JPWO2016031712A1

JPWO2016031712A1 - グレーティング素子

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Publication number: JPWO2016031712A1
Application number: JP2016545493A
Authority: JP
Inventors: 浅井　圭一郎; 圭一郎浅井; 山口　省一郎; 省一郎山口; 近藤　順悟; 順悟近藤; 富田　俊弘; 俊弘富田
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2015-08-21
Publication date: 2017-06-08
Anticipated expiration: 2035-08-21
Also published as: JP6613238B2; US10393931B2; US20170160450A1; WO2016031712A1

Abstract

グレーティング素子１は、光学材料層２、光学材料層２に設けられているチャネル型光導波路領域６、チャネル型光導波路領域６の両側に設けられている延在部領域７Ａ、７Ｂ、チャネル型光導波路領域に設けられているブラッググレーティング９、および延在部領域に設けられている規則的微細構造３Ａ、３Ｂを備える。規則的微細構造が延在部領域の面積の合計値のうち５０％以上に設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、グレーティング素子に関するものである。

波長安定性のある半導体レーザを実現するために、グレーティングを半導体レーザの中にモノリシックに形成したDBRレーザやDFBレーザ、またファイバーグレーティング（FBG）グレーティングをレーザの外部に取り付けた外部共振器型レーザが例示できる。これらは、ブラッグ反射を利用した波長選択性のあるミラーにより、レーザ光の一部をレーザに帰還して、波長安定動作を実現するものである。

ＤＢＲレーザは、活性層の導波路の延長上の導波路面に凹凸を形成しブラッグ反射によるミラーを構成し、共振器を実現している。このレーザは、光導波層の両端に回折格子が設けられているので、活性層で発光した光は光導波層を伝搬し、この回折格子で一部が反射され、電流注入部に戻り、増幅される。回折格子から決められた方向に反射するのは、特定の波長の光だけであるので、レーザ光の波長は一定になる。

また、この応用として、回折格子を、半導体とは異なる部品とし、外部で共振器を形成する、外部共振器型半導体レーザが開発されている。このタイプのレーザは、波長安定性、温度安定性、制御性がよいレーザとなる。外部共振器は、ファイバ・ブラッグ・グレーティング（FBG）や、ボリューム・ホログラム・グレーティング（VHG）がある。回折格子を、半導体レーザとは別部材で構成するので、反射率、共振器長を個別に設計できるという特徴があり、電流注入による発熱による温度上昇の影響を受けないので、波長安定性をさらに良くすることができる。また、半導体の屈折率の温度変化が異なるので、共振器長と合わせて設計することにより、温度安定性を高めることができる。

特許文献１（特開2002-134833）には、石英ガラス導波路に形成したグレーティングを利用した外部共振器型レーザが開示されている。これは温度コントローラなしで室温が大きく（例えば30℃以上）変化する環境で使える、周波数安定化レーザを提供しようとするものである。また、モードホッピングが抑圧され、かつ発振周波数の温度依存性がない温度無依存レーザを提供することが記載されている。

また、半導体レーザ素子が有する回折格子を形成する方法として、ナノインプリント法を採用することが検討されている。回折格子の形成にナノインプリント法を採用することで、半導体レーザ等のデバイスの製造コストを低減させることができる等の利点がある。

ナノインプリント法によって回折格子を形成する際には、まず、回折格子を形成すべき半導体層上に樹脂層を形成する。そして、この回折格子の形状に対応した凹凸パターンを有するモールドをこの樹脂層に押し付け、その状態で樹脂層を硬化させる。これにより、モールドの凹凸パターンを樹脂層に転写する。その後、この樹脂層の形状を半導体層に転写することにより、半導体層に微細構造を形成する。

非特許文献１には、光学デバイスを作製するためにナノインプリント技術を応用することが記載されている。こうした光学デバイスとしては、波長選択素子、反射制御素子、モス・アイ構造などが例示されている。

特開2002-134833 特願2014-115647

古田著、「ナノインプリント技術と光学デバイスへの応用」、月刊ディスプレイ 2007年6月号５４〜６１頁

本発明者は、特許文献２において、光学材料層中にリッジ型光導波路を形成し、そのリッジ型光導波路のリッジ部上面に凹凸を形成することで、ブラッググレーティングを形成する構造を開示した。本構造では、リッジ部上にブラッググレーティングが形成されており、リッジ溝の外側にそれぞれ延在部が形成され、スラブを形成している。各延在部上にはブラッググレーティングは形成されていない。

本発明者は、上述したような素子を具体的に量産する過程で、以下の問題点に直面した。
すなわち、グレーティング素子は、一つのウエハー内に多数同時に成形し、切り出すものである。この際、ブラッググレーティングを成形する際には、ブラッググレーティングの幅を光導波路幅に比べてパターニング精度+αの幅として成形することによって、リッジ部上面の全面にわたって確実にブラッググレーティングが形成されるようにした。

しかし、実際にグレーティング素子を作製してみると、ブラッググレーティングを用いた所望波長の光に加えて、スラブモードの不要な光が出射してくることがわかった。

また、ブラッググレーティングは、ＥＢ描画、ステッパー等にても形成可能であるが、量産性に優れたナノインプリントを採用して試作してみた。しかし、ブラッググレーティング形成時、樹脂の充填不良・離型時の伸びによるピッチ精度異常が発生することがあった。

本発明の課題は、ブラッググレーティングをチャネル型光導波路領域に形成するタイプの素子において、所望波長の出射光を光導波路から出射させると共に、スラブモードの不要な光を出射させないような構造を提供することである。

本発明は、
光学材料層、
この光学材料層に設けられているチャネル型光導波路領域、
前記チャネル型光導波路領域の両側に設けられている延在部領域、
前記チャネル型光導波路領域に設けられているブラッググレーティング、および
前記延在部領域に設けられている規則的微細構造を備えており、
前記規則的微細構造が前記延在部領域の面積の合計値のうち５０％以上に設けられていることを特徴とする、グレーティング素子に係るものである。

本発明者は、ブラッググレーティングをチャネル型光導波路領域に形成するタイプの素子において、スラブモードの不要な光が所望波長の光に混じって出射してくる理由を探索し、以下の知見を得た。すなわち、図４に示すように、光学材料層２にチャネル型光導波路領域６を設け、チャネル型光導波路６の両側にそれぞれ延在部領域７Ａ、７Ｂを設けたものとする。光源からの入射光Ａは、ブラッググレーティング９の設けられたリッジ部を伝搬し、矢印Ｄのように出射する。この際、入射光Ａの一部がリッジ溝４外の延在部１８Ａ、１８Ｂに矢印Ｂのように漏れるが、比較的に散乱されにくく、多くが矢印Ｃのように出射面から出射することが判明した。

この理由であるが、各延在部１８Ａ、１８Ｂ内にはブラッググレーティングが形成されず、あるいは形成されても幅が狭いため、リッジ溝４の外側に漏れだした光の散乱が十分になされないためと考えられた。

そこで、本発明者は、図５に示すように、各延在部内にも広くブラッググレーティング３Ａ、３Ｂを形成してみた。ブラッググレーティングの形成にはコストがかかるので、これまではわざわざ延在部内に仕様としてブラッググレーティングを形成することは行われていなかった。すると、チャネル型光導波路領域から漏れだした光Ｅは、各ブラッググレーティング３Ａ、３Ｂ内において十分に散乱し、出射しなくなることが判明した。本発明はこの発見に基づくものである。

本発明の実施形態に係るグレーティング素子１の平面図である。素子１の表面の各領域を説明する図である。グレーティング素子１を模式的に示す断面図である。比較例の素子１０を示す平面図である。本発明の素子１の作用を説明するための図である。（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発明の実施形態に係る素子の平面図である。（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発明の実施形態に係る素子の平面図である。本発明のグレーティング素子を用いた発光ユニットの例を示す。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、支持基板１１上にクラッド層１０および光学材料層２０を形成するプロセスを示す。（ａ）は、光学材料層２０にブラッググレーティング２１を形成した状態を示す平面図であり、（ｂ）は、光学材料層２０にブラッググレーティング２１を形成した状態を示す断面図である。ブラッググレーティングをインプリント法によって形成する際の本発明による利点を説明するための図である。ブラッググレーティングをインプリント法によって形成する際の問題点を説明するための図である。

発明の実施するための形態

以下、適宜図面を参照しつつ、本発明を更に詳細に説明する。
図１、図３に本発明の実施形態のグレーティング素子１を示す。
本例の光学素子１においては、光学材料層２が一対の主面２ａ、２ｂを有する。光学材料層２の主面２ａ側に、例えば一対のリッジ溝４が形成されており、一対のリッジ溝４の間にリッジ部５が形成されている。リッジ部５およびリッジ溝４によって、チャネル型光導波路領域６が構成されている。

本例では、リッジ部５の上面にブラッググレーティング９を形成することで、図示しない光源と外部共振器を構成できるようになっている。好ましくは、回折格子のない入射側伝搬部と出射側伝搬部とを更に設けることができる。

チャネル型光導波路は、リッジ型光導波路には限定されず、プロトン交換型光導波路やチタン拡散型光導波路などの拡散型光導波路であってもよい。この場合には、拡散領域をチャネル型光導波路領域とする。また、リッジ部内に金属内拡散法によってチタンなどの金属を拡散させ、屈折率を高くすることもできる。

本例では、リッジ部から見て各リッジ溝４の外側に、それぞれ延在部領域７Ａ、７Ｂが形成されている。そして、各延在部領域７Ａ、７Ｂ内には、規則的微細構造３Ａ、３Ｂが形成されている。本例では、規則的微細構造３Ａ、３Ｂは、それぞれ、ブラッググレーティング９のピッチと同一ピッチを有するブラッググレーティングからなる。また、各規則的微細構造３Ａ、３Ｂの外側には、規則的微細構造によって被覆されていない領域８Ａ、８Ｂが露出している。

ここで、例えば図２に示すように、チャネル型光導波路領域６から見て、各リッジ溝の外側に延在部領域７Ａ、７Ｂを設ける。そして、延在部領域７Ａの面積をＳＡとし、延在部領域７Ｂの面積をＳＢとし、合計値を（ＳＡ＋ＳＢ）とする。本発明では、（ＳＡ＋ＳＢ）の半分以上（５０％以上）に規則的微細構造を設けることで、チャネル型光導波路領域の外側に漏れだした光の散乱を促進し、その出射を抑制する。

本発明の観点からは、各延在部領域の面積の合計値（ＳＡ＋ＳＢ）の５０％以上に規則的微細構造が設けられていることが好ましく、６０％以上に規則的微細構造が設けられていることが更に好ましい。

また、本発明の観点からは、各延在部領域の面積の合計値（ＳＡ＋ＳＢ）の全面（１００％）にわたって、規則的微細構造を設けることもできる。

図４のようにチャネル型光導波路領域以外の延在部上にブラッググレーティングを設けないか、あるいは製造上の裕度の観点から小面積に設ける場合には、前述した理由から不要なスラブモード光Ｃが出射面に出射することがわかった。

これに対して、本発明では、図５に示すように、チャネル型光導波路領域６から漏れだした光Ｅは、各規則的微細構造３Ａ、３Ｂ内において十分に散乱するため、矢印Ｆのように出射しにくくなる。

好適な実施形態においては、光学材料層に接するクラッド層、および光学材料層とクラッド層とを支持する支持基板を備えている。例えば図３の例では、支持基板１１上にクラッド層１０を設け、クラッド層１０上に光学材料層２を設けている。光学材料層２には前述のようなチャネル型光導波路領域が設けられている。２９はリッジ溝４下の薄層部である。

規則的微細構造とは、所定の微細構造が一定ピッチで形成されていることを意味する。微細構造とは、チャネル型光導波路を伝搬する光に対して干渉する寸法の構造を意味している。好適な実施形態においては、微細構造のピッチが７００ｎｍ以下であり、更に好ましくは５００ｎｍ以下である。

また、ブラッググレーティングおよび規則的微細構造が光学材料層の主面に形成されている場合には、本発明の観点からは、それぞれの深さは、１０ｎｍ以上であることが好ましく、４０ｎｍ以上であることが更に好ましい。この深さの上限は特になく、光学材料層を貫通していても良いが、実際の製造上の観点からは、３００ｎｍ以下が好ましい。

また、好適な実施形態においては、規則的微細構造が、ブラッググレーティング、規則的に配列された柱、または規則的に配列されたホールからなる。これらの規則的微細構造のピッチは、チャネル型光導波路上に設けられたブラッググレーティングのピッチと同一であって良いが、異なっていてもよい。また、こうした柱やホールの形態は限定されない。例えば柱は、円柱や、四角柱、六角柱のような多角柱、円錐や角錐であってよい。

好適な実施形態においては、規則的微細構造がチャネル型光導波路領域に対して接するように設けられている。これによって、チャネル型光導波路から漏れだした光を一層効果的に散乱させることができる。

更に好適な実施形態においては、規則的微細構造が、チャネル型光導波路領域の全長にわたって設けられている。これによってチャネル型光導波路の全長にわたって、チャネル型光導波路から漏れだした光を効果的に散乱させることができる。

好適な実施形態においては、ブラッググレーティングおよび規則的微細構造が、光学材料層の一方の主面に設けられている。この場合、表面２ａ側に設けても良いが、裏面２ｂ側に設けても良い。しかし、ブラッググレーティングおよび規則的微細構造は、それぞれ、光学材料層中に包含されていてもよく、この場合には、ブラッググレーティングや規則的微細構造は光学材料層の主面に露出しない。

図６（ａ）の素子１Ａにおいては、チャネル型光導波路領域６にはブラッググレーティング９が設けられており、各延在部７Ａ、７Ｂ内にはブラッググレーティング３Ａ、３Ｂが設けられている。本例では、各延在部の全面にわたってブラッググレーティングが設けられているが、各延在部に、ブラッググレーティングが設けられていない領域８Ａ、８Ｂが残されていても良い。

図６（ｂ）の素子１Ｂにおいては、チャネル型光導波路領域６にはブラッググレーティング９が設けられており、各延在部７Ａ、７Ｂ内にはブラッググレーティング３Ｃ、３Ｄが設けられている。本例では、延在部上のブラッググレーティング３Ｃ、３Ｄのピッチが、チャネル型光導波路領域内のブラッググレーティング９のピッチと異なっている。

図７（ａ）の素子１Ｃにおいては、チャネル型光導波路領域６にはブラッググレーティング９が設けられており、各延在部７Ａ、７Ｂ内にはブラッググレーティング３Ｅ、３Ｆが設けられている。本例では、延在部上のブラッググレーティング３Ｅ、３Ｆの方位が、チャネル型光導波路領域内のブラッググレーティング９の方位に対して斜めに交差している。こうした交差角度は、散乱効率の観点から適宜決定できるが、０〜±８０°が好ましい。

図７（ｂ）の素子１Ｄにおいては、チャネル型光導波路領域６にはブラッググレーティング９が設けられており、各延在部７Ａ、７Ｂ内には規則的微細構造３Ｇ、３Ｈが設けられている。本例では、延在部上の規則的微細構造は、規則的に配列された多数の突起またはホールからなっている。ホールは、光学材料層を貫通しないものであることが好ましい。

図８は、外部共振器型発光装置の例を模式的に示す。本装置は、半導体レーザ光を発振する光源１４とグレーティング素子１とを備えている。光源１４とグレーティング素子１とは、共通基板３０上にマウントされている。

光源１４は、半導体レーザ光を発振する活性層１５を備えている。本実施形態では、活性層１５は基体１６に設けられている。活性層１５の外側端面１５ａには反射膜３１が設けられており、活性層１５のグレーティング素子側の端面１５ｂには無反射膜３２が形成されている。Ｌａは活性層の光軸方向の長さである。
端面１５ｂの端面反射率は、グレーティングの反射率よりも小さい値であればよく、光源１４は通常の半導体レーザを使用することができる。

グレーティング素子１では、支持基板１１上に、半導体レーザ光が入射する入射面２eと所望波長の出射光を出射する出射面２fを有する光学材料層２が設けられている。光学材料層２内には、前述したようなブラッググレーティングが形成されており、また延在部が形成されている。

本例では、光学材料層の入射面２ｅとブラッググレーティング９との間には、回折格子のない入射側伝搬部３５が設けられており、入射側伝搬部が活性層１５と間隙を介して対向している。３３は、光学材料層２の入射面側に設けられた無反射膜である。光学材料層の出射面２ｆとブラッググレーティング９との間には、回折格子のない出射側伝搬部３６が設けられており、３４は、光学材料層の出射面側に設けられた無反射膜である。
しかし、光学材料層２の入射面、出射面の各反射率は、グレーティングの反射率よりも小さい値であればよく、この場合には無反射膜はなくてもよい。

以下、本発明の素子の好適な製造プロセスについて述べる。
図９（ａ）は、支持基板１１の正面図であり、（ｂ）は、支持基板１１の平面図である。この支持基板１１上にクラッド層１０、光学材料層２０を形成する（図９（ｃ））。なお、光学材料層の表面に上側クラッド層をさらに設けることもできる。光学材料層、クラッド層、上側クラッド層は、それぞれ、単層からなっていてよく、あるいは多層膜であっても良い。

支持基板の具体的材質は特に限定されず，ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＺｎＯ、石英ガラスなどのガラス、合成石英、水晶、Ｓｉ、サファイアなどを例示することができる。ここで、支持基板の加工し易さという観点からは、支持基板の材質は、石英ガラスなどのガラス、合成石英、水晶、Ｓｉであることが好ましい。
支持基板の厚さは、ハンドリングの観点からは、２５０μｍ以上が好ましく、また小型化という観点からは、１ｍｍ以下が好ましい。

光学材料層は、酸化珪素、酸化亜鉛、酸化タンタル、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、酸化チタン、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、五酸化ニオブ、酸化マグネシウム等の光学材料から形成することが好ましい。また、光学材料層の屈折率は、１．７以上が好ましく、２以上がさらに好ましい。

光学材料層中には、光導波路の耐光損傷性を更に向上させるために、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、スカンジウム（Ｓｃ）及びインジウム（Ｉｎ）からなる群より選ばれる１種以上の金属元素を含有させてもよく、この場合、マグネシウムが特に好ましい。また結晶中には、ドープ成分として、希土類元素を含有させることができる。希土類元素としては、特にＮｄ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｐｒが好ましい。

光学材料層の厚さは、特に限定されないが、光の伝搬損失を低減するという観点からは、０．５〜３μｍが好ましい。
クラッド層を設ける場合には、クラッド層の厚さを厚くすることによって、伝搬光の支持基板への染み出しを抑制できるので、この観点からは、クラッド層の厚さは０．５μｍ以上が好ましい。

クラッド層および上側クラッド層は、光学材料層の材質よりも低い屈折率を有する材質から形成するが、たとえば酸化珪素、酸化タンタル、酸化亜鉛によって形成することができる。また、クラッド層や上側クラッド層にドーピングすることによって、その屈折率調整することができる。こうしたドーパントとしては、P、B、Al、Gaを例示できる。

光学材料層、クラッド層、上側クラッド層は、薄膜形成法によって成膜して形成してよい。こうした薄膜形成法としては、スパッタ、蒸着、ＣＶＤを例示できる。

次いで、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、光学材料層２０にブラッググレーティング２１を形成する。次いで、所定のリッジ溝４を形成することによって、図１、図３に示すようなチャネル型光導波路領域および延在部を形成し、ブラッググレーティング９、３Ａ、３Ｂを成形する。

図１０の例では、チャネル型光導波路領域のブラッググレーティングと、延在部内の規則的微細構造とが、同一ピッチのブラッググレーティングからなる。しかし、図６、図７に示すように、延在部内の規則的微細構造が、チャネル型光導波路領域のブラッググレーティングと異なる場合には、その規則的微細構造を光学材料層に設ける必要がある。

ブラッググレーティングおよび規則的微細構造は、マスクを用いたエッチングによって形成可能である。エッチング方法としては、ドライエッチング及びウェットエッチングが例示できる。ドライエッチングは例えば、反応性エッチング等が有り、ガス種としてフッ素系・塩素系が例示できる。ウェットエッチングは例えば、フッ酸系やTMAH系が例示できる。

また、ブラッググレーティングおよび規則的微細構造は、インプリント法によって形成することが好ましい。この場合には、例えば図１１に示すように、光学材料層２０上に樹脂層２４を形成する。そして、設計パターン２５ａの形成されたインプリントモールド２５を樹脂層２４に転写し、樹脂層２４にパターン２４ａを形成する。この後にエッチングによって光学材料層２０にパターン２４ａを転写する。

インプリントを行う際には、樹脂層２４が熱可塑性樹脂からなる場合には、樹脂層２４を樹脂の軟化点以上に加熱することによって樹脂層を軟化させ、モールド２５を押しつけて樹脂を変形させることができる。この後の冷却時に樹脂層２４が硬化する。樹脂層２４が熱硬化性樹脂からなる場合には、未硬化の樹脂層２４に対してモールド２５を押しつけて樹脂を変形させ，次いで樹脂層を樹脂の重合温度以上に加熱して硬化させることができる。樹脂層２４を光硬化性樹脂によって形成した場合には、未硬化の樹脂層２４にモールド２５を押しつけて変形させ、設計パターンを転写し、樹脂層２４に光を照射して硬化させることができる。

樹脂層２４に設計パターン２５ａを転写した後、光学材料層２０をエッチングし、光学材料層に微細パターンを成形する。この際には、樹脂層をマスクすることができるが、樹脂層と光学材料層との間に別体のマスク材料層を設けることもできる。

ブラッググレーティングおよび規則的微細構造をインプリント法によって形成することによって、以下の効果が得られる。
すなわち、図１２に示すように、ブラッググレーティングおよび規則的微細構造が形成されていない領域１８Ａ、１８Ｂが大きい場合には、インプリントモールドによる転写時の樹脂充填および離型時にモールドの横方向へのズレが起こりやすく、樹脂充填部が素子内で均一にならず、グレーティングピッチ精度が導波路内で不均一になりやすい。これに対して、本発明のように各延在部内に大面積の規則的微細構造を形成する場合には（図１１参照）、規則的微細構造の形成されていない領域８Ａ、８Ｂが小さいので、転写部分の横幅が大きい。これによって、樹脂充填時および離型時に樹脂層のパターン変化が起き難く、グレーティングピッチ精度が良好になり、優れた量産性とピッチ精度を両立できる。

（実施例１）
図１、図３、図５および図８に示すような発光装置を作製した。
具体的には、シリコンウエハからなる支持基板１１に、スパッタ装置にて下側クラッド層１０になるSiＯ2層を１μｍ形成した。その上に、Ta2O5を1.2μｍ成膜して光学材料層２０を形成した。次に、光学材料層上にＴｉを成膜して、ナノインプリントプロセスによりグレーティングパターンを作製した。グレーティングパターンは、ピッチ間隔Λを２０６nm、長さLbを１００μｍとした。

その後、ナノインプリントしたレジストパターンをベースにしてＴｉ膜をエッチングしてＴｉのグレーティングパターンを形成した。次にこのＴｉパターンをマスクにしてフッ素系の反応性イオンエッチングにより、ピッチ間隔Λが２０６nm、長さLbが１００μｍのブラッググレーティングを形成した。グレーティングの溝深さは４０nmとした。

さらに光導波路を形成するために、上記と同様にＴｉを成膜し、アライナーによるフォトリソプロセスと、上記と同様なエッチングプロセスにてＴｉパターンを形成した。その後、反応性イオンエッチングし、幅Wgが3μｍ、深さTrが0.6μｍのリッジ部５を形成した（図３）。
最後に上側クラッド層となるSiO2層を0.5μｍスパッタにて形成した。

その後、ダイシング装置にてバー状に切断し、両端面を光学研磨し、両端面に0.1％のARコートを形成し、最後にチップ切断を行い、グレーティング素子を作製した。素子サイズとしては幅を1mm、長さＬ_ＷＧを１１０μmとした。

ただし、リッジ部５上にはブラッググレーティング９を形成すると共に、各延在部７Ａ、７Ｂ上にはそれぞれブラッググレーティング３Ａ、３Ｂを形成した（図１参照）。各延在部の幅ＷＥは４４２μｍとし、各ブラッググレーティング３Ａ、３Ｂの幅ＷＣは２９０μｍとした。また、延在部の合計面積を（ＳＡ＋ＳＢ）としたとき、（ブラッググレーティング３Ａの面積＋ブラッググレーティング３Ｂの面積）／（ＳＡ＋ＳＢ）＝６０％とした。

グレーティング素子の光学特性は、広帯域波長光源であるスーパ・ルミネッセンス・ダイオード（SLD）を使用して、グレーティング素子にTEモードの光を入力して出力光を光スペクトルアナライザで分析することにより、その透過特性から反射特性を評価した。
測定したグレーティング素子の反射中心波長は８４６ｎｍであり、反射率は２０％であった。また半値全幅は２ｎｍであった。

次に、このグレーティング素子を使用した外部共振器型レーザの特性評価のために、図８に示すようにレーザモジュールを実装した。光源素子としてGaAs系レーザ構造の素子を採用し、その片端面には高反射膜を設け、もう一方の出射端面の反射率は１０％とした。

光源素子仕様：
中心波長： 844nm
出力 20mW
レーザ素子長 250μｍ
実装仕様：
Lg： 0.5μｍ
Lm： 5μｍ
Ｌ_ＷＧ：１１０μｍ
L：３５６μｍ
La：２５０μｍ

モジュール実装後、ペルチェ素子を使用することなく電流制御（ＡＣＣ）で駆動したところ、中心波長846nmでレーザ発振し、出力1８ｍＷが得られた。また、導波路の出力側から光スポットはほぼガウシアン分布の形状であり、基板から放射される（スラブモード）の光は観察されなかった。

（実施例２）
実施例１と同様にしてグレーティング素子を作製し、評価した。
ただし、実施例１と異なり、（ブラッググレーティング３Ａの面積＋ブラッググレーティング３Ｂの面積）／（ＳＡ＋ＳＢ）を５０％とした。

グレーティング素子の光学特性は、反射中心波長は８４６ｎｍであり、反射率は２０％であった。また半値全幅は２ｎｍであった。
また、モジュール実装後、ペルチェ素子を使用することなく電流制御（ＡＣＣ）で駆動したところ、中心波長846nmでレーザ発振し、出力１７．５ｍＷが得られた。また、導波路の出力側から光スポットはほぼガウシアン分布の形状であり、基板から放射される（スラブモード）の光は観察されなかった。

（実施例３）
実施例１と同様にしてグレーティング素子を作製し、評価した。
ただし、実施例１と異なり、（ブラッググレーティング３Ａの面積＋ブラッググレーティング３Ｂの面積）／（ＳＡ＋ＳＢ）を１００％とした。

グレーティング素子の光学特性は、反射中心波長は８４６ｎｍであり、反射率は２０％であった。また半値全幅は２ｎｍであった。
また、モジュール実装後、ペルチェ素子を使用することなく電流制御（ＡＣＣ）で駆動したところ、中心波長846nmでレーザ発振し、出力１８ｍＷが得られた。また、導波路の出力側から光スポットはほぼガウシアン分布の形状であり、基板から放射される（スラブモード）の光は観察されなかった。

（比較例１）
実施例１と同様にしてグレーティング素子を作製し、評価した。
ただし、実施例１と異なり、（ブラッググレーティング３Ａの面積＋ブラッググレーティング３Ｂの面積）／（ＳＡ＋ＳＢ）を４５％とした。

測定したグレーティング素子の反射中心波長は８４６ｎｍであり、反射率は２０％であった。また半値全幅は２ｎｍであった。
モジュール実装後、ペルチェ素子を使用することなく電流制御（ＡＣＣ）で駆動したところ、中心波長846nmでレーザ発振し、出力１０ｍＷが得られた。また、導波路の出力側から光スポットはほぼガウシアン分布の形状であるが、基板から放射される（スラブモード）の光が観察された。

（比較例２）
実施例１と同様にしてグレーティング素子を作製し、評価した。
ただし、実施例１と異なり、（ブラッググレーティング３Ａの面積＋ブラッググレーティング３Ｂの面積）／（ＳＡ＋ＳＢ）を２０％とした。

測定したグレーティング素子の反射中心波長は８４６ｎｍであり、反射率は２０％であった。また半値全幅は２ｎｍであった。
モジュール実装後、ペルチェ素子を使用することなく電流制御（ＡＣＣ）で駆動したところ、中心波長846nmでレーザ発振し、出力８ｍＷが得られた。また、導波路の出力側から光スポットはほぼガウシアン分布の形状であるが、基板から放射される（スラブモード）の光が観察された。

Claims

光学材料層、
この光学材料層に設けられているチャネル型光導波路領域、
前記チャネル型光導波路領域の両側に設けられている延在部領域、
前記チャネル型光導波路領域に設けられているブラッググレーティング、および
前記延在部領域に設けられている規則的微細構造を備えており、
前記規則的微細構造が前記延在部領域の面積の合計値のうち５０％以上に設けられていることを特徴とする、グレーティング素子。
前記規則的微細構造が、ブラッググレーティング、規則的に配列された柱、または規則的に配列されたホールからなることを特徴とする、請求項１記載の素子。
前記ブラッググレーティングおよび前記規則的微細構造がインプリント法によって形成されていることを特徴とする、請求項１または２記載の素子。
前記規則的微細構造が前記チャネル型光導波路領域に対して接するように設けられていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の素子。
前記規則的微細構造が、前記チャネル型光導波路領域の全長にわたって設けられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の素子。
前記ブラッググレーティングおよび前記規則的微細構造が前記光学材料層の一方の主面に設けられていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つの請求項に記載の素子。
前記チャネル型光導波路領域が、一対のリッジ溝と、リッジ溝間に設けられているリッジ部とからなることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つの請求項に記載の素子。
前記光学材料層に接するクラッド層、および前記光学材料層と前記クラッド層とを支持する支持基板を備えていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一つの請求項に記載の素子。