JP2911856B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ装置
に係り、特に発振波長を所定範囲で変化することができ
る波長可変の半導体レーザ装置に関する。本発明に係る
半導体レーザ装置は、コヒーレント光通信や大容量光通
信における送信光源、若しくは局部発振光源として用い
て特に好適である。

【０００２】

【従来の技術】波長可変の半導体レーザとして、従来知
られているものに例えば日本応用物理学会、１９８６年
秋期講演会予稿集２９ａ−Ｔ−７のタイプの半導体レー
ザがある。この従来技術の構造概略をＦＩＧ．２に示
す。本図は半導体レーザを横方向からみた断面図であ
る。半導体基板２０１上に活性領域ＩとＤＢＲ領域IIを
設け、半導体基板２０１表面のＤＢＲ領域IIには回析格
子２１１を形成する。その上に光ガイド層２０２，バッ
ファ層２０３を順次積層し、更に７ラッド層２０５等を
含む半導体層を積層して電流注入用の電極２０７（２０
８）及び２０９を形成する。その後活性領域ＩとＤＢＲ
領域IIを電気的に分離するための溝２１０を設ける。従
って半導体レーザ上面部の電流注入電極は、活性領域に
対応する電極２０７とＤＢＲ領域に対応する電極２０８
とに分離される。この半導体レーザは電極２０７により
活性領域Ｉに活性層２０４が光発振するための励起電流
を注入すると共に、電極２０８により発振波長変化のた
めの電流を、ＤＢＲ領域IIに注入する構造となってい
る。ＤＢＲ領域IIに注入された電流（キャリア）は、Ｄ
ＢＲ領域II内の光ガイド層２０２の屈折率を変化させ
る。これは光ガイド層２０２を構成する半導体が、その
中のキャリア濃度によりその屈折率を変えるという現象
−プラズマ効果−に基づくものである。従って、活性領
域Ｉで発生した光が、このＤＢＲ領域IIを通過する際、
上記光ガイド層２０２の屈折率変化に伴う回析格子の光
学的な摂動周期の変化を受けてその帰還波長が変わるた
め、この半導体レーザは出射波長を可変とすることがで
きる。即ち、活性領域Ｉへの注入電流を一定としても、
ＤＢＲ領域IIに注入するキャリア数（電流）を変化させ
ることにより、波長可変となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記半
導体レーザに代表される従来の技術においては、この波
長の可変幅が小さいという問題がある。上記の半導体レ
ーザにおいても発振波長の可変幅は高々数ｍｍであり、
半導体レーザ装置としてこの様な狭い可変幅では必ずし
も実際上有用では無い。そして例えば少なくとも数十ｍ
ｍの可変幅を有する半導体レーザ装置の開発が、上述し
た本発明の技術分野にとり不可欠なものであるが、これ
までは、そのような実用的な半導体レーザ装置が存在し
なかった。例えば、上記従来技術においては、発振波長
を可変とするためのパラメータは、ＤＢＲ領域II内の光
ガイド層２０２の屈折率を変化させるための−換言すれ
ば、ＤＢＲ領域IIの光学的摂動周期を変化するための−
キャリア濃度というパラメータ１つのみであり、このた
め可変幅には自づと限界が存在する。

【０００４】本発明の目的は、波長可変幅の大きい半導
体レーザ装置を提供することにある。

【０００５】本発明の他の目的は、発振波長の幅広い範
囲において、連続的に若しくは断続的に発振波長幅を変
化することが可能な半導体レーザ装置を提供することに
ある。

【０００６】本発明の他の目的は、発振波長の幅広い範
囲において任意の波長を制御性良く選択できる半導体レ
ーザ装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の一局面によれ
ば、光を発生するための活性領域と、この活性領域と光
学的に結合した帰還領域であって、帰還する光の波長を
変化するための複数のパラメータを構造上有する帰還領
域とを具備してなる半導体レーザ装置が提供される。そ
のような半導体レーザ装置の帰還絽域は、周期の変化し
た摂動部分を含んでいる。この周期の変化した摂動部分
は、上述した帰還する光の波長を変化するための１つの
構造上のパラメータを半導体レーザ装置に提供する。上
記複数の構造上のパラメータのうち、他のパラメータと
なるものとして、上記帰還領域に注入するキャリア濃度
−即ち帰還領域への注入電流−若しくは上記帰還領域に
印加する電界強度等を使うことができる。これらの複数
のパラメータを組み合せることにより、半導体レーザ装
置の発振波長可変幅を著しく大きくすることが可能とな
る。又、このために本発明は、周期の変化した摂動部分
の一部領域と、上記帰還領域内を伝播する光との光学的
結合強度を選択的に変化させることにより上述した如く
波長可変マージンをかせぐものである。従って、本発明
に係る半導体レーザ装置は上記光学的結合強度を選択的
に変化するための手段を含んでいる。これにより上述し
た複数のパラメータを組み合せてその効果は発揮するこ
とが可能となる。このような光学的結合強度を選択的に
変化するための手段としては、上記摂動部分の各領域に
対応して上記帰還領域に配設された複数の分割電極を用
いることができる。

【０００８】本発明の限定された局面によれば、上記摂
動部分が、異なる周期を有する複数の副摂動部分を含ん
でいる半導体レーザ装置が提供される。この複数の副摂
動部分にそれぞれ対応して上記光学的結合強度を選択的
に変化するための手段を設けることにより、大きな発振
波長可変幅で連続的若しくは断続的に波長を変化させる
ことができる。当然ながら、本発明に係る半導体レーザ
装置の、帰還領域内にある摂動部分は、その周期が徐々
に変化していても良く、周期分布パターンの態様は種々
存在する。本発明において重要なことは、この摂動部分
の周期分布の一部領域との光学的結合強度を変化するこ
と及びそのための構成にある。

【０００９】本発明の限定された他の局面によれば、上
記活性領域と、上記帰還領域とが、位相調整領域を介し
て光学的に結合している半導体レーザ装置が提供され
る。この位相調整領域は本発明に係る大きな発振波長可
変幅を有する半導体レーザ装置に特に有効である。この
位相調整領域により、活性領域内を伝播する光の位相
と、帰還領域内を伝播する帰還光の位相を整合すること
により、発振波長のスペクトル線幅を小さくすることが
可能である。この位相調整手段による位相調整は、位相
調整手段の光路長を変化することにより行なう。半導体
のキャリア注入による屈折率変化や、電気光学効果を用
いることができる。

【００１０】本発明の他の局面によれば、基板と、この
基板上に形成された活性領域と、この活性領域と光学的
に結合しかつ上記基板に形成された帰還領域とを有し、
上記帰還領域が非一様周期分布を有する摂動部分と、こ
の摂動部分の一部領域との上記帰還領域内を伝播する光
の光学的結合強度を変化するための手段とを有する、半
導体レーザ装置が提供される。上記光学的結合強度を変
化するための手段は、上記帰還領域内を伝播する光の強
度分布を変化するための手段と言い代えることができ
る。この手段と、上記非一様周期分布を有する摂動部分
と相互作用により、発振波長可変幅の大きい半導体レー
ザ装置を初めて得ることができる。

【００１１】本発明の限定された他の局面によれば、上
記帰還領域は光導波領域を有し、この光導波領域が１つ
若しくは複数の光導波層を含んでいる半導体レーザ装置
が提供される。これらの光導波層としていわゆるＭＱＷ
層を用いることができる。ＭＱＷ層による大きな屈折率
変化を利用して、より効率の良い発振波長可変の半導体
レーザ装置を実現することができる。

【００１２】＜作用＞図１に言及して、本発明の基本的
な動作原理を説明する。本発明に係る半導体レーザ装置
は、基板１０１上に設けられた活性領域１１２及びこの
活性領域と光学的に結合する帰還領域１１３をその基本
構成とする。活性領域１１２は光を発生するための、比
較的エネルギー・バンドギャップの小さい半導体により
構成された活性層１０３が必須である。この活性層１０
３を上下から挟んで、活性層１０３よりもエネルギー・
バンドギャップの大きい半導体積層構造１０２及び１０
４が形成されている。これらの半導体積層構造のうち、
活性層に近い部分に比較的大きな屈折率を有する半導体
層（いわゆる光ガイド層と呼ばれるもの）を設ける場合
もある。この場合、活性層と光ガイド層により、活性領
域内部にオプティカル・コンファインメント領域が形成
されることとなり、活性層からの光はこのオプティカル
・コンファインメント領域に強く分布する。活性層１０
３は、励起電流注入のための電極１０８により注入され
るキャリアにより光を発生する。基板１０１に設けられ
た電極１０９とこの電極１０８間を流れる電流が活性層
１０２の光発生に寄与し、活性層１０３の上下に積層さ
れている半導体層の導電型により、電流の流れる方向が
決まる。

【００１３】この活性領域１１２と光学的に結合した位
置に、帰還領域１１３が配設される。帰還領域１１３に
は摂動部分１１１及び光導波領域１０５が含まれる。上
述した活性領域１１２と帰還領域１１３の光学的結合
は、この光導波領域１０５と、活性領域１１２の前述し
た活性層１０３（若しくは前述したオプティカル・コン
ファインメント領域）との光学的結合により担われる。
当然ながら、活性領域１１２と帰還領域１１３との光学
的結合は、後に説明する様な位相調整領域等の他の構造
体や、空間を介しての光学的結合でも良い。光導波領域
１０５は、帰還領域１１３内に比較的屈折率の大きな構
造体を設けることにより形成される。この光導波領域１
０５は複数の光導波層を有していても良い。この光導波
領域１０５の近傍に、摂動部分１１１を設ける。摂動部
分１１１は、半導体層の上に形成した回析格子を用いる
ことができる。本発明に係る半導体レーザ装置の特徴の
１つは、この帰還領域１１３に設けられた摂動部分が、
非一様周期分布を有する点である。図の摂動部分１１１
は模式的に示したものであるが、非一様周期分布の例と
して摂動の周期を徐々に変化させたものを記載した。し
かし、この摂動の周期パターンは非一様であればいかな
るものでも良く、例えばそれぞれ固有の摂動周期を有す
る複数の副摂動部分によりこの摂動部分が構成されても
良い、また、摂動の周期パターンは、図に示す如くキャ
ビティ方向に沿って変化するものでも良いし、これとは
異る方向、例えばキャビティ方向に垂直な方向に沿って
変化するものであっても良い。なお図では摂動部分１１
１を光導波領域１０５の下部に隣接して設けた例を示し
ているが、摂動部分１１１は光導波領域１０５の上部に
位置しても良いし、両方にそれぞれ位置していても良
い。更に、摂動部分１１１と光導波領域１０５との間に
は他の半導体層が介していても良い。これら光導波層
と、摂動部分の位置関係は、後に示す条件を満足する限
り、互いに近傍に位置していれば充分である。

【００１４】上述してきた光導波層１０５及び摂動部分
１１１の上部に、表面層を含む半導体積層構造１０６を
形成した後、図では複数の分離電極１０７を形成した例
が示されている。この分離電極（ｐ１．）は、本発明に
係る半導体レーザ装置の他の特徴の１つである、帰還領
域１１３内を伝播する光の強度分布を変化するための手
段、即ち、上述してきた摂動部分１１１の一部領域と帰
還領域１１３内を伝播する光の光学的結合強度を変化す
るための手段として用いることができる。以下、この帰
還領域１１３内を伝播する光の強度分布を変化するため
の手段の作用について説明する。

【００１５】図７(Ａ)及び図７(Ｂ)に言及して、本発明
に係る半導体レーザ装置の帰還領域の機能につき詳述す
る。図は、帰還領域の一部を抜き出したものである。光
学的分布強度を変化するための手段、即ち複数の分離電
極７０７により、帰還領域内に一様に電界が印加されて
いる場合、若しくは一様に電流が注入されている場合図
７(Ａ)、活性領域からの光の帰還領域内の主として光導
波領域７０６にその強度を大きくして分布するが、光の
一部は摂動部分７１１にもしみ出しており（７１５の領
域）その光学的結合強度により定まる帰還波長で半導体
レーザは発振する。今、分離電極７０７の一部の印加電
界若しくは注入電流を大きくすることにより、それに対
応する部分の光ガイド層の屈折率を小さくすると、図７
(Ｂ)に示す如く帰還領域内部の光強度分布が変化し、結
果的にその部分における光と摂動部分７１１の光学的結
合強度が変化する。図では、小さくなった場合を示す。
帰還領域内部を伝播する光と摂動部分との光学的結合強
度の変化により、帰還波長が変化する結果、半導体レー
ザ装置の発振波長が変化する。本発明では、摂動部分は
非一様周期分布を有するため、帰還領域内の光強度分布
を変化させる位置を変えることにより、発振波長の可変
幅を著しく大きな範囲で変化されることができる。以上
の説明から理解されるように、本発明に係る半導体レー
ザ装置では、帰還領域内の非一様周期分布を有する摂動
部分と伝播する光との光学的結合強度が重要であり、
又、更に単一モード発振を安定化する上でも光導波領域
と摂動部分との間の距離は一定の条件を満足することが
好ましい。この条件は、帰還領域を構成する各半導体層
の屈折率にも依存するが、好ましくは図７(Ａ)に示す距
離ｌが０.５μｍ以下、理想的には０.２μｍ以下が良
い。次に、より具体的に本発明に係る半導体レーザ装置
を説明する。

【００１６】

【発明の実施の形態】図３を参照にして、本発明に係る
半導体レーザ装置の１実施例を説明する。本実施例は、
左の活性領域と右の帰還領域とに分かれ、それぞれ以下
の多層構造を有している。活性領域は、ｎ型ＩｎＰ基板
３０１上に、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層３０２、Ｉ
ｎＧａＡｓＰ活性層３０３、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰアンチ
メルトバック層３０４、ｐ型ＩｎＰクラッド層３０５を
順次エピタキシャル成長した構造となっている。帰還領
域はｎ型ＩｎＰ基板３０１の表面に、周期が、２３５ｎ
ｍ（副摂動部分ａ），２４０ｎｍ（副摂動部分ｂ），２
４５ｎｍ（副摂動部分ｃ）の３種類の回析格子２を作製
して、摂動部分３１１とした。その後、ｎ型ＩｎＰ下部
クラッド層３０６、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ下部光ガテド３
０７、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ中部クラッド層３０８、Ｉｎ
ＧａＡｓＰ−ＩｎＰ多重量子井戸層３０９、ｐ型ＩｎＰ
上部クラッド層３１０を、順次エピタキシャル成長した
構造となっている。基板３０１の底部には、ｎ側電極３
１２を全面に、上部には、活性領域に励起用の電極３１
３および、帰還領域には個々の副摂動部分に対応する位
置に複数の分離したｐ側電極３１４を設ける。副摂動部
分ａ、即ち摂動周期が２３５ｎｍの部分に加える電界を
調整することにより、本発導体レーザ装置の発振波長を
１.５４５μｍ〜１.５４９μｍまで、連続的に変化させ
ることができる。さらに、副摂動部分ｂ，即ち摂動周期
が２４０ｎｍの部分の電界を調整することにより１.５
４８μｍ〜１.５５２μｍまで、また副摂動部分ｃ，即
ち摂動周期が２４５ｎｍの部分の電界を調整することに
より１.５５１μｍ〜１.５５５μｍまで、連続的に発振
波長を変化させることができる。このようにして、本実
施例の半導体レーザ装置は、１.５４５μｍ〜１.５５５
μｍの１００Åの範囲にわたって、発振波長を変化させ
ることができる。またこの１００Åの波長範囲にわたっ
て、常に単一モードで発振させることができる。

【００１７】図４を参照して、本発明に係る半導体レー
ザ装置の他の１実施例を説明する。本発明例では図３の
多重量子井戸層３０９の代わりに、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ
上部光ガイド層４０９をもうけ、また、位相調整領域４
１５及び位相調整のための電極４１６を設けた点が、図
３の実施例と異なる。この実施例においても、周期の異
なる回析格子のそれぞれの領域に注入する電流を調整す
ることにより１００Åの範囲にわたって、連続的に発振
波長を変化させることができる。さらに、位相調整領域
の電流を調整することにより、スペクトル線巾を常に、
５ＭＨz以下に抑えることができる。なお図３と同一符
号は同一構成要素を表している。

【００１８】上記２つの実施例においては、各発振波長
は連続的に変化させることができるが、副摂動部分ａ，
ｂ，ｃに加える電界を適当に選択することにより、若し
くは副摂動部分の摂動周期の差を大きく選択すれば、断
続的に発振波長を幅広い範囲で変化させることができる
ことはもちろんである。

【００１９】図５(Ａ)及び図５(Ｂ)を参照して、帰還領
域内にある光導波領域が、複数の光導波層を有する場合
の本発明の動作原理について説明する。既述した実施例
のうち、図３及び図４のタイプは、この動作原理に基づ
いている。２つの図は共に本発明に係る半導体レーザ装
置の帰還領域の一部分の断面図である。本例では、摂動
部分として、基板５０１上に回析格子５１１を形成し
た。この構造体上にグラッド層５１２，下部光ガイド層
５０２クラッド層５０３，上部光ガイド層５０４として
たとえばＭＱＷ層，及びクラッド層５０５を順次成長す
る。本図では、帰還領域内を伝播する光の強度分布を示
すグラフを、重ねて描いてある。図５(Ａ)は、外部から
例えば電界（若しくは電流）を印加しない状態である。
この場合、光は摂動部分にほとんど分布しておらず、光
と摂動との結合は弱い。この多層構造に外部から電界若
しくは電流等を印加すると、ＭＱＷ層５０４の屈折率が
大きく下がり、図５(Ｂ)に示すように光の強度分布が変
化し、その中心は下部光ガイド層５０２側に移動する。
その結果、光と摂動部分との結合が強くなる。特に、上
部光ガイド層５０４にＭＱＷ層を用いた場合、例えばＭ
ＱＷ構造の電界による屈折率変化は他の層に比べて１桁
以上大きくなるため、その効果が著しい。この現象を利
用することにより非一様周期分布を有する摂動部分の各
領域ごとに対応して、光学的強度分布を変化するための
手段（例えば分離電極等）を設けることにより、光と特
定の周期を有する摂動とを選択的に結合させることが可
能となる。ＭＱＷ層を用いずに、単一層の光ガイド層５
０４を設けても良いし、また、ＭＱＷ層は上下の光ガイ
ド層５０２及び５０４のいずれに用いても又は両者に用
いても同様の機能を発揮する。

【００２０】図６を参照して、本発明に係る半導体レー
ザ装置の他の１実施例について説明する。本実施例は、
左の活性領域６１６，中央の位相調整領域６１７右の帰
還領域６１８から成り、それぞれ以下の多層構造を有し
ている。活性領域６１６は、ｎ型ＩｎＰ基板６０１上
に、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層６０４、ノンドープ
ＩｎＧａＡｓＰ活性層６０５、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰアン
チメルトバッグ層６０６、ｐ型ＩｎＰクラッド層６０７
を順次エピタキシャル成長した構造となっている。位相
調整領域６１７は、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ下部クラッド層
６０２，ノンドープＩｎＧａＡｓＰ下部光ガイド層６１
２，ノンドープＩｎＧａＡｓＰ中部クラッド層６１３，
ノンドープＩｎＧａＡｓＰ−ＩｎＰ多重量子井戸層Ｐ型
ＩｎＰ上部クラッド層６０３を順次エピタキシャル成長
した構造となっている。帰還領域６１８は、ｎ型ＩｎＰ
基板６０１の表面に、周期がＡ₁＝２３７ｎｍ，Ａ₂＝２
３８ｎｍ，Ａ₃＝２３９ｎｍの回析格子１５をレーザ光
を光源とした密着露法により作製して複数（３つ）の副
摂動部分を形成した後、位相調整領域６１７と全く同様
のエピタキシャル成長を行なった。当然ながら、位相調
整領域６１７と帰還領域６１８を構成する各半導体層
は、帰還領域の摂動部分６１１を形成した後同時に成長
して形成しても良い。その後、ｎ側電極６１５およびｐ
側電極６０８，６０９及び６１０を蒸着することによ
り、所望の素子構造を得る帰還領域６１８の３つのｐ側
電極に加える電界の比率を変えることにより、発振波長
を１.５４０μｍ〜１.５６０μｍまでの２０ｍｍの範囲
にわたって連続的に変化させることができる。主モード
と副モードのパワー比は、２０ｍｍの波長可変幅にわた
って常に３５ｄｂ以上であり、安定な縦モード発振を行
なった。また、位相調整領域に加える電界を調整するこ
とにより、スペクトル線幅を常に１０ＭＨz以下に抑え
ることができる。

【００２１】図８を参照して、本発明に係る半導体レー
ザ装置の他の１実施例を説明する。本実施例では位相調
整領域を設けなかった点が図６の実施例と大きく異な
る。摂動部分８１１の周期をＡ₁＝２４０ｎｍ，Ａ₂＝２
３８ｎｍ，Ａ₃＝２３６ｎｍとして複数の副摂動部分を
設け帰還領域６１８の３つのｐ側電極６０９に加える電
界の比率を変えることにより、発振波長を１.５３０μ
ｍ〜１.５７０μｍまでの４０ｎｍの範囲にわたって連
続的に変化させることができる。

【００２２】図９(Ａ)及び図９(Ｂ)を参照して、本発明
に係る半導体レーザ装置の他の１実施例について説明す
る。図９(Ｂ)は、図９(Ａ)のＡ−Ａ′での断面図であ
る。積層構造は、ＦＩＧＵＲＥ６の実施例とほぼ同じで
あるが、位相調整領域６１７及び帰還領域６１８におい
て、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ−ＩｎＰ多重量子井戸層
６１４の変わりに、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ上部光ガイド層
９１４を設けた点が異なる。各半導体層の多層成長後、
図９(Ｂ)に示したように、位相調整領域６１７および帰
還領域６１８に、幅１μｍのストライプを形成するよう
に両側の半導体各層をエッチングし、ｐ型ＩｎＰ埋込み
層９０２，ｎ型ＩｎＰ埋込み層９０３で埋め込み、ｐ電
極６０９およびｎ電極６１５を蒸着法で作製することに
より、所望の素子構造を得る。このような構造を形成す
ることにより、２つの光ガイド層６１２，９１４のう
ち、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ上部ガイド層９１１にだけ、電
流を流してキャリアを注入し、屈折率を低下させること
ができる。帰還領域６１８の３つのｐ側電極６０９に流
す電流の比率を変えることにより、発振波長を、１.５
４０μｍ〜１.５６０μｍまでの２０ｎｍの範囲にわた
って、連続的に変化させることができる。

【００２３】図１０を参照して、本発明に係る半導体レ
ーザ装置の他の１実施例について説明する。ｎ型ＩｎＰ
基板１００１の表面に、周期が、Ａ₁＝２３８.０ｎｍ，
Ａ₂＝２３８.２ｎｍ，Ａ₃＝２３８.４ｎｍの回析格子１
０１１を作製して、複数の副摂動部分からなる非一様周
期分布を有する摂動部分１０１１を設けた。Ａ₁，Ａ₂，
Ａ₃のそれぞれの領域の中央には、回析格子の凹凸の位
相がπラジアンだけ変化した。いわゆるλ／４シフト１
０２１をそれぞれ設けた。その後ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光
ガイド層１０１２，インドープＩｎＧａＡｓＰ活性層１
０１３，ｐ型ＩｎＧａＡｓＰアンチメルトバック層１０
１４，ｐ型ＩｎＰクラッド層１０１２を順次エピタキシ
ャル成長する。その後、複数のｐ側電極１００８，ｎ側
電極１００９を蒸着法で作製することにより、所望のレ
ーザ構造を得る。本実施例では、３つの周期の異なる副
摂動部分を設けている。特定の副摂動部分の摂動と光を
選択的に結合させることにより、発振波長を変化させる
ことができる。更に１つの領域において、電極を２つ設
けて、電流を非対称に流すことにより屈折率分布を生じ
させ、細かく波長を変化させることができる。６コのｐ
側電極１００８に流す電流を調整することにより、発振
波長を、１.５４０μｍ〜１.５４６μｍまでの６ｎｍの
範囲で、連続的に発振波長を変えることができる。ま
た、この範囲で、主モードと副モードのパワー比は、３
５ｄＢ以上であり、安定な縦単一モード選択性を示す。

【００２４】図１１を参照して、本発明に係る半導体レ
ーザ装置の他の１実施例を説明する。本実施例は、左の
活性領域１１２５，中方の位相調整領域１１２６，右の
帰還領域１１２７からなる。活性領域１１２５はｎ型Ｉ
ｎＰ基板１１０１上に、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層
１１２１，ノンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層１１２２，
ｐ型ＩｎＧａＡｓＰアンチメルトバック層１１２３，ｐ
型ＩｎＰクラッド層１１２４を順次エピタキシャル成長
した構造となっている。位相調整領域１１２６および、
帰還領域１１２７は、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ下部クラッド
層１１０２，ノンドープＩｎＧａＡｓＰ下部光ガイド層
１１１３，ノンドープＩｎＧａＡｓＰ中部クラッド層１
１１４，ノンドープＩｎＧａＡｓＰ−ＩｎＰ多層量子井
戸層１１１５，ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ上部クラッド層１１
１６，ｐ型ＩｎＰ上部クラッド層１１０３を順次エピタ
キシャル成長した構造となっている。帰還領域１１２７
においては、ｎ型ＩｎＰ基板１１０１の表面の一部分
に、周期Ａ₂＝２３５.０ｎｍの回析格子を形成して副摂
動部分１１１１とし、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ上部クラッド
層１１１６の表面に、周期Ａ₁＝２４０.０ｎｍの回析格
子を形成して副摂動部分１１１２とした。上述した各半
導体層の多層成長後、ｎ側電極１１０９およびｐ側電極
１１０７，１１１０，１１０８を蒸着法により形成し、
所望の素子構造を得た。帰還領域１１２７ｐ側電極１１
０８に加える電界の強さを変えることにより、発振波長
を１.５４０μｍ〜１.５６０μｍまでの２０ｎｍの範囲
にわたって、連続的に変化させることができる。主モー
ドと副モードのパワー比は、２０ｎｍの波長可変幅にわ
たって、常に３５ｄＢ以上であり、安定な縦モード発振
を行なう。また、電極１１１０により位相調整領域１１
２６に加える電界を調整することにより、スペクトル線
幅を常に１０ＭＨz以下に抑えることができる。

【００２５】図１２を参照して、本発明に係る半導体レ
ーザ装置の他の１実施例を説明する。本実施例では、あ
る一定の周期を有する副摂動部分の領域に、帰還領域の
分離電極を複数（例えば２個）設ける点が、図６実施例
と異なる。活性領域１２２５は、ｐ型ＩｎＰ基板１２０
１上にｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド１２０４，ノンドー
プＩｎＧａＡｓＰ活性層１２０５，ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ
アンチメルトバック層１２０６，ｎ型ＩｎＰクラッド層
１２０７を順次エピタキシャル成長することにより形成
する。位相調整領域１２２６及び帰還領域１２２７は、
上述した各半導体層の一部をエッチング等により除去
し、ｐ型ＩｎＰ基板１２０１上の一部に周期Ａ₁＝２３
８ｎｍ，Ａ₂＝２３９ｎｍの副摂動部分をそれぞれ形成
した後、以下の各層を成長して形成する。即ち、上記複
数の副摂動部分からなる摂動部分１２１１が形成された
基板１２０１表面上に、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ下部クラッ
ド層１２０２，ノンドープＩｎＧａＡｓＰ下部光ガイド
層１２１２，ノンドープＩｎＧａＡｓＰ中部クラッド層
１２１３，ノンドープInGaAsP−ＩｎＰ ＭＱＷ構造の
上部光ガイド層１２１４，ｎ型ＩｎＰ上部クラッド層１
２０３を順次エピタキシャル成長して形成する。２種の
摂動周期を有する摂動部分１２１１の各副摂動部分に対
して、各々複数のｎ側電極が対応するように、分離電極
１２０８を蒸着により形成する。活性領域１２２５，位
相調整領域１２２６の電極１２０７，１２１０，１２０
７及び１２１０，基板裏面のｐ側電極１２０９の形成は
既述の各実施例と同様である。帰還領域１２２７の複数
の電極１２０８に加える電界の比率を変えることによ
り、発振波長を、１.５３０μｍ〜１.５５０μｍの２０
ｎｍの範囲にわたって連続的に変化させることができ
る。また、位相調整領域に加える電界を調整することに
より、スペクトル線幅を常に１０ＭＨz以下に押えるこ
とができる。

【００２６】図１３を参照して、本発明に係る半導体レ
ーザ装置の他の１実施例を説明する。本図は、本実施例
である半導体レーザ装置を上方からみたときの模式図で
ある。３つに分岐した光導波路１３０２を基板１３０４
上に形成し、各分岐点には、光スイッチ１３０３を設け
た。この光スイッチはキャリアを注入することにより、
屈折率を変化させて、光の進む方向を変化させるもので
ある。光導波路１３０２の左端には、レーザ１３０１を
設け、分岐した３つの光導波路１３０２の反対側の端に
は、回析格子による３つの副摂動部分１３１１を設け
た。回析格子の周期は、多々２３８ｎｍ，２４０ｎｍ，
２４２ｎｍである。レーザ１３０１を駆動し、光スイッ
チ１３０３により、光を任意の回析格子と結合させるこ
とにより、発振波長を、１.５３０μｍ〜１.５６０μｍ
の３０ｎｍの範囲にわたって、連続的に変化させること
ができる。

【００２７】図１４を参照して、本発明に係る半導体レ
ーザ装置を光通信システムに応用する場合の１形態につ
いて説明する図は、多チャンネル・ヘテロダインコヒー
レント光通信システムのブロック図である。光源ＯＳ
１，光源ＯＳ２，……光源ＯＳ４００からの光を、それ
ぞれ変調器Ｍ１，変調器Ｍ２，……，変調器Ｍ４００で
変調した。変調速度は、１Ｇｂ／ｓであり、各光源間の
波長間隔は、０.５Åとした。この光を、光ファイバに
より、１００ｋｍ伝送した後、受光器で電気信号に変換
し、増幅器，復調器により、増幅・復調を行ない、信号
を検出する。４００個の信号を選択するために、周波数
制御回路及び局部発振光源ＬＳを用いて、ヘテロダイン
検波を行なった。局部発振光源ＬＳの波長可変幅は、２
０ｎｍ以上である。このようにして、４００Ｇｂ／ｓ
１００ｋｍの大容量長距離光通信が可能となる。この光
通信システムの局部発振光源ＬＳとして、本発明の波長
可変半導体レーザ装置を使用できる。また、４００コの
光源も、０.５Åの波長間隔で並べるために、波長を制
御する必要があり、やはり本発明の波長可変半導体レー
ザ装置を適用できる。

【００２８】以上、本発明をプレーナ型の活性領域を有
する半導体レーザ装置に言及して説明してきたが、他の
活性領域−例えばＤＨレーザタイプ，ＢＨレーザタイプ
等−の活性領域を用いても同様である。また、本発明を
ＩｎＰ，ＩｎＧａＡｓＰの化合物半導体材料よりなる半
導体レーザ装置に言及して説明してきたが、他の半導体
材料−例えば、ＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓ，ＩｎＡｌＡ
ｓ，ＩｎＡｌＧａＡｓ等−より成る半導体レーザ装置で
も良いことはもちろんである。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、発振波長可変幅の著し
く大きい半導体レーザ装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体レーザ装置の基本的構成を
説明するための図であり、キャビティ方向に平行な横断
面図である。

【図２】従来の波長可変型半導体レーザを説明する図で
ある。

【図３】本発明に係る半導体レーザ装置の１実施例を説
明するための図である。

【図４】本発明に係る半導体レーザ装置の他の１実施例
を説明するための図である。本実施例は、発振波長の狭
スペクトル化のために特に好適な構造を有している。

【図５】本発明に係る半導体レーザ装置の帰還領域の一
部を示す断面図であり、帰還領域内部の光強度分布を共
に示している。本図は、帰還領域内の光導波領域の有効
な形態を示唆するものである。

【図６】本発明に係る半導体レーザ装置の１実施例を示
す断面図である。

【図７】本発明に係る半導体レーザ装置の帰還領域を示
す図であり、光学的結合強度の変化を説明するための概
念図である。

【図８】本発明に係る半導体レーザ装置の１実施例を説
明するための図である。

【図９】本発明に係る半導体レーザ装置の更に他の１実
施例を説明するための図であり、図９の(Ａ)はキャビテ
ィ方向に平行な縦断面図，図９の(Ｂ)は図９の(Ａ)のＡ
−Ａ′断面図である。本実施例も、発振波長の狭スペク
トル化に特に有効な形態である。

【図１０】本発明に係る半導体レーザ装置の更に他の１
実施例を説明するための図である。本実施例は、活性領
域と帰還領域とが明確に分離しておらず、全領域が両者
の機能を同時に発揮する構造を有する。

【図１１】本発明の更に他の１実施例を説明するための
図であり、本実施例も発振波長の狭スペクトル化に有効
な形態の１つであるが、本実施例の重要な示唆は、帰還
領域のとり得る形態である。具体的には、摂動部分が複
数存在する可能性及び摂動部分が帰還領域内でとりうる
位置の可能性を示唆するものである。

【図１２】本発明の更に他の１実施例を説明するための
図であり、やはり発振波長の狭スペクトル化に有効な形
態の１つであるが、本実施例の重要な示唆は、摂動部分
の形態と、帰還領域内を伝播する光の強度分布を変化さ
せるための手段との特殊な組み合せにある。この構成
は、図１０に示した実施例と共通の思想を含んでいる。

【図１３】本発明に係る半導体レーザ装置の更に他の１
実施例を説明するための図であり、半導体レーザ装置を
上方からみたときの模式図である。本実施例の重要な示
唆は、分岐型光導波路，光スイッチ等の光学的機能素子
の利用である。

【図１４】本発明に係る半導体レーザ装置を光通信シス
テムに応用する場合の１実施例を説明するためのブロッ
ク図である。本発明に係る半導体レーザ装置を光通信シ
ステムに応用する場合の適用可能性を示唆する。

【符号の説明】

１０１…基盤、１０３…活性層、１０２、１０４…半導
体積層体、１０５…光導波領域、１０６…半導体積層構
造、１０７…分離電極、１１１…摂動部分、１０７…電
極、１１３…帰還領域。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂野 伸治 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 茅野 直樹 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−255085（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−54690（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−79283（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01S 3/18

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】活性層領域と、この活性層領域にキャリア
   を注入する為の一対の電極と、波長を可変ならしめる為
   の帰還領域とを少なくとも有し、この帰還領域は、前記
   活性層領域の光軸方向の端部に光学的に結合されて配さ
   れ、かつ前記活性層領域からの光を導波する複数の光導
   波層を有する光導波領域と、この光導波領域を伝播する
   光に摂動を与え得る非一様な摂動周期分布領域と、この
   帰還領域における光分布を変化せしめ得る手段とを少な
   くとも有し、前記複数の光導波層の各々は前記非一様な
   摂動周期分布領域と距離を異にして設けられ、前記光分
   布を変化せしめ得る手段により前記帰還領域における光
   分布を変化せしめ、前記光導波領域内の所望の光導波層
   を主たる光導波層となすことにより、前記帰還領域を伝
   播する光に対し前記非一様な摂動周期分布領域の一部と
   の光学的結合強度を選択的に変化させ発振波長を可変な
   らしめ得、且つ前記非一様な摂動周期分布領域の一方の
   端部領域は摂動周期分布領域を有さないことを特徴とす
   る半導体レーザ装置。
2. 【請求項２】前記光導波層がＭＱＷ構造を有することを
   特徴とする請求項1項に記載の半導体レーザ装置。
3. 【請求項３】前記活性領域と前記帰還領域とが、前記活
   性領域を伝搬する光と前記帰還領域を伝搬する光との位
   相を整合するための領域を光学的に結合していることを
   特徴とする請求項1項又は2項に記載の半導体レーザ装
   置。