半導体光増幅器モジュール
【課題】小型でありかつ製造性が高い半導体光増幅器モジュールを提供すること。
【解決手段】半導体光増幅器と、前記半導体光増幅器への入力光または該半導体光増幅器からの出力光の一部をモニタするための第１半導体光検出器とを同一基板上に集積した半導体装置部と、前記半導体装置部に接続し、前記半導体光増幅器に対して前記入力光の入力または前記出力光の出力を行なう第１受動導波路と、前記第１受動導波路から分岐し前記入力光または前記出力光の一部を前記第１半導体光検出器に入力させる第２受動導波路とを同一基板上に形成した受動導波路部と、を備える。
【解決手段】半導体光増幅器と、前記半導体光増幅器への入力光または該半導体光増幅器からの出力光の一部をモニタするための第１半導体光検出器とを同一基板上に集積した半導体装置部と、前記半導体装置部に接続し、前記半導体光増幅器に対して前記入力光の入力または前記出力光の出力を行なう第１受動導波路と、前記第１受動導波路から分岐し前記入力光または前記出力光の一部を前記第１半導体光検出器に入力させる第２受動導波路とを同一基板上に形成した受動導波路部と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光増幅器モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信においては、光ファイバの伝送損失、あるいはＡＷＧ(Arrayed Waveguide Grating)等の光コンポーネントの挿入損失を補償するために、低雑音で高利得な光増幅器が大変重要となる。近年、電流励起型の半導体光増幅器(ＳＯＡ:Semiconductor Optical Amplifier)は、Ｅｒ添加型光ファイバ増幅器(ＥＤＦＡ:Er-Doped Fiber Amplifier)とは異なり、ポンプレーザが不要であり、小型、かつ安価な光増幅器であるため、大変注目されてきている。また、半導体光増幅器は、その小型性のために、シリコン（Ｓｉ）導波路や平面光波回路（ＰＬＣ；Planar Lightwave Circuit)等の石英系光導波路とハイブリッド集積し、導波路損失の補償や光スイッチング等の機能を持たせることができる（たとえば非特許文献１参照）。なお、半導体光増幅器の開発当初は、ＥＤＦＡと比較すると飽和出力、雑音指数（ＮＦ：Noise Figure）の特性において劣っていたが、近年開発が進み、飽和出力、雑音指数の点でＥＤＦＡと遜色ない半導体光増幅器が報告されてきている(たとえば非特許文献２参照)。
【０００３】
このようにサイズ及びコストの点でメリットのある半導体光増幅器を実システムに用いる際には、光入出力強度をモニタするための半導体等からなる光検出器（ＰＤ：Photo Detector）が搭載され、入力部と出力部とが光ファイバに結合されたモジュールに実装する必要がある。図１６は、従来の半導体光増幅器モジュールの模式的な構成図である(たとえば特許文献１参照)。
【０００４】
図１６に示すように、従来の半導体光増幅器モジュール６００は、筐体６０１に挿入され支持された入力光ファイバ６０２、出力光ファイバ６０３と、筐体６０１に収容され、入力光ファイバ６０２と出力光ファイバ６０３との間に順次配置された、ビームスプリッタ６０４、レンズ６０５、チップ状の半導体光増幅器６０６、レンズ６０７、光アイソレータ６０８、およびビームスプリッタ６０９と、ビームスプリッタ６０４に対して所定の位置に配置されたチップ状の半導体光検出器６１０、ビームスプリッタ６０９に対して所定の位置に配置されたチップ状の半導体光検出器６１１とを備えている。また、レンズ６０５、半導体光増幅器６０６、レンズ６０７は基台６１２に支持されている。また、半導体光検出器６１０、６１１は、それぞれ基台６１３、６１４に支持されている。
【０００５】
この半導体光増幅器モジュール６００の動作を説明する。はじめに、ビームスプリッタ６０４は、入力光ファイバ６０２を伝搬してきた信号光ＳＬ６０１の大部分を透過するとともに、その一部を回折することによって、分岐し、分岐光ＳＬ６０２を半導体光検出器６１０に入力させる。半導体光検出器６１０は分岐光ＳＬ６０２を受光し、入力光である信号光ＳＬ６０１の強度をモニタする。
【０００６】
つぎに、レンズ６０７は、ビームスプリッタ６０４を透過した信号光ＳＬ６０１を半導体光増幅器６０６に集光する。半導体光増幅器６０６は信号光ＳＬ６０１を光増幅し、増幅信号光ＳＬ６０３として出力する。さらに、レンズ６０７は、増幅信号光ＳＬ６０３を集光して出力光ファイバ６０３に光学的に結合させる。また、光アイソレータ６０８は、増幅信号光ＳＬ６０３を透過させるとともに、半導体光増幅器６０６への戻り光を除去する。
【０００７】
また、ビームスプリッタ６０９は、増幅信号光ＳＬ６０３の大部分を透過するとともに、その一部を回折することによって、分岐し、分岐光ＳＬ６０４を半導体光検出器６１１に入力させる。半導体光検出器６１１は分岐光ＳＬ６０４を受光し、出力光である増幅信号光ＳＬ６０３の強度をモニタする。そして、出力光ファイバ６０３は結合された増幅信号光ＳＬ６０３を外部に出力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−２９１６５３号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】T. Hashimoto et al., “Multichip Optical Hybrid Integration Technique with Planar Lightwave Circuit Platform”, J. Lightwave Technol., vol. 16, No. 7, pp. 1249-1258, July 1998.
【非特許文献２】K. Morito et al., “A Broad-Band MQW Semiconductor Optical Amplifier With High Saturation Output Power and Low Noise Figure”, IEEE Photonics Technol. Lett., vol. 17, No. 5, pp.974-976, May 2005.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、従来の半導体光増幅器モジュールは、半導体光増幅器や半導体光検出器などの複数の独立した半導体チップから構成されており、これらの間にはレンズが配置され、光経路の調芯が行なわれる。そのため、構成部品の点数が多くなるので、モジュールが大きくなるという問題があった。また、調芯が必要な光経路についても、（１）入力光ファイバ６０２→ビームスプリッタ６０４→レンズ６０５→半導体光増幅器６０６、（２）入力ファイバ６０２→ビームスプリッタ６０４→半導体光検出器６１０、（３）半導体光増幅器６０６→レンズ６０７→光アイソレータ６０８→ビームスプリッタ６０９→出力光ファイバ６０３、（４）半導体光増幅器６０６→レンズ６０６→光アイソレータ６０８→ビームスプリッタ６０９→半導体光検出器６１１と複数あるため、調芯回数も複数回となり、調芯および組み立てに時間を要するため、製造性が低いという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型でありかつ製造性が高い半導体光増幅器モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る半導体光増幅器モジュールは、半導体光増幅器と、前記半導体光増幅器への入力光または該半導体光増幅器からの出力光の一部をモニタするための第１半導体光検出器とを同一基板上に集積した半導体装置部と、前記半導体装置部に接続し、前記半導体光増幅器に対して前記入力光の入力または前記出力光の出力を行なう第１受動導波路と、前記第１受動導波路から分岐し前記入力光または前記出力光の一部を前記第１半導体光検出器に入力させる第２受動導波路とを同一基板上に形成した受動導波路部と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る半導体光増幅器モジュールは、上記の発明において、前記受動導波路部はガラスからなる平面光回路から構成されることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る半導体光増幅器モジュールは、上記の発明において、前記受動導波路部はＳｉ細線から構成されることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る半導体光増幅器モジュールは、上記の発明において、前記受動導波路部はポリマー導波路から構成されることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る半導体光増幅器モジュールは、上記の発明において、前記第２受動導波路の一部は折り返すように曲げられていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る半導体光増幅器モジュールは、上記の発明において、前記第２受動導波路の一部の曲げ半径は１ｃｍ以下であることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る半導体光増幅器モジュールは、上記の発明において、前記半導体光増幅器は曲げ導波路部を有しており、前記半導体装置部は前記曲げ導波路部からの漏れ光をモニタするための第２半導体光検出器を備えることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る半導体光増幅器モジュールは、上記の発明において、前記半導体装置部または前記受動導波路部は前記半導体光増幅器の出力側に設けられた受動曲げ導波路部を備え、前記半導体装置部は前記受動曲げ導波路部からの漏れ光をモニタするための第２半導体光検出器を備えることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係る半導体光増幅器モジュールは、上記の発明において、前記半導体装置部と前記受動導波路部とは、前記半導体光増幅器からの出力光をモニタしながらアクティブアライメント方式によって位置調整し、接続したものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、小型でありかつ製造性が高い半導体光増幅器モジュールを実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、実施の形態１に係る半導体光増幅器モジュールの模式的な構成図である。
【図２】図２は、図１に示す半導体光増幅器モジュールのＡ−Ａ線要部断面図である。
【図３】図３は、図１に示す半導体光増幅器モジュールのＢ−Ｂ線要部断面図である。
【図４】図４は、図１に示す半導体光増幅器モジュールの入力側受動導波路部の受動導波路の模式的な構成図である。
【図５】図５は、図１に示す半導体光増幅器モジュールの出力側受動導波路部の受動導波路の模式的な構成図である。
【図６】図６は、図１に示す半導体光増幅器モジュールの半導体装置部の模式的な構成図である。
【図７】図７は、図６に示す半導体装置部のＣ−Ｃ線要部断面図である。
【図８】図８は、実施の形態２に係る半導体光増幅器モジュールの模式的な構成図である。
【図９】図９は、実施の形態３に係る半導体光増幅器モジュールの模式的な構成図である。
【図１０】図１０は、実施の形態４に係る半導体光増幅器モジュールの模式的な構成図である。
【図１１】図１１は、図１０に示す半導体光増幅器モジュールのＤ−Ｄ線要部断面図である。
【図１２】図１２は、図１に示す半導体光増幅器モジュールの半導体装置部の製造方法の一例の説明図である。
【図１３】図１３は、図１に示す半導体光増幅器モジュールの半導体装置部の製造方法の一例の説明図である。
【図１４】図１４は、図１に示す半導体光増幅器モジュールの半導体装置部の製造方法の一例の説明図である。
【図１５】図１５は、Ｓｉ細線からなる受動導波路部の模式的な断面図である。
【図１６】図１６は、従来の半導体光増幅器モジュールの模式的な構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、図面を参照して本発明に係る半導体光増幅器モジュール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構成要素には適宜同一の符号を付している。また、以下では、実施の形態として、波長１．５５μｍの信号光を光増幅する半導体光増幅器モジュールについて説明する。
【００２４】
（実施の形態１）
はじめに、本発明の実施の形態１に係る半導体光増幅器モジュールについて説明する。図１は、本実施の形態１に係る半導体光増幅器モジュールの模式的な構成図である。図１に示すように、この半導体光増幅器モジュール１００は、筐体１０１に挿入され支持された入力光ファイバ１０２および出力光ファイバ１０３と、筐体１０１に収容された、入力光ファイバ１０２を載置した入力側受動導波路部１１０と、出力光ファイバ１０３を載置した出力側受動導波路部１２０と、入力側受動導波路部１１０と出力側受動導波路部１２０との間に介挿され接続された半導体装置部１３０とを備えている。
【００２５】
入力側受動導波路部１１０は、低損失な石英系ガラス材料からなる光導波路回路であるＰＬＣから構成されている。そして、入力側受動導波路部１１０は、入力光ファイバ１０２を載置するＶ溝１１１と、入力光ファイバ１０２と光学的に接続した第１受動導波路１１２と、第１受動導波路１１２から分岐した第２受動導波路１１３とを備えている。
【００２６】
出力側受動導波路部１２０は、ＰＬＣから構成されており、出力光ファイバ１０３を載置するＶ溝１２１と、出力光ファイバ１０３と光学的に接続した第１受動導波路１２２と、受動導波路１２２から分岐した第２受動導波路１２３とを備えている。
【００２７】
半導体装置部１３０は、入力側受動導波路部１１０の第１受動導波路１１２と出力側受動導波路部１２０の第１受動導波路１２２とにそれぞれ光学的に接続した、受動素子であるスポットサイズ変換器（ＳＳＣ：Spot Size Converter）１３２、１３３と、スポットサイズ変換器１３２、１３３に光学的に接続した、能動素子である半導体光増幅器１３１と、第２受動導波路１１３に光学的に接続した能動素子である第１半導体光検出器１３４と、第２受動導波路１２３に光学的に接続した能動素子である第１半導体光検出器１３５とを備えている。スポットサイズ変換器１３２を介した、半導体光増幅器１３１と第１受動導波路１２２との間の接続損失は、たとえば２ｄＢ程度である。半導体光増幅器１３１と第２受動導波路１２３との間の接続損失も同様である。
【００２８】
つぎに、入力側受動導波路部１１０、出力側受動導波路部１２０について具体的に説明する。図２は、図１に示す半導体光増幅器モジュール１００のＡ−Ａ線要部断面図である。図２に示すように、入力側受動導波路部１１０は、Ａ−Ａ線断面においては、Ｇｅ２Ｏ３を添加したコア層である第１受動導波路１１２が、シリコン（Ｓｉ）等からなる基板１１０ａ上の下部クラッド層１１０ｂ上に形成され、さらに上部クラッド層１１０ｃにより埋め込まれた埋め込みメサ型の導波路構造を有している。第１受動導波路１１２の断面のサイズは７μｍ×７μｍである。また、下部クラッド層１１０ｂと上部クラッド層１１０ｃとの屈折率は同一である。また、下部クラッド層１１０ｂおよび上部クラッド層１１０ｃに対する受動導波路１１２の比屈折率差は０．４５％である。このように断面サイズと比屈折率差が設定されていることにより、第１受動導波路１１２は波長１．５５μｍの光を単一横モードかつ偏波無依存で導波することができる。なお、上記断面のサイズと比屈折率差は例示であり、特に限定はされない。
【００２９】
また、第２受動導波路１１３も、第１受動導波路１１２と同様の断面構造を有している。これらの第１受動導波路１１２、第２受動導波路１１３は、同一の基板１１０ａ上に形成したものである。
【００３０】
また、出力側受動導波路部１２０の第１受動導波路１２２、第２受動導波路１２３も、第１受動導波路１１２と同様の断面構造を有している。これらの第１受動導波路１２２、第２受動導波路１２３も、出力側受動導波路部１２０の同一の基板上に形成したものである。
【００３１】
つぎに、図３は、図１に示す半導体光増幅器モジュール１００のＢ−Ｂ線要部断面図である。図３に示すように、入力光ファイバ１０２は、コア部１０２ａとクラッド部１０２ｂとを有し、波長１．５５μｍの光を単一横モードで伝搬するものである。たとえば波長１．３μｍ近傍に零分散波長を有する標準のシングルモード光ファイバであるが、特に限定はされない。そして、入力光ファイバ１０２は、入力側受動導波路部１１０のＶ溝１１１に載置され、紫外線硬化樹脂等で固定、支持されている。Ｖ溝１１１は、開放された端部と反対側に、溝と略垂直な端面を有し、当該端面と入力光ファイバ１０２の端面とを当接させるとコア部１０２ａと第１受動導波路１１２とが接続するような形状、位置に形成されている。また、出力側受動導波路部１２０に形成されたＶ溝１２１も、波長１．５５μｍの光を単一横モードで伝搬する出力光ファイバ１０３のコア部が第１受動導波路１２２と接続するような形状、位置に形成されている。
【００３２】
つぎに、図４は、図１に示す半導体光増幅器モジュール１００の入力側受動導波路部１１０の第１受動導波路１１２、第２受動導波路１１３の模式的な構成図である。図４に示すように、第１受動導波路１１２は略直線状に形成されており、第２受動導波路１１３は第１受動導波路１１２から分岐している。なお、図４の分岐導波路は、Ｔ字型、Ｙ字型、多モード干渉型、方向性結合型のいずれかでもよい。第２受動導波路１１３の曲げ半径は、たとえば１ｃｍ以下であって、導波する信号光の曲げ損失が問題にならない程度（０．１ｄＢ程度）の大きさであることが好ましい。
【００３３】
つぎに、図５は、図１に示す半導体光増幅器モジュール１００の出力側受動導波路部１２０の第１受動導波路１２２、第２受動導波路１２３の模式的な構成図である。図５に示すように、第１受動導波路１２２は略直線状に形成されており、第２受動導波路１２３は第１受動導波路１２２から分岐し、かつその一部が折り返すように曲げられており、全体的にＵ字状になっているため、紙面横方向に小型化されている。なお、図５の分岐導波路は、Ｔ字型、Ｙ字型、多モード干渉型、方向性結合型のいずれかでもよい。第２受動導波路１２３の曲げ半径も、たとえば１ｃｍ以下であって、導波する信号光の曲げ損失が問題にならない程度（０．１ｄＢ程度）の大きさであることが好ましい。
【００３４】
つぎに、半導体装置部１３０について具体的に説明する。図６は、図１に示す半導体光増幅器モジュール１００の半導体装置部１３０の模式的な構成図である。半導体光増幅器１３１、スポットサイズ変換器１３２、１３３、第１半導体光検出器１３４、１３５は、いずれも埋め込みメサ型の導波路構造を有している。また、図６に示すように、能動素子である半導体光増幅器１３１、第１半導体光検出器１３４、１３５上には、それぞれ電極パッド１３６、１３７、１３８が形成されている。また、半導体光増幅器１３１は光が伝搬する方向に長さＬ１を有し、メサ幅（コア幅）Ｗ１を有している。また、スポットサイズ変換器１３２、１３３は、いずれも長さＬ２を有しており、半導体光増幅器１３１に接続される側ではメサ幅Ｗ１を有し、第１受動導波路１１２または第１受動導波路１２２に接続される側に向かってメサ幅Ｗ２まで幅が拡大している。また、第１半導体光検出器１３４、１３５は、いずれも長さＬ３、メサ幅Ｗ３を有している。また、半導体光増幅器１３１の中心軸と第１半導体光検出器１３４、１３５とは、長さＬ４だけ離間している。
【００３５】
長さＬ１は２３００μｍであり、長さＬ２は５００μｍであり、長さＬ３は１０００μｍであり、長さＬ４は１０００μｍであり、メサ幅Ｗ１は２μｍであり、メサ幅Ｗ２は１０μｍであり、メサ幅Ｗ３は２０〜３０μｍである。これらの長さとメサ幅の値は例示であり、特に限定はされない。
【００３６】
なお、本実施の形態１では、スポットサイズ変換器１３２は、半導体光増幅器１３１側においてメサ幅Ｗ１が狭く、第１受動導波路１１２においてメサ幅Ｗ２が広くなっている形状を有する。しかしながら、スポットサイズ変換器の形状はこれに限られず、半導体光増幅器１３１側においてメサ幅が広く、第１受動導波路１１２においてメサ幅が狭くなっている形状のスポットサイズ変換器を用いてもよい。スポットサイズ変換器１３３についても同様である。
【００３７】
つぎに、図７は、図６に示す半導体装置部１３０のＣ−Ｃ線要部断面図である。図６に示すように、半導体光増幅器１３１は、裏面にｎ側電極１３０ｂを形成したｎ型のＩｎＰからなる基板１３０ａ上に、バッファ層としての役割も果たしているｎ型のＩｎＰからなる下部クラッド層１３０ｃと、コア層としての活性層１３０ｄと、ｐ型のＩｎＰからなる上部クラッド層１３０ｅ、１３０ｆとが積層した構造を有している。基板１３０ａの一部から上部クラッド層１３０ｆまではメサ構造となっており、その両側はｐ型のＩｎＰからなる下部電流阻止半導体層１３０ｇａとｎ型のＩｎＰからなる上部電流阻止半導体層１３０ｇｂとからなる埋め込み半導体層１３０ｇによって埋め込まれている。また、上部クラッド層１３０ｆと埋め込み半導体層１３０ｇとの上にはｐ型のＩｎＰからなる上部クラッド層１３０ｈ、ｐ型のＩｎＧａＡｓＰからなるコンタクト層１３０ｉが積層している。また、コンタクト層１３０ｉ上には、活性層１３０ｄ全体を覆うようにｐ側電極１３０ｊが形成され、またはＳｉＮ膜からなる誘電体保護膜１３０ｋで保護されている。さらに、誘電体保護膜１３０ｋに形成された開口部においてｐ側電極１３０ｊに接触するように、電極パッド１３６が形成されている。
【００３８】
活性層１３０ｄは、バンドギャップ波長が１．４８μｍのＩｎＧａＡｓＰ材料からなり、多重量子井戸（ＭＱＷ：Multi Quantum Well）構造の上下に３段階の分離閉じ込めヘテロ構造（ＳＣＨ：Separate Confinement Heterostructure）を形成したＭＱＷ−ＳＣＨ構造を有する。なお、ＭＱＷは例えば、６層の６ｎｍの井戸層と、５層の１０ｎｍの障壁層とが順次積層された構造を有する。
【００３９】
なお、第１半導体光検出器１３４、１３５は、半導体光増幅器１３１と同様の断面構造を有している。また、スポットサイズ変換器１３２、１３３の断面構造は、図７に示す断面構造において、活性層１３０ｄをバンドギャップ波長が１．１５μｍのＩｎＧａＡｓＰ材料からなるコア層に置き換え、かつｐ側電極１３０ｊ、電極パッド１３６を削除した構造を有している。また、スポットサイズ変換器１３２、１３３においては、下部クラッド層１３０ｃのうちコア層に隣接する部分および上部クラッド層１３０ｅ、１３０ｆがノンドープのＩｎＰからなる。
【００４０】
また、半導体装置部１３０が備えるこれらの半導体光増幅器１３１、スポットサイズ変換器１３２、１３３、第１半導体光検出器１３４、１３５は、同一の基板１３０ａ上に集積されたものである。
【００４１】
（動作）
つぎに、図１を参照して、半導体光増幅器モジュール１００の動作について説明する。はじめに、電極および電極パッドを介して、半導体光増幅器１３１に順方向バイアス電圧にて駆動電流を注入し、第１半導体光検出器１３４、１３５に逆方向バイアス電圧を印加した状態で、入力光ファイバ１０２から第１受動導波路１１２に、増幅させるべき信号光ＳＬ１０１を入力させる。
【００４２】
つぎに、第１受動導波路１１２は、入力された信号光ＳＬ１０１の大部分を導波し、スポットサイズ変換器１３２に出力する。これとともに、第２受動導波路１１３は、信号光ＳＬ１０１の一部が分岐した分岐光ＳＬ１０２を導波し、第１半導体光検出器１３４に入力させる。第１半導体光検出器１３４は、分岐光ＳＬ１０２を受光し、その強度をモニタすることによって、入力光である信号光ＳＬ１０１の強度をモニタする。
【００４３】
つぎに、スポットサイズ変換器１３２は、入力された信号光ＳＬ１０１のスポットサイズを縮小するように変換し、半導体光増幅器１３１に入力させる。半導体光増幅器１３１は、入力された信号光ＳＬ１０１を光増幅し、増幅信号光ＳＬ１０３としてスポットサイズ変換器１３３に出力する。スポットサイズ変換器１３３は、入力された増幅信号光ＳＬ１０３のスポットサイズを拡大するように変換し、第１受動導波路１２２に出力する。
【００４４】
つぎに、第１受動導波路１２２は、入力された増幅信号光ＳＬ１０３の大部分を導波し、出力光ファイバ１０３に出力する。そして、出力光ファイバ１０３は入力された増幅信号光ＳＬ１０３を外部に出力する。これとともに、第２受動導波路１２３は、増幅信号光ＳＬ１０３の一部が分岐した分岐光ＳＬ１０４を導波し、第１半導体光検出器１３５に入力させる。第１半導体光検出器１３５は、分岐光ＳＬ１０４を受光し、その強度をモニタすることによって、出力光である増幅信号光ＳＬ１０３の強度をモニタする。
【００４５】
このように、この半導体光増幅器モジュール１００においては、入力光ファイバ１０２と半導体光増幅器１３１とを、および、入力光ファイバ１０２と第１半導体光検出器１３４とを、入力側受動導波路部１１０の同一基板上に形成した第１受動導波路１１２、第２受動導波路１１３によって光学的に接続し、信号光ＳＬ１０１および分岐光ＳＬ１０２の入力を行なっている。また、出力光ファイバ１０３と半導体光増幅器１３１とを、および、出力光ファイバ１０３と第１半導体光検出器１３５とを、出力側受動導波路部１２０の同一基板上に形成した第１受動導波路１２２、第２受動導波路１２３によって光学的に接続し、増幅信号光ＳＬ１０３の出力および分岐光ＳＬ１０４の入力を行なっている。これによって、この半導体光増幅器モジュール１００は、従来の半導体光増幅器モジュールのようにビームスプリッタとレンズとを用いて空間的にこれらの各要素を接続する場合に比べて、使用する部品点数が減少するので、小型化する。さらに、光経路の調芯についても、入力側受動導波路部１１０と半導体装置部１３０との位置、および出力側受動導波路部１２０と半導体装置部１３０との位置を調整するだけでよいので、調芯の回数、煩雑さ、調芯に要する時間が大幅に減少し、製造性がきわめて高いものとなる。
【００４６】
（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２に係る半導体光増幅器モジュールについて説明する。図８は、本実施の形態２に係る半導体光増幅器モジュールの模式的な構成図である。図８に示すように、この半導体光増幅器モジュール２００は、入力光ファイバ１０２を載置する入力側受動導波路部２１０と、出力光ファイバ１０３を載置する出力側受動導波路部２２０と、上方から見た場合に長方形の一部を切り欠いて逆Ｔ字型とした形状を有する半導体装置部２３０とを備えている。入力側受動導波路部２１０と出力側受動導波路部２２０とは、半導体装置部２３０の切り欠き部に嵌合するように接合され、接続されている。なお、入力光ファイバ１０２、出力光ファイバ１０３は、入力側受動導波路部２１０、出力側受動導波路部２２０、半導体装置部２３０を収容する不図示の筐体に挿入、支持されている。
【００４７】
入力側受動導波路部２１０は、実施の形態１の入力側受動導波路部１１０と同様に、同一基板上に形成されたＰＬＣから構成されており、入力光ファイバ１０２を載置するＶ溝２１１と、入力光ファイバ１０２と光学的に接続した第１受動導波路２１２と、第１受動導波路２１２から分岐した第２受動導波路２１３とを備えている。ただし、第２受動導波路２１３は、実施の形態１の第２受動導波路１１３とは異なり、分岐した後に半導体装置部２３０の逆Ｔ字型の底部に向かって延伸している。
【００４８】
出力側受動導波路部２２０も、実施の形態１の出力側受動導波路部１２０と同様に、同一基板上に形成されたＰＬＣから構成されており、出力光ファイバ１０３を載置するＶ溝２２１と、出力光ファイバ１０３と光学的に接続した第１受動導波路２２２と、第１受動導波路２２２から分岐した第２受動導波路２２３とを備えている。ただし、第２受動導波路２２３は、実施の形態１の第２受動導波路１２３とは異なり、第２受動導波路２１３と同様に分岐した後に半導体装置部２３０の逆Ｔ字型の底部に向かって延伸している。
【００４９】
半導体装置部２３０は、実施の形態１の半導体装置部１３０と同様に、同一基板上に集積された、入力側受動導波路部２１０の第１受動導波路２１２と出力側受動導波路部２２０の第１受動導波路２２２とにそれぞれ光学的に接続したスポットサイズ変換器２３２、２３３と、スポットサイズ変換器２３２、２３３に光学的に接続した半導体光増幅器２３１と、逆Ｔ字型の底部に配置され、第２受動導波路２１３に光学的に接続した第１半導体光検出器２３４と、逆Ｔ字型の底部に配置され、第２受動導波路２２３に光学的に接続した第１半導体光検出器２３５とを備えている。
【００５０】
なお、第１受動導波路２１２、２２２、第２受動導波路２１３、２２３、および半導体光増幅器２３１、スポットサイズ変換器２３２、２３３、第１半導体光検出器２３４、２３５の材質、断面構造、およびその幅や長さは、実施の形態１の対応する構成要素と同様である。
【００５１】
この半導体光増幅器モジュール２００は、実施の形態１に係る半導体光増幅器モジュール１００と同様に、従来の半導体光増幅器モジュールよりも使用する部品点数が減少し、小型化する。さらに、光経路の調芯については、入力側受動導波路部２１０と出力側受動導波路部２２０とを、半導体装置部２３０の切り欠き部に嵌合させた後に、微調整を行うだけでよいので、調芯の回数、煩雑さ、調芯に要する時間がさらに大幅に減少し、製造性がさらに高いものとなる。
【００５２】
（実施の形態３）
つぎに、本発明の実施の形態３に係る半導体光増幅器モジュールについて説明する。図９は、本実施の形態３に係る半導体光増幅器モジュールの模式的な構成図である。図９に示すように、この半導体光増幅器モジュール３００は、入力光ファイバ１０２を載置する入力側受動導波路部３１０と、出力光ファイバ１０３を載置する出力側受動導波路部３２０と、入力側受動導波路部３１０と出力側受動導波路部３２０との間に介挿され接続された半導体装置部３３０とを備えている。なお、入力光ファイバ１０２、出力光ファイバ１０３は、入力側受動導波路部３１０、出力側受動導波路部３２０、半導体装置部３３０を収容する不図示の筐体に挿入、支持されている。
【００５３】
入力側受動導波路部３１０は、実施の形態１の入力側受動導波路部１１０と同様に、同一基板上に形成されたＰＬＣから構成されており、入力光ファイバ１０２を載置するＶ溝３１１と、入力光ファイバ１０２と光学的に接続した第１受動導波路３１２と、第１受動導波路３１２から分岐した第２受動導波路３１３とを備えている。
【００５４】
一方、出力側受動導波路部３２０は、実施の形態１の出力側受動導波路部１２０と同様に、同一基板上に形成されたＰＬＣから構成されており、出力光ファイバ１０３を載置するＶ溝３２１と、出力光ファイバ１０３と光学的に接続した受動導波路３２２とを備えている。ただし、受動導波路３２２から分岐する受動導波路は形成されていない。
【００５５】
半導体装置部３３０は、実施の形態１の半導体装置部１３０と同様に、同一基板上に集積された、入力側受動導波路部３１０の第１受動導波路３１２と出力側受動導波路部３２０の受動導波路３２２とにそれぞれ光学的に接続したスポットサイズ変換器３３２、３３３と、スポットサイズ変換器３３２、３３３に光学的に接続した半導体光増幅器３３１と、第２受動導波路３１３に光学的に接続した第１半導体光検出器３３４と、第２半導体光検出器３３５とを備えている。
【００５６】
なお、第１受動導波路３１２、第２受動導波路３１３、受動導波路３２２、および半導体光増幅器３３１、スポットサイズ変換器３３２、３３３、第１半導体光検出器３３４、第２半導体光検出器３３５の材質、断面構造、およびその幅や長さは、実施の形態１の対応する構成要素と同様とできる。
【００５７】
ここで、半導体光増幅器３３１は、その一部に曲げ導波路部３３１ａを有している。そして、第２半導体光検出器３３５は、曲げ導波路部３３１ａから漏洩する漏れ光ＳＬ３０１を受光してモニタするように、曲げ導波路部３３１ａの近傍に配置されている。この半導体光増幅器モジュール３００においては、この漏れ光ＳＬ３０１によって、半導体光増幅器３３１が出力する増幅信号光の強度をモニタするため、出力側受動導波路部３２０において受動導波路３２２から分岐する受動導波路が不要となるので、出力側受動導波路部３２０の導波路構造を簡易なものとできる。
【００５８】
また、この半導体光増幅器モジュール３００も、実施の形態１に係る半導体光増幅器モジュール１００と同様に、従来の半導体光増幅器モジュールよりも使用する部品点数が減少して小型化するとともに、調芯の回数、煩雑さ、調芯に要する時間が大幅に減少し、製造性が高いものとなる。
【００５９】
なお、半導体光増幅器３３１の曲げ導波路部３３１ａの曲げの角度は、半導体光増幅器３３１の直線部分に対して６〜８度程度、好ましくは７度であれば、曲げ損失が十分に小さく、かつ漏れ光の強度が光強度のモニタに十分な程度となり好ましい。なお、曲げの角度は、半導体光増幅器３３１の活性層（コア層）と埋め込み半導体層との屈折率差に応じて適宜変更してもよい。
【００６０】
（実施の形態４）
つぎに、本発明の実施の形態４に係る半導体光増幅器モジュールについて説明する。図１０は、本実施の形態４に係る半導体光増幅器モジュールの模式的な構成図である。図１０に示すように、この半導体光増幅器モジュール４００は、入力光ファイバ１０２および出力光ファイバ１０３を載置した入出力受動導波路部４４０と、入出力受動導波路部４４０に接続された半導体装置部４３０とを備えている。なお、入力光ファイバ１０２、出力光ファイバ１０３は、入出力受動導波路部４４０、半導体装置部４３０を収容する不図示の筐体に挿入、支持されている。
【００６１】
入出力受動導波路部４４０は、実施の形態１の入力側受動導波路部１１０と同様に、同一基板上に形成されたＰＬＣから構成されており、入力光ファイバ１０２を載置するＶ溝４４１と、出力光ファイバ１０３を載置するＶ溝４４２と、入力光ファイバ１０２と光学的に接続した第１受動導波路４４３と、第１受動導波路４４３から分岐した第２受動導波路４４４と、出力光ファイバ１０３と光学的に接続した受動導波路４４５とを備えている。
【００６２】
半導体装置部４３０は、実施の形態１の半導体装置部１３０と同様に、同一基板上に集積された、入出力受動導波路部４４０の第１受動導波路４４３と受動導波路４４５とにそれぞれ光学的に接続したスポットサイズ変換器４３２、４３３と、スポットサイズ変換器４３２に光学的に接続した半導体光増幅器４３１と、半導体光増幅器４３１の出力側に設けられ、半導体光増幅器４３１とスポットサイズ変換器４３３とに光学的に接続した半導体受動導波路４３６と、受動導波路４４３に光学的に接続した第１半導体光検出器４３４と、第２半導体光検出器４３５とを備えている。
【００６３】
なお、第１受動導波路４４３、第２受動導波路４４４、受動導波路４４５、および半導体光増幅器４３１、スポットサイズ変換器４３２、４３３、第１半導体光検出器４３４、第２半導体光検出器４３５の材質、断面構造、およびその幅や長さは、実施の形態１の対応する構成要素と同様とできる。
【００６４】
また、半導体受動導波路４３６は、受動曲げ導波路部４３６ａを有しており、半導体光増幅器４３１と合わせて全体的にＵ字型の形状を有している。また、半導体受動導波路４３６は、ハイメサ型の導波路構造を有している。
【００６５】
図１１は、図１０に示す半導体光増幅器モジュール４００のＤ−Ｄ線要部断面図である。図１１に示すように、半導体受動導波路４３６は、裏面にｎ側電極４３０ｂを形成したｎ型のＩｎＰからなる基板４３０ａ上に、バッファ層としての役割も果たしているｎ型のＩｎＰからなる下部クラッド層４３０ｃと、バンドギャップ波長が１．１５μｍのＩｎＧａＡｓＰ材料からなるコア層４３０ｄと、ノンドープの上部クラッド層４３０ｅ、４３０ｆと、ｐ型のＩｎＰからなる上部クラッド層４３０ｈとが積層した断面構造を有しており、かつ下部クラッド層４３０ｃから上部クラッド層４３０ｈまでが曲げに強いハイメサ構造となっている。なお、下部クラッド層４３０ｃの厚さはたとえば０．５μｍであり、コア層４３０ｄの幅（メサ幅）はたとえば２．０μｍ、厚さはたとえば０．３μｍであり、上部クラッド層４３０ｅ〜１３０ｈの総厚さはたとえば２．５μｍである。また、受動曲げ導波路部４３６ａの曲げ半径は、たとえば１．０ｃｍ以下であって導波する信号光の曲げ損失が問題にならない程度の大きさであることが好ましい。
【００６６】
このように、この半導体光増幅器モジュール４００においては、半導体光増幅器４３１の出力側に、受動曲げ導波路部４３６ａを有する半導体受動導波路４３６を設けている。そして、半導体光検出器４３５は、受動曲げ導波路部４３６ａから漏洩する漏れ光ＳＬ４０１を受光してモニタするように、受動曲げ導波路部４３６ａの近傍に配置されている。この半導体光増幅器モジュール４００においては、この漏れ光ＳＬ４０１によって、半導体光増幅器４３１が出力する増幅信号光の強度をモニタするため、入出力受動導波路部４４０において受動導波路４４５から分岐する受動導波路が不要となるので、入出力受動導波路部４４０の導波路構造を簡易なものとできる。
【００６７】
また、この半導体光増幅器モジュール４００は、入力光ファイバ１０２および出力光ファイバ１０３と光学的に接続する第１受動導波路４４３、第２受動導波路４４４、受動導波路４４５を一つの入出力受動導波路部４４０に集積させるとともに、半導体装置部４３０において半導体受動導波路４３６によって光経路を折り返すように曲げている。その結果、半導体光増幅器モジュール４００は、従来の半導体光増幅器モジュールよりも使用する部品点数が減少する効果と合わせて、きわめて小型のものとなる。
【００６８】
また、この半導体光増幅器モジュール４００は、光経路の調芯についても、入出力受動導波路部４４０と半導体装置部４３０との位置を調整するだけでよいので、調芯の回数、煩雑さ、調芯に要する時間がさらに大幅に減少し、製造性がさらに高いものとなる。
【００６９】
なお、この実施の形態４に係る半導体光増幅器モジュール４００では、半導体装置部４３０に受動曲げ導波路部４３６ａを有する半導体受動導波路４３６を設けている。しかしながら、受動曲げ導波路部を有する受動導波路は、半導体光増幅器の出力側に設けられていれば、その位置は半導体装置部に限定されず、たとえば出力側の受動導波路部に設けてもよい。
【００７０】
（製造方法）
つぎに、本発明に係る半導体光増幅器モジュールの製造方法を、図１に示した実施の形態１に係る半導体光増幅器モジュール１００を製造する場合を例にして説明する。はじめに、入力側受動導波路部１１０の製造方法の一例について図２を用いて説明する。はじめに、光ファイバ製造技術の応用である火炎直接堆積(ＦＨＤ:Flame Hydrolysis Deposition)法により、ＰＬＣ作製用の基板１１０ａ（例えばシリコン基板）上に、下部クラッド層１１０ｂおよびコア層（受動導波路１１２、１１３）となるガラス粒子を堆積し、その後加熱してガラス微粒子を溶融透明化する。その後、半導体集積回路製造技術であるフォトリソグラフィと反応性イオンエッチング(ＲＩＥ:Reactive Ion Etching)で、受動導波路１１２、１１３に対応する光導波路パターンを形成し、再びＦＨＤ法により上部クラッド層１１０ｃを形成する。その後、Ｖ溝１１１を形成し、入力側受動導波路部１１０を製造する。なお、出力側受動導波路部１２０も同様に製造できる。また、入力側受動導波路部１１０と出力側受動導波路部１２０とを同一の基板上に形成し、入力側受動導波路部１１０と出力側受動導波路部１２０との間に半導体装置部１３０を嵌合するスペースを設けてもよい。また、図１０に記載の入出力受動導波路部４４０を製造する場合も、上記と同様の方法によって各受動導波路を同一基板上に形成することができる。
【００７１】
つぎに、半導体装置部１３０の製造方法について説明する。図１２〜図１４は、図１に示す半導体光増幅器モジュール１００の半導体装置部１３０の製造方法の一例の説明図である。
【００７２】
まず、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）結晶成長装置を用い、成長温度６００度において以下のような結晶成長を行なう。すなわち、図１２（ａ）に示すように、ｎ型のＩｎＰからなる基板１３０ａ上に、ｎ型のＩｎＰからなる下部クラッド層１３０ｃ、活性層１３０ｄ、ｐ型のＩｎＰからなる上部クラッド層１３０ｅ、１３０ｆを順次結晶成長する。
【００７３】
図１２（ｂ）、（ｃ）を用いてつぎの工程について説明する。図１２（ｂ）は、半導体装置部１３０において、半導体光増幅器１３１、スポットサイズ変換器１３２、１３３のそれぞれを形成すべき領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を横断する断面を示している。また、図１２（ｃ）は、半導体装置部１３０において、第１半導体光検出器１３４、１３５を形成すべき領域Ｒ４、Ｒ５、および第１半導体光検出器１３４、１３５の間の領域Ｒ６を横断する断面を示している。
【００７４】
まず、ＳｉＮからなるマスクＭ１、Ｍ２、Ｍ３で能動素子である半導体光増幅器１３１、および第１半導体光検出器１３４、１３５を形成すべき領域Ｒ１、Ｒ４、Ｒ５のみを覆い、それ以外の領域Ｒ２、Ｒ３、Ｒ６を含む受動領域において、ＩＣＰ（Inductive Coupled Plasma：誘導結合プラズマ)−ＲＩＥ装置により、上部クラッド層１３０ｅ、１３０ｆと、活性層１３０ｄと、下部クラッド層１３０ｃの０．３μｍの深さまでをエッチング除去する。そして、エッチング除去した領域に、バットジョイント成長により、ノンドープのＩｎＰからなる下部クラッド層１３０ｃの部分と、バンドギャップ波長が１．１５μｍのＩｎＧａＡｓＰ材料からなるコア層１３０ｍと、ノンドープのＩｎＰからなる上部クラッド層１３０ｅ、１３０ｆとを形成する。エッチング後にはマスクＭ１、Ｍ２、Ｍ３をＢＨＦ(バッファードフッ酸)により除去する。
【００７５】
つづいて、図１３は、図７に対応する断面を示している。まず、図１３（ａ）は、図１２の工程を行った後の状態を示している。つぎに、図１３（ｂ）、（ｃ）に示すように、各領域Ｒ１〜Ｒ５において上部クラッド層１３０ｆ上の全面にＳｉＮ膜からなるマスクＭ４を形成し、このマスクＭ４を、図６に示す半導体光増幅器１３１、スポットサイズ変換器１３２、１３３、第１半導体光検出器１３４、１３５のメサ構造を形成するための形状にエッチングする。そして、図１３（ｄ）に示すように、マスクＭ４を形成した以外の領域の上部クラッド層１３０ｅ、１３０ｆ、活性層１３０ｄ（またはコア層１３０ｍ）、下部クラッド層１３０ｃを、塩素系またはメタン水素系のガスを用いたドライエッチングによって除去する。つづいて、図１３（ｅ）に示すように、ウェットエッチングを用いて、さらに上部クラッド層１３０ｆから基板１３０ａの一部に到る深さまでをエッチングし、図７に示す導波路構造のメサ構造を形成する。この工程において各領域Ｒ１〜Ｒ５におけるメサ形状が形成される。
【００７６】
つぎに、図１３（ｆ）に示すように、下部電流阻止半導体層１３０ｇａと上部電流阻止半導体層１３０ｇｂとを順次形成して埋め込み半導体層１３０ｇを形成し、各領域Ｒ１〜Ｒ５におけるメサ構造をはじめとした全領域を埋め込む。その後、ＢＨＦにより、マスクＭ４を除去する。つぎに、図１３（ｇ）に示すように、全領域において上部クラッド層１３０ｈ、コンタクト層１３０ｉを形成し、さらに必要に応じて保護層であるキャップ層Ｃapを形成する。キャップ層Ｃapはその後、図１３（ｈ）に示すように除去される。
【００７７】
つぎに、半導体光増幅器１３１の構造を形成する工程を説明する。なお、半導体光検出器１３４、１３５も同様の工程で形成することができる。まず、図１４（ａ）に示すように、図１３（ｈ）で形成した構造上にフォトリソグラフィにより、ｐ側電極１３０ｊに対応する部分をパターニングしたレジストｒ１を形成し、その上にＡｕＺｎ膜Ｅ１を蒸着する。つぎに、図１４（ｂ）に示すように、レジストｒ１を除去し、リフトオフしてｐ側電極１３０ｊを形成する。その後、図１４（ｃ）に示すように、ＳｉＮ膜からなる誘電体保護膜１３０ｋを成膜する。なお、誘電体保護膜１３０ｋの成膜は全領域に対して行なう。つぎに、図１４（ｄ）に示すように、誘電体保護膜１３０ｋ上に、フォトリソグラフィにより、電極パッド１３６をｐ側電極１３０ｊに接触させるための部分をパターニングしたレジストｒ２を形成する。
【００７８】
つぎに、図１４（ｅ）に示すように、ＣＦ４ガスを用いたＲＩＥにより、レジストＲ２をパターニングした部分の誘電体保護膜１３０ｋをエッチングし、その後レジストｒ２を除去する。さらに、図１４（ｆ）に示すように、誘電体保護膜１３０ｋ上に、フォトリソグラフィにより、電極パッド１３６に対応する部分をパターニングしたレジストｒ３を形成し、その上にＴｉ／Ｐｔ膜Ｅ２を蒸着する。その後、図１４（ｇ）に示すように、レジストｒ３を除去し、リフトオフして電極パッド１３６を形成する。
【００７９】
最後に、基板１３０ａの裏面全面を研磨し、研磨した裏面にＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ膜を蒸着してｎ側電極１３０ｂを形成した後、オーミックコンタクトをとるために４３０℃で焼結（シンタ）する。その後、半導体装置部１３０の形状にへき開し、端面の反射を抑えるために、スポットサイズ変換器１３２、１３３および半導体光検出器１３４、１３５が形成されている両端面にＡＲ（Anti-Reflection）コートを施して半導体装置部１３０が完成する。
【００８０】
つづいて、半導体装置部１３０の両端に、別途作製しておいた入力側受動導波路部１１０と出力側受動導波路部１２０とを隣接させて、アクティブアライメント方式またパッシブアライメント方式によって調芯を行う。その後に半導体装置部１３０と入力側受動導波路部１１０と出力側受動導波路部１２０とを接合紫外線硬化型樹脂等で接合固定し、ハイブリッド集積する。さらに、接合した半導体装置部１３０、入力側受動導波路部１１０および出力側受動導波路部１２０を筐体１０１に収容し、必要な電気的配線を行なうとともに、Ｖ溝１１１、１２１にそれぞれ入力光ファイバ１０２、出力光ファイバ１０３を載置、固定し、筐体１０１を封止して半導体光増幅器モジュール１００が完成する。
【００８１】
なお、入力側受動導波路部１１０と出力側受動導波路部１２０とを同一の基板上に形成した場合は、入力側受動導波路部１１０と出力側受動導波路部１２０との間に半導体装置部１３０を嵌合し、アクティブアライメント方式またパッシブアライメント方式によって調芯を行い、その後に半導体装置部１３０を紫外線硬化型樹脂等で接合固定する。
【００８２】
以上の調芯工程においては、入力側受動導波路部１１０と半導体装置部１３０との位置、および出力側受動導波路部１２０と半導体装置部１３０との位置を調整するだけでよいので、調芯の回数、煩雑さ、調芯に要する時間が大幅に減少し、製造性がきわめて高いものとなる。
【００８３】
なお、パッシブアライメント方式による調芯は、たとえば非特許文献１に記載されているものである。パッシブアライメント方式を用いる場合は、入力側受動導波路部１１０、出力側受動導波路部１２０、半導体装置部１３０にアライメントマークを形成しておき、このアライメントマークを用いて調芯を行なうため、より簡易な調芯が実現できる。
【００８４】
また、アクティブアライメント方式による調芯は、実際に入力光ファイバ１０２からテスト光を入力させ、半導体光増幅器１３１を動作させてテスト光を増幅し、半導体光増幅器１３１から出力される、増幅されたテスト光の光強度を、出力光ファイバ１０３の出力端側でモニタしながら位置調整をし、調芯を行なうものである。アクティブアライメント方式を用いる場合は、短時間で容易な調芯を実現しつつ、より接続損失が低い精密な調芯が可能である。
【００８５】
なお、実施の形態４に係る半導体光増幅器モジュール４００における半導体受動導波路４３６のようなハイメサ型の導波路を形成する場合は、上記の製造方法において、電極構造の形成前または形成後に、ＳｉＮからなるマスクを用い、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置によるドライエッチングによって、ハイメサ構造を形成すればよい。
【００８６】
また、上記実施の形態に係る半導体光増幅器モジュールにおいて、受動導波路部における分岐導波路の形状または構造は、上記したものに限られず、様々な形状または構造のものを採用できる。また、分岐導波路はマッハツェンダ型導波路や、多モード干渉型（Multi Mode Interference：ＭＭＩ）導波路により実現してもよい。
【００８７】
また、上記実施の形態に係る半導体光増幅器モジュールにおいて、受動導波路部の材質、構造は特に限定されず、たとえばＳｉ細線から構成されるものでもよい。図１５は、Ｓｉ細線からなる受動導波路部の模式的な断面図である。この受動導波路部５１０は、Ｓｉからなる基板５１０ａ上に、リッジ型の導波路であるＳｉ細線５１２が形成されたものである。Ｓｉ細線５１２の断面のサイズはたとえば０．５μｍ×０．５μｍまたはそれ以下である。また、Ｓｉ細線５１２は、その周囲を囲みクラッドとして機能する空気との屈折率差が大きいため、曲げ半径を数〜１０μｍとしても曲げ損失は問題にならない程度に小さい。したがって、Ｓｉ細線５１２は、曲げ損失の影響なく小さい面積に集積することができるので、半導体光増幅器モジュールのさらなる小型化に適するものとなる。
【００８８】
また、上記実施の形態に係る半導体光増幅器モジュールにおいて、受動導波路部は、ＵＶエポキシ樹脂、フッ素化ポリイミド等の光学ポリマーからなるポリマー導波路から構成されるものでもよい。このポリマー導波路の構造は、たとえば図２に示す埋め込みメサ型や、図１５に示すリッジ型等、特に限定されない。
【００８９】
また、上記実施の形態に係る半導体光増幅器モジュールは、波長１．５５μｍ用にその化合物半導体や電極等の材料、サイズ等が設定されている。しかしながら、各材料やサイズ等は、使用する信号光の波長等に応じて適宜設定でき、特に限定はされない。
【００９０】
また、上記各実施形態の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。
【符号の説明】
【００９１】
１００〜４００ 半導体光増幅器モジュール
１０１ 筐体
１０２ 入力光ファイバ
１０２ａ コア部
１０２ｂ クラッド部
１０３ 出力光ファイバ
１１０〜３１０ 入力側受動導波路部
１１０ａ 基板
１１０ｂ、１３０ｃ、４３０ｃ 下部クラッド層
１１０ｃ、１３０ｅ、１３０ｆ、１３０ｈ、４３０ｅ、４３０ｆ、４３０ｈ 上部クラッド層
１１１〜３１１、１２１〜３２１、４４１、４４２ Ｖ溝
１１２〜３１２、１２２、２２２、４４３ 第１受動導波路
１１３〜３１３、１２３、２２３、４４４ 第２受動導波路
３２２、４４５ 受動導波路
１２０〜３２０ 出力側受動導波路部
１３０〜４３０ 半導体装置部
１３０ａ、４３０ａ、５１０ａ 基板
１３０ｂ、４３０ｂ ｎ側電極
１３０ｄ 活性層
１３０ｇ 埋め込み半導体層
１３０ｇａ 下部電流阻止半導体層
１３０ｇｂ 上部電流阻止半導体層
１３０ｉ コンタクト層
１３０ｊ ｐ側電極
１３０ｋ 誘電体保護膜
１３０ｍ コア層
１３１、２３１、３３１、４３１ 半導体光増幅器
１３２〜４３２、１３３、４３３ スポットサイズ変換器
１３４〜４３４、１３５、２３５ 第１半導体光検出器
３３５、４３５ 第２半導体光検出器
１３６〜１３８ 電極パッド
３３１ａ 曲げ導波路部
４３０ｄ コア層
４３６ 半導体受動導波路
４３６ａ 受動曲げ導波路部
４４０ 入出力受動導波路部
５１０ 受動導波路部
５１２ Ｓｉ細線
Ｃap キャップ層
Ｅ１ ＡｕＺｎ膜
Ｅ２ Ｔｉ／Ｐｔ膜
Ｌ１〜Ｌ４ 長さ
Ｍ１〜Ｍ４ マスク
ｒ１〜ｒ３ レジスト
Ｒ１〜Ｒ６ 各領域
ＳＬ１０１ 信号光
ＳＬ１０２、ＳＬ１０４ 分岐光
ＳＬ１０３ 増幅信号光
ＳＬ３０１、ＳＬ４０１ 漏れ光
Ｗ１〜Ｗ３ メサ幅
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光増幅器モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信においては、光ファイバの伝送損失、あるいはＡＷＧ(Arrayed Waveguide Grating)等の光コンポーネントの挿入損失を補償するために、低雑音で高利得な光増幅器が大変重要となる。近年、電流励起型の半導体光増幅器(ＳＯＡ:Semiconductor Optical Amplifier)は、Ｅｒ添加型光ファイバ増幅器(ＥＤＦＡ:Er-Doped Fiber Amplifier)とは異なり、ポンプレーザが不要であり、小型、かつ安価な光増幅器であるため、大変注目されてきている。また、半導体光増幅器は、その小型性のために、シリコン（Ｓｉ）導波路や平面光波回路（ＰＬＣ；Planar Lightwave Circuit)等の石英系光導波路とハイブリッド集積し、導波路損失の補償や光スイッチング等の機能を持たせることができる（たとえば非特許文献１参照）。なお、半導体光増幅器の開発当初は、ＥＤＦＡと比較すると飽和出力、雑音指数（ＮＦ：Noise Figure）の特性において劣っていたが、近年開発が進み、飽和出力、雑音指数の点でＥＤＦＡと遜色ない半導体光増幅器が報告されてきている(たとえば非特許文献２参照)。
【０００３】
このようにサイズ及びコストの点でメリットのある半導体光増幅器を実システムに用いる際には、光入出力強度をモニタするための半導体等からなる光検出器（ＰＤ：Photo Detector）が搭載され、入力部と出力部とが光ファイバに結合されたモジュールに実装する必要がある。図１６は、従来の半導体光増幅器モジュールの模式的な構成図である(たとえば特許文献１参照)。
【０００４】
図１６に示すように、従来の半導体光増幅器モジュール６００は、筐体６０１に挿入され支持された入力光ファイバ６０２、出力光ファイバ６０３と、筐体６０１に収容され、入力光ファイバ６０２と出力光ファイバ６０３との間に順次配置された、ビームスプリッタ６０４、レンズ６０５、チップ状の半導体光増幅器６０６、レンズ６０７、光アイソレータ６０８、およびビームスプリッタ６０９と、ビームスプリッタ６０４に対して所定の位置に配置されたチップ状の半導体光検出器６１０、ビームスプリッタ６０９に対して所定の位置に配置されたチップ状の半導体光検出器６１１とを備えている。また、レンズ６０５、半導体光増幅器６０６、レンズ６０７は基台６１２に支持されている。また、半導体光検出器６１０、６１１は、それぞれ基台６１３、６１４に支持されている。
【０００５】
この半導体光増幅器モジュール６００の動作を説明する。はじめに、ビームスプリッタ６０４は、入力光ファイバ６０２を伝搬してきた信号光ＳＬ６０１の大部分を透過するとともに、その一部を回折することによって、分岐し、分岐光ＳＬ６０２を半導体光検出器６１０に入力させる。半導体光検出器６１０は分岐光ＳＬ６０２を受光し、入力光である信号光ＳＬ６０１の強度をモニタする。
【０００６】
つぎに、レンズ６０７は、ビームスプリッタ６０４を透過した信号光ＳＬ６０１を半導体光増幅器６０６に集光する。半導体光増幅器６０６は信号光ＳＬ６０１を光増幅し、増幅信号光ＳＬ６０３として出力する。さらに、レンズ６０７は、増幅信号光ＳＬ６０３を集光して出力光ファイバ６０３に光学的に結合させる。また、光アイソレータ６０８は、増幅信号光ＳＬ６０３を透過させるとともに、半導体光増幅器６０６への戻り光を除去する。
【０００７】
また、ビームスプリッタ６０９は、増幅信号光ＳＬ６０３の大部分を透過するとともに、その一部を回折することによって、分岐し、分岐光ＳＬ６０４を半導体光検出器６１１に入力させる。半導体光検出器６１１は分岐光ＳＬ６０４を受光し、出力光である増幅信号光ＳＬ６０３の強度をモニタする。そして、出力光ファイバ６０３は結合された増幅信号光ＳＬ６０３を外部に出力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−２９１６５３号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】T. Hashimoto et al., “Multichip Optical Hybrid Integration Technique with Planar Lightwave Circuit Platform”, J. Lightwave Technol., vol. 16, No. 7, pp. 1249-1258, July 1998.
【非特許文献２】K. Morito et al., “A Broad-Band MQW Semiconductor Optical Amplifier With High Saturation Output Power and Low Noise Figure”, IEEE Photonics Technol. Lett., vol. 17, No. 5, pp.974-976, May 2005.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、従来の半導体光増幅器モジュールは、半導体光増幅器や半導体光検出器などの複数の独立した半導体チップから構成されており、これらの間にはレンズが配置され、光経路の調芯が行なわれる。そのため、構成部品の点数が多くなるので、モジュールが大きくなるという問題があった。また、調芯が必要な光経路についても、（１）入力光ファイバ６０２→ビームスプリッタ６０４→レンズ６０５→半導体光増幅器６０６、（２）入力ファイバ６０２→ビームスプリッタ６０４→半導体光検出器６１０、（３）半導体光増幅器６０６→レンズ６０７→光アイソレータ６０８→ビームスプリッタ６０９→出力光ファイバ６０３、（４）半導体光増幅器６０６→レンズ６０６→光アイソレータ６０８→ビームスプリッタ６０９→半導体光検出器６１１と複数あるため、調芯回数も複数回となり、調芯および組み立てに時間を要するため、製造性が低いという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型でありかつ製造性が高い半導体光増幅器モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る半導体光増幅器モジュールは、半導体光増幅器と、前記半導体光増幅器への入力光または該半導体光増幅器からの出力光の一部をモニタするための第１半導体光検出器とを同一基板上に集積した半導体装置部と、前記半導体装置部に接続し、前記半導体光増幅器に対して前記入力光の入力または前記出力光の出力を行なう第１受動導波路と、前記第１受動導波路から分岐し前記入力光または前記出力光の一部を前記第１半導体光検出器に入力させる第２受動導波路とを同一基板上に形成した受動導波路部と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る半導体光増幅器モジュールは、上記の発明において、前記受動導波路部はガラスからなる平面光回路から構成されることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る半導体光増幅器モジュールは、上記の発明において、前記受動導波路部はＳｉ細線から構成されることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る半導体光増幅器モジュールは、上記の発明において、前記受動導波路部はポリマー導波路から構成されることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る半導体光増幅器モジュールは、上記の発明において、前記第２受動導波路の一部は折り返すように曲げられていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る半導体光増幅器モジュールは、上記の発明において、前記第２受動導波路の一部の曲げ半径は１ｃｍ以下であることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る半導体光増幅器モジュールは、上記の発明において、前記半導体光増幅器は曲げ導波路部を有しており、前記半導体装置部は前記曲げ導波路部からの漏れ光をモニタするための第２半導体光検出器を備えることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る半導体光増幅器モジュールは、上記の発明において、前記半導体装置部または前記受動導波路部は前記半導体光増幅器の出力側に設けられた受動曲げ導波路部を備え、前記半導体装置部は前記受動曲げ導波路部からの漏れ光をモニタするための第２半導体光検出器を備えることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係る半導体光増幅器モジュールは、上記の発明において、前記半導体装置部と前記受動導波路部とは、前記半導体光増幅器からの出力光をモニタしながらアクティブアライメント方式によって位置調整し、接続したものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、小型でありかつ製造性が高い半導体光増幅器モジュールを実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、実施の形態１に係る半導体光増幅器モジュールの模式的な構成図である。
【図２】図２は、図１に示す半導体光増幅器モジュールのＡ−Ａ線要部断面図である。
【図３】図３は、図１に示す半導体光増幅器モジュールのＢ−Ｂ線要部断面図である。
【図４】図４は、図１に示す半導体光増幅器モジュールの入力側受動導波路部の受動導波路の模式的な構成図である。
【図５】図５は、図１に示す半導体光増幅器モジュールの出力側受動導波路部の受動導波路の模式的な構成図である。
【図６】図６は、図１に示す半導体光増幅器モジュールの半導体装置部の模式的な構成図である。
【図７】図７は、図６に示す半導体装置部のＣ−Ｃ線要部断面図である。
【図８】図８は、実施の形態２に係る半導体光増幅器モジュールの模式的な構成図である。
【図９】図９は、実施の形態３に係る半導体光増幅器モジュールの模式的な構成図である。
【図１０】図１０は、実施の形態４に係る半導体光増幅器モジュールの模式的な構成図である。
【図１１】図１１は、図１０に示す半導体光増幅器モジュールのＤ−Ｄ線要部断面図である。
【図１２】図１２は、図１に示す半導体光増幅器モジュールの半導体装置部の製造方法の一例の説明図である。
【図１３】図１３は、図１に示す半導体光増幅器モジュールの半導体装置部の製造方法の一例の説明図である。
【図１４】図１４は、図１に示す半導体光増幅器モジュールの半導体装置部の製造方法の一例の説明図である。
【図１５】図１５は、Ｓｉ細線からなる受動導波路部の模式的な断面図である。
【図１６】図１６は、従来の半導体光増幅器モジュールの模式的な構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、図面を参照して本発明に係る半導体光増幅器モジュール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構成要素には適宜同一の符号を付している。また、以下では、実施の形態として、波長１．５５μｍの信号光を光増幅する半導体光増幅器モジュールについて説明する。
【００２４】
（実施の形態１）
はじめに、本発明の実施の形態１に係る半導体光増幅器モジュールについて説明する。図１は、本実施の形態１に係る半導体光増幅器モジュールの模式的な構成図である。図１に示すように、この半導体光増幅器モジュール１００は、筐体１０１に挿入され支持された入力光ファイバ１０２および出力光ファイバ１０３と、筐体１０１に収容された、入力光ファイバ１０２を載置した入力側受動導波路部１１０と、出力光ファイバ１０３を載置した出力側受動導波路部１２０と、入力側受動導波路部１１０と出力側受動導波路部１２０との間に介挿され接続された半導体装置部１３０とを備えている。
【００２５】
入力側受動導波路部１１０は、低損失な石英系ガラス材料からなる光導波路回路であるＰＬＣから構成されている。そして、入力側受動導波路部１１０は、入力光ファイバ１０２を載置するＶ溝１１１と、入力光ファイバ１０２と光学的に接続した第１受動導波路１１２と、第１受動導波路１１２から分岐した第２受動導波路１１３とを備えている。
【００２６】
出力側受動導波路部１２０は、ＰＬＣから構成されており、出力光ファイバ１０３を載置するＶ溝１２１と、出力光ファイバ１０３と光学的に接続した第１受動導波路１２２と、受動導波路１２２から分岐した第２受動導波路１２３とを備えている。
【００２７】
半導体装置部１３０は、入力側受動導波路部１１０の第１受動導波路１１２と出力側受動導波路部１２０の第１受動導波路１２２とにそれぞれ光学的に接続した、受動素子であるスポットサイズ変換器（ＳＳＣ：Spot Size Converter）１３２、１３３と、スポットサイズ変換器１３２、１３３に光学的に接続した、能動素子である半導体光増幅器１３１と、第２受動導波路１１３に光学的に接続した能動素子である第１半導体光検出器１３４と、第２受動導波路１２３に光学的に接続した能動素子である第１半導体光検出器１３５とを備えている。スポットサイズ変換器１３２を介した、半導体光増幅器１３１と第１受動導波路１２２との間の接続損失は、たとえば２ｄＢ程度である。半導体光増幅器１３１と第２受動導波路１２３との間の接続損失も同様である。
【００２８】
つぎに、入力側受動導波路部１１０、出力側受動導波路部１２０について具体的に説明する。図２は、図１に示す半導体光増幅器モジュール１００のＡ−Ａ線要部断面図である。図２に示すように、入力側受動導波路部１１０は、Ａ−Ａ線断面においては、Ｇｅ２Ｏ３を添加したコア層である第１受動導波路１１２が、シリコン（Ｓｉ）等からなる基板１１０ａ上の下部クラッド層１１０ｂ上に形成され、さらに上部クラッド層１１０ｃにより埋め込まれた埋め込みメサ型の導波路構造を有している。第１受動導波路１１２の断面のサイズは７μｍ×７μｍである。また、下部クラッド層１１０ｂと上部クラッド層１１０ｃとの屈折率は同一である。また、下部クラッド層１１０ｂおよび上部クラッド層１１０ｃに対する受動導波路１１２の比屈折率差は０．４５％である。このように断面サイズと比屈折率差が設定されていることにより、第１受動導波路１１２は波長１．５５μｍの光を単一横モードかつ偏波無依存で導波することができる。なお、上記断面のサイズと比屈折率差は例示であり、特に限定はされない。
【００２９】
また、第２受動導波路１１３も、第１受動導波路１１２と同様の断面構造を有している。これらの第１受動導波路１１２、第２受動導波路１１３は、同一の基板１１０ａ上に形成したものである。
【００３０】
また、出力側受動導波路部１２０の第１受動導波路１２２、第２受動導波路１２３も、第１受動導波路１１２と同様の断面構造を有している。これらの第１受動導波路１２２、第２受動導波路１２３も、出力側受動導波路部１２０の同一の基板上に形成したものである。
【００３１】
つぎに、図３は、図１に示す半導体光増幅器モジュール１００のＢ−Ｂ線要部断面図である。図３に示すように、入力光ファイバ１０２は、コア部１０２ａとクラッド部１０２ｂとを有し、波長１．５５μｍの光を単一横モードで伝搬するものである。たとえば波長１．３μｍ近傍に零分散波長を有する標準のシングルモード光ファイバであるが、特に限定はされない。そして、入力光ファイバ１０２は、入力側受動導波路部１１０のＶ溝１１１に載置され、紫外線硬化樹脂等で固定、支持されている。Ｖ溝１１１は、開放された端部と反対側に、溝と略垂直な端面を有し、当該端面と入力光ファイバ１０２の端面とを当接させるとコア部１０２ａと第１受動導波路１１２とが接続するような形状、位置に形成されている。また、出力側受動導波路部１２０に形成されたＶ溝１２１も、波長１．５５μｍの光を単一横モードで伝搬する出力光ファイバ１０３のコア部が第１受動導波路１２２と接続するような形状、位置に形成されている。
【００３２】
つぎに、図４は、図１に示す半導体光増幅器モジュール１００の入力側受動導波路部１１０の第１受動導波路１１２、第２受動導波路１１３の模式的な構成図である。図４に示すように、第１受動導波路１１２は略直線状に形成されており、第２受動導波路１１３は第１受動導波路１１２から分岐している。なお、図４の分岐導波路は、Ｔ字型、Ｙ字型、多モード干渉型、方向性結合型のいずれかでもよい。第２受動導波路１１３の曲げ半径は、たとえば１ｃｍ以下であって、導波する信号光の曲げ損失が問題にならない程度（０．１ｄＢ程度）の大きさであることが好ましい。
【００３３】
つぎに、図５は、図１に示す半導体光増幅器モジュール１００の出力側受動導波路部１２０の第１受動導波路１２２、第２受動導波路１２３の模式的な構成図である。図５に示すように、第１受動導波路１２２は略直線状に形成されており、第２受動導波路１２３は第１受動導波路１２２から分岐し、かつその一部が折り返すように曲げられており、全体的にＵ字状になっているため、紙面横方向に小型化されている。なお、図５の分岐導波路は、Ｔ字型、Ｙ字型、多モード干渉型、方向性結合型のいずれかでもよい。第２受動導波路１２３の曲げ半径も、たとえば１ｃｍ以下であって、導波する信号光の曲げ損失が問題にならない程度（０．１ｄＢ程度）の大きさであることが好ましい。
【００３４】
つぎに、半導体装置部１３０について具体的に説明する。図６は、図１に示す半導体光増幅器モジュール１００の半導体装置部１３０の模式的な構成図である。半導体光増幅器１３１、スポットサイズ変換器１３２、１３３、第１半導体光検出器１３４、１３５は、いずれも埋め込みメサ型の導波路構造を有している。また、図６に示すように、能動素子である半導体光増幅器１３１、第１半導体光検出器１３４、１３５上には、それぞれ電極パッド１３６、１３７、１３８が形成されている。また、半導体光増幅器１３１は光が伝搬する方向に長さＬ１を有し、メサ幅（コア幅）Ｗ１を有している。また、スポットサイズ変換器１３２、１３３は、いずれも長さＬ２を有しており、半導体光増幅器１３１に接続される側ではメサ幅Ｗ１を有し、第１受動導波路１１２または第１受動導波路１２２に接続される側に向かってメサ幅Ｗ２まで幅が拡大している。また、第１半導体光検出器１３４、１３５は、いずれも長さＬ３、メサ幅Ｗ３を有している。また、半導体光増幅器１３１の中心軸と第１半導体光検出器１３４、１３５とは、長さＬ４だけ離間している。
【００３５】
長さＬ１は２３００μｍであり、長さＬ２は５００μｍであり、長さＬ３は１０００μｍであり、長さＬ４は１０００μｍであり、メサ幅Ｗ１は２μｍであり、メサ幅Ｗ２は１０μｍであり、メサ幅Ｗ３は２０〜３０μｍである。これらの長さとメサ幅の値は例示であり、特に限定はされない。
【００３６】
なお、本実施の形態１では、スポットサイズ変換器１３２は、半導体光増幅器１３１側においてメサ幅Ｗ１が狭く、第１受動導波路１１２においてメサ幅Ｗ２が広くなっている形状を有する。しかしながら、スポットサイズ変換器の形状はこれに限られず、半導体光増幅器１３１側においてメサ幅が広く、第１受動導波路１１２においてメサ幅が狭くなっている形状のスポットサイズ変換器を用いてもよい。スポットサイズ変換器１３３についても同様である。
【００３７】
つぎに、図７は、図６に示す半導体装置部１３０のＣ−Ｃ線要部断面図である。図６に示すように、半導体光増幅器１３１は、裏面にｎ側電極１３０ｂを形成したｎ型のＩｎＰからなる基板１３０ａ上に、バッファ層としての役割も果たしているｎ型のＩｎＰからなる下部クラッド層１３０ｃと、コア層としての活性層１３０ｄと、ｐ型のＩｎＰからなる上部クラッド層１３０ｅ、１３０ｆとが積層した構造を有している。基板１３０ａの一部から上部クラッド層１３０ｆまではメサ構造となっており、その両側はｐ型のＩｎＰからなる下部電流阻止半導体層１３０ｇａとｎ型のＩｎＰからなる上部電流阻止半導体層１３０ｇｂとからなる埋め込み半導体層１３０ｇによって埋め込まれている。また、上部クラッド層１３０ｆと埋め込み半導体層１３０ｇとの上にはｐ型のＩｎＰからなる上部クラッド層１３０ｈ、ｐ型のＩｎＧａＡｓＰからなるコンタクト層１３０ｉが積層している。また、コンタクト層１３０ｉ上には、活性層１３０ｄ全体を覆うようにｐ側電極１３０ｊが形成され、またはＳｉＮ膜からなる誘電体保護膜１３０ｋで保護されている。さらに、誘電体保護膜１３０ｋに形成された開口部においてｐ側電極１３０ｊに接触するように、電極パッド１３６が形成されている。
【００３８】
活性層１３０ｄは、バンドギャップ波長が１．４８μｍのＩｎＧａＡｓＰ材料からなり、多重量子井戸（ＭＱＷ：Multi Quantum Well）構造の上下に３段階の分離閉じ込めヘテロ構造（ＳＣＨ：Separate Confinement Heterostructure）を形成したＭＱＷ−ＳＣＨ構造を有する。なお、ＭＱＷは例えば、６層の６ｎｍの井戸層と、５層の１０ｎｍの障壁層とが順次積層された構造を有する。
【００３９】
なお、第１半導体光検出器１３４、１３５は、半導体光増幅器１３１と同様の断面構造を有している。また、スポットサイズ変換器１３２、１３３の断面構造は、図７に示す断面構造において、活性層１３０ｄをバンドギャップ波長が１．１５μｍのＩｎＧａＡｓＰ材料からなるコア層に置き換え、かつｐ側電極１３０ｊ、電極パッド１３６を削除した構造を有している。また、スポットサイズ変換器１３２、１３３においては、下部クラッド層１３０ｃのうちコア層に隣接する部分および上部クラッド層１３０ｅ、１３０ｆがノンドープのＩｎＰからなる。
【００４０】
また、半導体装置部１３０が備えるこれらの半導体光増幅器１３１、スポットサイズ変換器１３２、１３３、第１半導体光検出器１３４、１３５は、同一の基板１３０ａ上に集積されたものである。
【００４１】
（動作）
つぎに、図１を参照して、半導体光増幅器モジュール１００の動作について説明する。はじめに、電極および電極パッドを介して、半導体光増幅器１３１に順方向バイアス電圧にて駆動電流を注入し、第１半導体光検出器１３４、１３５に逆方向バイアス電圧を印加した状態で、入力光ファイバ１０２から第１受動導波路１１２に、増幅させるべき信号光ＳＬ１０１を入力させる。
【００４２】
つぎに、第１受動導波路１１２は、入力された信号光ＳＬ１０１の大部分を導波し、スポットサイズ変換器１３２に出力する。これとともに、第２受動導波路１１３は、信号光ＳＬ１０１の一部が分岐した分岐光ＳＬ１０２を導波し、第１半導体光検出器１３４に入力させる。第１半導体光検出器１３４は、分岐光ＳＬ１０２を受光し、その強度をモニタすることによって、入力光である信号光ＳＬ１０１の強度をモニタする。
【００４３】
つぎに、スポットサイズ変換器１３２は、入力された信号光ＳＬ１０１のスポットサイズを縮小するように変換し、半導体光増幅器１３１に入力させる。半導体光増幅器１３１は、入力された信号光ＳＬ１０１を光増幅し、増幅信号光ＳＬ１０３としてスポットサイズ変換器１３３に出力する。スポットサイズ変換器１３３は、入力された増幅信号光ＳＬ１０３のスポットサイズを拡大するように変換し、第１受動導波路１２２に出力する。
【００４４】
つぎに、第１受動導波路１２２は、入力された増幅信号光ＳＬ１０３の大部分を導波し、出力光ファイバ１０３に出力する。そして、出力光ファイバ１０３は入力された増幅信号光ＳＬ１０３を外部に出力する。これとともに、第２受動導波路１２３は、増幅信号光ＳＬ１０３の一部が分岐した分岐光ＳＬ１０４を導波し、第１半導体光検出器１３５に入力させる。第１半導体光検出器１３５は、分岐光ＳＬ１０４を受光し、その強度をモニタすることによって、出力光である増幅信号光ＳＬ１０３の強度をモニタする。
【００４５】
このように、この半導体光増幅器モジュール１００においては、入力光ファイバ１０２と半導体光増幅器１３１とを、および、入力光ファイバ１０２と第１半導体光検出器１３４とを、入力側受動導波路部１１０の同一基板上に形成した第１受動導波路１１２、第２受動導波路１１３によって光学的に接続し、信号光ＳＬ１０１および分岐光ＳＬ１０２の入力を行なっている。また、出力光ファイバ１０３と半導体光増幅器１３１とを、および、出力光ファイバ１０３と第１半導体光検出器１３５とを、出力側受動導波路部１２０の同一基板上に形成した第１受動導波路１２２、第２受動導波路１２３によって光学的に接続し、増幅信号光ＳＬ１０３の出力および分岐光ＳＬ１０４の入力を行なっている。これによって、この半導体光増幅器モジュール１００は、従来の半導体光増幅器モジュールのようにビームスプリッタとレンズとを用いて空間的にこれらの各要素を接続する場合に比べて、使用する部品点数が減少するので、小型化する。さらに、光経路の調芯についても、入力側受動導波路部１１０と半導体装置部１３０との位置、および出力側受動導波路部１２０と半導体装置部１３０との位置を調整するだけでよいので、調芯の回数、煩雑さ、調芯に要する時間が大幅に減少し、製造性がきわめて高いものとなる。
【００４６】
（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２に係る半導体光増幅器モジュールについて説明する。図８は、本実施の形態２に係る半導体光増幅器モジュールの模式的な構成図である。図８に示すように、この半導体光増幅器モジュール２００は、入力光ファイバ１０２を載置する入力側受動導波路部２１０と、出力光ファイバ１０３を載置する出力側受動導波路部２２０と、上方から見た場合に長方形の一部を切り欠いて逆Ｔ字型とした形状を有する半導体装置部２３０とを備えている。入力側受動導波路部２１０と出力側受動導波路部２２０とは、半導体装置部２３０の切り欠き部に嵌合するように接合され、接続されている。なお、入力光ファイバ１０２、出力光ファイバ１０３は、入力側受動導波路部２１０、出力側受動導波路部２２０、半導体装置部２３０を収容する不図示の筐体に挿入、支持されている。
【００４７】
入力側受動導波路部２１０は、実施の形態１の入力側受動導波路部１１０と同様に、同一基板上に形成されたＰＬＣから構成されており、入力光ファイバ１０２を載置するＶ溝２１１と、入力光ファイバ１０２と光学的に接続した第１受動導波路２１２と、第１受動導波路２１２から分岐した第２受動導波路２１３とを備えている。ただし、第２受動導波路２１３は、実施の形態１の第２受動導波路１１３とは異なり、分岐した後に半導体装置部２３０の逆Ｔ字型の底部に向かって延伸している。
【００４８】
出力側受動導波路部２２０も、実施の形態１の出力側受動導波路部１２０と同様に、同一基板上に形成されたＰＬＣから構成されており、出力光ファイバ１０３を載置するＶ溝２２１と、出力光ファイバ１０３と光学的に接続した第１受動導波路２２２と、第１受動導波路２２２から分岐した第２受動導波路２２３とを備えている。ただし、第２受動導波路２２３は、実施の形態１の第２受動導波路１２３とは異なり、第２受動導波路２１３と同様に分岐した後に半導体装置部２３０の逆Ｔ字型の底部に向かって延伸している。
【００４９】
半導体装置部２３０は、実施の形態１の半導体装置部１３０と同様に、同一基板上に集積された、入力側受動導波路部２１０の第１受動導波路２１２と出力側受動導波路部２２０の第１受動導波路２２２とにそれぞれ光学的に接続したスポットサイズ変換器２３２、２３３と、スポットサイズ変換器２３２、２３３に光学的に接続した半導体光増幅器２３１と、逆Ｔ字型の底部に配置され、第２受動導波路２１３に光学的に接続した第１半導体光検出器２３４と、逆Ｔ字型の底部に配置され、第２受動導波路２２３に光学的に接続した第１半導体光検出器２３５とを備えている。
【００５０】
なお、第１受動導波路２１２、２２２、第２受動導波路２１３、２２３、および半導体光増幅器２３１、スポットサイズ変換器２３２、２３３、第１半導体光検出器２３４、２３５の材質、断面構造、およびその幅や長さは、実施の形態１の対応する構成要素と同様である。
【００５１】
この半導体光増幅器モジュール２００は、実施の形態１に係る半導体光増幅器モジュール１００と同様に、従来の半導体光増幅器モジュールよりも使用する部品点数が減少し、小型化する。さらに、光経路の調芯については、入力側受動導波路部２１０と出力側受動導波路部２２０とを、半導体装置部２３０の切り欠き部に嵌合させた後に、微調整を行うだけでよいので、調芯の回数、煩雑さ、調芯に要する時間がさらに大幅に減少し、製造性がさらに高いものとなる。
【００５２】
（実施の形態３）
つぎに、本発明の実施の形態３に係る半導体光増幅器モジュールについて説明する。図９は、本実施の形態３に係る半導体光増幅器モジュールの模式的な構成図である。図９に示すように、この半導体光増幅器モジュール３００は、入力光ファイバ１０２を載置する入力側受動導波路部３１０と、出力光ファイバ１０３を載置する出力側受動導波路部３２０と、入力側受動導波路部３１０と出力側受動導波路部３２０との間に介挿され接続された半導体装置部３３０とを備えている。なお、入力光ファイバ１０２、出力光ファイバ１０３は、入力側受動導波路部３１０、出力側受動導波路部３２０、半導体装置部３３０を収容する不図示の筐体に挿入、支持されている。
【００５３】
入力側受動導波路部３１０は、実施の形態１の入力側受動導波路部１１０と同様に、同一基板上に形成されたＰＬＣから構成されており、入力光ファイバ１０２を載置するＶ溝３１１と、入力光ファイバ１０２と光学的に接続した第１受動導波路３１２と、第１受動導波路３１２から分岐した第２受動導波路３１３とを備えている。
【００５４】
一方、出力側受動導波路部３２０は、実施の形態１の出力側受動導波路部１２０と同様に、同一基板上に形成されたＰＬＣから構成されており、出力光ファイバ１０３を載置するＶ溝３２１と、出力光ファイバ１０３と光学的に接続した受動導波路３２２とを備えている。ただし、受動導波路３２２から分岐する受動導波路は形成されていない。
【００５５】
半導体装置部３３０は、実施の形態１の半導体装置部１３０と同様に、同一基板上に集積された、入力側受動導波路部３１０の第１受動導波路３１２と出力側受動導波路部３２０の受動導波路３２２とにそれぞれ光学的に接続したスポットサイズ変換器３３２、３３３と、スポットサイズ変換器３３２、３３３に光学的に接続した半導体光増幅器３３１と、第２受動導波路３１３に光学的に接続した第１半導体光検出器３３４と、第２半導体光検出器３３５とを備えている。
【００５６】
なお、第１受動導波路３１２、第２受動導波路３１３、受動導波路３２２、および半導体光増幅器３３１、スポットサイズ変換器３３２、３３３、第１半導体光検出器３３４、第２半導体光検出器３３５の材質、断面構造、およびその幅や長さは、実施の形態１の対応する構成要素と同様とできる。
【００５７】
ここで、半導体光増幅器３３１は、その一部に曲げ導波路部３３１ａを有している。そして、第２半導体光検出器３３５は、曲げ導波路部３３１ａから漏洩する漏れ光ＳＬ３０１を受光してモニタするように、曲げ導波路部３３１ａの近傍に配置されている。この半導体光増幅器モジュール３００においては、この漏れ光ＳＬ３０１によって、半導体光増幅器３３１が出力する増幅信号光の強度をモニタするため、出力側受動導波路部３２０において受動導波路３２２から分岐する受動導波路が不要となるので、出力側受動導波路部３２０の導波路構造を簡易なものとできる。
【００５８】
また、この半導体光増幅器モジュール３００も、実施の形態１に係る半導体光増幅器モジュール１００と同様に、従来の半導体光増幅器モジュールよりも使用する部品点数が減少して小型化するとともに、調芯の回数、煩雑さ、調芯に要する時間が大幅に減少し、製造性が高いものとなる。
【００５９】
なお、半導体光増幅器３３１の曲げ導波路部３３１ａの曲げの角度は、半導体光増幅器３３１の直線部分に対して６〜８度程度、好ましくは７度であれば、曲げ損失が十分に小さく、かつ漏れ光の強度が光強度のモニタに十分な程度となり好ましい。なお、曲げの角度は、半導体光増幅器３３１の活性層（コア層）と埋め込み半導体層との屈折率差に応じて適宜変更してもよい。
【００６０】
（実施の形態４）
つぎに、本発明の実施の形態４に係る半導体光増幅器モジュールについて説明する。図１０は、本実施の形態４に係る半導体光増幅器モジュールの模式的な構成図である。図１０に示すように、この半導体光増幅器モジュール４００は、入力光ファイバ１０２および出力光ファイバ１０３を載置した入出力受動導波路部４４０と、入出力受動導波路部４４０に接続された半導体装置部４３０とを備えている。なお、入力光ファイバ１０２、出力光ファイバ１０３は、入出力受動導波路部４４０、半導体装置部４３０を収容する不図示の筐体に挿入、支持されている。
【００６１】
入出力受動導波路部４４０は、実施の形態１の入力側受動導波路部１１０と同様に、同一基板上に形成されたＰＬＣから構成されており、入力光ファイバ１０２を載置するＶ溝４４１と、出力光ファイバ１０３を載置するＶ溝４４２と、入力光ファイバ１０２と光学的に接続した第１受動導波路４４３と、第１受動導波路４４３から分岐した第２受動導波路４４４と、出力光ファイバ１０３と光学的に接続した受動導波路４４５とを備えている。
【００６２】
半導体装置部４３０は、実施の形態１の半導体装置部１３０と同様に、同一基板上に集積された、入出力受動導波路部４４０の第１受動導波路４４３と受動導波路４４５とにそれぞれ光学的に接続したスポットサイズ変換器４３２、４３３と、スポットサイズ変換器４３２に光学的に接続した半導体光増幅器４３１と、半導体光増幅器４３１の出力側に設けられ、半導体光増幅器４３１とスポットサイズ変換器４３３とに光学的に接続した半導体受動導波路４３６と、受動導波路４４３に光学的に接続した第１半導体光検出器４３４と、第２半導体光検出器４３５とを備えている。
【００６３】
なお、第１受動導波路４４３、第２受動導波路４４４、受動導波路４４５、および半導体光増幅器４３１、スポットサイズ変換器４３２、４３３、第１半導体光検出器４３４、第２半導体光検出器４３５の材質、断面構造、およびその幅や長さは、実施の形態１の対応する構成要素と同様とできる。
【００６４】
また、半導体受動導波路４３６は、受動曲げ導波路部４３６ａを有しており、半導体光増幅器４３１と合わせて全体的にＵ字型の形状を有している。また、半導体受動導波路４３６は、ハイメサ型の導波路構造を有している。
【００６５】
図１１は、図１０に示す半導体光増幅器モジュール４００のＤ−Ｄ線要部断面図である。図１１に示すように、半導体受動導波路４３６は、裏面にｎ側電極４３０ｂを形成したｎ型のＩｎＰからなる基板４３０ａ上に、バッファ層としての役割も果たしているｎ型のＩｎＰからなる下部クラッド層４３０ｃと、バンドギャップ波長が１．１５μｍのＩｎＧａＡｓＰ材料からなるコア層４３０ｄと、ノンドープの上部クラッド層４３０ｅ、４３０ｆと、ｐ型のＩｎＰからなる上部クラッド層４３０ｈとが積層した断面構造を有しており、かつ下部クラッド層４３０ｃから上部クラッド層４３０ｈまでが曲げに強いハイメサ構造となっている。なお、下部クラッド層４３０ｃの厚さはたとえば０．５μｍであり、コア層４３０ｄの幅（メサ幅）はたとえば２．０μｍ、厚さはたとえば０．３μｍであり、上部クラッド層４３０ｅ〜１３０ｈの総厚さはたとえば２．５μｍである。また、受動曲げ導波路部４３６ａの曲げ半径は、たとえば１．０ｃｍ以下であって導波する信号光の曲げ損失が問題にならない程度の大きさであることが好ましい。
【００６６】
このように、この半導体光増幅器モジュール４００においては、半導体光増幅器４３１の出力側に、受動曲げ導波路部４３６ａを有する半導体受動導波路４３６を設けている。そして、半導体光検出器４３５は、受動曲げ導波路部４３６ａから漏洩する漏れ光ＳＬ４０１を受光してモニタするように、受動曲げ導波路部４３６ａの近傍に配置されている。この半導体光増幅器モジュール４００においては、この漏れ光ＳＬ４０１によって、半導体光増幅器４３１が出力する増幅信号光の強度をモニタするため、入出力受動導波路部４４０において受動導波路４４５から分岐する受動導波路が不要となるので、入出力受動導波路部４４０の導波路構造を簡易なものとできる。
【００６７】
また、この半導体光増幅器モジュール４００は、入力光ファイバ１０２および出力光ファイバ１０３と光学的に接続する第１受動導波路４４３、第２受動導波路４４４、受動導波路４４５を一つの入出力受動導波路部４４０に集積させるとともに、半導体装置部４３０において半導体受動導波路４３６によって光経路を折り返すように曲げている。その結果、半導体光増幅器モジュール４００は、従来の半導体光増幅器モジュールよりも使用する部品点数が減少する効果と合わせて、きわめて小型のものとなる。
【００６８】
また、この半導体光増幅器モジュール４００は、光経路の調芯についても、入出力受動導波路部４４０と半導体装置部４３０との位置を調整するだけでよいので、調芯の回数、煩雑さ、調芯に要する時間がさらに大幅に減少し、製造性がさらに高いものとなる。
【００６９】
なお、この実施の形態４に係る半導体光増幅器モジュール４００では、半導体装置部４３０に受動曲げ導波路部４３６ａを有する半導体受動導波路４３６を設けている。しかしながら、受動曲げ導波路部を有する受動導波路は、半導体光増幅器の出力側に設けられていれば、その位置は半導体装置部に限定されず、たとえば出力側の受動導波路部に設けてもよい。
【００７０】
（製造方法）
つぎに、本発明に係る半導体光増幅器モジュールの製造方法を、図１に示した実施の形態１に係る半導体光増幅器モジュール１００を製造する場合を例にして説明する。はじめに、入力側受動導波路部１１０の製造方法の一例について図２を用いて説明する。はじめに、光ファイバ製造技術の応用である火炎直接堆積(ＦＨＤ:Flame Hydrolysis Deposition)法により、ＰＬＣ作製用の基板１１０ａ（例えばシリコン基板）上に、下部クラッド層１１０ｂおよびコア層（受動導波路１１２、１１３）となるガラス粒子を堆積し、その後加熱してガラス微粒子を溶融透明化する。その後、半導体集積回路製造技術であるフォトリソグラフィと反応性イオンエッチング(ＲＩＥ:Reactive Ion Etching)で、受動導波路１１２、１１３に対応する光導波路パターンを形成し、再びＦＨＤ法により上部クラッド層１１０ｃを形成する。その後、Ｖ溝１１１を形成し、入力側受動導波路部１１０を製造する。なお、出力側受動導波路部１２０も同様に製造できる。また、入力側受動導波路部１１０と出力側受動導波路部１２０とを同一の基板上に形成し、入力側受動導波路部１１０と出力側受動導波路部１２０との間に半導体装置部１３０を嵌合するスペースを設けてもよい。また、図１０に記載の入出力受動導波路部４４０を製造する場合も、上記と同様の方法によって各受動導波路を同一基板上に形成することができる。
【００７１】
つぎに、半導体装置部１３０の製造方法について説明する。図１２〜図１４は、図１に示す半導体光増幅器モジュール１００の半導体装置部１３０の製造方法の一例の説明図である。
【００７２】
まず、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）結晶成長装置を用い、成長温度６００度において以下のような結晶成長を行なう。すなわち、図１２（ａ）に示すように、ｎ型のＩｎＰからなる基板１３０ａ上に、ｎ型のＩｎＰからなる下部クラッド層１３０ｃ、活性層１３０ｄ、ｐ型のＩｎＰからなる上部クラッド層１３０ｅ、１３０ｆを順次結晶成長する。
【００７３】
図１２（ｂ）、（ｃ）を用いてつぎの工程について説明する。図１２（ｂ）は、半導体装置部１３０において、半導体光増幅器１３１、スポットサイズ変換器１３２、１３３のそれぞれを形成すべき領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を横断する断面を示している。また、図１２（ｃ）は、半導体装置部１３０において、第１半導体光検出器１３４、１３５を形成すべき領域Ｒ４、Ｒ５、および第１半導体光検出器１３４、１３５の間の領域Ｒ６を横断する断面を示している。
【００７４】
まず、ＳｉＮからなるマスクＭ１、Ｍ２、Ｍ３で能動素子である半導体光増幅器１３１、および第１半導体光検出器１３４、１３５を形成すべき領域Ｒ１、Ｒ４、Ｒ５のみを覆い、それ以外の領域Ｒ２、Ｒ３、Ｒ６を含む受動領域において、ＩＣＰ（Inductive Coupled Plasma：誘導結合プラズマ)−ＲＩＥ装置により、上部クラッド層１３０ｅ、１３０ｆと、活性層１３０ｄと、下部クラッド層１３０ｃの０．３μｍの深さまでをエッチング除去する。そして、エッチング除去した領域に、バットジョイント成長により、ノンドープのＩｎＰからなる下部クラッド層１３０ｃの部分と、バンドギャップ波長が１．１５μｍのＩｎＧａＡｓＰ材料からなるコア層１３０ｍと、ノンドープのＩｎＰからなる上部クラッド層１３０ｅ、１３０ｆとを形成する。エッチング後にはマスクＭ１、Ｍ２、Ｍ３をＢＨＦ(バッファードフッ酸)により除去する。
【００７５】
つづいて、図１３は、図７に対応する断面を示している。まず、図１３（ａ）は、図１２の工程を行った後の状態を示している。つぎに、図１３（ｂ）、（ｃ）に示すように、各領域Ｒ１〜Ｒ５において上部クラッド層１３０ｆ上の全面にＳｉＮ膜からなるマスクＭ４を形成し、このマスクＭ４を、図６に示す半導体光増幅器１３１、スポットサイズ変換器１３２、１３３、第１半導体光検出器１３４、１３５のメサ構造を形成するための形状にエッチングする。そして、図１３（ｄ）に示すように、マスクＭ４を形成した以外の領域の上部クラッド層１３０ｅ、１３０ｆ、活性層１３０ｄ（またはコア層１３０ｍ）、下部クラッド層１３０ｃを、塩素系またはメタン水素系のガスを用いたドライエッチングによって除去する。つづいて、図１３（ｅ）に示すように、ウェットエッチングを用いて、さらに上部クラッド層１３０ｆから基板１３０ａの一部に到る深さまでをエッチングし、図７に示す導波路構造のメサ構造を形成する。この工程において各領域Ｒ１〜Ｒ５におけるメサ形状が形成される。
【００７６】
つぎに、図１３（ｆ）に示すように、下部電流阻止半導体層１３０ｇａと上部電流阻止半導体層１３０ｇｂとを順次形成して埋め込み半導体層１３０ｇを形成し、各領域Ｒ１〜Ｒ５におけるメサ構造をはじめとした全領域を埋め込む。その後、ＢＨＦにより、マスクＭ４を除去する。つぎに、図１３（ｇ）に示すように、全領域において上部クラッド層１３０ｈ、コンタクト層１３０ｉを形成し、さらに必要に応じて保護層であるキャップ層Ｃapを形成する。キャップ層Ｃapはその後、図１３（ｈ）に示すように除去される。
【００７７】
つぎに、半導体光増幅器１３１の構造を形成する工程を説明する。なお、半導体光検出器１３４、１３５も同様の工程で形成することができる。まず、図１４（ａ）に示すように、図１３（ｈ）で形成した構造上にフォトリソグラフィにより、ｐ側電極１３０ｊに対応する部分をパターニングしたレジストｒ１を形成し、その上にＡｕＺｎ膜Ｅ１を蒸着する。つぎに、図１４（ｂ）に示すように、レジストｒ１を除去し、リフトオフしてｐ側電極１３０ｊを形成する。その後、図１４（ｃ）に示すように、ＳｉＮ膜からなる誘電体保護膜１３０ｋを成膜する。なお、誘電体保護膜１３０ｋの成膜は全領域に対して行なう。つぎに、図１４（ｄ）に示すように、誘電体保護膜１３０ｋ上に、フォトリソグラフィにより、電極パッド１３６をｐ側電極１３０ｊに接触させるための部分をパターニングしたレジストｒ２を形成する。
【００７８】
つぎに、図１４（ｅ）に示すように、ＣＦ４ガスを用いたＲＩＥにより、レジストＲ２をパターニングした部分の誘電体保護膜１３０ｋをエッチングし、その後レジストｒ２を除去する。さらに、図１４（ｆ）に示すように、誘電体保護膜１３０ｋ上に、フォトリソグラフィにより、電極パッド１３６に対応する部分をパターニングしたレジストｒ３を形成し、その上にＴｉ／Ｐｔ膜Ｅ２を蒸着する。その後、図１４（ｇ）に示すように、レジストｒ３を除去し、リフトオフして電極パッド１３６を形成する。
【００７９】
最後に、基板１３０ａの裏面全面を研磨し、研磨した裏面にＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ膜を蒸着してｎ側電極１３０ｂを形成した後、オーミックコンタクトをとるために４３０℃で焼結（シンタ）する。その後、半導体装置部１３０の形状にへき開し、端面の反射を抑えるために、スポットサイズ変換器１３２、１３３および半導体光検出器１３４、１３５が形成されている両端面にＡＲ（Anti-Reflection）コートを施して半導体装置部１３０が完成する。
【００８０】
つづいて、半導体装置部１３０の両端に、別途作製しておいた入力側受動導波路部１１０と出力側受動導波路部１２０とを隣接させて、アクティブアライメント方式またパッシブアライメント方式によって調芯を行う。その後に半導体装置部１３０と入力側受動導波路部１１０と出力側受動導波路部１２０とを接合紫外線硬化型樹脂等で接合固定し、ハイブリッド集積する。さらに、接合した半導体装置部１３０、入力側受動導波路部１１０および出力側受動導波路部１２０を筐体１０１に収容し、必要な電気的配線を行なうとともに、Ｖ溝１１１、１２１にそれぞれ入力光ファイバ１０２、出力光ファイバ１０３を載置、固定し、筐体１０１を封止して半導体光増幅器モジュール１００が完成する。
【００８１】
なお、入力側受動導波路部１１０と出力側受動導波路部１２０とを同一の基板上に形成した場合は、入力側受動導波路部１１０と出力側受動導波路部１２０との間に半導体装置部１３０を嵌合し、アクティブアライメント方式またパッシブアライメント方式によって調芯を行い、その後に半導体装置部１３０を紫外線硬化型樹脂等で接合固定する。
【００８２】
以上の調芯工程においては、入力側受動導波路部１１０と半導体装置部１３０との位置、および出力側受動導波路部１２０と半導体装置部１３０との位置を調整するだけでよいので、調芯の回数、煩雑さ、調芯に要する時間が大幅に減少し、製造性がきわめて高いものとなる。
【００８３】
なお、パッシブアライメント方式による調芯は、たとえば非特許文献１に記載されているものである。パッシブアライメント方式を用いる場合は、入力側受動導波路部１１０、出力側受動導波路部１２０、半導体装置部１３０にアライメントマークを形成しておき、このアライメントマークを用いて調芯を行なうため、より簡易な調芯が実現できる。
【００８４】
また、アクティブアライメント方式による調芯は、実際に入力光ファイバ１０２からテスト光を入力させ、半導体光増幅器１３１を動作させてテスト光を増幅し、半導体光増幅器１３１から出力される、増幅されたテスト光の光強度を、出力光ファイバ１０３の出力端側でモニタしながら位置調整をし、調芯を行なうものである。アクティブアライメント方式を用いる場合は、短時間で容易な調芯を実現しつつ、より接続損失が低い精密な調芯が可能である。
【００８５】
なお、実施の形態４に係る半導体光増幅器モジュール４００における半導体受動導波路４３６のようなハイメサ型の導波路を形成する場合は、上記の製造方法において、電極構造の形成前または形成後に、ＳｉＮからなるマスクを用い、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置によるドライエッチングによって、ハイメサ構造を形成すればよい。
【００８６】
また、上記実施の形態に係る半導体光増幅器モジュールにおいて、受動導波路部における分岐導波路の形状または構造は、上記したものに限られず、様々な形状または構造のものを採用できる。また、分岐導波路はマッハツェンダ型導波路や、多モード干渉型（Multi Mode Interference：ＭＭＩ）導波路により実現してもよい。
【００８７】
また、上記実施の形態に係る半導体光増幅器モジュールにおいて、受動導波路部の材質、構造は特に限定されず、たとえばＳｉ細線から構成されるものでもよい。図１５は、Ｓｉ細線からなる受動導波路部の模式的な断面図である。この受動導波路部５１０は、Ｓｉからなる基板５１０ａ上に、リッジ型の導波路であるＳｉ細線５１２が形成されたものである。Ｓｉ細線５１２の断面のサイズはたとえば０．５μｍ×０．５μｍまたはそれ以下である。また、Ｓｉ細線５１２は、その周囲を囲みクラッドとして機能する空気との屈折率差が大きいため、曲げ半径を数〜１０μｍとしても曲げ損失は問題にならない程度に小さい。したがって、Ｓｉ細線５１２は、曲げ損失の影響なく小さい面積に集積することができるので、半導体光増幅器モジュールのさらなる小型化に適するものとなる。
【００８８】
また、上記実施の形態に係る半導体光増幅器モジュールにおいて、受動導波路部は、ＵＶエポキシ樹脂、フッ素化ポリイミド等の光学ポリマーからなるポリマー導波路から構成されるものでもよい。このポリマー導波路の構造は、たとえば図２に示す埋め込みメサ型や、図１５に示すリッジ型等、特に限定されない。
【００８９】
また、上記実施の形態に係る半導体光増幅器モジュールは、波長１．５５μｍ用にその化合物半導体や電極等の材料、サイズ等が設定されている。しかしながら、各材料やサイズ等は、使用する信号光の波長等に応じて適宜設定でき、特に限定はされない。
【００９０】
また、上記各実施形態の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。
【符号の説明】
【００９１】
１００〜４００ 半導体光増幅器モジュール
１０１ 筐体
１０２ 入力光ファイバ
１０２ａ コア部
１０２ｂ クラッド部
１０３ 出力光ファイバ
１１０〜３１０ 入力側受動導波路部
１１０ａ 基板
１１０ｂ、１３０ｃ、４３０ｃ 下部クラッド層
１１０ｃ、１３０ｅ、１３０ｆ、１３０ｈ、４３０ｅ、４３０ｆ、４３０ｈ 上部クラッド層
１１１〜３１１、１２１〜３２１、４４１、４４２ Ｖ溝
１１２〜３１２、１２２、２２２、４４３ 第１受動導波路
１１３〜３１３、１２３、２２３、４４４ 第２受動導波路
３２２、４４５ 受動導波路
１２０〜３２０ 出力側受動導波路部
１３０〜４３０ 半導体装置部
１３０ａ、４３０ａ、５１０ａ 基板
１３０ｂ、４３０ｂ ｎ側電極
１３０ｄ 活性層
１３０ｇ 埋め込み半導体層
１３０ｇａ 下部電流阻止半導体層
１３０ｇｂ 上部電流阻止半導体層
１３０ｉ コンタクト層
１３０ｊ ｐ側電極
１３０ｋ 誘電体保護膜
１３０ｍ コア層
１３１、２３１、３３１、４３１ 半導体光増幅器
１３２〜４３２、１３３、４３３ スポットサイズ変換器
１３４〜４３４、１３５、２３５ 第１半導体光検出器
３３５、４３５ 第２半導体光検出器
１３６〜１３８ 電極パッド
３３１ａ 曲げ導波路部
４３０ｄ コア層
４３６ 半導体受動導波路
４３６ａ 受動曲げ導波路部
４４０ 入出力受動導波路部
５１０ 受動導波路部
５１２ Ｓｉ細線
Ｃap キャップ層
Ｅ１ ＡｕＺｎ膜
Ｅ２ Ｔｉ／Ｐｔ膜
Ｌ１〜Ｌ４ 長さ
Ｍ１〜Ｍ４ マスク
ｒ１〜ｒ３ レジスト
Ｒ１〜Ｒ６ 各領域
ＳＬ１０１ 信号光
ＳＬ１０２、ＳＬ１０４ 分岐光
ＳＬ１０３ 増幅信号光
ＳＬ３０１、ＳＬ４０１ 漏れ光
Ｗ１〜Ｗ３ メサ幅
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体光増幅器と、前記半導体光増幅器への入力光または該半導体光増幅器からの出力光の一部をモニタするための第１半導体光検出器とを同一基板上に集積した半導体装置部と、
前記半導体装置部に接続し、前記半導体光増幅器に対して前記入力光の入力または前記出力光の出力を行なう第１受動導波路と、前記第１受動導波路から分岐し前記入力光または前記出力光の一部を前記第１半導体光検出器に入力させる第２受動導波路とを同一基板上に形成した受動導波路部と、
を備えることを特徴とする半導体光増幅器モジュール。
【請求項２】
前記受動導波路部はガラスからなる平面光回路から構成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体光増幅器モジュール。
【請求項３】
前記受動導波路部はＳｉ細線から構成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体光増幅器モジュール。
【請求項４】
前記受動導波路部はポリマー導波路から構成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体光増幅器モジュール。
【請求項５】
前記第２受動導波路の一部は折り返すように曲げられてい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半導体光増幅器モジュール。
【請求項６】
前記第２受動導波路の一部の曲げ半径は１ｃｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載の半導体光増幅器モジュール。
【請求項７】
前記半導体光増幅器は曲げ導波路部を有しており、前記半導体装置部は前記曲げ導波路部からの漏れ光をモニタするための第２半導体光検出器を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の半導体光増幅器モジュール。
【請求項８】
前記半導体装置部または前記受動導波路部は前記半導体光増幅器の出力側に設けられた受動曲げ導波路部を備え、前記半導体装置部は前記受動曲げ導波路部からの漏れ光をモニタするための第２半導体光検出器を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の半導体光増幅器モジュール。
【請求項９】
前記半導体装置部と前記受動導波路部とは、前記半導体光増幅器からの出力光をモニタしながらアクティブアライメント方式によって位置調整し、接続したものであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の半導体光増幅器モジュール。
【請求項１】
半導体光増幅器と、前記半導体光増幅器への入力光または該半導体光増幅器からの出力光の一部をモニタするための第１半導体光検出器とを同一基板上に集積した半導体装置部と、
前記半導体装置部に接続し、前記半導体光増幅器に対して前記入力光の入力または前記出力光の出力を行なう第１受動導波路と、前記第１受動導波路から分岐し前記入力光または前記出力光の一部を前記第１半導体光検出器に入力させる第２受動導波路とを同一基板上に形成した受動導波路部と、
を備えることを特徴とする半導体光増幅器モジュール。
【請求項２】
前記受動導波路部はガラスからなる平面光回路から構成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体光増幅器モジュール。
【請求項３】
前記受動導波路部はＳｉ細線から構成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体光増幅器モジュール。
【請求項４】
前記受動導波路部はポリマー導波路から構成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体光増幅器モジュール。
【請求項５】
前記第２受動導波路の一部は折り返すように曲げられてい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半導体光増幅器モジュール。
【請求項６】
前記第２受動導波路の一部の曲げ半径は１ｃｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載の半導体光増幅器モジュール。
【請求項７】
前記半導体光増幅器は曲げ導波路部を有しており、前記半導体装置部は前記曲げ導波路部からの漏れ光をモニタするための第２半導体光検出器を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の半導体光増幅器モジュール。
【請求項８】
前記半導体装置部または前記受動導波路部は前記半導体光増幅器の出力側に設けられた受動曲げ導波路部を備え、前記半導体装置部は前記受動曲げ導波路部からの漏れ光をモニタするための第２半導体光検出器を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の半導体光増幅器モジュール。
【請求項９】
前記半導体装置部と前記受動導波路部とは、前記半導体光増幅器からの出力光をモニタしながらアクティブアライメント方式によって位置調整し、接続したものであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の半導体光増幅器モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１１−１６５７１２（Ｐ２０１１−１６５７１２Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３３７０（Ｐ２０１０−２３３７０）
【出願日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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