JP2002014247A - 分布反射光導波路及びこれを含む光素子 - Google Patents
分布反射光導波路及びこれを含む光素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 分布反射光導波路またはこれを含む光素子の
温度依存性をなくしたり、所望の特性にすること。 【解決手段】 半導体光導波路８とポリマー光導波路９
とを光軸方向に交互に縦列に接続して分布反射光導波路
とする。半導体光導波路８の屈折率の温度係数とポリマ
ー光導波路９の屈折率の温度係数を相殺する材料及び導
波路長を選択して分布反射光導波路構造の１周期の光学
長を一定にし、温度依存性をなくす。あるいは、半導体
光導波路８とポリマー光導波路９の材料及び導波路長を
選択して所望の温度依存性を持たせる。
温度依存性をなくしたり、所望の特性にすること。 【解決手段】 半導体光導波路８とポリマー光導波路９
とを光軸方向に交互に縦列に接続して分布反射光導波路
とする。半導体光導波路８の屈折率の温度係数とポリマ
ー光導波路９の屈折率の温度係数を相殺する材料及び導
波路長を選択して分布反射光導波路構造の１周期の光学
長を一定にし、温度依存性をなくす。あるいは、半導体
光導波路８とポリマー光導波路９の材料及び導波路長を
選択して所望の温度依存性を持たせる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は分布反射光導波路及
びこれを含む光素子、例えば、分布帰還型レーザや分布
反射型レーザに関する。
びこれを含む光素子、例えば、分布帰還型レーザや分布
反射型レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、屈折率の異なる半導体コア層を有
する半導体光導波路のみを、光軸方向に、交互に縦列に
接続した光導波路が知られている。以下、これを半導体
分布反射光導波路と呼ぶ。
する半導体光導波路のみを、光軸方向に、交互に縦列に
接続した光導波路が知られている。以下、これを半導体
分布反射光導波路と呼ぶ。
【０００３】半導体分布反射光導波路は半導体コア層の
屈折率が光軸方向に沿って周期的に変化する構造である
ため、特定波長の光のみを通過させるフィルタ機能を持
っており、光フィルタ素子単独として使用されたり、分
布帰還型レーザや分布反射型レーザ等の光素子に組み込
まれて使用される。
屈折率が光軸方向に沿って周期的に変化する構造である
ため、特定波長の光のみを通過させるフィルタ機能を持
っており、光フィルタ素子単独として使用されたり、分
布帰還型レーザや分布反射型レーザ等の光素子に組み込
まれて使用される。
【０００４】図５（ａ）に、半導体分布反射光導波路を
模式的に示す。
模式的に示す。
【０００５】図５（ａ）において、基板３０上に、半導
体材料により下部クラッド層３１、コア層３２及び上部
クラッド層３３が順次積層されている。コア層３２を上
下に挟む下部クラッド層３１と上部クラッド層３３の屈
折率は、コア層３２の屈折率よりも小さい。このとき、
コア層３２は第１コア層３２ａと第２コア層３２ｂで構
成され、第１コア層３２ａを積層後、該第１コア層３２
ａを光軸方向に鋸歯上に切り込み、その上に第１コア層
３２ａとは屈折率の異なる第２コア層３２ｂを埋め込ん
だものである。
体材料により下部クラッド層３１、コア層３２及び上部
クラッド層３３が順次積層されている。コア層３２を上
下に挟む下部クラッド層３１と上部クラッド層３３の屈
折率は、コア層３２の屈折率よりも小さい。このとき、
コア層３２は第１コア層３２ａと第２コア層３２ｂで構
成され、第１コア層３２ａを積層後、該第１コア層３２
ａを光軸方向に鋸歯上に切り込み、その上に第１コア層
３２ａとは屈折率の異なる第２コア層３２ｂを埋め込ん
だものである。
【０００６】これにより、第１コア層３２ａの山部分近
傍における平均屈折率と、谷部分近傍における平均屈折
率とが異なるから、屈折率の異なる半導体コア層を有す
る半導体光導波路のみが光軸方向に交互に縦列に接続し
た構造、つまり半導体分布反射光導波路となる。
傍における平均屈折率と、谷部分近傍における平均屈折
率とが異なるから、屈折率の異なる半導体コア層を有す
る半導体光導波路のみが光軸方向に交互に縦列に接続し
た構造、つまり半導体分布反射光導波路となる。
【０００７】しかし、半導体分布反射光導波路は半導体
光導波路のみを縦列に接続したものであるため、半導体
材料の屈折率が温度依存性（通常、正の温度係数）を有
するので、光通過波長も温度依存性を示す。
光導波路のみを縦列に接続したものであるため、半導体
材料の屈折率が温度依存性（通常、正の温度係数）を有
するので、光通過波長も温度依存性を示す。
【０００８】また、半導体分布反射光導波路を分布帰還
型レーザや分布反射型レーザ等のレーザ素子に応用た場
合は、半導体材料の屈折率の温度依存性が影響して、発
振波長が温度変化に連動して変化する。例えば、ＩｎＰ
半導体レーザ素子に半導体分布反射光導波路を応用した
場合には、発振波長は約０．１ｎｍ／°Ｃの温度依存性
を有する。
型レーザや分布反射型レーザ等のレーザ素子に応用た場
合は、半導体材料の屈折率の温度依存性が影響して、発
振波長が温度変化に連動して変化する。例えば、ＩｎＰ
半導体レーザ素子に半導体分布反射光導波路を応用した
場合には、発振波長は約０．１ｎｍ／°Ｃの温度依存性
を有する。
【０００９】従来は、光通過波長や発振波長を安定させ
るために、図５（ｂ）に示すように、ペルチェ素子３４
による温度制御を必要としており、消費電力の増加とレ
ーザ素子構造の複雑化が生じている。
るために、図５（ｂ）に示すように、ペルチェ素子３４
による温度制御を必要としており、消費電力の増加とレ
ーザ素子構造の複雑化が生じている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明では、
温度依存性を有しない分布反射光導波路及び光素子を提
供することを目的とする。また、温度依存性を自在に選
定できる分布反射光導波路及び光素子を提供することを
目的とする。
温度依存性を有しない分布反射光導波路及び光素子を提
供することを目的とする。また、温度依存性を自在に選
定できる分布反射光導波路及び光素子を提供することを
目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明では、半導体とポ
リマーとでは通常、屈折率が異なり（一般にポリマーの
方が屈折率が小さい）、また、屈折率の温度係数の符号
が正負異なることに着目し、半導体材料製の光導波路と
ポリマー材料製の光導波路とを組み合わせて、分布反射
光導波路全体として屈折率の温度依存性を小さくした
り、正又は負、所望の温度係数にする。
リマーとでは通常、屈折率が異なり（一般にポリマーの
方が屈折率が小さい）、また、屈折率の温度係数の符号
が正負異なることに着目し、半導体材料製の光導波路と
ポリマー材料製の光導波路とを組み合わせて、分布反射
光導波路全体として屈折率の温度依存性を小さくした
り、正又は負、所望の温度係数にする。
【００１２】請求項１に係る発明は分布反射光導波路で
あり、半導体コア層の上下に前記半導体コア層よりも屈
折率の小さな半導体クラッド層を積層した半導体光導波
路と、ポリマーコア層の上下に前記ポリマーコア層より
も屈折率の小さなポリマークラッド層を積層したポリマ
ー光導波路とが、光軸方向に、交互に縦列に接続された
ことを特徴とする。請求項２に係る発明は、請求項１に
係る発明において、光軸方向に隣り合う１対の前記半導
体光導波路と前記ポリマー光導波路が、これら半導体光
導波路とポリマー光導波路の光学的光路長の和が温度変
化に対して一定となるのに必要な導波路長を有すること
を特徴とする。
あり、半導体コア層の上下に前記半導体コア層よりも屈
折率の小さな半導体クラッド層を積層した半導体光導波
路と、ポリマーコア層の上下に前記ポリマーコア層より
も屈折率の小さなポリマークラッド層を積層したポリマ
ー光導波路とが、光軸方向に、交互に縦列に接続された
ことを特徴とする。請求項２に係る発明は、請求項１に
係る発明において、光軸方向に隣り合う１対の前記半導
体光導波路と前記ポリマー光導波路が、これら半導体光
導波路とポリマー光導波路の光学的光路長の和が温度変
化に対して一定となるのに必要な導波路長を有すること
を特徴とする。
【００１３】請求項３に係る発明は、請求項１に係る発
明において、Ｔを温度、ｍs とｍp を正の奇数としたと
き、分布反射光導波路に通される光の波長λと、前記半
導体光導波路の等価屈折率ｎeff,s と、前記ポリマー光
導波路の等価屈折率ｎeff,p を用いて、光軸方向に隣り
合う１対の前記半導体光導波路と前記ポリマー光導波路
との光学的光路長の和Λが下式（１）で与えられる値に
設定され、且つ、前記正の奇数ｍs とｍp は、ｍs ≧ｍ
p のときは下式（２）を満たし、ｍs ＜ｍp のときは下
式（３）を満たすことを特徴とする。
明において、Ｔを温度、ｍs とｍp を正の奇数としたと
き、分布反射光導波路に通される光の波長λと、前記半
導体光導波路の等価屈折率ｎeff,s と、前記ポリマー光
導波路の等価屈折率ｎeff,p を用いて、光軸方向に隣り
合う１対の前記半導体光導波路と前記ポリマー光導波路
との光学的光路長の和Λが下式（１）で与えられる値に
設定され、且つ、前記正の奇数ｍs とｍp は、ｍs ≧ｍ
p のときは下式（２）を満たし、ｍs ＜ｍp のときは下
式（３）を満たすことを特徴とする。
【００１４】 Λ ＝（λ／（４ｎeff,s ））・ｍs ＋（λ／（４ｎeff,p ））・ｍp …式（１） ｍs ／ｍp ＝−（ｎeff,s ／ｎeff,p ）2 ・（∂ｎeff,p ／∂Ｔ）／（∂ｎeff,s ／∂Ｔ） ＝正の奇数 …式（２） ｍp ／ｍs ＝−（ｎeff,p ／ｎeff,s ）2 ・（∂ｎeff,s ／∂Ｔ）／（∂ｎeff,p ／∂Ｔ） ＝正の奇数 …式（３）
【００１５】請求項４に係る発明は光素子であり、請求
項１又は２又は３いずれかに係る発明の分布反射光導波
路を少なくとも含むことを特徴とする。
項１又は２又は３いずれかに係る発明の分布反射光導波
路を少なくとも含むことを特徴とする。
【００１６】請求項５に係る発明はレーザ素子であり、
請求項１に記載の分布反射光導波路を活性領域の内側ま
たは外側に含むことを特徴とする。請求項６に係る発明
は、請求項５に係る発明において、Ｔを温度、ｍs とｍ
p を正の奇数としたとき、発振波長λと、前記半導体光
導波路の等価屈折率ｎeff,s と、前記ポリマー光導波路
の等価屈折率ｎeff,p を用いて、光軸方向に隣り合う１
対の前記半導体光導波路と前記ポリマー光導波路との光
学的光路長の和Λが前記式（１）で与えられる値に設定
され、且つ、前記正の奇数ｍs とｍp は、ｍs ≧ｍp の
ときは前記式（２）を満たし、ｍs ＜ｍp のときは前記
式（３）を満たすことを特徴とする。
請求項１に記載の分布反射光導波路を活性領域の内側ま
たは外側に含むことを特徴とする。請求項６に係る発明
は、請求項５に係る発明において、Ｔを温度、ｍs とｍ
p を正の奇数としたとき、発振波長λと、前記半導体光
導波路の等価屈折率ｎeff,s と、前記ポリマー光導波路
の等価屈折率ｎeff,p を用いて、光軸方向に隣り合う１
対の前記半導体光導波路と前記ポリマー光導波路との光
学的光路長の和Λが前記式（１）で与えられる値に設定
され、且つ、前記正の奇数ｍs とｍp は、ｍs ≧ｍp の
ときは前記式（２）を満たし、ｍs ＜ｍp のときは前記
式（３）を満たすことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、図１〜図４を参照して、本
発明の実施形態例を説明する。
発明の実施形態例を説明する。
【００１８】図１に、本発明の実施形態例に係る分布反
射光導波路（光素子）の断面構造を模式的に示す。
射光導波路（光素子）の断面構造を模式的に示す。
【００１９】図１において、１は半導体基板であり、
２、３及び４はそれぞれ半導体材料で作製された下部ク
ラッド層、コア層及び上部クラッド層であり、半導体下
部クラッド層２と半導体上部クラッド層４は半導体コア
層３よりも屈折率が小さい。これら半導体下部クラッド
層２、半導体コア層３及び半導体上部クラッド層４が半
導体基板１上に順次積層され、半導体コア層３が半導体
下部クラッド層２と半導体上部クラッド層４で挟まれて
いる。かくして、半導体コア層３の上下に半導体コア層
３よりも屈折率の小さな半導体下部クラッド層２と半導
体上部クラッド層４を積層してなる半導体光導波路８
が、半導体基板１上に、光軸方向に間を置いて複数形成
されている。
２、３及び４はそれぞれ半導体材料で作製された下部ク
ラッド層、コア層及び上部クラッド層であり、半導体下
部クラッド層２と半導体上部クラッド層４は半導体コア
層３よりも屈折率が小さい。これら半導体下部クラッド
層２、半導体コア層３及び半導体上部クラッド層４が半
導体基板１上に順次積層され、半導体コア層３が半導体
下部クラッド層２と半導体上部クラッド層４で挟まれて
いる。かくして、半導体コア層３の上下に半導体コア層
３よりも屈折率の小さな半導体下部クラッド層２と半導
体上部クラッド層４を積層してなる半導体光導波路８
が、半導体基板１上に、光軸方向に間を置いて複数形成
されている。
【００２０】一方、図１中で、５、６及び７はそれぞれ
ポリマー材料で作製された下部クラッド層、コア層及び
上部クラッド層であり、ポリマー下部クラッド層５とポ
リマー上部クラッド層７はポリマーコア層５よりも屈折
率が小さい。これらポリマー下部クラッド層５、ポリマ
ーコア層６及びポリマー上部クラッド層７が、半導体光
導波路８間にて、半導体基板１上に順次積層され、ポリ
マーコア層６がポリマー下部クラッド層５とポリマー上
部クラッド層７で挟まれている。かくして、半導体光導
波路８間に、ポリマーコア層６の上下にポリマーコア層
６よりも屈折率の小さなポリマー下部クラッド層５とポ
リマー上部クラッド層７を積層てなるポリマー光導波路
９が形成されている。
ポリマー材料で作製された下部クラッド層、コア層及び
上部クラッド層であり、ポリマー下部クラッド層５とポ
リマー上部クラッド層７はポリマーコア層５よりも屈折
率が小さい。これらポリマー下部クラッド層５、ポリマ
ーコア層６及びポリマー上部クラッド層７が、半導体光
導波路８間にて、半導体基板１上に順次積層され、ポリ
マーコア層６がポリマー下部クラッド層５とポリマー上
部クラッド層７で挟まれている。かくして、半導体光導
波路８間に、ポリマーコア層６の上下にポリマーコア層
６よりも屈折率の小さなポリマー下部クラッド層５とポ
リマー上部クラッド層７を積層てなるポリマー光導波路
９が形成されている。
【００２１】このように半導体光導波路８とポリマー光
導波路９を光軸方向に交互に繰り返して半導体基板１上
に形成することにより、半導体光導波路８とポリマー光
導波路９が光軸方向に交互に縦列に接続された分布反射
光導波路構造が形成されている。ここで、半導体材料よ
りポリマー材料の方が屈折率が小さいものを使用してい
る。
導波路９を光軸方向に交互に繰り返して半導体基板１上
に形成することにより、半導体光導波路８とポリマー光
導波路９が光軸方向に交互に縦列に接続された分布反射
光導波路構造が形成されている。ここで、半導体材料よ
りポリマー材料の方が屈折率が小さいものを使用してい
る。
【００２２】図１に示した分布反射光導波路では、一般
に、半導体光導波路８の屈折率の温度係数は正であり、
ポリマー光導波路９の屈折率の温度係数は負であるか
ら、半導体光導波路８を構成する半導体材料及びポリマ
ー光導波路９を構成するポリマー材料を選択し、且つ、
半導体光導波路８及びポリマー光導波路９の各導波路長
を選択することにより、分布反射光導波路全体としての
屈折率の温度依存性を自在に設定することができ、従っ
て、分布反射光導波路の通過光波長の温度依存性を自在
に設定することができる。
に、半導体光導波路８の屈折率の温度係数は正であり、
ポリマー光導波路９の屈折率の温度係数は負であるか
ら、半導体光導波路８を構成する半導体材料及びポリマ
ー光導波路９を構成するポリマー材料を選択し、且つ、
半導体光導波路８及びポリマー光導波路９の各導波路長
を選択することにより、分布反射光導波路全体としての
屈折率の温度依存性を自在に設定することができ、従っ
て、分布反射光導波路の通過光波長の温度依存性を自在
に設定することができる。
【００２３】特に、半導体光導波路８の屈折率の温度係
数（正）とポリマー光導波路９の屈折率の温度係数
（負）が相殺される材料及び導波路長を選択することに
より、分布反射光導波路構造の１周期の光学的光路長が
一定となり、温度依存性を有しなくなる。言い換えれ
ば、光軸方向に隣り合う１対の半導体光導波路８とポリ
マー光導波路９に、半導体光導波路８とポリマー光導波
路９との光学的光路長の和が温度変化に対して一定とな
るのに必要な導波路長Λｓ、Λｐを持たせることによ
り、温度依存性がなくなる。
数（正）とポリマー光導波路９の屈折率の温度係数
（負）が相殺される材料及び導波路長を選択することに
より、分布反射光導波路構造の１周期の光学的光路長が
一定となり、温度依存性を有しなくなる。言い換えれ
ば、光軸方向に隣り合う１対の半導体光導波路８とポリ
マー光導波路９に、半導体光導波路８とポリマー光導波
路９との光学的光路長の和が温度変化に対して一定とな
るのに必要な導波路長Λｓ、Λｐを持たせることによ
り、温度依存性がなくなる。
【００２４】更に、具体的に言えば、正の奇数ｍs とｍ
p を導入したとき、分布反射光導波路の１周期、即ち、
光軸方向に隣り合う１対の半導体光導波路８とポリマー
光導波路９との光学的光路長の和Λを前述の式（１）で
与えられる値に設定することにより、分布反射光導波路
に通される波長λの光に対し、温度依存性を有しなくな
る。但し、正の奇数ｍs とｍp は、それの大小関係に応
じて、ｍs ≧ｍp のときは前述の式（２）を満たし、ｍ
s ＜ｍp のときは前述の式（３）を満たすものとする。
p を導入したとき、分布反射光導波路の１周期、即ち、
光軸方向に隣り合う１対の半導体光導波路８とポリマー
光導波路９との光学的光路長の和Λを前述の式（１）で
与えられる値に設定することにより、分布反射光導波路
に通される波長λの光に対し、温度依存性を有しなくな
る。但し、正の奇数ｍs とｍp は、それの大小関係に応
じて、ｍs ≧ｍp のときは前述の式（２）を満たし、ｍ
s ＜ｍp のときは前述の式（３）を満たすものとする。
【００２５】式（１）において、λ／（４ｎeff,s ）は
等価屈折率ｎeff,s の半導体光導波路８内を光が伝搬す
る時の１／４波長であり、λ／（４ｎeff,p ）は等価屈
折率ｎeff,p のポリマー光導波路９内を光が伝搬する時
の１／４波長であり、ｍs とｍp が正の奇数であること
から、式（１）で与えられる光路長の和Λはλ／２の整
数倍となり、フィルタ機能を効果的に発揮する。
等価屈折率ｎeff,s の半導体光導波路８内を光が伝搬す
る時の１／４波長であり、λ／（４ｎeff,p ）は等価屈
折率ｎeff,p のポリマー光導波路９内を光が伝搬する時
の１／４波長であり、ｍs とｍp が正の奇数であること
から、式（１）で与えられる光路長の和Λはλ／２の整
数倍となり、フィルタ機能を効果的に発揮する。
【００２６】式（２）又は式（３）は、式（１）を温度
Ｔで偏微分して得られる微分関数を０とする条件（∂Λ
／∂Ｔ＝０）であり、これを満たすことにより、温度依
存性がなくなる。
Ｔで偏微分して得られる微分関数を０とする条件（∂Λ
／∂Ｔ＝０）であり、これを満たすことにより、温度依
存性がなくなる。
【００２７】上述したような構造の分布反射光導波路
は、単体で光フィルタ素子として使用されたり、適宜な
光素子に組み込んで使用される。その際、分布反射光導
波路全体としての屈折率の温度依存性を自在に設定する
ことができるから、温度依存性を全くなくしたり、所望
の温度係数のものに設定することができる。
は、単体で光フィルタ素子として使用されたり、適宜な
光素子に組み込んで使用される。その際、分布反射光導
波路全体としての屈折率の温度依存性を自在に設定する
ことができるから、温度依存性を全くなくしたり、所望
の温度係数のものに設定することができる。
【００２８】次に、本発明の実施形態例に係る分布反射
光導波路を含む光素子として、分布帰還型レーザ及び分
布反射型レーザを説明する。
光導波路を含む光素子として、分布帰還型レーザ及び分
布反射型レーザを説明する。
【００２９】本実施形態例の分布帰還型レーザは、周期
構造として、半導体光導波路とポリマー光導波路が光軸
方向に交互に縦列に接続された分布反射光導波路を活性
領域の内側に含ませたレーザ素子である。
構造として、半導体光導波路とポリマー光導波路が光軸
方向に交互に縦列に接続された分布反射光導波路を活性
領域の内側に含ませたレーザ素子である。
【００３０】一方、本実施形態例の分布反射型レーザ
は、周期構造として、半導体光導波路とポリマー光導波
路が光軸方向に交互に縦列に接続された分布反射光導波
路を活性領域の外側に含ませたレーザ素子である。
は、周期構造として、半導体光導波路とポリマー光導波
路が光軸方向に交互に縦列に接続された分布反射光導波
路を活性領域の外側に含ませたレーザ素子である。
【００３１】図２〜図３を参照して、分布帰還型レーザ
の作製例を説明する。
の作製例を説明する。
【００３２】まず、図２（ａ）に示すような活性層１２
をコア層として有する半導体光導波路２１を作製する。
例えば、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に、有機金属化学気相成
長法により、ｎ型ＩｎＰよりなる下部クラッド層１１、
ＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長：１．５μｍ）よ
りなる活性層（コア層）１２、ｎ型ＩｎＰよりなる上部
クラッド層１３を順次形成する。ここで、ｎ型ＩｎＰ下
部クラッド層１１とｎ型ＩｎＰ上部クラッド層１３の屈
折率は、ＩｎＧａＡｓＰ活性層（コア層）１２の屈折率
よりも小さい。次に、炭化水素系ドライエッチングとエ
ピタキシャル成長を用いて、半絶縁（ＳＩ）ＩｎＰ層１
４によりｎ−ＩｎＰ下部クラッド層１１、ＩｎＧａＡｓ
Ｐ活性層１２及びｎ−ＩｎＰ上部クラッド層１３の周り
を埋め込み、ダブルヘテロ埋め込みレーザ構造を形成し
た。
をコア層として有する半導体光導波路２１を作製する。
例えば、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に、有機金属化学気相成
長法により、ｎ型ＩｎＰよりなる下部クラッド層１１、
ＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長：１．５μｍ）よ
りなる活性層（コア層）１２、ｎ型ＩｎＰよりなる上部
クラッド層１３を順次形成する。ここで、ｎ型ＩｎＰ下
部クラッド層１１とｎ型ＩｎＰ上部クラッド層１３の屈
折率は、ＩｎＧａＡｓＰ活性層（コア層）１２の屈折率
よりも小さい。次に、炭化水素系ドライエッチングとエ
ピタキシャル成長を用いて、半絶縁（ＳＩ）ＩｎＰ層１
４によりｎ−ＩｎＰ下部クラッド層１１、ＩｎＧａＡｓ
Ｐ活性層１２及びｎ−ＩｎＰ上部クラッド層１３の周り
を埋め込み、ダブルヘテロ埋め込みレーザ構造を形成し
た。
【００３３】次に、図２（ｂ）に示すように、半導体光
導波路２１に対するエッチングマスク１５をその表面に
形成する。例えば、０．２μｍ厚さのＳｉＯ2 膜を半導
体光導波路２１の表面に堆積し、その上にフォトリソグ
ラフィ法を用いて長さ２０μｍ、幅１０μｍ、繰り返し
周期４０μｍのライン・スペースのレジストパターンを
形成し、このパターンを一旦ＣＦ4 ガスによる反応性イ
オンエッチングによりＳｉＯ2 膜に転写することによ
り、エッチングマスクとしてＳｉＯ2 マスク１５を形成
した。
導波路２１に対するエッチングマスク１５をその表面に
形成する。例えば、０．２μｍ厚さのＳｉＯ2 膜を半導
体光導波路２１の表面に堆積し、その上にフォトリソグ
ラフィ法を用いて長さ２０μｍ、幅１０μｍ、繰り返し
周期４０μｍのライン・スペースのレジストパターンを
形成し、このパターンを一旦ＣＦ4 ガスによる反応性イ
オンエッチングによりＳｉＯ2 膜に転写することによ
り、エッチングマスクとしてＳｉＯ2 マスク１５を形成
した。
【００３４】次に、図２（ｃ）に示すように、ＳｉＯ2
マスク１５を用いて、臭素と窒素の混合ガスを用いた反
応性ビームエッチングにより、半導体光導波路２１に周
期的に溝構造１６を形成する。
マスク１５を用いて、臭素と窒素の混合ガスを用いた反
応性ビームエッチングにより、半導体光導波路２１に周
期的に溝構造１６を形成する。
【００３５】つまり、溝構造１６により、半導体光導波
路２１を幅１０μｍの多数の光半導体光導波路８に４０
μｍ周期で光軸方向に分断した。各半導体光導波路８の
コア層は活性層１２である。
路２１を幅１０μｍの多数の光半導体光導波路８に４０
μｍ周期で光軸方向に分断した。各半導体光導波路８の
コア層は活性層１２である。
【００３６】次に、図３（ａ）に示すように、各溝構造
１６内に幅３０μｍのポリマー光導波路９を形成する。
具体的には、スピンコート法とフォトリソグラフィ法と
酸素ドライエッチングを用いて、各溝構造１６内に、積
層方向（上下方向）に屈折率が異なるポリマー材料を積
層し、ポリマー光導波路構造を形成した。
１６内に幅３０μｍのポリマー光導波路９を形成する。
具体的には、スピンコート法とフォトリソグラフィ法と
酸素ドライエッチングを用いて、各溝構造１６内に、積
層方向（上下方向）に屈折率が異なるポリマー材料を積
層し、ポリマー光導波路構造を形成した。
【００３７】但し、ポリマーコア層１７は活性層であ
り、その厚さは１．０μｍとした。図３中、１８はポリ
マークラッド層であり、ポリマーコア層１７よりも屈折
率が小さく、当該ポリマーコア層１７の上下を挟んでい
る。
り、その厚さは１．０μｍとした。図３中、１８はポリ
マークラッド層であり、ポリマーコア層１７よりも屈折
率が小さく、当該ポリマーコア層１７の上下を挟んでい
る。
【００３８】次に、各半導体光導波路８上のＳｉＯ2 マ
スク１５を除去した。これにより、コア層が活性層であ
る半導体光導波路８と、コア層が活性層であるポリマー
光導波路９が光軸方向に交互に縦列に接続された分布反
射光導波路構造が形成され、その結果、活性領域の内側
に周期構造が形成される。
スク１５を除去した。これにより、コア層が活性層であ
る半導体光導波路８と、コア層が活性層であるポリマー
光導波路９が光軸方向に交互に縦列に接続された分布反
射光導波路構造が形成され、その結果、活性領域の内側
に周期構造が形成される。
【００３９】次に、図３（ｂ）に示すように、分布反射
光導波路の上下にｐ型とｎ型の金電極１９、２０を形成
し、更に、劈開法を用いて適宜な長さの素子を切り出
し、分布帰還型レーザ素子とした。
光導波路の上下にｐ型とｎ型の金電極１９、２０を形成
し、更に、劈開法を用いて適宜な長さの素子を切り出
し、分布帰還型レーザ素子とした。
【００４０】ここで、半導体光導波路８を構成する半導
体材料及びポリマー光導波路９を構成するポリマー材料
を選択し、且つ、半導体光導波路８及びポリマー光導波
路９の各導波路長を選択し、分布反射光導波路の１周
期、即ち、光軸方向に隣り合う１対の半導体光導波路８
とポリマー光導波路９との光学的光路長の和Λを前述の
式（１）で与えられる値に設定した。但し、式（１）中
のλは発振波長とし、正の奇数ｍs とｍp は、それの大
小関係に応じて、ｍs ≧ｍp のときは前述の式（２）を
満たし、ｍs ＜ｍp のときは前述の式（３）を満たすも
のとする。
体材料及びポリマー光導波路９を構成するポリマー材料
を選択し、且つ、半導体光導波路８及びポリマー光導波
路９の各導波路長を選択し、分布反射光導波路の１周
期、即ち、光軸方向に隣り合う１対の半導体光導波路８
とポリマー光導波路９との光学的光路長の和Λを前述の
式（１）で与えられる値に設定した。但し、式（１）中
のλは発振波長とし、正の奇数ｍs とｍp は、それの大
小関係に応じて、ｍs ≧ｍp のときは前述の式（２）を
満たし、ｍs ＜ｍp のときは前述の式（３）を満たすも
のとする。
【００４１】このようにして作製したレーザ素子は閾値
６ｍＡで発振し、図４に示すように温度範囲１０〜８０
°Ｃにおいて、一定の波長で発振していることが判る。
６ｍＡで発振し、図４に示すように温度範囲１０〜８０
°Ｃにおいて、一定の波長で発振していることが判る。
【００４２】これは、半導体とポリマーの屈折率の温度
係数の符号（正負）が異なるので、それぞれの温度依存
性が相殺されて、分布反射光導波構造の１周期の光学長
が温度にかかわらず一定となるため、発振波長が温度に
依存しなくなったためである。
係数の符号（正負）が異なるので、それぞれの温度依存
性が相殺されて、分布反射光導波構造の１周期の光学長
が温度にかかわらず一定となるため、発振波長が温度に
依存しなくなったためである。
【００４３】即ち、前述したと同様、式（１）におい
て、λ／（４ｎeff,s ）は等価屈折率ｎeff,s の半導体
光導波路８内を光が伝搬する時の１／４波長であり、λ
／（４ｎeff,p ）は等価屈折率ｎeff,p のポリマー光導
波路９内を光が伝搬する時の１／４波長であり、ｍs と
ｍp が正の奇数であることから、式（１）で与えられる
光路長の和Λは発振波長λの１／２の整数倍となる。式
（２）又は式（３）は、式（１）を温度Ｔで偏微分して
得られる微分関数を０とする条件（∂Λ／∂Ｔ＝０）で
あり、この条件を満たすことにより、発振波長に温度依
存性がなくなる。
て、λ／（４ｎeff,s ）は等価屈折率ｎeff,s の半導体
光導波路８内を光が伝搬する時の１／４波長であり、λ
／（４ｎeff,p ）は等価屈折率ｎeff,p のポリマー光導
波路９内を光が伝搬する時の１／４波長であり、ｍs と
ｍp が正の奇数であることから、式（１）で与えられる
光路長の和Λは発振波長λの１／２の整数倍となる。式
（２）又は式（３）は、式（１）を温度Ｔで偏微分して
得られる微分関数を０とする条件（∂Λ／∂Ｔ＝０）で
あり、この条件を満たすことにより、発振波長に温度依
存性がなくなる。
【００４４】なお、本実施形態例においては、発振波長
が温度に依存しなくなるように、半導体光導波路８の導
波路長とポリマー光導波路９の導波路長を選択したが、
発振波長の温度依存性を有するようにしても良く、これ
らの導波路長または材料を選択することで、温度に対す
る発振波長の依存性の傾きを正値でも負値でも自在に選
択でき、かつ、その絶対値も広範囲に選択できることは
明らかである。
が温度に依存しなくなるように、半導体光導波路８の導
波路長とポリマー光導波路９の導波路長を選択したが、
発振波長の温度依存性を有するようにしても良く、これ
らの導波路長または材料を選択することで、温度に対す
る発振波長の依存性の傾きを正値でも負値でも自在に選
択でき、かつ、その絶対値も広範囲に選択できることは
明らかである。
【００４５】また、本実施形態例ではＩｎＰを基板とす
るレーザについて述べたが、原理的にいって、ＧａＡｓ
など他の半導体材料を基板に用いても本発明が適用可能
なことは明らかである。
るレーザについて述べたが、原理的にいって、ＧａＡｓ
など他の半導体材料を基板に用いても本発明が適用可能
なことは明らかである。
【００４６】更に、本実施形態例では分布帰還型レーザ
について述べたが、図示はしないが、半導体光導波路８
とポリマー光導波路９とを光軸方向に交互に縦列に接続
してなる分布反射光導波路を、活性領域の外側に形成す
ることにより、分布反射型レーザを構成することができ
る。
について述べたが、図示はしないが、半導体光導波路８
とポリマー光導波路９とを光軸方向に交互に縦列に接続
してなる分布反射光導波路を、活性領域の外側に形成す
ることにより、分布反射型レーザを構成することができ
る。
【００４７】この分布反射型レーザにおいても、半導体
光導波路８及びポリマー光導波路９の光学的光路長の和
Λを前記式（１）で与えられる値に選択し、且つ、半導
体光導波路８及びポリマー光導波路９の材料を前記式
（２）又は式（３）を満たすように選択することによ
り、発振波長λの温度依存性がなくなる。あるいは、発
振波長λが所望の温度依存性を有するように、半導体光
導波路８及びポリマー光導波路９の材料、導波路長を選
択しても良い。
光導波路８及びポリマー光導波路９の光学的光路長の和
Λを前記式（１）で与えられる値に選択し、且つ、半導
体光導波路８及びポリマー光導波路９の材料を前記式
（２）又は式（３）を満たすように選択することによ
り、発振波長λの温度依存性がなくなる。あるいは、発
振波長λが所望の温度依存性を有するように、半導体光
導波路８及びポリマー光導波路９の材料、導波路長を選
択しても良い。
【００４８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
分布反射光導波路が半導体光導波路とポリマー光導波路
とが光軸方向に交互に縦列に接続された構造であるか
ら、半導体光導波路の屈折率の温度係数（一般には正）
とポリマー光導波路の屈折率の温度係数（一般には負）
が相殺される材料及び導波路長を選択することで、分布
反射光導波路構造の１周期の光学長が一定となるため、
温度依存性がなくなる。特に、分布帰還型レーザや分布
反射型レーザの場合は、温度に対する発振波長の依存性
を有さないものを得ることができる。
分布反射光導波路が半導体光導波路とポリマー光導波路
とが光軸方向に交互に縦列に接続された構造であるか
ら、半導体光導波路の屈折率の温度係数（一般には正）
とポリマー光導波路の屈折率の温度係数（一般には負）
が相殺される材料及び導波路長を選択することで、分布
反射光導波路構造の１周期の光学長が一定となるため、
温度依存性がなくなる。特に、分布帰還型レーザや分布
反射型レーザの場合は、温度に対する発振波長の依存性
を有さないものを得ることができる。
【００４９】また、半導体光導波路とポリマー光導波路
の材料及び導波路長を適当に選択することにより、温度
に対する発振波長や通過波長の依存性の傾きを正値でも
負値でも自在に選定することができ、且つ、その絶対値
も広範囲に選定することができる。
の材料及び導波路長を適当に選択することにより、温度
に対する発振波長や通過波長の依存性の傾きを正値でも
負値でも自在に選定することができ、且つ、その絶対値
も広範囲に選定することができる。
【図１】本発明の実施形態例に係る分布反射光導波路の
構造を模式的に示す図。
構造を模式的に示す図。
【図２】本発明の実施形態例に係る分布帰還型レーザの
製造手順を示す図。
製造手順を示す図。
【図３】図２に続いて、本発明の実施形態例に係る分布
帰還型レーザの製造手順を示す図。
帰還型レーザの製造手順を示す図。
【図４】本発明の実施形態例に係る分布帰還型レーザの
発振波長の温度依存性の測定結果を示す図。
発振波長の温度依存性の測定結果を示す図。
【図５】従来技術として、半導体光導波路のみの分布反
射光導波路の構造を模式的に示す。
射光導波路の構造を模式的に示す。
１ 基板 ２ 半導体光導波路の下部クラッド層 ３ 半導体光導波路のコア層 ４ 半導体光導波路の上部クラッド層 ５ ポリマー光導波路の下部クラッド層 ６ ポリマー光導波路のコア層 ７ ポリマー光導波路の上部クラッド層 ８ 半導体光導波路 ９ ポリマー光導波路 １０ ｎ−ＩＰ基板 １１ ｎ−ＩＰ下部クラッド層 １２ ＩｎＧａＡｓＰ活性層（コア層） １３ ｐ−ＩＰ上部クラッド層 １４ ＳＩ−ＩｎＰ層 １５ ＳｉＯ2 マスク １６ 溝 １７ ポリマーコア層 １８ ポリマークラッド層 １９ ｎ電極 ２０ ｐ電極 ２１ 半導体光導波路 ３０ 基板 ３１ 下部クラッド層 ３２ コア層 ３３ 上部クラッド層 ３４ ペルチェ素子
フロントページの続き (72)発明者 疋田 真 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 都丸 暁 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 2H047 KA04 LA02 MA07 PA02 PA05 PA24 PA28 QA02 QA05 RA08 TA11 TA47 5F073 AA22 AA64 CA12 EA29
Claims (6)
- 【請求項１】 半導体コア層の上下に前記半導体コア層
よりも屈折率の小さな半導体クラッド層を積層した半導
体光導波路と、ポリマーコア層の上下に前記ポリマーコ
ア層よりも屈折率の小さなポリマークラッド層を積層し
たポリマー光導波路とが、光軸方向に、交互に縦列に接
続されたことを特徴とする分布反射光導波路。 - 【請求項２】 請求項１に記載の分布反射光導波路にお
いて、 光軸方向に隣り合う１対の前記半導体光導波路と前記ポ
リマー光導波路が、これら半導体光導波路とポリマー光
導波路の光学的光路長の和が温度変化に対して一定とな
るのに必要な導波路長を有することを特徴とする分布反
射光導波路。 - 【請求項３】 請求項１に記載の分布反射光導波路にお
いて、 Ｔを温度、ｍs とｍp を正の奇数としたとき、分布反射
光導波路に通される光の波長λと、前記半導体光導波路
の等価屈折率ｎeff,s と、前記ポリマー光導波路の等価
屈折率ｎeff,p を用いて、光軸方向に隣り合う１対の前
記半導体光導波路と前記ポリマー光導波路との光学的光
路長の和ΛがΛ＝（λ／（４ｎeff,s ））・ｍs ＋（λ
／（４ｎeff,p ））・ｍp なる式で与えられる値に設定
され、且つ、前記正の奇数ｍs とｍp は、ｍs ≧ｍp の
ときはｍs ／ｍp ＝−（ｎeff,s ／ｎeff,p ）2 ・（∂
ｎeff,p ／∂Ｔ）／（∂ｎeff,s ／∂Ｔ）＝正の奇数な
る条件を満たし、ｍs ＜ｍp のときはｍp ／ｍs ＝−
（ｎeff,p ／ｎeff,s ）2 ・（∂ｎeff,s ／∂Ｔ）／
（∂ｎeff,p ／∂Ｔ）＝正の奇数なる条件を満たすこと
を特徴とする分布反射光導波路。 - 【請求項４】 請求項１又は２又は３いずれかに記載の
分布反射光導波路を少なくとも含むことを特徴とする光
素子。 - 【請求項５】 請求項１に記載の分布反射光導波路を活
性領域の内側または外側に含むことを特徴とするレーザ
素子。 - 【請求項６】 請求項５に記載のレーザ素子において、
Ｔを温度、ｍs とｍ p を正の奇数としたとき、発振波長
λと、前記半導体光導波路の等価屈折率ｎef f,s と、前
記ポリマー光導波路の等価屈折率ｎeff,p を用いて、光
軸方向に隣り合う１対の前記半導体光導波路と前記ポリ
マー光導波路との光学的光路長の和ΛがΛ＝（λ／（４
ｎeff,s ））・ｍs ＋（λ／（４ｎeff,p ））・ｍp な
る式で与えられる値に設定され、且つ、前記正の奇数ｍ
s とｍp は、ｍs ≧ｍp のときはｍs ／ｍp ＝−（ｎ
eff,s ／ｎeff,p ）2 ・（∂ｎeff,p ／∂Ｔ）／（∂ｎ
ef f,s ／∂Ｔ）＝正の奇数なる条件を満たし、ｍs ＜ｍ
p のときはｍp ／ｍs ＝−（ｎeff,p ／ｎeff,s ）2 ・
（∂ｎeff,s ／∂Ｔ）／（∂ｎeff,p ／∂Ｔ）＝正の奇
数なる条件を満たすことを特徴とするレーザ素子。
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|---|---|---|---|---|
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| WO2004088802A1 (ja) * | 2003-03-31 | 2004-10-14 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | 光半導体素子および光半導体集積回路 |
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| JP2007522484A (ja) * | 2003-11-14 | 2007-08-09 | ベイアー，エリック | 多層ポリマー屈折率分布型（ｇｒｉｎ）レンズ |
| CN100377455C (zh) * | 2003-03-31 | 2008-03-26 | 日本电信电话株式会社 | 光半导体元件和光半导体集成电路 |
-
2000
- 2000-06-30 JP JP2000197715A patent/JP3485260B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| KR101196081B1 (ko) | 2003-11-14 | 2012-11-01 | 에릭 바에르 | 다층 중합체 굴절률 분포형 렌즈 |
| WO2007003842A2 (fr) * | 2005-06-30 | 2007-01-11 | France Telecom | Source optique laser et procede de realisation |
| WO2007003842A3 (fr) * | 2005-06-30 | 2007-11-08 | France Telecom | Source optique laser et procede de realisation |
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