JP6274488B2 - Multi-wavelength light source device and multi-wavelength light source system - Google Patents

Multi-wavelength light source device and multi-wavelength light source system Download PDF

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Description

本発明は、多波長光源装置およびこれを用いた多波長光源システムに関し、特に、フォトニック結晶を利用した多波長光源装置およびこれを用いた多波長光源システムに関する。   The present invention relates to a multi-wavelength light source device and a multi-wavelength light source system using the same, and more particularly to a multi-wavelength light source device using a photonic crystal and a multi-wavelength light source system using the same.

従来、波長の異なる複数種類の光を出射する多波長光源装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
この種の多波長光源装置としては、例えば、半導体レーザと波長変換素子とを組み合わせたものや互いに発振波長が異なる複数のレーザ光源を組み合わせたものがある。
Conventionally, a multi-wavelength light source device that emits a plurality of types of light having different wavelengths has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
Examples of this type of multi-wavelength light source device include a combination of a semiconductor laser and a wavelength conversion element and a combination of a plurality of laser light sources having different oscillation wavelengths.

特開2011−66028号公報JP 2011-66028 A

しかしながら、前述の多波長光源装置では、半導体レーザと波長変換素子とを組み合わせたり複数の半導体レーザを用いたりする必要があることから、多波長光源の小型化が困難となる虞があった。   However, in the above-described multi-wavelength light source device, it is necessary to combine a semiconductor laser and a wavelength conversion element, or to use a plurality of semiconductor lasers.

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、互いに波長の異なる複数種類の光を出射可能としながら、小型化を図ることができる多波長光源装置およびこれを用いた多波長光源システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above reasons, and a multi-wavelength light source device and a multi-wavelength light source system using the multi-wavelength light source device that can be reduced in size while being capable of emitting a plurality of types of light having different wavelengths. The purpose is to provide.

(1)ある観点から見た本発明に係る多波長光源装置は、半導体基材および当該半導体基材中に分散された発光材料から構成される活性層を有する積層構造体を備える多波長光源装置であって、積層構造体が、2次元フォトニック結晶を構成する第1フォトニック結晶領域と、幅方向における両側に第1フォトニック結晶領域が隣接し第1フォトニック結晶領域を伝播できない第1波長帯域の光の一部の第2波長帯域の光が伝播可能な複数の第1導波路領域とから構成され、発光材料における、光学遷移可能な電子準位間のエネルギ差に相当する光の波長が、第2波長帯域の高状態密度波長帯域に含まれ、複数の第1導波路領域のうちの少なくとも2つの高状態密度波長帯域が互いに異なる。 (1) A multi-wavelength light source device according to the present invention as seen from a certain point of view includes a multi-wavelength light source device having a laminated structure having an active layer composed of a semiconductor substrate and a light-emitting material dispersed in the semiconductor substrate. The stacked structure has a first photonic crystal region that constitutes a two-dimensional photonic crystal and a first photonic crystal region that is adjacent to both sides in the width direction and cannot propagate through the first photonic crystal region. A plurality of first waveguide regions in which a part of the light in the wavelength band can propagate the light in the second wavelength band, and the light corresponding to the energy difference between the electron levels capable of optical transition in the light emitting material The wavelength is included in the high state density wavelength band of the second wavelength band, and at least two high state density wavelength bands of the plurality of first waveguide regions are different from each other.

本構成によれば、発光材料における、光学遷移可能な2つの電子準位間のエネルギ差に相当する光の波長が、第2波長帯域の高状態密度波長帯域に含まれる。これにより、発光材料において、高状態密度波長帯域に含まれる波長の光の放出を伴う2つの電子準位間の光学遷移が促進されるいわゆるパーセル効果を発生させることができるので、高状態密度波長帯域に含まれる波長の光を増強して当該波長を発振波長とするレーザ光を生成することができる。そして、複数の第1導波路領域のうちの少なくとも2つの高状態密度波長帯域が互いに異なることにより、発振波長の異なる少なくとも2種類のレーザ光を出射する多波長光源を実現することができる。従って、発振波長の異なる複数種類のレーザ光が、対応するレーザ光源素子から各別に出射される多波長光源に比べて、集積化が容易であり、小型化を図ることができる。
また、発光材料において、パーセル効果により高状態密度波長帯域に含まれる波長の光が増強されることに伴い、当該高状態密度波長帯域に含まれる発振波長でのレーザ発振が起こりやすくなる。即ち、比較的低い励起密度でレーザ光を得ることができるので、消費電力の低減を図ることができる。
According to this configuration, the wavelength of light corresponding to the energy difference between two electron levels capable of optical transition in the luminescent material is included in the high state density wavelength band of the second wavelength band. As a result, in the luminescent material, a so-called parcel effect that promotes optical transition between two electron levels accompanied by emission of light having a wavelength included in the high state density wavelength band can be generated. Laser light having the oscillation wavelength as the oscillation wavelength can be generated by enhancing the light of the wavelength included in the band. And the multi-wavelength light source which radiate | emits at least 2 types of laser beams from which an oscillation wavelength differs can be implement | achieved because at least two high state density wavelength bands of several 1st waveguide area | regions mutually differ. Therefore, a plurality of types of laser beams having different oscillation wavelengths can be easily integrated and miniaturized as compared with multi-wavelength light sources that are individually emitted from the corresponding laser light source elements.
In addition, in the light-emitting material, as the light of the wavelength included in the high state density wavelength band is enhanced by the Parcel effect, laser oscillation at the oscillation wavelength included in the high state density wavelength band is likely to occur. That is, since laser light can be obtained with a relatively low excitation density, power consumption can be reduced.

(2)また、本発明に係る多波長光源装置は、上記複数の第1導波路領域それぞれにおける上記第2波長帯域および上記高状態密度波長帯域が、互いに異なるものであってもよい。
本構成によれば、複数の第1導波路領域における高状態密度波長帯域が互いに異なることにより、複数の第1導波路領域それぞれにおいてパーセル効果により増強される光の波長が互いに異なる。従って、互いに波長が異なる複数種類のレーザ光を出射できる。
また、複数の第1導波路領域それぞれにおいて、他の第1導波路領域から出射された光の一部が第1導波路領域に進入しないようにすることができるので、第1導波路領域における戻り光ノイズの発生を抑制できる。
(2) In the multi-wavelength light source device according to the present invention, the second wavelength band and the high state density wavelength band in each of the plurality of first waveguide regions may be different from each other.
According to this configuration, the high state density wavelength bands in the plurality of first waveguide regions are different from each other, whereby the wavelengths of light enhanced by the parcel effect in the plurality of first waveguide regions are different from each other. Therefore, a plurality of types of laser beams having different wavelengths can be emitted.
Further, in each of the plurality of first waveguide regions, a part of the light emitted from the other first waveguide regions can be prevented from entering the first waveguide region. Generation of return light noise can be suppressed.

(3)また、本発明に係る多波長光源装置は、上記フォトニック結晶領域が、上記積層構造体における、積層構造体の厚み方向に貫通し且つ積層構造体の厚み方向に直交する方向に周期的に並列する複数の空孔が形成された領域であり、上記第1波長帯域、上記第2波長帯域および上記高状態密度波長帯域が、複数の空孔の空孔間隔、複数の空孔それぞれの大きさおよび積層構造体の厚みの少なくとも1つに基づいて定まるものであってもよい。
本構成によれば、複数の空孔の空孔間隔、複数の空孔それぞれの大きさおよび積層構造体の厚みの少なくとも一つを変化させることにより、第1波長帯域、第2波長帯域および高状態密度波長帯域を変化させることができるので、第1波長帯域、第2波長帯域および高状態密度波長帯域の設計の容易化を図ることができる。
(3) Further, in the multi-wavelength light source device according to the present invention, the photonic crystal region has a period in a direction that penetrates in the thickness direction of the multilayer structure and is orthogonal to the thickness direction of the multilayer structure in the multilayer structure. The first wavelength band, the second wavelength band, and the high state density wavelength band are respectively a hole interval and a plurality of holes. It may be determined based on at least one of the size of and the thickness of the laminated structure.
According to this configuration, the first wavelength band, the second wavelength band, and the high frequency band are changed by changing at least one of the hole interval of the plurality of holes, the size of each of the plurality of holes, and the thickness of the laminated structure. Since the state density wavelength band can be changed, the design of the first wavelength band, the second wavelength band, and the high state density wavelength band can be facilitated.

(4)また、本発明に係る多波長光源装置は、上記積層構造体が、上記複数の第1導波路領域において生成された光の全てを伝送する光伝送部を更に有し、上記光伝送部が、2次元フォトニック結晶を構成する第2フォトニック結晶領域と、幅方向における両側に第2フォトニック結晶領域が隣接し第2フォトニック結晶領域を伝播できない第3波長帯域の光の一部の第4波長帯域の光が伝播可能な第2導波路領域とから構成され、第2導波路領域には、前記複数の第1導波路領域が並列に接続され、第4波長帯域が、複数の第1導波路領域それぞれの上記高状態密度波長帯域全てを含むものであってもよい。
本構成によれば、第4波長帯域が、複数の第1導波路領域それぞれの上記高状態密度波長帯域全てを含むことにより、光伝送部は、複数の第1導波路領域それぞれにおいて生成されたレーザ光全てを伝送させることができるので、波長多重通信を実現することができる。
(4) In the multi-wavelength light source device according to the present invention, the stacked structure further includes an optical transmission unit that transmits all of the light generated in the plurality of first waveguide regions, and the optical transmission A second photonic crystal region that constitutes a two-dimensional photonic crystal, and a second photonic crystal region adjacent to both sides in the width direction of the third wavelength band that cannot propagate through the second photonic crystal region. And a second waveguide region capable of propagating light in the fourth wavelength band, wherein the plurality of first waveguide regions are connected in parallel to the second waveguide region, and the fourth wavelength band is It may include all the high state density wavelength bands of each of the plurality of first waveguide regions.
According to this configuration, since the fourth wavelength band includes all the high state density wavelength bands of each of the plurality of first waveguide regions, the optical transmission unit is generated in each of the plurality of first waveguide regions. Since all the laser light can be transmitted, wavelength division multiplexing communication can be realized.

(5)また、本発明に係る多波長光源装置は、上記複数の第1導波路領域のうちのいずれか1つの上記高状態密度波長帯域が、他の第1導波路領域の上記第2波長帯域よりも短波長側に存在するものであってもよい。
本構成によれば、複数の第1導波路領域のうちのいずれか1つの高状態密度波長帯域が、他の第1導波路領域の第2波長帯域よりも短波長側に存在することにより、上記複数の第1導波路領域のいずれか1つから出射されたレーザ光が、他の第1導波路領域に進入できない。これにより、他の第1導波路領域における戻り光ノイズの発生を抑制できる。
(5) Moreover, in the multi-wavelength light source device according to the present invention, the high state density wavelength band of any one of the plurality of first waveguide regions is the second wavelength of the other first waveguide region. It may be present on the shorter wavelength side than the band.
According to this configuration, the high state density wavelength band of any one of the plurality of first waveguide regions is present on the shorter wavelength side than the second wavelength band of the other first waveguide regions. Laser light emitted from any one of the plurality of first waveguide regions cannot enter another first waveguide region. Thereby, generation | occurrence | production of the return light noise in another 1st waveguide area | region can be suppressed.

(6)また、本発明に係る多波長光源装置は、上記第2フォトニック結晶領域が、上記積層構造体における、積層構造体の厚み方向に貫通し且つ積層構造体の厚み方向に直交する方向に周期的に並列する複数の空孔が形成された領域であり、上記第3波長帯域および上記第4波長帯域が、複数の空孔の空孔間隔、複数の空孔それぞれの大きさおよび積層構造体の厚みの少なくとも1つに基づいて定まるものであってもよい。
本構成によれば、複数の空孔の空孔間隔、複数の空孔それぞれの大きさおよび積層構造体の厚みの少なくとも一つを変化させることにより、第3波長帯域および第4波長帯域を変化させることができるので、第3波長帯域および第4波長帯域の設計の容易化を図ることができる。
(6) In the multiwavelength light source device according to the present invention, the second photonic crystal region penetrates in the thickness direction of the stacked structure in the stacked structure and is orthogonal to the thickness direction of the stacked structure. The third wavelength band and the fourth wavelength band are defined as the interval between the plurality of holes, the size of each of the plurality of holes, and the stacking. It may be determined based on at least one of the thicknesses of the structures.
According to this configuration, the third wavelength band and the fourth wavelength band are changed by changing at least one of the interval between the plurality of holes, the size of each of the plurality of holes, and the thickness of the laminated structure. Therefore, the design of the third wavelength band and the fourth wavelength band can be facilitated.

(7)また、本発明に係る多波長光源装置は、上記複数の第1導波路領域が、直列に結合され、複数の第1導波路領域の少なくとも1つの上記高状態密度波長帯域が、他の第1導波路領域の上記第2波長帯域内に存在するものであってもよい。
本構成によれば、複数の第1導波路領域の少なくとも1つの上記高状態密度波長帯域が他の第1導波路領域の第2波長帯域内に存在するので、複数の第1導波路領域の少なくとも1つの第1導波路領域で生成された光が他の第1導波路領域中を伝播することができる。従って、多波長光源装置の構造の簡素化を図ることができる。
(7) Further, in the multi-wavelength light source device according to the present invention, the plurality of first waveguide regions are coupled in series, and at least one of the high state density wavelength bands of the plurality of first waveguide regions is May exist in the second wavelength band of the first waveguide region.
According to this configuration, since the high state density wavelength band of at least one of the plurality of first waveguide regions exists within the second wavelength band of the other first waveguide region, the plurality of first waveguide regions Light generated in at least one first waveguide region can propagate in other first waveguide regions. Therefore, the structure of the multi-wavelength light source device can be simplified.

(8)また、本発明に係る多波長光源装置は、上記複数の第1導波路領域が、その1つの並び方向において、上記高状態密度波長帯域が漸次長波長側に移動していくよう配置され、上記複数の第1導波路領域のうちのいずれか1つの上記第2波長帯域が、1つの並び方向側とは反対側に隣接する第1導波路領域の高状態密度波長帯域とを含むものであってもよい。
本構成によれば、上記複数の第1導波路領域のうちのいずれか1つの上記第2波長帯域が、上記1つの並び方向側とは反対側に隣接する第1導波路領域の高状態密度波長帯域を含むことにより、上記1つの並び方向側とは反対側に隣接する第1導波路領域で生成されたレーザ光を上記1つの並び方向側へ伝送させることができる。
(8) Further, in the multi-wavelength light source device according to the present invention, the plurality of first waveguide regions are arranged so that the high state density wavelength band gradually moves toward the longer wavelength side in one arrangement direction thereof. And any one of the plurality of first waveguide regions includes the high state density wavelength band of the first waveguide region adjacent to the side opposite to the one arrangement direction side. It may be a thing.
According to this configuration, the second wavelength band of any one of the plurality of first waveguide regions has a high state density of the first waveguide region adjacent to the side opposite to the one arrangement direction side. By including the wavelength band, it is possible to transmit the laser light generated in the first waveguide region adjacent to the side opposite to the one arrangement direction side to the one arrangement direction side.

(9)また、本発明に係る多波長光源装置は、上記複数の第1導波路領域のうちのいずれか1つの上記高状態密度波長帯域が、上記1つの並び方向側とは反対側に隣接する第1導波路領域の上記第2波長帯域よりも長波長側に存在するものであってもよい。
本構成によれば、上記複数の第1導波路領域のいずれか1つから出射されたレーザ光が、1つの並び方向側とは反対側に隣接する第1導波路領域に進入できない。これにより、第1導波路領域における戻り光ノイズの発生を抑制できる。
(9) In the multi-wavelength light source device according to the present invention, the high state density wavelength band of any one of the plurality of first waveguide regions is adjacent to the side opposite to the one arrangement direction side. It may be present on the longer wavelength side of the first waveguide region than the second wavelength band.
According to this configuration, the laser light emitted from any one of the plurality of first waveguide regions cannot enter the first waveguide region adjacent to the side opposite to the one arrangement direction side. Thereby, generation | occurrence | production of the return light noise in a 1st waveguide area | region can be suppressed.

(10)また、本発明に係る多波長光源装置は、上記発光材料が、複数の量子ドットから構成されるものであってもよい。
本構成によれば、積層構造体の活性層において、比較的低い励起密度でレーザ発振を生じさせることができるので、消費電力の低減を図ることができる。
(10) In the multiwavelength light source device according to the present invention, the light emitting material may be composed of a plurality of quantum dots.
According to this configuration, since laser oscillation can be generated at a relatively low excitation density in the active layer of the stacked structure, power consumption can be reduced.

(11)また、本発明に係る多波長光源装置は、上記複数の量子ドットが、サイズ分布を有し、当該サイズ分布が、複数の量子ドットから発せられる光の波長帯域が上記複数の第1導波路領域それぞれの上記高状態密度波長帯域の全てを含むように設定されているものであってもよい。
本構成によれば、複数の量子ドットが、サイズ分布を有することにより、複数の量子ドットから発せられる光の波長帯域が、量子サイズ効果に起因して、単一の量子ドットから発せられる光の波長帯域よりも広い波長帯域に広がる。そして、サイズ分布が、複数の量子ドットから発せられる光の波長帯域が複数の第1導波路領域それぞれの高状態密度波長帯域の全てを含むように設定されていることにより、複数の第1導波路領域それぞれの高状態密度波長帯域に含まれる発振波長を有するレーザ光を得ることができる。従って、例えば複数の発振波長毎に異なる活性層を有する多波長光源に比べて、製造容易化を図ることができる。
(11) Further, in the multi-wavelength light source device according to the present invention, the plurality of quantum dots have a size distribution, and the size distribution has a wavelength band of light emitted from the plurality of quantum dots. It may be set so as to include all of the high state density wavelength bands of the respective waveguide regions.
According to this configuration, since the plurality of quantum dots have a size distribution, the wavelength band of the light emitted from the plurality of quantum dots is reduced due to the quantum size effect of the light emitted from the single quantum dot. It spreads over a wider wavelength band than the wavelength band. The size distribution is set so that the wavelength bands of the light emitted from the plurality of quantum dots include all of the high state density wavelength bands of the plurality of first waveguide regions. Laser light having an oscillation wavelength included in the high state density wavelength band of each waveguide region can be obtained. Therefore, for example, manufacture can be facilitated as compared to a multi-wavelength light source having different active layers for each of a plurality of oscillation wavelengths.

(12)他の観点から見た本発明に係る多波長光源システムは、上記(1)〜(11)のいずれかに記載の多波長光源装置と、多波長光源装置の上記複数の第1導波路領域それぞれに励起光を照射する励起光源と、を備える。
本構成によれば、多波長光源装置自体に第1導波路領域を励起する手段を設ける必要がないので、多波長光源装置の構造の簡素化を図ることができる。
(12) A multi-wavelength light source system according to the present invention viewed from another viewpoint is the multi-wavelength light source device according to any one of (1) to (11) above, and the plurality of first leads of the multi-wavelength light source device. An excitation light source that irradiates each waveguide region with excitation light.
According to this configuration, since it is not necessary to provide means for exciting the first waveguide region in the multi-wavelength light source device itself, the structure of the multi-wavelength light source device can be simplified.

(13)また、本発明に係る多波長光源システムは、上記励起光源が、上記複数の第1導波路領域毎に、複数個設けられているものであってもよい。
本構成によれば、複数の第1導波路領域毎に異なる信号が重畳されたレーザ光を生成することができるので、波長多重通信を実現することができる。
(13) In the multi-wavelength light source system according to the present invention, a plurality of the excitation light sources may be provided for each of the plurality of first waveguide regions.
According to this configuration, it is possible to generate laser light on which different signals are superimposed for each of the plurality of first waveguide regions, so that wavelength division multiplexing communication can be realized.

(14)また、本発明に係る多波長光源システムは、上記励起光源が、上記複数の第1導波路領域それぞれに対して、時分割で順次励起光を照射していくものであってもよい。
本構成によれば、複数の第1導波路領域の数よりも少ない数の励起光源を備える構成とすることができるので、多波長光源システムの部品点数の削減や小型化を図ることができる。
(14) Further, in the multi-wavelength light source system according to the present invention, the excitation light source may sequentially irradiate each of the plurality of first waveguide regions with excitation light in a time division manner. .
According to this configuration, the number of pumping light sources that is smaller than the number of the plurality of first waveguide regions can be provided, so that the number of components and the size of the multi-wavelength light source system can be reduced.

(15)また、本発明に係る多波長光源装置は、上記積層構造体の上記複数の第1導波路領域毎に設けられた複数の電極を更に備えるものであってもよい。
本構成によれば、複数の第1導波路領域それぞれを光励起する構成に比べて、励起光源が不要となるので、構成の簡素化および小型化を図ることができる。
(15) The multi-wavelength light source device according to the present invention may further include a plurality of electrodes provided for each of the plurality of first waveguide regions of the stacked structure.
According to this configuration, an excitation light source is not required as compared with a configuration in which each of the plurality of first waveguide regions is optically excited, so that the configuration can be simplified and downsized.

(16)また、本発明に係る多波長光源装置は、上記積層構造体が、上記複数の電極のうち隣り合う2つの電極の間の領域に、当該2つの電極のいずれか一方から注入された電流が他の電極に対応する上記第1導波路領域に流入するのを抑制する電流ブロック層を有するものであってもよい。
本構成によれば、隣り合う2つの電極のいずれか一方から注入された電流の、他方の電極に対応する第1導波路領域への流入が制限される。従って、隣り合う2つの電極それぞれに対応する第1導波路領域から出射されるレーザ光に重畳された信号同士が干渉するのを抑制できる。
(16) In the multi-wavelength light source device according to the present invention, the laminated structure is injected from one of the two electrodes into a region between two adjacent electrodes of the plurality of electrodes. You may have a current block layer which suppresses that an electric current flows into the said 1st waveguide area | region corresponding to another electrode.
According to this configuration, the current injected from one of the two adjacent electrodes is restricted from flowing into the first waveguide region corresponding to the other electrode. Therefore, it is possible to suppress interference between signals superimposed on the laser light emitted from the first waveguide region corresponding to each of the two adjacent electrodes.

本発明によれば、互いに波長の異なる複数種類の光を出射可能としながら、小型化を図ることができる多波長光源装置およびこれを用いた多波長光源システムを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a multi-wavelength light source device capable of downsizing while allowing a plurality of types of light having different wavelengths to be emitted, and a multi-wavelength light source system using the same.

実施形態1に係る試料について、(a)は斜視図であり、(b)は平面図であり、(c)は(a)におけるA1−A1線で破断した断面の矢視図である。About the sample which concerns on Embodiment 1, (a) is a perspective view, (b) is a top view, (c) is an arrow view of the cross section fractured | ruptured by the A1-A1 line in (a). (a)は、実施形態1に係る試料の導波路領域WGにおける光の群速度分散の計算を行った結果を示す図であり、(b)は、実施形態1に係る試料の導波路領域における光の透過率測定の結果を示す図である。(A) is a figure which shows the result of having calculated the group velocity dispersion | distribution of the light in the waveguide area | region WG of the sample which concerns on Embodiment 1, (b) is in the waveguide area | region of the sample which concerns on Embodiment 1. FIG. It is a figure which shows the result of the transmittance | permeability measurement of light. (a)は、実施形態1に係る試料の導波路領域における光の透過率測定の結果を示す図であり、(b)は、実施形態1に係る試料の、導波路領域における空孔間隔と透過帯域との関係を示す図である。(A) is a figure which shows the result of the transmittance | permeability measurement in the waveguide area | region of the sample which concerns on Embodiment 1, (b) is a void | hole space | interval in the waveguide area | region of the sample which concerns on Embodiment 1. It is a figure which shows the relationship with a transmission zone | band. 実施形態1に係る試料の導波路領域を光励起した場合における光の正規化発光強度を測定した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having measured the normalization light emission intensity of the light at the time of carrying out optical excitation of the waveguide area | region of the sample which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る試料の導波路領域におけるキャリア緩和過程を説明するための模式図である。6 is a schematic diagram for explaining a carrier relaxation process in a waveguide region of a sample according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る試料の導波路領域WGにおける群速度分散の計算を行った結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having calculated the group velocity dispersion | distribution in the waveguide area | region WG of the sample concerning Embodiment 1. FIG. (a)は、実施形態1に係る試料の導波路領域を光励起した場合における光の発光強度を測定した結果を示す図であり、(b)は、(a)についてピーク位置での発光強度で正規化して得られる正規化発光強度を示す図である。(A) is a figure which shows the result of having measured the light emission intensity | strength at the time of photoexciting the waveguide area | region of the sample which concerns on Embodiment 1, (b) is the light emission intensity in a peak position about (a). It is a figure which shows the normalized light emission intensity obtained by normalizing. 実施形態1に係る試料について、発光強度の測定により得られた発光強度スペクトルのピーク波長と、空孔間隔との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the peak wavelength of the light emission intensity spectrum obtained by the measurement of light emission intensity, and a space | interval of holes about the sample which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る試料について、高強度励起を行った場合に得られる発光スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the emission spectrum obtained when the high intensity excitation is performed about the sample which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る多波長光源装置を示し、(a)は平面図、(b)は(a)におけるB1−B1線で破断した断面の矢視図である。The multi-wavelength light source device which concerns on Embodiment 1 is shown, (a) is a top view, (b) is an arrow line view of the cross section fractured | ruptured by the B1-B1 line | wire in (a). 実施形態1に係る多波長光源装置の動作説明図である。FIG. 5 is an operation explanatory diagram of the multi-wavelength light source device according to the first embodiment. 実施形態1に係る多波長光源装置の各製造工程における概略断面図である。It is a schematic sectional drawing in each manufacturing process of the multiwavelength light source device concerning Embodiment 1. 実施形態1に係る多波長光源装置の一部のSEM写真である。3 is a partial SEM photograph of the multi-wavelength light source device according to the first embodiment. 実施形態2に係る多波長光源装置の平面図である。6 is a plan view of a multi-wavelength light source device according to Embodiment 2. FIG. 実施形態2に係る多波長光源装置の動作説明図である。FIG. 6 is an operation explanatory diagram of the multi-wavelength light source device according to the second embodiment. 実施形態3に係る多波長光源装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the multiwavelength light source device which concerns on Embodiment 3. FIG. 実施形態4に係る多波長光源装置の一部を示す斜視図である。It is a perspective view which shows a part of multiwavelength light source device which concerns on Embodiment 4. FIG. 実施形態4に係る多波長光源装置の一部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a part of multiwavelength light source device which concerns on Embodiment 4. FIG. 実施形態4に係る多波長光源装置の各製造工程における概略断面図である。It is a schematic sectional drawing in each manufacturing process of the multiwavelength light source device concerning Embodiment 4. 実施形態4に係る多波長光源装置の各製造工程における概略断面図である。It is a schematic sectional drawing in each manufacturing process of the multiwavelength light source device concerning Embodiment 4. 変形例に係る多波長光源システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the multiwavelength light source system which concerns on a modification. 変形例に係る多波長光源装置の各製造工程における概略断面図である。It is a schematic sectional drawing in each manufacturing process of the multiwavelength light source device which concerns on a modification. 実施形態1に係る試料について、試料の導波路領域を光励起した場合に導波路領域から発せられる光の偏光特性を調査した結果である。It is the result of having investigated the polarization characteristic of the light emitted from a waveguide area about the sample concerning Embodiment 1 when the waveguide area of a sample is optically excited. 変形例に係る多波長光源システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the multiwavelength light source system which concerns on a modification.

<実施形態1>
<1>本発明の動機となった研究結果について
まず、本発明の動機となった研究結果について説明する。発明者らは、フォトニック結晶を備える試料の光学的特性について研究を行っている。
<Embodiment 1>
<1> About the research result which became the motive of this invention First, the research result which became the motive of this invention is demonstrated. The inventors have studied optical characteristics of a sample including a photonic crystal.

<1−1>試料の構成
図1は、本実施形態に係る試料を示し、(a)は斜視図、(b)は平面図、(c)は(a)におけるA1−A1線で破断した断面の矢視図である。
試料1は、半導体基板15と、ブリッジ層16と、積層構造体10と、を備える。
半導体基板15は、例えばGaAs基板から構成されている。
ブリッジ層16は、例えばAlGa1−yAs(y=0.53)混晶から形成されている。このブリッジ層16は、半導体基板15と積層構造体10との間に空隙16aが介在するように形成されている。
積層構造体10は、3層の活性層13と、4層の中間層14とから構成される。また、積層構造体10には、厚み方向に貫通する複数の空孔11が形成されている。この積層構造体10の厚み(スラブ厚)は、例えば240nm程度に設定されている。
活性層13は、例えばInGa1−xAs(x=0.2)から形成された基材中にInAsから形成された量子ドット(発光材料)が分散した構造を有する。この活性層13の厚みは、例えば3nm程度に設定されている。中間層114は、例えばGaAsから形成され、厚みは例えば50nm程度に設定されている。この複数の量子ドットは、サイズ分布を有しており、例えば、高さおよび粒径がそれぞれ2〜7nm、30〜70nmの範囲内で分布している。
中間層14は、GaAs層から構成されている。
<1-1> Configuration of Sample FIG. 1 shows a sample according to the present embodiment, (a) is a perspective view, (b) is a plan view, and (c) is broken along line A1-A1 in (a). It is an arrow view of a cross section.
The sample 1 includes a semiconductor substrate 15, a bridge layer 16, and a laminated structure 10.
The semiconductor substrate 15 is composed of, for example, a GaAs substrate.
The bridge layer 16 is made of, for example, an Al y Ga 1-y As (y = 0.53) mixed crystal. The bridge layer 16 is formed such that a gap 16 a is interposed between the semiconductor substrate 15 and the laminated structure 10.
The laminated structure 10 includes three active layers 13 and four intermediate layers 14. The laminated structure 10 is formed with a plurality of holes 11 penetrating in the thickness direction. The thickness (slab thickness) of this laminated structure 10 is set to about 240 nm, for example.
The active layer 13 has a structure in which quantum dots (light emitting material) formed of InAs are dispersed in a base material formed of, for example, In x Ga 1-x As (x = 0.2). The thickness of the active layer 13 is set to about 3 nm, for example. The intermediate layer 114 is made of, for example, GaAs and has a thickness of, for example, about 50 nm. The plurality of quantum dots have a size distribution. For example, the height and the particle size are distributed within the ranges of 2 to 7 nm and 30 to 70 nm, respectively.
The intermediate layer 14 is composed of a GaAs layer.

空孔11は、積層構造体10における、帯状の導波路領域WG以外の領域PCにおいて三角格子状に周期的に配列している。例えば、半径r1の空孔が、間隔(以下、「空孔間隔」と称する。)a1で周期的に並んでいる。この領域PCにおいては、試料1の厚み方向に直交する方向において、屈折率の異なる領域が周期的に並んでおり、いわゆる2次元フォトニック結晶を形成している。具体的には、空気から構成される部位と、空気の屈折率の3〜4倍程度の屈折率を有する半導体から構成される部位とが、周期的に並ぶこととなる。
即ち、積層構造体10は、導波路領域WGと、導波路領域WGの幅方向における両側に隣接した2次元フォトニック結晶を構成する領域(以下、「フォトニック結晶領域」と称する。)PCと、を有している。
The holes 11 are periodically arranged in a triangular lattice pattern in the region PC other than the strip-shaped waveguide region WG in the laminated structure 10. For example, holes having a radius r1 are periodically arranged at intervals (hereinafter referred to as “hole intervals”) a1. In this region PC, regions having different refractive indexes are periodically arranged in a direction perpendicular to the thickness direction of the sample 1 to form a so-called two-dimensional photonic crystal. Specifically, a part composed of air and a part composed of a semiconductor having a refractive index of about 3 to 4 times the refractive index of air are periodically arranged.
That is, the laminated structure 10 includes a waveguide region WG and a region PC (hereinafter referred to as “photonic crystal region”) that forms a two-dimensional photonic crystal adjacent to both sides in the width direction of the waveguide region WG. ,have.

<1−2>分析結果について
積層構造体10のフォトニック結晶領域PCでは、フォトニックバンドギャップが形成されており、当該フォトニックバンドギャップに対応した第1波長帯域(以下、「非透過帯域」と称する。)の光が伝播できない。一方、積層構造体10の導波路領域WGでは、上記非透過帯域中に含まれる第2波長帯域(以下、「透過帯域」と称する。)の光が伝播(透過)できる。
これは、導波路領域WGにおける光の群速度分散において、フォトニック結晶領域PCのフォトニックバンドギャップに相当する領域内に、フォトニックバンドが存在していることによるものである。
<1-2> Analysis Results In the photonic crystal region PC of the laminated structure 10, a photonic band gap is formed, and a first wavelength band corresponding to the photonic band gap (hereinafter, “non-transmission band”). Light) cannot propagate. On the other hand, in the waveguide region WG of the multilayer structure 10, light in the second wavelength band (hereinafter referred to as “transmission band”) included in the non-transmission band can propagate (transmit).
This is due to the presence of a photonic band in a region corresponding to the photonic band gap of the photonic crystal region PC in the group velocity dispersion of light in the waveguide region WG.

図2(a)は、本実施形態に係る試料1の導波路領域WGにおける光の群速度分散の計算を行った結果を示す図であり、図2(b)は、本実施形態に係る試料1の導波路領域WGにおける光の透過率測定の結果を示す図である。なお、図2(a)は、導波路領域WGの長手方向にTEモードで伝播する光(電場の振幅方向が試料1の厚み方向に直交し且つ導波路領域Wの幅方向に平行である光)について計算を行った結果を示している。   FIG. 2A is a diagram illustrating a result of calculation of group velocity dispersion of light in the waveguide region WG of the sample 1 according to the present embodiment, and FIG. 2B is a sample according to the present embodiment. It is a figure which shows the result of the transmittance | permeability measurement of the light in 1 waveguide region WG. 2A shows light propagating in the TE mode in the longitudinal direction of the waveguide region WG (the light whose amplitude direction is perpendicular to the thickness direction of the sample 1 and parallel to the width direction of the waveguide region W). ) Shows the calculation results.

導波路領域WGにおける光の群速度分散の計算では、例えば3次元FDTD法と呼ばれる計算方法を採用した。この計算で用いられる主なパラメータとして、フォトニック結晶領域PCにおける空孔11の半径r1や空孔間隔a1、スラブ厚等が挙げられる。
図2(a)に示すように、導波路領域WGでは、フォトニック結晶領域PCにおいて光が存在し得ない非透過帯域に、光の存在し得る透過帯域が形成されている。
実際、図2(b)に示すように、発明者らは、計算結果から得られた透過帯域に対応する波長帯域において、導波路領域WGにおける光の透過率が増加するという知見を得ている。
In the calculation of the group velocity dispersion of light in the waveguide region WG, for example, a calculation method called a three-dimensional FDTD method is adopted. The main parameters used in this calculation include the radius r1 of the holes 11 in the photonic crystal region PC, the hole interval a1, the slab thickness, and the like.
As shown in FIG. 2A, in the waveguide region WG, a transmission band in which light can exist is formed in a non-transmission band in which light cannot exist in the photonic crystal region PC.
In fact, as shown in FIG. 2B, the inventors have obtained the knowledge that the light transmittance in the waveguide region WG increases in the wavelength band corresponding to the transmission band obtained from the calculation result. .

また、発明者らは、試料1について、フォトニック結晶領域PCにおける空孔間隔a1を変化させた場合における透過帯域の変化について知見を得ている。
図3(a)は、本実施形態に係る試料1の導波路領域WGにおける光の透過率測定の結果を示す図であり、図3(b)は、本実施形態に係る試料1のフォトニック結晶領域PCにおける空孔間隔a1と、導波路領域WGにおける透過帯域との関係を示す図である。
図3(a)に示すように、発明者らは、フォトニック結晶領域PCにおける空孔間隔a1を321nmから357nmまで増加させると、透過帯域が長波側に移動していくという知見を得ている。図3(a)において、例えば透過率が−35dB以上となる波長帯域を透過帯域と定義したとする。この場合、図3(b)に示すように、透過帯域は、空孔間隔a1の増加とともに長波長側に移動していく。
Further, the inventors have obtained knowledge about the change in the transmission band of the sample 1 when the hole interval a1 in the photonic crystal region PC is changed.
FIG. 3A is a diagram illustrating a result of light transmittance measurement in the waveguide region WG of the sample 1 according to the present embodiment, and FIG. 3B is a photonic of the sample 1 according to the present embodiment. It is a figure which shows the relationship between the space | interval a1 in crystal | crystallization area | region PC, and the transmission band in waveguide area | region WG.
As shown in FIG. 3 (a), the inventors have obtained the knowledge that the transmission band shifts to the long wave side when the hole interval a1 in the photonic crystal region PC is increased from 321 nm to 357 nm. . In FIG. 3A, for example, it is assumed that a wavelength band in which the transmittance is −35 dB or more is defined as a transmission band. In this case, as shown in FIG. 3B, the transmission band moves to the longer wavelength side as the hole interval a1 increases.

つまり、発明者らは、導波路領域WGの幅方向における両側に隣接するフォトニック結晶領域PCにおける空孔間隔a1を変化させることにより、導波路領域WGの透過帯域を制御することができるという知見を得ている。   That is, the inventors have found that the transmission band of the waveguide region WG can be controlled by changing the hole interval a1 in the photonic crystal region PC adjacent to both sides in the width direction of the waveguide region WG. Have gained.

ところで、導波路領域WGにおける光の状態密度は、当該導波路領域WGを伝播する光のうち、群速度が低いほど高くなる。ここで、導波路領域WGにおける光の群速度は、下記式(1)で表される。

ここで、ωは光の周波数を示し、Kxは光の波数を示し、vgは光の群速度を示す。式(1)に示すように、群速度が低くなるほど、波数の変化に対する光の周波数の変化が小さくなる。つまり、群速度が低い光ほど、単位周波数あたりに存在する互いに波数の異なる光の密度(状態密度)が大きくなる。
そこで、発明者らは、導波路領域WGにおけるフォトニックバンドの形状から、状態密度が高くなる光の波長帯域(以下、「高状態密度波長帯域」と称する。)を見積もった。
ところで、導波路領域WGから放出される光の自然放出レートは、下記式(2)で表される。

ここで、Aは上記自然放出レート、ρ(ω)は光の状態密度、coeffは導波路領域WGにおける光学遷移の確率を反映した係数である。
式(2)に示すように、自然放出レートAは、光の状態密度が増加するとともに増加する。そして、発明者らは、上記自然放出レートが所定の大きさ以上となる光の波長帯域を高状態密度波長帯域と定義した。
図2(a)に示すように、高状態密度波長帯域は、楕円で囲んだ領域(周波数ωがω1,ω2,ω3近傍の領域、以下、「低群速度領域」と称する。)P1,P2,P3に対応する波長帯域に相当する。
ここにおいて、発明者らは、活性層13中に分散された量子ドットにおける、光学遷移可能な電子準位間のエネルギ差に相当する光の波長が、上記高状態密度波長帯域に含まれる場合、量子ドットから発せられる光がパーセル効果により増強されると考えた。そして、発明者らは、この点を検証すべく、試料1の導波路領域WGを光励起した場合に導波路領域WGから発せられる光の強度スペクトルの測定を行った。
By the way, the density of states of light in the waveguide region WG becomes higher as the group velocity is lower in the light propagating through the waveguide region WG. Here, the group velocity of light in the waveguide region WG is expressed by the following formula (1).

Here, ω represents the frequency of light, Kx represents the wave number of light, and vg represents the group velocity of light. As shown in Equation (1), the lower the group velocity, the smaller the change in the frequency of light with respect to the change in wave number. That is, the lower the group velocity, the greater the density (state density) of light having different wave numbers that exists per unit frequency.
Therefore, the inventors estimated the wavelength band of light (hereinafter referred to as “high state density wavelength band”) in which the state density is increased from the shape of the photonic band in the waveguide region WG.
Incidentally, the spontaneous emission rate of light emitted from the waveguide region WG is expressed by the following formula (2).

Here, A is the spontaneous emission rate, ρ (ω) is the light state density, and coeff is a coefficient reflecting the probability of optical transition in the waveguide region WG.
As shown in Equation (2), the spontaneous emission rate A increases as the light density of states increases. The inventors have defined the wavelength band of light at which the spontaneous emission rate is a predetermined magnitude or more as the high state density wavelength band.
As shown in FIG. 2 (a), the high state density wavelength band is an area surrounded by an ellipse (area where the frequency ω is in the vicinity of ω1, ω2, ω3, hereinafter referred to as “low group velocity area”) P1, P2. , P3 corresponding to the wavelength band.
Here, the inventors, in the quantum dots dispersed in the active layer 13, when the wavelength of light corresponding to the energy difference between the electron levels capable of optical transition is included in the high state density wavelength band, We thought that the light emitted from the quantum dots was enhanced by the parcel effect. In order to verify this point, the inventors measured the intensity spectrum of light emitted from the waveguide region WG when the waveguide region WG of the sample 1 was optically excited.

図4(a)は、本実施形態に係る試料1の導波路領域WGを光励起した場合に導波路領域WGから発せられる光の強度スペクトルの測定方法を説明する模式図である。また、図4(b)は、本実施形態に係る試料1の導波路領域WGを光励起した場合に導波路領域WGおける光の正規化発光強度を測定した結果を示す図である。更に、図4(c)は、フォトニック結晶領域PCを有しない試料を光励起した場合に試料から発せられる光の強度スペクトルを測定した結果である。   FIG. 4A is a schematic diagram illustrating a method for measuring the intensity spectrum of light emitted from the waveguide region WG when the waveguide region WG of the sample 1 according to the present embodiment is optically excited. FIG. 4B is a diagram showing a result of measuring the normalized emission intensity of light in the waveguide region WG when the waveguide region WG of the sample 1 according to the present embodiment is optically excited. FIG. 4C shows the result of measuring the intensity spectrum of light emitted from the sample when the sample not having the photonic crystal region PC is photoexcited.

図4(a)に示すように、強度スペクトルの測定では、導波路領域WGの長手方向に発せられる光の強度スペクトル(以下、「水平方向強度スペクトル」と称する。)と、試料1の厚み方向に発せられる光の強度スペクトル(以下、「垂直方向強度スペクトル」と称する。)と、を測定した。また、図4(b)では、水平方向強度スペクトルを「H」、垂直方向強度スペクトルを「V」で表す。
図4(c)に示すように、フォトニック結晶領域PCを有しない試料を光励起した場合に試料から発せられる光の強度スペクトルは、量子ドットのサイズ分布を反映して、1120nm〜1330nmの波長帯域に亘るブロードな形状をしている。
これに対して、図4(b)に示すように、試料1の導波路領域WGを光励起した場合に導波路領域WGから発せられる光の水平方向強度スペクトルHは、波長λ1,λ3近傍に2つのピーク「Peak1」,「Peak3」が生じている。また、垂直方向強度スペクトルVにも、波長λ2近傍に1つのピーク「Peak2」が生じている。
そして、波長λ1,λ2,λ3近傍の波長帯域は、導波路領域WGにおける高状態密度波長帯域(図2中のP1,P2,P3(図2参照))と略一致している。
As shown in FIG. 4A, in the measurement of the intensity spectrum, the intensity spectrum of light emitted in the longitudinal direction of the waveguide region WG (hereinafter referred to as “horizontal intensity spectrum”) and the thickness direction of the sample 1 are used. The intensity spectrum of the light emitted from the light (hereinafter referred to as “vertical intensity spectrum”) was measured. In FIG. 4B, the horizontal intensity spectrum is represented by “H” and the vertical intensity spectrum is represented by “V”.
As shown in FIG. 4C, the intensity spectrum of the light emitted from the sample when the sample not having the photonic crystal region PC is photoexcited reflects the size distribution of the quantum dots, and the wavelength band of 1120 nm to 1330 nm. It has a broad shape.
On the other hand, as shown in FIG. 4B, when the waveguide region WG of the sample 1 is optically excited, the horizontal intensity spectrum H of the light emitted from the waveguide region WG is 2 near the wavelengths λ1 and λ3. Two peaks “Peak1” and “Peak3” are generated. Also in the vertical intensity spectrum V, one peak “Peak2” occurs in the vicinity of the wavelength λ2.
The wavelength bands in the vicinity of the wavelengths λ1, λ2, and λ3 substantially coincide with the high state density wavelength bands (P1, P2, and P3 in FIG. 2 (see FIG. 2)) in the waveguide region WG.

図5は、本実施形態に係る試料1の導波路領域WGにおけるキャリア緩和過程を説明するための模式図である。
活性層13中に分散された量子ドットでは、いわゆる電子の3次元の量子サイズ効果により電子準位が離散化している。また、活性層13中に分散された複数の量子ドットは、サイズ分布を有している。例えば、複数の量子ドットには、粒径がb1〜b4の間で互いに異なるものが存在する。そして、複数の量子ドットにおける電子準位は、この粒径b1〜b4の違いに応じて異なっている。各量子ドットでは、電子が2つの電子準位間のうち高い方の電子準位から低い方の電子準位へ光学遷移する際に、当該2つの電子準位間のエネルギ差に相当する光を放出する。
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a carrier relaxation process in the waveguide region WG of the sample 1 according to the present embodiment.
In the quantum dots dispersed in the active layer 13, the electron levels are discretized by a so-called three-dimensional quantum size effect of electrons. The plurality of quantum dots dispersed in the active layer 13 has a size distribution. For example, a plurality of quantum dots have different particle sizes from b1 to b4. And the electronic level in a some quantum dot changes according to the difference in this particle size b1-b4. In each quantum dot, when an electron makes an optical transition from a higher electron level to a lower one between two electron levels, light corresponding to an energy difference between the two electron levels is emitted. discharge.

例えば、粒径b3の量子ドットでは、伝導帯側で最も低い電子準位から価電子帯側の電子準位への電子の光学遷移に伴う光と、伝導帯側で2番目に低い電子準位から価電子帯側の電子準位への電子の光学遷移に伴う光とが放出されるとする。また、粒径b4の量子ドットでは、伝導帯側で最も低い電子準位から価電子帯側の電子準位への電子の光学遷移に伴う光が放出されるとする。
そして、発明者らは、例えば粒径b3,b4の量子ドットにおける光学遷移可能な電子準位間のエネルギ差に相当する波長が、導波路領域WGにおける高状態密度波長帯域に含まれているために、当該電子準位間における振動子強度が増大したと考察している。つまり、活性層13中に分散された複数の量子ドットのいずれかにおいて、パーセル効果による発光強度の増強が生じていると考察している。
例えば、粒径b3の量子ドットにおける光学遷移可能な電子準位間のエネルギ差E(ω1),E(ω3)(E(λ1),E(λ3))に相当する光の波長が、導波路領域WGの高状態密度帯域に含まれる波長λ1,λ3に等しい。また、粒径b3の量子ドットにおける光学遷移可能な電子準位間のエネルギ差E(ω2)(E(λ2))に相当する光の波長が、波長λ2に等しい。
For example, in a quantum dot with a particle size of b3, the light accompanying the optical transition of electrons from the lowest electron level on the conduction band side to the electron level on the valence band side, and the second lowest electron level on the conduction band side And light accompanying the optical transition of electrons from the valence band to the electron level on the valence band side. In the quantum dot having the particle size b4, it is assumed that light accompanying the optical transition of electrons from the lowest electron level on the conduction band side to the electron level on the valence band side is emitted.
The inventors, for example, have a wavelength corresponding to an energy difference between optical levels capable of optical transition in quantum dots having particle diameters b3 and b4 included in the high state density wavelength band in the waveguide region WG. Furthermore, it is considered that the oscillator strength between the electron levels has increased. That is, it is considered that the emission intensity is enhanced by the parcel effect in any of the plurality of quantum dots dispersed in the active layer 13.
For example, the wavelength of light corresponding to the energy difference E (ω1), E (ω3) (E (λ1), E (λ3)) between optical levels capable of optical transition in a quantum dot having a particle size b3 is a waveguide. It is equal to the wavelengths λ1 and λ3 included in the high state density band of the region WG. Further, the wavelength of light corresponding to the energy difference E (ω2) (E (λ2)) between the electron levels capable of optical transition in the quantum dot having the particle size b3 is equal to the wavelength λ2.

ところで、導波路領域WGにおけるフォトニックバンドの形状は、フォトニック結晶領域PCにおけるフォトニック結晶の構造、即ち、空孔間隔a1や空孔半径r1に依存している。従って、フォトニック結晶領域PCにおける空孔間隔a1を変化させると、導波路領域WGにおけるフォトニックバンドの形状が変化し、それに伴い、高状態密度波長帯域の位置も変化する。
そこで、発明者らは、フォトニック結晶領域PCにおける空孔間隔a1を変化させることにより、高状態密度波長帯域の位置を変化させ、増強される光の波長を変化させることを試みた。
Incidentally, the shape of the photonic band in the waveguide region WG depends on the structure of the photonic crystal in the photonic crystal region PC, that is, the hole interval a1 and the hole radius r1. Therefore, when the hole interval a1 in the photonic crystal region PC is changed, the shape of the photonic band in the waveguide region WG changes, and accordingly, the position of the high state density wavelength band also changes.
Therefore, the inventors tried to change the wavelength of the enhanced light by changing the position of the high state density wavelength band by changing the gap interval a1 in the photonic crystal region PC.

図6は、本実施形態に係る試料1の導波路領域WGにおける群速度分散の計算を行った結果を示す図である。ここでは、フォトニック結晶領域PCにおける空孔間隔a1を変化させて計算を行った。図6において、(a)は空孔間隔330nmの場合、(b)は空孔間隔339nmの場合、(c)は空孔間隔348nmの場合、(d)は空孔間隔357nmの場合の計算結果を示す。
図6に示すように、空孔間隔a1が長くなると、導波路領域WGの高状態密度波長帯域に対応する波長λ2(1),λ2(2),λ2(3),λ2(4),λ1(1),λ1(2),λ1(3),λ1(4)が長くなることが判った。ここで、導波路領域WGの高状態密度波長帯域に対応する周波数ω2(1),ω2(2),ω2(3),ω2(4),ω1(1),ω1(2),ω1(3),ω1(4)は短くなっていく。
FIG. 6 is a diagram illustrating a result of calculation of group velocity dispersion in the waveguide region WG of the sample 1 according to the present embodiment. Here, the calculation was performed by changing the gap interval a1 in the photonic crystal region PC. In FIG. 6, (a) is the calculation result when the gap interval is 330 nm, (b) is the gap interval 339 nm, (c) is the gap interval 348 nm, and (d) is the calculation result when the gap interval is 357 nm. Indicates.
As shown in FIG. 6, when the hole interval a1 becomes longer, the wavelengths λ2 (1), λ2 (2), λ2 (3), λ2 (4), λ1 corresponding to the high state density wavelength band of the waveguide region WG are obtained. It was found that (1), λ1 (2), λ1 (3), and λ1 (4) become longer. Here, frequencies ω2 (1), ω2 (2), ω2 (3), ω2 (4), ω1 (1), ω1 (2), ω1 (3) corresponding to the high state density wavelength band of the waveguide region WG. ), Ω1 (4) becomes shorter.

図7(a)は、本実施形態に係る試料の導波路領域WGを光励起した場合に導波路領域WGから発せられる光の強度スペクトルを測定した結果を示す図であり、図7(b)は、(a)についてピーク位置での強度で正規化して得られる強度スペクトルを示す図である。ここでは、図4(b)における「Peak2」について測定を行った。
図7(a)および(b)に示すように、図6に示す計算結果から得られる高状態密度波長帯域(例えばλ2(1),λ2(2),λ2(3),λ2(4)))において、強度スペクトルのピークが生じることが判った。そして、当該ピーク位置は、空孔間隔a1が長くなるほど長波長側に移動していくことが判った。
FIG. 7A is a diagram showing a result of measuring an intensity spectrum of light emitted from the waveguide region WG when the waveguide region WG of the sample according to the present embodiment is optically excited, and FIG. It is a figure which shows the intensity spectrum obtained by normalizing with the intensity | strength in a peak position about (a). Here, the measurement was performed on “Peak2” in FIG.
As shown in FIGS. 7A and 7B, high state density wavelength bands (for example, λ2 (1), λ2 (2), λ2 (3), λ2 (4)) obtained from the calculation results shown in FIG. ), It was found that a peak of the intensity spectrum occurred. And it turned out that the said peak position moves to a long wavelength side, so that the space | interval a1 of a hole becomes long.

また、発明者らは、強度スペクトルのピーク「Peak2」以外の他のピーク「Peak1」,「Peak3」の波長についても、空孔間隔a1との関係を調査した。
図8は、本実施形態に係る試料について、発光強度の測定により得られた発光強度スペクトルのピーク波長と、空孔間隔との関係を示す図である。ここで、計算値は、本実施形態に係る試料1の導波路領域WGにおける群速度分散の計算から得られるフォトニックバンドの低群速度領域に対応する波長に相当する。
他のピーク「Peak1」,「Peak3」の波長も、空孔間隔a1が長くなるほど長波長側に移動していくことが判った。
In addition, the inventors investigated the relationship between the wavelengths of the peaks “Peak1” and “Peak3” other than the peak “Peak2” of the intensity spectrum and the hole interval a1.
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the peak wavelength of the emission intensity spectrum obtained by the measurement of the emission intensity and the void interval for the sample according to this embodiment. Here, the calculated value corresponds to the wavelength corresponding to the low group velocity region of the photonic band obtained from the calculation of the group velocity dispersion in the waveguide region WG of the sample 1 according to the present embodiment.
It has been found that the wavelengths of the other peaks “Peak1” and “Peak3” also move to the longer wavelength side as the hole interval a1 becomes longer.

以上のように、発明者らは、フォトニック結晶領域PCにおけるフォトニック結晶の構造、即ち、空孔間隔a1や空孔半径r1を変化させることにより、透過帯域や高状態密度波長帯域の位置を変化させることができるという知見を得た。   As described above, the inventors change the structure of the photonic crystal in the photonic crystal region PC, that is, the position of the transmission band and the high state density wavelength band by changing the hole interval a1 and the hole radius r1. The knowledge that it can be changed was obtained.

更に、発明者らは、試料1の導波路領域WGを励起する際の励起強度をある程度高くすると、レーザ発振が生じることも実証している。
図9は、本実施形態に係る試料1について、導波路領域WGを高い励起強度で光励起した場合に導波路領域から発せされる光の強度スペクトルを示す図である。
図9に示すように、試料1において、導波路領域WGをある程度高い励起強度で光励起すれば、レーザ発振した場合に特有の幅の狭いスペクトルが得られることが判った。また、この発振波長は、活性層13中に分散された量子ドットから発せられる光の波長帯域内に存在し且つ試料1における高状態密度波長帯域内に存在することが判った。
つまり、発明者らは、フォトニック結晶領域PCと導波路領域WGとを有する積層構造体10について、導波路領域WGの励起強度をある程度高くすれば、高状態密度波長帯域に含まれる発振波長を有するレーザ光を得ることができるという知見を得た。
Furthermore, the inventors have also demonstrated that laser oscillation occurs when the excitation intensity at the time of exciting the waveguide region WG of the sample 1 is increased to some extent.
FIG. 9 is a diagram illustrating an intensity spectrum of light emitted from the waveguide region when the waveguide region WG is optically excited with high excitation intensity for the sample 1 according to the present embodiment.
As shown in FIG. 9, in the sample 1, it was found that if the waveguide region WG is optically excited with a certain high excitation intensity, a narrow spectrum specific to laser oscillation can be obtained. It was also found that this oscillation wavelength exists in the wavelength band of light emitted from the quantum dots dispersed in the active layer 13 and in the high state density wavelength band in the sample 1.
In other words, the inventors of the multilayer structure 10 having the photonic crystal region PC and the waveguide region WG increase the oscillation wavelength included in the high state density wavelength band by increasing the excitation intensity of the waveguide region WG to some extent. The knowledge that the laser beam which it has can be obtained was acquired.

<2>多波長光源装置について
次に、発明者らが、<1>で説明した知見に基づいて考案した多波長光源装置について説明する。
図10は、本実施形態に係る多波長光源装置101を示し、(a)は平面図、(b)は(a)におけるB1−B1線で破断した断面の矢視図である。
多波長光源装置101は、積層構造体110と、ブリッジ層116と、半導体基板115と、を備える。
半導体基板115は、例えばGaAs基板から構成されている。
ブリッジ層116は、例えばAlGa1−yAs(y=0.53)混晶から形成されている。このブリッジ層116は、半導体基板115と積層構造体110との間に空隙116aが介在するように形成されている。
<2> Multi-wavelength light source device Next, the multi-wavelength light source device devised by the inventors based on the knowledge described in <1> will be described.
10A and 10B show the multi-wavelength light source device 101 according to the present embodiment, where FIG. 10A is a plan view, and FIG. 10B is a cross-sectional view taken along line B1-B1 in FIG.
The multi-wavelength light source device 101 includes a laminated structure 110, a bridge layer 116, and a semiconductor substrate 115.
The semiconductor substrate 115 is made of, for example, a GaAs substrate.
The bridge layer 116 is made of, for example, Al y Ga 1-y As (y = 0.53) mixed crystal. The bridge layer 116 is formed such that a gap 116 a is interposed between the semiconductor substrate 115 and the laminated structure 110.

積層構造体110は、互いに異なる波長帯域の光を生成する複数の領域AR1〜AR4を有している。そして、複数の領域AR1〜AR4それぞれは、フォトニック結晶領域(第1フォトニック結晶領域)PC1〜PC4と、導波路領域(第1導波路領域)WG1〜WG4とから構成されている。
ここで、フォトニック結晶領域PC1〜PC4は、2次元フォトニック結晶を構成している。また、導波路領域WG1〜WG4は、幅方向における両側にフォトニック結晶領域PC1〜PC4が隣接しフォトニック結晶領域PC1〜PC4を伝播できない非透過帯域(第1波長帯域)の光の一部の透過帯域(第2波長帯域)の光が伝播可能となっている。
The laminated structure 110 has a plurality of regions AR1 to AR4 that generate light in different wavelength bands. Each of the plurality of regions AR1 to AR4 includes photonic crystal regions (first photonic crystal regions) PC1 to PC4 and waveguide regions (first waveguide regions) WG1 to WG4.
Here, the photonic crystal regions PC1 to PC4 constitute a two-dimensional photonic crystal. The waveguide regions WG1 to WG4 are part of light in a non-transmission band (first wavelength band) in which the photonic crystal regions PC1 to PC4 are adjacent to both sides in the width direction and cannot propagate through the photonic crystal regions PC1 to PC4. Light in the transmission band (second wavelength band) can propagate.

また、積層構造体110は、3層の活性層113および4層の中間層114とから構成されている。この積層構造体110の厚み(スラブ厚)tは、例えば240nm程度に設定されている。
活性層113は、例えばInGa1−xAs(x=0.2)から形成された半導体基材中にInAsから形成された量子ドットが分散した構造を有する。この活性層113の厚みは、例えば3nm程度に設定されている。このように、活性層113が複数の量子ドットが分散した構造を有することにより、積層構造体110の活性層113において、比較的低い励起密度でレーザ発振を生じさせることができるので、消費電力の低減を図ることができる。
また、この複数の量子ドットは、サイズ分布を有している。そして、このサイズ分布は、活性層113中に分散された複数の量子ドットから発せられる光の波長帯域は、4つの領域AR1〜AR4それぞれの高状態密度波長帯域の全てを含むように設定されている。具体的には、複数の量子ドットの粒径は、例えば、高さ2〜7nm、直径30〜70nmの範囲で分布している。さらに、各量子ドットは離散的な準位を持つことで複数の発光ピークを有する。これにより、複数の量子ドットから発せられる光の強度スペクトルは、波長帯域1120nm〜1330nmに亘るブロードな形状となる。
中間層114は、例えばGaAsから形成され、厚みは例えば50nm程度に設定されている。
The laminated structure 110 is composed of three active layers 113 and four intermediate layers 114. The thickness (slab thickness) t of the laminated structure 110 is set to about 240 nm, for example.
The active layer 113 has a structure in which quantum dots formed of InAs are dispersed in a semiconductor substrate formed of, for example, In x Ga 1-x As (x = 0.2). The thickness of the active layer 113 is set to about 3 nm, for example. Thus, since the active layer 113 has a structure in which a plurality of quantum dots are dispersed, laser oscillation can be generated at a relatively low excitation density in the active layer 113 of the stacked structure 110. Reduction can be achieved.
The plurality of quantum dots have a size distribution. The size distribution is set so that the wavelength bands of light emitted from the plurality of quantum dots dispersed in the active layer 113 include all of the high state density wavelength bands of the four regions AR1 to AR4. Yes. Specifically, the particle diameters of the plurality of quantum dots are distributed in a range of, for example, a height of 2 to 7 nm and a diameter of 30 to 70 nm. Furthermore, each quantum dot has a plurality of emission peaks by having discrete levels. Thereby, the intensity spectrum of the light emitted from the plurality of quantum dots has a broad shape over the wavelength band 1120 nm to 1330 nm.
The intermediate layer 114 is made of, for example, GaAs and has a thickness of, for example, about 50 nm.

フォトニック結晶領域PC1〜PC4は、積層構造体110における、積層構造体110の厚み方向に貫通し、積層構造体110の厚み方向に直交する方向に三角格子状に周期的に並列する複数の空孔11が形成された領域である。
そして、導波路領域WG1〜WG4における非透過帯域、透過帯域および高状態密度波長帯域が、複数の空孔111の空孔間隔a2、空孔111の大きさ(空孔半径r2)および積層構造体110の厚み(スラブ厚)に基づいて定まっている。具体的には、前述<1>で説明したように、空孔間隔a2が長いほど、透過帯域全体および高状態密度波長帯域全体が、長波長側に位置する。
これにより、空孔間隔a2、空孔半径r2および積層構造体110の厚みの少なくとも1つを変化させることにより、導波路領域WG1〜WG4それぞれにおける非透過帯域、透過帯域および高状態密度波長帯域を変化させることができる。従って、導波路領域WG1〜WG4それぞれにおける、非透過帯域、透過帯域および高状態密度波長帯域の設計の容易化を図ることができる。
The photonic crystal regions PC1 to PC4 penetrate through the stacked structure 110 in the thickness direction of the stacked structure 110 and are periodically arranged in a triangular lattice pattern in a direction perpendicular to the thickness direction of the stacked structure 110. This is a region where the holes 11 are formed.
The non-transmission band, the transmission band, and the high state density wavelength band in the waveguide regions WG1 to WG4 are the gap interval a2 of the plurality of holes 111, the size of the holes 111 (hole radius r2), and the laminated structure. It is determined based on a thickness of 110 (slab thickness). Specifically, as described in <1> above, the longer the hole interval a2, the more the entire transmission band and the entire high state density wavelength band are located on the long wavelength side.
Thereby, by changing at least one of the hole interval a2, the hole radius r2, and the thickness of the laminated structure 110, the non-transmission band, the transmission band, and the high state density wavelength band in each of the waveguide regions WG1 to WG4 are changed. Can be changed. Therefore, the design of the non-transmission band, the transmission band, and the high state density wavelength band in each of the waveguide regions WG1 to WG4 can be facilitated.

また、積層構造体110は、4つの領域AR1〜AR4において生成されたレーザ光の全てを伝送する領域(光伝送部)AR5を有している。この領域AR5は、フォトニック結晶領域(第2フォトニック結晶領域)PC5と、導波路領域(第2導波路領域)WG5と、から構成されている。ここで、フォトニック結晶領域PC5は、2次元フォトニック結晶を構成している。また、導波路領域WG5は、幅方向における両側にフォトニック結晶領域PC5が隣接し、フォトニック結晶領域PC5を伝播できない非透過帯域(第3波長帯域)の光の一部の透過帯域(第4波長帯域)の光が伝播可能となっている。   In addition, the laminated structure 110 has a region (light transmission unit) AR5 that transmits all of the laser beams generated in the four regions AR1 to AR4. This region AR5 is composed of a photonic crystal region (second photonic crystal region) PC5 and a waveguide region (second waveguide region) WG5. Here, the photonic crystal region PC5 constitutes a two-dimensional photonic crystal. In addition, the waveguide region WG5 is adjacent to the photonic crystal region PC5 on both sides in the width direction, and part of the transmission band (fourth wavelength band) of the non-transmission band (third wavelength band) that cannot propagate through the photonic crystal region PC5. (Wavelength band) light can propagate.

また、フォトニック結晶領域PC5も、積層構造体110における、積層構造体110の厚み方向に貫通し、積層構造体110の厚み方向に直交する方向に三角格子状に周期的に並列する複数の空孔111が形成された領域である。
そして、導波路領域WG5における非透過帯域および透過帯域は、複数の空孔111の空孔間隔a2、空孔111の大きさ(空孔半径r2)および積層構造体110の厚みに基づいて定まっている。具体的には、前述<1>で説明したように、空孔間隔a2が長いほど、透過帯域全体が、長波長側に位置する。
これにより、空孔間隔a2、空孔半径r2および積層構造体110の少なくとも1つを変化させることにより、導波路領域WG5における非透過帯域および透過帯域を変化させることができる。従って、導波路領域WG5における非透過帯域および透過帯域の設計の容易化を図ることができる。
The photonic crystal region PC5 also penetrates the stacked structure 110 in the thickness direction of the stacked structure 110, and a plurality of voids periodically arranged in a triangular lattice pattern in a direction perpendicular to the thickness direction of the stacked structure 110. This is a region where the hole 111 is formed.
The non-transmission band and the transmission band in the waveguide region WG5 are determined based on the hole interval a2 of the plurality of holes 111, the size of the holes 111 (hole radius r2), and the thickness of the multilayer structure 110. Yes. Specifically, as described in <1> above, the longer the hole interval a2, the more the entire transmission band is located on the long wavelength side.
Thereby, the non-transmission band and the transmission band in the waveguide region WG5 can be changed by changing at least one of the hole interval a2, the hole radius r2, and the laminated structure 110. Therefore, the design of the non-transmission band and the transmission band in the waveguide region WG5 can be facilitated.

ところで、多波長光源装置101では、各領域AR1〜AR4において、活性層113中の複数の量子ドットのうちの少なくとも1つにおける、光学遷移可能な電子準位間のエネルギ差に相当する光の波長が、高状態密度波長帯域に含まれるよう空孔間隔a2および空孔半径r2が設定されている。ここで、「高状態密度波長帯域」とは、導波路領域WG1〜WG4において、上記自然放出レートが所定の大きさ以上となる光の波長帯域を意味する。
具体的には、複数の量子ドットから発せられる光の波長帯域が、1120nm〜1330nmであるとする。即ち、複数の量子ドットにおける光学遷移可能な電子準位間のエネルギ差に相当する光の波長が、1120nm〜1330nmの範囲内で分散している。これに対して、4つの領域AR1〜AR4それぞれの高密度状態波長帯域が、例えば1215nm(λ1(1))近傍、1240nm(λ1(2))近傍、1255nm(λ1(3))近傍、1290nm(λ1(4))近傍に設定されている。
By the way, in the multi-wavelength light source device 101, in each of the areas AR1 to AR4, the wavelength of light corresponding to the energy difference between the electron levels capable of optical transition in at least one of the plurality of quantum dots in the active layer 113. However, the hole interval a2 and the hole radius r2 are set so as to be included in the high state density wavelength band. Here, the “high state density wavelength band” means a wavelength band of light in which the spontaneous emission rate is a predetermined magnitude or more in the waveguide regions WG1 to WG4.
Specifically, it is assumed that the wavelength band of light emitted from a plurality of quantum dots is 1120 nm to 1330 nm. That is, the wavelength of light corresponding to the energy difference between the electron levels capable of optical transition in the plurality of quantum dots is dispersed within the range of 1120 nm to 1330 nm. On the other hand, the high-density wavelength bands of the four regions AR1 to AR4 are, for example, near 1215 nm (λ1 (1)), near 1240 nm (λ1 (2)), near 1255 nm (λ1 (3)), 1290 nm ( It is set in the vicinity of λ1 (4)).

また、空孔111の空孔間隔a2および空孔111の空孔半径r2が、4つの領域AR1〜AR4において互いに異なっている。これにより、領域AR1〜AR4の透過帯域および高状態密度波長帯域それぞれが、互いに異なっている。
このように、4つの領域AR1〜AR4における高状態密度波長帯域が互いに異なることにより、4つの領域AR1〜AR4それぞれにおいてパーセル効果により増強される光の波長が互いに異なる。従って、4つの領域AR1〜AR4それぞれから、互いに波長が異なる複数種類のレーザ光を出射できる。また、4つの領域AR1〜AR4それぞれにおいて、他の領域から出射された光の一部が導波路領域WG1〜WG4に進入しないようにすることができるので、導波路領域WG1〜WG4における戻り光ノイズの発生を抑制できる。
ここにおいて、領域AR1〜AR4では、導波路領域WG1〜WG4における高状態密度波長帯域の中心波長を、λ1(1),λ1(2),λ1(3),λ1(4)とすると、下記式(3)の関係式が成立するように、空孔間隔a2および空孔半径r2が設定されている。
Further, the hole interval a2 of the holes 111 and the hole radius r2 of the holes 111 are different from each other in the four regions AR1 to AR4. Thereby, the transmission band and the high state density wavelength band of the regions AR1 to AR4 are different from each other.
As described above, the high state density wavelength bands in the four regions AR1 to AR4 are different from each other, so that the wavelengths of light enhanced by the parcel effect in the four regions AR1 to AR4 are different from each other. Accordingly, a plurality of types of laser beams having different wavelengths can be emitted from each of the four regions AR1 to AR4. Further, in each of the four regions AR1 to AR4, part of the light emitted from the other regions can be prevented from entering the waveguide regions WG1 to WG4, so that the return light noise in the waveguide regions WG1 to WG4 Can be suppressed.
Here, in the regions AR1 to AR4, when the center wavelengths of the high state density wavelength bands in the waveguide regions WG1 to WG4 are λ1 (1), λ1 (2), λ1 (3), and λ1 (4), The hole interval a2 and the hole radius r2 are set so that the relational expression (3) is established.

また、領域AR5における空孔間隔a2および空孔半径r2は、下記式(4)で表される関係式が成立するように設定されている。

ここで、領域AR5の導波路領域WG5における透過帯域の下限をλ15t、上限をλ15cとしている。
式(4)に示すように、領域AR5の導波路領域WG5の透過帯域は、4つの領域AR1,AR2,AR3,AR4それぞれの高状態密度波長帯域全てを含むように設定されている。これにより、4つの領域AR1,AR2,AR3,AR4それぞれで発生するレーザ光全てが、領域AR5の導波路領域WG5内を伝播できるので、波長多重通信を実現することができる。
Further, the hole interval a2 and the hole radius r2 in the area AR5 are set so that the relational expression expressed by the following expression (4) is established.

Here, the lower limit of the transmission band in the waveguide region WG5 of the region AR5 is λ15t, and the upper limit is λ15c.
As shown in Expression (4), the transmission band of the waveguide region WG5 in the region AR5 is set to include all the high state density wavelength bands of the four regions AR1, AR2, AR3, and AR4. Thereby, all the laser beams generated in each of the four regions AR1, AR2, AR3, AR4 can propagate through the waveguide region WG5 in the region AR5, so that wavelength division multiplexing communication can be realized.

図11は、本実施形態に係る多波長光源装置101の動作説明図である。ここで、図10(a)〜(d)では、各領域AR1〜AR4の導波路領域WG1〜WG4それぞれで発生するレーザ光の発振波長と、図10における4つの光伝播経路PA1,PA2,PA3,PA4それぞれに沿って伝播する光の透過帯域とを示している。
領域AR1,AR2,AR3,AR4のフォトニック結晶領域PC1,PC2,PC3,PC4における空孔間隔は、例えば330nm,339nm,348nm,357nmに設定されている。そして、領域AR5のフォトニック結晶領域PC5における空孔間隔は、例えば330nmに設定されている。
FIG. 11 is an operation explanatory diagram of the multi-wavelength light source device 101 according to the present embodiment. Here, in FIGS. 10A to 10D, the oscillation wavelength of the laser light generated in each of the waveguide regions WG1 to WG4 of the regions AR1 to AR4 and the four light propagation paths PA1, PA2, and PA3 in FIG. , PA4, the transmission band of light propagating along each.
The space | intervals in the photonic crystal regions PC1, PC2, PC3, PC4 in the regions AR1, AR2, AR3, AR4 are set to 330 nm, 339 nm, 348 nm, 357 nm, for example. And the space | interval of holes in the photonic crystal region PC5 in the region AR5 is set to 330 nm, for example.

図11(a)に示すように、領域AR1の透過帯域(下限λ11t上限λ11c)と、領域AR5の透過帯域(下限λ15t上限λ15c)とは、一致している。
図11(b)に示すように、領域AR1の高状態密度波長帯域(波長λ1(1)近傍の波長帯域)は、他の領域AR2の透過帯域λ12t〜λ12cよりも短波長側に存在する。これにより、光伝播経路PA1を通って領域AR5の導波路領域WG5に到達した光は、領域AR2の導波路領域WG2に進入できなくなっている。また、領域AR2の高状態密度波長帯域(波長λ1(2)近傍の波長帯域)は、領域AR5の透過帯域(下限λ15t上限λ15c)の中心よりもやや短波側に位置する。
As shown in FIG. 11A, the transmission band of the area AR1 (lower limit λ11t upper limit λ11c) and the transmission band of the area AR5 (lower limit λ15t upper limit λ15c) match.
As shown in FIG. 11B, the high state density wavelength band of the area AR1 (wavelength band in the vicinity of the wavelength λ1 (1)) exists on the shorter wavelength side than the transmission bands λ12t to λ12c of the other area AR2. Accordingly, light that has reached the waveguide region WG5 in the region AR5 through the light propagation path PA1 cannot enter the waveguide region WG2 in the region AR2. Further, the high state density wavelength band of the area AR2 (wavelength band near the wavelength λ1 (2)) is located slightly on the short wave side from the center of the transmission band (lower limit λ15t upper limit λ15c) of the area AR5.

図11(c)に示すように、領域AR1,AR2の高状態密度波長帯域(波長λ1(1),λ1(2)近傍の波長帯域)は、他の領域AR3の透過帯域λ13t〜λ13cよりも短波長側に存在する。これにより、光伝播経路PA1,PA2を通って領域AR5の導波路領域WG5に到達した光は、領域AR3の導波路領域WG3に進入できなくなっている。また、領域AR3の高状態密度波長帯域(波長λ1(3)近傍の波長帯域)は、領域AR5の透過帯域(下限λ15t上限λ15c)の中心よりもやや長波側に位置する。   As shown in FIG. 11 (c), the high state density wavelength bands of the areas AR1 and AR2 (wavelength bands near the wavelengths λ1 (1) and λ1 (2)) are larger than the transmission bands λ13t to λ13c of the other areas AR3. Present on the short wavelength side. As a result, light that has reached the waveguide region WG5 in the region AR5 through the light propagation paths PA1 and PA2 cannot enter the waveguide region WG3 in the region AR3. Further, the high state density wavelength band of the area AR3 (wavelength band near the wavelength λ1 (3)) is located slightly longer than the center of the transmission band of the area AR5 (lower limit λ15t upper limit λ15c).

図11(d)に示すように、領域AR1,AR2,AR3の高状態密度波長帯域(波長λ1(1),λ1(2)近傍の波長帯域)は、領域AR4の透過帯域λ14t〜λ14cよりも短波長側に存在する。これにより、光伝播経路PA1〜PA3を伝播して領域AR5の導波路領域WG5に到達した光は、領域AR4の導波路領域WG4に進入できなくなっている。また、領域AR1の高状態密度波長帯域(波長λ1(1)近傍の波長帯域)は、領域AR5の透過帯域(下限λ15t上限λ15c)の長波側の帯域端近傍に位置する。   As shown in FIG. 11D, the high state density wavelength bands (wavelength bands near the wavelengths λ1 (1), λ1 (2)) of the regions AR1, AR2, AR3 are larger than the transmission bands λ14t to λ14c of the region AR4. Present on the short wavelength side. As a result, the light that has propagated through the light propagation paths PA1 to PA3 and reached the waveguide region WG5 in the region AR5 cannot enter the waveguide region WG4 in the region AR4. Further, the high state density wavelength band of the area AR1 (wavelength band near the wavelength λ1 (1)) is located near the band end on the long wave side of the transmission band of the area AR5 (lower limit λ15t upper limit λ15c).

以上のように、多波長光源装置101では、4つの領域AR1〜AR4のうちのいずれか1つ(例えば領域AR1)の高状態密度波長帯域が、他の領域(例えば領域AR2)の透過帯域よりも短波長側に存在する。これにより、領域AR1から出射されたレーザ光が、他の領域AR2の導波路領域WG2に進入できないので、領域AR2の導波路領域WG2における戻り光ノイズの発生を抑制できる。   As described above, in the multi-wavelength light source device 101, the high state density wavelength band of any one of the four regions AR1 to AR4 (for example, the region AR1) is higher than the transmission band of the other region (for example, the region AR2). Is also present on the short wavelength side. Accordingly, since the laser light emitted from the area AR1 cannot enter the waveguide area WG2 in the other area AR2, generation of return light noise in the waveguide area WG2 in the area AR2 can be suppressed.

<3>多波長光源装置の製造方法について
次に、本実施形態に係る多波長光源装置101の製造工程について説明する。
図12は、本実施形態に係る多波長光源装置101の各製造工程における未完成品の断面図である。なお、図12は模式図であり、図12に表された各層の厚みは実測寸法を反映したものではない。
まず、図12(a)に示すように、半導体基板115上に、犠牲層156をエピタキシャル成長法により形成し、その後、犠牲層156上に、4つの中間層114と3つの活性層113とからなる積層構造体110をエピタキシャル成長法により形成する。ここで、犠牲層156は、AlGa1−yAs(y=0.53)混晶から形成されている。この犠牲層156の厚みは、例えば2μmに設定されている。
犠牲層156を形成する際のエピタキシャル成長法としては、例えば、MOCVD(有機金属気相成長法:Metal Organic Cemical Vaper Diposition)法やMBE(Molecular Beam Epitaxy)法を採用すればよい。そして、MBE法を採用する場合、成長条件は、例えば成長温度を560℃、砒素圧力を1×10−5Torrに設定すればよい。
また、積層構造体110を形成する際のエピタキシャル成長法としては、MBE法が採用される。そして、成長条件は、例えば成長温度を450℃、砒素圧力を3×10−6Torrに設定すればよい。
<3> Manufacturing Method of Multiwavelength Light Source Device Next, a manufacturing process of the multiwavelength light source device 101 according to the present embodiment will be described.
FIG. 12 is a cross-sectional view of an incomplete product in each manufacturing process of the multi-wavelength light source device 101 according to the present embodiment. Note that FIG. 12 is a schematic diagram, and the thickness of each layer shown in FIG. 12 does not reflect the actually measured dimensions.
First, as shown in FIG. 12A, a sacrificial layer 156 is formed on a semiconductor substrate 115 by an epitaxial growth method, and thereafter, four intermediate layers 114 and three active layers 113 are formed on the sacrificial layer 156. The laminated structure 110 is formed by an epitaxial growth method. Here, the sacrificial layer 156 is formed of an Al y Ga 1-y As (y = 0.53) mixed crystal. The thickness of the sacrificial layer 156 is set to 2 μm, for example.
As an epitaxial growth method for forming the sacrificial layer 156, for example, an MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Diposition) method or an MBE (Molecular Beam Epitaxy) method may be employed. When employing the MBE method, the growth conditions may be set, for example, to a growth temperature of 560 ° C. and an arsenic pressure of 1 × 10 −5 Torr.
In addition, as an epitaxial growth method when forming the laminated structure 110, an MBE method is adopted. The growth conditions may be set such that the growth temperature is 450 ° C. and the arsenic pressure is 3 × 10 −6 Torr.

次に、図12(b)に示すように、積層構造体110上に、電子線リソグラフィ技術を利用して、複数の空孔121aを有するレジストマスク121を形成する。
具体的には、積層構造体110上にフォトレジスト(図示せず)を塗布した後、フォトレジストに対して電子線照射(EB露光)を行う。ここで、電子線は、レジストマスク121の形成予定領域(空孔121aに対応する領域以外の領域)に照射される。そして、現像液に浸漬することにより、電子線が照射されていない部分のフォトレジストを除去する。次に、水洗により現像液を除去し、続いて、加熱処理(ポストベーク処理および焼成処理)を行うことにより、レジストマスク121が形成される。
Next, as illustrated in FIG. 12B, a resist mask 121 having a plurality of holes 121 a is formed on the stacked structure 110 using an electron beam lithography technique.
Specifically, after applying a photoresist (not shown) on the laminated structure 110, electron beam irradiation (EB exposure) is performed on the photoresist. Here, the electron beam is irradiated to a region where the resist mask 121 is to be formed (a region other than the region corresponding to the hole 121a). And the photoresist of the part which is not irradiated with an electron beam is removed by being immersed in a developing solution. Next, the resist solution 121 is formed by removing the developer by washing with water and subsequently performing heat treatment (post-bake treatment and baking treatment).

続いて、図12(c)に示すように、リアクティブイオンエッチング(RIE)法により、レジストマスク121をマスクとして、積層構造体110および犠牲層156の一部をエッチングする。ここで、エッチングガスとしては、例えばCCl2F2等を用いればよい。その後、O2(酸素)アッシャー等によりレジストマスク121を除去すれば、図12(d)に示すような構造が得られる。   Subsequently, as shown in FIG. 12C, a part of the laminated structure 110 and the sacrificial layer 156 is etched by the reactive ion etching (RIE) method using the resist mask 121 as a mask. Here, for example, CCl2F2 or the like may be used as the etching gas. Thereafter, if the resist mask 121 is removed by O 2 (oxygen) asher or the like, a structure as shown in FIG. 12D is obtained.

次に、図12(e)に示すように、ウェットエッチング法により、犠牲層156の一部をエッチングにより除去することにより、空隙116aを有するブリッジ層116を備えた多波長光源装置101が完成する。ここで、エッチング液としては、例えば、BHF(バッファドフッ酸)等を用いればよい。   Next, as shown in FIG. 12E, the sacrificial layer 156 is partially removed by wet etching to complete the multi-wavelength light source device 101 including the bridge layer 116 having the gap 116a. . Here, for example, BHF (buffered hydrofluoric acid) or the like may be used as the etching solution.

図13は、本実施形態に係る多波長光源装置101の一部のSEM写真である。
図13に示すように、前述の製造方法により、3層の活性層113および4層の中間層114から構成される積層構造体110に複数の空孔111が形成された多波長光源装置101が製造できることが判る。また、積層構造体110と半導体基板115との間に空隙116aが形成されていることも判る。
FIG. 13 is an SEM photograph of a part of the multi-wavelength light source device 101 according to this embodiment.
As shown in FIG. 13, the multi-wavelength light source device 101 in which a plurality of holes 111 are formed in a laminated structure 110 composed of three active layers 113 and four intermediate layers 114 is manufactured by the above-described manufacturing method. It can be seen that it can be manufactured. It can also be seen that a gap 116 a is formed between the laminated structure 110 and the semiconductor substrate 115.

<4>まとめ
結局、本実施形態に係る多波長光源装置101は、波長λ1(1)〜λ1(4)が、透過帯域(第2波長帯域)の高状態密度波長帯域に含まれる。ここで、波長λ1(1)〜λ1(4)は、活性層113中に分散された複数の量子ドットの少なくとも1つにおける光学遷移可能な2つの電子準位間のエネルギ差に相当する光の波長である。
これにより、量子ドットにおいて、高状態密度波長帯域に含まれる波長の光の放出を伴う2つの電子準位間の光学遷移が促進されるいわゆるパーセル効果を発生させることができる。従って、高状態密度波長帯域に含まれる波長λ1(1)〜λ1(4)の光を増強させることができる。
そして、4つの領域AR1〜AR4の高状態密度波長帯域が互いに異なることにより、発振波長の異なる4種類のレーザ光を出射する多波長光源101を実現することができる。従って、発振波長の異なる複数種類のレーザ光が、対応するレーザ光源素子から各別に出射される多波長光源に比べて、領域AR1〜AR4の集積化が容易であり、小型化を図ることができる。
<4> Summary After all, in the multi-wavelength light source device 101 according to the present embodiment, the wavelengths λ1 (1) to λ1 (4) are included in the high state density wavelength band of the transmission band (second wavelength band). Here, the wavelengths λ1 (1) to λ1 (4) are the light corresponding to the energy difference between two electron levels capable of optical transition in at least one of the plurality of quantum dots dispersed in the active layer 113. Is the wavelength.
Thereby, in the quantum dot, a so-called parcel effect in which an optical transition between two electron levels accompanied by emission of light having a wavelength included in the high state density wavelength band can be generated. Accordingly, it is possible to enhance the light of the wavelengths λ1 (1) to λ1 (4) included in the high state density wavelength band.
And the multi-wavelength light source 101 which radiate | emits four types of laser beams from which an oscillation wavelength differs can be implement | achieved because the high state density wavelength bands of four area | regions AR1-AR4 mutually differ. Therefore, the areas AR1 to AR4 can be easily integrated and the size can be reduced as compared with a multi-wavelength light source in which a plurality of types of laser light having different oscillation wavelengths are emitted from the corresponding laser light source elements. .

また、量子ドットにおいて、パーセル効果により高状態密度波長帯域に含まれる波長の光が増強されることに伴い、当該高状態密度波長帯域に含まれる発振波長でのレーザ発振が起こりやすくなる。即ち、比較的低い励起密度でレーザ光を得ることができるので、消費電力の低減を図ることができる。   Further, in the quantum dot, as the light of the wavelength included in the high state density wavelength band is enhanced by the Parcel effect, laser oscillation at the oscillation wavelength included in the high state density wavelength band is likely to occur. That is, since laser light can be obtained with a relatively low excitation density, power consumption can be reduced.

更に、本実施形態に係る多波長光源装置101では、複数の量子ドットが、サイズ分布を有することにより、複数の量子ドットから発せられる光の波長帯域が、量子サイズ効果に起因して、単一の量子ドットから発せられる光の波長帯域よりも広い波長帯域に広がる。そして、サイズ分布が、複数の量子ドットから発せられる光の波長帯域が、4つの領域AR1〜AR4それぞれの高状態密度波長帯域の全てを含むように設定されている。これにより、4つの領域AR1〜AR4それぞれの高状態密度波長帯域に含まれる発振波長λ1(1)〜λ1(4)を有するレーザ光を得ることができる。従って、例えば4つの発振波長λ1(1)〜λ1(4)毎に異なる活性層を有する多波長光源に比べて、製造容易化を図ることができる。
また、本実施形態に係る多波長光源装置101では、サイズ分布を大きくして、複数の量子ドットから発せられる光の波長帯域を広げることができる。この場合、4つの領域AR1〜AR4それぞれの高状態密度波長帯域の間隔を広げることができるので、多波長光源101から出射されるレーザ光の波長可変範囲を拡大することができる。
Furthermore, in the multi-wavelength light source device 101 according to the present embodiment, since the plurality of quantum dots have a size distribution, the wavelength band of light emitted from the plurality of quantum dots is single due to the quantum size effect. It spreads in a wider wavelength band than the wavelength band of light emitted from the quantum dots. The size distribution is set so that the wavelength bands of light emitted from the plurality of quantum dots include all of the high state density wavelength bands of the four regions AR1 to AR4. Thereby, it is possible to obtain laser beams having the oscillation wavelengths λ1 (1) to λ1 (4) included in the high state density wavelength bands of the four regions AR1 to AR4. Therefore, for example, manufacture can be facilitated as compared with a multi-wavelength light source having different active layers for each of the four oscillation wavelengths λ1 (1) to λ1 (4).
Further, in the multi-wavelength light source device 101 according to the present embodiment, the size distribution can be increased to widen the wavelength band of light emitted from a plurality of quantum dots. In this case, since the interval between the high state density wavelength bands of each of the four regions AR1 to AR4 can be increased, the wavelength variable range of the laser light emitted from the multi-wavelength light source 101 can be expanded.

<実施形態2>
図13は、本実施形態に係る多波長光源装置201の平面図である。
多波長光源装置201の基本的な構造は、実施形態1に係る多波長光源装置101と同様である。そして、多波長光源装置201は、平面視における空孔111の配置が実施形態1に係る多波長光源装置101とは相違する。なお、実施形態1と同様の構成については同一の符号を付して適宜説明を省略する。
<Embodiment 2>
FIG. 13 is a plan view of the multi-wavelength light source device 201 according to this embodiment.
The basic structure of the multi-wavelength light source device 201 is the same as that of the multi-wavelength light source device 101 according to the first embodiment. The multi-wavelength light source device 201 is different from the multi-wavelength light source device 101 according to the first embodiment in the arrangement of the holes 111 in plan view. In addition, about the structure similar to Embodiment 1, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted suitably.

多波長光源装置201では、空孔111の空孔間隔a2および空孔111の空孔半径r2が、4つの領域(領域)AR21〜AR24において互いに異なっている。そして、4つの領域AR21〜AR24それぞれの導波路領域(第1導波路領域)WG21〜WG24は、直列に結合されている。また、導波路領域WG21〜WG24に隣接してフォトニック結晶領域PC21〜PC24が配置されている。
領域AR21,AR22,AR23,AR24における空孔間隔a2および空孔半径r2は、下記式(5)および式(6)で表される関係式が成立するように設定されている。


ここで、λ21(1),λ21(2),λ21(3),λ21(4)は、領域AR21,AR22,AR23,AR24の導波路領域WG21,WG22,WG23,WG24それぞれで発生するレーザ光の発振波長を示す。また、領域AR21,AR22,AR23,AR24の導波路領域WG21,WG22,WG23,WG24における透過帯域それぞれの下限をλ21t,λ22t,λ23t,λ24tとし、上限をλ21c,λ22c,λ23c,λ24cとしている。
In the multi-wavelength light source device 201, the hole interval a2 of the holes 111 and the hole radius r2 of the holes 111 are different from each other in the four regions (regions) AR21 to AR24. The waveguide regions (first waveguide regions) WG21 to WG24 of the four regions AR21 to AR24 are coupled in series. Photonic crystal regions PC21 to PC24 are arranged adjacent to the waveguide regions WG21 to WG24.
The hole interval a2 and the hole radius r2 in the regions AR21, AR22, AR23, AR24 are set so that the relational expressions expressed by the following expressions (5) and (6) are satisfied.


Here, λ21 (1), λ21 (2), λ21 (3), and λ21 (4) are laser beams generated in the waveguide regions WG21, WG22, WG23, and WG24 in the regions AR21, AR22, AR23, and AR24, respectively. Indicates the oscillation wavelength. Further, the lower limits of the transmission bands in the waveguide areas WG21, WG22, WG23, and WG24 of the areas AR21, AR22, AR23, and AR24 are λ21t, λ22t, λ23t, and λ24t, and the upper limits are λ21c, λ22c, λ23c, and λ24c.

即ち、式(5)に示すように、4つの領域AR21〜AR24が、その1つの並び方向(図14における光伝播経路PAを伝播する光の伝播方向、以下、「光伝播経路PA方向」と称する。)において、高状態密度波長帯域が漸次長波長側に移動するよう配置されている。そして、4つの領域AR21〜AR24のうちの1つ(例えば領域AR21)の高状態密度波長帯域は、光伝播経路PA方向側に隣接する領域(例えば領域AR22)の高状態密度波長帯域よりも短波側に存在する。
また、式(6)に示すように、4つの領域AR21〜AR24の少なくとも1つの高状態密度波長帯域は、他の領域の透過帯域内に存在する。
That is, as shown in Expression (5), the four regions AR21 to AR24 are arranged in one arrangement direction (the propagation direction of light propagating in the light propagation path PA in FIG. 14, hereinafter referred to as “light propagation path PA direction”). In other words, the high state density wavelength band is gradually moved to the longer wavelength side. The high state density wavelength band of one of the four regions AR21 to AR24 (for example, the region AR21) is shorter than the high state density wavelength band of the region (for example, the region AR22) adjacent to the light propagation path PA direction side. Exists on the side.
Further, as shown in Expression (6), at least one high state density wavelength band of the four regions AR21 to AR24 exists in the transmission band of the other region.

図15は、本実施形態に係る多波長光源装置201の動作説明図である。ここで、図14では、各領域AR21〜AR24の導波路領域WG21〜WG24それぞれで発生するレーザ光の発振波長と、図14における光伝播経路PAを伝播する光の透過帯域とを示している。   FIG. 15 is an operation explanatory diagram of the multi-wavelength light source device 201 according to the present embodiment. Here, FIG. 14 shows the oscillation wavelength of the laser light generated in each of the waveguide regions WG21 to WG24 in each of the regions AR21 to AR24, and the transmission band of light propagating through the light propagation path PA in FIG.

領域AR21の導波路領域WG21で発生したレーザ光の波長は、領域AR22,AR23,AR24の透過帯域(下限λ22t上限λ22cの帯域,下限λ23t上限λ23cの帯域、下限λ24t上限λ24cの帯域)内に位置する。従って、導波路領域WG21で発生したレーザ光は、3つの領域AR22,AR23,AR24の導波路領域WG22,WG23,WG24を伝播していく。
また、領域AR22の導波路領域WG22で発生したレーザ光の波長は、領域AR23,AR24の透過帯域(下限λ23t上限λ23cの帯域、下限λ24t上限λ24cの帯域)内に位置する。但し、領域AR22の高状態密度波長帯域は、光伝播経路PA方向側とは反対側に隣接する領域AR21の透過帯域λ21t〜λ21cよりも長波長側に存在する。従って、導波路領域WG22で発生したレーザ光は、2つの領域AR23,AR24の導波路領域WG23,WG24へは伝播するが、領域AR21の導波路領域WG21へは伝播できない。
The wavelength of the laser light generated in the waveguide region WG21 of the region AR21 is located within the transmission bands of the regions AR22, AR23, AR24 (the lower limit λ22t upper limit λ22c band, the lower limit λ23t upper limit λ23c band, the lower limit λ24t upper limit λ24c band). To do. Accordingly, the laser light generated in the waveguide region WG21 propagates through the waveguide regions WG22, WG23, WG24 of the three regions AR22, AR23, AR24.
The wavelength of the laser light generated in the waveguide region WG22 in the region AR22 is located in the transmission bands of the regions AR23 and AR24 (the lower limit λ23t upper limit λ23c band and the lower limit λ24t upper limit λ24c band). However, the high state density wavelength band of the region AR22 exists on the longer wavelength side than the transmission bands λ21t to λ21c of the region AR21 adjacent to the side opposite to the light propagation path PA direction side. Accordingly, the laser light generated in the waveguide region WG22 propagates to the waveguide regions WG23 and WG24 in the two regions AR23 and AR24, but cannot propagate to the waveguide region WG21 in the region AR21.

領域AR23の導波路領域WG23で発生したレーザ光の波長は、領域AR24の透過帯域(下限λ24t上限λ24cの帯域)内に位置する。但し、領域AR23の高状態密度波長帯域は、光伝播経路PA方向側とは反対側に隣接する領域AR22の透過帯域(下限λ22t上限λ22cの帯域)よりも長波長側に存在する。従って、導波路領域WG23で発生したレーザ光は、領域AR24の導波路領域WG24へは伝播するが、領域AR21,AR22の導波路領域WG21,WG22へは伝播できない。
また、但し、領域AR24の高状態密度波長帯域は、光伝播経路PA方向側とは反対側に隣接する領域AR23の透過帯域(下限λ23t上限λ23cの帯域)よりも長波長側に存在する。従って、導波路領域WG24で発生したレーザ光は、3つの領域AR21,AR22,AR23の導波路領域WG21,WG22,WG23へは伝播できない。
The wavelength of the laser light generated in the waveguide region WG23 in the region AR23 is located in the transmission band of the region AR24 (the lower limit λ24t upper limit λ24c band). However, the high state density wavelength band of the area AR23 exists on the longer wavelength side than the transmission band (band of the lower limit λ22t upper limit λ22c) of the area AR22 adjacent to the side opposite to the light propagation path PA direction side. Accordingly, the laser light generated in the waveguide region WG23 propagates to the waveguide region WG24 in the region AR24, but cannot propagate to the waveguide regions WG21 and WG22 in the regions AR21 and AR22.
However, the high state density wavelength band of the area AR24 exists on the longer wavelength side than the transmission band (band of the lower limit λ23t upper limit λ23c) of the area AR23 adjacent to the side opposite to the light propagation path PA direction side. Accordingly, the laser light generated in the waveguide region WG24 cannot propagate to the waveguide regions WG21, WG22, WG23 of the three regions AR21, AR22, AR23.

以上のように、多波長光源装置201では、4つの領域AR21〜AR24が、光伝播経路PA方向において、高状態密度波長帯域が漸次長波長側に移動するよう配置されている。そして、領域AR22(AR23,AR24)の透過帯域(第2波長帯域)が、光伝播経路PA方向側とは反対側に隣接する領域AR21(AR22,AR23)の高状態密度波長帯域を含んでいる。   As described above, in the multi-wavelength light source device 201, the four regions AR21 to AR24 are arranged so that the high state density wavelength band gradually moves to the longer wavelength side in the light propagation path PA direction. The transmission band (second wavelength band) of the area AR22 (AR23, AR24) includes the high state density wavelength band of the area AR21 (AR22, AR23) adjacent to the side opposite to the light propagation path PA direction side. .

これにより、領域AR22(AR23,AR24)では、光伝播経路PA方向側とは反対側に隣接するAR21(AR22,AR23)で生成されたレーザ光を、光伝播経路PA方向側へ伝送させることができる。   Thereby, in the area AR22 (AR23, AR24), the laser light generated by the AR21 (AR22, AR23) adjacent to the side opposite to the light propagation path PA direction side can be transmitted to the light propagation path PA direction side. it can.

結局、本実施形態に係る多波長光源装置201では、領域AR21における高状態密度波長帯域が、領域AR22〜AR24の透過帯域内に存在するので、領域AR21で生成した光が領域AR22〜AR24それぞれの導波路領域WG22〜WG24中を伝播することができる。従って、多波長光源装置201の構造の簡素化を図ることができる。   Eventually, in the multi-wavelength light source device 201 according to the present embodiment, the high state density wavelength band in the area AR21 exists in the transmission bands of the areas AR22 to AR24, so that the light generated in the area AR21 is in each of the areas AR22 to AR24. It can propagate through the waveguide regions WG22 to WG24. Therefore, the structure of the multi-wavelength light source device 201 can be simplified.

また、多波長光源装置201では、領域AR22(AR23,AR24)の高状態密度波長帯域が、領域AR22(AR23,AR24)の光伝播経路PA方向側とは反対側に隣接する領域AR21(AR22,AR23)の透過帯域よりも長波長側に存在する。これにより、領域AR22(AR23,AR24)から出射されたレーザ光は、光伝播経路PA方向側とは反対側に隣接する領域AR21(AR22,AR23)の導波路領域WG21(WG22,WG23)に進入できない。従って、領域AR21(AR22,AR23)の導波路領域WG21(WG22,WG23)における戻り光ノイズの発生を抑制できる。   Further, in the multi-wavelength light source device 201, the area AR22 (AR23, AR24) has an area AR21 (AR22, AR24) adjacent to the side of the area AR22 (AR23, AR24) opposite to the light propagation path PA direction side. It exists on the longer wavelength side than the transmission band of AR23). Thereby, the laser light emitted from the region AR22 (AR23, AR24) enters the waveguide region WG21 (WG22, WG23) of the region AR21 (AR22, AR23) adjacent to the side opposite to the light propagation path PA direction side. Can not. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of return light noise in the waveguide region WG21 (WG22, WG23) in the region AR21 (AR22, AR23).

<実施形態3>
図16は、本実施形態に係る多波長光源システム301の概略構成図である。
本実施形態に係る多波長光源システム301は、実施形態1で説明した多波長光源装置101を用いたものである。
多波長光源システム301では、多波長光源装置101の各領域AR1〜AR4の導波路領域WG1〜WG4を各別に光励起する機能を有する。
多波長光源システム301は、多波長光源装置101と、4つの励起光源311A〜311Dと、各励起光源311A〜311Dに対応する走査レンズ313A〜313Dと、を備える。
<Embodiment 3>
FIG. 16 is a schematic configuration diagram of a multi-wavelength light source system 301 according to the present embodiment.
The multi-wavelength light source system 301 according to the present embodiment uses the multi-wavelength light source device 101 described in the first embodiment.
The multi-wavelength light source system 301 has a function of optically exciting the waveguide regions WG1 to WG4 of the respective regions AR1 to AR4 of the multi-wavelength light source device 101.
The multi-wavelength light source system 301 includes a multi-wavelength light source device 101, four excitation light sources 311A to 311D, and scanning lenses 313A to 313D corresponding to the respective excitation light sources 311A to 311D.

励起光源311A〜311Dは、例えば半導体レーザ等のレーザ光源から構成される。そして、励起光源311A〜311Dそれぞれは、外部から入力される制御信号Data1〜Data4に基づいて、レーザ光を出力する。
走査レンズ313A〜313Dは、励起光源311A〜311Dから出射される光を、多波長光源装置101の各領域AR1〜AR4の導波路領域WG1〜WG4の一部に集光する。
Excitation light sources 311A-311D are comprised from laser light sources, such as a semiconductor laser, for example. And each of excitation light source 311A-311D outputs a laser beam based on the control signals Data1-Data4 input from the outside.
The scanning lenses 313A to 313D condense the light emitted from the excitation light sources 311A to 311D onto a part of the waveguide regions WG1 to WG4 of the regions AR1 to AR4 of the multi-wavelength light source device 101.

結局、本実施形態に係る多波長光源システム301では、多波長光源装置101自体に導波路領域WG1〜WG4を励起する手段を設ける必要がないので、多波長光源装置101の構造の簡素化を図ることができる。   After all, in the multi-wavelength light source system 301 according to the present embodiment, it is not necessary to provide means for exciting the waveguide regions WG1 to WG4 in the multi-wavelength light source device 101 itself, so that the structure of the multi-wavelength light source device 101 is simplified. be able to.

また、多波長光源システム301では、励起光源311A〜311Dが、複数の領域AR1〜AR4毎に、1つずつ設けられている。
これにより、4つの領域AR1〜AR4毎に異なる信号が重畳されたレーザ光を生成することができるので、波長多重通信を実現することができる。
In the multi-wavelength light source system 301, excitation light sources 311A to 311D are provided for each of the plurality of regions AR1 to AR4.
As a result, it is possible to generate laser light on which different signals are superimposed for each of the four areas AR1 to AR4, so that wavelength multiplexing communication can be realized.

<実施形態4>
図17は、本実施形態に係る多波長光源装置401の一部を示す斜視図であり、図18は、本実施形態に係る多波長光源装置401の一部を示す断面図である。
本実施形態に係る多波長光源装置401は、実施形態1に係る多波長光源装置101と略同様の構成である。そして、多波長光源装置401は、主として、4つの電極417と、電流ブロック層420とを備える点が実施形態1に係る多波長光源装置101と相違する。ここで、4つの電極417は、積層構造体410の4つの領域AR1〜AR4それぞれが有する導波路領域WG1〜WG4毎に設けられている。
<Embodiment 4>
FIG. 17 is a perspective view illustrating a part of the multi-wavelength light source device 401 according to the present embodiment, and FIG. 18 is a cross-sectional view illustrating a part of the multi-wavelength light source device 401 according to the present embodiment.
The multi-wavelength light source device 401 according to the present embodiment has substantially the same configuration as the multi-wavelength light source device 101 according to the first embodiment. The multi-wavelength light source device 401 is different from the multi-wavelength light source device 101 according to the first embodiment in that it mainly includes four electrodes 417 and a current blocking layer 420. Here, the four electrodes 417 are provided for each of the waveguide regions WG1 to WG4 included in each of the four regions AR1 to AR4 of the multilayer structure 410.

多波長光源装置401は、半導体基板415と、ブリッジ層416と、積層構造体410と、電極422を備える。
半導体基板415は、例えば導電型がN型のGaAs基板から構成される。
ブリッジ層416は、例えば導電型がN型のAlGa1−yAs(y=0.53)混晶から形成されている。このブリッジ層416は、半導体基板115と積層構造体110との間に空隙116aが介在するように形成されている。
電極422は、例えばTi/Au等から構成され、半導体基板415のブリッジ層416側とは反対側の全面を覆うように形成されている。
The multi-wavelength light source device 401 includes a semiconductor substrate 415, a bridge layer 416, a laminated structure 410, and an electrode 422.
The semiconductor substrate 415 is composed of, for example, a GaAs substrate having a conductivity type of N type.
The bridge layer 416 is formed of, for example, an Al y Ga 1-y As (y = 0.53) mixed crystal having an N conductivity type. The bridge layer 416 is formed such that a gap 116 a is interposed between the semiconductor substrate 115 and the laminated structure 110.
The electrode 422 is made of, for example, Ti / Au or the like, and is formed so as to cover the entire surface of the semiconductor substrate 415 opposite to the bridge layer 416 side.

図18に示すように、積層構造体410は、第1クラッド層418と、3層の活性層113と、2層の中間層114と、第2クラッド層419と、電流ブロック層420と、コンタクト層421と、4つの電極417と、を備える。そして、積層構造体410には、厚み方向に貫通する複数の空孔11が形成されている。   As shown in FIG. 18, the laminated structure 410 includes a first cladding layer 418, three active layers 113, two intermediate layers 114, a second cladding layer 419, a current blocking layer 420, and contacts. A layer 421 and four electrodes 417 are provided. In the laminated structure 410, a plurality of holes 11 penetrating in the thickness direction are formed.

第1クラッド層418は、例えば導電型がN型のGaAs層から構成されている。ここで、N型の不純物としては、例えばSiを用いればよい。
活性層113は、例えばInGa1−xAs(x=0.2)層中にInAsから形成された量子ドットが分散した構造を有する。
中間層114は、例えばGaAs層から構成されている。
第2クラッド層419は、例えば導電型がP型のGaAs層から構成されている。ここで、P型の不純物としては、例えばBeを用いればよい。
The first cladding layer 418 is composed of, for example, an N-type GaAs layer. Here, for example, Si may be used as the N-type impurity.
The active layer 113 has a structure in which quantum dots formed of InAs are dispersed in, for example, an In x Ga 1-x As (x = 0.2) layer.
The intermediate layer 114 is composed of, for example, a GaAs layer.
The second cladding layer 419 is made of, for example, a P-type GaAs layer. Here, for example, Be may be used as the P-type impurity.

電流ブロック層420は、例えば導電型がN型のGaAs層から構成されている。この電流ブロック層420は、積層構造体410における隣り合う2つの電極417の間の領域に設けられている。この電流ブロック層420内では、4つの電極417と、電極422との間にバイアスを印加した場合、電流ブロック層420と第2クラッド層419との境界近傍の一部に空乏層が形成される。これにより、隣り合う2つの電極417のいずれか一方から注入された電流の、他の電極417に対応する導波路領域への流入が制限される。従って、隣り合う2つの電極417それぞれに対応する導波路領域から出射されるレーザ光に重畳された信号同士が干渉するのを抑制できる。
コンタクト層421は、例えば導電型がP型のGaAs層から構成されている。このコンタクト層421の不純物濃度は、第2クラッド層419の不純物濃度よりも大きい。
電極417は、例えばTi/Au等の金属材料から形成され、コンタクト層421の上方に設けられている。電極417は、不純物濃度が高くなっているコンタクト層421との間でオーミック接触している。
The current block layer 420 is composed of, for example, an N-type GaAs layer. The current blocking layer 420 is provided in a region between two adjacent electrodes 417 in the laminated structure 410. In the current blocking layer 420, when a bias is applied between the four electrodes 417 and the electrode 422, a depletion layer is formed in a part near the boundary between the current blocking layer 420 and the second cladding layer 419. . Thereby, the inflow of the current injected from one of the two adjacent electrodes 417 to the waveguide region corresponding to the other electrode 417 is restricted. Therefore, it is possible to suppress interference between signals superimposed on laser beams emitted from the waveguide regions corresponding to the two adjacent electrodes 417, respectively.
The contact layer 421 is composed of, for example, a P-type GaAs layer. The impurity concentration of the contact layer 421 is higher than the impurity concentration of the second cladding layer 419.
The electrode 417 is made of a metal material such as Ti / Au, and is provided above the contact layer 421. The electrode 417 is in ohmic contact with the contact layer 421 having a high impurity concentration.

この多波長光源装置401では、電流ブロック層420を有することにより、電極417から注入された電流の大部分が、対応する導波路領域のみに流入し、他の導波路領域へ拡散が抑制されている。   In the multi-wavelength light source device 401, by having the current blocking layer 420, most of the current injected from the electrode 417 flows only into the corresponding waveguide region, and diffusion to other waveguide regions is suppressed. Yes.

次に、本実施形態に係る多波長光源装置401の製造方法について説明する。
図19および図20は、本実施形態に係る多波長光源装置401の各製造工程における未完成品の断面図である。なお、実施形態1と同様の構成については同一の符号を付して適宜説明を省略する。また、図19および図20は模式図であり、図19および図20に表された各層の厚みは実測寸法を反映したものではない。
図19(a)に示すように、まず、半導体基板415上に、犠牲層456をエピタキシャル成長法により形成する。その後、犠牲層456上に、第1クラッド層418、3つの活性層113、中間層114、第2クラッド層419、コンタクト層421を順にエピタキシャル成長法により形成する。
Next, a method for manufacturing the multi-wavelength light source device 401 according to this embodiment will be described.
19 and 20 are cross-sectional views of the unfinished product in each manufacturing process of the multi-wavelength light source device 401 according to the present embodiment. In addition, about the structure similar to Embodiment 1, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted suitably. 19 and 20 are schematic diagrams, and the thickness of each layer shown in FIGS. 19 and 20 does not reflect the actual measurement dimensions.
As shown in FIG. 19A, first, a sacrificial layer 456 is formed on a semiconductor substrate 415 by an epitaxial growth method. Thereafter, a first cladding layer 418, three active layers 113, an intermediate layer 114, a second cladding layer 419, and a contact layer 421 are sequentially formed on the sacrificial layer 456 by an epitaxial growth method.

そして、コンタクト層421上に、電子線リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して、電極417を形成する予定の領域を覆う酸化シリコンマスク511を形成する。
続いて、ウェットエッチング法によりコンタクト層421のうち、酸化シリコンマスク511以外の領域を除去する。
その後、エピタキシャル成長法により、電流ブロック層420を酸化シリコンマスク511以外の領域に埋め込むように形成する。このとき、エピタキシャル成長法として、MOCVD法を採用する。
そして、電流ブロック層420を形成した後、酸化シリコンマスク511を除去する。
Then, a silicon oxide mask 511 that covers a region where the electrode 417 is to be formed is formed on the contact layer 421 by using an electron beam lithography technique and an etching technique.
Subsequently, regions other than the silicon oxide mask 511 in the contact layer 421 are removed by wet etching.
Thereafter, the current blocking layer 420 is formed so as to be embedded in a region other than the silicon oxide mask 511 by an epitaxial growth method. At this time, the MOCVD method is employed as the epitaxial growth method.
Then, after forming the current blocking layer 420, the silicon oxide mask 511 is removed.

その後、図19(c)に示すように、コンタクト層421上に、電子線リソグラフィ技術を利用して、電極417を形成する予定の領域以外の領域を覆うレジストマスク512を形成する。このレジストマスク512の形成方法は、実施形態1で説明したレジストマスク121の形成方法と同様である。   After that, as shown in FIG. 19C, a resist mask 512 is formed on the contact layer 421 using an electron beam lithography technique to cover a region other than the region where the electrode 417 is to be formed. The method for forming the resist mask 512 is the same as the method for forming the resist mask 121 described in Embodiment 1.

次に、図19(d)に示すように、金属層457を形成する。ここで、金属層457の形成方法としては、例えば蒸着法やスパッタリング法を採用すればよい。
続いて、リフトオフ技術を利用して、金属層457のうち電極417以外の部分をレジストマスク512とともに除去する。レジストマスク512の除去は、例えばO2(酸素)アッシャー等により行う。
Next, as shown in FIG. 19D, a metal layer 457 is formed. Here, as a method of forming the metal layer 457, for example, a vapor deposition method or a sputtering method may be employed.
Subsequently, a portion other than the electrode 417 in the metal layer 457 is removed together with the resist mask 512 using a lift-off technique. The removal of the resist mask 512 is performed by, for example, an O 2 (oxygen) asher.

その後、図20(a)に示すように、電極417およびコンタクト層421上に、フォトリソグラフィ技術を利用して、複数の空孔121aを有するレジストマスク121を形成する。このレジストマスク121の形成方法は、実施形態1で説明したレジストマスク121の形成方法と同様である。   Thereafter, as shown in FIG. 20A, a resist mask 121 having a plurality of holes 121a is formed on the electrode 417 and the contact layer 421 by using a photolithography technique. The formation method of the resist mask 121 is the same as the formation method of the resist mask 121 described in the first embodiment.

続いて、図20(b)に示すように、リアクティブイオンエッチング(RIE)法により、レジストマスク121をマスクとして、積層構造体410および犠牲層456の一部をエッチングする。ここで、積層構造体410は、前述のように、第1、第2クラッド層418,419、活性層113、中間層114、電流ブロック層420およびコンタクト層421から構成される。その後、O2(酸素)アッシャー等によりレジストマスク121を除去される。   Subsequently, as shown in FIG. 20B, the stacked structure 410 and a part of the sacrificial layer 456 are etched by the reactive ion etching (RIE) method using the resist mask 121 as a mask. Here, the laminated structure 410 includes the first and second cladding layers 418 and 419, the active layer 113, the intermediate layer 114, the current blocking layer 420, and the contact layer 421 as described above. Thereafter, the resist mask 121 is removed by O 2 (oxygen) asher or the like.

次に、図20(c)に示すように、ウェットエッチング法により、犠牲層456の一部をエッチングにより除去することにより、ブリッジ層416が形成される。
その後、半導体基板415を研磨した後、図20(d)に示すように、半導体基板415における電極417側とは反対側に電極422を形成することにより、多波長光源装置401が完成する。ここで、電極422の形成方法としては、例えば蒸着法やスパッタリング法を採用すればよい。
Next, as shown in FIG. 20C, a bridge layer 416 is formed by removing a part of the sacrificial layer 456 by etching using a wet etching method.
Thereafter, after polishing the semiconductor substrate 415, as shown in FIG. 20D, an electrode 422 is formed on the opposite side of the semiconductor substrate 415 from the electrode 417 side, whereby the multi-wavelength light source device 401 is completed. Here, as a method for forming the electrode 422, for example, an evaporation method or a sputtering method may be employed.

結局、本実施形態に係る多波長光源装置401は、電極417からの電流注入により、4つの領域AR1〜AR4それぞれの導波路領域WG1〜WG4の励起を行うことができる。従って、領域AR1〜AR4の導波路領域WG1〜WG4を光励起する構成に比べて、励起光源が不要となる分、多波長光源装置401を用いた多波長光源システムの簡素化および小型化を図ることができる。   As a result, the multi-wavelength light source device 401 according to the present embodiment can excite the waveguide regions WG1 to WG4 of the four regions AR1 to AR4 by current injection from the electrode 417. Therefore, compared with the configuration in which the waveguide regions WG1 to WG4 in the regions AR1 to AR4 are optically pumped, the multiwavelength light source system using the multiwavelength light source device 401 is simplified and miniaturized as much as an excitation light source is unnecessary. Can do.

<変形例>
(1)実施形態1および2では、多波長光源装置101の領域AR1〜AR4や多波長光源装置201の領域AR21〜AR24において、互いに透過帯域および高状態密度波長帯域が異なる例について説明した。但し、透過帯域および高状態密度帯域は、必ずしも互いに異なる構成に限定されるものではない。例えば、4つの領域AR1〜AR4(AR21〜AR24)のうち、2つの透過帯域および高状態密度帯域は、同じであり、他の透過帯域および高状態密度帯域とは異なる構成であってもよい。
<Modification>
(1) In the first and second embodiments, examples in which the transmission band and the high state density wavelength band are different from each other in the areas AR1 to AR4 of the multiwavelength light source device 101 and the areas AR21 to AR24 of the multiwavelength light source apparatus 201 have been described. However, the transmission band and the high state density band are not necessarily limited to different configurations. For example, in the four regions AR1 to AR4 (AR21 to AR24), the two transmission bands and the high state density band may be the same, and may be configured differently from the other transmission bands and the high state density band.

(2)実施形態1および2では、積層構造体110において、フォトニック結晶領域PC1〜PC4(PC21〜PC24)と、導波路領域WG1〜WG4(WG21〜WG24)とが、2次元に並列して設けられる例について説明した。但し、フォトニック結晶領域と、導波路領域とは、必ずしも2次元に並列して設けられている構成に限定されるものではない。例えば、導波路領域が、フォトニック結晶領域により3次元的に囲繞された構成であってもよい。 (2) In the first and second embodiments, in the stacked structure 110, the photonic crystal regions PC1 to PC4 (PC21 to PC24) and the waveguide regions WG1 to WG4 (WG21 to WG24) are arranged in two dimensions in parallel. The example provided is described. However, the photonic crystal region and the waveguide region are not necessarily limited to the configuration provided in parallel in two dimensions. For example, the waveguide region may be three-dimensionally surrounded by the photonic crystal region.

例えば、実施形態1に係る中間層114と同じ材料からなる複数の半導体ワイヤを格子状に積み上げられたフォトニック結晶領域中に、量子ドットが分散された活性層を有する導波路領域が形成されたものであってもよい。
ここで、フォトニック結晶領域は、例えば2次元に互いに平行となるように配列された複数の半導体ワイヤ上に、これらのワイヤの延伸方向に直交する方向に延伸し、互いに平行となるように配列された複数の半導体ワイヤが重なった構造を基本構造とする。そして、フォトニック結晶領域は、この基本構造における半導体ワイヤが配列された面に直交する方向に、当該基本構造が複数個積み上げられた構造を有している。
For example, a waveguide region having an active layer in which quantum dots are dispersed is formed in a photonic crystal region in which a plurality of semiconductor wires made of the same material as the intermediate layer 114 according to the first embodiment are stacked in a lattice shape. It may be a thing.
Here, for example, the photonic crystal region is extended on a plurality of semiconductor wires arranged so as to be parallel to each other two-dimensionally, in a direction perpendicular to the extending direction of these wires, and arranged so as to be parallel to each other A basic structure is a structure in which a plurality of semiconductor wires are overlapped. The photonic crystal region has a structure in which a plurality of the basic structures are stacked in a direction perpendicular to the plane on which the semiconductor wires in the basic structure are arranged.

(3)実施形態3では、多波長光源装置101の領域AR1〜AR4毎に励起光源311A〜311Dを備える多波長光源システム301の例について説明した。但し、励起光源は、必ずしも領域AR1〜AR4毎に各別に備える必要はない。例えば、1つの励起光源が、各領域AR1〜AR4の導波路領域WG1〜WG4に対して、時分割で順次励起光を照射していく構成であってもよい。 (3) In the third embodiment, the example of the multi-wavelength light source system 301 including the excitation light sources 311A to 311D for each of the areas AR1 to AR4 of the multi-wavelength light source device 101 has been described. However, the excitation light source is not necessarily provided separately for each of the areas AR1 to AR4. For example, a configuration in which one excitation light source sequentially irradiates excitation light in time division to the waveguide regions WG1 to WG4 of the regions AR1 to AR4 may be employed.

図21は、本変形例に係る多波長光源システム601の概略構成図である。なお、実施形態3と同様の構成については同一の符号を付して適宜説明を省略する。
多波長光源システム601は、多波長光源装置101と、1つの励起光源611と、ガルバノミラー612と、走査レンズ613と、を備える。
ここにおいて、励起光源611から出射される光は、ガルバノミラー612で反射されてから走査レンズ613を通って、多波長光源装置101の導波路領域WG1〜WG4のいずれかの一部に集光される。
そして、ガルバノミラー612の角度を変化させることにより、励起光源611から出射される光が集光される位置が変化する。
FIG. 21 is a schematic configuration diagram of a multi-wavelength light source system 601 according to this modification. In addition, about the structure similar to Embodiment 3, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted suitably.
The multi-wavelength light source system 601 includes a multi-wavelength light source device 101, one excitation light source 611, a galvano mirror 612, and a scanning lens 613.
Here, the light emitted from the excitation light source 611 is reflected by the galvano mirror 612, passes through the scanning lens 613, and is condensed on any one of the waveguide regions WG 1 to WG 4 of the multi-wavelength light source device 101. The
Then, by changing the angle of the galvanometer mirror 612, the position where the light emitted from the excitation light source 611 is condensed is changed.

本構成によれば、領域AR1〜AR4の数(4個)よりも少ない数(1個)の励起光源611を備える構成とすることができるので、多波長光源システム601の部品点数の削減や小型化を図ることができる。   According to the present configuration, the number of pumping light sources 611 smaller than the number (four) of the areas AR1 to AR4 can be provided, so that the number of parts of the multi-wavelength light source system 601 can be reduced and the size can be reduced. Can be achieved.

また、本変形例に係る多波長光源システム601では、多波長光源装置101における隣り合う2つの導波路領域同士の間隔を狭く(例えば3μm程度)にすることができる。また、ガルバノミラー612と多波長光源装置101との間の距離は、隣り合う2つの導波路領域同士の間隔に比べて長くすることができる。すると、領域AR1〜AR4の導波路領域WG1〜WG4を順番に光励起していく場合、ガルバノミラー612の振り角度を比較的小さくすることができる。
例えばガルバノミラー612と多波長光源装置101との間の間隔を5mmに設定する。この場合、光励起する場所を隣り合う2つの導波路領域のいずれか一方から他方に変更するとき、ガルバノミラー612の角度を0.03°程度変化させるだけでよい。
In the multi-wavelength light source system 601 according to this modification, the interval between two adjacent waveguide regions in the multi-wavelength light source device 101 can be narrowed (for example, about 3 μm). Further, the distance between the galvanometer mirror 612 and the multi-wavelength light source device 101 can be made longer than the interval between two adjacent waveguide regions. Then, when the waveguide regions WG1 to WG4 in the regions AR1 to AR4 are sequentially optically excited, the swing angle of the galvano mirror 612 can be made relatively small.
For example, the interval between the galvanometer mirror 612 and the multi-wavelength light source device 101 is set to 5 mm. In this case, when the place to be optically excited is changed from one of the two adjacent waveguide regions to the other, the angle of the galvanometer mirror 612 need only be changed by about 0.03 °.

このように、本構成によれば、例えば領域AR1〜AR4の導波路領域WG1〜WG4を順番に光励起(掃引)していく場合、ガルバノミラー612の振り角度のダイナミックレンジを比較的小さくすることができる。従って、導波路領域WG1〜WG4全てを順番に光励起するのに要する時間(掃引時間)の短縮を図ることができる。   Thus, according to this configuration, for example, when the waveguide regions WG1 to WG4 in the regions AR1 to AR4 are sequentially optically excited (swept), the dynamic range of the swing angle of the galvanometer mirror 612 can be made relatively small. it can. Therefore, it is possible to shorten the time (sweep time) required for sequentially optically exciting all the waveguide regions WG1 to WG4.

(4)実施形態4では、多波長光源装置401の電流ブロック層420およびコンタクト層421が、エピタキシャル成長法により形成される例について説明した。但し、電流ブロック層420およびコンタクト層421は、必ずしもエピタキシャル成長法により形成されるものに限定されるものではない。例えば、電流ブロック層420およびコンタクト層421が、イオン注入法により形成されるものであってもよい。 (4) In the fourth embodiment, the example in which the current blocking layer 420 and the contact layer 421 of the multi-wavelength light source device 401 are formed by the epitaxial growth method has been described. However, the current blocking layer 420 and the contact layer 421 are not necessarily limited to those formed by the epitaxial growth method. For example, the current blocking layer 420 and the contact layer 421 may be formed by an ion implantation method.

図22は、本変形例に係る多波長光源装置801の各製造工程における未完成品の断面図である。なお、実施形態4と同様の構成については同一の符号を付して適宜説明を省略する。また、図22は模式図であり、図22に表された各層の厚みは実測寸法を反映したものではない。
図22(a)に示すように、まず、実施形態1と同様に、半導体基板415上に、犠牲層456、第1クラッド層418、3つの活性層113、中間層114をエピタキシャル成長法により形成する。そして、半導体基板415から最も離間した位置にある活性層113上に、第2クラッド層819をエピタキシャル成長法により形成する。
次に、第2クラッド層819上に、電子線リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して、電極417を形成する予定の領域以外の領域を覆う酸化シリコンマスク911を形成する。
続いて、酸化シリコンマスク911上から電極417を形成する予定の領域にイオン注入により不純物イオンを注入する。ここでは、P型の不純物イオンとして、例えばBeイオンを注入する。その後、熱処理を施すことにより、不純物を活性化させてコンタクト層821が形成される。そして、例えばバッファドフッ酸等を用いて、酸化シリコンマスク911を除去する。
FIG. 22 is a cross-sectional view of an incomplete product in each manufacturing process of the multi-wavelength light source device 801 according to this modification. In addition, about the structure similar to Embodiment 4, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted suitably. Further, FIG. 22 is a schematic diagram, and the thickness of each layer shown in FIG. 22 does not reflect the actually measured dimension.
As shown in FIG. 22A, first, as in the first embodiment, a sacrificial layer 456, a first cladding layer 418, three active layers 113, and an intermediate layer 114 are formed on a semiconductor substrate 415 by an epitaxial growth method. . Then, a second cladding layer 819 is formed on the active layer 113 located farthest from the semiconductor substrate 415 by an epitaxial growth method.
Next, a silicon oxide mask 911 covering a region other than a region where the electrode 417 is to be formed is formed on the second cladding layer 819 using an electron beam lithography technique and an etching technique.
Subsequently, impurity ions are implanted from the silicon oxide mask 911 into a region where the electrode 417 is to be formed by ion implantation. Here, for example, Be ions are implanted as P-type impurity ions. Thereafter, the contact layer 821 is formed by activating the impurities by performing heat treatment. Then, the silicon oxide mask 911 is removed using, for example, buffered hydrofluoric acid.

次に、図22(b)に示すように、コンタクト層821上に、電子線リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して、電極417を形成する予定の領域を覆う酸化シリコンマスク912を形成する。
続いて、酸化シリコンマスク912上から電極417を形成する予定の領域以外の領域にイオン注入により不純物イオンを注入する。ここでは、N型の不純物イオンとして、例えばSiイオンを注入する。その後、熱処理を施すことにより、不純物を活性化させて電流ブロック層820が形成される。そして、酸化シリコンマスク912を除去する。
Next, as shown in FIG. 22B, a silicon oxide mask 912 covering the region where the electrode 417 is to be formed is formed on the contact layer 821 by using an electron beam lithography technique and an etching technique.
Subsequently, impurity ions are implanted into the region other than the region where the electrode 417 is to be formed from the silicon oxide mask 912 by ion implantation. Here, for example, Si ions are implanted as N-type impurity ions. Thereafter, by applying heat treatment, the impurity is activated and the current blocking layer 820 is formed. Then, the silicon oxide mask 912 is removed.

次に、図22(c)に示すように、電極417およびコンタクト層421上に、フォトリソグラフィ技術を利用して、複数の空孔121aを有するレジストマスク121を形成する。   Next, as shown in FIG. 22C, a resist mask 121 having a plurality of holes 121a is formed on the electrode 417 and the contact layer 421 by using a photolithography technique.

その後、実施形態4で説明した製造方向と同様の工程を行うことにより、図22(d)に示すような、積層構造体810を有する多波長光源装置801が完成する。
ここで、積層構造体810は、第1クラッド層418と、3つの活性層113と、2つの中間層114と、第2クラッド層819と、コンタクト層821と、電流ブロック層820と、電極417と、から構成される。
Thereafter, by performing the same process as the manufacturing direction described in the fourth embodiment, a multi-wavelength light source device 801 having a laminated structure 810 as shown in FIG. 22D is completed.
Here, the laminated structure 810 includes a first cladding layer 418, three active layers 113, two intermediate layers 114, a second cladding layer 819, a contact layer 821, a current blocking layer 820, and an electrode 417. And.

本構成によれば、電流ブロック層820がイオン注入法により形成されるので、電流ブロック層をエピタキシャル成長法により形成する構成に比べて、製造方法の簡素化を図ることができる。   According to this configuration, since the current blocking layer 820 is formed by an ion implantation method, the manufacturing method can be simplified as compared with a configuration in which the current blocking layer is formed by an epitaxial growth method.

なお、本変形例では、電流ブロック層820が、N型の不純物イオンを注入することにより形成される例について説明したが、注入するイオンはN型の不純物イオンに限定されるものではなく、例えばプロトン注入により電流ブロック層820を形成してもよい。
具体的には、酸化シリコンマスク912上から電極417を形成する予定の領域以外の領域に水素イオンを注入し、その後、熱処理を施す。
In this modification, the example in which the current blocking layer 820 is formed by implanting N-type impurity ions has been described. However, the implanted ions are not limited to N-type impurity ions. The current blocking layer 820 may be formed by proton injection.
Specifically, hydrogen ions are implanted from the silicon oxide mask 912 into a region other than the region where the electrode 417 is to be formed, and then heat treatment is performed.

(5)また、発明者らは、実施形態1に係る試料1について、導波路領域WGを光励起した場合に試料1から出射される光の偏光特性について調査を行っている。
図23は、実施形態1に係る試料1について、導波路領域WGを光励起した場合に試料1から出射される光の偏光特性を調査した結果である。
図23において、(a−1)は、(a−2)に示すように、偏光子を試料1の厚み方向において試料1に対して対向配置し、偏光子の偏光角を変えながら、導波路領域WGから試料1の厚み方向に出射される光の強度スペクトルを測定した結果である。ここで、偏光子の偏光角は、導波路領域WGの長手方向に直交する方向を0°とし、導波路領域WGの長手方向に平行な方向を90°としている。
また、(b−1)は、(b−2)に示すように、偏光子を導波路領域WGの長手方向において試料1に対して対向配置し、偏光子の偏光角を変えながら、導波路領域WGから導波路領域WGの長手方向に出射される光の強度スペクトルを測定した結果である。ここで、偏光子の偏光角は、試料1の厚み方向に直交する方向を0°とし、試料1の厚み方向に平行な方向を90°としている。
(5) Further, the inventors have investigated the polarization characteristics of the light emitted from the sample 1 when the waveguide region WG is optically excited with respect to the sample 1 according to the first embodiment.
FIG. 23 shows the result of examining the polarization characteristics of the light emitted from the sample 1 when the waveguide region WG is optically excited with respect to the sample 1 according to the first embodiment.
In FIG. 23, (a-1) is a waveguide in which the polarizer is disposed opposite to the sample 1 in the thickness direction of the sample 1 and the polarization angle of the polarizer is changed as shown in (a-2). It is the result of measuring the intensity spectrum of the light emitted in the thickness direction of the sample 1 from the region WG. Here, with respect to the polarization angle of the polarizer, the direction orthogonal to the longitudinal direction of the waveguide region WG is 0 °, and the direction parallel to the longitudinal direction of the waveguide region WG is 90 °.
In (b-1), as shown in (b-2), the polarizer is placed opposite to the sample 1 in the longitudinal direction of the waveguide region WG, and the polarization angle of the polarizer is changed. It is the result of measuring the intensity spectrum of the light emitted from the region WG in the longitudinal direction of the waveguide region WG. Here, with respect to the polarization angle of the polarizer, the direction orthogonal to the thickness direction of the sample 1 is 0 °, and the direction parallel to the thickness direction of the sample 1 is 90 °.

図23(a−1)に示す結果から、導波路領域WGから試料1の厚み方向に直交する方向に出射される光は、導波路領域WGの長手方向に直交する方向に直線偏光していることが判る。また、図21(b−1)に示す結果から、導波路領域WGから導波路領域WGの長手方向に出射される光は、試料の厚み方向に直交する方向に直線偏光していることが判る。
そこで、発明者らは、実施形態1で説明した多波長光源装置101と、光スイッチ素子とを組み合わせた多波長光源システムを考案した。
From the result shown in FIG. 23A-1, the light emitted from the waveguide region WG in the direction orthogonal to the thickness direction of the sample 1 is linearly polarized in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the waveguide region WG. I understand that. Further, from the result shown in FIG. 21 (b-1), it is understood that the light emitted from the waveguide region WG in the longitudinal direction of the waveguide region WG is linearly polarized in the direction orthogonal to the thickness direction of the sample. .
Therefore, the inventors have devised a multi-wavelength light source system that combines the multi-wavelength light source device 101 described in Embodiment 1 and an optical switch element.

図24は、本変形例に係る多波長光源システム701の概略構成図である。
多波長光源システム701は、多波長光源装置101と、光スイッチ素子711と、制御部712とを備える。ここで、光スイッチ素子711は、多波長光源101から入射する光を透過する状態と透過しない状態とに切り替わることが可能である。制御部712は、光スイッチ素子711を上記2つの状態のいずれか一方に切り替える切り替え制御を行う。
光スイッチ素子711は、第1、第2偏光板711a,711bと、第1、第2偏光板711a,711bの間に介在する偏光方向可変素子711cと、を有する。
第1偏光板711aは、光スイッチ素子711の多波長光源101側に配置され、多波長光源101の積層構造体110の厚み方向に直交する第1偏光方向PL1に偏光する光を透過させる。
第2偏光板711bは、光スイッチ素子711の多波長光源101側とは反対側に配置され、光スイッチ素子711の積層構造体110の厚み方向に平行な第2偏光方向PL2に偏光する光を透過させる。即ち、第2偏光板711bを透過可能な光の偏光方向は、第1偏光板711aを透過可能な光の偏光方向に対して90°ずれている。
FIG. 24 is a schematic configuration diagram of a multi-wavelength light source system 701 according to this modification.
The multi-wavelength light source system 701 includes a multi-wavelength light source device 101, an optical switch element 711, and a control unit 712. Here, the optical switch element 711 can be switched between a state where light incident from the multi-wavelength light source 101 is transmitted and a state where light is not transmitted. The control unit 712 performs switching control for switching the optical switch element 711 to one of the two states.
The optical switch element 711 includes first and second polarizing plates 711a and 711b, and a polarization direction variable element 711c interposed between the first and second polarizing plates 711a and 711b.
The first polarizing plate 711a is disposed on the multi-wavelength light source 101 side of the optical switch element 711, and transmits light polarized in the first polarization direction PL1 perpendicular to the thickness direction of the multilayer structure 110 of the multi-wavelength light source 101.
The second polarizing plate 711b is disposed on the side opposite to the multi-wavelength light source 101 side of the optical switch element 711, and polarizes light polarized in the second polarization direction PL2 parallel to the thickness direction of the laminated structure 110 of the optical switch element 711. Make it transparent. That is, the polarization direction of the light that can be transmitted through the second polarizing plate 711b is shifted by 90 ° with respect to the polarization direction of the light that can be transmitted through the first polarizing plate 711a.

偏光方向可変素子711cは、例えばネマティック液晶を用いた素子やファラデー回転素子等から構成され、第1偏光板711aおよび第2偏光板711cの間に介在している。そして、偏光方向可変素子711cは、制御部712により、第1偏光方向PL1に偏光した光の偏光方向を第2偏光方向PL2にする状態と、第1偏光方向PL1に偏光した光の偏光方向を第2偏光方向PL2以外の偏光方向にする状態とに切り替わる。
ここで、偏光方向可変素子711cは、制御部712から印加される電界の変化に応じて、上記2つの状態のいずれか一方に切り替わる。
The polarization direction variable element 711c is composed of, for example, an element using a nematic liquid crystal, a Faraday rotation element, or the like, and is interposed between the first polarizing plate 711a and the second polarizing plate 711c. Then, the polarization direction variable element 711c causes the controller 712 to change the polarization direction of the light polarized in the first polarization direction PL1 to the second polarization direction PL2, and the polarization direction of the light polarized in the first polarization direction PL1. The state is switched to a state in which the polarization direction is other than the second polarization direction PL2.
Here, the polarization direction variable element 711c switches to one of the two states according to the change in the electric field applied from the control unit 712.

制御部712は、光スイッチ素子711の偏光方向可変素子711cに印加する電界を変化させる機能を有する。制御部712は、光スイッチ素子711の偏光方向可変素子711cに印加する電界を変化させることにより、光スイッチ素子711を、多波長光源101から入射する光を透過する状態と透過しない状態とに切り替える。   The control unit 712 has a function of changing the electric field applied to the polarization direction variable element 711c of the optical switch element 711. The control unit 712 changes the electric field applied to the polarization direction variable element 711c of the optical switch element 711 to switch the optical switch element 711 between a state where light incident from the multi-wavelength light source 101 is transmitted and a state where it is not transmitted. .

本構成によれば、多波長光源装置101の各領域AR1,AR2,AR3,AR4の導波路領域WG1,WG2,WG3,WG4それぞれの励起強度と、偏光素子711の偏光角との両方を制御することにより、多波長光源システム701から出射される光量を制御できる。従って、多波長光源システム701の制御パラメータを増やすことができるので、多波長光源システム701から出射される光の光量を細かく制御することが可能となる。   According to this configuration, both the excitation intensity of the waveguide regions WG1, WG2, WG3, and WG4 of the regions AR1, AR2, AR3, and AR4 of the multi-wavelength light source device 101 and the polarization angle of the polarizing element 711 are controlled. Thus, the amount of light emitted from the multi-wavelength light source system 701 can be controlled. Accordingly, since the control parameters of the multi-wavelength light source system 701 can be increased, it is possible to finely control the amount of light emitted from the multi-wavelength light source system 701.

(6)上記各実施形態および各変形例では、積層構造体10,110,410,810の活性層13,113が、発光材料として量子ドットを有する例について説明した。但し、発光材料は、量子ドットに限定されるものではなく、例えば、量子井戸構造や量子ワイヤ構造から構成されるものであってもよい。
活性層13,113が量子井戸構造を有する場合、ウェル層の厚みに分布を持たせるようにしてもよい。また、活性層13,113が量子ワイヤであれば、その幅に分布を持たせるようにしてもよい。
本構成によれば、積層構造体の活性層において、比較的低い励起密度でレーザ発振を生じさせることができるので、消費電力の低減を図ることができる。
(6) In the above embodiments and modifications, examples have been described in which the active layers 13 and 113 of the laminated structures 10, 110, 410, and 810 have quantum dots as light emitting materials. However, the light emitting material is not limited to quantum dots, and may be constituted of, for example, a quantum well structure or a quantum wire structure.
When the active layers 13 and 113 have a quantum well structure, the thickness of the well layer may be distributed. If the active layers 13 and 113 are quantum wires, the widths may be distributed.
According to this configuration, since laser oscillation can be generated at a relatively low excitation density in the active layer of the stacked structure, power consumption can be reduced.

<付記>
なお、本発明の技術的範囲は上記実施形態および上記変形例に記載された範囲に限定されない。上記実施形態および上記変形例に、多様な変更又は改良を加えることができる。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。例えば、InAsからなる量子ドットが分散された活性層を有する多波長光源装置について説明をしたが、その他の材料(例えば、窒化ガリウム(GaN)や酸化亜鉛(ZnO)系の材料)からなる量子ドットが分散された活性層を有する多波長光源装置であってもよい。
<Appendix>
The technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiment and the above modification. Various modifications or improvements can be added to the embodiment and the modified examples. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention. For example, a multi-wavelength light source device having an active layer in which quantum dots made of InAs are dispersed has been described, but quantum dots made of other materials (for example, gallium nitride (GaN) or zinc oxide (ZnO) materials) A multi-wavelength light source device having an active layer in which is dispersed.

本発明は、光通信に使用される多波長光源に好適である。また、医療イメージング技術の1つであるSS−OCTに利用される高速掃引性を持った多波長光源としても好適である。また、光集積回路用の光源としても有効である。   The present invention is suitable for a multi-wavelength light source used for optical communication. Further, it is also suitable as a multi-wavelength light source having a high-speed sweep property used in SS-OCT which is one of medical imaging techniques. It is also effective as a light source for an optical integrated circuit.

1 試料
10,110,410,810 積層構造体
11,111,121a 空孔
13,113 活性層
14,114 中間層
15,115,415 半導体基板
16,116,416 ブリッジ層
16a,116a 空隙
101,201,401,801 多波長光源装置
121 レジストマスク
156,456 犠牲層
301,601,701 多波長光源システム
311A,311B,311C,311D,611 励起光源
313A,313B,313C,313D,613 走査レンズ
417,422 電極
418 第1クラッド層
419,819 第2クラッド層
420,820 電流ブロック層
421,821 コンタクト層
457 金属層
511,911,912 酸化シリコンマスク
512 レジストマスク
612 ガルバノミラー
711 光スイッチ素子
712 制御部
r1,r2 空孔半径
a1,a2 空孔間隔
AR1,AR2,AR3,AR4,AR5,AR21,AR22,AR23,AR24 領域
PC1,PC2,PC3,PC4,PC5,PC21,PC22,PC23,PC24 フォトニック結晶領域
WG1,WG2,WG3,WG4,WG5,WG21,WG22,WG23,WG24 導波路領域
PA1,PA2,PA3,PA4 光伝播経路
1 Sample 10, 110, 410, 810 Laminated structure 11, 111, 121a Void 13, 113 Active layer 14, 114 Intermediate layer 15, 115, 415 Semiconductor substrate 16, 116, 416 Bridge layer 16a, 116a Void 101, 201 , 401, 801 Multi-wavelength light source device 121 Resist mask 156, 456 Sacrificial layer 301, 601, 701 Multi-wavelength light source system 311A, 311B, 311C, 311D, 611 Excitation light source 313A, 313B, 313C, 313D, 613 Scan lens 417, 422 Electrode 418 First cladding layer 419, 819 Second cladding layer 420, 820 Current blocking layer 421, 821 Contact layer 457 Metal layer 511, 911, 912 Silicon oxide mask 512 Resist mask 612 Galvano mirror 71 1 optical switch element 712 controller r1, r2 hole radius a1, a2 hole interval AR1, AR2, AR3, AR4, AR5, AR21, AR22, AR23, AR24 region PC1, PC2, PC3, PC4, PC5, PC21, PC22 , PC23, PC24 Photonic crystal region WG1, WG2, WG3, WG4, WG5, WG21, WG22, WG23, WG24 Waveguide region PA1, PA2, PA3, PA4 Light propagation path

Claims (11)

性層と中間層を有する積層構造体を備え、前記積層構造体は、2次元フォトニック結晶を構成する第1フォトニック結晶領域と、幅方向における両側に前記第1フォトニック結晶領域が隣接し前記フォトニック結晶領域を伝播できない第1波長帯域の光の一部の第2波長帯域の光が伝播可能な複数の第1導波路領域と、前記複数の第1導波路領域において伝播する光を伝播可能な光伝送部と、を有し、
前記活性層における、光学遷移可能な電子準位間のエネルギ差に相当する光の波長が、第2波長帯域の高状態密度波長帯域に含まれ
前記複数の第1導波路領域は、並列に設けられており、一つの第1導波路領域と他の第1導波路領域とを含む、少なくとも2つの第1導波路領域を備え、
前記光伝送部は、
2次元フォトニック結晶を構成する第2フォトニック結晶領域と、
幅方向における両側に前記第2フォトニック結晶領域が隣接し前記第2フォトニック結晶領域を伝播できない第3波長帯域の光の一部の第4波長帯域の光が伝播可能な第2導波路領域と、
を有し、
前記第2導波路領域には、並列に設けられた前記複数の第1導波路領域が接続され、
前記複数の第1導波路領域それぞれにおける前記高状態密度波長帯域の中心波長が、前記第4波長帯域に含まれ、前記他の第1導波路領域における前記高状態密度波長帯域の中心波長は、前記一つの第1導波路領域における前記高状態密度波長帯域の中心波長よりも、前記第4波長帯域内において長波長側にあり、
前記他の第1導波路領域における前記第2波長帯域の短波長側端は、前記一つの第1導波路領域における前記第2波長帯域の短波長側端よりも、前記第4波長帯域内において長波長側にある
多波長光源装置。
Comprising a laminated structure having an active layer and the intermediate layer, the laminated structure includes a first photonic crystal region constituting the two-dimensional photonic crystal, said first photonic crystal regions on both sides in the width direction adjacent and then the photonic crystal region can not propagate a portion of the first waveguide region a plurality of light capable propagation of the second wavelength band of light in the first wavelength band, light propagating in the plurality of first waveguide region An optical transmission unit capable of propagating
In the active layer , the wavelength of light corresponding to the energy difference between the electron levels capable of optical transition is included in the high state density wavelength band of the second wavelength band ,
The plurality of first waveguide regions are provided in parallel and include at least two first waveguide regions including one first waveguide region and another first waveguide region,
The optical transmission unit is
A second photonic crystal region constituting a two-dimensional photonic crystal;
A second waveguide region in which the second photonic crystal region is adjacent to both sides in the width direction and a part of the fourth wavelength band light that cannot propagate through the second photonic crystal region can propagate. When,
Have
The plurality of first waveguide regions provided in parallel are connected to the second waveguide region,
A center wavelength of the high state density wavelength band in each of the plurality of first waveguide regions is included in the fourth wavelength band, and a center wavelength of the high state density wavelength band in the other first waveguide regions is Than the center wavelength of the high state density wavelength band in the one first waveguide region is on the longer wavelength side in the fourth wavelength band,
The short wavelength side end of the second wavelength band in the other first waveguide region is within the fourth wavelength band than the short wavelength side end of the second wavelength band in the one first waveguide region. Multi-wavelength light source device on the long wavelength side .
前記複数の第1導波路領域それぞれにおける前記第2波長帯域および前記高状態密度波長帯域が、互いに異なる
請求項1記載の多波長光源装置。
The multi-wavelength light source device according to claim 1, wherein the second wavelength band and the high state density wavelength band in each of the plurality of first waveguide regions are different from each other.
前記フォトニック結晶領域は、前記積層構造体における、前記積層構造体の厚み方向に貫通し且つ前記積層構造体の厚み方向に直交する方向に周期的に並列する複数の空孔が形成された領域であり、
前記第1波長帯域、前記第2波長帯域および前記高状態密度波長帯域が、前記複数の空孔の空孔間隔、前記複数の空孔それぞれの大きさおよび前記積層構造体の厚みの少なくとも1つに基づいて定まる
請求項1または請求項2のいずれか1項に記載の多波長光源装置。
The photonic crystal region is a region in the stacked structure in which a plurality of holes penetrating in the thickness direction of the stacked structure and periodically parallel to the direction perpendicular to the thickness direction of the stacked structure are formed. And
The first wavelength band, the second wavelength band, and the high state density wavelength band are at least one of a hole interval of the plurality of holes, a size of each of the plurality of holes, and a thickness of the multilayer structure. The multi-wavelength light source device according to claim 1, which is determined based on
前記複数の第1導波路領域のうちのいずれか1つの前記高状態密度波長帯域は、他の第1導波路領域の前記第2波長帯域よりも短波長側に存在する
請求項1〜3のいずれか1項に記載の多波長光源装置。
The high state density wavelength band of any one of the plurality of first waveguide regions exists on a shorter wavelength side than the second wavelength band of the other first waveguide regions . The multi-wavelength light source device according to any one of the above.
前記第2フォトニック結晶領域は、前記積層構造体における、前記積層構造体の厚み方向に貫通し且つ前記積層構造体の厚み方向に直交する方向に周期的に並列する複数の空孔が形成された領域であり、
前記第3波長帯域および前記第4波長帯域が、前記複数の空孔の空孔間隔、前記複数の空孔それぞれの大きさおよび前記積層構造体の厚みの少なくとも1つに基づいて定まる
請求項1〜請求項のいずれか1項に記載の多波長光源装置。
The second photonic crystal region is formed with a plurality of holes penetrating in the thickness direction of the multilayer structure and periodically parallel to a direction perpendicular to the thickness direction of the multilayer structure in the multilayer structure. Area,
The third wavelength band and the fourth wavelength band are determined based on at least one of a hole interval of the plurality of holes, a size of each of the plurality of holes, and a thickness of the multilayer structure. The multi-wavelength light source device according to claim 4 .
前記活性層は、複数の量子ドットから構成される
請求項1〜請求項のいずれか1項に記載の多波長光源装置。
The multiwavelength light source device according to any one of claims 1 to 5 , wherein the active layer includes a plurality of quantum dots.
前記複数の量子ドットは、サイズ分布を有し、
当該サイズ分布が、前記複数の量子ドットから発せられる光の波長帯域が前記複数の第1導波路領域それぞれの前記高状態密度波長帯域の全てを含むように設定されている
請求項1〜請求項のいずれか1項に記載の多波長光源装置。
The plurality of quantum dots have a size distribution;
The size distribution is set so that a wavelength band of light emitted from the plurality of quantum dots includes all of the high state density wavelength bands of the plurality of first waveguide regions. The multi-wavelength light source device according to any one of 6 .
請求項1〜請求項のいずれか1項に記載の多波長光源装置と、
前記多波長光源装置の前記複数の第1導波路領域それぞれに励起光を照射する励起光源と、を備える
多波長光源システム。
The multi-wavelength light source device according to any one of claims 1 to 7 ,
An excitation light source that irradiates excitation light to each of the plurality of first waveguide regions of the multi-wavelength light source device.
前記励起光源は、前記複数の第1導波路領域毎に、複数個設けられている
請求項記載の多波長光源システム。
The multi-wavelength light source system according to claim 8 , wherein a plurality of the excitation light sources are provided for each of the plurality of first waveguide regions.
前記励起光源は、前記複数の第1導波路領域それぞれに対して、時分割で順次励起光を照射していく
請求項記載の多波長光源システム。
The multi-wavelength light source system according to claim 9 , wherein the excitation light source sequentially irradiates each of the plurality of first waveguide regions with excitation light in a time division manner.
前記積層構造体の前記複数の第1導波路領域毎に設けられた複数の電極を更に備える
請求項1〜請求項のいずれか1項に記載の多波長光源装置。
Multi-wavelength light source apparatus according to any one of claims 1 to 7, further comprising a plurality of electrodes provided for each of the plurality of first waveguide region of the laminated structure.
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JP4822150B2 (en) * 2002-12-16 2011-11-24 独立行政法人科学技術振興機構 Semiconductor multilayer structure having non-uniform quantum dots, light emitting diode using the same, semiconductor laser diode, semiconductor optical amplifier, and manufacturing method thereof
JP4761426B2 (en) * 2003-07-25 2011-08-31 三菱電機株式会社 Optical device and semiconductor laser oscillator
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