(57)【要約】【課題】レーザ光のモードの不安定性を抑制し得る光集積素子を提供する。【解決手段】光集積素子１０Ａは、能動部１００と、複数の共振器１６０Ａ，１６０Ｂからなる多重共振器と、光導波路１４０Ｂ，１４０Ｄとを有する。光導波路１４０Ｂ，１４０Ｄは、光結合領域１７０Ａ，１７０Ｄで多重共振器に移行しない当該伝搬光の一部を出力する出力ポートを有する。光吸収部２２０Ａ，２２０Ｂはそれぞれ光導波路１４０Ｂ，１４０Ｄの出力ポートと光学的に接続されている。を備える光集積素子【選択図】図１
2009200091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層を含む能動部と、
各々が閉経路の光導波路を有し、かつ、互いに異なる光路長を有する複数の共振器からなる多重共振器と、
前記能動部の一端から出射された光を伝搬して前記多重共振器との光結合領域で当該伝搬光を前記多重共振器に入射させるとともに、前記光結合領域で前記多重共振器に移行しない当該伝搬光の一部を出力する出力ポートを有する第１の結合用光導波路と、
前記第１の結合用光導波路の出力ポートと光学的に接続される光吸収部と、
を備え、
前記多重共振器、前記第１の結合用光導波路および前記光吸収部は、単一の半導体基板上にモノリシック集積されている、光集積素子。
【請求項２】
請求項１記載の光集積素子であって、
前記多重共振器は、前記複数の共振器の光導波路を光学的に連結する第２の結合用光導波路を含み、
前記第２の結合用光導波路は、前記多重共振器を構成する第１の共振器から出射された光を伝搬して前記第１の共振器と光学的に接続された第２の共振器に当該伝搬光を入射させる導波路領域を有するとともに、前記第２の共振器との光結合領域で前記第２の共振器に移行しない当該伝搬光の一部を出力する出力ポートを有し、
前記第２の結合用光導波路の出力ポートは、前記光吸収部と光学的に接続されている、光集積素子。
【請求項３】
請求項１または２記載の光集積素子であって、前記能動部と前記第１の結合用光導波路との間に介在し、かつ、前記能動部から出射された光を第１および第２の分波光に分離する光合分波器を更に備え、
前記第１の結合用光導波路は、２つの入出力光導波路を含み、
前記光合分波器は、前記入出力光導波路の一方に前記第１の分波光を入射させると同時に前記入出力光導波路の他方に前記第２の分波光を入射させ、前記第１の分波光の入射に応じて前記入出力光導波路の一方から出射された戻り光と前記第２の分波光の入射に応じて前記入出力光導波路の他方から出射された戻り光とを合波してこの合波光を前記能動部に与えるものであり、
前記多重共振器は、前記第１および第２の分波光が伝搬されるループ状の閉じた光路を有する、光集積素子。
【請求項４】
請求項１から３のうちのいずれか１項に記載の光集積素子であって、前記多重共振器のうちの最終段の共振器と光学的に結合し、かつ、光反射膜が形成された終端面を有する反射光導波路を更に備え、
前記反射光導波路は、前記光反射膜で反射された光を伝搬して前記最終段の共振器との光結合領域で当該伝搬光を前記最終段の共振器に入射させる導波路領域を有するとともに、前記最終段の共振器との光結合領域で前記最終段の共振器に移行しない当該伝搬光の一部を出力する出力ポートを有しており、
前記反射光導波路の出力ポートは、前記光吸収部と光学的に接続されている、光集積素子。
【請求項５】
請求項１から４のうちのいずれか１項に記載の光集積素子であって、前記各共振器はリング状光導波路からなる、光集積素子。
【請求項６】
請求項１から５のうちのいずれか１項に記載の光集積素子であって、前記光吸収部は、前記活性層のバンドギャップ以下のバンドギャップを持つ光吸収層を含む、光集積素子。
【請求項７】
請求項６記載の光集積素子であって、前記能動部は、前記多重共振器、前記第１の結合用光導波路および前記光吸収部とともに前記半導体基板上にモノリシック集積されており、前記光吸収層は前記活性層と同じ組成を有する、光集積素子。
【請求項８】
請求項７記載の光集積素子であって、前記半導体基板はインジウムリン系材料からなる、光集積素子。
【請求項９】
請求項７または８記載の光集積素子であって、前記光吸収部は、前記多重共振器および前記第１の結合用光導波路が集積されている受動部形成領域と前記能動部との接続境界面よりも前記能動部側の領域に前記能動部と並列に形成されている、光集積素子。
【請求項１０】
請求項６から９のうちのいずれか１項に記載の光集積素子であって、
前記光吸収部は、
前記光吸収層を挟み込む上部クラッド層および下部クラッド層と、
前記上部クラッド層および前記下部クラッド層のうちの少なくとも一方の水平方向端部と隣接し、かつ、前記光吸収層の上面および下面のうちの少なくとも一方と接する高抵抗層と、
を含む、光集積素子。
【請求項１１】
請求項６から１０のうちのいずれか１項に記載の光集積素子であって、
前記出力ポートが複数個存在し、
前記光吸収層は、前記多重共振器および前記第１の結合用光導波路が集積されている受動部形成領域と当該光吸収層との接続境界面から離れる方向に沿って並列に伸長する複数の帯状吸収層からなり、
前記複数の帯状吸収層は、それぞれ、前記複数個の出力ポートと光学的に接続されている、光集積素子。
【請求項１２】
請求項１１記載の光集積素子であって、前記各帯状吸収層が前記半導体基板の主面に平行な水平方向と前記主面に垂直な方向とから低屈折率のクラッド層により囲まれた光閉じ込め構造を有する光集積素子。
【請求項１３】
請求項１１または１２記載の光集積素子であって、前記複数の帯状吸収層とそれぞれ電気的に接続された複数の電極層を更に備え、
前記各帯状吸収層は、当該各帯状吸収層で受光された光を電気信号に変換して前記電気信号を前記電極層に供給する受光素子である、光集積素子。
【請求項１４】
請求項１１または１２記載の光集積素子であって、前記複数の帯状吸収層のうちの２以上の帯状吸収層と電気的に接続された共通電極層を更に備え、
前記各帯状吸収層は、当該各帯状吸収層で受光された光を電気信号に変換して前記電気信号を前記共通電極層に供給する受光素子である、光集積素子。
【請求項１５】
請求項１１から１４のうちのいずれか１項に記載の光集積素子であって、前記出力ポートを前記複数の帯状吸収層に接続する出力光導波路を更に備え、前記出力光導波路と前記複数の帯状吸収層とは同型の光導波路構造を有する、光集積素子。
【請求項１６】
請求項１５記載の光集積素子であって、前記同型の光導波路構造は埋込み型構造である、光集積素子。
【請求項１７】
請求項１５記載の光集積素子であって、前記同型の光導波路構造はハイメサ構造である、光集積素子。
【請求項１８】
請求項６から１０のうちのいずれか１項に記載の光集積素子であって、
前記出力ポートが複数個存在し、
前記複数個の出力ポートは、単一の前記光吸収層と光学的に接続されている、
光集積素子。
【請求項１９】
請求項６から１０のうちのいずれか１項に記載の光集積素子であって、前記光吸収層と電気的に接続された電極層を更に備え、
前記光吸収層は、当該光吸収層で受光された光を電気信号に変換して前記電気信号を前記電極層に供給する受光素子である、光集積素子。
【請求項２０】
請求項１から１９のうちのいずれか１項に記載の光集積素子であって、前記能動部内に形成され、かつ、前記能動部の他端である光出射端近傍に形成された導波路内ミラーを更に備える、光集積素子。
【請求項２１】
請求項１から２０のうちのいずれか１項に記載の光集積素子であって、前記多重共振器の共振波長を変化させる波長可変手段を更に備える光集積素子。
【請求項２２】
請求項２１記載の光集積素子であって、前記波長可変手段は、前記多重共振器の近傍に形成された膜状ヒータである、光集積素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光集積素子に関し、特に、閉経路（たとえば、リング状経路）の光導波路を有する共振器からなる光集積素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットなどの広域ネットワークの急速な普及に伴って通信トラフィックが増大し、光通信システムの更なる大伝送容量化が要求されている。この要求に応えるために、波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）方式の光通信技術の採用や、単チャネル当たりの伝送速度の向上が検討されている。国際的な標準化機関であるＩＴＵ−Ｔ（Telecommunication Standardization Sector of International Telecommunication Union）は、周波数１９３．１ＴＨｚを基準にした光周波数グリッドを使用するＷＤＭ伝送方式を勧告している。このため、光通信システムでは、この光周波数グリッドに合致したチャネル波長を与える光源が必要であるが、複数光源による高コスト化を抑制するために、Ｃ帯（１．５３μｍ〜１．５６μｍ）やＬ帯（１．５７μｍ〜１．６０μｍ）などの波長帯全体を１つのレーザでカバーできる波長可変レーザが求められている。
【０００３】
波長可変レーザに関する先行技術文献としては、たとえば、特許文献１（特開２００６−２４５３４６号公報）、特許文献２（特開２００５−３２７８８１号公報）および特許文献３（特開平５−１０７０７１号公報）が挙げられる。
【特許文献１】特開２００６−２４５３４６号公報
【特許文献２】特開２００５−３２７８８１号公報
【特許文献３】特開平５−１０７０７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、リング共振器を使用した波長可変フィルタを有する波長可変レーザが開示されている。この特許文献１の波長可変レーザでは、利得領域から出射された光が導波路を伝搬し、光結合部を介してリング共振器に移行する。このとき、リング共振器に移行しない光（以下、「スルーポート光」と呼ぶ。）はそのまま導波路を伝搬するが、このスルーポート光が、導波路の終端やレーザチップの端面で反射してリング共振器に入射し、リング共振器内を伝搬するレーザ光と再結合することが起こり得る。スルーポート光は、リング共振器の共振波長とは異なる波長を持つので、リング共振器内に入射したスルーポート光は、レーザ光のモード安定性を悪化させる要因となり得る。それ故、スルーポート光をリング共振器内に戻さないための工夫が必要である。
【０００５】
光集積回路（ＰＩＣ：Photonic Integrated Circuit）にハイメサ構造の光導波路を使用すると、埋込み型構造の光導波路を使用した場合と比べてチップサイズの小型軽量化が可能となる。なお、ハイメサ構造とは、上部クラッド層と、下部クラッド層と、これらクラッド層に挟まれたコア層とからなり、空気に囲まれた台形断面形状の構造をいう。特に、インジウムリン系（ＩｎＰ系）材料を使用してハイメサ構造を構成すれば、クラッド層とコア層との屈折率差を高めることができ、リング共振器の光導波路の曲率半径を小さくしてチップサイズを大幅に小さくすることが可能である。また、ＩｎＰ系材料は光源の構成材料として使用できるので、光源を含む能動部と、リング共振器や光導波路を含む受動部とが同一基板上にモノシリック集積されたチップを実現できる。このようなチップは、高い安定性を有し、実装も容易である。また、チップの超小型化を実現することも可能である。
【０００６】
しかしながら、ＩｎＰ系材料の屈折率は３以上であり、空気の屈折率と比べて大きいため、端面反射光量が無視できない程大きくなりやすく、適合する屈折率マッチング剤の選定も難しいという問題がある。それ故、上述のスルーポート光が発生しやすい。
【０００７】
この点については、特許文献３に開示されているように、光導波路の終端を開放端にし、この開放端部分をテーパ形状にすることにより当該開放端での反射光が逆方向に伝搬することを防止できる。しかしながら、当該開放端で放射されてチップ内を伝搬した光（以下、「迷光」と呼ぶ。）が、光導波路に再入射し伝搬してリング共振器内のレーザ光と結合し、これがレーザ光のモードを不安定にするという問題がある。迷光の伝搬経路や、迷光の光導波路への再入射の有無を事前に予測することは困難である。また、特許文献２に開示されるような、デバイスの端面に高反射膜が形成された波長可変レーザでは、当該端面に反射防止膜を形成して迷光の発生を防止することができない。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、スルーポート光に起因するレーザ光のモードの不安定性を抑制し得る光集積素子を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、活性層を含む能動部と、各々が閉経路の光導波路を有し、かつ、互いに異なる光路長を有する複数の共振器からなる多重共振器と、前記能動部の一端から出射された光を伝搬して前記多重共振器との光結合領域で当該伝搬光を前記多重共振器に入射させるとともに、前記光結合領域で前記多重共振器に移行しない当該伝搬光の一部を出力する出力ポートを有する第１の結合用光導波路と、前記第１の結合用光導波路の出力ポートと光学的に接続される光吸収部と、を備え、前記多重共振器、前記第１の結合用光導波路および前記光吸収部が単一の半導体基板上にモノリシック集積された光集積素子が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明による光集積素子では、第１の結合用光導波路から共振器に移行しなかった光は、第１の結合用光導波路の出力ポートを経て光吸収部に吸収されるので、この出力ポートから出力された光が反射して共振器に戻ることが防止される。したがって、多重共振器の共振波長とは異なる波長を持つ光が、共振器内のレーザ光と再結合することが防止されるので、レーザ光のモードの安定性向上が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る種々の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、全ての図面において、同様な構成要素には同一符号を付し、重複説明を適宜省略する。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係る第１の実施形態の波長可変レーザ（光集積素子）１０Ａの概略構成を示す平面図である。図２は、図１に示した光集積素子１０ＡのＡ１−Ａ１線に沿った断面構造を概略的に示す図である。
【００１３】
この波長可変レーザ１０Ａは、光源である半導体光増幅器（ＳＯＡ：Semiconductor Optical Amplifier）１１０と位相調整部１２０とからなる能動部１００を有している。能動部１００は、図２に示されるように下部クラッド層（ｎ型ＩｎＰ層）１２２と上部クラッド層（ｐ型ＩｎＰ層）１２４とに挟まれた、多重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple-Quantum-Well）構造を有する活性層１１３を含む。なお、ＳＯＡ１１０の代わりに、光ファイバ増幅器、あるいは、ダブルヘテロ構造を持つ発光ダイオードや半導体レーザダイオードなどの光利得部を使用してもよい。
【００１４】
波長可変レーザ１０Ａは、互いに異なる光路長を持つ複数のリング共振器１６０Ａ，１６０Ｂからなる多重共振器を有し、リング共振器１６０Ａ，１６０Ｂの各々は、閉経路のリング状光導波路を有する。さらに波長可変レーザ１０Ａは、入出力光導波路（第１の結合用光導波路）１４０Ａ，１４０Ｂ，１４０Ｄと、結合用光導波路（第２の結合用光導波路）１４０Ｃとを有する。入出力光導波路１４０Ａ，１４０Ｂ，１４０Ｄは、能動部１００の一端から出射された光を伝搬して多重共振器に入力させ、光導波路１４０Ｃは、リング共振器１６０Ａ，１６０Ｂの光導波路を光学的に連結する。
【００１５】
光合分波器１５０は、入出力光導波路１４０Ａから入射した光を２つの分波光に分離し、一方の分波光を入出力光導波路１４０Ｂに入射させ、他方の分波光を入出力光導波路１４０Ｄに入射させる機能を有する。また、光合分波器１５０は、入出力光導波路１４０Ｂから入射した戻り光と入出力光導波路１４０Ｄから入射した戻り光とを合波し、この合波光を入出力光導波路１４０Ａを介して能動部１００に与える機能を有している。
【００１６】
光結合部１７０Ａは、入出力光導波路１４０Ｂと第１リング共振器１６０Ａとを光学的に結合し、光結合部１７０Ｂは、結合用光導波路１４０Ｃと第１リング共振器１６０Ａとを光学的に結合し、光結合部１７０Ｃは、結合用光導波路１４０Ｃと第２リング共振器１６０Ｂとを光学的に結合し、光結合部１７０Ｄは、入出力光導波路１４０Ｄと第２リング共振器１６０Ｂとを光学的に結合する。光結合部１７０Ａ〜１７０Ｄとしては、たとえば、方向性結合器や、マルチモード干渉（ＭＭＩ：Multimode Interference）光カプラを使用すればよい。
【００１７】
入出力光導波路１４０Ｂは、光合分波器１５０から入射した第１の分波光を伝搬し、光結合部１７０Ａでその伝搬光を第１リング共振器１６０Ａに入射させる一方、光結合部１７０Ａで第１リング共振器１６０Ａに移行しない伝搬光の一部を出力ポート（スルーポート）から出力光導波路１９０Ａに出力する。入出力光導波路１４０Ｄは、光合分波器１５０から入射した第２の分波光を伝搬し、光結合部１７０Ｄでその伝搬光を第２リング共振器１６０Ｂに入射させる一方、光結合部１７０Ｄで第２リング共振器１６０Ｂに移行しない伝搬光の一部をスルーポートから出力光導波路１９０Ｄに出力する。
【００１８】
また、結合用光導波路１４０Ｃは、第１リング共振器１６０Ａと第２リング共振器１６０Ｂとを光学的に連結するものである。この結合用光導波路１４０Ｃは、光結合部１７０Ｂで第１リング共振器１６０Ａから出射された光を伝搬し、光結合部１７０Ｃでその伝搬光を第２リング共振器１６０Ｂに入射させる一方、第２リング共振器１６０Ｂに移行しない伝搬光の一部を出力ポート（スルーポート）から出力光導波路１９０Ｃに出力する。また、結合用光導波路１４０Ｃは、光結合部１７０Ｃで第２リング共振器１６０Ｂから出射された光を伝搬し、光結合部１７０Ｂでその伝搬光を第１リング共振器１６０Ａに入射させる一方、第１リング共振器１６０Ａに移行しない伝搬光の一部をスルーポートから出力光導波路１９０Ｂに出力する。
【００１９】
出力光導波路１９０Ａ，１９０Ｂの終端には第１光吸収部２２０Ａが接続されており、出力光導波路１９０Ｃ，１９０Ｄの終端には第２光吸収部２２０Ｂが接続されている。第１光吸収部２２０Ａおよび第２光吸収部２２０Ｂは、図２の活性層１１３のバンドギャップと同一またはこれ以下のバンドギャップを有する光吸収層を含む。第１光吸収部２２０Ａと第２光吸収部２２０Ｂには、出力光導波路１９０Ａ，１９０Ｂ，１９０Ｃ，１９０Ｄを伝搬した光が入射し、吸収される。このため、出力光導波路１９０Ａ，１９０Ｂ，１９０Ｃ，１９０Ｄの終端で伝搬光が反射あるいは放射することが抑制される。
【００２０】
ＳＯＡ１１０と位相調整部１２０の構造は一般的なものである。図１および図２に示されるように、ＳＯＡ１１０および位相調整部１２０の上には、それぞれ、電流注入用の電極層１２６Ａ，１２６Ｂが形成されている。
【００２１】
波長可変手段である膜状ヒータ１８０Ａ，１８０Ｂは、それぞれ、第１リング共振器１６０Ａ，１６０Ｂ上に形成された円弧状の金属膜で構成することができる。これら円弧状金属膜の構成材料としては、たとえば、チタンや白金が挙げられる。膜状ヒータ１８０Ａの両端部はそれぞれ通電用の端子電極を構成している。膜状ヒータ１８０Ｂも同様の端子電極を有する。このような膜状ヒータ１８０Ａ，１８０Ｂは、第１リング共振器１６０Ａ，１６０Ｂの温度特性を利用して、多重リング共振器の共振波長を変化させ得るものである。すなわち、多重リング共振器の共振波長は、リング共振器１６０Ａ，１６０Ｂそれぞれのリング状光導波路の円周長と屈折率とに依存する。リング状導波路の屈折率は、いわゆる熱光学効果あるいはプラズマ効果により変えることができるので、リング状光導波路の温度特性を利用して膜状ヒータ１８０Ａ，１８０Ｂへの通電量を制御することによってリング状導波路の屈折率を変化させることができる。
【００２２】
上記波長可変レーザ１０Ａは、能動部１００、受動部１３０、第１光吸収部２２０Ａおよび第２光吸収部２２０Ｂを図２の化合物半導体基板１２１上にモノリシック集積したものである。
【００２３】
この波長可変レーザ１０Ａ内の光の伝搬経路について説明する。ＳＯＡ１１０から出射された光は、位相調整部１２０→入出力光導波路１４０Ａ→光合分波器１５０→入出力光導波路１４０Ｂ→光結合部１７０Ａ→第１リング共振器１６０Ａ→光結合部１７０Ｂ→結合用光導波路１４０Ｃ→光結合部１７０Ｃ→第２リング共振器１６０Ｂ→光結合部１７０Ｄ→入出力光導波路１４０Ｄ→光合分波器１５０→入出力光導波路１４０Ａの順に伝搬する。同時に、ＳＯＡ１１０から出射された光は、位相調整部１２０→入出力光導波路１４０Ａ→光合分波器１５０→光結合部１７０Ｄ→第２リング共振器１６０Ｂ→光結合部１７０Ｃ→結合用光導波路１４０Ｃ→光結合部１７０Ｂ→第１リング共振器１６０Ａ→光結合部１７０Ａ→入出力光導波路１４０Ｂ→光合分波器１５０→結合用光導波路１４０Ａの順に伝搬する。
【００２４】
このようにして多重リング共振器内のループ状の閉じた経路を周回した光の強度は、当該光の波長が多重リング共振器全体の共振波長と一致したときに最も強くなる。すなわち、第１および第２リング共振器１６０Ａ，１６０Ｂのフリースペクトラルレンジ（ＦＳＲ：Free Spectral Range）は僅かに異なるので、第１および第２リング共振器１６０Ａ，１６０Ｂの共振波長が一致した波長を持つ光のみが大きな強度を有することとなる。このため、多重リング共振器全体のＦＳＲは、第１および第２リング共振器１６０Ａ，１６０ＢのＦＳＲの最小公倍数である。このように互いに異なる光路長を有する複数個のリング共振器１６０Ａ，１６０Ｂを光学的に連結する構造により、いわゆる「バーニア効果」を得て広い波長可変範囲を実現することができる。
【００２５】
前述の如く、多重リング共振器全体の共振波長は、第１および第２リング共振器１６０Ａ，１６０Ｂそれぞれのリング状光導波路の円周長と屈折率とに依存する。リング状光導波路の屈折率は、熱光学効果あるいはプラズマ効果を利用して変えることができる。熱光学効果を利用する場合、誘電体層と、この誘電体層上に形成された屈折率調整用の電極層とで膜状ヒータ１８０Ａ，１８０Ｂを構成することができる。電極層を誘電体層上に形成することにより、電極層を流れる電流が誘電体層よりも下方の構造へ流れることが防止される。誘電体層の構成材料としては、たとえば、ＳｉＯ２やＳｉＮなどの電気絶縁性材料が挙げられる。また、屈折率調整用の電極層の構成材料としては、たとえば、チタンや白金を挙げることができる。このような膜状ヒータ１８０Ａ，１８０Ｂの一方または双方への通電量を制御することにより、膜状ヒータ１８０Ａ，１８０Ｂの温度が制御され、多重リング共振器の屈折率を所望の屈折率へ変化させることが可能となる。
【００２６】
一方、プラズマ効果を利用する場合は、第１および第２リング共振器１６０Ａ，１６０Ｂとそれぞれ接する電極層を膜状ヒータ１８０Ａ，１８０Ｂとして構成することができる。電極層の構成材料としては、たとえば、チタンや白金や金が挙げられる。このような膜状ヒータ１８０Ａ，１８０Ｂに電流を流して、第１および第２リング共振器１６０Ａ，１６０Ｂの光導波路への通電量を制御することにより、多重リング共振器の屈折率を変化させることが可能である。
【００２７】
出力光導波路１９０Ａ，１９０Ｂ，１９０Ｃ，１９０Ｄを伝搬するスルーポート光の強度は、多重リング共振器内を周回する光の波長が多重リング共振器の共振波長と一致したときに、最小になる。言い換えれば、出力光導波路１９０Ａ，１９０Ｂ，１９０Ｃ，１９０Ｄにおける伝搬光の強度は、当該伝搬光の波長が多重リング共振器の発振波長から外れるにつれて大きくなる。スルーポート光が、光導波路の終端面で反射または放射されて多重リング共振器の光導波路に戻るとレーザ光のモードを不安定にする。
【００２８】
これに対して、本実施形態では、出力光導波路１９０Ａ，１９０Ｂの終端に第１光吸収部２２０Ａを接続し、かつ、出力光導波路１９０Ｃ，１９０Ｄの終端に第２光吸収部２２０Ｂを接続している。また、これら第１光吸収部２２０Ａおよび第２光吸収部２２０Ｂは、ＳＯＡ１１０の活性層１１３のバンドギャップと同一またはこれ以下のバンドギャップを持つ半導体材料の光吸収層を含む。それ故、第１光吸収部２２０Ａと第２光吸収部２２０Ｂとは、出力光導波路１９０Ａ，１９０Ｂ，１９０Ｃ，１９０Ｄから伝搬光を受光すると、誘導吸収（光吸収）の原理により、当該受光された伝搬光を電流（フォトカレント）に変換する受光素子となり得る。
【００２９】
これら第１光吸収部２２０Ａおよび第２光吸収部２２０Ｂに電気的に接続された電極層（図示せず）を設ければ、この電極層を通じて、誘導吸収の原理により生成された電流を電気信号として検出することができる。コントローラ（図示せず）は、この検出された電気信号に基づいて、多重リング共振器内を周回する光の波長が多重リング共振器の共振波長と一致したか否かを判定することができ、光の波長が所望の共振波長と一致するように膜状ヒータ１８０Ａ，１８０Ｂへの通電量を制御することができる。
【００３０】
なお、ＳＯＡ１１０の活性層１１３は、電極層１２６Ａからの電流注入によるバンド端キャリアの反転分布を起こすまでは光吸収層として振る舞い、結果として数百ｄＢ／ｃｍ程度の伝搬損失を持つ光導波路になるという特徴を有する。かかる特徴に着目して、第１および第２光吸収部２２０Ａ，２２０Ｂの組成を、ＳＯＡ１１０の活性層１１３（図２）の組成と同じにすることができる。このとき、第１および第２光吸収部２２０Ａ，２２０Ｂの光吸収層のバンドギャップは、活性層１１３のバンドギャップと同じになる。双方の層の組成が同じであれば、双方の層の組成が同じでない場合と比べると、第１および第２光吸収部２２０Ａ，２２０Ｂの光吸収層を活性層１１３と同一の工程で形成することができるので、工程数の削減が可能となり、歩留まりの向上や製造コストの低減が可能になる。
【００３１】
次に、上記波長可変レーザ１０Ａの製造方法について概説する。
【００３２】
先ず、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：metalorganic chemical vapor deposition）により、ｎ型ＩｎＰからなる化合物半導体基板１２１上に、ｎ型ＩｎＰからなる下部クラッド層１２２と、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系のＭＱＷ構造を持つ活性層とを順次結晶成長させた。次に、フォトリソグラフィとドライエッチングにより、活性層上にマスクを形成するとともに、コア層１２３の形成領域に対応する活性層を選択的に除去する。続けて、ＭＯＣＶＤにより選択的に結晶成長させて導波路コア層１２３を形成する。次いで、コア層１２３の形成に使用したマスクは除去される。この結果、図２に示されるような活性層１１３とコア層１２３とが形成される。その後、ＭＯＣＶＤにより、活性層１１３およびコア層１２３の上に、ｐ型ＩｎＰからなる上部クラッド層１２４と、ｐ＋型ＩｎＧａＡｓ層１２５とを順次成長させる。
【００３３】
次に、フォトリソグラフィとドライエッチングにより、受動部１３０、第１光吸収部２２０Ａおよび第２光吸収部２２０Ｂの構造が形成される。受動部１３０の光導波路は、埋込み型構造の光導波路でもよいし、あるいはハイメサ構造の光導波路でもよい。なお、上部クラッド層１２４は伝搬光を損失させ得るので、上部クラッド層１２４のうち電流が注入されない領域をエッチングにより除去し、この領域にアンドープＩｎＰ層あるいは高抵抗のＩｎＰ層を成長させてもよい。
【００３４】
さらに、電流注入用の電極層１２６Ａ，１２６Ｂと膜状ヒータ１８０Ａ，１８０Ｂとがスパッタなどの真空成膜法により形成される。電極層１２６Ａ，１２６Ｂの構成材料としては、チタンや白金、金が挙げられる。
【００３５】
導波路コア層１２３は、位相調整部１２０および受動部１３０に亘って形成されており、ＳＯＡ１１０の活性層１１３から入射した光を伝搬する構造を持つ。導波路コア層１２３は、受動部１３０内の光導波路を構成している。
【００３６】
なお、ＳＯＡ１１０、位相調整部１２０および受動部１３０の光導波路構造の種類としては、たとえば、埋込み型構造、リッジ型構造あるいはハイメサ構造が挙げられる。ＳＯＡ１１０、位相調整部１２０および受動部１３０の領域に異なる種類の導波路構造が形成されてもよいし、全て同一の導波路構造が形成されてもよい。上述の通り、ハイメサ構造の光導波路を採用すると、リング共振器の曲率半径を小さくして、チップサイズを小さくすることができるので、受動部１３０の光導波路構造はハイメサ構造が望ましい。これに対し、ＳＯＡ１１０と位相調整部１２０は、長期間電流注入を受けつつ品質を保持する必要があるため、埋込み型構造やリッジ型構造を採用することが望ましい。
【００３７】
上記第１の実施形態の波長可変レーザ１０Ａが奏する効果は以下の通りである。
【００３８】
上述の通り、出力光導波路１９０Ａ，１９０Ｂ，１９０Ｃ，１９０Ｄにおける伝搬光（スルーポート光）は、その終端で第１光吸収部２２０Ａおよび第２光吸収部２２０Ｂに吸収される。このため、出力光導波路１９０Ａ，１９０Ｂ，１９０Ｃ，１９０Ｄの終端での光の反射あるいは放射が抑制される。したがって、多重リング共振器の共振波長とは異なる波長を持つスルーポート光が、第１リング共振器１６０Ａ，１６０Ｂ内のレーザ光と再結合することが防止されるので、レーザ光のモードの安定性向上が可能になる。
【００３９】
特に、ＩｎＰ系材料などの、比較的高い屈折率を持つ化合物半導体材料を使用して波長可変レーザ１０Ａを構成したとしても、スルーポート光が第１リング共振器１６０Ａ，１６０Ｂのリング状光導波路へ戻ることが確実に防止される。このため、ＩｎＰ系材料などの化合物半導体材料を使用する高密度なモノリシック集積デバイスとして波長可変レーザ１０Ａを構成したとしても、レーザ光のモードの安定化が可能である。
【００４０】
したがって、従来の石英系のハイブリッド集積デバイスと比べると、高いモード安定性を維持しつつ、波長可変レーザ１０Ａの小型軽量化が可能であり、これにより、高い収量と低コスト化が可能となる。たとえば、第１および第２リング共振器１６０Ａ，１６０Ｂの光導波路の構造としてハイメサ構造を採用すれば、高いモード安定性を維持しつつ、光導波路の曲率半径を小さくし、チップサイズの大幅な小型化が可能となる。また、１０ＧＨｚを超える変調帯域を有する波長可変レーザ１０Ａを製造することが可能であり、直接変調により１０ＧＨｚ／秒を超える変調速度をも実現できる。
【００４１】
（第２の実施形態）
次に、本発明に係る第２の実施形態について説明する。図３は、第２の実施形態の波長可変レーザ（光集積素子）１０Ｂの概略構成を示す平面図である。
【００４２】
この波長可変レーザ１０Ｂは、ＳＯＡ１１０と位相調整部１２０とからなる能動部１００を有している。上記第１の実施形態と同様に、ＳＯＡ１１０の代わりに、光ファイバ増幅器、あるいは、ダブルヘテロ構造を持つ発光ダイオードや半導体レーザダイオードなどの光利得部を形成してもよい。
【００４３】
波長可変レーザ１０Ｂは、互いに異なる光路長を持つ複数のリング共振器１６１Ａ，１６１Ｂからなる多重共振器を有し、リング共振器１６１Ａ，１６１Ｂの各々は閉経路のリング状光導波路を有する。さらに波長可変レーザ１０Ｂは、入出力光導波路（第１の結合用光導波路）１４１Ａ、結合用光導波路（第２の結合用光導波路）１４１Ｂおよび反射光導波路１４２を有する。入出力光導波路１４１Ａは、能動部１００の一端から出射された光を伝搬して多重共振器に入力させ、光導波路１４１Ｂは、リング共振器１６１Ａ，１６１Ｂの光導波路を光学的かつ直列に連結する。
【００４４】
光結合部１７１Ａは、入出力光導波路１４１Ａと第１リング共振器１６１Ａとを光学的に結合し、光結合部１７１Ｂは、結合用光導波路１４１Ｂと第１リング共振器１６１Ａとを光学的に結合し、光結合部１７１Ｃは、結合用光導波路１４１Ｂと第２リング共振器１６１Ｂとを光学的に結合し、光結合部１７１Ｄは、反射光導波路１４２と第２リング共振器１６１Ｂとを光学的に結合する。光結合部１７１Ａ〜１７１Ｄとしては、たとえば、方向性結合器や、マルチモード干渉光カプラを使用すればよい。
【００４５】
入出力光導波路１４１Ａは、能動部１００の一端から入射した光を伝搬し、光結合部１７１Ａでその伝搬光を第１リング共振器（第１段目のリング共振器）１６１Ａに入射させる一方、光結合部１７１Ａで第１リング共振器１６１Ａに移行しない伝搬光の一部を出力ポート（スルーポート）から出力光導波路１９１Ａに出力する。
【００４６】
結合用光導波路１４１Ｂは、第１リング共振器１６１Ａと第２リング共振器１６１Ｂとを光学的に連結するものである。この結合用光導波路１４１Ｂは、光結合部１７１Ｂで第１リング共振器１６１Ａから出射された光を伝搬し、光結合部１７１Ｃでその伝搬光を第２リング共振器（第２段目のリング共振器）１６１Ｂに入射させる一方、第２リング共振器１６１Ｂに移行しない伝搬光の一部を出力ポート（スルーポート）から出力光導波路１９１Ｃに出力する。
【００４７】
また、反射光導波路１４２は、光結合部１７１Ｄで第２リング共振器１６１Ｂから出射された光を伝搬する。この反射光導波路１４２の終端面には高反射膜２１０が形成されている。この高反射膜２１０は、たとえば、波長可変レーザ１０Ｂの基板の端面に誘電体多層膜を蒸着や貼り付けによって形成できる。反射光導波路１４２は、高反射膜２１０で反射した光を伝搬し、光結合部１７１Ｄでその伝搬光を光結合部１７１Ｃに入射させる一方、第２リング共振器１６１Ｂに移行しない伝搬光の一部を出力ポート（スルーポート）から出力光導波路１９１Ｄに出力する。
【００４８】
出力光導波路１９１Ａ，１９１Ｂの終端には第１光吸収部２２１Ａが接続されており、出力光導波路１９１Ｃ，１９１Ｄの終端には第２光吸収部２２１Ｂが接続されている。第１光吸収部２２１Ａおよび第２光吸収部２２１Ｂは、第１の実施形態に係る活性層１１３（図２）と同一の構造および組成の活性層を含む。第１光吸収部２２１Ａと第２光吸収部２２１Ｂには、出力光導波路１９１Ａ，１９１Ｂ，１９１Ｃ，１９１Ｄを伝搬した光が入射し、吸収される。このため、出力光導波路１９１Ａ，１９１Ｂ，１９１Ｃ，１９１Ｄの終端で伝搬光が反射あるいは放射することが抑制される。
【００４９】
波長可変手段である膜状ヒータ１８１Ａ，１８１Ｂは、それぞれ、第１リング共振器１６１Ａ，１６１Ｂ上に形成されている。膜状ヒータ１８１Ａの両端部はそれぞれ通電用の端子電極を構成している。膜状ヒータ１８１Ｂも同様の端子電極を有する。これら膜状ヒータ１８１Ａ，１８１Ｂの構造および機能は、第１の実施形態に係る膜状ヒータ１８０Ａ，１８０Ｂの構造および機能と同じである。
【００５０】
上記波長可変レーザ１０Ｂは、能動部１００、受動部１３１、第１光吸収部２２１Ａおよび第２光吸収部２２１Ｂを化合物半導体基板上にモノリシック集積したものである。波長可変レーザ１０Ｂは、第１の実施形態の波長可変レーザ１０Ａと同様の工程により製造することができる。
【００５１】
この波長可変レーザ１０Ｂ内の光の伝搬経路について説明する。ＳＯＡ１１０から出射された光は、位相調整部１２０→入出力光導波路１４１Ａ→光結合部１７１Ａ→第１リング共振器１６１Ａ→光結合部１７１Ｂ→結合用光導波路１４１Ｂ→光結合部１７１Ｃ→第２リング共振器１６１Ｂ→光結合部１７１Ｄ→反射光導波路１４２→高反射膜２１０→反射光導波路１４２→光結合部１７１Ｄ→第２リング共振器１６１Ｂ→光結合部１７１Ｃ→結合用光導波路１４１Ｂ→光結合部１７１Ｂ→第１リング共振器１６１Ａ→光結合部１７１Ａ→入出力光導波路１４１Ａの順に伝搬する。
【００５２】
このようにして多重リング共振器内を伝搬する光の強度は、当該光の波長が多重リング共振器全体の共振波長と一致したときに最も強くなる。すなわち、第１および第２リング共振器１６１Ａ，１６１ＢのＦＳＲは僅かに異なるので、第１および第２リング共振器１６１Ａ，１６１Ｂの共振波長が一致した波長を持つ光のみが大きな強度を有することとなる。このため、多重リング共振器全体のＦＳＲは、第１および第２リング共振器１６１Ａ，１６１ＢのＦＳＲの最小公倍数である。第１の実施形態の波長可変レーザ１０Ａと同様に、第２の実施形態の波長可変レーザ１０Ｂでも、いわゆる「バーニア効果」を得て広い波長可変範囲を実現することができる。
【００５３】
出力光導波路１９１Ａ，１９１Ｂ，１９１Ｃ，１９１Ｄにおける伝搬光の強度は、当該伝搬光の波長が多重リング共振器の発振波長から外れるにつれて大きくなる。スルーポート光が、光導波路の終端面で反射または放射されて多重リング共振器の光導波路に戻るとレーザ光のモードを不安定にする。これに対して、本実施形態では、第１光吸収部２２１Ａおよび第２光吸収部２２１Ｂが、ＳＯＡ１１０の活性層１１３のバンドギャップと同一またはこれ以下のバンドギャップを持つ半導体材料の光吸収層を含むので、出力光導波路１９１Ａ，１９１Ｂ，１９１Ｃ，１９１Ｄから伝搬光を受光すると、誘導吸収（光吸収）の原理により、当該受光された伝搬光を電流（フォトカレント）に変換する受光素子となり得る。
【００５４】
第１の実施形態の波長可変レーザ１０Ａと同様に、第１光吸収部２２１Ａおよび第２光吸収部２２１Ｂに電気的に接続された電極層（図示せず）を設ければ、この電極層を通じて、誘導吸収の原理により生成された電流を電気信号として検出することができる。コントローラ（図示せず）は、この検出された電気信号に基づいて、多重リング共振器内を周回する光の波長が多重リング共振器の共振波長と一致したか否かを判定することができ、光の波長が所望の共振波長と一致するように膜状ヒータ１８１Ａ，１８１Ｂへの通電量を制御することができる。
【００５５】
また、ＳＯＡ１１０、位相調整部１２０および受動部１３１の光導波路構造は、第１の実施形態の波長可変レーザ１０Ａと同様の光導波路構造であればよい。よって、チップサイズを小さくする観点からは、受動部１３１の光導波路構造はハイメサ構造が望ましい。これに対し、長期間電流注入を受けても品質を保持し得る観点からは、ＳＯＡ１１０と位相調整部１２０の光導波路構造として埋込み型構造やリッジ型構造を採用することが望ましい。
【００５６】
上記第２の実施形態の波長可変レーザ１０Ｂが奏する効果は以下の通りである。
【００５７】
上述の通り、出力光導波路１９１Ａ，１９１Ｂ，１９１Ｃ，１９１Ｄにおける伝搬光（スルーポート光）は、その終端で第１光吸収部２２１Ａおよび第２光吸収部２２１Ｂに吸収される。このため、出力光導波路１９１Ａ，１９１Ｂ，１９１Ｃ，１９１Ｄの終端での光の反射あるいは放射が抑制される。したがって、多重リング共振器の共振波長とは異なる波長を持つスルーポート光が、第１リング共振器１６１Ａ，１６１Ｂ内のレーザ光と再結合することが防止されるので、レーザ光のモードの安定性向上が可能になる。
【００５８】
よって、第１の実施形態の波長可変レーザ１０Ａと同様に、ＩｎＰ系材料などの化合物半導体材料を使用する高密度なモノリシック集積デバイスとして波長可変レーザ１０Ｂを構成したとしても、レーザ光のモードの安定化が可能である。また、高いモード安定性を維持しつつ、波長可変レーザ１０Ｂの小型軽量化が可能であり、これにより、高い収量と低コスト化が可能となる。
【００５９】
（第３の実施形態）
次に、本発明に係る第３の実施形態について説明する。図４は、第３の実施形態の波長可変レーザ（光集積素子）１１Ａの概略構成を示す平面図である。
【００６０】
この波長可変レーザ１１Ａは、ＳＯＡ１１０と位相調整部１２０とからなる能動部１００を有している。上記第１の実施形態と同様に、ＳＯＡ１１０の代わりに、光ファイバ増幅器、あるいは、ダブルヘテロ構造を持つ発光ダイオードや半導体レーザダイオードなどの光利得部を形成してもよい。
【００６１】
波長可変レーザ１１Ａの構成要素の機能および構成は、第１の実施形態に係る波長可変レーザ１０Ａの構成要素の機能および構成と基本的に同じである。波長可変レーザ１１Ａは、第１の実施形態に係る波長可変レーザ１０Ａと同様の工程で製造することができる。ここで、図４の入出力光導波路１４３Ａ，１４３Ｂ，１４３Ｄは、図１の入出力光導波路１４０Ａ，１４０Ｂ，１４０Ｄに対応し、図４の光合分波器１５３は、図１の光合分波器１５０に対応し、図４の結合用光導波路１４３Ｃは、図１の結合用光導波路１４０Ｃに対応し、図４のリング共振器１６３Ａ，１６３Ｂは、図１のリング共振器１６０Ａ，１６０Ｂに対応し、図４の光結合部１７３Ａ，１７３Ｂ，１７３Ｃ，１７３Ｄは、図１の光結合部１７０Ａ，１７０Ｂ，１７０Ｃ，１７０Ｄに対応し、図４の膜状ヒータ１８３Ａ，１８３Ｂは、図１の膜状ヒータ１８０Ａ，１８０Ｂに対応し、図４の光吸収部２２３Ａ，２２３Ｂは、図１の光吸収部２２０Ａ，２２０Ｂに対応する。
【００６２】
波長可変レーザ１１Ａの構成要素の接続形態（トポロジー）も、第１の実施形態に係る波長可変レーザ１０Ａの接続形態と基本的に同じである。第３の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、１）第１光吸収部２２３Ａと第２光吸収部２２３Ｂとが、能動部１００と受動部１３３の形成領域との接続境界面よりも能動部１００側の領域に配置されていること、２）第１光吸収部２２３Ａと第２光吸収部２２３Ｂとが能動部１００と並列に配置されていること、３）スルーポート光を伝搬する出力光導波路１９３Ａ，１９３Ｂ，１９３Ｃ，１９３Ｄの終端が、当該接続境界面よりも能動部１００側の領域に配置された第１および第２光吸収部２２３Ａ，２２３Ｂに接続されていること、である。
【００６３】
第３の実施形態の波長可変レーザ１１Ａは、第１の実施形態の波長可変レーザ１０Ａと同様の効果を奏し、更に以下の効果を奏する。すなわち、第１光吸収部２２３Ａと第２光吸収部２２３Ｂとを、能動部１００と受動部１３３との接続境界面よりも能動部１００側の領域に能動部１００と並列に配置するので、ＳＯＡ１１０と光吸収部２２３Ａ，２２３Ｂとを互いに近接した領域に形成することができる。このため、波長可変レーザ１１Ａのレイアウトパターンの単純化が可能であり、製造工程やマスクの設計が簡略化されるだけでなく、ＳＯＡ１１０の近傍の領域を活用して波長可変レーザ１１Ａを更に小型化することが可能である。
【００６４】
たとえば、波長可変レーザ１１Ａの長軸方向のサイズについては、ＳＯＡ１１０の長さを３００ミクロン、位相調整部１２０の長さを１００ミクロン、受動部１３３の長さを１００ミクロンとし、波長可変レーザ１１Ａの全長を５００ミクロン程度に収めることが可能である。また、波長可変レーザ１１Ａの短軸方向のサイズについては、曲がり光導波路の曲率半径を２０ミクロンとすると、受動部１３０が占有する長さをおおよそ１６０ミクロンにすることができる。また、リング共振器１６０Ａ，１６０Ｂ上にそれぞれ屈折率調整用の電極層を形成する場合は、各電極層のパッドの幅を５０ミクロン程度にし、双方の電極層の長さの合計を１００ミクロン程度にすることができる。したがって、へき開のための余裕を見越しても波長可変レーザ１１Ａの全長を３００ミクロンとすれば十分であることが分かる。このサイズは、従来の半導体レーザのみを搭載したチップと同程度の面積であり、結果として光モジュールのサイズを変更することなく半導体レーザに波長可変機能を付加することが可能となる。
【００６５】
（第４の実施形態）
次に、本発明に係る第４の実施形態について説明する。図５は、第４の実施形態の波長可変レーザ（光集積素子）１１Ｂの概略構成を示す平面図である。
【００６６】
この波長可変レーザ１１Ｂは、ＳＯＡ１１０と位相調整部１２０とからなる能動部１００を有している。上記第１の実施形態と同様に、ＳＯＡ１１０の代わりに、光ファイバ増幅器、あるいは、ダブルヘテロ構造を持つ発光ダイオードや半導体レーザダイオードなどの光利得部を形成してもよい。
【００６７】
波長可変レーザ１１Ｂの構成要素の機能および構成は、第２の実施形態に係る波長可変レーザ１０Ｂの構成要素の機能および構成と基本的に同じである。波長可変レーザ１１Ｂは、第２の実施形態に係る波長可変レーザ１０Ｂと同様の工程で製造することができる。ここで、図５の入出力光導波路１４４Ａは、図３の入出力光導波路１４１Ａに対応し、図５の結合用光導波路１４４Ｂは、図３の結合用光導波路１４１Ｂに対応し、図５の反射光導波路１４５は、図３の反射光導波路１４２に対応し、図５のリング共振器１６４Ａ，１６４Ｂは、図３のリング共振器１６１Ａ，１６１Ｂに対応し、図５の光結合部１７４Ａ，１７４Ｂ，１７４Ｃ，１７４Ｄは、図３の光結合部１７１Ａ，１７１Ｂ，１７１Ｃ，１７１Ｄに対応し、図５の膜状ヒータ１８４Ａ，１８４Ｂは、図３の膜状ヒータ１８１Ａ，１８１Ｂに対応し、図５の光吸収部２２４Ａ，２２４Ｂは、図３の光吸収部２２１Ａ，２２１Ｂに対応する。
【００６８】
波長可変レーザ１１Ｂにおける光導波路の経路のトポロジーも、第２の実施形態に係る波長可変レーザ１０Ｂにおけるトポロジーと基本的に同じである。第４の実施形態が第２の実施形態と異なる点は、１）第１光吸収部２２４Ａと第２光吸収部２２４Ｂとが、能動部１００と受動部１３４の形成領域との接続境界面よりも能動部１００側の領域に配置されていること、２）第１光吸収部２２４Ａと第２光吸収部２２４Ｂとが能動部１００と並列に配置されていること、３）スルーポート光を伝搬する出力光導波路１９４Ａ，１９４Ｂ，１９４Ｃ，１９４Ｄの終端が、当該接続境界面よりも能動部１００側の領域に配置された第１および第２光吸収部２２４Ａ，２２４Ｂと接続されていること、である。
【００６９】
したがって、第４の実施形態の波長可変レーザ１１Ｂも、第３の実施形態の波長可変レーザ１１Ａと同様の効果を奏する。
【００７０】
（第５の実施形態）
次に、本発明に係る第５の実施形態について説明する。図６は、第５の実施形態の波長可変レーザ（光集積素子）１２Ａの概略構成を示す平面図である。図７は、図６に示した波長可変レーザ１２ＡのＢ１−Ｂ１線に沿った断面構造の一部を概略的に示す図である。
【００７１】
第５の実施形態の波長可変レーザ１２Ａは、光吸収部を除いて、第３の実施形態の波長可変レーザ１１Ａ（図４）と同じ構成を有する。よって、図６の波長可変レーザ１２Ａは、図４の波長可変レーザ１１Ａと同じ受動部１３３の構成を有している。
【００７２】
図７に示されるように、図６の出力光導波路１９３Ａは、ｐ型ＩｎＰからなる上部クラッド層１２４と、ｎ型ＩｎＰからなる下部クラッド層１２２と、これらクラッド層１２４，１２２に挟まれたコア層１２３Ａとからなる構造を有する。受動部１３３を構成する他の光導波路も、出力光導波路１９３Ａと同様の構造を有している。
【００７３】
図６に示されるように、波長可変レーザ１２Ａの光吸収部の光吸収層は、パターン形成された複数の帯状吸収層２２５Ａ，２２５Ｂ，２２５Ｃ，２２５Ｄによって構成される。これら帯状吸収層２２５Ａ，２２５Ｂ，２２５Ｃ，２２５Ｄは、それぞれ、出力光導波路１９３Ｂ，１９３Ａ，１９３Ｃ，１９３Ｄの終端と接続されている。また、帯状吸収層２２５Ａ，２２５Ｂ，２２５Ｃ，２２５Ｄは、受動部１３３の形成領域と光吸収層との接続境界面から離れる方向に沿って並列に伸長するように形成される。このような帯状吸収層２２５Ａ，２２５Ｂ，２２５Ｃ，２２５Ｄの組成および機能は、第１の実施形態に係る光吸収部２２０Ａ，２２０Ｂの光吸収層の組成および機能と同じである。
【００７４】
図６に示されるように、帯状吸収層２２５Ａ，２２５Ｂ，２２５Ｃ，２２５Ｄの各々は、図７の半導体基板１２１の主面に並行な水平方向（図６の上下方向）から低屈折率のクラッド層に挟まれている。また、図７に示されるように、帯状吸収層２２５Ａ，２２５Ｂ，２２５Ｃ，２２５Ｄの各々は、半導体基板１２１の主面に垂直な方向から上部クラッド層１２４と下部クラッド層１２２とに挟まれている。よって、帯状吸収層２２５Ａ，２２５Ｂ，２２５Ｃ，２２５Ｄの各々は、クラッド層に囲まれた光閉じ込め構造を有し、光導波路を構成する。
【００７５】
また、図７に示されるように、上部クラッド層１２４の水平方向端部と隣接し、かつ、帯状吸収層２２５Ｂの上面と接する高抵抗層（ＩｎＰ層）１１４が形成されている。高抵抗層１１４は、上部クラッド層１２４の一部に代えて、たとえば鉄などの不純物が導入（ドーピング）されたＩｎＰ層であればよい。他の帯状吸収層２２５Ａ，２２５Ｃ，２２５Ｄについても同様に、これら帯状吸収層２２５Ａ，２２５Ｃ，２２５Ｄの上面と接する高抵抗層（図示せず）が形成されている。
【００７６】
図６に示されるように、帯状吸収層２２５Ａ，２２５Ｂ，２２５Ｃ，２２５Ｄの上には、それぞれ、電極層１２７Ａ，１２７Ｂ，１２７Ｃ，１２７Ｄが形成されている。これら電極層１２７Ａ，１２７Ｂ，１２７Ｃ，１２７Ｄは、それぞれ、帯状吸収層２２５Ａ，２２５Ｂ，２２５Ｃ，２２５Ｄで誘導吸収の原理により生成された電流（フォトカレント）を電気信号として検出するためのものである。コントローラ（図示せず）は、この検出された電気信号に基づいて多重リング共振器内を周回する光の波長が多重リング共振器の共振波長と一致したか否かを判定し、光の波長が所望の共振波長と一致するように膜状ヒータ１８３Ａ，１８３Ｂへの通電量を制御することができる。
【００７７】
上記第５の実施形態の波長可変レーザ１２Ａは、第３の実施形態の波長可変レーザ１１Ａと同様の効果を奏し、更に以下の効果を奏する。すなわち、帯状吸収層２２５Ａ，２２５Ｂ，２２５Ｃ，２２５Ｄが光導波路構造を持つことにより、光吸収部の面積を低減させて素子容量を小さくすることができ、フォトカレントからなる電気信号の応答性の向上が可能となる。
【００７８】
また、帯状吸収層２２５Ａ，２２５Ｂ，２２５Ｃ，２２５Ｄを長尺化するほど、光吸収部でスルーポート光が吸収される割合が大きくなるが、素子容量が増大しやすい。膜状ヒータ１８３Ａ，１８３Ｂへの通電量を制御して受動部１３３の共振波長を速やかに調整するためには、光吸収部でのフォトカレントの検出速度が大きい必要がある。しかし、長尺化した帯状吸収層２２５Ａ，２２５Ｂ，２２５Ｃ，２２５Ｄからフォトカレントを検出すると、素子容量が大きいためにフォトカレントの応答速度が低く、これにより多重リング共振器の共振波長を調整する速度が遅くなり得る。本実施形態では、入力側の一部を除いた領域にはフォトカレント検出用の電極層を設けず、さらに上部クラッド層１２４の一部を高抵抗の半導体層１１４に置き換えている。すなわち、帯状吸収層２２５Ａ，２２５Ｂ，２２５Ｃ，２２５Ｄが導波路構造を持つことに加えて、上部クラッド層１２４の一部が高抵抗半導体層１１４に置き換えられることにより、素子容量を更に低容量化することが可能となり、ＰＮ接合面積の増大が抑えられてフォトカレントのより高速な応答性が実現可能となる。
【００７９】
なお、波長可変レーザ１２Ａは、受動部１３３の代わりに図５の受動部１３４を有してもよい。この場合、図５の出力光導波路１９４Ｄ，１９４Ｃ，１９４Ａ，１９４Ｂの終端が、それぞれ、図６の帯状吸収層２２５Ａ，２２５Ｂ，２２５Ｃ，２２５Ｄに接続される。
【００８０】
また、下部クラッド層１２２の水平方向端部と隣接し、かつ、光吸収層２２５Ｂの下面と接する高抵抗層が形成された場合も、上記効果と同様の効果を得ることができる。
【００８１】
（第６の実施形態）
図８は、本発明に係る第６の実施形態の波長可変レーザ（光集積素子）１２Ｂの概略構成を示す平面図である。この波長可変レーザ１２Ｂの構成は、フォトカレント検出用の電極構造を除いて、第５の実施形態の波長可変レーザ１２Ａの構成と同じである。
【００８２】
図８に示される共通電極層１２８Ａ，１２８Ｂは、帯状吸収層２２５Ａ，２２５Ｂ，２２５Ｃ，２２５Ｄで誘導吸収の原理により生成された電流（フォトカレント）を電気信号として検出するためのものである。共通電極層１２８Ａは、２個の帯状吸収層２２５Ａ，２２５Ｂに接続され、共通電極層１２８Ｂは、２個の帯状吸収層２２５Ｃ，２２５Ｄに接続されている。
【００８３】
このように複数の帯状吸収層がフォトカレント検出用の単一電極層を共有することにより、フォトカレントの検出感度を向上させることができ、上記コントローラ（図示せず）による共振波長の検出並びに発振波長の微調整の精度を向上できる。
【００８４】
なお、第３の実施形態の変形例として、複数の出力光導波路１９３Ａ，１９３Ｂを１つの光導波路に束ねて単一の光吸収部２２３Ａへ接続させる構成、並びに、複数の出力光導波路１９３Ｃ，１９３Ｃを１つの光導波路に束ねて単一の光吸収部２２３Ｂへ接続させる構成を採用してもよく、この場合も、第６の実施形態と同様の効果が期待できる。
【００８５】
なお、各共通電極に接続される出力光導波路の数は、２個に限らず、受動部１３３の構成に応じて３個以上になり得る。
【００８６】
（第７の実施形態）
本発明に係る第７の実施形態の波長可変レーザは、上記複数の帯状吸収層２２５Ａ，２２５Ｂ，２２５Ｃ，２２５Ｄの光導波路構造と、これら帯状吸収層２２５Ａ，２２５Ｂ，２２５Ｃ，２２５Ｄに接続された出力光導波路とが同型の光導波路構造を有することを特徴とするものである。この同型の光導波路構造は、埋込み型構造、ハイメサ構造あるいはリッジ型構造であればよい。このように同型の光導波路構造を採用することで、受動部１３３の光導波路と帯状吸収部２２５Ａ，２２５Ｂ，２２５Ｃ，２２５Ｄとの接続境界面での反射を抑制することができる。
【００８７】
図９は、第７の実施形態の一例である波長可変レーザ１３の概略構成を示す平面図である。図９を参照すると、ＳＯＡ１１０および位相調整部１２０が埋込み型光導波路を有し、受動部１３３は、ハイメサ構造の光導波路１９３Ａ〜１９３Ｄ，１４３Ａ〜１４３Ｄを有している。また、帯状吸収層２２６Ａ〜２２６Ｄは、ハイメサ構造の光導波路を構成する。これら帯状吸収層２２６Ａ〜２２６Ｄ上に、それぞれ、フォトカレント検出用の電極層１２９Ａ〜１２９Ｄが形成されている。ハイメサ構造は、図１０に示されるように、上部クラッド層１２４Ｍと、下部クラッド層１２２Ｍと、これらクラッド層１２４Ｍ，１２２Ｍに挟まれた導波路コア層１２３Ｍとからなり、誘電体や空気などの低屈折率材料で囲まれた台形断面形状の構造をいう。
【００８８】
ハイメサ構造の採用により、多重リング共振器の光導波路の曲率半径や曲がり損失を大幅に低減できる構造を実現することが可能である。埋込み型光導波路の層構造としては、ｐｎｐ構造や、高抵抗層を有する構造を採用することができる。
【００８９】
（第８の実施形態）
本発明に係る第８の実施形態の波長可変レーザは、上記能動部１００内であり、かつ、能動部１００の他端である光出射端近傍に導波路内ミラーが形成された構造を有する。図１１は、第８の実施形態の一例である光集積素子１４の概略構成を示す平面図である。
【００９０】
図１１に示されるように、波長可変レーザ１４の出射端、すなわち能動部１００の他端部近傍に導波路内ミラー２４０が形成されている。導波路内ミラー２４０は、図１２に例示されるように、マスクを用いて活性層１１３の下方領域まで選択的にエッチングして溝を形成して得ることができる。導波路内ミラー２４０は、その溝による界面を用いて機能する。導波路内ミラー２４０の反射率は、たとえば、導波路内ミラー２４０の光導波路に対する角度を制御して調整することが可能である。
【００９１】
第８の実施形態では、レーザの特性をへき開に依存せずに済むので、縦モード間隔や端面反射率を正確に設定することができ、歩留まりを向上することが可能である。また、レーザ特性に影響を与えることなく、変調器等の別の素子を集積することが可能となる。
【００９２】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【００９３】
たとえば、上記実施形態の波長可変レーザは、いずれも、２個のリング共振器が連結された構造を有するが、これに限定されず、３個以上のリング共振器が連結された構造を有してもよい。
【００９４】
一般に、リング共振器の数が増えるほど波長可変範囲が大きくなるが、同時に光伝搬損失も大きくなるため、要求される波長可変範囲と出力光強度との兼ね合いを考慮してリング共振器の個数を決めることが望ましい。
【００９５】
たとえば、上記第２の実施形態の波長可変レーザ１０Ｂ（図３）は、高反射膜２１０という反射型構造を持つので、リング共振器１６１Ａ，１６１Ｂの各々の光導波路に伝搬光が往復して通過する。よって、波長可変範囲は、ループ型構造を持つ第１の実施形態の波長可変レーザ１０Ａ（図１）よりも、反射型構造を持つ第２の実施形態の波長可変レーザ１０Ｂの方が大きい。
【００９６】
また、上記実施形態の受動部１３０〜１３４の光導波路内に、マッハツェンダー干渉計（ＭＺＩ：Mach Zehnder interferometer）を形成することで、受動部１３０〜１３４の光透過特性にゆるやかな変化を与えることができ、これにより、光伝搬損失にさほどの影響を与えることなく波長可変範囲を大きくすることができる。
【００９７】
上記実施形態では、波長可変手段の好適例として多重リング共振器を加熱する膜状ヒータ１８０Ａ〜１８４Ａ，１８０Ｂ〜１８４Ｂを挙げたが、これに限定されるものではない。たとえば、多重リング共振器を冷却して多重リング共振器の共振波長を変化させるものでもよい。
【００９８】
第５の実施形態では、図７に示したように、上部クラッド層１２４の一部が除去されて高抵抗層１１４が形成されている。同様に、他の実施形態でも、光吸収層を挟み込む上部クラッド層および下部クラッド層のうち少なくとも一方の一部を除去して高抵抗層を形成してもよい。
【００９９】
なお、上記実施形態では、波長可変レーザにおけるスルーポート光の除去について記載しているが、上記のスルーポート光の除去のための構成は、リング共振器を有する光集積素子であれば、波長可変レーザーに限らず適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の波長可変レーザ（光集積素子）の概略構成を示す平面図である。
【図２】図１に示した波長可変レーザのＡ１−Ａ１線に沿った断面構造を概略的に示す図である。
【図３】本発明に係る第２の実施形態の波長可変レーザ（光集積素子）の概略構成を示す平面図である。
【図４】本発明に係る第３の実施形態の波長可変レーザ（光集積素子）の概略構成を示す平面図である。
【図５】本発明に係る第４の実施形態の波長可変レーザ（光集積素子）の概略構成を示す平面図である。
【図６】本発明に係る第５の実施形態の波長可変レーザ（光集積素子）の概略構成を示す平面図である。
【図７】図７は、図６に示した波長可変レーザのＢ１−Ｂ１線に沿った断面構造の一部を概略的に示す図である。
【図８】本発明に係る第６の実施形態の波長可変レーザ（光集積素子）の概略構成を示す平面図である。
【図９】本発明に係る第７の実施形態の一例である波長可変レーザの概略構成を示す平面図である。
【図１０】ハイメサ構造の光導波路を例示する図である。
【図１１】本発明に係る第８の実施形態の一例である光集積素子の概略構成を示す平面図である。
【図１２】導波路内ミラーの構造の一例を示す図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ  波長可変レーザ（光集積素子）
１２Ａ，１２Ｂ，１３，１４  波長可変レーザ（光集積素子）
１００  能動部
１１０  半導体光増幅器（ＳＯＡ）
１１３  活性層
１２０  位相調整部
１２１  半導体基板
１２２，１２２Ｍ  下部クラッド層
１２３，１２３Ｍ  コア層
１２４，１２４Ｍ  上部クラッド層
１２６Ａ，１２６Ｂ，１２７Ａ〜１２７Ｄ  電極層
１２８Ａ，１２８Ｂ  共通電極層
１２９Ａ〜１２９Ｄ  電極層
１３０〜１３４  受動部
１４０Ａ〜１４０Ｄ  光導波路
１４１Ａ，１４１Ｂ  光導波路
１４２，１４５  反射光導波路
１４３Ａ〜１４３Ｄ  光導波路
１４４Ａ，１４４Ｂ  光導波路
１５０，１５３  光合分波器
１６０Ａ〜１６４Ａ，１６０Ｂ〜１６４Ｂ  リング共振器
１７０Ａ〜１７０Ｄ，１７１Ａ〜１７１Ｄ  光結合部
１７３Ａ〜１７３Ｄ，１７４Ａ〜１７４Ｄ  光結合部
１８０Ａ，１８０Ｂ，１８１Ａ，１８１Ｂ  膜状ヒータ
１８３Ａ，１８３Ｂ，１８４Ａ，１８４Ｂ  膜状ヒータ
１９０Ａ〜１９０Ｄ，１９１Ａ〜１９１Ｄ  出力光導波路
１９３Ａ〜１９３Ｄ，１９４Ａ〜１９４Ｄ  出力光導波路
２１０  高反射膜
２２０Ａ，２２０Ｂ，２２１Ａ，２２１Ｂ  光吸収部
２２３Ａ，２２３Ｂ，２２４Ａ，２２４Ｂ  光吸収部
２２５Ａ〜２２５Ｄ，２２６Ａ〜２２６Ｄ  帯状吸収層
２４０  導波路内ミラー
【図１】
2009200091.tif 000003
【図２】
2009200091.tif 000004
【図３】
2009200091.tif 000005
【図４】
2009200091.tif 000006
【図５】
2009200091.tif 000007
【図６】
2009200091.tif 000008
【図７】
2009200091.tif 000009
【図８】
2009200091.tif 000010
【図９】
2009200091.tif 000011
【図１０】
2009200091.tif 000012
【図１１】
2009200091.tif 000013
【図１２】
2009200091.tif 000014