(57)【要約】光学素子は、第一および第二のリッジ導波路を含む半導体構造を備え、各導波路は、半導体構造の表面を横切って延在するリッジを備える。第一の導波路のリッジは、表面の第一の領域上に第一の高さを有し、第二の導波路のリッジは、表面の第二の領域上にそれよりも高い第二の高さを有する。半導体構造は、第一および第二のリッジ導波路の間に位置する多モード干渉（ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ；  ＭＭＩ）領域を含み、かつその間に遷移を提供する。ＭＭＩ領域の少なくとも一部の幅はテーパー状であり、ならびに／あるいは第一および／または第二のリッジ導波路の少なくとも一部の幅は、ＭＭＩ領域から離れて延出する方向にテーパー状である。
2009510505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一および第二のリッジ導波路を含む半導体構造を備える光学素子であって、各導波路は、前記半導体構造の表面を横切って延在するリッジを備え、前記第一の導波路の前記リッジは、前記表面の第一の領域上に第一の高さを有し、前記第二の導波路の前記リッジは、前記表面の第二の領域上にそれより高い第二の高さを有し、前記半導体構造は、前記第一および第二のリッジ導波路の間に位置する多モード干渉（ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ；  ＭＭＩ）領域を含んで、かつそれらの間の遷移を提供する光学素子であって、前記素子は、次のうちの一つまたは両方を含む、光学素子。（ａ）前記ＭＭＩ領域の少なくとも一部の幅は、テーパー状である、（ｂ）前記第一および第二のリッジ導波路の片方または両方の少なくとも一部の幅は、前記ＭＭＩ領域から延出する方向にテーパー状である。
【請求項２】
前記ＭＭＩ領域は、リッジ導波路のリッジを備え、前記リッジは、前記半導体構造の前記表面の領域を横切って延在する、請求項１に記載の素子。
【請求項３】
前記ＭＭＩ領域の少なくとも一部は、前記半導体構造の前記表面の前記第二の領域の一部を横切って延在する、請求項２に記載の素子。
【請求項４】
実質的に、前記ＭＭＩ領域全体は、前記半導体構造の前記表面の前記第二の領域の一部を横切って延在する、請求項３に記載の素子。
【請求項５】
前記ＭＭＩ領域は、前記半導体構造の前記表面の第一および第二の領域の両方の一部を横切って延在する、請求項３に記載の素子。
【請求項６】
前記半導体表面の前記表面の前記第一および第二の領域の間に位置する、前記半導体構造の実質的にエッチングされていない緩衝帯を含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の素子。
【請求項７】
前記ＭＭＩ領域の少なくとも一部の幅は、前記第二のリッジ導波路側に延出する方向にテーパー状である、請求項１から６のいずれか１項に記載の素子。
【請求項８】
実質的に、前記ＭＭＩ領域全体の幅は、前記第二のリッジ導波路側に延出する方向にテーパー状である、請求項７に記載の素子。
【請求項９】
前記ＭＭＩ領域に直接隣接した前記第一のリッジ導波路の前記リッジの少なくとも一部の幅は、テーパー状である、請求項１から８のいずれか１項に記載の素子。
【請求項１０】
前記ＭＭＩ領域に直接隣接した前記第二のリッジ導波路の前記リッジの少なくとも一部の幅は、テーパー状である、請求項１から９のいずれか１項に記載の素子。
【請求項１１】
前記第一のリッジ導波路の前記リッジの少なくとも一部は、前記第二のリッジ導波路の前記リッジの少なくとも一部よりも幅広である、請求項１から１０のいずれか１項に記載の素子。
【請求項１２】
前記ＭＭＩ領域に直接隣接した前記第一のリッジ導波路の前記リッジの少なくとも一部は、前記ＭＭＩ領域に直接隣接した前記第二のリッジ導波路の前記リッジの少なくとも一部よりも幅広である、請求項１１に記載の素子。
【請求項１３】
前記半導体構造の前記表面は、少なくとも二つのレベルを有し、前記表面の前記第一の領域は第一のレベルにあり、前記表面の前記第二の領域は第二のレベルにあり、前記第二のレベルは前記第一のレベルよりも低い、請求項１から１２のいずれか１項に記載の素子。
【請求項１４】
前記第一のリッジ導波路の前記リッジの上面と、前記第二のリッジ導波路の前記リッジの上面とは、実質的に同一平面上にある、請求項１から１３のいずれか１項に記載の素子。
【請求項１５】
前記ＭＭＩ領域の上面は、前記第一のリッジ導波路の前記リッジの上面と、前記第二のリッジ導波路の前記リッジの上面とのうちの片方または両方と実質的に同一平面上にある、請求項１から１４のいずれか１項に記載の素子。
【請求項１６】
（ａ）前記ＭＭＩ領域と、（ｂ）前記第一のリッジ導波路と前記第二のリッジ導波路とのうちの片方または両方、のうちの片方または両方と連結する第一の電極をさらに備え、前記電極は、そこに電場を加えることによって、そこを通って伝播する光の吸収をもたらすように配置される、請求項１から１５のいずれか１項に記載の素子。
【請求項１７】
前記半導体構造の前記第一の電極と反対側に位置する第二の電極をさらに備える、請求項１６に記載の素子。
【請求項１８】
前記第一の電極は可変電場を加えるように配置される、請求項１６または請求項１７に記載の素子。
【請求項１９】
（ａ）前記ＭＭＩ領域と、（ｂ）前記第一のリッジ導波路と前記第二のリッジ導波路とのうちの片方または両方、のうちの片方または両方は、前記第一の電極に加えられた前記電場の変動により光の吸収の変動がもたらされる一つ以上の能動領域と、前記第一の電極に加えられた前記電場の変動により光のいかなる吸収の変動も実質的にもたらされない一つ以上の受動領域とを含む、請求項１８に記載の素子。
【請求項２０】
単一および同一の半導体構造に集積される、請求項１から１９のいずれか１項に記載の複数の光学素子を備える半導体光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光学素子に関し、特に、光学的に結合された複数の構成要素が同一の半導体構造（例えば、同一の半導体チップ）内に作製される、集積半導体光学素子に関する。本発明は、具体的には、リッジ（またはリブ）導波路を含む半導体光学素子に関する（リッジ導波路は、半導体構造の表面を横切って延在するリッジを備える）。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、リッジ導波路は、面内に光を閉じ込めるように設計されている層を有する、元の均一な多層平面導波路から残存する材料を備える。一般的に、リッジは、リッジの両側から材料を掘削するように使用する選択エッチング処理によって形成される。通常、強導波路は、少なくとも光学的に誘導されたモードがリッジの壁に露光するほど深く掘削することによってもたらされる。弱導波路は、それよりも浅い掘削からもたらされ、その中の高屈折率の「コア」層（光学モードを垂直に閉じ込める）が除去されない。一般的に、弱導波路の掘削は、このコア層の上側境界で停止またはその上で停止し、強い導波路の掘削は、このコア層の下側境界の下で停止して、通常、導波路に誘導される光学モードのピーク強度レベルがリッジ内に収まるようにしている。しかしながら、リッジ導波路の横方向閉じ込めの強度は、エッチ深さに応じて、ゼロ、弱、強へと連続的段階付けされてもよい。それぞれの種類によって異なる利点や不利点があり、さまざまな目的に応じて、単一の光学誘導波素子内で両方の種類を使用することが要求されなくてもよい。
【０００３】
弱導波路および強導波路が直接結合される複合導波路に沿って透過される光学モードは、二種類の導波路間の界面から部分的に反射され、後方散乱を生成する。
【０００４】
特許文献１は、集積半導体光学素子を開示している。この集積半導体光学素子におけるリッジ導波路は、基本光学的放射モードよりも高次である光学的放射モードを除去する導波空間フィルターを備える。導波空間フィルターは、導波路のリッジの両側に比較的浅くエッチングされた領域のあるリッジ導波路の主要部分に比べて、導波路のリッジの両側に比較的深くエッチングされる領域を有するリッジ導波路部分を備える。一方、二つの開示されたバージョンにおいて、素子は、比較的深くエッチングされる領域に作製される混合領域を含む。
【特許文献１】国際公開ＷＯ  ０２／３１５８７号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、比較的低いリッジ（例えば、浅くエッチングされたリッジ）を有するリッジ導波路と、比較的高いリッジ（例えば、深くエッチングされたリッジ）を有するリッジ導波路との間の遷移によって、光の後方散乱（例えば、反射）を最小にする半導体光学素子を提供しようと試みるものである。後方散乱された光は、光学的構成要素（例えば、レーザー）に悪影響を及ぼす可能性があるため、後方散乱を抑制することは、多くの場合において重要である。リッジ導波路の比較的低いリッジと比較的高いリッジとの間の遷移により、著しい光の後方散乱が発生する可能性がある。しかしながら、素子に集積される異なる光学的構成要素の必要性に応じて、リッジの高さが調節可能になるため、単一および同一の半導体光学素子、例えば、導波路レーザーおよび変調器上に作製される異なるリッジの高さ（つまり、異なる深さにエッチングされたリッジ）を有するリッジ導波路を備えることが有利であることが可能である。このような素子において、例えば、導波路のリッジの両側に比較的浅くエッチングされた領域を、レーザーのリッジ導波路が有する（つまり、リッジが比較的低い高さを有する）ことによって、レーザーの能動層を介したエッチングによる望ましくない結果を回避可能にすることが有利となりうる。また、光変調器のリッジ導波路が、リッジの両側にエッチングされた溝の床面上に比較的高く延出するリッジを有すること（例えば、リッジの両側を比較的深くエッチングして）によって、変調器を介して光が横方向に強力に閉じ込められるようにして、変調器が、実質的に全光学モードを効果的に変調できるようにすることも有利となりうる。これは、異なるリッジ高さを有するリッジ導波路を結合したことで考えられる多くの利点のうちの単なる一つに過ぎない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
したがって、本発明の第一の側面は、第一および第二のリッジ導波路を含む半導体構造を備える光学素子であって、各導波路は、半導体構造の表面を横切って延在するリッジを備え、第一の導波路のリッジは、表面の第一の領域上に第一の高さを有し、第二の導波路のリッジは、表面の第二の領域上にそれよりも高い第二の高さを有し、半導体構造は、第一および第二のリッジ導波路の間に位置する多モード干渉（ＭＭＩ）領域を含み、かつその間に遷移を提供し、（ａ）ＭＭＩ領域の少なくとも一部の幅はテーパー状であり、ならびに／あるいは（ｂ）第一および／または第二のリッジ導波路の少なくとも一部の幅は、ＭＭＩ領域から離れて延出する方向にテーパー状である、光学素子を提供する。
【０００７】
第一および第二のリッジ導波路の間を伝播する光が、多モード干渉領域内の「再画像」の複合効果により著しく後方散乱することなくリッジの高さで遷移可能であり、かつＭＭＩ領域および／またはリッジ導波路のテーパー部により誘導可能であるという利点を有する。
【０００８】
本発明の好適な実施形態において、ＭＭＩ領域は、リッジ導波路のリッジを備え、リッジは、半導体構造の表面の領域を横切って延在する。
【０００９】
本明細書で使用の際、ＭＭＩ領域および／またはリッジ導波路に関する用語の「幅」は、ＭＭＩ領域および／またはリッジ導波路の長手方向軸に実質的に垂直であり、かつ半導体構造の表面に実質的に平行である横方向寸法を言及する。半導体構造は、半導体チップを備えることが好ましい。
【００１０】
好ましくは、ＭＭＩ領域の少なくとも一部の幅は、第二のリッジ導波路側に延出する方向にテーパー状である。いくつかの実施形態において、実質的に全体のＭＭＩ領域の幅は、第二のリッジ導波路側に延出する方向にテーパー状である。付加的にまたは代替的に、ＭＭＩ領域と直接隣接している第一のリッジ導波路および／または第二のリッジ導波路のリッジの少なくとも一部の幅は、テーパー状であってもよい。
【００１１】
本発明の好適な実施形態において、第一のリッジ導波路は比較的弱い誘導導波路であり、第二のリッジ導波路は比較的強い誘導導波路である。したがって、第一のリッジ導波路のリッジの少なくとも一部は、第二のリッジ導波路のリッジの少なくとも一部よりも幅広であることが好ましい。ＭＭＩ領域に直接隣接する第一のリッジ導波路のリッジの少なくとも一部は、ＭＭＩ領域に直接隣接する第二のリッジ導波路のリッジの少なくとも一部よりも幅広であることがさらに好ましい。
【００１２】
本発明のほとんどの実施形態において、半導体構造の上述の表面は少なくとも二つのレベルを有し、表面の第一の領域は第一のレベルにあり、表面の第二の領域は第二のレベルにあり、第二のレベルは第一のレベルよりも低い。半導体構造のこの「表面」は、通常は、半導体構造のエッチング領域の「床面」であり、そのエッチング領域は、異なる深さにエッチングされて、表面のレベルを画定する。したがって、第一のリッジ導波路のリッジの上面と、第二のリッジ導波路のリッジの上面とは、実質的に同一平面上にあってもよく、二つのリッジの高さの違いは、半導体構造の表面の異なるレベルによって（少なくとも部分的に）決定される。ＭＭＩ領域の上面は、第一のリッジ導波路のリッジの上面と、第二のリッジ導波路のリッジの上面とのうちの片方または両方と、実質的に同一平面上にあってもよい（またはなくてもよい）。素子を通って伝播するその上面に存在する光は、通常ほとんど存在しないため、リッジ導波路および／またはＭＭＩ領域の上面が同一平面上にあることが、光学的に正常に機能させるために必ずしも必要ではない（しかしながら、作製処理の結果、多くの場合その上面が近似レベルになることがある）。光は、導波路の一つ以上のコア層によって主に誘導され、コア層は、上面の下に間隔があけられ、その上下の層よりも高い屈折率を有する。通常、導波路および／またはＭＭＩ領域のこのコア層が、実施的に整合されることが重要である。
【００１３】
好ましくは、ＭＭＩ領域の少なくとも一部は、半導体構造の表面の第二の領域の少なくとも一部に横切って延在する。例えば、実質的に、ＭＭＩ領域全体は、半導体構造の表面の第二の領域の一部を横切って延在してもよい。あるいは、ＭＭＩ領域は、半導体構造の表面の第一および第二の領域の両方の一部を横切って延在してもよい。
【００１４】
半導体構造の実質的にエッチングされていない領域（「緩衝帯」と呼ばれれる場合もある）が、半導体構造の「表面」の第一および第二の領域の間に位置することが有利であることが可能である。通常、ＭＭＩ領域は、第二の領域の一部を横切って延在するため、非エッチング領域は、通常、第一のリッジ導波路とＭＭＩ領域との間に位置する。第一および第二の領域の二つの異なるレベルは、通常は、二つの個別のエッチング工程で作製され、エッチング領域を誤って重複することによって、その間に意図せぬ二重エッチング領域を生成する可能性がある（緩衝帯が存在しない場合）。このような二重エッチング領域を回避するために（ならびに、それによる光学的な悪影響を回避するために）、非エッチング緩衝帯は、半導体構造の「表面」の第一および第二の領域の間に設けられて、二つの異なるエッチ深さを分けるようにする。また、ＭＭＩ領域および第二のリッジ導波路は、少なくともいくつかの素子に関して、第一の半導体材料が選択的にエッチングされた領域に「再成長」された第二の半導体材料上に作製されてもよい。第一および第二の（再成長）半導体材料の間の界面は、有利には、非エッチング緩衝帯内に位置してもよい。
【００１５】
第一のリッジ導波路はＭＭＩ領域の入力導波路として機能してもよく、その場合、第二のリッジ導波路は、ＭＭＩ領域の出力導波路として機能する。すなわち、使用の際、光は、第一のリッジ導波路に沿って、次にＭＭＩ領域を通り、次に第二のリッジ導波路に沿って伝播してもよい。しかしながら、本発明のその他の使用または実施形態において、光の伝播方向はこの逆であってもよく、つまり、第二のリッジ導波路が入力導波路であり、第一のリッジ導波路が出力導波路になる。
【００１６】
第一および／または第二のリッジ導波路は、単一モード導波路であることが好ましい。ＭＭＩ領域は、通常、第一および／または第二のリッジ導波路よりも幅広である。
【００１７】
ＭＭＩ領域は、一対一の再画像のために設計されてもよく、つまり、ＭＭＩ領域の入力／出力導波路であるだけの第一および第二のリッジ導波路を含んでもよい。あるいは、ＭＭＩ領域は、２×ｌ結合器であってもよく、つまり、二つの入力導波路および単一の出力導波路を含んでもよく、あるいは二つの出力導波路および単一の入力導波路を含むｌ×２スプリッタであってもよい。さらなる代替として、ＭＭＩ領域は、２ｘ２ＭＭＩ領域であってもよく、つまり二つの入力導波路および二つの出力導波路を含んでもよい。より一般的には、ＭＭＩ領域は、Ｍ×ＮのＭＭＩ領域であってもよく、つまり、いかなる数の入力導波路および出力導波路を含んでもよい。しかしながら、本発明は、本明細書において、二つの導波路、つまり第一および第二のリッジ導波路のみの間の遷移を主に想定している。
【００１８】
本発明のいくつかの好適な実施形態において、素子は、ＭＭＩ領域に連結する、および／または第一のリッジ導波路と第二のリッジ導波路とのうちの片方または両方と連結する第一の電極をさらに備えてもよい。電極は、電場（好ましくは可変電場）をＭＭＩ領域、ならびに／あるいは第一のリッジ導波路および／または第二のリッジ導波路に加え、そこを通って伝播する光の吸収をもたらすように配置されてもよい。したがって、素子は、例えば光減衰器または光変調器を有利に備えてもよい。
【００１９】
ＭＭＩ領域および／または第一のリッジ導波路と第二のリッジ導波路とのうちの片方または両方は、第一の電極に加えられた電場の変動によって光の吸収の変動をもたらす一つ以上の能動領域と、第一の電極に加えられた電場の変動によって光のいかなる吸収の変動も実質的にもたらさない一つ以上の受動領域（例えば、電気的に絶縁または半絶縁領域）とを有利に備えてもよい。能動領域および受動領域を備えるＭＭＩ領域および／または導波路の相対的比率は、ＭＭＩ領域および／または導波路の長さの少なくとも一部に沿って変化する。能動領域および受動領域を含むＭＭＩ領域および／または導波路の相対的比率を変動することにより、ＭＭＩ領域および／または導波路に沿った光吸収プロファイルは、既定かつ制御される方法で変化してもよい。具体的には、このような能動領域および受動領域を使用することによって、光吸収プロファイルのピークの高さを減少可能にしてもよく（例えば、平坦化）、光吸収によって生成された熱量を減少させることができる。過度な熱発生は、例えば、致命的な光損傷（ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｄａｍａｇｅ；  ＣＯＤ）および信頼性の低下をもたらすことから、熱発生におけるこのような減少は、非常に有利になることが可能である。
【００２０】
本発明の第二の側面は、単一および同一の半導体構造に集積される、本発明の第一の側面に記載の複数の光学素子を備える半導体光学素子を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明のいくつかの好適な実施形態について、添付の以下の図面１から７を参照し、一例として以下に説明する。
【００２２】
図１は、既知の種類（従来技術）の光学素子の概略図である。図２は、本発明に係る光学素子１の実施形態の概略図である。図１の既知の種類の光学素子と図２の本発明の実施形態は両方とも、第一のリッジ導波路５および第二のリッジ導波路７を含む半導体構造３を備える。各リッジ導波路は、半導体構造の表面９を横切って延在するリッジを備える。第一のリッジ導波路５のリッジ１１は、半導体構造の表面９の第一の領域１５上に第一の高さｈを有する。第二のリッジ導波路７のリッジ１３は、表面の第二の領域１７上にそれより高い第二の高さＨを有する。リッジ１１と１３の高さの違いは、半導体構造の表面９の第一および第二の領域１５と１７とのレベルの違いによってもたらされる。つまり、第一の領域１５は、第二の領域１７よりも高いレベルにある。さらに、第一のリッジ導波路５のリッジ１１は、第二のリッジ導波路７のリッジ１３よりも幅広い。第一および第二の導波路５および７のコア導波層３５および３７（図２参照）は、実質的に垂直整合される。第一および第二の領域１５および１７の二つのレベルが存在する目的は、異なる度合いの横方向閉じ込め、つまり、第一および第二のリッジの異なる幅の間の遷移を提供することにある（前述のとおり、幅は、各導波路の長手方向軸に垂直方向でかつ表面９に平行方向、つまりは高さに垂直方向に測定される。図ｌおよび２の素子において、第一および第二のリッジ導波路は同一直線上にあり、その長手方向軸は、使用の際の光の伝播方向を示す矢印Ａで示される）。第一のリッジ導波路５は弱誘導導波路であり、第二のリッジ導波路７は強誘導導波路である。第一のリッジ導波路は第二のリッジ導波路の「上流」の半導体構造３上に作製されるレーザーの導波路を備えてもよい（図示せず）。第二のリッジ導波路は、例えば、第一のリッジ導波路の「下流」の半導体構造３上に作製される光変調器の導波路を備えてもよい（図示せず）。
【００２３】
図１の既知の種類の素子の第一および第二のリッジ導波路５および７に沿って透過する光学モードは、二つの導波路間の界面１８から部分的に反射して、後方散乱を生成する。この問題を解決するために、図２の本発明の実施形態の半導体構造３は、第一および第二のリッジ導波路５および７の間に位置する多モード干渉（ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ；  ＭＭＩ）領域１９を備え、第一および第二のリッジ導波路の間に遷移が提供される。ＭＭＩ領域１９の幅Ｗは、第二のリッジ導波路７側に延出する方向にテーパー状である。第一のリッジ導波路、ＭＭＩ領域、および第二のリッジ導波路の上面は、図示されるように全て同一平面上にあってもよいが、必ずしもそうとは限らない。上述のように、第一および第二のリッジ導波路ならびにＭＭＩ領域におけるピーク光強度の水平面（実際は、コア導波層３５と３７との中間）は、同一平面上にあることが好ましい。第一のリッジ導波路５は、ＭＭＩ領域１９のための入力導波路を備え、矢印Ａで示される。第二のリッジ導波路７は、ＭＭＩ領域のための出力導波路を備える。第一のリッジ導波路５は、ＭＭＩ領域の任意の「緩衝帯」２１を介してＭＭＩ領域１９に接触する。緩衝帯２１は、ＭＭＩ領域よりも幅広い半導体構造３の一部として示される。これは、緩衝帯が半導体構造の非エッチング領域を備えるからである（当技術で既知であるように、構造の特徴は、構造の選択された部分をエッチングすることによって画定される）。前述のように、第一および第二の領域１５および１７の二つの異なるレベルは、通常は、二つの個別のエッチング工程で作製され、エッチング領域を誤って重複することによって、その間に意図せぬ二重エッチング領域を生成する可能性がある（緩衝帯が存在しない場合）。このような二重エッチング領域を回避するために（ならびに、それによる光学的な悪影響を回避するために）、非エッチング緩衝帯は、第一および第二の領域の間に設けられて、二つの異なるエッチ深さを分けるようにする。また、ＭＭＩ領域および第二のリッジ導波路は、少なくともいくつかの素子に関して、第一の半導体材料３１が選択的にエッチングされた領域に「再成長」された第二の半導体材料３３上に作製されてもよい。第一および第二の（再成長）半導体材料の間の界面３９は、有利には、非エッチング緩衝帯２１内に位置してもよい。
【００２４】
図２の本発明の実施形態は、第一および第二のリッジ導波路５および７の間の伝播光が、多モード干渉領域１９内の「再画像」の複合効果により第一の導波路５へ著しく後方散乱（例えば、反射）することなくリッジの高さ（半導体表面９の高さの遷移によってもたらされる）で遷移可能であり、かつＭＭＩ領域のテーパー部により誘導可能であるという利点を有する。本発明の発明者は、ＭＭＩ領域によってもたらされる再画像と、ＭＭＩ領域または第二のリッジ導波路のいずれか（またはその両方）の光伝播方向のテーパー部とを組み合わせることによって、第一および第二のリッジ導波路の間の遷移が、後方散乱を最小可能にすることを発見した。発生し得るいかなる後方散乱も、第一のリッジ導波路に効果的に再結合しないことが考えられる（ＭＭＩ領域の再画像と、ＭＭＩ領域および／または第二のリッジ導波路のテーパー部とに起因する）。
【００２５】
図３の概略図の本発明の実施形態は、ＭＭＩ領域１９がテーパー状でないこと以外は図２のものと類似しているが、第二のリッジ導波路７はテーパー状である。具体的には、第二のリッジ導波路７の幅は、ＭＭＩ領域１９に直接隣接する第二のリッジ導波路の一部に沿って、光の伝播方向（矢印Ａに示される）にテーパー状である。これは、非テーパー状のＭＭＩ領域が、入射光学モードをその出力時に圧縮せずに再画像するからである。したがって、強誘導出力導波路７は、通常、入力導波路５と同様の初期幅（ＭＭＩ領域に隣接する幅）を有し、導波路がＭＭＩ領域から延出するにつれて所望のより狭い幅までテーパー状になる必要がある。
【００２６】
前述の通り、本発明のいかなる実施形態も、（例えば、図３に示されるように）第二のリッジ導波路のテーパー状の部分を備えてもよいことを理解されたい。したがって、例えば、図２の実施形態も、例えば図３に示されるように、第二のリッジ導波路のテーパー状の部分を備えてもよい。付加的にまたは代替的に、本発明のいかなる実施形態も、第一のリッジ導波路のテーパー状の部分を備えてもよく、その部分は、ＭＭＩ領域に直接隣接することが好ましく、また、ＭＭＩ領域から離れる方向にテーパー状になることが好ましい（つまり、第二のリッジ導波路のいかなるテーパー部とも反対方向にテーパー状になる）。
【００２７】
ＭＭＩ領域が、第二のリッジ導波路７に隣接し、そこから第二のリッジ導波路が突出する端面を備えるような本発明の実施形態（例えば、図１および２の実施形態）について、第二のリッジ導波路の両側の端面は、第二のリッジ導波路の長手方向軸に実質的に垂直であってもよい。しかしながら、代替的に、第二のリッジ導波路（および／または第一のリッジ導波路）の片側または両側の端面は、第二のリッジ導波路の長手方向軸に垂直にならないように角度付けされてもよい（例えば、端面と長手方向軸とのＭＭＩ領域の内角は９０度未満でもよい）。このような角度付けによって、ＭＭＩ領域からの後方散乱を抑制し易くできる。第一のリッジ導波路５に隣接するＭＭＩ領域の反対端面に、同様の角度付けが存在してもしなくてもよい。
【００２８】
図４は、図２に示される本発明の実施形態の変形を示す。ここで、ＭＭＩ領域１９は第二のリッジ導波路７の幅まで直接テーパー状になり、緩衝帯２１は存在しない（上述のように、本発明のいかなる実施形態も、緩衝帯２１を含んでも含まなくてもよい）。本実施形態は、後方散乱の可能性を最小限に抑えるが、絶対透過効率を犠牲にする可能性がある。すなわち、ＭＭＩ領域の出力端に段部が存在しないことによって、散乱の源が除去されるが、多重モードが狭い導波路に集中することによって、高次モードで伝播する光パワーの一部が、異なる次数の光学モードを再画像せずに（通常、図２の実施形態で発生する）、少なくとも部分的に押し出されて損失し、異なる次数のモードの間の結合が発生する場合がある。
【００２９】
図５は、図２に示される本発明の実施形態の別の変形を示す。ここで、緩衝帯２１は存在しない。さらに、本実施形態において、第一の電極２３は、ＭＭＩ領域１９の上面に位置し、第二の電極２５（例えば、接地電極であってもよい）は、半導体構造の底面に位置する。第一の電極２３は、ＭＭＩ領域１９に可変電場を加えるように配置され、ＭＭＩ領域を通って伝播する光の吸収を引き起こすようにする。したがって、図５の素子は、光変調器（特に、電界吸収型光変調器）を備えてもよく、または可変光減衰器を備えてもよい。例えば、ＭＭＩ領域１９は、レーザー（図示せず）に生成される光を変調するように配置される光変調器を備えてもよく、そのレーザーも素子上に作製される（その素子は、レーザーおよび光変調器を備える集積光学素子である）。したがって、第一のリッジ導波路５を介してＭＭＩ領域に入る矢印Ａに示される光は、半導体光学素子１上のＭＭＩ領域の上流に位置する集積レーザー素子から生成されることが好ましい。単一モード導波路ではなくＭＭＩ領域で光減衰を実行する利点は、ＭＭＩ領域に入る際に、光があまり閉じ込められなくなり（つまり、より分散する）、これにより、基板のより広い範囲に光パワーが吸収可能になって、熱管理が改善される（光減衰器において、光吸収プロファイルは、通常、減衰器の入力領域で高強度ピークを含み、そこで光吸収の多くが発生する。これにより、大量の熱が生成されるため、致命的な光損傷が引き起こされる）。
【００３０】
図６は、図４の実施形態と実質的に同一の本発明の実施形態を示すが、図６の実施形態は、第一の電極２３および第二の電極２５（これも接地電極であってもよい）を備える。図５の実施形態と同様に、図６の素子は、光変調器または可変光減衰器を備えてもよい（光変調器のほうが好ましい）。図５と図６のバージョンの違いの一つは、図６のバージョンの上面電極２３が、第二のリッジ導波路の上面の長さの一部に沿って延出することにある（ＭＭＩ領域の上面全体に実質的に延在していることに加えて）。図６の上面電極２３の面積は、図５のものよりも小さいが、第二のリッジ導波路７上の上面電極２３の領域が、より閉じ込められた（より「集中した」）光の領域に電場を加えるため、同じ光変調度を提供することができる。上面電極２３が小さいことから、変調器が低容量になり、例えば、変調速度が速くなるという点において、これは図５よりも優位な利点である。光の強度は、導波路７に到達すると低くなるため、過度な熱発生をもたらすことなく、より簡潔に減衰可能であるため、致命的な光損傷という上述の問題を回避できる。
【００３１】
図６および７の本発明の実施形態は、図４および５の実施形態のそれぞれの変形である（但し、図８の実施形態は緩衝帯２１を備えるが、図６の実施形態はそれを備えない）。図６および７の実施形態において、上面電極２３は、ＭＭＩ領域１９の前部（光の伝播方向の前部）に存在しない。いずれの場合においても、電極２３は、電極が被覆するＭＭＩ領域１９の幅の割合が、比較的小さい幅の割合からＭＭＩ領域の幅全体まで、光の伝播方向に増加するように成形される。さらに、ＭＭＩ領域１９は、第一の電極２３に加えられた電場の変動によって光の吸収の変動をもたらす能動領域２９と、第一の電極に加えられた電場の変動によって光のいかなる吸収の変動も実質的にもたらさない受動領域２７（受動領域は、いかなる既知の手段によって生成されてもよく、その手段には、選択イオン注入、選択拡散、選択領域成長、ならびに成長および選択エッチングが含まれてもよい）とを備える。図示されるように、能動および受動領域を備えるＭＭＩ領域１９の幅の相対的比率は、受動である幅の割合が幅全体からゼロに減少するように、ＭＭＩ領域の長さの部分に沿って変化する。能動および受動領域を含むＭＭＩ領域および／または導波路の相対的比率を変動することにより、ＭＭＩ領域に沿った光吸収プロファイルは、既定かつ制御される方法で変化してもよい。具体的には、このような能動および受動領域を使用することによって、光吸収プロファイルのピークの高さを減少可能にしてもよく（例えば、平坦化）、対応する領域（例えば、入力領域）における光吸収に生成された熱量を減少させることができる。過度な熱発生は、例えば、致命的な光損傷（ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｄａｍａｇｅ；  ＣＯＤ）および信頼性の低下をもたらすことから、熱発生におけるこのような減少は、非常に有利になることが可能である。（代替の実施形態において、電極は、ＭＭＩ領域のその他の一つ以上の部分になくてもよく、ならびに／あるいは、別の方法で形作られてもよく、ならびに／あるいはＭＭＩ領域は、異なる形状で設けられてもよく、および／または能動および受動領域が配置されて、いかなる特定の所望の光吸収プロファイルを提供するようにしてもよい）。
【００３２】
本発明のさらなる側面において、集積半導体光学素子は、本発明の第一の側面に係る、二つ（またはそれ以上）の素子を備える。ここで、一方の素子は、比較的強い誘導導波路と比較的弱い誘導導波路との間の光を結合し、他方の素子は比較的弱い誘導導波路（そのような導波路と同一であってもなくてもよい）と比較的強い誘導導波路（そのような導波路と同一であってもなくてもよい）との間の光を結合する。
【００３３】
当然ながら、本発明の範囲から逸脱することなく上述の実施形態に変更が加えられてもよいことは理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】従来技術に係る素子の概略図である。
【図２】本発明の第一の実施形態の概略図である。
【図３】本発明の第二の実施形態の概略図である。
【図４】本発明の第三の実施形態の概略図である。
【図５】本発明の第四の実施形態の概略図である。
【図６】本発明の第五の実施形態の概略図である。
【図７】本発明の第六の実施形態の概略図である。
【図８】本発明の第七の実施形態の概略図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  半導体光学素子
３  半導体構造
５  リッジ導波路
７  リッジ導波路
９  半導体表面
１１  リッジ
１３  リッジ
１５  領域
１７  領域
１８  界面
１９  ＭＭＩ領域（多モード干渉領域）
２１  非エッチング緩衝帯
２３  上面電極
２５  電極
２７  受動領域
２９  能動領域
３１  半導体材料
３３  半導体材料
３５  コア導波層
３９  界面
【図１】
2009510505.tif 000003
【図２】
2009510505.tif 000004
【図３】
2009510505.tif 000005
【図４】
2009510505.tif 000006
【図５】
2009510505.tif 000007
【図６】
2009510505.tif 000008
【図７】
2009510505.tif 000009
【図８】
2009510505.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成20年5月27日(2008.5.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一および第二のリッジ導波路を含む半導体構造を備える光学素子であって、各導波路は、前記半導体構造の表面を横切って延在するリッジを備え、その第一の端の前記第一の導波路の前記リッジは、前記表面の第一の領域上に第一の高さを有し、その第一の端の前記第二の導波路の前記リッジは、前記表面の第二の領域上にそれより高い第二の高さを有し、前記半導体構造は、前記第一および第二のリッジ導波路の該第一の端の間およびそれらに隣接して位置する多モード干渉（ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ；  ＭＭＩ）領域を含んで、かつそれらの間の遷移を提供し、前記ＭＭＩ領域の少なくとも一部の幅は、テーパー状である、光学素子。
【請求項２】
前記ＭＭＩ領域は、リッジ導波路のリッジを備え、前記リッジは、前記半導体構造の前記表面の領域を横切って延在する、請求項１に記載の素子。
【請求項３】
前記ＭＭＩ領域の少なくとも一部は、前記半導体構造の前記表面の前記第二の領域の一部を横切って延在する、請求項２に記載の素子。
【請求項４】
実質的に、前記ＭＭＩ領域全体は、前記半導体構造の前記表面の前記第二の領域の一部を横切って延在する、請求項３に記載の素子。
【請求項５】
前記ＭＭＩ領域は、前記半導体構造の前記表面の第一および第二の領域の両方の一部を横切って延在する、請求項３に記載の素子。
【請求項６】
前記半導体表面の前記表面の前記第一および第二の領域の間に位置する、前記半導体構造の実質的にエッチングされていない緩衝帯を含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の素子。
【請求項７】
前記ＭＭＩ領域の少なくとも一部の幅は、前記第二のリッジ導波路側に延出する方向にテーパー状である、請求項１から６のいずれか１項に記載の素子。
【請求項８】
実質的に、前記ＭＭＩ領域全体の幅は、前記第二のリッジ導波路側に延出する方向にテーパー状である、請求項７に記載の素子。
【請求項９】
前記第一の領域は第一の半導体材料を含み、前記第二の領域は第二の半導体材料を含む、請求項１から８のいずれか１項に記載の素子。
【請求項１０】
前記第二の半導体材料は、前記第一の半導体材料がエッチングで除去された場所に再成長した、請求項９に記載の素子。
【請求項１１】
前記半導体構造の前記表面は、少なくとも二つのレベルを有し、前記表面の前記第一の領域は第一のレベルにあり、前記表面の前記第二の領域は第二のレベルにあり、前記第二のレベルは前記第一のレベルよりも低い、請求項１から１０のいずれか１項に記載の素子。
【請求項１２】
前記第一のリッジ導波路の前記リッジの上面と、前記第二のリッジ導波路の前記リッジの上面とは、実質的に同一平面上にある、請求項１から１１のいずれか１項に記載の素子。
【請求項１３】
前記ＭＭＩ領域の上面は、前記第一のリッジ導波路の前記リッジの上面と、前記第二のリッジ導波路の前記リッジの上面とのうちの片方または両方と実質的に同一平面上にある、請求項１から１２のいずれか１項に記載の素子。
【請求項１４】
（ａ）前記ＭＭＩ領域と、（ｂ）前記第一のリッジ導波路と前記第二のリッジ導波路とのうちの片方または両方、のうちの片方または両方と連結する第一の電極をさらに備え、前記電極は、そこに電場を加えることによって、そこを通って伝播する光の吸収をもたらすように配置される、請求項１から１３のいずれか１項に記載の素子。
【請求項１５】
前記半導体構造の前記第一の電極と反対側に位置する第二の電極をさらに備える、請求項１４に記載の素子。
【請求項１６】
前記第一の電極は可変電場を加えるように配置される、請求項１４または請求項１５に記載の素子。
【請求項１７】
（ａ）前記ＭＭＩ領域と、（ｂ）前記第一のリッジ導波路と前記第二のリッジ導波路とのうちの片方または両方、のうちの片方または両方は、前記第一の電極に加えられた前記電場の変動により光の吸収の変動がもたらされる一つ以上の能動領域と、前記第一の電極に加えられた前記電場の変動により光のいかなる吸収の変動も実質的にもたらされない一つ以上の受動領域とを含む、請求項１６に記載の素子。
【請求項１８】
単一および同一の半導体構造に集積される、請求項１から１７のいずれか１項に記載の複数の光学素子を備える半導体光学素子。
【国際調査報告】
2009510505.tif 000011
2009510505.tif 000012
2009510505.tif 000013