JP6341344B1 - 半導体光デバイス - Google Patents

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Abstract

半導体光デバイスは、幅および長さを持つ半導体基板と、半導体基板の上に設けられ、活性層を含むレーザ部と、半導体基板の上におけるレーザ部の隣に設けられてレーザ部と接合した光導波路部と、を備える。光導波路部は、活性層の端部と接続されたコア層とコア層を内側に挟む一対のクラッド層とを含み、レーザ部との接合界面から入射した光を出射端面から出射する。半導体光デバイスは、光導波路部の上面に設けられた反射抑制層を備える。反射抑制層は、光導波路部の上面のうち長さ方向における光導波路部の中央部に重ねられ、光導波路部の全長よりも短く設けられている。反射抑制層は、中央部に向かってクラッド層の中を進む光が中央部で反射することを抑制する。

Description

この出願は、半導体光デバイスに関する。
従来、例えば、日本特開平０２−２７１５８３号公報に記載されているように、クラッド層の上に光吸収層を設けた半導体光デバイスが知られている。半導体光デバイスは、活性層を有するレーザ部と、レーザ部で発生したレーザ光を導波する光導波路部と、を備えている。光導波路部は、活性層と接合されたコア層と、このコア層を挟み込む上クラッド層および下クラッド層とを含む。この従来の半導体光デバイスでは、上クラッド層もしくは下クラッド層の少なくとも一方に、コア層と並行に、光吸収層が積層されている。光吸収層は、活性層と同等のバンドギャップ、あるいは活性層よりも狭いバンドギャップを有する。
日本特開平２−２７１５８３号公報
活性層とコア層との接合界面で散乱光が生ずると、この散乱光が上クラッド層および下クラッド層を伝搬する。散乱光が上クラッド層の上面あるいは下クラッド層の下面で反射することにより光導波路部を導波すると、散乱光が半導体光デバイスの出射端面から光ファイバに伝達されるおそれがある。このような散乱光は光雑音となり、光雑音が信号品質を悪化させてしまう。
この点、上記従来の半導体光集積デバイスは、光導波路部の全長に渡って、上クラッド層または下クラッド層に光吸収層が設けられている。光吸収層と上クラッド層の界面、あるいは光吸収層と下クラッド層との界面で、散乱光を吸収することができる。これにより、光雑音を抑制することができる。なお、光導波路部の一端は、レーザ部とのバットジョイント界面である。光導波路部の他端は、半導体光デバイスの出射端面である。光導波路部の全長は、バットジョイント界面から出射端面までの長さである。
光吸収層が光導波路部の全長に渡って設けられると、光吸収層がコア層の外に染み出した必要な信号光の一部を吸収する。光吸収により信号光強度が弱まると、光出力が低下したり動作電流が上昇したりする。その結果、半導体光デバイスの電気光学特性が悪化するという問題点があった。
この出願は、光雑音抑制と良好な電気光学特性とを両立できるように改善された半導体光デバイスを提供することを目的とする。
本願で開示される半導体光デバイスの一形態は、
幅および長さを持つ半導体基板と、
前記半導体基板の上に設けられ、活性層を含むレーザ部と、
前記半導体基板に積層された下クラッド層と前記下クラッド層に積層され前記活性層の端部と接続されたコア層と前記コア層に積層された上クラッド層とを含み、前記半導体基板の上において前記長さ方向における前記レーザ部の隣に設けられた光導波路部と、
前記上クラッド層の上面と前記上クラッド層の内部における前記コア層の上方との何れかに設けられ、前記光導波路部の全長よりも短い長さを持ち、前記長さ方向における前記光導波路部の中央に配置された反射抑制層と、
を備え、
前記反射抑制層は、前記レーザ部の側に設けられた一端と前記一端と反対側の他端とを持ち、
前記反射抑制層の前記一端は、前記長さ方向において、前記レーザ部と前記光導波路部との境界から、予め定められた所定距離だけ離されたものである。
上記の半導体光デバイスによれば、光雑音抑制用の反射抑制層が光導波路部の全長よりも短く形成されているので、信号光強度が弱まることを抑制できる。これにより光雑音抑制と良好な電気光学特性とを両立することができる。
本発明の実施の形態１にかかる半導体光デバイスを示す断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる半導体光デバイスを示す拡大断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる半導体光デバイスを示す断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる半導体光デバイスを示す断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる半導体光デバイスの動作を示すグラフである。 本発明の実施の形態１にかかる半導体光デバイスの動作を示すグラフである。 本発明の実施の形態２にかかる半導体光デバイスを示す断面図である。 本発明の実施の形態３にかかる半導体光デバイスを示す断面図である。 本発明の実施の形態１の変形例にかかる半導体光デバイスを示す断面図である。
実施の形態１．
図１〜図４は、本発明の実施の形態１にかかる半導体光デバイス２０を示す断面図である。図２は、図１の一部分を拡大したものである。図１のＡ−Ａ線に沿う半導体光デバイス２０の断面が、図３である。図１のＢ−Ｂ線に沿う半導体光デバイス２０の断面が、図４である。図３および図４のＣ−Ｃ線に沿う半導体光デバイス２０の断面が、図１である。図１〜図４に、長さ方向、幅方向ｘ、および厚さ方向ｙを定めたｘｙｚ直交座標軸を示す。
図１に示すように、半導体光デバイス２０は、半導体基板１と、レーザ部２と、光導波路部３と、第一反射抑制層１３と、を備えている。半導体基板１の上に、レーザ部２と光導波路部３とがバットジョイントによって集積されている。半導体光デバイス２０の後方端部には後端面１０が設けられ、半導体光デバイス２０の前方端部には出射端面１２が設けられている。
Figure 0006341344
レーザ部２は、半導体基板１の上に設けられている。レーザ部２は、半導体基板１の上に、下クラッド層４と、回折格子７と、活性層５と、上クラッド層６とがこの順に積層されたものである。下クラッド層４および上クラッド層６は、ＩｎＰからなる。活性層５は、ＩｎＧａＡｓＰ系あるいはＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体からなる。回折格子７は、ＩｎＧａＡｓＰ系半導体からなる。回折格子７は、下クラッド層４に設けられてもよく、上クラッド層６に設けられてもよい。活性層５は、量子井戸構造を含んでもよい。半導体基板１にｐ型ドーピングが行われている場合は、下クラッド層４はｐ型に、上クラッド層６はｎ型に、それぞれドーピングされる。一方、半導体基板１にｎ型ドーピングが行われている場合は、下クラッド層４はｎ型に、上クラッド層６はｐ型に、それぞれドーピングされる。
光導波路部３は、半導体基板１の上におけるレーザ部２の隣に設けられてレーザ部２とバットジョイントしている。光導波路部３は、半導体基板１の上に設けられた下クラッド層４と、下クラッド層４の上に設けられたコア層８と、コア層８の上に設けられた上クラッド層６と、を備える。レーザ部２からのレーザ光が光導波路部３に入射する。
図１に、レーザ部２と光導波路部３とを区切る仮想境界線Ｑを示す。実施の形態１では、上クラッド層６は、活性層５およびコア層８の両方に積層された一つの層であり、仮想境界線Ｑを跨いで同じ材料および同じ厚さｄ１を持つＩｎＰ層である。ただし、上クラッド層６は、レーザ部２に含まれる部分と光導波路部３に含まれる部分とに区分することができる。実施の形態では、区別のために、上クラッド層６のうちレーザ部２に含まれる部分を「第一上クラッド層６ａ」とも称し、上クラッド層６のうち光導波路部３に含まれる部分を「第二上クラッド層６ｂ」とも称する。第一上クラッド層６ａは活性層５に積層されているのに対し、第二上クラッド層６ｂはコア層８に積層されている。
コア層８は、下クラッド層４と第二上クラッド層６ｂとの間に挟まれている。コア層８の端部は、活性層５の端部と接続している。活性層５とコア層８とが、バットジョイント界面１１において接合されている。光導波路部３は、前方に出射端面１２を備えている。出射端面１２からレーザ光が出射される。
光導波路部３は、長さ方向に、全長Ｌ１を有する。全長Ｌ１は、仮想境界線Ｑから出射端面１２までの長さである。仮想境界線Ｑは、図１の断面視において交点Ｐを通り且つ半導体基板１の表面に垂直な線である。実施の形態１では、交点Ｐを、光導波路部３の全長Ｌ１を測る原点として用いる。図１の断面視において、交点Ｐは、バットジョイント界面１１の上端である。交点Ｐにおいて、バットジョイント界面１１と上クラッド層６とが交わる。実施の形態１では、バットジョイント界面１１の上端を境に、レーザ部２と光導波路部３とを区切るものとする。
コア層８は、ＩｎＧａＡｓＰ系半導体もしくはＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体からなる。コア層８は、量子井戸構造を含んでも良い。半導体基板１の下面と、第一上クラッド層６ａの上面には、それぞれ電極９が設けられている。電極９は、Ａｕ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｐｔ、およびＴｉ等からなる金属群から選択された一つの金属材料あるいはこの金属群から複数の金属を組み合わせて成る金属材料で形成されている。
バットジョイント界面１１は、異方性ウェットエッチングにより形成した（１１１）面であってもよく、ドライエッチング面でもよい。
実施の形態１では、図１の断面視において、バットジョイント界面１１が、半導体基板１の表面に対して傾いている。半導体光デバイス２０の仕様によっては、活性層５およびコア層８の厚さが、上クラッド層６および下クラッド層４の厚さよりも十分に小さいこともある。この場合には、半導体光デバイス２０の外形と比べてバットジョイント界面１１が十分に短い。バットジョイント界面１１が光導波路部３の全長Ｌ１に比べて十分に小さければ、実質的にバットジョイント界面１１を単一の原点とみなすことができるので、バットジョイント界面１１の傾きを考慮する必要が無い。なお、バットジョイントプロセスがドライエッチングで行われるなどにより、バットジョイント界面１１が半導体基板１の表面に対して垂直となっている場合もある。この場合には、バットジョイント界面１１が半導体基板１の表面に対して垂直なので、バットジョイント界面１１の位置から出射端面１２までの長さＬ１が一義的に決まる。
第一反射抑制層１３は、光導波路部３の上面の一部、つまり第二上クラッド層６ｂの上面の一部に設けられている。第一反射抑制層１３の長さＬ２は、光導波路部３の全長Ｌ１よりも短い。第一反射抑制層１３は、第二上クラッド層６ｂの上面のうち、中央部６ｃに配置されている。中央部６ｃは、長さ方向における第二上クラッド層６ｂの中央に位置しており、すなわち長さ方向における光導波路部３の中央に位置している。中央部６ｃは、仮想境界線Ｑから、Ｌ１／２だけ長さ方向へ進んだ位置にある。第二上クラッド層６ｂの上面における中央部６ｃで散乱光が反射することを、第一反射抑制層１３によって抑制できる。
第一反射抑制層１３は、長さ方向において、レーザ部２の側に設けられた一端と、この一端の反対側に設けられた他端とを備えている。第一反射抑制層１３の長さＬ２は、この一端から他端までの長さである。第一反射抑制層１３の一端は、仮想境界線Ｑから、予め定められた所定距離ｄ２だけ離されている。所定距離ｄ２の内側には、第一反射抑制層１３が設けられていない。
第一反射抑制層１３の他端は、第二上クラッド層６ｂの中央部６ｃで終端している。図１および図２には、中央位置Ｌ１／２も図示されている。中央位置Ｌ１／２は、長さ方向における、光導波路部３の全長Ｌ１の半分の位置である。光導波路部３と第二上クラッド層６ｂとが長さ方向に同じ長さを持っているので、中央位置Ｌ１／２は、第二上クラッド層６ｂの半分の位置でもある。長さ方向における第一反射抑制層１３の他端は、ちょうど中央位置Ｌ１／２に存在している。その結果、中央位置Ｌ１／２から、出射端面１２までの部位には、第一反射抑制層１３が設けられていない。
第一反射抑制層１３は、光吸収層である。第一反射抑制層１３を構成する材料のバンドギャップは、活性層５のバンドギャップ以下のバンドギャップを持つ。第一反射抑制層１３は、第二上クラッド層６ｂと第一反射抑制層１３との界面に達した散乱光を吸収することができる。第一反射抑制層１３は、第二上クラッド層６ｂの上面に半導体層をエピタキシャル成長させることで形成されても良い。活性層５を構成するＩｎＧａＡｓＰ系半導体あるいはＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体よりも狭いバンドギャップを持つ半導体材料で、第一反射抑制層１３を形成してもよい。例えば、第一反射抑制層１３の材料にＩｎＧａＡｓなどを用いてもよい。第一反射抑制層１３は、半導体のキャリア濃度を増加させることで形成されても良い。第一反射抑制層１３は、Ｚｎ等を含む金属を半導体中に拡散させることで形成されてもよい。
図３および図４に示すように、半導体光デバイス２０は、埋込層１９を備えている。埋込層１９は、活性層５の両脇およびコア層８の両脇に設けられている。埋込層１９は、半絶縁体材料で構成されており、具体的には、ＦｅまたはＲｕなどがドーピングされたＩｎＰで構成されている。埋込層１９が埋め込み構造を形成することで、電流狭窄を行うことができる。これにより、活性層５に電流が効率よく注入される。
活性層５およびコア層８の幅Ｗ１は、０．８μｍ〜１．６μｍであることが好ましいが、この範囲外であってもよい。電極９から電流を注入すると、活性層５でレーザ光が発生する。後端面１０および回折格子７は、レーザ部２の共振器を形成している。レーザ部２で発生したレーザ光は、バットジョイント界面１１を通ってコア層８に結合する。その後、レーザ光は、出射端面１２から信号光として出射される。
バットジョイント界面１１では、活性層５とコア層８との間で、等価屈折率および膜厚のズレが生じる。レーザ部２からのレーザ光が光導波路部３に結合する際には、散乱光が生じる。散乱光は、コア層８から第二上クラッド層６ｂの側へ向かう方向と、コア層８から半導体基板１へと向かう方向とに、それぞれ広がる。コア層８から第二上クラッド層６ｂの側へ向かって広がる散乱光の一部は、第二上クラッド層６ｂの上面で反射する。この反射光が出射端面１２におけるコア層８近傍から出射すると、この反射光が光ファイバ（図示せず）に結合する。その結果、光雑音が生じるおそれがある。
半導体光デバイス２０は、チップ厚みｄ０を有する。チップ厚みｄ０は、上クラッド層６の上面から、半導体基板１の下面までの厚さである。チップ厚みｄ０は、８０μｍから１１０μｍ程度である。図１〜図４の断面図は模式図であり、実際の活性層５およびコア層８は、上クラッド層６の上面から半導体基板１へと向かって２μｍ〜６μｍ程度の深さに位置している。つまり、活性層５およびコア層８は、半導体光デバイス２０のチップ厚みの中でも、上クラッド層６の上面の側へ偏っている。コア層８から半導体基板１へと向かって広がる散乱光は、コア層８から遠ざかる方向に進む。このような散乱光は、光ファイバ（図示せず）には結合しにくいので、信号光に与える影響は小さい。
図５および図６は、本発明の実施の形態１にかかる半導体光デバイス２０の動作を示すグラフである。図５は、計算により導出したＦＦＰ形状を比較するものである。図５は、バットジョイント界面１１から４０μｍ離れた位置から出射した遠視野像（ＦＦＰ）を計算により求めたものである。図５に実線で示した特性１００は、実施の形態１に対応する構造のＦＦＰ形状を示す。図５に破線で示した比較例特性１０２は、実施の形態１から第一反射抑制層１３を取り除いた構造のＦＦＰ形状を示す。
特性１００では、第一反射抑制層１３の一端は、バットジョイント界面１１から２μｍ離れた位置に設けられているものとする。つまり、所定距離ｄ２＝２μｍである。特性１００では、第一反射抑制層１３の他端は、バットジョイント界面１１から１８μｍ離れた位置まで伸びているものとする。この場合、第一反射抑制層１３の一端から他端までの距離つまり長さＬ２が、１８μｍ−２μｍ＝１６μｍである。発振波長は１．３１μｍである。上クラッド層６の厚さは１．９μｍである。第一反射抑制層１３は厚さ０．４μｍである。第一反射抑制層１３を構成するＩｎＰの屈折率ｍは、下記のとおりである。
ｍ＝３．１７−０．１ｉ
比較例特性１０２では、第一反射抑制層１３が設けられていないので、散乱光の影響でビーム形状の裾にややガタつきが見られる。これとは対照的に、実施の形態１に対応する特性１００では、散乱光が吸収されるので、ＦＦＰのガタツキが少ない。特性１００では、ガウシアンビームに近づいた形状となっている。第一反射抑制層１３の長さＬ１／２を増大させたり、第一反射抑制層１３の吸収係数を上げたりすることより、特性１００をさらにガウシアンビームに近づけることもできる。
図６は、長方向の各位置を示すｚ位置と、ｚ位置ごとの光出力との関係を示したグラフである。実施の形態１に対応する特性カーブ１１２が図示されている。第一反射抑制層１３の構造は、図５の計算条件と同様である。さらに、第一比較例特性カーブ１１０と第二比較例特性カーブ１１４とが図示されている。第一比較例特性カーブ１１０は、第一反射抑制層１３を設けていない場合の特性である。第二比較例特性カーブ１１４は、光導波路部３の全長に渡って第一反射抑制層１３が設けられた場合の特性である。図６では、仮想境界線Ｑを挟んでレーザ部２および光導波路部３それぞれの特性カーブが図示されている。
図６に示すように、バットジョイント界面１１での光の散乱によって、いずれの特性カーブでも光出力が低下している。第一比較例特性カーブ１１０は、第一反射抑制層１３が設けられていないので、バットジョイント界面１１での散乱以外での光損失はない。従って、第一比較例特性カーブ１１０は、図６の中で最も高い光強度を持つ特性カーブとなっている。ただし、第一比較例特性カーブ１１０は、図５のようにＦＦＰのガタつきが大きくなる。第二比較例特性カーブ１１４は、第一反射抑制層１３を光導波路部３の全長にわたって設けているので、第一反射抑制層１３により必要な信号光の一部も吸収されてしまう。その結果、ｚ位置の増大に伴って光導波路部３の伝搬距離が長くなるにつれて、光出力が低下している。従って、第一比較例特性カーブ１１０は、図６の中で最も低い光強度を持つ特性カーブとなっている。実施の形態１に対応する特性カーブ１１２は、第一比較例特性カーブ１１０と第二比較例特性カーブ１１４の中間の性能を示している。第一反射抑制層１３の長さを短くしたり、吸収係数を下げたりすることより、伝搬損失の低減が可能である。ただし、ＦＦＰ形状改善とのトレードオフを考える必要がある。
図２における第一光線３０ａ〜第三光線３０ｃを参照しつつ、所定距離ｄ２について説明する。バットジョイント界面１１の付近を出発した散乱光の一部を、第一光線３０ａ〜第三光線３０ｃで表す。第二上クラッド層６ｂの上面に対する入射角は、第一光線３０ａが最も小さく、ついで第二光線３０ｂ、第三光線３０ｃの順に大きくなる。第一光線３０ａ〜第三光線３０ｃは、第二上クラッド層６ｂの中を進んで第二上クラッド層６ｂの上面で反射する。上面で反射した第一光線３０ａ〜第三光線３０ｃは、出射端面１２に到達する。
出射端面１２におけるコア層８の付近に散乱光が到達すると、この散乱光が光ファイバ（図示せず）に伝達されることで光雑音となる。光雑音が生ずると、信号品質が悪化してしまう。例えば、バットジョイント界面１１の直上及びその近傍で第二上クラッド層６ｂの上面に到達した光は、第一光線３０ａよりも入射角が小さい。このような光は、入射角が全反射臨界角とはならないので、第二上クラッド層６ｂの上面で全反射することがない。このため、バットジョイント界面１１の直近に第一反射抑制層１３を設けなくとも、信号品質への影響が少ない。そこで、実施の形態１では、バットジョイント界面１１と第一反射抑制層１３の一端との間に、所定距離ｄ２が設けられている。これにより、光雑音対策に大きく寄与しない部位には第一反射抑制層１３を形成しないようにすることができるので、光雑音抑制と信号光強度の確保とを両立することができる。
図２を参照しつつ、所定距離ｄ２の好ましい大きさについて説明する。上クラッド層６の厚さをｄ１とする。厚さｄ１は、図１および図２の断面視において、活性層５の上端およびコア層８の上端から上クラッド層６の上面までの距離である。上クラッド層６の全反射臨界角をθＣとする。θＣは、バットジョイント界面１１で生じた散乱光が第二上クラッド層６ｂの上面で全反射する臨界角である。このとき、所定距離ｄ２は下記の不等号式を満たすことが好ましい。
ｄ２ ≦ ｄ１×ｔａｎθＣ
ただし、上クラッド層６の材料がＩｎＰの場合は、θＣ＝１８°となる。ＩｎＰの屈折率は、３．１７である。
上記の不等号式を満たすことが好ましい理由を、図２における第一光線３０ａを参照しつつ説明する。第一光線３０ａは、第二上クラッド層６ｂにおける、バットジョイント界面１１から「ｄ１×ｔａｎθＣ」の距離を挟んだ部位に到達する。第一光線３０ａの入射角は全反射臨界角θＣと一致するので、第一光線３０ａは第二上クラッド層６ｂの上面で全反射する。ｄ１×ｔａｎθＣよりも大きく所定距離ｄ２を設定してしまうと、バットジョイント界面１１と中央部６ｃとの間に、散乱光の全反射を抑制できない領域が発生する。所定距離ｄ２をｄ１×ｔａｎθＣ以下に設定することで、バットジョイント界面１１と中央部６ｃとの間の範囲で、散乱光の全反射を抑制することができる。これにより、光雑音対策に大きく寄与する部位にのみ第一反射抑制層１３を形成することができるので、光雑音抑制と信号光の過剰吸収抑制とを両立することができる。
図２を参照しつつ、第一反射抑制層１３の他端を終端させる好ましい位置について説明する。第二光線３０ｂは、第二上クラッド層６ｂの上面における中央部６ｃに到達すると、全反射する。入射角と反射角が等しいので、第二光線３０ｂは、出射端面１２におけるちょうどコア層８の直近へと到達する。第三光線３０ｃは、第二上クラッド層６ｂにおける中央部６ｃよりも出射端面１２の側へ到達して全反射する。入射角と反射角が等しいので、第三光線３０ｃは、出射端面１２に含まれる第二上クラッド層６ｂの端面へと到達する。光雑音抑制効果を確保するためには、第二光線３０ｂまでの対策を行えばよく、第三光線３０ｃを無視しても影響が少ない。そこで、第二光線３０ｂまでを限度に反射抑制を行うために、第一反射抑制層１３の他端を中央位置Ｌ１／２で終端させている。これにより、光雑音対策に大きく寄与する部位にのみ第一反射抑制層１３を形成することができるので、光雑音抑制と信号光の過剰抑制とを両立することができる。
実施の形態１にかかる半導体光デバイス２０によれば、第一反射抑制層１３によって散乱光が出射端面１２の側へ反射されることを抑制できるので、光導波路部３から出力される光雑音を減らすことができる。第一反射抑制層１３の長さＬ２が光導波路部３の全長Ｌ１よりも短いので、信号光強度が弱まることを抑制できる。これにより光雑音抑制と良好な電気光学特性とを両立することができる。すなわち、実施の形態１では、活性層５で生じたレーザ光は、光導波路部３のコア層８に結合し、出射端面１２から出射する。このとき、バットジョイント界面１１で生じた散乱光は、第一反射抑制層１３で吸収される。散乱光が光吸収されるので、出射端面１２から出射する散乱光を低減できる。これにより光雑音が光ファイバ（図示せず）に結合することを抑制できる。
実施の形態１の変形例を説明する。図９は、本発明の実施の形態１の変形例にかかる半導体光デバイス２０を示す断面図である。図１では第一反射抑制層１３は第二上クラッド層６ｂの上面に設けられているが、第一変形例として、第一反射抑制層１３が第二上クラッド層６ｂの内部におけるコア層８の上方に設けられてもよい。この第一変形例としてさらに二つの具体例を提示することができる。第一変形例の第一具体例として、図９に示すように第一反射抑制層１３が第二上クラッド層６ｂの上面部分に埋め込まれていてもよい。また、第一変形例の第二具体例として、図９の構造を更に変形させることで第一反射抑制層１３が第二上クラッド層６ｂの内部に埋没していてもよい。すなわち第二上クラッド層６ｂの上面から一定距離深い部位に第一反射抑制層１３が完全に埋め込まれていてもよい。
第二変形例として、所定距離ｄ２がゼロとされても良い。所定距離ｄ２がゼロであっても、出射端面１２側において第一反射抑制層１３の他端を光導波路部３よりも短くすることができる。第三変形例として、第一反射抑制層１３の他端は、長さ方向において中央位置Ｌ１／２よりも出射端面１２側に出張っていてもよい。あるいは、第一反射抑制層１３の他端が、出射端面１２まで伸びていてもよい。第一反射抑制層１３の他端が出射端面１２に達している場合であっても、所定距離ｄ２をゼロよりも大きく設定することで、第一反射抑制層１３の長さＬ２を光導波路部３の全長Ｌ１よりも短くすることができる。
実施の形態１では、電流狭窄構造として埋込層１９を設けている。第四変形例として、埋込層１９に代えて、公知の電流ブロック埋込層を用いたり、公知のリッジ構造を用いたりしてもよい。電流ブロック埋込層は、ｐ型ＩｎＰとｎ型ＩｎＰからなるサイリスタ構造である。リッジ構造は、活性層５の上方にリッジ部を設けることで電流狭窄を行う構造である。
実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２にかかる半導体光デバイス２２を示す断面図である。実施の形態２にかかる半導体光デバイス２２は、実施の形態１の第一反射抑制層１３を、第二反射抑制層１５に置き換えたものである。実施の形態２にかかる第二反射抑制層１５は、反射防止膜である。第二反射抑制層１５は、第二上クラッド層６ｂの上面における中央部６ｃで散乱光が反射されることを防ぐ。第二反射抑制層１５を構成する反射防止膜は、誘電体からなる。反射防止膜の誘電体材料は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ、Ｔａ２Ｏ５、およびＳｉＮなどからなる誘電体材料群から選択された一つの材料を含んでもよく、あるいはこの誘電体材料群から複数の材料を組み合わせた材料を含んでもよい。
バットジョイント界面１１で生じた散乱光は、第二反射抑制層１５を通過して第二上クラッド層６ｂの上方に放射される。通過した散乱光は出射端面１２には到達しないので、光ファイバに結合する光雑音を低減することができる。第二反射抑制層１５を構成する反射防止膜の設計を工夫することによって、角度依存性や波長依存性を持たせることができる。例えば半導体光デバイス２２が複数波長の信号を伝搬させるように変形された場合には、第二反射抑制層１５が特定の波長の光のみを選択的に透過させてもよい。
実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態３にかかる半導体光デバイス２４を示す断面図である。実施の形態１の第一反射抑制層１３が、第三反射抑制層１６に置き換えられている。実施の形態３にかかる第三反射抑制層１６は、回折格子である。第三反射抑制層１６は、第二上クラッド層６ｂの上面における中央部６ｃの付近に達した光を回折する。
第三反射抑制層１６を構成する回折格子は、半導体で構成されてもよい。回折格子の半導体材料は、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、およびＳｉからなる群から選択された一つの半導体でもよい。第三反射抑制層１６を構成する回折格子は、誘電体で構成されてもよい。回折格子の誘電体材料は、ＳｉＯ２およびＳｉＮからなる群から選択された一つの誘電体でもよい。第三反射抑制層１６を構成する回折格子は、第二上クラッド層６ｂ上に形成された凹凸形状の回折格子であってもよく、第二上クラッド層６ｂの内部に埋め込まれた複数の格子片を含む回折格子であってもよい。
バットジョイント界面１１で生じた散乱光は、第三反射抑制層１６によりチップ外部に放射される。よってこの散乱光は出射端面１２には到達せず、光ファイバに結合する光雑音を低減することができる。第三反射抑制層１６によれば、実施の形態１と同様の効果に加えて、回折格子の構造を工夫することによって波長選択性、角度選択性を持たせることができる。光導波路部３の全長に渡ってではなく一部にのみ第三反射抑制層１６を形成しているので、回折格子を形成するための電子ビーム描画時間を短縮することもできる。
１ 半導体基板
２ レーザ部
３ 光導波路部
４ 下クラッド層
５ 活性層
６ 上クラッド層
６ａ 第一上クラッド層
６ｂ 第二上クラッド層
６ｃ 中央部
７ 回折格子
８ コア層
９ 電極
１０ 後端面
１１ バットジョイント界面
１２ 出射端面
１３ 第一反射抑制層
１５ 第二反射抑制層
１６ 第三反射抑制層
１９ 埋込層
２０、２２、２４ 半導体光デバイス
３０ａ 第一光線
３０ｂ 第二光線
３０ｃ 第三光線
Ｌ１ 光導波路部の全長
Ｌ２ 第一〜第三反射抑制層の長さ
Ｑ レーザ部と光導波路部との仮想境界線
ｄ１ 上クラッド層の厚さ
ｄ２ 所定距離
θＣ 全反射臨界角

Claims (6)

  1. 幅および長さを持つ半導体基板と、
    前記半導体基板の上に設けられ、活性層を含むレーザ部と、
    前記半導体基板に積層された下クラッド層と前記下クラッド層に積層され前記活性層の端部と接続されたコア層と前記コア層に積層された上クラッド層とを含み、前記半導体基板の上において前記長さ方向における前記レーザ部の隣に設けられた光導波路部と、
    前記上クラッド層の上面と前記上クラッド層の内部における前記コア層の上方との何れかに設けられ、前記光導波路部の全長よりも短い長さを持ち、前記長さ方向における前記光導波路部の中央に配置された反射抑制層と、
    を備え、
    前記反射抑制層は、前記レーザ部の側に設けられた一端と前記一端と反対側の他端とを持ち、
    前記反射抑制層の前記一端は、前記長さ方向において、前記レーザ部と前記光導波路部との境界から、予め定められた所定距離だけ離された半導体光デバイス。
  2. 幅および長さを持つ半導体基板と、
    前記半導体基板の上に設けられ、活性層を含むレーザ部と、
    前記半導体基板に積層された下クラッド層と前記下クラッド層に積層され前記活性層の端部と接続されたコア層と前記コア層に積層された上クラッド層とを含み、前記半導体基板の上において前記長さ方向における前記レーザ部の隣に設けられた光導波路部と、
    前記上クラッド層の上面と前記上クラッド層の内部における前記コア層の上方との何れかに設けられ、前記光導波路部の全長よりも短い長さを持つ反射抑制層と、
    を備え、
    前記反射抑制層は、前記レーザ部の側に設けられた一端と前記一端と反対側の他端とを持ち、
    前記反射抑制層の前記一端は、前記長さ方向において、前記レーザ部と前記光導波路部との境界から、予め定められた所定距離だけ離されており、
    前記光導波路部は、信号光を出射する出射端面を有し、
    前記反射抑制層は、前記長さ方向において、前記光導波路部の中央から前記レーザ部の側に伸び、
    前記反射抑制層は、前記長さ方向において、前記光導波路部の前記中央よりも前記出射端面の側には設けられていない半導体光デバイス。
  3. 前記上クラッド層の厚さをｄ１とし、前記上クラッド層の全反射臨界角をθＣとし、前記所定距離をｄ２としたときに、
    ｄ２≦ｄ１×ｔａｎθＣ
    である請求項１または２に記載の半導体光デバイス。
  4. 前記反射抑制層は、前記活性層のバンドギャップ以下のバンドギャップを持つ材料からなる光吸収層である請求項１または２に記載の半導体光デバイス。
  5. 前記反射抑制層は、前記上クラッド層の前記上面に重ねられた反射防止膜である請求項１または２に記載の半導体光デバイス。
  6. 前記反射抑制層は、前記上クラッド層の前記上面に重ねられた回折格子である請求項１または２に記載の半導体光デバイス。
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