(57)【要約】【課題】複数の半導体レーザをそれぞれ駆動したときの出力光の線幅のばらつきを低減することができる光半導体装置を得る。【解決手段】離れて配置された二群の半導体レーザ１ａ〜１ｌからの出力光をＭＭＩカプラ２が結合する。ＭＭＩカプラ２からの出力光をＳＯＡ３が増幅する。複数の曲がり導波路４ａ〜４ｌが二群の半導体レーザ１ａ〜１ｌをＭＭＩカプラ２にそれぞれ接続する。複数の曲がり導波路４ａ〜４ｌの曲率半径が全て同じである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
離れて配置された二群の半導体レーザと、
前記二群の半導体レーザからの出力光を結合する光結合器と、
前記光結合器からの出力光を増幅する光増幅器と、
前記二群の半導体レーザを前記光結合器にそれぞれ接続する複数の導波路とを備え、
前記複数の導波路はそれぞれ曲がり導波路を有し、
前記複数の導波路の前記曲がり導波路の曲率半径が全て同じであることを特徴とする光半導体装置。
【請求項２】
前記複数の導波路の前記曲がり導波路の各々は、曲率半径が同じで曲率中心が異なる２つの円弧からなることを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置。
【請求項３】
前記複数の導波路はそれぞれ直線導波路を更に有し、
前記複数の導波路の長さは同じであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の半導体レーザがそれぞれ複数の曲がり導波路により光結合器に接続される光半導体装置に関し、特に複数の半導体レーザをそれぞれ駆動したときの出力光の線幅のばらつきを低減することができる光半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の半導体レーザからの出力光をＭＭＩ（Multi-Mode Interference）カプラで結合して半導体光増幅器（semiconductor optical amplifier：SOA）で増幅する光半導体装置において、複数の半導体レーザはそれぞれ複数の曲がり導波路により光結合器に接続される（例えば、特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１０９７０４号公報
【特許文献２】特開２００４−３１９８９３号公報
【特許文献３】特許第４４４４３６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の半導体光増幅器では複数の曲がり導波路の曲率半径が異なるため、ロスのばらつきが大きい。この結果、複数の半導体レーザへの戻り光量が異なり、複数の半導体レーザの出力光の線幅にばらつきが生じるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は複数の半導体レーザをそれぞれ駆動したときの出力光の線幅のばらつきを低減することができる光半導体装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る光半導体装置は、離れて配置された二群の半導体レーザと、前記二群の半導体レーザからの出力光を結合する光結合器と、前記光結合器からの出力光を増幅する光増幅器と、前記二群の半導体レーザを前記光結合器にそれぞれ接続する複数の導波路とを備え、前記複数の導波路はそれぞれ曲がり導波路を有し、前記複数の導波路の前記曲がり導波路の曲率半径が全て同じであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、複数の半導体レーザをそれぞれ駆動したときの出力光の線幅のばらつきを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光半導体装置を示す上面図である。
【図２】図１の一部を拡大した上面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る曲がり導波路を示す上面図である。
【図４】図１のＩ−ＩＩに沿った半導体レーザの断面図である。
【図５】図１のＩＩＩ−ＩＶに沿ったＭＭＩカプラの断面図である。
【図６】図１のＶ−ＶＩに沿ったＳＯＡの断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る光半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る光半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る光半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態１に係る光半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１１】比較例に係る光半導体装置を示す上面図である。
【図１２】図１１の一部を拡大した上面図である。
【図１３】本発明の実施の形態２に係る光半導体装置を示す上面図である。
【図１４】図１３の一部を拡大した上面図である。
【図１５】本発明の実施の形態３に係る光半導体装置を示す上面図である。
【図１６】図１５の一部を拡大した上面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施の形態に係る光半導体装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る光半導体装置を示す上面図である。図２は、図１の一部を拡大した上面図である。複数の半導体レーザ１ａ〜１ｌは二群に離れて配置されている。複数の半導体レーザ１ａ〜１ｌからの出力光をＭＭＩカプラ２が結合する。ＭＭＩカプラ２からの出力光をＳＯＡ３が増幅する。複数の曲がり導波路４ａ〜４ｌが複数の半導体レーザ１ａ〜１ｌをＭＭＩカプラ２にそれぞれ接続する。複数の曲がり導波路４ａ〜４ｌは同じ曲率半径１０００μｍを持つ。
【００１１】
図３は、本発明の実施の形態１に係る曲がり導波路を示す上面図である。複数の曲がり導波路４ａ〜４ｌの各々は、曲率半径が同じ１０００μｍで曲率中心が異なる２つの円弧からなる。
【００１２】
図４は、図１のＩ−ＩＩに沿った半導体レーザの断面図である。ｎ型ＩｎＰ基板５上にｎ型ＩｎＰクラッド層６、ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸活性層７、ｐ型ＩｎＰクラッド層８、回折格子９、ｐ型ＩｎＰ層１０が順に積層されている。これらの層はリッジになっており、その両サイドがｐ型ＩｎＰ埋め込み層１１、ｎ型ＩｎＰブロック層１２、ｐ型ＩｎＰ電流ブロック層１３で埋め込まれている。
【００１３】
ｐ型ＩｎＰ層１０及びｐ型ＩｎＰ電流ブロック層１３上にｐ型ＩｎＰ層１４とｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１５が順に積層されている。リッジの外側においてメサ１６が設けられている。表面が絶縁膜１７で覆われ、その絶縁膜１７には電極コンタクト用部分に開口１８が設けられている。ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１５上にｐ型電極１９が設けられ、ｎ型ＩｎＰ基板５の下面にｎ型電極２０が設けられている。なお、波長可変レーザとして使用するため複数の半導体レーザ１ａ〜１ｌの回折格子９の間隔は異なる。
【００１４】
図５は、図１のＩＩＩ−ＩＶに沿ったＭＭＩカプラの断面図である。ｎ型ＩｎＰ基板５上にｎ型ＩｎＰクラッド層６、ＩｎＧａＡｓＰ導波路層２１、アンドープＩｎＰ層２２が順に積層されている。これらの層はリッジになっている。その他の構成は半導体レーザと同様である。また、曲がり導波路４ａ〜４ｌの構造もリッジ幅が狭いこと以外はＭＭＩカプラ２と同様である。図６は、図１のＶ−ＶＩに沿ったＳＯＡの断面図である。ＳＯＡ３の構造は回折格子９が無い点以外は半導体レーザと同様である。
【００１５】
続いて、本実施の形態に係る光半導体装置の製造工程を説明する。図７から図１０は、本発明の実施の形態１に係る光半導体装置の製造工程を示す断面図である。図８は曲がり半導体レーザ１ａ〜１ｌと導波路４ａ〜４ｌの連結部に対応し、図９はＭＭＩカプラ２とＳＯＡ３の連結部に対応し、図１０はＭＭＩカプラ２部分に対応する。
【００１６】
まず、図７に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板５上にｎ型ＩｎＰクラッド層６、ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸活性層７、ｐ型ＩｎＰクラッド層８、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層２３をＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法で結晶成長させる。
【００１７】
次に、図８に示すように、半導体レーザを形成する位置に絶縁膜で回折格子パターンを形成し、その絶縁膜をマスクとしてｐ型ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層２３をエッチングして回折格子９を形成する。この際に半導体レーザの形成位置以外のｐ型ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層２３を除去する。絶縁膜を除去した後にｐ型ＩｎＰ層１０を成長させる。
【００１８】
次に、図９に示すように、半導体レーザ１ａ〜１ｌとＳＯＡ３の形成位置を絶縁膜で覆い、その絶縁膜をマスクとしてドライエッチング等でＩｎＧａＡｓＰ量子井戸活性層７までエッチングし、更にｎ型ＩｎＰクラッド層６を少し除去する。次に、ＩｎＧａＡｓＰ導波路層２１、アンドープＩｎＰ層２２を選択成長した後、絶縁膜を除去する。
【００１９】
次に、図１０に示すように、絶縁膜１７をパターンニングし、この絶縁膜２４をマスクとしてｎ型ＩｎＰ基板５の途中までエッチングしリッジを形成する。次に、ｐ型ＩｎＰ埋め込み層１１、ｎ型ＩｎＰブロック層１２、ｐ型ＩｎＰ電流ブロック層１３を成長する。絶縁膜２４を除去した後、ｐ型ＩｎＰ層１４とｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１５を成長する。
【００２０】
次に、半導体レーザ１ａ〜１ｌとＳＯＡ３以外を覆う絶縁膜を形成し、この絶縁膜をマスクとしてｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１５をエッチングする。絶縁膜を除去した後に、新たに絶縁膜を形成してパターンニングし、この絶縁膜をマスクとして半導体レーザ１ａ〜１ｌとＳＯＡ３をエッチングしてメサ１６を形成する。その後、絶縁膜を除去する。次に、絶縁膜１７を形成し、電極コンタクト用部分に絶縁膜の開口１８を形成し、ｐ型電極１９とｎ型電極２０を形成する。
【００２１】
続いて、本実施の形態に係る光半導体装置の動作を説明する。複数の半導体レーザ１ａ〜１ｌの中から必要な発振波長が得られる１個の半導体レーザが選択されて駆動する。この半導体レーザからの出力光は、この半導体レーザに接続されている曲がり導波路とＭＭＩカプラ２を導波してＳＯＡ３に入る。この出力光をＳＯＡ３が増幅する。ただし、レーザ光は、例えば端面、バットジョイント、ＭＭＩカプラなどの反射点で反射される。この反射点からの戻り光は曲がり導波路を通り半導体レーザに入る。
【００２２】
続いて本実施の形態の効果を比較例と比較して説明する。図１１は、比較例に係る光半導体装置を示す上面図である。図１２は、図１１の一部を拡大した上面図である。比較例では複数の曲がり導波路４ａ〜４ｌの曲率半径が異なるため、ロスのばらつきが大きい。この結果、複数の半導体レーザ１ａ〜１ｌへの戻り光量が異なり、複数の半導体レーザ１ａ〜１ｌの出力光の線幅にばらつきが生じる。
【００２３】
これに対して、本実施の形態では、複数の曲がり導波路４ａ〜４ｌの曲率半径が同じであるため、ロスのばらつきが小さくなる。この結果、複数の半導体レーザ１ａ〜１ｌへの戻り光量の差を小さくし、複数の半導体レーザ１ａ〜１ｌをそれぞれ駆動したときの出力光の線幅のばらつきを低減することができる。
【００２４】
ここで、一番外側の曲がり導波路４ａ，４ｌでロスが最大となり、一番内側の曲がり導波路４ｆ，４ｇでロスが最小となる。一番外側の曲がり導波路４ａ，４ｌのΔｘを７６０μｍ、Δｙを１５０μｍ、曲率半径を１０００μｍとしてロスのばらつきを計算した。計算の結果、比較例ではロスのばらつきが３．３ｄＢとなったが、本実施の形態では２．１ｄＢとなった。よって、本実施の形態では比較例に比べてロスのばらつきを１．２ｄＢ小さくできる。
【００２５】
実施の形態２．
図１３は、本発明の実施の形態２に係る光半導体装置を示す上面図である。図１４は、図１３の一部を拡大した上面図である。複数の半導体レーザ１ａ〜１ｌとＭＭＩカプラ２との間の各導波路の長さが同じになるように、同じ曲率半径を持つ複数の曲がり導波路４ｂ〜４ｋと複数の半導体レーザ１ｂ〜１ｋとの間にそれぞれ直線導波路２５ａ〜２５ｊを挿入している。
【００２６】
これにより、ロスのばらつきを実施の形態１よりも更に小さくすることができる。この結果、複数の半導体レーザ１ａ〜１ｌへの戻り光量の差を更に小さくし、複数の半導体レーザ１ａ〜１ｌをそれぞれ駆動したときの出力光の線幅のばらつきを更に低減することができる。
【００２７】
ロスが最大となる一番外側の曲がり導波路４ａ，４ｌのΔｘを７６０μｍ、Δｙを１５０μｍ、曲率半径を１０００μｍとしてロスのばらつきを計算した。計算の結果、本実施の形態では実施の形態１に比べてロスのばらつきを更に０．３５ｄＢ小さくできる。
【００２８】
実施の形態３．
図１５は、本発明の実施の形態３に係る光半導体装置を示す上面図である。図１６は、図１５の一部を拡大した上面図である。複数の半導体レーザ１ａ〜１ｌとＭＭＩカプラ２との間の各導波路の長さが同じになるように、同じ曲率半径を持つ複数の曲がり導波路４ｂ〜４ｋとＭＭＩカプラ２との間にそれぞれ直線導波路２５ａ〜２５ｊを挿入している。
【００２９】
これにより、ロスのばらつきを実施の形態１よりも更に小さくすることができる。この結果、複数の半導体レーザ１ａ〜１ｌへの戻り光量の差を更に小さくし、複数の半導体レーザ１ａ〜１ｌをそれぞれ駆動したときの出力光の線幅のばらつきを更に低減することができる。
【００３０】
ロスが最大となる一番外側の曲がり導波路４ａ，４ｌのΔｘを７６０μｍ、Δｙを１５０μｍ、曲率半径を１０００μｍとしてロスのばらつきを計算した。計算の結果、本実施の形態では実施の形態１に比べてロスのばらつきを更に０．３５ｄＢ小さくできる。
【００３１】
なお、実施の形態１〜３において量子井戸活性層はＩｎＧａＡｓＰであるが、これに限らず例えばＩｎＡｌＧａＡｓでもよい。曲率半径は１０００μｍに限らず例えば５００μｍや２０００μｍでもよい。半導体レーザは１２個に限らず例えば１２個以上でもよい。曲がり導波路４ａ〜４ｌは埋め込み構造に限らず、メサ構造でもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１ａ〜１ｌ  複数の半導体レーザ（二群の半導体レーザ）、２  ＭＭＩカプラ（光結合器）、３  ＳＯＡ（光増幅器）、４ａ〜４ｌ  曲がり導波路、２５ａ〜２５ｊ  直線導波路
【図１】
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【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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