JP2004221413A - 分布帰還型半導体レーザ - Google Patents
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Abstract
【課題】分布帰還型半導体レーザに関し、比較的容易なプロセス技術により半導体レーザの発振域値電流値を周囲温度の変化に対して安定化する。
【解決手段】回折格子３を第１の媒質１と、第１の媒質１より屈折率が小さく且つ温度に対して屈折率の増加率が小さな第２の媒質２とにより構成する。
【選択図】 図１
【解決手段】回折格子３を第１の媒質１と、第１の媒質１より屈折率が小さく且つ温度に対して屈折率の増加率が小さな第２の媒質２とにより構成する。
【選択図】 図１
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に関するものであり、特に、波長多重通信システム等において光源として用いられる半導体レーザの発振域値電流値を周囲温度の変化に対して安定にするための構成に特徴のある分布帰還型半導体レーザに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の光通信システムの高速化、高機能化に伴い、その光源として、波長安定性に優れた半導体レーザが必要とされており、特に、波長多重通信用の光源としては、動的単一モード性に優れた分布帰還型半導体レーザが用いられている。
【０００３】
この様な分布帰還型半導体レーザにおいては、安定した単一モード発振を実現するために、レーザ共振器内の光導波路に回折格子を備えており、特に、共振器内の中央付近のいずれかの位置にλ／４の位相シフト（λは波長）を有する回折格子を備えたλ／４シフトＤＦＢ半導体レーザでは安定した単一モード発振が実現できる。
【０００４】
この様な半導体レーザは、一般に、周囲温度が上昇することにより発振閾値電流が上昇するが、これは温度が上昇するにしたがって活性層の利得が減少するためである。
【０００５】
また、レーザ光を変調する回路としては、現在のところ、半導体レーザの発振閾値が変動する効果を考慮に入れた複雑な回路を設計する必要がある。
【０００６】
この様な周囲温度の変化に対して発振閾値電流値を安定化するために、レーザ光の存在領域を屈折率の温度係数が負の半導体層と屈折率の温度係数が正の半導体層とを組み合わせることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−２２３７８７公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
近年のさらなる光通信容量の増大に伴って、光ファイバ通信は幹線系のみならず加入者系でもその需要が高まりつつあるが、加入者系で使用される半導体レーザは、幹線系よりもさらに周囲温度の変化が大きい過酷な条件下で使用されることになる。
【０００９】
そのため、発振閾値電流値は周囲温度の変化により大きく変動することになるが、変調制御回路の単純化のためには周囲温度に対して閾値電流値の温度変化がより小さい半導体レーザが要求される。
【００１０】
そこで、周囲温度に対して閾値電流値の変動の小さな半導体レーザとして上述した、屈折率の温度変化が負の導電性媒質を任意の層に導入することが提案されているが、このような層を含む積層構造を厚く形成することは現在の結晶成長技術では困難である。
【００１１】
したがって、本発明は、比較的容易なプロセス技術により半導体レーザの発振域値電流値を周囲温度の変化に対して安定化することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理的構成図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
上記目的を達成するため、本発明は、分布帰還型半導体レーザにおいて、回折格子３を第１の媒質１と、第１の媒質１より屈折率が小さく且つ温度に対して屈折率の増加率が小さな第２の媒質２とにより構成したことを特徴とする。
【００１３】
上記の屈折率特性の関係を有する第１の媒質１と第２の媒質２とを組み合わせて回折格子３を形成することによって、発振閾値電流値が周囲温度に対して変化の小さい半導体レーザを構成することができる。
【００１４】
ここで、発振閾値電流値が周囲温度に依存しない半導体レーザとして以下の条件が必要とされる。
温度上昇と共に活性層の利得が減少するため、発振閾値利得を得るための電流値すなわち閾値電流値が増加するが、温度上昇に対する活性層の利得の減少は避けることができないものであるので、発振閾値電流値を安定に保つためには、温度上昇に対して発振閾値利得が減少しなければならない。
【００１５】
温度が上昇するとある一定電流で得られる利得が減少するが、この構造である場合、同時に閾値利得ｇｔｈが減少するため、理想的に構造を設計すると閾値電流値Ｉｔｈは、周囲温度の変化に対してほぼ一定に保たれるので以下に説明する。
【００１６】
レーザ発振閾値電流値Ｉｔｈは近似的に以下の式（１）で表される。
Ｉｔｈ＝（ｄｗＬ／ηｉ ）×｛ｇｔｈ／〔Γβ（Ｔ）〕＋Ｊｇ （Ｔ）｝・・（１）
但し、
ｄ ：活性層厚（μｍ）
ｗ ：活性層幅（ｃｍ）
Ｌ ：共振器長（ｃｍ）
ηｉ ：内部微分量子効率
ｇｔｈ：閾値利得（ｃｍ−１）
Γ ：光閉じ込め係数
β（Ｔ）：微分利得係数（ｃｍ・μｍ／Ａ）
Ｊｇ （Ｔ）：媒質が透明になる電流密度（Ａ／ｃｍ２ ・μｍ）
となる。
【００１７】
この式（１）における微分利得係数β（Ｔ）は温度上昇に対して減少すること、及び、媒質が透明になる電流密度Ｊｇ （Ｔ）は温度上昇に対して増加することが知られているが、経験的に次式（２），（３）で表すことができる。
β（Ｔ）＝１０３２ｅｘｐ（−Ｔ／Ｔ０ ） ・・・（２）
Ｊｇ （Ｔ）＝０．０９８ｅｘｐ（Ｔ／Ｔ０ ） ・・・（３）
【００１８】
ここで、温度上昇に対して式（１）のＩｔｈを温度変化に対して一定あるいは、変化を小さくするには、式（１）〜（３）より、
Ｘ（Ｔ）＝ｇｔｈ／〔Γβ（Ｔ）〕＋Ｊｇ （Ｔ） ・・・（４）
の値を温度Ｔに対して一定あるいは、変化量を小さく抑える必要がある。
【００１９】
そのためには、閾値利得ｇｔｈを温度上昇に対して減少させる必要がある。
即ち、κＬを温度Ｔに対して増加させることにより閾値利得ｇｔｈを減少させ、それによって、閾値電流値Ｉｔｈを一定に保つことができるか、もしくは変動を通常構造と比較して小さくすることができる。
【００２０】
しかしながら、第１の媒質１の性質をもつ２つの異なる屈折率を有する半導体からなる回折格子３は温度上昇に伴って両方の半導体とも屈折率が同じ割合で増加するため回折格子３の結合係数の変化はほとんどない。
【００２１】
これに対して、上述の互いに異なった屈折率特性を有する第１の媒質１と第２の媒質２とから回折格子３を構成した場合、温度上昇に伴って第１の媒質１と第２の媒質２との屈折率差が増大する。
このため温度上昇に伴って、回折格子３の結合係数が増加する結果、結合係数κと共振器長Ｌの積κＬが温度上昇によって増加するため、共振器損失に相当する成分が減少して閾値利得ｇｔｈが減少する。
【００２２】
この場合、温度上昇に伴い屈折率が増加する第１の媒質１の特性を有する半導体としては、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ混晶、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ混晶、ＩｎＧａＡｓＰ混晶等があり、半導体レーザを構成する材料の大半を占める。
【００２３】
それに対して、温度変化に対する屈折率の上昇率が上記の半導体よりも小さいあるいは、減少する性質を持つ第２の媒質２の特性を有する半導体としては、ＨｇＣｄＴｅ混晶、ＧａＩｎＡｓＢｉ混晶、ＧａＩｎＰＢｉ混晶、ＴｌＩｎＧａＰ混晶、ＴｌＩｎＧａＡｓ混晶などが上げられる。
但し、これらの材料は、上記に列挙した第１の媒質１の特性を有する半導体より屈折率が大きい。
また、第２の媒質２の特性を有する非導電性の誘電体材料としては、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）が温度上昇に対して屈折率が減少することが知られている。
【００２４】
また、回折格子３の構成において、周囲温度の変化に対してより安定化するためには、第１の媒質１が温度に対して屈折率が増加する材料からなり、且つ、第２の媒質２が温度に対して屈折率が減少する材料からなることが望ましい。
【００２５】
素子構造としては、溝４を設けた導電性媒質からなる第１の媒質１と、溝４を少なくとも埋め込むように設けた非導電性媒質からなる第２の媒質２から構成した回折格子３が活性層を含むメサ構造の上に位置し、回折格子３を構成する第２の媒質２の両脇に、第１の媒質１と同じ屈折率特性を有する導電性媒質を設けるとともに、第１の媒質１と同じ屈折率特性を有する導電性媒質上に電極を設けても良い。
【００２６】
或いは、溝４を設けた導電性媒質からなる第１の媒質１と、溝４を少なくとも埋め込むように設けた非導電性媒質からなる第２の媒質２から構成した回折格子３が活性層を含むメサ構造の上に位置し、回折格子３を構成する第２の媒質２の両脇が、第１の媒質１で完全に埋め込まれるとともに、第２の媒質２の両脇を埋め込む第１の媒質１の上方に電極を設けても良い。
なお、この場合の電極は、第１の媒質１上にコンタクト用半導体層を介して設ければ良い。
【００２７】
さらには、溝４を設けた導電性媒質からなる第１の媒質１と、溝４を少なくとも埋め込むように設けた非導電性媒質からなる第２の媒質２から構成した回折格子３、活性層上に設けられたリッジ構造の両側に位置するように設けても良い。
【００２８】
なお、第２の媒質２としては、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、或いは、フッ化リチウム（ＬｉＦ）のいずれかが望ましい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
ここで、図２乃至図４を参照して、本発明の第１の実施の形態の分布帰還型半導体レーザを説明する。
図２（ａ）及び（ｂ）参照
図２（ａ）は、本発明の第１の実施の形態の分布帰還型半導体レーザの光軸方向からみた正面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＡ−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った回折格子の概略的断面図である。
【００３０】
まず、ｎ型ＩｎＰ基板１１上に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて、厚さが、例えば、２００ｎｍのｎ型ＩｎＰクラッド層１２、厚さが、例えば、５０ｎｍのｉ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層１３、厚さが、例えば、２０ｎｍのｉ型ＩｎＧａＡｓＰ活性層１４、厚さが、例えば、５０ｎｍのｉ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層１５、及び、厚さが、例えば、２００ｎｍのｐ型ＩｎＰクラッド層１６を順次堆積させる。
【００３１】
次いで、厚さが、例えば、０．３μｍのＳｉＯ２ 膜を堆積させたのち、エッチングすることによって幅が、例えば、１．５μｍのＳｉＯ２ 膜パターン（図示を省略）を形成し、このＳｉＯ２ 膜パターンをマスクとしてｎ型ＩｎＰ基板１１に達するまでメサエッチングする。
【００３２】
次いで、ＳｉＯ２ 膜パターンをそのまま選択成長マスクとして用いてＭＯＣＶＤ法によって、ｐ型ＩｎＰ埋込層１７及び厚さが、例えば、１００ｎｍのｎ型ＩｎＰ電流ブロック層１８を順次成長させてメサ側面を埋め込む。
次いで、ＳｉＯ２ 膜パターンを除去したのち、再び、ＭＯＣＶＤ法を用いてｐ型ＩｎＰ層１９を表面が平坦になるまで、例えば、２００ｎｍの厚さに堆積させる。
【００３３】
次いで、レジストを塗布し、レーザ中央部に幅が、例えば、１０μｍで、２４０ｎｍ周期で１２０ｎｍのラインアンドスペースの回折格子パターンを露光し、現像することによってレジストパターン（図示を省略）を形成し、このレジストパターンをマスクとしてｐ型ＩｎＰ層１９の露出部を例えば、１０ｎｍ深さにエッチングすることによって、溝２０を形成する。
なお、この場合、溝２０の中央部近傍に位相シフト領域２１を設ける。
【００３４】
次いで、レジストパターンを除去したのち、溝形成部をＳｉＯ２ パターン（図示を省略）で被覆し、このＳｉＯ２ パターンを選択成長マスクとして、再び、ＭＯＣＶＤ法により厚さが、例えば、５０ｎｍのｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層２２を堆積させる。
【００３５】
次いで、溝形成部に設けたＳｉＯ２ パターンを除去したのち、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）を溝形成部に厚さが、例えば、２００ｎｍの厚さにコーティングして、ｐ型ＩｎＰ層１９とＢＣＢ層２３とからなる回折格子２４を形成し、次いで、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層２２上にｐ側電極２５を設けるとともに、ｎ型ＩｎＰ基板１１の裏面にｎ側電極２６を形成する。
最後に、２００μｍの共振器長に劈開したのち、光軸に垂直な端面に反射防止膜２７を形成することによって本発明の第１の実施の形態の分布帰還型半導体レーザの基本構成が完成する。
【００３６】
この本発明の第１の実施の形態の分布帰還型半導体レーザにおいては、絶縁体であるＢＣＢを用いているので、ＢＣＢの両側から電流を流す構造を採用している。
なお、ＢＣＢをクラッド層に用いること自体は、非特許文献（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，ｖｏｌ．４１，ｐ．Ｌ２４９−２５１，２００２）に記載されている。
【００３７】
図３参照
図３は、上記の第１の実施の形態の分布帰還型半導体レーザのκＬの温度依存性に関する計算結果を示したものである。
回折格子２４を構成するＩｎＰは温度上昇に対して約３×１０−４〔Ｋ−１〕の変化率で増加するが、ＢＣＢ（３００℃における屈折率は１．５４５）は温度上昇に対する変化率は約−３．０×１０−５〔Ｋ−１〕で、温度上昇とともに減少するので、温度上昇とともに、両者の屈折率差が大きくなり、それによって、結合係数κも大きくなるので積κＬが温度とともに上昇する。
【００３８】
図４参照
図４は、上記の第１の実施の形態の分布帰還型半導体レーザの閾値電流値Ｉｔｈの温度変化の計算結果を示したもので、ＩｎＰ系の半導体のみで回折格子を形成した従来例に比べ、閾値電流値Ｉｔｈの変化量が小さいことがわかる。
【００３９】
この本発明の第１の実施の形態においては、回折格子部分を活性層部分のメサ幅と比較して広くとっているので、光の電界分布がｐ側電極部分にかかることはなく、したがって、ｐ側電極がレーザ特性に悪影響を与えることがない。
【００４０】
但し、回折格子形成部分を広く取りすぎるとｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層の面積が狭くなり素子抵抗が増大するといった問題が生じる。
逆に、素子抵抗の低減のためにｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層部分を広くすると光の電界分布がｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層にかかりレーザ特性が劣化するという問題が生ずる。
【００４１】
次に、図５を参照して、本発明の第２の実施の形態の分布帰還型半導体レーザを説明するが、回折格子の幅及び近傍の構成が異なるだけで、他は上記の第１の実施の形態と同様であるので、相違点のみ説明する。
図５（ａ）及び（ｂ）参照
図５（ａ）は、本発明の第２の実施の形態の分布帰還型半導体レーザの光軸方向からみた正面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＡ−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った回折格子の概略的断面図である。
【００４２】
上記の第１の実施の形態の分布帰還型半導体レーザの製造工程と全く同様に、ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ活性層含むストライプ状メサの両脇をｐ型ＩｎＰ埋込層１７及びｎ型ＩｎＰ電流ブロック層１８で埋め込んだのち、ＳｉＯ２ 膜パターンを除去して、再び、ＭＯＣＶＤ法を用いてｐ型ＩｎＰ層１９を例えば、３００ｎｍの厚さに堆積させる。
【００４３】
次いで、レジストを塗布し、レーザ中央部に幅が、例えば、１０μｍで、２４０ｎｍ周期で１２０ｎｍのラインアンドスペースの回折格子パターンを露光し、現像することによってレジストパターン（図示を省略）を形成し、このレジストパターンをマスクとしてｐ型ＩｎＰ層１９の露出部を例えば、１０ｎｍ深さにエッチングすることによって、溝２０を形成する。
なお、この場合も、溝２０の中央部近傍に位相シフト領域２１を設ける。
【００４４】
次いで、レジストパターンを除去したのち、溝形成部をＳｉＯ２ パターン（図示を省略）で被覆し、このＳｉＯ２ パターンを選択成長マスクとして、再び、ＭＯＣＶＤ法により厚さが、例えば、１５０ｎｍのｐ型ＩｎＰ層２８及び厚さが、例えば、５０ｎｍのｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層２２を順次堆積させる。
【００４５】
次いで、溝形成部に設けたＳｉＯ２ パターンを除去したのち、ＢＣＢを溝形成部に厚さが、例えば、２００ｎｍの厚さにコーティングして、ｐ型ＩｎＰ層１９とＢＣＢ層２３とからなる回折格子２４を形成し、次いで、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層２２上にｐ側電極２５を設けるとともに、ｎ型ＩｎＰ基板１１の裏面にｎ側電極２６を形成する。
最後に、２００μｍの共振器長に劈開したのち、光軸に垂直な端面に反射防止膜２７を形成することによって本発明の第２の実施の形態の分布帰還型半導体レーザの基本構成が完成する。
【００４６】
この本発明の第２の実施の形態においては、素子抵抗を低減するために回折格子部分を狭くしているが、回折格子形成部分の両脇にｐ型ＩｎＰ層を厚く形成しているので光の電界分布がｐ側電極にかかることがなく、レーザ特性が劣化することがない。
【００４７】
次に、図６を参照して本発明の第３の実施の形態の分布帰還型半導体レーザを説明する。
図６（ａ）及び（ｂ）参照
図６（ａ）は、本発明の第３の実施の形態の分布帰還型半導体レーザの光軸方向からみた正面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＡ−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った回折格子の概略的断面図である。
【００４８】
まず、ｎ型ＩｎＰ基板３１上にＭＯＣＶＤ法を用いて、厚さが、例えば、２００ｎｍのｎ型ＩｎＰクラッド層３２、厚さが、例えば、５０ｎｍのｉ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層３３、厚さが、例えば、２０ｎｍのｉ型ＩｎＧａＡｓＰ活性層３４、厚さが、例えば、５０ｎｍのｉ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層３５、厚さが、２００ｎｍのｐ型ＩｎＰクラッド層３６、厚さが、例えば、５．２μｍのｐ型ＩｎＰ層３７、及び、厚さが、例えば、５０ｎｍのｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層３８を順次堆積させる。
【００４９】
次いで、厚さが、例えば、０．３μｍのＳｉＯ２ 膜を堆積させたのち、エッチングすることによって幅が、例えば、３．０μｍのＳｉＯ２ 膜パターン（図示を省略）を形成し、このＳｉＯ２ 膜パターンをマスクとしてｐ型ＩｎＰ層３７を５μｍの深さにエッチングしてリッジ３９を形成する。
【００５０】
次いで、ＳｉＯ２ 膜パターンを除去したのち、レジストを塗布し、リッジ３９の両脇に、２４０ｎｍ周期で１２０ｎｍのラインアンドスペースの回折格子パターンを露光し、現像することによってレジストパターン（図示を省略）を形成し、このレジストパターンをマスクとしてｐ型ＩｎＰ層３７の露出部を例えば、１０ｎｍ深さにエッチングすることによって、溝４０を形成する。
なお、この場合も、溝４０の中央部近傍に位相シフト領域４１を設ける。
【００５１】
次いで、レジストパターンを除去したのち、ＢＣＢを溝形成部に厚さが、例えば、２００ｎｍの厚さにコーティングして、ｐ型ＩｎＰ層３７とＢＣＢ層４２とからなる回折格子４３を形成し、次いで、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層３８上にｐ側電極４４を設けるとともに、ｎ型ＩｎＰ基板３１の裏面にｎ側電極４５を形成する。
最後に、２００μｍの共振器長に劈開したのち、光軸に垂直な端面に反射防止膜４６を形成することによって本発明の第３の実施の形態の分布帰還型半導体レーザの基本構成が完成する。
【００５２】
この第３の実施の形態においては、リッジ構造を採用しているので、埋込ヘテロ構造と比較して、少ないプロセス技術で作製できるという利点がある。
なお、光の電界分布はリッジの両側に拡がり回折格子を影響を受けて分布帰還型半導体レーザとなる。
【００５３】
以上、本発明の各実施の形態を説明したが、本発明は各実施の形態に記載した構成及び条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の各実施の形態においては、温度に対して屈折率が低下する材料としてＢＣＢをとりあげたが、ＢＣＢに限られるものではなく、ポリスチレンやＰＭＭＡ等の有機材料、或いは、フッ化リチウム等の誘電体を替りに用いても良いものである。
【００５４】
また、上記の各実施の形態においては、活性層をＩｎＧａＡｓＰバルク層で構成しているが、ＭＱＷ（多重量子井戸構造）活性層を用いても良いものである。
【００５５】
また、上記の各実施の形態においては、光通信用光源を前提としているのでＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系で半導体レーザを構成しているが、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系に限られるものではなく、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系等の他の化合物半導体を用いても良いものである。
【００５６】
また、上記の第３の実施の形態においては、リッジを形成してから回折格子用の溝を形成しているが、上記の第２の実施の形態のように、回折格子用の溝を形成してからリッジを選択成長させても良いものである。
【００５７】
また、上記の第１及び第２の実施の形態においては、回折格子用の溝を形成してからｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層或いはｐ型ＩｎＰ層を選択成長させているが、上記の第３の実施の形態と同様に、全体の層構造を成長させたのちｐ型ＩｎＰ層１９に達する凹部を形成し、この凹部の表面に回折格子用の溝を形成しても良いものである。
【００５８】
ここで、再び図１を参照して、改めて本発明の詳細な特徴を説明する。
再び、図１参照
（付記１） 回折格子３を第１の媒質１と、前記第１の媒質１より屈折率が小さく且つ温度に対して屈折率の増加率が小さな第２の媒質２とにより構成したことを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
（付記２） 回折格子３を温度に対して屈折率が増加する第１の媒質１と、前記第１の媒質１より屈折率が小さく且つ温度に対して屈折率が減少する第２の媒質２とにより構成したことを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
（付記３） 溝４を設けた導電性媒質からなる第１の媒質１と、前記溝４を少なくとも埋め込むように設けた非導電性媒質からなる第２の媒質２から構成した上記回折格子３が活性層を含むメサ構造の上に位置し、前記回折格子３を構成する第２の媒質２の両脇に、前記第１の媒質１と同じ屈折率特性を有する導電性媒質を設けるとともに、前記第１の媒質１と同じ屈折率特性を有する導電性媒質上に電極を設けたことを特徴とする付記１または２に記載の分布帰還型半導体レーザ。
（付記４） 溝４を設けた導電性媒質からなる第１の媒質１と、前記溝４を少なくとも埋め込むように設けた非導電性媒質からなる第２の媒質２から構成した上記回折格子３が活性層を含むメサ構造の上に位置し、前記回折格子３を構成する第２の媒質２の両脇が、前記第１の媒質１で完全に埋め込まれるとともに、前記第２の媒質２の両脇を埋め込む第１の媒質１の上方に電極を設けたことを特徴とする付記１または２に記載の分布帰還型半導体レーザ。
（付記５） 溝４を設けた導電性媒質からなる第１の媒質１と、前記溝４を少なくとも埋め込むように設けた非導電性媒質からなる第２の媒質２から構成した上記回折格子３が、活性層上に設けられたリッジ構造の両側に位置することを特徴とする付記１または２に記載の分布帰還型半導体レーザ。
（付記６） 上記第２の媒質２が、ベンゾシクロブテン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、或いは、フッ化リチウムのいずれかからなることを特徴とする付記１乃至５のいずれか１つに記載の分布帰還型半導体レーザ。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、回折格子を、ＩｎＰ等の第１の媒質と、第１の媒質より屈折率が小さく且つ温度に対して屈折率の増加率が小さなＢＣＢ等の第２の媒質とにより構成しているので、周囲温度の変化に対して発振閾値電流値Ｉｔｈが安定な半導体レーザを得ることができ、それによって、変調制御用回路の回路構成を単純化することができ、ひいては、光通信システムの低コスト化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の第１実施の形態の分布帰還型半導体レーザの構成説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態におけるκＬの温度依存性の説明図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における発振閾値電流値の温度依存性の説明図である。
【図５】本発明の第２実施の形態の分布帰還型半導体レーザの構成説明図である。
【図６】本発明の第３実施の形態の分布帰還型半導体レーザの構成説明図である。
【符号の説明】
１ 第１の媒質
２ 第２の媒質
３ 回折格子
４ 溝
１１ ｎ型ＩｎＰ基板
１２ ｎ型ＩｎＰクラッド層
１３ ｉ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層
１４ ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ活性層
１５ ｉ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層
１６ ｐ型ＩｎＰクラッド層
１７ ｐ型ＩｎＰ埋込層
１８ ｎ型ＩｎＰ電流ブロック層
１９ ｐ型ＩｎＰ層
２０ 溝
２１ 位相シフト領域
２２ ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層
２３ ＢＣＢ層
２４ 回折格子
２５ ｐ側電極
２６ ｎ側電極
２７ 反射防止膜
２８ ｐ型ＩｎＰ層
３１ ｎ型ＩｎＰ基板
３２ ｎ型ＩｎＰクラッド層
３３ ｉ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層
３４ ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ活性層
３５ ｉ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層
３６ ｐ型ＩｎＰクラッド層
３７ ｐ型ＩｎＰ層
３８ ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層
３９ リッジ
４０ 溝
４１ 位相シフト領域
４２ ＢＣＢ層
４３ 回折格子
４４ ｐ側電極
４５ ｎ側電極
４６ 反射防止膜
【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に関するものであり、特に、波長多重通信システム等において光源として用いられる半導体レーザの発振域値電流値を周囲温度の変化に対して安定にするための構成に特徴のある分布帰還型半導体レーザに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の光通信システムの高速化、高機能化に伴い、その光源として、波長安定性に優れた半導体レーザが必要とされており、特に、波長多重通信用の光源としては、動的単一モード性に優れた分布帰還型半導体レーザが用いられている。
【０００３】
この様な分布帰還型半導体レーザにおいては、安定した単一モード発振を実現するために、レーザ共振器内の光導波路に回折格子を備えており、特に、共振器内の中央付近のいずれかの位置にλ／４の位相シフト（λは波長）を有する回折格子を備えたλ／４シフトＤＦＢ半導体レーザでは安定した単一モード発振が実現できる。
【０００４】
この様な半導体レーザは、一般に、周囲温度が上昇することにより発振閾値電流が上昇するが、これは温度が上昇するにしたがって活性層の利得が減少するためである。
【０００５】
また、レーザ光を変調する回路としては、現在のところ、半導体レーザの発振閾値が変動する効果を考慮に入れた複雑な回路を設計する必要がある。
【０００６】
この様な周囲温度の変化に対して発振閾値電流値を安定化するために、レーザ光の存在領域を屈折率の温度係数が負の半導体層と屈折率の温度係数が正の半導体層とを組み合わせることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−２２３７８７公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
近年のさらなる光通信容量の増大に伴って、光ファイバ通信は幹線系のみならず加入者系でもその需要が高まりつつあるが、加入者系で使用される半導体レーザは、幹線系よりもさらに周囲温度の変化が大きい過酷な条件下で使用されることになる。
【０００９】
そのため、発振閾値電流値は周囲温度の変化により大きく変動することになるが、変調制御回路の単純化のためには周囲温度に対して閾値電流値の温度変化がより小さい半導体レーザが要求される。
【００１０】
そこで、周囲温度に対して閾値電流値の変動の小さな半導体レーザとして上述した、屈折率の温度変化が負の導電性媒質を任意の層に導入することが提案されているが、このような層を含む積層構造を厚く形成することは現在の結晶成長技術では困難である。
【００１１】
したがって、本発明は、比較的容易なプロセス技術により半導体レーザの発振域値電流値を周囲温度の変化に対して安定化することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理的構成図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
上記目的を達成するため、本発明は、分布帰還型半導体レーザにおいて、回折格子３を第１の媒質１と、第１の媒質１より屈折率が小さく且つ温度に対して屈折率の増加率が小さな第２の媒質２とにより構成したことを特徴とする。
【００１３】
上記の屈折率特性の関係を有する第１の媒質１と第２の媒質２とを組み合わせて回折格子３を形成することによって、発振閾値電流値が周囲温度に対して変化の小さい半導体レーザを構成することができる。
【００１４】
ここで、発振閾値電流値が周囲温度に依存しない半導体レーザとして以下の条件が必要とされる。
温度上昇と共に活性層の利得が減少するため、発振閾値利得を得るための電流値すなわち閾値電流値が増加するが、温度上昇に対する活性層の利得の減少は避けることができないものであるので、発振閾値電流値を安定に保つためには、温度上昇に対して発振閾値利得が減少しなければならない。
【００１５】
温度が上昇するとある一定電流で得られる利得が減少するが、この構造である場合、同時に閾値利得ｇｔｈが減少するため、理想的に構造を設計すると閾値電流値Ｉｔｈは、周囲温度の変化に対してほぼ一定に保たれるので以下に説明する。
【００１６】
レーザ発振閾値電流値Ｉｔｈは近似的に以下の式（１）で表される。
Ｉｔｈ＝（ｄｗＬ／ηｉ ）×｛ｇｔｈ／〔Γβ（Ｔ）〕＋Ｊｇ （Ｔ）｝・・（１）
但し、
ｄ ：活性層厚（μｍ）
ｗ ：活性層幅（ｃｍ）
Ｌ ：共振器長（ｃｍ）
ηｉ ：内部微分量子効率
ｇｔｈ：閾値利得（ｃｍ−１）
Γ ：光閉じ込め係数
β（Ｔ）：微分利得係数（ｃｍ・μｍ／Ａ）
Ｊｇ （Ｔ）：媒質が透明になる電流密度（Ａ／ｃｍ２ ・μｍ）
となる。
【００１７】
この式（１）における微分利得係数β（Ｔ）は温度上昇に対して減少すること、及び、媒質が透明になる電流密度Ｊｇ （Ｔ）は温度上昇に対して増加することが知られているが、経験的に次式（２），（３）で表すことができる。
β（Ｔ）＝１０３２ｅｘｐ（−Ｔ／Ｔ０ ） ・・・（２）
Ｊｇ （Ｔ）＝０．０９８ｅｘｐ（Ｔ／Ｔ０ ） ・・・（３）
【００１８】
ここで、温度上昇に対して式（１）のＩｔｈを温度変化に対して一定あるいは、変化を小さくするには、式（１）〜（３）より、
Ｘ（Ｔ）＝ｇｔｈ／〔Γβ（Ｔ）〕＋Ｊｇ （Ｔ） ・・・（４）
の値を温度Ｔに対して一定あるいは、変化量を小さく抑える必要がある。
【００１９】
そのためには、閾値利得ｇｔｈを温度上昇に対して減少させる必要がある。
即ち、κＬを温度Ｔに対して増加させることにより閾値利得ｇｔｈを減少させ、それによって、閾値電流値Ｉｔｈを一定に保つことができるか、もしくは変動を通常構造と比較して小さくすることができる。
【００２０】
しかしながら、第１の媒質１の性質をもつ２つの異なる屈折率を有する半導体からなる回折格子３は温度上昇に伴って両方の半導体とも屈折率が同じ割合で増加するため回折格子３の結合係数の変化はほとんどない。
【００２１】
これに対して、上述の互いに異なった屈折率特性を有する第１の媒質１と第２の媒質２とから回折格子３を構成した場合、温度上昇に伴って第１の媒質１と第２の媒質２との屈折率差が増大する。
このため温度上昇に伴って、回折格子３の結合係数が増加する結果、結合係数κと共振器長Ｌの積κＬが温度上昇によって増加するため、共振器損失に相当する成分が減少して閾値利得ｇｔｈが減少する。
【００２２】
この場合、温度上昇に伴い屈折率が増加する第１の媒質１の特性を有する半導体としては、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ混晶、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ混晶、ＩｎＧａＡｓＰ混晶等があり、半導体レーザを構成する材料の大半を占める。
【００２３】
それに対して、温度変化に対する屈折率の上昇率が上記の半導体よりも小さいあるいは、減少する性質を持つ第２の媒質２の特性を有する半導体としては、ＨｇＣｄＴｅ混晶、ＧａＩｎＡｓＢｉ混晶、ＧａＩｎＰＢｉ混晶、ＴｌＩｎＧａＰ混晶、ＴｌＩｎＧａＡｓ混晶などが上げられる。
但し、これらの材料は、上記に列挙した第１の媒質１の特性を有する半導体より屈折率が大きい。
また、第２の媒質２の特性を有する非導電性の誘電体材料としては、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）が温度上昇に対して屈折率が減少することが知られている。
【００２４】
また、回折格子３の構成において、周囲温度の変化に対してより安定化するためには、第１の媒質１が温度に対して屈折率が増加する材料からなり、且つ、第２の媒質２が温度に対して屈折率が減少する材料からなることが望ましい。
【００２５】
素子構造としては、溝４を設けた導電性媒質からなる第１の媒質１と、溝４を少なくとも埋め込むように設けた非導電性媒質からなる第２の媒質２から構成した回折格子３が活性層を含むメサ構造の上に位置し、回折格子３を構成する第２の媒質２の両脇に、第１の媒質１と同じ屈折率特性を有する導電性媒質を設けるとともに、第１の媒質１と同じ屈折率特性を有する導電性媒質上に電極を設けても良い。
【００２６】
或いは、溝４を設けた導電性媒質からなる第１の媒質１と、溝４を少なくとも埋め込むように設けた非導電性媒質からなる第２の媒質２から構成した回折格子３が活性層を含むメサ構造の上に位置し、回折格子３を構成する第２の媒質２の両脇が、第１の媒質１で完全に埋め込まれるとともに、第２の媒質２の両脇を埋め込む第１の媒質１の上方に電極を設けても良い。
なお、この場合の電極は、第１の媒質１上にコンタクト用半導体層を介して設ければ良い。
【００２７】
さらには、溝４を設けた導電性媒質からなる第１の媒質１と、溝４を少なくとも埋め込むように設けた非導電性媒質からなる第２の媒質２から構成した回折格子３、活性層上に設けられたリッジ構造の両側に位置するように設けても良い。
【００２８】
なお、第２の媒質２としては、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、或いは、フッ化リチウム（ＬｉＦ）のいずれかが望ましい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
ここで、図２乃至図４を参照して、本発明の第１の実施の形態の分布帰還型半導体レーザを説明する。
図２（ａ）及び（ｂ）参照
図２（ａ）は、本発明の第１の実施の形態の分布帰還型半導体レーザの光軸方向からみた正面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＡ−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った回折格子の概略的断面図である。
【００３０】
まず、ｎ型ＩｎＰ基板１１上に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて、厚さが、例えば、２００ｎｍのｎ型ＩｎＰクラッド層１２、厚さが、例えば、５０ｎｍのｉ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層１３、厚さが、例えば、２０ｎｍのｉ型ＩｎＧａＡｓＰ活性層１４、厚さが、例えば、５０ｎｍのｉ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層１５、及び、厚さが、例えば、２００ｎｍのｐ型ＩｎＰクラッド層１６を順次堆積させる。
【００３１】
次いで、厚さが、例えば、０．３μｍのＳｉＯ２ 膜を堆積させたのち、エッチングすることによって幅が、例えば、１．５μｍのＳｉＯ２ 膜パターン（図示を省略）を形成し、このＳｉＯ２ 膜パターンをマスクとしてｎ型ＩｎＰ基板１１に達するまでメサエッチングする。
【００３２】
次いで、ＳｉＯ２ 膜パターンをそのまま選択成長マスクとして用いてＭＯＣＶＤ法によって、ｐ型ＩｎＰ埋込層１７及び厚さが、例えば、１００ｎｍのｎ型ＩｎＰ電流ブロック層１８を順次成長させてメサ側面を埋め込む。
次いで、ＳｉＯ２ 膜パターンを除去したのち、再び、ＭＯＣＶＤ法を用いてｐ型ＩｎＰ層１９を表面が平坦になるまで、例えば、２００ｎｍの厚さに堆積させる。
【００３３】
次いで、レジストを塗布し、レーザ中央部に幅が、例えば、１０μｍで、２４０ｎｍ周期で１２０ｎｍのラインアンドスペースの回折格子パターンを露光し、現像することによってレジストパターン（図示を省略）を形成し、このレジストパターンをマスクとしてｐ型ＩｎＰ層１９の露出部を例えば、１０ｎｍ深さにエッチングすることによって、溝２０を形成する。
なお、この場合、溝２０の中央部近傍に位相シフト領域２１を設ける。
【００３４】
次いで、レジストパターンを除去したのち、溝形成部をＳｉＯ２ パターン（図示を省略）で被覆し、このＳｉＯ２ パターンを選択成長マスクとして、再び、ＭＯＣＶＤ法により厚さが、例えば、５０ｎｍのｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層２２を堆積させる。
【００３５】
次いで、溝形成部に設けたＳｉＯ２ パターンを除去したのち、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）を溝形成部に厚さが、例えば、２００ｎｍの厚さにコーティングして、ｐ型ＩｎＰ層１９とＢＣＢ層２３とからなる回折格子２４を形成し、次いで、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層２２上にｐ側電極２５を設けるとともに、ｎ型ＩｎＰ基板１１の裏面にｎ側電極２６を形成する。
最後に、２００μｍの共振器長に劈開したのち、光軸に垂直な端面に反射防止膜２７を形成することによって本発明の第１の実施の形態の分布帰還型半導体レーザの基本構成が完成する。
【００３６】
この本発明の第１の実施の形態の分布帰還型半導体レーザにおいては、絶縁体であるＢＣＢを用いているので、ＢＣＢの両側から電流を流す構造を採用している。
なお、ＢＣＢをクラッド層に用いること自体は、非特許文献（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，ｖｏｌ．４１，ｐ．Ｌ２４９−２５１，２００２）に記載されている。
【００３７】
図３参照
図３は、上記の第１の実施の形態の分布帰還型半導体レーザのκＬの温度依存性に関する計算結果を示したものである。
回折格子２４を構成するＩｎＰは温度上昇に対して約３×１０−４〔Ｋ−１〕の変化率で増加するが、ＢＣＢ（３００℃における屈折率は１．５４５）は温度上昇に対する変化率は約−３．０×１０−５〔Ｋ−１〕で、温度上昇とともに減少するので、温度上昇とともに、両者の屈折率差が大きくなり、それによって、結合係数κも大きくなるので積κＬが温度とともに上昇する。
【００３８】
図４参照
図４は、上記の第１の実施の形態の分布帰還型半導体レーザの閾値電流値Ｉｔｈの温度変化の計算結果を示したもので、ＩｎＰ系の半導体のみで回折格子を形成した従来例に比べ、閾値電流値Ｉｔｈの変化量が小さいことがわかる。
【００３９】
この本発明の第１の実施の形態においては、回折格子部分を活性層部分のメサ幅と比較して広くとっているので、光の電界分布がｐ側電極部分にかかることはなく、したがって、ｐ側電極がレーザ特性に悪影響を与えることがない。
【００４０】
但し、回折格子形成部分を広く取りすぎるとｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層の面積が狭くなり素子抵抗が増大するといった問題が生じる。
逆に、素子抵抗の低減のためにｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層部分を広くすると光の電界分布がｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層にかかりレーザ特性が劣化するという問題が生ずる。
【００４１】
次に、図５を参照して、本発明の第２の実施の形態の分布帰還型半導体レーザを説明するが、回折格子の幅及び近傍の構成が異なるだけで、他は上記の第１の実施の形態と同様であるので、相違点のみ説明する。
図５（ａ）及び（ｂ）参照
図５（ａ）は、本発明の第２の実施の形態の分布帰還型半導体レーザの光軸方向からみた正面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＡ−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った回折格子の概略的断面図である。
【００４２】
上記の第１の実施の形態の分布帰還型半導体レーザの製造工程と全く同様に、ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ活性層含むストライプ状メサの両脇をｐ型ＩｎＰ埋込層１７及びｎ型ＩｎＰ電流ブロック層１８で埋め込んだのち、ＳｉＯ２ 膜パターンを除去して、再び、ＭＯＣＶＤ法を用いてｐ型ＩｎＰ層１９を例えば、３００ｎｍの厚さに堆積させる。
【００４３】
次いで、レジストを塗布し、レーザ中央部に幅が、例えば、１０μｍで、２４０ｎｍ周期で１２０ｎｍのラインアンドスペースの回折格子パターンを露光し、現像することによってレジストパターン（図示を省略）を形成し、このレジストパターンをマスクとしてｐ型ＩｎＰ層１９の露出部を例えば、１０ｎｍ深さにエッチングすることによって、溝２０を形成する。
なお、この場合も、溝２０の中央部近傍に位相シフト領域２１を設ける。
【００４４】
次いで、レジストパターンを除去したのち、溝形成部をＳｉＯ２ パターン（図示を省略）で被覆し、このＳｉＯ２ パターンを選択成長マスクとして、再び、ＭＯＣＶＤ法により厚さが、例えば、１５０ｎｍのｐ型ＩｎＰ層２８及び厚さが、例えば、５０ｎｍのｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層２２を順次堆積させる。
【００４５】
次いで、溝形成部に設けたＳｉＯ２ パターンを除去したのち、ＢＣＢを溝形成部に厚さが、例えば、２００ｎｍの厚さにコーティングして、ｐ型ＩｎＰ層１９とＢＣＢ層２３とからなる回折格子２４を形成し、次いで、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層２２上にｐ側電極２５を設けるとともに、ｎ型ＩｎＰ基板１１の裏面にｎ側電極２６を形成する。
最後に、２００μｍの共振器長に劈開したのち、光軸に垂直な端面に反射防止膜２７を形成することによって本発明の第２の実施の形態の分布帰還型半導体レーザの基本構成が完成する。
【００４６】
この本発明の第２の実施の形態においては、素子抵抗を低減するために回折格子部分を狭くしているが、回折格子形成部分の両脇にｐ型ＩｎＰ層を厚く形成しているので光の電界分布がｐ側電極にかかることがなく、レーザ特性が劣化することがない。
【００４７】
次に、図６を参照して本発明の第３の実施の形態の分布帰還型半導体レーザを説明する。
図６（ａ）及び（ｂ）参照
図６（ａ）は、本発明の第３の実施の形態の分布帰還型半導体レーザの光軸方向からみた正面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＡ−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った回折格子の概略的断面図である。
【００４８】
まず、ｎ型ＩｎＰ基板３１上にＭＯＣＶＤ法を用いて、厚さが、例えば、２００ｎｍのｎ型ＩｎＰクラッド層３２、厚さが、例えば、５０ｎｍのｉ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層３３、厚さが、例えば、２０ｎｍのｉ型ＩｎＧａＡｓＰ活性層３４、厚さが、例えば、５０ｎｍのｉ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層３５、厚さが、２００ｎｍのｐ型ＩｎＰクラッド層３６、厚さが、例えば、５．２μｍのｐ型ＩｎＰ層３７、及び、厚さが、例えば、５０ｎｍのｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層３８を順次堆積させる。
【００４９】
次いで、厚さが、例えば、０．３μｍのＳｉＯ２ 膜を堆積させたのち、エッチングすることによって幅が、例えば、３．０μｍのＳｉＯ２ 膜パターン（図示を省略）を形成し、このＳｉＯ２ 膜パターンをマスクとしてｐ型ＩｎＰ層３７を５μｍの深さにエッチングしてリッジ３９を形成する。
【００５０】
次いで、ＳｉＯ２ 膜パターンを除去したのち、レジストを塗布し、リッジ３９の両脇に、２４０ｎｍ周期で１２０ｎｍのラインアンドスペースの回折格子パターンを露光し、現像することによってレジストパターン（図示を省略）を形成し、このレジストパターンをマスクとしてｐ型ＩｎＰ層３７の露出部を例えば、１０ｎｍ深さにエッチングすることによって、溝４０を形成する。
なお、この場合も、溝４０の中央部近傍に位相シフト領域４１を設ける。
【００５１】
次いで、レジストパターンを除去したのち、ＢＣＢを溝形成部に厚さが、例えば、２００ｎｍの厚さにコーティングして、ｐ型ＩｎＰ層３７とＢＣＢ層４２とからなる回折格子４３を形成し、次いで、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層３８上にｐ側電極４４を設けるとともに、ｎ型ＩｎＰ基板３１の裏面にｎ側電極４５を形成する。
最後に、２００μｍの共振器長に劈開したのち、光軸に垂直な端面に反射防止膜４６を形成することによって本発明の第３の実施の形態の分布帰還型半導体レーザの基本構成が完成する。
【００５２】
この第３の実施の形態においては、リッジ構造を採用しているので、埋込ヘテロ構造と比較して、少ないプロセス技術で作製できるという利点がある。
なお、光の電界分布はリッジの両側に拡がり回折格子を影響を受けて分布帰還型半導体レーザとなる。
【００５３】
以上、本発明の各実施の形態を説明したが、本発明は各実施の形態に記載した構成及び条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の各実施の形態においては、温度に対して屈折率が低下する材料としてＢＣＢをとりあげたが、ＢＣＢに限られるものではなく、ポリスチレンやＰＭＭＡ等の有機材料、或いは、フッ化リチウム等の誘電体を替りに用いても良いものである。
【００５４】
また、上記の各実施の形態においては、活性層をＩｎＧａＡｓＰバルク層で構成しているが、ＭＱＷ（多重量子井戸構造）活性層を用いても良いものである。
【００５５】
また、上記の各実施の形態においては、光通信用光源を前提としているのでＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系で半導体レーザを構成しているが、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系に限られるものではなく、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系等の他の化合物半導体を用いても良いものである。
【００５６】
また、上記の第３の実施の形態においては、リッジを形成してから回折格子用の溝を形成しているが、上記の第２の実施の形態のように、回折格子用の溝を形成してからリッジを選択成長させても良いものである。
【００５７】
また、上記の第１及び第２の実施の形態においては、回折格子用の溝を形成してからｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層或いはｐ型ＩｎＰ層を選択成長させているが、上記の第３の実施の形態と同様に、全体の層構造を成長させたのちｐ型ＩｎＰ層１９に達する凹部を形成し、この凹部の表面に回折格子用の溝を形成しても良いものである。
【００５８】
ここで、再び図１を参照して、改めて本発明の詳細な特徴を説明する。
再び、図１参照
（付記１） 回折格子３を第１の媒質１と、前記第１の媒質１より屈折率が小さく且つ温度に対して屈折率の増加率が小さな第２の媒質２とにより構成したことを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
（付記２） 回折格子３を温度に対して屈折率が増加する第１の媒質１と、前記第１の媒質１より屈折率が小さく且つ温度に対して屈折率が減少する第２の媒質２とにより構成したことを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
（付記３） 溝４を設けた導電性媒質からなる第１の媒質１と、前記溝４を少なくとも埋め込むように設けた非導電性媒質からなる第２の媒質２から構成した上記回折格子３が活性層を含むメサ構造の上に位置し、前記回折格子３を構成する第２の媒質２の両脇に、前記第１の媒質１と同じ屈折率特性を有する導電性媒質を設けるとともに、前記第１の媒質１と同じ屈折率特性を有する導電性媒質上に電極を設けたことを特徴とする付記１または２に記載の分布帰還型半導体レーザ。
（付記４） 溝４を設けた導電性媒質からなる第１の媒質１と、前記溝４を少なくとも埋め込むように設けた非導電性媒質からなる第２の媒質２から構成した上記回折格子３が活性層を含むメサ構造の上に位置し、前記回折格子３を構成する第２の媒質２の両脇が、前記第１の媒質１で完全に埋め込まれるとともに、前記第２の媒質２の両脇を埋め込む第１の媒質１の上方に電極を設けたことを特徴とする付記１または２に記載の分布帰還型半導体レーザ。
（付記５） 溝４を設けた導電性媒質からなる第１の媒質１と、前記溝４を少なくとも埋め込むように設けた非導電性媒質からなる第２の媒質２から構成した上記回折格子３が、活性層上に設けられたリッジ構造の両側に位置することを特徴とする付記１または２に記載の分布帰還型半導体レーザ。
（付記６） 上記第２の媒質２が、ベンゾシクロブテン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、或いは、フッ化リチウムのいずれかからなることを特徴とする付記１乃至５のいずれか１つに記載の分布帰還型半導体レーザ。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、回折格子を、ＩｎＰ等の第１の媒質と、第１の媒質より屈折率が小さく且つ温度に対して屈折率の増加率が小さなＢＣＢ等の第２の媒質とにより構成しているので、周囲温度の変化に対して発振閾値電流値Ｉｔｈが安定な半導体レーザを得ることができ、それによって、変調制御用回路の回路構成を単純化することができ、ひいては、光通信システムの低コスト化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の第１実施の形態の分布帰還型半導体レーザの構成説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態におけるκＬの温度依存性の説明図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における発振閾値電流値の温度依存性の説明図である。
【図５】本発明の第２実施の形態の分布帰還型半導体レーザの構成説明図である。
【図６】本発明の第３実施の形態の分布帰還型半導体レーザの構成説明図である。
【符号の説明】
１ 第１の媒質
２ 第２の媒質
３ 回折格子
４ 溝
１１ ｎ型ＩｎＰ基板
１２ ｎ型ＩｎＰクラッド層
１３ ｉ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層
１４ ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ活性層
１５ ｉ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層
１６ ｐ型ＩｎＰクラッド層
１７ ｐ型ＩｎＰ埋込層
１８ ｎ型ＩｎＰ電流ブロック層
１９ ｐ型ＩｎＰ層
２０ 溝
２１ 位相シフト領域
２２ ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層
２３ ＢＣＢ層
２４ 回折格子
２５ ｐ側電極
２６ ｎ側電極
２７ 反射防止膜
２８ ｐ型ＩｎＰ層
３１ ｎ型ＩｎＰ基板
３２ ｎ型ＩｎＰクラッド層
３３ ｉ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層
３４ ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ活性層
３５ ｉ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層
３６ ｐ型ＩｎＰクラッド層
３７ ｐ型ＩｎＰ層
３８ ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層
３９ リッジ
４０ 溝
４１ 位相シフト領域
４２ ＢＣＢ層
４３ 回折格子
４４ ｐ側電極
４５ ｎ側電極
４６ 反射防止膜
Claims (5)
- 回折格子を第１の媒質と、前記第１の媒質より屈折率が小さく且つ温度に対して屈折率の増加率が小さな第２の媒質とにより構成したことを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
- 回折格子を温度に対して屈折率が増加する第１の媒質と、前記第１の媒質より屈折率が小さく且つ温度に対して屈折率が減少する第２の媒質とにより構成したことを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
- 溝を設けた導電性媒質からなる第１の媒質と、前記溝を少なくとも埋め込むように設けた非導電性媒質からなる第２の媒質から構成した上記回折格子が活性層を含むメサ構造の上に位置し、前記回折格子を構成する第２の媒質の両脇に、前記第１の媒質と同じ屈折率特性を有する導電性媒質を設けるとともに、前記第１の媒質と同じ屈折率特性を有する導電性媒質上に電極を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の分布帰還型半導体レーザ。
- 溝を設けた導電性媒質からなる第１の媒質と、前記溝を少なくとも埋め込むように設けた非導電性媒質からなる第２の媒質から構成した上記回折格子が活性層を含むメサ構造の上に位置し、前記回折格子を構成する第２の媒質の両脇が、前記第１の媒質で完全に埋め込まれるとともに、前記第２の媒質の両脇を埋め込む第１の媒質の上方に電極を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の分布帰還型半導体レーザ。
- 溝を設けた導電性媒質からなる第１の媒質と、前記溝を少なくとも埋め込むように設けた非導電性媒質からなる第２の媒質から構成した上記回折格子が、活性層上に設けられたリッジ構造の両側に位置することを特徴とする請求項１または２に記載の分布帰還型半導体レーザ。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007003842A2 (fr) * | 2005-06-30 | 2007-01-11 | France Telecom | Source optique laser et procede de realisation |
| JP2007294883A (ja) * | 2006-03-30 | 2007-11-08 | Anritsu Corp | 半導体レーザ素子、半導体レーザモジュール、および半導体レーザモジュールを用いたラマン増幅器 |
| US8659053B2 (en) | 2012-02-09 | 2014-02-25 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor light detecting element |
| WO2019111295A1 (ja) * | 2017-12-04 | 2019-06-13 | 三菱電機株式会社 | 電界吸収型変調器、光半導体装置及び光モジュール |
| CN113169521A (zh) * | 2018-11-19 | 2021-07-23 | 三菱电机株式会社 | 光半导体装置以及光半导体装置的制造方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0992924A (ja) * | 1995-09-25 | 1997-04-04 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体レーザ |
| JPH1098235A (ja) * | 1996-08-01 | 1998-04-14 | Pioneer Electron Corp | 無再成長分布帰還リッジ型半導体レーザ及びその製造方法 |
| JPH10178232A (ja) * | 1996-12-17 | 1998-06-30 | Nec Corp | 半導体レーザおよびその製造方法 |
| JP2000223784A (ja) * | 1999-01-29 | 2000-08-11 | Canon Inc | 波長安定化半導体レーザー |
| JP2000223787A (ja) * | 1999-01-29 | 2000-08-11 | Canon Inc | 半導体レーザー |
| JP2002014247A (ja) * | 2000-06-30 | 2002-01-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 分布反射光導波路及びこれを含む光素子 |
-
2003
- 2003-01-16 JP JP2003008535A patent/JP4447222B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0992924A (ja) * | 1995-09-25 | 1997-04-04 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体レーザ |
| JPH1098235A (ja) * | 1996-08-01 | 1998-04-14 | Pioneer Electron Corp | 無再成長分布帰還リッジ型半導体レーザ及びその製造方法 |
| JPH10178232A (ja) * | 1996-12-17 | 1998-06-30 | Nec Corp | 半導体レーザおよびその製造方法 |
| JP2000223784A (ja) * | 1999-01-29 | 2000-08-11 | Canon Inc | 波長安定化半導体レーザー |
| JP2000223787A (ja) * | 1999-01-29 | 2000-08-11 | Canon Inc | 半導体レーザー |
| JP2002014247A (ja) * | 2000-06-30 | 2002-01-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 分布反射光導波路及びこれを含む光素子 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| TAKESHI OKAMOTO, NOBUHIRO NUNOYA, YUICHI ONODERA, SHIGEO TAMURA AND SHIGEHISA ARAI: "Single-Mode Operation of Optically Pumped Membrane Buried Heterostructure Distributed-Feedback Laser", JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, vol. Vol.41 Part 2, No.3A, JPN6009068429, March 2002 (2002-03-01), JP, pages 249 - 251, ISSN: 0001505631 * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007003842A2 (fr) * | 2005-06-30 | 2007-01-11 | France Telecom | Source optique laser et procede de realisation |
| WO2007003842A3 (fr) * | 2005-06-30 | 2007-11-08 | France Telecom | Source optique laser et procede de realisation |
| JP2007294883A (ja) * | 2006-03-30 | 2007-11-08 | Anritsu Corp | 半導体レーザ素子、半導体レーザモジュール、および半導体レーザモジュールを用いたラマン増幅器 |
| US8659053B2 (en) | 2012-02-09 | 2014-02-25 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor light detecting element |
| WO2019111295A1 (ja) * | 2017-12-04 | 2019-06-13 | 三菱電機株式会社 | 電界吸収型変調器、光半導体装置及び光モジュール |
| JPWO2019111295A1 (ja) * | 2017-12-04 | 2020-09-10 | 三菱電機株式会社 | 電界吸収型変調器、光半導体装置及び光モジュール |
| US11398713B2 (en) | 2017-12-04 | 2022-07-26 | Mitsubishi Electric Corporation | Electro-absorption modulator, optical semiconductor device and optical module |
| CN113169521A (zh) * | 2018-11-19 | 2021-07-23 | 三菱电机株式会社 | 光半导体装置以及光半导体装置的制造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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