JP2003069144A - 分布帰還型半導体レーザ素子 - Google Patents
分布帰還型半導体レーザ素子Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 活性層の光利得分布のピーク波長より長い発
振波長で安定して発振し、大きな副モード抑圧比（ＳＭ
ＳＲ）を示し、かつデチューニング量が大きくても縦モ
ードの単一モード性が良好で、反射戻り光耐性が高い分
布帰還型半導体レーザ素子を提供する。 【解決手段】 ＩｎＰ基板１２上に、ＩｎＰバッファ層
１４、活性層１６、膜厚２００ｎｍのＩｎＰスペーサ層
１８、のＧａＩｎＡｓ回折格子２０、及び回折格子を埋
め込んだＩｎＰクラッド層２２の積層構造を備える。活
性層及び回折格子のバンドギャップ波長は、約１５３０
ｎｍ、及び約１５１０ｎｍである。積層構造はメサスト
ライプにエッチング加工され、その両側にはｐｎ分離の
電流狭窄領域が形成する。活性層の光利得分布のピーク
波長に対する吸収係数が、発振波長に対する吸収係数よ
りも大きい。また、出射端面及び後端面は、それぞれの
端面反射率が１０％及び９０％になるようにコーティン
グされている。
振波長で安定して発振し、大きな副モード抑圧比（ＳＭ
ＳＲ）を示し、かつデチューニング量が大きくても縦モ
ードの単一モード性が良好で、反射戻り光耐性が高い分
布帰還型半導体レーザ素子を提供する。 【解決手段】 ＩｎＰ基板１２上に、ＩｎＰバッファ層
１４、活性層１６、膜厚２００ｎｍのＩｎＰスペーサ層
１８、のＧａＩｎＡｓ回折格子２０、及び回折格子を埋
め込んだＩｎＰクラッド層２２の積層構造を備える。活
性層及び回折格子のバンドギャップ波長は、約１５３０
ｎｍ、及び約１５１０ｎｍである。積層構造はメサスト
ライプにエッチング加工され、その両側にはｐｎ分離の
電流狭窄領域が形成する。活性層の光利得分布のピーク
波長に対する吸収係数が、発振波長に対する吸収係数よ
りも大きい。また、出射端面及び後端面は、それぞれの
端面反射率が１０％及び９０％になるようにコーティン
グされている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、分布帰還型半導体
レーザ素子に関し、更に詳細には、広い温度範囲で安定
した単一モード発振が可能であって、発振波長のモード
と副モードの抑圧比（ＳＭＳＲ）が大きく、しかもデチ
ューニング量の絶対値を大きくしても、光出力効率が高
く、単一モード性が良好で、反射戻り光耐性が高い、特
に光通信用の光源として最適な分布帰還型半導体レーザ
素子に関するものである。
レーザ素子に関し、更に詳細には、広い温度範囲で安定
した単一モード発振が可能であって、発振波長のモード
と副モードの抑圧比（ＳＭＳＲ）が大きく、しかもデチ
ューニング量の絶対値を大きくしても、光出力効率が高
く、単一モード性が良好で、反射戻り光耐性が高い、特
に光通信用の光源として最適な分布帰還型半導体レーザ
素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】分布帰還型半導体レーザ（以下、ＤＦＢ
レーザと言う）は、屈折率（複素屈折率）の実部または
虚部が周期的に変化する回折格子を共振器内部に有し、
特定の波長の光にだけ帰還がかかるようにすることによ
り、波長選択性を備えたレーザである。屈折率が周期的
に周囲と異なる化合物半導体層からなる回折格子を活性
層の近傍に備えたＤＦＢレーザでは、ＤＦＢレーザの発
振波長λe が、回折格子の周期Λと導波路の実効屈折率
ｎeffに基づいてλe ＝２ｎeffΛの関係式によって決定
されるので、回折格子の周期Λと導波路の実効屈折率ｎ
effとを調節することにより、活性層の光利得のピーク
波長λmax とは独立に発振波長λe を設定することがで
きる。
レーザと言う）は、屈折率（複素屈折率）の実部または
虚部が周期的に変化する回折格子を共振器内部に有し、
特定の波長の光にだけ帰還がかかるようにすることによ
り、波長選択性を備えたレーザである。屈折率が周期的
に周囲と異なる化合物半導体層からなる回折格子を活性
層の近傍に備えたＤＦＢレーザでは、ＤＦＢレーザの発
振波長λe が、回折格子の周期Λと導波路の実効屈折率
ｎeffに基づいてλe ＝２ｎeffΛの関係式によって決定
されるので、回折格子の周期Λと導波路の実効屈折率ｎ
effとを調節することにより、活性層の光利得のピーク
波長λmax とは独立に発振波長λe を設定することがで
きる。
【０００３】例えば、ＤＦＢレーザの発振波長λe を活
性層の光利得分布のピーク波長λma x よりも短波長側に
設定すると、微分利得が大きくなるので、ＤＦＢレーザ
の高速変調特性などが向上する。また、ＤＦＢレーザの
発振波長λe を活性層の光利得分布のピーク波長λmax
程度に設定すると、室温での閾値電流が小さくなる。ま
た、ＤＦＢレーザの発振波長λe を活性層の光利得分布
のピーク波長λmaxよりも長波長側に設定すると、温度
特性が良好になり、高温での動作特性や、高温あるいは
大電流注入時の高光出力特性が向上する。
性層の光利得分布のピーク波長λma x よりも短波長側に
設定すると、微分利得が大きくなるので、ＤＦＢレーザ
の高速変調特性などが向上する。また、ＤＦＢレーザの
発振波長λe を活性層の光利得分布のピーク波長λmax
程度に設定すると、室温での閾値電流が小さくなる。ま
た、ＤＦＢレーザの発振波長λe を活性層の光利得分布
のピーク波長λmaxよりも長波長側に設定すると、温度
特性が良好になり、高温での動作特性や、高温あるいは
大電流注入時の高光出力特性が向上する。
【０００４】ところで、従来のＤＦＢレーザでは、発振
波長λe が活性層の光利得分布のピーク波長λmax より
短波長側にあっても、或いは長波長側にあっても、し
きい値電流を低く抑えられる、単一モード動作を保持
するなどの理由から、発振波長λe は、活性層の光利得
分布のピーク波長λmax から約±２０ｎｍ以内の近い波
長範囲に設定されている。また、従来のＤＦＢレーザで
は、回折格子を構成する化合物半導体層は、活性層のバ
ンドギャップ・エネルギー及び発振波長のエネルギーよ
りもかなり大きいバンドギャップ・エネルギーを有す
る。つまり、回折格子を構成する化合物半導体層のバン
ドギャップ波長λg は、通常、発振波長λe から１００
ｎｍ以上短波長側にあって、該化合物半導体層は発振波
長λe に対して透明な、ほとんど光吸収のない、即ち損
失のない層である。そして、屈折率の周期的変化を示す
回折格子は、前記化合物半導体層を積層した後、エッチ
ングして周期的に並列に存在する層の列を形成すること
により、作製されている。
波長λe が活性層の光利得分布のピーク波長λmax より
短波長側にあっても、或いは長波長側にあっても、し
きい値電流を低く抑えられる、単一モード動作を保持
するなどの理由から、発振波長λe は、活性層の光利得
分布のピーク波長λmax から約±２０ｎｍ以内の近い波
長範囲に設定されている。また、従来のＤＦＢレーザで
は、回折格子を構成する化合物半導体層は、活性層のバ
ンドギャップ・エネルギー及び発振波長のエネルギーよ
りもかなり大きいバンドギャップ・エネルギーを有す
る。つまり、回折格子を構成する化合物半導体層のバン
ドギャップ波長λg は、通常、発振波長λe から１００
ｎｍ以上短波長側にあって、該化合物半導体層は発振波
長λe に対して透明な、ほとんど光吸収のない、即ち損
失のない層である。そして、屈折率の周期的変化を示す
回折格子は、前記化合物半導体層を積層した後、エッチ
ングして周期的に並列に存在する層の列を形成すること
により、作製されている。
【０００５】ここで、更に、従来のＤＦＢレーザを具体
的に説明すると、従来のＤＦＢレーザは、図５（ａ）に
示すように、λe が１５５０ｎｍで、λg が１２００ｎ
ｍから１３００ｎｍの範囲であって、λg ＜λe 〜λ
max である第１の従来例と、図５（ｂ）に示すように、
λe が１５５０ｎｍで、λg が１６５０ｎｍであって、
λmax 〜λe ＜λg である第２の従来例とに大別でき
る。尚、λe 〜λmax 又はλmax 〜λe は、λe とλ
max との大小関係は不定ないしどちらでも良いというこ
を意味する。第１の従来例では、λe −λg ＝約３００
ｎｍであり、一方、第２の従来例ではλe −λg ＝約−
１００ｎｍである。ここで、図５（ａ）及び（ｂ）の実
線の曲線は横軸の波長に対する活性層の光利得分布を示
し、破線の曲線は横軸の波長に対する回折格子層の吸収
（損失）量を示す曲線である。また、λe は回折格子の
周期と導波路の実効屈折率で決まるＤＦＢレーザの発振
波長、λg は回折格子層のバンドギャップ波長、λmax
は活性層の光利得分布のピーク波長、回折格子層の埋め
込み層、通常はＩｎＰ層のバンドギャップ波長はλInP
（＝９２０ｎｍ）である。
的に説明すると、従来のＤＦＢレーザは、図５（ａ）に
示すように、λe が１５５０ｎｍで、λg が１２００ｎ
ｍから１３００ｎｍの範囲であって、λg ＜λe 〜λ
max である第１の従来例と、図５（ｂ）に示すように、
λe が１５５０ｎｍで、λg が１６５０ｎｍであって、
λmax 〜λe ＜λg である第２の従来例とに大別でき
る。尚、λe 〜λmax 又はλmax 〜λe は、λe とλ
max との大小関係は不定ないしどちらでも良いというこ
を意味する。第１の従来例では、λe −λg ＝約３００
ｎｍであり、一方、第２の従来例ではλe −λg ＝約−
１００ｎｍである。ここで、図５（ａ）及び（ｂ）の実
線の曲線は横軸の波長に対する活性層の光利得分布を示
し、破線の曲線は横軸の波長に対する回折格子層の吸収
（損失）量を示す曲線である。また、λe は回折格子の
周期と導波路の実効屈折率で決まるＤＦＢレーザの発振
波長、λg は回折格子層のバンドギャップ波長、λmax
は活性層の光利得分布のピーク波長、回折格子層の埋め
込み層、通常はＩｎＰ層のバンドギャップ波長はλInP
（＝９２０ｎｍ）である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のＤＦＢ
レーザでは、回折格子の周期を調節してＤＦＢレーザの
発振波長λe を活性層の光利得分布のピーク波長λmax
から離して設定した場合、ＤＦＢレーザの設定発振波長
λe ではなく、活性層の光利得分布のピーク波長λmax
でファブリ・ペロー発振する現象が生じることがあっ
た。また、ＤＦＢレーザの設定発振波長λe で発振して
いても、ＤＦＢレーザの設定発振波長λe の発振モード
と活性層の光利得分布のピーク波長λmax 付近のモード
との副モード抑圧比（ＳＭＳＲ）が、十分に大きく取れ
ないという問題があった。例えば従来のＤＦＢレーザで
は、ＤＦＢレーザの発振波長λe のデチューニング量に
よって異なるものの、副モード抑圧比（ＳＭＳＲ）は３
５ｄＢから４０ｄＢの範囲であって比較的小さかった。
この結果、従来のＤＦＢレーザでは、活性層の光利得分
布のピーク波長λmax に対するＤＦＢレーザの発振波長
λe のデチューニング量（λe −λmax ）を大きくする
ことが出来ないという問題が生じていた。
レーザでは、回折格子の周期を調節してＤＦＢレーザの
発振波長λe を活性層の光利得分布のピーク波長λmax
から離して設定した場合、ＤＦＢレーザの設定発振波長
λe ではなく、活性層の光利得分布のピーク波長λmax
でファブリ・ペロー発振する現象が生じることがあっ
た。また、ＤＦＢレーザの設定発振波長λe で発振して
いても、ＤＦＢレーザの設定発振波長λe の発振モード
と活性層の光利得分布のピーク波長λmax 付近のモード
との副モード抑圧比（ＳＭＳＲ）が、十分に大きく取れ
ないという問題があった。例えば従来のＤＦＢレーザで
は、ＤＦＢレーザの発振波長λe のデチューニング量に
よって異なるものの、副モード抑圧比（ＳＭＳＲ）は３
５ｄＢから４０ｄＢの範囲であって比較的小さかった。
この結果、従来のＤＦＢレーザでは、活性層の光利得分
布のピーク波長λmax に対するＤＦＢレーザの発振波長
λe のデチューニング量（λe −λmax ）を大きくする
ことが出来ないという問題が生じていた。
【０００７】更に説明すると、ＤＦＢレーザの発振波長
λe が回折格子層のバンドギャップ波長λg より大きな
第１の従来例は、発振波長λe の吸収損が小さく、従っ
て閾値電流が小さく、光出力−注入電流特性が良好であ
るという利点を有するものの、回折格子層と回折格子の
埋め込み層、例えばＩｎＰ埋め込み層との屈折率差が小
さいので、回折格子と活性層との距離を小さくする必要
がある。その結果、回折格子層の膜厚、デューティ（Du
ty) 比によって結合係数が大きく変動し、同じ特性のＤ
ＦＢレーザを安定して作製することが難しい。また、Ｄ
ＦＢレーザの発振波長λe に対する吸収係数をαe 、活
性層のバンドギャップ波長、つまり活性層の光利得分布
のピーク波長λmax に対する吸収係数をαmax とする
と、αe ≒αmax ≒０であって、活性層の光利得分布の
ピーク波長付近のファブリ・ペロー発振モード及びＤＦ
Ｂレーザの発振モードともに抑制効果が小さい。従っ
て、デチューニング量の絶対値｜λe −λmax ｜を大き
くすると、縦モードの単一モード性が低下するので、デ
チューニング量の絶対値｜λ e −λmax ｜を大きくでき
ないという問題があった。
λe が回折格子層のバンドギャップ波長λg より大きな
第１の従来例は、発振波長λe の吸収損が小さく、従っ
て閾値電流が小さく、光出力−注入電流特性が良好であ
るという利点を有するものの、回折格子層と回折格子の
埋め込み層、例えばＩｎＰ埋め込み層との屈折率差が小
さいので、回折格子と活性層との距離を小さくする必要
がある。その結果、回折格子層の膜厚、デューティ（Du
ty) 比によって結合係数が大きく変動し、同じ特性のＤ
ＦＢレーザを安定して作製することが難しい。また、Ｄ
ＦＢレーザの発振波長λe に対する吸収係数をαe 、活
性層のバンドギャップ波長、つまり活性層の光利得分布
のピーク波長λmax に対する吸収係数をαmax とする
と、αe ≒αmax ≒０であって、活性層の光利得分布の
ピーク波長付近のファブリ・ペロー発振モード及びＤＦ
Ｂレーザの発振モードともに抑制効果が小さい。従っ
て、デチューニング量の絶対値｜λe −λmax ｜を大き
くすると、縦モードの単一モード性が低下するので、デ
チューニング量の絶対値｜λ e −λmax ｜を大きくでき
ないという問題があった。
【０００８】回折格子層のバンドギャップ波長λg がＤ
ＦＢレーザの発振波長λe がより大きな第２の従来例
は、回折格子層とＩｎＰ埋め込み層との屈折率差が大き
いので、回折格子と活性層との距離を大きくすることが
でき、その結果、回折格子層の膜厚、デューティ（Dut
y) 比によって結合係数が変動し難いので、同じ特性の
ＤＦＢレーザを安定して作製することができるから、製
品歩留りが高いという利点を有する。一方、発振波長λ
e に対する吸収損失が大きく、吸収型の回折格子となる
ために、閾値電流が大きく、光出力−注入電流特性が良
好でないという問題を有する。また、αe ≒αmax ＞０
であって、ファブリ・ペロー発振モード及びＤＦＢレー
ザの発振モードともに抑制効果があるものの、デチュー
ニング量の絶対値｜λ e −λmax ｜を大きくすると、縦
モードの単一モード性が低下するので、デチューニング
量の絶対値｜λe −λmax ｜を大きくできないという問
題があった。
ＦＢレーザの発振波長λe がより大きな第２の従来例
は、回折格子層とＩｎＰ埋め込み層との屈折率差が大き
いので、回折格子と活性層との距離を大きくすることが
でき、その結果、回折格子層の膜厚、デューティ（Dut
y) 比によって結合係数が変動し難いので、同じ特性の
ＤＦＢレーザを安定して作製することができるから、製
品歩留りが高いという利点を有する。一方、発振波長λ
e に対する吸収損失が大きく、吸収型の回折格子となる
ために、閾値電流が大きく、光出力−注入電流特性が良
好でないという問題を有する。また、αe ≒αmax ＞０
であって、ファブリ・ペロー発振モード及びＤＦＢレー
ザの発振モードともに抑制効果があるものの、デチュー
ニング量の絶対値｜λ e −λmax ｜を大きくすると、縦
モードの単一モード性が低下するので、デチューニング
量の絶対値｜λe −λmax ｜を大きくできないという問
題があった。
【０００９】デチューニング量の絶対値｜λe −λmax
｜を大きくできないという上記の問題は、特にＤＦＢレ
ーザを広い温度範囲、例えば−４０℃〜＋８５℃という
ような広い温度範囲で動作させる場合に顕著であった。
通常、ＤＦＢレーザの動作温度が変化すると、動作温度
の変化に対する活性層の光利得分布のピーク波長λmax
の変化量と、同じく動作温度の変化に対するＤＦＢレー
ザの発振波長λe の変化量とに差があるため、広い温度
範囲にわたり活性層の光利得分布のピーク波長λmax と
ＤＦＢレーザの発振波長λe の差、つまりデチューニン
グ量の絶対値｜λe −λmax ｜を一定に保つことはでき
なかった。
｜を大きくできないという上記の問題は、特にＤＦＢレ
ーザを広い温度範囲、例えば−４０℃〜＋８５℃という
ような広い温度範囲で動作させる場合に顕著であった。
通常、ＤＦＢレーザの動作温度が変化すると、動作温度
の変化に対する活性層の光利得分布のピーク波長λmax
の変化量と、同じく動作温度の変化に対するＤＦＢレー
ザの発振波長λe の変化量とに差があるため、広い温度
範囲にわたり活性層の光利得分布のピーク波長λmax と
ＤＦＢレーザの発振波長λe の差、つまりデチューニン
グ量の絶対値｜λe −λmax ｜を一定に保つことはでき
なかった。
【００１０】具体的には、例えば、ＩｎＧａＡｓＰ系の
半導体材料では、活性層の光利得分布のピーク波長λ
max の温度依存性は約０．４ｎｍ／℃であり、ＤＦＢレ
ーザの発振波長λe の温度依存性は約０．１ｎｍ／℃で
ある。従って、−４０℃から＋８５℃までの温度範囲で
ＤＦＢレーザを動作させると、−４０℃のデチューニン
グ量と＋８５℃のデチューニング量との間で、以下の計
算のように、デチューニング量は約４０ｎｍの差があ
る。 （０．４−０．１）×（８５−（−４０））＝３７．５
ｎｍ
半導体材料では、活性層の光利得分布のピーク波長λ
max の温度依存性は約０．４ｎｍ／℃であり、ＤＦＢレ
ーザの発振波長λe の温度依存性は約０．１ｎｍ／℃で
ある。従って、−４０℃から＋８５℃までの温度範囲で
ＤＦＢレーザを動作させると、−４０℃のデチューニン
グ量と＋８５℃のデチューニング量との間で、以下の計
算のように、デチューニング量は約４０ｎｍの差があ
る。 （０．４−０．１）×（８５−（−４０））＝３７．５
ｎｍ
【００１１】全動作温度範囲で単一モード性や変調特性
などを良好に保つためには、ある温度（例えば室温）で
のデチューニング量に注目すると、その温度でのデチュ
ーニング量をある一定の範囲内に収める必要がある。従
って、デチューニング量を大きくすることが困難であ
る。上述の例では、高温（例えば＋８５℃）でデチュー
ニング量を０ｎｍ程度にして、光利得の低下が著しい高
温動作時で、光利得分布のピーク波長λmax で発振する
ように設計すると、低温（例えば−４０℃）におけるデ
チューニング量は＋４０ｎｍ程度の大きい値になってし
まう。このようにデチューニング量が大きい場合は、Ｄ
ＦＢレーザの設定発振波長λ e ではなく、光利得分布の
ピーク波長λmax でファブリ・ペロー発振してしまうた
め、単一モード動作を実現することができなくなってし
まう。
などを良好に保つためには、ある温度（例えば室温）で
のデチューニング量に注目すると、その温度でのデチュ
ーニング量をある一定の範囲内に収める必要がある。従
って、デチューニング量を大きくすることが困難であ
る。上述の例では、高温（例えば＋８５℃）でデチュー
ニング量を０ｎｍ程度にして、光利得の低下が著しい高
温動作時で、光利得分布のピーク波長λmax で発振する
ように設計すると、低温（例えば−４０℃）におけるデ
チューニング量は＋４０ｎｍ程度の大きい値になってし
まう。このようにデチューニング量が大きい場合は、Ｄ
ＦＢレーザの設定発振波長λ e ではなく、光利得分布の
ピーク波長λmax でファブリ・ペロー発振してしまうた
め、単一モード動作を実現することができなくなってし
まう。
【００１２】ところで、ＤＦＢレーザの設定発振波長λ
e と活性層の光利得分布のピーク波長λmax とが離れて
いる場合に、つまりデチューニング量が大きい場合に、
光利得分布のピーク波長λmax でのファブリ・ペロー発
振を抑制するために、従来、レーザ端面の少なくとも一
方に無反射コーティングを施して端面反射率を数％以下
に低くすることが試みられている。そして、光出力効率
の観点から、通常、無反射コーティングはレーザ出射端
面側に施されている。
e と活性層の光利得分布のピーク波長λmax とが離れて
いる場合に、つまりデチューニング量が大きい場合に、
光利得分布のピーク波長λmax でのファブリ・ペロー発
振を抑制するために、従来、レーザ端面の少なくとも一
方に無反射コーティングを施して端面反射率を数％以下
に低くすることが試みられている。そして、光出力効率
の観点から、通常、無反射コーティングはレーザ出射端
面側に施されている。
【００１３】しかし、このように、レーザの出射端面の
端面反射率を低くすると、反射戻り光耐性が低下してし
まうという問題があった。これは、レーザから出射した
光が外部で反射して再びレーザ自身に戻ってきたとき
に、レーザの出射端面反射率が低いために、反射戻り光
がレーザ共振器内部まで戻り易くなるからである。そし
て、反射戻り光がレーザ共振器まで戻ると、レーザ発振
の状態が影響を受けて雑音が誘起され、レーザ動作が不
安定になる。上述の例で、低温（例えば−４０℃）にお
けるデチューニング量が＋４０ｎｍ程度と大きくなり、
ファブリ・ペロー発振し易くなる対策として、無反射コ
ーティングを施すと、反射戻り光耐性が低下してしまう
ことになる。
端面反射率を低くすると、反射戻り光耐性が低下してし
まうという問題があった。これは、レーザから出射した
光が外部で反射して再びレーザ自身に戻ってきたとき
に、レーザの出射端面反射率が低いために、反射戻り光
がレーザ共振器内部まで戻り易くなるからである。そし
て、反射戻り光がレーザ共振器まで戻ると、レーザ発振
の状態が影響を受けて雑音が誘起され、レーザ動作が不
安定になる。上述の例で、低温（例えば−４０℃）にお
けるデチューニング量が＋４０ｎｍ程度と大きくなり、
ファブリ・ペロー発振し易くなる対策として、無反射コ
ーティングを施すと、反射戻り光耐性が低下してしまう
ことになる。
【００１４】以上の説明から判るように、ＤＦＢのレー
ザの設定発振波長λe と活性層の光利得分布のピーク波
長λmax が離れているときに、つまりデチューニング量
が大きいときに、光利得分布のピーク波長λmax のファ
ブリ・ペロー発振を抑制し、かつ、反射戻り光耐性を低
下させないように出来る、信頼するに足る技術は、従来
は、確立されていなかった。
ザの設定発振波長λe と活性層の光利得分布のピーク波
長λmax が離れているときに、つまりデチューニング量
が大きいときに、光利得分布のピーク波長λmax のファ
ブリ・ペロー発振を抑制し、かつ、反射戻り光耐性を低
下させないように出来る、信頼するに足る技術は、従来
は、確立されていなかった。
【００１５】そこで、本発明の目的は、上記のような問
題を解決するため、第１には、ＤＦＢレーザの発振波長
λe の吸収損失が小さく、かつ活性層の光利得分布のピ
ーク波長λmax の吸収損失が大きい、従って閾値電流が
小さく、かつ光出力−注入電流特性が良好で、デチュー
ニング量の絶対値｜λe −λmax ｜を大きくしても、縦
モードの良好な単一モード性を維持できる、半導体レー
ザ素子を提供することであり、第２には、ＤＦＢレーザ
の回折格子層の膜厚、デューティ（Duty）比によって結
合係数が変動し難い、従って製品歩留りが高い構成のＤ
ＦＢレーザを提供することである。
題を解決するため、第１には、ＤＦＢレーザの発振波長
λe の吸収損失が小さく、かつ活性層の光利得分布のピ
ーク波長λmax の吸収損失が大きい、従って閾値電流が
小さく、かつ光出力−注入電流特性が良好で、デチュー
ニング量の絶対値｜λe −λmax ｜を大きくしても、縦
モードの良好な単一モード性を維持できる、半導体レー
ザ素子を提供することであり、第２には、ＤＦＢレーザ
の回折格子層の膜厚、デューティ（Duty）比によって結
合係数が変動し難い、従って製品歩留りが高い構成のＤ
ＦＢレーザを提供することである。
【００１６】更に、本発明の目的は、以上の目的を達す
るＤＦＢレーザであって、しかも、ＤＦＢレーザの設定
発振波長λe と活性層の光利得分布のピーク波長λmax
が離れているときでも、つまりデチューニング量が大き
いときでも、光利得分布のピーク波長λmax でのファブ
リ・ペロー発振を抑制し、かつ、反射戻り光耐性が高い
分布帰還型半導体レーザ素子を提供することである。つ
まり、本発明の目的は、デチューニング量の絶対値を大
きくしても、縦モードの単一モード動作が保持でき、し
かも反射戻り光に対して強い耐性を有するＤＦＢレーザ
を提供することである。
るＤＦＢレーザであって、しかも、ＤＦＢレーザの設定
発振波長λe と活性層の光利得分布のピーク波長λmax
が離れているときでも、つまりデチューニング量が大き
いときでも、光利得分布のピーク波長λmax でのファブ
リ・ペロー発振を抑制し、かつ、反射戻り光耐性が高い
分布帰還型半導体レーザ素子を提供することである。つ
まり、本発明の目的は、デチューニング量の絶対値を大
きくしても、縦モードの単一モード動作が保持でき、し
かも反射戻り光に対して強い耐性を有するＤＦＢレーザ
を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上述の出射
端面の端面反射率と、光出力効率、縦モードの単一モー
ド性、及び反射戻り光耐性との関係を調べるために、以
下の実験を行った。実験例 先ず、図６を参照して、実験に供したＤＦＢレーザ素子
４０の構成を説明する。図６は実験に供したＤＦＢレー
ザ素子の構成を示す斜視図、図７は図６の矢視III −II
I の分布帰還型半導体レーザ素子の断面図である。ＤＦ
Ｂレーザ素子４０は、発振波長λe を１５５０ｎｍに、
回折格子材料のバンドギャップ波長λg を１５１０ｎｍ
に、活性層の２５℃付近の光利得分布のピーク波長λ
max を１５３０ｎｍに設定した埋め込みへテロ型ＤＦＢ
レーザ素子である。ＤＦＢレーザ素子４０は、ｎ−Ｉｎ
Ｐ基板４２上に、ＭＯＣＶＤ法等によって、順次、エピ
タキシャル成長させた、膜厚１μｍのｎ−ＩｎＰバッフ
ァ層４４、ＭＱＷ−ＳＣＨ活性層４６、膜厚２００ｎｍ
のｐ−ＩｎＰスペーサ層４８、周期Λが２４０ｎｍであ
って、膜厚２０ｎｍのＧａＩｎＡｓＰ層からなる回折格
子５０、及び回折格子５０を埋め込んだｐ−ＩｎＰ第１
クラッド層５２の積層構造を備えている。
端面の端面反射率と、光出力効率、縦モードの単一モー
ド性、及び反射戻り光耐性との関係を調べるために、以
下の実験を行った。実験例 先ず、図６を参照して、実験に供したＤＦＢレーザ素子
４０の構成を説明する。図６は実験に供したＤＦＢレー
ザ素子の構成を示す斜視図、図７は図６の矢視III −II
I の分布帰還型半導体レーザ素子の断面図である。ＤＦ
Ｂレーザ素子４０は、発振波長λe を１５５０ｎｍに、
回折格子材料のバンドギャップ波長λg を１５１０ｎｍ
に、活性層の２５℃付近の光利得分布のピーク波長λ
max を１５３０ｎｍに設定した埋め込みへテロ型ＤＦＢ
レーザ素子である。ＤＦＢレーザ素子４０は、ｎ−Ｉｎ
Ｐ基板４２上に、ＭＯＣＶＤ法等によって、順次、エピ
タキシャル成長させた、膜厚１μｍのｎ−ＩｎＰバッフ
ァ層４４、ＭＱＷ−ＳＣＨ活性層４６、膜厚２００ｎｍ
のｐ−ＩｎＰスペーサ層４８、周期Λが２４０ｎｍであ
って、膜厚２０ｎｍのＧａＩｎＡｓＰ層からなる回折格
子５０、及び回折格子５０を埋め込んだｐ−ＩｎＰ第１
クラッド層５２の積層構造を備えている。
【００１８】ｎ−ＩｎＰ基板４２の上部、及び積層構造
を構成するｎ−ＩｎＰバッファ層４４、活性層４６、ｐ
−ＩｎＰスペーサ層４８、回折格子５０、及び回折格子
５０を埋め込んだｐ−ＩｎＰ第１クラッド層５２は、活
性層４６の幅が１．５μｍになるメサストライプにエッ
チング加工されている。そして、メサストライプの両側
には、ｐ−ＩｎＰ層５４及びｎ−ＩｎＰ層５６からなる
キャリアブロック構造が形成されている。更に、ＤＦＢ
レーザ素子４０は、ＩｎＰ第１クラッド層５２及びｎ−
ＩｎＰ層５６上に、膜厚２μｍのｐ−ＩｎＰ第２クラッ
ド層５８、及び高濃度でドープされたｐ−ＧａＩｎＡｓ
コンタクト層６０を備え、また、コンタクト層６０上に
Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層金属膜からなるｐ側電極６２、
及び基板１２の裏面にＡｕＧｅＮｉからなるｎ側電極６
４を備えている。
を構成するｎ−ＩｎＰバッファ層４４、活性層４６、ｐ
−ＩｎＰスペーサ層４８、回折格子５０、及び回折格子
５０を埋め込んだｐ−ＩｎＰ第１クラッド層５２は、活
性層４６の幅が１．５μｍになるメサストライプにエッ
チング加工されている。そして、メサストライプの両側
には、ｐ−ＩｎＰ層５４及びｎ−ＩｎＰ層５６からなる
キャリアブロック構造が形成されている。更に、ＤＦＢ
レーザ素子４０は、ＩｎＰ第１クラッド層５２及びｎ−
ＩｎＰ層５６上に、膜厚２μｍのｐ−ＩｎＰ第２クラッ
ド層５８、及び高濃度でドープされたｐ−ＧａＩｎＡｓ
コンタクト層６０を備え、また、コンタクト層６０上に
Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層金属膜からなるｐ側電極６２、
及び基板１２の裏面にＡｕＧｅＮｉからなるｎ側電極６
４を備えている。
【００１９】上述のＤＦＢレーザ素子４０の構成を備
え、後端面に９０％の高反射率の膜をコーティングし、
前端面には反射率が１％、５％、１０％、２０％、３０
％、及び５０％（但し、３０％は劈開端面のままの状
態、つまりコーティング無しである）となるようにコー
ティング膜を施したものを実験例１から６のＤＦＢレー
ザ素子とした。そして、それぞれの実験例のＤＦＢレー
ザ素子の光出力効率〔Ｗ／Ａ〕、単一モード歩留り、反
射戻り光耐性歩留り、及び総合歩留りを測定ないし算出
した。その結果は、表１に示す通りである。
え、後端面に９０％の高反射率の膜をコーティングし、
前端面には反射率が１％、５％、１０％、２０％、３０
％、及び５０％（但し、３０％は劈開端面のままの状
態、つまりコーティング無しである）となるようにコー
ティング膜を施したものを実験例１から６のＤＦＢレー
ザ素子とした。そして、それぞれの実験例のＤＦＢレー
ザ素子の光出力効率〔Ｗ／Ａ〕、単一モード歩留り、反
射戻り光耐性歩留り、及び総合歩留りを測定ないし算出
した。その結果は、表１に示す通りである。
【表１】
【００２０】単一モード歩留りとは、２５℃における副
モード抑圧比（ＳＭＳＲ）が３５ｄＢ以上のＤＦＢレー
ザ素子のうち、−４０℃〜＋８５℃の全温度範囲でＳＭ
ＳＲが３５ｄＢ以上を保つＤＦＢレーザ素子の割合であ
る。反射戻り光耐性歩留りとは、外部の反射点での反射
が−１５ｄＢ（約３％程度）あるときの相対強度雑音
（ＲＩＮ）が−１２０ｄＢ／Ｈｚ以下であるＤＦＢレー
ザ素子の割合である。総合歩留りは、単一モード歩留り
と反射戻り光耐性歩留りとの積として算出されている。
モード抑圧比（ＳＭＳＲ）が３５ｄＢ以上のＤＦＢレー
ザ素子のうち、−４０℃〜＋８５℃の全温度範囲でＳＭ
ＳＲが３５ｄＢ以上を保つＤＦＢレーザ素子の割合であ
る。反射戻り光耐性歩留りとは、外部の反射点での反射
が−１５ｄＢ（約３％程度）あるときの相対強度雑音
（ＲＩＮ）が−１２０ｄＢ／Ｈｚ以下であるＤＦＢレー
ザ素子の割合である。総合歩留りは、単一モード歩留り
と反射戻り光耐性歩留りとの積として算出されている。
【００２１】表１から判る通り、前端面の反射率が大き
くなると、光出力効率と単一モード歩留まりは低下する
が、反射戻り光耐性歩留まりは増加する。単一モード歩
留まりと反射戻り光耐性歩留まりとの積である総合歩留
まりは、出射端面の端面反射率が１０％から３０％の範
囲で高くなっている。また、０．３〔Ｗ／Ａ〕以上の光
出力効率が必要であるとすると、出射端面の端面反射率
の範囲は、１０％以上２０％以下である。
くなると、光出力効率と単一モード歩留まりは低下する
が、反射戻り光耐性歩留まりは増加する。単一モード歩
留まりと反射戻り光耐性歩留まりとの積である総合歩留
まりは、出射端面の端面反射率が１０％から３０％の範
囲で高くなっている。また、０．３〔Ｗ／Ａ〕以上の光
出力効率が必要であるとすると、出射端面の端面反射率
の範囲は、１０％以上２０％以下である。
【００２２】上記目的を達成するために、上述の実験の
結果を踏まえて、本発明に係る分布帰還型半導体レーザ
素子（以下、第１の発明と言う）は、活性層の光利得分
布とは独立に発振波長λe を選択できる波長選択構造を
共振器構造内の活性層の近傍に備えた、分布帰還型半導
体レーザ素子において、活性層の光利得分布のピーク波
長λmax に対する吸収係数αmax が発振波長λ e に対す
る吸収係数αe よりも大きくなる化合物半導体層で形成
された吸収領域が、共振器構造内に設けられ、かつ出射
端面側の端面反射率が１０％以上３０％以下であること
を特徴としている。
結果を踏まえて、本発明に係る分布帰還型半導体レーザ
素子（以下、第１の発明と言う）は、活性層の光利得分
布とは独立に発振波長λe を選択できる波長選択構造を
共振器構造内の活性層の近傍に備えた、分布帰還型半導
体レーザ素子において、活性層の光利得分布のピーク波
長λmax に対する吸収係数αmax が発振波長λ e に対す
る吸収係数αe よりも大きくなる化合物半導体層で形成
された吸収領域が、共振器構造内に設けられ、かつ出射
端面側の端面反射率が１０％以上３０％以下であること
を特徴としている。
【００２３】第１の発明並びに後述の第２の発明で、活
性層の近傍とは、活性層で発生した光を感知できる範囲
内にあることを意味する。活性層の光利得分布のピーク
波長λmax に対する吸収係数が、半導体レーザ素子の発
振波長λe に対する吸収係数よりも大きくなるような吸
収領域を設け、活性層の光利得分布のピーク波長λmax
付近のモードのみ選択的に吸収して、活性層の光利得分
布のピーク波長λmax 付近のファブリ・ペロー発振を抑
制する。これにより、発振波長λe の波長選択性を高
め、かつ副モード抑圧比（ＳＭＳＲ）を大きくして、単
一モード性を向上させることができる。よって、製品歩
留りが向上する。換言すれば、活性層の光利得分布のピ
ーク波長λmax 付近のファブリ・ペロー発振を選択的に
抑制するので、デチューニング量（λe −λmax ）を大
きくしても、縦モードの良好な単一モード性を維持でき
る。また、高い動作温度でも、単一モードを維持できる
ので、高温での高出力特性が良好である。
性層の近傍とは、活性層で発生した光を感知できる範囲
内にあることを意味する。活性層の光利得分布のピーク
波長λmax に対する吸収係数が、半導体レーザ素子の発
振波長λe に対する吸収係数よりも大きくなるような吸
収領域を設け、活性層の光利得分布のピーク波長λmax
付近のモードのみ選択的に吸収して、活性層の光利得分
布のピーク波長λmax 付近のファブリ・ペロー発振を抑
制する。これにより、発振波長λe の波長選択性を高
め、かつ副モード抑圧比（ＳＭＳＲ）を大きくして、単
一モード性を向上させることができる。よって、製品歩
留りが向上する。換言すれば、活性層の光利得分布のピ
ーク波長λmax 付近のファブリ・ペロー発振を選択的に
抑制するので、デチューニング量（λe −λmax ）を大
きくしても、縦モードの良好な単一モード性を維持でき
る。また、高い動作温度でも、単一モードを維持できる
ので、高温での高出力特性が良好である。
【００２４】本発明に係る別の分布帰還型半導体レーザ
素子（以下、第２の発明と言う）は、活性層の光利得分
布とは独立に発振波長λe を選択できる波長選択構造を
共振器構造内の活性層の近傍に備えた、分布帰還型半導
体レーザ素子において、活性層の光利得分布のピーク波
長λmax に対する吸収係数αmax が発振波長λ e に対す
る吸収係数αe よりも大きくなる化合物半導体層で形成
された吸収領域が、共振器構造内に設けられ、吸収領域
のバンドギャップ波長λg と、発振波長λe とが、０＜
λe −λg ≦１００ｎｍの関係にあり、かつ出射端面側
の端面反射率が１０％以上３０％以下であることを特徴
としている。
素子（以下、第２の発明と言う）は、活性層の光利得分
布とは独立に発振波長λe を選択できる波長選択構造を
共振器構造内の活性層の近傍に備えた、分布帰還型半導
体レーザ素子において、活性層の光利得分布のピーク波
長λmax に対する吸収係数αmax が発振波長λ e に対す
る吸収係数αe よりも大きくなる化合物半導体層で形成
された吸収領域が、共振器構造内に設けられ、吸収領域
のバンドギャップ波長λg と、発振波長λe とが、０＜
λe −λg ≦１００ｎｍの関係にあり、かつ出射端面側
の端面反射率が１０％以上３０％以下であることを特徴
としている。
【００２５】第２の発明の吸収領域とは、化合物半導体
層で形成された領域であって、その領域のバンドギャッ
プ波長λg と発振波長λe とが、０＜λe −λg ≦１０
０ｎｍの関係にある領域を言い、回折格子層のみなら
ず、回折格子層以外の化合物半導体層を含む広い概念で
ある。また、従来技術の説明では、前述のように、回折
格子層のバンドギャップ波長をλg と定義しているが、
第２の発明では、従来技術のλg の定義を広げて、λg
を、広く吸収領域のバンドギャップ波長と定義してい
る。
層で形成された領域であって、その領域のバンドギャッ
プ波長λg と発振波長λe とが、０＜λe −λg ≦１０
０ｎｍの関係にある領域を言い、回折格子層のみなら
ず、回折格子層以外の化合物半導体層を含む広い概念で
ある。また、従来技術の説明では、前述のように、回折
格子層のバンドギャップ波長をλg と定義しているが、
第２の発明では、従来技術のλg の定義を広げて、λg
を、広く吸収領域のバンドギャップ波長と定義してい
る。
【００２６】第２の発明は、第１の発明の効果に加え
て、更に次の効果を有する。第２の発明では、吸収領域
のバンドギャップ波長λg 、つまり回折格子層のバンド
ギャップ波長λg と分布帰還型半導体レーザ素子の発振
波長λe との関係が、０＜λe −λg ≦１００ｎｍの関
係にあって、分布帰還型半導体レーザ素子の発振波長λ
e が回折格子層のバンドギャップ波長λg より大きいの
で、発振波長λe の吸収損が小さく、従って閾値電流が
小さく、光出力−注入電流特性が良好であるという利点
を有する。更には、回折格子の埋め込み層をＩｎＰ層と
したとき、第２の従来例と同様に、回折格子層とＩｎＰ
埋め込み層との屈折率差が大きいので、回折格子と活性
層との距離を大きくすることができ、その結果、回折格
子層の膜厚、デューティ（Duty) 比によって結合係数が
変動し難いので、同じ特性の分布帰還型半導体レーザ素
子を安定して作製することができるから、製品歩留りが
高いという利点を有する。つまり、第２の発明は、第１
の従来例と第２の従来例のそれぞれの利点を合わせ有す
る。
て、更に次の効果を有する。第２の発明では、吸収領域
のバンドギャップ波長λg 、つまり回折格子層のバンド
ギャップ波長λg と分布帰還型半導体レーザ素子の発振
波長λe との関係が、０＜λe −λg ≦１００ｎｍの関
係にあって、分布帰還型半導体レーザ素子の発振波長λ
e が回折格子層のバンドギャップ波長λg より大きいの
で、発振波長λe の吸収損が小さく、従って閾値電流が
小さく、光出力−注入電流特性が良好であるという利点
を有する。更には、回折格子の埋め込み層をＩｎＰ層と
したとき、第２の従来例と同様に、回折格子層とＩｎＰ
埋め込み層との屈折率差が大きいので、回折格子と活性
層との距離を大きくすることができ、その結果、回折格
子層の膜厚、デューティ（Duty) 比によって結合係数が
変動し難いので、同じ特性の分布帰還型半導体レーザ素
子を安定して作製することができるから、製品歩留りが
高いという利点を有する。つまり、第２の発明は、第１
の従来例と第２の従来例のそれぞれの利点を合わせ有す
る。
【００２７】第２の発明では、λe −λg の値は、０よ
り大きく１００ｎｍ以下であり、さらに好適には０より
大きく７０ｎｍ以下の範囲にある。また、第２の発明で
は、活性層の光利得分布のピーク波長λmax は、図８
（ａ）及び（ｂ）に示すように、λg ＜λmax ＜λe 、
又はλmax ＜λg ＜λe の関係にある。λg ＜λmax ＜
λe のときには、これにより、温度特性が良好になり、
高温での動作特性や、高温あるいは大電流注入時の高光
出力特性が向上する、例えばλ e −λmax ＝２０ｎｍ
に、λe −λg ＝４０ｎｍに設定する。また、λmax ＜
λ g ＜λe のときには、これにより、αmax を大きくす
ることができるので、ファブリペローモードを十分に抑
制する効果があり、例えばλe −λmax ＝３０ｎｍ、λ
g −λmax は１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。
り大きく１００ｎｍ以下であり、さらに好適には０より
大きく７０ｎｍ以下の範囲にある。また、第２の発明で
は、活性層の光利得分布のピーク波長λmax は、図８
（ａ）及び（ｂ）に示すように、λg ＜λmax ＜λe 、
又はλmax ＜λg ＜λe の関係にある。λg ＜λmax ＜
λe のときには、これにより、温度特性が良好になり、
高温での動作特性や、高温あるいは大電流注入時の高光
出力特性が向上する、例えばλ e −λmax ＝２０ｎｍ
に、λe −λg ＝４０ｎｍに設定する。また、λmax ＜
λ g ＜λe のときには、これにより、αmax を大きくす
ることができるので、ファブリペローモードを十分に抑
制する効果があり、例えばλe −λmax ＝３０ｎｍ、λ
g −λmax は１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。
【００２８】第１及び第２の発明では、吸収領域での、
活性層の光利得分布のピーク波長λ max に対する吸収係
数αmax と、発振波長λe に対する吸収係数αe との
差、α max −αe は大きければ大きいほど本発明の効果
を奏する上で好ましいが、実用的には、導波路損失に換
算してαmax −αe ≧１ｃｍ-1であれば、本発明の効果
を得ることができる。αmax −αe ≧５ｃｍ-1であれ
ば、さらに顕著な効果を得ることができる。また、吸収
領域では、αe が実質的に０であること、つまり吸収領
域が発振波長λe に対して透明であることが好ましい。
これにより、吸収領域を設けても、発振波長の導波路損
失が増加せず、閾値電流値や発光効率が劣化しない。
活性層の光利得分布のピーク波長λ max に対する吸収係
数αmax と、発振波長λe に対する吸収係数αe との
差、α max −αe は大きければ大きいほど本発明の効果
を奏する上で好ましいが、実用的には、導波路損失に換
算してαmax −αe ≧１ｃｍ-1であれば、本発明の効果
を得ることができる。αmax −αe ≧５ｃｍ-1であれ
ば、さらに顕著な効果を得ることができる。また、吸収
領域では、αe が実質的に０であること、つまり吸収領
域が発振波長λe に対して透明であることが好ましい。
これにより、吸収領域を設けても、発振波長の導波路損
失が増加せず、閾値電流値や発光効率が劣化しない。
【００２９】更に、第１及び第２の発明では、量子効果
による急峻な吸収端を有する吸収領域を設けることによ
り、例えば、急峻な吸収端を有する量子井戸層や量子ド
ット層を選択的な吸収領域として設けることにより、活
性層の利得ピーク波長に対する吸収係数αmax と、発振
波長に対する吸収係数αe との間に大きな差を実現する
ことができる。なお、ここで、量子化されているとは、
吸収領域を構成する化合物半導体層のサイズが、電子の
量子力学的波長程度まで薄く、量子効果を示すことがで
きるサイズであることを意味する。
による急峻な吸収端を有する吸収領域を設けることによ
り、例えば、急峻な吸収端を有する量子井戸層や量子ド
ット層を選択的な吸収領域として設けることにより、活
性層の利得ピーク波長に対する吸収係数αmax と、発振
波長に対する吸収係数αe との間に大きな差を実現する
ことができる。なお、ここで、量子化されているとは、
吸収領域を構成する化合物半導体層のサイズが、電子の
量子力学的波長程度まで薄く、量子効果を示すことがで
きるサイズであることを意味する。
【００３０】更に、第１及び第２の発明では、波長選択
構造が回折格子として構成されていても良いし、吸収領
域として機能する選択的吸収層が、活性層の近傍に回折
格子とは別に形成されていてもよい。なお、選択的吸収
層を回折格子とは別に形成する場合、選択的吸収層は、
活性層を挟んで回折格子と反対側に配置しても、或いは
回折格子と同じ側に配置しても、問題はない。但し、反
対側に配置した方が、活性層との距離を任意に選択可能
であるから、設計の自由度は大きくなる。
構造が回折格子として構成されていても良いし、吸収領
域として機能する選択的吸収層が、活性層の近傍に回折
格子とは別に形成されていてもよい。なお、選択的吸収
層を回折格子とは別に形成する場合、選択的吸収層は、
活性層を挟んで回折格子と反対側に配置しても、或いは
回折格子と同じ側に配置しても、問題はない。但し、反
対側に配置した方が、活性層との距離を任意に選択可能
であるから、設計の自由度は大きくなる。
【００３１】また、第１及び第２の発明で、αmax ＞α
e は所定使用温度範囲の全域で成立することが好ましい
が、所定使用温度範囲の一部、例えば、０℃以下の低温
領域のみにおいて、αmax ＞αe が成立するだけでも良
い。その場合、特に低温におけるλmax 付近のファブリ
・ペローモードの発振を抑制することができる。更に
は、第１及び第２の発明では、使用温度の変化に応じて
デチューニング量の絶対値｜λe −λmax ｜が変化し、
使用温度範囲内の使用温度でのデチューニング量の絶対
値｜λe −λmax ｜の最大値が３０ｎｍ以上となったと
しても、縦モードの単一モード性や変調特性が良好で、
しかも光出力効率が高く、反射戻り光耐性が良好である
という効果がある。第１及び第２の発明で、光出力効率
を高める点で、出射端面側の端面反射率を１０％以上２
０％以下にすることが好ましい。
e は所定使用温度範囲の全域で成立することが好ましい
が、所定使用温度範囲の一部、例えば、０℃以下の低温
領域のみにおいて、αmax ＞αe が成立するだけでも良
い。その場合、特に低温におけるλmax 付近のファブリ
・ペローモードの発振を抑制することができる。更に
は、第１及び第２の発明では、使用温度の変化に応じて
デチューニング量の絶対値｜λe −λmax ｜が変化し、
使用温度範囲内の使用温度でのデチューニング量の絶対
値｜λe −λmax ｜の最大値が３０ｎｍ以上となったと
しても、縦モードの単一モード性や変調特性が良好で、
しかも光出力効率が高く、反射戻り光耐性が良好である
という効果がある。第１及び第２の発明で、光出力効率
を高める点で、出射端面側の端面反射率を１０％以上２
０％以下にすることが好ましい。
【００３２】
【発明の実施の形態】以下に、実施形態例を挙げ、添付
図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細
に説明する。実施形態例１ 本実施形態例は、第１及び第２の発明に係る分布帰還型
半導体レーザ素子を一体的に一つのＤＦＢレーザ素子に
適用した実施形態の一例であって、図１は本実施形態例
の半導体レーザ素子の構造を示す部分断面斜視図、図２
は図１の矢視Ｉ−Ｉの半導体レーザ素子の断面図であ
る。尚、実施形態例１で示す化合物半導体層の組成、膜
厚等は本発明の理解のための例示であって、本発明はこ
れらの例示に限定されるものではない。本実施形態例の
分布帰還型半導体レーザ素子１０は、発振波長λe を１
５５０ｎｍに、回折格子材料のバンドギャップ波長λg
を１５１０ｎｍに、活性層の２５℃付近の光利得分布の
ピーク波長λmax を１５３０ｎｍに設定した埋め込みへ
テロ型ＤＦＢレーザ素子であって、実験で使用したＤＦ
Ｂレーザ素子７０と同じ積層構造を備え、出射端面及び
後端面は、それぞれの端面反射率が１０％及び９０％に
なるようにコーティングされている。
図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細
に説明する。実施形態例１ 本実施形態例は、第１及び第２の発明に係る分布帰還型
半導体レーザ素子を一体的に一つのＤＦＢレーザ素子に
適用した実施形態の一例であって、図１は本実施形態例
の半導体レーザ素子の構造を示す部分断面斜視図、図２
は図１の矢視Ｉ−Ｉの半導体レーザ素子の断面図であ
る。尚、実施形態例１で示す化合物半導体層の組成、膜
厚等は本発明の理解のための例示であって、本発明はこ
れらの例示に限定されるものではない。本実施形態例の
分布帰還型半導体レーザ素子１０は、発振波長λe を１
５５０ｎｍに、回折格子材料のバンドギャップ波長λg
を１５１０ｎｍに、活性層の２５℃付近の光利得分布の
ピーク波長λmax を１５３０ｎｍに設定した埋め込みへ
テロ型ＤＦＢレーザ素子であって、実験で使用したＤＦ
Ｂレーザ素子７０と同じ積層構造を備え、出射端面及び
後端面は、それぞれの端面反射率が１０％及び９０％に
なるようにコーティングされている。
【００３３】ＤＦＢレーザ素子１０は、ｎ−ＩｎＰ基板
１２上に、ＭＯＣＶＤ法等によって、順次、エピタキシ
ャル成長させた、膜厚１μｍのｎ−ＩｎＰバッファ層１
４、ＭＱＷ−ＳＣＨ活性層１６、膜厚２００ｎｍのｐ−
ＩｎＰスペーサ層１８、周期Λが２４０ｎｍであって、
膜厚２０ｎｍのＧａＩｎＡｓＰ層からなる回折格子２
０、及び回折格子２０を埋め込んだｐ−ＩｎＰ第１クラ
ッド層２２の積層構造を備えている。活性層１６の光利
得分布のピーク波長λg は約１５３０ｎｍであり、回折
格子２０のバンドギャップ波長λg は約１５１０ｎｍで
ある。
１２上に、ＭＯＣＶＤ法等によって、順次、エピタキシ
ャル成長させた、膜厚１μｍのｎ−ＩｎＰバッファ層１
４、ＭＱＷ−ＳＣＨ活性層１６、膜厚２００ｎｍのｐ−
ＩｎＰスペーサ層１８、周期Λが２４０ｎｍであって、
膜厚２０ｎｍのＧａＩｎＡｓＰ層からなる回折格子２
０、及び回折格子２０を埋め込んだｐ−ＩｎＰ第１クラ
ッド層２２の積層構造を備えている。活性層１６の光利
得分布のピーク波長λg は約１５３０ｎｍであり、回折
格子２０のバンドギャップ波長λg は約１５１０ｎｍで
ある。
【００３４】ｎ−ＩｎＰ基板１２の上部、及び積層構造
を構成するｎ−ＩｎＰバッファ層１４、活性層１６、ｐ
−ＩｎＰスペーサ層１８、回折格子２０、及び回折格子
２０を埋め込んだｐ−ＩｎＰ第１クラッド層２２は、活
性層１６の幅が１．５μｍになるメサストライプにエッ
チング加工されている。そして、メサストライプの両側
には、ｐ−ＩｎＰ層２４及びｎ−ＩｎＰ層２６からなる
キャリアブロック構造が形成されている。更に、ＤＦＢ
レーザ素子１０は、ＩｎＰ第１クラッド層２２及びｎ−
ＩｎＰ層２６上に、膜厚２μｍのｐ−ＩｎＰ第２クラッ
ド層２８、及び高濃度でドープされたｐ−ＧａＩｎＡｓ
コンタクト層３０を備え、また、コンタクト層３０上に
Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層金属膜からなるｐ側電極３２、
及び基板１２の裏面にＡｕＧｅＮｉからなるｎ側電極３
４を備えている。
を構成するｎ−ＩｎＰバッファ層１４、活性層１６、ｐ
−ＩｎＰスペーサ層１８、回折格子２０、及び回折格子
２０を埋め込んだｐ−ＩｎＰ第１クラッド層２２は、活
性層１６の幅が１．５μｍになるメサストライプにエッ
チング加工されている。そして、メサストライプの両側
には、ｐ−ＩｎＰ層２４及びｎ−ＩｎＰ層２６からなる
キャリアブロック構造が形成されている。更に、ＤＦＢ
レーザ素子１０は、ＩｎＰ第１クラッド層２２及びｎ−
ＩｎＰ層２６上に、膜厚２μｍのｐ−ＩｎＰ第２クラッ
ド層２８、及び高濃度でドープされたｐ−ＧａＩｎＡｓ
コンタクト層３０を備え、また、コンタクト層３０上に
Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層金属膜からなるｐ側電極３２、
及び基板１２の裏面にＡｕＧｅＮｉからなるｎ側電極３
４を備えている。
【００３５】本実施形態例では、バンドギャップ波長λ
g が約１５１０ｎｍのＧａＩｎＡｓＰで回折格子２０を
形成することにより、回折格子２０では、バンド端のす
その影響によって、活性層１６の光利得分布のピーク波
長の１５３０ｎｍ付近で多少の吸収が生じるものの、発
振波長として設定した１５５０ｎｍ付近の波長に対して
は、ほとんど吸収が起らない。即ち、活性層の光利得分
布のピーク波長に対する吸収係数αmax が発振波長に対
する吸収係数αe よりも大きくなっている。尚、回折格
子２０のバンドギャップ波長λg を活性層の光利得分布
のピーク波長１５３０ｎｍとＤＦＢレーザ１０の発振波
長１５５０ｎｍの間に設定することによって、大きな吸
収係数の差を実現することもできる。
g が約１５１０ｎｍのＧａＩｎＡｓＰで回折格子２０を
形成することにより、回折格子２０では、バンド端のす
その影響によって、活性層１６の光利得分布のピーク波
長の１５３０ｎｍ付近で多少の吸収が生じるものの、発
振波長として設定した１５５０ｎｍ付近の波長に対して
は、ほとんど吸収が起らない。即ち、活性層の光利得分
布のピーク波長に対する吸収係数αmax が発振波長に対
する吸収係数αe よりも大きくなっている。尚、回折格
子２０のバンドギャップ波長λg を活性層の光利得分布
のピーク波長１５３０ｎｍとＤＦＢレーザ１０の発振波
長１５５０ｎｍの間に設定することによって、大きな吸
収係数の差を実現することもできる。
【００３６】本実施形態例のＤＦＢレーザ素子１０を評
価するために、上述の積層構造を備えたウエハを劈開に
よりチップ化した。そして、出射端面に端面反射率が１
０％の膜を、後端面には端面反射率が９０％の高反射率
の膜をコーティングしてレーザ特性を測定したところ、
以下に示すような測定結果を得た。ＤＦＢレーザ素子１
０は、良好な単一モードで安定して発振し、副モード抑
圧比として４５ｄＢ〜５０ｄＢの大きな値が得られた。
尚、回折格子のバンドギャップ波長が大きい従来タイプ
のＤＦＢレーザ素子（以下、従来型ＤＦＢレーザ素子と
言う）では、このような大きな副モード抑圧比は得られ
難く、おおよそ３５ｄＢ〜４０ｄＢ程度である。
価するために、上述の積層構造を備えたウエハを劈開に
よりチップ化した。そして、出射端面に端面反射率が１
０％の膜を、後端面には端面反射率が９０％の高反射率
の膜をコーティングしてレーザ特性を測定したところ、
以下に示すような測定結果を得た。ＤＦＢレーザ素子１
０は、良好な単一モードで安定して発振し、副モード抑
圧比として４５ｄＢ〜５０ｄＢの大きな値が得られた。
尚、回折格子のバンドギャップ波長が大きい従来タイプ
のＤＦＢレーザ素子（以下、従来型ＤＦＢレーザ素子と
言う）では、このような大きな副モード抑圧比は得られ
難く、おおよそ３５ｄＢ〜４０ｄＢ程度である。
【００３７】また、閾値電流も９ｍＡと低く、発光効率
も従来型ＤＦＢレーザ素子と比較して遜色はなかった。
従って、回折格子２０の発振波長に対する吸収は十分に
小さいと思われる。そして、回折格子２０が活性層１６
の光利得分布のピーク波長付近のモードに対してのみ選
択吸収的に働き、利得ピーク波長付近のファブリ・ペロ
ー発振が抑制されたことにより、副モード抑圧比が改善
されたと考えられる。さらに、素子ごとでの結合係数の
ばらつきも小さく、均一性の良い特性が得られた。本実
施形態例では、回折格子２０のバンドギャップ波長λg
（１５１０ｎｍ）を従来のＤＦＢレーザ素子の回折格子
のバンドギャップ波長λg 、例えば１２００ｎｍよりも
大きくしたことにより、回折格子２０の屈折率と周囲の
ＩｎＰ層の屈折率の差が大きくなるので、ｐ−ＩｎＰス
ペーサ層１８の膜厚を厚くして回折格子２０を活性層１
６から離しても、十分に大きな回折格子結合係数を得る
ことができるため、回折格子の膜厚やデューティ比によ
って結合係数が変動しにくい。従って、結晶成長プロセ
スや作製プロセスでのトレランスが緩和され、安定した
製造を行うことができる。
も従来型ＤＦＢレーザ素子と比較して遜色はなかった。
従って、回折格子２０の発振波長に対する吸収は十分に
小さいと思われる。そして、回折格子２０が活性層１６
の光利得分布のピーク波長付近のモードに対してのみ選
択吸収的に働き、利得ピーク波長付近のファブリ・ペロ
ー発振が抑制されたことにより、副モード抑圧比が改善
されたと考えられる。さらに、素子ごとでの結合係数の
ばらつきも小さく、均一性の良い特性が得られた。本実
施形態例では、回折格子２０のバンドギャップ波長λg
（１５１０ｎｍ）を従来のＤＦＢレーザ素子の回折格子
のバンドギャップ波長λg 、例えば１２００ｎｍよりも
大きくしたことにより、回折格子２０の屈折率と周囲の
ＩｎＰ層の屈折率の差が大きくなるので、ｐ−ＩｎＰス
ペーサ層１８の膜厚を厚くして回折格子２０を活性層１
６から離しても、十分に大きな回折格子結合係数を得る
ことができるため、回折格子の膜厚やデューティ比によ
って結合係数が変動しにくい。従って、結晶成長プロセ
スや作製プロセスでのトレランスが緩和され、安定した
製造を行うことができる。
【００３８】また、高温（＋８５℃）におけるデチュー
ニング量は、約０ｎｍ（λmax 〜λ e ）であるため、し
きい値電流も２６ｍＡと良好であった。更に、低温（−
４０℃）において、デチューニング量が＋４０ｎｍ程度
であり、出射端面反射率も１０％であるにもかかわら
ず、単一モード歩留まりは８５％と良好であった。この
ことは、回折格子２０によってλmax 付近のファブリ・
ペローモードが選択的に吸収されて、発振が抑制されて
いることに起因していると考えられる。また、出射端面
の端面反射率が１０％であるので、光出力効率が０．３
２〔Ｗ／Ａ〕と高く、反射戻り光耐性歩留りも高かっ
た。
ニング量は、約０ｎｍ（λmax 〜λ e ）であるため、し
きい値電流も２６ｍＡと良好であった。更に、低温（−
４０℃）において、デチューニング量が＋４０ｎｍ程度
であり、出射端面反射率も１０％であるにもかかわら
ず、単一モード歩留まりは８５％と良好であった。この
ことは、回折格子２０によってλmax 付近のファブリ・
ペローモードが選択的に吸収されて、発振が抑制されて
いることに起因していると考えられる。また、出射端面
の端面反射率が１０％であるので、光出力効率が０．３
２〔Ｗ／Ａ〕と高く、反射戻り光耐性歩留りも高かっ
た。
【００３９】以下に、図３及び図４を参照して、実施形
態例１のＤＦＢレーザ素子１０の作製方法を説明する。
図３（ａ）から（ｃ）、及び図４（ｄ）と（ｅ）は、そ
れぞれ、実施形態例１のＤＦＢレーザ素子１０を作製す
る際の工程毎の断面図である。図３は図１の矢視Ｉ−Ｉ
での断面であり、図４は図１の矢視II−IIでの断面であ
る。先ず、ＭＯＣＶＤ結晶成長装置を用い、成長温度６
００℃で、ｎ−ＩｎＰ基板１２上に、順次、膜厚１μｍ
のｎ−ＩｎＰバッファ層１４、ＭＱＷ−ＳＣＨ活性層１
６、膜厚２００ｎｍのｐ−ＩｎＰスペーサ層１８、及び
膜厚２０ｎｍのＧａＩｎＡｓＰ回折格子層２０′をエピ
タキシャル成長させて、図３（ａ）に示すように、積層
構造を形成する。
態例１のＤＦＢレーザ素子１０の作製方法を説明する。
図３（ａ）から（ｃ）、及び図４（ｄ）と（ｅ）は、そ
れぞれ、実施形態例１のＤＦＢレーザ素子１０を作製す
る際の工程毎の断面図である。図３は図１の矢視Ｉ−Ｉ
での断面であり、図４は図１の矢視II−IIでの断面であ
る。先ず、ＭＯＣＶＤ結晶成長装置を用い、成長温度６
００℃で、ｎ−ＩｎＰ基板１２上に、順次、膜厚１μｍ
のｎ−ＩｎＰバッファ層１４、ＭＱＷ−ＳＣＨ活性層１
６、膜厚２００ｎｍのｐ−ＩｎＰスペーサ層１８、及び
膜厚２０ｎｍのＧａＩｎＡｓＰ回折格子層２０′をエピ
タキシャル成長させて、図３（ａ）に示すように、積層
構造を形成する。
【００４０】次いで、回折格子層２０′上に電子ビーム
（ＥＢ）描画用レジストを約１００ｎｍの厚さで塗布
し、ＥＢ描画装置により描画して、周期Λが２４０ｎｍ
の回折格子パターン２１を形成する。続いて、回折格子
パターン２１をマスクとして、ドライエッチング装置に
よりエッチングを行い、回折格子層２０′を貫通する溝
２３を形成し、溝底にｐ−ＩｎＰスペーサ層１８を露出
させ、図３（ｂ）に示すように、回折格子２０を形成す
る。次に、回折格子パターン２１を除去し、続いてＭＯ
ＣＶＤ結晶成長装置によって、図３（ｃ）に示すよう
に、回折格子２０を埋め込むｐ−ＩｎＰ第１クラッド層
２２を再成長させる。
（ＥＢ）描画用レジストを約１００ｎｍの厚さで塗布
し、ＥＢ描画装置により描画して、周期Λが２４０ｎｍ
の回折格子パターン２１を形成する。続いて、回折格子
パターン２１をマスクとして、ドライエッチング装置に
よりエッチングを行い、回折格子層２０′を貫通する溝
２３を形成し、溝底にｐ−ＩｎＰスペーサ層１８を露出
させ、図３（ｂ）に示すように、回折格子２０を形成す
る。次に、回折格子パターン２１を除去し、続いてＭＯ
ＣＶＤ結晶成長装置によって、図３（ｃ）に示すよう
に、回折格子２０を埋め込むｐ−ＩｎＰ第１クラッド層
２２を再成長させる。
【００４１】次に、ｐ−ＩｎＰ第１クラッド層２２上に
ＳｉＮX 膜をプラズマＣＶＤ装置を用いて成膜し、続い
てフォトリソグラフィと反応性イオンエッチング装置
（ＲＩＥ）により、ＳｉＮX 膜をストライプ形状に加工
して、ＳｉＮX 膜マスク２５を形成する。次いで、Ｓｉ
ＮX 膜マスク２５をエッチングマスクとして、ｐ−Ｉｎ
Ｐ第１クラッド層２２（回折格子２０）、ｐ−ＩｎＰス
ペーサ層１８、活性層１６、ｎ−ＩｎＰバッファ層１４
及びｎ−ＩｎＰ基板１２の上部をエッチングして、活性
層幅が１．５μｍ程度のメサストライプに加工する。更
に、ＳｉＮX 膜マスク２５を選択成長マスクにして、順
次、ｐ−ＩｎＰ層２４およびｎ−ＩｎＰ層２６を選択成
長させて、図４（ｄ）に示すように、メサストライプの
両脇にキャリアブロック構造を形成する。
ＳｉＮX 膜をプラズマＣＶＤ装置を用いて成膜し、続い
てフォトリソグラフィと反応性イオンエッチング装置
（ＲＩＥ）により、ＳｉＮX 膜をストライプ形状に加工
して、ＳｉＮX 膜マスク２５を形成する。次いで、Ｓｉ
ＮX 膜マスク２５をエッチングマスクとして、ｐ−Ｉｎ
Ｐ第１クラッド層２２（回折格子２０）、ｐ−ＩｎＰス
ペーサ層１８、活性層１６、ｎ−ＩｎＰバッファ層１４
及びｎ−ＩｎＰ基板１２の上部をエッチングして、活性
層幅が１．５μｍ程度のメサストライプに加工する。更
に、ＳｉＮX 膜マスク２５を選択成長マスクにして、順
次、ｐ−ＩｎＰ層２４およびｎ−ＩｎＰ層２６を選択成
長させて、図４（ｄ）に示すように、メサストライプの
両脇にキャリアブロック構造を形成する。
【００４２】次に、ＳｉＮX 膜マスク２５を除去した
後、図４（ｅ）に示すように、膜厚２μｍのｐ−ＩｎＰ
第２クラッド層２８と、ｐ側電極３２とオーミックコン
タクトを取るために高濃度にドープしたＧａＩｎＡｓ層
をコンタクト層３０としてエピタキシャル成長させる。
基板厚が１２０μｍ程度になるようにｎ−ＩｎＰ基板１
２の裏面を研磨し、続いてコンタクト層３０上にＴｉ／
Ｐｔ／Ａｕ積層金属膜をｐ側電極３２として形成し、基
板裏面にはＡｕＧｅＮｉ膜をｎ側電極３４として形成す
る。以上の積層構造を作製したウエハを劈開によりチッ
プ化し、出射端面には反射率１０％、後端面には反射率
９０％の膜コーティングを施した後、ボンディングす
る。これにより、図１にその積層構造を示すＤＦＢレー
ザ素子１０を形成することができる。
後、図４（ｅ）に示すように、膜厚２μｍのｐ−ＩｎＰ
第２クラッド層２８と、ｐ側電極３２とオーミックコン
タクトを取るために高濃度にドープしたＧａＩｎＡｓ層
をコンタクト層３０としてエピタキシャル成長させる。
基板厚が１２０μｍ程度になるようにｎ−ＩｎＰ基板１
２の裏面を研磨し、続いてコンタクト層３０上にＴｉ／
Ｐｔ／Ａｕ積層金属膜をｐ側電極３２として形成し、基
板裏面にはＡｕＧｅＮｉ膜をｎ側電極３４として形成す
る。以上の積層構造を作製したウエハを劈開によりチッ
プ化し、出射端面には反射率１０％、後端面には反射率
９０％の膜コーティングを施した後、ボンディングす
る。これにより、図１にその積層構造を示すＤＦＢレー
ザ素子１０を形成することができる。
【００４３】本実施形態例では、回折格子２０のバンド
ギャップ波長を活性層１６の光利得分布のピーク波長に
近づけることにより、結果的に回折格子と周囲のＩｎＰ
層の屈折率差が大きくなっているので、従来のＤＦＢレ
ーザ素子よりも回折格子２０を活性層１６から離して
も、所望の屈折率結合係数を得ることができる。従っ
て、結晶成長プロセスや作製プロセスでのトレランスが
緩和され、安定した製造を行うことができる。具体的に
は、回折格子の屈折率が３．４９、回折格子の周囲のＩ
ｎＰ層の屈折率が３．１７であるので、屈折率差は０．
３２と大きい。屈折率差が大きいほど回折格子を活性層
から離すことができるが、目安としては、屈折率差は
０．２５以上あれば良い。
ギャップ波長を活性層１６の光利得分布のピーク波長に
近づけることにより、結果的に回折格子と周囲のＩｎＰ
層の屈折率差が大きくなっているので、従来のＤＦＢレ
ーザ素子よりも回折格子２０を活性層１６から離して
も、所望の屈折率結合係数を得ることができる。従っ
て、結晶成長プロセスや作製プロセスでのトレランスが
緩和され、安定した製造を行うことができる。具体的に
は、回折格子の屈折率が３．４９、回折格子の周囲のＩ
ｎＰ層の屈折率が３．１７であるので、屈折率差は０．
３２と大きい。屈折率差が大きいほど回折格子を活性層
から離すことができるが、目安としては、屈折率差は
０．２５以上あれば良い。
【００４４】実施形態例１では、１５５０ｎｍ帯のＤＦ
Ｂレーザ素子を例に挙げて説明したが、他の波長帯で
も、同様に本発明に係る半導体レーザ素子を適用するこ
とができる。また、実施形態例では、共振器全体に回折
格子２０を配置したが、共振器の一部に配置しても、本
実施形態例と同様の効果を得ることができる。
Ｂレーザ素子を例に挙げて説明したが、他の波長帯で
も、同様に本発明に係る半導体レーザ素子を適用するこ
とができる。また、実施形態例では、共振器全体に回折
格子２０を配置したが、共振器の一部に配置しても、本
実施形態例と同様の効果を得ることができる。
【００４５】
【発明の効果】第１の発明によれば、活性層の光利得分
布のピーク波長λmax に対する吸収係数αmax が発振波
長λe に対する吸収係数αe よりも大きくなる化合物半
導体層で形成された吸収領域を、活性層の近傍に設け
る。これにより、活性層の光利得分布のピーク波長λ
max 付近でのファブリ・ペローモードの発振を抑制する
ことができ、設定した発振波長のモードと副モードの抑
圧比（ＳＭＳＲ）を大きくすることができる分布帰還型
半導体レーザを実現している。また、デチューニング量
を大きく取ることができるので、広い温度範囲で安定し
た縦モードの単一モード発振の持続が可能になる。更に
は、出射端面に端面反射率が１０％以上３０％以下の膜
を設けることにより、デチューニング量の絶対値が大き
くても、縦モードの単一モード性が良好で、光出力効率
が高く、しかも戻り光耐性が高い分布帰還型半導体レー
ザ素子を実現している。
布のピーク波長λmax に対する吸収係数αmax が発振波
長λe に対する吸収係数αe よりも大きくなる化合物半
導体層で形成された吸収領域を、活性層の近傍に設け
る。これにより、活性層の光利得分布のピーク波長λ
max 付近でのファブリ・ペローモードの発振を抑制する
ことができ、設定した発振波長のモードと副モードの抑
圧比（ＳＭＳＲ）を大きくすることができる分布帰還型
半導体レーザを実現している。また、デチューニング量
を大きく取ることができるので、広い温度範囲で安定し
た縦モードの単一モード発振の持続が可能になる。更に
は、出射端面に端面反射率が１０％以上３０％以下の膜
を設けることにより、デチューニング量の絶対値が大き
くても、縦モードの単一モード性が良好で、光出力効率
が高く、しかも戻り光耐性が高い分布帰還型半導体レー
ザ素子を実現している。
【００４６】第２の発明によれば、第１の発明の効果に
加えて、吸収領域のバンドギャップ波長λg とＤＦＢレ
ーザの発振波長λe との関係が、０＜λe −λg ≦１０
０ｎｍの関係にあって、ＤＦＢレーザの発振波長λe が
回折格子層のバンドギャップ波長λg より大きいので、
発振波長λe の吸収損が小さく、従って閾値電流が小さ
く、光出力−注入電流特性が良好な、分布帰還型半導体
レーザ素子を実現している。更には、埋め込み層をＩｎ
Ｐ層としたとき、回折格子層とＩｎＰ埋め込み層との屈
折率差が大きいので、回折格子と活性層との距離を大き
くすることができ、その結果、回折格子層の膜厚、デュ
ーティ（Duty) 比によって結合係数が変動し難くなるた
め、同じ特性のＤＦＢレーザを安定して作製することが
できるから、製品歩留りが高いという利点を有する。
加えて、吸収領域のバンドギャップ波長λg とＤＦＢレ
ーザの発振波長λe との関係が、０＜λe −λg ≦１０
０ｎｍの関係にあって、ＤＦＢレーザの発振波長λe が
回折格子層のバンドギャップ波長λg より大きいので、
発振波長λe の吸収損が小さく、従って閾値電流が小さ
く、光出力−注入電流特性が良好な、分布帰還型半導体
レーザ素子を実現している。更には、埋め込み層をＩｎ
Ｐ層としたとき、回折格子層とＩｎＰ埋め込み層との屈
折率差が大きいので、回折格子と活性層との距離を大き
くすることができ、その結果、回折格子層の膜厚、デュ
ーティ（Duty) 比によって結合係数が変動し難くなるた
め、同じ特性のＤＦＢレーザを安定して作製することが
できるから、製品歩留りが高いという利点を有する。
【図１】実施形態例１の半導体レーザ素子の構造を示す
部分断面斜視図である。
部分断面斜視図である。
【図２】図１の矢視Ｉ−Ｉの半導体レーザ素子の断面図
である。
である。
【図３】図３（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、実施形態
例１の半導体レーザ素子を作製する際の工程毎の断面図
である。
例１の半導体レーザ素子を作製する際の工程毎の断面図
である。
【図４】図４（ｄ）と（ｅ）は、それぞれ、図３（ｃ）
に引き続いて、実施形態例１の半導体レーザ素子を作製
する際の工程毎の断面図であって、図１の矢視II−IIで
の断面である。
に引き続いて、実施形態例１の半導体レーザ素子を作製
する際の工程毎の断面図であって、図１の矢視II−IIで
の断面である。
【図５】図５（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、第１の従
来例及び第２の従来例のλe 、λmax 、λg の関係を示
す模式図である。
来例及び第２の従来例のλe 、λmax 、λg の関係を示
す模式図である。
【図６】実験に供した分布帰還型半導体レーザ素子の構
成を示す部分断面斜視図である。
成を示す部分断面斜視図である。
【図７】図６の矢視III −III の分布帰還型半導体レー
ザ素子の断面図である。
ザ素子の断面図である。
【図８】図８（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、第２の発
明のλe 、λmax 、λg の関係を示す模式図である。
明のλe 、λmax 、λg の関係を示す模式図である。
１０ 実施形態例１のＤＦＢレーザ素子
１２ ｎ−ＩｎＰ基板
１４ ｎ−ＩｎＰバッファ層
１６ ＭＱＷ−ＳＣＨ活性層
１８ ｐ−ＩｎＰスペーサ層
２０ 回折格子
２０′ＧａＩｎＡｓ層
２１ 回折格子パターン
２２ 回折格子を埋め込んだｐ−ＩｎＰ第１クラッド層
２３ 溝
２４ ｐ−ＩｎＰ層
２６ ｎ−ＩｎＰ層
２８ ｐ−ＩｎＰ第２クラッド層
３０ ｐ−ＧａＩｎＡｓコンタクト層
３２ ｐ側電極
３４ ｎ側電極
４０ 実験に供したＤＦＢレーザ素子
４２ ｎ−ＩｎＰ基板
４４ ｎ−ＩｎＰバッファ層
４６ ＭＱＷ−ＳＣＨ活性層
４８ ｐ−ＩｎＰスペーサ層
５０ 回折格子
５２ 回折格子を埋め込んだｐ−ＩｎＰ第１クラッド層
５４ ｐ−ＩｎＰ層
５６ ｎ−ＩｎＰ層
５８ ｐ−ＩｎＰ第２クラッド層
６０ ｐ−ＧａＩｎＡｓコンタクト層
６２ ｐ側電極
６４ ｎ側電極
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 粕川 秋彦
東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古
河電気工業株式会社内
Ｆターム(参考） 5F073 AA64 AA74 AA83 CB02 CB22
DA05 DA32 DA33 EA03
Claims (5)
- 【請求項１】 活性層の光利得分布とは独立に発振波長
λe を選択できる波長選択構造を共振器構造内の活性層
の近傍に備えた、分布帰還型半導体レーザ素子におい
て、 活性層の光利得分布のピーク波長λmax に対する吸収係
数αmax が発振波長λ e に対する吸収係数αe よりも大
きくなる化合物半導体層で形成された吸収領域が、共振
器構造内に設けられ、 かつ出射端面側の端面反射率が１０％以上３０％以下で
あることを特徴とする分布帰還型半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 活性層の光利得分布とは独立に発振波長
λe を選択できる波長選択構造を共振器構造内の活性層
の近傍に備えた、分布帰還型半導体レーザ素子におい
て、 活性層の光利得分布のピーク波長λmax に対する吸収係
数αmax が発振波長λ e に対する吸収係数αe よりも大
きくなる化合物半導体層で形成された吸収領域が、共振
器構造内に設けられ、 吸収領域のバンドギャップ波長λg と、発振波長λe と
が、０＜λe −λg ≦１００ｎｍの関係にあり、 かつ出射端面側の端面反射率が１０％以上３０％以下で
あることを特徴とする分布帰還型半導体レーザ素子。 - 【請求項３】 所定使用温度範囲のうちの少なくとも低
温領域で、αmax ＞αe が成立することを特徴とする請
求項１又は２に記載の分布帰還型半導体レーザ素子。 - 【請求項４】 使用温度の変化に応じてデチューニング
量の絶対値｜λe −λmax ｜が変化し、使用温度範囲内
の使用温度でのデチューニング量の絶対値｜λe −λ
max ｜の最大値が３０ｎｍ以上となることを特徴とする
請求項１から３のいずれか１項に記載の分布帰還型半導
体レーザ素子。 - 【請求項５】 出射端面側の端面反射率が１０％以上２
０％以下であることを特徴とする請求項１から４のいず
れか１項に記載の分布帰還型半導体レーザ素子。
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|---|---|---|---|
| JP2001258167A JP5099948B2 (ja) | 2001-08-28 | 2001-08-28 | 分布帰還型半導体レーザ素子 |
| US10/212,265 US20030047738A1 (en) | 2001-08-28 | 2002-08-06 | Semiconductor laser device having selective absorption qualities over a wide temperature range |
| EP02018693A EP1289082A3 (en) | 2001-08-28 | 2002-08-21 | Semiconductor laser device having selective absorption qualities over a wide temperature range |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001258167A JP5099948B2 (ja) | 2001-08-28 | 2001-08-28 | 分布帰還型半導体レーザ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003069144A true JP2003069144A (ja) | 2003-03-07 |
| JP5099948B2 JP5099948B2 (ja) | 2012-12-19 |
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ID=19085735
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|---|---|---|---|
| JP2001258167A Expired - Lifetime JP5099948B2 (ja) | 2001-08-28 | 2001-08-28 | 分布帰還型半導体レーザ素子 |
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|---|---|
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| EP (1) | EP1289082A3 (ja) |
| JP (1) | JP5099948B2 (ja) |
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| JP2008227367A (ja) * | 2007-03-15 | 2008-09-25 | Oki Electric Ind Co Ltd | 分布帰還型半導体レーザ素子 |
| JP2010239056A (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Opnext Japan Inc | 半導体素子及びその製造方法 |
| JP2019087587A (ja) * | 2017-11-02 | 2019-06-06 | 富士通株式会社 | 半導体発光素子及び光デバイス |
| JP2019121691A (ja) * | 2018-01-05 | 2019-07-22 | 富士通株式会社 | 集積レーザ光源、及びこれを用いた光トランシーバ |
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| US20040119080A1 (en) * | 2002-08-12 | 2004-06-24 | Hashimoto Jun-Ichi | Semiconductor optical device |
| US10012797B1 (en) | 2002-10-08 | 2018-07-03 | Infinera Corporation | Monolithic photonic integrated circuit (PIC) with a plurality of integrated arrays of laser sources and modulators employing an extended identical active layer (EIAL) |
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| GB2410124B (en) * | 2004-01-14 | 2006-08-02 | Agilent Technologies Inc | Semiconductor laser with grating structure for stabilizing the wavelength of optical radiation |
| JP2006128475A (ja) * | 2004-10-29 | 2006-05-18 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ |
| US10852570B1 (en) | 2019-10-16 | 2020-12-01 | Inphi Corporation | Dual-slab-layer low-loss silicon optical modulator |
| CN111106533A (zh) * | 2019-12-21 | 2020-05-05 | 江西德瑞光电技术有限责任公司 | 一种vcsel芯片及其制造方法 |
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-
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- 2001-08-28 JP JP2001258167A patent/JP5099948B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
2002
- 2002-08-06 US US10/212,265 patent/US20030047738A1/en not_active Abandoned
- 2002-08-21 EP EP02018693A patent/EP1289082A3/en not_active Withdrawn
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| EP1289082A3 (en) | 2005-05-11 |
| EP1289082A2 (en) | 2003-03-05 |
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