JP5713378B2 - 導波路型光フィルター及び半導体レーザー - Google Patents

Description

本発明は、マルチモード干渉導波路を備える導波路型光フィルター及び半導体レーザーに関する。

近年、インターネットによる情報通信社会の進展に伴い、基幹系ネットワークだけではなく、今後の情報需要や新しいサービスに対応するために、ローカルエリア系ネットワークにも波長多重技術（波長分割多重通信（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplex））が適用されるようになってきた。ただし、ローカルエリア系ネットワークでは、特にコストやネットワーク管理運用上の観点から、基幹系ネットワークで普及した波長多重方式(ＤＷＤＭ（Dense WDM）方式)ではなく、広い波長範囲を利用する波長多重方式（ＣＷＤＭ（Coarse WDM）方式)を利用するのが一般的である。

波長多重方式を実現する上でのキーデバイスの一つは、所望の波長を選択することのできる波長フィルターであり、ＤＷＤＭ方式においては、ＡＷＧ（Arrayed Waveguide Grating：アレイ導波路回折格子）が広く用いられてきている（例えば、特許文献１参照）。

また、ＣＷＤＭ方式においては、広い波長範囲をカバーするフィルターが必要であることからＡＷＧは適当ではなく、これまでは、多層膜フィルター板を挿入する等の現実的な対応が取られていた。ただし、この方式では、２波長のうちどちらかを選択するという基本的な波長フィルタリングであれば良いが、波長数が増えてくると、多層膜フィルター板の挿入箇所も増え、機械的挿入であるがための光学的損失も無視できずに限界があった。そこで、半導体レーザーや半導体受光素子との集積が容易な、導波路型光フィルターの開発が急務となっている。

これに対し、導波路型光フィルターのうち、比較的設計自由度が高く、ＣＷＤＭ方式用のフィルター設計が可能であるものとして、マッハ・ツェンダ型及びラダー型の光フィルターが報告されている（例えば、非特許文献１、非特許文献２参照）。

ところで、ローカルエリア系ネットワークにおける光源についても、インターネットによる情報通信社会の進展に伴い、既存の光源では技術的な限界があり、更なる情報量を増大させる試みが検討されてきている。しかも、コストを可能な限り抑える必要があるため、基幹系ネットワークにおいて一般的である光変調器の使用はできる限り避け、半導体レーザーの直接変調を基本とし、その高速化を検討する必要がある。

これに対し、キャビティの一部を直接変調領域とし、緩和振動周波数を大きくすることのできる構造として、分布反射（ＤＲ：Distributed Reflector）及び分布フラッグ反射（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）型の半導体レーザーが報告されている（例えば、非特許文献３、非特許文献４参照）。

また、従来の半導体レーザーは、１×３型マルチモード干渉導波路と、マルチモード干渉導波路の一方の端部に設けられ、光を導波する１本の光導波路と、マルチモード干渉導波路の他方の端部に設けられ、レーザー光を導波させる３本の光導波路（直線導波路及び曲線導波路）と、を備える。１本の直線導波路及び２本の曲線導波路の一部が、各前方端面において光の位相を整合させるように光位相整合領域を構成し、後方端面と前方端面との間で共振器が形成されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平１１−７２６３３号公報 特開２００９−５４６９９号公報 肥田安弘他、「マッハ・ツェンダ干渉計の点対称接続により構成した非正弦的なフィルタ特性を有する波長合分波器」、電子情報通信学会論文誌C-I,Vol.J80-C-I,No.11、社団法人電子情報通信学会、１９９７年１１月、ｐｐ．５１７−５２４社団法人電子情報通信学会 松尾慎治他、「ラダー型フィルターとリング共振器を用いた波長可変レーザ」、電子情報通信学会技術研究報告 LQE,103(526)、社団法人電子情報通信学会、２００３年１２月、ｐｐ．３３−３６ T.Kakitsuka他、「20-km Transmission of 40-Gb/s Signal using Frequency Modulated DBR Laser」、Optical Fiber Communication Conference 2009,OThG4 K.Otsubo他、「Low-Driving-Current High-Speed Direct Modulation up to 40 Gb/s Using 1.3-μm Semi-Insulating Buried-Heterostructure AlGaInAs-MQW Distributed Reflector (DR) Lasers」、Optical Fiber Communication Conference 2009,OThT6

従来の光導波型フィルタは、アレイ導波路型フィルタであり、出力側スラブ導波路により伝播光を結像させ、出力用導波路に伝播光を導くために、各アレイ導波路間の間隔は中心波長の整数倍を満たすような規則性が必要である。また、従来の光導波型フィルタは、アレイ導波路の中心線を基準にして正確に左右対称な基本構造にする必要があると共に、ローランド円の構成に従う２つのスラブ導波路を形成しなければならないという製造上の制約があるという課題がある。

また、従来のマッハ・ツェンダ型及びラダー型の光フィルターは、基本的には入射光を２つに分岐した後に、異なる導波路長を経たうえで合波させるもので、２つの経路間の位相差に対応し、位相が合わないものは放射され、位相が整合するものは透過するという原理に基づいている。ただし、所望の透過特性を得る為には、導波方向に数段の重ね合わせを行なう必要があり、その結果、光フィルターの全長が長くなるという課題がある。また、従来のマッハ・ツェンダ型及びラダー型の光フィルターは、導波方向に数段の重ね合わせに伴い、構造が複雑化し、歩留り悪化の要因になり、ひいてはコスト高の要因にもなるという課題がある。

さらに、従来の分布反射及び分布フラッグ反射型の半導体レーザーは、いずれも単一波長で発光するためのグレーティングを、導波路全体又はその一部に内包する構造となっており、結果として半導体レーザーの製造コストが比較的高くなるという課題がある。特に、従来の分布反射及び分布フラッグ反射型のレーザーは、低コスト化の要求が厳しいローカルエリア系ネットワーク等に対して、適用が困難であるという課題がある。
また、従来の半導体レーザーは、前方端面における光の位相を整合させる手段を開示しただけであり、単一波長の発振に至る手段を提供するものではない。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、従来の導波路型光フィルターと比較して、小型化及び低コスト化を図ることができる導波路型光フィルターを提供するものである。また、この発明は、従来の半導体レーザーと比較して、低コストの光源が実現できる半導体レーザーを提供するものである。

本発明に係る導波路型光フィルターにおいては、１入力かつＮ（Ｎは３以上の整数）出力型である１×Ｎ型マルチモード干渉導波路と、１×Ｎ型マルチモード干渉導波路の入力側のポートに一端が接続される１本の光導波路からなる第１の光導波路群と、１×Ｎ型マルチモード干渉導波路の出力側の各ポートに一端がそれぞれ接続され、三種以上の異なる導波路長を有するＮ本の光導波路からなる第２の光導波路群と、を備え、第１の光導波路群の光導波路の他端を入射面及び出射面とし、第２の光導波路群の各光導波路の他端を反射面とし、第２の光導波路群のうち、一の光導波路の導波路長が、二種以上の異なる導波路長を有する複数本の他の光導波路の導波路長と異なり、第２の光導波路群の一の光導波路の導波路長に対する、第２の光導波路群の複数本の他の導波路の各導波路長の差に基づく、前記出射面からの透過光の繰り返しピークの間隔である波長ピーク周期Δλが、複数存在し、下記式１を満たす各整数をｍとし、第２の光導波路群の一の光導波路の導波路長に対する、第２の光導波路群の複数本の他の光導波路の各導波路長との差をΔｄ／２とすると、下記式２を満たすものである。
［式１］
ｍ＝λ₀／Δλ
（但し、λ₀：入射光波長、Δλ：波長ピーク周期）
［式２］
Δｄ＝λ₀（Φ₀＋２π（ｍ−１））／２πｎ_eq
（但し、ｎ_eq：第２の光導波路群の光導波路の等価屈折率、Φ₀：初期整合位相）

本発明に係る半導体レーザーにおいては、１入力かつＮ（Ｎは３以上の整数）出力型である１×Ｎ型マルチモード干渉導波路と、１×Ｎ型マルチモード干渉導波路の入力側のポートに一端が接続される１本の光導波路からなる第１の光導波路群と、１×Ｎ型マルチモード干渉導波路の出力側の各ポートに一端がそれぞれ接続され、三種以上の異なる導波路長を有するＮ本の光導波路からなる第２の光導波路群と、を備え、第１の光導波路群の光導波路の他端を出射面とし、第２の光導波路群の各光導波路の他端を反射面とし、１×Ｎ型マルチモード干渉導波路、第１の光導波路群及び第２の光導波路群が、活性層を有する層構造であり、第２の光導波路群のうち、一の光導波路の導波路長が、二種以上の異なる導波路長を有する複数本の他の光導波路の導波路長と異なり、第２の光導波路群の一の光導波路の導波路長に対する、第２の光導波路群の複数本の他の導波路の各導波路長の差に基づく、前記出射面からの透過光の繰り返しピークの間隔である波長ピーク周期Δλが、複数存在し、下記式５を満たす各整数をｍとし、第２の光導波路群の一の光導波路の導波路長に対する、第２の光導波路群の複数本の他の光導波路の各導波路長との差をΔｄ／２とすると、下記式６を満たす。
［式５］
ｍ＝λ₀／Δλ
（但し、λ₀：入射光波長、Δλ：波長ピーク周期）
［式６］
Δｄ＝λ₀（Φ₀＋２π（ｍ−１））／２πｎ_eq

本発明に係る導波路型光フィルターにおいては、同一素子長内に複数の異なる光フィルター特性を重ね合わせることを可能とし、従来の導波路型光フィルターと比較して、小型化及び低コスト化を図ることができる。

本発明に係る半導体レーザーにおいては、グレーティングを不要とする単一波長の光源が実現でき、従来の半導体レーザーと比較して、低コストの光源を実現することができる。さらに、本発明に係る半導体レーザーにおいては、マルチモード干渉導波路が、第１の光導波路群及び第２の光導波路の各光導波路と比較して、導波路幅が広いことにより、高い電流を注入することができ、高出力化が容易に実現できる。

（ａ）は第１の実施形態に係る導波路型光フィルターの概略構成の一例を示す平面図であり、（ｂ）は第１の実施形態に係る導波路型光フィルターの概略構成の他の例を示す平面図である。 （ａ）は図１に示す導波路型光フィルターの矢視Ａ−Ａ’線の断面図であり、（ｂ）は図１に示す導波路型光フィルターの矢視Ｂ−Ｂ’線の断面図である。 第１の実施形態に係る導波路型光フィルターの原理を説明する説明図であり、（ａ）はおよそ２６ｎｍ毎に透過ピークが表れる場合の透過スペクトルであり、（ｂ）はおよそ１３ｎｍ毎に透過ピークが表れる場合の透過スペクトルである。 第１の実施形態に係る導波路型光フィルターの原理を説明する説明図であり、（ａ）はおよそ２６ｎｍ毎に透過ピークが表れる場合の透過スペクトルとおよそ１３ｎｍ毎に透過ピークが表れる場合の透過スペクトルとを重ねた図であり、（ｂ）は図１に示す導波路型光フィルターにより得られる透過スペクトルである。 第１の実施形態に係る導波路型光フィルターの製造方法を説明する説明図であり、（ａ）は図１に示す導波路型光フィルターの矢視Ａ−Ａ’線の断面図に対応するＳＯＩ基板上にＳｉＯ₂膜を堆積した状態の断面図であり、（ｂ）は図１に示す導波路型光フィルターの矢視Ａ−Ａ’線の断面図に対応するマスクを形成した状態の断面図である。 第１の実施形態に係る導波路型光フィルターの製造方法を説明する図であり、（ａ）は図１に示す導波路型光フィルターの矢視Ａ−Ａ’線の断面図に対応するエッチングによりハイメサ構造を形成した状態の断面図であり、（ｂ）は図１に示す導波路型光フィルターの矢視Ａ−Ａ’線の断面図に対応するマスクを除去した状態の断面図である。 （ａ）は図１（ａ）に示す第２の光導波路群の光導波路が３本の場合における導波路型光フィルターの概略構成の一例を示す平面図であり、（ｂ）は図１（ａ）に示す第２の光導波路群の光導波路が４本の場合における導波路型光フィルターの概略構成の一例を示す平面図であり、（ｃ）は図１（ａ）に示す第２の光導波路群の光導波路が５本の場合における導波路型光フィルターの概略構成の一例を示す平面図である。 図７に示す各導波路型光フィルターによる透過スペクトル図である。 （ａ）は図１（ａ）に示す第２の光導波路群の光導波路が９本の場合における導波路型光フィルターの概略構成の一例を示す平面図であり、（ｂ）は図９（ａ）に示す導波路型光フィルターによる透過スペクトル図であり、（ｃ）は図１（ａ）に示す第２の光導波路群の光導波路の本数とＳＭＳＲとの関係を示す説明図である。 （ａ）は第２の実施形態に係る導波路型光フィルターの概略構成の一例を示す平面図であり、（ｂ）は図１０（ａ）に示す導波路型光フィルターの矢視Ｃ−Ｃ’線の断面図である。 （ａ）は第３の実施形態に係る半導体レーザーの概略構成の一例を示す平面図であり、（ｂ）は第３の実施形態に係る半導体レーザーの概略構成の他の例を示す平面図である。 （ａ）は図１１に示す半導体レーザーの矢視Ｄ−Ｄ’線の断面図であり、（ｂ）は図１１に示す半導体レーザーの矢視Ｅ−Ｅ’線の断面図である。 第３の実施形態に係る半導体レーザーの製造方法を説明する説明図であり、（ａ）は図１１に示す半導体レーザーの矢視Ｄ−Ｄ’線の断面図に対応するＭＯＶＰＥ法により結晶構造を製作した状態の断面図であり、（ｂ）は図１１に示す半導体レーザーの矢視Ｄ−Ｄ’線の断面図に対応するマスクを形成した状態の断面図である。 第３の実施形態に係る半導体レーザーの製造方法を説明する説明図であり、（ａ）は図１１に示す半導体レーザーの矢視Ｄ−Ｄ’線の断面図に対応するエッチングによりハイメサ構造を形成した状態の断面図であり、（ｂ）は図１１に示す半導体レーザーの矢視Ｄ−Ｄ’線の断面図に対応するＢＣＢで埋め込んだ状態の断面図である。 （ａ）は第４の実施形態に係る半導体レーザーの概略構成の一例を示す平面図であり、（ｂ）は図１５（ａ）に示す半導体レーザーの矢視Ｆ−Ｆ’線の断面図である。

（本発明の第１の実施形態）
導波路型光フィルター１００は、基板１０上に、光導波路及びマルチモード干渉導波路が配設され、外部から入射された光を分岐し、光の位相を整合させたうえで、光を合波して外部に出射する。このため、導波路型光フィルター１００は、基板１０の一端面１０ａ側における光導波路の端面を入射面とし、基板１０の一端面１０ａに対向する他端面１０ｂ側における光導波路の端面を出射面とする場合に、分波用及び合波用のマルチモード干渉導波路をそれぞれ備える必要がある。この場合には、導波路型光フィルター１００は、後述する、第１の光導波路群１、第２の光導波路群２、第３の光導波路群３、Ｍ×Ｎ型マルチモード干渉導波路４及びＮ×Ｍ’型マルチモード干渉導波路５を少なくとも備える（例えば、図１（ａ）参照）。

また、導波路型光フィルター１００は、基板１０の一端面１０ａ側における光導波路の端面を入射面及び出射面とし、基板１０の他端面１０ｂ側における光導波路の端面を反射面とする場合に、分波及び合波を兼用するマルチモード干渉導波路を備えればよい。この場合には、導波路型光フィルター１００は、第１の光導波路群１及び第２の光導波路群２及びＭ×Ｎ型マルチモード干渉導波路４を少なくとも備える（例えば、図１（ｂ）参照）。

なお、本実施形態においては、基板１０の一端面１０ａ側における光導波路の端面を入射面とし、基板１０の他端面１０ｂ側における光導波路の端面を出射面とする場合を例に挙げて説明するが、基板１０の一端面１０ａ側における光導波路の端面を入射面及び出射面とし、基板１０の他端面１０ｂ側における光導波路の端面を反射面とする導波路型光フィルター１００であってもよい。

本実施形態に係る導波路型光フィルター１００は、図１（ａ）に示すように、基板１０上に、入射光導波路としての第１の光導波路群１と、Ｍ×Ｎ型マルチモード干渉導波路４と、光位相整合領域２０としての第２の光導波路群２と、Ｎ×Ｍ’型マルチモード干渉導波路５と、出射光導波路としての第３の光導波路群３とが集積されている。

Ｍ×Ｎ型マルチモード干渉導波路４は、Ｍ（Ｍは１以上の整数）入力かつＮ（Ｎは３以上の整数）出力型であるマルチモード干渉導波路である。なお、本実施形態においては、Ｍを１とし、Ｎを３とする１×３型マルチモード干渉導波路４ａを例に挙げて説明するが、この１×３型マルチモード干渉導波路４ａに限られるものではない。特に、本実施形態に係る１×３型マルチモード干渉導波路４ａは、光の導波方向に沿った導波路の長さ（以下、導波路長と称す）が２８０μｍ程度であり、導波路幅が２０μｍ程度である、略矩形状の干渉領域を有する。

Ｎ×Ｍ’型マルチモード干渉導波路５は、Ｎ（Ｎは３以上の整数）入力かつＭ’（Ｍ’は１以上の整数）出力型であるマルチモード干渉導波路である。なお、本実施形態においては、Ｎを３とし、Ｍ’を１とする３×１型マルチモード干渉導波路５ａを例に挙げて説明するが、この３×１型マルチモード干渉導波路５ａに限られるものではない。特に、本実施形態に係る３×１型マルチモード干渉導波路５ａは、導波路長が２８０μｍ程度であり、導波路幅が２０μｍ程度である、略矩形状の干渉領域を有する。

なお、マルチモード干渉導波路は、公知の技術を用いて設計できるのであるが、例えば、ＭＭＩ（Multimode Interference：多モード干渉）理論に基づいて、Ｍ×Ｎ型マルチモード干渉導波路４及びＮ×Ｍ’型マルチモード干渉導波路５を、以下のように設計することができる。

マルチモード干渉導波路の長さ（Ｌπ）の式は、下記数１のように示すことができる。ただし、数１の式に示す、Ｗ₁はマルチモード干渉領域の幅を表し、Ｎｒは導波路の屈折率を表し、Ｎｃはクラッドの屈折率を表し、λ₀は入射光波長を表す。また、σはＴＥモードのときσ＝０を表し、ＴＭモードのときσ＝１を表す。

〔数１〕
Ｗ_e＝Ｗ₁＋（λ₀／π）（Ｎｃ／Ｎｒ）²σ（Ｎｒ²−Ｎｃ²）^-1/2 ・・・（１）
Ｌπ＝４ＮｒＷ_e ²／３λ₀
また、マルチモード干渉導波路は、下記数２の式で表されるとき、１×Ｎ型の光導波路として動作することができる。また、マルチモード干渉導波路は、下記数３の式で表されるとき、Ｍ×Ｎ型の光導波路として動作することができる。なお、Ｍ及びＮは正の整数であり、入力側のＭは１であってもよく、出力側のＮは２以上とすることができる。ただし、数２及び数３の式に示すＬは、マルチモード干渉導波路の長さを表す。

〔数２〕
Ｌ＝（３／４Ｎ）Ｌπ（Ｎは正の整数） ・・・（２）
〔数３〕

Ｌ＝（３／Ｎ）Ｌπ（Ｎは正の整数） ・・・（３）
第１の光導波路群１は、Ｍ×Ｎ型マルチモード干渉導波路４の入力側の各ポート（以下、入力ポートと称す）に一端がそれぞれ接続されるＭ本の光導波路からなる。また、第１の光導波路群１は、各光導波路の他端を入射面とする。なお、本実施形態においては、１×３型マルチモード干渉導波路４ａを例に挙げて説明するために、第１の光導波路群１は、１本の光導波路（以下、入射光導波路１ａと称す）からなる。特に、本実施形態に係る入射光導波路１ａは、導波路長が５０μｍ程度であり、導波路幅が１．０μｍ程度である、直線領域のみからなる直線導波路である。また、入射光導波路１ａは、Ｍ×Ｎ型マルチモード干渉導波路４の入力側の辺に対して略中央に接続されている。

第２の光導波路群２は、Ｍ×Ｎ型マルチモード干渉導波路４の出力側の各ポート（以下、分岐ポートと称す）に一端がそれぞれ接続され、Ｎ×Ｍ’型マルチモード干渉導波路５の入力側の各ポート（以下、合波ポートを称す）に他端がそれぞれ接続されるＮ本の光導波路からなる。また、第２の光導波路群２は、Ｎ本の光導波路のうち、一の光導波路の長さが、他の光導波路の長さと異なる。すなわち、一の光導波路及び他の光導波路は、１本又は複数本の光導波路であり、第２の光導波路群２は、二種以上の異なる長さを有するＮ本の光導波路からなる。

なお、本実施形態においては、１×３型マルチモード干渉導波路４ａ及び３×１型マルチモード干渉導波路５ａを例に挙げて説明するために、第２の光導波路群２は、３本の光導波路からなる。

また、第２の光導波路群２は、直線領域のみからなる直線導波路２ａと、直線領域及び曲線領域からなる曲線導波路（第１の曲線導波路２ｂ、第２の曲線導波路２ｃ）とから構成され、各光導波路の導波路長を互いに異ならせているが、二種以上の異なる長さを有する３本の光導波路から構成されるのであれば、３本の光導波路のうち、２本の光導波路の導波路長を同一とし、残り１本の光導波路の導波路長を異ならせてもよい。

また、第２の光導波路群２は、直線導波路２ａと曲線導波路（第１の曲線導波路２ｂ、第２の曲線導波路２ｃ）とから構成されているが、二種以上の異なる長さを有する３本の光導波路から構成されるのであれば、直線導波路及び曲線導波路の組合せに限られるものではなく、例えば、直線導波路２ａを曲線導波路で形成し、３本の光導波路を全て曲線導波路で構成してもよい。特に、直線導波路２ａに対して導波路長を同じくする曲線導波路に変更した場合には、光位相整合領域２０の領域長が短くなり、導波路型光フィルター１００素子の全長を短くすることができる。また、第２の光導波路群２は、曲線導波路の替わりに、屈曲領域を含む光導波路であってもよいが、屈曲領域における伝播光の放射による光の伝播ロスが生じるために、曲線導波路にすることが好ましい。

第２の光導波路群２は、図１（ａ）に示すように、１×３型マルチモード干渉導波路４ａ及び３×１型マルチモード干渉導波路５ａ間に、直線導波路２ａ、第１の曲線導波路２ｂ及び第２の曲線導波路２ｃが並設され、直線導波路２ａを基準として、第１の曲線導波路２ｂ及び第２の曲線導波路２ｃが直線導波路２ａの両側にそれぞれ配設される。

直線導波路２ａは、１×３型マルチモード干渉導波路４ａを介して、入射光導波路１ａに対向する位置に配設される。特に、光位相整合領域２０が領域長として１００μｍ程度であるために、光位相整合領域２０の領域長に一致する直線導波路２ａは、導波路長が１００μｍ程度であり、導波路幅が１．０μｍ程度である。

第１の曲線導波路２ｂは、後述する数５に基づき、導波路型光フィルター１００からの透過光の繰り返しピークの間隔（以下、波長ピーク周期と称す）Δλがおよそ１３ｎｍとなるように、後述する数４に基づき、直線導波路２ａの導波路長に対する第１の曲線導波路２ｂの導波路長の差Δｄがおよそ５２μｍだけ直線導波路２ａよりもその長さが長くなるように設定されている。

このため、第１の曲線導波路２ｂは、図１（ａ）に示すように、曲率半径Ｒがおよそ２３μｍである略Ｓ字の曲線領域を光位相整合領域２０の中央で結合し、その前後（１×３型マルチモード干渉導波路４ａ側及び３×１型マルチモード干渉導波路５ａ側）におよそ４μｍ程度の長さの直線領域がそれぞれ配置された構成の光導波路である。

第２の曲線導波路２ｃは、第１の曲線導波路２ｂと同様に、後述する数５に基づき、波長ピーク周期Δλがおよそ２６ｎｍとなるように、後述する数４に基づき、直線導波路２ａの導波路長に対する第２の曲線導波路２ｃの導波路長の差Δｄがおよそ２７μｍだけ直線導波路２ａよりもその長さが長くなるように設定されている。

このため、第２の曲線導波路２ｃは、図１（ａ）に示すように、曲率半径Ｒがおよそ１２μｍである略Ｓ字の曲線領域を光位相整合領域２０の中央で結合し、その前後（１×３型マルチモード干渉導波路４ａ側及び３×１型マルチモード干渉導波路５ａ側）におよそ２６μｍ程度の長さの直線領域がそれぞれ配置された構成の光導波路である。

第３の光導波路群３は、Ｎ×Ｍ’型マルチモード干渉導波路５の出力側の各ポート（以下、出力ポートと称す）に一端がそれぞれ接続されるＭ’本の光導波路からなる。また、第３の光導波路群３は、各光導波路の他端を出射面とする。なお、本実施形態においては、３×１型マルチモード干渉導波路５ａを例に挙げて説明するために、第３の光導波路群３は、１本の光導波路（以下、出射光導波路３ａと称す）からなる。特に、本実施形態に係る出射光導波路３ａは、導波路長が５０μｍ程度であり、導波路幅が１．０μｍ程度である、直線領域のみからなる直線導波路である。

なお、入射光導波路１ａ、１×３型マルチモード干渉導波路４ａ、直線導波路２ａ、第１の曲線導波路２ｂ、第２の曲線導波路２ｃ、３×１型マルチモード干渉導波路５ａ及び出射光導波路３ａは、層構造が同一であり、ハイメサ導波路である。また、これらの断面構造は、図２に示すように、Ｓｉ基板を基材とする基板層１０上に、ＳｉＯ₂からなる第１のクラッド層１１、Ｓｉからなるコア層１２、及びＳｉＯ₂からなる第２のクラッド層１３が、それぞれ積層されたハイメサ構造である。特に、本実施形態においては、第１のクラッド層１１の膜厚は１μｍ程度であり、コア層１２の膜厚は０．３μｍ程度であり、第２のクラッド層１３の膜厚は１μｍ程度である。

また、本実施形態に係る層構造は、光導波路の材料系として、ＳｉＯ₂/Ｓｉ/ＳｉＯ₂構造としているが、この材料系に限定するものではなく、例えば、ＩｎＰ系半導体材料であってもよいし、ＬｉＮｂＯ₃系材料であっても適用可能である。

なお、本実施形態に係る導波路型光フィルター１００は、入射光導波路１ａ、１×３型マルチモード干渉導波路４ａ、直線導波路２ａ、第１の曲線導波路２ｂ、第２の曲線導波路２ｃ、３×１型マルチモード干渉導波路５ａ及び出射光導波路３ａをハイメサ導波路としているが、層構造を限定するものではなく、リッジ構造や埋め込み構造であっても適用可能である。

以下、本実施形態に係る導波路型光フィルター１００によって、小型の光フィルターが実現できる原理を説明する。
一般に、マルチモード干渉導波路でＮ分岐された波長λ₀の光は、それぞれの振幅が等しく、また、それぞれの位相が各分岐ポート間で相対的に決まった位相で出力される。

例えば、本実施形態に係る１×３型マルチモード干渉導波路４ａでは、３出力側の分岐ポートにおいて、その中央の分岐ポートから出力される光の位相を０とした場合に、その中央の分岐ポートの外側に位置する２つの分岐ポートから出力される光の位相はπ／３となる。

したがって、Ｎ分岐された光を、再び、Ｎ×Ｍ’型マルチモード干渉導波路５で合波させる場合には、例え、Ｎ本の全ての光導波路を伝播する光の振幅が等しくても、Ｎ×Ｍ’型マルチモード干渉導波路５の各合波ポート間で相対的に決まった位相で入力しないと、Ｎ×Ｍ’型マルチモード干渉導波路５を用いて確実に合波することができず、一部もしくは大部分の光はＮ×Ｍ’型マルチモード干渉導波路５から放射してしまうことになる。

すなわち、相対的に決まった位相でＮ×Ｍ’型マルチモード干渉導波路５の各合波ポートに光が入力されていない場合は、光損失が生じ、光は導波路型光フィルター１００を完全には透過しなくなることを意味する。このため、Ｍ×Ｎ型マルチモード干渉導波路４を用いてＮ分岐した光を、Ｎ×Ｍ’型マルチモード干渉導波路５で合波させる場合は、光位相整合領域２０を用いて、入力側の各合波ポート間で相対的に決まった位相でＮ×Ｍ’型マルチモード干渉導波路５に光を入力させる必要がある。

なお、本実施形態に係る３×１型マルチモード干渉導波路５ａでは、３入力側の合波ポートにおいて、その中央の合波ポートに入力される光の位相を０とした場合に、その中央の合波ポートの外側に位置する２つの合波ポートでの位相は５π／３として入力させるようにすればよい。

具体的には、１×３型マルチモード干渉導波路４ａの各分岐ポートにおける中央の分岐ポートの外側に位置する２つの分岐ポートから出力された光が、３×１型マルチモード干渉導波路５ａの各ポートにおける中央の合波ポートの外側に位置する２つの合波ポートに至るまでに、その中央の合波ポートに入力される光との位相差が５π／３となるように、直線導波路２ａに対して第１の曲線導波路２ｂ及び第２の曲線導波路２ｃの長さを共に長くすれば、この位相差を得ることができる。

ここで、マルチモード干渉導波路の各分岐ポートから並設する複数の光導波路のうち、中心とする光導波路の導波路長に対する、中心とする光導波路の外側にある光導波路の導波路長との差をΔｄとすると、下記数４の式で表される。ただし、数４の式に示す、ｎ_eqは光位相整合領域の光導波路の等価屈折率であり、Φ₀は初期整合位相であり、ｍは整数である。

〔数４〕
Δｄ＝λ₀（Φ₀＋２π（ｍ−１））／２πｎ_eq ・・・（４）

なお、本実施形態においては、前述したように、１×３型マルチモード干渉導波路４ａの３出力側の分岐ポートにおいて、その中央の分岐ポートから出力される光の位相を０とした場合に、その中央の分岐ポートの外側に位置する２つの分岐ポートから出力される光の位相はπ／３となることと、３×１型マルチモード干渉導波路５ａの３入力側の合波ポートにおいて、その中央の合波ポートに入力される光の位相を０とした場合に、その中央の合波ポートの外側に位置する２つの合波ポートでの位相は５π／３となることとから、初期整合位相Φ₀は、Φ₀＝３π／５−π／３で与えられる。

ここで、数４を参照すると、直線導波路２ａの導波路長に対する第１の曲線導波路２ｂ及び第２の曲線導波路２ｃの導波路長の差Δｄは、必ずしも１つの値に限られるわけではなく、ｍの関数であることがわかる。このことから、ある整数ｍにおけるΔｄと同一の値であるΔｄが、整数ｍとは異なる整数ｍ’及び波長λ₀とは別の波長λ'によって実現できることを意味する。

すなわち、本願発明に係る導波路型光フィルター１００は、ある一定のＦＳＲ（Free Spectral Range：自由スペクトル領域）を有する波長フィルターであることがわかる。このＦＳＲを波長ピーク周期Δλとすると、波長ピーク周期Δλは、下記数５の式で表される。

〔数５〕
Δλ＝λ₀／ｍ ・・・（５）

このように、本願発明に係る導波路型光フィルター１００は、以上に説明した原理に従い、波長ピーク周期Δλを自由に設定することができるという特徴を有している。
ここで、本実施形態では、第１の曲線導波路２ｂ及び第２の曲線導波路２ｃの導波路長の長さを異なる長さとしているが、仮に、第１の曲線導波路２ｂ及び第２の曲線導波路２ｃの導波路長が共に同じ長さであり、かつ、数４及び数５を満たすように設計した場合には、その透過スペクトルが、例えば、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すようになる。

なお、図３（ａ）は、波長ピーク周期Δλがおよそ２６ｎｍになるように、第１の曲線導波路２ｂ（第２の曲線導波路２ｃ）の導波路長を設定した場合における導波路型光フィルター１００による透過スペクトルであり、横軸が波長［ｎｍ］であり、縦軸が透過率である。また、図３（ｂ）は、波長ピーク周期Δλがおよそ１３ｎｍになるように、第１の曲線導波路２ｂ（第２の曲線導波路２ｃ）の導波路長を設定した場合における導波路型光フィルター１００による透過スペクトルであり、横軸が波長［ｎｍ］であり、縦軸が透過率である。

この図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、数４及び数５を満たすように、第１の曲線導波路２ｂ及び第２の曲線導波路２ｃを設計することで、導波路型光フィルター１００として、波長ピーク周期Δλの異なる透過スペクトルを自由に実現することができる。

その一方で、透過スペクトルの一つの透過ピークの線幅と波長ピーク周期Δλとは直接的に相関し、透過ピークの線幅を狭くしようとすると、波長ピーク周期Δλも同時に狭くなってしまう。特に、第１の曲線導波路２ｂ及び第２の曲線導波路２ｃの導波路長が共に同じ長さでは、波長域を広い範囲で使うことが想定されるローカルエリア系ネットワークの用途として、導波路型光フィルター１００の適用が困難である。

そこで、本実施形態に係る導波路型光フィルター１００は、更に次のような動作原理をも有している。

通常、前述したように、波長ピーク周期Δλと一つの透過ピークの線幅とを個別に設計する場合には、透過特性の異なる光フィルターを直列的にいくつか接続（従属接続）し、それぞれの透過特性の積として、所望の透過特性を設計することができる。例えば、背景技術で説明したマッハ・ツェンダ型やラダー型の光フィルターは、その代表例である。

本願発明においても、マッハ・ツェンダ型やラダー型の光フィルターと同様に、波長ピーク周期Δλが２６ｎｍの波長フィルターと波長ピーク周期Δλが１３ｎｍの波長フィルターとを、導波方向に従属接続した形に集積すれば、図４（ａ）に示す２つの波長フィルターの透過特性の積として、図４（ｂ）に示す透過特性が得られる。すなわち、図４（ｂ）に示す透過特性は、波長ピーク周期Δλとしてはおよそ２６ｎｍであるが、中心波長における線幅としては狭い線幅の透過スペクトルが得られる。これは、波長ピーク周期Δλが２６ｎｍの波長フィルターにおける透過ピークによる山又は谷と、波長ピーク周期Δλが１３ｎｍの波長フィルターにおける透過ピークによる谷又は山とを合わせて、透過ピークを減少させて、サイドモードを抑圧した結果である。なお、図４（ａ）において、実線が波長ピーク周期Δλが１３ｎｍの波長フィルターの透過特性を示し、破線が波長ピーク周期Δλが２６ｎｍの波長フィルターの透過特性を示している。また、図４（ａ）及び図４（ｂ）において、横軸が波長［ｎｍ］であり、縦軸が透過率である。

しかしながら、このような従属接続を行なう場合には、複数の波長フィルターを導波方向に直列的に接続しなければならず、導波路型光フィルター１００の長さが必然的に長くなってしまうという課題があり、導波路型光フィルター１００の小型化及び低コスト化という観点からは好ましくない。

本実施形態に係る導波路型光フィルター１００においては、この従来の課題を解決すべく、第１の曲線導波路２ｂ及び第２の曲線導波路２ｃの導波路長が互いに異なる長さとすることで、複数の波長フィルターを従属接続することなく、図４（ｂ）に示す透過特性を実現し得ることが、発明者の最近の研究結果からわかった。

従って、本実施形態に係る導波路型光フィルター１００においては、複数の異なる透過スペクトルの積が、導波路型光フィルター１００の全長を長くすることなく実現できることになり、波長ピーク周期Δλ及び線幅の自由な設定だけではなく、従来技術では達成が困難であった導波路型光フィルター１００の小型化及び低コスト化までをも実現できることになる。

つぎに、図５及び図６を参照して、本実施形態に係る導波路型光フィルター１００の製造方法を説明する。
まず、通常のＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板３０上に、熱ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）法を用いて、ＳｉＯ₂膜４０を堆積する（図５（ａ））。

そして、ステッパ（縮小投影露光装置）によるフォトリソグラフィ法を用いて、図１（ａ）に示す、第１の光導波路群１、Ｍ×Ｎ型マルチモード干渉導波路４、第２の光導波路群２、Ｎ×Ｍ’型マルチモード干渉導波路５及び第３の光導波路群３の平面形状に合わせて、エッチング用のマスク５０を形成する（図５（ｂ））。

このマスク５０を用いて、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合プラズマ）法によりドライエッチングを施して、第２のクラッド層１３となるＳｉＯ₂膜４０、コア層１２となるＳＯＩ基板３０のＳｉ層、及び第１のクラッド層１１となるＳＯＩ基板３０のＳｉＯ₂層における不要な部分を除去し、断面形状としてハイメサ構造を形成する（図６（ａ））。なお、図６（ａ）においては、エッチングの進行が、ＳＯＩ基板３０の基板層１０の表面まで達して一部が除去されており、基板層１０にエッチング底面１０ｃを図示している。
この後、第２のクラッド層１３の直上にあるマスク５０を、有機溶剤及びアッシング法により除去する（図６（ｂ））。

そして、複数の導波路型光フィルター１００素子が形成された基板１０に対して、導波路型光フィルター１００素子間の境界に沿って劈開することで、図１（ａ）及び図２に示す構造を有する導波路型光フィルター１００素子を得ることができる。この劈開により、導波路型光フィルター１００素子の後方端面（基板１０の一端面１０ａ、入射光導波路１ａの入射面）及び前方端面（基板１０の他端面１０ｂ、出射光導波路３ａの出射面）がそれぞれ形成される。

最後に、前方端面及び後方端面に反射防止膜をそれぞれ形成して、導波路型光フィルター１００素子の製造を終了する。なお、図１（ｂ）に示す導波路型光フィルター１００の場合には、前方端面（基板１０の一端面１０ａ、入射光導波路１ａの入射面）に反射防止膜を形成し、後方端面（基板１０の他端面１０ｂ、第２の光導波路群２の出射面）に高反射膜を形成して、導波路型光フィルター１００素子の製造を終了する。

なお、本実施形態に係る製造方法においては、フォトリソグラフィ法にステッパを用いているが、必ずしもこれに限られるわけではなく、例えば、電子ビーム露光装置であっても適用可能である。

また、本実施形態に係る製造方法においては、ＳｉＯ₂膜４０の形成に熱ＣＶＤ法を用いているが、例えば、プラズマＣＶＤ法であっても、スパッタ法であっても適用可能である。

また、本実施形態に係る製造方法においては、ハイメサ構造の製造工程をＩＣＰ法に限られるものではなく、例えば、ＮＬＤ（magnetic neutral loop discharge）法、もしくはＲＩＥ（Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング ）法であっても適用可能である。

さらに、本実施形態に係る製造方法においては、エッチングの進行を基板層１０にまで到達させたハイメサ構造としているが、必ずしも基板層１０にまでエッチングを施す必要はなく、コア層１２となるＳＯＩ基板３０のＳｉ層がエッチングされていればよく、例えば、メサ構造であってもよい。

また、本実施形態に係る製造方法においては、導波路型光フィルター１００素子の後方端面及び前方端面の形成は、必ずしも劈開である必要はなく、例えば、導波路型光フィルター１００素子を切り出した後に研磨してもよいし、切り出した導波路型光フィルター１００素子の後方端面及び前方端面に、コーティング等を施してもよい。

以上のように、本実施形態に係る導波路型光フィルター１００は、Ｍ×Ｎ型マルチモード干渉導波路４及びN×M’型マルチモード干渉導波路５間に、Ｎ本（Ｎは３以上の整数）の光導波路からなる第２の光導波路群２を備え、第２の光導波路群２のうち、一の光導波路の長さが、他の光導波路の長さと異なることにより、波長ピーク周期Δλを自由に設定することができ、ある一定のＦＳＲを有することができるという作用効果を奏する。

特に、従来のマッハ・ツェンダ型及びラダー型の光フィルターは、透過光と非透過光との比を大きくする（透過ピークの線幅を狭める）ために、同一の透過特性を有する光フィルターを従属接続（例えば、２段）する必要があった。

これに対し、本実施形態に係る導波路型光フィルター１００は、第２の光導波路群２を二種以上（例えば、１本の直線導波路２ａと、同一の導波路長である２本の第１の曲線導波路２ａとのニ種類）の光導波路にすることにより、従来のマッハ・ツェンダ型及びラダー型の光フィルターによる従属接続（例えば、２段）と同様に、透過ピークの線幅を狭めることができる。そのうえ、導波路型光フィルター１００は、多段の従属接続が不要であり、構成として比較的単純である光フィルターを実現することができるという作用効果を奏する。

また、波長域を広い範囲で使うことが想定されるローカルエリア系ネットワークに導波路型光フィルター１００を適用する場合に、第２の光導波路群２が、三種以上の異なる長さを有するＮ本の光導波路からなることにより、異なる帯域フィルターを集積することと同じ作用効果を、光フィルターのサイズを大きくすることなく実現することができるという作用効果を奏する。

なお、本実施形態に係る導波路型光フィルター１００は、第１の曲線導波路２ｂの略Ｓ字の曲線領域における曲率半径Ｒを２３μｍとし、第２の曲線導波路２ｃの略Ｓ字の曲線領域における曲率半径Ｒを１２μｍとしているが、所望の導波路長の差Δｄが実現できるのであれば、この曲率半径に限られるものではない。

また、本実施形態に係る入射光導波路１ａ及び出射光導波路３ａは、直線導波路としているが、必ずしも直線導波路である必要はなく、例えば、テーパー構造等によるスポットサイズ変換機能を直線導波路の一部に持たせ、光ファイバーとの光結合効率を高める構造であってもよい。
また、本実施形態に係る導波路型光フィルター１００は、必ずしも従属接続を否定するものではなく、従属接続が併用されていても問題はない。

なお、本実施形態に係る導波路型光フィルター１００は、Ｍ×Ｎ型マルチモード干渉導波路４及びＮ×Ｍ’型マルチモード干渉導波路５として、１×３型マルチモード干渉導波路４ａ及び３×１型マルチモード干渉導波路５ａを例に挙げて説明したが、例えば、図７（ｂ）に示す１×４型マルチモード干渉導波路４及び４×１型マルチモード干渉導波路５や、図７（ｃ）に示す１×５型マルチモード干渉導波路４及び５×１型マルチモード干渉導波路５であってもよい。

なお、図７（ａ）に示す導波路型光フィルター１００は、１×３型マルチモード干渉導波路４及び３×１型マルチモード干渉導波路５を備え、第２の光導波路群２が、１本の直線導波路２ａと、導波路長が同一である２本の第１の曲線導波路２ｂとから構成され、二種類の異なる長さを有する３本の光導波路からなる。また、図７（ｂ）に示す導波路型光フィルター１００は、第２の光導波路群２が、導波路長が同一である２本の直線導波路２ａと、導波路長が同一である２本の第１の曲線導波路２ｂとから構成され、二種類の異なる長さを有する４本の光導波路からなる。また、図７（ｃ）に示す導波路型光フィルター１００は、第２の光導波路群２が、１本の直線導波路２ａと、導波路長が同一である２本の第１の曲線導波路２ｂと、導波路長が同一である２本の第２の曲線導波路２ｃとから構成され、三種類の異なる長さを有する５本の光導波路からなる。

図７に示す各導波路型光フィルター１００は、図８に示すように、光位相整合領域２０の第２の光導波路群２における光導波路の本数を増加させることにより、導波路型光フィルター１００によるフィルター効果を増加させることがわかる。なお、図８において、実線が図７（ｃ）に示す導波路型光フィルター１００の透過特性を示し、破線が図７（ｂ）に示す導波路型光フィルター１００の透過特性を示し、一点鎖線が図７（ａ）に示す導波路型光フィルター１００の透過特性を示す。また、図８において、横軸が波長［ｎｍ］であり、縦軸が透過率［％］である。

特に、導波路型光フィルター１００は、Ｍ×Ｎ型マルチモード干渉導波路４及びＮ×Ｍ’型マルチモード干渉導波路５を、図９（ａ）に示す１×９型マルチモード干渉導波路４及び９×１型マルチモード干渉導波路５にすることより、図９（ｂ）及び図９（ｃ）に示すように、副モード抑圧比（Side Mode Suppression Ratio：ＳＭＳＲ＝（中心波長に隣り合う山のパワー）／（中心波長における山のパワー））が０．２９を達成し、良好な単一モード動作を実現することができる。

なお、図９（ａ）に示す導波路型光フィルター１００は、第２の光導波路群２が、１本の直線導波路２ａと、導波路長が同一である２本の第１の曲線導波路２ｂと、導波路長が同一である２本の第２の曲線導波路２ｃと、導波路長が同一である２本の第３の曲線導波路２ｄと、導波路長が同一である２本の第４の曲線導波路２ｅと、から構成され、五種類の異なる長さを有する９本の光導波路からなる。また、図８（ｂ）は、横軸が波長［ｎｍ］であり、縦軸が透過率［％］である。また、図８（ｃ）は、横軸が第２の光導波路群２における光導波路の本数Ｎ［本］であり、縦軸が副モード抑圧比である。

さらに、本実施形態に係る導波路型光フィルター１００においては、第１の光導波路群１、第２の光導波路群２、第３の光導波路群３、Ｍ×Ｎ型マルチモード干渉導波路４及びＮ×Ｍ’型マルチモード干渉導波路５の一部を、ＰＮ接合間に活性層を有する層構造にして、アクティブ化することによって光損失の補償も実現できる。すなわち、この層構造では、ＰＮ接合間に順バイアスを加えて、正孔と電子が活性層に閉じ込められ、再結合して発光した光により、光導波路を伝播するうちに損失した光を補償することができるという作用効果を奏する。
（本発明の第２の実施形態）
図１０（ａ）は第２の実施形態に係る導波路型光フィルターの概略構成の一例を示す平面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）に示す導波路型光フィルターの矢視Ｃ−Ｃ’線の断面図である。図１０において、図１乃至図９と同じ符号は、同一又は相当部分を示し、その説明を省略する。

１×１型マルチモード干渉導波路６は、１入力かつ１出力型であるマルチモード干渉導波路である。特に、本実施形態に係る１×１型マルチモード干渉導波路６は、導波路長が１２０μｍ程度であり、導波路幅が６．５μｍ程度である、略矩形状の干渉領域を有する。

光位相整合領域２０ａは、第１の実施形態に係る光位相整合領域２０における直線導波路２ａ、第１の曲線導波路２ｂ及び第２の曲線導波路２ｃの略中央に、１×１型マルチモード干渉導波路６をそれぞれ挿入した領域である。このため、光位相整合領域２０ａの領域長は、第１の実施形態に係る光位相整合領域２０の領域長１００μｍ程度に、１×１型マルチモード干渉導波路６の導波路長１２０μｍ程度を加えた２２０μｍ程度である。

なお、直線導波路２ａ及び第１の曲線導波路２ｂの略中央にそれぞれ挿入された１×１型マルチモード干渉導波路６は、同一の導波路長であるために、直線導波路２ａの導波路長に対する第１の曲線導波路２ｂの導波路長の差Δｄ及び波長ピーク周期Δλは、第１の実施形態と同一（Δｄ＝５２μｍ、Δλ＝１３ｎｍ）である。同様に、直線導波路２ａ及び第２の曲線導波路２ｃの略中央にそれぞれ挿入された１×１型マルチモード干渉導波路６は、同一の導波路長であるために、直線導波路２ａの導波路長に対する第２の曲線導波路２ｃの導波路長の差Δｄ及び波長ピーク周期Δλは、第１の実施形態と同一（Δｄ＝２６μｍ、Δλ２６ｎｍ）である。

また、１×１型マルチモード干渉導波路６は、入射光導波路１ａ、１×３型マルチモード干渉導波路４ａ、直線導波路２ａ、第１の曲線導波路２ｂ、第２の曲線導波路２ｃ、３×１型マルチモード干渉導波路５ａ及び出射光導波路３ａと層構造が同一であり、ハイメサ導波路である。すなわち、１×１型マルチモード干渉導波路６の断面構造は、図１０（ｂ）に示すように、Ｓｉ基板を基材とする基板層１０上に、ＳｉＯ₂からなる第１のクラッド層１１、Ｓｉからなるコア層１２、及びＳｉＯ₂からなる第２のクラッド層１３が、それぞれ積層されたハイメサ構造である。

なお、第２の実施形態においては、１×１型マルチモード干渉導波路６を備えるところのみが第１の実施形態と異なるところであり、１×１型マルチモード干渉導波路６による作用効果以外は、第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。

本実施形態に係る導波路型光フィルター１００においては、１×１型マルチモード干渉導波路６により、中心波長以外の波長成分を更にカットするため、特に、ローカルエリア系ネットワークへの適用を考えた場合（例えば、１．３μｍ帯と１．５５μｍ帯と大きく波長の離れた波長間で互いにフィルタリングが必要である）に、クロストークの抑制効果が更に大きくなるという作用効果を奏する。

（本発明の第３の実施形態）
図１１（ａ）は第３の実施形態に係る半導体レーザーの概略構成の一例を示す平面図であり、図１１（ｂ）は第３の実施形態に係る半導体レーザーの概略構成の他の例を示す平面図である。図１２（ａ）は図１１に示す半導体レーザーの矢視Ｄ−Ｄ’線の断面図であり、図１２（ｂ）は図１１に示す半導体レーザーの矢視Ｅ−Ｅ’線の断面図である。図１３は第３の実施形態に係る半導体レーザーの製造方法を説明する説明図であり、図１３（ａ）は図１１に示す半導体レーザーの矢視Ｄ−Ｄ’線の断面図に対応するＭＯＶＰＥ法により結晶構造を製作した状態の断面図であり、図１３（ｂ）は図１１に示す半導体レーザーの矢視Ｄ−Ｄ’線の断面図に対応するマスクを形成した状態の断面図である。図１４は第３の実施形態に係る半導体レーザーの製造方法を説明する説明図であり、図１４（ａ）は図１１に示す半導体レーザーの矢視Ｄ−Ｄ’線の断面図に対応するエッチングによりハイメサ構造を形成した状態の断面図であり、図１４（ｂ）は図１１に示す半導体レーザーの矢視Ｄ−Ｄ’線の断面図に対応するＢＣＢで埋め込んだ状態の断面図である。

半導体レーザー２００は、基板２１０上に、光導波路及びマルチモード干渉導波路が配設され、内部のＰＮ接合間に順バイアスを加えて、正孔と電子が活性層に閉じ込められ、再結合して発光した光を分岐し、光の位相を整合させたうえで、光を合波して外部に出射する。このため、半導体レーザー２００は、基板２１０の一端面２１０ａ側において発光した光に対して、基板２１０の一端面２１０ａに対向する他端面２１０ｂ側における光導波路の端面を出射面とする場合に、分波用及び合波用のマルチモード干渉導波路をそれぞれ備える必要がある。この場合には、半導体レーザー２００は、後述する、第１の光導波路群２０１、第２の光導波路群２０２、第３の光導波路群２０３、Ｍ×Ｎ型マルチモード干渉導波路２０４及びＮ×Ｍ’型マルチモード干渉導波路２０５を少なくとも備える（例えば、図１１（ｂ）参照）。

また、半導体レーザー２００は、基板２１０の一端面２１０ａ側において発光した光に対して、基板２１０の他端面２１０ｂ側における光導波路の端面を反射面とし、基板２１０の一端面２１０ａ側における光導波路の端面を出射面とする場合に、分波及び合波を兼用するマルチモード干渉導波路を備えればよい。この場合には、半導体レーザー２００は、第１の光導波路群２０１及び第２の光導波路群２０２及びＭ×Ｎ型マルチモード干渉導波路２０４を少なくとも備える（例えば、図１１（ａ）参照）。

なお、本実施形態においては、基板２１０の一端面２１０ａ側において発光した光に対して、基板２１０の他端面２１０ｂ側における光導波路の端面を反射面とし、基板２１０の一端面２１０ａ側における光導波路の端面を出射面とする場合を例に挙げて説明するが、基板２１０の一端面２１０ａ側において発光した光に対して、基板２１０の他端面２１０ｂ側における光導波路の端面を出射面とする半導体レーザー２００であってもよい。

本実施形態に係る半導体レーザー２００は、図１１（ａ）に示すように、基板２１０上に、第１の光導波路群２０１と、Ｍ×Ｎ型マルチモード干渉導波路２０４と、光位相整合領域２２０及び光導波路領域２２１としての第２の光導波路群２０２とが集積されている。特に、本実施形態に係る半導体レーザー２００は、基板２１０の一端面２１０ａと他端面２１０ｂとの間で、第１の光導波路群１０１、Ｍ×Ｎ型マルチモード干渉導波路２０４及び第２の光導波路群２０２により、共振器が構成されている。

Ｍ×Ｎ型マルチモード干渉導波路２０４は、Ｍ（Ｍは１以上の整数）入力かつＮ（Ｎは３以上の整数）出力型であるマルチモード干渉導波路である。なお、本実施形態においては、Ｍを１とし、Ｎを３とする１×３型マルチモード干渉導波路２０４ａを例に挙げて説明するが、この１×３型マルチモード干渉導波路２０４ａに限られるものではない。特に、本実施形態に係る１×３型マルチモード干渉導波路２０４ａは、光の導波方向に沿った導波路の長さ（以下、導波路長と称す）が２８０μｍ程度であり、導波路幅が２０μｍ程度である、略矩形状の干渉領域を有する。

なお、マルチモード干渉導波路は、公知の技術を用いて設計できるのであるが、例えば、ＭＭＩ理論に基づいて、Ｍ×Ｎ型マルチモード干渉導波路２０４を、第１の実施形態において前述したように設計することができる。

第１の光導波路群２０１は、Ｍ×Ｎ型マルチモード干渉導波路２０４の入力側の各ポート（以下、入力ポートと称す）に一端がそれぞれ接続されるＭ本の光導波路からなり、第１の光導波路群２０１の各光導波路は、シングルモード導波路である。また、第１の光導波路群２０１は、各光導波路の他端を出射面とする。

なお、本実施形態においては、１×３型マルチモード干渉導波路２０４ａを例に挙げて説明するために、第１の光導波路群２０１は、１本の光導波路２０１ａからなる。特に、本実施形態に係る光導波路２０１ａは、導波路長が５０μｍ程度であり、導波路幅が２．０μｍ程度である、直線領域のみからなる直線導波路である。また、光導波路２０１ａは、Ｍ×Ｎ型マルチモード干渉導波路２０４の入力側の辺に対して略中央に接続されている。

第２の光導波路群２０２は、Ｍ×Ｎ型マルチモード干渉導波路２０４の出力側の各ポート（以下、出力ポートと称す）に一端がそれぞれ接続され、三種以上の異なる長さを有するＮ本の光導波路からなる。また、第２の光導波路群２０２は、各光導波路の他端を反射面とする。

なお、本実施形態においては、１×３型マルチモード干渉導波路２０４ａを例に挙げて説明するために、第２の光導波路群２０２は、３本の光導波路からなる。
また、第２の光導波路群２０２は、光位相整合領域２２０及び光導波路領域２２１に領域分けでき、直線領域のみからなる直線導波路２０２ａと、直線領域及び曲線領域からなる曲線導波路（第１の曲線導波路２０２ｂ、第２の曲線導波路２０２ｃ）とから構成される。また、第２の光導波路群２０２は、各光導波路がシングルモード導波路であり、各光導波路の導波路長を互いに異ならせている。

また、第２の光導波路群２０２は、直線導波路２０２ａと曲線導波路（第１の曲線導波路２０２ｂ、第２の曲線導波路２０２ｃ）とから構成されているが、三種以上の異なる長さを有する３本の光導波路から構成されるのであれば、直線導波路及び曲線導波路の組合せに限られるものではなく、例えば、光位相整合領域２２０における直線導波路２０２ａを曲線導波路で形成し、光位相整合領域２２０における３本の光導波路を全て曲線導波路で構成してもよい。特に、光位相整合領域２２０における直線導波路２０２ａに対して導波路長を同じくする曲線導波路に変更した場合には、光位相整合領域２２０の長さが短くなり、半導体レーザー２００素子の全長を短くすることができる。また、第２の光導波路群２０２は、光位相整合領域２２０における曲線導波路の替わりに、屈曲領域を含む光導波路であってもよいが、屈曲領域における伝播光の放射による光の伝播ロスが生じるために、曲線導波路にすることが好ましい。

第２の光導波路群２０２は、図１１（ａ）に示すように、１×３型マルチモード干渉導波路２０４ａ及び基板１１０の他端面２１０ｂ間に、直線導波路２０２ａ、第１の曲線導波路２０２ｂ及び第２の曲線導波路２０２ｃが並設され、直線導波路２０２ａを基準として、第１の曲線導波路２０２ｂ及び第２の曲線導波路２０２ｃが直線導波路２０２ａの両側にそれぞれ配設される。

直線導波路２０２ａは、１×３型マルチモード干渉導波路２０４ａを介して、光導波路２０１ａに対向する位置に配設される。特に、光位相整合領域２２０が領域長として５０μｍ程度であり、光導波路領域２２１が領域長として５０μｍ程度であるために、光位相整合領域２２０及び光導波路領域２２１の領域長に一致する直線導波路２０２ａは、導波路長が１００μｍ程度であり、導波路幅が２．０μｍ程度である。

第１の曲線導波路２０２ｂは、第１の実施形態において前述した数５に基づき、半導体レーザー２００からの透過光の繰り返しピークの間隔（以下、波長ピーク周期と称す）Δλがおよそ１３ｎｍとなるように、第１の実施形態において前述した数４に基づき、直線導波路２０２ａの導波路長に対する第１の曲線導波路２０２ｂの導波路長の差Δｄがおよそ２６μｍ（往復でおよそ５２μｍ）だけ直線導波路２０２ａよりもその長さが長くなるように設定されている。

このため、光位相整合領域２２０における第１の曲線導波路２０２ｂは、図１１（ａ）に示すように、曲率半径Ｒがおよそ２３μｍである略Ｓ字の曲線領域を光位相整合領域２２０の光導波路領域２２１側に有し、その前（１×３型マルチモード干渉導波路２０４ａ側）におよそ４μｍ程度の長さの直線領域が配置された構成の光導波路である。

第２の曲線導波路２０２ｃは、第１の曲線導波路２０２ｂと同様に、第１の実施形態において前述した数５に基づき、波長ピーク周期Δλがおよそ２６ｎｍとなるように、第１の実施形態において前述した数４に基づき、直線導波路２０２ａの導波路長に対する第２の曲線導波路２０２ｃの導波路長の差Δｄがおよそ１３．５μｍ（往復でおよそ２７μｍ）だけ直線導波路２０２ａよりもその長さが長くなるように設定されている。

このため、光位相整合領域２２０における第２の曲線導波路２０２ｃは、図１１（ａ）に示すように、曲率半径Ｒがおよそ１２μｍである略Ｓ字の曲線領域を光位相整合領域２２０の光導波路領域２２１側に有し、その前（１×３型マルチモード干渉導波路２０４ａ側）におよそ２６μｍ程度の長さの直線領域が配置された構成の光導波路である。

光導波路領域２２１における直線導波路２０２ａ、第１の曲線導波路２０２ｂ及び第２の曲線導波路２０２ｃは、導波路長が５０μｍ程度であり、導波路幅が２．０μｍ程度である、直線領域のみからなる直線導波路である。

なお、光導波路２０１ａ、１×３型マルチモード干渉導波路２０４ａ、直線導波路２０２ａ、第１の曲線導波路２０２ｂ及び第２の曲線導波路２０２ｃは、層構造が同一であり、ハイメサ導波路である。

また、これらの断面構造は、図１２に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板を基材とする基板層２１０上に、ｎ型半導体であるｎ−ＩｎＰからなるバッファ層２１１、長波長帯（１．５５μｍ帯）の半導体レーザーを実現する活性層となるＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰからなる発光層２１２、真性半導体であるｉ−ＩｎＰからなる第１のクラッド層２１３、ｐ型半導体であるｐ−ＩｎＰからなる第２のクラッド層２１４、ｐ型半導体であるｐ−ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層２１５が、それぞれ積層されたハイメサ構造である。また、ハイメサ構造に対しては、低誘電率有機膜であるＢＣＢ（benzocyclobutene：ベンゾシクロブテン）を非導波領域に埋め込み、埋め込み層２１６が形成される。

このハイメサ構造は、図１２に示すように、非導波領域（ＢＣＢを埋め込む領域）において、コンタクト層２１５、第２のクラッド層２１４、第１のクラッド層２１３、発光層２１２及びバッファ層２１１と共に、基板層２１０の一部がエッチングにより除去された構造である。

なお、発光層２１２は、ＳＣＨ（Separate Confinement Hetero-structure：分離閉じ込めヘテロ構造）と多重量子井戸（Multi-Quantum Well：ＭＱＷ）とからなる通常の発光層である。

特に、本実施形態においては、バッファ層２１１の膜厚は１００ｎｍ程度であり、発光層２１２の膜厚は１００ｎｍ程度であり、第１のクラッド層２１３の膜厚は１００ｎｍ程度であり、第２のクラッド層２１４の膜厚は９００ｎｍ程度であり、コンタクト層２１５の膜厚は１５０ｎｍ程度である。

つぎに、図１２乃至図１４を参照して、本実施形態に係る半導体レーザー２００の製造方法を説明する。
まず、通常のｎ−ＩｎＰ基板２１０上に、ＭＯＶＰＥ（Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy：有機金属気相成長）法を用いて、ｎ−ＩｎＰ膜２３０、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ−１．５５μｍ帯膜２４０、ｉ−ＩｎＰ膜２５０、ｐ−ＩｎＰ膜２６０、ｐ−ＩｎＧａＡｓ膜２７０を順番に堆積し、積層を形成する（図１３（ａ））。

そして、ステッパ（縮小投影露光装置）による通常のフォトリソグラフィ法を用いて、図１１（ａ）に示す、第１の光導波路群２０１、Ｍ×Ｎ型マルチモード干渉導波路２０４、第２の光導波路群２０２の平面形状に合わせて、ｐ−ＩｎＧａＡｓ膜２７０上にエッチング用のマスク２８０を形成する（図１３（ｂ））。

このマスク２８０を用いて、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング ）法によりドライエッチングを施して、コンタクト層２１５となるｐ−ＩｎＧａＡｓ膜２７０、第２のクラッド層２１４となるｐ−ＩｎＰ膜２６０、第１のクラッド層２１３となるｉ−ＩｎＰ膜２５０、発光層２１２となるＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ−１．５５μｍ帯膜２４０、バッファ層２１１となるｎ−ＩｎＰ膜２３０における不要な部分を部分的（マスクが形成されていない部分のみ）に除去し、断面形状としてハイメサ構造を形成する（図１４（ａ））。なお、図１４（ａ）においては、エッチングの進行が、基板２１０の表面まで達して一部が除去されており、基板２１０にエッチング底面２１０ｃを図示している。

この後、エッチングで除去した部分をＢＣＢで埋め込んで埋め込み層２１６を形成し（図１４（ｂ））、コンタクト層２１５の直上にあるマスク２８０を、有機溶剤及びアッシング法により除去する（図１２）。

そして、ＰＮ接合間に順バイアスを加えるための外部電極となる図示しないＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ層を、コンタクト層２１５上に電子ビーム蒸着法で形成する。なお、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ層は、コンタクト層２１５上のみに選択的に形成してもよいし、コンタクト層２１５及び埋め込み層２１６上の基板２１０全面に形成してもよい。しかしながら、コンタクト層２１５上のみに選択的にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ層を形成する場合には、パターニングを行なう製造工程が増加するために、コンタクト層２１５及び埋め込み層２１６上の基板２１０全面にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ層を形成するのが好ましい。

その後、光導波路が形成されていない基板２１０の裏面を研磨して、ＰＮ接合間に順バイアスを加えるための外部電極となる図示しないＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ層を、基板２１０の裏面全面に電子ビーム蒸着法で形成する。

そして、複数の半導体レーザー２００素子が形成された基板２１０に対して、半導体レーザー２００素子間の境界に沿って劈開することで、図１１（ａ）及び図１２に示す構造を有する半導体レーザー２００素子を得ることができる。この劈開により、半導体レーザー２００素子の前方端面（基板２１０の一端面２１０ａ、光導波路２０１ａの出射面）及び後方端面（基板２１０の他端面２１０ｂ、第２の光導波路群２の反射面）がそれぞれ形成される。

最後に、前方端面に反射防止膜を形成し、後方端面に高反射膜を形成して、半導体レーザー２００素子の製造を終了する。なお、図１１（ｂ）に示す半導体レーザー２００の場合には、後方端面（基板２１０の一端面２１０ａ、光導波路２０１ａの反射面）及び前方端面（基板２１０の他端面２１０ｂ、第２の光導波路群２の出射面）に反射防止膜をそれぞれ形成して、半導体レーザー２００素子の製造を終了する。

なお、本実施形態に係る製造方法においては、結晶成長方法としてＭＯＶＰＥ法を用いているが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキシー）法であっても適用可能である。

また、本実施形態に係る製造方法においては、エッチング方法としてＲＩＥ法を用いているが、ＩＣＰ法やウェットエッチング法であっても適用可能である。
また、本実施形態に係る製造方法においては、フォトリソグラフィ法にステッパを用いているが、必ずしもこれに限られるわけではなく、例えば、電子ビーム露光装置であっても適用可能である。

また、本実施形態に係る製造方法においては、半導体レーザー２００素子の後方端面及び前方端面の形成は、必ずしも劈開である必要はなく、例えば、半導体レーザー２００素子を切り出した後に研磨してもよいし、切り出した半導体レーザー２００素子の後方端面及び前方端面に、コーティング等を施してもよい。

なお、第３の実施形態においては、半導体レーザー２００であり、層構造が異なるところのみが第１の実施形態及び第２の実施形態と異なるところであり、半導体レーザー２００による作用効果以外は、第１の実施形態及び第２の実施形態と同様の作用効果を奏する。

本実施形態に係る半導体レーザー２００は、１×３型マルチモード干渉導波路２０４内を伝搬する全ての高次モード光が３分岐されると共にシングルモード光に変換される。変換されたシングルモード光は、光位相整合領域２２０を通過した後に、光導波路領域２２１を経て、基板２１０の他端面２１０ｂ側の第２の光導波路群２０２の端面で反射する。反射されたシングルモード光は、更に、光導波路領域２２１及び光位相整合領域２２０を経た後に、１×３型マルチモード干渉導波路２０４内を伝搬し、レーザー光として基板２１０の一端面２１０ａ側の光導波路２０１ａの端面から出力される。

また、本実施形態に係る半導体レーザー２００においては、光位相整合領域２２０が１×３型マルチモード干渉導波路２０４ａの３出力側に設けられることにより、出力光の位相を整合させることができる。

特に、本実施例に係る半導体レーザー２００においては、第１の実施形態（図１（ａ）の場合）とは異なり、光位相整合領域２２０が第１の実施形態に係る光位相整合領域２０のおよそ半分程度となっており、かつ、３×１型マルチモード干渉導波路５ａが存在しない。

この構成は、基板２１０の他端面２１０ｂ側にある第２の光導波路群２の端面を反射鏡として存在させ、この第２の光導波路群２の端面で光が折り返され、１×３型マルチモード干渉導波路２０４ａの３出力側に入力させるためである。

すなわち、本実施例に係る１×３型マルチモード干渉導波路２０４ａは、第１の実施形態における３×１型マルチモード干渉導波路５ａの役割も担い、半導体レーザー２００の素子長を無用に長くする必要がない。

以上のように、本実施形態に係る半導体レーザー２００においては、第１の実施形態と同様の光フィルター性能が実現できると共に、グレーティングを有していないにも関わらず、単一波長を選択する機構を内包することになり、単一波長による発振が得られるという作用効果を奏する。特に、本実施形態に係る半導体レーザー２００においては、グレーティングを利用したＤＦＢ−ＬＤ（distributed-feedback laser diode：分布帰還型半導体レーザー）等の従来の半導体レーザーと比較して、製造工程が簡素化でき、低コストの光源を実現することができるという作用効果を奏する。

（本発明の第４の実施形態）
図１５（ａ）は第４の実施形態に係る半導体レーザーの概略構成の一例を示す平面図であり、図１５（ｂ）は図１５（ａ）に示す半導体レーザーの矢視Ｆ−Ｆ’線の断面図である。図１５において、図１乃至図１４と同じ符号は、同一又は相当部分を示し、その説明を省略する。

電気的分離溝２０７は、第１の光導波路群２０１のうち少なくとも１本の光導波路の長さ方向を横断するように、コンタクト層２１５の一部を除去することで形成される。なお、本実施形態に係る電気的分離溝２０７は、１×３型マルチモード干渉導波路２０４ａの入力ポートから基板２１０の一端面２１０ａ側にかけて、長さ４μｍ程度で光導波路２０１ａに配設する。また、電気的分離溝２０７は、光導波路２０１ａに独立して変調信号を加えることのできる領域である。

つぎに、図１５（ｂ）を参照して、本実施形態に係る半導体レーザー２００の製造方法を説明する。
なお、本実施形態に係る半導体レーザー２００の製造方法は、埋め込み層２１６を形成し（図１４（ｂ））、コンタクト層２１５の直上にあるマスク２８０を、有機溶剤及びアッシング法により除去する（図１２）までは、第３の実施形態に係る半導体レーザー２００の製造方法と同様であるので、説明を省略する。

マスク２８０を除去して露出したコンタクト層２１５における、電気的分離溝２０７となる領域を、ウェットエッチング法により除去し、電気的分離溝２０７を形成する（図１５（ｂ））。
そして、ＰＮ接合間に順バイアスを加えるための外部電極となる図示しないＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ層を、コンタクト層２１５上に電子ビーム蒸着法で形成する。

その後、光導波路が形成されていない基板２１０の裏面を研磨して、ＰＮ接合間に順バイアスを加えるための外部電極となる図示しないＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ層を、基板２１０の裏面全面に電子ビーム蒸着法で形成する。

そして、複数の半導体レーザー２００素子が形成された基板２１０に対して、半導体レーザー２００素子間の境界に沿って劈開することで、図１５に示す構造を有する半導体レーザー２００素子を得ることができる。
最後に、前方端面に反射防止膜を形成し、後方端面に高反射膜を形成して、半導体レーザー２００素子の製造を終了する。

なお、第４の実施形態においては、電気的分離溝２０７を形成するところのみが第３の実施形態と異なるところであり、電気的分離溝２０７による作用効果以外は、第３の実施形態と同様の作用効果を奏する。

本実施形態に係る半導体レーザー２００は、光導波路２０１ａが５０μｍ程度の短い長さで電気的に分離され、この電気的分離溝２０７のみに変調信号を加えることのできる構造であるために、実質的には困難な数十μｍ程度の短キャビティと同等の緩和振動周波数へと飛躍的に高めることが可能となり、高速かつ直接変調が可能な光源を実現することができるという作用効果を奏する。

１ 第１の光導波路群
１ａ 入射光導波路
２ 第２の光導波路群
２ａ 直線導波路
２ｂ 第１の曲線導波路
２ｃ 第２の曲線導波路
２ｄ 第３の曲線導波路
２ｅ 第４の曲線導波路
３ 第３の光導波路群
３ａ 出射光導波路
４ Ｍ×Ｎ型マルチモード干渉導波路
４ａ １×３型マルチモード干渉導波路
５ Ｎ×Ｍ’型マルチモード干渉導波路
５ａ ３×１型マルチモード干渉導波路
６ １×１型マルチモード干渉導波路
１０ 基板，基板層
１０ａ 一端面
１０ｂ 他端面
１０ｃ エッチング底面
１１ 第１のクラッド層
１２ コア層
１３ 第２のクラッド層
２０ 光位相整合領域
２０ａ 光位相整合領域
３０ ＳＯＩ基板
４０ ＳｉＯ₂膜
５０ マスク
１００ 導波路型光フィルター
１０１ 第１の光導波路群
１１０ 基板
２００ 半導体レーザー
２０１ 第１の光導波路群
２０１ａ 光導波路
２０２ 第２の光導波路群
２０２ａ 直線導波路
２０２ｂ 第１の曲線導波路
２０２ｃ 第２の曲線導波路
２０３ 第３の光導波路群
２０４ Ｍ×Ｎ型マルチモード干渉導波路
２０４ａ １×３型マルチモード干渉導波路
２０５ Ｎ×Ｍ’型マルチモード干渉導波路
２０７ 電気的分離溝
２１０ 基板，基板層
２１０ａ 一端面
２１０ｂ 他端面
２１０ｃ エッチング底面
２１１ バッファ層
２１２ 発光層
２１３ 第１のクラッド層
２１４ 第２のクラッド層
２１５ コンタクト層
２１６ 埋め込み層
２２０ 光位相整合領域
２２１ 光導波路領域
２３０ ｎ−ＩｎＰ膜
２５０ ｉ−ＩｎＰ膜
２６０ ｐ−ＩｎＰ膜
２７０ ｐ−ＩｎＧａＡｓ膜
２８０ マスク

Claims (8)

1. １入力かつＮ（Ｎは３以上の整数）出力型である１×Ｎ型マルチモード干渉導波路と、
   前記１×Ｎ型マルチモード干渉導波路の入力側のポートに一端が接続される１本の光導波路からなる第１の光導波路群と、
   前記１×Ｎ型マルチモード干渉導波路の出力側の各ポートに一端がそれぞれ接続され、三種以上の異なる導波路長を有するＮ本の光導波路からなる第２の光導波路群と、
   を備え、
   前記第１の光導波路群の１本の光導波路の他端を入射面及び出射面とし、
   前記第２の光導波路群の各光導波路の他端を反射面とし、
   前記第２の光導波路群のうち、一の光導波路の導波路長が、二種以上の異なる導波路長を有する複数本の他の光導波路の導波路長と異なり、
   前記第２の光導波路群の一の光導波路の導波路長に対する、前記第２の光導波路群の複数本の他の導波路の各導波路長の差に基づく、前記出射面からの透過光の繰り返しピークの間隔である波長ピーク周期Δλが、複数存在し、
   下記式１を満たす各整数をｍとし、前記第２の光導波路群の一の光導波路の導波路長に対する、前記第２の光導波路群の複数本の他の光導波路の各導波路長との差をΔｄ／２とすると、下記式２を満たすことを特徴とする導波路型光フィルター。
   ［式１］
   ｍ＝λ₀／Δλ
   （但し、λ₀：入射光波長、Δλ：波長ピーク周期）
   ［式２］
   Δｄ＝λ₀（Φ₀＋２π（ｍ−１））／２πｎ_eq
   （但し、ｎ_eq：第２の光導波路群の光導波路の等価屈折率、Φ₀：初期整合位相）
2. １入力かつＮ（Ｎは３以上の整数）出力型である１×Ｎ型マルチモード干渉導波路と、
   前記１×Ｎ型マルチモード干渉導波路の入力側のポートに一端が接続される１本の光導波路からなる第１の光導波路群と、
   前記１×Ｎ型マルチモード干渉導波路の出力側の各ポートに一端がそれぞれ接続され、三種以上の異なる導波路長を有するＮ本の光導波路からなる第２の光導波路群と、
   前記第２の光導波路群の各光導波路の他端が入力側の各ポートにそれぞれ接続されるＮ（Ｎは３以上の整数）入力かつ１出力型であるＮ×１型マルチモード干渉導波路と、
   前記Ｎ×１型マルチモード干渉導波路の出力側のポートに一端が接続され、他端を出射面とする１本の光導波路からなる第３の光導波路群と、
   を備え、
   前記第１の光導波路群の１本の光導波路の他端を入射面とし、
   前記第２の光導波路群のうち、一の光導波路の導波路長が、二種以上の異なる導波路長を有する複数本の他の光導波路の導波路長と異なり、
   前記第２の光導波路群の一の光導波路の導波路長に対する、前記第２の光導波路群の複数本の他の導波路の各導波路長の差に基づく、前記出射面からの透過光の繰り返しピークの間隔である波長ピーク周期Δλが、複数存在し、
   下記式３を満たす各整数をｍとし、前記第２の光導波路群の一の光導波路の導波路長に対する、前記第２の光導波路群の複数本の他の光導波路の各導波路長との差をΔｄとすると、下記式４を満たすことを特徴とする光導波型フィルター。
   ［式３］
   ｍ＝λ₀／Δλ
   （但し、λ₀：入射光波長、Δλ：波長ピーク周期）
   ［式４］
   Δｄ＝λ₀（Φ₀＋２π（ｍ−１））／２πｎ_eq
   （但し、ｎ_eq：第２の光導波路群の光導波路の等価屈折率、Φ₀：初期整合位相）
3. 前記請求項１又は２に記載の導波路型光フィルターにおいて、
   前記第２の光導波路群の一の光導波路及び／又は他の光導波路が、曲線領域を含む曲線導波路であることを特徴とする導波路型光フィルター。
4. １入力かつＮ（Ｎは３以上の整数）出力型である１×Ｎ型マルチモード干渉導波路と、
   前記１×Ｎ型マルチモード干渉導波路の入力側のポートに一端が接続される１本の光導波路からなる第１の光導波路群と、
   前記１×Ｎ型マルチモード干渉導波路の出力側の各ポートに一端がそれぞれ接続され、三種以上の異なる導波路長を有するＮ本の光導波路からなる第２の光導波路群と、
   を備え、
   前記第１の光導波路群の１本の光導波路の他端を出射面とし、
   前記第２の光導波路群の各光導波路の他端を反射面とし、
   前記１×Ｎ型マルチモード干渉導波路、第１の光導波路群及び第２の光導波路群が、活性層を有する層構造であり、
   前記第２の光導波路群のうち、一の光導波路の導波路長が、二種以上の異なる導波路長を有する複数本の他の光導波路の導波路長と異なり、
   前記第２の光導波路群の一の光導波路の導波路長に対する、前記第２の光導波路群の複数本の他の導波路の各導波路長の差に基づく、前記出射面からの透過光の繰り返しピークの間隔である波長ピーク周期Δλが、複数存在し、
   下記式５を満たす各整数をｍとし、前記第２の光導波路群の一の光導波路の導波路長に対する、前記第２の光導波路群の複数本の他の光導波路の各導波路長との差をΔｄ／２とすると、下記式６を満たすことを特徴とする半導体レーザー。
   ［式５］
   ｍ＝λ ₀ ／Δλ
   （但し、λ ₀ ：入射光波長、Δλ：波長ピーク周期）
   ［式６］
   Δｄ＝λ ₀ （Φ ₀ ＋２π（ｍ−１））／２πｎ _eq
   （但し、ｎ _eq ：第２の光導波路群の光導波路の等価屈折率、Φ ₀ ：初期整合位相）
5. 前記請求項４に記載の半導体レーザーにおいて、
   前記第１の光導波路群の光導波路が、外部電極に接続するコンタクト層を有しており、
   前記第１の光導波路群の１本の光導波路の長さ方向を横断するように、前記コンタクト層の一部を除去しており、当該除去した領域を介して前記１×Ｎ型マルチモード干渉導波路から分離された前記第１の光導波路群の光導波路に変調信号を加えることを特徴とする半導体レーザー。
6. １入力かつＮ（Ｎは３以上の整数）出力型である１×Ｎ型マルチモード干渉導波路と、
   前記１×Ｎ型マルチモード干渉導波路の入力側のポートに一端が接続される１本の光導波路からなる第１の光導波路群と、
   前記１×Ｎ型マルチモード干渉導波路の出力側の各ポートに一端がそれぞれ接続され、三種以上の異なる導波路長を有するＮ本の光導波路からなる第２の光導波路群と、
   前記第２の光導波路群の各光導波路の他端が入力側の各ポートにそれぞれ接続されるＮ（Ｎは３以上の整数）入力かつ１出力型であるＮ×１型マルチモード干渉導波路と、
   前記Ｎ×１型マルチモード干渉導波路の出力側のポートに一端が接続され、他端を出射面とする１本の光導波路からなる第３の光導波路群と、
   を備え、
   前記第１の光導波路群の１本の光導波路の他端を反射面とし、
   前記１×Ｎ型マルチモード干渉導波路、第１の光導波路群及び第２の光導波路群が、活性層を有する層構造であり、
   前記第２の光導波路群のうち、一の光導波路の導波路長が、二種以上の異なる導波路長を有する複数本の他の光導波路の導波路長と異なり、
   前記第２の光導波路群の一の光導波路の導波路長に対する、前記第２の光導波路群の複数本の他の導波路の各導波路長の差に基づく、前記出射面からの透過光の繰り返しピークの間隔である波長ピーク周期Δλが、複数存在し、
   下記式７を満たす各整数をｍとし、前記第２の光導波路群の一の光導波路の導波路長に対する、前記第２の光導波路群の複数本の他の光導波路の各導波路長との差をΔｄとすると、下記式８を満たすことを特徴とする半導体レーザー。
   ［式７］
   ｍ＝λ ₀ ／Δλ
   （但し、λ ₀ ：入射光波長、Δλ：波長ピーク周期）
   ［式８］
   Δｄ＝λ ₀ （Φ ₀ ＋２π（ｍ−１））／２πｎ _eq
   （但し、ｎ _eq ：第２の光導波路群の光導波路の等価屈折率、Φ ₀ ：初期整合位相）
7. 前記請求項６に記載の半導体レーザーにおいて、
   前記第３の光導波路群の光導波路が、外部電極に接続するコンタクト層を有しており、
   前記第３の光導波路群の１本の光導波路の長さ方向を横断するように、前記コンタクト層の一部を除去しており、当該除去した領域を介して前記１×Ｎ型マルチモード干渉導波路から分離された前記第３の光導波路群の光導波路に変調信号を加えることを特徴とする半導体レーザー。
8. 前記請求項４乃至７のいずれかに記載の半導体レーザーにおいて、
   前記第２の光導波路群のうち、少なくとも１本の光導波路が、曲線領域を含む曲線導波路であることを特徴とする半導体レーザー。

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