JP2000137126A - 光機能素子 - Google Patents
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- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＤＦＢレーザなどの光機能素子において実効
屈折率や位相シフト構造を実現し、集積型の光機能素子
においては、集積されたそれぞれの素子の構造の最適化
を達成することができる新規な構成を提供することを目
的とする。 【解決手段】 回折格子を有する導波路構造において、
回折格子の深さの軸方向の変化が相当の実効屈折率変化
を生じるように形成する。ここで、加工を精度良く実行
できる２次以上の回折格子を用いることが望ましい。そ
の深さの変化は連続的であることを含む。この構造を用
いたＤＦＢレーザでは、実効的な位相シフトや光閉込係
数を回折格子の深さの変化で制御できる。また、活性層
と吸収層を共通化したＤＦＢレーザ変調器集積デバイス
では、軸方向の回折格子の有無を含めた変化が吸収層や
活性層への光閉込係数を相当変化させるようにできる。
屈折率や位相シフト構造を実現し、集積型の光機能素子
においては、集積されたそれぞれの素子の構造の最適化
を達成することができる新規な構成を提供することを目
的とする。 【解決手段】 回折格子を有する導波路構造において、
回折格子の深さの軸方向の変化が相当の実効屈折率変化
を生じるように形成する。ここで、加工を精度良く実行
できる２次以上の回折格子を用いることが望ましい。そ
の深さの変化は連続的であることを含む。この構造を用
いたＤＦＢレーザでは、実効的な位相シフトや光閉込係
数を回折格子の深さの変化で制御できる。また、活性層
と吸収層を共通化したＤＦＢレーザ変調器集積デバイス
では、軸方向の回折格子の有無を含めた変化が吸収層や
活性層への光閉込係数を相当変化させるようにできる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光機能素子に関す
る。より具体的には、本発明は、回折格子を有する光導
波路構造を備えた分布帰還型（Distributed Feedback：
ＤＦＢ）レーザなどの光機能素子であって、回折格子の
深さを変化させることにより実効的な屈折率の変化や位
相シフトを形成してなる光機能素子に関する。
る。より具体的には、本発明は、回折格子を有する光導
波路構造を備えた分布帰還型（Distributed Feedback：
ＤＦＢ）レーザなどの光機能素子であって、回折格子の
深さを変化させることにより実効的な屈折率の変化や位
相シフトを形成してなる光機能素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】光導波路に沿って回折格子が形成されて
いる光機能素子としては、回折格子結合器（grating-co
upler）、ＤＦＢレーザ（分布帰還型レーザ：distribut
ed feedback laser）、ＤＢＲレーザ（distributed Bra
gg reflector laser）などを挙げることができる。これ
らの光機能素子においては、波長選択性や光フィードバ
ック、あるいは導波路間の光の結合等の機能を回折格子
に負うている。
いる光機能素子としては、回折格子結合器（grating-co
upler）、ＤＦＢレーザ（分布帰還型レーザ：distribut
ed feedback laser）、ＤＢＲレーザ（distributed Bra
gg reflector laser）などを挙げることができる。これ
らの光機能素子においては、波長選択性や光フィードバ
ック、あるいは導波路間の光の結合等の機能を回折格子
に負うている。
【０００３】このような回折格子のうちで、１次のブラ
ッグ（Bragg）反射を利用する回折格子は、光の管内波
長のオーダの周期を有する。したがって、回折格子は極
めて微細であり、その作製や断面形状の制御は容易でな
い。回折格子の平均周期は、ホログラフィック（hologr
aphic）な干渉法により極めて正確に制御できる。しか
し、そのピッチが微細すぎるために、断面形状の制御に
は困難が伴っていた。
ッグ（Bragg）反射を利用する回折格子は、光の管内波
長のオーダの周期を有する。したがって、回折格子は極
めて微細であり、その作製や断面形状の制御は容易でな
い。回折格子の平均周期は、ホログラフィック（hologr
aphic）な干渉法により極めて正確に制御できる。しか
し、そのピッチが微細すぎるために、断面形状の制御に
は困難が伴っていた。
【０００４】このため、回折格子そのものの形状変化で
導波路の機能そのものを制御することは従来は行われて
いなかった。ここで、回折格子は、導波路における一定
の摂動要素と位置づけられ、回折格子と導波路とはその
機能が分離されているのが普通である。つまり、回折格
子が導波路の基本機能の制御に関与する例はみられなか
った。
導波路の機能そのものを制御することは従来は行われて
いなかった。ここで、回折格子は、導波路における一定
の摂動要素と位置づけられ、回折格子と導波路とはその
機能が分離されているのが普通である。つまり、回折格
子が導波路の基本機能の制御に関与する例はみられなか
った。
【０００５】例えば、従来のＤＦＢレーザや、ＤＦＢレ
ーザと電界吸収型変調器（ＥＡＭ：electroabsorption
modulator）の集積素子等では、回折格子が導波路の摂
動として設けられているだけであった。そして、導波路
パラメータの軸方向に沿った変化、例えば実効屈折率や
所定の層への光閉込係数の変化は、もっぱら導波路の層
構造そのものを変える必要があった。
ーザと電界吸収型変調器（ＥＡＭ：electroabsorption
modulator）の集積素子等では、回折格子が導波路の摂
動として設けられているだけであった。そして、導波路
パラメータの軸方向に沿った変化、例えば実効屈折率や
所定の層への光閉込係数の変化は、もっぱら導波路の層
構造そのものを変える必要があった。
【０００６】図３は、従来のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系
ＤＦＢレーザの導波路の基本構造を表す断面図である。
すなわち、同図は、レーザの導波方向に対して平行な方
向に切断した断面構造を表す。また、同図においては、
電極や両端面における端面反射制御構造などは省略され
ている。図３に例示した構造は、以下のようにして実現
される。
ＤＦＢレーザの導波路の基本構造を表す断面図である。
すなわち、同図は、レーザの導波方向に対して平行な方
向に切断した断面構造を表す。また、同図においては、
電極や両端面における端面反射制御構造などは省略され
ている。図３に例示した構造は、以下のようにして実現
される。
【０００７】まず、ｎ型ＩｎＰ層（ｎ型ＩｎＰ基板を含
む）１０１の上に、発振波長に対応するエネルギバンド
ギャップを有するＩｎＧａＡｓＰ活性層１０２を成長す
る。ここで、活性層１０２は、組成の異なるＩｎＧａＡ
ｓＰ薄層を交互に積んだＭＱＷ（多重量子井戸：multi-
quantum well structure）構造である場合が多いが、図
３においては簡単のため単層で表した。この上に、発振
波長に対して透明な組成のＩｎＧａＡｓＰ導波層１０３
を成長する。
む）１０１の上に、発振波長に対応するエネルギバンド
ギャップを有するＩｎＧａＡｓＰ活性層１０２を成長す
る。ここで、活性層１０２は、組成の異なるＩｎＧａＡ
ｓＰ薄層を交互に積んだＭＱＷ（多重量子井戸：multi-
quantum well structure）構造である場合が多いが、図
３においては簡単のため単層で表した。この上に、発振
波長に対して透明な組成のＩｎＧａＡｓＰ導波層１０３
を成長する。
【０００８】さて、この導波層１０３の上に１次の回折
格子１１０を形成する。この回折格子の周期は、波長
１．３μｍ帯では約２００ｎｍ、波長１．５５μｍ帯で
も約２４０ｎｍとする必要がある。回折格子の形成に際
しては、これらの周期の約半分のサイズのパターニング
（patterning）を行う必要があるため、極限的な微細加
工技術が必要とされ、作成が容易でない。
格子１１０を形成する。この回折格子の周期は、波長
１．３μｍ帯では約２００ｎｍ、波長１．５５μｍ帯で
も約２４０ｎｍとする必要がある。回折格子の形成に際
しては、これらの周期の約半分のサイズのパターニング
（patterning）を行う必要があるため、極限的な微細加
工技術が必要とされ、作成が容易でない。
【０００９】また、分布帰還量を適量にするためには、
回折格子の深さは０．０５μｍ以下とする必要がある。
しかし、このような範囲に深さを制御することは容易で
ない。
回折格子の深さは０．０５μｍ以下とする必要がある。
しかし、このような範囲に深さを制御することは容易で
ない。
【００１０】また、通常、導波路層１０３の厚さは０．
１μｍ程度、活性層１０２の厚さも０．１μｍ程度であ
る。ゆえに、この程度の回折格子の深さの範囲では、導
波路全体の実効屈折率の変化は極めて小さい。導波路の
実効屈折率を軸方向で変化させるには、導波路構造その
ものを変更する必要がある。例えば、活性層１０２や導
波路層１０３自身の厚さを変化させる、幅を変化させる
（幅方向は図示せず）、等の手段である。
１μｍ程度、活性層１０２の厚さも０．１μｍ程度であ
る。ゆえに、この程度の回折格子の深さの範囲では、導
波路全体の実効屈折率の変化は極めて小さい。導波路の
実効屈折率を軸方向で変化させるには、導波路構造その
ものを変更する必要がある。例えば、活性層１０２や導
波路層１０３自身の厚さを変化させる、幅を変化させる
（幅方向は図示せず）、等の手段である。
【００１１】次に、ＤＦＢレーザとＥＡＭ（電界吸収型
変調器）の集積素子の従来例について説明する。
変調器）の集積素子の従来例について説明する。
【００１２】図４は、このような集積素子の構造を表す
縦断面図である。その構成を製造工程に沿って説明する
と以下の如くである。すなわち、まず、ｎ型ＩｎＰ層１
０１の上に活性層１０２、導波層１０３を順次成長して
ＤＦＢレーザの主要部を構成する。次に、１次の回折格
子１１０を形成する。次に、ＥＡＭ部になる部分をエッ
チングして活性層１０２と導波層１０３を除去する。除
去した部分に光吸収層１０６を成長する。この吸収層１
０６も導波路であり、活性層１０２より幾分バンドギャ
ップの大きいＭＱＷ構造とすることが多い。この層に電
界を印加するとＱＣＦＫ効果（quantum confined Franz
-Keldish effect）やＱＣＳＥ（quantumconfined Stark
effect）により吸収端が狭まり、活性層１０２のゲイ
ンと回折格子１１０の周期に依存するＤＦＢレーザ部か
らの発振線を吸収するようになる。この現象を利用し
て、ＥＡＭ部に高速信号を加えてＤＣ動作しているＤＦ
Ｂレーザをからの出力光を変調することができる。
縦断面図である。その構成を製造工程に沿って説明する
と以下の如くである。すなわち、まず、ｎ型ＩｎＰ層１
０１の上に活性層１０２、導波層１０３を順次成長して
ＤＦＢレーザの主要部を構成する。次に、１次の回折格
子１１０を形成する。次に、ＥＡＭ部になる部分をエッ
チングして活性層１０２と導波層１０３を除去する。除
去した部分に光吸収層１０６を成長する。この吸収層１
０６も導波路であり、活性層１０２より幾分バンドギャ
ップの大きいＭＱＷ構造とすることが多い。この層に電
界を印加するとＱＣＦＫ効果（quantum confined Franz
-Keldish effect）やＱＣＳＥ（quantumconfined Stark
effect）により吸収端が狭まり、活性層１０２のゲイ
ンと回折格子１１０の周期に依存するＤＦＢレーザ部か
らの発振線を吸収するようになる。この現象を利用し
て、ＥＡＭ部に高速信号を加えてＤＣ動作しているＤＦ
Ｂレーザをからの出力光を変調することができる。
【００１３】また、ＤＦＢレーザ部とＥＡＭ部との間に
は、電気的絶縁を確保するためにプロトンを照射して半
絶縁化した領域１１５を設ける。図４には、ｎ側電極１
３０とｐ側電極１２０（ＤＦＢレーザ側）、１２１（Ｅ
ＡＭ側）も示した。
は、電気的絶縁を確保するためにプロトンを照射して半
絶縁化した領域１１５を設ける。図４には、ｎ側電極１
３０とｐ側電極１２０（ＤＦＢレーザ側）、１２１（Ｅ
ＡＭ側）も示した。
【００１４】図４の構造を実現するには、いったん成長
した活性層１０２や導波層１０３を除去して新たに吸収
層１０６を成長するという工程が必要である。また、Ｄ
ＦＢレーザ部からの光出力をスムーズに吸収層６に導波
されるべきところ、境界部で不連続となり一部の光が反
射されたり散乱されてしまう。
した活性層１０２や導波層１０３を除去して新たに吸収
層１０６を成長するという工程が必要である。また、Ｄ
ＦＢレーザ部からの光出力をスムーズに吸収層６に導波
されるべきところ、境界部で不連続となり一部の光が反
射されたり散乱されてしまう。
【００１５】図４に例示したような集積素子において、
このような欠点を解消するためには、活性層１０３や吸
収層１０６を共通にすることが考えられる。
このような欠点を解消するためには、活性層１０３や吸
収層１０６を共通にすることが考えられる。
【００１６】図５は、活性層や吸収層を共通にした集積
素子を例示する断面図である。同図の例では、ＤＦＢレ
ーザ部における吸収層１０２及び導波層１０３とＥＡＭ
部における吸収層とが同じ層により構成されている。こ
うすると、層の除去や吸収層の成長工程を省略できる。
しかし、図５の構造では、実際には実用的な特性が得ら
れない。その理由は、ＥＡＭ部にも活性層があり、電界
を印加していないときにもこの活性層において光吸収が
生じ消光比が劣化するからである。消光比を改善するた
めには、活性層への光閉込を減らすとともに、導波層１
０３を厚くして導波層への光閉じ込めを大きくすること
が必要とされる。
素子を例示する断面図である。同図の例では、ＤＦＢレ
ーザ部における吸収層１０２及び導波層１０３とＥＡＭ
部における吸収層とが同じ層により構成されている。こ
うすると、層の除去や吸収層の成長工程を省略できる。
しかし、図５の構造では、実際には実用的な特性が得ら
れない。その理由は、ＥＡＭ部にも活性層があり、電界
を印加していないときにもこの活性層において光吸収が
生じ消光比が劣化するからである。消光比を改善するた
めには、活性層への光閉込を減らすとともに、導波層１
０３を厚くして導波層への光閉じ込めを大きくすること
が必要とされる。
【００１７】しかし、導波層１０３を厚くするとＤＦＢ
レーザ部で問題が生じる。つまり、導波層１０３の光吸
収による導波損の増加と、活性層への光閉込不足による
正味のゲイン（net gain）の低下が生ずる。また、ｐｎ
接合が活性層から離れるためレーザ発振しにくくなると
いう問題も生ずる。このように、集積素子において層構
造の共通化をはかると、一方の素子の構造が他方の素子
の構造の構造の最適化を妨げる。
レーザ部で問題が生じる。つまり、導波層１０３の光吸
収による導波損の増加と、活性層への光閉込不足による
正味のゲイン（net gain）の低下が生ずる。また、ｐｎ
接合が活性層から離れるためレーザ発振しにくくなると
いう問題も生ずる。このように、集積素子において層構
造の共通化をはかると、一方の素子の構造が他方の素子
の構造の構造の最適化を妨げる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる従来
技術の背景のもとになされたものである。すなわち、そ
の目的は、ＤＦＢレーザなどの光機能素子において実効
屈折率や位相シフト構造を実現し、集積型の光機能素子
においては、集積されたそれぞれの素子の構造の最適化
を達成することができる新規な構成を提供することにあ
る。
技術の背景のもとになされたものである。すなわち、そ
の目的は、ＤＦＢレーザなどの光機能素子において実効
屈折率や位相シフト構造を実現し、集積型の光機能素子
においては、集積されたそれぞれの素子の構造の最適化
を達成することができる新規な構成を提供することにあ
る。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の光機能素子は、光を導波方向に導波する光
導波路構造を備えた光機能素子であって、前記光導波路
構造は、回折格子を有し、前記回折格子は、深く形成さ
れた部分と浅く形成された部分とを前記導波方向に沿っ
て有し、前記深く形成された部分における前記光導波路
構造の実効屈折率と前記浅く形成された部分における前
記光導波路構造の実効屈折率との差が１０-3以上である
ことを特徴とする。
め、本発明の光機能素子は、光を導波方向に導波する光
導波路構造を備えた光機能素子であって、前記光導波路
構造は、回折格子を有し、前記回折格子は、深く形成さ
れた部分と浅く形成された部分とを前記導波方向に沿っ
て有し、前記深く形成された部分における前記光導波路
構造の実効屈折率と前記浅く形成された部分における前
記光導波路構造の実効屈折率との差が１０-3以上である
ことを特徴とする。
【００２０】ここで、前記回折格子は、前記深く形成さ
れた部分と前記浅く形成された部分との間に、深さが連
続的に変化する部分を有することを特徴とする。導波路
パラメータの変化が連続的であることで、モードプロフ
ァイルがゆっくりと変換されていき、不要な散乱や反射
を防ぐことができる。
れた部分と前記浅く形成された部分との間に、深さが連
続的に変化する部分を有することを特徴とする。導波路
パラメータの変化が連続的であることで、モードプロフ
ァイルがゆっくりと変換されていき、不要な散乱や反射
を防ぐことができる。
【００２１】また、前記導波路構造は、導波層と、前記
導波層の上に形成された前記回折格子とを有し、前記導
波層は、前記深く形成された部分において島状に分断さ
れていることを特徴とする。
導波層の上に形成された前記回折格子とを有し、前記導
波層は、前記深く形成された部分において島状に分断さ
れていることを特徴とする。
【００２２】さらに具体的な例としては、本発明の光機
能素子は、前記導波路構造と略平行に設けられた活性層
をさらに備え、前記活性層から放出された光を前記導波
路構造において導波し外部に放出する分布帰還型レーザ
または分布ブラッグ反射型レーザとして構成されたこと
を特徴とする。ＤＦＢレーザの場合は、回折格子の深さ
変化だけで、実効屈折率を変化させて等価的な位相シフ
ト領域を形成できる。また、その部分での光閉込係数も
変化させられる。
能素子は、前記導波路構造と略平行に設けられた活性層
をさらに備え、前記活性層から放出された光を前記導波
路構造において導波し外部に放出する分布帰還型レーザ
または分布ブラッグ反射型レーザとして構成されたこと
を特徴とする。ＤＦＢレーザの場合は、回折格子の深さ
変化だけで、実効屈折率を変化させて等価的な位相シフ
ト領域を形成できる。また、その部分での光閉込係数も
変化させられる。
【００２３】また、別の具体例としては、前記導波路構
造と略平行に設けられた活性層をさらに備え、前記回折
格子の前記深く形成された部分は、前記活性層から放出
された光を前記導波路構造において導波し放出する分布
帰還型レーザまたは分布ブラッグ型レーザとして作用す
るレーザ部を構成し、前記回折格子の前記浅く形成され
た部分は、前記深く形成された部分から放出された前記
レーザ光を変調する電界吸収型変調器として作用する変
調部を構成し、前記変調部における前記活性層への光閉
じ込め係数は、前記レーザ部における前記活性層への光
閉じ込め係数の半分以下であることを特徴とする。ＤＦ
ＢレーザとＥＡＭの集積デバイスの場合でも、回折格子
の深さ変化だけで、ＤＦＢレーザ部での光吸収層の影響
を実効的に小さくし、ＥＡＭ部での活性層への光閉込係
数を小さくできる。
造と略平行に設けられた活性層をさらに備え、前記回折
格子の前記深く形成された部分は、前記活性層から放出
された光を前記導波路構造において導波し放出する分布
帰還型レーザまたは分布ブラッグ型レーザとして作用す
るレーザ部を構成し、前記回折格子の前記浅く形成され
た部分は、前記深く形成された部分から放出された前記
レーザ光を変調する電界吸収型変調器として作用する変
調部を構成し、前記変調部における前記活性層への光閉
じ込め係数は、前記レーザ部における前記活性層への光
閉じ込め係数の半分以下であることを特徴とする。ＤＦ
ＢレーザとＥＡＭの集積デバイスの場合でも、回折格子
の深さ変化だけで、ＤＦＢレーザ部での光吸収層の影響
を実効的に小さくし、ＥＡＭ部での活性層への光閉込係
数を小さくできる。
【００２４】または、本発明の光機能素子は、分布帰還
型レーザまたは分布ブラッグ型レーザとして作用するレ
ーザと電界吸収型変調器として作用する変調部とをモノ
リシックに集積してなる光機能素子であって、前記レー
ザ部と前記変調部とに形成された共通の活性層と、前記
レーザ部においては導波路として作用し、前記変調部に
おいては光吸収層として作用する共通の導波層と、を備
え、前記導波層は、前記レーザにおいて回折格子が形成
されてなり、前記変調部における前記活性層への光閉じ
込め係数は、前記レーザ部における前記活性層への光閉
じ込め係数の半分以下であることを特徴とする。
型レーザまたは分布ブラッグ型レーザとして作用するレ
ーザと電界吸収型変調器として作用する変調部とをモノ
リシックに集積してなる光機能素子であって、前記レー
ザ部と前記変調部とに形成された共通の活性層と、前記
レーザ部においては導波路として作用し、前記変調部に
おいては光吸収層として作用する共通の導波層と、を備
え、前記導波層は、前記レーザにおいて回折格子が形成
されてなり、前記変調部における前記活性層への光閉じ
込め係数は、前記レーザ部における前記活性層への光閉
じ込め係数の半分以下であることを特徴とする。
【００２５】ここで、前記回折格子の深さは、前記レー
ザ部と前記変調部との境界付近において連続的に変化し
ていることを特徴とする。導波路パラメータの変化が連
続的であることで、モードプロファイルがゆっくりと変
換されていき、不要な散乱や反射を防ぐことができる。
ザ部と前記変調部との境界付近において連続的に変化し
ていることを特徴とする。導波路パラメータの変化が連
続的であることで、モードプロファイルがゆっくりと変
換されていき、不要な散乱や反射を防ぐことができる。
【００２６】また、前記したいずれの光機能素子におい
ても、前記回折格子として加工の容易な２次以上の回折
格子を用いることで、回折格子の深さを精密且つ容易に
制御することができる。
ても、前記回折格子として加工の容易な２次以上の回折
格子を用いることで、回折格子の深さを精密且つ容易に
制御することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】本発明によれば、回折格子を有す
る導波路構造において、回折格子の深さの軸方向の変化
が相当の実効屈折率変化を生じるように形成する。ここ
で、加工を精度良く実行できる２次以上の回折格子を用
いることが望ましい。その深さの変化は連続的であるこ
とを含む。
る導波路構造において、回折格子の深さの軸方向の変化
が相当の実効屈折率変化を生じるように形成する。ここ
で、加工を精度良く実行できる２次以上の回折格子を用
いることが望ましい。その深さの変化は連続的であるこ
とを含む。
【００２８】この構造を用いたＤＦＢレーザでは、実効
的な位相シフトや光閉込係数を回折格子の深さの変化で
制御できる。また、活性層と吸収層を共通化したＤＦＢ
レーザ変調器集積デバイスでは、軸方向の回折格子の有
無を含めた変化が吸収層や活性層への光閉込係数を相当
変化させるようにできる。
的な位相シフトや光閉込係数を回折格子の深さの変化で
制御できる。また、活性層と吸収層を共通化したＤＦＢ
レーザ変調器集積デバイスでは、軸方向の回折格子の有
無を含めた変化が吸収層や活性層への光閉込係数を相当
変化させるようにできる。
【００２９】以下に図面を参照しつつ本発明の実施の形
態について説明する。
態について説明する。
【００３０】図１は、本発明の第１の実施の形態にかか
る光機能素子を表す概略断面図である。すなわち、同図
は、ＤＦＢレーザの導波方向に沿った断面構造を表す。
る光機能素子を表す概略断面図である。すなわち、同図
は、ＤＦＢレーザの導波方向に沿った断面構造を表す。
【００３１】同図のレーザにおいては、ｎ型ＩｎＰ層
（ｎ型ＩｎＰ基板を含む）１の上に、発振波長に対応す
るエネルギバンドギャップを有するＩｎＧａＡｓＰ活性
層２が形成されている。ここで、活性層２は、組成の異
なるＩｎＧａＡｓＰ薄層を交互に積んだＭＱＷ（多重量
子井戸：multi-quantum well structure）構造とするこ
とが望ましい。ＭＱＷ活性層２の上に０．１μｍ厚のｐ
型ＩｎＰ第１クラッド層４’が形成され、その上に０．
２μｍの導波層３が形成されている。導波層３は、例え
ば発振波長に対して透明な組成のＩｎＧａＡｓＰよりな
る。ｐ型ＩｎＰクラッド層４’は、回折格子を島状に形
成するための緩衝領域である。導波層３の上には、回折
格子１０が形成されている。回折格子１０の周期は、２
次あるいはそれ以上のブラッグ次数に対応した周期とす
ることが望ましい。
（ｎ型ＩｎＰ基板を含む）１の上に、発振波長に対応す
るエネルギバンドギャップを有するＩｎＧａＡｓＰ活性
層２が形成されている。ここで、活性層２は、組成の異
なるＩｎＧａＡｓＰ薄層を交互に積んだＭＱＷ（多重量
子井戸：multi-quantum well structure）構造とするこ
とが望ましい。ＭＱＷ活性層２の上に０．１μｍ厚のｐ
型ＩｎＰ第１クラッド層４’が形成され、その上に０．
２μｍの導波層３が形成されている。導波層３は、例え
ば発振波長に対して透明な組成のＩｎＧａＡｓＰよりな
る。ｐ型ＩｎＰクラッド層４’は、回折格子を島状に形
成するための緩衝領域である。導波層３の上には、回折
格子１０が形成されている。回折格子１０の周期は、２
次あるいはそれ以上のブラッグ次数に対応した周期とす
ることが望ましい。
【００３２】本発明においては、この回折格子１０の深
さが、レーザの導波方向に沿って変化している。すなわ
ち、図１のレーザの向かって右側においては、導波層３
の上に比較的浅い回折格子が形成されている。これに対
して、レーザの向かって左側においては、導波層３に深
い回折格子が形成され、その結果として、導波層３は島
状に分断されている。レーザの中央付近においては、こ
のような両側の回折格子の深さがなめらかにつながるよ
うに、回折格子の深さが徐々に変化している。また、レ
ーザの導波方向全体に渡って、回折格子の周期は一定に
維持されている。
さが、レーザの導波方向に沿って変化している。すなわ
ち、図１のレーザの向かって右側においては、導波層３
の上に比較的浅い回折格子が形成されている。これに対
して、レーザの向かって左側においては、導波層３に深
い回折格子が形成され、その結果として、導波層３は島
状に分断されている。レーザの中央付近においては、こ
のような両側の回折格子の深さがなめらかにつながるよ
うに、回折格子の深さが徐々に変化している。また、レ
ーザの導波方向全体に渡って、回折格子の周期は一定に
維持されている。
【００３３】このような回折格子の上には、ｐ型ＩｎＰ
４、及びｐ+型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層が順次形成
されている。ｐ型ＩｎＰ層４は、レーザの左側ではクラ
ッド層４’と部分的につながり、導波層３が島状に残さ
れている。この部分では、導波層３は分断されているた
めに、その影響は小さくなる。つまり、左側の領域では
活性層２への光閉込めが大きくなるとともに、実効屈折
率はｐ型ＩｎＰが優勢になり小さくなる。
４、及びｐ+型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層が順次形成
されている。ｐ型ＩｎＰ層４は、レーザの左側ではクラ
ッド層４’と部分的につながり、導波層３が島状に残さ
れている。この部分では、導波層３は分断されているた
めに、その影響は小さくなる。つまり、左側の領域では
活性層２への光閉込めが大きくなるとともに、実効屈折
率はｐ型ＩｎＰが優勢になり小さくなる。
【００３４】これに対してレーザの右側の領域では、導
波層３の影響が支配的で実効屈折率が高く、活性層２よ
りも導波層３への光閉込めが大きくなる。図１には、光
の閉じ込め状態を表す導波モードのプロファイルを併せ
て示した。
波層３の影響が支配的で実効屈折率が高く、活性層２よ
りも導波層３への光閉込めが大きくなる。図１には、光
の閉じ込め状態を表す導波モードのプロファイルを併せ
て示した。
【００３５】また、レーザの中央付近すなわち回折格子
の形状が徐々に変化している遷移領域では、不連続な変
化に起因する不要な散乱や反射が抑制され、モードの形
状が緩やかに変換される。つまり、活性層での閉じ込め
状態と導波層での閉じ込め状態との間の変換を低損失で
実現することができる。
の形状が徐々に変化している遷移領域では、不連続な変
化に起因する不要な散乱や反射が抑制され、モードの形
状が緩やかに変換される。つまり、活性層での閉じ込め
状態と導波層での閉じ込め状態との間の変換を低損失で
実現することができる。
【００３６】本発明によれば、このように光閉じ込め係
数を回折格子の断面形状の変化により調節することがで
きる。
数を回折格子の断面形状の変化により調節することがで
きる。
【００３７】また、本発明によれば、レーザの右側と左
側とで実効屈折率が変わるので、等価的に回折格子に対
する相対位相が変わる。ゆえに、回折格子の深さを変化
させるだけで位相シフト効果が得られる。その結果とし
て、ブラッグ波長で発振し、大きなしきい値ゲイン差が
得られ、単一縦モード発振を安定させることができる。
また、実効屈折率を徐々に変化させることによって実効
的に位相シフト効果を持たせる構造は、導波光の位相シ
フト部への集中を緩和し、「空間ホールバーニング」に
よる単一縦モード性能の劣化を抑制できる。ここで、
「空間ホールバーニング」とは、光強度の増大によりキ
ャリア密度が低下して屈折率が上昇し位相シフト量が実
効的に変化して縦モードが変化する現象をいう。
側とで実効屈折率が変わるので、等価的に回折格子に対
する相対位相が変わる。ゆえに、回折格子の深さを変化
させるだけで位相シフト効果が得られる。その結果とし
て、ブラッグ波長で発振し、大きなしきい値ゲイン差が
得られ、単一縦モード発振を安定させることができる。
また、実効屈折率を徐々に変化させることによって実効
的に位相シフト効果を持たせる構造は、導波光の位相シ
フト部への集中を緩和し、「空間ホールバーニング」に
よる単一縦モード性能の劣化を抑制できる。ここで、
「空間ホールバーニング」とは、光強度の増大によりキ
ャリア密度が低下して屈折率が上昇し位相シフト量が実
効的に変化して縦モードが変化する現象をいう。
【００３８】本発明者の検討の結果、本発明のレーザに
おいて位相シフトや閉じ込め係数の変化を実効的に生じ
させるためには、回折格子が深く形成された部分の光導
波路の実効屈折率に対して、回折格子が浅く形成された
部分の光導波路の実効屈折率を１０-3以上変化させるこ
とが必要であることが分かった。
おいて位相シフトや閉じ込め係数の変化を実効的に生じ
させるためには、回折格子が深く形成された部分の光導
波路の実効屈折率に対して、回折格子が浅く形成された
部分の光導波路の実効屈折率を１０-3以上変化させるこ
とが必要であることが分かった。
【００３９】また、本発明によれば、回折格子として２
次あるいはそれ以上の次数の回折格子を採用することに
より、パターニングが大幅に容易となり、断面形状の精
密な制御が実現される。すなわち、一般に、回折格子に
よる分布帰還の量は、結合係数κと共振器長Ｌの積であ
るκＬ値で表される。κＬ値の最適範囲は、一般的に１
＜κＬ＜１．５程度である。２次の回折格子において、
この最適なκＬ値を得るためには、１次の回折格子の場
合よりもかなり深い形状が必要となる。また、２次の回
折格子の場合には、１．３μｍにおける周期は約０．４
μｍであり、１次の回折格子の場合の２倍となる。
次あるいはそれ以上の次数の回折格子を採用することに
より、パターニングが大幅に容易となり、断面形状の精
密な制御が実現される。すなわち、一般に、回折格子に
よる分布帰還の量は、結合係数κと共振器長Ｌの積であ
るκＬ値で表される。κＬ値の最適範囲は、一般的に１
＜κＬ＜１．５程度である。２次の回折格子において、
この最適なκＬ値を得るためには、１次の回折格子の場
合よりもかなり深い形状が必要となる。また、２次の回
折格子の場合には、１．３μｍにおける周期は約０．４
μｍであり、１次の回折格子の場合の２倍となる。
【００４０】ゆえに、回折格子の寸法を１次の場合より
も相当大きくすることができる。すなわち、ＥＢ（電子
線）露光等の方法を用いて断面形状を精密に制御できる
ようになる。但し、導波路中の管内波長が十分に大きい
場合は、１次の回折格子でも容易且つ精密に加工するこ
とが可能となる。
も相当大きくすることができる。すなわち、ＥＢ（電子
線）露光等の方法を用いて断面形状を精密に制御できる
ようになる。但し、導波路中の管内波長が十分に大きい
場合は、１次の回折格子でも容易且つ精密に加工するこ
とが可能となる。
【００４１】一方、図１のレーザの右側の端面に無反射
（ＡＲ）膜４０、左側の端面に高反射（ＨＲ）膜５０を
それぞれ形成すると、右側のＡＲ端面側からの光出力が
大きくなる。ここで、従来のレーザの場合には、光強度
が増大するとキャリア密度の低下が起こり、活性層２の
屈折率が上昇し、その結果として、光強度で位相シフト
量が実効的に変化して縦モードが変化する「空間ホール
バーニング」が生ずるという問題があった。これは、徐
々に変化する実効位相シフト構造をもってしても、活性
層２に光が閉じ込められている限り、緩和はできても完
全に防ぐことはできない。
（ＡＲ）膜４０、左側の端面に高反射（ＨＲ）膜５０を
それぞれ形成すると、右側のＡＲ端面側からの光出力が
大きくなる。ここで、従来のレーザの場合には、光強度
が増大するとキャリア密度の低下が起こり、活性層２の
屈折率が上昇し、その結果として、光強度で位相シフト
量が実効的に変化して縦モードが変化する「空間ホール
バーニング」が生ずるという問題があった。これは、徐
々に変化する実効位相シフト構造をもってしても、活性
層２に光が閉じ込められている限り、緩和はできても完
全に防ぐことはできない。
【００４２】これに対して、本発明のレーザにおいて
は、光強度が強くなる右側での活性層２への閉込めが小
さいので、強い光強度に活性層２がさらされなくなる。
ゆえに、この「空間ホールバーニング」を大きく抑制す
る効果を有する。そして、この効果により、ＤＦＢレー
ザの歩留まりが大幅に改善される。
は、光強度が強くなる右側での活性層２への閉込めが小
さいので、強い光強度に活性層２がさらされなくなる。
ゆえに、この「空間ホールバーニング」を大きく抑制す
る効果を有する。そして、この効果により、ＤＦＢレー
ザの歩留まりが大幅に改善される。
【００４３】次に、本発明における回折格子の作製手順
の一例について以下に説明する。例えばＥＢ露光により
形成する場合を例に挙げると、まず、クラッド層４’の
上に均一な厚みの導波層３を形成した後に、その導波層
３の上に図示しないレジストを堆積する。そして、ＥＢ
露光により、図１の右側においてはレジストの残ってい
る部分の幅を０．３μｍとし、抜けている部分の幅を
０．１μｍとするように露光する。この条件で、図１の
右側から左側に向かってＥＢ露光を進める。そして、共
振器の所定の位置すなわち同図の中央付近から徐々に抜
く部分を増やしていくように条件を調節する。最終的に
はレジストの抜けてる部分の幅が０．３μｍ以上となる
ようにする。ここで、周期は一定に保つのでレジストの
残っている部分は減っていく。このようにＥＢ露光し、
レジストをパターニングした後に、レジストをマスクと
して導波層３をエッチングする。すると導波層３により
形成される回折格子の断面形状は図１のようになる。す
なわち、向かって右側では導波層３が相当残り、左側で
は導波層３が島状に残る状態が実現される。
の一例について以下に説明する。例えばＥＢ露光により
形成する場合を例に挙げると、まず、クラッド層４’の
上に均一な厚みの導波層３を形成した後に、その導波層
３の上に図示しないレジストを堆積する。そして、ＥＢ
露光により、図１の右側においてはレジストの残ってい
る部分の幅を０．３μｍとし、抜けている部分の幅を
０．１μｍとするように露光する。この条件で、図１の
右側から左側に向かってＥＢ露光を進める。そして、共
振器の所定の位置すなわち同図の中央付近から徐々に抜
く部分を増やしていくように条件を調節する。最終的に
はレジストの抜けてる部分の幅が０．３μｍ以上となる
ようにする。ここで、周期は一定に保つのでレジストの
残っている部分は減っていく。このようにＥＢ露光し、
レジストをパターニングした後に、レジストをマスクと
して導波層３をエッチングする。すると導波層３により
形成される回折格子の断面形状は図１のようになる。す
なわち、向かって右側では導波層３が相当残り、左側で
は導波層３が島状に残る状態が実現される。
【００４４】本発明においては、回折格子の周期を２次
以上とすることにより、ＥＢ露光などをもちいたパター
ニングを正確に行い、回折格子の断面形状を精密に制御
することができる。
以上とすることにより、ＥＢ露光などをもちいたパター
ニングを正確に行い、回折格子の断面形状を精密に制御
することができる。
【００４５】次に、本発明の第２の実施の形態について
説明する。図２は、本発明の第２の実施の形態にかかる
光集積素子を表す概略断面図である。すなわち、同図の
光集積素子は、ＤＦＢレーザ部とＥＡＭ（電界吸収型変
調器）部とを集積した光機能素子である。
説明する。図２は、本発明の第２の実施の形態にかかる
光集積素子を表す概略断面図である。すなわち、同図の
光集積素子は、ＤＦＢレーザ部とＥＡＭ（電界吸収型変
調器）部とを集積した光機能素子である。
【００４６】図２の光集積素子においては、ｎ型ＩｎＰ
層１の上にＭＱＷ活性層１０２、ｎ型ＩｎＰ第２クラッ
ド層１’と、導波層６とが順次形成されている。導波層
６は、ＤＦＢレーザ部においては導波路層として作用
し、ＥＡＭ部においては光吸収層として作用する。導波
層６の上に回折格子１０が形成されている。回折格子１
０は、レーザ部においては深く形成され、ＥＡＭ部にお
いては浅く形成されている。なお、図示した例において
は、ＥＡＭ部において回折格子１０が殆ど形成されてい
ない場合を表したが、これ以外にも、ＥＡＭ部において
回折格子１０がある程度の深さに形成されいても良い。
また、本実施形態においても、回折格子１０の周期は、
２次あるいはそれ以上の次数とする。
層１の上にＭＱＷ活性層１０２、ｎ型ＩｎＰ第２クラッ
ド層１’と、導波層６とが順次形成されている。導波層
６は、ＤＦＢレーザ部においては導波路層として作用
し、ＥＡＭ部においては光吸収層として作用する。導波
層６の上に回折格子１０が形成されている。回折格子１
０は、レーザ部においては深く形成され、ＥＡＭ部にお
いては浅く形成されている。なお、図示した例において
は、ＥＡＭ部において回折格子１０が殆ど形成されてい
ない場合を表したが、これ以外にも、ＥＡＭ部において
回折格子１０がある程度の深さに形成されいても良い。
また、本実施形態においても、回折格子１０の周期は、
２次あるいはそれ以上の次数とする。
【００４７】ここで、第２クラッド層１’の厚さは例え
ば約０．１μｍとし、導波層６は０．２μｍ以上の厚さ
に成長した後に回折格子１０を形成する。
ば約０．１μｍとし、導波層６は０．２μｍ以上の厚さ
に成長した後に回折格子１０を形成する。
【００４８】本実施形態における導波層６も、活性層２
より幾分バンドギャップの大きいＭＱＷ構造とすること
が望ましい。このような導波路層に電界を印加するとＱ
ＣＦＫ効果（quantum confined Franz-Keldish effec
t）やＱＣＳＥ（quantum confined Stark effect）によ
り吸収端が狭まり、活性層２のゲインと回折格子１０の
周期に依存するＤＦＢレーザ部からの発振線を吸収する
ようになる。この現象を利用して、ＥＡＭ部に高速信号
を加えてＤＣ動作しているＤＦＢレーザをからの出力光
を変調することができる。
より幾分バンドギャップの大きいＭＱＷ構造とすること
が望ましい。このような導波路層に電界を印加するとＱ
ＣＦＫ効果（quantum confined Franz-Keldish effec
t）やＱＣＳＥ（quantum confined Stark effect）によ
り吸収端が狭まり、活性層２のゲインと回折格子１０の
周期に依存するＤＦＢレーザ部からの発振線を吸収する
ようになる。この現象を利用して、ＥＡＭ部に高速信号
を加えてＤＣ動作しているＤＦＢレーザをからの出力光
を変調することができる。
【００４９】また、第２クラッド層１’は、回折格子の
断面形状を島状に残すための緩衝領域として作用する。
導波層６の上には、ｎ型ＩｎＰ第１クラッド層４、ｐ＋
型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層５が形成されている。ま
た、ＤＦＢレーザとＥＡＭとの間には、電気的絶縁を確
保するためにプロトンを照射して半絶縁化した領域１５
が設けられている。さらに、ｎ側電極３０とｐ側電極２
０（ＤＦＢレーザ側）、２１（ＥＡＭ側）が形成されて
いる。
断面形状を島状に残すための緩衝領域として作用する。
導波層６の上には、ｎ型ＩｎＰ第１クラッド層４、ｐ＋
型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層５が形成されている。ま
た、ＤＦＢレーザとＥＡＭとの間には、電気的絶縁を確
保するためにプロトンを照射して半絶縁化した領域１５
が設けられている。さらに、ｎ側電極３０とｐ側電極２
０（ＤＦＢレーザ側）、２１（ＥＡＭ側）が形成されて
いる。
【００５０】本実施形態においても、回折格子１０の周
期を２次あるいはそれ以上とすることにより、パターン
を１次の場合よりも相当大きくすることができる。従っ
て、ＥＢ露光等の方法により、回折格子の断面形状を精
密且つ容易に制御できるようになる。その形成方法につ
いて例示すれば、以下の如くである。
期を２次あるいはそれ以上とすることにより、パターン
を１次の場合よりも相当大きくすることができる。従っ
て、ＥＢ露光等の方法により、回折格子の断面形状を精
密且つ容易に制御できるようになる。その形成方法につ
いて例示すれば、以下の如くである。
【００５１】まず、導波層６の上に図示しないレジスト
を堆積する。そして、図２の右側のＥＡＭ領域では、露
光せずにレジストを残す。一方、ＥＡＭ部とＤＦＢレー
ザ部の境界領域では、レーザ部に向かってレジストの抜
けている部分の割合が徐々に増えるように露光する。こ
の部分を遷移領域とする。最終的にＤＦＢレーザ部では
抜けている部分の幅が０．３μｍ以上となるように露光
する。そうすると図２に表したように、ＥＡＭ部では導
波層６が均一に残り、ＤＦＢレーザ部では導波層６は島
状に残る。
を堆積する。そして、図２の右側のＥＡＭ領域では、露
光せずにレジストを残す。一方、ＥＡＭ部とＤＦＢレー
ザ部の境界領域では、レーザ部に向かってレジストの抜
けている部分の割合が徐々に増えるように露光する。こ
の部分を遷移領域とする。最終的にＤＦＢレーザ部では
抜けている部分の幅が０．３μｍ以上となるように露光
する。そうすると図２に表したように、ＥＡＭ部では導
波層６が均一に残り、ＤＦＢレーザ部では導波層６は島
状に残る。
【００５２】このように深さが変化した回折格子１０を
形成する結果、ＤＦＢレーザ部では、回折格子が深く形
成されてｐ型ＩｎＰ層４が活性層２に接する付近まで達
し、ｐｎ接合が活性層との境界付近に形成される。そし
て、導波層６は島状に分断されて残る。その結果とし
て、導波層６の影響は小さくなる。ゆえに、ＤＦＢレー
ザ部では活性層２への光閉込めが大きくなる。
形成する結果、ＤＦＢレーザ部では、回折格子が深く形
成されてｐ型ＩｎＰ層４が活性層２に接する付近まで達
し、ｐｎ接合が活性層との境界付近に形成される。そし
て、導波層６は島状に分断されて残る。その結果とし
て、導波層６の影響は小さくなる。ゆえに、ＤＦＢレー
ザ部では活性層２への光閉込めが大きくなる。
【００５３】また、導波層６による島状回折格子はｎ型
でもあり導波損もあるので、いわゆるゲイン・ロス結合
型（gain/loss coupling）のＤＦＢレーザが実現され、
縦モード特性が安定する。これは、屈折率の周期的変化
に加えてゲイン・ロスも周期的に変化している回折格子
を用いると縦モードが安定となるからである。
でもあり導波損もあるので、いわゆるゲイン・ロス結合
型（gain/loss coupling）のＤＦＢレーザが実現され、
縦モード特性が安定する。これは、屈折率の周期的変化
に加えてゲイン・ロスも周期的に変化している回折格子
を用いると縦モードが安定となるからである。
【００５４】一方、ＥＡＭ部では、回折格子１０は浅く
形成され、吸収層として作用する導波層６の影響が支配
的となり、活性層２よりも導波層６への光閉込めが大き
くなる。その結果として、活性層２の吸収が少なくな
り、消光比を大きくすることができる。図２には、光の
閉じ込め状態を表す導波モードのプロファイルを併せて
示した。ここで、本発明者の検討の結果、集積型素子の
消光比を実用的な値とするためには、ＥＡＭ部における
活性層２への光閉じ込め係数を、レーザ部における活性
層２への光閉じ込め係数の半分以下とすることが望まし
いことが分かった。これは、ＥＡＭ部での無バイアス時
の基礎吸収を減らし、消光比を確保するのに最低必要な
条件だからである。
形成され、吸収層として作用する導波層６の影響が支配
的となり、活性層２よりも導波層６への光閉込めが大き
くなる。その結果として、活性層２の吸収が少なくな
り、消光比を大きくすることができる。図２には、光の
閉じ込め状態を表す導波モードのプロファイルを併せて
示した。ここで、本発明者の検討の結果、集積型素子の
消光比を実用的な値とするためには、ＥＡＭ部における
活性層２への光閉じ込め係数を、レーザ部における活性
層２への光閉じ込め係数の半分以下とすることが望まし
いことが分かった。これは、ＥＡＭ部での無バイアス時
の基礎吸収を減らし、消光比を確保するのに最低必要な
条件だからである。
【００５５】一方、ＤＦＢレーザ部とＥＡＭ部との間に
おいては、回折格子の深さは徐々に変化している。この
徐々に変化した遷移領域では、モードの形状が緩やかに
変換され、不連続による不要な散乱や反射が抑制され
る。すなわち、ＤＦＢレーザとＥＡＭとの間の導波モー
ドの変換のロスが低下される。
おいては、回折格子の深さは徐々に変化している。この
徐々に変化した遷移領域では、モードの形状が緩やかに
変換され、不連続による不要な散乱や反射が抑制され
る。すなわち、ＤＦＢレーザとＥＡＭとの間の導波モー
ドの変換のロスが低下される。
【００５６】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、層構造を共通化し、回折格子の深さを変化させるだ
けで、ＤＦＢレーザとＥＡＭの両方の素子構造を最適化
できる。その結果として、安価に高性能の集積デバイス
を提供することができるようになる。
ば、層構造を共通化し、回折格子の深さを変化させるだ
けで、ＤＦＢレーザとＥＡＭの両方の素子構造を最適化
できる。その結果として、安価に高性能の集積デバイス
を提供することができるようになる。
【００５７】以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の
形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具
体例に限定されるものではない。例えば、前述した第２
実施形態においては、ＤＦＢレーザ部の回折格子の深さ
をほぼ一定としたが、この他にも、例えば、ＤＦＢレー
ザ部に図１に例示したような構造を採用しても良い。す
なわち、図２に例示した光集積素子のＤＦＢレーザ部に
おいて、回折格子の深さを軸方向（導波方向）に変化さ
せることにより、ＤＦＢレーザの内部に等価的な位相シ
フトを形成するようにしても良い。このようにすれば、
ホールバーニングを抑制し、さらに高性能のＤＦＢレー
ザを集積することができる。
形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具
体例に限定されるものではない。例えば、前述した第２
実施形態においては、ＤＦＢレーザ部の回折格子の深さ
をほぼ一定としたが、この他にも、例えば、ＤＦＢレー
ザ部に図１に例示したような構造を採用しても良い。す
なわち、図２に例示した光集積素子のＤＦＢレーザ部に
おいて、回折格子の深さを軸方向（導波方向）に変化さ
せることにより、ＤＦＢレーザの内部に等価的な位相シ
フトを形成するようにしても良い。このようにすれば、
ホールバーニングを抑制し、さらに高性能のＤＦＢレー
ザを集積することができる。
【００５８】また、回折格子の断面形状も、図面に例示
したような対称型のものに限定されず、いわゆる「ブレ
ーズ角度」を有するような非対称型の回折格子としても
良い。
したような対称型のものに限定されず、いわゆる「ブレ
ーズ角度」を有するような非対称型の回折格子としても
良い。
【００５９】また、本発明は、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ系
以外にも、ＧａＡｌＡｓ系レーザ、ＧａＩｎＡｌＰ系レ
ーザ、ＧａＮ系レーザなどあらゆる材料系からなるＤＦ
Ｂレーザにも同様に適用して同様の効果を得ることがで
きる。
以外にも、ＧａＡｌＡｓ系レーザ、ＧａＩｎＡｌＰ系レ
ーザ、ＧａＮ系レーザなどあらゆる材料系からなるＤＦ
Ｂレーザにも同様に適用して同様の効果を得ることがで
きる。
【００６０】さらに、本発明は、レーザや光変調器に限
らず、およそ回折格子を導波路構造に沿って有するすべ
ての光機能素子に適用することができる。このような光
機能素子としては、例えば、受光素子や回折格子結合器
（grating-coupler）も挙げることができる。さらに、
これらの素子を集積した集積素子としての光機能素子に
ついても同様に適用できることは言うまでも良い。
らず、およそ回折格子を導波路構造に沿って有するすべ
ての光機能素子に適用することができる。このような光
機能素子としては、例えば、受光素子や回折格子結合器
（grating-coupler）も挙げることができる。さらに、
これらの素子を集積した集積素子としての光機能素子に
ついても同様に適用できることは言うまでも良い。
【００６１】
【発明の効果】本発明は、以上説明した形態で実施さ
れ、以下の効果を奏する。
れ、以下の効果を奏する。
【００６２】まず、本発明によれば、回折格子の深さを
変化させるだけで、実効屈折率を変化させ、位相シフト
を形成することも可能となり、安価且つ高性能の光機能
素子を実現できる。
変化させるだけで、実効屈折率を変化させ、位相シフト
を形成することも可能となり、安価且つ高性能の光機能
素子を実現できる。
【００６３】また、本発明によれば、２次以上の回折格
子を採用することにより、容易且つ正確に回折格子の深
さを制御し、十分な屈折率変化を生じさせることができ
る。
子を採用することにより、容易且つ正確に回折格子の深
さを制御し、十分な屈折率変化を生じさせることができ
る。
【００６４】さらに、本発明によれば、導波路パラメー
タの変化が連続的とすることにより、モードプロファイ
ルがよっくりと変換されていき、不要な散乱や反射を防
ぐことができる。
タの変化が連続的とすることにより、モードプロファイ
ルがよっくりと変換されていき、不要な散乱や反射を防
ぐことができる。
【００６５】その結果として、本発明によれば、ＤＦＢ
レーザやＤＢＲレーザに適用した場合に、位相シフト領
域の形成や光閉じ込め係数の制御が回折格子の形状で変
えることで実現するので製作が容易であり、空間ホール
バーニングも抑制される。
レーザやＤＢＲレーザに適用した場合に、位相シフト領
域の形成や光閉じ込め係数の制御が回折格子の形状で変
えることで実現するので製作が容易であり、空間ホール
バーニングも抑制される。
【００６６】また、光吸収層と活性層を共通化したよう
な簡易な構造のＤＦＢレーザとＥＡＭの集積デバイスに
適用した場合に、容易且つ確実に活性層への光閉じ込め
係数をＥＡＭ部でＤＦＢレーザ部の半分とすることがで
き、簡易な構造、製作工程でＥＡＭ部とＤＦＢレーザ部
とをそれぞれ最適化できる。ゆえに、高性能な動デバイ
スを安価に提供できる。
な簡易な構造のＤＦＢレーザとＥＡＭの集積デバイスに
適用した場合に、容易且つ確実に活性層への光閉じ込め
係数をＥＡＭ部でＤＦＢレーザ部の半分とすることがで
き、簡易な構造、製作工程でＥＡＭ部とＤＦＢレーザ部
とをそれぞれ最適化できる。ゆえに、高性能な動デバイ
スを安価に提供できる。
【００６７】すなわち、本発明を適用したＤＦＢレーザ
は、安価であり単一縦モード特性や低しきい値発振特性
にも優れる。したがって、それを搭載した光通信装置も
低価格で特性が優れるため、メリットが大きい。つま
り、大容量の光通信システムを低コストで広く敷設する
ことが可能となり、情報通信システムのインフラ構造を
大幅に充実することができる点で産業上のメリットは多
大である。
は、安価であり単一縦モード特性や低しきい値発振特性
にも優れる。したがって、それを搭載した光通信装置も
低価格で特性が優れるため、メリットが大きい。つま
り、大容量の光通信システムを低コストで広く敷設する
ことが可能となり、情報通信システムのインフラ構造を
大幅に充実することができる点で産業上のメリットは多
大である。
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる光機能素子
を表す概略断面図である。
を表す概略断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態にかかる光集積素子
を表す概略断面図である。
を表す概略断面図である。
【図３】従来のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系ＤＦＢレーザ
の導波路の基本構造を表す断面図である。
の導波路の基本構造を表す断面図である。
【図４】従来の集積素子の構造を表す縦断面図である。
【図５】活性層や吸収層を共通にした集積素子を例示す
る断面図である。
る断面図である。
１ ｎ型ＩｎＰクラッド層（基板含む） １’ｎ−ＩｎＰ第２クラッド層 ２ ＭＱＷ活性層 ３ ＩｎＧａＡｓＰ導波層 ４ ｐ−ＩｎＰクラッド層 ４’ｐ−ＩｎＰクラッド層（１） ５ ｐ＋−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層 ６ ＥＡＭ光吸収層 １０ 回折格子（ｇｒａｔｉｎｇｓ） １５ プロトン照射半絶縁領域 ２０ ｐ側電極（ＤＦＢ−ＬＤ） ２１ ｐ側電極（ＥＡＭ） ３０ ｎ側電極 ４０ ＡＲ（無反射：antireflection）コート ５０ ＨＲ（高反射：high reflection）コート
Claims (8)
- 【請求項１】光を導波方向に導波する光導波路構造を備
えた光機能素子であって、 前記光導波路構造は、回折格子を有し、 前記回折格子は、深く形成された部分と浅く形成された
部分とを前記導波方向に沿って有し、 前記深く形成された部分における前記光導波路構造の実
効屈折率と前記浅く形成された部分における前記光導波
路構造の実効屈折率との差が１０-3以上であることを特
徴とする光機能素子。 - 【請求項２】前記回折格子は、前記深く形成された部分
と前記浅く形成された部分との間に、深さが連続的に変
化する部分を有することを特徴とする請求項１記載の光
機能素子。 - 【請求項３】前記導波路構造は、導波層と、前記導波層
の上に形成された前記回折格子とを有し、 前記導波層は、前記深く形成された部分において島状に
分断されていることを特徴とする請求項１または２に記
載の光機能素子。 - 【請求項４】前記導波路構造と略平行に設けられた活性
層をさらに備え、 前記活性層から放出された光を前記導波路構造において
導波し外部に放出する分布帰還型レーザまたは分布ブラ
ッグ反射型レーザとして構成されたことを特徴とする請
求項１〜３のいずれか１つに記載の光機能素子。 - 【請求項５】前記導波路構造と略平行に設けられた活性
層をさらに備え、 前記回折格子の前記深く形成された部分は、前記活性層
から放出された光を前記導波路構造において導波し放出
する分布帰還型レーザまたは分布ブラッグ型レーザとし
て作用するレーザ部を構成し、 前記回折格子の前記浅く形成された部分は、前記深く形
成された部分から放出された前記レーザ光を変調する電
界吸収型変調器として作用する変調部を構成し、 前記変調部における前記活性層への光閉じ込め係数は、
前記レーザ部における前記活性層への光閉じ込め係数の
半分以下であることを特徴とする前記１〜３のいずれか
１つに記載の光機能素子。 - 【請求項６】分布帰還型レーザまたは分布ブラッグ型レ
ーザとして作用するレーザと電界吸収型変調器として作
用する変調部とをモノリシックに集積してなる光機能素
子であって、 前記レーザ部と前記変調部とに形成された共通の活性層
と、 前記レーザ部においては導波路として作用し、前記変調
部においては光吸収層として作用する共通の導波層と、 を備え、 前記導波層は、前記レーザにおいて回折格子が形成され
てなり、 前記変調部における前記活性層への光閉じ込め係数は、
前記レーザ部における前記活性層への光閉じ込め係数の
半分以下であることを特徴とする光機能素子。 - 【請求項７】前記回折格子の深さは、前記レーザ部と前
記変調部との境界付近において連続的に変化しているこ
とを特徴とする請求項６記載の光機能素子。 - 【請求項８】前記回折格子は、２次以上のブラッグ次数
に対応する周期を有することを特徴とする請求項１〜７
のいずれか１つに記載の光機能素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10309924A JP2000137126A (ja) | 1998-10-30 | 1998-10-30 | 光機能素子 |
| US09/431,442 US6307989B1 (en) | 1998-10-30 | 1999-11-01 | Optically functional device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10309924A JP2000137126A (ja) | 1998-10-30 | 1998-10-30 | 光機能素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000137126A true JP2000137126A (ja) | 2000-05-16 |
Family
ID=17998988
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10309924A Pending JP2000137126A (ja) | 1998-10-30 | 1998-10-30 | 光機能素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6307989B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000137126A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003133636A (ja) * | 2001-08-10 | 2003-05-09 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 分布帰還型半導体レーザ素子 |
| WO2008111344A1 (ja) * | 2007-03-15 | 2008-09-18 | Oki Electric Industry Co., Ltd. | 分布帰還型半導体レーザ素子 |
| US7773652B2 (en) | 2006-02-22 | 2010-08-10 | Mitsubishi Electric Corporation | Gain-coupled distributed feedback semiconductor laser having an improved diffraction grating |
| JP2011066174A (ja) * | 2009-09-17 | 2011-03-31 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光集積素子 |
| US11264781B2 (en) * | 2018-10-17 | 2022-03-01 | Sumitomo Electric Device Innovations, Inc. | Optical semiconductor device and manufacturing method thereof |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070000887A1 (en) * | 2005-06-29 | 2007-01-04 | Scott Caldwell | Method for scan welding or marking through a waveguide and waveguide therefor |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0666509B2 (ja) * | 1983-12-14 | 1994-08-24 | 株式会社日立製作所 | 分布帰還型半導体レ−ザ装置 |
| JP3194503B2 (ja) * | 1992-06-04 | 2001-07-30 | キヤノン株式会社 | 化合物半導体装置及びその製造方法 |
| JPH08255954A (ja) * | 1995-03-17 | 1996-10-01 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザの構造及びその製造方法 |
| JP3518837B2 (ja) * | 1996-08-22 | 2004-04-12 | キヤノン株式会社 | 出力光の偏波を切り換えることができる半導体レーザ及び半導体レーザ装置及びその駆動方法 |
-
1998
- 1998-10-30 JP JP10309924A patent/JP2000137126A/ja active Pending
-
1999
- 1999-11-01 US US09/431,442 patent/US6307989B1/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003133636A (ja) * | 2001-08-10 | 2003-05-09 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 分布帰還型半導体レーザ素子 |
| US7773652B2 (en) | 2006-02-22 | 2010-08-10 | Mitsubishi Electric Corporation | Gain-coupled distributed feedback semiconductor laser having an improved diffraction grating |
| WO2008111344A1 (ja) * | 2007-03-15 | 2008-09-18 | Oki Electric Industry Co., Ltd. | 分布帰還型半導体レーザ素子 |
| JP2011066174A (ja) * | 2009-09-17 | 2011-03-31 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光集積素子 |
| US11264781B2 (en) * | 2018-10-17 | 2022-03-01 | Sumitomo Electric Device Innovations, Inc. | Optical semiconductor device and manufacturing method thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6307989B1 (en) | 2001-10-23 |
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