(57)【要約】【課題】回路基板の長さが短いまま高次モードを除去することができる半導体光素子を提供する。【解決手段】本発明の集積半導体光素子は、半導体基板と、半導体基板上に形成された光源部と、半導体基板上に形成され、光源部に接続された高次モードフィルタ部であって、高次モードフィルタ部は、半導体基板上に形成された導波路内において、光源部からの光により発生する光の高次モードを除去する高次モードフィルタを有する、高次モードフィルタ部と、半導体基板上に形成され、高次モードフィルタの出力側に接続された斜め出射導波路とを備え、高次モードフィルタは、半導体基板上に形成された光源部からの光を導波する第１の円弧状導波路と、第１の円弧状導波路の出力側に接続され、第１の円弧状導波路と反対方向の曲げ方向を有する第２の円弧状導波路とを有することを特徴とする集積半導体光素子。【選択図】図４
2016018894.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形成された光源部と、
前記半導体基板上に形成され、前記光源部に接続された導波路内において、前記光源からの光により発生する光の高次モードを除去する高次モードフィルタを有する、高次モードフィルタ部と、
前記半導体基板上に形成され、前記高次モードフィルタの出力側に接続された斜め出射導波路と
を備える集積半導体光素子であって、
前記高次モードフィルタは、前記半導体基板上に形成された前記光源部からの光を導波する第１の円弧状導波路と、前記第１の円弧状導波路の出力側に接続され、前記第１の円弧状導波路と反対方向の曲げ方向を有する前記半導体基板上に形成された第２の円弧状導波路とを有することを特徴とする集積半導体光素子。
【請求項２】
前記高次モードフィルタは、少なくとも１つの第３の円弧状導波路をさらに有し、前記少なくとも１つの第３の円弧状導波路は、前記第２の円弧状導波路の出力側に直列に接続され、前記第２の円弧状導波路及び前記少なくともひとつの第３の円弧状導波路は、隣り合う円弧状導波路同士がそれぞれ反対方向の曲げ方向を有することを特徴とする請求項１に記載の集積半導体光素子。
【請求項３】
前記第１の円弧状導波路と前記第２の円弧状導波路との接合部、前記第２の円弧状導波路と前記少なくともひとつの第３の円弧状導波路との接合部、複数の第３の円弧状導波路のそれぞれの接合部、及び前記第２の円弧状導波路又は前記少なくともひとつの第３の円弧状導波路と前記斜め出射導波路の接合部は、それぞれはオフセットを有して接続されることを特徴とする請求項１又は２に記載の集積半導体光素子。
【請求項４】
前記半導体基板は（１００）ＩｎＰ基板であり、
前記第１の円弧状導波路、前記第２の円弧状導波路、前記少なくともひとつの第３の円弧状導波路、及び前記斜め出射導波路は、浅いリッジ構造または埋め込みヘテロ構造を有しており、光の導波方向の、基板において＜０１１＞方向との成す角は１０度以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の集積半導体光素子。
【請求項５】
前記光源部は、
複数の半導体レーザと、
前記複数の半導体レーザにそれぞれ接続された変調器と、
前記ＥＡ変調器のそれぞれに接続された導波路と、
前記導波路すべてに接続された合波器とをさらに備え、
前記光変調器は複数の外部変調器であり、
前記合波器は前記変調器からの変調光を合波して前記高次モードフィルタ部に出射することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の集積半導体光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光素子に関し、より詳細には、半導体基板上に複数の半導体レーザを集積させた集積半導体光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信における波長多重通信方式では、波長の異なる複数の光信号を一本の光ファイバで伝送する。一般的に、光ファイバ通信の光源として単一モードで動作する半導体分布帰還型（ＤＦＢ）レーザが用いられている。従って、波長多重通信のためには、異なる波長で動作するＤＦＢレーザを複数個用い、それぞれのＤＦＢレーザを直接変調もしくはＤＦＢレーザからのレーザ光を外部変調し、変調したそれぞれの出力レーザ光を、合波器を用いて合波して伝送する。
【０００３】
また、システムの小型化、低消費電力化のために、複数個のＤＦＢレーザ、ＤＦＢレーザからのレーザ光を変調する複数個の変調器、及び合波器を一つの半導体基板に集積した集積半導体光素子の開発も行われている。
【０００４】
図１は、従来の集積半導体光素子であるＥＡ−ＤＦＢレーザアレイ素子１００の構成の一例を示す図である。
【０００５】
図１に記載のＥＡ−ＤＦＢレーザアレイ素子１００は、半導体基板１０１上に形成された４つのＤＦＢレーザ１１１〜１１４からの出力レーザ光を、半導体基板１０１上に形成されたそれぞれ電界吸収型（ＥＡ：ｅｌｅｃｔｒｏ−ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）の外部変調器（ＥＡ変調器）１２１〜１２４で変調し、合波器（ＭＭＩ合波器）１３１により一本の光導波路に合波する光回路を備えた集積半導体光素子である。ＤＦＢレーザ１１１〜１１４のＥＡ変調器１２１〜１２４と反対側にはフォトダイオード１４１〜１４４が設けられており、ＤＦＢレーザ１１１〜１１４の出力レーザ光をモニタできるようになっている。
【０００６】
複数個のＤＦＢレーザ、複数個のＥＡ変調器、複数個のフォトダイオード、およびＭＭＩ合波器を１つの半導体基板上にまとめることによりパッケージを一つにすることができるため、個別に温度調節機構やレンズなどを持たせる場合に比べ、低消費電力、コスト削減を図ることが可能である。
【０００７】
半導体光素子で用いられる導波路の構造は種々あり、集積デバイスにおいては、複数の種類の光導波路を組み合わせて作製することが行われる。
【０００８】
図２は、半導体光素子において用いられる導波路の例を示す断面図で、（ａ）は浅いリッジ構造の導波路、（ｂ）は埋め込みヘテロ構造の導波路、（ｃ）はハイメサ構造の導波路であり、それぞれ光の導波方向の断面図である。（ａ）浅いリッジ構造の導波路はコア２０１がコアより狭い幅の半導体２０２及びコアと同一幅の２０３で囲まれており、及び（ｂ）埋め込みヘテロ構造の導波路は、コア２１１が半導体２１２で囲まれている構造で、光が導波する部分とその両側の屈折率差が小さく、横方向の光閉じ込めが弱い。したがって、例えば曲線導波路に使用すると、光の損失が大きい。一方で、浅いリッジ構造の導波路及び埋め込みヘテロ構造の導波路は結晶欠陥が少なく発光効率が良いため、例えば半導体レーザのように光導波路のコアが発光するような素子に使用される。一方で、（ｃ）ハイメサ構造の導波路は、コア２２１の両脇を空気で挟みこむような構造であり、半導体と空気の屈折率差が大きいため横方向の光閉じ込めが強くなる。したがって曲げ損失が少なく、曲線導波路に使用することができる。集積半導体光素子は、埋め込みヘテロ構造、浅いリッジ構造、およびハイメサ導波路構造等の導波路をそれぞれ組み合わせることにより、最適な導波路構造を作り込むことができる。
【０００９】
通常、光通信用の半導体レーザや光導波路の場合は、シングルモードで動作させる。集積半導体光素子に使用する導波路においては、直線導波路だけでなく曲線導波路、構造の異なる導波路の接合部、及び合波器等が存在する。導波路のうち、浅いリッジ構造の導波路、埋め込みヘテロ構造の導波路については、曲線導波路から曲線導波路への変曲点、直線導波路から曲線導波路への変曲点、導波路の接合部、及び合波器等の箇所では、高次モードが発生することが知られている。
【００１０】
高次モードが発生すると、本来の光回路の性能が得られないばかりでなく、シングルモードファイバとの結合損失が大きくなる、導波路中で光線が蛇行する、などの影響が生じる。導波路中で光線が蛇行することによってチップからの出射光方向がチップ毎または発光するレーザ毎に異なり、ファイバとのレンズ結合が困難になるなどの問題が生じる。
【００１１】
高次モードを含んだ回路であっても、シングルモード導波路を伝搬させさえすればいずれは高次モードが除去される。しかしながら、完全に高次モードを除去するためには長い距離、例えば１０ｍｍが必要になり、現実的ではない。
【００１２】
そのため、例えば、直線から曲線導波路への変曲点では、高次モードの発生を抑えるために、導波路中心軸をずらして接合するオフセット接合を導入することなどが行われている（非特許文献１参照）。
また、単一モードで動作するＤＦＢレーザなどの単一モードレーザは、一般的に反射光に弱いことが知られている。つまり、一度レーザ共振器外部に放出された光が反射されて再び共振器内部に入射することにより、反射波の強度や位相に応じて線幅の増大などを招き、通信の品質が劣化する。この反射波の影響はレーザ出射端面近傍の反射よりも、遠方の反射の方がより問題が大きい。そこで、レーザの後に半導体から空気中に出射するまでに、導波路が長く続くような集積半導体光素子の場合、半導体の端面（ヘキ開面）に無反射コートを施すだけでなく、半導体の端面の導波路（浅いリッジ構造の導波路、又は埋め込みヘテロ構造の導波路）をヘキ開面に対して斜めに配置すること（いわゆる斜め出射導波路）が行われている。浅いリッジ構造の導波路又は埋め込みヘテロ構造の導波路において斜め出射導波路を採用することにより、無反射コートを施したヘキ開面におけるわずかな反射光も導波路に戻らないような構造としている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Vijaya Subramaniam et at., “Measurement of mode field profiles and bending and transition losses in curved optical channel waveguides”, Journal of Lightwave Technology, vol.15, no.6, pp. 990-997, June 1997.
【非特許文献２】Masaki Kohtoku et al., “Evaluation of the rejection ratio of an MMI-based higher order mode filter using optical low coherence reflectometry”, IEEE Photonics Technology Letters, vol. 14, no. 7, pp. 968-970, July 2002.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
図２に記載の３種の導波路の採用、非特許文献１に記載の曲線導波路のオフセット導入など、それぞれの導波路構造を利用し光損失を最小化するように集積半導体光素子を作製することができれば、高次モードの発生を抑制することが可能となるが、半導体上は面内の分布なども含め、少なからず作製誤差が生じるため、作製歩留まりを考えると、完全に高次モードを抑制することができないと考えられる。また、浅いリッジ構造や埋め込みヘテロ構造などの横方向の閉じ込めが弱い導波路構造によりＭＭＩ合波器等を作製した場合、合波後の導波路へ高次モードが混入しやすい。
【００１５】
各個別部分はなるべく高次モードが発生しないように設計するのは言うまでもないが、作製誤差があったり、さまざまな導波路構造を採用したりしたとしても、高次モードを含まず光線が蛇行しない安定した光出力を得るためには、光回路の最終段階において、なるべく短い長さで効果的に高次モードを取り除くための高次モードフィルタを設置することが必要となる。高次モードフィルタとしては、ハイメサ構造の導波路中に１入力１出力のＭＭＩを使うことが知られている（非特許文献２）。しかしながら、１入力１出力ＭＭＩでは０．５μｍ程度以下の作製寸法誤差により高次モード除去性能が劣化するので、作製歩留りを確保するためには高い作製条件再現性・高い作成条件面内均一性が必要であった。
【００１６】
図３は、曲線導波路にハイメサ構造の導波路を使用し、レーザ出射口を含む各導波路に浅いリッジ構造の斜め出射導波路を使用したＥＡ−ＤＦＢレーサ素子３００を示す構成図である。曲線導波路には曲げ損失の少ないハイメサ構造の導波路を用い、出射導波路には浅いリッジ構造の導波路を使う。
【００１７】
図３のＥＡ−ＤＦＢレーザアレイ素子３００は、ハイメサ構造の導波路３３２に１入力１出力ＭＭＩ３３３による高次モードフィルタを挿入し、曲線導波路としたハイメサ構造の導波路３３４に浅いリッジ構造の導波路３３５を接合して、浅いリッジ構造３３５のレーザ光出射口に斜め出射導波路を形成している。
【００１８】
しかしＥＡ−ＤＦＢレーザアレイ素子３００の構造においては必ずハイメサ構造の導波路３３４から浅いリッジ構造の導波路３３５へ変換が必要になるので、高次モードを十分に除去できない問題があった。
【００１９】
ここで、図３において、曲線導波路を含むすべての導波路を浅いリッジにより作製すると、１入力１出力ＭＭＩ３３３において高次モードが含まれてしまう問題がある。すべての導波路を浅いリッジで作製する場合には、高次モードを除去するために、例えば出力導波路を数１０ｍｍと長くとる必要があり、半導体光素子を小型化できない。
【００２０】
一方で、図３においてすべての導波路をハイメサ構造の導波路により作製すると、１入力１出力ＭＭＩ３３３により高次モードの心配はなくなるが、一方で出射導波路を斜めにしたとしても横方向の光の閉じ込め能力が高いため端面での反射光が導波路に戻ってしまうという問題があった。
【００２１】
従って、本発明は、レーザ光の半導体光素子からの出力時におけるレーザ光反射を防ぐために半導体端面における導波路に浅いリッジ構造又は埋め込みヘテロ構造の導波路を採用し、斜め出射導波路とすることを前提として、半導体光素子の長さが短いまま高次モードを除去することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は、このような目的を達成するために、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形成された光源部と、前記半導体基板上に形成され、前記光源に接続された高次モードフィルタ部であって、前記高次モードフィルタ部は、前記半導体基板上に形成された導波路内において、前記光源からの光により発生する光の高次モードを除去する高次モードフィルタを有する、高次モードフィルタ部と、前記半導体基板上に形成され、前記高次モードフィルタの出力側に接続された斜め出射導波路とを備える集積半導体光素子であって、前記高次モードフィルタは、前記半導体基板上に形成された前記光源からの光を導波する第１の円弧状導波路と、前記第１の円弧状導波路の出力側に接続され、前記第１の円弧状導波路と反対方向の曲げ方向を有する前記半導体基板上に形成された第２の円弧状導波路とを有することを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の第２の態様は、第１の態様の集積半導体光素子であって、  前記高次モードフィルタは、少なくとも１つの第３の円弧状導波路をさらに有し、前記少なくとも１つの第３の円弧状導波路は、前記第２の円弧状導波路の出力側に直列に接続され、前記第２の円弧状導波路及び前記少なくともひとつの第３の円弧状導波路は、隣り合う円弧状導波路同士がそれぞれ反対方向の曲げ方向を有することを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様の集積半導体光素子であって、前記第１の円弧状導波路と前記第２の円弧状導波路との接合部、前記第２の円弧状導波路と前記少なくともひとつの第３の円弧状導波路との接合部、複数の第３の円弧状導波路のそれぞれの接合部、及び前記第２の円弧状導波路又は前記少なくともひとつの第３の円弧状導波路と前記斜め出射導波路の接合部は、それぞれはオフセットを有して接続されることを特徴とする。
【００２５】
本発明の第４の態様は、第１から第３のいずれか１つの態様の集積半導体光素子であって、前記半導体基板は（１００）ＩｎＰ基板であり、前記第１の円弧状導波路、前記第２の円弧状導波路、前記少なくともひとつの第３の円弧状導波路、及び前記斜め出射導波路は、浅いリッジ構造または埋め込みヘテロ構造を有しており、光の導波方向の、基板において＜０１１＞方向との成す角は１０度以下であることを特徴とする。
【００２６】
本発明の第５の態様は、第１から第４のいずれか１つの態様の集積半導体光素子であって、前記光源は、複数の半導体レーザと、前記複数の半導体レーザにそれぞれ接続された変調器と、前記ＥＡ変調器のそれぞれに接続された導波路と、前記導波路すべてに接続された合波器とをさらに備え、前記光変調器は複数の外部変調器であり、前記合波器は前記変調器からの変調光を合波して前記高次モードフィルタに出射することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
以上説明したように、本発明によれば、半導体端面における導波路に浅いリッジ構造又は埋め込みヘテロ構造の導波路と、斜め出射導波路とを採用して、集積半導体光素子の長さが短いまま高次モードを除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来の集積半導体光素子であるＥＡ−ＤＦＢレーザアレイ素子の構成の一例を示す図である。
【図２】集積半導体光素子において用いられる導波路の例を示す断面図で、（ａ）は浅いリッジ構造の導波路、（ｂ）は埋め込みヘテロ構造の導波路、（ｃ）はハイメサ構造の導波路であり、それぞれ光の導波方向の断面図である。
【図３】曲線導波路にハイメサ構造の導波路を使用し、レーザ出射口を含む各導波路に浅いリッジ構造の斜め出射導波路を使用したＥＡ−ＤＦＢレーサ素子を示す構成図である。
【図４】本発明の第１の実施形態であるＥＡ−ＤＦＢレーザ素子を示す構成図である。
【図５】出力導波路の高次モードフィルタ部を拡大した構成図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、浅いリッジ構造の導波路の光の導波方向の断面図である。
【図７】高次モードフィルタ部の各導波路の接合部を示す図で、図７（ａ）は直線導波路と円弧状導波路との接合部、図７（ｂ）は２つの円弧状導波路と、斜め出射導波路との接合部を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態であるＥＡ−ＤＦＢレーザ素子の高次モードフィルタ部分を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００３０】
［第一の実施形態］
図４は、本発明の集積半導体光素子の第１の実施形態であるＥＡ−ＤＦＢレーザアレイ素子４００を示す構成図である。図４のＥＡ−ＤＦＢレーザアレイ素子４００は、半導体基板４０１と、半導体基板４０１上に形成された光源部４１０と、半導体基板４０１上に形成された導波路内において、光源部４１０からの光により発生する光の高次モードを除去する、高次モードフィルタ部４５０と、半導体基板４０１上に形成され、高次モードフィルタ部４５０に接続された斜め出射導波路４５４とを備える。
【００３１】
光源部４１０は、２つのＤＦＢレーザ４１１、４１２と、ＤＦＢレーザ４１１、４１２からの出力レーザ光をそれぞれ変調するＥＡ変調器４２１、４２２と、ＥＡ変調器４２１、４２２からの変調されたレーザ光を一本の光導波路に合波するＭＭＩ合波器４３１と、ＥＡ変調器４２１、４２２とＭＭＩ合波器４３１の入力側との間にそれぞれ接続された接続導波路４３２、４３３とを備える。ＥＡ−ＤＦＢレーザアレイ素子４００は、ＤＦＢレーザ４１１、４１２のＥＡ変調器４２１、４２２と反対側にはフォトダイオード４４１、４４２が設けられており、ＤＦＢレーザ４１１、４１２の出力レーザ光をモニタできるようになっている。
【００３２】
高次モードフィルタ部は、光源部４１０のＭＭＩ合波器４３１の出力側に接続された高次モードフィルタを構成する出力導波路４３４を備えている。斜め出射導波路４５４は、出力導波路４３４に接続されている。
【００３３】
半導体基板４０１は、ＩｎＰ基板であり、ＤＦＢレーザ４１１、４１２は、波長１．３μｍ付近に利得を持つＧａＩｎＡｓＰ多重量子井戸構造を活性層に持ち、回折格子を形成することで単一モード動作が可能なＤＦＢレーザである。ＥＡ変調器４２１、４２２は、波長１．３μｍより短波長側に吸収ピークを持つＡｌＧａＩｎＡｓ多重量子井戸構造を吸収層とする。合波器４３１は、２入力１出力のＭＭＩ合波器であり、１．１μｍ波長のバンドギャップを有するＧａＩｎＡｓＰをコアとする。接続導波路４３２、４３３及び出力導波路４３４も、１．１μｍ波長のバンドギャップを有するＧａＩｎＡｓＰをコアとし、導波路構造は全て浅いリッジ構造としている。
【００３４】
図５は、図４の高次モードフィルタ部４５０と斜め出射導波路４５４を拡大した構成図である。出力導波路４３４は合波器４３１の出力側に接続され、合波器４３１側から、直線導波路４５１、第１の円弧状導波路４５２、第２の円弧状導波路４５３の順で配置されている。
【００３５】
伝搬させるレーザ光の波長と、半導体の屈折率から、適切な導波路の幅をシングルモード条件を満たすように設定すれば、直線導波路にレーザ光を伝搬させた場合であっても、いずれは高次モードがコアの脇から放射される。しかし、導波路を円弧状に形成することにより、高次モードの放射はより顕著になる。高次モードは導波路に沿って伝搬できずにコアの脇から放射されるからである。本実施形態では、導波路には波長１．３μｍ近辺の光を伝搬させているが、導波路幅は１．６μｍとしている。
【００３６】
本実施形態において、導波路の構造はすべて浅いリッジ構造としている。図６（ａ）及び（ｂ）は、浅いリッジ構造の導波路の光の導波方向の断面図である。ＩｎＰ系材料を用いた半導体光素子で、浅いリッジ構造の導波路を作る場合、図６（ａ）のようにＩｎＰよりなる上部クラッド層６０１、６１１のみ選択的にエッチングし、ＧａＩｎＡｓＰやＡｌＧａＩｎＡｓなどからなるコア層６０２、６１２及び下部クラッド層６０３、６１３はエッチングしないウエットエッチング液を用いることにより導波路は容易に作製することができる。
【００３７】
しかしながら、ウエットエッチングは、エッチング形状が結晶面方位に大きく依存する。すなわち、（１００）基板上に作製した＜０１１＞方向の導波路では、図６（ａ）のように、上部クラッド層６０１がほぼ垂直なメサ形状が得られるが、形成される上部クラッドの方向、つまり導波路の方向が＜０１１＞方向から角度がついてくると、図６（ｂ）のように上部クラッド層６１１の下部が徐々に細くなる、逆メサ形状となってきてしまう。したがって、安定的に上部クラッドを作製することを考えると、導波路の方向を、＜０１１＞方向から１０度程度以下に抑えることが必要である。すなわち、図５の第１の円弧状導波路４５２の円弧の角度θ１は１０度以下とすることが必要である。
【００３８】
ここで、第１の円弧状導波路４５２の円弧の長さは、円弧状導波路４５２の円弧の曲率半径をＲ１として、π×Ｒ１×θ１／１８０となるため、θ１が制限されると、円弧の長さも制限されることになる。Ｒ１が大きければ円弧の長さも大きくなるが、Ｒ１が大きいほど直線に近づくため高次モードの放射が緩やかになることに加え、高次モードフィルタ部４５０の大きさも大きくなってしまうため、せっかくの集積による小型化のメリットが失われてしまう。
【００３９】
そこで本実施形態では、図５に示すように、第１の円弧状導波路４５２の後に、第１の円弧状導波路４５２と反対方向の曲げ方向を有する第２の円弧状導波路４５３を設けることにより、円弧状導波路の円弧の長さを伸ばしている。第２の円弧状導波路４５３は第１の円弧状導波路４５２と同じ角度分の円弧とすれば、もとの直線軸に戻るため、導波路は素子端面に対して垂直に出力される。ここで、反射対策も合わせて考え、反射対策のために、さらにＥＡ−ＤＦＢレーザアレイ素子４００端面から＜０１１＞方向に対してθ３の角度で出力させる斜め出射導波路４５４を第２の円弧状導波路４５３に接続させる。
【００４０】
従って、図５の第２の円弧状導波路４５３の円弧の角度θ２をθ２＝θ１＋θ３とすれば、高次モードフィルタの機能と同時に、反射対策も行えることになる。ここで、エッチング形状の結晶面方位依存性の点から、θ３の最大角度は、θ１の最大角度と同様の制限があり、θ３も１０度以下とする必要がある。従って、θ１とθ３を最大角度１０度とした場合、θ２は最大角度２０度となる。本実施形態では、Ｒ１および第２の円弧状導波路４５２の円弧の曲率半径Ｒ２を６００μｍとした。また、θ１、θ２、及びθ３はそれぞれ１０度、１７度、及び７度とした。
【００４１】
円弧状導波路による高次モードフィルタを用いる場合、直線導波路４５１から第１の円弧状導波路４５２への接続部や、第１の円弧状導波路４５２と第２の円弧状導波路４５３の接合部などの変曲点において、導波路接合部にオフセットを導入することにより新たな高次モードの発生を防ぎ、より高次モードフィルタ部のフィルタの効果を高めることができる。図７は、図５の高次モードフィルタ部４５０の各導波路の接合部を示す図であり、図７（ａ）は直線導波路４５１と円弧状導波路４５２との接合部、図７（ｂ）は円弧状導波路４５２と、円弧状導波路４５３と、斜め出射導波路４５４との接合部を示す図である。本実施形態において、各導波路の接合部は、０．０５μｍのわずかなオフセットを導入している。
【００４２】
本発明の集積半導体光素子を作製するための材料は、ＩｎＰ基板上及びＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｌＡｓのコアに限定することはなく、ＧａＡｓ基板、ＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓのコアなど、その他の光半導体デバイスを作製することのできる材料を用いることができる。また、本発明の特徴は、集積デバイスの個々の要素の配置にあるため、導波路の作製方法もウエットエッチングに限定するものではなく、マスクを用いる露光法、電子ビームを用いたＥＢ露光などを用いてもよい。
【００４３】
第一の実施形態では、浅いリッジ構造の導波路を用いたが、ハイメサ構造などと比べて横方向の閉じ込めの弱い埋め込みヘテロ構造などでも同様の効果を得ることができる。また、浅いリッジ構造の場合、エッチングの結晶面方位依存性の制限から角度を１０度程度までしか傾けられないことを説明したが、埋め込みヘテロ構造も、埋め込み成長の形状が結晶面方位に依存する。そのため、やはり角度の制限が生じ、２段円弧によるフィルタとすることが非常に効果的である。
【００４４】
［第２の実施形態］
図８は、本発明の集積半導体光素子の第２の実施形態にかかるＥＡ−ＤＦＢレーザアレイ素子の高次モードフィルタ８００を示す構成図である。第一の実施形態では、第１の円弧状導波路４５２及び第２の円弧状導波路４５３とによる２段円弧によるフィルタ構造を採用しているが、図８のように、更に高次モードのフィルタリング機能を高めるために、直線導波路８０１と斜め出射導波路８０５との間に、第１の円弧状導波路８０２、第２の円弧状導波路８０３及び第３の円弧状導波路８０４による３段円弧によるフィルタ構造を用いてもよい。反射対策の為に斜め出力導波路８０５を＜０１１＞方向に対してθ４とした場合は、第一の円弧導波路８０２の円弧の角度θ１、第二の円弧導波路８０３の円弧の角度θ２、第三の円弧導波路８０４の円弧の角度θ３をθ１＋θ３＝θ２＋θ４とすれば、高次モードフィルタの機能と同時に反射対策も行えることになる。
【００４５】
また、３段までに限らず、用途により段数を増やすことができる。各段の円弧状導波路は、隣り合う円弧状導波路同士が反対方向の曲げ方向を有している。浅いリッジ構造の導波路を用いる場合、曲線導波路の方向を＜０１１＞方向から１０度以下として段数を増やすことにより、エッチングの結晶方位依存性の制限内で、さらに、反射対策の為の出力導波路への角度要求を満足出来るようにしつつ、高次モードのフィルタリング機能をどこまでも高めることができる。
【００４６】
また、例えば、作製する集積光回路のレイアウトによって、各円弧状導波路の間に直線導波路があってもよい。
【００４７】
本発明は、ＥＡ変調器を集積したＥＡ−ＤＦＢレーザアレイ素子だけでなく、別の種類の変調器を集積した半導体レーザアレイ素子や、直接変調することのできる半導体レーザアレイ素子、変調器のみのアレイ素子などにも適用できる。
【符号の説明】
【００４８】
１００、３００、４００  集積半導体光素子
１０１、３０１、４０１  半導体基板
１１１〜１１４、３１１〜３１４、４１１、４１２  ＤＦＢレーザ
１２１〜１２４、３２１〜３２４、４２１、４２２  ＥＡ変調器
１４１〜１４４、３２１〜３２４、４４１、４４２  フォトダイオード
１３１、３３１、４３１  合波器
２０１、２１１、２２１、６０２、６１２  コア
２０２、２０３、２１２、２２２、２２３、６０１、６０３、６１１、６１３  クラッド
４１０  光源部
４３４  出力導波路
４５０、８００  高次モードフィルタ部
４５１、８０１  直線導波路
４５２、４５３、８０２〜８０４  円弧状導波路
４５４、３３５、８０５  斜め出射導波路
３３２  ハイメサ構造の直線導波路
３３３  １入力１出力ＭＭＩ
３３４  ハイメサ構造の曲線導波路
【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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