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JP4860628B2 - 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 - Google Patents
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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 Download PDF

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Description

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。
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。
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。
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。
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）。
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１１０Ｇ1および劈開面１１０Ｇ2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いる。
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−ＬＤ１２０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１２０Ｇ1に対して所定の角度を成して開口する斜め端面であり、高反射率端面は他方の劈開面１２０Ｇ2に開口する垂直端面である。
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。
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−ＬＤ１２０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。
米国特許第４，９６５，５２５号公報（２〜５頁、図１） 米国特許第６，０９１，７５５号公報（５頁、図２）
しかしながら、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い。
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、あるいは製造工程が複雑となるという課題があった。
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い、あるいは組み立てが複雑になるという課題もあった。
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。
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、互いに異なることを特徴とする構成を有している。
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の端面から出射する光の出射方向と第２の端面から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。
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からなる第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く、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。
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の端面から出射する光の出射方向と第２の端面から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。
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からなる第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。
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きることとなる。
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いことを特徴とする構成を有していてもよい。
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構成を有している。
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。
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の端面から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。
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、出力光の高出力化が実現できることとなる。
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。
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 導波路交差角度φと反射率Ｒとの関係を示すグラフ 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） 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 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 第１の端面１ＴLおよび第２の端面１ＴH近傍の拡大図 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 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 エタロンを適用した外部共振レーザのブロック図 ＡＯＭを適用した外部共振レーザのブロック図 リング共振器を適用した外部共振レーザの上面図 ＦＢＧを適用した外部共振レーザのブロック図 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
１ 半導体光素子
１Ｇ 導波路
１ＴL 第１の端面
１ＴH 第２の端面
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
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。
［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。
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からなる第１の端面１ＴLおよび第２の端面１ＴHを備えている。
第１の端面１ＴLは第１の劈開面１ＣLに開口し、第２の端面１ＴHは第２の劈開面１ＣHに開口する。
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をなしている。
また、第１の端面１ＴL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、第２の端面１ＴH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に異なる。
そして、第１の端面１ＴLにおいて導波路１Ｇから出射される光の光軸と、第２の端面１ＴHにおいて導波路１Ｇから出射される光の光軸とは互いに平行である。
ここで、第１の端面１ＴLの一方の側辺を通り、第１の端面１ＴLに対して第１の角度φLを成す断面を第１の導波路断面１ＳLと定義し、第２の端面１ＴHの一方の側辺を通り、第２の端面１ＴHに対して第２の角度φHを成す断面を第２の導波路断面１ＳHと定義する。
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１ＳLの面積は、第２の導波路断面１ＳHの面積より大であり、第１の端面１ＴLの反射率である第１の反射率ＲLは、第２の端面１ＴHの反射率である第２の反射率ＲH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１ＳLの導波路幅は、第２の導波路断面１ＳHの導波路幅より大となる。
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１ＣLに開口する第１の端面１ＴLの第１の反射率ＲLを０．０１％程度まで低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１／１０００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１ＴLの第１の反射率ＲLを、第１の端面１ＴLが第１の劈開面１ＣLに対して垂直に開口し、かつ反射防止コーティングを施さない場合に較べ１／１０程度にすることが望ましい。
図２は、導波路交差角度φ（φa＜φb＜φc＜φd）と反射率Ｒとの関係（［数１］）を示すグラフであって、導波路１Ｇを伝播する光のスポットサイズω（ωa＜ωb＜ωc＜ωd）をパラメータとしている。
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］についても同様である。
図２のグラフから、第１の端面１ＴLの第１の反射率ＲLを１０％に設定したとき、第１のスポットサイズωLとして例えばωｄを選択すると、第１の端面１ＴLの法線と導波路１Ｇの第１の端面１ＴL側の光軸とが成す第１の角度である導波路交差角度φLはφaとなる。
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。
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］により求まった屈折率ｎと端面から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。
即ち、図３の破線は、導波路交差角度φ一定（φ1＜φ2＜φ3＜φ4）の条件における導波路幅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。
なお、第１の端面１ＴLから放射される光の出射角度θLは、半導体光素子とこの半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いて決定される。例えば、出射角度θLを２０度とする必要がある場合には、［数５］が成立する。
以下に、第１の端面１ＴL側の導波路交差角度φLと第１の導波路断面１ＳLの幅である導波路幅ＷLを決定する手順を説明する。
（１）第１の反射率ＲL（例えば、１０％）と出射角度θL（例えば、２０度）を設定する。
（２）［数４］（図３の破線）より、出射角度θLに対して取り得る導波路交差角度φLの候補（例えば、φ2≦φ≦φ4となるφ）を仮定する。
（３）［数４］（図３の破線）より、出射角度θがθL、導波路交差角度φがφ2≦φ≦φ4となるときの導波路幅Ｗ（Ｗ1≦Ｗ≦Ｗ3）を求める。なお、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ポットサイズωの変化がより緩やかである範囲（例えば、Ｗ2≦Ｗ≦Ｗ3）の導波路幅Ｗを導波路幅ＷLの候補とするとよい。
（４）［数２］（図３の実線）より、導波路幅ＷLの候補それぞれについてスポットサイズω（ω1≦ω≦ω2）を求め、導波路交差角度φLと第１のスポットサイズωLの候補の組を決定する。
（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ＲLが１０％となる導波路交差角度φLと第１のスポットサイズωLの組を選択し、対応する導波路幅ＷLを決定する。
例えば、第１の端面１ＴLの屈折率が３．２となる導波路幅ＷL（３．５〜４．５μｍ）を選択すると、導波路交差角度φLは６．１度となる。
次に、第２の端面１ＴH側の導波路交差角度φHと第２の導波路断面１ＳHの幅である導波路幅ＷHを決定する手順を説明する。
第２の端面１ＴHは高反射率にする必要があるが、図２に示すように、導波路交差角度φを一定とした場合には、スポットサイズω（ωa＜ωb＜ωc＜ωd）を小さくするほど反射率は大きくなる。従って、第２の端面１ＴHの第２のスポットサイズωH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。
なお、導波路幅ＷLが、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ポットサイズωの変化がより緩やかである範囲（例えば、Ｗ2≦Ｗ≦Ｗ3）の値である場合には、第２の端面１ＴHにおける導波路幅WHは、第１の端面１ＴLにおける導波路幅ＷLより小さくなる。
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Ｗ0で最小値をとる。
スポットサイズωの最小値がωcである場合には、第２の端面１ＴH側の反射率を２０％程度確保しようとすると、図２から導波路交差角度φHをφa＜φH＜φbとする必要があることが判る。
第２の端面１ＴHからの光の出射角度θHを第１の端面１ＴLからの光の出射角度θLと同じく２０度とする場合には、導波路交差角度φHの正弦値と第２の端面１ＴHの屈折率ｎHとの積は［数６］を満足しなければならない。
屈折率ｎHは［数２］を用いて導波路幅ＷHの関数として定まるので、導波路交差角度φHが定まることとなる。
例えば、導波路幅ＷHが１．８μｍであるときの屈折率ｎHが３．３であれば、導波路交差角度φH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。
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。
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。
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。
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。
第４段階：ウェ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をエッ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。
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。
第６段階：ＳｉＮｘ層１６をフッ酸により、キャップ層１５を硫酸と過酸化水素水の混合液により除去する。
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。
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、ウエハを完成する。
第９段階：ウエハを所定位置（Ｘ1Ｘ1’、Ｘ2Ｘ2’、Ｘ3Ｘ3’等）で劈開面が平行になるように劈開して、複数の素子が横に連なったバーを形成する。
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。
第１１段階：バーを半導体光素子ごとに所定位置（Ｙ1Ｙ1’、Ｙ2Ｙ2’、Ｙ3Ｙ3’、Ｙ4Ｙ4’等）で切断する。
導波路１Ｇは、図６の第１の端面１ＴLおよび第２の端面１ＴHの近傍の拡大図に示すように、第１の端面１ＴLから所定長さ１ＬLにわたって第１の幅１ＤLを有する第１の直線部と第２の端面１ＴHから所定長さ１ＬHにわたって第２の幅１ＤHを有する第２の直線部とを含むことが望ましい。
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の直線部に向かっ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。
導波路１Ｇの両端に直線部を設ける理由は、第１の劈開面１ＣLおよび第２の劈開面１ＣH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。
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１ＴLの外側光軸上には波長選択性を有する反射鏡２１（例えば液晶チューナブルミラー）が、第２の端面１ＴHの外側光軸上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。
第１の端面１ＴLおよび第２の端面１ＴHにおける光の出射角度は同一角度θであるので、反射鏡２１の光軸ＸL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ＸHを相互に平行とすることが可能となる。
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１ＴL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１ＴHで反射されるが、一部は第２の端面１ＴHから出射してコリメータレンズ２２および光ファイバ接続端子２３を介して光ファイバに送出される。
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。
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。
［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。
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１ＴLから出射された光の特定波長光を選択的に第１の端面１ＴL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１の第２の端面１ＴHから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。
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、再帰性反射ミラー４３と、アクチュエータ（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。
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。
半導体光素子１の高反射率端面である第２の端面１ＴHに到達した光の一部は第２の端面１ＴHで反射されるが、一部は第２の端面１ＴHから出射して光出力手段５を構成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。
半導体光素子１の低反射率端面である第１の端面１ＴLから出射された光は、コリメータレンズ４１で平行化され、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。
再帰性反射ミラー４３は回転中心４４を中心として、アクチュエータ（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。
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とで構成されている。
半導体光素子１の低反射率端面である第１の端面１ＴLから出射された光は、半導体光素子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。
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ってよい。
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。
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。
半導体光素子１の低反射率端面である第１の端面１ＴLから出射された光は、コリメータレンズ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。
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。
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。
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。
半導体光素子１の低反射率端面である第１の端面１ＴLから出射された光は、コリメータレンズ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。
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。
図１２はＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）４０を用い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、先端をレンズ形状に加工したＦＢＧ４０とで構成されている。
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。
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 (6)

  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からなる第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く、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からなる第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。
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