(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも光合流器と半導体光増幅器を集積した半導体光素子において、前記光合流器と前記半導体光増幅器の間に、基本モード光を透過するとともに、少なくとも１次モード光の伝播を阻止するモードフィルタを設け、且つ、前記半導体光増幅器の幅が、１次モードのカットオフ幅より広く、２次モードのカットオフ幅より狭いことを特徴とする半導体光素子。
【請求項２】
上記モードフィルタとして、４×４多モード干渉導波路の特性を有する１×３構造の導波路であって、出力側導波路は、入力側導波路と同じ幅を有する中央導波路と、前記中央導波路の半分の幅を有する両側の側部導波路によって構成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体光素子。
【請求項３】
上記モードフィルタとして、長さが１００μｍ以上のシングルモード導波路を用いたことを特徴とする請求項１記載の半導体光素子。
【請求項４】
上記光合流器の半導体光増幅器と対向する側の反対側に、半導体レーザアレイ、及び、前記半導体レーザアレイと前記光合流器を結合する接続用導波路アレイを集積したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体光素子に関するものであり、特に、高速・大容量の信号を伝送する波長多重通信システムにおいて光源として用いる半導体光素子において良好な出力フィールドと高出力、高信頼性とを同時に実現するためのモードフィルタの構成に特徴のある半導体光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の通信需要の飛躍的な増大に伴い、波長の異なる複数の信号光を多重化することで一本の光ファイバで大容量伝送が可能となる波長多重通信（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｔｉｐｌｅｘ）システムの開発が進んでいる。
【０００３】
このような波長多重通信システムにおいて、広い波長選択範囲を実現する光源がシステムを構築する上で強く求められており、ここに光半導体素子を用いることは小型化、低コスト化に繋がり非常に有効である。
【０００４】
従来、この様な波長可変レーザとして、ＤＦＢレーザダイオードアレイ、光合流器、半導体光増幅器（ＳＯＡ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ＯｐｔｉｃａｌＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）をモノリシックに集積したアレイ集積型波長可変レーザが提案されているので、図１１を参照して説明する。
【０００５】
図１１参照
図１１は、従来のアレイ集積型波長可変レーザの概略的斜視図であり、半導体基板上６１上に、回折格子６３の周期が互いに異なるＤＦＢレーザを集積したＤＦＢレーザアレイ６２、ＤＦＢレーザアレイ６２からの光出力を多モード干渉型（ＭＭＩ型）の光合流器６５に導く接続導波路アレイ６４、光合流器６５からの出力を半導体光増幅器６７に導く出力導波路６６から構成されている。
【０００６】
このアレイ集積型波長可変レーザにおいては、ＤＦＢレーザアレイ６２の内の一つのＤＦＢレーザを駆動し、ＤＦＢレーザから出射されたレーザ光は、光合流器６５によって1 つの出力導波路６６に光結合される。
この時、光合流器６５で生じる損失を補償するため、出射端側に半導体光増幅器６７を設けて光増幅している。
【０００７】
一般に、光導波路では、その幅が広いと横高次モードが発生し、出力フィールドの乱れなどが見られるため、アレイ集積型波長可変レーザにおいては、半導体光増幅器６７の導波路幅を1 次モードがカットオフになる幅より狭くして、半導体光増幅器６７における横高次モードの発生を抑制している。
【０００８】
しかし、上記のアレイ集積型波長可変レーザにおいて、光出力、信頼性の観点から半導体光増幅器の導波路幅が広いものが望ましいので、この事情を図１２及び図１３を参照して説明する。
【０００９】
図１２参照
図１２は、アレイ集積型波長可変レーザの光出力の半導体光増幅器の導波路幅依存性の説明図であり、半導体光増幅器の導波路幅がある程度広いほど飽和光出力、利得が大きくなることが理解される。
【００１０】
図１３参照
図１３は、アレイ集積型波長可変レーザの半導体光増幅器の電流密度の半導体光増幅器の導波路幅依存性の説明図であり、同じ光出力を得るための電流密度は、導波路幅が広いほうが小さくなることが理解される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のように飽和光出力、利得を大きくするために、半導体光増幅器の導波路幅を広くした場合、横高次モードが生じる可能性があり、特に、光合流器の出射端側に導波路幅の広い半導体光増幅器を集積した場合は、ＤＦＢレーザアレイから出射された光が光合流器を通過する際に光合流器出射端において発生する横高次モードが、半導体光増幅器に伝搬し、その結果、光半導体増幅器において横高次モードが顕著に発生し、半導体光増幅器の出射端における光の出力フィールドの悪化が見られるという問題があるので、この事情を図１４及び図１５を参照して説明する。
【００１２】
図１４参照
図１４は、アレイ集積型波長可変レーザの光合流器出射端における光強度分布図であり、光合流器出射端において横高次モードは発生しており、この光が幅２．０μｍの導波路に伝播した場合に、その導波路において１次モードが生じることが理解される。
【００１３】
図１５（ａ）参照
図１５（ａ）は、導波路幅が１．６μｍの場合の水平方向出力フィールドを示す図であり、０次モード、即ち、基本モードが増幅されて出力されていることが理解される。
【００１４】
図１５（ｂ）参照
図１５（ｂ）は、導波路幅が２．０μｍの場合の水平方向出力フィールドを示す図であり、０次モードと１次モードが混合した状態で増幅されて出力されていることが理解される。
この様に０次モードと１次モードが混合して増幅されると、光ファイバとの光結合効率を低下させることになる。
【００１５】
したがって、従来においては、上述の様に、半導体光増幅器の導波路幅を１次モードがカットオフになる幅より狭く、例えば、１．６μｍ以下にせざるを得ず、そうすると、半導体光増幅器の改善による波長可変レーザの高光出力化、信頼性の改善が実現できないという問題に直面していた。
【００１６】
したがって、本発明は、基本モードを保った状態で波長可変レーザの高光出力化、信頼性の改善を実現することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
図１は、本発明の原理的構成の説明図であり、ここで、図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
上記の課題を解決するために、本発明は、半導体光素子において、少なくとも光合流器８と半導体光増幅器７を集積した半導体光素子において、前記光合流器８と前記半導体光増幅器７の間に、基本モード光を透過するとともに、少なくとも１次モード光の伝播を阻止するモードフィルタ１を設け、且つ、半導体光増幅器７の幅が、１次モードのカットオフ幅より広く、２次モードのカットオフ幅より狭いことを特徴とする。
【００１８】
上述の特性を有するモードフィルタ１を用いることにより、基本モード光のみが出力側導波路３の中央導波路４に伝播し、1 次モード光は両側の側部導波路５，６に伝搬するので、光合流器８において発生した横１次モード光は取り除かれ、また、反射戻り光が素子特性を劣化させない程度に十分に小さくしているので、安定した動作特性を得ることができる。
【００１９】
したがって、中央導波路４を半導体光増幅器７に結合すれば、半導体光増幅器７には横１次モード光が取り除かれた光が伝播することになり、半導体光増幅器７の飽和光出力、利得を増加させ、かつ、半導体光増幅器７へ注入する電流密度を減少させることができる。
【００２０】
例えば、導波路幅が２．０μｍの半導体光増幅器７を用いた場合、１．２μｍ幅の場合に比べて、アレイ集積型波長可変レーザの最大光出力を１．２５倍にすることができ、また、同光出力における電流密度を比較すると、導波路幅が２．０μｍの半導体光増幅器７では、１．２μｍ幅の場合と比較して少なくとも３／５以下になるため、半導体光増幅器７の信頼性の向上も実現できる。
【００２１】
また、半導体光増幅器７の幅を１次モードのカットオフ幅より広く、且つ、２次モードのカットオフ幅より狭くしているため、１次モードはモードフィルタ１によって除去されているので半導体光増幅器７で増幅されることはなく、また、２次モードは半導体光増幅器７でカットオフされるのでやはり増幅されることはない。
【００２２】
また、モードフィルタ１としては、４×４多モード干渉導波路の特性を有する１×３構造の導波路であって、出力側導波路３は、入力側導波路２と同じ幅を有する中央導波路４と、前記中央導波路４の半分の幅を有する両側の側部導波路５，６によって構成されるモードフィルタが好適である。
【００２３】
この場合、出射端面における横１次モード光の不所望な反射を防止して、入射側への戻り光を抑制するためには、中央導波路４と両側の側部導波路５，６との間隔を出射端面に向かうほど広くすることが望ましい。
【００２４】
また、モードフィルタ１の入力側に設ける入力側導波路２の導波路幅或いは出力側に設ける出力側導波路３の導波路幅は、１次モードのカットオフ幅より狭くしても良い。
【００２５】
その場合、入力側導波路２と出力側導波路３のモードフィルタ本体部との接続部においては同じ幅であった方が設計上望ましいので、入力側導波路２或いは出力導波路３を１次モードのカットオフ幅より狭い直線導波路部と、半導体光増幅器７と同と同じ幅へ移行するテーパ導波路部とにより構成することが望ましい。
【００２６】
また、出射端面における不所望な反射光をより確実に除去するために、側部導波路５，６の出射端部に、光吸収体を設けることが望ましい。
【００２７】
また、モードフィルタ１としては、シングルモード導波路を用いても良く、その場合には、高次モード光は導波路内を伝播せず放射されてしまうため、長さを十分長く、例えば、１００μｍ以上にすることによって、高次モード光を除去することができる。
【００２８】
この場合、シングルモード導波路と半導体光増幅器７との接続部にテーパ導波路部を挿入することが望ましい。
なお、シングルモード導波路では高次モード光は放射されるため、導波路に結合する反射光は少なくなる。
【００２９】
また、光合流器８の半導体光増幅器７と対向する側の反対側に、半導体レーザアレイ９、及び、半導体レーザアレイ９と光合流器８を結合する接続用導波路アレイ１０を集積することによって、光源と増幅器とが一体になったアレイ集積型波長可変レーザを構成することができる。
【００３０】
また、光合流器８としては、多モード干渉導波路型光合流器、テーパ状導波路型光合流器、或いは、スターカプラ型光合流器のいずれを用いても良いものである。
即ち、どのような光合流器８を用いても、その出射端において光強度分布が乱れ、高次モード光が発生することから、高次モード光の影響を取り除く本発明は、光合流器８の種類を問わず効果がある。
【００３１】
【発明の実施の形態】
ここで、図２乃至図４を参照して、本発明の第１の実施の形態のアレイ集積型波長可変レーザを説明するが、全体の外観は上記の図１に示した通りであるので、ここでは平面図と断面図によって説明する。
図２参照
図２は、本発明の第１の実施の形態のアレイ集積型波長可変レーザの概略的平面図であり、互いに発振波長の異なる複数のＤＦＢレーザを並列に配置したＤＦＢレーザアレイ１１、ＤＦＢレーザアレイ１１からの光出力を多モード干渉型（ＭＭＩ型）の光合流器１３に導く接続導波路アレイ１２、光合流器１３からの出力光を長さが、例えば、６００μｍで、幅Ｗsoa が２．０μｍの半導体光増幅器１７に導くモードフィルタ１４から構成されており、出射端面には反射防止膜２０が設けられている。
【００３２】
なお、図においては、ＤＦＢレーザアレイ１１を８本のλ／４シフト型ＤＦＢレーザから構成されており、各々の共振器長は、例えば、３００μｍであり、また、ストライプ幅は、例えば、１．４μｍであるが、８本は単なる一例であり、８本に特別の意味はない。
【００３３】
この場合、モードフィルタ１４は、モードフィルタ１４の本体部が、例えば、幅Ｗmf＝９μｍ、長さＬmf＝１００μｍの４×４多モード干渉型モードフィルタの特性を有する１×３型で構成され、入力側導波路１５の幅は、半導体光増幅器１７の幅と等しく、横１次モードのカットオフ幅より広く、且つ、横２次モードのカットオフ幅より狭く、例えば、２．０μｍで、長さは、例えば、１００μｍである。
【００３４】
一方、出力側の導波路は、幅が半導体光増幅器１７の幅Ｗsoa と同じ幅、例えば、２．０μｍで、半導体光増幅器１７に結合する中央導波路１６、及び、幅が、Ｗsoa ／２＝１．０μｍの２本の側部導波路１８，１９から構成される。
【００３５】
この時、中央導波路１６の両側に設けた側部導波路１８，１９は、出射端面に向かうに連れて、中央導波路１６との間隔が広くなるように形成するとともに、出射端面まで延在させる。
この様な構成によって、側部導波路１８，１９を伝播する横１次モード光は、反射防止膜２０の作用と相まって出射端面で反射することなく、素子外部に放出される。
【００３６】
次に、図３を参照して、本発明の第１のアレイ集積型波長可変レーザの製造工程を説明するが、図３（ａ）は図２におけるＡ−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った半導体光増幅器１７の概略的断面図であり、また、図３（ｂ）は図２におけるＢ−Ｂ′を結ぶ一点鎖線に沿った入力側導波路１５の概略的断面図である。
なお、ＤＦＢレーザアレイ１１の積層構造は図３（ａ）に示す構造と基本的に同様であり、また、接続導波路１２、光合流器１３、モードフィルタ１４、中央導波路１６、及び、側部導波路１８，１９の積層構造は図３（ｂ）に示す構造と基本的に同様である。
【００３７】
図３（ａ）参照
まず、ｎ型ＩｎＰ基板２１上に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて、下部クラッド層を兼ねるｎ型ＩｎＰバッファ層２２を堆積させたのち、ＤＦＢレーザアレイを形成する領域に、互いに周期異なる回折格子を各ＤＦＢレーザに対応するように島状に並列に形成する。
【００３８】
次いで、再び、ＭＯＣＶＤ法を用いて全面に、厚さが、例えば、５０ｎｍで、ＰＬ（フォトルミネッセンス）波長が１．１５μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ（Ｓｅｐａｒａｔｅ  Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）層２３、ＭＱＷ活性層２４、厚さが、例えば、５０ｎｍで、ＰＬ波長が１．１５μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層２５、及び、ｐ型ＩｎＰ層２６を順次堆積させる。
【００３９】
次いで、ＳｉＯ2 膜を堆積させたのち、ＤＦＢレーザアレイ１１全体に対応する幅広パターン及び半導体光増幅器１７に対応するとともに、半導体光増幅器１７より若干幅広のパターンにパターニングしてＳｉＯ2 マスク（図示を省略）とし、このＳｉＯ2 マスクをマスクとしてエッチングすることによって、ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層２３までを除去してｎ型ＩｎＰバッファ層２２を露出させる。
【００４０】
図３（ｂ）参照
次いで、ＳｉＯ2 マスクをそのまま選択成長マスクとして利用して、再び、ＭＯＣＶＤ法を用いて、厚さが、例えば、２００ｎｍでＰＬ波長が１．３μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰコア層２７及びｉ型ＩｎＰ層２８を順次選択的に堆積させる。
なお、この場合のＭＱＷ活性層２４は、ギャップ波長λg が使用する波長範囲に適した組成で、厚さが、例えば、１０ｎｍのｉ型ＩｎＧａＡｓＰバリア層と、ギャップ波長λg が使用する波長範囲に適した組成で、厚さが、例えば、５．１ｎｍのｉ型ＩｎＧａＡｓＰ井戸層とをｉ型ＩｎＧａＡｓＰ井戸層が６層になるように交互に成長させたものである。
【００４１】
次いで、ＳｉＯ2 マスクを除去したのち、新たにＳｉＯ2 膜を堆積させ、図２に示したＤＦＢレーザアレイ１１、接続導波路アレイ１２、光合流器１３、入力側導波路１５、モードフィルタ１４、中央導波路１６、半導体光増幅器１７、及び、側部導波路１８，１９に対応するパターンにパターニングしてＳｉＯ2 マスク（図示を省略）とし、このＳｉＯ2 マスクをマスクとしてエッチングすることによって、メサ構造を形成するとともにｎ型ＩｎＰバッファ層２２を再び露出させる。
【００４２】
次いで、再び、ＳｉＯ2 マスクをそのまま選択成長マスクとして利用してＭＯＣＶＤ法によって、厚さが、例えば、１．５μｍのｐ型ＩｎＰ埋込層２９及びｎ型ＩｎＰ電流ブロッキング層３０を順次選択的に成長させてメサ側部を埋め込む。
【００４３】
次いで、ＳｉＯ2 膜を除去したのち、ＭＯＣＶＤ法を用いて全面に、厚さが、例えば、２．０μｍｐ型ＩｎＰクラッド層３１及び厚さが、例えば、０．５μｍのｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層３２を順次堆積させる。
【００４４】
次いで、全面に厚さが、例えば、０．４μｍのＳｉＯ2 膜を形成したのち、各ＤＦＢレーザ及び半導体光増幅器１７に対応する開口部を形成してＳｉＯ2 保護膜３３とし、全面にＡｕＺｎ／Ａｕからなる２層導電膜を堆積させたのち各ＤＦＢレーザ及び半導体光増幅器１７に対応する形状にパターニングすることによってｐ側電極３４を形成する。
一方、ｎ型ＩｎＰ基板２１の裏面には、ＡｕＳｎ／Ａｕからなる２層構造のｎ側電極３５を形成する。
【００４５】
最後に、劈開によって所定の大きさに素子分割したのち、各ＤＦＢレーザ及び半導体光増幅器１７のｐ側電極３４に通電用のワイヤをボンディングするとともに、出射端面に２層ＡＲ膜をコートして反射防止膜２０を形成することによってアレイ集積化波長可変レーザの基本構成が完成する。
【００４６】
次に、図４を参照して、本発明の第１の実施の形態に用いる４×４多モード干渉型モードフィルタ特性を有する１×３型のモードフィルタ１４のモードフィルタ原理を説明する。
図４参照
モードフィルタ１４は、１本の入射側導波路１５と、入射側導波路１５と同じ幅の中央導波路１６及び幅が中央導波路１６の半分の幅の２本の側部導波路１８，１９からなる出力側導波路と結合して１×３型になっている。
【００４７】
しかし、入力側においては、仮想的に４本の導波路ＷＧin1 ，導波路ＷＧin2 ，導波路ＷＧin3 ，導波路ＷＧin3 から構成され、中央の２本の導波路ＷＧin2 及び導波路ＷＧin3 が結合して、光合流器１３からの出力光をモードフィルタ１４の本体部に導く入力側導波路１５を構成していると考えることができる。
【００４８】
一方、出力側においても、仮想的に４本の導波路ＷＧout1，ＷＧout2，ＷＧout3，ＷＧout4から構成され、中央の２本の導波路ＷＧout2及び導波路ＷＧout3が結合して１本の中央導波路１６を構成し、両側のＷＧout1及び導波路ＷＧout4は、夫々側部導波路１８，１９を構成していると考えることができる。
【００４９】
この様なモードフィルタ１４において、モードフィルタ１４の長さＬmfを、入力側導波路１５から入射される実線で示す基本モードのみが中央導波路１６に伝播し、且つ、入力側導波路１５から入射される破線で示す１次モードが両側の側部導波路１８，１９に伝播する長さに設定することによって、基本モードのみを半導体光増幅器１７に導くモードフィルタとすることができる。
【００５０】
この様に、本発明の第１の実施の形態においては、基本モード光のみを出力側導波路の中央導波路１６に伝播するモードフィルタ１４を用いているので、1 次モード光は両側の側部導波路１８，１９に伝搬して、光合流器８において発生した１次モード光は取り除かれ、出射端面の水平方向出力フィールドが悪化することがなく、光ファイバ（図示を省略）との光結合効率が向上する。
【００５１】
また、中央導波路１６及び半導体光増幅器１７の幅を、１次モードのカットオフ幅より広く、且つ、２次モードのカットオフ幅より狭くしているので、半導体光増幅器１７の飽和光出力、利得を増加させ、かつ、半導体光増幅器１７へ注入する電流密度を減少させることができ、それによって、信頼性を向上することができる。
【００５２】
因に、上述のように、導波路幅Ｗsoa が２．０μｍの半導体光増幅器１７を用いた場合、１．２μｍ幅の場合に比べて、アレイ集積型波長可変レーザの最大光出力を１．２５倍にすることができ、また、同光出力における電流密度を比較すると、導波路幅Ｗsoa が２．０μｍの半導体光増幅器１７では、１．２μｍ幅の場合と比較して少なくとも３／５以下になる。
【００５３】
また、両側の側部導波路１８，１９は、出射端面まで延在させるとともに、出射端面に向かって中央導波路１６との間隔が徐々に広くなるように形成しているので、側部導波路１８，１９の光軸と出射端面とが垂直に交わることはなく、それによって、反射防止膜２０の作用と相まって１次モード光は反射して戻り光になることがない。
【００５４】
次に、図５を参照して、本発明の第２実施の形態のアレイ集積型波長可変レーザを説明するが、光吸収体を設けた以外は、上記の第１の実施の形態と全く同様であるので、配置構成のみを説明する。
図５参照
図５は、本発明の第２実施の形態のアレイ集積型波長可変レーザの概略的平面図であり、互いに発振波長の異なる複数のＤＦＢレーザを並列に配置したＤＦＢレーザアレイ１１、ＤＦＢレーザアレイ１１からの光出力をＭＭＩ型の光合流器１３に導く接続導波路アレイ１２、光合流器１３からの出力光を長さが、例えば、６００μｍで、幅Ｗsoa が２．０μｍの半導体光増幅器１７に導くモードフィルタ１４から構成されており、出射端面には反射防止膜２０が設けられている。
【００５５】
この第２の実施の形態においては、両側の側部導波路１８，１９の先端部には、１次モード光を吸収する光吸収体４１，４２を設けたもので、この光吸収体４１，４２は、半導体光増幅器１７と同じ成膜工程で、同じ層構造で形成する。
【００５６】
この場合、半導体光増幅器１７においては電流を注入しているのでレーザ光を増幅するが、この光吸収体４１，４２においてはｐ側電極を設けないので電流が注入されず、したがって、光吸収体４１，４２のＭＱＷ活性層部において１次モード光が吸収されることになる。
【００５７】
この様に、本発明の第２の実施の形態においては、側部導波路１８，１９の先端部には、１次モード光を吸収する光吸収体４１，４２を設けているので、側部導波路１８，１９を伝播する1 次モード光を効率的に除去することが可能になる。
【００５８】
次に、図６を参照して、本発明の第３実施の形態のアレイ集積型波長可変レーザを説明するが、モードフィルタとしてシングルモードフィルタを用いた以外は、上記の第１の実施の形態と全く同様であるので、配置構成のみを説明する。
図６参照
図６は、本発明の第３実施の形態のアレイ集積型波長可変レーザの概略的平面図であり、互いに発振波長の異なる複数のＤＦＢレーザを並列に配置したＤＦＢレーザアレイ１１、ＤＦＢレーザアレイ１１からの光出力をＭＭＩ型の光合流器１３に導く接続導波路アレイ１２、光合流器１３からの出力光を半導体光増幅器１７に導く長さＬmfが１００μｍ以上、例えば、３００μｍで、幅Ｗmfが１．０μｍの直線導波路部４４と長さが、例えば、２０μｍのテーパ導波路部４５とからなるシングルモード導波路型のモードフィルタ４３から構成されており、出射端面には反射防止膜２０が設けられている。
【００５９】
このモードフィルタ４３においては、直線導波路部４４の幅Ｗmfが、１．０μｍと１モードをカットオフする幅であるので、直線導波路部４４内を伝播する高次モードは導波路内を伝播せず放射されてしまうため、長さＬmfを十分長く、例えば、１００μｍ以上にすることによって、高次モード光を除去することができる。
【００６０】
この場合、直線導波路部４４と半導体光増幅器１７との間をテーパ導波路部４５によってスムーズに結合させているので、結合部において反射が生ずることがなく、また、シングルモード導波路では高次モード光は放射されるため、導波路に結合する反射光は少なくなる。
【００６１】
次に、図７を参照して、本発明の第４実施の形態のアレイ集積型波長可変レーザを説明するが、モードフィルタに接続する入力側導波路の構造以外は、上記の第１の実施の形態と全く同様であるので、モードフィルタ近傍の配置構成のみを図示した。
図７参照
図７は、本発明の第４実施の形態のアレイ集積型波長可変レーザの概略的要部平面図であり、ＭＭＩ型の光合流器１３と１×３型のモードフィルタ１４との間に設ける入力側導波路４６を、幅Ｗinが、例えば、１．６μｍの直線導波路部４７と、１．６μｍの幅を２．０μｍまで拡げるテーパ導波路部４８とによって構成したものである。
【００６２】
一般に、入力側導波路４６と中央導波路１６のモードフィルタ１４との結合部における幅は、伝播モード特性を決定する設計上の問題で同じ幅にすることが望ましいが、モードフィルタ１４の前後の光導波路全体の幅を同じにする必要はなく、入力側導波路４６を狭くした場合には、テーパ導波路部４８を設けることによって、半導体光増幅器１７との幅の整合性を取ることができる。
【００６３】
この本発明の第４の実施の形態においては、入力側導波路４６の直線導波路部４７の幅を１．６μｍ、即ち、１次モードをカットオフする幅にしているので、高次モード光をより効率的に除去することができる。
【００６４】
次に、図８を参照して、本発明の第５実施の形態のアレイ集積型波長可変レーザを説明するが、モードフィルタに接続する出力側導波路の構造以外は、上記の第１の実施の形態と全く同様であるので、モードフィルタ近傍の配置構成のみを図示した。
図８参照
図８は、本発明の第５実施の形態のアレイ集積型波長可変レーザの概略的要部平面図であり、１×３型のモードフィルタ１４と半導体光増幅器の間に設ける中央導波路４９を、幅が、例えば、１．６μｍの直線導波路部５０と、１．６μｍの幅を２．０μｍまで拡げるテーパ導波路部５１とによって構成したものである。
【００６５】
この本発明の第５の実施の形態においては、出力側導波路を構成する中央導波路４９の直線導波路部５０の幅を１．６μｍ、即ち、１次モードをカットオフする幅にしているので、高次モード光をより効率的に除去することができる。
【００６６】
次に、図９を参照して、本発明の第６実施の形態のアレイ集積型波長可変レーザを説明するが、光合流器としてテーパ導波路型光合流器を用いた以外は、上記の第１の実施の形態と全く同様であるので、配置構成のみを説明する。
図９参照
図９は、本発明の第６実施の形態のアレイ集積型波長可変レーザの概略的平面図であり、互いに発振波長の異なる複数のＤＦＢレーザを並列に配置したＤＦＢレーザアレイ１１、ＤＦＢレーザアレイ１１からの光出力をテーパ導波路型光合流器５３に導く接続導波路アレイ１２、テーパ導波路型光合流器５３からの出力光を１×３型のモードフィルタ１４に導く入力側導波路１５、モードフィルタ１４からの基本モード光の半導体光増幅器１７に導く中央導波路１６、中央導波路１６の両側に設けられ１次モード光を伝播して外部に放出する側部導波路１８，１９によって構成されており、出射端面には反射防止膜２０が設けられている。
【００６７】
この第６の実施の形態においては、光合流器として、テーパ導波路型光合流器５３を用いているので、光合流器の素子長さをＭＭＩ型光合流器に比べて短くすることができ、それによって、アレイ集積型波長可変レーザの長さを短く、小型化することができる。
【００６８】
次に、図１０を参照して、本発明の第７実施の形態のアレイ集積型波長可変レーザを説明するが、光合流器としてスターカプラ型光合流器を用いた以外は、上記の第１の実施の形態と全く同様であるので、配置構成のみを説明する。
図１０参照
図１０は、本発明の第７実施の形態のアレイ集積型波長可変レーザの概略的平面図であり、互いに発振波長の異なる複数のＤＦＢレーザを並列に配置したＤＦＢレーザアレイ５４、ＤＦＢレーザアレイ５４からの光出力をスターカプラ型光合流器５６に導く接続導波路アレイ５５、スターカプラ型光合流器５６からの出力光を１×３型のモードフィルタ１４に導く入力側導波路１５、モードフィルタ１４からの基本モード光の半導体光増幅器１７に導く中央導波路１６、中央導波路１６の両側に設けられ１次モード光を伝播して外部に放出する側部導波路１８，１９によって構成されており、出射端面には反射防止膜２０が設けられている。
【００６９】
このスターカプラ型光合流器５６においては、ガウス型の光強度分布を考慮して外側へ行くほど接続導波路アレイの各導波路の幅を太くしており、それに併せてＤＦＢレーザの幅も太くしている。
【００７０】
この第７の実施の形態のように、スターカプラ型光結合器を光合流器として用いてもＭＭＩ型光結合器やテーパ導波路型結合器と同様の作用効果を得ることができる。
【００７１】
即ち、半導体光増幅器１７に入射したレーザ光をスターカプラ型光合流器５６によって８本に均一なレーザ光に分岐させ、各ＤＦＢレーザに入力させることができ、各ＤＦＢレーザの発振波長に合致したＤＦＢレーザにおいてのみレーザ光を増幅することができ、それによって、光ファイバ中を長距離伝播することによって、波長範囲が広がったレーザ光の単色性を高めることができる。
【００７２】
以上、本発明の各実施の形態を説明してきたが、本発明は各実施の形態に記載した構成に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記第４乃至第７の実施の形態においては、側部導波路を出射端面まで延在させているが、上記の第２の実施の形態と同様に側部導波路の先端部に光吸収体を設けても良いものである。
【００７３】
また、上記第４乃至第５の実施の形態においては、光合流器としてＭＭＩ型の光合流器を用いているが、上記の第６或いは第７の実施の形態と同様に、テーパ導波路型光合流器或いはスターカプラ型光合流器を用いても良いものである。
【００７４】
また、上記の各実施の形態においては、全体構成を１．５５μｍ帯のアレイ集積型波長可変レーザとして説明しているが、ＭＱＷ活性層及びＳＣＨ層の組成を変化させることによって、１．３μｍ帯のアレイ集積型波長可変レーザとしても良いものである。
【００７５】
さらには、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系に限られるものではなく、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系等の他のIII-Ｖ族化合物半導体、或いは、量子井戸構造におけるサブバンド間遷移を利用したナイトライド系III-Ｖ族化合物半導体からなるアレイ集積型波長可変レーザにも適用されるものである。
【００７６】
また、本発明は、上記の各要素を集積したアレイ集積型波長可変レーザに限られるものではなく、必要に応じて、半導体光増幅器の前段或いは後段に光変調器等を挿入しても良いものである。
【００７７】
また、上記の各実施の形態においては、ＤＦＢレーザアレイを集積化したアレイ集積型波長可変レーザとして説明しているが、本発明はこの様なアレイ集積型波長可変レーザに限られるものではなく、分岐導波路アレイ−光合流器−モードフィルタ−半導体光増幅器のみを集積化しても良い。
【００７８】
また、上記の各実施の形態においては、各要素部をＰＢＨ構造における電流狭窄機構をｎ型電流ブロッキング層／ｐ型埋込層構造で構成しているが、ｎ型電流ブロッキング層／ｐ型埋込層構造に限られるものではなく、ＦｅドープＩｎＰ埋込層で構成しても良いものである。
【００７９】
また、上記の各実施の形態においては、各要素部をＰＢＨ構造で構成しているが、必ずしもＦＢＨ構造に限られるものではなく、各種の公知の電流狭窄構造を伴うストライプ構造で構成しても良いものである。
【００８０】
ここで、再び図１を参照して、改めて本発明の詳細な特徴を説明する。
再び、図１参照
（付記１）  少なくとも光合流器８と半導体光増幅器７を集積した半導体光素子において、前記光合流器８と前記半導体光増幅器７の間に、基本モード光を透過するとともに、少なくとも１次モード光の伝播を阻止するモードフィルタ１を設け、且つ、前記半導体光増幅器７の幅が、１次モードのカットオフ幅より広く、２次モードのカットオフ幅より狭いことを特徴とする半導体光素子。
（付記２）  上記モードフィルタ１として、４×４多モード干渉導波路の特性を有する１×３構造の導波路であって、出力側導波路３は、入力側導波路２と同じ幅を有する中央導波路４と、前記中央導波路４の半分の幅を有する両側の側部導波路５，６によって構成されることを特徴とする付記１記載の半導体光素子。
（付記３）  上記中央導波路４と両側の側部導波路５，６との間隔が、出射端面に向かうほど広くなっていることを特徴とする付記２記載の半導体光素子。
（付記４）  上記モードフィルタ１の入力側に設ける入力側導波路２を、１次モードのカットオフ幅より狭い直線導波路部と、上記半導体光増幅器７と同じ幅へ移行するテーパ導波路部とにより構成することを特徴とする付記２または３に記載の半導体光素子。
（付記５）  上記モードフィルタ１の出力側に設ける中央側導波路を、１次モードのカットオフ幅より狭い直線導波路部と、上記半導体光増幅器７と同じ幅へ移行するテーパ導波路部とにより構成することを特徴とする付記２または３に記載の半導体光素子。
（付記６）  上記側部導波路５，６の出射端部に、光吸収体を設けたことを特徴とする付記２乃至５のいずれか１に記載の半導体光素子。
（付記７）  上記モードフィルタ１として、長さが１００μｍ以上のシングルモード導波路を用いたことを特徴とする付記１記載の半導体光素子。
（付記８）  上記シングルモード導波路と、上記半導体光増幅器７との接続部にテーパ導波路部を挿入したことを特徴とする付記７記載の半導体光素子。
（付記９）  上記光合流器８の半導体光増幅器７と対向する側の反対側に、半導体レーザアレイ９、及び、前記半導体レーザアレイ９と前記光合流器８を結合する接続用導波路アレイ１０を集積したことを特徴とする付記１乃至８のいずれか１に記載の半導体光素子。
（付記１０）  上記光合流器８として、多モード干渉導波路型光合流器、テーパ状導波路型光合流器、或いは、スターカプラ型光合流器のいずれかを用いたことを特徴とする付記１乃至９のいずれか１に記載の半導体光素子。
【００８１】
【発明の効果】
本発明により、レーザアレイとそれを一つの光導波路に光結合する光合流器とその後段に半導体光増幅器を集積した光半導体素子において、光合流器と半導体光増幅器との間に基本モード光を透過するとともに１次モード光の伝播を阻止する特性を有するモードフィルタを介在させているので、半導体光増幅器の導波路幅を１次モードのカットオフ幅より広く、且つ、２次モードのカットオフ幅より狭くすることができ、それによって、良好な出力フィールドを維持したまま、高光出力、高信頼性を実現でき、ひいては、波長多重通信の普及・進展に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態のアレイ集積型波長可変レーザの概略的平面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態のアレイ集積型波長可変レーザの断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に用いる４×４多モード干渉型モードフィルタの原理説明図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態のアレイ集積型波長可変レーザの概略的平面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態のアレイ集積型波長可変レーザの概略的平面図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態のアレイ集積型波長可変レーザの概略的要部平面図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態のアレイ集積型波長可変レーザの概略的要部平面図である。
【図９】本発明の第６の実施の形態のアレイ集積型波長可変レーザの概略的平面図である。
【図１０】本発明の第７の実施の形態のアレイ集積型波長可変レーザの概略的平面図である。
【図１１】従来のアレイ集積型波長可変レーザの概略的斜視図である。
【図１２】アレイ集積型波長可変レーザの光出力の半導体光増幅器の導波路幅依存性の説明図である。
【図１３】アレイ集積型波長可変レーザの半導体光増幅器の電流密度の半導体光増幅器の導波路幅依存性の説明図である。
【図１４】アレイ集積型波長可変レーザの光合流器出射端における光強度分布図である。
【図１５】アレイ集積型波長可変レーザの水平方向出力フィールドの半導体光増幅器の導波路幅依存性の説明図である。
【符号の説明】
１  モードフィルタ
２  入力側導波路
３  出力側導波路
４  中央導波路
５  側部導波路
６  側部導波路
７  半導体光増幅器
８  光合流器
９  半導体レーザアレイ
１０  接続導波路アレイ
１１  ＤＦＢレーザアレイ
１２  接続導波路アレイ
１３  光合流器
１４  モードフィルタ
１５  入力側導波路
１６  中央導波路
１７  半導体光増幅器
１８  側部導波路
１９  側部導波路
２０  反射防止膜
２１  ｎ型ＩｎＰ基板
２２  ｎ型ＩｎＰバッファ層
２３  ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層
２４  ＭＱＷ活性層
２５  ＩｎＧａＡｓＳＣＨ層
２６  ｐ型ＩｎＰ層
２７  ＩｎＧａＡｓコア層
２８  ｉ型ＩｎＰ層
２９  ｐ型ＩｎＰ埋込層
３０  ｎ型ＩｎＰ電流ブロッキング層
３１  ｐ型ＩｎＰクラッド層
３２  ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層
３３  ＳｉＯ2 保護膜
３４  ｐ側電極
３５  ｎ側電極
４１  光吸収体
４２  光吸収体
４３  モードフィルタ
４４  直線導波路部
４５  テーパ導波路部
４６  入力側導波路
４７  直線導波路部
４８  テーパ導波路部
４９  中央導波路
５０  直線導波路部
５１  テーパ導波路部
５３  テーパ導波路型光合流器
５４  ＤＦＢレーザアレイ
５５  接続導波路アレイ
５６  スターカプラ型光合流器
６１  半導体基板
６２  ＤＦＢレーザアレイ
６３  回折格子
６４  接続導波路アレイ
６５  光合流器
６６  出力導波路
６７  半導体光増幅器
【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】
0003887744.tif 000010
【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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