JP5899136B2

JP5899136B2 - 波長可変レーザアレイ素子およびその制御方法

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Publication number: JP5899136B2
Application number: JP2013036276A
Authority: JP
Inventors: 伸浩布谷; 石井　啓之; 啓之石井; 真下小園; 拓也金井
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Priority date: 2013-02-26
Filing date: 2013-02-26
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2033-02-26
Also published as: JP2014165393A

Description

本発明は、光ファイバ通信用光源および光計測用光源として用いられる波長可変半導体レーザに関し、特に光通信における光波長（周波数）多重システム用光源、および広帯域波長帯をカバーする光計測用光源の波長制御方法に関するものである。

光ファイバ通信における波長多重通信方式では、規格で定められた間隔で異なる複数の周波数（波長）のレーザ光を一つの光ファイバで伝送する。一つ一つの周波数をチャンネルと呼び、高速なチャンネル切り替えのために高速に発振周波数の切り替えが可能な波長可変レーザが求められている。

通信用のレーザでは、単一モードレーザと呼ばれる一つの波長で発振するレーザが用いられており、単一モードを得るためには、例えば導波路に周期的に凹凸を設けた回折格子が用いられている。回折格子が形成された半導体光導波路は、回折格子周期Λと光導波路の等価屈折率ｎより決まるブラッグ波長λ_Ｂで選択的に反射する分布反射器（ＤＢＲ：ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＢｒａｇｇＲｅｆｌｅｃｔｏｒ）となる。λ_ＢとΛ、ｎの関係式は、
λ_Ｂ＝２ｎΛ （１）
となる。また、分布反射器に利得を持たせて作成したレーザのことを分布帰還型（ＤＦＢ：ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＦｅｅｄｂａｃｋ）レーザと呼ぶ。

式（１）から、分布反射器の等価屈折率ｎを変化させることで、ブラッグ波長を変化させることができることがわかる。すなわち選択的に反射する波長を変化させることができ、分布反射器を用いた共振器を構成すれば、等価屈折率の変化により発振波長を変化させることのできる波長可変レーザを構成することが可能となる。回折格子を利用した波長可変レーザとしては、均一な回折格子のＤＢＲを用いたＤＢＲレーザや、ＳＧ（ＳａｍｐｌｅｄＧｒａｔｉｎｇ）−ＤＢＲレーザ、ＳＳＧ（ＳｕｐｅｒＳｔｒｕｃｔｕｒｅＧｒａｔｉｎｇ)−ＤＢＲレーザなどが知られている。

また、連続的に波長を変化させることのできる分布活性（ＴＤＡ−）ＤＦＢレーザがある。図１に分布活性ＤＦＢレーザの基本構造の断面を示す。活性導波路１と非活性導波路（波長制御層）２が交互に周期的に縦続接続された構造となっている。活性導波路層への電流注入により発光するとともに利得が生じるが、それぞれの導波路には回折格子が形成されており、回折格子周期に応じた波長のみ選択的に反射されレーザ発振が起こる。一方、非活性導波路層への電流注入によりキャリア密度に応じてプラズマ効果により屈折率が変化するため、非活性導波路の回折格子の光学的な周期は変化する。非活性導波路層の等価屈折率が変化し、１周期の長さに対する波長制御領域の長さの割合分だけ共振縦モード波長が短波長側にシフトする。活性領域長をＬ_ａ、波長制御領域長をＬ_ｔとすれば、繰り返し構造の１周期の長さはＬ_ｔ＋Ｌ_ａとなり、共振縦モード波長の変化の割合は、
Δλ_ｒ／λ_ｒ＝（Ｌ_ｔ／（Ｌ_ｔ＋Ｌ_ａ））・（Δｎ／ｎ）（２）
となる。

一方、複数の反射ピークの各波長も、電流注入による等価屈折率の変化の結果、短波長側にシフトする。反射ピーク波長は繰り返し構造１周期内の平均等価屈折率変化に比例するので、反射ピーク波長の変化の割合Δλ_ｓ／λ_ｓは、
Δλ_ｓ／λ_ｓ＝（Ｌ_ｔ／（Ｌ_ｔ＋Ｌ_ａ））・（Δｎ／ｎ）（３）
となる。式（２），式（３）より、反射ピーク波長と共振縦モード波長とは同じ量だけシフトする。したがって、このレーザでは、最初に発振したモードを保ったまま連続的に波長が変化する。

その他、光導波路をリング状にしたリング共振器などの場合でも、リングの物理的長さと等価屈折率との積である光学長により共振波長が決まるため、等価屈折率の変化により共振波長を変化させることができることが知られている。

半導体の等価屈折率を動的に変化させる方法は、温度を変化させる方法、電流注入により変化させる方法、などがある。温度による屈折率変化は比較的遅く、安定するまでに数秒かかる。一方で、電流注入による屈折率の変化はプラズマ効果などに起因し、数ナノ秒で屈折率変化が生じることが知られている。

しかしながら、一般的に半導体中では電流が流れることにより抵抗成分のために発熱する。チャンネル切り替え時には波長制御電流量が変化することで発熱量が変わるため、半導体レーザチップの温度が変化する。しかしながら、電流注入による屈折率変化が生じると同時に、温度変化によりゆっくりと屈折率変化が生じるため、チャンネル切り替え直後に設定周波数と比べて数ＧＨｚから数十ＧＨｚ程度のズレが生じ、ゆっくりと設定周波数に近づいていくというドリフト現象が現れる。このドリフト現象は熱的要因で生じ、数ミリ秒以上の時間がかかるため、電流注入によるプラズマ効果の高速性を十分に発揮するためには、熱ドリフト現象を抑制することが必要となる。

波長可変レーザの熱による波長ドリフトを抑制するために、特許文献１、２、３では、波長可変レーザの波長制御領域に隣接して熱補償用の電極を用意し、制御層の電流が変化するタイミングに合わせ、熱補償用の電極に流す電流も変化させることで熱補償を行っている。

また、特許文献３では、６個の波長可変レーザを２０μｍ間隔で並列に配置し、結合器（カプラ）と半導体光増幅器（ＳＯＡ）を集積した素子において、常に投入電力の総和が一定となるように、発光しているＬＤ以外のＬＤの制御領域にも電流を流し、チップ全体の熱量が一定となるように制御する方法が示されている。

特許第３１６８８５５号公報特許第３２５７１８５号公報特開２００８−２１８９４７号公報

電流制御型の波長可変レーザにおいて、熱ドリフトを抑制するために、レーザに平行に熱補償用の電極を設ける必要があった。また、複数の波長可変レーザを並列に並べた波長可変レーザアレイの場合、発振させている波長可変レーザ以外の波長可変レーザの制御層に電流を流し熱補償することが可能であるが、レーザの間隔を２０μｍ程度に近接させる必要がある。

各種ＤＢＲレーザや、分布活性ＤＦＢレーザなどの場合、利得を生じさせる活性導波路層への電流と、波長を制御するための非活性導波路層への電流が必要なため、電極の引き出し、引き回しスペースが必要となる。特に分布活性ＤＦＢレーザにおいては、交互に活性導波路と非活性導波路が並び、かつ、活性導波路同士、非活性導波路同士はそれぞれ電極が接続されているため、電極は共振器方向に対して左右に引き出す必要があり、電極を片側に寄せることが非常に困難である。したがって、熱補償を効果的に行うためにレーザアレイのレーザ間隔を狭くするためには、電極を細く、かつ、近接させる必要がある。

しかしながら、電極を細くしすぎると抵抗が上がる問題や、近接させることにより隣接電極間での相互作用が生じるため、高速な波長切替を行う際の高周波成分を含む急峻な電流変化に影響が生じる問題などがある。

本発明の目的は、波長可変レーザアレイの隣接する波長可変レーザの電極を多層化した場合であっても、互いの電極の影響が低減する、または互いの電極の影響を適切に制御することができる波長可変レーザアレイ素子およびその制御方法を実現することである。

上記目的を達成するために、本発明における請求項１記載の発明は、電流注入量の制御により波長を制御する制御領域と利得を得るための活性領域とを有し、制御領域および活性領域のそれぞれが互いに独立した電極により制御される構造を備えている電流制御型の波長可変レーザが複数並列に配置された波長可変レーザアレイ素子の制御方法であって、それぞれの波長可変レーザの制御領域の制御電極は、活性領域の活性領域電極との間に絶縁膜を挟み異なる層に配置され、制御電極と活性領域電極とは、光導波路と非平行な方向で互いに逆方向へ引き出され、隣り合う波長可変レーザの間で制御電極と活性領域電極とが多層構造を有し、駆動中の第１の波長可変レーザの第１の制御電極と多層構造を成す隣接し、駆動していない第２の波長可変レーザの第２の活性領域電極の電位が固定されており、第１の波長可変レーザの波長切り替え時に、第１の波長可変レーザの第１の制御電極への投入電力と第２の波長可変レーザの第２の制御電極への投入電力との和が、波長切り替え前と波長切り替え後とで一定となるように、第１および第２の制御電極に制御された電流を流すことを特徴とする。

また、本発明における請求項２記載の発明は、請求項１に記載の波長可変レーザアレイ素子の制御方法であって、第２の波長可変レーザの第２の活性領域電極の電位が０Ｖであることを特徴とする。

また、本発明における請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の波長可変レーザアレイ素子の制御方法であって、第３の波長可変レーザの第３の制御電極と多層構造を成す活性領域電極を有する隣接する波長可変レーザが無い場合には、前記第３の制御電極との間に絶縁膜を挟みグランド電極を設けたことを特徴とする。

また、本発明における請求項４記載の発明は、請求項１、２または３に記載の波長可変レーザアレイ素子の制御方法であって、それぞれの波長可変レーザの間隔が２０μｍ以下であることを特徴とする。

また、本発明における請求項５記載の発明は、電流注入量の制御により波長を制御する制御領域と利得を得るための活性領域とを有し、制御領域および活性領域のそれぞれが互いに独立した電極により制御される構造を備えている電流制御型の波長可変レーザを複数並列に配置した波長可変レーザアレイ素子であって、それぞれの波長可変レーザの制御電極は、活性領域の活性領域電極との間に絶縁膜を挟み異なる層に配置され、制御電極と活性領域電極とは、光導波路と非平行な方向で互いに逆方向へ引き出され、隣り合う波長可変レーザの間で制御電極と活性領域電極とが多層構造を有し、駆動中の第１の波長可変レーザの第１の制御電極と多層構造を成す隣接し、駆動していない第２の波長可変レーザの第２の活性領域電極の電位が固定されており、第１の波長可変レーザの波長切り替え時に、第１の波長可変レーザの第１の制御電極への投入電力と第２の波長可変レーザの第２の制御電極への投入電力との和が、波長切り替え前と波長切り替え後とで一定となるように、第１および第２の制御電極に制御された電流を流すことを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、波長可変レーザアレイの隣接する波長可変レーザの間隔が狭くなった場合であっても、抵抗増大や電極間の相互影響を抑制することが可能となり、高速かつ精密な波長制御が可能となる。更に、抵抗増大を防ぐために電極を多層化した場合であっても、互いの電極の影響が低減する、または互いの電極の影響を適切に制御することができる構造および制御方法を実現することが可能となる。

従来の分布活性ＤＦＢレーザの基本構造の断面模式図である。従来の分布活性ＤＦＢレーザアレイ構造の上面模式図である。図２の分布活性ＤＦＢレーザアレイを構成する波長可変レーザの構造模式図であり、図３（ａ）は分布活性ＤＦＢレーザを上面から見た図、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるｘ−ｘ’断面である。図２の分布活性ＤＦＢレーザアレイの電極の構造模式図である。図２の分布活性ＤＦＢレーザアレイのａ−ａ’部の断面構造模式図である。本発明にかかる第一の実施形態における波長可変レーザアレイの電極の構造模式図である。図６の波長可変レーザアレイの共振器方向に垂直なｂ−ｂ’部の断面構造模式図である。本発明にかかる第二の実施形態における波長可変レーザアレイの電極の断面構造模式図である。本発明にかかる第二の実施形態における電極構造模式図である。

［第一の実施形態］
図２は、従来構造の分布活性ＤＦＢレーザアレイの上面模式図である。分布活性ＤＦＢレーザＬＤ１〜ＬＤ６が間隔Ｌ_ＬＤ＝６０μｍで6つ並列に配置され、光導波路３、多モード干渉（ＭＭＩ：Ｍｕｌｔｉ−ＭｏｄｅＩｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）結合器（カプラ）４により合波され半導体光増幅器（ＳＯＡ：ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＯｐｔｉｃａｌＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）５で増幅される光集積素子（波長可変レーザアレイ）となっている。ここで、まず構成を示すために電極は記載していない。

図３は図２の分布活性ＤＦＢレーザアレイで用いられている分布活性ＤＦＢレーザの模式図である。図３（ａ）は分布活性ＤＦＢレーザを上面から見た図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるｘ−ｘ’断面である。図１に示した分布活性ＤＦＢレーザの基本構造を第一のレーザ部６と第二のレーザ部７で活性導波路層と非活性導波路層の繰り返し周期を変えて、直列に接続した構造となっている。

図４は、図２の分布活性ＤＦＢレーザアレイの電極の模式図である。各ＬＤの活性領域電極と制御電極とを共振器軸方向に対して直交する方向に引き出した後、レーザ出射側に伸ばし、その後、チップ側面に向かって幅広く伸ばし、ワイヤ接続するパッド部を形成している。

図５は、図２および図４に表示した分布活性ＤＦＢレーザアレイ部のａ−ａ’部の断面図である。Ｌ_ＬＤ＝６０μｍであるため、各ＬＤ間には配線のための十分なスペースがあり、図３(a)で示すように上下に電極を引き出す構造としても隣り合うＬＤの電極が重なることは無い。図４でレーザ部から右側に引き伸ばしている電極の幅は１０μｍとしている。

図６、および図７は、本発明の第一の実施形態を説明する図であり、図６は波長可変レーザアレイの電極の構造模式図であり、図７は図６の波長可変レーザアレイの共振器方向に垂直なｂ−ｂ’部の断面の模式図である。本実施形態では熱補償効果を高めるためにレーザ間隔をＬ_ＬＤ＝２０μｍとした。電極の幅を従来構造と変えない場合には、図面上で各ＬＤの左側に引き出した活性領域電極と左隣りのＬＤから右側に引き出した制御電極とが重なる。しかしながら、電極の幅を細くすることは、抵抗の増大を招く。特に活性領域電流は１００ｍＡ程度以上の電流を流すため、ある程度の幅を維持して抵抗を下げる必要がある。そこで、本発明では、電極の幅を維持したまま絶縁膜を挟み多層構造としている。

各ＬＤとも図面上で活性領域電極をＬＤから上側に引き出し、制御電極をＬＤより下側に引き出している。更に、隣り合うＬＤの電極が重なるため、絶縁膜を挟み、制御層電極を上層、活性領域電極を下層として多層化している。例えば、図６の場合は、図７の断面図に示すようにＬＤ１の制御電極とＬＤ２の活性領域電極が重なるため、ＬＤ１の制御電極を上層、ＬＤ２の活性領域電極を下層としており、その他のＬＤも同様に多層化している。

従来構造の説明で用いた図のうち、ＬＤアレイを構成するＬＤの断面を示した図３については、本実施形態でも同じであるため、本実施形態のレーザの説明は図３を用いて行う。

図３の半導体レーザにおいて、ｎ型ＩｎＰクラッド１０上に、第一のレーザ部においては長さＬ_ａ１のＧａＩｎＡｓＰ活性導波路層８と、長さＬ_ｔ１の活性導波路層とは組成の異なるＧａＩｎＡｓＰ非活性導波路層（波長制御層）９が交互に周期的に接続されている。第二のレーザ部においては、それぞれの長さがＬ_ａ２およびＬ_ｔ２となっている。それらの層の上と、ｐ型ＩｎＰ上部クラッド層１２の間には周期的な凹凸を形成して導波路の等価屈折率を周期変調させた回折格子１１が形成されている。第一と第二のレーザ部の回折格子はλ／４位相がシフトしている。ＩｎＰ上部クラッド１２の上には、オーミックコンタクトのために高ドープのｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１３を設けた上に電極１４を形成している。基板下部には共通の電極１５を形成しているが、上部は、活性導波路層の領域と非活性導波路層の領域とでコンタクト層および電極を分離し、さらに、活性導波路層の電極同士、非活性導波路層の電極同士は素子上で短絡されている。

活性導波路層にバンドギャップ波長１．５５μmのＧａＩｎＡｓＰを用いた場合、非活性導波路はそれより短波のバンドギャップ波長、たとえば、１．４μｍのバンドギャップ波長のＧａＩｎＡｓＰを用いることにより、レーザ発振の利得に寄与しないために、キャリア密度が一定にならない。これにより、電流注入により大きく屈折率を変化させることができる。

活性導波路層および非活性導波路層はバルク材料でなくともよく、たとえば、量子井戸構造、もしくは、量子井戸をバリア層を挟んで重ねた多層量子井戸構造や、さらに低次元の量子井戸構造を備えたものであっても良い。また、活性層への光閉じ込めやキャリア閉じ込めを高めるなどのために、活性層とクラッド層の間に中間の屈折率を持つ層を導入する分離閉じ込めへテロ構造などを導入しても良い。

本素子に用いる半導体は、ＩｎＰとＧａＩｎＡｓＰの組み合わせに限定することなく、ＧａＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓなど、その他の半導体を用いても良いし、活性導波路層と非活性導波路層のバンドギャップ波長の組み合わせも上記に限定するものではない。

第一のレーザ部と第二のレーザ部では、活性導波路層と非活性導波路層の繰り返し周期は、それぞれＬ_１＝５０μｍ、Ｌ_２＝７０μｍと異なるが、活性導波路層と非活性導波路層の割合（Ｌ_ａ１／Ｌ_ｔ１、および、Ｌ_ａ２／Ｌ_ｔ２）は同じである。本実施形態では、この割合を1／２とした。第一のレーザ部と第二のレーザ部の間において、回折格子の位相をλ／４波長変化させている。これにより、第一のレーザ部での反射波と第二のレーザ部での反射波の位相を発振条件を満たすように整合させている。

活性導波路層、および波長制御用非活性導波路層の上部に設けられる電極は互いに分離されており、図３（ａ）に示すように、活性導波路層上の電極１６どうし、および波長制御導波路層上の電極１７どうしは素子上で短絡されており、櫛型の電極形状になっている。このように素子上で各々の領域の電極どうしを短絡しておくことにより、金属製のボンディング・ワイヤをどこか一か所ずつ接着させるだけで、各領域に電流を注入することができる。

上記半導体レーザの作製方法を簡単に説明する。最初に有機金属気相エピタキシャル成長法と、これによる選択成長法を用いて、ｎ型ＩｎＰ上に活性導波路層（活性層）と非活性導波路層（制御層）とを作製する。その後、塗布したレジストに、電子ビーム露光法を用いて回折格子のパターンを転写し、転写パターンをマスクとしてエッチングを行い、回折格子を形成する。ｐ型ＩｎＰ上部クラッド層およびｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層を成長した後、横モードを制御するために、幅１．２μｍのストライプ状に導波路を加工し、その両側にFeをドーピングしたＩｎＰ（半絶縁体）電流ブロック層を成長する。そして、各電極を形成した後、活性層駆動電極と波長制御電極とを電気的に分離するために、それらの電極間のｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層を除去する。

半導体の成長法としては、有機金属気相エピタキシャル成長法に限らず、分子線エピタキシャル成長法やその他の手段を用いてもよい。回折格子の形成方法も電子線露光法に限らず、二束干渉露光法やそのほかの手段を用いてもよい。

電流ブロック層は、ＦｅをドーピングしたＩｎＰ層に限定することなく、Ｒｕなどのその他のドーパントをドーピングして高抵抗化したＩｎＰ層を用いても良い。また、ｐ型ｎ型の半導体の多層構造としてもよい。

また、導波路構造は、本実施形態では埋め込み構造を採用しているが、一般的なリッジ構造やハイメサ構造などでも本発明の原理を用いることができる。

第一のレーザ部６および第二のレーザ部７の活性導波路層８と非活性導波路層９の繰り返しの数は図面上は簡略化のために数を少なく表示しているが、実際の実施形態ではそれぞれ６としている。第一のレーザ部と第二のレーザ部では同じ結合係数の回折格子を用いているので、活性導波路層と非活性導波路層の繰り返し周期の長い第二のレーザ部の方が結合係数と長さの積が大きくなるため反射率は高くなる。したがって、繰り返し数を同数とした場合、自然に出力は非対称となり、反射率の低い第一のレーザ部からの出力が反射率の高い第二のレーザ部からの出力に比べて大きくとれるため、第一のレーザ部側から出力を効率よく取り出すことができる。なお、活性導波路層と非活性導波路層の繰り返しの数は６に限らず、また繰り返し数が第一のレーザ部と第二のレーザ部で同じである必要もないため、必要な反射率に応じて繰り返し周期や繰り返し数を設計すればよい。

ここで、チャネル（波長）切替時の熱補償動作について説明する。同一ＬＤ内でのチャンネル切替の場合は、活性層電流はほぼ一定に保ち、制御電流のみで発振波長が変化する。例えば、ＬＤ１内でＩａ＝７５ｍＡ、Ｉｔ＝１．５６ｍＡのチャンネル１からＩａ＝７５ｍＡ、Ｉｔ＝５２．３ｍＡのチャンネル２に切り替えることを考える。この場合、チャンネル１とチャンネル２では、全電流量では約５０ｍＡ程度の差がある。二つのチャンネル間で総発熱量が一定となれば波長の温度ドリフトは生じず、純粋にキャリアのプラズマ効果などで決まる数ｎｓでの誤差のない波長切替が可能となる。そこで、チャンネル１とチャンネル２では使用しないＬＤ２の制御領域に電流を流す。より厳密には、電圧などを測定し、投入電力が一定となるように制御する必要があるが、単純には、ＬＤ２の制御電流を熱補償電流としてチャンネル１動作時には５２．３ｍＡ、チャンネル２動作時には１．５６ｍＡと、ＬＤ１の制御電流とは逆に流すことにより、全電流量を一定とし、発熱量をおよそ一定とすることができる。これにより、チップ温度変化を抑制し、温度変化による屈折率変化を抑制することが可能となる。異なるＬＤ間でのチャネル切替の場合であっても、切替の前後で総発熱量が同じになるようにするという熱補償の考え方は同じである。

本発明では、上述した熱補償動作に加えて、多層化された配線間の影響を抑制するために、更に動作中のＬＤ以外のＬＤの活性領域電極の電圧を０Ｖに固定するようにした。多層電極の場合、上層と下層の電極でそれぞれの電極の電界により相互に影響を受ける。すなわち、同じ制御電流の変化を与える場合であっても、下層の電極の電位が異なると入力する電流波形が異なることになる。これを避けるために、例えばＬＤ１の制御電流を変化させてチャネルを切り替える場合、ＬＤ１の制御電極が多層化されているＬＤ２の活性領域電極を０Ｖに固定する。これにより、切替以前の状態にかかわらず、切り替え時の入力電流波形が安定する。

本発明の重要な点は、信号入力する電極と多層化した電極の電圧を固定することにある。常に安定した状態であれば良いため、必ずしも固定する電圧が０Ｖで無くとも良い。また、本実施形態では、上層に制御電極、下層に隣接レーザの活性領域電極としているが、上下が逆になっていてもよい。原理的には、隣接ＬＤの活性領域電極と制御電極の引き出し方向を逆にして制御電極同士を重ねた場合であっても、信号を入力する電極以外の電極の電圧を固定すれば良いが、隣接ＬＤの制御電極は熱補償動作を行う際に使用する可能性があるため、多層配線は制御電極と活性領域電極の組み合わせにしておいた方が良い。本実施形態の半導体レーザアレイの場合、通常、発光させるＬＤは１つのみであり、同時に複数の活性領域に電流を流すことはない。従って、動作させているＬＤの隣接ＬＤの活性層は０Ｖとすることに問題は無い。

本実施形態では、図２のように複数の波長可変レーザと結合器、ＳＯＡによる構成を説明したが、本発明を実現するためにはレーザが少なくとも２個以上並列に配置されていれば良い。すなわち、結合器もＭＭＩ結合器でなくともよく、ファネル型など他の結合器でも良い。また、結合器やＳＯＡを集積せずに、半導体レーザアレイからの光をレンズで結合したり、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）を用いて光路を変更したりする場合でも、半導体レーザアレイに本発明を適用可能である。

波長可変レーザアレイを構成する波長可変レーザは、各ＬＤの表面が少なくとも２つ以上の電極を有する電流注入型の波長可変レーザであれば、本発明を適用できる。例えば分布反射型（ＤＢＲ）レーザなどでも良い。

本実施形態では多層配線された電極同士が上下でほぼ平行に配線されているが、配線が直交する場合であっても、信号入力する配線以外の配線を０Ｖとすることで本発明の効果を得ることができる。

［第二の実施形態］
上記だけでも入力電流波形の安定化には効果的であるが、更に発展させた構造として、次のようなことも可能である。

波長切替動作はステップ的に電流を切り替えるため、電流変化時には高周波成分を含む。また、ステップ的な波長切替のみではなく、例えばＳｉｎ波により周波数変調するような場合や、のこぎり波のように繰り返し周波数を掃引するような場合もある。このような場合、駆動回路から波長可変レーザに対して高周波信号成分を減衰無く伝える必要がある。図８は本発明の波長可変レーザアレイの電極周辺部のみ抜き出した断面図であるが、例えば、図８で、制御電極１８と活性領域電極１９の間の絶縁膜２０の材料とその厚さｈ、制御電極の幅ｗなどを適切に設計してやることで、高周波線路としてもみなすことができるようになる。そのため、本実施形態では、制御電極の幅Wを５μｍ、絶縁膜は比誘電率２．７のベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）を用い厚さｈを２μｍとした。活性領域電極を０Ｖとしてグランドとしてみなすと、マイクロストリップ線路と同じ構成となり、線路の特性インピーダンスはおよそ５０Ω弱となり、５０Ω系の線路とすることも可能であり、高周波の入力が効率よく行えることとなる。特性インピーダンスは波長可変レーザの駆動回路の特性インピーダンスに一致させればよい。

マイクロストリップ線路を構成する場合、信号線に比べてグランドが十分広い方が好ましく、設計とよく合う実験結果が得られることが知られており、グランド幅が信号線のおよそ2倍程度以上の幅が必要である。従って、本実施形態では、レーザ間隔の範囲内でなるべく広くグランドを取ることとし、活性領域の電極の幅を制御電極の幅の三倍の１５μｍとした。また、多層配線部分以外の影響も極力減らす必要がある。ワイヤボンディングする電極パッド部は寄生容量となるため、本実施形態では図９のように各配線のパッド部は小さくし、およそ５０μｍ角程度とした。また、６レーザの集積素子であるからＬＤ６の制御電極２１に対しては多層化される隣接するレーザの活性領域電極が無い。従って、従来構造にはない追加のグランド電極２２を設け、ＬＤ６制御電極の下層に配置した。

上下の電極を分ける絶縁膜は、ＢＣＢに限らず、ポリイミドなどの有機材料やＳｉＯ_２、ＳｉＮなどの他の絶縁膜を用いても良い。

１活性導波路層
２非活性導波路層
３光導波路
４多モード干渉（ＭＭＩ）結合器（カプラ）
５半導体光増幅器（ＳＯＡ）
６第一のレーザ部
７第二のレーザ部
８ＧａＩｎＡｓＰ活性導波路層
９ＧａＩｎＡｓＰ非活性導波路層（波長制御層）
１０ｎ型ＩｎＰクラッド
１１回折格子
１２ｐ型ＩｎＰ上部クラッド層
１３ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層
１４活性層電極
１５電極
１６活性領域電極
１７制御領域電極
１８制御電極
１９活性領域電極
２０絶縁膜
２１制御電極
２２グランド電極

Claims

電流注入量の制御により波長を制御する制御領域と利得を得るための活性領域とを有し、前記制御領域および前記活性領域のそれぞれが互いに独立した電極により制御される構造を備えている電流制御型の波長可変レーザが複数並列に配置された波長可変レーザアレイ素子の制御方法であって、
それぞれの前記波長可変レーザの前記制御領域の制御電極は、前記活性領域の活性領域電極との間に絶縁膜を挟み異なる層に配置され、前記制御電極と前記活性領域電極とは、光導波路と非平行な方向で互いに逆方向へ引き出され、隣り合う前記波長可変レーザの間で前記制御電極と前記活性領域電極とが多層構造を有し、
駆動中の第１の波長可変レーザの第１の制御電極と多層構造を成す隣接し、駆動していない第２の波長可変レーザの第２の活性領域電極の電位が固定されており、
前記第１の波長可変レーザの波長切り替え時に、前記第１の波長可変レーザの前記第１の制御電極への投入電力と前記第２の波長可変レーザの第２の制御電極への投入電力との和が、波長切り替え前と波長切り替え後とで一定となるように、前記第１および第２の制御電極に制御された電流を流すことを特徴とする波長可変レーザアレイ素子の制御方法。
請求項１に記載の波長可変レーザアレイ素子の制御方法であって、
前記第２の波長可変レーザの前記第２の活性領域電極の電位が０Ｖであることを特徴とする波長可変レーザアレイ素子の制御方法。
請求項１または２に記載の波長可変レーザアレイ素子の制御方法であって、
第３の波長可変レーザの第３の制御電極と多層構造を成す活性領域電極を有する隣接する波長可変レーザが無い場合には、前記第３の制御電極との間に絶縁膜を挟みグランド電極を設けたことを特徴とする波長可変レーザアレイ素子の制御方法。
請求項１、２または３に記載の波長可変レーザアレイ素子の制御方法であって、
それぞれの前記波長可変レーザの間隔が２０μｍ以下であることを特徴とする波長可変レーザアレイ素子の制御方法。
電流注入量の制御により波長を制御する制御領域と利得を得るための活性領域とを有し、前記制御領域および前記活性領域のそれぞれが互いに独立した電極により制御される構造を備えている電流制御型の波長可変レーザを複数並列に配置した波長可変レーザアレイ素子であって、
それぞれの前記波長可変レーザの前記制御領域の制御電極は、前記活性領域の活性領域電極との間に絶縁膜を挟み異なる層に配置され、前記制御電極と前記活性領域電極とは、光導波路と非平行な方向で互いに逆方向へ引き出され、隣り合う前記波長可変レーザの間で前記制御電極と前記活性領域電極とが多層構造を有し、
駆動中の第１の波長可変レーザの第１の制御電極と多層構造を成す隣接し、駆動していない第２の波長可変レーザの第２の活性領域電極の電位が固定されており、
前記第１の波長可変レーザの波長切り替え時に、前記第１の波長可変レーザの前記第１の制御電極への投入電力と前記第２の波長可変レーザの第２の制御電極への投入電力との和が、波長切り替え前と波長切り替え後とで一定となるように、前記第１および第２の制御電極に制御された電流を流すことを特徴とする波長可変レーザアレイ素子。