JP6628028B2 - 半導体発光装置及び光送受信器 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体発光装置及び光送受信器に関し、例えば、ボード間、チップ間或いはチップ内などのＳｉ基板上光配線を用いた光インターコネクトや、光ファイバを用いた光ファイバ通信に用いる光源に関する。
ＬＳＩ（大規模集積回路装置）における電気配線の高速動作の限界を打破するために、Ｓｉ基板上に光回路を形成して、より高速なチップ間での信号の通信を行う試みがなされている。光回路は、入力信号を変調する光変調器、信号光を受光する受光器、光を分岐するスプリッタなどの光機能素子から形成される。
これらの光機能素子への光入力には、光信号を伝搬する光導波路を介して行われる。また、光回路そのものへの光入射は、外部より入射するかもしくはＳｉ基板上に光源を形成することで得られる。
光回路素子の小型化のためには、光ファイバからの光入力よりも、Ｓｉ基板上に光源を形成した方が小型化が容易である。Ｓｉ基板上光源実現には、直接成長、フリップチップボンディング或いは基板貼り合わせといった技術がある。基板貼り合わせ技術による作製方法は、大量生産・多機能素子集積といった特徴があり、開発が進められている。
例えば、Ｓｉ基板上にIII-Ｖ族化合物半導体からなる活性層をＳｉＯｘを用いて貼り合わせることが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。この提案においては、III-Ｖ族化合物半導体からなる活性領域からＳｉ導波路への光の遷移を効率良く行うために、III-Ｖ族化合物半導体からなる活性領域及びＳｉ導波路をテーパ導波路として、スポットサイズを広げて遷移を起こしている。
また、Ｓｉ基板上にIII-Ｖ族化合物半導体からなる活性層を、ウェーハ融着により貼り合わせることが提案されている（例えば、非特許文献２参照）。この提案においては、III-Ｖ族化合物半導体からなる活性領域からＳｉ導波路への遷移は、III-Ｖ族化合物半導体からなる活性領域側を先細テーパ導波路として、スポットサイズを広げて遷移を起こしている。また、Ｓｉ導波路側に、反射構造も配置している。
一方、高温度特性に優れる量子ドットレーザを光源として貼り合わせることが提案されている（例えば、非特許文献３参照）。この提案においては、量子ドットレーザをウェーハ融着により貼り合わせ、Ｓｉ基板上光源としての動作を確認している。
Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ ｖｏｌ.２１,ｎｏ.３,ｐｐ.３７８４−３７９２，２０１３ ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ｔｏｐｉｃｓ Ｉｎ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ,ｖｏｌ.１５,ｎｏ.３,ｐｐ.５３５−５４４，２００９ Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ ｖｏｌ.２０,ｎｏ.２６, ｐｐ.Ｂ３１５−Ｂ３２１，２０１２
しかしながら、非特許文献３の提案では、量子ドットレーザからの発光は、Ｓｉ基板上に形成されたリブ構造に光が導波されていないという問題がある。これは、非特許文献１或いは非特許文献２に示されているようなＳｉ導波路側のテーパ導波路が形成されていないためである。高温動作が期待される量子ドットレーザからの光を、簡単に効率よくＳｉ導波路へ入力することが望まれる。
しかし、非特許文献１或いは非特許文献２のように、同様に先細テーパ構造を発光側導波路に導入することは、位置合わせ精度や加工の煩雑さなどコスト上昇につながってしまうという問題がある。
したがって、半導体光源において、簡便な構造で、半導体発光素子からの光を半導体光導波路へ効率的に伝搬させることを目的とする。
開示する一観点からは、基板と、前記基板上に酸化膜を介して設けられた反射構造を有する光導波路と、前記光導波路上に配置された半導体発光素子とを有し、前記光導波路は、中央部に位置する一定幅コア層と、前記一定幅コア層の両側に配置されたコア幅が漸増するテーパ状コア層と、一定幅の光配線用コア層と、前記光配線用コア層と出射側のテーパ状コア層との間に前記光配線用コア層に向かってテーパ幅が漸減する逆テーパ状コア層を有し、前記逆テーパ状コア層は、厚さが変化する遷移部を有し、前記半導体発光素子は、前記両側のテーパ状コア層の少なくとも一部を覆うように配置されていることを特徴とする半導体光源が提供される。
開示する別の一観点からは、上述の半導体光源を設けた前記基板上に、光変調器と、前記光配線用コア層と前記光変調器との間を接続する入力導波路用コア層と入力用光配線コア層と、前記入力用光配線コア層と光学的結合するＧｅ或いはＧｅを最大成分とするＧｅ系受光素子とを設けたことを特徴とする光送受信器が提供される。
開示の半導体光源及び光送受信器によれば、簡便な構造で、半導体発光素子からの光を半導体光導波路へ効率的に伝搬させることが可能になる。
本発明の実施の形態の半導体光源の概略的透視斜視図である。 本発明の実施の形態の半導体光源における伝搬光の遷移状態の説明図である。 本発明の実施例１の半導体光源の概略的透視斜視図である。 図３における一点鎖線の矩形で切った概略的断面図である。 本発明の実施例１の半導体光源の途中までの製造工程の説明図である。 本発明の実施例１の半導体光源の図５以降の途中までの製造工程の説明図である。 本発明の実施例１の半導体光源の図６以降の途中までの製造工程の説明図である。 本発明の実施例１の半導体光源の図７以降の途中までの製造工程の説明図である。 本発明の実施例１の半導体光源の図８以降の製造工程の説明図である。 本発明の実施例２の半導体光源の概略的透視斜視図である。 本発明の実施例２の半導体光源の概略的透視平面図である。 本発明の実施例３の半導体光源の概略的透視平面図である。 本発明の実施例４の半導体光源の概略的透視平面図である。 本発明の実施例５の半導体光源の説明図である。 本発明の実施例６の光送信器の概略的透視平面図である。 本発明の実施例７の光送受信器の概略的透視平面図である。
ここで、図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態の半導体光源を説明する。図１は本発明の実施の形態の半導体光源の概略的透視斜視図であり、基板１上に酸化膜２を介して反射構造を有する光導波路を設け、光導波路上に半導体発光素子１３を配置して光導波路と半導体発光素子１３とを光学的に結合する。また、全体を上部クラッド層１４となる酸化膜等の絶縁膜を設ける。
光導波路は、中央部に位置する一定幅コア層３と、一定幅コア層３の両側に配置されたコア幅が漸増するテーパ状コア層４，５と、一定幅の光配線用コア層９とを有する。半導体発光素子１３は、両側のテーパ状コア層４，５の少なくとも一部を覆うように配置する。
反射構造は、図１に示すように、半導体発光素子１３に覆われていない領域に形成した側面回折格子６，７からなる分布ブラッグ反射鏡としても良い。この場合には、後方に形成する側面回折格子７の反射率を前方の側面回折格子６の反射率より高くすることが望ましい。或いは、側面回折格子６を出射方向の半導体発光素子１３に覆われていない領域のみに設け、出射方向と反対方向の半導体発光素子１３に覆われていない領域にループミラーを設けても良い。或いは、反射構造は、光導波路の両端に設けた一対のループミラーからなる共振器としても良い。この場合には、出射端側のループミラーの入力導波路から一定幅の光配線用コア層を分岐させる。
また、反射構造は、中央部に位置する一定幅コア層３の側面に設けた側面回折格子からなる分布帰還型の共振器にしても良い。この時、側面回折格子に半導体発光素子１３の発振波長λの１／４だけ位相のずれた位相シフト領域を設けても良く、単一波長発振特性が高まる。
また、光配線用コア層９への導波をスムーズに行うために、光配線用コア層９と出射側のテーパ状コア層４との間に光配線用コア層９に向かってテーパ幅が漸減する逆テーパ状コア層８を設けも良い。この時、導波光の反射を低減するために、逆テーパ状コア層８に、厚さが変化する遷移部１２を設けることが望ましい。この遷移部１２は、導波方向に対して斜め方向に膜厚がステップ的に変化する遷移部としても良いし、導波方向に対して斜め方向に膜厚が漸減する遷移部としても良い。
図２は本発明の実施の形態の半導体光源における伝搬光の遷移状態の説明図であり、横軸のＸ軸が０の位置が光導波路の光軸であり、縦軸のＹ値が−の位置が半導体発光素子１３における光強度分布を表し、＋の位置が光導波路における光強度分布を表す。図２（ａ）は幅が０．９μｍの一定幅コア層３を設けた利得領域の中央部における光強度分布である。図２（ｂ）は利得領域の端部のテーパ状コア層４の幅が１．０μｍの位置における光強度分布であり、図２（ｃ）は幅が２．０μｍに拡がったテーパ状コア層４の出力端における光強度分布である。なお、各図における左図はシミュレーション結果であり、右図はそれを模写した図である。
半導体発光素子１３の中で生成される光は、利得領域の端部でコア層の幅が広くなるためにコア層の屈折率を強く感じ、コア層へ遷移していく。図２（ａ）に示すように、半導体発光素子１３の中央部の箇所では光が発光素子内部に閉じ込められているが、図２（ｃ）に示すように、コア層の幅が２．０μｍとなる箇所では、コア層へ光が遷移する様子がわかる。
図１の場合には、コア層へ遷移した光は、側面回折格子６，７で形成される反射鏡によりもとのコア層へ反射され、側面回折格子６，７で決定される共振器で、レーザ発振が起きる。前方の側面回折格子６を設けた反射領域で反射されずに透過した一部の光は、厚さが変化する遷移部１２に入力される。遷移部１２では、例えば、厚さが７００ｎｍのテーパ状コア層４，５及び一定幅コア層３を伝搬してきた光が、厚さ２２０ｎｍの光配線用コア層９を伝搬するようにコア層の厚さが変化している。また、この領域内で余剰な反射が起きないように導波路幅は徐々に変化させた逆テーパ状コア層８としている。
また、半導体発光素子１３を基板貼り合わせ技術を用いて基板１上に載置するためには、光導波路の少なくとも一部の両側に半導体発光素子１３を載置する台座部１０，１１を設けることが望ましい。また、この台座部１０,１１に一方の導電型の不純物をドープすることによって、半導体発光素子１３の一方の側の電極を形成することができる。
このような半導体光源をＳｉフォトニクスに適用する場合には、Ｓｉ基板上に埋込酸化膜を介して単結晶Ｓｉ層を設けたＳＯＩ基板を用い、光導波路及び側面回折格子６，７をＳＯＩ基板の単結晶Ｓｉ層を加工して形成すれば良い。この時、埋込酸化膜は、下部クラッド層を兼ねる酸化膜２となる。
半導体発光素子１３としては、側面回折格子６，７の共振器としても作用によりレーザ発振するものであれば何でも良いが、高温度における素子特性に優れる量子ドット活性層を備えた量子ドット半導体レーザが望ましい。
また、このような半導体光源を設けた基板１上に、光変調器を設け、光配線用コア層９と光変調器との間に入力導波路用コア層を設けて接続することによって光送信器が得られる。この時、半導体光源と光変調器との組合せを複数組並列に配置することによって、波長多重通信に対応する光送信器とすることができる。なお、光変調器としては電界吸収型光変調器を用いても良いし、或いは、側面回折格子型光変調器を用いても良い。
また、このような、光送信器を設けた基板１上に、入力用光配線コア層と、入力用光配線コア層と光学的結合するＧｅ或いはＧｅを最大成分とするＧｅ系受光素子とを設けることによって光送受信器が得られる。この時、半導体光源と光変調器との組合せを複数組並列に配置し、且つ、入力用光配線コア層とＧｅ系受光素子との組合せを同じ組数だけ並列に配置することによって、波長多重通信に対応する光送受信器とすることができる。
本発明の実施の形態によれば、半導体発光素子１３へのサブミクロン単位の高精度のプロセスは必要なく、簡単なプロセスのみで作製できる。また、半導体発光素子１３の光出力を基板１上に形成した光導波路へ効率良く伝搬することができる。
次に、図３乃至図９を参照して、本発明の実施例１の半導体光源を説明する。図３は、本発明の実施例１の半導体光源の概略的透視斜視図であり、図４は図３における一点鎖線の矩形で切った概略的断面図である。ここでは、Ｓｉ基板２１上に厚さが３μｍのＢＯＸ層２２を介して厚さが７００ｎｍの単結晶Ｓｉ層２３を設けたＳＯＩ基板を用いて半導体光源を作製する。なお、ＢＯＸ層２２は、光導波路の下部クラッド層を兼ねる。
図３に示すように、本発明の実施例１の半導体光源は、Ｓｉ基板２１上にＢＯＸ層２２を介して設けた単結晶Ｓｉ層（２３）を加工して側面回折格子を有する光導波路を形成し、光導波路上に量子ドット半導体レーザ４０を基板貼り合わせ技術を用いて融着する。光導波路は、中央部に位置する幅が０．９μｍの一定幅コア層２４と、一定幅コア層２４の両側に配置されたコア幅が０．９μｍから２．０μｍに漸増する前方テーパ状コア層２５と後方テーパ状コア層２６を有する。この時、一定幅コア層２４の延在方向に沿った両側に台座部３１，３２を形成し、この台座部３１,３２にＰ（リン）をドープしてｎ型半導体領域（３４）を形成する。
また、前方テーパ状コア層２５及び後方テーパ状コア層２６の他端には幅が２．０μｍのコア層の側面に側面回折格子を形成した前方回折格子反射鏡部２７及び後方回折格子反射鏡部２８をそれぞれ設ける。この前方回折格子反射鏡部２７と後方回折格子反射鏡部２８とにより分布ブラッグ反射鏡型の共振器を形成する。
また、出力端側に厚さが２２０ｎｍで幅が４５０ｎｍの光配線用コア層３０を設け、前方回折格子反射鏡部２７との間に幅が２．０μｍから４５０ｎｍに変化する逆テーパ状コア層２９を設ける。この逆テーパ状コア層２９に厚さが光軸に対して斜め方向に７００ｎｍから２２０ｎｍにステップ的に変化する斜め段差部３３を設ける。
図４は、図３における一点鎖線の矩形で切った概略的断面図であり、台座部３１（３４），３２（３４）を利用して基板貼り合わせ技術を用いて、前方回折格子反射鏡部（２７）及び後方回折格子反射鏡部（２８）に重ならないように量子ドット半導体レーザ４０を融着する。次いで、全体を上部クラッド層を兼ねるＳｉＯ２膜３５で覆って、量子ドット半導体レーザ４０に対するｐ側電極３６とｎ型半導体領域３４に対するｎ側電極３７を形成する。
量子ドット半導体レーザ４０は、ＧａＡｓ基板（研削及び研磨、エッチングにより除去）上に、ｐ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓクラッド層４１、ｐ型Ａｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ層４２、ｐ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓクラッド層４４、ＩｎＡｓ量子ドットが形成された量子ドット活性層４５及び厚さが０．３μｍのｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓクラッド層４６を順次成膜して形成する。次いで、ｐ型Ａｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ層４２の側面を自然酸化してＡｌＯｘ組成が主となる自己酸化膜４３を形成し、中央に残ったｐ型Ａｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ層４２にのみ電流を流す狭窄構造とする。
次に、図５乃至図９を参照して、本発明の実施例１の半導体光源の製造工程を説明する。なお、各図における図（ａ）は概略的平面図であり、図（ｂ）は図（ａ）における一点鎖線に沿った概略的断面図である。まず、Ｓｉ基板２１上に厚さが３μｍのＢＯＸ層２２を介して設けた厚さが７００ｎｍの単結晶Ｓｉ層２３をＳｉＯ２マスク（図示は省略）をマスクとしたエッチングにより光導波路と台座部３１，３２を形成する。光導波路は、中央部に位置する幅が０．９μｍの一定幅コア層２４と、一定幅コア層２４の両側に配置されたコア幅が０．９μｍから２．０μｍに漸増する前方テーパ状コア層２５と後方テーパ状コア層２６を有する。
また、前方テーパ状コア層２５及び後方テーパ状コア層２６の他端には幅が２．０μｍのコア層の側面に側面回折格子を形成した前方回折格子反射鏡部２７及び後方回折格子反射鏡部２８をそれぞれ設ける。また、出力端側に幅が４５０ｎｍの光配線用コア層３０を設け、前方回折格子反射鏡部２７との間に幅が２．０μｍから４５０ｎｍに変化する逆テーパ状コア層２９を設ける。
次いで、図６に示すように、ＳｉＯ２マスクを除去して新たなＳｉＯ２マスク（図示は省略）を設けて、光配線用コア層３０を厚さが２２０ｎｍになるようにエッチングする。この時、この逆テーパ状コア層２９に光軸に対して１０°前後傾斜した厚さが７００ｎｍから２２０ｎｍにステップ的に変化する斜め段差部３３を同時に設ける。
次いで、図７に示すように、ＳｉＯ２マスクを除去した後、レジストパターン（図示は省略）を設けて、このレジストパターンをマスクとしてＰをイオン注入して台座部３１，３２にｎ型半導体領域３４を形成する。このｎ型半導体領域３４は量子ドット半導体レーザへの電流通路になるとともに、ｎ側電極の形成領域となる。
次いで、図８に示すように、図４に示した量子ドット半導体レーザ４０のｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓクラッド層（４６）が光導波路及び台座部３１,３２に当接するように配置し、基板貼り合わせ技術を用いて融着する。この時、前方回折格子反射鏡部２７及び後方回折格子反射鏡部２８と量子ドット半導体レーザ４０とが重ならないようにする。
次いで、図９に示すように、全面に上部クラッド層を兼ねるＳｉＯ２膜３５を設け、このＳｉＯ２膜３５にｎ型半導体領域３４及び量子ドット半導体レーザ４０のｐ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓクラッド層（４１）に達するコンタクトホールを形成する。次いで、このコンタクトホールを埋めるようにｐ側電極３６及びｎ側電極３７を設けることによって本発明の実施例１の半導体光源の基本構造が完成する。
本発明の実施例１においては、上述の従来例のように、先細テーパ構造を用いていないので、位置合わせ精度や量子ドット半導体レーザへのサブミクロン単位の高精度のプロセスなどの問題が解消されるため、低コスト化が可能になる。また、量子ドット半導体レーザを用いているので、高温度における動作を向上することができる。
次に、図１０及び図１１を参照して、本発明の実施例２の半導体光源を説明する。図１０は、本発明の実施例２の半導体光源の概略的透視斜視図であり、図１１は、側面回折格子の構造を説明する半導体光源の概略的透視平面図である。この実施例２は実施例１におけるブラッグ反射鏡型共振器となる側面回折格子の代わりに分布帰還型共振器を形成する側面回折格子に代えた以外は上記の実施例１と同様である。
この実施例２の半導体光源においては、中央部寄りの幅が０．９μｍの一定幅コア層２４の側面に側面回折格子を形成して分布帰還用回折格子３８とする。この分布帰還回折格子３８の一部に位相が発振波長λの１／４だけずれる位相シフト領域３９を設ける。この分布帰還用回折格子３８によって量子ドット半導体レーザ４０は分布帰還型半導体レーザとなる。
本発明の実施例２においては、上記の実施例１と同様に、先細テーパ構造を用いていないので、位置合わせ精度や量子ドット半導体レーザへのサブミクロン単位の高精度のプロセスなどの問題が解消されるため、低コスト化が可能になる。
また、共振器に位相シフト領域３９を設けているので、高温動作においても単一波長発振がより確実になる。また、分布帰還用回折格子３８を介して量子ドット半導体レーザ４０に電流を注入することが可能となるので、素子の抵抗をより低減することができる。
次に、図１２を参照して、本発明の実施例３の半導体光源を説明するが、上記の実施例１の後方回折格子反射部をループミラーに代えた以外は上記の実施例１と同様である。図１２は、本発明の実施例３の半導体光源の概略的透平面図である。図１２に示すように単結晶Ｓｉ層（２３）を加工して光導波路を形成する際に、後方反射構造として逆テーパ状コア層５０を介して１：２分岐コア層５１とそれに接続するループミラー５２を設ける。この場合、後方側に伝搬した光はループミラー５２を通って、過剰損失を除けばほぼ１００％の反射率で中央の利得領域に戻ってくる。
本発明の実施例３においても、上記の実施例１と同様に、先細テーパ構造を用いていないので、位置合わせ精度や量子ドット半導体レーザへのサブミクロン単位の高精度のプロセスなどの問題が解消されるため、低コスト化が可能になる。
次に、図１３を参照して、本発明の実施例４の半導体光源を説明するが、上記の実施例１の両側の回折格子反射部をループミラーに代えた以外は上記の実施例１と同様である。図１３は、本発明の実施例４の半導体光源の概略的透視斜視図である。図１３に示すように単結晶Ｓｉ層（２３）を加工して光導波路を形成する際に、後方反射構造として逆テーパ状コア層５０を介して分岐コア層５１とそれに接続するループミラー５２を設ける。一方、前方反射構造として斜め段差部３３を設けた逆テーパ状コア層２９を介して分岐コア層５４によって光配線用コア層３０を分岐した後、分岐コア層５５とそれに接続するループミラー５６を設ける。この場合、前方側及び後方側に伝搬した光は、光出力として取り出した光以外は、ループミラー５２，５６を通って、過剰損失を除けばほぼ１００％の反射率で中央の利得領域に戻ってくる。
本発明の実施例４においても、上記の実施例１と同様に、先細テーパ構造を用いていないので、位置合わせ精度や量子ドット半導体レーザへのサブミクロン単位の高精度のプロセスなどの問題が解消されるため、低コスト化が可能になる。
次に、図１４を参照して、本発明の実施例５の半導体光源を説明するが、斜め段差部における膜厚変化をステップ的ではなく漸減するようにした以外は上記の実施例１と同様である。図１４は本発明の実施例５の半導体光源の説明図であり、ここでは、光導波路の構造をのみを示す。なお、図１４（ａ）は概略的平面図であり、図１４（ｂ）は斜め段差部近傍の拡大斜視図である。
本発明の実施例５においても、光配線用コア層３０と前方回折格子反射鏡部２７との間に幅が２．０μｍから４５０ｎｍに変化する逆テーパ状コア層２９を設ける。この時、この逆テーパ状コア層２９に光軸に対して１０°前後傾斜した厚さが７００ｎｍから２２０ｎｍにグレーデッドに漸減する斜め段差部５３を形成する。
本発明の実施例５においては、斜め段差部５３における膜厚変化をグレーデッドにしているので、導波光が厚さが７００ｎｍのコア層から厚さが２２０ｎｍの光配線用コア層３０へ遷移する際に、光の反射をより低減することができる。
次に、図１５を参照して、本発明の実施例６の光送信器を説明する。図１５は本発明の実施例６の光送信器の概略的透視平面図であり、上記の実施例１の半導体光源２０の光出力側に電界吸収型光変調器６０を設けたものである。
ＳＯＩ基板の単結晶Ｓｉ層を加工して光導波路パターンを形成する際に、入力導波路用コア層６１と出力用コア層６２と、それらの間にテラス部を形成する。このテラス部に選択成長によりｐ型Ｇｅ層、ｉ型Ｇｅ層及びｎ型Ｇｅ層を順次堆積し、ｐ型Ｇｅ層にｐ側電極を設け、ｎ型Ｇｅ層にｎ側電極を設けて電界吸収型光変調器６０を形成する。
なお、ここでは、一組の半導体光源２０と電界吸収型光変調６０を図示しているが、複数組を並列に配置して多重通信用の光送信器としても良い。その場合、側面回折格子のピッチや幅を変えることで互いに波長が異なるようにする。また、図示は省略するが、光合波器も単結晶Ｓｉ層を利用して一体に形成しても良い。
本発明の実施例６においても、上記の実施例１と同様に、先細テーパ構造を用いないで半導体光源を形成しているので、低コストで高性能な光送信器を実現することができる。なお、実施例６においては光変調器として電界吸収型光変調器を用いているが、側面回折格子型光変調器を用いても良い。
次に、図１６を参照して、本発明の実施例７の光送受信器を説明する。図１６は本発明の実施例７の光送受信器の概略的透視平面図であり、上記の実施例６の光送信器にＧｅフォトダイオードを併設して光送受信器にしたものである。
ＳＯＩ基板の単結晶Ｓｉ層を加工して光導波路パターンを形成する際に、入力導波路用コア層６１、出力導波路用コア層６２、それらの間にテラス部を形成するとともに、それら並行にテラス部７１、テーパ状コア層７２及び光配線用コア層７３を形成する。テラス部に選択成長によりｐ型Ｇｅ層、ｉ型Ｇｅ層及びｎ型Ｇｅ層を順次堆積し、ｐ型Ｇｅ層にｐ側電極を設け、ｎ型Ｇｅ層にｎ側電極を設けて電界吸収型光変調器６０を形成する。また、テラス部７１に選択成長によりｐ型Ｇｅ層、ｉ型Ｇｅ層及びｎ型Ｇｅ層を順次堆積し、ｐ型Ｇｅ層にｐ側電極を設け、ｎ型Ｇｅ層にｎ側電極を設けてＧｅフォトダイオード７０を形成する。
なお、ここでは、一組の半導体光源２０と電界吸収型光変調６０とＧｅフォトダイオードのセットを図示しているが、複数組を並列に配置して多重通信用の光送受信器としても良い。この場合も、側面回折格子のピッチや幅を変えることで互いに波長が異なるようにする。また、図示は省略するが、単結晶シリコン層を利用して電界吸収型光変調器の出力端側に光合波器を一体に形成し、光配線用コア層７３の出力端側に光分波器を一体に形成しても良い。
本発明の実施例７においても、上記の実施例１と同様に、先細テーパ構造を用いないで半導体光源を形成しているので、低コストで高性能な光送受信器を実現することができる。なお、実施例７においては光変調器として電界吸収型光変調器を用いているが、側面回折格子型光変調器を用いても良い。
ここで、実施例１乃至実施例７を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を付す。
（付記１）基板と、前記基板上に酸化膜を介して設けられた反射構造を有する光導波路と、前記光導波路上に配置された半導体発光素子とを有し、前記光導波路は、中央部に位置する一定幅コア層と、前記一定幅コア層の両側に配置されたコア幅が漸増するテーパ状コア層と、一定幅の光配線用コア層とを有し、前記半導体発光素子は、前記両側のテーパ状コア層の少なくとも一部を覆うように配置されていることを特徴とする半導体光源。
（付記２）前記反射構造は、前記半導体発光素子に覆われていない領域に形成された側面回折格子であることを特徴とする付記１に記載の半導体光源。
（付記３）前記反射構造は、前記中央部に位置する一定幅コア層の側面に設けられた側面回折格子であることを特徴とする付記１に記載の半導体光源。
（付記４）前記反射構造は、出射方向の前記半導体発光素子に覆われていない領域のみに設けられた側面回折格子と、前記出射方向と反対方向の前記半導体発光素子に覆われていない領域に設けられたループミラーとを有することを特徴とする付記１に記載の半導体光源。
（付記５）前記反射構造は、前記光導波路の両端に設けられた一対のループミラーを有し、前記光導波路の出射端側において、一定幅の光配線用コア層が前記出射端側のループミラーの入力導波路から分岐していることを特徴とする付記１に記載の半導体光源。
（付記６）前記光配線用コア層と出射側のテーパ状コア層との間に前記光配線用コア層に向かってテーパ幅が漸減する逆テーパ状コア層を有し、前記逆テーパ状コア層が、厚さが変化する遷移部を有することを特徴とする付記１乃至付記５のいずれか１に記載の半導体光源。
（付記７）前記遷移部は、導波方向に対して斜め方向に膜厚がステップ的に変化する遷移部であることを特徴とする付記６に記載の半導体光源。
（付記８）前記遷移部は、導波方向に対して斜め方向に膜厚が漸減する遷移部であることを特鋼とする付記６に記載の半導体光源。
（付記９）前記光導波路の少なくとも一部の両側に前記半導体発光素子を載置する台座部を有することを特徴とする付記１乃至付記８のいずれか１に記載の半導体光源。
（付記１０）前記基板は、Ｓｉ基板上に埋込酸化膜を介して単結晶Ｓｉ層を設けたＳＯＩ基板のＳｉ基板であり、前記酸化膜は、前記ＳＯＩ基板の埋込酸化膜であり、前記光導波路及び前記側面回折格子は、前記ＳＯＩ基板の単結晶Ｓｉ層を加工して形成した光導波路及び側面回折格子であることを特徴とする付記１乃至付記９のいずれか１に記載の半導体光源。
（付記１１）前記半導体発光素子は、量子ドット活性層を備えた量子ドット半導体レーザであることを特徴とする付記１乃至付記１０のいずれか１に記載の半導体光源。
（付記１２）付記１乃至付記１１のいずれか１に記載の半導体光源を設けた前記基板上に、光変調器と、前記光配線用コア層と前記光変調器との間を接続する入力導波路用コア層とを設けたことを特徴とする光送信器。
（付記１３）付記１２に記載の光送信器を設けた前記基板上に、入力用光配線コア層と、前記入力用光配線コア層と光学的結合するＧｅ或いはＧｅを最大成分とするＧｅ系受光素子とを設けたことを特徴とする光送受信器。
１ 基板
２ 酸化膜
３ 一定幅コア層
４，５ テーパ状コア層
６，７ 側面回折格子
８ 逆テーパ状コア層
９ 光配線用コア層
１０，１１ 台座部
１２ 遷移部
１３ 半導体発光素子
１４ 上部クラッド層
２０ 半導体光源
２１ Ｓｉ基板
２２ ＢＯＸ層
２３ 単結晶Ｓｉ層
２４ 一定幅コア層
２５ 前方テーパ状コア層
２６ 後方テーパ状コア層
２７ 前方回折格子反射鏡部
２８ 後方回折格子反射鏡部
２９ 逆テーパ状コア層
３０ 光配線用コア層
３１，３２ 台座部
３３ 斜め段差部
３４ ｎ型半導体領域
３５ ＳｉＯ２膜
３６ ｐ側電極
３７ ｎ側電極
３８ 分布帰還用回折格子
３９ 位相シフト領域
４０ 量子ドット半導体レーザ
４１ ｐ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓクラッド層
４２ ｐ型Ａｌ０．９８Ａｓ０．０２Ａｓ層
４３ 自己酸化膜
４４ ｐ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓクラッド層
４５ 量子ドッド活性層
４６ ｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓクラッド層
５０ 逆テーパ状コア層
５１ 分岐コア層
５２ ループミラー
５３ 斜め段差部
５４ 分岐コア層
５５ 分岐コア層
５６ ループミラー
６０ 電界吸収型変調器
６１ 入力導波路用コア層
６２ 出力導波路用コア層
７０ Ｇｅフォトダイオード
７１ テラス部
７２ テーパ状コア層
７３ 光配線用コア層

Claims (4)

  1. 基板と、
    前記基板上に酸化膜を介して設けられた反射構造を有する光導波路と、
    前記光導波路上に配置された半導体発光素子と
    を有し、
    前記光導波路は、中央部に位置する一定幅コア層と、前記一定幅コア層の両側に配置されたコア幅が漸増するテーパ状コア層と、一定幅の光配線用コア層と、
    前記光配線用コア層と出射側のテーパ状コア層との間に前記光配線用コア層に向かってテーパ幅が漸減する逆テーパ状コア層を有し、
    前記逆テーパ状コア層は、厚さが変化する遷移部を有し、
    前記半導体発光素子は、前記両側のテーパ状コア層の少なくとも一部を覆うように配置されていることを特徴とする半導体光源。
  2. 前記反射構造は、前記半導体発光素子に覆われていない領域に形成された側面回折格子であることを特徴とする請求項１に記載の半導体光源。
  3. 前記反射構造は、前記中央部に位置する一定幅コア層の側面に設けられた側面回折格子であることを特徴とする請求項１に記載の半導体光源。
  4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の半導体光源を設けた前記基板上に、
    光変調器と、
    前記光配線用コア層と前記光変調器との間を接続する入力導波路用コア層と、
    入力用光配線コア層と、
    前記入力用光配線コア層と光学的結合するＧｅ或いはＧｅを最大成分とするＧｅ系受光素子と
    を設けたことを特徴とする光送受信器。
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