JP6523573B1 - 半導体光集積デバイス - Google Patents

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Abstract

光導波路を伝搬する光の光分布に影響を与えず、入射側の光素子の特性を悪化させずに光強度をモニタできる半導体光集積デバイスを提供することを目的とする。半導体光集積デバイス（２００）は、光が伝搬する、第一の光素子（６１）、監視用光導波路（６２）、第二の光素子（６３）が同一の半導体基板（１）に形成された半導体光集積デバイスであって、監視用光導波路（６２）は第一の光素子（６１）に接続され、第二の光素子（６３）は監視用光導波路（６２）に接続されている。監視用光導波路（６２）は、異なるモードフィールド径を有する光導波路が組み合わされた、光の一部を散乱させる光散乱部（７）を備え、光散乱部（７）により散乱された散乱光を受光する光検出器（６５）が、監視用光導波路（６２）の外周又は半導体基板（１）の光散乱部（７）と逆側の裏面に設置されている。

Description

本願は、光導波路を伝搬する光の強度をモニタするフォトダイオード（ＰＤ）を有する半導体光集積デバイスに関するものである。
従来、光導波路の上部に光導波路を伝搬する光の強度をモニタするフォトダイオード（以降モニタＰＤという）を設置し、光導波路を伝播する光のエバネセント光成分をモニタＰＤに受光させる方式がある（特許文献１）。モニタＰＤで光導波路を伝播する光の一部を受光する方法として、回折格子を用いた受光方式もある（特許文献２）。特許文献２では、光導波路上に設置されたモニタＰＤ直下の光導波路部に、回折次数２次の回折格子が設置されている。２次の回折格子は、光導波路層の光の進行方向および、直角方向に回折光が生じる。直角方向の回折光がモニタＰＤに入射し、この回折光をモニタＰＤが受光する。
特表２０１３-５４０３５１号公報（図２） 特開２０００-１１４６４２号公報（図１）
特許文献１の受光方式、すなわち光導波路を伝播する光のエバネセント光成分をモニタＰＤに受光させる方式では、光導波路層の上部のクラッド層の層厚が変化すると、モニタＰＤにかかるエバネセント光成分が増減するため、モニタＰＤにより生じるモニタ電流値が変化する問題がある。また、モニタＰＤの受光部は、吸収係数の大きい材料であるため、さらに屈折率も大きく、導波光の等価屈折率が大きく変化する。このため、モニタＰＤの受光部によって、光導波路を伝播する導波する光の分布が乱れやすい。したがって、出射光における遠視野像が乱れたり、モニタＰＤによる吸収損失以外の損失増加が懸念さる。よって、半導体光集積デバイスにおいて、特許文献１の方式を用いて光導波路途中にモニタＰＤを設置する構造を作製することは困難である。
特許文献２のモニタＰＤで光導波路を伝播する光を受光する方法では、回折格子部分によって一部の光が入力方向に反射されるため、入射側に接続される光素子の特性が悪化するという問題がある。例えば、光素子が半導体レーザの場合、回折格子による戻り光によって、レーザ光にノイズが重畳されるなどによりレーザ特性が悪化するという問題がある。
本願明細書に開示される技術は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、光導波路を伝搬する光の光分布に影響を与えず、入射側の光素子の特性を悪化させずに光強度をモニタできる半導体光集積デバイスを提供することを目的とする。
本願明細書に開示される一例の半導体光集積デバイスは、光が伝搬する、第一の光素子、監視用光導波路、第二の光素子が同一の半導体基板に形成された半導体光集積デバイスであって、監視用光導波路は第一の光素子に接続され、第二の光素子は監視用光導波路に接続されている。監視用光導波路は、半導体基板に形成された、第一のクラッド層、光の一部を散乱させる光散乱部を有する光導波路層、第二のクラッド層が順次積層された積層体を備え、積層体が、半導体基板に垂直なＹ方向及び光が伝搬する方向であるＺ方向に垂直なＸ方向に互いに対向すると共に光導波路層が露出したメサ端面の対を有するハイメサ構造又は、半導体基板に垂直なＹ方向及び光が伝搬する方向であるＺ方向に垂直なＸ方向に互いに対向すると共に光導波路層が露出していないメサ端面の対を有する埋め込み構造であり、光散乱部は異なるモードフィールド径を有する光導波路が組み合わされている。光散乱部により散乱された散乱光を受光する光検出器が、監視用光導波路における半導体基板と逆側の表面又はメサ端面である設置面に設置されており、光導波路層と光検出器が設置された設置面との距離が、光導波路層を伝搬する光のモードフィールド径よりも長く、かつ光導波路層を伝搬する光のエバネセント成分が光検出器にかからない距離である。
本願明細書に開示される一例の半導体光集積デバイスは、光の一部を散乱させる監視用光導波路の光散乱部により散乱された散乱光を受光する光検出器が、監視用光導波路における半導体基板と逆側の表面又はメサ端面である設置面に設置されおり、光導波路層と光検出器が設置された設置面との距離が、光導波路層を伝搬する光のモードフィールド径よりも長く、かつ光導波路層を伝搬する光のエバネセント成分が光検出器にかからない距離なので、光導波路を伝搬する光の光分布に影響を与えず、入射側の光素子の特性を悪化させずに光強度をモニタできる。
図１は、実施の形態１による半導体光集積デバイスを示す鳥瞰図である。 図２Ａは図１の光素子部メサのＺ方向に沿った断面図であり、図２Ｂは図２ＡにおけるＡ−Ａの断面図である。 図３Ａは、図１の半導体光集積デバイスの製造工程を説明する図である。 図３Ｂは、図１の半導体光集積デバイスの製造工程を説明する図である。 図３Ｃは、図１の半導体光集積デバイスの製造工程を説明する図である。 図３Ｄは、図１の半導体光集積デバイスの製造工程を説明する図である。 図３Ｅは、図１の半導体光集積デバイスの製造工程を説明する図である。 図３Ｆは、図１の半導体光集積デバイスの製造工程を説明する図である。 図３Ｇは、図１の半導体光集積デバイスの製造工程を説明する図である。 図３Ｈは、図１の半導体光集積デバイスの製造工程を説明する図である。 図３Ｉは、図１の半導体光集積デバイスの製造工程を説明する図である。 図４Ａは、図１の半導体光集積デバイスの製造工程を説明する図である。 図４Ｂは、図１の半導体光集積デバイスの製造工程を説明する図である。 図４Ｃは、図１の半導体光集積デバイスの製造工程を説明する図である。 図４Ｄは、図１の半導体光集積デバイスの製造工程を説明する図である。 図４Ｅは、図１の半導体光集積デバイスの製造工程を説明する図である。 図４Ｆは、図１の半導体光集積デバイスの製造工程を説明する図である。 図４Ｇは、図１の半導体光集積デバイスの製造工程を説明する図である。 図４Ｈは、図１の半導体光集積デバイスの製造工程を説明する図である。 図４Ｉは、図１の半導体光集積デバイスの製造工程を説明する図である。 図５は、２つの光導波路と光分布を説明する図である。 図６は、図５の光導波路の接続部による散乱光の割合を示す図である。 図７は、実施の形態２による半導体光集積デバイスを示す鳥瞰図である。 図８Ａは図７の光素子部メサのＺ方向に沿った断面図であり、図８Ｂは図８ＡにおけるＡ−Ａの断面図である。 図９は、実施の形態３による散乱光発生パターンを示す図である。 図１０は、実施の形態３による他の散乱光発生パターンを示す図である。 図１１Ａは、図１０の散乱光発生パターンを形成する第一の製造方法を説明する図である。 図１１Ｂは、図１０の散乱光発生パターンを形成する第一の製造方法を説明する図である。 図１１Ｃは、図１０の散乱光発生パターンを形成する第一の製造方法を説明する図である。 図１１Ｄは、図１０の散乱光発生パターンを形成する第一の製造方法を説明する図である。 図１１Ｅは、図１０の散乱光発生パターンを形成する第一の製造方法を説明する図である。 図１２Ａは、図１０の散乱光発生パターンを形成する第二の製造方法を説明する図である。 図１２Ｂは、図１０の散乱光発生パターンを形成する第二の製造方法を説明する図である。 図１２Ｃは、図１０の散乱光発生パターンを形成する第二の製造方法を説明する図である。 図１２Ｄは、図１０の散乱光発生パターンを形成する第二の製造方法を説明する図である。 図１３は、実施の形態４による散乱光発生パターンを示す図である。 図１４は、実施の形態５による半導体光集積デバイスを示す鳥瞰図である。 図１５Ａは図１４の光素子部メサにおける要部のＺ方向に沿った断面図であり、図１５Ｂは図１５ＡにおけるＡ−Ａの断面図である。 図１６Ａは実施の形態６による監視用光導波路における要部のＺ方向に沿った断面図であり、図１６Ｂは図１６ＡにおけるＡ−Ａの断面図である。 図１７Ａは実施の形態６による他の監視用光導波路における要部のＺ方向に沿った断面図であり、図１７Ｂは図１７ＡにおけるＡ−Ａの断面図である。 図１８は、実施の形態７による半導体光集積デバイスを示す鳥瞰図である。 図１９は、実施の形態８による半導体光集積デバイスを示す鳥瞰図である。 図２０は、実施の形態９による半導体光集積デバイスを示す鳥瞰図である。 図２１Ａは図２０の光素子部メサのＺ方向に沿った断面図であり、図２１Ｂは図２１ＡにおけるＡ−Ａの断面図である。 図２２は、実施の形態１０による半導体光集積デバイスを示す鳥瞰図である。 図２３Ａは図２２の光素子部メサのＺ方向に沿った断面図であり、図２３Ｂは図２３ＡにおけるＡ−Ａの断面図である。 図２４Ａは実施の形態１１による監視用光導波路における要部のＺ方向に沿った断面図であり、図２４Ｂは図２４ＡにおけるＡ−Ａの断面図である。 図２５Ａは実施の形態１２による半導体光集積デバイスにおける光素子部メサのＺ方向に沿った断面図であり、図２５Ｂは図２５ＡにおけるＡ−Ａの断面図である。 図２６は、実施の形態１３による半導体光集積デバイスにおける光素子部メサのＺ方向に沿った断面図である。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１による半導体光集積デバイスを示す鳥瞰図である。図２Ａは図１の光素子部メサのＺ方向に沿った断面図であり、図２Ｂは図２ＡにおけるＡ−Ａの断面図である。図３Ａ〜図３Ｉ、図４Ａ〜図４Ｉは、図１の半導体光集積デバイスの製造工程を説明する図である。図５は２つの光導波路と光分布を説明する図であり、図６は図５の光導波路の接続部による散乱光の割合を示す図である。半導体光集積デバイス２００は、ＩｎＰ基板１、光素子部メサ５６、メサ溝５４、メサ溝５４により光素子部メサ５６と分離された側壁部５７、光素子部メサ５６に設置されたモニタＰＤ６５を備えている。ＩｎＰ基板１上に形成された光素子部メサ５６は、第一の光素子６１と、監視用光導波路である埋め込み光導波路６２、第二の光素子６３が形成される。ここでは、第一の光素子を半導体レーザとし、第二の光素子をハイメサ光導波路として説明する。ハイメサ光導波路の符号は、６３を用いる。光素子部メサ５６は、エッチングによりメサ溝５４が形成され、メサ形状となっている。図１では、モニタＰＤ６５が、埋め込み光導波路６２の外周、例えば埋め込み光導波路６２の上に設置された例を示したが、埋め込み光導波路６２の側面部、又はＩｎＰ基板１の裏面に設置してもよい。なお、給電用電極に関しては、図１では図面が煩雑になるため省略しているが、実際には給電用電極が存在する。図２Ａでは、第一の光素子６１の電極６を示した。以降の説明のため、座標Ｘ、Ｙ、Ｚを図の通り定めた。ＩｎＰ基板１に垂直な方向がＹ方向（Ｙ軸方向）であり、Ｙ方向に垂直で半導体光集積デバイス２００の長手方向がＺ方向（Ｚ軸方向）であり、Ｙ方向及びＺ方向に垂直で半導体光集積デバイス２００の短手方向がＸ方向（Ｘ軸方向）である。半導体光集積デバイス２００において、導波光はＺ方向に伝播する。
第一の光素子６１を半導体レーザとし、これに埋め込み光導波路６２が接続されている。さらに埋め込み光導波路６２は、第二の光素子としてのハイメサ光導波路６３に接続されている。ここで、第一の光素子６１と埋め込み光導波路６２とはバットジョイントにより接続され、埋め込み光導波路６２とハイメサ光導波路６３とはモード変換光導波路１７により接続されている。また、埋め込み光導波路６２内部の光導波路層５には、散乱光を得るための構造である散乱光発生パターン７が形成される。第一の光素子６１は、ＩｎＰ基板１、ＩｎＰ基板１の表面に形成されたＩｎＰクラッド層２、ＩｎＰクラッド層２の表面に形成された活性層３、活性層３の表面に形成されたＩｎＰクラッド層４、ＩｎＰ基板１の裏面に形成された電極６、ＩｎＰクラッド層４の表面に形成された電極６を備えている。埋め込み光導波路６２は、ＩｎＰ基板１、ＩｎＰ基板１の表面に形成されたＩｎＰクラッド層２、ＩｎＰクラッド層２の表面に形成された光導波路層５、光導波路層５の表面に形成されたＩｎＰクラッド層４を備えている。ハイメサ光導波路６３は、ＩｎＰ基板１、ＩｎＰ基板１の表面に形成されたＩｎＰクラッド層２、ＩｎＰクラッド層２の表面に形成された光導波路層５、光導波路層５の表面に形成されたＩｎＰクラッド層４を備えている。
第一の光素子６１は、半導体基板であるＩｎＰ基板１に形成された、第一のクラッド層であるＩｎＰクラッド層２、活性層３、第二のクラッド層であるＩｎＰクラッド層４が順次積層された積層体を備えている。埋め込み光導波路６２は、半導体基板であるＩｎＰ基板１に形成された、第一のクラッド層であるＩｎＰクラッド層２、光導波路層５、第二のクラッド層であるＩｎＰクラッド層４が順次積層された積層体を備えている。埋め込み光導波路６２の積層体は、ＩｎＰ基板１に垂直なＹ方向及び光が伝搬する方向であるＺ方向に垂直なＸ方向に互いに対向すると共に光導波路層５が露出していないメサ端面の対を有する埋め込み構造である。ハイメサ光導波路６３は、半導体基板であるＩｎＰ基板１に形成された、第一のクラッド層であるＩｎＰクラッド層２、光導波路層５、第二のクラッド層であるＩｎＰクラッド層４が順次積層された積層体を備えている。ハイメサ光導波路６３の積層体は、ＩｎＰ基板１に垂直なＹ方向及び光が伝搬する方向であるＺ方向に垂直なＸ方向に互いに対向すると共に光導波路層５が露出したメサ端面の対を有するハイメサ構造である。なお、第一の光素子６１、埋め込み光導波路６２、第二の光素子６３の構成は、埋め込み光導波路、埋め込み光導波路、埋め込み光導波路の構成または、ハイメサ光導波路、埋め込み光導波路、ハイメサ光導波路などでもよく、埋め込み光導波路６２が埋め込み型であればどのような構成であっても構わない。
実施の形態１の半導体光集積デバイス２００の製造方法を、図３Ａ〜図３Ｉ、図４Ａ〜図４Ｉを用いて説明する。図３Ａ〜図３Ｅは、光素子部メサ５６のＺ方向に沿った断面を示している。図３Ｆ、図３Ｇ、図３Ｉ、図４Ａ〜図４Ｄ、図４Ｆ〜図４Ｉは、ハイメサ光導波路６３の端面側、すなわち導波光の出力側から見た図である。図３Ｈ、図４Ｅは、図２ＡにおけるＡ−Ａの断面と同様の断面を示している。図３Ａに示すように、ＩｎＰ基板１に、ＭＯＣＶＤ（metal organic chemical vapor deposition）などの結晶成長法を用いて順次ＩｎＰクラッド層２、活性層３、ＩｎＰクラッド層８が積層される。ＩｎＰクラッド層８の表面にＳｉＯ２などの絶縁膜９を成膜し、図３Ｂのようにパターニングする。図３Ｃのように、絶縁膜９をマスクにして、露出しているＩｎＰクラッド層８、活性層３を除去する。図３Ｄのように、絶縁膜９をマスクにし、ＭＯＣＶＤによる結晶成長技術を用い、光導波路層５とＩｎＰクラッド層１０を順次結晶成長する。なお、絶縁膜９上には結晶は成長しない。結晶成長後、絶縁膜９をフッ化水素水などで除去する。このような、活性層３と光導波路層５を結晶成長により接続する方式はバットジョイント方式と呼ばれる。
図３Ｅ、図３Ｆのように、絶縁膜９が除去されたＩｎＰクラッド層８及びＩｎＰクラッド層１０の表面に、再びＳｉＯ２などの絶縁膜１１を成膜する。図３Ｆは、図３Ｅの右側、すなわちハイメサ光導波路６３の端面側から見た図である。絶縁膜１１は、図３Ｈに示すようにパターンを形成する。パターンが形成された絶縁膜１１は、散乱光を生じさせる光導波路層５の散乱光発生パターン７を形成するために、散乱光発生パターン形成部２３が設けられる。また、パターンが形成された絶縁膜１１は、光導波路層５のモード変換光導波路１７を形成するために、モード変換光導波路形成部２４が設けられる。その後、図３Ｉのように、パターニングされた絶縁膜１１をマスクにして、ＩｎＰクラッド層８、１０、活性層３、光導波路層５、ＩｎＰクラッド層２を除去し、リッジ１２を形成する。
図４Ａのように、絶縁膜１１をマスクにして、活性層３に電流狭窄を行うための電流ブロック層１３を結晶成長により形成する。図４Ｂのように、絶縁膜１１をフッ化水素水などにより除去する。図４Ｃのように、ＩｎＰクラッド層１４を、ＩｎＰクラッド層８、１０、電流ブロック層 １３の表面に結晶成長により形成する。その後、図４Ｄのように、ＩｎＰクラッド層１４の表面にＳｉＯ２などの絶縁膜１５を成膜する。絶縁膜１５は、図４Ｅに示すようにメサ溝５４を形成するための絶縁膜開口部２６を有するパターンが形成される。また、パターンが形成された絶縁膜１５は、光導波路層５のモード変換光導波路１７を形成するために、モード変換光導波路形成部２５が設けられる。図４Ｆは、図４ＥにおけるＢ−Ｂの断面を示している。ドライエッチング技術を用いて、絶縁膜１５をマスクにして、絶縁膜開口部２６からＩｎＰクラッド層１４、電流ブロック層１３をエッチングにより除去する。なお、図４Ｇ〜図４Ｉでは、ＩｎＰ基板１の一部が削られたメサ溝５４を示した。メサ溝５４の底において、ＩｎＰ基板１の一部が削られても構わない。図１では、ＩｎＰ基板１が削られていないメサ溝５４を示した。
図４Ｇは図４Ｅに示したＢ−Ｂにおける、メサ溝５４形成後の断面図である。メサ溝５４を形成するエッチングは、電流ブロック層１３を貫通するように行われる。また、図３Ｉに示した光導波路層５、活性層３を含むリッジ１２はエッチングされない。このような構造を埋め込み型の光導波路という。
図４Ｈは図４Ｅに示したＣ−Ｃにおける、メサ溝５４形成後の断面図である。図４Ｈに示したように、ハイメサ光導波路６３となるメサ内では電流ブロック層１３はなく、光導波路層５のみが残るように、ＩｎＰクラッド層１４、電流ブロック層１３がエッチングされる。このような構造をハイメサ光導波路という。
図４Ｉに示すように、絶縁膜１５をフッ化水素水などで除去し、埋め込み光導波路６２の上部、より具体的には埋め込み光導波路６２のＩｎＰクラッド層１４にモニタＰＤ６５が設置される。なお、図１、図２Ａに示したＩｎＰクラッド層４は、積層されたＩｎＰクラッド層であり、埋め込み光導波路６２及びハイメサ光導波路６３においては下層のＩｎＰクラッド層１０及び上層のＩｎＰクラッド層１４から構成されており、第一の光素子６１においては下層のＩｎＰクラッド層８及び上層のＩｎＰクラッド層１４から構成されている。
散乱光を生じさせるための光導波路について説明する。図５に示した光導波路は、２つの光導波路、すなわち第一光導波路７１と第二光導波路７２が互いに接続されている。また、図５には、第一光導波路７１と第二光導波路７２が導波することができる導波モード（光分布）を示している。第一光導波路７１を導波する光の光分布は光分布７３であり、第二光導波路７２を導波する光の光分布は光分布７４である。光分布７３のモードフィールド径はモードフィールド径ｗ１であり、光分布７４のモードフィールド径はモードフィールド径ｗ２である。なお、モードフィールド径とは、導波モードの光分布の強度ピークから１／ｅ２の強度になる光分布の直径（幅）である。なお、図５に示した第一光導波路７１、第二光導波路７２は、図２Ａに示した活性層３又は光導波路層５に相当する。以降では、モードフィールド径を用いて説明する。それぞれの光導波路のモードフィールド径が異なると、第一光導波路７１を伝播してきた光は、全て第二光導波路７２に結合することはできず、第二光導波路７２の導波モードを満足する成分のみ第二光導波路７２に結合する。結合できない成分は、散乱光となり放射される。これらの詳細な説明は、非特許文献１「河野健治著、光デバイスのための光結合系の基礎と応用 第二版」２９ページ〜３６ページに記載されている。
簡単のため、１次元（Ｚ−Ｙ面）で検討する。第一光導波路７１のモードフィールド径をｗ１、第二光導波路７２のモードフィールド径をｗ２とすると、それぞれの光導波路のモードフィールド径の比ｗ１／ｗ２と第一光導波路７１を伝播してきた光のうち、第二光導波路７２に入力する際に、散乱により生じる散乱光の割合を図６に示す。図６の散乱光の割合の特性は、非特許文献１の結合効率ηとモードフィールド径の比ｗ１／ｗ２との関係式から求めたものである。以上より、２つの光導波路の接合部分における、モードフィールド径ｗ１とモードフィールド径ｗ２の比の設定により、任意の強度の散乱光を得ることができる。
導波モードとモードフィールド径について説明する。導波モードとは、光が伝播することができる光導波路における光の分布のことで、一般に基本モードと呼ばれるモードが取り扱われる。ここでは、基本モードにおける光分布の導出について説明する。図２Ａ、図２Ｂにおいて、埋め込み光導波路６２において、ＩｎＰクラッド層２、ＩｎＰクラッド層４の屈折率をｎｃ１、ｎｃ２する。光導波路層５の屈折率をｎｊとし、その層厚をｄｊとする。埋め込み光導波路６２は、光導波路層５がＩｎＰクラッド層２とＩｎＰクラッド層４で挟まれた構造である。ＩｎＰクラッド層２からＩｎＰクラッド層４への積層方向は図２に示したようにＹ方向である。なお、数式において、小文字のｙを用いる。なお、適宜、Ｙ方向をｙ方向と表記する。また、図２Ｂに示したように、Ｙ方向に垂直な方向、すなわち半導体光集積デバイス２００の短手方向はＸ方向である。Ｘ方向についてもＹ方向と同様に表記する。数式において、小文字のｘを用い、適宜、Ｘ方向をｘ方向と表記する。
各層の積層方向であるｙ方向における、導波光の光電界分布をＥ（ｙ）とする。ＩｎＰクラッド層２、光導波路層５、ＩｎＰクラッド層４の光電界分布を以下に示す。ＩｎＰクラッド層２の光電界Ｅｃ１（ｙ）は、式（１）のように表される。
Figure 0006523573
 式（１）の係数γＣ１は、式（２）のように表される。
Figure 0006523573
 ここで、ｎｙは透過屈折率を、ｋ０は真空中の波数を表す。Ｄ１は任意の係数である。
光導波路層５における光電界Ｅｊ（ｙ）は、式（３）のように表される。
Figure 0006523573
 式（３）の係数γｊは、式（４）のように表される。
Figure 0006523573
 ここで、Ａｊ、Ｂｊは任意の係数である。
ＩｎＰクラッド層４の光電界Ｅｃ２（ｙ）は、式（５）のように表される。
Figure 0006523573
 式（５）の係数γＣ２は、式（６）のように表される。
Figure 0006523573
 ここで、ｎｙは透過屈折率を、ｋ０は真空中の波数を表す。Ｄ２は任意の係数である。
光電界分布Ｅ（ｙ）の光電界強度Ｅ２（ｙ）において、ＩｎＰ基板１の側で光電界強度Ｅ２（ｙ）のピークの１／ｅ２となる直径がｙ方向のモードフィールド径である。ＩｎＰクラッド層２の光電界Ｅｃ１ ２（ｙ）から、ＩｎＰクラッド層２におけるｙ方向のモードフィールド径を求めることができる。光導波路層５における光電界Ｅｊ（ｙ）から、光導波路層５におけるｙ方向のモードフィールド径を求めることができる。ＩｎＰクラッド層４の光電界Ｅｃ２（ｙ）から、ＩｎＰクラッド層４におけるｙ方向のモードフィールド径を求めることができる。
次に、ｘ方向の電界については、等価屈折率法により求める。埋め込み光導波路６２のｘ方向の構造は図２Ｂ、図４Ｉのように、光導波路層５のｘ方向における正側、負側（図４Ｉにおいて左側右側）は電流ブロック層１３で挟まれている。図４Ｉにおける左側右側の電流ブロック層１３の屈折率をそれぞれｎｂ１、ｎｂ２とする。光導波路層５の屈折率ｎｊ、幅ｔｊとして、ｘ方向の電界分布をＥ（ｘ）とする。それぞれの電流ブロック層１３の光電界をＥｂ１（ｘ）、をＥｂ２（ｘ）は、式（７）、式（９）のように表すことができる。適宜、ｘ方向における正側（図４Ｉにおいて左側）の電流ブロック層１３を第一の電流ブロック層１３と呼び、ｘ方向における負側（図４Ｉにおいて右側）の電流ブロック層１３を第二の電流ブロック層１３と呼ぶことにする。
第一の電流ブロック層１３の光電界をＥｂ１（ｘ）は、式（７）のように表すことができる。
Figure 0006523573
 式（７）の係数γｂ１は、式（８）のように表される。
Figure 0006523573
第二の電流ブロック層１３の光電界をＥｂ２（ｘ）は、式（９）のように表すことができる。
Figure 0006523573
 式（９）の係数γｂ２は、式（１０）のように表される。
Figure 0006523573
 ここで、ｎｘは透過屈折率を、ｋ０は真空中の波数を表す。Ｆ１、Ｆ２は任意の係数である。
光導波路層５における光電界Ｅｊ（ｘ）は、式（１１）のように表すことができる。
Figure 0006523573
 式（１１）の係数ζｊは、式（１２）のように表される。
Figure 0006523573
 ここで、Ｇｊ、Ｈｊは任意の係数である。
光電界分布Ｅ（ｘ）の光電界強度Ｅ２（ｘ）において、基板側で光電界強度Ｅ２（ｘ）のピークの１／ｅ２となる直径がｘ方向のモードフィールド径である。第一の電流ブロック層１３の光電界をＥｂ１（ｘ）から、第一の電流ブロック層１３におけるｘ方向のモードフィールド径を求めることができる。第二の電流ブロック層１３の光電界をＥｂ２（ｘ）から、第二の電流ブロック層１３におけるｘ方向のモードフィールド径を求めることができる。光導波路層５における光電界Ｅｊ（ｘ）から、光導波路層５におけるｘ方向のモードフィールド径を求めることができる。
モードフィールド径の設計には、式（１）〜式（１２）より、埋め込み光導波路６２の各層の屈折率ｎｃ１、ｎｃ２、ｎｂ１、ｎｂ２、ｎｊを変化させる、または、光導波路層５の厚さｄｊ、幅ｔｊを変化させる。埋め込み光導波路６２の各層の屈折率ｎｃ１、ｎｃ２、ｎｂ１、ｎｂ２、ｎｊ、光導波路層５の厚さｄｊ、幅ｔｊを所望の値に設定することで、光導波路モード形状（光分布）が変化する。よって、光導波路モード形状（光分布）が変化することで、モードフィールド径が変化する。散乱光を生じさせる光散乱部である散乱光発生パターン７は、異なるモードフィールド径を有する光導波路が組み合わされた構造である。
図２Ｂに示すように散乱光を生じさせる散乱光発生パターン７として、実施の形態１では光導波路層５の一部にくびれた形状を作製することで、屈折率変化を与え、散乱光を生じさせる。
散乱光の放射角度について説明する。散乱光の放射方向については、散乱を生じさせるパターンに依存する。一般に、光導波路層の屈折率変化が急峻に変化するほど、散乱光は、光導波路層に対してより直角に近い角度で散乱される。これは、光導波路層の屈折率が急峻に変化すると、光導波路層を伝搬する光はその変化に追随できないため（各光導波路層の導波モードに対応したモード変換ができないため）、光導波路層の屈折率が変化した箇所、例えば光導波路層の幅が変化した箇所で散乱が生じる。一方、光導波路層の屈折率変化が緩やかな場合、光導波路層を伝搬する導波光はその変化に追随することができるため（各光導波路層の導波モードに応じたモード変換が行われるため）、散乱光成分が少ない。散乱光は、光導波路層に設けた散乱光を生じさせる散乱光発生パターン７より前方に放射される。
モニタＰＤ６５の配置位置について説明する。散乱光は散乱光発生パターン７の前方に放射するため、モニタＰＤ６５の配置位置は散乱光を生じる散乱光発生パターン７を含んで前方に設置し、かつモニタＰＤ６５の設置面に到達する散乱光強度が最大となる位置に設置する。光導波路層５に設けた散乱光を生じさせる散乱光発生パターン７の光導波路形状によってモニタＰＤ６５を設置する位置が変わる。埋め込み光導波路６２の上部のＩｎＰクラッド層４の厚が変化するとモニタＰＤ６５の位置も変化する。散乱光は前方に放射するため、ＩｎＰクラッド層４の厚が薄い場合、散乱光発生パターン７の近傍の上部にモニタＰＤ６５を設置する。ＩｎＰクラッド層４の厚が厚い場合、散乱光の伝搬方向の遠方でＩｎＰクラッド層４の上部（表面）に散乱光が到達するため、散乱光発生パターン７から遠方にモニタＰＤ６５を設置する。
よって、モニタＰＤ６５の設置位置及び受光面積に関しては、散乱光を生じさせる散乱光発生パターン７より導波方向に対して前方を含むような位置であり、散乱光強度が最も大きくなる位置を中心として、モニタＰＤに到達した散乱光の光分布をすべて含むことができる受光面積を持ったモニタＰＤを設置することが望ましい。なお、モニタＰＤ６５の受光面積については、必要なモニタ電流値が得られれば、必要な散乱光強度が得られる範囲に設置すれば、受光面積は任意に設定してもよい。
埋め込み光導波路６２において、光導波路層５とモニタＰＤ６５までのＹ方向の距離、すなわちＩｎＰクラッド層４の厚さは、導波する光のモードフィール径より膜厚は厚く、エバネセント光がモニタＰＤ６５にかからないような膜厚を設定する。半導体光集積デバイス２００の製造の際に、導波する光のモードフィール径より膜厚は厚く、エバネセント光がモニタＰＤ６５にかからないように、ＩｎＰクラッド層１０、１４の膜厚を設定する。
散乱光を生じさせる散乱光発生パターン７によって生じた散乱光は、埋め込み光導波路６２における光導波路層５の上部のＩｎＰクラッド層４を伝播し、設置されたモニタＰＤ６５に入射する。散乱光を生じさせる散乱光発生パターン７を通過した導波光は光導波路層５に再び結合しを伝播する。散乱光を利用することによって、埋め込み光導波路６２のメサの側面で反射が生じるが、メサの側面への散乱光の入射角度がランダムであり、メサの側面から入力側（第一の光素子６１の側）へ戻る散乱光は無視できる。
実施の形態１の半導体光集積デバイス２００は、散乱光をモニタＰＤ６５が受光することで、導波光の光強度に応じたモニタ電流を得ることができる。実施の形態１の半導体光集積デバイス２００は、散乱光を受光するため、特許文献１に記載のエバネセント光を受光する場合と異なり、モニタＰＤ６５の受光部（吸収層）に直接導波光が接することがないため、導波光への影響がない。また、実施の形態１の半導体光集積デバイス２００は、導波光の分布が光導波路層５のＹ方向の厚さ、Ｘ方向の幅より大きいため、散乱光を生じさせる散乱光発生パターン７を通過しても、光分布の対称性が大きく損なわれることがない。実施の形態１の半導体光集積デバイス２００は、第一の光素子６１の活性層３の側への戻り光がないため、戻り光雑音による半導体レーザ、すなわちＬＤ（Laser Diode）の異常発振は生じない。以上より、実施の形態１の半導体光集積デバイス２００は、光導波路を伝搬する光の光分布に影響を与えず、入射側の光素子の特性を悪化させずに光強度をモニタできるので、モニタＰＤが光導波路途中に設けられた集積デバイスとして好適である。
以上のように、実施の形態１の半導体光集積デバイス２００は、光が伝搬する、第一の光素子６１、監視用光導波路（埋め込み光導波路６２）、第二の光素子６３が同一の半導体基板（ＩｎＰ基板１）に形成された半導体光集積デバイスであって、監視用光導波路（埋め込み光導波路６２）は第一の光素子６１に接続され、第二の光素子６３は監視用光導波路（埋め込み光導波路６２）に接続されている（特徴１）。監視用光導波路（埋め込み光導波路６２）は、異なるモードフィールド径を有する光導波路が組み合わされた、光の一部を散乱させる光散乱部（散乱光発生パターン７）を備え、光散乱部（散乱光発生パターン７）により散乱された散乱光を受光する光検出器（モニタＰＤ６５）が、監視用光導波路（埋め込み光導波路６２）の外周又は半導体基板（ＩｎＰ基板１）の光散乱部（散乱光発生パターン７）と逆側の裏面に設置されている（特徴２）。実施の形態１の半導体光集積デバイス２００は、特徴１及び特徴２により、光の一部を散乱させる監視用光導波路（埋め込み光導波路６２）の光散乱部（散乱光発生パターン７）により散乱された散乱光を受光する光検出器（モニタＰＤ６５）が、監視用光導波路（埋め込み光導波路６２）の外周又は半導体基板（ＩｎＰ基板１）の光散乱部（散乱光発生パターン７）と逆側の裏面に設置されているので、光導波路（埋め込み光導波路６２）を伝搬する光の光分布に影響を与えず、入射側の光素子の特性を悪化させずに光強度をモニタできる。
実施の形態２．
図７は、実施の形態２による半導体光集積デバイスを示す鳥瞰図である。図８Ａは図７の光素子部メサのＺ方向に沿った断面図であり、図８Ｂは図８ＡにおけるＡ−Ａの断面図である。実施の形態２の半導体光集積デバイス２００は、実施の形態１の半導体光集積デバイス２００の埋め込み光導波路６２をハイメサ構造の光導波路であるハイメサ光導波路６４に置き換えたものである。監視用光導波路であるハイメサ光導波路６４は、半導体基板であるＩｎＰ基板１に形成された、第一のクラッド層であるＩｎＰクラッド層２、光導波路層５、第二のクラッド層であるＩｎＰクラッド層４が順次積層された積層体を備えている。ハイメサ光導波路６４の積層体は、ＩｎＰ基板１に垂直なＹ方向及び光が伝搬する方向であるＺ方向に垂直なＸ方向に互いに対向すると共に光導波路層５が露出したメサ端面の対を有するハイメサ構造である。モニタＰＤ６５は、ハイメサ光導波路６４の外周、例えばハイメサ光導波路６４の上（表面）に設置される。図８Ｂに示すように、散乱光を生じさせるための散乱光発生パターン７は、ハイメサ光導波路６４において幅を変更した部分である。
モニタＰＤ６５の設置位置及び面積は、実施の形態１と同様である。モニタＰＤ６５は、散乱光を生じさせる散乱光発生パターン７より導波方向に対して前方を含むように設置し、かつ散乱光強度が最大になる位置を中心にし、ＩｎＰクラッド層４の上面（表面）に到達した散乱光の全光を受光できる位置に設置するのがよい。なお、必要なモニタ電流量によってモニタＰＤ６５の位置、受光面積を設定することもできる。
実施の形態２の半導体光集積デバイス２００は、実施の形態１の半導体光集積デバイス２００と同様の作用及び効果を奏する。実施の形態２の半導体光集積デバイス２００は、光導波路（ハイメサ光導波路６４）を伝搬する光の光分布に影響を与えず、入射側の光素子の特性を悪化させずに光強度をモニタできる。
以上のように、実施の形態２の半導体光集積デバイス２００は、光が伝搬する、第一の光素子６１、監視用光導波路（ハイメサ光導波路６４）、第二の光素子６３が同一の半導体基板（ＩｎＰ基板１）に形成された半導体光集積デバイスであって、監視用光導波路（ハイメサ光導波路６４）は第一の光素子６１に接続され、第二の光素子６３は監視用光導波路（ハイメサ光導波路６４）に接続されている（特徴１）。監視用光導波路（ハイメサ光導波路６４）は、異なるモードフィールド径を有する光導波路が組み合わされた、光の一部を散乱させる光散乱部（散乱光発生パターン７）を備え、光散乱部（散乱光発生パターン７）により散乱された散乱光を受光する光検出器（モニタＰＤ６５）が、監視用光導波路（ハイメサ光導波路６４）の外周又は半導体基板（ＩｎＰ基板１）の光散乱部（散乱光発生パターン７）と逆側の裏面に設置されている（特徴２）。監視用光導波路（ハイメサ光導波路６４）は、半導体基板（ＩｎＰ基板１）に形成された、第一のクラッド層（ＩｎＰクラッド層２）、光導波路層５、第二のクラッド層（ＩｎＰクラッド層４）が順次積層された積層体を備え、積層体は、半導体基板（ＩｎＰ基板１）に垂直なＹ方向及び光が伝搬する方向であるＺ方向に垂直なＸ方向に互いに対向すると共に光導波路層５が露出したメサ端面の対を有するハイメサ構造である（特徴３）。実施の形態２の半導体光集積デバイス２００は、特徴１〜特徴３により、光の一部を散乱させる監視用光導波路（ハイメサ光導波路６４）の光散乱部（散乱光発生パターン７）により散乱された散乱光を受光する光検出器（モニタＰＤ６５）が、監視用光導波路（ハイメサ光導波路６４）の外周又は半導体基板（ＩｎＰ基板１）の光散乱部（散乱光発生パターン７）と逆側の裏面に設置されているので、光導波路（ハイメサ光導波路６４）を伝搬する光の光分布に影響を与えず、入射側の光素子の特性を悪化させずに光強度をモニタできる。
実施の形態３．
実施の形態３では、実施の形態１及び２と異なる散乱光発生パターンを説明する。図９は実施の形態３による散乱光発生パターンを示す図であり、図１０は実施の形態３による他の散乱光発生パターンを示す図である。図１１Ａ〜図１１Ｅは、図１０の散乱光発生パターンを形成する第一の製造方法を説明する図である。図１２Ａ〜図１２Ｄは、図１０の散乱光発生パターンを形成する第二の製造方法を説明する図である。実施の形態３の半導体光集積デバイス２００は、実施の形態１又は実施の形態２の半導体光集積デバイス２００の散乱光発生パターンを図９又は図１０に示した散乱光発生パターン７に変更したものである。
散乱光を発生させる散乱光発生パターンは、光導波路の屈折率が変化するものであればよい。図９に散乱光発生パターン７の一例を示す。図９は、実施の形態１の埋め込み光導波路６２のＺ−Ｘ方向断面（図２Ｂ参照）における要部に相当する。実施の形態１の散乱光発生パターン７は、光導波路層５のＸ方向の幅が狭くなっている例であった。実施の形態３の散乱光発生パターン７は、光導波路層５の幅を太くした例であり、すなわち光導波路層５のＸ方向の幅が広くなっている例である。図９の散乱光発生パターン７は、図３Ｈに示した散乱光発生パターン７を形成するための絶縁膜１１の形状を変更することで実現することができる。なお、図９の散乱光発生パターン７のような形状が繰り返されるものであっても、図９の散乱光発生パターン７と同様の効果、すなわち散乱光を発生させることができる。
図１０に散乱光発生パターン７の他の例を示す。図１０は、実施の形態１の埋め込み光導波路６２のＺ−Ｙ方向断面（図２Ａ参照）における要部に相当する。実施の形態１の散乱光発生パターン７は、光導波路層５のＹ方向の厚さが一定になっている例であった。実施の形態３の散乱光発生パターン７は、光導波路層５の膜厚を薄膜化した例であり、すなわち光導波路層５のＹ方向の厚さが薄くなっている例である。図１０に示した散乱光発生パターン７は、光導波路層５の上部（モニタＰＤ６５の側）がＩｎＰ基板１の側に狭くなり、くびれた形状を有している。なお、図１０の散乱光発生パターン７のような形状が繰り返されるものであっても、図１０の散乱光発生パターン７と同様の効果、すなわち散乱光を発生させることができる。
図９に示した散乱光発生パターン７、図１０に示した散乱光発生パターン７について、実施の形態１の埋め込み光導波路６２に適用した例で説明した。しかし、これに限定されることはなく、図９に示した散乱光発生パターン７、図１０に示した散乱光発生パターン７は、実施の形態２のハイメサ光導波路６４にも適用できる。
実施の形態３の図９の散乱光発生パターン７を有する半導体光集積デバイス２００の製造方法は、実施の形態１で説明した製造方法と同様である。ただし、図３Ｈの絶縁膜１１の形状を図９の散乱光発生パターン７の形状に合うように変更する。実施の形態３の図１０の散乱光発生パターン７を有する半導体光集積デバイス２００の製造方法を説明する。第一の製造方法は、実施の形態１の図３Ｄに示す工程と図３Ｅに示す工程の間に、図１１Ａ〜図１１Ｅに示す工程を追加したものである。第二の製造方法は、実施の形態１の図４Ｂに示す工程と図４Ｃに示す工程の間に、図１２Ａ〜図１２Ｄに示す工程を追加したものである。図１１Ａ〜図１１Ｅは、光素子部メサ５６のＺ方向に沿った断面を示している。図１２Ａ〜図１２Ｄは、光素子部メサ５６のＺ方向に沿った断面を示している。まず、第一の製造方法における図１１Ａ〜図１１Ｅの工程を説明する。
図１１Ａに示すように、図３Ｄにおける絶縁膜９を、フッ化水素水などを用いて除去する。図１１Ｂのように、絶縁膜９が除去されたＩｎＰクラッド層８及びＩｎＰクラッド層１０の表面に、ＳｉＯ２などの絶縁膜１６を成膜する。絶縁膜１６の表面にフォトレジストを塗布し、フォトレジストの一部をパターニングし、開口する。これは、一般的な半導体フォトリソグラフィ工程を用いる。このパターニングされたフォトレジストをマスクにして絶縁膜１６をエッチングし、図１１Ｃのように、絶縁膜１６に絶縁膜開口部３６を形成する。
図１１Ｄのように、パターニングされた絶縁膜１６をマスクにして、ドライエッチングもしくはウェットエッチングを用いて、ＩｎＰクラッド層１０と光導波路層５の途中までエッチングにより除去して、ＩｎＰクラッド層開口部２７と光導波路層凹部２８を形成する。ウェットエッチングでは、ＩｎＰクラッド層１０は塩酸などのエッチング液を使用する。光導波路層５は、臭化水素水または酒石酸等のエッチング液を用いる。ドライエッチングでは、メタン系ガスまたは、塩素系ガスなどを使用する。図１１Ｅのように、フッ化水素水などにより絶縁膜１６を除去する。この後の工程は図３Ｅに示す工程以降と同じとなる。なお、図３Ｈにおける散乱光発生パターン形成部２３は不要であり、散乱光発生パターン形成部２３の位置にはくびれた形状のない長方形形状にする。また、図１０の散乱光発生パターン７のＹ方向形状と図２Ｂの散乱光発生パターン７のＸ方向形状を併せ持つようにする場合は、図３Ｅに示す工程以降と同じにすればよい。なお、図１１Ｄ、図１１Ｅにおいて、底面がＹ方向に垂直な水平面を有する光導波路層凹部２８を示したが、ウェットエッチングを用いれば、光導波路層凹部２８のＺ方向境界部において光導波路層５の厚さが中央部より厚くなり、図１０に示したようなくびれた形状が形成される。
第二の製造方法における図１２Ａ〜図１２Ｄの工程を説明する。図４Ｂに示されたＩｎＰクラッド層１０と、ＩｎＰクラッド層１０のＺ方向奥側に配置されたＩｎＰクラッド層８が露出した状態から、図１２Ａのように、絶縁膜９が除去されたＩｎＰクラッド層８及びＩｎＰクラッド層１０の表面に、ＳｉＯ２などの絶縁膜１６を成膜する。絶縁膜１６の表面にフォトレジストを塗布し、フォトレジストの一部をパターニングし、開口する。これは、一般的な半導体フォトリソグラフィ工程を用いる。このパターニングされたフォトレジストをマスクにして絶縁膜１６をエッチングし、図１２Ｂのように、絶縁膜１６に絶縁膜開口部３６を形成する。
図１２Ｃのように、パターニングされた絶縁膜１６をマスクにして、ドライエッチングもしくはウェットエッチングを用いて、ＩｎＰクラッド層１０と光導波路層５の途中までエッチングにより除去して、ＩｎＰクラッド層開口部２７と光導波路層凹部２８を形成する。ウェットエッチングでは、ＩｎＰクラッド層１０は塩酸などのエッチング液を使用する。光導波路層５は、臭化水素水または酒石酸等のエッチング液を用いる。ドライエッチングでは、メタン系ガスまたは、塩素系ガスなどを使用する。図１２Ｄのように、フッ化水素水などにより絶縁膜１６を除去する。この後の工程は図４Ｃに示す工程以降と同じとなる。なお、図３Ｈにおける散乱光発生パターン形成部２３は不要であり、散乱光発生パターン形成部２３の位置にはくびれた形状のない長方形形状にする。また、図１０の散乱光発生パターン７のＹ方向形状と図２Ｂの散乱光発生パターン７のＸ方向形状を併せ持つようにする場合は、図３Ｈにおける散乱光発生パターン形成部２３が形成されるように図３Ｈに示す工程と同じにすればよい。なお、図１２Ｃ、図１２Ｄにおいて、底面がＹ方向に垂直な水平面を有する光導波路層凹部２８を示したが、ウェットエッチングを用いれば、光導波路層凹部２８のＺ方向境界部において光導波路層５の厚さが中央部より厚くなり、図１０に示したようなくびれた形状が形成される。
実施の形態３の半導体光集積デバイス２００は、図９又は図１０に示した散乱光発生パターン７を有するので、実施の形態１又は実施の形態２と同様に、散乱光発生パターン７により散乱光を得ることができ、モニタＰＤ６５で散乱光を受光し、導波光の光強度に応じたモニタ電流を得ることができる。実施の形態３の半導体光集積デバイス２００は、実施の形態１又は実施の形態２の半導体光集積デバイス２００と同様の作用及び効果を奏する。実施の形態３の半導体光集積デバイス２００は、光導波路（埋め込み光導波路６２、ハイメサ光導波路６４）を伝搬する光の光分布に影響を与えず、入射側の光素子の特性を悪化させずに光強度をモニタできる。
実施の形態４．
実施の形態４では、実施の形態１〜実施の形態３と異なる散乱光発生パターンを説明する。図１３は、実施の形態４による散乱光発生パターンを示す図である。光導波路層５を途中で曲げることで、曲げによる導波光の損失が生じる。すなわち光導波路層５が途中で曲げられた曲げ部により、導波光の損失が生じる。実施の形態４では、この曲げ損失により生じた散乱光をモニタＰＤ６５に受光させる。図１３に散乱光発生パターン７の一例を示す。図１３は、実施の形態１の埋め込み光導波路６２のＺ−Ｘ方向断面（図２Ｂ参照）における要部に相当する。実施の形態１の散乱光発生パターン７は、光導波路層５のＸ方向の幅が狭くなっている例であった。実施の形態４の散乱光発生パターン７は、光導波路層５が蛇行した例である。図１３の散乱光発生パターン７は、図３Ｈのように散乱光発生パターン７を形成するための絶縁膜の形状を変更することで実現することができる。なお、図１３の散乱光発生パターン７のような形状が繰り返されるものであっても、図１３の散乱光発生パターン７と同様の効果、すなわち散乱光を発生させることができる。なお、図１３に示した散乱光発生パターン７は、実施の形態２のハイメサ光導波路６４にも適用できる。
実施の形態４の半導体光集積デバイス２００は、図１３に示した散乱光発生パターン７を有するので、実施の形態１又は実施の形態２と同様に、散乱光発生パターン７により散乱光を得ることができ、モニタＰＤ６５で散乱光を受光し、導波光の光強度に応じたモニタ電流を得ることができる。実施の形態４の半導体光集積デバイス２００は、実施の形態１又は実施の形態２の半導体光集積デバイス２００と同様の作用及び効果を奏する。実施の形態４の半導体光集積デバイス２００は、光導波路（埋め込み光導波路６２、ハイメサ光導波路６４）を伝搬する光の光分布に影響を与えず、入射側の光素子の特性を悪化させずに光強度をモニタできる。
以上のように、実施の形態４の半導体光集積デバイス２００は、光が伝搬する、第一の光素子６１、監視用光導波路（埋め込み光導波路６２、ハイメサ光導波路６４）、第二の光素子６３が同一の半導体基板（ＩｎＰ基板１）に形成された半導体光集積デバイスであって、監視用光導波路（埋め込み光導波路６２、ハイメサ光導波路６４）は第一の光素子６１に接続され、第二の光素子６３は監視用光導波路（埋め込み光導波路６２、ハイメサ光導波路６４）に接続されている（特徴１）。監視用光導波路（埋め込み光導波路６２、ハイメサ光導波路６４）は、半導体基板ＩｎＰ基板１）に形成された、第一のクラッド層（ＩｎＰクラッド層２）、光の一部を散乱させる光散乱部（散乱光発生パターン７）を有する光導波路層５、第二のクラッド層（ＩｎＰクラッド層４）が順次積層された積層体を備え、光散乱部（散乱光発生パターン７）は光導波路層５に形成された曲げ部であり、光散乱部（散乱光発生パターン７）により散乱された散乱光を受光する光検出器（モニタＰＤ６５）が、監視用光導波路（埋め込み光導波路６２、ハイメサ光導波路６４）の外周又は半導体基板（ＩｎＰ基板１）の光散乱部（散乱光発生パターン７）と逆側の裏面に設置されている（特徴２）。実施の形態４の半導体光集積デバイス２００は、特徴１及び特徴２により、光の一部を散乱させる監視用光導波路（埋め込み光導波路６２、ハイメサ光導波路６４）の光散乱部（散乱光発生パターン７）により散乱された散乱光を受光する光検出器（モニタＰＤ６５）が、監視用光導波路（埋め込み光導波路６２、ハイメサ光導波路６４）の外周又は半導体基板（ＩｎＰ基板１）の光散乱部（散乱光発生パターン７）と逆側の裏面に設置されているので、光導波路（埋め込み光導波路６２、ハイメサ光導波路６４）を伝搬する光の光分布に影響を与えず、入射側の光素子の特性を悪化させずに光強度をモニタできる。
実施の形態５．
実施の形態５では、散乱光を得るためのパターンとしてモード変換光導波路１７を利用する例を説明する。図１４は、実施の形態５による半導体光集積デバイスを示す鳥瞰図である。図１５Ａは図１４の光素子部メサにおける要部のＺ方向に沿った断面図であり、図１５Ｂは図１５ＡにおけるＡ−Ａの断面図である。実施の形態５は、モード変換光導波路１７が散乱光を得るためのパターンに利用される例である。図１５に示した埋め込み光導波路６２は、第一光導波路７６と第二光導波路７７を有し、第一光導波路７６の光導波路層５と第二光導波路７７の光導波路層５とがモード変換光導波路１７により接続されている。モード変換光導波路１７は、異なる光導波路モードを接続するために設けられるが、導波光がモード変換する際に散乱光が生じる。実施の形態５の半導体光集積デバイス２００は、モード変換光導波路１７の上側にモニタＰＤ６５を設置する。図１５では、モード変換光導波路１７が破線２９ａと破線２９ｂとの間に配置された例を示した。また、図１５では、破線２９ｃから左側に電流ブロック層１３が存在し、破線２９ｃから右側に電流ブロック層１３が存在しない例を示した。つまり、図１５では、第一光導波路７６が埋め込み構造の光導波路であり、第二光導波路７７がハイメサ構造の光導波路である例を示した。
モニタＰＤ６５は、モード変換光導波路１７の上部に設置し、かつ散乱光強度が最大になる位置を中心にし、ＩｎＰクラッド層４の上面（表面）に到達した散乱光の全光を受光できる位置に設置するのがよい。なお、必要なモニタ電流量によってモニタＰＤ６５の位置、受光面積を設定することもできる。モード変換光導波路１７の上部にモニタＰＤ６５を設置する光導波路は、埋め込み構造とハイメサ構造のどちらでもよい。また、第一光導波路７６及び第二光導波路７７が埋め込み構造であってもよく、第一光導波路７６及び第二光導波路７７がハイメサ構造であってもよい。また、第二光導波路７７を埋め込み構造、第一光導波路７６をハイメサ構造として、そのモード変換光導波路の上部に設置してもよい。
実施の形態５の半導体光集積デバイス２００は、散乱光が発生するモード変換光導波路１７の上部にモニタＰＤ６５が設置されているので、実施の形態１又は実施の形態２と同様に、モード変換光導波路１７により散乱光を得ることができ、モニタＰＤ６５で散乱光を受光し、導波光の光強度に応じたモニタ電流を得ることができる。実施の形態５の半導体光集積デバイス２００は、実施の形態１又は実施の形態２の半導体光集積デバイス２００と同様の作用及び効果を奏する。実施の形態５の半導体光集積デバイス２００は、光導波路（埋め込み光導波路６２、ハイメサ光導波路６４）を伝搬する光の光分布に影響を与えず、入射側の光素子の特性を悪化させずに光強度をモニタできる。
実施の形態６．
実施の形態６では、散乱光を得るための散乱光発生部としてバットジョイントにより接続された光導波路を利用する例を説明する。図１６Ａは実施の形態６による監視用光導波路における要部のＺ方向に沿った断面図であり、図１６Ｂは図１６ＡにおけるＡ−Ａの断面図である。図１７Ａは実施の形態６による他の監視用光導波路における要部のＺ方向に沿った断面図であり、図１７Ｂは図１７ＡにおけるＡ−Ａの断面図である。図１６Ａ、図１６Ｂに示した監視用光導波路である埋め込み光導波路６２は、第一光導波路７６と第二光導波路７７を有し、第一光導波路７６の光導波路層１８と第二光導波路７７の光導波路層５とがバットジョイントにより接続されており、バットジョイント部３７を有している。実施の形態６の半導体光集積デバイス２００は、実施の形態１の半導体光集積デバイス２００において図１６Ａ、図１６Ｂに示した埋め込み光導波路６２を適用したものである。図１６Ａには、第一光導波路７６と第二光導波路７７におけるＹ方向の光分布である、Ｙ方向第一光分布２１とＹ方向第二光分布２２を示した。また、図１６Ｂには、第一光導波路７６と第二光導波路７７におけるＸ方向の光分布である、Ｘ方向第一光分布１９とＸ方向第二光分布２０を示した。
第一光導波路７６のＸ方向のモードフィールド径をｗ１ｘ、Ｙ方向のモードフィールド径をｗ１ｙとし、第二光導波路７７のＸ方向のモードフィールド径をｗ２ｘ、Ｙ方向のモードフィールド径をｗ２ｙとする。実施の形態６の散乱光発生部となるバットジョイントにより接続された光導波路は、次のように定義される。第一光導波路７６のモードフィールド径と第二光導波路７７のモードフィールド径が同じか又は異なる場合において、第一光導波路７６のモードフィールドの中心と、第二光導波路のモードフィールドの中心のずれ量が、Ｘ方向で−（ｗ１ｘ＋ｗ２ｘ）／２から＋（ｗ１ｘ＋ｗ２ｘ）／２の範囲（範囲１）であり、かつ、Ｙ方向（幅方向）の中心のずれ量が−（ｗ１ｙ＋ｗ２ｙ）／２から＋（ｗ１ｙ＋ｗ２ｙ）／２の範囲（範囲２）となっている光導波路である。なお、第一光導波路７６と第二光導波路７７のモードフィール径が同じ場合、ずれ量は範囲１、範囲２のゼロ点（それぞれの中心が一致している場合）を除いた範囲でなければならない。この範囲を超過して両者の光導波路のモードフィールド径にズレが生じた場合、もしくはずれ量がゼロの場合には、第二光導波路７７に結合する導波光は第一光導波路７６の導波光の１０％となる、もしくは散乱光が生じないため、光半導体デバイスとして実用に耐えない。なお、これらの結合効率の計算は、文献「河野健治著、光デバイスのための光結合系の基礎と応用 第二版」２９ページ〜４５ページに記載されている。
図１７Ａ、図１７Ｂに示した監視用光導波路であるハイメサ光導波路６４は、第一光導波路７６と第二光導波路７７を有し、第一光導波路７６の光導波路層１８と第二光導波路７７の光導波路層５とがバットジョイントにより接続されており、バットジョイント部３７を有している。実施の形態６の他の半導体光集積デバイス２００は、実施の形態２の半導体光集積デバイス２００において図１７Ａ、図１７Ｂに示したハイメサ光導波路６４を適用したものである。図１７Ａには、第一光導波路７６と第二光導波路７７におけるＹ方向の光分布である、Ｙ方向第一光分布２１とＹ方向第二光分布２２を示した。また、図１７Ｂには、第一光導波路７６と第二光導波路７７におけるＸ方向の光分布である、Ｘ方向第一光分布１９とＸ方向第二光分布２０を示した。図１７Ａ、図１７Ｂに示したハイメサ光導波路６４も、図１６Ａ、図１６Ｂに示した埋め込み光導波路６２と同様に散乱光を発生させることができる。
図１６Ａ、図１６Ｂに示した埋め込み光導波路６２は、散乱光発生部となるバットジョイント部３７により接続された光導波路である。また、図１７Ａ、図１７Ｂに示したハイメサ光導波路６４は、散乱光発生部となるバットジョイント部３７により接続された光導波路である。埋め込み光導波路６２、ハイメサ光導波路６４の何れの場合でも、モニタＰＤ６５は、バットジョイント部３７の上部に設置し、かつバットジョイント部３７からの散乱光強度が最大になる位置を中心にし、ＩｎＰクラッド層４の上面（表面）に到達した散乱光の全光を受光できる位置に設置するのがよい。なお、必要なモニタ電流量によってモニタＰＤ６５の位置、受光面積を設定することもできる。
なお、図１６Ａ、図１６Ｂでは、第一光導波路７６と第二光導波路７７を備える埋め込み光導波路６２の例を示した。しかし、第一光導波路７６の光導波路層１８は、第一の光素子６１の活性層３であっても構わない。これは、第一の光素子６１、すなわち半導体レーザは光導波路を兼ねているためである。したがって、第一の光素子６１の活性層３と埋め込み光導波路６２の光導波路層５との接続部でバットジョイント部３７が形成されてもよい。図１７Ａ、図１７Ｂでは、第一光導波路７６と第二光導波路７７を備えるハイメサ光導波路６４の例を示したが、第一の光素子６１の活性層３とハイメサ光導波路６４の光導波路層５との接続部でバットジョイント部３７が形成されてもよい。
実施の形態６の半導体光集積デバイス２００は、散乱光が発生するバットジョイント部３７の上部にモニタＰＤ６５が設置されているので、実施の形態１又は実施の形態２と同様に、バットジョイント部３７により散乱光を得ることができ、モニタＰＤ６５で散乱光を受光し、導波光の光強度に応じたモニタ電流を得ることができる。実施の形態６の半導体光集積デバイス２００は、実施の形態１又は実施の形態２の半導体光集積デバイス２００と同様の作用及び効果を奏する。実施の形態６の半導体光集積デバイス２００は、光導波路（埋め込み光導波路６２、ハイメサ光導波路６４）を伝搬する光の光分布に影響を与えず、入射側の光素子の特性を悪化させずに光強度をモニタできる。
実施の形態７．
図１８は、実施の形態７による半導体光集積デバイスを示す鳥瞰図である。図１８に示した半導体光集積デバイス２００は、実施の形態１の半導体光集積デバイス２００における導波路の上部に設置されたモニタＰＤ６５を、ＭＯＣＶＤなどの結晶成長技術によってモノリシック集積されたモニタＰＤ６６に変更された点で異なる。ＭＯＣＶＤなどの結晶成長技術によってモノリシック集積されたモニタＰＤ６６は、実施の形態２〜実施の形態６にも適用できる。
実施の形態７の半導体光集積デバイス２００は、実施の形態１〜実施の形態６の半導体光集積デバイス２００と同様の作用及び効果を奏する。実施の形態７の半導体光集積デバイス２００は、モノリシック集積されたモニタＰＤ６６によって、光導波路（埋め込み光導波路６２、ハイメサ光導波路６４）を伝搬する光の光分布に影響を与えず、入射側の光素子の特性を悪化させずに光強度をモニタできる。
実施の形態８．
図１９は、実施の形態８による半導体光集積デバイスを示す鳥瞰図である。図１９に示した半導体光集積デバイス２００は、実施の形態１の半導体光集積デバイス２００における導波路の上部に設置されたモニタＰＤ６５を、接着剤６８によって貼り付けられたモニタＰＤ素子６７に変更された点で異なる。接着剤６８は、例えばポリイミドなどの有機接着剤である。モニタＰＤ素子６７を貼り付ける方法として、接着剤６８を用いる例を示したが、その他の方法であってもよい。
実施の形態８の半導体光集積デバイス２００は、実施の形態１〜実施の形態６の半導体光集積デバイス２００と同様の作用及び効果を奏する。実施の形態８の半導体光集積デバイス２００は、貼り付けられたモニタＰＤ素子６７によって、光導波路（埋め込み光導波路６２、ハイメサ光導波路６４）を伝搬する光の光分布に影響を与えず、入射側の光素子の特性を悪化させずに光強度をモニタできる。
実施の形態９．
図２０は、実施の形態９による半導体光集積デバイスを示す鳥瞰図である。図２１Ａは図２０の光素子部メサのＺ方向に沿った断面図であり、図２１Ｂは図２１ＡにおけるＡ−Ａの断面図である。実施の形態９の半導体光集積デバイス２００は、実施の形態１の半導体光集積デバイス２００における光素子部メサ５６の導波路の上部に設置されたモニタＰＤ６５が、光素子部メサ５６の光導波路（埋め込み光導波路６２）における片側側面又は両側側面に貼り付けにより設置された点で異なる。図２１Ｂでは、モニタＰＤ６５が光素子部メサ５６の光導波路における両側側面に設置された例を示した。図２０、図２１Ｂに示したモニタＰＤ６５の具体例は、実施の形態８で示した接着剤６８をよって貼り付けられたモニタＰＤ素子６７である。
モニタＰＤ６５の設置位置は、図２１Ｂのように、散乱光を生じさせる散乱光発生パターン７より導波方向に設置し、かつ散乱光強度が最大になる位置を中心にし、メサ側面に到達した散乱光の全光を受光できる位置に設置するのがよい。なお、必要なモニタ電流量によってモニタＰＤ６５の位置、受光面積を設定することもできる。
散乱光を生じる光導波路において、散乱光は散乱光発生パターン７より光導波路進行方向に等方的に散乱する。よって、モニタＰＤ６５を光素子部メサ５６の光導波路における側面に設置しても、実施の形態１と同様に、散乱光発生パターン７により散乱光を得ることができ、モニタＰＤ６５で散乱光を受光し、導波光の光強度に応じたモニタ電流を得ることができる。光素子部メサ５６の光導波路における側面に設置されたモニタＰＤ６５は、実施の形態２〜実施の形態６にも適用できる。散乱光が発生する部分は、散乱光発生パターン７、モード変換光導波路１７、バットジョイント部３７である。散乱光が発生する部分がモード変換光導波路１７の場合は、モニタＰＤ６５は監視用光導波路（埋め込み光導波路６２、ハイメサ光導波路６４）と第二の光素子６３とに跨って設置される。なお、実施の形態６の図１７ＢのようにＸ方向にずれたバットジョイント部３７の場合であっても、実施の形態８に示した接着剤６８の厚さを調整することで適用可能である。
実施の形態９の半導体光集積デバイス２００は、実施の形態１〜実施の形態６の半導体光集積デバイス２００と同様の作用及び効果を奏する。実施の形態９の半導体光集積デバイス２００は、光素子部メサ５６の光導波路における側面に設置されたモニタＰＤ６５によって、光導波路（埋め込み光導波路６２、ハイメサ光導波路６４）を伝搬する光の光分布に影響を与えず、入射側の光素子の特性を悪化させずに光強度をモニタできる。
実施の形態１０．
図２２は、実施の形態１０による半導体光集積デバイスを示す鳥瞰図である。図２３Ａは図２２の光素子部メサのＺ方向に沿った断面図であり、図２３Ｂは図２３ＡにおけるＡ−Ａの断面図である。実施の形態１０の半導体光集積デバイス２００は、実施の形態１の半導体光集積デバイス２００における光素子部メサ５６の導波路の上部に設置されたモニタＰＤ６５が、ＩｎＰ基板１の裏面に貼り付けにより設置された点で異なる。図２２、図２３Ａに示したモニタＰＤ６５の具体例は、実施の形態８で示した接着剤６８をよって貼り付けられたモニタＰＤ素子６７である。
モニタＰＤ６５の設置位置は、図２３Ａ、図２３Ｂのように、散乱光を生じさせる散乱光発生パターン７より導波方向に設置し、かつ散乱光強度が最大になる位置を中心にし、ＩｎＰ基板１の裏面に到達した散乱光の全光を受光できる位置に設置するのがよい。なお、必要なモニタ電流量によってモニタＰＤ６５の位置、受光面積を設定することもできる。
散乱光発生パターン７により散乱された散乱光は、ＩｎＰ基板１を伝播し、ＩｎＰ基板１の裏面に到達する。この散乱光は、裏面に貼り付けにより設置されたモニタＰＤ６５により受光することができる。よって、モニタＰＤ６５をＩｎＰ基板１の裏面に設置しても、実施の形態１と同様に、散乱光発生パターン７により散乱光を得ることができ、モニタＰＤ６５で散乱光を受光し、導波光の光強度に応じたモニタ電流を得ることができる。ＩｎＰ基板１の裏面に設置されたモニタＰＤ６５は、実施の形態２〜実施の形態６にも適用できる。散乱光が発生する部分は、散乱光発生パターン７、モード変換光導波路１７、バットジョイント部３７である。
実施の形態１０の半導体光集積デバイス２００は、実施の形態１〜実施の形態６の半導体光集積デバイス２００と同様の作用及び効果を奏する。実施の形態１０の半導体光集積デバイス２００は、ＩｎＰ基板１の裏面に設置されたモニタＰＤ６５によって、光導波路（埋め込み光導波路６２、ハイメサ光導波路６４）を伝搬する光の光分布に影響を与えず、入射側の光素子の特性を悪化させずに光強度をモニタできる。
実施の形態１１．
実施の形態１１では、散乱光を発生させるメサ側面の形状を説明する。図２４Ａは実施の形態１１による監視用光導波路における要部のＺ方向に沿った断面図であり、図２４Ｂは図２４ＡにおけるＡ−Ａの断面図である。実施の形態１１の半導体光集積デバイス２００は、実施の形態１の半導体光集積デバイス２００の散乱光発生パターンを図２４Ａ、図２４Ｂに示した凹部３２に変更したものである。凹部３２は、光素子部メサ５６を形成する際に、より具体的にはメサ溝５４を形成する際に同時に形成する。凹部３２のＸ方向の深さは、内部を導波する光の分布（光分布３１）にかかるように調整されている。このように加工された凹部３２に導波光の裾がかかることで、散乱光が生じる。実施の形態１１の半導体光集積デバイス２００は、凹部３２により生じた散乱光をモニタＰＤ６５で受光する。なお、図２４Ａ、図２４Ｂでは、三角柱状の凹部３２を示した。三角柱状の凹部３２は、Ｚ−Ｙ方向の断面（Ｘ方向に垂直な断面）が三角形である。
図２４Ａに示したモニタＰＤ６５は、メサ側面の両側に形成された凹部３２を結ぶ凹部接続線３８の上部に設置し、かつ散乱光強度が最大になる位置を中心にし、ＩｎＰクラッド層４の上面（表面）に到達した散乱光の全光を受光できる位置に設置するのがよい。なお、必要なモニタ電流量によってモニタＰＤ６５の位置、受光面積を設定することもできる。なお、図２４Ａ、図２４Ｂでは、モニタＰＤ６５が監視用光導波路である埋め込み光導波路６２の上部に設置にした例を示したが、実施の形態９に示したメサ側面、実施の形態１０に示したＩｎＰ基板１の裏面にモニタＰＤ６５を設置してもよい。実施の形態９に示したメサ側面又はＩｎＰ基板１の裏面にモニタＰＤ６５を設置する場合は、モニタＰＤ６５を凹部接続線３８より導波方向に設置し、かつ散乱光強度が最大になる位置を中心にし、メサ側面又はＩｎＰ基板１の裏面に到達した散乱光の全光を受光できる位置に設置するのがよい。なお、必要なモニタ電流量によってモニタＰＤ６５の位置、受光面積を設定することもできる。
実施の形態１１の半導体光集積デバイス２００は、図２４Ａ、図２４Ｂに示した散乱光が発生する凹部３２を有するので、実施の形態１と同様に、凹部３２により散乱光を得ることができ、モニタＰＤ６５で散乱光を受光し、導波光の光強度に応じたモニタ電流を得ることができる。実施の形態１１の半導体光集積デバイス２００は、実施の形態１の半導体光集積デバイス２００と同様の作用及び効果を奏する。実施の形態１１の半導体光集積デバイス２００は、光導波路（埋め込み光導波路６２）を伝搬する光の光分布に影響を与えず、入射側の光素子の特性を悪化させずに光強度をモニタできる。
以上のように、実施の形態１１の半導体光集積デバイス２００は、光が伝搬する、第一の光素子６１、監視用光導波路（埋め込み光導波路６２）、第二の光素子６３が同一の半導体基板（ＩｎＰ基板１）に形成された半導体光集積デバイスであって、監視用光導波路（埋め込み光導波路６２）は第一の光素子６１に接続され、第二の光素子６３は監視用光導波路（埋め込み光導波路６２）に接続されている（特徴１）。監視用光導波路（埋め込み光導波路６２）は、半導体基板（ＩｎＰ基板１）に形成された、第一のクラッド層（ＩｎＰクラッド層２）、光導波路層５、第二のクラッド層（ＩｎＰクラッド層４）が順次積層された積層体を備え、積層体は、半導体基板（ＩｎＰ基板１）に垂直なＹ方向及び光が伝搬する方向であるＺ方向に垂直なＸ方向に互いに対向すると共に光導波路層５が露出していないメサ端面の対を有する埋め込み構造である（特徴２）。監視用光導波路（埋め込み光導波路６２）は、少なくとも１つのＸ方向のメサ端面に光の分布がかかる凹部３２を有し、凹部３２は光の一部を散乱させる光散乱部であり、光散乱部（凹部３２）により散乱された散乱光を受光する光検出器６５が、監視用光導波路（埋め込み光導波路６２）の外周又は半導体基板（ＩｎＰ基板１）の光散乱部（凹部３２）と逆側の裏面に設置されている（特徴３）。実施の形態１１の半導体光集積デバイス２００は、特徴１〜特徴３により、光の一部を散乱させる監視用光導波路（埋め込み光導波路６２）の光散乱部（凹部３２）により散乱された散乱光を受光する光検出器（モニタＰＤ６５）が、監視用光導波路（埋め込み光導波路６２）の外周又は半導体基板（ＩｎＰ基板１）の光散乱部（凹部３２）と逆側の裏面に設置されているので、光導波路（埋め込み光導波路６２）を伝搬する光の光分布に影響を与えず、入射側の光素子の特性を悪化させずに光強度をモニタできる。
実施の形態１２．
実施の形態１２では、散乱光が入力側に戻ることを避けるために、メサ側面に凹凸部３３が設けられた例を説明する。図２５Ａは実施の形態１２による半導体光集積デバイスにおける光素子部メサのＺ方向に沿った断面図であり、図２５Ｂは図２５ＡにおけるＡ−Ａの断面図である。実施の形態１２の半導体光集積デバイス２００は、実施の形態１の半導体光集積デバイス２００の埋め込み光導波路６２のメサ側面に凹凸部３３が設けられたものである。
凹凸部３３は、導波光の光分布より十分に離れており、導波光に影響しないようにする。メサ側面に形成された凹凸部３３で、散乱光はよりさまざまな方向に反射、透過するので、散乱光入力側に戻ることを防いでいる。したがって、メサ側面に形成された凹凸部３３は、散乱光発生パターン７により生じた散乱光がＬＤ、すなわち第一の光素子６１に戻ることを防ぐために設けられている。
実施の形態１２の半導体光集積デバイス２００は、散乱光発生パターン７により生じた散乱光が凹凸部３３によりさまざまな方向に反射、透過するので、導波光の入力側、例えばＬＤへの戻り光量を抑制することができる。
図２５Ａ、図２５Ｂでは、散乱光が発生する部分が実施の形態１の散乱光発生パターン７の例を示した。しかし、散乱光が発生する部分は、実施の形態３の散乱光発生パターン７、実施の形態４の散乱光発生パターン７、実施の形態５のモード変換光導波路１７、実施の形態６のバットジョイント部３７でもよい。モニタＰＤ６５は、実施の形態１０で示したように、ＩｎＰ基板１の裏面に設置してよい。
実施の形態１２の半導体光集積デバイス２００は、実施の形態１の半導体光集積デバイス２００と同様の作用及び効果を奏する。実施の形態１２の半導体光集積デバイス２００は、光導波路（埋め込み光導波路６２）を伝搬する光の光分布に影響を与えず、入射側の光素子の特性を悪化させずに光強度をモニタできる。さらに、実施の形態１２の半導体光集積デバイス２００は、散乱光発生パターン７等の散乱光が発生する部分により生じた散乱光がさまざまな方向に反射、透過する凹凸部３３を有するので、導波光の入力側、すなわち第一の光素子６１への戻り光量を抑制することができる。
実施の形態１３．
実施の形態１３では、散乱光が入力側に戻ることを抑制するために、光導波路層５の下部に吸収係数の大きい吸収層３４が設けられた例を説明する。図２６は、実施の形態１３による半導体光集積デバイスにおける光素子部メサのＺ方向に沿った断面図である。実施の形態１３の半導体光集積デバイス２００は、実施の形態１の半導体光集積デバイス２００の光導波路層５の下部に吸収係数の大きい吸収層３４が設けられたものである。散乱光発生パターン７（図２Ｂ参照）により生じた散乱光を抑制するため、光導波路層５の下部に吸収係数の大きいＩｎＧａＡｓ層である吸収層３４が挿入されている。図２６では、吸収層３４が第一の光素子６１の活性層３の下部に挿入された例を示した。また、図２６では、モニタＰＤ６５が設置された位置よりも導波方向（Ｚ方向）のＩｎＰクラッド層４の表面にも吸収層３４が配置された例を示した。これらの吸収層３４は、ＭＯＣＶＤによる結晶成長技術により実現する。吸収層３４は、導波光の波長に対して、吸収係数を持つ材料であればＩｎＧａＡｓ以外の材料であってもよい。
ＩｎＧａＡｓ層は、１．３μｍ帯、１．５μｍ帯の光を吸収するため、散乱光を生じる散乱光発生パターン７において生じた散乱光で、モニタＰＤ６５に到達しなかった成分を吸収し、入力側への戻り光を抑制する。光導波路層５の下部の吸収層３４はＩｎＰ基板１の側に伝搬した散乱光を吸収し、ＩｎＰクラッド層４の表面に配置された吸収層３４はＩｎＰクラッド層４の側に伝搬した散乱光を吸収する。実施の形態１３の半導体光集積デバイス２００は、吸収層３４を少なくとも光導波路層５の下部に備えるので、モニタＰＤ６５に入射しない散乱光の成分を除去し、入力側への戻り光の影響（戻り光量）を抑制することができる。実施の形態１３の半導体光集積デバイス２００は、吸収層３４を光導波路層５の下部及びモニタＰＤ６５よりも導波方向（Ｚ方向）のＩｎＰクラッド層４の表面に備えることで、光導波路層５の下部のみ吸収層３４が配置された場合よりも、モニタＰＤ６５に入射しない散乱光の成分を多く除去し、入力側への戻り光の影響を更に抑制することができる。
散乱光が発生する部分は、実施の形態１の散乱光発生パターン７に限らず、実施の形態３の散乱光発生パターン７、実施の形態４の散乱光発生パターン７、実施の形態５のモード変換光導波路１７、実施の形態６のバットジョイント部３７でもよい。
実施の形態１３の半導体光集積デバイス２００は、実施の形態１の半導体光集積デバイス２００と同様の作用及び効果を奏する。実施の形態１３の半導体光集積デバイス２００は、光導波路（埋め込み光導波路６２）を伝搬する光の光分布に影響を与えず、入射側の光素子の特性を悪化させずに光強度をモニタできる。さらに、実施の形態１３の半導体光集積デバイス２００は、散乱光発生パターン７等の散乱光が発生する部分により生じた散乱光を吸収する吸収層３４を有するので、導波光の入力側、すなわち第一の光素子６１への戻り光の影響（戻り光量）を抑制することができる。
なお、矛盾のない範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
１…ＩｎＰ基板（半導体基板）、２…ＩｎＰクラッド層（第一のクラッド層）、４…ＩｎＰクラッド層（第二のクラッド層）、７…散乱光発生パターン（光散乱部）、１７…モード変換光導波路、３２…凹部（光散乱部）、３３…凹凸部、３４…吸収層、３７…バットジョイント部、６１…第一の光素子、６２…埋め込み光導波路（監視用光導波路）、６３…第二の光素子（ハイメサ光導波路）、６４…ハイメサ光導波路（監視用光導波路）、６５…モニタＰＤ、６６…モニタＰＤ、６７…モニタＰＤ素子、６８…接着剤、７６…第一光導波路、７７…第二光導波路、２００…半導体光集積デバイス、ｗ１、ｗ２、ｗ１ｘ、ｗ２ｘ、ｗ１ｙ、ｗ２ｙ…モードフィールド径

Claims (16)

  1. 光が伝搬する、第一の光素子、監視用光導波路、第二の光素子が同一の半導体基板に形成された半導体光集積デバイスであって、
    前記監視用光導波路は前記第一の光素子に接続され、前記第二の光素子は前記監視用光導波路に接続されており、
    前記監視用光導波路は、前記半導体基板に形成された、第一のクラッド層、前記光の一部を散乱させる光散乱部を有する光導波路層、第二のクラッド層が順次積層された積層体を備え、
    前記積層体は、
    前記半導体基板に垂直なＹ方向及び前記光が伝搬する方向であるＺ方向に垂直なＸ方向に互いに対向すると共に前記光導波路層が露出したメサ端面の対を有するハイメサ構造、
    又は、前記半導体基板に垂直なＹ方向及び前記光が伝搬する方向であるＺ方向に垂直なＸ方向に互いに対向すると共に前記光導波路層が露出していないメサ端面の対を有する埋め込み構造であり、
    前記光散乱部は異なるモードフィールド径を有する光導波路が組み合わされており、
    前記光散乱部により散乱された散乱光を受光する光検出器が、前記監視用光導波路における前記半導体基板と逆側の表面又は前記メサ端面である設置面に設置されており、
    前記光導波路層と前記光検出器が設置された前記設置面との距離が、前記光導波路層を伝搬する光のモードフィールド径よりも長く、かつ前記光導波路層を伝搬する前記光のエバネセント成分が前記光検出器にかからない距離であることを特徴とする半導体光集積デバイス。
  2. 前記光散乱部は、前記光導波路層の屈折率が部分的に変化することにより、モードフィールド径が変化していることを特徴とする請求項１記載の半導体光集積デバイス。
  3. 前記監視用光導波路は、モードフィールド径及び前記光の導波モードが異なる第一光導波路及び第二光導波路と、前記第一光導波路と前記第二光導波路との間は接続されており、前記光の導波モードを変換するモード変換光導波路と、を備え、
    前記モード変換光導波路が前記光散乱部であることを特徴とする請求項１記載の半導体光集積デバイス。
  4. 前記監視用光導波路は、モードフィールド径が異なる第一光導波路及び第二光導波路を備え、
    前記光散乱部は、前記第一光導波路と前記第二光導波路とがそれぞれのモードフィールド径の中心がずれた又は中心が一致したバットジョイントにより接続されたバットジョイント部であることを特徴とする請求項１記載の半導体光集積デバイス。
  5. 前記監視用光導波路は、モードフィールド径が同一の第一光導波路及び第二光導波路を備え、
    前記光散乱部は、前記第一光導波路と前記第二光導波路とがそれぞれのモードフィールド径の中心がずれたバットジョイントにより接続されたバットジョイント部であることを特徴とする請求項１記載の半導体光集積デバイス。
  6. 光が伝搬する、第一の光素子、監視用光導波路、第二の光素子が同一の半導体基板に形成された半導体光集積デバイスであって、
    前記監視用光導波路は前記第一の光素子に接続され、前記第二の光素子は前記監視用光導波路に接続されており、
    前記監視用光導波路は、前記半導体基板に形成された、第一のクラッド層、前記光の一部を散乱させる光散乱部を有する光導波路層、第二のクラッド層が順次積層された積層体を備え、
    前記積層体は、
    前記半導体基板に垂直なＹ方向及び前記光が伝搬する方向であるＺ方向に垂直なＸ方向に互いに対向すると共に前記光導波路層が露出したメサ端面の対を有するハイメサ構造、
    又は、前記半導体基板に垂直なＹ方向及び前記光が伝搬する方向であるＺ方向に垂直なＸ方向に互いに対向すると共に前記光導波路層が露出していないメサ端面の対を有する埋め込み構造であり、
    前記光散乱部は、前記光導波路層に形成された曲げ部であり、
    前記光散乱部により散乱された散乱光を受光する光検出器が、前記監視用光導波路における前記半導体基板と逆側の表面である設置面に設置されており、
    前記光導波路層と前記光検出器が設置された前記設置面との距離が、前記光導波路層を伝搬する光のモードフィールド径よりも長く、かつ前記光導波路層を伝搬する前記光のエバネセント成分が前記光検出器にかからない距離であることを特徴とする半導体光集積デバイス。
  7. 光が伝搬する、第一の光素子、監視用光導波路、第二の光素子が同一の半導体基板に形成された半導体光集積デバイスであって、
    前記監視用光導波路は前記第一の光素子に接続され、前記第二の光素子は前記監視用光導波路に接続されており、
    前記監視用光導波路は、前記半導体基板に形成された、第一のクラッド層、光導波路層、第二のクラッド層が順次積層された積層体を備え、
    前記積層体は、前記半導体基板に垂直なＹ方向及び前記光が伝搬する方向であるＺ方向に垂直なＸ方向に互いに対向すると共に前記光導波路層が露出していないメサ端面の対を有する埋め込み構造であり、
    前記監視用光導波路は、少なくとも１つのＸ方向の前記メサ端面に前記光の分布の裾がかかる凹部を有し、
    前記凹部は、前記光の一部を散乱させる光散乱部であり、
    前記光散乱部により散乱された散乱光を受光する光検出器が、前記監視用光導波路における前記半導体基板と逆側の表面又は前記凹部のない前記メサ端面である設置面に設置されており、
    前記光導波路層と前記光検出器が設置された前記設置面との距離が、前記光導波路層を伝搬する光のモードフィールド径よりも長く、かつ前記光導波路層を伝搬する前記光のエバネセント成分が前記光検出器にかからない距離であることを特徴とする半導体光集積デバイス。
  8. 前記監視用光導波路は、前記埋め込み構造のＸ方向の前記メサ端面に、当該メサ端面に到達した前記散乱光が多方向に反射又は透過する凹凸部を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体光集積デバイス。
  9. 前記監視用光導波路は、前記埋め込み構造のＸ方向の前記メサ端面に、当該メサ端面に到達した前記散乱光が多方向に反射又は透過する凹凸部を有することを特徴とする請求項６記載の半導体光集積デバイス。
  10. 前記監視用光導波路は、前記埋め込み構造のＸ方向の前記メサ端面に、当該メサ端面に到達した前記散乱光が多方向に反射又は透過する凹凸部を有することを特徴とする請求項７記載の半導体光集積デバイス。
  11. 前記光検出器は、前記監視用光導波路における前記半導体基板と逆側の表面に、モノリシックに形成されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の半導体光集積デバイス。
  12. 前記光検出器は、前記監視用光導波路における前記半導体基板と逆側の表面に、接着材により接着されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の半導体光集積デバイス。
  13. 前記光検出器は、前記ハイメサ構造又は前記埋め込み構造の少なくとも１つのＸ方向の前記メサ端面に接着材により接着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１項に記載の半導体光集積デバイス。
  14. 前記光検出器は、前記埋め込み構造の少なくとも１つのＸ方向の前記メサ端面に接着材により接着されていることを特徴とする請求項７、８、１０のいずれか１項に記載の半導体光集積デバイス。
  15. 前記光検出器は、前記光散乱部に対して前記光の伝搬する方向側であって、前記光散乱部により散乱された前記散乱光の光強度が最も高い位置に設置されたことを特徴とする請求項１１から１４のいずれか１項に記載の半導体光集積デバイス。
  16. 前記監視用光導波路は、
    前記光散乱部により散乱された前記散乱光を吸収する吸収層を、
    前記半導体基板側と、
    前記光検出器よりも前記光が伝搬する方向側であって前記半導体基板と逆側の表面とに有することを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載の半導体光集積デバイス。
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