(57)【要約】【課題】デバイス作製後でも、ＤＦＢレーザの発振波長と、半導体アレイ導波路格子の透過帯域の中心波長を一致させることができるようにする。【解決手段】波長可変光源100-1は、ＤＦＢレーザアレイ110に、デバイス内部の光ロスの少ない半導体アレイ導波路格子120-1を接続して構成されている。半導体アレイ導波路格子120-1のアレイ導波路123には電極106を設け、この電極106に電圧を印加することにより、導波路123のコア層に電界を印加して透過屈折率を変化させることができる。このようにして透過屈折率を変化させることにより、波長可変光源100-1を作製後でも、ＤＦＢレーザの発振波長と、半導体アレイ導波路格子120-1の透過帯域中心波長を一致させることができる。【選択図】図３
2007134480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる発振波長を持つ複数の半導体レーザ素子それぞれが、半導体アレイ導波路格子の各入力導波路に一つずつ接続され、
前記半導体アレイ導波路格子の導波路が、半導体基板上に順次、第一のｎ型半導体クラッド層、ノンドープの半導体コア層、第二のｎ型半導体クラッド層が積層された層構造を持つとともに、
前記第一のｎ型半導体クラッド層の少なくとも一部、もしくは、前記第二のｎ型半導体クラッド層の少なくとも一部、または、前記第一、及び、第二のｎ型半導体クラッド層両方の少なくとも一部に、半絶縁性の半導体層が挿入され、
前記半絶縁性の半導体層を介して前記半導体コア層に電界印加する電極が形成されていることを特徴とする波長可変光源。
【請求項２】
前記電極が前記半導体アレイ導波路格子のアレイ導波路上に形成され、しかも、前記電極は、アレイ導波路間ですべて長さが異なり、且つ、隣り合うアレイ導波路間ではある一定の長さが異なるように配されていることを特徴とする請求項１に記載の波長可変光源。
【請求項３】
前記電極が前記半導体アレイ導波路格子のアレイ導波路上に形成され、しかも、前記電極は、アレイ導波路間ですべて長さが同一で、且つ、アレイ導波路間では電気的に分離されて配されていることを特徴とする請求項１に記載の波長可変光源。
【請求項４】
前記アレイ導波路において、前記電極が配されている部分が直線導波路となっていることを特徴とする請求項２乃至請求項３のいずれかに記載の波長可変光源。
【請求項５】
前記半導体基板が（１００）面方位を有し、前記直線導波路が［０ＡＡ］方位、あるいは、［０１Ａ］方位に平行であることを特徴とする請求項４に記載の波長可変光源。
ただし、各方位は下表のように表記している。
【表１】
2007134480.tif 000009
【請求項６】
前記半導体アレイ導波路格子を形成する導波路がハイメサ構造であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の波長可変光源。
【請求項７】
前記半導体レーザ素子が、分布帰還型レーザ、または、分布ブラッグ反射型レーザであることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の波長可変光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光波長多重方式を利用した光通信、光交換、光情報処理等の光伝送システムに適用される波長可変光源に関するものである。
【０００２】
なお、特許庁の電子出願システムでは、方位を示す、「１」の上に「−」を付した表記は認められていないので、本明細書（及び特許請求の範囲）では、下記の表１に示すように各方位を表記する。つまり、「１」の上に「−」を付した表記は、「Ａ」に置き換えて表記する。
【表１】
2007134480.tif 000003
【背景技術】
【０００３】
現在、大容量の通信を実現するため、１本の光ファイバに異なる光波長（周波数）をもつ複数の光信号を多重化して伝送する光波長多重通信（ＷＤＭ）ネットワーク技術の研究開発が盛んに行われている。このＷＤＭシステムにおいては、チャネル波長（周波数）グリッドに合致した発振波長を有する光源を多数用意する必要があるが、高い信頼性の通信システムを実現するために、故障が起こった場合のバックアップとして、すべての光源を二重化したのでは、コストが膨大にかかってしまう。このような背景のもと、一つの半導体レーザチップで任意の波長の光を出力することができるいわゆる波長可変光源は、これら複数の光源の共通のバックアップ光源として用いることが可能であり、システム運用コスト低減に貢献できるとして、現在、盛んに研究開発が進められている。
【０００４】
波長可変光源として代表的なものに、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）に改良を施したＳＳＧ(Super Structure Grating)・ＤＢＲレーザ（非特許文献１）やＳＧ（Sampled Grating)・ＤＢＲレーザ（非特許文献２）などが挙げられる。これらは、大きな波長可変幅を持ち、かつ、高速に波長を切り替えられるという特長があるものの、波長安定性を含めた長期信頼性にまだ問題がある。
【０００５】
また、もう一つの構成に、異なる波長で発振する分布帰還（ＤＦＢ）型レーザをアレイ状に並べた光源群と光合波器を集積したものも開発されている（非特許文献３、以下、波長可変ＤＦＢレーザアレイと呼ぶ）。この波長可変ＤＦＢレーザアレイは、ＤＦＢレーザアレイの中から使用するレーザを一つ選択し、さらに、温度により発振波長をチューニングすることによって、所望の波長の光を出力するというものである。この光源は、上記のＤＢＲ型の波長可変光源に比べて、高速に波長を切り替えることはできないものの、実用実績のあるＤＦＢレーザを用いているので、送信システムでは重要な長期安定性に優れているという特長を持っている。
【０００６】
【非特許文献１】Y.Tohmori et al.,“Broad-range Wavelength Tuning in DBR Lasers with Super Structure Grating(SSG)",IEEE Photonics Technology Letters,vol.5,No.2,pp.126-129,1993
【非特許文献２】V.Jayaraman et al.,“Extended Tuning Range in Sampled Grating DBR Lasers",IEEE Photonics Technology Letters,vol.5,No.5,pp.489-491,1993
【非特許文献３】H.Oohashi et al.,“46.9-nm Wavelength-Selectable Arrayed DFB Lasers with Integrated MMI Coupler and SOA",2001 International Conference on IndiumPhosphide and Related Materials(13thIPRM),FB1-2,pp.575-578,2001
【非特許文献４】M.Kohtoku et al.,“Polarization-independent InP arrayed waveguide grating filter using deep ridge waveguide structure",CLEO/Pacific Rim'97,pp.284-285,1997
【非特許文献５】M.Kohtoku et al.,“Packaged Polarization-Insensitive WDM Monitorwith Low Loss(7.3dB)and Wide Tuning Range(4.5nm)",IEEE Photonics Technology Letters,vol.10,No.11,pp.l614-1616,1998
【非特許文献６】先端光エレクトロニクスシリーズ８  光集積デバイス  小林  功郎著  共立出版株式会社
【非特許文献７】J.G.Mendoza-Alvarez,“Analysis of depletion edge translation lightwave modulators",J.of Lightwave Technology,vol.6,No.6,pp.798-808,1988
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、波長可変ＤＦＢレーザアレイにおいて、波長可変幅を広げるには、ＤＦＢレーザ一つ一つがカバーする波長範囲を広げる、すなわち、温度変化量を増やす、あるいは、アレイを構成するレーザ数を増やす、または、これらの組み合わせが考えられる。
【０００８】
温度変化量を増やす方法は、特に高温側でレーザの特性劣化を招くため限界がある。
また一方、レーザ数を増やす場合には、必然的に光合波器の入力ポート数が増えることになるが、従来、波長可変ＤＦＢレーザアレイの光合波器として用いられている多モード干渉型（ＭＭＩ）カプラは、光スターカプラの一種であり、入力ポート数が増えると、原理的に合波損が上昇してしまう（例えば、８ポートで、原理損は９ｄＢ、１６ポートで１２ｄＢ）。このことは、結果的に波長可変ＤＦＢレーザアレイの光出力パワーを低下させてしまうという問題を引き起こしてしまう。
【０００９】
そこで、光合波損を低減する方法として、ＭＭＩカプラに替えて波長合分波器であるアレイ導波路格子を用いることが考えられる（アレイ導波路格子では、入力ポート数が増えても原理損が増えることはない）。
【００１０】
アレイ導波路格子９００は、図９に示すように、入力導波路９１０と、スラブ導波路９２０と、アレイ導波路９３０と、スラブ導波路９４０と、出力導波路９５０により構成されたものである。なお、アレイ導波路格子９００の詳しい説明は、非特許文献６に記載されている。
【００１１】
半導体ベースのアレイ導波路格子でも過剰損としては、報告されているものでせいぜい３ｄＢ程度（非特許文献４）であり、伝搬損失を含めた半導体アレイ導波路格子トータルの光ロスとしては、６−８ｄＢ程度のものが実現可能である。よって、８つ程度以上のレーザ数を用いる場合には、光ロスの観点からは、半導体アレイ導波路格子を用いるメリットがあることになる。
【００１２】
また、温度変化に対するＤＦＢレーザの発振波長の変化率は、非特許文献３に記載のように約１Å／℃であり、半導体アレイ導波路格子の温度変化に対する透過帯域の中心波長の変化率も、非特許文献５にあるように同じく約１Å／℃である。すなわち、温度を変えて波長可変ＤＦＢレーザアレイの発振波長をチューニングさせても、半導体アレイ導波路の透過帯域中心波長がそれに同期して動くことになるので（温度変化によりＤＦＢレーザの発振波長と半導体アレイ導波路格子の透過帯域中心波長が相対的にずれ出して、光出力パワーが落ちたり、最悪の場合光が出てこなくなったりはしない）、ＤＦＢレーザアレイと同一基板上に光合波器として半導体アレイ導波路格子を用いた場合でも、波長可変ＤＦＢレーザアレイの動作には問題ない（なお、石英系のアレイ導波路格子の温度変化に対する透過帯域中心波長の変化率は、半導体系に比べて一桁小さく、このような使用には適さない）。
【００１３】
ところが、デバイス作製時において、ある温度におけるＤＦＢレーザの発振波長とそのＤＦＢレーザが接続されている半導体アレイ導波路格子の入力ポートからの透過帯域中心波長を完全に合致させることは、かなり難しい。このことは、波長可変ＤＦＢレーザアレイの歩留まりを著しく低下させる要因となる。
【００１４】
本発明は、上記問題点を鑑みてなされたもので、その主たる目的は、波長可変ＤＦＢレーザアレイの光合波器に半導体アレイ導波路格子を用いることによって、デバイス内部の光ロスの低減を図り、かつ、使用する半導体アレイ導波路格子に透過帯域中心波長のトリミング機構を備えさせることにより、デバイス作製後でもＤＦＢレーザの発振波長とそのＤＦＢレーザが接続されている半導体アレイ導波路格子の入力ポートからの透過帯域の中心波長を完全に合致させることを可能にし、長期信頼性に優れ、波長可変幅が広く、高出力、低消費電力の波長可変光源を歩留まり長く提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１記載の発明は、
異なる発振波長を持つ複数の半導体レーザ素子それぞれが、半導体アレイ導波路格子の各入力導波路に一つずつ接続され、
前記半導体アレイ導波路格子の導波路が、半導体基板上に順次、第一のｎ型半導体クラッド層、ノンドープの半導体コア層、第二のｎ型半導体クラッド層が積層された層構造を持つとともに、
前記第一のｎ型半導体クラッド層の少なくとも一部、もしくは、前記第二のｎ型半導体クラッド層の少なくとも一部、または、前記第一、及び、第二のｎ型半導体クラッド層両方の少なくとも一部に、半絶縁性の半導体層が挿入され、
前記半絶縁性の半導体層を介して前記半導体コア層に電界印加する電極が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１記載の発明において、
前記電極が前記半導体アレイ導波路格子のアレイ導波路上に形成され、しかも、前記電極は、アレイ導波路間ですべて長さが異なり、且つ、隣り合うアレイ導波路間ではある一定の長さが異なるように配されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項１記載の発明において、
前記電極が前記半導体アレイ導波路格子のアレイ導波路上に形成され、しかも、前記電極は、アレイ導波路間ですべて長さが同一で、且つ、アレイ導波路間では電気的に分離されて配されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項４の発明は、請求項２乃至３のいずれかに記載の発明において、
前記アレイ導波路において、前記電極が配されている部分が直線導波路となっていることを特徴とする。
【００１９】
請求項５の発明は、請求項４記載の発明において、
前記半導体基板が（１００）面方位を有し、前記直線導波路が［０ＡＡ］方位、あるいは、［０１Ａ］方位に平行であることを特徴とする。
【００２０】
請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、
前記半導体アレイ導波路格子を形成する導波路がハイメサ構造であることを特徴とする。
【００２１】
請求項７の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、
前記半導体レーザ素子が、分布帰還型レーザ、または、分布ブラッグ反射型レーザであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明による波長可変光源では、光合波器にアレイ導波路格子を用いているため、ポート数が増えた場合でも原理損の上昇はなく、かつ、このアレイ導波路格子は透過帯域の中心波長のトリミング機構を備えているので、広波長可変幅、高出力、低消費電力の波長可変光源を歩留まりよく提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について、図１を参照して説明する。
図１は、従来の波長可変ＤＦＢレーザアレイにおける光合波器を、ＭＭＩカプラから半導体アレイ導波路格子に替えた場合の構成を示している。即ち、本発明の実施の形態に係る波長可変光源１００は、ＤＦＢレーザアレイ１１０に、半導体アレイ導波路格子１２０を接続して構成している。このＤＦＢレーザアレイ１１０と、半導体アレイ導波路格子１２０は、基板１０１上で集積して形成したものである。
ＤＦＢレーザアレイ１１０は、８個の（ch.1からch.8の）ＤＦＢレーザ（半導体レーザ素子）により構成されており、図中で一番上のＤＦＢレーザをch.1、図中で一番下のＤＦＢレーザをch.8としている。
また、半導体アレイ導波路格子１２０は、入力導波路１２１と、スラブ導波路１２２と、アレイ導波路１２３と、スラブ導波路１２４と、出力導波路１２５とで構成されている。８本の入力導波路１２１の各入力ポートのうち、図中で一番上をInput1としており、図中で一番下をInput8としている。また8本の出力導波路１２５の各出力ポートのうち、図中で一番上をOutput1としており、図中で一番下をOutput8としている。
【００２４】
ch.1からch.8の各ＤＦＢレーザは、半導体アレイ導波路格子１２０の入力ポートInput1からInput8にそれぞれ順に接続されている（ch.1はInput1に、ch.8はInput8というように、順に接続されている）。ＤＦＢレーザアレイ１１０の発振波長は、例えば、２５℃でch.1からch.8までそれぞれ１５５０nm、１５５３nm、１５５６nm、１５５９nm、１５６２nm、１５６５nm、１５６８nm、１５７１nmと設計する。また、半導体アレイ導波路格子１２０についても、上記発振波長に合わせて、表２のようにチャネル間隔を３nmとし、自由スペクトルレンジ（ＦＳＲ）は８チャネル分（２４nm）以上、ここでは、１６チャネル分で設計する（中心側のポートと外側のポートとの光ロスの差を減らすにはＦＳＲをある程度大きく取った方が良い）。
【００２５】
【表２】
2007134480.tif 000004
【００２６】
ＤＦＢレーザアレイ１１０、半導体アレイ導波路格子１２０ともに設計通りに作製できたとすれば、２５℃でch.1からch.8のうち、どのＤＦＢレーザを発振させても、表２を見れば分かるとおり、半導体アレイ導波路格子１２０の出力ポートのOutput４より出力することができる。
【００２７】
また、上に列記された波長以外の出力波長を得るためには、使うＤＦＢレーザを選択した後、さらに、温度を変える。ＤＦＢレーザの発振波長の温度依存性は、約１Å／℃であるので、例えば、１５５１nmの波長を得たければ、まずch.1を駆動し、温度を３５℃（２５℃から１０℃上昇させることで、１５５０nmから１５５１nmに１nm長波側に発振波長が変化）に設定すればよい。
また、半導体アレイ導波路格子１２０の透過帯域の中心波長の温度依存性も約１Å／℃であるので、３５℃でのInput1（ＤＦＢレーザch.1が接続）からOutput４の透過帯域の中心波長は、１５５１nmとなる。
【００２８】
すなわち、所望の発振波長を得るために温度制御を加えても、半導体アレイ導波路格子１２０の透過帯域の中心波長もそれに同調して動くので、設定波長によって光出力パワーが変動したり、出力できなくなったりはしない（アレイ導波路格子の透過帯域中心波長からはずれると透過率が低下する、また、チャネル間隔以上にまでなると出力されない）。
【００２９】
よって、ＤＦＢレーザアレイ１１０と半導体アレイ導波路格子１２０を同一基板１０１上に集積した構成でも（同じ環境温度にさらされることになる）、それぞれが設計通りに作製できれば、波長可変光源１００として機能することがわかる。
【００３０】
なお、使用温度範囲を２０℃から５０℃とすれば、ch.1は、波長１５４９.５nmから１５５２.５nmをカバーし、ch.2は、波長１５５２.５nmから１５５５.５nmをカバーするというように、ＤＦＢアレイ１１０全体では、１５４９.５nmから１５７３.５nmまでのすべての波長をカバーすることが可能である。
【００３１】
しかし、実際には、デバイス作製時のエラー等により、ＤＦＢレーザの発振波長と半導体アレイ導波路格子１２０の透過帯域の中心波長が設計値よりずれてしまうことがある。もし、ＤＦＢレーザの発振波長と半導体アレイ導波路格子１２０の透過帯域の中心波長の設計値からのずれ量が同じで相対的な関係が崩れなければ、温度により波長可変光源１００の出力波長の補正は可能であるが、相対的な関係が崩れてしまった場合には、光出力パワーの低下を招き、結果的に素子の歩留まりを悪くしてしまう。
これを避けるためには、たとえ素子作製後に、ＤＦＢレーザの発振波長と半導体アレイ導波路格子１２０の透過帯域の中心波長が、相対的にずれていたとしてもそれを補償する手段が必要となる。
【００３２】
本発明では、その方法として、半導体アレイ導波路格子の透過帯域を素子作製後でもＤＦＢレーザの発振波長に合わせて調整できる機構を具備させることを特徴としている。
【実施例１】
【００３３】
ここで本発明の実施例１を説明する。
アレイ導波路格子における中心入力ポートから中心出力ポートの透過帯域の中心波長は、
【数１】
2007134480.tif 000005
で表される。
【００３４】
ここで、λは中心波長、ｎeqはアレイ導波路の等価屈折率、ΔＬは隣り合うアレイ導波路の長さの差、ｍは回折次数である。よって、アレイ導波路格子の特性として、上式よりｎeqを変化させることで透過帯域の中心波長を変化させることができることを示している。
例えば、０.０００１の等価屈折率の変化で中心波長を０.０８ナノメートル（１０ＧＨｚ）程度変化させることができる。
【００３５】
図２は、上述のような半導体アレイ導波路格子の透過帯域中心波長の調整を実現する導波路構造の断面図を示したものである。
導波路は、図２（ａ）に示すように、ハイメサ導波路構造となっており、その層構造は、ＩｎＰ基板１０１上に、ｎ型ＩｎＰクラッド層１０２（第１のｎ型半導体クラッド層）、バンドギャップ波長が１.０５ミクロンで厚さ０.５ミクロンのノンドープのＩｎＧａＡｓＰコア層１０３（半導体コア層）、半絶縁（ＳＩ）型ＩｎＰ層１０４（半絶縁性の半導体層）、ｎ型ＩｎＰクラッド層１０５（第２のｎ型半導体クラッド層）が、順次積層されている。
【００３６】
また図２（ｂ）に示すように、アレイ導波路の一部には、ＩｎＧａＡｓＰコア層１０３に対して電界印加できるように、電極１０６がｎ型ＩｎＰクラッド層１０５の上に形成されている。この電極１０６は、半絶縁性の半導体層である半絶縁（ＳＩ）型ＩｎＰ層１０４を介して、ＩｎＧａＡｓＰコア層１０３に対して電界印加をする。また、電極１０７はｎ型ＩｎＰクラッド層１０２上に形成され、接地されている。
【００３７】
図３には、本発明の実施例１に係わる波長可変光源１００−１の上面図を示している。ＤＦＢレーザアレイ１１０と、上述の導波路を用いた透過波長トリミング機能付きアレイ導波路格子１２０−１が、ＩｎＰ基板１０１上で集積されている。
【００３８】
また、図中の電極１０６は、アレイ導波路間で短絡させている。すなわち、電極付き導波路間では、同一の電界がコア層１０３に印加されることになる。
また、電極１０７は、第１の半導体クラッド層（ｎ型ＩｎＰクラッド層）１０２とコンタクトが取られており、上述のように接地されている。
【００３９】
なお、電極付き導波路部と電極無し導波路部の間は、ｎ型ＩｎＰクラッド層１０５の一部をエッチング除去して形成した分離溝１３１，１３２等によって、電気的絶縁が図られている。
【００４０】
これにより、電極付き導波路部のコア層１０４のみに効率よく電界印加ができる。また、電極付きの導波路部は直線になっており、［０ＡＡ］方向、もしくは、［０１Ａ］方向に平行になるよう配されている。
【００４１】
電極１０６に負のバイアスＶbを印加した場合のバンドダイヤグラムを図４に示す。図４に示す通りＳＩ型ＩｎＰ層１０４が電子のブロック層として働くため、電流は流れず、ＩｎＧａＡｓＰコア層１０３に効率よく電界が掛かることがわかる。このとき、ＩｎＧａＡｓＰコア層１０３には、ポッケルス効果により、基板と垂直な方向（［１００］方向）の電界Ｅb（＝Ｖb／コア層）に対して、
【数２】
2007134480.tif 000006
で表される屈折率変化を誘起する（非特許文献７参照）。
【００４２】
ここで、ｎ0は材料の屈折率、γ41はポッケルス定数である。また、＋符号は［０ＡＡ］方向に平行に光が伝搬する場合で、−符号は［０１Ａ］方向に平行に光が伝搬する場合である。なお、ポッケルス定数は負の値を取る。
よって、電極付き導波路部を［０ＡＡ］方向に平行に配すれば、電界印加により屈折率変化は負となり、［０１Ａ］方向に平行に配すれば、逆に屈折率変化は正となる。（なお、ここでは、（１００）基板を元に説明したが、（００１）基板でも同様であり、［１００］方向は［００１］方向、［０ＡＡ］方向は［１１０］、［０１Ａ］方向は［Ａ１０］方向に置き換えて考えてやればよい。）この効果は、ＴＥモードに対してのみ作用するが、ＤＦＢレーザもＴＥモードで発振するため問題はない。
【００４３】
図３中の隣り合うアレイ導波路の関係を図５に示す。Ｌe,i+1，Ｌe,iは電極付き導波路の長さ、Ｌ0,i+1，Ｌ0,iは電極無し導波路の長さ、ｎ1は電極付き導波路における電界印加等の等価屈折率であり、ｎ0は電極無し導波路の等価屈折率である。
【００４４】
アレイ導波路格子の位相整合条件の一般式を示すと、
【数３】
2007134480.tif 000007
と変形される。右辺第一項は、無電界時の透過帯域の中心波長を示しており、第二項は、電界印加による中心波長の変化量を示している。
【００４５】
例えば、電極付き直線導波路部を［０ＡＡ］方向に平行に配した場合を考えてみる。この場合、負のバイアスＶbに対して、ＩｎＧａＡｓＰコア層１０３の屈折率変化は（２）式より負である。よって、電界印加時には、（ｎ1−ｎ0）は負となる。そこで、ΔＬeを負にとった場合（アレイ導波路がΔＬずつ長くなるに従って、電極付き導波路が短くなる）、電界印加によって半導体アレイ導波路格子１２０−１の透過帯域中心波長は、無電界時に比べ長波側へシフトさせることができる。よって、半導体アレイ導波路格子１２０−１の透過帯域中心波長がＤＦＢレーザの発振波長に対して短波側へずれていた場合は補償可能範囲となる。
【００４６】
しかし、素子作製後に、必ずしも短波側へずれているとは限らない。ところが、半導体アレイ導波路格子１２０−１の出力ポートを複数本用意していればこの問題も回避できる。すなわち、例えば、半導体アレイ導波路格子１２０−１の出力ポートOutput４に対してＤＦＢレーザの発振波長が長波側へずれていたとしても出力ポートOutput５に対しては短波側へずれていることになる。よって、素子の出力導波路をOutput５と決め、電界印加により出力が最大となるように微調整すればよい。
【００４７】
なお、ΔＬeを正にとった場合（アレイ導波路がΔＬずつ長くなるに従って、電極付き導波路部が長くなる）、逆に電界印加によって半導体アレイ導波路格子１２０−１の透過帯域中心波長は、無電界時に比べ短波側へシフトさせることができる。この場合も半導体アレイ導波路格子１２０−１の出力ポートを複数本用意し、ＤＦＢレーザの発振波長に対して、透過帯域中心波長が長波側へずれている出力ポートを用いればよく、電界印加により出力が最大となるように微調整すればよい。
【００４８】
また、電極付き直線導波路を［０１Ａ］方向に平行に配した場合も同様な議論が成り立ち、［０ＡＡ］方向の場合との違いは、負のバイアスに対して、ＩｎＧａＡｓＰコア層１０３の屈折率変化が（２）式より正であるため、負のバイアスに対して透過帯域の中心波長の変化する方向が逆となる点である。なお、（４）式からわかるようにΔＬeを大きく取ることで、屈折率変化は小さくて済む、言い換えれば、印加電界は小さくて済むということになる。
【００４９】
また、本実施例のもう一つの大きな特徴は、半導体アレイ導波路格子１２０−１の層構造の中にｐ型層がない点である。ｐ型層は、価電子帯バンド間遷移に起因する光吸収が大きく、半導体アレイ導波路格子１２０−１のように比較的大きなデバイスでは、大きな伝搬損失を伴うために、光出力パワーを弱めてしまう。このことは、せっかく光合波器に半導体アレイ導波路格子１２０−１を用いて、光合波損を低減しても、そのメリットを最大限生かせなくなってしまう。しかし、本実施例では、このような光ロスの増大を招くｐ型層を用いていないため、結果的に高出力の波長可変光源を得ることができる。
【００５０】
次に、本実施例の作製方法の概要を図６を用いて説明する。この例では、ＳＩ埋め込み構造ＤＦＢレーザと半導体アレイ導波路格子を集積する場合を示している。
まず、ｎ型ＩｎＰ基板上に、ＤＦＢレーザの活性層を成長する。その後、グレーティング（回折格子）を形成した後に、ｐ型ＩｎＰクラッド層、及び、コンタクト層を成長する（図６（ａ））。
【００５１】
次に、ＤＦＢレーザアレイ部を残してＤＦＢレーザの活性層までをエッチング除去し、アレイ導波路格子のコア層を再成長する（図６（ｂ））。
【００５２】
続いて、ＤＦＢレーザ部を埋め込み用にメサ加工する。（図６（ｃ））。
そして、ＳＩ型ＩｎＰ、ｎ型ＩｎＰ層で埋め込み再成長する。このとき、アレイ導波路格子では、電流ブロック層として機能するＳＩ型ＩｎＰ層とｎ型ＩｎＰクラッド層（第２の半導体クラッド層）がコア層の上に積層されることになる（図６（ｄ））。
【００５３】
さらに、ＤＦＢレーザ部のｎ型ＩｎＰをエッチング除去した後、アレイ導波路格子部のハイメサ導波路を形成する（図６（ｅ））。
最後に、電極を形成すれば素子が完成する。
【００５４】
なお、ＤＦＢレーザの構造はＳＩ埋め込み構造に限定されるわけではなく、ｐｎ埋め込み型でも構わないし（ただし、アレイ導波路格子では、一旦、コア層上に積層されるｐｎ埋め込み用のｐ型ＩｎＰ層、ｎ型ＩｎＰ層をエッチング除去し、ＳＩ型ＩｎＰ層を積みなおす必要がある）、埋め込み構造ではなくリッジ構造等でも構わない。
また、ＤＦＢレーザである必要もなく、分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ型）の半導体レーザであってもよい。
【００５５】
半導体アレイ導波路格子のコア層は、バルクとして説明したが、量子井戸構造であっても良い。また、ＳＩ型ＩｎＰ層１０４をＩｎＧａＡｓＰコア層１０３と第２の半導体クラッド層１０５のｎ型ＩｎＰとの間に挿入しているが、ＩｎＧａＡｓＰコア層１０３と第１の半導体クラッド層１０２のｎ型ＩｎＰの間に挿入しても同様な効果が得られるし（ただし、印加電界の向きは逆としなければならない）、両方に挿入してももちろん構わない。
【００５６】
また、電極１０６，１０７と半導体との間に、コンタクト抵抗を下げるためＩｎＧａＡｓ層やＩｎＧａＡｓＰ層等のコンタクト層を挿入した構造でも良い。
また、半導体基板に、この実施例のようにｎ型の基板１０１を用いていれば、図３の電極１０７をＩｎＰ基板表面に形成することも可能である。
【００５７】
なお、本実施例では、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系の半導体材料を用いて説明したが、この材料系に限定されるものではなく、その他の化合物半導体を用いても構わない。
【００５８】
このように、半導体アレイ導波路格子１２０−１が、素子作製後でも電圧印加によって透過帯域の中心波長を調整できる構造となっている。よって、ＤＦＢレーザアレイ１１０のＤＦＢレーザの発振波長と、半導体アレイ導波路格子１２０−１の透過帯域の中心波長が、相対的にずれていたとしても、その補償ができ、長期信頼性に優れ、波長可変幅が広く、高出力、低消費電力の波長可変光源を歩留まり良く提供することができる。
【実施例２】
【００５９】
実施例２と実施例１とでは、半導体アレイ導波路格子の電極の配し方でのみ異なる。よって、以下は、実施例２に係わる半導体アレイ導波路格子についてのみ説明する。
【００６０】
図７は、本実施形態に係わる波長可変光源１００−２の上面図を示している。各アレイ導波路１２３上の一部には、電極１０６が配され、その長さはアレイ導波路間ですべて同一である。また、電極１０６は、アレイ導波路間で電気的に分離されており、それぞれ独立の電界を印加できる構成となっている。
また、電極１０７は、第１の半導体クラッド層（ｎ型ＩｎＰクラッド層）１０２とコンタクトが取られており、かつ、接地されている。なお、電極付き導波路部と電極無し導波路部の間においても、ｎ型ＩｎＰクラッド層１０５の一部をエッチング除去して形成した分離溝１３１，１３２等によって、電気的絶縁が図られている。
【００６１】
これにより、電極付き導波路部のコア層１０４のみに効率よく電界印加ができる。また、電極付きの導波路部は直線になっており、［０ＡＡ］方向、もしくは、［０１Ａ］方向に平行になるよう配されている。
【００６２】
ここで、隣り合うアレイ導波路の関係を図８に示す。Ｌeは電極付き導波路の長さ、Ｌ0,i+1,Ｌ0,iは電極無し導波路の長さであり、Ｌ0,i+1−Ｌ0,i＝ΔＬ（＞０）とする。また、ｎi+1は（ｉ＋１）番目の電極付き導波路における電圧Ｖb,i+1印加時のそれぞれの等価屈折率であり、ｎiはｉ番目の電極付き導波路における電圧Ｖb,i印加時の等価屈折率であり、ｎ0は電極無し導波路の等価屈折率である。本実施例のアレイ導波路格子の位相整合条件の一般式を示すと、
【数４】
2007134480.tif 000008
と変形される。
【００６３】
右辺第一項は、無電界時の透過帯域の中心波長を示しており、第二項は、電界印加による中心波長の変化量を示している。
例えば、電極付き直線導波路部を［０ＡＡ］方向に平行に配した場合を考えると、負のバイアス（Ｖb＜０）に対して、ＩｎＧａＡｓＰコア層１０３の屈折率変化は（２）式より負となる。よって、アレイ導波路がΔＬずつ長くなるに従って、バイアス値を大きくしたとすると、（｜Ｖb,i+1｜＞｜Ｖb,i｜、すなわち、Ｖb,i+1＜Ｖb,i）、（ｎi+1−ｎi）は負となるため、透過帯域中心波長を短波側へ変化させることができる。
逆に、アレイ導波路がΔＬずつ長くなるに従って、バイアス値を小さくしたとすると、（｜Ｖb,i+1｜＜｜Ｖb,i｜、すなわち、Ｖb,i+1＞Ｖb,i）、今度は（ｎi+1−ｎi）が正となるため、透過帯域中心波長を長波側へ変化させることができる。
【００６４】
また、電極付き直線導波路を［０１Ａ］方向に平行に配した場合も同様な議論が成り立ち、負のバイアスに対して、ＩｎＧａＡｓＰコア層１０３の屈折率変化が（２）式より正であるため、アレイ導波路がΔＬずつ長くなるに従って、バイアス値を大きくした場合、透過帯域中心波長は長波側へ変化し、小さくした場合は、短波側へ変化する。すなわち、［０ＡＡ］方向の場合との違いは、透過帯域中心波長の変化する方向が逆となる点である。
【００６５】
以上説明したように、半導体アレイ導波路格子１２０−２が、素子作製後でも電圧印加によって透過帯域の中心波長を調整できる構造となっている。よって、ＤＦＢレーザアレイ１１０のＤＦＢレーザの発振波長と、半導体アレイ導波路格子１２０−２の透過帯域の中心波長が、相対的にずれていたとしても、その補償ができ、長期信頼性に優れ、波長可変幅が広く、高出力、低消費電力の波長可変光源を歩留まり良く提供することができる。なお、本実施例では、半導体アレイ導波路格子１２０−２の透過帯域中心波長を長波長側へも短波長側へも調整可能であるという特徴を持っている。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】半導体アレイ導波路格子を用いた波長可変ＤＦＢレーザアレイを示す構造図。
【図２】本発明の実施例に係わるアレイ導波路格子の導波路構造を示す断面図。
【図３】本発明の実施例１に係わる波長可変光源を示す構成図。
【図４】電界印加時のバンドダイヤグラムを示す説明図。
【図５】本発明の実施例１に係わるアレイ導波路部の構成を説明する説明図。
【図６】本発明の実施例１に係わる波長可変光源の作製方法を示す説明図。
【図７】本発明の実施例２に係わる波長可変光源を示す構成図。
【図８】本発明の実施例２に係わるアレイ導波路部の構成を説明する説明図。
【図９】アレイ導波路格子を示す構成図。
【符号の説明】
【００６７】
１００，１００−１，１００−２  波長可変光源
１０１  ＩｎＰ基板
１０２  ｎ型ＩｎＰクラッド層（第１の半導体クラッド層）
１０３  ノンドープのＩｎＧａＡｓＰコア層（半導体コア層）
１０４  半絶縁（ＳＩ）型ＩｎＰ層（半絶縁性の半導体層）
１０５  ｎ型ＩｎＰクラッド層（第２の半導体クラッド層）
１０６，１０７  電極
１１０  ＤＦＢレーザアレイ
１２０，１２０−１，１２０−２  半導体アレイ導波路格子
１２１  入力導波路
１２２，１２４  スラブ導波路
１２３  アレイ導波路
１２５  出力導波路
１３１，１３２  分離溝
【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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