(57)【要約】【課題】  制御が容易であって、出力する光の波長を変更可能な半導体発光素子及び半導体光源装置を提供する。【解決手段】  半導体発光素子１１Ａは、出力端部４７から出力される光の波長を変更可能な半導体発光素子であって、キャリヤが注入されることで光を発生可能な半導体層５７ａを有する発光ダイオード部１３と、発光ダイオード部から出力される光から所定の波長λｒの光を選択して出力端部４７側に出力すると共に、所定の波長を変更可能な波長可変フィルタ部１５と、発光ダイオード部及び波長可変フィルタ部を設ける基板Ｓと、を備え、出力端部は、波長可変フィルタ部から出力される光の反射を抑制する低反射膜Ｒ１を有しており、波長可変フィルタ部は、光路長が互いに異なっており光学的に結合された複数のリング状導波路２９，３１と、複数のリング状導波路の少なくとも一つに信号を印加するための電極２５，２７と、を有する。【選択図】  図１
2009049064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力端部から出力される光の波長を変更可能な半導体発光素子であって、
キャリヤが注入されることで光を発生可能な半導体層を有する発光ダイオード部と、
前記発光ダイオード部から出力される光から所定の波長の光を選択して前記出力端部側に出力すると共に、前記所定の波長を変更可能な波長可変フィルタ部と、
前記発光ダイオード部及び前記波長可変フィルタ部を設ける基板と、
を備え、
前記出力端部は、前記波長可変フィルタ部から出力される光の反射を抑制する低反射膜を有しており、
前記波長可変フィルタ部は、光路長が互いに異なっており光学的に結合された複数のリング状導波路と、前記複数のリング状導波路の少なくとも一つに信号を印加するための電極とを有することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記基板上に設けられており、前記波長可変フィルタ部から出力される光を前記出力端部に導波する半導体光導波路を更に備え、
前記半導体光導波路における前記出力端部側の端部が曲がっていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記基板上に設けられており、前記波長可変フィルタ部から出力される光を前記出力端部に導波する半導体光導波路を更に備え、
前記半導体光導波路は一方向に延在しており、前記出力端部が有する出力端面の法線に対して前記半導体光導波路の光軸が傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記基板上に設けられると共に、前記波長可変フィルタ部と前記出力端部との間に配置される半導体光増幅器を更に備え、
前記半導体光増幅器は、前記波長可変フィルタ部により選択される前記所定の波長の光を光増幅することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
光が出力される出力端部を有する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子から出力された光の波長を検出する波長検出計と、
前記波長検出計に電気的に接続される制御手段と、
を備え、
前記半導体発光素子は、キャリヤが注入されることで光を発生可能な半導体層を有する発光ダイオード部と、前記発光ダイオード部から出力された光から所定の波長の光を選択して前記出力端部側に出力する波長可変フィルタ部と、前記発光ダイオード部及び前記波長可変フィルタ部を設ける基板と、を備え、
前記出力端部は、前記波長可変フィルタ部から出力される光の反射を抑制する低反射膜を有しており、
前記波長可変フィルタ部は、光路長が互いに異なっており光学的に結合された複数のリング状導波路と、前記複数のリング状導波路の少なくとも一つに信号を印加するための電極とを有し、
前記制御手段は、前記波長検出計の検出結果に基づいて、前記電極による前記信号の印加量を制御することを特徴とする半導体光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子及び半導体光源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光通信で用いられる送信用波長可変光源としては、ＤＢＲ構造を用いた波長可変半導体レーザが知られている。例えば、非特許文献１には、広帯域で波長可変できるレーザとして超周期構造回折格子−DBRレーザなどが挙げられている
【非特許文献１】吉國裕三、「波長可変レーザーの開発動向とそのシステム応用への期待」、応用物理、２００２年、第７１卷、第１１号、ｐｐ  １３６２−１３６６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記ＤＢＲレーザなどではレーザ発振を利用しているため、波長可変時にレーザ共振条件を満たすようにレーザ光の位相を調節する必要があり、制御方法が複雑であった。また、レーザ発振時においても、モードホッピングが生じないように、注入電流に応じて位相を制御する必要があり、制御が複雑になる。
【０００４】
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、制御が容易であって、出力する光の波長を変更可能な半導体発光素子及び半導体光源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る半導体発光素子は、出力端部から出力される光の波長を変更可能な半導体発光素子であって、キャリヤが注入されることで光を発生可能な半導体層を有する発光ダイオード部と、発光ダイオード部から出力される光から所定の波長の光を選択して出力端部側に出力すると共に、所定の波長を変更可能な波長可変フィルタ部と、発光ダイオード部及び前記波長可変フィルタ部を設ける基板と、を備え、出力端部は、波長可変フィルタ部から出力される光の反射を抑制する低反射膜を有しており、波長可変フィルタ部は、光路長が互いに異なっており光学的に結合された複数のリング状導波路と、複数のリング状導波路の少なくとも一つに信号を印加するための電極とを有することを特徴とする。
【０００６】
上記構成の波長可変フィルタ部では、電極によってリング状導波路に信号を印加することによって、信号が印加されたリング状導波路の光路長を変更可能である。そのため、電極による信号印加によって複数のリング状導波路に共通の共振波長を生じせしめることができる。光学的に結合された複数のリング状導波路に共通の共振波長が生じると、その共通の共振波長を有する光が高い透過率で波長可変フィルタ部を透過する。すなわち、波長可変フィルタ部では、複数のリング状導波路に共通の共振波長を所定の波長とする光が選択的に通過することになる。そして、電極による信号の印加量を変えることで、所定の波長を容易に変更可能となっている。
【０００７】
本発明に係る半導体発光素子では、上述した波長可変フィルタ部を備えており、発光ダイオード部が出力した光から波長可変フィルタ部が所定の波長の光を選択した後、出力端部側に出力する。その結果、出力端部からは、波長可変フィルタ部で選択された所定の波長の光が出力されることになる。このように、半導体発光素子では、出力端部から出力する光の生成にレーザ発振を利用していない。また、出力端部が低反射膜を有することから、半導体発光素子において共振器構造が形成されないようにもなっている。そのため、半導体発光素子においては、半導体発光素子内の光導波路を伝搬する光の位相調整が不要であり、モードホップも生じない。その結果、半導体発光素子の制御が容易である。また、前述したように、波長可変フィルタ部が有する電極による信号の印加量を変えることで所定の波長を容易に変更できるため、出力端部から出力される光の波長も容易に変更可能である。
【０００８】
また、本発明に係る半導体発光素子は、基板上に設けられており、波長可変フィルタ部から出力される光を出力端部に導波する半導体光導波路を更に備え、半導体光導波路における出力端部側の端部が曲がっていることが好ましい。
【０００９】
この構成では、半導体光導波路を導波してきた光は出力端部に斜めに入射することになるので、半導体発光素子において共振器構造が形成されにくい。その結果、モードホップや光出力変動等の防止が更に図られていることになる。
【００１０】
また、本発明に係る半導体発光素子は、基板上に設けられており、波長可変フィルタ部から出力される光を出力端部に導波する半導体光導波路を更に備え、半導体光導波路は一方向に延在しており、出力端部が有する出力端面の法線に対して半導体光導波路の光軸が傾斜していることも好適である。
【００１１】
この場合も、半導体光導波路を導波してきた光は出力端部が有する出力端面の法線に対して斜めに入射することになるので、半導体発光素子において共振器構造が形成されにくい。その結果、モードホップや光出力変動等の防止が更に図られていることになる。
【００１２】
また、本発明に係る半導体発光素子は、基板上に設けられると共に、波長可変フィルタ部と出力端部との間に配置される半導体光増幅器を更に備え、半導体光増幅器は、波長可変フィルタ部により選択される所定の波長の光を光増幅することが好ましい。
【００１３】
この場合、波長可変フィルタ部を通過することによる光の強度の減衰等を半導体光増幅器による光増幅によって補うことが可能である。
【００１４】
本発明に係る半導体光源装置は、光が出力される出力端部を有する半導体発光素子と、半導体発光素子から出力された光の波長を検出する波長検出計と、波長検出計に電気的に接続される制御手段と、を備え、半導体発光素子は、キャリヤが注入されることで光を発生可能な半導体層を有する発光ダイオード部と、発光ダイオード部から出力された光から所定の波長の光を選択して出力端部側に出力する波長可変フィルタ部と、発光ダイオード部及び波長可変フィルタ部を設ける基板と、を備え、出力端部は、波長可変フィルタ部から出力される光の反射を抑制する低反射膜を有しており、波長可変フィルタ部は、光路長が互いに異なっており光学的に結合された複数のリング状導波路と、複数のリング状導波路の少なくとも一つに信号を印加するための電極と、を有し、制御手段は、波長検出計の検出結果に基づいて、電極による信号の印加量を制御することを特徴とする。
【００１５】
上記構成の波長可変フィルタ部では、電極によってリング状導波路に信号を印加することによって、信号が印加されたリング状導波路の光路長を変更可能である。そのため、電極による信号印加によって複数のリング状導波路に共通の共振波長を生じせしめることができる。光学的に結合された複数のリング状導波路に共通の共振波長が生じると、その共通の共振波長を有する光が高い透過率で波長可変フィルタ部を透過する。すなわち、波長可変フィルタ部では、複数のリング状導波路に共通の共振波長を所定の波長とする光が選択的に通過することになる。そして、電極による信号の印加量を変えることで、所定の波長を容易に変更可能となっている。
【００１６】
本発明に係る半導体光源装置の半導体発光素子は、上記波長可変フィルタ部を備えており、発光ダイオード部から出力される光のうち波長可変フィルタ部で選択された所定の波長の光を出力端部から出力する。そして、前述したように波長可変フィルタ部では、電極による信号の印加量を変えることで所定の波長を変更できる。半導体光源装置では、半導体発光素子から出力された光の波長を波長検出計で検出し、その検出結果に応じて制御手段が波長可変フィルタ部が有する電極による信号印加量を調整するため、半導体光源装置から出力すべき波長の光を確実に出力することが可能である。また、半導体発光素子では、レーザ発振を利用しておらず、出力端部が低反射膜を有することから、半導体発光素子において共振器構造が形成されないようにもなっている。そのため、半導体発光素子内を伝搬する光の位相調整が不要であり、モードホップも生じない。その結果、半導体発光素子の制御が容易となっている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、制御が容易であって、出力する光の波長を変更可能な半導体発光素子及び半導体光源装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明に係る半導体発光素子及び半導体光源装置の実施形態について説明する。以下の説明においては、同一の要素には同一の符号を用いることとし、重複する説明は省略する。また、図中の寸法比率は必ずしも説明中のものとは一致していない。
【００１９】
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係る半導体発光素子の第１の実施形態の構成を模式的に示す図面である。半導体発光素子１１Ａは、数百メートル内の短距離での各ユーザに対して波長を割り当てる波長アドレッシングシステムや、各サービスに対して波長を割り当てる波長多重システムで好適に用いられる。
【００２０】
半導体発光素子１１Ａは、半導体基板といった基板を有し、その基板上に、発光ダイオード部１３と、発光ダイオード部１３に光学的に結合された波長可変フィルタ部１５とが設けられている。
【００２１】
発光ダイオード部１３は、広いスペクトル幅を有するスーパールミネッセント光を出力するスーパールミネッセントＬＥＤであり、キャリヤ注入により光を発生する活性層（半導体層）を含む半導体光導波路１７と、半導体光導波路１７に対応して設けられており上記活性層へのキャリヤ注入のための電極１９とを含む。
【００２２】
波長可変フィルタ部１５は、光学的に結合された２つのリング共振器２１，２３と、リング共振器２１，２３に対応して設けられた電極２５，２７とを含む。波長可変フィルタ部１５はいわゆる多重リング共振器である。
【００２３】
リング共振器２１，２３は、互いに異なる光路長を有するリング状導波路２９，３１を含む。リング状導波路２９，３１は、閉じた曲線に沿って延びている半導体光導波路である。リング状導波路２９，３１の直径は例えば１０μｍ〜５００μｍである。基板面に略直交する方向からみた場合のリング状導波路２９，３１の形状は、閉じた曲線を構成していれば特に限定されない。
【００２４】
リング共振器２１，２３は、リング状導波路２９，３１を有することから、複数の極大値を含む透過スペクトルを有する。具体的には、各リング共振器２１，２３の透過スペクトルは、リング状導波路２９，３１の光路長に応じて規定されるフリー・スペクトラル・レンジ（ＦＳＲ）の間隔で透過率のピークが配列されて構成されている。よって、各リング共振器２１，２３は、各リング共振器２１，２３の複数の透過波長の光を透過する。リング共振器２１，２３は、２つのリング状導波路２９，３１が光学的に結合されることによって光学的に結合されている。
【００２５】
リング状導波路２９，３１を光学的に結合する手段の一例としては、図１に示したように、半導体光導波路３３を利用することができる。具体的には、半導体光導波路３３の一端３３ａ側の一部をリング状導波路２９に光学的に結合し、半導体光導波路３３の他端３３ｂ側の一部をリング状導波路３１に光学的に結合することで、リング状導波路２９，３１の光学的結合を提供できる。半導体光導波路３３と各リング状導波路２９，３１との光学的結合には、例えば、光結合器３５，３７を利用することができる。光結合器３５，３７としては、方向性結合器や多モード干渉(MMI : Multi-Mode Interference)結合器等が例示される。
【００２６】
半導体光導波路３３は、一端３３ａ及び他端３３ｂ側にそれぞれ余長３３ｃ及び余長３３ｄを有する。この余長３３ｃ，３３ｄの部分は、光導波路幅を徐々に狭くする、或いは、曲げる等により、一端３３ａ及び他端３３ｂ側で反射が生じないように終端処理されている。また、半導体光導波路３３の端部に光吸収層を形成してもよい。
【００２７】
図２を利用して、波長可変フィルタ部１５におけるフィルタリング機能について説明する。図２は、波長可変フィルタ部におけるフィルタリング機能を説明するための図面である。図２は、電極２５，２７により電流注入を実施した状態を示している。図２中の実線は、リング共振器２３における透過スペクトルを示しており、破線は、リング共振器２５における透過スペクトルを示している。
【００２８】
リング状導波路２９，３１の光路長が互いに異なっていることから、リング共振器２１，２３のＦＳＲは異なる。よって、電極２５，２７によるリング状導波路２９，３１への電流注入が実施されていない場合には、波長可変フィルタ部１５を光は殆ど透過しない。
【００２９】
一方、電極２５，２７による電流注入（信号印加）を実施すると、リング状導波路２９，３１に屈折率変化が生じて光路長が変化することから透過スペクトルピークの波長位置やＦＳＲも変わる。従って、注入する電流量を調整することで、図２に示したように、各リング共振器２１，２３が有する複数の共振波長の一つを一致させることが可能である。
【００３０】
この場合、リング状導波路２９，３１に共通の共振波長（透過波長）λｒの光は、光学的に結合された２つのリング共振器２１，２３の何れも透過できることから、波長可変フィルタ部１５を高い透過率を有して透過することになる。そして、電流注入量を変更することにより、波長可変フィルタ部１５を高透過率で透過する光の波長（以下、「ピーク透過波長」とも称す）λｒを変更できる。よって、波長可変フィルタ部１５は、波長可変フィルタとして機能することになる。
【００３１】
更に、上記のように、ＦＳＲを調整して共通の共振波長（所定の波長）λｒを生じせしめると共に、共通の共振波長λｒを変化させてピーク透過波長λｒを調整する波長可変フィルタ部１５では、リング共振器２１，２３への少ない注入電流により、ピーク透過波長λｒの波長位置を大幅に変化させることが可能である（バーニア効果）。ここでは、電極２５，２７による信号印加として電流印加を例示しているが、信号印加としては電圧を印加してもよい。
【００３２】
再び、図１に戻って半導体発光素子１１Ａの構成について説明する。
【００３３】
半導体発光素子１１Ａは、波長可変フィルタ部１５に光学的に結合された２つの半導体光導波路３９，４１を更に有することができる。本実施形態では、半導体光導波路３９，４１は、半導体発光素子１１Ａが有する出力端面４７ａに略直交する方向に延在している。
【００３４】
半導体光導波路３９の一端３９ａ側の一部は、リング状導波路２９と光学的に結合されている。リング状導波路２９と半導体光導波路３９との結合部は、リング状導波路２９と半導体光導波路３３との結合部と異なる位置であればよい。半導体光導波路３９とリング状導波路２９との光学的結合は、例えば、光結合器４３を利用することができる。光結合器４３としては、方向性結合器や多モード干渉(MMI : Multi-Mode Interference)結合器等が例示される。また、半導体光導波路３９の他端３９ｂは、発光ダイオード部１３が有する半導体光導波路１７に光学的に結合されている。これにより、半導体光導波路３９とリング状導波路２９とが光学的に結合されることになる。その結果、波長可変フィルタ部１５は、発光ダイオード部１３と光学的に結合されていることになる。
【００３５】
半導体光導波路４１の一端４１ａ側の一部は、リング状導波路３１と光学的に結合されている。半導体光導波路４１とリング状導波路３１との光学的結合は、例えば、光結合器４５を利用することができる。光結合器４５としては、方向性結合器や多モード干渉(MMI : Multi-Mode Interference)結合器等が例示される。
【００３６】
図１に示すように、半導体光導波路３９，４１は、それぞれ一端３９ａ，４１ａ側に余長３９ｃ，４１ｃを有する。この余長３９ｃ，４１ｃの部分は、半導体光導波路３３が有する余長３３ｃ，３３ｄの部分と同様に、半導体光導波路３９，４１の一端３９ａ，４１ａで反射が生じないように終端処理されている。なお、上記半導体光導波路３９，４１は、波長可変フィルタ部１５に含まれるものとしてもよい。
【００３７】
また、半導体発光素子１１Ａの出力端部４７は、半導体光導波路４１を導波してきた光の反射を抑制するための低反射膜Ｒ１を有する。低反射膜Ｒ１の反射率としては、波長可変フィルタ部１５の波長可変範囲内の波長に対して０．００１％〜１％が例示される。低反射膜Ｒ１は、半導体光導波路４１の端面４１ｂ上に形成されている。この構成では低反射膜Ｒ１の表面Ｒ１ａが半導体発光素子１１Ａの出力端面４７ａとなる。また、半導体発光素子１１Ａの他端部、すなわち、発光ダイオード部１３側の端部４９は、例えば、高反射膜を備えてもよいし、低反射膜を有していてもよい。
【００３８】
図３及び図４を利用して、半導体発光素子１１Ａの構成について更に説明する。図３は、図１に示したＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って取られた半導体発光素子１１Ａの縦断面の構成の一例を模式的に示す図面であり、発光ダイオード部１３の縦断面の構成の一例を模式的に示す図面に対応する。また、図４は、図１に示されたＩV−ＩV線に沿って取られた半導体発光素子１１Ａの縦断面の構成の一例を模式的に示す図面である。
【００３９】
半導体発光素子１１Ａは、図３及び図４に示すように、基板Ｓを有し、基板Ｓ上に、図１を利用して説明した構成物（発光ダイオード部１３及び波長可変フィルタ部１５等）が設けられている。また、基板Ｓの裏面にはほぼ全面に電極５１が設けられている。
【００４０】
図３に示すように、発光ダイオード部１３は、ｎ型基板Ｓ上に順に形成されたｎ型クラッド層５３、光ガイド層５５、量子井戸構造を含む活性層５７ａ、光ガイド層５９、ｐ型クラッド層６１、及びコンタクト層６３ａを含み、コンタクト層６３ａ上に電極１９が設けられている。
【００４１】
図４に示すように、波長可変フィルタ部１５が有するリング共振器２１，２３は、基板Ｓ上に順に形成されたｎ型クラッド層５３、光ガイド層５５、コア導波層５７ｂ、光ガイド層５９及びｐ型クラッド層６１を含む。リング共振器２１，２３が有するｐ型クラッド層６１の所定位置にはコンタクト層６３ｂ，６３ｃが設けられており、そのコンタクト層６３ｂ，６３ｃ上に電極２５，２７がそれぞれ設けられている。
【００４２】
半導体発光素子１１Ａにおいて、縦方向の光閉じ込めはクラッド層５３，６１によって提供される。また、横方向の光閉じ込めはストライプ状の導波路構造と、この導波路構造を埋め込む埋め込み層６５（図４参照）によって提供される。リング共振器２１，２３では、上記ストライプ状の導波路構造を、例えばフォトリソグラフィ技術などを利用してリング状にそれぞれ形成し、埋め込み層６５によって埋め込めばよい。また、上記コンタクト層６３ａ〜６３ｃは互いに分離して形成されている。なお、半導体光導波路３３，３９，４１の構成は、導波路構造がリング状ではなく、図１に示すような所定の形状に形成されている点並びにコンタクト層及び電極を含まない点以外は、リング共振器２１，２３の構成と同様とすることができる。
【００４３】
例示すれば、発光ダイオード部１３が有する活性層５７ａは、１．２５μｍ〜１．６５μｍ帯に利得を持つ４元混晶ＧａＩｎＡｓＰ／ＧａＩｎＡｓＰ量子井戸構造を有することができる。コア導波層５７ｂは、活性層５７aの量子井戸層のバンドギャップ波長より短いバンドギャップ波長を持つＧａＩｎＡｓＰ半導体からなることができ、ｎ型およびｐ型クラッド層５３，６１はＩｎＰ半導体からなることができる。コンタクト層６３ａ〜６３ｃは、高濃度ドープされたＧａＩｎＡｓ層からなることができる。なお、基板Ｓとしてｐ型基板を用いた場合、クラッド層５３をｐ型とし、クラッド層６１をｎ型とすることも可能である。
【００４４】
また、半導体発光素子１１Ａが有する低反射膜Ｒ１は、基板Ｓ上に順に形成された半導体積層構造における半導体光導波路４１側（図１及び図４における左側）の端面上に形成される。
【００４５】
半導体発光素子１１Ａは、上記のように複数の半導体層からなる積層構造及び電極から構成されている。よって、半導体発光素子１１Ａは、例えば、半導体素子を作製するための工程（結晶成長、エッチング、電極形成等）の組み合わせにより作製することができる。
【００４６】
半導体発光素子１１Ａの動作の一例について図２，図５（ａ）及び図５（ｂ）を利用して説明する。図５（ａ）は発光ダイオード部から出力される光のスペクトルの一例を模式的に示す図である。図５（ｂ）は半導体発光素子から出力される光のスペクトルの一例を模式的に示す図面である。ここでは、予め電極２５，２７によってリング状導波路２９，３１に電流注入を実施して、図２に示すように、波長可変フィルタ部１５が有するリング状導波路２９，３１に共通の共振波長（ピーク透過波長）λｒを生じせしめている場合について説明する。
【００４７】
半導体発光素子１１Ａから光を出力する場合、発光ダイオード部１３の活性層５７ａに電極１９を介してキャリアを注入して発光ダイオード部１３から図５（ａ）に示すようにスペクトル幅の広いスーパールミネッセント光を出力する。発光ダイオード部１３と波長可変フィルタ部１５とが光学的に結合されているため、発光ダイオード部１３から出力された光は波長可変フィルタ部１５に入力される。波長可変フィルタ部１５では、リング状導波路に、所定の波長としての共通の共振波長（ピーク透過波長）λｒが設定されているため、波長可変フィルタ部１５に入力されたスーパールミネッセント光のうち、上記共通の共振波長（ピーク透過波長）λｒの光が波長可変フィルタ部１５から選択的に出力される。波長可変フィルタ部１５から出力された光は、半導体光導波路４１により導波されて半導体発光素子１１Ａの出力端部４７から出力される。よって、図５（ｂ）に示すように、波長可変フィルタ部１５のピーク透過波長λｒを中心波長とするスペクトル幅の狭い光が半導体発光素子１１Ａから出力されることになる。
【００４８】
上記のように、半導体発光素子１１Ａでは、発光ダイオード部１３から出力される幅広いスペクトルを有する光から所定の波長の光を波長可変フィルタ部１５で選択して出力する。このようにレーザ発振を利用していないことからモードホップも生じず、更に、レーザ発光素子で必要となる光の位相調整が不要である。また、波長可変フィルタ部１５では、電極２５，２７からリング状導波路２９，３１への電流の注入量を調整することで、容易に共通の共振波長（所定の波長）λｒを調整できるため、半導体発光素子１１Ａから出力すべき光の波長の選択が容易である。従って、所望の波長を半導体発光素子１１Ａから出力するための半導体発光素子１１Ａの制御が容易となっている。
【００４９】
また、上記のようにモードホップが生じないため、光出力や出力される光の波長が安定する。更に、スペクトル幅の広い光から所定の波長の光を波長可変フィルタ部１５で切り出して出力しているため、広い範囲で波長可変が可能となっている。そして、波長可変フィルタ部１５は、バーニア効果を有するため、少ない電流注入量で波長を大きく変えることが可能である。また、半導体発光素子１１Ａの出力端部４７が低反射膜Ｒ１を有していることから、半導体発光素子１１Ａの出力端部４７と他方の端部４９との間で共振器構造が形成されないようになっている。その結果、レーザ発振が生じることがないため、前述したモードホップの防止が更に図られていることになる。そして、このような半導体発光素子１１Ａ内での共振器構造の形成をより確実に防止する観点からは、前述したように、本実施形態の半導体発光素子１１Ａが有する各半導体光導波路３３，３９，４１の余長３３ｃ，３３ｄ，３９a，４１aの部分に、反射を防止するための終端処理が施されていることが好ましい。
【００５０】
（第２の実施形態）
次に、第１の実施形態で説明した半導体発光素子１１Ａを含む半導体光源装置の一例について説明する。図６は、半導体光源装置の一実施形態の構成を模式的に示すブロック図である。
【００５１】
半導体光源装置６７は、半導体発光素子１１Ａと、発光ダイオード部１３に電気的に接続された駆動回路６９と、波長可変フィルタ部１５に電気的に接続された波長調整回路７１と、波長調整回路７１に電気的に接続された波長検出計７３とを含む。半導体発光素子１１Ａの構成は第１の実施形態の場合と同様であるため説明を省略する。
【００５２】
駆動回路６９は、発光ダイオード部１３を駆動するための駆動信号を発光ダイオード部１３に供給し、発光ダイオード部１３からスーパールミネッセント光を出力せしめる。
【００５３】
また、波長調整回路７１は、波長可変フィルタ部１５に電流を供給し、リング状導波路２９，３１に共通の共振波長λｒを生じせしめる。より具体的には、波長調整回路７１は、電極２５，２７を介してリング状導波路２９，３１に電流注入を実施し、上記共通の共振波長λｒを生じせしめる。波長調整回路７１は、波長検出計７３の検出結果に応じて、波長可変フィルタ部１５に供給する電流量を調整可能となっている。
【００５４】
波長検出計７３は、設定された波長の光を透過させるフィルタ７５と、光を検出する光検出素子としてのホトダイオード（ＰＤ）７７とを含む。フィルタ７５としては、半導体光源装置６７から出力すべき所望の光を選択的に透過するように、上記所望の波長を透過波長として設定可能な波長可変フィルタが例示される。また、フィルタ７５は、上記所望の波長が透過波長として設定されたエタロンを使用することもできる。
【００５５】
フィルタ７５は、半導体発光素子１１Ａの出力端部４７（図１参照）から出力された光の一部が入射されるように配置されている。例えば、半導体発光素子１１Ａの出力端部４７から出力された光の光路上に光分岐手段（例えば、ビームスプリッタ）を配置しておき、フィルタ７５を光分岐手段により分岐された一方の光の光路上に配置しておくことが例示される。ＰＤ７７は、フィルタ７５を透過した光を検出可能に配置されている。ＰＤ７７は、波長調整回路７１に電気的に接続されており、検出結果を波長調整回路７１に入力する。なお、ＰＤ７７から波長調整回路７１に入力する検出結果としては、ＰＤ７７に光が入射されていない状態を示す信号も含む。
【００５６】
半導体光源装置６７から光を出力する場合、駆動回路６９により、発光ダイオード部１３に駆動信号を供給して発光ダイオード部１３から光を出力せしめる。また、波長調整回路７１から波長可変フィルタ部１５が有する電極２５，２７に電流を供給して、波長可変フィルタ部１５のピーク透過波長λｒを調整する。この際、波長調整回路７１は、ピーク透過波長λｒが所望の波長となるように予め設定されてある電流を電極２５，２７に供給する。
【００５７】
これにより、第１の実施形態で説明したように、発光ダイオード部１３から出力された光のうち、波長可変フィルタ部１５により選択された波長の光が半導体発光素子１１Ａから出力される。半導体発光素子１１Ａから出力された光の一部は波長検出計７３に入力される。波長検出計７３が有するフィルタ７５は、透過波長として設定された波長の光を通すため、フィルタ７５の透過波長と、フィルタ７５に入射された光の波長が一致しているときは、ＰＤ７７で光が検出される。一方、フィルタ７５に入射された光の波長が、フィルタ７５の透過波長からずれている場合、ＰＤ７７では光が検出されないことなる。ＰＤ７７での検出結果として、光が検出されていない旨の信号が波長調整回路７１に入力されると、波長調整回路７１は、ＰＤ７７で光が検出されるように電極２５，２７を介してリング状導波路２９，３１への電流印加量を調整する。従って、半導体光源装置６７では、フィルタ７５で透過波長として設定された波長の光が半導体発光素子１１Ａから確実に出力することができる。
【００５８】
半導体光源装置６７の構成では、波長検出計７３での検出結果に基づいて、波長可変フィルタ部１５において選択する波長をフィードバック制御しているため、半導体光源装置６７から確実に所望の波長の光を出力することが可能である。また、半導体光源装置６７が備える半導体発光素子１１Ａは、第１の実施形態で説明したものと同様の構成を有するため、同様の作用効果を有する。従って、半導体光源装置６７においても、光を出力するための制御が容易であり、モードホップが生じないようになっている。このようにモードホップが生じないため、光出力や出力波長が安定し易い。また、半導体発光素子１１Ａから出力される光の波長の調整も容易であり、広い範囲で波長可変が可能となっている。
【００５９】
ここでは、波長調整回路７１は、予め設定されている電流を電極２５，２７に供給するとしたが、例えば、駆動回路６９により発光ダイオード部１３を駆動し光を出力させてから、ＰＤ７７で光が検出されるように、波長調整回路７１が電極２５，２７に電流を供給するようにしてもよい。この場合もフィルタ７５で設定される波長の光を半導体光源装置６７から出力することが可能である。なお、粗い波長精度で良い場合は、波長検出計７３を用いることなく、あらかじめ測定で決められた各波長に対する信号を記憶させておき波長調整回路７１から信号を出力するオープンループ制御でも良い。
【００６０】
（第３の実施形態）
図７は、本発明に係る半導体発光素子の更に他の実施形態の構成を模式的に示す図面である。図７に示した半導体発光素子１１Ｂの構成は、基板Ｓ上に半導体光増幅器７９が設けられている点で、第１の実施形態の半導体発光素子１１Ａの構成と主に相違する。この相違点を中心にして説明する。
【００６１】
半導体光増幅器７９は、波長可変フィルタ部１５と出力端部４７との間に配置されている。半導体光増幅器７９は、半導体光導波路４１を介して波長可変フィルタ部１５と光学的に結合されており、波長可変フィルタ部１５から出力され半導体光導波路４１を介して入射される光を光増幅する。半導体光増幅器７９の構成は、基板Ｓ上に集積可能な公知の半導体光増幅器とすることが可能であり、例えば、図７に示すように、活性層を有する半導体光導波路８１と、半導体光導波路８１上に設けられキャリヤ注入するための電極８３とを含むものとすることができる。
【００６２】
上記構成では、波長可変フィルタ部１５から出力された光を半導体光増幅器７９で光増幅した後に、出力端部４７から出力することが可能である。そのため、例えば、波長可変フィルタ部１５を通過することによる光の減衰や、半導体発光素子１１Ｂといった半導体素子内での内部吸収による光の減衰を補って所望の光強度の光を出力することが可能である。なお、発光ダイオード部１３を直接変調しない場合は、半導体光増幅器７９のかわりに、電界吸収型や干渉型の半導体光変調器を形成しても良い。
【００６３】
半導体発光素子１１Ｂは、図７に示すように、半導体光増幅器７９と出力端部４７との間に配置され基板Ｓ上に設けられた半導体光導波路８５を備えることもできる。
【００６４】
半導体光導波路８５は、半導体光増幅器７９により光増幅された光を出力端部４７に導波する。半導体光導波路８５は、出力端部４７に接続される端部側が曲がっている。換言すれば、半導体光導波路４１は、半導体光導波路４１が延びている方向と同じ方向に延びている第１の部分８５ａと、第１の部分８５ａに対して曲げられている第２の部分８５ｂとを含んでいる。第２の部分８５ｂの曲がり角度としては、曲がっている部分（第２の部分８５ｂ）の光軸Ｌｂと出力端面４７ａの法線Ｎとの為す角度θが３〜１２°であることが例示される。半導体光導波路４１の構成は、基板Ｓに略直交する方向からみた場合に、端部８５ａ側が曲がっている点以外は、半導体光導波路４１の構成と同様であり、基板Ｓ上に形成された複数の半導体層からなる。
【００６５】
半導体光導波路８５を備える半導体発光素子１１Ｂでは、半導体光増幅器７９から出力される光は、半導体光導波路８５を導波した後、出力端部４７から出力される。この場合、半導体光導波路８５は、端部８５ａが曲げられて出力端部４７に接続されているため、出力端部４７には、法線Ｎに対して斜めに光が入射されることになる。その結果、半導体発光素子１１Ｂ内で共振器構造の形成が更に防止されているので、モードホップの防止を更に図ることができている。
【００６６】
（第４の実施形態）
図８は、本発明に係る半導体発光素子の他の実施形態の構成を模式的に示す図面である。
【００６７】
図８に示した半導体発光素子１１Ｃの構成は、一方向に延在する半導体光導波路４１が出力端面４７ａに対して傾斜している点で、半導体発光素子１１Ａの構成と相違する。半導体光導波路４１の光軸Ｌと出力端面４７ａとのなす角度θとしては、３°〜１２°が例示される。半導体発光素子１１Ｃは、図８に示したように基板Ｓ上に発光ダイオード部１３及び波長可変フィルタ部１５を構成するための複数の半導体層が積層されてなる層積層体を製造した後、半導体光導波路４１の光軸Ｌに対して斜めに劈開して製造することができる。
【００６８】
上述した相違点以外の半導体発光素子１１Ｃの構成は、半導体発光素子１１Ａの構成と同様であるため、半導体発光素子１１Ｃは、半導体発光素子１１Ａと同様の作用効果を得る。更に、半導体発光素子１１Ｃでは、半導体光導波路４１の光軸Ｌが、出力端面４７ａの法線Ｎに対して傾斜していることから、半導体光導波路４１を導波してきた光は、出力端面４７ａに対して斜めに入して出力端面４７ａから出力される。従って、半導体発光素子１１Ｃ内において、出力端面４７ａと、それに対向する端部４９側の端面との間で共振器構造が形成されることが更に防止されていることになる。その結果、モードホップがより確実に防止でき、所望の波長の光を半導体発光素子１１Ｃからより確実に出力することが可能である。
【００６９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されない。
【００７０】
波長可変フィルタ部１５は、３つ以上のリング状導波路を有するとすることもできる。更に、波長可変フィルタ部１５は、波長可変フィルタ部１５が有する複数のリング状導波路の各々に対応して電極を有していなくてもよい。例えば、波長可変フィルタ部１５が、図１等に例示したように２つのリング状導波路２９，３１を有している場合には、一方のリング状導波路に対してのみ電極を設け、その電極が設けられた方のリング状導波路の光路長のみを調整して、他方のリング状導波路との間に共通の共振波長λｒを生じせしめればよい。同様に、波長可変フィルタ部１５が、３つのリング状導波路を有する場合には、例えば、３つのリング状導波路のうちの２つのリング状導波路に対してのみ電極を設けることも可能である。
【００７１】
半導体発光素子１１Ａ，１１Ｃは、半導体光導波路４１の代わりに、図７を利用して説明した半導体光導波路８５を備えることもできる。この場合は、半導体光導波路８５の第１の部分８５ａ側の端部が、半導体光導波路４１の場合と同様に波長可変フィルタ部１５が有するリング状導波路３１に光学的に接続されていればよい。また、図７を利用して説明した半導体発光素子１１Ｂでは、半導体光導波路８５を有するとしたが、半導体光導波路８５は設けなくてもよい。また、半導体発光素子１１Ａ，１１Ｃも半導体光増幅器８５を備えることも可能である。更に、図７では、半導体光増幅器８５は、波長可変フィルタ部１５と出力端部４７との間に配置されているとしたが、半導体光増幅器８５は、発光ダイオード部１３から出力された光であって波長可変フィルタ部１５で選択される波長の光を光増幅できる位置に配置されていればよい。例えば、波長可変フィルタ部１５が有する複数のリング状導波路間に配置することもできる。図７を利用して一例を説明すると、リング状導波路２９とリング状導波路３１との間の光路上に設けることも可能である。
【００７２】
また、半導体光源装置６７は、半導体発光素子１１Ａの代わりに、これまで説明した各半導体発光素子（例えば、半導体発光素子１１Ｂ，１１Ｃ）を備えていても良い。更に、半導体発光素子１１Ａ〜１１Ｃの出力端部４７は低反射膜Ｒ１を有するとしたが、ＡＲコート等の反射防止膜であってもよい。更に、発光ダイオード部１３は、スーパールミネッセント光を生成するとしたが、通常のＬＥＤ光を出力するものとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】図１は、本発明に係る半導体発光素子の一実施形態の構成を模式的に示す図面である
【図２】図２は波長可変フィルタ部におけるフィルタリング機能を説明するための図面である。
【図３】図３は、図１に示したＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って取られた半導体発光素子の縦断面の構成の一例を模式的に示す図面である。
【図４】図４は、図１に示されたＩV−ＩV線に沿って取られた半導体発光素子の縦断面の構成の一例を模式的に示す図面である。
【図５】図５（ａ）は、発光ダイオード部から出力される光の出力スペクトルの一例を模式的に示す図面である。図５（ｂ）は、半導体発光素子から出力される光の出力スペクトルを模式的に示す図面である。
【図６】本発明に係る半導体光源装置の一実施形態の構成を模式的に示す図面である。
【図７】図７は、本発明に係る半導体発光素子の他の実施形態の構成を模式的に示す図面である。
【図８】図８は、半導体発光素子の更に他の実施形態の構成を模式的に示す図面である。
【符号の説明】
【００７４】
１１Ａ〜１１Ｃ…半導体発光素子、１３…発光ダイオード部、１５…波長可変フィルタ部、２５，２７…電極、２９，３１…リング状導波路、４１…半導体光導波路、４７…出力端部、４７ａ…出力端面、５７ａ…活性層（半導体層）、６７…半導体光源装置、７１…波長調整回路（制御手段）、７３…波長検出計、７９…半導体光増幅器、８５…半導体光導波路、８５ａ…端部、Ｎ…法線、Ｒ１…低反射膜、Ｓ…基板、λｒ…共通の共振波長（ピーク透過波長、所定の波長）。
【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】
2009049064.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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