JP6565805B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、波長可変光源として利用される半導体装置に関する。
特許文献１には、半導体レーザーを搭載した波長可変光源が開示されている。この波長可変光源では、信号光が伝播する中央導波路の両側に、不要な光である迷光を伝播するための側部導波路が設けられている。迷光を側部導波路から出射させることで、迷光が中央導派路から出射されることを抑制している。
特開２００３−２５８３６８号公報
特許文献１に示される波長可変光源では、出射端面から信号光および迷光が出射される。このため、信号光をフォトダイオードに入射させて利用する場合に、フォトダイオードに迷光が入射する可能性がある。従って、フォトダイオードが迷光を受光しない様に、フォトダイオードの配置が限定される。
本発明は、上述の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、フォトダイオードの配置の自由度を向上できる半導体装置を得ることである。
本発明に係る半導体装置は、前端面と、後端面と、前記前端面と前記後端面の両側に配置される側面と、を備えた基板と、前記基板に設けられた複数の半導体レーザーと、前記基板に設けられ、前記複数の半導体レーザーの前方出力光を合波し、前記前端面に向けて出力する前方光合波器と、前記基板に設けられ、前記複数の半導体レーザーの後方出力光を合波し、前記後端面に向けて出力する後方光合波器と、前記基板に設けられ、前記後方光合波器の出力部に接続された複数の後方導波路と、を備え、前記複数の後方導波路は、前記出力部の中央部に配置された主導波路と、前記主導波路の両側に配置され、前記側面に向かって湾曲し、前記側面から前記側面に対して斜めに光を出力する複数の側部導波路と、を含む。
本発明に係る半導体装置では、側部導波路に迷光が伝播する。側部導波路は、基板の側面から、側面に対して斜めに光を出力する。一方で、モニタ光は主導波路を伝播し、後端面から出射される。このため、迷光を受光しないように後端面側でフォトダイオードの位置を調整する必要がない。従って、フォトダイオードの配置の自由度を向上できる。
本発明の実施の形態１に係る半導体装置の平面図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体装置の拡大図である。 本発明の実施の形態１に係る側部導波路の断面図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体装置の平面図である。
本発明の実施の形態に係る半導体装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の平面図である。本実施の形態に係る半導体装置１００は、基板１０を備える。基板１０には、１６個の半導体レーザー１２が設けられる。なお、図１では便宜上、半導体レーザー１２の数が省略されている。半導体レーザー１２は、ＤＦＢ−ＬＤ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ＦｅｅｄＢａｃｋ Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）である。１６個の半導体レーザー１２は、ＤＦＢ−ＬＤアレイを構成する。１６個の半導体レーザー１２は、各々が異なる波長の単一モードで発振する。本実施の形態では、半導体レーザー１２を１６個備えるが、半導体レーザー１２は複数であれば良い。
各々の半導体レーザー１２の前方出力端には、第１導波路１４の一端が接続される。第１導波路１４は、半導体レーザー１２の前方出力光を伝播する。第１導波路１４の他端は、前方光合波器１６の入力部１５に入力される。前方光合波器１６は、半導体レーザー１２の前方出力光を合波し、基板１０の前端面３４に向けて出力する。前方光合波器１６は、出力部１７が備える出力ポートから、光を出力する。前方光合波器１６は、ＭＭＩ（Ｍｕｌｔｉ Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）型の光合波器である。前方光合波器１６は、１６本の第１導波路１４からの入力に対し、１個の出力ポートを備える１６×１−ＭＭＩ型である。
前方光合波器１６の出力部１７において、出力ポートには１本の第２導波路１８の一端が接続される。第２導波路１８は直線状である。第２導波路１８の他端は、光増幅器２０に接続される。光増幅器２０はＳＯＡ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）である。光増幅器２０によって増幅された光は、信号光５０として、基板１０の前端面３４から出力される。以上から、半導体装置１００は、複数の波長の信号光５０を出力できる波長可変光源としての機能を備える。
各々の半導体レーザー１２の後方出力端には、第３導波路２２の一端が接続される。第３導波路２２は、半導体レーザー１２の後方出力光を伝播する。第３導波路２２の他端は、後方光合波器２４の入力部２７に入力される。後方光合波器２４は、半導体レーザー１２の後方出力光を合波し、基板１０の後端面３６に向けて出力する。後方光合波器２４は、出力部２６が備える出力ポートから、光を出力する。後方光合波器２４は、ＭＭＩ型の光合波器である。
出力部２６は、５つの出力ポートを備える。出力ポートは出力部２６に等間隔に配置される。各々の出力ポートには、後方導波路２９の一端が接続される。本実施の形態では、半導体装置１００は５本の後方導波路２９を備える。また、後方光合波器２４は、１６本の第３導波路２２からの入力に対し、５個の出力ポートを備える１６×５−ＭＭＩ型である。
５本の後方導波路２９は、１本の主導波路２８および４本の側部導波路３０を備える。主導波路２８は出力部２６の中央部に配置される。主導波路２８は直線状である。また、主導波路２８の他端は、基板１０の出力部２６と対向する面である後端面３６と垂直に接続される。主導波路２８は、信号光５０をモニタするためのモニタ光５２を伝播する。モニタ光５２は、信号光５０と同じ波長を有する。主導波路２８は、後端面３６からモニタ光５２を出力する。
基板１０の外側には、図示しないフォトダイオードが配置されている。フォトダイオードは、後端面３６の近傍のモニタ光５２を受光可能な位置に配置されている。フォトダイオードは、モニタ光５２の強度を検出する。従って、モニタ光５２をフォトダイオードで受光することで、半導体レーザー１２からの出射光をモニタする事が可能になる。従って、半導体装置１００は、信号光５０をモニタする波長モニタ機能を備える。また、後端面３６とフォトダイオードとの間には、図示しない光フィルタが配置される。光フィルタの透過率は、周波数に対して周期的な依存性を有する。光フィルタは、信号光５０の周波数の光を透過し易く設けられている。
４本の側部導波路３０は、主導波路２８の両側に同数ずつ配置される。つまり、側部導波路３０は、主導波路２８の両側に２本ずつ配置される。４本の側部導波路３０は、基板１０の両側の側面３２に向かって湾曲する。ここで、側面３２は、主導波路２８と平行であり、前端面３４および後端面３６の両側に配置される面である。また、４本の側部導波路３０のうち、主導波路２８の一方の側に配置される２本と、他方の側に配置される２本は、主導波路２８に対して逆向きに湾曲する。つまり、４本の側部導波路３０は、主導波路２８と交差しないように、それぞれ距離が近いほうの側面３２に向かって湾曲する。
側部導波路３０は曲がり導波路である。側部導波路３０の曲率半径は、半導体装置１００のサイズを考慮して、１０００μｍ〜１７００μｍである事が望ましい。また、側部導波路３０は、曲線部のみで形成されても良く、曲線部の前後に直線部を有しても良い。
後方光合波器２４からは、モニタ光５２のほかに迷光５４が出射される。迷光５４は、モニタ光５２以外の波長の光であり、信号光５０をモニタするために不要な光である。ここで、後方光合波器２４は、迷光５４が後方光合波器２４の側部から出射されるようにサイズが調整されている。出力部２６の側部には側部導波路３０が配置されている。このため、側部導波路３０は、迷光５４を伝播する。側部導波路３０は、側面３２から、側面３２に対して斜めに迷光５４を出力する。
また、本実施の形態に係る半導体装置１００は、後方導波路２９を５本備えるものとしたが、後方導波路２９は３以上の奇数であれば５本以外でも良い。後方導波路２９をＮ本としたとき、Ｎ本の後方導波路２９のうち、１本は主導波路２８である。このため、主導波路２８の両側には、側部導波路３０が（Ｎ−１）／２本ずつ配置されることとなる。
以下に、第１導波路１４、第２導波路１８、第３導波路２２および後方導波路２９の配置について説明する。前方光合波器１６および後方光合波器２４の入力部１５、２７および出力部１７、２６の幅をＬとする。また、第１導波路１４および第３導波路２２はＭ本であるとする。なお、Ｍは２以上の自然数であり、半導体装置１００が備える半導体レーザー１２の数と同数である。また、後方導波路２９はＮ本であるとする。なお、Ｎは３以上の奇数である。
Ｍ本の第３導波路２２は、後方光合波器２４の入力部２７の端部からＬ／２の位置を中心として対称かつ、Ｌ／Ｍの間隔で配置される。同様に、Ｍ本の第１導波路１４は、前方光合波器１６の入力部１５の端部からＬ／２の位置を中心として対称かつ、Ｌ／Ｍの間隔で配置される。Ｎ本の後方導波路２９は、後方光合波器２４の出力部２６の端部からＬ／２の位置を中心として対称かつ、Ｌ／Ｎの間隔で配置される。後方導波路２９のうち、主導波路２８は、出力部２６の端部からＬ／２の位置に配置される。また、第２導波路１８は、前方光合波器１６の出力部１７の端部からＬ／２の位置に配置される。
図２は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の拡大図である。図２は、半導体装置１００の側部導波路３０の拡大図である。側部導波路３０は、側面３２の垂線に対して角度θ方向に迷光５４を出力する。角度θは、７°以上が望ましい。また、矢印３８に示すように、側部導波路３０の出力端３１は、側面３２よりも内側に配置される。側部導波路３０の出力端３１と側面３２との間隔は、半導体装置１００を個々に分離する際の精度のばらつきを考慮して、１０μｍ〜３０μｍであることが望ましい。また、側部導波路３０と、主導波路２８との間には、後方光合波器２４の出力光の幅以上の間隔Ｗが設けられる。後方光合波器２４の出力光の幅は、後方光合波器２４の出力光のビーム径である。
図３は、本発明の実施の形態１に係る側部導波路の断面図である。図３は、図２をＩ−ＩＩ直線に沿って切断することで得られる断面図である。本実施の形態では、基板１０は、ＩｎＰを備える。基板１０の上には、ＩｎＰを備えた下部クラッド層７２が配置される。下部クラッド層７２の上には、ＩｎＧａＡｓＰを備えた光吸収層７４が配置される。光吸収層７４は、迷光５４を吸収するように設計されている。本実施の形態に係る半導体装置の製造方法では、光吸収層７４と主導波路２８の活性層が同じ工程で形成される。また、下部クラッド層７２の上には、光吸収層７４の両側にＩｎＰを備えた電流ブロック層７６が配置される。光吸収層７４と電流ブロック層７６の上には、ＩｎＰを備えた上部クラッド層７８が配置される。以上から、側部導波路３０が形成される。
波長可変光源では、信号光の波長が長期にわたって安定していることが望ましい。このとき、半導体レーザーからの出射光をモニタする波長モニタの機能が必要とされることがある。本実施の形態に係る半導体装置１００では、モニタ光５２をフォトダイオードで受光することで、半導体レーザー１２からの出射光をモニタする事が可能になる。ここで、フォトダイオードに迷光が入射すると、モニタ波長が変動する。従って、モニタの精度が低下する。
これに対し、本実施の形態では、後方光合波器２４は、出力部２６の側部から迷光５４が出射されるように設計されている。このため、迷光５４は、出力部２６の側部に接続された側部導波路３０を伝播する。側部導波路３０は、側面３２から迷光５４を出力する。従って、後端面３６側に配置されるフォトダイオードに迷光５４が入射することを抑制できる。このため、モニタ波長の変動を抑制できる。従って、モニタの精度を向上出来る。
また、フォトダイオードへの迷光の入射を抑制する構造として、迷光を伝播するための側部導波路の出力端を後端面の側部に設ける構造が考えられる。この場合、迷光とモニタ光は共に後端面から出射される。従って、迷光を受光することを防止するために、フォトダイオードの位置が限定される。これに対し、本実施の形態では、迷光５４は側面３２から出射される。このため、迷光５４を受光しないようにフォトダイオードの位置を限定する必要がない。従って、フォトダイオードに配置の自由度が向上する。
また、迷光５４が側面３２に対して垂直に入射すると、反射光が、側部導波路３０に戻る可能性がある。これに対し、本実施の形態では、側部導波路３０は側面３２に対して斜めに迷光５４を出力する。従って、迷光５４が側面３２に反射された場合に、反射光が側部導波路３０に戻ることが抑制される。このため、後方光合波器２４への戻り光が抑制される。従って、モニタの精度をさらに向上出来る。
また、本実施の形態では、側部導波路３０の出力端３１は側面３２よりも内側に配置される。側部導波路３０の出力端３１が側面３２よりも内側に配置されることで、側面３２による迷光５４の反射が抑制される。従って、後方光合波器２４への戻り光が抑制される。このため、モニタの精度をさらに向上出来る。
また、本実施の形態では、側部導波路３０は、主導波路２８との間に後方光合波器２４の出力光の幅以上の間隔Ｗを設けて配置される。この構成では、側部導波路３０を伝播する光のビームプロファイルは、主導波路２８を伝播する光のビームプロファイルと重ならない。従って、迷光５４が主導波路２８を伝播することが抑制される。このため、迷光５４がフォトダイオードに入射することが抑制され、モニタの精度をさらに向上出来る。
また、上述したように、フォトダイオードは光フィルタを透過したモニタ光５２を受光し、モニタ光５２の強度を検出する。光フィルタの透過率の周波数特性は、光フィルタへの光の入射角度に依存して変動する。従って、モニタ光５２の光フィルタへの入射角度がずれると、フォトダイオードが検出する光の強度にズレが生じる。本実施の形態では、主導波路２８が出力部２６の中央に配置される。この構造では、モニタ光５２の光フィルタへの入射角度のズレを抑制することが可能になる。このため、モニタの精度をさらに向上出来る。
また、図３に示したように、本実施の形態では、側部導波路３０は、光吸収層７４を備える。光吸収層７４によって、後方光合波器２４の出力部２６から発生する迷光５４が吸収される。従って、迷光５４を側部導波路３０で吸収することで、モニタ波長の変動を抑制することが出来る。このため、モニタの精度をさらに向上出来る。
本実施の形態では、第１導波路１４、第２導波路１８、第３導波路２２および後方導波路２９は、入力部１５、２７または出力部１７、２６において等間隔で並ぶものとしたが、等間隔で無くても良い。また、本実施の形態では、主導波路２８および第２導波路１８は直線状であるとしたが、直線状で無くても良い。
本実施の形態では、側部導波路３０を半導体レーザー１２の後方出力光側に設けた。この変形例として、側部導波路３０を前方出力光側に設けても良い。この場合、前方光合波器１６の出力部１７に複数の導波路が接続される。出力部１７に接続される複数の導波路のうち、中央に配置されるものが信号光５０を伝播するための第２導波路１８となる。また、第２導波路１８の両側に配置される側部導波路３０は、出力部１７から出力される迷光を伝播する。この変形例では、信号光５０に迷光が混ざることを抑制することが可能になる。
また、本実施の形態では、側部導波路３０は側面３２に対して斜めに迷光５４を出力する。ここで、本実施の形態では、側面３２に対して平面視において斜めに迷光５４が出力される。この変形例として、側部導波路３０が迷光５４を出力する方向は、側面３２に垂直な方向でなければ良い。例えば、側部導波路３０は、半導体装置１００を後端面３６側から見た場合に、側面３２に対して斜めに形成されていても良い。この場合、側部導波路３０は、出力端３１が半導体装置１００の上面または裏面に向かうように形成される。
これらの変形は以下の実施の形態に係る半導体装置について適宜応用することができる。なお、以下の実施の形態に係る半導体装置については実施の形態１との共通点が多いので、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置の平面図である。本実施の形態に係る半導体装置２００は、後方光合波器２２４を備える。後方光合波器２２４は、１６本の第３導波路２２からの入力に対し、６個の出力ポートを備える１６×６−ＭＭＩ型である。各々の出力ポートには、後方導波路２２９の一端が接続される。本実施の形態に係る半導体装置２００は６本の後方導波路２２９を備える。
６本の後方導波路２２９は、第１主導波路２４２と第２主導波路２４４を含む。第１主導波路２４２と第２主導波路２４４は直線状である。また、第２主導波路２４４は、第１主導波路と離れた位置に平行に設けられる。第１主導波路２４２と第２主導波路２４４は、信号光５０をモニタするためのモニタ光２５２を伝播する。第１主導波路２４２と第２主導波路２４４は、後端面３６からモニタ光２５２を出力する。第１主導波路２４２と第２主導波路２４４は主導波路２２８を構成する。
本実施の形態では、６本の後方導波路２２９のうち２本は、モニタ光２５２を伝播するための主導波路２２８である。また、６本の後方導波路２２９のうち、残りの４本は側部導波路３０である。実施の形態１と同様に、４本の側部導波路３０は、主導波路２２８の両側に同数ずつ配置される。また、本実施の形態では、後方導波路２２９は６本であるものとしたが、後方導波路２２９は４以上の偶数であれば６本以外でも良い。後方導波路２２９をＮ本としたとき、Ｎ本の後方導波路２２９のうち、２本は主導波路２２８である。このため、主導波路２２８の両側には、側部導波路３０が（Ｎ−２）／２本ずつ配置されることとなる。これ以外の構造は、実施の形態１と同様である。
以下に、主導波路２２８の配置について説明する。後方光合波器２２４の出力部２２６の幅をＬとする。また、後方導波路２２９はＮ本であるとする。なお、Ｎは４以上の偶数である。Ｎ本の後方導波路２２９は、後方光合波器２２４の出力部２２６の端部からＬ／２の位置を中心として対称かつ、Ｌ／Ｎの間隔で配置される。Ｎ本の後方導波路２２９のうち、第１主導波路２４２と第２主導波路２４４は、端部からＬ／２の位置を中心に対称に配置される。また、第１主導波路２４２と第２主導波路２４４は、隣接して配置される。また、第１主導波路２４２と第２主導波路２４４は、上述した光フィルタに対して対称な位置に配置される。
本実施の形態に係る半導体装置２００は、第１主導波路２４２と第２主導波路２４４を備える。第１主導波路２４２と第２主導波路２４４は、モニタ光２５２を伝播する。上述したように、光フィルタの透過率の周波数特性は、光フィルタへの光の入射角度に依存して変動する。本実施の形態では、第１主導波路２４２と第２主導波路２４４は、光フィルタに対して対称に配置される。このとき、第１主導波路２４２を伝播するモニタ光２５２と、第２主導波路２４４を伝播するモニタ光２５２は、光フィルタに対して絶対値が等しく正負が逆の角度で入射することとなる。
従って、第１主導波路２４２を伝播するモニタ光２５２と、第２主導波路２４４を伝播するモニタ光２５２が、共に光フィルタに入射することで、光フィルタを透過するモニタ光２５２の周波数のバラつきが相殺できる。従って、フォトダイオードが受光するモニタ光５２の周波数のバラつきを低減することが可能になる。このため、モニタの精度をさらに向上出来る。
なお、各実施の形態で説明した技術的特徴は適宜に組み合わせて用いてもよい。
１００、２００ 半導体装置、１０ 基板、１２ 半導体レーザー、１６ 前方光合波器、２４ 後方光合波器、２６、２２６ 出力部、２９、２２９ 後方導波路、３４ 前端面、３６ 後端面、２８、２２８ 主導波路、３２ 側面、３０ 側部導波路、３１ 出力端、２４２ 第１主導波路、２４４ 第２主導波路、７２ 下部クラッド層、７４ 光吸収層、７６ 電流ブロック層、７８ 上部クラッド層

Claims (7)

  1. 前端面と、後端面と、前記前端面と前記後端面の両側に配置される側面と、を備えた基板と、
    前記基板に設けられた複数の半導体レーザーと、
    前記基板に設けられ、前記複数の半導体レーザーの前方出力光を合波し、前記前端面に向けて出力する前方光合波器と、
    前記基板に設けられ、前記複数の半導体レーザーの後方出力光を合波し、前記後端面に向けて出力する後方光合波器と、
    前記基板に設けられ、前記後方光合波器の出力部に接続された複数の後方導波路と、
    を備え、
    前記複数の後方導波路は、
    前記出力部の中央部に配置された主導波路と、
    前記主導波路の両側に配置され、前記側面に向かって湾曲し、前記側面から前記側面に対して斜めに光を出力する複数の側部導波路と、
    を含むことを特徴とする半導体装置。
  2. 前記複数の側部導波路の出力端は、前記側面よりも内側に配置されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記主導波路は、直線状であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
  4. 前記主導波路は、
    第１主導波路と、
    前記第１主導波路と離れた位置に平行に設けられた第２主導波路と、
    を含む事を特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の半導体装置。
  5. 前記複数の側部導波路は、前記主導波路との間に前記後方光合波器の出力光の幅以上の間隔を設けて配置されることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の半導体装置。
  6. 前記複数の側部導波路は、前記主導波路の両側に同数ずつ設けられ、
    前記複数の後方導波路は、等間隔に配置されることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の半導体装置。
  7. 前記基板はＩｎＰを備え、
    前記複数の側部導波路は、
    前記基板上に配置され、ＩｎＰを備えた下部クラッド層と、
    前記下部クラッド層の上に配置され、ＩｎＧａＡｓＰを備えた光吸収層と、
    前記下部クラッド層の上において前記光吸収層の両側に配置され、ＩｎＰを備えた電流ブロック層と、
    前記光吸収層と前記電流ブロック層の上に配置され、ＩｎＰを備えた上部クラッド層と、
    を備えることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の半導体装置。
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