JPH08306952A - 半導体光素子及び半導体光モジュール - Google Patents
半導体光素子及び半導体光モジュールInfo
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- JPH08306952A JPH08306952A JP10572795A JP10572795A JPH08306952A JP H08306952 A JPH08306952 A JP H08306952A JP 10572795 A JP10572795 A JP 10572795A JP 10572795 A JP10572795 A JP 10572795A JP H08306952 A JPH08306952 A JP H08306952A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光通信分野での光加入者系の光波長多重伝送
用として、二つの異なった波長の入力光を分離し、各々
を独立に光検出できる半導体光素子及び光モジュールを
提供する。 【構成】 同一半導体基板１上に、少なくとも光入射導
波路８と該光入射導波路８に続く曲線導波路３と、前記
曲線導波路３の外周部に配置した第一の受光器５と、前
記曲線導波路の延長上に配置した第二の受光器３とを具
備すると共に、前記第一の受光器５と前記第二の受光器
３との間に、光合波部６と、該光合波部６に続く出力光
入射導波路９とを形成し、前記入射導波路を入出力導波
路とする。
用として、二つの異なった波長の入力光を分離し、各々
を独立に光検出できる半導体光素子及び光モジュールを
提供する。 【構成】 同一半導体基板１上に、少なくとも光入射導
波路８と該光入射導波路８に続く曲線導波路３と、前記
曲線導波路３の外周部に配置した第一の受光器５と、前
記曲線導波路の延長上に配置した第二の受光器３とを具
備すると共に、前記第一の受光器５と前記第二の受光器
３との間に、光合波部６と、該光合波部６に続く出力光
入射導波路９とを形成し、前記入射導波路を入出力導波
路とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信分野での光加入
者系の光波長多重伝送用として、二つの異なった波長の
入力光を分離し、各々を独立に光検出できる半導体光素
子及び光モジュールに関するものである。また、波長多
重された入力光を分離検出する機能に加え、送信用の光
を光ファイバーに送り出す機能をも併せ持つ、波長多重
双方向通信用の半導体光素子及び光モジュールにも関連
したものである。
者系の光波長多重伝送用として、二つの異なった波長の
入力光を分離し、各々を独立に光検出できる半導体光素
子及び光モジュールに関するものである。また、波長多
重された入力光を分離検出する機能に加え、送信用の光
を光ファイバーに送り出す機能をも併せ持つ、波長多重
双方向通信用の半導体光素子及び光モジュールにも関連
したものである。
【０００２】
【従来の技術】光波長多重双方向通信用の素子として
は、1.３μｍ帯、1.５５μｍ帯の二つの異なった波長の
入力光をそれぞれ独立に受信することができる素子が望
まれており、また光加入者用の素子としては、システム
の小型化、簡単化の観点からモノリシック集積化が望ま
れている。
は、1.３μｍ帯、1.５５μｍ帯の二つの異なった波長の
入力光をそれぞれ独立に受信することができる素子が望
まれており、また光加入者用の素子としては、システム
の小型化、簡単化の観点からモノリシック集積化が望ま
れている。
【０００３】従来、加入者系の光波長多重伝送用の光集
積回路としては、特願平３−２６１３７１号（特開平５
−７５０９３号公報参照）が提案されている。この一例
を図１１に示す。同図に示すように、同一基板（ｎ−Ｉ
ｎＰ）１０上に、1.３μｍ用の光検出器１と、1.５５μ
ｍ用の光検出器３とを連続して配置した集積回路が構成
されており、1.３μｍ帯と1.５５μｍ帯との波長の光
を、異なる領域の電極から個別に検出している（報告例
１）。
積回路としては、特願平３−２６１３７１号（特開平５
−７５０９３号公報参照）が提案されている。この一例
を図１１に示す。同図に示すように、同一基板（ｎ−Ｉ
ｎＰ）１０上に、1.３μｍ用の光検出器１と、1.５５μ
ｍ用の光検出器３とを連続して配置した集積回路が構成
されており、1.３μｍ帯と1.５５μｍ帯との波長の光
を、異なる領域の電極から個別に検出している（報告例
１）。
【０００４】また、同様の目的で半導体光導波路回路を
用いた例としては、１９９２年のＩＥＥ Electronics L
etter Vol.28 No.12においてP.M.Charles 等によって報
告された波長分波用マッハツエンダー型導波路回路と半
導体レーザの集積素子がある（報告例２）。
用いた例としては、１９９２年のＩＥＥ Electronics L
etter Vol.28 No.12においてP.M.Charles 等によって報
告された波長分波用マッハツエンダー型導波路回路と半
導体レーザの集積素子がある（報告例２）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記報
告例１においては、素子前部の吸収領域で受信された1.
３μｍ帯の光が、この領域で十分に吸収しきれずに後方
吸収領域で1.５５μｍ帯の光と同時に吸収され検出され
る場合や、さらに送信用の1.３μｍ用レーザが送信時に
同様に1.５５ミクロン吸収用の光検出器に送信光の1.３
μｍの光が入ってしまう場合が発生するという虞があ
る。この結果、1.３μｍと1.５５μｍとのあいだのクロ
ストークが低減できないという問題点を持っている。
告例１においては、素子前部の吸収領域で受信された1.
３μｍ帯の光が、この領域で十分に吸収しきれずに後方
吸収領域で1.５５μｍ帯の光と同時に吸収され検出され
る場合や、さらに送信用の1.３μｍ用レーザが送信時に
同様に1.５５ミクロン吸収用の光検出器に送信光の1.３
μｍの光が入ってしまう場合が発生するという虞があ
る。この結果、1.３μｍと1.５５μｍとのあいだのクロ
ストークが低減できないという問題点を持っている。
【０００６】また、集積型導波路回路（報告例２）で
は、動作温度によってその特性が変化しやすく、また使
用できる波長の帯域が狭いという欠点があるため、未だ
実用化デバイスとして実用化には至っていない。
は、動作温度によってその特性が変化しやすく、また使
用できる波長の帯域が狭いという欠点があるため、未だ
実用化デバイスとして実用化には至っていない。
【０００７】本発明は上記問題に鑑み、二つの異なった
波長の入力光を分離し、クロストークの発生を抑制しそ
れぞれ光検出することが可能な半導体素子及び半導体光
モジュールを提供することを目的とする。
波長の入力光を分離し、クロストークの発生を抑制しそ
れぞれ光検出することが可能な半導体素子及び半導体光
モジュールを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明に係る半導体光素子の構成は、同一半導体基板上に、
少なくとも光入射導波路と該入射導波路に続く曲線導波
路と、前記曲線導波路の外周部に配置した第一の受光器
と、前記曲線導波路の延長上に配置した第二の受光器と
を具備することを特徴とする。
明に係る半導体光素子の構成は、同一半導体基板上に、
少なくとも光入射導波路と該入射導波路に続く曲線導波
路と、前記曲線導波路の外周部に配置した第一の受光器
と、前記曲線導波路の延長上に配置した第二の受光器と
を具備することを特徴とする。
【０００９】上記半導体素子において、前記曲線導波路
の前記第一の受光器と前記第二の受光器との間に、光合
波部と、該光合波部に続く出力光入射導波路とを形成
し、前記入射導波路を入出力導波路とすることを特徴と
する。
の前記第一の受光器と前記第二の受光器との間に、光合
波部と、該光合波部に続く出力光入射導波路とを形成
し、前記入射導波路を入出力導波路とすることを特徴と
する。
【００１０】上記構成において、前記曲線導波路のガイ
ド層及びガイド層の一部が少なくとも前記第一の受光器
まで及んでいることを特徴とする。
ド層及びガイド層の一部が少なくとも前記第一の受光器
まで及んでいることを特徴とする。
【００１１】上記構成の半導体光素子において、前記入
出力導波路の端面と、前記出力光入射導波路の端面とが
同一面内にあることを特徴とする。
出力導波路の端面と、前記出力光入射導波路の端面とが
同一面内にあることを特徴とする。
【００１２】また、一方の半導体光モジュールの構成
は、前記半導体光素子の前記入射導波路の端面ないしは
前記入出力導波路の端面に、光ファイバーを光学的に結
合したことを特徴とする。
は、前記半導体光素子の前記入射導波路の端面ないしは
前記入出力導波路の端面に、光ファイバーを光学的に結
合したことを特徴とする。
【００１３】上記構成において、前記出力光入射導波路
に半導体レーザを光学的に結合することを特徴とする。
に半導体レーザを光学的に結合することを特徴とする。
【００１４】以下、本発明の内容を詳細に説明する。
【００１５】本発明は、半導体材料において、使用する
光の波長と半導体材料のバンドギャップエネルギー（バ
ンドギャップ波長）とが接近している場合に、その屈折
率が使用する光の波長によって大きく変動するという半
導体材料の特性を利用し、簡単な曲がり導波路構造を用
いて1.５５ミクロン通信光の放射と、1.３ミクロンの通
信光の伝搬とを精度良く分波、受光することで、1.５５
μｍと1.３μｍとの間のクロストークを大幅に低減した
半導体光素子を提供するものである。
光の波長と半導体材料のバンドギャップエネルギー（バ
ンドギャップ波長）とが接近している場合に、その屈折
率が使用する光の波長によって大きく変動するという半
導体材料の特性を利用し、簡単な曲がり導波路構造を用
いて1.５５ミクロン通信光の放射と、1.３ミクロンの通
信光の伝搬とを精度良く分波、受光することで、1.５５
μｍと1.３μｍとの間のクロストークを大幅に低減した
半導体光素子を提供するものである。
【００１６】本発明の素子構成図を図１に示す。図１
中、符号１は半導体基板、２は信号光入出力位置、３は
曲がり光導波路、４は第二の光受光器、５は第一の光受
光器、６は光合波部、７は送信光入射位置を各々図示す
る。また、図中、符号８，９は、伝搬する光のモードサ
イズを拡大するためのテーパ導波路を各々図示し、この
導波路８，９により、本素子と光ファイバなどの他の光
素子との結合効率を高め、この結合部での放射光の発生
を抑制する効果がある。
中、符号１は半導体基板、２は信号光入出力位置、３は
曲がり光導波路、４は第二の光受光器、５は第一の光受
光器、６は光合波部、７は送信光入射位置を各々図示す
る。また、図中、符号８，９は、伝搬する光のモードサ
イズを拡大するためのテーパ導波路を各々図示し、この
導波路８，９により、本素子と光ファイバなどの他の光
素子との結合効率を高め、この結合部での放射光の発生
を抑制する効果がある。
【００１７】次に各波長の光における本素子の波長分波
機能の作用を説明する。ここで、受信光Ｌ-1は1.３μｍ
と1.５５μｍとの光よりなっているとする。まず、1.３
ミクロン波長の受信光は、図１に示すように、信号光入
出力位置２から結合され、テーパ導波路８からある曲率
で曲げられた曲がり導波路３を経由して第二の光受光器
４に導かれる。一方、1.５５ミクロンの信号光は、同様
にして、信号光入出力位置２に結合され曲がり導波路３
に導かれるが、該曲がり光導波路３を曲がることができ
ず、放射し、第一の光受光器５によって検出される。こ
の動作原理は温度に依存され難い。尚、合波部６として
Ｙ分岐光回路を用いると、1.３μｍの受信光Ｌ-1の一部
は送信光入射位置７の方向にも導かれる。
機能の作用を説明する。ここで、受信光Ｌ-1は1.３μｍ
と1.５５μｍとの光よりなっているとする。まず、1.３
ミクロン波長の受信光は、図１に示すように、信号光入
出力位置２から結合され、テーパ導波路８からある曲率
で曲げられた曲がり導波路３を経由して第二の光受光器
４に導かれる。一方、1.５５ミクロンの信号光は、同様
にして、信号光入出力位置２に結合され曲がり導波路３
に導かれるが、該曲がり光導波路３を曲がることができ
ず、放射し、第一の光受光器５によって検出される。こ
の動作原理は温度に依存され難い。尚、合波部６として
Ｙ分岐光回路を用いると、1.３μｍの受信光Ｌ-1の一部
は送信光入射位置７の方向にも導かれる。
【００１８】一方、送信光入射位置７から1.３μｍの送
信光Ｌ-2を入射すると、合波部６で曲がり導波路３に合
波された後、受信光Ｌ-1とは逆の順路を通り信号光入出
力位置２から出力される。
信光Ｌ-2を入射すると、合波部６で曲がり導波路３に合
波された後、受信光Ｌ-1とは逆の順路を通り信号光入出
力位置２から出力される。
【００１９】図２は、ガイド層が少なくとも図１で示す
第一の受光器５まで及んでいる導波路構造の一例である
埋め込みリブ型半導体光導波路構造の断面構造を示す。
この図２において符号１０はＩｎＰ基板、１１はバンド
ギャップ波長1.１ミクロンのＩｎＧａＡｓＰガイド層で
あり、１２は上部ＩｎＰクラッド層を各々図示する。
第一の受光器５まで及んでいる導波路構造の一例である
埋め込みリブ型半導体光導波路構造の断面構造を示す。
この図２において符号１０はＩｎＰ基板、１１はバンド
ギャップ波長1.１ミクロンのＩｎＧａＡｓＰガイド層で
あり、１２は上部ＩｎＰクラッド層を各々図示する。
【００２０】混晶半導体材料では、ガイド層１１のよう
に、しばしば材料組成をバンドギャップ波長で表す。こ
の様な光導波路の構成材料に使用した場合、1.３μｍ及
び1.５５μｍの信号光が感じる屈折率の差は小さくな
い。光信号波長が1.３ミクロンの場合は、ＩｎＰ材料の
屈折率が約3.２１、バンドギャップ波長1.１ミクロンの
ＩｎＧａＡｓＰ材料が約3.３４となるが、一方の1.５５
ミクロン波長の信号光では、それぞれ約3.１７と3.２８
となる。このため、同一の導波路構造に、それぞれ違っ
た波長の光信号が入射した場合、その導波特性に大きな
差を生じる。
に、しばしば材料組成をバンドギャップ波長で表す。こ
の様な光導波路の構成材料に使用した場合、1.３μｍ及
び1.５５μｍの信号光が感じる屈折率の差は小さくな
い。光信号波長が1.３ミクロンの場合は、ＩｎＰ材料の
屈折率が約3.２１、バンドギャップ波長1.１ミクロンの
ＩｎＧａＡｓＰ材料が約3.３４となるが、一方の1.５５
ミクロン波長の信号光では、それぞれ約3.１７と3.２８
となる。このため、同一の導波路構造に、それぞれ違っ
た波長の光信号が入射した場合、その導波特性に大きな
差を生じる。
【００２１】図２に示す埋め込みリブ型の導波構造で
は、導波路の等価屈折率と横方向（ｙ方向）の比屈折率
差が、比較的大きな差を示す。このうち、等価屈折率
（または、実効屈折率）は、外気温度などの変化によっ
て材料屈折率が変化するにつれて変化するが、横方向の
比屈折率は、各屈折率が相対的に変化するため、外気温
度などに影響され難い。
は、導波路の等価屈折率と横方向（ｙ方向）の比屈折率
差が、比較的大きな差を示す。このうち、等価屈折率
（または、実効屈折率）は、外気温度などの変化によっ
て材料屈折率が変化するにつれて変化するが、横方向の
比屈折率は、各屈折率が相対的に変化するため、外気温
度などに影響され難い。
【００２２】横方向の比屈折率差は、図２に示すよう
な、埋め込みリブ型の導波路構造において、リブ構造の
加工深さｔによって決まる。
な、埋め込みリブ型の導波路構造において、リブ構造の
加工深さｔによって決まる。
【００２３】その一例として、波長1.３ミクロンと1.５
５ミクロンにおけるこの導波路構造の横方向比屈折率差
を計算した例を図３に示す。
５ミクロンにおけるこの導波路構造の横方向比屈折率差
を計算した例を図３に示す。
【００２４】ここで、図３の説明に先立って、「等価屈
折率」及び「横方向比屈折率差」の定義について、図９
を参照して説明する。
折率」及び「横方向比屈折率差」の定義について、図９
を参照して説明する。
【００２５】＜等価屈折率Ｎepと横方向の比屈折率差の
説明と定義＞ （１）等価屈折率法によるストリップ装荷型導波路構造
の解析 導波路構造の一般的な解析手法に等価屈折率法（参考文
献１：応用物理学会日本光学会編：“微小光学の物理的
基礎”朝倉書店1991、３０−３９ページ参照）がある。
この等価屈折率法では、まず、三次元光導波路構造（本
発明で限定する埋め込みリブ型導波路構造：図９
（ａ））を、その構造の違いにより、幾つかの領域に分
け、それぞれの領域を、図９（ｂ）に示すような、ｙ方
向に連続して続く屈折率の層がｘ方向に数種類接続され
ている構造（スラブ導波路構造）として、近似する。こ
の構造は、ｙ方向が各屈折率層として連続であるため、
ｘ方向に関する一次元の固有値問題として取り扱うこと
ができる。このため、上記参考文献30−32ページに記載
されるマトリックス法を用いることにより、各領域のス
ラブ導波路構造における等価屈折率を求めることができ
る。この屈折率は、各構造において光が感じる実効的な
屈折率である。次いで、各領域の等価屈折率を使って、
今度は導波路構造をｘ方向に連続なスラブ導波路構造と
見なし（図９（ｃ））、再びマトリックス法によって固
有値を求め、その固有値を三次元導波路構造の全体の等
価屈折率とする。
説明と定義＞ （１）等価屈折率法によるストリップ装荷型導波路構造
の解析 導波路構造の一般的な解析手法に等価屈折率法（参考文
献１：応用物理学会日本光学会編：“微小光学の物理的
基礎”朝倉書店1991、３０−３９ページ参照）がある。
この等価屈折率法では、まず、三次元光導波路構造（本
発明で限定する埋め込みリブ型導波路構造：図９
（ａ））を、その構造の違いにより、幾つかの領域に分
け、それぞれの領域を、図９（ｂ）に示すような、ｙ方
向に連続して続く屈折率の層がｘ方向に数種類接続され
ている構造（スラブ導波路構造）として、近似する。こ
の構造は、ｙ方向が各屈折率層として連続であるため、
ｘ方向に関する一次元の固有値問題として取り扱うこと
ができる。このため、上記参考文献30−32ページに記載
されるマトリックス法を用いることにより、各領域のス
ラブ導波路構造における等価屈折率を求めることができ
る。この屈折率は、各構造において光が感じる実効的な
屈折率である。次いで、各領域の等価屈折率を使って、
今度は導波路構造をｘ方向に連続なスラブ導波路構造と
見なし（図９（ｃ））、再びマトリックス法によって固
有値を求め、その固有値を三次元導波路構造の全体の等
価屈折率とする。
【００２６】＜横方向の比屈折率差＞上記導波路解析手
段において、三次元導波路構造のｙ方向横方向の光閉じ
込め状態は、領域１の等価屈折率Ｎeq１と領域２の等価
屈折率Ｎeq２の差によって決定される。
段において、三次元導波路構造のｙ方向横方向の光閉じ
込め状態は、領域１の等価屈折率Ｎeq１と領域２の等価
屈折率Ｎeq２の差によって決定される。
【００２７】この等価屈折率の差を比屈折率差Δと表現
すれば、図９の導波路構造における比屈折率差は、等価
屈折率法の近似によって最終的には、三層スラブ構造に
置き換えられているので、その時の等価屈折率Ｎeq１と
Ｎeq２を用いて、
すれば、図９の導波路構造における比屈折率差は、等価
屈折率法の近似によって最終的には、三層スラブ構造に
置き換えられているので、その時の等価屈折率Ｎeq１と
Ｎeq２を用いて、
【数１】 で与えられる。この値がＹＺ平面（図９中、ｙ方向とｚ
方向）面内で、導波する光に対して曲がり導波路構造を
形成した場合、その曲がり導波路構造における放射損失
や臨界曲げ半径（放射損失なしに曲げられる最小半径）
を決める要素となる。通常比屈折率差が大きいほど、臨
界曲げ半径は小さくすることができる。
方向）面内で、導波する光に対して曲がり導波路構造を
形成した場合、その曲がり導波路構造における放射損失
や臨界曲げ半径（放射損失なしに曲げられる最小半径）
を決める要素となる。通常比屈折率差が大きいほど、臨
界曲げ半径は小さくすることができる。
【００２８】次に、「リブ構造の堀込み深さ（ｔ）と、
横方向の比屈折率差との関係」を示す図３では、厚さ0.
３ミクロンのガイド層１１を、加工深さｔで加工した場
合の横方向（図２中、ｙ方向）の比屈折率差を示してい
る。太い実線（ＴＭ1.３）と太い波線（ＴＭ1.３）と
は、それぞれ1.３ミクロン波長でのＴＥ偏波状態および
ＴＭ偏波状態の比屈折率差を示す。また、細い実線（Ｔ
Ｅ1.５５）と細い波線（ＴＭ1.５５）とは、1.５５ミク
ロン波長でのＴＥ偏波状態及びＴＭ偏波状態の比屈折率
差を示す。光の偏波状態で分類したのは、半導体光導波
路構造では、各波長の光において、導波路に入射する際
の偏波状態によっても導波路構造の屈折率が変化するた
めである。
横方向の比屈折率差との関係」を示す図３では、厚さ0.
３ミクロンのガイド層１１を、加工深さｔで加工した場
合の横方向（図２中、ｙ方向）の比屈折率差を示してい
る。太い実線（ＴＭ1.３）と太い波線（ＴＭ1.３）と
は、それぞれ1.３ミクロン波長でのＴＥ偏波状態および
ＴＭ偏波状態の比屈折率差を示す。また、細い実線（Ｔ
Ｅ1.５５）と細い波線（ＴＭ1.５５）とは、1.５５ミク
ロン波長でのＴＥ偏波状態及びＴＭ偏波状態の比屈折率
差を示す。光の偏波状態で分類したのは、半導体光導波
路構造では、各波長の光において、導波路に入射する際
の偏波状態によっても導波路構造の屈折率が変化するた
めである。
【００２９】この図３から、加工深さｔを増加させるに
つれて、各波長での比屈折率差の差が増大することがわ
かる。
つれて、各波長での比屈折率差の差が増大することがわ
かる。
【００３０】また、各偏波状態においても、1.３ミクロ
ン波長の光と1.５５ミクロン波長の光とでは、明確な差
がでることがわかる。
ン波長の光と1.５５ミクロン波長の光とでは、明確な差
がでることがわかる。
【００３１】この計算値を用い曲がり導波路構造での放
射損失を計算した例を図４に示す。この図４は、横軸が
曲がり導波路構造の曲率半径（mm）を、縦軸はその曲率
半径で９０度導波方向を変えた場合の放射損失（dB）を
示す。
射損失を計算した例を図４に示す。この図４は、横軸が
曲がり導波路構造の曲率半径（mm）を、縦軸はその曲率
半径で９０度導波方向を変えた場合の放射損失（dB）を
示す。
【００３２】図４中、計算例として、リブ構造の加工深
さｔを0.１ミクロンと0.２ミクロンの場合をそれぞれ細
い実線および波線、太い実線、波線で示す。この実線と
波線は、図３の比屈折率差の計算例において、その特性
が接近していた、1.３ミクロン波長ＴＭ偏波状態と1.５
５ミクロン波長ＴＥ偏波状態を比較している。
さｔを0.１ミクロンと0.２ミクロンの場合をそれぞれ細
い実線および波線、太い実線、波線で示す。この実線と
波線は、図３の比屈折率差の計算例において、その特性
が接近していた、1.３ミクロン波長ＴＭ偏波状態と1.５
５ミクロン波長ＴＥ偏波状態を比較している。
【００３３】この図４から、各加工深さｔの状態におい
て、最適な曲率半径を選択すれば、1.３ミクロン波長の
光信号は過剰損失なしに導波路伝搬するが、1.５５ミク
ロン波長の光は全て放射してしまう状態を作りだせるこ
とがわかる。この例で言えば、ｔ＝0.２ミクロンの場合
は、曲率半径は約0.７５mm程度でｔ＝0.１ミクロンの場
合は約２mm程度で、それぞれ２０dB以上の波長選択を行
うことが可能である。
て、最適な曲率半径を選択すれば、1.３ミクロン波長の
光信号は過剰損失なしに導波路伝搬するが、1.５５ミク
ロン波長の光は全て放射してしまう状態を作りだせるこ
とがわかる。この例で言えば、ｔ＝0.２ミクロンの場合
は、曲率半径は約0.７５mm程度でｔ＝0.１ミクロンの場
合は約２mm程度で、それぞれ２０dB以上の波長選択を行
うことが可能である。
【００３４】この構造で分波された、各波長での光信号
は、それぞれ、曲がり導波路の延長線上の配置した受光
器と曲がり導波路の外周部に配置した受光器によって受
信される。この時、導波路を伝搬する1.３ミクロンの光
信号は、直接、吸収層に導かれる受光は容易であるが、
放射光となった1.５５ミクロンの光信号の多くが、図１
で示すＩｎＰ基板１０に放射されるため、第一の受光器
５で受光することは困難である。
は、それぞれ、曲がり導波路の延長線上の配置した受光
器と曲がり導波路の外周部に配置した受光器によって受
信される。この時、導波路を伝搬する1.３ミクロンの光
信号は、直接、吸収層に導かれる受光は容易であるが、
放射光となった1.５５ミクロンの光信号の多くが、図１
で示すＩｎＰ基板１０に放射されるため、第一の受光器
５で受光することは困難である。
【００３５】このため、本発明では、導波路構造に、図
２に示す埋め込みリブ型か、または図１０に示すよう
な、リブ型、ストリップ装荷型など、平面に連続するガ
イド層を有する導波路構造を用いるようにしている。
２に示す埋め込みリブ型か、または図１０に示すよう
な、リブ型、ストリップ装荷型など、平面に連続するガ
イド層を有する導波路構造を用いるようにしている。
【００３６】このことによって、この半導体光素子は、
縦方向（ｘ方向、基板面に対して垂直方向）の光の閉じ
込めを光素子全面にわたり確保している。この効果によ
って、曲がり部でｙ方向に放射した1.５５ミクロンの信
号光は、縦方向の光閉じ込めをもったまま、放射するの
で、ＹＺ平面内（図２，図９に記載する方向および面）
にのみ放射性の広がりをもった導波光として曲がり導波
路部の外周部を光伝搬することになる。このため、図１
に示すように、曲がり導波路３の外周の比較的近接した
位置に配置した第一の光受信器５によって効率よく受信
することができる。
縦方向（ｘ方向、基板面に対して垂直方向）の光の閉じ
込めを光素子全面にわたり確保している。この効果によ
って、曲がり部でｙ方向に放射した1.５５ミクロンの信
号光は、縦方向の光閉じ込めをもったまま、放射するの
で、ＹＺ平面内（図２，図９に記載する方向および面）
にのみ放射性の広がりをもった導波光として曲がり導波
路部の外周部を光伝搬することになる。このため、図１
に示すように、曲がり導波路３の外周の比較的近接した
位置に配置した第一の光受信器５によって効率よく受信
することができる。
【００３７】また、これらの光受信器（受光器）の周波
数応答速度は、その受信器の平面的な面積を依存してい
る。このため、高速の光信号を受信するためには、非常
に小さな、光受光部を使用しなくてはならない。
数応答速度は、その受信器の平面的な面積を依存してい
る。このため、高速の光信号を受信するためには、非常
に小さな、光受光部を使用しなくてはならない。
【００３８】この場合、放射光受信用の光受光器５は、
横方向に広がった光を受信することになるため、大きな
受信面積を必要と考えられるが、放射光の大半が曲がり
導波路構造への入射部で発生するため、比較的小さな光
受信器を使用しても十分な光受信感度を維持することが
できる。
横方向に広がった光を受信することになるため、大きな
受信面積を必要と考えられるが、放射光の大半が曲がり
導波路構造への入射部で発生するため、比較的小さな光
受信器を使用しても十分な光受信感度を維持することが
できる。
【００３９】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例を説明するが、
本発明はこれに限定されるものではない。
本発明はこれに限定されるものではない。
【００４０】＜実施例１＞図５に本発明の第１の実施例
を示す。図５（Ａ）は本発明により製作した半導体光素
子の斜視図、（Ｂ）はその断面構造図を示す。図５中、
符号１１１はＩｎＰ基板、１１２はバンドギャップ波長
1.１μｍ組成の光ガイド層、１１３はｎ形のＩｎＰクラ
ッド層、１１４はＩｎＧａＡｓの吸収層、１１５はｐ形
のＩｎＧａＡｓ層、１１６はｐ形のＩｎＰ層、１１７は
ｐ形のＧａＩｎＡｓＰキャップ層、１１８は半絶縁性の
ＩｎＰクラッド層、１１９はｐ型のＡｕＺｎＮｉ電極、
１２０はｎ形のＡｕＧｅＮｉ電極を各々図示する。この
図において、１２１は光信号光の入射位置、１２２は埋
め込まれた光導波路の位置を図示する。
を示す。図５（Ａ）は本発明により製作した半導体光素
子の斜視図、（Ｂ）はその断面構造図を示す。図５中、
符号１１１はＩｎＰ基板、１１２はバンドギャップ波長
1.１μｍ組成の光ガイド層、１１３はｎ形のＩｎＰクラ
ッド層、１１４はＩｎＧａＡｓの吸収層、１１５はｐ形
のＩｎＧａＡｓ層、１１６はｐ形のＩｎＰ層、１１７は
ｐ形のＧａＩｎＡｓＰキャップ層、１１８は半絶縁性の
ＩｎＰクラッド層、１１９はｐ型のＡｕＺｎＮｉ電極、
１２０はｎ形のＡｕＧｅＮｉ電極を各々図示する。この
図において、１２１は光信号光の入射位置、１２２は埋
め込まれた光導波路の位置を図示する。
【００４１】次に、図６に上記素子の試作工程の概略を
示す。 （１） 半絶縁性のＩｎＰ（１００）基板１１１上に
は、バンドギャップ波長1.１μｍ組成の光ガイド層１１
２、ｎ形のＩｎＰクラッド層１１３、ＩｎＧａＡｓの吸
収層１１４、ｐ形のＩｎＧａＡｓ層１１５、ｐ形のＩｎ
Ｐ層１１６、ｐ形のＩｎＧａＡｓキャップ層１１７を順
に結晶成長する（図６Ａ参照）。 （２） 続いて、光受信器となる部分の上部表面に、Ｓ
ｉＯ2 マスク１３０をフォトリソ工程により形成し、こ
の領域を硫酸：過酸化水素：水＝３：１：１水溶液（２
０度）によりｐ形のＧａＩｎＡｓキャップ層１１７を除
去し、続いて、塩酸：燐酸水溶液でｐ形のＩｎＰ層１１
６を除去し、再び硫酸：過酸化水素：水＝３：１：１水
溶液（２０度）によりｐ形ＩｎＧａＡｓ層１１５、Ｉｎ
ＧａＡｓ層１１４を除去する（図６Ｂ参照）。 （３） 再びフォトリソ工程によりレジストマスクをテ
ーパ導波路領域以外の部分に形成し、塩酸：燐酸水溶液
でｎ形のＩｎＰ層１１３を除去する（図６Ｃ参照）。 （４） 今度は光導波路のパターンをフォトリソ工程に
より形成し（図６Ｄ参照）、ドライエッチング技術をも
って、適当な深さにエッチングする。（実際の試作で
は、ｎ形のＩｎＰクラッド層１１３の厚さを0.１ミクロ
ン、バンドギャップ波長1.１μｍ組成の光ガイド層１１
２の厚さを0.３ミクロンとして、約0.４ミクロン深さで
エッチングした）（図６Ｅ参照）。 （５） その後、半絶縁性のＩｎＰクラッド層１１８を
再成長する（図６Ｆ参照）。この工程により、テーパ導
波路部は埋め込み構造、それ以外の部分はリブ構造の光
導波路構造を形成する。 （６） 最後に光受信器の側部をｎ形のＩｎＰクラッド
層１１３の上部まで再び部分的にエッチングし、ｎ形の
ＡｕＧｅＮｉ電極１２０を形成、続いてｐ形のＧａＩｎ
Ａｓキャップ層１１７の上部に残したＳｉＯ2 マスク１
３０をフッ酸で除去し、ｐ型のＡｕＺｎＮｉ電極１１９
を形成し素子を完成する（図６Ｇ参照）。
示す。 （１） 半絶縁性のＩｎＰ（１００）基板１１１上に
は、バンドギャップ波長1.１μｍ組成の光ガイド層１１
２、ｎ形のＩｎＰクラッド層１１３、ＩｎＧａＡｓの吸
収層１１４、ｐ形のＩｎＧａＡｓ層１１５、ｐ形のＩｎ
Ｐ層１１６、ｐ形のＩｎＧａＡｓキャップ層１１７を順
に結晶成長する（図６Ａ参照）。 （２） 続いて、光受信器となる部分の上部表面に、Ｓ
ｉＯ2 マスク１３０をフォトリソ工程により形成し、こ
の領域を硫酸：過酸化水素：水＝３：１：１水溶液（２
０度）によりｐ形のＧａＩｎＡｓキャップ層１１７を除
去し、続いて、塩酸：燐酸水溶液でｐ形のＩｎＰ層１１
６を除去し、再び硫酸：過酸化水素：水＝３：１：１水
溶液（２０度）によりｐ形ＩｎＧａＡｓ層１１５、Ｉｎ
ＧａＡｓ層１１４を除去する（図６Ｂ参照）。 （３） 再びフォトリソ工程によりレジストマスクをテ
ーパ導波路領域以外の部分に形成し、塩酸：燐酸水溶液
でｎ形のＩｎＰ層１１３を除去する（図６Ｃ参照）。 （４） 今度は光導波路のパターンをフォトリソ工程に
より形成し（図６Ｄ参照）、ドライエッチング技術をも
って、適当な深さにエッチングする。（実際の試作で
は、ｎ形のＩｎＰクラッド層１１３の厚さを0.１ミクロ
ン、バンドギャップ波長1.１μｍ組成の光ガイド層１１
２の厚さを0.３ミクロンとして、約0.４ミクロン深さで
エッチングした）（図６Ｅ参照）。 （５） その後、半絶縁性のＩｎＰクラッド層１１８を
再成長する（図６Ｆ参照）。この工程により、テーパ導
波路部は埋め込み構造、それ以外の部分はリブ構造の光
導波路構造を形成する。 （６） 最後に光受信器の側部をｎ形のＩｎＰクラッド
層１１３の上部まで再び部分的にエッチングし、ｎ形の
ＡｕＧｅＮｉ電極１２０を形成、続いてｐ形のＧａＩｎ
Ａｓキャップ層１１７の上部に残したＳｉＯ2 マスク１
３０をフッ酸で除去し、ｐ型のＡｕＺｎＮｉ電極１１９
を形成し素子を完成する（図６Ｇ参照）。
【００４２】＜実施例２＞次に、本発明の第２の実施例
を示す。図５に示した素子を用い、図１に示した様に、
合波部６及びそれに続く導波路とテーパ導波路９を付加
することによって、波長多重双方向通信用光素子が形成
できる。尚、製作工程は基本的には実施例１と同じであ
るので、その説明は省略する。
を示す。図５に示した素子を用い、図１に示した様に、
合波部６及びそれに続く導波路とテーパ導波路９を付加
することによって、波長多重双方向通信用光素子が形成
できる。尚、製作工程は基本的には実施例１と同じであ
るので、その説明は省略する。
【００４３】＜実施例３＞次に、本発明の第３の実施例
を図７を参照して説明する。なお、符号１は半導体基
板、２は信号光入出力位置、３は曲がり光導波路、４は
第二の光受光器、５は第一の光受光器、６は光合波部、
７は送信光入射位置、符号８，９は、伝搬する光のモー
ドサイズを拡大するためのテーパ導波路を各々図示す
る。上述した実施例１と同様な製作工程で上記素子を製
作したのち、光の入出力領域の両側に光結合時に生じる
放射光を除去する目的で、２０ミクロンの深さで、三角
形の溝２１を導波路８の各々の信号光入出力位置２及
び、導波路９の各々の送信光入射位置７において、相対
向して設けている。このような三角形の溝２１を設けた
効果により、1.５５ミクロン用の第一の光受光器５で検
出する1.３ミクロン波長の信号強度比、またはクロスト
ークを約５dB改善する。
を図７を参照して説明する。なお、符号１は半導体基
板、２は信号光入出力位置、３は曲がり光導波路、４は
第二の光受光器、５は第一の光受光器、６は光合波部、
７は送信光入射位置、符号８，９は、伝搬する光のモー
ドサイズを拡大するためのテーパ導波路を各々図示す
る。上述した実施例１と同様な製作工程で上記素子を製
作したのち、光の入出力領域の両側に光結合時に生じる
放射光を除去する目的で、２０ミクロンの深さで、三角
形の溝２１を導波路８の各々の信号光入出力位置２及
び、導波路９の各々の送信光入射位置７において、相対
向して設けている。このような三角形の溝２１を設けた
効果により、1.５５ミクロン用の第一の光受光器５で検
出する1.３ミクロン波長の信号強度比、またはクロスト
ークを約５dB改善する。
【００４４】尚、実施例１から３では、図１０（Ｂ）に
示すような埋め込みリブ型導波路を用いているが、図１
０（Ａ），（Ｃ）及び（Ｄ）に示すような他の導波路構
造を用いた場合でも、同様の効果が得られる。尚、図１
０中符号２００は基板、２０１は導波路ガイド層、２０
２は上部クラッド層、２０５は上部導波路ガイド層、２
０６は下部導波路ガイド層、２０７は埋め込みクラッド
層を各々図示する。また、製作工程も実施例１の工程に
若干の変更を加えることによって良いことは明らかであ
る。
示すような埋め込みリブ型導波路を用いているが、図１
０（Ａ），（Ｃ）及び（Ｄ）に示すような他の導波路構
造を用いた場合でも、同様の効果が得られる。尚、図１
０中符号２００は基板、２０１は導波路ガイド層、２０
２は上部クラッド層、２０５は上部導波路ガイド層、２
０６は下部導波路ガイド層、２０７は埋め込みクラッド
層を各々図示する。また、製作工程も実施例１の工程に
若干の変更を加えることによって良いことは明らかであ
る。
【００４５】＜実施例４＞次に、本発明の第４の実施例
を示す。図８に実施例４を示す。本実施例は、実施例
１，２の製作工程を使用し、素子製作を行った半導体光
素子１３１に光ファイバ１３２と半導体レーザ１３３を
接続し、半導体光モジュール１３４を製作した例を示
す。この半導体光モジュール１３４で用いる素子１３１
では、実施例１，２での９０度曲げ光導波路パターンを
改良し、１８０度曲げ導波路パターン１３５とすること
で、光ファイバ１３２と半導体レーザ１３３の光素子ア
ッセンブリを同一方向から行えるようにした。
を示す。図８に実施例４を示す。本実施例は、実施例
１，２の製作工程を使用し、素子製作を行った半導体光
素子１３１に光ファイバ１３２と半導体レーザ１３３を
接続し、半導体光モジュール１３４を製作した例を示
す。この半導体光モジュール１３４で用いる素子１３１
では、実施例１，２での９０度曲げ光導波路パターンを
改良し、１８０度曲げ導波路パターン１３５とすること
で、光ファイバ１３２と半導体レーザ１３３の光素子ア
ッセンブリを同一方向から行えるようにした。
【００４６】この効果により、半導体素子端面に施すＡ
Ｒコート（反射防止膜）１３６の形成が一回の工程でで
きるようになり、この工業的メリットは大きい。
Ｒコート（反射防止膜）１３６の形成が一回の工程でで
きるようになり、この工業的メリットは大きい。
【００４７】また、テーパ導波路構造を用いた効果によ
り、約＋／−２ミクロン程度の位置決めトレランスが確
保できるため、比較的容易に光モジュールを製作するこ
とができる。
り、約＋／−２ミクロン程度の位置決めトレランスが確
保できるため、比較的容易に光モジュールを製作するこ
とができる。
【００４８】また、上記半導体レーザ１３３および光フ
ァイバ１３２は、あらかじめ、光ファイバ位置を決定す
ることができるようにファイバ用の溝が掘ってあるヒー
トシンク材１３７の上に、上記半導体光素子１３１とと
もにマウントされている。
ァイバ１３２は、あらかじめ、光ファイバ位置を決定す
ることができるようにファイバ用の溝が掘ってあるヒー
トシンク材１３７の上に、上記半導体光素子１３１とと
もにマウントされている。
【００４９】以上、説明した実施例による実施は、本発
明の実施態様の一例であり、上記の実施例以外にも種々
の実施態様があることは明らかである。
明の実施態様の一例であり、上記の実施例以外にも種々
の実施態様があることは明らかである。
【００５０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明により、二
つの異なった波長の入力光を分離し、クロストークの発
生を抑制しそれぞれ光検出することが可能な半導体光素
子および光モジュールを提供することができる。また、
波長多重された入力信号を分離検出すると同時に、入力
信号が伝送されてきた光ファイバに容易に、送信光を送
り出すことのできる半導体光素子および光モジュールを
提供することができる。
つの異なった波長の入力光を分離し、クロストークの発
生を抑制しそれぞれ光検出することが可能な半導体光素
子および光モジュールを提供することができる。また、
波長多重された入力信号を分離検出すると同時に、入力
信号が伝送されてきた光ファイバに容易に、送信光を送
り出すことのできる半導体光素子および光モジュールを
提供することができる。
【図１】本発明の半導体光素子の概念図である。
【図２】本発明の素子の導波路部分の断面構造図であ
る。
る。
【図３】本発明の原理説明のための埋め込みリブ型の導
波路構造における、構造と横方向比屈折率差の関係図で
ある。
波路構造における、構造と横方向比屈折率差の関係図で
ある。
【図４】図３の結果から計算できる各光の波長におけ
る、曲がり導波路の放射損失を示す図である。
る、曲がり導波路の放射損失を示す図である。
【図５】（ａ）は実施例１の素子斜視図、（ｂ）はその
断面構造図である。
断面構造図である。
【図６】実施例として素子製作工程を説明する図であ
る。
る。
【図７】実施例３の概略図である。
【図８】実施例４の概略図である。
【図９】等価屈折率法および横方向比屈折率差の説明図
である。
である。
【図１０】導波路構造の分類の説明図である。
【図１１】従来の光集積回路の一例を示す図である。
１ 基板 ２ 信号光入出力位置 ３ 曲がり導波路 ４ 第二の受光器 ５ 第一の受光器 ６ 光合波部 ７ 送信光入射位置 ８，９ テーパ導波路 Ｌ−１ 受信光 Ｌ−２ 送信光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｂ 10/28 Ｈ０４Ｂ 9/00 Ｗ 10/02
Claims (6)
- 【請求項１】 同一半導体基板上に、少なくとも光入射
導波路と該入射導波路に続く曲線導波路と、前記曲線導
波路の外周部に配置した第一の受光器と、前記曲線導波
路の延長上に配置した第二の受光器とを具備することを
特徴とする半導体光素子。 - 【請求項２】 請求項１の半導体素子において、 前記曲線導波路の前記第一の受光器と前記第二の受光器
との間に、光合波部と、該光合波部に続く出力光入射導
波路とを形成し、前記入射導波路を入出力導波路とする
ことを特徴とする半導体光素子。 - 【請求項３】 請求項１，２において、 前記曲線導波路のガイド層及びガイド層の一部が少なく
とも前記第一の受光器まで及んでいることを特徴とする
半導体光素子。 - 【請求項４】 請求項２及び３の半導体光素子におい
て、 前記入出力導波路の端面と、前記出力光入射導波路の端
面とが同一面内にあることを特徴とする半導体光素子。 - 【請求項５】 請求項１〜４の半導体光素子の前記入射
導波路の端面ないしは前記入出力導波路の端面に、光フ
ァイバーを光学的に結合したことを特徴とする半導体光
モジュール。 - 【請求項６】 請求項５の半導体光モジュールにおい
て、前記出力光入射導波路に半導体レーザを光学的に結
合することを特徴とする半導体光モジュール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10572795A JP3404985B2 (ja) | 1995-04-28 | 1995-04-28 | 半導体光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10572795A JP3404985B2 (ja) | 1995-04-28 | 1995-04-28 | 半導体光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08306952A true JPH08306952A (ja) | 1996-11-22 |
| JP3404985B2 JP3404985B2 (ja) | 2003-05-12 |
Family
ID=14415339
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10572795A Expired - Fee Related JP3404985B2 (ja) | 1995-04-28 | 1995-04-28 | 半導体光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3404985B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008204970A (ja) * | 2007-02-16 | 2008-09-04 | Fujitsu Ltd | 光半導体素子 |
| JP2011165712A (ja) * | 2010-02-04 | 2011-08-25 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体光増幅器モジュール |
| JP2014002384A (ja) * | 2012-06-18 | 2014-01-09 | Gwangju Inst Of Science & Technology | 光学素子 |
| JP2019057542A (ja) * | 2017-09-19 | 2019-04-11 | 日本電信電話株式会社 | 半導体光集積素子 |
-
1995
- 1995-04-28 JP JP10572795A patent/JP3404985B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008204970A (ja) * | 2007-02-16 | 2008-09-04 | Fujitsu Ltd | 光半導体素子 |
| JP2011165712A (ja) * | 2010-02-04 | 2011-08-25 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体光増幅器モジュール |
| JP2014002384A (ja) * | 2012-06-18 | 2014-01-09 | Gwangju Inst Of Science & Technology | 光学素子 |
| JP2019057542A (ja) * | 2017-09-19 | 2019-04-11 | 日本電信電話株式会社 | 半導体光集積素子 |
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|---|---|
| JP3404985B2 (ja) | 2003-05-12 |
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