JP2014035540A - 光集積素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで生産性高く製造できる光集積素子およびその製造方法を提供すること。
【解決手段】基板上に、光を導波する第１メサ型光導波路を有する第１領域と、前記光を導波する第２メサ型光導波路を有する第２領域と、前記第１領域と前記第２領域とが光学的に接続する領域に形成され、前記光が通過する中間領域と、を備え、前記第１メサ型光導波路と、前記第２メサ型光導波路とは、前記光の導波方向と交差する断面が互いに異なり、前記中間領域の前記断面と平行な断面は、前記第１メサ型光導波路の前記断面および前記第２メサ型光導波路の前記各断面を包含する光集積素子。
【選択図】図１

Description

本発明は、光集積素子およびその製造方法に関するものである。

半導体基板上にさまざまな種類の光素子をモノリシックに集積化した光集積素子においては、各光素子はその機能に適した異なる種類の光導波路で形成されており、これらの異なる種類の光導波路が接続されることになる（特許文献１、非特許文献１及び２参照）。

たとえば、ハイメサ型光導波路とローメサ型光導波路のように、メサ高さの異なる光導波路の先端同士が接続される構造を考えると、そのような導波路構造は、たとえば以下の方法にて製造される。第１の方法としては、まず、スラブ型光導波路に対して、第１の工程として所望のマスクパターンの形成とエッチングとを行って、所定の領域にローメサ型光導波路を作製する。つぎに、作製したローメサ型導波路をマスクで保護した後、第２の工程として、ローメサ型光導波路に隣接する領域に所望のマスクパターンの形成とエッチングとを行って、ハイメサ型光導波路を作製する。なお、第１の工程と第２の工程とは順番を入れ替えて行っても良い。

また、別の方法としては、フォトリソグラフィ技術を適用してスラブ型光導波路に光導波路に相当するマスクパターンを形成する。つぎに、ハイメサ型光導波路およびローメサ型光導波路を形成する領域に対して、ローメサ型光導波路のメサ深さまでエッチングを行う。さらに、ローメサ型導波路として残す部分をマスクで保護した後、ハイメサ型光導波路を形成する領域に対して、ハイメサ型光導波路のメサ深さまでエッチングを行う。

特開２０１０−９１９００号公報

T.Okamoto, et al., "Monolithic integration of a 10 Gb/s Mach-Zehnder Modulator and a Widely Tunable Laser based on a 2-Ring Loop-Filter", 2010 International Conference on Indium Phosphide and Related Materials Conference Proceedings(IPRM2010) ThA1-3. Steven C.Nicholes, et al., "INTEGRATION TECHNOLOGIES FOR AN 8x8 INP-BASED MONOLITHIC TUNABLE OPTICAL ROUTER WITH 400GB/S LINE RATE PER PORT", 2010 International Conference on Indium Phosphide and Related Materials Conference Proceedings(IPRM2010) WeA3-1．

しかしながら、異なる種類の光導波路が接続した構造を上述した方法で製造しようとすると、マスクパターンのパターニング精度や、プロセスでの形状精度が低い場合に、異なる種類の光導波路同士の接続部に断線や形状不良等が生じる場合があり、製造歩留まりが低下し、これによって生産性が低下する場合があるという問題がある。一方、このような断線や形状不良等を解決するために、マスクパターンのパターニング精度や、プロセスでの形状精度等が高い装置や技術を適用した場合には、高価な装置や高度な技術が必要となるので、高コスト化や生産性の低下を招くおそれがある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、低コストで生産性高く製造できる光集積素子およびその製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光集積素子は、基板上に、光を導波する第１メサ型光導波路を有する第１領域と、前記光を導波する第２メサ型光導波路を有する第２領域と、前記第１領域と前記第２領域とが光学的に接続する領域に形成され、前記光が通過する中間領域と、を備え、前記第１メサ型光導波路と、前記第２メサ型光導波路とは、前記光の導波方向と交差する断面が互いに異なり、前記中間領域の前記断面と平行な断面は、前記第１メサ型光導波路の前記断面および前記第２メサ型光導波路の前記各断面を包含することを特徴とする。

本発明に係る光集積素子は、上記発明において、前記第１メサ型光導波路と、前記第２メサ型光導波路とは、メサの高さ方向の光閉じ込め態様が互いに異なることを特徴とする。

本発明に係る光集積素子は、上記発明において、前記第１メサ型光導波路と、前記第２メサ型光導波路とは、メサの高さが互いに異なることを特徴とする。

本発明に係る光集積素子は、上記発明において、前記第１メサ型光導波路と、前記第２メサ型光導波路とは、メサの幅が互いに異なることを特徴とする。

本発明に係る光集積素子は、上記発明において、前記中間領域は、スラブ型光導波路であることを特徴とする。

本発明に係る光集積素子は、上記発明において、前記中間領域は、当該中間領域を通過する前記光の一部を前記第１メサ型光導波路および前記第２メサ型光導波路の少なくとも一方における前記光の導波方向とは異なる方向に反射する反射部を、前記第１メサ型光導波路および前記第２メサ型光導波路と重ならない領域に有することを特徴とする。

本発明に係る光集積素子の製造方法は、基板上に、光を導波する第１メサ型光導波路を有する第１領域と、前記光を導波する第２メサ型光導波路を有する第２領域と、前記第１領域と前記第２領域とが光学的に接続する領域に形成され、前記光が通過する中間領域とを備え、前記第１メサ型光導波路と、前記第２メサ型光導波路とは、前記光の導波方向と交差する断面が互いに異なり、前記中間領域の前記断面と平行な断面は、前記第１メサ型光導波路の前記断面および前記第２メサ型光導波路の前記各断面を包含する光集積素子の製造方法であって、スラブ型光導波路を含む半導体積層体に、前記第１メサ型光導波路および前記第２メサ型光導波路のメサストライプを形成するためのマスクパターンを形成するメサストライプマスク形成工程と、前記第２領域となる領域と前記中間領域となる領域とを覆う第１保護マスクを形成する第１保護マスク形成工程と、前記第１領域となる領域をエッチングして、前記第１メサ型光導波路を形成する第１エッチング工程と、前記第１保護マスクを除去した後、前記第１領域となる領域と前記中間領域となる領域とを覆う第２保護マスクを形成する第２保護マスク形成工程と、前記第２領域となる領域をエッチングして、前記第２メサ型光導波路を形成する第２エッチング工程と、を含むことを特徴とする。

本発明に係る光集積素子の製造方法は、上記発明において、前記メサストライプマスク形成工程では、前記第１領域、前記第２領域、および前記光中間領域に同時に前記マスクパターンを形成することを特徴とする。

本発明によれば、低コストで生産性高く製造できる光集積素子を実現できるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１に係る光集積素子の模式的な斜視図である。 図２は、図１に示す光集積素子の上面図である。 図３は、図１に示す光集積素子の側面図である。 図４は、光集積素子の製造方法の一例を説明する図である。 図５は、光集積素子の製造方法の一例を説明する図である。 図６は、光集積素子の製造方法の一例を説明する図である。 図７は、変形例１を示す模式的な上面図である。 図８は、変形例２〜５を示す模式的な上面図である。 図９は、実施の形態２に係る光集積素子の模式的な側面図である。 図１０は、実施の形態３に係る光集積素子の模式的な側面図である。

以下に、図面を参照して本発明に係る光集積素子およびその製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光集積素子の模式的な斜視図である。図２は、図１に示す光集積素子の上面図である。図３は、図１に示す光集積素子の側面図である。図１〜図３に示すように、この光集積素子１００は、基板１０１上に、第１領域１０と、第２領域２０と、中間領域３０とを備えている。

第１領域１０、第２領域２０、および中間領域３０は、それぞれ、基板１０１上に積層された下部クラッド層１０２、コア層１０３、上部クラッド層１０４、エッチストップ層１０５、およびスペーサ層１０６で構成されている。

第１領域１０は、コア層１０３において光Ｌ１を導波する第１メサ型光導波路Ｍ１を有する。第１メサ型光導波路Ｍ１は、スペーサ層１０６の表面からのメサの深さが、コア層１０３よりも浅い、いわゆるローメサ型の光導波路である。このメサの深さとは、後述する第１メサ型光導波路Ｍ１のメサの高さに対応するものであってメサの基部からメサの頂部までの高さである。

第２領域２０は、コア層１０３において光Ｌ１を導波する第２メサ型光導波路Ｍ２を有する。第２メサ型光導波路Ｍ２は、スペーサ層１０６の表面からのメサの深さが、コア層１０３よりも深い、いわゆるハイメサ型の光導波路である。このメサの深さとは、後述する第２メサ型光導波路Ｍ２のメサの高さに対応するものである。

すなわち、第１メサ型光導波路Ｍ１と、第２メサ型光導波路Ｍ２とは、メサの高さＨ１、Ｈ２（図３参照）が互いに異なることによって、メサの高さ方向の光閉じ込め態様が互いに異なる。

また、第１メサ型光導波路Ｍ１と、第２メサ型光導波路Ｍ２とは、メサの幅Ｗ１、Ｗ２（図２参照）が互いに異なる。

メサの高さＨ１、Ｈ２やメサの幅Ｗ１、Ｗ２は、第１メサ型光導波路Ｍ１と、第２メサ型光導波路Ｍ２とに要求される光導波の特性に応じて設定される。

中間領域３０は、第１領域１０と第２領域２０とが光学的に接続する（すなわち第１メサ型光導波路Ｍ１と、第２メサ型光導波路Ｍ２とが光学的に接続する）領域である第１領域１０と第２領域２０との間に形成される。光Ｌ１は第１領域１０から中間領域３０を通過して第２領域２０へと入力する。なお、中間領域３０では、第１領域１０や第２領域２０のような横方向の閉じ込め態様がなされることなく、伝搬する。

ここで、図１に示すように、第１メサ型光導波路Ｍ１の光Ｌ１の導波方向と直角に交差する断面Ｓ１と、第２メサ型光導波路Ｍ２の光Ｌ１の導波方向と直角に交差する断面Ｓ２と、中間領域３０の、断面Ｓ１、Ｓ２と平行な断面Ｓ３とを規定する。すると、断面Ｓ１と断面Ｓ２とでは、互いに断面が異なる。ここで、断面が異なるとは、断面積、断面構造、または光の閉じ込め態様等が異なることを意味する。光の閉じ込め態様等が異なるとは、たとえば光閉じ込め係数や実効屈折率等が異なることを意味する。

断面Ｓ３は、断面Ｓ１と断面Ｓ２との両方を包含している。この光集積素子１００では、第１メサ型光導波路Ｍ１と第２メサ型光導波路Ｍ２との互いに断面が異なる断面Ｓ１、Ｓ２を包含する断面Ｓ３を有する中間領域３０が存在するため、製造時に、マスクのパターニング精度や、プロセスでの形状精度等が比較的低くても、第１メサ型光導波路Ｍ１と第２メサ型光導波路Ｍ２との断線等が生じにくいものとなっている。そのため、この光集積素子１００は、製造歩留まりが高く、低コストで生産性が高いものである。

なお、このような構成の光集積素子１００は、ハイメサ型光導波路で構成される、曲がり光導波路、マッハツェンダー干渉計を構成するパッシブ光導波路、あるいはリング共振器を構成するパッシブ光導波路と、レーザ光をガイドするローメサ型のパッシブ光導波路とを接続した構造を有する光集積素子等にも適用することができる。

また、たとえば光Ｌ１の波長が１．５５μｍ帯の光の場合、基板１０１、下部クラッド層１０２は、たとえばｎ−ＩｎＰからなり、上部クラッド層１０４、スペーサ層１０６は、たとえばｐ−ＩｎＰからなる。コア層１０３は、屈折率がＩｎＰよりも高くなるように、たとえば組成が１．４Ｑになるように調整されたＩｎＧａＡｓＰからなる。なお、１．４Ｑとは、バンドギャップ波長が１．４μｍという意味である。これによってコア層１０３はパッシブなコア層となる。

また、エッチストップ層１０５は、製造時に使用するエッチング剤がスペーサ層１０６を選択的にエッチングでき、エッチストップ層１０５を殆どエッチングしないような半導体材料からなる。したがって、エッチストップ層１０５はたとえばＩｎＧａＡｓＰからなる。ただし、これらの半導体材料は例示であり、本実施の形態１を限定するものではない。

（製造方法）
つぎに、光集積素子１００の製造方法の一例について説明する。図４〜図６は、光集積素子の製造方法の一例を説明する図である。

はじめに、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）などの結晶成長法により、基板１０１上に、下部クラッド層１０２、コア層１０３、上部クラッド層１０４、エッチストップ層１０５、およびスペーサ層１０６を成長する。これによって、スラブ型光導波路を含む半導体積層体が形成される。

つぎに、メサストライプマスク形成工程として、フォトリソグラフィとエッチングとにより、図４に示すように、半導体積層体の最表層であるスペーサ層１０６上に、第１メサ型光導波路Ｍ１および第２メサ型光導波路Ｍ２のメサストライプを形成するためのマスクパターンＭＡ１を形成する。マスクパターンＭＡ１はたとえばＳｉＮからなるものである。なお、図４において、符号１１は光集積素子１００の第１領域１０となる領域であり、符号２１は第２領域２０となる領域であり、符号３１は中間領域３０となる領域である。

なお、マスクパターンＭＡ１は、領域１１、２１、３１において同時に形成しても良いし、領域毎に別々に形成してもよい。ただし、マスクパターンＭＡ１を領域１１、２１、３１において同時に形成すれば、第１メサ型光導波路Ｍ１と第２メサ型光導波路Ｍ２との光軸を一致させることがいっそう容易である。また、マスクパターンＭＡ１は領域３１には必ずしも形成しなくてもよい。また、図４では領域３１には領域２１と同じ幅でマスクパターンＭＡ１を形成しているが、領域１１と同じ幅で形成してもよい。

つぎに、第１保護マスク形成工程として、領域２１と領域３１とを覆う第１保護マスクＭＡ２を形成する。さらに、第１エッチング工程として、露出している領域１１を、マスクパターンＭＡ１をエッチングマスクとしてエッチングして、第１メサ型光導波路Ｍ１を形成する（図５参照）。このときエッチングはエッチストップ層１０５で停止する。第１保護マスクＭＡ２はたとえばＳｉＯ_２からなる。エッチングとしてはウエットエッチングやドライエッチングを適宜選択して使用できる。

第１保護マスクＭＡ２を除去した後、第２保護マスク形成工程として、領域１１と領域３１とを覆う第２保護マスクＭＡ３を形成する。さらに、第２エッチング工程として、露出している領域２１を、マスクパターンＭＡ１をエッチングマスクとしてエッチングして、第２メサ型光導波路Ｍ２を形成する（図６参照）。このとき、第２メサ型光導波路Ｍ２とともに中間領域３０が形成される。エッチングとしてはウエットエッチングやドライエッチングを適宜選択して使用できる。第２保護マスクＭＡ３はたとえばＳｉＯ_２からなる。なお、図５では基板１０１が露出する深さまでエッチングを行っているが、第２メサ型光導波路Ｍ２がハイメサ構造となるエッチング深さであれば特に限定されない。その後、第２保護マスクＭＡ３を除去し、公知の所定の後処理を行う。たとえば、全面にパッシベーション膜を形成してもよい。これによって、光集積素子１００が完成する。

上述したように、第１保護マスクＭＡ２および第２保護マスクＭＡ３のいずれも、中間領域３０となる領域３１を覆うようにしているので、第１保護マスクＭＡ２および第２保護マスクＭＡ３を形成する際の位置ずれが中間領域３０となる領域３１によって吸収される。その結果、保護マスクのパターニング精度や、プロセスでの形状精度等が比較的低くても、このような簡易かつ低コストで実現できる工程で、第１メサ型光導波路Ｍ１と第２メサ型光導波路Ｍ２との間での光導波路の断線や形状不良の発生が防止され、生産性が高くなる。

なお、中間領域３０となる領域３１の光の伝搬方向の長さは、使用する装置のパターニング精度やプロセスでの形状制御の精度等に応じて、位置ずれを吸収できる程度の光の伝搬方向の長さに適宜設定することができる。領域３１または中間領域３０の光の伝搬方向の長さは例として２μｍ〜１０μｍ程度である。なお、中間領域３０では、光Ｌ１は幅方向では第１領域１０や第２領域２０のような横方向の閉じ込め態様がなされることなく伝搬するが、中間領域３０の厚さが１０μｍ程度以下であれば、中間領域３０における光損失は十分小さいものとなる。

また、上記製造方法では、はじめに第１メサ型光導波路Ｍ１を形成し、つぎに第２メサ型光導波路Ｍ２を形成しているが、形成の順番を逆にしても良い。

（変形例１）
図７は、メサ型光導波路と中間領域との関係の変形例１を示す模式的な上面図である。図７では、第１メサ型光導波路Ｍ１Ａと第２メサ型光導波路Ｍ２Ａとに対して、中間領域３０Ａが傾斜している。ここで、第１メサ型光導波路Ｍ１Ａと第２メサ型光導波路Ｍ２Ａとを導波する光Ｌ２が、中間領域３０Ａを通過する際には、光のフィールドが閉じ込めの無い幅方向に広がる。その結果、中間領域３０Ａの側面である面３０Ａ１は、中間領域３０Ａを通過する光Ｌ２の一部を光Ｌ２の導波方向とは異なる方向に反射する反射部として機能する。光が第２メサ型光導波路Ｍ２Ａから第１メサ型光導波路Ｍ１Ａへ導波する場合も同様である。なお、面３０Ａ１は第１メサ型光導波路Ｍ１Ａおよび第２メサ型光導波路Ｍ２Ａと重ならない領域に形成されるものである。ここで、「第１メサ型光導波路Ｍ１Ａおよび第２メサ型光導波路Ｍ２Ａと重ならない領域」、とは、中間領域３０Ａのうち第１メサ型光導波路Ｍ１Ａおよび第２メサ型光導波路Ｍ２Ａのメサとは交差しない領域を意味する。面３０Ａ１で反射された光Ｒは第１メサ型光導波路Ｍ１Ａおよび第２メサ型光導波路Ｍ２Ａにほとんど結合しないので、第１メサ型光導波路Ｍ１Ａおよび第２メサ型光導波路Ｍ２Ａに反射光が入力して導波することが抑制または防止される。

（変形例２〜５）
図８は、メサ型光導波路と中間領域との関係の変形例２〜５を示す模式的な上面図である。図８（ａ）〜（ｄ）では、第１メサ型光導波路Ｍ１Ｂと第２メサ型光導波路Ｍ２Ｂとは、対向する領域においてメサ幅が徐々に拡大するフレア部Ｍ１ｂ、Ｍ２ｂをそれぞれ有している。このように、第１メサ型光導波路および第２メサ型光導波路の少なくとも一方が、対向する領域においてフレア部を有していても良い。

また、図８（ａ）に示す中間領域３０Ｂは、第１メサ型光導波路Ｍ１Ｂと第２メサ型光導波路Ｍ２Ｂとに対して傾斜するとともに、第１メサ型光導波路Ｍ１Ｂを挟んで紙面上側と下側で同一直線上にある。ただし、中間領域３０Ｂは第１メサ型光導波路Ｍ１Ｂを挟んで紙面上側と下側で同一直線上に無くてもよい。

また、図８（ｂ）に示す中間領域３０Ｃは、第１メサ型光導波路Ｍ１Ｂと第２メサ型光導波路Ｍ２Ｂとに対して傾斜するとともに、第２メサ型光導波路Ｍ２Ｂを挟んで紙面上側と下側との両方が、第２メサ型光導波路Ｍ１Ｂ側に向けて傾斜した形状を有している。これによって中間領域３０ＣはＶ字形状を成している。ここで、中間領域３０Ｃが第１メサ型光導波路Ｍ１Ｂまたは第２メサ型光導波路Ｍ２Ｂと接続する付け根の位置は、第１メサ型光導波路Ｍ１Ｂまたは第２メサ型光導波路Ｍ２Ｂを挟んで紙面上側と下側とで、図８（ｂ）のように紙面左右方向にずれていても良いし、一致していても良い。

また、図８（ｃ）に示す中間領域３０Ｄは、第１メサ型光導波路Ｍ１Ｂと第２メサ型光導波路Ｍ２Ｂとから離れるにしたがって厚さが増加する形状を有している。

また、図８（ｄ）に示す中間領域３０Ｅは、略直線状であるとともに、第１メサ型光導波路Ｍ１Ｂと第２メサ型光導波路Ｍ２Ｂとに対して略直交している。

変形例１と同様に、各中間領域３０Ｂ〜３０Ｄの側面である面３０Ｂ１〜３０Ｄ１は、中間領域３０Ｂ〜３０Ｄを通過する光の一部を、その光の導波方向とは異なる方向に反射する反射部として機能している。

このように、変形例１〜４では、反射部は、第１メサ型光導波路および第２メサ型光導波路の両方における光の導波方向とは異なる方向に反射光を反射するように構成されている。なお、変形例２〜５の中間領域３０Ｂ〜３０Ｅの構成は、いずれも変形例１の中間領域３０Ａと置き換えても良い。

（実施の形態２）
図９は、本発明の実施の形態２に係る光集積素子の模式的な側面図である。この光集積素子２００は、基板１０１上に、第１領域２１０と、第２領域２２０と、中間領域２３０とを備えている。基板１０１上の積層構造は図１〜図３に示す光集積素子１００と同様である。

第１領域２１０は、コア層１０３において光Ｌ３を導波する第１メサ型光導波路Ｍ２１を有する。第１メサ型光導波路Ｍ２１はローメサ型の光導波路である。

第２領域２２０は、コア層１０３において光Ｌ３を導波する第２メサ型光導波路Ｍ２２を有する。第２メサ型光導波路Ｍ２２はハイメサ型の光導波路である。

中間領域２３０は、第１領域２１０と第２領域２２０とが光学的に接続する領域である第１領域２１０と第２領域２２０との間に形成される。光Ｌ３は第１領域２１０から中間領域２３０を通過して第２領域２２０へと入力する。中間領域２３０では、光Ｌ３は高さ方向では閉じ込められるが、幅方向では第１領域２１０や第２領域２２０のような横方向の閉じ込め態様がなされることなく、伝搬する。

光集積素子１００と同様に、第１メサ型光導波路Ｍ２１の光Ｌ３の導波方向と交差する断面と、第２メサ型光導波路Ｍ２２の光Ｌ３の導波方向と交差する断面と、中間領域２３０の、上記各断面と平行な断面とを規定すると、第１メサ型光導波路Ｍ２１の断面と第２メサ型光導波路Ｍ２２の断面とでは、互いに断面が異なる。また、中間領域２３０の断面は、上記各断面の両方を包含している。そのため、この光集積素子２００は、光集積素子１００と同様に、製造時に、マスクのパターニング精度や、プロセスでの形状精度等が比較的低くても、第１メサ型光導波路Ｍ２１と第２メサ型光導波路Ｍ２２との断線が生じにくいものとなっている。そのため、この光集積素子２００は、製造歩留まりが高く、低コストで生産性が高いものである。

さらに、この光集積素子２００では、側面側（すなわちメサ型光導波路の幅方向）から見たときの中間領域２３０の側面２０１、２０２が、光Ｌ３の導波方向に対して傾斜している。その結果、光Ｌ３が側面２０１で反射して発生した反射光が第１メサ型光導波路Ｍ２１に入力して導波することが抑制または防止される。同様に、光が第２メサ型光導波路Ｍ２２から第１メサ型光導波路Ｍ２１へと導波する場合にも、その光が側面２０２で反射して発生した反射光が第２メサ型光導波路Ｍ２２に入力して導波することが抑制または防止される。

（実施の形態３）
図１０は、実施の形態３に係る光集積素子の模式的な側面図である。この光集積素子３００は、基板１０１上に、第１領域３１０と、第２領域３２０と、中間領域３３０とを備えている。

第２領域３２０は、図３に示す光集積素子１００の第２領域２０において、上部クラッド層１０４、エッチストップ層１０５、およびスペーサ層１０６を、上部クラッド層３０４に置き換えた構成を有する。第２領域３２０は、コア層１０３において光Ｌ４を導波する第２メサ型光導波路Ｍ３２を有する。第２メサ型光導波路Ｍ３２はハイメサ型の光導波路である。光Ｌ４の波長が１．５５μｍ帯の光の場合、上部クラッド層１０４はたとえばｐ−ＩｎＰからなる。

一方、第１領域３１０は、図３に示す光集積素子１００の第１領域１０において、コア層１０３、上部クラッド層１０４、エッチストップ層１０５、およびスペーサ層１０６を、活性コア層３０３、上部クラッド層３０４、エッチストップ層３０５、スペーサ層３０６、コンタクト層３０７、上部電極３０８に置き換えた構成を有する。

たとえば光Ｌ４の波長が１．５５μｍ帯の光の場合、活性コア層３０３、上部クラッド層３０４、エッチストップ層３０５、スペーサ層３０６、コンタクト層３０７は、たとえば、それぞれ、ＩｎＧａＡｓＰ、ｐ−ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ｐ−ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰからなる。上部電極３０８はたとえばＡｕＺｎからなる。活性コア層３０３はたとえば単一または多重量子井戸構造を有する。また、活性コア層３０３は分離閉じ込めヘテロ構造（ＳＣＨ：Separate Confinement Heterostructure）を有していてもよい。

第１領域３１０は、活性コア層３０３において光Ｌ４を導波する第１メサ型光導波路Ｍ３１を有する。第１メサ型光導波路Ｍ３１はローメサ型の光導波路である。

また、基板１０１の裏面には下部電極３０９が形成されている。下部電極３０９はたとえばＡｕＧｅＮｉ／Ａｕからなる。

中間領域３３０は、図３に示す光集積素子１００の中間領域３０において、上部クラッド層１０４、エッチストップ層１０５、およびスペーサ層１０６を、上部クラッド層３０４に置き換えた構成を有する。中間領域３３０は、第１領域３１０と第２領域３２０とが光学的に接続する領域である第１領域３１０と第２領域３２０との間に形成される。光Ｌ４は第１領域３１０から中間領域３３０を通過して第２領域３２０へと入力する。中間領域３３０では、光Ｌ４は高さ方向では閉じ込められるが、第１領域３１０や第２領域３２０のような横方向の閉じ込め態様がなされることなく、伝搬する。

実施の形態１に係る光集積素子１００では、第１メサ型光導波路Ｍ１と第２メサ型光導波路Ｍ２とが同様なパッシブのコア層１０３を有しているが、本実施の形態３に係る光集積素子３００のように、第１メサ型光導波路および第２メサ型光導波路のどちらか一方のコア層が活性コア層でもよい。

なお、このような構成の光集積素子３００は、ハイメサ型光導波路で構成される、曲がり光導波路、マッハツェンダー干渉計を構成するパッシブ光導波路、あるいはリング共振器を構成するパッシブ光導波路と、活性コア層を有し、ローメサ型光導波路で構成される半導体レーザとを接続した構造を有する光集積素子に適用される。

この光集積素子３００の半導体積層構造は、たとえば以下のように形成することができる。すなわち、まず基板１０１上に、下部クラッド層１０２、コア層１０３、上部クラッド層３０４を順次積層する。つぎに、第１領域３１０においてコア層１０３および上部クラッド層３０４をエッチング等で除去する。その後、除去した部分に、活性コア層３０３、上部クラッド層３０４、エッチストップ層３０５、スペーサ層３０６、およびコンタクト層３０７を順次バットジョイント成長する。

また、この光集積素子３００では、第２領域３２０と中間領域３３０とを同様の半導体積層構造としているが、中間領域３３０を第１領域３１０と同様の、バットジョイント成長等により形成される半導体積層構造としてもよい。

なお、上記実施の形態では、第１メサ型光導波路がローメサ型であり、第２メサ型光導波路がハイメサ型であるが、本発明はこれに限定されない。第１メサ型光導波路および第２メサ型光導波路のメサ型の組み合わせは任意である。すなわち、第１メサ型光導波路はローメサ型でもハイメサ型でもよく、第２メサ型光導波路もローメサ型でもハイメサ型でもよい。したがって、第１メサ型光導波路および第２メサ型光導波路がいずれもローメサ型またはハイメサ型でもよい。

また、たとえば第１メサ型光導波路および第２メサ型光導波路がいずれもローメサ型である場合に、たとえば導波路構造を形成するための半導体材料が、第１メサ型光導波路と第２メサ型光導波路とで異なる場合がある。この場合、第１メサ型光導波路と第２メサ型光導波路とで、光閉じ込め係数や実効屈折率等が異なるために、メサの高さ方向の光閉じ込め態様が互いに異なる場合があるが、本発明はそのような場合にも適用できる。

また、第１メサ型光導波路または第２メサ型光導波路は、ハイメサの両側が埋め込み半導体層で埋め込まれた埋め込みメサ型の構造でもよい。

また、第１メサ型光導波路および第２メサ型光導波路のパッシブ／アクティブの組み合わせも任意である。すなわち、第１メサ型光導波路はアクティブ光導波路でもパッシブ光導波路でもよく、第２メサ型光導波路もアクティブ光導波路でもパッシブ光導波路でもよい。したがって、第１メサ型光導波路および第２メサ型光導波路がいずれもアクティブ光導波路でもよい。

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１０、２１０、３１０ 第１領域
１１、２１、３１ 領域
２０、２２０、３２０ 第２領域
３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅ、２３０、３３０ 中間領域
３０Ａ１、３０Ｂ１、３０Ｃ１、３０Ｄ１、３０Ｅ１ 面
１００、２００、３００ 光集積素子
１０１ 基板
１０２ 下部クラッド層
１０３ コア層
１０４、３０４ 上部クラッド層
１０５、３０５ エッチストップ層
１０６、３０６ スペーサ層
２０１、２０２ 側面
３０３ 活性コア層
３０７ コンタクト層
３０８ 上部電極
３０９ 下部電極
Ｈ１、Ｈ２ 高さ
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｒ 光
Ｍ１、Ｍ１Ａ、Ｍ１Ｂ、Ｍ２１、Ｍ３１ 第１メサ型光導波路
Ｍ２、Ｍ２Ａ、Ｍ２Ｂ、Ｍ２２、Ｍ３２ 第２メサ型光導波路
Ｍ１ｂ、Ｍ２ｂ フレア部
ＭＡ１ マスクパターン
ＭＡ２、ＭＡ３ 保護マスク
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３ 断面
Ｗ１、Ｗ２ 幅

Claims (8)

1. 基板上に、
   光を導波する第１メサ型光導波路を有する第１領域と、
   前記光を導波する第２メサ型光導波路を有する第２領域と、
   前記第１領域と前記第２領域とが光学的に接続する領域に形成され、前記光が通過する中間領域と、
   を備え、
   前記第１メサ型光導波路と、前記第２メサ型光導波路とは、前記光の導波方向と交差する断面が互いに異なり、前記中間領域の前記断面と平行な断面は、前記第１メサ型光導波路の前記断面および前記第２メサ型光導波路の前記各断面を包含することを特徴とする光集積素子。
2. 前記第１メサ型光導波路と、前記第２メサ型光導波路とは、メサの高さ方向の光閉じ込め態様が互いに異なることを特徴とする請求項１に記載の光集積素子。
3. 前記第１メサ型光導波路と、前記第２メサ型光導波路とは、メサの高さが互いに異なることを特徴とする請求項２に記載の光集積素子。
4. 前記第１メサ型光導波路と、前記第２メサ型光導波路とは、メサの幅が互いに異なることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光集積素子。
5. 前記中間領域は、スラブ型光導波路であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光集積素子。
6. 前記中間領域は、当該中間領域を通過する前記光の一部を前記第１メサ型光導波路および前記第２メサ型光導波路の少なくとも一方における前記光の導波方向とは異なる方向に反射する反射部を、前記第１メサ型光導波路および前記第２メサ型光導波路と重ならない領域に有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光集積素子。
7. 基板上に、光を導波する第１メサ型光導波路を有する第１領域と、前記光を導波する第２メサ型光導波路を有する第２領域と、前記第１領域と前記第２領域とが光学的に接続する領域に形成され、前記光が通過する中間領域とを備え、前記第１メサ型光導波路と、前記第２メサ型光導波路とは、前記光の導波方向と交差する断面が互いに異なり、前記中間領域の前記断面と平行な断面は、前記第１メサ型光導波路の前記断面および前記第２メサ型光導波路の前記各断面を包含する光集積素子の製造方法であって、
   スラブ型光導波路を含む半導体積層体に、前記第１メサ型光導波路および前記第２メサ型光導波路のメサストライプを形成するためのマスクパターンを形成するメサストライプマスク形成工程と、
   前記第２領域となる領域と前記中間領域となる領域とを覆う第１保護マスクを形成する第１保護マスク形成工程と、
   前記第１領域となる領域をエッチングして、前記第１メサ型光導波路を形成する第１エッチング工程と、
   前記第１保護マスクを除去した後、前記第１領域となる領域と前記中間領域となる領域とを覆う第２保護マスクを形成する第２保護マスク形成工程と、
   前記第２領域となる領域をエッチングして、前記第２メサ型光導波路を形成する第２エッチング工程と、
   を含むことを特徴とする光集積素子の製造方法。
8. 前記メサストライプマスク形成工程では、前記第１領域、前記第２領域、および前記光中間領域に同時に前記マスクパターンを形成することを特徴とする請求項７に記載の光集積素子の製造方法。