WO2007040108A1

WO2007040108A1 - 半導体光素子および半導体光素子を搭載した外部共振レーザ

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Publication number: WO2007040108A1
Application number: PCT/JP2006/319121
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Mori; Atsushi Yamada; Takahiro Samejima
Original assignee: Anritsu Corporation
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2006-09-27
Publication date: 2007-04-12
Also published as: US7813398B2; EP1931000A1; US20090225801A1; EP1931000A4; CA2624014A1; JPWO2007040108A1; JP4860628B2

Abstract

　適当な反射率の斜め端面および低反射率の斜め端面を有し、ＥＣ－ＬＤあるいはＳＬＤに適用することのできる半導体光素子および半導体光素子を搭載した外部共振レーザを提供することを目的とし、半導体基板１１上にストライプ状に成形された活性層を含む導波路１Ｇを有し、導波路１Ｇは互いに平行な劈開面からなる第１の端面１ＴLおよび第２の端面１ＴHを備え、第１の端面１ＴLの法線と第１の端面１ＴLの近傍における導波路１Ｇの光軸のなす角度は零でない第１の角度φLをなし、第２の端面１ＴHの法線と第２の端面１ＴHの近傍における導波路１Ｇの光軸のなす角度は零でなく、かつ第１の角度φLとは異なる第２の角度φHをなし、第１の端面１ＴL近傍における導波路１Ｇの幅方向の第１のスポットサイズωLと、第２の端面１ＴH近傍における導波路１Ｇの幅方向の第２のスポットサイズωHとは互いに異なる。

Description

明細書

半導体光素子および半導体光素子を搭載した外部共振レーザ

技術分野

[0001] 本発明は、半導体光素子および半導体光素子を搭載した外部共振レーザに関する。

背景技術

[0002] 外部共振器型半導体レーザ (EC—LD)またはスーパールミネッセントダイオード（ SLD)等の光学装置に適用する半導体光素子の導波路は、反射率が低い一方の端面と、反射率が高い他方の端面を有する必要がある。

[0003] 導波路の端面の反射率を低減する方法としては、以下の方法が公知である。

1.導波路の端面を窓構造とする。

2.導波路の端面を斜め端面とする。

[0004] しかし、導波路の端面を窓構造とした場合には、窓構造近傍に結晶欠陥が生じ易いため、半導体光素子の信頼性を維持することが困難である。

[0005] そこで、斜め端面を採用した半導体光素子が既に提案されている（例えば、特許文献 1および特許文献 2参照)。

[0006] 図 13 (a)は、特許文献 1に開示されている半導体光素子の一種である半導体光増幅器（SOA) 110の上面図であって、直線状の導波路 110Gを劈開面 110Gおよび

1 劈開面 110Gに対して斜めに形成して、導波路 110Gの両端面を斜め端面としてい

2

る。なお、特許文献 1には端面近傍の導波路幅を拡げることにより反射率をさらに低減可能であることも開示されて、る。

[0007] 図 13 (b)は、特許文献 2に開示されている半導体光素子の一種である EC— LD12 0を搭載した光学装置 130の上面図であって、導波路 120Gの低反射率端面は一方の劈開面 120Gに対して所定の角度を成して開口する斜め端面であり、高反射率端

1

面は他方の劈開面 120Gに開口する垂直端面である。

2

[0008] 導波路 120G内で発生した光は、高反射率端面で反射されて導波路 120G内に帰還され、低反射率端面から出射し、コリメータレンズ 121を経由して回折格子 122に到達する。

[0009] 回折格子 122で回折された光のうち、所定の条件を満たす波長の光のみが、再帰性ミラー 123で反射され、再び回折格子で回折されて EC— LD 120に帰還される。このようにして特定の波長の光のみが選択的にレーザ発振に至る。出力光の取り出しは、回折格子 122からの逆方向への回折を通して行われる。

特許文献 1 :米国特許第 4, 965, 525号公報（2〜5頁、図 1)

特許文献 2 :米国特許第 6, 091, 755号公報 (5頁、図 2)

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0010] し力しながら、第 1の特許文献に開示されている従来の半導体光素子は、導波路の両端面を共に低反射率端面とした半導体光増幅器 (SOA)用であるため、片方の端面には適当な反射率が要求される EC— LDに適用することはできな、。

[0011] これに対し、第 2の特許文献に開示されている従来の半導体光素子は、導波路の一方の端面が低反射率の斜め端面、他方の端面が高反射率である垂直端面であり EC— LDあるいは SLDに適用可能であるものの、コーティングを施さない状態では垂直端面の反射率は 30%以上と EC— LDあるいは SLDに適用するには高すぎるので、上述したように回折格子側から出力を取り出すか、反射防止膜をコーティングして反射率を低減する必要があるため、大きな出力が取り出せない、あるいは製造ェ程が複雑となるという課題があった。

[0012] さらに、第 2の特許文献に開示されている従来の半導体光素子の端面は、一方が斜め、他方が垂直であるため、半導体光素子を光学装置に搭載する際に装置の小型化が難し、、あるいは組み立てが複雑になると、う課題もあった。

[0013] 本発明は、上記の従来の課題を解決するためになされたものであって、一方の端面を低反射率の斜め端面、他方の端面を適当な反射率の斜め端面として EC— LD あるいは SLDに適用することのできる半導体光素子およびこの半導体光素子を搭載した外部共振レーザを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0014] 本発明の半導体光素子は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成され、ストライプ状に成形された活性層を含む導波路と、前記導波路の終端部であって、前記半導体基板を劈開することによって形成された第 1および第 2の端面を有する半導体光素子において、前記第 1の端面は第 1の反射率を有し、前記第 2の端面は第 2の反射率を有し、前記導波路は、前記半導体基板の基板面と平行な面内にて、前記第 1の端面においては前記第 1の端面の法線と第 1の角度を、前記第 2の端面においては前記第 2の端面の法線と第 2の角度を成して交わり、前記第 1の端面において前記導波路から放射される光の光軸と、前記第 2の端面において前記導波路から放射される光の光軸とが平行であり、かつ、前記第 1の端面近傍における前記導波路を導波される光の前記導波路の幅方向の第 1のスポットサイズと、前記第 2の端面近傍における前記導波路を導波される光の前記導波路の幅方向の第 2のスポットサイズとが、互ヽに異なることを特徴とする構成を有して、る。

[0015] この構成により、第 1の反射率と第 2の反射率を異ならせつつ、第 1の端面力出射する光の出射方向と第 2の端面力出射する光の出射方向を平行とすることができることとなる。

[0016] 本発明の半導体光素子は、半導体基板と、前記半導体基板上にストライプ状に成形された活性層を含む導波路を有し、前記導波路は互いに平行な劈開面カゝらなる第 1および第 2の端面を備えた半導体光素子において、前記第 1の端面の法線と前記第 1の端面の近傍における前記導波路の光軸のなす角度が零でない第 1の角度をなし、前記第 2の端面の法線と前記第 2の端面の近傍における前記導波路の光軸のなす角度が零でなぐかつ前記第 1の角度とは異なる第 2の角度をなしており、前記第 1の端面の近傍における前記導波路の幅方向の第 1のスポットサイズと、前記第 2の端面の近傍における前記導波路の幅方向の第 2のスポットサイズとが互いに異なり、前記第 1の端面において前記導波路から出射される光の光軸と、前記第 2の端面において前記導波路から出射される光の光軸とが互いに平行であることを特徴とする構成を有している。

[0017] この構成により、第 1の反射率と第 2の反射率を異ならせつつ、第 1の端面力出射する光の出射方向と第 2の端面力出射する光の出射方向を平行とすることができることとなる。 [0018] 本発明の半導体光素子は、半導体基板と、前記半導体基板上にストライプ状に成形された活性層を含む導波路を有し、前記導波路は互いに平行な劈開面カゝらなる第 1および第 2の端面を備えた半導体光素子において、前記第 1の端面の法線と前記第 1の端面の近傍における前記導波路の光軸のなす角度が零でない第 1の角度をなし、前記第 2の端面の法線と前記第 2の端面の近傍における前記導波路の光軸のなす角度が零でない第 2の角度をなしており、前記第 1の端面の近傍における前記導波路の幅方向の第 1のスポットサイズと、前記第 2の端面の近傍における前記導波路の幅方向の第 2のスポットサイズとが互いに異なることを特徴とする構成を有している。

[0019] この構成により、第 1の端面の反射率と第 2の端面の反射率とを異ならせることがでさることとなる。

[0020] 本発明の半導体光素子は、前記第 1の端面における前記導波路の幅が、前記第 2 の端面における前記導波路の幅より大き、ことを特徴とする構成を有して、てもよヽ

[0021] 本発明の半導体光素子は、前記導波路が、前記第 1の端面から所定長さにわたつて第 1の幅を有する第 1の直線部と、前記第 2の端面力所定長さにわたって第 2の幅を有する第 2の直線部とを含むことを特徴とする構成を有している。

[0022] この構成により、第 1の劈開面および第 2の劈開面が劈開予定位置からズレて劈開された場合にも、導波路が劈開面の法線に対して成す角度および反射率が変動することを防止できることとなる。

[0023] 本発明の外部共振レーザは、請求項 1から請求項 5のいずれか 1項に記載の半導体光素子と、前記半導体光素子の第 1の端面から出射された光の特定波長光を選択的に前記第 1の端面に帰還する特定波長光帰還手段とを備え、前記半導体光素子の第 2の端面力も前記特定波長光を出射することを特徴とする構成を有している。

[0024] この構成により、半導体光素子を外部共振レーザに搭載する際に光学系の設計および組み立てを容易にし、装置の小型化を図ることができるうえ、出力光の高出力化力 S実現でさることとなる。発明の効果 [0025] 本発明は、一方の端面を低反射率の斜め端面、他方の端面を適当な反射率の斜め端面として EC— LDあるいは SLDに適用することのできるという効果を有する半導体光素子および半導体光素子を搭載した外部共振レーザを提供することができるものである。

図面の簡単な説明

[0026] [図 1]第 1の実施形態に係る半導体光素子の上面図および断面図

[図 2]導波路交差角度 φと反射率 Rとの関係を示すグラフ

[図 3]スポットサイズ ωと導波路幅 Wとの関係（実線)、導波路交差角度 φおよび導波路幅 Wと出射角度 Θとの関係を示すグラフ (破線）

[図 4]第 1の実施形態の半導体光素子の具体的製造工程の一例

[図 5]第 1の実施形態の半導体光素子の具体的製造工程の一例

[図 6]第 1の端面 1Tおよび第 2の端面 1T近傍の拡大図

L Η

[図 7]第 1の実施形態の半導体光素子を適用した外部共振レーザの上面図

[図 8]リットマン配置を適用した外部共振レーザのブロック図

[図 9]エタロンを適用した外部共振レーザのブロック図

[図 10]ΑΟΜを適用した外部共振レーザのブロック図

[図 11]リング共振器を適用した外部共振レーザの上面図

[図 12]FBGを適用した外部共振レーザのブロック図

[図 13]従来の半導体光素子および半導体光素子を搭載した光学装置の上面図符号の説明

[0027] 1 半導体光素子

1G 導波路

1T 第 1の端面

し

1T 第 2の端面

H

4 特定波長光帰還手段

5 光出力手段

11 半導体基板

13 活性層 100 外部共振レーザ

発明を実施するための最良の形態

[0028] 以下、本発明に係る半導体光素子および半導体光素子を搭載した外部共振レーザの実施形態について、図面を用いて説明する。

[0029] [第 1の実施形態]

図 1は、第 1の実施形態に係る半導体光素子 1の上面図および断面図である。

[0030] 即ち、第 1の実施形態に係る半導体光素子 1は、上面図（a)に示すように、半導体基板 11と、半導体基板 11上にストライプ状に成形された活性層を含む導波路 1Gを有し、導波路 1Gは互いに平行な劈開面力なる第 1の端面 1Tおよび第 2の端面 1 し

Tを備えている。

H

[0031] 第 1の端面 1Tは第 1の劈開面 1Cに開口し、第 2の端面 1Tは第 2の劈開面 1C

L L H H

に開口する。

[0032] 第 1の端面 1Tの法線と第 1の端面 1Tの近傍における導波路 1Gの光軸のなす角しし

度は零でない第 1の角度 φ をなし、第 2の端面 1Tの法線と第 2の端面 1Tの近傍

L H H

における導波路 1Gの光軸のなす角度は零でなぐかつ第 1の角度 φ とは異なる第 2 し

の角度 Φ

Hをなしている。

[0033] また、第 1の端面 1Tの近傍における導波路 1Gの幅方向の第 1のスポットサイズと、し

第 2の端面 1Tの近傍における導波路 1Gの幅方向の第 2のスポットサイズとは互い

H

に異なる。

[0034] そして、第 1の端面 1Tにおいて導波路 1G力も出射される光の光軸と、第 2の端面し

1Tにお、て導波路 1Gから出射される光の光軸とは互いに平行である。

H

[0035] ここで、第 1の端面 1Tの一方の側辺を通り、第 1の端面 1Tに対して第 1の角度 φ しししを成す断面を第 1の導波路断面 1Sと定義し、第 2の端面 1Tの一方の側辺を通り、

L H

第 2の端面 1Tに対して第 2の角度 φ を成す断面を第 2の導波路断面 1Sと定義す

H H H

る。

[0036] 図 1 (b)の L L断面図、図 1 (c)の H— H断面図に示すように、第 1の導波路断面 1 Sの面積は、第 2の導波路断面 1Sの面積より大であり、第 1の端面 1Tの反射率で

L H L

ある第 1の反射率 Rは、第 2の端面 1Tの反射率である第 2の反射率 Rより小さい。なお、導波路 1Gの高さは一定であることが一般的であるので、第 1の導波路断面 1S の導波路幅は、第 2の導波路断面 1Sの導波路幅より大となる。

L H

[0037] 第 1の実施形態の半導体光素子は、 EC— LDあるいは SLDに適用するために、第 1の劈開面 1Cに開口する第 1の端面 1Tの第 1の反射率 Rを 0. 01%程度まで低ししし減することが必要である。反射防止コーティングにより反射率を 1Z1000にまで低減可能であるので、反射防止コーティング前の第 1の端面 1Tの第 1の反射率 Rを、第しし

1の端面 1Tが第 1の劈開面 1Cに対して垂直に開口し、かつ反射防止コーティングしし

を施さな、場合に較べ 1Z10程度にすることが望まし、。

[0038] 図 2は、導波路交差角度 φ ( φ < φ ぐ φ ぐ φ )と反射率 Rとの関係（[数 1])を示 a b c α

すグラフであって、導波路 1Gを伝播する光のスポットサイズ ω ( ω < ω < ω < ω ) a b e d をパラメータとしている。

[数 1]

R = Η{ ,ω)

この [数 1]の具体的な形は素子の構造に依存するため陽に記載しない。 [数 2]、 [ 数 3]につヽても同様である。

[0039] 図 2のグラフから、第 1の端面 1Tの第 1の反射率 Rを 10%に設定したとき、第 1のしし

スポットサイズ ω として例えば ωを選択すると、第 1の端面 ITの法線と導波路 1Gのし d し

第 1の端面 1T側の光軸とが成す第 1の角度である導波路交差角度 φ は φとなる。

しし a

[0040] 図 3は、スポットサイズ ωと導波路幅 Wとの関係（実線）、導波路交差角度 φおよび導波路幅 Wと端面からの光の出射角度 Θとの関係を示すグラフ (破線)である。まず、実線のグラフが示すスポットサイズ ωと導波路幅 Wとの関係は、 [数 2]で表すことができる。

[数 2] ω = f(w)

[0041] また、導波路幅 Wと端面の屈折率 nとの間には [数 3]の関係が成り立つ,

[数 3] n = g {w)

[0042] [数 3]により求まった屈折率 nと端面力放射される光の出射角度 Θと導波路交差角度 φとの間にはスネルの法則が成り立つため、導波路交差角度 φ、導波路幅 Wと出射角度 Θの間には、 [数 4]の関係が成り立つ。

[数 4]

ここで、《。=空気の屈折率》1

[0043] 即ち、図 3の破線は、導波路交差角度 φ—定（φ < φ ぐ φ ぐ φ )の条件におけ

1 2 3 4

る導波路幅 wと出射角度 θとの関係 (導波路交差角度 Φ一定の条件におけるスネルの法則）を示している。

[0044] なお、第 1の端面 1T力放射される光の出射角度 Θ は、半導体光素子とこの半しし

導体光素子が組み込まれる半導体光モジュールの仕様に基づ、て決定される。例えば、出射角度 0 を 20度とする必要がある場合には、 [数 5]が成立する。

し

[数 5] n_L sin^_L = sin20° = 0.342

[0045] 以下に、第 1の端面 IT側の導波路交差角度 φ と第 1の導波路断面 ISの幅である導波路幅 Wを決定する手順を説明する。

し

[0046] (1)第 1の反射率 R (例えば、 10%)と出射角度 0 (例えば、 20度)を設定する。

しし

[0047] (2) [数 4] (図 3の破線)より、出射角度 0 に対して取り得る導波路交差角度 φ のしし候補 (例えば、 φ ≤φ≤φ

2 4となる φ )を仮定する。

[0048] (3) [数 4] (図 3の破線)より、出射角度 Θが Θ 、導波路交差角度が ≤φ≤φ し 2 となるときの導波路幅 w(w≤w≤w )を求める。なお、実際の製造過程における

4 1 3

導波路幅 Wのばらつきに対してスポットサイズ ωの変化がより緩やかである範囲（例えば、 W≤W≤W )の導波路幅 Wを導波路幅 Wの候補とするとよい。 [0049] (4) [数 2] (図 3の実線)より、導波路幅 Wの候補それぞれについてスポットサイズし

ω ( ω ≤ω≤ω )を求め、導波路交差角度 φ と第 1のスポットサイズ ωの候補の組

1 2 ししを決定する。

[0050] (5) [数 1] (図 2)より、で求めた候補の組の中から、第 1の反射率 Rが 10%となる導し

波路交差角度 Φ と第 1のスポットサイズ ωの組を選択し、対応する導波路幅 Wを決ししし定する。

[0051] 例えば、第 1の端面 1Tの屈折率が 3. 2となる導波路幅 W (3. 5〜4. 5 m)を選しし

択すると、導波路交差角度 Φ は 6. 1度となる。

し

[0052] 次に、第 2の端面 1T側の導波路交差角度 φ と第 2の導波路断面 1Sの幅である

H H H

導波路幅 Wを決定する手順を説明する。

H

[0053] 第 2の端面 1Tは高反射率にする必要があるが、図 2に示すように、導波路交差角

H

度 φを一定とした場合には、スポットサイズ ω ( ω < ω < ω < ω )を小さくするほど a b e d

反射率は大きくなる。従って、第 2の端面 1T

Ηの第 2のスポットサイズ ω

Ηを可能な限り小さく設定すれば、高反射率端面を容易に実現することができる。

[0054] なお、導波路幅 W力実際の製造過程における導波路幅 Wのばらつきに対してスし

ポットサイズ ωの変化がより緩やかである範囲（例えば、 W≤W≤W )の値である場

2 3

合には、第 2の端面 1Tにおける導波路幅 Wは、第 1の端面 1Tにおける導波路幅

H H L

Wより/ J、さくなる。

し

[0055] スポットサイズ ωは、 [数 2] (図 3の実線）に示すように、下に凸である導波路幅 Wの関数であり、スポットサイズ ωは導波路幅 Wで最小値をとる。

0

[0056] スポットサイズ ωの最小値が ωである場合には、第 2の端面 1T側の反射率を 20 c Η

%程度確保しょうとすると、図 2から導波路交差角度 φ を φ ぐ φ く φ とする必要

H a H b

力 sあることが半 Uる。

[0057] 第 2の端面 1Tからの光の出射角度 0 を第 1の端面 1T力の光の出射角度 0 と

H H L L

同じく 20度とする場合には、導波路交差角度 φ の正弦値と第 2の端面 1Tの屈折

H H

率 nとの積は [数 6]を満足しなければならな!/、。

H

[数 6] n_H sin = sin 20° = 0.342

[0058] 屈折率 nは [数 2]を用いて導波路幅 Wの関数として定まるので、導波路交差角度

H H

Φ が定まることとなる。

H

[0059] 例えば、導波路幅 Wが 1. 8 mであるときの屈折率 nが 3. 3であれば、導波路交

H H

差角度 Φ は 6. 0度、反射率は 20%となり、半導体光素子として実現可能となる。

H

[0060] ここで、第 1の実施形態の半導体光素子 1の具体的製造工程の一例を図 4および図 5を参照しつつ説明する。

[0061] 第 1段階: MOVPE法により、 n型 InPの半導体基板 11上に n型 InPのクラッド層 12

、多重量子井戸構造を有する InGaAsPの活性層 13、 p型 InPの第 1クラッド層 14、および p型 InGaAsPのキャップ層 15を順に積層する。

[0062] 第 2段階： CVD法により、キャップ層 15の上に SiNx層 16を形成する。

[0063] 第 3段階:フォトリソグラフィ法により、 SiNx層 16にマスクパターンを転写する。

[0064] 第 4段階：ウエットエッチングあるいはドライエッチングにより、 SiNx層 16をエツチングマスクとして、 n型 InPのクラッド層 12、ストライプ状の活性層 13、 p型 InPの第 1クラッド層 14、キャップ層 15、および SiNx層 16からなるメサ構造を形成する。

[0065] 第 5段階： MOVPE法により、 SiNx層 16を成長阻止マスクとして、上記メサ構造の両脇に P型 InPの下部埋め込み層 17、 n型 InPの上部埋め込み層 18を順次積層する。

[0066] 第 6段階： SiNx層 16をフッ酸により、キャップ層 15を硫酸と過酸ィ匕水素水の混合液により除去する。

[0067] 第 7段階: MOVPE法により、活性層 13および n型 InPの上部埋め込み層 18上に p 型 InPの第 2クラッド層 19、 p型 InGaAsのコンタクト層 20を積層する。

[0068] 第 8段階：コンタクト層 20上面および半導体基板 11下面に各々 p型金属電極 10a、 n型金属電極 10bを形成して、ウェハを完成する。

[0069] 第 9段階:ウェハを所定位置 (X X '、 X X '、 X X '等)で劈開面が平行になるよう

1 1 2 2 3 3

に劈開して、複数の素子が横に連なったバーを形成する。

[0070] 第 10段階:低反射率端面側に反射防止膜 101をコーティングする。 [0071] 第 11段階:バーを半導体光素子ごとに所定位置 (Y Υ '、 Υ Υ '、 Υ Υ '、 Υ Υ '等

1 1 2 2 3 3 4 4

)で切断する。

[0072] 導波路 1Gは、図 6の第 1の端面 1Tおよび第 2の端面 1Tの近傍の拡大図に示す

L Η

ように、第 1の端面 1Tから所定長さ 1Lにわたつて第 1の幅 1Dを有する第 1の直線ししし

部と第 2の端面 1Tから所定長さ 1Lにわたつて第 2の幅 1Dを有する第 2の直線部

Η Η Η

とを含むことが望ましい。

[0073] なお、本実施形態においては、第 1の直線部と第 2の直線部とは、第 2の直線部から第 1の直線部に向力つて徐々に拡幅する滑らかな曲線の接続部によって接続されているが、これは一例であり、この形状に限定されるものではない。

[0074] 導波路 1Gの両端に直線部を設ける理由は、第 1の劈開面 1Cおよび第 2の劈開面し

1C の劈開時に劈開予定位置からズレて劈開された場合にも、導波路 1Gが劈開面

Η

の法線に対して成す角度 (導波路交差角度） Φおよび反射率が変動することを防止するためである。

[0075] 図 7は、第 1の実施形態に係る半導体光素子 1を適用した外部共振レーザ 100の上面図であって、半導体光素子 1の第 1の端面 1Tの外側光軸上には波長選択性をし

有する反射鏡 21 (例えば液晶チューナブルミラー）が、第 2の端面 1Tの外側光軸上

Η

にはコリメータレンズ 22および光ファイバ接続端子 23が配置されている。

[0076] 第 1の端面 1Tおよび第 2の端面 1Tにおける光の出射角度は同一角度 Θである

L Η

ので、反射鏡 21の光軸 Xとコリメータレンズ 22および光ファイバ接続端子 23の光軸し

Xを相互に平行とすることが可能となる。

Η

[0077] 即ち、第 1の実施形態に係る半導体光素子 1を適用した外部共振レーザ 100は EC

LDとして機能し、半導体光素子 1が発光した光は低反射率端面である第 1の端面 1Tを透過し、波長選択性を有する反射鏡 21で反射され半導体光素子 1に帰還されし

る。半導体光素子 1に帰還された光の一部は高反射率端面である第 2の端面 1Tで

H

反射されるが、一部は第 2の端面 1T力も出射してコリメータレンズ 22および光フアイ

H

バ接続端子 23を介して光ファイバに送出される。

[0078] 以上説明したように第 1の実施形態の半導体光素子によれば、導波路の両端面を斜め端面とした場合にも、一方の端面が低反射率端面、他方の端面が高反射率端面であり、かつ、両端面からの光の出射角度を等しくすることが可能となる。

[0079] なお、本実施形態においては、導波路の両端面から出射される光の光軸が平行であるものとしたが、本発明の構成はこれに限られるものではない。両端面から出射される光の光軸の方向を所望の方向とすることもでき、これにより半導体光素子が組み込まれる半導体モジュールの仕様に対応することが可能である。

[0080] [第 2の実施形態]

次に、本発明に係る半導体光素子を適用した光学装置である外部共振レーザの実施形態について説明する。

[0081] 即ち、本発明に係る外部共振レーザは、図 8に示すように、第 1の実施形態の半導体光素子 1と、半導体光素子 1の第 1の端面 1Tから出射された光の特定波長光をし

選択的に第 1の端面 1Tに帰還する特定波長光帰還手段 4とを備え、半導体光素子し

1の第 2の端面 1T力特定波長光を出力光として出射する光出力手段 5とを含む。

H

[0082] 特定波長光帰還手段 4は、コリメータレンズ 41と、回折格子 42と、再帰性反射ミラ一 43と、ァクチユエータ（図示せず）とで構成されており、光出力手段 5は、コリメータレンズ 51および光ファイバ 52とで構成されている。

[0083] 図 8は、いわゆるリットマン配置を適用した外部共振レーザのブロック図である。

[0084] 半導体光素子 1の高反射率端面である第 2の端面 1Tに到達した光の一部は第 2

H

の端面 1Tで反射されるが、一部は第 2の端面 1T力出射して光出力手段 5を構成

H H

するコリメータレンズ 51および光ファイバ 52に結合される。

[0085] 半導体光素子 1の低反射率端面である第 1の端面 1T力も出射された光は、コリメし

ータレンズ 41で平行ィ匕され、回折格子 42で回折される。回折光は再帰性反射ミラー 43で反射され、回折格子 42を介して、半導体光素子 1に戻される。

[0086] 再帰性反射ミラー 43は回転中心 44を中心として、ァクチユエータ（図示せず）により回転可能に設置されており、再帰性反射ミラー 43を回転させて回折格子 42と再帰性反射ミラー 43との距離および角度を変更することにより、出力光の波長を調整可能としている。

[0087] 図 9はエタロンを適用した外部共振レーザのブロック図であって、特定波長光帰還手段 4は、光学特性変更可能な液晶ミラーである液晶チューナブルミラー 45と、エタロン 46とで構成されて!、る。

[0088] 半導体光素子 1の低反射率端面である第 1の端面 1Tから出射された光は、半導し

体光素子 1と液晶チューナブルミラー 45との間に設置されたエタロン 46を透過して液晶チューナブルミラー 45で反射され、半導体光素子 1に戻される。

[0089] 液晶チューナブルミラー 45は、印加する電圧により反射波長が変化するので、出力光の波長を調整することが可能となる。なお、エタロン 46の光学特性は固定であつてよい。

[0090] なお、液晶チューナブルミラー 45を全反射ミラーおよびチューナブルバンドパスフィルタに置き換えることも可能である。この場合は、チューナブルバンドパスフィルタの透過帯域を変更して、出力光の波長を調整することが可能となる。

[0091] 図 10は AOM (Acousto- Optical Modulator)を適用した外部共振レーザのブロック図であって、特定波長光帰還手段 4は、コリメータレンズ 41と、 AOM47と、全反射ミラー 48とで構成されている。

[0092] 半導体光素子 1の低反射率端面である第 1の端面 1T力も出射された光は、コリメ

L

ータレンズ 41で平行化された後、 AOM47に入射する。 AOM47内にはピエゾ変換素子が設置されており、ピエゾ変換素子に超音波を印加すると、 AOM47内に周期的な屈折率変化が生じ、実質的な回折格子が形成されることとなる。

[0093] AOM47で回折された回折光は全反射ミラー 48で反射され、半導体光素子 1に戻される。

[0094] 超音波の周波数を変更することにより、回折格子の格子間隔を変更することができるため、出力光の波長を調整することが可能となっている。

[0095] 図 11はリング共振器を適用した外部共振レーザの上面図であって、特定波長光帰還手段 4は、コリメータレンズ 41と、チューナブル'リング共振器フィルタ 49とで構成されている。

[0096] 半導体光素子 1の低反射率端面である第 1の端面 1Tから出射された光は、コリメし

ータレンズ 41を介してチューナブル'リング共振器フィルタ 49に導かれる。チューナブル ·リング共振器フィルタ 49はガラス基板上に形成された平面光波回路によって構成される。 [0097] チューナブル'リング共振器フィルタ 49は、例えば 3つのリング共振器が導波路で接続された構成を有している。各リング共振器はヒータ（図示せず）により加熱可能な構成であり、加熱量を変更してリング共振器の導波路屈折率を変更することにより発振波長を変更し、出力光の波長を調整することが可能となっている。

[0098] 図 12は FBG (F¾er Bragg Grating) 40を用いた外部共振レーザのブロック図であつて、特定波長光帰還手段 4は、先端をレンズ形状に加工した FBG40とで構成されている。

[0099] 図 12の外部共振レーザは、ラマン増幅器励起用の固定波長光源として用いられる。また、 FBG40を機械的に伸縮させるなどして、発振波長を可変とすることも可能である。

産業上の利用可能性

[0100] 以上のように、本発明に係る半導体光素子は、一方の端面を低反射率の斜め端面、他方の端面を適当な反射率の斜め端面として EC— LDあるいは SLDに適用することのできるという効果を有し、光学装置等として有効である。

Claims

請求の範囲

[1] 半導体基板と、

前記半導体基板上に形成され、ストライプ状に成形された活性層を含む導波路と、前記導波路の終端部であって、前記半導体基板を劈開することによって形成された第 1および第 2の端面を有する半導体光素子において、

前記第 1の端面は第 1の反射率を有し、前記第 2の端面は第 2の反射率を有し、前記導波路は、前記半導体基板の基板面と平行な面内にて、前記第 1の端面においては前記第 1の端面の法線と第 1の角度を、前記第 2の端面においては前記第 2 の端面の法線と第 2の角度を成して交わり、

前記第 1の端面において前記導波路から放射される光の光軸と、前記第 2の端面において前記導波路力放射される光の光軸とが平行であり、

かつ、前記第 1の端面近傍における前記導波路を導波される光の前記導波路の幅方向の第 1のスポットサイズと、前記第 2の端面近傍における前記導波路を導波される光の前記導波路の幅方向の第 2のスポットサイズとが、互いに異なることを特徴とする半導体光素子。

[2] 半導体基板と、

前記半導体基板上にストライプ状に成形された活性層を含む導波路を有し、前記導波路は互いに平行な劈開面力なる第 1および第 2の端面を備えた半導体光素子において、

前記第 1の端面の法線と前記第 1の端面の近傍における前記導波路の光軸のなす角度が零でない第 1の角度をなし、前記第 2の端面の法線と前記第 2の端面の近傍における前記導波路の光軸のなす角度が零でなぐかつ前記第 1の角度とは異なる第 2の角度をなしており、

前記第 1の端面の近傍における前記導波路の幅方向の第 1のスポットサイズと、前記第 2の端面の近傍における前記導波路の幅方向の第 2のスポットサイズとが互いに異なり、

前記第 1の端面において前記導波路から出射される光の光軸と、前記第 2の端面において前記導波路から出射される光の光軸とが互いに平行であることを特徴とする半導体光素子。

[3] 半導体基板と、

前記第 1の端面の法線と前記第 1の端面の近傍における前記導波路の光軸のなす角度が零でない第 1の角度をなし、前記第 2の端面の法線と前記第 2の端面の近傍における前記導波路の光軸のなす角度が零でない第 2の角度をなしており、前記第 1の端面の近傍における前記導波路の幅方向の第 1のスポットサイズと、前記第 2の端面の近傍における前記導波路の幅方向の第 2のスポットサイズとが互いに異なることを特徴とする半導体光素子。

[4] 前記第 1の端面における前記導波路の幅が、前記第 2の端面における前記導波路の幅より大きいことを特徴とする請求項 1から請求項 3のいずれか 1項に記載の半導体光素子。

[5] 前記導波路が、前記第 1の端面から所定長さにわたって第 1の幅を有する第 1の直線部と、前記第 2の端面から所定長さにわたって第 2の幅を有する第 2の直線部とを含むことを特徴とする請求項 1から請求項 4のいずれか 1項に記載の半導体光素子。

[6] 請求項 1から請求項 5のいずれか 1項に記載の半導体光素子と、

前記半導体光素子の第 1の端面から出射された光の特定波長光を選択的に前記第 1の端面に帰還する特定波長光帰還手段とを備え、

前記半導体光素子の第 2の端面から前記特定波長光を出射することを特徴とする外部共振レーザ。