JPH08248248A - 特に半導体素子に組み込むのに適したセグメント形光ウェーブガイド - Google Patents
特に半導体素子に組み込むのに適したセグメント形光ウェーブガイドInfo
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- JPH08248248A JPH08248248A JP8035199A JP3519996A JPH08248248A JP H08248248 A JPH08248248 A JP H08248248A JP 8035199 A JP8035199 A JP 8035199A JP 3519996 A JP3519996 A JP 3519996A JP H08248248 A JPH08248248 A JP H08248248A
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
- H01S5/0265—Intensity modulators
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- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
- G02B6/1228—Tapered waveguides, e.g. integrated spot-size transformers
-
- G—PHYSICS
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/30—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device
- G02B6/305—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device and having an integrated mode-size expanding section, e.g. tapered waveguide
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ウェーブガイドの長さに沿って延びかつ互い
に連続する後部セグメントと移行セグメントと前部セグ
メントとをモノリシックな形で含む光ウェーブガイド。 【解決手段】 ウェーブガイドの横方向閉じ込め係数
が、前部セグメント内よりも後部部分内の方が大きく、
かつウェーブガイドの幅が、前部セグメント内よりも後
部部分内の方が小さい。本発明によれば、幅は、前部セ
グメントの幅よりも大きい値に達するまで、移行セグメ
ント内で増加する。本発明は、特に、遠隔通信システム
用のレーザと光変調器を統合するのに応用できる。
に連続する後部セグメントと移行セグメントと前部セグ
メントとをモノリシックな形で含む光ウェーブガイド。 【解決手段】 ウェーブガイドの横方向閉じ込め係数
が、前部セグメント内よりも後部部分内の方が大きく、
かつウェーブガイドの幅が、前部セグメント内よりも後
部部分内の方が小さい。本発明によれば、幅は、前部セ
グメントの幅よりも大きい値に達するまで、移行セグメ
ント内で増加する。本発明は、特に、遠隔通信システム
用のレーザと光変調器を統合するのに応用できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、複数のセ
グメントを有する光ウェーブガイドに関する。さらに詳
細には、本発明は、異なる閉じ込め構成を有する二つの
ウェーブガイド構造を結合することに関する。
グメントを有する光ウェーブガイドに関する。さらに詳
細には、本発明は、異なる閉じ込め構成を有する二つの
ウェーブガイド構造を結合することに関する。
【０００２】
【従来の技術】具体的には、二つのそのような構造は、
光電子部品を構成する共通の半導体チップ内に形成され
る埋込みリッジ構造および外部リッジ構造である。その
ような埋込みリッジとそのような外部リッジは、一般
に、統合された、レーザの光ウェーブガイドと変調器の
光ウェーブガイドを構成する。チップは、例えば、リン
化インジウムをベースとする。そのようなリッジは、そ
れぞれ「埋込みヘテロ構造」（または「ＢＨ」）、およ
び「リッジ」の語でも呼ばれる。それらのそれぞれの特
性は、以下の説明から理解されよう。
光電子部品を構成する共通の半導体チップ内に形成され
る埋込みリッジ構造および外部リッジ構造である。その
ような埋込みリッジとそのような外部リッジは、一般
に、統合された、レーザの光ウェーブガイドと変調器の
光ウェーブガイドを構成する。チップは、例えば、リン
化インジウムをベースとする。そのようなリッジは、そ
れぞれ「埋込みヘテロ構造」（または「ＢＨ」）、およ
び「リッジ」の語でも呼ばれる。それらのそれぞれの特
性は、以下の説明から理解されよう。
【０００３】しかし、本発明は、他の素子にも関する。
そのような素子は、ガラス基板中であるいはニオブ酸リ
チウムなどの電気光学基板上で実施される。それらの素
子には、例えば、レーザ、発光ダイオード、集積回路の
ウェーブガイドの入出力セグメント、光ファイバ、スイ
ッチ、カプラ、光増幅器、ミラー、フィルタ、回折格子
などの各種光素子および該素子間の接続部が含まれる。
これらの素子や接続部の中には、ウェーブガイド構造に
よって実施されるものもある。そのような構造は、横断
面内のその構成要素の位置および寸法と前記要素の屈折
率とによって規定される閉じ込め構成を有する。この構
成は、技術上の理由でまたは動作上の理由で、統合され
る素子や接続部に依存する。したがって、異なる構成を
有するウェーブガイド構造の間で接続部を実施しなけれ
ばならないことがあり、その場合、それらの構造は、共
通の光ウェーブガイドの連続するセグメントを構成す
る。
そのような素子は、ガラス基板中であるいはニオブ酸リ
チウムなどの電気光学基板上で実施される。それらの素
子には、例えば、レーザ、発光ダイオード、集積回路の
ウェーブガイドの入出力セグメント、光ファイバ、スイ
ッチ、カプラ、光増幅器、ミラー、フィルタ、回折格子
などの各種光素子および該素子間の接続部が含まれる。
これらの素子や接続部の中には、ウェーブガイド構造に
よって実施されるものもある。そのような構造は、横断
面内のその構成要素の位置および寸法と前記要素の屈折
率とによって規定される閉じ込め構成を有する。この構
成は、技術上の理由でまたは動作上の理由で、統合され
る素子や接続部に依存する。したがって、異なる構成を
有するウェーブガイド構造の間で接続部を実施しなけれ
ばならないことがあり、その場合、それらの構造は、共
通の光ウェーブガイドの連続するセグメントを構成す
る。
【０００４】一般に、そのような接続部は、案内光の一
部の損失を引き起こす。そのような損失を制限するため
に、相互接続すべきウェーブガイド構造によって構成さ
れる二つのウェーブガイドセグメントの間に、断面寸法
がセグメントの一端からその他端に向かって徐々に変化
するウェーブガイド構造によって構成される移行セグメ
ントを直列に挿入することが周知である。
部の損失を引き起こす。そのような損失を制限するため
に、相互接続すべきウェーブガイド構造によって構成さ
れる二つのウェーブガイドセグメントの間に、断面寸法
がセグメントの一端からその他端に向かって徐々に変化
するウェーブガイド構造によって構成される移行セグメ
ントを直列に挿入することが周知である。
【０００５】一般に、ウェーブガイド構造をプレーナ技
法を使用して実施する場合、移行セグメントの二つの端
部のそれぞれにおいて、該セグメントのコアの幅は、端
部に接続されるウェーブガイド構造のコアの幅と等し
く、その幅は、二つの端部の間で直線的に変化する。
法を使用して実施する場合、移行セグメントの二つの端
部のそれぞれにおいて、該セグメントのコアの幅は、端
部に接続されるウェーブガイド構造のコアの幅と等し
く、その幅は、二つの端部の間で直線的に変化する。
【０００６】さらに、素子を工業的にかつ安価に製造で
きるように、好ましくは、移行セグメントを、相互接続
すべきウェーブガイド構造のうちの少なくとも一つと同
時にかつ同じ手段によって実施する必要がある。
きるように、好ましくは、移行セグメントを、相互接続
すべきウェーブガイド構造のうちの少なくとも一つと同
時にかつ同じ手段によって実施する必要がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題および課題を解決するた
めの手段】本発明の具体的な目的は、光が、異なる光学
パラメータを有する二つのウェーブガイド構造を通過す
る際に生じる光損失が小さい接続部を安価に実施できる
ようにすることである。
めの手段】本発明の具体的な目的は、光が、異なる光学
パラメータを有する二つのウェーブガイド構造を通過す
る際に生じる光損失が小さい接続部を安価に実施できる
ようにすることである。
【０００８】本発明の実施例について、非限定的な例を
用い、添付の図面を参照して以下に詳細に説明する。同
じ要素が複数の図に示されている場合、同じ参照番号を
付けてある。
用い、添付の図面を参照して以下に詳細に説明する。同
じ要素が複数の図に示されている場合、同じ参照番号を
付けてある。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１から図１０を参照して、素子
の埋込みリッジおよび外部リッジをどのように実施する
かについて説明する。これらのリッジが二つの異なるウ
ェーブガイド構造を構成すること、および二つの構造
を、本発明の光ウェーブガイドの後部部分と前部セグメ
ントを構成するように結合する必要があることを理解さ
れたい図に示されているように、製造する素子は、基板
２内に形成される。例えば、基板２は、水平長手方向Ｄ
Ｚと横手方向ＤＸに延びかつ垂直方向ＤＹに相互に重な
った二つの層で形成される半導体チップ２によって構成
される。これらの方向は、チップに対して規定される。
チップは、移行セグメントＳＴによって延長された埋込
みリッジセグメントＳＬと、長手方向に延びかつ互いに
連続する外部リッジセグメントＳＭとを含み、これらの
セグメントはそれぞれ埋込みリッジＲＬおよび外部リッ
ジＲＭを含む。リッジは、図９および図１０に示されて
いる。二つのセグメントは、ＤＺ方向において相互に整
合している。
の埋込みリッジおよび外部リッジをどのように実施する
かについて説明する。これらのリッジが二つの異なるウ
ェーブガイド構造を構成すること、および二つの構造
を、本発明の光ウェーブガイドの後部部分と前部セグメ
ントを構成するように結合する必要があることを理解さ
れたい図に示されているように、製造する素子は、基板
２内に形成される。例えば、基板２は、水平長手方向Ｄ
Ｚと横手方向ＤＸに延びかつ垂直方向ＤＹに相互に重な
った二つの層で形成される半導体チップ２によって構成
される。これらの方向は、チップに対して規定される。
チップは、移行セグメントＳＴによって延長された埋込
みリッジセグメントＳＬと、長手方向に延びかつ互いに
連続する外部リッジセグメントＳＭとを含み、これらの
セグメントはそれぞれ埋込みリッジＲＬおよび外部リッ
ジＲＭを含む。リッジは、図９および図１０に示されて
いる。二つのセグメントは、ＤＺ方向において相互に整
合している。
【００１０】それらのセグメントはそれぞれ、一方が底
部閉じ込め層ＣＢであり他方が上部閉じ込め層ＣＳであ
る二つの閉じ込め層の間に高屈折率層ＧＬまたはＧＭを
含む。ここで考えている高屈折率は、各閉じ込め層の屈
折率よりも高い屈折率ｎ1であり、単一案内モードの垂
直方向の延長を制限し、それにより光波がリッジに沿っ
て長手方向に伝播するようになっている。
部閉じ込め層ＣＢであり他方が上部閉じ込め層ＣＳであ
る二つの閉じ込め層の間に高屈折率層ＧＬまたはＧＭを
含む。ここで考えている高屈折率は、各閉じ込め層の屈
折率よりも高い屈折率ｎ1であり、単一案内モードの垂
直方向の延長を制限し、それにより光波がリッジに沿っ
て長手方向に伝播するようになっている。
【００１１】埋込みリッジＲＬの高屈折率層ＧＬおよび
上部閉じ込め層ＣＳは、チップ２の一部である二つの横
方向閉じ込めブロック４の間で横方向に制限される。ブ
ロックはそれぞれ、前記高屈折率よりも低い屈折率ｎ2
を有し、したがって高屈折率層の横方向制限により、リ
ッジによって案内されるモードの横方向の延長が制限さ
れる。さらに、ブロックは、チップ中を垂直方向に流れ
る供給電流が埋込みリッジ内に閉じ込められるように実
施される。これは、周知の方式では、ブロックを構成す
る材料の電気抵抗を大きくすることによって、またはブ
ロック内にブロッキング半導体接合を形成することによ
って達成できる。
上部閉じ込め層ＣＳは、チップ２の一部である二つの横
方向閉じ込めブロック４の間で横方向に制限される。ブ
ロックはそれぞれ、前記高屈折率よりも低い屈折率ｎ2
を有し、したがって高屈折率層の横方向制限により、リ
ッジによって案内されるモードの横方向の延長が制限さ
れる。さらに、ブロックは、チップ中を垂直方向に流れ
る供給電流が埋込みリッジ内に閉じ込められるように実
施される。これは、周知の方式では、ブロックを構成す
る材料の電気抵抗を大きくすることによって、またはブ
ロック内にブロッキング半導体接合を形成することによ
って達成できる。
【００１２】外部リッジＲＭの上部閉じ込め層ＣＳは、
空間、例えばチップの外部の気体空間の屈折率ｎ3より
も高い屈折率ｎ2を有する。上部閉じ込め層は、外部空
間に属しかつ高屈折率層ＧＭと底部閉じ込め層ＣＢを残
す、チップ内の二つのリセス１４と１６の間で横方向に
制限される。このような上部閉じ込め層の横方向の制限
により、リッジによって案内されるモードの横方向の延
長が制限される。
空間、例えばチップの外部の気体空間の屈折率ｎ3より
も高い屈折率ｎ2を有する。上部閉じ込め層は、外部空
間に属しかつ高屈折率層ＧＭと底部閉じ込め層ＣＢを残
す、チップ内の二つのリセス１４と１６の間で横方向に
制限される。このような上部閉じ込め層の横方向の制限
により、リッジによって案内されるモードの横方向の延
長が制限される。
【００１３】層はすべて、基板（図示せず）上にエピタ
キシャル堆積することによって形成される。例えば、基
板と底部閉じ込め層はｎ形でよい。例えば、上部閉じ込
め層ＣＳはｐ形でよく、上部閉じ込め層の上に堆積され
る高ドープ接触層６も同様である。
キシャル堆積することによって形成される。例えば、基
板と底部閉じ込め層はｎ形でよい。例えば、上部閉じ込
め層ＣＳはｐ形でよく、上部閉じ込め層の上に堆積され
る高ドープ接触層６も同様である。
【００１４】製造する素子は、各セグメント内でチップ
の上下に形成される電極ＥＬ、ＥＭおよびＥＧをも含
む。さらに正確には、電極ＥＬおよびＥＭは、それぞれ
埋込みリッジＲＬ上および外部リッジＲＭ上に形成さ
れ、底部電極ＥＧは、両方のセグメントに共通である。
の上下に形成される電極ＥＬ、ＥＭおよびＥＧをも含
む。さらに正確には、電極ＥＬおよびＥＭは、それぞれ
埋込みリッジＲＬ上および外部リッジＲＭ上に形成さ
れ、底部電極ＥＧは、両方のセグメントに共通である。
【００１５】外部リッジＲＭは、以下の操作を実行する
ことによって形成される。
ことによって形成される。
【００１６】底部閉じ込め層ＣＢを堆積し、堆積、エッ
チング、および堆積によって高屈折率層ＧＬ、ＧＭを形
成し、上部閉じ込め層ＣＳを堆積し、高ドープ接触層６
を堆積し、図２に示されるように、両方のセグメントに
おいて上部閉じ込め層の上に載る誘電体境界層８を堆積
する。
チング、および堆積によって高屈折率層ＧＬ、ＧＭを形
成し、上部閉じ込め層ＣＳを堆積し、高ドープ接触層６
を堆積し、図２に示されるように、両方のセグメントに
おいて上部閉じ込め層の上に載る誘電体境界層８を堆積
する。
【００１７】境界層をエッチングして、外部リッジセグ
メントＳＭ内に、形成すべき外部リッジＲＭと横方向で
一致する境界ストリップ１０を形成する。
メントＳＭ内に、形成すべき外部リッジＲＭと横方向で
一致する境界ストリップ１０を形成する。
【００１８】境界ストリップ１０に損傷を与えない腐食
（ａｔｔａｃｋ）媒体でチップを腐食する。この腐食
は、高屈折率層ＧＬ、ＧＭに達しないところで止まるよ
うに深さが制限される。この腐食により、図５に示され
るように、外部リッジＲＭの両側にある二つの最初の側
面リセス１４および１６が現れる。この腐食を以下では
第１の腐食と呼ぶ。
（ａｔｔａｃｋ）媒体でチップを腐食する。この腐食
は、高屈折率層ＧＬ、ＧＭに達しないところで止まるよ
うに深さが制限される。この腐食により、図５に示され
るように、外部リッジＲＭの両側にある二つの最初の側
面リセス１４および１６が現れる。この腐食を以下では
第１の腐食と呼ぶ。
【００１９】リッジＲＬとＲＭを自動的に整合させるた
めに、境界層をエッチングして、形成すべき埋込みリッ
ジＲＬと横方向で一致させることによって、埋込みリッ
ジセグメントＳＬ内にやはり境界ストリップ１０を形成
する。したがって、その際第１の腐食により、第１のセ
グメント内に埋込みリッジプライマ１２が露出する。こ
のプライマが図４に示されており、高屈折率層ＧＬに達
しないところで止まるように深さが制限された最初の二
つの側面リセス１４と１６の間に突出する。
めに、境界層をエッチングして、形成すべき埋込みリッ
ジＲＬと横方向で一致させることによって、埋込みリッ
ジセグメントＳＬ内にやはり境界ストリップ１０を形成
する。したがって、その際第１の腐食により、第１のセ
グメント内に埋込みリッジプライマ１２が露出する。こ
のプライマが図４に示されており、高屈折率層ＧＬに達
しないところで止まるように深さが制限された最初の二
つの側面リセス１４と１６の間に突出する。
【００２０】次いで、埋込みリッジを以下の操作によっ
て形成する。
て形成する。
【００２１】両方のセグメントＳＬおよびＳＭ内に保護
層１８を堆積する。
層１８を堆積する。
【００２２】保護層が外部リッジセグメントＲＭ内だけ
に残るように、保護層１８をエッチングする。
に残るように、保護層１８をエッチングする。
【００２３】保護層に損傷を与えない腐食媒体でチップ
を腐食する。この第２の腐食は、埋込みリッジセグメン
トＳＬ内に埋込みリッジ本体２０が露出するように、高
屈折率層ＧＬを越えた深さまで続ける。本体は、図６に
示されており、二つの深くなった側面リセス２２および
２４の間に突出する。
を腐食する。この第２の腐食は、埋込みリッジセグメン
トＳＬ内に埋込みリッジ本体２０が露出するように、高
屈折率層ＧＬを越えた深さまで続ける。本体は、図６に
示されており、二つの深くなった側面リセス２２および
２４の間に突出する。
【００２４】境界層１０と保護層１８の残りの部分には
無効である選択堆積方法を使用して、少なくとも一つの
材料４を選択的に堆積する。この堆積は、前記深くなっ
た側面リセスを充填することによって横方向閉じ込めブ
ロック４を構成する。
無効である選択堆積方法を使用して、少なくとも一つの
材料４を選択的に堆積する。この堆積は、前記深くなっ
た側面リセスを充填することによって横方向閉じ込めブ
ロック４を構成する。
【００２５】もちろん、横方向閉じ込めブロックは、実
施する埋込みリッジレーザの種類に応じて、相互に異な
る材料を連続して堆積することによって構成できる。
施する埋込みリッジレーザの種類に応じて、相互に異な
る材料を連続して堆積することによって構成できる。
【００２６】境界層１０と保護層１８は、一般に、誘電
体材料によって構成される。次いで、横方向閉じ込め材
料４を堆積した後、上部電極ＥＬおよびＥＭを形成する
前に、境界層と保護層の残りの部分の少なくとも一部を
除去する。
体材料によって構成される。次いで、横方向閉じ込め材
料４を堆積した後、上部電極ＥＬおよびＥＭを形成する
前に、境界層と保護層の残りの部分の少なくとも一部を
除去する。
【００２７】例えば、閉じ込め層ＣＢおよびＣＳはリン
化インジウムＩｎＰによって構成でき、高屈折率層ＧＬ
はＧａＩｎＡｓやＧａＩｎＡｓＰなどの三元または四元
合金によって、またはそのような合金によって構成され
かつリン化インジウムの障壁によって分離された量子井
戸を重ねることによって構成でき、境界層１０は窒化ケ
イ素Ｓｉ3 Ｎ4によって構成でき、少なくとも一つの横
方向閉じ込め材料４は、例えば半絶縁リン化インジウム
によって構成でき、保護層１８はシリカＳｉＯ2によっ
て構成できる。
化インジウムＩｎＰによって構成でき、高屈折率層ＧＬ
はＧａＩｎＡｓやＧａＩｎＡｓＰなどの三元または四元
合金によって、またはそのような合金によって構成され
かつリン化インジウムの障壁によって分離された量子井
戸を重ねることによって構成でき、境界層１０は窒化ケ
イ素Ｓｉ3 Ｎ4によって構成でき、少なくとも一つの横
方向閉じ込め材料４は、例えば半絶縁リン化インジウム
によって構成でき、保護層１８はシリカＳｉＯ2によっ
て構成できる。
【００２８】一般に、高屈折率層ＧＬ、ＧＭは、二つの
セグメントＳＬおよびＳＭ内にそれぞれ１５６０ｎｍお
よび１５１０ｎｍなど二つの異なる固有波長を有し、し
たがって埋込みリッジセグメントＳＬは、赤外光を放出
するレーザを構成し、外部リッジセグメントＳＭは、赤
外光を変調する変調器を構成する。
セグメントＳＬおよびＳＭ内にそれぞれ１５６０ｎｍお
よび１５１０ｎｍなど二つの異なる固有波長を有し、し
たがって埋込みリッジセグメントＳＬは、赤外光を放出
するレーザを構成し、外部リッジセグメントＳＭは、赤
外光を変調する変調器を構成する。
【００２９】本発明では、上述の埋込みリッジや外部リ
ッジなど二つのウェーブガイドセグメントを最小の損失
で相互接続することが可能である。
ッジなど二つのウェーブガイドセグメントを最小の損失
で相互接続することが可能である。
【００３０】しかし、本発明は、他の用途にも使用でき
る。それは、本発明が一般に次のような光ウェーブガイ
ドを提供するためである。すなわち、ウェーブガイド
は、ウェーブガイドの長さに沿って延びかつ互いに連続
し、かつ結合領域内で互いに結合された、後部部分Ｓ
Ｌ、ＳＴと前部セグメントＳＭとをモノリシックな形で
含む。ウェーブガイドは、幅Ｗを有し、かつその長さに
沿った各点において横方向閉じ込め係数Ｖを有する。前
記係数は、幅内に閉じ込められる光出力を全光出力で割
った比によって構成される。光出力は、ウェーブガイド
によって導かれる同じ光の光出力である。前記係数は、
結合領域の近くでは前部セグメント内よりも後部部分内
の方が大きい。幅も、結合領域の近くでは前部セグメン
ト内よりも後部部分内の方が大きい。
る。それは、本発明が一般に次のような光ウェーブガイ
ドを提供するためである。すなわち、ウェーブガイド
は、ウェーブガイドの長さに沿って延びかつ互いに連続
し、かつ結合領域内で互いに結合された、後部部分Ｓ
Ｌ、ＳＴと前部セグメントＳＭとをモノリシックな形で
含む。ウェーブガイドは、幅Ｗを有し、かつその長さに
沿った各点において横方向閉じ込め係数Ｖを有する。前
記係数は、幅内に閉じ込められる光出力を全光出力で割
った比によって構成される。光出力は、ウェーブガイド
によって導かれる同じ光の光出力である。前記係数は、
結合領域の近くでは前部セグメント内よりも後部部分内
の方が大きい。幅も、結合領域の近くでは前部セグメン
ト内よりも後部部分内の方が大きい。
【００３１】ｘ座標およびｙ座標が定義される横断面Ｐ
内に含まれるウェーブガイドの長さに沿った点に対し
て、横座標に沿ったｘの値が横手方向ＤＸに定義されて
いる場合、横方向閉じ込め係数（Ｖ）は、次式によって
定義される。
内に含まれるウェーブガイドの長さに沿った点に対し
て、横座標に沿ったｘの値が横手方向ＤＸに定義されて
いる場合、横方向閉じ込め係数（Ｖ）は、次式によって
定義される。
【００３２】
【数１】
【００３３】上式で、ｘ1およびｘ2はウェーブガイドの
幅の二つの端部の横座標に沿った値であり、したがって
Ｗ＝ｘ2−ｘ1、Ｅは案内光の光電界を示す。
幅の二つの端部の横座標に沿った値であり、したがって
Ｗ＝ｘ2−ｘ1、Ｅは案内光の光電界を示す。
【００３４】単一モード案内に対応する幅Ｗのある範囲
内で、横方向閉じ込め係数は、幅が増加するとともに増
大し、またリッジの厚さとともに、かつリッジ屈折率と
横方向閉じ込め屈折率との差によって構成される屈折率
差とともに増大する。
内で、横方向閉じ込め係数は、幅が増加するとともに増
大し、またリッジの厚さとともに、かつリッジ屈折率と
横方向閉じ込め屈折率との差によって構成される屈折率
差とともに増大する。
【００３５】均一なリッジが、均一な閉じ込め材料によ
って囲まれた長方形横断面を有し、単一モード案内を実
施し、かつその幅Ｗに対して十分小さい厚さＨを有する
場合、横方向閉じ込め係数は、次のようになる。
って囲まれた長方形横断面を有し、単一モード案内を実
施し、かつその幅Ｗに対して十分小さい厚さＨを有する
場合、横方向閉じ込め係数は、次のようになる。
【００３６】 Ｖ＝２π・Ｈ・λ-1・（ｎ1 2−ｎ2 2）1/2・Ｗ 上式で、ｎ1およびｎ2はリッジおよび閉じ込め材料の屈
折率であり、λは案内光の波長である。
折率であり、λは案内光の波長である。
【００３７】ｎ1とｎ2が一定の平均値ｎmに非常に近
く、屈折率差が式Δｎ＝ｎ1−ｎ2によって定義される一
般的な例では、横方向閉じ込め係数は、Ｖ＝ｋ・Ｈ・Ｗ
・Δｎ1/2となる。上式で、ｋは、断面寸法と無関係な
係数であり、次式で示される。
く、屈折率差が式Δｎ＝ｎ1−ｎ2によって定義される一
般的な例では、横方向閉じ込め係数は、Ｖ＝ｋ・Ｈ・Ｗ
・Δｎ1/2となる。上式で、ｋは、断面寸法と無関係な
係数であり、次式で示される。
【００３８】ｋ＝２π・λ-1・ｎm 1/2 図１１に示すように、前記後部部分は、一般に、後部セ
グメントＳＬと、後部セグメントを前記前部セグメント
ＳＭに結合する移行セグメントＳＴとを含む。順方向
は、後部セグメントから前部セグメントに向かう方向と
定義する。ウェーブガイドの幅Ｗは、後部セグメントに
おいて第１の値ＷＬを有し、かつ前部セグメントにおい
て第１の値よりも大きい第２の値ＷＭを有する。この場
合、本発明によれば、幅は、移行セグメント内で順方向
に、第１の値から、結合領域の近くで達する前記第２の
値よりも大きい最大値ＷＫまで徐々に増加する。ウェー
ブガイドは、少なくとも結合領域の近くで縦断面Ａに関
して対称であることが好ましい。
グメントＳＬと、後部セグメントを前記前部セグメント
ＳＭに結合する移行セグメントＳＴとを含む。順方向
は、後部セグメントから前部セグメントに向かう方向と
定義する。ウェーブガイドの幅Ｗは、後部セグメントに
おいて第１の値ＷＬを有し、かつ前部セグメントにおい
て第１の値よりも大きい第２の値ＷＭを有する。この場
合、本発明によれば、幅は、移行セグメント内で順方向
に、第１の値から、結合領域の近くで達する前記第２の
値よりも大きい最大値ＷＫまで徐々に増加する。ウェー
ブガイドは、少なくとも結合領域の近くで縦断面Ａに関
して対称であることが好ましい。
【００３９】さらに具体的には、上述の素子の場合と同
様に、ウェーブガイドは、その長さに沿った各点で、後
部部分におけるＣＢ、ＧＬおよびＣＳ、および前部セグ
メントにおけるＣＢ、ＧＭ、ＣＳ、６および１０などの
一組の重なった層によって形成される。この層は、それ
ぞれの厚さを有する。重なった層のうちの少なくとも一
つの層は、後部セグメントにおけるＧＬおよび前部セグ
メントにおけるＲＭなどのリッジを含む。リッジは、ウ
ェーブガイドの長さに沿って、層の厚さを越えて延び、
かつ幅が制限されている。前記リッジは、リッジ屈折率
を構成する屈折率を有し、後部セグメントにおける４お
よび前部セグメントにおける１４および１６などの横方
向閉じ込め領域によって横方向で囲まれる。これらの領
域は、閉じ込め屈折率を構成する屈折率を有する。閉じ
込め屈折率は、リッジ屈折率よりも小さい。ウェーブガ
イドの幅は、少なくとも一つの層を含みかつ前記リッジ
を含む層によって構成される一組の層において規定され
る有効リッジ幅である。ウェーブガイドは、その長さに
沿った点を含む各横断面内に閉じ込め構成を有する。そ
の構成は、ウェーブガイドの幅を除いて、それ自体の厚
さと屈折率を有する、層とリッジと閉じ込め領域とから
なる構成である。閉じ込め構成は、ウェーブガイドの後
部部分内でもその前部セグメント内でも均一である。横
方向閉じ込め係数は、前部セグメント内よりも後部セグ
メント内の方が大きい。一般に、後部部分は、前部セグ
メントに直接結合される。
様に、ウェーブガイドは、その長さに沿った各点で、後
部部分におけるＣＢ、ＧＬおよびＣＳ、および前部セグ
メントにおけるＣＢ、ＧＭ、ＣＳ、６および１０などの
一組の重なった層によって形成される。この層は、それ
ぞれの厚さを有する。重なった層のうちの少なくとも一
つの層は、後部セグメントにおけるＧＬおよび前部セグ
メントにおけるＲＭなどのリッジを含む。リッジは、ウ
ェーブガイドの長さに沿って、層の厚さを越えて延び、
かつ幅が制限されている。前記リッジは、リッジ屈折率
を構成する屈折率を有し、後部セグメントにおける４お
よび前部セグメントにおける１４および１６などの横方
向閉じ込め領域によって横方向で囲まれる。これらの領
域は、閉じ込め屈折率を構成する屈折率を有する。閉じ
込め屈折率は、リッジ屈折率よりも小さい。ウェーブガ
イドの幅は、少なくとも一つの層を含みかつ前記リッジ
を含む層によって構成される一組の層において規定され
る有効リッジ幅である。ウェーブガイドは、その長さに
沿った点を含む各横断面内に閉じ込め構成を有する。そ
の構成は、ウェーブガイドの幅を除いて、それ自体の厚
さと屈折率を有する、層とリッジと閉じ込め領域とから
なる構成である。閉じ込め構成は、ウェーブガイドの後
部部分内でもその前部セグメント内でも均一である。横
方向閉じ込め係数は、前部セグメント内よりも後部セグ
メント内の方が大きい。一般に、後部部分は、前部セグ
メントに直接結合される。
【００４０】上記の例によって示される素子の場合、光
ウェーブガイドは、１５５０ｎｍの波長を有する案内光
に対して単一モードである。後部セグメントＳＬは、層
ＧＬによって構成されかつ屈折率ｎ1を有する均一なコ
アを有する。コアは、屈折率ｎ2を有する光学的に均一
な一組の閉じ込め材料によって囲まれる。コアは、幅Ｗ
Ｌ、厚さＨＬを有する。これらの寸法およびその屈折率
差ΔｎＬ＝ｎ1−ｎ2により、コアの閉じ込め係数ＶＬが
与えられる。
ウェーブガイドは、１５５０ｎｍの波長を有する案内光
に対して単一モードである。後部セグメントＳＬは、層
ＧＬによって構成されかつ屈折率ｎ1を有する均一なコ
アを有する。コアは、屈折率ｎ2を有する光学的に均一
な一組の閉じ込め材料によって囲まれる。コアは、幅Ｗ
Ｌ、厚さＨＬを有する。これらの寸法およびその屈折率
差ΔｎＬ＝ｎ1−ｎ2により、コアの閉じ込め係数ＶＬが
与えられる。
【００４１】前部セグメントＳＭ内では、ウェーブガイ
ドの幅は、外部リッジＲＭの幅ＷＭである。垂直方向閉
じ込め係数は、実質的に層ＧＭの厚さＨＬと、その層と
隣接する層との屈折率差とによってほぼ決まる。横方向
閉じ込め係数ＶＭは、実質的に第１に屈折率差ΔｎＭ＝
ｎ２−ｎ３に、第２にリッジの厚さＨＭに依存し、ＶＬ
よりも小さい。
ドの幅は、外部リッジＲＭの幅ＷＭである。垂直方向閉
じ込め係数は、実質的に層ＧＭの厚さＨＬと、その層と
隣接する層との屈折率差とによってほぼ決まる。横方向
閉じ込め係数ＶＭは、実質的に第１に屈折率差ΔｎＭ＝
ｎ２−ｎ３に、第２にリッジの厚さＨＭに依存し、ＶＬ
よりも小さい。
【００４２】移行セグメントＳＴ内において、横方向Ｄ
Ｘの閉じ込め係数ＶＭは、実質的に厚さＨＬおよび屈折
率差ΔｎＬに依存する。移行セグメント内のリッジＧＬ
の幅は、そこでのウェーブガイドの幅を構成する。前記
幅は、例えば、順方向にＷＬから、ＷＭよりも大きい最
大幅ＷＫにまで増加する。
Ｘの閉じ込め係数ＶＭは、実質的に厚さＨＬおよび屈折
率差ΔｎＬに依存する。移行セグメント内のリッジＧＬ
の幅は、そこでのウェーブガイドの幅を構成する。前記
幅は、例えば、順方向にＷＬから、ＷＭよりも大きい最
大幅ＷＫにまで増加する。
【００４３】光がセグメントＳＬからセグメントＳＭに
進む際の光損失は、移行セグメントＳＴの長さが増加す
るとともに減少する。ただしながら、製造される素子が
大きくなり過ぎるのを防ぐために、移行セグメントの長
さを制限する必要がある。例によって示されるアセンブ
リなどの半導体変調器レーザアセンブリの場合、移行セ
グメントの長さは、１００μｍ〜５００μｍの範囲内に
入ると考えられる。
進む際の光損失は、移行セグメントＳＴの長さが増加す
るとともに減少する。ただしながら、製造される素子が
大きくなり過ぎるのを防ぐために、移行セグメントの長
さを制限する必要がある。例によって示されるアセンブ
リなどの半導体変調器レーザアセンブリの場合、移行セ
グメントの長さは、１００μｍ〜５００μｍの範囲内に
入ると考えられる。
【００４４】光損失はまた、前部セグメントに対する移
行セグメントの過剰端部幅２ＷＤ＝ＷＫ−ＷＭの関数と
して変化する。この変化が図１２に示されており、損失
値がｙ軸上にデシベル単位でプロットされ、過剰幅ＷＤ
がｘ軸に沿ってマイクロメートル単位でプロットされて
いる。損失値は、データ処理モデルによって与えられ、
他のパラメータは、以下の値を有する。
行セグメントの過剰端部幅２ＷＤ＝ＷＫ−ＷＭの関数と
して変化する。この変化が図１２に示されており、損失
値がｙ軸上にデシベル単位でプロットされ、過剰幅ＷＤ
がｘ軸に沿ってマイクロメートル単位でプロットされて
いる。損失値は、データ処理モデルによって与えられ、
他のパラメータは、以下の値を有する。
【００４５】ＷＬ＝２μｍ ΔｎＬ＝０．０４
ＨＬ＝０．２μｍ ＷＭ＝４μｍ ΔｎＭ＝０．００５ ＨＭ＝２μ
ｍ Ｌ ＝０．２μｍ 図１２に示すように、半値過剰幅ＷＤは、１μｍ〜３μ
ｍの範囲内にあることが好ましい。
ＨＬ＝０．２μｍ ＷＭ＝４μｍ ΔｎＭ＝０．００５ ＨＭ＝２μ
ｍ Ｌ ＝０．２μｍ 図１２に示すように、半値過剰幅ＷＤは、１μｍ〜３μ
ｍの範囲内にあることが好ましい。
【００４６】さらに一般的には、過剰幅は、０．１μｍ
〜３０μｍの範囲内にあることが好ましいと考えられ
る。
〜３０μｍの範囲内にあることが好ましいと考えられ
る。
【００４７】さらに、素子の実施を容易にするために、
移行セグメントが前部セグメントに結合される結合領域
内の、幅が変化する点（そこでウェーブガイドの幅の減
少がある）が、閉じ込めが変化する点（そこで閉じ込め
係数の低下がある）に対して前方または後方にわずかに
ずれていることが適切であるまたは好ましい。ウェーブ
ガイドの幅も徐々に減少する。
移行セグメントが前部セグメントに結合される結合領域
内の、幅が変化する点（そこでウェーブガイドの幅の減
少がある）が、閉じ込めが変化する点（そこで閉じ込め
係数の低下がある）に対して前方または後方にわずかに
ずれていることが適切であるまたは好ましい。ウェーブ
ガイドの幅も徐々に減少する。
【００４８】上述の例の場合と同様に、本発明のウェー
ブガイドは、一般に、ウェーブガイド内を案内される光
を処理するための装置内に含まれる。処理すべき光は、
長手方向に前記順方向または反対方向のどちらかに伝搬
する。前記の場合においては、処理は、前記光を発生さ
せ、それを変調することからなる。さらに一般的には、
そのような処理は、光に関する二つの連続する操作を含
む。その動作の一方は、後部セグメント内で行われ、他
方の動作は、前部セグメント内で行われる。二つの動作
のそれぞれの性質により、二つのセグメントの閉じ込め
構成間の相違が必要となる。
ブガイドは、一般に、ウェーブガイド内を案内される光
を処理するための装置内に含まれる。処理すべき光は、
長手方向に前記順方向または反対方向のどちらかに伝搬
する。前記の場合においては、処理は、前記光を発生さ
せ、それを変調することからなる。さらに一般的には、
そのような処理は、光に関する二つの連続する操作を含
む。その動作の一方は、後部セグメント内で行われ、他
方の動作は、前部セグメント内で行われる。二つの動作
のそれぞれの性質により、二つのセグメントの閉じ込め
構成間の相違が必要となる。
【図１】本発明を実施する半導体チップを通る長手方向
断面図である。
断面図である。
【図２】境界層を堆積した後のチップを通る長手方向断
面図である。
面図である。
【図３】境界層をエッチングした後およびチップに第１
の腐食を施した後のチップの平面図である。
の腐食を施した後のチップの平面図である。
【図４】第１の腐食の後のチップの図３の横断面ＩＶ−
ＩＶによる断面図である。
ＩＶによる断面図である。
【図５】第１の腐食の後のチップの図３の横断面Ｖ−Ｖ
による断面図である。
による断面図である。
【図６】第２の腐食の後のチップの横断面ＩＶ−ＩＶに
よる断面図である。
よる断面図である。
【図７】第２の腐食の後のチップの横断面Ｖ−Ｖによる
断面図である。
断面図である。
【図８】側方リセスを充填した後のチップの横断面ＩＶ
−ＩＶによる断面図である。
−ＩＶによる断面図である。
【図９】電極を形成した後の本発明の素子を構成するチ
ップの横断面ＩＶ−ＩＶによる断面図である。
ップの横断面ＩＶ−ＩＶによる断面図である。
【図１０】電極を形成した後の本発明の素子を構成する
チップの横断面Ｖ−Ｖによる断面図である。
チップの横断面Ｖ−Ｖによる断面図である。
【図１１】素子の複合ウェーブガイドの平面図である。
【図１２】素子の光損失が素子のウェーブガイドセグメ
ントの過剰幅の関数としてどのように変化するかを示す
グラフである。
ントの過剰幅の関数としてどのように変化するかを示す
グラフである。
ＳＬ 埋込みリッジセグメント ＳＴ 移行セグメント ＳＭ 外部リッジセグメント ＣＢ、ＣＳ 閉じ込め層 ＧＬ、ＧＭ 高屈折率層 ＤＸ 横手方向 ＤＹ 垂直方向 ＤＺ 長手方向 ２ チップ ６ 高ドープ接触層
フロントページの続き (72)発明者 レオン・ゴールドスタン フランス国、91370・シヤビル、アレ・デ ユ・コロンビエ・１ (72)発明者 デニ・レクレール フランス国、91430・イグニー、アレ・ジ ヤツク・カルテエ・23 (72)発明者 ジヤン−ルイ・ジヤンヌ フランス国、91190・ジフ・シユル・イベ ツト、アレ・ドウ・ロン・レアジユ・３
Claims (8)
- 【請求項１】 ウェーブガイドの長さに沿って延びかつ
互いに連続し、かつ結合領域内で互いに結合された後部
部分と前部セグメントとをモノリシックな形で含み、幅
を有し、かつその長さに沿った各点において横方向閉じ
込め係数を有し、前記係数が、幅内に閉じ込められる光
出力を全光出力で割った比によって構成され、光出力
が、ウェーブガイドによって導かれる同じ光の光出力で
あり、前記係数が、結合領域の近くでは前部セグメント
内よりも後部部分内の方が大きく、幅も、結合領域の近
くでは前部セグメント内よりも後部部分内の方が大きい
光ウェーブガイド。 - 【請求項２】 前記後部部分が、後部セグメントと、後
部セグメントを前記前部セグメントに結合する移行セグ
メントとを含み、順方向が、後部セグメントから前部セ
グメントに向かう方向と定義され、ウェーブガイドの幅
が、後部セグメント内で第１の値を有し、かつ前部セグ
メント内で第１の値よりも大きい第２の値を有し、幅
が、移行セグメント内で順方向に、第１の値から、結合
領域の近くで達する前記第２の値よりも大きい最大値に
まで徐々に増加する請求項１に記載のウェーブガイド。 - 【請求項３】 ウェーブガイドが、少なくとも結合領域
の近くで長手方向軸に関して対称的である請求項２に記
載のウェーブガイド。 - 【請求項４】 ウェーブガイドが、その長さに沿った各
点で、それぞれの厚さを有する一組の重なった層によっ
て形成され、該重なった層のうちの少なくとも一つの層
が、ウェーブガイドの長さに沿って層の厚さを越えて延
びかつ幅が制限されたリッジを有し、前記リッジが、リ
ッジ屈折率を構成する屈折率を有し、かつ、リッジ屈折
率よりも小さい閉じ込め屈折率を構成する屈折率を有す
る横方向閉じ込め領域によって横方向に囲まれ、ウェー
ブガイドの幅が、少なくとも一つの層を含みかつ前記リ
ッジを含む層によって構成される一組の層において規定
される有効リッジ幅であり、ウェーブガイドが、その長
さに沿った前記の点で閉じ込め構成を有し、その構成
が、その点を含む横断面内で、ウェーブガイドの幅を除
いて、それ自体の厚さと屈折率を有する、層とリッジと
閉じ込め領域とからなる構成であり、閉じ込め構成が、
ウェーブガイドの後部部分内でもその前部セグメント内
でも均一であり、横方向閉じ込め係数が、前部セグメン
ト内よりも後部セグメント内の方が大きい請求項２に記
載のウェーブガイド。 - 【請求項５】 後部部分が、前部セグメントに直接に結
合される請求項４に記載のウェーブガイド。 - 【請求項６】 ウェーブガイドが、ウェーブガイド内を
案内される光を処理するための装置内に含まれる請求項
２に記載のウェーブガイド。 - 【請求項７】 ウェーブガイドが半導体基板内に形成さ
れ、埋込みリッジと外部リッジがそれぞれウェーブガイ
ドの後部セグメントと前部セグメントを構成する請求項
５に記載のウェーブガイド。 - 【請求項８】 前記後部セグメントおよび前記前部セグ
メントがそれぞれ、光を発生させるレーザ発光器および
前記光を変調する光変調器を構成する請求項７に記載の
ウェーブガイド。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9502045 | 1995-02-22 | ||
| FR9502045A FR2730821B1 (fr) | 1995-02-22 | 1995-02-22 | Guide optique segmente pouvant notamment etre inclus dans un dispositif semiconducteur |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08248248A true JPH08248248A (ja) | 1996-09-27 |
Family
ID=9476400
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8035199A Pending JPH08248248A (ja) | 1995-02-22 | 1996-02-22 | 特に半導体素子に組み込むのに適したセグメント形光ウェーブガイド |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5687272A (ja) |
| EP (1) | EP0729042B1 (ja) |
| JP (1) | JPH08248248A (ja) |
| CA (1) | CA2170005C (ja) |
| DE (1) | DE69625396T2 (ja) |
| FR (1) | FR2730821B1 (ja) |
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| US6925101B2 (en) | 2000-06-08 | 2005-08-02 | Nichia Corporation | Semiconductor laser device, and method of manufacturing the same |
| JP2011258785A (ja) * | 2010-06-10 | 2011-12-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光導波路およびそれを用いた光半導体装置 |
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1995
- 1995-02-22 FR FR9502045A patent/FR2730821B1/fr not_active Expired - Lifetime
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1996
- 1996-02-16 US US08/602,380 patent/US5687272A/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-02-19 DE DE69625396T patent/DE69625396T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1996-02-19 EP EP96400337A patent/EP0729042B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1996-02-21 CA CA002170005A patent/CA2170005C/fr not_active Expired - Fee Related
- 1996-02-22 JP JP8035199A patent/JPH08248248A/ja active Pending
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