(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板に設けられた少なくとも１つの半導体レーザと、
前記半導体基板に設けられ、前記半導体レーザの第１出力光を合波または分波し、第２出力光と第３出力光を出力する光合分波回路と、
前記半導体基板に設けられ、前記第２出力光を前記半導体基板の端面から出力する第１導波部と、
前記第３出力光を増幅する光増幅器と、反射部と、を有し、前記半導体基板に設けられた第２導波部と、
を備え、
前記反射部は、前記光増幅器で増幅された前記第３出力光を反射させ、前記光増幅器と前記光合分波回路を介して前記半導体レーザに帰還させる回折格子を有し、
前記半導体レーザと前記反射部は共振器を形成し、
前記第２導波部は、前記反射部に対して前記光増幅器と反対側に設けられ、前記反射部を透過した光を光吸する光吸収部を有することを特徴とする光半導体装置。
【請求項２】
前記第２導波部は、直線状であることを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置。
【請求項３】
前記半導体レーザの発振モードの位相と、前記共振器の発振モードの位相は一致することを特徴とする請求項１または２に記載の光半導体装置。
【請求項４】
前記光増幅器は、前記第３出力光が増幅されない場合と比較して、前記第２出力光の線幅が小さくなるように前記第３出力光を増幅することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の光半導体装置。
【請求項５】
前記半導体レーザを複数備え、
前記反射部は、複数の反射ピークを有するＳＧ−ＤＢＲであり、
前記複数の半導体レーザの発振波長と前記ＳＧ−ＤＢＲの前記複数の反射ピークは一致することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の光半導体装置。
【請求項６】
前記半導体レーザを１つ備え、
前記反射部は、１つの反射ピークを有するＤＢＲであり、
前記半導体レーザの発振波長と前記ＤＢＲの前記反射ピークは一致することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の光半導体装置。
【請求項７】
前記半導体レーザを１つ備え、
前記半導体レーザは複数の利得ピークを有するＳＧ−ＤＦＢであり、
前記反射部は、複数の反射ピークを有するＣＳＧ−ＤＢＲであり、
前記半導体レーザは、前記複数の利得ピークのうち、前記複数の反射ピークと一致する波長の光を出力することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の光半導体装置。
【請求項８】
前記ＣＳＧ−ＤＢＲはヒータを有し、前記ヒータにより前記複数の反射ピークを調整可能であることを特徴とする請求項７に記載の光半導体装置。
【請求項９】
前記反射部は、
前記半導体基板の上面に設けられた第１クラッド層と、
前記第１クラッド層の上面に設けられた光閉込層と、
前記第１クラッド層の上面で前記光閉込層の両側に設けられた電流ブロック層と、
前記光閉込層の上面と前記電流ブロック層の上面に設けられた第２クラッド層と、
を備えることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の光半導体装置。
【請求項１０】
前記光吸収部は、
前記半導体基板の上面に設けられた第１クラッド層と、
前記第１クラッド層の上面に設けられた活性層と、
前記第１クラッド層の上面で前記活性層の両側に設けられた電流ブロック層と、
前記活性層の上面と前記電流ブロック層の上面に設けられた第２クラッド層と、
を備えることを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には半導体レーザ素子が開示されている。この半導体レーザ素子では、光出力導波路部と光帰還導波路部とが同一半導体基板上に形成されている。光出力導波路部は、単一モードで発振する半導体レーザ部と、この半導体レーザ部の発振光を２つに分岐させる光分岐回路部と、この光分岐回路部で分岐させた一方の光を増幅して出力する第１の半導体増幅器を備える。光帰還導波路部は、光分岐回路部で分岐させた他方の光を増幅する第２の半導体増幅器、および第２の半導体増幅器で増幅された光を反射させる反射器を備える。第２の半導体増幅器で増幅され反射器で反射された光は、光分岐回路部を介して半導体レーザ部に帰還する。半導体レーザの発振光の一部を帰還させることによって、狭スペクトル線幅化が可能となる。反射器は、半導体チップの側面に露出する劈開面である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本特許第６２４５６５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体レーザと劈開面との間に形成される共振器の発振モードの位相は、半導体レーザ自身の発振モードの位相と一致している必要がある。特許文献１において、共振器の発振モードの位相は劈開面の位置に依存する。劈開面の位置精度は通常±２０μｍ程度である。このため、劈開面の位置の調節により発振モードの位相を一致させることは、困難であるおそれがある。よって、歩留向上の観点から、発振モードの位相を調整するための位相調整領域が必要となることが考えられる。これにより、半導体レーザ素子が大型化するおそれがある。【０００５】
また、特許文献１では、光を半導体チップの側面に露出する劈開面に導くために、曲がり導波路を形成している。例えば曲がり導波路に埋め込みヘテロ構造を用いる場合、一般に曲がり導波路の曲率半径として少なくとも数百μｍ程度が必要となる。このため、半導体チップの幅が増大するおそれがある。【０００６】
本開示は、小型化が可能な光半導体装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示に係る光半導体装置は、半導体基板と、該半導体基板に設けられた少なくとも１つの半導体レーザと、該半導体基板に設けられ、該半導体レーザの第１出力光を合波または分波し、第２出力光と第３出力光を出力する光合分波回路と、該半導体基板に設けられ、該第２出力光を該半導体基板の端面から出力する第１導波部と、該第３出力光を増幅する光増幅器と、反射部と、を有し、該半導体基板に設けられた第２導波部と、を備え、該反射部は、該光増幅器で増幅された該第３出力光を反射させ、該光増幅器と該光合分波回路を介して該半導体レーザに帰還させる回折格子を有し、該半導体レーザと該反射部は共振器を形成し、該第２導波部は、該反射部に対して該光増幅器と反対側に設けられ、該反射部を透過した光を光吸する光吸収部を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本開示に係る光半導体装置では、半導体レーザと反射部が共振器を形成する。このため、位相調整領域が不要となり、光半導体装置を小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る光半導体装置の平面図である。
【図２】図１をＡ−Ａ直線で切断することで得られる断面図である。
【図３】実施の形態１に係る半導体レーザの光軸に沿った方向の断面図である。
【図４】図１をＢ−Ｂ直線で切断することで得られる断面図である。
【図５】図１をＣ−Ｃ直線で切断することで得られる断面図である。
【図６】図１をＤ−Ｄ直線で切断することで得られる断面図である。
【図７】実施の形態１に係る反射部の光軸に沿った方向の断面図である。
【図８】実施の形態２に係る光半導体装置の平面図である。
【図９】実施の形態３に係る光半導体装置の平面図である。
【図１０】実施の形態４に係る光半導体装置の平面図である。
【図１１】実施の形態４に係る反射部の光軸に沿った方向の断面図である。
【図１２】実施の形態５に係る光半導体装置の平面図である。
【図１３】実施の形態５に係る半導体レーザの光軸に沿った方向の断面図である。
【図１４】実施の形態５に係る反射部の光軸に沿った方向の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
各実施の形態に係る光半導体装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る光半導体装置１００の平面図である。光半導体装置１００では、複数の半導体レーザ６０、複数の導波路６１、光合分波回路６２、導波路６３、光増幅器６４、導波路７１、光増幅器７２、導波路７３および反射部７４が同一の半導体基板１０に設けられている。半導体基板１０は前端面５２および後端面５１を有する。
【００１２】
複数の半導体レーザ６０は、半導体レーザアレイを構成する。図１では、光半導体装置１００が４個の半導体レーザ６０を備えた例を示したが、半導体レーザ６０は複数であれば良い。例えば、半導体レーザ６０は１６個でもよい。半導体レーザ６０は、例えばＤＦＢ−ＬＤ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ−Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）である。半導体レーザ６０は、前端側から第１出力光を出力する。また半導体レーザ６０は、後端側から後端面側出力光を出力する。各々の半導体レーザ６０は、単一モードの光を発振可能である。また、複数の半導体レーザ６０は、異なる波長で発振する。なお、光半導体装置１００に予備の半導体レーザ６０が搭載されても良い。この場合、複数の半導体レーザ６０は同一の波長の光を発振する半導体レーザを含んでも良い。
【００１３】
複数の導波路６１は、複数の半導体レーザ６０と光合分波回路６２とを接続する。複数の導波路６１は、複数の半導体レーザ６０の第１出力光を光合分波回路６２に導く。複数の導波路６１は、導波路アレイを構成している。導波路６１は半導体レーザ６０と同数設けられる。
【００１４】
光合分波回路６２は、半導体レーザ６０の第１出力光を合波または分波し、第２出力光と第３出力光を出力する。本実施の形態の光合分波回路６２は、入力側に複数の導波路６１が接続され、出力側に導波路６３、７１が接続される。光合分波回路６２は、半導体レーザ６０の第１出力光を合波し、合波した第１出力光を第２出力光、第３出力光として導波路６３、７１にそれぞれ出力する。光合分波回路６２は多入力二出力である。半導体レーザ６０が１６個設けられるとき、光合分波回路６２は例えば１６×２−ＭＭＩ（Ｍｕｌｔｉ−Ｍｏｄｅ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）である。光合分波回路６２はＭＭＩでなくてもよい。
【００１５】
導波路６３は光合分波回路６２と光増幅器６４とを接続する。光増幅器６４は、第２出力光を増幅して光半導体装置１００の外部に出力光８０として出力する。本実施の形態の導波路６３と光増幅器６４は、第２出力光を半導体基板１０の前端面５２から出力する第１導波部を構成する。なお、第１導波部は第２出力光を外部に出力できれば良く、光増幅器６４は設けられなくても良い。
【００１６】
導波路７１には光増幅器７２が接続される。光増幅器７２は、第３出力光を増幅して導波路７３に出力する。導波路７３には反射部７４が接続される。光増幅器７２、導波路７３、反射部７４は、第２導波部７０を構成する。第２導波部７０は直線状である。
【００１７】
反射部７４は、複数の反射ピークを有するＳＧ−ＤＢＲ（Ｓａｍｐｌｅｄ  Ｇｒａｔｉｎｇ−Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）である。複数の半導体レーザ６０の発振波長とＳＧ−ＤＢＲの複数の反射ピークは一致する。反射部７４は、後述するように複数の回折格子を有する。反射部７４は、複数の回折格子により、光増幅器７２で増幅された第３出力光を反射させ、光増幅器７２と光合分波回路６２を介して複数の半導体レーザ６０に帰還させる。また、各半導体レーザ６０と反射部７４は共振器を形成する。
【００１８】
本実施の形態の光半導体装置１００では、光増幅器６４から出力される出力光８０が光通信に使用される。図１に示される例では、光増幅器６４のうち光の進行方向の上流側の部分は、光半導体装置１００の長手方向に延伸している。また、光増幅器６４のうち光の進行方向の下流側の部分は、光半導体装置１００の長手方向に対して傾斜している。このため、出力光８０は、前端面５２の垂線に対して斜めに出力される。光半導体装置１００の後端面５１および前端面５２は、劈開により形成される。後端面５１および前端面５２には、例えばＡＲ（Ａｎｔｉ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コーティングが施される。
【００１９】
次に、光半導体装置１００の縦構造を説明する。光増幅器６４、７２の縦構造は同一である。また、導波路６１、６３、７１、７３の縦構造は同一である。
【００２０】
図２は、図１をＡ−Ａ直線で切断することで得られる断面図である。半導体レーザ６０は、ＩｎＰから形成された半導体基板１０を備える。半導体基板１０の上面には、ＩｎＰから形成された第１クラッド層１２が設けられる。第１クラッド層１２の上面には、活性層１８と、ＩｎＰから形成され電流ブロック層１４が設けられる。電流ブロック層１４は活性層１８の両側に設けられる。活性層１８は、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｌＡｓ、またはＩｎＧａＡｓＰとＩｎＧａＡｌＡｓの混成から形成される。活性層１８、電流ブロック層１４の上面には、ＩｎＰから形成された第２クラッド層１６が設けられる。第１クラッド層１２、活性層１８、電流ブロック層１４、第２クラッド層１６はエピ構造部を構成する。エピ構造部の上面には、アノード電極３２が設けられる。半導体基板１０の裏面にはカソード電極３０が設けられる。
【００２１】
図３は、実施の形態１に係る半導体レーザ６０の光軸８１に沿った方向の断面図である。光軸８１に沿った方向は、後端面５１から前端面５２に向かう方向であり、第２導波部７０に沿った方向である。活性層１８の上面または裏面には、回折格子２０が設けられる。図３では回折格子２０が第１クラッド層１２に設けられるが、回折格子２０は第２クラッド層１６に設けられても良い。また、第２クラッド層１６の上面、すなわちエピ構造部の表面にはコンタクト層が設けられるが、図２、３では省略されている。
【００２２】
半導体レーザ６０は、順バイアスが印加されると、アノード電極３２から電流注入されることで活性層１８に利得が生じる。これにより、自然放出光が発生する。回折格子２０によって、特定の波長の自然放出光が誘導放出の種光となる。注入される電流が予め定められた閾値電流を超えると、半導体レーザ６０はレーザ発振する。
【００２３】
カソード電極３０は、半導体レーザ６０、光増幅器６４、７２に共通の電極である。カソード電極３０は、例えば半導体基板１０の裏面の全面に形成されている。
【００２４】
図４は、図１をＢ−Ｂ直線で切断することで得られる断面図である。光増幅器６４は、半導体基板１０と、半導体基板１０の上面に設けられたエピ構造部を備える。光増幅器６４のエピ構造部は、活性層１８が活性層２２に置き換わっている点が半導体レーザ６０のエピ構造部と異なる。エピ構造部の上面にはアノード電極３２が設けられる。また、コンタクト層は省略されている。活性層２２は、導波路６３を導波する光に対して利得を有するＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｌＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰとＩｎＧａＡｌＡｓの混成から形成される。光増幅器６４と同様の縦構造を有する光増幅器７２においても、活性層２２は導波路７１を導波する光に対して利得を有するように形成される。
【００２５】
光増幅器６４は、順バイアスが印加されると、半導体レーザ６０から出力された出力光を増幅する。光増幅器６４は単独ではレーザ発振しないように設計されている。また、光増幅器６４に順バイアスが印加されないとき、活性層２２は光吸収層として動作する。このため、波長切り替えの際のシャッターとして光増幅器６４を利用することが可能である。
【００２６】
図５は、図１をＣ−Ｃ直線で切断することで得られる断面図である。導波路６１は、半導体基板１０と、半導体基板１０の上面に設けられたエピ構造部を備える。導波路６１のエピ構造部は、活性層１８が光閉込層２４に置き換わっている点が半導体レーザ６０のエピ構造部と異なる。光閉込層２４はＩｎＧａＡｓＰから形成される。また、半導体基板１０の裏面にはカソード電極３０が形成される。カソード電極３０は導波路６１の機能上必要ではない。
【００２７】
図６は、図１をＤ−Ｄ直線で切断することで得られる断面図である。反射部７４では、半導体基板１０の上面に第１クラッド層１２が設けられる。第１クラッド層１２の上面には光閉込層２６と、電流ブロック層１４が設けられる。光閉込層２６はＩｎＧａＡｓＰから形成される。電流ブロック層１４は、光閉込層２６の両側に設けられる。光閉込層２６の上面と電流ブロック層１４の上面には、第２クラッド層１６が設けられる。第１クラッド層１２、光閉込層２６、電流ブロック層１４、第２クラッド層１６はエピ構造部を構成する。なお、カソード電極３０は反射部７４の機能上必要ではないが、光閉込層２６の下方において半導体基板１０の裏面にカソード電極３０が形成されている。
【００２８】
図７は、実施の形態１に係る反射部７４の光軸８１に沿った方向の断面図である。反射部７４は第１クラッド層１２において、光軸８１に沿って離散的に配置された複数の回折格子２８を備えている。各々の回折格子２８は、屈折率の周期構造を有する。つまり、回折格子２８は、第１クラッド層１２に第１クラッド層１２とは異なる屈折率を有する層が周期的に配置されることで形成される。複数の回折格子２８によって、複数の反射ピークが実現される。複数の回折格子２８は第２クラッド層１６に設けられても良い。
【００２９】
活性層１８、２２、光閉込層２４、２６は、それぞれＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）装置等を用いて形成されたエピタキシャル層である。活性層１８、２２、光閉込層２４、２６は、第１クラッド層１２の上面において、フォトリソグラフィー技術、エッチング技術を用いて個別に形成される。活性層１８、２２、光閉込層２４、２６を同一の材料で形成する場合には、第１クラッド層１２の上面にエピタキシャル層を形成した後に、エッチングにより活性層１８、２２、光閉込層２４、２６を同時に形成することができる。
【００３０】
光伝送方式の高速化および大容量化のための中核技術として、変調に光の位相情報を利用するデジタルコヒーレント方式がある。デジタルコヒーレント方式においては、光の位相情報が用いられることから、光源の位相ノイズが問題となる。光源の位相ノイズの指標としては、スペクトル線幅が用いられる。このため、特にスペクトル線幅の狭線幅化が重要となる。
【００３１】
一般に、半導体レーザの発振光の一部を外部から帰還させることによって、狭線幅化が可能となる。本実施の形態では、半導体レーザ６０の出力光の一部を、反射部７４を用いて半導体レーザ６０に戻すことにより、スペクトル線幅を小さくできる。一部の光を帰還させることにより、２桁程度スペクトル線幅を小さくできる。
【００３２】
本実施の形態の反射部７４であるＳＧ−ＤＢＲは、複数の周期的な反射ピークを伴った反射スペクトルを本質的に示す導波路型反射構造である。本実施の形態では、複数の半導体レーザ６０の発振波長の間隔と、ＳＧ−ＤＢＲの反射ピークの周期を合わせることで、例えばＣ帯全域で動作可能な反射構造を得ることができる。
【００３３】
ＤＦＢ−ＬＤのスペクトル線幅Δν０は、式（１）により表される。
【００３４】
【数１】
0006892040.tif 000002
【００３５】
ここで、Ｒｓｐは自然放出率、Ｋｚは縦Ｐｅｔｅｒｍａｎｎ係数、Ｓａｖは平均光子密度、Ｖａｃｔは活性層の体積、αは線幅増大係数である。強い光フィードバック条件を持つ半導体レーザにおいては、線幅低減率は式（２）により表される。
【００３６】
【数２】
0006892040.tif 000003
【００３７】
ここで、Δνは外部共振器のスペクトル線幅、Δν０はＬＤのスペクトル線幅を示す。また、ｎａはＬＤの透過屈折率、ＬａはＬＤ長、ｆｅｘｔはＬＤの出力光に対するフィードバック光の比、ｎｐは外部共振器におけるパッシブ領域の透過屈折率、Ｌｐは外部共振器長である。
【００３８】
例えば、Ｌａ＝１２００μｍ、Ｌｐ＝４０００μｍ、Δν０＝１００ｋＨｚ、ｆｅｘｔ＝０．３のとき、式（２）よりΔνは２５ｋＨｚ程度まで低減される。
【００３９】
ただし、光の帰還量には最適値がある。帰還量が大きすぎると、半導体レーザの発振が不安定になり、スペクトル線幅が増大するおそれがある。光増幅器７２は反射部７４において反射されて半導体レーザ６０へ帰還する光の帰還量を、出力光８０のスペクトル線幅が最小となるよう調節することができる。光増幅器７２は、少なくとも第３出力光が増幅されない場合と比較して、出力光８０の線幅が小さくなるように第３出力光を増幅する。
【００４０】
特許文献１のように反射部として劈開面を用いる構造では、例えばフィードバック光量を調整する増幅器に３５ｍＡの電流を注入することにより、スペクトル線幅が１ＭＨｚ程度から１０ｋＨｚ程度に小さくなる。ここで、一般に劈開面における反射率は３０％程度である。これに対し、本実施の形態のように反射部７４としてＤＢＲ構造を用いた場合、一般に９０％以上の反射率を実現できる。このため、反射部として劈開面を用いる構造と比較して、光増幅器７２に注入する電流を抑えて、同等のスペクトル線幅を実現できる。
【００４１】
また、半導体レーザ６０へ光を帰還させる際には、位相制御が重要となる。光半導体装置１００においては、半導体レーザ６０自身の発振モードと、半導体レーザ６０と反射部７４で形成される共振器の発振モードとの２つの発振モードが存在する。光帰還を利用してスペクトル線幅を小さくするために、本実施の形態では半導体レーザ６０の発振モードの位相と、半導体レーザ６０と反射部７４とが形成する共振器の発振モードの位相を一致させている。本実施の形態では、２つの発振モードの位相を一致させるために、複数の半導体レーザ６０の位置を調整すれば良い。
【００４２】
また、半導体レーザ６０としてＤＦＢ−ＬＤを用いる場合、回折格子２０を形成するために例えばＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｂｅａｍ）露光装置が用いられる。ＥＢ露光装置の描画精度は例えば１ｎｍ程度である。この精度によれば、２つの発振モードの位相を一致させることが可能である。
【００４３】
本実施の形態では、光帰還のために反射部として劈開面を用いる必要がない。このため、位相調整領域が不要となり、光半導体装置１００を小型化できる。また、光を劈開面に導くために、曲がり導波路を形成する必要がない。本実施の形態では、第２導波部７０を光半導体装置１００の長手方向に延びる直線状に形成すれば良い。このため、光半導体装置１００の幅が、光帰還を行わない場合の構造と比べて増大することを抑制できる。従って、光半導体装置１００を小型化できる。
【００４４】
また、光通信の分野において、光伝送方式の高速化及び大容量化が進んでいる。その中核技術として、波長が異なる複数の光信号を１本の光ファイバで多重に伝送する波長分割多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＷＤＭ）方式が普及している。ＷＤＭ方式を用いて安定した光通信を行うために、予期せぬ信号光源の停止に備えて予備の光源を確保することがある。しかし、多重化される光信号の波長それぞれについて予備の光源を確保すると、予備の光源の数が多くなる。特に、１つの光半導体装置に１つの半導体レーザが搭載されている構成では、光源を保守するためのコストが増加するおそれがある。
【００４５】
コストを抑えるため、本実施の形態のように、１つの光半導体装置で複数の波長のレーザ光を出力できる波長可変光源が有効となる。光半導体装置１００において、複数の半導体レーザ６０が予備の半導体レーザを含むことで、コストを抑えて安定した光通信を行うことができる。光半導体装置１００に１６個の半導体レーザ６０が搭載されている場合は、８種類の波長のレーザ光を出力できる半導体レーザ群を２セット搭載することができる。また、光半導体装置１００に１６個の半導体レーザ６０が搭載されている場合は、４種類の波長のレーザ光を出力できる半導体レーザ群を４セット搭載することができる。
【００４６】
光半導体装置１００の各層の材料は上述したものに限定されない。また、第２導波部７０および導波路７１は曲がっていても良い。この場合も、位相調整領域が不要となることで光半導体装置１００を小型化できる。
【００４７】
上述した変形は、以下の実施の形態に係る光半導体装置について適宜応用することができる。なお、以下の実施の形態に係る光半導体装置については実施の形態１との共通点が多いので、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
【００４８】
実施の形態２．
図８は、実施の形態２に係る光半導体装置２００の平面図である。本実施の形態の光合分波回路２６２は、多入力多出力である。光合分波回路２６２は、出力側に複数の導波路６３、２６７が接続されている。光合分波回路２６２としてＭＭＩを用いる場合、原理上は第２出力光および第３出力光の光損失を増加させることなく、光合分波回路２６２の出力ポート数を増加させることができる。出力ポート数は、入力ポート数と同数まで増加させることが可能である。
【００４９】
導波路２６７には例えば光増幅器２６５が接続される。光合分波回路２６２から出力される第４出力光は、光増幅器２６５で増幅され、出力光８２として前端面５２から出射される。出力光８２は例えば波長モニタリングに利用できる。出力光８２は、デジタルコヒーレント通信において、光受信システムにおける局部発振光として利用されても良い。
【００５０】
導波路２６７の縦構造は、導波路６１と同様である。また、光増幅器２６５の縦構造は、光増幅器６４と同様である。
【００５１】
図８では、光増幅器２６５のうち光の進行方向の上流側の部分は、光半導体装置２００の長手方向に延伸している。また、光増幅器２６５のうち光の進行方向の下流側の部分は、光半導体装置２００の長手方向に対して傾斜している。このため、出力光８２は前端面５２の垂線に対して斜めに出力される。図８では、光増幅器２６５は光増幅器６４と反対側に傾斜している。光増幅器２６５は傾斜していなくても良い。また、光増幅器２６５は設けられなくても良い。
【００５２】
実施の形態３．
図９は、実施の形態３に係る光半導体装置３００の平面図である。本実施の形態では、第２導波部３７０の構成が第２導波部７０の構成と異なる。第２導波部３７０において、反射部７４には導波路３７５が接続される。導波路３７５には、光吸収部３７６が接続される。このように、第２導波部３７０は、反射部７４に対して光増幅器７２と反対側に設けられ、反射部７４を透過した光を光吸する光吸収部３７６を有する。
【００５３】
導波路２７５の縦構造は、導波路６１と同様である。また、光吸収部３７６の縦構造は、半導体レーザ６０と同様である。光吸収部３７６は、図２に示されるように、半導体基板１０の上面に設けられた第１クラッド層１２と、第１クラッド層１２の上面に設けられた活性層１８を備える。また、第１クラッド層１２の上面において、活性層１８の両側には電流ブロック層１４が設けられる。活性層１８の上面と電流ブロック層１４の上面には第２クラッド層１６が設けられる。また、光吸収部３７６はアノード電極３２を有さない。
【００５４】
反射部７４に入射する光の一部は反射されず、反射部７４を透過して迷光となることがある。一般にスペクトル線幅は迷光の影響を受け、迷光が増えるほどスペクトル線幅が増大または不安定化する。このため、迷光を除去することは狭線幅化のために重要となる。本実施の形態では、反射部７４を透過した光を光吸収部３７６によって吸収することができる。従って、迷光を抑制でき、スペクトル線幅をさらに小さくできる。
【００５５】
実施の形態４．
図１０は、実施の形態４に係る光半導体装置４００の平面図である。本実施の形態は、光合分波回路４６２が一入力二出力である点が、実施の形態１と異なる。光半導体装置４００は、半導体レーザ６０を１つのみ備える。また、第２導波部４７０は、反射部４７４を備える。反射部４７４は、１つの反射ピークを有するＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）である。半導体レーザ６０の発振波長とＤＢＲの反射ピークは一致する。光半導体装置４００は、単一波長光源として利用される。
【００５６】
図１１は、実施の形態４に係る反射部４７４の光軸８１に沿った方向の断面図である。反射部４７４の縦構造は、離散的に配置された複数の回折格子２８に換えて回折格子４３４が設けられる点が、反射部７４の縦構造と異なる。回折格子４３４は第２クラッド層１６に設けられても良い。
【００５７】
本実施の形態では、ＤＢＲにより半導体レーザ６０への光帰還を実現できる。従って、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００５８】
実施の形態５．
図１２は、実施の形態５に係る光半導体装置５００の平面図である。光半導体装置５００では、単一の半導体レーザ５６０を備える。半導体レーザ５６０は複数の利得ピークを有するＳＧ（Ｓａｍｐｌｅｄ  Ｇｒａｔｉｎｇ）−ＤＦＢである。また、第２導波部５７０は反射部５７４を備える。反射部５７４は、複数の反射ピークを有するＣＳＧ（Ｃｈｉｒｐｅｄ  Ｓａｍｐｌｅｄ  Ｇｒａｔｉｎｇ）−ＤＢＲである。ＣＳＧ−ＤＢＲは、ＳＧ−ＤＢＲと異なり、複数の反射ピークの周期が僅かに異なる反射スペクトルを有する。
【００５９】
図１３は、実施の形態５に係る半導体レーザ５６０の光軸８１に沿った方向の断面図である。半導体レーザ５６０の第１クラッド層５１２には、光軸８１に沿って離散的に複数の回折格子５３６が形成される。複数の回折格子５３６は第２クラッド層１６に設けられても良い。半導体レーザ５６０は、周期的な複数の利得ピークを有する利得構造である。各々の回折格子５３６の直上には、アノード電極５３２または、絶縁膜５３８を介してヒータ５４０が設けられる。半導体レーザ５６０のうち、アノード電極５３２の直下の領域は利得領域１０ａであり、ヒータ５４０の直下の領域は位相シフト領域１０ｂである。
【００６０】
利得領域１０ａでは、アノード電極５３２からキャリアが注入され、フォトンが生成される。位相シフト領域１０ｂは、ヒータ５４０によって温度を変更できる。これにより、第１クラッド層５１２と第２クラッド層１６の屈折率と位相シフト領域１０ｂの光路長を変更できる。従って、半導体レーザ５６０と反射部５７４が形成する共振器を変更でき、光半導体装置５００の発光波長を調整できる。
【００６１】
図１４は、実施の形態５に係る反射部５７４の光軸８１に沿った方向の断面図である。反射部５７４の第１クラッド層５１２には、光軸８１に沿って離散的に複数の回折格子５４２が形成される。複数の回折格子５４２は第２クラッド層１６に設けられても良い。また、第２クラッド層１６の上面には、絶縁膜５３８を介してヒータ５４０が設けられる。
【００６２】
反射部５７４の反射ピークの周期は、半導体レーザ５６０の利得ピークの周期とは異なる。反射部５７４では、ヒータ５４０により複数の反射ピークを調整可能である。具体的には、ヒータ５４０は、直下の導波路の温度を変化させ、屈折率等の光学特性を変化させることができる。従って、反射スペクトルをシフトさせることが可能である。これにより、半導体レーザ５６０は、複数の利得ピークのうち、反射部５７４の複数の反射ピークと一致する波長の光を出力する。
【００６３】
このように、本実施の形態では半導体レーザ５６０と反射部５７４の組み合わせによって波長可変機構を実現できる。本実施の形態では、例えばＣ帯全域にわたって発振可能な波長可変光源を実現できる。
【００６４】
各実施の形態で説明した技術的特徴は適宜に組み合わせて用いても良い。
【符号の説明】
【００６５】
１０  半導体基板、１０ａ  利得領域、１０ｂ  位相シフト領域、１２  第１クラッド層、１４  電流ブロック層、１６  第２クラッド層、１８  活性層、２０  回折格子、２２  活性層、２４、２６  光閉込層、２８  回折格子、３０  カソード電極、３２  アノード電極、５１  後端面、５２  前端面、６０  半導体レーザ、６１  導波路、６２  光合分波回路、６３  導波路、６４  光増幅器、７０  第２導波部、７１  導波路、７２  光増幅器、７３  導波路、７４  反射部、８０  出力光、８１  光軸、８２  出力光、１００、２００  光半導体装置、２６２  光合分波回路、２６５  光増幅器、２６７  導波路、２７５  導波路、３００  光半導体装置、３７０  第２導波部、３７５  導波路、３７６  光吸収部、４００  光半導体装置、４３４  回折格子、４６２  光合分波回路、４７０  第２導波部、４７４  反射部、５００  光半導体装置、５１２  第１クラッド層、５３２  アノード電極、５３６  回折格子、５３８  絶縁膜、５４０  ヒータ、５４２  回折格子、５６０  半導体レーザ、５７０  第２導波部、５７４  反射部
【要約】
本開示に係る光半導体装置は、半導体基板と、半導体基板に設けられた少なくとも１つの半導体レーザと、半導体基板に設けられ、半導体レーザの第１出力光を合波または分波し、第２出力光と第３出力光を出力する光合分波回路と、半導体基板に設けられ、第２出力光を半導体基板の端面から出力する第１導波部と、第３出力光を増幅する光増幅器と、反射部と、を有し、半導体基板に設けられた第２導波部と、を備え、反射部は、光増幅器で増幅された第３出力光を反射させ、光増幅器と光合分波回路を介して半導体レーザに帰還させる回折格子を有し、半導体レーザと反射部は共振器を形成する。【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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