JP3466826B2

JP3466826B2 - 利得優位な偏波モードの異なる複数種の活性層を持つ半導体光デバイス

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Publication number: JP3466826B2
Application number: JP20933296A
Authority: JP
Inventors: 誠一宮澤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-07-19
Filing date: 1996-07-19
Publication date: 2003-11-17
Anticipated expiration: 2016-07-19
Also published as: JPH1041587A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高速変調時におい
ても動的波長変動を抑えて直接変調方式での駆動が可能
な偏波スイッチングする半導体レーザ、および偏波無依
存の光増幅器等の半導体装置、その作製法等に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、発振偏波状態がＴＥとＴＭの間で
スイッチングする偏波スイッチング可能な動的単一モー
ド（ＤｙｎａｍｉｃＳｉｎｇｌｅＭｏｄｅ）半導体
レーザとして、特開平５−３１０５９２号明細書におい
て、小振幅のデジタル信号を注入電流に重畳することで
デジタル偏波変調を可能にする素子構造が提案されてい
る。これは、グレーティングからなる分布反射器を半導
体レーザ共振器内部に導入し、その波長選択性を利用す
る構造のＤＦＢレーザを用いたものであった。この提案
では、発振波長近傍の波長の光のＴＥ、ＴＭモードの両
方に対して、発振しきい値程度の注入条件下の利得をお
およそ同程度のものとする為に、活性層の量子井戸に歪
を導入したり、ブラッグ波長を利得スペクトルのピーク
よりも短波長側に設定したりしている。そして、複数の
電極を持つ構成とし、これらの複数の電極に対して不均
一に電流注入を行うものであった。この不均一注入によ
って共振器の等価屈折率を不均一に変化させるとき、Ｔ
ＥモードとＴＭモードのうちで、位相整合条件を満たし
て最低のしきい値利得となる波長と偏波モードで発振す
る。この際、不均一注入のバランスを僅かに変えること
で、位相条件の競合関係が変化して、発振波長と偏波モ
ードを変えることができるというものであった。

【０００３】このデバイスでは、光出力側と電流変調側
に対する不均一注入の効果を非対称に引き出す為には、
片面無反射コーティングとしたり、２つの電極の長さを
変えて構造的な非対称性を導入することが有効であっ
た。

【０００４】また、特開平２−１１７１９０号明細書に
おいて、マルクスクリスチャン・アマン等は、直列また
は並列に接続された２つの半導体装置からなり、その一
方は主として特定の偏光状態の波を発生または増幅し、
他方は主として別の偏光状態の波を発生または増幅し、
これらの半導体装置を１つの共同層または互いに平行す
る層に設けている半導体レーザ装置を提案している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来提案され
ていた位相条件で偏波モードを選択するＤＦＢ系の偏波
スイッチングレーザでは、発振モードの選択が端面位相
に敏感であった。その為に、デバイスの発振波長や偏波
モードの注入条件依存性の複雑な振る舞いや、デバイス
間での偏波モードの特性のばらつきが生じていた。この
点を改良するべく両側の端面に無反射コーティングを施
すことも考えられるが、こうすると、デバイスの導波方
向の非対称性が弱くなり、不均一注入の効果が弱まっ
て、安定した偏波スイッチングが得られないという問題
点があった。

【０００６】また、マルクスクリスチャン・アマン等に
よる提案においては、幾何学的形状の選定によって特定
の偏波状態の波を発生または増幅するものとしているの
であり、リッジ作成時のエッチング深さ、リッジ幅のプ
ロセス上のばらつきに、分留まりが左右されるという問
題点があった。

【０００７】従って、本発明の目的は、上記問題点を解
決する為、それぞれにＴＥ／ＴＭ利得を持った構造を提
供することにより安定して偏波変調を実現する偏波変調
レーザ等の半導体光デバイス、その製法等を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決する為の手段】上記目的を達成する為、本
出願にかかわる第１の発明は、半導体レーザ構造を有す
る半導体光デバイスであって、第１の領域及び第２の領
域は夫々第１の活性層と第２の活性層を有しており、第
２の活性層は第１、第２の領域において厚さが等しく、
第１の活性層は第１の領域と第２の領域間において厚さ
が異なり、第１の活性層はＴＥ、ＴＭ何れか一方の利得
が優位で、第２の活性層はもう一方の利得が優位である
ことを特徴とする半導体光デバイスである（請求項１に
対応する）。この構成は、例えば、ＴＥ、ＴＭそれぞれ
の利得を有する２つ以上の活性層を持つ構造にあって、
ＴＥまたはＴＭいずれか一方の利得が優位な第１の活性
層を形成した後に一部を除去し、続いてもう一方の偏波
利得を有する第２の活性層を第１の活性層上に形成した
ものである。第１実施例、第３実施例等に示す。

【０００９】本出願にかかわる第２の発明は、更に、グ
レーティングなどの波長選択機構を有する（請求項２に
対応する）。これにより、発振波長、フィルタリング波
長等を選択でき、安定して単一モードで発振するレー
ザ、波長透過特性に優れた偏波無依存光増幅器などが実
現できる。第１実施例等に示す。

【００１０】本出願にかかわる第３の発明は、前記第２
の領域において、第１の活性層が第２の活性層よりもｐ
側領域に近いことを特徴とする（請求項３に対応す
る）。これにより、必要に応じたＴＥ／ＴＭ利得特性を
持った構造を歩留まり良く実現できる。第１実施例等に
示す。

【００１１】本出願にかかわる第４の発明は、第１の発
明における活性層内にドーピングしていることを特徴と
する半導体装置である。すなわち、一方の利得モードを
有する活性層、または両方の活性層の少なくとも一部に
不純物がドーピングされている（請求項４に対応す
る）。第２実施例に示す。

【００１２】本出願にかかわる第５の発明は、第１の活
性層を一様に形成した後に第１の活性層を徐去し、その
上に第２の活性層を積層する事により利得制御を行った
ことを特徴とする半導体装置である。すなわち、基板側
から見て第１の活性層の上に第２の活性層が積層されて
いる（請求項５に対応する）。第１実施例等に示す。

【００１３】本出願にかかわる第６の発明は、第２の活
性層を一様に形成し、第１の活性層を徐去する事により
利得制御を行ったことを特徴とする半導体装置である。
すなわち、基板側から見て第２の活性層の上に第１の活
性層が積層されている（請求項６に対応する）。第３実
施例に示す。

【００１４】本出願に関わる第７の発明は、第１の発明
における基板側の活性層の下層にＩｎＰなどが形成され
ていることを特徴とする半導体装置である。すなわち、
基板側にある活性層に基板側の面に接して、エッチング
ストップ層が形成されていることを特徴とする（請求項
７に対応する）。第４実施例に示す。

【００１５】本出願に関わる第８の発明は、第１の発明
における第１の活性層と第２の活性層間に、ＩｎＰ膜が
形成されていることを特徴とする半導体装置である（請
求項８に対応する）。第５実施例に示す。

【００１６】

【００１７】本出願に関わる第９の発明は、上記の半導
体光デバイスの作製法であって、第１の活性層および第
２の活性層を形成する工程において、第１の領域および
第２の領域に第１の活性層を形成した後、第１の領域に
おいて第１の活性層を少なくとも一部除去し、そしてそ
の後、第１の領域および第２の領域に第２の活性層を形
成することを特徴とする半導体光デバイス作製法である
（請求項９に対応する）。第２の活性層は全領域に積層
するのみであるので、ＴＥ／ＴＭ領域を別々に独立に設
ける場合に比べ、工程数が少なくて済む。第１実施例等
に示す。

【００１８】本出願に関わる第１０の発明は、上記の半
導体光デバイスの作製法であって、第１の活性層および
第２の活性層を形成する工程において、前記第１の領域
および第２の領域に第２の活性層を形成し、続いて第１
の領域および第２の領域に第１の活性層を形成した後、
第１の領域において、第１の活性層を少なくとも一部除
去することを特徴とする半導体光デバイス作製法である
（請求項１０に対応する）。第２の活性層は全領域に積
層するのみであるので、ＴＥ／ＴＭ領域を別々に独立に
設ける場合に比べ、工程数が少なくて済む。第３実施例
に示す。

【００１９】本出願にかかわる第１１の発明は、前記第
１活性層および第２の活性層を形成する工程の前に、波
長選択機構を形成する（請求項１１に対応する）。これ
により、発振波長、フィルタリング波長等を選択でき、
安定して単一モードで発振するレーザ、波長透過特性に
優れた偏波無依存光増幅器などが実現できる。第１実施
例等に示す。

【００２０】本出願に関わる第１２の発明は、前記第１
活性層および第２の活性層を形成する工程の前に、エッ
チングストップ層を形成することを特徴とする（請求項
１２に対応する）。第４実施例に示す。

【００２１】本出願に関わる第１３の発明は、前記第１
活性層および第２の活性層を形成する工程において、一
方の活性層の中にエッチングストップ層を形成すること
を特徴とする（請求項１３に対応する）。部分的にエッ
チングされる活性層の厚さの量を有効に調整できる。

【００２２】本出願に関わる第１４の発明は、前記第１
活性層および第２の活性層を形成する工程において、第
１の活性層と第２の活性層間に、ＩｎＰ膜を形成するこ
とを特徴とする（請求項１４に対応する）。第５実施例
に示す。

【００２３】本出願に関わる第１５の発明は、上記の偏
波変調半導体レーザとして構成された半導体デバイス
と、該半導体デバイスから出射する光の内、ＴＥとＴＭ
の２つの偏波モードの一方の発振による光のみを取り出
す偏光子などの偏光選択手段とから成ることを特徴とす
る光源装置である（請求項１５に対応する）。これによ
り、高速変調時でもチャーピングの少ない強度変調信号
が得られる。第６実施例に示す。

【００２４】本出願に関わる第１６の発明は、上記の偏
波変調半導体レーザとして構成された半導体デバイス
と、該半導体レーザから出射する光の内、ＴＥとＴＭの
２つの偏波モードの一方の発振による光のみを取り出す
偏光子などの偏光選択手段とから成る光源装置を備えた
光送信機、前記偏光選択手段によって取り出された光を
伝送する伝送手段、及び前記伝送手段によって伝送され
た光を受信する光受信機から成ることを特徴とする光通
信システムである（請求項１６に対応する）。第６実施
例に示す。

【００２５】本出願に関わる第１７の発明は、前記光受
信機が上記の偏波無依存光増幅器として構成された半導
体デバイスから成ることを特徴とする（請求項１７に対
応する）。

【００２６】本出願に関わる第１８の発明は、上記の偏
波変調半導体レーザとして構成された半導体デバイス
と、該半導体レーザから出射する光の内、ＴＥとＴＭの
２つの偏波モードの一方の発振による光のみを取り出す
偏光子などの偏光選択手段とから成る光源装置を用い、
所定のバイアス電流に送信信号に応じて変調された電流
を重畳して前記半導体レーザに供給することによって、
前記偏光選択手段から送信信号に応じて強度変調された
信号光を取り出し、この信号光を光受信機に向けて送信
することを特徴とする光通信方法である（請求項１８に
対応する）。

【００２７】

【発明の実施の形態】

第１実施例本発明の第１実施例を図１、図２を用いて説明する。図
１は分布帰還（ＤＦＢ）型半導体レーザの構成を示して
いる。図１の導波方向断面図において、１は基板である
ところのｐ型ＩｎＰである。この基板１に干渉露光を用
いて、１１に示すピッチ２４００Åの回折格子を形成す
る。この波長選択機構である回折格子１１により、発振
波長を選択でき、安定して単一モードで発振するレーザ
が実現できる。

【００２８】この回折格子１１を有した基板１に半導体
レーザ構造を成長する。すなわち、２は１．１５μｍの
バンドギャップ波長を有するｕｎｄｏｐｅｄＩｎＧａ
ＡｓＰ下部光ガイド層であり、厚みは０．１５μｍとし
ている。この上に、３に示す第１の活性層を一様に成長
する。この活性層３はＴＥ利得が優位になる様に、井戸
層にＩｎＧａＡｓの圧縮歪みを入れる。成長は第１活性
層３の成長が終わった段階で中断し、通常のホトリソ工
程により一部の第１活性層３を取り除く。エッチング液
は硫酸と過酸化水素と水を１：１：１０の割合で配合
し、エッチング量は時間で調整した。図１において、３
の第１活性層の厚さは共振器方向で異なり、８の領域で
は成長したままの状態であり、７の領域では第１の活性
層がない。

【００２９】この基板上に２回目の成長を行う。４は第
２の活性層であり、ＴＭモードが優位となるように井戸
層に引っ張り歪みを入れた構成である。続いて、５のＩ
ｎＧａＡｓＰ上部光ガイド層を１０００Å成長し、１．
１５μｍの発光波長を示す構成としている。更に、６は
上部クラッドであるＳｉｄｏｐｅｄＩｎＰ及びキャ
ップ層であるＳｉｄｏｐｅｄＩｎＧａＡｓを示して
いる。ＳｉｄｏｐｅｄＩｎＰクラッドのキャリアは
１×１０¹⁸ｃｍ^-3ドーピングし、厚みは１．４μｍとし
た。ＳｉｄｏｐｅｄＩｎＧａＡｓキャップ層の場合
は、キャリアを３×１０¹⁸ｃｍ^-3ドーピングし、厚みを
０．３μｍとして、成長を終了している。この成長膜
は、幅４μｍのリッジ型導波路型レーザに加工され、ｎ
側の上面電極９、１０をＡｕ／ＡｕＧｅにより形成し、
Ａｕ／Ｃｒによりｐ側の基板１の裏面にも電極（不図
示）を形成する。この後、へき開面による反射を防ぐ為
に端面に無反射コーティング（不図示）を設けている。

【００３０】次に、図２を用いて、図１の活性層領域８
の詳細な構成とキャリアの振る舞いについて説明する。
図２において左側が基板１側である。図２中、３はＴＥ
利得を有する第１の活性層であり、４はＴＭ利得を有す
る第２活性層である。第１活性層３は、ＴＥ利得が優位
になる様にＩｎＧａＡｓ井戸層１４に圧縮歪みを＋０．
５％入れており、発光波長が１．５５μｍに合う様に構
成している。この井戸層１４とＩｎＧａＡｓＰ障壁層１
５（厚さ１００Å）を４層交互に積層して第１活性層３
とする。全体の厚みは約７００Å程度となる。

【００３１】一方、４は第２の活性層で、ＴＭモードが
優位となるように井戸層に引っ張り歪みを−１．０％入
れたＩｎＧａＡｓ膜１７（厚さ１００Å）とＩｎＧａＡ
ｓＰバリア層１６（厚さ１００Å）により成り、発光波
長が１．５５μｍに合うように構成されている（井戸の
厚さ等を調整する）。この第１活性層３と第２活性層４
の間に、１８に示すＩｎＧａＡｓＰ層が形成される。こ
のＩｎＧａＡｓＰ膜１８中に、第１活性層３と第２活性
層４の再成長界面が形成される。

【００３２】この構成におけるキャリアの振る舞いにつ
いて説明する。ｎ側（キャップ層側）から注入される電
子は拡散距離も長く、伝導帯の障壁も低いことから、５
１に示す様に第１活性層領域３、及び第２活性層領域４
に均一に供給される。一方、ｐ側（基板１側）のホール
は価電子帯の障壁が高いことと、ホール自体の拡散距離
が短い為、第２の活性層領域４に供給されるホールキャ
リア５３の量は少ない。そして、５２の示す様に、主に
ホールキャリアはｐ型領域に近い第１活性層３に供給さ
れることとなる。よって、図１の第２の領域８は第１活
性層３と第２活性層４を積層した構成になっているが、
主に第１活性層３の利得が強くなりＴＥ利得が優位とな
る。

【００３３】一方、図１の第１の領域７は第２活性層４
のみである為ＴＭモードの利得を発生する。

【００３４】上面電極９、１０は、主にＴＭの利得を持
つ７の第１の領域とＴＥ／ＴＭ両方の利得を有する８の
第２の領域に独立に電流を供給することを目的として、
分離されている。第１の領域７の電極９の電流を増加さ
せると主にＴＭモードが優位となり、第２の領域８の電
極１０に電流を注入すると、先にも説明した様に、ＴＥ
モードの利得が優位に発生する。本実施例の構成は、こ
れらの電極９、１０に供給する電流を調整することによ
り、共振器全体でのＴＥおよびＴＭモードの利得を調節
し、ＴＥ／ＴＭモードの切り換えを安定に行うものであ
る。

【００３５】この構成の利点は、ＴＥ／ＴＭ発振の切り
換えを安定に実現できることと、従来の共振器方向にＴ
Ｅ／ＴＭ領域を別々に独立に設ける場合に比べ、工程数
が少ないことが上げられる。

【００３６】本実施例では、基板１にｐ型を利用したが
ｎ型を利用してもよい（後述の第４、第５実施零参
照）。この場合、第２の活性層４がｐ型領域に近くなる
ので、第２の領域８でも第２の活性層４の利得が強くな
る。従って、第１、第２の領域７、８で夫々別の偏波モ
ードが優位となる様に、第１、第２の活性層３、４の利
得優位状態を調整する必要がある。

【００３７】また、本実施例ではｐ側に近い第１活性層
３に、ＴＥモード利得を有する活性層を設け、ｐ側から
遠い第２活性層４にＴＭモードを設けたが、この構成が
逆でもよい。つまり、第１活性層にＴＭモード利得の大
きな構成を、第２活性層にＴＥモード利得の大きな構成
を配置しても、本発明を実現することができる。

【００３８】また、本実施例では第１の領域７の第１活
性層３を総て除去したが、必ずしも総て除去する必要は
なく、一部残し別の利得を持たせる構成も考えられる。
即ち、第１活性層３は領域７、８で厚さが異なるが、第
２活性層４は領域７、８で厚さが同じになる様にしても
よい。

【００３９】第２実施例本発明の第２実施例を図３、図４を用いて説明する。第
１実施例においても説明した様に、第１活性層と第２活
性層を積層したとしてもホールキャリアの拡散長の関係
から、ｐ側から離れた活性層の利得が得にくい。本実施
例では、第１活性層と第２活性層のバリア層のみにｐ型
のキャリアをドーピングすることにより、ｐ側から離れ
た第２活性層へのキャリアの流れ込みを促進し、第２活
性層の利得を増加させた構成にしている。

【００４０】レーザの構成を図３に示す。基本的には図
１に示したものと同様であるが、活性層付近のみ構成が
異なる。図３において、７１は基板であるところのｐ型
ＩｎＰである。この基板７１に、干渉露光を用いて、８
１に示すピッチ２４００Åの回折格子を形成する。この
回折格子８１を有した基板７１に半導体レーザ構造を成
長する。すなわち、７２は１．１μｍのバンドギャップ
波長を有するｕｎｄｏｐｅｄＩｎＧａＡｓＰ下部光ガ
イドである。その厚みは０．１０μｍとしている。この
上に、７３に示す第１の活性層を一様に成長する。第１
活性層７３の成長が終わった段階で成長を中断し、通常
のホトリソ工程により第１活性層７３の一部を取り除
く。エッチングは第１実施例と同様である。すなわち、
図３において、７３の第１活性層の厚さは共振器方向で
異なり、７８の第２の領域では成長したままの状態で、
７７の第１の領域では第１の活性層７３を取り除いてい
る。

【００４１】この基板上に２回目の成長を行う。すなわ
ち、７４は第２の活性層である。続いて、７５のｕｎｄ
ｏｐｅｄＩｎＧａＡｓＰ上部光ガイド層を１０００Å
成長する。１．１μｍの発光波長を示す組成としてい
る。更に、７６は、上部クラッドであるＳｉｄｏｐｅ
ｄＩｎＰと、キャップ層であるＳｉｄｏｐｅｄＩ
ｎＧａＡｓであり、ここで成長を終了している。

【００４２】活性層７３、７４付近の詳細な構成を図４
に示す。図４において、７３は第１活性層の構成であ
り、７４は第２活性層の構成である。第１活性層７３
は、無歪みｕｎｄｏｐｅｄＩｎＧａＡｓ井戸層８５
（厚み６０Å）を４層と、無歪みＢｅｄｏｐｅｄＩ
ｎＧａＡｓＰバリア層８４（厚さ１００Å）により構成
されている。Ｂｅのドーピング量は、５×１０¹⁷ｃｍ^-3
としている。一方、７４に示す第２活性層は、引っ張り
歪みｕｎｄｏｐｅｄＩｎＧａＡｓ井戸層８２（厚み１
００Å）を３層と、無歪みのＢｅｄｏｐｅｄＩｎＧ
ａＡｓＰバリア層８３（厚さ１００Å）により形成し
た。ここで、８６は第１活性層７３と第２活性層７４を
分離しているバリアである。この層８６内に再成長界面
が形成されている。

【００４３】ホールキャリアの供給について説明する。
図４の第１活性層７３、第２活性層７４とも、Ｂｅがド
ーピングされていることから、価電子帯にホールキャリ
アが存在する。よって、第１活性層７３、第２活性層７
４とも比較的均一なホールキャリアの供給が実現でき
る。活性層の光学利得は、ｐ側に近い為に第１活性層７
３が僅かに強くなるが、第１活性層７３と第２活性層７
４の利得は均衡し、ＴＥモード利得とＴＭ利得モードが
競合した状態が形成される。

【００４４】最後に、この２つの活性層７３、７４を積
層した第２の領域７８と、第２の活性層７４のみ積層し
た第１の領域７７を共振器に直列に形成し、各々に電極
８０、７９を形成し、独立に電流を注入できる構成を作
製した。

【００４５】図３において、電極８０に電流を流すとＴ
Ｅモードが僅かに強くＴＥ／ＴＭモードが均衡した利得
が得られる。この利得差は、第１実施例で示したドーピ
ングの無い活性層構成に比較して遥かに小さい。この状
態で、電極７９に電流を流すと僅かなキャリアの変化で
ＴＥ／ＴＭモードのスイッチングが可能となる。

【００４６】ここで、第１活性層７３と第２活性層７４
より発生する利得の差を制御する方法としては、Ｂｅの
ドーピングの範囲を、第１の活性層７３にのみ制限する
方法がある。また、ドーピングするＢｅの濃度を第１活
性層７３と第２活性層７４とで異ならせる等の制御を施
し、初期的に存在するホールキャリアの量をコントロー
ルする事により、利得差を制御する方法でもよい。ま
た、図４の８６に示す第１活性層７３と第２活性層７４
を分離しているバリア層の厚さをコントロールすること
により、ｐ側から第２活性層７４へ流れるキャリアをコ
ントロールして利得を制御する方法もある。

【００４７】第３実施例本発明の第３実施例は、第２の活性層を加工せず、後か
ら積層する第１の活性層の厚さを制御することによりＴ
Ｅ／ＴＭモード利得を制御した方法を、位相調整領域を
有する分布帰還型レーザに使用したものである。この場
合について図５（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。

【００４８】まず作製法について説明する。図５（ａ）
において、１２０は基板であるｎ型ＩｎＰである。１２
１は、この基板１２０に２光束干渉露光系により形成し
た２３９０Åのピッチを持った回折格子である。１２２
は下部光ガイド層である０．２μｍ厚に形成されたｕｎ
ｄｏｐｅｄＩｎＧａＡｓＰである。１２３は第２の活
性層である（本実施例では、特許請求の範囲で述べる第
２の活性層が第１の活性層より先に積層される）。この
第２活性層１２３は、ＴＭモードの利得を優位にする為
に、引っ張り歪みを入れたｕｎｄｏｐｅｄＩｎＧａＡ
ｓＰ井戸層（厚さ１００Å）とバリア層Ｂｅｄｏｐｅ
ｄＩｎＧａＡｓＰ（厚さ１００Å）を３周期形成して
成る。

【００４９】続いて、１２４に示す第１活性層を形成す
る。この第１活性層１２４は、ＴＥモードの利得を優位
にする為に、圧縮歪みを入れたｕｎｄｏｐｅｄＩｎＧ
ａＡｓＰ井戸層（厚さ５０Å）とバリア層Ｂｅｄｏｐ
ｅｄＩｎＧａＡｓＰ（厚さ１００Å）の５周期構成と
なっている。続いて、１２４の第１活性層の一部を徐去
する。図５（ｂ）において、１２５が第１活性層１２４
を徐去した領域である。

【００５０】続いて、図５（ｃ）の２１６に示す様に、
第２活性層１２３及び第１活性層１２４を除去した位相
調整領域を形成する。この後は、図５（ｄ）に示す様
に、１２９の上部光ガイド層であるＢｅｄｏｐｅｄ
ＩｎＧａＡｓＰを０．２μｍ形成し、続いて、１３０に
示す上部クラッドであるＢｅｄｏｐｅｄＩｎＰとキ
ャップ層であるＢｅｄｏｐｅｄＩｎＧａＡｓＰを形
成する。ＢｅｄｏｐｅｄＩｎＰ上部クラッドのキャ
リアは１×１０¹⁸ｃｍ^-3ドーピングし、厚みは１．４μ
ｍとする。ＢｅｄｏｐｅｄＩｎＧａＡｓキャップ層
の場合は、キャリアを１×１０¹⁹ｃｍ^-3ドーピングして
厚みを０．３μｍとし、成長を終了している。この後、
図５（ｄ）に示す様に、電極分離溝１３４を形成し、各
電極１３１、１３２、１３３間のクロストークを低減す
る。

【００５１】このデバイスの動作について説明する。活
性層領域（最も右側の領域）の第２活性層１２３、第１
活性層１２４間のバリアにはＢｅがドーピングされてい
る為、第２活性層１２３、第１活性層１２４から発生す
る利得は、各活性層の厚みとｐ側との距離により優位な
モードが選択されると考えられる。

【００５２】電極１３１の領域は第２活性層１２３のみ
である為、ＴＭモードが優位となる。一方、１３３の電
極に電流を注入すると、ほぼ活性層１２３、１２４の厚
みは同様であるからｐ側に近い第１活性層１２４のＴＥ
モード利得が優位となる。これら電極１３１、１３３に
流す電流によりＴＥモード、ＴＭモードの利得を均衡さ
せ、１３２の位相調整領域の電極に電流を流し、僅かな
電流の変化でＴＥモード発振、ＴＭモード発振を選択す
ることが可能となる。

【００５３】本実施例のメリットは、再成長界面が第２
活性層１２３、第１活性層１２４の中央に形成されない
点にある（第１活性層１２４まで成長して、その後エッ
チングして再成長をするからである）。第１実施例にお
いては、再成長界面が両活性層の中央に形成される為、
発光効率が低下する場合もある。本構成においては発光
効率の低下が生じる頻度を下げることが可能となる。

【００５４】第４実施例本発明の第４実施例は、活性層に隣接してＩｎＰを形成
しエッチングストップ層として利用し、再現性のよい偏
波変調レーザの作製法を実現した構成を示したものであ
る。

【００５５】まず、作製法について説明する。図６
（ａ）において、１４１は基板であるｎ型ＩｎＰであ
る。１５１は基板１４１上に形成されたピッチ２３８０
Åのグレーティングである。１４２は下部光ガイド層で
ある２μｍ形成したｕｎｄｏｐｅｄＩｎＧａＡｓＰであ
る。１４３はエッチングストップを行う為に０．０１μ
ｍ形成したＩｎＰ層である。１４４は第１活性層であ
る。この第１活性層１４４は、ＴＭモードの利得を優位
にする為に引っ張り歪みを入れたＩｎＧａＡｓＰ井戸層
とバリア層ＩｎＧａＡｓＰを形成して成る。

【００５６】続いて、通常のフォトリソ工程により第１
活性層１４４を除去する。図６（ｂ）において、１４５
はフォトレジストである。このレジスト１４５をマスク
として第１活性層１４４を取り除く。この時、エッチャ
ントとしては硫酸：過酸化水素水：水＝３：１：１を用
いて行っている為、場合によっては、１４２のＩｎＧａ
ＡｓＰ膜により形成されている下部光ガイド層をエッチ
ングすることがある。これを避ける為に、１４３のＩｎ
Ｐエッチングストップ層を形成した。ＩｎＰ層１４３は
硫酸系エッチャントに対して耐食性が強く、殆どエッチ
ングされず、制御性のよい加工が可能となる。エッチン
グが終了した後、１４５のレジストを除去し、再成長に
入る。

【００５７】すなわち、１４６に示す第２活性層を形成
する。この第２活性層１４６は、たとえば、無歪みｕｎ
ｄｏｐｅｄＩｎＧａＡｓ井戸層と、無歪みＢｅｄｏ
ｐｅｄＩｎＧａＡｓＰバリア層により構成されてい
る。更に、図６（ｃ）において、１４７は上部光ガイド
層である０．１μｍ形成したＢｅｄｏｐｅｄＩｎＧ
ａＡｓＰであり、続いて１４８は上部クラッドであるＢ
ｅｄｏｐｅｄＩｎＰとキャップ層であるＢｅｄｏ
ｐｅｄＩｎＧａＡｓを示している。上部クラッドであ
るＢｅｄｏｐｅｄＩｎＰのキャリアは１×１０¹⁸ｃ
ｍ^-3ドーピングし、厚みは１．４μｍとした。キャップ
層であるＢｅｄｏｐｅｄＩｎＧａＡｓの場合は、キ
ャリアを１×１０¹⁹ｃｍ^-3ドービングし厚みを０．３μ
ｍとして、成長を終了している。この後、電極を分離し
電極１４９、１５０を形成する。

【００５８】動作は第１実施例で説明したものと同様で
あるが、１４３のエッチングストップ層を入れることに
より、安定した加工が実現できた。よって、より安定に
ＴＥ利得を有する領域とＴＭ利得を有する領域を形成す
ることができ、歩留まりが向上した。尚、エッチングス
トップ層を活性層の中に入れ、部分的にエッチングされ
る活性層の厚さの量を調整することも有効な手段であ
る。

【００５９】本実施例の場合、第１と第２の領域の両方
にある第２の活性層１４６がｐ型領域に近くなるので、
図６の右側の第２の領域でも第２の活性層１４６の利得
が若干強くなる。従って、第１、第２の領域で夫々別の
偏波モードが優位となる様に、第１、第２の活性層１４
４、１４６の利得優位状態を調整する必要がある。

【００６０】第５実施例第５の実施例について記述する。本実施例は、第１の活
性層上に薄いＩｎＰ層を設ける事により第１の活性層と
第２の活性層の再成長界面を改善した構成を有する。

【００６１】本実施例の構成について説明する。図７
（ａ）において、１６１は基板であるｎ型ＩｎＰであ
る。１６２は周期を２４００Åに形成したグレーティン
グである。１６３は下部光ガイド層である０．１５μｍ
厚に形成したｕｎｄｏｐｅｄＩｎＧａＡｓＰである。
１６４はエッチングストップを行うＩｎＰ層（厚さ１０
０Å）である。１６５は第１活性層である。この第１活
性層１６５は、ＴＭモードの利得を優位にする為に引っ
張り歪みを入れたＩｎＧａＡｓＰ井戸層とＩｎＧａＡｓ
Ｐバリア層で形成して成る。１６６は、再成長時の界面
状態を良好にする為に形成したＩｎＰ膜（厚さ８０Å）
である。ここまでで１回目の成長を終了する。

【００６２】続いて、このサンプルを加工する。１６６
のＩｎＰと１６５の第１活性層の一部（左側領域）を除
去する。図７（ｂ）において、１６７はフォトレジスト
である。このレジスト１６７をマスクとして、まず最初
にＩｎＰ層１６６を塩酸：水＝１：１０のエッチャント
でエッチングする。エッチング時間は１０秒である。下
層となる第１活性層１６５が塩酸系エッチャントには殆
ど腐食されない為、さらに時間をかけても問題はない。
続いて、１６５の第１活性層を除去する。エッチャント
としては硫酸：過酸化水素水：水＝１：１：１０を用い
て行った。第４実施例でも述べた様に、第１活性層１６
５の下層にあるＩｎＰ層１６４が硫酸系エッチャントに
対して耐食性が強い為、エッチングは第１活性層１６５
の下面で再現性良く停止する。この工程により、１６８
に示す様に第１活性層１６５の無い第１の領域が形成さ
れる。

【００６３】エッチングが終了した後、１６７のレジス
トを除去し、全ての領域において最上面にＩｎＰ層１６
４、１６６を出し、再成長に入る。一般的に、ＩｎＧａ
ＡｓＰ上に再成長すると、ＩｎＧａＡｓＰの元素による
酸化状態が異なる為、部分的に酸化物が残ったり、完全
に取り去る温度にすると再成長時のＡｓ、Ｐ抜けなどが
発生し、欠陥が導入される可能性が高い。これに比較
し、ＩｎＰは酸化しても酸化膜が均一に取れ、Ｐを十分
に供給することにより元素の抜けも改善される。よっ
て、再成長時には、１６４と１６６に示すＩｎＰが最上
面に形成される様な構成にしている。

【００６４】再成長の構成を図７（ｃ）に示す。１６９
に示す第２活性層を形成する。この第２活性層１６９
は、例えば、無歪みｕｎｄｏｐｅｄＩｎＧａＡｓ井戸
層と、無歪みＢｅｄｏｐｅｄＩｎＧａＡｓＰバリア
層により構成されている。１９０は上部光ガイド層であ
るＢｅｄｏｐｅｄＩｎＧａＡｓＰで、０．１μｍ形
成する。続いて、層１９１を形成する。層１９１は、上
部クラッドであるＢｅｄｏｐｅｄＩｎＰとキャップ層
であるＢｅｄｏｐｅｄＩｎＧａＡｓから成る。Ｂｅ
ｄｏｐｅｄＩｎＰ上部クラッドのキャリアは１×１
０¹⁸ｃｍ^-3ドーピングし、厚みは１．４μｍとする。Ｂ
ｅｄｏｐｅｄＩｎＧａＡｓキャップ層の場合は、キ
ャリアを１×１０¹⁹ｃｍ^-3ドーピングし、厚みを０．３
μｍとして、成長を終了している。この後、電極を分離
し電極１９２、１９３を形成する。

【００６５】動作は第１実施例で説明したものと同様で
あるが、１６６のＩｎＰ膜を入れることにより欠陥の少
ない再成長界面が形成できた。よって、良好な再成長界
面を確保することができ、半導体レーザの低しきい電流
密度化が実現した。

【００６６】本実施例の場合も、第１と第２の領域の両
方にある第２の活性層１６９がｐ型領域に近くなるの
で、図７の右側の第２の領域でも第２の活性層１６９の
利得が若干強くなる。従って、第１、第２の領域で夫々
別の偏波モードが優位となる様に、第１、第２の活性層
１６５、１６９の利得優位状態を調整する必要がある。

【００６７】ところで、上記各実施例で、各電極に発振
しきい値以下の適当な電流を注入してＴＥ／ＴＭ両方の
モードが拮抗した状態を作り出し、各実施例を偏波無依
存光増幅器として機能させることもできる。

【００６８】第６実施例図８に、本発明による半導体デバイスを波長多重光ＬＡ
Ｎシステムに応用する場合の各端末に接続される光−電
気変換部（ノード）の構成例を示し、図９、図１０にそ
のノード７０１を用いた光ＬＡＮシステムの構成例を示
す。

【００６９】外部に接続された光ファイバ７００を媒体
として光信号がノード７０１に取り込まれ、分岐部７０
２によりその一部が波長可変光フィルタ等を備えた受信
装置７０３に入射する。この受信器７０３により所望の
波長の光信号だけ取り出して信号検波を行う。これを制
御回路で適当な方法で処理して端末に送る。この受信器
７０３に、上記実施例の偏波無依存光増幅器を用いても
よい。一方、ノード７０１から光信号を送信する場合に
は、上記実施例の偏波変調半導体レーザ７０４を信号に
従って制御回路で適当な方法で駆動し、偏波変調して、
偏光板７０７（これにより偏波変調信号が振幅強度変調
信号に変換される）を通して（更にアイソレータを入れ
てもよい）出力光を合流部７０６を介して光伝送路７０
０に入射せしめる。また、半導体レーザ及び波長可変光
フィルタを２つ以上の複数設けて、波長可変範囲を広げ
ることもできる。

【００７０】光ＬＡＮシステムのネットワークとして、
図９に示すものはバス型であり、ＡおよびＢの方向にノ
ード８０１〜８０５を接続しネットワーク化された多数
の端末及びセンタ８１１〜８１５を設置することができ
る。ただし、多数のノードを接続するためには、光の減
衰を補償するために光増幅器を伝送路８００上に直列に
配することが必要となる。また、各端末８１１〜８１５
にノード８０１〜８０５を２つ接続し伝送路を２本にす
ることでＤＱＤＢ方式による双方向の伝送が可能とな
る。また、ネットワークの方式として、図９のＡとＢを
つなげたループ型（図１０に示す）やスター型あるいは
それらを複合した形態等のものでも良い。

【００７１】図１０において、９００は光伝送路、９０
１〜９０６は光ノード、９１１〜９１４は端末である。

【００７２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
以下の様な効果が奏される。

【００７３】ＴＥまたはＴＭ何れか一方の利得が優位な
第１の活性層を形成した後に一部を除去し、続いてもう
一方の偏波利得を有する第２の活性層を第１の活性層上
に形成した構成、或はＴＥまたはＴＭ何れか一方の利得
が優位な第２の活性層及びもう一方の偏波利得を有する
第１の活性層を形成した後に第１の活性層の一部を除去
した構成の発明により、面内に独立にＴＥモード利得、
及びＴＭモード利得を有した領域が形成でき、安定した
ＴＥ／ＴＭ偏波変調、偏波無依存光増幅機能等が実現で
きる。

【００７４】また、活性層内にドーピングする発明によ
り、ＴＥ／ＴＭ利得を均衡させることができ、より僅か
な電流の変化によりＴＥモード／ＴＭモードの偏波変
調、偏波無依存光増幅機能等が実現できる。

【００７５】また、再成長界面を活性層の中心に形成し
ない発明により、発光効率の良いＴＥモード／ＴＭモー
ドの偏波変調、増幅効率の良い偏波無依存光増幅機能等
が実現できる。

【００７６】また、基板側の活性層の下層にＩｎＰなど
のエッチングストップ層を形成する発明により、より安
定にＴＥ利得を有する領域とＴＭ利得を有する領域を形
成することができ、歩留まりが向上する。

【００７７】また、第１活性層と第２活性層の間にＩｎ
Ｐを形成することにより、良好な再成長界面を確保する
ことができ、半導体レーザの低しきい電流密度化、増幅
効率の良い偏波無依存光増幅機能等が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の第１実施例の共振器方向断面図
である。

【図２】図２は本発明の第１実施例の活性層付近のバン
ド構造を示す図である。

【図３】図３は本発明の第２実施例の共振器方向断面図
である。

【図４】図４は本発明の第２実施例の活性層付近のバン
ド構造を示す図である。

【図５】図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は本発明
の第３実施例を説明する図である。

【図６】図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明の第４実
施例を説明する図である。

【図７】図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明の第５実
施例を説明する図である。

【図８】図８は図９、図１０のシステムにおけるノード
の構成例を示す模式図である。

【図９】図９は本発明の半導体デバイスを用いたバス型
光ＬＡＮシステムの構成例を示す模式図である。

【図１０】図１０は本発明の半導体デバイスを用いたル
ープ型光ＬＡＮシステムの構成例を示す模式図である。

【符号の説明】

１、７１、１２０、１４１、１６１基板２、５、７２、７５、１２２、１２９、１４２、１４
７、１６３、１９０ガイド層３、７３、１２４、１４４、１６５第１活性層４、７４、１２３、１４６、１６９第２活性層６、７６、１３０、１４８、１９１クラッドとキャ
ップの層７、７７第２活性層のある第１の領域８、７８、１２７第１、第２活性層のある第２の領
域９、１０、７９、８０、１３１、１３２、１３３、１４
９、１５０、１９２、１９３電極１１、８１グレーティング１４、１７、８５、８２井戸層１５、１６、８３、８４バリア層１８、８６第１活性層と第２活性層の間の層５１電子５２、５３、８６、８７正孔１２５第１活性層を除去した領域１２６第１、第２活性層を除去した位相調整領域１２８第２活性層のある第１の領域１３４溝１４３、１６４エッチングストップ層１４５、１６７フォトレジスト１６６ＩｎＰ層１６８第１活性層を除去した第１の領域７０３受信器７０４本発明の半導体レーザ７０６合流部７０７偏光子８１１〜８１５、９１１〜９１６端末７００、８００、９００光伝送路７０１、８０１〜８０５、９０１〜９０６ノード７０２光分岐部

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 H04B 10/02 H04B 10/28

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体レーザ構造を有する半導体光デバイ
スであって、第１の領域及び第２の領域は夫々第１の活
性層と第２の活性層を有しており、第２の活性層は第
１、第２の領域において厚さが等しく、第１の活性層は
第１の領域と第２の領域間において厚さが異なり、第１
の活性層はＴＥ、ＴＭ何れか一方の利得が優位で、第２
の活性層はもう一方の利得が優位であることを特徴とす
る半導体光デバイス。
【請求項２】更に、波長選択機構を有することを特徴と
する請求項１記載の半導体光デバイス。
【請求項３】前記第２の領域において、第１の活性層が
第２の活性層よりもｐ側領域に近いことを特徴とする請
求項１記載の半導体光デバイス。
【請求項４】一方の利得モードを有する活性層、または
両方の活性層の少なくとも一部に不純物がドーピングさ
れていることを特徴とする請求項１記載の半導体光デバ
イス。
【請求項５】基板側から見て第１の活性層の上に第２の
活性層が積層されていることを特徴とする請求項１記載
の半導体光デバイス。
【請求項６】基板側から見て第２の活性層の上に第１の
活性層が積層されていることを特徴とする請求項１記載
の半導体光デバイス。
【請求項７】基板側にある活性層に基板側の面に接し
て、エッチングストップ層が形成されていることを特徴
とする請求項１記載の半導体光デバイス。
【請求項８】前記第１の活性層と第２の活性層間に、Ｉ
ｎＰ膜が形成されていることを特徴とする請求項１記載
の半導体光デバイス。
【請求項９】請求項１乃至８の何れかに記載の半導体光
デバイスの作製法であって、第１の活性層および第２の
活性層を形成する工程において、第１の領域および第２
の領域に第１の活性層を形成した後、第１の領域におい
て第１の活性層を少なくとも一部除去し、そしてその
後、第１の領域および第２の領域に第２の活性層を形成
することを特徴とする半導体光デバイス作製法。
【請求項１０】請求項１乃至８の何れかに記載の半導体
光デバイスの作製法であって、第１の活性層および第２
の活性層を形成する工程において、第１の領域および第
２の領域に第２の活性層を形成し、続いて第１の領域お
よび第２の領域に第１の活性層を形成した後、第１の領
域において、第１の活性層を少なくとも一部除去するこ
とを特徴とする半導体光デバイス作製法。
【請求項１１】前記第１活性層および第２の活性層を形
成する工程の前に、波長選択機構を形成することを特徴
とする請求項９または１０記載の半導体光デバイス作製
法。
【請求項１２】前記第１活性層および第２の活性層を形
成する工程の前に、エッチングストップ層を形成するこ
とを特徴とする請求項９または１０記載の半導体光デバ
イス作製法。
【請求項１３】前記第１活性層および第２の活性層を形
成する工程において、一方の活性層の中にエッチングス
トップ層を形成することを特徴とする請求項９または１
０記載の半導体光デバイス作製法。
【請求項１４】前記第１活性層および第２の活性層を形
成する工程において、第１の活性層と第２の活性層間
に、ＩｎＰ膜を形成することを特徴とする請求項９また
は１０記載の半導体光デバイス作製法。
【請求項１５】請求項１乃至８の何れかに記載の偏波変
調半導体レーザとして構成された半導体光デバイスと、
該半導体デバイスから出射する光の内、ＴＥとＴＭの２
つの偏波モードの一方の発振による光のみを取り出す偏
光子などの偏光選択手段とから成ることを特徴とする光
源装置。
【請求項１６】請求項１乃至８の何れかに記載の偏波変
調半導体レーザとして構成された半導体光デバイスと、
該半導体レーザから出射する光の内、ＴＥとＴＭの２つ
の偏波モードの一方の発振による光のみを取り出す偏光
子などの偏光選択手段とから成る光源装置を備えた光送
信機、前記偏光選択手段によって取り出された光を伝送
する伝送手段、及び前記伝送手段によって伝送された光
を受信する光受信機から成ることを特徴とする光通信シ
ステム。
【請求項１７】前記光受信機が請求項１乃至８の何れか
に記載の偏波無依存光増幅器として構成された半導体光
デバイスから成ることを特徴とする請求項１６記載の光
通信システム。
【請求項１８】請求項１乃至８の何れかに記載の偏波変
調半導体レーザとして構成された半導体光デバイスと、
該半導体レーザから出射する光の内、ＴＥとＴＭの２つ
の偏波モードの一方の発振による光のみを取り出す偏光
子などの偏光選択手段とから成る光源装置を用い、所定
のバイアス電流に送信信号に応じて変調された電流を重
畳して前記半導体レーザに供給することによって、前記
偏光選択手段から送信信号に応じて強度変調された信号
光を取り出し、この信号光を光受信機に向けて送信する
ことを特徴とする光通信方法。