(57)【要約】【課題】光装置における漏れ光の基板への到達防止を妨げることなく、効率的に放熱が実施できるようにする。【解決手段】光装置は、クラッド層１０２の表面上に、活性層１０３、ｐ型半導体層１０４、ｎ型半導体層１０５、第１電極１０６、第２電極１０７による光素子を備える。また、この光装置は、この光素子を構成する各部分の発熱量に応じて基板１０１に形成された段差としての凹部１２１を備える。基板１０１に形成された凹部（段差）１２１は、光素子の対応する部分における発熱量が大きいほど浅く形成され、段差に対応してクラッド層１０２の厚さが変化している。【選択図】  図１
2019036624.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に形成されて誘電体からなる表面が平坦なクラッド層と、
前記クラッド層の表面上に形成された光素子と、
前記光素子を構成する各部分の発熱量に応じて前記基板に形成された段差と
を備え、
前記基板に形成された段差は、前記光素子の対応する部分における発熱量が大きいほど浅く形成され、
前記段差に対応して前記クラッド層の厚さが変化している
ことを特徴とする光装置。
【請求項２】
請求項１記載の光装置において、
前記光素子は、
半導体から構成されたコアの部分と、
半導体から構成されて前記クラッド層の上で前記コアを挾んで形成されたｐ型半導体層の部分およびｎ型半導体層の部分と、
前記ｐ型半導体層に接続する第１電極の部分と、
前記ｎ型半導体層に接続する第２電極の部分と
を備え、
前記段差は、前記コアにおける前記基板に形成された凹部である
ことを特徴とする光装置。
【請求項３】
請求項２記載の光装置において、
前記第１電極が前記クラッド層と接触する領域、および前記第２電極が前記クラッド層と接触する領域の各々に対応して前記基板に形成された凹部を備える
ことを特徴とする光装置。
【請求項４】
請求項１記載の光装置において、
前記光素子は、
半導体から構成された半導体コア、半導体から構成されて前記クラッド層の上で前記半導体コアを挾んで形成されたｐ型半導体層およびｎ型半導体層、前記ｐ型半導体層に接続する第１電極、前記ｎ型半導体層に接続する第２電極を備える第１光機能部の部分と、
誘電体から構成された誘電体コアを備える第２光機能部の部分と
を備え、
前記第１光機能部の領域と前記第２光機能部の領域とで前記段差が形成され、前記段差により、前記第２光機能部の領域の前記クラッド層は、前記第１光機能部の領域の前記クラッド層より厚く形成されている
ことを特徴とする光装置。
【請求項５】
請求項４記載の光装置において、
前記段差により、前記第１光機能部の中で、前記半導体コアが形成されていない領域ほど前記クラッド層が薄く形成されていることを特徴とする光装置。
【請求項６】
請求項４または５記載の光装置において、
前記段差により、前記第１光機能部の中で、前記第１電極が前記クラッド層と接触する領域、および前記第２電極の前記クラッド層と接触する領域ほど前記クラッド層が厚く形成されていることを特徴とする光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ、光変調器、光導波路などを備える光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体デバイスやウエハ接合技術の向上により、酸化シリコンなどの誘電体層の上に薄膜の半導体層からなる光装置を作製することが可能になってきている。特にＳｉ基板上のＳｉＯ2膜の上に形成された、ＳｉあるいはＩＩＩ−Ｖ族半導体光装置によって、Ｓｉ基板上に低消費エネルギーで動作する半導体レーザ、光変調器、また電子回路と集積された受光器などが報告されている。これらの光装置では、半導体レーザ、光変調器、光導波路における光が導波する光導波層に光を閉じ込めるために、厚さ１〜２μｍ程度のクラッド層が用いられている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】K. Doi et al., "Room-temperature Continuous-wave Operation of Lateral Current Injection Membrane Laser", Proceedings of International conference on Indium Phosphide and Related Materials, 2013.
【非特許文献２】S. Matsuo et al., "Directly Modulated DFB Laser on SiO2/Si Substrate for Datacenter Networks", Journal of Lightwave Technology, vol. 33, no. 6, pp. 1217-1222, 2015.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したような光装置では、光導波層の中で最も光閉じ込めが弱く光が広がる領域において、漏れ光を基板に到達させないために、クラッド層を厚く形成している。例えば、光装置の全域にわたって、厚さ１μｍのＳｉＯ2からなるクラッド層が形成されている（非特許文献２参照）。
【０００５】
半導体レーザ、光変調器、光導波路が集積されている光装置では、これらの各部分の間の光結合を効率的に行うために、全域にわたって均一にクラッド層を形成し、各部分が同じ高さに配置されるようにしている。このため、光閉じ込めが強い領域においても、厚いクラッド層が形成されている。ところで、半導体レーザや光変調器などでは、光導波層の光閉じ込めが強い状態となっている。従って、このような領域では、必要以上にクラッド層が厚く形成されていることになる。
【０００６】
一方、半導体レーザや光変調器などでは、発熱があり、この放熱が問題となる。しかしながら、上述したように、厚いクラッド層が形成されているため、放熱の妨げとなっている。このように、従来の技術では、光装置における漏れ光の基板への到達防止を妨げることなく、効率的に放熱することができないという問題があった。
【０００７】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、光装置における漏れ光の基板への到達防止を妨げることなく、効率的に放熱が実施できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る光装置は、基板の上に形成されて誘電体からなる表面が平坦なクラッド層と、クラッド層の表面上に形成された光素子と、光素子を構成する各部分の発熱量に応じて基板に形成された段差とを備え、基板に形成された段差は、光素子の対応する部分における発熱量が大きいほど浅く形成され、段差に対応してクラッド層の厚さが変化している。
【０００９】
上記光装置において、光素子は、半導体から構成されたコアの部分と、半導体から構成されてクラッド層の上でコアを挾んで形成されたｐ型半導体層の部分およびｎ型半導体層の部分と、ｐ型半導体層に接続する第１電極の部分と、ｎ型半導体層に接続する第２電極の部分とを備え、段差は、コアにおける基板に形成された凹部である。
【００１０】
上記光装置において、第１電極がクラッド層と接触する領域、および第２電極がクラッド層と接触する領域の各々に対応して基板に形成された凹部を備える。
【００１１】
上記光装置において、光素子は、半導体から構成された半導体コア、半導体から構成されてクラッド層の上で半導体コアを挾んで形成されたｐ型半導体層およびｎ型半導体層、ｐ型半導体層に接続する第１電極、ｎ型半導体層に接続する第２電極を備える第１光機能部の部分と、誘電体から構成された誘電体コアを備える第２光機能部の部分とを備え、第１光機能部の領域と第２光機能部の領域とで段差が形成され、段差により、第２光機能部の領域のクラッド層は、第１光機能部の領域のクラッド層より厚く形成されている。
【００１２】
上記光装置において、段差により、第１光機能部の中で、半導体コアが形成されていない領域ほどクラッド層が薄く形成されているようにしてもよい。また、段差により、第１光機能部の中で、第１電極がクラッド層と接触する領域、および第２電極のクラッド層と接触する領域ほどクラッド層が厚く形成されているようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば、基板に形成された段差により表面を平坦に形成したクラッド層の厚さを変化させるので、光装置における漏れ光の基板への到達防止を妨げることなく、効率的に放熱が実施できるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１における光装置の構成を示す断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の実施の形態１における光装置の製造方法を説明するための製造過程の状態を示す断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の実施の形態１における光装置の製造方法を説明するための製造過程の状態を示す断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本発明の実施の形態１における光装置の製造方法を説明するための製造過程の状態を示す断面図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、本発明の実施の形態１における光装置の製造方法を説明するための製造過程の状態を示す断面図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、本発明の実施の形態１における光装置の製造方法を説明するための製造過程の状態を示す断面図である。
【図２Ｆ】図２Ｆは、本発明の実施の形態１における光装置の製造方法を説明するための製造過程の状態を示す断面図である。
【図２Ｇ】図２Ｇは、本発明の実施の形態１における光装置の製造方法を説明するための製造過程の状態を示す断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、従来の構成における光装置の断面における温度分布を示す分布図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の構成における光装置の断面における温度分布を示す分布図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１における光装置が備える光素子において、光が導波する部分の半導体の層の総厚を変化させた際の、導波モード等価屈折率を計算した結果を示す特性図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態１における光装置が備える光素子における１次から３次モードまでの各モード電界分布を計算した結果を示す特性図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態２における光装置の構成を示す断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の実施の形態３における光装置の構成を示す平面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明の実施の形態３における光装置の構成を示す断面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、本発明の実施の形態３における光装置の構成を示す断面図である。
【図８】図８は、第１光機能部２３１を半導体レーザとした場合の、第１光機能部２３１における断面のモード計算を行った結果を示す特性図である。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の実施の形態４における光装置の構成を示す断面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明の実施の形態４における光装置の構成を示す断面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、本発明の実施の形態５における光装置の構成を示す断面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、本発明の実施の形態５における光装置の構成を示す断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態６における光装置の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１６】
［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１における光装置の構成について図１を参照して説明する。
【００１７】
この光装置は、基板１０１の上に形成されたクラッド層１０２と、クラッド層１０２の上に形成された活性層（コア）１０３と、ｐ型半導体層１０４と、ｎ型半導体層１０５と、第１電極１０６と、第２電極１０７とを備える。
【００１８】
クラッド層１０２は、誘電体から構成されて表面が平坦とされている。活性層１０３は、半導体から構成されている。活性層１０３は、例えば、井戸層とバリア層とが交互に積層された量子井戸構造とされている。ｐ型半導体層１０４およびｎ型半導体層１０５は、半導体から構成されてクラッド層１０２の上で活性層１０３を挾んで形成されている。第１電極１０６は、ｐ型半導体層１０４に電気的に接続し、第２電極１０７は、ｎ型半導体層１０５に電気的に接続している。
【００１９】
また、この光装置は、活性層１０３の部分における基板１０１に形成された凹部１２１を備える。凹部１２１は、例えば、図１の紙面の手前から奥にかけて延在する溝である。
【００２０】
ここで、光装置は、クラッド層１０２の表面上に、活性層（コア）１０３、ｐ型半導体層１０４、ｎ型半導体層１０５、第１電極１０６、第２電極１０７による光素子を備える。また、この光装置は、この光素子を構成する各部分の発熱量に応じて基板１０１に形成された段差としての凹部１２１を備える。基板１０１に形成された凹部（段差）１２１は、光素子の対応する部分における発熱量が大きいほど浅く形成され、段差に対応してクラッド層１０２の厚さが変化している。
【００２１】
活性層１０３には、ｐ型半導体層１０４およびｎ型半導体層１０５より電流が注入され、例えば、活性層１０３をコアとして導波する光を変調する。また、活性層１０３には、ｐ型半導体層１０４およびｎ型半導体層１０５より電流が注入され、例えば、回折格子などの共振器が設けられた活性層１０３より、レーザ光を発振する。例えば、活性層１０３は、光出射方向に所定の長さで延在し、この延在方向の所定の領域において、活性層１０３の上に回折格子が形成されている。
【００２２】
また、活性層１０３を、対象とする波長の光を吸収する材質とし、ｐ型半導体層１０４およびｎ型半導体層１０５に逆方向の電圧を印加することで、導波する光を受光する構成としてもよい。
【００２３】
ここで、実施の形態１における光装置の製造方法について、図２Ａ〜図２Ｇを参照して簡単に説明する。
【００２４】
まず、図２Ａに示すように、基板１０１に凹部１２１を形成する。例えば、公知のフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術により基板１０１をパターニングすることで、凹部１２１が形成できる。最終的に形成される光素子の光導波領域における光閉じ込めの強弱に応じ、凹部１２１の深さを適宜に設定する。
【００２５】
次に、図２Ｂに示すように、凹部１２１を形成した基板１０１の上に、誘電体層１５１を形成する。例えば、よく知られたＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などにより酸化シリコンを堆積することで、誘電体層１５１が形成できる。次に、誘電体層１５１を、例えば、公知のＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法などにより研削研磨することで、図２Ｃに示すように、表面を平坦化したクラッド層１０２を形成する。
【００２６】
一方で、ＩｎＰからなる他基板の上に、ＩｎＧａＡｓからなる犠牲層、再成長用の化合物半導体（例えばＩｎＰ）の層、活性層１０３となる化合物半導体層などをエピタキシャル成長させる。例えば、よく知られた有機金属気相成長法により、各層を成長させれば良い。次いで、このエピタキシャル成長した基板の最上面と、前述した基板１０１のクラッド層１０２の表面とを公知のウエハ接合技術により直接接合し、この後、他基板と犠牲層を除去する。例えば、犠牲層を利用したエッチングにより他基板と犠牲層とを除去すればよい。この結果、図２Ｄに示すように、基板１０１の上に、クラッド層１０２、化合物半導体層１５２、活性層形成層１５３が形成された状態となる。なお、他基板の除去は、エッチングに限るものではなく、研磨、イオン注入後の引きはがしなどの方法を用いてもよい。
【００２７】
次いで、公知のフォトリソグラフィー技術により作製したレジストパタンをマスクとしたウエットエッチングおよびドライエッチングなどにより、活性層形成層１５３をパターニングし、図２Ｅに示すように、化合物半導体層１５２の上に、活性層１０３のストライプ構造を形成する。なお、活性層１０３を形成した後は、レジストパタンを除去する。
【００２８】
次に、活性層１０３の両脇の化合物半導体層１５２より、アンドープのＩｎＰを再成長させ、図２Ｆに示すように、再成長層１５４を形成する。次いで、例えば、イオン注入法により、活性層１０３の両脇の領域に選択的にｎ型の不純物およびｐ型の不純物を導入し、加えて不要な部分をエッチング除去することで、図２Ｇに示すように、ｐ型半導体層１０４およびｎ型半導体層１０５を形成する。なお、この場合、活性層１０３は、下層および上層にアンドープの半導体層を備える状態となる。
【００２９】
次に、活性層１０３の図示しない所定の領域（分布帰還領域）に回折格子を形成する。例えば、電子ビーム露光によるリソグラフィーで形成したレジストパタンをマスクとし、所定のエッチングによりパターニングすることで、回折格子を形成すれば良い。これにより、分布帰還型の半導体レーザとすることができる。この後、ｐ型半導体層１０４に電気的に接続する第１電極１０６を形成し、ｎ型半導体層１０５に電気的に接続する第２電極１０７を形成すれば、図１に示すように、実施の形態１における光装置が得られる。
【００３０】
ここで、このような光素子は、動作時に発熱する。この発熱により、活性層１０３の温度が変化すると、発振波長が変化する。このため、素子で発生する熱は、放熱することが重要となる。このため、例えば、酸化シリコンなどの誘電体から構成されているクラッド層１０２は、熱伝導率があまり高くないため、上述した発熱を基板１０１の側に逃がすためには、より薄くした方がよい。しかしながら、光が導波する活性層１０３の領域においては、クラッド層１０２を薄くすると、光閉じ込めが弱くなり、漏れ光として基板１０１に到達しやすくなり、導波損失の増大を招く。
【００３１】
これに対し、実施の形態１では、光閉じ込めを、より強くしたい活性層１０３の領域においては凹部１２１を設けることで、クラッド層１０２を厚くし、他の領域においては、クラッド層１０２を薄くした。従って、活性層１０３による光素子で発せする熱が、凹部１２１以外の領域では、基板１０１に伝わりやすい状態である。この結果、実施の形態１によれば、光装置における漏れ光の基板への到達防止を妨げることなく、効率的に放熱が実施できるようになる。
【００３２】
次に、有限差分法を用いて光装置の断面における温度分布を計算した結果を図３Ａ，図３Ｂ示す。図３Ａは、従来の構成における光装置の場合を示し、図３Ｂは、本発明の構成における光装置の場合を示している。図３Ａ，図３Ｂには、温度の分布を０．５℃刻みの等高線および同一の濃淡で示している。
【００３３】
計算を実施した従来の構成は、図３Ａに示すように、基板１３１の上に、厚さ２μｍのＳｉＯ2からなる誘電体層１３２を備え、この上に、ＩｎＰからなる半導体層１３３を備え、また、半導体層１３３に第１電極１３６、第２電極１３７が接続している。また、半導体層１３３、第１電極１３６、第２電極１３７の上に、ＳｉＯ2からなる誘電体層１３８を備える。半導体層１３３に活性層が形成されているものとし、活性層の導波方向（図３Ａの紙面手前から奥の方向）の長さは、８０μｍとしている。
【００３４】
また、計算を実施した発明の構成は、図３Ｂに示すように、基板１３１に深さ２μｍの凹部１３１ａを形成し、凹部１３１ａにＳｉＯ2からなる誘電体層１３２ａを充填して形成している。また、凹部１３１ａ以外の基板１３１の上にも、厚さ２０ｎｍのＳｉＯ2の層が形成されている状態としている。また、発明の構成でも、従来の構成と同様に、ＩｎＰからなる半導体層１３３を備え、また、半導体層１３３に第１電極１３６、第２電極１３７が接続している。また、半導体層１３３、第１電極１３６、第２電極１３７の上に、ＳｉＯ2からなる誘電体層１３８を備える。凹部１３１ａは、第１電極１３６と第２電極１３７とに挾まれた間に形成している。発明の構成においても、半導体層１３３に活性層が形成されているものとし、活性層の導波方向（図３Ｂの紙面手前から奥の方向）の長さは、８０μｍとしている。凹部１３１ａも、活性層と同様に導波方向に延在している。
【００３５】
従来の構成では、第１電極１３６と第２電極１３７との間に１０ｍＡの電流を注入して動作状態とすると、図３Ａに示すように、活性層の領域における温度が６．２３℃上昇した。これに対し、発明の構成では、第１電極１３６と第２電極１３７との間に１０ｍＡの電流を注入して動作状態としても、図３Ｂに示すように、温度の上昇が３．２７℃となり、５２％程度に抑制された。
【００３６】
ところで、実施の形態１における光装置が備える光素子において、多モードを抑制するためには、光が導波する部分の半導体による層の厚さ（総厚）には、制約が存在する。光が導波する部分の半導体の層の総厚を変化させた際の、導波モード等価屈折率を計算した結果を図４に示す。この計算では、１例として、ＳｉＯ2を誘電体とし、半導体としてＩｎＰを仮定したものである。半導体の層の総厚が３００ｎｍを超えると２次モードが存在し、６００ｎｍを超えると３次モードが存在することが分かる。
【００３７】
次に、図５に、１次から３次モードまでの各モード電界分布を計算した結果を示す。図５から分かるように、１次モードおよび３次モードは、光が導波する部分の半導体の層の中心にモードの腹が存在する。一方、２次モードは、光が導波する部分の半導体の層の中心にモードの節が存在することが分かる。
【００３８】
導波路型の半導体レーザや光変調器なおの光半導体装置では、光導波路（コア、活性層）の中心に光強度が必要となるため、３次モードが存在すると多モード動作しやすくなる。このため、実施の形態１における構成を、光半導体装置に適用して多モードを抑制する場合、光が導波する部分の半導体の層の総厚を、２次モード以下（上記仮定においては６００ｎｍ以下）にすることが重要となる。
【００３９】
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２における光装置の構成について図６を参照して説明する。
【００４０】
この光装置は、基板１０１の上に形成されたクラッド層１０２と、クラッド層１０２の上に形成された活性層（コア）１０３と、ｐ型半導体層１０４と、ｎ型半導体層１０５と、第１電極１０６と、第２電極１０７とを備える。また、この光装置は、活性層１０３の部分における基板１０１に形成された凹部１２１を備える。これらの構成は、前述した実施の形態１と同様である。
【００４１】
実施の形態２では、第１電極１０６がクラッド層１０２と接触する領域に対応して基板１０１に形成された凹部１２２を備える。また、実施の形態２では、第２電極１０７がクラッド層１０２と接触する領域に対応して基板１０１に形成された凹部１２３を備える。
【００４２】
実施の形態２によれば、凹部１２２を形成して第１電極１０６と基板１０１との間のクラッド層１０２を厚くしている。同様に、凹部１２３を形成して第２電極１０７と基板１０１との間のクラッド層１０２を厚くしている。この結果、第１電極１０６と基板１０１との間の容量、および第２電極１０７と基板１０１との間の容量を小さくすることができる。これらの容量が大きい状態では、光素子の高速動作の制約（ＣＲ時定数）が懸念される。これに対し、実施の形態２によれば、凹部１２２，凹部１２３により上記容量を小さくしているので、光素子の高速動作速度を損なうことがなく、放熱性の向上が可能となる。
【００４３】
［実施の形態３］
次に、本発明の実施の形態３における光装置の構成について図７Ａ，図７Ｂ，図７Ｃを参照して説明する。なお、図７Ｂは、第１光機能部２３１の光導波方向に垂直な断面を示している。また、図７Ｃは、第２光機能部２３２の光導波方向に垂直な断面を示している。
【００４４】
この光装置は、基板１０１の上に形成されて誘電体からなる表面が平坦なクラッド層２０２と、クラッド層２０２の表面上に形成された光素子と、光素子を構成する各部分の発熱量に応じて基板１０１に形成された段差とを備える。
【００４５】
ここで、光素子は、第１光機能部２３１と第２光機能部２３２とを備え、第１光機能部２３１の領域と第２光機能部２３２の領域とで段差が形成されている。この段差により、第２光機能部２３２の領域のクラッド層２０２は、第１光機能部２３１の領域のクラッド層２０２より厚く形成されている。
【００４６】
第１光機能部２３１は、クラッド層２０２の上に形成された活性層（コア）１０３と、ｐ型半導体層１０４と、ｎ型半導体層１０５と、第１電極１０６と、第２電極１０７とを備える。活性層１０３は、半導体から構成されている。活性層１０３は、例えば、井戸層とバリア層とが交互に積層された量子井戸構造とされている。ｐ型半導体層１０４およびｎ型半導体層１０５は、半導体から構成されてクラッド層２０２の上で活性層１０３を挾んで形成されている。第１電極１０６は、ｐ型半導体層１０４に電気的に接続し、第２電極１０７は、ｎ型半導体層１０５に電気的に接続している。
【００４７】
活性層１０３には、ｐ型半導体層１０４およびｎ型半導体層１０５より電流が注入され、例えば、活性層１０３をコアとして導波する光を変調する。この場合、第１光機能部２３１は、光変調器となる。
【００４８】
また、活性層１０３には、ｐ型半導体層１０４およびｎ型半導体層１０５より電流が注入され、例えば、回折格子などの共振器が設けられた活性層１０３より、レーザ光を発振する。例えば、活性層１０３は、光出射方向に所定の長さで延在し、この延在方向の所定の領域において、活性層１０３の上に回折格子が形成されている。この場合、第１光機能部２３１は、半導体レーザとなる。
【００４９】
また、活性層１０３を、対象とする波長の光を吸収する材質とし、ｐ型半導体層１０４およびｎ型半導体層１０５に逆方向の電圧を印加することで、導波する光を受光する半導体受光素子としてもよい。
【００５０】
第２光機能部２３２は、誘電体から構成された誘電体コア２０３を備える。誘電体コア２０３による光導波路は、活性層１０３による光導波路構造の第１光機能部２３１と光学的に結合している。また、第２光機能部２３２は、例えば、スポットサイズ変換器となる構造とされている。このような誘電体コア２０３による第２光機能部２３２では、半導体からなる活性層１０３をコアとする光導波路構造の第１光機能部２３１とは光閉じ込めが異なる。このため、基板１０１に段差を形成し、第１光機能部２３１では、放熱性向上のためクラッド層２０２を薄くし、第２光機能部２３２では、光閉じ込めのためにクラッド層２０２を厚くする。
【００５１】
次に、第１光機能部２３１を半導体レーザとした場合を例に、第１光機能部２３１における断面のモード計算を行った結果について図８を用いて説明する。この計算では、クラッド層２０２はＳｉＯ2から構成し、基板１０１は、Ｓｉから構成した場合を仮定した。クラッド層２０２の厚さを変化させたときの、断面の伝搬モードの等価屈折率、および基板１０１への漏れ光による損失を計算した。
【００５２】
図８の（ａ）に示すように、クラッド層２０２の厚さを０．５μｍ程度まで薄くしても、等価屈折率の変化は見えない。また、図８の（ｂ）に示すように、基板１０１への漏れ光による伝搬モードの損失は、クラッド層２０２の厚さが０．７μｍ程度であれば十分小さくできることが分かる。
【００５３】
［実施の形態４］
次に、本発明の実施の形態４における光装置の構成について図９Ａ，図９Ｂを参照して説明する。なお、図９Ａは、第１光機能部２３１の光導波方向に垂直な断面を示している。また、図９Ｂは、第２光機能部２３２の光導波方向に垂直な断面を示している。
【００５４】
この光装置は、基板１０１の上に形成されて誘電体からなる表面が平坦なクラッド層２０２と、クラッド層２０２の表面上に形成された光素子と、光素子を構成する各部分の発熱量に応じて基板１０１に形成された段差とを備える。
【００５５】
ここで、光素子は、第１光機能部２３１と第２光機能部２３２とを備え、第１光機能部２３１の領域と第２光機能部２３２の領域とで段差が形成されている。この段差により、第２光機能部２３２の領域のクラッド層２０２は、第１光機能部２３１の領域のクラッド層２０２より厚く形成されている。
【００５６】
第１光機能部２３１は、クラッド層２０２の上に形成された活性層（コア）１０３と、ｐ型半導体層１０４と、ｎ型半導体層１０５と、第１電極１０６と、第２電極１０７とを備える。第２光機能部２３２は、誘電体から構成された誘電体コア２０３を備える。誘電体コア２０３による光導波路は、活性層１０３による光導波路構造の第１光機能部２３１と光学的に結合している。
【００５７】
上述した構成は、前述した実施の形態３と同様である。
【００５８】
実施の形態４では、第１光機能部２３１において、活性層１０３の部分における基板１０１に形成された凹部２２１を備える。実施の形態４では、凹部２２１による段差で、第１光機能部２３１の中で、活性層１０３が形成されていない領域ほど、クラッド層２０２が薄く形成されているようにした。このように構成することで、第１光機能部２３１において、光が導波する領域においては、光閉じ込めが得られる程度のクラッド層２０２の厚さを確保し、他の領域においては、より放熱性が得られる状態とした。この結果、実施の形態３に比較して、より放熱性を向上させることができるようになる。
【００５９】
［実施の形態５］
次に、本発明の実施の形態５における光装置の構成について図１０Ａ，図１０Ｂを参照して説明する。なお、図１０Ａは、第１光機能部２３１の光導波方向に垂直な断面を示している。また、図１０Ｂは、第２光機能部２３２の光導波方向に垂直な断面を示している。
【００６０】
この光装置は、基板１０１の上に形成されて誘電体からなる表面が平坦なクラッド層２０２と、クラッド層２０２の表面上に形成された光素子と、光素子を構成する各部分の発熱量に応じて基板１０１に形成された段差とを備える。
【００６１】
ここで、光素子は、第１光機能部２３１と第２光機能部２３２とを備え、第１光機能部２３１の領域と第２光機能部２３２の領域とで段差が形成されている。この段差により、第２光機能部２３２の領域のクラッド層２０２は、第１光機能部２３１の領域のクラッド層２０２より厚く形成されている。
【００６２】
第１光機能部２３１は、クラッド層２０２の上に形成された活性層（コア）１０３と、ｐ型半導体層１０４と、ｎ型半導体層１０５と、第１電極１０６と、第２電極１０７とを備える。第２光機能部２３２は、誘電体から構成された誘電体コア２０３を備える。誘電体コア２０３による光導波路は、活性層１０３による光導波路構造の第１光機能部２３１と光学的に結合している。
【００６３】
また、第１光機能部２３１において、活性層１０３の部分における基板１０１に形成された凹部２２１を備える。
【００６４】
上述した構成は、前述した実施の形態４と同様である。
【００６５】
実施の形態５では、第１光機能部２３１において、第１電極１０６がクラッド層２０２と接触する領域に対応して基板１０１に形成された凹部２２２を備える。また、実施の形態５では、第２電極１０７がクラッド層２０２と接触する領域に対応して基板１０１に形成された凹部２２３を備える。
【００６６】
実施の形態５によれば、凹部２２２を形成して第１電極１０６と基板１０１との間のクラッド層２０２を厚くしている。同様に、凹部２２３を形成して第２電極１０７と基板１０１との間のクラッド層２０２を厚くしている。この結果、第１電極１０６と基板１０１との間の容量、および第２電極１０７と基板１０１との間の容量を小さくすることができる。これにより、実施の形態５によれば上述したように容量を小さくしているので、第１光機能部２３１の高速動作速度を損なうことがなく、放熱性向上が可能となる。
【００６７】
［実施の形態６］
次に、本発明の実施の形態６における光装置の構成について図１１を参照して説明する。なお、図１１は、第１光機能部２３１の光導波方向に垂直な断面を示している。
【００６８】
この光装置は、基板１０１の上に形成されたクラッド層１０２と、クラッド層１０２の上に形成された活性層（コア）１０３と、ｎ型半導体層２０４と、ｐ型半導体層２０５と、第１電極２０６と、第２電極２０７とを備える。また、この光装置は、活性層１０３の部分における基板１０１に形成された凹部１２１を備える。
【００６９】
実施の形態６では、活性層１０３を、基板１０１の平面の法線方向に、ｎ型半導体層２０４とｐ型半導体層２０５とで挾んだ縦型構造としている。また、活性層１０３，ｐ型半導体層２０５の側方には、誘電体から構成された上部クラッド層１１３が形成されている。なお、実施の形態６では、前述した実施の形態２と同様に、第１電極２０６がクラッド層１０２と接触する領域に対応し、基板１０１に凹部１２２を形成している。また、第２電極２０７がクラッド層１０２と接触する領域に対応し、基板１０１に凹部１２３を形成している。
【００７０】
また、実施の形態６においても、凹部１２２を形成して第１電極２０６と基板１０１との間のクラッド層１０２を厚くしている。同様に、凹部１２３を形成して第２電極２０７と基板１０１との間のクラッド層１０２を厚くしている。これにより、実施の形態６においても、第１電極２０６と基板１０１との間の容量、および第２電極２０７と基板１０１との間の容量を小さくすることができる。
【００７１】
所謂縦型電流注入構造とした実施の形態６においても、前述した実施の形態と同様に、  光装置における漏れ光の基板への到達防止を妨げることなく、効率的に放熱が実施できる。
【００７２】
以上に説明したように、本発明によれば、基板に形成された段差により表面を平坦に形成したクラッド層の厚さを変化させるので、光装置における漏れ光の基板への到達防止を妨げることなく、効率的に放熱が実施できるようになる。
【００７３】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、基板は、シリコンに限らず、ＳｉＣ，ダイヤモンド、ＩｎＰ、ＧａＡｓなどの半導体基板であってもよい。また、ＩｎＰ系の化合物半導体からなる素子を例に説明したが、これに限らず、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｌＡｓ、ＧａＮなどのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体による素子、またＳｉなどによる素子でも同様である。
【符号の説明】
【００７４】
１０１…基板、１０２…クラッド層、１０３…活性層（コア）、１０４…ｐ型半導体層、１０５…ｎ型半導体層、１０６…第１電極、１０７…第２電極、１２１…凹部。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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