JP2010045066A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】共振器長を短くしたＤＢＲレーザに於いて、共振器長の短縮化に起因する素子温度の上昇を抑制して、変調帯域を広くすること。
【解決手段】第１の電極が形成された第１の導電型を有する半導体基板と、前記半導体基板の上に形成された活性層 と、前記半導体基板の上に形成され、且つ前記活性層に光学的に接続され、更に前記活性層が生成する光を反射する回折格子を備えた受動光導波層と、前記受動光導波層の上に形成され、前記受動光導波層への電流の注入を阻止する電流狭窄層と、第２の導電型を有し、前記活性層及び前記電流狭窄層の上に延在するように形成された上部クラッド層と、前記上部クラッド層の上に形成され、前記活性層の上方を覆い且つ前記受動光導波層の上方に延在する、前記第２の導電型を有するコンタクト層と、前記コンタクト層の上に形成され、前記活性層の上方を覆い且つ前記受動光導波層の上方に延在する第２の電極とを具備すること。
【選択図】 図３

Description

本発明は、共振器長を短くすることによって変調帯域を広くした半導体レーザ装置に関する。

光通信は、大容量の情報伝送に適した技術である。光通信では、半導体レーザを用いて光信号が生成され、光ファイバーによってこの光信号が伝送される。光通信の大容量化は近年ますます伸展しおり、それに伴って光信号のビットレートも増大している。

光信号を生成する方法としては、半導体レーザに注入する電流を直接変調する方法や半導体レーザで発生した直流光を外部変調器で変調する方法がある。また、光信号を生成する新たな方法としては、半導体レーザと光変調器が集積化された変調器集積化光源を用意し、当該半導体レーザで発生した直流光を同一基板上に集積化された光変調器で変調する方法がある。

これらの中で半導体レーザを直接変調する方法すなわち直接変調方式は、光信号の生成に光変調器を必要としないため、光信号生成装置（送信装置）の構造が簡素であり、且つ光信号生成装置を形成する駆動回路も簡単である。従って、直接変調方式は、光変調器を必要とする他の方法に比べコスト面で優れている。

直接変調方式によって増加し続けるビットレートに対応するためには、半導体レーザの変調帯域を、現状の半導体レーザより更に広くする必要がある。

よく知られているように、半導体レーザの変調帯域は、上限が半導体レーザの緩和振動数によって制限されている。また、半導体レーザの緩和振動数を高くするためには、半導体レーザの共振器長の短縮化が有効であることもよく知られている（尚、共振器長とは、光共振器に於いて、両端が反射鏡で挟まれた領域の長さのことである。）。

光通信用の半導体レーザとしては、単一の波長（単一縦モード）で発振する分布帰還型半導体レーザ（distributed feedback laser; DFB レーザ）が広く用いられている。

ＤＦＢレーザでは、活性層に沿って回折格子が設けられ、この回折格子によって光共振器が形成される。従って、ＤＦＢレーザでは、共振器長と素子長が一致する。故に、ＤＦＢレーザを短共振器化するためには、素子自体を短くする必要がある。

ところで、一般的に半導体レーザの両端は、へき開によって形成される。従って、半導体レーザの素子長の下限は、へき開が可能な半導体基板の最小長さである。一方、素子長が短くなると、へき開後の素子の取り扱いが困難になるという別の問題も発生する。

具体的には、半導体レーザの素子長が１５０μｍ以下になると、へき開もその後の取り扱いも急激に困難になる。

故に、ＤＦＢレーザの短共振器化は１５０μｍが限界である。このため、ＤＦＢレーザの短共振器化によって達成できる緩和振動は、高々数ＧＨｚに止まっている。

そこで、共振器長が素子長に制限されない分布ブラッグ反射器型半導体レーザ（distributed-bragg reflector；ＤＢＲレーザ）に基づく、短共振器半導体レーザ装置が提案されている（非特許文献１）。

図１は、ＤＢＲレーザに基づく短共振器半導体レーザ装置（以後、短共振器ＤＢＲレーザと呼ぶ）の構成を説明する斜視図である。図１には、短共振器ＤＢＲレーザ２が、光の導波方向に沿って大きく切断された状態で描かれている。

図１に示された短共振器ＤＢＲレーザ２では、ＩｎＧａＡｓ多重量子井戸で形成された活性層４にＩｎＧａＡｓＰ製の分布ブラッグ反射器６（以後、ＤＢＲと呼ぶ）が光学的に接続されている。短共振器ＤＢＲレーザ２の前面側の端面には反射防止膜８が設けられており、後面側の端面には高反射膜１０が設けられている。

すなわち、分布ブラッグ反射器６と高反射膜１０によって挟まれた領域に活性領域１２が形成され、その中に活性層４が配置されている。

非特許文献１に開示された例では、短共振器ＤＢＲレーザ２の素子長自体は200〜300μｍと短くはないが、活性領域１２の長さは10〜100μｍとＤＦＢレーザに基づく短共振器レーザより格段に短くなっている。

このように、ＤＢＲレーザに基づけば、半導体レーザの短共振器化は容易に実現できる。

尚、他の短共振器半導体レーザ装置としては、短共振器ＤＢＲレーザに於いて活性層に沿って回折格子を設けたＤＲレーザ（distributed reflector laser）も提案されている（非特許文献２）。ＤＲレーザも、短共振器ＤＢＲレーザと同様、短共振器化が容易な半導体レーザである。
IEEE Photon. Technol. Lett. 18, 22, pp. 2383-2385 (2006). IEEE Photon. Technol. Lett. 2, 6, pp. 385-387 (1990).

ところで、短共振器ＤＢＲレーザでは、活性領域の短縮化に合わせて上部電極１４も短縮化される（図１参照）。

これは、上部電極１４が活性層４の上方を食み出してＤＢＲ６の上方まで延在していると、活性層４だけでなく、ＤＢＲ６が形成されている領域１８にも電流が注入されてしまうからである（尚、活性層４ではなく、ＤＢＲ領域１８に注入される電流を無効電流と呼ぶこととする。）。

上部電極１４が短くなると、上部電極１４が接触する半導体層（コンタクト層）と上部電極１４との接触面積が小さくなる。その結果、コンタクト抵抗（上部電極１４と上部クラッド層２０の間の抵抗）等が増加し、素子抵抗が大きくなる。

このため、短共振器ＤＢＲレーザでは、ジュール熱が大きくなり素子温度が上昇する。素子温度の上昇は、光子密度の低下を招来し、緩和振動周波数の増進を抑制する。

従って、短共振器ＤＢＲレーザで活性領域の短縮化を進めていくと、やがて緩和振動周波数の増進が鈍り、緩和振動周波数が飽和する。由って、変調帯域も飽和する。

この現象は、短共振器ＤＢＲレーザと同様に、ＤＲレーザにも共通する。

そこで、本発明の目的は、分布ブラッグ反射器を利用して活性領域の短縮化を図る半導体レーザに於いて、活性領域の短縮化に起因する素子温度の上昇を抑制して、当該半導体レーザの変調帯域を広くすることである。

上記の目的を達成するために、本半導体レーザ装置は、第１の電極が形成された第１の導電型を有する半導体基板と、前記半導体基板の上方に形成された活性層と、前記半導体基板の上方に形成され、且つ前記活性層に光学的に接続され、更に前記活性層が生成する光を反射する回折格子を備えた受動光導波層と、前記受動光導波層の上方に形成され、前記受動光導波層への電流の注入を阻止する電流狭窄層と、第２の導電型を有し、前記活性層及び前記電流狭窄層の上方に延在するように形成された上部クラッド層と、前記上部クラッド層の上方に形成され、前記活性層の上方を覆い且つ前記受動光導波層の上方に延在する、前記第２の導電型を有するコンタクト層と、前記コンタクト層の上方に形成され、前記活性層の上方を覆い且つ前記受動光導波層の上方に延在する第２の電極とを具備する。

本半導体レーザ装置によれば、分布ブラッグ反射器を利用して光共振器長の短縮化を図る半導体レーザに於いて、光共振器の短縮化に起因する素子温度の上昇を抑制して、当該半導体レーザの変調帯域を広くすることができる。

以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。

最初に、短共振器ＤＢＲレーザ等に於いて、変調帯域の拡大が飽和する理由を理論式に基づいて説明する。

よく知られているように、半導体レーザの緩和振動周波数ｆ_ｒは、以下の式で表される。

ここで、ｖ_ｇは、光共振器内における光の群速度である。また、ｇ及びｎは、夫々半導体レーザの利得及び活性層のキャリア濃度である。また、dg/dnは半導体レーザの微分利得である。またＳ_０は光子密度であり、τ_ｐは光子寿命である。

この式から明らかように、緩和振動数ｆ_ｒは光子密度Ｓ_０の平方根に比例する。従って、光子密度Ｓ_０が低下すると、緩和振動数ｆ_ｒが低下する。

ここで、光子密度S₀は、以下の式で表される。

ここで、Ｉは半導体レーザへの注入電流であり、Ｉ_ｔｈはしきい値電流である。qは、素電荷である。L、w、及びｄは、夫々活性層の長さ、幅、及び厚さである。また、ｇ_ｔｈはしきい値利得である。

式（２）から明らかのように、光子密度は、共振器長Lに反比例する。従って、共振器長を短くすると、光子密度が上昇し、緩和振動周波数ｆ_ｒが高くなる（式（１）及び（２）参照）。

一方、活性領域長が短くなると素子抵抗が大きくなり、ジュール熱が増加して素子温度が上昇する。素子温度の上昇は、漏れ電流の増大を招来する。

ここで、漏れ電流としては、活性層４に注入されない電流や活性層４から溢れ出る電流がある。活性層４に注入されない電流としては、活性層４を迂回してＤＢＲ領域１８に注入される電流や、半導体レーザの埋め込み層を流れる電流がある。

式（２）では、このような漏れ電流は考慮されていない。従って、式（２）に代入する電流値Ｉとしては、半導体レーザに注入した電流から漏れ電流を差し引いた電流値を使用しなければならない。

故に、素子温度が上昇すると漏れ電流が増加して電流値Ｉが低下し、光子密度Ｓ_０が低下する。

由って、注入電流を一定として共振器長を短くしていくと、最初は、共振器長に反比例して光子密度Ｓ_０が増加し、緩和振動周波数が増加する。しかし、共振器中の活性領域長の短縮化が進行すると、素子抵抗が増大し素子温度が上昇し始める。その結果、漏れ電流が増加して共振器長短縮化の効果が相殺される。その結果、光子密度Ｓ_０が飽和し、緩和振動周波数の上昇も飽和する。

このように、分布ブラッグ反射器を利用して光共振器長の短縮化を図る半導体レーザ（例えば、短共振器ＤＢＲレーザやＤＲレーザ）に於いて共振器長を短くすると、変調帯域は、最初は増進するが、やがて飽和する。

このような変調帯域の飽和現象を解消するには、短共振器化に伴う素子抵抗の増加を回避することが有効と考えられる。しかしながら、上述したように、従来の短共振器半導体レーザでは、短共振器化に伴う素子抵抗の増大は不可避である。

そこで、以下、各実施の形態に従って、光共振器を短縮化しても素子抵抗の増加を抑制し、従って変調帯域の一層の拡大が可能な短共振器半導体レーザ装置について説明する。

なお、式（１）に式（２）を代入すると、緩和振動周波数ｆｒは、以下のように表される。

式（３）を参照すると、光子寿命等が一定の場合には、共振器長の平方根に反比例して緩和振動周波数が高くなることが分かる。

（実施の形態１）
本実施の形態は、素子長の短縮化に起因する素子抵抗の増加を抑制して、変調帯域の飽和現象を解消した短共振器ＤＢＲレーザに関する。

（１）構 成
図２は、本実施の形態に従う短共振器ＤＢＲレーザ２４（本実施の形態に従う半導体レーザ装置）の平面図である。図３は、夫々図２のＡ−Ａ線に於ける断面を矢印の方向から見て説明する図である。尚、図２には、後述する活性層４、受動光導波層２８、及び回折格子２６が透視された状態で図示されている。

また、図４（ａ）及び図４（ｂ）は、夫々、図２のＢ−Ｂ線、及びＣ−Ｃ線に於ける断面を矢印の方向から見て説明する図である。尚、図面が異なっても対応する部分には同一符号が付され、その説明は省略される（他の実施の形態及び変形例に於いても同じである。）。

本実施の形態に従う短共振器ＤＢＲレーザ２４は、図２乃至図４に示しように、第１の電極（下部電極１６）が形成された、第１の導電型（例えばｎ型）を有する、半導体基板２０を具備している。

また、本短共振器ＤＢＲレーザ２４は、上記半導体基板２０の上に形成された活性層４を具備している。

また、本短共振器ＤＢＲレーザ２４は、上記半導体基板２０の上に形成され、且つ上記活性層４に光学的に接続され、更に、上記活性層４が生成する光を反射する回折格子２６を備えた受動光導波層２８を具備している。ここで回折格子２６の周期は、本短共振器ＤＢＲレーザ２４の予定発振波長に対してブラッグ条件を満たすように形成される。すなわち、上記「回折格子を備えた受動光導波層」とは、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）のことである。

ここで、「回折格子を備えた受動光導波層」とは、当該受動光導波層を伝播する光に屈折率（又は、誘電率）の周期的変化を及ぼす回折格子を備えた受動光導波層のことをいう。例えば、図３に図示された受動光導波層２８のように、受動光導波層に沿って回折格子が設けられ受動光導波層が、「回折格子を備えた受動光導波層」の一例である。

また、本短共振器ＤＢＲレーザ２４は、上記受動光導波層２８の上に形成され、上記受動光導波層２８への電流の注入を阻止する電流狭窄層３０を具備している。

また、本短共振器ＤＢＲレーザ２４は、第２の導電型（例えばｐ型）を有し、上記活性層４及び上記電流狭窄層３０の上に延在するように形成された上部クラッド層３２を具備している。

更に、本短共振器ＤＢＲレーザ２４は、上記上部クラッド層３２の上に形成され、上記活性層４の上方を覆い且つ上記受動光導波層２８の上方に延在する、第２の導電型（例えばｐ型）を有するコンタクト層３４と、上記コンタクト層３４の上に形成された第２の電極（上部電極３６）を具備する。

本短共振器ＤＢＲレーザ２４では、回折格子２６を備えた受動光導波層２８（ＤＢＲ）によって光共振器が形成され、その中に活性層４が配置されている。

ところで、本短共振器ＤＢＲレーザ２４では、コンタクト層３４が上記活性層４の上方を覆い且つ上記受動光導波層２８（ＤＢＲ）の上方に延在している。従って、活性層４の長さ即ち共振器長を短くしても、コンタクト抵抗（上部電極３６と上部クラッド層３２の間の抵抗）等が大きくなって素子抵抗が高くなることはない。言い換えるならば、本短共振器ＤＢＲレーザ２４では、共振器長（活性層４の長さ）を短くしても上部電極３６の長さが一定なので、共振器長を短くしても素子抵抗の増加を抑制することができる（但し、素子長が一定の場合。）。

従って、本短共振器ＤＢＲレーザ２４では、短共振器化による素子温度の上昇が抑えられる。

しかも、本短共振器ＤＢＲレーザ２４では、電流狭窄層３０によって、受動光導波層２８への電流注入が阻止される。このため、上部電極３６から注入された電流は、受動光導波層２８には供給されず、殆どが活性層４に注入される。すなわち、上部電極３６から注入された電流は、電流狭窄層３０によって狭窄されて活性層４に集中的に注入される。

故に、本短共振器ＤＢＲレーザ２４では、注入された電流の殆どが活性層４に供給されるので、上部電極３６を受動光導波層２８（ＤＢＲ）の上方に延在させても無効電流は発生しない。

従って、本短共振器ＤＢＲレーザ２４では、活性層４ではなく受動光導波路層２８に注入される無効電流は存在せず、しかも共振器長を短くしても素子温度が上昇しない。由って、本短共振器ＤＢＲレーザ２４によれば、変調帯域の飽和現象は解消され、変調帯域が広くなる。

ここで、活性領域長（レーザ光の進行方向における活性層４の長さ）は、へき開によって形成可能な素子長１５０μｍより短いことが好ましく、更に好ましくは１００μｍ以下である。このような場合に、本短共振器ＤＢＲレーザ２４は、従来の短共振器半導体レーザより変調帯域が広くなる。

一方、共振器長が短くなり過ぎるとミラー損失が増大してレーザ発振が困難になる。従って、共振器長は、５μｍ以上が好ましく、更に好ましくは１０μｍ以上である。

（２）製造方法
次に、製造手順に従って、本実施の形態に従う短共振器ＤＢＲレーザ２４の構成を詳しく説明する。

図５は、本実施の形態に従う短共振器ＤＢＲレーザ２４の製造手順を説明するフロー図である。図６及び図７は、本短共振器ＤＢＲレーザ２４の製造手順を説明する工程平面図である。図８及び図９は、本短共振器ＤＢＲレーザ２４の製造手順を、図６又は図７のＡ−Ａ線に於ける断面を矢印の方向から見て説明する工程図である。図１０（ａ）は、本実施の形態に従う短共振器ＤＢＲレーザ２４の製造手順を、図７のＢ−Ｂ線に於ける断面を矢印の方向から見て説明する工程図である。図１０（ｂ）は、本実施の形態１に従う短共振器ＤＢＲレーザの製造手順を、図７のＣ−Ｃ線に於ける断面を矢印の方向から見て説明する工程図である。尚、特に断らない限り、下記各半導体層は、有機金属気相成長法によって形成されるものとする。

（ｉ）回折格子等の形成（ステップＳ１）
まず、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）の形成が予定されているn型のInP基板３８の上に、回折格子２６が、電子ビーム露光と反応性イオンエッチングによって形成される（図６（ａ）及び図８（ａ）参照）。尚、図６及び図７には、成長膜の内部を透視した状態で回折格子２６が図示されている。

次に、回折格子２６の形成されたn型InP基板３８の上に、組成波長が1.15μmで厚さ70nmのｎ型InGaAsP層４０と、厚さが30nmのn型InP層４２が順次形成される（図８（ａ）参照）。

次に、n型InP層４２の上に、圧縮応力を内在する歪量子井戸４４と厚さ100nmの第１のp型InP層４６を順次形成する（図６（ａ）及び図８（ａ）参照）。

ここで歪量子井戸４４は、AlGaInAs製の量子井戸と障壁層によって形成される。そして、歪量子井戸４４を形成する各半導体層（量子井戸層及び障壁層）の組成及び膜厚は、歪量子井戸４４の発光波長が1300nmになるように設定されている。

本実施の形態では、n型InP基板３８（組成波長は０．９２μｍ）が、活性層４で発生する光に対して透明で、且つ後述する受動光導波層２８及び活性層４より屈折率が低い。従って、n型InP基板３８は下部クラッド層として機能する。但し、ｎ型ＩｎＰ製の下部クラッド層を、回折格子２６の下側に設けてもよい。

しかし、ＧａＡｓ基板の上にＧａＡｓ製（又はＡｌＧａＡｓ製）の活性層を設けて、半導体レーザを製造する場合等には、半導体基板と活性層（及び受動光導波層）の間に下部クラッド層を形成する必要がある。

（ｉｉ）活性層及び受動光導波層の形成（ステップＳ２）
次に、活性層４の形成予定領域の上に、化学気相成長法とフォトリソグラフィ技術を用いて、厚さ300nmのSiO₂膜４８を形成する。

次に、このSiO₂膜４８をエッチングのマスクとして、第１のp型InP層４６及び歪量子井戸４４をウエットエッチングする（図６（ｂ）及び図８（ｂ）参照）。

次に、SiO₂膜４８を選択成長膜として、歪量子井戸４４と同じ厚さのAlGaInAs層５０を成長する（図６（ｂ）及び図８（ｂ）参照）。ここで、AlGaInAs層５０の組成波長は1.15μmである。

本ステップによってウェットエッチングされずに残された歪量子井戸４４は、活性層４となる。一方、ウェットエッチングされた歪量子井戸４４の後に再成長されたAlGaInAs層５０は、受動光導波層２８となる。

ここで、活性層４と受動光導波層２８は、上記再成長によって突合せ接合され、光学的に接続される。

（ｉｉｉ）電流狭窄層の形成（ステップＳ３）
AlGaInAs層５０の形成後、結晶成長を中断せずに、FeをドーピングしたInP層５２と、n型InP層５４を成長する（図６（ｃ）及び図８（ｃ）参照）。

FeがドーピングされたInP層５２は半導体絶縁性になり、受動光導波層２８への電流の注入を阻止する。

一方、n型InP層５４は、後述する第２のｐ型InP層５６の不純物（Ｚｎ等）とＦｅドープInP層５２のＦｅが相互拡散して、InP層５２の半絶縁性消滅を防止するためのものである。

このFeがドーピングされたInP層５２とn型InP層５４によって、電流狭窄層３０が形成される。尚、電流狭窄層３０は、全体で100nmの厚さになるように形成される。

（ｉｖ）上部クラッド層及びコンタクト層の形成（ステップＳ４）
次に、SiO₂膜４８が、HFを主成分とするエッチャントによって除去される。

次に、SiO₂膜４８の除去された半導体層の上に、厚さ1500nmの第２のp型InP層５６が形成される。その後、結晶成長を中断せずに、厚さ200nmのp型InGaAs層５８が形成される（図７（ａ）及び図９（ａ）参照）。

本ステップで形成された第２のｐ型InP層５６は、ステップＳ１で形成された第１のｐ型InP層４６と一体となって、上部クラッド層３２を形成する。

一方、p型InGaAs層５８は、コンタクト層３４となる。

（ｖ）埋め込み層の形成（ステップＳ５）
次に、化学気相成長法とフォトリソグラフィ技術によって、本短共振器ＤＢＲレーザ２４の主要部（埋め込み層以外の部分）の形成予定位置にストライプ状（直線状）のSiO₂膜６０（厚さ500nm）が形成される（図７（ｂ）参照）。

次に、SiO₂膜６０をエッチングマスクとして反応性イオンエッチングによって、n型InP基板３８に到達するエッチングが実施される。このエッチングによって、高さ3000nmのメサ６２が形成される（図１０（ａ）及び図１０（ｂ）参照）。尚、図１０（ａ）は、受動光導波層２８を横切る断面図である。一方、図１０（ｂ）は、活性層４を横切る断面図である。

次に、SiO₂膜６０を選択成長膜として、FeがドーピングされたInP層６４が形成される（図７（ｂ）、図１０（ａ）、及び図１０（ｂ）参照）。この半絶縁性のInP層６４はメサ６２を埋め込んで、埋め込み層６６となる。

ここで、埋め込み層６６は、活性層４及び受動光導波層２８を伝播する光を（メサ６２の）横方向で閉じ込める。同時に、埋め込み層６６は、短共振器ＤＢＲレーザ２４に注入された電流を（メサ６２の）横方向に閉じ込める。

すなわち、本ステップでは、活性層４、受動光導波層２８、及び上部クラッド層３２の両脇が、半導体絶縁性の半導体層６４によって埋め込まれる。

（ｖｉ）電極の形成（ステップ６）
次に、n型InP基板３８の裏面に、AuGe/Au電極６８（下部電極１６）が形成される（図９（ｂ）参照）。

次に、コンタク層３４の上にAuZn/Au電極７０が（上部電極３６）形成される（図９（ｂ）参照）。

（ｖｉｉ）個別素子化（ステップＳ７）
次に、上記ステップによって形成された構造体がヘキ開されて、個々の素子に分割される。

最後にヘキ開面に無反射コーティング膜７２が形成されて、本短共振器ＤＢＲレーザ２４が完成する（図７（ｃ）及び図９（ｂ））。

（３）動 作
次に、本短共振器ＤＢＲレーザ２４のレーザ発振動作について説明する。

まず、本短共振器ＤＢＲレーザ２４がレーザ光を生成する動作について説明する。

本短共振器ＤＢＲレーザ２４を動作させるためには、図示されていない電源の正極及び負極が、夫々、上部電極３６及び下部電極１６に接続される。

次に、この電源から、上部電極３６に電流が注入される。

上部電極３６から注入された電流は、電流狭窄層３０によって活性層４に集中的に注入される。活性層４に注入された電流は、活性層４の光利得を上昇させ、回折格子２６と受動光導波層２８によって形成された一対のＤＢＲの間にレーザ光を発生する。

本短共振器ＤＢＲレーザ２４では、活性領域の長さが１５０μｍより短い。しかも、上部電極３６が受動光導波層２８の上方に延在しているので、上部電極３６のコンタクト抵抗は低い。このため、素子抵抗に由来するジュール熱の発熱が抑制される。

故に、容易に高い緩和振動周波数を得ることができる。

このようにして生成されたレーザ光は、無反射コーティング膜７２が形成された両端面から放射されて出射光７４となる（図３参照）。

本短共振器ＤＢＲレーザ２４を直接変調して光信号を生成する場合には、上記電源から本短共振器ＤＢＲレーザ２４に注入される電流が変調される。注入電流が閾値を超えている間、本短共振器ＤＢＲレーザ２４は、上記動作に従ってレーザ光を生成する。

ここで、本短共振器ＤＢＲレーザ２４では、共振器長を短縮すれば、緩和振動周波数は飽和することなく増加する。従って、本短共振器ＤＢＲレーザ２４によれば、従来の短共振器半導体レーザを凌ぐ、広変調帯域が実現される。

（実施の形態２）
本実施の形態は、受動光導波層に加え活性層が回折格子を備えている半導体レーザ装置（ＤＲレーザ）に関する。

（１）構 成
図１１は、本実施の形態に従う半導体レーザ装置（ＤＲレーザ）７６の、レーザ光の進行方向に沿った断面図である。

本半導体レーザ装置７６の構成は、活性層４も回折格子７８を備えている点を除いて、実施の形態１の短共振器ＤＢＲレーザと同じである。従って、回折格子７８以外の構成部分については、説明が省略される。

図１１に示すように、本短共振器半導体レーザ装置７６では、回折格子７８が受動光導波層２８の（下側の）近傍だけでなく、活性層４の（下側の）近傍にも形成されている。

ここで、回折格子７８のブラッグ波長は、活性層４の下側でも、短共振器半導体レーザ装置７６が予定発振波長で発光するように形成されている。なお、回折格子７８は、活性層４の中央下側で、所謂１/４λシフトしていることが好ましい。

（２）製造方法
本実施の形態に従う短共振器半導体レーザ装置７６の製造方法は、受動光導波層２８及び活性層４の形成予定領域に亘って、ｎ型InP基板３８の表面に回折格子７８を形成する点を除き、実施の形態１に従う製造方法と略同じである。

（３）動 作
本実施の形態に従う短共振器半導体レーザ装置７６は、実施の形態１の短共振器ＤＢＲレーザに準じて動作する。従って、詳しい説明は省略する。

（実施の形態３）
本実施の形態は、実施の形態１に従う短共振器半導体レーザ装置に於いて、回折格子が受動光導波層に形成された短共振器半導体レーザ装置に関する。

（１）構 成
図１２は、本実施の形態に従う短共振器半導体レーザ装置８０の、レーザ光の進行方向に沿う断面図である。図１３は、本実施の形態に従う短共振器半導体レーザ装置８０の光の進行方向に垂直な断面図である。ここで、図１３（ａ）は、受動光導波層２８を垂直に横切る断面図である。一方、図１３（ｂ）は、活性層４を垂直に横切る断面図である。

図１２及び図１３に示すように、本短共振器半導体レーザ装置８０には、受動光導波層２８の下側近傍に設けられるｎ型InGaAsP層４０（図３参照）ではなく、受動光導波層２８に直接回折格子２６が形成される。その他の点では、本短共振器半導体レーザ装置８０の構成は、実施の形態１の短共振器半導体レーザ装置２４と略同じである（従って、本短共振器半導体レーザ装置８０には、ｎ型InGaAsP層４０は設けられない。）。

（２）製造方法及び動作
本短共振器半導体レーザ装置８０は、実施の形態１の製造方法に準じて製造される。また、本短共振器半導体レーザ装置８０は、実施の形態１の短共振器半導体レーザ装置２４の動作に準じて動作する。

従って、短共振器半導体レーザ装置８０の製造方法及び動作に関する説明は省略する。

（変形例１）
以上説明した例では、FeをドーピングしたInP層５２とn型InP層５４が積層されて電流狭窄層３０が形成される。

しかし、異なる構造の半導体層によって、電流狭窄層が形成されてもよい。

図１４乃至図１６は、夫々、実施の形態１乃至３に於ける短共振器半導体レーザ装置において、電流狭窄層３０が、ｐ型半導体層８４の上にｎ型半導体層８６が積層されたｐｎ電流ブロック層８８によって形成された場合の断面図である。

本変形例に従う短共振器半導体レーザ装置でも、上部電極３６から注入された電流は活性層４に集中する。従って、上部電極３６が受動光導波層２８の上方に延在するように形成されても、受動光導波層２８に電流が注入されることはない。

（変形例２）
図１７は、本変形例に従う短共振器半導体レーザ装置８２のレーザ光の進行方向に沿った断面図である。

実施の形態２に従うＤＲレーザ７６では、受動光導波層２８及び活性層４の下側近傍に設けられたｎ型InGaAsP層４０に回折格子７８が形成されている。

しかしながら、本短共振器半導体レーザ装置８２では、回折格子９０が受動光導波層２８及び活性層４に直接形成される。

その他の点では、本短共振器半導体レーザ装置８２の構成は、実施の形態２のＤＲレーザ７６と略同じである。

尚、本短共振器半導体レーザ装置８２の製造方法及び動作は、実施の形態２のＤＲレーザ７６の製造方法及び動作に準じる。従って、製造方法及び動作の説明は省略する。

（変形例３）
図１８は、本変形例に従う短共振器半導体レーザ装置９２のレーザ光の進行方向に沿った断面図である。

変形例２に従う短共振器半導体レーザ装置９２では、FeをドーピングしたInP層５２とn型InP層５４が積層されて電流狭窄層３０が形成される。

一方、本変形例に従う短共振器半導体レーザ装置９２では、電流狭窄層３０が、ｐ型半導体層８４の上にｎ型半導体層８６が積層されたｐｎ電流ブロック層８８によって形成される。

本変形例に従う短共振器半導体レーザ装置でも、上部電極３６から注入された電流は活性層４に集中する。従って、上部電極３６が受動光導波層２８の上方に延在するように形成されても、受動光導波層２８に電流が注入されることはない。

上述した例は、ｎ型ＩｎＰを基板として、その上にAlGaInAs製の歪量子井戸層を活性層として形成した、短共振器半導体レーザ装置に関するものである。しかし、上記各例に従う短共振器半導体レーザ装置を形成する材料は、これらの材料に限られなくてもよい。

また、上述した短共振器半導体レーザ装置の動作波長は、１．３μｍである。しかし、上記各例に従う短共振器半導体レーザ装置の動作波長は１．３μｍに限られなくてもよい。

ＤＢＲレーザに基づく短共振器半導体レーザ装置の構成を説明する斜視図である。 実施の形態１に従う短共振器ＤＢＲレーザの平面図である。 図２のＡ−Ａ線に於ける断面を矢印の方向から見て説明する図である。 図２のＢ−Ｂ線及びＣ−Ｃ線に於ける断面を矢印の方向から見て説明する図である。 実施の形態１に従う短共振器ＤＢＲレーザの製造手順を説明するフロー図である。 実施の形態１に短共振器ＤＢＲレーザの製造手順を説明する工程平面図である（その１）。 実施の形態１に従う短共振器ＤＢＲレーザの製造手順を説明する工程平面図である（その２）。 実施の形態１に従う短共振器ＤＢＲレーザの製造手順を、図６又は図７のＡ−Ａ線に於ける断面を矢印の方向から見て説明する工程図である（その１）。 実施の形態１に従う短共振器ＤＢＲレーザの製造手順を、図６又は図７のＡ−Ａ線に於ける断面を矢印の方向から見て説明する工程図である（その２）。 実施の形態１に従う短共振器ＤＢＲレーザの製造手順を、Ｂ−Ｂ線及びＣ−Ｃ線に於ける断面を矢印の方向から見て説明する工程図である。 実施の形態２に従う短共振器半導体レーザ装置（ＤＲレーザ）の、レーザ光の進行方向に沿う断面図である。 実施の形態３に従う短共振器半導体レーザ装置の、レーザ光の進行方向に沿う断面図である。 実施の形態３に従う短共振器半導体レーザ装置の、レーザ光の進行方向に垂直な断面図である。 変形例１に従う短共振器半導体レーザ装置のレーザ光の、進行方向に沿った断面図である（その１）。 変形例１に従う短共振器半導体レーザ装置のレーザ光の、進行方向に沿った断面図である（その２）。 変形例１に従う短共振器半導体レーザ装置のレーザ光の、進行方向に沿った断面図である（その３）。 変形例２に従う短共振器半導体レーザ装置の、レーザ光の進行方向に沿った断面図である。 変形例３に従う短共振器半導体レーザ装置の、レーザ光の進行方向に沿った断面図である。

符号の説明

２・・・短共振器ＤＢＲレーザ（関連技術） ４・・・活性層
６・・・分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ） ８・・・反射防止膜
１０・・・高反射膜 １２・・・光共振器
１４・・・上部電極 １６・・・下部電極
１８・・・ＤＢＲが形成されている領域 ２０・・・半導体基板
２２・・・上部クラッド層 ２４・・・短共振器ＤＢＲレーザ（実施の形態１等）
２６・・・回折格子 ２８・・・受動光導波層
３０・・・電流狭窄層 ３２・・・上部クラッド層
３４・・・コンタクト層 ３６・・・上部電極
３８・・・n型InP基板 ４０・・・ｎ型InGaAsP層
４２・・・n型InP層 ４４・・・歪量子井戸
４６・・・第１のp型InP層 ４８・・・SiO₂膜
５０・・・AlGaInAs層 ５２・・・FeをドーピングしたInP層（電流狭窄層）
５４・・・n型InP層 ５６・・・第２のp型InP層
５８・・・p型InGaAs層 ６０・・・SiO₂膜
６２・・・メサ ６４・・・FeがドーピングされたInP層（埋め込み層）
６６・・・埋め込み層 ６８・・・AuGe/Au電極
７０・・・AuZn/Au電極 ７２・・・無反射コーティング膜
７４・・・出射光
７６・・・（実施の形態２に従う）短共振器半導体レーザ装置
７８・・・（実施の形態２に従う）回折格子
８０・・・（実施の形態３に従う）短共振器半導体レーザ装置
８２・・・（変形例２に従う）短共振器半導体レーザ装置
８４・・・ｐ型半導体層 ８６・・・ｎ型半導体層
８８・・・ｐｎ電流ブロック層 ９０・・・（変形例２に従う）回折格子
９２・・・（変形例２に従う）短共振器半導体レーザ装置

Claims (5)

1. 第１の電極が形成された、第１の導電型を有する半導体基板と、
   前記半導体基板の上方に形成された活性層と、
   前記半導体基板の上方に形成され、且つ前記活性層に光学的に接続され、更に前記活性層が生成する光を反射する回折格子を備えた受動光導波層と、
   前記受動光導波層の上方に形成され、前記受動光導波層への電流の注入を阻止する電流狭窄層と、
   第２の導電型を有し、前記活性層及び前記電流狭窄層の上方に延在するように形成された上部クラッド層と、
   前記上部クラッド層の上方に形成され、前記活性層の上方を覆い且つ前記受動光導波層の上方に延在する、前記第２の導電型を有するコンタクト層と、
   前記コンタクト層の上方に形成され、前記活性層の上方を覆い且つ前記受動光導波層の上方に延在する第２の電極とを、
   具備する半導体レーザ装置。
2. 前記活性層が回折格子を備えていることを、
   特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
3. 前記第１及び第２の導電型は、夫々ｎ型及びｐ型であり、
   前記電流狭窄層は、半導体絶縁性の半導体層の上にｎ型の半導体層が積層されて形成されていることを、
   特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザ装置。
4. 前記電流狭窄層が、第２の導電型を有する半導体層の上に第１の導電型の半導体層が積層されて形成されていることを、
   特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザ装置。
5. 前記活性層、前記受動光導波層、及び前記上部クラッド層の両脇が、半導体絶縁性の半導体層によって埋め込まれていることを、
   特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。

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