JP2687884B2 - 波長可変半導体レーザ及びその製造方法 - Google Patents
波長可変半導体レーザ及びその製造方法Info
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
- H01S5/0625—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes in multi-section lasers
- H01S5/06255—Controlling the frequency of the radiation
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-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/2054—Methods of obtaining the confinement
- H01S5/2077—Methods of obtaining the confinement using lateral bandgap control during growth, e.g. selective growth, mask induced
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は波長可変半導体レーザに
関する。
関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバ通信の高速化は近年すさまじ
い勢いで進展してきた。現在その伝送速度は送／受信部
の電気回路の帯域で制限を受けるほどになってきてい
る。そこで伝送速度に対する電気的制約を受けることな
く簡単に伝送容量を増大でき、且つ光の持つ広帯域性を
有効に活用する手段として、波長分割多重（ＷＤＭ）光
伝送方式が注目されだした。またこれに関連するものと
して波長分割光交換システム、波長クロスコネクトシス
テム等が現在注目されている。これらのシステムでは波
長可変の半導体レーザが要求される。波長可変レーザは
単一の制御電流または電圧で連続的に波長制御できる機
能を有していることが望ましい。制御電流が二つ以上あ
ると、所望の波長を得るために複雑な制御が必要となる
ためである。
い勢いで進展してきた。現在その伝送速度は送／受信部
の電気回路の帯域で制限を受けるほどになってきてい
る。そこで伝送速度に対する電気的制約を受けることな
く簡単に伝送容量を増大でき、且つ光の持つ広帯域性を
有効に活用する手段として、波長分割多重（ＷＤＭ）光
伝送方式が注目されだした。またこれに関連するものと
して波長分割光交換システム、波長クロスコネクトシス
テム等が現在注目されている。これらのシステムでは波
長可変の半導体レーザが要求される。波長可変レーザは
単一の制御電流または電圧で連続的に波長制御できる機
能を有していることが望ましい。制御電流が二つ以上あ
ると、所望の波長を得るために複雑な制御が必要となる
ためである。
【０００３】こうした波長可変レーザの一つに分布反射
型（ＤＢＲ）半導体レーザがある。その構造の概略を図
６に示す（従来例としては特開昭６１−５４６９０号公
報またはＳ．Ｍｕｒａｔａ他、１９８７年４月９日発行
のエレクトロニクス・レターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）誌、第２３巻、第８号、４０３〜
４０５頁などに詳しく記述されている）。共振器方向に
活性領域、位相調整領域、ＤＢＲ領域の３領域に分かれ
ており、活性領域に活性層３が、位相調整領域とＤＢＲ
領域にはチューニング層４を有している。またＤＢＲ領
域にはチューニング層４の近傍に回折格子１０が設けて
ある。それぞれの領域の上には電極１１、１２、１３が
形成されており、それぞれの領域に独立に電流注入でき
る。図においてＩa はレーザ電流、Ｉt はチューニング
電流である。活性領域に電流注入することでレーザ発振
が得られる。ＤＢＲ領域に電流注入することでモード跳
びを伴う発振波長の粗調が可能であり、また位相調整領
域に電流注入することで波長の微調が可能である。ＤＢ
Ｒレーザにおいて連続的な波長制御を得るためには、特
開昭６１−５４６９０号公報に記述されているように、
下記の関係式を満たす必要がある。
型（ＤＢＲ）半導体レーザがある。その構造の概略を図
６に示す（従来例としては特開昭６１−５４６９０号公
報またはＳ．Ｍｕｒａｔａ他、１９８７年４月９日発行
のエレクトロニクス・レターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）誌、第２３巻、第８号、４０３〜
４０５頁などに詳しく記述されている）。共振器方向に
活性領域、位相調整領域、ＤＢＲ領域の３領域に分かれ
ており、活性領域に活性層３が、位相調整領域とＤＢＲ
領域にはチューニング層４を有している。またＤＢＲ領
域にはチューニング層４の近傍に回折格子１０が設けて
ある。それぞれの領域の上には電極１１、１２、１３が
形成されており、それぞれの領域に独立に電流注入でき
る。図においてＩa はレーザ電流、Ｉt はチューニング
電流である。活性領域に電流注入することでレーザ発振
が得られる。ＤＢＲ領域に電流注入することでモード跳
びを伴う発振波長の粗調が可能であり、また位相調整領
域に電流注入することで波長の微調が可能である。ＤＢ
Ｒレーザにおいて連続的な波長制御を得るためには、特
開昭６１−５４６９０号公報に記述されているように、
下記の関係式を満たす必要がある。
【０００４】 Δｎ1 ／ｎ2 ＝Ｌpc／（Ｌa ＋Ｌpc） （１） ここでΔｎ1 、Δｎ2 はそれぞれＤＢＲ領域及び位相調
整領域に電流注入した時の各領域での等価屈折率の変化
量、Ｌpc、Ｌa は位相調整領域及び活性領域の長さであ
る。上述の従来例では上式を満足するためにひとつの制
御電流を抵抗分割することによって、ＤＢＲ領域と位相
調整領域にある一定の電流比を維持して電流注入するよ
うに工夫している。この方法により、これまでに最高
３．８nmの連続波長制御の報告（Ｏ．Ｉｓｈｉｄａ他、
１９９４年２月３日発行のエレクトロニクス・レターズ
（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）誌、第３
０巻、第３号、２４１〜２４２頁）がある。
整領域に電流注入した時の各領域での等価屈折率の変化
量、Ｌpc、Ｌa は位相調整領域及び活性領域の長さであ
る。上述の従来例では上式を満足するためにひとつの制
御電流を抵抗分割することによって、ＤＢＲ領域と位相
調整領域にある一定の電流比を維持して電流注入するよ
うに工夫している。この方法により、これまでに最高
３．８nmの連続波長制御の報告（Ｏ．Ｉｓｈｉｄａ他、
１９９４年２月３日発行のエレクトロニクス・レターズ
（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）誌、第３
０巻、第３号、２４１〜２４２頁）がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来用いてきた抵抗分
割法では、Ｉ−Ｖ特性のダイオード特有の非線形性によ
り、位相調整領域及びＤＢＲ領域に注入する電流比を完
全に一定にすることができない。図７は従来の波長可変
レーザの特性図で縦軸は波長変化、横軸はチューニング
電流Ｉt である。図７に示した様に全てのチューニング
電流の範囲で連続的な波長制御は不可能であり、チュー
ニングの途中でモード跳びが発生していた。注入電流の
分割比を、電流値によらずなるべく一定にするために
は、電流分割用の抵抗値を素子自体が持つ抵抗値に比べ
十分大きくする必要がある。この場合、発振波長を高速
でスイッチングするために必要な高周波に対するインピ
ーダンスマッチングが難しくなるなどの新たな問題が発
生していた。
割法では、Ｉ−Ｖ特性のダイオード特有の非線形性によ
り、位相調整領域及びＤＢＲ領域に注入する電流比を完
全に一定にすることができない。図７は従来の波長可変
レーザの特性図で縦軸は波長変化、横軸はチューニング
電流Ｉt である。図７に示した様に全てのチューニング
電流の範囲で連続的な波長制御は不可能であり、チュー
ニングの途中でモード跳びが発生していた。注入電流の
分割比を、電流値によらずなるべく一定にするために
は、電流分割用の抵抗値を素子自体が持つ抵抗値に比べ
十分大きくする必要がある。この場合、発振波長を高速
でスイッチングするために必要な高周波に対するインピ
ーダンスマッチングが難しくなるなどの新たな問題が発
生していた。
【０００６】本発明の目的は抵抗分割法を用いることな
く単一の制御電流で連続的な波長制御が可能な波長可変
ＤＢＲレーザを提供することにある。
く単一の制御電流で連続的な波長制御が可能な波長可変
ＤＢＲレーザを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の波長可変半導体
レーザは、電流注入により光学利得を生じる活性層を含
む活性領域と、電流注入により屈折率変化を生じるチュ
ーニング層を含む位相調整領域と、ＤＢＲ領域とが、共
振器方向に一列に配置され、前記ＤＢＲ領域のチューニ
ング層に近接して回折格子を有する分布反射型半導体レ
ーザにおいて、前記位相調整領域及びＤＢＲ領域に均一
に電流注入を行う手段を備え、前記位相調整領域のチュ
ーニング層への光閉じ込め係数Γpcが前記ＤＢＲ領域の
チューニング層への光閉じ込め係数Γdbr よりも大きい
ことを特徴としている。
レーザは、電流注入により光学利得を生じる活性層を含
む活性領域と、電流注入により屈折率変化を生じるチュ
ーニング層を含む位相調整領域と、ＤＢＲ領域とが、共
振器方向に一列に配置され、前記ＤＢＲ領域のチューニ
ング層に近接して回折格子を有する分布反射型半導体レ
ーザにおいて、前記位相調整領域及びＤＢＲ領域に均一
に電流注入を行う手段を備え、前記位相調整領域のチュ
ーニング層への光閉じ込め係数Γpcが前記ＤＢＲ領域の
チューニング層への光閉じ込め係数Γdbr よりも大きい
ことを特徴としている。
【０００８】または前記位相調整領域のチューニング層
に電流注入を行った時のチューニング層内部の屈折率変
化Δｎpc が、前記ＤＢＲ領域のチューニング層へ電流
注入を行ったときのチューニング層内部の屈折率変化Δ
ｎdbr より大きくなるように前記位相調整領域及びＤＢ
Ｒ領域のチューニング層の組成を設定したことを特徴と
している。
に電流注入を行った時のチューニング層内部の屈折率変
化Δｎpc が、前記ＤＢＲ領域のチューニング層へ電流
注入を行ったときのチューニング層内部の屈折率変化Δ
ｎdbr より大きくなるように前記位相調整領域及びＤＢ
Ｒ領域のチューニング層の組成を設定したことを特徴と
している。
【０００９】さらにΓpc、Γdbr 、Δｎpc、Δｎdbr が
関係式 Γdbr Δｎdbr ／ΓpcΔｎpc＝Ｌpc／（Ｌa ＋Ｌpc） （Ｌa 及びＬpcはそれぞれ活性領域及び位相調整領域の
長さ）を満足することを特徴としている。
関係式 Γdbr Δｎdbr ／ΓpcΔｎpc＝Ｌpc／（Ｌa ＋Ｌpc） （Ｌa 及びＬpcはそれぞれ活性領域及び位相調整領域の
長さ）を満足することを特徴としている。
【００１０】また本発明の波長可変半導体レーザの製造
方法は、半導体基板上の位相調整領域及びＤＢＲ領域に
該当する部分にストライプ状のチューニング層を、また
活性領域に該当する部分にストライプ状の活性層を形成
する工程と、前記ＤＢＲ領域のチューニング層の近傍に
回折格子を形成する工程と、前記ストライプ状チューニ
ング層及び活性層を埋め込むようにクラッド層を形成す
る工程と、前記活性領域、位相調整領域及びＤＢＲ領域
の上部及び前記半導体基板の下部にそれぞれ電極を形成
する工程を備えた半導体レーザの製造方法において、前
記チューニング層は位相調整領域においてその層厚がＤ
ＢＲ領域よりも厚くなるか、もしくはその波長組成がＤ
ＢＲ領域よりも長くなるように、選択ＭＯＶＰＥ法を用
いて形成することを特徴としている。
方法は、半導体基板上の位相調整領域及びＤＢＲ領域に
該当する部分にストライプ状のチューニング層を、また
活性領域に該当する部分にストライプ状の活性層を形成
する工程と、前記ＤＢＲ領域のチューニング層の近傍に
回折格子を形成する工程と、前記ストライプ状チューニ
ング層及び活性層を埋め込むようにクラッド層を形成す
る工程と、前記活性領域、位相調整領域及びＤＢＲ領域
の上部及び前記半導体基板の下部にそれぞれ電極を形成
する工程を備えた半導体レーザの製造方法において、前
記チューニング層は位相調整領域においてその層厚がＤ
ＢＲ領域よりも厚くなるか、もしくはその波長組成がＤ
ＢＲ領域よりも長くなるように、選択ＭＯＶＰＥ法を用
いて形成することを特徴としている。
【００１１】
【作用】（１）式の連続波長制御条件において、位相調
整領域及びＤＢＲ領域の等価屈折率をチューニング層内
部の屈折率変化と光閉じ込め係数を用いて表すと下記の
様に書き換えられる。
整領域及びＤＢＲ領域の等価屈折率をチューニング層内
部の屈折率変化と光閉じ込め係数を用いて表すと下記の
様に書き換えられる。
【００１２】 Γdbr Δｎdbr ／ΓpcΔｎpc＝Ｌpc／（Ｌa ＋Ｌpc） （２） ここでΓpc、Γdbr はそれぞれ位相調整領域及びＤＢＲ
領域のチューニング層への光閉じ込め係数、Δｎpc、Δ
ｎdbr は位相調整領域及びＤＢＲ領域のチューニング層
内の屈折率変化である。抵抗分割法ではなく位相調整領
域及びＤＢＲ領域への均一電流注入によって連続波長制
御を達成するためには、（２）式よりΓpc＞Γdbr とな
るようにたとえば位相調整領域のチューニング層の層厚
をＤＢＲ領域よりも厚くするか、または同じ電流密度を
注入したときのチューニング層での屈折率変化が位相調
整領域の方がＤＢＲ領域よりも大きくなる（Δｎpc＞Δ
ｎdbr ）ように、位相調整領域のチューニング層の波長
組成をＤＢＲ領域のチューニング層の波長組成よりも長
く設定すればよいことになる。
領域のチューニング層への光閉じ込め係数、Δｎpc、Δ
ｎdbr は位相調整領域及びＤＢＲ領域のチューニング層
内の屈折率変化である。抵抗分割法ではなく位相調整領
域及びＤＢＲ領域への均一電流注入によって連続波長制
御を達成するためには、（２）式よりΓpc＞Γdbr とな
るようにたとえば位相調整領域のチューニング層の層厚
をＤＢＲ領域よりも厚くするか、または同じ電流密度を
注入したときのチューニング層での屈折率変化が位相調
整領域の方がＤＢＲ領域よりも大きくなる（Δｎpc＞Δ
ｎdbr ）ように、位相調整領域のチューニング層の波長
組成をＤＢＲ領域のチューニング層の波長組成よりも長
く設定すればよいことになる。
【００１３】従来隣合う位相調整領域とＤＢＲ領域にお
いて、層厚や組成の異なる層を選択的に形成することは
非常に困難であった。近年開発された選択ＭＯＶＰＥ技
術はこれを可能にした。選択ＭＯＶＰＥ法とは半導体基
板上に平行な複数本の絶縁膜ストライプを形成し、その
上からＭＯＶＰＥ結晶成長を行うことにより、絶縁膜で
挟まれた領域のエピ層の層厚及び波長組成が絶縁膜のス
トライプ幅によって変化する原理を用いたものである。
絶縁膜ストライプの幅が広いほど、その間に形成される
混晶半導体の層厚が厚く且つ波長組成が長くなる特徴を
有する。エピタキシャル層として多重量子井戸構造を形
成しても全く同様の傾向を示し、この場合の実効波長組
成の変化は一層助長される方向となる。
いて、層厚や組成の異なる層を選択的に形成することは
非常に困難であった。近年開発された選択ＭＯＶＰＥ技
術はこれを可能にした。選択ＭＯＶＰＥ法とは半導体基
板上に平行な複数本の絶縁膜ストライプを形成し、その
上からＭＯＶＰＥ結晶成長を行うことにより、絶縁膜で
挟まれた領域のエピ層の層厚及び波長組成が絶縁膜のス
トライプ幅によって変化する原理を用いたものである。
絶縁膜ストライプの幅が広いほど、その間に形成される
混晶半導体の層厚が厚く且つ波長組成が長くなる特徴を
有する。エピタキシャル層として多重量子井戸構造を形
成しても全く同様の傾向を示し、この場合の実効波長組
成の変化は一層助長される方向となる。
【００１４】
（実施例１）以下に本発明の波長可変半導体レーザを実
施例を用いて詳細に説明する。
施例を用いて詳細に説明する。
【００１５】図１は本発明の実施例である波長１．５５
μm 帯の波長可変ＤＢＲレーザの構造図である。ｎ−Ｉ
ｎＰ基板１の上のＤＢＲ領域に該当する部分に回折格子
１０（周期２４０nm）が形成されており、その上の全体
に波長組成１．３μm のｎ−ＩｎＧａＡｓＰガイド層２
（厚さ０．１μm ）、井戸層数１０のＩｎＧａＡｓ／Ｉ
ｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層（ＭＱＷ）からなるチュー
ニング層兼活性層７、及びｐ−ＩｎＰクラッド層５（厚
さ約２μm ）が形成されている。更にその上に形成され
ているｐ+ −ＩｎＧａＡｓキャップ層５は、位相調整領
域と活性領域との間で電気的分離のために除去されてい
る。活性領域の上には電極１１が、また位相調整領域と
ＤＢＲ領域の上には電極１５が形成されている。一方半
導体基板１の下にはグラウンド電極１４が形成されてい
る。活性領域、位相調整領域、ＤＢＲ領域の長さはそれ
ぞれＬa ＝３００μm 、Ｌpc＝３００μm 、Ｌdbr ＝２
００μm である。またＩa はレーザ電流、Ｉt はチュー
ニング電流を示す。
μm 帯の波長可変ＤＢＲレーザの構造図である。ｎ−Ｉ
ｎＰ基板１の上のＤＢＲ領域に該当する部分に回折格子
１０（周期２４０nm）が形成されており、その上の全体
に波長組成１．３μm のｎ−ＩｎＧａＡｓＰガイド層２
（厚さ０．１μm ）、井戸層数１０のＩｎＧａＡｓ／Ｉ
ｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層（ＭＱＷ）からなるチュー
ニング層兼活性層７、及びｐ−ＩｎＰクラッド層５（厚
さ約２μm ）が形成されている。更にその上に形成され
ているｐ+ −ＩｎＧａＡｓキャップ層５は、位相調整領
域と活性領域との間で電気的分離のために除去されてい
る。活性領域の上には電極１１が、また位相調整領域と
ＤＢＲ領域の上には電極１５が形成されている。一方半
導体基板１の下にはグラウンド電極１４が形成されてい
る。活性領域、位相調整領域、ＤＢＲ領域の長さはそれ
ぞれＬa ＝３００μm 、Ｌpc＝３００μm 、Ｌdbr ＝２
００μm である。またＩa はレーザ電流、Ｉt はチュー
ニング電流を示す。
【００１６】チューニング層兼活性層７は選択ＭＯＶＰ
Ｅにより成長され、波長組成（実効バンドギャップ波
長）は活性領域で１．５５μm 、位相調整領域で１．４
７μm、ＤＢＲ領域で１．４０μm である。また層厚は
活性領域で０．３μm 、位相調整領域で０．２３μm 、
ＤＢＲ領域で０．１５μm である。回折格子の周期で決
定される発振波長が１．５５μm であることから、チュ
ーニング層兼活性層７は活性領域において電流注入によ
り光学利得を発生する活性層として、また位相調整領域
及びＤＢＲ領域ではパッシブなチューニング層として動
作する。上記の構造において位相調整領域の光閉じ込め
係数ΓpcはＤＢＲ領域の光閉じ込め領域Γdbr よりも大
きく（Γpc＞Γdbr ）、且つ電流注入時の位相調整領域
のチューニング層での屈折率変化ΔｎpcはＤＢＲ領域の
それΔｎdbr よりも大きい（Δｎpc＞Δｎdbr ）。その
結果（２）式の条件を満足する。
Ｅにより成長され、波長組成（実効バンドギャップ波
長）は活性領域で１．５５μm 、位相調整領域で１．４
７μm、ＤＢＲ領域で１．４０μm である。また層厚は
活性領域で０．３μm 、位相調整領域で０．２３μm 、
ＤＢＲ領域で０．１５μm である。回折格子の周期で決
定される発振波長が１．５５μm であることから、チュ
ーニング層兼活性層７は活性領域において電流注入によ
り光学利得を発生する活性層として、また位相調整領域
及びＤＢＲ領域ではパッシブなチューニング層として動
作する。上記の構造において位相調整領域の光閉じ込め
係数ΓpcはＤＢＲ領域の光閉じ込め領域Γdbr よりも大
きく（Γpc＞Γdbr ）、且つ電流注入時の位相調整領域
のチューニング層での屈折率変化ΔｎpcはＤＢＲ領域の
それΔｎdbr よりも大きい（Δｎpc＞Δｎdbr ）。その
結果（２）式の条件を満足する。
【００１７】図２に本素子の製造方法を示す。図２の
（ａ）ではｎ−ＩｎＰ基板１の上に部分的に回折格子１
０を形成し、その上に光導波路となる幅１．５μm のス
トライプ領域を挟むように平行な絶縁膜２０を形成す
る。絶縁膜２０の幅はＤＢＲ領域で一番狭く、続いて位
相調整領域、活性領域で一番広くなるようにする。具体
的には前記の順番に８μm 、２０μm 、３０μm であ
る。（ｂ）ではＭＯＶＰＥ法によりｎ−ＩｎＧａＡｓＰ
ガイド層２、ＭＱＷチューニング層兼活性層７及びｐ−
ＩｎＰ第１のクラッド層５を成長する。この時絶縁膜２
０の幅が各領域で異なるため、ＤＢＲ領域から活性領域
に向かって絶縁膜２０で挟まれたストライプ領域のＭＱ
Ｗチューニング層兼活性層７の層厚は厚く、また波長組
成は長波長へとステップ状に変わっていく。（ｃ）では
絶縁膜２０の両サイドをエッチングしてストライプ状に
再パターニングを行い、ＭＯＶＰＥによりｐ−ＩｎＰ第
２のクラッド層５′とｐ+ −ＩｎＧａＡｓキャップ層６
を選択成長する。その後所望の領域に電極を形成するこ
とで第１の実施例で示した波長可変ＤＢＲレーザが完成
する。
（ａ）ではｎ−ＩｎＰ基板１の上に部分的に回折格子１
０を形成し、その上に光導波路となる幅１．５μm のス
トライプ領域を挟むように平行な絶縁膜２０を形成す
る。絶縁膜２０の幅はＤＢＲ領域で一番狭く、続いて位
相調整領域、活性領域で一番広くなるようにする。具体
的には前記の順番に８μm 、２０μm 、３０μm であ
る。（ｂ）ではＭＯＶＰＥ法によりｎ−ＩｎＧａＡｓＰ
ガイド層２、ＭＱＷチューニング層兼活性層７及びｐ−
ＩｎＰ第１のクラッド層５を成長する。この時絶縁膜２
０の幅が各領域で異なるため、ＤＢＲ領域から活性領域
に向かって絶縁膜２０で挟まれたストライプ領域のＭＱ
Ｗチューニング層兼活性層７の層厚は厚く、また波長組
成は長波長へとステップ状に変わっていく。（ｃ）では
絶縁膜２０の両サイドをエッチングしてストライプ状に
再パターニングを行い、ＭＯＶＰＥによりｐ−ＩｎＰ第
２のクラッド層５′とｐ+ −ＩｎＧａＡｓキャップ層６
を選択成長する。その後所望の領域に電極を形成するこ
とで第１の実施例で示した波長可変ＤＢＲレーザが完成
する。
【００１８】ここで示した波長可変ＤＢＲレーザは発振
しきい値電流約３０ｍＡでレーザ発振した。図３に電極
１５にチューニング電流を注入した時の波長制御特性を
示す。縦軸は波長変化、横軸はチューニング電流Ｉt で
ある。モード跳びが生じることなく、連続的な約７nmの
波長制御動作が得られた。
しきい値電流約３０ｍＡでレーザ発振した。図３に電極
１５にチューニング電流を注入した時の波長制御特性を
示す。縦軸は波長変化、横軸はチューニング電流Ｉt で
ある。モード跳びが生じることなく、連続的な約７nmの
波長制御動作が得られた。
【００１９】（実施例２）図４に本発明の第２の実施例
である波長可変ＤＢＲレーザの構造図を示す。部分的に
回折格子１０が形成されたｎ−ＩｎＰ基板１の上に波長
組成１．３μm のｎ−ＩｎＧａＡｓＰガイド層２（厚さ
０．１μm ）、ｎ- −ＩｎＧａＡｓＰチューニング層４
が形成されている。チューニング層４の層厚は位相調整
領域で０．３μm 、ＤＢＲ領域で０．２μm 、活性領域
で０．１μm である。活性領域のチューニング層４の上
には井戸数１０のＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰＭＱＷ
活性層３が選択的に形成されている。そして全面にｐ−
ＩｎＰクラッド層５（層厚２μm ）が形成されている。
さらに活性領域にはｐ+ −ＩｎＧａＡｓキャップ層６と
電極１１が、また位相調整領域とＤＢＲ領域にはキャッ
プ層６と電極１５が、また基板１の下にはグラウンド電
極１４が形成されている。活性領域、位相調整領域、Ｄ
ＢＲ領域の長さはそれぞれＬa ＝３００μm 、Ｌpc＝３
００μm 、Ｌdb r ＝２００μm である。Ｉa はレーザ電
流、Ｉt はチューニング電流である。
である波長可変ＤＢＲレーザの構造図を示す。部分的に
回折格子１０が形成されたｎ−ＩｎＰ基板１の上に波長
組成１．３μm のｎ−ＩｎＧａＡｓＰガイド層２（厚さ
０．１μm ）、ｎ- −ＩｎＧａＡｓＰチューニング層４
が形成されている。チューニング層４の層厚は位相調整
領域で０．３μm 、ＤＢＲ領域で０．２μm 、活性領域
で０．１μm である。活性領域のチューニング層４の上
には井戸数１０のＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰＭＱＷ
活性層３が選択的に形成されている。そして全面にｐ−
ＩｎＰクラッド層５（層厚２μm ）が形成されている。
さらに活性領域にはｐ+ −ＩｎＧａＡｓキャップ層６と
電極１１が、また位相調整領域とＤＢＲ領域にはキャッ
プ層６と電極１５が、また基板１の下にはグラウンド電
極１４が形成されている。活性領域、位相調整領域、Ｄ
ＢＲ領域の長さはそれぞれＬa ＝３００μm 、Ｌpc＝３
００μm 、Ｌdb r ＝２００μm である。Ｉa はレーザ電
流、Ｉt はチューニング電流である。
【００２０】図５に第２の実施例の素子の製造方法を示
す。図５（ａ）ではｎ−ＩｎＰ基板１の上に部分的に周
期２４０nmの回折格子１０を形成した後、絶縁膜４０を
形成パターニングする。絶縁膜４０の窓の幅は位相調整
領域で一番狭く（約１０μm）、継いでＤＢＲ領域（約
３０μm ）、活性領域には絶縁膜４０は形成しない。
（ｂ）ではＭＯＶＰＥ法によりｎ−ＩｎＧａＡｓＰガイ
ド層２、ｎ- −ＩｎＧａＡｓＰチューニング層４、ｐ−
ＩｎＰ第１のクラッド層５を選択成長した後絶縁膜４０
を除去する。（ｃ）では活性領域の第１のクラッド層５
をエッチング除去した後再び選択成長により幅１．５μ
m のストライプ状のＭＱＷ活性層３と薄いｐ−ＩｎＰク
ラッド層５′を成長する。（ｄ）では全ての領域に渡っ
て幅５．０μm のストライプ状にｐ−ＩｎＰ第２のクラ
ッド層５′とｐ+ −ＩｎＧａＡｓキャップ層６を同じく
選択成長により形成する。この時第２のクラッド層５′
は活性領域において活性層３を覆い、また位相調整領域
及びＤＢＲ領域においてはリッジ導波路を形成してい
る。その後所望の領域に電極を形成することで第２の実
施例で示した波長可変半導体レーザが完成する。
す。図５（ａ）ではｎ−ＩｎＰ基板１の上に部分的に周
期２４０nmの回折格子１０を形成した後、絶縁膜４０を
形成パターニングする。絶縁膜４０の窓の幅は位相調整
領域で一番狭く（約１０μm）、継いでＤＢＲ領域（約
３０μm ）、活性領域には絶縁膜４０は形成しない。
（ｂ）ではＭＯＶＰＥ法によりｎ−ＩｎＧａＡｓＰガイ
ド層２、ｎ- −ＩｎＧａＡｓＰチューニング層４、ｐ−
ＩｎＰ第１のクラッド層５を選択成長した後絶縁膜４０
を除去する。（ｃ）では活性領域の第１のクラッド層５
をエッチング除去した後再び選択成長により幅１．５μ
m のストライプ状のＭＱＷ活性層３と薄いｐ−ＩｎＰク
ラッド層５′を成長する。（ｄ）では全ての領域に渡っ
て幅５．０μm のストライプ状にｐ−ＩｎＰ第２のクラ
ッド層５′とｐ+ −ＩｎＧａＡｓキャップ層６を同じく
選択成長により形成する。この時第２のクラッド層５′
は活性領域において活性層３を覆い、また位相調整領域
及びＤＢＲ領域においてはリッジ導波路を形成してい
る。その後所望の領域に電極を形成することで第２の実
施例で示した波長可変半導体レーザが完成する。
【００２１】この第２の実施例で示した波長可変ＤＢＲ
レーザは、位相調整領域でのチューニング層の層厚がＤ
ＢＲ領域に比べ厚く、また波長組成が長いため（２）式
の関係を満足することができる。その結果第１の実施例
と同様にモード跳びのない連続的な波長制御が実現でき
た。
レーザは、位相調整領域でのチューニング層の層厚がＤ
ＢＲ領域に比べ厚く、また波長組成が長いため（２）式
の関係を満足することができる。その結果第１の実施例
と同様にモード跳びのない連続的な波長制御が実現でき
た。
【００２２】なお上記の実施例においては、発振波長
１．５５μm 帯のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系混晶半導体
をベースにした波長可変半導体レーザについて述べてき
たが、もちろん他の混晶半導体からなる他の波長帯のレ
ーザにおいても本発明は有効である。また実施例ではレ
ーザの横モード制御構造としていずれも選択成長を利用
した埋め込み型レーザについて述べたが、横モード制御
構造はこれらに限らず、他の構造、例えばメサエッチン
グした後に横方向を埋め込んだ構造等であってもよい。
また活性層及びチューニング層はバルク半導体であって
もまたＭＱＷ構造であってもよい。活性領域と位相調整
領域の位置関係は反対であってもよい。
１．５５μm 帯のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系混晶半導体
をベースにした波長可変半導体レーザについて述べてき
たが、もちろん他の混晶半導体からなる他の波長帯のレ
ーザにおいても本発明は有効である。また実施例ではレ
ーザの横モード制御構造としていずれも選択成長を利用
した埋め込み型レーザについて述べたが、横モード制御
構造はこれらに限らず、他の構造、例えばメサエッチン
グした後に横方向を埋め込んだ構造等であってもよい。
また活性層及びチューニング層はバルク半導体であって
もまたＭＱＷ構造であってもよい。活性領域と位相調整
領域の位置関係は反対であってもよい。
【００２３】
【発明の効果】本発明による波長可変ＤＢＲレーザは、
チューニング電流を位相調整領域とＤＢＲ領域に均一に
注入することで連続的な波長制御ができ、従来抵抗分割
法により分布反射型半導体レーザの波長制御を行ってい
た場合に問題となったモードの跳びや、高速波長スイッ
チングにとって問題となるインピーダンスの不整合とい
った問題が克服できる。連続波長可変範囲は従来の３．
８nmから７nmにまで改善された。
チューニング電流を位相調整領域とＤＢＲ領域に均一に
注入することで連続的な波長制御ができ、従来抵抗分割
法により分布反射型半導体レーザの波長制御を行ってい
た場合に問題となったモードの跳びや、高速波長スイッ
チングにとって問題となるインピーダンスの不整合とい
った問題が克服できる。連続波長可変範囲は従来の３．
８nmから７nmにまで改善された。
【図１】本発明の第１の実施例の構造図。
【図２】第１の実施例の製造方法を説明する図。
【図３】第１の実施例の波長可変半導体レーザの波長制
御特性を示す図。
御特性を示す図。
【図４】本発明の第２の実施例の構造図。
【図５】第２の実施例の製造方法を説明する図。
【図６】従来の波長可変半導体レーザの構造図。
【図７】従来の波長可変半導体レーザの波長可変特性を
示す図。
示す図。
１ ｎ−ＩｎＰ基板 ２ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰガイド層 ３ 活性層 ４ チューニング層 ５、５′ ｐ−ＩｎＰクラッド層 ６ ｐ+ −ＩｎＧａＡｓキャップ層 ７ チューニング層兼活性層 １０ 回折格子 １１、１２、１３、１４、１５ 電極 ２０、４０ 絶縁膜
Claims (6)
- 【請求項１】電流注入により光学利得を生じる活性層を
含む活性領域と、電流注入により屈折率変化を生じるチ
ューニング層を含む位相調整領域と、ＤＢＲ領域とが、
共振器方向に一列に配置され、前記ＤＢＲ領域のチュー
ニング層に近接して回折格子を有する分布反射型半導体
レーザにおいて、前記位相調整領域及びＤＢＲ領域に均
一に電流注入を行う手段を備え、前記位相調整領域のチ
ューニング層への光閉じ込め係数Γpcが前記ＤＢＲ領域
のチューニング層への光閉じ込め係数Γdbr よりも大き
いことを特徴とする波長可変半導体レーザ。 - 【請求項２】位相調整領域のチューニング層の厚さがＤ
ＢＲ領域のチューニング層の厚さよりも厚いことを特徴
とする請求項１記載の波長可変半導体レーザ。 - 【請求項３】電流注入により光学利得を生じる活性層を
含む活性領域と、電流注入により屈折率変化を生じるチ
ューニング層を有する位相調整領域と、ＤＢＲ領域と
が、共振器方向に一列に配置され、前記ＤＢＲ領域のチ
ューニング層に近接して回折格子を有する分布反射型半
導体レーザにおいて、前記位相調整領域及びＤＢＲ領域
に均一に電流注入を行う手段を備え、前記位相調整領域
のチューニング層に電流注入を行った時のチューニング
層内部の屈折率変化Δｎpc が、前記ＤＢＲ領域のチュ
ーニング層へ電流注入を行ったときのチューニング層内
部の屈折率変化Δｎdbr より大きくなるように前記位相
調整領域及びＤＢＲ領域のチューニング層の組成を設定
したことを特徴とする波長可変半導体レーザ。 - 【請求項４】位相調整領域のチューニング層の波長組成
がＤＢＲ領域のチューニング層の波長組成よりも長いこ
とを特徴とする請求項３記載の波長可変半導体レーザ。 - 【請求項５】Γpc、Γdbr 、Δｎpc、Δｎdbr が関係式 Γdbr Δｎdbr ／ΓpcΔｎpc＝Ｌpc／（Ｌa ＋Ｌpc） （Ｌa 及びＬpcはそれぞれ活性領域及び位相調整領域の
長さ）を満足することを特徴とする請求項３または請求
項４記載の波長可変半導体レーザ。 - 【請求項６】半導体基板上の位相調整領域及びＤＢＲ領
域に該当する部分にストライプ状のチューニング層を、
また活性領域に該当する部分にストライプ状の活性層を
形成する工程と、前記ＤＢＲ領域のチューニング層の近
傍に回折格子を形成する工程と、前記ストライプ状チュ
ーニング層及び活性層を埋め込むようにクラッド層を形
成する工程と、前記活性領域、位相調整領域及びＤＢＲ
領域の上部及び前記半導体基板の下部にそれぞれ電極を
形成する工程を備えた半導体レーザの製造方法におい
て、前記チューニング層は位相調整領域においてその層
厚がＤＢＲ領域よりも厚くなるか、もしくはその波長組
成がＤＢＲ領域よりも長くなるように、選択ＭＯＶＰＥ
法を用いて形成することを特徴とする波長可変半導体レ
ーザの製造方法。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6163515A JP2687884B2 (ja) | 1994-07-15 | 1994-07-15 | 波長可変半導体レーザ及びその製造方法 |
| DE69505064T DE69505064T4 (de) | 1994-07-15 | 1995-07-14 | Wellenlängenabstimmbarer Halbleiterlaser |
| CA002153909A CA2153909C (en) | 1994-07-15 | 1995-07-14 | Wavelength-tunable semiconductor laser and fabrication process thereof |
| DE69505064A DE69505064D1 (de) | 1994-07-15 | 1995-07-14 | Wellenlängenabstimmbarer Halbleiterlaser |
| EP95111106A EP0692853B1 (en) | 1994-07-15 | 1995-07-14 | Wavelength-tunable semiconductor laser |
| US08/503,089 US5541945A (en) | 1994-07-15 | 1995-07-17 | Wavelength-tunable semiconductor laser |
| US08/630,625 US5789274A (en) | 1994-07-15 | 1996-04-10 | Wavelength-tunable semiconductor laser and fabrication process thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6163515A JP2687884B2 (ja) | 1994-07-15 | 1994-07-15 | 波長可変半導体レーザ及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0832169A JPH0832169A (ja) | 1996-02-02 |
| JP2687884B2 true JP2687884B2 (ja) | 1997-12-08 |
Family
ID=15775337
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6163515A Expired - Lifetime JP2687884B2 (ja) | 1994-07-15 | 1994-07-15 | 波長可変半導体レーザ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2687884B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100884353B1 (ko) | 2007-09-18 | 2009-02-18 | 한국전자통신연구원 | 고휘도 다이오드 및 그 제조 방법 |
-
1994
- 1994-07-15 JP JP6163515A patent/JP2687884B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0832169A (ja) | 1996-02-02 |
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