(57)【要約】【課題】リング変調器を確実に制御し得る光半導体素子を提供する。【解決手段】入力端２８側から入力光が入力される第１の導波路１０と、分岐部２６において第１の導波路から分岐された第２の導波路１０ａと、第１の導波路のうちの分岐部よりも出力端３０側の部分に光学的に結合するように配されたリング変調器１２と、第２の導波路に光学的に結合するように配されたリング共振器１４と、リング変調器を加熱する第１のヒータ４２と、リング共振器を加熱する第２のヒータ４４と、リング共振器中の光パワーをモニタする光検出器１６と、光検出器により検出される検出信号に基づいて第２のヒータを制御し、第２のヒータに印加する駆動信号に基づいて第１のヒータを制御する制御部２４とを有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端側から入力光が入力される第１の導波路と、
分岐部において前記第１の導波路から分岐された第２の導波路と、
前記第１の導波路のうちの前記分岐部よりも出力端側の部分に光学的に結合するように配されたリング変調器と、
前記第２の導波路に光学的に結合するように配されたリング共振器と、
前記リング変調器を加熱する第１のヒータと、
前記リング共振器を加熱する第２のヒータと、
前記リング共振器中の光パワーをモニタする光検出器と、
前記光検出器により検出される検出信号に基づいて前記第２のヒータを制御し、前記第２のヒータに印加する第１の駆動信号に基づいて前記第１のヒータを制御する制御部と
を有することを特徴とする光半導体素子。
【請求項２】
請求項１記載の光半導体素子において、
前記制御部は、前記検出信号が規定値に維持されるように前記第２のヒータを制御する
ことを特徴とする光半導体素子。
【請求項３】
請求項１又は２記載の光半導体素子において、
前記リング変調器の周回光路長と前記リング共振器の周回光路長とが同等である
ことを特徴とする光半導体素子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光半導体素子において、
前記制御部は、前記リング共振器の共振波長が前記入力光の波長より長く、且つ、前記リング変調器に印加される変調信号が低電圧状態の場合には前記第１の導波路の前記出力端から出力される出力光が閾値より高く、前記リング変調器に印加される前記変調信号が高電圧状態の場合には前記第１の導波路の前記出力端から出力される前記出力光が前記閾値より低くなるように、前記第２のヒータを制御する
ことを特徴とする光半導体素子。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光半導体素子において、
前記制御部は、前記リング共振器の共振波長が前記入力光の波長より短く、且つ、前記リング変調器に印加される変調信号が低電圧状態の場合には前記第１の導波路の前記出力端から出力される出力光が閾値より低く、前記リング変調器に印加される前記変調信号が高電圧状態の場合には前記第１の導波路の前記出力端から出力される前記出力光が前記閾値より高くなるように、前記第２のヒータを制御する
ことを特徴とする光半導体素子。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光半導体素子において、
周回光路長が互いに異なる複数の前記リング変調器を有し、
周回光路長が互いに異なる複数の前記リング共振器を有し、
前記複数のリング変調器をそれぞれ加熱する複数の前記第１のヒータを有し、
前記複数のリング共振器をそれぞれ加熱する複数の前記第２のヒータを有し、
前記複数のリング共振器中の光パワーをそれぞれモニタする複数の前記光検出器を有し、
前記制御部は、前記複数の光検出器によりそれぞれ検出される前記検出信号に基づいて前記複数の第２のヒータに前記第１の駆動信号をそれぞれ印加し、前記複数の第２のヒータにそれぞれ印加される前記第１の駆動信号に基づいて前記複数の第１のヒータをそれぞれ制御する
ことを特徴とする光半導体素子。
【請求項７】
入力端側から入力光が入力される第１の導波路と、
分岐部において前記第１の導波路から分岐された第２の導波路と、
前記第１の導波路のうちの前記分岐部よりも出力端側の部分に光学的に結合するように配されたリング変調器と、
前記第２の導波路に光学的に結合するように配されたリング共振器と、
前記リング変調器を加熱する第１のヒータと、前記第１のヒータに電気的に接続され、前記リング共振器を加熱する第２のヒータとを含むヒータ部と、
前記リング共振器中の光パワーをモニタする光検出器と、
前記光検出器により検出される検出信号が規定値に維持されるように前記ヒータ部を制御する制御部と
を有することを特徴とする光半導体素子。
【請求項８】
請求項７記載の光半導体素子において、
前記リング変調器の周回光路長と前記リング共振器の周回光路長とが同等である
ことを特徴とする光半導体素子。
【請求項９】
請求項７又は８記載の光半導体素子において、
前記制御部は、前記リング共振器の共振波長が前記入力光の波長より長く、且つ、前記リング変調器に印加される変調信号が低電圧状態の場合には前記第１の導波路の前記出力端から出力される出力光が閾値より高く、前記リング変調器に印加される前記変調信号が高電圧状態の場合には前記第１の導波路の前記出力端から出力される前記出力光が前記閾値より低くなるように、前記ヒータ部を制御する
ことを特徴とする光半導体素子。
【請求項１０】
請求項７又は８記載の光半導体素子において、
前記制御部は、前記リング共振器の共振波長が前記入力光の波長より短く、且つ、前記リング変調器に印加される変調信号が低電圧状態の場合には前記第１の導波路の前記出力端から出力される出力光が閾値より低く、前記リング変調器に印加される前記変調信号が高電圧状態である場合には前記第１の導波路の前記出力端から出力される前記出力光が前記閾値より高くなるように、前記ヒータ部を制御する
ことを特徴とする光半導体素子。
【請求項１１】
請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の光半導体素子において、
周回光路長が互いに異なる複数の前記リング変調器を有し、
周回光路長が互いに異なる複数の前記リング共振器を有し、
前記複数のリング変調器をそれぞれ加熱する複数の第１のヒータと、前記複数の第１のヒータにそれぞれ電気的に接続され、前記複数のリング共振器をそれぞれ加熱する複数の前記第２のヒータとをそれぞれ含む複数の前記ヒータ部を有し、
前記複数のリング共振器中の光パワーをそれぞれモニタする複数の前記光検出器を有し、
前記制御部は、前記複数の光検出器によりそれぞれ検出される前記検出信号がそれぞれの前記規定値に維持されるように前記複数のヒータ部をそれぞれ制御する
ことを特徴とする光半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
光送受信器の小型大容量化・低消費電力化を行う上でシリコン上の光デバイスの実現が重要な役割を持つ。
【０００３】
シリコン上の光デバイスは屈折率差の大きい光導波路が使えることから他材料と比較して小型化に有利であり、電子回路との集積が容易なことから１チップで多数の光送受信器を集積することが可能になる。
【０００４】
光デバイスの中でも特に変調器は、その特性が光送受信器の消費電力やサイズに大きな影響を与える。
【０００５】
特にリング型光導波路を用いたリング変調器は、素子自体が小型なことや、変調電圧が小さく、光損失も小さいため小型化・低消費電力化に有利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２８２４６０号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２００９／０１６９１４９号公報
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１２／００６２９７４号公報
【特許文献４】特開２０１３−３７２８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、リング変調器の共振特性は周囲温度の変化に応じて変化する。このため、リング変調器を用いた光半導体素子を確実に制御することは容易ではなかった。
【０００８】
本発明の目的は、リング変調器を確実に制御し得る光半導体素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態の一観点によれば、入力端側から入力光が入力される第１の導波路と、分岐部において前記第１の導波路から分岐された第２の導波路と、前記第１の導波路のうちの前記分岐部よりも出力端側の部分に光学的に結合するように配されたリング変調器と、前記第２の導波路に光学的に結合するように配されたリング共振器と、前記リング変調器を加熱する第１のヒータと、前記リング共振器を加熱する第２のヒータと、前記リング共振器中の光パワーをモニタする光検出器と、前記光検出器により検出される検出信号に基づいて前記第２のヒータを制御し、前記第２のヒータに印加する第１の駆動信号に基づいて前記第１のヒータを制御する制御部とを有することを特徴とする光半導体素子が提供される。
【００１０】
実施形態の他の観点によれば、入力端側から入力光が入力される第１の導波路と、分岐部において前記第１の導波路から分岐された第２の導波路と、前記第１の導波路のうちの前記分岐部よりも出力端側の部分に光学的に結合するように配されたリング変調器と、前記第２の導波路に光学的に結合するように配されたリング共振器と、前記リング変調器を加熱する第１のヒータと、前記第１のヒータに電気的に接続され、前記リング共振器を加熱する第２のヒータとを含むヒータ部と、前記リング共振器中の光パワーをモニタする光検出器と、前記光検出器により検出される検出信号が規定値に維持されるように前記ヒータ部を制御する制御部とを有することを特徴とする光半導体素子が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
開示の光半導体素子によれば、第１の導波路と第１のリング変調器とが光学的に結合する箇所よりも入力端側に分岐部が形成されており、分岐部において第１の導波路から分岐された第２の導波路に第１のリング共振器が光学的に結合されている。このため、第１のリング共振器を用いて第１のリング変調器を間接的にモニタリングすることができる。このため、リング変調器を確実に制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、第１実施形態による光半導体素子を示す概略図である。
【図２】図２は、第１実施形態による光半導体素子を示す断面図である。
【図３】図３は、第１実施形態による光半導体素子の制御方法（その１）を示すグラフ（その１）である。
【図４】図４は、第１実施形態による光半導体素子の制御方法（その１）を示すグラフ（その２）である。
【図５】図５は、第１実施形態による光半導体素子の制御方法（その１）を示すグラフ（その３）である。
【図６】図６は、第１実施形態による光半導体素子の制御方法（その２）を示すグラフ（その１）である。
【図７】図７は、第１実施形態による光半導体素子の制御方法（その２）を示すグラフ（その２）である。
【図８】図８は、第１実施形態による光半導体素子の制御方法（その２）を示すグラフ（その３）である。
【図９】図９は、第２実施形態による光半導体素子を示す概略図である。
【図１０】図１０は、第２実施形態による光半導体素子を示す断面図である。
【図１１】図１１は、第２実施形態の変形例による光半導体素子を示す平面図である。
【図１２】図１２は、第３実施形態による光半導体素子を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
参考例による光半導体素子について説明する。
【００１４】
参考例による光半導体素子では、入力端と出力端との間における光導波路にリング変調器が光学的に結合されている。
【００１５】
リング変調器の共振波長が入力光の波長に近い場合には、導波路からリング共振器への光の透過率が高いため、導波路の出力端側から出力される出力光の強度は閾値よりも低くなる。このような閾値よりも低い強度の出力光は、例えば信号“０”に対応付けられる。
【００１６】
一方、リング共振器の共振波長が入力光の波長から乖離している場合には、導波路からリング共振器への光の透過率が低いため、導波路の出力端側から出力される出力光の強度は所定の閾値よりも高くなる。このような閾値よりも高い強度の出力光は、例えば信号“１”に対応付けられる。
【００１７】
リング変調器の共振波長は周囲温度の変化に応じて変動する。また、リング変調器の共振波長は製造ばらつきによってもばらつく。
【００１８】
ここで、ヒータを用いてリング変調器の温度を調整することにより、リング変調器の共振波長を入力光の波長に近づけることが考えられる。
【００１９】
リング変調器の共振波長を入力光の波長に近づける際には、リング共振器の挙動をモニタリングしながらヒータを制御することが考えられる。
【００２０】
しかし、光通信に本来用いられる出力光自体をモニタリングに用いるのは好ましくない。
【００２１】
［第１実施形態］
第１実施形態による光半導体素子及びその制御方法を図１乃至図８を用いて説明する。
【００２２】
（光半導体素子）
まず、本実施形態による光半導体素子の構造について図１乃至図８を用いて説明する。図１は、本実施形態による光半導体素子を示す概略図である。図２は、本実施形態による光半導体素子を示す断面図である。図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ′線に対応しており、図２（ｂ）は図１のＢ−Ｂ′線に対応している。
【００２３】
本実施形態による光半導体素子は、導波路１０に光学的に結合されたリング変調器１２と、分岐された導波路１０ａに光学的に結合されたリング共振器１４とリング共振器１４に光学的に結合された光検出器１６とを含むモニタ部１８とを有している。また、本実施形態による光半導体素子は、モニタ部１８側の制御を行うモニタ側制御部２０と変調器１２側の制御を行う変調器側制御部２２とを含む制御部２４とを有している。
【００２４】
図１に示すように、入力光が入力される導波路１０が形成されている。導波路１０は、分岐部２６において分岐されている。分岐部２６において導波路１０から分岐された導波路１０ａは、分岐導波路とも称される。図１における紙面左側は導波路１０の入力端２８側であり、図１における紙面右側は導波路１０の出力端３０側である。このように、分岐部２６において分岐された導波路１０が形成されている。
【００２５】
換言すれば、分岐部２６よりも入力端２８側の部分である部分導波路３２ａと、分岐部２６において部分導波路３２ａに接続された部分導波路３２ｂと、分岐部２６において部分導波路３２ａに接続された部分導波路３２ｃとを含む導波路１０が形成されている。
【００２６】
導波路１０内を伝搬する入力光は、分岐部２６において分岐される。分岐部２６において分岐された光は、導波路１０内と分岐導波路１０ａ内とをそれぞれ伝搬する。導波路１０及び分岐導波路１０ａの幅は、例えば４８０ｎｍ程度とする。導波路１０及び分岐導波路１０ａの高さは、例えば２５０ｎｍ程度とする。
【００２７】
導波路１０のうちの分岐部２６よりも出力端３０側の部分に光学的に結合するように光共振器１２が配されている。光共振器１２は、リング型の導波路であるリング型導波路３４を含んでいる。リング型導波路３４には、リング型導波路３４の屈折率を変化させるための信号（変調信号）をリング型導波路３４に印加する電極３６、３８が接続されている。リング型導波路３４の屈折率が変化すると、リング型導波路３４における光学的な周回光路長が変化するため、リング型導波路３４の共振周波数を変化させることができる。このような光共振器１２は、光変調器として機能する。このような光変調器１２は、リング型導波路を用いた光変調器であるため、リング変調器とも称される。リング変調器１２に用いられているリング型導波路３４の直径は、例えば６μｍ程度とする。導波路１０とリング型導波路３４との間隔は、例えば２００ｎｍ程度とする。
【００２８】
分岐部２６において導波路１０から分岐された導波路（分岐導波路）１０ａに光学的に結合するように、光共振器１４が配されている。光共振器１４は、リング型導波路４０を含んでいる。このような光共振器１４は、リング型導波路４０を用いた光共振器であるため、リング共振器とも称される。リング共振器１４に用いられているリング型導波路４０の直径は、リング変調器１２に用いられているリング型導波路３４の直径と同様に、例えば６μｍ程度とする。このように、リング共振器１４に用いられているリング型導波路４０の寸法は、リング変調器１２に用いられているリング型導波路３４の寸法と同等に設定されている。従って、リング共振器１４における周回光路長とリング変調器１２における周回光路長とは同等となっている。分岐導波路１０ａとリング共振器１４のリング型導波路４０との間隔は、例えば２００ｎｍ程度とする。
【００２９】
導波路１０の入力端２８側から導入される入力光としては、例えばＣＷ（Continuous Wave、連続）光が用いられる。入力光の波長（入力波長）λ１は、例えば１５５０ｎｍ程度とする。
【００３０】
リング変調器１２の近傍には、リング変調器１２を加熱するためのヒータ４２が配されている。また、リング共振器１４の近傍には、リング共振器１４を加熱するためのヒータ４４が配されている。ヒータ４２とヒータ４４とに同じ駆動信号を印加した際には、リング変調器１２の周囲温度とリング共振器１４の周囲温度とが同等となることが好ましい。このため、ヒータ４２の発熱特性とヒータ４４の発熱特性とは同等に設定されている。即ち、ヒータ４２に印加される駆動信号とヒータ４４に印加される駆動信号とが同等の場合には、ヒータ４２からの発熱量とヒータ４４からの発熱量とは同等となる。
【００３１】
リング変調器１２を加熱するヒータ４２とリング共振器１４を加熱するヒータ４４とによりヒータ部４６が形成されている。
【００３２】
リング共振器１４の近傍には、光検出器１６が配されている。リング共振器１４と光検出器１６とによりモニタ部１８が形成されている。光検出器１６は、リング共振器１４中における光パワーをモニタするためのものである。光検出器１６は、リング共振器１４のリング型導波路４０に光学的に結合された導波路４８を有している。リング共振器１４中の光パワーに応じた強度の光が導波路４８を介して光検出器１６に入力される。光検出器１６は、リング共振器１４中における光パワーに応じた検出信号をモニタ部側制御部２０に出力する。
【００３３】
モニタ部側制御部（モニタ部側制御機構）２０は、モニタ部１８側の制御を行うものである。モニタ部側制御部２０は、光検出器１６により検出される検出信号に基づいてヒータ４４を制御する。即ち、モニタ部側制御部２０は、光検出器１６により検出される検出信号の大きさが予め定められた規定値に維持されるようにヒータ４４を制御する。より具体的には、モニタ部側制御部２０は、光検出器１６により検出された検出信号の大きさが規定値に維持されるように、ヒータ４４に印加する駆動信号（制御信号）を調整（増減）する。モニタ部側制御部２０からヒータ４４に印加される駆動信号は、例えば直流電流の信号であり、電流値が適宜調整される。モニタ部側制御部２０は、ヒータ４４の一方の端部４５に駆動信号を印加する。ヒータ４４の他方の端部４７は、例えば接地電位ＧＮＤ（０Ｖ）に接続される。
【００３４】
モニタ部側制御部２０は、光検出器１６により検出される検出信号を常時観測し、光検出器１６により検出される検出信号の大きさが予め定められた規定値からずれた場合には、かかるずれを解消すべく、ヒータ４４に印加する駆動信号を調整（増減）する。
【００３５】
モニタ部側制御部２０は、リング共振器１４を加熱するヒータ４４に対して行う制御内容を示す信号を、変調器側制御部２２に対して出力する。より具体的には、モニタ部側制御部２０は、モニタ部側制御部２０がヒータ４４に印加している駆動信号を示す信号（情報）を、変調器側制御部２２に対して出力する。また、モニタ部側制御部２０は、光検出器１６により検出される検出信号の大きさを示す信号（情報）をも、変調器側制御部２２に対して出力する。
【００３６】
変調器側制御部（変調器側制御機構）２２は、変調器１２側の制御を行うものである。変調器側制御部２２は、モニタ部側制御部２０から出力される信号に基づいて、リング変調器１２を加熱するヒータ４２を制御する。より具体的には、変調器側制御部２２は、モニタ部側制御部２０から出力される信号に基づいて、ヒータ４２に印加する駆動信号（制御信号）を調整（増減）する。例えば、変調器側制御部２２は、モニタ部側制御部２０によりヒータ４４に印加される駆動信号と同等の駆動信号を、リング変調器１２を加熱するヒータ４２に印加する。変調器側制御部２２は、ヒータ４２の一方の端部３９に駆動信号を印加する。ヒータ４２の他方の端部４１は、例えば接地電位ＧＮＤ（０Ｖ）に接続される。変調器側制御部２２は、モニタ部側制御部２０から変調器側制御部２２に順次出力される信号に基づいて、ヒータ４２に印加する駆動信号を調整（増減）する。
【００３７】
上述したように、リング変調器１２の周回光路長とリング共振器１４の周回光路長とは同等に設定されている。このため、リング変調器１２の周囲温度とリング共振器１４の周囲温度とが同等の場合には、リング変調器１２の共振波長とリング共振器１４の共振波長とは同等となる。また、リング変調器１２を加熱するヒータ４２の発熱特性とリング共振器１４を加熱するヒータ４４の発熱特性とは同等である。従って、リング共振器１４を加熱するヒータ４４に対する制御と同等の制御を、リング変調器１２を加熱するヒータ４２に対して行えば、リング変調器１２の共振特性とリング共振器１４の共振特性とを同等にすることが可能である。従って、リング共振器１４を用いてリング変調器１２を間接的にモニタリングすることが可能である。
【００３８】
なお、ここでは、リング共振器１４を加熱するヒータ４４に対する制御と同等の制御を、リング変調器１２を加熱するヒータ４２に対して行う場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。リング共振器１４を加熱するヒータ４４に対する制御とリング変調器１２を加熱するヒータ４２に対する制御とを同等に設定した場合に、リング共振器１４とリング変調器１２とで共振特性にずれ（差分）が生じる場合には、かかるずれを解消するようにずらした制御をこれらヒータ４２、４４に対して行ってもよい。例えば、ヒータ４４に印加する駆動信号とヒータ４２に印加する駆動信号とを同等に設定した場合に、リング共振器１４の共振特性とリング変調器１２の共振特性との間にずれが生じる場合が考えられる。かかる場合には、かかるずれが解消されるように、これらヒータ４２，４４に印加する駆動信号に差を生じさせてもよい。なお、リング共振器１４の共振特性とリング変調器１２の共振特性との間のずれは、例えば製造ばらつき等によるリング変調器１２とリング共振器１４とのリング径のずれ（周回光路長のずれ）により生じ得る。また、リング共振器１４の共振特性とリング変調器１２の共振特性との間のずれは、導波路側面のラフネスの差異等によっても生じ得る。
【００３９】
リング変調器１２の共振特性とリング共振器１４との共振特性とのずれは、測定器等を用いて予め測定することが可能である。測定器等により取得された測定結果に基づいて、かかるずれが解消されるように調整を行えばよい。例えば、モニタ部側制御部２０によりヒータ４４に印加される駆動信号よりも所定値だけ大きい駆動信号が変調器側制御部２２からヒータ４２に印加されるように調整を行うことが考えられる。また、モニタ部側制御部２０によりヒータ４４に印加される駆動信号よりも所定値だけ低い駆動信号が変調器側制御部２２からヒータ４２に印加されるように調整を行うことも考えられる。
【００４０】
なお、リング変調器１２の共振特性とリング共振器１４との共振特性とのずれは、製造ばらつきに起因するものではなく、各構成要素のレイアウト等に起因する場合もあり得る。この場合には、製造されたいずれの光半導体素子においても、リング変調器１２の共振特性とリング共振器１４との共振特性とが同様にずれるため、一律に調整することも可能である。
【００４１】
リング変調器１２に接続された電極３６、３８のうちの一方の電極３６には、変調信号を印加するドライバ回路５０が接続されている。リング変調器１２に接続された電極３６，３８のうちの他方の電極３８は、例えば接地電位ＧＮＤに接続される。
【００４２】
モニタ側制御部２０と変調器側制御部２２とが相俟って制御部２４が形成されている。
【００４３】
なお、ここでは、変調器側制御部２２とモニタ部側制御部２０とを別個に設ける場合を例に説明したが、変調器側制御部２２とモニタ部側制御部２０とを別個に形成しなくてもよい。即ち、変調器側制御部２２の機能とモニタ部側制御部２０の機能とを含む制御部２４を設けてもよい。
【００４４】
制御部２４としては、例えばシステムＬＳＩ等を用いることができる。例えば、変調器側制御部２２の機能とモニタ部側制御部２０の機能とを含むシステムＬＳＩを用いてもよいし、変調器側制御部用２２のシステムＬＳＩとモニタ側制御部用２０のシステムＬＳＩとを別個に設けてもよい。
【００４５】
こうして、リング変調器１２とドライバ回路５０とモニタ部１８と制御部２４とを含む処理部７８が形成されている。
【００４６】
図２は、本実施形態による光半導体素子の一部を示す断面図である。
【００４７】
図２に示すように、導波路１０、１０ａ、リング型導波路３４，４０及び導波路４８は、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板５２のＳＯＩ層５４をパターニングすることにより形成されている。
【００４８】
ＳＯＩ層５４の周囲には、例えばシリコン酸化膜５６が形成されている。かかるシリコン酸化膜５６は、導波路１０、１０ａ、リング型導波路３４，４０及び導波路４８を囲うクラッド層として機能する。
【００４９】
リング変調器１２のリング型導波路３４の一部の領域は、図２（ａ）に示すようなリブ型導波路５８となっている。リブ型導波路５８のコア６０の部分の高さは、例えば２５０ｎｍ程度とする。リブ型導波路５８のコア６０の部分の幅は、例えば４８０ｎｍ程度とする。リブ型導波路５８のうちのコア６０の部分の両側に残ったシリコン層６２の厚さは、例えば５０ｎｍ程度とする。リブ型導波路５８には、光の導波方向に沿って外周側及び内周側に、それぞれＰ型領域６４及びＮ型領域６６が形成されている。なお、Ｐ型領域６４とＮ型領域６６とを、逆に配置してもよい。
【００５０】
シリコン酸化膜５６には、リング型導波路３４のＰ型領域６４に達するビアホール６８とリング型導波路３４のＮ型領域６６に達するビアホール７０とが形成されている。ビアホール６８，７０内にはそれぞれビア７２，７４が埋め込まれている。ビア７２，７４の材料としては、例えばタングステンが用いられている。
【００５１】
シリコン酸化膜５６上には、ビア７２を介してリング型導波路３４のＰ型領域６４に電気的に接続された電極３６と、ビア７４を介してリング型導波路３４のＮ型領域６６に電気的に接続された電極３８とが形成されている。電極３６，３８の材料としては、例えばアルミニウムが用いられている。
【００５２】
また、シリコン酸化膜５６上には、ヒータ４２、４４が形成されている。ヒータ４２，４４としては、例えば白金薄膜ヒータを用いることができる。
【００５３】
導波路１０の入力端２８側からは、ＣＷ光の入力光が入力される。導波路１０の出力端３０側から出力される出力光の強度は、入力光の波長（入力波長）とリング変調器１２のリング型導波路４２の共振波長との関係に応じて変化する。
【００５４】
入力光の波長にリング共振器１２のリング型導波路４２の共振波長を近づけると、導波路１０からリング型導波路４２への光の透過率が大きくなり、出力端３０側から出力される出力光の強度（変調光出力パワー）は小さくなる。導波路１０からリング型導波路４２への光の透過率は、入力光の波長からリング型導波路４２の共振波長がずれるに従って小さくなる。従って、入力光の波長からリング型導波路４２の共振波長が離れると、導波路１０からリング型導波路４２への光の透過率が小さくなり、出力端３０側から出力される出力光の強度は強くなる。
【００５５】
本実施形態による光半導体素子の制御方法（その１）について図３乃至図５を用いて説明する。本実施形態による光半導体素子の制御方法（その１）では、変調信号に逆バイアスを用いるデプレッション型の光半導体素子の場合を例に説明する。ここでは、電極３６に絶対値の大きな逆バイアスが印加されている状態を低電圧状態と称することとする。一方、電極３６に電圧が印加されていない状態、又は、電極３６に絶対値の小さな逆バイアスが印加されている状態を高電圧状態と称することとする。
【００５６】
図３（ａ）は、ヒータ４２，４４に駆動信号が印加されておらず、リング変調器１２の電極３６，３８間に電圧が印加されていない状態における検出信号の強度と周波数との関係を示すグラフである。図３（ｂ）は、ヒータ４２，４４に駆動信号が印加されておらず、リング変調器１２の電極３６，３８間に電圧が印加されていない状態における導波路１０からリング変調器１２への光の透過率と周波数との関係を示すグラフである。図３（ｃ）は、ヒータ４２，４４に駆動信号が印加されておらず、リング変調器１２の電極３６，３８間に電圧が印加されていない状態における出力光の強度と周波数との関係を示すグラフである。
【００５７】
図３に示すように、ヒータ４０，４２に駆動信号を印加していない状態では、リング共振器１４の共振波長やリング変調器１２の共振波長は、入力光の波長λ１から乖離している。このため、導波路１０、１０ａからリング共振器１４側やリング変調器１２側に光が透過しにくく、リング共振器１４中やリング変調器１２中の光パワーは小さい。リング共振器１４中の光パワーが小さいため、光検出器１６により検出される検出信号（検出光）の強度は低い。導波路１０からリング変調器１２側に光が透過しにくいため、出力端３０側に出力される出力光の強度は強い。
【００５８】
図４（ａ）は、ヒータ４２，４４に駆動信号が印加されており、リング変調器１２の電極３６に印加される変調信号が高電圧状態である場合における検出信号の強度と周波数との関係を示すグラフである。図４（ｂ）は、ヒータ４２，４４に駆動信号が印加されており、リング変調器１２の電極３６に印加される変調信号が高電圧状態である場合における導波路１０からリング変調器１２への光の透過率と周波数との関係を示すグラフである。図４（ｃ）は、ヒータ４２，４４に駆動信号が印加されており、リング変調器１２の電極３６に印加される変調信号が高電圧状態である場合における出力光の強度と周波数との関係を示すグラフである。
【００５９】
ヒータ４２，４４に駆動信号が印加され、リング共振器１４及びリング変調器１２が加熱されると、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、リング共振器１４の共振波長及びリング変調器１２の共振波長が長波長側にシフトする。ヒータ４４に駆動信号を印加する際には、光検出器１６により検出される検出信号の強度が予め規定された規定値に維持されるように、ヒータ４４に印加する駆動信号が調整される。図４（ａ）に示すように、規定値は、比較的大きい値に設定されている。ヒータ４４に印加される駆動信号は、光検出器１６により検出される検出信号の強度が規定値になるのみならず、リング共振器１４の共振波長が入力波長λ１よりも大きくなるように制御される。ヒータ４４に印加する駆動信号を比較的大きく設定することにより、ヒータ４４の温度を比較的高く設定すれば、リング共振器１４の共振波長が長波長側に大きくシフトし、リング共振器１４の周波数特性を図４（ａ）に示すように設定することが可能である。リング変調器１２の周回光路長とリング共振器１４の周回光路長とは同等に設定されており、リング変調器１２を加熱するヒータ４２には、リング共振器１４を加熱するヒータ４４に印加される駆動信号と同等の駆動信号が印加される。従って、リング変調器１４の周波数特性は、図４（ｂ）に示すように、図４（ａ）と同等に設定することが可能である。リング変調器１２の周波数特性を図４（ｂ）のように設定した場合には、導波路１０からリング変調器１２側に光が透過しやすくなるため、出力端３０側に出力される出力光の強度は所定の閾値よりも弱くなる。出力端３０側に出力される出力光の強度は、図４（ｃ）に示すように、信号“０”に対応する強度となる。
【００６０】
なお、規定値を図４（ａ）に示す周波数特性曲線のピーク値より低く設定しているのは、以下のような理由によるものである。即ち、光検出器１６による検出信号の強度が周波数特性曲線のピーク値となるようにヒータ４４を駆動した場合には、リング共振器１４の共振波長がシフトした際に、長波長側にシフトしたか、短波長側にシフトしたかを判別し得ない。これに対し、規定値を図４（ａ）に示すように周波数特性曲線のピーク値より低く設定した場合には、リング共振器１４の共振波長が長波長側にシフトすると、光検出器１６による検出信号の強度が低下する。一方、リング共振器１４の共振波長が短波長側にシフトすると、光検出器１６による検出信号の強度が増大する。従って、リング共振器１４の共振波長がシフトした際に、長波長側にシフトしたか、短波長側にシフトしたかを判別することが可能である。このような理由により、本実施形態では、図４（ａ）に示すように、既定値を検出信号の周波数特性曲線のピーク値より低く設定している。
【００６１】
図５（ａ）は、ヒータ４２，４４に駆動信号が印加されており、且つ、リング変調器１２の電極３６に印加される変調信号が低電圧状態である場合における検出信号の強度と周波数との関係を示すグラフである。図５（ｂ）は、ヒータ４２，４４に駆動信号が印加されており、且つ、リング変調器１２の電極３６に印加される変調信号が低電圧状態である場合における導波路１０からリング変調器１２への光の透過率と周波数との関係を示すグラフである。図５（ｃ）は、ヒータ４２，４４に駆動信号が印加されており、且つ、リング変調器１２の電極３６に印加される変調信号が低電圧状態である場合における出力光の強度と周波数との関係を示すグラフである。
【００６２】
ヒータ４４に駆動信号を印加した状態で、更に、ドライバ回路５０によりリング変調器１２の電極３６に印加される変調信号が低電圧状態になると、図５（ｂ）に示すように、リング変調器１２の共振波長が長波長側に更にシフトする。リング変調器１２の共振波長は、入力波長λ１から乖離する。リング変調器１２の共振波長が入力波長λ１から乖離するため、導波路１０からリング共振器１２側に光が透過しにくくなり、出力端３０側に出力される出力光の強度は所定の閾値よりも強くなる。出力端３０側に出力される出力光の強度は、図５（ｃ）に示すように、信号“１”に対応する強度となる。
【００６３】
このように、ヒータ４２，４４に駆動信号を印加し、リング変調器１２の電極３６に印加される変調信号が高電圧状態である場合において、導波路１０の出力端３０側から出力される出力光の強度が信号“０”に対応した強度となるように制御することが可能である。また、ヒータ４２，４４に駆動信号を印加し、リング変調器１２の電極３６に印加される変調信号が低電圧状態である場合において、導波路１０の出力端３０側から出力される出力光の強度が信号“１”に対応する強度となるように制御することが可能である。
【００６４】
なお、ここでは、変調信号に逆バイアスを用いるデプレッション型の光半導体素子を例に説明したが、これに限定されるものではない。
【００６５】
例えば、変調信号に順バイアスを用いるキャリア注入型の光半導体素子であってもよい。キャリア注入型の光半導体素子の場合には、電圧が印加されていない場合、又は、絶対値の小さい順バイアスが印加されている場合が低電圧状態である。一方、絶対値の大きい順バイアスが印加されている場合が高電圧状態である。
【００６６】
また、ゼロバイアスを跨ぐような変調信号で動作させることも可能である。この場合、逆バイアスが印加されている状態が低電圧状態である。一方、順バイアスが印加されている状態が高電圧状態である。
【００６７】
次に、本実施形態による光半導体素子の制御方法の例（その２）について図６乃至図８を用いて説明する。本実施形態による光半導体素子の制御方法（その２）においても、変調信号に逆バイアスを用いるデプレッション型の光半導体素子の場合を例に説明する。電極３６に絶対値の大きな逆バイアスが印加されている状態を低電圧状態と称する。一方、電極３６に電圧が印加されていない状態、又は、電極３６に絶対値の小さな逆バイアスが印加されている状態を高電圧状態と称する。
【００６８】
図６（ａ）は、ヒータ４２，４４に駆動信号が印加されておらず、リング変調器１２の電極３６，３８間に電圧が印加されていない状態における検出信号の強度と周波数との関係を示すグラフである。図６（ｂ）は、ヒータ４２，４４に駆動信号が印加されておらず、リング変調器１２の電極３６，３８間に電圧が印加されていない状態における導波路１０からリング変調器１２への光の透過率と周波数との関係を示すグラフである。図６（ｃ）は、ヒータ４２，４４に駆動信号が印加されておらず、リング変調器１２の電極３６，３８間に電圧が印加されていない状態における出力光の強度と周波数との関係を示すグラフである。
【００６９】
図６に示すように、ヒータ４０，４２に駆動信号を印加していない状態では、リング共振器１４の共振波長やリング変調器１２の共振波長は、入力光の波長λ１から乖離している。このため、導波路１０、１０ａからリング共振器１４側やリング変調器１２側に光が透過しにくく、リング共振器１４中やリング変調器１２中の光パワーは小さい。リング共振器１４中の光パワーが小さいため、光検出器１６により検出される検出信号（検出光）の強度は低い。導波路１０からリング変調器１２側に光が透過しにくいため、出力端３０側に出力される出力光の強度は強い。
【００７０】
図７（ａ）は、ヒータ４２，４４に駆動信号が印加されており、リング変調器１２の電極３６に印加される変調信号が高電圧状態である場合における検出信号の強度と周波数との関係を示すグラフである。図７（ｂ）は、ヒータ４２，４４に駆動信号が印加されており、リング変調器１２の電極３６に印加される変調信号が高電圧状態である場合における導波路１０からリング変調器１２への光の透過率と周波数との関係を示すグラフである。図７（ｃ）は、ヒータ４２，４４に駆動信号が印加されており、リング変調器１２の電極３６に印加される変調電圧が高電圧状態である場合における出力光の強度と周波数との関係を示すグラフである。
【００７１】
ヒータ４２，４４に駆動信号が印加され、リング共振器１４及びリング変調器１２が加熱されると、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、リング共振器１４の共振波長及びリング変調器１２の共振波長が長波長側にシフトする。ヒータ４４に駆動信号を印加する際には、光検出器１６により検出される検出信号の強度が予め規定された規定値に維持されるように、ヒータ４４に印加する駆動信号が調整される。図７（ａ）に示すように、規定値は、比較的小さい値に設定されている。ヒータ４４に印加される駆動信号は、光検出器１６により検出される検出信号の強度が規定値になるのみならず、リング共振器１４の共振波長が入力波長λ１よりも小さくなるように制御される。ヒータ４４に印加する駆動信号を比較的小さく設定することにより、ヒータ４４による上昇温度を比較的小さく設定すれば、リング共振器１４の共振波長の長波長側へのシフト量を小さく抑えることが可能である。従って、リング共振器１４の周波数特性を図７（ａ）に示すように設定することが可能である。リング変調器１２の周回光路長とリング共振器１４の周回光路長とは同等に設定されており、リング変調器１２を加熱するヒータ４２には、リング共振器１４を加熱するヒータ４４に印加される駆動信号と同等の駆動信号が印加される。従って、リング変調器１４の周波数特性は、図７（ｂ）に示すように、図７（ａ）と同等に設定することが可能である。リング変調器１２の周波数特性を図７（ｂ）のように設定した場合には、導波路１０からリング変調器１２側に光が透過しにくいため、出力端３０側に出力される出力光の強度は所定の閾値よりも強くなる。出力端３０側に出力される出力光の強度は、図７（ｃ）に示すように、信号“１”に対応する強度となる。
【００７２】
図８（ａ）は、ヒータ４２，４４に駆動信号が印加されており、且つ、リング変調器１２の電極３６に印加される変調信号が低電圧状態である場合における検出信号の強度と周波数との関係を示すグラフである。図８（ｂ）は、ヒータ４２，４４に駆動信号が印加されており、且つ、リング変調器１２の電極３６に印加される変調信号が低電圧状態である場合における導波路１０からリング変調器１２への光の透過率と周波数との関係を示すグラフである。図８（ｃ）は、ヒータ４２，４４に駆動信号が印加されており、且つ、リング変調器１２の電極３６に印加される変調信号が低電圧状態である場合における出力光の強度と周波数との関係を示すグラフである。
【００７３】
ヒータ４４に駆動信号を印加した状態で、更に、ドライバ回路５０によりリング変調器１２の電極３６に印加される変調信号が低電圧状態になると、図８（ｂ）に示すように、リング変調器１２の共振波長が長波長側に更にシフトする。リング変調器１２の共振波長は、入力波長λ１に近づく。リング変調器１２の共振波長が入力波長λ１に近づくため、導波路１０からリング共振器１２側に光が透過しやすくなり、出力端３０側に出力される出力光の強度は所定の閾値よりも弱くなる。出力端３０側に出力される出力光の強度は、図８（ｃ）に示すように、信号“０”に対応する強度となる。
【００７４】
このように、ヒータ４２，４４に駆動信号を印加し、リング変調器１２の電極３６に印加される変調信号が高電圧状態である場合において、導波路１０の出力端３０側から出力される出力光の強度が信号“１”に対応した強度となるように制御することも可能である。また、ヒータ４２，４４に駆動信号を印加し、リング変調器１２の電極３６に印加される変調信号が低電圧状態である場合において、導波路１０の出力端３０側から出力される出力光の強度が信号“０”に対応する強度となるように制御することも可能である。
【００７５】
なお、ここでは、変調信号に逆バイアスを用いるデプレッション型の光半導体素子を例に説明したが、これに限定されるものではない。
【００７６】
例えば、変調信号に順バイアスを用いるキャリア注入型の光半導体素子であってもよい。キャリア注入型の光半導体素子の場合には、電圧が印加されていない場合、又は、絶対値の小さい順バイアスが印加されている場合が低電圧状態である。一方、絶対値の大きい順バイアスが印加されている場合が高電圧状態である。
【００７７】
また、ゼロバイアスを跨ぐような変調信号で動作させることも可能である。この場合、逆バイアスが印加されている状態が低電圧状態である。一方、順バイアスが印加されている状態が高電圧状態である。
【００７８】
このように、本実施形態によれば、導波路１０とリング変調器１２とが光学的に結合する箇所よりも入力端２８側において分岐部２６が形成されており、分岐した導波路１０ａにリング共振器１４が光学的に結合されている。このため、リング共振器１４を用いてリング変調器１２を間接的にモニタリングすることができる。そして、リング共振器１４を加熱するヒータ４４に印加する駆動信号に応じた駆動信号を、リング変調器１２を加熱するヒータ４２に印加することで、リング変調器１２を確実に制御することができる。
【００７９】
［第２実施形態］
第２実施形態による光半導体素子を図９及び図１０を用いて説明する。図９は、本実施形態による光半導体素子を示す概略図である。図１０は、本実施形態による光半導体素子を示す断面図である。図１０（ａ）は、図９のＡ−Ａ′線に対応しており、図１０（ｂ）は図９のＢ−Ｂ′線に対応している。図１乃至図８に示す第１実施形態による光半導体素子と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
【００８０】
本実施形態による光半導体素子は、リング変調器１２を加熱するヒータ４２とリング共振器１４を加熱するヒータ４４とが電気的に接続されているものである。
【００８１】
図９に示すように、リング変調器１２を加熱するヒータ４２の一方の端部３９とリング共振器１４を加熱するヒータ４４の一方の端部４７とが電気的に接続されている。具体的には、リング変調器１２を加熱するヒータ４２とリング共振器１４を加熱するヒータ４４とが直列に接続されている。リング変調器１２を加熱するヒータ４２とリング共振器１４を加熱するヒータ４４とによりヒータ部４６が形成されている。
【００８２】
リング変調器１２を加熱するヒータ４２の一方の端部３９とリング共振器１４を加熱するヒータ４４の一方の端部４７とを接続する接続部４９上には、電極７６が形成されている。ヒータ４２，４４と接続部４９とは、同一の膜により一体に形成されている。電極７６は、ヒータ４２，４４及び接続部４９を形成する白金薄膜より電気抵抗の小さい材料により形成されている。ここでは、電極７６の材料として例えばアルミニウムが用いられている。電極７６が形成されている箇所においては、電気抵抗が低くなっているため、発熱が抑制され、不要な箇所において加熱が行われるのを防止することができる。
【００８３】
リング変調器１２を加熱するヒータ４２の他方の端部４１は、例えば接地電位ＧＮＤに接続される。
【００８４】
リング共振器１４を加熱するヒータ４４の他方の端部４５は、例えば制御部２４に接続されている。
【００８５】
なお、ここでは、リング変調器１２を加熱するヒータ４２の他方の端部４１を例えば接地電位ＧＮＤに接続し、リング共振器１４を加熱するヒータ４４の他方の端部４５を制御部２４に接続する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。
【００８６】
リング共振器１４を加熱するヒータ４４の他方の端部４５を例えば接地電位ＧＮＤに接続し、リング変調器１２を加熱するヒータ４２の他方の端部４１を制御部２４に接続するようにしてもよい。
【００８７】
光検出器１６は、リング共振器１４中における光パワーに応じた検出信号を制御部２４に出力する。
【００８８】
制御部２４は、光検出器１６により検出される検出信号に基づいてヒータ部４６を制御する。即ち、制御部４６は、光検出器１６により検出される検出信号の強度が予め定められた規定値となるようにヒータ部４６を制御する。より具体的には、制御部２４は、光検出器１６により検出された検出信号の強度が予め規定された規定値に維持されるように、ヒータ部４６に印加する駆動信号（制御信号）を調整（増減）する。
【００８９】
制御部２４は、光検出器１６により検出される検出信号の強度を観測し、かかる検出信号の強度が規定値からずれた場合には、かかる検出信号の強度が規定値となるように、ヒータ部４６に印加する駆動信号を調整（増減）する。
【００９０】
上述したように、リング変調器１２の周回光路長とリング共振器１４の周回光路長とは同等に設定されている。このため、リング変調器１２の周囲温度とリング共振器１４の周囲温度とが同等の場合には、リング変調器１２の共振波長とリング共振器１４の共振波長とは同等となる。また、リング変調器１２を加熱するヒータ４２の発熱特性とリング共振器１４を加熱するヒータ４４の発熱特性とは同等である。また、これらのヒータ４２，４４は直列に接続されているため、これらのヒータ４２，４４に流れる電流は同等である。従って、リング共振器１４とリング変調器１２とはこれらヒータ４２，４４によりそれぞれ同等の温度に加熱され、リング共振器１４の共振特性とリング変調器１２の共振特性とは同等とすることが可能である。従って、リング共振器１４をモニタリングしつつヒータ部４６を制御することで、リング変調器１２を確実に制御することができる。
【００９１】
このように、リング変調器１２を加熱するヒータ４２とリング共振器１４を加熱するヒータ４４とが電気的に接続されていてもよい。
【００９２】
（変形例）
次に、本実施形態による光半導体素子の変形例について図１１を用いて説明する。図１１は、本変形例による光半導体素子を示す平面図である。
【００９３】
本変形例による光半導体素子は、リング変調器１２を加熱するヒータ４２とリング共振器１４を加熱するヒータ４４とが並列に接続されているものである。
【００９４】
図１１に示すように、リング変調器１２を加熱するヒータ４２の一方の端部３９とリング共振器１４を加熱するヒータ４４の一方の端部４７とは電気的に接続されている。ヒータ４２とヒータ４４とによりヒータ部４６が形成されている。
【００９５】
リング変調器１２を加熱するヒータ４２の一方の端部３９とリング共振器１４を加熱するヒータ４４の一方の端部４７とを接続する接続部４９上には、図１０（ｂ）に示すように、電極７６が形成されている。ヒータ４２，４４と接続部４９とは、同一の膜により一体に形成されている。電極７６は、ヒータ４２，４４及び接続部４９を形成する白金薄膜より電気抵抗の小さい材料により形成されている。ここでは、電極７６の材料として例えばアルミニウムが用いられている。
【００９６】
リング変調器１２を加熱するヒータ４２の他方の端部４１は、例えば接地電位ＧＮＤに接続される。
【００９７】
リング共振器１４を加熱するヒータ４４の他方の端部４５は、例えば接地電位ＧＮＤに接続されている。
【００９８】
このように、本変形例では、リング変調器１２を加熱するヒータ４２とリング共振器１４を加熱するヒータ４４とが並列に接続されている。
【００９９】
光検出器１６は、リング共振器１４中における光パワーに応じた検出信号を制御部２４に出力する。
【０１００】
制御部２４は、光検出器１６により検出される検出信号に基づいてヒータ部４６を制御する。即ち、制御部４６は、光検出器１６により検出される検出信号の強度が予め定められた規定値に維持されるようにヒータ部４６を制御する。より具体的には、制御部２４は、光検出器１６により検出される検出信号の強度が規定値に維持されるように、ヒータ部４６の電極７６に印加する駆動信号（制御信号）を調整（増減）する。
【０１０１】
制御部２４は、光検出器１６により検出される検出信号の強度を観測し、かかる検出信号の強度が規定値からずれた場合には、かかる検出信号の強度が規定値となるように、ヒータ部４６に印加する駆動信号を調整（増減）する。
【０１０２】
上述したように、リング変調器１２の周回光路長とリング共振器１４の周回光路長とは同等に設定されている。このため、リング変調器１２の周囲温度とリング共振器１４の周囲温度とが同等の場合には、リング変調器１２の共振波長とリング共振器１４の共振波長とは同等となる。また、リング変調器１２を加熱するヒータ４２とリング共振器１４を加熱するヒータ４４とは同等に形成されている。また、これらのヒータ４２，４４に流れる電流は同等である。従って、リング共振器１４とリング変調器１２とはこれらヒータ４２，４４によりそれぞれ同等の温度に加熱され、リング共振器１４の共振特性とリング変調器１２の共振特性とを同等とすることが可能である。従って、リング共振器１４をモニタしつつヒータ部４６を制御することで、リング変調器１２を確実に制御することができる。
【０１０３】
このように、リング変調器１２を加熱するヒータ４２とリング共振器１４を加熱するヒータ４４とが並列に接続されていてもよい。
【０１０４】
［第３実施形態］
第３実施形態による光半導体素子について図１２を用いて説明する。図１２は、本実施形態による光半導体素子を示す概略図である。図１乃至図１１に示す第１又は第２実施形態による光半導体素子と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
【０１０５】
本実施形態による光半導体素子は、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing、波長分割多重）通信に対応し得るものである。
【０１０６】
入力端２８側からは、波長が互いに異なる複数の成分を含む入力光が入力される。ここでは、波長λ１のＣＷ光の入力光と、波長λ２のＣＷ光の入力光と、波長λ３のＣＷ光の入力光と、波長λ４のＣＷ光の入力光とが、導波路１０の入力端２８側から導波路１０内に入力される。換言すれば、波長λ１の成分と、波長λ２の成分と、波長λ３の成分と、波長λ４の成分とを含むＣＷ光の入力光が、導波路１０の入力端２８側から導波路１０内に入力される。
【０１０７】
図１２における紙面左側の部分は、波長λ１用の処理部７８ａである。波長λ１用の処理部７８ａの紙面右側は、波長λ２用の処理部７８ｂを示している。波長λ２用の処理部７８ｂの紙面右側は、波長λ３用の処理部７８ｃを示している。波長λ３用の処理部７８ｃの紙面右側は、波長λ４用の処理部７８ｄを示している。
【０１０８】
各々の処理部７８ａ〜７８ｄ内に設けられたリング変調器１２ａ〜１２ｄのリング型導波路３４ａ〜３４ｄの周回光路長は、互いに異なるように設定されている。
【０１０９】
また、各々の処理部７８ａ〜７８ｄ内に設けられたリング共振器１４ａ〜１４ｄのリング型導波路４０ａ〜４０ｄの周回光路長も、互いに異なるように設定されている。
【０１１０】
即ち、波長λ１用の処理部７８ａにおいては、リング変調器１２ａの周回光路長がＬ１に設定されている。また、波長λ１用の処理部７８ａにおいては、リング共振器１４ａの周回光路長がＬ１に設定されている。
【０１１１】
また、波長λ２用の処理部７８ｂにおいては、リング変調器１２ｂの周回光路長がＬ２に設定されている。また、波長λ２用の処理部７８ｂにおいては、リング共振器１４ｂの周回光路長がＬ２に設定されている。
【０１１２】
また、波長λ３用の処理部７８ｃにおいては、リング変調器１２ｃの周回光路長がＬ３に設定されている。また、波長λ３用の処理部７８ｃにおいては、リング共振器１４ｃの周回光路長がＬ３に設定されている。
【０１１３】
また、波長λ４用の処理部７８ｄにおいては、リング変調器１２ｄの周回光路長がＬ４に設定されている。また、波長λ４用の処理部７８ｄにおいては、リング共振器１４ｄの周回光路長がＬ４に設定されている。
【０１１４】
各々の処理部７８ａ〜７８ｄに設けられたモニタ側制御部２２ａ〜２２ｄと変調器側制御部２２ａ〜２２ｄとが相俟って制御部が形成されている。
【０１１５】
なお、本実施形態においても、図１に示す第１実施形態による光半導体素子と同様に電極３６に変調信号を印加するドライバ回路５０が処理部７８ａ〜７８ｄ内にそれぞれ設けられているが、図１２においては図示を省略している。
【０１１６】
第１実施形態において上述したように、導波路１０の出力端３０側から出力される出力光の強度は、入力光の波長とリング変調器１２ａ〜１２ｄのリング型導波路３４ａ〜３４ｄの共振波長との関係に応じて変化する。
【０１１７】
例えば、波長λ１用の処理部７８ａのリング型導波路３４ａの共振波長を波長λ１に近づけると、導波路１０からリング型導波路３４ａへの光の透過率が大きくなり、出力端３０から出力される波長λ１の成分の出力光の強度（変調光出力パワー）は弱くなる。導波路１０からリング型導波路３４ａへの光の透過率は、リング型導波路３４ａの共振波長が波長λ１からずれるに従って小さくなる。従って、リング型導波路３４ａの共振波長が波長λ１から離れると、導波路１０からリング型導波路３４ａへの光の透過率が小さくなり、出力端３０側から出力される波長λ１の成分の出力光の強度は強くなる。
【０１１８】
例えば、波長λ１用の処理部７８ａを第１実施形態の制御方法（その１）と同様に制御してもよい。即ち、波長λ１用の処理部７８ａのヒータ部４６に駆動信号を印加し、波長λ１用の処理部７８ａのリング変調器１２ａの電極３６に印加される変調信号が高電圧状態である場合には、出力光が信号“０”に対応する強度となるように制御してもよい（図４参照）。この場合、波長λ１用の処理部７８ａのヒータ部４６に駆動信号を印加し、波長λ１用の処理部７８ａのリング変調器１２ａの電極３６に印加される変調信号が低電圧状態である場合には、出力光が信号“１”に対応する強度となる（図５参照）。
【０１１９】
また、波長λ１用の処理部７８ａを第１実施形態の制御方法（その２）と同様に制御してもよい。即ち、波長λ１用の処理部７８ａのヒータ部４６に駆動信号を印加し、波長λ１用の処理部７８ａのリング変調器１２ａの電極３６に印加される変調信号が高電圧状態である場合には、出力光が信号“１”に対応する強度となるように制御してもよい（図７参照）。この場合、波長λ１用の処理部７８ａのヒータ部４６に駆動信号を印加し、波長λ１用の処理部７８ａのリング変調器１２ａの電極３６に印加される変調信号が低電圧状態である場合には、出力光が信号“０”に対応する強度となる（図８参照）。
【０１２０】
波長λ２用の処理部７８ｂのリング型導波路３４ｂの共振波長を波長λ２に近づけると、導波路１０からリング型導波路３４ｂへの光の透過率が大きくなり、出力端３０から出力される波長λ２の成分の出力光の強度は所定の閾値よりも弱くなる。導波路１０からリング型導波路３４ｂへの光の透過率は、リング型導波路３４ｂの共振波長が波長λ２からずれるに従って小さくなる。従って、リング型導波路３４ｂの共振波長が波長λ２から離れると、導波路１０からリング型導波路３４ｂへの光の透過率が小さくなり、出力端３０側から出力される波長λ２の成分の出力光の強度は所定の閾値よりも強くなる。
【０１２１】
例えば、波長λ２用の処理部７８ｂを第１実施形態の制御方法（その１）と同様に制御してもよい。即ち、波長λ２用の処理部７８ｂのヒータ部４６に駆動信号を印加し、波長λ２用の処理部７８ｂのリング変調器１２ｂの電極３６に印加される変調信号が高電圧状態である場合には、出力光が信号“０”に対応する強度となるように制御してもよい（図４参照）。この場合、波長λ２用の処理部７８ｂのヒータ部４６に駆動信号を印加し、波長λ２用の処理部７８ｂのリング変調器１２ｂの電極３６に印加される変調信号が低電圧状態である場合には、出力光が信号“１”に対応する強度となる（図５参照）。
【０１２２】
また、波長λ２用の処理部７８ｂを第１実施形態の制御方法（その２）と同様に制御してもよい。即ち、波長λ２用の処理部７８ｂのヒータ部４６に駆動信号を印加し、波長λ２用の処理部７８ｂのリング変調器１２ｂの電極３６に印加される変調信号が高電圧状態である場合には、出力光が信号“１”に対応する強度となるように制御してもよい（図７参照）。この場合、波長λ２用の処理部７８ｂのヒータ部４６に駆動信号を印加し、波長λ２用の処理部７８ｂのリング変調器１２ｂの電極３６に印加される変調信号が低電圧状態である場合には、出力光が信号“０”に対応する強度となる（図８参照）。
【０１２３】
波長λ３用の処理部７８ｃのリング型導波路３４ｃの共振波長を波長λ３に近づけると、導波路１０からリング型導波路３４ｃへの光の透過率が大きくなり、出力端３０から出力される波長λ３の成分の出力光の強度は所定の閾値よりも弱くなる。導波路１０からリング型導波路３４ｃへの光の透過率は、リング型導波路３４ｃの共振波長が波長λ３からずれるに従って小さくなる。従って、リング型導波路３４ｃの共振波長が波長λ３から離れると、導波路１０からリング型導波路３４ｃへの光の透過率が小さくなり、出力端３０側から出力される波長λ３の成分の出力光の強度は所定の閾値よりも強くなる。
【０１２４】
例えば、波長λ３用の処理部７８ｃを第１実施形態の制御方法（その１）と同様に制御してもよい。即ち、波長λ３用の処理部７８ｃのヒータ部４６に駆動信号を印加し、波長λ３用の処理部７８ｃのリング変調器１２ｃの電極３６に印加される変調信号が高電圧状態である場合には、出力光が信号“０”に対応する強度となるように制御してもよい（図４参照）。この場合、波長λ３用の処理部７８ｃのヒータ部４６に駆動信号を印加し、波長λ３用の処理部７８ｃのリング変調器１２ｃの電極３６に印加される変調信号が低電圧状態である場合には、出力光が信号“１”に対応する強度となる（図５参照）。
【０１２５】
また、波長λ３用の処理部７８ｃを第１実施形態の制御方法（その２）と同様に制御してもよい。即ち、波長λ３用の処理部７８ｃのヒータ部４６に駆動信号を印加し、波長λ３用の処理部７８ｃのリング変調器１２ｃの電極３６に印加される変調信号が高電圧状態である場合には、出力光が信号“１”に対応する強度となるように制御してもよい（図７参照）。この場合、波長λ３用の処理部７８ｃのヒータ部４６に駆動信号を印加し、波長λ３用の処理部７８ｃのリング変調器１２ｃの電極３６に印加される変調信号が低電圧状態である場合には、出力光が信号“０”に対応する強度となる（図８参照）。
【０１２６】
波長λ４用の処理部７８ｄのリング型導波路３４ｄの共振波長を波長λ４に近づけると、導波路１０からリング型導波路３４ｄへの光の透過率が大きくなり、出力端３０から出力される波長λ４の成分の出力光の強度は所定の閾値よりも弱くなる。導波路１０からリング型導波路３４ｄへの光の透過率は、リング型導波路３４ｄの共振波長が波長λ４からずれるに従って小さくなる。従って、リング型導波路３４ｄの共振波長が波長λ４から離れると、導波路１０からリング型導波路３４ｄへの光の透過率が小さくなり、出力端３０側から出力される波長λ４の成分の出力光の強度は所定の閾値よりも強くなる。
【０１２７】
例えば、波長λ４用の処理部７８ｄを第１実施形態の制御方法（その１）と同様に制御してもよい。即ち、波長λ４用の処理部７８ｄのヒータ部４６に駆動信号を印加し、波長λ４用の処理部７８ｄのリング変調器１２ｄの電極３６に印加される変調信号が高電圧状態である場合には、出力光が信号“０”に対応する強度となるように制御してもよい（図４参照）。この場合、波長λ４用の処理部７８ｄのヒータ部４６に駆動信号を印加し、波長λ４用の処理部７８ｄのリング変調器１２ｄの電極３６に印加される変調信号が低電圧状態である場合には、出力光が信号“１”に対応する強度となる（図５参照）。
【０１２８】
また、波長λ３用の処理部７８ｄを第１実施形態の制御方法（その２）と同様に制御してもよい。即ち、波長λ４用の処理部７８ｄのヒータ部４６に駆動信号を印加し、波長λ４用の処理部７８ｄのリング変調器１２ｄの電極３６に電圧される変調信号が高電圧状態である場合には、出力光が信号“１”に対応する強度となるように制御してもよい（図７参照）。この場合、波長λ４用の処理部７８ｄのヒータ部４６に駆動信号を印加し、波長λ３用の処理部７８ｄのリング変調器１２ｄの電極３６に印加される変調信号が低電圧状態である場合には、出力光が信号“０”に対応する強度となる（図８参照）。
【０１２９】
このように、リング型導波路３４ａ〜３４ｄ、４０ａ〜４０ｄの周回光路長を互いに異ならせ、ＷＤＭ通信に用い得る光半導体素子を形成してもよい。
【０１３０】
［変形実施形態］
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【０１３１】
例えば、第３実施形態による光半導体素子において、第２実施形態による光半導体素子と同様に、リング変調器１２ａ〜１２ｄをそれぞれ加熱するヒータ４２とリング共振器１４ａ〜１４ｄをそれぞれ加熱するヒータ４４とを電気的に接続してもよい。
【０１３２】
上記実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【０１３３】
（付記１）
入力端側から入力光が入力される第１の導波路と、
分岐部において前記第１の導波路から分岐された第２の導波路と、
前記第１の導波路のうちの前記分岐部よりも出力端側の部分に光学的に結合するように配されたリング変調器と、
前記第２の導波路に光学的に結合するように配されたリング共振器と、
前記リング変調器を加熱する第１のヒータと、
前記リング共振器を加熱する第２のヒータと、
前記リング共振器中の光パワーをモニタする光検出器と、
前記光検出器により検出される検出信号に基づいて前記第２のヒータを制御し、前記第２のヒータに印加する第１の駆動信号に基づいて前記第１のヒータを制御する制御部と
を有することを特徴とする光半導体素子。
【０１３４】
（付記２）
付記１記載の光半導体素子において、
前記制御部は、前記検出信号が規定値に維持されるように前記第２のヒータを制御する
ことを特徴とする光半導体素子。
【０１３５】
（付記３）
付記１又は２記載の光半導体素子において、
前記リング変調器の周回光路長と前記リング共振器の周回光路長とが同等である
ことを特徴とする光半導体素子。
【０１３６】
（付記４）
付記１乃至３のいずれかに記載の光半導体素子において、
前記制御部は、前記リング共振器の共振波長が前記入力光の波長より長く、且つ、前記リング変調器に印加される変調信号が低電圧状態の場合には前記第１の導波路の前記出力端から出力される出力光が閾値より高く、前記リング変調器に印加される前記変調信号が高電圧状態の場合には前記第１の導波路の前記出力端から出力される前記出力光が前記閾値より低くなるように、前記第２のヒータを制御する
ことを特徴とする光半導体素子。
【０１３７】
（付記５）
付記１乃至３のいずれかに記載の光半導体素子において、
前記制御部は、前記リング共振器の共振波長が前記入力光の波長より短く、且つ、前記リング変調器に印加される変調信号が低電圧状態の場合には前記第１の導波路の前記出力端から出力される出力光が閾値より低く、前記リング変調器に印加される前記変調信号が高電圧状態の場合には前記第１の導波路の前記出力端から出力される前記出力光が前記閾値より高くなるように、前記第２のヒータを制御する
ことを特徴とする光半導体素子。
【０１３８】
（付記６）
付記１乃至５のいずれかに記載の光半導体素子において、
前記制御部は、前記検出信号に基づいて前記第２のヒータに前記第１の駆動信号を印加するモニタ部側制御部と、前記第１の駆動信号に基づいた第２の駆動信号を前記第１のヒータに印加する変調器側制御部とを含む
ことを特徴とする光半導体素子。
【０１３９】
（付記７）
付記１乃至６のいずれかに記載の光半導体素子において、
周回光路長が互いに異なる複数の前記リング変調器を有し、
周回光路長が互いに異なる複数の前記リング共振器を有し、
前記複数のリング変調器をそれぞれ加熱する複数の前記第１のヒータを有し、
前記複数のリング共振器をそれぞれ加熱する複数の前記第２のヒータを有し、
前記複数のリング共振器中の光パワーをそれぞれモニタする複数の前記光検出器を有し、
前記制御部は、前記複数の光検出器によりそれぞれ検出される前記検出信号に基づいて前記複数の第２のヒータに前記第１の駆動信号をそれぞれ印加し、前記複数の第２のヒータにそれぞれ印加される前記第１の駆動信号に基づいて前記複数の第１のヒータをそれぞれ制御する
ことを特徴とする光半導体素子。
【０１４０】
（付記８）
入力端側から入力光が入力される第１の導波路と、
分岐部において前記第１の導波路から分岐された第２の導波路と、
前記第１の導波路のうちの前記分岐部よりも出力端側の部分に光学的に結合するように配されたリング変調器と、
前記第２の導波路に光学的に結合するように配されたリング共振器と、
前記リング変調器を加熱する第１のヒータと、前記第１のヒータに電気的に接続され、前記リング共振器を加熱する第２のヒータとを含むヒータ部と、
前記リング共振器中の光パワーをモニタする光検出器と、
前記光検出器により検出される検出信号が規定値に維持されるように前記ヒータ部を制御する制御部と
を有することを特徴とする光半導体素子。
【０１４１】
（付記９）
付記８記載の光半導体素子において、
前記リング変調器の周回光路長と前記リング共振器の周回光路長とが同等である
ことを特徴とする光半導体素子。
【０１４２】
（付記１０）
付記８又は９記載の光半導体素子において、
前記制御部は、前記リング共振器の共振波長が前記入力光の波長より長く、且つ、前記リング変調器に印加される変調信号が低電圧状態の場合には前記第１の導波路の前記出力端から出力される出力光が閾値より高く、前記リング変調器に印加される前記変調信号が高電圧状態の場合には前記第１の導波路の前記出力端から出力される前記出力光が前記閾値より低くなるように、前記ヒータ部を制御する
ことを特徴とする光半導体素子。
【０１４３】
（付記１１）
付記８又は９記載の光半導体素子において、
前記制御部は、前記リング共振器の共振波長が前記入力光の波長より短く、且つ、前記リング変調器に印加される変調信号が低電圧状態の場合には前記第１の導波路の前記出力端から出力される出力光が閾値より低く、前記リング変調器に印加される前記変調信号が高電圧状態である場合には前記第１の導波路の前記出力端から出力される前記出力光が前記閾値より高くなるように、前記ヒータ部を制御する
ことを特徴とする光半導体素子。
【０１４４】
（付記１２）
付記８乃至１１のいずれかに記載の光半導体素子において、
周回光路長が互いに異なる複数の前記リング変調器を有し、
周回光路長が互いに異なる複数の前記リング共振器を有し、
前記複数のリング変調器をそれぞれ加熱する複数の第１のヒータと、前記複数の第１のヒータにそれぞれ電気的に接続され、前記複数のリング共振器をそれぞれ加熱する複数の前記第２のヒータとをそれぞれ含む複数の前記ヒータ部を有し、
前記複数のリング共振器中の光パワーをそれぞれモニタする複数の前記光検出器を有し、
前記制御部は、前記複数の光検出器によりそれぞれ検出される前記検出信号がそれぞれの前記規定値に維持されるように前記複数のヒータ部をそれぞれ制御する
ことを特徴とする光半導体素子。
【符号の説明】
【０１４５】
１０、１０ａ…導波路
１２、１２ａ〜１２ｄ…リング変調器
１４、１４ａ〜１４ｄ…リング共振器
１６…光検出器
１８…モニタ部
２０、２０ａ〜２０ｄ…モニタ側制御部
２２、２２ａ〜２２ｄ…変調器側制御部
２４…制御部
２６…分岐部
２８…入力端
３０…出力端
３２ａ〜３２ｃ…部分導波路
３４、３４ａ〜３４ｄ…リング型導波路
３６…電極
３８…電極
３９…端部
４０、４０ａ〜４０ｄ…リング型導波路
４１…端部
４２…ヒータ
４４…ヒータ
４５…端部
４６…ヒータ部
４７…端部
４８…導波路
４９…接続部
５０…ドライバ回路
５２…ＳＯＩ基板
５４…ＳＯＩ層
５６…シリコン酸化膜
５８…リブ型導波路
６０…コア
６２…シリコン層
６４…Ｐ型領域
６６…Ｎ型領域
６８…ビアホール
７０…ビアホール
７２…ビア
７４…ビア
７６…電極
７８，７８ａ〜７８ｄ…処理部
【図１】
2014228694.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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