JP2015103620A - 波長可変レーザ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、キャリアの発生によるスペクトル線幅特性の劣化を生じさせずに狭線幅のスペクトルを得ることができる波長可変レーザを提供する。
【解決手段】本発明は、半導体基板内に光導波路が埋め込まれた波長可変レーザであって、前記光導波路のコア層を導波する光に対する屈折率を変化させる１又は複数の屈折率変化領域を含み、前記屈折率変化領域は、前記半導体基板上に、前記コア層に温度変化を与えるヒータと、前記コア層に印加される電位を制御するための電位制御電極と、が前記コア層の長手方向に沿って並行に配置されており、前記電位制御電極が前記コア層に印加する電位は、前記コア層に発生したキャリアによる起電力よりも低いことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、光ファイバ通信用光源および光計測用光源として用いられる波長可変半導体レーザに関し、特に光通信における光波長（周波数）多重システム用光源、および広帯域波長帯をカバーする光計測用光源に関する。

光ファイバ通信における波長多重通信方式では、規格で定められた間隔で異なる複数の周波数（波長）のレーザ光を１つの光ファイバで伝送する。そのための光源としては、光ファイバ通信で使用されるどのチャネルでも出力可能な波長可変レーザが使用されている。また、コヒーレント通信では、レーザ光のスペクトル線幅が狭いことが必要である。従って、広帯域かつ狭線幅の波長可変レーザが望まれる。

通信用のレーザでは、単一モードレーザと呼ばれる１つの波長で発振するレーザが用いられており、単一モードを得るためには、例えば導波路に周期的に凹凸を設けた回折格子が用いられている。回折格子が形成された半導体光導波路は、回折格子周期Λと光導波路の等価屈折率ｎにより決まるブラッグ波長λ_Bで選択的に反射する分布反射器（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）となる。λ_B、Λ、ｎの関係式は、以下のように示される。
λ_B＝２ｎΛ （式１）

また、分布反射器に利得を持たせて作成したレーザのことを分布帰還型（ＤＦＢ：Distributed Feedback）レーザと呼ぶ。

（式１）から、分布反射器の等価屈折率ｎを変化させることによりブラッグ波長を変化させることができることがわかる。すなわち、分布反射器は、選択的に反射する波長を変化させることができ、分布反射器を用いた共振器を構成すれば、等価屈折率の変化により発振波長を変化させることのできる波長可変レーザを構成することが可能となる。回折格子を利用した波長可変レーザとしては、均一な回折格子のＤＢＲを用いたＤＢＲレーザや、ＳＧ（Sampled Grating）−ＤＢＲレーザ、ＳＳＧ（Super Structure Grating)−ＤＢＲレーザなどが知られている。ＳＳＧ−ＤＢＲレーザは、ＤＢＲ部が複数の反射ピークを持つことができ、バーニア効果により広い波長可変幅が得られ、通信波長帯域をカバーすることが可能である。

非特許文献１に示されるように、半導体の等価屈折率ｎを変化させるためには、主に２つの方法が知られている。１つ目は、キャリアによる効果（プラズマ吸収、バンドフィリングなど）を用いる方法であり、分布反射器に電流を注入することにより屈折率を変化させる。キャリア効果は比較的短時間に生じるため、高速に波長を切り替える際などに用いられる。

２つ目は、温度変化を用いる方法であり、ペルチェ素子により半導体レーザ素子全体の温度を制御したり、小型ヒータを集積して局所的に加熱したりすることにより屈折率を変化させる。キャリア効果に比べると温度変化は遅いことが問題だが、損失の変化が少ないことや、キャリア密度の揺らぎによる屈折率揺らぎがないため、スペクトル線幅が狭いレーザを得ることができるなどの利点がある。

図１は、非特許文献１に示される従来のＳＳＧ−ＤＢＲレーザの構造を示す。図１には、前部ＤＢＲ領域１１０と、利得領域１２０と、位相調整領域１３０と、後部ＤＢＲ領域１４０とから構成された共振器を有する従来のＳＳＧ−ＤＢＲレーザ１００が示されている。

図１に示されるように、下部電極１０１上には、下部クラッド層１０２が積層され、下部クラッド層１０２には、前部ＤＢＲ層１１１と、活性層１２１と、位相調整層１３１と、後部ＤＢＲ層１４１とを介して上部クラッド層１０３が積層され、上部クラッド層１０３上には、前部ＤＢＲ領域１１０及び後部ＤＢＲ領域１４０にそれぞれ電流を注入するための２つのＤＢＲ電極１０４と、利得電極１２２と、位相調整電極１３２とが積層されている。ＤＢＲ電極１０４には絶縁膜１０５を介してＤＢＲヒータ１０６が積層され、位相調整電極１３２には絶縁膜１０５を介して位相調整ヒータ１３３が積層されている。

図１に示される従来のＳＳＧ−ＤＢＲレーザ１００の本来の目的は、電流注入により波長変化させた場合の特性と、ヒータにより波長変化させた場合の特性とを比較することにある。電流注入により波長変化させた場合は数ＭＨｚのスペクトル線幅となるが、ヒータを用いた場合は数百ｋＨｚ以下になる。

また、前後ＤＢＲ領域１１０及び１４０や位相調整領域１３０などでは、発振波長より短波のバンドギャップ波長を持つ半導体をコア層として用いるが、半導体の温度に対する屈折率変化量は、非特許文献２に示されるように、バンドギャップ波長が入射波長に近い半導体組成ほど温度に対する屈折率変化が大きい。

H. Ishii, F. Kano, Y. Tohmori, Y. Kondo, T. Tamamura and Y. Yoshikuni, "Narrow Spectral Linewidth Under Wavelength Tuning in Thermally Tunable Super-Structure-Grating (SSG) DBR Lasers"、IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS、１９９５年、Vol.1、No.2、pp.401-407 H. Tanobe, Y. Kondo, Y. Kadota, H. Yasaka, and Y. Yoshikuni, "A Temperature Insensitive InGaAsP-InP Optical Filter"、IEEE PHOTNICS TECHNOLOGY LETTERS、１９９６年１１月、Vol.8、No.11、pp. 1489-1492

前述のように、従来のＳＳＧ−ＤＢＲレーザ１００において電流注入をした場合、ヒータを用いた場合と比較してスペクトル線幅が増大する。利得領域１２０ではレーザ発振するとキャリア密度が一定となるが、前後ＤＢＲ領域１１０及び１４０や位相調整領域１３０のコア層は利得を生じない半導体組成を用いているため、注入したキャリアは発振に寄与せず、電流注入量に応じてキャリア密度が増減し屈折率が変化する。そのため、従来のＳＳＧ−ＤＢＲレーザ１００において電流注入をした場合、波長変化を生じさせることができるものの、キャリア密度揺らぎによって屈折率揺らぎが生じ、スペクトル線幅が増大する要因ともなる。

このように、両ＤＢＲ領域１１０及び１４０や位相調整領域１３０のキャリアは線幅増大要因となる。しかし、半導体中では電流注入をしなくとも光吸収によってもキャリアが発生する。注入電流によるキャリアの発生に比べて、光吸収により生じるキャリアは少ないと考えられるが、昨今のコヒーレント通信で使用されるような数百ｋＨｚ以下の狭線幅と言われる領域を得るためには、そのキャリア密度揺らぎが問題となる。

一般に、半導体中では、バンドギャップ（禁制帯幅）よりも高エネルギーのフォトン（光子）が吸収される。すなわち、半導体のバンドギャップ波長よりも短波長の光が吸収される。そこで、通常は、発振波長よりもバンドギャップ波長の短い半導体組成を使用してＤＢＲ等のコア層が形成されている。

しかしながら、発振波長よりも短いバンドギャップ波長を有する半導体コア層を用いたとしても完全に光吸収を抑制することはできないが、発振波長に対してより短波であるバンドギャップ波長のコア層ほど吸収量が大きい。従って、光吸収によるキャリアの発生を抑制するためには、発振波長よりも十分短波であるバンドギャップ波長の半導体組成をＤＢＲ等のコア層として用いる必要がある。

一方で、前述のように、半導体の温度に対する屈折率変化はバンドギャップ波長に近いほど大きいため、レーザ光の吸収によるキャリアの発生を抑制することと、ヒータによる屈折率の変化効率を向上させることとは相反する。

また、図１に示す従来のＳＳＧ−ＤＢＲレーザ１００は、比較を行うために電流注入とヒータの両方により屈折率変化を生じさせることを可能にするために、電流注入用のＤＢＲ電極１０４に絶縁膜１０５を挟んでＤＢＲヒータ１０６がそれぞれ積層された構造となっている。電流注入用のＤＢＲ電極１０４は、電流注入のために図１紙面裏方向へ引き出された上で、金ワイヤなどで外部に接続されている。この構造を利用すると、電流注入用のＤＢＲ電極１０４をグランドに接続することにより、ＤＢＲ電極１０４がキャリアを引き抜き、光吸収によって生じたキャリアをコア層に貯めないようにすることが可能である。

しかしながら、この構造では、ＤＢＲ電極１０４の上にヒータ構造が積層化されているため、ＤＢＲヒータ１０６で発生した熱が半導体に伝わる前に、半導体よりも熱伝導の良い金属で作られる電極を通じて外部に逃げてしまうという問題がある。例えば、金の熱伝導率は３２０Ｗ／ｍＫなどの値が報告されているが、通信波長帯で主に用いられる化合物半導体のＩｎＰでは６８Ｗ／ｍＫ程度の値である。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の波長可変レーザは、半導体基板内に光導波路が埋め込まれた波長可変レーザであって、前記光導波路のコア層を導波する光に対する屈折率を変化させる１又は複数の屈折率変化領域を含み、前記屈折率変化領域は、前記半導体基板上に、前記コア層に温度変化を与えるヒータと、前記コア層に印加される電位を制御するための電位制御電極と、前記コア層の長手方向に沿って並行に配置されており、前記電位制御電極が前記コア層に印加する電位は、前記コア層に発生したキャリアによる起電力よりも低いことを特徴とする。

請求項２に記載の波長可変レーザは、請求項１に記載の波長可変レーザであって、前記ヒータが前記導波路コア層の直上に設置されていることを特徴とする。

請求項３に記載の波長可変レーザは、請求項１又は２に記載の波長可変レーザであって、前記電位制御電極は、グランドに接地されていることを特徴とする。

請求項４に記載の波長可変レーザは、請求項１乃至３のいずれかに記載の波長可変レーザであって、前記ヒータには、前記ヒータを駆動するための第１のヒータ用電極及び第２のヒータ用電極が接続されており、前記第１のヒータ用電極の電位と前記電位制御電極の電位とが同一となるように、前記第１のヒータ用電極と前記電位制御電極とが接続されていることを特徴とする。

請求項５に記載の波長可変レーザは、請求項１乃至４のいずれかに記載の波長可変レーザであって、前記波長可変レーザは、前記コア層への電流注入により利得を発生させる利得領域と、前記コア層を導波する光の位相を調整するための位相調整領域とをさらに含み、前記位相調整領域は、前記コア層の温度変化により前記コア層を導波する光の位相を変化させる位相調整ヒータと、前記位相調整ヒータを駆動するための位相調整ヒータ用電極とを備えたことを特徴とする。

請求項６に記載の波長可変レーザは、請求項５に記載の波長可変レーザであって、前記１又は複数の屈折率変化領域及び前記位相調整領域における各ヒータの一方の端子と、前記電位制御電極とが接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、コア層のバンドギャップ波長に寄らず、レーザ光の吸収によるキャリアの発生によるスペクトル線幅特性の劣化を生じさせずに、狭線幅のスペクトルを得るためのヒータにより効率的に所望の箇所を加熱することができるため、スペクトル線幅特性の優れた半導体光素子を作製することができる。

非特許文献１に示される従来のＳＳＧ−ＤＢＲレーザの構造を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る波長可変レーザの上面の模式図である。 図２に示される波長可変レーザにおけるＡ−Ａ’部の断面模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る波長可変レーザの製造工程を示す図である。 本発明の波長可変レーザを用いて実験した結果を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る波長可変レーザの上面の模式図である。 本発明の第３の実施形態に係る波長可変レーザの上面の模式図である。 本発明の第４の実施形態に係る波長可変レーザの上面の模式図である。

（第１の実施形態）
図２は、本発明の第１の実施形態に係る波長可変レーザの上面の模式図である。図２には、導波路コア層を導波する光に対する屈折率を変化させる前部ＤＢＲ領域２１０及び後部ＤＢＲ領域２４０と、導波路コア層への電流注入により利得を発生させる利得領域２２０と、導波路コア層を導波する光の位相を調整する位相調整領域２３０とから構成された共振器を有する波長可変レーザ２００が示されている。ＤＢＲ領域２１０及び２４０は、ＳＳＧ−ＤＢＲ構造を有するＳＳＧ−ＤＢＲレーザで構成されている。

図２に示されるように、前部ＤＢＲ領域２１０及び後部ＤＢＲ領域２４０ではそれぞれ、半導体基板上に、導波路コア層に印加される電位を制御するためのＤＢＲ電極２０１と、導波路コア層に温度変化を与えるＤＢＲヒータ２０２と、ＤＢＲヒータ２０２を駆動するためのＤＢＲヒータ用電極２０３とが設けられ、利得領域２２０では半導体基板上に利得電極２２１が設けられ、位相調整領域２３０では、半導体基板上に、位相調整電極２３１と、導波路コア層の温度変化により導波路コア層を導波する光の位相を変化させる位相調整ヒータ２３２と、位相調整ヒータ２３２を駆動するための位相調整ヒータ用電極２３３とが設けられている。また、半導体基板内には、導波路コア層が埋め込まれている。

図３は、図２に示される波長可変レーザ２００におけるＡ−Ａ’断面模式図である。図３に示されるように、ｎ−ＩｎＰ層３０２には裏面電極３０１が設けられ、その反対側に導波路コア層３０３が積層されている。また、導波路コア層３０３の両脇には、ｐ−ＩｎＰ層３０４及びｎ−ＩｎＰ層３０５が形成されている。導波路コア層３０３上には、上部クラッドとしてｐ−ＩｎＰ層３０６が積層され、ｐ−ＩｎＰ層３０６上には、絶縁膜３０７及びコンタクト層３０８が積層されている。絶縁膜３０７上において導波路コア層３０３直上部分には、温度変化により導波路コア層３０３に屈折率変化を生じさせるＤＢＲヒータ２０２が形成され、コンタクト層３０８上にはＤＢＲ電極２０１が形成されている。

図２の上面図からわかるように、半導体基板上に、波長可変レーザ２００の共振方向に沿って並行にＤＢＲ電極２０１及びＤＢＲヒータ２０２が設けられており、図３の断面図からわかるように、ＤＢＲヒータ２０２はＤＢＲ電極２０１上に積層されていない。このため、ＤＢＲヒータ２０２の熱は、ＤＢＲ電極２０１に妨げられることなく半導体に効果的に伝達される。

ＤＢＲヒータ２０２は、熱の伝達が発生源から放射状に広がることを考えると導波路コア層３０３になるべく近い方が良い。すなわち、図３に示されるように、ＤＢＲヒータ２０２の直下に導波路コア層３０３が位置付けられるように設置することが好ましい。一方で、導波路コア層３０３で発生したキャリアを引き抜くためのＤＢＲ電極２０１については、導波路コア層３０３と電気的に接続されていれば必ずしも導波路コア層３０３に近接している必要は無いが、あまり離れすぎると半導体の抵抗によりキャリアの流れが阻害される。以上のことを考え、ＤＢＲヒータ２０２を導波路コア層３０３の上であるが若干ずらして配置し、その分、ＤＢＲ電極２０１が導波路コア層３０３に寄る構造とすることがより好ましい。このような形態をとるためには、導波路コア層３０３とＤＢＲ電極２０１が電気的に接続されている必要があるため、上部クラッドの幅が広い必要がある。

図４は、本発明に係る波長可変レーザの製造工程の概略を示す。以下、図４を用いて、図３に示された構造を例に工程を説明する。

図４のステップ（１）において、レーザ元基板では、全ての層構造を成長せずに、コア層および上部クラッドの一部のみ成長する。本実施形態では、有機金属気層成長法（ＭＯＣＶＤ法）により成長した。

図４のステップ（２）において、絶縁膜等をマスクとしてメサ形状に加工する。本実施形態では、ＣＨ_４とＨ_２の混合ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置による、いわゆるドライエッチング工程と、酸を用いたウエットエッチングとにより形成した。

図４のステップ（３）において、エッチング時にマスクとして使用した絶縁膜をそのまま用い、メサの両脇にｐ−ＩｎＰ層とｎ−ＩｎＰ層を選択成長し、電流ブロック層を形成した。ここでもＭＯＣＶＤ法を用いた。

図４のステップ（４）において、絶縁膜マスクを除去した後、上部クラッドとなるｐ−ＩｎＰ層を成長する。ステップ（５）において、コンタクト層を加工した後、絶縁膜を成膜しコンタクト層上部のみ絶縁膜に窓を開ける。その後、ステップ（６）において、コンタクト層の上部に電極を形成し、コア層直上の絶縁膜上にヒータを形成する。また、
裏面電極を形成する。

本実施形態では、前後ＤＢＲ領域２１０及び２４０、位相調整領域２３０には、コア層として１．３７μｍのバンドギャップ波長を持つＧａＩｎＡｓＰを用いている。利得領域２２０の活性層には、１．５５μｍ帯に利得を持つＧａＩｎＡｓＰ歪多層量子井戸構造を用いた。本実施形態の波長可変レーザ２００の動作波長範囲はＣ帯と呼ばれる波長帯であり、およそ１．５２８〜１．５６８μｍ程度までの約４０ｎｍの範囲となっている。すなわち、発振波長が最も短波になった場合、導波路コア層３０３のバンドギャップ波長と約１５０ｎｍ離れているが、この程度の波長差では、少ないながらも光吸収が生じている。

本実施形態では、導波路コア層３０３の幅を１．５μｍとしており、導波路コア層３０３の局所加熱を行うためにＤＢＲヒータ２０２の幅を３μｍとしている。また、製造しやすさを考えて、ＤＢＲヒータ２０２とＤＢＲ電極２０１との間隔は３μｍとした。ただし、本発明の実施のためには、ＤＢＲヒータ２０２により効率的に導波路コア層３０３を加熱することができ、導波路コア層３０３の長手方向に沿って半導体基板上に並行に配置されたＤＢＲ電極２０１により導波路コア層３０３に印加される電位を制御できれば良く、サイズは本実施形態の数値に限定される必要は無い。

図５に本発明の波長可変レーザを用いて実験した結果を示す。図５における実験では、ＤＢＲ電極２０１をグランドに接続せずに開放した場合（破線）と、ＤＢＲ電極２０１に与える電位を０Ｖ（グランド接地）とした場合について、利得電流を変化させながらスペクトル線幅を調べた。

ＤＢＲ電極２０１を開放した場合は、ＤＢＲ電極２０１が無い場合とほぼ同等と考えられるが、図５に示されるように、利得電流の増加に伴いスペクトル線幅が増加した。利得電流を増加すると光強度も増大することから吸収電流も増大する。従って、利得領域からＤＢＲ領域や位相調整領域に漏れ出す電流と、光吸収により発生したキャリアによりスペクトル線幅が増大したと考えられる。

一方で、ＤＢＲ電極２０１をグランド接地することにより、ＤＢＲ領域２１０及び２４０と位相調整領域２３０の導波路コア層３０３にキャリアが溜まることを抑制することができるため、図５に示されるように、利得領域の電流増大により光強度が増大し、スペクトル線幅が減少する。

本実施形態では、ＤＢＲ電極２０１をグランド接地し、ＤＢＲ電極２０１に与える電位を０Ｖとしている。本発明の目的は、生成したキャリアを導波路コア層３０３から除去することであるため、ＤＢＲ電極２０１には発生したキャリアによる起電力よりも低い電位を与えればよく、より一層のキャリア除去効果を得るためには負電位を与えても良い。しかし、ＤＢＲ電極２０１に負電位を与えることでキャリアを除去する効果を高めることが可能となるが、光吸収自体を大きくしてしまう効果もあり、光損失が増大する問題が生じる。

（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態に係る波長可変レーザの上面の模式図である。図６には、前部ＤＢＲ領域４１０と、利得領域４２０と、位相調整領域４３０と、後部ＤＢＲ領域４４０とから構成された共振器を有する波長可変レーザ４００が示されている。

図６に示されるように、前部ＤＢＲ領域４１０及び後部ＤＢＲ領域４４０にはそれぞれ、ＤＢＲ電極４０１と、ＤＢＲヒータ４０２と、第１のＤＢＲヒータ用電極４０３と、第２のＤＢＲヒータ用電極４０４とが設けられ、利得領域４２０には利得電極４２１が設けられ、位相調整領域４３０には位相調整電極４３１と、位相調整ヒータ４３２と、第１の位相調整ヒータ用電極４３３と、第２の位相調整ヒータ用電極４３４とが設けられている。ＤＢＲ電極４０１と第１のＤＢＲヒータ用電極４０３とは共通化されている。

前述の第１の実施形態に係る波長可変レーザ２００においては、ＤＢＲ電極２０１が発生したキャリアを除去することにより狭線幅のスペクトルが得られたが、一方で、各領域に電極を設けたため、電極数が増大してしまうことがパッケージなどへの実装などを考えると問題となる場合がある。

第２の実施形態に係る波長可変レーザ４００では、第１の実施形態に係る波長可変レーザ２００の構成から更に電極数を減らす工夫を施した。ＤＢＲヒータは、ヒータ線に対して電流を流すことにより発熱することができるため、電流の入と出の２つのＤＢＲヒータ用電極が必要である。しかしながら、片方のＤＢＲヒータ用電極はグランドとしてよいため、グランドとするＤＢＲ電極４０１を半導体基板上でＤＢＲヒータ４０２と導波路コア層に沿って並行に配置し、ＤＢＲ電極４０１と第１のＤＢＲヒータ用電極４０３とを共通とした。

図６に示されるように、第２の実施形態に係る波長可変レーザ４００では、各ＤＢＲ領域のＤＢＲヒータ４０２に対して第１のＤＢＲヒータ用電極４０３をグランドとしており、半導体基板上でＤＢＲヒータ４０２と並列に配置したＤＢＲ電極４０１に第１のＤＢＲヒータ用電極４０３を接続することで共通化している。このため、ＤＢＲ電極４０１に対して新たにワイヤなどで接続する必要は無い。

本実施形態では、ＤＢＲ電極４０１の電位と第１のＤＢＲヒータ電極４０３の電位を０Ｖとしている。しかし、ＤＢＲヒータ４０２の電流は入と出の電位差によって流れるため、ＤＢＲ電極４０１及び第１のＤＢＲヒータ用電極４０３の電位が０Ｖである必要は無い。第１の実施形態に係る説明でも上述したように、第２の実施形態に係る波長可変レーザ４００では、ＤＢＲ電極４０１に与える電位は、キャリアの除去効果を高めるために負電位でもよく、このことは第２の実施形態でも適用可能である。

（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態に係る波長可変レーザの上面の模式図である。図７には、前部ＤＢＲ領域５１０と、利得領域５２０と、位相調整領域５３０と、後部ＤＢＲ領域５４０とから構成された共振器を有する波長可変レーザ５００が示されている。

図７に示されるように、波長可変レーザ５００では、前部ＤＢＲ領域５１０と、位相調整領域５３０と、後部ＤＢＲ領域５４０には、共通電極５０１が設けられている。また、前後ＤＢＲ領域５１０及び５４０にはそれぞれ、ＤＢＲヒータ５０２と、ＤＢＲヒータ用電極５０３とが設けられ、利得領域５２０にはグランド接地された共通グランド電極５２１と利得電極５２２とが設けられ、位相調整領域５３０には、位相調整ヒータ５３１と、位相調整ヒータ用電極５３２とが設けられている。ＤＢＲヒータ５０２、ＤＢＲヒータ用電極５０３、位相調整ヒータ５３１、位相調整ヒータ用電極５３２は、共通電極５０１及び共通グランド電極５２１を介してそれぞれ共通化されている。

前述の第２の実施形態に係る波長可変レーザ４００によって、第１の実施形態に係る波長可変レーザ２００から電極数を減らすことができたが、第３の実施形態に係る波長可変レーザ５００では更に電極数を減らす構造とした。

前後ＤＢＲ領域５１０、５４０におけるＤＢＲヒータ５０２の一方の端子と位相調整領域における位相調整ヒータ５３１の一方の端子の電位は同じでよいため、それぞれの一方の端子を共通電極５０１を介して共通グランド電極５２１に接続して全て共通とし、それぞれの他方の端子をＤＢＲヒータ用電極５０３又は位相調整ヒータ用電極５３２に接続した。これにより、第３の実施形態に係る波長可変レーザ５００では、端子数を大幅に減らすことが可能となる。

（第４の実施形態）
図８は、本発明の第４の実施形態に係る波長可変レーザの上面の模式図である。図８には、前部ＤＢＲ領域６１０と、利得領域６２０と、位相調整領域６３０と、後部ＤＢＲ領域６４０とから構成された共振器を有する波長可変レーザ６００が示されている。

図８に示されるように、波長可変レーザ６００では、前部ＤＢＲ領域６１０と、位相調整領域６３０と、後部ＤＢＲ領域６４０には、共通電極６０１が設けられている。また、前後ＤＢＲ領域６１０及び６４０にはそれぞれ、ＤＢＲヒータ６０２と、ＤＢＲヒータ用電極６０３とが設けられ、利得領域６２０にはグランド接地された共通グランド電極６２１と利得電極６２２とが設けられ、位相調整領域６３０には、位相調整ヒータ６３１と、位相調整ヒータ用電極６３２とが設けられている。

前述の第３の実施形態に係る波長可変レーザ５００では、ヒータには大きな電流を流すことになるため、その電流による電位降下が問題となる場合がある。その場合には、図８に示す第４の実施形態に係る波長可変レーザ６００のように、各領域において、共通電極６０１を用いてキャリア除去のための電極のみ共通にして、ヒータ電極とは別にするということも可能である。

以上、本発明に係る各実施形態について説明したが、本発明の効果は、ＤＢＲ電極とＤＢＲヒータとの位置関係および層構造により得られるものであるため、結晶成長方法はＭＯＣＶＤ法のみならず、分子線エピタキシー法や、ハイドライドＶＰＥ法など、その他の方法を用いることも可能である。また、上記実施形態では、１．５５μｍ帯の半導体レーザとしたが、波長帯に限らず本発明の構成を使用することができる。また、半導体材料もＧａＩｎＡｓＰとＩｎＰの組み合わせだけでなく、ＡｌＧａＩｎＡｓなどその他の半導体材料であっても良い。

また、上記実施形態では、ヒータ材料をＰｔとしたが、本発明はヒータの材料に寄らずに適用可能であるため、ヒータ材料として他の金属や材料を用いても良く、多層構造を有するヒータや合金を用いても良い。

上記実施形態では、ベースとなる波長可変レーザの構造としてＳＳＧ−ＤＢＲレーザを用いたが、ＳＧ−ＤＢＲレーザや、その他の共振構造を持つものでも良く、埋め込み導波路を用い、素子上面にヒータとグランド接地するＤＢＲ電極との両方が導波路コア層の長手方向に沿って並行に配置することが可能であれば良い。ヒータで制御する領域も前後ＤＢＲ領域と位相調整領域の３領域に限定することなく、更に多くの領域を制御する必要のある場合や、ＤＢＲ領域が１領域だけである場合であっても、本発明を適用可能である。

上記実施形態では、電流ブロッキング層としてｐ型とｎ型の半導体を積層する構造を採用したが、Ｆｅ等をドーピングした半絶縁体などを用いても良い。

上記実施形態では、ヒータ効率を向上させるためにヒータがコア層の直上に位置するようにしているため、上部クラッドを広く取れるｐ−ＩｎＰ層とｎ−ＩｎＰ層をブロック層として持つ、低いメサを用いた埋め込みヘテロ構造としている。しかしながら、製造工程などの制約により元基板で全ての層構造を成長した上で、高いメサ構造を形成して、Ｆｅなどをドーピングした半絶縁性ＩｎＰ層などにより埋め込みヘテロ構造とした場合には、電気的コンタクトを得られる箇所がコア層の直上のみとなるため、キャリア引抜のためのＤＢＲ電極はコア層直上に配置し、ＤＢＲヒータをその脇に配置することになる。この場合、ヒータ効率は若干低下するものの、キャリア引抜は行えるため、狭線幅のスペクトルを得ることは可能となる。

従来のＳＳＧ−ＤＢＲレーザ １００
下部電極 １０１
下部クラッド層 １０２
上部クラッド層 １０３
ＤＢＲ電極 １０４、２０１、４０１
絶縁膜 １０５、３０７
ＤＢＲヒータ １０６、２０２、４０２、５０２、６０２
前部ＤＢＲ領域 １１０、２１０、４１０、５１０、６１０
前部ＤＢＲ層 １１１
利得領域 １２０、２２０、４２０、５２０、６２０
活性層 １２１
利得電極 １２２、２２１、４２１、５２２、６２２
位相調整領域 １３０、２３０、４３０、５３０、６３０
位相調整層 １３１
位相調整電極 １３２、２３１、４３１、５３１、６３１
位相調整ヒータ １３３、２３２、４３２、５３２、６３２
後部ＤＢＲ領域 １４０、２４０、４４０、５４０、６４０
後部ＤＢＲ層 １４１
波長可変レーザ ２００、４００、５００、６００
ＤＢＲヒータ用電極 ２０３、５０３、６０３
位相調整ヒータ用電極 ２３３、５３２、６３２
裏面電極 ３０１
ｎ−ＩｎＰ層 ３０２、３０５
導波路コア層 ３０３
ｐ−ＩｎＰ層 ３０４、３０６
コンタクト層 ３０８
第１のＤＢＲヒータ用電極 ４０３
第２のＤＢＲヒータ用電極 ４０４
第１の位相調整ヒータ用電極 ４３３
第２の位相調整ヒータ用電極 ４３４
共通電極 ５０１、６０１
共通グランド電極 ５２１、６２１

Claims (6)

1. 半導体基板内に光導波路が埋め込まれた波長可変レーザであって、
   前記光導波路のコア層を導波する光に対する屈折率を変化させる１又は複数の屈折率変化領域を含み、
   前記屈折率変化領域は、前記半導体基板上に、
   前記コア層に温度変化を与えるヒータと、
   前記コア層に印加される電位を制御するための電位制御電極と、
   が前記コア層の長手方向に沿って並行に配置されており、
   前記電位制御電極が前記コア層に印加する電位は、前記コア層に発生したキャリアによる起電力よりも低いことを特徴とする波長可変レーザ。
2. 前記ヒータが前記導波路コア層の直上に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体波長可変レーザ。
3. 前記電位制御電極は、グランドに接地されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の波長可変レーザ。
4. 前記ヒータには、前記ヒータを駆動するための第１のヒータ用電極及び第２のヒータ用電極が接続されており、
   前記第１のヒータ用電極の電位と前記電位制御電極の電位とが同一となるように、前記第１のヒータ用電極と前記電位制御電極とが接続されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の波長可変レーザ。
5. 前記波長可変レーザは、
   前記コア層への電流注入により利得を発生させる利得領域と、
   前記コア層を導波する光の位相を調整するための位相調整領域と
   をさらに含み、
   前記位相調整領域は、前記コア層の温度変化により前記コア層を導波する光の位相を変化させる位相調整ヒータと、前記位相調整ヒータを駆動するための位相調整ヒータ用電極とを備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の波長可変レーザ。
6. 前記１又は複数の屈折率変化領域及び前記位相調整領域における各ヒータの一方の端子と、前記電位制御電極とが接続されていることを特徴とする請求項５に記載の波長可変レーザ。

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