JP7025629B2 - Optical devices and optical semiconductor devices - Google Patents
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本発明は、光デバイス及び光半導体装置に関するものである。 The present invention relates to an optical device and an optical semiconductor device.
近年、シリコンフォトニクスは、小型且つ大容量の光トランシーバを実現する集積光デバイス技術として広く開発が進められている。ここで、シリコンは間接遷移型で発光効率の低い半導体材料であるため、光利得媒質を別途準備する必要がある。その利得媒質として、例えばInP系半導体等のIII-V族化合物半導体の光半導体素子を用い、シリコ
ン細線の光導波路の端面付近に実装して直接的にバットカップルさせて光デバイスを構成している。
In recent years, silicon photonics has been widely developed as an integrated optical device technology that realizes a compact and large-capacity optical transceiver. Here, since silicon is an indirect transition type semiconductor material with low luminous efficiency, it is necessary to separately prepare an optical gain medium. As the gain medium, an optical semiconductor element of a III-V compound semiconductor such as an InP-based semiconductor is used, and the optical device is configured by mounting it near the end face of an optical waveguide of a thin silicon wire and directly butt-coupling it. ..
バットカップルされる光導波路間で高効率な光結合を得るためには、光導波路間において高精度にアライメントして光軸ずれによる過剰損失を抑制することが重要である。光導波路同士を接触させることは、光導波路の破損を招来するために避ける必要があり、そのために光導波路間に間隙(ギャップ)を設けることを要する。しかしながら、当該ギャップのような自由空間中を光が伝搬すると、放射による過剰損失が生じるため、ギャップを極力狭くすることも重要となる。特に、端面からの反射を抑制するために光結合面に対して垂直から傾けた光導波路を対向させた構造では、ギャップ方向の位置ずれが光導波路間の光軸に垂直な方向の位置ずれとなるため、ギャップ方向も高精度にアライメントする必要がある。 In order to obtain highly efficient optical coupling between optical waveguides that are butt-coupled, it is important to perform high-precision alignment between the optical waveguides and suppress excessive loss due to optical axis misalignment. It is necessary to avoid contacting the optical waveguides with each other because it causes damage to the optical waveguides, and therefore it is necessary to provide a gap between the optical waveguides. However, when light propagates in a free space such as the gap, excessive loss due to radiation occurs, so it is important to narrow the gap as much as possible. In particular, in a structure in which an optical waveguide tilted from the vertical to the optical coupling surface is opposed to suppress reflection from the end face, the positional deviation in the gap direction is the positional deviation in the direction perpendicular to the optical axis between the optical waveguides. Therefore, it is necessary to align the gap direction with high accuracy.
光デバイスの品質を向上させるため、光デバイスにおける上記のギャップを正確に把握することを要するが、完成した光デバイスの極めて狭いギャップを観察し、これを正確に把握することは困難であり、無視し得ない作製誤差が含まれるという問題がある。 In order to improve the quality of the optical device, it is necessary to accurately grasp the above gap in the optical device, but it is difficult to observe and accurately grasp the extremely narrow gap of the completed optical device, and it is ignored. There is a problem that a manufacturing error that cannot be done is included.
本発明は、光導波路間の間隙が狭い場合でも、正確に間隙を把握することを目的とする。 An object of the present invention is to accurately grasp the gap even when the gap between the optical waveguides is narrow.
一つの態様では、光デバイスは、半導体基板と、前記半導体基板上に形成された第1光導波路と、前記半導体基板上に前記第1光導波路に対向して実装された第2光導波路を含む光半導体素子と、を含み、前記第1光導波路の前記第2光導波路と対向する第1端面は、第1平面部と、前記第1平面部から後退した段差となる、前記第1平面部と平行な第2平面部と、前記第1平面部から後退した段差となる、前記第1平面部と平行な第3平面部と、を有し、前記第1平面部と、前記第2光導波路の前記第1光導波路と対向する第2端面のうち前記第1平面部と対向する部分との間に設けられた第1の間隙において、前記第1光導波路と前記第2光導波路とが光接続されている。 In one embodiment, the optical device comprises a semiconductor substrate, a first optical waveguide formed on the semiconductor substrate, and a second optical waveguide mounted on the semiconductor substrate facing the first optical waveguide. The first plane, which includes an optical semiconductor element including, and the first end surface of the first optical waveguide facing the second optical waveguide is a step recessed from the first plane portion and the first plane portion. It has a second plane portion parallel to the portion and a third plane portion parallel to the first plane portion, which is a step recessed from the first plane portion, and the first plane portion and the second plane portion. In the first gap provided between the portion of the second end surface of the optical waveguide facing the first optical waveguide and the portion facing the first plane portion, the first optical waveguide and the second optical waveguide Is optical connected .
一つの態様では、光半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成された第1光導波路と、前記第1光導波路と接続された反射ミラーと、前記第1光導波路を通過する光の波長を変更可能な可変波長フィルタと、前記半導体基板上に前記第1光導波路に対向して実装された第2光導波路を含む光半導体素子と、を含み、前記第1光導波路の前記第2光導波路と対向する第1端面は、第1平面部と、前記第1平面部から後退した段差となる、前記第1平面部と平行な第2平面部と、前記第1平面部から後退した段差となる、前記第1平面部と平行な第3平面部と、を有し、前記第1平面部と、前記第2光導波路の前記第1光導波路と対向する第2端面のうち前記第1平面部と対向する部分との間に設けられた第1の間隙において、前記第1光導波路と前記第2光導波路とが光接続されている。 In one embodiment, the optical semiconductor device comprises a semiconductor substrate, a first optical waveguide formed on the semiconductor substrate, a reflection mirror connected to the first optical waveguide, and light passing through the first optical waveguide. The first optical waveguide includes a variable wavelength filter capable of changing the wavelength of the optical waveguide, and an optical semiconductor element including a second optical waveguide mounted on the semiconductor substrate facing the first optical waveguide. The first end surface facing the second optical waveguide is from the first plane portion, the second plane portion parallel to the first plane portion, which is a step recessed from the first plane portion, and the first plane portion. Of the second end surface of the second optical waveguide facing the first optical waveguide, which has a third plane portion parallel to the first plane portion, which is a recessed step. The first optical waveguide and the second optical waveguide are optically connected in a first gap provided between the first plane portion and the opposite portion .
一つの側面では、光導波路間の間隙が狭い場合でも、正確に間隙を把握することができる。 On one side, even if the gap between the optical waveguides is narrow, the gap can be accurately grasped.
[第1の実施形態]
以下、第1の実施形態による光デバイスについて、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本実施形態による光デバイスの概略構成を示す模式図であり、(a)が平面図、(b)が側面図である。
[First Embodiment]
Hereinafter, the optical device according to the first embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
1A and 1B are schematic views showing a schematic configuration of an optical device according to the present embodiment, in which FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a side view.
(光デバイスの概略構成)
この光デバイスは、シリコンフォトニクス基板1及び光半導体素子2を備えている。
シリコンフォトニクス基板1は、Si基板11と、Si基板11に形成された第1光導波路12と、Si基板11に形成された電極13とを備えている。第1光導波路12は、例えばシリコン酸化物からなる下部クラッド層21と、下部クラッド層21上に形成されたシリコン細線からなるコア層22と、コア層22を覆うように下部クラッド層21上に形成された、例えばシリコン酸化物からなる上部クラッド層23とを有している。
(Outline configuration of optical device)
This optical device includes a silicon photonics substrate 1 and an
The silicon photonics substrate 1 includes a
光半導体素子2は、III-V族化合物半導体、例えばInPを用いて構成された例え
ばレーザ素子(InPレーザ)であり、コア層24を持つ第2光導波路14を有している。
光半導体素子2は、電極13上に設けられた導電性接着材料15を介してSi基板11上に配置されており、電極13と電気的に接続されている。
The
The
第1光導波路12は、第1端面12Aに突起部12aが形成されており、突起部12aの両側に第1部位12b及び第2部位12cが形成されている。第1部位12bは突起部12aの一端側に、第2部位12cは突起部12aの他端側に位置しており、第1部位12bと第2部位12cとで相異なる幅(突起部12aとの高さの差)とされている。ここでは、第2部位12cの幅が第1部位12bの幅よりも大きい。第1光導波路12のコア層22は、下部クラッド層上において途中で屈曲して延在しており、突起部12aの近傍に屈曲部分22aの端部22bが位置している。屈曲部分22aは、第1端面12Aからの光反射を抑制すべく、第1端面12Aに対して垂直から傾いて(例えば垂直から15°程度傾いて)延在している。
In the first
第2光導波路14のコア層24は、第2端面14Aからの光反射を抑制すべく、第2端面14Aに対して垂直から傾いて(例えば垂直から7°程度傾いて)延在しており、第2端面14Aにコア層24の端部24aが位置している。第1光導波路12と第2光導波路14とは、端部22bと端部24aとが突き合わされるように、第1端面12Aと第2端面14Aとが対向して配置され、光結合している。第1端面12Aと第2端面14Aとは、所定距離だけ離間して隙間(ギャップ)Gが形成されている。このような光半導体素子2の配置により、第1端面12Aと第2端面14Aとの対向箇所では、第1部位12b及び第2部位12cと第2端面14Aとの間でギャップGよりも大きい相異なる間隔(ここでは、後者の間隔が前者の間隔よりも大きい。)が形成される。第1部位12bと第2端面14Aとの間の領域を第1観察領域16(図1中、破線円内に示す。)、第2部位12cと第2端面14Aとの間の領域を第2観察領域17(図1中、破線円内に示す。)とする。本実施形態では例えば、ギャップGの間隔が1.5μm程度、第1観察領域16の間隔が3μm程度、第2観察領域17の間隔が5μm程度とされている。
The
以下、本実施形態による光デバイスにおいて、ギャップGを算出して正確に把握する手法について説明する。
図2は、本実施形態による光デバイスにおいて、ギャップを算出する手法を説明するための模式図である。
Hereinafter, in the optical device according to the present embodiment, a method of calculating and accurately grasping the gap G will be described.
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a method of calculating a gap in the optical device according to the present embodiment.
先ず、第1観察領域16を測定部位としたギャップGの間隔の算出方法について説明する。シリコンフォトニクス基板1において、第1光導波路12の厚みをdSiPh、観察角をθ、第1観察領域16において、観察角θで第1光導波路12の第1端面12Aの上端部と光半導体素子2の第2端面14Aの下端部との間隔を計測したときの測定値をd(θ)とする。第1観察領域16における第1部位12bと第2端面14Aとの間隔をd1、Si基板11と光半導体素子2との距離、即ち電極13及び導電性接着材料15の厚みをdmetalとする。2種類の観察角θ1、θ2で第1観察領域16を観察することにより、下記の関係式が得られる。
First, a method of calculating the gap G interval with the
d1=d(θ1)/cosθ1+(dSiPh-dmetal)tanθ1
=d(θ2)/cosθ2+(dSiPh-dmetal)tanθ2 ・・・(1)
(1)式からdSiPh,dmetalを削除して整理すると、下記の関係式が得られる。
d1=(d(θ1)/cosθ1-tanθ1/tanθ2)×(d(θ2)/cosθ2))/(1-tanθ1/tanθ2)) ・・・(2)
d 1 = d (θ 1 ) / cos θ 1 + (d SiPh −d metal ) tan θ 1
= D (θ 2 ) / cos θ 2 + (d SiPh −d metal ) tan θ 2・ ・ ・ (1)
By deleting d SiPh and d metal from Eq. (1) and rearranging them, the following relational expression can be obtained.
d 1 = (d (θ 1 ) / cos θ 1 − tan θ 1 / tan θ 2 ) × (d (θ 2 ) / cos θ 2 )) / (1-tan θ 1 / tan θ 2 )) ・ ・ ・ (2)
(2)式より、設定値θ1,θ2のときのd(θ1),d(θ2)を測定することで、第1観察領域16における間隔d1を算出することができる。
ギャップGの間隔の第1観察領域16における間隔d1との差は、光デバイスを作製する際に決定された既知の情報であるので、第1観察領域16における間隔d1の算出値から、ギャップGの間隔を把握することができる。
From the equation (2), the interval d 1 in the
Since the difference between the gap G and the gap d 1 in the
上記のように、第1観察領域16のみを測定部位としても、ギャップGの間隔を把握することはできる。しかしながらこの場合、観察装置に起因する誤差や測定対象である光デバイスの傾き等により、観察角θの設定値に誤差が含まれ得る。本実施形態では、この誤差を取り除くべく、光デバイスに第1観察領域16とは意図的に間隔が異なる第2観察領域17を設けている。
As described above, even if only the
第2観察領域17における第2部位12cと第2端面14Aとの間隔をd2(=d1+Δd、Δdはd2のd1との差分値)として、同一の観察角θ1で第1及び第2観察領域16,17について測定すると、下記の関係式が得られる。第2観察領域17において、観察角θで第1光導波路12の第1端面12Aの上端部と光半導体素子2の第2端面14Aの下端部との間隔を計測したときの測定値をd'(θ)とする。
The distance between the
d1=d(θ1)/cosθ1+(dSiPh-dmetal)tanθ1 ・・・(3)
d2=d1+Δd
=d'(θ1)/cosθ1+(dSiPh-dmetal)tanθ1・・・(4)
d 1 = d (θ 1 ) / cos θ 1 + (d SiPh −d metal ) tan θ 1 ··· (3)
d 2 = d 1 + Δd
= D'(θ 1 ) / cosθ 1 + (d SiPh −d metal ) tan θ 1 ... (4)
(3),(4)式から、d1,dSiPh,dmetalを削除して整理すると、下記の関係式が得られる。
cosθ1=(d'(θ1)-d(θ1))/Δd ・・・(5)
By deleting d 1 , d SiPh , and d metal from the equations (3) and (4) and rearranging them, the following relational equations can be obtained.
cos θ 1 = (d'(θ 1 ) −d (θ 1 )) / Δd ・ ・ ・ (5)
(5)式より、既知の情報であるΔd及び測定値d(θ1),d'(θ1)から観察角θ1を把握することができる。観察角θ2についても同様に、第1及び第2観察領域16,17について測定することで、観察角θ2を把握することができる。得られた測定値(θ1,θ2,d(θ1),d(θ2))を(2)式に代入することにより、第1観察領域16における間隔d1(及び第2観察領域17における間隔d2)が得られ、ギャップGの間隔を把握することができる。
From the equation (5), the observation angle θ 1 can be grasped from the known information Δd and the measured values d (θ 1 ) and d'(θ 1 ). Similarly, the observation angle θ 2 can be grasped by measuring the first and second
本実施形態による光デバイスでは、算出値から観察角の誤差が除去されており、ギャップGを正確に把握することができる。また、ギャップGが狭い場合でも、ギャップGよりも間隔の広い第1及び第2観察領域16,17を設けることにより、第1及び第2観察領域16,17における間隔を計測することが可能であり、その測定値からギャップGを正確に把握することができる。
In the optical device according to the present embodiment, the error of the observation angle is removed from the calculated value, and the gap G can be accurately grasped. Further, even when the gap G is narrow, it is possible to measure the intervals in the first and
本実施形態による光デバイスでは、その作製時に光半導体素子2がSi基板1の表面内で若干回転して配置されることがある。光半導体素子2の回転量が所定の許容範囲内であれば、製品として問題ないことになる。製品として許否を判断するためにも、ギャップGの間隔と共に、光半導体素子2の回転量も正確に把握する必要がある。
In the optical device according to the present embodiment, the
図3は、本実施形態による光デバイスにおいて、ギャップと共に光半導体素子の回転量を算出する手法を説明するための模式図である。
図3(a)に示すように、光半導体素子2に回転ズレがない(第1端面12Aと第2端面12Aとが平行とされている)場合を考える。この場合には、第1観察領域16の間隔の設計値は3μm、第2観察領域17の間隔の設計値は5μmであることから、両者の差分値(設計上のあるべき差分値)は2μmである。本実施形態による上記の手法により得られる値から得られる差分値も2μmとなる。
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a method of calculating the rotation amount of the optical semiconductor element together with the gap in the optical device according to the present embodiment.
As shown in FIG. 3A, consider a case where the
一方、図3(b)に示すように、光半導体素子2に回転ズレがある(第1端面12Aと第2端面12Aとが非平行とされている)場合を考える。この場合には、第1及び第2観察領域16,17の間隔が設計上のあるべき差分値からずれることになる。そこで本実施形態では、本実施形態による上記の手法により第1及び第2観察領域16,17の間隔を正確に把握し、これらの差分値と設計上のあるべき差分(本実施形態では5μm-3μm=2μm)を比較する。これにより、光半導体素子2の回転量を正確に把握することができる。
On the other hand, as shown in FIG. 3B, consider a case where the
(光デバイスの製造方法)
以下、本実施形態による光デバイスの製造方法について説明する。図4~図6は、本実施形態による光デバイスの製造方法を工程順に示す模式図であり、(a)が平面図、(b)が側面図である。
(Manufacturing method of optical device)
Hereinafter, a method for manufacturing an optical device according to the present embodiment will be described. 4 to 6 are schematic views showing the manufacturing method of the optical device according to the present embodiment in the order of processes, where FIG. 4A is a plan view and FIG. 6B is a side view.
先ず、図4に示すように、第1光導波路12を形成する。
詳細には、先ず、Si基板1上にBOX層を介してSOI層が形成されたSOI(Silicon On Insulator)基板を用意する。BOX層の厚みは3μm程度、SOI層の厚みは0.22μm程度である。SOI層をEB露光又はステッパ露光等を用いて細線状に加工する。これにより、BOX層上で延在し、屈曲部分22aを有するコア層22が形成される。
First, as shown in FIG. 4, the first
Specifically, first, an SOI (Silicon On Insulator) substrate having an SOI layer formed on the Si substrate 1 via a BOX layer is prepared. The thickness of the BOX layer is about 3 μm, and the thickness of the SOI layer is about 0.22 μm. The SOI layer is processed into a fine line shape by using EB exposure, stepper exposure, or the like. As a result, the
次に、コア層22を覆うように、BOX層上にシリコン絶縁層、ここではTEOS層を1.5μm程度の厚みに成膜する。このとき、必要に応じて、スポットサイズ変換器、不純物ドーピング領域、電極、ヒータ等の種々の部品を形成する。
次に、フォトリソグラフィー及びエッチングによりBOX層及びTEOS層を加工する。これにより、Si基板1上に、BOX層からなる下部クラッド層21、下部クラッド層21上のコア層22、及びコア層22を覆うように下部クラッド層21上に形成されたTEOS層からなる上部クラッド層23を有する第1光導波路12が形成される。第1光導波路12では、第1端面12Aに突起部12aが形成され、突起部12aの両側に第1部位12b及び第2部位12cが存しており、第1部位12bと第2部位12cとで相異なる幅とされている。ここでは、第1部位12bの幅が1.5μm程度、第2部位12cの幅が3.5μm程度とされる。コア層22は、突起部12aの近傍に屈曲部分22aの端部22bが位置している。屈曲部分22aは、第1端面12Aに対して垂直から傾いて延在している。
上述のように、フォトリソグラフィー及びエッチングにより、第1端面12Aに精度よく凹凸部を形成することができる。
Next, a silicon insulating layer, here a TEOS layer, is formed on the BOX layer to a thickness of about 1.5 μm so as to cover the
Next, the BOX layer and the TEOS layer are processed by photolithography and etching. As a result, on the Si substrate 1, the lower
As described above, the uneven portion can be accurately formed on the
続いて、図5に示すように、電極13を形成する。
詳細には、BOX層及びTEOS層が除去されて露出するSi基板1上に、電極の形成予定部位を開口するレジストマスクを形成する。スパッタにより、電極材料、例えばTi/Pt/Auをそれぞれ0.1μm程度、0.2μm程度、0.5μm程度の厚みに成膜する。リフトオフにより、レジストマスク及びその上の電極材料を除去する。以上により、Si基板1の露出部位上に電極13が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 5, the
Specifically, a resist mask is formed on the Si substrate 1 from which the BOX layer and the TEOS layer are removed and exposed to open a portion where an electrode is to be formed. By sputtering, an electrode material such as Ti / Pt / Au is formed into a film having a thickness of about 0.1 μm, about 0.2 μm, and about 0.5 μm, respectively. Lift-off removes the resist mask and the electrode material on it. As a result, the
続いて、図6に示すように、電極13上に導電性接着材料15を形成する。
詳細には、電極13上における導電性材料の形成予定部位を開口するレジストマスクを形成する。スパッタにより、導電性材料例えばAuSnを4.0μm程度の厚みに成膜する。リフトオフにより、レジストマスク及びその上の導電性材料を除去する。以上により、電極13上に導電性接着材料15が形成される。
以上により、シリコンフォトニクス基板1が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 6, the conductive
Specifically, a resist mask is formed on the
As a result, the silicon photonics substrate 1 is formed.
続いて、図1と同様に、光半導体素子2を配置固定する。
詳細には、光半導体素子2を、第1端面12Aと第2端面14Aとが対向して、第2光導波路14の端部24aと第1光導波路12の端部22aとが突き合わされるように、導電性接着材料15上にジャンクションダウンで配置して固定する。第1光導波路12と第2光導波路14との光軸が一致して光結合し、第1端面12Aと第2端面14Aとの間にギャップGが形成される。第1部位12bと第2端面14Aとの間には第1観察領域16が、第2部位12cと第2端面14Aとの間には第2観察領域17がそれぞれ形成される。
以上により、本実施形態による光デバイスが作製される。
なお、光半導体素子2の第2端面14Aは、へき開により形成されるため、第1光導波路12の第1端面12Aのように凸凹形状にはならない。
Subsequently, the
Specifically, in the
As described above, the optical device according to the present embodiment is manufactured.
Since the
上記のように作製された光デバイスについて、第1及び第2観察領域16,17における間隔d1,d2を計算した一例を下記に示す。
この計算例では、dSiPhが4.5μm、dmetalが3μmである。光デバイスの第1及び第2観察領域16,17について、観察角θ1でd(θ1),d'(θ1)を計測したところ、d(θ1)が2.3μm、d'(θ1)が4.2μmであった。得られた値を上記の(5)式に代入すると、観察角θ1が20°であることが判る。θ1と異なる観察角θ2についても同様にして第1及び第2観察領域16,17について測定すると、d(θ2)が1.9μm、d'(θ2)が3.6μmとなり、上記の(5)式から観察角θ2が30°であることが判る。そして、得られた測定値 (θ1,θ2,d(θ1),d(θ2))を上記の(2)式に代入することにより、第1観察領域16における間隔d1が3μm、第2観察領域17における間隔d2が5μmであることが判る。
An example of calculating the intervals d 1 and d 2 in the first and
In this calculation example, d SiPh is 4.5 μm and d metal is 3 μm. When d (θ 1 ) and d'(θ 1 ) were measured at the observation angles θ 1 for the first and
以上説明したように、本実施形態によれば、作製誤差の影響を受けることなく、第1及び第2光導波路12,14間のギャップGが狭い場合でも、計測により正確にギャップG及び光半導体素子2の回転量を把握することができる信頼性の高い光デバイスが実現する。
なお、光半導体素子2の高さは、150μm程度、dSiPhが4.5μmと高さが極端に異なるため、両者を同時に精度よく観察することはできないため、上記の第1及び第2観察領域での測定としている。
As described above, according to the present embodiment, even when the gap G between the first and second
Since the height of the
[変形例]
以下、第1の実施形態による光デバイスの諸変形例について説明する。これらの変形例では、本実施形態と同様に光デバイスを開示するが、第1光導波路の構成が若干異なる点で第1の実施形態と相違する。
[Modification example]
Hereinafter, various modifications of the optical device according to the first embodiment will be described. In these modifications, the optical device is disclosed as in the present embodiment, but it differs from the first embodiment in that the configuration of the first optical waveguide is slightly different.
(変形例1)
図7は、第1の実施形態の変形例1による光デバイスの概略構成を示す模式図であり、(a)が平面図、(b)が側面図である。なお、第1の実施形態による光デバイスと同様の構成部材については、同符号を付して詳しい説明を省略する。
(Modification 1)
7A and 7B are schematic views showing a schematic configuration of an optical device according to a modification 1 of the first embodiment, in which FIG. 7A is a plan view and FIG. 7B is a side view. The same components as those of the optical device according to the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
この光デバイスは、シリコンフォトニクス基板1及び光半導体素子2を備えている。
シリコンフォトニクス基板1の第1光導波路12は、第1端面12Aに突起部12dが形成されており、突起部12dの一方側(図7(a)中で突起部12dの下側)に第1部位12e及び第2部位12fが並んで形成されている。第1部位12eと第2部位12fとで相異なる幅(突起部12dとの高さの差)とされている。ここでは、第2部位12fの幅が第1部位12eの幅よりも大きい。第1光導波路12のコア層22は、下部クラッド層上において途中で屈曲して延在しており、突起部12dの近傍に屈曲部分22aの端部22bが位置している。屈曲部分22aは、第1端面12Aからの光反射を抑制すべく、第1端面12Aに対して垂直から傾いて(例えば垂直から15°程度傾いて)延在している。
This optical device includes a silicon photonics substrate 1 and an
In the first
第2光導波路14のコア層24は、第2端面14Aからの光反射を抑制すべく、第2端面14Aに対して垂直から傾いて(例えば垂直から7°程度傾いて)延在しており、第2端面14Aにコア層24の端部24aが位置している。第1光導波路12と第2光導波路14とは、端部22bと端部24aとが突き合わされるように、第1端面12Aと第2端面14Aとが対向して配置され、光結合している。第1端面12Aと第2端面14Aとは、所定距離だけ離間してギャップGが形成されている。このような光半導体素子2の配置により、第1端面12Aと第2端面14Aとの対向箇所では、第1部位12e及び第2部位12fと第2端面14Aとの間でギャップGよりも大きい相異なる間隔(ここでは、後者の間隔が前者の間隔よりも大きい。)が形成される。第1部位12eと第2端面14Aとの間の領域を第1観察領域18(図7中、破線円内に示す。)、第2部位12fと第2端面14Aとの間の領域を第2観察領域18(図7中、破線円内に示す。)とする。本実施形態では例えば、ギャップGの間隔が1.5μm程度、第1観察領域18の間隔が3μm程度、第2観察領域19の間隔が5μm程度とされている。
The
変形例1においても、第1の実施形態と同様に、上記の(5)式より、既知の情報であるΔd及び測定値d(θ1),d'(θ1)から観察角θ1を把握することができる。観察角θ2についても同様に、第1及び第2観察領域18,19について測定することで、観察角θ2を把握することができる。得られた測定値(θ1,θ2,d(θ1),d(θ2))を(2)式に代入することにより、第1観察領域18における間隔d1(及び第2観察領域19における間隔d2)が得られ、ギャップGの間隔を把握することができる。 Also in the first modification, as in the first embodiment, the observation angle θ 1 is obtained from the known information Δd and the measured values d (θ 1 ) and d'(θ 1 ) from the above equation (5). Can be grasped. Similarly, the observation angle θ 2 can be grasped by measuring the first and second observation regions 18 and 19. By substituting the obtained measured values (θ 1 , θ 2 , d (θ 1 ), d (θ 2 )) into Eq. (2), the interval d 1 (and the second observation region) in the first observation region 18 The interval d 2 ) at 19 is obtained, and the interval of the gap G can be grasped.
変形例1による光デバイスでは、算出値から観察角の誤差が除去されており、ギャップGを正確に把握することができる。また、ギャップGが狭い場合でも、ギャップGよりも間隔の広い第1及び第2観察領域18,19を設けることにより、第1及び第2観察領域18,19における間隔を計測することが可能であり、その測定値からギャップG及び光半導体素子2の回転量を正確に把握することができる。
In the optical device according to the first modification, the error of the observation angle is removed from the calculated value, and the gap G can be accurately grasped. Further, even when the gap G is narrow, it is possible to measure the intervals in the first and second observation regions 18 and 19 by providing the first and second observation regions 18 and 19 having a wider interval than the gap G. Yes, the gap G and the amount of rotation of the
(変形例2)
図8は、第1の実施形態の変形例2による光デバイスの概略構成を示す模式図であり、(a)が平面図、(b)が側面図である。なお、第1の実施形態による光デバイスと同様の構成部材については、同符号を付して詳しい説明を省略する。
(Modification 2)
8A and 8B are schematic views showing a schematic configuration of an optical device according to a
この光デバイスは、シリコンフォトニクス基板1及び光半導体素子2を備えている。
シリコンフォトニクス基板1の第1光導波路12は、第1端面12Aに突起部12aとその両側の第1部位12b及び第2部位12cとが形成されている。
光半導体素子2では、第2端面14Aが第1端面12Aと対向して第1端面12Aとの間でギャップGが形成されている。
This optical device includes a silicon photonics substrate 1 and an
In the first
In the
変形例2では、第1光導波路12は、コア層22と並んで(図8(a)中でコア層22の下側に)第1パターン25が形成されている。第1パターン25は、第1及び第2光導波路12,14の実装精度を確認するための構造物であり、その一端が第1端面12Aに位置している。第1パターン25は、ダミー光導波路として、第1光導波路12と同様に(同時工程で)形成される。
In the second modification, the first
変形例2では、光半導体素子2の第2光導波路14は、コア層24と並んで(図8(a)中でコア層24の下側に)第2パターン26が形成されている。第2パターン26は、第1及び第2光導波路12,14の実装精度を確認するための構造物であり、その一端が第2端面14Aに位置している。第2パターン26は、ダミー光導波路として、第2光導波路14と同様に構成される。
In the second modification, the second
作製された光デバイスにおいて、第1パターン25と第2パターン26とは、第1及び第2端面12A,14Aで対向して位置整合する。第1及び第2パターン25,26が位置整合することにより、コア層22の端部22bとコア層24の端部24aとが位置ずれなく突き合わされていることになる。
In the manufactured optical device, the first pattern 25 and the
変形例2においても、第1の実施形態と同様に、上記の(5)式より、既知の情報であるΔd及び測定値d(θ1),d'(θ1)から観察角θ1を把握することができる。観察角θ2についても同様に、第1及び第2観察領域16,17について測定することで、観察角θ2を把握することができる。得られた測定値(θ1,θ2,d(θ1),d(θ2))を(2)式に代入することにより、第1観察領域16における間隔d1(及び第2観察領域17における間隔d2)が得られ、ギャップGの間隔を把握することができる。
Also in the second modification, as in the first embodiment, the observation angle θ 1 is obtained from the known information Δd and the measured values d (θ 1 ) and d'(θ 1 ) from the above equation (5). Can be grasped. Similarly, the observation angle θ 2 can be grasped by measuring the first and second
変形例2による光デバイスでは、算出値から観察角の誤差が除去されており、ギャップGを正確に把握することができる。また、ギャップGが狭い場合でも、ギャップGよりも間隔の広い第1及び第2観察領域16,17を設けることにより、第1及び第2観察領域16,17における間隔を計測することが可能であり、その測定値からギャップG及び光半導体素子2の回転量を正確に把握することができる。
In the optical device according to the second modification, the error of the observation angle is removed from the calculated value, and the gap G can be accurately grasped. Further, even when the gap G is narrow, it is possible to measure the intervals in the first and
変形例2では更に、第1及び第2パターン25,26を観察し、第1及び第2パターン25,26が位置整合しているか否かを確認することにより、第1及び第2光導波路12,14間の位置ずれを把握することができる。
In the second modification, the first and second
なお、第1の実施形態及び諸変形例では、第1光導波路12において、相異なる幅の第1及び第2部位が設けられ、第1及び第2観察領域が形成されている場合を例示したが、この構成に限定されるものではない。例えば、相異なる幅の3箇所以上の部位を設け、3箇所以上の観察領域を形成するようにしても良い。
In the first embodiment and various modifications, the case where the first and second portions having different widths are provided and the first and second observation regions are formed in the first
[第2の実施形態]
本実施形態では、第1の実施形態及び諸変形例から選ばれた1種の光デバイスを適用した光半導体装置である波長可変レーザを開示する。以下の説明では、第1の実施形態の光デバイスを適用した波長可変レーザを例示する。
図9は、本実施形態による波長可変レーザの構成を模式的に示す概略平面図である。なお、第1の実施形態による光デバイスと同様の構成部材については、同符号を付して詳しい説明を省略する。
[Second Embodiment]
The present embodiment discloses a tunable laser, which is an optical semiconductor device to which one type of optical device selected from the first embodiment and various modifications is applied. In the following description, a tunable laser to which the optical device of the first embodiment is applied will be exemplified.
FIG. 9 is a schematic plan view schematically showing the configuration of the tunable laser according to the present embodiment. The same components as those of the optical device according to the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
(波長可変レーザの概略構成)
この波長可変レーザは、シリコンフォトニクス基板31、第1SOA(Semiconductor Optical Amplifier)32、及び第2SOA33を備えている。
シリコンフォトニクス基板31は、Si基板11と、Si基板11に形成された、第1光導波路12、部分反射ミラー41、位相調整器42、及び波長可変フィルタ43と、Si基板11に形成された電極(図1の電極13と同じ電極)とを備えている。第1光導波路12は、例えばシリコン酸化物からなる下部クラッド層21と、下部クラッド層21上に形成されたシリコン細線からなるコア層22と、コア層22を覆うように下部クラッド層21上に形成された、例えばシリコン酸化物からなる上部クラッド層23とを有している。
(Rough configuration of tunable laser)
This tunable laser includes a silicon photonics substrate 31, a first SOA (Semiconductor Optical Amplifier) 32, and a
The silicon photonics substrate 31 includes a
部分反射ミラー41、位相調整器42、及び波長可変フィルタ43は、第1光導波路12のコア層22と接続されたシリコン細線を有している。部分反射ミラー41は、シリコン細線によりループミラーとして構成されている。位相調整器42は、シリコン細線を覆うヒータ42aを有して構成されている。波長可変フィルタ43は、いわゆるバーニア型のものであり、シリコン細線からなり円周が僅かに異なるリング共振器43a,43b及びこれらを覆うヒータ43c,43dを有して構成されている。
The
第1及び第2SOA32,33は、III-V族化合物半導体、例えばInPを用いて
構成された光半導体素子であり、第1SOA32が光源として、第2SOA33が光増幅器として機能する。第1SOA32は、右端面にAR(Anti-Reflection)コーティング膜32aが、左端面にHR(High-Reflection)コーティング膜32bが形成されており、これらの間にコア層24を持つ第2光導波路14が設けられている。第2SOA33は、両端面にARコーティング膜33a,33bが形成されており、これらの間にコア層35を持つ第2光導波路34が設けられている。第1及び第2SOA32,33は、電極上に設けられた導電性接着材料(図1の導電性接着材料15と同じ材料)を介してSi基板11上に配置されており、電極と電気的に接続されている。
The first and
この波長可変レーザでは、第1SOA32、波長可変フィルタ43、位相調整器42、及び部分反射ミラー41の経路でレーザ共振器が形成されている。ここで、第2光導波路14内の光強度が大きいと、光の非線形効果によりシリコンフォトニクス基板31の動作が不安定となるため、光強度が十分に小さくなるように第1SOA32の駆動条件を設定する。最終的には、第2SOA33で光増幅することにより、高い光出力を得ることができる。
In this tunable laser, a laser cavity is formed by the path of the
第1光導波路12は、第1端面12Aに突起部12aが形成されており、突起部12aの両側に第1部位12b及び第2部位12cが形成されている。第1部位12bは突起部12aの一端側に、第2部位12cは突起部12aの他端側に位置しており、第1部位12bと第2部位12cとで相異なる幅(突起部12aとの高さの差)とされている。ここでは、第2部位12cの幅が第1部位12bの幅よりも大きい。第1光導波路12のコア層22は、下部クラッド層上において途中で屈曲して延在しており、突起部12aの近傍に屈曲部分22aの端部22bが位置している。屈曲部分22aは、第1端面12Aからの光反射を抑制すべく、第1端面12Aに対して垂直から傾いて延在している。
In the first
第2光導波路34のコア層35は、第2端面34Aからの光反射を抑制すべく、第2端面34Aに対して垂直から傾いて延在しており、第2端面34Aにコア層35の端部35aが位置している。第1光導波路12と第2光導波路34とは、端部22bと端部35aとが突き合わされるように、第1端面12Aと第2端面34Aとが対向して配置され、光結合している。第1端面12Aと第2端面34Aとは、所定距離だけ離間してギャップGが形成されている。このような第1及び第2SOA32,33の配置により、第1端面12Aと第2端面34Aとの対向箇所では、第1部位12b及び第2部位12cと第2端面34Aとの間でギャップGよりも大きい相異なる間隔(ここでは、後者の間隔が前者の間隔よりも大きい。)が形成される。第1部位12bと第2端面34Aとの間の領域を第1観察領域36、第2部位12cと第2端面34Aとの間の領域を第2観察領域37とする。
The
本実施形態においても、第1の実施形態と同様に、上記の(5)式より、既知の情報であるΔd及び測定値d(θ1),d'(θ1)から観察角θ1を把握することができる。観察角θ2についても同様に、第1及び第2観察領域36,37について測定することで、観察角θ2を把握することができる。得られた測定値(θ1,θ2,d(θ1),d(θ2))を(2)式に代入することにより、第1観察領域36における間隔d1(及び第2観察領域37における間隔d2)が得られ、ギャップGの間隔を把握することができる。
Also in this embodiment, as in the first embodiment, the observation angle θ 1 is obtained from the known information Δd and the measured values d (θ 1 ) and d'(θ 1 ) from the above equation (5). Can be grasped. Similarly, the observation angle θ 2 can be grasped by measuring the first and second
本実施形態による光デバイスでは、算出値から観察角の誤差が除去されており、ギャップGを正確に把握することができる。また、ギャップGが狭い場合でも、ギャップGよりも間隔の広い第1及び第2観察領域36,37を設けることにより、第1及び第2観察領域36,37における間隔を計測することが可能であり、その測定値からギャップG及び第1及び第2SOA32,33の回転量を正確に把握することができる。
In the optical device according to the present embodiment, the error of the observation angle is removed from the calculated value, and the gap G can be accurately grasped. Further, even when the gap G is narrow, it is possible to measure the intervals in the first and
(波長可変レーザの製造方法)
本実施形態による波長可変レーザの製造方法について説明する。
波長可変レーザのうち、シリコンフォトニクス基板31については、第1の実施形態における図4~図6において、SOI層が細線状に加工され、ヒータ42a,43c,43dが形成される。第1光導波路12と共に、部分反射ミラー41、位相調整器42、及び波長可変フィルタ43が形成される。
(Manufacturing method of tunable laser)
A method for manufacturing a tunable laser according to the present embodiment will be described.
Among the tunable lasers, for the silicon photonics substrate 31, the SOI layer is processed into a fine line in FIGS. 4 to 6 in the first embodiment, and
以下、波長可変レーザのうち、第1及び第2SOA32,33の製造工程について説明する。
図10~図17は、本実施形態による波長可変レーザのSOAの製造工程を説明する概略断面図である。図10~図17は、図9の破線I-I'に沿った断面に対応しており、第1及び第2SOA32,33のうち第1SOA32のみの製造工程を示している。
Hereinafter, among the tunable lasers, the manufacturing processes of the first and
10 to 17 are schematic cross-sectional views illustrating the manufacturing process of the SOA of the tunable laser according to the present embodiment. 10 to 17 correspond to the cross section along the broken line I-I'of FIG. 9, and show the manufacturing process of only the first SOA32 of the first and second SOA32, 33.
先ず、図10に示すように、例えば有機金属気相成長法(MOCVD法)を用いて、n-InP基板51上にn-InPクラッド層52、量子井戸活性層53、p-InPクラッド層54、及びp-InGaAsPコンタクト層55を順次成長する。n-InPクラッド層52は、例えば2.0μm程度の厚みに形成される。量子井戸活性層53は、例えば0.2μm程度の厚みに形成される。p-InPクラッド層54は、例えば1.5μm程度の厚みに形成される。p-InGaAsPコンタクト層55、例えば0.3μm程度の厚みに形成される。
First, as shown in FIG. 10, for example, by using the organic metal vapor phase growth method (MOCVD method), the n-InP clad
続いて、図11に示すように、p-InGaAsPコンタクト層55上に、例えばCVD法によりSiO2を堆積する。このSiO2をフォトリソグラフィー及びエッチングで加工して、SiO2マスク56を形成する。
次に、SiO2マスク56を用いて、誘導結合型プラズマ反応性イオンエッチング(ICP-RIE)により、p-InGaAsPコンタクト層55、p-InPクラッド層54、量子井戸活性層53、及びn-InPクラッド層52の途中までエッチングする。これにより、図示のようなメサ構造が形成される。エッチングされた量子井戸活性層53が図9のコア層35となる。
Subsequently, as shown in FIG. 11, SiO 2 is deposited on the p-
Next, the p-
続いて、図12に示すように、メサ構造を埋め込むように、例えばMOCVD法を用いて、半絶縁性InP(SI-InP)層57を成長する。SiO2マスク56は、所定のウェットエッチング等により除去される。
Subsequently, as shown in FIG. 12, the semi-insulating InP (SI-InP)
続いて、図13に示すように、不図示のレジストマスクを形成し、例えば塩酸とリン酸の混合溶液により、SI-InP層57及びn-InPクラッド層52をエッチングする。このとき、エッチングする領域は、例えばメサ構造以外の領域とする。レジストマスクは、所定のウェットエッチング等により除去される。図9の第2光導波路34は、p-InPクラッド層54、量子井戸活性層53、n-InPクラッド層52、及びSI-InP層57を有する。
Subsequently, as shown in FIG. 13, a resist mask (not shown) is formed, and the SI-
次に、例えばプラズマCVDを用いて、SiNパッシベーション膜58を例えば0.5μm程度の厚みに形成する。その後、不図示のレジストマスクを形成し、SiNパッシベーション膜58をエッチングして電極窓開口58aを形成する。レジストマスクは、所定のウェットエッチング等により除去される。
Next, for example, plasma CVD is used to form the
続いて、図14に示すように、例えばスパッタ法を用いて、全面にTiW/Au59をそれぞれ例えば0.1μm程度の厚みに成膜する。 Subsequently, as shown in FIG. 14, for example, using a sputtering method, TiW / Au59 is formed on the entire surface to a thickness of, for example, about 0.1 μm.
続いて、図15に示すように、不図示のレジストマスクを形成し、TiW/Au59を電極として例えば電解メッキを用いてAuメッキ膜61を例えば2.0μm程度の厚みに形成する。レジストマスクは、所定のウェットエッチング等により除去される。
Subsequently, as shown in FIG. 15, a resist mask (not shown) is formed, and the
続いて、図16に示すように、このAuメッキ膜61をマスクとして、全面をエッチングし、Auメッキ膜61の非形成領域のTiW/Au59を除去する。
Subsequently, as shown in FIG. 16, the entire surface is etched using the
続いて、図17に示すように、素子厚みが例えば150μm程度となるようにn-InP基板51の裏面側を研磨する。
次に、n-InP基板51の裏面に、例えば真空蒸着法を用いてAuGe/Au62を形成する。そして、AuGe/Au62を適宜パターニングした後、AuGe/Au62上にAuメッキ膜63を形成する。
以上により、第1SOA32(第2SOA33)が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 17, the back surface side of the n-
Next, AuGe / Au62 is formed on the back surface of the n-
As a result, the first SOA 32 (second SOA 33) is formed.
以上説明したように、本実施形態によれば、作製誤差の影響を受けることなく、第1及び第2光導波路12,34間のギャップGが狭い場合でも、計測により正確にギャップG及び第1及び第2SOA32,33の回転量を把握することができる信頼性の高い波長可変レーザが実現する。
As described above, according to the present embodiment, even when the gap G between the first and second
[第3の実施形態]
本実施形態では、第2の実施形態による波長可変レーザを適用した光トランシーバを開示する。
図18は、本実施形態による光トランシーバを模式的に示す概略平面図である。なお、第2の実施形態による波長可変レーザと同様の構成部材については、同符号を付して詳しい説明を省略する。
[Third Embodiment]
The present embodiment discloses an optical transceiver to which a tunable laser according to the second embodiment is applied.
FIG. 18 is a schematic plan view schematically showing an optical transceiver according to the present embodiment. The same components as those of the tunable laser according to the second embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
この光トランシーバは、第2の実施形態による波長可変レーザ70、DP-QPSK光変調器71、及びコヒーレントレシーバ72を備えている。
DP-QPSK光変調器71は、波長可変レーザ70からの出力光を変調し、送信信号光を生成するための偏波多重4値位相変調(DP-QPSK)方式の光送信器である。コヒーレントレシーバ72は、外部からの信号光を受信するための光受信器である。この光トランシーバでは、任意の波長において光送受信が可能なモジュールを実現することが可能となる。
The optical transceiver comprises a tunable laser 70, a DP-QPSK
The DP-QPSK
本実施形態によれば、作製誤差の影響を受けることなく、第1及び第2光導波路12,34間のギャップGが狭い場合でも、計測により正確にギャップG及び第1及び第2SOA32,33の回転量を把握することができる波長可変レーザ70を備えた、信頼性の高い光トランシーバが実現する。
According to the present embodiment, even when the gap G between the first and second
以下、光デバイス、光半導体装置、及び光トランシーバの諸態様を付記としてまとめて記載する。 Hereinafter, various aspects of the optical device, the optical semiconductor device, and the optical transceiver will be described together as an appendix.
(付記1)半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された第1光導波路と、
前記半導体基板上に前記第1導波路に対向して実装された第2光導波路を含む光半導体素子と、を含み
前記第1光導波路と前記第2光導波路が対向する部分のうち、前記第1光導波路と前記第2光導波路が光接続される部分は第1の間隙を有し、前記第1光導波路と前記第2光導波路が光接続されない部分は、前記第1の間隙より大きい第2の間隙を有することを特徴とする光デバイス。
(Appendix 1) Semiconductor substrate and
The first optical waveguide formed on the semiconductor substrate and
The first of the portions facing the first optical waveguide and the second optical waveguide, including an optical semiconductor element including a second optical waveguide mounted on the semiconductor substrate facing the first optical waveguide. The portion where the 1 optical waveguide and the second optical waveguide are optically connected has a first gap, and the portion where the first optical waveguide and the second optical waveguide are not optically connected is larger than the first gap. An optical device characterized by having a gap of two.
(付記2)前記第2の間隙は、前記第1の間隙の両側に設けられていることを特徴とする付記1に記載の光デバイス。 (Supplementary Note 2) The optical device according to Supplementary Note 1, wherein the second gap is provided on both sides of the first gap.
(付記3)前記第2の間隙は、前記第1の間隙の片側に設けられていることを特徴とする付記1に記載の光デバイス。 (Supplementary Note 3) The optical device according to Supplementary Note 1, wherein the second gap is provided on one side of the first gap.
(付記4)前記第2の間隙は、相異なる大きさの複数の間隙であることを特徴とする付記1~3のいずれか1項に記載の光デバイス。 (Supplementary Note 4) The optical device according to any one of Supplementary note 1 to 3, wherein the second gap is a plurality of gaps having different sizes.
(付記5)前記第1光導波路の前記第2光導波路に対向する第1端面に第1パターンが、前記第2光導波路の前記第1光導波路に対向する第2端面に第2パターンがそれぞれ設けられており、
前記第1パターンと前記第2パターンとが位置整合していることを特徴とする付記1~4のいずれか1項に記載の光デバイス。
(Appendix 5) The first pattern is on the first end surface of the first optical waveguide facing the second optical waveguide, and the second pattern is on the second end surface of the second optical waveguide facing the first optical waveguide. It is provided,
The optical device according to any one of Supplementary note 1 to 4, wherein the first pattern and the second pattern are position-aligned.
(付記6)前記第1光導波路は前記第1端面に対して垂直から傾いて延在しており、前記第2光導波路は前記第2端面に対して垂直から傾いて延在していることを特徴とする付記1~5のいずれか1項に記載の光デバイス。 (Appendix 6) The first optical waveguide extends vertically inclined with respect to the first end surface, and the second optical waveguide extends vertically inclined with respect to the second end surface. The optical device according to any one of Supplementary note 1 to 5, wherein the optical device is characterized by the above-mentioned item 1.
(付記7)半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された第1光導波路と、
前記第1光導波路と接続された反射ミラーと、
前記第1光導波路を通過する光の波長を変更可能な可変波長フィルタと、
前記半導体基板上に前記第1導波路に対向して実装された第2光導波路を含む光半導体素子と、を含み
前記第1光導波路と前記第2光導波路が対向する部分のうち、前記第1光導波路と前記第2光導波路が光接続される部分は第1の間隙を有し、前記第1光導波路と前記第2光導波路が光接続されない部分は、前記第1の間隙より大きい第2の間隙を有することを特徴とする光半導体装置。
(Appendix 7) Semiconductor substrate and
The first optical waveguide formed on the semiconductor substrate and
A reflection mirror connected to the first optical waveguide,
A tunable wavelength filter capable of changing the wavelength of light passing through the first optical waveguide,
The first of the portions facing the first optical waveguide and the second optical waveguide, including an optical semiconductor element including a second optical waveguide mounted on the semiconductor substrate facing the first optical waveguide. The portion where the 1 optical waveguide and the second optical waveguide are optically connected has a first gap, and the portion where the first optical waveguide and the second optical waveguide are not optically connected is larger than the first gap. An optical semiconductor device having a gap of 2.
(付記8)前記第2の間隙は、前記第1の間隙の両側に設けられていることを特徴とする付記7に記載の光半導体装置。 (Appendix 8) The optical semiconductor device according to Appendix 7, wherein the second gap is provided on both sides of the first gap.
(付記9)前記第2の間隙は、前記第1の間隙の片側に設けられていることを特徴とする付記7に記載の光半導体装置。 (Supplementary Note 9) The optical semiconductor device according to Supplementary Note 7, wherein the second gap is provided on one side of the first gap.
(付記10)前記第2の間隙は、相異なる大きさの複数の間隙であることを特徴とする付記7~9のいずれか1項に記載の光半導体装置。 (Supplementary Note 10) The optical semiconductor device according to any one of Supplementary note 7 to 9, wherein the second gap is a plurality of gaps having different sizes.
(付記11)前記第1光導波路の前記第2光導波路に対向する第1端面に第1パターンが、前記第2光導波路の前記第1光導波路に対向する第2端面に第2パターンがそれぞれ設けられており、
前記第1パターンと前記第2パターンとが位置整合していることを特徴とする付記7~10のいずれか1項に記載の光半導体装置。
(Appendix 11) The first pattern is on the first end surface of the first optical waveguide facing the second optical waveguide, and the second pattern is on the second end surface of the second optical waveguide facing the first optical waveguide. It is provided,
The optical semiconductor device according to any one of Supplementary note 7 to 10, wherein the first pattern and the second pattern are position-matched.
(付記12)前記第1光導波路は前記第1端面に対して垂直から傾いて延在しており、前記第2光導波路は前記第2端面に対して垂直から傾いて延在していることを特徴とする付記7~10のいずれか1項に記載の光半導体装置。 (Appendix 12) The first optical waveguide extends vertically with respect to the first end surface, and the second optical waveguide extends vertically with respect to the second end surface. The optical semiconductor device according to any one of Supplementary Provisions 7 to 10, wherein the optical semiconductor device is characterized.
(付記13)2つの前記第2光導波路が並設されており、
一方の前記第2光導波路は光源であり、他方の前記第2光導波路は光増幅器であることを特徴とする付記7~12のいずれか1項に記載の光半導体装置。
(Appendix 13) The two second optical waveguides are arranged side by side.
The optical semiconductor device according to any one of Supplementary note 7 to 12, wherein one of the second optical waveguides is a light source and the other second optical waveguide is an optical amplifier.
(付記14)光半導体装置と、
前記光半導体装置から出力された光を変調して信号光を生成して外部に送信する光送信器と、
外部からの信号光を受信する光受信器と
を含み、
前記光半導体装置は、
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された第1光導波路と、
前記半導体基板上に前記第1導波路に対向して実装された第2光導波路を含む光半導体素子と、を含み
前記第1光導波路と前記第2光導波路が対向する部分のうち、前記第1光導波路と前記第2光導波路が光接続される部分は第1の間隙を有し、前記第1光導波路と前記第2光導波路が光接続されない部分は、前記第1の間隙より大きい第2の間隙を有することを特徴とする光トランシーバ。
(Appendix 14) Optical semiconductor devices and
An optical transmitter that modulates the light output from the optical semiconductor device to generate signal light and transmits it to the outside.
Including an optical receiver that receives signal light from the outside,
The optical semiconductor device is
With a semiconductor substrate,
The first optical waveguide formed on the semiconductor substrate and
The first of the portions facing the first optical waveguide and the second optical waveguide, including an optical semiconductor element including a second optical waveguide mounted on the semiconductor substrate facing the first optical waveguide. The portion where the 1 optical waveguide and the second optical waveguide are optically connected has a first gap, and the portion where the first optical waveguide and the second optical waveguide are not optically connected is larger than the first gap. An optical waveguide characterized by having a gap of two.
1,31 シリコンフォトニクス基板
2 光半導体素子
11 Si基板
12 第1光導波路
12A 第1端面
12a,12d 突起部
12b,12e 第1部位
12c,12f 第2部位
13 電極
14,34 第2光導波路
14A,34A 第2端面
15 導電性接着材料
16,18,36 第1観察領域
17,19,37 第2観察領域
21 下部クラッド層
22,24,35 コア層
22a 屈曲部分
22b,24a,35a 端部
23 上部クラッド層
25 第1パターン
26 第2パターン
32 第1SOA
33 第2SOA
41 部分反射ミラー
42 位相調整器
42a,43c,43d ヒータ
43 波長可変フィルタ
43a,43b リング共振器
51 n-InP基板
52 n-InPクラッド層
53 量子井戸活性層
54 p-InPクラッド層
55 p-InGaAsPコンタクト層
56 SiO2マスク
57 半絶縁性InP(SI-InP)層
58 SiNパッシベーション膜
58a 電極窓開口
59 TiW/Au
61,63 Auメッキ膜
62 AuGe/Au
70 波長可変レーザ
71 DP-QPSK光変調器
72 コヒーレントレシーバ
1,31
33 Second SOA
41
61, 63
70
Claims (13)
前記半導体基板上に形成された第1光導波路と、
前記半導体基板上に前記第1光導波路に対向して実装された第2光導波路を含む光半導体素子と、を含み、
前記第1光導波路の前記第2光導波路と対向する第1端面は、第1平面部と、前記第1平面部から後退した段差となる、前記第1平面部と平行な第2平面部と、前記第1平面部から後退した段差となる、前記第1平面部と平行な第3平面部と、を有し、
前記第1平面部と、前記第2光導波路の前記第1光導波路と対向する第2端面のうち前記第1平面部と対向する部分との間に設けられた第1の間隙において、前記第1光導波路と前記第2光導波路とが光接続されていることを特徴とする光デバイス。 With a semiconductor substrate,
The first optical waveguide formed on the semiconductor substrate and
An optical semiconductor device including a second optical waveguide mounted on the semiconductor substrate facing the first optical waveguide, and the like.
The first end surface of the first optical waveguide facing the second optical waveguide has a first plane portion and a second plane portion parallel to the first plane portion, which is a step recessed from the first plane portion. , A third flat surface portion parallel to the first flat surface portion, which is a step recessed from the first flat surface portion.
In the first gap provided between the first plane portion and the portion of the second optical waveguide facing the first optical waveguide and facing the first plane portion, the first An optical device characterized in that the 1 optical waveguide and the second optical waveguide are optically connected.
前記第1パターンと前記第2パターンとが位置整合していることを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の光デバイス。 The first pattern is provided on the second plane portion or the third plane portion of the first optical waveguide, and the second pattern is provided on the second end surface of the second optical waveguide.
The optical device according to any one of claims 1 to 4, wherein the first pattern and the second pattern are position-aligned.
前記半導体基板上に形成された第1光導波路と、
前記第1光導波路と接続された反射ミラーと、
前記第1光導波路を通過する光の波長を変更可能な可変波長フィルタと、
前記半導体基板上に前記第1光導波路に対向して実装された第2光導波路を含む光半導体素子と、を含み、
前記第1光導波路の前記第2光導波路と対向する第1端面は、第1平面部と、前記第1平面部から後退した段差となる、前記第1平面部と平行な第2平面部と、前記第1平面部から後退した段差となる、前記第1平面部と平行な第3平面部と、を有し、
前記第1平面部と、前記第2光導波路の前記第1光導波路と対向する第2端面のうち前記第1平面部と対向する部分との間に設けられた第1の間隙において、前記第1光導波路と前記第2光導波路とが光接続されていることを特徴とする光半導体装置。 With a semiconductor substrate,
The first optical waveguide formed on the semiconductor substrate and
A reflection mirror connected to the first optical waveguide,
A tunable wavelength filter capable of changing the wavelength of light passing through the first optical waveguide,
An optical semiconductor device including a second optical waveguide mounted on the semiconductor substrate facing the first optical waveguide, and the like.
The first end surface of the first optical waveguide facing the second optical waveguide has a first plane portion and a second plane portion parallel to the first plane portion, which is a step recessed from the first plane portion. , A third flat surface portion parallel to the first flat surface portion, which is a step recessed from the first flat surface portion.
In the first gap provided between the first plane portion and the portion of the second optical waveguide facing the first optical waveguide and facing the first plane portion, the first An optical semiconductor device characterized in that the 1 optical waveguide and the second optical waveguide are optically connected.
前記第1パターンと前記第2パターンとが位置整合していることを特徴とする請求項7~10のいずれか1項に記載の光半導体装置。 The first pattern is provided on the second plane portion or the third plane portion of the first optical waveguide, and the second pattern is provided on the second end surface of the second optical waveguide.
The optical semiconductor device according to any one of claims 7 to 10, wherein the first pattern and the second pattern are position-matched.
一方の前記第2光導波路は光源であり、他方の前記第2光導波路は光増幅器であることを特徴とする請求項7~12のいずれか1項に記載の光半導体装置。 The two said second optical waveguides are arranged side by side,
The optical semiconductor device according to any one of claims 7 to 12, wherein one of the second optical waveguides is a light source and the other second optical waveguide is an optical amplifier.
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