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JP2006332137A - Light emitting element - Google Patents

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JP2006332137A
JP2006332137A JP2005150085A JP2005150085A JP2006332137A JP 2006332137 A JP2006332137 A JP 2006332137A JP 2005150085 A JP2005150085 A JP 2005150085A JP 2005150085 A JP2005150085 A JP 2005150085A JP 2006332137 A JP2006332137 A JP 2006332137A
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light emitting
core
silicon
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wire core
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Application number
JP2005150085A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Fukuda
浩 福田
Koji Yamada
浩治 山田
Toshibumi Watanabe
俊文 渡辺
Yasushi Tsuchizawa
泰 土澤
Seiichi Itabashi
聖一 板橋
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

【課題】シリコンからなる発光素子により、高効率で高い発光強度が得られるようにする。
【解決手段】シリコン細線コア102にスロット121が形成され、スロット121の内部に活性層122が配置されている。スロット121は、シリコン細線コア102の延在方向(光の導波方向)に延在して設けられ、長辺の長さがLの平面視長方形に形成されている。例えば、スロット121の最も広い部分の幅Gは、0.05μmに形成され、シリコン細線コア102の幅Wは、0.41μmに形成され、シリコン細線コア102の高さHは、0.3μmに形成されている。また、活性層122は、例えばエルビウムなどの希土類元素のイオンが添加(分散)された酸化シリコンから構成されている。
【選択図】 図1
High light emission intensity is obtained with high efficiency by a light emitting element made of silicon.
A slot 121 is formed in a silicon thin wire core 102, and an active layer 122 is disposed inside the slot 121. The slot 121 is provided so as to extend in the extending direction of the silicon fine wire core 102 (light guiding direction), and is formed in a rectangular shape in plan view with a long side length L. For example, the width G of the widest portion of the slot 121 is formed to 0.05 μm, the width W of the silicon fine wire core 102 is formed to 0.41 μm, and the height H of the silicon fine wire core 102 is set to 0.3 μm. Is formed. The active layer 122 is made of silicon oxide to which ions of rare earth elements such as erbium are added (dispersed).
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、シリコンをコアとした導波路を用いた発光素子に関するものである。   The present invention relates to a light emitting device using a waveguide having silicon as a core.

現在の光通信用の発光素子が抱えている大きな課題の一つに、低コスト化がある。従来の光通信用発光素子は、直接遷移型の化合物半導体を用いたものが主流となっている。この形態の発光素子は、化合物半導体基板をもとに、結晶成長技術及び微細加工技術を用いて素子を作製しているが、基板は大きなものでも直径3インチ程度であり、大量生産には限界がある。また結晶成長技術が必須となり、基板あたりの製造原価も高い。   One of the major problems of current light-emitting elements for optical communication is cost reduction. Conventional light-emitting elements for optical communication mainly use direct transition type compound semiconductors. This type of light-emitting element is fabricated using a crystal growth technique and a microfabrication technique on the basis of a compound semiconductor substrate, but the substrate is about 3 inches in diameter even if it is large, and is limited to mass production. There is. In addition, crystal growth technology is essential, and the manufacturing cost per substrate is high.

一方、化合物半導体以外を用いた発光素子としては、希土類イオンを発光材料とするものがある。光ファイバのコア中心部にErイオンをドープし、波長0.98μmから1.48μmの電磁波(光)で励起することで、通信波長帯である1.55μm付近の発光を得ることができる。しかしながら、発光素子として十分な光出力強度を得るためには、希土類イオンが添加された光ファイバを数十メートルにまで長くする必要があるため、装置が大きくなる。このため、希土類イオンを利用した技術は、光増幅器としては広く普及しているが、発光素子として実用化されるにはいたっていない。   On the other hand, as a light emitting element using other than a compound semiconductor, there is an element using rare earth ions as a light emitting material. The core of the optical fiber is doped with Er ions, and excited by electromagnetic waves (light) with a wavelength of 0.98 μm to 1.48 μm, light emission in the vicinity of 1.55 μm, which is the communication wavelength band, can be obtained. However, in order to obtain a sufficient light output intensity as a light emitting element, it is necessary to lengthen the optical fiber to which rare earth ions are added to several tens of meters, so that the apparatus becomes large. For this reason, a technique using rare earth ions is widely used as an optical amplifier, but has not yet been put into practical use as a light emitting element.

ところで、メモリや演算装置などの電子デバイスは、主にシリコンをもとに作製されている。これらシリコンデバイスの製造に用いられるシリコン基板は、大きなもので直径が12インチに達し、また、化合物半導体に比べて微細加工技術や量産技術が先行しており、安価なデバイスを大量に生産することが可能となっている。更に、シリコン用の製造装置は広く普及しており、また、現在も急速な勢いで開発が進められている。このため、シリコンによる発光素子が実現できれば、この市場に対する影響は計り知れない。しかし、シリコンは間接遷移型の半導体であるため、発光を得ることが容易ではない。シリコンの微細構造等を用いて発光素子を作製する試みはあるが、デバイスとして大量生産されているものは未だない。   By the way, electronic devices such as a memory and an arithmetic unit are manufactured mainly based on silicon. The silicon substrate used to manufacture these silicon devices is large and has a diameter of 12 inches. In addition, it has advanced microfabrication technology and mass production technology compared to compound semiconductors, and is capable of mass-producing inexpensive devices. Is possible. Furthermore, silicon manufacturing apparatuses are widely used, and are still being developed at a rapid pace. For this reason, if a light emitting element made of silicon can be realized, the influence on this market is immeasurable. However, since silicon is an indirect transition type semiconductor, it is not easy to obtain light emission. Although there are attempts to manufacture a light emitting element using a silicon microstructure or the like, no device is mass-produced yet.

シリコンを用いた発光素子以外の光部品の開発は、盛んに行われている(非特許文献1参照)。シリコンは、通信波長帯である波長1.55μm付近の電磁波に対して屈折率が約3.5と大きいため、シリコンをコアとし、酸化シリコンなどをクラッドとする誘電体チャネル導波路を形成すると、上記波長に対してコア断面が概ね0.4μm角以下になることは広く知られている。この場合、コア部分での光強度が光ファイバの光強度に対して1000倍程度になるため、コア部分にErイオンなどの蛍光物質が分散されていれば、高効率な発光が期待できると考えられる。   Development of optical components other than light emitting elements using silicon has been actively performed (see Non-Patent Document 1). Since silicon has a large refractive index of about 3.5 with respect to electromagnetic waves in the vicinity of a wavelength of 1.55 μm, which is a communication wavelength band, when a dielectric channel waveguide having silicon as a core and silicon oxide as a cladding is formed, It is widely known that the core cross section is approximately 0.4 μm square or less with respect to the above wavelength. In this case, since the light intensity at the core portion is about 1000 times the light intensity of the optical fiber, high-efficiency light emission can be expected if a fluorescent material such as Er ions is dispersed in the core portion. It is done.

K.Yamada, et al., "Microphotonics devices Based on Silicon Wire Waveguiding System", IEICE TRANS. ELECTRON., Vol.E87-C, No.3, pp. 351-358, 2004.K. Yamada, et al., "Microphotonics devices Based on Silicon Wire Waveguiding System", IEICE TRANS. ELECTRON., Vol.E87-C, No.3, pp. 351-358, 2004.

しかしながら、半導体結晶中のErイオンは、常温では効率的に励起できないことがわかっている。シリコン結晶の代わりにアモルファスシリコンを用いると効率的な励起が可能だが、現在得られるアモルファスシリコンは光伝搬損失が小さくなく、結果として、効率のよい発光デバイス開発までにはいたっていない。  However, it has been found that Er ions in semiconductor crystals cannot be excited efficiently at room temperature. When amorphous silicon is used in place of silicon crystal, efficient excitation is possible. However, currently obtained amorphous silicon does not have a small light propagation loss, and as a result, efficient light-emitting devices have not been developed.

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、シリコンからなる発光素子により、高効率で高い発光強度が得られるようにすることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to obtain a high emission intensity with high efficiency by a light emitting element made of silicon.

本発明に係る発光素子は、下部クラッド層と、この下部クラッド層の上に形成されてたシリコンからなるコアと、コアから構成された導波路の光入射端と、コアの一部にコアの上面より光の導波方向に延在して形成されたスロットと、このスロット内部に形成されて発光部質を含む活性層と、導波路の光出射端とを少なくとも備え、導波路は、シングルモード導波路であり、スロットの幅は、高々0.1μmであるようにしたものである。スロットの部分では電場強度が増強され、この領域に配置された活性層に励起光が導入されると、活性層に含まれる発光部質より発光が得られる。なお、スロットの端部は、先細りに形成されていてもよい。   The light emitting device according to the present invention includes a lower clad layer, a core made of silicon formed on the lower clad layer, a light incident end of a waveguide composed of the core, and a core part of the core. The waveguide includes at least a slot formed extending from the upper surface in the light guiding direction, an active layer formed inside the slot and including a light emitting material, and a light emitting end of the waveguide. The mode waveguide has a slot width of at most 0.1 μm. In the slot portion, the electric field strength is enhanced, and when excitation light is introduced into the active layer disposed in this region, light emission can be obtained from the light emitting material contained in the active layer. Note that the end of the slot may be tapered.

上記発光素子において、活性層が配置されているコアの領域に配置された共振器を備えることで、レーザ発振が得られるようになる。なお、共振器は、活性層が配置されているコアの領域を挾むようにコアに形成された第1回折格子及び第2回折格子から構成されたものであってもよい。第1回折格子及び第2回折格子は、コアの両方の側面及びコアの上面のいずれかに形成されていればよい。この場合、第1回折格子が形成されているコアに接続して下部クラッド層の上に形成された第1スラブシリコン層と、第2回折格子が形成されているコアに接続して下部クラッド層の上に形成された第2スラブシリコン層と、第1スラブシリコン層に接続する第1電極と、第2スラブシリコン層に接続する第2電極とを備えることで、発振する波長の変調が可能となる。   The light emitting element includes a resonator disposed in the core region where the active layer is disposed, whereby laser oscillation can be obtained. The resonator may be composed of a first diffraction grating and a second diffraction grating formed in the core so as to sandwich the core region where the active layer is disposed. The first diffraction grating and the second diffraction grating may be formed on either of the side surfaces of the core and the upper surface of the core. In this case, the first slab silicon layer formed on the lower cladding layer connected to the core on which the first diffraction grating is formed, and the lower cladding layer connected to the core on which the second diffraction grating is formed. The second slab silicon layer formed on the first slab silicon layer, the first electrode connected to the first slab silicon layer, and the second electrode connected to the second slab silicon layer can modulate the oscillation wavelength. It becomes.

また、上記発光素子において、共振器は、活性層が配置されているコアの領域に形成された回折格子から構成されたものであってもよい。回折格子は、コアの両方の側面及びコアの上面のいずれかに形成されていればよい。この場合、回折格子が形成されているコアに接続して下部クラッド層の上に形成されたスラブシリコン層と、このスラブシリコン層に接続する第1電極及び第2電極とを備えることで、発振する波長の変調が可能となる。また、共振器は、活性層が配置されているコアよりなるリング共振器から構成されたものであってもよい。   In the above light emitting device, the resonator may be composed of a diffraction grating formed in a core region where the active layer is disposed. The diffraction grating should just be formed in either the both sides | surfaces of a core, and the upper surface of a core. In this case, an oscillation is provided by including a slab silicon layer formed on the lower cladding layer connected to the core on which the diffraction grating is formed, and a first electrode and a second electrode connected to the slab silicon layer. The wavelength to be modulated can be obtained. Further, the resonator may be composed of a ring resonator including a core in which an active layer is disposed.

上記発光素子において、下部クラッド層の上に形成された複数の発光素子と、複数の発光素子に近設して配置されたシリコンからなるチャネルコアとを備えるようにしてもよい。また、リング共振器の場合、下部クラッド層の上に形成された複数の発光素子を備えるようにしてもよい。   The light-emitting element may include a plurality of light-emitting elements formed on the lower clad layer and a channel core made of silicon disposed close to the plurality of light-emitting elements. In the case of a ring resonator, a plurality of light emitting elements formed on the lower cladding layer may be provided.

以上説明したように、本発明によれば、シリコンからなるコアに設けられて幅が0.1μm以下とされたスロットに活性層を配置し、電場強度が増強される領域で発光が得られるようにしたので、シリコンからなる発光素子により、高効率で高い発光強度が得られるようになる。   As described above, according to the present invention, an active layer is disposed in a slot provided in a core made of silicon and having a width of 0.1 μm or less so that light emission can be obtained in a region where the electric field strength is enhanced. Therefore, the light emitting element made of silicon can obtain high emission intensity with high efficiency.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図1は、本発明の実施の形態における発光素子の構成例を模式的に示す平面図(a),(a’)及び断面図(b),(c)である。この発光素子は、まず、酸化シリコンから構成された下部クラッド層101の上に、例えば単結晶シリコンから構成されたシリコン細線コア102及びシリコン細線コアを覆うように配置された上部クラッド層103を備えている。シリコン細線コア102は、多結晶シリコンやアモルファスシリコンから構成されていてもよ。ここで、下部クラッド層101の表面で形成される平面に接触しているシリコン細線コア102の面を下面とし、これに対向しているシリコン細線コア102の面を上面とし、これらに隣接して上記平面にほぼ垂直なシリコン細線コア102の面を側面とする。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view (a), (a ′) and cross-sectional views (b), (c) schematically showing a configuration example of a light emitting element in an embodiment of the present invention. This light emitting device first includes a silicon thin wire core 102 made of, for example, single crystal silicon, and an upper cladding layer 103 disposed so as to cover the silicon thin wire core on a lower clad layer 101 made of silicon oxide. ing. The silicon thin wire core 102 may be made of polycrystalline silicon or amorphous silicon. Here, the surface of the silicon fine wire core 102 that is in contact with the plane formed on the surface of the lower clad layer 101 is the lower surface, and the surface of the silicon fine wire core 102 facing this is the upper surface, adjacent to these. A surface of the silicon fine wire core 102 substantially perpendicular to the plane is defined as a side surface.

また、シリコン細線コア102の入力端及び出力端には、例えば酸窒化シリコンから構成されたスポットサイズ変換コア104及びスポットサイズ変換コア105が配置され、スポットサイズ変換コア104には、入力側の光ファイバ106が光接続し、スポットサイズ変換コア105には、出力側の光ファイバ107が光接続している。また、スポットサイズ変換コア104の領域において、シリコン細線コア102は、先端に行くほど幅が狭くなる先細りの形状とされている。同様に、スポットサイズ変換コア105の領域において、シリコン細線コア102は、先端に行くほど幅が狭くなる先細りの形状とされている。また、スポットサイズ変換コア104,スポットサイズ変換コア105の形成領域にも、これらを覆うように上部クラッド層103が形成されている(図1(c))。   In addition, a spot size conversion core 104 and a spot size conversion core 105 made of, for example, silicon oxynitride are arranged at the input end and the output end of the silicon fine wire core 102. The spot size conversion core 104 includes light on the input side. The fiber 106 is optically connected, and the output side optical fiber 107 is optically connected to the spot size conversion core 105. Further, in the region of the spot size conversion core 104, the silicon fine wire core 102 has a tapered shape whose width becomes narrower toward the tip. Similarly, in the region of the spot size conversion core 105, the silicon fine wire core 102 has a tapered shape whose width becomes narrower toward the tip. Further, an upper clad layer 103 is also formed in the formation area of the spot size conversion core 104 and the spot size conversion core 105 so as to cover them (FIG. 1C).

また、スポットサイズ変換コア104,スポットサイズ変換コア105は、高さ,幅が、光ファイバ106及び光ファイバ107のコアの半分程度からほぼ同程度までの寸法となっている。これらのように構成されたスポットサイズ変換領域においては、「シリコン細線コア102の屈折率>スポットサイズ変換コア104,スポットサイズ変換コア105の屈折率>上部クラッド層103の屈折率」となっている。このように構成したスポットサイズ変換領域により、光ファイバ106を導波してきた光は、損失が低減された状態でスポットサイズが変換され、シリコン細線コア102の一端に結合される。同様に、シリコン細線コア102を出射した光は、損失が低減された状態でスポットサイズが変換され、光ファイバ107へ結合される。   In addition, the spot size conversion core 104 and the spot size conversion core 105 have a height and a width that are about half of the cores of the optical fiber 106 and the optical fiber 107 to almost the same size. In the spot size conversion region configured as described above, “the refractive index of the silicon fine wire core 102> the refractive index of the spot size conversion core 104 and the spot size conversion core 105> the refractive index of the upper cladding layer 103”. . With the spot size conversion region configured as described above, the light guided through the optical fiber 106 is converted in spot size in a state where the loss is reduced, and is coupled to one end of the silicon fine wire core 102. Similarly, the light emitted from the silicon thin wire core 102 is converted in spot size in a state where loss is reduced, and is coupled to the optical fiber 107.

加えて、図1に示す発光素子は、シリコン細線コア102にスロット121が形成され、スロット121の内部に活性層122が配置されている。スロット121は、シリコン細線コア102の延在方向(光の導波方向)に延在して設けられ、長辺の長さがLの平面視長方形に形成されている。また、図1(b)に示すように、下部クラッド層101の平面の法線方向(膜厚方向)に、シリコン細線コア102の上面からシリコン細線コア102の底面にかけて貫通して形成されている。例えば、スロット121の最も広い部分の幅Gは、0.05μmに形成され、シリコン細線コア102の幅Wは、0.41μmに形成され、シリコン細線コア102の高さHは、0.3μmに形成されている。また、活性層122は、例えばエルビウムなどの希土類元素のイオンが添加(分散)された酸化シリコンから構成されている。活性層122は、シリコン細線コア102より屈折率の低い材料を基部とし、ここに希土類元素のイオンや蛍光物質などの励起光により発光する発光物質が添加されていればよい。   In addition, in the light emitting device shown in FIG. 1, a slot 121 is formed in the silicon fine wire core 102, and an active layer 122 is disposed inside the slot 121. The slot 121 is provided so as to extend in the extending direction of the silicon fine wire core 102 (light guiding direction), and is formed in a rectangular shape in plan view with a long side length L. Further, as shown in FIG. 1B, the lower cladding layer 101 is formed so as to penetrate from the upper surface of the silicon fine wire core 102 to the bottom surface of the silicon fine wire core 102 in the normal direction (film thickness direction) of the plane of the lower cladding layer 101. . For example, the width G of the widest portion of the slot 121 is formed to 0.05 μm, the width W of the silicon fine wire core 102 is formed to 0.41 μm, and the height H of the silicon fine wire core 102 is set to 0.3 μm. Is formed. The active layer 122 is made of silicon oxide to which ions of rare earth elements such as erbium are added (dispersed). The active layer 122 is based on a material having a refractive index lower than that of the silicon fine wire core 102, and a light emitting material that emits light by excitation light such as ions of rare earth elements or fluorescent materials may be added thereto.

このように構成された発光素子によれば、まず、シリコン細線コア102のスロット121が設けられている領域において、図2に示すように、スロット121の部分における電場強度が、スロットのないコアに比較して著しく増大する。従って、図1に示す発光素子によれば、シリコン細線コア102の活性層122の部分は、光強度を著しく大きくすることが可能となる。従って、シリコン細線コア102よりなる導波路に、例えば波長1.48nmの励起光を入射することで、通信波長帯となる波長1.54μmの発光が、活性層122より効率的に得られるようになる。なお、図2において、スロット121を備えたシリコン細線コア102(導波路)の断面方向(図1のbb線方向)の電場強度が実線で示され、スロットのないコア(導波路)の電場強度が、波線で示されている。   According to the light emitting device configured as described above, first, in the region where the slot 121 of the silicon fine wire core 102 is provided, as shown in FIG. Compared with the increase. Therefore, according to the light emitting element shown in FIG. 1, the light intensity can be remarkably increased in the active layer 122 portion of the silicon fine wire core 102. Therefore, by emitting excitation light having a wavelength of 1.48 nm, for example, to the waveguide made of the silicon thin wire core 102, light emission having a wavelength of 1.54 μm that is a communication wavelength band can be efficiently obtained from the active layer 122. Become. In FIG. 2, the electric field strength in the cross-sectional direction (bb line direction in FIG. 1) of the silicon fine wire core 102 (waveguide) provided with the slot 121 is indicated by a solid line, and the electric field strength of the core (waveguide) without the slot. Is indicated by a wavy line.

また、図1に示す発光素子では、シリコン細線コア102における群屈折率が、スロット121の形成領域とスロット121のない領域とでは異なる。このため、スロット121の両端部の境界面131,境界面132で反射があり、シリコン細線コア102の活性層122の配置部では、長さLのファブリペロ共振器が形成された状態となっている。この結果、活性層122による発光は、上記ファブリペロ共振器により増幅され、レーザ発振(多モード発振)へと至る。なお、図3に示すように、スロット121の幅が0.1μmを超えると、この部分における電場強度の増大効果が、あまり得られなくなる。図3において、縦軸の値(電場強度2)が1は、スロットがないシリコン細線コアの値を示している。従って、スロット121の幅は、高々0.1μm(0.1μm以下)とすればよい。 Further, in the light emitting element shown in FIG. 1, the group refractive index in the silicon fine wire core 102 is different between the region where the slot 121 is formed and the region where the slot 121 is not present. For this reason, there is reflection at the boundary surface 131 and the boundary surface 132 at both ends of the slot 121, and a Fabry-Perot resonator having a length L is formed in the arrangement portion of the active layer 122 of the silicon fine wire core 102. . As a result, light emitted from the active layer 122 is amplified by the Fabry-Perot resonator and leads to laser oscillation (multimode oscillation). As shown in FIG. 3, when the width of the slot 121 exceeds 0.1 μm, the effect of increasing the electric field strength in this portion is hardly obtained. In FIG. 3, the value of the vertical axis (electric field strength 2 ) of 1 indicates the value of a silicon fine wire core without a slot. Therefore, the width of the slot 121 may be at most 0.1 μm (0.1 μm or less).

ここで、シリコン細線コア102は、断面寸法が1μmより小さいので、シリコン細線コア102より構成される導波路は、波長4μm以下の光がシングルモードで伝搬する。言い換えると、シリコン細線コア102は、酸化シリコンからなるクラッドと構成される導波路が、シングルモードとなる寸法に形成されていればよい。例えば、赤外光をシングルモードとする場合、シリコン細線コア102の断面寸法は、縦及び幅が、0.3〜0.4μm程度とされていればよい。   Here, since the cross-sectional dimension of the silicon fine wire core 102 is smaller than 1 μm, light having a wavelength of 4 μm or less propagates in a single mode in the waveguide constituted by the silicon fine wire core 102. In other words, the silicon thin wire core 102 only needs to be formed in such a dimension that a waveguide constituted by a clad made of silicon oxide has a single mode. For example, when the infrared light is set to a single mode, the cross-sectional dimension of the silicon fine wire core 102 may be about 0.3 to 0.4 μm in length and width.

なお、図1に示す発光素子は、市販されているSOI(Silicon on Insulator)基板を用いることで容易に製造可能である。例えば、SOI基板の埋め込み絶縁層を下部クラッド層101として用い、埋め込み絶縁層の上のSOI層を微細加工することで、シリコン細線コア102及びスロット121が形成可能である。このようにスロット121が形成された後、例えば、塩化エルビウムが分散添加されているSOG(Spin on Glass)をスピンコートして添加膜が形成された後、これを微細加工することで、スロット121の内部に活性層122が形成された状態とすることができる。また、これらの上に、例えばCVD(化学気相成長)法により酸窒化シリコンの膜を形成し、この膜を微細加工することでスポットサイズ変換コア104及びスポットサイズ変換コア105が形成された状態とすることができる。   Note that the light-emitting element shown in FIG. 1 can be easily manufactured by using a commercially available SOI (Silicon on Insulator) substrate. For example, the silicon fine wire core 102 and the slot 121 can be formed by using the buried insulating layer of the SOI substrate as the lower cladding layer 101 and finely processing the SOI layer on the buried insulating layer. After the slot 121 is formed in this way, for example, after spin coating of SOG (Spin on Glass) to which erbium chloride is dispersed and added, an added film is formed, and then the slot 121 is finely processed. The active layer 122 can be formed in the inside. In addition, a silicon oxynitride film is formed thereon by, for example, a CVD (chemical vapor deposition) method, and the spot size conversion core 104 and the spot size conversion core 105 are formed by finely processing the film. It can be.

また、これらの上に、例えばCVD法により酸化シリコンの膜を形成し、この膜を微細加工することで、上部クラッド層103が形成された状態とすることができる。また、所望の屈折率を備えた有機樹脂を塗布し、この塗布膜を微細加工することで、上部クラッド層103が形成された状態としてもよい。なお、上述した微細加工としては、例えば、公知の電子線リソグラフィー技術もしくはフォトリソグラフィー技術と、公知のドライエッチング技術とを用いればよい。また、ナノインプリンティング技術によりパターンの形成を行うようにしてもよい。   Further, a silicon oxide film is formed thereon by, for example, a CVD method, and the upper cladding layer 103 can be formed by finely processing the film. Alternatively, the upper clad layer 103 may be formed by applying an organic resin having a desired refractive index and finely processing the coating film. In addition, as the fine processing described above, for example, a known electron beam lithography technique or photolithography technique and a known dry etching technique may be used. Alternatively, the pattern may be formed by nanoimprinting technology.

ところで、例えば図4の平面図に示すように、活性層122(スロット121)の両端部において、シリコン細線コア102に他より細い細部401,細部402が形成されているようにしてもよい。このようにすることで、より高い反射率となった反射面431,反射面432よりなるファブリペロ共振器が構成でき、多モード発振のレーザとすることができる。図4では、シリコン細線コア102の側部に凹部を形成ることで、細い部分が形成されるようにしたが、図5に示すように、シリコン細線コア102の上面に凹部を形成することで、細い部分が形成されるようにしてもよい。なお、図5(a)は平面図であり、図5(b),(c)は断面図である。また、図5(a)では、下部クラッド層101,上部クラッド層103を省略している。図5に示す構成によれば、シリコン細線コア102の上面に形成された凹部により、細部501,細部502が形成され、より高い反射率の反射面531,反射面532が形成された状態となる。   Incidentally, for example, as shown in the plan view of FIG. 4, narrower detail 401 and detail 402 may be formed in the silicon fine wire core 102 at both ends of the active layer 122 (slot 121). In this way, a Fabry-Perot resonator including the reflecting surface 431 and the reflecting surface 432 having higher reflectivity can be configured, and a multimode oscillation laser can be obtained. In FIG. 4, a thin portion is formed by forming a concave portion on the side portion of the silicon fine wire core 102, but by forming a concave portion on the upper surface of the silicon fine wire core 102 as shown in FIG. 5. A thin portion may be formed. 5A is a plan view, and FIGS. 5B and 5C are cross-sectional views. In FIG. 5A, the lower clad layer 101 and the upper clad layer 103 are omitted. According to the configuration shown in FIG. 5, the detail 501 and the detail 502 are formed by the recess formed on the upper surface of the silicon fine wire core 102, and the reflection surface 531 and the reflection surface 532 having higher reflectivity are formed. .

また、図6の平面図に示すように、活性層122の領域を挾むように、シリコン細線コア102にコア径が周期的に変化するブラッグミラー601,ブラッグミラー602が形成されているようにしてもよい。図6では、シリコン細線コア102の側面に凹凸(回折格子)を形成することで、ブラッグミラー601,ブラッグミラー602が形成された状態としている。このように構成されたブラッグミラー601,ブラッグミラー602により共振器が構成され、図6に一部を示す発光素子によれば、単一モード発振のレーザが得られる。なお、図6では、下部クラッド層,上部クラッド層,及びスポットサイズ変換の部分を省略しているが、これらの他の構成は、図1に示す発光素子と同様である。   Further, as shown in the plan view of FIG. 6, Bragg mirrors 601 and Bragg mirrors 602 whose core diameters periodically change are formed in the silicon thin wire core 102 so as to sandwich the region of the active layer 122. Good. In FIG. 6, the Bragg mirror 601 and the Bragg mirror 602 are formed by forming irregularities (diffraction gratings) on the side surfaces of the silicon fine wire core 102. A resonator is constituted by the Bragg mirror 601 and the Bragg mirror 602 configured as described above, and according to the light-emitting element partially shown in FIG. 6, a single mode oscillation laser can be obtained. In FIG. 6, the lower clad layer, the upper clad layer, and the spot size conversion portion are omitted, but the other configurations are the same as those of the light emitting device shown in FIG.

また、図7に示すように、シリコン細線コア102の上面にブラッグミラー701,ブラッグミラー702が形成されていてもよい。なお、図7(a)は平面図であり、図7(b),(c)は断面図である。また、図7(a)では、下部クラッド層101,上部クラッド層103を省略している。図7に示す構成によれば、シリコン細線コア102の上面に形成されたブラッグミラー701,ブラッグミラー702により共振器が構成され、図7に一部を示す発光素子によれば、単一モード発振のレーザが得られる。   In addition, as shown in FIG. 7, a Bragg mirror 701 and a Bragg mirror 702 may be formed on the upper surface of the silicon fine wire core 102. 7A is a plan view, and FIGS. 7B and 7C are cross-sectional views. Further, in FIG. 7A, the lower cladding layer 101 and the upper cladding layer 103 are omitted. According to the configuration shown in FIG. 7, a resonator is configured by the Bragg mirror 701 and the Bragg mirror 702 formed on the upper surface of the silicon thin wire core 102. According to the light emitting element partially shown in FIG. The laser is obtained.

また、図8の平面図に示すように、シリコン細線コア102の活性層122が形成されている領域に、コア径が周期的に変化するブラッグミラー801が形成されているようにしてもよい。図8では、シリコン細線コア102の側面に凹凸(回折格子)を形成することで、ブラッグミラー801が形成された状態としている。このように構成されたブラッグミラー801により共振器が構成され、図8に一部を示す発光素子によれば、単一モード発振のレーザが得られる。また、ブラッグミラー801は、均一な周期構造に限らず、λ/4(λは発振波長)シフト構造であってもよい。このようにすることで、安定した単一モード発振が得られる。なお、図8では、下部クラッド層,上部クラッド層,及びスポットサイズ変換の部分を省略しているが、これらの他の構成は、図1に示す発光素子と同様である。   Further, as shown in the plan view of FIG. 8, a Bragg mirror 801 whose core diameter periodically changes may be formed in a region where the active layer 122 of the silicon fine wire core 102 is formed. In FIG. 8, the Bragg mirror 801 is formed by forming irregularities (diffraction grating) on the side surface of the silicon fine wire core 102. A resonator is constituted by the Bragg mirror 801 configured as described above, and according to the light emitting element partially shown in FIG. 8, a single mode oscillation laser can be obtained. The Bragg mirror 801 is not limited to a uniform periodic structure, and may have a λ / 4 (λ is an oscillation wavelength) shift structure. By doing so, stable single mode oscillation can be obtained. In FIG. 8, the lower clad layer, the upper clad layer, and the spot size conversion portion are omitted, but the other configurations are the same as those of the light emitting device shown in FIG.

また、図9の平面図に示すように、スロット121にスロット幅が周期的に変化するブラッグミラー901が形成されているようにしてもよい。このように構成されたブラッグミラー901により共振器が構成され、図9に一部を示す発光素子によれば、単一モード発振のレーザが得られる。また、ブラッグミラー901は、均一な周期構造に限らず、λ/4(λは発振波長)シフト構造であってもよい。このようにすることで、安定した単一モード発振が得られる。なお、図9では、下部クラッド層,上部クラッド層,及びスポットサイズ変換の部分を省略しているが、これらの他の構成は、図1に示す発光素子と同様である。   Further, as shown in the plan view of FIG. 9, a Bragg mirror 901 whose slot width periodically changes may be formed in the slot 121. The Bragg mirror 901 configured as described above constitutes a resonator, and according to the light emitting element partially shown in FIG. 9, a single mode oscillation laser can be obtained. The Bragg mirror 901 is not limited to a uniform periodic structure, and may have a λ / 4 (λ is an oscillation wavelength) shift structure. By doing so, stable single mode oscillation can be obtained. In FIG. 9, the lower cladding layer, the upper cladding layer, and the spot size conversion portion are omitted, but the other configurations are the same as those of the light emitting device shown in FIG.

また、図10に示すように、活性層122が形成されている領域のシリコン細線コア102の上面にブラッグミラー1001が形成されていてもよい。なお、図10(a)は平面図であり、図10(b),(c)は断面図である。また、図10(a)では、下部クラッド層101,上部クラッド層103を省略している。図10に示す構成によれば、シリコン細線コア102の上面に形成されたブラッグミラー1001により共振器が構成され、図10に一部を示す発光素子によれば、単一モード発振のレーザが得られる。また、ブラッグミラー1001は、均一な周期構造に限らず、λ/4(λは発振波長)シフト構造であってもよい。このようにすることで、安定した単一モード発振が得られる。   Also, as shown in FIG. 10, a Bragg mirror 1001 may be formed on the upper surface of the silicon fine wire core 102 in the region where the active layer 122 is formed. 10A is a plan view, and FIGS. 10B and 10C are cross-sectional views. In FIG. 10A, the lower clad layer 101 and the upper clad layer 103 are omitted. According to the configuration shown in FIG. 10, a resonator is configured by the Bragg mirror 1001 formed on the upper surface of the silicon thin wire core 102, and according to the light emitting element partially shown in FIG. 10, a single mode oscillation laser is obtained. It is done. The Bragg mirror 1001 is not limited to a uniform periodic structure, and may have a λ / 4 (λ is an oscillation wavelength) shift structure. By doing so, stable single mode oscillation can be obtained.

なお、図1に示す発光素子では、スロット121の形状によりこの両端部の境界面131,境界面132に反射があるようにしたが、図11(a)の平面図に示すように、端部が、先細りに形成されたスロット1121により、活性層1122が形成されているようにしてもよい。先細りとすることで、スロット1121の端部における導波光の内部反射が低減される。このように構成すると、共振器の構造が得られずレーザ発振は得られないが、励起光により活性層122より発光が得られ、発光素子として機能する。   In the light-emitting element shown in FIG. 1, the boundary surface 131 and the boundary surface 132 at both ends are reflected due to the shape of the slot 121. However, as shown in the plan view of FIG. However, the active layer 1122 may be formed by the slot 1121 formed to be tapered. By tapering, the internal reflection of the guided light at the end of the slot 1121 is reduced. With this configuration, a resonator structure cannot be obtained and laser oscillation cannot be obtained, but light emission can be obtained from the active layer 122 by excitation light and function as a light emitting element.

これとは逆に、図11(b)の平面図に示すように、中央部に比較して端部の方が幅広に形成されたスロット1121aにより、活性層1122aが形成されているようにしてもよい。このように構成することで、スロット1121aの両端部の境界面1131,境界面1132における反射強度を向上させることができる。   On the contrary, as shown in the plan view of FIG. 11B, the active layer 1122a is formed by a slot 1121a having a wider end than the center. Also good. With this configuration, the reflection intensity at the boundary surface 1131 and the boundary surface 1132 at both ends of the slot 1121a can be improved.

次に、本発明の実施の形態における他の発光素子について説明する。図12は、本発明の実施の形態における他の発光素子の一部構成例を模式的に示す平面図である。図12に一部を示す発光素子は、リング状のシリコン細線コア1202と、これに方向性結合器1241により結合するシリコン細線コア1211及び方向性結合器1242により結合するシリコン細線コア1212とを備える。シリコン細線コア1202により、よく知られたリング共振器が構成されている。また、図12に一部を示す発光素子では、シリコン細線コア1202にスロットが形成され、スロットの内部に活性層1222が配置されている。スロットは、シリコン細線コア1202の延在方向(光の導波方向)に延在して、リング状に設けられている。   Next, another light emitting element in the embodiment of the present invention will be described. FIG. 12 is a plan view schematically showing a partial configuration example of another light emitting element in the embodiment of the present invention. 12 includes a ring-shaped silicon fine wire core 1202, a silicon fine wire core 1211 coupled to the ring-shaped silicon fine wire core 1211, and a silicon fine wire core 1212 coupled to the directional coupler 1242. . A well-known ring resonator is constituted by the silicon thin wire core 1202. Further, in the light-emitting element partially shown in FIG. 12, a slot is formed in the silicon thin wire core 1202, and an active layer 1222 is disposed inside the slot. The slot extends in the extending direction of the silicon fine wire core 1202 (light guiding direction) and is provided in a ring shape.

例えば、スロットの最も広い部分の幅Gは、0.05μmに形成され、シリコン細線コア1202の幅は、0.41μmに形成され、シリコン細線コア1202の高さは、0.3μmに形成されている。また、活性層1222は、例えばエルビウムなどの希土類元素のイオンが添加(分散)された酸化シリコンから構成されている。なお、図示していないが、各コアは、クラッド層により覆われて導波路を形成している。このように構成された発光素子によれば、シリコン細線コア1211による導波路に励起光を入射することで、入射された励起光が方向性結合器1241によりシリコン細線コア1202に結合する。このことにより、シリコン細線コア1202では、結合した励起光により活性層1222のエルビウムが励起され、活性層1222より発光が得られ、得られた発光がリング共振器により増幅され、多モード発振する。発振したレーザ光は、方向性結合器1242によりシリコン細線コア1212よりなる導波路に結合して導波し、出力される。   For example, the width G of the widest portion of the slot is formed to 0.05 μm, the width of the silicon fine wire core 1202 is formed to 0.41 μm, and the height of the silicon fine wire core 1202 is formed to 0.3 μm. Yes. The active layer 1222 is made of silicon oxide to which ions of rare earth elements such as erbium are added (dispersed). Although not shown, each core is covered with a clad layer to form a waveguide. According to the light emitting element configured as described above, when the excitation light is incident on the waveguide formed by the silicon fine wire core 1211, the incident excitation light is coupled to the silicon fine wire core 1202 by the directional coupler 1241. Thus, in the silicon thin wire core 1202, the erbium of the active layer 1222 is excited by the coupled excitation light, light emission is obtained from the active layer 1222, and the obtained light emission is amplified by the ring resonator, and multimode oscillation occurs. The oscillated laser light is guided by being coupled to a waveguide made of the silicon thin wire core 1212 by the directional coupler 1242 and output.

次に、本発明の実施の形態における他の発光素子について説明する。図13は、本発明の実施の形態における他の発光素子の一部構成例を模式的に示す平面図(a)及び断面図(b)である。図13に一部を示す発光素子は、電極1308,電極1309によりキャリアを注入することで、発振波長を変化させるようにしたものである。この発光素子は、まず、酸化シリコンから構成された下部クラッド層101の上に、例えば単結晶シリコンから構成されたシリコン細線コア102を備え、シリコン細線コア102にスロット121が形成され、スロット121の内部に活性層122が配置されている。また、活性層122の領域を挾むように、シリコン細線コア102にコア径が周期的に変化するブラッグミラー部1301,ブラッグミラー部1302が形成されている。   Next, another light emitting element in the embodiment of the present invention will be described. FIG. 13 is a plan view (a) and a cross-sectional view (b) schematically showing a partial configuration example of another light emitting element in the embodiment of the present invention. A part of the light-emitting element shown in FIG. 13 has an oscillation wavelength changed by injecting carriers through an electrode 1308 and an electrode 1309. The light emitting device includes a silicon thin wire core 102 made of, for example, single crystal silicon on a lower clad layer 101 made of silicon oxide, and a slot 121 is formed in the silicon thin wire core 102. An active layer 122 is disposed inside. Also, a Bragg mirror portion 1301 and a Bragg mirror portion 1302 whose core diameters periodically change are formed in the silicon thin wire core 102 so as to sandwich the region of the active layer 122.

加えて、図13に示す発光素子では、ブラッグミラー部1301,ブラッグミラー部1302の形成領域に、シリコン細線コア102に接続してシリコン細線コア102より薄く形成されたスラブシリコン層102aを備え、スラブシリコン層102aに、電極1308,電極1309が接続されている。スラブシリコン層102aは、ブラッグミラー部1301形成領域のシリコン細線コア102接続する部分と、ブラッグミラー部1302形成領域のシリコン細線コア102接続する部分とを備える。また、これら2つの部分は、シリコン細線コア102とは離間した部分のスラブシリコン層102aにより接続されている。   In addition, the light-emitting element shown in FIG. 13 includes a slab silicon layer 102a connected to the silicon fine wire core 102 and formed thinner than the silicon fine wire core 102 in the formation region of the Bragg mirror portion 1301 and the Bragg mirror portion 1302. An electrode 1308 and an electrode 1309 are connected to the silicon layer 102a. The slab silicon layer 102a includes a portion connected to the silicon fine wire core 102 in the Bragg mirror portion 1301 formation region and a portion connected to the silicon fine wire core 102 in the Bragg mirror portion 1302 formation region. Further, these two portions are connected to each other by a slab silicon layer 102a separated from the silicon fine wire core 102.

このように構成された図13の発光素子によれば、電圧が印加された電極1308及び電極1309により、ブラッグミラー部1301及びブラッグミラー部1302にキャリアを注入することで、ブラッグミラー部1301及びブラッグミラー部1302における反射特性を変化させることができる。このように、共振器を構成するブラッグミラー部1301及びブラッグミラー部1302における反射特性を変化させることにより、図13の発光素子によれば、発振波長を変化させることが可能とされている。なお、各ブラッグミラー部の構成は、図7に示す発光素子と同様にしてもよい。   According to the light emitting device of FIG. 13 configured as described above, carriers are injected into the Bragg mirror unit 1301 and the Bragg mirror unit 1302 by the electrode 1308 and the electrode 1309 to which a voltage is applied, so that the Bragg mirror unit 1301 and the Bragg mirror unit 1302 are injected. The reflection characteristics in the mirror unit 1302 can be changed. In this way, by changing the reflection characteristics of the Bragg mirror unit 1301 and the Bragg mirror unit 1302 constituting the resonator, the oscillation wavelength can be changed according to the light emitting element of FIG. In addition, you may make the structure of each Bragg mirror part the same as the light emitting element shown in FIG.

また、図14に示す発光素子においても、電極1408,電極1409によりキャリアを注入することで、発振波長を変化させることができる。図14は、本発明の実施の形態における他の発光素子の一部構成例を模式的に示す平面図(a)及び断面図(b)である。図14に一部を示す発光素子は、酸化シリコンから構成された下部クラッド層101の上に、例えば単結晶シリコンから構成されたシリコン細線コア102を備え、シリコン細線コア102にスロット121が形成され、スロット121の内部に活性層122が配置されている。また、活性層122の領域において、シリコン細線コア102にコア径が周期的に変化するブラッグミラー部1401が形成されている。   In the light-emitting element shown in FIG. 14, the oscillation wavelength can be changed by injecting carriers through the electrodes 1408 and 1409. FIG. 14 is a plan view (a) and a cross-sectional view (b) schematically showing a partial configuration example of another light emitting element in the embodiment of the present invention. 14 includes a silicon fine wire core 102 made of, for example, single crystal silicon on a lower clad layer 101 made of silicon oxide, and a slot 121 is formed in the silicon fine wire core 102. The active layer 122 is disposed inside the slot 121. In the region of the active layer 122, a Bragg mirror part 1401 whose core diameter periodically changes is formed in the silicon fine wire core 102.

加えて、図14に示す発光素子では、ブラッグミラー部1401の形成領域に、シリコン細線コア102に接続してシリコン細線コア102より薄く形成されたスラブシリコン層102bを備え、スラブシリコン層102bに、電極1408,電極1409が接続されている。電極1408及び電極1409は、活性層122の領域を挾むように配置されている。このように構成された図14の発光素子によれば、電圧が印加された電極1408及び電極1409により、ブラッグミラー部1401にキャリアを注入することで、ブラッグミラー部1401における反射特性を変化させることができる。このように、共振器を構成するブラッグミラー部1401における反射特性を変化させることにより、図14の発光素子によれば、発振波長を変化させることが可能とされている。なお、ブラッグミラー部の構成は、図9,10に示す発光素子と同様にしてもよい。   In addition, the light emitting device shown in FIG. 14 includes a slab silicon layer 102b that is connected to the silicon fine wire core 102 and formed thinner than the silicon fine wire core 102 in the formation region of the Bragg mirror portion 1401, and the slab silicon layer 102b includes An electrode 1408 and an electrode 1409 are connected. The electrodes 1408 and 1409 are arranged so as to sandwich the region of the active layer 122. According to the light emitting device of FIG. 14 configured in this manner, the reflection characteristics in the Bragg mirror unit 1401 are changed by injecting carriers into the Bragg mirror unit 1401 by the electrodes 1408 and 1409 to which a voltage is applied. Can do. As described above, by changing the reflection characteristics in the Bragg mirror 1401 constituting the resonator, the oscillation wavelength can be changed according to the light emitting element of FIG. The configuration of the Bragg mirror section may be the same as that of the light emitting element shown in FIGS.

次に、本発明の実施の形態における他の発光素子について説明する。図15は、本発明の実施の形態における他の発光素子の一部構成例を模式的に示す平面図である。図15は、図6に例示する発光素子を集積したものである。図15において、複数の発光素子部1501が、シリコンからなるチャネルコア1510に近設して配置されている。なお、図示していないが、各発光素子1501及びチャネルコア1510は、例えば二酸化シリコンからなるクラッドにより覆われている。   Next, another light emitting element in the embodiment of the present invention will be described. FIG. 15 is a plan view schematically showing a partial configuration example of another light emitting element in the embodiment of the present invention. FIG. 15 is a view in which the light emitting elements exemplified in FIG. 6 are integrated. In FIG. 15, a plurality of light emitting element portions 1501 are arranged close to a channel core 1510 made of silicon. Although not shown, each light emitting element 1501 and channel core 1510 are covered with a clad made of, for example, silicon dioxide.

このように構成された集積化発光素子によれば、チャネルコア1510よりなる導波路に励起光を導波させることで、導波している励起光が近設配置されている各発光素子部1501に結合し、各発光素子部1501の活性層122より発光が得られる。この結果、各発光素子部1501よりレーザ発振が得られる。発光からレーザ発振に至る過程は、例えば、図6に示す発光素子と同様である。各発光素子部1501毎に、ブラッグミラーの反射状態を変えることで、単一モードに発振した複数の波長のレーザ光が得られるようになる。   According to the integrated light emitting device configured in this way, each light emitting element portion 1501 in which the pumping light guided is arranged in the vicinity by guiding the pumping light to the waveguide formed by the channel core 1510. To emit light from the active layer 122 of each light emitting element portion 1501. As a result, laser oscillation can be obtained from each light emitting element portion 1501. The process from light emission to laser oscillation is the same as that of the light emitting element shown in FIG. 6, for example. By changing the reflection state of the Bragg mirror for each light emitting element portion 1501, laser light having a plurality of wavelengths oscillated in a single mode can be obtained.

次に、本発明の実施の形態における他の発光素子について説明する。図16は、本発明の実施の形態における他の発光素子の一部構成例を模式的に示す平面図である。図16は、図12に例示する発光素子を集積したものである。図16において、複数の発光素子部1601が、共通に設けられたシリコン細線コア1611に、各々方向性結合器1641により光結合して配置されている。また、各発光素子部1601において、シリコン細線コア1612が、方向性結合器1642により光結合している。各発光素子部1601は、図12に示す発光素子と同様である。なお、図示していないが、各発光素子部1601及びシリコン細線コア1611,シリコン細線コア1612は、例えば二酸化シリコンからなるクラッドにより覆われている。   Next, another light emitting element in the embodiment of the present invention will be described. FIG. 16 is a plan view schematically showing a partial configuration example of another light emitting element in the embodiment of the present invention. FIG. 16 shows an integration of the light emitting elements exemplified in FIG. In FIG. 16, a plurality of light emitting element portions 1601 are optically coupled to a commonly provided silicon fine wire core 1611 by directional couplers 1641. In each light emitting element portion 1601, the silicon fine wire core 1612 is optically coupled by the directional coupler 1642. Each light emitting element portion 1601 is the same as the light emitting element shown in FIG. Although not shown, each light emitting element portion 1601, silicon fine wire core 1611, and silicon fine wire core 1612 are covered with a clad made of, for example, silicon dioxide.

このように構成された集積化発光素子によれば、シリコン細線コア1611よりなる導波路に励起光を導波させることで、導波している励起光が方向性結合器1641を介して各発光素子部1601に結合し、各発光素子部1601の活性層1222より発光が得られる。この結果、各発光素子部1601よりレーザ発振が得られる。発光からレーザ発振に至る過程は、例えば、図12に示す発光素子と同様である。   According to the integrated light emitting device configured as described above, the pumping light is guided through the waveguide made of the silicon fine wire core 1611 so that the guided pumping light is emitted through the directional coupler 1641. Light is obtained from the active layer 1222 of each light emitting element portion 1601 by being coupled to the element portion 1601. As a result, laser oscillation can be obtained from each light emitting element portion 1601. The process from light emission to laser oscillation is the same as that of the light emitting element shown in FIG. 12, for example.

なお、上述では、希土類元素としてエルビウムを用いる場合について説明したが、これに限るものではなく、ツリウム(Tm),プラセオジウム(Pr)及びホルミウム(Ho)などを用いるようにしてもよい。例えば、ツリウムを用いた場合、発光波長は1.65μmとなり、ホルミウムを用いた場合、発光波長は1.96μmとなる。また、これらを組み合わせて添加することで、発光波長帯を広くすることが可能となる。また、活性層は、これらの希土類元素のイオンが添加(分散)された酸化シリコンに限らず、上記希土類元素のイオンが添加された酸窒化シリコン、窒化シリコンから構成されていてもよい。また、活性層は、上記希土類元素のイオンが添加されたエポキシ樹脂やポリイミド樹脂などの有機材料から構成されていてもよい。   Although the case where erbium is used as the rare earth element has been described above, the present invention is not limited to this, and thulium (Tm), praseodymium (Pr), holmium (Ho), or the like may be used. For example, when thulium is used, the emission wavelength is 1.65 μm, and when holmium is used, the emission wavelength is 1.96 μm. Further, by adding these in combination, it becomes possible to widen the emission wavelength band. The active layer is not limited to silicon oxide to which these rare earth element ions are added (dispersed), but may be made of silicon oxynitride or silicon nitride to which the rare earth element ions are added. The active layer may be composed of an organic material such as an epoxy resin or a polyimide resin to which the rare earth element ions are added.

ところで、スロットは、シリコン細線コアを貫通していてもよく、シリコン細線コアの上面よりシリコン細線コアの途中まで形成されているようにしてもよい。また、シングルモードで光が導波する範囲であれば、屈曲した部分であってもスロットを設けることが可能である。また、下部クラッド層101の平面方向において、スロットは、シリコン細線コア102の中央に配置されている必要はない。ただし、シリコン細線コア102のほぼ中央にスロットが配置されるようにすることで、電場強度の増大効果が最も高く得られるようになる。また、上述では、活性層が形成されているシリコン細線コアに励起光を導波させることで、活性層に励起光が照射されるようにしたが、活性層が形成されている部分のシリコン細線コアが露出する窓を設け、ここより励起光を照射するようにしてもよい。   By the way, the slot may penetrate the silicon fine wire core, and may be formed from the upper surface of the silicon fine wire core to the middle of the silicon fine wire core. Further, a slot can be provided even in a bent portion as long as light is guided in a single mode. Further, the slot need not be arranged at the center of the silicon fine wire core 102 in the planar direction of the lower cladding layer 101. However, the effect of increasing the electric field strength can be obtained most by arranging the slot at the approximate center of the silicon fine wire core 102. In the above description, the excitation light is guided to the silicon thin wire core on which the active layer is formed, so that the active layer is irradiated with the excitation light. A window through which the core is exposed may be provided, and the excitation light may be irradiated from here.

本発明の実施の形態における発光素子の構成例を模式的に示す平面図(a),(a’)及び断面図(b),(c)である。FIG. 2 is a plan view (a), (a ′) and cross-sectional views (b), (c) schematically showing a configuration example of a light emitting element in an embodiment of the present invention. スロット121が形成されたシリコン細線コア102における断面方向の電場強度の分布を示す分布図である。It is a distribution map which shows distribution of the electric field strength of the cross-sectional direction in the silicon | silicone thin wire | line core 102 in which the slot 121 was formed. スロットの幅と電場強度との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the width | variety of a slot, and an electric field strength. 本発明の実施の形態における他の発光素子の一部構成例を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the example of a partial structure of the other light emitting element in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における他の発光素子の一部構成例を模式的に示す平面図(a),断面図(b),(c)である。It is the top view (a), sectional drawing (b), (c) which shows the example of a partial structure of the other light emitting element in embodiment of this invention typically. 本発明の実施の形態における他の発光素子の一部構成例を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the example of a partial structure of the other light emitting element in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における他の発光素子の一部構成例を模式的に示す平面図(a),断面図(b),(c)である。It is the top view (a), sectional drawing (b), (c) which shows the example of a partial structure of the other light emitting element in embodiment of this invention typically. 本発明の実施の形態における他の発光素子の一部構成例を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the example of a partial structure of the other light emitting element in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における他の発光素子の一部構成例を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the example of a partial structure of the other light emitting element in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における他の発光素子の一部構成例を模式的に示す平面図(a),断面図(b),(c)である。It is the top view (a), sectional drawing (b), (c) which shows the example of a partial structure of the other light emitting element in embodiment of this invention typically. 本発明の実施の形態における他の発光素子の一部構成例を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the example of a partial structure of the other light emitting element in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における他の発光素子の一部構成例を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the example of a partial structure of the other light emitting element in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における他の発光素子の一部構成例を模式的に示す平面図(a),断面図(b)である。It is the top view (a) and sectional drawing (b) which show typically the example of a partial structure of the other light emitting element in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における他の発光素子の一部構成例を模式的に示す平面図(a),断面図(b)である。It is the top view (a) and sectional drawing (b) which show typically the example of a partial structure of the other light emitting element in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における他の発光素子の一部構成例を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the example of a partial structure of the other light emitting element in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における他の発光素子の一部構成例を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the example of a partial structure of the other light emitting element in embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

101…下部クラッド層、102…シリコン細線コア、103…上部クラッド層、104,105…スポットサイズ変換コア、106,107…光ファイバ、121…スロット、122…活性層、131,132…境界面。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Lower clad layer, 102 ... Silicon fine wire core, 103 ... Upper clad layer, 104, 105 ... Spot size conversion core, 106, 107 ... Optical fiber, 121 ... Slot, 122 ... Active layer, 131, 132 ... Interface.

Claims (12)

下部クラッド層と、
この下部クラッド層の上に形成されてたシリコンからなるコアと、
前記コアから構成された導波路の光入射端と、
前記コアの一部に前記コアの上面より光の導波方向に延在して形成されたスロットと、
このスロット内部に形成されて発光部質を含む活性層と、
前記導波路の光出射端と
を少なくとも備え、
前記導波路は、シングルモード導波路であり、
前記スロットの幅は、高々0.1μmである
ことを特徴とする発光素子。
A lower cladding layer;
A core made of silicon formed on the lower cladding layer;
A light incident end of a waveguide composed of the core;
A slot formed in a part of the core so as to extend from the upper surface of the core in a light guiding direction;
An active layer formed inside the slot and including a light emitting material;
And at least a light exit end of the waveguide,
The waveguide is a single mode waveguide,
The slot has a width of at most 0.1 μm.
請求項1記載の発光素子において、
前記活性層が配置されている前記コアの領域に配置された共振器を備える
ことを特徴とする発光素子。
The light emitting device according to claim 1.
A light emitting device comprising: a resonator disposed in a region of the core where the active layer is disposed.
請求項2記載の発光素子において、
前記共振器は、前記活性層が配置されている前記コアの領域を挾むように前記コアに形成された第1回折格子及び第2回折格子から構成されたものである
ことを特徴とする発光素子。
The light emitting device according to claim 2, wherein
The light emitting device according to claim 1, wherein the resonator includes a first diffraction grating and a second diffraction grating formed in the core so as to sandwich the core region where the active layer is disposed.
請求項2記載の発光素子において、
前記共振器は、前記活性層が配置されている前記コアの領域に形成された回折格子から構成されたものである
ことを特徴とする発光素子。
The light emitting device according to claim 2, wherein
The light emitting element, wherein the resonator is configured by a diffraction grating formed in a region of the core where the active layer is disposed.
請求項2記載の発光素子において、
前記共振器は、前記活性層が配置されている前記コアよりなるリング共振器から構成されたものである
ことを特徴とする発光素子。
The light emitting device according to claim 2, wherein
The light emitting device according to claim 1, wherein the resonator includes a ring resonator including the core on which the active layer is disposed.
請求項1記載の発光素子において、
前記スロットの端部は、先細りに形成されている
ことを特徴とする発光素子。
The light emitting device according to claim 1.
The light emitting element, wherein an end of the slot is tapered.
請求項3記載の発光素子において、
前記第1回折格子及び第2回折格子は、前記コアの両方の側面及び前記コアの上面のいずれかに形成されている
ことを特徴とする発光素子。
The light emitting device according to claim 3.
The first diffraction grating and the second diffraction grating are formed on one of both side surfaces of the core and the upper surface of the core.
請求項4記載の発光素子において、
前記回折格子は、前記コアの両方の側面及び前記コアの上面のいずれかに形成されている
ことを特徴とする発光素子。
The light emitting device according to claim 4.
The diffraction grating is formed on one of both side surfaces of the core and the upper surface of the core.
請求項3又は7記載の発光素子において、
前記第1回折格子が形成されている前記コアに接続して前記下部クラッド層の上に形成された第1スラブシリコン層と、
前記第2回折格子が形成されている前記コアに接続して前記下部クラッド層の上に形成された第2スラブシリコン層と、
前記第1スラブシリコン層に接続する第1電極と、
前記第2スラブシリコン層に接続する第2電極と
を備えることを特徴とする発光素子。
The light emitting device according to claim 3 or 7,
A first slab silicon layer formed on the lower cladding layer connected to the core on which the first diffraction grating is formed;
A second slab silicon layer formed on the lower cladding layer connected to the core on which the second diffraction grating is formed;
A first electrode connected to the first slab silicon layer;
And a second electrode connected to the second slab silicon layer.
請求項4又は8記載の発光素子において、
前記回折格子が形成されている前記コアに接続して前記下部クラッド層の上に形成されたスラブシリコン層と、
このスラブシリコン層に接続する第1電極及び第2電極と
を備えることを特徴とする発光素子。
The light emitting device according to claim 4 or 8,
A slab silicon layer formed on the lower cladding layer connected to the core on which the diffraction grating is formed;
A light emitting device comprising: a first electrode and a second electrode connected to the slab silicon layer.
請求項3,4,7及び8のいずれか1項に記載の発光素子において、
前記下部クラッド層の上に形成された複数の前記発光素子と、
複数の前記発光素子に近設して配置されたシリコンからなるチャネルコアと
を備えることを特徴とする発光素子。
The light emitting device according to any one of claims 3, 4, 7, and 8.
A plurality of the light emitting elements formed on the lower cladding layer;
And a channel core made of silicon arranged close to the plurality of light emitting elements.
請求項5記載の発光素子において、
前記下部クラッド層の上に形成された複数の前記発光素子を備えることを特徴とする発光素子。
The light emitting device according to claim 5, wherein
A light emitting device comprising a plurality of the light emitting devices formed on the lower cladding layer.
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