JPH0777616A

JPH0777616A - 集積型光カップラ及びその使用方法

Info

Publication number: JPH0777616A
Application number: JP17242493A
Authority: JP
Inventors: Mitsutoshi Hasegawa; 光利長谷川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-06-19
Filing date: 1993-06-19
Publication date: 1995-03-20

Abstract

(57)【要約】【目的】集積化が容易で、プロセスが容易であり、信
頼性、再現性、歩留りに優れた集積型光カップラであ
る。【構成】半導体基板１上にチャンネル導波路が形成さ
れ、その交差部に光波１１，１２，１３の分岐・結合を
行う光カップラ部が形成されている。カップラ部では、
チャンネル導波路を伝搬する光波の一部を部分的に反射
・分岐する様に反射部位が構成されいる。反射部位で
は、半導体基板１の一部に形成された凸部７ａ、７ｂの
側壁に誘電体膜が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【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、
特に集積型カップラおよびその使用法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光カップラとして、図１４に示す
様なＹ分岐型光カップラ２００を含む複合共振器レーザ
の一種である干渉型レーザが知られている（Ｉ．Ｈ．
Ａ．Ｆａｔｔａｈｅｔａｌ．“Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕ
ｃｔｏｒｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃｌａｓｅ
ｒ”Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．４１，２，ｐｐ．
１１２−１１４（Ｊｕｌｙ１９８２）参照）。

【０００３】また、図１５（ａ）、（ｂ）に示す様な深
さ方向に関して波面分割を行うＸ分岐型光カップラ２１
０ａ、２１０ｂを含む干渉型レーザも知られている
（Ｊ．Ｓａｌｚｍａｎｅｔａｌ．“Ｃｒｏｓｓｃｏ
ｕｐｌｅｄｃａｖｉｔｙｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏ
ｒｌａｓｅｒ”Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５
２，１０，ｐｐ．７６７−７６９（Ｍａｒｃｈ１９８
８）参照）。ここでＲ１〜Ｒ４は共振面、Ｌ１〜Ｌ４は
共振器長を夫々示す。

【０００４】

【発明が解決しようとしている課題】しかし、上記従来
例では次の様な欠点があった。

【０００５】先ず、図１４に示すＹ分岐型光カップラを
含む例の場合、Ｙ分岐２００の分岐角が大きくとれず、
素子長が１ｍｍ以上となる為に他の光デバイスに比べサ
イズが大きくなり過ぎ、集積化が困難であると言う問題
がある。

【０００６】また、図１５に示すＸ分岐型光カップラを
含む例の場合、Ｘ分岐部２１０ａ、２１０ｂ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。

【０００７】また、従来のスリット溝などからなる光カ
ップラでは、スリット溝作成にあたり再付着物が着く等
の理由で側壁の角度が充分大きく取れず、光波の反射が
所望の角度で行われないことになって分岐・結合の効率
が悪くなる、スリット溝の切込が浅いとは言えないので
スループットが余り良くない等の欠点があった。

【０００８】また、従来のスリット溝などからなる光カ
ップラでは、スリット溝からなる反射端面に保護膜等を
形成する事はスリット溝は幅が微細で且つ深かったため
困難であった。その為、カップラの寿命が短かった。

【０００９】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、半導体
光集積回路などに適する、光カップラを含む光集積型カ
ップラ及びその使用法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の光集積型カップラである光半導体素子においては、
半導体基板上に構成された少なくとも１つのチャンネル
導波路構造に光波の分岐・結合を行なう為のカップラ部
が構成され、カップラ部は少なくとも水平方向の導波光
界分布の波面分割を行なう様にチャンネル導波路の一部
に反射率の異なる保護膜が埋め込まれた部位を形成して
成っている。

【００１１】また、上記目的を達成する本発明の光集積
型カップラである光半導体素子においては、半導体基板
上に構成されたチャンネル導波路構造に光波の分岐・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、チャンネル導波路を伝搬する光波の一部を部分
的に反射・分岐する様に反射部位が構成され、該反射部
位は、半導体基板の一部に形成された凸部の側壁に形成
された誘電体膜がチャンネル導波路に形成されているこ
とを特徴とする。

【００１２】より具体的には、チャンネル光導波路構造
は、層方向に活性層を含んだり、チャンネル光導波路構
造はリッジ構造であったり、チャンネル光導波路構造は
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、或はＹ字型であ
ったり、光カップラは複数方向に光波を分岐・結合する
ように上記反射率の異なる部位を複数含んだり、この反
射率の異なる部位は、チャンネル導波路構造を形成する
前に、半導体基板の一部に形成した凸部の側壁端面に形
成した保護膜によって形成されていたりする。

【００１３】また、前記チャンネル導波路構造が、前記
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たりする。

【００１４】本発明の集積型光カップラを用いる光送受
信機では、端末装置からの信号をもとに発光デバイスを
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、電気信号にしたがって光信号を発生する発光デバイ
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光検出部と、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、前記集積
型光カップラから構成されることを特徴とする。

【００１５】更に、本発明の集積型光カップラを用いる
光バス型ＬＡＮでは、前記の種々の態様の集積型光カッ
プラ、前記光送受信機をそれぞれ少なくとも１つ含むこ
とを特徴とする。

【００１６】本発明の集積型光カップラを作成するにあ
たっては、集束イオンビームエッチング（ＦＩＢＥ）法
などによりスリット溝を形成する必要がないので、溝側
壁への再付着物などもない。また、凸部の形成や保護膜
の形成も、パターニング−成膜を含む比較的簡単な工程
で形成出来る。更に、カップラ端面形成からエピタキシ
ャル成長まで真空一貫プロセスで形成できる。

【００１７】

【実施例】図１及び図２は本発明の第１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、図１（ａ）は
模式的上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ´断面
図、図２（ａ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ´断面図、図２
（ｂ）は成膜してカップラ部を埋め込む前の図１（ａ）
のＢ−Ｂ´断面図である。

【００１８】先ず、第１実施例のプロセス手順について
説明する。

【００１９】基板１上に、プラズマＣＶＤ法によりＳｉ
Ｎから成る膜６ａ（厚さ２０００Å）を形成し、続い
て、フォトリソグラフィ工程によりカップラ７ａ、７ｂ
のＶ字状のマスクパターンを形成し、このマスクを通し
て４ＰａのＣＦ₄雰囲気での反応性イオンエッチング
（ＲＩＥ）法によってＳｉＮ膜６ａを選択的にエッチン
グした。更に、このＶ字状のＳｉＮ膜６ａをマスクにし
て基板１に反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）
法により、カップラとなる高さ２．５μｍの凸部を形成
した。続いて、このウェハ上に、ＳｉＮから成る保護膜
６ｂ（厚さ１２００Å）をプラズマＣＶＤ法により形成
した後、４ＰａのＣＦ₄雰囲気での反応性イオンエッチ
ング（ＲＩＥ）法によってウェハ底部（凸部の側壁と頂
き部以外）のＳｉＮ膜をエッチングした（図２（ｂ）参
照）。

【００２０】更に、この基板１上に、ケミカルビーム成
長法（ＣＢＥ）により、第１クラッド層２、活性層３、
第２クラッド層４、キャップ層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１（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。

【００２１】凸部側壁端面７ａ、７ｂは、ＲＩＢＥによ
る端面傾斜角度θが８５度以上で（図２（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°の角度をもって（図１（ａ）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８、９、１０をへき開によ
り光が入射、出射できる様にした。

【００２２】この全反射ミラーによって、活性層３に図
１（ａ）のＢ→Ｂ´方向に入射した光波１１は、分岐・
合流部７ａ、７ｂで光波１２（反射）と光波１３（透
過）にほぼ同一の比率で分岐される。このとき、光波１
２は分岐・合流部の下半分の凸部側壁端面７ａで全反射
され、光波１３はこの分岐・合流部の上半分をそのまま
透過していくことで生じる。不図示だが、逆方向である
Ｂ´→Ｂ方向に入射した光波は、凸部側壁端面７ｂによ
り、同様にして分岐される。

【００２３】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、屈折率型の導波路等
他のものも同様に利用できる。

【００２４】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１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、凸部７ａ、７ｂの端面の加工高
さは活性層３（チャンネル導波路構造の中心となる導波
路層）形成位置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。

【００２５】図３は、Ｙ分岐カップラの第２実施例を示
し、基板１の凸部２５が図示の如きパターンのカップラ
２０に凸部側壁端面２６ｂ（第１実施例の６ｂに対応す
る。２６ａは第１実施例の６ａに対応する）が形成され
て、図３の矢印で示す如く光波が分岐・合流される。図
４は、図３のＡ−Ａ´断面図であり、図２中の番号と同
じものは同機能部を示す。

【００２６】図５は第３実施例を示す。第３実施例は本
発明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。

【００２７】図６と図７は図５のＡ−Ａ´断面図、Ｂ−
Ｂ´断面図を夫々示す。本実施例は上記第１実施例の凸
部端面を集積カップラに用いた例である。

【００２８】図５において、２９はフォトリソグラフィ
工程とＲＩＢＥで形成された全反射ミラー（４５°ミラ
ー）である凸部側壁端面（集積カップラ部３２を構成す
る）であり、３０ａ、３０ｂは電流注入によってゲイン
を有する光アンプを具備する増幅領域、３１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。３８ａ、３８ｂは端面に形成された反射防止（Ａ
Ｒ）コートであり、Ａｌ₂Ｏ₃＋ＺｒＯ₂をエレクトロン
ビーム（ＥＢ）蒸着によって堆積している。３９は導波
路である。

【００２９】導波路３９は上面にＴ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３
０ａ、３０ｂとされ、左方向は光検出領域３１とされて
いる。凸部側壁端面２９は、その長手方向が、上述した
Ｔ字型の導波路３９の各長手方向に対して４５°傾斜
し、右上および右下端より中央部まで伸びたものとなっ
ていて、導波路３９の略中央部分に設けられている。こ
れにより、導波路３９の中央部分は破線にて示した集積
カップラ部３２とされる。

【００３０】次に、第３実施例のプロセス手順を説明す
る。先ず、図６と図７から分かる様に、ｎ型ＧａＡｓ基
板４１上に、プラズマＣＶＤ法によりＳｉＮ膜４０（厚
さ１２００Å）を形成した後、フォトリソグラフィ工程
により所望のマスクパターン（二等辺三角形）を形成
し、このマスクを通して４ＰａのＣＦ₄雰囲気での反応
性イオンエッチング（ＲＩＥ）法によってＳｉＮ膜を選
択的にエッチングした。この凸部側壁端面２９の傾斜角
度は８５°以上〜９５°以下になるようにした。

【００３１】続いて、ＡｌＯから成る保護膜５０（厚さ
５００Å）をスパッタリング法によってウェハー全面に
形成し、更にＡｒ雰囲気でのＲＩＥによってエッチング
することにより凸部の側壁以外の平坦な部分のＡｌＯを
除去した。

【００３２】次に、側壁にはＡｌＯ膜５０、頂き部には
ＳｉＯ膜４０が形成されている凸部を持った基板４１上
に、ケミカルビームエピタキシー（ＣＢＥ）法により選
択的に、順次、バッファ層としてのｎ型ＧａＡｓ４２を
１μｍ厚で、クラッド層としてのｎ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａ
ｓ４３を１．５μｍ厚で形成した。次に、ノンドープＧ
ａＡｓ（１００Å厚）、Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ（３０Å
厚）を４回繰り返し積層し最後にＧａＡｓを１００厚
で積層し、多重量子井戸構造の活性層４４を形成し、そ
の上にクラッド層としてのｐ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓ４５
を１．５μｍ厚で、キャップ層としてのＧａＡｓ４６を
０．５μｍ厚で形成し、凸部２９を埋め込んだ。

【００３３】続いて、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Ｔ字
型のマスクパターン（導波路３９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４４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。

【００３４】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４７（厚さ１２００
Å）をプラズマＣＶＤ法によって形成し、ＳｉＮ絶縁膜
４７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、リッジの頂き部に成膜されたレ
ジストのみを除去し、リッジの頂き部のＳｉＮ絶縁膜４
７を露出させ、更に４ＰａのＣＦ₄ガス雰囲気でのＲＩ
Ｅ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。

【００３５】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４８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４９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、リッジ型光半導体素子とし
た。

【００３６】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Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｚｒ
Ｏ₂を蒸着しＡＲコート３８ａ、３８ｂとし、スクライ
ブで分離し、電極４８、４９はワイヤーボンディングに
より取り出した。

【００３７】次に、動作について説明する。入射した光
波３３は、増幅領域３０ａにて増幅された入射波３４と
して集積カップラ部３２に入射し、図１の実施例で述べ
た如く透過波３６と反射波３５に分離される。反射波３
５は入射波３３の光検出領域３１にて光電変換され、光
波３３中の信号成分をモニターすることが行なわれる。
一方、透過波３６は増幅領域３０ｂにて更に増幅され、
出射光３７として出力される。

【００３８】カップラ部３２の損失及び端面結合損失を
補填する形で増幅領域３０ａ、３０ｂの光増幅率（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。

【００３９】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。

【００４０】図８は本発明の第４実施例を示し、図９、
１０は図８のカップラ部のＡ−Ａ´、Ｂ−Ｂ´断面図で
ある。本実施例は本発明を双方向型の光ノードに応用し
た例である。

【００４１】本実施例では、バスライン方向に配置され
て光増幅部８０ａ、８０ｂ、８０ｃが形成され、受信
部、送信部への分岐導波路８２、８３がバスライン方向
の導波路８４と交差している。分岐カップラ８８は、２
つの交差部に夫々凸部側壁端面８１ａ、８１ｂを形成す
ることによって、光波の分岐・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凸部側壁端面
８１ａ、８１ｂ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。本実施例の凸部側壁
端面８１ａ、８１ｂは、前記第３実施例と同様の構成で
実現できる。即ち、第４実施例は第３実施例のＴ字型の
導波路を２つ組み合わせたものとなっている。

【００４２】尚、図８において、８５ａはバスラインを
成すファイバ９１の端面が当接するＡＲコート、８５ｂ
はバスラインを成すファイバ９２の端面が当接するＡＲ
コート、８５ｃは受信部側のファイバ９４が当接するＡ
Ｒコート、８５ｄは送信部側のファイバ９５が当接する
ＡＲコートである。

【００４３】次に、第４実施例のプロセス手順を説明す
る。先ず、図９と図１０から分かる様に、ＥＣＲ−ＣＶ
Ｄ法でＳｉＯ₂６０ａを全面に成膜したｎ型ＩｎＰ基板
５１上に、集積カップラ部８８となる凸部側壁端面８１
ａ、８１ｂをフォトリソグラフィ工程と４ＰａのＳＦ₆
雰囲気での反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法、Ｃｌ
₂ガス雰囲気でのＲＩＢＥ法により高さ６．５μｍの凸
部（上面から見て直角二等辺三角形）としてを形成し
た。この凸部側壁端面の傾斜角度は８５°以上〜９５°
以下になるようにした。

【００４４】続いて、この基板５１上にＳｉＯから成る
保護膜６０ｂをスパッタリング法によって（厚さ２００
０Å）形成し、更に４ＰａのＳＦ₆雰囲気での反応性イ
オンエッチング（ＲＩＥ）法によってＳｉＯ保護膜６０
ｂを２０００Åエッチングし、凸部側壁端面に形成され
ているＳｉＯ保護膜６０ｂと頂き部ＳｉＯ₂膜６０ａを
残した。このＳｉＯ₂、ＳｉＯ６０ａ、６０ｂを選択マ
スクとして、この基板５１上に、ケミカルビームエピタ
キシー（ＣＢＥ）法により、順次、光ガイド層５２ｎ型
ＩｎＧａＡｓＰ０．１μｍ、ノンドープＩｎＧａＡｓ
（４０Å厚）、ＩｎＧａＡｓＰ（２００Å厚）を４回繰
り返し積層した多重量子井戸構造の活性層５３を形成
し、その上に光ガイド層５４ｐ型ＩｎＧａＡｓＰを０．
１μｍ厚で、クラッド層５５ｐ型ＩｎＰを２．０μｍ厚
で、キャップ層５６ｐ⁺−ＩｎＧａＡｓＰを０．３μｍ
厚で形成し、凸部を埋め込んだ。

【００４５】この時、フォトリソグラフィー工程の後か
ら、凸部を埋め込む成膜プロセスまでを真空一貫で行っ
た。

【００４６】続いて、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Ｔ字
型のマスクパターン（導波路８２、８３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５３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。

【００４７】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５７（厚さ１２００
Å）をプラズマＣＶＤ法によって形成し、ＳｉＮ絶縁膜
５７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、リッジの頂き部に成膜されたレ
ジストのみを除去し、リッジの頂き部のＳｉＮ絶縁膜５
７を露出させ、更に４ＰａのＣＦ₄ガス雰囲気でのＲＩ
Ｅ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。

【００４８】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ＡｕＺｎ−Ａｕオーミッ
ク用電極５８を真空蒸着法で形成し、ＩｎＰ基板５１を
ラッピングで１００μｍの厚さまで削った後にｎ型オー
ミック用電極５９としてＡｕＳｎ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、リッジ型光半導体素子とした。

【００４９】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Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｚｒ
Ｏ₂を蒸着しＡＲコート３８ａ、３８ｂとし、スクライ
ブで分離し、電極５８、５９はワイヤーボンディングに
より取り出した。

【００５０】第４実施例の動作を説明する。

【００５１】光ファイバ９１、ＡＲコート８５ａを介し
て入射した光波は、増幅部８０ａで増幅された入射波と
して集積カップラ部８８に入り、まず反射・透過する凸
部側壁端面８１ａと端面のない部分により、光波は上側
の受信部への導波路８２に入る光波と右側の増幅部８０
ｂに入る光波とに分岐される。これに続いて、増幅部８
０ｂで増幅された光波は、反射・透過する凸部側壁端面
８１ｂと端面のない部分により、下側の送信部への導波
路８３に入る光波（これは不図示のアイソレータにより
遮断され、送信部の周波数安定化がはかられる。）と増
幅部８０ｃに入る光波とに分岐される。

【００５２】上記分岐光波のうち、導波路８２、ファイ
バ９４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８０ｃへ入った光波はそこで更に増幅されて
ファイバ９２へと出力される。逆からＡＲコート８５ｂ
を介して入射した光波についても、上と同じ処理を受け
る。一方、送信部からファイバ９５、導波路８３を介し
てカップラ部８８に入る光波は凸部側壁端面８１ｂによ
って反射され、一方は、増幅部８０ｂを通って透過・反
射する凸部側壁端面８１ａにより、導波路８２に入る光
波と増幅部８０ａへと入る光波に分岐される。もう一方
は増幅部８０ｃへと入り、ＡＲコート８５ｂを介して出
射される。

【００５３】導波路８２とファイバ９４を介して受信部
に入る光波はそこで信号成分がモニタされ、増幅部８０
ａ、８０ｃへと入る光波は、夫々、そこで増幅されてフ
ァイバ９１、９２へと出力される。

【００５４】以上の実施例においては、レーザ構造の共
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。

【００５５】また、以上の実施例においては、活性領域
をＭＱＷ（多重量子井戸構造）で形成したが、本発明は
これに限定されるものではなく、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。

【００５６】また、以上の実施例においては、半導体レ
ーザ作製において、エピタキシャル成長法として、ＣＢ
Ｅ法によって形成した例を示したが、ＭＯＣＶＤ法、Ｌ
ＰＥ法、ＭＯＭＢＥ法等の選択成長法などであってもよ
い。

【００５７】また、以上の実施例においては、ＧａＡ
ｓ、ＩｎＰ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（埋め込みヘトロストライプ）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構造も有効である。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など
に対しても有効である。

【００５８】更に加えて、半導体レーザの材料はＧａＡ
ｓ・ＡｌＧａＡｓ系、ＩｎＰ・ＩｎＧａＡｓＰ系の他、
ＡｌＧａＩｎＰ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。

【００５９】図１１に上記実施例に示した集積型光カッ
プラをバス型光ＬＡＮに用いた場合を示した。

【００６０】図１１において、１０１は本発明の光カッ
プラ（第１、２、３実施例で説明済み）、１０５は光ト
ランシーバー、１０６は端末装置、１０２は半導体光増
幅器、１０４は光ファイバーである（第３実施例を用い
た場合は半導体光増幅器１０２は必要に応じて設置すれ
ばよい）。

【００６１】光トランシーバー１０５は、例えば図１２
のような構成になっている。図１２において、１２１は
制御回路、１２０は半導体レーザ、１２３は光検出器、
１１１は本発明の光カップラ、１２２は半導体光増幅器
である（本発明の第３実施例を光カップラを用いた場合
は光カップラと光増幅器と光検出器は集積されているの
で、光増幅器と光検出器は必要に応じて設置すればよ
い。）バス型光ＬＡＮの部分は、例えば、ＣＳＭＡ／Ｃ
Ｄ方式の通信方式を用いる。もちろん、他のトークンパ
ス、ＴＤＭＡなどの通信方式でもかまわない。

【００６２】端末装置１０６からの通信要求は光トラン
シーバー１０５へ送られ、光トランシーバー１０５中の
制御回路１２１は、光ＬＡＮの通信方式にしたがって半
導体レーザ１２０を駆動して光パルス信号（デジタル信
号）を送信する。送信された光信号は、半導体光増幅器
１２２でＡＰＣ（自動パワー制御）増幅され、光カップ
ラ１１１を介して、光カップラ１０１へ送られ、バスラ
イン上へ信号を送り出す。バスライン上には適当なとこ
ろに半導体光増幅器１０２があり、光信号をＡＰＣ増幅
する。一方、受信の過程は、バスライン上を伝送される
光信号が光カップラ１０１から分岐され、光トランシー
バー１０５へ入力された光信号は、光カップラ１１１で
分岐されて半導体光増幅器１２２を通してＡＰＣ増幅さ
れ、光検出器１２３で受信されて電気信号に変換され
る。この電気信号は、制御回路１２１で整形・再生など
をうけ端末装置１０６へ送られる。

【００６３】図１３に、図１１の実施例のバスライン上
の光カップラ１０１のかわりに半導体光増幅機能を有す
る双方向型の光カップラ１３１（第４実施例で説明済
み）を設置した場合を示した。

【００６４】伝送方法は、図１１の第５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１３１の間には、半導体光増幅器
１０２を必要に応じて設置してもよい。

【００６５】

【発明の効果】上記、説明した様に、本発明の光カップ
ラの構造によれば、集積化が図１４の従来例に比べて容
易であり、プロセスが図１５の従来例と比べて容易で、
信頼性、再現性に優れ、歩留りが向上する。

【００６６】また、光カップラが構成された光電子集積
化デバイスが実現可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ），（ｂ）は本発明の第１実施例の上面
図、Ａ−Ａ´断面図。

【図２】（ａ），（ｂ）は本発明の第１実施例のＢ−Ｂ
´断面図、および成膜してカップラ部を埋め込む前のＢ
−Ｂ´断面図。

【図３】本発明の第２実施例の上面図。

【図４】図３のＡ−Ａ´断面図。

【図５】本発明の第３実施例の平面図。

【図６】第３実施例のＡ−Ａ´断面図。

【図７】第３実施例のＢ−Ｂ´断面図。

【図８】本発明の第４実施例の平面図。

【図９】第４実施例のＡ−Ａ´断面図。

【図１０】第４実施例のＢ−Ｂ´断面図。

【図１１】本発明の集積型光カップラを用いたバス型光
ＬＡＮのブロック図。

【図１２】バス型光ＬＡＮの光トランシーバーのブロッ
ク図。

【図１３】本発明の双方向型の集積型光カップラを用い
たバス型光ＬＡＮのブロック図。

【図１４】従来例を示す図。

【図１５】従来例を示す図。

【符号の説明】

１，４１，５１基板２，４，４３，４５，５５クラッド層３，４４，５３活性層５，４６，５６キャップ層６ａ，６ｂ，２６ａ，２６ｂ，４０，５０，６０ａ，６
０ｂ保護膜７ａ，７ｂ，２５，２９，８１ａ，８１ｂ凸部側壁端
面８，９，１０へき開端面１１，１２，１３，３３，３４，３５，３６，３７光
波２０，３９，８２，８３，８４導波路３０ａ，３０ｂ増幅領域３１光検出領域２０，３２，８８カップラ部３８ａ，３８ｂ，８５ａ，８５ｂ，８５ｃ，８５ｄＡ
Ｒコート４７絶縁膜４８，４９電極８０ａ，８０ｂ，８０ｃ光増幅部９１，９２，９４，９５，１０４光ファイバ１０１，１１１光カップラ１０２，１２２半導体光増幅器１０５光トランシーバー１０６端末装置１２０半導体レーザ１２１制御回路１２３光検出器１３１双方向型光カップラ

Claims

【特許請求の範囲】

【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、チャンネル導波路を
伝搬する光波の一部を部分的に反射・分岐する様に反射
部位が構成され、該反射部位は、半導体基板の一部に形
成された凸部の側壁に形成された誘電体膜がチャンネル
導波路に形成されていることを特徴とする集積型光カッ
プラ。
【請求項２】前記カップラ部は水平方向の光界分布の
波面分割を行なう様に構成されている請求項１記載の集
積型光カップラ。
【請求項３】前記凸部は凸部の高さがチャンネル導波
路の活性層形成位置を越える様に加工構成された請求項
１記載の集積型光カップラ。
【請求項４】前記チャンネル導波路構造は活性層を含
む請求項１記載の集積型光カップラ。
【請求項５】前記チャンネル導波路構造は活性層が前
記凸部の頂き部を越えない様に構成された請求項４記載
の集積型光カップラ。
【請求項６】前記チャンネル導波路は交差部位を有
し、該交差部位はＴ型、Ｘ型或はＹ型である請求項１記
載の集積型光カップラ。
【請求項７】前記チャンネル導波路構造が、前記カッ
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記
載の集積型光カップラ。
【請求項８】端末装置からの信号をもとに発光デバイ
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、電気信号にしたがって光信号を発生する発光デ
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光検出部と、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記載の集積型光カップラから構成されることを特徴
とする光送受信機。
【請求項９】請求項６記載の集積型光カップラ、請求
項８記載の光送受信機をそれぞれ少なくとも１つ含んだ
ことを特徴とする光バス型ＬＡＮ。
【請求項１０】請求項７記載の集積型光カップラ、請
求項８記載の光送受信機をそれぞれ少なくとも１つ含ん
だことを特徴とする光バス型ＬＡＮ。