JP2008270666A - 分布帰還型半導体レーザ - Google Patents

Abstract

【課題】低閾値および単一モード安定性の両立を可能する分布帰還型半導体レーザを提供する。
【解決手段】規格化結合係数κＬが大きいλ／４位相シフト分布帰還型半導体レーザ１１の第１の部分１１ｃは活性層１９および回折格子構造２１の第１の領域１９ｃ、２１ｃを含み、第２の部分１１ｄは活性層１９および回折格子構造２１の第２の領域１９ｄ、２１ｄを含み、第３の部分１１ｅは活性層１９および回折格子構造２１の第３の領域１９ｅ、２１ｅを含む。第１の量子井戸構造２３ｃのバンドギャップ波長λ_１と発振波長λ_０との差であるデチューニング量△λ１は、第２の量子井戸構造２３ｄのバンドギャップ波長λ_２と発振波長λ_０との差であるデチューニング量△λ２より大きい。第１および第３の部分１１ｃ、１１ｅにおけるブラッグ波長λ_Ｂ１、λ_Ｂ３は、第２の部分１１ｄにおけるブラッグ波長λ_Ｂ２に比べて小さい。
【選択図】図１

Description

本発明は、分布帰還型半導体レーザに関する。

非特許文献１には、分布帰還型（ＤＦＢ）半導体レーザが記載されている。λ／４シフトＤＦＢレーザにおいて、単一モード歩留まりの観点では、規格化結合係数κＬ=１．２５程度が最適値である。この値から外れた、例えばκＬ=３．６程度のＤＦＢレーザを目指す設計では、単一モード安定性が悪化し、その一例として単一モード歩留まりが低下する。
IEEE Journal of Quantum Electronics vol.QE-23, No.6, June, 1987 pp804-814 H.Soda, Y.Kotaki, H.Sudo, H.Ishikawa, S.Yamakoshi, H,Imai "Stability in Single Longitudinal Mode Operation in GaInAsP/InP Phase-Adjusted DFB Laser"

λ／４シフトＤＦＢレーザの閾値電流を小さくできると、動作電流が下がり、またより高温での動作が可能になる。閾値電流を小さくするためには、規格化結合係数κＬを大きくする必要がある。

しかしながら、規格化結合係数κＬを大きくすると、引用文献に記載されているように、軸方向ホールバーニングと呼ばれる現象が生じる。この結果、単一モード性が悪化してしまう。単一モード安定性が悪化する理由として、以下のものである。閾値に近い電流値では、サイドモード抑圧比（ＳＭＳＲ）が高い値（例えば４０ｄＢ程度）を示しているけれども、高電流値（例えば１００ｍＡ程度）では、ＳＭＳＲが低い値（例えば３０ｄＢ程度）に低下してしまう。

したがって、規格化結合係数κＬは、単一モードの安定性と閾値電流の低減に関してトレードオフの関係にあり、単一モードの安定性の悪化による歩留まりに関する問題を避けるためには、結果的にκＬの値を１．２〜１．５程度にしている。

本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、単一モード安定性の両立を可能する分布帰還型半導体レーザを提供することを目的とする。

本発明は、発振波長λ_０で発振する分布帰還型半導体レーザであって、この分布帰還型半導体レーザは、（ａ）第１および第２の端面と、（ｂ）第１〜第３のエリアを有する主面を含む基板と、（ｃ）第１〜第３の領域を有する活性層と、（ｄ）前記分布帰還型半導体レーザのための回折格子構造とを備える。前記基板の前記第１〜第３のエリアは、前記第１の端面から前記第２の端面に向かう軸の方向に順に配置されており、前記活性層の前記第１〜第３の領域は、前記基板の前記第１〜第３のエリア上にそれぞれ設けられており、前記活性層の前記第１および第３の領域の各々の長さは、前記活性層の前記第２の領域の長さよりも短く、前記回折格子構造は、前記活性層の前記第１〜第３の領域に光学的に結合されており、前記回折格子構造は、前記基板の前記第１〜第３のエリア上にそれぞれ設けられた第１〜第３の部分を有しており、前記回折格子構造の前記第２の部分は位相シフト構造を含み、当該分布帰還型半導体レーザは、前記活性層の前記第１の領域および前記回折格子構造の前記第１の部分を含む第１部分と、前記活性層の前記第２の領域および前記回折格子構造の前記第２の部分を含む第２部分と、前記活性層の前記第３の領域および前記回折格子構造の前記第３の部分を含む第３部分とを有しており、当該分布帰還型半導体レーザの前記第２部分における第２αパラメータは、当該分布帰還型半導体レーザの前記第１および第３部分における第１および第３αパラメータよりも大きい。

半導体レーザへの注入電流を大きくするにつれて、活性層の第１および第３の領域のキャリア密度は第２の領域のキャリア密度に比べて大きくなると共に、活性層の第１および第３の領域のキャリア密度と第２の領域のキャリア密度との差が大きくなる。このため、半導体レーザにおける実効屈折率は、キャリア密度が大きくなるにつれて小さくなる。分布帰還型半導体レーザの第１〜第３の部分それぞれのブラッグ波長は、第１〜第３の部分それぞれにおける実効屈折率と回折格子構造の周期との積によって規定されるので、第１〜第３の部分の各々におけるブラッグ波長は、実効屈折率の変化に応じて変化する。しかしながら、第１および第３αパラメータは第２αパラメータよりも小さいので、実効屈折率の変化は小さい。

したがって、規格化結合係数κＬが大きいλ／４位相シフト分布帰還型半導体レーザに高電流注入の時においても、単一モード性の悪化およびＳＭＳＲの低下を抑制すると共に、低閾値電流の分布帰還型半導体レーザが提供される。

本発明に係る分布帰還型半導体レーザは、以下の構成を有することができる。前記活性層の前記第１および第３の領域は第１の量子井戸構造を有しており、前記活性層の前記第２の領域は第２の量子井戸構造を有しており、前記第１の量子井戸構造のバンドギャップ波長λ_１と前記発振波長λ_０との差であるデチューニング量△λ１は、前記第２の量子井戸構造のバンドギャップ波長λ_２と前記発振波長λ_０との差であるデチューニング量△λ２より大きい。

この分布帰還型半導体レーザによれば、活性層の第１の領域における量子井戸構造を第１の領域における量子井戸構造と異なるものにして、第１の量子井戸構造に対応するデチューニング量△λ１を第２の量子井戸構造に対応するデチューニング量△λ２より大きいようにしてもよい。この構成により、分布帰還型半導体レーザの第１〜第３の部分の各々からの反射帯域の差に起因する共振器反射帯域の広がりを抑制できる。

量子井戸構造の変更は、例えば、井戸層および障壁層の少なくともいずれか一方の組成を変化させること、井戸層および障壁層の少なくともいずれか一方の厚さを変化させること、およびこれらの組み合わせを用いること等により提供される。

本発明に係る分布帰還型半導体レーザでは、活性層の第１および第３の領域のゲインピーク波長は、活性層の前記第２の領域のゲインピーク波長よりも大きいようにしてもよい。回折格子構造が同一の周期を有するとき、活性層のゲインピーク波長を変更することによって、分布帰還型半導体レーザの第１〜第３の部分の各々からの反射帯域の差に起因して共振器の反射帯域が広がることを抑制できる。

本発明に係る分布帰還型半導体レーザでは、前記活性層の前記第１の領域におけるゲインピーク波長と前記活性層の前記第２の領域におけるゲインピーク波長との差は１０ｎｍ以上であることができる、また、前記活性層の前記第３の領域におけるゲインピーク波長と前記活性層の前記第２の領域におけるゲインピーク波長との差は１０ｎｍ以上であることができる。

本発明に係る分布帰還型半導体レーザでは、前記活性層の前記第１および第３の領域は第１の量子井戸構造を有しており、前記第１の量子井戸構造の障壁層のｐ型ドーパント濃度は１×１０^１８ｃｍ^−３以上であることができる。

この分布帰還型半導体レーザによれば、このような変調ドープ構造によっても、第１および第３αパラメータを第２αパラメータよりも小さくできる。

本発明に係る分布帰還型半導体レーザでは、前記活性層の前記第１および第３の領域の各々の長さは、前記活性層の前記第１〜第３の領域の合計の長さの１／１０以下であることができる。このように、活性層の第１および第３の領域の各々の長さが全体の１０％以下であれば、閾値電流の増加が実用的な使用においては許容される。

本発明に係る分布帰還型半導体レーザでは、その規格化結合係数κＬは３以上であることができる。この分布帰還型半導体レーザによれば、このような大きな規格化結合係数κＬにおいても、ホールバーニングによるサイドモード抑圧比の劣化を低減できる。この範囲の規格化結合係数κＬによれば、低閾値を下げることができる。

本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。

以上説明したように、本発明によれば、単一モード安定性の両立を可能する分布帰還型半導体レーザが提供される。

本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の分布帰還型半導体レーザに係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。

図１は、本実施の形態に係る分布帰還型半導体レーザの構造を概略的に示す断面図である。この断面図は、分布帰還型半導体レーザの一端面から他端面に至る断面線に沿って取られた縦断面を示す。分布帰還型半導体レーザ１１は、発振波長λ_０で発振する。この分布帰還型半導体レーザ１１は、一端面１３および他端面１５と、基板１７と、活性層１９と、回折格子構造２１とを備える。基板１７は主面１７ａおよび裏面１７ｂを有する。主面１７ａは第１、第２および第３のエリア１７ｃ、１７ｄ、１７ｅを含んでおり、これらのエリア１７ｃ、１７ｄ、１７ｅは一端面１３から他端面１５に向かう軸に沿って順に配置されている。活性層１９は、基板１７の第１、第２および第３のエリア１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ上にそれぞれ設けられた第１、第２および第３の領域１９ｃ、１９ｄ、１９ｅを有する。活性層１９の第１および第３の領域１９ｃ、１９ｅの各々の長さＬ_{ＡＣＴＩＶＥ１}、Ｌ_{ＡＣＴＩＶＥ３}は、活性層１９の第２の領域１９ｄの長さＬ_{ＡＣＴＩＶＥ２}よりも短い。回折格子構造２１は、分布帰還型半導体レーザのために設けられており、また活性層１９の領域１９ｃ、１９ｄ、１９ｅに光学的に結合されている。回折格子構造２１は、活性層１９の第１〜第３の領域１９ｃ〜１９ｅに光学的に結合されている。回折格子構造２１は、基板１７の第１〜第３のエリア１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ上にそれぞれ設けられた第１〜第３の領域２１ｃ、２１ｄ、２１ｅを有する。回折格子構造２１の第２の部分２１ｄは、位相シフト構造２１ｆを含む。分布帰還型半導体レーザ１１は、第１〜第３の部分１１ｃ、１１ｄ、１１ｅを有しており、第１の部分１１ｃは活性層１９および回折格子構造２１の第１の領域１９ｃ、２１ｃを含み、第２の部分１１ｄは活性層１９および回折格子構造２１の第２の領域１９ｄ、２１ｄを含み、第３の部分１１ｅは活性層１９および回折格子構造２１の第３の領域１９ｅ、２１ｅを含む。分布帰還型半導体レーザ１１において、第１〜第３αパラメータ（キャリア密度の変化に対する屈折率変化の係数）は、それぞれ、第１〜第３部分１１ｃ、１１ｄ、１１ｅの構成からそれぞれ規定され、第１および第３αパラメータは第２αパラメータよりも小さい。

半導体レーザにおける実効屈折率ｎ_ｅｆｆは、キャリア密度Ｎ_Ｅが大きくなるにつれて小さくなる。半導体レーザ１１への注入電流を大きくするにつれて、活性層１９の第１および第３の領域１９ｃ、１９ｅのキャリア密度Ｎ_Ｅ１、Ｎ_Ｅ３は、第２の領域１９ｄのキャリア密度Ｎ_Ｅ２に比べて大きくなると共に、キャリア密度Ｎ_Ｅ１、Ｎ_Ｅ３とキャリア密度Ｎ_Ｅ２との差が大きくなる。分布帰還型半導体レーザ１１の第１〜第３の部分１１ｃ、１１ｄ、１１ｅそれぞれのブラッグ波長λ_Ｂ１、λ_Ｂ２、λ_Ｂ３は、第１〜第３の部分１１ｃ、１１ｄ、１１ｅそれぞれにおける実効屈折率ｎ_ｅｆｆ１、ｎ_ｅｆｆ２、ｎ_ｅｆｆ３と回折格子構造の周期Ｐとの積によって規定されるので、ブラッグ波長λ_Ｂ１、λ_Ｂ２、λ_Ｂ３は、実効屈折率ｎ_ｅｆｆの変化に応じて変更される。しかしながら、第１および第３αパラメータは第２αパラメータよりも小さいので、分布帰還型半導体レーザ１１の第１および第３の部分１１ｃ、１１ｅ屈折率変化は、分布帰還型半導体レーザ１１の第２の部分１１ｄに比べて小さい。

したがって、規格化結合係数κＬが大きいλ／４位相シフト分布帰還型半導体レーザに高電流注入の時においても、単一モード性の悪化およびＳＭＳＲの低下が抑制されると共に、分布帰還型半導体レーザ１１の閾値電流が低く保たれる。

分布帰還型半導体レーザ１１では、図１に示されるように、活性層１９の第１〜第３の領域１９ｃ〜１９ｅは、それぞれ第１〜第３の量子井戸構造２３ｃ〜２３ｅを有する。第１の量子井戸構造２３ｃのバンドギャップ波長λ_１と発振波長λ_０との差であるデチューニング量△λ１は、第２の量子井戸構造２３ｄのバンドギャップ波長λ_２と発振波長λ_０との差であるデチューニング量△λ２より大きい。また、第３の量子井戸構造２３ｅのバンドギャップ波長λ_３と発振波長λ_０との差であるデチューニング量△λ３は、デチューニング量△λ２より大きい。この構成により、分布帰還型半導体レーザ１１の第１〜第３の部分１１ｃ〜１１ｅの各反射帯域の差に起因して分布帰還型半導体レーザ１１の共振器の反射帯域が広がることを抑制できる。

量子井戸構造２３ｃ〜２３ｅにおけるバンドギャップ波長の変更は、例えば射以下のように行われる。例えば、量子井戸構造２３ｄが井戸層２３ａおよび障壁層２３ｂを有するとき、井戸層２３ａおよび障壁層２３ｂの少なくともいずれか一方の組成を変化させること、井戸層２３ａおよび障壁層２３ｂの少なくともいずれか一方の厚さを変化させること、並びにこれらの組み合わせを用いること等により提供される。他の量子井戸構造２３ｃ、２３ｅについても、上記の変形を同様に行うことができる。

図１に示されるように、分布帰還型半導体レーザ１１では、活性層１９は、第１の光ガイド層２５と第２の光ガイド層２７との間に設けられている。回折格子構造２１は、互いに屈折率の異なる２つの半導体層（本実施例は、回折格子層２９とクラッド層３１）からなり、またこれらの半導体層の界面に形成された周期的な屈折率変化構造からなる。また、クラッド層３１の屈折率は、活性層１９の平均屈折率よりも小さい。本実施例では基板１７はクラッドとしても機能しており、基板１７の屈折率は、活性層１９の平均屈折率よりも小さい。

図２を参照しながら、本実施の形態の分布帰還型半導体レーザ１１の動作を説明する。分布帰還型半導体レーザ１１は、一端面１３から他端面１５に向かう軸に沿って順に配置された３つの部分からなる量子井戸構造を有しているが、図２（ａ）は、単一の量子井戸構造を有する分布帰還型半導体レーザ（以下、ＤＦＢレーザと記す）におけるキャリア密度分布を示す図面である。縦軸はキャリア密度を示し、横軸は一端面から他端面に向かう軸に沿った座標を示す。特性線Ｃ_１００は、注入電流１００ｍＡにおけるキャリア密度分布を示し、特性線Ｃ_１０は、注入電流１０ｍＡにおけるキャリア密度分布を示す。シンボル「＃１」はＤＦＢレーザのほぼ中央部を示し、シンボル「＃３」はＤＦＢレーザの端部近傍を示し、シンボル「＃２」は、ＤＦＢレーザの上記２部分の間のある部分を示す。特性線Ｃ_１００およびＣ_１０いずれの場合も共振器中央のλ／４シフト部付近のキャリア密度が低下しており、また、共振器内でのキャリア密度に関して特性線Ｃ_１００の変化幅が特性線Ｃ_１０の変化幅に比べて大きい。図２（ｂ）は、単一の量子井戸構造を有するＤＦＢレーザにおけるキャリア密度の電流依存性を示す図面である。特性線Ｃ_＃１は、ＤＦＢレーザのほぼ中央におけるキャリア密度の電流依存性を示し、また特性線Ｃ_＃３は、ＤＦＢレーザのほぼ中央におけるキャリア密度の電流依存性を示す。共振器中央と端面付近の２箇所におけるキャリア密度の電流依存性に関して、２箇所のキャリア密度の差が電流増大に伴い大きくなる。

区間「＃１」〜「＃３」に対応してＤＦＢレーザを共振器方向に分割して、３つの区間からなるＤＦＢレーザを検討する。それぞれ区間における共振器の反射特性は、キャリア密度の違いに応じて異なるものになる。

各区間は、回折格子周期と実効屈折率の積とにより定まるブラッグ波長にピーク値を持つ反射スペクトルを有する。ＤＢＦレーザにおける実効屈折率はキャリア密度の増大に伴い負の方向に変化するので、区間「＃３」におけるブラッグ波長は、区間「＃１」におけるブラッグ波長と比べて短くなる。このため、図３に示されるように、各区間の反射率スペクトルＲ_＃１、Ｒ_＃２、Ｒ_＃３は、同一ではなく、中心位置の波長がシフトする。ＤＦＢレーザ全体としての共振器内部への反射スペクトルＲ_{ｔｏｔａｌ}は区間毎の反射を重ね合わせたものになり、これ故に、図３に示されるように、領域間のブラッグ波長のズレ幅に応じて全体の反射スペクトルＲ_{ｔｏｔａｌ}の帯域が広がる。

したがって、電流注入によりＤＦＢレーザ内部でのキャリア密度の差が大きくなるほど、ＤＦＢレーザ全体としての内部への反射スペクトルは広がってしまう。このスペクトルの広がりにより、本来充分抑制されるべき短波側のサブモードに対する反射が増大し、また帰還作用が強まる。この結果、サブモードの強度が増大し、ＳＭＳＲの低下が生じてしまう。つまり、ＤＦＢレーザにおいては、単一モード性が悪化する。これは、レーザ共振器内の特定の場所に光が集中すると共にその領域のキャリア密度が著しく低下する軸方向ホールバーニングが生じることに起因する。

λ／４シフトＤＦＢレーザの閾値電流を下げることは動作電流低減や高温動作の観点から有効であり、そのためには規格化結合係数κＬを大きくする必要がある。しかしながら、規格化結合係数κＬを大きくすると軸方向ホールバーニングが生じ、上記のように、単一モード性が悪化する。単一モード性の悪化は、例えば、図４（ａ）および図４（ｂ）に示されるように、閾値近傍ではＳＭＳＲが４０ｄＢと高い値を示しているのに対して、高電流域（例えば１００ｍＡ）ではＳＭＳＲが３０ｄＢまで低下している。

（実施例１）
利得ピーク波長と発振波長が一致するように設計されている。分布帰還型半導体レーザは３つの区分（一端部、中央部、他端部）されている。中央部は一端部と他端部との間に位置する。中央部には回折格子の位相シフト部が設けられる。一端部および他端部の各々は２５μｍの長さの領域であり、中央部は２５０μｍの長さの領域である。一端部および他端部の利得ピーク波長は、中央部の利得ピーク波長に比べて長波側に２０ｎｍシフトしている。このシフトは井戸層の組成の変更により行われている。
λ／４シフト分布帰還型半導体レーザの一例は
共振器長：３００μｍ
κＬ積：３．５
位相シフトの回折格子の周期：２０２ｎｍ
回折格子のブラッグ波長λ_Ｂ：１３１０ｎｍ
両端面のＡＲコート：０．３％
中央部の利得ピーク波長：１３１０ｎｍ
一端部および他端部の利得ピーク波長：１３３０ｎｍ
である。

（実施例２）：組成の変更
第２の領域１９ｄの井戸層：Ｇａ_ＸＩｎ_１−ＸＡｓ_ＹＰ_１−Ｙ（Ｘ＝０．１３０、Ｙ＝０．５３３）、厚み５ｎｍ
第２の領域１９ｄの障壁層：Ｇａ_ＸＩｎ_１−ＸＡｓ_ＹＰ_１−Ｙ（Ｘ＝０．１３０、Ｙ＝０．２８５）
第１、３の領域１９ｃ、１９ｅの井戸層：Ｇａ_ＸＩｎ_１−ＸＡｓ_ＹＰ_１−Ｙ（Ｘ＝０．１４５、Ｙ＝０．５６４）、厚み５ｎｍ
第１、３の領域１９ｃ、１９ｅの障壁層：Ｇａ_ＸＩｎ_１−ＸＡｓ_ＹＰ_１−Ｙ（Ｘ＝０．１３０、Ｙ＝０．２８５）

（実施例３）井戸層厚の変更
第２の領域１９ｄの井戸層：Ｇａ_ＸＩｎ_１−ＸＡｓ_ＹＰ_１−Ｙ（Ｘ＝０．１３０、Ｙ＝０．５３３）、厚み５ｎｍ
第２の領域１９ｄの障壁層：Ｇａ_ＸＩｎ_１−ＸＡｓ_ＹＰ_１−Ｙ（Ｘ＝０．１３０、Ｙ＝０．２８５）
第１、３の領域１９ｃ、１９ｅの井戸層：Ｇａ_ＸＩｎ_１−ＸＡｓ_ＹＰ_１−Ｙ（Ｘ＝０．１３０、Ｙ＝０．５３３）、厚み５．７ｎｍ
第１、３の領域１９ｃ、１９ｅの障壁層：Ｇａ_ＸＩｎ_１−ＸＡｓ_ＹＰ_１−Ｙ（Ｘ＝０．１３０、Ｙ＝０．２８５）

このような分布帰還型半導体レーザ１１では、その規格化結合係数κＬは３以上であることができる。このような大きな規格化結合係数κＬにおいても、ホールバーニングによるサイドモード抑圧比の劣化を低減できる。

既に説明したように、ＤＦＢレーザでは、端面近傍の区間「#３」では電流に対するキャリア密度変化の大きいけれども、分布帰還型半導体レーザ１１では、αパラメータを抑制することによって、反射スペクトルの広がりを抑制しＳＭＳＲの低下を抑えている。図５（ａ）および図５（ｂ）に示されるように、上記の実施例２では、閾値近傍ではＳＭＳＲが４０ｄＢと高い値を示すと共に、高電流域（例えば１００ｍＡ）においてもＳＭＳＲが３８ｄＢである。

上記の実施例のいずれにおいても、第１および第３の領域１９ｃ、１９ｅの長さは、２５μｍに限定されるものではない。例えば、活性層９の第１および第３の領域１９ｃ、１９ｅの各々の長さは、第１〜第３の領域１９ｃ、１９ｄ、１９ｅの合計の長さの１／１０以下であることができる。このように、第１および第３の領域１９ｃ、１９ｅの各々の長さが全体の１０％以下であれば、利得の低下および閾値電流の増加が実用的な使用においては許容される。また、活性層９の第１および第３の領域１９ｃ、１９ｅの各々の長さの下限は、本実施の形態に記載されたＳＭＳＲ低下抑制の効果を所望の程度得るために決定されるが、例えば６％以上であることができる。

また、分布帰還型半導体レーザ１１の一例では、規格化結合係数κＬは３以上であることができる。このような大きな規格化結合係数κＬにおいても、軸方向ホールバーニングによるサイドモード抑圧比の劣化を低減できる。

図３に示されるように、区間＃１から区間＃３に移るに従って、反射率のリーク波長は、短波長にシフトする。故に、分布帰還型半導体レーザ１１の一例では、活性層１９の第１および第３の領域１９ｃ、１９ｅのゲインピーク波長は、活性層１９の第２の領域１９ｄのゲインピーク波長よりも大きいようにしてもよい。回折格子構造が同一の周期を有するとき、活性層のゲインピーク波長を変更することによって、第１〜第３の部分１１ｃ、１１ｄ、１１ｅの各々からの反射帯域の差に起因して共振器の反射帯域が広がることを抑制できる。一実施例では、活性層１９の第１の領域１９ｃにおけるゲインピーク波長と第２の領域１９ｄにおけるゲインピーク波長との差は１０ｎｍ以上であることが好ましい。また、活性層１９の第３の領域１９ｅにおけるゲインピーク波長と第２の領域１９ｄにおけるゲインピーク波長との差は１０ｎｍ以上であることが好ましい。この波長差が小さいと、αパラメータを充分に抑制することができない。また、上限は、本実施の形態に記載されたＳＭＳＲ低下抑制の効果を所望の程度得るために決定されるが、例えば３０ｎｍ以下であることができる。この波長差が大きいと、ＭＱＷ活性層２における利得の低下が生じ、閾値電流が増大する。

第１の実施の形態では、端面近傍の区間におけるデチューニング量（活性層１９のバンドギャップ波長と発振波長の差）を負側にシフトさせている。このための構造として、井戸層および障壁層の少なくともいずれか層の組成変更、井戸層の厚さの変更、及びそれらの組み合わせ等により提供される。

引き続き、分布帰還型半導体レーザ１１の別の例を説明する。分布帰還型半導体レーザ１１では、第１の量子井戸構造２３ｃの障壁層２３ｂにはｐ型ドーパントが添加されていることができる。第２の量子井戸構造２３ｄの障壁層２３ｂのｐ型ドーパント濃度はゼロ以上であり、また第１の量子井戸構造２３ｃの障壁層２３ｂのｐ型ドーパント濃度は第２の量子井戸構造２３ｄの障壁層２３ｂのｐ型ドーパント濃度より大きい。量子井戸構造２３ｃ、２３ｄ、２３ｅにおいて、井戸層の成長においてドーパントのためのガスを供給することなく井戸層２３ａを成長して、井戸層２３ａは、実質的にアンドープにすることが好ましい。この分布帰還型半導体レーザ１１では、このような変調ドープ構造によっても、第１および第３のαパラメータを第２のαパラメータよりも小さくできる。

活性層１９の第１および第３の領域１９ｃ、１９ｅは第１の量子井戸構造２３ｄを有しており、第１の量子井戸構造２３ｄの障壁層２３ｂのｐ型ドーパント濃度は１×１０^１８ｃｍ^−３以上であることができる。また、ｐ型ドーパント濃度は５×１０^１８ｃｍ^−３以下であることができる。
（実施例４）変調ドープ
第２の領域１９ｄの井戸層：Ｇａ_ＸＩｎ_１−ＸＡｓ_ＹＰ_１−Ｙ（Ｘ＝０．１３０、Ｙ＝０．５３３）、厚み５ｎｍ、アンドープ
第２の領域１９ｄの障壁層：Ｇａ_ＸＩｎ_１−ＸＡｓ_ＹＰ_１−Ｙ（Ｘ＝０．１３０、Ｙ＝０．２８５）、アンドープ
第１、３の領域１９ｃ、１９ｅの井戸層：Ｇａ_ＸＩｎ_１−ＸＡｓ_ＹＰ_１−Ｙ（Ｘ＝０．１３０、Ｙ＝０．５３３）、厚み５ｎｍ、アンドープ
第１、３の領域１９ｃ、１９ｅの障壁層：Ｇａ_ＸＩｎ_１−ＸＡｓ_ＹＰ_１−Ｙ（Ｘ＝０．１３０、Ｙ＝０．２８５）、Ｚｎ濃度２．０×１０^１８ｃｍ^−３

この例では、量子井戸構造において障壁層にドーパントを添加したｐ型変調ドープ構造を用いる。変調ドープのためのドーパントとして、亜鉛、ベリリウム、マグネシウム等を用いることができる。また、この例では、第２の領域１９ｄに意図的にドーパントを添加せずに、端面近傍の第１および第３の領域１９ｃ、１９ｅにドーパントを添加することもできる。また、第２の領域１９ｄにも意図的にドーパントを添加してもよい。第１および第３の領域１９ｃ、１９ｅの障壁層２３ｂのドーパント濃度を第２の領域１９ｄの障壁層２３ｂのドーパント濃度より大きくして、微分利得増大による高速動作に適した分布帰還型半導体レーザ１１を実現できる。

分布帰還型半導体レーザ１１の構造およびその様々な例示の構造はバットジョイントによる２回成長や選択成長法により作製されることは、当業者によって理解される。

好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。

図１は、本実施の形態に係る分布帰還型半導体レーザの構造を概略的に示す断面図である。 図２は、単一の量子井戸構造を有するＤＦＢレーザの特性を示す図面である。 図３は、図２に示されたＤＦＢレーザにおける共振器の反射スペクトルを示す図面である。 図４は、図２に示されたＤＦＢレーザにおける発振スペクトルを示す図面である。 図５は、本実施の形態に係る分布帰還型半導体レーザにおける発振スペクトルを示す図面である。

符号の説明

１１…分布帰還型半導体レーザ、１３、１５…分布帰還型半導体レーザの端面、１７…基板、１７ａ…基板の主面、１７ｂ…基板の裏面、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ…主面のエリア、１９…活性層、１９ｃ、１９ｄ、１９…活性層の第１〜第３の領域、２１…回折格子構造、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ…回折格子構造の第１〜第３の領域、２３ａ…井戸層、２３ｂ…障壁層、２３ｃ〜２３ｅ…第１〜第３の量子井戸構造、２５…第１の光ガイド層、２７…第２の光ガイド層、λ_０…発振波長、Ｌ_{ＡＣＴＩＶＥ１}、Ｌ_{ＡＣＴＩＶＥ２}、Ｌ_{ＡＣＴＩＶＥ３}…活性層の第１〜第３の領域の長さ、λ_Ｂ１、λ_Ｂ２、λ_Ｂ３…ブラッグ波長、ｎ_ｅｆｆ…実効屈折率、λ_１…第１の量子井戸構造のバンドギャップ波長、λ_２…第２の量子井戸構造のバンドギャップ波長、λ_３…第３の量子井戸構造２３ｅのバンドギャップ波長、△λ１、△λ３…デチューニング量

Claims (6)

1. 発振波長λ_０で発振する分布帰還型半導体レーザであって、
   第１および第２の端面と、
   第１〜第３のエリアを有する主面を含む基板と、
   第１〜第３の領域を有する活性層と、
   前記分布帰還型半導体レーザのための回折格子構造と
   を備え、
   前記基板の前記第１〜第３のエリアは、前記第１の端面から前記第２の端面に向かう軸の方向に順に配置されており、
   前記活性層の前記第１〜第３の領域は、前記基板の前記第１〜第３のエリア上にそれぞれ設けられており、
   前記活性層の前記第１および第３の領域の各々の長さは、前記活性層の前記第２の領域の長さよりも短く、
   前記回折格子構造は、前記活性層の前記第１〜第３の領域に光学的に結合されており、
   前記回折格子構造は、前記基板の前記第１〜第３のエリア上にそれぞれ設けられた第１〜第３の部分を有しており、
   前記回折格子構造の前記第２の部分は位相シフト構造を含み、
   当該分布帰還型半導体レーザは、前記活性層の前記第１の領域および前記回折格子構造の前記第１の部分を含む第１部分と、前記活性層の前記第２の領域および前記回折格子構造の前記第２の部分を含む第２部分と、前記活性層の前記第３の領域および前記回折格子構造の前記第３の部分を含む第３部分とを有しており、
   当該分布帰還型半導体レーザの前記第２部分における第２αパラメータは、当該分布帰還型半導体レーザの前記第１および第３部分における第１および第３αパラメータよりも大きい、ことを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
2. 前記活性層の前記第１〜第３の領域はそれぞれ第１〜第３の量子井戸構造を有しており、
   前記第１の量子井戸構造のバンドギャップ波長λ_１と前記発振波長λ_０との差であるデチューニング量△λ１は、前記第２の量子井戸構造のバンドギャップ波長λ_２と前記発振波長λ_０との差であるデチューニング量△λ２より大きい、ことを特徴とする請求項１に記載された分布帰還型半導体レーザ。
3. 前記活性層の前記第１の領域におけるゲインピーク波長と前記活性層の前記第２の領域におけるゲインピーク波長との差は１０ｎｍ以上であり、
   前記活性層の前記第３の領域におけるゲインピーク波長と前記活性層の前記第２の領域におけるゲインピーク波長との差は１０ｎｍ以上である、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された分布帰還型半導体レーザ。
4. 前記活性層の前記第１および第３の領域は第１の量子井戸構造を有しており、
   前記第１の量子井戸構造の障壁層のｐ型ドーパント濃度は１×１０^１８ｃｍ^−３以上である、ことを特徴とする請求項１に記載された分布帰還型半導体レーザ。
5. 前記活性層の前記第１および第３の領域の各々の長さは、前記活性層の前記第１〜第３の領域の合計の長さの１／１０以下である、ことを特徴とする請求項３〜請求項４のいずれか一項に記載された分布帰還型半導体レーザ。
6. 前記分布帰還型半導体レーザの規格化結合係数κＬは３以上である、ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載された分布帰還型半導体レーザ。

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