(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体の基板と、
同一の方向に向かって光を放射するように前記基板上に並べて配置された複数の活性領域を有するアレイであって、前記複数の活性領域が、光を放射する方向と交差する方向において、前記アレイの端では前記アレイの中央よりも密に配置されるアレイと、
前記複数の活性領域に電流を注入する電極と、
を備え、
前記アレイの中央から各活性領域までの距離が、活性領域の順番と共に対数関数状に増加する光半導体素子。
【請求項２】
前記複数の活性領域を埋め込む埋め込み層を備える請求項１に記載の光半導体素子。
【請求項３】
前記アレイの中央から各活性領域までの距離と、活性領域の順番と共に増加する対数関数の値との差が、対数関数の値の３０％以内である請求項１又は２に記載の光半導体素子。
【請求項４】
半導体の第１基板と、
同一の方向に向かって光を放射するように前記第１基板上に並べて配置された所定数の活性領域を有するアレイであって、前記所定数の活性領域が、光を放射する方向と交差する方向において、前記アレイの端では前記アレイの中央よりも密に配置されるアレイと、
前記所定数の活性領域に電流を注入する電極と、
を有し、第２基板上に配置され、前記アレイの中央から各活性領域までの距離が、活性領域の順番と共に対数関数状に増加する光半導体素子と、
前記第２基板上に配置されており、前記光半導体素子の各活性領域から放射された光を入力して伝搬する前記所定数の光導波路と、
を備える発光装置。
【請求項５】
前記第２基板上に配置されており、前記所定数の光導波路が伝搬する光を変調して出力する前記所定数の光変調素子を備える請求項４に記載の発光装置。
【請求項６】
半導体の第１基板と、
同一の方向に向かって光を放射するように前記第１基板上に並べて配置された所定数の活性領域を有するアレイであって、前記所定数の活性領域が、光を放射する方向と交差する方向において、前記アレイの端では前記アレイの中央よりも密に配置されるアレイと、
前記所定数の活性領域に電流を注入する電極と、
を有し、第２基板上に配置され、前記アレイの中央から各活性領域までの距離が、活性領域の順番と共に対数関数状に増加する発光装置と、
前記第２基板上に配置されており、前記発光装置の各活性領域から放射された光を受光する前記所定数の受光素子を有する受光装置と、
を備える光伝送装置。
【請求項７】
光を同一の方向に放射する複数の活性領域を有するアレイを半導体の基板上に形成する工程であって、前記複数の活性領域が光を放射する方向と交差する方向において、前記アレイの端では前記アレイの中央よりも活性領域が密になるように前記複数の活性領域を並べて形成する第１工程と、
前記複数の活性領域に電流を注入する電極を形成する第２工程と、
を備え、
前記第１工程では、前記アレイの中央から各活性領域までの距離が、活性領域の順番と共に対数関数状に増加するように前記複数の活性領域を並べて形成する、光半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光半導体素子、発光装置、光伝送装置及び光半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンピュータ等の情報処理装置の高性能化に伴って、情報処理装置におけるボード上のチップ間又はボード間の通信にも光伝送を用いることが提案されている。
【０００３】
このような光伝送技術は、光インターコネクトとも呼ばれる。光インターコネクトは、装置間，ボード間又はチップ間等の比較的短い距離で光信号を伝送させる光通信技術である。光インターコネクトは、従来のメタル配線に比べて高速である。また、光インターコネクトを用いることにより、装置の消費電力、ＥＭＩ、ノイズ又は損失等の特性の向上が期待される。
【０００４】
光インターコネクトにおいて複数の光信号を同時に送信するためには、半導体レーザを並べて配置することが考えられる。
【０００５】
しかし、複数の半導体レーザを高密度に集積して配置すると、各半導体レーザの発熱により半導体レーザ間の温度が不均一になるおそれがある。半導体レーザの発振波長は、レーザ光を発振する利得領域の温度によって変化する。従って、各半導体レーザの発振特性が温度の違いにより影響を受ける場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２１１９３４号公報
【特許文献２】特開平６−５３６０７号公報
【特許文献３】特開２００３−２０９３１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本明細書では、同一の基板上に並べて配置された複数の活性領域を有し、各活性領域の温度が不均一になることを防止する光半導体素子、発光装置、光伝送装置及び光半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書に開示する光半導体素子の一形態によれば、半導体の基板と、同一の方向に向かって光を放射するように上記基板上に並べて配置された複数の活性領域を有するアレイであって、上記複数の活性領域が、光を放射する方向と交差する方向において、上記アレイの端では上記アレイの中央よりも密に配置されるアレイと、上記複数の活性領域に電流を注入する電極と、を備える。
【０００９】
本明細書に開示する発光装置の一形態によれば、半導体の第１基板と、同一の方向に向かって光を放射するように上記第１基板上に並べて配置された所定数の活性領域を有するアレイであって、上記所定数の活性領域が、光を放射する方向と交差する方向において、上記アレイの端では上記アレイの中央よりも密に配置されるアレイと、上記複数の活性領域に電流を注入する電極と、を有し、第２基板上に配置される光半導体素子と、上記第２基板上に配置されており、上記光半導体素子の各活性領域から放射された光を入力して伝搬する上記所定数の光導波路と、を備える。
【００１０】
また、本明細書に開示する光伝送装置の一形態によれば、半導体の第１基板と、同一の方向に向かって光を放射するように上記第１基板上に並べて配置された所定数の活性領域を有するアレイであって、上記所定数の活性領域が、光を放射する方向と交差する方向において、上記アレイの端では上記アレイの中央よりも密に配置されるアレイと、上記複数の活性領域に電流を注入する電極と、を有し、第２基板上に配置される発光装置と、上記第２基板上に配置されており、上記発光装置の各活性領域から放射された光を受光する上記所定数の受光素子を有する受光装置と、を備える。
【００１１】
更に、本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の一形態によれば、光を同一の方向に放射する複数の活性領域を有するアレイを半導体の基板上に形成する工程であって、上記複数の活性領域が光を放射する方向と交差する方向において、上記アレイの端では上記アレイの中央よりも活性領域が密になるように上記複数の活性領域を並べて形成する工程と、上記複数の活性領域に電流を注入する電極を形成する工程と、を備える。
【発明の効果】
【００１２】
上述した本明細書に開示する光半導体素子の一形態によれば、同一の基板上に並べて配置された複数の活性領域を有しており、各活性領域の温度が不均一になることが防止される。
【００１３】
また、上述した本明細書に開示する発光装置の一形態によれば、光を放射する発光装置が、同一の基板上に並べて配置された複数の活性領域を有しており、各活性領域の温度が不均一になることが防止される。
【００１４】
また、本明細書に開示する光伝送装置の一形態によれば、光を放射する発光装置が、同一の基板上に並べて配置された複数の活性領域を有しており、各活性領域の温度が不均一になることが防止される。
【００１５】
更に、本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の一形態によれば、同一の基板上に並べて配置された複数の活性領域を有しており、各活性領域の温度が不均一になることが防止される光半導体素子が得られる。
【００１６】
本発明の目的及び効果は、特に請求項において指摘される構成要素及び組み合わせを用いることによって認識され且つ得られるだろう。
【００１７】
前述の一般的な説明及び後述の詳細な説明の両方は、例示的及び説明的なものであり、特許請求の範囲に記載されている本発明を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本明細書に開示する光半導体素子の一実施形態を示す図である。
【図２】図１に示す光半導体素子の平面図である。
【図３】図１に示す光半導体素子の斜視図である。
【図４】アレイの中央から活性領域までの距離と活性領域のチャネル番号との関係（その１）を示す図である。
【図５】活性領域の温度とアレイの中央から活性領域までの距離との関係（その１）を示す図である。
【図６】アレイの中央から活性領域までの距離と活性領域のチャネル番号との関係（その２）を示す図である。
【図７】活性領域の温度とアレイの中央から活性領域までの距離との関係（その２）を示す図である。
【図８】アレイの中央から活性領域までの距離と活性領域のチャネル番号との関係（その３）を示す図である。
【図９】活性領域の温度とアレイの中央から活性領域までの距離との関係（その３）を示す図である。
【図１０】本明細書に開示する光送信器の一実施形態を示す図である。
【図１１】本明細書に開示する光伝送装置の一実施形態を示す図である。
【図１２】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の一実施形態の工程（その１）を示す図である。
【図１３】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の一実施形態の工程（その２）を示す図である。
【図１４】本明細書に開示する光半導体素子の他の形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本明細書で開示する光半導体素子の好ましい一実施形態を、図を参照して説明する。但し、本発明の技術範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶものである。
【００２０】
図１は、本明細書に開示する光半導体素子の一実施形態を示す図である。図２は、図１に示す光半導体素子の平面図である。図３は、図１に示す光半導体素子の斜視図である。
【００２１】
本実施形態の光半導体素子１０は、複数のレーザ光を発振して、各レーザ光を同一の方向に向かって放射する素子である。各レーザ光を発振する活性領域は、同一の半導体の基板上に配置されている。光半導体素子１０は、光インターコネクト技術に好適に用いられ得る素子である。光半導体素子１０の寸法は、例えば、光を放射する方向の長さを４００μｍとし、光を放射する方向と直交する方向の寸法を６００μｍとすることができる。この光半導体素子１０の寸法は、例示であり、半導体の製造技術を用いて形成され得る寸法の範囲で適宜設定することができる。
【００２２】
以下、光半導体素子１０について、更に詳述する。
【００２３】
光半導体素子１０は、半導体の基板１１と、基板１１上に間隔を空けて配置された複数の下クラッド層１２と、各下クラッド層１２上に配置された活性領域Ａ１〜Ａ１３とを備える。各活性領域Ａ１〜Ａ１３は、隣接する活性領域と間隔を空けて配置される。本実施形態の光半導体素子１０は、１３個の活性領域Ａ１〜Ａ１３を有する。また、本実施形態では、下クラッド層１２と基板１１とは一体に形成される。下クラッド層１２及び基板１１は、例えば、ｎ型のＩｎＰを用いて形成され得る。
【００２４】
各活性領域Ａ１〜Ａ１３は、光の放射方向に沿って細長い形状を有しており、その長手方向の両端面は、光半導体素子１０の両側面に露出している。各活性領域Ａ１〜Ａ１３は、同一の方向に向かって光を放射するように、基板１１上に光を放射する方向と交差する方向に間隔を空けて並べて配置されている。各活性領域Ａ１〜Ａ１３が、その端面から放射する光の方向は、基板１１に対して平行である。
【００２５】
本実施形態の光半導体素子１０では、各活性領域Ａ１〜Ａ１３は量子井戸構造を有しており、ファブリ・ペロー型の半導体レーザを形成する。各活性領域Ａ１〜Ａ１３では、長手方向の両端面間で光が反射することにより共振し、発振したレーザ光が半透過性の端面から外部に向かって放射される。活性領域Ａ１〜Ａ１３は、例えば、ＩｎＧａＡｓＰを用いて、井戸層及びバリア層が形成され得る。なお、各活性領域Ａ１〜Ａ１３は、ファブリ・ペロー型以外の半導体レーザを形成していても良い。また、各活性領域Ａ１〜Ａ１３がＤＦＢ型の半導体レーザを形成することにより、各ストライプの波長を制御することができる。
【００２６】
並べて配置された１３個の活性領域Ａ１〜Ａ１３は、活性領域のアレイＲを形成する。アレイＲは、１３個の活性領域Ａ１〜Ａ１３それぞれから発振したレーザ光を同一の方向に並べて放射する。本実施形態の光半導体素子１０では、１３個の活性領域Ａ１〜Ａ１３は、光を放射する方向と直交する方向に間隔を空けて配置される。
【００２７】
アレイＲの中央には、活性領域Ａ７が配置される。アレイＲの両端には、活性領域Ａ１及びＡ１３が配置される。なお、活性領域は、アレイＲの中央に必ずしも配置されていなくても良い。
【００２８】
本明細書では、アレイＲの中央は、アレイＲにおいて活性領域から放射されるレーザ光の向きと直交する方向の中央を意味している。また、アレイＲの端は、アレイＲにおいて活性領域から放射されるレーザ光の向きと直交する方向の端を意味している。
【００２９】
各活性領域Ａ１〜Ａ１３及び下クラッド層１２は、半導体により形成される第１埋め込み層１３によって埋め込まれている。隣接する活性領域の間には、第１埋め込み層１３が配置される。また、隣接する下クラッド層１２の間には、第１埋め込み層１３が配置される。活性領域Ａ１〜Ａ１３の周囲の第１埋め込み層１３の部分は、活性領域Ａ１〜Ａ１３内に光を閉じ込める働きを有する。
【００３０】
光半導体素子１０は、第１埋め込み層１３上に配置される電流ブロック層１４を有する。電流ブロック層１４は、各活性領域Ａ１〜Ａ１３の上部の領域に開口部１４ａを有する。電流ブロック層１４は、例えば、ｎ型のＩｎＰを用いて形成され得る。
【００３１】
電流ブロック層１４の上には、半導体により形成される第２埋め込み層１５が配置される。第２埋め込み層１５は、電流ブロック層１４の開口部１４ａを通じて、第１埋め込み層１３と一体になっている。第１埋め込み層１３及び第２埋め込み層１５は、例えば、ｐ型のＩｎＰを用いて形成され得る。
【００３２】
更に、光半導体素子１０は、第１埋め込み層１３上に配置された第１電極１６と、基板１１の第１埋め込み層１３とは反対側の面上に配置された第２電極１７とを有する。第１電極１６及び第２電極１７は、各活性領域Ａ１〜Ａ１３に対して電流を注入する。
【００３３】
第１電極１６から第１埋め込み層１３に注入された電流は、電流ブロック層１４の開口部１４ａを通じて第２埋め込み層１５に流れ込んだ後、各活性領域Ａ１〜Ａ１３に注入される。
【００３４】
ここで、図２では、説明を分かり易くするために電流ブロック層１４等の構成要素が記載されていない。同様に、図３では、説明を分かり易くするために活性領域Ａ１〜Ａ１３以外の構成要素が記載されていない。
【００３５】
上述した光半導体素子１０は、いわゆるｐｎｐｎ型の埋め込み構造を有する複数の半導体レーザを有しており、各活性領域Ａ１〜Ａ１３で生じる熱の伝導性に優れている。
【００３６】
次に、上述した活性領域のＡ１〜Ａ１３アレイＲについて、更に、以下に説明する。
【００３７】
各活性領域Ａ１〜Ａ１３では、注入された電気エネルギーの一部が熱に変わって発熱する。発熱した熱は、第１埋め込み層１３及び下クラッド層１２等を伝わって周囲に拡散する。アレイＲの中央に位置する活性領域Ａ７には、その両側に位置する複数の活性領域から発熱した熱が拡散してくる。一方、アレイＲの一方の端に位置する活性領域Ａ１は、活性領域Ａ２が位置する片方の側からのみ熱が拡散してくる。同様に、アレイＲの他方の端に位置する活性領域Ａ１３も、活性領域Ａ１２が位置する片方の側からのみ熱が拡散してくる。
【００３８】
従って、動作中の光半導体素子１０では、アレイＲの中央に位置する活性領域Ａ７の温度は、アレイＲの両端に位置する活性領域Ａ１、Ａ１３の温度よりも高くなる。
【００３９】
このように、活性領域間で温度が不均一になると、活性領域の温度によって屈折率が変化するので、活性領域の光路長が変化するため、活性領域間で発振波長が異なるおそれがある。その結果、アレイＲ内の活性領域の発振特性が不均一になる場合がある。
【００４０】
従って、活性領域間の温度を均一にする観点から、第１埋め込み層１３は活性領域で発生した熱の拡散を促進することが好ましい。そこで、第１埋め込み層１３の熱伝導率は、好ましくは１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、特に５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、更には７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましい。
【００４１】
ただし、一般に、熱伝導率が高くなると、導電率も高くなることから、第１埋め込み層１３が半導体の導電率を有する観点から、実際には、第１埋め込み層１３の熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下となる。
【００４２】
このような第１埋め込み層１３の熱伝導性の考え方は、第２埋め込み層１５に対しても適用される。
【００４３】
また、光半導体素子１０では、各活性領域の温度が不均一になることを防止するために、アレイＲにおける１３個の活性領域Ａ１〜Ａ１３の間隔が不等間隔に配置されている。具体的には、１３個の活性領域Ａ１〜Ａ１３は、光を放射する方向と交差する方向において、本実施形態では光を放射する方向と直交する方向において、アレイの端ではアレイの中央よりも密に配置されている。
【００４４】
アレイＲでは、活性領域間の距離が、活性領域Ａ７から活性領域Ａ１に向かって減少していることが好ましい。同様に、活性領域間の距離は、活性領域Ａ７から活性領域Ａ１３に向かって減少していることが好ましい。
【００４５】
具体的には、本明細書の光半導体素子１０では、アレイＲの中央に位置する活性領域Ａ７から、その両側に位置する各活性領域までの距離が、活性領域の順番と共に対数関数状に増加する。これは、熱が拡散によって指数関数的に減衰するので、熱源である活性領域の配置を対数関数状に配置することにより、温度勾配を減少させるためである。
【００４６】
図４は、光半導体素子１０におけるアレイＲの中央から活性領域までの距離と活性領域のチャネル番号との関係を示す図である。
【００４７】
図４の横軸は、活性領域Ａ７のチャネル番号を０として、その両側それぞれに位置する活性領域の順番をチャネル番号１〜６で表している。即ち、チャネル番号１〜６は、活性領域Ａ６〜Ａ１及びＡ８〜Ａ１３を意味する。カーブＣは、対数関数曲線を示しており、活性領域Ａ７から活性領域Ａ６〜Ａ１及びＡ８〜Ａ１３それぞれまでの距離が、カーブＣ上に位置する。
【００４８】
図４に示す例では、活性領域Ａ７と活性領域Ａ６、Ａ８との間の距離は４８μｍであった。活性領域Ａ７と活性領域Ａ５、Ａ９との間の距離は９６μｍであった。活性領域Ａ７と活性領域Ａ４、Ａ１０との間の距離は１２９μｍであった。活性領域Ａ７と活性領域Ａ３、Ａ１１との間の距離は１５２μｍであった。活性領域Ａ７と活性領域Ａ２、Ａ１２との間の距離は１７３μｍであった。活性領域Ａ７と活性領域Ａ１、Ａ１３との間の距離は１８０μｍであった。
【００４９】
図５は、図４に示すアレイＲにおける各活性領域の温度とアレイの中央から活性領域までの距離との関係を示す図である。
【００５０】
図５は、動作中の光半導体素子１０における光を放射する方向と直交する方向の断面の温度分布について、熱拡散方程式の境界値問題を有限要素法を用いて計算機により求めた結果である。具体的には、図５は、各活性領域の部分の温度を示している。光半導体素子１０が配置される雰囲気の温度を２５℃とし、各活性領域からの出力が１０ｍＷとなるように電極から電流を注入した。
【００５１】
各活性領域Ａ１〜１３の温度は６７．５℃〜６８．５℃の間に分布しており、活性領域Ａ１〜１３間の温度差は１℃以内に収まっている。
【００５２】
次に、上述したアレイＲの中央に位置する活性領域Ａ７から、その両側に位置する各活性領域までの距離が、活性領域の順番と共に対数関数状に増加することについて、以下に更に説明する。
【００５３】
本明細書では、「対数関数状に増加する」ことには、アレイＲの中央から各活性領域までの距離と、活性領域の順番と共に増加する対数関数の値との差が、対数関数の値の３０％以内、特に１０〜２０％、更には１０％以内にあることが含まれる。このように、アレイＲの中央から各活性領域までの距離は、活性領域の順番と共に必ずしも対数関数曲線上に位置するように増加しなくても良い。
【００５４】
図６は、光半導体素子１０におけるアレイＲの中央から活性領域までの距離と活性領域のチャネル番号との関係を示す他の図である。
【００５５】
図６に示す例では、アレイＲの中央から各活性領域までの距離は、活性領域の順番と共に対数関数曲線上に位置するようには増加していない。図６に示す例では、アレイＲの中央から各活性領域までの距離と、活性領域の順番と共に増加する対数関数の値との差が、対数関数の値の３０％以内にある。
【００５６】
図６に示す例では、活性領域Ａ７と活性領域Ａ６、Ａ８との間の距離は４３μｍであった。活性領域Ａ７と活性領域Ａ５、Ａ９との間の距離は８６μｍであった。活性領域Ａ７と活性領域Ａ４、Ａ１０との間の距離は１２０μｍであった。活性領域Ａ７と活性領域Ａ３、Ａ１１との間の距離は１５４μｍであった。活性領域Ａ７と活性領域Ａ２、Ａ１２との間の距離は１７１μｍであった。活性領域Ａ７と活性領域Ａ１、Ａ１３との間の距離は１８０μｍであった。
【００５７】
図７は、図６に示すアレイＲにおける各活性領域の温度とアレイの中央から活性領域までの距離との関係を示す図である。図７に示す結果は、図５と同様の計算により求められた。
【００５８】
アレイＲの中央に位置する活性領域Ａ７が最も高い温度６８．８℃を示し、アレイＲの両端に位置する活性領域Ａ１，Ａ１３が最も低い温度６７．３℃を示しており、活性領域Ａ１〜１３間の温度差は１．５℃以内に収まっている。
【００５９】
次に、アレイＲの中央から各活性領域までの距離と、活性領域の順番と共に増加する対数関数の値との差が、対数関数の値の３０％よりも大きい例を以下に説明する。
【００６０】
図８は、光半導体素子におけるアレイの中央から活性領域までの距離と活性領域のチャネル番号との関係を示すまた他の図である。
【００６１】
図８に示す例では、各活性領域が３０μｍの等間隔で配置されており、アレイの中央に位置する活性領域から両側の他の活性領域までの距離が直線状に増加している。
【００６２】
図９は、図８に示すアレイにおける各活性領域の温度とアレイの中央から活性領域までの距離との関係を示す図である。図９に示す結果は、図５と同様の計算により求められた。
【００６３】
図９に示す例では、アレイの中央に位置する活性領域Ａ７が最も高い温度７０．８℃を示し、アレイの外方に向かうにつれて温度が低下し、その両端に位置する活性領域Ａ１，Ａ１３が最も低い温度６５．７℃を示している。このように、図９に示す例では、活性領域間で５．１℃の温度差が生じている。
【００６４】
一方、上述した本実施形態の光半導体素子１０によれば、各活性領域の温度が不均一になることが防止される。
【００６５】
本実施形態の光半導体素子では、複数の活性領域が密接して配置されていて活性領域間の距離が数１０μｍ程度であっても、各活性領域間の温度を均一にすることができる。この理由は、上述したように、各活性領域Ａ１〜Ａ１３が第１埋め込み層１３によって埋め込まれていること、及び、活性領域Ａ１〜Ａ１３が、光を放射する方向と交差する方向において、アレイＲの端ではアレイの中央よりも密に配置されていることが挙げられる。
【００６６】
例えば、第１埋め込み層１３がＩｎＰによって形成されている場合には、ＩｎＰの熱伝導率は約７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。一方、各活性領域Ａ１〜Ａ１３が空気によって埋め込まれている場合には、静止した空気の熱伝導率は約０．０２４１Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、流れている空気でも熱伝導率は０．０６〜１．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。従って、ＩｎＰの熱伝導率は、空気の熱伝導率の４６倍以上となる。従って、各活性領域Ａ１〜Ａ１３が空気内に埋め込まれている場合には、光半導体素子１０のような温度の均一性を得ることはできないと考えられる。このように、光半導体素子１０は、熱伝導率が高く且つ各活性領域Ａ１〜Ａ１３を埋め込む半導体層を備えることにより、各活性領域間の温度を均一にできる。
【００６７】
次に、本明細書に開示する光送信器を、図面を参照しながら、以下に説明する。
【００６８】
図１０は、本明細書に開示する光送信器の一実施形態を示す図である。
【００６９】
本実施形態の光送信器２０は、半導体の基板２１上に配置され、同一の方向に向かって複数の光を放射する光半導体素子２２と、光半導体素子２２を駆動する駆動部２３と、光半導体素子２２から放射された複数の光を入力して伝搬する光導波路アレイ２４を備える。
【００７０】
光半導体素子２２は、上述した本明細書に開示する光半導体素子１０と同様の構成を有する。
【００７１】
駆動部２３は、光半導体素子２２に対して電力を供給し、光半導体素子２２のアレイＲからレーザ光を放射させる。
【００７２】
光導波路アレイ２４は、アレイＲの各活性領域Ａ１〜Ａ１３から放射された光を入力して伝搬する１３本の光導波路Ｗ１〜Ｗ１３を備える。各光導波路Ｗ１〜Ｗ１３は、各活性領域Ａ１〜Ａ１３から入力したレーザ光を伝搬して、光送信器２０の外部へ出力する。
【００７３】
光送信器２０では、光半導体素子２２及び駆動部２３及び光導波路アレイ２４が、同一の基板２１上に配置されている。光導波路アレイ２４は、例えば、基板２１としてのシリコン基板上に、シリコン細線光導波路を用いて形成することができる。また、光半導体素子２２を搭載する部分はシリコン細線導波路２４の光軸と光半導体素子２２の光軸がそろうように掘割状に加工して電極を形成し、第１電極１６又は第２電極１７とハンダで接続しても良い。シリコン細線光導波路又は光半導体素子搭載部は、シリコン半導体の微細加工技術を用いて製造できるので光送信器２０は容易に大量に製造することができる。
【００７４】
次に、本明細書に開示する光伝送装置を、図面を参照しながら、以下に説明する。
【００７５】
図１１は、本明細書に開示する光伝送装置の一実施形態を示す図である。
【００７６】
本実施形態の光伝送装置３０は、同一の方向に向かって複数の光を放射する発光装置３２と、発光装置３２から放射された複数の光を入力して伝搬する光導波路アレイ３３ａと、光導波路アレイ３３ａから入力した各光を変調して出力する光変調器アレイ３４とを備える。
【００７７】
また、光伝送装置３０は、光変調器アレイ３４から出力された複数の光を入力して伝搬する光導波路アレイ３３ｂを備える。更に、光伝送装置３０は、光導波路アレイ３３ｂから入力した各光を受光して電気信号に変換して出力する受光装置３５と、受光装置３５から出力された複数の電気信号を入力して処理する信号処理部３６とを備える。
【００７８】
発光装置３２は、上述した本明細書に開示する光半導体素子１０と同様の構成を有する。
【００７９】
光導波路アレイ３３ａ、３３ｂそれぞれは、光導波路Ｗ１〜Ｗ１３を有する。光導波路アレイ３３ａ、３３ｂは、上述した本実施形態に開示する光送信器の光導波路アレイ２４と同様の構成を有する。
【００８０】
光変調器アレイ３４は、光導波路Ｗ１〜Ｗ１３から光を入力し、入力したそれぞれの光を変調して出力する光変調素子Ｍ１〜Ｍ１３を有する。
【００８１】
受光装置３５は、光導波路Ｗ１〜Ｗ１３から光を受光して電気信号に変換する１３個の受光素子Ｄ１〜Ｄ１３を有する。
【００８２】
光伝送装置３０では、発光装置３２及び光導波路アレイ３３ａ、３３ｂ及び光変調器アレイ３４及び受光装置３５及び信号処理部３６は、同一の半導体の基板３１上に配置される。
【００８３】
次に、上述した本実施形態の光半導体素子の好ましい製造方法の一実施形態を、図面を参照して以下に説明する。
【００８４】
まず、有機金属気相成長法を用いて、活性領域Ａ１〜Ａ１３を形成する活性層（図示せず）が、基板１１上に形成される。基板１１の材料としては、例えばＩｎＰを用いることができる。そして、図１２に示すように、所定数の活性領域Ａ１〜Ａ１３が形成されるように活性層をエッチングすると共に、各活性領域Ａ１〜Ａ１３以外の基板１１の部分が所定の深さまでエッチングされて、所定数の下クラッド層１２及び活性領域Ａ１〜Ａ１３が形成される。活性領域Ａ１〜Ａ１３としては、量子井戸構造を形成しても良い。１３個の活性領域Ａ１〜Ａ１３によって、活性領域のアレイＲが形成される。このようにして、複数の活性領域Ａ１〜Ａ１３が光を放射する方向と交差する方向において、アレイＲの端ではアレイＲの中央よりも活性領域が密になるように複数の活性領域Ａ１〜Ａ１３が間隔を開けて並べて形成される。活性領域Ａ１〜Ａ１３の材料としては、例えば、１．５５μｍ帯の組成波長を有するＩｎＧａＡｓＰを用いることができる。活性領域Ａ１〜Ａ１３の幅としては、例えば１．５μｍとすることができる。
【００８５】
次に、図１３に示すように、有機金属気相成長法及びリソグラフィー技術を用いて、第１埋め込み層１３と、電流ブロック層１４と、第２埋め込み層１５とが、基板１１上に形成される。このようにして、複数の活性領域Ａ１〜Ａ１３が第１埋め込み層１３によって埋め込まれる。
【００８６】
そして、活性領域Ａ１〜Ａ１３に電流を注入する第１電極１６及び第２電極１７が形成されて、図１に示す光半導体素子が得られる。
【００８７】
本発明では、上述した実施形態の光半導体素子、発光装置、光伝送装置及び光半導体素子の製造方法は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。また、一の実施形態が有する構成要件は、他の実施形態にも適宜適用することができる。
【００８８】
例えば、上述した実施形態の光半導体素子は、ｐｎｐｎ型の埋め込み構造を有していたが、光半導体素子は、ＳＩ−ＢＨ型の埋め込み層を有していても良い。
【００８９】
また、上述した実施形態の光半導体素子では、１３個の活性領域を有していたが、活性領域の数は、１３個よりも少なくても良いし、１３個よりも多くても良い。
【００９０】
また、上述した実施形態の光半導体素子では、活性領域が量子井戸構造を有していたが、活性領域は、発光する機能を有していれば、他の構造を有していても良い。
【００９１】
更に、上述した実施形態の光半導体素子では、半導体レーザは、端面発光型であったが、半導体レーザは、面発光型であっても良い。
【００９２】
図１４は、本明細書に開示する光半導体素子の他の形態を示す図である。
【００９３】
本実施形態の光半導体素子は、面発光型の活性領域Ｂを有する。本実施形態では、複数の活性領域Ｂが光を放射する方向が、基板１１に対して垂直である。
【００９４】
図１４に示す例では、アレイＲの中央に位置する活性領域Ｂ０を中心にして、同心円状に他の活性領域Ｂ１，Ｂ２、Ｂ３が配置されている。他の活性領域Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は、最も内側に位置する円Ｇ１上と、最も外側に位置する円Ｇ３上と、円Ｇ１と円Ｇ３との間に位置する円Ｇ２上とに配置される。
【００９５】
円Ｇ１の半径は円Ｇ２の半径よりも小さく、円Ｇ２の半径は円Ｇ３の半径よりも小さい。
【００９６】
ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、読者が、発明者によって寄与された発明及び概念を技術を深めて理解することを助けるための教育的な目的を意図する。ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、そのような具体的に述べられた例及び条件に限定されることなく解釈されるべきである。また、明細書のそのような例示の機構は、本発明の優越性及び劣等性を示すこととは関係しない。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、その様々な変更、置き換え又は修正が本発明の精神及び範囲を逸脱しない限り行われ得ることが理解されるべきである。
【００９７】
以上の上述した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【００９８】
（付記１）
半導体の基板と、
同一の方向に向かって光を放射するように前記基板上に並べて配置された複数の活性領域を有するアレイであって、前記複数の活性領域が、光を放射する方向と交差する方向において、前記アレイの端では前記アレイの中央よりも密に配置されるアレイと、
前記複数の活性領域に電流を注入する電極と、
を備える光半導体素子。
【００９９】
（付記２）
前記複数の活性領域を埋め込む埋め込み層を備える付記１に記載の光半導体素子。
【０１００】
（付記３）
前記埋め込み層の熱伝導率は、５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である付記２に記載の光半導体素子。
【０１０１】
（付記４）
前記アレイの中央から各活性領域までの距離が、活性領域の順番と共に対数関数状に増加する付記１〜３の何れか一項に記載の光半導体素子。
【０１０２】
（付記５）
前記アレイの中央から各活性領域までの距離と、活性領域の順番と共に増加する対数関数の値との差が、対数関数の値の３０％以内である付記４に記載の光半導体素子。
【０１０３】
（付記６）
前記複数の活性領域が光を放射する方向は、前記基板に対して平行である付記１〜５の何れか一項に記載の光半導体素子。
【０１０４】
（付記７）
前記複数の活性領域が光を放射する方向は、前記基板に対して垂直である付記１〜６の何れか一項に記載の光半導体素子。
【０１０５】
（付記８）
前記複数の活性領域は、光を放射する方向と直交する方向において、前記アレイの端では前記アレイの中央よりも密に配置される付記１〜７の何れか一項に記載の光半導体素子。
【０１０６】
（付記９）
半導体の第１基板と、
同一の方向に向かって光を放射するように前記第１基板上に並べて配置された所定数の活性領域を有するアレイであって、前記所定数の活性領域が、光を放射する方向と交差する方向において、前記アレイの端では前記アレイの中央よりも密に配置されるアレイと、
前記複数の活性領域に電流を注入する電極と、
を有し、第２基板上に配置される光半導体素子と、
前記第２基板上に配置されており、前記光半導体素子の各活性領域から放射された光を入力して伝搬する前記所定数の光導波路と、
を備える発光装置。
【０１０７】
（付記１０）
前記第２基板上に配置されており、前記所定数の光導波路が伝搬する光を変調して出力する前記所定数の光変調素子を備える付記９に記載の発光装置。
【０１０８】
（付記１１）
半導体の第１基板と、
同一の方向に向かって光を放射するように前記第１基板上に並べて配置された所定数の活性領域を有するアレイであって、前記所定数の活性領域が、光を放射する方向と交差する方向において、前記アレイの端では前記アレイの中央よりも密に配置されるアレイと、
前記複数の活性領域に電流を注入する電極と、
を有し、第２基板上に配置される発光装置と、
前記第２基板上に配置されており、前記発光装置の各活性領域から放射された光を受光する前記所定数の受光素子を有する受光装置と、
を備える光伝送装置。
【０１０９】
（付記１２）
光を同一の方向に放射する複数の活性領域を有するアレイを半導体の基板上に形成する工程であって、前記複数の活性領域が光を放射する方向と交差する方向において、前記アレイの端では前記アレイの中央よりも活性領域が密になるように前記複数の活性領域を並べて形成する工程と、
前記複数の活性領域に電流を注入する電極を形成する工程と、
を備える光半導体素子の製造方法。
【符号の説明】
【０１１０】
１０    光半導体素子
１１    基板
１２    下クラッド層
１３    第１埋め込み層
１４    電流ブロック層
１５    第２埋め込み層
１６    第１電極
１７    第２電極
２０    光送信器
２１    基板
２２    光半導体素子
２３    駆動部
２４    光導波路アレイ
３０    光伝送装置
３１    基板
３２    発光装置
３３ａ、３３ｂ    光導波路アレイ
３４    光変調器アレイ
３５    受光装置
３６    信号処理部
Ａ１〜Ａ１３    活性領域
Ｒ    アレイ
Ｄ１〜Ｄ１３    受光素子
Ｗ１〜Ｗ１３    光導波路
Ｍ１〜Ｍ１３    光変調素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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