JP2005166806A - 半導体レーザーおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 自然放出光の利用効率を高めて低消費電力化を図ることのできるアクティブＭＭＩ型半導体レーザーを提供する。
【解決手段】 能動導波路の一部が多モード干渉導波路１１１よりなるアクティブＭＭＩ型半導体レーザーにおいて、多モード干渉導波路１１１の端部からの自然放出光を多モード干渉導波路１１１内に戻すための反射鏡１１５を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体レーザー、特に動的多モード光干渉型半導体レーザーおよびその製造方法に関する。

近年の通信需要の伸びに伴い、高速大容量通信を可能とする光通信技術は、基幹系（大都市間を指す）のみならず、いわゆるメトロ系（都市圏内を指す）やアクセス系（家庭やビル間を指す）といった領域にまで適用されるようになってきた。基幹系では、長距離伝送であるために送信光源の高出力化が要求されるのに対して、メトロ／アクセス系では、大量の利用が見込める（例えば「Fiber to the Home(FTTH)」などの光通信技術のアクセス系への浸透に伴う加入者数の伸びが予測される）ため、低コストで低消費電力の送信光源が必要とされる。

送信光源である半導体レーザーの低消費電力化を行う方法の１つとして、素子長を長くし、素子抵抗を小さくすることで駆動電圧を低減させる方法が考えられる。しかしながら、素子長の増大は、素子収量（生産量）の低下を招くため、コストが増大するという問題がある。加えて、スロープ効率（量子効率）が低下し、閾値電流（レーザー発振に至る電流値）が上昇するために、駆動電流が増えてしまうという問題もある。なお、特許文献１には、反射鏡を導波路両脇に設けて、導波路から放出される光を再利用することで閾値電流を下げることが記載されているが、この手法を採用したとしても、素子長を長くすることに伴うコスト増大の問題は残る。

そこで、素子長を長くすること無く、素子抵抗を小さくすることができる半導体レーザーが提案されている。その一例として、特許文献２に記載されているような動的多モード光干渉型半導体レーザー（アクティブＭＭＩ型半導体レーザー）がある。このアクティブＭＭＩ型半導体レーザーは、シングルモード光を出力する半導体レーザーであって、活性層を含む能動導波路が、１×１−ＭＭＩ導波路と、その両端部に接続された１対のシングルモード導波路とからなる。１×１−ＭＭＩ導波路は、ＭＭＩ理論に基づき「１×１動作」が行われるように設計されたものである。以下に、ＭＭＩ理論を簡単に説明する。

ＭＭＩ理論は、１×ＮもしくはＮ×Ｎの分岐・合流受動光導波路を設計する理論として知られている（例えば、「Lucas B. Soldano」著、「ジャーナル・オブ・ライトウェア・テクノロジー」、Ｖｏｌ．１３、Ｎｏ．４、第６１５〜６２７頁、１９９５年を参照）。このＭＭＩ理論によって導かれるＭＭＩ長Ｌπは以下の式で与えられる。

ここで、ＬはＭＭＩ領域の長さ、Ｗ１はＭＭＩ領域の幅、Ｎｒは導波領域の屈折率、Ｎｃはクラッド領域の屈折率、λ0は入射光波長である。σは、ＴＥモードのとき「０」、軸モードのとき「１」である。

ＭＭＩ理論によると、

という条件を満たすとき、ＭＭＩ領域は１×Ｎ光導波路として動作する。また、

という条件を満たすとき、ＭＭＩ領域はＮ×Ｎ光導波路として動作する。この原理に基づき、両端部においてシングルモード光となるような１×１−ＭＭＩ導波路を設計することが可能である。

上記のように構成されたアクティブＭＭＩ型半導体レーザーにおいては、１×１−ＭＭＩ導波路において導波路幅を広くすることができるので、素子長を長くせずに、素子抵抗を小さくすることができ、低駆動電圧化を達成することができる。
特開平６−１５２０４６号公報 特開平１１−６８２４１号公報

上述したように、ＭＭＩ導波路を持たない通常の半導体レーザーにおいて、素子長を長くすることは、コストの増大やスロープ効率の低下による閾値電流の上昇の問題を生じる。このようなことから、低消費電力化を行うことは困難であった。

特許文献１に記載にものにおいては、導波路から放出される光の再利用により閾値電流を下げることができるものの、素子抵抗を小さくするためにはやはり素子長を長くする必要があるため、コスト増大の問題がある。

特許文献２に記載のアクティブＭＭＩ型半導体レーザーにおいては、素子長を長くすることなく、低駆動電圧化を達成することができるものの、導波路幅を広げると、閾値電流が上昇して、却って消費電力を増大させてしまう場合がある。このように、閾値電流の上昇を伴うために導波路幅に制限がある。

加えて、アクティブＭＭＩ型半導体レーザーにおいては、本願の発明者等によるこれまでの研究結果から以下のような新規な問題点および知見が得られた。

アクティブＭＭＩ型半導体レーザーは、ＭＭＩ導波路を持たない通常の半導体レーザーに比較して、多くの自然放出光を放出していることが判った。また、この自然放出光は、ＭＭＩ導波路端に強く局在していることも判った。これらの結果から、従来のアクティブＭＭＩ型半導体レーザーでは、導波路外へ多くの自然放出光が放出されていることが明らかになり、自然放出光の利用効率の悪いものとなっていることが判明した。加えて、ＭＭＩ導波路端から放出された多くの自然放出光を再利用できれば、閾値電流を下げることが可能となる、という知見も得られた。

本発明の目的は、上記各問題を解決し、上記知見に基づいて自然放出光の利用効率を高めることで、低消費電力の半導体レーザーを提供することにある。

本発明の別の目的は、そのような半導体レーザーの製造方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、そのような半導体レーザーを備える光通信モジュールを提供することにある。

本発明の特徴は、能動導波路の一部が多モード干渉導波路よりなる半導体レーザーにおいて、前記多モード干渉導波路の端部からの自然放出光を前記多モード干渉導波路内へ戻すための反射鏡を設けたことにある。

上記の構成によれば、多モード干渉導波路の端部からの自然放出光は、反射鏡にて反射されて再び多モード干渉導波路に入射する。この多モード干渉導波路に再入射した自然放出光は、レーザー発振に至るための必要電流（閾値電流）を下げるよう作用する為、レーザー発振に寄与することになる。このように自然放出光の利用効率を高めることで、閾値電流が下がり、この結果、従来に比べてＭＭＩ導波路幅を広くとることが可能となる。ＭＭＩ導波路幅を広くとれることから、素子抵抗がより小さいものとなり、それに伴い駆動電圧もより小さいものとなる。

上記の半導体レーザーにおいて、前記反射鏡は、前記多モード干渉導波路の少なくとも両端部に沿って形成されてもよい。この構成によれば、導波路外への自然放出光の放出が最も多く生じる多モード干渉導波路の両端部に反射鏡を備えることになるので、自然放出光の再利用を効率的に行うことが可能である。

また、前記反射鏡は、前記多モード干渉導波路の周囲を囲むように設けられてもよい。この構成によれば、多モード干渉導波路の両端部および両側部から放出された自然放出光を多モード干渉導波路方向へ反射させることができるので、さらに自然放出光の利用効率が高くなる。

本発明の光通信モジュールは、上述した半導体レーザーのいずれかと、該半導体レーザーを駆動する回路とを収容することを特徴とする。上述した半導体レーザーを備えることで、低電圧での駆動が可能である。

本発明の半導体レーザーの製造方法は、能動導波路の一部が多モード干渉導波路よりなる半導体レーザーの製造方法であって、半導体基板上に前記能動導波路を形成する工程と、前記多モード干渉導波路の少なくとも両端部に沿って、深さが前記能動導波路の活性層と前記半導体基板側に形成されたクラッド層との境界面に少なくとも到達する凹部を形成する工程とを含むことを特徴とする。この製造方法によれば、上述した本発明の半導体レーザーを簡単に実現可能である。

上記の半導体レーザーの製造方法において、前記凹部の壁面に金属膜を形成する工程をさらに含むようにしてもよい。この場合は、反射特性に優れた金属膜により反射鏡を形成することが可能である。

また、前記金属膜を形成する工程が、前記能動導波路上に電極を形成する工程であってもよい。この場合は、電極形成工程と反射鏡形成工程を同一の工程で行うことになるので、工程数の削減が可能である。

なお、前述の特許文献１に記載された、光を再利用する構造は、ＭＭＩ導波路を持たない通常の導波型半導体レーザーに特定して用いられるものであり、本発明のような、ＭＭＩ導波路端に局在している自然放出光を再利用できる構造ではない。

以上のとおり、本発明によれば、ＭＭＩ導波路幅を拡大して大面積化した際に、これまで大きく増大していた閾値電流を低減することができる。また、従来、閾値電流の増大のために制限されていたＭＭＩ導波路幅を広くとることできることから、素子抵抗をより小さくすることができる。よって、駆動電圧をより小さくすることができ、従来にない、低消費電力型のアクティブＭＭＩ型半導体レーザーを提供することができる、という効果がある。

本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

（実施形態１）
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態であるアクティブＭＭＩ型半導体レーザーを上面から見た模式図である。このアクティブＭＭＩ型半導体レーザーでは、活性層を含む能動導波路構造が、１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１と、その両端部に設けられた一対のシングルモード導波路領域１１２、１１３とから構成されており、１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１の両端の端部に対向して、反射鏡１１５が設けられている。

シングルモード導波路領域１１２の、１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１と接続される側とは反対の端面が、レーザー光が出射される端面である。この端面を含む素子前方側端面（劈開面）には反射防止膜が設けられている。他方、素子後方側端面（劈開面）は、シングルモード導波路領域１１３の、１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１と接続される側とは反対の端面を含む。この素子後方側端面には高反射膜が設けられている。シングルモード導波路領域１１２の反射防止膜が設けられた端面と、シングルモード導波路領域１１３の高反射膜が設けられた端面が、それぞれレーザー共振器の前後の反射鏡に相当する。

図１（ｂ）に図１（ａ）のＡ−Ａ’での断面構造を模式的に示す。この断面は、１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１とその両端部近傍に設けられた反射鏡１１５を含む領域を素子の長手方向に沿って切断したものである。１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１の部分は、n-InP半導体基板１０１上に、n-InPクラッド層１０３、活性層（発光層）１０４、p-InPクラッド層１０５が順次積層したものをメサ形状に形成したＭＭＩ導波路を含む。

ＭＭＩ導波路は、前述したＭＭＩ理論により「１×１−動作」が行われるように設計されており、その長さは２３０μｍ、幅は９μｍ程度である。ＭＭＩ導波路の両端が、１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１の両端であり、その周りには、p-InP電流ブロック層１３１、n-InP電流ブロック層１３２を順次積層した電流ブロック層が形成されている。活性層１０４は、半導体レーザーでよく知られた既存の構造のものであって、図２に示すように、量子井戸を多層に積層したInGaAsP/InGaAsP-MQW（多重量子井戸）層１０９をその上下からInGaAsP-SCH（分離閉じ込めヘテロ構造）層１０８で挟んだ構造になっている。

電流ブロック層の表面及びＭＭＩ導波路の上層との面上にp-InPクラッド層１０６、p-InGaAsコンタクト層１０７、電極１３５が順次積層されている。ＭＭＩ導波路の両側部の近傍には反射鏡１１５となる凹部が形成されている。この凹部は、導波路の両端部に沿って設けられており、その深さはp-InGaAsコンタクト層１０７の表面からn-InP半導体基板１０１まで到達する。凹部の側壁および底面には、SiO₂膜１４０が形成されており、さらにその上に金属膜が形成されている。この金属膜は、電極１３５を構成する金属膜と同一の膜により形成されている。

図１（ｃ）に図１（ａ）のＢ−Ｂ’での断面構造を模式的に示す。この断面は、シングルモード導波路領域１１２を素子の幅方向に切断したものである。シングルモード導波路領域１１２は、上記の図１（ｂ）に示した１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１の断面構造と同様な導波路構造であって、n-InP半導体基板１０１上に、n-InPクラッド層１０３、活性層（発光層）１０４、p-InPクラッド層１０５が順次積層されてシングルモード導波路が形成されている。シングルモード導波路は、メサ形状であって、その長さは３５μｍ、幅は２μｍ程度である。シングルモード導波路の両側部には、p-InP電流ブロック層１３１、n-InP電流ブロック層１３２を順次積層した電流ブロック層が形成されている。この電流ブロック層の表面とシングルモード導波路の上層に位置するp-InPクラッド層１０５の表面は一様な面を構成しており、この面上にp-InPクラッド層１０６、p-InGaAsコンタクト層１０７、電極１３５が順次積層されている。

図示していないが、シングルモード導波路領域１１３も、上記の図１（ｃ）に示したシングルモード導波路領域１１２と同様なシングルモード導波路の断面構造を有し、そのシングルモード導波路の長さおよび幅も同じである。素子全体の長さ（ＭＭＩ導波路とその両側のシングルモード導波路を含めた全体の導波路長に相当する）は３００μｍ程度である。

上述のように構成された本実施形態のアクティブＭＭＩ型半導体レーザーでは、電極１３５、１３６の間に所定のバイアス電圧を印加することで、電流ブロック層により制限された、メサ構造の中央部の活性層１０４に電流が流れる。閾値電流未満では、自然放出と吸収が生じ、閾値電流以上になる（誘導放出が吸収を上回る）とレーザー発振可能な状態になる。

レーザー発振可能な状態になると、誘導放出により増幅された光は、ＭＭＩ理論により、１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１では、マルチモード光として伝搬するが、その両端部のシングルモード導波路領域１１２、１１３においては、シングルモード光として伝搬する。シングルモード導波路領域１１３を、１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１とは反対の側の方向へ伝搬するシングルモード光は、シングルモード導波路領域１１３の端部に形成された高反射膜にて反射される。この反射されたシングルモード光は、再びシングルモード導波路領域１１３を伝搬して１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１に到達する。１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１では、到達したシングルモード光はマルチモード光に変換され、干渉しながら伝搬するが、シングルモード導波路領域１１２が接続されている端部に到達するときには再びシングルモード光に戻る。こうして１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１を通過したシングルモード光は、シングルモード導波路領域１１２を１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１とは反対の側の方向へ伝搬し、シングルモード導波路領域１１２の端部に形成された反射防止膜を透過して、レーザー光として出射される。このようにして、シングルモード光が、１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１を介してシングルモード導波路領域１１２、１１３を伝搬することでレーザー発振を得る。

ここまでの動作は、基本的には特許文献２に記載のものと同じである。本実施形態では、この動作に加えて、以下のような自然放出光の再利用が可能になっている。

閾値電流未満の状態（未発振状態）では、１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１にて発生した自然放出光は、１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１端部から導波路外へ放出される。この端部から放出される自然放出光は、そのままではレーザー発振に寄与することがない。本実施形態では、図３に示すように、１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１の両端部から放出された自然放出光は、その進行方向に設けられた反射鏡１１５にて反射され、再び１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１内に入射する。こうして１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１に再入射した自然放出光は、再利用されてレーザー発振（光増幅）に寄与することになる。

以上の動作から分かるように、本実施形態のアクティブＭＭＩ型半導体レーザーによれば、１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１を含む導波路構造を採用したことで、前述の特許文献２に記載のものと同様な効果を奏しつつ、１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１の両端部近傍に反射鏡１１５を設けたことで、従来、利用することができなかった、１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１の両端部からの自然放出光を再利用することが可能である。この自然放出光の再利用により、閾値電流が低下することとなり、１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１の幅が広いことに起因する閾値電流の増大の問題を解決することができる。具体的には、本実施形態の半導体レーザーの閾値電流は、ＭＭＩ導波路を持たない通常の導波路構造を有する半導体レーザーと同程度とすることが可能である。

次に、本実施形態のアクティブＭＭＩ型半導体レーザーの製造方法について説明する。図４（ａ）〜（ｅ）は、図１（ａ）〜（ｃ）に示したアクティブＭＭＩ型半導体レーザーの一連の製造工程を示す断面工程図である。以下、この図４（ａ）〜（ｅ）を参照して製造方法を説明する。

まず、図４（ａ）に示すように、n-InP半導体基板１０１上に、有機金属気相成長（ＭＯ−ＶＰＥ）法によってn-InPクラッド層１０３、発光層１０４、p-InPクラッド層１０５を順次形成する。次いで、図４（ｂ）に示すように、熱ＣＶＤ法を用いて、全面にSiO₂膜を堆積し、通常のフォトリソグラフィ法と反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法とを用いて、その堆積したSiO₂膜を導波路形状にパターニングすることでマスク１３０を得る。このマスク１３０を用いて、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）法によりメサを形成する。

メサ形成後、図４（ｃ）に示すように、ＭＯ−ＶＰＥ法を用いて、メサの周辺にp-InP電流ブロック層１３１、n-InP電流ブロック層１３２を形成し、さらにメサ直上のマスク１３０をバッファード沸酸を用いて除去した後、全面にp-InPクラッド層１０６、p-InGaAsコンタクト層１０７を順次形成する。次いで、図４（ｄ）に示すように、通常のフォトリソグラフィ法とウェットエッチング法とを用いて、反射鏡１１５形成のためのマスクを形成したうえで、ＩＣＰ法によりエッチングを施して凹部１１５ａを形成する。

次いで、図４（ｅ）に示すように、熱ＣＶＤ法により全面にSiO₂膜を堆積した後、電気的コンタクトを取れるように通常のフォトリソグラフィ法とウェットエッチング法を用いてメサ直上のSiO₂膜を除去してSiO₂膜１４０を形成する。さらに、電子ビーム蒸着法により全面に電極１３５となる金属膜を形成する。このとき、金属膜の一部により凹部１１５ａの側壁が覆われることで、高反射率の反射鏡１１５が形成されることになる。この後、n-InP半導体基板１０１裏面を研磨して電極１３６を形成する。

上述した図４（ａ）〜（ｅ）の作製手順に従って、ウェーハ上に複数のレーザー素子が形成される。各レーザー素子間の境界に沿って劈開することで、図１（ａ）〜（ｃ）に示したような構造を有するレーザー素子を得る。この劈開により、レーザー素子の後方端面、前方端面がそれぞれ形成される。最後に、前方端面に反射防止膜を、後方端面に高反射膜をそれぞれ形成して、素子の製造を終了する。

なお、上述した製造手順は一例であって、本発明はこれに限定されるわけではなく、適宜変更可能である。例えば、結晶成長方法にＭＯ−ＶＰＥ法を用いたが、これに代えて分子線ビーム成長（ＭＢＥ）法を用いてもよい。また、メサ形成工程では、ＩＣＰ法を用いているが、これに代えてＲＩＥ法を用いてもよい。

また、上述した製造手順においては、反射鏡１１５用の金属膜の形成工程と電極１３５用の金属膜の形成工程とを同一工程で行うことで、工数の削減を図っているが、これらの工程は、別々の工程であってもよい。こうすることで、反射鏡１１５用の金属膜として、反射特性に優れた材料を用いることができる。

さらに、凹部を形成するだけでも、ある程度の反射作用を得られることから、上記製造手順において、凹部のみで反射鏡１１５を形成するようにしてもよい。ただし、この場合は、全反射にはならないため、ある程度の反射損失が生じる。

（実施形態２）
図５は、本発明の第２の実施形態であるアクティブＭＭＩ型半導体レーザーの概略構成を説明するための図で、（ａ）は上面からみた場合の模式図、（ｂ）は（ａ）の一点鎖線Ａ−Ａ’での断面図、（ｃ）は（ａ）の一点鎖線Ｂ−Ｂ’での断面図である。

本実施形態のアクティブＭＭＩ型半導体レーザーは、図５（ａ）に示すように、活性層を含む能動導波路構造が、１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１と、その両端部に設けられた一対のシングルモード導波路領域１１２、１１３とから構成されており、１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１の両端部近傍に、反射鏡１１６が設けられている。

導波路構造部は、図５（ｂ）および図５（ｃ）に示すように、n-InP半導体基板１０１上に、n-InPクラッド層１０３、活性層（発光層）１０４、p-InPクラッド層１０５が順次積層された、メサ状の構造になっている。メサ部の周りには、p-InP電流ブロック層１３１、n-InP電流ブロック層１３２を順次積層した電流ブロック層が形成されており、その上層にはp-InPクラッド層１０６、p-InGaAsコンタクト層１０７、電極１３５の積層構造を有する。ＭＭＩ導波路の両側部の近傍には反射鏡１１６となる凹部が形成されている。凹部の側壁および底面には、SiO₂膜１４０が形成されており、さらにその上に金属膜が形成されている。

上記の構成は、反射鏡１１６の反射面の向きが異なる以外は、第１の実施形態のものと同様の構造のものである。第１の実施形態のものでは、反射鏡（図１（ａ）の１１５）は、その反射面が１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１の端部に対して略平行となるように配置されているが、本実施形態では、反射鏡１１６の反射面は、１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１の端部に対してある程度の傾きを持つ。具体的には、反射鏡１１６は、１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１の両端部との距離が、１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１の中央部において最も大きくなっており、１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１の側部へ行くほど小さくなるようになっている。このように、反射鏡１１６を斜めに配置することでも、１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１の両端部から放出される自然放出光を効率的に再利用することが可能である。

本実施形態のアクティブＭＭＩ型半導体レーザーも、第１の実施形態のものと同様な手順で作製することができる。

（実施形態３）
図６は、本発明の第３の実施形態であるアクティブＭＭＩ型半導体レーザーの概略構成を説明するための図で、（ａ）は上面からみた場合の模式図、（ｂ）は（ａ）の一点鎖線Ａ−Ａ’での断面図、（ｃ）は（ａ）の一点鎖線Ｂ−Ｂ’での断面図である。

本実施形態のアクティブＭＭＩ型半導体レーザーは、図６（ａ）に示すように、活性層を含む能動導波路構造が、１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１と、その両端部に設けられた一対のシングルモード導波路領域１１２、１１３とから構成されており、シングルモード導波路領域１１２、１１３が接続された領域を除いて、１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１を囲むように反射鏡１１７が設けられている。

導波路構造部は、図６（ｂ）および図６（ｃ）に示すように、n-InP半導体基板１０１上に、n-InPクラッド層１０３、活性層（発光層）１０４、p-InPクラッド層１０５が順次積層された、メサ状の構造になっている。メサ部の周りには、p-InP電流ブロック層１３１、n-InP電流ブロック層１３２を順次積層した電流ブロック層が形成されており、その上層にはp-InPクラッド層１０６、p-InGaAsコンタクト層１０７、電極１３５の積層構造を有する。ＭＭＩ導波路の両側部および両側部の近傍には反射鏡１１７となる凹部が形成されている。凹部の側壁および底面には、SiO₂膜１４０が形成されており、さらにその上に金属膜が形成されている。

上記の構成は、反射鏡１１７の形成される範囲が異なる以外は、第１の実施形態のものと同様の構造のものである。第１の実施形態のものでは、反射鏡（図１（ａ）の１１５）は、１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１の両端部にのみ形成されているが、本実施形態では、反射鏡１１７は、１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１の両端部だけでなく、両側部にも形成されている。

１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１にて発生した自然放出光の一部は、１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１の両端部だけでなく、両側部の端部からも放出される。この両側部から放出される自然放出光もそのままではレーザー発振に寄与することがない。本実施形態では、１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１の両端部および両側部から放出された自然放出光は、反射鏡１７にて反射されて再び１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１内に入射する。こうして再入射した自然放出光は、レーザー発振に寄与することになる。

以上のように、本実施形態のアクティブＭＭＩ型半導体レーザーによれば、１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１の両端部だけでなく、両側部から放出された自然放出光についても再利用することができるので、第１および第２の実施形態のものと比べて、自然放出光の再利用をさらに効率的に行うことができ、その分、閾値電流の低減を図ることができる。

上述した本実施形態のアクティブＭＭＩ型半導体レーザーも、第１の実施形態のものと同様な手順で作製することができる。

（実施形態４）
図７は、本発明の第４の実施形態であるアクティブＭＭＩ型半導体レーザーの概略構成を説明するための図で、（ａ）は上面からみた場合の模式図、（ｂ）は（ａ）の一点鎖線Ａ−Ａ’での断面図、（ｃ）は（ａ）の一点鎖線Ｂ−Ｂ’での断面図である。

本実施形態のアクティブＭＭＩ型半導体レーザーは、図７（ａ）に示すように、活性層を含む能動導波路構造が、１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１と、その両端部に設けられた一対のシングルモード導波路領域１１２、１１３とから構成されており、１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１を囲むように反射鏡１１８が設けられている。

導波路構造部は、図７（ｂ）および図７（ｃ）に示すように、n-InP半導体基板１０１上に、n-InPクラッド層１０３、活性層（発光層）１０４、p-InPクラッド層１０５が順次積層された、メサ状の構造になっている。メサ部の周りには、p-InP電流ブロック層１３１、n-InP電流ブロック層１３２を順次積層した電流ブロック層が形成されており、その上層にはp-InPクラッド層１０６、p-InGaAsコンタクト層１０７、電極１３５の積層構造を有する。ＭＭＩ導波路の両側部の近傍には反射鏡１１６となる凹部が形成されている。凹部の側壁および底面には、SiO₂膜１４０が形成されており、さらにその上に金属膜が形成されている
上記の構成は、１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１の両端部における反射鏡１１８の反射面の向きが異なる以外は、第３の実施形態のものと同様の構造のものである。第３の実施形態のものでは、反射鏡（図６（ａ）の１１７）は、その反射面が、１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１の両端部の及び両側部のそれぞれの端部に対して略平行となるように配置されている。これに対して、本実施形態では、反射鏡１１８の反射面は、１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１の両側部においては、その端部に対して平行になっており、１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１の両端部においては、その端部に対してある程度の傾きを持つようになっている。すなわち、反射鏡１１８は、第３の実施形態における反射鏡の、１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１の両端部に位置する部分を、第２の実施形態のような傾きを有する反射鏡で置き換えた構造になっている。このように構成しても、１×１−ＭＭＩ導波路領域１１１の両端部および両側部から放出される自然放出光を効率的に再利用することが可能である。

本実施形態のアクティブＭＭＩ型半導体レーザーも、第１の実施形態のものと同様な手順で作製することができる。

上述した各実施形態では、活性層を含む能動導波路の一部を１×１−ＭＭＩ導波路により構成したものについて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば１×１−ＭＭＩ導波路に代えて、１×Ｎ−ＭＭＩ導波路やＮ×Ｎ−ＭＭＩ導波路を用いることも可能である。１×Ｎ−ＭＭＩ導波路を用いる場合は、「Ｎ」側が後方側、「１」側が前方側となり、後方側では、Ｎ分岐に対応する位置にそれぞれシングルモード導波路１１３を設ける。Ｎ×Ｎ−ＭＭＩ導波路を用いる場合は、前方側のＮ分岐に対応する位置にそれぞれシングルモード導波路１１２を設け、後方側のＮ分岐に対応する位置にそれぞれシングルモード導波路１１３を設ける。

また、反射鏡の配置も、図示した配置に限定されるものではなく、ＭＭＩ導波路端から放出される自然放出光を再利用することができるのであれば、どのような配置にしてもよい。

さらに、上述したアクティブＭＭＩ型半導体レーザーの形態は、全て、ＭＭＩ導波路の両端にシングルモード導波路を接続した構造になっているが、ＭＭＩ導波路の前方側または後方側のみがシングルモード導波路を持つような構造とすることも可能である。この場合は、ＭＭＩ導波路の、シングルモード導波路が設けられていない方の端面がレーザー素子端面とされる。例えば、後方側にシングルモード導波路を持たない場合は、ＭＭＩ導波路の後方側の端面がレーザー素子の後方側の端面となり、この端面に高反射膜が形成される。

（モジュール構造）
以上説明した本発明のアクティブＭＭＩ型半導体レーザーを用いて、光送信モジュールや光送受信モジュールなどの光通信モジュールを構成することができる。光送信モジュールの場合は、本発明のアクティブＭＭＩ型半導体レーザーと、これを駆動する回路とを搭載する。光送受信モジュールの場合は、本発明のアクティブＭＭＩ型半導体レーザーと、これを駆動する回路と、外部から入力される光を受光する受光部とを搭載する。いずれの場合も、使用に応じた種々の他の回路（変調回路や波形整形回路など）を搭載することができる。これら光通信モジュールは、本発明のアクティブＭＭＩ型半導体レーザーを用いることで、低電圧での駆動が可能となっている。よって、従来にない、低消費電力化に優れたモジュールの提供が可能である。

本発明の第１の実施形態であるアクティブＭＭＩ型半導体レーザーの概略構成を説明するための図で、（ａ）は上面からみた模式図、（ｂ）は（ａ）の一点鎖線Ａ−Ａ’での断面図、（ｃ）は（ａ）の一点鎖線Ｂ−Ｂ’での断面図である。 図１に示すアクティブＭＭＩ型半導体レーザーの活性層の断面構造を示す模式図である。 図１に示すアクティブＭＭＩ型半導体レーザーの１×１−ＭＭＩ導波路領域の両端部からの自然放出光が反射される様子を示す模式図である。 図１に示すアクティブＭＭＩ型半導体レーザーの一連の製造工程を説明するための図で、（ａ）はMO-VPE工程後の断面図、（ｂ）はメサ作製後の断面図、（ｃ）はMO-VPE再結晶成長工程後の断面図、（ｄ）は反射鏡形成後の断面図、（ｅ）は電極形成後の断面図である。 本発明の第２の実施形態であるアクティブＭＭＩ型半導体レーザーの概略構成を説明するための図で、（ａ）は上面からみた模式図、（ｂ）は（ａ）の一点鎖線Ａ−Ａ’での断面図、（ｃ）は（ａ）の一点鎖線Ｂ−Ｂ’での断面図である。 本発明の第３の実施形態であるアクティブＭＭＩ型半導体レーザーの概略構成を説明するための図で、（ａ）は上面からみた模式図、（ｂ）は（ａ）の一点鎖線Ａ−Ａ’での断面図、（ｃ）は（ａ）の一点鎖線Ｂ−Ｂ’での断面図である。 本発明の第４の実施形態であるアクティブＭＭＩ型半導体レーザーの概略構成を説明するための図で、（ａ）は上面からみた模式図、（ｂ）は（ａ）の一点鎖線Ａ−Ａ’での断面図、（ｃ）は（ａ）の一点鎖線Ｂ−Ｂ’での断面図である。

符号の説明

１０１ n-InP半導体基板
１０３ n-InPクラッド層
１０４ 活性層
１０５ p-InPクラッド層
１０６ p-InPクラッド層
１０７ p-InGaAsコンタクト層
１０８ InGaAsP-SCH層
１０９ InGaAsP/InGaAsP-MQW層
１１１ １×１−ＭＭＩ導波路領域
１１２、１１３ シングルモード導波路領域
１１５、１１６、１１７、１１８ 反射鏡
１３１ p-InP電流ブロック層
１３２ n-InP電流ブロック層
１３５、１３６ 電極

Claims (13)

1. 能動導波路の一部が多モード干渉導波路よりなる半導体レーザーにおいて、
   前記多モード干渉導波路の端部からの自然放出光を前記多モード干渉導波路内へ戻すための反射鏡を有することを特徴とする半導体レーザー。
2. 前記反射鏡は、前記多モード干渉導波路の少なくとも両端部に沿って形成されている、請求項１に記載の半導体レーザー。
3. 前記多モード干渉導波路の両端部または一方の端部に少なくとも１つのシングルモード導波路が接続されている、請求項２に記載の半導体レーザー。
4. 前記反射鏡の反射面が、前記多モード干渉導波路の両端部と平行である、請求項２または３に記載の半導体レーザー。
5. 前記反射鏡は、その反射面と前記多モード干渉導波路の両端部との間隔が、前記多モード干渉導波路の中心側ほど大きくなるように構成されている、請求項２または３に記載の半導体レーザー。
6. 前記反射鏡は、前記多モード干渉導波路の周囲を囲むように設けられている、請求項２から５のいずれか１項に記載の半導体レーザー。
7. 前記多モード干渉導波路が、１×１−多モード干渉導波路である、請求項１に記載の半導体レーザー。
8. 前記多モード干渉導波路が、１×Ｎ−多モード干渉導波路である、請求項１に記載の半導体レーザー。
9. 前記多モード干渉導波路が、Ｎ×Ｎ−多モード干渉導波路である、請求項１に記載の半導体レーザー。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の半導体レーザーと、該半導体レーザーを駆動する回路とを収容する光通信モジュール。
11. 能動導波路の一部が多モード干渉導波路よりなる半導体レーザーの製造方法であって、
    半導体基板上に前記能動導波路を形成する工程と、
    前記多モード干渉導波路の少なくとも両端部に沿って、深さが前記能動導波路の活性層と前記半導体基板側に形成されたクラッド層との境界面に少なくとも到達する凹部を形成する工程とを含む半導体レーザーの製造方法。
12. 前記凹部の壁面に金属膜を形成する工程をさらに含む、請求項１１に記載の半導体レーザーの製造方法。
13. 前記金属膜を形成する工程が、前記能動導波路上に電極を形成する工程である、請求項１２に記載の半導体レーザーの製造方法。

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