JPH0462194B2 - - Google Patents

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JPH0462194B2
JPH0462194B2 JP3987083A JP3987083A JPH0462194B2 JP H0462194 B2 JPH0462194 B2 JP H0462194B2 JP 3987083 A JP3987083 A JP 3987083A JP 3987083 A JP3987083 A JP 3987083A JP H0462194 B2 JPH0462194 B2 JP H0462194B2
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JP
Japan
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waveguide
layer
optical waveguide
optical
substrate
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JP3987083A
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JPS59165485A (ja
Inventor
Masafumi Seki
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NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/12Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
    • H01S5/125Distributed Bragg reflector [DBR] lasers

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光集積回路の素子間あるいは要素間
を高効率で接続する接続導波路に関するものであ
る。
光集積回路を構成するためには各素子間を効率
よく接続させる接続導波路が必要である。また従
来1つの単体であつた光半導体素子(例えば半導
体レーザ)を光集積回路上に実現するためには、
各要素(例えば光増幅要素や帰還要素)を効率よ
く接続させる接続導波路が必要である。
従来、この種の接続導波路としては伝搬する光
のエネルギーよりも広い禁止帯幅を有する一層の
半導体層が用いられていた。その一例として、エ
レクトロニクスレターズ(Electronics Letters)
1981年12月10日第17巻2号第945頁〜第947頁に記
載されたY.ABEらの報告がある。この従来例の
問題点は、接続導波路の結合効率を上げようとす
ると、接続導波路と基板の境界を被接続導波路と
基板との境界より下げた適切な位置に形成する必
要があることであつた。このため、接続導波路の
製作条件、特に基板のエツチング条件とその膜厚
制御が厳しく、実用性に乏しかつた。実用的な観
点からいうと基板のエツチングは行なわずに、接
続導波路、基板間の境界と、被接続導波路基板間
の境界とを一致させることが望ましいが、実際に
は高効率な結合が困難である。
本発明の目的は上記の欠点を除去すべく、作製
が容易で光集積回路の素子間あるいは要素間を高
効率接続させるのに適した接続導波路を提供する
ものである。
すなわち、本発明は、基板上に順次形成された
光導波路および第1クラツド層を含む被接続導波
路中を伝搬する光エネルギーより広い禁止帯幅を
有し、該基板上に該光導波路と底面を共有するが
如く順次形成され互いに禁止帯幅の異なる少なく
とも2種の接続光導波層および第2クラツド層を
設け、 該被接続導波路を伝搬する光の強度ピーク位置
が、該接続光導波層を伝搬する光の強度ピーク位
置とほぼ一致するように、該接続光導波層の禁止
帯幅と層厚が設定されていることを特徴とする光
集積回路用接続導波路である。なお、ここでいう
基板とは所要の半導体層をエピタキシヤル成長さ
せるためのものであり、基板の格子欠陥等をのが
れるために基板と同一組成の結晶を成長させた成
長結晶層付基板も含むものとする。例えば、
InGaAsP結晶等を成長させるためのInP基板の上
にInPを成長させたものも含む。
本発明においては、接続光導波層の禁止帯幅を
被接続導波路中を伝搬する光エネルギーより広く
しているので、光の吸収による損失がきわめて少
ない。また、接続光導波路中の接続光導波層の数
を2つ以上とし互いの禁止帯幅を変えているの
で、その禁止帯幅と厚みを最適にすることによ
り、被接続導波路の光導波路と底面を共有するが
如く形成しても、両者の電界分布を実質的に一致
させることができ極めて高効率な結合が可能とな
る。また、これによつて接続導波路を形成するた
めに必要な被接続導波路をエツチング等で取りさ
る場合の工程が容易になる。例えばInP基板上に
成長させたInGaAsP結晶層を取りさる場合には、
InPに対するエツチング速度の遅い硫酸系エツチ
ヤントを用いればよい。以上の理由から本発明の
光集積回路用接続導波路は、作製が容易で光集積
回路の素子間あるいは要素間の高効率接続が可能
である。
次に本発明を図面を用いて説明する。
第1図は本発明の第1の実施例の横断面図、第
2図a,bはそれぞれ被接続導波路および接続導
波路の屈折率分布を示す図である。
第1の実施例は1.5μm帯分布ブラツグ反射型半
導体レーザである。(100)面方位のn−InP基板
10の左側部分に活性層11、メルトバツク防止
層12、第1のクラツド層13、キヤツプ層17
が成長されている。n−InP基板10の右側部分
に第1の光導波層14、第2の光導波層15、第
2のクラツド層16、キヤツプ層17が成長され
ている。活性層11はIn0.59、Ga0.41、P0.10組成で
禁止帯幅0.80eV、屈折率3.54であり、メルトバツ
ク防止層12はIn0.69、Ga0.31、As0.68、P0.32組成
で禁止帯幅0.91eV、禁止帯幅波長1.35μm、屈折
率3.41である。第1の光導波層14はIn0.64
Ga0.36、As0.80、P0.20組成で禁止帯幅0.85eV、禁
止帯幅波長1.46μm、屈折率3.46である。第2の
光導波層15はメルトバツク防止層12と同一の
組成、同一の禁止帯幅を有している。メルトバツ
ク防止層12はP形、第1、第2の光導波層1
4,15はノンドープ形である。第1、第2のク
ラツド層13,16はP−InP、キヤツプ層17
はP+−In0.78、Ga0.22、As0.48、P0.52である。第1
の光導波層14とn−InP基板10との境界の一
部分には周期約2400Åの凹凸周期構造30が形成
されており、接続光導波路2を伝搬する波長
1.55μmの光に対し、1次の分布ブラツグ反射器
を構成している。キヤツプ層17の一部分には
SiO2膜20が形成され、さらにキヤツプ層17
及びSiO2膜20の上に第1の電極21が形成さ
れている。基板10の下側には第2の電極22が
形成されている。第1の電極21はTi/Pt/Au
電極であり、第2の電極22はAu−Ge−Ni/
Au電極である。第1の電極21から第2の電極
22へ電流を注入すると活性層11が励起され、
接続導波路2に設けられた分布プラツグ反射器に
より帰還が生じて1.55μmのレーザ発振が生じる。
第1の実施例においては光増幅要素である被接
続導波路1の活性層11の膜厚が0.1μm、メルト
バツク防止層12の膜厚が0.1μmであり、一方接
続導波路2の第1の光導波層14の膜厚が0.12μ
m、第2の光導波層15の膜厚が0.08μmである。
この構成において、被接続導波路では活性層11
とメルトバツク防止層12が光導波路であり、接
続導波路では光導波層14と15が光導波路とな
つており、本実施例では、被接続導波路1と接続
導波路2の結合効率は98%に達した。もし、接続
導波路2の構成膜を1種とし、その底面を活性層
とそろえる場合には最大でも80%程度の結合しか
実現されない。したがつて本発明の構成により分
布ブラツグ反射器の反射率が50%以上向上したこ
とになる。第1の実施例においては、接続導波路
2の形成の先だち、n−InP基板10の上全面に
活性層11、メトルバツク防止層12、第1のク
ラツド層13を成長させたあと、エツチングマス
クを用いたエツチングにより一部分n−InP基板
10に達するまでエツチングを行ないその表面を
露出させた。このエツチングはInPに対してエツ
チング速度の遅い硫酸系エツチヤント(3H2SO4
±1H2O2+1H2O)を用いることにより容易に制
御できる。
第3図は本発明の第2の実施例の横断面図、第
4図a,bは被接続導波路および接続導波路の屈
折率分布を示す図である。
第2の実施例は1.3μm帯分布帰還型半導体レー
ザと図には示されていない周波数弁別素子を接続
する接続導波路である。(100)面方位のn−InP
基板10の左側部分に周期約3900Åの凹凸の周期
構造30Aが形成されている。その製作はn−InP
基板10に厚くフオトレジストを塗布した後、フ
オトマスク露光法を用いて周期構造30Aを形成
する部のみを取り除いてポストベークで硬化さ
せ、次いで薄くフオトレジストを塗布した後、
He−Cd+レーザの二光束干渉法と化学エツチン
グにより部分的に周期構造30Aを形成する方法
によつた。n−InP基板10の周期構造30Aの
上には、第1の光導波層12A、活性層11A、
第1のクラツド13、キヤツプ層17が成長され
ている。第1の光導波層12Aは、n−In0.76
Ga0.22、As0.46、P0.52組成で禁止帯幅1.03eV、禁
止帯幅波長1.20μm、屈折率3.41である。活性層
はIn0.72、Ga0.28、As0.61、P0.39組成で禁止帯幅
0.95eV、禁止帯幅波長1.30μm、屈折率3.56であ
る。第1クラツド層13はP−InPであり、キヤツ
プ層17はP+−In0.78、Ga0.22、As0.46、P0.52組成で
ある。キヤツプ層17の一部には第1電極21が
リフトオフ法により形成されている。n−InP基
板10の周期構造30Aの形成されていない部分
には第2の光導波路15A、第3の光導波路14
A、第2のクラツド層16が成長されている。第
2の光導路15Aは第1の光導波路12Aと同一
の組成、同一の禁止帯幅、同一の屈折率を有す
る。第3の光導波路14AはノンドープIn0.74
Ga0.26、As0.57、P0.43組成で禁止帯幅0.97eV、禁
止帯幅波長1.27μm、屈折率3.47である。第2の
クラツド層はノンドープInPである。n−InP基
板の下側には第2の電極22が形成されている。
n−InP基板10、第1の光導波層12A、活性
層11A、第1のクラツド層13からなる被接続
導波路1Aは、活性層11Aが第1の電極21か
ら第2の電極22へ流れる電流により励起され、
周期構造10で光の分布帰還が生じるので分布帰
還型半導体レーザとして機能する。大部分の発振
光は劈開面3から取り出されるが、一部分の発振
光は反対側の境界面4に達する。n−InP基板1
0、第3の光導波路層15A、第2の光導波路層
14A、第2のクラツド層16からなる接続導波
路2Aは境界面4に達した発振光を効率よく結合
させる。第2の実施例において、第1の光導波層
11A、光活性層12A、第3の光導波層、第2
の光導波層の膜厚はそれぞれ0.08μm、0.08μm、
0.06μm、0.12μmであつた。被接続導波路1Aと
接続導波路2Aの間の結合効率は約96%であつ
た。
本発明の実施形態は、実施例の他に種々変形が
可能である。接続導波路の膜厚や禁止帯幅波長や
屈折率は実施例以外のものであつてもよい。また
接続導波路中に含まれる光導波層の層数は3以上
であつてもよい。また本発明にかかる光集積回路
用接続導波路は第1、第2実施例以外の種々の光
素子間あるいは要素間の結合に使用できることは
いうまでもない。その場合には最良の結合効率が
得られるように複数の光導波層の膜厚や屈折率を
設定することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例の横断面図、第
2図a,bはそれぞれ第1の実施例の被接続導波
路及び接続導波路の屈折率分布図、第3図は本発
明の第2の実施例の横断面図、第4図a,bはそ
れぞれ第2の実施例の被接続導波路及び接続導波
路の屈折率分布図である。10……n−InP基
板、11,11A……活性層、12……メルトバ
ツク防止層、12A……光導波層、13,16…
…クラツド層、14,14A,15,15A……
光導波層、17……キヤツプ層、1,1A……被
接続導波路、2,2A……接続導波路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 基板上に順次形成された光導波路および第1
    クラツド層を含む被接続導波路中を伝搬する光エ
    ネルギーより広い禁止帯幅を有し、該基板上に該
    光導波路と底面を共有するが如く順次形成され互
    いに禁止帯幅の異なる少なくとも2種の接続光導
    波層および第2クラツド層を設け、 該被接続導波路を伝搬する光の強度ピーク位置
    が、該接続光導波層を伝搬する光の強度ピーク位
    置とほぼ一致するように、該接続光導波層の禁止
    帯幅と層厚が設定されていることを特徴とする光
    集積回路用接続導波路。
JP3987083A 1983-03-10 1983-03-10 光集積回路用接続導波路 Granted JPS59165485A (ja)

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