JP7342714B2 - 受光デバイス及び受光デバイスの製造方法 - Google Patents

受光デバイス及び受光デバイスの製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP7342714B2
JP7342714B2 JP2020007562A JP2020007562A JP7342714B2 JP 7342714 B2 JP7342714 B2 JP 7342714B2 JP 2020007562 A JP2020007562 A JP 2020007562A JP 2020007562 A JP2020007562 A JP 2020007562A JP 7342714 B2 JP7342714 B2 JP 7342714B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light receiving
optical
substrate
receiving device
optical waveguide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020007562A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2021113947A (ja
Inventor
拓也 沖本
英樹 八木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP2020007562A priority Critical patent/JP7342714B2/ja
Priority to US17/150,791 priority patent/US11231552B2/en
Publication of JP2021113947A publication Critical patent/JP2021113947A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7342714B2 publication Critical patent/JP7342714B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/264—Optical coupling means with optical elements between opposed fibre ends which perform a function other than beam splitting
    • G02B6/266—Optical coupling means with optical elements between opposed fibre ends which perform a function other than beam splitting the optical element being an attenuator
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/015—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements with at least one potential jump barrier, e.g. PN, PIN junction
    • G02F1/025—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements with at least one potential jump barrier, e.g. PN, PIN junction in an optical waveguide structure
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12007—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer
    • G02B6/12009—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer comprising arrayed waveguide grating [AWG] devices, i.e. with a phased array of waveguides
    • G02B6/12019—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer comprising arrayed waveguide grating [AWG] devices, i.e. with a phased array of waveguides characterised by the optical interconnection to or from the AWG devices, e.g. integration or coupling with lasers or photodiodes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29346—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by wave or beam interference
    • G02B6/2935—Mach-Zehnder configuration, i.e. comprising separate splitting and combining means
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/0147—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on thermo-optic effects
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12004—Combinations of two or more optical elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/48—Variable attenuator

Description

本開示は、受光デバイス及び受光デバイスの製造方法に関する。
非特許文献１は、可変光減衰器（ＶＯＡ：Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ）と光９０°ハイブリッド素子と複数の受光素子とがＩｎＰ基板上にモノリシックに集積された受光デバイスを開示する。可変光減衰器は、２本のアーム導波路のうち１本のアーム導波路上に設けられたヒータを有する。
Patrick Runge et al., "MonolithicInP Receiver Chip With a Variable Optical Attenuator for Colorless WDMDetection", IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 26, NO. 4, FEBRUARY15, 2014
非特許文献１の受光デバイスでは、ヒータによって可変光減衰器のアーム導波路を加熱する際に、アーム導波路からＩｎＰ基板に熱が逃げる。そのため、アーム導波路を加熱するためにヒータに供給されるエネルギーが大きくなる。
本開示は、光導波路を加熱するためにヒータに供給されるエネルギーを低減できる受光デバイス及び受光デバイスの製造方法を提供する。
本開示の一側面に係る受光デバイスは、基板上に設けられた可変光減衰器と、前記基板上に設けられた光９０°ハイブリッド素子と、前記基板上に設けられた複数の受光素子と、を備え、前記複数の受光素子は、前記光９０°ハイブリッド素子を介して前記可変光減衰器に光学的に結合されており、前記可変光減衰器は、前記基板上に設けられた光導波路と、前記光導波路を加熱するためのヒータと、前記基板と前記光導波路との間に少なくとも部分的に配置された断熱層と、を備える。
本開示の一側面に係る受光デバイスの製造方法は、基板上に設けられた可変光減衰器と、前記基板上に設けられた光９０°ハイブリッド素子と、前記基板上に設けられた複数の受光素子と備える受光デバイスの製造方法であって、前記複数の受光素子は、前記光９０°ハイブリッド素子を介して前記可変光減衰器に光学的に結合されており、前記製造方法は、前記基板の主面のうち前記可変光減衰器を形成するための領域上に、断熱層のための第１半導体層を形成する工程と、前記第１半導体層上に、前記可変光減衰器の光導波路のための第２半導体層を形成する工程と、前記第２半導体層上に、前記光導波路を加熱するためのヒータを形成する工程と、を含む。
本開示によれば、光導波路を加熱するためにヒータに供給されるエネルギーを低減できる受光デバイス及び受光デバイスの製造方法が提供され得る。
図１は、一実施形態に係る受光デバイスを模式的に示す平面図である。 図２は、図１の一部を拡大した図である。 図３は、図２のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。 図４は、光導波路に沿った受光デバイスの断面図である。 図５は、第１変形例に係る受光デバイスを示す断面図である。 図６は、光導波路に沿った図５の受光デバイスの断面図である。 図７は、第２変形例に係る受光デバイスを示す断面図である。 図８の（ａ）から（ｄ）は、可変光減衰器のシミュレーションモデルを示す図である。 図９の（ａ）から（ｄ）は、シミュレーションにより得られた可変光減衰器の温度プロファイルを示す図である。 図１０の（ａ）から（ｃ）は、一実施形態に係る受光デバイスの製造方法における工程断面図である。 図１１の（ａ）及び（ｂ）は、一実施形態に係る受光デバイスの製造方法における工程断面図である。 図１２の（ａ）及び（ｂ）は、第１変形例に係る受光デバイスの製造方法における工程断面図である。
［本開示の実施形態の説明］
一実施形態に係る受光デバイスは、基板上に設けられた可変光減衰器と、前記基板上に設けられた光９０°ハイブリッド素子と、前記基板上に設けられた複数の受光素子と、を備え、前記複数の受光素子は、前記光９０°ハイブリッド素子を介して前記可変光減衰器に光学的に結合されており、前記可変光減衰器は、前記基板上に設けられた光導波路と、前記光導波路を加熱するためのヒータと、前記基板と前記光導波路との間に少なくとも部分的に配置された断熱層と、を備える。
上記受光デバイスによれば、ヒータによって光導波路が加熱される際に、光導波路から基板への熱伝達が断熱層によって抑制される。よって、光導波路を加熱するためにヒータに供給されるエネルギーを低減できる。
前記断熱層が半導体部を含んでもよい。この場合、半導体部によって光導波路を物理的に支持することができる。
前記断熱層が空隙部を含んでもよい。この場合、断熱層が断熱材料によって充填されている場合に比べて、断熱層の断熱性が高くなる。
前記断熱層が、前記光導波路に沿って交互に配列された半導体部と空隙部とを含んでもよい。この場合、半導体部によって光導波路を物理的に支持することができる。さらに、空隙部によって、断熱層の断熱性が高くなる。
前記断熱層の厚さは３００ｎｍ以下であってもよい。断熱層の厚さを３００ｎｍ以下にすると、断熱層がコア層として機能する可能性を低減できる。
前記断熱層は、前記光導波路に沿って延在しており、前記可変光減衰器と前記光９０°ハイブリッド素子との間において終端してもよい。この場合、基板と光９０°ハイブリッド素子との間に断熱層が配置されない。よって、光９０°ハイブリッド素子から基板への放熱性の低下を抑制できる。
前記基板は、第１領域と前記第１領域に隣接する第２領域とを含む主面を有し、前記光導波路は、前記第１領域上に設けられ、前記第２領域には、トレンチが形成されてもよい。この場合、基板の主面の法線方向から見て、第１領域から第２領域に向かう熱伝達がトレンチによって抑制される。よって、光導波路を加熱するためにヒータに供給されるエネルギーを更に低減できる。
前記光導波路及び前記断熱層は、前記基板上に設けられたメサに含まれてもよい。この場合、光導波路及び断熱層の熱はメサ内に閉じ込められる。よって、光導波路を加熱するためにヒータに供給されるエネルギーを更に低減できる。
一実施形態に係る受光デバイスの製造方法は、基板上に設けられた可変光減衰器と、前記基板上に設けられた光９０°ハイブリッド素子と、前記基板上に設けられた複数の受光素子と備える受光デバイスの製造方法であって、前記複数の受光素子は、前記光９０°ハイブリッド素子を介して前記可変光減衰器に光学的に結合されており、前記製造方法は、前記基板の主面のうち前記可変光減衰器を形成するための領域上に、断熱層のための第１半導体層を形成する工程と、前記第１半導体層上に、前記可変光減衰器の光導波路のための第２半導体層を形成する工程と、前記第２半導体層上に、前記光導波路を加熱するためのヒータを形成する工程と、を含む。
上記受光デバイスの製造方法によれば、可変光減衰器の光導波路と基板との間に少なくとも部分的に配置された断熱層を形成できる。これにより、ヒータによって光導波路が加熱される際に、光導波路から基板への熱伝達が断熱層によって抑制される。よって、光導波路を加熱するためにヒータに供給されるエネルギーを低減できる。
［本開示の実施形態の詳細］
以下、添付図面を参照しながら本開示の実施形態が詳細に説明される。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。
（受光デバイス）
図１は、一実施形態に係る受光デバイスを模式的に示す平面図である。図１に示される受光デバイス１は、例えばコヒーレント光通信に用いられる。受光デバイス１は、基板２上に設けられた可変光減衰器（ＶＯＡ）１０ａ，１０ｂと、基板２上に設けられた光９０°ハイブリッド素子２０ａ，２０ｂと、基板２上に設けられた複数の受光素子３０ａ１から３０ａ４，３０ｂ１から３０ｂ４とを備える。可変光減衰器１０ａ，１０ｂ、光９０°ハイブリッド素子２０ａ，２０ｂ、複数の受光素子３０ａ１から３０ａ４，３０ｂ１から３０ｂ４は、基板２にモノリシックに集積されている。
複数（例えば４つ）の受光素子３０ａ１から３０ａ４は、光９０°ハイブリッド素子２０ａを介して可変光減衰器１０ａに光学的に結合されている。複数の受光素子３０ａ１から３０ａ４のそれぞれは、光導波路により光９０°ハイブリッド素子２０ａに接続されている。光９０°ハイブリッド素子２０ａは、例えば２入力２出力の多モード干渉（ＭＭＩ：Ｍｕｌｔｉ－Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）カプラ等の光分波器５２ａを介して可変光減衰器１０ａに光学的に結合されている。可変光減衰器１０ａは、例えば１入力２出力のＭＭＩカプラ等の光分波器５０ａ，５１ａを介してスポットサイズ変換器４０ａに光学的に結合されている。スポットサイズ変換器４０ａは基板２の端部に位置する。
複数（例えば４つ）の受光素子３０ｂ１から３０ｂ４は、光９０°ハイブリッド素子２０ｂを介して可変光減衰器１０ｂに光学的に結合されている。複数の受光素子３０ｂ１から３０ｂ４のそれぞれは、光導波路により光９０°ハイブリッド素子２０ｂに接続されている。光９０°ハイブリッド素子２０ｂは、例えば２入力２出力のＭＭＩカプラ等の光分波器５２ｂを介して可変光減衰器１０ｂに光学的に結合されている。可変光減衰器１０ｂは、例えば１入力２出力のＭＭＩカプラ等の光分波器５０ｂ，５１ｂを介してスポットサイズ変換器４０ｂに光学的に結合されている。スポットサイズ変換器４０ｂは基板２の端部に位置する。
光９０°ハイブリッド素子２０ａ，２０ｂは、例えば１入力２出力のＭＭＩカプラ等の光分波器５２ｃを介してスポットサイズ変換器４０ｃに光学的に結合されている。スポットサイズ変換器４０ｃは基板２の端部に位置する。
スポットサイズ変換器４０ａは、第１信号光ＳｉｇＸが入力される入力ポートとして機能する。スポットサイズ変換器４０ｂは、第２信号光ＳｉｇＹが入力される入力ポートとして機能する。スポットサイズ変換器４０ｃは、局部発振光ＬＯが入力される入力ポートとして機能する。
第１信号光ＳｉｇＸは、例えば互いに異なる４つの位相及び同じ波長を有するＸ偏波である。第２信号光ＳｉｇＹは、例えば互いに異なる４つの位相及び同じ波長を有するＹ偏波である。第１信号光ＳｉｇＸ及び第２信号光ＳｉｇＹのそれぞれは、例えばＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying：４位相偏移変調）方式により変調された信号光である。第１信号光ＳｉｇＸ及び第２信号光ＳｉｇＹのそれぞれは、種々のバンド帯において波長多重化されている。種々のバンド帯は、例えばＩＴＵ－Ｔ（International Telecommunication Union TelecommunicationStandardization Sector）におけるＣバンド帯（１５３０ｎｍから１５６５ｎｍの波長範囲）又はＬバンド帯（１５６５ｎｍから１６２５ｎｍの波長範囲）を含む。局部発振光ＬＯは、例えば第１信号光ＳｉｇＸ及び第２信号光ＳｉｇＹのそれぞれと同じ波長を有する。
スポットサイズ変換器４０ａの出力端は、光導波路により光分波器５０ａの入力端に接続されている。光分波器５０ａの第１出力端は、光導波路により光分波器５１ａの入力端に接続されている。光分波器５０ａの第２出力端は、光導波路により受光素子６０ａに接続されている。受光素子６０ａのアノードは、例えばアノード電極を介して電極パッドＥａ７に電気的に接続され、受光素子６０ａのカソードは、例えばカソード電極を介して電極パッドＥａ１０に電気的に接続されている。受光素子６０ａは、第１信号光ＳｉｇＸの大きさをモニタする。受光素子６０ａは、例えばＰＩＮフォトダイオードである。受光素子６０ａは、バットジョイント接合を規定する領域ＢＪ６０ａに位置する。
光分波器５１ａの第１出力端及び第２出力端は、光導波路により可変光減衰器１０ａの入力端に接続されている。可変光減衰器１０ａは、例えばマッハツェンダ型の光減衰器である。可変光減衰器１０ａは、第１及び第２のアーム光導波路をそれぞれ加熱するためのヒータ１２ａ，１３ａを備える。ヒータ１２ａ，１３ａはそれぞれ第１及び第２のアーム光導波路に沿って延在する。ヒータ１２ａの一端は、配線Ｌａ１２により電極パッドＥ１２ａに電気的に接続され、ヒータ１２ａの他端は、配線Ｌａ１４により電極パッドＥ１４ａに電気的に接続される。ヒータ１３ａの一端は、配線Ｌａ１３により電極パッドＥ１３ａに電気的に接続され、ヒータ１３ａの他端は、配線Ｌａ１４により電極パッドＥ１４ａに電気的に接続される。可変光減衰器１０ａの出力端は、光導波路により光分波器５２ａの入力端に接続されている。光分波器５２ａの第１出力端は、光導波路により光９０°ハイブリッド素子２０ａの第１入力端に接続されている。光分波器５２ａの第２出力端は、光導波路により受光素子６１ａに接続されている。受光素子６１ａアノードは、例えばアノード電極を介して電極パッドＥａ８に電気的に接続され、受光素子６１ａのカソードは、例えばカソード電極を介して電極パッドＥａ１１に電気的に接続されている。受光素子６１ａは、可変光減衰器１０ａにおける光の減衰量をモニタすることによって、可変光減衰器１０ａから出力された第１信号光ＳｉｇＸの大きさを間接的にモニタする。受光素子６１ａは、例えばＰＩＮフォトダイオードである。受光素子６１ａは、バットジョイント接合を規定する領域ＢＪ６１ａに位置する。
光９０°ハイブリッド素子２０ａは、例えば２入力４出力のＭＭＩカプラ２１ａと、２入力２出力のＭＭＩカプラ２２ａとを含む。ＭＭＩカプラ２１ａの第１入力端が光９０°ハイブリッド素子２０ａの第１入力端となる。ＭＭＩカプラ２１ａの第２入力端が光９０°ハイブリッド素子２０ａの第２入力端となる。ＭＭＩカプラ２１ａの４つの出力端のうち２つは、光導波路を介して、ＭＭＩカプラ２２ａの２つの入力端とそれぞれ結合されている。これらの光導波路の光路長は互いに異なっており、位相シフト部２３ａにおいて、一方の光導波路が湾曲して他方の光導波路から離れることにより、一方の光導波路が他方の光導波路よりも僅かに長くなっている。これにより、一方の光導波路を伝搬する信号成分が、他方の光導波路を伝搬する信号成分に対して４５°の位相に相当する遅延を有することとなる。ＭＭＩカプラ２１ａの他の２つの出力端は、それぞれ光導波路により受光素子３０ａ１，３０ａ２に接続されている。受光素子３０ａ１のアノードは、電極パッドＥａ１に電気的に接続され、受光素子３０ａ１のカソードは、電極パッドＥａ５に電気的に接続されている。受光素子３０ａ２のアノードは、電極パッドＥａ２に電気的に接続され、受光素子３０ａ２のカソードは、電極パッドＥａ５に電気的に接続されている。ＭＭＩカプラ２２ａの２つの出力端は、それぞれ光導波路により受光素子３０ａ３，３０ａ４に接続されている。受光素子３０ａ３のアノードは、電極パッドＥａ３に電気的に接続され、受光素子３０ａ３のカソードは、電極パッドＥａ６に電気的に接続されている。受光素子３０ａ４のアノードは、電極パッドＥａ４に電気的に接続され、受光素子３０ａ４のカソードは、電極パッドＥａ６に電気的に接続されている。受光素子３０ａ１から３０ａ４は、バットジョイント接合を規定する領域ＢＪ３０に位置する。受光素子３０ａ１から３０ａ４は、例えばＰＩＮフォトダイオードである。
スポットサイズ変換器４０ｂの出力端は、光導波路により光分波器５０ｂの入力端に接続されている。光分波器５０ｂの第１出力端は、光導波路により光分波器５１ｂの入力端に接続されている。光分波器５０ｂの第２出力端は、光導波路により受光素子６０ｂに接続されている。受光素子６０ｂのアノードは、例えばアノード電極を介して電極パッドＥｂ７に電気的に接続され、受光素子６０ｂのカソードは、例えばカソード電極を介して電極パッドＥｂ１０に電気的に接続されている。受光素子６０ｂは、第２信号光ＳｉｇＹの大きさをモニタする。受光素子６０ｂは、例えばＰＩＮフォトダイオードである。受光素子６０ｂは、バットジョイント接合を規定する領域ＢＪ６０ｂに位置する。
光分波器５１ｂの第１出力端及び第２出力端は、光導波路により可変光減衰器１０ｂの入力端に接続されている。可変光減衰器１０ｂは、例えばマッハツェンダ型の光減衰器である。可変光減衰器１０ｂは、第１及び第２のアーム光導波路をそれぞれ加熱するためのヒータ１２ｂ，１３ｂを備える。ヒータ１２ｂ，１３ｂはそれぞれ第１及び第２のアーム光導波路に沿って延在する。ヒータ１２ｂの一端は、配線Ｌｂ１２により電極パッドＥ１２ｂに電気的に接続され、ヒータ１２ｂの他端は、配線Ｌｂ１４により電極パッドＥ１４ｂに電気的に接続される。ヒータ１３ｂの一端は、配線Ｌｂ１３により電極パッドＥ１３ｂに電気的に接続され、ヒータ１３ｂの他端は、配線Ｌｂ１４により電極パッドＥ１４ｂに電気的に接続される。可変光減衰器１０ｂの出力端は、光導波路により光分波器５２ｂの入力端に接続されている。光分波器５２ｂの第１出力端は、光導波路により光９０°ハイブリッド素子２０ｂの第１入力端に接続されている。光分波器５２ｂの第２出力端は、光導波路により受光素子６１ｂに接続されている。受光素子６１ｂアノードは、例えばアノード電極を介して電極パッドＥｂ８に電気的に接続され、受光素子６１ｂのカソードは、例えばカソード電極を介して電極パッドＥｂ１１に電気的に接続されている。受光素子６１ｂは、可変光減衰器１０ｂにおける光の減衰量をモニタすることによって、可変光減衰器１０ｂから出力された第２信号光ＳｉｇＹの大きさを間接的にモニタする。受光素子６１ｂは、例えばＰＩＮフォトダイオードである。受光素子６１ｂは、バットジョイント接合を規定する領域ＢＪ６１ｂに位置する。
光９０°ハイブリッド素子２０ｂは、例えば２入力４出力のＭＭＩカプラ２１ｂと、２入力２出力のＭＭＩカプラ２２ｂとを含む。ＭＭＩカプラ２１ｂの第１入力端が光９０°ハイブリッド素子２０ｂの第１入力端となる。ＭＭＩカプラ２１ｂの第２入力端が光９０°ハイブリッド素子２０ｂの第２入力端となる。ＭＭＩカプラ２１ｂの４つの出力端のうち２つは、光導波路を介して、ＭＭＩカプラ２２ｂの２つの入力端とそれぞれ結合されている。これらの光導波路の光路長は互いに異なっており、位相シフト部２３ｂにおいて、一方の光導波路が湾曲して他方の光導波路から離れることにより、一方の光導波路が他方の光導波路よりも僅かに長くなっている。これにより、一方の光導波路を伝搬する信号成分が、他方の光導波路を伝搬する信号成分に対して４５°の位相に相当する遅延を有することとなる。ＭＭＩカプラ２１ｂの他の２つの出力端は、それぞれ光導波路により受光素子３０ｂ１，３０ｂ２に接続されている。受光素子３０ｂ１のアノードは、電極パッドＥｂ１に電気的に接続され、受光素子３０ｂ１のカソードは、電極パッドＥｂ５に電気的に接続されている。受光素子３０ｂ２のアノードは、電極パッドＥｂ２に電気的に接続され、受光素子３０ｂ２のカソードは、電極パッドＥｂ５に電気的に接続されている。ＭＭＩカプラ２２ｂの２つの出力端は、それぞれ光導波路により受光素子３０ｂ３，３０ｂ４に接続されている。受光素子３０ｂ３のアノードは、電極パッドＥｂ３に電気的に接続され、受光素子３０ｂ３のカソードは、電極パッドＥｂ６に電気的に接続されている。受光素子３０ｂ４のアノードは、電極パッドＥｂ４に電気的に接続され、受光素子３０ｂ４のカソードは、電極パッドＥｂ６に電気的に接続されている。受光素子３０ｂ１から３０ｂ４は、バットジョイント接合を規定する領域ＢＪ３０に位置する。受光素子３０ｂ１から３０ｂ４は、例えばＰＩＮフォトダイオードである。
スポットサイズ変換器４０ｃの出力端は、光導波路により光分波器５２ｃの入力端に接続されている。光分波器５２ｃの第１出力端は、光導波路により光９０°ハイブリッド素子２０ａの第２入力端に接続されている。光分波器５２ｃの第２出力端は、光導波路により光９０°ハイブリッド素子２０ｂの第２入力端に接続されている。
受光デバイス１によれば、スポットサイズ変換器４０ａに入力された第１信号光ＳｉｇＸは、可変光減衰器１０ａによって減衰された後、スポットサイズ変換器４０ｃに入力された局部発振光ＬＯと共に光９０°ハイブリッド素子２０ａに入力される。光９０°ハイブリッド素子２０ａにおいて第１信号光ＳｉｇＸと局部発振光ＬＯとが互いに干渉することによって、第１信号光ＳｉｇＸは、４つの成分の光に分離される。４つの成分の光は、受光素子３０ａ１から３０ａ４によってそれぞれ検出される。受光素子３０ａ１，３０ａ２によって検出される光は、互いに１８０°異なる位相を有する同相（In-Phase）成分Ｉである。例えば、受光素子３０ａ１によって検出される光の位相は０°であり、受光素子３０ａ２によって検出される光の位相は１８０°である。受光素子３０ａ３，３０ａ４によって検出される光は、同相成分Ｉの位相とは９０°異なり、互いに１８０°異なる位相を有する直角位相（Quadrature）成分Ｑである。例えば、受光素子３０ａ３によって検出される光の位相は９０°であり、受光素子３０ａ４によって検出される光の位相は２７０°である。
スポットサイズ変換器４０ｂに入力された第２信号光ＳｉｇＹは、可変光減衰器１０ｂによって減衰された後、スポットサイズ変換器４０ｃに入力された局部発振光ＬＯと共に光９０°ハイブリッド素子２０ｂに入力される。光９０°ハイブリッド素子２０ｂにおいて第２信号光ＳｉｇＹと局部発振光ＬＯとが互いに干渉することによって、第２信号光ＳｉｇＹは、第１信号光ＳｉｇＸと同様に４つの成分の光に分離される。４つの成分の光は、受光素子３０ｂ１から３０ｂ４によってそれぞれ検出される。
図２は、図１の一部（可変光減衰器１０ａ）を拡大した図である。図３は、図２のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。図４は、光導波路に沿った受光デバイスの断面図である。以下では、可変光減衰器１０ａを例にして説明するが、可変光減衰器１０ｂも可変光減衰器１０ａと同様の構成を有する。
図２から図４に示されるように、可変光減衰器１０ａは、基板２上に設けられた一対のメサＭを備える。各メサＭは光導波路に沿って延在する。一方のメサＭはヒータ１２ａによって加熱され、他方のメサＭはヒータ１３ａによって加熱される。本実施形態において、ヒータ１３ａに供給されるエネルギーは、ヒータ１２ａに供給されるエネルギーよりも大きい。ヒータ１２ａ及びヒータ１３ａのそれぞれは、例えばＰｔ／Ｔｉ等の金属層である。電極パッドＥａ１からＥａ８，Ｅａ１０からＥａ１４，Ｅｂ１からＥｂ８，Ｅｂ１０からＥｂ１４は、ヒータ１２ａ及びヒータ１３ａとは異なる材料（例えばＡｕ）から構成される。光導波路に沿ったヒータ１３ａの長さＬ１は例えば２００から４００μｍである。
基板２の主面２ｓは、第１領域Ｒ１と、第１領域Ｒ１に隣接する第２領域Ｒ２とを含む。第１領域Ｒ１にはメサＭが形成される。第２領域Ｒ２にはトレンチＴが形成される。本実施形態では、一対の第２領域Ｒ２間に第１領域Ｒ１が配置される。トレンチＴの深さは、例えば２．５μｍ以上であってもよいし、３．５μｍ以下であってもよい。
各メサＭは、半絶縁性半導体層Ｍ２、バッファ層Ｍ３、断熱層Ｍ４、クラッド層Ｍ５、コア層Ｍ６（光導波路）及びクラッド層Ｍ７を含む。半絶縁性半導体層Ｍ２、バッファ層Ｍ３、断熱層Ｍ４、クラッド層Ｍ５、コア層Ｍ６及びクラッド層Ｍ７は、基板２の主面２ｓ上にこの順に設けられる。よって、断熱層Ｍ４は、基板２とコア層Ｍ６との間に少なくとも部分的に配置される。メサＭは、先端と基部とを有する。メサＭの先端は、クラッド層Ｍ５、コア層Ｍ６及びクラッド層Ｍ７を含む。メサＭの基部は、半絶縁性半導体層Ｍ２、バッファ層Ｍ３及び断熱層Ｍ４を含む。メサＭの先端の幅Ｄ１は、メサＭの基部の幅Ｄ１ａよりも小さく、例えば２．５μｍである。
基板２は、例えば半絶縁性ＩｎＰ基板等の半絶縁性ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体基板である。半絶縁性半導体層Ｍ２は基板２と同じ材料から構成される。バッファ層Ｍ３は、例えばｎ－ＩｎＰ等のｎ型ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層である。断熱層Ｍ４は、例えばｉ－ＡｌＩｎＡｓ層等のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層である。断熱層Ｍ４は、例えばＡｌ０．４８Ｉｎ０．５２Ａｓ層である。断熱層Ｍ４の熱伝導率は、コア層Ｍ６の熱伝導率よりも低い。断熱層Ｍ４の熱伝導率は、２Ｗ／ｍ・Ｋ以上６Ｗ／ｍ・Ｋ以下であってもよく、例えば５Ｗ／ｍ・Ｋである。本実施形態においては断熱層Ｍ４が断熱材料によって充填されているが、断熱層Ｍ４は空隙層であってもよい。断熱層Ｍ４の厚さは例えば１００ｎｍ以上であってもよいし、３００ｎｍ以下であってもよい。クラッド層Ｍ５は、例えばｎ－ＩｎＰ等のｎ型ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層である。クラッド層Ｍ５の厚さは、１μｍ以上１．５μｍ以下であってもよく、例えば１．０μｍである。コア層Ｍ６は、例えばｉ－ＧａＩｎＡｓＰ等のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層である。コア層Ｍ６の厚さは、０．３μｍ以上０．６μｍ以下であってもよく、例えば０．５μｍである。クラッド層Ｍ７は、例えばｉ－ＩｎＰ等のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層である。クラッド層Ｍ７の厚さは、１μｍ以上１．５μｍ以下であってもよく、例えば１．０μｍである。
可変光減衰器１０ａは、メサＭ及びトレンチＴを覆う絶縁膜９を有する。絶縁膜９は、例えばＳｉＮ膜、ＳｉＯＮ膜又はこれらの積層物である。メサＭ上には、絶縁膜９を介してヒータ１３ａが設けられる。ヒータ１３ａは、絶縁膜９及びクラッド層Ｍ７と共にコア層Ｍ６を加熱する。
基板２の主面２ｓのうちメサＭ及びトレンチＴが設けられていない領域上には、半導体層３、半導体層４、半導体層５、半導体層６及び半導体層７がこの順に設けられる。半導体層３、半導体層４、半導体層５、半導体層６及び半導体層７は、バッファ層Ｍ３、断熱層Ｍ４、クラッド層Ｍ５、コア層Ｍ６及びクラッド層Ｍ７とそれぞれ同じ材料から構成される。半導体層７上に半導体層８が設けられてもよい。半導体層８は、例えばＦｅ－ＩｎＰ等のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層である。
図４に示されるように、断熱層Ｍ４は、可変光減衰器１０ａのコア層Ｍ６に沿って延在しており、可変光減衰器１０ａと光９０°ハイブリッド素子２０ａとの間において終端している。光９０°ハイブリッド素子２０ａは、断熱層Ｍ４に代えて半導体層５ａを備える。半導体層５ａは、半導体層５と同じ材料から構成される。バットジョイント接合を規定する領域ＢＪ３０は、半導体層６及び半導体層７に代えて光吸収層６ａ、半導体層７ａ及びコンタクト層７ｂを備える。半導体層６及び半導体層７を含む領域と、光吸収層６ａ、半導体層７ａ及びコンタクト層７ｂを含む領域ＢＪ３０との間にはバットジョイント接合が形成される。光吸収層６ａは、例えばＧａＩｎＡｓ層等のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層である。半導体層７ａは、例えばｐ－ＩｎＰ層等のｐ型ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層である。コンタクト層７ｂは、例えばｐ－ＧａＩｎＡｓ層等のｐ型ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層である。コンタクト層７ｂ上には、アノード電極Ｅａ１ｐが設けられる。アノード電極Ｅａ１ｐは、図１の電極パッドＥａ１に接続される。領域ＢＪ３０において、半導体層５ａ、半導体層５、光吸収層６ａ、半導体層７ａ及びコンタクト層７ｂは、例えばメサＭの先端と同じ幅Ｄ１を有するメサを構成する。当該メサの側面及び半導体層３の表面の一部は、例えばＦｅ－ＩｎＰ等のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層によって覆われる。半導体層３の表面の残部（露出部）には、カソード電極が設けられる。当該カソード電極は、図１の電極パッドＥａ５に接続される。このように、領域ＢＪ３０に受光素子３０ａ１が形成される。受光素子３０ａ２から３０ａ４，３０ｂ１から３０ｂ４，６０ａ，６１ａ，６０ｂ，６１ｂも同様の構成を有する。
本実施形態の受光デバイス１によれば、可変光減衰器１０ａにおいて、ヒータ１３ａによってコア層Ｍ６が加熱される際に、コア層Ｍ６から基板２への熱伝達が断熱層Ｍ４によって抑制される。よって、コア層Ｍ６を加熱するためにヒータ１３ａに供給されるエネルギー（電気エネルギー）を低減できる。可変光減衰器１０ｂにおいても同様に、ヒータ１３ｂに供給されるエネルギー（電気エネルギー）を低減できる。ヒータ１３ａ，１３ｂの消費電力を例えば５０ｍＷ以下にすることができる。
断熱層Ｍ４の厚さが３００ｎｍ以下であると、断熱層Ｍ４がコア層Ｍ６とは異なるコア層として機能する可能性を低減できる。
断熱層Ｍ４が可変光減衰器１０ａと光９０°ハイブリッド素子２０ａとの間において終端していると、基板２と光９０°ハイブリッド素子２０ａとの間に断熱層Ｍ４が配置されない。よって、光９０°ハイブリッド素子２０ａから基板２への放熱性の低下を抑制できる。同様に、断熱層Ｍ４が可変光減衰器１０ｂと光９０°ハイブリッド素子２０ｂとの間において終端していると、基板２と光９０°ハイブリッド素子２０ｂとの間に断熱層Ｍ４が配置されない。よって、光９０°ハイブリッド素子２０ｂから基板２への放熱性の低下を抑制できる。光９０°ハイブリッド素子２０ａ，２０ｂの透過スペクトルは、温度変化によりシフトする。例えば、温度が高くなると長波長に約０．１ｎｍ／℃でシフトする一方、温度が低くなると約０．１ｎｍ／℃で短波長にシフトする。これは、屈折率の温度依存性に起因する。例えば、２５℃から８０℃に温度が上昇した場合、波長１５３０ｎｍにおける光９０°ハイブリッド素子２０ａ，２０ｂの透過率は約０．２ｄＢ低下する。このように、光９０°ハイブリッド素子２０ａ，２０ｂの透過率は温度変化によって変動し易い。よって、光９０°ハイブリッド素子２０ａ，２０ｂから基板２への放熱性を良好に維持できると、光９０°ハイブリッド素子２０ａ，２０ｂの透過率の変動を抑制できる。
基板２の主面２ｓの第２領域Ｒ２にトレンチＴが形成されていると、基板２の主面２ｓの法線方向から見て、第１領域Ｒ１から第２領域Ｒ２に向かう熱伝達がトレンチＴによって抑制される。よって、コア層Ｍ６を加熱するためにヒータ１３ａ，１３ｂに供給されるエネルギーを更に低減できる。
コア層Ｍ６及び断熱層Ｍ４がメサＭに含まれると、コア層Ｍ６及び断熱層Ｍ４の熱はメサ内に閉じ込められる。よって、コア層Ｍ６を加熱するためにヒータ１３ａ，１３ｂに供給されるエネルギーを更に低減できる。
（第１変形例）
図５は、第１変形例に係る受光デバイスを示す断面図である。図６は、光導波路に沿った図５の受光デバイスの断面図である。図５及び図６に示される受光デバイスは、断熱層Ｍ４が、半導体部Ｍ４ｓ及び空隙部Ｍ４ｃを含むこと以外は受光デバイス１と同様の構成を有する。本変形例では、半導体部Ｍ４ｓ及び空隙部Ｍ４ｃが、コア層Ｍ６に沿って交互に配列される。半導体部Ｍ４ｓは、バッファ層Ｍ３とクラッド層Ｍ５とを連結する柱状構造を有する。半導体部Ｍ４ｓ及び空隙部Ｍ４ｃのそれぞれは、例えば直方体形状を有する。光導波路に沿った半導体部Ｍ４ｓの長さは、光導波路に沿った空隙部Ｍ４ｃの長さよりも小さく、光導波路に沿った空隙部Ｍ４ｃの長さの１／２よりも小さい。
断熱層Ｍ４が半導体部Ｍ４ｓを含むと、半導体部Ｍ４ｓによってコア層Ｍ６を物理的に支持することができる。断熱層Ｍ４が空隙部Ｍ４ｃを含むと、断熱層Ｍ４が断熱材料によって充填されている場合（図４参照）に比べて、断熱層Ｍ４の断熱性が高くなる。よって、コア層Ｍ６を加熱するためにヒータ１３ａ，１３ｂに供給されるエネルギーを更に低減できる。さらに、断熱層Ｍ４が空隙部Ｍ４ｃを含むと、断熱層Ｍ４がコア層Ｍ６とは異なるコア層として機能する可能性を低減できる。半導体部Ｍ４ｓ及び空隙部Ｍ４ｃが、コア層Ｍ６に沿って交互に配列されると、半導体部Ｍ４ｓによってコア層Ｍ６をより安定的に支持することができる。
（第２変形例）
図７は、第２変形例に係る受光デバイスを示す断面図である。図７に示される受光デバイスは、トレンチＴが形成されていないこと以外は受光デバイス１と同様の構成を有する。本変形例では、クラッド層Ｍ５、コア層Ｍ６及びクラッド層Ｍ７によってメサＭｂが構成される。基板２上には、半導体層３、半導体層４及びメサＭｂがこの順に設けられる。半導体層４は断熱層として機能するので、ヒータ１３ａ，１３ｂによってコア層Ｍ６が加熱される際に、コア層Ｍ６から基板２への熱伝達が半導体層４によって抑制される。よって、コア層Ｍ６を加熱するためにヒータ１３ａ，１３ｂに供給されるエネルギーを更に低減できる。
図８の（ａ）から（ｄ）は、光導波路に直交する断面における可変光減衰器のシミュレーションモデルを示す図である。（ａ）は、第２変形例に対応する可変光減衰器のモデルを示す。メサＭｂの幅Ｄ１は２．５μｍである。（ｂ）は、受光デバイス１の可変光減衰器１０ａ（図３参照）に対応するモデルを示す。メサＭの先端の幅Ｄ１は２．５μｍ、トレンチＴの深さＤ２は３μｍ、メサＭの基部の外周とメサＭの先端の外周との差Ｄ３は１μｍ、一対のトレンチＴ及びメサＭの合計幅よりも広い幅Ｄ４は３５μｍ、幅Ｄ４からトレンチＴの外縁までの距離Ｄ５は１μｍである。（ｃ）は、（ｂ）に示されるモデルのトレンチＴの幅を大きくしたモデルを示す。メサＭの幅Ｄ１は２．５μｍ、トレンチＴの深さＤ２は３μｍ、一対のトレンチＴ及びメサＭの合計幅Ｄ４は３５μｍである。（ｄ）は、（ｂ）に示されるモデルのメサＭの幅を小さくしたモデルを示す。メサＭの幅Ｄ６は１．５μｍ、トレンチＴの深さＤ２は３μｍ、一対のトレンチＴ及びメサＭの合計幅Ｄ４は３５μｍである。
基板２はＩｎＰ基板である。半導体層３、半絶縁性半導体層Ｍ２及びバッファ層Ｍ３はいずれもＩｎＰ層である。半導体層４及び断熱層Ｍ４はいずれもＡｌＩｎＡｓ層（厚さ１μｍ）である。クラッド層Ｍ５及びクラッド層Ｍ７はＩｎＰ層である。コア層Ｍ６はＩｎＧａＡｓＰ層である。絶縁膜９はＳｉＮ膜である。ヒータ１３ａは、Ｐｔ／Ｔｉ層である。
図８の（ａ）から（ｄ）に示されるモデルについて、温度プロファイルのシミュレーションを行った。シミュレーション結果を図９に示す。図９の（ａ）から（ｄ）は、シミュレーションにより得られた可変光減衰器の温度プロファイルを示す図である。図８の（ａ）に示されるモデルでは、図９の（ａ）に示されるように、最高温度（ヒータ１３ａの温度）が３４．６℃であり、ヒータ１３ａの消費電力は４０．７ｍＷであった。図８の（ｂ）に示されるモデルでは、図９の（ｂ）に示されるように、最高温度（ヒータ１３ａの温度）が３３．６℃であり、ヒータ１３ａの消費電力は３８．０ｍＷであった。図８の（ｃ）に示されるモデルでは、図９の（ｃ）に示されるように、最高温度（ヒータ１３ａの温度）が３０．８℃であり、ヒータ１３ａの消費電力は３０．０ｍＷであった。図８の（ｄ）に示されるモデルでは、図９の（ｄ）に示されるように、最高温度（ヒータ１３ａの温度）が３１．５℃であり、ヒータ１３ａの消費電力は１９．２ｍＷであった。よって、図８の（ｄ）に示されるモデルにおいて、ヒータ１３ａの消費電力が最小となった。
（受光デバイスの製造方法）
図１０の（ａ）から（ｃ）及び図１１の（ａ）及び（ｂ）は、一実施形態に係る受光デバイスの製造方法における工程断面図である。上記実施形態の受光デバイス１は、例えば以下のようにして製造されてもよい。
（第１半導体層を形成する工程）
まず、図１０の（ａ）に示されるように、基板２の主面２ｓのうち可変光減衰器１０ａを形成するための領域Ｐ１上に、断熱層Ｍ４のための半導体層４（第１半導体層）を形成する。半導体層４を形成する前に、まず、基板２の主面２ｓ上に、バッファ層Ｍ３のための半導体層３を形成する。次に、半導体層３上に、例えばフォトリソグラフィー及びエッチング（ウェットエッチング）により半導体層４を形成する。
（第２半導体層を形成する工程）
次に、図１０の（ｂ）及び（ｃ）に示されるように、半導体層４上に、可変光減衰器１０ａのコア層Ｍ６のための半導体層６（第２半導体層）を形成する。半導体層６を形成する前に、まず半導体層４上にマスクを形成し、当該マスクを用いて、基板２の主面２ｓのうち領域Ｐ１を除く領域において、図１０の（ｂ）に示されるように、半導体層３上に半導体層５ａをバットジョイント再成長させる。次に、マスクを除去した後、図１０の（ｃ）に示されるように、半導体層４及び半導体層５ａ上に、クラッド層Ｍ５のための半導体層５を形成する。
次に、図１０の（ｃ）に示されるように、基板２の主面２ｓのうち受光素子３０ａ１から３０ａ４，３０ｂ１から３０ｂ４を形成するための領域Ｐ２上に、例えばフォトリソグラフィー及びエッチング（ウェットエッチング）により、光吸収層６ａ、半導体層７ａ及びコンタクト層７ｂをこの順に形成する。
次に、領域Ｐ２上にマスクを形成し、当該マスクを用いて、基板２の主面２ｓのうち領域Ｐ２を除く領域において、図１０の（ｃ）に示されるように、半導体層５上に半導体層６及び半導体層７をバットジョイント再成長させる。その後、マスクを除去する。
（メサ及びトレンチを形成する工程）
次に、図１１の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、例えばフォトリソグラフィー及びエッチング（ドライエッチング）により、メサＭ及びトレンチＴを形成する。例えば、図１１の（ａ）に示されるように、まず、半導体層７、半導体層６及び半導体層５をエッチングすることによって、メサＭの先端（クラッド層Ｍ５、コア層Ｍ６及びクラッド層Ｍ７）を形成する。このとき、コンタクト層７ｂ、半導体層７ａ、光吸収層６ａ、半導体層５及び半導体層５ａをエッチングすることによって、受光素子３０ａ１から３０ａ４，３０ｂ１から３０ｂ４のためのメサも同時に形成される。その後、受光素子３０ａ１から３０ａ４，３０ｂ１から３０ｂ４及びスポットサイズ変換器４０ａから４０ｃが形成される領域以外を覆うマスク（例えば絶縁膜）を用いて、例えばＦｅ－ＩｎＰ等のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体層を形成する。これにより、受光素子３０ａ１から３０ａ４，３０ｂ１から３０ｂ４のためのメサが埋め込まれると共に、スポットサイズ変換器４０ａから４０ｃが形成される。その後、マスクを除去する。
続いて、図１１の（ｂ）に示されるように、可変光減衰器１０ａ，１０ｂが形成される領域において、例えばフォトリソグラフィー及びエッチング（ドライエッチング）により、半導体層４、半導体層３及び基板２をエッチングすることによって、トレンチＴ及びメサＭの基部を形成する。
（ヒータを形成する工程）
次に、図２から図４に示されるように、半導体層６上にヒータ１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂを形成する。例えば、まず、可変光減衰器１０ａ，１０ｂが形成される領域において、クラッド層Ｍ７上に絶縁膜９を形成する。絶縁膜９はトレンチＴ及びメサＭを覆うように形成される。次に、例えばリフトオフにより、絶縁膜９上にヒータ１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂを形成する。その後、受光素子のカソード電極及びアノード電極、電極パッド等が形成される。
上述の受光デバイス１の製造方法によれば、可変光減衰器１０ａ，１０ｂのコア層Ｍ６と基板２との間に少なくとも部分的に配置された断熱層Ｍ４を形成できる。
図１２の（ａ）及び（ｂ）は、第１変形例に係る受光デバイスの製造方法における工程断面図である。第１変形例に係る受光デバイス（図５及び図６参照）は、例えば以下のようにして製造されてもよい。
本変形例では、上述のメサ及びトレンチを形成する工程とヒータを形成する工程との間に以下の工程が行われる。まず、図１２の（ａ）に示されるように、メサＭ及びトレンチＴを形成した後、光導波路と交差する方向に延びるストライプ状のマスクＭＳ１をメサＭ及びトレンチＴ上に形成する。その後、図１２の（ｂ）に示されるように、マスクＭＳ１を用いて、断熱層Ｍ４をエッチング（ウェットエッチング）する。これにより、コア層Ｍ６に沿って交互に配列される半導体部Ｍ４ｓ及び空隙部Ｍ４ｃが形成される。その後、マスクＭＳ１を除去した後、絶縁膜９及びヒータ１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂを形成する。
第２変形例に係る受光デバイス（図７参照）は、上述のメサ及びトレンチを形成する工程においてマスクを除去した後、トレンチＴ及びメサＭの基部を形成せず、絶縁膜９及びヒータ１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂを形成することによって製造されてもよい。
以上、本開示の好適な実施形態について詳細に説明されたが、本開示は上記実施形態に限定されない。実施形態及び変形例の各構成は任意に置換され得る。
例えば、第１変形例においてトレンチＴが形成されなくてもよい。この場合、半絶縁性半導体層Ｍ２及びバッファ層Ｍ３はメサＭａに含まれない。すなわち、第２変形例において半導体層４が断熱層Ｍ４に置き換えられてもよい。この場合、断熱層Ｍ４はメサＭｂに含まれる。
１…受光デバイス
２…基板
２ｓ…主面
３…半導体層
４…半導体層（第１半導体層）
５…半導体層
５ａ…半導体層
６…半導体層（第２半導体層）
６ａ…光吸収層
７…半導体層
７ａ…半導体層
７ｂ…コンタクト層
８…半導体層
９…絶縁膜
１０ａ，１０ｂ…可変光減衰器
１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ…ヒータ
２０ａ，２０ｂ…光９０°ハイブリッド素子
２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ…ＭＭＩカプラ
２３ａ，２３ｂ…位相シフト部
３０ａ１，３０ａ２，３０ａ３，３０ａ４，３０ｂ１，３０ｂ２，３０ｂ３，３０ｂ４，６０ａ，６０ｂ，６１ａ，６１ｂ…受光素子
４０ａ，４０ｂ，４０ｃ…スポットサイズ変換器
５０ａ，５０ｂ，５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，…光分波器
ＢＪ３０，ＢＪ６０ａ，ＢＪ６０ｂ，ＢＪ６１ａ，ＢＪ６１ｂ…領域
Ｅａ１，Ｅａ２，Ｅａ３，Ｅａ４，Ｅａ５，Ｅａ６，Ｅａ７，Ｅａ８，Ｅａ１０，Ｅａ１１，Ｅ１２ａ，Ｅ１３ａ，Ｅ１４ａ，Ｅｂ１，Ｅｂ２，Ｅｂ３，Ｅｂ４，Ｅｂ５，Ｅｂ６，Ｅｂ７，Ｅｂ８，Ｅｂ１０，Ｅｂ１１，Ｅ１２ｂ，Ｅ１３ｂ，Ｅ１４ｂ…電極パッド
Ｅａ１ｐ…アノード電極
Ｌａ１２，Ｌａ１３，Ｌａ１４，Ｌｂ１２，Ｌｂ１３，Ｌｂ１４…配線
ＬＯ…局部発振光
Ｍ，Ｍａ，Ｍｂ…メサ
Ｍ２…半絶縁性半導体層
Ｍ３…バッファ層
Ｍ４…断熱層
Ｍ４ｃ…空隙部
Ｍ４ｓ…半導体部
Ｍ５…クラッド層
Ｍ６…コア層
Ｍ７…クラッド層
ＭＳ１…マスク
Ｐ１…領域
Ｐ２…領域
Ｒ１…第１領域
Ｒ２…第２領域
ＳｉｇＸ…第１信号光
ＳｉｇＹ…第２信号光
Ｔ…トレンチ

Claims (12)

  1. ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体基板である基板上に設けられた可変光減衰器と、
    前記基板上に設けられた光９０°ハイブリッド素子と、
    前記基板上に設けられた複数の受光素子と、
    を備え、
    前記複数の受光素子は、前記光９０°ハイブリッド素子を介して前記可変光減衰器に光学的に結合されており、
    前記可変光減衰器は、
    前記基板上に設けられた光導波路と、
    前記光導波路を加熱するためのヒータと、
    前記基板と前記光導波路との間に少なくとも部分的に配置された断熱層と、
    を備える、受光デバイス。
  2. 前記断熱層が半導体部を含む、請求項１に記載の受光デバイス。
  3. 前記断熱層が空隙部を含む、請求項１又は請求項２に記載の受光デバイス。
  4. 前記断熱層が、前記光導波路に沿って交互に配列された半導体部と空隙部とを含む、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の受光デバイス。
  5. 前記光導波路に沿った前記半導体部の長さは、前記光導波路に沿った前記空隙部の長さよりも小さい、請求項４に記載の受光デバイス。
  6. 前記光導波路に沿った前記半導体部の長さは、前記光導波路に沿った前記空隙部の長さの１／２よりも小さい、請求項５に記載の受光デバイス。
  7. 前記光導波路はコア層を含み、前記断熱層の前記半導体部は、前記コア層とは異なる組成の半導体層であり、前記断熱層は空隙部を含まず、前記断熱層の熱伝導率は、前記コア層の熱伝導率よりも低い、請求項２に記載の受光デバイス。
  8. 前記断熱層の厚さは３００ｎｍ以下である、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の受光デバイス。
  9. 前記断熱層は、前記光導波路に沿って延在しており、前記可変光減衰器と前記光９０°ハイブリッド素子との間において終端する、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の受光デバイス。
  10. 前記基板は、第１領域と前記第１領域に隣接する第２領域とを含む主面を有し、
    前記光導波路は、前記第１領域上に設けられ、
    前記第２領域には、トレンチが形成されている、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の受光デバイス。
  11. 前記光導波路及び前記断熱層は、前記基板上に設けられたメサに含まれる、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の受光デバイス。
  12. ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体基板である基板上に設けられた可変光減衰器と、前記基板上に設けられた光９０°ハイブリッド素子と、前記基板上に設けられた複数の受光素子と備える受光デバイスの製造方法であって、
    前記複数の受光素子は、前記光９０°ハイブリッド素子を介して前記可変光減衰器に光学的に結合されており、
    前記製造方法は、
    前記基板の主面のうち前記可変光減衰器を形成するための領域上に、断熱層のための第１半導体層を形成する工程と、
    前記第１半導体層上に、前記可変光減衰器の光導波路のための第２半導体層を形成する工程と、
    前記第２半導体層上に、前記光導波路を加熱するためのヒータを形成する工程と、
    を含む、受光デバイスの製造方法。
JP2020007562A 2020-01-21 2020-01-21 受光デバイス及び受光デバイスの製造方法 Active JP7342714B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020007562A JP7342714B2 (ja) 2020-01-21 2020-01-21 受光デバイス及び受光デバイスの製造方法
US17/150,791 US11231552B2 (en) 2020-01-21 2021-01-15 Photo detector and method for producing photo detector

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020007562A JP7342714B2 (ja) 2020-01-21 2020-01-21 受光デバイス及び受光デバイスの製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021113947A JP2021113947A (ja) 2021-08-05
JP7342714B2 true JP7342714B2 (ja) 2023-09-12

Family

ID=76856991

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020007562A Active JP7342714B2 (ja) 2020-01-21 2020-01-21 受光デバイス及び受光デバイスの製造方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11231552B2 (ja)
JP (1) JP7342714B2 (ja)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007078861A (ja) 2005-09-12 2007-03-29 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 熱光学可変減衰器とその製造方法
JP2007086303A (ja) 2005-09-21 2007-04-05 Hitachi Cable Ltd 導波路型可変光減衰器
JP2008165014A (ja) 2006-12-28 2008-07-17 Hitachi Cable Ltd 石英系光導波路及びその製造方法
US20110142393A1 (en) 2009-12-16 2011-06-16 Earnshaw Mark P Low-cost fast variable optical attenuator for optical wavelength tracking
US20130209020A1 (en) 2012-01-01 2013-08-15 Acacia Communications Inc. Three port transceiver
WO2014020669A1 (ja) 2012-07-30 2014-02-06 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 光受信回路
CN103941427A (zh) 2014-04-30 2014-07-23 河南仕佳光子科技有限公司 高制作容差的平面波导型可调光衰减器
JP2016167006A (ja) 2015-03-10 2016-09-15 住友電気工業株式会社 光モジュール及びその製造方法
JP2017032901A (ja) 2015-08-05 2017-02-09 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 光通信装置、及び、光モジュール

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1397024A (zh) * 2000-01-28 2003-02-12 住友电气工业株式会社 加热器模块和光波导模块
US8707922B2 (en) * 2009-12-15 2014-04-29 Federal Mogul Ignition Company Spark ignition device for an internal combustion engine and central electrode assembly therefor
JP2016072300A (ja) * 2014-09-26 2016-05-09 住友電気工業株式会社 量子カスケード半導体レーザ

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007078861A (ja) 2005-09-12 2007-03-29 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 熱光学可変減衰器とその製造方法
JP2007086303A (ja) 2005-09-21 2007-04-05 Hitachi Cable Ltd 導波路型可変光減衰器
JP2008165014A (ja) 2006-12-28 2008-07-17 Hitachi Cable Ltd 石英系光導波路及びその製造方法
US20110142393A1 (en) 2009-12-16 2011-06-16 Earnshaw Mark P Low-cost fast variable optical attenuator for optical wavelength tracking
US20130209020A1 (en) 2012-01-01 2013-08-15 Acacia Communications Inc. Three port transceiver
WO2014020669A1 (ja) 2012-07-30 2014-02-06 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 光受信回路
CN103941427A (zh) 2014-04-30 2014-07-23 河南仕佳光子科技有限公司 高制作容差的平面波导型可调光衰减器
JP2016167006A (ja) 2015-03-10 2016-09-15 住友電気工業株式会社 光モジュール及びその製造方法
JP2017032901A (ja) 2015-08-05 2017-02-09 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 光通信装置、及び、光モジュール

Also Published As

Publication number Publication date
US20210223476A1 (en) 2021-07-22
JP2021113947A (ja) 2021-08-05
US11231552B2 (en) 2022-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5805755A (en) Self-aligned transition from ridge to buried heterostructure waveguide, especially for multi-wavelength laser array integration
Zhang et al. Thermo-optic devices on polymer platform
Liu et al. Wavelength division multiplexing based photonic integrated circuits on silicon-on-insulator platform
JP5515927B2 (ja) 半導体光素子
CN103457155B (zh) 混合集成复合腔波长可调谐激光发射器
Ishii et al. Widely wavelength-tunable DFB laser array integrated with funnel combiner
US20170317471A1 (en) An optical device and a method for fabricating thereof
JP5428987B2 (ja) マッハツェンダー型光変調素子
US9728938B2 (en) Optical semiconductor device, optical semiconductor device array, and optical transmitter module
US20210288469A1 (en) Two-segment dbr laser and monolithically integrated array light source chip
JP4762834B2 (ja) 光集積回路
CN102646926B (zh) 基于复合mzi及反射光栅的波长可调谐激光器
KR102642580B1 (ko) 박막 히터 집적 파장가변 분포 궤환형 레이저 다이오드
JP3552159B2 (ja) 温度無依存アレイ導波路格子素子
JP2019008179A (ja) 半導体光素子
JP7342714B2 (ja) 受光デバイス及び受光デバイスの製造方法
JP6172271B2 (ja) 光半導体集積素子及びその製造方法
JP7318546B2 (ja) 受光装置
JP2013156352A (ja) 光変調器及び光送信モジュール
JP5655643B2 (ja) 半導体光集積回路装置及びその製造方法
JP6213222B2 (ja) 光半導体装置及びその製造方法
KR20200131381A (ko) 파장 가변 레이저 소자
JP3445226B2 (ja) 方向性結合器、光変調器、及び波長選択器
JP5505230B2 (ja) 光半導体素子
US11966104B2 (en) Optical modulator

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220721

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230222

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230307

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230426

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230801

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230814

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7342714

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150