KR101401223B1 - 광 반도체 장치 및 광 도파로 장치 - Google Patents

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Abstract

스폿 사이즈가 작은 광 도파로와 도파로형 광 기능 부품 사이의 광 결합 효율이 높은 광 도파 회로를 제공한다. 광 도파로와 도파로형 광 기능 부품의 코어를 각각 근접시키고, 도파로형 광 기능 부품의 코어에 연속해서 실효적 굴절률이 접속 대상의 도파로를 향하여 낮아지도록 층을 형성한다.
실리콘 기판, 실리콘 산화막, 실리콘 코어층, 화합물 반도체 기판, 공진기 영역, 모드 변환 영역

Description

광 반도체 장치 및 광 도파로 장치{OPTICAL SEMICONDUCTOR DEVICE AND OPTICAL WAVEGUIDE DEVICE}
본 발명은 광 반도체 장치 및 광 도파로 장치에 관한 것으로, 특히, 광 도파로 사이를 광학적으로 저손실로 결합하는 기술에 관한 것이다.
최근의 통신 트래픽의 증대에 수반하여, 대용량의 광통신 장치의 수요가 높아지고 있다. 이 때문에, 장치의 대용량화에 유효한 광 부품의 소형화가 각처에서 활발히 연구되고 있다. 예를 들면, 광도파 회로를 소형화하기 위해 Si 세선(nano wire)을 이용하는 기술이 연구되고 있다. Si 세선 광 도파로에서는, 종래의 석영이나 폴리머를 이용한 경우에 비해 광을 코어 내부에 보다 강하게 가둘 수 있다. 이 때문에, 허용 최소 곡률 반경이 저감하여, 광도파 회로의 소형화가 가능하게 된다. 한편, Si 세선 광 도파로에서는 광의 스폿 사이즈가 작기 때문에, 반도체 레이저 등의 도파로형 광 기능 부품과의 광 결합 손실이 종래에 비해 증대한다는 문제가 생긴다. 이와 같은 배경 하에서, Si 세선의 광축을 따라 반도체 레이저의 활성층을 직접 접착함으로써, 레이저 광을 효율적으로 Si 세선과 결합시킨 소자가 연구되고 있다(비특허 문헌1). 본 소자의 구성을 도 9를 이용하여 설명한다. 도 9 의 (a)에 조감도, 도 9의 (b)에 도 9의 (a) 내의 A-A'를 통과하는 y-z 단면도를 도시한다. 이들 도면에 도시한 바와 같이, 본 소자에서는 하측으로부터, Si 기판(11), Si 산화막층(12), Si 코어층(13), 화합물 반도체 코어층(14) 및 화합물 반도체 기판(15)이라고 하는 순으로 적층되어 있다. 또한, z축에 수직인 양 끝면에 각각 통상의 파브리페로형 반도체 레이저와 마찬가지로 고반사 코팅(61) 및 저반사 코팅(62)이 실시되고 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, z축을 광축으로 하고, 도면 내의 z0과 z1 사이를 공진기 영역(21)으로 한 반도체 레이저를 형성할 수 있다. 즉, 본 구성을 전류 주입 내지는 광 여기함으로써 레이저 발진이 얻어진다. 이 때, 이득은 화합물 반도체 코어층(14)으로부터 생기고, 화합물 반도체 코어층(14)이 반도체 레이저의 활성층으로 된다. 또한, 반도체 레이저의 하측 클래드층(cladding layer) 및 상측 클래드층은, 각각 Si 코어층(13) 및 화합물 반도체 기판(15)이 그 기능을 겸한다. 이 때, 일반적으로 Si의 굴절률은 화합물 반도체에 비해 높기 때문에, 본 구성에 따르면 광 강도 분포(41)의 중심은, 화합물 반도체 코어층(14) 내가 아니고, Si 코어층(13) 내에 있다(도 9의 (b)에 도시되어 있는 바와 같음). 이 때문에, 본 소자는 Si 세선 광 도파로와의 사이에서 높은 광 결합을 얻을 수 있다. 도 10에, 도 9에서의 xy 평면에서의 단면에서의 광 강도 분포(41)를 나타낸다. 전술한 바와 같이 광 강도 분포(41)의 중심은 Si 코어층(13) 내에 있기 때문에, 광의 대부분은 Si 코어층(13) 내에 가두어져 있다. 그러나, 일부의 광은 화합물 반도체 코어층(14) 내에 누출하고 있기 때문에 이득을 얻을 수 있어, 레이저 발진이 가능하게 된다. 발진한 레이저 광을 다른 기능 부품이나 광 파이버 등에 입사시키기 위해서는, 도 11에 도시한 바와 같이 Si 코어층(13)에 의해 광 회로를 형성하고, 도파광(31)을 유도하면 된다. 여기에서, 다른 기능 부품에 광을 유도하기 위해서 Si 코어층(13)을 늘린 부분, 즉 화합물 반도체 코어층(14) 및 화합물 반도체 기판(15)이 없는 부분에서는, Si 코어층(13)의 상부에 아무것도 형성하지 않고 공기에 노출해 두어도 되고, 폴리머나 Si 산화막층 등으로 Si 코어층(13)을 매립하여도 된다.
[비특허 문헌1] IEEE Photonic Technology Letters, Vol.18, No.10, pp.1143-1145(2006)
[비특허 문헌2] IEEE Photonic Technology Letters, Vol.8, No.4, pp.479-481(1996)
[비특허 문헌3] IEEE J. Quantum Electron., Vol.QE29, No.6, pp.2088-2096(1993)
그러나, 상기 구성에서는 Si 코어층으로부터 다른 기능 부품에 광을 유도할 때 광 손실이 생긴다고 하는 문제가 있다. 즉, 광을 도 11 중의 공진기 영역(21)으로부터 밖으로 유도할 때에 광 손실이 생기게 된다. 여기에서, 공진기 영역(21)이란, 레이저 공진기를 구성하는 부분의 영역 전체를 말한다. 도 12에 이 모습을 도시한다. 도 12는 도 11에서의 공진기 영역(21)의 외측 z2에서의 xy 단면이다. 여기에서는, 공진기 영역(21) 내에서 도파하고 있는 광 중, Si 코어층(13) 내에 존 재하는 광(광 분포(41-1))만 도파할 수 있다. 공진기 영역(21) 밖에서는 화합물 반도체 코어층(14) 및 화합물 반도체 기판(15)이 존재하지 않기 때문에, 공진기 영역(21) 내에서 화합물 반도체 코어층(14) 및 화합물 반도체 기판(15) 내에 누출한 광(광 분포(41-2))은 공진기 영역(21)의 끝면에서 외부로 방사하기 때문이다. 이 방사한 만큼의 광이 손실로 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 Si 세선 등의 도파로와 반도체 레이저 등의 광 기능 부품인 광 도파로를 저손실로 광 결합하는 구성 및 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 요지의 하나는 다음과 같다.
실리콘 기판 상에 형성된 실리콘 산화막과, 상기 실리콘 산화막 상에 형성되고, 또한, 상기 실리콘 기판의 길이 방향 또는 하나의 방향으로 연장하는 실리콘 코어층을 갖는 제1 부재와,
화합물 반도체 기판 상에 화합물 반도체 코어층이 형성된 제2 부재를 갖고,
상기 실리콘 코어층은, 그 내부를 광이 전파하는 것인 것이며,
상기 화합물 반도체 코어층은 공진기 영역과, 모드 변환 영역을 갖고,
상기 공진기 영역의 일단측은, 상기 모드 변환 영역의 일단측과 연속한 영역으로 되어 있고, 또한,
상기 공진기 영역의 광의 전파 방향의 길이와, 상기 모드 변환 영역의 광의 전파 방향의 길이를 합한 합계 길이는 상기 실리콘 코어층의 광의 전파 방향의 길이보다도 짧고,
상기 공진기 영역은 반도체 레이저의 발진 영역이며,
상기 모드 변환 영역은 상기 광의 전파 방향을 향하여, 그 영역의 실효 굴절률의 값이 감소하고 있고,
상기 실리콘 코어층 상의 적어도 일부에, 상기 화합물 반도체 코어층이 고정되고,
상기 실리콘 기판과 상기 화합물 반도체 기판 사이에 두어진 상기 화합물 반도체 코어층의 실효적인 굴절률값은, 상기 실리콘 기판 및 상기 화합물 반도체 기판의 실효적인 굴절률값보다도 높은 것을 특징으로 하는 광 반도체 장치.
본 발명의 실시예의 요지의 하나는 다음과 같다.
투명한 재료로 이루어지는 제1, 제2 및 제3 층을 적어도 갖는 광 도파로 장치로서, 또한, 제3 층은 제1 및 제2 층의 사이에 형성되고, 또한, 제1 층의 굴절률은 제2 층의 굴절률보다 낮으며, 또한, 제2 층의 굴절률은 제3 층의 굴절률보다 낮고, 또한, 제3 층은 제1, 제2 및 제3 층의 적층 방향에 수직인 면 내에서 적어도 2방향으로 광 가둠 구조를 갖는 광 도파로 스트라이프 구조를 적어도 하나 갖고, 또한, 상기 제3 층의 적어도 하나의 광 도파로 스트라이프와 교차하는 적어도 하나의 제2 층의 끝면의 근방에서, 제2 층의 실효적 굴절률이 그 끝면과 교차하는 제3 층의 광 도파로 스트라이프의 장축 방향을 따라 그 끝면을 향하여 낮게 되는 것을 특징으로 하는 광 도파로 장치에 의해 달성할 수 있다.
본 발명에 따르면 광 도파로와 반도체 레이저 등의 광 기능 부품인 광 도파 로를 저손실로 광 결합하는 것이 가능하게 된다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 이용하여 상세히 설명한다.
[실시예 1]
도 1에 본 발명의 제1 실시예를 나타낸다. 도 1의 (a)에 조감도, 도 1의 (b)에 도 1의 (a) 내의 A-A'를 통과하는 y-z 단면도를 도시한다. 본 소자는 반도체 레이저의 공진기 영역(21), 모드 변환 영역(22) 및 Si 세선 영역(23)으로 이루어진다. 공진기 영역(21)에서는 하측으로부터, Si 기판(11), Si 산화막층(12), Si 코어층(13), 화합물 반도체 코어층(14) 및 화합물 반도체 기판(15)이라고 하는 순으로 적층되어 있다. 여기에서, Si 산화막층(12)의 굴절률 n1은 화합물 반도체 코어층(14)의 굴절률 n2보다 낮고, 또한, 화합물 반도체 코어층(14)의 굴절률 n2는 Si 코어층(13)의 굴절률 n3보다 낮다. 즉, n1<n2<n3이다. 또한, 공진기 영역(21)에서는 화합물 반도체 코어층(14)과 화합물 반도체 기판(15) 사이에 그레이팅(51)이, z0 끝면에 고반사 코팅(61)이 형성되어 분포 귀환형 반도체 레이저의 공진기가 형성되어 있다. 모드 변환 영역(22)에서는 하측으로부터, Si 기판(11), Si 산화막층(12), Si 코어층(13), 화합물 반도체 코어층(14) 및 화합물 반도체 기판(15)이라고 하는 순으로 적층되어 있다. Si 세선 영역(23)에서는 하측으로부터, Si 기판(11), Si 산화막층(12), Si 코어층(13)이라고 하는 순으로 적층되어 있다. 어느쪽의 영역에서도 Si 코어층(13)은 리브형의 도파로 스트라이프를 형성하고 있다. 또한, Si 코어층(13)은 폴리머나 Si 산화막 등으로 매립해도 된다. 또한, 본 실시 예에서는 끝면에 고반사 코팅을 실시한 예를 들었지만, 본 발명이 이 예에 한정되지 않는 것은 물론이다. 예를 들면, 무반사 코팅을 실시해도 되고, 아무 코팅도 하지 않아도 된다. 또한, 본 실시예에서는 공진기형으로서, 분포 귀환형을 예로 들었지만, 본 발명이 이 예에 한정되지 않는 것은 물론이다. 예를 들면, 파브리페로형이나 그 밖의 형태의 공진기를 형성해도 된다.
도 2a의 (a)에, 화합물 반도체 코어층(14)에서의 실효 굴절률 분포(35)를 도시한다. 도 2a의 (a)에 도시한 바와 같이, 화합물 반도체 코어층(14)에서의 실효 굴절률은, 모드 변환 영역(22) 내에서 모드 변환 영역(22)의 끝면 z2를 향하여 낮게 되어 있다. 일반적으로 광은 굴절률이 높은 영역에 보다 많이 분포된다. 이 때문에, 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이 공진기 영역(21)에서 화합물 반도체 코어층(14)으로 크게 누출되어 있던 광은, 화합물 반도체 코어층(14) 내의 실행 굴절률을 낮게 함으로써 모드 변환 영역(22) 내에서 차례로 굴절률이 높은 Si 코어층(13) 내에 가두어져 가고, Si 세선 영역(23)에서는 고유 모드로 거의 동일한 광 빔 형상을 얻을 수 있다.
광 도파로의 결합 손실은, 결합시키는 광의 빔 형상과 결합처의 광 도파로의 고유 모드와의 겹침이 클수록, 작아진다. 따라서, 본 구성에 따르면 공진기 영역(21)으로부터의 광을 Si 세선 영역(23)에 저손실로 결합할 수 있으며, Si 세선 영역(23)으로부터 충분한 강도의 광 빔(31)을 얻을 수 있다.
도 2a의 (a)에서는, 화합물 반도체 코어층(14)에서의 실효 굴절률을 광축 방향의 위치 z1로부터 z2에 대하여 선형으로 감소시키는 경우를 나타냈지만, 도 2a의 (b)에 도시한 바와 같이 비선형으로 감소시켜도 된다.
화합물 반도체 코어층(14)의 굴절률 분포를 도 2에 도시한 바와 같이 하기 위해서는, 예를 들면, 화합물 반도체 코어층(14)의 혼정화를 Si 코어층(13)의 스트라이프 방향을 따라 정도를 변조하여 행하거나, 화합물 반도체 코어층(14)에의 이온 주입을 Si 코어층(13)의 스트라이프 방향을 따라 농도를 변조하여 행하거나, 화합물 반도체 코어층(14)의 막 두께를 Si 코어층(13)의 스트라이프 방향을 따라 변조하거나 하면 된다.
여기서, 우선, 이온 주입에 의해 도 2a의 (a) 내지는 (b)에 도시한 실효 굴절률 분포를 제작하는 방법을 설명한다. 일반적으로 반도체의 도너 혹은 억셉터로 되는 원소를 임플랜트하는 경우, 반도체의 굴절률은 임플랜트 농도가 높을수록 낮아진다. 이 때문에, 도 2b의 (a) 내지는 (b)에 도시한 바와 같이 임플랜트 농도(36)를, Si 코어층(13)의 스트라이프 방향을 따라 변조하면, 화합물 반도체 코어층(14)에서 도 2a의 (a) 내지는 (b)에 도시한 실효 굴절률 분포를 만들 수 있다.
다음으로, 화합물 반도체 코어층(14)의 막 두께를 변조함으로써, 도 2a의 (a) 내지는 (b)에 도시한 실효 굴절률 분포를 제작하는 방법을 설명한다. 화합물 반도체 코어층(14)의 실효 굴절률은 막 두께가 작을수록 낮게 된다. 이 때문에, 도 2c의 (a) 내지는 (b)에 도시한 바와 같이 화합물 반도체 코어층(14)의 막 두께(37)를, Si 코어층(13)의 스트라이프 방향을 따라 변조하면, 화합물 반도체 코어층(14)에서 도 2a의 (a) 내지는 (b)에 도시한 실효 굴절률 분포를 만들 수 있다. 또한, 도 2c의 (a) 내지는 (b)에 도시하는 바와 같은 막 두께 분포를 제작하기 위 해서는, 유전체나 Si 마스크를 이용한 영역 선택 성장에 따르면 된다(비특허 문헌2, 3의 기술을 참조할 것).
[실시예 2]
도 3에 본 발명의 제2 실시예를 나타낸다. 본 실시예에서는 모드 변환 영역(22)에서 화합물 반도체 코어층(14)을 테이퍼 형상으로 가공함으로써, 굴절률 변조를 실현하고 있다.
여기서, 우선, 화합물 반도체 코어층(14)을 테이퍼 형상으로 가공함으로써 도 2a의 (a) 내지 (b)에 도시한 실효 굴절률 분포를 제작하는 방법을 설명한다. 화합물 반도체 코어층(14)의 실효 굴절률은 스트라이프폭이 작을수록 낮게 된다. 이 때문에, 도 3b의 (a) 내지는 (b)에 도시한 바와 같이 화합물 반도체 코어층(14)의 스트라이프 폭(38)을, Si 코어층(13)의 스트라이프 방향을 따라 테이퍼 형상으로 변조하면, 화합물 반도체 코어층(14)에서 도 2a의 (a) 내지는 (b)에 도시한 실효 굴절률 분포를 만들 수 있다.
도 4a에 본 실시예의 제작법을 도시한다. 처음에, 화합물 반도체 부분과 Si도파로 부분을 별개의 부재로 제작한다. 다음으로, 화합물 반도체 부분의 화합물 반도체 코어층(14)과 Si 도파로 부분 Si 코어층(13)을 접합하면 완성된다.
도 4a에 화합물 반도체 부분에서 화합물 반도체 코어층(14)을 테이퍼 형상으로 가공하는 방법을 나타낸다. 우선, 도 4b의 (a)에 도시한 바와 같이 화합물 반도체 기판(15) 상에 화합물 반도체 코어층(14)을 적층하고, 또한 그 위에 에칭 마스크(16)를 제작한다. 다음으로, 도 4b의 (b)에 도시한 바와 같이 화합물 반도체 코어층(14)을 에칭한다. 마지막으로, 도 4b의 (c)에 도시한 바와 같이 에칭 마스크(16)를 제거한다. 여기에서, 에칭 마스크(16)의 폭을 도 3a의 z1로부터 z2를 향하여 가늘게 하도록 하면, 도 3a에 도시한 바와 같은 테이퍼 부분을 갖는 화합물 반도체 코어층(14)을 얻을 수 있다.
도 3a에서는, 화합물 반도체 코어층(14)에서의 테이퍼가 복수개 있는 경우를 나타냈지만, 도 5와 같이 하나만 형성해도 된다.
[실시예 3]
도 6에 본 발명의 제3 실시예를 나타낸다. 본 실시예에서는 모드 변환 영역(22)에서 화합물 반도체 코어층(14)의 끝면과 광 도파로 스트라이프의 측벽(13-1)이 교차하도록 가공함으로써, 굴절률 변조를 실현하고 있다. 본 실시예에서는, 화합물 반도체 코어층(14)의 미세 가공이 불필요하기 때문에 제작이 용이해진다.
[실시예 4]
도 7에 본 발명의 제4 실시예를 나타낸다. 본 실시예에서는, 모드 변환 영역(22) 근방에서 광 도파로 스트라이프의 측벽(13-1)을 곡선 형상으로 가공함으로써, 광 결합 효율의 향상을 도모하고 있다. 도 7에는 광 도파로 스트라이프폭을 좁히는 경우를 나타냈지만, 도 8과 같이 넓히는 경우나 다른 형상으로 가공해도 된다.
[실시예 5]
도 13에 본 발명의 제5 실시예를 나타낸다. 본 발명에서는, 본 실시예와 같이 Si 코어층(13)의 광축에 수직인 단면이 사각형으로 되어 있어도 된다.
본 발명은 상기 실시예 내에 나타낸 재료 및 광 가둠 방식 등에 한정되지 않고 유효하다.
또한, 본 발명의 실시예에 관련되는 기술적 사항은 다음과 같다.
1. 투명한 재료로 이루어지는 제1, 제2 및 제3 층을 적어도 갖는 광 도파로 장치로서, 또한, 제3 층은 제1 및 제2 층의 사이에 형성되고, 또한, 제1 층의 굴절률은 제2 층의 굴절률보다 낮고, 또한, 제2 층의 굴절률은 제3 층의 굴절률보다 낮고, 또한, 제3 층은 제1, 제2 및 제3 층의 적층 방향에 수직인 면 내에서 적어도 2방향으로 광 가둠 구조를 갖는 광 도파로 스트라이프 구조를 적어도 하나 갖고, 또한, 상기 제3 층의 적어도 하나의 광 도파로 스트라이프와 교차하는 적어도 하나의 제2 층의 끝면의 근방에서, 제2 층의 실효적 굴절률이 그 끝면과 교차하는 제3 층의 광 도파로 스트라이프의 장축 방향을 따라 그 끝면을 향하여 낮게 되는 것을 특징으로 하는 광 도파로 장치.
2. 상기 제3 층의 적어도 하나의 광 도파로 스트라이프와 교차하는 적어도 하나의 제2 층의 끝면의 근방에서, 그 끝면과 교차하는 제3 층의 광 도파로 스트라이프의 장축 방향을 따라 그 끝면을 향하여 층 두께 방향에 수직인 면 내에서의 폭이 좁아지는 테이퍼 구조를 적어도 하나 갖도록 제2 층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 1에 기재된 광 도파로 장치.
3. 상기 제3 층의 적어도 하나의 광 도파로 스트라이프와 교차하는 적어도 하나의 제2 층의 끝면의 법선의 층 두께 방향에 수직인 면 내에서의 성분이 그 광 도파로 스트라이프의 장축 방향과 교차하는 것을 특징으로 하는 상기 1에 기재된 광 도파로 장치.
4. 상기 제3 층의 적어도 하나의 광 도파로 스트라이프와 교차하는 적어도 하나의 상기 제2 층의 끝면의 근방에서, 상기 제2 층 내에 상기 제2 층의 주성분과 서로 다른 재료를 주입하고, 또한, 주입한 재료의 농도가 그 광 도파로 스트라이프의 장축 방향을 따라 변조되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 1에 기재된 광 도파로 장치.
5. 상기 제1 층이 실리콘 산화막이며, 또한, 상기 제2 층이 화합물 반도체이며, 또한, 상기 제3 층이 실리콘인 것을 특징으로 하는 상기 2에 기재된 광 도파로 장치.
6. 상기 제1 층이 실리콘 산화막이며, 또한, 상기 제2 층이 화합물 반도체이며, 또한, 상기 제3 층이 실리콘인 것을 특징으로 하는 상기 3에 기재된 광 도파로 장치.
7. 상기 제1 층이 실리콘 산화막이며, 또한, 상기 제2 층이 화합물 반도체이며, 또한, 상기 제3 층이 실리콘인 것을 특징으로 하는 상기 4에 기재된 광 도파로 장치.
8. 상기 제2 층의 실효적 굴절률이 상기 제3 층의 광 도파로 스트라이프를 따라 낮게 되어 있지 않은 영역이 반도체 레이저로서 기능하는 것을 특징으로 하는 상기 5에 기재된 광 도파로 장치.
9. 상기 제2 층과 상기 제3 층 사이에 투명 전극을 갖는 것을 특징으로 하는 상기 8에 기재된 광 도파로 장치.
10. 상기 제2 층의 실효적 굴절률이 상기 제3 층의 광 도파로 스트라이프를 따라 낮게 되어 있지 않은 영역이 포토디텍터로서 기능하는 것을 특징으로 하는 상기 5에 기재된 광 도파로 장치.
11. 상기 제2 층과 상기 제3 층 사이에 투명 전극을 갖는 것을 특징으로 하는 상기 10에 기재된 광 도파로 장치.
12. 상기 제2 층의 실효적 굴절률이 상기 제3 층의 광 도파로 스트라이프를 따라 낮게 되어 있지 않은 영역이 광 변조기로서 기능하는 것을 특징으로 하는 상기 5에 기재된 광 도파로 장치.
13. 상기 제2 층과 상기 제3 층 사이에 투명 전극을 갖는 것을 특징으로 하는 상기 12에 기재된 광 도파로 장치.
14. 상기 제2 층의 실효적 굴절률이 상기 제3 층의 광 도파로 스트라이프를 따라 낮게 되어 있지 않은 영역이 반도체 레이저로서 기능하는 것을 특징으로 하는 상기 6에 기재된 광 도파로 장치.
15. 상기 제2 층과 상기 제3 층 사이에 투명 전극을 갖는 것을 특징으로 하는 상기 14에 기재된 광 도파로 장치.
16. 상기 제2 층의 실효적 굴절률이 상기 제3 층의 광 도파로 스트라이프를 따라 낮게 되어 있지 않은 영역이 포토디텍터로서 기능하는 것을 특징으로 하는 상기 6에 기재된 광 도파로 장치.
17. 상기 제2 층과 상기 제3 층 사이에 투명 전극을 갖는 것을 특징으로 하는 상기 16에 기재된 광 도파로 장치.
18. 상기 제2 층의 실효적 굴절률이 상기 제3 층의 광 도파로 스트라이프를 따라 낮게 되어 있지 않은 영역이 광 변조기로서 기능하는 것을 특징으로 하는 상기 6에 기재된 광 도파로 장치.
19. 상기 제2 층과 상기 제3 층 사이에 투명 전극을 갖는 것을 특징으로 하는 상기 18에 기재된 광 도파로 장치.
도 1은 본 발명의 제1 실시예의 구조를 도시하는 도면.
도 2a는 화합물 반도체 코어층에서의 실효 굴절률 분포를 도시하는 도면.
도 2b는 화합물 반도체 코어층에서의 실효 굴절률 분포를 도시하는 도면.
도 2c는 화합물 반도체 코어층에서의 실효 굴절률 분포를 도시하는 도면.
도 3a는 본 발명의 제2 실시예를 도시하는 도면.
도 3b는 본 발명의 제2 실시예를 도시하는 도면.
도 4a는 본 발명의 제2 실시예의 제작법을 도시하는 도면.
도 4b는 본 발명의 제2 실시예의 제작법을 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 제2 실시예의 다른 형태를 도시하는 도면.
도 6은 본 발명의 제3 실시예를 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 제4 실시예를 도시하는 도면.
도 8은 본 발명의 제4 실시예의 다른 형태를 도시하는 도면.
도 9는 종래의 광 도파로 장치의 구조를 도시하는 도면.
도 10은 종래의 광 도파로 장치에서의 광 강도 분포를 도시하는 도면.
도 11은 종래의 광 도파로 장치의 다른 형태를 도시하는 도면.
도 12는 종래의 광 도파로 장치에서의 광 강도 분포를 도시하는 도면.
도 13은 본 발명의 제4 실시예의 다른 형태를 도시하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11: Si 기판
12: Si 산화막층
13: Si 코어층
13-1: 광 도파로 스트라이프의 측벽
14: 화합물 반도체 코어층
15: 화합물 반도체 기판
16: 에칭 마스크
21: 공진기 영역
22: 모드 변환 영역
23: Si 세선 영역
31: 광 빔
35: 실효 굴절률 분포
41: 광 강도 분포
41-1: Si 코어층 내에서의 광 강도 분포
41-2: 화합물 반도체 코어층(14) 및 화합물 반도체 기판(15) 내에서의 광 강도 분포
51: 그레이팅
61: 고반사 코팅
62: 저반사 코팅

Claims (20)

  1. 실리콘 기판 상에 형성된 실리콘 산화막과, 상기 실리콘 산화막 상에 형성되고, 또한, 상기 실리콘 기판의 길이 방향 또는 하나의 방향으로 연장하는 실리콘 코어층을 갖는 제1 부재와,
    화합물 반도체 기판 상에 화합물 반도체 코어층이 형성된 제2 부재를 갖고,
    상기 실리콘 코어층은, 그 내부를 광이 전파하는 것이고,
    상기 화합물 반도체 코어층은 공진기 영역과, 모드 변환 영역을 갖고,
    상기 공진기 영역의 일단측은, 상기 모드 변환 영역의 일단측과 연속한 영역으로 되어 있고, 또한,
    상기 공진기 영역의 광의 전파 방향의 길이와, 상기 모드 변환 영역의 광의 전파 방향의 길이를 합한 합계 길이는 상기 실리콘 코어층의 광의 전파 방향의 길이보다도 짧고,
    상기 공진기 영역은 반도체 레이저의 발진 영역이며,
    상기 모드 변환 영역은 상기 광의 전파 방향을 향하여, 그 영역의 실효 굴절률의 값이 감소하고 있고,
    상기 실리콘 코어층 상의 적어도 일부에, 상기 화합물 반도체 코어층이 고정되고,
    상기 실리콘 코어층과 상기 화합물 반도체 기판 사이에 두어진 상기 화합물 반도체 코어층의 실효적인 굴절률값은, 상기 실리콘 코어층의 실효적인 굴절률보다 낮고, 또한 상기 화합물 반도체 기판의 실효적인 굴절률보다 높은 것을 특징으로 하는 광 반도체 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘 기판 및 상기 화합물 반도체 기판에 의해, 상기 실리콘 코어층 및 상기 화합물 반도체 코어층 내의 광은 가두어지는 것을 특징으로 하는 광 반도체 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 모드 변환 영역에는 광의 전파 방향을 향하여 굴절률이 감소하는 하나 또는 복수개의 굴절률 감소 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 광 반도체 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 모드 변환 영역의 선단 부분 및 그보다도 내측의 부분에는, 테이퍼 형상으로 끝이 가늘어진 부분이 형성되고, 상기 테이퍼 형상의 부분이, 상기 실리콘 코어층과 겹쳐져 있고, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재가 광 결합하는 것을 특징으로 하는 광 반도체 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘 코어층 중 적어도 일부는 릿지(ridge) 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 광 반도체 장치.
  6. 투명한 재료로 이루어지는 제1, 제2 및 제3 층을 적어도 갖는 광 도파로 장치로서, 또한, 제3 층은 제1 및 제2 층 사이에 형성되고, 또한, 제1 층의 굴절률은 제2 층의 굴절률보다 낮으며, 또한, 제2 층의 굴절률은 제3 층의 굴절률보다 낮고, 또한, 제3 층은 제1, 제2 및 제3 층의 적층 방향에 수직인 면 내에서 적어도 2방향으로 광 가둠 구조를 갖는 광 도파로 스트라이프 구조를 적어도 하나 갖고, 또한, 상기 제3 층의 적어도 하나의 광 도파로 스트라이프와 교차하는 적어도 하나의 제2 층의 끝면의 근방에서, 제2 층의 실효적 굴절률이 그 끝면과 교차하는 제3 층의 광 도파로 스트라이프의 장축 방향을 따라 그 끝면을 향하여 낮게 되는 것을 특징으로 하는 광 도파로 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제3 층의 적어도 하나의 광 도파로 스트라이프와 교차하는 적어도 하나의 제2 층의 끝면의 근방에서, 그 끝면과 교차하는 제3 층의 광 도파로 스트라이프의 장축 방향을 따라 그 끝면을 향하여 층 두께 방향에 수직인 면 내에서의 폭이 좁아지는 테이퍼 구조를 적어도 하나 갖도록 제2 층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 도파로 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제3 층의 적어도 하나의 광 도파로 스트라이프와 교차하는 적어도 하나 의 제2 층의 끝면의 법선의 층 두께 방향에 수직인 면 내에서의 성분이 그 광 도파로 스트라이프의 장축 방향과 교차하는 것을 특징으로 하는 광 도파로 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제3 층의 적어도 하나의 광 도파로 스트라이프와 교차하는 적어도 하나의 상기 제2 층의 끝면의 근방에서, 상기 제2 층 내에 상기 제2 층의 주성분과 서로 다른 재료를 주입하고, 또한, 주입한 재료의 농도가 그 광 도파로 스트라이프의 장축 방향을 따라 변조되어 있는 것을 특징으로 하는 광 도파로 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 층이 실리콘 산화막이며, 또한, 상기 제2 층이 화합물 반도체이며, 또한, 상기 제3 층이 실리콘인 것을 특징으로 하는 광 도파로 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제1 층이 실리콘 산화막이며, 또한, 상기 제2 층이 화합물 반도체이며, 또한, 상기 제3 층이 실리콘인 것을 특징으로 하는 광 도파로 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제1 층이 실리콘 산화막이며, 또한, 상기 제2 층이 화합물 반도체이며, 또한, 상기 제3 층이 실리콘인 것을 특징으로 하는 광 도파로 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제2 층의 실효적 굴절률이 상기 제3 층의 광 도파로 스트라이프를 따라 낮게 되어 있지 않은 영역이 반도체 레이저로서 기능하는 것을 특징으로 하는 광 도파로 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 층과 상기 제3 층 사이에 투명 전극을 갖는 것을 특징으로 하는 광 도파로 장치.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 제2 층의 실효적 굴절률이 상기 제3 층의 광 도파로 스트라이프를 따라 낮게 되어 있지 않은 영역이 포토디텍터로서 기능하는 것을 특징으로 하는 광 도파로 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제2 층과 상기 제3 층 사이에 투명 전극을 갖는 것을 특징으로 하는 광 도파로 장치.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 제2 층의 실효적 굴절률이 상기 제3 층의 광 도파로 스트라이프를 따라 낮게 되어 있지 않은 영역이 광 변조기로서 기능하는 것을 특징으로 하는 광 도파로 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제2 층과 상기 제3 층 사이에 투명 전극을 갖는 것을 특징으로 하는 광 도파로 장치.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 제2 층의 실효적 굴절률이 상기 제3 층의 광 도파로 스트라이프를 따라 낮게 되어 있지 않은 영역이 반도체 레이저로서 기능하는 것을 특징으로 하는 광 도파로 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제2 층과 상기 제3 층 사이에 투명 전극을 갖는 것을 특징으로 하는 광 도파로 장치.
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