(57)【要約】【課題】光損失が小さく、素子サイズが大幅にコンパクト化している光素子（多波長レーザ素子）を提供する。【解決手段】単一波長で発振する複数個のレーザ素子２ａの配列構造２と、レーザ素子２ａからの各出力光を合流させるフォトニック結晶の導波路構造６とが、同一基板１の上に集積されている光素子。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一波長で発振する複数個のレーザ素子の配列構造と、前記レーザ素子からの各出力光を合流させるフォトニック結晶の導波路構造とが、同一基板の上に集積されていることを特徴とする光素子。
【請求項２】
前記レーザ素子がＤＦＢレーザ素子である請求項１の光素子。
【請求項３】
前記レーザ素子がＤＢＲレーザ素子である請求項１の光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光素子に関する。更に詳しくは、光損失が小さく、素子サイズを従来に比べて大幅にコンパクト化することができる多波長レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光データ伝送システムや光通信システムに組み込む光素子として、近年、多波長レーザ素子が注目を集めている。その多波長レーザ素子の１例を図５に示す。
このレーザ素子は、１枚の例えばＩｎＰ基板１の上に、次のような各要素が集積された構造になっている。すなわち、まず複数個（図では４個）の単一波長で発振するレーザ素子２ａ（例えばＤＦＢレーザ素子やＤＢＲレーザ素子など）を互いに平行に配列して成るレーザ素子の配列構造２が配置されている。そして、各レーザ素子２ａの出射端に接続されている複数本の導波路３ａから成る受動導波路部分３を介して、各導波路３ａを伝搬してきた各レーザ素子２ａからの出力光を合流せしめるＭＭＩカプラ（Ｍｕｌｔｉ−ｍｏｄｅ−ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ　Ｃｏｕｐｌｅｒ：多光波干渉素子）４が配置されている。そして、ＭＭＩカプラ４の出射端には１本の導波路５が接続されている。
【０００３】
なお、このレーザ素子から大きな光出力を得るために、例えば導波路５の下流側に光増幅器を集積することもある。
上記したレーザ素子において、各要素はいずれも半導体材料を用いた所定の層構造になっている。そして、導波路３ａ、導波路５は、いずれも、光導波路が上・下のクラッド層でサンドイッチされた３層スラブ導波路構造になっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した構造のレーザ素子に関しては次のような問題点が指摘されている。
すなわち、受動導波路部分３における３層スラブ導波路構造の導波路３ａを用いて各レーザ素子２ａからの出力光をＭＭＩカプラ４で合流させる場合、伝搬してきた光を急峻に曲げると曲がり損失は大きくなり、合流後の光出力が大幅に低減する。このような問題を解消するためには、レーザ素子２ａからの出力光を徐々に曲げてＭＭＩカプラ４への入射端では略平行状態にすることが必要になる。しかしながら、そのような状態を実現するためには、受動導波路部分３の長さを充分に長くしなければならない。その結果、レーザ素子の全体サイズは非常に大きくなる。例えばその長さは２ｍｍ以上になってしまう。
【０００５】
また、受動導波路部分３の長さを長くすると、導波路３ａを伝搬するレーザ素子２ａからの光出力光の吸収は大きくなって光損失が進み、結局、導波路５からの光出力も低減するという問題も生じてくる。
本発明は、図５で示した従来の多波長レーザ素子における上記した問題を解決し、光損失が小さく、同時に素子サイズも大幅にコンパクトになっている新規構造の光素子、具体的には多波長レーザ素子の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明においては、
単一波長で発振する複数個のレーザ素子の配列構造と、前記レーザ素子からの各出力光を合流させるフォトニック結晶の導波路構造とが、同一基板の上に集積されていることを特徴とする光が提供される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の光素子（多波長レーザ素子）の１例Ａを図１に示す。
このレーザ素子Ａは、図５で示した従来のレーザ素子において、受動導波路部分３、ＭＭＩカプラ４、および出力用の導波路５がフォトニック結晶から成る導波路構造になっていることを特徴とする。
【０００８】
すなわち、図１で示したように、基板１の上に、単一波長で発振する複数個のレーザ素子２ａを平行配列して形成したレーザ素子の配列構造と、後述するフォトニック結晶の導波路構造６が集積された構造になっている。
この導波路構造６を説明するに際して、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図を図２に、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図を図３にそれぞれ示す。
【０００９】
これらの図において、各レーザ素子２ａの出射端から延びる４本の導波路部分６Ａと、出射端に対して傾斜している２本の導波路部分６Ｂと、導波路部分６Ｂの合流地点から延びている１本の導波路部分６Ｃと、これら導波路部分６Ａ，６Ｂ，６Ｃを取り囲む部分６Ｄとをもって、導波路構造６が構成されている。
ここで、部分６Ｄはフォトニック結晶になっている。このフォトニック結晶は、屈折率差の大きい材料が２次元状または３次元状に光の波長のオーダで周期的に配列された構造のことをいい、この格子間隔が伝搬されてくる光の波長と同程度である場合には、この光はブラッグ反射により完全反射される。
【００１０】
したがって、上記した導波路構造６のフォトニック結晶の部分６Ｄにおける格子周期を、レーザ素子２ａからのレーザ光の波長と同程度に設定することにより、各レーザ素子２ａの出射端から導波路構造６に入射したレーザ光は、フォトニック結晶になっていない導波路部分６Ａ、導波路部分６Ｂ、および導波路部分６Ｃの領域の中に完全に閉じ込められた状態で伝搬していく。
【００１１】
すなわち、各レーザ素子２ａからの出力光は、実質的に光損失を起こすことなく、導波路部分６Ａを経由して導波路部分６Ｂで合流し、更に全体は導波路部分６Ｃで合流したのち、素子Ａから出射していく。
そして、この間、周囲のフォトニック結晶の部分６Ｄに吸収されることはないので、上記した導波路部分６Ａ，６Ｂ，６Ｃの長さは極力短くすることができ、もって素子サイズのコンパクト化を実現することができる。
【００１２】
このレーザ素子Ａは、次のようにして製作することができる。
まず、基板１の上に、例えばＤＦＢレーザ素子やＤＢＲレーザ素子のように単一波長を発振するレーザ素子の活性層とその上の回折格子用の層までの層構造を半導体材料で形成する。
ついで、レーザ素子がＤＢＲレーザ素子の場合には、回折格子を描画し、エッチングにより回折格子層を形成し、この回折格子の部分を覆ってマスクパターンを形成したのち、回折格子層以外の箇所、具体的には導波路構造６を形成すべき箇所を活性層を含めてエッチング除去する。なお、このとき全体の層構造における下部クラッド層は残しておく。
【００１３】
ついで、エッチング除去した箇所に所定の半導体材料を用いた選択成長を行い、残置しているレーザ素子の活性層との間で導波路層をバットジョイント成長させる。
その後、ＤＦＢレーザ素子のストライプパターンを形成し、ドライエッチングでメサを形成したのち埋め込み成長を行い、更に全体の表面に上部クラッド層を形成する。
【００１４】
ついで、上記した導波路層の部分の上面（上部クラッド層）に、電子線描画装置を用いて、導波路構造６のパターンを描画する。
具体的には、レーザ素子からの出力光の波長と略同じ周期で超微細孔が導波路層の部分の垂直方向に形成でき、前記した導波路部分６Ａ，６Ｂ，６Ｃの部分にはその超微細孔が形成されないようなパターンである。
【００１５】
ついで、全体の表面からドライエッチングを行い、上記したパターンに従って、導波路層部分に超微細孔から成るフォトニック結晶を形成する。その場合、超微細孔の深さは、レーザ素子の配列構造における活性層の位置よりも深くすることが必要である。活性層の位置を含むような深さである場合には、レーザ素子からの光をフォトニック結晶で確実に閉じ込めることができなくなるからである。
【００１６】
このようにして製作された導波路構造６の場合、導波路部分６Ａ，６Ｂ，６Ｃでは、その縦方向は光導波路が上・下クラッド層でサンドウィッチされた３層スラブ導波路構造になっており、また横方向は上記したフォトニック結晶で取り込まれているので、レーザ素子からの出力光は効率よくこの導波路部分に閉じ込められる。
【００１７】
図４に、本発明素子の別の例Ｂを示す。
このレーザ素子Ｂは、レーザ素子２ａからの出力光の波長が互いに例えば２０ｎｍ変化し、各レーザ素子２ａの反射端側にもフォトニック結晶を集積し、その格子周期を変化させたタイプのものである。
このレーザ素子Ｂは、素子サイズがコンパクト化されているにもかかわらず、広い波長域をカバーする光源として動作することができる。また、埋め込み型の回折格子ではなく、フォトニック結晶を集積して波長を制御することにより、作業プロセスが大幅に簡略化され、低コストな多波長レーザ素子の製作が可能になるといった効果を奏することもできる。
【００１８】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明の光素子（多波長レーザ素子）は、フォトニック結晶の導波路構造を用いているので、光損失が小さく、またその素子サイズは従来の多波長レーザ素子に比べて大幅にコンパクト化しており、光伝送システムや光通信システムに組み込む光素子としてその用途を大いに期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明素子の１例Ａを示す平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】本発明素子の別の例Ｂを示す平面図である。
【図５】従来の多波長レーザ素子を示す平面図である。
【符号の説明】
１　　　　基板
２　　　　レーザ素子の配列構造
２ａ　　　レーザ素子
３　　　　受動導波路部分
３ａ　　　導波路
４　　　　ＭＭＩカプラ
５　　　　導波路
６　　　　導波路構造
６Ａ，６Ｂ，６Ｃ　導波路部分
６Ｄ　　　フォトニック結晶の部分
【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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