JPH09243843A

JPH09243843A - 光結合デバイス

Info

Publication number: JPH09243843A
Application number: JP5506296A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Kondo; 康洋近藤; Osamu Mitomi; 修三冨; Yasumasa Suzaki; 泰正須崎
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1996-03-12
Filing date: 1996-03-12
Publication date: 1997-09-19

Abstract

(57)【要約】【課題】スポットサイズの小さな光機能デバイスとス
ポットサイズの大きな光機能デバイスあるいは光導波路
デバイスを低損失で光結合する。【解決手段】光結合デバイスにおいて、クラッド層の
一部を構成するｐ型半導体層より屈折率の小さいｎ型半
導体層が、コア層とｐ型半導体層を取り囲むように配置
されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路を伝わる
光波のスポットサイズを低損失で変換する光結合デバイ
スに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザダイオード（ＬＤ）や半導
体光スイッチ等の、光導波路を用いた半導体光機能デバ
イスと、単一モード光ファイバとの間を光結合させる場
合、デバイス端面と光ファイバを直接突合せ結合（バッ
トジョイント）させる方法を用いると、それぞれの光導
波路の光波スポットサイズが互いに異なっているため
に、直接突合せ部の結合損失が大きくなる問題が生じ
る。通常、半導体デバイスの光波スポットサイズ（モー
ド系：Ｗ）は２μｍ程度であり、光ファイバのスポット
サイズは約１０μｍであるので、この結合損失は約１０
ｄｂになる。そこで、レンズによってスポットサイズを
変換することによって結合損失を低減する方法が一般に
とられている。

【０００３】一方、図７（ａ）および図７（ｂ）に示す
ような、テーパ状の光導波路により光のスポットサイズ
を変換する光結合デバイスを、レンズの代わりとして用
いることにより、ＬＤと光ファイバ間を低損失で結合す
る方法がある。図７（ａ）はこの種の従来の光結合デバ
イスの一例の上面図であり、図７（ｂ）は従来装置の他
の例の断面図である。図７（ａ）の例はコア層７０１の
幅を長さＬの範囲にわたって入射光７１１側のＷ_i から
出射光７１０側のＷ_o まで狭くし、図７（ｂ）の例では
コア層７０１の厚さを長さＬの範囲にわたって入射側の
Ｔ_i から出射側のＴ_o まで薄くしている。

【０００４】図８は、これら従来の光結合デバイスの動
作原理を説明するための特性図である。図８から分かる
ように、光導波路のコア層７０１の比屈折率差Δｎ（＝
（ｎ１−ｎ）／ｎ１、ｎはクラッド層７０２および７０
５の屈折率、ｎ１はコア層７０１の屈折率）を一定の大
きさに固定した場合、コア層７０１の厚さＴ_coreおよび
幅Ｗ_coreの一方または両方を０から次第に大きくしてい
くと、導波光のスポットサイズＷは、無限の大きさから
次第に小さくなり、極小値をとった後、再び大きくな
る。ここで、Ｔ_coreもしくはＷ_coreが大きくなり過ぎる
と多モード光導波路になり、高次モード変換による損失
が大きくなるために、通常、この領域の寸法は用いられ
ない。また、図８から分かるように、コア層寸法を一定
の大きさに固定し、コア層とクラッド層の比屈折率差を
伝搬方向に徐々に変化させても、コア層の寸法をテーパ
状に変化させた場合と同様にスポットサイズを変換でき
る。

【０００５】これらの関係を利用して、光結合デバイス
のコア層７０１の大きさ、Ｔ_core、Ｗ_coreの寸法、は光
入射端側（ＬＤとの結合側）では、ＬＤ光のスポットサ
イズ（約２μｍ）と同程度のスポットサイズを与える寸
法、Ｔ_i ，Ｗ_i （ともに、数１０ｎｍ〜数μｍ、ただし
一方が大きければ他方は小さい）に、光出射側では、光
ファイバのスポットサイズ（約１０μｍ）と同程度の大
きさを与える寸法Ｔ_o，Ｗ_o （ともに、数１０ｎｍ〜１
０μｍ、ただし一方が大きければ他方は小さい）に設定
される。また、スポットサイズ変換領域の長さＬは、放
射による損失を低減するために、数１０μｍから数ｍｍ
の長さに設定される。

【０００６】上述した光結合デバイスは、通常、光機能
デバイスとモノリシックに集積して用いられる。そのた
め、光結合デバイスのコア層は光機能デバイスの活性層
に効率よく電流が注入できる構造のクラッド層で埋め込
まれている。

【０００７】図９に、半導体レーザ（Ｉ）と光結合デバ
イス（II）をモノリシック集積化し、導波路コア層の周
囲をｐｎｐ型半導体で埋め込んだ従来の光結合デバイス
の一例を示す。図９（ａ）は斜視図、図９（ｂ）は光フ
ァイバとの結合側出射端部の断面図である。９０１は屈
折率がＮ_coreの光導波路のコア層、９０２はリッジ構造
を有し屈折率がＮ_sub のｎ型半導体基板、９０３および
９０５はそれぞれ屈折率がＮ_p のｐ型半導体層である。
９０４はレーザ部の活性層９０８に効率よく電流を注入
するために配置された屈折率がＮ_n のｎ型半導体層であ
る。さらに、ｐ型半導体層９０５の上部には電極をとる
ためのｐ型半導体層（キャップ層）９０９ａおよび金属
層９０９ｂが配置されている。この場合、コア層９０１
の厚さＴ_coreを出射側端面に向かって徐々に薄くするこ
とによってスポットサイズを変換し、出射光９１０が低
損失で光ファイバと結合する様に構成されている。図９
において、Ｗ_coreはコア層９０１の幅、Ｈ_ridge はリッ
ジ構造の高さ、Ｈ_nlayerはｎ型半導体基板９０２からｎ
型半導体層９０４の底面までの高さ、Ｔ_nlayerはｎ型半
導体層９０４の最も低い部位の厚さ、Ｔ_playerはコア層
の上部のｐ型半導体層９０５の厚さを示す。この種の従
来の光結合デバイスでは、図示されるように、Ｈ_nlayer
とＴ_nlayerの和はＨ_ridge より小さい。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような従来例の場
合、そのコア層とクラッド層の比屈折率差Δｎが通常数
％以上であるので、光出射端部のコア層の幅Ｗ_o もしく
はＴ_o はサブミクロンの大きさになる。そのために、光
出射端近傍では、コア層の大きさは導波光のスポットサ
イズに対して極めて小さく、光閉じ込めの弱い光導波路
を用いていることになる。また、コア層を埋め込んだｎ
型半導体層９０４はキャリアのプラズマ効果（屈折率変
化量がキャリア濃度に比例し、キャリアの有効質量に反
比例する現象）によってｐ型半導体層と比較して、その
屈折率が相対的に低く（Ｎ_n ＜Ｎ_p）なっている。ここ
で、ｎ型の不純物ドーピング量が多くなるほど、その屈
折率が低下することになる。従って、特に光出射端部に
近いスポットサイズが拡大された領域においては、ｎ型
半導体層９０４の形状、寸法、ドーピング濃度（屈折
率）によって、光の伝搬特性は大きな影響を受ける。

【０００９】以上のような問題が本発明の光結合デバイ
スを開発するに当たって、新たに明らかになった。つま
り、光の伝搬方向で、ｎ型半導体層９０４の形状、寸
法、屈折率に空間的な揺らぎがあると、スポットサイズ
変換に伴う散乱によって放射が大きく発生し、デバイス
性能の著しい低下を招いてしまう問題があることが分か
った。さらに、このｎ型半導体層９０４の形状、寸法、
屈折率のばらつきによって、製品の特性に大きなばらつ
きが生じてしまう。

【００１０】本発明の目的は、このような問題を解決
し、スポットサイズの小さな光機能デバイスとスポット
サイズの大きな光機能デバイスあるいは光導波路デバイ
スを低損失で光結合可能な光結合デバイスを提供するこ
とにある。さらに、本発明の他の目的は、製作に際しデ
バイスの材質、構造に関して要求される精度が緩く、高
い再現性を有する光結合デバイスを提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の光結合デバイスは、リッジ構造を有し、か
つ第１のクラッド層を構成するｎ型半導体基板、該ｎ型
半導体基板のリッジ構造上に形成されたコア層、前記ｎ
型半導体基板上に形成され、前記コア層を含むリッジ構
造を埋め込むように配置されたｐ型の第２のクラッド
層、該第２のクラッド層領域を介して前記コア層の両脇
近傍に配置されたｎ型の第３のクラッド層、および前記
コア層、第２のクラッド層の一部および前記第３のクラ
ッド層上に配置されたｐ型の第４のクラッド層を有する
光結合デバイスにおいて、前記コア層の光出射側の断面
寸法が導波光のスポットサイズより小さく、前記第３の
クラッド層の屈折率が前記第２および第４のクラッド層
の屈折率より小さく、かつ前記コア層と前記第２および
第４のクラッド層で構成される導波路構造を取り囲むよ
うに前記第３のクラッド層が配置され、（リッジ構造の
高さ）≦（第２のクラッド層の厚さ＋第３のクラッド層
の厚さ）であることを特徴とする。

【００１２】ここで、前記第２のクラッド層が高抵抗層
であることが好ましく、（第２のクラッド層の厚さ＋第
３のクラッド層の厚さ）−（リッジ構造の高さ）が０．
６μｍ以上であることが好ましい。

【００１３】また、前記ｎ型半導体基板のリッジ構造の
高さが０．５μｍから３．０μｍであることが好まし
い。

【００１４】さらに、本発明による光結合デバイスは、
リッジ構造を有し、かつ第１のクラッド層を構成するｐ
型半導体基板、該ｐ型半導体基板のリッジ構造上に形成
されたコア層、前記ｐ型半導体基板上に形成され、前記
コア層を含むリッジ構造を埋め込むように配置されたｐ
型の第２のクラッド層、該第２のクラッド層領域を介し
て前記コア層の両脇近傍に配置されたｎ型の第３のクラ
ッド層、前記第２のクラッド層の一部および前記第３の
クラッド層上に前記コア層を埋め込むように配置された
ｐ型の第４のクラッド層、および前記コア層と前記第４
のクラッド層上に配置されたｎ型の第５のクラッド層を
有する光結合デバイスにおいて、前記コア層の断面寸法
が導波光のスポットサイズより小さく、前記第３のクラ
ッド層の屈折率が前記第２および第４のクラッド層の屈
折率より小さく、かつ前記コア層と前記第１、第２およ
び第４のクラッド層で構成される導波路構造を取り囲む
ように前記第３のクラッド層が配置され、（コア層から
第５のクラッド層の平坦部までの距離）≦（第３のクラ
ッド層の厚さ＋第４のクラッド層の厚さ）であることを
特徴とする。

【００１５】ここで、前記第２のクラッド層が高抵抗層
であることが好ましく、（第３のクラッド層の厚さ＋第
４のクラッド層の厚さ）−（コア層から第５のクラッド
層の平坦部までの距離）が０．６μｍ以上であることが
好ましい。

【００１６】また、前記ｐ型半導体基板のリッジ構造の
高さが０．５μｍから３．０μｍであることが好まし
い。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明においては、クラッド層の
一部を構成するｐ型半導体層より屈折率の小さいｎ型半
導体層が、コア層とｐ型半導体層を取り囲むように配置
されている。

【００１８】すなわち、本発明の第１の構成に係る光結
合デバイスは、リッジ部を有し第１クラッド層を構成す
るｎ型半導体基板と、この半導体基板のリッジ構造の上
部に形成され、光の伝搬方向に形状または組成がテーパ
状に変化しているコア層と、半導体基板上に形成され、
コア層を取り囲むように構成されたｐ型の第２クラッド
層と、コア層の両脇に第２クラッド層を介して配置され
この第２クラッド層より屈折率の小さい第３クラッド層
を構成するｎ型半導体層と、コア層、第２クラッド層の
一部および第３クラッド層上に配置されたｐ型の第４ク
ラッド層とを有し、コア層は半導体基板と第３クラッド
層で囲まれた領域に配置されている。

【００１９】ｐ型の第２クラッド層より屈折率の小さい
ｎ型の第３クラッド層の存在によって、２重光導波路が
構成され、スポットサイズがコア層の寸法より拡大した
導波光を閉じ込めることができる。

【００２０】本発明の第２の構成に係る光結合デバイス
は、リッジ部を有し第１クラッド層を構成するｐ型半導
体基板と、この半導体基板のリッジ構造の上部に形成さ
れ、光の伝搬方向に形状または組成がテーパ状に変化し
ているコア層と、半導体基板上に形成され、コア層を含
むリッジ構造を埋め込むように構成されたｐ型の第２ク
ラッド層および第４クラッド層と、コア層の両脇に第２
クラッド層を介して配置されこの第２クラッド層より屈
折率の小さい第３クラッド層を構成するｎ型半導体層
と、コア層および第４クラッド層上に配置された屈折率
が第２クラッド層より小さい第５クラッド層を構成する
ｎ型半導体層とを有し、コア層は半導体基板、第３クラ
ッド層および第５クラッド層で囲まれた領域に配置され
ている。

【００２１】第２クラッド層より屈折率の小さいｎ型の
第３および第５クラッド層の存在によって、２重光導波
路が構成され、スポットサイズがコア層の寸法より拡大
した導波光を閉じ込めることができる。

【００２２】

【実施例】以下に図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００２３】実施例１図１は本発明による光結合デバイスの一実施例の光出射
端部（光ファイバとの結合部）の断面図である。この光
結合デバイスの光入射端部には、図９（ａ）に示したよ
うな半導体レーザがモノリシック集積され光結合されて
いる。この点は、以後の各実施例においても同様であ
る。図１において、１０１は屈折率がＮ_coreの光導波路
のコア層で、この例では出射部端面に向かって厚さが薄
くされている。１０２は図示されるようにリッジ部を有
し、屈折率がＮ_sub のｎ型半導体基板でそのリッジ部は
第１クラッド層となる。１０３は屈折率がＮ_p のｐ型半
導体層（第２クラッド層）、１０４はレーザ部の活性層
に駆動電流を効率よく注入するために配置された屈折率
がＮ_n のｎ型半導体層で、光導波路の第３クラッド層と
なる。１０５は屈折率がＮ_p のｐ型半導体層（第４クラ
ッド層）で、通常、プラズマ効果のため、Ｎ_p ＞Ｎ_n の
関係が成り立っている。図１において、Ｗ_coreはコア層
１０１の幅、Ｈ_ridge はリッジ構造の高さ、Ｈ_nlayerは
ｎ型半導体基板１０２からｎ型半導体層１０４の底面ま
での高さ、Ｔ_nlayerはｎ型半導体層１０４の最も低い部
位の厚さ、Ｔ_playerはコア層の上部のｐ型半導体層１０
５の厚さを示す。本実施例の光結合デバイスでは、ｎ型
半導体層１０４をｎ型半導体基板１０２からコア層１０
１より離れた位置に配置しているので、コア層１０１よ
り大きく広がった光波をｐ型半導体層の屈折率Ｎ_p とｎ
型半導体層の屈折率Ｎ_n の屈折率差でｐ型半導体層中に
閉じ込める効果が働き、低損失で素子間のばらつきが少
ない光結合を実現することができる。

【００２４】以下に、本実施例の原理と効果を具体的に
説明する。

【００２５】図２は、図１に示した実施例の光結合デバ
イスとコア径４μｍの光ファイバとの結合損失と光出射
端部におけるコア層１０１の幅Ｗ_coreとの関係を、ｎ型
半導体層１０４のコア層１０１に対する位置をパラメー
タとして示した計算例である。ここでは、波長λ＝１．
３μｍ帯用で、コア層１０１として吸収端波長が１．１
μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰを用い、ｎ型基板１０２とし
てドーピング濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ型ＩｎＰ基板、
ｐ型半導体層１０３および１０５として、それぞれドー
ピング濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ型ＩｎＰ基板を用いて
いる。また、光出射端部でのコア層１０１の厚さをＴ
_core＝０．１μｍとし、ｐ型ＩｎＰ層１０５の厚さＴ
_player＝４．５μｍ、ｎ型ＩｎＰ層１０４（ドーピング
濃度５×１０¹⁸ｃｍ^-3）の厚さ（最も低い部位での厚
さ）Ｔ_nlayer＝０．６μｍ、およびリッジ構造の高さＨ
_ridge ＝１．５μｍ一定としている。ｎ型ＩｎＰ層１０
４の位置については、ｎ型ＩｎＰ基板１０２の平坦部
（リッジの底面）からｎ型ＩｎＰ層１０４の最も低い部
位までの距離（高さ）Ｈ_nlayerが０．４から１．５μｍ
の範囲について計算している。図２から、ｎ型ＩｎＰ層
１０４の位置Ｈ_nlayerが高くなるほど結合損失が小さく
なることが分かる。そして、Ｈ_nlayerが０．９μｍ以
上、すなわちＨ_nlayer＋Ｔ_nlayer≧１．５μｍ＝Ｈ
_ridge では結合損失を１ｄｂ以下にすることが可能であ
る。つまり、本発明による光結合デバイスのように、ｎ
型半導体層１０４の全体がコア層１０１より高い位置に
ある場合は、屈折率の低いｎ型半導体層がコア層の周辺
部を覆うように形成されることによって、コア層の寸法
より大きく広がった光波をｐ型半導体層の屈折率Ｎ_p と
ｎ型半導体層の屈折率Ｎ_n の屈折率差によってｐ型半導
体層内に閉じ込める効果が働き、従って、本実施例の光
結合デバイスは２重導波路構造を形成し、その結果、放
射損失を低減し、光ファイバとの結合効率を向上させる
ことができる。

【００２６】実施例２図３は、本発明による光結合デバイスの他の実施例の光
出射部端面の断面図である。３０１は屈折率がＮ_coreの
光導波路のコア層で、この例では出射部端面に向かって
厚さが薄くされている。３０２は図示されるようにリッ
ジ部を有し、屈折率がＮ_sub のｎ型半導体基板でそのリ
ッジ部は第１クラッド層となる。３０４はレーザ部の活
性層に駆動電流を効率よく注入するために配置された屈
折率がＮ_n のｎ型半導体層で、光導波路の第３クラッド
層となる。３０５は屈折率がＮ_pのｐ型半導体層（第４
クラッド層）であり、これらの構成は図１に示した実施
例と変わらない。Ｈ_nlayer＋Ｔ_nlayer≧Ｈ_ridge の関係
も図１の実施例と同じである。本実施例においてはｐ型
半導体層１０３に代えて、高抵抗の半絶縁半導体層３０
６を用いている。

【００２７】図２から、ｎ型ＩｎＰ層１０４の位置はコ
ア層１０１から離れた方がより結合効率を低減するでき
ることが分かった。例えば、コア層１０１とｎ型ＩｎＰ
層１０４のｎ型ＩｎＰ基板１０２からの距離の差が０．
６μｍ以上になると、結合損失を０．５ｄｂ程度に低減
することができる。しかし、ｎ型ＩｎＰ層１０４の位置
がコア層１０１から離れると構造的にコア層側面に電流
リークの原因となるｐ型ＩｎＰ層領域が広がり、リーク
電流が増大して半導体レーザ等のモノリシック集積され
ている光機能デバイスの特性を劣化させる原因となる。
そこで、図３に示すように、メサ側面のｐ型ＩｎＰ層１
０３をＦｅドープＩｎＰ層のような高抵抗の半絶縁半導
体層３０６に置き換えることによって、低損失な光結合
とリーク電流を抑えた良好な光機能デバイスの特性を同
時に実現することが可能になる。さらに、ｐ型ＩｎＰ層
をＦｅドープＩｎＰ半絶縁層に代えることにより、クラ
ッド層部分での吸収損失を低減する効果を得ることがで
きる。

【００２８】実施例３図４に、本発明の光結合デバイスの他の実施例の光出射
端部の断面図を示す。本実施例は基板としてｐ型ＩｎＰ
基板を用いた例である。４０１は屈折率がＮ_coreの光導
波路のコア層、４０２はリッジ部を有し屈折率がＮ_sub
のｐ型ＩｎＰ基板であり、そのリッジ部は第１クラッド
層を構成する。４０３および４０７はそれぞれ屈折率が
Ｎ_p のｐ型ＩｎＰ層（第２および第４クラッド層）、４
０４はレーザ部の活性層に駆動電流を効率よく注入させ
るために配置された屈折率がＮ_nのｎ型ＩｎＰ層（第３
クラッド層）、４０５は屈折率がＮ_p のｐ型ＩｎＰ（第
５クラッド層）である。

【００２９】通常、前述したプラズマ効果のため、Ｎ_p
＞Ｎ_n の関係が成り立っている。そこで、ｎ型ＩｎＰ層
４０４をｐ型ＩｎＰ層４０５からコア層４０１より離れ
た位置に配置し、すなわち、ｎ型ＩｎＰ層４０４の厚さ
をＴ_nlayer、ｐ型ＩｎＰ層４０５とｎ型ＩｎＰ層４０４
の距離（第４クラッド層４０７の厚さに等しい）をＨ
_nlayer、コア層上面から第５クラッド層４０５の下部平
坦面までの距離をＤ_ridge としたとき、Ｈ_nlayer＋Ｔ
_nlayer≧Ｄ_ridge とすることによって、コア層の寸法よ
り大きく広がった光波をｐ型ＩｎＰ層の屈折率Ｎ_p とｎ
型ＩｎＰ層Ｎ_n の差によってｐ型層内に閉じ込める効果
が働き、低損失で素子間のばらつきが少ない光結合を実
現できる。

【００３０】実施例４図５に、本発明の光結合デバイスのさらに他の実施例の
光出射端部の断面図を示す。本実施例は、基板としてｐ
型ＩｎＰ基板を用いた例である。５０１は屈折率がＮ
_coreの光導波路のコア層、５０２はリッジ部を有し屈折
率がＮ_sub のｐ型ＩｎＰ基板であり、そのリッジ部は第
１クラッド層を構成する。５０３は屈折率がＮ_p のｐ型
ＩｎＰ層（第２クラッド層）、５０４はレーザ部の活性
層に駆動電流を効率よく注入させるために配置された屈
折率がＮ_n のｎ型ＩｎＰ層（第３クラッド層）、５０５
は屈折率がＮ_p のｐ型ＩｎＰ層（第５クラッド層）であ
る。本実施例においては、図４のｐ型ＩｎＰ層４０７に
代えて、第４クラッド層として半絶縁半導体層５０６を
用いている。Ｈ_nlayer＋Ｔ_nlayer≧Ｄ_ridge の関係は、
図４の実施例と同じである。メサ側面に例えばＦｅドー
プＩｎＰ層のような高抵抗層５０６を用いることによっ
て、実施例２の場合と同様に、低損失な光結合とリーク
電流を抑えた良好な光機能デバイスの特性を同時に実現
することができる。

【００３１】実施例５図６は、図１に示した実施例と同様な構造において、Ｈ
_nlayerとＨ_ridge が同じ値であるときの、Ｈ_ridge を
０．５μｍから３．０μｍまで変化させたときの計算結
果を示すグラフである。図６からＨ_nlayerとＨ_ridge が
同じ値の場合はＨ_ridge が０．５μｍから３．０μｍの
広い範囲において結合損失が１．０ｄｂ以下という低い
値になるなることが分かる。Ｈ_ridge （Ｈ_nlayer）をさ
らに高くした場合にもｎ型ＩｎＰ層の低屈折率の影響は
存在するが、その効果は小さく、結合損失を低減する効
果も減少する。そのため、製作プロセス等を考慮する
と、本発明の光結合デバイスのリッジ構造の高さは０．
５μｍから３．０μｍの間に設定することが好ましい。

【００３２】なお、以上に述べた本発明による光結合デ
バイスは、その２重導波路構造により、コア層のテーパ
部でのスポットサイズ変換に伴う放射損失を低減する効
果も確認されている。従って、例えばコア層の幅Ｗ_core
を１〜２μｍの範囲で一定値に固定した場合でも、図２
に示したＨ_nlayer、または図６に示したＨ_ridge を大き
くするほど結合損失を低減できる。

【００３３】以上では、動作波長が１．３μｍ帯で、コ
ア層材料に１．１μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ、ｐ型およ
びｎ型半導体の各層にＩｎＰを用いた場合を示したが、
動作波長や接続される光ファイバのスポットサイズに合
わせて、導波路の材料、材質、寸法を設定すれば、本発
明の効果を得ることができるのは自明である。

【００３４】本発明は半導体材料で構成しているので、
図９に示したような半導体レーザ以外に、例えば光変調
器、ＬＤ増幅器、光スイッチ等の半導体光機能デバイス
の光入出射端部に、本発明の光結合デバイスを同一基板
にモノリシック集積化した光デバイスを実現することも
可能である。

【００３５】以上では、光ファイバを接続する場合につ
いて説明したが、半導体光導波路デバイス、あるいはガ
ラス光導波路デバイスなどあらゆる光導波路と接続する
場合についても、それらの光導波路の光スポットサイズ
に合わせるように本発明の光結合デバイスの導波路の材
質、寸法を設定すれば、低損失の光結合特性を実現でき
る。

【００３６】また、以上では、光機能デバイス（例えば
半導体レーザ）から光導波路デバイス（例えば光ファイ
バ）へ結合させる場合について説明したが、逆に光導波
路デバイスからスポットサイズの小さい光機能デバイス
に光結合を取る場合にも本発明による光結合デバイスが
有効なことは自明である。

【００３７】さらに、以上では、スポットサイズを変換
するためのテーパ形状の光導波路を有する光結合デバイ
スに本発明を適用した場合を説明したが、コア層の寸
法、比屈折率差が光伝搬方向に一定の大きさになってい
る光機能デバイスにおいて、コア層の寸法がそのスポッ
トサイズに対して十分に小さくなる様に構成した場合、
すなわち、コア層への光の閉じ込めを弱くした導波路を
用いた光機能デバイスの場合でも、導波路形状、寸法、
屈折率等の光伝搬方向の空間的揺らぎによって、上に説
明した場合と同様に、放射損失が大きく発生する場合が
生じる。このような光機能デバイスに対しても本発明は
同様の原理で適用できる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
スポットサイズの小さな光機能デバイスとスポットサイ
ズの大きな光機能・導波路デバイスを低損失で光結合で
きる。さらに、本発明の光結合デバイスは、デバイスの
性質、構造に関して、製作に際し要求される精度が緩
く、高い再現性を有するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光結合デバイスの一実施例を示す
断面図である。

【図２】本発明の原理、効果を説明するためのグラフで
ある。

【図３】本発明による光結合デバイスの他の実施例を示
す断面図である。

【図４】本発明による光結合デバイスの他の実施例を示
す断面図である。

【図５】本発明による光結合デバイスの他の実施例を示
す断面図である。

【図６】本発明の効果を説明するためのグラフである。

【図７】従来の光結合デバイスのコア層の形状を示し、
（ａ）はその一例の上面図、（ｂ）は他の例の断面図で
ある。

【図８】光スポットサイズ変換の原理を説明するための
グラフである。

【図９】従来の光結合デバイスの構造を示し、（ａ）は
斜視図、（ｂ）は光出射端部の断面図である。

【符号の説明】

１０１，３０１，４０１，５０１，７０１，９０１光
導波路コア層１０２，３０２，９０２ｎ型半導体基板４０２，５０２ｐ型半導体基板１０３，１０５，３０５，４０３，４０５，４０７，５
０３，５０５，９０３，９０５ｐ型半導体層１０４，３０４，４０４，５０４，９０４ｎ型半導体
層３０６，５０６半絶縁半導体層７０２，７０５半導体クラッド層７１０，９１０出射光７１１入射光９０８レーザ活性層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】リッジ構造を有し、かつ第１のクラッド
層を構成するｎ型半導体基板、該ｎ型半導体基板のリッ
ジ構造上に形成されたコア層、前記ｎ型半導体基板上に
形成され、前記コア層を含むリッジ構造を埋め込むよう
に配置されたｐ型の第２のクラッド層、該第２のクラッ
ド層領域を介して前記コア層の両脇近傍に配置されたｎ
型の第３のクラッド層、および前記コア層、第２のクラ
ッド層の一部および前記第３のクラッド層上に配置され
たｐ型の第４のクラッド層を有する光結合デバイスにお
いて、前記コア層の光出射側の断面寸法が導波光のスポットサ
イズより小さく、前記第３のクラッド層の屈折率が前記
第２および第４のクラッド層の屈折率より小さく、かつ
前記コア層と前記第２および第４のクラッド層で構成さ
れる導波路構造を取り囲むように前記第３のクラッド層
が配置され、（リッジ構造の高さ）≦（第２のクラッド
層の厚さ＋第３のクラッド層の厚さ）であることを特徴
とする光結合デバイス。
【請求項２】前記第２のクラッド層が高抵抗層である
ことを特徴とする請求項１に記載の光結合デバイス。
【請求項３】（第２のクラッド層の厚さ＋第３のクラ
ッド層の厚さ）−（リッジ構造の高さ）が０．６μｍ以
上であることを特徴とする請求項１または２に記載の光
結合デバイス。
【請求項４】前記ｎ型半導体基板のリッジ構造の高さ
が０．５μｍから３．０μｍであることを特徴とする請
求項１から３のいずれかに記載の光結合デバイス。
【請求項５】リッジ構造を有し、かつ第１のクラッド
層を構成するｐ型半導体基板、該ｐ型半導体基板のリッ
ジ構造上に形成されたコア層、前記ｐ型半導体基板上に
形成され、前記コア層を含むリッジ構造を埋め込むよう
に配置されたｐ型の第２のクラッド層、該第２のクラッ
ド層領域を介して前記コア層の両脇近傍に配置されたｎ
型の第３のクラッド層、前記第２のクラッド層の一部お
よび前記第３のクラッド層上に前記コア層を埋め込むよ
うに配置されたｐ型の第４のクラッド、および前記コア
層と前記第４のクラッド層上に配置されたｎ型の第５の
クラッド層を有する光結合デバイスにおいて、前記コア層の光出射側の断面寸法が導波光のスポットサ
イズより小さく、前記第３のクラッド層の屈折率が前記
第２および第４のクラッド層の屈折率より小さく、かつ
前記コア層と前記第１、第２および第４のクラッド層で
構成される導波路構造を取り囲むように前記第３のクラ
ッド層が配置され、（コア層から第５のクラッド層の平
坦部までの距離）≦（第３のクラッド層の厚さ＋第４の
クラッド層の厚さ）であることを特徴とする光結合デバ
イス。
【請求項６】前記第２のクラッド層が高抵抗層である
ことを特徴とする請求項５に記載の光結合デバイス。
【請求項７】（第３のクラッド層の厚さ＋第４のクラ
ッド層の厚さ）−（コア層から第５のクラッド層の平坦
部までの距離）が０．６μｍ以上であることを特徴とす
る請求項５または６に記載の光結合デバイス。
【請求項８】前記ｐ型半導体基板のリッジ構造の高さ
が０．５μｍから３．０μｍであることを特徴とする請
求項５から７のいずれかに記載の光結合デバイス。