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JP2873857B2 - Integrated optical coupler - Google Patents

Integrated optical coupler

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Publication number
JP2873857B2
JP2873857B2 JP9068990A JP9068990A JP2873857B2 JP 2873857 B2 JP2873857 B2 JP 2873857B2 JP 9068990 A JP9068990 A JP 9068990A JP 9068990 A JP9068990 A JP 9068990A JP 2873857 B2 JP2873857 B2 JP 2873857B2
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JP
Japan
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layer
slit
optical waveguide
refractive index
sch
Prior art date
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祐一 半田
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Original Assignee
Canon Inc
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  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、主導波層に対して伝搬光の電磁界分布が非
対称になる様に構成された光導波路層構造を有し、層方
向にスリットが形成されて導波光の波面分割を行なう集
積型光カップラに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention has an optical waveguide layer structure configured so that the electromagnetic field distribution of propagating light is asymmetric with respect to a main waveguide layer, The present invention relates to an integrated optical coupler in which a slit is formed to perform wavefront division of guided light.

[従来の技術] 半導体光増幅器の内部に分岐・結合部を有するデバイ
スは、光通信システムのバスノードとして、送受信部の
結合や結合損失の光増幅器による補償など重要な役割を
果すものである。この様なデバイスの分岐・結合は、導
波光特にチャネル導波光の分岐・結合を必要とし、従
来、方向性結合器、Y型分岐器などが用いられてきてい
る。
2. Description of the Related Art A device having a branching / coupling portion inside a semiconductor optical amplifier plays an important role as a bus node of an optical communication system, such as coupling of a transmission / reception portion and compensation of coupling loss by an optical amplifier. The branching / coupling of such a device requires branching / coupling of guided light, especially channel guided light, and a directional coupler, a Y-shaped branching device, or the like has been conventionally used.

しかし、方向性結合器においては、分岐効率の波長依
存性が強く、波長多重化光伝送には適用できない。ま
た、Y型分岐器は、デバイス長が比較的長くなる(mmオ
ーダ)などの問題点を有している。
However, the directional coupler has a strong wavelength dependence of the branching efficiency, and cannot be applied to wavelength multiplexed optical transmission. Further, the Y-type branching device has a problem that the device length is relatively long (on the order of mm).

一方、他の分岐・結合デバイスとしては、導波路層方
向にスリット加工を行なったいわゆる波面分割型の集積
型カップラが提案されている(例えば、J.Saltzman et
al.:“Cross coupled cavity semiconductor laser"App
l.Phys.Lett.52,10,pp.767−769(March,1988)参
照)。
On the other hand, as another branching / coupling device, a so-called wavefront splitting type integrated coupler in which slit processing is performed in the waveguide layer direction has been proposed (for example, J. Saltzman et al.
al .: “Cross coupled cavity semiconductor laser” App
l. Phys. Lett. 52 , 10, pp. 767-769 (March, 1988)).

活性層を含む光増幅器内に形成したスリットを有する
従来例の光カップラの断面を第10図に示す。同図におい
て、101はGaAs基板、102は下部クラッド層、103は活性
層、104は上部クラッド層、105はキャップ層である。こ
れらの層102〜105は分子線エピタキシャル(MBE)法な
どにより基板101上に形成される。また、106、107はAu
電極、108aはデバイスの両端面に蒸着された無反射(A
R)コーティング、109は層方向のスリットである波面分
割型カップラ、110は導波光の界分布である。
FIG. 10 shows a cross section of a conventional optical coupler having a slit formed in an optical amplifier including an active layer. In the figure, 101 is a GaAs substrate, 102 is a lower cladding layer, 103 is an active layer, 104 is an upper cladding layer, and 105 is a cap layer. These layers 102 to 105 are formed on the substrate 101 by a molecular beam epitaxy (MBE) method or the like. Also, 106 and 107 are Au
The electrode 108a is a non-reflective (A
R) Coating, 109 is a wavefront splitting coupler which is a slit in the layer direction, and 110 is a field distribution of guided light.

この例において、スリット109の先端位置は導波光110
の電磁界分布110のほぼ中央となる様に設定され、分岐
比がほぼ1:1程度になる様に設計が行なわれている。ま
た、光増幅器の閉じ込め係数を高める為に、活性層103
は導波光界分布110の中央に設定してある。
In this example, the position of the tip of the slit 109 is
The electromagnetic field distribution 110 is designed so as to be substantially at the center, and the branching ratio is designed to be about 1: 1. Also, in order to increase the confinement coefficient of the optical amplifier, the active layer 103
Is set at the center of the guided light field distribution 110.

このスリット109の加工は、通常、反応性イオンエッ
チング(RIE)、反応性イオンビームエッチング(RIB
E)、集束性イオンビーム(FIB)などで行なわれる為
に、活性層103へのダメージが少なからず生ずる。従っ
て、スリット109の先端近傍が活性層103付近に位置する
従来の集積型光カップラは、スリット加工に伴うダメー
ジ発生により活性層103が劣化しデバイスの耐久性が著
しく低下するなどの問題を有する。
This slit 109 is usually processed by reactive ion etching (RIE) or reactive ion beam etching (RIB).
E), since it is performed by a focused ion beam (FIB) or the like, damage to the active layer 103 is not small. Therefore, the conventional integrated optical coupler in which the vicinity of the tip of the slit 109 is located near the active layer 103 has a problem that the active layer 103 is deteriorated due to the damage caused by the slit processing and the durability of the device is remarkably reduced.

よって、本発明の目的は、上記課題に鑑み、導波光の
界分布中心が主導波層から変位させられた光導波路層構
造を有し、デバイスの耐久性を向上させるべく層方向の
スリットを主導波層の上部までに止めた集積型光カップ
ラを提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide an optical waveguide layer structure in which the center of the field distribution of guided light is displaced from the main waveguide layer in view of the above problem, and to guide the slit in the layer direction to improve the durability of the device. It is an object of the present invention to provide an integrated optical coupler which is stopped up to the top of the wave layer.

[課題を解決する為の手段] 上記目的を達成する本発明による集積型光カップラ
は、半導体基板上に、順次積層された第1のクラッド
層、光導波路層及び第2のクラッド層を少なくとも含む
積層体が形成されて成り、前記第2のクラッド層側から
前記光導波路層を伝搬する導波光の光電磁界分布の一部
を横切るようにスリットが形成され、該スリットによっ
て前記導波光の一部を波面分割する構造を有し、前記導
波光の光電磁界分布の中心が光導波路層の中心から第2
のクラッド層側にずれて存在するように前記積層体の構
成を光導波路層に対して非対称にし、且つ、前記スリッ
トの先端が光導波路層に達することなく、光導波路層の
手前で止まるように構成したことを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] An integrated optical coupler according to the present invention that achieves the above object includes at least a first clad layer, an optical waveguide layer, and a second clad layer sequentially laminated on a semiconductor substrate. A slit is formed so as to cross a part of the photoelectric field distribution of the guided light propagating through the optical waveguide layer from the second clad layer side, and a part of the guided light is formed by the slit. Is divided into wavefronts, and the center of the optical magnetic field distribution of the guided light is the second from the center of the optical waveguide layer.
The structure of the laminate is asymmetric with respect to the optical waveguide layer so as to be shifted toward the cladding layer side of the optical waveguide layer, and the end of the slit does not reach the optical waveguide layer, and stops before the optical waveguide layer. It is characterized by comprising.

より具体的には、以下の様にもできる。 More specifically, the following can be performed.

前記積層体の構成を光導波路層に対して非対称にする
為に、前記第1のクラッド層の屈折率と第2のクラッド
層の屈折率とが互いに異なるようにしてもよい。
The refractive index of the first cladding layer and the refractive index of the second cladding layer may be different from each other so that the configuration of the laminate is asymmetric with respect to the optical waveguide layer.

更に、前記光導波路層に電流を注入するための電極が
設けられ、光導波路層が導波光を増幅する活性層として
機能するようにしてもよい。この場合、前記積層体の構
成を光導波路層に対して非対称にする為に、前記光導波
路と第1及び第2のクラッド層との間にそれぞれ第1及
び第2のSCH層を有し、該第1及び第2のSCH層の屈折率
及び層厚の少なくとも一方が互いに異なるようにしても
よい。更に、前記第1及び第2のSCH層は、層厚方向に
屈折率が変化する屈折率分布型の構造を有し、該第1及
び第2のSCH層の屈折率分布が互いに非対称であるよう
にしてもよい。
Further, an electrode for injecting a current into the optical waveguide layer may be provided, and the optical waveguide layer may function as an active layer for amplifying the guided light. In this case, a first and a second SCH layer are provided between the optical waveguide and the first and second cladding layers, respectively, in order to make the configuration of the laminated body asymmetric with respect to the optical waveguide layer. At least one of the refractive index and the layer thickness of the first and second SCH layers may be different from each other. Further, the first and second SCH layers have a refractive index distribution type structure in which the refractive index changes in the layer thickness direction, and the refractive index distributions of the first and second SCH layers are asymmetric with each other. You may do so.

こうして、光導波路層の主導波層と導波光の界分布中
心ないし重心とが適当にずらされ、例えば、所望の分岐
比を持つべく層方向に形成されるスリットカップラなど
が活性層などの主導波層を痛めることなく形成される。
In this way, the main waveguide layer of the optical waveguide layer and the field distribution center or the center of gravity of the guided light are appropriately shifted. Formed without damaging the layer.

[実施例] 第1図と第2図は本発明の第1実施例の構成を示す。
集積光カップラを示す同図において、1はn型GaAs基
板、2はn型AlxGa1-xAsクラッド層(Al混晶比x=0.
3)、3はGaAs活性層、4はP型AlxGa1-xAsクラッド層
(x=0.2)、5はP+GaAsキャップ層、6、7は、夫
々、キャップ層5の上に形成されたAu電極と基板1の裏
面に形成されたAu電極、8a、8bはARコーティング、9は
FIBによってスリット加工したカップラ部、10は導波光
の電磁界分布、11はリッジ型チャネル導波路であるチャ
ネル導波部である。スリット9はチャネル導波部11の交
差部位に導波光の伝搬方向に対して45°傾けられて層方
向に形成され、導波光の分岐・結合を行なっている。
Embodiment FIG. 1 and FIG. 2 show a configuration of a first embodiment of the present invention.
In the figure showing an integrated optical coupler, 1 is an n-type GaAs substrate, 2 is an n-type Al x Ga 1 -x As cladding layer (Al mixed crystal ratio x = 0.
3) 3 is a GaAs active layer, 4 is a P-type Al x Ga 1 -x As cladding layer (x = 0.2), 5 is a P + GaAs cap layer, and 6 and 7 are formed on the cap layer 5, respectively. Au electrode formed on the back surface of the substrate 1 and the Au electrode, 8a and 8b are AR coating, 9 is
A coupler section slit by FIB, 10 is an electromagnetic field distribution of guided light, and 11 is a channel waveguide section which is a ridge type channel waveguide. The slit 9 is formed at a crossing portion of the channel waveguide portion 11 at a 45 ° angle to the propagation direction of the guided light in the layer direction, and branches and couples the guided light.

外部から入射した光波12は、こうした構成の集積カッ
プラによって分岐及び結合がなされ、光増幅されると共
に多重化されて光波13として出力される。光増幅は、電
極6、7間に順バイアスを閾値より少し小さい大きさで
印加することによりなされる。
The light wave 12 incident from the outside is branched and coupled by the integrated coupler having such a configuration, is optically amplified and multiplexed, and is output as the light wave 13. Optical amplification is performed by applying a forward bias between the electrodes 6 and 7 with a magnitude slightly smaller than the threshold value.

光導波路層における活性層3の位置は、導波光の電磁
界分布中心から、第1図に示す様に下方(基板1方向)
にずらすことにより、スリットカップラの層方向先端位
置を活性層3の手前に設定でき、活性層3までスリット
9を切り込む必要をなくしている。これにより、耐久性
の高い集積カップラを構成できる。
The position of the active layer 3 in the optical waveguide layer is below (from the center of the substrate 1) the center of the electromagnetic field distribution of the guided light as shown in FIG.
The active layer 3 can be set at the front end in the layer direction of the slit coupler by shifting the position of the slit coupler to the active layer 3, eliminating the need to cut the slit 9 into the active layer 3. Thereby, a highly durable integrated coupler can be configured.

活性層3の位置と界分布の中心をずらす手段として、
本実施例では、ダブルヘテロ(DH)構造の両側のAlGaAs
クラッド層2、4の屈折率を活性層3に対して非対称と
することを行なっている。すなわち、第3図に示す様
に、基板1側のn型AlxGa1-xAsクラッド層2のAl混晶比
(x=0.3)を、上部のp型AlxGa1-xAsクラッド層4のA
l混晶比(x=0.2)に比べて、高くすることによって、
両クラッド層2、4に屈折率を与え、屈折率の高いp型
AlGaAsクラッド4側に電磁界分布を変位させている。
As means for shifting the position of the active layer 3 and the center of the field distribution,
In this embodiment, the AlGaAs on both sides of the double hetero (DH) structure is used.
The refractive index of the cladding layers 2 and 4 is made asymmetric with respect to the active layer 3. That is, as shown in FIG. 3, the Al mixed crystal ratio (x = 0.3) of the n-type Al x Ga 1 -x As cladding layer 2 on the substrate 1 side is changed to the p-type Al x Ga 1 -x As cladding Layer 4 A
l By increasing the mixed crystal ratio (x = 0.2),
A refractive index is given to both cladding layers 2 and 4, and a high refractive index p-type
The electromagnetic field distribution is shifted to the AlGaAs cladding 4 side.

こうして、スリット9の分岐比がほぼ1:1程度となる
為には、スリット9の先端位置は第3図(c)の破線で
示す位置でよくなり、活性層3をスリット加工で痛める
ことがなくなる。勿論、スリット9の分岐比などに応じ
て、電磁界分布の形態やスリット9の先端位置は適当に
変化させればよい。
In this way, in order for the branching ratio of the slit 9 to be approximately 1: 1, the leading end position of the slit 9 may be at the position shown by the broken line in FIG. 3 (c), and the active layer 3 may be damaged by the slit processing. Disappears. Of course, the form of the electromagnetic field distribution and the position of the tip of the slit 9 may be appropriately changed according to the branching ratio of the slit 9 or the like.

第4図は、本実施例に関する第3図と比較する為に、
両クラッド層の屈折率を等しくした従来の場合を示す。
第3図と第4図の比較から、非対称クラッド構造にする
ことで光電磁界分布の中心(より正確には重心)を主導
波層である活性層3から変位させられることが分かる。
FIG. 4 is for comparison with FIG. 3 relating to the present embodiment.
A conventional case in which both clad layers have the same refractive index is shown.
From the comparison between FIG. 3 and FIG. 4, it can be seen that the center (more precisely, the center of gravity) of the photoelectric field distribution can be displaced from the active layer 3, which is the main waveguide layer, by adopting the asymmetric cladding structure.

第5図は本発明による集積光カップラを送受信部を含
む集積型バスノードに応用した第2実施例のデバイスの
模式上面図である。同図において、20はn型GaAs基板、
21、22は活性層に電流注入を行なう光増幅部、24は分布
反射型(DBR)レーザ送信部、26は受信部、23a、23bはA
Rコーティング、そして25は第1図で示した如き集積型
スリットカップラである。
FIG. 5 is a schematic top view of a device according to a second embodiment in which the integrated optical coupler according to the present invention is applied to an integrated bus node including a transmission / reception unit. In the figure, reference numeral 20 denotes an n-type GaAs substrate,
21 and 22 are optical amplifiers for injecting current into the active layer, 24 is a distributed reflection (DBR) laser transmitter, 26 is a receiver, 23a and 23b are A
The R coating, and 25 is an integrated slit coupler as shown in FIG.

この構成において、左側のバスから上記バスノードに
入射する光波27は、光増幅部21で増幅され、集積カップ
ラ25によって信号の一部は反射されて光検出部26で受信
される。一方、残りの信号はカップラ25をそのまま透過
し、分岐によって受けた損失を補償するように光増幅部
22で光増幅されて、光波28として出力される。このバス
ノードから信号を送出したい場合は、DBRレーザ送信部2
4から光信号が出力され、カップラ25で分岐・結合され
て出力光波28に重畳される。
In this configuration, the light wave 27 entering the bus node from the left bus is amplified by the optical amplifier 21, and a part of the signal is reflected by the integrated coupler 25 and received by the light detector 26. On the other hand, the remaining signal passes through the coupler 25 as it is, and the optical amplifier unit compensates for the loss caused by the branch.
The light is amplified at 22 and output as a light wave 28. If you want to send a signal from this bus node,
An optical signal is output from 4, branched and coupled by the coupler 25, and superimposed on the output lightwave 28.

自己の信号と他からの信号とを区別する為には、波長
多重化を行ない光検出部26で分波・検出するデバイスが
必要であるが、これは本発明と直接関係ないし第4図で
は繁雑となるために省略した。
In order to discriminate between the own signal and the signal from the other, a device for performing wavelength multiplexing and demultiplexing / detecting by the photodetection unit 26 is necessary. This is directly related to the present invention or is not shown in FIG. Omitted for simplicity.

分岐カップラ部の作製については、通常のフォトリソ
グラフィ工程後に導波路をリッジ状にRIBE法により加工
し、絶縁膜堆積、リッジ上部窓明け工程を経て電極を形
成する。カップラ25形成はFIB(Ga+イオンビーム)によ
り加速電圧40kVで行なった。加工深さは、前記したよう
に導波光の界分布中心に設定されるように時間制御をし
てスリット25を形成した。この時の加工深さはおよそ2
μmであった。
Regarding the fabrication of the branch coupler, the waveguide is processed into a ridge shape by the RIBE method after a normal photolithography process, and an electrode is formed through an insulating film deposition process and a ridge upper window opening process. The formation of the coupler 25 was performed at an accelerating voltage of 40 kV by FIB (Ga + ion beam). The slit 25 was formed by performing time control so that the processing depth was set at the center of the field distribution of the guided light as described above. The machining depth at this time is about 2
μm.

前記第1実施例では、導波構造を階段状のDH構造にし
て、主導波層と導波光の界分布中心とをずらせる場合で
あったが、以下に他の例を説明する。
In the first embodiment, the waveguide structure is a step-like DH structure, and the main waveguide layer and the center of the field distribution of the guided light are shifted, but another example will be described below.

第6図は導波構造と活性層を分離したSCH構造(Separ
ate−confinement−heterostructure)を持つ第3実施
例を示す。同図において、31はn型GaSa基板、32はn型
AlxGa1-xAs(x=0.3)クラッド層、33はn型AlxGa1-xA
s(x=0.1)SCH層、34は多重量子井戸活性層(井戸はG
aAs,バリアはAl0.1Ga0.9Asから成る)、35はp型AlxGa
1-xAs(x=0.1)SCH層、36はp型AlxGa1-xAs(x=0.
3)クラッド層、37はp+GaAsキャップ層、38、39は、夫
々、キャップ層37上に形成されたAu電極と基板31の裏面
に形成されたAu電極、40はスリットカップラ、41a、41b
はARコーティングである。
FIG. 6 shows a SCH structure (Separ structure) in which a waveguide structure and an active layer are separated.
3 shows a third embodiment having an ate-confinement-heterostructure). In the figure, 31 is an n-type GaSa substrate, 32 is an n-type
Al x Ga 1-x As (x = 0.3) cladding layer, 33 is an n-type Al x Ga 1-x A
s (x = 0.1) SCH layer, 34 is a multiple quantum well active layer (well is G
aAs, barrier consists of Al 0.1 Ga 0.9 As), 35 is p-type Al x Ga
1-x As (x = 0.1) SCH layer, 36 is p-type Al x Ga 1-x As (x = 0.
3) a cladding layer, 37 is a p + GaAs cap layer, 38 and 39 are an Au electrode formed on the cap layer 37 and an Au electrode formed on the back surface of the substrate 31, respectively, 40 is a slit coupler, 41a, 41b
Is an AR coating.

SCH構造は、そのAl混晶比、屈折率、導波光の界分布
が第7図(a)、(b)、(c)に示される構造を有
し、量子井戸構造を活性層とする如きレーザ構造でよく
用いられるものである。通常のレーザ構造の層構成で
は、活性層の両側のSCH層は対称に設定されるが、本実
施例では両SCH層33、35の厚さを非対称とし(屈折率は
同じである)、導波光の界分布中心を活性層34の位置か
らずらしてある。すなわち、p型側のSCH層35の厚さを
他方33に対して大きくして導波光分布を空気側(基板31
と反対側)へ変位させている。
The SCH structure has a structure in which the Al mixed crystal ratio, the refractive index, and the field distribution of the guided light are shown in FIGS. 7 (a), (b) and (c), and the quantum well structure is used as an active layer. Often used in laser structures. In the layer structure of the ordinary laser structure, the SCH layers on both sides of the active layer are set symmetrically. In this embodiment, the thicknesses of both SCH layers 33 and 35 are asymmetric (the refractive index is the same), and The field distribution center of the wave light is shifted from the position of the active layer 34. That is, the thickness of the SCH layer 35 on the p-type side is made larger than that of the other side 33 so that the guided light distribution is increased on the air side (the
To the opposite side).

そして、これに伴って、スリットカップラ40の先端位
置を第7図(c)の破線で示す位置までで止めている。
勿論、SCH層においても、両SCH層33、35の厚さや屈折率
は場合に応じて適当に設定して、所望の分岐比に対応し
て導波光の界分布中心と活性層とのずれを所望のものに
すればよい。他の点は第1実施例と同じである。
Accordingly, the tip position of the slit coupler 40 is stopped at the position shown by the broken line in FIG. 7 (c).
Of course, also in the SCH layer, the thickness and the refractive index of both SCH layers 33 and 35 are appropriately set depending on the case, and the shift between the center of the field distribution of the guided light and the active layer corresponding to the desired branching ratio. Whatever may be desired. Other points are the same as the first embodiment.

第8図は、第4実施例に用いられたSCH層のAl混晶比
等を示す。第4実施例では、両SCH層のAl混晶比を非対
称として(厚さは同じにしている)、屈折率の変化態様
を第8図(b)の如く非対称化し、光電磁界を第8図
(c)の如く空気側へ引き寄せている。こうして活性層
位置を界分布の中心からずらして、スリットカップラの
先端位置を第8図(c)の破線位置までに止めることを
可能としている。両SCH層の混晶比としては、p型AlGaA
s層をx=0.08とし、n型AlGaAs層をx=0.12としてい
る。
FIG. 8 shows the Al mixed crystal ratio and the like of the SCH layer used in the fourth embodiment. In the fourth embodiment, the Al mixed crystal ratio of both SCH layers is asymmetrical (thickness is the same), the variation of the refractive index is asymmetrical as shown in FIG. It is drawn to the air side as shown in FIG. In this manner, the position of the active layer is shifted from the center of the field distribution, and the position of the tip of the slit coupler can be stopped at the position indicated by the broken line in FIG. 8 (c). The mixed crystal ratio of both SCH layers is p-type AlGaA
The s layer has x = 0.08 and the n-type AlGaAs layer has x = 0.12.

第9図は、SCH層をGRIN(graded−index)構造にした
第5実施例のAl混晶比等で示す。GRIN構造の場合は、上
記の第3、第4実施例のSCH層の混晶比x、膜厚などの
パラメータを任意の関数で与えることができ、所望の導
波光分布を得ることが可能となる。よって、非対称構造
による活性層と界分布中心とのオフセットを比較的自由
に設定できることになる。
FIG. 9 shows the Al mixed crystal ratio and the like of the fifth embodiment in which the SCH layer has a GRIN (graded-index) structure. In the case of the GRIN structure, parameters such as the mixed crystal ratio x and the film thickness of the SCH layer in the third and fourth embodiments can be given by an arbitrary function, and a desired guided light distribution can be obtained. Become. Therefore, the offset between the active layer and the field distribution center due to the asymmetric structure can be set relatively freely.

他の点は上記実施例と同じである。 The other points are the same as the above embodiment.

ところで、以上の実施例では、スリットカップラの先
端位置を活性層などの主導波層中まで切り込む必要をな
くする為に、導波光の界分布の中心と主導波層とをずら
していたが、界分布中心と主導波層をずらすことが他の
観点から要求される場合にも本発明の原理を用いること
が出来る。
By the way, in the above embodiment, the center of the field distribution of the guided light is shifted from the main waveguide layer in order to eliminate the need to cut the tip position of the slit coupler into the main waveguide layer such as the active layer. The principle of the present invention can also be used when shifting the distribution center and the main waveguide layer is required from other viewpoints.

例えば、プリズム結合器などを用いて光導波路層から
導波光を外へ出射させる場合などに、導波光の界分布中
心を主導波層からずらせる必要があるときには、本発明
の原理をこの導波路層構造に適用すればよい。
For example, when it is necessary to shift the field distribution center of the guided light from the main waveguide layer, for example, when the guided light is emitted from the optical waveguide layer using a prism coupler or the like, the principle of the present invention is applied to this waveguide. What is necessary is just to apply to a layer structure.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、活性層などの
主導波層を含む光導波路層構造を有する集積型光カップ
ラにおいて、導波光の界分布中心を主導波層の位置から
ずらす様な非対称導波構造を用いることによって、例え
ば、層方向波面分割型分割カップラの形成に際し、活性
層などに加工ダメージを与えることなく分岐カップラを
形成出来、半導体光増幅器内部などに用いられる分岐カ
ップラとして耐久性の優れた集積カップラが実現可能と
なる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, in an integrated optical coupler having an optical waveguide layer structure including a main waveguide layer such as an active layer, the center of the field distribution of guided light is located at the position of the main waveguide layer. By using an asymmetric waveguide structure that deviates from the above, for example, in forming a layer-directional wavefront splitting type split coupler, a branch coupler can be formed without processing damage to the active layer and the like, and is used in a semiconductor optical amplifier and the like. An integrated coupler with excellent durability can be realized as a branch coupler.

また、必要に応じて、導波光の界分布の中心と光導波
路層の主導波層との変位が簡単に行なえることになる。
In addition, if necessary, displacement between the center of the field distribution of the guided light and the main waveguide layer of the optical waveguide layer can be easily performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明による第1実施例のデバイス断面図、第
2図は第1実施例のデバイス上面図、第3図(a)、
(b)、(c)は本発明の原理を第1実施例に沿って説
明するクラッドの非対称性と光電磁界分布を示すグラ
フ、第4図(a)、(b)、(c)は従来例のクラッド
の対称性と光電磁界分布を示すグラフ、第5図は第1実
施例のデバイスを送受信機能を有する集積光バスノード
に応用した第2実施例のデバイスの上面図、第6図は第
3実施例のデバイスの断面図、第7図(a)、(b)、
(c)は第3実施例のSCH構造と光電磁界分布を示すグ
ラフ、第8図(a)、(b)、(c)は第4実施例のSC
H構造と界分布を示すグラフ、第9図(a)、(b)、
(c)は第5実施例のGRIN−SCH構造と界分布を示すグ
ラフ、第10図は従来例の断面図である。 1、31、20……基板、2、4、32、36……クラッド層、
3、34……活性層、5、37……キャップ層、6、7、3
8、39……電極、8a、8b、23a、23b、41a、41b、……AR
コーティング、9、25、40……波面分割型カップラ、11
……リッジ型チャネル導波路、21、22……光増幅部、24
……DBRレーザ発信部、26……送信部、33、35……SCH層
FIG. 1 is a cross-sectional view of a device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a top view of the device of the first embodiment, FIG.
(B) and (c) are graphs showing the asymmetry of the cladding and the distribution of the photoelectric magnetic field for explaining the principle of the present invention in accordance with the first embodiment. FIGS. 4 (a), (b) and (c) are conventional graphs. FIG. 5 is a graph showing the symmetry of the cladding and the distribution of the photoelectric field of the example, FIG. 5 is a top view of the device of the second embodiment in which the device of the first embodiment is applied to an integrated optical bus node having a transmitting / receiving function, and FIG. FIG. 7 (a), (b), sectional views of the device of the third embodiment.
(C) is a graph showing the SCH structure and the photoelectric field distribution of the third embodiment, and FIGS. 8 (a), (b) and (c) are SCs of the fourth embodiment.
Graphs showing the H structure and field distribution, FIG. 9 (a), (b),
(C) is a graph showing the GRIN-SCH structure and field distribution of the fifth embodiment, and FIG. 10 is a cross-sectional view of a conventional example. 1, 31, 20 ... substrate, 2, 4, 32, 36 ... clad layer,
3, 34 ... active layer, 5, 37 ... cap layer, 6, 7, 3
8, 39 ... electrodes, 8a, 8b, 23a, 23b, 41a, 41b, ... AR
Coating, 9, 25, 40 ... Wavefront splitting coupler, 11
…… Ridge type channel waveguide, 21, 22 …… Optical amplifier, 24
…… DBR laser transmitter, 26 …… transmitter, 33, 35 …… SCH layer

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体基板上に、順次積層された第1のク
ラッド層、光導波路層及び第2のクラッド層を少なくと
も含む積層体が形成されて成り、前記第2のクラッド層
側から前記光導波路層を伝搬する導波光の光電磁界分布
の一部を横切るようにスリットが形成され、該スリット
によって前記導波光の一部を波面分割する集積型光カッ
プラにおいて、前記導波光の光電磁界分布の中心が光導
波路層の中心から第2のクラッド層側にずれて存在する
ように前記積層体の構成を光導波路層に対して非対称に
し、且つ、前記スリットの先端が光導波路層に達するこ
となく、光導波路層の手前で止まるように構成したこと
を特徴とする集積型光カップラ。
1. A laminated body including at least a first clad layer, an optical waveguide layer and a second clad layer which are sequentially laminated on a semiconductor substrate, and the light guide is formed from the side of the second clad layer. A slit is formed so as to cross a part of the optical magnetic field distribution of the guided light propagating through the waveguide layer, and in the integrated optical coupler for dividing a part of the guided light by the wavefront by the slit, the slit of the photoelectric field distribution of the guided light is The configuration of the laminate is asymmetric with respect to the optical waveguide layer so that the center is shifted from the center of the optical waveguide layer toward the second cladding layer, and the tip of the slit does not reach the optical waveguide layer. An integrated optical coupler, wherein the integrated optical coupler is configured to stop before the optical waveguide layer.
【請求項2】前記第1のクラッド層の屈折率と第2のク
ラッド層の屈折率とが互いに異なる請求項1記載の集積
型光カップラ。
2. The integrated optical coupler according to claim 1, wherein a refractive index of said first cladding layer and a refractive index of said second cladding layer are different from each other.
【請求項3】更に、前記光導波路層に電流を注入するた
めの電極が設けられ、光導波路層が導波光を増幅する活
性層として機能する請求項1記載の集積型光カップラ。
3. The integrated optical coupler according to claim 1, further comprising an electrode for injecting a current into the optical waveguide layer, wherein the optical waveguide layer functions as an active layer for amplifying the guided light.
【請求項4】前記光導波路と第1及び第2のクラッド層
との間にそれぞれ第1及び第2のSCH層を有し、該第1
及び第2のSCH層の屈折率及び層厚の少なくとも一方が
互いに異なる請求項3記載の集積型光カップラ。
4. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a first SCH layer and a second SCH layer between said optical waveguide and said first and second cladding layers.
4. The integrated optical coupler according to claim 3, wherein at least one of the refractive index and the thickness of the second SCH layer is different from each other.
【請求項5】前記第1及び第2のSCH層は、層厚方向に
屈折率が変化する屈折率分布型の構造を有し、該第1及
び第2のSCH層の屈折率分布が互いに非対称である請求
項4記載の集積型光カップラ。
5. The first and second SCH layers have a refractive index distribution type structure in which a refractive index changes in a layer thickness direction, and the refractive index distributions of the first and second SCH layers are different from each other. 5. The integrated optical coupler according to claim 4, wherein the optical coupler is asymmetric.
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