(57)【要約】【課題】利得領域を有する半導体光集積回路、特に、光ファイバ通信システムや光ディスク装置に使用される半導体光集積回路に関し、利得領域の光学利得を大きくしても寄生発振が生じない光集積回路を提供する。【解決手段】光学利得を有する利得領域を備えた半導体光集積回路において、半導体基板と、半導体基板に設けられた光の反射部および利得領域と反射部と利得領域との間を接続する第１光導波路とを含み、第１光導波路が、第１光導波路より光の吸収率の高い第２光導波路を含む。【選択図】        図１
2004288921.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学利得を有する利得領域を備えた半導体光集積回路であって、
半導体基板と、
該半導体基板に設けられた光の反射部および利得領域と、
該反射部と該利得領域との間を接続する第１光導波路とを含み、
該第１光導波路が、該第１光導波路より光の吸収率の高い第２光導波路を含むことを特徴とする半導体光集積回路。
【請求項２】
上記第２光導波路の光の吸収率が、上記利得領域から出射して上記反射部で反射された光を該第２光導波路が吸収するように設定したことを特徴とする請求項１に記載の半導体光集積回路。
【請求項３】
上記反射部が、Ｙ分岐型の光合分波器であることを特徴とする請求項１に記載の半導体光集積回路。
【請求項４】
上記反射部が、上記第１光導波路を通る光に対して設けられた回折格子であることを特徴とする請求項１に記載の半導体光集積回路
【請求項５】
上記反射部が、ＭＭＩカプラ型の光合分波器であることを特徴とする請求項１に記載の半導体光集積回路。
【請求項６】
上記反射部が、上記半導体基板の端面からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体光集積回路。
【請求項７】
上記利得領域が、該利得領域を通る光を増幅して出射する光増幅部からなり、該利得領域の出射側に接続された上記第１光導波路中に、上記第２光導波路が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の半導体光集積回路。
【請求項８】
上記利得領域、上記第２光導波路の少くとも一方が、上記半導体基板とは別個独立に形成された素子からなり、該素子が半導体、石英その他の基板に固定されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体光集積回路。
【請求項９】
上記記第２光導波路が、光増幅素子を構成する光導波路であることを特徴とする請求項１に記載の半導体光集積回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、利得領域を有する光集積回路に関し、特に、光ファイバ通信システムや光ディスク装置に使用される光集積回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の波長変換器などの干渉型回路では、半導体基板上に、２組の利得領域が略平行に設けられている。利得領域は光増幅器からなり、電極間に順電流を流すことにより入射光を増幅したり、非線形光学効果を用いた動作を行うことができる。また、半導体基板上には、Ｙ分岐型の光合分波器が少なくとも２つ設けられている。光合分波器と利得領域との間は光導波路で結ばれている。
【０００３】
半導体光増幅回路に入射した入射光は、光合分波器で分波され、光導波路を通ってそれぞれの利得領域に入射し、増幅される。利得領域で増幅された光は、光導波路を通ってもう一方の光合分波器に入射する。光合分波器で合波された光は、出射光として光回路から出射する。（例えば、非特許文献１）。
【０００４】
【非特許文献１】
ＩＥＥＥ  ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ  ＬＥＴＴＥＲＳ，  Ｖｏｌ．  １３，  Ｎｏ．  ６，  ＪＵＮＥ，  ２００１，ｐｐ６００−６０２
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
利得領域の長さが比較的長く利得が大きな場合、利得領域で発生した自然放出光が、利得領域の両端に設けられた光合分波器で反射されて、残留反射により本来目的としないレーザ発振（寄生発振）が発生し、ノイズの原因となるという問題があった。例えば、光合分波器を、ＩｎＰ基板を用いたＩｎＧａＡｓＰコア層を有する埋込型光導波路（幅１．５μｍ、厚さ２００ｎｍ）で形成した場合、波長１．５５μｍの光に対して、残留反射率Ｒ１は約１％であった。
このような寄生発振を抑えるには、利得領域の長さを短くする等、利得領域の利得を小さくしなければならず、高い増幅率を得ることができなくなった。
【０００６】
そこで、本発明は、利得領域の光学利得を大きくしても寄生発振が生じない光集積回路の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は、光学利得を有する利得領域を備えた光集積回路であって、半導体基板と、該半導体基板に設けられた光の反射部および利得領域と該反射部と該利得領域との間を接続する第１光導波路とを含み、該第１光導波路が、該第１光導波路より光の吸収率の高い第２光導波路を含むことを特徴とする光集積回路である。
かかる第２光導波路を含むことにより、反射部からの反射光を第２光導波路で吸収できる。これにより、反射光が利得領域に入射して発生する寄生発振を防止しながら、利得領域の光学利得を大きくすることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、全体が１００で表される、本実施の形態１にかかる光集積回路を上面から見た場合の概略図である。
図１に示すように、光集積回路１００は、ＩｎＰ等の半導体基板１を含む。半導体基板１の上には、略平行に配置された２つの利得領域４、５が設けられている。利得領域４、５の両端には、第１光導波路３が接続され、それぞれ、第２光導波路６、７、８、９を介してＹ分岐型の光合分波器１、２に接続されている。
【０００９】
第２光導波路６、７、８、９は、第１光導波路３よりもエネルギギャップの小さな半導体材料をコア層に用いた構造となっている。このため、第１光導波路３よりも光吸収が大きく、後述する反射光を吸収するようになっている。
【００１０】
図２は、図１のＩ−Ｉ方向に見た場合の第１光導波路３の断面図である。図２に示すように、ＩｎＰ基板５０の上には、ＩｎＰブロック層５３、５４に挟まれたＩｎＧａＡｓＰコア層５１、ＩｎＰ層５２が形成されている。更に、ＩｎＰ層５２の上にはＩｎＰクラッド５５が形成されている。ＩｎＰ基板５０の裏面には、Ｔｉ／Ａｕカソード電極５０が設けられている。また、ＩｎＰクラッド層５５の表面は、ＳｉＯ２からなる絶縁膜５７に覆われている。このように、ＩｎＧａＡｓＰコア層５１を、ＩｎＰ基板５０、ＩｎＰ層５２で挟むことにより、第１光導波路３が形成されている。
【００１１】
一方、第２光導波路６、７、８、９の断面構造は、コア層を形成するＩｎＧａＡｓＰ層が、第１光導波路３のコア層よりバンドギャップエネルギの小さい組成からなる以外は、図２の構造と同じである。
【００１２】
また、利得領域４、５の断面構造は、５７絶縁膜の一部を除去してアノード電極を設けている以外は、第１光導波路３と同じ構造である。
【００１３】
なお、第２光導波路６、７、８、９として、利得領域４、５と同じ構造の光増幅器を用いることもできる。この場合、光増幅器が、入射光に対して損失を発生させるか、又は利得があっても小さくなるように、光増幅器を低電流で駆動させる。あるいは、アノードとカソードをワイヤなどによりショートしておいてもよい。
【００１４】
次に、光集積回路１００の動作について簡単に説明する。光集積回路１００の、利得領域４の利得をＡ、利得領域４に接続された第２光導波路６、８の吸収をＬ、Ｙ分岐型の光合分波器１、２における反射率をＲ１、Ｒ２とする。光集積回路１００が寄生発振しないためには、光合分波器１、２で反射して利得領域４に入射する反射光のループゲインが、１より小さくなる必要がある。即ち、利得Ａ等の間には、以下の式１の関係が成立する必要がある。
Ａ・Ｌ・Ｒ１・Ｒ２＜１                                  （式１）
【００１５】
従って、従来構造（即ち、Ｌ＝１の場合）に比較して、吸収がＬの第２光導波路６、８を設けた光集積回路１００では、寄生発振を起させることなく、利得領域４の利得Ａを１／Ｌ倍大きくできる。
【００１６】
具体的には、第２光導波路６、８の吸収係数を２０ｃｍ−１、長さを６００μｍとした場合、第２光導波路６、８の吸収Ｌは以下のようになる。
Ｌ＝ｅｘｐ（−２０×０．０６）＝０．３
このため、例えば、Ｒ１、Ｒ２が１％の時に、利得領域４の利得Ａが１００００を超えた場合に発振していた光集積回路１００において、利得Ａが、約３倍の３００００を超えるまで発振しなくなる。
【００１７】
実施の形態２．
図３は、全体が２００で表される、本実施の形態２にかかる半導体光増幅回路を上面から見た場合の概略図である。図３中、図１と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。
半導体光増幅回路２００では、上述の光集積回路１００に含まれる光合分波器２に代えて、光導波路３に、例えば、分布帰還型半導体レーザに用いられる回折格子１０、１１が設けられている。かかる回折格子１０、１１は、例えば、光導波路３のＩｎＧａＡｓＰコア層の上部に、膜厚が１００ｎｍのＩｎＰ層を隔てて形成される。図３に示すように、回折格子１０、１１は、光の導波方向に沿って設けられ、それぞれの膜厚（図３の左右方向）は約２０ｎｍ〜約８０ｎｍ、幅（図３の上下方向）は約１．５μｍである。
【００１８】
光導波路３の上方に回折格子１０、１１が形成されると、回折格子１０、１１に入射した光の一部は反射される。例えば、半導体光増幅回路２００の左側から入射した光は、光合分波器１で分波された後、利得領域４、５で増幅されて回折格子１０、１１に到達するが、回折格子１０、１１で反射されて利得領域４、５に再入射することにより、寄生発振の原因となる。
【００１９】
本実施の形態２では、利得領域４、５と光合分波器１との間に第２光導波路６、７を設けるとともに、利得領域４、５と回折格子１０、１１との間にも第２光導波路６、７が設けられている。
これにより、回折格子１０、１１からの反射量が低減されるため、利得領域４、５で寄生発振を起こさせること無く、光学利得を大きくできる。
【００２０】
実施の形態３．
図４は、全体が３００で表される、本実施の形態３にかかる半導体光集積回路を上面から見た場合の概略図である。図４中、図１と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。半導体光集積回路３００では、上述の光集積回路１００に含まれる光合分波器１、２に代えて、例えば、２：１のＭＭＩ（Ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ）型の光合分波器１２、１３が用いられている。他の構成は、光集積回路１００と同様である。
【００２１】
半導体光集積回路３００では、光集積回路１００と同様に、ＭＭＩ型の光合分波器１２、１３で発生する反射波を、利得領域４、５と光合分波器１２、１３との間に設けた第２光導波路６、７で吸収する。これにより、利得領域４、５で寄生発振を起こさせること無く、光学利得を大きくできる。
【００２２】
実施の形態４．
図５は、全体が４００で表される、本実施の形態４にかかる半導体光増幅器の一部の概略図である。図５中、図１と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。半導体光増幅器４００では、光の入出射端面２１と利得領域４との間に第２光導波路６が設けられている。
【００２３】
一般に、光集積回路の入出射端面には、端面での光の反射率を小さくするために、アルミナ等の誘電体多層膜がコーティングされるが、広い波長範囲に渡って反射率を小さくすることは困難である。このため、図４に示すように、入出射端面（入射端面または出射端面）２１の法線方向から傾けて光導波路３を入出射端面２１に接続することにより、反射率を実効的に低減している。しかしながら、かかる構造を用いても、入出射端面２１に対して光導波路３を垂直に接続した場合の、約１０％の残留反射光が存在する。
【００２４】
半導体光増幅器４００では、光の入出射端面２１と利得領域４との間に第２光導波路６が設けることにより、かかる残留反射光を吸収する。この結果、利得領域４で寄生発振を発生させることなく、利得領域４の光学利得を大きくできる。
【００２５】
図６は、全体が５００で表される、本実施の形態４にかかる他の半導体光増幅器の一部の概略図である。図６中、図１と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。半導体光増幅器５００では、特に、光の出射端面２２と利得領域４との間に第２光導波路６を設けている。
半導体光増幅器５００では、半導体光増幅器５００の内部で発生する自然放出光によりＳ／Ｎ比が劣化する。これに対して、半導体光増幅器５００の出射端面２２と利得領域４との間に第２光導波路６を設けることにより、出射端面２２での反射光を吸収するため寄生発振の発生を抑圧できるとともに、自然放出光に起因するノイズを減衰させることが可能となる。この結果、半導体光増幅器５００の雑音指数（ＮＦ：Ｎｏｉｓｅ  Ｆｉｇｕｒｅ）を低減することも可能となる。
【００２６】
実施の形態５．
図７は、全体が６００で表される、本実施の形態５にかかるハイブリッド型の光集積回路の斜視図である。また、図８は、図７のＶＩＩ−ＶＩＩ方向に見た場合の断面図である。
光集積回路６００は、例えば、シリコンや石英ガラスからなる基板１０７を含む。基板１０７の上には、増幅用の半導体光増幅装置１０１、１０２、光吸収用の半導体光増幅装置１０３、１０４、１０５、１０６が固定されている。これらの半導体光増幅装置１０１〜１０６は、基板１０７とは別個に作製され、基板１０７上に接着される。例えば、半導体光増幅装置１０１〜１０６のｐｎ接合形成面が基板１０７の表面に接する（ジャンクションダウン）ように、ダイボンディングする。半導体光増幅装置１０１〜１０６の間は、基板１０７の表面上に形成された光導波路１０８で接続されている。光導波路１０８は、図８に示すように、基板１０７上に、例えば、シリコンからなるコア層１０８ｂを、クラッド層１０８ａ、１０８ｃで上下から挟むことにより形成される。
【００２７】
ハイブリッド型の光集積回路においても、モノリシック型の半導体光増幅回路と同様に、増幅用の半導体光増幅装置で発生した自然放出光が光合分波器で反射され、かかる反射光が増幅用の半導体光増幅装置に再入射して寄生発振を生じる。
そこで、本実施の形態５にかかる光集積回路６００では、増幅用の半導体光増幅装置１０１、１０２と光合分波器との間に、光吸収用の半導体光増幅装置１０３、１０４、１０５、１０６を設け、光合分波器からの反射光を吸収することとしている。光吸収用の半導体光増幅装置１０３、１０４、１０５、１０６は、反射光に対して損失を発生させるか、又は利得があっても小さくなるように、低電流で駆動される。
もちろん光吸収用の半導体光増幅装置１０３等に代えて、光合分波器からの反射光を吸収するような光導波路を設けることもできる。
【００２８】
かかる構造を用いることにより、ハイブリッド型の光集積回路６００においても、増幅用の半導体光増幅装置（利得領域）１０１、１０２で寄生発振を起させること無く、光学利得を大きくできる。
【００２９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明にかかる光集積回路では、利得領域で寄生発振を起させることなく、利得領域での光学利得を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる光集積回路の概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる光集積回路の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２にかかる半導体光増幅回路の概略図である。
【図４】本発明の実施の形態３にかかる半導体光集積回路の概略図である。
【図５】本発明の実施の形態４にかかる半導体光増幅器の概略図である。
【図６】本発明の実施の形態４にかかる他の半導体光増幅器の概略図である。
【図７】本発明の実施の形態５にかかる光集積回路の概略図である。
【図８】本発明の実施の形態５にかかる光集積回路の断面図である。
【符号の説明】
１、２  光合分波器、３  第１光導波路、４、５  利得領域、６、７、８、９第２光導波路、２０  半導体基板、１００  光集積回路。
【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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