する光量の比率が増加することを特徴とする光半導体装置。
  2. 基板の上に形成された酸化シリコン層と、
    前記酸化シリコン層の上に、光導波路と、前記光導波路に形成されたブラッグ回折格子とを有する光導波路部と、
    前記光導波路部を覆うように形成されたクラッド層と、
    前記基板の上に設置された半導体レーザと、
    を備え、
    前記半導体レーザより出射されたレーザ光は、前記光導波路に入射し、
    前記光導波路部は、前記半導体レーザの発振波長が環境温度上昇に伴い増加する波長範囲において、前記レーザ光の波長が長くなるに伴い前記レーザ光の透過率が増加することを特徴とする光半導体装置。
  3. 前記光導波路部は、常温において、前記半導体レーザを発振させた場合の波長よりも、波長が長い範囲において、光の透過率が増加するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の光半導体装置。
  4. 前記半導体レーザは、量子ドットレーザであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光半導体装置。
  5. 前記光導波路部は、シリコンを含む材料により形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光半導体装置。
  6. 前記基板は、シリコンを含む材料により形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光半導体装置。
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