JP2832920B2 - 波長掃引機能付き半導体レーザ - Google Patents

波長掃引機能付き半導体レーザ

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JP2832920B2
JP2832920B2 JP4222718A JP22271892A JP2832920B2 JP 2832920 B2 JP2832920 B2 JP 2832920B2 JP 4222718 A JP4222718 A JP 4222718A JP 22271892 A JP22271892 A JP 22271892A JP 2832920 B2 JP2832920 B2 JP 2832920B2
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裕三 吉国
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信分野での光波長
（周波数）多重通信システムにおける送信用光源や同期
検波用可同調光源、及び光計測用光源として好適な波長
掃引機能付き半導体レーザに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】将来の通信情報量の増大に対して、光波
長（周波数）多重通信システムの研究が行われている
が、送信用光源及び同期検波用可同調光源として広範囲
な波長掃引機能が要求されてきており、また、光計測の
分野からも広域波長帯をカバーする可変波長光源の実現
が望まれている。可変波長光源としては、電流注入によ
り簡単に波長を掃引することができる分布反射型半導体
レーザが数多く研究されている。波長機能付き分布反射
型半導体レーザの実現例として、図９にその構造の断面
図を示す（例えば、東盛らによるエレクトロニクス・レ
ターズ（Ｅlectronics Ｌetters）２４巻 ２４号、１
４８１〜１４８２頁、１９８８年参照）。図９におい
て、２は活性導波路層、３は非活性導波路層、２０は回
折格子、１０１は活性領域、１０２及び１０３はそれぞ
れ前側及び後側の分布反射器領域、１０４は位相調整領
域を示す。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例においては、分布反射器領域１０２、１０３におけ
る回折格子２０のピッチは一様であるため、λ＝２Λｎ
eq（Λ：回折格子のピッチ、ｎeq：等価屈折率）で決ま
るブラッグ波長λ近傍の発振波長は、非活性導波路領域
の等価屈折率ｎeqの電気的な等価屈折率変化量Δｎeqで
決まっていた。よって、通常電流注入による半導体の最
大屈折率変化量Δｎ／ｎは１％程度であるため、上記従
来例の分布反射型半導体レーザの波長掃引幅は１００Å
程度に留まり、光波長多重通信システム用光源としては
不十分であるという問題があった。
【０００４】本発明の目的は上記問題を解決し、非活性
導波路領域の等価屈折率変化量Δｎeqが従来と同程度
（約１％）でも、活性導波路領域の利得帯域幅（約１０
００Å）にわたって広帯域波長掃引が可能な波長掃引機
能付き半導体レーザを提供することにある。
【０００５】
【０００６】
【課題を解決するための手段】半導体基板上の所定の領
域に形成した活性導波路層と、その活性導波路層の前後
にそれぞれの活性導波路層と光学的に結合した非活性導
波路層とを有する分布反射型の半導体レーザにおいて、
上記前及び後の非活性導波路領域の一部または全部に回
折格子が形成されており、前側の上記非活性導波路領域
に形成される上記回折格子は、ピッチがΛaからΛbまで
連続的もしくは断続的に変化する領域が周期Ｍf（ただ
し、Ｍf＞Λa、Λb）で繰り返し形成されており、後側
の上記非活性導波路領域に形成される上記回折格子は、
ピッチがΛa′からΛb′まで連続的もしくは断続的に変
化する領域が周期Ｍr（ただし、Ｍr＞Λa′、Λb′）で
繰り返し形成されており、前及び後の上記非活性導波路
領域の屈折率をそれぞれ独立に電流注入、あるいは電圧
印加を行うことにより制御し発振波長を広域掃引できる
波長掃引機能付き半導体レーザを用いる。
【０００７】また、その波長掃引機能付き半導体レーザ
において、回折格子が形成されていない非活性導波路領
域に電流注入、もしくは電圧印加を行うことによって、
上記領域の屈折率を制御して発振波長を広域掃引できる
波長掃引機能付き半導体レーザを用いる。
【０００８】また、その波長掃引機能付き半導体レーザ
において、回折格子が形成されている前後の非活性導波
路層の上方に、それぞれ櫛型に配置された２つの独立な
電極を有する波長掃引機能付き半導体レーザを用いる。
【０００９】半導体基板上に形成した活性導波路層の上
部あるいは下部に回折格子を有し、電気的に分離された
領域が少なくとも２つ以上ある、いわゆる多電極分布帰
還型の半導体レーザにおいて、活性導波路領域の一部ま
たは全部に上記回折格子が形成されており、上記回折格
子の構成が異なる２つの領域を有し、そのうちの１つの
領域に形成される上記回折格子は、ピッチがΛaからΛb
まで連続的もしくは断続的に変化する領域が周期Ｍ
f（ただし、Ｍf＞Λa、Λb）で繰り返し形成されてお
り、他方の領域に形成される上記回折格子は、ピッチが
Λa′からΛb′まで連続的もしくは断続的に変化する領
域が周期Ｍr（ただし、Ｍr＞Λa′、Λb′）で繰り返し
形成されており、上記異なる２つの活性導波路領域の屈
折率をそれぞれ独立に電流注入を行って制御し、レーザ
発振状態を保ちつつ発振波長を掃引することを特徴とす
る波長掃引機能付き半導体レーザを用いる。
【００１０】また、その波長掃引機能付き半導体レーザ
において、回折格子が形成されていない活性導波路領域
に注入する電流値を変化させることによって、上記領域
の屈折率を制御して発振波長を広域掃引できる波長掃引
機能付き半導体レーザ。
【００１１】また、その波長掃引機能付き半導体レーザ
において、回折格子が形成されている異なる２つの領域
の活性導波路層の上方に、それぞれ櫛型に配置された２
つの独立な電極を有する波長掃引機能付き半導体レー
ザ。
【００１２】
【作用】本発明の基本構成要素である回折格子は、図１
０に示すように回折格子のピッチがΛaからΛbまで連続
的、もしくは断続的に変化する領域が周期Ｍfで繰り返
し形成されているため、その回折格子が形成されている
分布反射器の反射特性は、波長λa＝２Λaｎeqから波長
λb＝２Λbｎeqまでの間に波長間隔Δλf＝λ0 2／２ｎ
eqＭf（λ0＝ｎeq（Λa＋Λb））で周期的に反射ピーク
を持つ特性となる。そこで、図１１に示すように便宜的
にこの反射ピーク点の波長をλ1〜λnとする。ここで本
発明の波長制御機能付き半導体レーザでは、分布反射型
（請求項１〜３）、及び分布帰還型（請求項４〜６）い
ずれの場合も異なる構成の前述の分布反射器をさらにも
う１つ用いる。そのもう１つの分布反射器の反射特性
を、波長λa′＝２Λa′ｎeqから波長λb′＝２ｎ
eqΛb′までの間に、波長間隔Δλr＝λ0′2／２ｎeqＭ
r（λ0′＝ｎeq（Λa′＋Λb′））で周期的に反射ピー
クλ1′〜λk′を持つ特性となる。ここで、２つの分布
反射領域の回折格子のピッチ変調の周期Ｍf及び、Ｍrは
それぞれ異なる周期で形成しておく。
【００１３】請求項１〜３、及び４〜６については、上
記２つの異なる分布反射領域の屈折率をそれぞれ電気的
に独立に制御して、λ1〜λnのうちの一波長λi（ｉ＝
１〜ｎ）にλ1′〜λk′のうちの一つを同調させて、そ
のλi近傍のみでレーザ発振させることができる。図１
１は、λ1とλ2の発振例、すなわちｉが１及び２の場合
を示したものである。λ1〜λn及びλ1′〜λk′を半導
体の利得帯域がカバーできる程度に設定すれば、利得帯
域をカバーする発振波長制御を行うことができる。ここ
で前述の回折格子を、活性領域の両側に非活性領域を有
する分布反射型のレーザの非活性領域中に形成したもの
が請求項１〜３であり、共振器が活性領域のみで構成さ
れた分布帰還型のレーザの活性領域中に前述の回折格子
を形成したものが請求項４〜６である。
【００１４】請求項２は、非活性導波路層のなかで回折
格子を形成していない位相調整領域の屈折率を、前述の
分布反射領域とは独立に制御することにより、前述の波
長λi近傍で発振波長を微少調整することができ、した
がって、λ1〜λ2の全範囲の波長帯全てでレーザ発振さ
せることができる。
【００１５】さらに請求項５は、活性領域中で回折格子
を形成していない位相調整領域の屈折率を、前述の分布
反射器領域とは独立に制御することにより、前述の波長
λi近傍で発振波長を微少調整することができる。した
がって、λ1〜λ2の全範囲の波長帯全てでレーザ発振さ
せることができる。
【００１６】請求項３の分布反射型半導体レーザでは、
前後の分布反射器の上方に設けられた２組の櫛型電極の
うちのそれぞれ１つずつに、独立に電流注入、もしくは
電圧印加を行うことによって、前後の分布反射器の平均
等価屈折率をそれぞれ独立に変化させ、前述の任意の波
長λi近傍でレーザ発振を得ることができる。ここで前
後の分布反射器の平均屈折率を同時に同量だけ変化させ
れば、前記波長λi近傍での発振波長の微調整が可能と
なる。本発明による分布反射型半導体レーザでは、前記
櫛型電極の残りの２つの電極を短絡して、該電極に電流
注入、もしくは電圧印加を行うことにより、λi近傍で
の発振波長の微調整を行うことができる。さらに、本発
明による分布反射型半導体レーザでは、前述の短絡した
櫛型電極と回折格子が形成されていない非活性導波路領
域とに、同時に電流注入、もしくは電圧印加を行い、前
記波長λi近傍で連続的に発振波長を掃引することがで
きる。
【００１７】また、請求項６の分布帰還型半導体レーザ
では、２つの分布反射器の上方に設けられた２組の櫛型
電極のうちのそれぞれ１つずつに注入する電流値を変化
させることによって、２つの分布反射器の平均等価屈折
率をそれぞれ独立に変化させ、前述の任意の波長λi近
傍でレーザ発振を得ることができる。ここで前後の分布
反射器の平均屈折率を同時に同量だけ変化させれば、前
記波長λi近傍での発振波長の微調整が可能となる。本
発明による分布帰還型半導体レーザでは、前記櫛型電極
の残りの２つの電極を短絡して、該電極に注入する電流
値を変化させることにより、λi近傍での発振波長の微
調整を行うことができる。さらに、本発明による分布帰
還型半導体レーザでは、前述の短絡した櫛型電極と回折
格子が形成されていない活性導波路領域とに注入する電
流値を同時に変化させることにより、前記波長λi近傍
で連続的に発振波長を掃引することができる。
【００１８】以上に説明したような方法により、波長λ
1からλnまでの間の任意の波長でレーザ発振を得ること
ができる。さらに、前述の波長λ1〜λn、及びλ1′〜
λk′を半導体の利得帯域がカバーできる程度に設定す
れば、上記利得帯域内の任意の波長でレーザ発振が得ら
れる。
【００１９】
【実施例】〔実施例１〕 実施例１〜２では請求項１、２の発明を示す。
【００２０】図１に本発明の分布反射型の波長掃引機能
付き半導体レーザの実施例を示す。図１において、１は
ｎ型ＩｎＰ基板、２はバンドギャップ波長が１．５５μ
ｍのＩｎＧａＡｓＰ活性導波路層、３はバンドギャップ
波長が１．３μｍのＩｎＧａＡｓＰ非活性導波路層、４
はｐ型ＩｎＰクラッド層、５はｐ(＋)型ＩｎＧａＡｓＰ
キャップ層、６はｐ型ＩｎＰ電流ブロック層、７はｎ型
電流ブロック層、８はｎ型電極、９はｐ型電極、１０ａ
はピッチがΛaからΛbまで連続的に変化する回折格子の
領域が周期Ｍfで繰り返し形成された部分、１０ｂはピ
ッチがΛa′からΛb′まで連続的に変化する回折格子の
領域が周期Ｍrで繰り返し形成された部分、１１は活性
導波路層と非活性導波路層の結合部分、１０１は活性領
域、１０２及び１０３はそれぞれ前側及び後側の分布反
射器領域、１０４は位相調整領域である。
【００２１】前記実施例の波長掃引機能付き分布反射型
レーザの作製方法を簡単に説明する。最初に、有機金属
気相エピタキシャル成長法を用いて、ｎ型ＩｎＰ基板１
上に活性導波路層２と非活性導波路層３を作製する。そ
の後、非活性導波路層３の表面に塗布したレジストに、
電子ビーム露光法によって、ピッチが変調された回折格
子のパターンを転写し、その転写パターンをマスクとし
てエッチングによって１０ａ及び１０ｂの回折格子を形
成する。そして、横モードを制御するためにストライプ
状に導波路を加工し、再度有機金属気相エピタキシャル
成長法を用いて、ｐ型ＩｎＰ電流ブロック層６、ｎ型電
流ブロック層７、ｐ型ＩｎＰクラッド層４、及びｐ(＋)
型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層５を順次作製する。その
後、ｐ型電極９及びｎ型電極８を形成し、さらに、活性
導波路層２を含む活性領域１０１、回折格子が形成され
た部分１０ａ及び１０ｂを有する分布反射器領域１０２
及び１０３、及び回折格子が形成されていない非活性導
波路層を有する位相調整領域１０４をそれぞれ互いに電
気的に分離するために、それらの結合部分の上方のｐ型
電極９、及びｐ(＋)型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層５を除
去する。
【００２２】本実施例の波長掃引機能付き分布反射型半
導体レーザにおける回折格子では、１０ａの部分ではピ
ッチが２４５９Åから２３８９Åまで連続的に変化する
領域が周期７５μｍで繰り返し形成されており、１０ｂ
の部分ではピッチが２４５４Åから２３８５Åまで連続
的に変化する領域が周期６７．５μｍで繰り返し形成さ
れている。
【００２３】以上のような構成の分布反射型半導体レー
ザでは、活性領域１０１に電流を流すことによってレー
ザ発振が生じ、分布反射器領域１０２及び１０３、位相
調整領域１０４にそれぞれ独立に電流を流したり、電圧
を印加することによって発振波長が変化する。活性領域
に一定電流を流し、分布反射器領域１０２と位相調整領
域１０４には電流を流さない状態で、分布反射器領域１
０３の電流を変化させたときの発振波長の変化の様子を
図２に示す。図２に示すように、本実施例の分布反射型
半導体レーザでは、分布反射器領域１０３に電流を流す
ことによって、発振波長が１．５７５μｍから１．５３
０μｍまで約５０Åおきに変化し、最大４５０Åの波長
掃引が得られる。さらに、分布反射器領域１０２及び位
相調整領域１０４に流す電流をそれぞれ制御することに
よって、４５０Åの全範囲にわたって、発振波長を変化
させることができる。
【００２４】なお、上述の実施例では、活性導波路層、
及び非活性導波路層が単一の半導体層で構成されている
場合について説明したが、多重量子井戸構造等のよう
な、組成の異なる複数の半導体層が積層された構造であ
っても本発明は適用可能である。
【００２５】〔実施例２〕実施例１では、分布反射器領
域に形成された回折格子のピッチが連続的に変化する場
合について説明したが、回折格子のピッチが断続的に変
化している場合にも本発明を適用することができる。そ
こで、以下に回折格子のピッチを断続的に変化させた場
合の実施例について説明する。回折格子以外の構造は、
図１に示した実施例１の場合の構造と同一のものであっ
て、前側分布反射器領域１０２に形成される回折格子１
０ａと後側分布反射器領域１０３に形成される回折格子
１０ｂが次のような構成になっている。回折格子１０ａ
は、ピッチが２４５９Åから２３８９Åまで７．５μｍ
ずつ断続的に１０段階変化する領域が７５μｍの繰り返
し周期で形成されており、回折格子１０ｂは、ピッチが
２４５４Åから２３８５Åまで７．５μｍずつ断続的に
９段階変化する領域が６７．５μｍの繰り返し周期で形
成されている。表１に本実施例で用いた回折格子のピッ
チと制御電流を注入していないときのブラッグ波長を示
す。
【００２６】
【表１】
【００２７】このような構造の波長掃引機能付き半導体
レーザにおいても、実施例１のところで説明したような
方法で、各電極への注入電流値を制御することによっ
て、１．５７５μｍから１．５３０μｍまでの４５０Å
の範囲内の全ての波長において、レーザ発振動作を行う
ことができる。
【００２８】〔実施例３〕 実施例３〜４では請求項２、３の発明を示す。
【００２９】図３に本発明による波長掃引機能付き分布
反射型半導体レーザの一実施例の構造図を示す。図３に
おいて、（ａ）は上記分布反射型半導体レーザを上方か
ら眺めた図であり、（ｂ）は（ａ）に示した線Ａ−Ａ′
で分布反射型半導体レーザを切りとったときの断面図で
あり、（ｃ）は（ａ）に示した線Ｂ−Ｂ′で分布反射型
半導体レーザを切りとったときの断面図である。図３に
おいて、１はｎ型ＩｎＰ基板、２はバンドギャップ波長
が１．５５μｍのＩｎＧａＡｓＰ活性導波路層、３はバ
ンドギャップ波長が１．３μｍのＩｎＧａＡｓＰ非活性
導波路層、４はｐ型ＩｎＰクラッド層、５はｐ(＋)型Ｉ
ｎＧａＡｓＰキャップ層、６はｐ型ＩｎＰ電流ブロック
層、７はｎ型電流ブロック層、８はｎ型電極、９ａは活
性領域１０１に設けられたｐ型電極、９ｂは位相調整領
域１０４に設けられたｐ型電極、９ｃ、９ｄは前側の分
布反射器領域１０２に設けられた１組の櫛型ｐ型電極、
９ｅ、９ｆは後側の分布反射器領域１０３に設けられた
１組の櫛型ｐ型電極、１０ａはピッチがΛaからΛbまで
連続的に変化する回折格子の領域が周期Ｍfで繰り返し
形成された部分、１０ｂはピッチがΛa′からΛb′まで
連続的に変化する回折格子の領域が周期Ｍrで繰り返し
形成された部分、１１は活性導波路層と非活性導波路層
の結合部分である。
【００３０】本実施例の波長掃引機能付き分布反射型半
導体レーザにおける回折格子では、１０ａの部分ではピ
ッチが２４５９Åから２３８９Åまで連続的に変化する
領域が周期７５μｍで繰り返し形成されており、１０ｂ
の部分ではピッチが２４５４Åから２３８５Åまで連続
的に変化する領域が周期６７．５μｍで繰り返し形成さ
れている。また、櫛型電極において、櫛状に細かく分割
された個々の電極の繰り返し周期は、回折格子のピッチ
変調周期と同一になっている。すなわち、前側分布反射
器領域の櫛型電極９ｃ、９ｄの個々の電極は、７５μｍ
周期で繰り返し形成されていて、電極の長さはその周期
のほぼ半分の長さになっている。そして、後側分布反射
器領域の櫛型電極９ｅ、９ｆの個々の電極は、６７．５
μｍ周期で繰り返し形成されている。
【００３１】以上のような構成の分布反射型半導体レー
ザでは、活性領域１０１に電流を流すことによってレー
ザ発振が生じ、分布反射器領域１０２及び１０３、位相
調整領域１０４にそれぞれ独立に電流を流したり、電圧
を印加することによって発振波長が変化する。
【００３２】活性領域に一定電流を流し、前後の分布反
射器領域１０２及び１０３に設けられた櫛型電極のうち
の９ｃ、９ｄ、及び９ｆと位相調整領域１０４に設けら
れたｐ型電極９ｂには電流を流さない状態で、分布反射
器領域１０３に設けられた櫛型電極９ｅに流す電流を変
化させたときの発振波長の変化の様子を図４に示す。図
４に示すように、本実施例の分布反射型半導体レーザで
は、分布反射器領域１０３に電流を流すことによって、
発振波長を１．５７５μｍから１．５３０μｍまで約５
０Åおきに変化させることができる。
【００３３】また前述の状態において、櫛型電極９ｃと
９ｅに流す電流値を固定して、約５０Åおきに変化する
発振波長のうちの１つの波長を選択し、さらにここで櫛
型電極９ｄと９ｆとを電気的に短絡して、上記電極に同
時に電流を注入することにより、発振波長を微調整する
ことが可能である。短絡した櫛型電極９ｄと９ｆに流す
電流を変化させたときの発振波長の変化の様子を図５に
実線で示す。図５に示すように、本実施例の分布反射型
半導体レーザでは、短絡した櫛型電極９ｄと９ｆとに同
時に電流を流すことによって、波長跳びを起こしながら
発振波長を５０Å程度変化させることができる。
【００３４】さらに位相調整領域１０４に設けられたｐ
型電極９ｂに電流を流して、短絡した櫛型電極９ｄと９
ｆとに流す電流を変化させたときの発振波長の変化の様
子を図５に破線で示す。このように、位相調整領域に設
けられたｐ型電極９ｂに流す電流を制御することによっ
て、さらに発振波長を微調整することが可能となる。
【００３５】ｐ型電極９ｂ〜ｆに流す電流を以上に説明
した手順で調整することによって、発振波長の粗調整、
微調整を行い、４５０Åの波長範囲にわたって任意の発
振波長を選択することが可能となる。
【００３６】〔実施例４〕実施例３では、分布反射器領
域に形成された回折格子のピッチが連続的に変化する場
合について説明したが、回折格子のピッチが断続的に変
化している場合にも本発明を適用することができる。そ
こで、以下に回折格子のピッチを断続的に変化させた場
合の実施例について説明する。回折格子以外の構造は、
図３に示した実施例３の場合の構造と同一のものであっ
て、前側分布反射器領域１０２に形成される回折格子１
０ａと後側分布反射器領域１０３に形成される回折格子
１０ｂが次のような構成になっている。回折格子１０ａ
は、ピッチが２４５９Åから２３８９Åまで７．５μｍ
ずつ断続的に１０段階変化する領域が７５μｍの繰り返
し周期で形成されており、回折格子１０ｂは、ピッチが
２４５４Åから２３８５Åまで７．５μｍずつ断続的に
９段階変化する領域が６７．５μｍの繰り返し周期で形
成されている。表１に本実施例で用いた回折格子のピッ
チと制御電流を注入していないときのブラッグ波長を示
す。
【００３７】このような構造の波長掃引機能付き分布反
射型半導体レーザにおいても、実施例３のところで説明
したような方法で、各電極への注入電流値を制御するこ
とによって、１．５７５μｍから１．５３０μｍまでの
４５０Åの範囲内の全ての波長において、レーザ発振動
作を行うことができる。
【００３８】〔実施例５〕 実施例５では請求項３の発明を示す。
【００３９】実施例３、４は、回折格子のピッチ変調周
期と櫛型電極の個々の電極の繰り返し周期が同一の場合
について説明したが、櫛型電極の個々の電極の繰り返し
周期が回折格子のピッチ変調周期よりも小さい場合に
は、上記実施例と同様の効果が得られる。一方、電極の
繰り返し周期が回折格子のピッチ変調周期よりも大きい
場合には、違った効果が得られる。その一例として、図
３に示した実施例３の波長掃引機能付き分布反射型半導
体レーザと櫛型電極以外の構造は全て同じで、櫛型電極
９ｃ〜ｆの個々の電極の長さが２倍になっている半導体
レーザについて、その発振波長の制御方法を以下に説明
する。
【００４０】図６に本実施例における半導体レーザの分
布反射器領域の反射特性を示す。櫛型電極に電流を注入
しない場合は、図６（ａ）に示すように、回折格子のピ
ッチ変調周期Ｍfに対応する波長間隔Δλfで周期的に反
射ピークを持つ反射特性となる。ここで、回折格子の上
方に設けられた周期２Ｍfで個々の電極が繰り返し形成
されている１組の櫛型電極のうちの片方の電極に電流を
注入すると、屈折率が周期２Ｍfで変動するため、図６
（ｂ）に示すような、波長間隔Δλf／２で周期的に反
射ピークを持つ特性になる。さらに、その電極に流す電
流量を増すと、図６（ｃ）に示すように、電流を全く流
さないときの反射特性がΔλf／２だけシフトした特性
となる。以上のような原理を用いることにより、波長間
隔Δλf／２で発振波長の粗調整が行える。つまり、実
施例１及び実施例２の半導体レーザでは、５０Åごとに
発振波長の粗調整が行えるのに対して、本実施例の半導
体レーザでは、２５Åごとに発振波長の粗調整が行え
る。
【００４１】〔実施例６〕 実施例６〜７では請求項４の発明を示す。
【００４２】図７に本発明による分布帰還型の波長掃引
機能付き半導体レーザの一実施例の構造図を示す。図７
において、１はｎ型ＩｎＰ基板、２はバンドギャップ波
長が１．５５μｍのＩｎＧａＡｓＰ活性層、３はバンド
ギャップ波長が１．３μｍのＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め
層、４はｐ型ＩｎＰクラッド層、５はｐ(＋)型ＩｎＧａ
ＡｓＰキャップ層、６はｐ型ＩｎＰ電流ブロック層、７
はｎ型電流ブロック層、８はｎ型電極、９はｐ型電極、
１０ａはピッチがΛaからΛbまで連続的に変化する回折
格子の領域が周期Ｍfで繰り返し形成された部分、１０
ｂはピッチがΛa′からΛb′まで連続的に変化する回折
格子の領域が周期Ｍrで繰り返し形成された部分、１０
２及び１０３はそれぞれ前側及び後側の分布反射器領
域、１０４は位相調整領域である。
【００４３】前記実施例の波長掃引機能付き半導体レー
ザの作製方法を簡単に説明する。最初に、有機金属気相
エピタキシャル成長法を用いて、ｎ型ＩｎＰ基板上に活
性層２と光閉じ込め層３を作製する。その後、光閉じ込
め層３の表面に塗布したレジストに、電子ビーム露光法
によって、ピッチが変調された回折格子のパターンを転
写し、その転写パターンをマスクとしてエッチングによ
って１０ａ及び１０ｂの回折格子を形成する。そして、
横モードを制御するためにストライプ状に導波路を加工
し、再度有機金属気相エピタキシャル成長法を用いて、
ｐ型ＩｎＰ電流ブロック層６、ｎ型電流ブロック層７、
ｐ型ＩｎＰクラッド層４、及びｐ(＋)型ＩｎＧａＡｓＰ
キャップ層５を順次作製する。その後、ｐ型電極９及び
ｎ型電極８を形成し、さらに、回折格子が形成された部
分１０ａ及び１０ｂを有する分布反射器領域１０２及び
１０３、及び回折格子が形成されていない非活性導波路
層を有する位相調整領域１０４をそれぞれ互いに電気的
に分離するために、それらの結合部分の上方のｐ型電極
９、及びｐ(＋)型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層５を除去す
る。
【００４４】本実施例の波長掃引機能付き半導体レーザ
における回折格子では、１０ａの部分ではピッチが２４
５９Åから２３８９Åまで連続的に変化する領域が周期
７５μｍで繰り返し形成されており、１０ｂの部分では
ピッチが２４５４Åから２３８５Åまで連続的に変化す
る領域が周期６７．５μｍで繰り返し形成されている。
【００４５】以上のような構成の波長掃引機能付き半導
体レーザでは、全領域に電流を注入することによってレ
ーザ発振が生じ、分布反射器領域１０２及び１０３、位
相調整領１０４の電流値をそれぞれ独立に変化させるこ
とによって発振波長が変化する。前側分布反射器領域１
０２と位相調整領域１０４に一定電流を流した状態で、
後側分布反射器領域１０３の電流を変化させたときの発
振波長の変化の様子を図２に示す。図２に示すように、
本実施例の半導体レーザでは、分布反射器領域１０３に
電流を流すことによって、発振波長が１．５７５μｍか
ら１．５３０μｍまで約５０Åおきに変化し、最大４５
０Åの波長掃引が得られる。さらに、分布反射器領域１
０２及び位相調整領域１０４に流す電流をそれぞれ制御
することによって、４５０Åの全範囲にわたって、発振
波長を変化させることができる。
【００４６】なお、上述の実施例では、活性層が単一の
半導体層で構成される場合について説明したが、活性層
として、組成の異なる半導体層が交互に積層されたいわ
ゆる多重量子井戸構造を備えた場合でも本発明は適用可
能である。
【００４７】〔実施例７〕実施例６では、分布反射器領
域に形成された回折格子のピッチが連続的に変化する場
合について説明したが、回折格子のピッチが断続的に変
化している場合にも本発明を適用することができる。そ
こで、以下に回折格子のピッチを断続的に変化させた場
合の実施例について説明する。回折格子以外の構造は、
図７に示した実施例６の場合の構造と同一のものであっ
て、前側分布反射器領域１０２に形成される回折格子１
０ａと後側分布反射器領域１０３に形成される回折格子
１０ｂが次のような構成になっている。回折格子１０ａ
は、ピッチが２４５９Åから２３８９Åまで７．５μｍ
ずつ断続的に１０段階変化する領域が７５μｍの繰り返
し周期で形成されており、回折格子１０ｂは、ピッチが
２４５４Åから２３８５Åまで７．５μｍずつ断続的に
９段階変化する領域が６７．５μｍの繰り返し周期で形
成されている。表１に本実施例で用いた回折格子のピッ
チと制御電流を注入していないときのブラッグ波長を示
す。
【００４８】このような構造の波長掃引機能付き半導体
レーザにおいても、実施例１のところで説明したような
方法で、各電極への注入電流値を制御することによっ
て、１．５７５μｍから１．５３０μｍまでの４５０Å
の範囲内の全ての波長において、レーザ発振動作を行う
ことができる。
【００４９】〔実施例８〕 実施例８〜９では請求項５、６の発明を示す。
【００５０】図８に本発明による波長掃引機能付き半導
体レーザの一実施例の構造図を示す。図８において、
（ａ）は上記半導体レーザを上方から眺めた図であり、
（ｂ）は（ａ）に示した線Ａ−Ａ′で半導体レーザを切
りとったときの断面図であり、（ｃ）は（ａ）に示した
線Ｂ−Ｂ′で半導体レーザを切りとったときの断面図で
ある。図８において、１はｎ型ＩｎＰ基板、２はバンド
ギャップ波長が１．５５μｍのＩｎＧａＡｓＰ活性層、
３はバンドギャップ波長が１．３μｍのＩｎＧａＡｓＰ
光閉じ込め層、４はｐ型ＩｎＰクラッド層、５はｐ(＋)
型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層、６はｐ型ＩｎＰ電流ブロ
ック層、７はｎ型電流ブロック層、８はｎ型電極、９
ｃ、９ｄは前側の分布反射器領域１０２に設けられた１
組の櫛型ｐ型電極、９ｅ、９ｆは後側の分布反射器領域
１０３に設けられた１組の櫛型ｐ型電極、９ｂは位相調
整領域１０４に設けられたｐ型電極、１０ａはピッチが
ΛaからΛbまで連続的に変化する回折格子の領域が周期
Ｍfで繰り返し形成された部分、１０ｂはピッチがΛa′
からΛb′まで連続的に変化する回折格子の領域が周期
Ｍrで繰り返し形成された部分である。
【００５１】本実施例の波長掃引機能付き半導体レーザ
における回折格子では、１０ａの部分ではピッチが２４
５９Åから２３８９Åまで連続的に変化する領域が周期
７５μｍで繰り返し形成されており、１０ｂの部分では
ピッチが２４５４Åから２３８５Åまで連続的に変化す
る領域が周期６７．５μｍで繰り返し形成されている。
【００５２】以上のような構成の半導体レーザでは、全
領域に適当に電流を流すことによってレーザ発振が生
じ、分布反射器領域１０２及び１０３、位相調整領域１
０４にそれぞれ独立に電流を流すことによって発振波長
が変化する。
【００５３】前後の分布反射器領域１０２及び１０３に
設けられた櫛型電極のうちの９ｃ、９ｄ、及び９ｆと位
相調整領域１０４に設けられたｐ型電極９ｂに一定電流
を流して、レーザ発振を起こした状態で、分布反射器領
域１０３に設けられた櫛型電極９ｅに流す電流を変化さ
せたときの発振波長の変化の様子を図４に示す。図４に
示すように、本実施例の半導体レーザでは、櫛型電極９
ｅに流す電流値を変化させることによって、発振波長を
１．５７５μｍから１．５３０μｍまで約５０Åおきに
変化させることができる。
【００５４】また前述の状態において、櫛型電極９ｅに
流す電流値を固定して、約５０Åおきに変化する発振波
長のうちの１つの波長を選択し、さらにここで櫛型電極
９ｄと９ｆとを電気的に短絡して、上記電極に流す電流
値を同時に変化させることにより、発振波長を微調整す
ることが可能である。短絡した櫛型電極９ｄと９ｆに流
す電流を変化させたときの発振波長の変化の様子を図５
に実線で示す。図５に示すように、本実施例の半導体レ
ーザでは、短絡した櫛型電極９ｄと９ｆとに同時に電流
を流すことによって、波長跳びを起こしながら発振波長
を５０Å程度変化させることができる。
【００５５】さらに、位相調整領域１０４に設けられた
ｐ型電極９ｂに流す電流値を変えて、短絡した櫛型電極
９ｄと９ｆとに流す電流を変化させたときの発振波長の
変化の様子を図５に破線で示す。このように、位相調整
領域に設けられたｐ型電極９ｂに流す電流を制御するこ
とによって、さらに発振波長を微調整することが可能と
なる。
【００５６】ｐ型電極９ｂ〜ｆに流す電流を以上に説明
した手順で調整することによって、発振波長の粗調整、
微調整を行い、４５０Åの波長範囲にわたって任意の発
振波長を選択することが可能となる。
【００５７】〔実施例９〕実施例８では、分布反射器領
域に形成された回折格子のピッチが連続的に変化する場
合について説明したが、回折格子のピッチが断続的に変
化している場合にも本発明を適用することができる。そ
こで、以下に回折格子のピッチを断続的に変化させた場
合の実施例について説明する。回折格子以外の構造は、
図８に示した実施例８の場合の構造と同一のものであっ
て、前側分布反射器領域１０２に形成される回折格子１
０ａと後側分布反射器領域１０３に形成される回折格子
１０ｂが次のような構成になっている。回折格子１０ａ
は、ピッチが２４５９Åから２３８９Åまで７．５μｍ
ずつ断続的に１０段階変化する領域が７５μｍの繰り返
し周期で形成されており、回折格子１０ｂは、ピッチが
２４５４Åから２３８５Åまで７．５μｍずつ断続的に
９段階変化する領域が６７．５μｍの繰り返し周期で形
成されている。表１に本実施例で用いた回折格子のピッ
チと制御電流を注入していないときのブラッグ波長を示
す。
【００５８】このような構造の波長掃引機能付き半導体
レーザにおいても、実施例８のところで説明したような
方法で、各電極への注入電流値を制御することによっ
て、１．５７５μｍから１．５３０μｍまでの４５０Å
の範囲内の全ての波長において、レーザ発振を行うこと
ができる。
【００５９】〔実施例１０〕 実施例１０では請求項６の発明を示す。
【００６０】実施例は、回折格子のピッチ変調周期と櫛
型電極の個々の電極の繰り返し周期が同一の場合につい
て説明したが、櫛型電極の個々の電極の繰り返し周期が
回折格子のピッチ変調周期よりも小さい場合には、上記
実施例と同様の効果が得られる。一方、電極の繰り返し
周期が回折格子のピッチ変調周期よりも大きい場合に
は、違った効果が得られる。その一例として、図８に示
した実施例８の波長掃引機能付き半導体レーザと櫛型電
極以外の構造は全て同じで、櫛型電極９ｃ〜ｆの個々の
電極の長さが２倍になっている半導体レーザについて、
その発振波長の制御方法を以下に説明する。
【００６１】図６に本実施例における半導体レーザの分
布反射器領域の反射特性を示す。櫛型電極に電流を注入
しない場合は、図６（ａ）に示すように、回折格子のピ
ッチ変調周期Ｍfに対応する波長間隔Δλfで、周期的に
反射ピークを持つ反射特性となる。ここで、回折格子の
上方に設けられた周期２Ｍfで個々の電極が繰り返し形
成されている１組の櫛型電極のうちの片方の電極に電流
を注入すると、屈折率が周期２Ｍfで変動するため、図
６（ｂ）に示すような、波長間隔Δλf／２で周期的に
反射ピークを持つ特性になる。さらに、その電極に流す
電流量を増すと、図６（ｃ）に示すように、電流を全く
流さないときの反射特性がΔλf／２だけシフトした特
性となる。以上のような原理を用いることにより、波長
間隔Δλf／２で発振波長の粗調整が行える。つまり、
実施例１及び実施例２の半導体レーザでは、５０Åごと
に発振波長の粗調整が行えるのに対して、本実施例の半
導体レーザでは、２５Åごとに発振波長の粗調整が行え
る。
【００６２】
【発明の効果】上記のように本発明による波長掃引機能
付き半導体レーザは、半導体基板上に形成された上記半
導体基板より光学的に屈折率が大きい光導波路層を、１
層以上含む光導波路を有する半導体分布反射器におい
て、上記光導波路上に形成された回折格子のピッチがΛ
aからΛbまで連続的もしくは断続的に変化する領域が、
周期Ｍf（ただし、Ｍf＞Λa、Λb）で繰り返し形成され
ている半導体分布反射器を用いたことにより、活性導波
路層の利得帯域幅にわたって、広帯域の波長掃引が制御
性良く行える波長掃引機能付き半導体レーザを得ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による波長掃引機能付き分布反射型半導
体レーザの一実施例の概略構造図である。
【図２】本発明による分布反射型半導体レーザの一実施
例における、発振波長変化の様子を示す図である。
【図３】本発明による波長制御機能付き分布反射型半導
体レーザの一実施例を示す構造図で、（ａ）は上記半導
体レーザの平面図、（ｂ）は上記平面図に示すＡ−Ａ′
断面図、（ｃ）は上記平面図に示すＢ−Ｂ′断面図であ
る。
【図４】本発明の分布反射型半導体レーザにおける発振
波長が粗調整される様子を示す図である。
【図５】上記分布反射型半導体レーザにおける発振波長
が微調整される様子を示す図である。
【図６】本発明の実施例に示す分布反射型半導体レーザ
の分布反射器領域の反射特性を示す図で、（ａ）は櫛型
電極に電流を注入しない場合、（ｂ）は１組の櫛型電極
の片方に電流を注入した場合、（ｃ）は上記電極に流す
電流を増した場合をそれぞれ示す図である。
【図７】本発明による波長掃引機能付き半導体レーザの
一実施例を示す概略構造図である。
【図８】本発明による波長掃引機能付き半導体レーザの
一実施例を示す構造図で、（ａ）は上記半導体レーザの
平面図、（ｂ）は上記平面図に示すＡ−Ａ′断面図、
（ｃ）は上記平面図に示すＢ−Ｂ′断面図である。
【図９】従来の分布反射型レーザの断面図である。
【図１０】本発明の波長掃引機能付き分布反射型半導体
レーザの分布反射領域に形成された回折格子の概念図
で、（ａ）は連続的に形成された場合、（ｂ）は階段状
断続的に形成された場合を示す図である。
【図１１】本発明の分布反射型半導体レーザによる発振
波長の設定方法を示す図で、（ａ）は前側分布反射器領
域の反射ピーク波長図、（ｂ）は後側分布反射器領域の
反射ピーク波長図、（ｃ）はλ1の発振例、（ｄ）はλ2
の発振例をそれぞれ示す。
【符号の説明】
１ 半導体基板 ２ 光導波路層 ３ 非活性導波路層 ９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ 櫛型電極 １０ａ、１０ｂ 回折格子 １０１ 活性導波路領域 １０２、１０３ 非活性導波路領域 １０４ 位相調整領域
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−25087（ＪＰ，Ａ) 1992年電子情報通信学会秋季大会 Ｃ −152 ｐ．４−174 1992年電子情報通信学会秋季大会 Ｃ −152 ｐ．４−175 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/18 H01S 3/096 H01S 3/103 H01S 3/133

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体基板上の所定の領域に形成した活性
    導波路層と、上記活性導波路層の前後にそれぞれ上記活
    性導波路層と光学的に結合した非活性導波路層とを有す
    る分布反射型の半導体レーザにおいて、上記前及び後の
    非活性導波路領域の一部または全部に回折格子が形成さ
    れており、前側の上記非活性導波路領域に形成される上
    記回折格子は、ピッチがΛaからΛbまで連続的もしくは
    断続的に変化する領域が周期Ｍf（ただし、Ｍf＞Λa、
    Λb）で繰り返し形成されており、後側の上記非活性導
    波路領域に形成される上記回折格子は、ピッチがΛa′
    からΛb′まで連続的もしくは断続的に変化する領域が
    周期Ｍr（ただし、Ｍr＞Λa′、Λb′）で繰り返し形成
    されており、前及び後の上記非活性導波路領域の屈折率
    を、それぞれ独立に電流注入あるいは電圧印加を行うこ
    とにより制御し、発振波長を掃引することを特徴とする
    波長掃引機能付き半導体レーザ。
  2. 【請求項２】上記回折格子が形成されていない上記非活
    性導波路領域に電流注入もしくは電圧印加を行うことに
    よって、上記非活性導波路領域の屈折率を制御して、発
    振波長を掃引することを特徴とする請求項１に記載の波
    長掃引機能付き半導体レーザ。
  3. 【請求項３】上記回折格子が形成されている上記前後の
    非活性導波路層の上方に、それぞれ櫛型に配置された２
    つの独立な電極を有することを特徴とする請求項１に記
    載の波長掃引機能付き半導体レーザ。
  4. 【請求項４】半導体基板上に形成した活性導波路層の上
    部あるいは下部に回折格子を有し、電気的に分離された
    領域が少なくとも２つ以上ある、いわゆる多電極分布帰
    還型の半導体レーザにおいて、活性導波路領域の一部ま
    たは全部に上記回折格子が形成されており、上記回折格
    子の構成が異なる２つの領域を有し、そのうちの１つの
    領域に形成される上記回折格子は、ピッチがΛaからΛb
    まで連続的もしくは断続的に変化する領域が周期Ｍ
    f（ただし、Ｍf＞Λa、Λb）で繰り返し形成されてお
    り、他方の領域に形成される上記回折格子は、ピッチが
    Λa′からΛb′まで連続的もしくは断続的に変化する領
    域が周期Ｍr（ただし、Ｍr＞Λa′、Λb′）で繰り返し
    形成されており、上記異なる２つの活性導波路領域の屈
    折率をそれぞれ独立に電流注入を行って制御し、レーザ
    発振状態を保ちつつ発振波長を掃引することを特徴とす
    る波長掃引機能付き半導体レーザ。
  5. 【請求項５】上記回折格子が形成されていない上記活性
    導波路領域に注入する電流値を変化させることにより、
    上記活性導波路領域の屈折率を制御して、発振波長を掃
    引することを特徴とする請求項４に記載の波長掃引機能
    付き半導体レーザ。
  6. 【請求項６】上記回折格子が形成されている異なる２つ
    の領域の上記活性導波路層の上方に、それぞれ櫛型に配
    置された２つの独立な電極を有することを特徴とする請
    求項４に記載の波長掃引機能付き半導体レーザ。
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