JP2003324243A - 波長可変半導体レーザ装置 - Google Patents
波長可変半導体レーザ装置Info
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- JP2003324243A JP2003324243A JP2002131251A JP2002131251A JP2003324243A JP 2003324243 A JP2003324243 A JP 2003324243A JP 2002131251 A JP2002131251 A JP 2002131251A JP 2002131251 A JP2002131251 A JP 2002131251A JP 2003324243 A JP2003324243 A JP 2003324243A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 レーザ特性、波長可変特性が良好なＴＴＧレ
ーザ型の波長可変半導体レーザ装置を提供する。 【解決手段】 回折格子を活性層の下部に配設したこと
により、第１上部クラッド層の膜厚を薄くすることで
き、第１上部クラッド層からコンタクト層へ漏れるリー
ク電流を抑制し、活性層及び波長可変層への電流注入効
率を高める。
ーザ型の波長可変半導体レーザ装置を提供する。 【解決手段】 回折格子を活性層の下部に配設したこと
により、第１上部クラッド層の膜厚を薄くすることで
き、第１上部クラッド層からコンタクト層へ漏れるリー
ク電流を抑制し、活性層及び波長可変層への電流注入効
率を高める。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、波長可変半導体レ
ーザ装置に関し、特に、レーザ特性及び波長可変特性が
良好なＴＴＧレーザ型の波長可変半導体レーザ装置に関
するものである。
ーザ装置に関し、特に、レーザ特性及び波長可変特性が
良好なＴＴＧレーザ型の波長可変半導体レーザ装置に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＷＤＭシステムの急速な発展により、Ｗ
ＤＭシステムで多重化される波長数は２００ｃｈ以上に
も及んでいて、波長数（チャンネル数）に見合った数の
レーザが信号光源として必要とされている。ＷＤＭシス
テムの安定した運営のためには、万が一の信号光源の停
止を考慮して、発振波長が同じレーザをスペア（Spar
e、予備）として信号光源のレーザ数だけ保持する必要
がある。つまり、チャンネル数と同じ数のスペア・レー
ザが必要になる。これでは、ＷＤＭシステムの設備及び
運営コストが増大し、経済的ではない。
ＤＭシステムで多重化される波長数は２００ｃｈ以上に
も及んでいて、波長数（チャンネル数）に見合った数の
レーザが信号光源として必要とされている。ＷＤＭシス
テムの安定した運営のためには、万が一の信号光源の停
止を考慮して、発振波長が同じレーザをスペア（Spar
e、予備）として信号光源のレーザ数だけ保持する必要
がある。つまり、チャンネル数と同じ数のスペア・レー
ザが必要になる。これでは、ＷＤＭシステムの設備及び
運営コストが増大し、経済的ではない。
【０００３】そこで、１つのレーザ素子で多数の異なる
波長のレーザ光を出力できる波長可変レーザ、特に波長
可変分布帰還型レーザ素子が注目されている。つまり、
波長可変分布帰還型レーザ素子を複数の信号光源レーザ
のスペアとして用意し、波長可変させて波長の異なる所
望のレーザ光を出射させることにより、ＷＤＭシステム
のレーザのスペア在庫量の軽減と、システムの運営費の
低コスト化とを実現することができる。
波長のレーザ光を出力できる波長可変レーザ、特に波長
可変分布帰還型レーザ素子が注目されている。つまり、
波長可変分布帰還型レーザ素子を複数の信号光源レーザ
のスペアとして用意し、波長可変させて波長の異なる所
望のレーザ光を出射させることにより、ＷＤＭシステム
のレーザのスペア在庫量の軽減と、システムの運営費の
低コスト化とを実現することができる。
【０００４】従来、ＷＤＭシステム等の長距離伝送シス
テムに応用された波長可変レーザは、主として、半導体
レーザ素子の温度環境を変えることにより発振波長を可
変にする波長可変分布帰還型レーザ素子である。ここ
で、図２を参照して、温度により発振波長を可変にする
従来の波長可変分布帰還型レーザ素子の構成を説明す
る。波長可変レーザ３０は、ＤＦＢレーザ３１と、ＤＦ
Ｂレーザ３１の基板側に設けられた温度−電気制御器
（Thermo-Electric Cooler（以下、ＴＥＣという））３
２とを備え、ＴＥＣ３２によってＤＦＢレーザ３１単体
の動作温度を変化させ、ＤＦＢレーザ３１の回折格子３
３及び埋め込み層３５の屈折率を変化させることによ
り、波長を可変にする。図２中、３４は活性層である。
尚、活性層３４は、基板と回折格子との間にあっても良
く、また図２に示すように、回折格子３３の上にあって
もよい。
テムに応用された波長可変レーザは、主として、半導体
レーザ素子の温度環境を変えることにより発振波長を可
変にする波長可変分布帰還型レーザ素子である。ここ
で、図２を参照して、温度により発振波長を可変にする
従来の波長可変分布帰還型レーザ素子の構成を説明す
る。波長可変レーザ３０は、ＤＦＢレーザ３１と、ＤＦ
Ｂレーザ３１の基板側に設けられた温度−電気制御器
（Thermo-Electric Cooler（以下、ＴＥＣという））３
２とを備え、ＴＥＣ３２によってＤＦＢレーザ３１単体
の動作温度を変化させ、ＤＦＢレーザ３１の回折格子３
３及び埋め込み層３５の屈折率を変化させることによ
り、波長を可変にする。図２中、３４は活性層である。
尚、活性層３４は、基板と回折格子との間にあっても良
く、また図２に示すように、回折格子３３の上にあって
もよい。
【０００５】しかし、上述した従来の波長可変レーザに
は、以下の問題があった。第１の問題は、動作温度の低
温側（下限温度）がＴＥＣの能力により、動作温度の高
温側（上限温度）がＤＦＢレーザ自体の信頼性により、
夫々決定されるので、低温側での波長から高温側での波
長の間の波長可変幅は、せいぜい、２〜３ｎｍ程度であ
って、比較的狭いことである。また、第２の問題は、波
長スイッチングに３０秒以上を要し、波長スイッチング
速度が遅いことである。これでは、この種の波長可変レ
ーザをメトロ用のダイナミック（dynamic）な波長アド
・ドロップ（Add drop）回路などに適用しようとして
も、波長可変幅が狭すぎ、また波長スイッチング速度が
遅すぎて、適用できない。
は、以下の問題があった。第１の問題は、動作温度の低
温側（下限温度）がＴＥＣの能力により、動作温度の高
温側（上限温度）がＤＦＢレーザ自体の信頼性により、
夫々決定されるので、低温側での波長から高温側での波
長の間の波長可変幅は、せいぜい、２〜３ｎｍ程度であ
って、比較的狭いことである。また、第２の問題は、波
長スイッチングに３０秒以上を要し、波長スイッチング
速度が遅いことである。これでは、この種の波長可変レ
ーザをメトロ用のダイナミック（dynamic）な波長アド
・ドロップ（Add drop）回路などに適用しようとして
も、波長可変幅が狭すぎ、また波長スイッチング速度が
遅すぎて、適用できない。
【０００６】ところで、波長可変幅が３０ｎｍ以上と広
く、スイッチング速度が比較的速い波長可変レーザとし
て、多重極ＤＦＢレーザ、或いはＳＧ（Sampled Gratin
g）−ＤＦＢレーザを挙げることができる。ＳＧ−ＤＦ
Ｂレーザ４０は、例えば図３に示すように、それぞれ、
独立した電極４１、４２、４３及び４４と共通電極４５
とを有する、左側ＤＢＲ領域４６と、利得制御領域４７
と、位相制御領域４８と、右側ＤＢＲ領域４９とを、連
続したチャンネル導波路構造内にモノリシックに集積化
したものである。
く、スイッチング速度が比較的速い波長可変レーザとし
て、多重極ＤＦＢレーザ、或いはＳＧ（Sampled Gratin
g）−ＤＦＢレーザを挙げることができる。ＳＧ−ＤＦ
Ｂレーザ４０は、例えば図３に示すように、それぞれ、
独立した電極４１、４２、４３及び４４と共通電極４５
とを有する、左側ＤＢＲ領域４６と、利得制御領域４７
と、位相制御領域４８と、右側ＤＢＲ領域４９とを、連
続したチャンネル導波路構造内にモノリシックに集積化
したものである。
【０００７】しかし、ＤＢＲレーザは、基本的に、波長
変化に伴いモード飛び（モードホッピング）という現象
がおこり、波長をＩＴＵ−グリッド（Grid）に精度良く
制御することが難しいという波長不安定の問題があり、
ＳＧ−ＤＢＲレーザも例外ではない。このため、ＳＧ−
ＤＢＲレーザをＷＤＭシステムの信号光源レーザのスペ
アとして用いることは、実用的に好ましくはない。
変化に伴いモード飛び（モードホッピング）という現象
がおこり、波長をＩＴＵ−グリッド（Grid）に精度良く
制御することが難しいという波長不安定の問題があり、
ＳＧ−ＤＢＲレーザも例外ではない。このため、ＳＧ−
ＤＢＲレーザをＷＤＭシステムの信号光源レーザのスペ
アとして用いることは、実用的に好ましくはない。
【０００８】一方、ＤＦＢレーザは、基本的には、モー
ド飛び現象が生じない構成を備えている。そこで、ＤＦ
Ｂレーザを用いた波長可変幅が広い波長可変レーザが望
まれる。波長可変型ＤＦＢレーザの一つとして、例えば
特開平２−１１６１８８号公報に示されるように、ＴＴ
Ｇレーザ（Tunable Twin Guided Laser）と呼ばれるＤ
ＦＢレーザが、報告されている。ＴＴＧレーザは、活性
層、回折格子、及び波長可変層（チューニング層）を結
晶成長方向に積層した構造を有し、活性層とは独立して
波長可変層に電流を注入することにより、その部分の屈
折率を変化させて発振波長を変化させる方式の波長可変
レーザである。
ド飛び現象が生じない構成を備えている。そこで、ＤＦ
Ｂレーザを用いた波長可変幅が広い波長可変レーザが望
まれる。波長可変型ＤＦＢレーザの一つとして、例えば
特開平２−１１６１８８号公報に示されるように、ＴＴ
Ｇレーザ（Tunable Twin Guided Laser）と呼ばれるＤ
ＦＢレーザが、報告されている。ＴＴＧレーザは、活性
層、回折格子、及び波長可変層（チューニング層）を結
晶成長方向に積層した構造を有し、活性層とは独立して
波長可変層に電流を注入することにより、その部分の屈
折率を変化させて発振波長を変化させる方式の波長可変
レーザである。
【０００９】ここで、図４を参照して、前掲公報の従来
のＴＴＧレーザの構成を説明する。ＴＴＧレーザ５０
は、ｐ−ＩｎＰ半導体基板５１上に、順次に形成され
た、ｐ−ＩｎＰ緩衝層５２、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ回折格
子５３、ＩｎＧａＡｓＰ活性層５４、ＩｎＧａＡｓＰ反
メルトパック層５５、ｎ−ＩｎＰ中心層５６、ＩｎＧａ
ＡｓＰ波長変化層５７、ｐ−ＩｎＰ被覆層５８、及びｐ
−主コンタクト層５９の積層構造を備えている。積層構
造はストライプ状リッジとして形成され、リッジの両側
及び半導体基板５１上がｎ−埋め込み層６０で埋め込ま
れている。
のＴＴＧレーザの構成を説明する。ＴＴＧレーザ５０
は、ｐ−ＩｎＰ半導体基板５１上に、順次に形成され
た、ｐ−ＩｎＰ緩衝層５２、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ回折格
子５３、ＩｎＧａＡｓＰ活性層５４、ＩｎＧａＡｓＰ反
メルトパック層５５、ｎ−ＩｎＰ中心層５６、ＩｎＧａ
ＡｓＰ波長変化層５７、ｐ−ＩｎＰ被覆層５８、及びｐ
−主コンタクト層５９の積層構造を備えている。積層構
造はストライプ状リッジとして形成され、リッジの両側
及び半導体基板５１上がｎ−埋め込み層６０で埋め込ま
れている。
【００１０】主コンタクト層５９上には、第２ｐ側電極
６１が設けてある。また、埋め込み層６０上には、高濃
度ドープ側方接触層６２を介してｎ側電極６３が設けて
ある。また、ｐ−ＩｎＰ半導体基板５１の裏面には、第
１ｐ側電極６４が設けてある。図４中、６５が絶縁膜で
ある。第１ｐ側電極６４とｎ側電極６３との対が共振器
構造の電極であり、第２ｐ側電極６１とｎ側電極６３と
の対が波長可変層への電流注入のための電極である。以
上の構成により、ＴＴＧレーザは、１０ｎｍ程度の可変
幅を有し、モード飛びのない波長可変レーザであると評
価されている。
６１が設けてある。また、埋め込み層６０上には、高濃
度ドープ側方接触層６２を介してｎ側電極６３が設けて
ある。また、ｐ−ＩｎＰ半導体基板５１の裏面には、第
１ｐ側電極６４が設けてある。図４中、６５が絶縁膜で
ある。第１ｐ側電極６４とｎ側電極６３との対が共振器
構造の電極であり、第２ｐ側電極６１とｎ側電極６３と
の対が波長可変層への電流注入のための電極である。以
上の構成により、ＴＴＧレーザは、１０ｎｍ程度の可変
幅を有し、モード飛びのない波長可変レーザであると評
価されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
ＴＴＧレーザは、モード飛びのない波長可変レーザを実
現している。しかし、このＴＴＧレーザは、レーザ特性
及び波長可変特性が実用的に満足できるレベルに達して
いないという問題があった。そこで、本発明の目的は、
レーザ特性、波長可変特性が良好なＴＴＧレーザ型の波
長可変半導体レーザ装置を提供することである。
ＴＴＧレーザは、モード飛びのない波長可変レーザを実
現している。しかし、このＴＴＧレーザは、レーザ特性
及び波長可変特性が実用的に満足できるレベルに達して
いないという問題があった。そこで、本発明の目的は、
レーザ特性、波長可変特性が良好なＴＴＧレーザ型の波
長可変半導体レーザ装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明者は、従来のＴＴ
Ｇレーザのレーザ特性及び波長可変特性が満足できるレ
ベルに達していない原因の一つは、活性層への電流注入
の電流ブロック構造や波長可変層への電流注入の電流ブ
ロック構造の電流ブロック機能が良好でないことにある
と考え、種々の実験の末に、本発明を完成するに到っ
た。
Ｇレーザのレーザ特性及び波長可変特性が満足できるレ
ベルに達していない原因の一つは、活性層への電流注入
の電流ブロック構造や波長可変層への電流注入の電流ブ
ロック構造の電流ブロック機能が良好でないことにある
と考え、種々の実験の末に、本発明を完成するに到っ
た。
【００１３】上記目的を達成するために、本発明に係る
波長可変半導体レーザ装置は、第１導電型の半導体基板
上に形成された、第１導電型の第１上部クラッド層と、
第１導電型の下部クラッド層と、前記第１上部クラッド
層と前記下部クラッド層との間に挟まれた波長可変層及
び活性層と、前記波長可変層と前記活性層との間に挟ま
れた第２導電型の中間層と、前記活性層と前記下部クラ
ッド層との間に、又は前記下部クラッド層中に配設され
た回折格子とを有する積層構造からなるメサと、前記メ
サの両側を埋め込む第２導電型のコンタクト層と、前記
コンタクト層の両側及び上面を埋め込むと共に該コンタ
クト層の一部を露出させる埋め込み層と、前記メサの上
面及び前記埋め込み層上に設けられた第１導電型の第２
上部クラッド層と、前記第２上部クラッド層の上面及び
前記半導体基板の裏面に夫々設けられた、第１及び第２
の第１導電側電極と、前記コンタクト層の露出部分に設
けられた第２導電側電極とを備えることを特徴としてい
る。
波長可変半導体レーザ装置は、第１導電型の半導体基板
上に形成された、第１導電型の第１上部クラッド層と、
第１導電型の下部クラッド層と、前記第１上部クラッド
層と前記下部クラッド層との間に挟まれた波長可変層及
び活性層と、前記波長可変層と前記活性層との間に挟ま
れた第２導電型の中間層と、前記活性層と前記下部クラ
ッド層との間に、又は前記下部クラッド層中に配設され
た回折格子とを有する積層構造からなるメサと、前記メ
サの両側を埋め込む第２導電型のコンタクト層と、前記
コンタクト層の両側及び上面を埋め込むと共に該コンタ
クト層の一部を露出させる埋め込み層と、前記メサの上
面及び前記埋め込み層上に設けられた第１導電型の第２
上部クラッド層と、前記第２上部クラッド層の上面及び
前記半導体基板の裏面に夫々設けられた、第１及び第２
の第１導電側電極と、前記コンタクト層の露出部分に設
けられた第２導電側電極とを備えることを特徴としてい
る。
【００１４】本発明では、回折格子を活性層の下部に配
設したことにより、第１上部クラッド層の膜厚を薄くす
ることでき、第１上部クラッド層からコンタクト層へ漏
れるリーク電流を抑制し、活性層及び波長可変層への電
流注入効率を高め、レーザ特性及び波長可変特性の良好
な波長可変半導体レーザ装置を実現することができる。
設したことにより、第１上部クラッド層の膜厚を薄くす
ることでき、第１上部クラッド層からコンタクト層へ漏
れるリーク電流を抑制し、活性層及び波長可変層への電
流注入効率を高め、レーザ特性及び波長可変特性の良好
な波長可変半導体レーザ装置を実現することができる。
【００１５】本発明の好適な実施態様では、前記第１上
部クラッド層がｐ型であり、かつ前記第１上部クラッド
層のキャリア濃度が７×１０17ｃｍ-3〜２×１０18ｃｍ
-3の範囲にあり、かつ膜厚が０．３μｍ以下である。第
１上部クラッド層の膜厚を上記値にすることにより、第
１上部クラッド層からコンタクト層へのリーク電流を最
も効果的に抑制することができ、活性層及び波長可変層
への電流注入効率を更に高めることができる。また、第
１上部クラッド層のキャリア濃度を上記範囲に設定する
ことにより、波長可変半導体レーザ装置の素子抵抗を大
幅に低減することができる。
部クラッド層がｐ型であり、かつ前記第１上部クラッド
層のキャリア濃度が７×１０17ｃｍ-3〜２×１０18ｃｍ
-3の範囲にあり、かつ膜厚が０．３μｍ以下である。第
１上部クラッド層の膜厚を上記値にすることにより、第
１上部クラッド層からコンタクト層へのリーク電流を最
も効果的に抑制することができ、活性層及び波長可変層
への電流注入効率を更に高めることができる。また、第
１上部クラッド層のキャリア濃度を上記範囲に設定する
ことにより、波長可変半導体レーザ装置の素子抵抗を大
幅に低減することができる。
【００１６】本発明の好適な実施態様では、前記埋め込
み層は、順次に堆積された第１導電型の第１電流ブロッ
ク層及び第２導電型の第２電流ブロック層を含む。埋め
込み層が、第１導電型の第１電流ブロック層と第２導電
型の第２電流ブロック層とを含むことにより、第２上部
クラッド層／第２電流ブロック層／第１電流ブロック層
／コンタクト層の電流ブロック構造が形成され、第１電
流ブロック層と第２電流ブロック層との間に形成される
ｐｎ接合に逆方向電圧が印加されるようにして電流をブ
ロックし、活性層及び波長可変層への電流注入効率を更
に高めることができる。
み層は、順次に堆積された第１導電型の第１電流ブロッ
ク層及び第２導電型の第２電流ブロック層を含む。埋め
込み層が、第１導電型の第１電流ブロック層と第２導電
型の第２電流ブロック層とを含むことにより、第２上部
クラッド層／第２電流ブロック層／第１電流ブロック層
／コンタクト層の電流ブロック構造が形成され、第１電
流ブロック層と第２電流ブロック層との間に形成される
ｐｎ接合に逆方向電圧が印加されるようにして電流をブ
ロックし、活性層及び波長可変層への電流注入効率を更
に高めることができる。
【００１７】本発明の好適な実施態様では、前記第１電
流ブロック層は、前記第２電流ブロック層とコンタクト
層との間のリーク電流を阻止するのに十分な厚みを有す
る。第１電流ブロック層が十分な厚みを有することによ
り、メサ側部の上部近傍で、コンタクト層から第１電流
ブロック層を介して第２電流ブロック層へ、更にこれか
ら第２上部クラッド層へ漏れるリーク電流を抑制するこ
とができ、活性層及び波長可変層への電流注入効率を更
に高めることができる。この厚みとしては、約０．２μ
ｍ以上であればよい。
流ブロック層は、前記第２電流ブロック層とコンタクト
層との間のリーク電流を阻止するのに十分な厚みを有す
る。第１電流ブロック層が十分な厚みを有することによ
り、メサ側部の上部近傍で、コンタクト層から第１電流
ブロック層を介して第２電流ブロック層へ、更にこれか
ら第２上部クラッド層へ漏れるリーク電流を抑制するこ
とができ、活性層及び波長可変層への電流注入効率を更
に高めることができる。この厚みとしては、約０．２μ
ｍ以上であればよい。
【００１８】本発明の好適な実施態様では、前記コンタ
クト層と前記下部クラッド層との間、前記コンタクト層
と前記電流ブロック層との間、前記電流ブロック層と前
記第２上部クラッド層との間の少なくとも１箇所に介在
する、Ａｌを含む半導体層のＡｌを酸化してなるＡｌ酸
化層を更に備える。Ａｌ酸化層を備えることにより、電
流ブロック構造における電流ブロック機能を高め、活性
層及び波長可変層への電流注入効率を更に高めることが
できる。本発明の好適な実施態様では、前記電流ブロッ
ク層内の前記第２導電側電極に対向する位置に延在す
る、Ａｌを含む半導体層のＡｌを酸化してなるＡｌ酸化
層を更に備える。この位置にＡｌ酸化層を備えることに
より、上記と同様の効果が得られる。
クト層と前記下部クラッド層との間、前記コンタクト層
と前記電流ブロック層との間、前記電流ブロック層と前
記第２上部クラッド層との間の少なくとも１箇所に介在
する、Ａｌを含む半導体層のＡｌを酸化してなるＡｌ酸
化層を更に備える。Ａｌ酸化層を備えることにより、電
流ブロック構造における電流ブロック機能を高め、活性
層及び波長可変層への電流注入効率を更に高めることが
できる。本発明の好適な実施態様では、前記電流ブロッ
ク層内の前記第２導電側電極に対向する位置に延在す
る、Ａｌを含む半導体層のＡｌを酸化してなるＡｌ酸化
層を更に備える。この位置にＡｌ酸化層を備えることに
より、上記と同様の効果が得られる。
【００１９】本発明は、特に前記活性層の閉じ込め係数
が３％以上で、前記回折格子の結合係数が３０ｃｍ-1以
上で、前記波長可変層の閉じ込め係数が３０％以上であ
る波長可変半導体レーザ装置に適用することにより、良
好な効果が得られる。
が３％以上で、前記回折格子の結合係数が３０ｃｍ-1以
上で、前記波長可変層の閉じ込め係数が３０％以上であ
る波長可変半導体レーザ装置に適用することにより、良
好な効果が得られる。
【００２０】本発明の好適な実施態様では、前記半導体
基板の前記第２導電側電極に対向する位置に形成された
第２導電型の第３電流ブロック層を更に備える。第３電
流ブロック層を備えることにより、半導体基板／第３電
流ブロック層／下部クラッド層／コンタクト層の電流ブ
ロック構造が形成され、第３電流ブロック層と下部クラ
ッド層との間に形成されるｐｎ接合に逆方向電圧が印加
されるようにして電流をブロックし、活性層及び波長可
変層への電流注入効率を更に高めることができる。
基板の前記第２導電側電極に対向する位置に形成された
第２導電型の第３電流ブロック層を更に備える。第３電
流ブロック層を備えることにより、半導体基板／第３電
流ブロック層／下部クラッド層／コンタクト層の電流ブ
ロック構造が形成され、第３電流ブロック層と下部クラ
ッド層との間に形成されるｐｎ接合に逆方向電圧が印加
されるようにして電流をブロックし、活性層及び波長可
変層への電流注入効率を更に高めることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照し、実施
形態例を挙げ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 本実施形態例は、本発明に係る波長可変半導体レーザ装
置の実施形態の一例であって、図１は本実施形態例の波
長可変半導体レーザ装置の構成を示す断面図である。波
長可変半導体レーザ装置１０は、ｎ−ＩｎＰ電流ブロッ
ク層１２として機能する０．５μｍ厚みのｎ型拡散層が
形成されたｐ−ＩｎＰ基板１１を有し、そのｐ−ＩｎＰ
基板１１上に順次に形成された、膜厚２μｍのｐ−Ｉｎ
Ｐ下部クラッド層１３、膜厚０．３μｍの波長可変層
（チューニング層）１４、キャリア濃度１×１０18ｃｍ
-3で膜厚０．１μｍのｎ−ＩｎＰ第１中間層１５、ｎ−
回折格子１６、及び回折格子１６を埋め込んだキャリア
濃度１×１０18ｃｍ-3で膜厚０．１μｍのｎ−ＩｎＰ第
２中間層１７、ＭＱＷ活性層１８、及び、キャリア濃度
１×１０18ｃｍ-3で膜厚０．２５μｍのｐ−ＩｎＰ第１
上部クラッド層１９から成る積層構造を有する。ｐ−Ｉ
ｎＰ下部クラッド層１３の一部、及び波長可変層１４か
ら上の積層構造は、幅１．２μｍのストライプ状メサと
して形成される。
形態例を挙げ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 本実施形態例は、本発明に係る波長可変半導体レーザ装
置の実施形態の一例であって、図１は本実施形態例の波
長可変半導体レーザ装置の構成を示す断面図である。波
長可変半導体レーザ装置１０は、ｎ−ＩｎＰ電流ブロッ
ク層１２として機能する０．５μｍ厚みのｎ型拡散層が
形成されたｐ−ＩｎＰ基板１１を有し、そのｐ−ＩｎＰ
基板１１上に順次に形成された、膜厚２μｍのｐ−Ｉｎ
Ｐ下部クラッド層１３、膜厚０．３μｍの波長可変層
（チューニング層）１４、キャリア濃度１×１０18ｃｍ
-3で膜厚０．１μｍのｎ−ＩｎＰ第１中間層１５、ｎ−
回折格子１６、及び回折格子１６を埋め込んだキャリア
濃度１×１０18ｃｍ-3で膜厚０．１μｍのｎ−ＩｎＰ第
２中間層１７、ＭＱＷ活性層１８、及び、キャリア濃度
１×１０18ｃｍ-3で膜厚０．２５μｍのｐ−ＩｎＰ第１
上部クラッド層１９から成る積層構造を有する。ｐ−Ｉ
ｎＰ下部クラッド層１３の一部、及び波長可変層１４か
ら上の積層構造は、幅１．２μｍのストライプ状メサと
して形成される。
【００２２】メサの両側面及びメサの底部から延びるｐ
−ＩｎＰ下部クラッド層１３上には、キャリア濃度が２
×１０18ｃｍ-3で、メサ側部近傍を除いて一定の膜厚
０．６μｍを有するｎ−ＩｎＰコンタクト層２０が設け
られている。ｎ−ＩｎＰコンタクト層２０の両側部及び
上面は、キャリア濃度が１．５×１０18ｃｍ-3で、メサ
側部近傍を除いて一定の膜厚０．６μｍを有するｐ−Ｉ
ｎＰ電流ブロック層２１、及び、キャリア濃度が２×１
０18ｃｍ-3で、メサ側部近傍を除いて一定の膜厚０．６
μｍを有するｎ−ＩｎＰ電流ブロック層２２で埋め込ま
れる。ｐ−ＩｎＰ電流ブロック層２１は、メサ近傍を含
む全ての領域で、ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層２２とｎ−
ＩｎＰコンタクト層２０との間のリーク電流を阻止する
のに十分な厚みを有する。ｐ−ＩｎＰ電流ブロック層２
１の外側には、ｎ−ＩｎＰコンタクト層２０が一部露出
している。
−ＩｎＰ下部クラッド層１３上には、キャリア濃度が２
×１０18ｃｍ-3で、メサ側部近傍を除いて一定の膜厚
０．６μｍを有するｎ−ＩｎＰコンタクト層２０が設け
られている。ｎ−ＩｎＰコンタクト層２０の両側部及び
上面は、キャリア濃度が１．５×１０18ｃｍ-3で、メサ
側部近傍を除いて一定の膜厚０．６μｍを有するｐ−Ｉ
ｎＰ電流ブロック層２１、及び、キャリア濃度が２×１
０18ｃｍ-3で、メサ側部近傍を除いて一定の膜厚０．６
μｍを有するｎ−ＩｎＰ電流ブロック層２２で埋め込ま
れる。ｐ−ＩｎＰ電流ブロック層２１は、メサ近傍を含
む全ての領域で、ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層２２とｎ−
ＩｎＰコンタクト層２０との間のリーク電流を阻止する
のに十分な厚みを有する。ｐ−ＩｎＰ電流ブロック層２
１の外側には、ｎ−ＩｎＰコンタクト層２０が一部露出
している。
【００２３】ｐ−ＩｎＰ第１上部クラッド層１９、ｐ−
ＩｎＰ電流ブロック層２１の露出面、及びｎ−ＩｎＰ電
流ブロック層２２上には、ｐ−ＩｎＰ第２上部クラッド
層２３、及びｐ−ＩｎＰキャップ層２４が順次に積層さ
れている。ｐ−ＩｎＰキャップ層２４の上面及びｐ−Ｉ
ｎＰ基板１１の裏面には夫々、第１ｐ側電極２５及び第
２ｐ側電極２６として、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの金属積層膜
が設けられている。また、外部に露出しているｎ−Ｉｎ
Ｐコンタクト層２０上には、ｎ側電極２７として、Ａｕ
Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕの金属積層膜が設けてある。本実施形
態例の波長可変半導体レーザ装置１０では、ＭＱＷ活性
層１８への電流注入は第１ｐ側電極２５とｎ側電極２７
とにより行われ、また、波長可変層１４への電流注入は
第２ｐ側電極２６とｎ側電極２７とにより行われる。
ＩｎＰ電流ブロック層２１の露出面、及びｎ−ＩｎＰ電
流ブロック層２２上には、ｐ−ＩｎＰ第２上部クラッド
層２３、及びｐ−ＩｎＰキャップ層２４が順次に積層さ
れている。ｐ−ＩｎＰキャップ層２４の上面及びｐ−Ｉ
ｎＰ基板１１の裏面には夫々、第１ｐ側電極２５及び第
２ｐ側電極２６として、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの金属積層膜
が設けられている。また、外部に露出しているｎ−Ｉｎ
Ｐコンタクト層２０上には、ｎ側電極２７として、Ａｕ
Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕの金属積層膜が設けてある。本実施形
態例の波長可変半導体レーザ装置１０では、ＭＱＷ活性
層１８への電流注入は第１ｐ側電極２５とｎ側電極２７
とにより行われ、また、波長可変層１４への電流注入は
第２ｐ側電極２６とｎ側電極２７とにより行われる。
【００２４】ｐ−ＩｎＰ電流ブロック層２１とｎ−Ｉｎ
Ｐ電流ブロック層２２とを積層して設けたことにより、
ｐ−ＩｎＰ第２上部クラッド層２３／ｎ−ＩｎＰ電流ブ
ロック層２２／ｐ−ＩｎＰ電流ブロック層２１／ｎ−Ｉ
ｎＰコンタクト層２０からなる電流ブロック構造が形成
される。これによって、メサ側部のｎ側電極２７を設け
た側のｐ−ＩｎＰ電流ブロック層２１とｎ−ＩｎＰ電流
ブロック層２２で形成されるｐｎ接合に逆方向電圧が印
可されるようにして電流をブロックし、活性層及び波長
可変層への電流注入効率を高める。また、ｎ−ＩｎＰ電
流ブロック層１２は、ｐ−ＩｎＰ基板１１の表面部分で
あって、ｎ側電極２７に対向する位置に形成され、ｐ−
ＩｎＰ基板１１／ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層１２／ｐ−
ＩｎＰ下部クラッド層１３／ｎ−ＩｎＰコンタクト層２
０からなる電流ブロック構造を形成する。ｎ−ＩｎＰ電
流ブロック層１２とｐ−ＩｎＰ下部クラッド層１３とで
形成されるｐｎ接合に逆方向電圧が印可されるようにし
て電流をブロックし、活性層及び波長可変層への電流注
入効率を更に高める。
Ｐ電流ブロック層２２とを積層して設けたことにより、
ｐ−ＩｎＰ第２上部クラッド層２３／ｎ−ＩｎＰ電流ブ
ロック層２２／ｐ−ＩｎＰ電流ブロック層２１／ｎ−Ｉ
ｎＰコンタクト層２０からなる電流ブロック構造が形成
される。これによって、メサ側部のｎ側電極２７を設け
た側のｐ−ＩｎＰ電流ブロック層２１とｎ−ＩｎＰ電流
ブロック層２２で形成されるｐｎ接合に逆方向電圧が印
可されるようにして電流をブロックし、活性層及び波長
可変層への電流注入効率を高める。また、ｎ−ＩｎＰ電
流ブロック層１２は、ｐ−ＩｎＰ基板１１の表面部分で
あって、ｎ側電極２７に対向する位置に形成され、ｐ−
ＩｎＰ基板１１／ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層１２／ｐ−
ＩｎＰ下部クラッド層１３／ｎ−ＩｎＰコンタクト層２
０からなる電流ブロック構造を形成する。ｎ−ＩｎＰ電
流ブロック層１２とｐ−ＩｎＰ下部クラッド層１３とで
形成されるｐｎ接合に逆方向電圧が印可されるようにし
て電流をブロックし、活性層及び波長可変層への電流注
入効率を更に高める。
【００２５】更に、ｐ−ＩｎＰ第１上部クラッド層１９
の膜厚を充分に薄くすることにより、ｐ−ＩｎＰ第１上
部クラッド層１９からｎ−ＩｎＰコンタクト層２０への
リーク電流を抑制し、活性層及び波長可変層への電流注
入効率を更に高める。また、ｐ−ＩｎＰ第１上部クラッ
ド層１９のキャリア濃度として前述の値を採ることによ
り、素子抵抗を大幅に低減する。更に、ｐ−ＩｎＰ電流
ブロック層２１が、メサ側部近傍を含む全ての領域で、
十分な厚みを有することにより、ｎ−ＩｎＰコンタクト
層２０からｐ−ＩｎＰ電流ブロック層２１を介してｎ−
ＩｎＰ電流ブロック層２２へ、更にｐ−ＩｎＰ第２上部
クラッド層２３へ漏れるリーク電流を抑制し、活性層及
び波長可変層への電流注入効率を更に高める。
の膜厚を充分に薄くすることにより、ｐ−ＩｎＰ第１上
部クラッド層１９からｎ−ＩｎＰコンタクト層２０への
リーク電流を抑制し、活性層及び波長可変層への電流注
入効率を更に高める。また、ｐ−ＩｎＰ第１上部クラッ
ド層１９のキャリア濃度として前述の値を採ることによ
り、素子抵抗を大幅に低減する。更に、ｐ−ＩｎＰ電流
ブロック層２１が、メサ側部近傍を含む全ての領域で、
十分な厚みを有することにより、ｎ−ＩｎＰコンタクト
層２０からｐ−ＩｎＰ電流ブロック層２１を介してｎ−
ＩｎＰ電流ブロック層２２へ、更にｐ−ＩｎＰ第２上部
クラッド層２３へ漏れるリーク電流を抑制し、活性層及
び波長可変層への電流注入効率を更に高める。
【００２６】本実施形態例の波長可変半導体レーザ装置
１０は、電流ブロック構造として、上述の構成を採るこ
とにより、活性層及び波長可変層への電流注入効率を高
め、レーザ特性及び波長可変特性の良好な波長可変半導
体レーザ装置を実現している。
１０は、電流ブロック構造として、上述の構成を採るこ
とにより、活性層及び波長可変層への電流注入効率を高
め、レーザ特性及び波長可変特性の良好な波長可変半導
体レーザ装置を実現している。
【００２７】上記実施形態例の波長可変半導体レーザ装
置１０では、ｐ−ＩｎＰ電流ブロック層２１及びｎ−Ｉ
ｎＰ電流ブロック層２２でコンタクト層２０の両側及び
上面を埋め込んだが、これに代えて、Ｆｅドープ高抵抗
層とｎ−電流ブロック層で埋め込んでも同様の効果が得
られる。また、ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層１２を設ける
領域は、第２ｐ側電極２６からｎ側電極２７に向かう電
流の通路を確保するため、メサの下部を除いた領域であ
ればよい。更に、波長可変半導体レーザ装置１０で、メ
サ側部のｎ側電極２７を設けた側のｎ−ＩｎＰコンタク
ト層２０とｐ−ＩｎＰ下部クラッド層１３との間、ｎ側
電極２７を設けた側のｎ−ＩｎＰコンタクト層２０とｐ
−ＩｎＰ電流ブロック層２１との間、ｎ側電極２７を設
けた側のｐ−ＩｎＰ電流ブロック層２１とｎ−ＩｎＰ電
流ブロック層２２との間、ｎ側電極２７を設けた側のｎ
−ＩｎＰ電流ブロック層２２とｐ−ＩｎＰ第２上部クラ
ッド層２３との間、ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層１２とｐ
−ＩｎＰ下部クラッド層１３との間の少なくとも１箇所
に、ＡｌＡｓ層などのＡｌを含む半導体層のＡｌを酸化
してなるＡｌ酸化層を備えることにより、電流ブロック
構造の効率を更に高めることができる。或いは、これに
代えて、ｎ側電極２７を設けた側のｐ−ＩｎＰ電流ブロ
ック層２１内、ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層２２内にこの
Ａｌ酸化層を設けてもよい。
置１０では、ｐ−ＩｎＰ電流ブロック層２１及びｎ−Ｉ
ｎＰ電流ブロック層２２でコンタクト層２０の両側及び
上面を埋め込んだが、これに代えて、Ｆｅドープ高抵抗
層とｎ−電流ブロック層で埋め込んでも同様の効果が得
られる。また、ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層１２を設ける
領域は、第２ｐ側電極２６からｎ側電極２７に向かう電
流の通路を確保するため、メサの下部を除いた領域であ
ればよい。更に、波長可変半導体レーザ装置１０で、メ
サ側部のｎ側電極２７を設けた側のｎ−ＩｎＰコンタク
ト層２０とｐ−ＩｎＰ下部クラッド層１３との間、ｎ側
電極２７を設けた側のｎ−ＩｎＰコンタクト層２０とｐ
−ＩｎＰ電流ブロック層２１との間、ｎ側電極２７を設
けた側のｐ−ＩｎＰ電流ブロック層２１とｎ−ＩｎＰ電
流ブロック層２２との間、ｎ側電極２７を設けた側のｎ
−ＩｎＰ電流ブロック層２２とｐ−ＩｎＰ第２上部クラ
ッド層２３との間、ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層１２とｐ
−ＩｎＰ下部クラッド層１３との間の少なくとも１箇所
に、ＡｌＡｓ層などのＡｌを含む半導体層のＡｌを酸化
してなるＡｌ酸化層を備えることにより、電流ブロック
構造の効率を更に高めることができる。或いは、これに
代えて、ｎ側電極２７を設けた側のｐ−ＩｎＰ電流ブロ
ック層２１内、ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層２２内にこの
Ａｌ酸化層を設けてもよい。
【００２８】図１を更に参照して、本実施形態例の波長
可変半導体レーザ装置１０の作製方法を説明する。ま
ず、ｐ−ＩｎＰ基板１１上にＳｉＮ膜（図示なし）を塗
布形成し、このＳｉＮ膜上にレジストパターンを転写
し、ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層１２を形成する領域以外
の領域を覆う幅１０μｍのＳｉＮマスク（図示なし）を
形成する。ＳｉＮマスクをエッチングマスクとするドラ
イエッチングにより、ｐ−ＩｎＰ基板１１を深さ０．５
μｍでエッチングする。エッチングガスには、塩酸系の
ものを用いる。次いで、ＳｉＮマスクを選択成長マスク
とする選択成長法により、ｐ−ＩｎＰ基板１１をエッチ
ングした領域にｎ−ＩｎＰ電流ブロック層１２を埋め込
む。その後ＳｉＮマスクを除去する。
可変半導体レーザ装置１０の作製方法を説明する。ま
ず、ｐ−ＩｎＰ基板１１上にＳｉＮ膜（図示なし）を塗
布形成し、このＳｉＮ膜上にレジストパターンを転写
し、ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層１２を形成する領域以外
の領域を覆う幅１０μｍのＳｉＮマスク（図示なし）を
形成する。ＳｉＮマスクをエッチングマスクとするドラ
イエッチングにより、ｐ−ＩｎＰ基板１１を深さ０．５
μｍでエッチングする。エッチングガスには、塩酸系の
ものを用いる。次いで、ＳｉＮマスクを選択成長マスク
とする選択成長法により、ｐ−ＩｎＰ基板１１をエッチ
ングした領域にｎ−ＩｎＰ電流ブロック層１２を埋め込
む。その後ＳｉＮマスクを除去する。
【００２９】次いで、ｐ−ＩｎＰ基板１１の露出面上及
びｎ−ＩｎＰ電流ブロック層１２の上面に、順次に、膜
厚が２μｍのｐ−ＩｎＰ下部クラッド層１３、膜厚が
０．３μｍの波長可変層１４、キャリア濃度が１×１０
18ｃｍ-3で、膜厚が０．１μｍのｎ−ＩｎＰ第１中間層
１５、及びｎ−回折格子形成層（図示なし）を成長させ
る。成長には、ＭＯＣＶＤ法等を用いる。ｎ−回折格子
形成層をエッチングして、回折格子１６を形成し、続い
て、回折格子１６を埋め込みつつ、順次に、キャリア濃
度が１×１０18ｃｍ-3で、膜厚が０．１μｍのｎ−Ｉｎ
Ｐ第２中間層１７、ＭＱＷ活性層１８、キャリア濃度が
１×１０18ｃｍ-3で、膜厚が０．２５μｍの第１上部ク
ラッド層１９を成長させて、積層構造を形成する。
びｎ−ＩｎＰ電流ブロック層１２の上面に、順次に、膜
厚が２μｍのｐ−ＩｎＰ下部クラッド層１３、膜厚が
０．３μｍの波長可変層１４、キャリア濃度が１×１０
18ｃｍ-3で、膜厚が０．１μｍのｎ−ＩｎＰ第１中間層
１５、及びｎ−回折格子形成層（図示なし）を成長させ
る。成長には、ＭＯＣＶＤ法等を用いる。ｎ−回折格子
形成層をエッチングして、回折格子１６を形成し、続い
て、回折格子１６を埋め込みつつ、順次に、キャリア濃
度が１×１０18ｃｍ-3で、膜厚が０．１μｍのｎ−Ｉｎ
Ｐ第２中間層１７、ＭＱＷ活性層１８、キャリア濃度が
１×１０18ｃｍ-3で、膜厚が０．２５μｍの第１上部ク
ラッド層１９を成長させて、積層構造を形成する。
【００３０】次いで、メサ幅が１．２μｍになり、かつ
ｐ−ＩｎＰ下部クラッド層１３が薄く残るように積層構
造をエッチングすることによって、メサストライプを形
成する。続いて、メサの両側部及びメサの両側部のｐ−
ＩｎＰ下部クラッド層１３上に、キャリア濃度が２×１
０18ｃｍ-3で、メサ側部近傍を除く膜厚が０．６μｍの
ｎ−ＩｎＰコンタクト層２０、キャリア濃度が１．５×
１０18ｃｍ-3で、メサ側部近傍を除く膜厚が０．６μｍ
のｐ−ＩｎＰ電流ブロック層２１、及びキャリア濃度が
２×１０18ｃｍ-3で、メサ側部近傍を除く膜厚が０．６
μｍのｎ−ＩｎＰ電流ブロック層２２を成長させて、メ
サを埋め込む。このときｐ−ＩｎＰ電流ブロック層２１
は、メサ側部近傍を含む全ての領域で、ｎ−ＩｎＰ電流
ブロック層２２とｎ−ＩｎＰコンタクト層２０との間の
リーク電流を阻止するのに十分な厚みを有するように埋
め込む。続いて、全面に、ｐ−ＩｎＰ第２上部クラッド
層２３、ｐ−ＩｎＰキャップ層２４を成長させる。
ｐ−ＩｎＰ下部クラッド層１３が薄く残るように積層構
造をエッチングすることによって、メサストライプを形
成する。続いて、メサの両側部及びメサの両側部のｐ−
ＩｎＰ下部クラッド層１３上に、キャリア濃度が２×１
０18ｃｍ-3で、メサ側部近傍を除く膜厚が０．６μｍの
ｎ−ＩｎＰコンタクト層２０、キャリア濃度が１．５×
１０18ｃｍ-3で、メサ側部近傍を除く膜厚が０．６μｍ
のｐ−ＩｎＰ電流ブロック層２１、及びキャリア濃度が
２×１０18ｃｍ-3で、メサ側部近傍を除く膜厚が０．６
μｍのｎ−ＩｎＰ電流ブロック層２２を成長させて、メ
サを埋め込む。このときｐ−ＩｎＰ電流ブロック層２１
は、メサ側部近傍を含む全ての領域で、ｎ−ＩｎＰ電流
ブロック層２２とｎ−ＩｎＰコンタクト層２０との間の
リーク電流を阻止するのに十分な厚みを有するように埋
め込む。続いて、全面に、ｐ−ＩｎＰ第２上部クラッド
層２３、ｐ−ＩｎＰキャップ層２４を成長させる。
【００３１】次いで、メサ幅より大きな幅で、ｐ−Ｉｎ
Ｐキャップ層２４、ｐ−ＩｎＰ第２上部クラッド層２
３、ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層２２、及びｐ−ＩｎＰ電
流ブロック層２１をエッチングして、ｎ−ＩｎＰコンタ
クト層２０を露出させる。ｐ−ＩｎＰキャップ層２４上
及びｐ−ＩｎＰ基板１１の裏面に、第１ｐ側電極２５及
び第２ｐ側電極２６として、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの金属積
層膜を設け、また、露出しているｎ−ＩｎＰコンタクト
層２０上に、ｎ側電極２７として、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａ
ｕの金属積層膜を設ける。
Ｐキャップ層２４、ｐ−ＩｎＰ第２上部クラッド層２
３、ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層２２、及びｐ−ＩｎＰ電
流ブロック層２１をエッチングして、ｎ−ＩｎＰコンタ
クト層２０を露出させる。ｐ−ＩｎＰキャップ層２４上
及びｐ−ＩｎＰ基板１１の裏面に、第１ｐ側電極２５及
び第２ｐ側電極２６として、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの金属積
層膜を設け、また、露出しているｎ−ＩｎＰコンタクト
層２０上に、ｎ側電極２７として、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａ
ｕの金属積層膜を設ける。
【００３２】本実施形態例の波長可変半導体レーザ装置
１０を試作した。埋め込み層の構造によって波長可変層
１４及びＭＱＷ活性層１８への電流注入効率を高めたこ
とにより、通常でのしきい値電流は１５ｍＡと良好であ
った。「通常での」とは、共振器長が４００μｍで、Ａ
Ｒ膜及びＨＲ膜を共振器構造の端面に有する波長可変半
導体レーザ装置１０のしきい値電流を室温で測定した値
を言う。また、本実施形態例の波長可変半導体レーザ装
置１０では、ｎ−回折格子１６の結合係数が５０ｃ
ｍ-1、ＭＱＷ活性層１８の閉じ込め係数が４％、波長可
変層１４の閉じ込め係数が４０％であった。更に、波長
可変層１４に電流注入を行い、注入電流の電流値５０ｍ
Ａで６．５ｎｍの波長可変幅を達成できることを確認し
た。これは、波長可変層１４への電流注入効率が、前述
のように電流ブロックの効果を高めたことにより著しく
向上したことによる。更に、波長可変半導体レーザ装置
１０の抵抗−電流特性を調べたところ、図６のグラフ
（ｉ）のようになり、素子抵抗が電流値約３０ｍＡ程度
までに大きく低下し５Ω程度となり、これ以上の電流値
で安定する特性が得られた。
１０を試作した。埋め込み層の構造によって波長可変層
１４及びＭＱＷ活性層１８への電流注入効率を高めたこ
とにより、通常でのしきい値電流は１５ｍＡと良好であ
った。「通常での」とは、共振器長が４００μｍで、Ａ
Ｒ膜及びＨＲ膜を共振器構造の端面に有する波長可変半
導体レーザ装置１０のしきい値電流を室温で測定した値
を言う。また、本実施形態例の波長可変半導体レーザ装
置１０では、ｎ−回折格子１６の結合係数が５０ｃ
ｍ-1、ＭＱＷ活性層１８の閉じ込め係数が４％、波長可
変層１４の閉じ込め係数が４０％であった。更に、波長
可変層１４に電流注入を行い、注入電流の電流値５０ｍ
Ａで６．５ｎｍの波長可変幅を達成できることを確認し
た。これは、波長可変層１４への電流注入効率が、前述
のように電流ブロックの効果を高めたことにより著しく
向上したことによる。更に、波長可変半導体レーザ装置
１０の抵抗−電流特性を調べたところ、図６のグラフ
（ｉ）のようになり、素子抵抗が電流値約３０ｍＡ程度
までに大きく低下し５Ω程度となり、これ以上の電流値
で安定する特性が得られた。
【００３３】比較例１
本実施形態例の波長可変半導体レーザ装置１０の性能を
評価するために、実施形態例の波長可変半導体レーザ装
置１０における第１上部クラッド層１９のキャリア濃度
を１×１０18ｃｍ-3から５×１０17ｃｍ-3に変更した波
長可変半導体レーザ装置を比較例１のレーザ装置として
作製した。抵抗−電流特性を調べたところ、図７（ａ）
のグラフ（ii）のようになった。グラフ（ｉ）に前述の
波長可変半導体レーザ装置１０の抵抗−電流特性を示
す。同図より、波長可変半導体レーザ装置１０では、電
流値３０ｍＡ程度までに抵抗値が５Ω程度まで低下する
のに対して、比較例１のレーザ装置では、電流値３０ｍ
Ａ程度までに抵抗値が１０Ω程度までしか低下しない。
従って、本実施形態例の波長可変半導体レーザ装置１０
は、第１上部クラッド層１９のキャリア濃度を１×１０
18ｃｍ-3とした構成により、素子抵抗を大幅に低減して
いると言える。
評価するために、実施形態例の波長可変半導体レーザ装
置１０における第１上部クラッド層１９のキャリア濃度
を１×１０18ｃｍ-3から５×１０17ｃｍ-3に変更した波
長可変半導体レーザ装置を比較例１のレーザ装置として
作製した。抵抗−電流特性を調べたところ、図７（ａ）
のグラフ（ii）のようになった。グラフ（ｉ）に前述の
波長可変半導体レーザ装置１０の抵抗−電流特性を示
す。同図より、波長可変半導体レーザ装置１０では、電
流値３０ｍＡ程度までに抵抗値が５Ω程度まで低下する
のに対して、比較例１のレーザ装置では、電流値３０ｍ
Ａ程度までに抵抗値が１０Ω程度までしか低下しない。
従って、本実施形態例の波長可変半導体レーザ装置１０
は、第１上部クラッド層１９のキャリア濃度を１×１０
18ｃｍ-3とした構成により、素子抵抗を大幅に低減して
いると言える。
【００３４】比較例２
本実施形態例の波長可変半導体レーザ装置１０の性能を
評価するために、波長可変半導体レーザ装置１０におけ
る第１上部クラッド層１９の膜厚を２５０ｎｍから４０
０ｎｍに変更した波長可変半導体レーザ装置を比較例２
のレーザ装置として作製した。抵抗−電流特性を調べた
ところ、図７（ｂ）のグラフ（iii）のようになった。
グラフ（ｉ）に前述の波長可変半導体レーザ装置１０の
抵抗−電流特性を示す。同図より、波長可変半導体レー
ザ装置１０では、電流値３０ｍＡより大きい電流値で抵
抗値が安定しているのに対して、比較例２の試料では、
電流値３０ｍＡより大きい電流値でも減少が大きい。こ
れは、第１上部クラッド層１９からｎ−ＩｎＰコンタク
ト層２０へ漏れるリーク電流が発生しているためと考え
られる。従って、本実施形態例の波長可変半導体レーザ
装置１０は、第１上部クラッド層１９の膜厚を２５０ｎ
ｍとした構成により、第１上部クラッド層１９からｎ−
ＩｎＰコンタクト層２０へのリーク電流を効果的に抑制
していると言える。
評価するために、波長可変半導体レーザ装置１０におけ
る第１上部クラッド層１９の膜厚を２５０ｎｍから４０
０ｎｍに変更した波長可変半導体レーザ装置を比較例２
のレーザ装置として作製した。抵抗−電流特性を調べた
ところ、図７（ｂ）のグラフ（iii）のようになった。
グラフ（ｉ）に前述の波長可変半導体レーザ装置１０の
抵抗−電流特性を示す。同図より、波長可変半導体レー
ザ装置１０では、電流値３０ｍＡより大きい電流値で抵
抗値が安定しているのに対して、比較例２の試料では、
電流値３０ｍＡより大きい電流値でも減少が大きい。こ
れは、第１上部クラッド層１９からｎ−ＩｎＰコンタク
ト層２０へ漏れるリーク電流が発生しているためと考え
られる。従って、本実施形態例の波長可変半導体レーザ
装置１０は、第１上部クラッド層１９の膜厚を２５０ｎ
ｍとした構成により、第１上部クラッド層１９からｎ−
ＩｎＰコンタクト層２０へのリーク電流を効果的に抑制
していると言える。
【００３５】比較例３
本実施形態例の波長可変半導体レーザ装置１０の性能を
評価するために、図５に示す比較例３の波長可変半導体
レーザ装置７０を試作した。波長可変半導体レーザ装置
７０は、実施形態例の波長可変半導体レーザ装置１０に
おけるｐ−ＩｎＰ電流ブロック層２１とｎ−ＩｎＰ電流
ブロック層２２に代えて、ｐ−ＩｎＰ電流ブロック層７
１とｎ−ＩｎＰ電流ブロック層７２を有する。また、ｎ
−ＩｎＰコンタクト層２０、ｐ−ＩｎＰ電流ブロック層
７１、及びｎ−ＩｎＰ電流ブロック層７２とがメサ側部
の上部近傍２８で同時に接することを除いて、実施形態
例の波長可変半導体レーザ装置１０と同様の構成を備え
る。同図中で、図１に示す波長可変半導体レーザ装置１
０と同様の構成を有する部分については、同じ符号を付
した。
評価するために、図５に示す比較例３の波長可変半導体
レーザ装置７０を試作した。波長可変半導体レーザ装置
７０は、実施形態例の波長可変半導体レーザ装置１０に
おけるｐ−ＩｎＰ電流ブロック層２１とｎ−ＩｎＰ電流
ブロック層２２に代えて、ｐ−ＩｎＰ電流ブロック層７
１とｎ−ＩｎＰ電流ブロック層７２を有する。また、ｎ
−ＩｎＰコンタクト層２０、ｐ−ＩｎＰ電流ブロック層
７１、及びｎ−ＩｎＰ電流ブロック層７２とがメサ側部
の上部近傍２８で同時に接することを除いて、実施形態
例の波長可変半導体レーザ装置１０と同様の構成を備え
る。同図中で、図１に示す波長可変半導体レーザ装置１
０と同様の構成を有する部分については、同じ符号を付
した。
【００３６】波長可変半導体レーザ装置７０の抵抗−電
流特性を調べたところ図８のグラフ（iv）のようになっ
た。グラフ（ｉ）に前述の波長可変半導体レーザ装置１
０の抵抗−電流特性を示す。同図より、波長可変半導体
レーザ装置１０では、電流値３０ｍＡより大きい電流値
で抵抗値が安定しているのに対して、波長可変半導体レ
ーザ装置７０では、電流値３０ｍＡより大きい電流値で
も減少が大きい。これは、波長可変半導体レーザ装置７
０では、メサ側部の上部近傍２８で、ｎ−ＩｎＰコンタ
クト層２０からｐ−ＩｎＰ電流ブロック層７１を介して
ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層７２へ漏れ、更に第２上部ク
ラッド層２３へと漏れるリーク電流が発生しているため
と考えられる。従って、本実施形態例の波長可変半導体
レーザ装置１０は、ｐ−ＩｎＰ電流ブロック層２１が、
メサ側部近傍を含む全ての領域で、十分な厚みを有する
とした構成により、前述のリーク電流を効果的に抑制し
ていると言える。
流特性を調べたところ図８のグラフ（iv）のようになっ
た。グラフ（ｉ）に前述の波長可変半導体レーザ装置１
０の抵抗−電流特性を示す。同図より、波長可変半導体
レーザ装置１０では、電流値３０ｍＡより大きい電流値
で抵抗値が安定しているのに対して、波長可変半導体レ
ーザ装置７０では、電流値３０ｍＡより大きい電流値で
も減少が大きい。これは、波長可変半導体レーザ装置７
０では、メサ側部の上部近傍２８で、ｎ−ＩｎＰコンタ
クト層２０からｐ−ＩｎＰ電流ブロック層７１を介して
ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層７２へ漏れ、更に第２上部ク
ラッド層２３へと漏れるリーク電流が発生しているため
と考えられる。従って、本実施形態例の波長可変半導体
レーザ装置１０は、ｐ−ＩｎＰ電流ブロック層２１が、
メサ側部近傍を含む全ての領域で、十分な厚みを有する
とした構成により、前述のリーク電流を効果的に抑制し
ていると言える。
【００３７】上述により、本実施形態例の波長可変半導
体レーザ装置１０は、従来のＴＴＧレーザ型の波長可変
レーザと比較して、レーザ特性及び波長可変特性が良好
な波長可変半導体レーザ装置を実現していると言える。
尚、ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層１２は、ｐ−ＩｎＰ基板
１１上にｎ−ＩｎＰ電流ブロック層１２を形成する領域
以外の領域を覆うマスク（図示なし）を形成した後、Ｓ
ｉを２００ＫｅＶ、ドーズ量５×１０12ｃｍ-2のイオン
打込みを行い、８００℃１０分のアニールを経ることに
よっても形成することが可能である。また、ｎ−ＩｎＰ
電流ブロック層１２は、Ｓｉを８００℃４０分の熱拡散
を行うことによっても形成することが可能である。
体レーザ装置１０は、従来のＴＴＧレーザ型の波長可変
レーザと比較して、レーザ特性及び波長可変特性が良好
な波長可変半導体レーザ装置を実現していると言える。
尚、ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層１２は、ｐ−ＩｎＰ基板
１１上にｎ−ＩｎＰ電流ブロック層１２を形成する領域
以外の領域を覆うマスク（図示なし）を形成した後、Ｓ
ｉを２００ＫｅＶ、ドーズ量５×１０12ｃｍ-2のイオン
打込みを行い、８００℃１０分のアニールを経ることに
よっても形成することが可能である。また、ｎ−ＩｎＰ
電流ブロック層１２は、Ｓｉを８００℃４０分の熱拡散
を行うことによっても形成することが可能である。
【００３８】以上、本発明をその好適な実施形態例に基
づいて説明したが、本発明の波長可変半導体レーザ装置
は、上記実施形態例の構成にのみ限定されるものではな
く、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施
した波長可変半導体レーザ装置も、本発明の範囲に含ま
れる。例えば、実施形態例で示した成膜方法、化合物半
導体層の組成及び膜厚、リッジ幅、プロセス条件等は、
本発明の理解を容易にするための一つの例示であって、
本発明はこの例示に限定されるものではない。
づいて説明したが、本発明の波長可変半導体レーザ装置
は、上記実施形態例の構成にのみ限定されるものではな
く、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施
した波長可変半導体レーザ装置も、本発明の範囲に含ま
れる。例えば、実施形態例で示した成膜方法、化合物半
導体層の組成及び膜厚、リッジ幅、プロセス条件等は、
本発明の理解を容易にするための一つの例示であって、
本発明はこの例示に限定されるものではない。
【００３９】
【発明の効果】本発明によれば、回折格子を活性層の下
部に配設したことにより、第１上部クラッド層の膜厚を
薄くすることでき、第１上部クラッド層からコンタクト
層へ漏れるリーク電流を抑制し、活性層及び波長可変層
への電流注入効率を高めることができるので、従来のＴ
ＴＧレーザに比べてレーザ特性及び波長可変特性の良好
な波長可変半導体レーザ装置を実現することができる。
本発明に係る波長可変半導体レーザ装置は、長距離から
メトロまで広い分野での応用が期待される。
部に配設したことにより、第１上部クラッド層の膜厚を
薄くすることでき、第１上部クラッド層からコンタクト
層へ漏れるリーク電流を抑制し、活性層及び波長可変層
への電流注入効率を高めることができるので、従来のＴ
ＴＧレーザに比べてレーザ特性及び波長可変特性の良好
な波長可変半導体レーザ装置を実現することができる。
本発明に係る波長可変半導体レーザ装置は、長距離から
メトロまで広い分野での応用が期待される。
【図１】実施形態例の波長可変半導体レーザ装置の構成
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図２】従来の波長可変分布帰還型レーザ素子の構成を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図３】ＳＧ−ＤＢＲレーザの構成を示す断面図であ
る。
る。
【図４】従来のＴＴＧレーザの構成を示す断面図であ
る。
る。
【図５】比較例３の波長可変半導体レーザ装置を示す断
面図である。
面図である。
【図６】図６は、実施形態例の波長可変半導体レーザ装
置の抵抗−電流特性を示すグラフである。
置の抵抗−電流特性を示すグラフである。
【図７】図７（ａ）は、比較例１の波長可変半導体レー
ザ装置の抵抗−電流特性を示すグラフであり、図７
（ｂ）は、比較例２の波長可変半導体レーザ装置の抵抗
−電流特性を示すグラフである。
ザ装置の抵抗−電流特性を示すグラフであり、図７
（ｂ）は、比較例２の波長可変半導体レーザ装置の抵抗
−電流特性を示すグラフである。
【図８】比較例３の波長可変半導体レーザ装置の抵抗−
電流特性を示すグラフである。
電流特性を示すグラフである。
１０ 実施形態例の波長可変半導体レーザ装置
１１ ｐ−ＩｎＰ基板
１２ ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層
１３ ｐ−ＩｎＰ下部クラッド層
１４ 波長可変層
１５ ｎ−ＩｎＰ第１中間層
１６ ｎ−回折格子
１７ ｎ−ＩｎＰ第２中間層
１８ ＭＱＷ活性層
１９ ｐ−ＩｎＰ第１上部クラッド層
２０ ｎ−ＩｎＰコンタクト層
２１ ｐ−ＩｎＰ電流ブロック層
２２ ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層
２３ ｐ−ＩｎＰ第２上部クラッド層
２４ ｐ−ＩｎＰキャップ層
２５ 第１ｐ側電極
２６ 第２ｐ側電極
２７ ｎ側電極
２８ メサ側部の上部近傍
３０ 従来の波長可変レーザ
３１ ＤＦＢレーザ
３２ ＴＥＣ
３３ 回折格子
３４ 活性層
４０ ＳＧ−ＤＢＲレーザ
４１、４２、４３、４４ 電極
４５ 共通電極
４６ 左側ＤＢＲ領域
４７ 利得制御領域
４８ 位相制御領域
４９ 右側ＤＢＲ領域
５０ ＴＴＧレーザ
５１ ｐ−ＩｎＰ半導体基板
５２ ｐ−ＩｎＰ緩衝層
５３ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ回折格子
５４ ＩｎＧａＡｓＰ活性層
５５ ＩｎＧａＡｓＰ反メルトパック層
５６ ｎ−ＩｎＰ中心層
５７ ＩｎＧａＡｓＰ波長変化層
５８ ｐ−ＩｎＰ被覆層
５９ ｐ−主コンタクト層
６０ ｎ−埋め込み層
６１ 第２ｐ側電極
６２ 高濃度ドープ側方接触層
６３ ｎ側電極
６４ 第１ｐ側電極
６５ 絶縁膜
７０ 比較例３の波長可変半導体レーザ装置
７１ ｐ−ＩｎＰ電流ブロック層
７２ ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 5F073 AA22 AA51 AA61 AA64 AA74
AA89 CA12 CB11 DA05 DA12
DA27 DA35
Claims (8)
- 【請求項１】 第１導電型の半導体基板上に形成され
た、第１導電型の第１上部クラッド層と、第１導電型の
下部クラッド層と、前記第１上部クラッド層と前記下部
クラッド層との間に挟まれた波長可変層及び活性層と、
前記波長可変層と前記活性層との間に挟まれた第２導電
型の中間層と、前記活性層と前記下部クラッド層との間
に、又は前記下部クラッド層中に配設された回折格子と
を有する積層構造からなるメサと、 前記メサの両側を埋め込む第２導電型のコンタクト層
と、 前記コンタクト層の両側及び上面を埋め込むと共に該コ
ンタクト層の一部を露出させる埋め込み層と、 前記メサの上面及び前記埋め込み層上に設けられた第１
導電型の第２上部クラッド層と、 前記第２上部クラッド層の上面及び前記半導体基板の裏
面に夫々設けられた、第１及び第２の第１導電側電極
と、 前記コンタクト層の露出部分に設けられた第２導電側電
極とを備えることを特徴とする波長可変半導体レーザ装
置。 - 【請求項２】 前記第１上部クラッド層がｐ型であり、
前記第１上部クラッド層のキャリア濃度が７×１０17ｃ
ｍ-3〜２×１０18ｃｍ-3の範囲にあり、且つ膜厚が０．
３μｍ以下である、請求項１に記載の波長可変半導体レ
ーザ装置。 - 【請求項３】 前記埋め込み層は、順次に堆積された第
１導電型の第１電流ブロック層及び第２導電型の第２電
流ブロック層を含むことを特徴とする請求項１又は２に
記載の波長可変半導体レーザ装置。 - 【請求項４】 前記第１電流ブロック層は、前記第２電
流ブロック層と前記コンタクト層との間のリーク電流を
阻止するのに十分な厚みを有する、請求項３に記載の波
長可変半導体レーザ装置。 - 【請求項５】 前記コンタクト層と前記下部クラッド層
との間、前記コンタクト層と前記埋め込み層との間、前
記電流ブロック層と前記第２上部クラッド層との間の少
なくとも１箇所に介在する、Ａｌを含む半導体層のＡｌ
を酸化してなるＡｌ酸化層を更に備える、請求項３又は
４に記載の波長可変半導体レーザ装置。 - 【請求項６】 前記電流ブロック層内の前記第２導電側
電極に対向する位置に延在する、Ａｌを含む半導体層の
Ａｌを酸化してなるＡｌ酸化層を更に備える、請求項３
又は４に記載の波長可変半導体レーザ装置。 - 【請求項７】 前記活性層の閉じ込め係数が３％以上
で、前記回折格子の結合係数が３０ｃｍ-1以上で、前記
波長可変層の閉じ込め係数が３０％以上である、請求項
１〜６のいずれかに記載の波長可変半導体レーザ装置。 - 【請求項８】 前記半導体基板の前記第２導電側電極に
対向する位置に形成された第２導電型の第３電流ブロッ
ク層を更に備える、請求項１〜７のいずれかに記載の波
長可変半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002131251A JP2003324243A (ja) | 2002-05-07 | 2002-05-07 | 波長可変半導体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002131251A JP2003324243A (ja) | 2002-05-07 | 2002-05-07 | 波長可変半導体レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003324243A true JP2003324243A (ja) | 2003-11-14 |
Family
ID=29543959
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002131251A Pending JP2003324243A (ja) | 2002-05-07 | 2002-05-07 | 波長可変半導体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003324243A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7106772B2 (en) * | 2003-02-05 | 2006-09-12 | Fujitsu Limited | Distributed feedback semiconductor laser |
-
2002
- 2002-05-07 JP JP2002131251A patent/JP2003324243A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7106772B2 (en) * | 2003-02-05 | 2006-09-12 | Fujitsu Limited | Distributed feedback semiconductor laser |
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