JPH05273421A - Integrated optical coupler and optical transmitter/ receiver and optical communication system using the same - Google Patents

Integrated optical coupler and optical transmitter/ receiver and optical communication system using the same

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JPH05273421A
JPH05273421A JP4102048A JP10204892A JPH05273421A JP H05273421 A JPH05273421 A JP H05273421A JP 4102048 A JP4102048 A JP 4102048A JP 10204892 A JP10204892 A JP 10204892A JP H05273421 A JPH05273421 A JP H05273421A
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JP
Japan
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waveguide
coupler
optical
light wave
light
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JP4102048A
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Japanese (ja)
Inventor
Mitsutoshi Hasegawa
光利 長谷川
Seiji Mishima
誠治 三島
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Canon Inc
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Canon Inc
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light 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
    • G02B2006/12083Constructional arrangements
    • G02B2006/12104Mirror; Reflectors or the like

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  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)
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Abstract

PURPOSE:To obtain the integrated optical coupler which facilitates processes, has superior reliability and reproducibility, and also facilitates control over its demultiplexing and multiplexing ratios and the devices using it. CONSTITUTION:Coupler parts 10a and 10b, and 11a and 11b which multiplex and demultiplex light waves are constituted in the intersections of plural channel waveguides 12-14 formed on a semiconductor substrate. The coupler parts are formed not symmetrically about the center line in the horizontal plane of crossing channel waveguide structures. Further, the coupler parts consist of machined parts which are at least two mirror surfaces having different reflection factors.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光通信の分野に必要と
される、例えば、送信もしくは受信部を含む光電子集積
回路などに用いられる光半導体素子、特に集積型光カッ
プラ、及びそれを用いた光送受信機及び光通信システム
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical semiconductor device, particularly an integrated optical coupler, used in an optoelectronic integrated circuit including a transmitter or receiver, which is required in the field of optical communication. And an optical communication system.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、図47に示すように、導波形分岐
結合器において、主導波路894と、主導波路894に
接続された少なくとも二つの副導波路892,893と
の間で光波の分岐、結合を行うために、十字形の導波路
交差部位にV字形の溝891を設けて、光波の透過・反
射を抑制するカップラ部を形成することが提案されてい
る。その試作例として、バスラインとなる主導波路にカ
ップラを介して送信部や受信部を接続した集積型光ノー
ドが報告されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as shown in FIG. 47, in a waveguide type branch coupler, a light wave is branched between a main waveguide 894 and at least two sub-waveguides 892 and 893 connected to the main waveguide 894. In order to perform the coupling, it has been proposed to provide a V-shaped groove 891 at the cross-shaped waveguide crossing portion to form a coupler portion that suppresses transmission / reflection of light waves. As an example of the prototype, an integrated optical node in which a transmitter and a receiver are connected to a main waveguide serving as a bus line via a coupler is reported.

【0003】また、光カップラとして、I.H.A.F
attah et al.“Semiconducto
r interferometric laser”A
ppl.Phys.Lett.41、2、pp.112
−114(July 1982)には、図48に示すよ
うなY分岐型光カップラを含む干渉型レーザが記載され
ている。更に、J.Salzman et al.“C
ross coupled cavity semic
onductorlaser”Appl.Phys.L
ett.52、10、pp.767−769(Marc
h 1988)には、図49(a)、(b)に示すよう
なX分岐型光カップラ910a、910bを含む干渉型
レーザが記載されている。ここでR1〜R4は共振面、
L1〜L4は共振器長を夫々示す。
Further, as an optical coupler, an I.D. H. A. F
attah et al. "Semiconductor
r interferometric laser "A
ppl. Phys. Lett. 41 , 2, pp. 112
-114 (Jully 1982) describes an interference laser including a Y-branch optical coupler as shown in FIG. Furthermore, J. Salzman et al. "C
loss coupled cavities semic
onductorlaser "Appl.Phys.L
ett. 52 , 10, pp. 767-769 (Marc
h 1988) describes an interference laser including X-branch optical couplers 910a and 910b as shown in FIGS. 49 (a) and 49 (b). Here, R1 to R4 are resonance planes,
L1 to L4 represent resonator lengths, respectively.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとしている課題】しかし、図47に
示すような構造では以下に示すような問題がある。第1
に、カップラ部891に要求される位置精度、深さ制御
などのプロセス精度が高く、歩留り、再現性に乏しくな
る。すなわち、光導波路を伝搬してくる光波の界分布に
対してカップラ部891がどの様に形成されるかで分
岐、合流の態様が決定されるので、そのプロセス精度に
厳しさが要求される。
However, the structure shown in FIG. 47 has the following problems. First
In addition, the positional accuracy required for the coupler 891 and the process accuracy such as depth control are high, and the yield and reproducibility are poor. That is, since the mode of branching and merging is determined depending on how the coupler section 891 is formed with respect to the field distribution of the light wave propagating through the optical waveguide, strict process accuracy is required.

【0005】さらに、図47に示すような構造は、送受
信部が接続される副導波路892、893からバスライ
ンを形成している主導波路894の双方向に同じ強度比
で光波の結合を行う事は可能であるが、主導波路894
から副導波路892、893への分岐比が異なってしま
う。すなわち、V字形の下部(閉じた側)への分岐比に
対して、V字形の上部(開いた側)への分岐比が低下し
てしまい、同強度で分岐することは困難で、また分岐比
を制御することが難しい。
Further, in the structure as shown in FIG. 47, light waves are coupled at the same intensity ratio in both directions of the main waveguide 894 forming the bus line from the sub-waveguides 892 and 893 to which the transmitting / receiving section is connected. Things are possible, but the main waveguide 894
To the sub-waveguides 892 and 893 differ from each other. That is, the branching ratio to the upper part (open side) of the V-shape is lower than the branching ratio to the lower part (closed side) of the V-shape, and it is difficult to branch with the same strength. It is difficult to control the ratio.

【0006】また、図48の上記従来例においては、Y
分岐カップラを例えば2つ用いた複数の送信もしくは受
信部を含む光電子集積回路では、Y分岐カップラ1つだ
けでも分岐角が大きくとれず素子長が1mm以上とな
り、さらに2つ組み合わせると他の光デバイスに比べサ
イズが大きくなりすぎ、集積化が困難である。また、図
49に示すX分岐型光カップラを含む例の場合、X分岐
部910a、910bに要求される位置精度、深さ精度
などのプロセス精度が高く、歩留り、再現性に乏しい等
の問題点があった。すなわち、光導波路を伝搬してくる
光波の界分布に対してX分岐部がどの様に形成されるか
で分岐、合流の態様が決まってくるので、そのプロセス
精度に厳しさが要求されるのである。
In the conventional example shown in FIG. 48, Y
In an optoelectronic integrated circuit including a plurality of transmitters or receivers using, for example, two branch couplers, a single Y branch coupler cannot provide a large branch angle and the element length is 1 mm or more. The size is too large as compared with, and integration is difficult. Further, in the case of the example including the X-branching type optical coupler shown in FIG. 49, there are problems such as high process accuracy such as position accuracy and depth accuracy required for the X-branching portions 910a and 910b, and poor yield and reproducibility. was there. That is, since the manner of branching and merging is determined depending on how the X-branching portion is formed with respect to the field distribution of the light wave propagating through the optical waveguide, the process accuracy is required to be strict. is there.

【0007】従って、本発明の目的は、上記の課題に鑑
み、プロセスが容易で信頼性及び再現性に優れ、分岐比
の制御を容易に行える半導体光電子集積回路などに適す
る集積型光カップラ及びそれを用いた光送受信機及び通
信システムを提供することにある。
Therefore, in view of the above problems, an object of the present invention is to provide an integrated optical coupler suitable for a semiconductor optoelectronic integrated circuit, etc., which is easy to process, has excellent reliability and reproducibility, and can easily control a branching ratio. It is to provide an optical transceiver and a communication system using the.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の1つの形態の集積型光カップラでは、半導体基板上
に構成されたチャンネル導波路構造において、主となる
導波路の双方向に導波している光波と主となる導波路に
接続された2個以上の副導波路に導波している光波の分
岐・結合を行うためのカップラ部が、該主となる導波路
と副導波路の交差部位に構成されており、該カップラ部
は、該主となる導波路と副導波路を導波している光波の
導波界分布の波面分割を行う様に該チャンネル導波路の
一部に反射率の異なる2つのミラー面(反射面)である
加工部位が形成されて構成され、該カップラ部の形状は
角度を成す2つの部分から成り、そのカップラ部の水平
面内の対称軸が該副導波路の水平面内の中心軸に対して
シフトしていることを特徴とする。
In an integrated optical coupler according to one aspect of the present invention that achieves the above object, in a channel waveguide structure formed on a semiconductor substrate, the optical waveguide is guided in both directions of the main waveguide. The coupler section for branching / coupling the oscillating light wave and the light wave guided to the two or more sub-waveguides connected to the main waveguide is provided with the main waveguide and the sub-guide. The coupler section is formed at the intersection of the waveguides, and the coupler section is formed in one of the channel waveguides so as to perform wavefront division of the waveguide field distribution of the light wave guided in the main waveguide and the sub-waveguide. Is formed by forming a processed portion which is two mirror surfaces (reflection surfaces) having different reflectances, and the shape of the coupler portion is composed of two angled portions, and the axis of symmetry in the horizontal plane of the coupler portion is The sub-waveguide is shifted with respect to the central axis in the horizontal plane. The features.

【0009】また、上記目的を達成する本発明の他の形
態の集積型光カップラでは、半導体基板上に形成された
チャンネル導波路構造に、主導波路の双方向に伝搬して
いる光波と該主導波路に接続された副導波路を伝搬して
いる光波との分岐又は結合を行うための異なる2つの反
射面を有するカップラ部を少なくとも2組設けると共
に、該カップラ部の2つの反射面にて反射される光波の
強度を変化させることにより該主導波路の双方向に伝搬
している光波を異なる強度比で該副導波路に結合するこ
とを特徴とする。
Further, in an integrated optical coupler according to another embodiment of the present invention which achieves the above object, a light wave propagating in both directions of a main waveguide and the main wave are formed in a channel waveguide structure formed on a semiconductor substrate. At least two sets of coupler sections having two different reflecting surfaces for branching or coupling with a light wave propagating in a sub-waveguide connected to the waveguide are provided, and reflected by the two reflecting surfaces of the coupler section. By varying the intensity of the generated light wave, the light waves propagating in both directions of the main waveguide are coupled to the sub-waveguide at different intensity ratios.

【0010】また、上記目的を達成する本発明の他の形
態の集積型光カップラでは、半導体基板上に複数のチャ
ンネル導波路構造が形成され、該チャンネル導波路の交
差部位に光波の結合を行なう為のカップラ部が構成され
ており、該カップラ部は該チャンネル導波路を伝搬する
導波光界分布の波面分割を行なう様に該チャンネル導波
路の一部に反射率の異なる加工部位から形成され、該加
工部位は2組の微小ミラー面が形成され、該交差部位の
対向する角の位置にそれぞれ配置され、かつ該微小ミラ
ー面の切り込み方向が互いに直交するように成っている
ことを特徴とする。
Further, in the integrated optical coupler according to another embodiment of the present invention which achieves the above object, a plurality of channel waveguide structures are formed on a semiconductor substrate, and light waves are coupled at intersections of the channel waveguides. A coupler portion for the coupler portion is configured, and the coupler portion is formed from a processed portion having a different reflectance in a part of the channel waveguide so as to perform wavefront division of a guided light field distribution propagating in the channel waveguide, The processed portion is formed with two sets of micro mirror surfaces, which are respectively arranged at opposite corners of the intersecting portion, and the cut directions of the micro mirror surfaces are orthogonal to each other. ..

【0011】また、上記目的を達成する本発明の他の形
態の集積型光カップラでは、半導体基板上に構成された
複数のチャンネル導波路構造の交差部位中に光波の分岐
・結合を行なう為のカップラ部が構成されており、該カ
ップラ部は少なくとも1つの全反射ミラーとなる反射面
を持つ多角形に加工された加工部分を形成して成ること
を特徴とする。
Further, in the integrated optical coupler according to another embodiment of the present invention which achieves the above-mentioned object, a branching / coupling of an optical wave is performed in an intersecting portion of a plurality of channel waveguide structures formed on a semiconductor substrate. A coupler portion is configured, and the coupler portion is characterized by forming a processed portion processed into a polygon having at least one total reflection mirror reflection surface.

【0012】また、上記目的を達成する本発明の他の形
態の集積型光カップラでは、半導体基板上に構成された
複数のチャンネル導波路構造の交差部位中に光波の分岐
・結合を行なう為のカップラ部が構成されており、該カ
ップラ部は、交差する該チャンネル導波路構造の水平面
内の中心線について対称にならないように形成された、
反射率の異なる少なくとも2つのミラー面である加工部
位から成ることを特徴とする。
Further, in the integrated optical coupler according to another embodiment of the present invention which achieves the above object, a branching / coupling of a light wave is performed in an intersecting portion of a plurality of channel waveguide structures formed on a semiconductor substrate. A coupler portion is formed, and the coupler portion is formed so as not to be symmetrical with respect to a center line in a horizontal plane of the intersecting channel waveguide structure,
It is characterized in that it is composed of at least two processed parts which are mirror surfaces having different reflectances.

【0013】また、上記目的を達成する本発明の他の形
態の集積型光カップラは、半導体基板上に形成されたチ
ャネル導波路構造に、主導波路の双方向に伝搬している
光波と該主導波路に接続された副導波路を伝搬している
光波との分岐又は結合を行うための異なる2つの反射面
を有するカップラを少なくとも2組設けると共に、該カ
ップラの2つの反射面にて反射される光波の強度を変化
させることにより該主導波路の双方向に伝搬している光
波を異なる強度比で該副導波路に結合することを特徴と
する。
An integrated optical coupler according to another aspect of the present invention which achieves the above object is a channel waveguide structure formed on a semiconductor substrate, in which a light wave propagating in both directions of a main waveguide and the main wave are formed. At least two sets of couplers having two different reflecting surfaces for branching or coupling with a light wave propagating in a sub-waveguide connected to the waveguide are provided and reflected by the two reflecting surfaces of the coupler. It is characterized in that light waves propagating in both directions of the main waveguide are coupled to the sub-waveguide at different intensity ratios by changing the intensity of the light wave.

【0014】より具体的には、チャンネル導波路構造は
活性層を含んだり、チャンネル光導波路構造はリッジ構
造であったり、チャンネル導波路構造は複数形成されて
交差部を有し交差部中に光カップラ部が構成されて光波
の分岐、結合を行なったり、チャンネル導波路構造の交
差部はX字型、T字型などであったり、光カップラ部に
よるチャンネル導波路構造間の結合によって複合の共振
器が形成されていたり、光カップラ部は複数方向に光波
を分岐、結合する様に上記反射率の異なる部位を複数含
んだり、光カップラ部は光導波路構造が分岐、結合する
部分の一部(水平方向に関して)に全反射ミラー(45
°ミラー)となる反射面を少なくとも1つ持つ多角形の
エッチング溝を形成して構成されたり等する。
More specifically, the channel waveguide structure may include an active layer, the channel optical waveguide structure may be a ridge structure, or a plurality of channel waveguide structures may be formed to have an intersection and an optical path may be formed in the intersection. The coupler part is configured to branch and couple light waves, the crossing part of the channel waveguide structure is X-shaped, T-shaped, etc., and the compound resonance is caused by the coupling between the channel waveguide structures by the optical coupler part. Is formed, the optical coupler portion includes a plurality of portions having different reflectances so as to branch and couple the light waves in a plurality of directions, and the optical coupler portion has a part of the portion where the optical waveguide structure is branched and coupled ( Total reflection mirror (45)
(O) A polygonal etching groove having at least one reflecting surface serving as a mirror is formed.

【0015】[0015]

【作用】上記構成の本発明によれば、カップラ部では、
その異なる少なくとも2つの反射面によって、主導波路
の双方向に伝搬している光波と、その主導波路に接続さ
れた副導波路を伝搬している光波との分岐又は結合を行
う。その際に、反射面にて反射される光波の強度を夫々
変化させ、主導波路の双方向に伝搬している光波を、異
なる強度比で副導波路に結合する。例えば、反射光波の
強度調整によって光波を同じ強度の2つの光波に分岐さ
せ、副導波路からの光波を主導波路の双方向に同じ強度
で結合することができる。従って、光波の分岐・結合効
率を制御するについて、カップラの作製精度に左右され
ることがない。
According to the present invention having the above-mentioned structure, in the coupler section,
The at least two different reflecting surfaces branch or couple the light wave propagating in both directions of the main waveguide and the light wave propagating in the sub-waveguide connected to the main waveguide. At that time, the intensities of the light waves reflected by the reflecting surface are changed, and the light waves propagating in both directions of the main waveguide are coupled to the sub-waveguide at different intensity ratios. For example, by adjusting the intensity of the reflected light wave, the light wave can be branched into two light waves of the same intensity, and the light wave from the sub-waveguide can be coupled in both directions of the main waveguide with the same intensity. Therefore, the control accuracy of the branching / coupling of the light waves does not depend on the manufacturing accuracy of the coupler.

【0016】[0016]

【実施例】図1は本発明の第1実施例である集積型光カ
ップラの上面図であり、図2は図1のA−A´断面図、
図3は図1のB−B´断面図である。図1において、1
0a、10b、11a、11bはカップラとなるスリッ
ト溝、12は光検出のための副導波路、13は送信のた
めの副導波路、14は主導波路、15a、15b、15
c、15dは端面に形成された反射防止膜である。
1 is a top view of an integrated optical coupler according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA 'of FIG.
FIG. 3 is a sectional view taken along line BB ′ of FIG. In FIG. 1, 1
0a, 10b, 11a and 11b are slit grooves serving as couplers, 12 is a sub-waveguide for light detection, 13 is a sub-waveguide for transmission, 14 is a main waveguide, 15a, 15b, 15
Reference numerals c and 15d are antireflection films formed on the end faces.

【0017】まず、第1実施例のプロセス手順について
説明する。n+GaAs基板1上に、分子線成長法(M
BE)により、第1クラッド層となるn型AlGaAs
層2、活性層となるGaAs層3、第2クラッド層とな
るp型AlGaAs層4、キャップ層となるp+型Ga
As層5からなるエピタキシャル膜を順に成長させる。
基板1と界面には必要に応じてGaAsであるバッファ
層を形成しても良い。第1、第2クラッド層2、4の膜
厚は1μmとし、活性層3の膜厚は約0.1μmとし
た。次に、その上部にフォトリソグラフィ法により幅3
μmの所望のパターンを形成し、このマスクを通して、
塩素ガスを用いた反応性イオンビームエッチング(RI
BE)によりリッジ部(図3参照)を形成し、横方向の
閉じ込めをおこなうストライプ構造とした(図2、図3
参照)。
First, the process procedure of the first embodiment will be described. On the n + GaAs substrate 1, the molecular beam growth method (M
N-type AlGaAs to be the first clad layer by BE)
Layer 2, GaAs layer 3 serving as an active layer, p-type AlGaAs layer 4 serving as a second cladding layer, p + -type Ga serving as a cap layer
An epitaxial film made of As layer 5 is grown in order.
A buffer layer made of GaAs may be formed on the interface with the substrate 1 if necessary. The film thickness of the first and second cladding layers 2 and 4 was 1 μm, and the film thickness of the active layer 3 was about 0.1 μm. Next, a width of 3 is formed on the upper portion by photolithography.
Form the desired pattern of μm and through this mask,
Reactive ion beam etching using chlorine gas (RI
A ridge portion (see FIG. 3) is formed by BE) to form a stripe structure for lateral confinement (FIGS. 2 and 3).
reference).

【0018】さらに、リッジ導波路12、13、14の
分岐・合波部である交差部位の中心(各導波路の水平方
向に伸びる中心線の交わる点)から、光波の導波方向に
φ=45°の角度を持って、活性層3の下部に至る端面
を持ったスリット溝10b、11aを形成すると共に、
このスリット溝と同じ長さ、角度(スリット溝10b、
11aとは90°を成す)、深さを持ち、交差部位の中
心から変位した位置に、主導波路14から副導波路1
2、13への結合効率、副導波路12、13から主導波
路14への結合効率を制御するスリット溝10(a)、
11(b)をRIBE法により形成し、45°ミラーす
なわち全反射ミラーを構成した。
Further, from the center of the intersection of the ridge waveguides 12, 13, 14 which is the branching / combining portion (the intersection of the center lines extending in the horizontal direction of each waveguide), φ = in the waveguide direction of the light wave. While forming slit grooves 10b and 11a having an end face reaching the lower part of the active layer 3 at an angle of 45 °,
The same length and angle as this slit groove (slit groove 10b,
11a forms 90 °), has a depth, and is displaced from the center of the intersecting portion from the main waveguide 14 to the sub-waveguide 1
Slit grooves 10 (a) for controlling the coupling efficiency to the second and the third waveguides and the coupling efficiency from the sub-waveguides 12 and 13 to the main waveguide 14;
11 (b) was formed by RIBE to form a 45 ° mirror, that is, a total reflection mirror.

【0019】ここで、第1実施例の動作について説明す
る。副導波路13より入射した光波17は、カップラ1
1a、11bによって主導波路14の双方向に分岐され
る(光波17a、17b)。光波17bはそのままの強
度で主導波路14より出射されるが、光波17aはカッ
プラ10a、10bを透過することによる損失(図1の
構成では−6dB)を生じた後に出射される。そこで、
カップラ11aによる副導波路13から主導波路14へ
の光波の結合効率(光波17と光波17bの結合効率)
が、光波17と光波17aの結合効率とカップラ10
a、10bを透過する際に生じる損失との積に等しくな
る様(図1の構成では−12dB)にカップラ11bの
水平方向の位置(交差部位の中心からのずれ)を設定す
る事により、主導波路14の双方向に同じ強度で光波を
導波することができる。このとき、光波17の一部はカ
ップラ11a、11bで反射されることなく透過する
為、透過光の一部が再び副導波路13に入射しないよう
に導波路19の終端を構成する必要がある。または、導
波路13にアイソレータを挿入しても良い(不図示)。
The operation of the first embodiment will be described. The light wave 17 incident from the sub-waveguide 13 is coupled to the coupler 1
The main waveguide 14 is bidirectionally branched by 1a and 11b (light waves 17a and 17b). The light wave 17b is emitted from the main waveguide 14 with the same intensity, but the light wave 17a is emitted after a loss (-6 dB in the configuration of FIG. 1) due to transmission through the couplers 10a and 10b. Therefore,
Coupling efficiency of light wave from sub-waveguide 13 to main waveguide 14 by coupler 11a (coupling efficiency of light wave 17 and light wave 17b)
However, the coupling efficiency of the light wave 17 and the light wave 17a and the coupler 10
By setting the horizontal position of the coupler 11b (deviation from the center of the intersecting portion) so that it is equal to the product of the loss generated when passing through a and 10b (-12 dB in the configuration of FIG. 1), A light wave can be guided with the same intensity in both directions of the waveguide 14. At this time, since a part of the light wave 17 is transmitted without being reflected by the couplers 11a and 11b, it is necessary to configure the end of the waveguide 19 so that a part of the transmitted light does not enter the sub-waveguide 13 again. .. Alternatively, an isolator may be inserted in the waveguide 13 (not shown).

【0020】また、主導波路14の双方向に入射した光
波16a、16bは、カップラ10a、10bによって
副導波路12に分岐される。この際、光波16bはカッ
プラ11a、11bを透過する際に前述した様に−6d
Bの損失を受けるので、カップラ10bによる主導波路
14から副導波路12への光波の結合効率(光波16b
と光波18の結合効率)が−12dBとなる様にカップ
ラ10aの水平方向の位置を設定する事により、主導波
路14の双方向に導波されている光波を同じ強度で副導
波路12に導波することができる。また、主導波路14
から副導波路12、13へ同じ強度で分岐させることが
可能となる。
The light waves 16a and 16b which are incident on the main waveguide 14 in both directions are branched to the sub-waveguide 12 by the couplers 10a and 10b. At this time, when the light wave 16b is transmitted through the couplers 11a and 11b, it is -6d as described above.
Since the loss of B is received, the coupling efficiency of the light wave from the main waveguide 14 to the sub-waveguide 12 by the coupler 10b (light wave 16b
By setting the position of the coupler 10a in the horizontal direction so that the coupling efficiency of the optical wave 18 and the optical wave 18) becomes −12 dB, the optical wave guided in both directions of the main waveguide 14 is guided to the sub-waveguide 12 with the same intensity. Can wave. In addition, the main waveguide 14
Can be branched to the sub-waveguides 12 and 13 with the same strength.

【0021】本実施例による分岐、合流素子は、カップ
ラ部を水平方向(チャンネル導波路構造が形成された基
板1の伸展方向)の波面分割型の分岐カップラとして形
成するものであるため、スリット溝10a、10b、1
1a、11bの端面の加工深さは活性層3を越えてエッ
チングするものであれば良く、精度の厳しい深さ制御が
不必要となる。さらに、カップラの水平方向の位置を変
えるだけで容易に主導波路と副導波路間の光波の結合効
率を任意の値に設定することができる。また、副導波路
13より入射した光波を主導波路14の双方向に、また
主導波路14の双方向に導波している光波を副導波路1
2に同強度で導波することが可能となる構成をなしてい
る。
In the branching / merging element according to the present embodiment, the coupler portion is formed as a wavefront splitting type branch coupler in the horizontal direction (extending direction of the substrate 1 on which the channel waveguide structure is formed). 10a, 10b, 1
The processing depth of the end faces of 1a and 11b may be any depth as long as etching is performed beyond the active layer 3, and strict precision depth control is unnecessary. Furthermore, the coupling efficiency of the light wave between the main waveguide and the sub waveguide can be easily set to an arbitrary value simply by changing the horizontal position of the coupler. In addition, a light wave incident from the sub-waveguide 13 is guided in both directions of the main waveguide 14, and a light wave guided in both directions of the main waveguide 14 is reflected in the sub-waveguide 1.
2 has a configuration capable of guiding waves with the same intensity.

【0022】本実施例はチャンネル導波路としてリッジ
型導波路について述べたが、屈折率型の導波路も同様に
利用できる。
In this embodiment, the ridge type waveguide is described as the channel waveguide, but a refractive index type waveguide can be used as well.

【0023】また、本実施例はスリット溝10a、10
b、11a、11bの作製法としてRIBE法について
述べたが、Ga+、Au+等のイオンを用いた集束イオン
ビームエッチング(FIBE)法を用いても同様な効果
を得ることができる。
Further, in this embodiment, the slit grooves 10a, 10a
Although the RIBE method has been described as a method for manufacturing b, 11a, and 11b, the same effect can be obtained by using a focused ion beam etching (FIBE) method using ions such as Ga + and Au + .

【0024】図4は本発明の第2実施例を示す。本実施
例においては、20a、20b、21a、21bのカッ
プラ部は広域な部分でエッチングされて形成されてい
る。カップラ20b、21aの形成位置およびカップラ
20a、21bの形成位置は、夫々、第1実施例のカッ
プラ10b、11aおよび10a、11bのそれと同じ
である。主導波路24と副導波路22、23間での光波
の分岐、合流のされ方は実質的に第1実施例と同じであ
る。
FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention. In this embodiment, the coupler portions 20a, 20b, 21a, 21b are formed by etching in a wide area. The formation positions of the couplers 20b and 21a and the formation positions of the couplers 20a and 21b are the same as those of the couplers 10b, 11a and 10a, 11b of the first embodiment, respectively. The way of branching and merging light waves between the main waveguide 24 and the sub-waveguides 22 and 23 is substantially the same as that of the first embodiment.

【0025】図5は本発明の第3実施例を示す。本実施
例は、スリット溝30a、30bおよび31a、31b
が頂点のところで連続して形成されている第1実施例の
変形例である。主導波路34と副導波路32、33間で
の光波の分岐、合流のされ方は実質的に第1実施例と同
じである。
FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention. In this embodiment, the slit grooves 30a, 30b and 31a, 31b are used.
Is a modified example of the first embodiment in which the points are continuously formed at the apex. The way in which the light waves are branched and merged between the main waveguide 34 and the sub-waveguides 32 and 33 is substantially the same as in the first embodiment.

【0026】図6は第4実施例を示す。図7、図8は図
6のA−A´断面図、B−B´断面図である。本実施例
は、上記第1実施例の集積型カップラを用いた光ノード
の応用例である。
FIG. 6 shows a fourth embodiment. 7 and 8 are an AA ′ sectional view and a BB ′ sectional view of FIG. 6. This embodiment is an application example of an optical node using the integrated coupler of the first embodiment.

【0027】先ず、本実施例のプロセス手順を説明す
る。図7と図8から分かる様に、n型GaAs基板10
1上に、MBE法により、順次、バッファ層としてのn
型GaAs102を1μm厚で、クラッド層としてのn
型Al0.4Ga0.6As103を1.5μm厚で形成し
た。次に、ノンドープGaAs(100Å厚)、Al
0.2Ga0.8As(30Å厚)を4回くり返し積層し最後
にGaAsを100Å厚で積層し、多重量子井戸構造の
活性層104を形成し、その上にクラッド層としてのp
型Al0.4Ga0.6As105を1.5μm厚で、キャッ
プ層としてのGaAs106を0.5μm厚で形成し
た。
First, the process procedure of this embodiment will be described. As can be seen from FIGS. 7 and 8, the n-type GaAs substrate 10
1 on top of the n layer as a buffer layer by the MBE method.
Type GaAs 102 with a thickness of 1 μm and n as a clad layer
A type Al 0.4 Ga 0.6 As 103 was formed with a thickness of 1.5 μm. Next, non-doped GaAs (100 Å thickness), Al
0.2 Ga 0.8 As (30 Å thickness) is repeatedly laminated four times, and finally GaAs is laminated to 100 Å thickness to form an active layer 104 having a multiple quantum well structure, and p as a cladding layer is formed thereon.
A type Al 0.4 Ga 0.6 As 105 was formed with a thickness of 1.5 μm, and GaAs 106 as a cap layer was formed with a thickness of 0.5 μm.

【0028】次に、この半導体レーザウェハ上に、フォ
トリソグラフィ工程により、幅3μmの所望のマスクパ
ターン(導波路のパターン)を形成し、このマスクを通
して塩素ガス雰囲気のRIBE法により活性層104の
手前0.2μmまでエッチングしてリッジ部を形成し、
横方向の閉じ込めを行うストライプ構造とした。
Next, a desired mask pattern (waveguide pattern) having a width of 3 μm is formed on this semiconductor laser wafer by a photolithography process, and the front side of the active layer 104 is cut through the mask by RIBE in a chlorine gas atmosphere. Etching to 2 μm to form a ridge,
A stripe structure was adopted to confine in the lateral direction.

【0029】続いて、このリッジが形成されたレーザウ
ェハ上にSiXYから成る絶縁膜109(厚さ1200
Å)をプラズマCVD法によって形成し、SiN絶縁膜
109上にレジストを約1.0μmスピンコートした。
その後、4PaのO2雰囲気でのRIE(反応性イオン
エッチング)法によって、コートしたレジストのみを除
去し、リッジの頂き部のSiN絶縁膜109を露出さ
せ、更に4PaのCF4ガス雰囲気でのRIE法を実施
してリッジの頂き部の露出したSiN絶縁膜を選択的に
エッチングした。その後、残存しているレジストを4P
aのO2雰囲気でのRIE法により除去した。
Subsequently, an insulating film 109 (thickness 1200) made of Si X N Y is formed on the laser wafer on which the ridge is formed.
Å) was formed by a plasma CVD method, and a resist was spin-coated on the SiN insulating film 109 by about 1.0 μm.
Then, the coated resist alone is removed by RIE (reactive ion etching) in an O 2 atmosphere of 4 Pa to expose the SiN insulating film 109 at the top of the ridge, and RIE in a CF 4 gas atmosphere of 4 Pa. Method was performed to selectively etch the exposed SiN insulating film at the top of the ridge. After that, the remaining resist is 4P
It was removed by the RIE method in the O 2 atmosphere of a.

【0030】次いで、リッジの頂き部に形成された表面
酸化膜を塩酸によってウェットエッチングし電流注入窓
とし、続いて、上部電極としてCr−Auオーミック用
電極107を真空蒸着法で形成し、GaAs基板41を
ラッピングで100μmの厚さまで削った後にn型用オ
ーミック用電極108としてAuGe−Au電極を蒸着
した。そして、p型、n型の電極オーミックコンタクト
をとる為の熱処理を行い、リッジ型半導体素子とした。
Next, the surface oxide film formed on the top of the ridge is wet-etched with hydrochloric acid to form a current injection window, and then a Cr-Au ohmic electrode 107 is formed as an upper electrode by vacuum vapor deposition to form a GaAs substrate. 41 was lapped to a thickness of 100 μm, and then an AuGe—Au electrode was vapor-deposited as an n-type ohmic electrode 108. Then, heat treatment for making ohmic contact with the p-type and n-type electrodes was performed to obtain a ridge-type semiconductor element.

【0031】更に、加速電圧40keVのGe+イオン
を用いたFIB法によるエッチングにより、カップラと
なるスリット溝61a、61b、62a、62bを図6
に示す態様で形成した。スリット溝は上述した如く傾斜
し、深さは活性層104より1μm深く、且つ溝の垂直
方向の傾斜角度は85°以上になる様にした(図7参
照)。
Further, slit grooves 61a, 61b, 62a and 62b to be couplers are formed in FIG. 6 by etching by FIB method using Ge + ions with an acceleration voltage of 40 keV.
Was formed in the manner shown in FIG. The slit groove was inclined as described above, the depth was 1 μm deeper than the active layer 104, and the inclination angle of the groove in the vertical direction was 85 ° or more (see FIG. 7).

【0032】最後に、共振面をへき開により形成し、E
B(エレクトロンビーム)蒸着によってAl23+Zr
2を蒸着しARコート71a、71b、71c、71
dとし、電極107、108はワイヤーボンディングに
より取り出した。
Finally, the resonance surface is formed by cleavage, and E
Al 2 O 3 + Zr by B (electron beam) vapor deposition
AR coating 71a, 71b, 71c, 71 by vapor deposition of O 2
The electrodes 107 and 108 were taken out by wire bonding.

【0033】次に、第4実施例の動作について説明す
る。光ファイバ91a、ARコート71aを介して入射
した光波は、増幅部65aで増幅された入射波として集
積カップラ61a、61bに入り、光波は、上側の受信
部への導波路70に入る光波と右側の増幅部65bに入
る光波とに分岐される。導波路70、ファイバ91cを
経て受信部に入る光波はそこで信号が検出され、増幅部
65bへ入った光波はそこで増幅されてARコート71
bを介してファイバ91bへと出力される。このとき、
カップラ62bによって反射され、送信部への導波路6
8に入る光波は、送信部側の周波数安定化の為にアイソ
レータ(不図示)でファイバ91dに入る前に遮断され
る。逆から(ARコート71bを介して)入射した光波
についても、上と同じである。
Next, the operation of the fourth embodiment will be described. The light wave incident through the optical fiber 91a and the AR coat 71a enters the integrated couplers 61a and 61b as an incident wave amplified by the amplification unit 65a, and the light wave enters the waveguide 70 to the upper reception unit and the right side. Of the light wave entering the amplification section 65b of A signal is detected in the light wave entering the receiving unit through the waveguide 70 and the fiber 91c, and the light wave entering the amplifying unit 65b is amplified there to form the AR coat 71.
It is output to the fiber 91b via b. At this time,
The waveguide 6 to the transmitter is reflected by the coupler 62b.
The light wave entering 8 is blocked by an isolator (not shown) before entering the fiber 91d for frequency stabilization on the transmitter side. The same applies to the light wave incident from the opposite side (via the AR coat 71b).

【0034】送信部からファイバ91d、導波路68を
介してカップラ62a、62bに入る光波は、カップラ
62aによって分岐された光波は増幅部65bで増幅さ
れてARコート71bを介してファイバ91bへと出力
される。カップラ62bによって分岐された光波は、増
幅部65aへの光波、受信部への導波路70へと入る光
波に分岐される。導波路70とファイバ91cを介して
受信部に入る光波はここで信号成分がモニタされ、増幅
部65aへと入る光波は増幅されてファイバ91aへと
出力される。本実施例では、第1実施例と同様で、ファ
イバ91a、91bより導波路66に入射した光波は受
信部側導波路70に同強度で、また送信部から導波路6
8に入射した光波は導波路66の双方向に同強度で、そ
れぞれ集積型カップラ61a、61b、62a、62b
によって導波される。
The light waves that enter the couplers 62a and 62b from the transmitting portion via the fiber 91d and the waveguide 68 are amplified by the amplifying portion 65b and output to the fiber 91b via the AR coat 71b. To be done. The light wave branched by the coupler 62b is branched into a light wave to the amplification section 65a and a light wave to enter the waveguide 70 to the reception section. The signal component of the light wave entering the receiving unit via the waveguide 70 and the fiber 91c is monitored here, and the light wave entering the amplifying unit 65a is amplified and output to the fiber 91a. In this embodiment, as in the case of the first embodiment, the light waves incident on the waveguide 66 from the fibers 91a and 91b have the same intensity as the receiver side waveguide 70, and the waveguide 6 from the transmitter.
The light waves incident on the waveguide 8 have the same intensity in both directions of the waveguide 66, and are integrated couplers 61a, 61b, 62a, 62b, respectively.
Is guided by.

【0035】図9は第5実施例を示す。図10、図11
は、図9のA−A´断面、B−B´断面である。本実施
例は、本発明の第2実施例を、送信部を内蔵した光増幅
器に応用した例である。
FIG. 9 shows a fifth embodiment. 10 and 11
9A is a cross section taken along the line AA ′ and a cross section taken along the line BB ′ of FIG. 9. The present embodiment is an example in which the second embodiment of the present invention is applied to an optical amplifier incorporating a transmitter.

【0036】図9において、121a、121b、12
2a、122bは第2実施例と同様の構造を持つ光カッ
プラ、125a、125bは電流注入による光増幅部、
123はDFB構造を有するレーザによって構成される
送信部、124は逆バイアス電圧を印加することにより
動作する光検出器を有する受信部、126はバスライン
を形成している主導波路である。さらに、131a、1
31bは、端面にエレクトロンビーム(EB)蒸着によ
ってAl23+ZrO2を成膜する事によって構成され
たARコーティングである。
In FIG. 9, 121a, 121b, 12
2a and 122b are optical couplers having the same structure as in the second embodiment, 125a and 125b are optical amplifiers by current injection,
Reference numeral 123 is a transmission unit configured by a laser having a DFB structure, 124 is a reception unit having a photodetector that operates by applying a reverse bias voltage, and 126 is a main waveguide forming a bus line. Furthermore, 131a, 1
Reference numeral 31b is an AR coating formed by depositing Al 2 O 3 + ZrO 2 on the end face by electron beam (EB) vapor deposition.

【0037】また、第4実施例と同じく、図10、11
において、101は基板となるn+型GaAs層、10
2はバッファ層となるn型GaAs層、103は第1ク
ラッド層となるAlGaAs層、104は活性層、10
5は第2クラッド層となるp型AlGaAs層、106
はキャップ層となるp+型GaAs層、109は絶縁膜
となるSiN層、107はp型オーミック電極となるA
u−Cr電極、108はn型オーミック電極となるAu
Ge−Au電極である。
Also, as in the fourth embodiment, FIGS.
In the figure, 101 is an n + type GaAs layer serving as a substrate, 10
Reference numeral 2 is an n-type GaAs layer serving as a buffer layer, 103 is an AlGaAs layer serving as a first cladding layer, 104 is an active layer, 10
5 is a p-type AlGaAs layer serving as the second cladding layer, 106
Is a p + -type GaAs layer serving as a cap layer, 109 is a SiN layer serving as an insulating film, and 107 is a p-type ohmic electrode A
u-Cr electrode, 108 is an n-type ohmic electrode Au
It is a Ge-Au electrode.

【0038】次に、第5実施例の動作について説明す
る。送信部123より送られた光波127はカップラ1
22a、122bによって光波127a、127bに分
岐される。光波127bは、カップラ121a、121
bを透過する際に生じる−6dBの損失によって光波1
27の−12dBの強度となり、光増幅部125aで増
幅されてARコーティング131aを介して出射され
る。一方、カップラ122aによって光波127の−1
2dBの強度をもって分岐された光波127aは、光増
幅部125aと同じ増幅率を持つ光増幅部125bで増
幅され、ARコーティング131bを介して光波127
bと同じ強度で出射される。光波127bの一部はカッ
プラ121bによって受信部124に導波されるので、
信号成分をモニタすることも可能である。
Next, the operation of the fifth embodiment will be described. The light wave 127 sent from the transmitter 123 is the coupler 1
22a and 122b branch the light waves 127a and 127b. The light wave 127b is coupled to the couplers 121a and 121.
Light wave 1 is caused by a loss of -6 dB that occurs when transmitting b.
The intensity becomes -12 dB of 27, is amplified by the optical amplifier 125a, and is emitted through the AR coating 131a. On the other hand, the coupler 122a causes the light wave 127
The light wave 127a branched with the intensity of 2 dB is amplified by the light amplification section 125b having the same amplification factor as the light amplification section 125a, and is transmitted through the AR coating 131b.
Emitted with the same intensity as b. Since a part of the light wave 127b is guided to the receiver 124 by the coupler 121b,
It is also possible to monitor the signal components.

【0039】また、主導波路126の左端よりARコー
ティング131aを介して入射された光波129aは、
光増幅部125aによって増幅された後にカップラ12
1aに達する。ここで光波129aの一部は、カップラ
121aによって光波129aの−12dBの強度を持
って受信部124に入射し、信号成分を検出される。ま
た、カップラ121aを透過した光は、カップラ部12
2bを通過後、光増幅部125bで増幅された後、AR
コーティング131bを介して出射される。一方、主導
波路126の右端よりARコーティング131bを介し
て入射した光波129bは、光増幅部125bで増幅さ
れてカップラ122aに達する。この際、透過波はカッ
プラ122a、122bにおいて−6dBの損失を受け
た後、カップラ121bで受信部124に分岐され、光
波129aと同じ強度比(光波129aの−12dB)
である光波129bの−12dBの光波130となって
受信部124に入射し、ここで検出される。また、カッ
プラ121bを透過した光は光増幅部125aで増幅さ
れた後、ARコーティング131aを介して出射され
る。
The light wave 129a incident from the left end of the main waveguide 126 through the AR coating 131a is
The coupler 12 after being amplified by the optical amplifier 125a
Reach 1a. Here, a part of the light wave 129a is incident on the receiving unit 124 by the coupler 121a with an intensity of −12 dB of the light wave 129a, and a signal component is detected. In addition, the light transmitted through the coupler 121a is
After passing through 2b, and after being amplified by the optical amplifier 125b, AR
It is emitted through the coating 131b. On the other hand, the light wave 129b incident from the right end of the main waveguide 126 through the AR coating 131b is amplified by the optical amplification unit 125b and reaches the coupler 122a. At this time, the transmitted wave receives a loss of -6 dB in the couplers 122a and 122b, and then is branched to the receiving unit 124 in the coupler 121b, and has the same intensity ratio as that of the light wave 129a (-12 dB of the light wave 129a).
Then, the light wave 129b becomes a light wave 130 of −12 dB, enters the receiving unit 124, and is detected here. Further, the light transmitted through the coupler 121b is amplified by the optical amplification section 125a and then emitted through the AR coating 131a.

【0040】本実施例の場合、光波129a、129b
の一部はカップラ122b、122aによってそれぞれ
送信部123に導波される為、送信部123の周波数安
定化の為にアイソレータを挿入することが必要である
(不図示)。
In the case of this embodiment, the light waves 129a, 129b
Since a part of the signal is guided to the transmitter 123 by the couplers 122b and 122a, it is necessary to insert an isolator for stabilizing the frequency of the transmitter 123 (not shown).

【0041】また、カップラ121a、121bもしく
は122a、122bにおける損失および端面結合損
失、導波損失を補填する形で光増幅部125a、125
bの増幅率を設定すれば、本実施例は、見かけ上損失の
ない送受信用光ノードとして機能し、多段化接続が可能
となる。
The optical amplifiers 125a and 125 are used to compensate for the loss in the couplers 121a and 121b or 122a and 122b, the facet coupling loss, and the waveguide loss.
If the amplification factor of b is set, this embodiment functions as a transmission / reception optical node with virtually no loss, and multistage connection is possible.

【0042】第5実施例においては、レーザの共振面を
DFB構造によって形成した例を示したが、RIBE
法、反応性イオンエッチング法、集束イオンビームエッ
チング法等のエッチングによって形成されるエッチング
端面、もしくはへき開面によって形成しても良い。
In the fifth embodiment, an example in which the resonance surface of the laser is formed by the DFB structure is shown.
Method, a reactive ion etching method, a focused ion beam etching method, or the like, or an etching end surface formed by etching or a cleavage plane may be used.

【0043】上記第1乃至第5実施例においては、ファ
イバへの入出力面および光の入出力面をへき開によって
形成した例を示したが、RIBE法、反応性イオンエッ
チング等のドライエッチング等のエッチングによって形
成されるエッチング端面を用いてもよい。また、活性領
域をダブルヘテロ(DH)構造で形成したが、本発明は
これに限定されるものではなく、単一量子井戸(SQ
W)構造、多重量子井戸(MQW)構造などであっても
良い。
In the above-mentioned first to fifth embodiments, an example is shown in which the input / output surface to the fiber and the input / output surface of the light are formed by cleavage, but RIBE method, dry etching such as reactive ion etching, etc. An etching end face formed by etching may be used. Further, although the active region is formed with a double hetero (DH) structure, the present invention is not limited to this, and a single quantum well (SQ) is used.
It may be a W) structure, a multiple quantum well (MQW) structure, or the like.

【0044】また、第1乃至4実施例において、チャン
ネル導波路をリッジウェーブ構造で形成した例を示した
が、埋め込みヘテロストライプ(BH)構造、チャンネ
ル基板プレーナストライプ(CPS)構造、電流光の狭
窄の為の吸収層を活性層近くに設けた構造等の屈折率導
波型のレーザに対しても有効である。また、ストライプ
電極型や、プロトンボンバード型などの利得導波型レー
ザに対しても有効である。更に、半導体の材質として
は、GaAs・AlGaAs系のほか、InP・InG
aAsP系、AlGaInP系統の材料で形成しても良
い。
Further, in the first to fourth embodiments, the example in which the channel waveguide is formed by the ridge wave structure is shown, but the buried hetero stripe (BH) structure, the channel substrate planar stripe (CPS) structure, and the constriction of the current light are shown. It is also effective for a refractive index guided laser having a structure in which an absorption layer for this purpose is provided near the active layer. It is also effective for gain-guided lasers such as stripe electrode type and proton bombard type. Further, as a semiconductor material, in addition to GaAs / AlGaAs, InP / InG
It may be formed of aAsP-based or AlGaInP-based material.

【0045】図12は本発明を適用した光半導体分岐合
流素子の第6実施例の平面図、図13は図12における
A−A´断面図、図14は図12におけるB−B′断面
図である。図において、150a、150b、151
a、151bはカップラとなるエッチング溝、152は
光検出を行う副導波路、153は送信を行う副導波路、
154は主導波路である。
FIG. 12 is a plan view of a sixth embodiment of an optical semiconductor branching / merging device to which the present invention is applied, FIG. 13 is a sectional view taken along line AA 'in FIG. 12, and FIG. 14 is a sectional view taken along line BB' in FIG. Is. In the figure, 150a, 150b, 151
a, 151b are etching grooves serving as couplers, 152 is a sub-waveguide for detecting light, 153 is a sub-waveguide for transmitting,
Reference numeral 154 is a main waveguide.

【0046】まず、本実施例の薄膜形成プロセスについ
て説明する。図示するように、n+GaAs基板141
上に、分子線エピタキシャル成長法(MBE)により、
第1クラッド層となるn形AlGaAs層142、活性
層となるGaAs層143、第2クラッド層となるp形
AlGaAs層144及びキャップ層となるp+形Ga
As層145のエピタキシャル膜を順に成長・積層させ
る。
First, the thin film forming process of this embodiment will be described. As shown, n + GaAs substrate 141
On top, by molecular beam epitaxy (MBE),
The n-type AlGaAs layer 142 serving as the first cladding layer, the GaAs layer 143 serving as the active layer, the p-type AlGaAs layer 144 serving as the second cladding layer, and the p + -type Ga serving as the cap layer.
An epitaxial film of the As layer 145 is grown and laminated in order.

【0047】尚、基板141と界面とには必要に応じて
GaAsであるバッファ層を形成してもよい。本実施例
では第1及び第2のクラッド層142及び1444の膜
厚は1μm、活性層143の膜厚は0.1μmとした。
A buffer layer made of GaAs may be formed between the substrate 141 and the interface if necessary. In this embodiment, the first and second cladding layers 142 and 1444 have a thickness of 1 μm, and the active layer 143 has a thickness of 0.1 μm.

【0048】続いて、上記の積層薄膜の上部にフォトリ
ソグラフフィ法により幅3μmの所望のパターンを形成
し、そこに反応性イオンビームエッチング(RIBE)
によりリッジ部(図13に示した)を形成して横方向の
閉じこめを行うストライプ構造を作った。
Subsequently, a desired pattern having a width of 3 μm is formed on the upper part of the laminated thin film by the photolithography method, and reactive ion beam etching (RIBE) is performed thereon.
To form a ridge portion (shown in FIG. 13) to form a stripe structure for confining in the lateral direction.

【0049】更に、リッジ導波路の分岐・合流部の中心
から光波の導波方向にφ=45°の角度をもって活性層
143の下部に至る端面をもつエッチング溝150b、
151bと、この溝150b,151bと同じ角度及び
深さをもち、水平方向(図においてチャネル導波路が形
成された基板141の伸展方向)の長さを短くすること
によって主導波路154から副導波路152、153へ
の光波の結合効率を小さくしたエッチング溝150a、
151aとをRIBE法によって形成した。これで、4
5度の全反射ミラーが作製された。
Further, an etching groove 150b having an end face reaching the lower part of the active layer 143 at an angle of φ = 45 ° from the center of the branching / merging portion of the ridge waveguide in the waveguide direction of the light wave,
151b and the grooves 150b and 151b have the same angle and depth, and by shortening the length in the horizontal direction (the extending direction of the substrate 141 in which the channel waveguide is formed in the figure), the main waveguide 154 is separated from the sub-waveguide. Etching grooves 150a with reduced coupling efficiency of light waves to 152 and 153,
And 151a were formed by the RIBE method. This is 4
A 5 degree total reflection mirror was made.

【0050】ここで、第6実施例の分岐結合素子の動作
について説明する。副導波路153から入射した光波1
57は、カップラ151a、151bによって主導波路
154の双方向へ分岐される(図12に矢印158a及
び矢印158bで示した)。一方の分岐光波158a
は、そのままの強度で分岐され主導波路154から外部
(図において右方)へ出射される。他方の分岐光波15
8bは、カップラ150a、150bを透過する際の光
損失(例えば、−6dB)を生じて減衰して分岐され
る。従って、主導波路154の双方向へ同じ強度で分岐
光波を導波できるように調整する必要がある。具体的に
は、カップラ158aによる副導波路153から主導波
路154への光波の結合効率、即ち光波157と分岐光
波158aとの結合効率が、光波157と分岐光波15
8bの結合効率とカップラ150b、150aによる光
損失(−6dB)との積(−12dB)に等しくなるよ
うに、カップラ151aの水平方向長さを設定すること
で調節する。
The operation of the branch coupling element of the sixth embodiment will be described here. Light wave 1 incident from the sub-waveguide 153
57 is branched into two directions of the main waveguide 154 by the couplers 151a and 151b (indicated by arrows 158a and 158b in FIG. 12). One branch light wave 158a
Is branched with the same intensity and emitted from the main waveguide 154 to the outside (right side in the figure). The other branched light wave 15
8b causes optical loss (for example, -6 dB) when passing through the couplers 150a and 150b, attenuates the light, and is branched. Therefore, it is necessary to adjust so that the branched light waves can be guided in both directions of the main waveguide 154 with the same intensity. Specifically, the coupling efficiency of the light wave from the sub-waveguide 153 to the main waveguide 154 by the coupler 158a, that is, the coupling efficiency of the light wave 157 and the branch light wave 158a is determined by the light wave 157 and the branch light wave 15
It is adjusted by setting the horizontal length of the coupler 151a to be equal to the product (-12 dB) of the coupling efficiency of 8b and the optical loss (-6 dB) due to the couplers 150b and 150a.

【0051】尚、光波157の一部が、カップラ151
a、151bで反射されることなく透過するので、透過
光の一部でも副導波路153へ再入射されることがない
ように、導波路160の終端を形成する必要がある。或
いは、導波路153にアイソレータを挿入して再入射を
防いでもよい。
It should be noted that part of the light wave 157 is due to the coupler 151.
Since the light is transmitted without being reflected by a and 151b, it is necessary to form the end of the waveguide 160 so that even a part of the transmitted light is not re-incident on the sub-waveguide 153. Alternatively, an isolator may be inserted in the waveguide 153 to prevent re-incident light.

【0052】一方、主導波路154に直接に入射された
光波156aと、光波156aとは反対方向からの光波
156bとは、カップラ150a、150bによって副
導波路152方向へ分岐される。光波156bはカップ
ラ151a、151bを透過する際に、光損失を伴う
(カップラ150a、150bを光波157が透過する
ときと同様に、−6dBの損失)。従って、カップラ1
50aによる主導波路14から副導波路12への光波の
結合効率、即ち光波156aと光波159との結合効率
が、例えば−12dBになるように、カップラ150a
の水平方向長さを設定することで、主導波路154の双
方向へ導波されている光波を同じ強度で副導波路152
に導波させることができ、又、主導波路154から副導
波路152、153へ同じ強度で分岐させることができ
る。
On the other hand, the light wave 156a directly incident on the main waveguide 154 and the light wave 156b from the direction opposite to the light wave 156a are branched toward the sub-waveguide 152 by the couplers 150a and 150b. The light wave 156b is accompanied by an optical loss when passing through the couplers 151a and 151b (as in the case where the light wave 157 passes through the couplers 150a and 150b, a loss of -6 dB). Therefore, coupler 1
The coupler 150a so that the coupling efficiency of the light wave from the main waveguide 14 to the sub-waveguide 12 by the 50a, that is, the coupling efficiency of the light wave 156a and the light wave 159 is, for example, −12 dB.
By setting the horizontal length of the sub-waveguide 152 with the same intensity, the light wave guided in both directions of the main waveguide 154 is set.
The main waveguide 154 and the sub-waveguides 152 and 153 can be branched with the same intensity.

【0053】以上説明したように第6実施例では、光半
導体分岐合流素子が、カップラ部を水平方向の波面分割
形の分岐カップラを形成するものであるので、エッチン
グ溝150a、150b、151a、151bの端面の
加工深さは、活性層143を越えてエッチングするもの
であればよく、精度の厳しい深さ制御が不要となる。
As described above, in the sixth embodiment, the optical semiconductor branching and merging element forms the horizontal wavefront splitting type branch coupler in the coupler portion, so that the etching grooves 150a, 150b, 151a, 151b are formed. The processing depth of the end face of is not limited as long as etching is performed beyond the active layer 143, and strict precision depth control is unnecessary.

【0054】更に、カップラ150a、150b、15
1a、151bの水平方向長さと位置とを変えるだけ
で、主導波路154と副導波路152との、そして主導
波路154と副導波路153との夫々の間での光波の結
合効率を任意の値に容易に設定することができる。従っ
て、副導波路153から入射された光波157を主導波
路154の双方向へ同じ強度で、主導波路154の双方
向へ導波している光波156a及び156bを副導波路
152へ同じ強度で、夫々導波させることができる。
Further, the couplers 150a, 150b, 15
By simply changing the horizontal lengths and positions of 1a and 151b, the light wave coupling efficiency between the main waveguide 154 and the sub-waveguide 152 and between the main waveguide 154 and the sub-waveguide 153 can be set to arbitrary values. Can be easily set. Therefore, the optical wave 157 incident from the sub-waveguide 153 is bidirectionally in the main waveguide 154 with the same intensity, and the optical waves 156a and 156b guided in the bidirectionally the main waveguide 154 are in the sub-waveguide 152 with the same intensity. Each can be guided.

【0055】尚、本実施例では、チャネル導波路として
リッジ形導波路を採用したが、この他に屈折率形の導波
路を採用してもよい。又、カップラ150a、150
b、151a、151bをなすエッチング溝の作製法と
してRIBE法を採用したが、この他にGa+やAu+
どのイオンを用いた集束イオンビームエッチング法(F
IBE)を用いてもよい。
In this embodiment, the ridge type waveguide is used as the channel waveguide, but a refractive index type waveguide may be used instead. Also, the couplers 150a, 150
b, 151a, is adopted RIBE method as method of producing the etching groove forming the 151b, focused ion beam etching method using an ion such as Ga + and Au + In addition (F
IBE) may be used.

【0056】次に、本発明の第7実施例について説明す
る。図15は光半導体分岐合流素子の平面図である。
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described. FIG. 15 is a plan view of an optical semiconductor branching / merging device.

【0057】図示するように、カップラ170a、17
1aがリッジ導波路の分岐・合流部の中心を通ってい
る。それらの水平方向(図においてチャネル導波路が形
成された基板の伸展方向)の長さは、光波176bと光
波179との結合効率及び光波177と光波178aと
の結合効率が−12dBとなるように設定されている。
リッジ導波路内の光波の強度分布は、導波路の中心で最
も強くなっている。そのため、カップラ170a、17
1aの水平方向長さは、第6実施例の場合よりも短くす
ることができる。
As shown, the couplers 170a, 17a
1a passes through the center of the branch / merge portion of the ridge waveguide. The lengths in the horizontal direction (extension direction of the substrate on which the channel waveguide is formed in the figure) are such that the coupling efficiency between the light waves 176b and 179 and the coupling efficiency between the light waves 177 and 178a are −12 dB. It is set.
The intensity distribution of the light wave in the ridge waveguide is strongest at the center of the waveguide. Therefore, the couplers 170a, 17
The horizontal length of 1a can be shorter than that in the sixth embodiment.

【0058】尚、リッジ導波路の分岐・合流部の中心
は、第6実施例の透過部に該当し、又結合効率の調整は
第6実施例と同様にして行われる。図15では、図12
の対応する部分を示すのに、図12の参照番号に20を
加えた番号を付している。
The center of the branching / merging portion of the ridge waveguide corresponds to the transmitting portion of the sixth embodiment, and the coupling efficiency is adjusted in the same manner as in the sixth embodiment. In FIG. 15, FIG.
12, the reference numbers in FIG. 12 are added to indicate the corresponding parts.

【0059】本発明の第8実施例について説明する。図
16は光半導体分岐合流素子の第8実施例の平面図であ
る。
An eighth embodiment of the present invention will be described. FIG. 16 is a plan view of an eighth embodiment of the optical semiconductor branching / merging device.

【0060】図示するように、本実施例では、カップラ
180aと180bとの間の主導波路184の幅が広い
と共に、その導波路の中心が両側の導波路184の中心
と一致するように構成されている。導波路の中心では、
光強度が最も高い。このように構成することで、カップ
ラ180a、180bを透過する際に生じる光損失をよ
り少なくでき、分岐合流素子の挿入損失を低減すること
ができる。例えば、光損失を−6dBよりも小さくする
ことができる。
As shown in the figure, in this embodiment, the width of the main waveguide 184 between the couplers 180a and 180b is wide, and the center of the waveguide is arranged to coincide with the center of the waveguides 184 on both sides. ing. At the center of the waveguide,
The highest light intensity. With this configuration, it is possible to further reduce the optical loss that occurs when the light is transmitted through the couplers 180a and 180b, and it is possible to reduce the insertion loss of the branching and joining element. For example, the optical loss can be made smaller than -6 dB.

【0061】尚、カップラ180aと180bとの間の
主導波路は、シングルモードで導波することできるよう
に設定されている。図16では、図12の対応する部分
を示すのに、図12の参照番号に30を加えた番号を付
している。
The main waveguide between the couplers 180a and 180b is set so that it can be guided in a single mode. In FIG. 16, reference numerals of FIG. 12 are added with 30 to show corresponding portions of FIG. 12.

【0062】続いて、本発明の第9実施例について説明
する。図17は送信部及び受信部を内蔵した光増幅器の
平面図、図18は図17におけるA−A´断面図、図1
9は図17におけるB−B′断面図である。
Next, a ninth embodiment of the present invention will be described. 17 is a plan view of an optical amplifier including a transmitter and a receiver, and FIG. 18 is a sectional view taken along the line AA ′ in FIG.
9 is a sectional view taken along the line BB 'in FIG.

【0063】図17において、191a、191b、1
92a、192bは第6実施例のカップラと同一構造の
光カップラ、195a、195bは電流注入による光増
幅器、193はDFB構造のレーザを備える送信部、1
94は逆バイアス電圧を印加すると作動する光検出器を
備えた受信部、196はバスラインを形成している主導
波路、201a、201bは端面にエレクトロンビーム
(EB)蒸着によって形成されたZrO2膜でできたA
Rコーティングである。
In FIG. 17, 191a, 191b and 1
Reference numerals 92a and 192b are optical couplers having the same structure as the coupler of the sixth embodiment, 195a and 195b are optical amplifiers by current injection, and 193 is a transmission unit having a DFB laser.
Reference numeral 94 is a receiver having a photodetector that operates when a reverse bias voltage is applied, 196 is a main waveguide forming a bus line, and 201a and 201b are ZrO 2 films formed on the end faces by electron beam (EB) vapor deposition. Made of A
R coating.

【0064】図18、図19で、211は基板となるn
+GaAs層、212はバッファ層となるn形GaAs
層、213は第1クラッド層となるAlGaAs層、2
14は活性層、215は第2クラッド層となるp形Al
GaAs層、216はキャップ層となるp+形GaAs
層、217は絶縁膜となるSiN層、218はp形オー
ミック電極となるAu−Cr電極、219はn形オーミ
ック電極となるAuGe−Au電極である。
In FIGS. 18 and 19, reference numeral 211 is a substrate n
+ GaAs layer, 212 is n-type GaAs to be a buffer layer
Layers, 213 are AlGaAs layers to be the first cladding layer, 2
14 is an active layer, and 215 is p-type Al to be the second cladding layer.
GaAs layers, 216 are p + type GaAs to be cap layers
A layer 217 is a SiN layer serving as an insulating film, 218 is an Au-Cr electrode serving as a p-type ohmic electrode, and 219 is an AuGe-Au electrode serving as an n-type ohmic electrode.

【0065】尚、本実施例では、光波199a、199
bの一部がカップラ191bによって送信部193に導
波されるので、送信部193の周波数安定化のためのア
イソレータ(不図示)が挿入されている。
In this embodiment, light waves 199a and 199 are used.
Since a part of b is guided to the transmission unit 193 by the coupler 191b, an isolator (not shown) for stabilizing the frequency of the transmission unit 193 is inserted.

【0066】光増幅器195b側においては、送信部1
93から送られた光波197は、カップラ192a、1
92bによって光波198aと198bとに分岐させら
れる。一方の分岐光波192bは、カップラ191a、
191bを透過する際に生じる光損失(−6dB)によ
って光波197の−12dBの強度となり、光増幅部1
95aで増幅されARコーティング201aを介して出
射される。他方、カップラ192aによって光波197
の−12dBの強度をもって分岐された光波198a
は、光増幅部195aと同じ増幅率をもつ光増幅部19
5bで増幅されARコーティング201bを介して出射
される。この出射光波の強度は光波198bのものと同
じである。尚、光波198bの一部はカップラ191b
によって受信部194に導波されるので、信号成分をモ
ニターすることもできる。
On the optical amplifier 195b side, the transmitter 1
The light waves 197 sent from the 93 are couplers 192a, 1
92b splits into light waves 198a and 198b. One of the branched light waves 192b is a coupler 191a,
Due to the optical loss (-6 dB) that occurs when the light passes through 191b, the intensity of the light wave 197 becomes -12 dB, and the optical amplifier 1
The light is amplified by 95a and emitted through the AR coating 201a. On the other hand, a light wave 197 is generated by the coupler 192a.
-12a of the branched light wave with an intensity of −12 dB
Is an optical amplification unit 19 having the same amplification factor as the optical amplification unit 195a.
It is amplified by 5b and emitted through the AR coating 201b. The intensity of the emitted light wave is the same as that of the light wave 198b. A part of the light wave 198b is a coupler 191b.
Since it is guided to the receiving unit 194 by the, the signal component can also be monitored.

【0067】又、ARコーティング201a(図におい
て基板211の左端に位置する)を介して主導波路19
6に入射された光波199aは、光増幅部195aによ
って増幅された後にカップラ191aに到達する。する
と、光波199aの一部はカップラ191aによって光
波199aの−12dBの強度で受信部194に入射さ
れその光波200の信号成分が検出される。尚、カップ
ラ191aを透過した光は、カップラ192b及び光増
幅部195bを通過した後にARコーティング201b
を介して出射される。
Further, the main waveguide 19 is provided through the AR coating 201a (located at the left end of the substrate 211 in the figure).
The light wave 199a incident on the light source 6 reaches the coupler 191a after being amplified by the optical amplification unit 195a. Then, a part of the light wave 199a is incident on the receiving unit 194 with the intensity of −12 dB of the light wave 199a by the coupler 191a, and the signal component of the light wave 200 is detected. The light transmitted through the coupler 191a passes through the coupler 192b and the optical amplification section 195b, and then the AR coating 201b.
Is emitted via.

【0068】一方、ARコーティング201b(図にお
いて基板211の右端に位置する)を介して主導波路1
96に入射された光波199bは、光増幅部195bに
よって増幅された後にカップラ191a、191bに到
達する。カップラ192a、192bを透過する際に光
波199bは−6dBの強度を損失して、カップラ19
1a、191bを経て光波199aと同じ強度で受信部
194に分岐・入射され、その信号成分が検出される。
On the other hand, the main waveguide 1 is formed through the AR coating 201b (located at the right end of the substrate 211 in the figure).
The light wave 199b incident on 96 reaches the couplers 191a and 191b after being amplified by the optical amplification unit 195b. When passing through the couplers 192a and 192b, the light wave 199b loses the intensity of −6 dB and the coupler 19
After passing through 1a and 191b, they are branched and incident on the receiving unit 194 with the same intensity as the light wave 199a, and the signal component thereof is detected.

【0069】尚、本実施例において、カップラ191
a、191b、192a、192bでの光損失、端面結
合損失及び導波損失を補填するように光増幅部195
a、195bの増幅率を設定すると、見かけ上、損失の
ない送受信光ノードとして機能する。従って、多段化接
続ができる。
In this embodiment, the coupler 191
a, 191b, 192a, 192b, the optical amplifier 195 so as to compensate the optical loss, the end face coupling loss, and the waveguide loss.
When the amplification factors of a and 195b are set, it functions as a transmission / reception optical node that apparently has no loss. Therefore, multistage connection is possible.

【0070】以上説明した第6乃至第9の実施例でも、
活性領域をダブルヘテロ(DH)構造で形成したが、こ
の他に単一量子井戸(SQW)構造や多重量子井戸(M
QW)構造で形成してもよい。又、チャネル導波路をリ
ッジ構造で形成したが、この他に埋め込みヘテロストラ
イプ(BH)構造、チャネル基板プレーナストライプ
(CPS)構造、電流光の狭搾のための吸収層を活性層
の近くに設けた構造などの屈折率導波形レーザや、スト
ライプ電極、プロトンボンバード形などの利得導波形レ
ーザに対しても有効である。或いは、半導体の材質とし
てGaAs・AlGaA系の他に、InP・InGaA
sP系、AlGaInP系の材料に対してもよい図20
は、本発明の第10実施例である光カップラの上面図で
あり、図21は図20のA−A´断面図、図22はB−
B´断面図、図23はC−C´断面図である。以下、第
10実施例について説明する。
Also in the sixth to ninth embodiments described above,
Although the active region is formed with a double hetero (DH) structure, a single quantum well (SQW) structure or a multiple quantum well (M
You may form by QW) structure. Although the channel waveguide is formed in a ridge structure, a buried hetero stripe (BH) structure, a channel substrate planar stripe (CPS) structure, and an absorption layer for narrowing current light are provided near the active layer. It is also effective for a refractive index guided laser having a different structure, a gain guided laser such as a stripe electrode and a proton bombard type. Alternatively, in addition to GaAs / AlGaA based semiconductor materials, InP / InGaA
Good for sP-based and AlGaInP-based materials
FIG. 21 is a top view of an optical coupler which is a tenth embodiment of the present invention, FIG. 21 is a sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 20, and FIG.
23 is a sectional view taken along the line CC ′ of FIG. 23. The tenth embodiment will be described below.

【0071】基板221上に分子線成長法(MBE)に
より第1クラッド層222、活性層223、第2クラッ
ド層224、キャップ層225からなるエピタキシャル
膜を順に成長させる。基板221との界面には必要に応
じてGaAsであるバッファ層を形成してもよい。次
に、その上部にフォトリソグラフィ法により所望のパタ
ーンを形成し、反応性イオンビームエッチングによりリ
ッジ部を形成させて横方向の閉じ込めを行なうストライ
プ構造とした。
An epitaxial film composed of the first cladding layer 222, the active layer 223, the second cladding layer 224, and the cap layer 225 is sequentially grown on the substrate 221 by the molecular beam growth method (MBE). A buffer layer made of GaAs may be formed on the interface with the substrate 221 if necessary. Next, a desired pattern was formed on the upper portion by photolithography, and a ridge portion was formed by reactive ion beam etching to form a stripe structure for confining in the lateral direction.

【0072】次にFIBE法(集束イオンビームエッチ
ング法)により、図21、図22に示すカップラとなる
微細スリット226、227を形成した。図21、図2
2に示す様に、スリット226、227の加工先端は層
方向の界分布228の中央付近までとし(即ち、界分布
228の中心が位置する活性層223部分まで)、積層
方向の波面分割を行なっている。本実施例の作用は、以
下の実施例の説明から明らかとなる。
Next, by the FIBE method (focused ion beam etching method), the fine slits 226 and 227 to be the couplers shown in FIGS. 21 and 22 were formed. 21, FIG.
As shown in FIG. 2, the processing tips of the slits 226 and 227 are located near the center of the field distribution 228 in the layer direction (that is, up to the active layer 223 portion where the center of the field distribution 228 is located), and wavefront division in the stacking direction is performed. ing. The operation of this embodiment will be apparent from the following description of the embodiment.

【0073】図24は本発明における第11の実施例で
ある。図25、図26は図24のA−A´、B−B´断
面図、図27は図24のC−C´断面図である。
FIG. 24 shows an eleventh embodiment of the present invention. 25 and 26 are sectional views taken along the lines AA 'and BB' of FIG. 24, and FIG. 27 is a sectional view taken along the line CC 'of FIG.

【0074】本実施例では、微細スリット246、24
7の加工先端は、図25、図26に示す様に、上記第1
0実施例では層方向の界分布を波面分割すべくスリット
の加工深さを界分布の中央に設定していたのに対して、
水平方向の波面分割を行なう為に層方向の界分布228
の下部に達するまで深くなっている。第10実施例の参
照番号と同じ番号は同じ機能のものを示す。
In this embodiment, the fine slits 246 and 24 are
The processing tip of No. 7 is the first
In Example 0, the processing depth of the slit was set at the center of the field distribution in order to divide the field distribution in the layer direction into wavefronts.
A field distribution 228 in the layer direction for performing horizontal wavefront division
It is deeper until it reaches the bottom of. The same reference numerals as those in the tenth embodiment denote the same functions.

【0075】図28は本発明における第11実施例のカ
ップラを用いた光半導体素子の第12実施例である。図
29、図30は図28のA−A´断面図、B−B´断面
図である。本列の作製プロセスを説明する。
FIG. 28 shows a twelfth embodiment of an optical semiconductor device using the coupler of the eleventh embodiment of the present invention. 29 and 30 are AA ′ sectional views and BB ′ sectional views of FIG. 28. The manufacturing process of this column will be described.

【0076】まず、n型GaAs基板231上に分子線
エピタキシー法(MBE法)によって順次、バッファ層
232としてn型GaAsを1μm、クラッド層233
としてn型Al0.4Ga0.6Asを1.5μmを形成し
た。活性層234としてはノンドープGaAs(厚さ1
00Å)、Al0.2Ga0.8As(厚さ30Å)を4回く
り返し、最後にGaAs(厚さ100Å)を積層し、多
重量子井戸構造(MQW)のものを形成した。次に、ク
ラッド層235としてp型Al0.4Ga0.6Asを1.5
μm、キャップ層236としてGaAsを0.5μm形
成した。
First, on the n-type GaAs substrate 231, n-type GaAs of 1 μm and the cladding layer 233 are sequentially formed as the buffer layer 232 by the molecular beam epitaxy method (MBE method).
As a result, n-type Al 0.4 Ga 0.6 As having a thickness of 1.5 μm was formed. As the active layer 234, non-doped GaAs (thickness 1
00Å) and Al 0.2 Ga 0.8 As (thickness 30 Å) were repeated 4 times, and finally GaAs (thickness 100 Å) was laminated to form a multi quantum well structure (MQW). Next, as the clad layer 235, p-type Al 0.4 Ga 0.6 As is added to 1.5.
.mu.m and GaAs of 0.5 .mu.m is formed as the cap layer 236.

【0077】次に、上記半導体レーザウェハー上にフォ
トリソグラフィー工程により、幅3μmの所望の十字型
のマスクパターンを形成し、このマスクを通して塩素ガ
ス雰囲気の反応性イオンビームエッチング法により活性
層234の手前0.2μmまでエッチングし、リッジ部
を形成させて、横方向の閉じ込めを行なうストライプ構
造とした。続いて、このリッジが形成されたレーザウェ
ハー上に、SiXYから成る絶縁膜237(厚さ120
0Å)をプラズマCVD法によって形成した。次、Si
N絶縁膜上に、レジストを約1.0μmスピンコートし
た。その後、4PaのO2雰囲気での反応性イオンエッ
チング法によって、成膜されたレジストのみを除去し、
リッジの頂き部のSiN絶縁膜を露出させ、さらに4P
aのCF4ガス雰囲気での反応性イオンエッチング法を
実施してリッジの頂き部の露出したSiN絶縁膜を選択
的にエッチングした。その後、残存しているレジストを
4PaのO2雰囲気での反応性イオンエッチングにより
除去した。
Next, a desired cross-shaped mask pattern having a width of 3 μm is formed on the semiconductor laser wafer by a photolithography process, and the active layer 234 is formed in front of the active layer 234 through the mask by a reactive ion beam etching method in a chlorine gas atmosphere. The stripe structure was formed by etching to 0.2 μm to form a ridge portion and confining in the lateral direction. Subsequently, an insulating film 237 (thickness 120) made of Si X N Y is formed on the laser wafer on which the ridge is formed.
0 Å) was formed by the plasma CVD method. Next, Si
A resist was spin-coated on the N insulating film by about 1.0 μm. Then, only the formed resist is removed by a reactive ion etching method in an O 2 atmosphere of 4 Pa,
The SiN insulating film on the top of the ridge is exposed, and 4P
The reactive ion etching method in the CF 4 gas atmosphere of a was performed to selectively etch the exposed SiN insulating film at the top of the ridge. Then, the remaining resist was removed by reactive ion etching in an O 2 atmosphere of 4 Pa.

【0078】次いで、リッジの頂き部に形成された表面
酸化膜を塩酸によってウェットエッチングし、電流注入
窓とした。
Next, the surface oxide film formed on the top of the ridge was wet-etched with hydrochloric acid to form a current injection window.

【0079】続いて、上部電極として、Cr−Auオー
ミック用電極238を真空蒸着法で形成し、GaAs基
板をラッピングで100μmの厚さまでけずった後、n
型用オーミック用電極239としてAuGe/Au電極
を蒸着した。次に、p型、n型の電極のオーミックコン
タクトをとるための熱処理を行ない、リッジ型半導体素
子とした。
Then, a Cr-Au ohmic electrode 238 is formed as an upper electrode by a vacuum vapor deposition method, and a GaAs substrate is lapped to a thickness of 100 μm.
An AuGe / Au electrode was vapor-deposited as a mold ohmic electrode 239. Next, heat treatment was performed to obtain ohmic contact between the p-type and n-type electrodes, to obtain a ridge-type semiconductor element.

【0080】更に、加速電圧40keVのAu+イオン
を用いたFIB(集束イオンビーム)法によるエッチン
グにより、十字型の導波路の各長手方向に対して45°
傾斜したスリット溝256、257を対向角(1つのス
リットに対し、他のスリットは直交し、かつ交差してい
ない)の位置の2ケ所に形成し、深さは活性層234よ
り1μm程度深く、かつ、垂直方向の傾斜角度は85°
以上になるようにした。
Further, by etching by FIB (Focused Ion Beam) method using Au + ions with an accelerating voltage of 40 keV, 45 ° with respect to each longitudinal direction of the cross-shaped waveguide.
The inclined slit grooves 256 and 257 are formed at two positions of opposite angles (one slit is orthogonal to the other slit and do not intersect), and the depth is about 1 μm deeper than the active layer 234. And the vertical tilt angle is 85 °
I made it so.

【0081】更に、共振面をへき開により形成した後、
共振面にEB(エレクトロンビーム)蒸着によってAl
23+ZrO2を成膜する事によってARコーティング
253a、253b、253c、253dを形成した。
そして、電極はワイヤーボンディングにより取り出し
た。
Further, after forming the resonance surface by cleavage,
Al on the resonance surface by EB (electron beam) vapor deposition
AR coatings 253a, 253b, 253c, and 253d were formed by depositing 2 O 3 + ZrO 2 .
Then, the electrode was taken out by wire bonding.

【0082】本実施例では、バスライン方向に配置され
た光増幅部250a、250bが形成され、受信部・送
信部への分岐導波路252、253が、バスライン方向
の導波路と交差している。分岐カップラ256、257
は、交差部に対向角に位置する2つの溝を形成すること
によって分岐結合を行なっている。分岐結合の比率は、
導波路の光電磁界分布と溝の長さを制御(位置制御も含
む)することによって、調整することができる。
In this embodiment, the optical amplifiers 250a and 250b arranged in the bus line direction are formed, and the branching waveguides 252 and 253 to the receiving and transmitting sections intersect the waveguides in the bus line direction. There is. Branch coupler 256, 257
Performs branch coupling by forming two grooves located at opposite angles at the intersection. The ratio of branch bonds is
It can be adjusted by controlling the photoelectric field distribution of the waveguide and the length of the groove (including position control).

【0083】また、分岐カップラ256、257の開い
た側(図28の右側)から光が入射する場合、反射が存
在する為、送信部側の周波数安定化の為にアイソレータ
を挿入することが必要となる(不図示)。
Further, when light is incident from the open side of the branch couplers 256 and 257 (right side of FIG. 28), reflection exists, so it is necessary to insert an isolator for frequency stabilization on the transmitter side. (Not shown).

【0084】尚、図28において、253aはファイバ
261の端面が当接するARコート、253bはファイ
バ262の端面が当接するARコート、253cは受信
部側のファイバ264が当接するARコート、253d
は送信部側のファイバ265が当接するARコートであ
る。
In FIG. 28, 253a is an AR coat with which the end face of the fiber 261 is in contact, 253b is an AR coat with which the end face of the fiber 262 is in contact, 253c is an AR coat with which the fiber 264 on the receiver side is in contact, 253d.
Is an AR coat with which the fiber 265 on the transmitter side abuts.

【0085】次に、第12実施例の動作を説明する。光
ファイバ261、ARコート253aを介して入射した
光波は、増幅部250aで増幅された入射波として集積
カップラ部258に入り、透過・反射するスリット溝2
56、257と溝のない部分により、光波は、左側の受
信部への導波路252に入る光波と右側の送信部への導
波路253に入る光波(これは上記アイソレータで遮断
される)と増幅部250bに入る光波とに分岐される。
導波路252、ファイバ264を経て受信部に入る光波
はそこで信号が検出され、増幅部250bへ入った光波
はそこで更に増幅されてファイバ262へと出力され
る。逆から(ARコート253bを介して)入射した光
波についても、上と同じである。
Next, the operation of the twelfth embodiment will be described. The light wave incident through the optical fiber 261 and the AR coat 253a enters the integrated coupler unit 258 as an incident wave amplified by the amplification unit 250a, and is transmitted / reflected by the slit groove 2.
56, 257 and the non-grooved portion amplifies the lightwave into a lightwave entering the waveguide 252 to the left receiver and a lightwave entering the waveguide 253 to the right transmitter (which is blocked by the isolator). The light wave entering the portion 250b is branched.
A signal is detected in the light wave entering the receiving unit through the waveguide 252 and the fiber 264, and the light wave entering the amplifying unit 250b is further amplified therein and output to the fiber 262. The same applies to the light wave incident from the opposite side (via the AR coat 253b).

【0086】送信部からファイバ265、導波路253
を介してカップラ部258に入る光波は、同じく透過・
反射するスリット溝256、257と溝のない部分によ
り、導波路252,253(導波路253に反射される
光波はアイソレータで遮断される)及び増幅部250
a、250bへと入る光波に分岐される。導波路252
とファイバ264を介して受信部に入る光波はそこで信
号成分がモニターされ、増幅部250a、250bへと
入る光波は、夫々、そこで増幅されてファイバ261、
262へと出力される。
From the transmitter to the fiber 265 and the waveguide 253.
The light wave entering the coupler section 258 via
The reflecting slit grooves 256 and 257 and the non-groove portion allow the waveguides 252 and 253 (light waves reflected by the waveguide 253 to be blocked by the isolator) and the amplifying section 250.
It is split into light waves that enter a and 250b. Waveguide 252
The signal component of the light wave that enters the receiving unit via the optical fiber 264 and the fiber 264 is monitored there, and the light wave that enters the amplifying units 250a and 250b is amplified there, respectively.
It is output to 262.

【0087】図31は、本発明の第11実施例を、送受
信部を内蔵した光増幅器に応用した第13実施例であ
る。図32、図33は図31のA−A´、B−B´断面
図である。図31において、270a、270bは電流
注入による光増幅部、271はDFB構造を有するレー
ザによって構成される送信部、272は逆バイアス電圧
を印加することにより動作する光検出器を有する受信
部、274はバスラインを形成している光導波路であ
る。さらに、273a、273bは端面にEB(エレク
トロンビーム)蒸着によってAl23+ZrO2を成膜
することによって構成されたARコーティングである。
また、図32、図33において図29の符号と同一の符
号で示すものは図29の部位と同じものである。
FIG. 31 is a thirteenth embodiment in which the eleventh embodiment of the present invention is applied to an optical amplifier having a built-in transceiver. 32 and 33 are cross-sectional views taken along the lines AA 'and BB' of FIG. In FIG. 31, 270a and 270b are optical amplifiers by current injection, 271 is a transmitter including a laser having a DFB structure, and 272 is a receiver having a photodetector that operates by applying a reverse bias voltage, 274. Is an optical waveguide forming a bus line. Further, 273a and 273b are AR coatings formed by depositing Al 2 O 3 + ZrO 2 on the end faces by EB (electron beam) vapor deposition.
32 and 33, the same reference numerals as those in FIG. 29 denote the same parts as those in FIG.

【0088】次に、第13実施例の動作について説明す
る。送信部271より送られた光波280は、カップラ
276、277によって光波281a、281b、28
1cに分波される。カップラ276によって分波された
光波281bは光増幅部270aで増幅され、ARコー
ティング273aを介して出射される。
Next, the operation of the 13th embodiment will be described. The light waves 280 sent from the transmission unit 271 are light waves 281 a, 281 b, 28 by the couplers 276, 277.
It is demultiplexed to 1c. The optical wave 281b demultiplexed by the coupler 276 is amplified by the optical amplification unit 270a and emitted through the AR coating 273a.

【0089】同様に、カップラ277によって分波され
た光波281aは、光増幅部270bで増幅され、AR
コーティング273bを介して出射される。透過光であ
る光波281cは受信部272で信号成分をモニタする
ことも可能である。
Similarly, the optical wave 281a demultiplexed by the coupler 277 is amplified by the optical amplification section 270b, and AR
It is emitted through the coating 273b. The light wave 281c, which is the transmitted light, can be monitored by the receiving unit 272 for a signal component.

【0090】また、導波路274の左端よりARコーテ
ィング273aを介して入射された光波282aは光増
幅部270aによって増幅された後、光波282aの一
部はカップラ277によって受信部272に入射し、信
号成分を検出される。また、カップラ276、277を
透過した光は、光増幅部270bによって増幅された
後、ARコーティング273bを介して出射される。一
方、導波路274の右端よりARコーティング273b
を介して入射された光波282bは、光増幅部270b
で増幅され、カップラ276によって受信部272に入
射し、ここで検出される。
The optical wave 282a incident from the left end of the waveguide 274 through the AR coating 273a is amplified by the optical amplifying section 270a, and then a part of the optical wave 282a is incident on the receiving section 272 by the coupler 277 and the signal is transmitted. The component is detected. Further, the light transmitted through the couplers 276 and 277 is amplified by the optical amplification section 270b and then emitted through the AR coating 273b. On the other hand, from the right end of the waveguide 274, the AR coating 273b
The light wave 282b incident via the
Is amplified by the coupler 276, enters the receiver 272 by the coupler 276, and is detected there.

【0091】本実施例の場合、光波282a、282b
の一部はカップラ276、277によって送信部271
に導波される為、送信部271の周波数安定化の為のア
イソレータを挿入することが必要である(不図示)。
In the case of this embodiment, the light waves 282a and 282b are used.
A part of the transmission part 271 by the couplers 276 and 277.
It is necessary to insert an isolator for stabilizing the frequency of the transmission unit 271 (not shown) since the light is guided to the.

【0092】また、カップラ276、277における損
失および端面結合損失、導波損失を補填するように光増
幅部270a、270bの増幅率を設定すれば、見かけ
上、損失のない送受信用光ノードとして機能し、多段化
接続が可能となる。
Further, if the amplification factors of the optical amplifiers 270a and 270b are set so as to compensate for the losses in the couplers 276 and 277, the end face coupling loss, and the waveguide loss, it functions as a transmission / reception optical node having no apparent loss. However, multi-stage connection is possible.

【0093】以上、第10乃至第13実施例において、
光カップラとなるスリット溝の作製法として、Au+
オンを用いたFIBE法について述べたが、Ga+のF
IBEを用いても、また、RIBE法を用いても同様な
効果を得ることができる。また、レーザの共振面をへき
開によって形成した例、およびDFB構造の例を示した
が、反応性イオンビームエッチング、反応性イオンエッ
チング等のドライエッチング等のエッチングによって形
成されたエッチング端面を用いてもDBR構造を用いて
もよい。また、活性領域をMQW(多重量子井戸構造)
で形成したが、これに限定されるものではなく、DH構
造、SQW構造などであってもよい。
As described above, in the tenth to thirteenth embodiments,
As the manufacturing method of the slit groove serving for the optical coupler has been described FIBE method using Au + ions, Ga + a F
Similar effects can be obtained by using IBE or RIBE. Further, although an example in which the resonance surface of the laser is formed by cleavage and an example of the DFB structure are shown, an etching end face formed by etching such as dry etching such as reactive ion beam etching or reactive ion etching may be used. A DBR structure may be used. In addition, the active region is MQW (multiple quantum well structure)
However, the present invention is not limited to this and may have a DH structure, an SQW structure, or the like.

【0094】更に、GaAs系を用いたリッジウエーブ
型構造を例にとって述べたが、BH構造、CSP構造、
電流光の狭窄のための吸収層を活性層近くに設けた構造
等の屈折率導波型のレーザに対しても有効である。ま
た、ストライプ電極型やプロトンボンバード型などの利
得導波型レーザに対しても有効である。更に加えて、半
導体レーザの材料はGaAs・AlGaAs系の他、I
nP・InGaAsP系、AlGaInP系等の材料も
利用できる。
Further, the ridge wave type structure using a GaAs system has been described as an example, but the BH structure, the CSP structure,
This is also effective for a refractive index guided laser having a structure in which an absorption layer for constricting current light is provided near the active layer. Further, it is also effective for a gain waveguide type laser such as a stripe electrode type or a proton bombard type. In addition, the materials for the semiconductor laser are GaAs / AlGaAs, I
Materials such as nP / InGaAsP type and AlGaInP type can also be used.

【0095】図34は本発明の第14実施例であるT分
岐カップラを含む光半導体素子を示し、同図(a)は模
式的上面図、同図(b)は図34(a)のA−A′断面
図、図35(a)は図34(a)のB−B′断面図、同
図(b)は図34(a)の主要部の拡大図である。先
ず、第14実施例のプロセス手順について説明する。
FIG. 34 shows an optical semiconductor device including a T-branch coupler which is a fourteenth embodiment of the present invention. FIG. 34 (a) is a schematic top view, and FIG. 34 (b) is A of FIG. 34 (a). 34A is a sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 34A, and FIG. 35B is an enlarged view of a main portion of FIG. 34A. First, the process procedure of the fourteenth embodiment will be described.

【0096】基板291上に、分子線成長法(MBE)
により第1クラッド層292、活性層293、第2クラ
ッド層294、キャップ層295からなるエピタキシャ
ル膜を順に成長させる。基板291との界面には必要に
応じてGaAsであるバッファ層を形成してもよい。第
1、第2クラッド層292、294の膜厚は1μmと
し、活性層293の膜厚は約0.1μmとした。次に、
その上部にフォトリソグラフィ法により幅3μmの所望
のパターン(図示例ではT字型パターン)を形成し、反
応性イオンビームエッチング(RIBE)によりリッジ
部(図34(b)参照)を形成し、横方向の閉じ込めを
行なうストライプ構造とした(図34(a)、(b)参
照)。
On the substrate 291, the molecular beam growth method (MBE) is used.
Thus, an epitaxial film including the first cladding layer 292, the active layer 293, the second cladding layer 294, and the cap layer 295 is sequentially grown. A buffer layer made of GaAs may be formed on the interface with the substrate 291 if necessary. The film thickness of the first and second cladding layers 292 and 294 was 1 μm, and the film thickness of the active layer 293 was about 0.1 μm. next,
A desired pattern (T-shaped pattern in the illustrated example) having a width of 3 μm is formed on the upper portion thereof by a photolithography method, and a ridge portion (see FIG. 34B) is formed by reactive ion beam etching (RIBE). A stripe structure for confining in the direction is adopted (see FIGS. 34 (a) and 34 (b)).

【0097】更に、集束イオンビームエッチング(FI
BE)法により、活性層293の下部に至る端面加工を
してエッチング溝300を図35(a)の如く形成す
る。このエッチング溝300は、、FIBEによる端面
傾斜角度θが85度以上で(図35(a)参照)、リッ
ジ導波路の分岐・合流部の中心から光波の導波方向にφ
=45°の角度を持って(図35(b)参照)形成さ
れ、45°ミラーすなわち全反射ミラーを構成してい
る。続いて、この素子の端面をへき開により光が入射、
出射できる様にした。
Furthermore, focused ion beam etching (FI
By the BE method, the end surface processing down to the lower part of the active layer 293 is processed to form the etching groove 300 as shown in FIG. The etching groove 300 has an end face inclination angle θ of 85 degrees or more by FIBE (see FIG. 35 (a)), and φ from the center of the branch / merge portion of the ridge waveguide in the light wave guiding direction.
= 45 ° (see FIG. 35B) to form a 45 ° mirror, that is, a total reflection mirror. Then, the light is incident by cleaving the end face of this element,
I made it possible to emit.

【0098】この全反射ミラーによって、活性層293
に図34(a)のB→B′方向に入射した光波301
は、分岐・合流部で光波302(反射)と光波303
(透過)にほぼ同一の比率で分岐される。このとき、光
波302は図35(b)に示す分岐・合流部の中心部分
のエッチング溝300で全反射され、光波303はこの
分岐・合流部の中心部分以外をそのまま透過していくこ
とで生じる。
The active layer 293 is formed by this total reflection mirror.
Of the light wave 301 incident in the direction B → B ′ of FIG.
Is a light wave 302 (reflection) and a light wave 303 at the branching / merging portion.
(Transmission) is branched at almost the same ratio. At this time, the light wave 302 is totally reflected by the etching groove 300 in the central portion of the branching / merging portion shown in FIG. 35B, and the light wave 303 is generated by passing through the portion other than the central portion of the branching / merging portion as it is. ..

【0099】本実施例における分岐・合流部すなわち光
カップラは、水平方向(チャンネル導波路構造が形成さ
れた基板291の伸展方向)の波面分割型の分岐カップ
ラを形成するものである為、エッチング溝300の端面
の加工深さは活性層293(チャンネル導波路構造の中
心となる導波路層)を越えてエッチングするものであれ
ばよく、精度の厳しい深さ制御が不必要となる。そし
て、45°ミラーの位置制御をすることによって、光波
の透過・反射の比率を所望の値に設定することができ
る。本実施例では、チャンネル導波路構造としてリッジ
導波路について述べたが、屈折率型の導波路も同様に利
用できる。
The branching / merging portion, that is, the optical coupler in this embodiment forms a wavefront splitting type branch coupler in the horizontal direction (extending direction of the substrate 291 on which the channel waveguide structure is formed). The processing depth of the end face of 300 may be any depth as long as it can be etched beyond the active layer 293 (the waveguide layer that is the center of the channel waveguide structure), and strict precision depth control is unnecessary. Then, by controlling the position of the 45 ° mirror, the transmission / reflection ratio of the light wave can be set to a desired value. In this embodiment, the ridge waveguide is described as the channel waveguide structure, but a refractive index type waveguide can be used as well.

【0100】図36(a)、(b)は第15実施例を示
し、図36のT型カップラでは、エッチング溝310が
直角三角形のトレンチ状で、図36(a)のB′→B方
向から光波311を入射させても光波312、313と
して分岐、合流される。
FIGS. 36 (a) and 36 (b) show a fifteenth embodiment. In the T-type coupler of FIG. 36, the etching groove 310 has a trench shape of a right triangle, and the direction B ′ → B in FIG. 36 (a). Even if the light wave 311 is incident from the above, the light waves are branched and combined as light waves 312 and 313.

【0101】図37はY字型カップラの第16実施例を
示し、エッチング溝315が図の如き位置に三角形状に
形成されて、図37の実線と破線の矢印で示す如く光波
が分岐・合流される。
FIG. 37 shows a sixteenth embodiment of a Y-shaped coupler in which an etching groove 315 is formed in a triangular shape at a position as shown in the drawing, and light waves are branched / merged as shown by solid and broken arrows in FIG. To be done.

【0102】図38は第17実施例を示す。第17実施
例は、本発明の第15実施例を、送信部と受信部を併設
した光ノードに応用した例である。図39と図40は図
38のA−A′断面図、B−B′断面図を夫々示す。本
実施例は上記第15実施例の加工端面を集積カップラに
用いた例である。
FIG. 38 shows a seventeenth embodiment. The seventeenth embodiment is an example in which the fifteenth embodiment of the present invention is applied to an optical node provided with a transmitter and a receiver. 39 and 40 are sectional views taken along the lines AA 'and BB' of FIG. 38, respectively. This embodiment is an example in which the processed end face of the fifteenth embodiment is used for an integrated coupler.

【0103】図38において、329はFIBで形成さ
れた全反射ミラー(45°ミラー)を2つ持った直角三
角形のエッチング溝であり、330a、330bは電流
注入によってゲインを有する不図示の光アンプを具備す
る増幅領域、331a、331bは逆バイアス印加によ
り動作する光検出器を具備する光検出領域である。33
8a、338bは端面に形成されたARコートであり、
Al23+ZrO2をエレクトロンビーム(EB)蒸着
によって堆積している。339は導波路である。導波路
339は上面に十字型に形成されたもので、その中心か
ら上下方向の導波路部分は増幅領域330a、330b
とされ、左右方向は検出領域331a、331bとされ
ている。エッチング溝329は、その長手方向が、上述
した十字型の導波路339の各長手方向に対して45°
傾斜し左右下端より中央部まで伸びたものとなるように
導波路339の略中央部分に設けられている。これによ
り、導波路339の中央部分は破線にて示した集積カッ
プラ部332とされる。
In FIG. 38, reference numeral 329 denotes a right-angled triangular etching groove having two total reflection mirrors (45 ° mirrors) formed by FIB, and 330a and 330b are optical amplifiers (not shown) having a gain by current injection. The amplification regions 331a and 331b provided with are photodetection regions provided with photodetectors that operate by applying a reverse bias. 33
8a and 338b are AR coats formed on the end faces,
Al 2 O 3 + ZrO 2 is deposited by electron beam (EB) evaporation. Reference numeral 339 is a waveguide. The waveguide 339 is formed in a cross shape on the upper surface, and the waveguide portions in the vertical direction from the center thereof are amplification regions 330a and 330b.
The left and right directions are detection areas 331a and 331b. The longitudinal direction of the etching groove 329 is 45 ° with respect to each longitudinal direction of the cross-shaped waveguide 339 described above.
The waveguide 339 is provided at a substantially central portion so as to be inclined and extend from the left and right lower ends to the central portion. As a result, the central portion of the waveguide 339 becomes the integrated coupler section 332 indicated by the broken line.

【0104】次に、第17実施例のプロセス手順を説明
する。先ず、図39と図40から分かる様に、n型Ga
As基板341上に、MBE法により、順次、バッファ
層としてのn型GaAs342を1μm厚で、クラッド
層としてのn型Al0.4Ga0.6As343を1.5μm
厚で形成した。次に、ノンドープGaAs(100Å
厚)、Al0.2Ga0.8As(30Å厚)を4回くり返し
積層し最後にGaAsを100Å厚で積層し、多重量子
井戸構造の活性層344を形成し、その上にクラッド層
としてのp型Al0.4Ga0.6As345を1.5μm厚
で、キャップ層としてのGaAs346を0.5μm厚
で形成した。
Next, the process procedure of the 17th embodiment will be described. First, as can be seen from FIGS. 39 and 40, n-type Ga
On the As substrate 341, n-type GaAs 342 as a buffer layer having a thickness of 1 μm and n-type Al 0.4 Ga 0.6 As 343 as a clad layer having a thickness of 1.5 μm are sequentially formed by MBE.
Formed thick. Next, undoped GaAs (100 Å
Thickness) and Al 0.2 Ga 0.8 As (30 Å thickness) are repeatedly laminated four times, and finally GaAs is laminated to 100 Å thickness to form an active layer 344 having a multi-quantum well structure, and p-type Al as a clad layer is formed thereon. 0.4 Ga 0.6 As 345 was formed with a thickness of 1.5 μm, and GaAs 346 as a cap layer was formed with a thickness of 0.5 μm.

【0105】次に、この半導体レーザウェハ上に、フォ
トリソグラフィー工程により、幅3μmの所望の十字型
のマスクパターン(導波路339のパターン)を形成
し、このマスクを通して塩素ガス雰囲気のRIBE法に
より活性層344の手前0.2μmまでエッチングし、
リッジ部を形成して横方向の閉じ込めを行なうストライ
プ構造とした。
Next, a desired cross-shaped mask pattern (pattern of the waveguide 339) having a width of 3 μm is formed on this semiconductor laser wafer by a photolithography process, and an active layer is formed through the mask by RIBE method in a chlorine gas atmosphere. Etching to 0.2 μm before 344,
A ridge portion was formed to form a stripe structure for confining in the lateral direction.

【0106】続いて、このリッジが形成されたレーザウ
ェハ上に、SiNから成る絶縁膜347(厚さ1200
Å)をプラズマCVD法によって形成し、SiN絶縁膜
347上にレジストを約1.0μmスピンコートした。
その後、4PaのO2雰囲気でのRIE法によって、成
膜されたレジストのみを除去し、リッジの頂き部のSi
N絶縁膜347を露出させ、更に4PaのCF4ガス雰
囲気でのRIE法を実施してリッジの頂き部の露出した
SiN絶縁膜を選択的にエッチングした。その後、残存
しているレジストを4PaのO2雰囲気でのRIE法に
より除去した。
Subsequently, an insulating film 347 (thickness 1200) made of SiN is formed on the laser wafer on which the ridge is formed.
Å) was formed by a plasma CVD method, and a resist was spin-coated on the SiN insulating film 347 by about 1.0 μm.
Then, only the film-formed resist was removed by RIE in an O 2 atmosphere of 4 Pa, and Si on the top of the ridge was removed.
The N insulating film 347 was exposed, and RIE was further performed in a CF 4 gas atmosphere of 4 Pa to selectively etch the exposed SiN insulating film at the top of the ridge. After that, the remaining resist was removed by the RIE method in an O 2 atmosphere of 4 Pa.

【0107】次いで、リッジの頂き部に形成された表面
酸化膜を塩酸によってウェットエッチングし電流注入窓
とし、続いて、上部電極としてCr−Auオーミック用
電極348を真空蒸着法で形成し、GaAs基板341
をラッピングで100μmの厚さまで削った後にn型用
オーミック用電極349としてAuGe−Au電極を蒸
着した。そして、p型、n型の電極のオーミックコンタ
クトをとる為の熱処理を行ない、リッジ型半導体素子と
した。
Next, the surface oxide film formed on the top of the ridge is wet-etched with hydrochloric acid to form a current injection window, and then a Cr-Au ohmic electrode 348 is formed as an upper electrode by a vacuum vapor deposition method, and a GaAs substrate is formed. 341
Was lapped to a thickness of 100 μm, and then an AuGe—Au electrode was deposited as an n-type ohmic electrode 349. Then, a heat treatment for making ohmic contact with the p-type and n-type electrodes was performed to obtain a ridge-type semiconductor element.

【0108】更に、加速電圧40keVのGa+イオン
を用いたFIB法によるエッチングにより、カップラ部
332のエッチング溝329を図40に示す態様で形成
した。エッチング溝329は上述した如く傾斜し、深さ
は活性層344より1μm深く、且つ溝の傾斜角度は8
5°以上になる様にした(図40参照)。最後に、共振
面をへき開により形成し、EB(エレクトロンビーム)
蒸着によってAl23+ZrO2を蒸着しARコート3
38a、338bとし、スクライブで分離し電極はワイ
ヤーボンディングにより取り出した。
Further, an etching groove 329 of the coupler portion 332 was formed in the mode shown in FIG. 40 by etching by the FIB method using Ga + ions with an acceleration voltage of 40 keV. The etching groove 329 is inclined as described above, the depth is 1 μm deeper than the active layer 344, and the inclination angle of the groove is 8 μm.
The angle was set to 5 ° or more (see FIG. 40). Finally, the resonance surface is formed by cleavage and EB (electron beam)
AR coating 3 by vapor deposition of Al 2 O 3 + ZrO 2
38a and 338b, separated by scribing, and the electrodes were taken out by wire bonding.

【0109】次に、動作について説明する。入射した光
波333は、増幅領域330aにて増幅された入射波3
34として集積カップラ部332に入射し、第15実施
例で述べた如く透過波336と反射波335a、335
bに分離される。反射波335aは入射波333の光検
出領域331aにて光電変換され、光波333中の信号
成分をモニタすることが行なわれる。同時に、反射波3
35bは光検出領域331bにて光波333中の信号成
分をモニターされる。一方、透過波336は増幅領域3
30bにて更に増幅され、出射光337として出力され
る。
Next, the operation will be described. The incident light wave 333 is the incident wave 3 amplified in the amplification region 330a.
The incident wave 34 is incident on the integrated coupler 332, and as described in the fifteenth embodiment, the transmitted wave 336 and the reflected waves 335 a and 335.
It is separated into b. The reflected wave 335a is photoelectrically converted in the light detection area 331a of the incident wave 333, and the signal component in the light wave 333 is monitored. At the same time, reflected wave 3
35b, the signal component in the light wave 333 is monitored in the light detection area 331b. On the other hand, the transmitted wave 336 is the amplified region 3
It is further amplified by 30b and output as outgoing light 337.

【0110】カップラ332の損失及び端面結合損失を
補填する形で光増幅率(ゲイン)を設定すれば、見掛け
上、損失のない受光用光ノードとして機能し多段化接続
が可能となる。なお、以上の説明においては、受信のみ
を行なうものとして説明したが、送信部、受信部を併設
させれば送受信可能な光ノードの実現が可能となり、こ
の様に構成しても当然よい。
If the optical amplification factor (gain) is set so as to compensate for the loss of the coupler 332 and the coupling loss on the end face, it apparently functions as a light receiving optical node without loss, and multistage connection is possible. In the above description, it is described that only reception is performed, but an optical node capable of transmission and reception can be realized by providing a transmission unit and a reception unit side by side.

【0111】図41は本発明の第18実施例を示し、図
42、図43は図41のカップラ部のA−A′、B−
B′断面図である。本実施例は双方向型の光ノードに応
用した例である。本実施例では、バスライン方向に配置
された光増幅部380a、380bが形成され、受信部
・送信部への分岐導波路382、383が、バスライン
方向の導波路と交差している。分岐カップラ388は、
交差部に正方形の4つの全反射ミラー(45°ミラー)
を持つエッチング溝381を形成することによって、分
岐結合を行なっている。分岐結合の比率は、導波路の光
電磁界分布と正方形の溝381の縦横の長さなどを制御
(位置制御)することによって、調整することができ
る。このような正方形の溝381の形成には、Ga集束
イオンビーム(FIB)によるエッチング、反応性イオ
ンビーム(RIBE)によるエッチングなどの微細加工
技術が利用できる。分岐カップラ部388以外の部分
は、前記第17実施例と同様の構成で実現できる。
FIG. 41 shows the eighteenth embodiment of the present invention, and FIGS. 42 and 43 show AA 'and B- of the coupler section of FIG.
It is a B'sectional view. This embodiment is an example applied to a bidirectional optical node. In this embodiment, the optical amplification units 380a and 380b arranged in the bus line direction are formed, and the branch waveguides 382 and 383 to the reception unit / transmission unit intersect the waveguides in the bus line direction. The branch coupler 388 is
Four square total reflection mirrors (45 ° mirrors) at the intersection
Branching is performed by forming an etching groove 381 having The branch coupling ratio can be adjusted by controlling (position control) the photoelectric field distribution of the waveguide and the vertical and horizontal lengths of the square groove 381. For forming such a square groove 381, a fine processing technique such as etching with a Ga focused ion beam (FIB) or etching with a reactive ion beam (RIBE) can be used. The parts other than the branch coupler part 388 can be realized by the same structure as that of the seventeenth embodiment.

【0112】尚、図41において、383aはファイバ
391の端面が当接するARコート、383bはファイ
バ392の端面が当接するARコート、383cは受信
部側のファイバ394が当接するARコート、383d
は送信部側のファイバ395が当接するARコートであ
り、図42、図43において、図40の符号と同一の符
号で示すものは図40の部位と同じものである。
41, 383a is an AR coat with which the end face of the fiber 391 is in contact, 383b is an AR coat with which the end face of the fiber 392 is in contact, 383c is an AR coat with which the fiber 394 on the receiving side is in contact, 383d.
Is an AR coat with which the fiber 395 on the transmitter side abuts. In FIGS. 42 and 43, the same reference numerals as those in FIG. 40 denote the same parts as those in FIG.

【0113】第18実施例の動作を説明する。光ファイ
バ391、ARコート383aを介して入射した光波
は、増幅部380aで増幅された入射波として集積カッ
プラ部388に入り、反射、透過する正方形のエッチン
グ3溝81と溝のない部分により、光波は、左側の受信
部への導波路382に入る光波と右側の送信部への導波
路383に入る光波(これは不図示のアイソレータで遮
断され、送信部側の周波数安定化を図る)と増幅部38
0bに入る光波とに分岐される。導波路382、ファイ
バ394を経て受信部に入る光波はそこで信号が検出さ
れ、増幅部380bへ入った光波はそこで更に増幅され
てファイバ392へと出力される。逆から(ARコート
383bを介して)入射した光波についても、上と同じ
である。送信部からファイバ395、導波路383を介
してカップラ部388に入る光波は、同じく反射、透過
する正方形のエッチング溝381と溝のない部分によ
り、導波路382、増幅部380a、380bへと入る
光波に分岐される。導波路382とファイバ394を介
して受信部に入る光波はそこで信号成分がモニターさ
れ、増幅部380a、380bへと入る光波は、夫々、
そこで増幅されてファイバ391、392へと出力され
る。
The operation of the eighteenth embodiment will be described. The light wave incident through the optical fiber 391 and the AR coat 383a enters the integrated coupler 388 as an incident wave amplified by the amplification unit 380a, and is reflected by the square etching 3 groove 81 and the non-grooved portion. Is an optical wave entering the waveguide 382 to the left receiver and an optical wave entering the waveguide 383 to the right transmitter (this is blocked by an isolator (not shown) to stabilize the frequency on the transmitter side) and amplified. Part 38
The light wave entering 0b is branched. A signal is detected in the light wave entering the receiving unit via the waveguide 382 and the fiber 394, and the light wave entering the amplifying unit 380b is further amplified therein and output to the fiber 392. The same applies to the light wave incident from the opposite side (via the AR coat 383b). A light wave entering the coupler 388 from the transmitter via the fiber 395 and the waveguide 383 is a light wave entering the waveguide 382 and the amplifying units 380a and 380b by the square etching groove 381 and the non-groove portion which are also reflected and transmitted. Branched to. The signal components of the light waves entering the receiving unit via the waveguide 382 and the fiber 394 are monitored there, and the light waves entering the amplifying units 380a and 380b are respectively
There, it is amplified and output to the fibers 391 and 392.

【0114】以上の第14乃至第18実施例において
は、レーザの共振面をへき開によって形成した例を示し
たが、RIBE法、反応性イオンエッチング等のドライ
エッチング等のエッチングによって形成されるエッチン
グ端面を用いてもよい。また、活性領域をMQW(多重
量子井戸構造)で形成したが、これに限定されるもので
はなく、DH(ダブルヘテロ)構造、SQW(単一量子
井戸)構造などであってもよい。また、GaAs系を用
いたリッジウェーブ型構造を例にとって述べたが、BH
(埋め込みヘテロストライプ)構造、CPS構造(チャ
ネル基板プレーナストライプ)、電流光の狭窄の為の吸
収層を活性層近くに設けた構造等の屈折率導波型のレー
ザに対しても有効である。ストライプ電極型やプロトン
ボンバード型などの利得導波型レーザに対しても有効で
ある。更に加えて、半導体レーザの材料はGaAs・A
lGaAs系の他、InP・InGaAsP系、AlG
aInP系等の材料に対しても同様に当てはまるのは言
うまでもない。
In the above fourteenth to eighteenth embodiments, an example in which the resonance surface of the laser is formed by cleavage is shown. However, the etching end face formed by etching such as RIBE method and dry etching such as reactive ion etching. May be used. Further, although the active region is formed by the MQW (multiple quantum well structure), it is not limited to this and may be a DH (double hetero) structure, an SQW (single quantum well) structure, or the like. Also, the ridge wave type structure using GaAs has been described as an example.
It is also effective for a refractive index guided laser having a (buried hetero stripe) structure, a CPS structure (channel substrate planar stripe) structure, or a structure in which an absorption layer for confining current light is provided near the active layer. It is also effective for gain-guided lasers such as stripe electrode type and proton bombard type. In addition, the material of the semiconductor laser is GaAs.A
InGaAs / InGaAsP, AlG
It goes without saying that the same applies to materials such as aInP.

【0115】最後に、上記実施例の導波形分岐結合素子
を用いたバス形光ローカルエリアネットワーク(以下、
光LANと略称する)について説明する。図44は光L
ANの構成図、図45は光トランシーバの構成図であ
る。図44において、391は光ファイバ上に設けられ
た導波形分岐結合素子、392は光トランシーバ、39
3は端末装置、394は半導体光増幅装置、395は光
ファイバである。増幅器を含む光カップラ391の実施
例を用いる場合は、半導体光増幅装置394は必要に応
じて設置すればよい。そして、図45において、401
は制御回路、402は半導体レーザ、404は半導体光
増幅器、405は光トランシーバ内に設けられた導波形
分岐結合素子、406は光検出器である。光増幅器と光
検出器を集積した実施例の光カップラ405を用いた場
合は、光増幅器404と検出器406は必要に応じて設
ければよい。
Finally, a bus type optical local area network using the waveguide type branch coupling element of the above embodiment (hereinafter, referred to as
The optical LAN will be briefly described). FIG. 44 shows light L
FIG. 45 is a block diagram of the AN, and FIG. 45 is a block diagram of the optical transceiver. In FIG. 44, 391 is a waveguide type branch coupling element provided on an optical fiber, 392 is an optical transceiver, 39
3 is a terminal device, 394 is a semiconductor optical amplifier, and 395 is an optical fiber. When the embodiment of the optical coupler 391 including an amplifier is used, the semiconductor optical amplifier 394 may be installed if necessary. Then, in FIG.
Is a control circuit, 402 is a semiconductor laser, 404 is a semiconductor optical amplifier, 405 is a waveguide type branch coupling element provided in the optical transceiver, and 406 is a photodetector. When the optical coupler 405 of the embodiment in which the optical amplifier and the photodetector are integrated is used, the optical amplifier 404 and the detector 406 may be provided as needed.

【0116】バス型光LANの部分は、例えば、CSM
A/CD方式の通信方式を用いるが、もちろん他のトー
クンバス、TDMAなどの通信方式でもよい。端末装置
393からの通信要求は光トランシーバ392へ送ら
れ、光トランシーバ392内の制御回路401は光LA
Nの通信方式に従って半導体レーザ402を駆動して光
パルス信号(ディジタル信号)を送信する。送信された
光信号は、半導体光増幅器404でAPC増幅されて導
波形分岐結合素子405へ送られ、更に光カップラ39
1を介してバスラインへと送り出される。バスライン上
には、適当な箇所に半導体光増幅装置394が設けられ
ているので、ここで光信号が増幅・中継される。
The part of the bus type optical LAN is, for example, CSM.
Although the A / CD communication system is used, it goes without saying that another token bus, TDMA, or other communication system may be used. The communication request from the terminal device 393 is sent to the optical transceiver 392, and the control circuit 401 in the optical transceiver 392 controls the optical LA.
The semiconductor laser 402 is driven according to the N communication method to transmit an optical pulse signal (digital signal). The transmitted optical signal is APC-amplified by the semiconductor optical amplifier 404 and sent to the waveguide branch coupling element 405, and further, the optical coupler 39.
1 to be sent to the bus line. Since the semiconductor optical amplifier 394 is provided at an appropriate position on the bus line, the optical signal is amplified and relayed here.

【0117】一方、光信号の受信の場合は、バスライン
上を伝送されてきた光信号が導波形分岐結合素子391
で分岐されて光トランシーバ392で受信される。光ト
ランシーバ392においては、光信号は導波形分岐結合
素子405で分岐され、続いて半導体光増幅装置404
でAPC増幅されてから光検出器406に入力される。
光信号は、光検出器406にて電気信号に変換され、電
気信号は制御回路401で波形整形、再生などをされて
端末装置393へ送られる。尚、本実施例では、導波形
分岐結合素子405は上記実施例のうちの適当な導波形
分岐結合素子と同様に作用して光トランシーバから送信
される光信号をバスラインの双方向へ同じ強度で送信す
るようにしている。これにより、光LANでは光トラン
シーバ392から送信される光信号をバスラインの双方
向へ同じ強度で送信することができると共に、バスライ
ン上を双方向に伝送されている光信号を同じ強度で光ト
ランシーバ392で受信することができる。
On the other hand, in the case of receiving an optical signal, the optical signal transmitted on the bus line is a waveguide type branch coupling element 391.
And is received by the optical transceiver 392. In the optical transceiver 392, the optical signal is branched by the waveguide type branch coupling element 405, and then the semiconductor optical amplifier 404.
After being APC-amplified by, it is input to the photodetector 406.
The optical signal is converted into an electric signal by the photodetector 406, and the electric signal is subjected to waveform shaping, reproduction, etc. by the control circuit 401 and sent to the terminal device 393. In this embodiment, the waveguide-type branch coupling element 405 operates in the same manner as the appropriate waveguide-type branch coupling element of the above-mentioned embodiments to transmit the optical signal transmitted from the optical transceiver to both directions of the bus line with the same intensity. I am trying to send it in. As a result, in the optical LAN, the optical signal transmitted from the optical transceiver 392 can be transmitted in both directions of the bus line with the same intensity, and the optical signal transmitted in both directions on the bus line is transmitted with the same intensity. It can be received by the transceiver 392.

【0118】図46に、図44の実施例のバスライン上
の光カップラ391の代わりに、半導体光増幅機能を有
する非双方向型の光カップラ601を設置した場合を示
した。図46で、605は光トランシーバ、606は端
末装置である。伝送方法は図44の実施例と同じである
ので、ここでは省略する。また、本実施例では、バスラ
イン上の光カップラ601の間には半導体光増幅器60
2を必要に応じて設置しても良い。
FIG. 46 shows a case where a non-bidirectional optical coupler 601 having a semiconductor optical amplification function is installed in place of the optical coupler 391 on the bus line of the embodiment shown in FIG. In FIG. 46, 605 is an optical transceiver and 606 is a terminal device. Since the transmission method is the same as that of the embodiment shown in FIG. 44, it is omitted here. Further, in this embodiment, the semiconductor optical amplifier 60 is provided between the optical couplers 601 on the bus line.
2 may be installed as needed.

【0119】本発明による導波形分岐結合素子は、バス
型光LANに限らずその他のループ型、スター型などの
光LANを含む光通信ネットワークにも用いられる。
The waveguide type branch coupling element according to the present invention is not limited to the bus type optical LAN, but can be used in other optical communication networks including loop type and star type optical LANs.

【0120】[0120]

【発明の効果】上記に説明したように、本発明によれ
ば、集積化が従来例に比べて容易であり、プロセスが従
来例と比べて容易で、信頼性、再現性に優れ、歩留まり
が向上する。また、光カップラが構成された光電子集積
型デバイスが実現可能になった。より具体的には、本発
明の1つの形態によれば、主となる導波路の双方向に導
波している光波を、異なる結合効率で副導波路に結合す
る双方向分岐、結合型のカップラとなっていて、それが
少なくとも2つ構成されていれば、主となる導波路の双
方向に導波している光波と、主となる導波路に接続され
た少なくとも2つの導波路の双方向に導波している光波
を、任意の結合効率で結合させること、すなわち、任意
の強度比での分岐・結合が可能となる。また、少なくと
も水平方向の波面分割を行う構成となっているので、深
さ方向の作製精度が軽減され、水平方向の位置精度のみ
で作製することが可能となり、プロセスが容易で信頼性
及び再現性に優れ、歩留りが向上する。
As described above, according to the present invention, integration is easier than in the conventional example, the process is easier than in the conventional example, the reliability and reproducibility are excellent, and the yield is high. improves. Further, it has become possible to realize an optoelectronic integrated device having an optical coupler. More specifically, according to one aspect of the present invention, a bidirectional branching or coupling type that couples light waves guided in both directions of the main waveguide to the sub-waveguide with different coupling efficiencies. If it is a coupler and at least two couplers are configured, both a light wave guided in both directions of the main waveguide and at least two waveguides connected to the main waveguide It is possible to couple light waves that are guided in the opposite direction with an arbitrary coupling efficiency, that is, to branch / couple with an arbitrary intensity ratio. In addition, since the wavefront division is performed at least in the horizontal direction, the manufacturing accuracy in the depth direction is reduced, and it is possible to manufacture only with the horizontal position accuracy, and the process is easy and the reliability and reproducibility are high. Excellent and yield is improved.

【0121】また、カップラの異なる反射面にて反射さ
れる光波の強度を夫々の反射面で変化させることで、主
導波路の双方向に伝搬している光波を、異なる強度比で
副導波路に結合させられるので、カップラの作製精度に
依存せずに主導波路の双方向に伝搬している光波を副導
波路に同じ強度で分岐させることができる。
Further, by changing the intensity of the light waves reflected by the different reflecting surfaces of the coupler at the respective reflecting surfaces, the light waves propagating in both directions of the main waveguide are transmitted to the sub-waveguide at different intensity ratios. Since they are coupled, the light waves propagating in both directions of the main waveguide can be branched to the sub-waveguide with the same intensity without depending on the precision of manufacturing the coupler.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施例を示す平面図。FIG. 1 is a plan view showing a first embodiment of the present invention.

【図2】図1のA−A´断面図。FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA ′ of FIG.

【図3】図1のB−B´断面図。FIG. 3 is a sectional view taken along line BB ′ of FIG.

【図4】本発明の第2実施例を示す平面図。FIG. 4 is a plan view showing a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第3実施例を示す平面図。FIG. 5 is a plan view showing a third embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第4実施例を示す平面図。FIG. 6 is a plan view showing a fourth embodiment of the present invention.

【図7】図6のA−A´断面図。7 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG.

【図8】図6のB−B´断面図。8 is a sectional view taken along line BB ′ of FIG.

【図9】本発明の第5実施例を示す平面図。FIG. 9 is a plan view showing a fifth embodiment of the present invention.

【図10】図9のA−A´断面図。10 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG.

【図11】図9のB−B´断面図。11 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG.

【図12】本発明の第6実施例の平面図。FIG. 12 is a plan view of a sixth embodiment of the present invention.

【図13】図12のA−A′断面図。13 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG.

【図14】図12のB−B′断面図。14 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG.

【図15】本発明の第7実施例の平面図。FIG. 15 is a plan view of a seventh embodiment of the present invention.

【図16】本発明の第8実施例の平面図。FIG. 16 is a plan view of an eighth embodiment of the present invention.

【図17】本発明の第9実施例の平面図。FIG. 17 is a plan view of the ninth embodiment of the present invention.

【図18】図17のA−A´断面図。18 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG.

【図19】図17のB−B′断面図。19 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG.

【図20】本発明の第10実施例の平面図。FIG. 20 is a plan view of a tenth embodiment of the present invention.

【図21】図20のA−A´断面図。21 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG.

【図22】図20のB−B´断面図。22 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG.

【図23】図20のC−C´断面図。23 is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG.

【図24】本発明の第11実施例の平面図。FIG. 24 is a plan view of the eleventh embodiment of the present invention.

【図25】図24のA−A´断面図。25 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG.

【図26】図24のB−B´断面図。26 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG.

【図27】図24のC−C´断面図。27 is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG.

【図28】本発明の第12実施例の斜視図。FIG. 28 is a perspective view of a twelfth embodiment of the present invention.

【図29】図28のA−A´断面図。29 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG.

【図30】図28のB−B´断面図。30 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG.

【図31】本発明の第13実施例の平面図。FIG. 31 is a plan view of a thirteenth embodiment of the present invention.

【図32】図31のA−A´断面図。32 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG.

【図33】図31のB−B´断面図。FIG. 33 is a sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 31.

【図34】(a)は本発明の第14実施例の上面図、
(b)は図34(a)のA−A′断面図。
FIG. 34 (a) is a top view of the fourteenth embodiment of the present invention,
34B is a sectional view taken along the line AA ′ in FIG.

【図35】(a)は図34(a)のB−B′断面図、
(b)は図34(a)の部分拡大図。
35 (a) is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 34 (a),
FIG. 34B is a partially enlarged view of FIG.

【図36】(a)は第15実施例の上面図、(b)は図
36(a)の部分拡大図。
36 (a) is a top view of the fifteenth embodiment, and FIG. 36 (b) is a partially enlarged view of FIG. 36 (a).

【図37】本発明の第16実施例の平面図。FIG. 37 is a plan view of the sixteenth embodiment of the present invention.

【図38】本発明の第17実施例の平面図。FIG. 38 is a plan view of the seventeenth embodiment of the present invention.

【図39】図38のA−A′断面図。39 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 38.

【図40】図38のB−B′断面図。40 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 38.

【図41】本発明の第18実施例の斜視図。FIG. 41 is a perspective view of an eighteenth embodiment of the present invention.

【図42】図41のA−A′断面図。42 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 41.

【図43】図41のB−B′断面図。43 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 41.

【図44】本発明の光カップラを用いた光LANを説明
するブロック図。
FIG. 44 is a block diagram illustrating an optical LAN using the optical coupler of the present invention.

【図45】図44の光トランシーバの構成図。45 is a configuration diagram of the optical transceiver in FIG. 44.

【図46】本発明の光カップラを用いた他の光LANを
説明するブロック図。
FIG. 46 is a block diagram illustrating another optical LAN using the optical coupler of the present invention.

【図47】従来例を示す図。FIG. 47 is a view showing a conventional example.

【図48】従来例を示す図。FIG. 48 is a view showing a conventional example.

【図49】従来例を示す図。FIG. 49 is a view showing a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,101,141,211,221,231,29
1,341 基板 2,4,103,105,142,144,213,2
15,222,224,233,235,292,29
4,343,345 クラッド層 3,104,143,214,223,234,29
3,344 活性層 5,106,145,216,225,236,25
5,346 キャップ層 10a,10b,11a,11b,20a,20b,2
1a,21b,30a,30b,31a,31b,61
a,61b,62a,62b,121a,121b,1
22a,122b,150a,150b,151a,1
51b,170a,170b,171a,171b,1
80a,180b,191a,191b,192a,1
92b,226,227,246,247,256,2
76,277,300,310,315,329,38
1 カップラ(スリット溝) 12,13,14,22,23,24,66,68,7
0,126,152,153,154,160,17
2,173,174,182,183,184,19
6,382、383 導波路 65a,65b,195a,195b,250a,25
0b,270a,270b,380a,380b 光
増幅部 102,232 バッファ層 107,108,218,219,238,239,3
48,349 電極 109,217,237,347 絶縁膜 193,271 送信部 194,272 受信部 201a,201b,253a,253b,253c,
253d,273a,273b,383a,383b,
383c,383d ARコーティング 388 カップラ部 391,392,394,395,604 光ファイ
バ 392,605 光トランシーバ 393,606 端末装置 394,602 半導体光増幅装置 401 制御回路 402 半導体レーザ 404 半導体光増幅器 405,601 光カップラ 406 光検出器
1, 101, 141, 211, 221, 231, 29
1,341 Substrate 2,4,103,105,142,144,213,2
15,222,224,233,235,292,29
4,343,345 Cladding layer 3,104,143,214,223,234,29
3,344 Active layer 5,106,145,216,225,236,25
5,346 Cap layers 10a, 10b, 11a, 11b, 20a, 20b, 2
1a, 21b, 30a, 30b, 31a, 31b, 61
a, 61b, 62a, 62b, 121a, 121b, 1
22a, 122b, 150a, 150b, 151a, 1
51b, 170a, 170b, 171a, 171b, 1
80a, 180b, 191a, 191b, 192a, 1
92b, 226, 227, 246, 247, 256, 2
76,277,300,310,315,329,38
1 Coupler (slit groove) 12, 13, 14, 22, 23, 24, 66, 68, 7
0,126,152,153,154,160,17
2,173,174,182,183,184,19
6,382,383 Waveguides 65a, 65b, 195a, 195b, 250a, 25
0b, 270a, 270b, 380a, 380b Optical amplification section 102, 232 Buffer layer 107, 108, 218, 219, 238, 239, 3
48,349 electrodes 109,217,237,347 insulating films 193,271 transmitters 194,272 receivers 201a, 201b, 253a, 253b, 253c,
253d, 273a, 273b, 383a, 383b,
383c, 383d AR coating 388 Coupler section 391, 392, 394, 395, 604 Optical fiber 392, 605 Optical transceiver 393, 606 Terminal device 394, 602 Semiconductor optical amplifier device 401 Control circuit 402 Semiconductor laser 404 Semiconductor optical amplifier 405, 601 optical Coupler 406 Photodetector

Claims (22)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に構成されたチャンネル導
波路構造において、主となる導波路の双方向に導波して
いる光波と主となる導波路に接続された2個以上の副導
波路に導波している光波の分岐・結合を行うためのカッ
プラ部が、該主となる導波路と副導波路の交差部位に構
成されており、該カップラ部は、該主となる導波路と副
導波路を導波している光波の導波界分布の波面分割を行
う様に該チャンネル導波路の一部に反射率の異なる2つ
のミラー面である加工部位が形成されて構成され、該カ
ップラ部の形状は角度を成す2つの部分から成り、その
カップラ部の水平面内の対称軸が該副導波路の水平面内
の中心軸に対してシフトしていることを特徴とする集積
型光カップラ。
1. In a channel waveguide structure formed on a semiconductor substrate, an optical wave guided bidirectionally in a main waveguide and two or more sub-waveguides connected to the main waveguide. A coupler portion for branching / coupling the light waves guided to the optical waveguide is formed at the intersection of the main waveguide and the sub-waveguide, and the coupler portion is connected to the main waveguide. The channel waveguide is constituted by forming processed portions which are two mirror surfaces having different reflectances so as to perform wavefront division of the waveguide field distribution of the light wave guided through the sub-waveguide. The shape of the coupler is composed of two angled parts, and the axis of symmetry in the horizontal plane of the coupler is shifted with respect to the central axis in the horizontal plane of the sub-waveguide. ..
【請求項2】 半導体基板上に形成されたチャンネル導
波路構造に、主導波路の双方向に伝搬している光波と該
主導波路に接続された副導波路を伝搬している光波との
分岐又は結合を行うための異なる2つの反射面を有する
カップラ部を少なくとも2組設けると共に、該カップラ
部の2つの反射面にて反射される光波の強度を変化させ
ることにより該主導波路の双方向に伝搬している光波を
異なる強度比で該副導波路に結合することを特徴とする
導波形分岐結合器。
2. A channel waveguide structure formed on a semiconductor substrate, in which a light wave propagating in both directions of the main waveguide and a light wave propagating in a sub-waveguide connected to the main waveguide are branched or At least two sets of coupler sections having two different reflecting surfaces for performing coupling are provided, and the intensity of the light wave reflected by the two reflecting surfaces of the coupler section is changed to propagate in both directions of the main waveguide. A waveguide-type branch coupler, characterized in that the optical waves being coupled are coupled to the sub-waveguide at different intensity ratios.
【請求項3】 半導体基板上に複数のチャンネル導波路
構造が形成され、該チャンネル導波路の交差部位に光波
の結合を行なう為のカップラ部が構成されており、該カ
ップラ部は該チャンネル導波路を伝搬する導波光界分布
の波面分割を行なう様に該チャンネル導波路の一部に反
射率の異なる加工部位から形成され、該加工部位は2組
の微小ミラー面が形成され、該交差部位の対向する角の
位置にそれぞれ配置され、かつ該微小ミラー面の切り込
み方向が互いに直交するように成っていることを特徴と
する集積型光カップラ。
3. A plurality of channel waveguide structures are formed on a semiconductor substrate, and a coupler portion for coupling an optical wave is formed at an intersection of the channel waveguides, and the coupler portion is the channel waveguide. To form a wavefront division of the guided light field distribution that propagates through the channel waveguide is formed from a processed portion having a different reflectance in the channel waveguide, and the processed portion is formed with two sets of micromirror surfaces. 1. An integrated optical coupler, wherein the integrated optical couplers are arranged at opposite corners, and the cut directions of the micromirror surfaces are orthogonal to each other.
【請求項4】 半導体基板上に構成された複数のチャン
ネル導波路構造の交差部位中に光波の分岐・結合を行な
う為のカップラ部が構成されており、該カップラ部は少
なくとも1つの全反射ミラーとなる反射面を持つ多角形
に加工された加工部分を形成して成ることを特徴とする
集積型光カップラ。
4. A coupler section for branching / coupling a light wave is formed in an intersecting portion of a plurality of channel waveguide structures formed on a semiconductor substrate, and the coupler section is at least one total reflection mirror. An integrated optical coupler characterized in that it is formed by forming a polygonal processed portion having a reflective surface that becomes
【請求項5】 半導体基板上に構成された複数のチャン
ネル導波路構造の交差部位中に光波の分岐・結合を行な
う為のカップラ部が構成されており、該カップラ部は、
交差する該チャンネル導波路構造の水平面内の中心線に
ついて対称にならないように形成された、反射率の異な
る少なくとも2つのミラー面である加工部位から成るこ
とを特徴とする集積型光カップラ。
5. A coupler portion for branching / coupling light waves is formed in an intersecting portion of a plurality of channel waveguide structures formed on a semiconductor substrate, and the coupler portion comprises:
An integrated optical coupler comprising: a processed portion which is at least two mirror surfaces having different reflectances and formed so as not to be symmetrical with respect to a center line in a horizontal plane of the channel waveguide structure which intersects.
【請求項6】 前記カップラ部の形状はV型あるいはハ
型となっている請求項1または2記載の集積型光カップ
ラ。
6. The integrated optical coupler according to claim 1, wherein the coupler portion is V-shaped or C-shaped.
【請求項7】 前記チャンネル導波路構造は活性層を含
む請求項1、2、3、4または5記載の集積型光カップ
ラ。
7. The integrated optical coupler according to claim 1, wherein the channel waveguide structure includes an active layer.
【請求項8】 前記カップラ部は少なくとも水平方向の
導波光界分布波面分割を行うように構成される請求項
1、2、3、4または5記載の集積型光カップラ。
8. The integrated optical coupler according to claim 1, wherein said coupler section is configured to perform guided light field distribution wavefront division in at least a horizontal direction.
【請求項9】 前記カップラ部はチャンネル導波路構造
の主となる導波路とそれに接続された副となる導波路の
交差部位に設けられている請求項1、2、3、4または
5記載の集積型光カップラ。
9. The coupler according to claim 1, wherein the coupler is provided at an intersection of a main waveguide of the channel waveguide structure and a sub-waveguide connected to the main waveguide. Integrated optical coupler.
【請求項10】前記交差部位はT型、Y型、X型の1つ
である請求項9記載の集積型光カップラ。
10. The integrated optical coupler according to claim 9, wherein the intersecting portion is one of T type, Y type and X type.
【請求項11】 前記カップラ部は活性層を越えて加工
された加工部分を含む請求項7記載の集積型光カップ
ラ。
11. The integrated optical coupler according to claim 7, wherein the coupler portion includes a processed portion processed beyond the active layer.
【請求項12】 前記カップラ部は、副導波路から主導
波路への光波の結合が、主導波路の双方向に結合するこ
とを特徴とする請求項9記載の集積型光カップラ。
12. The integrated optical coupler according to claim 9, wherein the coupler section couples light waves from the sub-waveguide to the main waveguide in both directions of the main waveguide.
【請求項13】 前記カップラ部は、副導波路から主導
波路への光波の結合が、主導波路の導波方向によって結
合効率が異なることを特徴とする請求項9記載の集積型
光カップラ。
13. The integrated optical coupler according to claim 9, wherein in the coupler section, the coupling efficiency of the light wave from the sub-waveguide to the main waveguide differs depending on the waveguide direction of the main waveguide.
【請求項14】 前記チャンネル導波路構造が、カップ
ラ部を成す交差部位を含んで複数形成され、そのうち1
組は光増幅領域となり、他の1組は送信部と受信部の少
なくとも一方に接続される様に構成され、分岐・合流・
増幅機能を示す光ノードを構成している請求項1、2、
3、4または5記載の集積型光カップラ。
14. A plurality of the channel waveguide structures are formed to include a crossing portion forming a coupler portion, one of which is formed.
One set serves as an optical amplification region, and the other set is configured to be connected to at least one of a transmission unit and a reception unit.
An optical node having an amplification function, which constitutes an optical node.
The integrated optical coupler according to 3, 4, or 5.
【請求項15】 前記チャンネル導波路構造が、カップ
ラ部を成す交差部位を含んで複数形成され送信もしくは
受信機能を内蔵した光増幅器を構成している請求項1、
2、3、4または5記載の集積型光カップラ。
15. The optical amplifier, wherein a plurality of the channel waveguide structures are formed to include a crossing portion forming a coupler portion, and which has a built-in transmission or reception function.
2. The integrated optical coupler described in 2, 3, 4 or 5.
【請求項16】 前記カップラ部が、該カップラ部を構
成する異なる2つの反射面の長さを変化させることによ
って該反射面で反射される光波の強度を変化させること
を特徴とする請求項2記載の集積型光カップラ。
16. The coupler section changes the intensity of a light wave reflected by the reflecting surface by changing the lengths of two different reflecting surfaces forming the coupler section. The integrated optical coupler described.
【請求項17】 前記主導波路が、カップラ部間の導波
路の構造を変化させることを特徴とする請求項2記載の
集積型光カップラ。
17. The integrated optical coupler according to claim 2, wherein the main waveguide changes the structure of the waveguide between the coupler sections.
【請求項18】 前記光カップラ部は層方向の光界分布
の波面分割を行なう様に構成されている請求項1、2、
3、4または5記載の集積型光カップラ。
18. The optical coupler section is configured to perform wavefront division of a light field distribution in a layer direction.
The integrated optical coupler according to 3, 4, or 5.
【請求項19】 前記カップラ部の微小ミラー面ないし
反射面はスリット状に加工された形態を有する請求項
1、2、3、4または5記載の集積型光カップラ。
19. The integrated optical coupler according to claim 1, wherein the minute mirror surface or the reflecting surface of the coupler portion is processed into a slit shape.
【請求項20】 端末装置からの信号を元に発光デバイ
スを駆動し、光信号を出力させる機能と光検出部からの
電気信号を再生、中継して端末装置へ送る機能を持つ制
御部と、電気信号に従って光信号を発生する該発光デバ
イスから出力された光信号を増幅する半導体光増幅器
と、光信号を電気信号に変換する該光検出部へ入力され
る光信号を増幅する半導体光増幅器と、請求項1、2、
3、4または5記載の集積型光カップラから構成される
光送受信機。
20. A control unit having a function of driving a light emitting device based on a signal from a terminal device to output an optical signal and a function of reproducing and relaying an electrical signal from a photodetector unit and sending the electrical signal to the terminal device. A semiconductor optical amplifier that amplifies an optical signal output from the light emitting device that generates an optical signal according to an electrical signal, and a semiconductor optical amplifier that amplifies the optical signal input to the photodetection unit that converts the optical signal into an electrical signal. Claims 1, 2,
An optical transceiver comprising the integrated optical coupler described in 3, 4, or 5.
【請求項21】 請求項1、2、3、4または5記載の
集積型光カップラを少なくとも1つ含むことを特徴とす
る光LAN。
21. An optical LAN comprising at least one integrated optical coupler according to claim 1, 2, 3, 4 or 5.
【請求項22】 請求項20記載の光送受信機を少なく
とも1つ含むことを特徴とする光LAN。
22. An optical LAN comprising at least one optical transceiver according to claim 20.
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