(57)【要約】【課題】二次元フォトニック結晶線欠陥導波路からなる半導体レーザにおける放熱性を良く、面外回折による同派路損失を低減すること。【解決手段】半導体クラッド型二次元フォトニック結晶線欠陥導波路からなる半導体レーザにおいて、導波路３でレーザ発振する光の真空中の波長をλ、複数の空孔２の間隔をａ、空孔２の半径をｒ、導波路３を挟んで配列した空孔２の中心間の距離として定義される導波路３の幅をｄ、半導体コア層１２の屈折率、複数の空孔２の間隔ａ、空孔２の半径ｒ、導波路３の幅ｄとで決まる導波路２の基本モードの、ブロッホ波数０における実効屈折率をｎeffとしたときに、０．５ａ＞ｒ≧０．３２５a、ｄ≦１．８４ａ、ａ＝λ／ｎeffが成立するように構成している。【選択図】図２
2007129028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板上に積層された下部半導体クラッド層と、
前記下部半導体クラッド層上に積層された半導体コア層と、
前記半導体コア層上に積層された上部半導体クラッド層と、
前記上部半導体クラッド層と前記半導体コア層とを貫通する複数の空孔により、前記半導体コア層に形成される二次元的な屈折率の周期構造と、
前記２次元的な屈折率の周期構造内に形成されて、前記空孔に挟まれ且つ前記空孔が存在しない線状の欠陥領域からなる導波路と
を有する半導体レーザであって、
前記導波路でレーザ発振する光の真空中の波長をλ、
複数の前記空孔の間隔をａ、
前記空孔の半径をｒ、
前記導波路を挟んで配列した前記空孔の中心間の距離として定義される前記導波路の幅をｄ、
前記半導体コア層の屈折率、複数の前記空孔の前記間隔ａ、前記空孔の前記半径ｒ、前記導波路の前記幅ｄとで決まる前記導波路の基本モードの、ブロッホ波数０における実効屈折率をｎeff
としたときに、
０．５ａ＞ｒ≧０．３２５a、
ｄ≦１．８４ａ、
ａ＝λ／ｎeff
が成立していることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】
前記複数の空孔は、三角格子配列されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項３】
ｒ≧０．３５aであることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザ。
【請求項４】
ｄ≦（√３）ａであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の半導体レーザ。
【請求項５】
前記線状の欠陥領域からなる導波路から出射されるレーザ光を導波する半導体光回路が、前記半導体基板上に集積されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の半導体レーザ。
【請求項６】
前記半導体光回路は、前記導波路の幅よりも広い幅を有する導波路を含むことを特徴とする請求項５に記載の半導体レーザ。
【請求項７】
前記半導体光回路は、フォトニック結晶光回路であることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザに関し、より詳しくは、屈折率の異なる物質を光の波長程度の周期で配列させた構造であるフォトニック結晶を用いた半導体レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代の超小型光集積回路を実現するためのキーテクノロジーとしてフォトニック結晶が注目を集めており、多くの研究機関により理論・実験の両面から精力的な研究が行なわれている。その中でも半導体活性層を用いた半導体レーザは大きなテーマの一つである。
フォトニック結晶を用いた半導体レーザのための光共振器として、フォトニック結晶の分布帰還効果を利用した共振器がある。これはフォトニック結晶のフォトニックバンド端において群速度が０になることを利用した共振器である。
【０００３】
かかる分布帰還効果を利用した半導体レーザとして、例えば下記の非特許文献１では、２次元の分布帰還効果を利用した面発光型単一縦横モード発振レーザが報告されている。また、一次元の分布帰還効果を利用した半導体レーザとして、例えば非特許文献２では、２次元フォトニック結晶スラブ中の線欠陥導波路における一次元分布帰還効果を利用したレーザが報告されている。
【０００４】
非特文献２に記載の例は、従来より知られた(一次元の)分布帰還（ＤＦＢ(Distributed Feedback)）共振器をフォトニックバンド端の０群速度を利用して実現したものであると考えることができる。このようなレーザは特に、2次元フォトニック結晶スラブを用いた光集積回路との親和性が高いという点において大きい利点がある。
【非特許文献１】M. Yokoyamaらの「Polarization mode control of two-dimensional photonic crystal laser by unit cell structure design」(Science, vol.293, pp. 1123-1125, 2001)
【非特許文献２】A. Sugitatsuらの「Characterization of line-defect waveguide lasers in two-dimensional photonic-crystal slabs」(Appl. Phys. Lett., vol. 84, pp. 5395-5397, 2004)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
さて、２次元フォトニック結晶スラブを利用したデバイスを設計する場合、回折によるスラブ面外への導波ロスを考慮する必要がある。かかる面外回折は、利用できない外部損失となってしまうからである。
【０００６】
この点、非特許文献２に記載された半導体レーザではスラブのクラッドを空気とし、コア層と空気クラッド層との間の非常に大きい屈折率差を利用して回折損が起こらない設計にしていた。しかしながらこの構造では、クラッド層が空気であるため、熱抵抗が非常に大きく放熱性が悪いという難点がある。これに対してコア層とクラッド層の両方を半導体で形成した構造は、熱抵抗の面では有利であるが、コア層とクラッド層との屈折率差を十分大きく取れないために面外回折による導波損失が無視できないという問題があった。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、放熱性が良く、面外回折による導波路損失を低減できる半導体レーザを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するための本発明の第１の態様は、半導体基板と、前記半導体基板上に積層された下部半導体クラッド層と、前記下部半導体クラッド層上に積層された半導体コア層と、前記半導体コア層上に積層された上部半導体クラッド層と、前記上部半導体クラッド層と前記半導体コア層とを貫通する複数の空孔により、前記半導体コア層に形成される二次元的な屈折率の周期構造と、前記２次元的な屈折率の周期構造内に形成されて、前記空孔に挟まれ且つ前記空孔が存在しない線状の欠陥領域からなる導波路とを有する半導体レーザであって、
前記導波路でレーザ発振する光の真空中の波長をλ、
複数の前記空孔の間隔をａ、
前記空孔の半径をｒ、
前記導波路を挟んで配列した前記空孔の中心間の距離として定義される前記導波路の幅をｄ、
前記半導体コア層の屈折率、複数の前記空孔の前記間隔ａ、前記空孔の前記半径ｒ、前記導波路の前記幅ｄとで決まる前記導波路の基本モードの、ブロッホ波数０における実効屈折率をｎeff
としたときに、
０．５ａ＞ｒ≧０．３２５a、
ｄ≦１．８４ａ、
ａ＝λ／ｎeff
が成立していることを特徴とする半導体レーザである。
【０００９】
本発明の第２の態様は、前記第１の態様において、第２の前記複数の空孔は、三角格子配列されていることを特徴とする。
本発明の第３の態様は、前記第１又は第２の態様において、ｒ≧０．３５aであることを特徴とする。
本発明の第４の態様は、前記第１乃至第３の態様のいずれか１つにおいて、ｄ≦（√３）ａであることを特徴とする。
本発明の第５の態様は、前記第１乃至第４の態様のいずれか１つにおいて、前記線状の欠陥領域からなる導波路から出射されるレーザ光を導波する半導体光回路が、前記半導体基板上に集積されていることを特徴とする。
本発明の第６の態様は、前記第１乃至第５の態様のいずれか１つにおいて、前記半導体光回路は、前記導波路の幅よりも広い幅を有する導波路を含むことを特徴とする。
本発明の第７の態様は、前記第５又は第６の態様において、前記半導体光回路は、フォトニック結晶光回路であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、半導体クラッド型二次元フォトニック結晶線欠陥導波路からなる半導体レーザにおいて、
導波路でレーザ発振する光の真空中の波長をλ、
複数の空孔の間隔をａ、
空孔の半径をｒ、
導波路を挟んで配列した空孔の中心間の距離として定義される導波路の幅をｄ、
半導体コア層の屈折率、複数の空孔の間隔ａ、空孔の半径ｒ、導波路の幅ｄとで決まる導波路の基本モードの、ブロッホ波数０における実効屈折率をｎeff
としたときに、
０．５ａ＞ｒ≧０．３２５a
ｄ≦１．８４ａ
ａ＝λ／ｎeff
が成立するように構成している。
これにより、共振器内を往復する進行波及び後退波それぞれによる面外回折波の位相を逆位相とし、回折を全体として打ち消すことができ、面外回折による導波路損失を低減できる。
また、本発明では、コア層を半導体クラッド層により挟む構造としたので、空気クラッドに比べて熱抵抗が低く、放熱性を良くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
まず、本発明の原理について説明する。
本発明者らは、従来技術の問題を解決するために、共振器内を往復する進行波及び後退波それぞれによる面外回折波の位相を逆位相とし、回折を全体として打ち消すことによって、面外回折による導波損失を低減するという着想を得て、本発明を完成するに至った。
【００１２】
フォトニック結晶中の線欠陥導波路のように、導波路の長手方向(y方向)に周期ａの構造がある場合、その構造を伝播する波数kyの光は次式
ky’＝ky＋２ｎπ／ａ      
を満たす波数ky’の回折波を伴うである。但し、式において、ｎは整数である。かかる回折波を含む複数の波は、Bloch波数kyBloch＝kyで総称される。
そして、上記各ｎに対応する回折波のうち、導波路外部を伝播する平面波と同じ波数をもっているものが、該平面波と結合して外部に伝搬し、損失となる。
【００１３】
ところで、半導体レーザに使用されるフォトニック結晶と線欠陥導波路の平面的な概要構成図は図１に示すようになる。
図１において、半導体層１内には、複数の円孔２が等間隔で１つの導波方向に平行に複数列で形成されている。また、隣り合う２つの列の互いの複数の円孔（空孔）２は、それぞれ、一方の列の２つの円孔２の中心が他方の列のうち最も近い１つの円孔２の中心に対して例えば正三角形の頂点に位置する関係を持つように配置され、これにより三角格子が形成されている。また、円孔２の複数の列のうち所定の２つの列の円孔２の間には、線欠陥導波路３が導波方向に延びて配置されている。
【００１４】
線欠陥導波路３の幅はｄであり、その幅ｄは、線欠陥導波路３を挟む２つの列の複数の円孔３の中心を通る線の間隔である。線欠陥導波路３を挟む２つの列の円孔２同士は、導波路方向に互いにずれがない位置に配置されている。
ここで円孔２のピッチをａ、その半径をｒとする。これにより、線欠陥導波路３上を除く複数の円孔２は導波路方向とその斜め方向で円孔２のピッチがａとなる。なお、線欠陥導波路３の長手方向はｙ方向、これに垂直であって導波路面内の方向をｘ方向とする。
【００１５】
このようなフォトニック結晶中に線欠陥導波路３を設計する場合において、二次の分布帰還を生じるようにフォトニック結晶の周期ａを選択する場合、導波路を伝搬する光の波数は±２π／ａとなる。
そこで、この場合において、一（いち）の方向(＋方向)に進行する波数ky＝２π／ａの波(進行波)を考えると、この進行波による−１次の面外回折波の波数は、上式においてｎ＝−１としてky’＝０で表される。
【００１６】
一方、上記の一（いち）の方向と反対の方向(−方向)に進行する波数ky＝−２π／ａの波(後退波)を考えると、この後退波による＋１次の面外回折波の波数は、上式においてｎ＝＋１としてやはりky’＝０で表される。
つまり、前へ進む進行波の回折による外部への損失と後ろへ進む後退波の回折による外部への損失が、導波方向yに関して同じ波数条件(ky’ ＝０)で起こる。
【００１７】
また、光が共振状態になって定在波を形成している状態においては、上記進行波と後退波とは同一強度である。このため、進行波と後退波のそれぞれによる回折は同じ強度で起こることになる。
そこで、これらの回折波同士の光の干渉を考えると、２つの回折波が同位相の場合には強めあい、外部への損失は強調されるが、２つの回折波が逆位相(位相差がπ）であれば回折光同士が打ち消しあうことになり、結果として外部への損失が低減されることになる。
【００１８】
しかしながら、導波路の長手方向ｙに沿った電界成分Eyと、ｙに垂直で且つ導波路面内にあるx方向に沿った電界成分Exを考えたときに、ExとEyの両方について、これらに基づく回折波の位相が進行波と後退波との間で逆となるような条件はなく、ExとEyのいずれか一方についてのみ回折波の位相が進行波と後退波との間で逆位相となりうるにすぎない。これは、導波モードにおいてはExとEyは常に位相がπ／２ずれているためである。
【００１９】
そこで、本発明者らは、ｘ，ｙ各方向の電界成分Ex、Eyのいずれか一方の大きさを無視できる程度に小さくなる導波モードを見つければ、他方の電界成分に基づく回折波の位相を逆位相とすることにより、回折波が打ち消し合うようにできると考えた。
本発明者らは、電界成分ExとEyのいずれか一方の大きさが無視できる程度に小さくなる導波モードを実現できる半導体クラッド型二次元フォトニック結晶線欠陥導波路からなる半導体レーザの設計を行うために、３次元ＦＤＴＤ(Finite Difference Time Domain：時間領域差分)法を用いた解析を行った。解析は、フォトニック結晶として空気円孔の三角格子配列(円孔間隔をａとする)を考え、図２に示すように、半導体コアとクラッドの一部まで円孔が形成された構造について行われた。
【００２０】
図２において、下部クラッド層１１と上部クラッド層１３の間には、バリア１２ｂに挟まれた量子井戸層１２ａ構造を有するコア層１２が形成されている。ここで、図１に示した円孔２は、上部クラッド層１３からコア層１２を貫通して下部クラッド層１１に達する深さに形成されている。
ここで、コア層１２の屈折率は３．４５、クラッド層１１，１３の屈折率は３．１７、空気の屈折率は１．００とする。また、コア層１２の厚みを１．３２ａとし、上部クラッド層６の厚みを１．３２ａとし、円孔２の深さは５．２５ａとする。
【００２１】
(1) 円孔半径ｒ＝０．３１５ａ, 導波路幅ｄ＝１．９５ａの場合の例
最初に、円孔半径ｒを０．３１５ａ、線欠陥導波路３両側の列の円孔２の中心間の距離で定義される導波路幅ｄを１．９５ａとしたフォトニック結晶線欠陥導波路構造の分散関係を解析した。図３は、この場合の導波路の分散関係を示したものである。
【００２２】
図３において、横軸は‘２π／ａ’で規格化されたｙ方向(導波路の長手方向)のBloch波数、縦軸は‘ｃ／ａ’で規格化された周波数である。ここで、cは光速である。
また、図３において、●印及び○印がフォトニック結晶線欠陥導波路３の導波モードを表し、□印は、線欠陥がないフォトニック結晶中のモードを参考のために示したものである。
【００２３】
図３に示すように、導波モードは複数存在するが、ここでは最低次の偶モードである図中●印で示された導波モードαに着目する。
図４は、導波モードαの分散曲線のうち、図３に破線の丸で示す点(ky Bloch＝０)に対応する波数を有する波について、進行波、後退波及びこれらの回折波の寄与が考慮された電界の波数成分の分布を、濃淡により表したものである。
【００２４】
ここで、図４において、ky＝０のほかにも、ky軸に垂直な方向に２π／ａおきに電界成分が現れているのは、フォトニック結晶の周期性に基づく回折波が存在することによるものである。
また、図４中の円は波数ｋ＝２πｆnclad/cを表しており(ncladはクラッド層の屈折率)、この円の内部に対応する波数を有するコア伝搬光は、クラッド伝搬光の波数ｋ＝２πｆnclad/cよりも小さい波数を有していることになるから、コア−クラッド界面で全反射を起こすことはないので、外部への回折損失となりうる。これに対し、円の外部に対応する波数を有するコア伝搬光は、クラッド伝搬光の波数ｋ＝２πｆnclad/cよりも大きな波数を有しているので、コア−クラッド界面で全反射し、従って、外部への損失となることはない。
【００２５】
そこで、図４においてｘ方向の電界成分Exについてみると、ky＝０の成分は存在しないことがわかる(図４(a)参照)。このことは、ky＝０の成分についていえば、進行波による面外回折波と後退波による面外回折波とが、位相が逆となっているため、面外回折が打ち消しあっていることを意味している。ky＝０以外の各Bloch成分は、すべて図４中の半径２πｆnclad/cの円の外であるから、これらは外部への損失となることはない。よって、この場合のｘ方向の電界成分Exは、損失には寄与しない。
【００２６】
しかしながら、y方向の電界成分Eyについてみると(図４(b)参照)、面外損失の要因となりうるEyのky=0成分がかなり大きく、波数ｋ＝２πｆnclad/cに対応する円の内部にも無視できない強度で存在しうることがわかる。そうすると、かかるｙ方向の電界成分Eyによる面外回折による損失が問題となる。図５は、ＦＤＴＤ法によって求められたｙ方向のブロッホ波数ky Bloch＝０付近の面外損失の大きさを示したものである。ここで、共振モードでの動作を考慮し、損失は時間的な減衰定数で表示した。
【００２７】
回折波の位相が進行波と後退波との間で逆位相になっていることにより損失が低減されるという効果が発現するとすれば、ブロッホ波数ky Bloch＝０においてその効果が顕著に現れると考えられるが、この導波モードでは、図５から理解されるように、損失(減衰定数)は、ブロッホ波数ky Bloch＝０近傍で平坦となっているので、そのような効果はあるとはいえない。すなわち、この場合、ブロッホ波数ky Bloch＝０においてｘ方向の電界成分Exについて進行波と後退波間で回折波の位相が逆となっていても、ｙ方向の電界Eyのky＝０成分の強度が強く、これが支配的に損失を決定しているので、面外回折の打ち消しによる損失低減の効果の発揮が妨げられているものと考えられる。
【００２８】
(２) 面外回折損失の低減のための基本的方策
ところで、フォトニック結晶中の線欠陥導波路３における導波モードは、一般に２種類の導波モードが混成して成っていると考えることができる。
すなわち、図３に示した導波モードαについていえば、この導波モードαの分散曲線のうち、横軸(２π／ａで規格化した、導波路長手方向(ｙ方向)のBloch波数 ky Blochの値が０に近い領域及び０．５に近い領域においてｙ方向のBloch波数ky Blochの変化に対して周波数変化が小さいのは、導波路長手方向に垂直な方向(ｘ方向)の波数成分kxが大きく、導波路長手方向(ｙ方向)の波数成分kyの変化が周波数の変化にあまり影響しないからである。この領域では、電界はｘ方向に進行と反射を繰り返しており、導波路のｘ方向端部ではフォトニックバンドギャップによる分布反射によって導波路に閉じ込められていると理解される。すなわち、この領域ではｘ方向におけるフォトニックバンドギャップによる光の閉じこめが支配的である。そして、ｘ方向へ進む平面波の電界は必ずy方向の成分を有するから、この領域においては、ｙ方向の電界成分Eyが大きい。
【００２９】
これに対し、図３において横軸の中央部の領域においてｙ方向のBloch波数 ky Blochの変化に対して周波数が直線的に変化し、その変化率が大きいのは、導波路長手方向に垂直な方向(ｘ方向)の波数成分kxが小さく、導波路長手方向(ｙ方向)の波数成分kyの変化が周波数の変化に直接影響するからである。この領域では、波の進行方向(±ｙ方向)に進む波数成分を大きく含んでおり、通常の光導波路で用いられる、いわゆる屈折率閉じこめにより支配されている。
このように、フォトニック結晶中の線欠陥導波路３において、フォトニックバンドギャップによる光閉じこめに対応する導波モードと、屈折率閉じこめによる導波モードとが混成して一つの導波モードを構成するメカニズムをさらに敷衍すると、次のようになる。
【００３０】
まず、フォトニック結晶中では、その周期性に基づいてフォトニックバンドギャップが現れる。フォトニックバンドギャップ外の許容帯における導波モードβについてみると、この導波モードβは、ｘ方向においてフォトニックバンドギャップによる分布反射を受けており、ｘ方向の波数成分kxが大きいので、図６に示したように、ｙ方向の波数成分kyの変化が周波数の変化にあまり影響しない。
【００３１】
次に、線状導波路における導波モードは、一般に図６中に符号γで表されるような直線で示される屈折率閉じ込めにより支配される。なお、導波路の周期性によって波数に対して右上がりの直線であったものが折り返されて右下がりとなる。
そして、フォトニック結晶に線欠陥を導入することによって線状欠陥導波路３を形成すると、無欠陥フォトニック結晶中にあった導波モードβと線状導波路によってフォトニックバンドギャップ内に許容されることとなった導波モードγとが、両者の交差部分付近で混成し、符合αで表されるような導波モードが生じる。
【００３２】
かくして、混成された導波モードαでは、導波路長手方向(ｙ方向)のBloch波数 ky Blochの値が０に近い領域及び０．５に近い領域においてはフォトニックバンドギャップによる分布反射による閉じ込めが支配的となり、それ以外の中央部の領域では、屈折率閉じ込めが支配的となるのである。そして、上記(１)に述べたように、ｘ方向の電界成分Exに基づく面外回折損失が小さいにもかかわらず、ｙ方向の電界成分Eyに基づく面外回折波による損失が大きいのは、動作点(ky Bloch ＝０)では、屈折率閉じ込めよりもフォトニックバンドギャップによる分布反射による閉じ込めが支配的であるところ、かかるフォトニックバンドギャップによる分布反射による閉じ込めにより閉じ込められている光は、ｙ方向の電界成分Eyが大きいという性質に起因したものであると考えられる。
以上のような認識に立ち、本発明者らは、動作点(ky Bloch ＝０)においても屈折閉じ込めにより光が閉じ込められるようにすることができれば、動作点(ky Bloch＝０)におけるｙ方向の電界成分Eyの大きさを小さくすることができ、電界成分Eyに基づく面外回折波による損失を低減することができるのではないか、と考えた。
【００３３】
(３) 本発明は、円孔半径ｒ≧０．３２５ａとすること
そこで、本発明者らは、図６において、無欠陥フォトニック結晶における導波モードβを高周波側(図６の縦軸上方)にシフトさせることができれば、無欠陥フォトニック結晶における導波モードβと線状導波路の導波モードγとの交差が解消し、両モードの混成が生じなくなる結果、動作点(ky Bloch＝０)においても屈折閉じ込めによる導波モードγを利用できるのではないか、と考え、かかる導波モードを生じるためのフォトニック結晶構造について鋭意検討を行った。
【００３４】
その結果、フォトニック結晶格子を構成する円孔の半径ｒを、フォトニック結晶の周期をａとして０．３２５ａ以上とすることにより、無欠陥フォトニック結晶における導波モードβと線状導波路の導波モードγとの交差が解消し、さらに好適には０．３５ａ以上であれば、無欠陥フォトニック結晶における導波モードβと線状導波路の導波モードγとの間の周波数差が十分大きくできることを見出した。すなわち、図７は、無欠陥のフォトニック結晶におけるフォトニックバンドギャップの上端周波数(図６中のｆＡ)と、フォトニック結晶中に形成された導波路幅（√３）ａの線状欠陥導波路(フォトニック結晶の空気ロッドを1列取り除いた導波路)の、動作点(ky Bloch＝０)における屈折率導波モードγの周波数(図６中のｆＢ)との差(ｆＡ−ｆＢ)を、円孔半径に対してプロットしたものである。図７において、横軸はフォトニック結晶の周期ａ で規格化した円孔半径ｒ、縦軸はｃ／ａで規格化された周波数差ｆＡ−ｆＢである。
【００３５】
図７で、縦軸の数値が負の領域、すなわち、円孔２の半径ｒが０．３２５ａ未満の領域では、導波モードβと線状導波路の導波モードγとの交差が起こっていることになる。しかし、円孔半径が０．３２５ａ以上の領域では、交差がなくなり、より好適には円孔半径が０．３５ａ以上の領域で、十分な周波数差が確保できることがわかる。
なお、ｒ≧０．５ａとすると、隣接する円孔２が接してしまうので、ｒ＜０．５ａでなければならないことはいうまでもない。
【００３６】
(４) 本発明の作用効果
かかる円孔半径を具備したフォトニック結晶線欠陥導波路では、円孔２の半径が０．３２５ａ以上、好ましくは０．３５ａ以上とされていることにより、無欠陥フォトニック結晶における導波モードβと線状導波路３の導波モードγとの交差が解消されている。このため、導波路の閉じ込めが屈折率閉じ込めに支配されることとなり、導波路の長手方向（ｙ方向)の電界成分Eyの大きさが小さくなる。
そして、本発明では、さらに、フォトニック結晶による導波路の長手方向における分布帰還が、二次の分布帰還となるようにフォトニック結晶の周期をａが設定されている。具体的には、真空中での光の波長をλ、半導体コア層の屈折率ｎと空孔の半径ｒ、線欠陥導波路を挟んで配列した空孔の中心間の距離として定義される導波路の幅ｄとで決まる導波路の実効屈折率をｎeffとしたとき、導波路中での光の波長はλ／neffで表されるから、２次の分布帰還が起こる条件は、導波路の周期性と光の導波路中での波長が等しいこと、すなわち、ａ＝λ／neffで表される。なお、本発明で用いる最低次の屈折率導波モードのneffは、通常２．８〜３．３である。
【００３７】
このように、フォトニック結晶による導波路の長手方向における分布帰還が、二次の分布帰還となるようにフォトニック結晶の周期がａに設定されている場合、導波路長手方向を互いに逆方向に進行する進行波と後退波とが、ともに同一の波数条件(ky＝０)で回折波を生ずる。かかる回折波の強度は、導波路の長手方向(ｙ方向)の電界強度Eyが非常に小さくされているので、実質上導波路の長手方向に垂直な方向(ｘ方向)の電界成分Exの寄与のみで決まるところ、導波路の長手方向に垂直な方向(ｘ方向)の成分Exに基づく回折波は進行波と後退波とで逆位相となって打ち消しあい、外部への損失とはならない。
よって、本発明によれば、半導体クラッド層を有して積層方向の屈折率差が十分とれないような構造であっても、面外回折損が抑えられた半導体レーザを提供することが可能である。
【００３８】
(５) 本発明の効果の検証
図８は、本発明の効果を確認するため、円孔半径ｒ＝０．３８ａ、導波路幅ｄ＝１．５３ａの場合について３次元ＦＤＴＤ法を用いて解析した導波路の分散関係を示す。図８において、横軸は‘２π/ａ’で規格化されたy方向(導波路の長手方向)のBloch波数、縦軸は‘ｃ／ａ’で規格化された周波数である。
また、図９は、この場合における波数成分の分布である。図９において、ky＝０のほかにも、ky軸に垂直な方向に２π/ａおきに電界成分が現れているのは、フォトニック結晶の周期性に基づく回折波が存在することによるものである。
【００３９】
図９からわかるように、導波路の長手方向に垂直な方向(ｘ方向)の電界Exのky＝０の成分は、(１)で解析したケースと同様、０である。また、図８からわかるように、本ケースでは、線欠陥導波路の導波モードは導波路の長手方向(ｙ方向)のBloch波数ky Bloch ＝０においても、屈折率閉じ込め性である。すなわち、分散曲線が波数の増大に対して直線的に減少する。なお、これはもともと波数に対して右上がりの直線であったものが、導波路の周期性によって折り返されて右下がりとなったものである。
このような屈折率閉じ込めのモードでは、図９(ｂ)に示されるように導波路の長手方向(ｙ方向)の電界Eyのky＝０成分は非常に小さくなっている。
【００４０】
図１０は、図８、図９の場合において、３次元ＦＤＴＤ法によって求められたkyBloch＝０付近の面外損失の大きさを示したものである。図１０から明らかなように、面外損失はkyBloch＝０付近で局所的に小さくなっており、(１)で検討した図５の場合と比較すると、ky Bloch＝０において２桁程度の損失低減が実現されている。このように、本発明に基づく面外損失の抑制は周波数(波長)軸上の非常に狭い領域でのみ起こる。
さらに様々な導波路幅について円孔半径を変化させたときの面外損失の大きさを調べた。図１１は面外損失の円孔半径依存性を示している。
【００４１】
図１１によれば、線欠陥導波路の幅(ｄ)が１．９４ａの場合は、円孔半径にかかわらず、損失低減は認められない。しかし、導波路の幅(ｄ)を１．８４ａとした場合においては、円孔半径の増大に伴って損失低減効果が得られるようになり、たとえば円孔半径が０．４ａの場合には、導波路の幅が１．９４ａの場合と比較して約一桁程度の低減がされている。また、図１１と図７とを併せて考察すると、導波路幅(ｄ)が１．８４ａ、１．７３（＝（√３）ａ）、１．６２ａ、１．５２ａの場合における損失低減の効果は、導波モードの交差が起こらなくなる円孔半径が０．３２５ａ以上の領域で特に顕著に現れるようになり、０．３５ａ以上の領域では、導波モード間の周波数差が大きく、十分な損失低減効果を発揮していることがわかる。また、導波路幅(ｄ)が１．７３ａ(＝（√３）ａ）以下の場合は、円孔半径が０．３２５ａ以上の領域における損失低減の効果が特に顕著である。
【００４２】
(6) 本発明の別の効果
動作点(ky Bloch ＝０)で局所的に面外損失を小さくできるという性質は、とりわけレーザのように単一の動作点で動作するデバイスでは、動作点(ky Bloch ＝０)での良好な特性が確保されるとともに、動作点以外の共振(ky ＝０以外の部分)については面外損失が相対的に大きいために閾値利得差が大きくなり、レーザ発振の単一縦モード性が強固になるという点で好適である。
【００４３】
すなわち、動作点(ky Bloch ＝０)以外の部分は(光がｙ方向、すなわち導波路の長手方向に伝搬し、端部で反射して共振を生じる)ファブリペローモードによる発振に対応するものであるところ、本発明では動作点(ky Bloch ＝０)以外の部分では面外回折による損失が大きいため、ファブリペローモードによる発振が抑えられるので、シングルモード発振を得ることが容易である。
また、一般にDFBレーザでは同一波数の動作点(ky Bloch ＝０)において、ストップバンドを挟んで低周波側と高周波側にそれぞれ導波モードが存在し、これらが競合してシングルモード性が損なわれるという問題があるところ、本発明では、低周波側の導波モードについてのみ面外回折による損失が低減されているため、低周波側の導波モードにて選択的に発振が起こる。この点からもシングルモード発振を得ることが容易である。
【００４４】
（第１の実施の形態）
図１２は、本発明の第１実施形態に係る半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
まず、図１２（ａ）に示すように、n-InP基板１０上に、下部クラッド層１１をなすn-InP層と、コア層１２をなすGaInAsP多重量子井戸（ＭＱＷ）１２ａ及びこのＭＱＷよりエネルギーバンドギャップが大きなGaInAsP分離閉じ込め層１２ｂと、上部クラッド層１３をなすp-InP層と、電極とのコンタクト層１４をなすp+-GaInAs層がこの順に積層されている。
【００４５】
コア層１２の厚さは０．６０μｍ、上部クラッド層１３の厚さは１．５０μｍ、コンタクト層１４の厚さは０．３０μｍである。GaInAsP多重量子井戸層１３ａのフォトルミネッセンスピークの波長は１．５５μｍである。
なお、本実施形態例では、コア層１２としてGaInAsP多重量子井戸１２ａ及びGaInAsP分離閉じ込め層１２ｂからなるものを示したが、バルク半導体からなるスラブ導波路であってもよい。
材料や波長は上記したものに限定されることはなく、また、化合物半導体全般をコア層およびクラッド層として用いることができ、発振波長も材料に応じて任意に設計可能である。
【００４６】
以上のような半導体層の積層構造はＭＯＣＶＤ（Metal OrganicChemical Vapor Deposition）やＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）のような半導体結晶成長に用いられる技術により成長される。
その成長の後に、図１２（ｂ）に示すように、二酸化シリコン、窒化シリコンなどの誘電体膜１５を形成し、続いて、誘電体膜１５上にレジスト（不図示）を塗布し、これを紫外線、電子線などにより露光し、さらに現像し、ついでレジストをマスクに使用して誘電体膜１５をエッチングして図１に示した円孔２を形成するための窓１５ａを形成し、その後にマスクを除去する。なお、窓１５ａが形成された誘電体膜１５はエッチング用マスクとして使用されるが、誘電体膜１５の代わりにレジストを用いてもよい。
さらに、図１２（ｃ）に示すように、誘電体膜１５をマスクに使用して、コンタクト層１５、上部クラッド層１３、コア層１２及び下部クラッド層１１をエッチングして円孔２を形成する。エッチングには、ＲＩＥ（Reactiv Ion Etching）やＩＣＰ−ＲＩＥ（Inductively Coupled Plasma RIE)を用いることができる。
円孔２を形成した後に、マスクを除去すると、図１３（ａ）の斜視図に示すような状態となる。
【００４７】
さらに、ＰＣＶＤ（Plasma CVD)などの方法により窒化シリコン（SiNx）を異方性成長させて誘電体層１６を形成する。これにより、誘電体層１６はコンタクト層１４を覆うとともに円孔２を上から塞ぐ。この後に、図１２（ｄ）に示すように、誘電体層１６の上にフォトレジスト１７を塗布し、これを露光、現像して線欠陥導波路３の直上に窓１７ａを形成する。続いて、窓１７ａを通してＲＩＥなどにより誘電体層１６をエッチングして開口１６ａを形成し、これにより線欠陥導波路３の直上にあるコンタクト層４を露出させる。この後に、図１２（ｅ）に示すように、レジスト１７を除去する。
【００４８】
さらに、図１２（ｆ）に示すように、電子線蒸着や抵抗加熱蒸着のような方法を用いて、Au/AuZnからなる第１電極１８を形成する。この第１電極１８は、誘電体層１６の開口１６ａを通してのみコンタクト層１４に接続される。なお、さらにそのAu/AuZnの上にTiPtAu、Auのような層を形成して電極を多層化してもよい。
その後に、電子線蒸着や抵抗加熱蒸着のような方法を用いて、基板１０の下面にAuGeNiからなる第２電極１９を形成する。
【００４９】
続いて、基板１０とその上下の層を劈開することにより導波路端面を形成する。そして、端面に低反射コート（不図示）を形成する。低反射コートは、ＰＣＶＤ(Plasma Chemical Vapor Deposition)やＥＣＲ(Electron Cyclotron Resonance)スパッタなどの一般的に半導体の端面コーティングに用いられている方法を利用することができる。
これにより形成された半導体レーザ２０は図１３（ｂ）に示すような斜視図となる。
以上のように積層構造に三角格子状の円孔２を複数配置することで２次元フォトニック結晶および線欠陥導波路が形成される。
【００５０】
フォトニック結晶導波路の設計は次のように行うことができる。
(i) まずフォトニック結晶の格子定数aに対する円孔の半径rを導波損失が低減できる範囲で適当に決定する。ここではｒ＝０．３７ａとした。
(ii)次に、導波路３の幅ｄは１．８３ａよりも小さい値に選ぶ。なお、小さい値に選択した方が、高次横モードの発生を防止できることができる点で有利である。ここでは１．５１ａとした。
【００５１】
(iii)これらの値を用いて、格子定数ａを基準とした単位系でＦＤＴＤ法のような数値解析法を用いて導波路の分散関係を求める。なお、ここでａが不定である限り積層構造の大きさが不定となるが、まずは適当な値を仮定して計算を行い、ａが決定された後で大きく誤差があるようならそのａを基準として積層構造を仮定しなおして再度計算を行えばよい。
図１４は上に示した構造に対する分散関係である。動作点は図中の円で示された点(kyBloch＝０)であるから、この点の周波数０．３４４ｃ／ａ(周波数軸の切片)が所望のレーザ発振周波数ｆ（＝ｃ／λ）になるようにａを決定する。ここでは、レーザ発振波長を１．５５μｍにするために格子定数ａを０．５３μｍとする。このａを用いれば円孔の半径はｒ＝０．３７ａ＝０．１９６μｍ、導波路幅ｄは、ｄ＝１．５１ａ＝０．８μｍとなる。
【００５２】
ここで、実効屈折率neffについて述べる。真空中での光の波長をλとした場合に、導波路中での光の波長はλ/neffで表される。このneffを用いると、２次の分布帰還が起こる条件は、導波路の周期性と光の導波路中での波長が等しいことから、ａ＝λ/neffで表される。一方で導波路のkyBloch＝０における実効屈折率neffは、前進波であるky＝２λ／ａの成分に着目すると、neff＝λky／２π＝cky／２πｆ＝c／ａｆで定義される。つまり、図１３の動作点周波数の数字の読み(周波数軸の切片:f/(c/a)）０．３４４は、実効屈折率の逆数（１／neff)に相当する。このことから、前記のように発振周波数からａを決定することとａ＝λ/neffからａを決定することは等価である。なお、本発明で用いる最低次の屈折率導波モードのneffは、通常２．８〜３．３である。
【００５３】
以上の構造では、コア層１２の上下に半導体クラッド層１１，１３が設けられているため、半導体クラッド層１１，１３を通じた電流注入が可能である。半導体クラッド層１１，１３は空気クラッドに比べて熱抵抗が低く、高い飽和パワーでの発振が可能である。
電極を通じてコンタクト層１４より注入される正孔と下部クラッド層１１より注入される電子がコア層１２中の多重量子井戸で結合することにより発光が起こる。既に述べた原理により、この構造は分布帰還形の光共振器として動作するため、レーザ発振が起こる。半導体クラッド層１１，１３の存在により空気クラッドに比べて熱抵抗が低く、高い飽和パワーでの発振が可能である。発振したレーザ光は線欠陥導波路３の端面より取り出すことができる。この構造では、導波路幅ｄを狭くすることにより、高次横モードの影響を押さえた動作が可能である。
【００５４】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施例として図２に示す構造を採用する。
即ち、本実施形態例は、第１実施形態の場合と比較して、上下の電極１８，１９がない点が異なっている。
本実施形態に係るレーザは、光励起で動作する。励起光源としては１．５５μｍより短波の固体レーザや半導体レーザを用いることができる。励起は積層構造に対して垂直な方向から行うことができる。励起光によって与えられたエネルギーによりコア層１２が発光する。既に述べた原理により、この構造は光共振器として動作するため、レーザ発振が起こる。発振したレーザ光は導波路の端面より取り出すことができる。
このレーザでは半導体をクラッドとして用いているために従来の空気クラッドのものに比べて熱抵抗が低く、結果として高いパワーまで飽和することなく使用することができる。
【００５５】
（第３の実施の形態）
図１５は、本発明に係る第３実施形態を示す半導体レーザの斜視図であり、図１３と同じ符号は同じ要素を示している。
図１５において、第１実施形態に示した半導体レーザ部２０を構成する基板１０上には、半導体レーザ部２０の出力端、即ち線欠陥導波路３の端の延長上にパッシブのハイメサ導波路をもつ外接導波路３０が集積されている。
【００５６】
外接導波路３０は、半導体レーザ部２０と同様に基板１上に略ストライプ構造に形成され、下部クラッド層３１と、コア層３２及び上部クラッド層３３が順に積層されている。コア層３２は、レーザ光に対して吸収が生じない材料、即ち半導体レーザ部２０のコア層１２と実質的に同じか又はそれ以上のエネルギーバンドギャップを有する材料、例えばGaInAsPから構成されている。また、下部クラッド層３１と上部クラッド層３３のそれぞれは、半導体レーザ部２０の下部クラッド層１１と上部クラッド層１３のそれぞれと同様な材料から構成されている。
【００５７】
ハイメサリッジ導波路の外接導波路３０の幅は、半導体レーザ部２０の線欠陥導波路３との接続部においては線欠陥導波路9とほぼ等しい例えば０．８μｍであり、その接続部から離れるに従って幅が漸次変化するスポットサイズ変換部３４を具備している。かかるスポットサイズ変換部３４により、その内部を伝搬するレーザ光は損失を受けることなく、レーザのスポット径が断熱的に変化する。スポットサイズ変換部３４からレーザ光出射端寄りにある外接導波路３０の導波路幅を１．５μｍ程度まで広げると、横方向のモード径は縦方向のモード径にほぼ近づくため、出射光の遠視野が狭くなり、レンズ等を用いた光ファイバへの結合効率が高くなる点で、好適である。
【００５８】
外接導波路３０において、例えば半導体レーザ部２０との接続部からスポットサイズ変換部３４までの長さは２μｍ、スポットサイズ変換部３４の長さは５μｍとした。
なお、スポットサイズ変換部３４の長さと変換効率の関係を示す図１６からわかるように、スポットサイズ変換部３４の長さを３μｍ以上とすると低損失でモード径を変化させることができる。スポットサイズ変換部の先には均一幅の導波路３５が形成されている。この部分の長さは適当でよく、劈開端面形成の位置精度を考慮して決定する。
【００５９】
次に、外接導波路３０を集積した半導体レーザ部２０の作製方法を簡単に説明する。
まず、n-InPからなる半導体基板１０上に、半導体レーザ部２０の下部クラッド層１１、３１となるn-InP層と、コア層１２となるGaInAsP多重量子井戸１２ａ及びGaInAsP分離閉じ込め層１２ｂと、上部クラッド層１３となるp-InP層と、コンタクト層１４となるp+-GaInAs層をＭＯＣＶＤやＭＢＥで成長する。
【００６０】
次に、半導体レーザ部２０を形成する領域の前方であって外接導波路部３０及びその周囲に相当する領域にあるコンタクト層１４、上部クラッド層１３及びコア層１２を、フォトリソグラフィーとＩＣＰ−ＲＩＥを用いて除去する。これにより、半導体レーザ部２０の端縁が定められる。
その後、突合せ接合成長法を用いて外接導波路部３０のコア層３２及び上部クラッド層３３を成長する。なお、成長に際して、コンタクト層１４が存在する領域をシリコン酸化膜、シリコン窒化膜等の誘電体膜で覆ってこの領域の成長を防止する。
【００６１】
続いて、半導体レーザ形成領域の積層構造に円孔２を形成し、同時に、その前の領域の外接導波路３０のパターンを形成する。この場合、電子線描画を用いたリソグラフィーによって作られたレジストパターン、あるいはそれを誘電体膜にエッチングで転写したものをマスクとして使用し、さらにマスクに覆われない領域をＩＣＰ−ＲＩＥエッチングを行って円孔２の形成と外接導波路３０を形成する。なお、エッチングにより形成された円孔２の深さと外接導波路３０の高さはほぼ同一となる。
【００６２】
円孔２を形成した半導体レーザ部２０の上に、ＰＣＶＤなどの方法を用いてSiNx膜を成膜する。この上にフォトリソグラフィーを用いてパターニングを行い、ＲＩＥで転写することで外接導波路３０と線欠陥導波路３の上の部分のみのSiNx膜を取り除く。
さらに、電子線蒸着や抵抗加熱蒸着のような方法を用いて上部電極１８、下部電極１９を形成する。上部電極１を形成する際には、フォトリソグラフィーによるリフトオフ工程を用いて半導体レーザ部２０部のみに上部電極１９を残す。
ついで、導波路端面を劈開により形成し、その端面に低反射コートを形成する。
【００６３】
（第４の実施の形態）
図１７は、本発明に係る半導体レーザの第３実施形態を示す斜視図であり、図１３と同じ符号は同じ要素を示している。
図１７において、第１実施形態に示した半導体レーザ部２０を構成する基板１０上には、半導体レーザ部２０の出力端の前にパッシブのフォトニック結晶光回路をもつパッシブフォトニック結晶部４０が集積されている。
【００６４】
パッシブフォトニック結晶部４０は、半導体レーザ部２０で発生するレーザ光を導波するコア層４２を有し、コア層４２以外の下部クラッド層１１、上部クラッド層４３の積層構造は半導体レーザ部２０の下部クラッド層１１、上部クラッド層１３と同様である。
下部クラッド層１１、上部クラッド層４３、コア層４２には、半導体レーザ部２０と同様に三角状格子を有する複数の円孔２ａが形成され、その中には、半導体レーザ部２０の線欠陥導波路３の延長上に第２の線欠陥導波路３ａが配置されている。パッシブフォトニック結晶部４０の線欠陥導波路３ａの幅や円孔２ａからなる格子定数は、半導体レーザ部２０のそれと同一としてもよいし、所望の光回路特性に応じて最適なものを任意に選択してもよい。
この構造では半導体レーザ部２０から出力されるレーザ光が直接にパッシブフォトニック結晶部４０の光回路に接続されており、フォトニック結晶光回路の様々な機能を利用可能である。
なお、この他、パッシブフォトニック結晶部４０には波長合波機能や光スイッチ機能を持ったものを接続することも可能である。
【００６５】
次に、パッシブフォトニック結晶部が集積された本実施例の半導体レーザの作製方法を簡単に説明する。
まず、半導体基板１０の上に、下部クラッド層１１、コア層１２、上部クラッド層１３及びコンタクト層１４をＭＯＣＶＤやＭＢＥなどで成長する。
次に、パッシブフォトニック結晶部４０に相当する領域のコンタクト層１４及び上部クラッド層１３、コア層１２をフォトリソグラフィー及びＩＣＰ−ＲＩＥを用いて除去する。
その後、突合せ接合成長法を用いてパッシブフォトニック結晶部４０のコア層４２および上部クラッド層４３を成長する。
【００６６】
このように層構造が形成された基板に、電子線描画を用いるリソグラフィーによって作られたレジストパターン、あるいはそのパターンを誘電体膜にエッチングで転写したものをマスクとして使用してＩＣＰ−ＲＩＥエッチングを行い、積層構造に円孔２，２ａを形成する。
次に、円孔２，２ａを形成した半導体レーザ部２０及びパッシブフォトニック結晶部４０の上に、ＰＣＶＤなどの方法を用いてSiNx膜を成膜する。この上にフォトリソグラフィーを用いてパターニングを行い、ＲＩＥで転写することで導波路３直上のSiNx膜を取り除く。なお、SiNx膜はパッシブフォトニック結晶部４０上に残されてもよい。
さらに、電子線蒸着や抵抗加熱蒸着のような方法を用いて上部電極１８、下部電極１９を順に形成する。この際、フォトリソグラフィーによるリフトオフ工程を用いて半導体レーザ部２０のみに上部電極１８を形成する。
なお、上記各実施形態例では、発振波長が１．５５μｍのものを示したが、他の発振波長とすることができることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】図１は、本発明に係る半導体レーザに使用されるフォトニック結晶と線欠陥の概要構成の例を示す平面図である。
【図２】図２は、本発明に係る半導体レーザに使用されるフォトニック結晶と線欠陥の概要構成の例を示す平面図である。
【図３】図３は、本発明に係る半導体レーザの導波路の分散関係の一例を示す図である。
【図４】図４は、本発明に係る半導体レーザの導波モードの分散曲線のうち図３に破線の丸で示す点に対応する波数を有する波について進行波、後退波及びこれらの回折波の寄与が考慮された電界の分布の一例を示す図である。
【図５】図５は、本発明に係る半導体レーザにおいてＦＤＴＤ法により求められたｙ方向のブロッホ波数付近の面外損失の大きさの一例を示す図である。
【図６】図６は、本発明に係る半導体レーザにおけるｙ方向の波数成分と周波数の関係の一例を示す図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態に係る半導体レーザにおいて、使用動作点とフォトニックバンドギャップ低周波数端との周波数差に対する円半径の関係の一例を示す図である。
【図８】図８は、本発明に係る半導体レーザにおいて、円半径と導波路幅を所定値にした場合の導波路の分散関係を示す図である。
【図９】図９は、図８の場合における端数成分の分布を示す図である。
【図１０】図１０は、図８、図９の場合において３次元ＦＤＴＦ法により求められた動作点付近の面外損失の大きさを示す図である。
【図１１】図１１は、本発明に係る半導体レーザについて、導波路幅をパラメータにして面外損失の円孔半径依存性を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の第１実施形態に係る半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【図１３】図１３は、本発明の第１実施形態に係る半導体レーザの製造工程を示す斜視図である。
【図１４】図１４は、本発明の第１実施形態に係る半導体の導波路の分散関係を示す図である。
【図１５】図１５は、本発明の第３実施形態に係る半導体レーザを示す斜視図である。
【図１６】図１６は、本発明の第３実施形態に係る半導体レーザにおける外接導波路の長さと変換効率の関係を示す図である。
【図１７】図１７は、本発明の第４実施形態に係る半導体レーザを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６８】
１：半導体層
２：円孔
３：線欠陥導波路
１０：半導体基板
１１：下部クラッド層
１２：コア層
１２ａ：多重量子井戸
１２ｂ：障壁層
１３：上部クラッド層
１４：コンタクト層
１６：誘電体膜
１８：上部電極
１９：下部電極
２０：半導体レーザ部
３０：外接導波路
３１：下部クラッド層
３２：コア層
３３：上部クラッド層
３４：スポットサイズ変換部
４０：パッシブフォトニック結晶部
【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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