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JP6928824B2 - Optical waveguide structure - Google Patents
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JP6928824B2 - Optical waveguide structure - Google Patents

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JP6928824B2 JP2017043153A JP2017043153A JP6928824B2 JP 6928824 B2 JP6928824 B2 JP 6928824B2 JP 2017043153 A JP2017043153 A JP 2017043153A JP 2017043153 A JP2017043153 A JP 2017043153A JP 6928824 B2 JP6928824 B2 JP 6928824B2
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Description

本発明は、光導波路構造に関するものである。 The present invention relates to an optical waveguide structure.

光導波路構造を備える半導体レーザ素子において、光導波路構造を構成する光導波層や回折格子層の屈折率を、ヒータによって加熱することで変化させて、レーザ発振波長を変化させる技術が知られている(たとえば、特許文献1)。ヒータによる加熱の効率を高めるために、光導波層と基板との間に熱伝導率が低い層や領域を設ける技術が特許文献2〜4に開示されている。 In a semiconductor laser element having an optical waveguide structure, a technique is known in which the refractive index of the optical waveguide layer or the diffraction grating layer constituting the optical waveguide structure is changed by heating with a heater to change the laser oscillation wavelength. (For example, Patent Document 1). Patent Documents 2 to 4 disclose techniques for providing a layer or region having low thermal conductivity between an optical waveguide layer and a substrate in order to increase the efficiency of heating by a heater.

国際公開第2016/152274号International Publication No. 2016/152274 特開2015−12176号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-12176 特許第5303580号公報Japanese Patent No. 5303580 米国特許第8236589号明細書U.S. Pat. No. 8,236,589

上記特許文献2〜4にも開示されているように、ヒータによる加熱の効率を高めることが要求されている。しかしながら、熱伝導率が低い層や領域が、半導体の酸化層などの誘電体層や、空気等の気体で満たされた空洞領域の場合は、半導体との屈折率差が大きい。そのため、これらの層や領域を用いる場合には、光導波路構造の光導波特性に影響を与えないように、例えば光導波層から離れた場所に設けなければならない等、構造設計が制約を受ける場合がある。 As disclosed in Patent Documents 2 to 4, it is required to improve the efficiency of heating by the heater. However, when the layer or region having low thermal conductivity is a dielectric layer such as an oxide layer of a semiconductor or a hollow region filled with a gas such as air, the difference in refractive index from the semiconductor is large. Therefore, when these layers and regions are used, the structural design is restricted, for example, they must be provided at a location away from the optical waveguide layer so as not to affect the optical waveguide characteristics of the optical waveguide structure. In some cases.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ヒータによる加熱効率を高めるとともに、構造設計の制約がより少ない光導波路構造を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide an optical waveguide structure in which the heating efficiency by a heater is improved and the structural design is less restricted.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る光導波路構造は、基板と、前記基板上に位置する下部クラッド層と、前記下部クラッド層上に位置する光導波層と、前記光導波層上に位置する上部クラッド層と、前記上部クラッド層上に位置するヒータと、前記基板と前記光導波層との間に位置し、互いに異なる半導体材料からなる半導体部分が堆積方向において隣接するように堆積した堆積構造部と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the optical waveguide structure according to one aspect of the present invention includes a substrate, a lower clad layer located on the substrate, and an optical waveguide located on the lower clad layer. A layer, an upper clad layer located on the optical waveguide layer, a heater located on the upper clad layer, and a semiconductor portion located between the substrate and the optical waveguide layer and made of different semiconductor materials. It is characterized by including a sedimentary structure that is deposited so as to be adjacent to each other in the sedimentary direction.

本発明の一態様に係る光導波路構造は、前記半導体部分は半導体層であり、前記堆積構造部は、互いに異なる半導体材料からなる前記半導体層が交互に、合計で3層以上積層した構造を含んでいることを特徴とする。 In the optical waveguide structure according to one aspect of the present invention, the semiconductor portion is a semiconductor layer, and the sedimentary structure portion includes a structure in which the semiconductor layers made of different semiconductor materials are alternately laminated, and a total of three or more layers are laminated. It is characterized by being.

本発明の一態様に係る光導波路構造は、前記各半導体層の厚さは100nm以下であることを特徴とする。 The optical waveguide structure according to one aspect of the present invention is characterized in that the thickness of each semiconductor layer is 100 nm or less.

本発明の一態様に係る光導波路構造は、前記各半導体層の厚さは50nm以下であることを特徴とする。 The optical waveguide structure according to one aspect of the present invention is characterized in that the thickness of each semiconductor layer is 50 nm or less.

本発明の一態様に係る光導波路構造は、前記基板はInPからなることを特徴とする。 The optical waveguide structure according to one aspect of the present invention is characterized in that the substrate is made of InP.

本発明の一態様に係る光導波路構造は、前記互いに異なる半導体材料は、InP、GaInAs、GaInAsP、AlInAs、及びAlInGaAsから選択される2種以上であることを特徴とする。 The optical waveguide structure according to one aspect of the present invention is characterized in that the semiconductor materials different from each other are two or more selected from InP, GaInAs, GaInAsP, AlInAs, and AlInGaAs.

本発明の一態様に係る光導波路構造は、前記半導体部分は起伏のある界面を形成していることを特徴とする。 The optical waveguide structure according to one aspect of the present invention is characterized in that the semiconductor portion forms an undulating interface.

本発明の一態様に係る光導波路構造は、前記互いに異なる半導体材料は、InGaAs及びInAsから選択される1種以上、並びに、InP、GaInAs、GaInAsP、AlInAs、及びAlInGaAsから選択される1種以上であることを特徴とする。 In the optical waveguide structure according to one aspect of the present invention, the semiconductor materials different from each other are one or more selected from InGaAs and InAs, and one or more selected from InP, GaInAs, GaInAsP, AlInAs, and AlInGaAs. It is characterized by being.

本発明の一態様に係る光導波路構造は、前記光導波層に対して前記上部クラッド層側又は前記下部クラッド層側に位置する回折格子層をさらに備えることを特徴とする。 The optical waveguide structure according to one aspect of the present invention is further provided with a diffraction grating layer located on the upper clad layer side or the lower clad layer side with respect to the optical waveguide layer.

本発明の一態様に係る光導波路構造は、前記光導波層は活性コア層であり、前記活性コア層に電流を注入するための電極をさらに備えることを特徴とする。 The optical waveguide structure according to one aspect of the present invention is characterized in that the optical waveguide layer is an active core layer and further includes an electrode for injecting an electric current into the active core layer.

本発明によれば、ヒータによる加熱効率を高めるとともに、構造設計の制約がより少ない光導波路構造を実現できるという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to increase the heating efficiency by the heater and to realize an optical waveguide structure with less restrictions on the structural design.

図1は、実施形態1に係る光導波路構造を含む波長可変レーザ素子の構成を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of a tunable laser device including an optical waveguide structure according to the first embodiment. 図2は、図1のA−A線断面、B−B線断面を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a cross section taken along the line AA and a cross section taken along the line BB of FIG. 図3は、図2の堆積構造部の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the structure of the sedimentary structure of FIG. 図4は、実施形態2に係る光導波路構造を含む波長可変レーザ素子の構成を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic view showing the configuration of a tunable laser device including the optical waveguide structure according to the second embodiment. 図5は、図4のC−C線断面、D−D線断面を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a cross section taken along the line CC and a cross section taken along the DD line of FIG. 図6は、図5の堆積構造部の構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the structure of the sedimentary structure of FIG. 図7は、光導波路構造の変形例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a modified example of the optical waveguide structure.

以下に、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一又は対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、図中で適宜xyz座標軸を示し、これにより方向を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to this embodiment. Further, in the description of the drawings, the same or corresponding elements are appropriately designated by the same reference numerals. In addition, it should be noted that the drawings are schematic, and the dimensional relationship of each element, the ratio of each element, and the like may differ from the reality. Even between drawings, there may be parts where the relationship and ratio of dimensions are different from each other. In addition, the xyz coordinate axes are appropriately shown in the drawings, and the directions will be described thereby.

(実施形態1)
図1は、実施形態1に係る光導波路構造を含む波長可変レーザ素子の構成を示す模式図である。波長可変レーザ素子100は、共通の基部S上に形成された、第1光導波路部10と第2光導波路部20とを備えている。基部Sはたとえばn型InPからなる。なお、基部Sの裏面にはn側電極30が形成されている。n側電極30は、たとえばAuGeNiを含んで構成され、基部Sとオーミック接触する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a tunable laser device including an optical waveguide structure according to the first embodiment. The tunable laser element 100 includes a first optical waveguide portion 10 and a second optical waveguide portion 20 formed on a common base portion S. The base S is composed of, for example, an n-type InP. An n-side electrode 30 is formed on the back surface of the base portion S. The n-side electrode 30 includes, for example, AuGeNi, and makes ohmic contact with the base S.

第1光導波路部10は、光導波路11と、積層部12と、p側電極13と、Tiからなるマイクロヒータ14と、2つの電極パッド15とを備えている。第1光導波路部10は、埋め込み構造を有しており、光導波路11は、積層部12内にz方向に延伸するように形成されている。積層部12は、光導波路11に対してクラッド部の機能等を備える。 The first optical waveguide portion 10 includes an optical waveguide 11, a laminated portion 12, a p-side electrode 13, a microheater 14 made of Ti, and two electrode pads 15. The first optical waveguide portion 10 has an embedded structure, and the optical waveguide 11 is formed so as to extend in the z-direction in the laminated portion 12. The laminated portion 12 has a function of a clad portion with respect to the optical waveguide 11.

p側電極13は、積層部12上において、光導波路11の所定の部分に沿うように配置されている。なお、積層部12には後述するSiN保護膜が形成されており、p側電極13はSiN保護膜に形成された開口部を介して積層部12に接触している。マイクロヒータ14は、積層部12のSiN保護膜上において、光導波路11の所定の部分に沿うように配置されている。各電極パッド15は、積層部12のSiN保護膜上に配置され、マイクロヒータ14と電気的に接続している。マイクロヒータ14は、各電極パッド15を介して電流を供給されることによって発熱する。 The p-side electrode 13 is arranged on the laminated portion 12 along a predetermined portion of the optical waveguide 11. A SiN protective film, which will be described later, is formed on the laminated portion 12, and the p-side electrode 13 is in contact with the laminated portion 12 via an opening formed in the SiN protective film. The microheater 14 is arranged along a predetermined portion of the optical waveguide 11 on the SiN protective film of the laminated portion 12. Each electrode pad 15 is arranged on the SiN protective film of the laminated portion 12 and is electrically connected to the microheater 14. The microheater 14 generates heat by being supplied with an electric current via each electrode pad 15.

図2(a)、(b)は、それぞれ、図1のA−A線断面、B−B線断面を示す図である。 2 (a) and 2 (b) are views showing a cross section taken along line AA and a cross section taken along line BB of FIG. 1, respectively.

図2(a)に示すように、A−A線断面において積層部12は、基部Sを構成するn型InP基板上に、下部クラッド層12aを有している。下部クラッド層12aは、n型InPからなる第1層12a1と、n型半導体からなる堆積構造部12abと、n型InPからなる第2層12a2とが、図1のy方向に沿ってこの順番で積層した構造を有する。 As shown in FIG. 2A, in the AA line cross section, the laminated portion 12 has a lower clad layer 12a on the n-type InP substrate constituting the base portion S. In the lower clad layer 12a, the first layer 12a1 made of n-type InP, the sedimentary structure portion 12ab made of n-type semiconductor, and the second layer 12a2 made of n-type InP are arranged in this order along the y direction of FIG. It has a structure laminated with.

下部クラッド層12a上には、A−A線断面における光導波路11である、光導波層としての活性コア層11aが積層している。さらに活性コア層11a上には、p型InPからなる上部クラッド層12bが積層している。下部クラッド層12aの上部、活性コア層11a及び上部クラッド層12bは、エッチング等により、1.55μm帯の光をシングルモードで光導波するのに適した幅(たとえば2μm)にされたストライプメサ構造になっている。ストライプメサ構造の両脇(紙面左右方向)は、p型InP埋め込み層12c及びn型InP電流ブロッキング層12dからなる電流ブロッキング構造を有した埋め込み構造となっている。さらに、上部クラッド層12b及び埋め込み構造の上には、p型半導体層12eが積層している。p型半導体層12eは、p型InPからなる上部クラッド層12eaと、上部クラッド層12ea上に積層したp型InGaAsからなり積層部12の最上層を形成するコンタクト層12ebと、で構成されている。p型半導体層12eは、少なくとも上部クラッド層12bの直上からその両脇の埋め込み構造にわたって設けられている。積層部12には積層部12を覆うようにSiN保護膜16が形成されている。p側電極13はAuZnを含んで構成されており、活性コア層11aに沿ってコンタクト層12eb上に形成されており、SiN保護膜16の開口部16aを介してコンタクト層12ebとオーミック接触している。以上の構成により、n側電極30及びp側電極13から活性コア層11aへの電流注入が可能になっている。 An active core layer 11a as an optical waveguide layer, which is an optical waveguide 11 in the AA line cross section, is laminated on the lower clad layer 12a. Further, an upper clad layer 12b made of p-type InP is laminated on the active core layer 11a. The upper part of the lower clad layer 12a, the active core layer 11a, and the upper clad layer 12b have a striped mesa structure having a width (for example, 2 μm) suitable for optical waveguide of 1.55 μm band light in a single mode by etching or the like. It has become. Both sides of the striped mesa structure (in the left-right direction of the paper surface) have an embedded structure having a current blocking structure composed of a p-type InP embedded layer 12c and an n-type InP current blocking layer 12d. Further, a p-type semiconductor layer 12e is laminated on the upper clad layer 12b and the embedded structure. The p-type semiconductor layer 12e is composed of an upper clad layer 12ea made of p-type InP and a contact layer 12eb made of p-type InGaAs laminated on the upper clad layer 12ea and forming the uppermost layer of the laminated portion 12. .. The p-type semiconductor layer 12e is provided from at least directly above the upper clad layer 12b over the embedded structures on both sides thereof. A SiN protective film 16 is formed on the laminated portion 12 so as to cover the laminated portion 12. The p-side electrode 13 is composed of AuZn, is formed on the contact layer 12eb along the active core layer 11a, and is in ohmic contact with the contact layer 12eb through the opening 16a of the SiN protective film 16. There is. With the above configuration, it is possible to inject a current from the n-side electrode 30 and the p-side electrode 13 into the active core layer 11a.

活性コア層11aは、交互に積層された複数の井戸層と複数のバリア層を含んで構成された多重量子井戸構造と、多重量子井戸構造を上下から挟む下部及び上部光閉じ込め層とを有しており、電流注入により発光する。この活性コア層11aの多重量子井戸構造を構成する井戸層及びバリア層は、各々組成が異なるGaInAsPからなり、活性コア層11aからの発光波長帯は、本実施形態では1.55μm帯である。下部光閉じ込め層はn型のGaInAsPからなる。上部光閉じ込め層はp型GaInAsPからなる。下部及び上部光閉じ込め層のバンドギャップ波長は、活性コア層11aのバンドギャップ波長より短い波長に設定されている。 The active core layer 11a has a multiple quantum well structure including a plurality of well layers and a plurality of barrier layers that are alternately laminated, and a lower and upper light confinement layers that sandwich the multiple quantum well structure from above and below. It emits light by injecting an electric current. The well layer and the barrier layer constituting the multiple quantum well structure of the active core layer 11a are made of GaInAsP having different compositions, and the emission wavelength band from the active core layer 11a is a 1.55 μm band in this embodiment. The lower light confinement layer is composed of n-type GaInAsP. The upper light confinement layer is made of p-type GaInAsP. The bandgap wavelengths of the lower and upper light confinement layers are set to be shorter than the bandgap wavelengths of the active core layer 11a.

また、図2(b)に示すように、B−B線断面において積層部12は、図2(a)に示す構造において、活性コア層11a及び上部クラッド層12bを、光導波層11ca、スペーサ層12f、及び回折格子層11cbに置き換えた構造を有している。また、マイクロヒータ14が、光導波層11ca、スペーサ層12f、及び回折格子層11cbに沿って、SiN保護膜16上に設けられている。光導波層11ca、スペーサ層12f、及び回折格子層11cbが、B−B線断面における光導波路11である。積層部12において、活性コア層11aと光導波層11caとはz方向に沿って直列に配置されている。 Further, as shown in FIG. 2B, in the cross section of the line BB, the lamination portion 12 has the active core layer 11a and the upper clad layer 12b, the optical waveguide layer 11ca, and the spacer in the structure shown in FIG. 2A. It has a structure in which the layer 12f and the diffraction grating layer 11cc are replaced. Further, the microheater 14 is provided on the SiN protective film 16 along the optical waveguide layer 11ca, the spacer layer 12f, and the diffraction grating layer 11cc. The optical waveguide layer 11ca, the spacer layer 12f, and the diffraction grating layer 11cc are the optical waveguide 11 in the BB line cross section. In the laminated portion 12, the active core layer 11a and the optical waveguide layer 11ca are arranged in series along the z direction.

光導波層11caは、GaInAsPからなる。光導波層11caのバンドギャップ波長は、活性コア層11aのバンドギャップ波長より短いことが好ましく、たとえば1.2μmである。 The optical waveguide layer 11ca is made of GaInAsP. The bandgap wavelength of the optical waveguide layer 11ca is preferably shorter than the bandgap wavelength of the active core layer 11a, for example, 1.2 μm.

回折格子層11cbは、p型InPからなるスペーサ層12fを挟んで光導波層11caの近傍かつ直上に光導波層11caに沿って設けられた標本化回折格子(Sampled Grating)を含む層であり、DBR(Distributed Bragg Reflector)型の回折格子層として形成されている。すなわち、回折格子層11cbは、光導波層11caに対して上部クラッド層12ea側に位置する。回折格子層11cbは、p型GaInAsP層にz方向に沿って標本化回折格子が形成され、回折格子の溝はInPで埋め込まれた構成を有する。回折格子層11cbにおいて回折格子の格子間隔は一定であるが標本化されており、これにより波長に対し略周期的な反射応答を示す。回折格子層11cbのp型GaInAsP層のバンドギャップ波長は活性コア層11aのバンドギャップ波長より短いことが好ましく、たとえば1.2μmである。 The diffraction grating layer 11cc is a layer including a sampled diffraction grating (Sampled Grating) provided along the optical waveguide layer 11ca in the vicinity of and directly above the optical waveguide layer 11ca with the spacer layer 12f made of p-type InP interposed therebetween. It is formed as a DBR (Distributed Bragg Reflector) type diffraction grating layer. That is, the diffraction grating layer 11cc is located on the upper clad layer 12ea side with respect to the optical waveguide layer 11ca. The diffraction grating layer 11cc has a structure in which a sampled diffraction grating is formed in the p-type GaInAsP layer along the z direction, and the groove of the diffraction grating is embedded with InP. In the diffraction grating layer 11cc, the lattice spacing of the diffraction grating is constant but sampled, thereby exhibiting a substantially periodic reflection response with respect to the wavelength. The bandgap wavelength of the p-type GaInAsP layer of the diffraction grating layer 11cc is preferably shorter than the bandgap wavelength of the active core layer 11a, for example, 1.2 μm.

さらに、上述したように、マイクロヒータ14は、各電極パッド15を介して電流を供給されることによって発熱し、回折格子層11cbを加熱する。供給される電流量を変化させることによって回折格子層11cbの温度が変化し、その屈折率が変化する。 Further, as described above, the microheater 14 generates heat by being supplied with an electric current via each electrode pad 15, and heats the diffraction grating layer 11cc. By changing the amount of supplied current, the temperature of the diffraction grating layer 11cc changes, and its refractive index changes.

ここで、堆積構造部12abについてより具体的に説明する。堆積構造部12abは、基部Sと光導波層(光導波層11ca及び活性コア層11a)との間に位置している。図3は、堆積構造部12abの構成を示す図である。堆積構造部12abは、互いに異なる半導体材料からなる半導体部分である半導体層12ab1と半導体層12ab2とが、交互に、合計で3層以上、堆積方向において隣接するように積層した構造を含んでいる。本実施形態1では、半導体層12ab1は、InPと格子整合する組成のn型GaInAsからなり、その厚さは10nmである。また、半導体層12ab2は、n型InPからなり、その厚さは10nmである。そして、堆積構造部12abでは、半導体層12ab1と半導体層12ab2とが、交互に、合計で49層積層している。半導体層12ab1は合計で25層あり、半導体層12ab2は合計で24層ある。堆積構造部12abの厚さは490nmである。 Here, the sedimentary structure 12ab will be described more specifically. The sedimentary structures 12ab are located between the base S and the optical waveguide layer (optical waveguide layer 11ca and active core layer 11a). FIG. 3 is a diagram showing the structure of the sedimentary structure 12ab. The sedimentary structure 12ab includes a structure in which semiconductor layers 12ab1 and semiconductor layers 12ab2, which are semiconductor portions made of different semiconductor materials, are alternately laminated so as to be adjacent to each other in a total of three or more layers in the deposition direction. In the first embodiment, the semiconductor layer 12ab1 is composed of n-type GaInAs having a composition lattice-matched with InP, and the thickness thereof is 10 nm. The semiconductor layer 12ab2 is made of n-type InP and has a thickness of 10 nm. Then, in the sedimentary structure portion 12ab, the semiconductor layers 12ab1 and the semiconductor layers 12ab2 are alternately laminated in a total of 49 layers. The semiconductor layer 12ab1 has a total of 25 layers, and the semiconductor layer 12ab2 has a total of 24 layers. The thickness of the sedimentary structures 12ab is 490 nm.

図1に戻って、第2光導波路部20について説明する。第2光導波路部20は、2分岐部21と、2つのアーム部22、23と、リング状導波路24と、Tiからなるマイクロヒータ25とを備えている。 Returning to FIG. 1, the second optical waveguide portion 20 will be described. The second optical waveguide portion 20 includes a two-branch portion 21, two arm portions 22, 23, a ring-shaped waveguide 24, and a microheater 25 made of Ti.

2分岐部21は、1×2型の多モード干渉型(MMI)導波路21aを含む1×2型の分岐型導波路で構成され、2ポート側が2つのアーム部22、23のそれぞれに接続されるとともに1ポート側が第1光導波路部10側に接続されている。2分岐部21により、2つのアーム部22、23は、その一端が統合され、回折格子層11cbと光学的に結合される。 The two-branch portion 21 is composed of a 1 × 2 type bifurcated waveguide including a 1 × 2 type multimode interference type (MMI) waveguide 21a, and the two port side is connected to each of the two arm portions 22 and 23. At the same time, the 1-port side is connected to the 1st optical waveguide portion 10 side. One ends of the two arm portions 22 and 23 are integrated by the two-branch portion 21, and the two arm portions 22 and 23 are optically coupled to the diffraction grating layer 11cc.

アーム部22、23は、いずれもz方向に延伸し、リング状導波路24を挟むように配置されている。アーム部22、23はリング状導波路24と近接し、いずれも同一の結合係数κでリング状導波路24と光学的に結合している。κの値はたとえば0.2である。アーム部22、23とリング状導波路24とは、リング共振器フィルタRF1を構成している。また、リング共振器フィルタRF1と2分岐部21とは、反射ミラーM1を構成している。マイクロヒータ25はリング状であり、リング状導波路24を覆うように形成されたSiN保護膜上に配置されている。マイクロヒータ25は、電流を供給されることによって発熱し、リング状導波路24を加熱する。供給される電流量を変化させることによってリング状導波路24の温度が変化し、その屈折率が変化する。 Both the arm portions 22 and 23 extend in the z direction and are arranged so as to sandwich the ring-shaped waveguide 24. The arm portions 22 and 23 are close to the ring-shaped waveguide 24, and both are optically coupled to the ring-shaped waveguide 24 with the same coupling coefficient κ. The value of κ is, for example, 0.2. The arm portions 22 and 23 and the ring-shaped waveguide 24 form a ring resonator filter RF1. Further, the ring resonator filter RF1 and the two-branch portion 21 form a reflection mirror M1. The microheater 25 has a ring shape and is arranged on a SiN protective film formed so as to cover the ring-shaped waveguide 24. The microheater 25 generates heat when an electric current is supplied to heat the ring-shaped waveguide 24. By changing the amount of supplied current, the temperature of the ring-shaped waveguide 24 changes, and its refractive index changes.

2分岐部21、アーム部22、23、及びリング状導波路24は、いずれも、GaInAsPからなる光導波層20aが下部クラッド層及び上部クラッド層によって挟まれたハイメサ導波路構造を有している。下部クラッド層は、下部クラッド層12aと同様に、n型InPからなる第1層と、n型半導体からなり、図3に示す構成を有する堆積構造部と、n型InPからなる第2層と、がこの順番で積層した構造を有する。上部クラッド層はp型InPからなる。 The two branch portions 21, the arm portions 22, 23, and the ring-shaped waveguide 24 all have a high-mesa waveguide structure in which the optical waveguide layer 20a made of GaInAsP is sandwiched between the lower clad layer and the upper clad layer. .. Similar to the lower clad layer 12a, the lower clad layer includes a first layer made of n-type InP, a sedimentary structure portion made of an n-type semiconductor and having the configuration shown in FIG. 3, and a second layer made of n-type InP. , Have a structure in which they are laminated in this order. The upper clad layer is made of p-type InP.

また、アーム部23の一部のSiN保護膜上には、マイクロヒータ26が配置されている。アーム部23のうちマイクロヒータ26の下方の領域は、光の位相を変化させる位相調整部27として機能する。マイクロヒータ26は、電流を供給されることによって発熱し、位相調整部27を加熱する。供給される電流量を変化させることによって位相調整部27の温度が変化し、その屈折率が変化する。 Further, a microheater 26 is arranged on a part of the SiN protective film of the arm portion 23. The region of the arm portion 23 below the microheater 26 functions as a phase adjusting portion 27 that changes the phase of light. The microheater 26 generates heat when an electric current is supplied, and heats the phase adjusting unit 27. By changing the amount of supplied current, the temperature of the phase adjusting unit 27 changes, and its refractive index changes.

第1光導波路部10と第2光導波路部20は、互いに光学的に接続された一組の波長選択要素である回折格子層11cbと反射ミラーM1とにより構成される、光共振器C1を構成している。 The first optical waveguide portion 10 and the second optical waveguide portion 20 constitute an optical resonator C1 composed of a diffraction grating layer 11 cc, which is a set of wavelength selection elements optically connected to each other, and a reflection mirror M1. doing.

波長可変レーザ素子100において、回折格子層11cbは、略所定の波長間隔で略周期的な反射特性を有する第一の櫛状反射スペクトルを生成する。一方、リング共振器フィルタRF1は、略所定の波長間隔で略周期的な反射特性を有する第二の櫛状反射スペクトルを生成する。第二の櫛状反射スペクトルは、第一の櫛状反射スペクトルのピークの半値全幅よりも狭い半値全幅のピークを有し、第一の櫛状反射スペクトルの波長間隔とは異なる波長間隔で略周期的な反射特性を有する。但し、屈折率の波長分散を考慮すると、スペクトル成分は厳密には等波長間隔になっていないことに注意が必要である。 In the tunable laser element 100, the diffraction grating layer 11cc generates a first comb-shaped reflection spectrum having substantially periodic reflection characteristics at substantially predetermined wavelength intervals. On the other hand, the ring resonator filter RF1 generates a second comb-shaped reflection spectrum having a reflection characteristic that is substantially periodic at predetermined wavelength intervals. The second comb-like reflection spectrum has a half-value full-width peak narrower than the half-value full width of the peak of the first comb-like reflection spectrum, and has a substantially period at a wavelength interval different from the wavelength interval of the first comb-like reflection spectrum. Reflective characteristics. However, considering the wavelength dispersion of the refractive index, it should be noted that the spectral components are not strictly at equal wavelength intervals.

各櫛状反射スペクトルの特性について例示すると、第一の櫛状反射スペクトルのピーク間の波長間隔(自由スペクトル領域:FSR)は光の周波数で表すと373GHzである。また、第二の櫛状反射スペクトルのピーク間の波長間隔(FSR)は光の周波数で表すと400GHzである。 To exemplify the characteristics of each comb-shaped reflection spectrum, the wavelength interval (free spectrum region: FSR) between the peaks of the first comb-shaped reflection spectrum is 373 GHz in terms of the frequency of light. The wavelength interval (FSR) between the peaks of the second comb-shaped reflection spectrum is 400 GHz in terms of the frequency of light.

波長可変レーザ素子100において、レーザ発振を実現するために、第一の櫛状反射スペクトルのピークの一つと第二の櫛状反射スペクトルのピークの一つとを波長軸上で重ね合わせ可能に構成されている。このような重ね合わせは、マイクロヒータ14及びマイクロヒータ25の少なくともいずれか一つを用いて、マイクロヒータ14により回折格子層11cbを加熱して熱光学効果によりその屈折率を変化させて第一の櫛状反射スペクトルを波長軸上で全体的に移動させて変化させる、及び、マイクロヒータ25によりリング状導波路24を加熱してその屈折率を変化させて第二の櫛状反射スペクトルを波長軸上で全体的に移動させて変化させる、の少なくともいずれか一つを行うことにより、実現することができる。 In the tunable laser element 100, in order to realize laser oscillation, one of the peaks of the first comb-shaped reflection spectrum and one of the peaks of the second comb-shaped reflection spectrum can be superposed on the wavelength axis. ing. In such superposition, at least one of the microheater 14 and the microheater 25 is used to heat the diffraction grating layer 11cc by the microheater 14 and change the refractive index by the thermooptical effect. The comb-shaped reflection spectrum is moved and changed as a whole on the wavelength axis, and the ring-shaped waveguide 24 is heated by the microheater 25 to change its refractive index to change the second comb-shaped reflection spectrum on the wavelength axis. This can be achieved by doing at least one of moving and changing the whole thing above.

一方、波長可変レーザ素子100において、光共振器C1による共振器モードが存在する。波長可変レーザ素子100においては、共振器モードの間隔(縦モード間隔)は25GHz以下となるように光共振器C1の共振器長が設定されている。なお、光共振器C1の共振器モードの波長は、マイクロヒータ26を用いて位相調整部27を加熱してその屈折率を変化させて共振器モードの波長を波長軸上で全体的に移動させることにより微調整することができる。すなわち、位相調整部27は、光共振器C1の光路長を能動的に制御するための部分である。 On the other hand, in the tunable laser element 100, there is a resonator mode by the optical resonator C1. In the tunable laser element 100, the resonator length of the optical resonator C1 is set so that the interval between the resonator modes (longitudinal mode interval) is 25 GHz or less. As for the wavelength of the resonator mode of the optical resonator C1, the phase adjusting unit 27 is heated by using the microheater 26 to change its refractive index, and the wavelength of the resonator mode is moved as a whole on the wavelength axis. This can be fine-tuned. That is, the phase adjusting unit 27 is a part for actively controlling the optical path length of the optical resonator C1.

波長可変レーザ素子100は、n側電極30及びp側電極13から活性コア層11aへ電流を注入し、活性コア層11aを発光させると、第一の櫛状反射スペクトルのスペクトル成分のピーク、第二の櫛状反射スペクトルのスペクトル成分のピーク、及び光共振器C1の共振器モードの一つが一致した波長、たとえば1550nmでレーザ発振し、レーザ光L1を出力するように構成されている。 In the wavelength variable laser element 100, when a current is injected from the n-side electrode 30 and the p-side electrode 13 into the active core layer 11a to cause the active core layer 11a to emit light, the peak of the spectral component of the first comb-shaped reflection spectrum, the first The peak of the spectral component of the second comb-shaped reflection spectrum and one of the resonator modes of the optical resonator C1 are configured to oscillate the laser at a matching wavelength, for example, 1550 nm, and output the laser beam L1.

また、波長可変レーザ素子100では、バーニア効果を利用してレーザ発振波長を変化させることができる。たとえば、回折格子層11cbをマイクロヒータ14で加熱すると、熱光学効果により回折格子層11cbの屈折率が上昇し、回折格子層11cbの反射スペクトル(第一の櫛状反射スペクトル)は全体的に長波側にシフトする。その結果、1550nm付近における、第一の櫛状反射スペクトルのピークは、リング共振器フィルタRF1の反射スペクトル(第二の櫛状反射スペクトル)のピークとの重なりが解かれ、長波側に存在する、第二の櫛状反射スペクトルの別のピーク(たとえば1556nm付近)に重なる。さらに、位相調整部27をチューニングして共振器モードを微調し、共振器モードの1つを、2つの櫛状反射スペクトルに重ねることで、1556nm付近でのレーザ発振を実現できる。 Further, in the tunable laser element 100, the laser oscillation wavelength can be changed by utilizing the vernier effect. For example, when the diffraction grating layer 11cc is heated by the microheater 14, the refractive index of the diffraction grating layer 11cc increases due to the thermooptical effect, and the reflection spectrum of the diffraction grating layer 11cc (first comb-shaped reflection spectrum) becomes a long wave as a whole. Shift to the side. As a result, the peak of the first comb-shaped reflection spectrum in the vicinity of 1550 nm is not overlapped with the peak of the reflection spectrum (second comb-shaped reflection spectrum) of the ring resonator filter RF1, and is present on the long wave side. It overlaps another peak of the second comb reflection spectrum (eg, near 1556 nm). Further, by tuning the phase adjusting unit 27 to fine-tune the resonator mode and superimposing one of the resonator modes on the two comb-shaped reflection spectra, laser oscillation in the vicinity of 1556 nm can be realized.

ここで、上述したように、波長可変レーザ素子100では、レーザ発振の実現及びレーザ発振波長の変化のために、例えば回折格子層11cbをマイクロヒータ14で加熱する。マイクロヒータ14による加熱効率を高めるために、堆積構造部12abが設けられている。 Here, as described above, in the tunable laser element 100, for example, the diffraction grating layer 11 cc is heated by the microheater 14 in order to realize laser oscillation and change the laser oscillation wavelength. Sedimentary structures 12ab are provided to increase the heating efficiency of the microheater 14.

堆積構造部12abは、上述したように、GaInAsからなる半導体層12ab1とInPからなる半導体層12ab2とが、交互に、合計で49層積層している。その結果、第1層12a1と堆積構造部12abと第2層12a2とで、GaInAsとInPとの界面が50だけ形成される。互いに異なる半導体材料であるGaInAsとInPとでは、結晶中を伝搬するフォノンの分散関係が互いに異なるので、これらの界面に進行してきたフォノンは反射又は散乱される。その結果、界面において垂直方向への熱伝導率は低下する。この熱伝導低下の効果は堆積構造の各界面でそれぞれ生じるため、49層によって構成されている積層構造部12abにおいては、より強く熱伝導を低下させる効果を得ることができる。したがって、マイクロヒータ14によって与えられた熱の基部S側への散逸が堆積構造部12abの存在によって抑制されるので、回折格子層11cbを所望の温度にするためにマイクロヒータ14が発生すべき熱量を小さくすることができる。すなわち、堆積構造部12abによってマイクロヒータ14による加熱効率を高めることができる。 As described above, in the sedimentary structure portion 12ab, a semiconductor layer 12ab1 made of GaInAs and a semiconductor layer 12ab2 made of InP are alternately laminated in a total of 49 layers. As a result, only 50 interfaces between GaInAs and InP are formed in the first layer 12a1, the sedimentary structure 12ab, and the second layer 12a2. Since GaInAs and InP, which are semiconductor materials different from each other, have different dispersion relations of phonons propagating in the crystal, the phonons advanced to these interfaces are reflected or scattered. As a result, the thermal conductivity in the vertical direction at the interface decreases. Since the effect of lowering the heat conduction occurs at each interface of the sedimentary structure, the effect of lowering the heat conduction can be obtained more strongly in the laminated structure portion 12ab composed of 49 layers. Therefore, since the dissipation of the heat given by the microheater 14 to the base S side is suppressed by the presence of the sedimentary structure 12ab, the amount of heat that the microheater 14 should generate in order to bring the diffraction grating layer 11cc to a desired temperature. Can be made smaller. That is, the sedimentary structure 12ab can increase the heating efficiency of the microheater 14.

また、堆積構造部12abは半導体材料からなるので、半導体材料からなる光導波層(光導波層11ca及び活性コア層11a)との屈折率差が、誘電体層や空洞領域の場合よりも小さい。したがって、堆積構造部12abは誘電体層や空洞領域に比較して光導波層に近づけて配置しても光導波層の光導波特性に与える影響が小さいので、所望の光導波特性を実現する上での構造設計上の制約を少なくできる。例えば、堆積構造部12abは、所望の光導波特性を実現しながらも、誘電体層や空洞領域よりも光導波層に近づけて配置することができるため、熱源であるマイクロヒータ14や加熱すべき回折格子層11cbにも近づけることができる。その結果、マイクロヒータ14による加熱効率を、より効果的に高めることができる。 Further, since the sedimentary structure portion 12ab is made of a semiconductor material, the difference in refractive index from the optical waveguide layer (optical waveguide layer 11ca and active core layer 11a) made of the semiconductor material is smaller than that in the case of the dielectric layer or the hollow region. Therefore, even if the sedimentary structure portion 12ab is arranged closer to the optical waveguide layer than the dielectric layer or the cavity region, the influence on the optical waveguide characteristics of the optical waveguide layer is small, and the desired optical waveguide characteristics are realized. Structural design restrictions can be reduced. For example, since the sedimentary structure portion 12ab can be arranged closer to the optical waveguide layer than the dielectric layer or the cavity region while realizing the desired optical waveguide characteristics, the microheater 14 which is a heat source or the heating is performed. It can also be approached to the power diffraction grating layer 11 cc. As a result, the heating efficiency of the microheater 14 can be increased more effectively.

なお、上述したように、堆積構造部12abと同様の構成の堆積構造部は第2光導波路部20の下部クラッド層にも設けられている。したがって、マイクロヒータ25、26の加熱効率も高められる。 As described above, the sedimentary structure portion having the same structure as the sedimentary structure portion 12ab is also provided in the lower clad layer of the second optical waveguide portion 20. Therefore, the heating efficiency of the microheaters 25 and 26 is also improved.

以上説明したように、実施形態1に係る光導波路構造を含む波長可変レーザ素子100は、マイクロヒータ14、25、26による加熱効率が高く、かつ光導波特性を実現する上での構造設計の制約がより少ないものである。 As described above, the tunable laser element 100 including the optical waveguide structure according to the first embodiment has high heating efficiency by the microheaters 14, 25, and 26, and has a structural design for realizing optical waveguide characteristics. It is less constrained.

なお、波長可変レーザ素子100は、以下のような工程で製造することができる。まず基部Sを構成するn型InP基板上に、有機金属気相成長(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:MOCVD)法を用いて、下部クラッド層12a及び第2光導波路部20における下部クラッド層、活性コア層11a、並びに上部クラッド層12bを順次堆積する。 The tunable laser element 100 can be manufactured by the following process. First, on the n-type InP substrate constituting the base S, the lower clad layer 12a and the lower clad layer in the second optical waveguide portion 20 and the active core are used by the metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method. The layer 11a and the upper clad layer 12b are sequentially deposited.

つづいて、全面にSiN膜を堆積した後、SiN膜にパターニングを施す。その後、SiN膜をマスクとしてエッチングし、第1光導波路部10において活性コア層11aを残す領域以外の領域の活性コア層11a及び上部クラッド層12bを全て除去する。さらに、SiN膜のマスクをそのまま選択成長マスクとして、MOCVD法により、光導波層11ca及び第2光導波路部20における光導波層20a、スペーサ層12f、回折格子層11cbとなるp型InGaAsP層、上部クラッド層12eaの一部を順次堆積する。 Subsequently, after depositing the SiN film on the entire surface, the SiN film is patterned. Then, the SiN film is etched as a mask to remove all the active core layer 11a and the upper clad layer 12b in the region other than the region where the active core layer 11a remains in the first optical waveguide portion 10. Further, using the SiN film mask as it is as a selective growth mask, the optical waveguide layer 20a, the spacer layer 12f, and the p-type InGaAsP layer to be the diffraction grating layer 11cc in the optical waveguide layer 11ca and the second optical waveguide portion 20 by the MOCVD method, the upper part. A part of the clad layer 12ea is sequentially deposited.

つづいて、SiN膜のマスクを除去した後に、全面にSiN膜を堆積した後、回折格子層11cbを形成する領域のSiN膜に、回折格子のパターニングを施す。そして、SiN膜をマスクとしてエッチングし、p型InGaAsP層に回折格子となる格子溝を形成するとともに、回折格子層11cbを形成する位置以外の位置のp型InGaAsP層を全て取り除く。 Subsequently, after removing the mask of the SiN film, the SiN film is deposited on the entire surface, and then the SiN film in the region forming the diffraction grating layer 11 kb is patterned with a diffraction grating. Then, the SiN film is etched as a mask to form a lattice groove serving as a diffraction grating in the p-type InGaAsP layer, and all the p-type InGaAsP layers at positions other than the position where the diffraction grating layer 11 kb are formed are removed.

つづいて、SiN膜のマスクを除去した後に、全面にp型InP層を再成長する。その後、新たにSiN膜を堆積し、第1光導波路部10における光導波路11及び第2光導波路部20における光導波層20aに対応するパターンになるようにパターンニングを施す。そして、このSiN膜をマスクとしてエッチングして、第1光導波路部10にストライプメサ構造を形成しかつ第2光導波路部20にメサ構造を形成する。このとき、エッチング深さは、下部クラッド層12aの堆積構造部12ab及び第2光導波路部20における下部クラッド層の堆積構造部がエッチングされないような深さとする。また、このとき、2分岐部21、アーム部22、23、リング状導波路24に相当する領域は、それらを含む広い領域の形状でエッチングを行う。 Subsequently, after removing the mask of the SiN film, the p-type InP layer is re-grown on the entire surface. After that, a SiN film is newly deposited, and patterning is performed so as to have a pattern corresponding to the optical waveguide 11 in the first optical waveguide portion 10 and the optical waveguide layer 20a in the second optical waveguide portion 20. Then, this SiN film is etched as a mask to form a striped mesa structure in the first optical waveguide portion 10 and a mesa structure in the second optical waveguide portion 20. At this time, the etching depth is set so that the sedimentary structure portion 12ab of the lower clad layer 12a and the sedimentary structure portion of the lower clad layer 20 in the second optical waveguide portion 20 are not etched. At this time, the regions corresponding to the two branch portions 21, the arm portions 22, 23, and the ring-shaped waveguide 24 are etched in the shape of a wide region including them.

つづいて、直前の工程で用いたSiN膜マスクを選択成長マスクとして、MOCVD法を用いて、露出した下部クラッド層12a及び第2光導波路部20における下部クラッド層上に、p型InP埋め込み層12c、n型InP電流ブロッキング層12dを順次堆積して埋め込み構造を形成する。つづいて、SiN膜のマスクを除去した後、MOCVD法を用いて、全面に、上部クラッド層12ea及び第2光導波路部20における上部クラッド層の残りの部分となるp型InP層、コンタクト層12ebを順次堆積する。つづいて、活性コア層11aを残した領域以外のコンタクト層12ebを除去する工程を行う。つづいて、全面にSiN膜を堆積した後、第1光導波路部10の形状のパターニング及び2分岐部21、アーム部22、23、リング状導波路24に相当する導波路のパターンニングを施す。そして、このSiN膜をマスクとしてエッチングを行い、第1光導波路部10の形状及び第2光導波路部20におけるハイメサ導波路構造を形成する。このエッチングは、たとえば基部Sに到る深さまで行う。その後、SiN保護膜16、n側電極30、マイクロヒータ14、25、26及び電極パッド15及び配線パターンを形成する。最後に、基板を波長可変レーザ素子100が複数並んだバー状に劈開し、第1光導波路部10の端面、及びアーム部22、23の端面に反射防止膜をコートしたのち、各波長可変レーザ素子100ごとに素子分離することにより、波長可変レーザ素子100が完成する。 Subsequently, using the SiN film mask used in the immediately preceding step as a selective growth mask, the p-type InP embedded layer 12c was placed on the exposed lower clad layer 12a and the lower clad layer in the second optical waveguide portion 20 by the MOCVD method. , N-type InP current blocking layer 12d is sequentially deposited to form an embedded structure. Subsequently, after removing the mask of the SiN film, the p-type InP layer and the contact layer 12eb, which are the remaining portions of the upper clad layer 12ea and the upper clad layer in the second optical waveguide portion 20, are used on the entire surface by the MOCVD method. Are sequentially deposited. Subsequently, a step of removing the contact layer 12eb other than the region where the active core layer 11a remains is performed. Subsequently, after depositing a SiN film on the entire surface, patterning of the shape of the first optical waveguide portion 10 and patterning of the waveguide corresponding to the two-branch portions 21, the arm portions 22, 23, and the ring-shaped waveguide 24 are performed. Then, etching is performed using this SiN film as a mask to form the shape of the first optical waveguide portion 10 and the high-mesa waveguide structure in the second optical waveguide portion 20. This etching is performed, for example, to a depth reaching the base S. After that, the SiN protective film 16, the n-side electrode 30, the microheaters 14, 25, 26, the electrode pad 15, and the wiring pattern are formed. Finally, the substrate is opened in a bar shape in which a plurality of tunable laser elements 100 are lined up, and the end faces of the first optical waveguide portion 10 and the end faces of the arm portions 22 and 23 are coated with an antireflection film, and then each tunable laser The wavelength tunable laser element 100 is completed by separating the elements for each element 100.

(実施形態2)
図4は、実施形態2に係る光導波路構造を含む波長可変レーザ素子の構成を示す模式図である。波長可変レーザ素子100Aは、波長可変レーザ素子100において第1光導波路部10を第1光導波路部10Aに置き換え、マイクロヒータ26を削除した構成を有する。以下、第1光導波路部10Aの構成について具体的に説明する。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a schematic view showing the configuration of a tunable laser device including the optical waveguide structure according to the second embodiment. The tunable laser element 100A has a configuration in which the first optical waveguide portion 10 is replaced with the first optical waveguide portion 10A in the tunable laser element 100, and the microheater 26 is deleted. Hereinafter, the configuration of the first optical waveguide portion 10A will be specifically described.

第1光導波路部10Aは、光導波路11Aと、積層部12Aと、p側電極13Aと、Tiからなるマイクロヒータ14A、17Aとを備えている。第1光導波路部10Aは、埋め込み構造を有しており、光導波路11Aは、積層部12A内にz方向に延伸するように形成されている。積層部12Aは、光導波路11Aに対してクラッド部の機能等を備える。 The first optical waveguide portion 10A includes an optical waveguide 11A, a laminated portion 12A, a p-side electrode 13A, and microheaters 14A and 17A made of Ti. The first optical waveguide portion 10A has an embedded structure, and the optical waveguide 11A is formed so as to extend in the laminated portion 12A in the z direction. The laminated portion 12A has a function of a clad portion with respect to the optical waveguide 11A.

p側電極13Aは、積層部12A上において、光導波路11Aの所定の部分に沿うように配置されている。積層部12AにはSiN保護膜が形成されており、p側電極13AはSiN保護膜に形成された開口部を介して積層部12Aに接触している。マイクロヒータ17Aは、積層部12AのSiN保護膜上において、光導波路11Aの所定の部分に沿うように配置されている。マイクロヒータ14Aは、積層部12のSiN保護膜上において、p側電極13Aに沿うように配置されている。 The p-side electrode 13A is arranged on the laminated portion 12A so as to be along a predetermined portion of the optical waveguide 11A. A SiN protective film is formed on the laminated portion 12A, and the p-side electrode 13A is in contact with the laminated portion 12A through an opening formed in the SiN protective film. The microheater 17A is arranged along a predetermined portion of the optical waveguide 11A on the SiN protective film of the laminated portion 12A. The microheater 14A is arranged along the p-side electrode 13A on the SiN protective film of the laminated portion 12.

図5(a)、(b)は、それぞれ、図4のC−C線断面、D−D線断面を示す図である。 5 (a) and 5 (b) are views showing a cross section taken along the line CC and a cross section taken along the DD line of FIG. 4, respectively.

図5(a)に示すように、C−C線断面において積層部12Aは、基部Sを構成するn型InP基板上に、下部クラッド層12Aaを有している。下部クラッド層12Aaは、n型InPからなる第1層12Aa1と、n型半導体からなる堆積構造部12Aabと、n型InPからなる第2層12Aa2と、がこの順番で積層した構造を有する。 As shown in FIG. 5A, in the CC line cross section, the laminated portion 12A has a lower clad layer 12Aa on the n-type InP substrate constituting the base portion S. The lower clad layer 12Aa has a structure in which a first layer 12Aa1 made of n-type InP, a sedimentary structure portion 12Aab made of n-type semiconductor, and a second layer 12Aa2 made of n-type InP are laminated in this order.

下部クラッド層12Aa上には、C−C線断面における光導波路11Aである、光導波層としての活性コア層11Aaaが積層している。さらに活性コア層11Aaa上には、p型InPからなるスペーサ層12Afを介して、活性コア層11Aaaの近傍かつ直上に活性コア層11Aaaに沿って設けられた標本化回折格子からなる回折格子層11Aabが積層している。回折格子層11AabはDFB(Distributed FeedBack)型の回折格子層として形成されている。下部クラッド層12Aaの上部、活性コア層11Aaa、スペーサ層12Af及び回折格子層11Aabは、エッチング等により、1.55μm帯の光をシングルモードで光導波するのに適した幅(たとえば2μm)にされたストライプメサ構造になっている。ストライプメサ構造の両脇(紙面左右方向)は、p型InP埋め込み層12Ac及びn型InP電流ブロッキング層12Adからなる電流ブロッキング構造を有した埋め込み構造となっている。さらに、回折格子層11Aab及び埋め込み構造の上には、p型半導体層12Aeが積層している。p型半導体層12Aeは、p型InPからなる上部クラッド層12Aeaと、上部クラッド層12Aea上に積層したp型InGaAsからなり積層部12Aの最上層を形成するコンタクト層12Aebとで構成されている。p型半導体層12Aeは、少なくとも回折格子層11Aabの直上からその両脇の埋め込み構造にわたって設けられている。積層部12Aには積層部12Aを覆うようにSiN保護膜16Aが形成されている。p側電極13AはAuZnを含んで構成されており、活性コア層11Aaaに沿ってコンタクト層12Aeb上に形成されて、SiN保護膜16Aの開口部16Aaを介してコンタクト層12Aebとオーミック接触している。以上の構成により、n側電極30及びp側電極13Aから活性コア層11Aaaへの電流注入が可能になっている。さらに、マイクロヒータ14Aは、p側電極13Aとマイクロヒータ14Aとを絶縁するために積層部12Aに設けられたSiN保護膜18A上に、p側電極13Aに沿うように配置されている。 An active core layer 11Aaa as an optical waveguide layer, which is an optical waveguide 11A in the CC line cross section, is laminated on the lower clad layer 12Aa. Further, on the active core layer 11Aaa, a diffraction grating layer 11Ab composed of a sampled diffraction grating provided along the active core layer 11Aaa near and directly above the active core layer 11Aaa via a spacer layer 12Af made of p-type InP. Are laminated. The diffraction grating layer 11Ab is formed as a DFB (Distributed FeedBack) type diffraction grating layer. The upper part of the lower clad layer 12Aa, the active core layer 11Aaa, the spacer layer 12Af, and the diffraction grating layer 11Aab are made into a width (for example, 2 μm) suitable for optical waveguide of 1.55 μm band light in a single mode by etching or the like. It has a striped mesa structure. Both sides of the striped mesa structure (in the left-right direction of the paper surface) have an embedded structure having a current blocking structure composed of a p-type InP embedded layer 12Ac and an n-type InP current blocking layer 12Ad. Further, a p-type semiconductor layer 12Ae is laminated on the diffraction grating layer 11Ab and the embedded structure. The p-type semiconductor layer 12Ae is composed of an upper clad layer 12Aea made of p-type InP and a contact layer 12Aeb formed of p-type InGaAs laminated on the upper clad layer 12Aea and forming the uppermost layer of the laminated portion 12A. The p-type semiconductor layer 12Ae is provided at least from directly above the diffraction grating layer 11Ab to the embedded structures on both sides thereof. A SiN protective film 16A is formed on the laminated portion 12A so as to cover the laminated portion 12A. The p-side electrode 13A is configured to include AuZn, is formed on the contact layer 12Aeb along the active core layer 11Aaa, and is in ohmic contact with the contact layer 12Aeb via the opening 16Aa of the SiN protective film 16A. .. With the above configuration, it is possible to inject a current from the n-side electrode 30 and the p-side electrode 13A into the active core layer 11Aaa. Further, the microheater 14A is arranged along the p-side electrode 13A on the SiN protective film 18A provided in the laminated portion 12A to insulate the p-side electrode 13A and the microheater 14A.

活性コア層11Aaaは、活性コア層11aと同様に、多重量子井戸構造と、下部及び上部光閉じ込め層とを有しており、電流注入により発光する。また、回折格子層11Aabは、回折格子層11cbと同様に、p型GaInAsP層にz方向に沿って標本化回折格子が形成され、回折格子の溝はInPで埋め込まれた構成を有する。回折格子層11Aabは波長に対し略周期的な反射応答を示す。 Like the active core layer 11a, the active core layer 11Aaa has a multiple quantum well structure and lower and upper light confinement layers, and emits light by injecting an electric current. Further, the diffraction grating layer 11Ab has a configuration in which a sampled diffraction grating is formed in the p-type GaInAsP layer along the z direction and the groove of the diffraction grating is embedded with InP, similarly to the diffraction grating layer 11cc. The diffraction grating layer 11Ab exhibits a reflection response that is substantially periodic with respect to the wavelength.

一方、図5(b)に示すように、D−D線断面において積層部12Aは、図5(a)に示す構造において活性コア層11AaaをInGaAsPからなる光導波層である位相調整部11Abに置き換え、回折格子層11Aab及びスペーサ層12Afをp型InPからなる上部クラッド層12Abに置き換え、コンタクト層12Aebを削除した構造を有している。位相調整部11Abでの光損失を低減し、光を効果的に閉じ込める為に、位相調整部11Abのバンドギャップ波長は活性コア層11Aaaのバンドギャップ波長より短いことが好ましく、たとえば1.3μm以下である。 On the other hand, as shown in FIG. 5 (b), in the DD line cross section, the lamination portion 12A attaches the active core layer 11Aaa to the phase adjusting portion 11Ab which is an optical waveguide layer made of InGaAsP in the structure shown in FIG. 5 (a). It has a structure in which the diffraction grating layer 11Ab and the spacer layer 12Af are replaced with an upper clad layer 12Ab made of p-type InP, and the contact layer 12Aeb is deleted. In order to reduce the light loss in the phase adjusting unit 11Ab and effectively confine the light, the bandgap wavelength of the phase adjusting unit 11Ab is preferably shorter than the bandgap wavelength of the active core layer 11Aaa, for example, at 1.3 μm or less. be.

マイクロヒータ14Aは、電流を供給されることによって発熱し、回折格子層11Aabを加熱する。供給される電流量を変化させることによって回折格子層11Aabの温度が変化し、その屈折率が変化する。 The microheater 14A generates heat by being supplied with an electric current, and heats the diffraction grating layer 11Ab. By changing the amount of supplied current, the temperature of the diffraction grating layer 11Ab changes, and its refractive index changes.

第1光導波路部10Aと第2光導波路部20は、互いに光学的に接続された一組の波長選択要素である回折格子層11Aabと反射ミラーM1とにより構成される、光共振器C2を構成している。 The first optical waveguide section 10A and the second optical waveguide section 20 constitute an optical resonator C2 composed of a diffraction grating layer 11Ab, which is a set of wavelength selection elements optically connected to each other, and a reflection mirror M1. doing.

波長可変レーザ素子100Aは、波長可変レーザ素子100と同様に、n側電極30及びp側電極13Aから活性コア層11Aaaへ電流を注入し、活性コア層11Aaaを発光させると、回折格子層11Aabが生成する第一の櫛状反射スペクトルのスペクトル成分のピーク、リング共振器フィルタRF1が生成する第二の櫛状反射スペクトルのスペクトル成分のピーク、及び光共振器C2の共振器モードの一つが一致した波長、たとえば1550nmでレーザ発振し、レーザ光L1を出力するように構成されている。光共振器C2の共振器モードの波長は、マイクロヒータ17Aを用いて位相調整部11Abを加熱してその屈折率を変化させて共振器モードの波長を波長軸上で全体的に移動させることにより微調整することができる。 In the wavelength variable laser element 100A, similarly to the wavelength variable laser element 100, when a current is injected from the n-side electrode 30 and the p-side electrode 13A into the active core layer 11Aaa to cause the active core layer 11Aaa to emit light, the diffraction grating layer 11Aab is generated. The peak of the spectral component of the first comb-shaped reflection spectrum generated, the peak of the spectral component of the second comb-shaped reflection spectrum generated by the ring resonator filter RF1, and one of the resonator modes of the optical resonator C2 matched. It is configured to oscillate the laser at a wavelength, for example, 1550 nm, and output the laser beam L1. The wavelength of the resonator mode of the optical resonator C2 is determined by heating the phase adjusting unit 11Ab using the microheater 17A to change its refractive index and moving the wavelength of the resonator mode as a whole on the wavelength axis. Can be fine-tuned.

また、波長可変レーザ素子100Aでは、波長可変レーザ素子100と同様に、バーニア効果を利用してレーザ発振波長を変化させることができる。 Further, in the tunable laser element 100A, the laser oscillation wavelength can be changed by utilizing the vernier effect, similarly to the tunable laser element 100.

ここで、堆積構造部12Aabについてより具体的に説明する。堆積構造部12Aabは、基部Sと光導波層(位相調整部11Ab及び活性コア層11Aaa)との間に位置している。図6は、堆積構造部12Aabの構成を示す図である。堆積構造部12Aabは、互いに異なる半導体材料からなる半導体部分である凸状部12Aab1と、カバー層12Aab2とを備えている。堆積構造部12Aabでは、凸状部12Aab1と、凸状部12Aab1を覆うように形成されたカバー層12Aab2とが、交互に、堆積方向において隣接するように堆積した構造を含んでいる。本実施形態2では、凸状部12Aab1は、n型InAsからなる、量子ドット又は量子ダッシュのような形状であり、その高さは10nmである。InAsは、InPに対してある程度格子不整合となる半導体材料であり、InP又はこれに格子整合する半導体上に三次元成長させることができる。また、カバー層12Aab2は、n型InPからなり、その厚さ(破線で示す凸状部12Aab1の高さを示す面から表面までの厚さ)は10nmである。そして、堆積構造部12Aabでは、凸状部12Aab1が成す層とカバー層12Aab2とが、交互に、合計で50層積層している。凸状部12Aab1が成す層は合計で25層あり、カバー層12Aab2は合計で25層ある。堆積構造部12Aabの厚さは500nmである。 Here, the sedimentary structure 12Ab will be described more specifically. The sedimentary structures 12Aab are located between the base S and the optical waveguide layer (phase adjusting part 11Ab and active core layer 11Aaa). FIG. 6 is a diagram showing the structure of the sedimentary structure 12Ab. The sedimentary structure portion 12Aab includes a convex portion 12Aab1 which is a semiconductor portion made of different semiconductor materials and a cover layer 12Aab2. The sedimentary structure 12Aab includes a structure in which the convex portion 12Aab1 and the cover layer 12Aab2 formed so as to cover the convex portion 12Aab1 are alternately deposited so as to be adjacent to each other in the deposition direction. In the second embodiment, the convex portion 12Aab1 is formed of n-type InAs and has a shape like a quantum dot or a quantum dash, and its height is 10 nm. InAs is a semiconductor material that has a certain degree of lattice mismatch with respect to InP, and can be three-dimensionally grown on InP or a semiconductor lattice-matched with the InP. The cover layer 12Aab2 is made of n-type InP, and its thickness (thickness from the surface to the surface indicating the height of the convex portion 12Ab1 shown by the broken line) is 10 nm. Then, in the sedimentary structure portion 12Aab, the layer formed by the convex portion 12Aab1 and the cover layer 12Aab2 are alternately laminated in a total of 50 layers. The convex portion 12Aab1 has a total of 25 layers, and the cover layer 12Aab2 has a total of 25 layers. The sedimentary structure 12Ab has a thickness of 500 nm.

波長可変レーザ素子100Aでも、レーザ発振の実現及びレーザ発振波長の変化のために、例えば回折格子層11Aabをマイクロヒータ14Aで加熱し、位相調整部11Abをマイクロヒータ17Aで加熱する。マイクロヒータ14A、17Aによる加熱効率を高めるために、堆積構造部12Aabが設けられている。 Even in the tunable laser element 100A, for the purpose of realizing laser oscillation and changing the laser oscillation wavelength, for example, the diffraction grating layer 11Ab is heated by the microheater 14A, and the phase adjusting unit 11Ab is heated by the microheater 17A. Sedimentary structures 12Abs are provided to increase the heating efficiency of the microheaters 14A and 17A.

堆積構造部12Aabは、上述したように、InAsからなる凸状部12Aab1とInPからなるカバー層12Aab2とが、交互に、合計で50層積層している。その結果、InAsとInPとの界面が50だけ形成される。さらに、凸状部12Aab1によって界面は起伏のある三次元的な界面となる。InAsとInPとでは、結晶中を伝搬するフォノンの分散関係が異なり、かつ界面が起伏していることにより、界面に進行してきたフォノンはより一層強く反射又は散乱される。その結果、堆積方向での熱伝導率は低下する。したがって、マイクロヒータ14A、17Aによって与えられた熱の基部S側への伝導が堆積構造部12Aabの存在によって抑制されるので、回折格子層11Aab及び位相調整部11Abを所望の温度にするためにマイクロヒータ14A、17Aがそれぞれ発生すべき熱量を小さくすることができる。すなわち、堆積構造部12Aabによってマイクロヒータ14A、17Aによる加熱効率を高めることができる。 As described above, in the sedimentary structure portion 12Aab, a convex portion 12Aab1 made of InAs and a cover layer 12Aab2 made of InP are alternately laminated in a total of 50 layers. As a result, only 50 interfaces between InAs and InP are formed. Further, the convex portion 12Ab1 makes the interface a three-dimensional interface with undulations. Since the dispersion relation of phonons propagating in the crystal is different between InAs and InP and the interface is undulating, the phonons that have advanced to the interface are more strongly reflected or scattered. As a result, the thermal conductivity in the deposition direction decreases. Therefore, the conduction of heat applied by the microheaters 14A and 17A to the base S side is suppressed by the presence of the sedimentary structure 12Aab, so that the diffraction grating layer 11Ab and the phase adjusting part 11Ab are brought to a desired temperature. The amount of heat that the heaters 14A and 17A should generate can be reduced. That is, the sedimentary structures 12Ab can increase the heating efficiency of the microheaters 14A and 17A.

また、堆積構造部12Aabは半導体材料からなるので、光導波層において所望の光導波特性を実現する上での構造設計上の制約を少なくできる。 Further, since the sedimentary structure portion 12Ab is made of a semiconductor material, restrictions on structural design for realizing desired optical waveguide characteristics in the optical waveguide layer can be reduced.

また、堆積構造部12Aabは、導電性を有する半導体材料からなるので、n側電極30と活性コア層11Aaaとの間に配置されていても、活性コア層11Aaaへ電流を注入することができる。 Further, since the sedimentary structure portion 12Aab is made of a conductive semiconductor material, a current can be injected into the active core layer 11Aaa even if it is arranged between the n-side electrode 30 and the active core layer 11Aaa.

また、本実施形態2では、堆積構造部12Aabと同様の構成の堆積構造部が第2光導波路部20の下部クラッド層にも設けられている。したがって、マイクロヒータ25の加熱効率も高められる。 Further, in the second embodiment, a sedimentary structure portion having the same structure as the sedimentary structure portion 12Ab is also provided in the lower clad layer of the second optical waveguide portion 20. Therefore, the heating efficiency of the microheater 25 is also improved.

以上説明したように、実施形態2に係る光導波路構造を含む波長可変レーザ素子100Aは、マイクロヒータ14A、17A、25による加熱効率が高く、かつ光導波特性を実現する上での構造設計の制約がより少なく、かつ活性コア層11Aaaに電流を注入する上でも好適なものである。 As described above, the tunable laser element 100A including the optical waveguide structure according to the second embodiment has high heating efficiency by the microheaters 14A, 17A, 25, and has a structural design for realizing optical waveguide characteristics. It has less restrictions and is also suitable for injecting a current into the active core layer 11Aaa.

なお、上記実施形態1では、回折格子層11cbは光導波層11caよりもマイクロヒータ14側(上部クラッド層12ea側)にあるが、図7に示す変形例の光導波路構造を備える第1光導波路部10Bのように、回折格子層11cbが光導波層11caよりも基部S側(下部クラッド層12a側)にあってもよい。 In the first embodiment, the diffraction grating layer 11cc is on the microheater 14 side (upper clad layer 12ea side) of the optical waveguide layer 11ca, but the first optical waveguide having the optical waveguide structure of the modified example shown in FIG. 7 is provided. Like the part 10B, the diffraction grating layer 11cc may be on the base S side (lower clad layer 12a side) of the optical waveguide layer 11ca.

また、上記実施形態1では、堆積構造部12abにおける互いに異なる半導体材料からなる半導体層12ab1と半導体層12ab2とは、それぞれGaInAsとInPであるが、InP、GaInAs、GaInAsP、AlInAs、及びAlInGaAsから選択される2種であれば、InP基板と格子整合させる組成を選択できるので好ましい。また、互いに異なる半導体材料は2種に限らず、3種以上でもよい。たとえば、InP、GaInAs、GaInAsPのそれぞれからなる半導体層を、同種の半導体層が重ならないように積層して、堆積構造部を構成してもよい。また、上記実施形態1では、半導体層12ab1と半導体層12ab2との厚さはいずれも10nmであるが、厚さは特に限定されない。ただし、フォノンを反射又は散乱させて熱伝導率を低下させる効果は、異なる半導体からなる半導体部分の界面の数が多くなるほど大きくなるので、半導体の堆積方向の単位厚さ当たりの界面の数を増やす上では、半導体層の厚さは100nm以下であることが好ましく、50nm以下であることがさらに好ましい。また、半導体層を再現性良く作製し、かつ界面がフォノンを反射又は散乱させる効果を発揮させるには、ある程度厚い方が好ましく、厚さは3nm以上であることが好ましく、5nm以上がさらに好ましい。また、互いに異なる半導体材料からなる半導体層が、交互に、合計で3層以上積層した構造であれば、フォノンの分散関係が異なる半導体層の界面が複数(2つ以上)形成されるので好ましい。より好ましい界面の数は、10〜100である。 Further, in the first embodiment, the semiconductor layers 12ab1 and the semiconductor layers 12ab2 made of different semiconductor materials in the sedimentary structure 12ab are GaInAs and InP, respectively, but are selected from InP, GaInAs, GaInAsP, AlInAs, and AlInGaAs. Two types are preferable because the composition for lattice matching with the InP substrate can be selected. Further, the semiconductor materials different from each other are not limited to two types, and may be three or more types. For example, semiconductor layers made of InP, GaInAs, and GaInAsP may be laminated so that semiconductor layers of the same type do not overlap to form a sedimentary structure. Further, in the first embodiment, the thicknesses of the semiconductor layer 12ab1 and the semiconductor layer 12ab2 are both 10 nm, but the thickness is not particularly limited. However, the effect of reflecting or scattering phonons to reduce the thermal conductivity increases as the number of interfaces in the semiconductor portion made of different semiconductors increases, so the number of interfaces per unit thickness in the semiconductor deposition direction is increased. In the above, the thickness of the semiconductor layer is preferably 100 nm or less, and more preferably 50 nm or less. Further, in order to produce the semiconductor layer with good reproducibility and to exert the effect of reflecting or scattering phonons at the interface, it is preferable that the semiconductor layer is thick to some extent, and the thickness is preferably 3 nm or more, more preferably 5 nm or more. Further, if the semiconductor layers made of different semiconductor materials are alternately laminated in a total of three or more layers, a plurality (two or more) interfaces of the semiconductor layers having different phonon dispersion relations are formed, which is preferable. The number of more preferable interfaces is 10 to 100.

また、上記実施形態2では、堆積構造部12Aabにおける互いに異なる半導体材料からなる凸状部12Aab1とカバー層12Aab2とは、それぞれInAsとInPであるが、凸状部を、InPとある程度格子不整合となる半導体材料であるInGaAs及びInAsから選択される1種以上とし、カバー層を、InP、GaInAs、GaInAsP、AlInAs、及びAlInGaAsから選択される1種以上としてもよい。また、凸状部の成す層の厚さ(凸状部の高さ)又はカバー層の厚さについても、100nm以下であることが好ましく、50nm以下であることがさらに好ましく、3nm以上であることが好ましく、5nm以上がさらに好ましい。また、実施形態2では各凸状部が離散しており、島状になっているが、複数の凸状部が連結して上面に起伏を有するような層状になっていてもよい。 Further, in the second embodiment, the convex portions 12Aab1 and the cover layer 12Aab2 made of different semiconductor materials in the sedimentary structure portion 12Aab are InAs and InP, respectively, but the convex portions are lattice-mismatched with InP to some extent. The semiconductor material may be one or more selected from InGaAs and InAs, and the cover layer may be one or more selected from InP, GaInAs, GaInAsP, AlInAs, and AlInGaAs. Further, the thickness of the layer formed by the convex portion (height of the convex portion) or the thickness of the cover layer is preferably 100 nm or less, more preferably 50 nm or less, and 3 nm or more. Is preferable, and 5 nm or more is more preferable. Further, in the second embodiment, each convex portion is discrete and has an island shape, but a plurality of convex portions may be connected to form a layer having undulations on the upper surface.

また、上記実施形態1、2では、回折格子は標本化回折格子であるが、回折格子の種類はこれに限られず、超構造回折格子(Superstructure Grating)や重畳回折格子(Superimposed Grating)でもよい。 Further, in the first and second embodiments, the diffraction grating is a sampled diffraction grating, but the type of the diffraction grating is not limited to this, and a superstructure grating or a superimposed grating may be used.

また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。例えば、堆積構造部としては、実施形態1の半導体層が積層した構造と、凸状部とカバー層とを備える構造とを組み合わせた構造を採用してもよい。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。 Moreover, the present invention is not limited by the above-described embodiment. The present invention also includes a configuration in which the above-mentioned components are appropriately combined. For example, as the sedimentary structure, a structure in which the semiconductor layers of the first embodiment are laminated and a structure including a convex portion and a cover layer may be combined. Further, further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Therefore, the broader aspect of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.

10、10A、10B 第1光導波路部
11、11A 光導波路
11a、11Aaa 活性コア層
11ca、20a 光導波層
11cb、11Aab 回折格子層
11Ab、27 位相調整部
12、12A 積層部
12a、12Aa 下部クラッド層
12a1、12Aa1 第1層
12b、12Ab、12ea、12Aea 上部クラッド層
12a2、12Aa2 第2層
12ab、12Aab 堆積構造部
12Aab1 凸状部
12Aab2 カバー層
12c、12Ac p型InP埋め込み層
12d、12Ad n型InP電流ブロッキング層
12e、12Ae p型半導体層
12eb、12Aeb コンタクト層
12f、12Af スペーサ層
12ab1、12ab2 半導体層
13、13A p側電極
14、14A、17A、25、26 マイクロヒータ
15 電極パッド
16、16A、18A SiN保護膜
16a、16Aa 開口部
20 第2光導波路部
21 2分岐部
21a MMI導波路
22、23 アーム部
24 リング状導波路
30 n側電極
100、100A 波長可変レーザ素子
C1、C2 光共振器
L1 レーザ光
M1 反射ミラー
RF1 リング共振器フィルタ
S 基部
10, 10A, 10B First optical waveguide 11, 11A Optical waveguide 11a, 11Aaa Active core layer 11ca, 20a Optical waveguide layer 11cab, 11Ab Diffraction grating layer 11Ab, 27 Phase adjustment unit 12, 12A Laminated part 12a, 12Aa Lower clad layer 12a1, 12Aa1 1st layer 12b, 12Ab, 12ea, 12Aea Upper clad layer 12a2, 12Aa2 2nd layer 12ab, 12Aab Stacked structure part 12Ab1 Convex part 12Aab2 Cover layer 12c, 12Ac p type InP embedded layer 12d, 12Ad n type Blocking layer 12e, 12Ae p type semiconductor layer 12eb, 12Aeb contact layer 12f, 12Af Spacer layer 12ab1, 12ab2 Semiconductor layer 13, 13A p side electrode 14, 14A, 17A, 25, 26 Microheater 15 Electrode pad 16, 16A, 18A SiN Protective film 16a, 16Aa Opening 20 Second optical waveguide 21 2 Branch 21a MMI waveguide 22, 23 Arm 24 Ring-shaped waveguide 30 n-side electrode 100, 100A Waveguide variable laser element C1, C2 Optical resonator L1 laser Optical M1 Reflecting Mirror RF1 Ring Resonator Filter S Base

Claims (7)

基板と、
前記基板上に位置する下部クラッド層と、
前記下部クラッド層上に位置する光導波層と、
前記光導波層上に位置する上部クラッド層と、
前記上部クラッド層上に位置するヒータと、
前記基板と前記光導波層との間に位置し、互いに異なる半導体材料からなる半導体部分が堆積方向において隣接するように堆積した堆積構造部と、
を備え、
前記上部クラッド層上においては、前記ヒータの位置には前記光導波層に電流を注入する電極が位置しておらず、
前記半導体部分は半導体層であり、
前記堆積構造部は、
互いに異なる半導体材料からなる前記半導体層が交互に積層した構造を含み、積層した前記半導体層の界面へ前記ヒータ側から与えられて進行した熱に関するフォノンを反射又は散乱して前記ヒータから前記基板へ散逸する熱を抑制し、
前記各半導体層の厚さは、5nm〜50nmであり、
積層された前記半導体層で形成される界面の数は、10〜100であることを特徴とする光導波路構造。
With the board
The lower clad layer located on the substrate and
The optical waveguide layer located on the lower clad layer and
The upper clad layer located on the optical waveguide layer and
The heater located on the upper clad layer and
Sedimentary structures located between the substrate and the optical waveguide layer, in which semiconductor parts made of different semiconductor materials are deposited so as to be adjacent to each other in the deposition direction.
With
On the upper clad layer, an electrode for injecting a current into the optical waveguide is not located at the position of the heater.
The semiconductor portion is a semiconductor layer and
The sedimentary structure
A structure in which the semiconductor layers made of different semiconductor materials are alternately laminated is included, and phonons related to heat applied from the heater side to the interface of the laminated semiconductor layers are reflected or scattered from the heater to the substrate. Suppresses dissipated heat,
The thickness of each semiconductor layer is 5 nm to 50 nm.
An optical waveguide structure characterized in that the number of interfaces formed by the laminated semiconductor layers is 10 to 100.
前記基板はInPからなることを特徴とする請求項1に記載の光導波路構造。 The optical waveguide structure according to claim 1, wherein the substrate is made of InP. 前記互いに異なる半導体材料は、InP、GaInAs、GaInAsP、AlInAs、及びAlInGaAsから選択される2種以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の光導波路構造。 The optical waveguide structure according to claim 1 or 2, wherein the semiconductor materials different from each other are two or more kinds selected from InP, GaInAs, GaInAsP, AlInAs, and AlInGaAs. 前記半導体部分は起伏のある界面を形成していることを特徴とする請求項1に記載の光導波路構造。 The optical waveguide structure according to claim 1, wherein the semiconductor portion forms an undulating interface. 前記互いに異なる半導体材料は、InGaAs及びInAsから選択される1種以上、並びに、InP、GaInAs、GaInAsP、AlInAs、及びAlInGaAsから選択される1種以上であることを特徴とする請求項4に記載の光導波路構造。 The fourth aspect of claim 4, wherein the semiconductor materials different from each other are one or more selected from InGaAs and InAs, and one or more selected from InP, GaInAs, GaInAsP, AlInAs, and AlInGaAs. Optical waveguide structure. 前記光導波層に対して前記上部クラッド層側又は前記下部クラッド層側に位置する回折格子層をさらに備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の光導波路構造。 The optical waveguide structure according to any one of claims 1 to 5, further comprising a diffraction grating layer located on the upper clad layer side or the lower clad layer side with respect to the optical waveguide layer. 前記光導波層は活性コア層であり、前記活性コア層に電流を注入するための電極をさらに備えることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載の光導波路構造。 The optical waveguide structure according to any one of claims 1 to 6, wherein the optical waveguide layer is an active core layer and further includes an electrode for injecting an electric current into the active core layer.
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JP5628008B2 (en) * 2010-11-30 2014-11-19 日本電信電話株式会社 Semiconductor device, semiconductor optical device, and semiconductor integrated device
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