JP2966485B2 - 波長可変コヒーレント光源およびその製造方法 - Google Patents

波長可変コヒーレント光源およびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 活性層の近傍に設けられた回折格子により反射波を生
成して光を発振させる、可変周波数分布帰還形半導体レ
ーザ、その製造方法、及びかかる半導体レーザを使った
波長可変コヒーレント光源に関し、 スペクトル線幅が狭く、周波数可変領域が広く、簡単
な制御により出力強度を一定に保ったまま波長を変化さ
せることができ、より高周波まで追随することのできる
可変周波数分布帰還形半導体レーザ及びその製造方法を
提供することを目的とし、 半導体基板と、半導体基板上に形成され光を導波する
光導波層と、半導体基板上の光導波層近傍に形成されキ
ャリアを注入されてキャリアの再結合に伴う誘導放出よ
り光を発生させる活性層と、活性層上に形成され、活性
層中の光を活性層中に閉じ込めるクラッド層と、光導波
層中に形成され活性層中に形成された光を前後に反射す
る回折格子と、クラッド層上に形成され活性層中にクラ
ッド層を介してキャリアを注入する第１の電極（108a,1
08b,109）と、基板上に形成され活性層中に基板を介し
てキャリアを注入する第２の電極とを備えた分布帰還形
半導体レーザにおいて、該第１の電極は複数の、相互に
離間した電極部分よりなり、少なくとも一の電極部分は
活性層中に生じる光の強度分布が最大となる位置にキャ
リアを注入するように構成してなり、 分布帰還形半導体レーザを使った波長可変コヒーレン
ト光源において、該分布帰還形半導体レーザを半導体基
板と、半導体基板上に形成され光を導波する光導波層
と、半導体基板上の光導波層近傍に形成されキャリアを
注入されてキャリアの再結合に伴う誘導放出より光を発
生させる活性層と、活性層上に形成され、活性層中の光
を活性層中に閉じ込めるクラッド層と、光導波層中に形
成され活性層中に形成された光を前後に反射する回折格
子と、クラッド層上に形成され活性層中にクラッド層を
介してキャリアを注入する第１の電極と、基板上に形成
され活性層中に基板を介してキャリアを注入する第２の
電極とを備え、該第１の電極が複数の、相互に離間した
電極部分よりなり、少くとも一つ第１の電極部分が活性
層中に生じる光の強度分布が最大となる位置にキャリア
を注入するように設けられ、少くとも一の第２の電極部
分が活性層中に生じる光の強度分布が最小となる位置に
キャリアを注入するように設けられるように構成し、該
第１の電極部分及び該第２の電極部分にはそれぞれ第１
及び第２の注入電流を、第１の注入電流が第２の注入電
流以下になるように供給し、該第１の電極部分にはさら
に変調信号が、第１の注入電流に重畳されて供給される
ように構成してなり、 前記分布帰還形半導体レーザを製造する方法におい
て、クラッド層表面から、複数の、各々半導体レーザの
長手方向に延在する溝を、メサ構造の両側に、半導体レ
ーザの長手方向に相互に離間して形成し、クラッド層表
面及び溝表面を絶縁物の層で覆い、該絶縁物層のうち両
側に溝が形成されている領域上に、該複数の相互に離間
した電極部分に対応してクラッド層表面を露出する複数
の開口部を形成し、該絶縁物層上に導体層を堆積し、該
導体層をパターニングして該複数の開口部に対応し、相
互に離間した該複数の電極部分を形成する工程を有する
ように構成してなる。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、活性層の近傍に設けられた回折格子により
反射波を生成して光を発振させる、可変周波数分布帰還
形半導体レーザ、その製造方法及びかかる半導体レーザ
を使った波長可変コヒーレント光源に関する。
次世代の超大容量光ファイバー通信システムに関連し
て、コヒーレント光通信システムが研究されている。こ
のコヒーレント光通信システムは、光の波としての性質
を利用し、周波数変調や位相変調をかけて情報を伝送す
るものである。
半導体レーザは駆動電流を変化させると、光出力と共
に発振する光の周波数も変化する性質を有する。送信側
の半導体レーザの駆動電流に変調波を重畳することによ
り、光の周波数変調を行う周波数シフトキーイング（FS
K）方式は、システムの構成が簡単なため、コヒーレン
ト光通信に最も有望な技術と期待されている。このFSK
方式を実現すめためには数波数変調特性の良好な半導体
レーザが必要とされる。
〔従来の技術〕
光は波であるので電波と同様に周波数成分を持つ。マ
イクロ波通信等と同様に、光の周波数成分を変調するこ
と等により通信に利用することができれば、光の周波数
は200THz程度と極めて高いので十分多量の情報を搬送す
ることができ、超大容量の光通信を実現する可能性を有
している。
第21図（Ａ），（Ｂ）は従来の強度変調を使った光通
信の例を示す。この場合は、レーザダイオードを第21図
（Ａ）に示す、閾値レベルを超える駆動パルスにより駆
動することにより、第21図（Ｂ）に示すような、レーザ
ダイオードのオンオフに対応する光出力が得られる。あ
るいは、半導体レーザと光変調器とを別々に作って強度
変調を行うこともできる。この場合は半導体レーザから
は一定光出力が得られるが、変調器が光を選択的に吸収
し、その出力には第21図（Ｂ）に示すものと同等の光出
力が得られる。
しかし、このような強度変調光通信は、光が波である
という性質を利用していない。光は波であるので電波と
同様に周波数成分を持つ。マイクロ波通信等と同様に光
の周波数成分を変調することにより通信することができ
れば、光の周波数は200THz程度と極めて高いので十分多
量の情報を搬送することができ、超大容量の光通信を実
現すると考えられる。実際に光の周波数を任意に所望量
だけ変化させることはできなくても、何等かの手段によ
って光の周波数を変化させて、それを情報とすれば、光
の波の性質を利用したコヒーレント光通信が可能とな
る。
半導体レーザでは一般にその駆動電流を変化させると
発振波長も変化する。したがって、周波数変調をかけた
光出力を提供できる能力を有する。
コヒーレント光通信では、受信側で光から信号成分を
取出す際に、ヘテロダイン／ホモダイン検波と呼ばれる
方法が用いられる。このヘテロダイン／ホモダイン検波
は、マイクロ波通信やTV、ラジオ等で幅広く用いられて
いるもので、受信側に搬送波と同じ周波数の局部発振器
を備え、受信した信号と局部発振器からの信号とを混合
し、そのビート信号を用いて必要な信号成分をフィルタ
して取出す。すなわち、f1±Δf1の信号を受信し、局部
発振器からf1の信号を受け、両者を混合してΔf1の信号
を取出す。この場合、伝送する信号として中心周波数が
f1の信号と共に、f2、f3、f4というように中心周波数の
異なる信号を周波数多重化して伝送し、受信側でその内
の１を選択して受信することができる。
発振側のレーザは、所定の中心周波数ｆの周囲で周波
数変調を行う。分解能を高くするには、その周波数スペ
クトルの半値幅が狭いほどよく、同一の周波数範囲内に
多量の情報を装架できる。また、変調特性は平坦で、応
答速度が速いことが望まれる。
光通信において、f1、f2、f3…のような複数の周波数
の光を用い、それらそれぞれに信号成分を重畳して周波
数を変化させる場合、受信側でこれらの信号から必要な
信号を取出す時に、局部発振器として１つのレーザがf
1、f2、…の各固定周波数で発振できることが望まし
い。１つのレーザ発振器でいくつもの局部発振周波数を
実現するためには、周波数を広く変調することが望まれ
る。送信側においては、変調周波数帯域でなるべく平坦
な特性が望ましく、また、なるべく狭い周波数帯で多く
の情報を伝達するために、できるだけ半値幅の狭い発振
が望ましい。
波長可変レーザをコヒーレント光通信で用いるために
は、波長が自由にか変えられるだけでなく、出力光強度
が一定であり、発振スペクトル線幅が十分狭いことが要
求される。出力光強度が一定でなければならないのは、
周波数変調された光を復調する際に光強度が変化する
と、復調した電気信号に光強度の変化成分が混入してし
まい、S/N比が低下するからである。また、発振スペク
トル線幅が十分狭くなくてはならないのは、先に説明し
たように、コヒーレント光通信が光に周波数変調をかけ
て伝送しているので、搬送は自信の周波数ゆらぎが十分
少ないことが要求されるからである。
波長を変えられる半導体レーザとして、従来より分布
帰還形半導体レーザが知られている。
第22図（Ａ），（Ｂ）に従来の技術による埋め込み型
の単一電極を有する半導体レーザを示す。第22（Ａ）が
横断面図、第22図（Ｂ）が縦断面図である。
第22図（Ｂ）において、たとえばｎ型のInP基板201の
上に回折格子202を形成し、その上にｎ型GaInAsP層から
なる光導波層203を形成し、その上にｉ型GaInAsP層から
なる活性層204を形成し、その上をｐ型InPからなるクラ
ッド層205で覆う。基板201の下面とｐ型クラッド205上
面にそれぞれ単一電極208,206を形成する。
電気的には、ｐ型領域とｎ型領域とからなるダイオー
ド構造を構成している。また、光学的には活性層204の
上下をより低屈折率の層203,205が挟んで光閉じ込め構
造を構成している。
第22図（Ａ）の横断面図を参照すると、活性層204か
ら基板201にかけてメサ構造が形成されている。このメ
サの側面をｐ型InP埋め込み層211、ｎ型InP埋め込み層2
12が埋め込んで、間にpn接合213を形成している。
これらの埋め込み層211,212は、横方向に電気的には
電流阻止の機能を有し、光学的には活性層204に対して
光閉じ込め機能を有する。
このように半導体レーザ構造が構成され、ｐ側電極20
6からｎ側電極208に向かって電流を流すと、レーザ発振
を生じさせる。
かかる従来の埋め込み型等の単一電極型レーザでも、
駆動電流に応じて発振周波数を変化させることができ
る。
半導体レーザの周波数変調特性を評価する１つの方法
として、ある周波数の一定強度の駆動電流に対する光の
発振周波数の変化の量をその周波数での変調効率とし
て、変調周波数を変えてスペクトルを測定する方法があ
る。
第22図（Ｃ）は従来の単一電極埋め込み構造半導体レ
ーザの上述の変調効率のスペクトルを概略的に示すグラ
フである。
周波数変調効率が、駆動電流の変調周波数10〜100MHz
付近において著しく低下してしまうことが判る。このよ
うに、周波数領域中の中間部分の特性が低下するとその
補正は極めて面倒なものとなる。
かかる中間周波数領域での変調効率の低下は、主に10
0MHz以下の周波数領域で支配的な熱的に誘起された変調
作用と100MHz以上の周波数領域で支配的なキャリアとフ
ォトンの相互作用による変調作用とがこの周波数領域で
打消し合うためと考えられる。低周波側の熱の効果は、
電流を上げた場合（キャリア数を増やした場合）に、屈
折率が増大、発振波長が長波長側へシフトする赤方変移
であるのに対して、高周波側でのキャリアとフォトンと
の相互関係によって生じる効果は、キャリア数を増やし
た場合に、屈折率が減少し、発振波長が短波長側へシフ
トする青方変移である。
〔発明が解決しようとする課題〕
一方、従来より、広い周波数領域に亘って発振周波数
を安定に可変でき、かつ発振周波数の瞬間的な揺らぎに
基づく発振スペクトルの拡がり（スペクトル線幅）が狭
い光源の１つとして、電極の一方を複数個の電極部分に
分割した多電極DFB（分布帰還）レーザが知られている
（Y.Yoshikuni et al,“Broad wavelength tuning unde
r singlemode oscillation with a multi−electrode d
istributed feedback LASER",Electronics letters vol
22,23rd Octobor 1986）。
この多電極DFBレーザは２電極素子であるDFBレーザの
一方の電極（たとえばｐ側電極）を２個以上に分割し、
分割した各電極に注入する電流の比率を変えることによ
り、レーザの発振状態を変化させ、発振周波数を変化さ
せるものである。
第23図に従来の技術による多電極DFBレーザの例を示
す。
ｎ型InP基板201の上に回折格子202が形成され、その
上にｎ型InGaAsP光導波層203が形成されている。この光
導波層203の上に、エネルギギャップがさらに狭いｉ型I
nGaAsP活性層204が形成され、その上をｐ型InPクラッド
層205が覆っている。基板201上にｎ側電極208、ｐ型ク
ラッド層上に２つに分割したｐ側電極206a、206bが形成
されている。なお、キャビティの片側の表面上に反射防
止膜209が形成されている。
このような構成において、ｐ側電極206aと206bを通し
て流す電流I1,I2の比率を変化させる。すると、電流変
化によってキャリア濃度の変化が生じ、たとえば第23図
下側に示すように、キャビティ内での光強度が場所によ
って変化する。このように、キャリア濃度、光強度が変
化すると、レーザ内の屈折率、従って回折格子の実効的
ピッチが変化し、発振周波数も変化する。
かかるキャリア濃度の不均一分布は、屈折と利得の不
均一分布を引きおこす。その結果DFBレーザ全体とし
て、レーザ発振に必要な、振幅条件（一往復して強度が
１になる）や位相条件（一往復した時丁度同位となる）
が変化し、その結果レーザ発振を維持するのに必要な全
キャリア数も変化する（＝しきい値キャリア密度）。局
部的なキャリア数の変化によって共振器全体のキャリア
数の変化によって引きおこされた、屈折率や利得の変化
によって共振器全体のキャリア数が変化するので発振波
長及び光出力が変わる。
この従来の多電極分布帰還形半導体レーザでは、電流
I1,I2の比Ｒ＝I1/（I1＋I2）を変化させることにより、
第24図に示すように発振波長が変化する。すなわち、電
流I1＝I2（Ｒ＝0.5）の場合に比べて、電流I1を少なく
する（Ｒ＝0.2）と発振波長は短くなり、電流I1を多く
する（Ｒ＝0.7）と発振波長は短くなる。
このような構成により、スペクトル線幅が数〜10MH
z、光出力がmW程度の周波数可変光出力が得られる。
しかしながら、第24図に示すように単に比Ｒを変えた
だけでは、発振波長と共に光強度も変化してしまうとい
う問題があった。したがって、従来の多電極分布帰還形
半導体レーザを用いて光出力強度を一定に保ったまま波
長を変化させるためには、各電極52a,52bから注入する
電流I1,I2を光強度と発振波長の両面を考慮して総合的
に制御する必要があり、複雑な制御を行わなければなら
ないという問題があった。
また、従来の多電極DFBレーザによれば、1GHz程度ま
での平坦な周波数変調効率が可能となったが実用上は10
GHz以上までの変調が必要とされており、従来の多電極D
FBレーザでは周波数特性が不十分であった。
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、スペク
トル線幅が狭く、周波数可変領域が広い周波数可変半導
体レーザを提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、簡単な制御により、光出力強度
を一定に保ったまま波長を変化させることができる分布
帰還形半導体レーザを提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、より高周波まで追随することの
できる埋め込み構造・多電極型の半導体発光装置を提供
することである。
また、本発明の他の目的は、このような高速動作・埋
め込み構造・多電極型の半導体発光装置の製造方法を提
供することである。
〔課題を解決するための手段〕
第１図を参照するに、本発明は上記の課題を、活性層
104と、活性層の近傍に形成された回折格子102とを備え
た分布帰還形半導体レーザ100において、活性層中に光
強度が最大になる部分に対応して第１の注入電極109を
設け、活性層中の光強度が最小になる部分に対応して第
２及び第３の注入電極108a,108bを設け、第１の注入電
極に供給される注入電流を制御して発振波長を制御する
と共に、第２及び第３の注入電極に供給される注入電流
を制御して光出力を一定に維持することができる分布帰
還形半導体レーザにより解決する。
〔作用〕
本発明の分布帰還形半導体レーザでは、光強度が強い
部分に電流を注入すると、光強度及び発振波長が共に大
きく変化する。これは、第１図下のグラフに示すよう
に、光強度Ｐが強い部分では再結合によりキャリアＮの
減少が生じており、この状態で第１の注入電極109から
キャリアJ1を注入するとその部分で活性層の屈折率が大
きく変化するためである。これに対し、光強度が弱い部
分にキャリアJ2を注入すると、全体の光強度に対する割
合は低いため波長はほとんど変化しないが、この部分で
の利得は変化するための出力光の強度は変化する。
本発明による分布帰還形半導体レーザのこのような性
質を利用すれば、光出力を一定に保ちつつ波長を変化さ
せることができる。すなわち、光強度が強い部分に対応
して設けられた第１の注入電極からの注入電流ICを制御
して波長を可変し、光強度が弱い部分に対応して設けら
れた第2,第３の注入電極からの注入電流Isを制御して光
出力を可変する。したがって、出力レーザ光を検出する
検出手段を設けて、この検出出力をフィードバックさせ
て注入電流Isを制御すれば、光出力を一定に保ちつつ波
長を変化させることができる。
〔実施例〕
以下、本発明を、本発明第１実施例について、第２
（Ａ），（Ｂ）図〜第５図（Ａ），（Ｂ）を参照して説
明する。
第２図（Ａ）を参照するに、本発明第１実施例による
半導体レーザは三電極分布帰還形半導体レーザと呼ばれ
るものであり、ｎ型InPの基板101上に光導波層103が形
成されている。この光導波層103は、厚さｄが約0.1μ
ｍ、バンドギャップエネルギーに相当する波長であるEL
波長λｇが約1.3μｍ、不純物濃度ｎが５×1017cm-3の
ｎ型GaInAsPである。
第２図（Ａ）の断面図に示されているように、基板10
1と光導波層103との境界には、ピッチが約2400Åで、深
さが約300〜400Åの回折格子102が形成されている。本
実施例では回折格子102の位相を中央のλ/4シフト領域1
15でλ/4だけシフトさせて後述する活性層104における
光強度分布が不均一になるようにしている。
光導波層103上には、厚さｄが約0.1μｍでEL波長λｇ
が約1.55μｍのGaInAsPの活性層104が形成されている。
この活性層104を保護するためのｐ型GaInAsP（EL波長λ
ｇ＝1.3μｍ、不純物濃度ｐ＝５×1017cm-3、厚さｄ＝
0.06μｍ）のメルトバック防止層105が形成されてい
る。更に、メルトバック防止層105上にはｐ型InP（不純
物濃度ｐ＝５×1017cm-3、厚さｄ＝１〜２μｍ）のクラ
ッド層106が形成されている。光導波層103及び活性層10
4は回折格子102と共に光共振器103aを形成する。
基板101の下面にはAuGe/Auのｎ側電極110が全面に形
成されている。クラッド層106上には、オーミックコン
タクトを取るために、p+型GaInAsP（不純物濃度ｐ＝１
×1019cm-3、厚さｄ＝0.2μｍ）のコンタクト層107a,10
7,107cを介してｐ側電極である波長可変用電極109と光
出力制御用電極108a,108bが形成されている。
また分布帰還形半導体レーザの両側面には、例えば発
振波長の４分の１厚さの（約2000Å）SiNで作られた反
射防止膜111が形成されている。
第２図（Ａ）は横断面を示し、中央に示す共振器部分
はメサ型構造を形成している。メルトバック防止層105
がこのメサ型構造の頂上に位置している。メサ構造の側
面はｐ型InP層112、ｎ型InP層113、ｐ型InP層106が埋め
込んでいる。また、この埋め込み層の上にはSiO2等の絶
縁層114が形成され、電流を遮断するようにされてい
る。活性層104は高い屈折率を有し、その周囲にはより
屈折率の低い光導波層103、メルトバック防止層105、ク
ラッド層106、埋め込みInP層112、113が囲んでいる。こ
のため、光閉じ込め構造が形成され、光強度分布は活性
層104において最も強い。
かかる構造では、電極108a,108bあるいは109を介して
注入されたキャリアは活性層104の両側の、埋め込み層1
12及び113により形成されるpn接合に伴って生じる空乏
領域により水平方向に狭窄され、非常に効率よく活性層
104中に注入される。
ところで、DFBレーザでは、一般に光が空間的に一様
に分布して形成された回折格子により反射されて共振を
生じるため、回折格子の中央部付近で左右両方向からの
光の干渉により光強度が最大になる傾向があり、本実施
例ではかかる活性層103中で光強度が最大になる位置に
略対応して前記λ/4シフト領域115が形成されている。
シフト位置115をこのように形成した場合、回折格子は
領域115に対して略左右対称に形成されているため領域1
15に対応する活性層部分では強い光が存在するのに対
し、領域115に対して図中で右又は左にオフセットした
位置では回折格子の対称性が失われるため光干渉が弱
く、光強度が弱くなる。第３図にシフト領域115を設け
なかった場合の光強度分布をＯで、シフト領域115を設
けた場合の光強度分布をＰで示す。
本実施例では回折格子102のシフト位置115上の光強度
が強い領域にTi/Pt/Auの波長可変用電極109を設け、他
の光強度が弱い領域に光出力制御用電極108を設けてい
る。波長可変用電極109から電流ICが注入され、光出力
制御用電極108から電流ICが注入される。
次に、本発明の動作原理を第３図を参照しながら説明
する。
第３図は第１図とほぼ同様な、本発明の動作原理を説
明する図である。
先にも説明したように、本発明の場合、共振器長の内
で光強度ＰにピークPMAXが形成されている。このような
場合、共振器の全長に一様に電流を印加したとすると、
キャリアの消費は光強度の強い部分において強い。すな
わち、消費されて残るキャリア密度は光強度が強い部分
でより低くなる。第１図下側に示す曲線Ｎはこのように
光強度分布が強い部分で低くなったキャリア密度分布を
概略的に示している。光強度分布に反比例して光強度の
ピーク部分で谷になったキャリア密度分布が形成されて
いる。注入する電流密度が減少すると、キャリア密度分
布Ｎも減少するが、その程度は谷の部分でより大きい。
電流密度が減少しすぎると発振が停止する。注入する電
流密度が上昇すると、キャリア密度分布も上昇するが、
その程度はキャリア密度分布の谷の部分で特に著しく、
敏感に反応して上に持ち上がる。そこで、光強度のピー
ク部分において、キャリア密度を低レベルにしておく
と、供給する電流密度に応じて半導体中のキャリア密度
が敏感に大きく応答する。従って、わずかな電流の変化
により光の波長をより大きく変化させることができ、高
効率の周波数変調を行うことができる。
光強度が強く、キャリアが足りなくなっている部分の
キャリア数は、外から加える電流によって非常に敏感に
（わずかの変化でも大きく）変化し、しきい値キャリア
密度を変化させ、波長が変化する。特に足りない部分へ
補う形で制御すると、全体としては、キャリア数が足り
なくなっている部分を無くすことになり、全体のキャリ
ア数（しきい値キャリア密度）は減少、発振波長は長く
なる方向にうごく。これはつまり注入電流Icより生じる
キャリアの効果が熱の効果と同位相の赤方変移を生じる
ことを意味する。従って、直流状態では波長可変範囲の
拡大が、また高周波的には、平坦なFM特性が実現でき
る。一方、電流Isを増やした場合には、局部的なキャリ
アの不均一をさらに強めることになり、全体のキャリア
数は増大、発振波長は短かくなる。この効果は、通常の
DFBと同じであり、いわゆる熱の効果と打消し合って波
長が実際にはほとんど動かなくなる。また、もともと十
分なキャリア数がある部分の電流を変えているため、相
対的なキャリア数変化が小さく、いわゆるキャリアの効
果は小さい。
また、先にも説明したように、光強度の強い所の電流
密度を少なくすることにより、キャリアは、ますます足
りなくなっているため、ほんのわずかなキャリア数の変
動により、周波数は大きく変化する。つまり変調効率が
より大きくなる。また、レーザ全体としては発振状態で
用いている（どの場所でも利得のある状態）ので、キャ
リアとフォトンの相互作用に基づく共鳴現象により10GH
z以上の高周波まで、変調がかかる利点が得られる。
本実施例では、第３図に示すように、定電流源151が
一方の電極108a及び他方の電極108bに接続され、変調信
号源が電極109に接続されて、定電流源151からキャリア
が電流密度J2で注入されることにより半導体レーザの駆
動が行われ、変調電流源152からキャリアが電流密度J1
で注入されることにより発振周波数の変調が行われる構
成となっているが、その際無信号状態での電流密度J1を
J2と同等ないしそれ以下とすることにより（J1≦J2）、
最も効率的に電極109直下のキャリア密度を変化させる
ことができ、従って最も効率的な変調を行うことができ
るのがわかる。
これに対し、従来の多電極DFBレーザでは、変調をか
けるべき電極を非常に低バイアスで駆動して、発振閾値
以下の状態で変調を行っていた。全体を発振閾値以下に
すると、レーザ発振が停止してしまうが、他の部分を発
振閾値以上にすることによって、わずかに発振を維持し
ている。このような状態では、光強度分布に顕著なピー
クは発生せず、第23図に示すように全体がほぼ一様の光
強度分布を有していた。このような状態においては、周
波数変調の効率はよいが、周波数応答が自然放出寿命時
間程度（約1GHz）までという制約が伴う。すなわち、電
流密度が閾値をわずかに越える程度であると、電流のう
ち、ほとんどの成分は自然発光に消費される。この自然
発光は、レーザ発振光に取っては雑音となる。この自然
放出光は自然放出寿命時間で規定されるので、半導体発
光装置全体の応答が自然放出寿命時間程度に制限されて
しまう。
これに対して、レーザ全体として十分深い発振状態で
動作させると、自然放出光の雑音成分が少く、全体とし
てレーザ固有のいわゆる緩和振動周波数（約100GHz以
上）までの平坦な特性を得ることができる。
第４図はこのような従来技術によるものと本発明の実
施例によるものとの周波数変調効率を概略的に対比して
示す。
第４図中、実線で示した従来例は第23図に示したよう
な２電極構成の半導体レーザの周波数対変調効率特性を
示し、点線で示した従来例は第22図（Ｃ）に示した１電
極構成の半導体レーザの同様な特性を示す。この図より
明らかなように、２電極構成の半導体レーザの場合1GHz
を越えた周波数域で周波数変調効率が急激に低下するの
がわかる。また、１電極構成の場合は変調効率が中間の
周波数域で低下するのは先に説明した通りである。これ
に対し、本発明によれば10GHzに近い周波数まで十分な
変調効率を得ることができる。
次に、本実施例の分布帰還形半導体レーザにおいて注
入電流IC、ISを変化させた場合の出力レーザ光の特性を
第５図（Ａ），（Ｂ）に示す。
光出力制御用電極108a,108bから注入される電極ISを
一定にして、波長可変用電極109から注入される電流IC
を増加させると、第５図（Ａ）に示すように、出力レー
ザ光の波長は長くなり、光強度も強くなるように変化す
る。一方、波長可変用電極109bから注入される電流ICを
一定にして、光出力制御用電極108から注入される電流I
Sを増加させると、第５図（Ｂ）に示すように、出力レ
ーザ光の波長は変化せず、光強度のみが変化する。した
がって、波長可変用電極109による注入電流ICを変化さ
せて波長を変化させ、光出力制御用電極108による注入
電流ISにより光出力強度を一定にするように制御すれば
よい。
第６図は本実施例の分布帰還形半導体レーザを波長可
変で定出力動作可能なように制御する構成を示す。本実
施例の分布帰還形半導体レーザ100の波長可変用電極109
には波長可変用電源152が接続され、光出力制御用電極1
08a,108bには光出力制御回路153が接続されている。出
力レーザ光は分布帰還形半導体レーザ100の前方向から
出力される。分布帰還形半導体レーザ100の後方向に
は、後方向から出力されるレーザ光を検出するために、
例えばPINフォトダイオード等の光検出素子154が設けら
れている。光検出素子154の検出信号は光出力制御回路1
53にフィードバックされ、光出力制御回路153は、この
検出信号に基づいて出力レーザ光が一定になるようにフ
ィードバック制御する。
分布帰還形半導体レーザ100の出力レーザ光の波長を
変化させる場合には、波長可変用殿152の出力電圧を変
化させて注入電流ICを変化させる一方、発振波長の変化
に応じて生じる光出力強度の変化を光検出素子154で検
出し、検出信号に応じて光出力制御回路153から注入さ
れる注入電流ICをフィードバック制御して光出力を一定
に保つことができる。
第７図は本実施例の分布帰還形半導体レーザを波長可
変で定出力動作可能なように制御する他の具体例であ
る。本具体例では一方の光出力制御用電極108aには固定
電源158により一定の電流IS1を注入し、他方の光出力制
御用電極108bの注入電流IS2を光出力制御回路153により
フィードバック制御するものである。すなわち、波長可
変用電源152の電圧を変化させて発振波長を変化させる
と共に、光出力制御回路153により光検出素子154の検出
信号に応じて注入電流IS2をフィードバック制御して光
出力強度を一定に保つようにする。
このように本実施例によれば電極を波長可変用電極と
光出力制御用電極とに分離し、これら波長可変用電極と
光出力制御用電極により波長制御と光出力制御を独立に
制御することができるので、簡単な制御により、光出力
強度を一定に保ったまま波長を変化させることができ
る。
従来の半導体レーザの共振器長は、高々300〜400μｍ
であった。これは次のような理由による。半導体レーザ
は、主に液相成長（LPE）を用いて形成されていた。LPE
成長の場合、面内方向に厚さ分布、組成分布が生じるこ
とが避け難い。均一な厚さおよび組成を求める場合に
は、共振器長として300〜400μｍが限度である。このた
め、レーザの共振器長は300〜400μｍであった。
本発明においては、レーザの共振器長として、少なく
とも500μｍ以上を選択している。500μｍ以上とするこ
とによって、組成分布、厚さ分布が生じることは避け難
いが、長さを500μｍ以上とすることによって、まず発
光の共振器内への閉じ込めの程度を強くし、スペクトル
線幅を狭くすることが可能になる。すなわち、研究の結
果、共振器長を500μｍ以上とすることにより、数百kHz
〜2MHz程度の狭いスペクトル線幅を再現性よく得ること
ができることが判った。
長共振器化はまたレーザを駆動した時の発熱を効率よ
く逃がすことを可能にする。このため高出力化の点でも
有効である。
共振器長を長くすると、さらに共振器内の高強度分布
が生じ易くなり、たとえば中央付近にその他の部分より
極めて強い光強度を実現することができる。
第８図は1/4波長シフト領域上の電極109の電極長と半
導体レーザ全長の比に対する周波数可変範囲を調べた結
果を示すグラフである。横軸は1/4波長シフト領域を有
する部分上の電極の長さLCのレーザ全長Ｌに対する比LC
/Lを示し、縦軸が電流を変えることによって周波数の変
化する割合を示す。
1/4波長シフトを行った点の上の電極の長さを変える
と周波数可変の程度が変化している。実用上必要とされ
る100GHz以上の周波数可変範囲を得ようとすると、電極
長の比率LC/Lの値は、約0.25以上あることが望ましいこ
とが判る。
以上、本発明の第１実施例を説明したが、第３図に曲
線Ｏで示したように、λ/4シフト領域115を必ずしも設
けなくても活性層中に光強度分布のピークは生じるた
め、電極109をかかる自然に生じる光強度分布のピーク
に対応して設けることにより、本発明と同様な周波数変
調を、効率は多小落ちるが行うことができる。
次に、本発明の第二実施例を説明する。
第９図（Ａ），（Ｂ）は本発明の第二実施例による半
導体レーザ装置100′を示す。第９図（Ａ）は平面図、
第９図（Ｂ）は第９図（Ａ）中線12−12′に沿う切断面
を示す斜視図である。第９図（Ｂ）を参照して説明する
と、ｎ型InP基板101の上にｎ型GaInAsP光導波層103が積
層され、その上にｉ型のGaInAsP活性層104が積層され
て、メサ状にエッチングされている。この活性層104の
両側には基板101と逆導電型のｐ型InP層112およびその
上のｎ型InP層113が埋め込まれている。この上にｐ型In
P層106がクラッド層として形成され、クラッド層の上を
p+型GaInAsPコンタクト層107が覆っている。この表面か
ら埋め込み層112,113間のpn接合を貫通して基板101に達
する溝部141が活性層の両側に形成されている。但し、
溝部は共振器長手方向に沿って連続しておらず、途中で
分断されている。溝部を形成後、表面にはSiO2等の絶縁
膜114′が形成され、電極を形成すべき部分には開口122
が設けられている。この開口を介してｐ側電極108a,108
bあるいは109がコンタクト層107にコンタクトする。ま
た、ｎ型基板101の下面にはｎ側電極110が形成されてい
る。ｐ側電極109は共振器長方向に連続せずに分断して
形成されている。また、装置100′の両長手端には反射
防止膜111が形成されている。
第９図（Ａ）に示すように、共振器長方向に沿って３
つのｐ側電極セグメント108a,109,108bが形成され、そ
の間には電極分離領域142が形成されている。電極分離
領域142には溝部141は形成されておらず、平坦な表面を
有する。
第１実施例の場合と同様に、ｎ型GaInAsP光導波層103
はEL波長約1.3μｍ、ｎ型不純物濃度約５×1017cm-3、
厚さ約0.1μｍを有する。ｉ型GaInAsP活性層104はEL波
長約1.55μｍ、厚さ約0.1μｍを有する。ｐ型InPクラッ
ド層106はｐ型不純物濃度約５×1017cm-3を有する。活
性層を含むメサの幅は、たとえば約１〜２μｍ程度であ
る。活性層の側部を埋め込むｐ型InP層112は、たとえば
ｐ型不純物濃度約５×1017cm-3を有し、ｎ型InP層113
は、たとえばｎ型不純物濃度約５×1017cm-3を有する。
GaInAsPコンタクト層107はｐ側電極のコンタクトを形成
するための層であり、たとえばｐ型不純物濃度約１×10
19cm-3を有する。
本実施例では第９図（Ａ）に示すように、複数のセグ
メント電極108a,108b,109の間に平坦な電極分離領域142
が存在するので、セグメント電極相互間のパターニング
による分離は完全になされ、このためセグメント電極間
が短絡するような事故は容易に防止できる。また、活性
層を含むレーザの実質的部分は溝部141によってその外
側から分離されているので、埋め込み層のpn接合に伴う
浮遊容量が大幅に低減される。これに伴い、1GHzを越え
て10GHzに達する高速変調を安定に達成することが可能
となる。
この電極分離領域142は光吸収領域として作用するた
め電極分離領域142の幅は余り長すぎないほうが好まし
く、たとえば10〜30μｍ程度にされる。
対になる溝部141の間の間隔は、活性層104、埋め込み
層112,113を含んで共振器を構成する最も重要な部分で
あり、たとえばその幅は約５〜８μｍ程度にされる。ま
た、溝部141は電気的分離のための領域であると同時
に、その上を電極が横断する領域であり、たとえば幅10
〜20μｍ程度にされる。また、溝の深さは、たとえば３
〜４μｍである。
次に、第９図（Ａ），（Ｂ）に示したような半導体レ
ーザの製造工程を説明する。
第10図（Ａ）〜（Ｆ）は溝部141を形成するまでの工
程を説明するための図である。
第10図（Ａ）を参照して説明するに、まずｎ型InP基
板101上にｎ型GaInAsP光導波層103、ｉ型GaInAsP活性層
104、ｐ型InPクラッド層106の１部を形成後、SiO2マス
クを用いて、幅約１〜２μｍのメサ型にエッチングし、
その後ｐ型InP層112、ｎ型InP層113を順次積層してメサ
構造を埋め込み、次いでSiO2マスクを剥離し、残りｐ型
InPクラッド層106、p+型GaInAsPコンタクト層107を積層
し、埋め込み型レーザ構造を形成する。次いで、第10図
（Ｂ）に示すようにコンタクト層107上にホトレジスト
層120を形成し、溝部をエッチングすべき開口パターン
を現像する。
次に、レジストマスク120を用いて溝部141をエッチン
グして第10図（Ｃ）の構造を形成し、さらに第９図
（Ｂ）に示すように、表面にSiO2等の保護膜114′を形
成する。溝部141によって画定される中央のメサ部分
は、たとえば幅５〜８μｍである。さらに保護膜114′
に電極をコンタクトすべき開口122を設けて第10図
（Ｄ）に示す構造を得る。
次いで、第10図（Ｅ）に示すように、保護膜114′上
に開口部122を介してコンタクト層107と接触するように
Ti/Pt層を全面に蒸着し、その上にレジストパターンを
作成後、Au/Ge/Ni層を堆積する。レジストと不要なAu/G
e/Ni層を除去した後、Au/Ge/Ni層をマスクとして不用な
Ti/Pt層もRIEにより除去する。このようにして、Ti/Pt
層とAu/Ge/Ni層とよりなる２層構造を有し、溝部111を
横断する電極を108a,108b,109が形成される。また、基
板底面上にはAu/Geからなるｎ側電極110を形成する。
このようにして、埋め込み構造を有し、多電極であ
り、かつ多電極の側部には溝部が形成された半導体レー
ザ装置が作成される。
上記の過程によれば、溝部141が共振器長手方向に沿
って連続しておらず途中で分断されているため、セグメ
ント電極108a,108b,109相互間の分離が完全になされ、
寄生容量が溝部141により減少するのみならず、電極相
互間の短絡が確実に防止される。
ここで、エッチング用マスクの開口形状と形成される
溝部の形状について、第11図（Ａ），（Ｂ）を参照して
説明する。
第11図（Ａ）に示すように、矩形形状の開口部121を
有するマスクを用いてウェットエッチングを行うと、開
口部の端面において半導体結晶の面によってエッチング
レートが異なるため、形成される溝部の形状は、第11図
（Ｂ）に示すように、端部が拡がった形状になってしま
う。溝部の間には活性層が配置されるので、溝141がこ
のような形状を有すると活性層が途切れる等実質的な影
響を受けるようになり、所望の結果が得られなくなる。
そこで、本発明では溝部をエッチングするマスクとし
て開口の端部に近付くに従って活性層に隣接する内側の
辺が次第に活性層から離れるように変位する形状のもの
を使用する。
第12図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は活性層に平行な内縁
を有する溝部を形成するためのマスク形状の例を示す。
第12図（Ａ）は開口部の端部に近付くに従って、内縁が
次第に活性層から離れるように湾曲しかつ開口の幅が次
第に狭くなり、開口部が刀の先端部に似た形状をしてい
る場合を示す。
開口部の幅をＷとした時、内縁が次第に離れる形状を
する部分の長さＬは、たとえばストライプ幅Ｗの４〜５
倍程度にする。
第12図（Ｂ）は開口部端部の形状が第12図（Ａ）のよ
うな滑らかな曲線ではなく、三角形状になった場合を示
す。直線でパターンを構成できるのでマスクの形成が容
易になる。ストライプの幅をＷとした時、三角形状部分
の長さＬは、たとえばストライプ幅Ｗのほぼ４〜５倍程
度にする。
第12図（Ｃ）はストライプの幅自身は変えずに、スト
ライプ自身を外側にまげる場合を示す。幅の影響は利用
せず、エッチング形状の変化をパターンの移動のみで補
正するものである。たとえば２本のストライプ間の間隔
がｘ、ストライプの幅がＷである時、ストライプの端部
において、４〜5Wの長さにおいてストライプの次第に外
側にまげ、その間の距離を2x程度まで拡げる。
このようなマスクを用いることによって、第13図の平
面図に示すように活性層に対して実質的に平行な内縁を
有する溝部141を作成することができる。
次に、回折格子102中にλ/4シフト領域115を形成する
工程を第14図に参照しながら簡単に説明する。
第14図を参照するに、アルゴンあるいはヘリウムカド
ミウムレーザにより形成された一対のレーザビームがフ
ォトレジストを塗布された基板101上に異った入射角
θL,θＲで入射される。その際、レーザビームは領域11
5に対応して高さが2.15μｍの段差Ｈを形成された透明
な石英板180を介して入射される。その際、段差Ｈの左
側に入射したレーザビームの光路長は右側に入射したレ
ーザビームの光路長と異るため、フォトレジストに形成
された規則的なレーザビームの干渉パターンに段差Ｈに
対応して変位が生じる。次いで基板101を上記の過程で
露光されたフォトレジストをマスクとしてパターニング
することで、λ/4シフト領域115が第14図に示すように
形成された回折格子102が基板101上に形成される。
次に、本発明の第三実施例を第15図を参照しながら説
明する。第15図や、既に説明した部分と同等の部分には
同一の参照符号を付して説明を省略する。
第15図を参照するに、本実施例による分布帰還形半導
体レーザでは２つのλ/4シフト領域115a,115bが、それ
ぞれ電極108aと109及び電極109と108bの間の隙間に略対
応して形成されている。複数のシフト領域115a,115bを
このように形成することにより、共振器103a中に形成さ
れる光強度の分布にピークが２個所現れ、電極109直下
における光強度分布を一様にすることができる。より具
体的に説明すると、かかる構成により、光強度分布のピ
ークPmaxには電極109に対応する程度の拡りが生じ、そ
のため、電極109に印加された変調信号による発振波長
の変調の効率が向上する。換言すれば、第15図の図の構
成を採用することにより、レーザダイオードの発振波長
を大きく変化させることが可能になる。λ/4シフト領域
115a,115bの位置はピークPmaxが電極109に対応した幅で
しかも十分な高さで現れるように選べばよく、上記の電
極108aと109あるいは電極108bと109の間の隙間に限定さ
れるものではない。
次に、本発明による分布帰還形半導体レーザの別の実
施例を第16図を参照しながら説明する。
先に説明した実施例においては、いずれも共振器103a
中における光分布が、回折格子102中にλ/4シフト領域1
15を形成することにより人工的に不均一化されている。
かかる構造においては、共振器103aの両端において最大
で中央において最小な光強度分布を有する副次モードに
よるレーザ発振が生じることがある。かかる副次モード
では発振光の波長は電極109に注入される変調信号にほ
とんど影響されないため、副次モードでの発振は可能な
限り抑制するのが好ましい。
第17図は、かかる副次モードの発振を抑制するのに効
果的な本発明第四実施例による半導体レーザを示す。第
16図を参照するに、本実施例では回折格子102の深さが
半導体レーザの長手方向に沿って、両端部L1で浅く、中
央部LCで深くなるように変化させられる。回折格子の深
さをこのように変化させることにより、共振器103aのＱ
値が端部L1,L2で小さくなるように変化する。その結
果、共振器両端部で大振幅を有する副次モードの発振を
効果的に抑止することができると同時に、共振器中央部
で大振幅を有する主モードの発振を促進することができ
る。
次に、共振器103a中で電極109直下の部分にのみ強く
て平坦な分布を有する光放射を形成するように構成され
た、本発明の分布帰還形半導体レーザの別の実施例につ
いて、第17図（Ａ），（Ｂ）を参照しながら説明する。
第17図（Ａ）を参照するに、本実施例においては回折
格子い102中に、電極109に対応して複数のλ/4シフト領
域115a,115b,115cが形成されており、これに伴って、第
17図（Ｂ）中に示すように主モードのレーザ発振が共振
器103a中に生じる。本実施例ではさらに、回折格子102
の深さが第17図（Ａ）に示すように、共振器両端部L1及
び電極109下部の中央部L3で浅く、両端部L1と中央部L3
の中間の中間部L2で大きくなるように変化させられる。
その際、共振器103aの両端部L1で回折格子の深さを浅く
することにより、光波と回折格子の相互作用の程度をあ
らわす結合定数が減少し、換言すれば両端部L1で共振器
103aのＱが減少し、両端部L1で最大振幅を有するような
副次モードにおけるレーザ発振が効果的に抑止される。
一方、電極109に対応する中央部分L3で回折格子102の深
さを減少させることにより、電極109に対応して形成さ
れる光強度分布のピークを電極109の下部において実質
的に平坦な形状になるように形成することが可能にな
る。
次に、深さが場所により変化する回折格子を半導体基
板上に形成する工程について、第18図（Ａ）〜（Ｅ）を
参照しながら説明する。
第18図（Ａ）の工程において、基板107上にはネガレ
ジスト181が塗布され、アルゴンあるいはヘリウム−カ
ドミウムレーザの干渉パターンにより回折格子が露光さ
れる。この露光の際、第14図に示したような位相シフト
板180が使われる。
次いで、第18図（Ｂ）の工程において、ネガレジスト
181をマスクとして基板101をわずかにエッチングして、
回折格子に対応した浅い凹凸を形成する。さらに、第18
図（Ｃ）の工程において、回折格子上の凹凸を浅くした
い部分にポジレジスト182を塗布する。
さらに、第18図（Ｄ）の工程において、基板101のう
ち、ポジレジストあるいはネガレジストで保護されてい
ない部分がより深くエッチングされ、レジスト181,182
を除去すると第18図（Ｅ）に示す回折格子が得られる。
第19図（Ａ）〜（Ｅ）は同様な回折格子を形成する別
の工程を示し、第19図（Ａ）の工程では第18図（Ａ）の
工程と同じく、基板101上に塗布されたネガレジスト181
に回折格子のパターンが露光され、第19図（Ｂ）の工程
で浅い回折格子を形成したい部分がポジレジスト182に
より保護される。
第19図（Ｃ）の工程で第１回目のエッチングを行い基
板101のうち、レジストによって保護されていない部分
に溝を形成する。次いで第19図（Ｄ）の工程でポジレジ
スト182が選択的に除去され、第19図（Ｅ）の工程で第
２回目のエッチングがなされる。その際、基板107表面
上の先にポジレジストで保護されていた部分には浅い溝
が形成される一方、先に形成されていた溝の深さは一層
深くなる。さらに、レジスト181を除去することによ
り、第19図（Ｆ）に示す所望の構造が得られる。
次に、本発明のさらに別の実施例を、第20図（Ａ），
（Ｂ）を参照しながら説明する。図中、先に説明した部
分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
本実施例では回折格子102が電極109直下の部分LCにお
いて完全に除去される。その結果、光共振器103a中の部
分LCにおいて生じる光分布の鋭いピークは平坦になり、
第20図（Ｂ）に示すような分布が得られる。このよう
に、回折格子102の一部を除去したような場合でも部分L
Cの両側の領域における反射のため、部分LCには十分な
光強度の集中が起る。従って、電極109に変調信号を印
加することにより、効率的な光ビームの周波数変調を行
うことが可能になる。
以上、本発明を実施例について説明したが、本発明は
以上の実施例に限定されるものではない。
〔発明の効果〕
本発明によれば、変調信号を活性層中に生じる光強度
分布が最大になる位置に対応して形成された電極に印加
することにより、レーザ発振波長を変調信号に応じて効
率的に変化させることができ、またレーザ発振波長の変
化に伴って生じる発振出力の変化を活性層中の光強度分
布が最小になる位置に対応して形成された電極に印加さ
れる駆動電流を制御することにより、抑止することが可
能となり、振幅が一定なコヒーレント光の周波数変調を
効率的に行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の原理説明図、 第２図（Ａ），（Ｂ）は本発明の第一実施例を示す図、 第３図は本発明の半導体レーザの駆動を説明する図、 第４図は従来技術と本発明の実施例との周波数変調効率
を比較して示す図、 第５図（Ａ），（Ｂ）は本発明の一実施例の分布帰還形
半導体レーザの特性を示す図、 第６図は波長可変で定出力動作可能な分布帰還形半導体
レーザの具体例を示す図、 第７図は波長可変で定出力動作可能な分布帰還形半導体
レーザの他の具体例を示す図、 第８図は電極長の比率による周波数可変範囲の変化を示
す図、 第９図（Ａ），（Ｂ）は本発明の第二実施例を示す平面
図及び斜視図、 第10図（Ａ）〜（Ｆ）は本発明第二実施例の分布帰還形
半導体レーザの製造工程を示す図、 第11図（Ａ），（Ｂ）は第10図の工程で使用する距形マ
スク及びかかる距形マスクにより得られる溝を示す図、 第12図（Ａ）〜（Ｃ）は本発明第二実施例の製造工程で
使用されるマスク形状を示す図、 第13図は第12図に示したマスクを使用して形成した溝の
形状を示す図、 第14図は1/4波長シフト領域を回折格子中に形成する方
法を説明する図、 第15図は1/4波長シフト領域を回折格子中に２個所有す
る実施例を示す図、 第16図は本モード及び副モードによる光強度分布、及び
副モードによる発振を抑制する構造を有する実施例を示
す図、 第17図（Ａ），（Ｂ）は副モードによる発振を抑制する
構造を有する別の実施例を示す図、 第18図（Ａ）〜（Ｅ）は深さが場所により異る回折格子
を形成する工程を示す図、 第19図（Ａ）〜（Ｆ）は深さが場所により異る回折格子
を形成する別の工程を示す図、 第20図（Ａ），（Ｂ）は光強度が最大になる位置に回折
格子を形成しない実施例を示す図、 第21図（Ａ），（Ｂ）は従来技術による強度変調光通信
を示す図、 第22図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は従来技術による埋込構
造単一電極の半導体レーザを示す図、 第23図は従来技術による多電極分布帰還形半導体レーザ
を示す図、 第24図は従来の分布帰還形半導体レーザの変調特性を示
す図である。 図において、 101は基板、 102は回折格子、 103は光導波層、 104は活性層、 105はメルトバック防止層、 106はクラッド層、 107a,107b,107cはコンタクト層、 108a,108b,109は電極部分、 110は電極、 111は反射防止膜、 112,113は埋込層、 114,114′は絶縁層、 115は1/4波長位相シフト領域、 120はマスク、 122は開口部、 141は溝、 142は電極分離領域、 180は石英板、 181,182はレジスト を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平1−235930 (32)優先日 平１(1989)９月12日 (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (56)参考文献 特開 昭61−283190（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−90883（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−231388（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/18

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】分布帰還形半導体レーザを使った波長可変
    コヒーレント光源であって、 該分布帰還形半導体レーザは、半導体基板（101）と、
    該半導体基板上に形成され光を導波する光導波層（10
    3）と、該半導体基板上の光導波層近傍に形成され、キ
    ャリアを注入され該キャリアの再結合に伴う誘導放出に
    より光を発生させる活性層（104）と、該活性層上に形
    成され、該活性層中の光を該活性層中に閉じ込めるクラ
    ッド層（106）と、該光導波層中に形成され該活性層中
    に形成された光を前後に反射する回折格子（102）と、
    該クラッド層上に形成され該活性層中にクラッド層を介
    してキャリアを注入する第１の電極（108a,108b,109）
    と、該基板上に形成され、該活性層中に該基板を介して
    キャリアを注入する第２の電極（110）とを備え、該第
    １の電極は、複数の、相互に離間した電極セグメントよ
    りなり、少なくとも第１の電極セグメント（109）は該
    活性層中に生じる光の強度分布が最大となる位置にキャ
    リアを注入するように設けられ、少なくとも一の第２の
    電極セグメント（108a,108b）は該活性層中に生じる光
    の強度分布が最小となる位置にキャリアを注入するよう
    に設けられており、 該第１の電極セグメント及び該第２の電極セグメントに
    は、それぞれ第１及び第２の注入電流が、該第１の注入
    電流が該第２の注入電流以下になるように供給され、 該第１の電極セグメントには、さらに変調信号が、該第
    １の注入電流に重畳されて供給されることを特徴とする
    波長可変コヒーレント光源。
  2. 【請求項２】該第１の電極セグメントに該第１の注入電
    流と、該第１の注入電流に重畳された該変調信号とを供
    給する第１の電流源手段と、 該第２の電極セグメントに該第２の注入電流を供給する
    第２の電流源手段と、 該分布帰還形半導体レーザの出力光ビームの強度を検出
    する検出手段とを更に備え、 該第２の電流源手段は、該検出手段の検出した該分布帰
    還半導体レーザの出力光ビームの強度に応じて、該出力
    光ビームの強度が一定になるように、該第２の注入電流
    を制御することを特徴とする、請求項１記載の波長可変
    コヒーレント光源。
  3. 【請求項３】該分布帰還形半導体レーザにおいて、該活
    性層および該光導波層は、該分布帰還形半導体レーザの
    長手方向に延在するメサ構造を形成し、該クラッド層は
    該メサ構造が該クラッド層中に埋設するように形成さ
    れ、 該メサ構造の両側には、複数の、各々該分布帰還形半導
    体レーザの長手方向に延在する溝が、該クラッド層表面
    から少なくとも該活性層および該光導波層の両側に達す
    るように、しかも該分布帰還形半導体レーザの長手方向
    に、相互に離間して形成されており、 該複数の相互に離間した電極セグメントは、該複数の溝
    に対応して形成されていることを特徴とする、請求項１
    または２記載の波長可変コヒーレント光源。
  4. 【請求項４】半導体基板（101）と、該半導体基板上に
    形成され光を導波する光導波層（103）と、該半導体基
    板上の光導波層近傍に形成され、キャリアを注入され該
    キャリアの再結合に伴う誘導放出により光を発生させる
    活性層（104）と、該活性層上に形成され、該活性層中
    の光を該活性層中に閉じ込めるクラッド層（106）と、
    該光導波層中に形成され該活性層中に形成された光を前
    後に反射する回折格子（102）と、該クラッド層上に形
    成され該活性層中にクラッド層を介してキャリアを注入
    する第１の電極（108a,108b,109）と、該基板上に形成
    され、該活性層中に該基板を介してキャリアを注入する
    第２の電極（110）とを備え、該第１の電極は、複数
    の、相互に離間した電極セグメントよりなり、少なくと
    も第１の電極セグメント（109）は該活性層中に生じる
    光の強度分布が最大となる位置にキャリアを注入するよ
    うに設けられ、少なくとも一の第２の電極セグメント
    （108a,108b）は該活性層中に生じる光の強度分布が最
    小となる位置にキャリアを注入するよに設けらた分布帰
    還形半導体装置を含み、該第１の電極セグメント及び該
    第２の電極セグメントには、それぞれ第１及び第２の注
    入電流が、該第１の注入電流が該第２の注入電流以下に
    なるように供給され、該第１の電極セグメントには、さ
    らに変調信号が、該第１の注入電流に重畳されて供給さ
    れる波長可変コヒーレント光源の製造方法であって、 該クラッド層表面から、複数の、各々が該分布帰還形半
    導体レーザの長手方向に延在する溝を、該各々の溝が該
    活性層および光導波層中に到達するように、また該複数
    の溝が該分布帰還形半導体レーザの長手方向に相互に分
    離するように形成する工程と、 該クラッド層表面及び該各々の溝表面を、絶縁層で覆う
    工程と、 該絶縁層のうち、一の溝と該長手方向上でこれに隣接す
    る溝との間に介在する各々の領域上に、該複数の相互に
    離間した電極セグメントに対応して、該クラッド層表面
    を露出する開口部を形成する工程と、 該絶縁層上に導体層を堆積する工程と、 該導体層をパターニングし、該各々の開口部において、
    該分布帰還形半導体レーザの長手方向に相互に離間し
    て、該電極セグメントを形成する工程とよりなることを
    特徴とする波長可変コヒーレント光源の製造方法。
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