(57)【要約】【課題】比較的簡素な構成で高い反射戻り光耐性を有するＤＦＢ−ＬＤを実現する。【解決手段】ＤＦＢ−ＬＤは、量子ドットを有する活性層１２と、単一波長の光を出射させるための回折格子４と、活性層１２の光出射側である一端に設けられた低光反射率膜１４と、活性層１２の他端に設けられた、低光反射率膜１４よりも光反射率の高い高光反射率膜１５とを備えて構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
量子ドットを有する活性層と、
回折格子と、
前記活性層の光出射側である一端に設けられた低光反射率膜と、
前記活性層の他端に設けられた、前記低光反射率膜よりも光反射率の高い高光反射率膜と
を備えたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記低光反射率膜は、光反射率が１％以上１０％以下の範囲内の値であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記高光反射率膜は、光反射率が８０％以上の範囲内の値であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記高光反射率膜は、光反射率が、前記活性層の利得ピーク波長において５０％以下の範囲内の値であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の出射光を変調する光変調器と、
前記光変調器から光を出射するための出射部と
を備えており、
前記半導体発光素子は、
量子ドットを有する活性層と、
回折格子と、
前記活性層の光出射側である一端に設けられた低光反射率膜と、
前記活性層の他端に設けられた、前記低光反射率膜よりも光反射率の高い高光反射率膜と
を備えたことを特徴とする光デバイス。
【請求項６】
受光器と、
前記受光器に光を入射するための入射部と
を備えたことを特徴とする請求項５に記載の光デバイス。
【請求項７】
前記低光反射率膜は、光反射率が１％以上１０％以下の範囲内の値であることを特徴とする請求項５又は６に記載の光デバイス。
【請求項８】
前記高光反射率膜は、光反射率が８０％以上の範囲内の値であることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の光デバイス。
【請求項９】
前記高光反射率膜は、光反射率が、前記活性層の利得ピーク波長において５０％以下の範囲内の値であることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載の光デバイス。
【請求項１０】
前記半導体発光素子と前記光変調器を光接続する光導波路を備えており、
前記光導波路は、前記半導体発光素子と対向する先端面における光モード形状が前記半導体発光素子の光モード形状と一致することを特徴とする請求項５〜９のいずれか１項に記載の光デバイス。
【請求項１１】
前記半導体発光素子と前記光導波路との間に形成された間隙を充填する屈折率整合材を備えたことを特徴とする請求項１０に記載の光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子及び光デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光デバイスにおいては、加工技術の優位性や産業上の波及効果、微細化の要請等の理由から、シリコン基板上に光機能素子を形成するシリコンフォトニクスの開発が進められており、シリコン基板上に光変調器や受光器を配置する光集積素子の検討が行われている。シリコンそのものには発光機構がないため、信号光を生成するには外部からの光入力が必要となる。その手法の一つに、シリコン光導波路側にスポットサイズ光変換器を設け、外部光源として半導体レーザ（Laser Diode：ＬＤ）を用意し、フリップチップ実装によりＬＤ及びシリコン光導波路を光結合させるハイブリッド集積方式がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０００６７８４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光集積素子には、光変調器の入射点やグレーティングカプラ等、複数の光の反射点が存在する。ハイブリッド集積によりＬＤを実装した場合に、これらの反射点からの反射戻り光がＬＤの発振状態に影響を及ぼすことが懸念されている。
【０００５】
ＬＤへの反射戻り光の影響を低減させる手法としては、アイソレータを設けることが良く知られている。具体的には、ＬＤ、ボールレンズ、及びアイソレータを実装し、ＬＤからの出射光をボールレンズで集光し、アイソレータで戻り光を抑制する光集積素子がある（特許文献１を参照）。しかしながら、この光集積素子では、ＬＤの他にレンズ及びアイソレータを実装することが必要であり、構成が複雑化して材料及び実装コストの上昇を招くという問題がある。
【０００６】
本発明は、比較的簡素な構成で高い反射戻り光耐性を有する半導体発光素子及び光デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一つの態様では、半導体発光素子は、量子ドットを有する活性層と、回折格子と、前記活性層の光出射側である一端に設けられた低光反射率膜と、前記活性層の他端に設けられた、前記低光反射率膜よりも光反射率の高い高光反射率膜とを備えている。
【０００８】
一つの態様では、光デバイスは、半導体発光素子と、前記半導体発光素子の出射光を変調する光変調器と、前記光変調器から光を出射するための出射部とを備えており、前記半導体発光素子は、量子ドットを有する活性層と、回折格子と、前記活性層の光出射側である一端に設けられた低光反射率膜と、前記活性層の他端に設けられた、前記低光反射率膜よりも光反射率の高い高光反射率膜とを備えている。
【発明の効果】
【０００９】
一つの側面では、比較的簡素な構成で高い反射戻り光耐性を有する半導体発光素子を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態によるＤＦＢ−ＬＤの構成を示す概略断面図である。
【図２】ＤＦＢ−ＬＤにおいて、光出射側の前端面の光反射率（Ｒ２）と結合レートκとの関係について計算した結果を示す特性図である。
【図３】ＤＦＢ−ＬＤにおける発振波長と光反射率との関係を示す特性図である。
【図４】第１の実施形態のＤＦＢ−ＬＤにおける相対雑音強度について、比較例との比較に基づいて調べた結果を示す特性図である。
【図５】第１の実施形態によるＤＦＢ−ＬＤの製造方法について、工程順に示す概略断面図である。
【図６】図６に引き続き、第１の実施形態によるＤＦＢ−ＬＤの製造方法について、工程順に示す概略断面図である。
【図７】第１の実施形態によるＤＦＢ−ＬＤの実施例２における特性図である。
【図８】第１の実施形態によるＤＦＢ−ＬＤの実施例３における特性図である。
【図９】第２の実施形態による光送受信装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１０】ＤＦＢ−ＬＤと光接続された第１光導波路を拡大して示す概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を適用した諸実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
［第１の実施形態］
本実施形態では、半導体発光素子である分布帰還形（Distributed Feedback：ＤＦＢ）の半導体レーザ（Laser Diode：ＬＤ）（以下、ＤＦＢ−ＬＤとする。）を開示する。図１は、第１の実施形態によるＤＦＢ−ＬＤの構成を示す概略断面図である。
【００１３】
（ＤＦＢ−ＬＤの構成）
このＤＦＢ−ＬＤは、ＧａＡｓ等の基板１上に光導波路２が設けられ、光導波路２の両端面に反射鏡３が設けられ、上下に一対の電極（不図示）が設けられている。
光導波路２は、いわゆるリッジ型の光導波路であり、例えばＡｌＧａＡｓの下部クラッド層１１とその上方の例えばＧａＩｎＰの上部クラッド層１３との間に例えばＩｎＧａＡｓやＩｎＡｓ等の量子ドットを有する活性層１２が挟持されている。上部クラッド層１３内には、活性層１２の上方に、単一波長の光を出射させるための回折格子４が設けられている。
【００１４】
反射鏡３は、光導波路２の光出射側である一端（前端面）に設けられた低光反射率膜１４と、光導波路２の他端（後端面）に設けられた、低光反射率膜１４よりも光反射率の高い高光反射率膜１５とを有している。具体的に、低光反射率膜１４は、無反射（Anti-Reflection：ＡＲ）膜とは異なり、ＡＲ膜よりも高い光反射率を有しており、光反射率が１％程度以上１０％程度以下の範囲内の値とされることが望ましい。高光反射率膜１５は、光反射率が８０％以上の範囲内の値であることが望ましい。更に高光反射率膜１５は、光反射率が、活性層１２の利得ピーク波長において５０％程度以下の範囲内の値であることが望ましい。
【００１５】
低光反射率膜１４は、光反射率の異なる複数種の誘電体膜を、膜厚及び積層数を調節して形成される。具体的には、光反射率の相異なる２種の誘電体膜、例えばＡｌ2Ｏ3及びＴｉＯ2を用いて、膜厚及び積層数を適宜調節して形成する。これにより、所期の光反射率（１％程度以上１０％程度以下の範囲内の所定値）が実現する。
【００１６】
高光反射率膜１５は、光反射率の異なる複数種の材料膜を、膜厚及び積層数を調節して形成される。具体的には、光反射率の相異なるＳｉ及び誘電体膜であるＡｌ2Ｏ3を用いて、膜厚及び積層数を適宜調節して形成する。これにより、所期の光反射率（８０％程度以上の所定値で活性層１２の利得ピーク波長において５０％程度以下の所定値）が実現する。
【００１７】
通常、ＤＦＢ−ＬＤの共振器構成としては、ＡＲ膜を設けて光反射率を無反射とすることが多い。これは、光出射側の前端面における位相の影響を極小とするためである。反射戻り光耐性という観点からは、光出射側にＡＲ膜を設けた場合には、戻り光がそのまま活性層に入射するため、戻り光の影響を強く受ける。本実施形態では、光出射側の低光反射率膜１４の光反射率をＡＲよりも高くして、活性層１２への結合レートを低下させることにより、ＤＦＢ−ＬＤの反射戻り光耐性を向上させる。
【００１８】
ＤＦＢ−ＬＤにおいて、光出射側の前端面の光反射率をＲ2、出射された光のＤＦＢ−ＬＤの外部反射点における光反射率をＲ3、ＤＦＢ−ＬＤの素子長をＬとする。また、定数であるＤＦＢ−ＬＤの等価屈折率をｎr0、定数である光速をｃとする。反射戻り光のＤＦＢ−ＬＤへの結合レートκは、以下の式（１）のようになる。式（１）により、結合レートκを小さくするには、光反射率Ｒ2を高くすれば良いことが判る。また、素子長Ｌを大きくすることも、結合レートκを小さくするために有効である。
【００１９】
【数１】
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【００２０】
図２は、ＤＦＢ−ＬＤにおいて、光出射側の前端面の光反射率（Ｒ2）と結合レートκとの関係について計算した結果を示す特性図である。図２では、素子長Ｌを３００ｎｍ程度〜８００ｎｍ程度とした場合についての計算結果を示している。
光出射側の前端面の光反射率が無反射（ＡＲ）である場合と比べて、光反射率Ｒ2を例えば７％程度まで増大させると、結合レートκは１／１０程度に小さくなる。光反射率Ｒ2が１％を下回ると、結合レートκを十分に小さくすることが困難となる。光反射率Ｒ2が１０％を上回ると、量子ドットを有する活性層の利得ピーク波長にてFabry-Perot（ＦＰ）モードで発振し易くなり、ＤＦＢ−ＬＤの単一モードの動作が阻害される懸念がある。本実施形態では、低光反射率膜１４の光反射率Ｒ2を１％以上１０％以下の範囲内の値とする。これにより、ＤＦＢ−ＬＤの単一モードの動作を確保すると共に、反射戻り光耐性の十分な向上を達成することができる。
【００２１】
一方、ＤＦＢ−ＬＤの光出射側でない後端面については、十分な光反射率を確保して高出力を得る必要がある。本実施形態では、高光反射率膜１５として例えば８０％程度以上の光反射率とすることが望ましい。
【００２２】
上記のように、ＤＦＢ−ＬＤを単一モードで動作させるには、光反射率Ｒ2及び素子長Ｌを大きくし過ぎることはできない。そのため、本実施形態では、ＦＰモードで発振し易い活性層１２の利得ピーク波長の近傍では光反射率を低下させ、ＤＦＢ波長では光反射率を保持する反射鏡とすることが望ましい。具体的には、後端面の高光反射率膜１５として、光反射率が活性層１２の利得ピーク波長の５０％以下の範囲内の値であるものを用いる。これにより、ＦＰモード発振を抑制し、且つ高い反射戻り光耐性を有するＤＦＢ−ＬＤが実現する。
【００２３】
図３は、ＤＦＢ−ＬＤにおける発振波長と光反射率との関係を示す特性図である。図示のように、後端面の高光反射率膜として、利得ピーク波長が１２８０ｎｍ程度では光反射率を例えば１０％以下とし、ＤＦＢ波長が１３１０ｎｍ程度では例えば９０％程度とすることにより、ＦＰ発振の十分な抑制が可能である。
【００２４】
量子ドットを有する活性層１２を備え、低光反射率膜１４の光反射率が１％程度以上１０％程度以下の範囲内、ここでは７．５％程度の値とされてなる本実施形態のＤＦＢ−ＬＤにおける相対雑音強度について、比較例との比較に基づいて調べた。その結果を図４に示す。図４では、横軸が反射戻り光量（optical feedback）（ｄＢ）を、縦軸が相対雑音強度（Relative Intensity Noise：ＲＩＮ）（ｄＢ／Ｈｚ）を表している。比較例１は、本実施形態による図１の構成において、光出射側の前端面に低光反射率膜１４の代わりにＡＲ膜を備えたＤＦＢ−ＬＤである。比較例２は、本実施形態による図１の構成において、量子ドットを有する活性層１２の代わりに量子井戸を有する活性層を備えたＤＦＢ−ＬＤである。
【００２５】
図４に示すように、比較例１では、本実施形態よりも、反射戻り光量に対するＲＩＮが劣化している。比較例２では、比較例１よりも、反射戻り光量に対するＲＩＮが劣化している。以上により、本実施形態によるＤＦＢ−ＬＤでは、比較例１，２よりも優れた反射戻り光耐性を得られることが確認された。
【００２６】
（ＤＦＢ−ＬＤの製造方法）
以下、本実施形態によるＤＦＢ−ＬＤの製造方法について説明する。図５〜図６は、第１の実施形態によるＤＦＢ−ＬＤの製造方法について、工程順に示す概略断面図である。
【００２７】
先ず、図５（ａ）に示すように、ＧａＡｓ等の基板１を用意する。
続いて、図５（ｂ）に示すように、下部クラッド層１１を形成する。
詳細には、例えば分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法により、基板１上に例えばＡｌＧａＡｓを成長する。ＭＢＥ法の代わりに、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Metal Organic Vapor Phase Epitaxy）法を用いても良い。以上により、基板１上に下部クラッド層１１が形成される。
【００２８】
続いて、図５（ｃ）に示すように、量子ドットを有する活性層１２を形成する。
詳細には、引き続きＭＢＥ法により、下部クラッド層１１上に並ぶ例えばＩｎＧａＡｓの量子ドット及び量子ドットを覆うＧａＡｓからなる層を、例えば８層積層する。量子ドットの材料としては、ＩｎＧａＡｓの代わりに例えばＩｎＡｓ等を用いても良い。以上により、下部クラッド層１１上に活性層１２が形成される。活性層１２には、例えばｐ型不純物をドープし、高温時の光出力特性を向上させるようにしても好適である。
【００２９】
続いて、図５（ｄ）に示すように、ＧａＩｎＰ層１３ａ，４ａを形成する。
詳細には、引き続きＭＢＥ法により、活性層１２上にＧａＩｎＰを成長する。これにより、活性層１２上にＧａＩｎＰ層１３ａ，４ａが形成される。
【００３０】
続いて、図６（ａ）に示すように、回折格子４を形成する。
詳細には、リソグラフィー及びエッチングによりＧａＩｎＰ層４ａを加工する。これにより、ＧａＩｎＰ層１３ａ上に回折格子４が形成される。
【００３１】
続いて、図６（ｂ）に示すように、ＧａＩｎＰ層１３ｂを形成する。
詳細には、引き続きＭＢＥ法により、回折格子４を埋め込むようにＧａＩｎＰを成長する。これにより、回折格子４上にＧａＩｎＰ層１３ｂが形成される。ＧａＩｎＰ層１３ａ，１３ｂを有して、上部クラッド層１３が構成される。
【００３２】
続いて、図６（ｃ）に示すように、反射鏡３を形成する。
詳細には、先ず、リソグラフィー及びエッチングにより上部クラッド層１３をリッジ形状に加工する。下部クラッド層１１、活性層１２、及び加工された上部クラッド層１３を有して、リッジ型の光導波路２が構成される。
【００３３】
次に、光導波路２の上下に一対の電極を形成する。
次に、光導波路２の光出射側である一端（前端面）に低光反射率膜１４を、光導波路２の他端（後端面）に低光反射率膜１４よりも光反射率の高い高光反射率膜１５をそれぞれ形成する。具体的には、低光反射率膜１４については、スパッタ法又は蒸着法により、例えばＡｌ2Ｏ3及びＴｉＯ2を用いて、１％程度以上１０％程度以下の所期の光反射率となるように、膜厚及び積層数を適宜調節して形成する。
【００３４】
光反射率が１％程度の低光反射率膜１４を形成するには、膜厚１２０ｎｍ程度のＡｌ2Ｏ3及び膜厚１１０ｎｍ程度のＴｉＯ2からなる２層を１組積層すれば良い。光反射率が１０％程度の低光反射率膜１４を形成するには、膜厚２２５ｎｍ程度のＡｌ2Ｏ3及び膜厚２４５ｎｍ程度のＴｉＯ2からなる２層を２組積層すれば良い。
【００３５】
高光反射率膜１５については、スパッタ法又は蒸着法により、例えばＳｉ及びＡｌ2Ｏ3を用いて、８０％程度以上で活性層１２の利得ピーク波長において５０％程度以下の所期の光反射率となるように、膜厚及び積層数を適宜調節して形成する。８０％程度で活性層１２の利得ピーク波長において５０％程度の所期の光反射率の高光反射率膜１５を形成するには、膜厚１１１ｎｍ程度のＳｉ及び膜厚２５６ｎｍ程度のＡｌ2Ｏ3からなる２層を４組積層すれば良い。
以上により、低光反射率膜１４及び高光反射率膜１５を有する反射鏡３が構成される。
このようにして、本実施形態によるＤＦＢ−ＬＤが形成される。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態によれば、比較的簡素な構成で、ＤＦＢ−ＬＤの単一モード動作を確保すると共に、高い反射戻り光耐性を有するＤＦＢ−ＬＤが実現する。
【００３７】
［実施例］
以下、第１の実施形態によるＤＦＢ−ＬＤの具体的な諸実施例について説明する。
【００３８】
（実施例１）
本実施例では、前端面の低光反射率膜１４は光反射率が７．５％程度であり、後端面の高光反射率膜１５は光反射率が９５％程度である。低光反射率膜１４については、膜厚２２０ｎｍ程度のＡｌ2Ｏ3及び膜厚２５０ｎｍ程度のＴｉＯ2からなる２層を２組積層する。これにより、光反射率が７．５％程度に調節される。高光反射率膜１５については、膜厚８６ｎｍ程度のＳｉ及び膜厚２２５ｎｍ程度のＡｌ2Ｏ3からなる２層を２組積層する。これにより、光反射率が９５％程度に調節される。
【００３９】
本実施例では、量子ドットを有する活性層１２の室温におけるフォトルミネッセンス（ＰＬ）波長は１２８０ｎｍ程度である。活性層１２にはｐ型不純物をドープし、高温時の光出力特性を向上するようにしている。回折格子４の結合係数は３０ｃｍ-1程度とされている。ＤＦＢ波長は、利得ピークに対して３０ｎｍ長の波長に設定して、１３１０ｎｍ程度とされている。素子長は５００μｍ程度である。
【００４０】
本実施例では、後端面の高光反射率膜１５が光反射率９５％程度と高値にされているが、これは後端面からの光出力を抑えて前端面からの光出力を増大させるためである。前端面の低光反射率膜１４がＡＲ膜ではなく光反射率７．５％程度の低値とされている。これにより、活性層１２への反射戻り光の結合レートは、前端面にＡＲ膜を用いた場合と比べると１／１０程度に低減され、反射戻り光耐性が向上する。
【００４１】
その一方で、前端面の低光反射率膜１４を光反射率７．５％程度の低値としたことで、活性層１２の利得ピーク波長では、以下の（２）式で与えられるＦＰモードの発振しきい値利得ｇthが得られる。ここで、Ｌは素子長、Ｒｆは前端面の光反射率、Ｒｒは後端面の光反射率である。
【００４２】
【数２】
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【００４３】
（２）式に本実施例におけるパラメータを代入すると、ＦＰモードの発振しきい値利得ｇthは２７ｃｍ-1となる。本実施例における量子ドットを有する活性層１２と回折格子４の組み合わせによるＤＦＢ−ＬＤでは、発振しきい値利得ｇthが２６ｃｍ-1程度よりも小さく設定されると、ＤＦＢモードと同時にＦＰモードが発振することが判った。よって、ＤＦＢモードのみを動作させるときには、ＦＰモードの発振しきい値利得ｇthが２６ｃｍ-1以上となるように、各端面の光反射率及び素子長（共振器長）を設定する必要がある。本実施例では、ＦＰモードの発振しきい値利得ｇthを２７ｃｍ-1程度と、２６ｃｍ-1程度よりも大きくすることが可能であるため、ＦＰモードの発振を抑制することが可能である。
以上より、本実施例によれば、ＤＦＢ−ＬＤの反射戻り光耐性を向上させ、且つ単一モード動作の歩留まりを向上させることができる。
【００４４】
（実施例２）
本実施例では、前端面の低光反射率膜１４は光反射率が１％程度であり、後端面の高光反射率膜１５は光反射率が９０％程度である。ここで、高光反射率膜１５には波長依存性を持たせることとし、量子ドットの利得ピーク波長の近傍、例えば１２８０ｎｍ程度における光反射率が１０％以下、例えば８．８％程度となるように設定する。低光反射率膜１４については、膜厚１２０ｎｍ程度のＡｌ2Ｏ3及び膜厚１１０ｎｍ程度のＴｉＯ2からなる２層を１組積層する。これにより、光反射率が１％程度に調節される。高光反射率膜１５については、膜厚１０９ｎｍ程度のＳｉ及び膜厚２５１ｎｍ程度のＡｌ2Ｏ3からなる２層を５組積層する。これにより、室温において、光反射率（ＤＦＢ波長が１３１０ｎｍ程度における光反射率）が９０％程度であると共に、量子ドットの利得ピーク波長の近傍（１２８０ｎｍ程度）における光反射率が８．８％程度に調節される。その他のパラメータは実施例１と同様である。
【００４５】
前端面の低光反射率膜１４の光反射率を１％とすることにより、前端面にＡＲ膜が形成された場合と比べると、活性層１２への反射戻り光の結合レートが３０％程度に低減され、反射戻り光耐性は向上する。
後端面の高光反射率膜１５の光反射率は、活性層１２の利得ピーク波長１２８０ｎｍ程度で８．８％程度である。そのため、図７（ｂ）に示すように、前端面の低光反射率膜１４の光反射率１％を考慮すると、１２８０ｎｍ程度におけるＦＰモードの発振しきい値利得は７３ｃｍ-1程度まで増大することになる。これにより、利得ピーク波長が１２８０ｎｍ程度におけるＦＰモードは抑制される。
【００４６】
ＦＰモードは、特にＤＦＢ−ＬＤの環境温度が低下したときに、より発振し易くなる。量子ドット利得スペクトルは０．５ｎｍ／℃程度の温度依存性を有し、０℃では利得ピーク波長が１２６７．５ｎｍ程度となるのに対し、ＤＦＢ波長は温度依存性が０．０７ｎｍ／℃であるために０℃において１３０８ｎｍ程度となる。ＤＦＢ波長は、量子ドットの利得のより低い利得での動作となるため、ＦＰモードが動作し易い状況となる。本実施例では、利得ピーク波長が１２６７．５ｎｍ程度における後端面の高光反射率膜１５の光反射率は１３％程度であり、そのときの発振しきい値利得は６６ｃｍ-1程度と大きくなり、０℃においてもＦＰモードは抑制される。
以上より、本実施例によれば、ＤＦＢ−ＬＤの反射戻り光耐性を向上させ、且つ単一モード動作の歩留まりを向上させることができる。
【００４７】
（実施例３）
本実施例では、前端面の低光反射率膜１４は光反射率が１０％程度であり、後端面の高光反射率膜１５は光反射率が９０％程度である。低光反射率膜１４の光反射率を１０％程度とすることにより、前端面にＡＲ膜が形成された場合と比べると、活性層１２への反射戻り光の結合レートが１０％程度に低減され、反射戻り光耐性は向上する。ここで、高光反射率膜１５には波長依存性を持たせることとし、活性層１２の利得ピーク波長の近傍（１２８０ｎｍ程度）における高光反射率膜１５の光反射率が８．８％程度となるように設定する。
【００４８】
低光反射率膜１４については、膜厚２２５ｎｍ程度のＡｌ2Ｏ3及び膜厚２４５ｎｍ程度のＴｉＯ2からなる２層を２組積層する。これにより、光反射率が１０％程度に調節される。高光反射率膜１５については、膜厚１０９ｎｍ程度のＳｉ及び膜厚２５１ｎｍ程度のＡｌ2Ｏ3からなる２層を５組積層する。これにより、室温において、光反射率（ＤＦＢ波長が１３１０ｎｍ程度における光反射率）が９０％程度であると共に、量子ドットの利得ピーク波長の近傍（１２８０ｎｍ程度）における光反射率が８．８％程度に調節される。その他のパラメータは実施例１と同様である。
【００４９】
前端面の低光反射率膜１４の光反射率が１０％程度であることを考慮すると、図８に示すように、利得ピーク波長の近傍（１２８０ｎｍ程度）におけるＦＰモードの発振しきい値利得は、４７ｃｍ-1程度まで増大することになる。これにより、利得ピーク波長の近傍（１２８０ｎｍ程度）におけるＦＰモードは抑制される。本実施例では、後端面の高光反射率膜１５の光反射率を、量子ドット活性層の利得ピーク波長において５０％程度以下とすることで、活性層１２の利得ピーク波長におけるＦＰしきい値利得を３０ｃｍ-1程度以上とすることができる。これにより、活性層１２の利得ピーク波長におけるＦＰモードを抑制することが可能である。
以上より、本実施例によれば、ＤＦＢ−ＬＤの反射戻り光耐性を向上させ、且つ単一モード動作の歩留まりを向上させることができる。
【００５０】
［第２の実施形態］
本実施形態では、光デバイスである光送受信装置を開示する。図９は、第２の実施形態による光送受信装置の概略構成を示すブロック図である。なお、第１の実施形態によるＤＦＢ−ＬＤと同じ構成部材等については、図１と同符号を付して詳しい説明を省略する。
【００５１】
この光送受信装置は、例えばシリコン基板１上に、光送信部２１及び光受信部２２を備えている。
【００５２】
光送信部２１は、ＤＦＢ−ＬＤ３１と、ＤＦＢ−ＬＤ３１の出射光を変調する光変調器３２と、光変調器３２から光を出射するための出射部である第１グレーティングカプラ３３とを備えている。ＤＦＢ−ＬＤ３１は、第１の実施形態によるＤＦＢ−ＬＤであり、光導波路２、反射鏡３、及び一対の電極が設けられている。ＤＦＢ−ＬＤ３１と光変調器３２との間は第１光導波路３４で、光変調器３２と第１グレーティングカプラ３３の間は第２光導波路３５で光接続されている。第１グレーティングカプラ３３の出射端には、第１光ファイバ３６が光接続されている。
【００５３】
図１０は、ＤＦＢ−ＬＤと光接続された第１光導波路を拡大して示す概略平面図である。
第１光導波路３４は、ＤＦＢ−ＬＤ３１との間で所期のギャップＧを形成して対向配置されており、ＤＦＢ−ＬＤ３１と対向する先端面３４ｂにおける光モード形状（ここでは、光の強度分布、そのサイズ及び形状）が、ＤＦＢ−ＬＤ３１の出射光の光モード形状と略一致している。具体的に、第１光導波路３４は、等幅のライン状（例えば、幅３５０ｎｍ程度、高さ２００ｎｍ程度）に形成されているところ、先端部３４ａが先端面３４ｂに向かうほど徐々に幅狭となるテーパ形状とされており、先端面３４ｂの幅が例えば１７０ｎｍ程度とされている。先端面３４ｂにおいて、光モード形状が例えば２μｍ径程度まで拡張され、ＤＦＢ−ＬＤ３１の出射光と同程度の光モード形状となる。このように、第１光導波路３４の先端面３４ｂにおける光モード形状をＤＦＢ−ＬＤ３１の出射光の光モード形状と略一致するように調節することにより、ＤＦＢ−ＬＤ３１と第１光導波路３４との光モードのミスマッチが可及的に小さくなる。これにより、当該ミスマッチに起因する光反射が低減する。
【００５４】
また、対向するＤＦＢ−ＬＤ３１と第１光導波路３４との間のギャップＧには、図１０中破線枠で示す屈折率整合材４２で充填されている。屈折率整合材４２は、第１光導波路３４の透過屈折率と略等しい透過屈折率を有するものであり、例えばエポキシ樹脂が用いられる。例えばスポイト等を用いて、エポキシ樹脂をギャップＧに滴下してギャップＧを充填する。このように、ギャップＧを第１光導波路３４と透過屈折率を整合させる屈折率整合材４２で充填することにより、ＤＦＢ−ＬＤ３１と第１光導波路３４との間の屈折率差が減少して光反射が低減する。
【００５５】
光受信部２２は、フォトディテクタ（ＰＤ）等の受光器３７と、受光器３７に光を入射するための入射部である第２グレーティングカプラ３８とを備えている。受光器３７と第２グレーティングカプラ３８の間は、第３光導波路３９で光接続されている。第２グレーティングカプラ３８の入射端には、第２光ファイバ４１が光接続されている。
【００５６】
本実施形態によれば、比較的簡素な構成で、ＤＦＢ−ＬＤの単一モードの動作を確保すると共に、高い反射戻り光耐性を有するＤＦＢ−ＬＤを備えた光送受信装置が実現する。
【００５７】
以下、半導体発光素子及び光デバイスの諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００５８】
（付記１）量子ドットを有する活性層と、
回折格子と、
前記活性層の光出射側である一端に設けられた低光反射率膜と、
前記活性層の他端に設けられた、前記低光反射率膜よりも光反射率の高い高光反射率膜と
を備えたことを特徴とする半導体発光素子。
【００５９】
（付記２）前記低光反射率膜は、光反射率が１％以上１０％以下の範囲内の値であることを特徴とする付記１に記載の半導体発光素子。
【００６０】
（付記３）前記高光反射率膜は、光反射率が８０％以上の範囲内の値であることを特徴とする付記１又は２に記載の半導体発光素子。
【００６１】
（付記４）前記高光反射率膜は、光反射率が、前記活性層の利得ピーク波長において５０％以下の範囲内の値であることを特徴とする付記１〜３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【００６２】
（付記５）半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の出射光を変調する光変調器と、
前記光変調器から光を出射するための出射部と
を備えており、
前記半導体発光素子は、
量子ドットを有する活性層と、
回折格子と、
前記活性層の光出射側である一端に設けられた低光反射率膜と、
前記活性層の他端に設けられた、前記低光反射率膜よりも光反射率の高い高光反射率膜と
を備えたことを特徴とする光デバイス。
【００６３】
（付記６）受光器と、
前記受光器に光を入射するための入射部と
を更に備えたことを特徴とする付記５に記載の光デバイス。
【００６４】
（付記７）前記低光反射率膜は、光反射率が１％以上１０％以下の範囲内の値であることを特徴とする付記５又は６に記載の光デバイス。
【００６５】
（付記８）前記高光反射率膜は、光反射率が８０％以上の範囲内の値であることを特徴とする付記５〜７のいずれか１項に記載の光デバイス。
【００６６】
（付記９）前記高光反射率膜は、光反射率が、前記活性層の利得ピーク波長において５０％以下の範囲内の値であることを特徴とする付記５〜８のいずれか１項に記載の光デバイス。
【００６７】
（付記１０）前記半導体発光素子と前記光変調器を光接続する光導波路を備えており、
前記光導波路は、前記半導体発光素子と対向する先端面における光モード形状が前記半導体発光素子の光モード形状と一致することを特徴とする付記５〜９のいずれか１項に記載の光デバイス。
【００６８】
（付記１１）前記光導波路は、前記半導体発光素子と対向する先端部が前記先端面に向かうほど徐々に幅狭となる形状とされていることを特徴とする付記１０に記載の光デバイス。
【００６９】
（付記１２）前記半導体発光素子と前記光導波路との間に形成された間隙を充填する屈折率整合材を備えたことを特徴とする付記１０又は１１に記載の光デバイス。
【符号の説明】
【００７０】
１  基板
２  光導波路
３  反射鏡
４  回折格子
４ａ，１３ａ，１３ｂ，  ＧａＩｎＰ層
１１  下部クラッド層
１２  活性層
１３  上部クラッド層
１４  低光反射率膜
１５  高光反射率膜
２１  光送信部
２２  光受信部
３１  ＤＦＢ−ＬＤ
３２  光変調器
３３  第１グレーティングカプラ
３４  第１光導波路
３４ａ  先端部
３４ｂ  先端面
３５  第２光導波路
３６  第１光ファイバ
３７  受光器
３８  第２グレーティングカプラ
３９  第３光導波路
４１  第２光ファイバ
４２  屈折率整合材
【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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