JP2827952B2

JP2827952B2 - 半導体レーザ

Info

Publication number: JP2827952B2
Application number: JP7064067A
Authority: JP
Inventors: 哲朗奥田
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1995-03-23
Filing date: 1995-03-23
Publication date: 1998-11-25
Anticipated expiration: 2013-11-25
Also published as: JPH08264897A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体レーザに関し、特
にアナログ変調歪特性に優れる半導体レーザに関する。

【０００２】

【従来の技術】サブキャリア多重光伝送方式に用いるア
ナログ変調用光源には、高効率で相互変調歪の小さい単
一軸モード半導体レーザが要求されている。例えば移動
通信システム用では３次元相互変調歪（ｔｈｉｒｄｉ
ｍｔｅｒｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ；
ＩＭＤ₃）が十分に小さい半導体レーザが要求されてい
る。また、光ＣＡＴＶシステムでは複合２次歪（ｃｏｍ
ｐｏｓｉｔｅｓｅｃｏｎｄｏｒｄｅｒｄｉｓｔｏ
ｒｔｉｏｎ；ＣＳＯ）、複合３次歪（ｃｏｍｐｏｓｉｔ
ｅｔｒｉｐｌｅｂｅａｔｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ；
ＣＴＢ）がともに低い素子が要求されている。

【０００３】分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）
は発振の単一モード性に優れ、アナログ変調用光源とし
て用いられているが、従来のＤＦＢレーザでは共振器方
向での電界強度分布の不均一性が大きいために、電流−
光出力特性の直線性が不十分で、相互変調歪特性もあま
り優れたものではなかった。これは、ＤＦＢレーザで
は、共振器方向の電界強度分布の不均一性が大きいほど
電流注入に伴う電界強度分布の変化が大きく、この変化
が電流−光出力（Ｉ−Ｌ）特性の非直線性の原因となる
ためである。したがって、この電界強度分布の変化を小
さくするためには共振器方向の電界強度分布を平坦化す
る必要がある。

【０００４】このような問題に対してＧ．Ｍｏｒｔｈｉ
ｅｒらは、例えばアイイーイーイー・フォトニクス・テ
クノロジー・レター（ＩＥＥＥＰｈｏｔｏｎｉｃｓ
ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＬｅｔｔｅｒｓ）ｖｏｌ．２
ｎｏ．６（１９９０）ｐ．３８８−３９０で端面付近で
結合係数が高くなるように形成したλ／４位相シフト型
ＤＦＢレーザを提案している。この構造によれば、共振
器方向の電界強度分布は平坦化され、アナログ変調歪は
低減されると記述されている。しかし、ＤＦＢレーザの
アナログ変調歪の要因には、電界強度分布の不均一性の
ほかに緩和振動の影響や漏れ電流の影響も存在する。特
に漏れ電流の影響を抑制するためには、できるだけ低い
電流で動作させる必要があり、そのためには高い効率が
要求される。ところがλ／４位相シフトレーザでは両端
面に低反射率コーティングする構造のため、十分な効率
が得られない。したがって、アナログ光伝送に適用する
場合、高い駆動電流が必要となり漏れ電流に起因する変
調歪が顕著になるという問題があった。

【０００５】一方、特開昭６２−２１９６８４号公報お
よび米国特許、ＵｎｉｔｅｄＳｔａｔｅｓＰａｔｅ
ｎｔ５，１１１，４７５（１９９２年５月５日）では共
振器方向の一部に回折格子を形成する半導体レーザが提
案されている。これらはいずれも、前面に低反射率膜、
後面に高反射率膜を施し、前面から共振器内部に向かっ
て共振器方向の一部分に回折格子を形成した構造であ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】特開昭６２−２１９６
８４号公報では、素子長３００μm で回折格子の高さを
３００オングストローム程度とし、回折格子の形成領域
長を前面から５０〜１５０μm とした構造で、回折格子
の結合係数は約３０cm^-1と記述されている。この発明は
ＤＦＢレーザの高出力化を目的としたものであり、結合
係数（κ）と素子長（Ｌ）の積をκＬ≦０．５とするこ
とを特徴としている。しかし、この発明は共振器方向の
電界強度分布の平坦化を目的としたものではないために
アナログ変調歪特性は十分ではないと考えられる。

【０００７】一方、ＵｎｉｔｅｄＳｔａｔｅｓＰａ
ｔｅｎｔ５，１１１，４７５では素子長２５０μm 、回
折格子形成領域長を１７５μm とし、回折格子の結合係
数と回折格子を形成する領域の長さの積を１．６から
２．５の範囲とすると記述されている。この発明はＩ−
Ｌ特性の微分である微分Ｉ−Ｌ（ｄＬ／ｄＩ）が最も高
くなる点、すなわちスロープ効率が最大となる点の近傍
をバイアス点として動作させると２次歪が小さくなるこ
とを前提として、この動作バイアス点をできるだけ高バ
イアス値にするように設計されたものである。すなわ
ち、図２（ａ）のＢに示す素子のように閾値付近で微分
Ｉ−Ｌ曲線の曲がりを大きくしてＩ−Ｌ曲線のピークを
高バイアス側にシフトさせるものである。

【０００８】しかし、熱による応答が変調周波数に追随
しないため、このようにして設計した素子は変調周波数
帯域では図２（ｂ）のＢに示すような微分Ｉ−Ｌ特性と
なる。したがって、Ｉ−Ｌの直線性は良好なものではな
いために、変調歪もあまり良くないと考えられる。

【０００９】また、この発明では歩留りの改善も予測し
ているが、素子長に対して回折格子形成領域長が長いた
め、大幅な歩留り改善には至らないものと思われる。さ
らに、この発明は２次歪についてのみ考慮されたもので
あり、３次歪については考慮されていない。したがっ
て、３次歪が問題となる移動体通信用や２次歪、３次歪
ともに問題となる光ＣＡＴＶ用などの用途には用いるこ
とができない。

【００１０】以上のように、従来の半導体レーザでは変
調歪の原因となる共振器方向の電界強度分布について考
慮されないために、変調歪特性は十分ではないと考えら
れる。本発明の目的は、半導体レーザのアナログ変調歪
特性を改善し、さらに歪規格に対する歩留りを改善する
ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ
は、ＩｎＰ層とそれに接して形成されるＩｎＧａＡｓＰ
層からなる光ガイド層の界面に、共振器方向において前
面側からの一部分のみに回折格子を形成する半導体レー
ザにおいて、回折格子を形成する領域の長さが素子長の
１／３以下で、かつ回折格子の山谷の振幅が２００〜２
６０オングストロームの範囲内にあることを特徴とす
る。

【００１２】また、本発明では上記の半導体レーザで、
光ガイド層の厚さが８００〜１２００オングストローム
の範囲内にあり、共振器長が２００μm 〜６００μm の
範囲内にあることを特徴とする。

【００１３】さらに、本発明では上記の半導体レーザ
で、光ガイド層のバンドギャップ波長組成が、１．１２
μm 〜１．１６μm の範囲内にあり、かつ回折格子を形
成する領域の長さが４０μm 〜１００μm の範囲内にあ
ることを特徴とする。

【００１４】本発明によれば、上記の半導体レーザで光
ガイド層のバンドギャップ波長組成が、１．１３μm 〜
１．１５μm の範囲内にあり、かつ回折格子を形成する
領域の長さが６０μm 〜８０μm の範囲内にあり、かつ
回折格子の山谷の振幅が２２０〜２４０オングストロー
ムの範囲内にあるのが好適である。

【００１５】また、本発明の半導体レーザは光ガイド層
のバンドギャップ波長組成が、１．０８μm 〜１．１２
μm の範囲内にあり、回折格子の山谷の振幅が２２０〜
２６０オングストロームの範囲内にあり、共振器長が２
００μm 〜３６０μm の範囲内にあり、かつ回折格子を
形成する領域の長さが５０μm 〜１２０μm の範囲内に
あることを特徴とする。

【００１６】また、本発明の半導体レーザは光ガイド層
のバンドギャップ波長組成が、１．０８μm 〜１．１２
μm の範囲内にあり、回折格子の山谷の振幅が２００〜
２２０オングストロームの範囲内にあり、素子長が３６
０μm 〜４２０μm の範囲内にあり、かつ回折格子を形
成する領域の長さが１２０μm 〜１４０μm の範囲内に
あることを特徴とする。

【００１７】本発明によれば、上記の半導体レーザにお
いて光ガイド層のバンドギャップ波長組成が、１．０９
μm 〜１．１１μm の範囲内にあり、かつ回折格子を形
成する領域の長さが９０μm 〜１１０μm の範囲内にあ
り、かつ回折格子の山谷の振幅が２２０〜２４０オング
ストロームの範囲内にあるのが好適である。

【００１８】さらに、本発明の半導体レーザは光ガイド
層のバンドギャップ波長組成が、１．０４μm 〜１．０
８μm の範囲内にあり、回折格子の山谷の振幅が２４０
〜２６０オングストロームの範囲内にあり、共振器長が
２１０μm 〜３６０μm の範囲内にあり、かつ回折格子
を形成する領域の長さが７０μm 〜１２０μm の範囲内
にあることを特徴とする。

【００１９】さらに、本発明の半導体レーザは光ガイド
層のバンドギャップ波長組成が、１．０４μm 〜１．０
８μm の範囲内にあり、回折格子の山谷の振幅が２００
〜２４０オングストロームの範囲内にあり、素子長が３
６０μm 〜６００μm の範囲内にあり、かつ回折格子を
形成する領域の長さが１２０μm 〜２００μm の範囲内
にあることを特徴とする。

【００２０】本発明によれば、上記の半導体レーザにお
いて光ガイド層のバンドギャップ波長組成が、１．０５
μm 〜１．０７μm の範囲内にあり、かつ回折格子を形
成する領域の長さが９０μm 〜１１０μm の範囲内にあ
り、かつ回折格子の山谷の振幅が２４０〜２６０オング
ストロームの範囲内にあるのが好適である。

【００２１】また、本発明の半導体レーザは前面に低反
射率膜、後面に高反射率膜を施し、ＩｎＰ層とそれに接
して形成されるＩｎＧａＡｓＰ層からなる光ガイド層の
界面に共振器方向において前面側からの一部分のみに回
折格子を形成する半導体レーザにおいて、回折格子を形
成する領域の長さが素子長の１／３以下で、光ガイド層
の組成が１．１０μm 波長より短波長組成で、回折格子
が基板上に形成される活性層に対して基板と反対側に形
成され、かつ回折格子の山谷の振幅が２６０オングスト
ローム以上であることを特徴とする。

【００２２】

【作用】以下に本発明の原理について従来の半導体レー
ザと比較して説明する。

【００２３】図１に請求項１の発明に基づく本発明の半
導体レーザの一構造を示す。また、図１２に特開昭６２
−２１９６８４号公報で記述されている第１の従来の半
導体レーザの構造を示す。さらに、図１３にＵｎｉｔｅ
ｄＳｔａｔｅｓＰａｔｅｎｔ５，１１１，４７５で
記述されている第２の従来の半導体レーザの構造を示
す。

【００２４】第１の従来の半導体レーザは低反射率の端
面側８２から共振器の内部に向かって部分的に回折格子
８１を形成した構造である。この発明では、回折格子８
１の結合係数はκ＝３０cm^-1程度で素子長は３００μm
、回折格子形成領域長５０〜１５０μm と記述されて
いる。

【００２５】図３に素子長３００μm の素子について結
合係数（κ）と回折格子形成領域長（Ｌ_g）の積（κＬ
_g）をパラメータとして、Ｌ_gと歪規格に対する歩留り
の関係を計算した結果を示す。実線は本発明の半導体レ
ーザの歩留りであり、点線が従来の半導体レーザの歩留
りを示している。この計算では、共振器方向の電界強度
分布を考慮してＩ−Ｌ特性を計算し、これに基づいて３
次相互変調歪ＩＭＤ₃を計算し、さらに端面での回折格
子位相のばらつきを考慮して理論的歩留りを求めた。こ
こでは変調歪規格として、平均光出力８ｍＷ、光変調度
２０％の２信号入力時の３次相互変調歪がＩＭＤ₃≦−
８０ｄＢｃという条件を用い、さらに、単一軸モード安
定性の条件として、規格化反射鏡損失差（ΔαＬ）が
０．０５以上という条件も用いている。

【００２６】図３から第１の従来例の半導体レーザでは
結合係数が３０cm^-1と小さいために歩留りは高々３５％
程度であることがわかる。これは、第１の従来の半導体
レーザは高出力化を目的としており、共振器方向の電界
強度分布が均一になる結合係数の値からはずれているた
め、共振器方向の電界強度分布は図１２に示すように不
均一になっているためである。したがってこの電界強度
分布の不均一性がＩ−Ｌ特性の非線形性の要因となり、
変調歪は小さくならない。

【００２７】一方、本発明の半導体レーザでは回折格子
の形成領域長を素子長の１／３以下にし、結合係数と回
折格子形成領域長の積を０．４〜０．６にすることによ
り、歪規格に対する歩留りを第１の従来の半導体レーザ
よりも高くすることができる。

【００２８】第２の従来例の半導体レーザもまた、低反
射率の端面側から共振器の内部に向かって部分的に回折
格子９１を形成した構造である。この発明では、回折格
子９１の結合係数と回折格子形成領域長の積は１．６〜
２．５で、回折格子形成領域長は素子長２５０μm に対
して１７５μm と記述されている。これは、素子長に対
して２／３以上の長さに回折格子を形成していることに
なる。

【００２９】図４に素子長３００μm の素子について回
折格子形成領域長をパラメータとして、歪規格に対する
歩留りの関係を計算した結果を示す。図４から、回折格
子形成領域長が短いほど歩留りが高くなることがわか
る。

【００３０】第２の従来の半導体レーザでは、例えば回
折格子形成領域長が１６０〜２５０μm の場合には、回
折格子８１の結合係数は１００cm^-1となるが、この構造
では歩留りは極めて小さくなる。これは第２の従来の半
導体レーザでは、共振器方向の電界強度分布が図１３に
示すように極めて不均一になるような大きな結合係数と
なっていることと、素子長に対して回折格子を形成する
領域長が長いことによるものである。特に、回折格子を
形成する領域長が素子長の１／２よりも長い場合では歩
留りの改善効果は小さい。

【００３１】このように、従来の半導体レーザで、共振
器方向の電界強度分布と歪特性に対する歩留りが考慮さ
れていなかったために変調歪および歩留りは十分なもの
ではなかった。

【００３２】一方、本発明の半導体レーザでは共振器方
向の電界強度分布を考慮して、κＬ_gを０．４〜．０．
６の範囲とし、回折格子を形成する領域を素子長の１／
３以下となるようにしているため、歪規格に対して高い
歩留りが得られる。

【００３３】ここでは３次歪についてのみ説明したが、
２次歪についても共振器方向の電界強度分布の平坦化に
よりＩ−Ｌ特性の直線性が図２（ａ）の静的Ｉ−Ｌ特性
図のＡや図２（ｂ）の変調周波数帯における微分Ｉ−Ｌ
特性図のＡのように改善されるため、同様に歪特性が改
善されるものと考えられる。

【００３４】ところで、この計算では素子長を３００μ
m に固定しているが、レーザ特性に寄与する閾値キャリ
ア密度は一般に２００μm 〜６００μm の範囲ではほと
んど一定であるため、この範囲で異なる素子長の素子に
ついてもこの計算結果が適用できる。すなわち、回折格
子を形成する領域長を素子長の１／３以下にすれば、従
来の半導体レーザよりも高い歩留りが得られ、さらに回
折格子形成領域の長さを短くすることにより、歩留りを
さらに改善することができる。

【００３５】次に、これまでに述べた最適な結合係数と
回折格子を形成する領域の長さの具体的な組み合わせに
ついて述べる。

【００３６】図５は回折格子の高さをパラメータとして
計算した光ガイド層組成と結合係数の関係である。な
お、ここで得られた結合係数の値は、光ガイド層の厚さ
を１０００オングストロームとして計算した結果である
が、８００〜１２００オングストロームの範囲でほとん
ど同じ値が得られている。

【００３７】したがって、２００〜２６０オングストロ
ームの回折格子の高さの範囲の場合、光ガイド層のバン
ドギャップ波長１．１２〜１．１６の範囲では、結合係
数は４０cm^-1〜１１０cm^-1になるので、回折格子の長さ
を４０μm 〜１００μm の範囲で形成すれば０．４≦κ
Ｌ_g≦０．６の範囲となる。

【００３８】ところで、ＭＯＶＰＥによる回折格子の埋
め込み成長においては、ＩｎＰ基板上に比較的高い回折
格子を作製し、昇温時のＡｓ原料流量により回折格子の
高さを制御する。この場合、Ａｓ原料流量を多くすれ
ば、回折格子の高さの減少は少なくなり高い回折格子を
有するレーザが作製でき、Ａｓ原料流量を少なくすれば
回折格子の高さは低くなる。このような方法で回折格子
の高さを制御する場合、回折格子の高さを２００オング
ストローム付近からそれ以下に作製しようとすると極め
て精密なＡｓ原料流量の制御が必要となるか、あるいは
作製した回折格子の高さに再現性がないという問題が生
ずる。また、回折格子の高さを高くすると、埋めこみ成
長時に平坦な面が得られず、特に回折格子を形成した領
域と回折格子を形成していない領域の境界付近で埋めこ
みに差が生じ、その上に成長した活性層にくびれが生じ
るという問題もある。このような問題は特に、回折格子
の高さを２６０オングストロームよりも高くした場合に
顕著になる。

【００３９】したがって、実際のＩｎＰ基板上の回折格
子の製造上の制御性を考慮すれば、回折格子の高さは２
２０〜２４０オングストロームの範囲で作製するのがよ
い。

【００４０】さらに、回折格子の形成領域長を短くする
ほどの歩留りは改善されるが、回折格子の形成領域長の
制御が困難になり、素子による回折格子長のばらつきが
大きくなる。実際には劈開による回折格子領域長ばらつ
きが１０μm 程度になるため、例えば、回折格子長を５
０μm とし、結合係数を１００cm^-1にすると、回折格子
の形成領域長は４０μm 〜６０μm となり最適なκＬ_g
値の範囲いっぱいとなる。したがって回折格子形成領域
長を５０μm 以下にすると、素子によっては最適なκＬ
_g値からはずれる場合もある。

【００４１】このような問題から回折格子を形成する領
域長を７０μm 付近にすれば、製造上の問題なく高歩留
り特性が得られる。

【００４２】したがって、光ガイド層の組成を波長で
１．１３μm 〜１．１５μm の範囲とし、回折格子の高
さを２２０〜２４０オングストロームの範囲とすれば結
合係数は約７０cm^-1となり、さらに回折格子を形成する
領域長を６０μm 〜８０μm とすればほぼ最適な構造と
なる。

【００４３】さらに、高効率にして漏れ電流の影響も低
減するためには短波長組成の光ガイド層を用いればよ
い。

【００４４】光ガイド層のバンドギャップ波長１．０８
μm 〜１．１２μm の範囲では回折格子の高さが２２０
〜２６０オングストロームの範囲で結合係数は４０cm^-1
〜８５cm^-1になるので、回折格子を形成する領域の長さ
は５０μm 〜１２０μm の範囲にすればよい。この場
合、素子長は２００μm 〜３６０μm の範囲内にあれば
よい。

【００４５】上記の場合、回折格子の高さを２２０〜２
４０オングストロームの範囲とすれば、光ガイド層の組
成を波長で、１．０９μm 〜１．１１μm の範囲にすれ
ば、結合係数は４０cm^-1〜６０cm^-1になるので、回折格
子を形成する領域の長さを９０μm 〜１１０μm の範囲
にすればよい。

【００４６】また、これより長い素子長で素子を作製す
る場合には、回折格子の高さを２００〜２２０オングス
トロームの範囲内にすれば、結合係数は３０cm^-1〜４０
cm^-1になるので、回折格子を形成する領域の長さは１２
０μm 〜１４０μm の範囲にすればよい。この場合、素
子長は３６０μm 〜４２０μm の範囲内にあればよい。

【００４７】さらに、光ガイド層組成を短波長組成にす
るといっそう導波路損失が抑制され、高い効率が得られ
る。

【００４８】光ガイド層のバンドギャップ波長１．０４
μm 〜１．０８μm の範囲でかつ回折格子の高さが２４
０〜２６０オングストロームの範囲では結合係数は４０
cm^-1〜６５cm^-1になるので、回折格子を形成する領域の
長さは７０μm 〜２００μmの範囲にできる。この場
合、素子長は２１０μm 〜６００μm の範囲内にあれば
よい。

【００４９】上記の場合、回折格子の高さを２４０〜２
６０オングストロームの範囲とし、光ガイド層の組成を
波長で１．０５μm 〜１．０７μm の範囲にすると結合
係数は４０cm^-1〜５５cm^-1になり、回折格子の形成領域
長を１００μm 程度にすると、ほぼ最適なκＬ_g値が得
られる。

【００５０】また、これより長い素子長で素子を作製す
る場合には、回折格子の高さを２００〜２４０オングス
トロームの範囲内にすれば、結合係数は２０cm^-1〜４０
cm^-1になるので、回折格子を形成する領域の長さは１２
０μm 〜２００μm の範囲にすればよい。この場合、素
子長は３６０μm 〜６００μm の範囲内にあればよい。

【００５１】素子長３００μm 程度の素子を作製する場
合、光ガイド層を短波長組成にするほど回折格子の結合
係数が小さくなり、これを補うためにやや高い回折格子
を作製する必要が生ずる。このように高い回折格子を作
製することは、前述のように製造上の困難が生ずる。こ
れに対して、高い回折格子を作製するかわりに、回折格
子を形成する領域長を長くして対応することも可能では
あるが、歩留りが幾分損なわれる。

【００５２】そこで、本発明ではＩｎＰ基板上に活性層
を形成した後に光ガイド層を形成し、この光ガイド層に
回折格子を形成した後、ＩｎＰで埋めこむ構造のレーザ
を用いる。このようにすれば、光ガイド層上に高い回折
格子を形成した場合、その上に形成されるＩｎＰクラッ
ド層の平坦性が多少悪化しても素子特性には影響しな
い。したがって、このような素子構造を用いることによ
り、より高い歩留り特性と高効率特性が両立して実現で
きる。

【００５３】例えば、回折格子の高さを２６０オングス
トローム以上に作製すれば、１．１０μm 波長組成より
も短波長組成の光ガイド層を用いて、７０cm^-1以上の結
合係数を得ることができ、回折格子形成領域長を７０μ
m 程度にできる。この結果、高い歩留りと高効率特性が
実現できる。

【００５４】

【実施例】以下に、本発明の実施例を図面を用いて説明
する。

【００５５】（実施例１）まず、本発明の第１の実施例
について図１、図６を用いて説明する。

【００５６】図６に本発明の半導体レーザの製造工程を
示す。図６（ａ）に示すようにｎ−ＩｎＰ基板１１上に
ホトレジスト１２を塗布し、二光束干渉露光法により周
期２０２５オングストロームの回折格子パターンを露光
する。次いで図６（ｂ）に示すように、回折格子を形成
しない領域のみ露光するようなマスクパターンのマスク
１５を用いて密着露光した後、現像することにより図６
（ｃ）に示すように部分的に回折格子パターン１６が形
成される。このようにして形成されたレジストパターン
をマスクとしてエッチングすると、図６（ｄ）に示すよ
うに高さ３００オングストロームの回折格子１６をウエ
ハ上に部分的に形成することができる。

【００５７】またこの工程では、ウエハの端に劈開時の
目標となるパターンも同時に形成する。この回折格子上
に、図６（ｅ）のように波長１．１３μm 組成のｎ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰ光ガイド層１７を１０００オングストロー
ム、多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層１８、次いで、ｐ−
ＩｎＰクラッド層１９を約０．５μm の膜厚でＭＯＶＰ
Ｅ法により形成する。成長後の回折格子の高さは２３０
〜２４０オングストロームの範囲であった。

【００５８】ＭＱＷ活性層は、１．４μm 波長組成、厚
さ６２オングストロームの井戸層を１．０５μm 波長組
成、厚さ１００オングストロームの障壁層ではさみ、こ
れを１０周期繰り返し、両側に１．０５μm 波長組成の
ＳＣＨ層をｐ層側、ｎ層側にそれぞれ６００オングスト
ローム、３００オングストロームの厚さで設けた構造で
ある。

【００５９】これらの層を形成後、ポジ型ホトレジスト
を塗布し、露光、エッチングによりメサストライプを形
成する。この後、ＬＰＥ法によりｐ−ＩｎＰ電流ブロッ
ク層、ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層、ｐ−ＩｎＰクラッド
層、波長１．４μm 組成のｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ
層を通常の埋め込み成長により形成する。次いで電極を
蒸着し、劈開によりバーに切り出す。劈開においては回
折格子パターン形成時に設けた目印の位置で切り出し
た。この場合の素子長は３００μm 、回折格子が形成さ
れている領域長は７０μm となっている。

【００６０】次いで、バーの前面に１％、後面に９０％
の反射率のコーティングを施した後、チップに切り出
す。このようにして作製された素子の断面図を図１に示
す。

【００６１】試作した素子をモジュール化し、１．５Ｇ
Ｈｚ帯の２信号でＩＭＤ₃を測定した。ファイバー光出
力５ｍＷ、変調度２０％の変調条件でＩＭＤ₃＝８４ｄ
Ｂｃと非常に良好な歪特性を得ることができた。比較と
して従来の構造の半導体レーザを測定したところＩＭＤ
₃は−８１ｄＢｃであった。また、ＩＭＤ₃≦−８０ｄ
Ｂｃを満足する素子の割合（歩留り）は、従来の半導体
レーザが１２％程度であるのに対して、本発明の半導体
レーザでは３０％であった。

【００６２】（実施例２）次に、本発明の第２の実施例
について図７を用いて説明する。

【００６３】図７に本実施例の半導体レーザの構造を示
す。第１の実施例と比較すると、光ガイド層２５の組成
を１．１０μm 波長にしていること、回折格子形成領域
長を１００μm としていることが異なっている。

【００６４】ＭＱＷ活性層は、１．４μm 波長組成、厚
さ６２オングストロームの井戸層を１．０５μm 波長組
成、厚さ５０オングストロームの障壁層ではさみ、これ
を７周期繰り返し、両側に１．０５μm 波長組成のＳＣ
Ｈ層をｐ層側、ｎ層側にそれぞれ６００オングストロー
ム、３００オングストロームの厚さで設けた構造であ
る。

【００６５】試作した素子をモジュール化し、８０チャ
ンネル光ＣＡＴＶのチャンネルの信号でＣＳＯ，ＣＴＢ
を測定した。ファイバー光出力５ｍＷ、光変調度３．５
％／ｃｈの条件で変調したところＣＳＯ＝−２４ｄＢ
ｃ，ＣＴＢ＝−７２ｄＢｃと非常に良好な歪特性を得る
ことができた。比較として従来の構造の半導体レーザを
測定したところＣＳＯ＝−５６ｄＢｃ，ＣＴＢ＝−６６
ｄＢｃであった。また、ＣＳＯ≦−６０ｄＢｃ，ＣＴＢ
≦−７０ｄＢｃを満足する素子の割合（歩留り）は、従
来の半導体レーザが６％程度であるのに対して、本発明
の半導体レーザでは２０％であった。

【００６６】（実施例３）次に、本発明の第３の実施例
について図８を用いて説明する。

【００６７】図８に本実施例の半導体レーザの構造を示
す。第２の実施例と比較すると、光ガイド層３５の組成
を１．０５μm 波長にしていること、回折格子の高さを
２５０オングストロームとし、回折格子を形成する領域
の長さを７０μm としていることが異なっている。

【００６８】試作した素子をモジュール化し、８０チャ
ンネル光ＣＡＴＶのチャンネルの信号でＣＳＯ，ＣＴＢ
を測定した。ファイバー光出力５ｍＷ、光変調度３．５
％／ｃｈの条件で変調したところＣＳＯ＝−６２ｄＢ
ｃ，ＣＴＢ＝−７２ｄＢｃと非常に良好な歪特性を得る
ことができた。比較として従来の構造の半導体レーザを
測定したところＣＳＯ＝−５６ｄＢｃ，ＣＴＢ＝−６６
ｄＢｃであった。また、ＣＳＯ≦−６０ｄＢｃ，ＣＴＢ
≦−７０ｄＢｃを満足する素子の割合（歩留り）は、従
来の半導体レーザが６％程度であるのに対して、本発明
の半導体レーザでは２５％であった。

【００６９】（実施例４）次に図９、図１０を用いて本
発明の第４の実施例について説明する。

【００７０】図９に本発明の半導体レーザの製造工程を
示す。まず図９（ａ）に示すようにｐ−ＩｎＰ基板４１
上にｐ−ＩｎＰ層４２、活性層４３、組成が１．０５μ
m 波長のｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層４４を成長す
る。

【００７１】次いで、このウエハ上に電子ビーム露光用
レジスト４５を塗布し、電子ビーム露光により図９
（ｂ）に示すような回折格子パターンを形成する。この
パターンを用いてドライエッチングにより図９（ｄ）に
示すようにウエハ上に回折格子を形成する。また、この
工程で劈開位置の目印も同時に形成する。

【００７２】回折格子を形成後ＭＯＶＰＥによりｎ−Ｉ
ｎＰクラッド層４７を成長し、さらにエッチングにより
活性層ストライプを形成し、埋め込み成長により電流ブ
ロック層、キャップ層を成長する。埋め込み成長後の回
折格子の高さは２８０オングストロームであった。

【００７３】この後両面に電極を蒸着し、劈開によりバ
ーに切り出した後、前面と後面にそれぞれ低反射率、高
反射率コーティングを施し、チップに切り出した。

【００７４】図１０にこのようにして作製した素子の断
面図を示す。

【００７５】本実施例では前面、後面にそれぞれ１％、
７５％の反射率のコーティング５２、５３を施し、前面
側から７０μm の領域まで回折格子５１を形成し、その
結合係数（κ）は７０cm^-1になっている。

【００７６】このようにして作製した素子のＩＭＤ₃を
評価したところ−８３ｄＢｃであった。また、ＩＭＤ₃
≦−８０ｄＢｃを満足する素子の割合（歩留り）は４１
％であった。

【００７７】（実施例５）次に、本発明の第５の実施例
について図１１を用いて説明する。

【００７８】図１１に本実施例における素子の断面図を
示す。

【００７９】本実施例では前面、後面にそれぞれ１％、
７５％の反射率のコーティング６２、６３を施し、素子
長６００μm で前面側から２００μm の領域まで高さ２
３０オングストロームの回折格子６１を形成している。

【００８０】試作した素子をモジュール化し、８０チャ
ンネル光ＣＡＴＶのチャンネルの信号で光出力２０ｍ
Ｗ、光変調度３．５％／ｃｈの条件で変調したところ、
ＣＳＯ≦−６２ｄＢｃと非常に良好な歪特性を得ること
ができた。また、ＣＳＯ≦−６０ｄＢｃを満足する素子
の歩留りは２５％であった。従来の素子長６００μm の
ＤＦＢ−ＬＤでは結合係数を制御するのが困難で最適な
結合係数で素子を作製するのが困難であり、また、素子
作製における再現性もよくなかったためにＣＳＯ≦−６
０ｄＢｃを満足する素子の歩留りは最大で６％であっ
た。このことから、本発明の半導体レーザにより歩留り
の改善とともに、素子作製の再現性も改善された。

【００８１】なお、本実施例では多重量子井戸活性層を
用いたが、バルク活性層を用いた場合にでも同様の効果
が得られることは容易に推測される。また、光ガイド層
中にＩｎＰスペーサ層などを挿入された素子の場合も同
様な効果が得られる。

【００８２】

【発明の効果】本発明による半導体レーザによれば、低
価格の低歪アナログ変調用半導体レーザを提供すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を説明するための図。

【図２】本発明の半導体レーザの微分Ｉ−Ｌ特性を従来
例の特性と比較して説明するための図。

【図３】本発明の原理を示す図。

【図４】本発明の原理を示す図。

【図５】本発明の原理を示す図。

【図６】本発明の一実施例の製造工程を説明するための
図。

【図７】本発明の一実施例を説明するための図。

【図８】本発明の一実施例を説明するための図。

【図９】本発明の一実施例の製造工程を説明するための
図。

【図１０】本発明の一実施例を説明するための図。

【図１１】本発明の一実施例を説明するための図。

【図１２】従来の半導体レーザを説明するための図。

【図１３】従来の半導体レーザを説明するための図。

【符号の説明】

１回折格子２低反射率の端面３高反射率の端面４活性領域５光ガイド層６共振器方向の電界強度分布１１ｎ−ＩｎＰ基板１２ホトレジスト１３ホトレジストの非感光部分１４ホトレジストの感光部分１５ホトマスク１６回折格子１７光ガイド層１８活性層１９クラッド層２１回折格子２２低反射率の端面２３高反射率の端面２４活性領域２５光ガイド層２６共振器方向の電界強度分布３１回折格子３２低反射率の端面３３高反射率の端面３４活性領域３５光ガイド層３６共振器方向の電界強度分布４１ｐ−ＩｎＰ基板４２、４７クラッド層４３活性層４４光ガイド層４５電子ビーム露光用レジスト４６回折格子５１回折格子５２低反射率の端面５３高反射率の端面５４光ガイド層５５活性領域６１回折格子６２低反射率の端面６３高反射率の端面６４光ガイド層６５活性領域８１回折格子８２低反射率の端面８３高反射率の端面８４活性領域８５光ガイド層８６共振器方向の電界強度分布９１回折格子９２低反射率の端面９３高反射率の端面９４活性領域９５光ガイド層９６共振器方向の電界強度分布

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01S 3/18

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】前面に低反射率膜、後面に高反射率膜を有
し、ＩｎＰ層とそれに接して形成されるＩｎＧａＡｓＰ
層からなる光ガイド層の界面に、共振器方向において前
面側からの一部分のみに回折格子を形成する半導体レー
ザにおいて、回折格子を形成する領域の長さが素子長の
１／３以下で、かつ回折格子の山谷の振幅が２００〜２
６０オングストロームの範囲内にあることを特徴とする
半導体レーザ。
【請求項２】請求項１に記載の半導体レーザで、光ガイ
ド層の厚さが８００〜１２００オングストロームの範囲
内にあり、共振器長が２００μm 〜６００μm の範囲内
にあることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項３】光ガイド層のバンドギャップ波長組成が、
１．１２μm 〜１．１６μm の範囲内にあり、かつ回折
格子を形成する領域の長さが４０μm 〜１００μm の範
囲内にあることを特徴とする請求項１または請求項２記
載の半導体レーザ。
【請求項４】光ガイド層のバンドギャップ波長組成が、
１．１３μm 〜１．１５μm の範囲内にあり、かつ回折
格子を形成する領域の長さが６０μm 〜８０μm の範囲
内にあり、かつ回折格子の山谷の振幅が２２０〜２４０
オングストロームの範囲内にあることを特徴とする請求
項１または請求項２記載の半導体レーザ。
【請求項５】光ガイド層のバンドギャップ波長組成が、
１．０８μm 〜１．１２μm の範囲内にあり、回折格子
の山谷の振幅が２２０〜２６０オングストロームの範囲
内にあり、共振器長が２００μm 〜３６０μm の範囲内
にあり、かつ回折格子を形成する領域の長さが５０μm
〜１２０μm の範囲内にあることを特徴とする請求項１
または請求項２記載の半導体レーザ。
【請求項６】光ガイド層のバンドギャップ波長組成が、
１．０８μm 〜１．１２μm の範囲内にあり、回折格子
の山谷の振幅が２００〜２２０オングストロームの範囲
内にあり、共振器長が３６０μm 〜４２０μm の範囲内
にあり、かつ回折格子を形成する領域の長さが１２０μ
m 〜１４０μm の範囲内にあることを特徴とする請求項
１または請求項２記載の半導体レーザ。
【請求項７】光ガイド層のバンドギャップ波長組成が、
１．０９μm 〜１．１１μm の範囲内にあり、かつ回折
格子を形成する領域の長さが９０μm 〜１１０μm の範
囲内にあり、かつ回折格子の山谷の振幅が２２０〜２４
０オングストロームの範囲内にあり、共振器長が３６０
〜４２０μm の範囲内にあることを特徴とする請求項１
または請求項２記載の半導体レーザ。
【請求項８】光ガイド層のバンドギャップ波長組成が、
１．０４μm 〜１．０８μm の範囲内にあり、回折格子
の山谷の振幅が２４０〜２６０オングストロームの範囲
内にあり、共振器長が２１０μm 〜３６０μm の範囲内
にあり、かつ回折格子を形成する領域の長さが７０μm
〜１２０μm の範囲内にあることを特徴とする請求項１
または請求項２記載の半導体レーザ。
【請求項９】光ガイド層のバンドギャップ波長組成が、
１．０４μm 〜１．０８μm の範囲内にあり、回折格子
の山谷の振幅が２００〜２４０オングストロームの範囲
内にあり、共振器長が３６０μm 〜６００μm の範囲内
にあり、かつ回折格子を形成する領域の長さが１２０μ
m 〜２００μm の範囲内にあることを特徴とする請求項
１または請求項２記載の半導体レーザ。
【請求項１０】光ガイド層のバンドギャップ波長組成
が、１．０５μm 〜１．０７μm の範囲内にあり、共振
器長が２１０μm 〜３６０μm の範囲内にあり、かつ回
折格子を形成する領域の長さが９０μm 〜１１０μm の
範囲内にあり、かつ回折格子の山谷の振幅が２４０〜２
６０オングストロームの範囲内にあることを特徴とする
請求項１または請求項２記載の半導体レーザ。
【請求項１１】前面に低反射率膜、後面に高反射率膜を
施し、ＩｎＰ層とそれに接して形成されるＩｎＧａＡｓ
Ｐ層からなる光ガイド層の界面に共振器方向において前
面側からの一部分のみに回折格子を形成する半導体レー
ザにおいて、回折格子を形成する領域の長さが素子長の
１／３以下で、光ガイド層の組成が１．１０μm 波長よ
り短波長組成で、回折格子が基板上に形成される活性層
に対して基板と反対側に形成され、かつ回折格子の山谷
の振幅が２６０オングストローム以上であることを特徴
とする半導体レーザ。