JP4983910B2 - 光半導体素子 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば光通信用光源である半導体レーザの発振波長をモニタするための光検出器を備える光半導体素子に関する。
近年の通信需要の飛躍的な増大に伴い、波長の異なる複数の信号光を多重化することによって、一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（ＷＤＭ通信システム）の開発が進められている。
このような波長分割多重通信システムにおいて、半導体レーザは所定のチャネルにあった波長で発振することが求められる。このため、光源である半導体レーザの発振波長をモニタし、これを制御することが必要不可欠である。
例えば特許文献１では、半導体レーザを含む波長可変光源素子を備えるモジュール部を、特定の周期的な透過スペクトルを持つエタロンフィルタ及び光検出器を有するものとし、波長可変光源素子の発振波長をモニタし、これを制御することが開示されている。
また、例えば特許文献２では、ビームスプリッタを必要としない半導体レーザモジュールとして、半導体レーザ素子及び光検出部（フォトダイオード及びエタロンフィルタを含む）を有するものが開示されている。
また、例えば特許文献３では、分布反射器及び光検出器を集積したＤＢＲ型半導体レーザにおいて、発振波長を制御することが開示されている。
さらに、例えば特許文献４では、波長可変半導体レーザ，グレーティングを有する分布反射器，光アイソレータ及び受光器を集積した３電極ＤＦＢ半導体レーザにおいて、レーザの発振波長をモニタすることが開示されている。
特開２００２−１８５０７４号公報（例えば図１参照） 特開２００６−２１６６９５号公報（例えば図１参照） 特開昭６３−１６０３９１号公報（例えば第１図参照） 特開平４−１８６６９０号公報（例えば第１図参照）
ところで、上述の特許文献１や特許文献２に記載されているようなエタロン及びフォトディテクタを有する半導体レーザモジュールでは、基本的にバルクの光学部品(エタロン，フォトディテクタ，アイソレータ，ビームスプリッタ，各種レンズ類等)を組み合わせて作製することになるため、精密な光学調整が必要となる。このため、作製工数、コスト面で課題が残る。また、当然、モジュールサイズも大きくなる。さらに、エタロンとレーザチップとを同時、或いは、個別に電子冷却素子（ＴＥＣ：Thermo-electric cooler）によって温度調整することになるため、総面積が大きくなり、消費電力も高くなる。
これに対し、上述の特許文献３や特許文献４に記載されているように、エタロンを用いずに、半導体レーザ及び分布反射器（波長フィルタ）をモノリシックに集積し、半導体レーザの発振波長をモニタし、制御することが開示されている。
特に、特許文献３では、ＤＢＲ型半導体レーザは２つの分布反射器及び２つの光検出器を備えており、分布反射器を透過した光を光検出器で検出することで半導体レーザの発振波長をモニタするようになっている。
しかしながら、このような構造では分布反射器側からの反射戻り光が半導体レーザに多大な影響を与えることが懸念される。
なお、特許文献３では特に触れられていないが、反射戻り光の影響を低減するために、半導体レーザ発振部を構成する可変分布反射器のグレーティングによる反射率を増大させるという方法が考えられる。しかしながら、この方法ではレーザ自体の設計自由度が低くなってしまう。また、発振波長測定部を構成する分布反射器（即ち、波長フィルタとなる回折格子）による反射率を低下させるという方法が考えられる。しかしながら、この方法では、反射戻り光は低減できるものの同時に透過スペクトルが鈍ってしまうため、肝心の波長モニタの精度が低下してしまうことが予想される。
また、特許文献４では、光アイソレータを集積することが開示されており、ＧａＡｓ基板上に、ＣｄＴｅ／ＣｄＭｎＴｅ多重量子井戸を用いて光アイソレータを形成することが記載されている。
しかしながら、通常、ＧａＡｓやＩｎＧａＡｓＰのようなＩＩＩ−Ｖ族半導体材料からなる基板上に、ＣｄＴｅのようなＩＩ−ＶＩ族半導体材料からなる層を成長させるのは格子定数の関係から極めて困難であり、ごく一般的な半導体成長方法で簡易に作製できるものではない。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、半導体レーザの発振波長をモニタするための素子をモノリシックに集積した波長モニタ集積光半導体素子を、簡易に、かつ、低コストで作製できるようにしながら、半導体レーザへの反射戻り光の影響を低減できるようにした、光半導体素子を提供することを目的とする。
このため、本発明の光半導体素子は、半導体レーザと、半導体レーザに接続された第１光導波路と、半導体レーザから第１光導波路を介して導かれた光を２つに分岐する光結合器と、光結合器に接続された２つの第２光導波路と、２つの第２光導波路のそれぞれに設けられた回折格子と、２つの回折格子の一方を介して導かれた光を検出する光検出器とを備え、半導体レーザ、第１光導波路、光結合器、第２光導波路、回折格子、光検出器が同一基板上に集積されており、各回折格子側から半導体レーザ側への反射戻り光が光結合器で干渉するように、各回折格子側からの反射戻り光の位相が光結合器部分でπずれるように構成されていることを特徴としている。
また、光検出器は、回折格子を透過した透過光の強度を検出しうる位置に設ければ良い。
さらに、各第２光導波路のそれぞれに介装され、少なくとも各回折格子で反射した反射光の一部を分岐する反射光用光結合器と、各反射光用光結合器のそれぞれに接続され、少なくとも各回折格子で反射した反射光を検出する反射光用光検出器とを備えるものとしても良い。
また、光検出器は、回折格子で反射した反射光の強度を検出しうる位置に設けても良い。
具体的には、各回折格子側からの反射戻り光の光路長が異なるようにすれば良い。例えば、各第２光導波路の導波路長が異なるようにすれば良い。また、各第２光導波路の等価屈折率が異なるようにしても良い。例えば、２つの第２光導波路の一方は幅が異なる部分を有するものとすれば良い。さらに、２つの第２光導波路の一方或いは両方に位相調整器を設けても良い。
また、各回折格子の光学特性は同じにするのが好ましい。
さらに、２つの回折格子の他方を介して導かれた光が入射する領域に、前記光検出器と同じ構造のダミー光検出器を設けるのが好ましい。
また、半導体レーザと光結合器との間に光吸収領域を設けるのが好ましい。
さらに、第１光導波路に介装され、半導体レーザから出力される出力光の一部を分岐する出力用光結合器と、出力用光結合器に接続され、半導体レーザから出力される出力光を外部へ出力する出力光導波路とを備えるものとしても良い。
また、出力光導波路に介装され、半導体レーザから出力される出力光の一部を分岐する出力光検出用光結合器と、出力光検出用光結合器に接続され、半導体レーザから出力される出力光を検出する出力光用光検出器を備えるものとしても良い。
さらに、半導体レーザは、波長可変レーザであっても良い。
したがって、本発明の光半導体素子によれば、半導体レーザの発振波長をモニタするための素子をモノリシックに集積した波長モニタ集積光半導体素子を、簡易に、かつ、低コストで作製できるようになり、さらに、半導体レーザへの反射戻り光の影響を低減できるという利点がある。
本発明の第１実施形態にかかる光半導体素子の構成を示す模式的平面図である。 （Ａ）〜（Ｆ）は、本発明の第１実施形態にかかる光半導体素子の製造方法を説明するための模式的断面図である。 本発明の第１実施形態にかかる光半導体素子を構成するフォトディテクタで検出される光強度と波長との関係を示す図である。 本発明の第２実施形態にかかる光半導体素子の構成を示す模式的平面図である。 本発明の第３実施形態にかかる光半導体素子の構成を示す模式的平面図である。 本発明の第４実施形態にかかる光半導体素子の構成を示す模式的平面図である。 本発明の第４実施形態にかかる光半導体素子を構成する透過光検出フォトディテクタで検出される光強度と反射光検出フォトディテクタで検出される光強度との差分強度と波長との関係を示す図である。 本発明の第５実施形態にかかる光半導体素子の構成を示す模式的平面図である。 本発明の第６実施形態にかかる光半導体素子の構成を示す模式的平面図である。 本発明の第７実施形態にかかる光半導体素子の構成を示す模式的平面図である。
符号の説明
１１ 半導体レーザ
１２Ａ 光導波路（第１光導波路）
１２Ｂ，１２Ｃ 光導波路（第２光導波路）
１３ 光結合器［光カプラ；例えばＭＭＩ（Multi Mode Interference）カプラ］
１４，１５ 回折格子（波長フィルタ）
１６ 光検出器（フォトディテクタ）
１７ ダミー光検出器（ダミーフォトディテクタ）
２８ 光吸収領域
３２ 出力光導波路
３４ 出力用光結合器（光カプラ；例えばＭＭＩカプラ）
４５，４６ 光導波路
４７，４８ 反射光用光結合器（光カプラ；例えばＭＭＩカプラ）
４９ 反射光用光検出器（フォトディテクタ；反射光検出フォトディテクタ）
５１ ダミー反射光用光検出器（ダミーフォトディテクタ）
７３ 出力光検出用光検出器［フォトディテクタ；出力光（半導体レーザ光）検出フォトディテクタ］
７４ 光導波路
７５ 出力光検出用光結合器（光カプラ；例えばＭＭＩカプラ）
８１ 位相調整器
１００ ｎ−ＩｎＰ基板（半導体基板）
１０１ ＤＦＢレーザ領域（半導体レーザ領域）
１０２Ａ 第１光導波路領域
１０２Ｂ 第２光導波路領域
１０３ 光結合器領域
１０４ 回折格子領域
１０５ フォトディテクタ領域（光検出器領域）
１１０ ｎ−ＩｎＰバッファ層
１１１ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層
１１２ 回折格子
１１３ ｎ−ＩｎＰスペーサ層
１１４ ＩｎＧａＡｓＰ歪みＭＱＷ層（活性層）
１１５ ｐ−ＩｎＰクラッド層
１２０ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層
１２２ ｎ−ＩｎＰスペーサ層
１２３ ｉ−ＩｎＧａＡｓＰコア層
１２４ ｐ−ＩｎＰクラッド層
１３０ ｐ−ＩｎＰクラッド層
１３１ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ４元コンタクト層
１３２ ｐ−ＩｎＧａＡｓ３元コンタクト層
以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる光半導体素子について説明する。
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態にかかる光半導体素子について、図１〜図３を参照しながら説明する。
本実施形態にかかる光半導体素子は、例えば図１に示すように、半導体レーザ（ここではＤＦＢレーザ）１１と、半導体レーザ１１に接続された光導波路（第１光導波路）１２Ａと、光導波路１２Ａに接続された光結合器［光カプラ；例えばＭＭＩ（Multi Mode Interference）カプラ］１３と、光結合器１３に接続された２つの光導波路（第２光導波路）１２Ｂ，１２Ｃと、２つの光導波路１２Ｂ，１２Ｃのそれぞれに設けられた回折格子（波長フィルタ）１４，１５と、回折格子１４の近傍に設けられた光検出器（フォトディテクタ）１６と、回折格子１５の近傍に設けられたダミー光検出器（ダミーフォトディテクタ）１７とを備え、これらが同一基板（半導体基板）上にモノリシックに集積された波長モニタ機構集積半導体レーザ素子（半導体集積素子）として構成される。なお、第１光導波路１２Ａ，光結合器１３，一方の第２光導波路１２Ｂ，一方の回折格子１４及び光検出器１６によって波長モニタ部（波長モニタ機構）が構成される。
そして、半導体レーザ１１と２つの回折格子１４，１５とは、図１に示すように、光導波路１２Ａ〜１２Ｃ及び光結合器１３によって接続されている。これにより、半導体レーザ１１から出力され（ここでは半導体レーザ１１の後端面から出射され）、第１光導波路１２Ａを介して導かれた光（信号レーザ光；信号光；発振光）は、光結合器１３によって２つに分岐されて（即ち１：１の等しい割合で分岐されて）２つの第２光導波路１２Ｂ，１２Ｃに入射し、これらの光導波路１２Ｂ，１２Ｃを介して２つの回折格子１４，１５のそれぞれに導かれるようになっている。そして、一方の回折格子１４によって、波長に応じて、一部は透過し、一部は反射される。
ここでは、光検出器１６は、一方の回折格子１４を透過した透過光の強度を検出しうる位置に設けられており、この光検出器１６によって、回折格子１４を介して導かれた光（ここでは回折格子１４を透過した透過光）の強度が検出されるようになっている。
ここで、回折格子１４の透過率は波長に依存するため、回折格子１４を透過した透過光を光検出器１６によって検知することで、波長情報（半導体レーザ１１の発振波長情報）が含まれた光出力情報を得ることができる。この波長情報を含む光出力情報に基づいて半導体レーザ１１の発振波長をモニタすることができる。これに基づいて、例えば半導体レーザの発振波長の制御（発振波長を固定するための制御も含む）を行なうことができる。
なお、光検出器１６を設ける位置は、これに限られるものではなく、回折格子１４で反射した反射光の強度を検出しうる位置に光検出器１６を設け、この光検出器１６によって、回折格子１４を介して導かれた光（即ち、回折格子１４で反射した反射光）の強度を検出するようにしても良い。例えば、光結合器１３の半導体レーザ１１側に別に２つのポートを設け、これらに光導波路を接続し、これらの光導波路に光検出器を設けても良い。この場合、光検出器では、回折格子１４側からの反射戻り光（回折格子１４で反射した反射光を含む）の強度が検出されることになる。
また、ダミー光検出器１７は、光検出器１６と同じ構造になっており、図１に示すように、他方の回折格子１５を介して導かれた光（ここでは回折格子１５を透過した透過光）が入射する領域に設けられている。
特に、本実施形態では、図１に示すように、各回折格子１４，１５で反射した反射光は、各回折格子１４，１５に接続されている各第２光導波路１２Ｂ，１２Ｃを導かれ、光結合器１３及び第１光導波路１２Ａを介して半導体レーザ１１側へ戻る反射戻り光（この反射戻り光には光検出器１６やダミー光検出器１７等で反射された反射戻り光を含む場合もある）になるため、各回折格子１４，１５側から半導体レーザ１１側への反射戻り光が光結合器１３で干渉して消光されるように、各回折格子１４，１５側からの反射戻り光の位相が光結合器部分でπずれるように構成されている。
つまり、反射戻り光の位相差がπとなるように、各回折格子１４，１５側からの反射戻り光の光路長が異なるようにしている。ここでは、各回折格子１４，１５に接続されている各第２光導波路１２Ｂ，１２Ｃの長さ（導波路長）が異なるようにしている。
具体的には、第２光導波路１２Ｂ，１２Ｃの等価屈折率をｎ、導波路長の差をΔＬ、信
号光の波長をλとして、次式（１）を満たすように、各第２光導波路１２Ｂ，１２Ｃの導波路長を設定することで、各回折格子１４，１５側からの反射戻り光の光結合器部分での位相差をπにすることができる。これにより、反射戻り光は光結合器１３で合波される際に位相差がπになり、干渉によって消光することになる。
Figure 0004983910
この場合、反射戻り光の位相差をπにしても反射波の電界振幅に差があると十分に消光することができない。
このため、光結合器部分（合波点）で十分に消光できるように、図１に示すように、各第２光導波路１２Ｂ，１２Ｃの導波路長を除いて、波長モニタ部を構成する第２光導波路１２Ｂ，回折格子１４及び光検出器１６に対して光学的に対称になるように、他方の第２光導波路１２Ｃ，回折格子１５及びダミー光検出器１７が設けられている。なお、他方の第２光導波路１２Ｃ，回折格子１５及びダミー光検出器１７は波長モニタには用いられないダミー構造である。
具体的には、各第２光導波路１２Ｂ，１２Ｃの層構造，材料及び組成，幅，厚さを同じにしている。また、２つの回折格子１４，１５の周期，透過率，反射率等の光学特性も同じにしている。さらに、ダミー光検出器１７と光検出器１６とは同じ層構造，材料及び組成にしている。
上述のように、本光半導体素子では、波長フィルタとして回折格子１４を用い、光検出器１６によって、信号光の波長情報を光出力情報に変換し、これを検知することで波長モニタを行なうようにした上で、これによって副次的に発生する反射光が反射戻り光として半導体レーザ１１側へ戻ってしまうのを抑制すべく、回折格子１４に接続された第２光導波路１２Ｂの導波路長を除いて波長モニタ用の回折格子１４及び第２光導波路１２Ｂに対して光学的に対称になるようにダミーの回折格子１５及び第２光導波路１２Ｃを配置し、各回折格子１４，１５側からの反射戻り光の位相差がπになるように各第２光導波路１２Ｂ，１２Ｃの導波路長に差をつけることで、各回折格子１４，１５側からの反射戻り光が光結合器部分で合波される際に干渉によって消光されるようにしている。
次に、本実施形態にかかる光半導体素子の製造方法（作製手順）について、図２（Ａ）〜（Ｆ）を参照しながら説明する。
なお、半導体レーザ１１としてＤＦＢレーザを備えるものを例に挙げて説明する。また、各半導体層の成長にはＭＯＣＶＤ法を用いるが、これに限られるものではない。さらに、ＳｉＯ2膜やメタルの蒸着には、一般的な半導体素子の製造で使われている方法、即ち、真空蒸着，スパッタリング，ＥＢ蒸着等を用いる。
ここでは、図２（Ａ）〜（Ｆ）に示すように、まず、ＤＦＢレーザ領域（半導体レーザ領域）１０１、フォトディテクタ領域（光検出器領域）１０５を構成する層構造を作製し、その後に、エッチング及び再成長によって、第１光導波路領域１０２Ａ、光結合器領域１０３、第２光導波路領域１０２Ｂ、回折格子領域１０４を構成する層構造を作製する。
まず、図２（Ａ）に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板（半導体基板）１００上の全領域にｎ−ＩｎＰバッファ層１１０（厚さ１μｍ）、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層１１１（λPL＝１．２μｍ，厚さ０．０５μｍ）を成長させる。
次に、図２（Ｂ）に示すように、ＤＦＢレーザ領域１０１のｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層１１１に例えばＥＢ露光及びドライエッチング等によって回折格子１１２（約２４０ｎｍの周期）を形成する。なお、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層１１１はＤＦＢレーザ領域１０１に回折格子１１２を有するため、回折格子層ともいう。
続いて、図２（Ｂ）に示すように、回折格子１１２を埋め込むようにｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層１１１上の全領域にｎ−ＩｎＰスペーサ層１１３（厚さ０．１５μｍ）を成長させ、さらに、ＩｎＧａＡｓＰからなるＳＣＨ層（厚さ１０ｎｍ；図示せず）、ＩｎＧａＡｓＰ歪みＭＱＷ層（活性層）１１４（λPL＝１．５８μｍ；ここでは厚さ５ｎｍのウェル層と厚さ１０ｎｍのバリア層を８層積層してなる)、ＩｎＧａＡｓＰからなるＳＣＨ層（厚さ１０ｎｍ；図示せず）、ｐ−ＩｎＰクラッド層１１５（厚さ０．２μｍ）を順に成長させる。
ここでは、ＭＱＷ活性層１１４の光閉じ込め係数は０．０５程度になるように設計している。また、ＤＦＢレーザ領域１０１の長さＬ（共振器長）を３００μｍとすると、上記設計で概ね結合係数κ＝７０ｃｍ-1であるので、κＬ＝２．１程度となる。
このようにして、回折格子１１２の有無を除いて同一の層構造を有するＤＦＢレーザ領域１０１及びフォトディテクタ領域１０５が形成される。
次に、図２（Ｃ）に示すように、第１光導波路領域１０２Ａ、光結合器領域１０３、第２光導波路領域１０２Ｂ、回折格子領域１０４を作製すべく、ＤＦＢレーザ領域１０１及びフォトディテクタ領域１０５上にマスクを形成し、これらの領域以外の領域（第１光導波路領域１０２Ａ、光結合器領域１０３、第２光導波路領域１０２Ｂ、回折格子領域１０４）をｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層１１１に達するまでエッチングする。
次いで、図２（Ｄ）に示すように、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層１１１上に、これと同組成のｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層１２０を厚さ０．０５μｍだけ追加で成長させる。
その後、図２（Ｄ）に示すように、回折格子領域１０４のｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層１１１，１２０に例えばＥＢ露光及びドライエッチング等によって回折格子１４，１５（約２４０ｎｍの周期）を形成する。なお、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層１１１，１２０は回折格子領域１０４に回折格子１４，１５を有するため、回折格子層ともいう。
このようにして形成された回折格子１４は波長モニタを行なうためのフィルタとなる。なお、波長モニタの観点からは、波長に対する透過率の変化率が大きい方が波長モニタの精度が高まるため、回折格子領域１０４の回折格子１４によるブラッグ波長は、ＤＦＢレーザ領域１０１に描画した回折格子１１２によるブラッグ波長（ここでは１５５０ｎｍ）に対して少しずれるように形成するのが望ましい。ここでは、回折格子領域１０４の回折格子１４によるブラッグ波長を１５４７．５ｎｍとしている。
このように構成される光半導体素子で光検出器１６によって検出される光強度の検出値は、例えば図３に示すように波長に依存したものとなるため、光検出器１６によって検出される光強度の検出値の変化に基づいて半導体レーザ１１の発振波長の変化を観測することが可能となる。
本実施形態では、回折格子領域１０４に２つの回折格子１４，１５を形成するが（図１参照）、各回折格子１４，１５側からの反射戻り光の光路長に差をつけるため（ここでは各第２光導波路１２Ｂ，１２Ｃの導波路長に差をつけるため）、各回折格子１４，１５のフォトディテクタ領域１０５側の端部が上記式（１）を満たすΔＬだけずれるように、上
述のＥＢ露光及びドライエッチングの段階で、一方の回折格子を形成するための領域に対して他方の回折格子を形成するための領域をフォトディテクタ領域１０５側へずらすようにしている。なお、ここでは、各回折格子１４，１５の周期及びデューティ比は同一にして、各回折格子１４，１５の光学特性が同じになるようにしている。
続いて、図２（Ｅ）に示すように、回折格子１４，１５を埋め込むようにｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層１２０上の全領域にｎ−ＩｎＰスペーサ層１２２（厚さ０．０８μｍ）を成長させ、さらに、ｉ−ＩｎＧａＡｓＰコア層１２３（λPL＝１．３μｍ、厚さ０．１７μｍ）、ｐ−ＩｎＰクラッド層１２４（厚さ０．２μｍ）を順に成長させる。
次いで、マスクを全て除去し、図２（Ｆ）に示すように、全領域にｐ−ＩｎＰクラッド層１３０（厚さ１．５μｍ）、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ４元コンタクト層１３１（λPL＝１．３μｍ、厚さ０．１５μｍ）、ｐ−ＩｎＧａＡｓ３元コンタクト層１３２（厚さ０．３μｍ）を順次積層成長させる。
その後、メサストライプを形成するために全領域にＳｉＯ2膜を形成し、これを適宜パターニングしてメサストライプマスクを形成する。ここでは、ＤＦＢレーザ領域１０１、第１光導波路領域１０２Ａ、第２光導波路領域１０２Ｂ、回折格子領域１０４及びフォトディテクタ領域１０５におけるメサストライプマスクの幅が１．５μｍになるようにパターニングする。
次に、このメサストライプマスクを用いてエッチングによって３．０μｍ程度の高さを有するメサストライプ構造を形成する。
次いで、このようにして形成されたメサストライプ構造を半絶縁性ＩｎＰ層（ＳＩ−ＩｎＰ層；厚さ３．０μｍ）で埋め込んでエピタキシャル成長を終了する。
その後、ＤＦＢレーザ領域１０１及びフォトディテクタ領域１０５に形成されたメサストライプ構造の上に、一般的な半導体素子の製造プロセスにおいて用いられる電極プロセスを用いてｐ側電極を形成するとともに、基板裏面にｎ側電極を形成することによって、図１に示すような光半導体素子が作製される。
したがって、本実施形態にかかる光半導体素子によれば、半導体レーザ１１の発振波長をモニタするための素子を同一基板上にモノリシックに集積した小型で低消費電力の波長モニタ集積光半導体素子（波長モニタ機構集積半導体レーザ）を、簡易に、かつ、低コストで作製できるようになり、さらに、半導体レーザ１１への反射戻り光の影響を低減できるという利点がある。
なお、上述の実施形態では、半導体材料としてＩｎＰ系半導体材料を用いたものを例に説明しているが、これに限られるものではなく、他の半導体材料を用いることも可能である。
また、上述の実施形態では、特定の層構造を挙げ、さらに、厚さ、組成などについても具体的な数値を挙げて説明しているが、これらの層構造や数値については、上述の実施形態のものに限られるものではなく、所望の用途に応じて適宜設計されるものである。
また、上述の実施形態では、半導体レーザ１１としてＤＦＢレーザを用いたものを例に説明しているが、これに限られるものではなく、他のシングルモードレーザを用いても良い。
さらに、反射戻り光の消光に影響を与えない範囲で、半導体レーザ１１として、発振波長を変化させることができる波長可変レーザを用いても良い。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態にかかる光半導体素子について、図４を参照しながら説明する。
本実施形態にかかる光半導体素子は、上述の第１実施形態のものに対し、光吸収領域が設けられている点で異なる。
つまり、本光半導体素子は、例えば図４に示すように、半導体レーザ（ここではＤＦＢレーザ）１１と、光導波路（第１光導波路）１２Ａと、光結合器（光カプラ；例えばＭＭＩカプラ）１３と、２つの光導波路（第２光導波路）１２Ｂ，１２Ｃと、２つ回折格子（波長フィルタ）１４，１５と、光検出器（フォトディテクタ）１６と、ダミー光検出器（ダミーフォトディテクタ）１７と、光吸収領域２８とを備え、これらが同一基板（半導体基板）上にモノリシックに集積された波長モニタ機構集積半導体レーザ素子（半導体集積素子）として構成される。なお、図４では、上述の第１実施形態（図１参照）と同一のものには同一の符号を付している。
ここで、光吸収領域２８は、各回折格子１４，１５側からの反射戻り光をより低減できるように半導体レーザ１１からの出力光の一部を吸収しうるように、図４に示すように、半導体レーザ１１と光結合器１３との間に設けられている。
つまり、上述の第１実施形態の構成では、半導体レーザ１１の光出力にもよるが、フォトディテクタ１６に数ｍＷ程度の強度の光が入力されることになるが、信号光波長の特定はそれほど大きい光強度を必要としないため、図４に示すように、半導体レーザ１１と光結合器１３との間に光吸収領域２８を設けて、余分な光が各回折格子１４，１５側へ供給されないように半導体レーザ１１からの出力光を減衰させることで、各回折格子１４，１５側からの反射戻り光を低減するようにしている。
なお、光吸収領域２８における減衰量は、半導体レーザ１１の反射戻り光耐性や必要な波長モニタ精度等に応じて、例えば光吸収領域２８の長さを適宜設計することで調整可能である。
ここでは、光吸収領域２８は、フォトディテクタ１６と同様の層構造を備えるものとして構成される。この光吸収領域２８は、上述の第１実施形態にかかる製造方法における半導体レーザ１１及びフォトディテクタ１６の作製工程においてこれらと同時に作製すれば良い。なお、光吸収領域２８には電流を流す必要がないため、フォトディテクタ１６のように電極を形成することは不要である。
なお、その他の構成及び製造方法は、上述の第１実施形態及びその変形例のものと同じであるため、ここでは説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかる光半導体素子によれば、上述の第１実施形態のものと同様に、半導体レーザ１１の発振波長をモニタするための素子を同一基板上にモノリシックに集積した小型で低消費電力の波長モニタ集積光半導体素子（波長モニタ機構集積半導体レーザ）を、簡易に、かつ、低コストで作製できるようになり、さらに、半導体レーザ１１への反射戻り光の影響を低減できるという利点がある。特に、本実施形態にかかる光半導体素子によれば、より確実に半導体レーザ１１への反射戻り光の影響を低減できるという利点がある。
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態にかかる光半導体素子について、図５を参照しながら説明する。
本実施形態にかかる光半導体素子は、上述の第１実施形態のものに対し、半導体レーザからの出力光を基板の反対側の端面から出力するように構成されている点が異なる。
つまり、本光半導体素子は、図５に示すように、半導体レーザ（ここではＤＦＢレーザ）１１と、光導波路（第１光導波路）１２Ａと、光結合器（光カプラ；例えばＭＭＩカプラ）１３と、２つの光導波路（第２光導波路）１２Ｂ，１２Ｃと、２つ回折格子（波長フィルタ）１４，１５と、光検出器（フォトディテクタ）１６と、ダミー光検出器（ダミーフォトディテクタ）１７と、出力用光結合器（光カプラ；例えばＭＭＩカプラ）３４と、出力光導波路３２とを備え、これらが同一基板（半導体基板）上にモノリシックに集積された波長モニタ機構集積半導体レーザ素子（半導体集積素子）として構成される。なお、図５では、上述の第１実施形態（図１参照）と同一のものには同一の符号を付している。
ここで、出力用光結合器３４は、図５に示すように、半導体レーザ１１と光結合器１３とを接続する第１光導波路１２Ａに介装されている。つまり、出力用光結合器３４の入力ポートは半導体レーザ１１に接続されており、２つの出力ポートのうち、一方の出力ポートは出力光導波路３２に接続されており、他方の出力ポートは第１光導波路１２Ａに接続されている。そして、この出力用光結合器３４によって、半導体レーザ１１から出力される出力光が２つに分岐され、出力光の一部が波長モニタ機構へ導かれるようになっている。
この出力用光結合器３４は、半導体レーザ１１からの出力光（信号光）を所定の分岐比（分配比）で分岐するようになっている。
なお、出力用光結合器３４に接続された出力光導波路３２と第１光導波路１２Ａとの間には出力用光結合器３４によって等価的に損失があるものとみなすことができるため、出力用光結合器３４の分岐比の設計によって、この出力用光結合器３４を上述の第２実施形態の光吸収領域として機能させて、各回折格子１４，１５側からの反射戻り光を低減することも可能である。
出力光導波路３２は、図５に示すように、出力用光結合器３４の一方の出力ポートから基板端面まで延びており、この出力光導波路３２を介して半導体レーザ１１から出力される出力光が外部へ出力されるようになっている。
なお、本光半導体素子は、半導体レーザ１１からの出力光を出力するための主光導波路（出力光導波路３２）に、半導体レーザ１１からの出力光の一部を分岐するための光結合器（出力用光結合器３４）を介装し、この光結合器３４に波長モニタ機構及びダミー構造を接続していると見ることもできる。この場合、第１光導波路１２Ａ及び第２光導波路１２Ｂ，１２Ｃは波長モニタのために半導体レーザ１１からの出力光の一部を導くものであるため、副光導波路という。
なお、その他の構成及び製造方法は、上述の第１実施形態及びその変形例のものと同じであるため、ここでは説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかる光半導体素子によれば、上述の第１実施形態のものと同様に、半導体レーザ１１の発振波長をモニタするための素子を同一基板上にモノリシックに集積した小型で低消費電力の波長モニタ集積光半導体素子（波長モニタ機構集積半導体レーザ）を、簡易に、かつ、低コストで作製できるようになり、さらに、半導体レーザ１１への反射戻り光の影響を低減できるという利点がある。
特に、上述の第１実施形態にかかる光半導体素子が、半導体レーザ１１の一方の端面から出力光（信号光）を取り出し、他方の端面から出力される光を波長モニタに用いているのに対し、本実施形態にかかる光半導体素子は、半導体レーザ１１の一方の端面から出力される光を出力光（信号光）として取り出すとともに、波長モニタのための波長検出用信号光としても用いており、図５に示すように、出力光導波路３２と波長モニタ機構及びダミー構造とを並列に配置しているため、例えば出力光導波路（主導波路）３２の途中に他の機能素子（例えば半導体光増幅器や変調器等）を集積することが可能であり、これにより、素子長を短縮することができるという利点もある。
なお、本実施形態は、上述の第１実施形態の変形例として説明しているが、これに限られるものではなく、本実施形態のものと上述の第２実施形態のものとを組み合わせることもできる。この場合、光吸収領域は、出力用光結合器３４と光結合器１３との間に設ければ良い。
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態にかかる光半導体素子について、図６を参照しながら説明する。
本実施形態にかかる光半導体素子は、上述の第３実施形態のものに対し、各回折格子側からの反射戻り光を検出する反射光用光検出器を備える点で異なる。
つまり、本光半導体素子は、図６に示すように、半導体レーザ（ここではＤＦＢレーザ）１１と、光導波路（第１光導波路）１２Ａと、光結合器（光カプラ；例えばＭＭＩカプラ）１３と、２つの光導波路（第２光導波路）１２Ｂ，１２Ｃと、２つ回折格子（波長フィルタ）１４，１５と、光検出器（フォトディテクタ；透過光用光検出器；透過光検出フォトディテクタ）１６と、ダミー光検出器（ダミーフォトディテクタ）１７と、出力用光結合器（光カプラ；例えばＭＭＩカプラ）３４と、出力光導波路３２と、反射光用光結合器（光カプラ；例えばＭＭＩカプラ）４７，４８と、反射光用光検出器（フォトディテクタ；反射光検出フォトディテクタ）４９と、ダミー反射光用光検出器（ダミーフォトディテクタ）５１とを備え、これらが同一基板（半導体基板）上にモノリシックに集積された波長モニタ機構集積半導体レーザ素子（半導体集積素子）として構成される。なお、図６では、上述の第３実施形態（図５参照）と同一のものには同一の符号を付している。
ここで、各反射光用光結合器４７，４８は、図６に示すように、光結合器１３と各回折格子１４，１５とを接続する各第２光導波路１２Ｂ，１２Ｃのそれぞれに介装されている。
つまり、反射光用光結合器４７の一側の２つのポートのうち、一方のポートは光結合器１３に接続されており、他方のポートは反射光用光検出器４９に接続されており、他側のポートは回折格子１４に接続されている。そして、この反射光用光結合器４７によって、回折格子１４側からの反射戻り光が２つに分岐され、その一部（少なくとも回折格子１４で反射した反射光の一部）が反射光用光検出器４９へ導かれるようになっている。
また、反射光用光結合器４８の一側の２つのポートのうち、一方のポートは光結合器１３に接続されており、他方のポートはダミー反射光用光検出器５１に接続されており、他側のポートは回折格子１５に接続されている。そして、この反射光用光結合器４８によって、回折格子１５側からの反射戻り光が２つに分岐され、その一部（少なくとも回折格子１５で反射した反射光の一部）がダミー反射光用光検出器５１へ導かれるようになっている。
また、反射光用光検出器４９は、図６に示すように、一方の反射光用光結合器４７に光導波路４５を介して接続されている。そして、反射光用光検出器４９によって、一方の回折格子１４側からの反射戻り光（少なくとも回折格子１４で反射した反射光を含む）の強度が検出されるようになっている。
また、ダミー反射光用光検出器５１は、図６に示すように、反射光用光検出器４９と同じ構造になっており、他方の回折格子１５側からの反射戻り光（少なくとも他方の回折格子１５で反射した反射光を含む）が入射する領域に設けられている。つまり、ダミー反射光用光検出器５１は、他方の反射光用光結合器４８に光導波路４６を介して接続されている。
そして、透過光検出フォトディテクタ１６によって一方の回折格子１４を透過した透過光の強度を検出するとともに、反射光検出フォトディテクタ４９によって一方の回折格子１４側からの反射戻り光（少なくとも一方の回折格子１４で反射した反射光を含む）の強度を検出し、これらの検出値に基づいて（例えばこれらの検出値の差分あるいはこれらの検出値の比を演算し、この演算値に基づいて）、半導体レーザ１１の発振波長の制御（発振波長を固定するための制御も含む）を行なうようにしている。
なお、その他の構成及び製造方法は、上述の第１実施形態及びその変形例、第３実施形態のものと同じであるため、ここでは説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかる光半導体素子によれば、上述の第３実施形態のものと同様に、半導体レーザ１１の発振波長をモニタするための素子を同一基板上にモノリシックに集積した小型で低消費電力の波長モニタ集積光半導体素子（波長モニタ機構集積半導体レーザ）を、簡易に、かつ、低コストで作製できるようになり、さらに、半導体レーザ１１への反射戻り光の影響を低減できるという利点がある。
特に、本実施形態にかかる光半導体素子では、一方の回折格子１４を透過した透過光強度の検出値と、一方の回折格子１４側からの反射戻り光（少なくとも一方の回折格子１４で反射した反射光を含む）強度の検出値とを用いることで（即ち、これらの検出値の差分あるいはこれらの検出値の比を演算して用いることで）、より高い波長モニタ精度が得られるという利点もある。
ここで、図７は、透過光検出フォトディテクタによって検出された透過光強度の検出値と、反射光検出フォトディテクタによって検出された反射光強度の検出値との差分をとった演算値と、波長との関係を示している。
図７に示すように、差分演算値（差分強度）は、波長の変化に対して、より急峻で線形な値となるため、より高い波長モニタ精度が得られることになる。
なお、本実施形態は、上述の第３実施形態の変形例として説明しているが、これに限られるものではなく、本実施形態のものと上述の第２実施形態のものとを組み合わせることもできる。この場合、光吸収領域は、出力用光結合器３４と光結合器１３との間に設ければ良い。
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態にかかる光半導体素子について、図８を参照しながら説明する。
本実施形態にかかる光半導体素子は、上述の第４実施形態のものに対し、半導体レーザから出力される出力光を検出する出力光用光検出器を備える点で異なる。
つまり、本光半導体素子は、図８に示すように、半導体レーザ（ここではＤＦＢレーザ）１１と、光導波路（第１光導波路）１２Ａと、光結合器（光カプラ；例えばＭＭＩカプラ）１３と、２つの光導波路（第２光導波路）１２Ｂ，１２Ｃと、２つ回折格子（波長フィルタ）１４，１５と、光検出器（フォトディテクタ；透過光用光検出器；透過光検出フォトディテクタ）１６と、ダミー光検出器（ダミーフォトディテクタ）１７と、出力用光結合器（光カプラ；例えばＭＭＩカプラ）３４と、出力光導波路３２と、反射光用光結合器（光カプラ；例えばＭＭＩカプラ）４７，４８と、反射光用光検出器（フォトディテクタ；反射光検出フォトディテクタ）４９と、ダミー反射光用光検出器（ダミーフォトディテクタ）５１と、出力光検出用光結合器（光カプラ；例えばＭＭＩカプラ）７５と、出力光検出用光検出器［フォトディテクタ；出力光（半導体レーザ光）検出フォトディテクタ］７３とを備え、これらが同一基板（半導体基板）上にモノリシックに集積された波長モニタ機構集積半導体レーザ素子（半導体集積素子）として構成される。なお、図８では、上述の第４実施形態（図６参照）と同一のものには同一の符号を付している。
ここで、出力光検出用光結合器７５は、図８に示すように、出力用光結合器３４から基板端面まで延びる出力光導波路３２に介装されている。つまり、出力光検出用光結合器７５の一側の２つのポートのうち、一方のポートは出力光導波路３２に接続されており、他方のポートは出力光検出用光検出器７３に接続されており、他側のポートは出力光導波路３２に接続されている。そして、この出力光検出用光結合器７５によって、出力光導波路３２を介して導かれる半導体レーザ１１からの出力光が２つに分岐され、その一部が出力光検出用光検出器７３へ導かれるようになっている。
また、出力光検出用光検出器７３は、図８に示すように、出力光検出用光結合器７５に光導波路７４を介して接続されている。そして、出力光検出用光検出器７３によって、半導体レーザ１１から出力される出力光（レーザ光）の強度が検出されるようになっている。
これにより、半導体レーザ１１から出力される出力光の強度（レーザ光強度；光出力）を直接検出し、その変化をモニタすることができる。
そして、透過光検出フォトディテクタ１６によって一方の回折格子１４を透過した透過光の強度を検出するとともに、反射光検出フォトディテクタ４９によって一方の回折格子１４側からの反射戻り光（少なくとも一方の回折格子１４で反射した反射光を含む）の強度を検出し、出力光検出フォトディテクタ７３によって半導体レーザ１１からの出力光の強度を検出し、これらに基づいて、半導体レーザ１１の発振波長制御を行なうようにしている。
ここでは、透過光検出フォトディテクタ１６の検出値と反射光検出フォトディテクタ４９の検出値の差分（あるいはこれらの検出値の比）を演算し、この演算値と出力光検出フォトディテクタの検出値との比に基づいて、半導体レーザ１１の発振波長の制御（発振波長を固定するための制御も含む）を行なうようにしている。
なお、その他の構成及び製造方法は、上述の第１実施形態及びその変形例、第３実施形態、第４実施形態のものと同じであるため、ここでは説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかる光半導体素子によれば、上述の第４実施形態のものと同様に、半導体レーザ１１の発振波長をモニタするための素子を同一基板上にモノリシックに集積した小型で低消費電力の波長モニタ集積光半導体素子（波長モニタ機構集積半導体レーザ）を、簡易に、かつ、低コストで作製できるようになり、さらに、半導体レーザ１１への反射戻り光の影響を低減できるという利点がある。
特に、本実施形態にかかる光半導体素子では、回折格子１４からの透過光や反射光の検出値から得られる、波長情報を含む光出力情報に基づいて半導体レーザ１１の発振波長（信号光の発振波長）を同定するとともに、半導体レーザ１１の出力光強度の変化もモニタできるようになっているため、半導体レーザ１１の発振波長の変化が出力変動によるものなのか発振波長変動によるものなのかを検知することができ、例えば、半導体レーザ１１の出力光強度のみが変化し、半導体レーザ１１の発振波長が変化していない場合に、半導体レーザ１１の発振波長が変化したと誤判定されてしまうのを防止することができ、所望の発振波長を維持することができるという利点がある。
なお、本実施形態は、上述の第４実施形態の変形例として説明しているが、これに限られるものではなく、例えば、本実施形態にかかる構成を上述の第３実施形態のものに適用することもできる。また、本実施形態のものと上述の第２実施形態のものとを組み合わせることもできる。この場合、光吸収領域は、出力用光結合器３４と光結合器１３との間に設ければ良い。
［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態にかかる光半導体素子について、図９を参照しながら説明する。
上述の第１実施形態にかかる光半導体素子が、各第２光導波路１２Ｂ，１２Ｃの導波路長が異なるように構成し、反射戻り光の光路長差を変えて位相を調整するようにしているのに対し、本実施形態にかかる光半導体素子は、各第２光導波路１２Ｂ，１２Ｃの等価屈折率が異なるように構成し、反射戻り光の光路長差を変えて位相を調整するようにしている点が異なる。つまり、光路長は等価屈折率と光導波路の長さとの積で表されるため、本実施形態では、各第２光導波路１２Ｂ，１２Ｃの等価屈折率を調整して光路長を変えて位相を調整するようにしている。
具体的には、本実施形態では、例えば図９に示すように、各第２光導波路１２Ｂ，１２Ｃの導波路長を同じにし、２つの第２光導波路１２Ｂ，１２Ｃの一方は幅が異なる部分を有するものとして構成している。
つまり、本光半導体素子は、例えば図９に示すように、半導体レーザ（ここではＤＦＢレーザ）１１と、半導体レーザ１１に接続された光導波路（第１光導波路）１２Ａと、光導波路１２Ａに接続された光結合器（光カプラ；例えばＭＭＩカプラ）１３と、光結合器１３に接続された２つの光導波路（第２光導波路）１２Ｂ，１２Ｃと、２つの光導波路１２Ｂ，１２Ｃのそれぞれに設けられた回折格子（波長フィルタ）１４，１５と、回折格子１４の近傍に設けられた光検出器（フォトディテクタ）１６と、回折格子１５の近傍に設けられたダミー光検出器（ダミーフォトディテクタ）１７とを備え、これらが同一基板（半導体基板）上にモノリシックに集積された波長モニタ機構集積半導体レーザ素子（半導体集積素子）として構成される。なお、図９では、上述の第１実施形態（図１参照）と同一のものには同一の符号を付している。
特に、反射戻り光の位相差がπとなるように、各回折格子１４，１５にそれぞれ接続されている各第２光導波路１２Ｂ，１２Ｃの一方は幅が異なる部分を有するものとして構成している。
具体的には、一方の第２光導波路１２Ｂの光路長を基準にして他方の第２光導波路１２Ｃの光路長を調整して、反射戻り光の位相差がπとなるようにしている。
まず、一方の第２光導波路１２Ｂは、その全長にわたって同一の幅Ｗ1になっており、その光路長（光学長）Ｌopt1は、等価屈折率をｎeq1とし、所定領域の長さをＬとして、下記式（２）に示すようになる。
Ｌopt1＝Ｌ・ｎeq1・・・（２）
一方、他方の第２光導波路１２Ｃは、一方の第２光導波路１２Ｂの幅Ｗ1と異なる幅Ｗ2の部分を有し、その光路長Ｌopt2は、幅Ｗ1の領域の等価屈折率をｎeq1とし、幅Ｗ2の領域の等価屈折率をｎeq2とし、幅Ｗ1の領域の長さをＬ1とし、幅Ｗ2の領域の長さをＬ2として、下記式（３）に示すようになる。
Ｌopt2＝Ｌ1・ｎeq1＋・Ｌ2・ｎeq2・・・（３）
なお、一方の第２光導波路１２Ｂの所定領域の長さＬと、他方の第２光導波路１２Ｃの幅Ｗ1の領域の長さＬ1と幅Ｗ2の領域の長さＬ2とを足した長さとは等しくなっている（Ｌ1＋Ｌ2＝Ｌ）。つまり、一方の第２光導波路１２Ｂの全長（物理長）と他方の第２光導波路１２Ｃの全長（物理長）は等しくなっている。
この場合、一方の第２光導波路１２Ｂと他方の第２導波路１２Ｃとの光路長の差ΔＬoptは、下記式（４）に示すようになる。
ΔＬopt＝Ｌopt1−Ｌopt2
＝Ｌ・ｎeq1−（Ｌ1・ｎeq1＋Ｌ2・ｎeq2）
＝Ｌ2・（ｎeq1−ｎeq2）・・・（４）
この光路長差ΔＬoptが下記式（５）を満たすように設定することで、各回折格子１４，１５側からの反射戻り光の光結合器部分での位相差をπにすることができる。これにより、反射戻り光は光結合器１３で合波される際に位相差がπになり、干渉によって消光することになる。
Figure 0004983910
なお、光導波路の幅を変化させる場合、ステップ状に急峻に変化させると、その部分で反射が起きてしまうため、例えばテーパ構造等にするのが好ましい。
なお、その他の構成及び製造方法は、上述の第１実施形態及びその変形例のものと同じであるため、ここでは説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかる光半導体素子によれば、上述の第１実施形態のものと同様に、半導体レーザ１１の発振波長をモニタするための素子を同一基板上にモノリシックに集積した小型で低消費電力の波長モニタ集積光半導体素子（波長モニタ機構集積半導体レーザ）を、簡易に、かつ、低コストで作製できるようになり、さらに、半導体レーザ１１への反射戻り光の影響を低減できるという利点がある。
特に、本実施形態にかかる光半導体素子によれば、光導波路の幅が異なることによる等価屈折率の差を利用するため、第２光導波路１２Ｂ，１２Ｃの幅（メサ幅）の設計を行なうだけで簡易に光路長を調整できるという利点がある。
なお、上述の実施形態では、各第２光導波路１２Ｂ，１２Ｃの等価屈折率が異なるようにすべく、２つの第２光導波路１２Ｂ，１２Ｃの一方は幅が異なる部分を有するものとして構成しているが、これに限られるものではなく、例えば各第２光導波路１２Ｂ，１２Ｃの厚さや材料・組成等の層構造の設計によっても等価屈折率の調整は可能である。
また、上述の実施形態では、説明を簡単にするために、一方の第２光導波路１２Ｂと他方の第２光導波路１２Ｃの導波路長（物理長）を等しくしているが、これらは等しくする必要はなく、例えば、本実施形態のものと上述の第１実施形態のものとを組み合わせて、即ち、光路長差が上記式（１）を満たすように導波路長を設定し、各第２光導波路１２Ｂ，１２Ｃの導波路長が異なるように構成するとともに、光路長差が上記式（５）を満たすように等価屈折率を設定し、各第２光導波路１２Ｂ，１２Ｃの等価屈折率が異なるように構成し、反射戻り光の光路長差を変えて位相を調整するようにしても良い。
なお、本実施形態は、上述の第１実施形態の変形例として説明しているが、これに限られるものではなく、例えば、本実施形態にかかる構成を上述の第２〜第５実施形態のものに適用することもできる。
［第７実施形態］
次に、本発明の第7実施形態にかかる光半導体素子について、図１０を参照しながら説明する。
上述の第１実施形態にかかる光半導体素子が、各第２光導波路１２Ｂ，１２Ｃの導波路長が異なるように構成し、反射戻り光の光路長差を変えて位相を調整するようにしているのに対し、本実施形態にかかる光半導体素子は、各第２光導波路１２Ｂ，１２Ｃのいずれか一方（ここでは第２光導波路１２Ｃ）に位相調整器を設け、回折格子側からの反射戻り光の位相が光結合器部分でπずれるように位相調整器を調整するようにしている点が異なる。
具体的には、本実施形態では、例えば図１０に示すように、各第２光導波路１２Ｂ，１２Ｃの導波路長を同じにし、２つの第２光導波路１２Ｂ，１２Ｃの一方（ここでは第２光導波路１２Ｃ）に位相調整器８１を設けている。
つまり、本光半導体素子は、例えば図１０に示すように、半導体レーザ（ここではＤＦＢレーザ）１１と、半導体レーザ１１に接続された光導波路（第１光導波路）１２Ａと、光導波路１２Ａに接続された光結合器（光カプラ；例えばＭＭＩカプラ）１３と、光結合器１３に接続された２つの光導波路（第２光導波路）１２Ｂ，１２Ｃと、２つの光導波路１２Ｂ，１２Ｃのそれぞれに設けられた回折格子（波長フィルタ）１４，１５と、回折格子１４の近傍に設けられた光検出器（フォトディテクタ）１６と、回折格子１５の近傍に設けられたダミー光検出器（ダミーフォトディテクタ）１７と、位相調整器８１とを備え、これらが同一基板（半導体基板）上にモノリシックに集積された波長モニタ機構集積半導体レーザ素子（半導体集積素子）として構成される。なお、図１０では、上述の第１実施形態（図１参照）と同一のものには同一の符号を付している。
特に、反射戻り光の位相差がπとなるように、各回折格子１４，１５にそれぞれ接続されている各第２光導波路１２Ｂ，１２Ｃの一方（ここでは第２光導波路１２Ｃ）は位相調整器８１を有するものとして構成している。
ここでは、位相調整が光導波路に電流を注入するか、或いは電圧を印加することによって行なわれるように、光導波路の所望の領域上（ここでは第２光導波路１２Ｃの所望の領域上）に電極を形成することで、位相調整器８１を簡易に作製している。つまり、各第２光導波路１２Ｂ，１２Ｃの一方（ここでは第２光導波路１２Ｃ）は、電流注入或いは電圧印加によって屈折率を制御できる部分を有するものとして構成している。なお、位相調整器の構成はこれに限られるものではない。
そして、一方の第２光導波路１２Ｂの光路長を基準にして他方の第２光導波路１２Ｃの位相調整器８１を調整して（即ち、位相調整器８１に注入される電流、或いは印加される電圧を調整して）、位相調整器領域の第２光導波路１２Ｃの屈折率（等価屈折率）を変化させることによって、反射戻り光の位相差がπとなるようにしている。
まず、一方の第２光導波路１２Ｂの光路長（光学長）Ｌopt1は、等価屈折率をｎeq1とし、所定領域の長さをＬとして、下記式（６）に示すようになる。
Ｌopt1＝Ｌ・ｎeq1・・・（６）
一方、他方の第２光導波路１２Ｃは、位相調整器８１を有し、その光路長Ｌopt2は、所定領域（長さＬ）のうち位相調整器８１以外の領域の長さをＬ1、位相調整器８１の長さをＬ2として、位相調整器８１以外の領域の等価屈折率をｎeq1、位相調整器８１の等価屈折率をｎeq2＋Δｎeqとすると、下記式（７）に示すようになる。ここで、Δｎeqは位相調整器８１における屈折率の変化量を示している。
Ｌopt2＝Ｌ1・ｎeq1＋Ｌ2（ｎeq2+Δｎeq）・・・（７）
なお、一方の第２光導波路１２Ｂの所定領域の長さＬと、他方の第２光導波路１２Ｃの位相調整器８１以外の領域の長さＬ1と位相調整器８１の長さＬ2とを足した長さは等しくなっている（Ｌ1＋Ｌ2＝Ｌ）。つまり、一方の第２光導波路１２Ｂの全長（物理長）と他方の第２光導波路１２Ｃの全長（物理長）は等しくなっている。
この場合、一方の第２光導波路１２Ｂと他方の第２導波路１２Ｃとの光路長の差ΔＬoptは、下記式（８）に示すようになる。
ΔＬopt＝Ｌopt1−Ｌopt2
＝Ｌ・ｎeq1−[Ｌ1・ｎeq1＋Ｌ2・（ｎeq2+Δｎeq）]
＝Ｌ2・（ｎeq1−ｎeq2−Δｎeq）・・・（８）
この光路長差ΔＬoptが下記式（９）を満たすように設定することで、各回折格子１４，１５側からの反射戻り光の光結合器部分での位相差をπにすることができる。これにより、反射戻り光は光結合器１３で合波される際に位相差がπになり、干渉によって消光することになる。
Figure 0004983910
なお、その他の構成及び製造方法は、上述の第１実施形態及びその変形例のものと同じであるため、ここでは説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかる光半導体素子によれば、上述の第１実施形態のものと同様に、半導体レーザ１１の発振波長をモニタするための素子を同一基板上にモノリシックに集積した小型で低消費電力の波長モニタ集積光半導体素子（波長モニタ機構集積半導体レーザ）を、簡易に、かつ、低コストで作製できるようになり、さらに、半導体レーザ１１への反射戻り光の影響を低減できるという利点がある。
特に、本実施形態にかかる光半導体素子では、位相調整器８１が一方の第２光導波路１２Ｃに設けられており、位相調整に伴う損失差があるため、両方の光導波路からの反射戻り光の振幅に差が発生し、完全な消光ができないが、高い精度で導波路長を作製する必要が無く、素子作成後に比較的簡易に光路長を制御できるため、高い作製歩留まりが実現できるという利点がある。
なお、上述の実施形態では、一方の第２光導波路１２Ｃに位相調整器８１を設けているが、これに限られるものではなく、例えば他方の第２光導波路１２Ｂのみに位相調整器８１を設けても良いし、両方の第２光導波路１２Ｂ，１２Ｃに位相調整器８１を設けても良い。
また、上述の実施形態では、説明を簡単にするために、一方の第２光導波路１２Ｂと他方の第２光導波路１２Ｃの導波路長（物理長）を等しくしているが、これらは等しくする必要はなく、例えば、本実施形態のものと上述の第１実施形態のものとを組み合わせて、即ち、光路長差が上記式（１）を満たすように導波路長を設定し、各第２光導波路１２Ｂ，１２Ｃの導波路長が異なるように構成するとともに、光路長差が上記式（９）を満たすように位相を調整するように構成し（即ち、位相調整器８１領域の第２光導波路１２Ｃの等価屈折率を調整するように構成し）、反射戻り光の位相を調整するようにしても良い。
なお、本実施形態は、上述の第１実施形態の変形例として説明しているが、これに限られるものではなく、例えば、本実施形態にかかる構成を上述の第２〜第６実施形態のものに適用することもできる。
［その他］
本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することができる。

Claims (10)

  1. 半導体レーザと、
    前記半導体レーザに接続された第１光導波路と、
    前記半導体レーザから前記第１光導波路を介して導かれた光を２つに分岐する光結合器と、
    前記光結合器に接続された２つの第２光導波路と、
    前記２つの第２光導波路のそれぞれに設けられた回折格子と、
    前記２つの回折格子の一方を介して導かれた光を検出する光検出器とを備え、
    前記半導体レーザ、前記第１光導波路、前記光結合器、前記第２光導波路、前記回折格子、前記光検出器が同一基板上に集積されており、
    前記各回折格子側から前記半導体レーザ側への反射戻り光が前記光結合器で干渉するように、前記各回折格子側からの反射戻り光の位相が前記光結合器部分でπずれるように構成されていることを特徴とする光半導体素子。
  2. 前記光検出器が、前記回折格子を透過した透過光の強度を検出しうる位置に設けられていることを特徴とする、請求項１記載の光半導体素子。
  3. 前記各第２光導波路のそれぞれに介装され、少なくとも前記各回折格子で反射した反射光の一部を分岐する反射光用光結合器と、
    前記各反射光用光結合器のそれぞれに接続され、少なくとも前記各回折格子で反射した反射光を検出する反射光用光検出器とを備えることを特徴とする、請求項２記載の光半導体素子。
  4. 前記光検出器が、前記回折格子で反射した反射光の強度を検出しうる位置に設けられていることを特徴とする、請求項１記載の光半導体素子。
  5. 前記各回折格子側からの反射戻り光の光路長が異なることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光半導体素子。
  6. 前記各回折格子の光学特性が同じであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光半導体素子。
  7. 前記２つの回折格子の他方を介して導かれた光が入射する領域に、前記光検出器と同じ構造のダミー光検出器を備えることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光半導体素子。
  8. 前記半導体レーザと前記光結合器との間に光吸収領域を備えることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の光半導体素子。
  9. 前記第１光導波路に介装され、前記半導体レーザから出力される出力光の一部を分岐する出力用光結合器と、
    前記出力用光結合器に接続され、前記半導体レーザから出力される出力光を外部へ出力する出力光導波路とを備えることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の光半導体素子。
  10. 前記出力光導波路に介装され、前記半導体レーザから出力される出力光の一部を分岐する出力光検出用光結合器と、
    前記出力光検出用光結合器に接続され、前記半導体レーザから出力される出力光を検出する出力光用光検出器を備えることを特徴とする、請求項９記載の光半導体素子。
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