(57)【要約】【課題】安定した発振波長を有する光半導体装置を提供を提供する。【解決手段】光半導体装置１は、電流が注入されて光を生成する活性層１５と、活性回折格子層１２と、を有する活性領域１０ａと、活性領域１０ａの光軸方向の後方に配置され、後方光導波層３２ａ及び後方回折格子層１２を有し、活性領域１０ａで生成された光を活性領域に向かって反射する後方分布反射鏡領域１０ｂと、を有する光半導体素子１０と、光半導体素子１０の光軸方向の後方から出力される光の後方光強度と、光半導体素子１０の光軸方向の前方から出力される光の前方光強度とに基づいて、後方光導波層３２ａの屈折率を制御する制御部２と、を備える。【選択図】図４
2016152360.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流が注入されて光を生成する活性層と、活性回折格子層と、を有する活性領域と、
前記活性領域の光軸方向の後方に配置され、後方光導波層及び後方回折格子層を有し、前記活性領域で生成された光を前記活性領域に向かって反射する後方分布反射鏡領域と、
を有する光半導体素子と、
前記光半導体素子の光軸方向の後方から出力される光の後方光強度と、前記光半導体素子の光軸方向の前方から出力される光の前方光強度とに基づいて、前記後方光導波層の屈折率を制御する制御部と、
を備える光半導体装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記光半導体素子の光軸方向の後方から出力される光の前記後方光強度と、前記光半導体素子の光軸方向の前方から出力される光の前記前方光強度とに基づいて、前記後方光導波層の温度を変更して、前記後方光導波層の屈折率を制御する請求項１に記載の光半導体装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記光半導体素子の光軸方向の後方から出力される光の前記後方光強度と、前記光半導体素子の光軸方向の前方から出力される光の前記前方光強度との比である光強度比に基づいて、前記後方光導波層の温度を変更して、前記後方光導波層の屈折率を制御する請求項２に記載の光半導体装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記光強度比の前記活性領域に注入される駆動電流に対する微分係数がゼロとなるように、前記後方光導波層の温度を変更する請求項３に記載の光半導体装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記光強度比の前記活性領域に注入される駆動電流に対する微分係数が負の値から正の値に変化した場合、前記微分係数の値がゼロ以下になるように、前記後方光導波層の温度を変更する請求項３に記載の光半導体装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記光強度比の前記活性領域に注入される駆動電流に対する微分係数が負の値から正の値に変化した場合、前記微分係数の値が、前記微分係数の符号を負に反転した値とゼロとの間に位置するように、前記後方光導波層の温度を変更する請求項３に記載の光半導体装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記光強度比の前記活性領域に注入される駆動電流に対する微分係数が正の値から負の値に変化した場合、前記微分係数の値がゼロ以上になるように、前記後方光導波層の温度を変更する請求項３に記載の光半導体装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記光強度比の前記活性領域に注入される駆動電流に対する微分係数が正の値から負の値に変化した場合、前記微分係数の値が、前記微分係数の符号を正に反転した値とゼロとの間に位置するように、前記後方光導波層の温度を変更する請求項３に記載の光半導体装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記光半導体素子の光軸方向の後方から出力される光の前記後方光強度と、前記光半導体素子の光軸方向の前方から出力される光の前記前方光強度とに基づいて、前記後方光導波層のキャリア濃度を変更して、前記後方光導波層の屈折率を制御する請求項１に記載の光半導体装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記光半導体素子の光軸方向の後方から出力される光の前記後方光強度と、前記光半導体素子の光軸方向の前方から出力される光の前記前方光強度との比である光強度比に基づいて、前記後方光導波層に注入する電流を変更して、前記後方光導波層の屈折率を制御する請求項９に記載の光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体レーザ等を備える光半導体装置が通信において用いられている。インターネット等の普及に伴う通信量の増加に対応して、光半導体装置を用いた光通信又は光伝送における通信速度の高速化及び通信容量の増大が図られている。
【０００３】
例えば、４０Ｇｂ／ｓ以上の通信速度を有する光ファイバ伝送システム、又は２５ギガビットのデータをＣＷＤＭあるいはＬＡＮ−ＷＤＭで４波束ねて１００ギガビットの通信量にして送信することが求められている。
【０００４】
そして、上述した通信を行うための光信号の生成を、半導体レーザを用いて、直接変調により行うことが期待されている。このような半導体レーザとして、活性領域に回折格子を有する分布帰還型レーザ（ＤＦＢレーザ）が挙げられる。
【０００５】
ＤＦＢレーザを用いて、高い周波数で直接変調を行うには、高い緩和振動周波数が求められる。ＤＦＢレーザでは、半導体レーザの活性層の体積を小さくすることにより、緩和振動周波数を大きくすることができる。例えば、ＤＦＢレーザの共振器長を１００μｍと短くすることにより、室温にて４０Ｇｂ／ｓでの変調を可能としたものがある。
【０００６】
また、ＤＦＢレーザの緩和振動周波数及び効率を向上させて、単一縦モードで発振するために、位相シフト部を有し、活性領域で生成された光を活性領域に反射する回折格子を有する分布反射鏡を備えた分布反射型レーザ（ＤＲレーザ）が提案されている。
【０００７】
図１は、ＤＲレーザである光半導体素子を示す図である。
【０００８】
ＤＲレーザである光半導体素子１１０は、活性領域１１０ａと、後方分布反射鏡領域１１０ｂを備える。
【０００９】
活性領域１１０ａは、基板１１と、基板１１上に配置される回折格子層１２と、回折格子層１２内に配置され、例えばπラジアンの位相シフト量を有する位相シフト部１２ａを有する。回折格子層１２上には、第１光導波層１３が配置され、第１光導波層１３上には、活性層１５が配置され、活性層１５上には、クラッド層１７が配置される。クラッド層１７上には、コンタクト層１８が配置され、コンタクト層１８上には第１電極層２１が配置される。基板１１の下には、第２電極層２２が配置される。第１電極層２１及び第２電極層２２は、活性層１５に電流を注入するための電極である。基板１１と、回折格子層１２と、第１光導波層１３と、クラッド層１７は、活性領域１１０ａから後方分布反射鏡領域１１０ｂに亘って延びている。
【００１０】
後方分布反射鏡領域１１０ｂは、基板１１と、基板１１上に配置される回折格子層１２と、回折格子層１２上に配置される第１光導波層１３と、第１光導波層１３上に配置される後方光導波層３２ａと、後方光導波層３２ａ上に配置されるクラッド層１７を有する。後方光導波層３２ａは、活性層１５と光学的に接合する。
【００１１】
活性領域１１０ａの開放端部には第１反射防止層４０が配置され、後方分布反射鏡領域１１０ｂの開放端部には第２反射防止層４１が配置される。
【００１２】
活性領域１１０ａの活性層１５は、電流が注入されて光を生成する。後方分布反射鏡領域１１０ｂは、活性領域１１０ａで生成された光を活性領域１１０ａに向かって反射する。活性領域１１０ａは、回折格子層１２の回折格子の周期の２倍の波長を有するレーザ光を発振する。活性領域１１０ａが発振したレーザ光は、光半導体素子１１０の両端部から出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０１３−２１９１９２号公報
【特許文献２】特開２００６−２５３５２５号公報
【特許文献３】特開２０１２−１８６４１９号公報
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】Ｋ．Ｎａｋａｈａｒａ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｈｉｇｈ  Ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ  Ｒａｔｉｏ  Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  ａｔ  ４０−Ｇｂ／ｓ  Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ｉｎ  １．３−μｍ  ＩｎＧａＡｌＡｓ−ＭＱＷ  ＲＷＧ  ＤＦＢ  Ｌａｓｅｒｓ”，  ＯＦＣ／ＮＦＯＥＣ  ２００６，  講演番号ＯＷＣ５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
図２は、ＤＲレーザの光出力強度と駆動電流との関係を示す図である。図３（Ａ）は、ブラッグモードの発振周波数と反射スペクトルとの関係を示す図である。
【００１６】
図３（Ａ）に示すように、ＤＲレーザは、活性領域１１０ａが生成するブラッグモードの発振波長Ｐ１が、後方分布反射鏡領域１１０ｂの反射スペクトルＲと重なるように設計されている。
【００１７】
図２に示すように、ＤＲレーザが出力する光の出力光強度は、活性領域１１０ａに注入される駆動電流の増加と共に増加する。ＤＲレーザが出力するレーザは、駆動電流が変化してもブラッグモードの発振波長Ｐ１を有することが好ましい。
【００１８】
しかし、光が発振する駆動電流の閾値Ｔｈ近傍及び高い駆動電流の領域では、ＤＲレーザの発振波長が、ブラッグモードの発振波長Ｐ１とは異なる場合がある。
【００１９】
駆動電流の閾値Ｔｈ近傍では、活性層１５への駆動電流の注入により活性層１５内のキャリア密度が増加し、プラズマ効果のために活性層１５の屈折率が低減する。その結果、図３（Ｂ）に示すように、ブラッグモードの発振波長Ｐ１が短波長側へ移動して、発振波長Ｐ１が、後方分布反射鏡領域１１０ｂの反射スペクトルＲとは重ならなくなる。一方、ストップバンドの長波長側の波長Ｐ３が、後方分布反射鏡領域１１０ｂの反射スペクトルＲと重なった状態となる。
【００２０】
このような状態では、ストップバンドの長波長側の波長Ｐ３において、発振が開始するので、ＤＲレーザの発振波長が、ブラッグモードの発振波長Ｐ１とは異なることになる。
【００２１】
また、高い駆動電流の領域では、活性層１５への駆動電流の注入により活性層１５の温度が上昇して、活性層１５の屈折率が増加する。その結果、図３（Ｃ）に示すように、ブラッグモードの発振波長Ｐ１が長波長側へ移動して、発振波長Ｐ１が、後方分布反射鏡領域１１０ｂの反射スペクトルＲとは重ならなくなる。一方、ストップバンドの短波長側の波長Ｐ２が、後方分布反射鏡領域１１０ｂの反射スペクトルＲと重なった状態となる。
【００２２】
このような状態では、ストップバンドの短波長側の波長Ｐ２において、発振するので、ＤＲレーザの発振波長が、ブラッグモードの発振波長Ｐ１とは異なることになる。
【００２３】
この時、活性層１５の屈折率変化共に、発振波長は、波長Ｐ１の単一モードから、波長Ｐ１及び波長Ｐ２のマルチモードを経て、波長Ｐ２へ変化して、モード跳びが生じることになる。出力光強度と駆動電流との関係には、図２に示すように、キンクＫが生じる。
【００２４】
そこで、本明細書では、安定した発振波長を有する光半導体装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本明細書に開示する光半導体装置の一形態によれば、電流が注入されて光を生成する活性層と、活性回折格子層と、を有する活性領域と、上記活性領域の光軸方向の後方に配置され、後方光導波層及び後方回折格子層を有し、上記活性領域で生成された光を上記活性領域に向かって反射する後方分布反射鏡領域と、を有する光半導体素子と、上記光半導体素子の光軸方向の後方から出力される光の後方光強度と、上記光半導体素子の光軸方向の前方から出力される光の前方光強度とに基づいて、上記後方光導波層の屈折率を制御する制御部と、を備える。
【発明の効果】
【００２６】
上述した本明細書に開示する光半導体装置の一形態によれば、安定した発振波長を有する。
【００２７】
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。
【００２８】
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、特許請求の範囲に記載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】
【００２９】
【図１】ＤＲレーザである光半導体素子を示す図である。
【図２】ＤＲレーザの光出力強度と駆動電流との関係を示す図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は、ブラッグモードの発振周波数と反射スペクトルとの関係を示す図である。
【図４】本明細書に開示する光半導体装置の第１実施形態を示す図である。
【図５】（Ａ）及び（Ｂ）は、後方光導波層の屈折率を制御する考え方を説明する図である。
【図６】出力光強度及び光強度比と駆動電流との関係を示す図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｃ）は、光強度比に基づいて後方光導波層の屈折率を制御することを説明する図である。
【図８】本明細書に開示する光半導体装置の第２実施形態を示す図である。
【図９】本明細書に開示する光半導体素子の第１実施形態を示す斜視図である。
【図１０】図９のＸ１−Ｘ１線断面図である。
【図１１】図９のＸ２−Ｘ２線断面図である。
【図１２】図９のＸ３−Ｘ３線断面図である。
【図１３】図９のＸ４−Ｘ４線断面図である。
【図１４】光の導波経路を説明する図である。
【図１５】本明細書に開示する光半導体素子の第２実施形態を示す斜視図である。
【図１６】図１５のＹ１−Ｙ１線断面図である。
【図１７】図１５のＹ２−Ｙ２線断面図である。
【図１８】図１５のＹ３−Ｙ３線断面図である。
【図１９】図１５のＹ４−Ｙ４線断面図である。
【図２０】光の導波経路を説明する図である。
【図２１】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第１実施形態の工程（その１）を説明する図である。
【図２２】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第１実施形態の工程（その２）を説明する図である。
【図２３】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第１実施形態の工程（その３）を説明する図である。
【図２４】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第１実施形態の工程（その４）を説明する図である。
【図２５】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第１実施形態の工程（その５）を説明する図である。
【図２６】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第１実施形態の工程（その６）を説明する図である。
【図２７】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第１実施形態の工程（その７）を説明する図である。
【図２８】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第１実施形態の工程（その８）を説明する図である。
【図２９】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第１実施形態の工程（その９）を説明する図である。
【図３０】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第１実施形態の工程（その１０）を説明する図である。
【図３１】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第１実施形態の工程（その１１）を説明する図である。
【図３２】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第１実施形態の工程（その１２）を説明する図である。
【図３３】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第１実施形態の工程（その１３）を説明する図である。
【図３４】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第１実施形態の工程（その１４）を説明する図である。
【図３５】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第１実施形態の工程（その１５）を説明する図である。
【図３６】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第２実施形態の工程（その１）を説明する図である。
【図３７】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第２実施形態の工程（その２）を説明する図である。
【図３８】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第２実施形態の工程（その３）を説明する図である。
【図３９】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第２実施形態の工程（その４）を説明する図である。
【図４０】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第２実施形態の工程（その５）を説明する図である。
【図４１】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第２実施形態の工程（その６）を説明する図である。
【図４２】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第２実施形態の工程（その７）を説明する図である。
【図４３】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第２実施形態の工程（その８）を説明する図である。
【図４４】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第２実施形態の工程（その９）を説明する図である。
【図４５】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第２実施形態の工程（その１０）を説明する図である。
【図４６】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第２実施形態の工程（その１１）を説明する図である。
【図４７】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第２実施形態の工程（その１２）を説明する図である。
【図４８】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第２実施形態の工程（その１３）を説明する図である。
【図４９】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第２実施形態の工程（その１４）を説明する図である。
【図５０】本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第２実施形態の工程（その１５）を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本明細書で開示する光半導体装置の好ましい第１実施形態を、図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ものである。
【００３１】
図４は、本明細書に開示する光半導体装置の第１実施形態を示す図である。
【００３２】
本実施形態の光半導体装置１は、光半導体素子から出力される出力光の発振波長の変動を抑制して、出力光を安定して生成する。
【００３３】
具体的には、光半導体装置１は、活性領域で生成された光を活性領域に向かって反射する後方分布反射鏡領域の屈折率を制御することにより、活性層の屈折率が変動しても、発振波長が所定の範囲に収まるようになされている。
【００３４】
以下、光半導体装置１の構成を、図４を参照しながら説明する。
【００３５】
光半導体装置１は、光半導体素子１０と、屈折率制御部２と、前方光強度検出部３と、後方光強度検出部４と、駆動部５を備える。
【００３６】
まず、光半導体素子１０について、以下に説明する。
【００３７】
ＤＲレーザである光半導体素子１０は、活性領域１０ａと、後方分布反射鏡領域１０ｂを備える。
【００３８】
活性領域１０ａは、基板１１と、基板１１上に配置される回折格子層１２と、回折格子層１２内に配置され、例えばπラジアンの位相シフト量を有する位相シフト部１２ａを有する。回折格子層１２上には、第１光導波層１３が配置され、第１光導波層１３上には、活性層１５が配置され、活性層１５上には、クラッド層１７が配置される。クラッド層１７上には、コンタクト層１８が配置され、コンタクト層１８上には第１電極層２１が配置される。基板１１の下には、第２電極層２２が配置される。第１電極層２１及び第２電極層２２は、活性層１５に電流を注入するための電極である。基板１１と、回折格子層１２と、第１光導波層１３と、クラッド層１７は、活性領域１０ａから後方分布反射鏡領域１０ｂに亘って延びている。
【００３９】
後方分布反射鏡領域１０ｂは、基板１１と、基板１１上に配置される回折格子層１２と、回折格子層１２上に配置される第１光導波層１３と、第１光導波層１３上に配置される後方光導波層３２ａと、後方光導波層３２ａ上に配置されるクラッド層１７を有する。後方光導波層３２ａは、活性層１５と光学的に接合する。
【００４０】
活性領域１０ａの開放端部には第１反射防止層４０が配置され、後方分布反射鏡領域１０ｂの開放端部には第２反射防止層４１が配置される。
【００４１】
活性領域１０ａの活性層１５は、電流が注入されて光を生成する。後方分布反射鏡領域１０ｂは、活性領域１０ａで生成された光を活性領域１０ａに向かって反射する。活性領域１０ａは、回折格子層１２の回折格子の周期の２倍の波長を有するレーザ光を発振する。活性領域１０ａが発振したレーザ光は、光半導体素子１０の両端部から出力される。
【００４２】
屈折率制御部２は、屈折率変更部２ａを有する。屈折率制御部２は、屈折率変更部２ａを用いて、後方分布反射鏡領域１０ｂの後方光導波層３２ａの屈折率を制御する。屈折率変更部２ａは、光半導体素子１０の後方分布反射鏡領域１０ｂに配置される。具体的には、屈折率変更部２ａは、後方分布反射鏡領域１０ｂのクラッド層１７上に配置される。屈折率制御部２が、屈折率変更部２ａを用いて、後方分布反射鏡領域１０ｂの後方光導波層３２ａの屈折率を制御することの詳細は後述する。
【００４３】
前方光強度検出部３は、光半導体素子１０の光軸方向の前方から出力される光の前方光強度を検出し、検出した前方光強度を、屈折率制御部２に出力する。
【００４４】
前方光強度検出部３は、ハーフミラー３ａと、光検出器３ｂと、電流計３ｃと、バイアス電源３ｄを有する。
【００４５】
ハーフミラー３ａは、光半導体素子１０の光軸方向の前方から出力される光の一部を反射して、光検出器３ｂへ導波する。ハーフミラー３ａによって反射されない残りの光は、光半導体素子１０の光軸方向の前方から直進して出力される。
【００４６】
光検出器３ｂは、ハーフミラー３ａにより反射された光を入力し、入力した光の強度に対応した電気信号を屈折率制御部２に出力する。光検出器３ｂには、電流計３ｃを介して、バイアス電源３ｄにより逆バイアス電圧が印加される。屈折率制御部２は、光検出器３ｂから入力した電気信号を、前方光強度Ｐｆとして入力する。
【００４７】
後方光強度検出部４は、光半導体素子１０の光軸方向の後方から出力される光の後方光強度を検出し、検出した後方光強度を、屈折率制御部２に出力する。
【００４８】
後方光強度検出部４は、光検出器４ａと、電流計４ｂと、バイアス電源４ｃを有する。
【００４９】
光検出器４ａは、光半導体素子１０の光軸方向の後方から出力される光を入力し、入力した光の強度に対応した電気信号を屈折率制御部２に出力する。光検出器４ａには、電流計４ｂを介して、バイアス電源４ｃにより逆バイアス電圧が印加される。屈折率制御部２は、光検出器４ａから入力した電気信号を、後方光強度Ｐｒとして入力する。
【００５０】
なお、光半導体素子１０のおける光軸方向の前方及び後方という表現は、光軸方向の２つの方向の内の一方を前方と呼び、他方を後方と呼ぶものである。上述した説明において、前方を後方と呼び、後方を前方と呼んでもよい。
【００５１】
駆動部５は、第１電極層２１及び第２電極層２２に電流を注入して、光半導体素子１０を駆動する。
【００５２】
駆動部５は、信号源５ａと、コンデンサ５ｂと、コイル５ｃと、バイアス電源５ｄを有する。
【００５３】
信号源５ａは、外部からの信号を入力して、光半導体素子１０を駆動するための駆動信号を生成する。光半導体素子１０の出力光は、この信号源５ａが生成する駆動信号に基づいて、直接変調されて生成される。
【００５４】
信号源５ａの出力する駆動信号は、コンデンサ５ｂを介して、第１電極層２１に入力する。コンデンサ５ｂの出力端子には、コイル５ｃ及びバイアス電源５ｄが直列に接続される。
【００５５】
次に、屈折率制御部２が、屈折率変更部２ａを用いて、後方分布反射鏡領域１０ｂの後方光導波層３２ａの屈折率を制御することを、図５を参照して、以下に説明する。
【００５６】
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、後方光導波層の屈折率を制御する考え方を説明する図である。
【００５７】
図５（Ａ）は、屈折率制御部２が、後方光導波層３２ａの温度を変更して、後方光導波層３２ａの屈折率を制御することを説明する図である。屈折率制御部２は、光半導体素子１０の光軸方向の後方から出力される光の後方光強度と、光半導体素子１０の光軸方向の前方から出力される光の前方光強度とに基づいて、後方光導波層３２ａの温度を変更する。
【００５８】
具体的には、屈折率制御部２は、後方光導波層３２ａの温度を低下させて、後方光導波層３２ａの屈折率を低減する。後方光導波層３２ａの屈折率が低減すると、後方分布反射鏡領域１０ｂの反射スペクトルは、短波長側へ移動する。
【００５９】
また、屈折率制御部２は、後方光導波層３２ａの温度を上昇させて、後方光導波層３２ａの屈折率を増加させる。後方光導波層３２ａの温度を上昇すると、後方分布反射鏡領域１０ｂの反射スペクトルは、長波長側へ移動する。
【００６０】
屈折率制御部２は、屈折率変更部２ａを用いて、後方光導波層３２ａを加熱又は冷却する。屈折率変更部２ａは、例えば、抵抗発熱体又は熱電変換素子である。
【００６１】
屈折率変更部２ａが抵抗発熱体である場合には、屈折率制御部２は、屈折率変更部２ａに対して電流を流すことにより、抵抗熱を生成させて、後方光導波層３２ａを加熱して温度を上昇させる。加熱量は、電流の大きさを用いて制御される。
【００６２】
また、屈折率変更部２ａが熱電変換素子である場合には、屈折率制御部２は、屈折率変更部２ａに対して第１の方向に電流を流すことにより、後方光導波層３２ａを加熱して温度を上昇させる。また、屈折率制御部２は、屈折率変更部２ａに対して第１の方向とは異なる第２の方向に電流を流すことにより、後方光導波層３２ａを冷却して温度を低下させる。加熱量又は冷却量は、電流の大きさを用いて制御される。
【００６３】
図５（Ｂ）は、屈折率制御部２が、後方光導波層３２ａのキャリア濃度を変更して、後方光導波層３２ａの屈折率を制御することを説明する図である。屈折率制御部２は、光半導体素子１０の光軸方向の後方から出力される光の後方光強度と、光半導体素子１０の光軸方向の前方から出力される光の前方光強度とに基づいて、後方光導波層３２ａのキャリア濃度を変更する。
【００６４】
具体的には、屈折率制御部２は、後方光導波層３２ａに注入する電流を増加して、後方光導波層３２ａのキャリア濃度を増加させて、後方光導波層３２ａの屈折率を低減する。後方光導波層３２ａの屈折率が低減すると、後方分布反射鏡領域１０ｂの反射スペクトルは、短波長側へ移動する。
【００６５】
また、屈折率制御部２は、後方光導波層３２ａに注入する電流を減少して、後方光導波層３２ａのキャリア濃度を低減させて、後方光導波層３２ａの屈折率を増加する。後方光導波層３２ａの屈折率が増加すると、後方分布反射鏡領域１０ｂの反射スペクトルは、長波長側へ移動する。
【００６６】
屈折率制御部２は、屈折率変更部２ａを用いて、後方光導波層３２ａに対して注入する電流を増加又は減少する。屈折率変更部２ａは、例えば、後方光導波層３２ａに対して注入する制御電極である。屈折率制御部２は、制御電極である屈折率変更部２ａと第２電極層２２との間に所定の制御電流を流しており、後方光導波層３２ａ内に所定のキャリア濃度を生成する。屈折率制御部２は、後方光導波層３２ａの屈折率を低減する場合には、屈折率変更部２ａに注入する制御電流を増加して、後方光導波層３２ａのキャリア濃度を増加させる。一方、屈折率制御部２は、後方光導波層３２ａの屈折率を増加する場合には、屈折率変更部２ａに注入する制御電流を減少して、後方光導波層３２ａのキャリア濃度を低減させる。
【００６７】
屈折率制御部２は、光半導体素子１０の光軸方向の後方から出力される光の後方光強度Ｐｒと、光半導体素子１０の光軸方向の前方から出力される光の前方光強度Ｐｆとの比である光強度比Ｐｒ／Ｐｆに基づいて、後方光導波層３２ａの温度を変更して、後方光導波層３２ａの屈折率を制御する。
【００６８】
また、屈折率制御部２は、光半導体素子１０の光軸方向の後方から出力される光の後方光強度Ｐｒと、光半導体素子１０の光軸方向の前方から出力される光の前方光強度Ｐｆとの比である光強度比Ｐｒ／Ｐｆに基づいて、後方光導波層３２ａに注入する電流を変更して、後方光導波層３２ａの屈折率を制御する。
【００６９】
次に、屈折率制御部２が、光強度比Ｐｒ／Ｐｆに基づいて、後方光導波層３２ａの屈折率を制御することを、図６及び図７を参照して、以下に説明する。
【００７０】
図６は、出力光強度及び光強度比と駆動電流との関係を示す図である。
【００７１】
カーブＣ１は、光半導体素子１０の光軸方向の後方から出力される光の後方光強度Ｐｒと活性領域１０ａに注入される駆動電流との関係を示す。カーブＣ２は、光半導体素子１０の光軸方向の前方から出力される光の前方光強度Ｐｆと駆動電流との関係を示す。カーブＣ３は、光強度比Ｐｒ／Ｐｆと駆動電流との関係を示す。
【００７２】
駆動電流を変化させて、活性領域１０ａのブラッグモードの発振波長と、後方分布反射鏡領域１０ｂの反射スペクトルのピークとを一致させると、後方分布反射鏡領域１０ｂからの光の反射率が最大となる。この時、カーブＣ２に示すように、光半導体素子１０において、活性層１５から光軸方向の前方から出力される光の前方光強度Ｐｆが最大となるので、カーブＣ３に示すように、光強度比Ｐｒ／Ｐｆは極小値を示す。
【００７３】
図７（Ａ）に示すように、光半導体素子１０の設計上の光強度比Ｐｒ／Ｐｆが極小値を示す駆動電流が６２ｍＡであるとする。活性層１５及び後方光導波層３２ａの屈折率が一定であれば、光強度比Ｐｒ／Ｐｆと駆動電流との関係は、図７（Ａ）に示すカーブに従って変化する。
【００７４】
図７（Ｂ）に示すように、光強度比Ｐｒ／Ｐｆの極小値よりも左側の領域では、光強度比Ｐｒ／Ｐｆの活性領域１０ａに注入される駆動電流に対する微分係数Ｄは負の値である。光強度比Ｐｒ／Ｐｆの極小値では、微分係数Ｄは、ゼロである。光強度比Ｐｒ／Ｐｆの極小値よりも右側の領域では、微分係数Ｄは正の値である。
【００７５】
ここで、活性層１５又は後方光導波層３２ａの屈折率が変化すると、光強度比Ｐｒ／Ｐｆと駆動電流との関係を示すカーブの形状は変わらないが、カーブの位置が左右に移動する。
【００７６】
まず、光強度比Ｐｒ／Ｐｆの活性領域１０ａに注入される駆動電流に対する微分係数Ｄが、負の値から正の値に変化した場合の制御を、以下に説明する。
【００７７】
屈折率制御部２は、活性層１５の屈折率が変化して、微分係数Ｄが負の値から正の値に変化した場合、微分係数Ｄの値がゼロ以下になるように、屈折率変更部２ａを制御する。ここで、活性領域１０ａに注入される駆動電流は、原則として変化させない。
【００７８】
微分係数Ｄが負の値から正の値に変化するのは、活性層１５の温度が上昇するか、又は、活性層１５のキャリア濃度が減少して、活性層１５の屈折率が増加する場合である。
【００７９】
そこで、屈折率制御部２は、屈折率変更部２ａを用いて、後方光導波層３２ａの温度を上昇するか又は後方光導波層３２ａのキャリア濃度を減少するように変更して、後方光導波層３２ａの屈折率を増加させる。
【００８０】
後方光導波層３２ａの屈折率を増加させることは、後方分布反射鏡領域１０ｂの反射スペクトルの位置を、ブラッグモードの発振波長と重なるように、長波長側へ移動させることを意味する。図３（Ｃ）の例で説明すると、反射スペクトルＲの位置を、ブラッグモードの発振波長Ｐ１と重なるように、長波長側へ移動させることになる。
【００８１】
微分係数Ｄの値をゼロ以下にすることは、ブラッグモードの発振波長Ｐ１の位置を、後方分布反射鏡領域１０ｂの反射スペクトルのピークの位置と同じか、又は短波長側の位置に移動させることを意味する。従って、活性層１５の屈折率が更に増加しても、ブラッグモードの発振波長が、後方分布反射鏡領域１０ｂの反射スペクトルと重なる状態が維持されるようになされる。
【００８２】
図７（Ｃ）に示すように、微分係数Ｄが負の値から正の値に変化した場合、微分係数Ｄの値がゼロ以下になるように、後方光導波層３２ａの屈折率を制御することにより、光強度比Ｐｆ／Ｐｒと駆動電流との関係を示すカーブは、右側に移動する。このことは、発振閾値の利得が増加することを意味する。
【００８３】
上述した説明では、屈折率制御部２は、微分係数Ｄが負の値から正の値に変化した場合、微分係数Ｄの値がゼロ以下になるように、屈折率変更部２ａを制御したが、屈折率制御部２は、以下のように屈折率変更部２ａを制御してもよい。
【００８４】
例えば、屈折率制御部２は、微分係数Ｄが負の値から正の値に変化した場合、微分係数Ｄの値が、微分係数Ｄの符号を負に反転した値とゼロとの間に位置するように、屈折率変更部２ａを制御してもよい。
【００８５】
また、屈折率制御部２は、微分係数Ｄが負の値から正の値に変化した場合、微分係数Ｄの値が、微分係数Ｄの符号を負に反転した値になるように、屈折率変更部２ａを制御してもよい。
【００８６】
更に、屈折率制御部２は、常に、微分係数がゼロとなるように、屈折率変更部２ａを制御してもよい。
【００８７】
次に、光強度比Ｐｒ／Ｐｆの活性領域１０ａに注入される駆動電流に対する微分係数Ｄが、正の値から負の値に変化した場合の制御を、以下に説明する。
【００８８】
屈折率制御部２は、活性層１５の屈折率が変化して、微分係数Ｄが正の値から負の値に変化した場合、微分係数Ｄの値がゼロ以上になるように、屈折率変更部２ａを制御する。
【００８９】
微分係数Ｄが正の値から負の値に変化するのは、活性層１５の温度が低下するか、又は、活性層１５のキャリア濃度が増加して、活性層１５の屈折率が低減する場合である。
【００９０】
そこで、屈折率制御部２は、屈折率変更部２ａを用いて、後方光導波層３２ａの温度を低下するか又は後方光導波層３２ａのキャリア濃度を増加するように変更して、後方光導波層３２ａの屈折率を低減させる。
【００９１】
後方光導波層３２ａの屈折率を低減させることは、後方分布反射鏡領域１０ｂの反射スペクトルの位置を、ブラッグモードの発振波長と重なるように、短波長側へ移動させることを意味する。図３（Ｂ）の例で説明すると、反射スペクトルＲの位置を、ブラッグモードの発振波長Ｐ１と重なるように、短波長側へ移動させることになる。
【００９２】
微分係数Ｄの値をゼロ以上にすることは、ブラッグモードの発振波長Ｐ１の位置を、後方分布反射鏡領域１０ｂの反射スペクトルのピークの位置と同じか、又は長波長側の位置に移動させることを意味する。従って、活性層１５の屈折率が更に低減しても、ブラッグモードの発振波長が、後方分布反射鏡領域１０ｂの反射スペクトルと重なる状態が維持されるようになされる。
【００９３】
微分係数Ｄが正の値から負の値に変化した場合、微分係数Ｄの値がゼロ以上になるように、後方光導波層３２ａの屈折率を制御することにより、光強度比Ｐｆ／Ｐｒと駆動電流との関係を示すカーブは、左側に移動する。このことは、発振閾値の利得が低減することを意味する。
【００９４】
上述した説明では、屈折率制御部２は、微分係数Ｄが正の値から負の値に変化した場合、微分係数Ｄの値がゼロ以上になるように、屈折率変更部２ａを制御したが、屈折率制御部２は、以下のように屈折率変更部２ａを制御してもよい。
【００９５】
例えば、屈折率制御部２は、微分係数Ｄが正の値から負の値に変化した場合、微分係数Ｄの値が、微分係数Ｄの符号を正に反転した値とゼロとの間に位置するように、屈折率変更部２ａを制御してもよい。
【００９６】
更に、屈折率制御部２は、微分係数Ｄが正の値から負の値に変化した場合、微分係数Ｄの値が、微分係数Ｄの符号を正に反転した値になるように、屈折率変更部２ａを制御してもよい。
【００９７】
更にまた、屈折率制御部２は、常に、微分係数がゼロとなるように、屈折率変更部２ａを制御してもよい。
【００９８】
上述した本実施形態の光半導体装置１によれば、活性層１５の屈折率が変化しても、ブラッグモードの発振波長と反射スペクトルとが重なるように、後方光導波層３２ａの屈折率が制御されるので、安定した発振波長を有する。
【００９９】
上述した説明では、屈折率制御部２は、光強度比Ｐｒ／Ｐｆに基づいて、屈折率変更部２ａを制御していた。屈折率制御部２は、光半導体素子１０の光軸方向の前方から出力される光の前方光強度Ｐｆと、半導体素子１０の光軸方向の後方から出力される光の後方光強度Ｐｒとの比である光強度比Ｐｆ／Ｐｒに基づいて、後方光導波層３２ａの屈折率を制御してもよい。この場合には、例えば、光強度比Ｐｆ／Ｐｒの活性領域１０ａに注入される駆動電流に対する微分係数に基づいて、後方光導波層３２ａの屈折率が制御され得る。
【０１００】
また、図７（Ａ）に示すような、光強度比Ｐｒ／Ｐｆと駆動電流との関係を事前に調べておき、光強度比Ｐｒ／Ｐｆの極小値を得ておく。そして、屈折率制御部２は、現在の光強度比Ｐｒ／Ｐｆと極小値とを比較して、両者の差が小さくなるように、屈折率変更部２ａを制御してもよい。
【０１０１】
次に、上述した光半導体装置の第２実施形態を、図８を参照しながら以下に説明する。第２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、同一の構成要素には同一の符号を付してある。
【０１０２】
図８は、本明細書に開示する光半導体装置の第２実施形態を示す図である。
【０１０３】
本実施形態の光半導体装置１では、光半導体素子１０が、活性領域１０ａで生成された光を活性領域１０ａに向かって反射する前方分布反射鏡領域１０ｃを有する。前方分布反射鏡領域１０ｃは、活性領域１０ａの光軸方向の前方に配置される。
【０１０４】
前方分布反射鏡領域１０ｃが、活性領域１０ａで生成された光を活性領域１０ａに向かって反射する反射率は、後方分布反射鏡領域１０ｂが、活性領域１０ａで生成された光を活性領域１０ａに向かって反射する反射率よりも低い。従って、光半導体素子１０から出力される出力光は、主として、光軸方向の前方から出力されることになる。
【０１０５】
基板１１と、回折格子層１２と、第１光導波層１３と、クラッド層１７は、活性領域１０ａから前方分布反射鏡領域１０ｃ及び後方分布反射鏡領域１０ｂに亘って延びている。
【０１０６】
前方分布反射鏡領域１０ｃは、基板１１と、基板１１上に配置される回折格子層１２と、回折格子層１２上に配置される第１光導波層１３と、第１光導波層１３上に配置される前方光導波層３２ｂと、前方光導波層３２ｂ上に配置されるクラッド層１７を有する。前方光導波層３２ｂは、活性層１５と光学的に接合する。
【０１０７】
屈折率制御部２は、上述した後方光導波層３２ａの屈折率を制御する屈折率変更部２ａ（以下、後方屈折率変更部２ａともいう）と、前方光導波層３２ｂの屈折率を制御する前方屈折率変更部２ｂを有する。
【０１０８】
屈折率制御部２は、前方屈折率変更部２ｂを用いて、前方分布反射鏡領域１０ｃの前方光導波層３２ｂの屈折率を制御する。前方屈折率変更部２ｂは、光半導体素子１０の前方分布反射鏡領域１０ｃに配置される。具体的には、前方屈折率変更部２ｂは、前方分布反射鏡領域１０ｃのクラッド層１７上に配置される。
【０１０９】
屈折率制御部２は、光半導体素子１０の光軸方向の前方から出力される光の前方光強度Ｐｆと、光半導体素子１０の光軸方向の後方から出力される光の後方光強度Ｐｒとに基づいて、前方光導波層３２ｂ及び後方光導波層３２ａの屈折率を制御する。
【０１１０】
例えば、屈折率制御部２は、光強度比Ｐｒ／Ｐｆ又は光強度比Ｐｆ／Ｐｒに基づいて、前方光導波層３２ｂ又は後方光導電層３２ａの屈折率を制御する。
【０１１１】
屈折率制御部２が、後方屈折率変更部２ａを用いて、後方光導波層３２ａを制御する上述した説明は、屈折率制御部２が、前方屈折率変更部２ｂを用いて、前方光導波層３２ｂの屈折率を制御することに適宜適用される。
【０１１２】
本実施形態の光半導体装置１の他の構成は、上述した第１実施形態と同様である。
【０１１３】
本実施形態の光半導体装置１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。
【０１１４】
上述した各実施形態の光半導体装置では、前方光強度検出部及び後方光強度検出部は、光半導体素子とは別体であったが、前方光強度検出部及び後方光強度検出部は、光半導体素子と一体に形成されていてもよい。次に、前方光強度検出部及び後方光強度検出部が、光半導体素子と一体に形成される光半導体素子の例について、図を参照しながら説明する。
【０１１５】
まず、光半導体素子の第１実施形態について、図９〜図１４を参照しながら、以下に説明する。
【０１１６】
図９は、本明細書に開示する光半導体素子の第１実施形態を示す斜視図である。図１０は、図９のＸ１−Ｘ１線断面図である。図１１は、図９のＸ２−Ｘ２線断面図である。図１２は、図９のＸ３−Ｘ３線断面図である。図１３は、図９のＸ４−Ｘ４線断面図である。図１４は、光の導波経路を説明する図である。
【０１１７】
ＤＲレーザである光半導体素子１０は、活性領域１０ａと、後方分布反射鏡領域１０ｂと、前方光強度検出領域１０ｄと、後方光強度検出領域１０ｅを備える。
【０１１８】
活性領域１０ａは、電流が注入されて光を生成する。後方分布反射鏡領域１０ｂは、活性領域１０ａで生成された光を活性領域１０ａに向かって反射する。
【０１１９】
前方光強度検出領域１０ｄは、活性領域１０ａの光軸方向の前方に配置され、光半導体素子１０の光軸方向の前方から出力される光の前方光強度を検出し、検出した前方光強度を、屈折率制御部に出力する。
【０１２０】
後方光強度検出領域１０ｅは、活性領域１０ａの光軸方向の後方に配置され、光半導体素子１０の光軸方向の後方から出力される光の後方光強度を検出し、検出した後方光強度を、屈折率制御部に出力する。
【０１２１】
次に、各領域について、以下に更に説明する。
【０１２２】
活性領域１０ａは、基板１１と、基板１１上に配置される回折格子層１２（以下、第１回折格子層１２ともいう）と、第１回折格子層１２内に配置され、例えば１．６７πラジアンの位相シフト量を有する位相シフト部１２ａを有する。第１回折格子層１２には、光軸方向と直交する向きを有する複数の溝が所定の周期で形成される。第１回折格子層１２上には、第１光導波層１３が配置され、第１光導波層１３上には、エッチングストッパ層１４が配置される。エッチングストッパ層１４上には、電流が注入されて光を生成する活性層１５が配置される。活性層１５としては、量子井戸構造又はバルク構造を用いることができる。活性層１５の形成材料としては、化合物半導体等を用いることができる。
【０１２３】
活性層１５上には、第１クラッド層１６が配置される。第１クラッド層１６上には、クラッド層１７（以下、第２クラッド層１７ともいう）が配置される。第２クラッド層１７上には、コンタクト層１８が配置され、コンタクト層１８上には第１電極層２１が配置される。基板１１の下には、第２電極層２２が配置される。第１電極層２１及び第２電極層２２は、活性層１５に電流を注入するための電極である。基板１１と、第１光導波層１３と、エッチングストッパ層１４と、第２クラッド層１７は、活性領域１０ａから前方光強度検出領域１０ｄ及び後方分布反射鏡領域１０ｂ及び後方光強度検出領域１０ｅに亘って延びている。第１回折格子層１２は、活性領域１０ａから後方分布反射鏡領域１０ｂに亘って延びている。
【０１２４】
後方分布反射鏡領域１０ｂは、基板１１と、基板１１上に配置される第１回折格子層１２と、第１回折格子層１２上に配置される第１光導波層１３を有する。第１光導波層１３上には、エッチングストッパ層１４が配置される。エッチングストッパ層１４上には、後方光導波層３２ａが配置され、後方光導波層３２ａ上には、第３クラッド層３３が配置される。後方光導波層３２ａは、活性層１５と光学的に接合する。第３クラッド層３３上には、第２クラッド層１７が配置される。第２クラッド層１７上には、保護層１９が配置される。保護層１９上には、屈折率変更部としての抵抗発熱体２５が配置される。
【０１２５】
抵抗発熱体２５は、第１端部２５ａ及び第２端部２５ｂを有する。第１端部２５ａと第２端部２５ｂとの間に電流を流すことにより、抵抗発熱体２５は発熱して、保護層１９を加熱する。加熱された保護層１９の熱が、第２クラッド層１７及び第３クラッド層３３を伝搬して、後方光導波層３２ａが加熱される。
【０１２６】
図１２に示すように、前方光強度検出領域１０ｄは、基板１１と、基板１１上に配置される第２回折格子層３０と、第２回折格子層３０上に配置される第１光導波層１３を有する。第１光導波層１３上には、エッチングストッパ層１４が配置される。エッチングストッパ層１４上には、前方光導波層３２ｂ及び光検出層３４ａが配置される。前方光導波層３２ｂは、活性層１５と光学的に接合する。光検出層３４ａは、前方光導波層３２ｂと光学的に接合する。前方光導波層３２ｂ上には、第３クラッド層３３が配置され、光検出層３４ａ上には、第４クラッド層３５ａが配置される。第３クラッド層３３及び第４クラッド層３５ａ上には、第２クラッド層１７が配置される。第２クラッド層１７上には、保護層１９が配置される。光検出層３４ａが位置する部分の第２クラッド層１７上には、コンタクト層１８及び第３電極層２３が配置される。
【０１２７】
図１４に示すように、第２回折格子層３０には、光半導体素子１０の光軸方向に対して４５度傾斜した向きを有する複数の溝が所定の周期で形成される。第２回折格子層３０は、前方光導波層３２ｂを伝搬する光の一部を、光軸方向と直交する向きに分波して、光検出層３４ａに導波する。前方光強度検出領域１０ｄにおいて、光検出層３４ａに導波される光量は、第２回折格子層３０の長さ又は回折格子を形成する溝の深さ等に基づいて決定され得る。
【０１２８】
光検出層３４ａは、伝搬してきた光を吸収して、キャリアを生成する。生成されたキャリアは、第３電極層２３から取り出される。光検出層３４ａにおけるキャリアの生成量は、吸収される光の強度と対応する。
【０１２９】
図１３に示すように、後方光強度検出領域１０ｅは、基板１１と、基板１１上に配置される第１光導波層１３を有する。第１光導波層１３上には、エッチングストッパ層１４が配置される。エッチングストッパ層１４上には、光検出層３４ｂが配置される。光検出層３４ｂは、後方光導波層３２ａと光学的に接合する。光検出層３４ａ上には、第４クラッド層３５ｂが配置される。第４クラッド層３５ｂ上には、第２クラッド層１７が配置される。第２クラッド層１７上には、コンタクト層１８及び第４電極層２４が配置される。
【０１３０】
図１４に示すように、後方光導波層３２ａを伝搬する光の一部は、光検出層３４ｂに導波される。
【０１３１】
光検出層３４ｂは、伝搬してきた光を吸収して、キャリアを生成する。生成されたキャリアは、第４電極層２４から取り出される。光検出層３４ｂにおけるキャリアの生成量は、吸収される光の強度と対応する。
【０１３２】
保護層１９は、各電極層及び抵抗発熱体２５が配置されない部分の第２クラッド層１７上を覆うように配置される。
【０１３３】
また、前方光強度検出領域１０ｄの開放端面上に第１反射防止層４０が配置され、後方光強度検出領域１０ｅの開放端面上に第２反射防止層４１が配置される。なお、第１反射防止層４０及び第２反射防止層４１は、図１０以外の図面では省略している。
【０１３４】
本実施形態の光半導体素子１０は、上述した各実施形態の光半導体装置の光半導体素子として用いられ得る。
【０１３５】
本実施形態の光半導体素子１０によれば、前方光強度検出領域１０ｄ及び後方光強度検出部１０ｅが、光半導体素子として一体に形成されるので、光半導体装置の寸法を小さくすることができる。
【０１３６】
次に、光半導体素子の第２実施形態を、図面を参照しながら、以下に説明する。
【０１３７】
図１５は、本明細書に開示する光半導体素子の第２実施形態を示す斜視図である。図１６は、図１５のＹ１−Ｙ１線断面図である。図１７は、図１５のＹ２−Ｙ２線断面図である。図１８は、図１５のＹ３−Ｙ３線断面図である。図１９は、図１５のＹ４−Ｙ４線断面図である。図２０は、光の導波経路を説明する図である。
【０１３８】
ＤＲレーザである光半導体素子１０は、活性領域１０ａと、後方分布反射鏡領域１０ｂと、前方分布反射鏡領域１０ｃと、前方光強度検出領域１０ｄと、後方光強度検出領域１０ｅを備える。
【０１３９】
活性領域１０ａは、電流が注入されて光を生成する。後方分布反射鏡領域１０ｂは、活性領域１０ａで生成された光を活性領域１０ａに向かって反射する。前方分布反射鏡領域１０ｃは、活性領域１０ａで生成された光を活性領域１０ａに向かって反射する。
【０１４０】
前方光強度検出領域１０ｄは、活性領域１０ａの光軸方向の前方に配置され、光半導体素子１０の光軸方向の前方から出力される光の前方光強度を検出し、検出した前方光強度を、屈折率制御部に出力する。
【０１４１】
後方光強度検出領域１０ｅは、活性領域１０ａの光軸方向の後方に配置され、光半導体素子１０の光軸方向の後方から出力される光の後方光強度を検出し、検出した後方光強度を、屈折率制御部に出力する。
【０１４２】
本実施形態の光半導体素子１０は、前方分布反射鏡領域１０ｃを有する点と、後方光強度検出領域１０ｅの構造が、上述した第１実施形態とは異なる。その他の構成は、上述した第１実施形態と同様である。そこで、本実施形態の光半導体素子１０については、前方分布反射鏡領域１０ｃ及び後方光強度検出領域１０ｅについて、以下に説明する。
【０１４３】
基板１１と、第１光導波層１３と、エッチングストッパ層１４と、第２クラッド層１７は、活性領域１０ａから前方光強度検出領域１０ｄ及び前方分布反射鏡領域１０ｃ及び後方分布反射鏡領域１０ｂ及び後方光強度検出領域１０ｅに亘って延びている。第１回折格子層１２は、活性領域１０ａから前方分布反射鏡領域１０ｃ及び後方分布反射鏡領域１０ｂに亘って延びている。
【０１４４】
前方分布反射鏡領域１０ｃは、基板１１と、基板１１上に配置される第１回折格子層１２と、第１回折格子層１２上に配置される第１光導波層１３を有する。第１光導波層１３上には、エッチングストッパ層１４が配置される。エッチングストッパ層１４上には、前方光導波層３２ｂが配置され、前方光導波層３２ｂ上には、第３クラッド層３３が配置される。前方光導波層３２ｂは、活性層１５と光学的に接合する。第３クラッド層３３上には、第２クラッド層１７が配置される。第２クラッド層１７上には、保護層１９が配置される。
【０１４５】
図１９に示すように、後方光強度検出領域１０ｅは、基板１１と、基板１１上に配置される第３回折格子層３１と、第３回折格子層３１上に配置される第１光導波層１３を有する。第１光導波層１３上には、エッチングストッパ層１４が配置される。エッチングストッパ層１４上には、後方光導波層３２ａ及び光検出層３４ｂが配置される。光検出層３４ｂは、後方光導波層３２ａと光学的に接合する。後方光導波層３２ａ上には、第３クラッド層３３が配置され、光検出層３４ｂ上には、第４クラッド層３５ｂが配置される。第３クラッド層３３及び第４クラッド層３５ｂ上には、第２クラッド層１７が配置される。第２クラッド層１７上には、保護層１９が配置される。光検出層３４ｂが位置する部分の第２クラッド層１７上には、コンタクト層１８及び第４電極層２４が配置される。
【０１４６】
図２０に示すように、第３回折格子層３１には、光半導体素子１０の光軸方向に対して４５度傾斜した向きを有する複数の溝が所定の周期で形成される。第３回折格子層３１は、後方光導波層３２ａを伝搬する光の一部を、光軸方向と直交する向きに分波して、光検出層３４ｂに導波する。後方光強度検出領域１０ｅにおいて、光検出層３４ｂに導波される光量は、第３回折格子層３１の長さ又は回折格子を形成する溝の深さ等に基づいて決定され得る。
【０１４７】
光検出層３４ｂは、伝搬してきた光を吸収して、キャリアを生成する。生成したキャリアは、第４電極層２４から取り出される。光検出層３４ｂにおけるキャリアの生成量は、吸収される光の強度と対応する。
【０１４８】
上述した本実施形態の光半導体素子１０によれば、前方光強度検出領域１０ｄ及び後方光強度検出領域１０ｅが、光半導体素子と一体に形成されるので、光半導体装置の寸法を小さくすることができる。
【０１４９】
また、本実施形態の光半導体素子１０によれば、前方分布反射鏡領域１０ｃを有するので、活性領域１０ａに反射される光量が増加するので、駆動電流の発振閾値を低減することができる。
【０１５０】
次に、上述した第１実施形態の光半導体素子の好ましい製造方法の一実施形態を、図面を参照しながら、以下に説明する。
【０１５１】
まず、図２１に示すように、基板１１上に、第１回折格子層及び第２回折格子層を形成するためのパターニングされたマスクＭ１が形成される。本実施形態では、基板１１として、ｎ型ドープＩｎＰ基板を用いた。本実施形態では、マスクＭ１のパターニングには、電子ビーム露光法を用いた。活性領域１０ａの寸法は１５０μｍであり、後方分布反射鏡領域１０ｂの寸法は７５μｍであり、前方光強度検出領域１０ｄの寸法は３０μｍであり、後方光強度検出領域１０ｅの寸法は５０μｍであった。ここで、活性領域１０ａ、後方分布反射鏡領域１０ｂ、前方光強度検出領域１０ｄ及び後方光強度検出領域１０ｅは、基板１１において、将来、各領域が形成される領域を意味する。このことは、以下の説明にも適用される。
【０１５２】
マスクＭ１において、第１回折格子層の回折格子の周期は、１９９．０ｎｍで一定に形成された。第１回折格子層の回折格子の溝の向きは、光軸方向と直交する向きを有する。第２回折格子層の回折格子の周期は、第１回折格子層の回折格子の周期の√２倍、即ち２８０．５９ｎｍで一定に形成された。第２回折格子層の回折格子の溝の向きは、第１回折格子層の回折格子の溝の向きに対して４５度傾斜している。
【０１５３】
次に、図２２に示すように、マスクＭ１を用いて、基板１１がエッチングされて、位相シフト部１２ａを有する第１回折格子層１２及び第２回折格子層３０が形成される。本実施形態では、エタン／水素混合ガスによるリアクティブ・イオン・エッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）を用いた。基板１１の表面は、１００ｎｍの深さまでエッチングされた。
【０１５４】
次に、図２３に示すように、基板１１からマスクＭ１が除去される。
【０１５５】
次に、図２４に示すように、第１回折格子層１２及び第２回折格子層３０が形成された基板１１上に、第１光導波層１３と、エッチングストッパ層１４と、活性層１５と、第１クラッド層１６が順番に形成される。本実施形態では、ＭＯＶＰＥ法を用いて、各層の形成を行った。第１光導波層１３は、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰを用いて形成され、組成波長１．１８μｍ、厚さは１２０ｎｍであった。エッチングストッパ層１４は、ｎ型ドープＩｎＰを用いて形成され、厚さは２０ｎｍであった。
【０１５６】
活性層１５として、量子井戸構造を用いた。本実施形態では、量子井戸構造は、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ井戸層、及び、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓバリア層を用いて形成された。ここで、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ井戸層は、厚さ４．２ｎｍ、圧縮歪量１．０％とした。また、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓバリア層は、組成波長１．０５μｍ、厚さ１０ｎｍとした。量子井戸構造の積層数は１２層として、その発振波長は１３１０ｎｍであった。また、量子井戸構造の上下に、量子井戸構造を挟み込むように、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ−ＳＣＨ（Ｓｅｐａｒａｔｅ  Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）層を設けた。ここで、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ−ＳＣＨ層は、組成波長１．０５μｍ、厚さは２０ｎｍであった。
【０１５７】
第１クラッド層１６は、ｐ型ドープＩｎＰを用いて形成され、厚さは１５０ｎｍであった。そして、第１クラッド層１６上に、マスクＭ２が形成される。本実施形態では、マスクＭ２は、ＣＶＤ法により、ＳｉＯ２を用いて形成され、厚さは４００ｎｍであった。
【０１５８】
次に、図２５に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、活性領域１０ａを覆うように、マスクＭ２がパターニングされる。
【０１５９】
次に、図２６に示すように、マスクＭ２を用いて、マスクが形成されていない部分の第１クラッド層１６及び活性層１５を選択性エッチングにより除去して、エッチングストッパ層１４が露出する。
【０１６０】
次に、図２７に示すように、露出しているエッチングストッパ層１４上に、前方光導波層３２ｂ及び後方光導波層３２ａと、第３クラッド層３３とを順番に形成する。本実施形態では、ＭＯＶＰＥ法を用いて、各層の形成を行った。活性層１５と前方光導波層３２ｂ及び後方光導波層３２ａとはバッティング接合される。また、第１クラッド層１６と第３クラッド層３３とはバッティング接合される。前方光導波層３２ｂ及び後方光導波層３２ａは、組成波長１．１５μｍ、厚さ２１０ｎｍのアンドープＡｌＧａＩｎＡｓを用いて形成された。第３クラッド層３３は、厚さ１５０ｎｍのアンドープＩｎＰを用いて形成された。この時、前方光導波層３２ｂ及び後方光導波層３２ａ及び第３クラッド層３３は、選択成長を用いて形成されるので、ＳｉＯ２により形成されるマスクＭ２上には成長しない。そして、マスクＭ２が除去される。
【０１６１】
次に、図２８に示すように、第１クラッド層１６及び第３クラッド層３３上にマスクＭ３が形成される。本実施形態では、マスクＭ３は、ＣＶＤ法により、ＳｉＯ２を用いて形成され、厚さは４００ｎｍであった。
【０１６２】
次に、図２９に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、マスクＭ３がパターニングされて、前方光強度検出領域１０ｄに開口部Ｎ１が形成され、後方光強度検出領域１０ｅに開口部Ｎ２が形成される。
【０１６３】
次に、図３０に示すように、マスクＭ３を用いて、開口部Ｎ１、Ｎ２の部分の第３クラッド層３３及び前方光導波層３２ｂ及び後方光導波層３２ａを選択性エッチングにより除去して、エッチングストッパ層１４が露出する。
【０１６４】
次に、図３１に示すように、開口部Ｎ１、Ｎ２に露出しているエッチングストッパ層１４上に、光検出層３４ａ、３４ｂ及び第４クラッド層３５ａ、３５ｂを順番に形成する。本実施形態では、ＭＯＶＰＥ法を用いて、各層の形成を行った。光検出層３４ａ、３４ｂそれぞれは、前方光導波層３２ｂ及び後方光導波層３２ａとバッティング接合される。第４クラッド層３５ａ、３５ｂそれぞれは、第３クラッド層３３とバッティング接合される。光検出層３４ａ、３４ｂは、厚さ２１０ｎｍのアンドープＧａＩｎＡｓを用いて形成された。第４クラッド層３５ａ、３５ｂは、厚さ１５０ｎｍのアンドープＩｎＰを用いて形成された。光検出層３４ａ、３４ｂ及び第４クラッド層３５ａ、３５ｂは、選択成長を用いて形成されるので、ＳｉＯ２により形成されるマスクＭ３上には成長しない。そして、マスクＭ３が除去される。
【０１６５】
次に、図３２に示すように、第１クラッド層１６及び第３クラッド層３３及び第４クラッド層３５ａ、３５ｂ上に、第２クラッド層１７と、コンタクト層１８とが順番に形成される。本実施形態では、ＭＯＶＰＥ法を用いて、各層の形成を行った。第２クラッド層１７は、Ｚｎをドープしたｐ型ＩｎＰを用いて形成され、厚さは２．５μｍであった。コンタクト層１８は、Ｚｎをドープしたｐ型ＧａＩｎＡｓを用いて形成され、厚さは３００ｎｍであった。そして、コンタクト層１８上にマスクＭ４が形成される。本実施形態では、マスクＭ４は、ＣＶＤ法により、ＳｉＯ２を用いて形成され、厚さは４００ｎｍであった。
【０１６６】
次に、図３３に示すように、メサ部及び光検出層へ光を導波する経路を形成するため、フォトリソグラフィ技術を用いて、マスクＭ４がストライプの形状にパターニングされる。マスクＭ４は、前方光強度検出領域１０ｄ〜後方光強度検出領域１０ｅの全体に亘るようにストライプ状に形成される。また、マスクＭ４には、前方光強度検出領域１０ｄにおいて、横に延びる延出部が形成される。
【０１６７】
次に、図３４に示すように、ドライエッチング法により、マスクＭ４を用いて、マスクが形成されていない部分のコンタクト層１８から基板１１の表面の部分までをエッチングにより除去して、メサ部及び光検出層へ光を導波する経路が形成される。本実施形態では、基板１１を表面から０．７μｍの深さまで除去した。
【０１６８】
次に、図３５に示すように、メサ部及び光検出層へ光を導波する経路の側面を埋め込むように、基板１１上に、埋め込み層２０が形成される。本実施形態では、ＭＯＶＰＥ法を用いて、埋め込み層２０の形成を行った。埋め込み層２０は、半絶縁性を有するＦｅドープ型ＩｎＰを用いて形成された。そして、マスクＭ４が除去される。本実施形態では、マスクＭ４は、フッ酸を用いて除去された。
【０１６９】
そして、フォトリソグラフィ技術を用いて、各電極層の下に配置されるコンタクト層１８の部分以外のコンタクト層１８がエッチングにより除去される。そして、メサ部及び光検出層へ光を導波する経路を覆うように保護層１９が形成される。本実施形態では、保護層１９は、ＳｉＮを用いて形成された。そして、各コンタクト層１８上に位置する保護層１９に開口部を形成して、各コンタクト層１８と接続する第１電極層２１、第３電極層２３及び第４電極層２４が形成される。また、後方分布反射鏡領域１０ｂの保護層１９上に抵抗発熱体２５が形成される。そして、基板１１の下に第２電極層２２が形成される。更に、前方光強度検出領域１０ｄの開放端面上に第１反射防止層４０が形成され、後方光強度検出領域１０ｅの開放端面上に第２反射防止層４１が形成されて、図９〜図１４に示す第１実施形態の光半導体素子が得られる。
【０１７０】
次に、上述した第２実施形態の光半導体素子の好ましい製造方法の一実施形態を、図面を参照しながら、以下に説明する。
【０１７１】
まず、図３６に示すように、基板１１上に、第１回折格子層及び第２回折格子層及び第３回折格子層を形成するためのパターニングされたマスクＭ５が形成される。本実施形態では、基板１１として、ｎ型ドープＩｎＰ基板を用いた。本実施形態では、マスクＭ５のパターニングには、電子ビーム露光法を用いた。活性領域１０ａの寸法は１５０μｍであり、後方分布反射鏡領域１０ｂの寸法は７５μｍであり、前方分布反射鏡領域１０ｃの寸法は２５μｍであり、前方光強度検出領域１０ｄの寸法は３０μｍであり、後方光強度検出領域１０ｅの寸法は３０μｍであった。ここで、活性領域１０ａ、後方分布反射鏡領域１０ｂ、前方分布反射鏡領域１０ｃ、前方光強度検出領域１０ｄ及び後方光強度検出領域１０ｅは、基板１１において、将来、各領域が形成される領域を意味する。このことは、以下の説明にも適用される。
【０１７２】
マスクＭ５において、第１回折格子層の回折格子の周期は、２４０．０ｎｍで一定に形成された。第１回折格子層の回折格子の溝の向きは、光軸方向と直交する向きを有する。第２回折格子層及び第３回折格子層の回折格子の周期は、第１回折格子層の回折格子の周期の√２倍、即ち３８８．４ｎｍで一定に形成された。第２回折格子層及び第３回折格子層の回折格子の溝の向きは、第１回折格子層の回折格子の溝の向きに対して４５度傾斜している。
【０１７３】
次に、図３７に示すように、マスクＭ５を用いて、基板１１がエッチングされて、位相シフト部１２ａを有する第１回折格子層１２及び第２回折格子層３０及び第３回折格子層３１が形成される。本実施形態では、エタン／水素混合ガスによるリアクティブ・イオン・エッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）を用いた。基板１１の表面は、１００ｎｍの深さまでエッチングされた。
【０１７４】
次に、図３８に示すように、基板１１からマスクＭ５が除去される。
【０１７５】
次に、図３９に示すように、第１回折格子層１２及び第２回折格子層３０及び第３回折格子層３１が形成された基板１１上に、第１光導波層１３と、エッチングストッパ層１４と、活性層１５と、第１クラッド層１６が順番に形成される。本実施形態では、ＭＯＶＰＥ法を用いて、各層の形成を行った。第１光導波層１３は、ｎ型ドープＧａＩｎＡｓＰを用いて形成され、組成波長１．２μｍ、厚さは１２０ｎｍであった。エッチングストッパ層１４は、ｎ型ドープＩｎＰを用いて形成され、厚さは２０ｎｍであった。
【０１７６】
活性層１５として、量子井戸構造を用いた。本実施形態では、量子井戸構造は、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ井戸層、及び、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓバリア層を用いて形成された。ここで、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ井戸層は、厚さ５．１ｎｍ、圧縮歪量１．０％とした。また、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓバリア層は、組成波長１．２０μｍ、厚さ１０ｎｍとした。量子井戸構造の積層数は１２層として、その発振波長は１５５０ｎｍであった。また、量子井戸構造の上下に、量子井戸構造を挟み込むように、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ−ＳＣＨ（Ｓｅｐａｒａｔｅ  Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）層を設けた。ここで、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ−ＳＣＨ層は、組成波長１．１５μｍ、厚さは２０ｎｍであった。
【０１７７】
第１クラッド層１６は、ｐ型ドープＩｎＰを用いて形成され、厚さは１５０ｎｍであった。そして、第１クラッド層１６上に、マスクＭ６が形成される。本実施形態では、マスクＭ６は、ＣＶＤ法により、ＳｉＯ２を用いて形成され、厚さは４００ｎｍであった。
【０１７８】
次に、図４０に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、活性領域１０ａを覆うように、マスクＭ６がパターニングされる。
【０１７９】
次に、図４１に示すように、マスクＭ６を用いて、マスクが形成されていない部分の第１クラッド層１６及び活性層１５を選択性エッチングにより除去して、エッチングストッパ層１４が露出する。
【０１８０】
次に、図４２に示すように、露出しているエッチングストッパ層１４上に、前方光導波層３２ｂ及び後方光導波層３２ａと、第３クラッド層３３とを順番に形成する。本実施形態では、ＭＯＶＰＥ法を用いて、各層の形成を行った。活性層１５と前方光導波層３２ｂ及び後方光導波層３２ａとはバッティング接合される。また、第１クラッド層１６と第３クラッド層３３とはバッティング接合される。前方光導波層３２ｂ及び後方光導波層３２ａは、組成波長１．２０μｍ、厚さ２３０ｎｍのアンドープＡｌＧａＩｎＡｓを用いて形成された。第３クラッド層３３は、厚さ１５０ｎｍのアンドープＩｎＰを用いて形成された。この時、前方光導波層３２ｂ及び後方光導波層３２ａ及び第３クラッド層３３は、選択成長を用いて形成されるので、ＳｉＯ２により形成されるマスクＭ６上には成長しない。そして、マスクＭ６が除去される。
【０１８１】
次に、図４３に示すように、第１クラッド層１６及び第３クラッド層３３上にマスクＭ７が形成される。本実施形態では、マスクＭ７は、ＣＶＤ法により、ＳｉＯ２を用いて形成され、厚さは４００ｎｍであった。
【０１８２】
次に、図４４に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、マスクＭ７がパターニングされて、前方光強度検出領域１０ｄに開口部Ｎ３が形成され、後方光強度検出領域１０ｅに開口部Ｎ４が形成される。
【０１８３】
次に、図４５に示すように、マスクＭ７を用いて、開口部Ｎ３、Ｎ４の部分の第３クラッド層３３及び前方光導波層３２ｂ及び後方光導波層３２ａを選択性エッチングにより除去して、エッチングストッパ層１４が露出する。
【０１８４】
次に、図４６に示すように、開口部Ｎ３、Ｎ４に露出しているエッチングストッパ層１４上に、光検出層３４ａ、３４ｂ及び第４クラッド層３５ａ、３５ｂを順番に形成する。本実施形態では、ＭＯＶＰＥ法を用いて、各層の形成を行った。光検出層３４ａ、３４ｂそれぞれは、前方光導波層３２ｂ及び後方光導波層３２ａとバッティング接合される。第４クラッド層３５ａ、３５ｂそれぞれは、第３クラッド層３３とバッティング接合される。光検出層３４ａ、３４ｂは、厚さ２３０ｎｍのアンドープＧａＩｎＡｓを用いて形成された。第４クラッド層３５ａ、３５ｂは、厚さ１５０ｎｍのアンドープＩｎＰを用いて形成された。光検出層３４ａ、３４ｂ及び第４クラッド層３５ａ、３５ｂは、選択成長を用いて形成されるので、ＳｉＯ２により形成されるマスクＭ７上には成長しない。そして、マスクＭ７が除去される。
【０１８５】
次に、図４７に示すように、第１クラッド層１６及び第３クラッド層３３及び第４クラッド層３５ａ、３５ｂ上に、第２クラッド層１７と、コンタクト層１８とが順番に形成される。本実施形態では、ＭＯＶＰＥ法を用いて、各層の形成を行った。第２クラッド層１７は、Ｚｎをドープしたｐ型ＩｎＰを用いて形成され、厚さは１．５μｍであった。コンタクト層１８は、Ｚｎをドープしたｐ型ＧａＩｎＡｓを用いて形成され、厚さは３００ｎｍであった。そして、コンタクト層１８上にマスクＭ８が形成される。本実施形態では、マスクＭ８は、ＣＶＤ法により、ＳｉＯ２を用いて形成され、厚さは４００ｎｍであった。
【０１８６】
次に、図４８に示すように、メサ部及び各光検出層へ光を導波する経路を形成するため、フォトリソグラフィ技術を用いて、マスクＭ８がストライプの形状にパターニングされる。マスクＭ８は、前方光強度検出領域１０ｄ〜後方光強度検出領域１０ｅの全体に亘るようにストライプ状に形成される。また、マスクＭ８には、前方光強度検出領域１０ｄ及び後方光強度検出領域１０ｅにおいて、横に延びる延出部が形成される。
【０１８７】
次に、図４９に示すように、ドライエッチング法により、マスクＭ８を用いて、マスクが形成されていない部分のコンタクト層１８から基板１１の表面の部分までをエッチングにより除去して、メサ部及び各光検出層へ光を導波する経路が形成される。本実施形態では、基板１１を表面から０．７μｍの深さまで除去した。
【０１８８】
次に、図５０に示すように、メサ部及び各光検出層へ光を導波する経路の側面を埋め込むように、基板１１上に、埋め込み層２０が形成される。本実施形態では、ＭＯＶＰＥ法を用いて、埋め込み層２０の形成を行った。埋め込み層２０は、半絶縁性を有するＦｅドープ型ＩｎＰを用いて形成された。そして、マスクＭ４が除去される。本実施形態では、マスクＭ８は、フッ酸を用いて除去された。
【０１８９】
そして、フォトリソグラフィ技術を用いて、各電極層の下に配置されるコンタクト層１８の部分以外のコンタクト層１８がエッチングにより除去される。そして、メサ部及び光検出層へ光を導波する経路を覆うように保護層１９が形成される。本実施形態では、保護層１９は、ＳｉＮを用いて形成された。そして、各コンタクト層１８上に位置する保護層１９に開口部を形成して、各コンタクト層１８と接続する第１電極層２１、第３電極層２３及び第４電極層２４が形成される。また、後方分布反射鏡領域１０ｂの保護層１９上に抵抗発熱体２５が形成される。そして、基板１１の下に第２電極層２２が形成される。更に、前方光強度検出領域１０ｄの開放端面上に第１反射防止層４０が形成され、後方光強度検出領域１０ｅの開放端面上に第２反射防止層４１が形成されて、図１５〜図２０に示す第２実施形態の光半導体素子が得られる。
【０１９０】
本発明では、上述した実施形態の光半導体装置、光半導体素子及び光半導体素子の製造方法は、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、一の実施形態が有する構成要件は、他の実施形態にも適宜適用することができる。
【０１９１】
例えば、上述した光半導体素子では、量子井戸構造として、ＡｌＧａＩｎＡｓを用いて、井戸層及びバリア層が形成されていたが、量子井戸構造として、ＧａＩｎＡｓＰを用いて、井戸層及びバリア層を形成しても良い。
【０１９２】
また、活性領域１０ａ又は後方分布反射鏡領域１０ｂ又は前方分布反射鏡領域１０ｃ又は前方光強度検出領域１０ｄ又は後方光強度検出領域１０ｅの寸法は、特に制限されるものではなく、各光半導体素子において適宜設定され得る。
【０１９３】
同様に、第１回折格子層１２、第２回折格子層３０又は第３回折格子層３１の回折格子の周期又は結合係数も、特に制限されるものではなく、各光半導体素子において適宜設定され得る。
【０１９４】
上述した各実施形態の光半導体素子では、位相シフト量は１．６７πとしていたが、位相シフト量は、特に制限されるものではなく、各光半導体素子において適宜設定され得る。
【０１９５】
上述した各実施形態の光半導体素子では、ｎ型の導電性を有する基板を用いていたが、ｐ型の導電性を有する基板を用いて、各層が上述した実施形態とは逆の導電性を有する構造としてもよい。また、光半導体素子を、半絶縁性のシリコン基板上に貼り合わせ法を用いて形成しても良い。
【０１９６】
また、光半導体素子を形成する材料は、化合物半導体と共に、有機物又は無機物を用いても良い。
【０１９７】
上述した各実施形態の光半導体素子は、半絶縁性材料を用いた電流狭窄埋め込み構造を有していたが、ｐｎｐｎサイリスタ構造の電流狭窄構造を有していても良い。
【０１９８】
上述した各実施形態の光半導体素子は、埋め込み型の導波路構造を有していたが、リッジ型導波路等の他の導波路構造を有していてもよい。
【０１９９】
上述した各実施形態の光半導体素子は、表面回折格子構造を有していたが、回折格子の構造は特に限定されない。光半導体素子は、例えば、埋め込み型の回折格子等の他の回折格子構造を有していても良い。
【０２００】
また、上述した各実施形態の光半導体素子では、第１回折格子層が、活性層に対して基板側に配置されていたが、第１回折格子層を、活性層に対して基板とは反対側に配置しても良い。
【０２０１】
上述した各実施形態の光半導体素子では、活性領域１０ａと、後方分布反射鏡領域１０ｂ又は前方分布反射鏡領域１０ｃとは、回折格子の結合係数が同じであったが、異なっていてもよい。
【０２０２】
更に、上述した各実施形態の光半導体素子では、第１回折格子層１２、第２回折格子層３０又は第３回折格子層３１の回折格子の周期が一定であったが、回折格子の周期は変化していてもよい。
【０２０３】
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。
【０２０４】
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。
【０２０５】
（付記１）
電流が注入されて光を生成する活性層と、活性回折格子層と、を有する活性領域と、
前記活性領域の光軸方向の後方に配置され、後方光導波層及び後方回折格子層を有し、前記活性領域で生成された光を前記活性領域に向かって反射する後方分布反射鏡領域と、
を有する光半導体素子と、
前記光半導体素子の光軸方向の後方から出力される光の後方光強度と、前記光半導体素子の光軸方向の前方から出力される光の前方光強度とに基づいて、前記後方光導波層の屈折率を制御する制御部と、
を備える光半導体装置。
【０２０６】
（付記２）
前記制御部は、前記光半導体素子の光軸方向の後方から出力される光の前記後方光強度と、前記光半導体素子の光軸方向の前方から出力される光の前記前方光強度とに基づいて、前記後方光導波層の温度を変更して、前記後方光導波層の屈折率を制御する付記１に記載の光半導体装置。
【０２０７】
（付記３）
前記制御部は、前記光半導体素子の光軸方向の後方から出力される光の前記後方光強度と、前記光半導体素子の光軸方向の前方から出力される光の前記前方光強度とに基づいて、前記後方光導波層の温度を低下させて、前記後方光導波層の屈折率を低減し、前記後方光導波層の温度を上昇させて、前記後方光導波層の屈折率を増加させる付記２に記載の光半導体装置。
【０２０８】
（付記４）
前記制御部は、前記光半導体素子の光軸方向の後方から出力される光の前記後方光強度と、前記光半導体素子の光軸方向の前方から出力される光の前記前方光強度との比である光強度比に基づいて、前記後方光導波層の温度を変更して、前記後方光導波層の屈折率を制御する付記２又は３に記載の光半導体装置。
【０２０９】
（付記５）
前記制御部は、前記光強度比の前記活性領域に注入される駆動電流に対する微分係数がゼロとなるように、前記後方光導波層の温度を変更する付記４に記載の光半導体装置。
【０２１０】
（付記６）
前記制御部は、前記光強度比の前記活性領域に注入される駆動電流に対する微分係数が負の値から正の値に変化した場合、前記微分係数の値がゼロ以下になるように、前記後方光導波層の温度を変更する付記４に記載の光半導体装置。
【０２１１】
（付記７）
前記制御部は、前記光強度比の前記活性領域に注入される駆動電流に対する微分係数が負の値から正の値に変化した場合、前記微分係数の値が、前記微分係数の符号を負に反転した値とゼロとの間に位置するように、前記後方光導波層の温度を変更する付記４に記載の光半導体装置。
【０２１２】
（付記８）
前記制御部は、前記光強度比の前記活性領域に注入される駆動電流に対する微分係数が正の値から負の値に変化した場合、前記微分係数の値がゼロ以上になるように、前記後方光導波層の温度を変更する付記４に記載の光半導体装置。
【０２１３】
（付記９）
前記制御部は、前記光強度比の前記活性領域に注入される駆動電流に対する微分係数が正の値から負の値に変化した場合、前記微分係数の値が、前記微分係数の符号を正に反転した値とゼロとの間に位置するように、前記後方光導波層の温度を変更する付記４に記載の光半導体装置。
【０２１４】
（付記１０）
前記制御部は、前記後方光導波層を加熱又は冷却する屈折率変更部を有する付記２〜９の何れか一項に記載の光半導体装置。
【０２１５】
（付記１１）
前記屈折率変更部は、抵抗発熱体又は熱電変換素子である付記１０に記載の光半導体装置。
【０２１６】
（付記１２）
前記制御部は、前記光半導体素子の光軸方向の後方から出力される光の前記後方光強度と、前記光半導体素子の光軸方向の前方から出力される光の前記前方光強度とに基づいて、前記後方光導波層のキャリア濃度を変更して、前記後方光導波層の屈折率を制御する付記１に記載の光半導体装置。
【０２１７】
（付記１３）
前記制御部は、前記光半導体素子の光軸方向の後方から出力される光の前記後方光強度と、前記光半導体素子の光軸方向の前方から出力される光の前記前方光強度とに基づいて、
前記後方光導波層に注入する電流を増加させて、前記後方光導波層の屈折率を低減するか、又は、前記後方光導波層に注入する電流を減少させて、前記後方光導波層の屈折率を増加させる付記１２に記載の光半導体装置。
【０２１８】
（付記１４）
前記制御部は、前記光半導体素子の光軸方向の後方から出力される光の前記後方光強度と、前記光半導体素子の光軸方向の前方から出力される光の前記前方光強度との比である光強度比に基づいて、前記後方光導波層に注入する電流を変更して、前記後方光導波層の屈折率を制御する付記１２又は１３に記載の光半導体装置。
【０２１９】
（付記１５）
前記制御部は、前記光強度比の前記活性領域に注入される駆動電流に対する微分係数がゼロとなるように、前記後方光導波層に注入する電流を変更する付記１４に記載の光半導体装置。
【０２２０】
（付記１６）
前記制御部は、前記光強度比の前記活性領域に注入される駆動電流に対する微分係数が負の値から正の値に変化した場合、前記微分係数の値がゼロ以下になるように、前記後方光導波層に注入する電流を変更する付記１４に記載の光半導体装置。
【０２２１】
（付記１７）
前記制御部は、前記光強度比の前記活性領域に注入される駆動電流に対する微分係数が負の値から正の値に変化した場合、前記微分係数の値が、前記微分係数の符号を負に反転した値とゼロとの間に位置するように、前記後方光導波層に注入する電流を変更する付記１４に記載の光半導体装置。
【０２２２】
（付記１８）
前記制御部は、前記光強度比の前記活性領域に注入される駆動電流に対する微分係数が正の値から負の値に変化した場合、前記微分係数の値がゼロ以上になるように、前記後方光導波層に注入する電流を変更する付記１４に記載の光半導体装置。
【０２２３】
（付記１９）
前記制御部は、前記光強度比の前記活性領域に注入される駆動電流に対する微分係数が正の値から負の値に変化した場合、前記微分係数の値が、前記微分係数の符号を正に反転した値とゼロとの間に位置するように、前記後方光導波層に注入する電流を変更する付記１４に記載の光半導体装置。
【０２２４】
（付記２０）
前記光半導体素子は、前記活性領域の光軸方向の前方に配置され、前方光導波層及び前方回折格子層を有し、前記活性領域で生成された光を前記活性領域に向かって反射する前方分布反射鏡領域を有し、
前記前方分布反射鏡領域が、前記活性領域で生成された光を前記活性領域に向かって反射する反射率は、前記後方分布反射鏡領域が、前記活性領域で生成された光を前記活性領域に向かって反射する反射率よりも低い付記１〜１９の何れか一項に記載の光半導体装置。
【０２２５】
（付記２１）
前記制御部は、前記光半導体素子の光軸方向の前方から出力される光の前記前方光強度と、前記光半導体素子の光軸方向の後方から出力される光の前記後方光強度とに基づいて、前記前方光導波層及び前記後方光導波層の屈折率を制御する付記２０に記載の光半導体装置。
【０２２６】
（付記２２）
前記制御部は、前記光半導体素子の光軸方向の前方から出力される光の前記前方光強度と、前記光半導体素子の光軸方向の後方から出力される光の前記後方光強度との比である光強度比に基づいて、前記後方光導波層の屈折率を制御する付記１、２，１２又は１３に記載の光半導体装置。
【符号の説明】
【０２２７】
１    光半導体装置
２    屈折率制御部
２ａ    屈折率変更部、後方屈折率変更部
２ｂ    前方屈折率変更部
３    前方光強度検出部
３ａ    ハーフミラー
３ｂ    光検出器
３ｃ    電流計
３ｄ    バイアス電源
４    後方光強度検出部
４ａ    光検出器
４ｂ    電流計
４ｃ    バイアス電源
５    駆動部
５ａ    信号源
５ｂ    コンデンサ
５ｃ    コイル
５ｄ    バイアス電源
１０    光半導体素子
１０ａ    活性領域
１０ｂ    後方分布反射鏡領域
１０ｃ    前方分布反射鏡領域
１０ｄ    前方光強度検出領域
１０ｅ    後方光強度検出領域
１１    基板
１２    回折格子層、第１回折格子層（活性回折格子層）
１２ａ    位相シフト部
１３    第１光導波層
１４    エッチングストッパ層
１５    活性層
１６    第１クラッド層
１７    クラッド層、第２クラッド層
１８    コンタクト層
１９    保護層
２０    埋め込み層
Ｍ１    第１メサ部
Ｍ２    第２メサ部２２
Ｍ３    第３メサ部
２１    第１電極層
２２    第２電極層
２３    第３電極層
２４    第４電極層
２５    抵抗発熱体
３０    第２回折格子層
３１    第３回折格子層
３２    第２光導波層
３２ａ    後方光導波層
３２ｂ    前方光導波層
３３    第３クラッド層
３４ａ、３４ｂ    光検出層
３５ａ、３５ｂ    第４クラッド層
４０    第１反射防止層
４１    第２反射防止層
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６、Ｍ７、Ｍ８    マスク
Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４    開口部
【図１】
2016152360.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2016152360.tif 000007
【図６】
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【図７】
2016152360.tif 000009
【図８】
2016152360.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2016152360.tif 000012
【図１１】
2016152360.tif 000013
【図１２】
2016152360.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2016152360.tif 000018
【図１７】
2016152360.tif 000019
【図１８】
2016152360.tif 000020
【図１９】
2016152360.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
2016152360.tif 000024
【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】
2016152360.tif 000033
【図３２】
2016152360.tif 000034
【図３３】
2016152360.tif 000035
【図３４】
2016152360.tif 000036
【図３５】
2016152360.tif 000037
【図３６】
2016152360.tif 000038
【図３７】
2016152360.tif 000039
【図３８】
2016152360.tif 000040
【図３９】
2016152360.tif 000041
【図４０】
2016152360.tif 000042
【図４１】
2016152360.tif 000043
【図４２】
2016152360.tif 000044
【図４３】
2016152360.tif 000045
【図４４】
2016152360.tif 000046
【図４５】
2016152360.tif 000047
【図４６】
2016152360.tif 000048
【図４７】
2016152360.tif 000049
【図４８】
2016152360.tif 000050
【図４９】
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【図５０】
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