(57)【要約】  半導体光増幅器等の順バイアス光素子からの漏れ電流のミラーへの流入を抑制し、スペクトル線幅のブロード化を防止しうる半導体光集積素子を提供することを目的とする。半導体光集積素子は、半導体基板の上面に、順バイアス光素子と半導体レーザがモノリシック集積された半導体光集積素子であって、前記順バイアス光素子と前記半導体レーザの間に配置される受動導波路部と、前記半導体基板の下面に配置される接地電極と、を備え、前記半導体レーザは、長さを有するミラーを前記順バイアス光素子側に有し、前記順バイアス光素子は、前記半導体基板と接する側と反対側に順バイアス光素子電極を有し、前記受動導波路部は、前記半導体基板と接する側と反対側に受動導波路電極を有し、前記受動導波路電極は、前記接地電極と電気的に接続されている。
2020166515.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の上面に、順バイアス光素子と半導体レーザがモノリシック集積された半導体光集積素子であって、
前記順バイアス光素子と前記半導体レーザの間に配置される受動導波路部と、
前記半導体基板の下面に配置される接地電極と、
を備え、
前記半導体レーザは、長さを有するミラーを前記順バイアス光素子側に有し、
前記順バイアス光素子は、前記半導体基板と接する側と反対側に順バイアス光素子電極を有し、
前記受動導波路部は、前記半導体基板と接する側と反対側に受動導波路電極を有し、前記受動導波路電極は、前記接地電極と電気的に接続されている
半導体光集積素子。
【請求項２】
前記順バイアス光素子は、半導体光増幅器である
請求項１に記載の半導体光集積素子。
【請求項３】
前記受動導波路電極の長さは、前記受動導波路部の長さより短い
請求項１または２に記載の半導体光集積素子。
【請求項４】
前記受動導波路電極は、前記受動導波路部に前記光導波路層の直上を避けて配置されている
請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体光集積素子。
【請求項５】
前記順バイアス光素子電極の長さは、前記順バイアス光素子の活性コア層の長さより短く、前記順バイアス光素子電極は、前記活性コア層の前記受動導波路部側の端部上に配置されていない
請求項１または２に記載の半導体光集積素子。
【請求項６】
受動導波路部は、前記受動導波路電極より順バイアス光素子側に溝部を有する
請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体光集積素子。
【請求項７】
前記半導体レーザは波長可変レーザであり、２つの前記長さを有するミラーと、利得部と、位相調整部と、を有する
請求項１〜６のいずれか一つに記載の半導体光集積素子。
【請求項８】
前記２つの長さを有するミラーのうち、少なくとも１つは分布ブラッグ反射器である
請求項７に記載の半導体光集積素子。
【請求項９】
前記２つの長さを有するミラーは、前記分布ブラッグ反射器とリング共振器フィルタである
請求項８に記載の半導体光集積素子。
【請求項１０】
前記２つの長さを有するミラーのうち、順バイアス光素子側に配置される長さを有するミラーはヒータにより制御される
請求項７〜９のいずれか一つに記載の半導体光集積素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、順バイアス光素子と半導体レーザがモノリシック集積された半導体光集積素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
コヒーレント光通信の普及に伴って、発振したレーザ光が狭スペクトル線幅である波長可変レーザ素子の需要が高まっている。波長可変レーザ素子の１つに標本化回折格子（Sampled  Grating）を用い、かつバーニア効果を利用した分布ブラッグ反射（ＤＢＲ：Distributed  Bragg  Reflector）型波長可変レーザがある（たとえば特許文献１および２参照）。この波長可変レーザ素子においては、半導体素子内に回折格子の一部が標本化されたＤＢＲミラーを２つ用いる。この２つのＤＢＲミラーの反射スペクトルは、周期がわずかに異なる櫛状のピークを有する形状をしている。また、ＤＢＲミラーに電流注入または加熱により屈折率変化を起して、その反射波長特性を可変にできる。２つのＤＢＲミラーの反射ピークを重ね合わせることにより、この重ね合わせた波長で共振器を形成することができる。このとき、共振器長を適切に設計すれば、共振器モードである縦モードの間隔が２つのＤＢＲミラーによる反射ピークの帯域と同程度となり、１つの共振器モードだけが選択され、単一モード発振が実現される。【０００３】
特許文献１，２においては、レーザーキャビティの外に半導体光増幅器（ＳＯＡ：Semiconductor  Optical  Amplifier）を備えているが、半導体光増幅器からのリーク電流が隣接するＤＢＲミラーの導波路部に流入して、ＤＢＲミラーの屈折率が変動するためにスペクトル線幅がブロード化してしまうという問題を有していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−１６１８３０号公報
【特許文献２】特表２０１７−５２７１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、半導体光増幅器等の順バイアス光素子からの漏れ電流のミラーへの流入を抑制し、スペクトル線幅のブロード化を防止しうる半導体光集積素子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】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る半導体光集積素子は、半導体基板の上面に、順バイアス光素子と半導体レーザがモノリシック集積された半導体光集積素子であって、前記順バイアス光素子と前記半導体レーザの間に配置される受動導波路部と、前記半導体基板の下面に配置される接地電極と、を備え、前記半導体レーザは、長さを有するミラーを前記順バイアス光素子側に有し、前記順バイアス光素子は、前記半導体基板と接する側と反対側に順バイアス光素子電極を有し、前記受動導波路部は、前記半導体基板と接する側と反対側に受動導波路電極を有し、前記受動導波路電極は、前記接地電極と電気的に接続されている。【０００７】
また、本発明の一態様に係る半導体光集積素子は、前記順バイアス光素子は、半導体光増幅器である。【０００８】
また、本発明の一態様に係る半導体光集積素子は、前記受動導波路電極の長さは、前記受動導波路部の長さより短い。【０００９】
また、本発明の一態様に係る半導体光集積素子は、前記受動導波路電極は、前記受動導波路部に光導波路層の直上を避けて配置されている。【００１０】
また、本発明の一態様に係る半導体光集積素子は、前記順バイアス光素子電極の長さは、前記順バイアス光素子の活性コア層の長さより短く、前記順バイアス光素子電極は、前記活性コア層の前記受動導波路部側の端部上に配置されていない。【００１１】
また、本発明の一態様に係る半導体光集積素子は、受動導波路部は、前記受動導波路電極より順バイアス光素子側に溝部を有する。【００１２】
また、本発明の一態様に係る半導体光集積素子は、前記半導体レーザは波長可変レーザであり、２つの前記長さを有するミラーと、利得導波路部と、位相調整導波路部と、を有する。【００１３】
また、本発明の一態様に係る半導体光集積素子は、前記２つの長さを有するミラーのうち、少なくとも１つは分布ブラッグ反射器である。【００１４】
また、本発明の一態様に係る半導体光集積素子は、前記２つの長さを有するミラーは、前記分布ブラッグ反射器とリング共振器フィルタである。【００１５】
また、本発明の一態様に係る半導体光集積素子は、前記２つの長さを有するミラーのうち、順バイアス光素子側に配置される長さを有するミラーはヒータにより制御される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、半導体光増幅器等からの漏れ電流のミラーへの流入を抑制し、狭スペクトル線幅の半導体光集積素子を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、実施形態１に係る波長可変レーザ素子の模式的な上面図である。
【図２】図２は、図１に示す波長可変レーザ素子のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図３は、図１に示す波長可変レーザ素子のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】図４は、図１に示す波長可変レーザ素子のＣ−Ｃ線断面図である。
【図５】図５は、実施形態２に係る波長可変レーザ素子の模式的な上面図である。
【図６】図６は、図５に示す波長可変レーザ素子のＤ−Ｄ線断面図である。
【図７】図７は、実施形態３に係る波長可変レーザ素子の模式的な上面図である。
【図８】図８は、図７に示す波長可変レーザ素子のＥ−Ｅ線断面図である。
【図９】図９は、図７に示す波長可変レーザ素子のＦ−Ｆ線断面図である。
【図１０】図１０は、実施形態４に係る波長可変レーザ素子の模式的な上面図である。
【図１１】図１１は、図１０に示す波長可変レーザ素子のＧ−Ｇ線断面図である。
【図１２】図１２は、実施形態５に係る波長可変レーザ素子の模式的な上面図である。
【図１３】図１３は、図１２に示す波長可変レーザ素子のＨ−Ｈ線断面図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、図１２に示す波長可変レーザ素子のＪ−Ｊ線断面図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、図１２に示す波長可変レーザ素子のＬ−Ｌ線断面図である。
【図１５】図１５は、実施形態６に係る波長可変レーザ素子の模式的な上面図である。
【図１６】図１６は、図１５に示す波長可変レーザ素子のＫ−Ｋ線断面図である。
【図１７】図１７は、実施形態７に係る波長可変レーザ素子の模式的な斜視図である。
【図１８】図１８は、実施形態８に係る波長可変レーザ素子の模式的な斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、図面を参照して実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、一部の図中においては、適宜ｘｙｚ座標軸を示し、これにより方向を説明する。
【００１９】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る波長可変レーザ素子１００の模式的な上面図、図２は、図１に示す波長可変レーザ素子１００のＡ−Ａ線断面図、図３は、図１に示す波長可変レーザ素子１００のＢ−Ｂ線断面図、図４は、図１に示す波長可変レーザ素子１００のＣ−Ｃ線断面図である。なお、図２では、一部構成（保護膜、スペーサ層）の図示を省略している。
【００２０】
波長可変レーザ素子１００は、半導体基板１５の上面に、半導体レーザ１０と、順バイアス光素子である半導体光増幅器（ＳＯＡ）４０と、受動導波路部５０がモノシリック集積された半導体光集積素子である。なお、本明細書において、順バイアス光素子とは、順バイアス電極の上部に設置された電極から下部に設置された電極に電流を流すデバイスを意味する。
【００２１】
半導体レーザ１０は、長さを有するミラーである第１ＳＧ−ＤＢＲ（Sampled  Grating  Distributed  Bragg  Reflector）１１と、位相調整部１２と、利得部１３と、第２ＳＧ−ＤＢＲ１４とを有する。第１ＳＧ−ＤＢＲ１１、位相調整部１２、利得部１３、および第２ＳＧ−ＤＢＲ１４は、この順番に接続されている。
【００２２】
第１ＳＧ−ＤＢＲ１１は、第２反射部と波長フィルタとが一体に構成されたものである。第１ＳＧ−ＤＢＲ１１は、図３に示すように、たとえば、ｎ型ＩｎＰからなる半導体基板１５の主面上に、ｎ型ＩｎＰからなる下部クラッド層１７ａ、ＤＢＲ型回折格子層を有する光導波路層１８、ｐ型ＩｎＰからなるスペーサ層１７ｄ、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰからなる上部クラッド層２２が順次積層され、ＳｉＮ等からなる保護膜３１を介して、上部にＴｉを含む抵抗ヒータであるマイクロヒータ２３と、ＡｕＺｎを含むパッド電極２７が配置されている。第１ＳＧ−ＤＢＲ１１は、マイクロヒータ２３の加熱による光導波路層１８の屈折率の変化によって、波長特性を調整可能である。
【００２３】
光導波路層１８およびスペーサ層１７ｄは、エッチング等により、１．５５μｍ帯の光をシングルモードで光導波するのに適した幅（例えば１．８μｍ）にされたストライプメサ構造とされている。ストライプメサ構造の両脇（紙面左右方向）は、ｐ型ＩｎＰ埋め込み層１７ｂおよびｎ型ＩｎＰ電流ブロッキング層１７ｃからなる電流ブロッキング構造を有した埋込み構造となっている。光導波路層１８は、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層にｚ方向に沿って標本化回折格子が形成され、回折格子の溝はＩｎＰで埋め込まれた構成を有する。光導波路層１８において回折格子の格子間隔は一定であるが標本化されており、これにより波長に対し略周期的な反射応答を示す。
【００２４】
位相調整部１２は、第１ＳＧ−ＤＢＲ１１と第２ＳＧ−ＤＢＲ１４との間に設けられている。位相調整部１２は、半導体基板１５の主面上に、下部クラッド層１７ａ、ＩｎＧａＡｓＰからなる光導波路層１９、スペーサ層１７ｄ、上部クラッド層２２が順次積層され、保護膜３１を介して、上部にＴｉを含む抵抗ヒータであるマイクロヒータ２４と、ＡｕＺｎを含むパッド電極２８が配置されている。位相調整部の断面は、図３に示す第１ＳＧ−ＤＢＲ１１のＤＢＲ型回折格子層を有する光導波路層１８が、光導波路層１９に置き換えられた構造である。
【００２５】
利得部１３は、第１ＳＧ−ＤＢＲ１１と第２ＳＧ−ＤＢＲ１４との間に設けられており、駆動電流を供給されることによって光増幅機能を発揮する。利得部１３は、図４に示すように、半導体基板１５の主面上に、下部クラッド層１７ａ、ＩｎＧａＡｓＰからなる活性コア層２０、スペーサ層１７ｄ、上部クラッド層２２が順次積層され、上部クラッド層２２の上部にコンタクト層２５ａおよびオーミック電極２５ｂを介して、ＡｕＺｎを含むパッド電極２９が配置されている。コンタクト層２５ａおよびオーミック電極２５ｂは、保護膜３１に形成された開口部３１ａに設けられている。活性コア層２０およびスペーサ層１７ｄは、エッチング等により、１．５５μｍ帯の光をシングルモードで光導波するのに適した幅（例えば１．８μｍ）にされたストライプメサ構造とされ、ストライプメサ構造の両脇（紙面左右方向）は、ｐ型ＩｎＰ埋め込み層１７ｂおよびｎ型ＩｎＰ電流ブロッキング層１７ｃからなる電流ブロッキング構造を有した埋込み構造となっている。
【００２６】
第２ＳＧ−ＤＢＲ１４は、レーザ光が出力される第１反射部と波長フィルタとが一体に構成されたものである。第２ＳＧ−ＤＢＲ１４は、半導体基板１５の主面上に、下部クラッド層１７ａ、ＤＢＲ型回折格子層を有する光導波路層２１、スペーサ層１７ｄ、上部クラッド層２２が順次積層され、ＳｉＮ等からなる保護膜３１を介して、上部にＴｉを含む抵抗ヒータであるマイクロヒータ２６と、ＡｕＺｎを含むパッド電極３０が配置されている。光導波路層２１は、光導波路層１８と同様に、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層にｚ方向に沿って標本化回折格子が形成され、回折格子の溝はＩｎＰで埋め込まれた構成を有する。第２ＳＧ−ＤＢＲ１４の断面は、図３の第１ＳＧ−ＤＢＲ１１と同様である。光導波路層２１において回折格子の格子間隔は一定であるが標本化されており、これにより波長に対し略周期的な反射応答を示す。第２ＳＧ−ＤＢＲ１４は、マイクロヒータ２６の加熱による光導波路層２１の屈折率の変化によって、波長特性を調整可能である。第１ＳＧ−ＤＢＲ１１と第２ＳＧ−ＤＢＲ１４とがレーザ共振器を構成している。第１ＳＧ−ＤＢＲ１１と第２ＳＧ−ＤＢＲ１４とは、波長特性として、互いに波長間隔が異なる周期的な反射ピークを有している。
【００２７】
ＳＯＡ４０は、半導体基板１５上において、後述する受動導波路部５０を介して、第２ＳＧ−ＤＢＲ１４のレーザ光出力側に設けられている。ＳＯＡ４０は、半導体基板１５の主面上に、下部クラッド層１７ａ、活性コア層４１、スペーサ層１７ｄ、上部クラッド層２２が順次積層され、上部クラッド層２２の上部にコンタクト層４２ａおよびオーミック電極４２ｂを介して、ＡｕＺｎを含むパッド電極４３が配置されている。コンタクト層４２ａおよびオーミック電極４２ｂは、ＳｉＮ等からなる保護膜３１に形成された開口部３１ａに設けられている。ＳＯＡ４０の断面は、図４に示す利得部１３と同様である。ＳＯＡ４０は、駆動電流が供給されることによって、第２ＳＧ−ＤＢＲ１４から出力されたレーザ光を増幅して、波長可変レーザ素子１００の端面から高出力のレーザ光として出力させる。
【００２８】
レーザ光の波長は、たとえば、１．５５μｍ波長帯の範囲にある。なお、レーザ光の端面反射を抑制するために、端面に反射防止コートが施されていることが好ましい。波長可変レーザ素子１００では、ＳＯＡ４０側の端面のみに反射防止コートを施せばよいので、コーティング工程の回数を少なくできる。また、端面反射のさらなる抑制のためには、ＳＯＡ４０の活性コア層４１が端面付近で端面の法線に対して数度、典型的には７°傾斜していることが好ましい。
【００２９】
受動導波路部５０は、第２ＳＧ−ＤＢＲ１４とＳＯＡ４０との間に設けられ、半導体レーザ１０とＳＯＡ４０を光導波路層５１により接続している。受動導波路部５０は、半導体基板１５の主面上に、ｎ型ＩｎＰからなる下部クラッド層１７ａ、ＩｎＧａＡｓＰからなる光導波路層５１、スペーサ層１７ｄ、上部クラッド層２２が順次積層され、上部クラッド層２２の上部にコンタクト層５２ａおよびオーミック電極５２ｂを介して、ＡｕＺｎを含む受動導波路電極５３が配置されている。コンタクト層５２ａおよびオーミック電極５２ｂは、ＳｉＮ等からなる保護膜３１に形成された開口部３１ａに設けられている。受動導波路部５０の断面は、図４に示す利得部１３の活性コア層２０が、光導波路層５１に置き換えられた構造である。
【００３０】
半導体基板１５の裏面には、ｎ側電極である接地電極１６が形成されている。接地電極１６は、たとえば、ＡｕＧｅＮｉを含んで構成され、半導体基板１５とオーミック接触している。利得部１３のパッド電極２９、ＳＯＡ４０のパッド電極４３、及ぶ受動導波路電極５３は、ｐ側電極であり、受動導波路電極５３は、接地電極１６と電気的に接続されている。以上の構成により、接地電極１６およびパッド電極２９から利得部１３の活性コア層２０への電流注入、接地電極１６およびパッド電極４３からＳＯＡ４０の活性コア層４１への電流注入が可能になっている。
【００３１】
波長可変レーザ素子１００では、マイクロヒータ２４，２６により第１ＳＧ−ＤＢＲ１１および第２ＳＧ−ＤＢＲ１４の波長特性を調製することで、レーザ光の波長を調製することができ、バーニア型の波長可変レーザとして機能する。
【００３２】
ＳＯＡ４０では、接地電極１６およびパッド電極４３から活性コア層４１に電流が注入されるが、上部クラッド層２２を通ってＳＯＡ４０からの漏れ電流が、第２ＳＧ−ＤＢＲ１４の光導波路層２１に流れることより光導波路層２１の屈折率が変化するため、第２ＳＧ−ＤＢＲ１４の反射位相が変化してスペクトル線幅がブロード化するおそれがある。また、ＳＯＡ４０を備えた波長可変レーザ素子１００では、ＳＯＡを用いて光出力の調整を行うので、光出力により漏れ電流量も増減し、光出力によりスペクトル線幅も変化するおそれがある。さらに、ＳＯＡ４０の活性コア層４１に注入する電流が外的要因で揺らいだ場合に、漏れ電流量も変化し、スペクトル線幅がブロード化してしまう。
【００３３】
実施形態１では、第２ＳＧ−ＤＢＲ１４とＳＯＡ４０との間に受動導波路部５０を配置し、ＳＯＡ４０からの漏れ電流を、受動導波路電極５３を介して接地電極１６に流すことができるので、漏れ電流によるスペクトル線幅のブロード化を抑制することができる。
【００３４】
実施形態１では、順バイアス光素子としてＳＯＡを例に説明しているが、これに限定するものではない。順バイアス光素子としては、ＳＯＡに代えて電流注入型フィルタを使用することもできる。
【００３５】
（実施形態２）
図５は、実施形態２に係る波長可変レーザ素子１００Ａの模式的な上面図であり、図６は、図５に示す波長可変レーザ素子１００ＡのＤ−Ｄ線断面図である。図６では、一部構成（保護膜、スペーサ層）の図示を省略している。実施形態２に係る波長可変レーザ素子１００Ａでは、受動導波路部５０Ａの受動導波路電極５３Ａは、受動導波路部５０Ａの長さより短く形成されている。コンタクト層５２ａ−１およびオーミック電極５２ｂ−１も受動導波路電極５３Ａと同様に短く形成されている。
【００３６】
実施形態１では、第２ＳＧ−ＤＢＲ１４とＳＯＡ４０との間に受動導波路部５０を配置し、ＳＯＡ４０からの漏れ電流を引き抜いてスペクトル線幅のブロード化を抑制しているが、光導波路層５１の上部にドーピング濃度が高いP型ＩｎＧａＡｓＰを材料とするコンタクト層５２ａを設けているため、コンタクト層５２ａの光吸収による光の損失が発生してしまう。実施形態２では、受動導波路電極５３Ａの長さを、受動導波路部５０Ａの長さより短くすることにより、コンタクト層５２ａ−１による光の損失を低減する。実施形態１では、受動導波路電極５３は、第２ＳＧ−ＤＢＲ１４およびＳＯＡ４０との電気的絶縁ギャップ（それぞれ通常１０μｍ程度）を除いて、受動導波路部５０の全長にわたって設けられているが、実施形態２の受動導波路電極５３Ａは、受動導波路部５０Ａの長さの８０％以下、好ましくは受動導波路部５０Ａの長さの１０％以上５０％以下の長さとする。ここで、受動導波路部５０Ａの長さには、電気的絶縁ギャップを含まないものとする。また、漏れ電流を効率的に引き抜くために、受動導波路電極５３Ａは、ＳＯＡ４０側に設置することが好ましい。
【００３７】
実施形態２では、実施形態１と同様に、ＳＯＡ４０からの漏れ電流を受動導波路電極５３Ａにより引き抜くことにより、漏れ電流によるスペクトル線幅のブロード化を抑制できるとともに、受動導波路電極５３Ａの長さが短いため、光の損失を低減することが可能となる。
【００３８】
（実施形態３）
図７は、実施形態３に係る波長可変レーザ素子１００Ｂの模式的な上面図であり、図８は、図７に示す波長可変レーザ素子１００ＢのＥ−Ｅ線断面図であり、図９は、図７に示す波長可変レーザ素子１００ＢのＦ−Ｆ線断面図である。図９では、一部構成（保護膜、スペーサ層）の図示を省略している。実施形態３に係る波長可変レーザ素子１００Ｂでは、受動導波路部５０Ｂの受動導波路電極５３Ｂは、光導波路層５１の直上を避けて配置されている。コンタクト層５２ａ−２およびオーミック電極５２ｂ−２も受動導波路電極５３Ｂと同様に、光導波路層５１の直上を避けて配置されている。
【００３９】
実施形態２で説明したように、光導波路層５１の上部にコンタクト層５２ａを設けることにより、コンタクト層５２ａの光吸収による光の損失が発生してしまう。実施形態３では、コンタクト層５２ａ−２、オーミック電極５２ｂ−２、および受動導波路電極５３Ｂを、受動導波路部５０Ｂの光導波路層５１に平行に２つ形成し、光導波路層５１の直上を避けて配置している。
【００４０】
実施形態３では、実施形態１と同様に、ＳＯＡ４０からの漏れ電流を受動導波路電極５３Ａにより引き抜くことにより、漏れ電流によるスペクトル線幅のブロード化を抑制できるとともに、受動導波路電極５３Ｂを光導波路層５１の直上を避けて配置しているため、光の損失を低減することが可能となる。
【００４１】
（実施形態４）
図１０は、実施形態４に係る波長可変レーザ素子１００Ｄの模式的な上面図であり、図１１は、図１０に示す波長可変レーザ素子１００ＤのＧ−Ｇ線断面図である。図１１では、一部構成（保護膜、スペーサ層）の図示を省略している。実施形態４に係る波長可変レーザ素子１００Ｄでは、ＳＯＡ４０Ｄのパッド電極４３Ｄの長さは、活性コア層４１の長さより短く形成されている。コンタクト層４２ａ−１およびオーミック電極４２ｂ−１もパッド電極４３Ｄと同様に短く形成されている。
【００４２】
実施形態１では、ＳＯＡ４０のパッド電極４３からの漏れ電流を受動導波路部５０の受動導波路電極５３で引き抜くことにより、スペクトル線幅のブロード化を抑制する。実施形態４では、ＳＯＡ４０のパッド電極４３からの漏れ電流量を低減することにより、スペクトル線幅のブロード化をさらに抑制する。波長可変レーザ素子１００Ｄでは、ＳＯＡ４０Ｄのパッド電極４３の長さｒ１は、活性コア層４１の長さｒ２より短く、パッド電極４３Ｄは、活性コア層４１の受動導波路部５０側の端部上に配置されない。ただし、活性コア層４１のパッド電極４３Ｄが配置されていない部分は、光吸収層となるため、活性コア層４１のパッド電極４３Ｄが配置されていない部分の長さ（電気的絶縁ギャップを含まない）は、１０μｍ以下とすることが好ましい。
【００４３】
実施形態４では、実施形態１と同様に、ＳＯＡ４０からの漏れ電流を受動導波路電極５３Ａにより引き抜くことにより、漏れ電流によるスペクトル線幅のブロード化を抑制できるとともに、ＳＯＡ４０Ｄのパッド電極４３Ｄからの漏れ電流量を低減するため、さらなるスペクトル線幅のブロード化が可能となる。
【００４４】
なお、実施形態４では、実施形態１と同様の受動導波路部５０を採用しているが、実施形態２の受動導波路部５０Ａや、実施形態３の受動導波路部５０Ｂを採用してもよい。
【００４５】
（実施形態５）
図１２は、実施形態５に係る波長可変レーザ素子１００Ｅの模式的な上面図であり、図１３は、図１２に示す波長可変レーザ素子１００ＥのＨ−Ｈ線断面図であり、図１４Ａは、図１２に示す波長可変レーザ素子１００ＥのＪ−Ｊ線断面図（溝部５４での断面）である。図１４Ｂは、図１２に示す波長可変レーザ素子のＬ−Ｌ線断面図（受動導波路電極５３Ｅでの断面）である。図１３では、一部構成（保護膜、スペーサ層）の図示を省略している。実施形態５に係る波長可変レーザ素子１００Ｅでは、受動導波路電極５３ＥよりＳＯＡ４０側に溝部５４を有する。
【００４６】
実施形態５では、ＳＯＡ４０から第２ＳＧ−ＤＢＲ１４に注入しうる漏れ電流量を低減するために、受動導波路電極５３ＥよりＳＯＡ４０側に溝部５４を形成している。なお、溝部５４、コンタクト層５２ａ−３、オーミック電極５２ｂ−３、および受動導波路電極５３Ｅは、受動導波路部５０Ｅの光導波路層５１に平行に２つ形成し、光導波路層５１の直上を避けて配置している。また、コンタクト層５２ａ−３、オーミック電極５２ｂ−３、および受動導波路電極５３Ｅの長さは、受動導波路部５０Ｅの長さより短く、溝部５４に隣接して配置している。溝部５４を設けることにより、ＳＯＡ４０からの漏れ電流の受動導波路電極５３Ｅへの注入が低減する。漏れ電流は、上部クラッド層２２を流れるため、溝部５４は、ｐ型ＩｎＰ埋め込み層１７ｂを貫通して、ｎ型ＩｎＰ電流ブロッキング層１７ｃまで設けることが好ましい。実施形態５では、受動導波路電極５３Ｅの幅（光導波路層５１と直交する方向の長さ）は、溝部５４の幅より長くすることにより、受動導波路電極５３Ｅによる漏れ電流の引き抜き量を向上させているが、溝部５４と同じ長さとしてもよい。
【００４７】
実施形態５では、実施形態１と同様に、ＳＯＡ４０からの漏れ電流を受動導波路電極５３Ｅにより引き抜くことにより、漏れ電流によるスペクトル線幅のブロード化を抑制できるとともに、溝部５４によりＳＯＡ４０のパッド電極４３から注入されうる漏れ電流量を低減できるため、さらなるスペクトル線幅のブロード化が可能となる。
【００４８】
（実施形態６）
図１５は、実施形態５に係る波長可変レーザ素子１００Ｆの模式的な上面図であり、図１６は、図１５に示す波長可変レーザ素子１００ＦのＫ−Ｋ線断面図である。図１では、一部構成（保護膜、スペーサ層）の図示を省略している。実施形態６に係る波長可変レーザ素子１００Ｆでは、第２ＳＧ−ＤＢＲ１４Ｆは電流注入型である。
【００４９】
第２ＳＧ−ＤＢＲ１４Ｆは、実施形態１の第２ＳＧ−ＤＢＲ１４において、マイクロヒータ２６およびパッド電極３０に換えて、上部クラッド層２２の上部にコンタクト層３２ａおよびオーミック電極３２ｂを介して、ＡｕＺｎを含むパッド電極３３が配置されている。コンタクト層３２ａおよびオーミック電極３２ｂは、ＳｉＮ等からなる保護膜３１に形成された開口部に設けられている。第２ＳＧ−ＤＢＲ１４Ｆでは、接地電極１６およびパッド電極３３から回折格子層を有する光導波路層２１に電流が注入される。光導波路層２１に注入される電流が変化すると、分布反射器を構成する光導波路層２１中の電子および正孔の濃度が変化する。その結果、キャリアプラズマ効果により、屈折率が変化し、波長特性を変更しうる。
【００５０】
第２ＳＧ−ＤＢＲ１４Ｆが電流注入型である場合にも、ＳＯＡ４０からの漏れ電流を受動導波路電極５３により引き抜くことにより、漏れ電流によるスペクトル線幅のブロード化を抑制できる。
【００５１】
（実施形態７）
図１７は、実施形態７に係る波長可変レーザ素子２００の模式的な斜視図である。波長可変レーザ素子２００は、２つの長さを有するミラーは、ＳＧ−ＤＢＲ１１４とリング共振器フィルタＲＦ１である。
【００５２】
図１７に示すように、波長可変レーザ素子２００は、１．５５μｍ帯でレーザ発振し、レーザ光Ｌ１を出力するように構成されている。波長可変レーザ素子２００は、共通の半導体基板Ｂ上に形成された、第１の導波路部１１０と第２の導波路部１２０とを備える。半導体基板Ｂはたとえばｎ型ＩｎＰ基板からなる。なお、半導体基板Ｂの裏面には接地電極が形成されている。接地電極は、たとえばＡｕＧｅＮｉを含んで構成され、半導体基板Ｂとオーミック接触する。
【００５３】
第１の導波路部１１０は、位相調整部１１２、利得部１１３、ＳＧ−ＤＢＲ１１４、受動導波路部１５０、およびＳＯＡ１４０を備える。また、第１の導波路部１１０は、位相調整部１１２、利得部１１３、ＳＧ−ＤＢＲ１１４、受動導波路部１５０、およびＳＯＡ１４０上に、マイクロヒータ１２８、パッド電極１２９、マイクロヒータ１３０、受動導波路電極１５３、およびパッド電極１４３を有している。第１の導波路部１１０の内部には、位相調整部１１２の導波路層、利得部１１３の活性コア層、ＳＧ−ＤＢＲ１１４の回折格子層を有する導波路層、受動導波路部１５０の導波路層、およびＳＯＡ１４０の活性コア層が接続された導波路部１１１が配置されている。半導体積層部１６０は、半導体層が積層して構成されており、導波路部１１１に対してクラッド部の機能等を備える。
【００５４】
マイクロヒータ１２８、パッド電極１２９、マイクロヒータ１３０、受動導波路電極１５３、およびパッド電極１４３は、半導体積層部１６０上において、導波路部１１１に沿うように配置されている。なお、半導体積層部１６０にはＳｉＮx保護膜が形成されており、パッド電極１２９、受動導波路電極１５３、およびパッド電極１４３はＳｉＮx保護膜に形成された開口部を介して半導体積層部１６０に接触している。
【００５５】
第２の導波路部１２０は、２分岐部１２１、２つのアーム部１２２，１２３、リング状導波路１２４、およびＴｉからなるマイクロヒータ１２５を備える。２分岐部１２１は、１×２型の多モード干渉型（ＭＭＩ）導波路１２１ａを含む１×２型の分岐型導波路で構成され、２ポート側が２つのアーム部１２２，１２３のそれぞれに接続されるとともに１ポート側が第１の導波路部１１０側に接続されている。２分岐部１２１により、２つのアーム部１２２，１２３は、その一端が統合され、導波路部１１１と光学的に結合される。
【００５６】
アーム部１２２，１２３は、いずれもｚ方向に延伸し、リング状導波路１２４を挟むように配置されている。アーム部１２２，１２３はリング状導波路１２４と近接し、いずれも同一の結合係数κでリング状導波路１２４と光学的に結合している。κの値はたとえば０．２である。アーム部１２２，１２３とリング状導波路１２４とは、リング共振型フィルタＲＦ１を構成している。また、リング共振型フィルタＲＦ１と２分岐部１２１とは、反射ミラーＭ１を構成している。反射ミラーＭ１は波長に対し略周期的な反射応答を示す。光導波路の加熱を行う加熱部としてのマイクロヒータ１２５ａ，１２５ｂはリング状である。リング状導波路１２４の外周側にマイクロヒータ１２５ａが配置され、内周側にマイクロヒータ１２５ｂが配置されている。マイクロヒータ１２５ａ，１２５ｂは、リング状導波路１２４を覆うように形成された保護膜としての誘電体層上に設けられている。
【００５７】
第１の導波路部１１０と第２の導波路部１２０は、互いに光学的に接続され、導波路部１１１の回折格子層を有する導波路層と反射ミラーＭ１とによって、レーザ共振器Ｃ１を構成している。また、位相調整部１１２、利得部１１３、ＳＧ−ＤＢＲ１１４、および第２の導波路部１２０によって、半導体レーザが構成される。リング状導波路１２４は、ハイメサ導波路構造を有する。ハイメサ導波路構造の幅は約２μｍである。
【００５８】
波長可変レーザ素子２００では、マイクロヒータ１３０、１２５によりＳＧ−ＤＢＲ１１４および反射ミラーＭ１の波長特性を調製することで、レーザ光の波長を調製することができ、バーニア型の波長可変レーザとして機能する。
【００５９】
波長可変レーザ素子２００において、受動導波路部１５０の受動導波路電極１５３は、ＳＯＡ１４０からの漏れ電流を引き抜くことができるため、スペクトル線幅のブロード化を防止することができる。
【００６０】
２つの長さを有するミラーが、ＳＧ−ＤＢＲ１１４とリング共振器フィルタＲＦ１である波長可変レーザ素子２００においても、受動導波路部１５０を、ＳＯＡ１４０とＳＧ−ＤＢＲ１１４との間に配置することにより、漏れ電流によるスペクトル線幅のブロード化を抑制できる。
【００６１】
（実施形態８）
図１８は、実施形態８に係る波長可変レーザ素子２００Ｇの模式的な斜視図である。波長可変レーザ素子２００Ｇは、２つの長さを有するミラーは、ＳＧ−ＤＢＲ１１４とリング共振器フィルタＲＦ２であり、位相調整部１１２は、第２の導波路部１２０の２つのアーム部１２２，１２３Ｇのうちのアーム部１２３Ｇに設けられている。
【００６２】
図１８に示すように、波長可変レーザ素子２００Ｇは、１．５５μｍ帯でレーザ発振し、レーザ光Ｌ１を出力するように構成されている。波長可変レーザ素子２００Ｇは、共通の半導体基板Ｓ１上に形成された、第１の導波路部１１０Ｇと第２の導波路部１２０Ｇとを備える。半導体基板Ｓ１はたとえばｎ型ＩｎＰ基板からなる。なお、半導体基板Ｓ１の裏面には接地電極が形成されている。接地電極は、たとえばＡｕＧｅＮｉを含んで構成され、半導体基板Ｓ１とオーミック接触する。
【００６３】
第１の導波路部１１０Ｇは、利得部１１３、ＳＧ−ＤＢＲ１１４、受動導波路部１５０、およびＳＯＡ１４０を備える。また、第１の導波路部１１０Ｇは、利得部１１３、ＳＧ−ＤＢＲ１１４、受動導波路部１５０、およびＳＯＡ１４０上に、パッド電極１２９、マイクロヒータ１３０、受動導波路電極１５３、およびパッド電極１４３を有している。第１の導波路部１１０Ｇの内部には、利得部１１３の活性コア層、ＳＧ−ＤＢＲ１１４の回折格子層を有する導波路層、受動導波路部１５０の導波路層、およびＳＯＡ１４０の活性コア層が接続された導波路部１１１Ｇが配置されている。半導体積層部１６０は、半導体層が積層して構成されており、導波路部１１１Ｇに対してクラッド部の機能等を備える。
【００６４】
パッド電極１２９、マイクロヒータ１３０、受動導波路電極１５３、およびパッド電極１４３は、半導体積層部１６０上において、導波路部１１１Ｇに沿うように配置されている。なお、半導体積層部１６０にはＳｉＮx保護膜が形成されており、パッド電極１２９、受動導波路電極１５３、およびパッド電極１４３はＳｉＮx保護膜に形成された開口部を介して半導体積層部１６０に接触している。
【００６５】
第２の導波路部１２０Ｇは、２分岐部１２１、２つのアーム部１２２、１２３Ｇ、リング状導波路１２４、およびＴｉからなるマイクロヒータ１２５を備える。２分岐部１２１は、１×２型の多モード干渉型（ＭＭＩ）導波路１２１ａを含む１×２型の分岐型導波路で構成され、２ポート側が２つのアーム部１２２，１２３Ｇのそれぞれに接続されるとともに１ポート側が第１の導波路部１１０Ｇ側に接続されている。２分岐部１２１により、２つのアーム部１２２，１２３Ｇは、その一端が統合され、導波路部１１１Ｇと光学的に結合される。アーム部１２２，１２３Ｇとリング状導波路１２４とは、リング共振型フィルタＲＦ２を構成している。また、リング共振型フィルタＲＦ２と２分岐部１２１とは、反射ミラーＭ２を構成している。
【００６６】
アーム部１２２，１２３Ｇは、いずれもｚ方向に延伸し、リング状導波路１２４を挟むように配置されている。アーム部１２３Ｇには位相調整部１１２が配置されている。位相調整部１１２上に、マイクロヒータ１２８が形成されている。アーム部１２３Ｇは、図示していないが、半導体基板Ｓ１上に、ｎ型ＩｎＰからなる下部クラッド層、ＩｎＧａＡｓＰからなる光導波層、およびｐ型ＩｎＰからなる上部クラッド層がこの順で積層して構成されたハイメサ導波路構造を有している。ＳｉＮ保護膜はアーム部１２３Ｇを覆うように形成されている。マイクロヒータ１２８はＳｉＮ保護膜上において、位相調整部１１２の光導波路層に沿うように配置されている。なお、第２の導波路部１２０Ｇのその他の構成要素である２分岐部１２１、アーム部１２２、リング状導波路１２４も同様にハイメサ導波路構造を有しており、ＳｉＮ保護膜で覆われている。マイクロヒータ１２５はリング状であり、リング状導波路１２４を覆うように形成されたＳｉＮ保護膜上に配置されている。
【００６７】
第１の導波路部１１０Ｇと第２の導波路部１２０Ｇは、互いに光学的に接続され、導波路部１１１Ｇの回折格子層を有する導波路層と反射ミラーＭ２とによって、レーザ共振器Ｃ２を構成している。また、利得部１１３、ＳＧ−ＤＢＲ１１４、および第２の導波路部１２０Ｇによって、半導体レーザが構成される。
【００６８】
波長可変レーザ素子２００Ｇにおいて、受動導波路部１５０の受動導波路電極１５３は、ＳＯＡ１４０からの漏れ電流を引き抜くことができるため、スペクトル線幅のブロード化を防止することができる。
【００６９】
２つの長さを有するミラーが、ＳＧ−ＤＢＲ１１４とリング共振器フィルタＲＦ２である波長可変レーザ素子２００Ｇにおいても、受動導波路部１５０を、ＳＯＡ１４０とＳＧ−ＤＢＲ１１４との間に配置することにより、漏れ電流によるスペクトル線幅のブロード化を抑制できる。
【００７０】
上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明に係る半導体光集積素子は、光通信等に用いられる光デバイスに有用である。
【符号の説明】
【００７２】
１０  半導体レーザ
１１  第１ＳＧ−ＤＢＲ
１２，１１２  位相調整部
１３，１１３  利得部
１４  第２ＳＧ−ＤＢＲ
１５，Ｂ，Ｓ１  半導体基板
１６  接地電極
１７ａ  下部クラッド層
１７ｂ  ｐ型ＩｎＰ埋め込み層
１７ｃ  ｎ型ＩｎＰ電流ブロッキング層
１７ｄ  スペーサ層
１８，１９，２１，５１  光導波路層
２０，４１  活性コア層
２２  上部クラッド層
２３，２４，２６，１２８，１３０  マイクロヒータ
２５ａ，４２ａ，５２ａ，３２ａ  コンタクト層
２５ｂ，４２ｂ，５２ｂ，３２ｂ  オーミック電極
２７，２８，２９，３０，３３，４３，４３Ｄ，１２９，１４３  パッド電極
３１  保護膜
３１ａ  開口部
４０，１４０  半導体光増幅器
５０，１５０  受動導波路部
５３，１５３  受動導波路電極
５４  溝部
１１０，１１０Ｇ  第１の導波路部
１１１，１１１Ｇ  導波路部
１１４  ＳＧ−ＤＢＲ
１２０，１２０Ｇ  第２の導波路部
１２２，１２３，１２３Ｇ  アーム部
１２４  リング状導波路
１６０  半導体積層部
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆ，２００，２００Ｇ  波長可変レーザ素子
Ｃ１，Ｃ２  レーザ共振器
Ｌ１  レーザ光
Ｍ１，Ｍ２  反射ミラー
ＲＦ１，ＲＦ２  リング共振器フィルタ
【図１】
2020166515.tif 000003
【図２】
2020166515.tif 000004
【図３】
2020166515.tif 000005
【図４】
2020166515.tif 000006
【図５】
2020166515.tif 000007
【図６】
2020166515.tif 000008
【図７】
2020166515.tif 000009
【図８】
2020166515.tif 000010
【図９】
2020166515.tif 000011
【図１０】
2020166515.tif 000012
【図１１】
2020166515.tif 000013
【図１２】
2020166515.tif 000014
【図１３】
2020166515.tif 000015
【図１４Ａ】
2020166515.tif 000016
【図１４Ｂ】
2020166515.tif 000017
【図１５】
2020166515.tif 000018
【図１６】
2020166515.tif 000019
【図１７】
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【図１８】
2020166515.tif 000021
【国際調査報告】
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2020166515.tif 000023
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