JP2004200697A - 集積光学装置及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】光素子、光絶縁器などを独立的に制作する必要がなく、各光素子の集積化過程で同時に形成できる内部光絶縁器を備えた集積光学装置を提供する。
【解決手段】本発明の集積光学装置は、光導波路２を備える２以上の光学装置１０，２０と、これら光学装置間に介在して該光学装置間の光導波路を遮断し、光学装置を光的／電気的に絶縁するインナーウィンドウ３０と、を基板に集積したことを特徴とする。このようなインナーウィンドウは、装置間の光導波路を含む領域を基板から除去して半導体物質で充填する、あるいは、光導波路を含む領域を基板から除去して何も充填しないで形成することができる。本発明によると、各装置間の光的絶縁のために独立した光絶縁器を別途に使用する必要がない。
【選択図】 図１

Description

本発明は、少なくとも２つの光学装置を基板に集積した集積光学装置に関し、特に、集積した光学装置間の光的絶縁を実現した集積光学装置及びその製造方法に関する。
一般的に、光通信において１０Gbps以上の超高速光信号伝送のためには１５５０nm波長帯域が使用され、このような波長帯域は、低い吸収率を有する。電界吸収型光変調器(electro-absorption optical modulator)を結合した分布帰還型レーザーダイオード(Distributed-Feedback Laser Diode: ＤＦＢ ＬＤ)を使用すると、光伝送システムの制作が容易である。しかしながら、電界吸収型光変調レーザー(electro-absorption modulated laser: ＥＭＬ)の場合、光出力が低いため、光信号の長距離伝送には問題がある。その結果、光出力を増加させるために、半導体光増幅器(Semiconductor Optical Amplifier: ＳＯＡ)を集積する案が提示されている。
このような集積デバイスの場合、分布帰還型レーザーダイオードと電界吸収型光変調器との間の電気的絶縁、または、半導体光増幅器と電界吸収型光変調器または分布帰還型レーザーダイオードとの間の電気的絶縁、光的絶縁が、集積された素子の性能を決定する重要要素である。
従来では、集積素子間の光的／電気的絶縁のために、実際に２つ以上の素子をそれぞれ独立的に（別個に）制作して電気的に絶縁し、これらの間に独立的な（別途の）光絶縁器(Optical Isolator)などを挿入して光的に絶縁する技術を使用している。
しかしながら、このような従来技術は、以下のような問題点がある。
第１に、独立的な光絶縁器を使用するので、制作コストが増加する。
第２に、独立した素子間に光絶縁器を挿入する過程で光結合効率が減少し、光出力が減少する。さらに、結合効率を増加させるために、特別な構造の設計が必要である。従って、制作のために多くの時間及びコストが必要になり、実際に、結合効率に対する素子間の分布が非常に多様である。
第３に、独立した素子及び光絶縁器を利用した素子は、それぞれの素子及び光絶縁器で発生する外部環境に対する許容誤差(tolerance)が非常に大きくなるので、素子の光出力の外部環境に対する信頼性が減少する。
本発明の目的は、光素子、光絶縁器などを独立的に制作する必要がなく、各光素子の集積化過程で同時に形成できる内部光絶縁器を備える集積光学装置及びその製造方法を提供することにある。
このような目的を達成するため、本発明の集積光学装置は、光導波路を備える２以上の光学装置と、これら光学装置間に介在して該光学装置間の光導波路を遮断し、各光学装置を光的／電気的に絶縁する少なくとも１つのインナーウィンドウと、を基板に集積したことを特徴とする。この場合、光学装置間の光絶縁度は、インナーウィンドウの長さによって調節できる。このようなインナーウィンドウは、光学装置間の光導波路を含む領域を基板から除去して、半導体物質で充填することで形成する、あるいは、光導波路を含む領域を基板から除去して何も充填しないで形成することができる。また、光学装置間の電気的絶縁は、インナーウィンドウの構成物質の電導度によって調節できる。たとえば、インナーウィンドウの構成物質を半導体とし、不純物のドーピング量によって電導度を調節することができる。
光学装置がレーザーダイオード及び半導体光増幅器の場合、インナーウィンドウはそのレーザーダイオードと半導体光増幅器との間に形成することができる。この場合のレーザーダイオードは、電界吸収型変調器を結合した分布帰還型レーザーダイオードとすることができる。
また、本発明によれば、それぞれ光導波路を備える２以上の光学装置を基板に形成する過程と、これら光学装置間の光導波路を無効にする過程と、を含み、その光導波路の無効部分から光学装置を光的／電気的に絶縁させるインナーウィンドウを形成することを特徴とする集積光学装置製造方法を提供する。この方法では、インナーウィンドウの長さを調節して光学装置間の光絶縁度を調節する過程をさらに含むことができる。また、光学装置間の光導波路を無効にする過程は、光学装置間の光導波路を含む領域を基板から除去する過程とすることができ、該除去領域を半導体物質で充填する過程をさらに含むことができる。このような場合、インナーウィンドウの構成物質の電導度の調節によって光学装置間の電気的絶縁を調節する過程をさらに含むことができ、その電導度は、インナーウィンドウの構成物質の不純物ドーピング量によって調節する手法が可能である。
本発明による集積光学装置及びその製造方法は、それぞれ固有の特性を有する光学素子の集積時、各光学装置間の光導波路を除去し、光的／電気的絶縁のためのインナーウィンドウ(inner window)を介在させることによって、以下のような効果を得ることができる。
第１に、それぞれの素子を独立的に制作する難しさをなくし、製造工程及び時間を低減することができる。
第２に、光結合効率を増大させるために、光導波路の構造の変更のような付加的な設計を必要としない。
第３に、それぞれの素子間の光的絶縁のために独立的な光絶縁器を別途に使用する必要がないので、製造コストを減少させることができ、素子間の光結合を調節する必要がないので、製造工程時間を短縮することができる。
以下、本発明の好適な実施形態について添付図を参照しつつ詳細に説明する。図面中、同一な構成要素及び部分には、可能な限り同一な符号及び番号を共通使用するものとする。下記の説明において、本発明の要旨のみを明確にする目的で、関連した公知機能又は構成に関する具体的な説明は省略する。
まず、図１を用いて本例の集積光学装置における光的絶縁の原理を説明する。
図１に示すように、集積光学装置は、第１光学装置１０、第２光学装置２０、及び第１光学装置と第２光学装置との間に介在するインナーウィンドウ(inner window)３０から構成される。光学装置１０，２０を構成する物質層は、基板１上に形成され、光導波路２を共有する構造を有する。光導波路２は、クラッド層３によってカバーされることが望ましい。図１において、符号４は電極を示す。光学装置１０，２０を構成する物質層に対する詳細構成は、公知技術であるので、省略する。
本例のインナーウィンドウ３０は、光学装置１０，２０間に介在する光導波路２の除去部分で、これら光学装置を光的／電気的に絶縁する機能を遂行する。
まず、電気的絶縁は、インナーウィンドウ３０を構成する物質の電導度を調節することによって行われる。実際に、半導体物質の場合、不純物(dopant)のドーピング量を調節することによってできる。
光的絶縁の原理を説明すると、以下のようである。半導体素子の内部に存在する光モードは、屈折率の差から発生する光導波路によって拘束され、このような光拘束が半導体素子の動作を可能にする。レーザーの場合、光拘束は、発振を可能にし、光変調器の場合は、吸収を可能にして変調信号を発生する。さらに、半導体光増幅器の場合は、光増幅効率の増大を可能にする。
図１を参照すると、第１光学装置１０で拘束された光は、光導波路が除去されたインナーウィンドウ３０で光拘束がなくなって発散される。この発散される光Ｄがインナーウィンドウ３０を通過して第２光学装置２０に存在する光導波路に再び結合する効率は、著しく減少する。従って、各装置間の光結合(光損失)、つまり、光的絶縁が可能になる。この時、結合効率または光絶縁量は、インナーウィンドウ３０の長さによって調節できる。
このように、インナーウィンドウ３０の技術的な原理は、光導波路を共有する２つの装置間の光導波路を無効にすることであり、インナーウィンドウ３０は、以下のような多様な方法によって構成できる。
第１に、単純に２つの装置１０，２０間の光導波路２を含む領域を除去するだけ。この場合、光導波路が除去された部分には空気(air)が充填される。
第２に、２つの装置１０，２０間の光導波路２を含む領域を除去し、その除去部分に何らかの物質を充填する。半導体素子の場合、大体は、半導体素子の下部層を再成長(regrowth)させることによる半導体充填が可能である。
第３に、２つの装置１０，２０間の光導波路２の一部分に他の物質を添加することによる光的絶縁も可能である。
図２は、本発明による集積光学装置の具体例を示す。
図２に示すように、集積光学装置は、分布帰還型レーザーダイオード(ＤＦＢ)１００、電界吸収型光変調器(EA-Modulator)２００、半導体光増幅器(ＳＯＡ)３００、及び２つのインナーウィンドウ２５０，３５０から構成される。光学装置１００，２００，３００は、全て光導波路２を備えるが、光的／電気的絶縁を必要とする装置間の導波路は除去されてインナーウィンドウ２５０，３５０が介在している。図１と同様に、光学装置１００，２００，３００を構成する物質層に対する詳細構成の説明は省略する。
電界吸収型光変調器２００側に位置した光導波路２に拘束された光が、光導波路を除去したインナーウィンドウ２５０においては、光拘束がなくなって発散される。その発散光がインナーウィンドウ２５０を通過して半導体光増幅器３００側に存在する光導波路２に再び結合する効率は格段に減少する。従って、電界吸収型光変調器２００と半導体光増幅器３００との間の光的絶縁が可能になる。この時、結合効率、つまり、光絶縁の程度は、図３に示すように、インナーウィンドウ２５０，３５０の長さによって調節できる。
図３は、横軸のインナーウィンドウの長さ(μｍ)対縦軸の結合効率(ｄＢ)の計算結果及び実際に制作された図２の装置から抽出された結合効率(Ｅ)を示すチャートである。図３から、１５ｄＢ程度の光的絶縁が２つの集積装置間に発生することが分かる。
以上、本発明を具体的な実施形態を参照して詳細に説明してきたが、本発明の範囲は前述の実施形態によって限られるべきではなく、本発明の範囲内で様々な変形が可能であるということは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかである。
本発明による集積光学装置における光的絶縁原理を説明する図。 本発明による集積光学装置の構成例を示す図。 本発明によるインナーウィンドウの長さ(μｍ)対結合効率(ｄＢ)の計算結果及び実際に制作された装置から抽出された結合効率(Ｅ)を示す図。
符号の説明
１ 基板
２ 光導波路
１０，２０ 光学装置
３０ インナーウインドウ
１００ 分布帰還型レーザダイオード（光学装置）
２００ 電界吸収型光変調器（光学装置）
２５０ インナーウインドウ
３００ 半導体光増幅器（光学装置）
３５０ インナーウインドウ

Claims (15)

  1. それぞれ光導波路を備える２以上の光学装置と、
    これら光学装置間に介在して該光学装置間の光導波路を遮断し、前記各光学装置を光的／電気的に絶縁する少なくとも１つのインナーウィンドウと、を基板に集積したことを特徴とする集積光学装置。
  2. 光学装置間の光絶縁度がインナーウィンドウの長さによって調節される請求項１記載の集積光学装置。
  3. インナーウィンドウは、光導波路を含む領域を基板から除去して半導体物質で充填して形成される請求項１記載の集積光学装置。
  4. インナーウィンドウは、光導波路を含む領域を基板から除去して何も充填しないで形成される請求項１記載の集積光学装置。
  5. 光学装置間の電気的絶縁がインナーウィンドウの構成物質の電気伝導度によって調節される請求項１記載の集積光学装置。
  6. インナーウィンドウの構成物質は半導体であり、不純物のドーピング量によって電気伝導度が調節される請求項５記載の集積光学装置。
  7. 光学装置がレーザーダイオード及び半導体光増幅器であり、インナーウィンドウは、それらレーザーダイオードと半導体光増幅器との間に形成される請求項１〜６のいずれか１項に記載の集積光学装置。
  8. レーザーダイオードが、電界吸収型変調器を結合した分布帰還型レーザーダイオードである請求項７記載の集積光学装置。
  9. それぞれ光導波路を備える２以上の光学装置を基板に形成する過程と、
    前記光学装置間の光導波路を無効にする過程と、を含み、
    前記光導波路の無効部分から前記光学装置を光的／電気的に絶縁させるインナーウィンドウを形成することを特徴とする集積光学装置製造方法。
  10. インナーウィンドウの長さを調節して光学装置間の光絶縁度を調節する過程をさらに含む請求項９記載の集積光学装置製造方法。
  11. 光学装置間の光導波路を無効にする過程は、前記光学装置間の光導波路を含む領域を基板から除去する過程であり、該除去領域を半導体物質で充填する過程をさらに含む請求項９記載の集積光学装置製造方法。
  12. インナーウィンドウの構成物質の電導度の調節によって光学装置間の電気的絶縁を調節する過程をさらに含む請求項１１記載の集積光学装置製造方法。
  13. 電導度は、インナーウィンドウの構成物質の不純物ドーピング量によって調節する請求項１２記載の集積光学装置製造方法。
  14. 光学装置がレーザーダイオード及び半導体光増幅器であり、インナーウィンドウは、それらレーザーダイオードと半導体光増幅器との間に形成する請求項９記載の集積光学装置製造方法。
  15. レーザーダイオードは、電界吸収型変調器を結合した分布帰還型レーザーダイオードである請求項１４記載の集積光学装置製造方法。
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