JP3990745B2 - 半導体光モジュール - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は，光を導波する光導波路の温度を制御することにより光導波路の屈折率を制御する半導体光モジュール，特に，活性層を有する半導体光素子においては活性層以外の受動的な光導波路の部分の温度の制御を効率的に行う半導体光モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体は導体に比べて電気抵抗が高く，電流を流すとジュール熱によって温度が大きく上昇する。そして，半導体の特性は温度によって大きく変化するため，一般に半導体光素子の実装では，熱伝導率が大きく熱膨張係数が半導体のそれに近い材質からなるヒートシンク上に素子をはんだ付けし，熱の放出がはかられている。半導体レーザや半導体光増幅器などの半導体光素子においても，活性層の温度上昇はエネルギーギャップの減少を招いて利得の変動をひき起こすほか，素子の動作寿命を著しく低下させることから，放熱を十分に考慮した実装技術は不可欠である。例えば，レーザ素子に１００ｍＡの電流を流したとき１．５Ｖの電圧が生じ，光出力が２０ｍＷとすれば１００ｍＷ以上は素子内部で熱に変わっている。そこで，実際の構造では，ＣｕやＣｕ−Ｗ化合物，ＳｉＣといった材質からなるヒートシンク上に半導体光素子をマウントし，さらにヒートシンクを含めた半導体光素子の全体をペルチェ素子などのクーラ素子にマウントして温度制御することが多い。すなわち，半導体光素子の特性を維持向上させるためには，半導体光素子内部で発生する熱を極力外部へ放出することが必要である。
【０００３】
一方，半導体光導波路の屈折率が温度によって大きく変化することを利用した半導体光素子の研究がなされている。代表的なものとして，分布ブラッグ反射型（Distributed Bragg Reflector ：以下ＤＢＲと省略する）レーザの活性層以外の部分，すなわち受動的な光導波路の部分（以下，非発光領域という。）の近傍に光導波路を加熱するためのヒータを形成し，この光導波路の部分の温度制御を通じてレーザの発振波長の制御を可能としたものがある。以下，非発光領域のみを加熱するレーザを受動導波路加熱型ＤＢＲレーザと称し，その概略を図７に示す。
【０００４】
この受動導波路加熱型ＤＢＲレーザは３領域構造のＤＢＲレーザを基本構造として，波長制御領域（以下，ＤＢＲ領域Ａという。）と位相制御領域Ｂとの光導波路の直上部にガラス等の絶縁膜７を介して薄膜Ｐｔストライプヒータを形成し，この両領域の光導波路２の屈折率を温度の関数として独立に制御できるようにした。この受動導波路加熱型ＤＢＲレーザは，従来の３領域構造のＤＢＲレーザにおいて両領域の光導波路２への電流注入によってひきおこされるプラズマ効果に基づいて屈折率制御を行う方式に較べ，モードホッピングも含めたものであるが，波長可変幅を約３倍（１０ｎｍ前後→３０ｎｍ）に拡大することに成功した（特開平６−９７６０１号公報）。
【０００５】
この受動導波路加熱型レーザでは，活性領域１を含んでいる光を発する能動的な光導波路２の部分と，発光には寄与しない非発光領域２０とは熱的に独立しており，活性領域１の温度を一定に保ったまま非発光領域２０の温度を変化させることができる。特に，温度の変化により波長を変えているので，プラズマ効果を利用する電流注入方式とは異なり，キャリアのショットノイズによるスペクトル線幅の劣化や自由キャリア吸収による導波路損失の増大といった問題を回避できる等の優れた効果がある（信学技報ＯＰＥ９４−１１２）。
【０００６】
また，今日においては，活性領域１とそれに連続する位相制御領域ＢとＤＢＲ領域Ａを備えた半導体レーザにおいては，単一パラメータ制御による位相連続波長シフトを実現することも求められている。これは、レーザの構造を知らないシステム技術者でも手軽に使えるＤＢＲレーザを実現するものであり，この課題を実現するためにいくつかの新構造が相次いで提案されている。例えば、ＤＢＲ領域と位相制御領域とに同じ電流を注入しても各領域の等価屈折率が縦モードを保持する条件を満足するように、各領域の光導波路の層厚を変化させた，いわゆる階段型導波路構造ＤＢＲレーザ（１９９５年電子情報通信学会総合大会Ｃ−３９０）や、ＤＢＲ領域上に設けられる電極を２つに分割し、その一方の電極を位相制御領域の電極と一体化させ，他方の電極をＤＢＲ領域用の電極として用い，その二つの電極がＤＢＲ領域上ではそれぞれ櫛形を成し，且つ各々の凸部と凹部とが導波路上で互いに嵌合するように組合さっている櫛形電極ＤＢＲレーザ（１９９５年秋季応用物理学会学術講演会２７ｐＺＡ−１６）がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする第１の課題は以下の通りである。これを，従来の受動導波路加熱型レーザを使用した半導体光モジュールの例を用いて説明する。この半導体の温度変化を積極的に利用した半導体光素子の場合，半導体光素子を全領域にわたってヒートシンクの上に載置する等の放熱構造を採用すると，半導体光素子の非発光領域を加熱しその光導波路の屈折率を変化させようとした場合に，波長を変化させるために加えられた熱のかなりの部分がヒートシンクを経由して放出されてしまい，目的とする特性を得る場合の熱の利用が極めて非効率になるという問題点がある。すなわち，非発光領域に対しては，光導波路の屈折率を変化させるために熱を加え，その熱により十分な温度上昇を図れることが必要であるが，活性領域１に対しては，十分な放熱効果が得られることが望まれている。すなわち，本発明における第１の解決すべき課題は，非発光領域に対しては温度制御のために熱上昇のため熱効率を高められるようにしつつも，非発光領域以外の光導波路部分に対しては十分な放熱効果が得られるような半導体光モジュールを提供することである。
【０００８】
本発明が解決しようとする第２の課題は以下の通りである。半導体レーザでは上述のように，単一パラメータのみを制御することによる位相連続波長シフトを実現することも求められている。ここで，位相連続波長シフトとは，単一モード発振レーザが同一のモード次数を保ちながら波長を変化させることで，言い替えればモードホッピング（mode hopping：モードホップ、モードジャンプ等とも言う）を起こさない波長シフト動作のことである。モードホッピングとは，レーザ発振している縦モードが異なる次数の縦モードに移る現象をいうが，光の波長や位相が不連続に変化してしまうため、これを抑圧することはコヒーレント方式やヘテロダイン方式の光通信，光計測技術において極めて重要である。位相連続波長シフトを実現するために考え出された階段型導波路構造ＤＢＲレーザは有機金属気相成長法の応用技術である選択成長法を利用して作製されるが、この成長方法は成長装置ごとに特性がばらついてしまう上、素子構造の制約から活性領域長を大きくすることができず光出力が小さいという問題がある。また，選択できる縦モードも一本に限られてしまい，発振波長範囲は狭い。一方，櫛形電極ＤＢＲレーザではＤＢＲ領域の電極を２つの対置した櫛形に分割するためＤＢＲ領域長を長くする必要があって、やはり素子長の割に光出力が小さいという問題と、ＤＢＲ領域の受動導波路内のキャリア分布が二つの電極を有するために周期的になり、波長シフト量を大きくしていくとこの周期に由来する超周期縦モードが発生して副モード抑圧比を劣化させるという問題がある。また，ＤＢＲ領域のみに電流を注入する電極が支配する導波路は，ＤＢＲ領域の一部に限られるため，やはり縦モードの選択範囲は狭まって，発振波長範囲を狭くしている。さらに，階段型導波路構造ＤＢＲレーザも櫛形電極ＤＢＲレーザも両者とも波長シフトのための電流注入にともなう導波路損失の増大によって、光出力が大きく低下することは避けられず、光出力を一定に保ちながら波長シフトを得るには結局，活性領域に注入する電流も変化させる必要が生じてしまい、単一パラメータ制御にはなり得ない。一方、受動導波路加熱型ＤＢＲレーザでは，光出力の変動は小さく、活性領域電流の制御の必要はなかったが，従来のモジュール技術ではやはり位相制御領域加熱用抵抗とＤＢＲ領域加熱用抵抗の両方の電力を一定の比で同時に制御して変化させる必要があった。従って，第２の解決すべき課題は，活性領域とそれに連続する位相制御領域とＤＢＲ領域とを備えた半導体レーザにおいて，位相が連続した波長シフトを単一パラメータの制御のみで実現することである。請求項１に記載の発明はこの第２の解決すべき課題に対応したものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで，本発明の第１の請求項では，第２の解決すべき課題，すなわち，位相が連続した波長シフトを簡易にしかも効率よく実現するために以下の手段を採用した。すなわち，非発光領域２０の少なくとも一部を加熱することによって与えられた熱が，非発光領域２０中の第１の受動領域（位相制御領域）Ｂと第２の受動領域（ＤＢＲ領域）Ａとへ所定の割合で伝わるようにすれば，位相が連続した波長シフトを実現できる。このため，以下の構成を採用した。活性領域１と，それに連続する第１の受動領域（位相制御領域）Ｂと第２の受動領域（ＤＢＲ領域）Ａとからなる非発光領域２０とを備えて成る光導波路２と位相制御領域を加熱する位相制御領域加熱手段３１とＤＢＲ領域を加熱するＤＢＲ領域加熱手段３２とを有する半導体光素子４と，この半導体光素子４を載置し，活性領域１と非発光領域２０の一部とに対しては直接接触し，非発光領域２０の残部に対しては空間部６を介在させて当接されたヒートシンク５と，位相制御領域加熱手段へ注入する電力を制御する制御部３４とでなり，ＤＢＲ領域加熱手段には一定の電力が注入されており，位相制御領域加熱手段３１とＤＢＲ領域加熱手段３２からの熱が，第１の受動領域（位相制御領域）Ｂと第２の受動領域（ＤＢＲ領域）Ａとへ所定の割合で伝わるように，制御部３４が活性領域１から出射された光の特性に基づき位相制御領域加熱手段３１に注入する電力を制御する半導体光モジュールを発明した。なお，ここで直接接触とは，光導波路２とヒートシンク５との間に熱の伝導経路が途切れないことを意味し，中間に基板１０が介在してもよい。すなわち，直接接触とは，空間部６を介在させて接触するのに対する概念である。
【００１１】
【作用】
以下，本発明の具体的な作用，特に空間部６の機能，作成方法について述べる。半導体光素子４において発生した熱は，空中へ放出されるわずかな量を除けばそのほとんどが半導体光素子４から，接合面を経由してヒートシンク５へ伝導される。ここで，半導体光素子４はヒートシンク５の上にはんだ材によって載置されるが，半導体光素子４とヒートシンク５との接合面が平坦な場合，はんだを高熱で溶かした時に表面張力によって接合面の隅々まで行きわたり，この接合面上ではんだ材による接合面積を正確に制御することは困難である。
【００１２】
ヒートシンク５の表面のめっき面積を制限することでもある程度のはんだ拡散の抑制は期待できるが，全面にめっき付けされた半導体光素子４の底面をつたって拡散が生じるので制御は難しい。半導体光素子４の底面のめっき面積を制限することは半導体光素子４の製造工程の複雑化とフォトレジスト等の使用による有機物汚染の確率を高め，好ましくない。
【００１３】
ヒートシンク５上に溝を形成すれば，ヒートシンク５上のはんだ材の流れ出しが抑えられ，はんだ付けがされる部分とはんだ付けがされない部分とが生じ，接合面の一部に空間部６が生じる。その結果，接合面内の熱伝導率に分布が生じる。半導体光素子４の内部では，はんだ付けされた部分の直上部では熱抵抗が小さいために温度変化は抑えられるが，はんだ付けされない部分の直上部では熱抵抗が大きいために熱伝導が悪くなり，熱が蓄積される。さらに，ヒートシンク５の上の溝の幅を広くして熱抵抗を大きくしたい面積全体にわたるようにすれば半導体光素子４とヒートシンク５との間に空間が生じ，熱抵抗が著しく増大する。
【００１４】
また，ヒートシンク５の上に溝を設けなくても，ヒートシンク５上にメッキを施した部分とそうでない部分とを設けることにより，所望の位置にのみはんだ付けを行うこともできる。その結果，はんだが施された部分と施されない部分とが生じ，はんだが施されない部分の半導体光素子４とヒートシンク５との接合面に空間部６が生じる。なお，ここで，使用している空間部という概念は，半導体光素子４とヒートシンク５との間で全く接触がない形状である必要は必ずしもない。例えば，厳密な直方体の空間を意味するものではない。従って，例えば，溝を形成したヒートシンク５と半導体光素子４とが空間部６において，全く非接触でなく，何点かで接触していているものも含む。このような空間部６であっても，熱の伝導を妨げるので，熱抵抗は増大し，上に述べたものと同様の効果が得られる。
【００１５】
次に，請求項１に記載の発明の作用について述べる。以下，位相が連続した波長シフトの原理，すなわち，モードホッピングを起こすことなく波長をシフトさせるための原理を説明する。活性領域１と第１の受動領域Ｂである位相制御領域Ｂの領域長さをそれぞれＬA ，ＬP とし加熱手段３によって熱が加えられたときの位相制御領域Ｂ，第２の受動領域ＡであるＤＢＲ領域Ａの等価屈折率の変化分をそれぞれΔｎP ，ΔｎD としてΔｎD ＝ ＬP ／（ＬA ＋ＬP ）×ΔｎPで表される条件を満足させればよい。ただし, 加熱手段３が発熱していないときの各領域の等価屈折率はお互いに等しいと仮定した。等価屈折率の熱に対する変化は図２からも明らかなように十分な線形性を有しているので，加熱手段３が発する熱量Ｗが位相制御領域ＢにＷP，ＤＢＲ領域ＡにＷD と分配される（ＷP ＋ＷD ＝Ｗ）とするとΔｎD ／ΔｎP ＝ＷD ／ＷP ＝ＬP ／（ＬA ＋ＬP ）を満たせばよいわけである。このＷD ／Ｗ，ＷP ／Ｗは空間部６の大きさを適当に設定してやることで制御される。
【００１６】
【実施例】
半導体光素子４として，受動導波路加熱型ＤＢＲレーザを用いた例にとって，本発明の参考実施例を説明する。図１は，半導体光素子４である受動導波路加熱型ＤＢＲレーザをヒートシンク５に実装した場合の半導体光モジュールの上面図およびＸ−Ｙによる断面図である。ヒートシンク５の大きさは長さ１．６ｍｍ，幅１．０ｍｍ，厚さ０．２ｍｍである。また，はんだは図示されていないが幅０．４ｍｍとする。
【００１７】
以下，参考実施例の半導体光素子の作製方法について述べる。ｐ型ＩｎＰの基板１０上にエネルギーギャップ１．５５μｍの組成のＩｎＧａＡｓＰ層を厚さ１５０ｎｍで成長した後，光導波路２となる部分にＳｉＯ2を堆積し，活性領域１となる以外の部分のＩｎＧａＡｓＰ層はこのＳｉＯ2をエッチングマスクとしたエッチングにより除去する。除去した部分の一部にＩｎＰ層をピッチ２４０ｎｍで周期的にエッチングしてコラゲーション状の回折格子９を形成する。活性領域１以外の部分であって，回折格子９を形成した部分がＤＢＲ領域Ａになり，残りの部分が位相制御領域Ｂとなる。その後，活性領域１の周辺部に、波長１．５５μｍの光に対しては受動的になるエネルギーギャップ１．３μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰガイド層（このガイド層部分が非発光領域２０となる。）を厚さ２５０ｎｍ成長してからＳｉＯ2を除去し，全面にＩｎＰクラッド層１１を１．５μｍ成長する。続いてＳｉＯ2を幅１．５μｍのストライプ状に形成してこれをエッチングマスクとし，クラッド層１１，活性領域１及び非発光領域２０であるガイド層をストライプメサ状にエッチングする。この後，このストライプメサを埋め込むｎ型ＩｎＰとｐ型ＩｎＰとからなる埋め込み層を成長して電流経路を狭窄化し，光導波路２の横方向の閉じ込める構造を形成する。なお，ここで述べている光導波路２とは，１．５５μｍ組成の活性領域１と１．３３μｍ組成のガイド層からなる非発光領域２０とを合わせたものである。
【００１８】
ＳｉＯ2を除去した後，活性領域１の上面にはクラッド層１１を介してＡｕ，Ｇｅ等の蒸着によりｎ型電極８を，基板１０の底面にはＡｕ，Ｚｎ等の蒸着によりｐ型電極（図示せず。）を形成して電流注入が可能な構造とする。
【００１９】
一方，ＤＢＲ領域Ａおよび位相制御領域Ｂの上面には厚さ２００ｎｍのＳｉＯ2を堆積して絶縁膜７とし，さらに光導波路２の真上にあたる位置に幅１５μｍ，厚さ１２０ｎｍのＰｔストライプを形成して加熱手段３とする。Ｐｔストライプにはワイヤをボンディングするためのパッドを両端と，ＤＢＲ領域Ａと位相制御領域Ｂとの境界部の合計３箇所にＡｕ蒸着などの方法で形成し，ＤＢＲ領域Ａと位相制御領域Ｂとを独立に加熱できるようにする。ここで，加熱手段３は，ＤＢＲ領域Ａのみを加熱するものであっても，空間部６との相互作用により効率的な波長シフトを行うことができる（図１参照）。
【００２０】
次に，このように作製された半導体光素子４をヒートシンク５に載置する手順についてのべる。ヒートシンク５は材料をシリコンカーバイド（ＳｉＣ）として説明する。ＳｉＣは熱膨張係数がＩｎＰに近く，熱伝導率が大きい（２．７Ｗ／ｃｍ・ｄｅｇ）ため，よく用いられる材料である。
【００２１】
ＳｉＣは厚さ２００μｍの板状のものとして上面と底面に厚さ１μｍ程度のＡｕ合金のメタライズを行ったあと，半導体光素子４との接合部となる部分にＡｕＳｎはんだを付着させる。この時，はんだは半導体光素子４の寸法にあわせた面積に付着させるようにする。これは，半導体光素子４をはんだ付けする際の位置合わせを容易にすると共に，ヒートシンク５にワイヤボンディンクする時に余計なはんだが付着していることによって作業が難しくなることを避けるためである。
【００２２】
次に，空間部６を形成したい部分に溝をダイサー等の切削装置によって形成する。本参考実施例では空間部６をＤＢＲ領域Ａの直下にのみ設けた（図１参照）。ＳｉＣがバー状に一体化している状態であれば，一度の切削で大量の加工が可能な上，メタライズやはんだを完全に除去できるので，最も簡便な手法にして最大の効果を得ることが可能である。この作業の後で１個ずつ切り離しをすればよい。もちろん最初から適当な位置に適当な大きさで穴状に切削を行ってもよいことは言うまでもない。このように加工成型したヒートシンク５に半導体光素子４をマウントして熱をかけてはんだ付けし，これをペルチェ素子等のクーラ素子やサーミスタ素子（図示せず。）とともにモジュールパッケージ内に配置し，固定する。用途によっては光アイソレータやレンズを内蔵させてファイバアウト出力を図る。
【００２３】
次に，参考実施例の動作について説明する。参考実施例の半導体光素子４である受動導波路加熱型ＤＢＲレーザは，通常のＤＢＲレーザの非発光領域２０の直上にＳｉＯ2 絶縁膜７を介して加熱手段３として薄膜Ｐｔストライプヒータを形成したものである。電極８の直下には活性領域１があり，電極８とヒートシンク５との間に電流を流すと活性領域１から光が放出され，光導波路２内で共振してレーザ発振を起こす。薄膜Ｐｔストライプヒータの直下の非発光領域２０には波長を単一にするための回折格子９が形成されており，この回折格子９のピッチと光導波路２の等価屈折率とによって発振波長が決定される。この時，薄膜Ｐｔストライプヒータの両端に付属したパッドにワイヤをボンディングし電流を流して薄膜Ｐｔストライプヒータを発熱させると，直下の非発光領域２０の屈折率が非発光領域２０の温度の上昇にともなって増大し，半導体光素子４の発振波長は長波長側へシフトする。
【００２４】
参考実施例の半導体光モジュールと，従来のものである，半導体光素子４が空間部６のない平坦なヒートシンク５に接合されているものとの特性の比較を以下に示す。加熱手段３である薄膜Ｐｔストライプヒータの発熱量と波長シフト量との関係を図２に示す。縦軸は波長シフト量（単位ｎｍ）を，横軸は薄膜Ｐｔストライプヒータの消費電力（単位Ｗ）を示す。白丸は従来のもの，黒丸は参考実施例の半導体光モジュールである。図２から発光効率が２倍以上，改善されたことがわかる。したがって，少ない消費電力で大きな波長シフトを得るという効果があり，ひいてはクーラ素子の負担を軽減してモジュール全体として消費電力も少なくて済む。これは電源と一体化した光源装置とする場合にも重要な利点である。
【００２５】
次に，図３を用いて，有限要素法シミュレーションによるＤＢＲ領域の中央部の最高到達温度をのべる。縦軸は，温度（単位℃），横軸は，パワー（単位Ｗ）を示す。図３中，白丸は従来の形状，すなわち，半導体光素子４とヒートシンク５との間に空間部６を有しないものである。図３中，菱形は空間部６をＤＢＲ領域Ａと位相制御領域Ｂとの双方に連続して境界なく空間部６を設けた構造である（以下，タイプ１という。）。本実施例では，非発光領域２０のなかのＤＢＲ領域Ａと位相制御領域Ｂのそれぞれの領域の下方に別個に空間部６を設けた例（以下，タイプ２という。）でもシミュレーションを行ってみた。図３中，三角形は，空間部６をＤＢＲ領域Ａと位相制御領域Ｂとのそれぞれに分けて複数設けた構造である（タイプ２という。）。なお，すべての例とも，クラッド層１１の厚さは２μｍ，絶縁膜７の厚さは３００ｎｍである。
【００２６】
境界条件は，ＳｉＣヒートシンクの底面温度が常に２５℃一定であるとし，空中への熱の放出は無視した。シミュレーションの結果，非発光領域２０の下方に空間部６を一つ設けたものが温度対パワーの効率が優れていた。これは，最も溝の面積を大きく取ったものであり，ヒータで生じた熱がヒートシンク底面から放出されるのに通過する経路が最も長く，また途中の熱の経路の断面積も小さく熱抵抗が高いために非発光領域２０の温度も高温になったものである。次に，パワーの効率が優れているのは，空間部６をＤＢＲ領域Ａと位相制御領域Ｂとに分けて設けたタイプ２のものであった。
【００２７】
次に，図４を用いて，参考実施例の半導体光モジュールの光導波路２内部の温度分布を説明する。図４（ａ）は従来型の半導体光モジュール，図４（ｂ）は上述のタイプ１のもの、図４（ｃ）は同じくタイプ２のものである。なお，すべての例とも，クラッド層１１の厚さは２μｍ，絶縁膜７の厚さは３００ｎｍである。また，各図に共通して，縦軸は光導波路２の内部の温度（単位℃）を示し，横軸は左から活性領域１，非発光領域２０を示す。横軸の０の点は活性領域１の出射端面であり，光導波路２の内からこの端面へ向かう向きを前方，ＤＢＲ領域Ａ側の端面に向かう向きを後方と呼ぶことにする。ここでは，ＤＢＲ領域Ａ（１０００μｍから１５００μｍ）についてのみ加熱を行った。
【００２８】
図４（ａ）からわかるように，従来形状の空間部を有しないヒートシンクを使用して動作させた受動導波路加熱型ＤＢＲレーザでは，１００℃以上の温度上昇を得るには２〜３Ｗ程度のヒータパワーを必要としていた。これに対して，図４（ｂ）からわかるように，タイプ１の形状を有するヒートシンクを使用すれば１Ｗ程度のヒータパワーで同等な温度上昇が得られる。さらに，図４（ｃ）からわかるように，タイプ２の形状を有するヒートシンクを使用すればＤＢＲ領域Ａの温度上昇は従来型とタイプ１の中間程度の効果であるが，５００μｍから１０００μｍの温度上昇がタイプ１の場合よりも抑えられ，位相制御領域Ｂへの熱の流入がタイプ１よりも少なく両者の熱的なアイソレーションに優れていることがわかる。このことは，発振波長を精細に制御する場合には重要な効果である。タイプ１もタイプ２も，温度の上昇が起こっているのは，５００μｍより後方の位置からであり，活性領域１に対する影響はない。
【００２９】
次に，請求項１に記載の発明の実施例を図５を用いて説明する。この半導体光モジュールにおいても，半導体光素子４の作製方法は前述の方法と同様である。すなわち，基板１０上に光導波路２を有し，その光導波路２を加熱する加熱手段３がクラッド層１１および絶縁膜７を介して設けられている。加熱手段３は位相制御領域加熱用抵抗３１とＤＢＲ領域加熱用抵抗３２とからなる。また，本実施例では，請求項１において第１の受動領域Ｂとされていたのは，位相制御領域Ｂであり，第２の受動領域ＡとされているのはＤＢＲ領域Ａを意味する。加熱手段３は，非発光領域２０の少なくとも一部を加熱するものであればよく，本実施例では，位相制御領域ＢとＤＢＲ領域Ａとの双方を別々に加熱するものであるが，位相制御領域Ｂのみを加熱するものであってもよい。すなわち，位相制御領域ＢとＤＢＲ領域Ａとに一定の割合で熱が加えられればよい。そして，本実施例では，光導波路２の一部である活性領域１から出射された光（図中矢印で示す。）を測定する測定手段３３と，その測定手段３３で測定された光の特性に応じて，位相制御領域Ｂに対する加熱を制御する制御手段３４とを備えている。本実施例では位相制御領域加熱用抵抗３１に対する制御のみを行い，ＤＢＲ領域加熱用抵抗３２に対しては，制御することなく，一定の電力を注入しておく。
【００３０】
以下，具体的な数値をもって半導体光モジュールを説明する。基板１０の厚さを１００μｍとし，光導波路２を厚さ０．２μｍ，クラッド層厚を２μｍとした。光導波路の長さは全体で１５００μｍであり，活性領域１の長さは５００μｍ，位相制御領域Ｂ及び長さはＤＢＲ領域Ａの長さも各５００μｍとした。請求項１記載の発明で特徴的な点は，作用で述べたようにヒートシンク５に形成された空間部６の位置と大きさである。厚さ２００μｍのヒートシンク５上に設けられた空間部６は，非発光領域２０の直下の一部にあればよいが，本実施例では，位相制御領域Ｂの一部とＤＢＲ領域Ａのほぼ全体の直下に設けることにした。具体的には，空間部６は，光の出射端面から８５０μｍの位置から設けられ，長さは５００μｍで，光の出射端面の反対側の端面から１５０μｍの位置まで設けられた。また，空間部６の深さは５０μｍとした。
【００３１】
次に，本実施例の動作を図６を用いて説明する。図６は，ヒートシンク５の上に空間部６が前述の位置に設けられた半導体光モジュールと，従来技術で作製したレーザモジュールの同特性の比較である。図６の横軸は受動導波路加熱型ＤＢＲレーザの位相制御領域加熱用抵抗３１（以下，ＨPCと呼ぶ。）の消費電力を示し，左側の縦軸はその時の位相連続の波長シフト量を，右側の縦軸はモードを一定に保つために調整したＤＢＲ領域加熱用抵抗３２（以下，ＨDBRと呼ぶ。）の消費電力を示している。波長シフト量は白抜きシンボルで，ＨDBRの消費電力は黒塗りシンボルで示し，丸が本発明の半導体光モジュールで測定した値を，三角形が従来技術の構造のモジュールにより得られた値を示している。
【００３２】
図６から明らかなように，白丸と白三角とを比較すれば波長シフト量は同等の特性であるが，黒丸と黒三角の比較を見れば，ＨDBRの消費電力の変化が大きく異なっているのがわかる。すなわち，従来技術ではモードホップを避けるためにＨDBRの消費電力を常に調整する必要があったが，これに対し本発明の半導体光モジュールでは，ＨPCの発する熱がＤＢＲ領域Ａにも蓄えられ，ＨPCの消費電力の制御のみでＤＢＲ領域Ａと位相制御領域Ｂとからなる非発光領域２０の温度を制御でき，位相連続波長シフトを非常に容易に可能にしている。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１に記載の本発明の半導体光モジュールでは，第１の受動領域（位相制御領域）Ｂと第２の受動領域（ＤＢＲ領域）Ａとへ所定の割合で伝わる構成を採用しているので，位相が連続した波長シフト動作を単一パラメータを制御することで可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の参考実施例の構成を示す図である。
【図２】薄膜ヒータの発熱量と波長シフト量との関係を示す図である。
【図３】有限要素法を用いたシミュレーションによる最高到達温度を示す図である。
【図４】半導体光モジュールの光導波路２内部の温度分布を説明した図である。
【図５】本発明の実施例の構成を示す図である。
【図６】位相制御領域に加える電流をのみを制御して，位相連続波長シフトを実現した例を説明した図である。
【図７】従来の受動導波路加熱型半導体レーザの構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 活性領域。
２ 光導波路。
３ 加熱手段。
４ 半導体光素子。
５ ヒートシンク。
６ 空間部。
７ 絶縁膜。
８ 電極。
９ 回折格子。
１０ 基板。
１１ クラッド層。
２０ 非発光領域。
３１ 位相制御領域加熱用抵抗。
３２ ＤＢＲ領域加熱用抵抗。
３３ 測定手段。
３４ 制御手段。
Ａ ＤＢＲ領域。
Ｂ 位相制御領域。

Claims (1)

1. 活性領域（１）と，それに連続する位相制御領域（Ｂ）とＤＢＲ領域（Ａ）とからなる非発光領域（２０）とを備えて成る光導波路（２）と前記位相制御領域を加熱する位相制御領域加熱手段（３１）と前記ＤＢＲ領域を加熱するＤＢＲ領域加熱手段（３２）とを有する半導体光素子（４）と，該半導体光素子を載置し，前記活性領域と前記非発光領域の一部とに対しては直接接触し，該非発光領域の残部に対しては空間部（６）を介在させて当接されたヒートシンク（５）と，前記位相制御領域加熱手段へ注入する電力を制御する制御部（３４）とでなり，
   前記ＤＢＲ領域加熱手段には一定の電力が注入されており，
   前記位相制御領域加熱手段とＤＢＲ領域加熱手段からの熱が，前記位相制御領域と前記ＤＢＲ領域とへ所定の割合で伝わるように，前記制御部が前記活性領域から出射された光の特性に基づき前記位相制御領域加熱手段に注入する電力を制御する半導体光モジュール。

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