特許 7326006 光半導体素子、光サブアセンブリ、及び光モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-04

(45)【発行日】2023-08-15

(54)【発明の名称】光半導体素子、光サブアセンブリ、及び光モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/22 20060101AFI20230807BHJP

   H01S 5/343 20060101ALI20230807BHJP

   H01S 5/026 20060101ALI20230807BHJP

   H01S 5/227 20060101ALI20230807BHJP

   H01S 5/12 20210101ALI20230807BHJP

   G02B 6/12 20060101ALI20230807BHJP

   G02B 6/125 20060101ALI20230807BHJP

【ＦＩ】

H01S5/22 610

H01S5/343

H01S5/026 616

H01S5/026 618

H01S5/227

H01S5/12

G02B6/12 301

G02B6/125 301

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2019076530

(22)【出願日】2019-04-12

(65)【公開番号】P2020174162

(43)【公開日】2020-10-22

【審査請求日】2022-04-05

(73)【特許権者】

【識別番号】301005371

【氏名又は名称】日本ルメンタム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000154

【氏名又は名称】弁理士法人はるか国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中村 厚

(72)【発明者】

【氏名】中西 慧

(72)【発明者】

【氏名】山内 俊也

(72)【発明者】

【氏名】滝田 隼人

(72)【発明者】

【氏名】中井 義博

(72)【発明者】

【氏名】浅倉 秀明

【審査官】淺見 一喜

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０９８３４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０９３００２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－０１２９５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２６３１５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０７７７５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０８８１２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／００８３４１７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００２－２８９９７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２６９６０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３１９８９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１６５３９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２５３５２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／００－５／５０

Ｇ０２Ｂ ６／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体基板と、
前記半導体基板上に並んで配置され、それぞれ活性層及び回折格子を含むとともに該回折格子が後方端面に至る、複数のメサストライプと、
前記複数のメサストライプの上面それぞれと電気的に接続され、ワイヤボンディングのためのパッド部をそれぞれ有する、複数の電極と、
前記複数のメサストライプの前記活性層それぞれと光学的に接続される、複数の導波路と、
前記複数のメサストライプの後方端面に配置され、反射率が３０％以上となる反射膜と、
を備える光半導体素子であって、
前記複数の電極のうち、前記複数のメサストライプの第１メサストライプに接続された電極は、前記複数の電極のうち他のいずれの電極にも交差せずに、前記複数の導波路と交差し、
前記第１メサストライプは、前記複数のメサストライプの第２メサストライプに挟まれた位置にあり、
前記複数のメサストライプのうち、両端にある２つのメサストライプの後方端面における中心間距離は１５０μｍ以下であり、
前記複数のメサストライプのうち少なくとも２つのメサストライプは同時に駆動される、
ことを特徴とする、光半導体素子。

【請求項2】

請求項１に記載の光半導体素子であって、
前記複数のメサストライプをそれぞれ含んで、複数の分布帰還型レーザが集積されるアレイ素子である、
ことを特徴とする、光半導体素子。

【請求項3】

請求項２に記載の光半導体素子であって、
前記複数の分布帰還型レーザが出射する出力光の波長は、１．３μｍ帯である、
ことを特徴とする、光半導体素子。

【請求項4】

請求項１乃至３のいずれかに記載の光半導体素子であって、
前記複数の導波路の前方にそれぞれ配置される、複数の変調器を、
さらに備える、光半導体素子。

【請求項5】

請求項１乃至４のいずれかに記載の光半導体素子であって、
前記複数のメサストライプと前記複数の導波路との間にそれぞれ配置される、複数の光増幅器を、
さらに備える、光半導体素子。

【請求項6】

請求項１乃至５のいずれかに記載の光半導体素子であって、
前記複数のメサストライプのうち、両端にある２つのメサストライプそれぞれのさらに外側に配置される、ダミーメサストライプを、
さらに備える、光半導体素子。

【請求項7】

請求項１乃至６のいずれかに記載の光半導体素子であって、
前記複数の導波路のうち、少なくとも１の導波路は、対応する前記メサストライプの延伸方向に対して屈曲する部分を含む、
ことを特徴とする、光半導体素子。

【請求項8】

請求項１乃至７のいずれかに記載の光半導体素子であって、
前記複数の導波路のうち、少なくとも１組の隣り合う導波路は、対応する隣り合う１組のメサストライプと比べて、出射方向に沿ってさらに広がって延伸する部分がある、
ことを特徴とする、光半導体素子。

【請求項9】

請求項８に記載の光半導体素子であって、
前記少なくとも１組の隣り合う導波路の後方端面における中心間距離より、前方端面における中心間距離が長い、
ことを特徴とする、光半導体素子。

【請求項10】

請求項１乃至７のいずれかに記載の光半導体素子であって、
前記複数の導波路のうち、少なくとも１組の導波路の前方に配置され、前記１組の導波路を経由して入力される１組の光信号を合波する、ＭＭＩ合波器を、
さらに備える、光半導体素子。

【請求項11】

請求項１０に記載の光半導体素子であって、
前記１組の導波路の、一方の導波路の途中に配置される、光吸収器を、
さらに備える、光半導体素子。

【請求項12】

請求項１０又は１１に記載の光半導体素子であって、
前記１組の導波路にそれぞれ光学的に接続される１組のメサストライプは、互いに異なる波長の光を発振し、
前記ＭＭＩ合波器に入力される前記１組の光信号の振幅は互いに異なっている、
ことを特徴とする、光半導体素子。

【請求項13】

請求項１２に記載の光半導体素子であって、
前記ＭＭＩ合波器に入力される前記１組の光信号の、ビート周波数が変調周波数の２倍以上である、
ことを特徴とする、光半導体素子。

【請求項14】

請求項１乃至１３のいずれかに記載の光半導体素子であって、
前記複数の導波路は、前記第２メサストライプと前記活性層で光学的に接続される第２導波路を含み、
前記第１メサストライプに接続された前記電極は、前記第２導波路と交差する、
ことを特徴とする、光半導体素子。

【請求項15】

請求項１乃至１４のいずれかに記載の光半導体素子と、
前記複数の電極にそれぞれワイヤボンディングする複数のワイヤと、
前記光半導体素子を駆動するための電気信号を出力する、ドライバと、
を備える、光サブアセンブリ。

【請求項16】

請求項１５に記載の光サブアセンブリ、
を備える、光モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光半導体素子、光サブアセンブリ、及び光モジュールに関し、特に、安定的に回折格子が作製されることにより歩留まりが向上する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

複数の発光素子を備える光モジュールが用いられる。複数の光ファイバが光モジュールの複数の発光素子それぞれに接続されて、光モジュールは複数の光ファイバへそれぞれ光信号を出射する。

【0003】

特許文献１に、複数の光送信器と、複数の光送信器を制御する集積回路アセンブリと、を備える光モジュールが開示されている。集積回路アセンブリはチップ識別パットを含んでおり、設計が容易であり余分な費用をかけることなく集積回路を識別することができる技術が示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１６－１５４２６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、光モジュールに複数の発光素子がそれぞれ個別に搭載される場合、複数の発光素子それぞれに対して光部品が必要となり、製造コストが増大するという問題が生じてしまう。それゆえ、コスト抑制の観点では、複数の発光素子が１つの半導体基板上に集積されるアレイ素子である光半導体素子が望ましい。しかしながら、かかる光半導体素子の場合、集積される複数の発光素子のうち１つの発光素子でも不具合があれば、かかる光半導体素子は製品として用いることはできない。アレイ素子である光半導体素子の場合、各発光素子の歩留まりの積となり、光半導体素子の歩留まりの向上を実現するためには、各発光素子の歩留まりを向上させることが重要となる。

【0006】

特に、発光素子が後方端面に至る回折格子と後方端面に形成される反射膜とを有する場合、発光素子には原理的にＳＭＳＲ（Side Mode Suppression Ratio）不良が一定割合で発生することにより、単一の発光素子と比べて、アレイ素子である光半導体素子では、歩留まりの低下が大きくなり、コスト上昇が発生してしまう。

【0007】

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、ＳＭＳＲ不良が抑制されることにより、歩留りが向上される、光半導体素子、光サブアセンブリ、及び光モジュールの提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

（１）上記課題を解決するために、本発明に係る光半導体素子は、半導体基板と、前記半導体基板上に並んで配置され、それぞれ活性層及び回折格子を含むとともに該回折格子が後方端面に至る、複数のメサストライプと、前記複数のメサストライプの上面それぞれと電気的に接続され、ワイヤボンディングのためのパッド部をそれぞれ有する、複数の電極と、前記複数のメサストライプの前記活性層それぞれと光学的に接続される、複数の導波路と、前記複数のメサストライプの後方端面に配置され、反射率が３０％以上となる反射膜と、を備える光半導体素子であって、前記複数のメサストライプのうち、両端にある２つのメサストライプの後方端面における中心間距離は１５０μｍ以下であり、前記複数のメサストライプのうち少なくとも２つのメサストライプは同時に駆動される、ことを特徴とする。

【0009】

（２）上記（１）に記載の光半導体素子であって、前記複数のメサストライプをそれぞれ含んで、複数の分布帰還型レーザが集積されるアレイ素子であってもよい。

【0010】

（３）上記（２）に記載の光半導体素子であって、前記複数の分布帰還型レーザが出射する出力光の波長は、１．３μｍ帯であってもよい。

【0011】

（４）上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の光半導体素子であって、前記複数の導波路の前方にそれぞれ配置される、複数の変調器を、さらに備えていてもよい。

【0012】

（５）上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の光半導体素子であって、前記複数のメサストライプと前記複数の導波路との間にそれぞれ配置される、複数の光増幅器を、さらに備えていてもよい。

【0013】

（６）上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の光半導体素子であって、前記複数のメサストライプのうち、両端にある２つのメサストライプそれぞれのさらに外側に配置される、ダミーメサストライプを、さらに備えていてもよい。

【0014】

（７）上記（１）乃至（６）のいずれかに記載の光半導体素子であって、前記複数の導波路のうち、少なくとも１の導波路は、対応する前記メサストライプの延伸方向に対して屈曲する部分を含んでいてもよい。

【0015】

（８）上記（１）乃至（７）のいずれかに記載の光半導体素子であって、前記複数の導波路のうち、少なくとも１組の隣り合う導波路は、対応する隣り合う１組のメサストライプと比べて、出射方向に沿ってさらに広がって延伸する部分があってもよい。

【0016】

（９）上記（８）に記載の光半導体素子であって、前記少なくとも１組の隣り合う導波路の後方端面における中心間距離より、前方端面における中心間距離が長くてもよい。

【0017】

（１０）上記（１）乃至（７）のいずれかに記載の光半導体素子であって、前記複数の導波路のうち、少なくとも１組の導波路の前方に配置され、前記１組の導波路を経由して入力される１組の光信号を合波する、ＭＭＩ合波器を、さらに備えていてもよい。

【0018】

（１１）上記（１０）に記載の光半導体素子であって、前記１組の導波路の、一方の導波路の途中に配置される、光吸収器を、さらに備えていてもよい。

【0019】

（１２）上記（１０）又は（１１）に記載の光半導体素子であって、前記１組の導波路にそれぞれ光学的に接続される１組のメサストライプは、互いに異なる波長の光を発振し、前記ＭＭＩ合波器に入力される前記１組の光信号の振幅は互いに異なっていてもよい。

【0020】

（１３）上記（１２）に記載の光半導体素子であって、前記ＭＭＩ合波器に入力される前記１組の光信号の、ビート周波数が変調周波数の２倍以上であってもよい。

【0021】

（１４）本発明に係る光サブアセンブリは、上記（１）乃至（１３）のいずれかに記載の光半導体素子と、前記複数の電極にそれぞれワイヤボンディングする複数のワイヤと、前記光半導体素子を駆動するための電気信号を出力する、ドライバと、を備えていてもよい。

【0022】

（１５）本発明に係る光モジュールは、上記（１４）に記載の光サブアセンブリ、を備えていてもよい。

【発明の効果】

【0023】

本発明により、ＳＭＳＲ不良が抑制されることにより、歩留りが向上される、光半導体素子、光サブアセンブリ、及び光モジュールが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る光伝送装置及び光モジュールの構成を示す模式図である。

【図2】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ素子の平面図である。

【図3A】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ素子のレーザ領域の構造を示す断面図である。

【図3B】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ素子の導波路領域の構造を示す断面図である。

【図4】本発明の第１の実施形態に係る光サブアセンブリ主要部の平面図である。

【図5】本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ素子の平面図である。

【図6】本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ素子の平面図である。

【図7】本発明の第４の実施形態に係る半導体レーザ素子の平面図である。

【図8】本発明の第５の実施形態に係る半導体レーザ素子の平面図である。

【図9】本発明の第６の実施形態に係る半導体レーザ素子の平面図である。

【図10】本発明の第７の実施形態に係る半導体レーザ素子の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下に、図面に基づき、本発明の実施形態を具体的かつ詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、以下に示す図は、あくまで、実施形態の実施例を説明するものであって、図の大きさと本実施例記載の縮尺は必ずしも一致するものではない。

【0026】

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光伝送装置１及び光モジュール２の構成を示す模式図である。光伝送装置１は、プリント回路基板１１（ＰＣＢ）とＩＣ１２を備えている。光伝送装置１は、例えば、大容量のルータやスイッチである。光伝送装置１は、例えば交換機の機能を有しており、基地局などに配置される。光伝送装置１に、複数の光モジュール２が搭載されており、光モジュール２より受信用のデータ（受信用の電気信号）を取得し、ＩＣ１２などを用いて、どこへ何のデータを送信するかを判断し、送信用のデータ（送信用の電気信号）を生成し、プリント回路基板１１を介して、該当する光モジュール２へそのデータを伝達する。

【0027】

光モジュール２は、送信機能及び受信機能を有するトランシーバである。光モジュール２は、プリント回路基板２１と、光ファイバ３Ａを介して受信する光信号を電気信号に変換する光受信モジュール２３Ａと、電気信号を光信号に変換して光ファイバ３Ｂへ送信する光送信モジュール２３Ｂと、を含んでいる。プリント回路基板２１と、光受信モジュール２３Ａ及び光送信モジュール２３Ｂとは、それぞれフレキシブル基板２２Ａ，２２Ｂ（ＦＰＣ）を介して接続されている。光受信モジュール２３Ａより電気信号がフレキシブル基板２２Ａを介してプリント回路基板２１へ伝送され、プリント回路基板２１より電気信号がフレキシブル基板２２Ｂを介して光送信モジュール２３Ｂへ伝送される。光モジュール２と光伝送装置１とは電気コネクタ５を介して接続される。光受信モジュール２３Ａや光送信モジュール２３Ｂは、プリント回路基板２１に電気的に接続され、光信号／電気信号を電気信号／光信号にそれぞれ変換する。ここで、光受信モジュール２３Ａは、１又は複数の光サブアセンブリを含み、光送信モジュール２３Ｂは、１又は複数の光サブアセンブリを含む。

【0028】

当該実施形態に係る伝送システムは、２個以上の光伝送装置１と２個以上の光モジュール２と、１個以上の光ファイバ３を含む。各光伝送装置１に、１個以上の光モジュール２が接続される。２個の光伝送装置１にそれぞれ接続される光モジュール２の間を、光ファイバ３が接続している。一方の光伝送装置１が生成した送信用のデータが接続される光モジュール２によって光信号に変換され、かかる光信号を光ファイバ３へ送信される。光ファイバ３上を伝送する光信号は、他方の光伝送装置１に接続される光モジュール２によって受信され、光モジュール２が光信号を電気信号へ変換し、受信用のデータとして当該他方の光伝送装置１へ伝送する。

【0029】

図２は、当該実施形態に係る半導体レーザ素子１００の平面図である。当該実施形態に係る半導体レーザ素子１００は、複数（ここでは４つ）の分布帰還型（ＤＦＢ：Distributed FeedBack)レーザ（ＬＤ：Laser Diode）が集積されるアレイ素子である光半導体素子であり、直接変調型となっている。以下、分布帰還形レーザをＤＦＢ－ＬＤと記すこととする。当該複数のＤＦＢ－ＬＤが出射する出力光の波長は１．３μｍ帯である。当該実施形態に係る半導体レーザ素子１００は、図１に示す光送信モジュール２３Ｂが含む１又は複数の光サブアセンブリのいずれかに搭載される光半導体素子である。図２に示す通り、当該実施形態に係る半導体レーザ素子１００は、レーザ領域１０１と導波路領域１０２とを含んでいる。各ＤＦＢ－ＬＤが構成されるレーザ領域１０１に、メサストライプ１０３が形成されており、出射方向を向いて左方から右方にかけて（図２の上方から下方にかけて）順に並んで、メサストライプ１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃ，１０３Ｄと表されている。メサストライプ１０３の上面と物理的に接触して電気的に接続されるｐ側電極１０４が配置される。図２には、メサストライプ１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃ，１０３Ｄの上面それぞれと電気的に接続されるｐ側電極１０４Ａ，１０４Ｂ，１０４Ｃ，１０４Ｄが示されている。

【0030】

導波路領域１０２に、各メサストライプ１０３の活性層１１２（後述）と光学的に接続される導波路１０５が配置される。図２には、メサストライプ１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃ，１０３Ｄそれぞれと接続される導波路１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃ，１０５Ｄが示されており、導波路１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃ，１０５Ｄは、メサストライプ１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃ，１０３Ｄの延伸方向に対して両側へ広がるように広がるように延伸している。メサストライプ１０３Ｂ，１０３Ｃの中心線に対して対照的に、すなわち、導波路１０５Ａ，１０５Ｂは出射方向を向いて左方（図２の上方）へ、導波路１０５Ｃ，１０５Ｄは出射方向を向いて右方（図２の下方）へ、それぞれ広がって延伸している。

【0031】

半導体レーザ素子１００の前方端面（出射側の端面：図２の右側の端面）には反射防止膜１０７（ＡＲ膜）が、後方端面（すなわち複数のメサストライプ１０３の後方端面：図２の左側の端面）には高反射膜１０８（ＨＲ膜）が、それぞれ配置される。反射防止膜１０７は反射率５％以下が望ましい。高反射膜１０８は反射率３０％以上が望ましいが、５０％以上がさらに望ましく、７０％以上がさらに望ましい。

【0032】

図３Ａは、当該実施形態に係る半導体レーザ素子１００のレーザ領域１０１の構造を示す断面図である。図３Ａは、図２に示すＩＩＩＡ－ＩＩＩＡ線の断面を示している。半導体レーザ素子１００は、ｎ型ＩｎＰ基板１１０（半導体基板）と、複数のメサストライプ１０３と、複数のｐ側電極１０４（電極）と、を備えている。図３Ａに示す通り、ｎ型ＩｎＰ基板１１０上に、ｎ型ＩｎＰクラッド層１１１と、活性層１１２（多重量子井戸層）と、ｐ型ＩｎＰスペーサ層１１３と、回折格子層１１４と、ｐ型ＩｎＰクラッド層１１５と、ｐ型コンタクト層１１６と、が順に積層されている。ｎ型ＩｎＰクラッド層１１１の上部と、活性層１１２と、ｐ型ＩｎＰスペーサ層１１３と、回折格子層１１４と、ｐ型ＩｎＰクラッド層１１５と、ｐ型コンタクト層１１６と、からなる半導体多層は、各ＤＦＢ－ＬＤにおいて光導波路となる領域の外側が除去されており、メサストライプ構造を有している。回折格子層１１４はメサストライプ１０３の延伸方向に対して周期的となる形状に形成されており、回折格子として機能する。回折格子層１１４の周期的となる形状は、メサストライプ１０３の後方端面（半導体レーザ素子１００の後方端面でもある）に至っている。回折格子層１１４は、ｐ型ＩｎＰスペーサ層１１３とｐ型ＩｎＰクラッド層１１５との間に配置されている。ｐ型ＩｎＰスペーサ層１１３とｐ型ＩｎＰクラッド層１１５を一つのｐ型クラッド層だとすると、回折格子層１１４はｐ型クラッド層の内部に配置されていると考えてもよい。各ＤＦＢ－ＬＤは、１つのメサストライプを含んでおり、複数のメサストライプは半導体基板上に並んで配置され、各メサストライプは活性層と回折格子を含むとともに該回折格子が後方端面に至る。

【0033】

複数のメサストライプ１０３それぞれの両側となる領域、すなわち、隣り合う２つのメサストライプ１０３の間となる領域それぞれ及び両端にあるメサストライプ１０３のそれぞれ外側となる領域は、高抵抗ＩｎＰ層１１７により埋め込まれている。当該実施形態に係る半導体レーザ素子１００は、埋め込み（ＢＨ：Buried-hetero）構造を有している。複数のメサストライプ１０３及び高抵抗ＩｎＰ層１１７を覆って絶縁膜１１８が形成されているが、複数のメサストライプ１０３の上面の少なくとも一部には絶縁膜１１８が除去されている。さらに、絶縁膜１１８の上側に複数のｐ側電極１０４が形成されるが、各ｐ側電極１０４は対応するメサストライプ１０３の上面と物理的に接触しており、対応するメサストライプ１０３の上面と電気的に接続される。各ｐ側電極１０４は、後述の通り所定の形状を有している。また、図示はなされていないが、ｎ型ＩｎＰ基板１１０の裏面には各ｐ側電極１０４に対応する共通のｎ側電極が形成されている。

【0034】

図３Ｂは、当該実施形態に係る半導体レーザ素子１００の導波路領域１０２の構造を示す断面図である。図３Ｂは、図２に示すＩＩＩＢ－ＩＩＩＢ線の断面を示している。図３Ｂに示す通り、ｎ型ＩｎＰ基板１１０上に、ｎ型ＩｎＰクラッド層１１１と、導波路層１２０と、ｐ型ＩｎＰクラッド層１１５と、が順に積層されている。ｎ型ＩｎＰクラッド層１１１の上部と、導波路層１２０と、ｐ型ＩｎＰクラッド層１１５と、からなる半導体多層は、メサストライプ構造を有している。レーザ領域１０１のメサストライプ１０３に対して、かかるメサストライプ構造をメサストライプ１０６とすると、各ＤＦＢ－ＬＤの導波路領域１０２は、１つのメサストライプ１０６を含んでおり、メサストライプ１０６は、ｎ型ＩｎＰ基板１１０上に配置され、導波路層１２０を含んでいる。

【0035】

複数のメサストライプ１０６は、レーザ領域１０１の複数のメサストライプ１０３と同様に、高抵抗ＩｎＰ層１１７により埋め込まれている。複数のメサストライプ１０６及び高抵抗ＩｎＰ層１１７を覆って絶縁膜１１８が形成されている。導波路領域１０２の複数のメサストライプ１０６にｐ型コンタクト層１１６が配置されておらず、またメサストライプ１０６の上面となる領域の絶縁膜１１８も除去されていない。それゆえ、複数のメサストライプ１０６は、レーザ領域１０１の複数のメサストライプ１０３と異なり、平面視して交差するｐ側電極１０４と電気的に接続しておらず（透明導波路領域）、光出力に影響を与えない。図３Ｂに示す通り、導波路領域１０２にも複数の（ここでは２つ）のｐ側電極１０４Ｂ，１０４Ｃが形成されているが、ｐ側電極１０４とメサストライプ１０６との間には絶縁膜１１８が配置されており、電気的に接続されていない。

【0036】

導波路領域１０２に配置されるメサストライプ１０６の導波路層１２０（の後方端面）は、レーザ領域１０１に配置されるメサストライプ１０３の活性層１１２（の前方端面）とバットジョイント（Butt-Joint）される。そして、導波路領域１０２に配置されるメサストライプ１０６の導波路層１２０が、導波路１０５を構成する。よって、レーザ領域１０１のメサストライプ１０３の活性層１１２と導波路１０５とは光学的に接続されている。なお、各ＤＦＢ－ＬＤは対応するレーザ領域１０１のメサストライプ１０３を１つ含んでいる。

【0037】

ｐ側電極１０４は、ワイヤボンディングをするためのパッド部付きの電極であり、ｐ側電極１０４Ａ，１０４Ｂは出射方向を向いて左方（図２の上方）に、ｐ側電極１０４Ｃ，１０４Ｄは出射方向を向いて右方（図２の下方）に、それぞれパッド部が広がっている。ｐ側電極１０４Ａ（１０４Ｄ）は、メサストライプ１０３Ａ（１０３Ｄ）の上面と電気的に接続するとともに、メサストライプ１０３Ａ（１０３Ｄ）の後方部分から出射方向を向いて左方へ（右方へ）延伸しており、かかる部分がパッド部となっている。ｐ側電極１０４Ｂ（１０４Ｃ）は、メサストライプ１０３Ｂ（１０３Ｃ）の上面と電気的に接続するとともに、さらに前方（すなわち出射方向）へ延伸し、出射方向を向いて左方へ（右方へ）屈曲している。ｐ側電極１０４Ｂ（１０４Ｃ）は、さらにｐ側電極１０４Ａ（１０４Ｄ）とは接触することなく囲うように、出射方向を向いて左方へ（右方へ）広がっており、かかる部分がパッド部となっている。平面視して、ｐ側電極１０４Ｂ（１０４Ｃ）は、２つの導波路１０５Ａ，１０５Ｂ（１０５Ｃ，１０５Ｄ）と交差しているが、かかる領域では、ｐ側電極１０４とメサストライプ１０６との間には絶縁膜１１８が配置されており、前述の通り電気的には接続されておらず、光出力には影響を与えない。

【0038】

図４は、当該実施形態に係る光サブアセンブリ１３０主要部の平面図である。当該実施形態に係る光サブアセンブリ１３０は、図１に示す光送信モジュール２３Ｂが含む１又は複数の光サブアセンブリのいずれかである。光サブアセンブリ１３０は、当該実施形態に係る半導体レーザ素子１００と、サブマウント１３１と、ドライバ１３２と、を備えている。なお、ドライバ１３２は光サブアセンブリ１３０の外側にあっても良い。サブマウント１３１の上面には、電極パターン１４０が形成されている。電極パターン１４０は、カソード電極１４１と複数（ここでは４つ）のアノード電極１４２とを含んでいる。半導体レーザ素子１００のｎ側電極とカソード電極１４１ははんだなどにより電気的及び物理的に接続されている。サブマウント１３１には複数のビアホール１４３が形成されており、カソード電極１４１はビアホール１４３を介してサブマウント１３１の裏面に配置されるカソード電極と電気的に接続されており、さらに光サブアセンブリ１３０の筐体と電気的に接続される。ドライバ１３２と複数のアノード電極１４２とはそれぞれ、ワイヤ１４４を介して電気的に接続されている。また、ドライバ１３２とカソード電極１４１もワイヤ１４７を介して電気的に接続されている。さらに、複数のアノード電極１４２と半導体レーザ素子１００のｐ側電極１０４とはそれぞれ、ワイヤ１４５を介して電気的に接続されている。ワイヤ１４５はｐ側電極１０４のパッド部にワイヤボンディングされる。ドライバ１３２は、半導体レーザ素子１００に集積される４つのＤＦＢ－ＬＤを駆動するために４つの電気信号を対応する４つの端子へそれぞれ出力する。ドライバ１３２は、駆動する対象のＤＦＢ－ＬＤへ電気信号を対応する端子へ出力し、かかる電気信号が対応するカソード電極１４２を介して対応するｐ側電極１０４へ入力される。入力される電気信号により対応するＤＦＢ－ＬＤが駆動される。４つのＤＦＢ－ＬＤのうち２つのＤＦＢ－ＬＤを駆動するために、ドライバ１３２が２つの電気信号を対応する２つの端子へそれぞれ出力すれば、当該２つのＤＦＢ－ＬＤが同時に駆動される。４つのＤＦＢ－ＬＤすべてを駆動するために、ドライバ１３２が４つの電気信号を対応する４つの端子へそれぞれ出力すれば、４つのＤＦＢ－ＬＤすべてが同時に駆動される。なお、ここではカソード電極は共通であり、本構成はシングルエンド駆動となっている。

【0039】

なお、当該実施形態に係る半導体レーザ素子１００は直接変調型ＤＦＢ－ＬＤであるので、レーザ領域１０１のメサストライプ１０３と電気的に接続されるｐ側電極１０４に駆動するための電気信号が入力される。しかしながら、半導体レーザ素子が複数のＤＦＢ－ＬＤと複数の変調器とが集積される光半導体素子の場合は、変調器の電極に駆動するための電気信号が入力される。

【0040】

当該実施形態に係る半導体レーザ素子１００の主な特徴は、レーザ領域１０１に配置される複数のメサストライプ１０３のうち、両端にある２つのメサストライプ１０３の後方端面における中心間距離Ｗが１５０μｍ以下であり、複数のメサストライプ１０３のうち少なくとも２つのメサストライプ１０３（すなわち、複数のＤＦＢ－ＬＤのうち少なくとも２つのＤＦＢ－ＬＤ）は同時に駆動されることにある。複数のメサストライプ１０３（すなわち、複数のＤＦＢ－ＬＤ）がすべて同時に駆動されることがさらに望ましい。ここで、２つのメサストライプ１０３の中心間距離とは、一方のメサストライプ１０３が有する幅の中点と、他方のメサストライプ１０３が有する幅の中点との距離である。ここで、幅とは、メサストライプ１０３の延伸方向に交差する方向（実質的には直交する方向）の長さをいう。レーザ領域１０１に配置される複数のメサストライプ１０３それぞれは、実質的に一定の幅を保って一方向（図２の左右方向）へ延伸しており、２つのメサストライプ１０３は、実質的に一定の間隔を保って配置されている。それゆえ、延伸方向に対して、２つのメサストライプ１０３の中心間距離は実質的に一定である。本発明では、メサストライプ１０３の回折格子（回折格子層１１４）の後方端面位相に注目しているので、２つのメサストライプ１０３の中心間距離を後方端面におけるものとする。さらに厳密にいえば、後方端面において、メサストライプ１０３の積層方向において、回折格子層１１４の後方端面におけるものとする。

【0041】

発光素子が後方端面に至る回折格子を有し後方端面に反射膜が配置される場合、回折格子の後方端面位相を制御することは非常に困難である。それゆえ、かかる発光素子には原理的に一定の割合でＳＭＳＲ不良が発生してしまう。高出力化及び低閾値化のために、ＤＦＢ－ＬＤでは後方端面が高反射膜でコーティングされている。この場合、ＤＦＢ－ＬＤのＳＭＳＲは回折格子の後方端面位相により決定される。例えば、１．３μｍ帯で発振するＤＦＢ－ＬＤの回折格子の周期は約２００ｎｍと非常に短い。

【0042】

ここで、従来技術に係る半導体レーザ素子について考察する。かかる半導体レーザ素子は、例えば４つのＤＦＢ－ＬＤが集積されるアレイ素子である。従来技術に係る半導体レーザ素子では、４つのＤＦＢ－ＬＤ、すなわち４つのメサストライプが等しい中心間距離で順に並んでいる。例えば、４つのＤＦＢ－ＬＤの出力光が４本の光ファイバを含むリボンファイバに結合する場合、隣り合うＤＦＢ－ＬＤの出射端面（前方端面）における中心間距離、すなわち、隣り合うメサストライプの中心間距離は、リボンファイバの隣り合う光ファイバのコアの中心間距離によって決定されるのが望ましく、かかる中心間距離は２００μｍ～３００μｍであり、代表的な値は２５０μｍである。両端にある２つのメサストライプの中心間距離は６００μｍ～９００μｍとなり、代表的な値は７５０μｍである。

【0043】

回折格子を形成する方法として、電子線描画が一般に用いられる。電子線描画装置では、１０００μｍ角程度の領域内であれば１ｎｍ程度の位置精度が実現可能であり、半導体基板劈開面に対する平行度の精度については０．０２°以下が実現可能である。ＤＦＢ－ＬＤの回折格子の後方端面位相に対する位置精度の影響を考察すると、位置精度１ｎｍは回折格子周期２００ｎｍに対して十分小さく、ここでは位置精度の影響は問題とならない。これに対して、半導体基板劈開面に対する平行度の精度の影響を考察すると、前述の通り平行度の精度は０．０２°である。ｓｉｎ（０．０２°）＝０．０００３３であり、回折格子の周期（メサストライプの延伸方向）に対して垂直方向に６００μｍ移動すると、回折格子の後方端面位相は、２００ｎｍ、すなわち回折格子１周期分ずれることになる。

【0044】

前述の通り、ＤＦＢ－ＬＤのアレイ素子のＳＭＳＲ歩留まりは、各ＤＦＢ－ＬＤのＳＭＳＲ歩留まりの積であり、単一のＤＦＢ－ＬＤのＳＭＳＲ歩留まりと比べて大幅に低下してしまう。従来技術に係る半導体レーザ素子では、４つのメサストライプのうち、両端にある２つのメサストライプの中心間距離は６００μｍ～９００μｍとなり、回折格子の後方端面位相のずれは１周期分かそれより大きくなってしまっており、４つのＤＦＢ－ＬＤのうち、１のＤＦＢ－ＬＤにＳＭＳＲ不良が発生していなくても、他のＤＦＢ－ＬＤにＳＭＳＲ不良が発生する可能性は高くなっている。ＤＦＢ－ＬＤのアレイ素子のいずれのＤＦＢ－ＬＤにＳＭＳＲ不良が発生しても、ＤＦＢ－ＬＤのアレイ素子は不良品となってしまうのでアレイ素子のＳＭＳＲ歩留りは非常に低下してしまう。発明者らは、従来技術に係るＤＦＢ－ＬＤのアレイ素子の歩留まり低下の主な原因が、各ＤＦＢ－ＬＤのＳＭＳＲ不良によるとの知見を得ることにより、本発明に想到している。

【0045】

当該実施形態に係る半導体レーザ素子１００において、複数（ここでは４つ）のメサストライプ１０３のうち、両端にある２つのメサストライプ１０３の中心間距離は、ＳＭＳＲ安定化の観点では、回折格子の後方端面位相のずれが１周期に対して有意に小さくなるよう決定されるのが望ましい。具体的にはπ／２（１／４周期）以内に収まるように決定されるのが望ましい。両端にある２つのメサストライプ１０３の回折格子の後方端面位相のずれは、回折格子の周期と、電子線描画装置の半導体基板劈開面に対する平行度の精度によって決定される。１．３μｍ帯のＤＦＢ－ＬＤの場合、回折格子の後方端面位相のずれが１周期となるのは２つのメサストライプ１０３の中心間距離が６００μｍ程度離れるときであり、位相のずれが１／４周期以内とするには、両端にある２つのメサストライプ１０３の中心間距離は１５０μｍ以下であるのが望ましい。複数のＤＦＢ－ＬＤをかかる範囲内に集積されるアレイ素子において、複数のＤＦＢ－ＬＤの回折格子の後方端面位相のずれを抑制することができ、アレイ素子のＳＭＳＲ歩留まりをＤＦＢ－ＬＤ単一のＳＭＳＲ歩留まりに近づけることができる。言い換えれば、アレイ素子に集積される複数のＤＦＢ－ＬＤのうち、１のＤＦＢ－ＬＤにＳＭＳＲ不良が発生していなければ、他のＤＦＢ－ＬＤにもＳＭＳＲ不良が発生していない可能性が大きく高まることとなる。よって、当該実施形態に係る半導体レーザ素子１００の歩留まりは格別に向上される。

【0046】

ＳＭＳＲ安定化の観点では、複数のメサストライプ１０３のうち、隣り合う１組のメサストライプ１０３の中心間距離（ピッチ）は出来る限り短いのが望ましい。メサストライプ１０３や高抵抗ＩｎＰ層１１７の作製精度に鑑みると、隣り合う２つのメサストライプ１０３の中心間距離は２０μｍ以上であるのが望ましい。隣り合う２つのメサストライプ１０３の中心間距離を近づけることにより半導体レーザ素子１００のＳＭＳＲ歩留まりをさらに向上させることが出来る。

【0047】

前述の従来技術に係る半導体レーザ素子では、隣り合う２つのメサストライプの中心間距離は接続されるリボンファイバの光ファイバのコアの中心間距離によって決定されている。これに対して、当該実施形態に係る半導体レーザ素子１００では、両端にある２つのメサストライプ１０３の中心間距離は、ＳＭＳＲ安定化の観点より回折格子の後方端面位相のずれを抑制することにより決定され、隣り合う２つのメサストライプ１０３の中心間距離は、両端にある２つのメサストライプ１０３の中心間距離と複数のメサストライプ１０３の個数とによって決定される。言い換えれば、当該実施形態に係る半導体レーザ素子１００において、隣り合うメサストライプ１０３の前方端面（出射側の端面）における中心間距離は、接続される外部の光学部品などによって決定される距離により短くなる場合があり得る。これを解決するために、当該実施形態に係る半導体レーザ素子１００は、レーザ領域１０１に配置される複数のメサストライプ１０３にそれぞれ接続される複数の導波路１０５を備えており、複数の導波路１０５のうち、少なくとも１の導波路１０５は、対応するメサストライプ１０３の延伸方向に対して屈曲する部分を含んでいる。かかる導波路１０５は、対応するメサストライプ１０３の延伸方向に対してすべて直線的に延伸しているのではなく、かかる導波路１０５の前方端面は、対応するメサストライプ１０３の延伸方向への延長線とは異なる位置にある。これにより、かかる導波路１０５の前方端面を外部の光学部品と接続されるために所望の位置に配置することができる。すなわち、半導体レーザ素子１００において、複数のＤＦＢ－ＬＤの出力光の出射箇所（導波路１０５の前方端面）を所望の位置に配置することができる。

【0048】

図２に示す通り、当該実施形態に係る半導体レーザ素子１００では、複数の導波路１０５は、後方端面（レーザ領域１０１のメサストライプ１０３との接続箇所）から前方端面（出力光の出射端面）にかけて、出射方向（さらに厳密にはメサストライプ１０３の出射方向）を向いて両側に広がって延伸している。複数の導波路１０５のうち、隣り合う２つの導波路１０５それぞれは、対応する隣り合う２つのメサストライプ１０３と比べて、出射方向に沿ってさらに広がって延伸する部分がある。

【0049】

複数の導波路１０５のうち、少なくとも１組の隣り合う導波路１０５が対応する隣り合う１組のメサストライプと比べて、出射方向に沿ってさらに広がって延伸する部分があれば、当該１組の隣り合う導波路１０５の前方端面における中心間距離を後方端面における中心間距離より長くすることが可能となり、当該１組の隣り合うＤＦＢ－ＬＤの出射箇所（当該１組の隣り合う導波路１０５の前方端面）において所望の中心間距離で外部の光学部品と接続することが可能である。複数の導波路１０５のうち、隣り合う導波路１０５すべてが対応する隣り合うメサストライプと比べて、出射方向に沿ってさらに広がって延伸する部分があるのがさらに望ましく、隣り合う導波路１０５すべてにおいて、前方端面における中心間距離を後方端面における中心間距離より長くすることが可能となり、半導体レーザ素子１００に備えられるすべてのＤＦＢ－ＬＤの出射箇所（複数の導波路１０５すべての前方端面）において所望の中心間距離で外部の光学部品と接続することが可能である。当該実施形態に係る半導体レーザ素子１００では、従来技術に係る半導体レーザ素子と同様に、半導体レーザ素子１００の４つのＤＦＢ－ＬＤの出力光は４本の光ファイバを含むリボンファイバに結合する。そのために、隣り合う導波路１０５すべてにおいて、前方端面における中心間距離は２００μｍ～３００μｍのいずれかの値であり、代表的な値は２５０μｍである。なお、ここでは、半導体レーザ素子１００の隣り合う出射口（ここでは、隣り合う導波路１０５）の中心間距離はリボンファイバの隣り合う光ファイバのコアの中心間距離によって決定されているが、これに限定されることはなく、例えばレンズアレイに配置される隣り合うレンズの中心間距離など、それ以外の光学部品によって決定されてもよい。

【0050】

本発明は、当該実施形態に係る半導体レーザ素子１００のように、４以上のＤＦＢ－ＬＤが集積される場合に最適である。集積されるＤＦＢ－ＬＤの数を増加させると、それに応じて複数のＤＦＢ－ＬＤの少なくともいずれかにＳＭＳＲ不良が発生する可能性が上昇してしまうところ、本発明にＳＭＳＲ歩留りを向上することが出来る。また、集積されるＤＦＢ－ＬＤの数を増加させると、それに応じて複数のＤＦＢ－ＬＤそれぞれに配置される電極の形状は複雑になる。その観点からは集積されるＤＦＢ－ＬＤの数は４以下が望ましく、４つのＤＦＢ－ＬＤが集積される場合はさらに望ましい。

【0051】

なお、当該実施形態に係る半導体レーザ素子１００に備えられる複数のメサストライプ１０３は、１．３μｍ帯のうち、実質的に同じ波長の光を発振しているが、これに限定されることはなく、同じ波長帯であれば、必要に応じて互いに（又は一部に）異なる波長の光を発振していてもよい。異なる波長の場合は、最も離れた波長差が０．５％以内であるとより本発明の効果を得ることができる。

【0052】

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ素子１５０は、複数のＤＦＢ－ＬＤと複数の変調器が集積される光半導体素子である。図５は、当該実施形態に係る半導体レーザ素子１５０の平面図である。当該実施形態に係る半導体レーザ素子１５０は、導波路領域１０２の前方に（出射側に）変調領域１５１をさらに含んでいる。半導体レーザ素子１５０は、変調領域１５１に配置される複数の変調器１５２をさらに備える。また、変調器１５２を備えることにより外部変調型となるので、レーザ領域１０１のメサストライプ１０３は連続発振（ＣＷ：Continuous Wave）する。それ以外については、半導体レーザ素子１５０は、第１の実施形態に係る半導体レーザ素子１００と同じ構造をしている。

【0053】

変調領域１５１に配置される変調器１５２の基本的な構造は公知のものであり、詳細な説明は省略する。変調器１５２は、導波路領域１０２に配置されるメサストライプ１０６と接して配置されるメサストライプを備える。当該メサストライプは、メサストライプ１０６の導波路層１２０とバットジョイントされる活性層を含んでいる。変調器１５２は、レーザ領域１０１と同様に、複数のｐ側電極１５３を備え、対応するメサストライプの上部と電気的に接続されている。図５には、導波路１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃ，１０５Ｄにそれぞれ接続される変調器１５２Ａ，１５２Ｂ，１５２Ｃ，１５２Ｄが示されており、変調器１５２Ａ，１５２Ｂ，１５２Ｃ，１５２Ｄがそれぞれ備えるｐ側電極１５３Ａ，１５３Ｂ，１５３Ｃ，１５３Ｄが示されている。レーザ領域１０１の複数のｐ側電極１５３と同様に、複数のｐ側電極１５３には平面視して導波路１０５と交差するものもあるが、電気的に接続されていないので光出力に影響を与えない。

【0054】

当該実施形態に係る半導体レーザ素子１５０は、第１の実施形態と同様に、複数の導波路１０５を備えており、複数の導波路１０５のうち隣り合う導波路１０５すべてにおいて前方端面（変調器１５２との接続箇所）における中心間距離が後方端面（メサストライプ１０３との接続箇所）における中心間距離より長くすることができている。変調領域１５１の変調器１５２において隣り合うメサストライプは直線的に延伸しているが、半導体レーザ素子１００に備えられるすべてのＤＦＢ－ＬＤの出射箇所（複数の変調器１５２すべての前方端面）において所望の中心間距離で外部の光学部品と接続することが可能である。当該実施形態に係る半導体レーザ素子１５０は、第１の実施形態に係る半導体レーザ素子１００と同様の効果を奏する。なお、導波路領域１０２と変調領域１５１の順序が逆の配置であっても構わない。この場合、導波路領域１０２の複数の導波路１０５は、対応するメサストライプ１０３の活性層１１２と、変調領域１５１（対応する変調器１５２）を介して光学的に接続される。

【0055】

［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ素子１５５は、２つのＤＦＢ－ＬＤとＭＭＩ（Multi-Mode Interference）合波器とが集積される光半導体素子である。図６は、当該実施形態に係る半導体レーザ素子１５５の平面図である。半導体レーザ素子１５５は、レーザ領域１０１と導波路領域１０２と合波領域１５６とを含んでいる。レーザ領域１０１に、２つのメサストライプ１０３Ａ，１０３Ｄが配置され、２つのメサストライプ１０３Ａ，１０３Ｄの上面それぞれと物理的に接触して電気的に接続される２つのｐ側電極１０４Ａ，１０４Ｄが配置される。導波路領域１０２に、２つのメサストライプ１０３Ａ，１０３Ｄそれぞれと接続される２つの導波路１５７Ａ，１５７Ｄが配置される。第１の実施形態と同様に、レーザ領域１０１に配置されるメサストライプ１０３の活性層１１２と、導波路領域１０２に配置されるメサストライプ１０６の導波路層１２０とは、バットジョイントされる。合波領域１５６に、２つの導波路１５７Ａ，１５７Ｄを経由して入力される２つの光信号を合波する、ＭＭＩ合波器１５８と、ＭＭＩ合波器１５８が出射する多重光信号を出射端面まで伝搬させる導波路１５９と、が配置される。

【0056】

レーザ領域１０１に配置される２つのメサストライプ１０３Ａ，１０３Ｄ及び２つのｐ側電極１０４Ａ，１０４Ｄの構造は、２つのＤＦＢ－ＬＤの発振波長が異なっている点で第１の実施形態と異なるが、それ以外については第１の実施形態と同じである。第１の実施形態と異なり、２つのメサストライプ１０３Ａ，１０３Ｄのみがレーザ領域１０１に配置されているが、２つのメサストライプ１０３Ａ，１０３Ｄ（両端にある２つのメサストライプ）の中心間距離は１５０μｍ以下が望ましい。当該実施形態に係る半導体レーザ素子１５５は第１の実施形態に係る半導体レーザ素子１００と同様の効果を奏する。

【0057】

導波路領域１０２に配置される２つの導波路１５７Ａ，１５７Ｄは、後方端面から前方端面にかけて、２つのメサストライプ１０３Ａ，１０３Ｄから直線的に延伸し（中心間距離は一定に保たれる）、ＭＭＩ合波器１５８に向けて互いに近づくよう延伸する（中心間距離が徐々に短くなる）。それ以外については、２つの導波路１５７Ａ，１５７Ｄは第１の実施形態に係る２つの導波路１０５Ａ，１０５Ｄと同じ構造をしている。

【0058】

当該実施形態に係る半導体レーザ素子１５５のＤＦＢ－ＬＤは直接変調型であり、２つのメサストライプ１０３Ａ，１０３Ｄより２つの光信号が出力し、かかる２つの光信号が２つの導波路１５７Ａ，１５７Ｄをそれぞれ伝搬し、かかる２つの光信号がＭＭＩ合波器１５８に入力される。ＭＭＩ合波器１５８は入力される２の光信号を合波して多値光信号を導波路１５９へ出力し、導波路１５９を伝搬して、半導体レーザ素子１５５は前方端面より外部へかかる多重光信号（ここでは２ｃｈの光信号）を出射する。

【0059】

ＭＭＩ合波器１５８は入力される２つの光信号（ここでは、２つのメサストライプ１０３Ａ，１０３Ｄが出力する２つの光信号と実質的に同じである）のビート周波数（うなり周波数：２つの光信号の周波数の差）が２つの光信号の変調周波数より十分に大きい場合には、ドライバ１３２（図４参照）の制御により、２つのメサストライプ１０３Ａ，１０３Ｄのうち、一方のメサストライプ１０３が出力する光信号の振幅と、他方のメサストライプ１０３が出力する光信号の振幅とを、例えば１：２とすることにより、ＭＭＩ合波器１５８が出力する多重光信号を多値変調光信号とすることができる。高周波遮断フィルターを用いることにより、２つの光信号のビート（うなり）を抑制することが可能だからである。ここで、ＭＭＩ合波器１５８に入力される２つの光信号のビート周波数が変調周波数より十分に大きいとは、ビート周波数が変調周波数の２倍以上であるのが望ましく、５倍以上であるのがさらに望ましく、１０倍以上がさらに望ましい。

【0060】

当該実施形態に係る半導体レーザ素子１５５は、第１及び第２の実施形態と異なり、２つの導波路１５７Ａ，１５７Ｄの中心間距離は、後方端面（メサストライプ１０３側の端面）と比べて前方端面（ＭＭＩ合波器１５８側の端面）より短くなっている。かかる場合であっても、少なくとも１（ここでは２つ）の導波路１５７が、メサストライプ１０３の延伸方向に対して屈曲する部分を含むことにより、ＭＭＩ合波器１５８へ２つの光信号を出力することができている。

【0061】

また、当該実施形態に係る半導体レーザ素子１５５では、１組（すなわち２つ）の隣り合うメサストライプ１０３及びそれに光学的に接続される１組（すなわち２つ）の隣り合う導波路が配置されているが、これに限定されることはない。複数のメサストライプが複数組の隣り合うメサストライプを含み、複数の導波路が複数組の隣り合う導波路を含み、当該複数組の導波路を経由して複数組の光信号がそれぞれ入力される複数のＭＭＩ合波器を半導体レーザ素子が備えていてもよい。いずれの場合であっても、複数のメサストライプのうち、両端にある２つのメサストライプの中心間距離が１５０μｍ以下であれば、ＳＭＳＲ歩留まりが飛躍的に向上される。

【0062】

［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態に係る半導体レーザ素子１６０は、複数のＤＦＢ－ＬＤと複数の変調器とＭＭＩ合波器が集積される光半導体素子である。図７は、当該実施形態に係る半導体レーザ素子１６０の平面図である。当該実施形態に係る半導体レーザ素子１６０は、図６に示す第３の実施形態に係る半導体レーザ素子１５５の導波路領域１０２に配置される２つの導波路１５７Ａ，１５７Ｄの途中に、変調器１５２が配置される構造を有している。第３の実施形態と同様に２つのＤＦＢ－ＬＤの発振波長が異なっているが、半導体レーザ素子１６０は外部変調型であるので、第２の実施形態と同様にレーザ領域１０１のメサストライプ１０３は連続発振する。それ以外については、半導体レーザ素子１６０は、第３の実施形態に係る半導体レーザ素子１５５と同じ構造をしている。

【0063】

図７に示す通り、当該実施形態に係る半導体レーザ素子１６０は、レーザ領域１０１と導波路領域１０２Ａと変調領域１５１と導波路領域１０２Ｂと合波領域１５６とを含んでいる。レーザ領域１０１のメサストライプ１０３Ａ，１０３Ｄは、前述の通り、第３の実施形態と異なり連続発振しているが、それ以外の構造は第３の実施形態と同じである。導波路領域１０２Ａには２つの導波路１６１Ａ１，１６１Ｄ１が配置されるが、第３の実施形態に係る２つの導波路１５７Ａ，１５７Ｄのうちレーザ領域１０１側の部分（直線的に延伸する部分）と同じ構造を有する。変調領域１５１に、第２の実施形態と同様に、（ｐ側電極１５３Ａ，１５３Ｄをそれぞれ備える）変調器１５２Ａ，１５２Ｄが配置される。導波路領域１０２Ｂには２つの導波路１６１Ａ２，１６１Ｄ２が配置されるが、第３の実施形態に係る２つの導波路１５７Ａ，１５７Ｄのうち合波領域１５６側の部分（直線的に延伸する部分の一部と互いに近づくよう延伸する部分）と同じ構造を有する。合波領域１５６に、ＭＭＩ合波器１５８と導波路１５９とが配置されるが、第３の実施形態と同じ構造を有する。

【0064】

当該実施形態に係る半導体レーザ素子１６０の２つのメサストライプ１０３ａ，１０３ｄは連続発振するので、２つの導波路１６１Ａ１，１６１Ｄ１を伝搬する光は連続光であるが、変調器１５２Ａ，１５２Ｄにより２つの光信号に変換される。かかる２つの光信号は、２つの導波路１６１Ａ２，１６１Ｄ２を伝搬して、ＭＭＩ合波器１５８へ入力される。当該実施形態に係る半導体レーザ素子１６０は、第３の実施形態と同様の効果を奏する。

【0065】

［第５の実施形態］
本発明の第５の実施形態に係る半導体レーザ素子１６５は、第３の実施形態に係る半導体レーザ素子１５５の導波路領域１０２に配置される導波路１５７Ａ（１組の導波路の、一方の導波路）の途中に、光吸収器が配置されているが、それ以外については、第３の実施形態と同じ構造を有している。

【0066】

図８は、当該実施形態に係る半導体レーザ素子１６５の平面図である。当該実施形態に係る半導体レーザ素子１６５は、第３の実施形態に係る導波路領域１０２の代わりに、導波路・光吸収領域１６６を含んでおり、導波路・光吸収領域１６６には、導波路１５７Ｄに加えて、第３の実施形態に係る導波路１５７Ａの代わりに、導波路１６７Ａ１、光吸収器１６８、及び導波路１６７Ａ２が配置される。前述の通り、第３の実施形態に係る導波路１５７Ａの途中に光吸収器１６８を配置したものであり、導波路１６７Ａ１，１６７Ａ２は導波路１５７Ａの対応する部分と同じ構造をしている。光吸収器１６８はｐ側電極１６９を備えており、その構造は公知のものであってよい。

【0067】

第３の実施形態では、メサストライプ１０３Ａが出力する光信号の振幅と、メサストライプ１０３Ｄが出力する光信号の振幅とが異なるよう、ドライバ１３２が制御している。一般に、ＤＦＢ－ＬＤの変調帯域を決定する緩和振動周波数は光出力に対する依存性が大きい。それゆえ、２つのＤＦＢ－ＬＤの光出力（すなわち振幅）が異なると、光出力の周波数応答特性が異なることとなり、一方のメサストライプ１０３が出力する光信号の振幅と、他方のメサストライプ１０３が出力する光信号の振幅とを、例えば１：２とするならば、ＭＭＩ合波器１５８で合波される多値変調光信号の波形（合成波形）に大きな歪が発生する可能性があり得る。

【0068】

これに対して、当該実施形態に係る半導体レーザ素子１６５は、第３の実施形態に係る半導体レーザ素子１５５と同様の効果を奏する。半導体レーザ素子１６５では、２つのメサストライプ１０３Ａ，１０３Ｄが出射する光信号の振幅は実質的に同じとなるようドライバ１３２は制御すればよく、一方の光信号を光吸収器１６８が吸収することにより、該一方の光信号の振幅を低減させることができる。よって、ＭＭＩ合波器１５８に入力される２つの光信号の周波数応答特性を実質的に同一となるよう近づけることができている。

【0069】

当該実施形態に係る半導体レーザ素子１６５は、第３の実施形態に係る半導体レーザ素子１５５の一方の導波路１５７Ａの途中に光吸収器１６８を配置するものであったが、これに限定されることはない。第４の実施形態に係る半導体レーザ素子１６０の一方の導波路の途中に光吸収器１６８を配置してもよい。この場合、変調器１５２の前方にある導波路（例えば、導波路１６１Ａ２）の途中に光吸収器１６８を配置するのが望ましい。

【0070】

［第６の実施形態］
本発明の第６の実施形態に係る半導体レーザ素子１７０は、第１の実施形態に係る半導体レーザ素子１００に配置される複数（ここでは４つ）のメサストライプ１０３のうち、両端にある２つのメサストライプ１０３Ａ，１０３Ｄそれぞれのさらに外側に配置される、ダミーメサストライプ１７１をさらに備えている。しかしながら、それ以外については、第１の実施形態と同じ構造をしている。

【0071】

図９は、当該実施形態に係る半導体レーザ素子１７０の平面図である。図９に示す通り、レーザ領域１０１に配置される４つのメサストライプ１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃ，１０３Ｄから出射方向を向いてさらに左方（図９の上方）に２つのダミーメサストライプ１７１Ａが、さらに右方（図９の下方）に２つのダミーメサストライプ１７１Ｄが、それぞれ配置されている。ダミーメサストライプ１７１Ａ，１７ＡＤの構造は、複数のメサストライプ１０３や複数のｐ側電極１０４と電気的に接続しておらず、形状がメサストライプ１０３と大きく異なっていなければよい。ダミーメサストライプ１７１Ａ，１７１ＤにはＰ側電極が配置されていない。製造コスト低減の観点からは、メサストライプ１０３を作製する工程と少なくとも一部が共通しているのが望ましい。そして、ダミーメサストライプ１７１Ａ，１７１Ｄに電圧（又は電流）が印可されることはなく、それゆえ、ダミーメサストライプ１７１Ａ，１７１Ｄが駆動されることはない。そして、実際に駆動される複数のメサストライプ１０３のうち両端にある２つのメサストライプ１０３Ａ，１０３Ｄの中心間距離Ｗが１５０μｍ以下であればＳＭＳＲ歩留りへの影響を低減することができる。

【0072】

第１の実施形態に係る半導体レーザ素子１００では、複数のメサストライプ１０３が並んで配置され、当該複数のメサストライプ１０３それぞれの両側が高抵抗ＩｎＰ層１１７で埋め込まれている。複数のメサストライプ１０３のうち、２つのメサストライプ１０３Ｂ，１０３Ｃは、自身のメサストライプ１０３の両側に実質的に同じ中心間距離で隣り合うメサストライプ１０３が配置され、その間が高抵抗ＩｎＰ層１１７で埋め込まれている。これに対して、両側にあるメサストライプ１０３Ａ（１０３Ｄ）では、自身のメサストライプ１０３Ａ（１０３Ｄ）の出射方向を向いて右方（左方）には隣り合うメサストライプ１０３Ｂ（１０３Ｃ）が配置され、その間が高抵抗ＩｎＰ層１１７で埋め込まれているが、出射方向を向いて左方（右方）には隣り合うメサストライプ１０３は存在せず、左方（右方）を広く高抵抗ＩｎＰ層１１７で埋め込まれている。すなわち、両側にはる２つのメサストライプ１０３Ａ，１０３Ｄは延伸方向に対して非対称的な環境となっており、メサストライプ１０３Ａ，１０３Ｄに非対称な応力がかかる可能性が高くなり得る。かかる非対称な応力は、素子特性の観点でも素子信頼性の観点でも望ましくない。

【0073】

これに対して、当該実施形態にかかる半導体レーザ素子１７０では、両端にある２つのメサストライプ１０３Ａ，１０３Ｄそれぞれのさらに外側にダミーメサストライプが少なくとも１つのダミーメサストライプ１７１が配置されることにより、両端にある２つのメサストライプ１０３Ａ，１０３Ｄにかかる応力の非対称性を抑制することができる。当該実施形態では、メサストライプ１０３Ａ（１０３Ｄ）の出射方向を向いて左方（右方）に２つのダミーメサストライプ１７１Ａ（１７１Ｄ）が配置されており、メサストライプ１０３Ａ（１０３Ｄ）にかかる応力の非対称性はさらに抑制されている。

【0074】

当該実施形態に係る半導体レーザ素子１７０は、両側にある２つのメサストライプ１０３それぞれの外側に２つのダミーメサストライプが配置されているが、これに限定されることはない。対称性の観点では２つのダミーメサストライプが望ましいが、１つのダミーメサストライプであってもよい。対称性の観点では３つ以上のダミーメサストライプがさらに望ましい。

【0075】

当該実施形態に係る半導体レーザ素子１７０は、第１の実施形態に係る半導体レーザ素子１５０に配置される複数のメサストライプ１０３のさらに外側にダミーメサストライプ１７１を配置したものであるが、これに限定されず、他のすべての実施形態に係る半導体レーザ素子に適用することができる。

【0076】

［第７の実施形態］
本発明の第７の実施形態に係る半導体レーザ素子１７５は、第２の実施形態に係る半導体レーザ素子１５０に、複数のメサストライプ１０３と複数の導波路１０５との間に配置される、複数の光増幅器がさらに備えている。しかしながら、それ以外については、第２の実施形態と同じ構造をしている。

【0077】

図１０は、当該実施形態に係る半導体レーザ素子１７５の平面図である。図１０に示す通り、当該実施形態に係る半導体レーザ素子１７５は、レーザ領域１０１と導波路領域１０２と変調領域１５１とに加えて、レーザ領域１０１と導波路領域１０２との間に光増幅領域１７６を含んでいる。光増幅領域１７６に、複数の光増幅器１７７が配置される。

【0078】

光増幅器１７７の構造は、光増幅器１７７に含まれるメサストライプには回折格子層１１４が形成されない点を除いて、レーザ領域１０１のメサストライプ１０３と同じ構造をしている。すなわち、レーザ領域１０１と光増幅領域１７６とは共通する製造工程で同時に形成される。また、素子の駆動時には、レーザ領域１０１の活性層１１２にも光増幅領域１７６の活性層１１２にも同じ電気信号が印可されるので、両領域に共通の電極が形成されればよく、図１０には、第２の実施形態と同様に、ｐ側電極１０４Ａ，１０４Ｂ，１０４Ｃ，１０４Ｄとして表されている。

【0079】

当該実施形態に係る半導体レーザ素子１７５では、光増幅器１７７が配置されており、光半導体素子の高出力化を実現することができる。特に、当該実施形態に係る半導体レーザ素子１７５は、変調器１５２を備えており、レーザ領域１０１のメサストライプ１０３は連続発振しているので、光増幅器１７７を利得飽和領域にて使用することにより、変調器１５２へ入力する光出力の安定化がさらに実現される。

【0080】

レーザ領域１０１のメサストライプ１０３には回折格子が形成されているが、光増幅領域１７６のメサストライプには回折格子が形成されておらず、メサストライプの形状はさらなる自由度を有する。当該実施形態に係る半導体レーザ素子１７５では、レーザ領域１０１に配置される４つのメサストライプ１０３は直線的に延伸しているが、光増幅領域１７６に配置される４つのメサストライプは、前方に向けて両側へ広がる形状を有している。それに伴って、ｐ側電極１０４の形状が第２の実施形態に係るｐ側電極１０４と前方部分（導波路領域１０２側の端部）において異なっている。

【0081】

当該実施形態に係る半導体レーザ素子１７５は、第２の実施形態に係る半導体レーザ素子１５０に光増幅器１７７を配置しており、連続発振される光の出力を増幅することで格別の効果を奏しているが、これに限定されることはない。他のすべての実施形態に係る半導体レーザ素子に適用することができる。

【0082】

当該実施形態に係る半導体レーザ素子１７５では、レーザ領域１０１に配置されるメサストライプ１０３の活性層１１２と、導波路領域１０２に配置されるメサストライプ１０６の導波路層１２０とは、光増幅領域１７６に配置されるメサストライプの活性層１１２を介して光学的に接続されている。なお、光増幅領域１７６に配置されるメサストライプの活性層１１２と導波路領域１０２に配置されるメサストライプ１０６の導波路層１２０とはバットジョイントされている。このように、第１乃至第６の実施形態のように、レーザ領域１０１に配置されるメサストライプ１０３の活性層１１２と導波路領域１０２に配置されるメサストライプ１０６の導波路層１２０とは、バットジョイントにより直接接続されていても、第７の実施形態のように、他のメサストライプを介して接続されていてもよく、両者が光学的に接続されていればよい。

【0083】

以上、本発明の実施形態に係る光半導体素子、光サブアセンブリ、及び光モジュールについて説明した。上記実施形態に限定されることなく、活性層及び回折格子を含むメサストライプが複数並んで半導体基板上に配置され、後方端面に反射膜が配置される、光半導体素子、光サブアセンブリ、及び光モジュールに広く適用することができる。

【符号の説明】

【0084】

１ 光伝送装置、２ 光モジュール、３，３Ａ，３Ｂ 光ファイバ、１１，２１ プリント回路基板、１２ ＩＣ、２２Ａ 光受信モジュール、２２Ｂ 光送信モジュール、１００，１５０，１５５，１６０，１６５，１７０，１７５ 半導体レーザ素子、１０１ レーザ領域、１０２，１０２Ａ，１０２Ｂ 導波路領域、１０３，１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃ，１０３Ｄ，１０６ メサストライプ、１０４，１０４Ａ，１０４Ｂ，１０４Ｃ，１０４Ｄ，１５３，１５３Ａ，１５３Ｂ，１５３Ｃ，１５３Ｄ，１６９ ｐ側電極、１０５，１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃ，１０５Ｄ，１５７Ａ，１５７Ｄ，１５９，１６１Ａ１，１６１Ａ２，１６１Ｄ１，１６１Ｄ２，１６７Ａ１，１６７Ａ２ 導波路、１０７ 反射防止膜、１０８ 高反射膜、１１０ ｎ型ＩｎＰ基板、１１１ ｎ型ＩｎＰクラッド層、１１２ 活性層、１１３ ｐ型ＩｎＰスペーサ層、１１４ 回折格子層、１１５ ｐ型ＩｎＰクラッド層、１１６ ｐ型コンタクト層、１１７ 高抵抗ＩｎＰ層、１１８ 絶縁膜、１２０ 導波路層、１３０ 光サブアセンブリ、１３１ サブマウント、１３２ ドライバ、１４０ 電極パターン、１４１ アノード電極、１４２ カソード電極、１４３ ビアホール、１４４，１４５，１４７ ワイヤ、１５１ 変調領域、１５２，１５２Ａ，１５２Ｂ，１５２Ｃ，１５２Ｄ 変調器、１５６ 合波領域、１５８ ＭＭＩ合波器、１６６ 導波路・光吸収領域、１６８ 光吸収器、１７１，１７１Ａ，１７１Ｄ ダミーメサストライプ、１７６ 光増幅領域、１７７ 光増幅器。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】