(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に形成された半導体レーザと、
前記基板に形成され、第１光導波路を有する第１位相変調部と、
前記基板に形成され、第２光導波路を有する第２位相変調部と、
前記基板に形成され、前記半導体レーザの出力光を２つに分岐し、分岐した光を前記第１光導波路及び前記第２光導波路へ出力する第１光結合器と、
前記基板に形成され、前記第１光導波路及び前記第２光導波路からの出力光を結合して出力する第２光結合器と、を備え、
前記半導体レーザと前記第１光導波路及び前記第２光導波路とは、少なくとも一部分が並列に配置され、
前記半導体レーザは、第１埋め込み層により埋め込まれた第１メサ部を有し、
前記第１光導波路及び前記第２光導波路は、前記第１光導波路及び前記第２光導波路のコア層よりも屈折率が小さい第２埋め込み層により埋め込まれており、
前記基板に形成され、光を入力し伝搬方向を曲げて光を伝搬する曲がり光導波路を備え、
前記曲がり光導波路の入力側の部分は、前記第１埋め込み層により埋め込まれており、前記曲がり光導波路の出力側の部分は、前記第２埋め込み層により埋め込まれており、前記曲がり光導波路の途中の位置に、前記第１埋め込み層と前記第２埋め込み層との接合界面が形成される光半導体素子。
【請求項２】
隣合って並列に配置される前記第１位相変調部及び前記第２位相変調部の一方の側に前記半導体レーザが配置され、
前記曲がり光導波路として、
前記基板に形成され、前記半導体レーザの出力光を入力し反対方向に湾曲させて前記第１光結合器に光を伝搬する第１曲がり光導波路を備え、
前記第１位相変調部及び前記第２位相変調部の他方の側には、前記基板に形成されたヒータが配置される請求項１に記載の光半導体素子。
【請求項３】
前記第１光導波路と前記第２光導波路との間に前記半導体レーザが配置される請求項１に記載の光半導体素子。
【請求項４】
前記曲がり光導波路として、
前記基板に形成され、前記第１光結合器の２つの出力光の内の一方を入力し反対方向に湾曲させて前記第１光導波路に光を伝搬する第２曲がり光導波路と、
前記基板に形成され、前記第１光結合器の２つの出力光の内の他方を入力し反対方向に湾曲させて前記第２光導波路に光を伝搬する第３曲がり光導波路と、を備える請求項３に記載の光半導体素子。
【請求項５】
前記第１光結合器は、前記半導体レーザの出力光を２つに分岐する多モード干渉結合器であり、
前記第１光結合器は、前記半導体レーザの出力光を入力する第１端面と、前記第１端面と対向し、内部を伝搬する多モード干渉光を反射して前記第１端面の方向へ折り返させる第２端面と、を有し、前記第１端面から分岐した２つの光を出力し、
前記曲がり光導波路として、
前記基板に形成され、前記第１光結合器の２つの出力光の内の一方を入力し前記第１光導波路に光を伝搬する第４曲がり光導波路と、
前記基板に形成され、前記第１光結合器の２つの出力光の内の他方を入力し前記第２光導波路に光を伝搬する第５曲がり光導波路と、を備える請求項３に記載の光半導体素子。
【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】
近年、半導体レーザとマッハツェンダ（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）干渉計型光変調器(以下、単にＭＺ光変調器ともいう)とを組み合わせた光送信器が開発されている。この種の光送信機は、例えば、波長多重伝送システムで使用される。また、光送信機として、小型なものが求められている。
【０００３】
ＭＺ光変調器としては、例えば、非線形光学結晶であるニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3：ＬＮ）の電気光学効果を利用したＭＺ光変調器(以下、単にＬＮ−ＭＺ光変調器ともいう)がある。ＬＮ−ＭＺ光変調器は、動作波長帯域が広く、チャープ制御が可能である。そして、半導体レーザとＬＮ−ＭＺ光変調器とを、レンズ及びアイソレータ等の光学部品と共に組み合わせて同一モジュール内に集積し、光送信機を小型にすることが提案されている。
【０００４】
しかし、ＬＮ−ＭＺ光変調器自体の寸法が大きいこと、またレンズ及びアイソレータ等の複数の光学部品を組み合わせることでは、光送信機の寸法を小型にすることには限界がある。
【０００５】
また、石英系の材料により形成された平面光導波路回路（Ｐｌａｎｅｒ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＰＬＣ）素子を用いて、半導体レーザ及びＬＮ−ＭＺ光変調器をハイブリッド集積することにより、光送信機の寸法を更に小型にすることが提案されている。
【０００６】
しかし、このような光送信機は、形成部品同士を光学的に結合すること容易ではないので、製造することが難しい。
【０００７】
また、半導体レーザが形成される同一基板に、基板と同程度の格子定数を有する半導体を用いた半導体マッハツェンダ干渉計型光変調器(以下、半導体ＭＺ光変調器ともいう)を形成した光半導体素子が提案されている。この場合、半導体レーザと、半導体ＭＺ光変調器と、これらを接続する光導波路とが、直線状に同一基板に配置される。この光半導体素子では、半導体レーザ及び半導体ＭＺ光変調器が、同一基板にインラインに製造することができる。
【０００８】
また、半導体ＭＺ光変調器では、特に量子井戸構造に電界を印加して屈折率を変化させる量子閉じ込めシュタルク効果（Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｃｏｎｆｉｎｅｄ  Ｓｔａｒｋ  Ｅｆｆｅｃｔ  ：ＱＣＳＥ）を用いた半導体ＭＺ光変調器では、ＬＮ−ＭＺ光変調器と比べて、屈折率の変化量が大きい。そのため、半導体ＭＺ光変調器は、光半導体素子の寸法及び駆動電圧を低減できることが期待される。
【０００９】
半導体レーザが、ファブリペロー型レーザ又は分布帰還型（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  ＦｅｅｄＢａｃｋ：ＤＦＢ）レーザの場合には、レーザの素子長は数１００μｍ程度となる。一方、出力する光の波長が可変である半導体レーザの場合、特に波長可変帯域が広い波長可変型半導体レーザの場合には、レーザの素子長が数ｍｍとなることもある。
【００１０】
また、曲がり導波路、及び光結合器、及び位相変調部等のその他の要素を合わせた長さが数ｍｍ程度になるので、半導体レーザと半導体ＭＺ光変調器とを直線状に配置することは、光半導体素子の長手方向の寸法を大きくする。
【００１１】
更に、光半導体素子の長手方向の寸法が大きいことは、一枚の基板から製造され得る素子の個数を低減すると共に、素子の縦横比(アスペクト比)を大きくすることは、素子の製造における歩留りを低下させる原因ともなり得る。
【００１２】
そこで、半導体レーザ及び半導体ＭＺ光変調器を備えた光半導体素子の寸法を低減することが期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００７−９４３３６号公報
【特許文献２】特開２００４−２２６１８号公報
【特許文献３】特開２００５−１５９１１８号公報
【特許文献４】特開２００７−９３７１７号公報
【特許文献５】特開２００９−１４６９９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本明細書は、寸法の低減された光半導体素子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】
【００１５】
上記課題を解決するために、本明細書で開示する光半導体素子の一形態によれば、基板に形成された半導体レーザと、基板に形成され、第１光導波路を有する第１位相変調部と、基板に形成され、第２光導波路を有する第２位相変調部と、基板に形成され、半導体レーザの出力光を２つに分岐し、分岐した光を第１光導波路及び第２光導波路へ出力する第１光結合器と、基板に形成され、第１光導波路及び第２光導波路からの出力光を結合して出力する第２光結合器と、を備え、半導体レーザと第１光導波路及び第２光導波路とは、少なくとも一部分が並列に配置される。
【発明の効果】
【００１６】
上述した本明細書で開示する光半導体素子の一形態によれば、寸法が低減される。
【００１７】
本発明の目的及び効果は、特に請求項において指摘される構成要素及び組み合わせを用いることによって認識され且つ得られるだろう。
【００１８】
前述の一般的な説明及び後述の詳細な説明の両方は、例示的及び説明的なものであり、クレームされている本発明を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本明細書に開示する光半導体素子の第１実施形態を示す図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線拡大断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線拡大断面図である。
【図４】図１のＣ−Ｃ’線拡大断面図である。
【図５】（Ａ）は、図１の要部の拡大図であり、（Ｂ）は、第１埋め込み層に埋め込まれているコア層を伝搬する光の強度分布を示し、（Ｃ）は、第２埋め込み層に埋め込まれているコア層を伝搬する光の強度分布を示す。
【図６】図１のＤ−Ｄ’線拡大断面図である。
【図７】第１実施形態の光半導体素子の製造工程を示す図（その１）である。
【図８】第１実施形態の光半導体素子の製造工程を示す図（その２）である。
【図９】第１実施形態の光半導体素子の製造工程を示す図（その３）であり、図８のＥ−Ｅ’線拡大断面図である。
【図１０】第１実施形態の光半導体素子の製造工程を示す図（その４）である。
【図１１】第１実施形態の光半導体素子の製造工程を示す図（その５）であり、図１０のＦ−Ｆ’線拡大断面図である。
【図１２】第１実施形態の光半導体素子の製造工程を示す図（その６）である。
【図１３】第１実施形態の光半導体素子の製造工程を示す図（その７）である。
【図１４】第１実施形態の光半導体素子の製造工程を示す図（その８）であり、図１３のＧ−Ｇ線拡大断面図である。
【図１５】第１実施形態の光半導体素子の製造工程を示す図（その９）であり、図１３のＨ−Ｈ線拡大断面図である。
【図１６】第１実施形態の光半導体素子の製造工程を示す図（その１０）である。
【図１７】第１実施形態の光半導体素子の製造工程を示す図（その１１）であり、図１６のＩ−Ｉ線拡大断面図である。
【図１８】第１実施形態の光半導体素子の製造工程を示す図（その１２）であり、図１６のＪ−Ｊ線拡大断面図である。
【図１９】第１実施形態の光半導体素子の製造工程を示す図（その１３）である。
【図２０】第１実施形態の光半導体素子の製造工程を示す図（その１４）であり、図１９のＫ−Ｋ線拡大断面図である。
【図２１】第１実施形態の光半導体素子の製造工程を示す図（その１５）であり、図１９のＬ−Ｌ線拡大断面図である。
【図２２】第１実施形態の光半導体素子の製造工程を示す図（その１６）である。
【図２３】第１実施形態の光半導体素子の製造工程を示す図（その１７）である。
【図２４】第１実施形態の光半導体素子の製造工程を示す図（その１８）である。
【図２５】第１実施形態の光半導体素子の変形例１を示す図である。
【図２６】第１実施形態の光半導体素子の変形例２を示す図である。
【図２７】図２６のＮ−Ｎ’線拡大断面図である。
【図２８】本明細書に開示する光半導体素子の第２実施形態を示す図である。
【図２９】第２実施形態の光半導体素子の変形例１を示す図である。
【図３０】第２実施形態の光半導体素子の変形例２を示す図である。
【図３１】本明細書に開示する光半導体素子の第３実施形態を示す図である。
【図３２】本明細書に開示する光半導体素子の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本明細書で開示する光半導体素子の好ましい第１実施形態を、図面を参照して説明する。但し、本発明の技術範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。
【００２１】
図１は、本明細書に開示する光半導体素子の第１実施形態を示す図である。図２は、図１のＡ−Ａ線拡大断面図である。図３は、図１のＢ−Ｂ線拡大断面図である。
【００２２】
本実施形態の光半導体素子１０は、半導体の基板３０に形成された半導体レーザ１１と、基板３０に形成され、第１光導波路１２ａを有する第１位相変調部１２と、基板３０に形成され、第２光導波路１３ａを有する第２位相変調部１３と、を備える。
【００２３】
また、光半導体素子１０は、基板３０に形成され、半導体レーザ１１の出力光を２つに分岐し、分岐した光を第１光導波路１２ａ及び第２光導波路１３ａへ出力する第１光結合器１４を備える。また、光半導体素子１０は、基板３０に形成され、第１光導波路１２ａ及び第２光導波路１３ａからの出力光を結合して出力する第２光結合器１５を備える。
【００２４】
第１位相変調部１２は、第１光導波路１２ａと共に、第１光導波路１２ａに変調電界を印加して光導波路の屈折率を変化させる第１位相変調電極１２ｂを有する。第１光導波路１２ａは、直線状の縦長に形成される。第１位相変調電極１２ｂは、縦長であり、第１光導波路１２ａの長手方向を全体に覆っている。図１に示すように、第１位相変調部１２は、縦長であり、その長手方向は、第１光導波路１２ａ及び第１位相変調電極１２ｂの長手方向と一致する。第１光導波路１２ａを伝搬する光は、光導波路の屈折率の大きさに対応して位相が変化する。第１位相変調電極１２ｂは、図３に示すように、第１光導波路１２ａの上方に配置される。
【００２５】
第２位相変調部１３は、第２光導波路１３ａと共に、第２光導波路１３ａに変調電界を印加する第２位相変調電極１３ｂを有する。第２位相変調部１３の構造は、上述した第１位相変調部１２と同様である。
【００２６】
第１位相変調部１２と第２位相変調部１３とは、幅方向に離間し、隣合って並列に配置されている。ここで、幅方向は、第１光導波路１２ａ及び第２光導波路１３ａの長手方向と直交する方向である。また、光半導体素子１０では、第１光導波路１２ａ及び第２光導波路１３ａは、同じ長さを有している。
【００２７】
第１位相変調部１２及び第２位相変調部１３の幅方向に離間する距離は、それらの位相変調電極１２ｂ、１３ｂの間にクロストークが発生しない程度とすることが好ましい。例えば、第１位相変調部１２及び第２位相変調部１３の幅方向に離間する距離は、１００〜２００μｍとすることができる。
【００２８】
次に、半導体レーザ１１について、更に説明する。図１に示すように、半導体レーザ１１は縦長であり、その長手方向は、第１位相変調部１２及び第２位相変調部１３の長手方向と一致している。これらの長手方向は、光半導体素子１０の長手方向と一致する。
【００２９】
半導体レーザ１１は、図１及び図２に示すように、レーザメサ部１１ａと、レーザメサ部１１ａに駆動電流を注入するレーザ駆動電極１１ｂとを有する。図１に示すように、レーザ駆動電極１１は、縦長であり、レーザメサ部１１ａの長手方向を全体に覆っている。図２に示すように、レーザ駆動電極１１ｂは、第１光導波路１２ａの上方に配置される。
【００３０】
半導体レーザ１１と第２位相変調部１３とは、幅方向に離間している。半導体レーザ１１と第２位相変調部１３とが幅方向に離間する距離は、レーザ駆動電極１１ｂと第２位相変調電極１３ｂとの間にクロストークが発生しない程度とすることが好ましい。例えば、半導体レーザ１１及び第２位相変調部１３の幅方向に離間する距離は、１００〜２００μｍとすることができる。
【００３１】
図１に示すように、光半導体素子１０では、同一基板３０に形成された半導体レーザ１１と第１光導波路１２ａ及び第２光導波路１３ａとは、それらの長手方向において少なくとも一部分が重なるように並列に配置される。
【００３２】
図１に示す例では、半導体レーザ１１の長手方向の一部分が、第１光導波路１２ａ及び第２光導波路１３ａと、それらの長手方向において重なっている。また、半導体レーザ１１の長さが、第１光導波路１２ａ及び第２光導波路１３ａよりも短い場合には、半導体レーザ１１は、その長手方向の全体が第１光導波路１２ａ及び第２光導波路１３ａと重なっていてもよい。また、第１光導波路１２ａ及び第２光導波路１３ａの長さが、半導体レーザ１１よりも短い場合には、第１光導波路１２ａ及び第２光導波路１３ａは、その長手方向の全体が半導体レーザ１１と重なっていてもよい。このように配置されることで、光半導体素子１０の長手方向の寸法をより低減することができる。
【００３３】
半導体レーザ１１は、シングルモードレーザであることが好ましい。また、半導体レーザ１１は、波長可変型レーザであっても良い。具体的には、半導体レーザ１１は、分布帰還（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  ＦｅｅｄＢａｃｋ：ＤＦＢ）型レーザ、分布ブラッグ反射（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：ＤＢＲ）型レーザ、超周期構造回折格子（Ｓｕｐｅｒ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ：ＳＳＧ）型ＤＢＲレーザ、又はＣＳＧ−ＤＲ（Ｃｈｉｒｐｅｄ  Ｓａｍｐｌｅｄ  Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）型レーザであっても良い。
【００３４】
本実施形態では、半導体レーザ１１がＤＦＢ型レーザである場合を例として以下の説明を行う。
【００３５】
次に、半導体レーザ１１の断面構造を、図面を参照して、以下に説明する。
【００３６】
図２に示すように、半導体レーザ１１は、基板３０上に形成されたレーザメサ部１１ａと、その上に形成されたレーザ駆動電極１１ｂとを有する。
【００３７】
レーザメサ部１１ａは、基板３０上に配置された下クラッド層３１と、下クラッド層３１上に配置された回折格子層３２と、回折格子層３２上に配置されたスペーサ層３３と、スペーサ層３３上に配置された半導体レーザのコア層３４と、を有する。回折格子層３２には、光伝搬方向に周期性を有する回折格子が形成される。また、レーザメサ部１１ａは、半導体レーザのコア層３４上に配置された第１上クラッド層３６と、第１上クラッド層３６上に配置された第３上クラッド層３８と、第３上クラッド層３８上に配置された第１コンタクト層３９と、を有する。また、下クラッド層３１の下に位置する基板３０の部分も、レーザメサ部１１ａの一部分を形成する。
【００３８】
レーザ駆動電極１１ｂは、第１電極４０及び第２電極４１を有する。レーザ駆動電極１１ｂは、第１電極４０及び第２電極４１を介して、レーザメサ部１１ａと電気的に接続する。
【００３９】
レーザメサ部１１ａは、第１埋め込み層４２により埋め込まれている。第１埋め込み層４２上には、第１パッシベーション層４３が配置され、第１パッシベーション層４３上には第２埋め込み層４４が配置され、第２埋め込み層４４上には第２パッシベーション層４５が配置される。レーザ駆動電極１１ｂの下側の部分は、第２埋め込み層４４により埋め込まれている。
【００４０】
レーザメサ部１１ａは、レーザ駆動電極１１ｂから電流の注入を受けて、レーザ光を発振するのと共に発熱して熱膨張する。また、第１埋め込み層４２も、レーザメサ部１１ａに加熱されて熱膨張する。そこで、レーザメサ部１１ａと第１埋め込み層４２とは、熱膨張係数に差がないことが、レーザメサ部１１ａ又は第１埋め込み層４２に熱応力が発生することを防止する上で好ましい。レーザメサ部１１ａ又は第１埋め込み層４２に熱応力が発生すると、亀裂等の発生により、半導体レーザ１１の寿命が短縮するおそれがある。
【００４１】
例えば、第１埋め込み層４２と、半導体レーザのコア層３４の熱膨張係数の違いは±数％以内であることが、上述した観点から好ましい。第１埋め込み層４２の形成材料としては、基板と同様の半導体を用いて形成されることが好ましい。また、第１埋め込み層４２は、コア層３４への電流の注入効率を高めるために半絶縁性の導電性を有することが好ましい。
【００４２】
図１には、第１埋め込み層４２が形成される領域が、第１埋め込み領域Ｂ１として示されている。第１埋め込み領域Ｂ１では、半導体レーザ１１が第１埋め込み層４２により埋め込まれている。また、第１埋め込み領域Ｂ１には、後述する第１曲がり光導波路１６の入力側の部分が第１埋め込み層４２により埋め込まれている。
【００４３】
次に、第１位相変調部１２の断面構造を、図面を参照して、以下に説明する。
【００４４】
図３に示すように、第１位相変調部１２の第１光導波路１２ａは、メサ構造を有する。
【００４５】
第１光導波路１２ａは、下記の点を除いて、半導体レーザ１１のレーザメサ部１１ａと同様の構造を有する。第１光導波路１２ａでは、回折格子層３２には回折格子が形成されない。また、スペーサ層３３上には、光導波路のコア層３５が配置され、光導波路のコア層３５上には第２上クラッド層３７が配置される。また、第１光導波路１２ａの両側面は、第１パッシベーション層４３により覆われている。この第１パッシベーション層４３は、第１光導波路１２ａの両側の基板３０上も覆っている。第１光導波路１２ａ上には、第１位相変調電極１２ｂが配置される。第１位相変調電極１２ｂの下側の部分は、第２埋め込み層４４により埋め込まれている。
【００４６】
第１光導波路１２ａは、第１光導波路１２ａのコア層３５よりも屈折率が小さい第２埋め込み層４４により埋め込まれている。第１光導波路１２ａを伝播する光の閉じ込めの観点から、第２埋め込み層４４の屈折率と、第１光導波路のコア層３５の屈折率との差は大きい方が好ましい。
【００４７】
第２埋め込み層４４の形成材料としては、例えば、低誘電率を有する樹脂又は空気を用いることができる。
【００４８】
第２位相変調部１３は、第１位相変調部１２と同様の断面構造を有しており、上述した説明は、第２位相変調部１３に対しても適宜適用される。
【００４９】
図１には、第２埋め込み層４４によって光導波路等のメサ構造が埋め込まれる領域が、第２埋め込み領域Ｂ２として示されている。第２埋め込み領域Ｂ２では、第１光導波路１２ａと、第２光導波路１３ａと、第１光結合器１４と、第２光結合器１５とが、第２埋め込み層４４により埋め込まれている。また、第２埋め込み領域Ｂ２では、後述する説明する第１曲がり光導波路１６の出力側の部分が第２埋め込み層４４により埋め込まれている。
【００５０】
また、基板３０の裏側には、レーザ駆動電極１１ｂ及び第１及び第２位相変調電極１２ｂ、１３ｂに対応して、図示しない下部電極が配置される。
【００５１】
次に、半導体レーザ１１の出力光を入力し反対方向に湾曲させて第１光結合器１４に光を伝搬する第１曲がり光導波路１６について、図面を参照して、以下に説明する。
【００５２】
図１に示すように、光半導体素子１０は、基板３０に形成された第１曲がり光導波路１６を備える。第１曲がり光導波路１６は、半導体レーザ１１の出力光を入力し、伝搬方向を１８０度曲げて光を伝搬する。このように、光半導体素子１０は、第１曲がり光導波路１６を用いて、並列に配置された半導体レーザ１１と第１光導波路１２ａ及び第２光導波路１３ａとの間に、第１光結合器１４を介して、光を伝搬する。
【００５３】
次に、第１曲がり光導波路１６と半導体レーザ１１との接合部分の断面構造を、図面を参照して、以下に説明する。
【００５４】
図４は、図１のＣ−Ｃ’線拡大断面図である。図４は、第１曲がり光導波路１６と半導体レーザ１１との接合部分における長手方向の断面構造を示す。
【００５５】
図４に示すように、第１曲がり光導波路１６は、下記の点を除いて、上述した第１光導波路１２ａと同様の構造を有する。第１曲がり光導波路１６では、第１位相変調電極１２ｂが配置されない。また、第１コンタクト層３９は、第１パッシベーション層４３により覆われる。
【００５６】
第１曲がり光導波路１６と半導体レーザ１１との接合部分では、光導波路のコア層３５と半導体レーザのコア層３４との接合界面Ｓ１が形成される。接合界面Ｓ１は、いわゆるバットジョイント界面である。また、接合界面Ｓ１の位置には、半導体レーザのコア層３４上に配置される第１上クラッド層３６と、光導波路のコア層３５上に配置される第２上クラッド層３７との接合界面も形成される。
【００５７】
直線状の半導体レーザのコア層３４の端面である接合界面Ｓ１から、光導波路のコア層３５が第１光結合器１４に向かって円弧上に延びる。
【００５８】
第１曲がり光導波路１６の曲率半径は、上述した半導体レーザ１１と第２位相変調部１３との好ましい離間距離を確保するように決定され得る。また、第１曲がり光導波路１６の曲率半径の下限値は、製造工程上の制約を受ける場合もある。このような観点から、第１曲がり光導波路１６の曲率半径を、例えば１００μｍとすることができる。
【００５９】
また、図１示すように、第１曲がり光導波路１７ａの入力側の部分は、レーザメサ部１１ａと同様に、第１埋め込み領域Ｂ１に含まれる。
【００６０】
一方、図１に示すように、第１光結合器１４に接続する第１曲がり光導波路１７ａの出力側の部分は、第２埋め込み領域Ｂ２に含まれており、第１曲がり光導波路１７ａの途中の位置に、第１埋め込み層４２と第２埋め込み層４４との接合界面Ｓ２が形成される。
【００６１】
次に、第１埋め込み層４２と第２埋め込み層４４との接合界面Ｓ２の位置について、図面を参照して、以下に説明する。
【００６２】
図５（Ａ）は、図１の要部の拡大図である。図５（Ｂ）は、第１埋め込み層４２に埋め込まれているコア層３５を伝搬する光の強度分布を示す。図５（Ｃ）は、第２埋め込み層４４に埋め込まれているコア層３５を伝搬する光の強度分布を示す。
【００６３】
図５（Ａ）には、レーザメサ部１１ａの接合界面Ｓ１から、円弧上に延びる第１曲がり光導波路１６の部分が示されている。また、図５（Ａ）には、第１曲がり光導波路１６の途中の位置Ｐに形成される接合界面Ｓ２が一点鎖線で示されている。また、図５（Ａ）には、円弧状の第１曲がり光導波路１６の位置Ｐにおける接線Ｌ１が示されている。また、図５（Ａ）には、接合界面Ｓ１から出力される光の直進方向が、直線Ｌ２で示されている。
【００６４】
接合界面Ｓ２が形成される第１曲がり光導波路１６の途中の位置Ｐは、接線Ｌ１と直線Ｌ２とのなす角度αにより決定される。また、角度αは、第１曲がり光導波路１６の曲率中心Ｏを中心として、接合界面Ｓ１の位置と位置Ｐとが形成する円弧の中心角でもある。
【００６５】
図５（Ｂ）に示すように、第１埋め込み層４２に埋め込まれた第１曲がり光導波路１６の部分では、第１曲がり光導波路１６のメサ部１６ａ内のコア層３５を伝搬する光の強度分布は、コア層３５の幅を超えて広がっている。一方、図５（Ｃ）に示すように、第２埋め込み層４４に埋め込まれた第１曲がり光導波路１６の部分では、メサ部１６ａのコア層３５を伝搬する光の強度分布は、コア層３５の幅内にほぼ閉じ込められている。
【００６６】
図５（Ｂ）に示すような強度分布を有する光が接合界面Ｓ２を通過すると、光が、等価屈折率が異なる接合界面Ｓ２で反射して、半導体レーザ１１の方へ第１曲がり光導波路１６内を戻る光が生じる。
【００６７】
そこで、光半導体素子１０では、第１曲がり光導波路１６の途中の位置に、第１埋め込み層４２と第２埋め込み層４４との接合界面Ｓ２を形成して、反射により半導体レーザ１１の方へ第１曲がり光導波路１６内を戻る光の量を低減している。
【００６８】
反射により半導体レーザ１１の方へ第１曲がり光導波路１６内を戻る光の量は、接合界面の位置Ｐを定める角度αの値が大きい程低減する。
【００６９】
一方、角度αは、製造工程の制約から上限が定められる場合がある。例えば、角度αが大きくなると、第１埋め込み層４２が第１曲がり光導波路１６のメサ構造の上に盛り上がるように成長する場合がある。このような場合には、角度αは、第１埋め込み層４２が異常成長しない範囲内の大きさにすることが好ましい。
【００７０】
そこで、本実施形態では、角度αとして、第１曲がり光導波路１６のメサ構造を埋め込む際に第１埋め込み層４２が異常成長しない上限の値とした。このようにして、角度αを決定することにより、第１埋め込み層４２と第２埋め込み層４４との接合界面Ｓ２の位置Ｐが定められる。角度αとして、例えば１０度とすることができる。
【００７１】
次に、第１光結合器１４について、説明する。第１光結合器１４としては、例えば、１つの入力ポート及び２つの出力ポートを有する多モード干渉結合器を用いることができる。第１光結合器１４の断面構造は、上述した第１曲がり光導波路１６と同様である。なお、第１光結合器１４として、２つの入力ポート及び２つの出力ポートを有する多モード干渉結合器を用いても良い。この場合、半導体レーザ１１からの光は、一方の入力ポートから入力される。
【００７２】
次に、第２光結合器１５について説明する。第２光結合器１５は、入力した２つの光を干渉させて、位相差に応じた光強度を有する光を出力する。第２光結合器１５としては、例えば、２つの入力ポート及び２つの出力ポートを有する多モード干渉結合器を用いることができる。第２光結合器１５の断面構造は、上述した第１曲がり光導波路１６と同様である。なお、第２光結合器１５として、２つの入力ポート及び１つの出力ポートを有する多モード干渉結合器を用いても良い。
【００７３】
また、図１に示すように、光半導体素子１０は、基板３０に形成され、第１光結合器１４の２つの出力光の内の一方を入力し、伝搬方向を曲げて第１光導波路１２ａに光を伝搬する第２曲がり光導波路１７ａを備える。また、光半導体素子１０は、基板３０に形成され、第１光結合器１４の２つの出力光の内の他方を入力し、伝搬方向を曲げて第２光導波路１２ｂに光を伝搬する第３曲がり光導波路１７ｂを備える。
【００７４】
また、図１に示すように、光半導体素子１０は、基板３０に形成され、第１光導波路１２ａの出力光を入力し、伝搬方向を曲げて第２光結合器１５に光を伝搬する第４曲がり光導波路１８ａを備える。また、光半導体素子１０は、基板３０に形成され、第２光導波路１３ａの出力光を入力し、伝搬方向を曲げて第２光結合器１５に光を伝搬する第５曲がり光導波路１８ｂを備える。
【００７５】
光半導体素子１０は、第２光結合器１５の２つの出力ポートから光を入力し、外部に光を出力する第６及び第７光導波路１９ａ、１９ｂを有する。第６及び第７光導波路１９ａ、１９ｂの露出した端面は、例えば、無反射コーティングされることが好ましい。
【００７６】
第２〜５曲がり光導波路１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂ、並びに第６及び第７光導波路１９ａ、１９ｂの断面構造は、上述した第１曲がり光導波路１６と同様である。
【００７７】
上述した第２埋め込み領域Ｂ２には、第２及び第３曲がり光導波路１７ａ、１７ｂと、第４及び第５曲がり光導波路１８ａ、１８ｂと、第６及び第７光導波路１９ａ、１９ｂとが、第２埋め込み層４４により埋め込まれている。
【００７８】
また、上述した第１光結合器１４と、第１位相変調部１２及び第２位相変調部１３と、第２光結合器１５と、第２及び第３曲がり光導波路１７ａ、１７ｂと、第４及び第５曲がり光導波路１８ａ、１８ｂと、第６及び第７光導波路１９ａ、１９ｂと、により同一基板３０上に半導体ＭＺ光変調器が形成される。
【００７９】
図１に示すように、光半導体素子１０では、隣合って並列に配置される第１位相変調部１２及び第２位相変調部１３の一方の側に半導体レーザ１１が配置される。また、光半導体素子１０では、第１位相変調部１２及び第２位相変調部１３の他方の側には、基板３０に形成されたヒータ２２が配置される。
【００８０】
ヒータ２２は、縦長のヒータ本体２２ａと、ヒータ本体２２ａに電力を供給する一対のヒータ電極２２ｂ、２２ｃとを有する。ヒータ電極２２ｂ、２２ｃは、ヒータ本体２２ａの両端部と接続される。
【００８１】
ヒータ本体２２ａの長手方向は、半導体レーザ１１及び第１光導波路１２ａ及び第２光導波路１３ａの長手方向と一致する。
【００８２】
ヒータ本体２２ａと第１位相変調部１２との間の距離は、半導体レーザ１１と第２位相変調部１３との間の距離と同じにすることが好ましい。
【００８３】
光半導体素子１０では、電流を注入された半導体レーザ１１が発熱するので、光半導体素子１０の幅方向には温度勾配が形成されて、第２位相変調部１３側の温度が高く第１位相変調部１２の温度が相対的に低くなる。ＭＺ変調器の干渉計を構成する光路間に温度差が発生すると、干渉計の光路長が変化するため位相差が変化してしまう。このように半導体レーザ１１の駆動状態によって変化する位相差を調整するのは非常に困難である。また、第１光導波路１２ａ及び第２光導波路１３ａは、電界が印加された時の屈折率の変化量が、発生した温度差によって異なってしまうといった問題もある。
【００８４】
そこで、光半導体素子１０では、ヒータ２２を用いて、光半導体素子１０の幅方向における温度勾配を打ち消して、第１光導波路１２ａ及び第２光導波路１３ａが同様の温度に成るようにしている。
【００８５】
光半導体素子１０では、ヒータ２２の駆動方法として、半導体レーザ１１に注入するのと同じ量の電力をヒータ電極２２に供給する。
【００８６】
また、第１光導波路１２ａ及び第２光導波路１３ａそれぞれに温度センサを配置し、それぞれの光導波路の温度が同じになるように、ヒータ２２を駆動するようにしても良い。
【００８７】
次に、ヒータ２２の断面構造を、図面を参照して、以下に説明する。
【００８８】
図６は、図１のＤ−Ｄ’線拡大断面図である。図６は、ヒータ本体２２ａとヒータ電極２２ｂとの接合部分の長手方向の断面構造を示す。
【００８９】
図６に示すように、ヒータ本体２２ａは、基板３０上に配置された第１埋め込み層４２と、第１埋め込み層４２上に配置された第１パッシベーション層４３と、第１パッシベーション層４３上に配置された第２埋め込み層４４とを有する。また、ヒータ本体２２ａは、第２埋め込み層４４上に配置された発熱層４６と、発熱層４６上に配置された第２パッシベーション層４５とを有する。発熱層４６は、例えば、Ｔｉにより形成され得る。
【００９０】
また、ヒータ電極２２ｂは、図６に示すように、発熱層４６上に第１電極４０及び第２電極４１を順番に介在させて配置されている。
【００９１】
次に、上述した本実施形態の光半導体素子１０の好ましい製造方法の一例を、図面を参照して、以下に説明する。
【００９２】
まず、図７に示すように、基板３０上に、下クラッド層３１が形成される。下クラッド層３１の形成方法としては、例えば、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によるエピタキシャル成長を用いることができる。後述する回折格子層３２から第１上クラッド層３６も、同様に、ＭＯＣＶＤ法を用いて形成され得る。基板３０の形成材料には、例えば、ｎ−ＩｎＰを用いることができる。下クラッド層３１は、例えば、形成材料にｎ−ＩｎＰを用いて、厚さは２００ｎｍとすることができる。
【００９３】
そして、下クラッド層３１上に、回折格子層３２が形成される。回折格子層３２の形成材料には、例えば組成波長が１．２μｍであるｎ−ＩｎＧａＡｓＰを用いることができる。回折格子層３２の厚さは、例えば７０ｎｍとすることができる。また、回折格子層３２の半導体レーザとなる領域には、例えば、光の伝搬方向に約２４０ｎｍ周期を有する回折格子が、電子ビーム（ＥＢ）露光及びドライエッチングを用いて形成され得る。なお、回折格子層３２の半導体レーザとならない領域には、回折格子は形成されない。
【００９４】
そして、回折格子層３２上に、スペーサ層３３が形成される。スペーサ層３３は、例えば、形成材料にｎ−ＩｎＰを用いて、厚さは１００ｎｍとすることができる。
【００９５】
そして、スペーサ層３３上に半導体レーザのコア層３４が形成される。コア層３４は、多層量子井戸（ＭＱＷ）活性層と、このＭＱＷ活性層の上下に配置されるＳＣＨ層とにより形成される。ＭＱＷ活性層は、例えば、形成材料にｉ−ＩｎＧａＡｓＰを用いて、厚さが１５ｎｍのバリア層と厚さが５ｎｍの井戸層とが８周期積層されて形成され、ＰＬ発光波長を１．５５μｍとすることができる。ＳＣＨ層それぞれの内側には、バリア層が配置される。ＳＣＨ層は、例えば、形成材料に組成波長が１．１５μｍであるｉ−ＩｎＧａＡｓＰを用いて、厚さは１２．５ｎｍとすることができる。コア層３４は、例えば、２００ｎｍとすることができる。
【００９６】
そして、半導体レーザのコア層３４上に、第１上クラッド層３６が形成される。第１上クラッド層３６は、例えば、形成材料にｐ−ＩｎＰを用いて、厚さは２００ｎｍとすることができる。
【００９７】
次に、図８に示すように、フォトリソグラフィー等の技術を用いて、第１上クラッド層３６の半導体レーザとなる領域上にパターニングされた第１マスク層Ｍ１が形成される。第１マスク層Ｍ１は、例えば、形成材料にＳｉＯ2を用いることができる。第１マスク層Ｍ１の形成方法としては、例えば、化学気相成長（ＣＶＤ）法を用いることができる。
【００９８】
次に、図９に示すように、第１マスク層Ｍ１をマスクとして、第１マスク層Ｍ１が形成されていない領域に対して、ウエットエッチング等を用いて、第１上クラッド層３６及びコア層３４が選択的に除去されて、スペーサ層３３が露出する。
【００９９】
次に、図１０及び図１１に示すように、第１マスク層Ｍ１を選択成長マスクとして、第１マスク層Ｍ１が形成されていない領域のスペーサ層３３上に、光導波路のコア層３５と、第２上クラッド層３７とが順番に形成される。コア層３５及び第２上クラッド層３７の形成方法としては、例えば、ＭＯＣＶＤ法によるエピタキシャル成長を用いることができる。コア層３５は、例えば、形成材料に組成波長が１．３８μｍであるｉ−ＩｎＧａＡｓＰを用いて、厚さは２００ｎｍとすることができる。第２上クラッド層３７は、形成材料にｐ−ＩｎＰを用いて、厚さは２００ｎｍとすることができる。このように、光導波路のコア層３５は、半導体レーザのコア層３４に対してバットジョイント成長されて、光導波路のコア層３５と半導体レーザのコア層３４との接合界面Ｓ１が形成される。そして、第１マスク層Ｍ１が除去される。
【０１００】
また、この光導波路のコア層３５を含む光導波路構造が、将来、第１曲がり光導波路１６と、第１及び第２光導波路１２ａ、１３ａと、第１及び第２光結合器１４、１５と、第２〜５曲がり光導波路１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂと、第６及び第７光導波路１９ａ、１９ｂの光導波路構造を形成する。
【０１０１】
次に、図１２に示すように、第１上クラッド層３６及び第２上クラッド層３７上に、第３上クラッド層３８と、第１コンタクト層３９とが、順番に形成される。第３上クラッド層３８及び第１コンタクト層３９の形成方法としては、例えば、ＭＯＣＶＤ法を用いることができる。第３上クラッド層３８は、例えば、形成材料にｐ−ＩｎＰを用いて、厚さは１２００ｎｍとすることができる。第１コンタクト層３９は、例えば、形成材料にｐ−ＩｎＧａＡｓを用いて、厚さは３００ｎｍとすることができる。
【０１０２】
次に、図１３に示すように、フォトリソグラフィー等の技術を用いて、第１コンタクト層３９上に、パターニングされた第２マスク層Ｍ２が形成される。第２マスク層Ｍ２の形成材料には、ＳｉＯ2を用いた。そして、第２マスク層Ｍ２をマスクとして、第２マスク層Ｍ２が形成されていない領域がエッチングにより除去されて、図１４及び図１５に示すようなメサ構造が形成される。エッチングの方法としては、例えば、ＩＣＰ−ＲＩＥを用いることができる。このエッチングによって、表面から約３μｍの厚さの部分が取り除かれてメサ構造が形成される。また、このエッチングにより、基板３０の表面の一部も除去されている。図１４には、半導体レーザを形成するメサ構造の図１３のＧ−Ｇ線拡大断面図が示される。図１５には、第１光導波路を形成するメサ構造の図１３のＨ−Ｈ線拡大断面図が示される。図１３に示すように、第１曲がり光導波路を形成するコア層は、第２マスク層Ｍ２と同様に曲がって形成される。
【０１０３】
次に、図１６及び図１７に示すように、フォトリソグラフィー等の技術を用いて、メサ構造が形成された基板３０上に、パターニングされた第３マスク層Ｍ３が形成される。第３マスク層Ｍ３の形成材料には、例えばＳｉＮを用いることができる。第３マスク層Ｍ３が形成された領域が、将来第２埋め込み領域Ｂ２となる。また、第１曲がり光導波路を形成するメサ構造の部分に対しては、第３マスク層Ｍ３は、図５を用いて説明された位置Ｐの部分まで覆うように形成される。即ち、半導体レーザを形成するメサ構造の部分と、第１曲がり光導波路を形成するメサ構造の位置Ｐから半導体レーザ側の部分には、第３マスク層Ｍ３は形成されない。
【０１０４】
そして、図１８に示すように、第２マスク層Ｍ２及び第３マスク層Ｍ３を選択成長マスクとして、第２マスク層Ｍ２及び第３マスク層Ｍ３が形成されていない領域上に、第１埋め込み層４２が形成されて、基板３０上のメサ構造が第１埋め込み層４２により埋め込まれる。第１埋め込み層４２の形成方法としては、例えば、ＭＯＣＶＤ法を用いることができる。第１埋め込み層４２の形成材料としては、例えば、半絶縁性のＩｎＰ（ＳｅｍｉＩｎｓｕｌａｔｉｎｇ−ＩｎＰ）を用いることができる。この第１埋め込み層４２が形成された部分が、第１埋め込み領域Ｂ１となる。
【０１０５】
そして、第２マスク層Ｍ２及び第３マスク層Ｍ３が除去される。これらのマスク層は、例えば、フッ酸系のエッチャントを用いて取り除かれる。
【０１０６】
次に、基板３０上の全面に、第１パッシベーション層４３が形成される。第１パッシベーション層４３の形成方法としては、例えば、ＣＶＤ法を用いることができる。第１パッシベーション層４３の形成材料には、例えば、ＳｉＯ2を用いることができる。
【０１０７】
そして、図１９及び図２０に示すように、第１パッシベーション層４３上に、第２埋め込み層４４が形成されて、第２埋め込み領域Ｂ２のメサ構造が第２埋め込み層４４により埋め込まれる。第２埋め込み層４４の形成方法としては、例えば、スピンコート法を用いることができる。また、第２埋め込み層４４の形成材料としては、例えば、ベンゾシクロブテン（Ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ：ＢＣＢ）のような低屈折率材料を用いることができる。そして、ＢＣＢがスピンコートされた基板３０には、適切な熱処理が施される。ここで、図２０は、図１７に示す位置に対応する断面構造である。
【０１０８】
また、図２１に示すように、第１埋め込み領域Ｂ１に含まれる第１埋め込み層４２上にも、第１パッシベーション層４３を介して、第２埋め込み層４４が形成される。ここで、図２１は、図１８に示す位置に対応する断面構造である。
【０１０９】
次に、第２埋め込み層４４上の全面に、発熱層４６が形成される。発熱層４６の形成方法としては、例えば、スパッタリングを用いることができる。また、発熱層４６の形成材料としては、例えばＴｉを用いることができる。そして、発熱層４６上に、ヒータ本体が形成される領域に開口を有するマスクパターン（図示せず）が形成されて、マスクパターンが形成されていない領域の発熱層４６が、ＩＣＰ−ＲＩＥ等のドライエッチングを用いて除去される。そして、マスクパターンが取り除かれた後に、基板３０上の全面に、第２パッシベーション層４５が形成される。第２パッシベーション層４５の形成方法としては、例えば、プラズマＣＶＤを用いることができる。また、第２パッシベーション層４５の形成材料としては、例えばＳｉＮを用いることができる。
【０１１０】
そして、レーザ駆動電極と、第１及び第２位相変調電極と、ヒータ電極が形成される領域に開口を有するパターニングされた第４マスク層Ｍ４が形成され、この第４マスク層Ｍ４を用いて、開口に露出している第２パッシベーション層４５が、ウエットエッチング等により除去される。第４マスク層Ｍ４の形成材料としては、例えば、フォトレジストを用いることができる。
【０１１１】
続けて、レーザ駆動電極と、第１及び第２位相変調電極とが形成される領域に露出している第２埋め込み層４４の部分が、ＩＣＰ−ＲＩＥ等のドライエッチングを用いて除去されて、第１パッシベーション層４３が露出する。この状態の断面図として、図２２に、図１９のＫ−Ｋ線に対応する位置における拡大断面図を示し、図２３に、図１９のＬ−Ｌ線に対応する位置における拡大断面図を示す。また、この状態の断面図として、図２４に、図１９のＭ−Ｍ’線に対応する拡大断面図を示す。
【０１１２】
次に、レーザ駆動電極と第１及び第２位相変調電極とが形成される領域の第４マスク層Ｍ４の開口に露出している第１パッシベーション層４３の部分が、ウエットエッチング等を用いて除去されて、メサ構造の第１コンタクト層３９が露出する。
【０１１３】
そして、基板３０上の全面に、第１電極４０が形成される。第１電極４０は、レーザ駆動電極と第１及び第２位相変調電極が形成される領域の第４マスク層Ｍ４の開口では、第１コンタクト層３９上に形成される。また、第１電極４０は、ヒータ電極が形成される領域の第４マスク層Ｍ４の開口では、発熱層４６を覆うように形成される。第１電極４０は、例えば、真空蒸着法を用いて、Ａｕ／Ｚｎ／Ａｕ膜として形成される。そして、第４マスク層Ｍ４上に形成された第１電極４０の部分は、第４マスク層Ｍ４と共に除去される。
【０１１４】
そして、基板３０上の全面に、第２電極４１が形成される。第２電極４１は、例えば、スパッタリング法を用いて、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜として形成される。そして、この第２電極４１上に、レーザ駆動電極と、第１及び第２位相変調電極と、ヒータ電極が形成される領域に開口を有するマスクパターン（図示せず）が形成される。そして、第２電極４１を電極として、マスクパターンの開口に露出する第２電極４１上の部分に導電層がメッキされる。この導電層の形成材料としては、Ａｕを用いることができる。そして、マスクパターンが除去された後、メッキにより形成された導電層をマスクとして、ドライエッチング等を用いて、導電層が形成されていない領域の第２電極４１の部分が除去される。
【０１１５】
このようにして、レーザ駆動電極となる領域にメッキされた導電層の部分がレーザ駆動電極となり、第１及び第２位相変調電極となる領域にメッキされた導電層の部分が第１及び第２位相変調電極となる。また、ヒータ電極となる領域にメッキされた導電層の部分がヒータ電極となる。
【０１１６】
このようにして、図１〜図４及び図６に示す構造が形成される。
【０１１７】
そして、基板３０の裏面（電極等が形成されている面の反対側の面）が、基板３０の厚さが１５０μｍ程度となるように研磨され、裏面上の全面に、例えば、真空蒸着法により、ＡｕＧｅ／Ａｕ膜が形成される。そして、このＡｕＧｅ／Ａｕ膜上に、フォトレジストを用いて適宜パターニングされた開口を有するマスクパターンが形成された後、開口に露出したＡｕＧｅ／Ａｕの部分にＡｕメッキが形成されて、下部電極が形成される。その後、マスクパターンが除去された基板３０に対して、適宜熱処理が行われて、基板３０の表面及び裏面にオーミック性の良好なコンタクトが得られて、図１に示す光半導体素子が完成される。
【０１１８】
上述した本実施形態の光半導体素子１０によれば、半導体レーザ１１及び半導体ＭＺ光変調器が同一基板に形成され、且つその長手方向の寸法が低減される。
【０１１９】
また、光半導体素子１０によれば、ヒータ２２に半導体レーザ１１に投入している電力と同等の電力を投入する事で、半導体レーザ１１を駆動する事によって発生する光半導体素子１０の幅方向における温度勾配を打ち消して、第１光導波路１２ａ及び第２光導波路１３ａの温度を同様にできる。従って、２つの光導波路間の温度差を考慮することなく、２つの光導波路間の位相調整を行うことができる。
【０１２０】
また、光半導体素子１０によれば、その長手方向の寸法が低減することにより、一枚の基板から製造され得る素子の個数が増加する。
【０１２１】
更に、光半導体素子１０によれば、その長手方向の寸法が低減することにより、素子の縦横比(アスペクト比)が低減するので、素子の製造における歩留りが向上する。
【０１２２】
次に、上述した第１実施形態の光半導体素子の変形例を、図面を参照して、以下に説明する。
【０１２３】
図２５は、第１実施形態の光半導体素子の変形例１を示す図である。
【０１２４】
図２５に示すように、変形例１の光半導体素子１０ａは、第１位相変調部１２及び第２位相変調部１３それぞれが、基板３０に形成された位相調整部２３を有する。位相調整部２３は、第１光導波路１２ａの第２曲がり光導波路１７ａ側の部分と、第２光導波路１３ａの第３曲がり光導波路１７ｂ側の部分と、位相調整電極２３ａとにより形成される。
【０１２５】
位相調整部２３は、位相調整電極２３ａに電圧を印加することにより、第１光導波路１２ａ又は第２光導波路１３ａ内を伝搬する光の位相を、第１位相変調電極１２ｂ又は第２位相変調電極１３ｂによる変調とは独立して制御することができる。
【０１２６】
光導波路の幅又は光結合器の寸法等には、加工精度によるズレが生じる場合がある。このような寸法のズレによって、第１光導波路１２ａに入射する光と、第２光導波路１３ａに入射する光との間には、位相差が生じる。
【０１２７】
そこで、変形例１では、第１位相変調部１２及び第２位相変調部１３それぞれに位相調整部２３を配置して、第１光導波路１２ａに入射する光と、第２光導波路１３ａに入射する光との間の位相差が調整される。
【０１２８】
変形例１の光半導体素子１０ａのように、第１位相変調部１２及び第２位相変調部１３それぞれに位相調整部２３を配置することを、他の実施形態又はその変形例に適用しても良い。
【０１２９】
また、位相調整部２３は、第１位相変調部１２及び第２位相変調部１３それぞれと、第２光結合器１５との間に配置されても良い。
【０１３０】
図２６は、第１実施形態の光半導体素子の変形例２を示す図である。図２７は、図２６のＮ−Ｎ’線拡大断面図である。
【０１３１】
変形例２の光半導体素子１０ｂは、出力光の波長が可変な半導体レーザ２４を備える。具体的には、半導体レーザ２４として、超周期構造回折格子（Ｓｕｐｅｒ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ：ＳＳＧ）型ＤＢＲレーザ（以下、単にＳＳＧ−ＤＢＲともいう）を用いる。
【０１３２】
半導体レーザ２４は、図２６に示すように、前方ＤＢＲ領域２４ａと、位相調整領域２４ｂと、利得領域２４ｃと、後方ＤＢＲ領域２４ｄとを有する。また、半導体レーザ２４は、前方ＤＢＲ領域２４ａに電流を注入する第１駆動電極２４ｅと、位相調整領域２４ｂに電流を注入する第２駆動電極２４ｆと、利得領域２４ｃに電流を注入する第３駆動電極２４ｇと、後方ＤＢＲ領域２４ｄに電流を注入する第４駆動電極２４ｈとを有する。ＳＳＧ−ＤＢＲ型レーザは、前方及び後方の２カ所のＤＢＲ領域を個別に制御することにより、バーニア効果を利用して広い波長可変動作が得られる。従って、光半導体素子６０は、複数の波長で信号光を出力できる。
【０１３３】
前方ＤＢＲ領域２４ａと、位相調整領域２４ｂと、利得領域２４ｃと、後方ＤＢＲ領域２４ｄとは、基板３０に直列に配置される。各領域を形成するレーザメサ部も、同様に直列に配置される。
【０１３４】
前方ＤＢＲ領域２４ａと、位相調整領域２４ｂとは、コア層が一体に形成される。また、後方ＤＢＲ領域２４ｄを形成するコア層は、前方ＤＢＲ領域２４ａ及び位相調整領域２４ｂと同じ材料により形成される。前方ＤＢＲ領域２４ａと、位相調整領域２４ｂと、後方ＤＢＲ領域２４ｄとを併せて屈折率制御領域ともいう。利得領域２４ｃのコア層は、屈折率制御領域のコア層とは異なる材料により形成される。
【０１３５】
図２６に示すように、第１曲がり光導波路１６は、前方ＤＢＲ領域２４ａの一方の端面から第１光結合器１４に向かって円弧状に延びる。
【０１３６】
半導体レーザ２４の出力光は、前方ＤＢＲ領域２４ａの一方の端面から、第１曲がり光導波路１６へ出力される。第１曲がり光導波路１６は、入力側のコア層から光を入力し、湾曲させて出力側のコア層へ光を伝搬するコア層を有する。
【０１３７】
変形例２では、第１曲がり光導波路１６を形成するコア層の入力側の前方ＤＢＲ領域２４ａ側の部分は、入力側の前方ＤＢＲ領域２４ａのコア層と一体に形成される。一方、第１曲がり光導波路１６のコア層の出力側の第１光結合器１４側の部分は、出力側の第１光結合器１４のコア層と一体に形成される。
【０１３８】
図２７に示すように、第１曲がり光導波路１６の途中の位置に、入力側の前方ＤＢＲ領域２４ａのコア層３４ａと出力側の第１光結合器１４のコア層３５との接合界面Ｓ３が形成される。
【０１３９】
変形例２の光半導体素子１０ｂでは、異なるコア層３４ａ、３５の接合界面Ｓ３を、第１曲がり光導波路１６の途中の位置に配置して、接合界面Ｓ３における反射により第１曲がり光導波路１６内を半導体レーザ２４の方へ戻る光の量を低減している。
【０１４０】
また、第１埋め込み層４２と第２埋め込み層４４との接合界面Ｓ２は、上述した第１実施形態と同様に、第１曲がり光導波路１６の途中の位置に配置される。
【０１４１】
次に、変形例２の光半導体素子１０ｂの製造方法を以下に説明する。
【０１４２】
変形例２の製造方法は、半導体レーザ２４の形成方法を除いては、上述した光半導体素子１０の製造方法と同様である。そこで、半導体レーザ２４の形成について、以下に説明する。
【０１４３】
半導体レーザ２４の形成方法と、上述した光半導体素子１０の製造方法における半導体レーザ１１の形成方法との大きな違いは、屈折率制御領域のコア層を利得領域２４ｃのコア層に対してバットジョイント成長させること、及び、回折格子が前方ＤＢＲ領域２４ａ及び後方ＤＢＲ領域２４ｄには形成されるが、利得領域２４ｃのコア層には回折格子が形成されないことの２点となる。
【０１４４】
具体的には、図７において、スペーサ層３２上の全面に、利得領域２４ｃのコア層及び第１上クラッド層３６が形成された後に、利得領域２４ｃが形成されるコア層の領域上のみにマスクパターンが形成される。そして、マスクパターンが形成されていない領域における第１上クラッド層３６及び利得領域２４ｃのコア層及びスペーサ層３２が、エッチングにより除去される。そして、前方ＤＢＲ領域２４ａ及び後方ＤＢＲ領域２４ｄが形成される領域の回折格子層３２の部分に、ドライエッチング等を用いて回折格子が形成される。そして、マスクパターンが形成されていない領域に、スペーサ層３２と、屈折率制御領域のコア層３４ａと、第１上クラッド層３６ａとが形成されて、利得領域２４ｃのコア層に対して、屈折率制御領域のコア層がバットジョイント成長される。そして、半導体レーザ２４が形成される領域及び第１曲がり光導波路における半導体レーザ側の部分（図２６の接合界面Ｓ３が形成される部分まで）に、マスクパターンが形成されて、このマスクパターンが形成されていない領域におけるコア層までが、ウエットエッチング等により除去される。そして、半導体レーザ及び第１曲がり光導波路における半導体レーザ側の部分が形成される以外の領域上に、光導波路のコア層３５及び第２上クラッド層３７が形成される。その後の工程は、上述した製造方法と同様である。また、変形例２の半導体レーザ２４の駆動電極の形成に関しては、マスクパターンを適宜変更すれば良い。
【０１４５】
また、変形例２の光半導体素子１０ｂでは、曲がり光導波路等の受動的な光導波路のコア層が、屈折率制御領域のコア層を用いて形成されても良い。
【０１４６】
変形例２の光半導体素子１０ｂのように、第１曲がり光導波路の途中に、半導体レーザのコア層のような入力側のコア層と一体に形成された光導波路のコア層と、第１光結合器のコア層のような出力側のコア層と一体に形成された光導波路のコア層との接合界面を配置することを、他の実施形態又はその変形例に適用しても良い。
【０１４７】
次に、本明細書に開示する第２及び第３実施形態の光半導体素子を、図面を参照しながら以下に説明する。第２及び第３実施形態について特に説明しない点については、上述の第１実施形態に関して詳述した説明が適宜適用される。また、図２８〜図３１において、図１〜図２７と同じ形成要素に同じ符号を付してある。
【０１４８】
図２８は、本明細書に開示する光半導体素子の第２実施形態を示す図である。
【０１４９】
本実施形態の光半導体素子５０は、第１光導波路１２ａと第２光導波路１３ａとの間に半導体レーザ１１が配置される。第１光導波路１２ａ及び第２光導波路１３ａそれぞれは、半導体レーザ１１から等しい距離だけ離間する。
【０１５０】
光半導体素子５０では、半導体レーザ１１が発生する熱が、第１光導波路１２ａ及び第２光導波路１３ａに均等に伝わるので、第１光導波路１２ａと第２光導波路１３ａとの間に温度差が生じない。そのため、光半導体素子５０では、第１光導波路１２ａと第２光導波路１３ａとの間に温度勾配に起因した位相差が生じないので、上述した第１実施形態のヒータは配置されていない。
【０１５１】
光半導体素子５０は、半導体レーザ１１の出力光を入力し第１光結合器１４に光を伝搬する第８光導波路２５を備える。第８光導波路２５は、半導体レーザ１１が第１光結合器１４に向けて光を出力する一方の端面から、第１光結合器１４に向かって直線状に延びる。
【０１５２】
また、光半導体素子５０では、第２曲がり光導波路１７ａは、第１光結合器１４の２つの出力光の内の一方を入力し反対方向に１８０度湾曲させて第１光導波路１２ａに光を伝搬する。同様に、第３曲がり光導波路１７ｂは、第１光結合器１４の２つの出力光の内の他方を入力し反対方向に１８０度湾曲させて第２光導波路１３ａに光を伝搬する。
【０１５３】
第２及び第３曲がり光導波路１７ａ、１７ｂの曲率半径は、第１実施形態の説明で述べたように半導体レーザ１１と第１及び第２位相変調部１２、１３との好ましい離間距離を確保するように決定され得る。また、第２及び第３曲がり光導波路１７ａ、１７ｂの曲率半径の下限値は、製造工程上の制約を受ける場合もある。このような観点から、第２及び第３曲がり光導波路１７ａ、１７ｂの曲率半径を、例えば１００μｍとすることができる。
【０１５４】
半導体レーザ１１は、第１光結合器１４に向けて光を出力する一方の端面とは反対側の端面に、一方の端面に向けて光を反射する反射膜１１ｃを有する。このようにして、光半導体素子５０では、半導体レーザ１１の他方の端面から、半導体ＭＺ光変調器に迷光が漏れることが防止される。
【０１５５】
光半導体素子５０では、第１埋め込み領域Ｂ１には、半導体レーザ１１と、第８光導波路２５と、第１光結合器１４と、第２曲がり光導波路１７ａ及び第３曲がり光導波路１７ｂの第１光結合器１４側の部分が含まれる。従って、第２曲がり光導波路１７ａ及び第３曲がり光導波路１７ｂの第１光結合器１４側の部分は、第１埋め込み層４２に埋め込まれている。
【０１５６】
また、光半導体素子５０では、第２埋め込み領域Ｂ２には、第２曲がり光導波路１７ａ及び第３曲がり光導波路１７ｂの第１光導波路１２ａ又は第２光導波路１３ａ側の部分が含まれる。従って、第２曲がり光導波路１７ａ及び第３曲がり光導波路１７ｂの第１光導波路１２ａ又は第２光導波路１３ａ側の部分は、第２埋め込み層４４により埋め込まれている。また、第２埋め込み領域Ｂ２には、第１及び第２光導波路１２ａ、１３ａと、第４及び第５曲がり光導波路１８ａ、１８ｂと、第２光結合器１５と、第６及び第７光導波路１９ａ、１９ｂとが含まれる。
【０１５７】
図２８に示すように、第２曲がり光導波路１７ａ及び第３曲がり光導波路１７ｂの途中の位置に、第１埋め込み層４２と第２埋め込み層４４との接合界面Ｓ２が形成される。このように、接合界面Ｓ２を第２曲がり光導波路１７ａ及び第３曲がり光導波路１７ｂの途中の位置に配置することにより、光の反射を低減している。
【０１５８】
次に、第２実施形態の光半導体素子５０の製造方法を以下に説明する。
【０１５９】
第２実施形態の光半導体素子５０の製造方法は、用いるマスクパターンの形状を除いては、上述した光半導体素子１０の製造方法と同様である。光半導体素子５０では、半導体レーザと、第１及び第２位相変調部及びその他の光導波路の形状又は配置が、第１実施形態とは異なる。そこで、第２実施形態の光半導体素子５０の製造に用いるマスクパターンを適宜変更すれば、上述した第１実施形態と同様に製造することができる。また、後述する第２実施形態の変形例も、同様に製造することができる。
【０１６０】
上述した本実施形態の光半導体素子５０によれば、上述した第１実施形態と同様の効果が奏される。
【０１６１】
また、光半導体素子５０によれば、上述した第１実施形態のようなヒータを用いないので、消費電力が低減される。
【０１６２】
次に、上述した第２実施形態の光半導体素子の変形例を、図面を参照して、以下に説明する。
【０１６３】
図２９は、第２実施形態の光半導体素子の変形例１を示す図である。
【０１６４】
変形例１の光半導体素子５０ａは、半導体レーザ１１が第１光結合器１４に向けて光を出力する一方の端面とは反対側の端面に隣接して、光吸収部２６を備える。
【０１６５】
光吸収部２６は、半導体レーザ１１のレーザメサ部１１ａが延出して形成された光吸収メサ部２６ａと、この光吸収メサ部２６ａに逆方向電圧を印加する光吸収駆動電極２６ｂとを有する。
【０１６６】
光吸収部２６は、光吸収駆動電極２６ｂに対して、半導体レーザ１１とは反対の向きに電圧を加えることにより、光を吸収する。このようにして、光半導体素子５０ａでは、半導体レーザ１１の他方の端面から、半導体ＭＺ光変調器に迷光が漏れることが防止される。
【０１６７】
また、半導体レーザ１１のレーザメサ部１１ａの回折格子層３４に設ける回折格子を調整して、他方の端面から漏れる光の量を低減することを用いても良い。
【０１６８】
図３０は、第２実施形態の光半導体素子の変形例２を示す図である。
【０１６９】
変形例２の光半導体素子５０ｂは、第１埋め込み領域Ｂ１と第２埋め込み領域Ｂ２との接合界面Ｓ２の位置が、上述した第２実施形態の光半導体素子とは異なる。
【０１７０】
図３０に示すように、光半導体素子５０ｂでは、第１埋め込み領域Ｂ１には、半導体レーザ１１と、第８光導波路２５と、多モード干渉結合器である第１光結合器１４の半導体レーザ側１１の部分とが含まれる。第１光結合器１４は、具体的には、第１光結合器１４における半導体レーザ１１側の端部の近傍の部分までが、第１埋め込み層４２に埋め込まれている。
【０１７１】
また、光半導体素子５０ｂでは、第２埋め込み領域Ｂ２には、第１光結合器１４の第２曲がり光導波路１７ａ及び第３曲がり光導波路１７ｂ側の部分が含まれる。第１光結合器１４の第２曲がり光導波路１７ａ及び第３曲がり光導波路１７ｂ側の部分は、第２埋め込み層４４により埋め込まれている。また、第２埋め込み領域Ｂ２には、第２及び第３曲がり光導波路１７ａ、１７ｂと、第１及び第２光導波路１２ａ、１３ａと、第４及び第５曲がり光導波路１８ａ、１８ｂと、第２光結合器１５と、第６及び第７光導波路１９ａ、１９ｂとが含まれる。
【０１７２】
図３０に示すように、第１埋め込み層４２と第２埋め込み層４４との接合界面Ｓ２が、第１光結合器１４における半導体レーザ１１側の端部の近傍に形成される。
【０１７３】
多モード干渉結合器である第１光結合器１４の入力側の端部近傍では、第８光導波路２５が接続される幅方向の中央部分に光の分布が集中するため幅方向の両端部に分布する光の量が少ない。そこで、第１埋め込み層４２と第２埋め込み層４４との接合界面Ｓ２を、第１光結合器１４における半導体レーザ１１側の端部の近傍に配置することによって、光の反射の影響が低減される。
【０１７４】
また、同様の考え方から、第１埋め込み層４２と第２埋め込み層４４との接合界面Ｓ２を、第１光結合器１４における出力側の端部の近傍に配置しても良い。第１光結合器１４における出力側の端部の近傍では、第１光結合器１４の内部を伝搬した多モード干渉光が自己結像して、第２及び第３曲がり光導波路１７ａ、１７ｂの接続部分に集中する。従って、第１光結合器１４における出力側の端部の近傍でも、光導波路の接続部分以外の場所における光の分布は少なくなっているためである。
【０１７５】
図３１は、本明細書に開示する光半導体素子の第３実施形態を示す図である。
【０１７６】
本実施形態の光半導体素子６０は、第１光結合器１４の構造と、第２及び第３曲がり光導波路１７ａ、１７ｂの形状とが、上述した第２実施形態とは異なる。
【０１７７】
光半導体素子６０では、多モード干渉結合器である第１光結合器１４が、半導体レーザ１１の出力光を入力する第１端面１４ａと、第１端面１４ａと対向し、内部を伝搬する多モード干渉光を反射して第１端面１４ａの方向へ折り返させる第２端面１４ｂと、を有する。第１光結合器１４は、第１端面１４ａから分岐した２つの光を出力する。
【０１７８】
第１光結合器１４は、１つの入力ポート及び２つの出力ポートを有する多モード干渉結合器の光路を中間の位置で折り返すことにより、光路長を維持しつつ、光伝搬方向の寸法を半分に低減した構造を有する。第８光導波路２５から第１光結合器１４の第１端面１４ａに入力した光は、第２端面１４ｂに向かって伝搬し、第２端面１４ｂで反射して折り返された後、第１端面１４ａに向かって伝搬し、第８光導波路２５の接続部分の両側に２つに分岐した光が自己結像する。
【０１７９】
第２端面１４ａの位置は、劈開により定められても良いが、反射位置の精度を高める観点から、ドライエッチング等の技術を用いて定められることが好ましい。この場合、第２端面１４ａの位置は、光結合器又は光導波路のメサ構造の形成と同様に、マスクパターンを用いて確定される。この技術を用いれば、サブミクロンの精度で、第２端面１４ａの位置を定めることができる。
【０１８０】
また、第２端面１４ａには、反射率の高い反射膜１４ｃが形成されることが、光の損失を低減する上で好ましい。この反射膜１４ｃとしては、例えば、ＳｉＯ2とＳｉとが積層して形成される多層膜を用いても良い。反射膜１４ｃは、光半導体素子６０の第１光結合器１４側の端面全体に形成されても良い。
【０１８１】
光半導体素子６０では、第２曲がり光導波路１７ａは、第１光結合器１４の２つの出力光の内の一方を入力し伝搬方向を曲げて第１光導波路１２ａに光を伝搬する。また、第３曲がり光導波路１７ｂは、第１光結合器１４の２つの出力光の内の他方を入力し伝搬方向を曲げて第２光導波路１３ａに光を伝搬する。
【０１８２】
光半導体素子６０では、反射を利用した第１光結合器１４を用いるので、第２及び第３曲がり光導波路１７ａ、１７ｂは、入力光の伝搬方向を斜めに曲げて伝搬するが、上述した第２実施形態のように、入力光を反対方向に１８０度湾曲させては伝搬しない。
【０１８３】
従って、光半導体素子６０では、光半導体素子６０の幅方向の寸法が、上述した第２実施形態よりも低減される。また、光半導体素子６０では、第１光結合器１４の光伝搬方向の寸法が半分になるので、光半導体素子６０の長手方向の寸法も低減される。
【０１８４】
光半導体素子６０では、第１埋め込み領域Ｂ１には、半導体レーザ１１と、第８光導波路２５と、第１光結合器１４と、第２曲がり光導波路１７ａ及び第３曲がり光導波路１７ｂの第１光結合器１４側の部分が含まれる。従って、第２曲がり光導波路１７ａ及び第３曲がり光導波路１７ｂの第１光結合器１４側の部分は、第１埋め込み層４２に埋め込まれている。
【０１８５】
また、光半導体素子６０では、第２埋め込み領域Ｂ２には、第２曲がり光導波路１７ａ及び第３曲がり光導波路１７ｂの第１光導波路１２ａ又は第２光導波路１３ａ側の部分が含まれる。従って、第２曲がり光導波路１７ａ及び第３曲がり光導波路１７ｂの第１光導波路１２ａ又は第２光導波路１３ａ側の部分は、第２埋め込み層４４により埋め込まれている。また、第２埋め込み領域Ｂ２には、第１及び第２光導波路１２ａ、１３ａと、第４及び第５曲がり光導波路１８ａ、１８ｂと、第２光結合器１５と、第６及び第７光導波路１９ａ、１９ｂとが含まれる。
【０１８６】
図３１に示すように、第２曲がり光導波路１７ａ及び第３曲がり光導波路１７ｂの途中の位置に、第１埋め込み層４２と第２埋め込み層４４との接合界面Ｓ２が形成される。このように、接合界面Ｓ２を第２曲がり光導波路１７ａ及び第３曲がり光導波路１７ｂの途中の位置に配置することにより、光の反射を低減している。
【０１８７】
次に、第３実施形態の光半導体素子６０の製造方法を以下に説明する。
【０１８８】
第３実施形態の光半導体素子６０の製造方法は、用いるマスクパターンの形状を除いては、上述した第１実施形態の光半導体素子１０の製造方法と同様である。光半導体素子６０では、第１光結合器と、第１及び第２位相変調部及びその他の光導波路の形状又は配置が、第１実施形態とは異なる。そこで、第２実施形態の光半導体素子５０の製造に用いるマスクパターンを適宜変更すれば、上述した第２実施形態と同様に製造することができる。また、第１光結合器の第２端面の位置を、劈開により定めるか、又はエッチングにより定めるかによって、マスクパターンの形状が変わり得る。
【０１８９】
上述した本実施形態の光半導体素子６０によれば、光半導体素子６０の長手方向及び幅方向の寸法が低減される。また、上述した第２実施形態と同様の効果が奏される。
【０１９０】
なお、第３実施形態の光半導体素子６０では、第１光結合器１４を第２埋め込み領域Ｂ２内に配置して、第１埋め込み層４２と第２埋め込み層４４との接合界面Ｓ２を、第８光導波路２５の途中の位置に設けても良い。
【０１９１】
本発明では、上述した実施形態の光半導体素子及びその製造方法は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。また上述した一の実施形態または変形例における要件は、適宜、実施形態及び変形例間で相互に置換可能である。
【０１９２】
例えば、上述した第１実施形態におけるヒータは、図３２に示すように、配置されなくても良い。この場合には、第１位相変調電極又は第２位相変調電極への駆動信号電圧を調整して、第１光導波路と第２光導波路との間の温度差による位相差を補償すれば良い。
【０１９３】
また、上述した光半導体素子の実施形態では、第１位相変調部及び第２位相変調部は、それぞれ、位相変調電極を有していたが、位相変調電極は、第１位相変調部又は第２位相変調部の何れか一方のみに配置しても良い。
【０１９４】
また、上述した各実施形態では、基板の形成材料としてＩｎＰを用いて説明を行ったが、基板の形成材料は他の材料を用いても良い。また、レーザメサ部又は光導波路の構造又は形成材料も、他の構造又は形成材料を用いても良い。例えば、第１及び第２光導波路のコア層は、形成材料としてＩｎＡｌＧａＡｓを用いても良い。また、光導波路のコア層は、ＭＱＷ構造を有していても良い。
【０１９５】
また、上述した光半導体素子の製造方法は、一例であり、他の製造方法を用いて光半導体素子を形成しても良い。
【０１９６】
ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、読者が、発明者によって寄与された発明及び概念を技術を深めて理解することを助けるための教育的な目的を意図する。ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、そのような具体的に述べられた例及び条件に限定されることなく解釈されるべきである。また、明細書のそのような例示の機構は、本発明の優越性及び劣等性を示すこととは関係しない。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、その様々な変更、置き換え又は修正が本発明の精神及び範囲を逸脱しない限り行われ得ることが理解されるべきである。
【０１９７】
以上の上述した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【０１９８】
（付記１）
基板に形成された半導体レーザと、
前記基板に形成され、第１光導波路を有する第１位相変調部と、
前記基板に形成され、第２光導波路を有する第２位相変調部と、
前記基板に形成され、前記半導体レーザの出力光を２つに分岐し、分岐した光を前記第１光導波路及び前記第２光導波路へ出力する第１光結合器と、
前記基板に形成され、前記第１光導波路及び前記第２光導波路からの出力光を結合して出力する第２光結合器と、を備え、
前記半導体レーザと前記第１光導波路及び前記第２光導波路とは、少なくとも一部分が並列に配置される光半導体素子。
【０１９９】
（付記２）
前記半導体レーザは、第１埋め込み層により埋め込まれた第１メサ部を有し、
前記第１光導波路及び前記第２光導波路は、前記第１光導波路及び前記第２光導波路のコア層よりも屈折率が小さい第２埋め込み層により埋め込まれており、
前記基板に形成され、光を入力し伝搬方向を曲げて光を伝搬する曲がり光導波路を備え、
前記曲がり光導波路の入力側の部分は、前記第１埋め込み層により埋め込まれており、前記曲がり光導波路の出力側の部分は、前記第２埋め込み層により埋め込まれており、前記曲がり光導波路の途中の位置に、前記第１埋め込み層と前記第２埋め込み層との接合界面が形成される付記１に記載の光半導体素子。
【０２００】
（付記３）
前記基板に形成され、入力側のコア層から光を入力し、湾曲させて出力側のコア層へ光を伝搬するコア層を有する曲がり光導波路を備え、
前記曲がり光導波路のコア層の入力側の部分は、前記入力側のコア層と一体に形成され、
前記曲がり光導波路のコア層の出力側の部分は、前記出力側のコア層と一体に形成され、
前記曲がり光導波路の途中の位置に、前記入力側のコア層と前記出力側のコア層との接合界面が形成される付記１に記載の光半導体素子。
【０２０１】
（付記４）
前記第１位相変調部と前記第２位相変調部とは隣合って配置されており、
前記曲がり光導波路として、
前記基板に形成され、前記半導体レーザの出力光を入力し反対方向に湾曲させて前記第１光結合器に光を伝搬する第１曲がり光導波路を備える付記２又は３に記載の光半導体素子。
【０２０２】
（付記５）
隣合って並列に配置される前記第１位相変調部及び前記第２位相変調部の一方の側に前記半導体レーザが配置され、
前記第１位相変調部及び前記第２位相変調部の他方の側には、前記基板に形成されたヒータが配置される付記４に記載の光半導体素子。
【０２０３】
（付記６）
前記第１光導波路と前記第２光導波路との間に前記半導体レーザが配置される付記２又は３に記載の光半導体素子。
【０２０４】
（付記７）
前記第１光導波路及び前記第２光導波路それぞれは、前記半導体レーザから等しい距離だけ離間する付記６に記載の光半導体素子。
【０２０５】
（付記８）
前記曲がり光導波路として、
前記基板に形成され、前記第１光結合器の２つの出力光の内の一方を入力し反対方向に湾曲させて前記第１光導波路に光を伝搬する第２曲がり光導波路と、
前記基板に形成され、前記第１光結合器の２つの出力光の内の他方を入力し反対方向に湾曲させて前記第２光導波路に光を伝搬する第３曲がり光導波路と、を備える付記６又は７に記載の光半導体素子。
【０２０６】
（付記９）
前記第１光結合器は、前記半導体レーザの出力光を２つに分岐する多モード干渉結合器であり、
前記第１光結合器は、前記半導体レーザの出力光を入力する第１端面と、前記第１端面と対向し、内部を伝搬する多モード干渉光を反射して前記第１端面の方向へ折り返させる第２端面と、を有し、前記第１端面から分岐した２つの光を出力する、付記６又は７に記載の光半導体素子。
【０２０７】
（付記１０）
前記曲がり光導波路として、
前記基板に形成され、前記第１光結合器の２つの出力光の内の一方を入力し前記第１光導波路に光を伝搬する第４曲がり光導波路と、
前記基板に形成され、前記第１光結合器の２つの出力光の内の他方を入力し前記第２光導波路に光を伝搬する第５曲がり光導波路と、を備える付記９に記載の光半導体素子。
【０２０８】
（付記１１）
前記第１光導波路と前記第２光導波路との間に前記半導体レーザが配置され、
前記基板に形成され、前記第１光結合器の２つの出力光の内の一方を入力し反対方向に湾曲させて前記第１光導波路に光を伝搬する第６曲がり光導波路と、
前記基板に形成され、前記第１光結合器の２つの出力光の内の他方を入力し反対方向に湾曲させて前記第２光導波路に光を伝搬する第７曲がり光導波路と、を備え、
前記半導体レーザは、第１コア層を有する第１メサ部を有し、前記第１メサ部は、第１埋め込み層により埋め込まれており、
前記第６曲がり光導波路及び前記第７曲がり光導波路は、第２埋め込み層により埋め込まれており、
前記第１光結合器の前記半導体レーザ側の部分は、前記第１埋め込み層により埋め込まれており、前記第１光結合器の前記第２曲がり光導波路及び前記第３曲がり光導波路側の部分は、第２埋め込み層により埋め込まれており、
前記第１埋め込み層と前記第２埋め込み層との接合界面が、前記第１光結合器における前記半導体レーザ側の端部の近傍に形成される付記１に記載の光半導体素子。
【０２０９】
（付記１２）
前記半導体レーザが前記第１光結合器に向けて光を出力する一方の端面とは反対側の端面に隣接して、光吸収部を備える付記６から１１の何れか一項に記載の光半導体素子。
【０２１０】
（付記１３）
前記半導体レーザは、前記第１光結合器に向けて光を出力する一方の端面とは反対側の端面に、前記一方の端面に向けて光を反射する反射膜を有する付記６から１１の何れか一項に記載の光半導体素子。
【０２１１】
（付記１４）
前記第１位相変調部及び前記第２位相変調部それぞれは、前記基板に形成された位相調整部を有する付記１〜１３の何れか一項に記載の光半導体素子。
【０２１２】
（付記１５）
前記半導体レーザは、波長が可変である付記１から１４の何れか一項に記載の光半導体素子。
【符号の説明】
【０２１３】
１０、５０、６０    光半導体素子
１１    半導体レーザ
１１ａ    レーザメサ部
１１ｂ    レーザ駆動電極
１１ｃ    反射膜
１２    第１位相変調部
１２ａ    第１光導波路
１２ｂ    第１位相変調電極
１３    第２位相変調部
１３ａ    第２光導波路
１３ｂ    第２位相変調電極
１４    第１光結合器
１４ａ    第１端面
１４ｂ    第２端面
１４ｃ    反射膜
１５    第２光結合器
１６    第１曲がり光導波路
１６ａ    第１曲がり光導波路のメサ部
１７ａ    第２曲がり光導波路
１７ｂ    第３曲がり光導波路
１８ａ    第４曲がり光導波路
１８ｂ    第５曲がり光導波路
１９ａ    第６光導波路
１９ｂ    第７光導波路
２２    ヒータ
２２ａ    ヒータ本体
２２ｂ、２２ｃ    ヒータ電極
２３    位相調整部
２３ａ    位相調整電極
２４    半導体レーザ
２４ａ    前方ＤＢＲ領域
２４ｂ    位相調整領域
２４ｃ    利得領域
２４ｄ    後方ＤＢＲ領域
２４ｅ    第１駆動電極
２４ｆ    第２駆動電極
２４ｇ    第３駆動電極
２４ｈ    第４駆動電極
２５    第８光導波路
２６    光吸収部
２６ａ    光吸収メサ部
２６ｂ    光吸収駆動電極
３０    基板
３１    下クラッド層
３２    回折格子層
３３    スペーサ層
３４    半導体レーザのコア層
３５    光導波路のコア層
３６    第１上クラッド層
３７    第２上クラッド層
３８    第３上クラッド層
３９    第１コンタクト層
４０    第１電極
４１    第２電極
４２    第１埋め込み層
４３    第１パッシベーション層
４４    第２埋め込み層
４５    第２パッシベーション層
４６    発熱層
Ｂ１    第１埋め込み領域
Ｂ２    第２埋め込み領域
Ｓ１、Ｓ３    コア層接合界面
Ｓ２    埋め込み接合界面
Ｍ１    第１マスク層
Ｍ２    第２マスク層
Ｍ３    第３マスク層
Ｍ４    第４マスク層
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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