(57)【要約】      （修正有）【課題】複数のレーザ光間の変調の同期を維持できる半導体光素子モジュールを提供する。【解決手段】半導体光素子モジュール１０１は、第１および第２の半導体レーザ素子２１１、２１２と、第１および第２の半導体レーザ素子から出力されたレーザ光をそれぞれ第１および第２の光出射端２３１、２３２へ導波する光導波路２２１、２２２とをモノリシック集積した半導体光素子と、第１および第２の光出射端から出射されるレーザ光を合波する光合波手段３０１とを備え、第２の半導体レーザ素子のレーザ光出射端から第２の光出射端までの光路長Ｌ２と第１の半導体レーザ素子のレーザ光出射端から第１の光出射端までの光路長Ｌ１との光路差が、第１の光出射端から光合波手段にてレーザ光が合波される合波点までの光路長と第２の光出射端から合波点までの光路長との光路差Ｌ３と等しい。【選択図】図１
2015035480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の半導体レーザ素子と、前記第１および第２の半導体レーザ素子から出力されたレーザ光をそれぞれ第１および第２の光出射端へ導波する光導波路とをモノリシック集積した半導体光素子と、
前記第１および第２の光出射端から出射されるレーザ光を合波する光合波手段と
を備え、
前記第２の半導体レーザ素子のレーザ光出射端から前記第２の光出射端までの光路長と前記第１の半導体レーザ素子のレーザ光出射端から前記第１の光出射端までの光路長との光路差が、前記第１の光出射端から前記光合波手段にて前記レーザ光が合波される合波点までの光路長と前記第２の光出射端から前記合波点までの光路長との光路差と等しい、
ことを特徴とする半導体光素子モジュール。
【請求項２】
前記光合波手段は、
前記第１および第２の光出射端から出射されたレーザ光のうちいずれか一方の偏波面を回転させる偏波回転素子と、
前記第１の光出射端から出射されたレーザ光を反射し、前記第２の光出射端から出射されたレーザ光を透過することにより、前記第１および第２の光出射端から出射されるレーザ光を合波する偏波合成光学素子と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体光素子モジュール。
【請求項３】
前記半導体光素子は、
第３および第４の半導体レーザ素子と、
前記第１および第３の半導体レーザ素子から出力されたレーザ光を合波する第１の光合流素子と、
前記第２および第４の半導体レーザ素子から出力されたレーザ光を合波する第２の光合流素子と、
をさらに集積し、
前記第１および第３の半導体レーザ素子のレーザ光出射端から前記第１の光合流素子までの光路長が等しく、
前記第２および第４の半導体レーザ素子のレーザ光出射端から前記第２の光合流素子までの光路長が等しい、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体光素子モジュール。
【請求項４】
前記第１の光合流素子から前記第１の光射出端までの光導波路、および、前記第２の光合流素子から前記第２の光射出端までの光導波路の少なくとも一部は、曲げ光導波路を含むことを特徴とする請求項３に記載の半導体光素子モジュール。
【請求項５】
前記第１の光合流素子からレーザ光を出力する方向と、前記第２の光合流素子からレーザ光を出力する方向とは、互いに距離が離れる方向に向いていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の半導体光素子モジュール。
【請求項６】
前記第１および第２の光合流素子の出力端面における出力ポート以外の位置には、前記第１および第２の光出射端へ結合しない補助光導波路が設けられ、
前記補助光導波路の光出射端は、互いに距離が離れる方向に向いていることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１つに記載の半導体光素子モジュール。
【請求項７】
前記第１および第２の光出射端近傍の光導波路は、前記第１および第２の光出射端に近づくに従い、前記光導波路を構成する光導波層の厚みが減少することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体光素子モジュール。
【請求項８】
前記第１の半導体レーザ素子から前記第１の光出射端までの光導波路および前記第２の半導体レーザ素子から前記第２の光出射端までの光導波路の少なくとも一方に設けられ、前記光導波路の屈折率を変化させるための電界または熱を該光導波路に与える電極を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体光素子モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光素子モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信における通信速度の高速化に伴い、波長が異なるレーザ光を組み合わせて一つの情報列を送受信する伝送システムが普及している。例えば、１つの波長のレーザ光にて１０Ｇｂｐｓまたは２５Ｇｂｐｓ分の情報列を送受信するものとし、４つの波長のレーザ光を並列伝送することにより、４０Ｇｂｐｓまたは１００Ｇｂｐｓ分の情報列を送受信する伝送システムが規格化されている。そこで、本規格に適合すべく、波長が異なるレーザ光を組み合わせて一つの情報列を送信するための半導体光素子モジュールが各種提案されている（特許文献１、非特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−００３６２７号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】黒川宗高、他１０名、「光合波機能を一体化した100Gbit/s小型集積光送信モジュール」、２０１３年  電子情報通信学会総合大会  エレクトロニクス講演論文集１、ｐ１８２
【非特許文献２】村尾覚志、他６名、「レーザ照射技術を用いた100GbE  ＴＯＳＡ向けハイブリッド集積ＷＤＭ光学系」、２０１３年  電子情報通信学会総合大会  エレクトロニクス講演論文集１、ｐ２６６
【非特許文献３】Takaharu  Ohyama，et  al.「Compact  100GbE  Transmitter  Optical  Sub-Assembly  using  Polarization  Beam  Combiner」，2013  18th  OptoElectronics  and  Communications  Conference
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、波長が異なるレーザ光を組み合わせて一つの情報列を送受信する場合、各レーザ光を同一のタイミングで変調および復調しなければならない。したがって、送信機側では、レーザ光間での変調の同期が維持されるように各レーザ光を合波する必要がある。しかしながら、各レーザ光を変調する変調器（直接変調の場合はレーザ光源自身）からレーザ光を合波する合波位置までの光路に光路差がある場合、各レーザ光間で波長が異なるレーザ光を組み合わせて送信された一つの情報列を受信側で正確に復調することができないという問題が生じる。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で複数のレーザ光間の変調の同期を維持できる半導体光素子モジュール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】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる半導体光素子モジュールは、第１および第２の半導体レーザ素子と、前記第１および第２の半導体レーザ素子から出力されたレーザ光をそれぞれ第１および第２の光出射端へ導波する光導波路とをモノリシック集積した半導体光素子と、前記第１および第２の光出射端から出射されるレーザ光を合波する光合波手段とを備え、前記第２の半導体レーザ素子のレーザ光出射端から前記第２の光出射端までの光路長と前記第１の半導体レーザ素子のレーザ光出射端から前記第１の光出射端までの光路長との光路差が、前記第１の光出射端から前記光合波手段にて前記レーザ光が合波される合波点までの光路長と前記第２の光出射端から前記合波点までの光路長との光路差と等しいことを特徴とする。
【０００８】
本発明にかかる半導体光素子モジュールは、上記発明において、前記光合波手段が、前記第１および第２の光出射端から出射されたレーザ光のうちいずれか一方の偏波面を回転させる偏波回転素子と、前記第１の光出射端から出射されたレーザ光を反射し、前記第２の光出射端から出射されたレーザ光を透過することにより、前記第１および第２の光出射端から出射されるレーザ光を合波する偏波合成光学素子とを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明にかかる半導体光素子モジュールは、上記発明において、前記半導体光素子は、第３および第４の半導体レーザ素子と、前記第１および第３の半導体レーザ素子から出力されたレーザ光を合波する第１の光合流素子と、前記第２および第４の半導体レーザ素子から出力されたレーザ光を合波する第２の光合流素子とをさらに集積し、前記第１および第３の半導体レーザ素子のレーザ光出射端から前記第１の光合流素子までの光路長が等しく、前記第２および第４の半導体レーザ素子のレーザ光出射端から前記第２の光合流素子までの光路長が等しいことを特徴とする。
【００１０】
本発明にかかる半導体光素子モジュールは、上記発明において、前記第１の光合流素子から前記第１の光射出端までの光導波路、および、前記第２の光合流素子から前記第２の光射出端までの光導波路の少なくとも一部は、曲げ光導波路を含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明にかかる半導体光素子モジュールは、上記発明において、前記第１の光合流素子からレーザ光を出力する方向と、前記第２の光合流素子からレーザ光を出力する方向とは、互いに距離が離れる方向に向いていることを特徴とする。
【００１２】
本発明にかかる半導体光素子モジュールは、上記発明において、前記第１および第２の光合流素子は、前記第１および第２の光出射端へ結合しない補助光導波路が設けられ、前記補助光導波路の光出射端は、互いに距離が離れる方向に向いていることを特徴とする。
【００１３】
本発明にかかる半導体光素子モジュールは、上記発明において、前記第１および第２の光出射端近傍の光導波路は、前記第１および第２の光出射端に近づくに従い、前記光導波路を構成する光導波層の厚みが減少することを特徴とする。
【００１４】
本発明にかかる半導体光素子モジュールは、上記発明において、前記第１の半導体レーザ素子から前記第１の光出射端までの光導波路および前記第２の半導体レーザ素子から前記第２の光出射端までの光導波路の少なくとも一方に設けられ、前記光導波路の屈折率を変化させるための電界または熱を該光導波路に与える電極を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明にかかる半導体光素子モジュールは、複数のレーザ光間の変調の同期を維持できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、実施形態１の半導体光素子モジュールの概略平面図である。
【図２】図２は、実施形態２の半導体光素子モジュールの概略平面図である。
【図３】図３は、実施形態３の半導体光素子モジュールの概略平面図である。
【図４】図４は、実施形態４の半導体光素子モジュールの概略平面図である。
【図５】図５は、実施形態５の半導体光素子モジュールの概略平面図である。
【図６】図６は、実施形態６の半導体光素子モジュールの概略平面図である。
【図７】図７は、実施形態７の半導体光素子モジュールの概略平面図である。
【図８】図８は、実施形態８の半導体光素子モジュールの概略平面図である。
【図９】図９は、実施形態９の半導体光素子モジュールの概略平面図である。
【図１０】図１０は、図１１〜図１６の断面図の断面位置およびＡ−Ａ断面線における断面を模式的に示す図である。
【図１１】図１１は、図１０に示されるＢ−Ｂ断面線における模式断面図である。
【図１２】図１２は、図１０に示されるＣ−Ｃ断面線における模式断面図である。
【図１３】図１３は、図１０に示されるＤ−Ｄ断面線における模式断面図である。
【図１４】図１４は、図１０に示されるＥ−Ｅ断面線における模式断面図である。
【図１５】図１５は、図１０に示されるＦ−Ｆ断面線における模式断面図である。
【図１６】図１６は、図１０に示されるＧ−Ｇ断面線における模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、図面を参照して本発明にかかる半導体光素子モジュールの実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係や比率などは、現実のものとは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。
【００１８】
〔実施形態１〕
図１は、実施形態１の半導体光素子モジュール１０１の概略平面図である。図１に示されるように、実施形態１の半導体光素子モジュール１０１は、主要構成要素として、半導体光素子２０１と光合波手段３０１とを備える。
【００１９】
半導体光素子２０１は、第１の半導体レーザ素子２１１と、第２の半導体レーザ素子２１２と、第１の光導波路２２１と、第２の光導波路２２２とをモノリシック集積した半導体チップである。第１の光導波路２２１は、第１の半導体レーザ素子２１１から出力されたレーザ光を第１の光出射端２３１へ導波する光導波路であり、第２の光導波路２２２は、第２の半導体レーザ素子２１２から出力されたレーザ光を第２の光出射端２３２へ導波する光導波路である。
【００２０】
光合波手段３０１は、第１の光出射端２３１から出射されたレーザ光と第２の光出射端２３２から出射されたレーザ光とを合波するデバイスであり、いわゆる光カプラまたはビームコンバイナ等が用いられる。第１の光出射端２３１および第２の光出射端２３２と光合波手段３０１との間には、それぞれ第１のコリメータレンズ１１１および第２のコリメータレンズ１１２が配置されている。第１の光出射端２３１から出射されたレーザ光および第２の光出射端２３２から出射されたレーザ光は、それぞれ第１のコリメータレンズ１１１および第２のコリメータレンズ１１２によりコリメートされた後に光合波手段３０１へ入射される。
【００２１】
光合波手段３０１と半導体光素子モジュール１０１の出力部１１４との間には、第３のコリメータレンズ１１３が配置されており、光合波手段３０１により合波されたレーザ光は、第３のコリメータレンズ１１３を介して、半導体光素子モジュール１０１の出力部１１４へ出力される。出力部１１４には、光ファイバ１１６が接続されている。第３のコリメータレンズ１１３は、合波されたレーザ光を光ファイバ１１６に結合する。光ファイバ１１６により、半導体光素子モジュール１０１が出力するレーザ光が他の装置へ伝搬される。
【００２２】
光合波手段３０１は、第１の半導体レーザ素子２１１が出力したレーザ光に対する光路の光路長と、第２の半導体レーザ素子２１２が出力したレーザ光に対する光路の光路長とにおいて、光路差Ｌ３を有する。光合波手段３０１は、第１の光出射端２３１から合波点Ｐまでの光路と、第２の光出射端２３２から合波点Ｐまでの光路との間で物理的距離および光学素子の構成が異なり、これら物理的距離と光学素子の屈折率等に依存して光路長も異なる。ここでは、第１の光出射端２３１から合波点Ｐまでの光路に含まれるすべての光学素子を考慮した光路長と、第２の光出射端２３２から合波点Ｐまでの光路に含まれるすべての光学素子を考慮した光路長との差を、光合波手段３０１の光路差Ｌ３としている。なお、図１に示される光路は模式的なものであり、必ずしも光路差Ｌ３は、図１に示されるような単純な直線状の長さとはならない。しかしながら、光路差Ｌ３は、光合波手段３０１の具体的構成により定まる定数である。
【００２３】
光合波手段３０１が光路差Ｌ３を有することにより、同時に出力された第１の半導体レーザ素子２１１のレーザ光と第２の半導体レーザ素子２１２のレーザ光とが、合波点Ｐに異なる時刻で到達することになる。これにより、波長が異なるレーザ光を組み合わせて送信された一つの情報列を受信側で正確に復調することができなくなる。
【００２４】
そこで、実施形態１の半導体光素子モジュール１０１は、第２の半導体レーザ素子２１２のレーザ光出射端から第２の光出射端２３２までの光路長Ｌ２と、第１の半導体レーザ素子２１１のレーザ光出射端から第１の光出射端２３１までの光路長Ｌ１と、の光路差（Ｌ２−Ｌ１）が、光路差Ｌ３に等しくなるように構成されている。例えば、第２の光導波路２２２を曲げ光導波路とし、第２の光導波路２２２の光路長が第１の光導波路２２１の光路長よりも長くなるようにすることで、光路差（Ｌ２−Ｌ１）が、光路差Ｌ３に等しくなるように構成できる。
【００２５】
以上のように、実施形態１の半導体光素子モジュール１０１では、第２の半導体レーザ素子２１２のレーザ光出射端から第２の光出射端２３２までの光路長Ｌ２と第１の半導体レーザ素子２１１のレーザ光出射端から第１の光出射端２３１までの光路長Ｌ１との光路差（Ｌ２−Ｌ１）が光路差Ｌ３に等しいので、変調された複数のレーザ光を合波する際に、レーザ光間の変調の同期を維持することができる。
【００２６】
〔実施形態２〕
図２は、実施形態２の半導体光素子モジュール１０２の概略平面図である。図２に示されるように、実施形態２の半導体光素子モジュール１０２は、主要構成要素として、半導体光素子２０２と光合波手段３０２とを備える。
【００２７】
実施形態２の半導体光素子モジュール１０２では、光合波手段３０２に偏波合成が用いられる。一方、半導体光素子２０２は、実施形態１の半導体光素子２０１と共通構成である。したがって、以下の説明では、実施形態１の半導体光素子モジュール１０１と共通の構成については、適宜説明を省略する。
【００２８】
図２に示されるように、光合波手段３０２は、ミラー３１１と、１／２波長板３１２と、偏光ビームコンバイナ３１３とを備える。
【００２９】
第１の光出射端２３１から出射されたレーザ光と、第２の光出射端２３２から出射されたレーザ光とは、偏波面が同一方向（ＴＥ偏波）の偏光である。１／２波長板３１２は、第１の光出射端２３１から出射されたレーザ光および第２の光出射端２３２から出射されたレーザ光のうちいずれか一方の偏波面を回転するための光学素子である。
【００３０】
図２に示される光合波手段３０２では、第１の光出射端２３１から出射されたレーザ光の偏波面を回転することができるように、第１の光出射端２３１と偏光ビームコンバイナ３１３との間に、１／２波長板３１２が配置されている。なお、図２に示される光合波手段３０２では、ミラー３１１と偏光ビームコンバイナ３１３との間に、１／２波長板３１２が配置されているが、本実施形態の適用は、この配置に限定されるものではない。
【００３１】
偏光ビームコンバイナ３１３は、偏光面が直交する２つの偏光を合波する偏波合成光学素子である。図２に示される光合波手段３０２では、偏光ビームコンバイナ３１３は、第２のコリメータレンズ１１２と第３のコリメータレンズ１１３とを結ぶ直線状の光路上に配置されている。したがって、偏光ビームコンバイナ３１３は、第２の光出射端２３２から出射されたレーザ光を透過する。一方、偏光ビームコンバイナ３１３は、１／２波長板３１２により偏光面が回転され、ＴＭ偏波とされた第１の光出射端２３１から出射されたレーザ光を反射する。
【００３２】
ミラー３１１は、第１の光出射端２３１から出射されたレーザ光が偏光ビームコンバイナ３１３にて反射されるように、第１の光出射端２３１から出射されたレーザ光の光路を調整する役割を担っている光学素子である。上記の配置により、第１の光出射端２３１から出射されたレーザ光と第２の光出射端２３２から出射されたレーザ光が偏光ビームコンバイナ３１３の合波点Ｐにて偏波合成される。
【００３３】
なお、図２では、電界成分が偏光ビームコンバイナ３１３の入射面に対し横向きであるＴＥ偏波が１点鎖線で示され、磁界成分が偏光ビームコンバイナ３１３の入射面に対し横向きであるＴＭ偏波が２点鎖線で示されている。
【００３４】
図２に示されるように、実施形態２の光合波手段３０２では、第１の光出射端２３１から出射されたレーザ光が合波点Ｐに到達するまでの光路長と、第２の光出射端２３２から出射されたレーザ光が合波点Ｐに到達するまでの光路長との間に光路差が存在する。しかしながら、実施形態２の半導体光素子２０２は、実施形態１の半導体光素子２０１と同様の内部構成を有することにより、変調された複数のレーザ光を合波する際に、レーザ光間の変調の同期を維持することができる。
【００３５】
また、図２に示されるように、実施形態２の半導体光素子モジュール１０２は、半導体光素子２０２と光合波手段３０２との間に、光アイソレータ１１５を備える。光アイソレータ１１５は、戻り光など光路を逆行する光を遮断し、半導体光素子モジュール１０２が外乱または損傷を受けないように保護するためのものである。光アイソレータ１１５は、半導体光素子２０２と光合波手段３０２との間に配置されている。光アイソレータ１１５を通過する２つのレーザ光はいずれもＴＥ偏波であるから、光アイソレータ１１５としてはより簡易な構成である偏光依存型光アイソレータを用いることが可能である。
【００３６】
以上のように、実施形態２の半導体光素子モジュール１０２では、光合波手段３０２が第１の光出射端２３１から出射されたレーザ光の偏波面を回転させる１／２波長板３１２と、第１の光出射端２３１から出射されたレーザ光を反射し、第２の光出射端２３２から出射されたレーザ光を透過する偏光ビームコンバイナ３１３とを備えるので、原理上の損失がなく、第１の光出射端２３１から出射されたレーザ光と第２の光出射端２３２から出射されたレーザ光が合波される。
【００３７】
〔実施形態３〕
図３は、実施形態３の半導体光素子モジュール１０３の概略平面図である。図３に示されるように、実施形態３の半導体光素子モジュール１０３は、主要構成要素として、半導体光素子２０３と光合波手段３０３とを備える。
【００３８】
実施形態３の半導体光素子モジュール１０３は、実施形態１の半導体光素子２０１が半導体光素子２０３に変更されたものである。光合波手段３０３は光合波手段３０１と同一の構成とすることができる。したがって、以下の説明では、実施形態１の半導体光素子モジュール１０１と共通の構成については、適宜説明を省略する。
【００３９】
図３に示されるように、実施形態３の半導体光素子２０３は、第１の半導体レーザ素子２１１と第２の半導体レーザ素子２１２と第３の半導体レーザ素子２１３と第４の半導体レーザ素子２１４と、第１の光合流素子２４１と、第２の光合流素子２４２とが集積されている。さらに、半導体光素子２０３は、第１の光導波路２２３と、第２の光導波路２２４と、第３の光導波路２２５と、第４の光導波路２２６と、第５の光導波路２２７と、第６の光導波路２２８とが集積されている。
【００４０】
第１の光合流素子２４１は、第１の半導体レーザ素子２１１および第３の半導体レーザ素子２１３から出力されたレーザ光を半導体光素子２０３内で合波する半導体合波素子であり、第２の光合流素子２４２は、第２の半導体レーザ素子２１２および第４の半導体レーザ素子２１４から出力されたレーザ光を半導体光素子２０３内で合波する半導体合波素子である。例えば、第１の光合流素子２４１および第２の光合流素子２４２は、ＭＭＩ（Multi  Mode  Interferometer）カプラであり、その他、スターカプラ、フネルカプラ、またはＹ分岐カプラなどが用いられ得る。
【００４１】
第１の光導波路２２３は、第１の光合流素子２４１と第１の光出射端２３１との間を結ぶ光導波路であり、第２の光導波路２２４は、第２の光合流素子２４２と第２の光出射端２３２との間を結ぶ光導波路である。第３の光導波路２２５は、第１の半導体レーザ素子２１１と第１の光合流素子２４１との間を結ぶ光導波路であり、第４の光導波路２２６は、第３の半導体レーザ素子２１３と第１の光合流素子２４１との間を結ぶ光導波路である。第３の光導波路２２５と第４の光導波路２２６とは、光路長が等しい。また、第５の光導波路２２７は、第２の半導体レーザ素子２１２と第２の光合流素子２４２との間を結ぶ光導波路であり、第６の光導波路２２８は、第４の半導体レーザ素子２１４と第２の光合流素子２４２との間を結ぶ光導波路である。第５の光導波路２２７と第６の光導波路２２８とは、光路長が等しい。
【００４２】
図３に示されるように、実施形態３の光合波手段３０３が光路差Ｌ３を有することにより、同時に出力された第１の半導体レーザ素子２１１、第２の半導体レーザ素子２１２、第３の半導体レーザ素子２１３、および第４の半導体レーザ素子２１４のレーザ光が、光合波手段３０３にて合波される合波点Ｐに異なる時刻で到達することになる。そこで、実施形態３の半導体光素子モジュール１０３は、第２の光導波路２２４の光路長Ｌ２および第５の光導波路２２７の光路長Ｌ５の和（Ｌ２＋Ｌ５）と第１の光導波路２２３の光路長Ｌ１および第３の光導波路２２５の光路長Ｌ４の和（Ｌ１＋Ｌ４）との光路差（Ｌ２＋Ｌ５−Ｌ１−Ｌ４）が光路差Ｌ３に等しくなるように構成されている。
【００４３】
上記の構成とすることにより、実施形態３の半導体光素子２０３では、同時に出力された第１〜４の半導体レーザ素子２１１、２１２、２１３、２１４のレーザ光のすべてが、合波点Ｐに同時刻で到達する。なお、上記関係から明らかなように、第３の光導波路２２５の光路長Ｌ４と第５の光導波路２２７の光路長Ｌ５とが等しい場合、第２の光導波路２２４の光路長Ｌ２と第１の光導波路２２３の光路長Ｌ１との光路差（Ｌ２−Ｌ１）が光路差Ｌ３に等しくなるように構成すればよい。
【００４４】
以上のように、実施形態３の半導体光素子２０３では、同時に出力された第１の半導体レーザ素子２１１、第２の半導体レーザ素子２１２、第３の半導体レーザ素子２１３、および第４の半導体レーザ素子２１４のレーザ光が、光合波手段３０３にて合波される合波点Ｐに同時刻で到達するので、変調された複数のレーザ光を合波する際に、レーザ光間の変調の同期を維持することができる。
【００４５】
〔実施形態４〕
図４は、実施形態４の半導体光素子モジュール１０４の概略平面図である。図４に示されるように、実施形態４の半導体光素子モジュール１０４は、主要構成要素として、半導体光素子２０４と光合波手段３０４とを備える。
【００４６】
実施形態４の半導体光素子モジュール１０４は、実施形態３の半導体光素子２０３が半導体光素子２０４に変更されたものである。光合波手段３０４は光合波手段３０３と同一の構成とすることができる。したがって、以下の説明では、実施形態３の半導体光素子モジュール１０３と共通の構成については、適宜説明を省略する。
【００４７】
図４に示されるように、実施形態４の半導体光素子２０４において、第１の光導波路２２３および第２の光導波路２２４は、曲げ光導波路として構成されている。第１の光合流素子２４１および第２の光合流素子２４２としてＭＭＩカプラを用いた場合、第１の光合流素子２４１および第２の光合流素子２４２の出力端周辺から漏れ光（図中太矢印で示される）が発生することが知られている。しかもこの漏れ光が本来の光路へ混入した場合、外乱となって通信品質を劣化させてしてしまう。
【００４８】
そこで、実施形態４の半導体光素子２０４では、第１の光導波路２２３および第２の光導波路２２４を曲げ光導波路として構成することにより、第１の光合流素子２４１および第２の光合流素子２４２の出力端周辺から発生する漏れ光が光合波手段３０４へ混入し、さらに出力部１１４を介して半導体光素子モジュール１０４の外部へ出力されないように構成されている。
【００４９】
なお、図４に示されるように、第２の光導波路２２４は、第１の光導波路２２３よりも光導波路の曲率が大きい。その１つの理由は、光合波手段３０４の光路差を補償するように、第２の光導波路２２４の光路長を第１の光導波路２２３の光路長よりも長くする必要があるためである。
【００５０】
さらに、もう１つの理由は、第２の光合流素子２４２の出力端周辺から発生する漏れ光は、第１の光合流素子２４１の出力端周辺から発生する漏れ光よりも影響が大きいためである。例えば、実施形態２のように、光合波手段３０４に偏波合成を用いた場合、第２の光合流素子２４２の出力端周辺から発生する漏れ光は、光合波手段３０４内部を直線的に伝搬するのに対し、第１の光合流素子２４１の出力端周辺から発生する漏れ光は、光合波手段３０４内部で反射されて伝搬する。反射された漏れ光は、第１の光導波路２２３を導波して第１の光出射端２３１から出力されたレーザ光とは異なる角度で反射されたものなので、本来の光路に混入しにくい。これに対して、光合波手段３０４内部を直線的に伝搬する光路では、光の伝搬方向と漏れ光の伝搬方向とが成す角が小さいので、漏れ光がより混入しやすい。そこで、第１の光導波路２２３よりも第２の光導波路２２４の曲率を大きくし、第２の光合流素子２４２の出力端周辺から発生する漏れ光による影響をより受けにくい構成が採用されている。
【００５１】
以上のように、実施形態４の半導体光素子モジュール１０４は、第１の光導波路２２３および第２の光導波路２２４が曲げ光導波路として構成されているので、第１の光合流素子２４１および第２の光合流素子２４２の出力端周辺から発生する漏れ光による影響が抑制されている。
【００５２】
〔実施形態５〕
図５は、実施形態５の半導体光素子モジュール１０５の概略平面図である。図５に示されるように、実施形態５の半導体光素子モジュール１０５は、主要構成要素として、半導体光素子２０５と光合波手段３０５とを備える。
【００５３】
実施形態５の半導体光素子モジュール１０５は、実施形態３の半導体光素子２０３が半導体光素子２０５に変更されたものである。光合波手段３０５は光合波手段３０３と同一の構成とすることができる。したがって、以下の説明では、実施形態３の半導体光素子モジュール１０３と共通の構成については、適宜説明を省略する。
【００５４】
図５に示されるように、実施形態５の半導体光素子２０４は、第１の光合流素子２４１からレーザ光を出力する方向と、第２の光合流素子２４２からレーザ光を出力する方向とが、互いに距離が離れる方向に向いている。したがって、第１の光合流素子２４１の出力端周辺から発生する漏れ光が第２の光出射端２３２を介して光合波手段３０５へ混入しにくく、また、第２の光合流素子２４２の出力端周辺から発生する漏れ光が第１の光出射端２３１を介して光合波手段３０５へ混入しにくい。
【００５５】
以上のように、実施形態５の半導体光素子モジュール１０５は、第１の光合流素子２４１からレーザ光を出力する方向と、第２の光合流素子２４２からレーザ光を出力する方向とが、互いに距離が離れる方向に向いているので、第１の光合流素子２４１および第２の光合流素子２４２の出力端周辺から発生する漏れ光による影響が抑制されている。
【００５６】
〔実施形態６〕
図６は、実施形態６の半導体光素子モジュール１０６の概略平面図である。図６に示されるように、実施形態６の半導体光素子モジュール１０６は、主要構成要素として、半導体光素子２０６と光合波手段３０６とを備える。
【００５７】
実施形態６の半導体光素子モジュール１０６は、実施形態３の半導体光素子２０３が半導体光素子２０６に変更されたものである。光合波手段３０６は光合波手段３０３と同一の構成とすることができる。したがって、以下の説明では、実施形態３の半導体光素子モジュール１０３と共通の構成については、適宜説明を省略する。
【００５８】
図６に示されるように、実施形態６の半導体光素子２０６では、第１の補助光導波路２５１および第２の補助光導波路２５２がさらに集積されている。第１の補助光導波路２５１の一方の端部は、第１の光合流素子２４１の出力端における第１の光導波路２２３の接続位置以外の位置に接続され、もう一方の端部は、第１の光出射端２３１へ接続せず、半導体光素子２０６の外部方向を向いている。同様に、第２の補助光導波路２５２の一方の端部は、第２の光合流素子２４２の出力端における第２の光導波路２２４の接続位置以外の位置に接続され、もう一方の端部は、第２の光出射端２３２へ接続せず、半導体光素子２０６の外部方向を向いている。第１の補助光導波路２５１および第２の補助光導波路２５２の光出射端は、互いに距離が離れる方向を向いている。
【００５９】
上記構成により、第１の光合流素子２４１の出力端周辺から発生する漏れ光は、第１の補助光導波路２５１に誘導され、第２の光出射端２３２から遠ざかる方向に導波される。また、第２の光合流素子２４２の出力端周辺から発生する漏れ光は、第２の補助光導波路２５２に誘導され、第１の光出射端２３１から遠ざかる方向に導波される。したがって、第１の光合流素子２４１の出力端周辺から発生する漏れ光が第２の光出射端２３２を介して光合波手段３０６へ混入しにくく、また、第２の光合流素子２４２の出力端周辺から発生する漏れ光が第１の光出射端２３１を介して光合波手段３０６へ混入しにくい。
【００６０】
以上のように、実施形態６の半導体光素子モジュール１０６は、第１の光出射端２３１へ結合しない第１の補助光導波路２５１が第１の光合流素子２４１に設けられ、第２の光出射端２３２へ結合しない第２の補助光導波路２５２が第２の光合流素子２４２に設けられ、第１の補助光導波路２５１および第２の補助光導波路２５２は、互いに距離が離れる方向に向いているので、第１の光合流素子２４１および第２の光合流素子２４２の出力端周辺から発生する漏れ光による影響が抑制されている。
【００６１】
〔実施形態７〕
図７は、実施形態７の半導体光素子モジュール１０７の概略平面図である。図７に示されるように、実施形態７の半導体光素子モジュール１０７は、主要構成要素として、半導体光素子２０７と光合波手段３０７とを備える。
【００６２】
実施形態７の半導体光素子モジュール１０７は、実施形態１の半導体光素子２０１が半導体光素子２０７に変更されたものである。光合波手段３０７は光合波手段３０１と同一の構成とすることができる。したがって、以下の説明では、実施形態１の半導体光素子モジュール１０１と共通の構成については、適宜説明を省略する。
【００６３】
図７に示されるように、実施形態７の半導体光素子２０７では、第１の光出射端２３１近傍の第１の光導波路２６１に第１のスポットサイズ変換部２７１が設けられ、第２の光出射端２３２近傍の第２の光導波路２６２に第２のスポットサイズ変換部２７２が設けられている。
【００６４】
第１のスポットサイズ変換部２７１および第２のスポットサイズ変換部２７２は、第１の光出射端２３１および第２の光出射端２３２に近づくに従い、光導波路の厚みが減少している。
【００６５】
直接変調型の半導体レーザは、縦方向（導波路の厚さ方向）に対する光の閉じ込めが強く、ビームが広がり易いという特徴を有する。結果、第１の光出射端２３１および第２の光出射端２３２から出射されるレーザ光をそれぞれ第１のコリメータレンズ１１１および第２のコリメータレンズ１１２に結合する際に、結合損失が発生し易い。
【００６６】
そこで、実施形態７の半導体光素子２０７では、第１の光出射端２３１近傍の第１の光導波路２６１および第２の光出射端２３２近傍の第２の光導波路２６２に、それぞれ第１のスポットサイズ変換部２７１および第２のスポットサイズ変換部２７２を設け、出射されるレーザ光のスポットサイズを変換している。
【００６７】
図７に示されるように、実施形態７の半導体光素子モジュール１０７は、第２の光導波路２６２の光路長Ｌ２および第２のスポットサイズ変換部２７２の光路長Ｌ７の和（Ｌ２＋Ｌ７）と第１の光導波路２６１の光路長Ｌ１および第１のスポットサイズ変換部２７１の光路長Ｌ６の和（Ｌ１＋Ｌ６）との光路差（Ｌ２＋Ｌ７−Ｌ１−Ｌ６）が光路差Ｌ３に等しくなるように構成されている。
【００６８】
上記のように構成することにより、実施形態７の半導体光素子２０７では、同時に出力された第１の半導体レーザ素子２１１および第２の半導体レーザ素子２１２のレーザ光が、光合波手段３０７にて合波される合波点Ｐに同時刻で到達する。なお、上記関係から明らかなように、第１のスポットサイズ変換部２７１の光路長Ｌ６と第２のスポットサイズ変換部２７２の光路長Ｌ７とが等しい場合、第２の光導波路２６２の光路長Ｌ２と第１の光導波路２６１の光路長Ｌ１との光路差（Ｌ２−Ｌ１）が光路差Ｌ３に等しくなるように構成すればよい。
【００６９】
以上のように、実施形態７の半導体光素子モジュール１０７は、第１の光出射端２３１近傍の第１の光導波路２６１および第２の光出射端２３２近傍の第２の光導波路２６２に、それぞれ第１のスポットサイズ変換部２７１および第２のスポットサイズ変換部２７２を設けているので、第１のコリメータレンズ１１１および第２のコリメータレンズ１１２に結合する際に、結合損失が抑制される。
【００７０】
〔実施形態８〕
図８は、実施形態８の半導体光素子モジュール１０８の概略平面図である。図８に示されるように、実施形態８の半導体光素子モジュール１０８は、主要構成要素として、半導体光素子２０８と光合波手段３０８とを備える。
【００７１】
実施形態８の半導体光素子モジュール１０８は、実施形態１の半導体光素子２０１が半導体光素子２０８に変更されたものである。光合波手段３０８は光合波手段３０１と同一の構成とすることができる。したがって、以下の説明では、実施形態１の半導体光素子モジュール１０１と共通の構成については、適宜説明を省略する。
【００７２】
図８に示されるように、実施形態８の半導体光素子２０８は、第１の半導体レーザ素子２１１から第１の光出射端２３１までを結ぶ第１の光導波路２８１および第２の半導体レーザ素子２１２から第２の光出射端２３２までを結ぶ第２の光導波路２８２の少なくとも一方に設けられ、電界または熱を光導波路に与える電極２８３を備える。なお、電極２８３は、ドライバ２８４により駆動される。
【００７３】
半導体の屈折率は、温度に依存して変化する。そして、光導波路の屈折率が変化した場合は、実際の長さが変化しなくても、光路長が変化する。そこで、実施形態８の半導体光素子２０８は、第１の光導波路２８１および第２の光導波路２８２の少なくとも一方の屈折率を変化させる手段として電極２８３を備える。
【００７４】
以上のように、実施形態８の半導体光素子２０８は、第１の光導波路２８１および第２の光導波路２８２の少なくとも一方の屈折率を変化させる手段として電極２８３を備えるので、半導体光素子２０８の製造後であっても、事後的に光合波手段３０８の光路差に適合させることができる。これによって、他の実施形態の場合と同様に、変調された複数のレーザ光を合波する際に、レーザ光間の変調の同期を維持することができる。
【００７５】
〔実施形態９〕
図９は、実施形態９の半導体光素子モジュール１０９の概略平面図である。図９に示されるように、実施形態９の半導体光素子モジュール１０９は、主要構成要素として、半導体光素子２０９と光合波手段３０９とを備える。
【００７６】
実施形態９の半導体光素子モジュール１０９は、実施形態２〜４および実施形態７が有する技術的特徴を組み合わせて構成されたものである。以下では、実施形態９の半導体光素子モジュール１０９を用いて、半導体光素子２０９および光合波手段３０９のより具体的な構成について説明を行う。なお、以下の説明では、実施形態２〜４および実施形態７と共通の構成については、適宜説明を省略する。
【００７７】
図９に示されるように、光合波手段３０９は、偏波合成を用いてレーザ光を合波する。したがって、光合波手段３０９は、実施形態２と同様に、ミラー３１１と、１／２波長板３１２と、偏光ビームコンバイナ３１３とを備えている。
【００７８】
ミラー３１１、１／２波長板３１２、および偏光ビームコンバイナ３１３は、組み立てる際の作業スペースに配慮した間隔で配置されており、光合波手段３０９全体として、光路差Ｌ３が５００μｍとなっている。ここで、光路差Ｌ３とは、第１の光出射端２３１から偏光ビームコンバイナ３１３の合波点Ｐまでの光路長と第２の光出射端２３２から偏光ビームコンバイナ３１３の合波点Ｐまでの光路長との光路差である。また、光路差Ｌ３の５００μｍは、１／２波長板３１２および偏光ビームコンバイナ３１３などの屈折率なども考慮した光学的な光路差である。
【００７９】
図９に示されるように、半導体光素子２０９は、第１の半導体レーザ素子２１１、第２の半導体レーザ素子２１２、第３の半導体レーザ素子２１３、および第４の半導体レーザ素子２１４から出力されたレーザ光を、半導体光素子２０９の内部で第１の光合流素子２４１および第２の光合流素子２４２により２つのレーザ光に合波し、半導体光素子２０９の外部で光合波手段３０９により１つのレーザ光に合波する構成である。
【００８０】
半導体光素子２０９では、第１の半導体レーザ素子２１１、第２の半導体レーザ素子２１２、第３の半導体レーザ素子２１３、および第４の半導体レーザ素子２１４として、ＤＲ（Distributed  Reflector）レーザ素子が用いられており、第１の光合流素子２４１および第２の光合流素子２４２として、ＭＭＩカプラが用いられている。
【００８１】
光カプラを用いてレーザを合波する場合、ある程度の光損失は避けられないので、高強度のレーザ光を出力できるレーザ素子を用いる必要がある。この点、ＤＲレーザ素子は、高強度のレーザ光を出力できるので好適である。また、ＭＭＩカプラは、作製上のトレランスが大きく波長依存性が小さいという利点がある。
【００８２】
なお、第１の半導体レーザ素子２１１、第２の半導体レーザ素子２１２、第３の半導体レーザ素子２１３、および第４の半導体レーザ素子２１４の発振波長は、それぞれ１２９５ｎｍ、１３００ｎｍ、１３０５ｎｍ、および１３１０ｎｍとしている。これら発振波長は、イーサネット（登録商標）における１００Ｇｂｉｔ通信規格で定められた波長である。
【００８３】
第１の光合流素子２４１および第２の光合流素子２４２と第１のスポットサイズ変換部２７１および第２のスポットサイズ変換部２７２との間は、それぞれ第１の光導波路２６１および第２の光導波路２６２により接続されている。また、第１の光導波路２６１および第２の光導波路２６２は、いずれも曲げ光導波路として構成されている。
【００８４】
第１の光導波路２６１の光路長Ｌ１と第２の光導波路２６２の光路長Ｌ２との光路差は、１５６μｍである。この値は、上述の光路差Ｌ３＝５００μｍより、第１の光導波路２６１および第２の光導波路２６２の屈折率である３．２を除して求めた値である。このように、半導体の屈折率は空気よりも大きいので、光合波手段３０９により生じる光路差を半導体光素子２０９の内部では効率良く補償することができる。
【００８５】
第１の光合流素子２４１および第２の光合流素子２４２の配置は、それぞれ第１の光出射端２３１および第１の光出射端２３１における光軸の延長線から２００μｍ以上、半導体光素子２０９の外側に離れた位置である。第１の光合流素子２４１および第２の光合流素子２４２の出力端周辺から発生する漏れ光による影響を抑制するためである。なお、第１の光合流素子２４１および第２の光合流素子２４２の出力端周辺から発生する漏れ光対策として、実施形態５のように第１の光合流素子２４１および第２の光合流素子２４２の角度を変える、または、実施形態６のように補助光導波路を設けるなどの方法を用いてもよい。
【００８６】
以上のように、本実施形態によれば、光合波手段３０９が光路差Ｌ３＝５００μｍを有しているにも拘らず、半導体光素子２０９内における光導波路の光路差を調整することにより、半導体光素子モジュール１０９全体としての出力において、異なる波長のレーザ光間での同期が維持される。なお、本実施形態は、上記説明した例に限らず、光合波手段３０９が光路差を有している場合に、半導体光素子２０９内の光路長を意図的に設けることによって、光合波手段３０９の光路差を相殺する構成とすることができる。本実施形態では、光合波手段３０９またはこれに付随する光学素子によって光合波手段３０９の光路長が調整された構成ではなく、半導体光素子２０９内における光導波路の光路差が調整されて、光合波手段３０９の光路差を相殺している構成なので、光素子モジュール１０９全体としての構成が簡易であり、組み立ても容易である。
【００８７】
〔断面構造〕
ここで、図１０〜図１６を参照しながら、実施形態９の半導体光素子２０９の断面構造について説明する。以下の説明では、横方向の光導波構造としては、作製が容易なリッジ構造を用いた半導体光素子の断面構造が用いられるが、ハイメサ構造または埋め込み構造を用いた実施形態であっても本発明を適切に実施可能である。また、以下の説明では、半導体レーザ素子や導波路など同一構成で複数のものが集積されている場合、適宜省略した説明がなされている。
【００８８】
図１０は、図１１〜図１６の断面図の断面位置およびＡ−Ａ断面線における断面を模式的に示す図である。図１１は、図１０に示されるＢ−Ｂ断面線における模式断面図である。図１２は、図１０に示されるＣ−Ｃ断面線における模式断面図である。図１３は、図１０に示されるＤ−Ｄ断面線における模式断面図である。図１４は、図１０に示されるＥ−Ｅ断面線における模式断面図である。図１５は、図１０に示されるＦ−Ｆ断面線における模式断面図である。図１６は、図１０に示されるＧ−Ｇ断面線における模式断面図である。
【００８９】
図１０に示されるように、半導体光素子２０９の光導波路方向の断面は全体的にほぼ同一の厚さの層構造を有している。したがって、半導体光素子２０９は、バットジョイント再成長工程を用いて各構成要素を集積することが可能である。なお、第２のスポットサイズ変換部２７２は、光出射端に近づくにつれて膜厚が薄くなる構造を有しているが、バットジョイント再成長工程において選択成長のマスクパターンの形状を変化させることにより当該構造を形成することが可能である。
【００９０】
図１１に示されるように、第１の光導波路２６１の断面構造は、裏面から表面へ順に、ｎ側電極４０１、第２ｎ型クラッド層４０２、第１ｎ型クラッド層４０４、コア層４０６、第１ｐ型クラッド層４０７、第２ｐ型クラッド層４０８、コンタクト層４０９、および絶縁層４１０が積層された層構造を有している。
【００９１】
第２ｎ型クラッド層４０２は、ｎ型ＩｎＰからなる基板として形成されており、第１ｎ型クラッド層４０４は、ｎ型ＩｎＰを第２ｎ型クラッド層４０２上に積層して形成される。コア層４０６は、ＧａＩｎＡｓＰまたはＡｌＧａＩｎＡｓからなる光導波層であり、使用する波長帯のレーザ光に対して透明となるように組成されている。つまり、コア層４０６のバンドギャップ波長は、１２９５ｎｍ、１３００ｎｍ、１３０５ｎｍ、および１３１０ｎｍのうち最短波長である１２９５ｎｍよりも短い波長となっている。
【００９２】
第１ｐ型クラッド層４０７および第２ｐ型クラッド層４０８は、ｐ型ＩｎＰからなり、図１１に示されるように、第１ｐ型クラッド層４０７は、コア層４０６上に均質に形成され、第２ｐ型クラッド層４０８は、第１ｐ型クラッド層４０７上にリッジ構造として形成される。したがって、第２ｐ型クラッド層４０８のリッジ構造に関する幅が、ほぼ第１の光導波路２６１の光導波路としての幅となる。
【００９３】
リッジ構造を形成する第２ｐ型クラッド層４０８の上部には、コンタクト層４０９が形成され、リッジ構造を形成する第２ｐ型クラッド層４０８およびコンタクト層４０９と第１ｐ型クラッド層４０７とが全体的に絶縁層４１０により絶縁されている。なお、平坦化ポリマー４１２は、リッジ構造などの突出部が損傷を受けないように半導体光素子２０９の上面を平坦化するためのものである。
【００９４】
図１２に示されるように、第１のスポットサイズ変換部２７１の断面構造は、裏面から表面へ順に、ｎ側電極４０１、第２ｎ型クラッド層４０２、第１ｎ型クラッド層４０４、コア層４０６、第１ｐ型クラッド層４０７、第２ｐ型クラッド層４０８、コンタクト層４０９、および絶縁層４１０が積層された層構造を有している。
【００９５】
したがって、第１のスポットサイズ変換部２７１の断面構造は、第１の光導波路２６１の断面構造と同じ層構成を有している。しかしながら、図１１と比較すると解るように、第１のスポットサイズ変換部２７１におけるコア層４０６の厚さは、第１の光導波路２６１におけるコア層４０６の厚さよりも薄い。また、第１のスポットサイズ変換部２７１の断面位置が第１の光出射端２３１へ近づくほどに、第１のスポットサイズ変換部２７１のコア層４０６は、層の厚さが小さくなる。
【００９６】
図１３に示されるように、第３の光導波路２２５および第４の光導波路２２６の断面構造は、裏面から表面へ順に、ｎ側電極４０１、第２ｎ型クラッド層４０２、第１ｎ型クラッド層４０４、コア層４０６、第１ｐ型クラッド層４０７、第２ｐ型クラッド層４０８、コンタクト層４０９、および絶縁層４１０が積層された層構造を有し、第１の光導波路２６１の断面構造を２つ並べたような構成である。
【００９７】
ただし、第３の光導波路２２５および第４の光導波路２２６の断面構造は、第２ｐ型クラッド層４０８などからなるリッジ構造が分離されているものの、コア層４０６などは、物質的に分離されてはいない。第２ｐ型クラッド層４０８のリッジ構造に関する幅が、ほぼ第３の光導波路２２５および第４の光導波路２２６としての幅となるからである。
【００９８】
図１４に示されるように、第１の光合流素子２４１としてのＭＭＩカプラの断面構造は、裏面から表面へ順に、ｎ側電極４０１、第２ｎ型クラッド層４０２、第１ｎ型クラッド層４０４、コア層４０６、第１ｐ型クラッド層４０７、第２ｐ型クラッド層４０８、コンタクト層４０９、および絶縁層４１０が積層された層構造を有し、第１の光導波路２６１の断面構造を幅広にした構成となっている。
【００９９】
第３の光導波路２２５および第４の光導波路２２６からＭＭＩカプラに入力されたシングルモードのレーザ光は、リッジ構造としての第２ｐ型クラッド層４０８の幅が広いことにより、ＭＭＩカプラの内部のコア層４０６においてマルチモードのレーザ光に変換される。第３の光導波路２２５および第４の光導波路２２６から入力されたレーザ光はマルチモードの状態で合波され、ＭＭＩカプラの出力端部で１つのシングルモードのレーザ光に結像される。結果、第３の光導波路２２５および第４の光導波路２２６からＭＭＩカプラに入力されたシングルモードのレーザ光は、合波され、シングルモードのレーザ光として第１の光導波路２６１へ出力される。
【０１００】
このように、第１の光合流素子２４１としてのＭＭＩカプラは、層構造が光導波路と同様であるので、半導体光素子２０９に集積する際に製造上の利点がある。
【０１０１】
図１５に示されるように、第２の半導体レーザ素子２１２の断面構造は、裏面から表面へ順に、ｎ側電極４０１、第２ｎ型クラッド層４０２、第１ｎ型クラッド層４０４、活性層４０５、第１ｐ型クラッド層４０７、第２ｐ型クラッド層４０８、コンタクト層４０９、およびｐ側電極４１１が積層された層構造を有する。また、第１ｎ型クラッド層４０４内には、回折格子層４０３が形成されている。第２の半導体レーザ素子２１２の断面構造は、コア層４０６の代わりに活性層４０５が形成され、第１ｎ型クラッド層４０４内に回折格子層４０３が形成され、コンタクト層４０９が露出してｐ側電極４１１に接触している以外は、第１の光導波路２６１の断面構造とほぼ同一である。
【０１０２】
活性層４０５は、ＧａＩｎＡｓＰまたはＡｌＧａＩｎＡｓからなる多重量子井戸構造を有する光導波層であり、使用する波長帯のレーザ光をレーザ発振できるように組成されている。つまり、活性層４０５のバンドギャップ波長は、１２９５ｎｍ、１３００ｎｍ、１３０５ｎｍ、および１３１０ｎｍのうち最長波長である１３１０ｎｍよりも長い波長となっている。また、回折格子層４０３は、ｎ型ＩｎＰ層とＧａＩｎＡｓＰ層またはＡｌＧａＩｎＡｓ層とが、１２９５ｎｍ、１３００ｎｍ、１３０５ｎｍ、または１３１０ｎｍの波長の光をブラッグ反射できる周期で交互に配置されて構成されている。
【０１０３】
図１６は、第２の半導体レーザ素子２１２の光共振器長方向に関する断面構造を示している。図１６に示されるように、第２の半導体レーザ素子２１２は、レーザ光出射側から順に、第１の受動領域Ｒ１と活性領域Ｒ２と第２の受動領域Ｒ３とを備える。光共振器長方向に関する活性領域Ｒ２の前後には、第１の受動領域Ｒ１と第２の受動領域Ｒ３とが設けられている。第１の受動領域Ｒ１のレーザ光出射側の端面には、反射防止膜４１３が設けられ、第２の受動領域Ｒ３のレーザ光非出射側の端面には、高反射膜４１４が設けられている。
【０１０４】
活性領域Ｒ２は、上部のｐ側電極４１１から電流が供給され分布帰還型レーザとして機能する領域である。一方、第１の受動領域Ｒ１および第２の受動領域Ｒ３は、上部のｐ側電極４１１が設けられておらず、自らがレーザ発振を行うことができない。第１の受動領域Ｒ１および第２の受動領域Ｒ３は、活性領域Ｒ２によって発生したレーザ光に対してブラッグ反射器として機能する。活性領域Ｒ２によって発生したレーザ光は、第１の受動領域Ｒ１と第２の受動領域Ｒ３との反射により、分布帰還型レーザと比較しておよそ２倍の強度のレーザ光出力を得ることができる。
【０１０５】
〔性能特性〕
最後に、実施形態９の半導体光素子モジュール１０９の性能特性に関して説明する。
【０１０６】
第１〜４の半導体レーザ素子２１１、２１２、２１３、２１４に２５Ｇｂｐｓの直接変調をかけて動作させ、その際の各レーザ素子のレーザ光出射端における変調出力を７ｄＢｍとする。また、各レーザ素子のレーザ光出射端から半導体光素子モジュール１０９の出力部１１４までの光出力低下を半導体光素子モジュール１０９の内部損失とする。
【０１０７】
上記設定の下、実施形態９の半導体光素子モジュール１０９の内部損失を測定したところ、半導体光素子モジュール１０９の内部損失は５ｄＢとなった。損失の内訳は、ＭＭＩカプラ部での損失が３ｄＢであり、光導波路での損失が１ｄＢであり、偏波合成部およびコリメータレンズの損失が１ｄＢである。半導体光素子モジュール１０９の出力部１１４におけるレーザ光の出力は７ｄＢｍとなり、送信に十分な出力が得られている。
【０１０８】
半導体光素子モジュール１０９では、第１のスポットサイズ変換部２７１および第２のスポットサイズ変換部２７２を設けたことにより、第１の光出射端２３１および第２の光出射端２３２におけるレーザ光の出射角度は４０度から２５度に変換されている。これにより、従来構造の半導体光素子モジュールでは３ｄＢであった偏波合成部およびコリメータレンズの結合損失は、１ｄＢとなり、大幅に改善されている。
【０１０９】
また、実施形態９の半導体光素子モジュール１０９は、第１の光導波路２６１および第２の光導波路２６２が曲げ光導波路として構成されているので、第１の光合流素子２４１および第２の光合流素子２４２の出力端周辺から発生する漏れ光が１／１０以下に抑えられた。
【０１１０】
第１の半導体レーザ素子２１１、第２の半導体レーザ素子２１２、第３の半導体レーザ素子２１３、および第４の半導体レーザ素子２１４から出力された４つのレーザを用いて１００Ｇｂ伝送を行う場合、各レーザの伝送レートは２５Ｇｂｐｓであることから、４０ｐｓｅｃ間隔で１ｂｉｔが伝送される。従来構造の半導体光素子モジュールであれば、５００μｍの光路長差が半導体光素子モジュール内で生じるので、１．７ｐｓｅｃのデータ遅延が発生していた。一方、実施形態９の半導体光素子モジュール１０９では、データ遅延が測定限界以下であった。本実施形態は、このような１００Ｇｂ以上の高速伝送を行う場合に、特に大きな効果を奏する。
【０１１１】
なお、上記実施の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。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【０１１２】
１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８，１０９  半導体光素子モジュール
１１１  第１のコリメータレンズ
１１２  第２のコリメータレンズ
１１３  第３のコリメータレンズ
１１４  出力部
１１５  光アイソレータ
１１６  光ファイバ
２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０６，２０７，２０８，２０９  半導体光素子
２１１  第１の半導体レーザ素子
２１２  第２の半導体レーザ素子
２１３  第３の半導体レーザ素子
２１４  第４の半導体レーザ素子
２２１，２２３，２６１，２８１  第１の光導波路
２２２，２２４，２６２，２８２  第２の光導波路
２２５  第３の光導波路
２２６  第４の光導波路
２２７  第５の光導波路
２２８  第６の光導波路
２３１  第１の光出射端
２３２  第２の光出射端
２４１  第１の光合流素子
２４２  第２の光合流素子
２５１  第１の補助光導波路
２５２  第２の補助光導波路
２７１  第１のスポットサイズ変換部
２７２  第２のスポットサイズ変換部
２８３  電極
２８４  ドライバ
３０１，３０２，３０３，３０４，３０５，３０６，３０７，３０８，３０９  光合波手段
３１１  ミラー
３１２  １／２波長板
３１３  偏光ビームコンバイナ
４０１  ｎ側電極
４０２  第２ｎ型クラッド層
４０３  回折格子層
４０４  第１ｎ型クラッド層
４０５  活性層
４０６  コア層
４０７  第１ｐ型クラッド層
４０８  第２ｐ型クラッド層
４０９  コンタクト層
４１０  絶縁層
４１１  ｐ側電極
４１２  平坦化ポリマー
４１３  反射防止膜
４１４  高反射膜
【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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