JP2016072608A - 半導体レーザおよびこれを備える光集積光源 - Google Patents

Abstract

【課題】反射戻り光の位相によらず、安定に単一モード発振を維持し、ＳＭＳＲの劣化やレーザ発振線幅の増大を抑制することが可能な半導体レーザ、およびこれを備える光集積光源を提供する。【解決手段】半導体レーザは、活性層１と、活性層１に積層されたガイド層４と、ガイド層４中に光の出射方向に沿って形成された回折格子５と、活性層１およびガイド層４の上下に設けられた上部電極２および下部電極３と、を備え、回折格子５は、電流注入回折格子５１と、電流注入回折格子５１の前後両方に設けられた電流非注入回折格子５２と、からなり、電流注入回折格子５１の中央部、および電流注入回折格子５１と電流非注入回折格子５２との境界のそれぞれには、位相シフタ６が設けられ、上部電極２は、電流注入回折格子５１の上部に設けられ、かつ、電流非注入回折格子５２の上部に設けられない。【選択図】図１

Description

本発明は半導体レーザおよびこれを備える光集積光源に関し、例えば分布帰還型の半導体レーザに関する。

近年、通信需要の飛躍的な増加に伴い、波長が異なる複数の信号光を多重化することによって１本の光ファイバで大容量伝送を可能とする波長分割多重通信システムが実現されている。

波長分割多重通信システムに用いられる光源としては、少なくとも３０〜４０ｄＢ以上の高いサイドモード抑圧比（Ｓｉｄｅ Ｍｏｄｅ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｒａｔｉｏ:ＳＭＳＲ）が得られる単一モードのレーザダイオード（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ：ＬＤ）（以下、単一モードＬＤという）が好適である。単一モードＬＤの代表例として、活性層に近接して半導体チップの長手方向に設けた回折格子により発振波長を決める分布帰還型ＬＤ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ、以下、ＤＦＢ−ＬＤという）がある。

ＤＦＢ−ＬＤにおいては、回折格子周期で決まるブラッグ波長近傍の二つの発振モードのいずれかが、劈開端面での反射率の非対称性や反射位相に応じて選択され、単一モードＬＤとなる。ただし閾値電流やスロープ効率がばらつき、単一モード歩留まりは十分に高く取れない。

そこで、前後両方の劈開端面に無反射コーティングを施し、回折格子の中央部には回折格子位相をπずらす位相シフト領域（位相シフタ）を設けた、λ／４位相シフトＤＦＢ−ＬＤが用いられる。この方法によると、原理的にブラッグ波長に一致する発振モードが一つだけ励起されるため、高い単一モード歩留まりが得られる。

さて、波長分割多重通信システムの実用化には、全波長帯域をカバーする低コストの波長可変光源が必要である。同一基板上に複数のλ／４位相シフトＤＦＢ−ＬＤをアレイ状に集積し、ＬＤの出力側が多モード干渉（Ｍｕｌｔｉ Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）型の光合波回路（以下、ＭＭＩという）の入力導波路に接続され、ＭＭＩにて合波された光が出力導波路から出力するよう構成されたモノリシック集積型の波長可変光源が知られている（例えば、特許文献１参照）。なお、以下では、Ｋ入力（Ｋは自然数）、Ｌ出力（Ｌは自然数）のＭＭＩのことを、Ｋ×Ｌ−ＭＭＩと記す。

また、λ／４位相シフトＤＦＢ−ＬＤや波長可変光源と、マッハツェンダ（Ｍａｃｈ Ｚｅｈｎｄｅｒ：ＭＺ）型光変調器や電界吸収（Ｅｌｅｃｔｒｏ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ：ＥＡ）型光変調器とを同一基板上にモノリシック集積する研究も行われている。

幹線系において伝送速度４０Ｇｂｐｓ以上の波長分割多重通信システムでは、近年、光位相変調を用いたデジタルコヒーレント通信が実用化されている。デジタルコヒーレント通信では、レーザ発振線幅が１ＭＨｚ以下、より望ましくは５００ｋＨｚ以下の狭線幅レーザ光源が必須である。

しかしながら、単体のλ／４位相シフトＤＦＢ−ＬＤにおいては、両端面に無反射コーティングを施しているため、ＬＤ共振器外部からの反射戻り光がＬＤの活性層内部に入りやすい。このため、前方出力側に光アイソレータを挿入する必要がある。また後方出力側からの反射戻り光対策も必要であり、モジュール設計上の自由度が制約される。また高い光出力を得るために注入電流を増やすと、残留端面反射による戻り光自体が問題となる。

また、光集積素子においては、光アイソレータを使う事ができないため、異なるエピタキシャル膜で構成された導波路同士を直接接合するバットジョイント界面や出力端面等からの反射戻り光が、ＬＤ活性層内部に戻ってくる事が避けらない。

このように、単体のλ／４位相シフトＤＦＢ−ＬＤおよびそれを用いた光集積素子においては、戻り光の位相によっては戻り光誘起雑音が生じてＬＤ発振線幅が増大したり、単一モード発振が阻害されてＳＭＳＲが３０ｄＢ以下に劣化する可能性がある。

この問題を解決するために、例えば特許文献２においては、回折格子を有するレーザ発光領域の両端で位相が一致し連続した回折格子を有し光導波路での利得が常に０以下の第１、第２のブラッグ反射領域を設けることを提案している。この構成によれば、戻り光の一部が反射されるので、従来のλ／４位相シフトＤＦＢ−ＬＤよりも戻り光誘起雑音が少なく、しかも従来とほぼ同程度の確率で単一モード発振する半導体レーザが得られる、としている。

特開２００３−２５８３６８号公報 特開昭６３−６２３９０号公報

しかしながら特許文献２では、増幅率が０以下の電流低注入領域が長いために、この領域での光損失が大きくなり、閾値電流や消費電力が増大する。さらに後述するように、反射戻り光の位相によってレーザ共振器内の光強度分布が変動するために、戻り光の影響を低減する効果が安定しない問題がある。

また、共振器長（Ｌ）が約３００μｍのλ／４位相シフトＤＦＢ−ＬＤにおいては、回折格子の結合係数（κ）とＬＤの回折格子長（Ｌ）の積（κ×Ｌ）は、通常１．２程度に設計する。５００ｋＨｚ以下の狭線幅レーザ光源を得るためには、Ｌを１０００μｍ以上としてκ×Ｌを増やす必要があるが、反射戻り光の影響により多モード化しやすくなる問題がある。

本発明は以上の課題を解決するためになされたものであり、反射戻り光の位相によらず、安定に単一モード発振を維持し、ＳＭＳＲの劣化やレーザ発振線幅の増大を抑制することが可能な半導体レーザ、および当該半導体レーザを備える光集積光源の提供を目的とする。

本発明に係る半導体レーザは、活性層と、活性層に積層されたガイド層と、ガイド層中に光の出射方向に沿って形成された回折格子と、活性層およびガイド層の上下に設けられた上部電極および下部電極と、を備え、回折格子は、電流注入回折格子と、電流注入回折格子の前後両方に設けられた電流非注入回折格子と、からなり、電流注入回折格子の中央部、および電流注入回折格子と電流非注入回折格子との境界のそれぞれには、位相シフタが設けられ、上部電極は、電流注入回折格子の上部に設けられ、かつ、電流非注入回折格子の上部に設けられない。

本発明に係る半導体レーザによれば、従来の半導体レーザよりも反射戻り光の影響を受けにくくなるため、反射戻り光の位相や強度によらずＳＭＳＲが劣化しない単一モードの半導体レーザを得ることができる。

実施の形態１に係る半導体レーザの長手方向の断面図である。 実施の形態１に係る半導体レーザにおいて両端面からの反射が存在する時の発振特性の端面位相依存性を示す図である。 実施の形態１に係る半導体レーザにおいて両端面からの反射が存在する時の発振特性の端面位相依存性を示す図である。 実施の形態１に係る半導体レーザにおいて両端面からの反射が存在する時の発振特性の端面位相依存性を示す図である。 実施の形態１に係る半導体レーザにおいて両端面からの反射が存在する時の発振特性の端面位相依存性を示す図である。 実施の形態１に係る半導体レーザにおいて両端面からの反射が非対称である時の発振特性を示す図である。 実施の形態１に係る半導体レーザにおいて両端面からの反射が非対称である時の発振特性を示す図である。 実施の形態１に係る半導体レーザにおいて両端面からの反射が非対称である時の発振特性を示す図である。 実施の形態１に係る半導体レーザにおいて両端面からの反射が非対称である時の発振特性を示す図である。 実施の形態１に係る半導体レーザにおいて両端面からの反射が存在する時の発振特性の電流非注入回折格子長依存性を示す図である。 実施の形態１に係る半導体レーザにおいて両端面からの反射が存在する時の発振特性の電流非注入回折格子長依存性を示す図である。 実施の形態１に係る半導体レーザにおいて両端面からの反射が存在する時の発振特性の電流非注入回折格子長依存性を示す図である。 実施の形態１に係る半導体レーザにおいて両端面からの反射が存在する時の発振特性の電流非注入回折格子長依存性を示す図である。 実施の形態１に係る半導体レーザの発振特性の戻り光依存性を示す図である。 実施の形態２に係る光集積素子の断面図である。 実施の形態２に係る光集積素子におけるＳＯＡを出射方向から見た断面図である。 実施の形態３に係る光集積素子の上面図である。 実施の形態３に係る光集積素子における光導波路を出射方向から見た断面図である。 前提技術に係る半導体レーザの断面図である。 前提技術に係る半導体レーザを出射方向から見た断面図である。 前提技術に係る半導体レーザにおいて両端面からの反射が存在する時の発振特性の端面位相依存性を示す図である。 前提技術に係る半導体レーザにおいて両端面からの反射が存在する時の発振特性の端面位相依存性を示す図である。 前提技術に係る半導体レーザにおいて両端面からの反射が存在する時の発振特性の端面位相依存性を示す図である。 前提技術に係る半導体レーザにおいて両端面からの反射が存在する時の発振特性の端面位相依存性を示す図である。 前提技術に係る半導体レーザにおいて両端面からの反射が非対称である時の発振特性を示す図である。 前提技術に係る半導体レーザにおいて両端面からの反射が非対称である時の発振特性を示す図である。 前提技術に係る半導体レーザにおいて両端面からの反射が非対称である時の発振特性を示す図である。 前提技術に係る半導体レーザにおいて両端面からの反射が非対称である時の発振特性を示す図である。 前提技術に係る半導体レーザの発振特性の戻り光依存性を示す図である。

＜前提技術＞
本発明の実施の形態の説明をする前に、本発明の前提となる技術について説明する。図１９は、前提技術における半導体レーザ（即ち、λ／４位相シフトＤＦＢ−ＬＤ）の構成の一例を示す断面図である。図１９では、半導体の積層構造を簡略化して示している。

図１９に示すように、上部電極２および下部電極３を介して、半導体基板８に積層された活性層１中にキャリアが注入され、励起されると利得が生じ、自然放出光が発生する。活性層１に近接したガイド層４は、励起された光を吸収しないバンドギャップを有している。ガイド層４には、回折格子５が形成されており、回折格子５の長手方向中央部には、λ／４相当の位相シフタ６が設けられている。半導体レーザの両端面は劈開されており、劈開された両端面には無反射コーティング７が施されている。

活性層１で発生した自然放出光の一部は、回折格子５の周期で決まるブラッグ波長にて反射されて誘導放出の種光となり、閾値条件を満足するとレーザ発振が生じる。λ／４位相シフトＤＦＢ−ＬＤにおいては、ほぼ等量の前方出力光９ｂと後方出力光９ａが、共振器外部に出射される。出力光の一部は、光学部品の表面や光ファイバコネクタ等の外部の反射点又は半導体レーザの端面から反射戻り光９ｃとなって活性層１に戻ってくる。

図２０は、図１９中の線分Ａ−Ａにおける断面図である。ＩｎＰ基板上のＩｎＧａＡｓＰ材料から成るＬＤ導波路の構成の一例を示している。なお、図２０において、簡単のため上部電極２および下部電極３は図示していない。

ＬＤ導波路は、ＩｎＰ基板１１上に、ＩｎＰ下部クラッド層１２、ＩｎＰ電流ブロック層１３およびＩｎＧａＡｓＰ活性層１４、ＩｎＧａＡｓＰガイド層１５、ＩｎＰ上部クラッド層１６、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１７を順に積層している。ＩｎＧａＡｓＰ活性層１４としては、多重量子井戸（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ：ＭＱＷ）層又はバルクのエピタキシャル層を用いる事が可能である。

次に、反射戻り光が存在する場合の半導体レーザの動作について説明する。図２１から２４は、前提技術における半導体レーザの発振特性の端面位相依存性を示す図である。図２１から２４においては、κ×Ｌを１．８、Ｌを１２００μｍ、前方および後方端面からの反射を共に−３０ｄＢとする。ここでκは回折格子の結合係数、Ｌは回折格子５の長さである。

図２１から２４において、片側の端面位置を０（図２１）、０．２５Λ（図２２）、０．５Λ（図２３）、０．７５Λ（図２４）の範囲で変化させている。ここでΛは回折格子周期である。図２１（ａ）、図２２（ａ）、図２３（ａ）、図２４（ａ）のそれぞれは、ブラッグ波長を基準（０ｎｍ）とした発振スペクトルである。図２１（ｂ）、図２２（ｂ）、図２３（ｂ）、図２４（ｂ）のそれぞれは、共振器内の位置（０から１２００μｍ）をパラメータとした光強度分布である。光強度分布は、座標の最小値側で発生し、活性層中で増幅されながら座標の増大方向に向かう前進波光強度分布と、座標の最大値側で発生し、活性層中で増幅されながら座標の減少方向に向かう後退波光強度分布の和として与えられる。

一般に光強度分布は、位相シフタの位置でピークを持つ傾向がある。図２１から２４の（ｂ）から、反射量一定でも端面の反射位相に応じて、光強度分布が様々な形状に変化している事がわかる。また発振スペクトルにおいては、図２１から２４の（ａ）から、端面の反射位相に応じてブラッグ波長に対するメインピークの波長位置およびサブピークの強度が変化していることがわかる。

図２５から２８は、前提技術における半導体レーザの端面からの反射が非対称である場合のレーザ発振特性を示す図である。図２５から２８において、κ×Ｌを１．８、Ｌを１２００μｍとする。図２５から２８において、前方端面からの反射をＲＦ［ｄＢ］、後方端面からの反射をＲｒ［ｄＢ］とするとＲｆ／Ｒｒは、−４０／０（図２５）、−３０／−４０（図２６）、−２０／−４０（図２７）、−２０／−３０（図２８）である。図２５（ａ）、図２６（ａ）、図２７（ａ）、図２８（ａ）のそれぞれは、ブラッグ波長を基準（０ｎｍ）とした発振スペクトルである。図２５（ｂ）、図２６（ｂ）、図２７（ｂ）、図２８（ｂ）のそれぞれは、共振器内の位置（０から１２００μｍ）をパラメータとした光強度分布である。

図２７、２８に示すように、片側の反射が−２０ｄＢに達すると、光強度分布の空間的な非対称性が激しくなると共に、発振スペクトルが多モード化して、ＳＭＳＲが１０ｄＢ以下に劣化することがわかる。

図２９（ａ），（ｂ）は、前提技術における半導体レーザの発振スペクトルと共振器内の光強度分布を模式的に示した図である。図２１から２４および図２５から２８で示したように、戻り光がある場合とない場合とで、ＬＤ共振器内の光強度分布が大きく変化し、ＳＭＳＲにも影響を及ぼしている。上記の発振スペクトルへの影響は、戻り光の位相や強度によって異なる。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、以下の実施の形態で詳細に説明する。

＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１における半導体レーザの構成の一例を示す断面図である。本実施の形態１において、回折格子５は、電流注入領域に設けられた電流注入回折格子５１と、電流非注入領域に設けられた電流非注入回折格子５２からなる。電流非注入回折格子５２は、電流注入回折格子５１の前後両方に設けられる。ここで、電流注入回折格子５１の前とは、電流注入回折格子５１の前方出力光９ｂ側を指す。また、電流注入回折格子５１の後ろとは、電流注入回折格子５１の後方出力光９ａ側を指す。上部電極２は、電流注入回折格子５１に対応する部分にのみ形成されており、電流非注入回折格子５２にはわずかな拡散電流を除いて電流が注入されないようになっている。

また、本実施の形態１において、電流注入回折格子５１の中央部に位相シフタ６が設けられている。さらに、電流注入回折格子５１と電流非注入回折格子５２の境界にも位相シフタ６が設けられている。なお、位相シフタ６の位置については、キャリアの拡散長と同程度（２から３μｍ）の誤差は許容できる。

その他の構成は前提技術（図１９）と同じため説明を省略する。なお、図１中の線分Ａ−Ａにおける断面図は、前提技術における断面図（図２０）と全く同様なので図示を省略する。

次に、反射戻り光が存在する場合の本実施の形態１における半導体レーザの動作について説明する。図２から５は、本実施の形態１における半導体レーザの発振特性の端面位相依存性を示す図である。図２から５においては、κ×Ｌ１を１．８、電流注入回折格子５１の長さＬ１を１２００μｍ、電流非注入回折格子５２の長さＬ２を４０μｍ（即ち、素子全長は４０μｍ＋１２００μｍ＋４０μｍ＝１２８０μｍとなる）、３か所に設けられた位相シフタ６を各々λ／４位相シフタ、両端面からの反射を共に−３０ｄＢとする。図２から５において、片側の端面位置を０（図２）、０．２５λ（図３）、０．５λ（図４）、０．７５λ（図５）の範囲で変化させている。ここでλは回折格子周期である。図２（ａ）、図３（ａ）、図４（ａ）、図５（ａ）のそれぞれは、ブラッグ波長を基準（０ｎｍ）とした発振スペクトルである。図２（ｂ）、図３（ｂ）、図４（ｂ）、図５（ｂ）のそれぞれは、共振器内の位置（０から１２８０μｍ）をパラメータとした光強度分布である。光強度分布の定義は前提技術と同様である。

図２から５の（ｂ）のそれぞれに示すように、光強度分布は電流注入回折格子５１の中央に設けた位相シフタ６の位置で最大となる。また、２か所ある電流注入回折格子５１と電流非注入回折格子５２の境界に設けた位相シフタ６の位置でも小さなピークを持つ。端面反射位相によらず光強度分布の形状があまり変化しない点が前提技術と異なる。

また、図２から５の（ａ）のそれぞれに示すように、発振スペクトルにおいては、ブラッグ波長に対する、メインピークの波長位置やサブピーク強度もほぼ一定である。電流非注入回折格子５２の長さが短いため、電流非注入領域の存在に起因する光出力の低下は、ほぼ無視できる。

図６から９は、本実施の形態１における半導体レーザの端面からの反射が非対称である場合のレーザ発振特性を示す図である。図６から９において、κ×Ｌ１が１．８、電流注入回折格子５１の長さＬ１が１２００μｍ、電流非注入回折格子５２の長さＬ２が４０μｍ、３か所ある位相シフタ６は各々λ／４相当で、端面からの反射が非対称であるとする。図６から９において、Ｒｆ／Ｒｒは、−４０／０（図６）、−３０／−４０（図７）、−２０／−４０（図８）、−２０／−３０（図９）である。図６（ａ）、図７（ａ）、図８（ａ）、図９（ａ）のそれぞれは、ブラッグ波長を基準（０ｎｍ）とした発振スペクトルである。図６（ｂ）、図７（ｂ）、図８（ｂ）、図９（ｂ）のそれぞれは、共振器内の位置（０から１２８０μｍ）をパラメータとした光強度分布である。

図６から図９の（ａ），（ｂ）に示すように、片側の反射が−２０ｄＢの場合も含めて、光強度分布の形状の変化は、前提技術に比べて少ない。すなわちＳＭＳＲは劣化せず、発振スペクトルは良好な単一モードを維持している。

図１０から１３は、実施の形態１における半導体レーザの両端面からの反射が存在する場合の発振特性の電流非注入回折格子長依存性を示す図である。図９から１３は、電流注入回折格子５１のκ×Ｌ１が１．８、電流注入回折格子５１のＬ１が１２００μｍ、両端面からの反射が共に−２０ｄＢで、電流非注入回折格子５２の片側長さＬ２が２４μｍ（図１０、κ×Ｌ２換算で０．０３６）、４０μｍ（図１１、κ×Ｌ２換算で０．０６）、９０μｍ（図１２、κ×Ｌ２換算で０．１３５）、１２０μｍ（図１３、κ×Ｌ２換算で０．１８）の時のレーザ発振特性を示す。

図１０（ａ）、図１１（ａ）、図１２（ａ）、図１３（ａ）のそれぞれは、ブラッグ波長を基準（０ｎｍ）とした発振スペクトルである。図１０（ｂ）、図１１（ｂ）、図１２（ｂ）、図１３（ｂ）のそれぞれは、共振器内の位置（それぞれ、０から１２４８、１２８０、１３８０、１４４０μｍ）をパラメータとした光強度分布である。

図１３（ａ）に示すように、電流非注入回折格子５２の片側の長さＬ２が１２０μｍの場合には多モード化が発生している。それ以外の場合（図１０（ａ）から図１２（ａ））、すなわち電流非注入回折格子５２のκ×Ｌ２が０．１３５以下では、ＳＭＳＲは劣化せず、発振スペクトルは良好な単一モードを維持している。

図１４（ａ），（ｂ）は、本実施の形態１における半導体レーザの発振スペクトルと共振器内の光強度分布を模式的に示した図である。合計３か所の位相シフタ６においては、光電界が強まり、節点の役割を果たす。このため、反射戻り光の有無にかかわらず、ＬＤ共振器内の光強度分布はほとんど変化しないため、発振スペクトルやＳＭＳＲにも影響しない。

以上のことから、本実施の形態１によれば、前提技術における半導体レーザ（即ちλ／４位相シフトＤＦＢ−ＬＤ）よりも反射戻り光の影響を受けにくくなるため、反射戻り光の位相や強度によらずＳＭＳＲが劣化しない単一モードＬＤを得ることができる。

＜効果＞
本実施の形態１における半導体レーザは、活性層１と、活性層１に積層されたガイド層４と、ガイド層４中に光の出射方向に沿って形成された回折格子５と、活性層１およびガイド層４の上下に設けられた上部電極２および下部電極３と、を備え、回折格子５は、電流注入回折格子５１と、電流注入回折格子５１の前後両方に設けられた電流非注入回折格子５２と、からなり、電流注入回折格子５１の中央部、および電流注入回折格子５１と電流非注入回折格子５２との境界のそれぞれには、位相シフタ６が設けられ、上部電極２は、電流注入回折格子５１の上部に設けられ、かつ、電流非注入回折格子５２の上部に設けられない。

従って、本実施の形態１によれば、前提技術における半導体レーザ（即ちλ／４位相シフトＤＦＢ−ＬＤ）よりも反射戻り光の影響を受けにくくなるため、反射戻り光の位相や強度によらずＳＭＳＲが劣化しない単一モードＬＤを得ることができる。

また、本実施の形態１における半導体レーザにおいて、電流非注入回折格子５２の長さ（Ｌ２）と、回折格子結合係数（κ）との積が０．１３５以下である。

従って、電流非注入回折格子５２においてκ×Ｌ２を０．１３５以下とすることにより、反射戻り光の有無にかかわらず、ＳＭＳＲは劣化せず、発振スペクトルは良好な単一モードを維持することができる。

また、本実施の形態１における半導体レーザにおいて、位相シフタ６はλ／４位相シフタである。

従って、回折格子５の中央部に回折格子位相をπずらす位相シフト領域（位相シフタ）を設けることにより、原理的にブラッグ波長に一致する発振モードが一つだけ励起されるため、高い単一モード歩留まりが得られる。

また、本実施の形態１における半導体レーザにおいて、回折格子５の両端面が劈開されており、両端面に無反射コーティングが施されている。

従って、回折格子５の両端面を劈開し無反射コーティングを施すことによって、反射戻り光を低減することが可能である。

＜実施の形態２＞
図１５は、本実施の形態２における光集積光源の構成の一例を示す断面図である。本実施の形態における光集積光源においては、実施の形態１で述べた半導体レーザ１８の出力側に、出力光の強度又は位相を変調する光変調器１９が接続されている。さらに、光変調器１９の出力側に、光変調器１９の出力光を増幅する半導体光増幅器（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ、以下、ＳＯＡという）２０が接続されている。

下部電極３は、半導体レーザ１８、光変調器１９、ＳＯＡ２０に対して共通である。光変調器１９としては、マッハツェンダ（ＭＺ）型光変調器、電界吸収（ＥＡ）型光変調器のいずれかが使用可能である。光変調器活性層２１はＬＤの活性層１と異なるが、ＳＯＡ活性層２２は活性層１と共通でもよい。また無反射コーティング７は、半導体レーザ１８の背面側とＳＯＡ２０の出力側に施されている。後方出力光は、簡単のため図示を省略している。

図１６は、図１５中の線分Ｂ−Ｂにおける断面図（即ち、ＳＯＡ２０を出射方向から見た断面図）である。図１６は、ＩｎＰ基板１１上にＩｎＧａＡｓＰ活性層１４を設けたＬＤ導波路の構成の一例を示している。図２０の前提技術におけるＬＤ導波路の断面図との違いは、ＩｎＧａＡｓＰガイド層１５が除去されている事である。簡単のため、上部電極２および下部電極３は図示していない。また光変調器１９部分の断面構造についても、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１４の組成を除いて図２０と全く同様であるため、説明を省略する。

上部電極２は、半導体レーザ１８のみを駆動するのに用いられ、光変調器１９、ＳＯＡ２０に対しては光変調器上部電極２０１、ＳＯＡ上部電極２０２が独立に設けられている。光変調器上部電極２０１に逆バイアス電圧を印加して半導体レーザ１８の出力光を変調し、ＳＯＡ上部電極２０２に順バイアス電流を印加して、前方出力光９ｂの強度を制御できる。高い光出力を得るため、ＳＯＡ２０への順バイアス電流を増やし、前方端面からの反射戻り光９ｃが増えても、本発明の半導体レーザ１８を用いているため安定な単一モード発振を維持できる。

＜効果＞
本実施の形態２における光集積光源は、半導体レーザ１８と、半導体レーザ１８の出力側に配置され、半導体レーザ１８の出力光の強度または位相を変調する光変調器１９と、光変調器の出力光を増幅する半導体光増幅器２０と、を備え、半導体光増幅器２０の増幅率を制御可能である。

従って、本実施の形態２における光集積光源は実施の形態１における半導体レーザ１８を備える。よって、前提技術における半導体レーザ（λ／４位相シフトＤＦＢ−ＬＤ）を備える場合よりも反射戻り光の影響を受けにくくなるため、反射戻り光の位相や強度によらずＳＭＳＲが劣化せず、光出力の高い光集積素子を得ることができる。

＜実施の形態３＞
図１７は、本実施の形態３における光集積光源の構成の一例を示す上面図である。本実施の形態３における光集積光源は、実施の形態１で述べた半導体レーザ１８をＮ個（Ｎは２以上の自然数）備える半導体レーザアレイ２３を備える。光集積光源はさらに、ＭＭＩ入力導波路２４と、ＭＭＩ２５（Ｎ×１−ＭＭＩ）と、ＭＭＩ出力導波路２６と、ＭＭＩ出力導波路２６に接続されたＳＯＡ２０とを備える。

ＳＯＡ２０には電流注入機構（図示せず）が独立して接続されている。ＳＯＡ２０は、ＭＭＩ出力導波路２６の所定の箇所をエッチングで除去した後、バットジョイント成長と呼ばれる再成長技術によって、ＭＭＩ出力導波路２６の断面とＳＯＡ２０の断面とが直接接合するように形成される。

また、図１８は、図１７中の線分Ｃ−Ｃにおける断面図（即ち、ＭＭＩ入力導波路２４を出射方向から見た断面図）である。ＭＭＩ出力導波路２６、ＳＯＡ２０の構成は、図１８、図１６のそれぞれに示す構成と同様であるため、ここでは説明を省略する。

ＭＭＩ２５（Ｎ×１−ＭＭＩ）は、入力側および出力側を有し、入力側にＮ本のＭＭＩ入力導波路２４の一端が接続され、出力側に１本のＭＭＩ出力導波路２６が接続される。ＭＭＩ２５は、ＭＭＩ入力導波路２４から入力されたＬＤ出力光を合波し、合波したＬＤ出力光をＭＭＩ出力導波路２６に出力する。Ｎ個の半導体レーザ１８は、ＭＭＩ入力導波路２４の他端に接続され、各々が異なる波長で単一モード発振可能である。

次に光集積光源の動作について説明する。任意の半導体レーザ１８を選択して閾値電流以上の電流注入を行うと、選択された半導体レーザ１８にてレーザ発振が生じる。半導体レーザ１８から出力されたＬＤ出力光は、ＭＭＩ入力導波路２４を介してＭＭＩ２５の多モード領域に入力される。ＭＭＩ２５が適切に設計されていれば、全波長帯域に渡ってＭＭＩ出力導波路２６に約１／Ｎの割合でＬＤ出力光を結合させることができる。ＳＯＡ２０に対して電流注入を行うと、ＭＭＩ出力導波路２６を進行するＬＤ出力光は増幅され、高い光出力が得られる。

＜効果＞
本実施の形態３における光集積光源は、半導体レーザ１８の複数個と、複数の半導体レーザ１８のそれぞれの出力に接続された複数の光導波路（即ちＭＭＩ入力導波路２４）と、複数の光導波路に接続され、複数の光導波路を伝搬したレーザ光を合流させる光合波回路（即ちＭＭＩ２５）と、光合波回路の出力光を伝搬させる出力導波路（即ちＭＭＩ出力導波路２６）と、出力導波路に接続された半導体光増幅器２０と、を備え、半導体光増幅器２０の増幅率を制御可能である。

従って、本実施の形態３の光集積光源は、実施の形態１における半導体レーザ１８を備える。よって、前提技術による半導体レーザ（λ／４位相シフトＤＦＢ−ＬＤ）を備える場合よりも反射戻り光の影響を受けにくくなるため、反射戻り光の位相や強度によらずＳＭＳＲが劣化せず、光出力の高い光集積光源を得ることができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 活性層、２ 上部電極、３ 下部電極、４ ガイド層、５ 回折格子、６ 位相シフタ、７ 無反射コーティング、８ 半導体基板、９ａ 後方出力光、９ｂ 前方出力光、９ｃ 反射戻り光、１１ ＩｎＰ基板、１２ ＩｎＰ下部クラッド層、１３ ＩｎＰ電流ブロック層、１４ ＩｎＧａＡｓＰ活性層、１５ ＩｎＧａＡｓＰガイド層、１６ ＩｎＰ上部クラッド層、１７ ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層、１８ 半導体レーザ、１９ 光変調器、２０ 半導体光増幅器（ＳＯＡ）、２１ 光変調器活性層、２２ ＳＯＡ活性層、２３ 半導体レーザアレイ、２４ ＭＭＩ入力導波路、２５ ＭＭＩ、２６ ＭＭＩ出力導波路、２７ ＩｎＧａＡｓＰ導波層、５１ 電流注入回折格子、５２ 電流非注入回折格子、２０１ 光変調器上部電極、２０２ ＳＯＡ上部電極。

Claims (6)

1. 活性層と、
   前記活性層に積層されたガイド層と、
   前記ガイド層中に光の出射方向に沿って形成された回折格子と、
   前記活性層および前記ガイド層の上下に設けられた上部電極および下部電極と、
   を備え、
   前記回折格子は、電流注入回折格子と、前記電流注入回折格子の前後両方に設けられた電流非注入回折格子と、からなり、
   前記電流注入回折格子の中央部、および前記電流注入回折格子と前記電流非注入回折格子との境界のそれぞれには、位相シフタが設けられ、
   前記上部電極は、前記電流注入回折格子の上部に設けられ、かつ、前記電流非注入回折格子の上部に設けられない、
   半導体レーザ。
2. 前記電流非注入回折格子の長さと、回折格子結合係数との積が０．１３５以下である、
   請求項１に記載の半導体レーザ。
3. 前記位相シフタはλ／４位相シフタである、
   請求項１または請求項２に記載の半導体レーザ。
4. 前記回折格子の両端面が劈開されており、前記両端面に無反射コーティングが施されている、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の半導体レーザ。
5. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の半導体レーザと、
   前記半導体レーザの出力側に配置され、前記半導体レーザの出力光の強度または位相を変調する光変調器と、
   前記光変調器の出力光を増幅する半導体光増幅器と、
   を備え、
   前記半導体光増幅器の増幅率を制御可能な、
   光集積光源。
6. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の半導体レーザの複数個と、
   複数の前記半導体レーザのそれぞれの出力に接続された複数の光導波路と、
   前記複数の光導波路に接続され、前記複数の光導波路を伝搬したレーザ光を合流させる光合波回路と、
   前記光合波回路の出力光を伝搬させる出力導波路と、
   前記出力導波路に接続された半導体光増幅器と、
   を備え、
   前記半導体光増幅器の増幅率を制御可能な、
   光集積光源。

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