(57)【要約】  発振波長の異なる複数の半導体レーザ素子と、複数の半導体レーザ素子から射出されるレーザ光を同一点に合流するアレイ導波路回折格子とを備え、第１グループに属する半導体レーザ素子からのレーザ光は、アレイ導波路回折格子内において第１の回折次数の回折によって同一点に合流され、第２グループに属する半導体レーザ素子からのレーザ光は、アレイ導波路回折格子内において第１の回折次数とは異なる第２の回折次数の回折によって同一点に合流されるように構成される光半導体装置。
2017030158.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振波長の異なる複数の半導体レーザ素子と、
前記複数の半導体レーザ素子に接続され、前記複数の半導体レーザ素子から射出されるレーザ光を同一点に合流するアレイ導波路回折格子と、
を備える光半導体装置であって、
前記複数の半導体レーザ素子は少なくとも第１グループと第２グループに分かれ、
前記アレイ導波路回折格子は、
前記第１グループに属する半導体レーザ素子からのレーザ光は、前記アレイ導波路回折格子内において第１の回折次数の回折によって前記同一点に合流され、
前記第２グループに属する半導体レーザ素子からのレーザ光は、前記アレイ導波路回折格子内において前記第１の回折次数とは異なる第２の回折次数の回折によって前記同一点に合流されるように構成され、
かつ前記第１及び第２グループの半導体レーザ素子と接続されている、光半導体装置。
【請求項２】
前記アレイ導波路回折格子は入力側スラブ導波路を持ち、
前記第１グループに属する半導体レーザ素子からのレーザ光は、第１の入力導波路群を介してそれぞれ前記入力側スラブ導波路の入力端面へ導かれ、
前記第２グループに属する半導体レーザ素子からのレーザ光は、第２の入力導波路群を介してそれぞれ前記入力側スラブ導波路の入力端面へ導かれ、
前記入力端面において、前記第１及び第２の入力導波路群に属する入力導波路は、そのそれぞれの群内において、各々が導くレーザ光の波長順に並んでいる、
請求項１に記載の光半導体装置。
【請求項３】
前記第１の入力導波路群と前記第２の入力導波路群は、前記入力側スラブ導波路の前記入力端面において横に並んで配置され、その境界においてそれぞれの群に属する２つの前記入力導波路は、各々の入力導波路内における波長順とは反対の順序で並んでいる、請求項２に記載の光半導体装置。
【請求項４】
発振波長の異なる複数の半導体レーザ素子と、
前記複数の半導体レーザ素子から射出されるレーザ光を同一点に合流するためのアレイ導波路回折格子と、
前記複数の半導体レーザ素子からのレーザ光をそれぞれ前記アレイ導波路回折格子の入力側スラブ導波路の入力端面へ導く複数の入力導波路と、
を備え、
前記入力端面の幅方向における前記入力導波路の並び順は、それぞれの前記入力導波路が導くレーザ光の波長の大小の順序に対して、順序が反転する箇所が少なくとも１カ所ある、光半導体装置。
【請求項５】
前記複数の半導体レーザ素子から射出される複数のレーザ光のうち少なくとも幾つかの複数のレーザ光は、前記アレイ導波路回折格子において異なる回折次数の回折現象を用いて合流される、
請求項４に記載の光半導体装置。
【請求項６】
前記半導体レーザ素子の各々のレーザ光が前記同一点に合流されるまでの損失は、それら複数のレーザ光が構成する波長帯域において、その波長帯域の端側が中心側よりも小さいように、前記アレイ導波路回折格子が構成されている請求項１〜５のいずれか１項に記載の光半導体装置。
【請求項７】
前記複数の半導体レーザ素子の発振波長の最長波長と最短波長との幅と、前記アレイ導波路回折格子の自由スペクトラルレンジ幅とが略同じとなる、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の光半導体装置。
【請求項８】
前記複数の入力導波路のうち、 最短波長と最長波長のレーザ光をそれぞれ導く入力導波路は、前記入力側スラブ導波路の前記入力端面において隣接している、請求項４に記載の光半導体装置。
【請求項９】
前記複数の半導体レーザ素子の発振波長のうち前記最短波長および前記最長波長は、前記アレイ導波路回折格子における隣り合う回折次数に対応する各自由スペクトラルレンジの中心波長にそれぞれ略等しい、
請求項８に記載の光半導体装置。
【請求項１０】
前記半導体レーザ素子の発振波長の順とは異なる箇所を、発振波長帯域全体の出力光強度差が小さくなるように設定した、請求項１〜９のいずれか１項に記載の光半導体装置。
【請求項１１】
前記半導体レーザ素子と前記アレイ導波路回折格子とは、同一の半導体光集積素子に集積されている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光半導体装置。
【請求項１２】
前記半導体光集積素子では、前記複数の半導体レーザ素子と 複数の入力導波路と前記アレイ導波路回折格子が同一基板上に集積されている、請求項１１に記載の光半導体装置。
【請求項１３】
前記半導体光集積素子は、前記複数の半導体レーザ素子と前記アレイ導波路回折格子が異なる基板上に形成され、複数の入力導波路を介して光学的に接続されることで集積されている、請求項１１に記載の光半導体装置。
【請求項１４】
前記半導体光集積素子は、導波路型光機能素子をさらに集積している、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の光半導体装置。
【請求項１５】
前記半導体光集積素子から射出されるレーザ光が結合される導波路型光機能素子をさらに備えている、請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の光半導体装置。
【請求項１６】
前記導波路型光機能素子は、半導体光増幅器を備えている、請求項１４または請求項１５に記載の光半導体装置。
【請求項１７】
前記アレイ導波路回折格子における中心波長は、前記半導体レーザアレイの発振波長の中で前記半導体光増幅器の利得の最小値を与える波長と略等しい、
請求項１６に記載の光半導体装置。
【請求項１８】
前記光半導体装置は、波長可変レーザ光源である、請求項１〜１７のいずれか１項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、光半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばＤＷＤＭ（Ｄｅｎｓｅ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）光通信等に用いられる波長可変光源として、発振波長の異なる複数の半導体レーザ素子を集積した光半導体装置が知られている。このような複数の半導体レーザ素子を集積した光半導体装置では、光合流手段と半導体レーザ素子とが同一基板上に集積され、当該光合流手段によって複数の半導体レーザ素子から出力されたレーザ光が合流され、合流されたレーザ光が光半導体装置から出力されることが一般的である。【０００３】
この際、光半導体装置に集積された光合流手段が、多モード干渉型（ＭＭＩ：Ｍｕｌｔｉ  Ｍｏｄｅ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）の光合流器等、波長選択性の無いものであったとすると、半導体レーザ素子の出力光強度に対する光半導体装置の出力光強度は、集積する半導体レーザ素子の本数分の１以下になり、損失が大きくなってしまう。【０００４】
そこで、この損失を低減して素子の出力効率を高めるため、光合流手段としてアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：Ａｒｒａｙｅｄ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ）を用いた光半導体装置が知られている（例えば特許文献１参照）。ＡＷＧは、入力側スラブ導波路とアレイ導波路と出力側スラブ導波路とを有し、アレイ導波路の光路差による回折現象を利用して、回折格子と同様の作用を奏することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２８２９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＡＷＧと波長の異なる複数の半導体レーザ素子とを組み合わせて用いた場合、ＡＷＧの損失特性と半導体レーザ素子の利得特性とが相乗されてしまうので、帯域端のレーザ光における高出力化が難しいという問題があった。【０００７】
ＡＷＧは中心波長における損失（結合損失）が最も低く、中心波長から離れるほど損失が大きくなるという特性を有する。一方、半導体レーザ素子の活性層の利得は、通常中心波長付近が最も大きくなるように設計されるため、中心波長から離れるほど利得が小さくなる。その結果、帯域端の半導体レーザ素子の活性層の利得が小さいにも拘わらず、帯域端のレーザ光はＡＷＧでの損失も大きいという状況となる。結果、従来技術の方法では、光半導体装置としての出力を高出力化しようとした場合、不利な条件が組み合わされてしまう帯域端での出力限界が、帯域全体の出力を制約してしまうことになる。【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、光出力の波長依存性を抑制した光半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る光半導体装置は、前記複数の半導体レーザ素子に接続され、前記複数の半導体レーザ素子から射出されるレーザ光を同一点に合流するアレイ導波路回折格子と、を備える光半導体装置であって、前記複数の半導体レーザ素子は少なくとも第１グループと第２グループに分かれ、前記アレイ導波路回折格子は、前記第１グループに属する半導体レーザ素子からのレーザ光は、前記アレイ導波路回折格子内において第１の回折次数の回折によって前記同一点に合流され、前記第２グループに属する半導体レーザ素子からのレーザ光は、前記アレイ導波路回折格子内において前記第１の回折次数とは異なる第２の回折次数の回折によって前記同一点に合流されるように構成され、かつ前記第１及び第２グループの半導体レーザ素子と接続されていることを特徴とする。【００１０】
また、本発明の一態様に係る光半導体装置は、前記アレイ導波路回折格子は入力側スラブ導波路を持ち、前記第１グループに属する半導体レーザ素子からのレーザ光は、第１の入力導波路群を介してそれぞれ前記入力側スラブ導波路の入力端面へ導かれ、前記第２グループに属する半導体レーザ素子からのレーザ光は、第２の入力導波路群を介してそれぞれ前記入力側スラブ導波路の入力端面へ導かれ、前記入力端面において、前記第１及び第２の入力導波路群に属する入力導波路は、そのそれぞれの群内において、各々が導くレーザ光の波長順に並んでいることを特徴とする。【００１１】
また、本発明の一態様に係る光半導体装置は、前記第１の入力導波路群と前記第２の入力導波路群は、前記入力側スラブ導波路の前記入力端面において横に並んで配置され、その境界においてそれぞれの群に属する２つの前記入力導波路は、各々の入力導波路内における波長順とは反対の順序で並んでいることを特徴とする。【００１２】
また、本発明の一態様に係る光半導体装置は、発振波長の異なる複数の半導体レーザ素子と、前記複数の半導体レーザ素子から射出されるレーザ光を同一点に合流するためのアレイ導波路回折格子と、前記複数の半導体レーザ素子からのレーザ光をそれぞれ前記アレイ導波路回折格子の入力側スラブ導波路の入力端面へ導く複数の入力導波路と、を備え、前記入力端面の幅方向における前記入力導波路の並び順は、それぞれの前記入力導波路が導くレーザ光の波長の大小の順序に対して、順序が反転する箇所が少なくとも１カ所あることを特徴とする。【００１３】
また、本発明の一態様に係る光半導体装置は、前記複数の半導体レーザ素子から射出される複数のレーザ光のうち少なくとも幾つかの複数のレーザ光は、前記アレイ導波路回折格子において異なる回折次数の回折現象を用いて合流されることを特徴とする。【００１４】
また、本発明の一態様に係る光半導体装置は、前記半導体レーザ素子の各々のレーザ光が前記同一点に合流されるまでの損失は、それら複数のレーザ光が構成する波長帯域において、その波長帯域の端側が中心側よりも小さいように、前記アレイ導波路回折格子が構成されていることを特徴とする。【００１５】
また、本発明の一態様に係る光半導体装置は、前記複数の半導体レーザ素子の発振波長の最長波長と最短波長との幅と、前記アレイ導波路回折格子の自由スペクトラルレンジ幅とが略同じとなることを特徴とする。【００１６】
また、本発明の一態様に係る光半導体装置は、前記複数の入力導波路のうち、 最短波長と最長波長のレーザ光をそれぞれ導く入力導波路は、前記入力側スラブ導波路の前記入力端面において隣接している、ことを特徴とする。【００１７】
また、本発明の一態様に係る光半導体装置は、前記複数の半導体レーザ素子の発振波長のうち前記最短波長および前記最長波長は、前記アレイ導波路回折格子における隣り合う回折次数に対応する各自由スペクトラルレンジの中心波長にそれぞれ略等しい、ことを特徴とする。【００１８】
また、本発明の一態様に係る光半導体装置は、前記半導体レーザ素子の発振波長の順とは異なる箇所を、発振波長帯域全体の出力光強度差が小さくなるように設定したことを特徴とする。【００１９】
また、本発明の一態様に係る光半導体装置は、前記半導体レーザ素子と前記アレイ導波路回折格子とは、同一の半導体光集積素子に集積されていることを特徴とする。【００２０】
また、本発明の一態様に係る光半導体装置は、前記半導体光集積素子では、前記複数の半導体レーザ素子と 複数の入力導波路と前記アレイ導波路回折格子が同一基板上に集積されていることを特徴とする。【００２１】
また、本発明の一態様に係る光半導体装置は、前記半導体光集積素子は、前記複数の半導体レーザ素子と前記アレイ導波路回折格子が異なる基板上に形成され、複数の入力導波路を介して光学的に接続されることで集積されていることを特徴とする。【００２２】
また、本発明の一態様に係る光半導体装置は、前記半導体光集積素子は、導波路型光機能素子をさらに集積していることを特徴とする。【００２３】
また、本発明の一態様に係る光半導体装置は、前記半導体光集積素子から射出されるレーザ光が結合される導波路型光機能素子をさらに備えていることを特徴とする。【００２４】
また、本発明の一態様に係る光半導体装置は、前記導波路型光機能素子は、半導体光増幅器を備えていることを特徴とする。【００２５】
また、本発明の一態様に係る光半導体装置は、前記アレイ導波路回折格子における中心波長は、前記半導体レーザアレイの発振波長の中で前記半導体光増幅器の利得の最小値を与える波長と略等しいことを特徴とする。【００２６】
また、本発明の一態様に係る光半導体装置は、前記光半導体装置は、波長可変レーザ光源であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る光半導体装置は、光出力の波長依存性を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、第１実施形態に係る光半導体装置を示す図である。
【図２】図２は、アレイ導波路と入力側スラブ導波路との境界面の拡大図である。
【図３】図３は、入力導波路と入力側スラブ導波路との境界面の拡大図である。
【図４】図４は、ＤＦＢレーザ素子から入力側スラブ導波路へレーザ光を導波する入力導波路の並び順を示す図である。
【図５】図５は、ＡＷＧ単体の波長依存性のグラフを示す図である。
【図６】図６は、集積素子内で波長依存性を補償させた結果のグラフを示す図である。
【図７】図７は、本実施形態の変形例のＡＷＧの波長依存性のグラフを示す図である。
【図８】図８は、第２実施形態に係る光半導体装置を示す図である。
【図９】図９は、第３実施形態に係る光半導体装置を示す図である。
【図１０】図１０は、第４実施形態に係る光半導体装置を示す図である。
【図１１】図１１は、半導体光集積素子の第１変形例を示す図である。
【図１２】図１２は、半導体光集積素子の第２変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る光半導体装置を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
【００３０】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る光半導体装置１００を示す図である。なお、図１に示される光半導体装置１００は、半導体光集積素子の部分のみを抽出して要部を記載したものである。したがって、半導体光集積素子から出力される光線を調整するためのレンズ等の光学系や半導体光集積素子の温度を制御するためのペルチェ素子およびサーミスタ等、図１に記載がなくても光半導体装置１００の構成の一部に含み得るものとする。
【００３１】
図１に示すように、光半導体装置１００は、埋め込み型導波路によって導波路が形成された埋め込み型導波構造領域１１０と、スラブ導波路によって導波路が形成されたスラブ導波構造領域１２０ａ，１２０ｂと、ハイメサ型導波路によって導波路が形成されたハイメサ型導波構造領域１３０とを有する。
【００３２】
埋め込み型導波構造領域１１０は、発振波長の異なる複数の分布帰還型（ＤＦＢ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄ−Ｂａｃｋ）レーザ素子１１１１〜１１１１２および入力導波路１１３を備えている。スラブ導波構造領域１２０ａは、入力側スラブ導波路１４１を備え、スラブ導波構造領域１２０ｂは、出力側スラブ導波路１４２を備え、ハイメサ型導波構造領域１３０は、アレイ導波路１４３を備えている。入力側スラブ導波路１４１、出力側スラブ導波路１４２、およびアレイ導波路１４３は、一体としてＡＷＧ１４０を構成している。なお、ここでは発振波長の異なる１２個のＤＦＢレーザ素子１１１１〜１１１１２を備える光半導体装置１００を用いて本実施形態を説明するが、本実施形態はＤＦＢレーザ素子の個数によって限定されるものではない。
【００３３】
ＤＦＢレーザ素子１１１１〜１１１１２は、半導体レーザ素子の一形態であり、例えば１．５５μｍ波長帯域において各ＤＦＢレーザ素子１１１１〜１１１１２の発振波長が３．５ｎｍずつ異なるように設計されている。ＤＦＢレーザ素子１１１１〜１１１１２は温度を変更することによって発振波長が変化するという特性を有する。光半導体装置１００では、複数のＤＦＢレーザ素子１１１１〜１１１１２のうち一つを選択することによって、出力波長の粗調を行い、温度変更によって出力波長の微調を行う。結果、光半導体装置１００全体として、連続的な波長範囲でのレーザ発振を行う波長可変光源として動作する。
【００３４】
また、図１に示すように、複数のＤＦＢレーザ素子１１１１〜１１１１２は、グループＧ１とグループＧ２とにグループ分けされている。このグループ分けは、後に詳述するように、ＤＦＢレーザ素子１１１１〜１１１１２の発振波長の違いによってグループ分けされている。同一のグループ内では、隣り合うＤＦＢレーザ素子１１１１〜１１１６およびＤＦＢレーザ素子１１１７〜１１１１２の発振波長が連続的に配列されているが、グループＧ１とグループＧ２との間では、隣り合うＤＦＢレーザ素子１１１６とＤＦＢレーザ素子１１１１２との発振波長が大きく異なっている。本実施形態では、グループ数が２個である構成を例示しているが、グループ数が３以上でも同様に、同一のグループ内では隣り合うＤＦＢレーザ素子の発振波長が連続的に配列されるように構成する。
【００３５】
ＤＦＢレーザ素子１１１１〜１１１１２から出射されたレーザ光は、入力導波路１１３を介して入力側スラブ導波路１４１へ導波される。入力側スラブ導波路１４１は、基板と平行な方向に関して光の閉じ込めがない導波路であり、入力導波路１１３から入力されたレーザ光を基板と平行方向に回折させながら、アレイ導波路１４３へレーザ光を導波する。
【００３６】
アレイ導波路１４３は、経路が曲げられて構成された多数の導波路から構成されており、波長に依存した光路長差が設けられている。したがって、この波長に依存した光路長差に対応させて入力側スラブ導波路１４１に対するレーザ光の入力位置を変えると、出力側スラブ導波路１４２の出力端では、すべての波長のレーザ光が同一位置に結合することになる。
【００３７】
本実施形態では、出力側スラブ導波路１４２の出力端１４２ａから直接レーザ光が出射され、光半導体装置１００の出力端を兼ねている。
【００３８】
ここで、本実施形態に係るＡＷＧ１４０の具体的構成例について開示する。
【００３９】
アレイ導波路１４３を構成するハイメサ型導波路の群屈折率ｎｇは３．５４であり、等価屈折率ｎｅｆｆは３．１９である。また、アレイ導波路１４３を構成する導波路における隣接する導波路間の光路長差ΔＬは１６．３μｍである。ＡＷＧ１４０の焦点距離Ｌｆは４８０μｍである。
【００４０】
入力側スラブ導波路１４１の入力端面１４１ｂにおけるアレイ導波路１４３の導波路間隔ｄ１は３．５μｍである（図２参照）。また、入力側スラブ導波路１４１の入力端面１４１ａにおける入力導波路１１３の導波路間隔ｄ２は５μｍである（図３参照）。なお、図２および図３は、アレイ導波路１４３および入力導波路１１３と入力側スラブ導波路１４１との入力端面１４１ｂ，１４１ａの拡大図である。図２および図３に示すように、アレイ導波路１４３および入力導波路１１３は、それぞれ入力側スラブ導波路１４１の入力端面１４１ｂ，１４１ａの接続部分で導波路幅にテーパが設けられており、入力側スラブ導波路１４１の入力端面１４１ｂ，１４１ａに対する開口が大きくなるように設計されている。
【００４１】
図４は、ＤＦＢレーザ素子１１１１〜１１１１２から入力側スラブ導波路１４１へレーザ光を導波する入力導波路１１３の並び順を示す図である。図４に示すように、本構成例では、入力側スラブ導波路１４１へレーザ光を導波する入力導波路１１３の本数は、ｃｈ１からｃｈ１２までの１２本である。なお、入力導波路１１３のチャンネル番号は、入力側スラブ導波路１４１の入力端面１４１ａの幅方向（ＡＷＧ１４０の波長分解方向）に関する並び順でｃｈ１からｃｈ１２を割り振っている。また、ｃｈ１からｃｈ６までの入力導波路１１３は、グループＧ２に属するＤＦＢレーザ素子１１１７〜１１１１２に接続されており、ｃｈ７からｃｈ１２までの入力導波路１１３は、グループＧ１に属するＤＦＢレーザ素子１１１１〜１１１６に接続されている。
【００４２】
図４に示されるように、ｃｈ１からｃｈ６までの入力導波路１１３は、それぞれ、発振波長がλ７からλ１２までのＤＦＢレーザ素子１１１７〜１１１１２に接続されている。また、ｃｈ７からｃｈ１２までの入力導波路１１３は、それぞれ、発振波長がλ１からλ６までのＤＦＢレーザ素子１１１１〜１１１６に接続されている。言い換えると、発振波長λ１〜λ６であるＤＦＢレーザ素子１１１１〜１１１６がグループＧ１に属し、発振波長λ７〜λ１２であるＤＦＢレーザ素子１１１７〜１１１１２がグループＧ２に属している。
【００４３】
ここで、発振波長λ１〜λ１２は、長波長から短波長への並び順となっている。すなわち、発振波長λ１〜λ１２は以下の関係を満たす。
λ１＞λ２＞λ３＞λ４＞λ５＞λ６＞λ７＞λ８＞λ９＞λ１０＞λ１１＞λ１２
なお、各発振波長の波長間隔Δλは３．５ｎｍに略等しい。具体的には、λi-1−λi≒３．５ｎｍ（ｉ＝２，…，１２）となる。ただし、上述のようにＤＦＢレーザ素子１１１１〜１１１１２は温度を変更することによって発振波長が変化するという特性を有するので、ここでの各発振波長の波長間隔とは、同一温度における波長間隔を意味するものとする。上記のように、波長間隔Δλを３．５ｎｍに略等しくし、１２個のＤＦＢレーザ素子１１１１〜１１１１２にて中心波長１．５５μｍの波長帯域を構成した場合、１．５３μｍから１．５７μｍまでの範囲を可変する波長帯域になる。
【００４４】
図４に示されるように、グループＧ１に属する発振波長λ１〜λ６に割り当てられたｃｈ７からｃｈ１２までの入力導波路では、入力端面１４１ａの幅方向に関する並び順と接続されているＤＦＢレーザ素子１１１１〜１１１６の発振波長の並び順とが一致している。同様に、グループＧ２に属する発振波長λ７〜λ１２に割り当てられたｃｈ１からｃｈ６までの入力導波路では、入力端面１４１ａの幅方向に関する並び順と接続されているＤＦＢレーザ素子１１１７〜１１１１２の発振波長の並び順とが一致している。
【００４５】
一方、図４に示されるように、最長波長λ１に割り当てられたｃｈ７の入力導波路と最短波長λ１２に割り当てられたｃｈ６の入力導波路とは、グループＧ１とグループＧ２との間で隣り合っている。つまり、ｃｈ７の入力導波路とｃｈ６の入力導波路との間で、物理的並び順と発振波長の並び順とが入れ替わっている。言い換えると、入力端面の幅方向における入力導波路の並び順は、それぞれの入力導波路が導くレーザ光の波長の大小の順序に対して、順序が反転する箇所が少なくとも１カ所ある。なお、特許文献１においては、ＡＷＧは、すべての波長帯域にわたる入力導波路において、物理的並び順と発振波長の並び順とが一致しているので、本構成のＡＷＧ１４０の並び順は特徴的である。
【００４６】
上記のように、ＡＷＧ１４０における入力導波路の物理的並び順と、当該入力導波路に割り当てられた発振波長の並び順とが入れ替わっている箇所が存在している理由は、ＡＷＧ１４０が異なる次数の回折現象を利用しているからである。具体的には、ＡＷＧ１４０では、グループＧ１に属するｃｈ７からｃｈ１２までの入力導波路は、回折次数ｍが３３の回折現象を用いて発振波長λ１〜λ６のレーザ光を合流し、グループＧ２に属するｃｈ１からｃｈ６までの入力導波路は、回折次数ｍが３４の回折現象を用いて発振波長λ７〜λ１２のレーザ光を合流している。グループＧ１に対応するレーザの発振波長帯域は、回折次数ｍ＝３３のＦＳＲの半分と略等しく、グループＧ２に対応するレーザの発振波長帯域は、回折次数ｍ＝３４のＦＳＲの半分と略等しい。ここで、ＡＷＧの自由スペクトラルレンジ（ＦＳＲ：Ｆｒｅｅ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｒａｎｇｅ）とは、所与の次数に対する波長範囲であって、隣の次数におけるその波長範囲と重複しない最大の範囲のことをいう。
【００４７】
最長波長λ１に割り当てられたｃｈ７の入力導波路と最短波長λ１２に割り当てられたｃｈ６の入力導波路とが隣り合っている理由は、ｃｈ７の入力導波路が回折次数ｍ＝３３における最長波端であり、ｃｈ６の入力導波路が回折次数ｍ＝３４における最短波端だからである。言い換えると、最長波長λ１に割り当てられたｃｈ７の入力導波路と最短波長λ１２に割り当てられたｃｈ６の入力導波路との間には、回折次数ｍ＝３３と回折次数ｍ＝３４との間の境界が存在していることになる。
【００４８】
上記説明からも解るように、ＡＷＧ１４０のＦＳＲは、１２個のＤＦＢレーザ素子１１１１〜１１１１２によって構成される可変波長の帯域幅に略等しいことになる。なお、ＡＷＧ１４０のＦＳＲとＤＦＢレーザ素子１１１１〜１１１１２によって構成される帯域幅とは、完全に一致させる必要はない。ＡＷＧ１４０のＦＳＲとＤＦＢレーザ素子１１１１〜１１１１２によって構成される帯域幅との差異は、ｃｈ６の入力導波路とｃｈ７の入力導波路との間の導波路間隔によって調整可能だからである。つまり、先述のようにチャンネルの入力導波路の導波路間隔ｄ２は５μｍであるが、ｃｈ６の入力導波路とｃｈ７の入力導波路との間の導波路間隔を５μｍから変更することによって、ＡＷＧ１４０のＦＳＲとＤＦＢレーザ素子１１１１〜１１１１２によって構成される帯域幅との差異を吸収することが可能となる。
【００４９】
ここで、上記構成を実現するためのＡＷＧの設計指針について説明する。
【００５０】
ＡＷＧ１４０の中心波長λｃを、ＤＦＢレーザ素子１１１１〜１１１１２の発振波長の並びに合わせて決定する。この中心波長λｃは、典型的には、ＤＦＢレーザ素子１１１１〜１１１１２によって構成される帯域幅の最短波長または最長波長を選択する。なぜならば、先述のように、ＤＦＢレーザ素子１１１１〜１１１１２の活性層の利得は帯域幅の中心波長付近が最も大きくなるように設計されることが多く、中心波長から離れるほど利得が小さくなるからである。この活性層の利得の波長特性とＡＷＧ１４０の波長特性とを相殺させてＤＦＢレーザ素子１１１１〜１１１１２の波長依存性を抑制するためには、ＤＦＢレーザ素子１１１１〜１１１１２によって構成される帯域幅の最短波長または最長波長をＡＷＧ１４０の中心波長λｃに設定することが好ましい。
【００５１】
なお、上記例に限らず、ＡＷＧ１４０の中心波長λｃをＤＦＢレーザ素子１１１１〜１１１１２によって構成される帯域幅の最短波長または最長波長以外にすることも可能である。複数のＤＦＢ半導体レーザ素子１１１１〜１１１１２のうちの光出力の最小値を改善させるという視点に立脚した場合、最小値となっているＤＦＢ半導体レーザ素子１１１ｉ（ｉ＝１〜１２）の発振波長をＡＷＧ１４０の中心波長λｃに設定することが好ましい。また、最小値を改善するのではなく、平均値を改善しようとした場合でも、ＤＦＢレーザ素子１１１１〜１１１１２によって構成される帯域幅の最短波長または最長波長以外にすることが最適である場合も生じ得るので、ＡＷＧ１４０の中心波長λｃは適宜設計によって修正されるべきパラメータである。
【００５２】
次に、ＡＷＧ１４０のＦＳＲとＤＦＢレーザ素子１１１１〜１１１１２によって構成される帯域幅とが同程度なる回折次数ｍを、下式（１）を用いて選択する。つまり、要求仕様によって定まるＤＦＢレーザ素子１１１１〜１１１１２が構成すべき帯域幅とほぼ同じ波長幅をＦＳＲとする回折次数ｍを下式（１）によって計算する。
【数１】
2017030158.tif 000003
【００５３】
次に、式（１）により求められた回折次数ｍと中心波長λｃとを用いて、ＡＷＧ１４０における隣接する導波路間の光路長差ΔＬを、下式（２）を用いて決定する。
【数２】
2017030158.tif 000004
【００５４】
さらに、入力側スラブ導波路１４１の入力端面１４１ａにおける導波路間隔ｄ２が波長間隔Δλに合う波長分解能となるように、ＡＷＧ１４０の焦点距離Ｌｆを、下式（３）を用いて決定する。なお、下式（３）におけるｎｓは、入力側スラブ導波路の等価屈折率である。
【数３】
2017030158.tif 000005
【００５５】
ここで、本実施形態のＡＷＧ１４０とＤＦＢレーザ素子１１１１〜１１１１２とを集積した場合の光出力の補償の効果を説明する。図５は、ＡＷＧ単体の透過率の波長依存性のグラフを示す図であり、図６は、集積素子内で波長依存性を補償させた結果のグラフを示す図である。
【００５６】
図５および図６の何れも、本実施形態と比較例１と比較例２との比較が記載されている。図５および図６において、本実施形態とは、上記説明したＡＷＧ１４０を用いた例であり、比較例１とは、回折次数ｍ＝３０の従来型のＡＷＧを用いた例であり、比較例２とは、回折次数ｍ＝１５の従来型のＡＷＧを用いた例である。図５および図６の横軸は１．５５μｍ波長域帯における波長をμｍで記載してあり、図５の縦軸は、ＡＷＧ単体の結合効率を表し、図６の縦軸は出力光高度を表す任意単位（ａ．ｕ．）である。
【００５７】
図５に示されるグラフから解るように、比較例のＡＷＧの波長特性は上に凸であり、可変波長帯域の中心波長（１．５５μｍ）における損失が最も低く、中心波長から離れるほど損失が大きくなる。また、比較例１と比較例２とを比較すると解るように、回折次数が高いほどその傾向は顕著である。
【００５８】
一方、式（３）から求まるＡＷＧ１４０の焦点距離Ｌｆは回折次数ｍに反比例するため、比較例１に比べ比較例２のＡＷＧ１４０のサイズは大きくなる。そのため量産性や光半導体装置の小型化、高密度集積化の観点では回折次数が大きいほうが好ましい。
【００５９】
一方、本実施形態のＡＷＧ１４０は、波長特性が下に凸であり、可変波長帯域の中心波長（１．５５μｍ）における損失が最も大きく、中心波長から離れるほど損失が小さくなる。これは、上述したように、本実施形態のＡＷＧ１４０では、１．５５μｍ波長域帯における最短波長および最長波長がＡＷＧ１４０における中心波長となっているからである。また、可変波長帯域の中心波長（１．５５μｍ）は、グラフの波長軸では中心であっても、入力側スラブ導波路１４１の入力端面１４１ａの幅方向に関する並び順では、入力端面１４１ａの両端に位置している。
【００６０】
図６は、図５に示されるＡＷＧの波長特性と集積素子内の他の波長依存性とを組み合わせた結果を示している。ここでは、ＤＦＢレーザ素子の活性層の利得における波長依存性を想定しているが、図６に示される結果は一例であり、ＤＦＢレーザ素子の設計によっては波長依存性が大きく異なる。また、図６に示される結果は、ＤＦＢレーザ素子の活性層の利得における波長依存性であるが、後に説明する半導体光増幅器（ＳＯＡ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）をＡＷＧと集積した場合であっても同様の結果が得られる。
【００６１】
図６に示すように、比較例１および比較例２では、ＡＷＧの波長特性と活性層の利得における波長依存性とが相乗され、集積素子全体での波長依存性が強くなっている。具体的には、中心波長付近では光出力の強度が大きいが、中心波長から離れるほど光強度が小さくなっている。これは、光集積素子としての光出力を高出力化しようとした場合、１．５３μｍおよび１．５７μｍ付近の光出力が製品としての性能を制約してしまうことを意味する。
【００６２】
一方、本実施形態のＡＷＧ１４０は、ＡＷＧ１４０単体の波長依存性が中心波長における損失が最も大きく、中心波長から離れるほど損失が小さくなるので、ＤＦＢレーザ素子の活性層の利得における波長依存性と相殺され、光出力の最小値と最大値との間の差が縮小している。結果、半導体光集積素子としての光出力を高出力化しようとした場合、最小値が改善された分だけ、製品としての光出力の高出力が得られる。なお、このことは、最小値が改善された分だけ、低消費電力化が達成されたと見ることも可能である。
【００６３】
図７は、本実施形態の変形例のＡＷＧの波長依存性のグラフを示す図である。なお、図７の横軸は１．５５μｍ波長域帯における波長をμｍで記載してあり、図７の縦軸はＡＷＧの結合効率を表している。既述のように、ＡＷＧの中心波長λｃをＤＦＢレーザ素子によって構成される帯域幅の最短波長または最長波長以外にすることも可能である。複数のＤＦＢレーザ素子１１１１〜１１１１２のうちの活性層の利得の最小値を改善させるという視点に立脚した場合、最小値となっているＤＦＢレーザ素子１１１ｉ（ｉ＝１〜１２）の発振波長をＡＷＧの中心波長λｃに設定することが好ましいからである。図７に示されるＡＷＧの波長依存性の例は、波長１．５４３μｍ付近にＡＷＧの中心波長λｃを設定し、波長１．５６４μｍ付近に入力導波路のスラブ導波路端面における並びの両端の波長λｂを配置した例である。図７に示される波長依存性のＡＷＧを、活性層の利得の最小値が波長１．５４３μｍ付近にあるＤＦＢレーザ素子アレイと組み合わせた場合、波長依存性が相殺され、光出力の最小値が改善されることになる。
【００６４】
このように、本実施形態のＡＷＧ１４０を実際の半導体光集積素子に適用する際には、レーザ素子やＳＯＡの設計により得られる波長依存性に合わせて、波長依存性が小さくなるようにＡＷＧの中心波長λｃの位置を選択するとよい。
【００６５】
以上のように、第１実施形態に係る光半導体装置１００は、複数の半導体レーザ素子１１１１〜１１１１２が第１グループＧ１と第２グループＧ２に分かれ、第１グループＧ１に属する半導体レーザ素子１１１１〜１１１６からのレーザ光は、ＡＷＧ１４０内において第１の回折次数の回折によって同一点に合流され、第２グループＧ２に属する半導体レーザ素子１１１７〜１１１１２からのレーザ光は、ＡＷＧ１４０内において第１の回折次数とは異なる第２の回折次数の回折によって同一点に合流されるように構成されているので、ＡＷＧ１４０の波長依存性とＤＦＢレーザ素子１１１１〜１１１１２の活性層の波長依存性とを相殺させることができ、光半導体装置１００の光出力における波長依存性を低減することができる。
【００６６】
（第２実施形態）
図８は、第２実施形態に係る光半導体装置２００を示す図である。図８に示される光半導体装置２００は、第１実施形態の光半導体装置１００と同様に、半導体光集積素子の部分のみを抽出して要部を記載したものである。また、第２実施形態に係る光半導体装置２００は、第１実施形態の光半導体装置１００と同様の構成を有しているので、細部に関する説明は適宜省略するものとする。
【００６７】
図８に示すように、光半導体装置２００は、埋め込み型導波路によって導波路が形成された埋め込み型導波構造領域２１０と、スラブ導波路によって導波路が形成されたスラブ導波構造領域２２０ａ，２２０ｂと、ハイメサ型導波路によって導波路が形成されたハイメサ型導波構造領域２３０と、導波路構造を有しない窓構造領域２５０とを有する。
【００６８】
埋め込み型導波構造領域２１０は、発振波長の異なる複数のＤＦＢレーザ素子２１１１〜２１１１２および入力導波路２１３を備えている。スラブ導波構造領域２２０ａは、入力側スラブ導波路２４１を備え、スラブ導波構造領域２２０ｂは、出力側スラブ導波路２４２を備え、ハイメサ型導波構造領域２３０は、アレイ導波路２４３を備えている。入力側スラブ導波路２４１、出力側スラブ導波路２４２、およびアレイ導波路２４３は、一体としてＡＷＧ２４０を構成している。窓構造領域２５０は、出力側スラブ導波路２４２と出射端との間に形成されている。出力側スラブ導波路２４２からのレーザ光を、窓構造領域２５０を介して出射することにより、端面反射による戻り光を抑制すると共に、射出されるレーザ光の非点隔差を抑えることができる。なお、ここでは発振波長の異なる１２個のＤＦＢレーザ素子２１１１〜２１１１２を備える光半導体装置２００を用いて本実施形態を説明するが、本実施形態はＤＦＢレーザ素子の個数によって限定されるものではない。
【００６９】
ＤＦＢレーザ素子２１１１〜２１１１２は、第１実施形態と同様に、例えば中心波長１．５５μｍの波長帯域において波長可変光源として機能し得るように構成されている。また、第１実施形態と同様に、複数のＤＦＢレーザ素子２１１１〜２１１１２は、グループＧ１とグループＧ２とにグループ分けされている。このグループ分けは、第１実施形態と同様に、同一のグループ内では、隣り合うＤＦＢレーザ素子２１１１〜２１１６およびＤＦＢレーザ素子２１１７〜２１１１２の発振波長が連続的に配列されているが、グループＧ１とグループＧ２との間では、複数のＤＦＢレーザ素子２１１１〜２１１１２の発振波長のうち最短波長のＤＦＢレーザ素子２１１１と最長波長のＤＦＢレーザ素子２１１１２が隣接している。
【００７０】
ＤＦＢレーザ素子２１１１〜２１１１２から出射されたレーザ光は、入力導波路２１３を介して、ＡＷＧ２４０へ導波される。ＡＷＧ２４０の具体的構成は、例えば第１実施形態のＡＷＧ１４０と同様とすることができる。
【００７１】
上記構成の第２実施形態に係る光半導体装置２００も、複数の半導体レーザ素子２１１１〜２１１１２が第１グループＧ１と第２グループＧ２に分かれ、第１グループＧ１に属する半導体レーザ素子２１１１〜２１１６からのレーザ光は、ＡＷＧ２４０内において第１の回折次数の回折によって同一点に合流され、第２グループＧ２に属する半導体レーザ素子２１１７〜２１１１２からのレーザ光は、ＡＷＧ２４０内において第１の回折次数とは異なる第２の回折次数の回折によって同一点に合流されるように構成されているので、ＡＷＧ２４０の波長依存性とＤＦＢレーザ素子２１１１〜２１１１２の活性層の波長依存性とを相殺させることができ、光半導体装置２００の光出力における波長依存性を低減することができる。
【００７２】
（第３実施形態）
図９は、第３実施形態に係る光半導体装置３００を示す図である。図９に示される光半導体装置３００は、第１実施形態の光半導体装置１００と同様に、半導体光集積素子の部分のみを抽出して要部を記載したものである。また、第３実施形態に係る光半導体装置３００は、第１実施形態の光半導体装置１００と同様の構成を有しているので、細部に関する説明は適宜省略するものとする。
【００７３】
図９に示すように、光半導体装置３００は、埋め込み型導波路によって導波路が形成された埋め込み型導波構造領域３１０，３６０と、スラブ導波路によって導波路が形成されたスラブ導波構造領域３２０ａ，３２０ｂと、ハイメサ型導波路によって導波路が形成されたハイメサ型導波構造領域３３０とを有する。
【００７４】
埋め込み型導波構造領域３１０は、発振波長の異なる複数のＤＦＢレーザ素子３１１１〜３１１１２および入力導波路３１３を備えている。スラブ導波構造領域３２０ａは、入力側スラブ導波路３４１を備え、スラブ導波構造領域３２０ｂは、出力側スラブ導波路３４２を備え、ハイメサ型導波構造領域３３０は、アレイ導波路３４３を備えている。入力側スラブ導波路３４１、出力側スラブ導波路３４２、およびアレイ導波路３４３は、一体としてＡＷＧ３４０を構成している。埋め込み型導波構造領域３６０は、ＳＯＡ３６１と出力導波路３６２，３６３とを備えている。なお、ここでは発振波長の異なる１２個のＤＦＢレーザ素子３１１１〜３１１１２を備える光半導体装置３００を用いて本実施形態を説明するが、本実施形態はＤＦＢレーザ素子の個数によって限定されるものではない。
【００７５】
ＤＦＢレーザ素子３１１１〜３１１１２は、第１実施形態と同様に、例えば中心波長１．５５μｍの波長帯域において波長可変光源として機能し得るように構成されている。また、第１実施形態と同様に、複数のＤＦＢレーザ素子３１１１〜３１１１２は、グループＧ１とグループＧ２とにグループ分けされている。このグループ分けは、第１実施形態と同様に、同一のグループ内では、隣り合うＤＦＢレーザ素子３１１１〜３１１６およびＤＦＢレーザ素子３１１７〜３１１１２の発振波長が連続的に配列されているが、グループＧ１とグループＧ２との間では、複数のＤＦＢレーザ素子３１１１〜３１１１２の発振波長のうち最短波長のＤＦＢレーザ素子３１１１と最長波長の半ＤＦＢレーザ素子３１１１２が隣接している。
【００７６】
ＤＦＢレーザ素子３１１１〜３１１１２から出射されたレーザ光は、入力導波路３１３を介して、ＡＷＧ３４０へ導波される。ＡＷＧ３４０の具体的構成は、例えば第１実施形態のＡＷＧ１４０と同様とすることができる。
【００７７】
ＡＷＧ３４０の出力側スラブ導波路３４２から出力されるレーザ光は、出力導波路３６２によってＳＯＡ３６１に導波される。ＳＯＡ３６１は、出力導波路３６２から入力されたレーザ光を増幅する。出力導波路３６３は、ＳＯＡ３６１によって増幅されたレーザ光を光半導体装置３００の外へ導波するための導波路である。
【００７８】
図９に示すように、第３実施形態に係る光半導体装置３００では、ＤＦＢレーザ素子３１１１〜３１１１２とＳＯＡ３６１とが同一の半導体光集積素子上に構成されている。このような場合、製造上の観点から、ＤＦＢレーザ素子３１１１〜３１１１２の活性層とＳＯＡ３６１の活性層とが同種となることが多い。したがって、ＤＦＢレーザ素子３１１１〜３１１１２の活性層とＳＯＡ３６１の活性層の波長依存性も同種のものとなってしまう。つまり、ＤＦＢレーザ素子３１１１〜３１１１２における利得の最小値を与える波長と、ＳＯＡ３６１における利得の最小値を与える波長とが一致してしまい、波長依存性の相乗効果が強く作用することになる。
【００７９】
第３実施形態に係る光半導体装置３００では、ＡＷＧ３４０の波長依存性とＤＦＢレーザ素子３１１１〜３１１１２およびＳＯＡ３６１の活性層の波長依存性とを相殺させることができるので、ＤＦＢレーザ素子３１１１〜３１１１２とＳＯＡ３６１とによって波長依存性の相乗効果が強く作用する場合であっても、光半導体装置３００全体としての波長依存性を抑制することができる。ＤＦＢレーザ素子３１１１〜３１１１２の活性層とＳＯＡ３６１の活性層とを同種とすれば設計の自由度が少なくなるところ、第３実施形態に係る光半導体装置３００では、ＡＷＧ３４０の波長依存性に設計の自由度が生まれるので、光半導体装置３００全体としての波長依存性を抑制するための自由度が確保できる。
【００８０】
また、一般に、ＤＦＢレーザ素子３１１１〜３１１１２の波長依存性よりも、ＳＯＡ３６１の波長依存性の方が大きい。そこで、ＳＯＡの利得に関する最小値を与える波長をＡＷＧ３４０の中心波長に設定することが効率的設計となる。
【００８１】
（第４実施形態）
図１０は、第４実施形態に係る光半導体装置４００を示す図である。第４実施形態に係る光半導体装置４００は、ＳＯＡを備える構成であるが、第３実施形態に係る光半導体装置３００とは異なり、半導体光集積素子とは別個体のＳＯＡを備える構成である。
【００８２】
図１０に示すように、第４実施形態に係る光半導体装置４００は、半導体光集積素子４１０と、第１の光学系４２０と、ＳＯＡ４３０と、第２の光学系４４０と、光ファイバ４５０とを備えている。
【００８３】
半導体光集積素子４１０は、実質的に第２実施形態に係る光半導体装置２００と同一構成とすることができる。したがって、半導体光集積素子４１０が備える複数のＤＦＢレーザ素子は、グループＧ１とグループＧ２とにグループ分けされており、このグループ分けは、同一のグループ内では、隣り合うＤＦＢレーザ素子の発振波長が連続的に配列されているが、グループＧ１とグループＧ２との間では、複数のＤＦＢレーザ素子の発振波長のうち最短波長のＤＦＢレーザ素子と最長波長のＤＦＢレーザ素子が隣接している。その他、半導体光集積素子４１０は、ＡＷＧも備えているが、実質的に第２実施形態と同一構成であるので、ここでは説明を省略する。
【００８４】
第１の光学系４２０は、半導体光集積素子４１０から射出されるレーザ光をＳＯＡ４３０に空間結合するための光学系である。第１の光学系４２０は、例えば２枚のコリメータレンズによって構成されており、半導体光集積素子４１０から所定のＮＡ（開口数）で射出されるレーザ光を平行光化し、その平行光をＳＯＡ４３０に適したＮＡに変換してＳＯＡ４３０へレーザ光を入射する。なお、第４実施形態では、半導体光集積素子４１０から射出されるレーザ光をＳＯＡ４３０に結合する際に、空間結合するための光学系を用いたが、半導体光集積素子４１０とＳＯＡ４３０とのバットカップリングを用いたり、ＰＬＣやＳｉ導波路等の結合のための導波路を用いてもよい。
【００８５】
ＳＯＡ４３０は、入力されたレーザ光を増幅するための半導体光増幅素子である。ＳＯＡ４３０は、半導体光集積素子４１０と独立した半導体光増幅素子であるので、その選択の自由度は大きい。半導体光集積素子４１０から出射されるレーザ光の波長帯域を増幅することが可能であれば、どのような半導体光増幅素子であっても本実施形態のＳＯＡ４３０として採用することができる。
【００８６】
第２の光学系４４０は、ＳＯＡ４３０から射出されるレーザ光を光ファイバ４５０に空間結合するための光学系である。第２の光学系４４０は、例えば２枚のコリメータレンズによって構成されており、ＳＯＡ４３０から所定のＮＡで射出されるレーザ光を平行光化し、その平行光を光ファイバ４５０に適したＮＡに変換して光ファイバへレーザ光を入射する。
【００８７】
上記構成による光半導体装置４００は、半導体光集積素子４１０に集積されたＤＦＢレーザ素子とは、別個にＳＯＡ４３０を選択することができる。つまり、波長依存性を相殺するための設計の自由度が大きい。したがって、ＤＦＢレーザ素子の活性層の波長依存性とＡＷＧの波長依存性との相殺だけではなく、ＳＯＡ４３０の設計によっても波長依存性の相殺効果を高めることができる。結果、第４実施形態に係る光半導体装置４００は、例えば最小値の改善のみならず、波長帯域全体における波長依存性の低減等のより高度な調整が可能になる。
【００８８】
また、本実施形態においても、第３実施形態と同様に、ＳＯＡ４３０の利得に関する最小値を与える波長をＡＷＧの中心波長に設定することが効率的設計となる。
【００８９】
（変形例）
ここで、半導体光集積素子の変形例について説明する。以下で説明する半導体光集積素子の変形例は、第１実施形態から第４実施形態の光半導体装置に対しても適宜修正の上適用し得るが、ここでは代表として、第１実施形態の半導体光集積素子に対する変形例を説明する。
【００９０】
図１１は、半導体光集積素子の第１変形例を示す図である。図１１に示される半導体光集積素子５００は、光半導体装置における半導体光集積素子の部分のみを抽出して要部を記載したものである。また、半導体光集積素子５００のうち、既に説明した細部に関する説明は適宜省略するものとする。
【００９１】
図１１に示すように、半導体光集積素子５００は、ＤＦＢレーザ領域５１０、入力導波路領域５１０ａと、スラブ導波路によって導波路が形成されたスラブ導波構造領域５２０ａ，５２０ｂと、アレイ導波路領域５３０とを有する。
【００９２】
ただし、半導体光集積素子５００では、入力導波路領域５１０ａの一部と、スラブ導波構造領域５２０ａ，５２０ｂと、アレイ導波路領域５３０とが、いわゆるシリコン細線導波路で構成され、ＤＦＢレーザ領域５１０と入力導波路領域５１０ａの一部がＩｎＰ系の半導体材料で形成された導波路で構成されている。つまり、第１変形例に係る半導体光集積素子５００は、シリコン細線導波路で構成された領域Ｒ２とその他の材料で形成された導波路で構成された領域Ｒ１を有するハイブリッド半導体光集積素子である。
【００９３】
ここで、シリコン細線導波路とは、シリコン（Ｓｉ）からなるコアと当該コアよりも屈折率が低いクラッドとを有し、コアにより光を閉じ込めて導波する構成の光導波路のことである。
【００９４】
ＤＦＢレーザ領域５１０は、ＩｎＰ系の半導体材料で形成され、発振波長の異なる複数のＤＦＢレーザ素子５１１１〜５１１１２を備えている。ＤＦＢレーザ素子５１１１〜５１１１２は、第１実施形態と同様に、例えば中心波長１．５５μｍの波長帯域において波長可変光源として機能し得るように構成されている。また、第１実施形態と同様に、複数のＤＦＢレーザ素子５１１１〜５１１１２は、グループＧ１とグループＧ２とにグループ分けされている。このグループ分けは、第１実施形態と同様に、同一のグループ内では、隣り合うＤＦＢレーザ素子５１１１〜５１１６およびＤＦＢレーザ素子５１１７〜５１１１２の発振波長が連続的に配列されているが、グループＧ１とグループＧ２との間では、複数のＤＦＢレーザ素子５１１１〜５１１１２の発振波長のうち最短波長のＤＦＢレーザ素子５１１１と最長波長のＤＦＢレーザ素子５１１１２が隣接している。
【００９５】
一方、スラブ導波構造領域５２０ａ，５２０ｂ、および、アレイ導波路領域５３０は、シリコン系の半導体材料で形成され、それぞれ、入力側スラブ導波路５４１、出力側スラブ導波路５４２、ＡＷＧ５４０を備えている。なお、これら各構成の機能は第１実施形態と同様である。
【００９６】
入力導波路５１３はＩｎＰ系、シリコン系両方の領域上にそれぞれ形成され、シリコン細線導波路で構成された入力導波路５１３とＩｎＰ材料で形成された入力導波路５１３とは領域Ｒ１と領域Ｒ２との間で光学的に接続されている。
【００９７】
上記構成の半導体光集積素子５００も、ＡＷＧ５４０の波長依存性とＤＦＢレーザ素子５１１１〜５１１１２の活性層の波長依存性とを相殺させることができ、半導体光集積素子５００の光出力における波長依存性を低減することができる。
【００９８】
図１２は、半導体光集積素子の第２変形例を示す図である。図１２に示される半導体光集積素子６００は、光半導体装置における半導体光集積素子の部分のみを抽出して要部を記載したものである。また、半導体光集積素子６００のうち、既に説明した細部に関する説明は適宜省略するものとする。
【００９９】
図１２に示すように、半導体光集積素子６００は、ＤＦＢレーザ領域６１０と、スラブ導波路によって導波路が形成されたスラブ導波構造領域６２０ａａ，６２０ａｂ，６２０ｂと、アレイ導波路領域６３０とを有する。
【０１００】
ただし、半導体光集積素子６００では、スラブ導波構造領域６２０ａｂ，６２０ｂと、アレイ導波路領域６３０とが、いわゆるシリコン細線導波路で構成され、ＤＦＢレーザ領域６１０とスラブ導波構造領域６２０ａａとがＩｎＰ系の半導体材料で形成された導波路で構成されている。つまり、第２変形例に係る半導体光集積素子６００も、第１変形例と同様に、シリコン細線導波路で構成された領域Ｒ１とその他の材料で形成された導波路で構成された領域Ｒ２を有するハイブリッド半導体光集積素子である。
【０１０１】
ＤＦＢレーザ領域６１０は、ＩｎＰ系の半導体材料で形成され、発振波長の異なる複数のＤＦＢレーザ素子６１１１〜６１１１２および入力導波路６１３を備えている。ＤＦＢレーザ素子６１１１〜６１１１２は、第１実施形態と同様に、例えば中心波長１．５５μｍの波長帯域において波長可変光源として機能し得るように構成されている。また、第１実施形態と同様に、複数のＤＦＢレーザ素子６１１１〜６１１１２は、グループＧ１とグループＧ２とにグループ分けされている。このグループ分けは、第１実施形態と同様に、同一のグループ内では、隣り合うＤＦＢレーザ素子６１１１〜６１１６およびＤＦＢレーザ素子６１１７〜６１１１２の発振波長が連続的に配列されているが、グループＧ１とグループＧ２との間では、複数のＤＦＢレーザ素子６１１１〜６１１１２の発振波長のうち最短波長のＤＦＢレーザ素子６１１１と最長波長のＤＦＢレーザ素子６１１１２が隣接している。また、スラブ導波構造領域６２０ａａも、ＩｎＰ系の半導体材料で形成され、入力側スラブ導波路６４１の一部を備えている。
【０１０２】
一方、スラブ導波構造領域６２０ａｂ、および、アレイ導波路領域６３０は、シリコン系の半導体材料で形成され、それぞれ、入力側スラブ導波路６４１の一部、出力側スラブ導波路６４２、ＡＷＧ６４０を備えている。なお、これら各構成の機能は第１実施形態と同様である。
【０１０３】
上記構成の半導体光集積素子６００も、ＡＷＧ６４０の波長依存性とＤＦＢレーザ素子６１１１〜６１１１２の活性層の波長依存性とを相殺させることができ、半導体光集積素子６００の光出力における波長依存性を低減することができる。
【０１０４】
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよい。また、上述の実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
以上のように、本発明に係る光半導体装置は、光通信等に用いられる波長可変光源に有用である。
【符号の説明】
【０１０６】
１００，２００，３００，４００  光半導体装置
１１０，２１０，３１０，３６０  埋め込み型導波構造領域
１１１，２１１，３１１，５１１，６１１  ＤＦＢレーザ素子
１１３，２１３，３１３，５１３，６１３  入力導波路
１２０ａ，１２０ｂ，２２０ａ，２２０ｂ，３２０ａ，３２０ｂ，５２０ａ，５２０ｂ，６２０ａａ，６２０ａｂ，６２０ｂ  スラブ導波構造領域
１３０，２３０，３３０  ハイメサ型導波構造領域
１４０，２４０，３４０，５４０，６４０  ＡＷＧ
１４１，２４１，３４１，５４１，６４１  入力側スラブ導波路
１４１ａ，１４１ｂ  入力端面
１４２，２４２，３４２，５４２，６４２  出力側スラブ導波路
１４２ａ  出力端
１４３，２４３，３４３  アレイ導波路
２５０  窓構造領域
３６２，３６３  出力導波路
３６１，４３０  ＳＯＡ
４１０  半導体光集積素子
４２０  第１の光学系
４４０  第２の光学系
４５０  光ファイバ
５１０，６１０  ＤＦＢレーザ領域
５１０ａ  入力導波路領域
５３０，６３０  アレイ導波路領域
【図１】
2017030158.tif 000006
【図２】
2017030158.tif 000007
【図３】
2017030158.tif 000008
【図４】
2017030158.tif 000009
【図５】
2017030158.tif 000010
【図６】
2017030158.tif 000011
【図７】
2017030158.tif 000012
【図８】
2017030158.tif 000013
【図９】
2017030158.tif 000014
【図１０】
2017030158.tif 000015
【図１１】
2017030158.tif 000016
【図１２】
2017030158.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成29年12月18日(2017.12.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
図５および図６の何れも、本実施形態と比較例１と比較例２との比較が記載されている。図５および図６において、本実施形態とは、上記説明したＡＷＧ１４０を用いた例であり、比較例１とは、回折次数ｍ＝３０の従来型のＡＷＧを用いた例であり、比較例２とは、回折次数ｍ＝１５の従来型のＡＷＧを用いた例である。図５および図６の横軸は１．５５μｍ波長帯域における波長をμｍで記載してあり、図５の縦軸は、ＡＷＧ単体の結合効率を表し、図６の縦軸は出力光高度を表す任意単位（ａ．ｕ．）である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
一方、本実施形態のＡＷＧ１４０は、波長特性が下に凸であり、可変波長帯域の中心波長（１．５５μｍ）における損失が最も大きく、中心波長から離れるほど損失が小さくなる。これは、上述したように、本実施形態のＡＷＧ１４０では、１．５５μｍ波長帯域における最短波長および最長波長がＡＷＧ１４０における中心波長となっているからである。また、可変波長帯域の中心波長（１．５５μｍ）は、グラフの波長軸では中心であっても、入力側スラブ導波路１４１の入力端面１４１ａの幅方向に関する並び順では、入力端面１４１ａの両端に位置している。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
図７は、本実施形態の変形例のＡＷＧの波長依存性のグラフを示す図である。なお、図７の横軸は１．５５μｍ波長帯域における波長をμｍで記載してあり、図７の縦軸はＡＷＧの結合効率を表している。既述のように、ＡＷＧの中心波長λｃをＤＦＢレーザ素子によって構成される帯域幅の最短波長または最長波長以外にすることも可能である。複数のＤＦＢレーザ素子１１１１〜１１１１２のうちの活性層の利得の最小値を改善させるという視点に立脚した場合、最小値となっているＤＦＢレーザ素子１１１ｉ（ｉ＝１〜１２）の発振波長をＡＷＧの中心波長λｃに設定することが好ましいからである。図７に示されるＡＷＧの波長依存性の例は、波長１．５４３μｍ付近にＡＷＧの中心波長λｃを設定し、波長１．５６４μｍ付近に入力導波路のスラブ導波路端面における並びの両端の波長λｂを配置した例である。図７に示される波長依存性のＡＷＧを、活性層の利得の最小値が波長１．５４３μｍ付近にあるＤＦＢレーザ素子アレイと組み合わせた場合、波長依存性が相殺され、光出力の最小値が改善されることになる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７５】
ＤＦＢレーザ素子３１１１〜３１１１２は、第１実施形態と同様に、例えば中心波長１．５５μｍの波長帯域において波長可変光源として機能し得るように構成されている。また、第１実施形態と同様に、複数のＤＦＢレーザ素子３１１１〜３１１１２は、グループＧ１とグループＧ２とにグループ分けされている。このグループ分けは、第１実施形態と同様に、同一のグループ内では、隣り合うＤＦＢレーザ素子３１１１〜３１１６およびＤＦＢレーザ素子３１１７〜３１１１２の発振波長が連続的に配列されているが、グループＧ１とグループＧ２との間では、複数のＤＦＢレーザ素子３１１１〜３１１１２の発振波長のうち最短波長のＤＦＢレーザ素子３１１１と最長波長のＤＦＢレーザ素子３１１１２が隣接している。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１００
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１００】
ただし、半導体光集積素子６００では、スラブ導波構造領域６２０ａｂ，６２０ｂと、アレイ導波路領域６３０とが、いわゆるシリコン細線導波路で構成され、ＤＦＢレーザ領域６１０とスラブ導波構造領域６２０ａａとがＩｎＰ系の半導体材料で形成された導波路で構成されている。つまり、第２変形例に係る半導体光集積素子６００も、第１変形例と同様に、シリコン細線導波路で構成された領域Ｒ２とその他の材料で形成された導波路で構成された領域Ｒ１を有するハイブリッド半導体光集積素子である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０２】
一方、スラブ導波構造領域６２０ａｂ，６２０ｂ、および、アレイ導波路領域６３０は、シリコン系の半導体材料で形成され、それぞれ、入力側スラブ導波路６４１の一部、出力側スラブ導波路６４２、ＡＷＧ６４０を備えている。なお、これら各構成の機能は第１実施形態と同様である。
【国際調査報告】
2017030158.tif 000018
2017030158.tif 000019
2017030158.tif 000020
2017030158.tif 000021