JPH03163891A - 光増幅器，スーパールミネッセントダイオード，光集積回路およびこれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、端面の低反射率を実現した光増幅器．スー
パールミネッセントダイオートおよび光集積回路とその
製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

第１６図（ａ）は従来の光半導体装置の１ってあるスー
パールくネッセントダイオード（６Ａ，Ａｌｐｈｏｎｓ
　ｅｔ　ａｌ．　ＩＥＥＥ　Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎ．ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．１２．ｐｐ　２４
５４−２４５７．１９８８）の構造を示す斜視図てある
。また、第１６図（ｂ）は屈折率導波型と考えたときの
ストライプ形状および屈折率分布を示す図である。第１
６図において、１は半導体基板、２は下クラッド層、３
は活性層、４は上クラッド層、５はコンタクト層、６は
酸化膜、７はｐ側電極、８はｎ側電極、９はＺｎ拡散領
域、１０ａ，１０ｂはクラッド領域（屈折率はｎ２）、
１１は光導波部、１１ａは等価屈折率法を用いて２次元
構造にしたときの先導波領域（屈折率はｎ１）、１２は
無反射膜である。

なお、等価屈折率法は、ｘｙｚ平面の電界分布Ｅ　（ｘ
，ｙ，ｚ）を２次元の電界分布Ｅ　（ｘ．ｙ）としてお
きかえるものである。

次に動作について説明する。

スーパールよネッセントダイオード（以下ＳＬＤと呼ぶ
）は、共振器端面の反射率を下げてレザ発振を抑えたも
のである。低反射率を実現するために無反射膜１２を端
面に付着したり、光導波部１１を斜め（端面に対して傾
き角度θ）にしたりしていた。端面に対し光導波部１１
を斜めに設けると、端面で反射した導波モード（通常Ｔ
Ｅ．モード）が導波路固有の導波モードへ結合する割合
が減少し、その結果、反射率が低下する。傾き角度θを
大きくすればするほど反射率が下がること、および周期
的な極小値をもつことが知られている（Ｄ．Ｍａｒｃｕ
ｓｅ，Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌ．，ｖ
ｏｌ．　７，Ｎｏ．２，ｐｐ　３３６−３３９　１９８
９）。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のＳＬＤは以上のように構成されているが、１０−
２〜１０−３程度の低反射率しか実現されないという問
題点があった。

このような問題点は、光増幅器および光集積回路の光半
導体装置についても同様な問題点となっている。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、一端あるいは両端面の低反射率を実現して
高性能の光増幅器，ＳＬＤおよび光集積回路およびその
製造方法を得ることを目的とする。

（課題を解決するための手段） この発明に係る請求項　（１）に記載の光増幅器は、両
端面近傍において導波構造を破壊するため光増幅部の一
方の外側に光増幅部あるいはクラッド部の屈折率よりも
大きいかあるいは等しい屈折率をもつ高屈折率部を装荷
したものである。

また、この発明に係る請求項　（２）に記載のＳＬＤは
、一端面あるいは両端面近傍において導波構造を破壊す
るため光導波部の外側に前記光導波部の屈折率よりも大
きいかあるいは等しい屈折率をもつ高屈折率部を装荷た
ものである。

また、この発明に係る請求項　（３）に記載の光集積回
路は、光導波路の端面近傍において、導波構造を破壊す
るため光導波路の一方の外側に前記光導波路の屈折率よ
りも大きいかあるいは等しい屈折率をもつ高屈折率部を
装荷したものである。

また、この発明に係る請求項　（４）に記載の゛光増幅
器の製造方法は、両端面の低反射率を実現するため、両
端面近傍を選択的にエッチングしてその部分に高屈折率
となる結晶を選択的に成長して埋め込んだものである。

また、この発明に係る請求項　（５）に記載のＳＬＤの
製造方法は、一端面あるいは両端面の低反射率を実現す
るために、前記一端面あるいは両端面近傍を選択的にエ
ッチングしてその部分に高屈折率となる結晶を選択的に
成長して埋め込んだものである。

また、この発明に係る請求項　（６）に記載の光集積回
路の製造方法は、端面の低反射率を実現するため、端面
近傍のみが光導波路部の屈折率よりも大きくなるように
ドーパントを拡散（あるいは交換）したものである。

〔作用〕

この発明の請求項　（１），　　（２）に記載の発明に
おいては、端面近傍の活性領域、つまり光増幅部の外側
に装荷した高屈折率部によって、導波路構造が途切れる
ため導波構造を破壊することができる。さらに、前記高
屈折率部の屈折率は、前記光増幅部（あるいはクラッド
部）や光導波部の屈折率よりも大きいか等しいため、導
波してきた光は、前記高屈折率領域に引き寄せられ、端
面で反射した光はほとんど元の光導波路に結合しなくな
る。このため、低反射率が実現されることになる。

また、請求項　（３）に記載の発明においては、光導波
路の一端面に選択的にプロトン交換して高屈折部を形成
したので、光集積回路にとって重要な無反射面が得られ
る。

また、請求項（４），　　（５）に記載の発明において
は、半導体基板上の両端面または一端面近傍の結晶戒長
層のみをエッチング除去し、その部分に高屈折部を形成
することから、低反射率の光増幅器やＳＬＤが容易に得
られる。

また、請求項　（６）に記載の発明においては、ＬｉＮ
ｂＯ３基板の一端面近傍にプロトン交換して高屈折部を
形成することから、反射膜を備えた光集積回路が容易に
得られる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図面について説明する。

第１図（ａ）〜（ｃ）はこの発明を実施した光増幅器の
一実施例の構成を示す図で、第１図（ａ）は斜視図、第
１図（ｂ）は、第１図（ａ）のＡ−Ａ線における断面図
、第１図（ｅ）は等価屈折率法などを用いて２次元の構
造としたときの構成図である。第１図において、第１６
図と同符号は同一構成部分を示し、１０ａ，１０ｂは屈
折率がｎ２のクラッド領域、１１ａは屈折率がｎ，の光
増幅領域、１３は電流ブロック層、１４は高屈折率部、
１４ａは２次元の構造として考えたときの高屈折率領域
（屈折率はｎ　３　＋　ｎ　３≧ｎＩ＞ｎ２）である。

第２図（ａ），（ｂ）はこの発明を実施したＳＬＤの一
実施例の構成を示す図で、第２図（ａ）は斜視図、第２
図（ｂ）は等価屈折率法などを用いて２次元の構造とし
たときの構成図で、この場合、１１ａは先導波領域を示
すものとする。

第３図（ａ）〜（ｃ）はこの発明を実施した光集積回路
の構成を示す図で、第３図（ａ）は端面における低反射
率を実現した光集積回路の構成を示す斜視図、第３図（
ｂ）は、第３図（ａ）のＢ一Ｂ線における断面図、第３
図（Ｃ）は等価屈折率法などを用いて２次元の構造とし
たときの構成図である。第３図において、２ａは誘電体
あるいは半導体等の基板（例えばＬ　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏ　
３）、１１ｂは先導波郎（例えばＴｉ拡散Ｌ　ｉ　Ｎ　
ｂ　Ｏ　ｓ　）、１４ｂは高屈折率部（例えばプロトン
交換ＬｉＮｂｏ３）、１１ｃは光導波領域（屈折率はｎ
＋）、１０ｃ，１０ｄはクラッド領域（屈折率はｎ２）
、１４ｃは高屈折率領域（屈折率はｎ３＋ｎ３≧ｎ１〉
ｎ２）である。

第４図は前記した第１図（ｅ）をモデル化したものであ
る。前述の文献（Ｄ．Ｍｕｒｃｕｓｅ著）によると、導
波路が端面に対して傾いているときの反射率は、その端
面に対して対称な導波路間の結合効率と等しいというこ
とが判る（第４図では＃１の導波路中の光が＃２の導波
路へ結合する割合である）。光増幅領域１１ａを左側か
ら伝搬した光は、端面に達する前に高屈折率領域１４ａ
に遭遇する。ここでは、導波構造が存在しないため、導
波モードは反射モードへと変換するとともに、高屈折率
領域１４ａの屈折率は光増幅領域１１ａのものよりも大
きいので、光は高屈折率領域１４ａに多大に取りこまれ
ることになる。このため、端面の右側にある光増幅領域
１１ａへ結合する光は微少なものとなり低反射率が実現
される。

上記の技術的思想を光増幅器に適用したものが前述の第
１図の実施例である。第１図は光増幅器の内部にＳＢＡ
レーザ（Ｙ．Ｍｉｈａｓｈｉ　ｅｔ　ａｌ，ＴｅｃｈＤ
ｉｇｅｓｔ　ＩＥＤＭ８５，ｐｐ．６４１ｉ−６４９．
１９８５）の構造（第１図（ｂ）を採用した例であり、
屈折率導波型になっている。第１図（ａ）に示すように
、両端面に高屈折率部１４を設けて端面の低・反射率を
実現し高性能の光増幅器となっている。

また、上記の技術的思想をＳＬＤに適用したも１ １ のが前述の第２図の実施例であり、内部の構造は第１図
と同様のＳＢＡレーザの例である。一方の端面にのみ高
屈折率部１４を設けて低反射率を実現し高出力ＳＬＤと
したものである。

さらに、上記の技術的思想を光集積回路に適用したもの
が前述の第３図の実施例である。第３図はＬ　ｉ　Ｎ　
ｂ　Ｏ　３基板２ａ上にＴｉを拡散して光導波部１１ｂ
を形成し、さらに、端面部のみをプロトン交換して高屈
折率部１４ｂを形成した例である。プロトン交換した高
屈折率部１４ｂの屈折率ｎ３は、Ｔｉ拡散した光導波部
１１ｂの屈折率ｎ１よりも大きいので上記の概念が適用
できる。

このため、端面での反射率が極めて小さい光集積回路と
なる。

次に、上記第１図，第２図および第３図の光増幅器，Ｓ
ＬＤおよび光集積回路の製造方法を第５図〜第７図を用
いて順次説明する。

第５図（ａ）〜（ｆ）は上記光増幅器の製造方法の各工
程を示す斜視図であり、ＳＢＡレーザを基本構造とした
例である。

１ ２ まず、半導体基板１上に電流ブロック層１３を結晶成長
する（第５図（ａ））。次に、電流ブロック層１３を斜
めのストライプ状にエッチングして光増幅部となるパタ
ーンを形成する（第５図（ｂ））。次に、下クラッド層
２．活性層３，上クラッド層４．コンタクト層５を順次
結晶成長する（第５図（Ｃ））。次に、両端面近傍の結
晶成長層のみを選択的にエッチングする（第５図（ｄ）
）。次に、このエッチングで取り除いた部分に高屈折率
の結晶（例えば半絶縁性ＧａＡｓや半絶縁性ＡＪ２Ｇａ
Ａｓ）からなる高屈折率部１４を選択的に成長する（第
５図（ｅ））。最後に、ｐ形およびｎ形の電極７，８を
形成する（第５図（ｆ））。

第６図（ａ）〜（ｆ）はＳＬＤの製造方法の各工程を示
す斜視図であり、第６図（ａ）〜（ｃ）の工程は、第５
図（ａ）〜（ｃ）の光増幅器の製造工程と同じである。

次に、一端面近傍の結晶成長層のみを選択的にエッチン
グする（第６図（ｄ））。次に、このエッチングで取り
除いた部分に高屈折率の結晶（例えば半絶縁性ＧａＡｓ
．半絶縁性ＡＩｌＧａＡｓ）からなる高屈折率部１４を
選択的に成長する（第６図（ｅ））。次にｐ形およびｎ
形の電極７．８を形成するとともに、後端面に高反射率
膜１５を設ける（第６図（ｆ））。これは、前端面から
効率よく光を取り出すためである。なお、前端面に無反
射膜を設けてもよい。

第７図（ａ）〜（Ｃ）は端面からの反射をなくす光集積
回路の製造工程を示す斜視図であり、まず、第７図（ａ
）に示すＬｉＮｂ０３基板２ａの一端面近傍のみを選択
的にＬｉＮｂＯ３結晶のＬＩをＨと交換するプロトン交
換して高屈折率部１４ｂを形成する（第７図（ｂ））。

次に、ＬｉＮ　ｂ　Ｏ　３基板２ａ上にＴｉ拡散して光
導波部１１ｂを形成する（第７図（Ｃ））。なお、第７
図（ｂ）と（Ｃ）の工程を入れ替えても差し支えない。

また、高屈折率部１４ｂが存在する端面に無反射膜を設
けてもよい。さらに、上記実施例は、いずれも高屈折率
部１４ｂの屈折率として光増幅領域あるいは先導波領域
の屈折率よりも大きいか等しい例であるが、前記高屈折
率部１４ｂの屈折率としてクラッド領域の屈折率よりも
大きいか等しい場合であっても同程度の効果が実現され
る。

第８図は、第１図に示したこの発明の光増幅器の他の実
施例を示す斜視図であり、高屈折率部１４とともに両端
面に無反射膜１２を設けたものである。このため、さら
に高性能の光増幅器が得られる。

第９図はこの発明の光増幅器のさらに他の実施例を示す
斜視図であり、両端部に形成した高屈折率部１４を大き
くして光増幅部１１が全く端面に出ないようにしたもの
である。

第１０図はこの発明の光ｍｌａｉ器のさらに他の実施例
を示す斜視図であり、高屈折率部１４を小さくして、光
増幅部１１の一部が端面に出るようにしたものである。

第１１図はこの発明の光増幅器のさらに他の実施例を示
す斜視図であり、高屈折率部１４をチップの側面まで拡
張しない構造としたものである。

１ ５ 光増幅部１１の傾きが大きい場合などはこの小さな高屈
折率部１４で十分な性能を実現することができる。

第１２図はこの発明のＳＬＤの他の実施例を示す斜視図
であり、高屈折率部１４とともに前端面に無反射膜１２
，後端面に高反射率膜１５を設けたものである。このた
め、高出力ＳＬＤが得られる。

第１３図はこの発明の光集積回路の他の実施例を示す斜
視図であり、プロトン交換した高屈折率部１４ｂととも
に、無反射膜１２を設けたものである。このため、さら
に低反射率が実現される。

第１４図はこの発明の光集積回路のさらに他の実施例を
示す斜視図であり、プロトン交換で形成する高屈折率部
１４ｂを凸形にしたものである。

第１５図はこの発明の光集積回路のさらに他の実施例を
示す斜視図であり、プロトン交換で形威する高屈折率部
１４ｂを凹形にしたものである。

なお、光増幅器やＳＬＤにおいても、高屈折率部の形状
は第８図〜第１１図のものだけでなく、１ ６ 第１４図や第１５図に示した凸形，凹形およびその他の
形状も適用できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明の請求項　（１）に記載
の発明は、光増幅部が傾いている光増幅器の両端面近傍
に高屈折率部を設けたので、超低反射率が実現でき、高
性能の光増幅器が得られる効果がある。

また、請求項　（２）に記載の発明は、光導波部が傾い
て形成されているＳＬＤの一端面あるいは両端面近傍に
高屈折率部を設けたので、超低反射率が実現でき、高性
能高出力のＳＬＤが得られる効果がある。

また、請求項（３）に記載の発明は、端面近傍に光導波
路の屈折率よりも大きいか等しい屈折率を有する領域を
設けたので、端面での反射を抑えることができ、光集積
回路にとって重要な無反射端面が得られる効果がある。

また、請求項（４）に記載の発明は、半導体基板上に電
流ブロック層を形成した後、この電流ブロック層にスト
ライプ状のパターンを形威して両端面に対し傾いた光増
幅部を形威し、次いで全面に下クラッド層，活性層．上
クラッド層およびコンタクト層を順次結晶成長した後、
両端面近傍の結晶成長層のみをエッチング除去し、この
部分に高屈折率部を形成するので、高性能の光増幅器が
容易に製造できる効果がある。

また、請求項（５）に記載の発明は、半導体基板上に電
流ブロック層を形成した後、この電流ブロック層にスト
ライプ状のパターンを形成して両端面に対し傾いた光増
幅部を形成し、次いで全面に下クラッド層，活性層．上
クラッド層およびコンタクト層を順次結晶成長した後、
両端面近傍の結晶成長層のみをエッチング除去し、この
部分に高屈折率部を形成するので、高性能高出力のＳＬ
Ｄが容易に製造できる効果がある。

また、請求項　（６）に記載の発明は、誘電体または半
導体基板の一端面のみに選択的にプロトン交換して高屈
折率部を形成するので、光集積回路にとって重要な無反
射端面が容易に製造できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）はこの発明の一実施例による光増幅器の構
造を示す斜視図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のＡ−Ａ
線における断面図、第１図（ｃ）は等価屈折率法を用い
て２次元の構造とみなしたときの構威図、第２図（ａ）
はこの発明のＳＬＤの一実施例による構造を示す斜視図
、第２図（ｂ）は等価屈折率法を用いて２次元の構造と
みなしたときの構成図、第３図（ａ）はこの発明の一実
施例による光集積回路の構造を示す斜視図、第３図（ｂ
）は、第３図（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図、第３図
（ｃ）は等価屈折率法を用いて２次元の構造とみなした
ときの構成図、第４図は低反射率となる動作原理を説明
するための図、第５図はこの発明の光増幅器の製造方法
を示す工程別斜視図、第６図はこの発明のＳＬＤの製造
方法を示す工程別斜視図、第７図はこの発明の光集積回
路の製造方法を示す工程別斜視図、第８図，第９図，第
１０図および第１１図はこの発明の光増１ ９ 幅器の他の実施例による構造を示す斜視図、第１２図は
この発明のＳＬＤの他の実施例による構造を示す斜視図
、第１３図１第１４図．第１５図はこの発明の光集積回
路の他の実施例による構造を示す斜視図、第１６図（ａ
）は従来のスーパルミネッセントダイオードの構造を示
す斜視図、第１６図（ｂ）は屈折率導波型と考えたとき
のストライプ形状および屈折率分布を示す図である。 図において、１は半導体基板、２は下クラッド層、２ａ
は半導体あるいは誘電体の基板、３は活性層、４は上ク
ラッド層、５はコンタクト層、７はｎ側電極、８はｐ側
電極、１０ａ，１０ｂ．１０ｃ，１０ｄはクラッド領域
（屈折率はｎ２）、１１は光増幅器の光増幅部またはＳ
ＬＤの光導波部、１１ａは光増幅器の光増幅領域または
ＳＬＤの光導波領域（屈折率はｎ，）、１ｌｂは光集積
回路の光導波部、１１ｃは光集積回路の先導波領域（屈
折率はｎ１）、１２は無反射膜、１３は電流ブロック層
、１４は光増幅器あるいはＳＬＤの高屈折率部、１４ａ
は光増幅器あるいはＳＬＤの２ ０ 高屈折率領域（屈折率はｎ３）、１４ｂは光集積回路の
高屈折率部、１４ｃは光集積回路の屈折率領域（屈折率
はｎｓ）、１５は高反射率膜である。 なお、各図中の同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）２つの共振器端面およびこれら共振器端面に対し
   て傾いて形成された光増幅部を有する光増幅器において
   、前記両共振器端面近傍に前記光増幅部の屈折率よりも
   大きいかあるいは等しい屈折率をもつ物質または前記光
   増幅器のクラッド部の屈折率よりも大きいかあるいは等
   しい屈折率をもつ物質からなる高屈折率部を設けたこと
   を特徴とする光増幅器。
2. （２）２つの共振器端面およびこれらの共振器端面に対
   して傾いて形成された光導波部を有するスーパールミネ
   ッセントダイオードにおいて、前記両共振器端面近傍あ
   るいは一端面近傍に前記光導波部の屈折率よりも大きい
   かあるいは等しい屈折率をもつ物質または前記スーパー
   ルミネッセントダイオードのクラッド部の屈折率よりも
   大きいかあるいは等しい屈折率をもつ物質からなる高屈
   折率部を設けたことを特徴とするスーパールミネッセン
   トダイオード。
3. （３）端面を有し、かつその端面に対して傾斜している
   光導波路を有する光集積回路において、前記端面近傍に
   前記光導波路の屈折率よりも大きいかあるいは等しい屈
   折率を有する高屈折率部または前記光集積回路のクラッ
   ド部よりも大きいかあるいは等しい屈折率を有する高屈
   折率部を設けたことを特徴とする光集積回路。
4. （４）半導体基板上に電流ブロック層を成長する工程、
   前記電流ブロック層にストライプ状のパターンを両端面
   に対し傾けて形成する工程、前記電流ブロック層上に下
   クラッド層、活性層、上クラッド層およびコンタクト層
   を順次成長する工程、前記両端面近傍のみを選択的にエ
   ッチング除去する工程、前記エッチング除去部分に高屈
   折率の結晶を埋め込み成長する工程、ｐ形およびｎ形の
   電極を形成する工程を含むことを特徴とする光増幅器の
   製造方法。
5. （５）半導体基板上に、電流ブロック層を成長する工程
   、前記電流ブロック層にストライプ状のパターンを両端
   面に対して傾けて形成する工程、前記電流ブロック層上
   に順次下クラッド層、活性層、上クラッド層およびコン
   タクト層を成長する工程、前記一端面のみを選択的にエ
   ッチング除去する工程、前記エッチング除去部分に選択
   的に高屈折率の結晶を埋め込み成長する工程、ｐ形およ
   びｎ形の電極を形成する工程、後端面に高反射率膜を形
   成する工程を含むことを特徴とするスーパールミネッセ
   ントダイオードの製造方法。
6. （６）ＬｉＮｂＯ＿３基板の端面近傍のみにプロトン交
   換によって高屈折率部を形成する工程、前記ＬｉＮｂＯ
   ＿３基板にＴｉ拡散によって光導波路を形成する工程を
   含むことを特徴とする光集積回路の製造方法。