JPH04783A - 半導体光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体レーザ装置に係り、特にコヒーレント光
通信用の波長可変単導体レーザ装置および高速通信用半
導体レーザ装置等に代表される単一モード発振半導体レ
ーザ装置に適用して好適な半導体レーザ装置に関する。

〔従来の技術〕

大容量光通信システムは、波長可変半導体レーザ及び変
調用半導体レーザが必須である。以下にそれぞれについ
てその従来技術を説明する。

波長可変半導体レーザ 大容量通信システムのひとつに、コヒーレント光通信シ
ステムである。このコヒーレント光通信システムにおい
ては、干渉受信系を用いることによって、受信感度の増
大だけでなく、受信干渉光の波長を変えることにより異
なる波長の信号光の信号だけを選択的に取り出すことが
可能となる。

即ち、受信系に発振波長が変えられるレーザ光源を用い
ることにより光の波長によるチャネル選択ができる波長
多重通信が実現できる。本来光通信は、従来の電気信号
伝送に比べて高速な変調が可能であることから、伝送容
量が大幅に増大した。

さらに、波長多重通信においては複数の波長の光を１本
の光ファイバで伝送できるため、その伝送容量を著しく
増大させることが可能となり、将来の大容量通信社会を
支える技術として、このコヒーレント波長多重光通信は
注目されてきている。

このような波長多重光通信を実現するためには、受信側
に、波長可変範囲ができる限り広く、かつ単一波長発振
（シングルモード発振）の可能な半導体レーザが必要で
ある。

波長可変半導体レーザとしての従来の報告例は、エレク
トロニクス・レターズ、ヴオルーム２３゜ナンバー８．
１９８７年、第４０３−４０５頁（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉ
ｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ、　Ｖｏｌ、２３．　Ｎａｐ、　
１９８７゜ｐａｇｅｓ　４０３−４０５）に記載されて
いるものがある。

その構造を第８図に示す。この半導体レーザはいわゆる
ＤＢＲレーザ（Ｄ　Ｂ　Ｒ：　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ
Ｂｒａｇｇ　Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）とよばれるもので
、その構成は、基板８０６上に設けられた分布ブラッグ
反射（Ｄ　Ｂ　Ｒ）領域８０１２位相調節領域８０２．
増幅領域８０３の３領域からなり、各々の領域に独立に
Ｐ電極８２１，８２２及び８２３、また基板８０６下面
側に共通のｎ電極８２４が設けられている。増幅領域８
０３にのみ活性層８１５があり、電極８２３を通して注
入されたキャリアによりこの増幅領域８０３では光が増
幅される。他の２領域は活性層８１５を含まず、受動的
な光導波路８１３で構成され、電極８２１，８２２を介
して注入されたキャリアにより屈折率が変化する。

さて、ＤＢＲレーザの発振波長はＤＢＲ領域８０１にあ
る光導波路を伝搬する光が感じる実効的な屈折率とこの
ブラッグ反射領域８０１を含まれる回折格子８１２のピ
ッチの積（光学的なピッチ）から決まるブラッグ反射波
長、および光導波路８１３内の光増幅器側の端面８２０
とＤＢＲ領域間を往復する光の位相条件を満たす共振波
長か対波長と共振波長を一致させながら、両者を同時に
変える必要がある。この従来技術では１両者を制御し、
連続的に３．１ｎｍ　の波長可変幅を単一波長（シング
ルモート）で得ていた。

これに対する別のＤＢＲレーザの例として、アプライド
・フィジックス・レター・ヴオルーム５２、ナンバー１
６．１９８８年、第１２８５１２８７頁（Ａｐｐｌｉｅ
ｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒ、　Ｖｏｌ、　５２
゜ＮＧ１６．１９８８．　ｐａｇｅｓ　１２８５−１２
８７）に記載のものがある。この波長可変半導体レーザ
は、ＤＢＲ領域も増幅領域と同様に光学的に活性な材料
で構成するものである。この半導体レーザも前記従来技
術と同様に電極を分割し、注入キャリアの密度変化によ
り発振波長を変えるわけであるが、前記従来技術と異な
るのはＤＢＲ領域に活性材料を用いることで、キャリア
注入に伴う吸収端シフトに起因する大きな屈折率変化を
利用する点にある。このためより広い波長可変幅の値、
１１．６ｎｍ　　を得ている（但し、この後者従来技術
において実現されている可変幅は、連続的な波長変化で
なく離散的な波長変化での値である。）。

しかしながらこの構造では、受動的材料をＤ１３Ｒ領域
おゆび位相調節領域に用いているため、キャリア注入量
が増加すると自由キャリアによる吸収損失が増してレー
ザの光増幅領域の発振しきい電流値が高くなる。その結
果、出力が低下したり、スペクトル線幅が増大するとい
う問題を生じる。

コヒーレント光通信ではレーザ光のスペクトル線幅が狭
いことが要求されるため、波長を変えるとスペクトル線
幅が増大するということは甘受しえない問題である。

更に、このスペクトル線幅の増大という技術的課題を解
決する半導体レーザの１例として、特開昭６４−４４１
１２９３号公報に記載のものが掲げられる。

この半導体レーザではＤＢＲ領域に利得を有する活性層
を設けている。この構成により、位相調節領域に電流注
入したときに生じる自由キャリアによる吸収損失をＤＢ
Ｒ領域の活性層による利得で補償することが可能となり
、スペクトル線幅の増大は低減され得る。また、上記の
吸収損失による特性劣化を防ぐため、特開昭６４−１４
９８．８号公報に記載のように、位相調節領域と光増幅
領域とを細分化し交互に配置するものが知られている。

変調用半導体レーザ 光通信システムでは、いかに密に信号を送受信できるか
が重要な要求性能のひとつである。従って、光信号の送
信側及び受信側素子において、高ザ内部の屈折率変化に
より波長の変動が生じてしまう。この現象を波長チャー
ピングと言う。これが発生する原因は以下の通りである
。

変調信号を構成する電流パルスによって半導体レーザの
活性領域に注入されるキャリアの密度は、その変調信号
に応じて変化するが、このキャリア密度変化に対してレ
ーザ光パルスには位相遅れが生ずる。このため、キャリ
ア密度は安定な状態に比べ過剰に存在している状態にな
る。

レーザ光が発振するとキャリア密度は誘導放出により安
定な状態に向かって減少するので、レーザ光が発振して
いる間、キャリア密度が変化していることになる。活性
層の屈折率はキャリア密度に依存するので、キャリア密
度の変動はレーザ発振波長の変動を引き起こす。これが
波長チャーピングの生ずる原因である。光通信等で用い
られる光ファイバには屈折率の波長分散があるので、波
長チャーピングが存在するとパルス波形に歪が生ずるこ
とになる。従って高速伝送では、これが伝送距離を制限
する主要因となる。

従来、半導体レーザの高速変調時の波長チャーピングを
低減する目的で、共振器方向に縦列に配置された複数の
電極に電流を印加する方法が、アイ・イー・イー・イー
、ジャーナル・オブ・ライトウェイヴ・テクノロジー、
エルティー５．ナンバー４．１９８７年、第５１６−５
２２頁（ＩＥＥＥ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｌｉｇｈｔ
ｗａｖｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、　ＬＴ−５゜Ｎａ４
．１９８７．　ｐａｇｅｓ　５１６−５２２）において
論じられている。この例では、同一の組成（同一のバン
ドギャップ）を有する活性層に対して複数の電極を設け
、複数電極に対し互いに異なる電流を波長チャーピング
を低減するように印加するものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述したスペクトル線幅の増大を押さえた波長可変レー
ザにおいては、光増幅領域とＤＢＲ領域に同一の活性層
を用いているため、注入キャリアに対する利得が大きい
という問題が有る。即ち、波長を変えるためにＤＢＲ領
域にキャリア注入したとき、この領域だけで自己発振を
起こしてしまうという問題が生じる。

これについて図面を用いて説明する。

なると自己発振を起こし、これが波長変化を制限するこ
とになる。第１５図、第１６図を用いて説明する。第１
５図は受動的な光導波路にキャリア注入した場合の光導
波路内の屈折率変化と利得とを表したものである。注入
電流■の増加に伴い〜■１／２に比例して屈折率が減少
するが、同時に吸収も増加し、やがて吸収損失が大きく
なり過ぎて発振が停止する。第１６図に通常の半導体レ
ーザの利得を有する光導波路を、活性的光導波路として
回折格子領域に用いた場合の屈折率変化を示す。

キャリアの注入に対し、受動的な光導波路よりもバンド
フィリングの効果で、大きな屈折率変化率が得られるが
、利得が大きくなり自己発振を起こす点で屈折率の変化
が止まってしまう。

−旦自己発振を起こすとその領域のキャリア密度が固定
されてしまうので、波長可変範囲が制限されてしまい、
所望の波長可変幅が得られなくなるという解決すべき技
術的課題が存在する。

更に、ＤＢＲレーザにおいて、ＤＢＲ領域の利得が必要
となるのは位相調節領域で生じる吸収損失を補償するた
めにほかならないので、位相調節領域に電流を流すこと
により生じる損失を補償するだけの利得をＤＢＲ領域に
持たせることが必要となる。従ってこの吸収損失が大き
くなると、これを補償させようとする結果、ＤＢＲ領域
が自身の利得により自己発振を起こしてしまうという根
本的な問題がある。既述した位相調節領域と光増幅領域
を細分化する手法も位相調節領域で発生する吸収の根本
的な除去にはならない。

また、波長チャーピングを押さえた変調用レーザにおい
ては、波長チャーピングを低減するために、バイアス条
件や光出力の選択の範囲がいきおい小さくなってしまう
。この制限は更に高速特性をも拘束するという間顯があ
る。

本発明の目的は、上記従来技術の有する技術的課題を解
決し、所望の波長を安定に発振する半導体レーザ装置を
提供することに有る。

また、本発明の他の目的は、上記のように吸収や利得に
よる制限を取り除き、より大きな屈折率変化幅を有する
半導体レーザ装置を提供することに有る。

本発明の更に他の目的は、複数の活性層のうち１部の活
性層へのキャリア注入による利得係数の増加を小さく抑
えることにより、大きな波長可変幅が得られ、若しくは
選択波長による発振出力の変化が小さい半導体レーザ装
置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明の１局面によれば、
光学的に結合しキャリアの注入により利得の変化を生じ
る複数の活性層を含む複数の半導体領域であって、注入
されたキャリアにより光を放出するための光増幅活性層
を含む増幅領域とこの光増幅活性層により放出された光
を導波する利得活性層及び導波する光を帰還するための
分布帰還構造を含むＤＢＲ領域どを有するものと、これ
ら複数の活性領域にキャリアを注入する手段と、上記光
増幅活性層が放出する光のうち特定の波長を有する光を
上記分布帰還構造により選択的に帰還することにより上
記特定波長を有する光を増幅して発振するための共振器
構造とを有し、上記利得活性層の有する注入キャリア密
度に対する微分利得係数を上記光増幅活性層の有する注
入キャリア密度に対する微分利得係数とは異ならせた半
導体レーザ装置が提供される。

本発明でいう活性層とは、利得が１より大きいことを意
味する。利得が１より大きいとは、ある波長の光に対し
能動的、すなわち増幅機能が存在することを意味する（
従って利得が１以下という場合には受動的、すなわち光
の強度が一定のまま変化しないか、若しくは吸収されて
光の損失が生じることを意味する）。本発明は、このよ
うな活性層を複数有する。

これらの活性層の、注入キャリア密度の対する微分利得
係数を異ならせることが、本発明の１つの特徴である。

この微分利得係数とは、注入キャリア密度の変化量に対
する利得の変化量のことである。微分利得係数に差異を
設けることにより、少なくとも１つの活性層においては
自己発振が生じないようにすることが可能となる。微分
利得係数に差異を設けるためには、例えば活性層を構成
する半導体材料、若しくは活性層を構成する化合物半導
体の元素組成を変えることにより、また、量子井戸構造
に代表されるように活性層の厚さに変化を設けることに
よっても実現される。これらの変化は再結合発光する電
子と正孔のエネルギー差、すなわちバンドギャップ若し
くは量子井戸を形成する活性層内の電子と正孔のエネル
ギー状態の差に起因する。微分利得係数が小さい活性層
において自己発振が押さえられるため、この活性層が形
成される領域をＤＢＲ領域とする。

また、本発明における複数の活性層、すなわち下の領域
）を介して、光学的に結合する。光増幅活性層により放
出された光は利得活性層内を伝搬し、光増幅活性層及び
利得活性層を含んで形成された共振器内部を伝搬、増幅
される。共振器が選択、増幅する発振波長は、実効的な
共振器長を変化させることによって可変となる。共振器
の実効的な長さ、すなわち光路長は、共振器端面間の距
離、若しくは端面と後述する分布帰還構造間の距離が、
共振器内を往復する光の位相条件を満足するように設定
する必要があるため、上記導波層の屈折率を可変とする
と良い。このような位相調節のための領域は、例えばこ
の領域に独立しこキャ１ノアを注入することができるよ
うに電極が設けられる。また、必ずしも光増幅活性層及
び利得活性層の間に設けられていなくても良く、上記共
振器構造内において光が伝搬する領域に設けられてし）
れば良い。

半導体レーザの発振波長の設定は、共振器内の屈折率を
一部領域において変化させることしこより行うが、この
一部領域は光が分布する領域内しこ設けられた分布帰還
構造の場合がある。分布帰還構造は一般にはグレーティ
ングを形成した半導体上に異なる屈折率を有する半導体
を積層したもので。

屈折率の周期的分布を形成したものである。

また、本発明の他の１局面によれば、異なる利得ピーク
波長を有する複数の活性層と、これらの利得ピーク波長
とは異なる特定の波長を有する光を選択的に帰還するこ
とにより上記特定波長を有する光を増幅して発振するた
めの共振器とを有する半導体レーザ装置が開示される。

発振波長を、活性層の利得を最大にする波長（利得のピ
ーク波長）からずらして設定することに本発明の１つの
特徴がある。

本発明の更に他の１局面によれば、光学的に結合しキャ
リアの注入により利得の変化を生じる複数の活性層を含
む複数の活性領域と、これら複数の活性領域にキャリア
を注入する手段と、上記活性層が放出する光のうち特定
の波長を有する光を選択的に帰還することにより上記特
定波長を有する光を増幅して発振するための共振器構造
とを有し、上記利得活性層及び上記活性層がキャリア密
度変動に基づく屈折率の変動を相互に補償するようにし
た半導体レーザ装置が提供される。

相互に補償するためには、上記複数の活性層として利得
のピーク波長が異なるものを用いる。これらのピーク波
長の間に発振波長を設定することにより、キャリアの密
度変動に伴う活性層の屈折率変化を上記複数の活性層間
で相互に相殺して波長チャーピングを低減することが可
能となる。

上記いずれの場合も、複数の活性層のうち少なくとも一
つの活性層が回折格子（分布帰還構造）の近傍に配置さ
れていることにより、回折格子部分の損失の発生を防ぐ
ことができる。特に「近傍に配置されている」とは、そ
の活性層と回折格子が並行に重なるように配置されてい
ることを意味する。

また、本発明の更に他の局面によれば、ＤＢＲ領域への
キャリア注入による利得の増加を小さく抑えるために、
利得ピーク波長が発振波長より短波長側にある材料を、
このＤＢＲ領域を構成する活性層に用いた半導体レーザ
装置が提供される。

〔作用〕

まず、本発明の原理の１つを図面を用いて説明する。本
発明を波長可変レーザとして構成したものを第１図に、
更にこの中に用いられている活性層のキャリア密度に対
する利得と屈折率変化を第２Ａ図及び第２Ｂ図に示し、
これらを用いて説明する。

この半導体レーザは、基板１０６上に設けられた回折格
子１１２に接するように形成された第１の活性層を持つ
活性光導波路１４１からなる分布ブラッグ反射（Ｄ　Ｂ
　Ｒ）領域１０１．受動的な材料で構成され、注入キャ
リア密度の増加に伴い屈折率が減少する光導波路１８１
を有する位相調節領域１０２．第２の活性層構造を有す
る活性光導波路１０５からなる光増幅領域１０３からな
り、各々の３領域はｎ型の基板１０６とｐ型のクラッド
層１０７ではさまれた例えばｐ　−ｉ　−ｎ接合で構成
されると同時にクラット層１０７上に形成された独立し
た電極１２１，１２２，１２３を有し、また前記電極と
極性を反する共通の電極１２４からなる。

レーザ発振は、ＤＢＲ領域１０１の回折格子による反射
と光増幅領域１０３側の端面１２０からの反射で共振器
を形成し、光増幅領域１０１に電極１２３を介して電流
注入したとき生ずる大きな利得により行われる。発振波
長を決定するのは、ＤＢＲ領域１０１のブラッグ反射波
長領域内の波長であると同時に共振器内で１往復する位
相が２πの整数倍を満たす波長である。

さて記述した特開昭６４−４９２９３号公報に記載の例
では、この１図に対応させて説明すると、ＤＢＲ領域１
０１の活性導波路１４１に注入電流に対し利得の大きい
光増幅領域１０３の活性光導波路１０５を用いていた。

このときのキャリア密度と利得、及び屈折率変化の関係
を２Ａ図及び２Ｂ図に示す。活性材料の利得ピーク波長
λ、１はほぼレーザ発振波長λＬに一致するように設定
する。このため、レーザ発振波長λＬにおけるキャリア
注入に対する利得は急激に増加する。従って、ＤＢＲ領
域１は自己発振し、すなわち、分布帰還型（ＤＦＢ）レ
ーザのように動作する。その結果、２Ａ図の点Ｐでキャ
リア密度が固定されて、屈折率変化が制限を受けること
になる（λｐ、）。

これに対し、ＤＢＲ領域１０１の活性光導波路１４１に
光増幅領域１０３の活性導波路１０５とは注入キャリア
密度に対する利得変化（微分利得係数）が異なる活性層
を用いると、自己発振による屈折率変化の制限を受けず
、しかも、受動的な位相調節領域１０２で発生する損失
を補うことができる。これにより光増幅領域の発振しき
い値電流を増大させること無く、広い波長可変幅が同時
に得られることになる。例えば、その構成として、利得
ピークの波長λ、２がレーザ発振波長λＬよりも短波長
にある材料を活性導波路１４１に用いる。

この材料を用いた光導波路のキャリア密度と利得及び屈
折率変化の関係を同じく第２Ａ図及び第一致しないため
、利得勾配がゆるやかになる、このため、キャリア密度
を増大（注入電流を増大）させても、キャリア密度の増
大にともなう光子密度の増加が抑えられ、更に光子密度
に依存する誘導放出に付随するキャリア密度の減少が抑
えられてキャリア密度の増大が得られる。従って、ＤＢ
Ｒ領域１０１が自己発振するだけの利得に達しない。

このため、屈折率変化を生じさせるキャリア密度が固定
されず、有効に利用できる。さて、キャリア密度の変化
による屈折率の変化は、波長に対して緩やかにして変化
しないため、利得ピークが短波長にある材料のレーザ発
振波長λＰ２におけるキャリア密度の変化による屈折率
変化は、利得ピークにある第１の活性層よりは多少劣る
が、同程度の値をとる。このため、波長可変幅、特にブ
ラッグ反射波長の可変幅を大きくとることができるよう
になる。

上記のように、ＤＢＲ領域に光増幅領域よりもキャリア
密度に対する利得を少なくすることにより、光増幅領域
の発振しきい値電流の増大を押さえながら広い波長可変
特性を得ることができる。

位相調節に関しては、位相調節領域１０２へ電流注入を
行ない、ブラッグ反射端とへき開端面１２０間のレーザ
光の軸モード共振条件に位相を合わせることにより、広
い波長範囲にわたり単一モード状態で連続的に発振波長
をシフトさせることが可能となる。また、注入キャリア
密度の変化による利得変化が平坦化するので、発振波長
をシフトさせた時の発振出力の変化が低減するという効
果がある。

さらに、光増幅領域１０３を構成する活性な光導波路１
０５の材料として１発振時の利得ピーク波長が発振波長
より長いものを用いることにより、発振波長を利得ピー
ク波長より短波長波に離調することができる。この離調
により、キャリア密度のゆらぎに伴う屈折率の変化と利
得の変化の比、いわゆるαパラメータが小さくなるため
、スペクトル線幅が小さくなる。

第３図により、本発明の別の原理を説明する。

図中、第１図と同一符号のものは、同一構成を表わす（
以下、各同量において同様。）。本構成は第１図のＤＢ
Ｒ領域と位相調節領域の光導波路構造を入れ替えて、Ｄ
ＢＲ領域１０１に受動的でキャリアを注入すると屈折率
が減少する光導波路３８２を用い、位相調節領域１０２
に第２の活性光導波路３４２を用いる。これにより、従
来、受動的な位相調節領域で生じていたキャリアの増加
に伴う吸収損失の増大を無くすことが出来る。但し、こ
のときは、位相調節機能を持たせるため光増幅領域１０
３の屈折率変化と利得変化の比（屈折率変化／利得変化
）より１位相側節領域１０２のそれを大きくすることが
必要となる。さらに、受動的なりＢＲ領領域組み合わせ
ることで、ＤＢＲ領域で生じる損失を位相調節領域１０
２で生ずる利得が打ち消し、光増幅領域１０３の発振し
きい値の増大を防ぎながら、ＤＢＲ領域１０１の自己発
振を無くすことができる。

さらに、第４図に示すように、屈折率変化の割合が第１
図１４１の材料と同程度の光導波路４４３をＤＢＲ領域
１０１と同時に位相調節領域１０２に用いることにより
、発振しきい値の増大を防ぎ、同時にＤＢＲ領域１０１
での自己発振をなくすことができる。例えば、材料４４
３の利得ピーク波長λ２□をより短波長へ持っていくこ
とにより、こ動領域に利得ピークの波長がレーザ発振波
長に対して短波長側にある活性光導波路を用いたが、こ
れを実現するためには、これらの導波路の組成を増幅領
域の組成と異ならせることによって実現できる。あるい
は、活性導波路の厚みを増幅領域と比較して小さくして
も良い。この場合は、キャリア密度が高くなることによ
って、利得ピークが短波長側にシフトし、ピーク波長を
レーザ発振波長より短波長に出来る。また活性光導波路
を、光ガイド層と活性層との多層構造とし、活性層の厚
みを小さくすると、注入されたキャリアの一部は光ガイ
ド層にもれだすので、ＤＢＲ領域の自己発振を抑圧し、
かつ屈折率変化を大きくとることができる。

上述したように本発明では、活性層に電流を注入しても
分布ブラッグ反射領域での構造を光増幅領域とは変えて
、利得が小さくても、発振波長に近い利得ピークを持つ
活性層と同程度の大きな屈折率変化が得られる活性層を
ＤＢＲ領域に用いることにより、若しくは注入電流に対
し光増幅領域よりも利得が小さく、大きな屈折率変化が
得られる活性層構造を位相調節領域に用いることにより
、ＤＢＲ領域の自己発振が抑圧される。

更に本発明の他の原理を第１１図を用いて説明する。波
長チャーピングを低減するためには、半導体レーザの共
振器内に設けた複数の領域間で波長の変動を相互に補償
するようにすることが必要である。その−構成例が第１
１図である。回折格子１１１２の近傍（光ガイド層１１
１３上）に２つの異なる組成を有する活性層１１０４．
１１０５を設け、各々の領域の利得のピーク波長が異な
るように設定する。各領域に対して独立にキャリアを注
入するための電極１１０８及び１１０９がキャップ層１
１１８上に設けられている。利得のピーク波長が異なる
と、レーザ発振波長における利得のキャリア密度依存性
（微分利得）が異なる。この素子に対して、電流パルス
を加えてレーザ発振が生ずると、キャリア密度は各領域
で異なる割合で変化すると、即ち、キャリア密度はレー
ザ発振によって生ずる誘導放出により減少するが、微分
利得の大きな領域では利得の大幅な変化によりレーザ光
の過度な増大を防ぎ、微分利得の小さな領域では利得の
ゆるやかな変化によりレーザ光の過度な減衰を防ぐこと
ができる。これにより、過渡的なキャリア密度の変化の
割合を小さくすることが出来る。屈折率はキャリア密度
に依存しているが、レーザ発振波長を決める屈折率は素
子全体での平均的な屈折率である。以上述べた原理によ
り、第１１図に示した構造のレーザでは、平均的なキャ
リア密度の変化が小さくなるので、発振波長の変化量、
即ち波長チャーピングが低減される。

利得ピークを空間的に異なるように設定するためには、
次のようにいくつかの方法で実現される。

共振器内の場所により活性層の組成を変化させる、ある
いは活性層の厚みを変化させて、キャリアのバンドフィ
リング効果により利得ピーク波長を変化させるなどによ
り実現される。また利得ピーク波長が異なる領域は、光
軸方向に縦列においても良いし、また光分布の範囲内に
あれば並列においても良い。レーザ発振波長は望ましく
は、異なる利得ピーク波長の中間に設定すると、先程述
べた微分利得の違いが特に効果的に利用できる。

以上述へたように、半導体レーザ内の利得のピーク波長
が異なる領域においては、相互にレーザ発振波長に対す
る微分利得が異なっており、この違いが、屈折率変動を
抑圧している。

レーザ発振波長に対して、各々の領域は、原理的には、
利得状態でも損失状態でも良い。但し、損失状態におい
て損失が大きくなりすぎると、しきい電流値の上昇や高
速特性の劣化を招くので、利得状態にあるいはこれに近
いところに設定する方が望ましい。

また微分利得の違いを有効に活用するために、回折格子
の周期を、これにより決定される波長が各々の領域の利
得のピーク波長の中間になるように設定することが望ま
しい。

利得のピーク波長の違いの大きさに関しては。

小さすぎると効果がなく、大きすぎるとレーザ発振波長
に対して一方の領域の損失が大きくなり、しきい電流値
の増大を招くので、５ｎｍから１１００ｎ、望ましくは
、１０ｎｍから５０ｎｍの範囲に設定することが望まし
い。

以上のとおり、共振器内に利得のピーク波長、あるいは
注入キャリア密度に対する利得勾配が異なる複数の領域
を設けて波長チャーピングが低減される。

〔実施例〕

以下、好適な実施例により本発明の詳細な説明する。

実施例１ 本発明の第１の実施例の光軸に沿った断面構造を第５Ｆ
図に示す。以下本実施例の作製プロセスの説明を第５Ａ
図〜第５Ｆ図により行う。作製プロセスは以下の通りで
ある。最初に、ｎ型ＩｎＰ基板５０６上に回折格子５１
２（ピッチ２４０ｎｍ）を部分的に形成し、ｎ型ＩｎＧ
ａＡｓＰガイド層５１３（利得ピーク波長λｐ＝１．３
μｍ）、ｎ型ＩｎＰストツピング層５１４、利得ピーク
波長が発振波長より短いｉ型ＩｎＧａＡｓＰ活性層５１
９（λ。

＝１．５０　１．５３μｍ）　、ｉ型ＩｎＧａＡｓＰア
ンチメルトバック層５１６　（λｐ　”　１　、３μｍ
）を順に結晶成長する（第５Ａ図）。ここでλ、は材料
の発振しきい値電流近傍における利得ピーク波長である
。次に、回折格子５１２を有する部分をホトレジスト５
２５でマスクして、その他の部分のアンチメルトバック
層５１６．活性層５１９．ストツピング層５１４をそれ
ぞれの層の選択性エッチャントでエツチングし、ガイド
層５１３は残す（第５Ｂ図）。ホトレジスト５２５を除
去したあと、ＩｎＰストツピング層５１４’、発振波長
付近に利得ピー、り波長を有するＩｎＧａＡｓＰ活性層
５１５（λｐ＝１．５５μｍ）及びＩｎＧａＡｓＰアン
チメルトバック層５１６’　　（λｐ”１．３μｍ）を
順に結晶成長する（第５Ｃ図）。次に、増幅領域となる
部分をホトレジスト５２５′で保護し、その他の部分の
アンチメルトバック層５１６’、活性層５１５゜ストツ
ピング層５１４′　をそれぞれの選択性エッチャントに
よりエツチングする（第５Ｄ図）。そしてホトレジスト
５２５′を除去した後、ｐ型ＩｎＰクラット層５１７、
Ｐ＋型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層（λｐ＝１．１５μｍ
）５１８を順に成長する（第５Ｅ図）。その後、導波路
ストライプ形成。

埋込結晶成長等を行い、最後に、５Ｆ図に示すようにＤ
ＢＲ領域領域５ァ１２ 増幅領域５０３の表面にそれぞれ独立したｐ電極５２１
、５２２，５２３を形成し、裏面にｎ電極５２４を形成
する。

尚、結晶成長時に８１０２等の絶縁膜を用いて上記実施
例と同様の構成の半導体レーザ装置を製造することが出
来る。すなわち、回折格子５１２を設けた基板５０６上
に上記ＤＢＲ領域５０１のガイド層５１３，ストツピン
グ層５１４，活性層５１９及びアンチメルトバック層５
１６をエピタキシャル成長した後、活性ＤＢＲ領域５０
１をＳ〕０２マスクで保護して、位相調節領域５０２及
び光増幅領域５０３をＩｎＰストツピング層５］４まで
選択エツチングする。その後、増幅領域５０３内の活性
光導波路用の多層膜すなわち、ｉ型のＩｎＧａＡｓＰ　
（λｐ＝１．５５μｍ）からなる活性層５１５、及びｉ
型のＩｎＧａＡｓ　　（λｐ”　１　、　３　μｍ）か
らなるアンチメルトバック層５１６′をエピタキシャル
成長する。その際、活性ＤＢＲ領域１はＳｊ○２マスク
で保護されているので、位相調節領域５０２及び光増幅
領域５０３のみが選択的にエピタキシャル成長すること
になる。その後、活性ＤＢＲ領域５０１及び光増幅領域
５０３をＳｉＯ□マスクで保護して、位相調節領域５０
２をＩｎＰストツピング層５１４まで選択エツチングす
る。

５ｉｎ２マスクを除去してから、ｐ型ＩｎＰ層５１７及
びｐ＋型キャップ層５１８をエピタキシャル成長し、そ
の後メサエッチング及び埋込みエピタキシャル成長を行
ない、埋込みへテロ構造を形成する。最後に、表面Ｐ電
極蒸着後、活性ＤＢＲ領域領域電極５２伎２ 幅領域電極５２３に分離した後、裏面にｎ電極５２４を
蒸着形成する。

但し，前者の製造方法では後者のもののようにエピタキ
シャル成長時に非成長領域を絶縁膜でおおわれないため
、結晶成長表面がスムーズになるという利点がある。

次に、本実施例の半導体レーザの動作について説明する
。

レーザ発振条件は、レーザ内の利得がレーザ内部を光が
１往復する間に元の強度に一致するように収支を合わせ
る値を取りかつ、１往復する光の位相が２πの整数倍と
なることである。本構成では、光増幅領域５０３への注
入電流工．による光の利得、位相調節領域５０２への注
入電流Ｉ，による自由キャリア吸収による減衰、ＤＢＲ
領域５０１への注入電流■５による利得、出射光量損等
の利得バランスが１になり、かつ、活性ＤＢＲ領域５０
１の位相調節領域５０２から見た反射位相と、位相調節
領域５０２と光増幅領域５０３の中を伝搬する位相及び
光増幅領域５０３の端面５２０での反射位相の和が２π
の整数倍となる波長で発振することになる。光増幅領域
５０３へ一定の電流を注入しレーザ発振させた状態で、
活性ＤＢＲ領域５０１への注入電流工．のみを増加させ
ると、ブラッグ波長が短波長側へ−０．Ｏ４ｎｍ／ｍＡ
４Ｂシフトする。また、位相調節領域５０２への注入電
流のみを増加させると、やはり短波長へ−０．１Ｂｍ／
ｍＡ程度シフトする。

以上より、光増幅領域５０３への注入電流Ｉａを一定に
して、活性ＤＢＲ領域５０１への注入電流■５に対し、
適当な比率（例えば、上記値では約１／２）で位相調節
領域５０２へも同時に電流を注入したときに、ブラッグ
波長のシフトに相当する発振位相条件を満たす光路長制
御が行なえる。

上述のように、活性ＤＢＲ領域５０１及び位相調節領域
５０２に電流注入することにより、発振波長を連続的に
シフトすることができるが、本実施例では活性ＤＢＲ領
域５０１を構成する活性層５１９に用いた材料の利得ピ
ーク波長が発振波長より小さいため、電流注入による利
得増加が平坦化され、高電流注入域においても光子密度
の増加が少なく、より大きなキャリア密度を得ることが
でき、ブラッグ波長のシフトが可能となる。また、光子
密度の増加が少ないため発振波長を変化させた時の発振
出力の変化が小さくなるという効果も得られる。

本構造の波長可変半導体レーザの特性を評価すると，光
増幅領域電極、　ｏ　ｏ　ｍ　Ａ　（７）一定。電流を
流し、ＤＢＲ領域５０１と位相調節領域５０２への注入
電流を制御することにより、光増幅領域５０３の端面５
２０からの光出力１０ｍＷで５Ｂｍの連続的な波長の変
化が実現する。また、ＤＢＲ領域５０１への注入電流を
増加させても、ＤＢＲ領域５０１の自己発振による波長
シフトのクランピングは見られない。発振スペクトルを
観測しても、自己発振と見られるスペクトルは無く、光
増幅領域５０３の端面５２０とＤＢＲ領域５０１とが形
成する単一のスペクトルのみが見られる。

実施例２ 発振しきい値が増大する大きな要素として、受動的な材
料で構成した位相調節領域への注入電流の増加に伴う吸
収損失の増加がある。そこで、位相調節領域において発
振波長よりも短波長に利得ピークが有る材料を使用した
ものを以下に示す。

第６図は、本実施例の光軸に沿った断面構造を表わす。

作製プロセスは、実施例１の作製プロセスを示す第５Ａ
図−第５Ｆ図において，第５Ｂ図の最初に積層した多層
膜のＤＢＲ領域に代わって中央部の位相調節領域を残す
ようにする。以下、実施例１と同様の工程を経て第６図
に示されるような構造が形成される。

本構造の波長可変半導体レーザの特性を評価した。光増
幅領域５０３への注入電流を１００　ｍ　Ａ一定として
、ＤＢＲ領域５０１と位相調節領域５０２への注入電流
を制御することにより、４．５ｎｍの連続波長可変特性
を得る。このとき、先主力はほとんど変化せず、７ｍＷ
付近に抑えられる。

このときは、発振しきい値の変化が少ないことを意味し
ている。

実施例３ 実施例２よりさらに形状を進め、ＤＢＲ領域及び位相調
節領域の両者に利得領域を設け、受動的な材料で構成し
た場合の吸収損失の発生を抑えることが考えられる。本
実施例の光軸に沿った断面構造を第７図に示す。このよ
うな構成においては、実施例１及び実施例２のように受
動材料における吸収損失を補う必要が無いため、レーザ
波長に対する利得ピークの波長をより短波長側ヘシフト
する必要がある。そこで、第７図に示すＤＢＲ領域５０
１及び位相調節領域５０２の活性層５２６の利得ピーク
を１．４７μｍ　とする。本実施例の作製プロセスは、
実施例１の作製プロセスを示す第５Ａ図から第５Ｆ図に
おいて、最初の多層膜の形成時（第５Ａ図）にＩｎＧａ
ＡｓＰ活性層５２５（λ。

＝１．４７μｍ）でλｐ＝１．５０μｍの活性層５１９
を置き換えた。さらに第５Ｂ図のエツチングの過程にお
いて、ＤＢＲ領域５０１と位相調節領域５０２にまたが
る面領域をホトレジストで蓋い、光増幅領域５０３をエ
ツチングでガイド層の上まで除く。以降の工程は実施例
１と同様である。

本構造の波長可変半導体レーザの特性は、光増幅領域５
０３への注入電流を１００ｍＡで一定にし、ＤＢＲ領域
５０１と位相調節領域５０２への注入電流を制御するこ
とにより４．５ｎｍ　の連続波長可変幅を得る。

実施例４ ザ装置を説明する。第１７Ａ図にはその光導波路の基本
構成例を示し、第１７Ｂ図にはキャリア注入時のエネル
ギーバンド図を示す。ｎ型クラッド層１７４５とｎ型ク
ラッド層１７４１とに挾まれるように、クラッド層より
もバンドギャップエネルギーが小さなガイド層１７４２
，１７４４があり、さらにこれらのガイド層に挾まれる
ように、最もバンドギャップエネルギーが小さな活性層
１７４３が中央にある。上記ガイド層は一方だけでも構
わない。基本的にダブルへテロ型の半導体レーザと同様
であるが、本実施例で特徴的なことは、活性層１７４３
の厚さを減らしガイド層１７４２゜１７４４の厚さを厚
くすることにある９通常の発振波長１．５５μｍの半導
体レーザでは、発振利得を得るために、活性層は０．１
μｍ以上の厚さがある。したがって、このように活性層
１７４３の厚さが厚い通常の半導体レーザでは、注入電
流は増幅用のキャリア電子１７４６およびキャリア正孔
１７４７となり、また、注入キャリアは上記活性層１７
４３にほとんど溜まり、ガイド層１７４２゜１７４４へ
の溢れ出しは少ない。上記のように活性層の厚さを波長
に対し１／１５をこえる厚さにすると、レーザ発振をお
こしてしまう。そのために、活性層の厚さを使用波長の
１／１５以下とし、受動的なガイド層の厚さを使用波長
の１／１５以上とする。なお、第１７Ｂ図において、Ｅ
ｃは導電帯下端エネルギー、Ｅｖは価電子帯上端のエネ
ルギー、φＶは正孔のエネルギー、φ。は電子のエネル
ギーを示し、斜線を施した部分は電子の存在領域を示し
ている。

このように活性層厚さを０．０７μｍ（使用波長の１／
１５）以下とし、ガイド層厚さを０．１５μｍ（使用波
長の１／１５）以上にすると、活性に、活性層１７４３
の厚さが薄くなるため、注入キャリアがガイド層１７４
２および１７４４に溢れ出す。この結果、ガイド層１７
４２．１７４４の屈折率変化を誘発すると同時に、上記
ガイド層１７４２および１７４４のキャリアが吸収をお
こし利得を下げる。そのため、さらに発振が抑えられる
ことになる。このように薄い活性層１７４３を受動的な
ガイド層１７４２．１７４４に接するができるため、ｍ
→ガイド層のキャリア吸収の増大によるような発振停止
を生じるようなことがない。その結果、活性層１７４３
およびガイド層１７４２．１７４４にキャリアを注入し
たときに生じる、大きな屈折率変化を精−林料用できる
。そのため、波長可変レーザの特性を劣化させることな
く、大きな可変波長幅が得られるように率を得ることが
できる。

以下に本実施例を第９Ａ図及び第９Ｂ図を用いて詳しく
説明する。第９Ａ図に示す断面図は第９Ｂ図に示す横断
面図のＡ−Ａ’縮断面図である。

ｎ型のＩｎＰ基板９０６の一部に回折格子９１２を形成
し、その後、バンドギャップ波長λｐ＝１．３μｍのＩ
ｎＧａＡｓＰガイド層９０２をＱ、２μｒｎ。

０．０３μｍ厚さのｎ型ＩｎＰストツピング層９０７、
λｐ＝１．５５μｍの１ｎＧａＡｓＰ活性層９０３を０
．１０１１ｍ、０．０４μｍ厚さでλｐ　＝　１　、３
μｍのＩｎＧａＡｓＰアンチメルトバック層９０４を結
晶成長させる。その後、光増幅領域９０３以外の領域９
０１及び９０２をストツピング層９０７までエツチング
する。そして、全面にλ、＝　１．！５５波長よりも短
波長である材料を活性層に用いると、利得を３０ａＩ＋
−１以下に抑えることができるので、この場合には活性
層の厚さが０．０７μｍ以上であっても、自己発振を抑
えて、なお、大きな屈折キャップ層９１８を結晶成長さ
せる。次に活性層の幅を１μｍ程度残すように逆メサ形
状にエツチングしく第９Ｂ図）、その後、Ｐ型ＩｎＰ層
９１０゜ｎ型ＩｎＰ層９１１で埋込、Ｐ電極９２１　、
９２２゜９２３、ｎ電極９２４を形成する。上記、ｐ電
極は、回折格子領域９０１２位相調節領域９０２゜光増
幅領域９０３に分かれている。

上記構造により、回折格子領域９０１に注入する電流を
大きくしても、自己発振することはなく、特性評価によ
り利得は３０■−１以下である。また、連続的に変え得
る波長幅として、発振波長１．５５μｍに対し４ｎｍを
得ることが８来る。

実施例５ 第９図に示す構成において、回折格子領域９０１、位相
調節領域９０２用の活性層にλｐ”１．５２μｍのＩｎ
ＧａＡｓＰ層を０．０６μｍの厚さで用いることにより
、連続可変波長幅が５ｎｍと大きくなる。

実施例６ 第９図に示す構成において、活性層には第１実施例で示
したものと同様のものを厚さ０．０６μｍを用い、ガイ
ド層λｐ”１．３８μｍのＩｎＧｓＡｓＰ層を用いるこ
とにより、連続可変波長幅５ｎｍを得ることが出来る。

実施例７ 第１０Ａ図及び第１０Ｂ図を用いて本発明の第７実施例
を説明する。Ｄ型１ｎＰ基板１００６上にλｐ＝１．３
μｍ、λｐ＝１．５５μｍ、λ、＝１．３　μｍのＩｎ
ＧａＡｓＰ層１００４，１００５゜１００７をそれぞれ
０．１０　ｔｔｍ、　０．１５　ｔ、ｔｍ。

０．０５μｍの厚さで結晶成長させる。その後、光増幅
領域１００３だけを残し、他の領域１００１及び１００
２の部分をエツチングで除去し、気層成長法によりλｐ
　”　１　、３　μｍ、λｐ　＝１　、５５　μｍ　。

λ＝１．３μｍ　の各層１００８，１００９．１０１０
をそれぞれ０．２μｍ　、０．０５　μｍ　　＋　０．
１μｍ厚さで結晶成長させる。以降は上記第４実施例と
同様の手続きレーザ構造を形成する（第１０Ｂ図）。

本構造は第１実施例と同程度の可変波長幅を得ることが
出来、さらにより低いしきい電流（光増幅領域１００３
への注入電流）を達成することができる。

実施例８ 実施例１とは別の３電極波長可変レーザの製造方法を第
１９Ａ図から第１９Ｆ図を用いて説明する。

まず回折格子１９１２を一部に刻んだｎ型ＩｎＰ基板１
９０６上にλｐ　＝　１　、３　μ’ｍのｎ型ＩｎＧａ
ＡｓＰガイド層１９１３．２．ｐ＝１．５３μｍのＩｎ
ＧａＡｓＰ活性層１９１９、λｐ＝１．３μｍのアンチ
メルトバック層１９１６をエピタキシャル成長する（第
１９Ａ図）。回折格子１９１２が設けられた領域をホト
レジストマスク１９２５で保護し、それ以外の領域をＨ
２ＳＯ４，Ｈ，０２，Ｈ２Ｃからなる選択性のエツチン
グ液で成長層のみをエツチングする（第１９Ｂ図）。

次に、ホトレジスト１９２５を除き、全面に、λｐ　＝
　１　、３　ＩｎＧａＡｓＰアンチメルトバック層兼ガ
イド層１９１６　（１９１３）　、ＩｎＰストツピング
層１９１４、λ、＝１．５５μｍの活性層１９１５゜ア
ンチメルトバック層１９１６’　をエピタキシャル成長
する（第１９Ｃ図）。その後、平坦な基板１９０６面上
の一部をホトレジストマスク１９２５’で保護し、それ
以外の領域のアンチメルトバック層１９１６’、活性層
１９１Ｓを前記エツチング液で選択エツチングし、さら
にＩｎＰストツピング層１９１４のみをＨ３ＰＯ４，Ｈ
ＣＱ系エツチング液で選択エツチングする（第１９−Ｄ
図）。

次いでホトレジスト１９２５’　　を除き、ｐ−ＩｎＰ
クラッド層１９１７．キャップ層１９１８をエピタキシ
ャル成長する（第１９Ｅ図）。最後に電極接合部にＺｎ
を拡散、Ｐ電極として、ＤＢＲ領域１９０１にｎ電極１
９２１．位相調節領域１９０２にｎ電極１９２２．光増
幅領域１９０３にｎ電極１９２３、そして基板裏面にｎ
電極１９２４を形成する（第１９Ｆ図）。

本形成法では、エピタキシャル成長時に非成長領域を絶
縁膜でおおう手段をとらないため、結晶成長表面がスム
ーズになり、各領域の光学的結合が高く、かつ、製作工
程の精度が高くなる。その結果、実施例１よりも、低い
閾値電流のレーザが容易に生産できる。

また、この作製法を利用すると本実施例のような２種の
異なる活性光導波路の光学的結合だけでなく、より複数
の異なる活性光導波路の光結合をスムーズに行なうこと
ができる。

本実施例の構造では活性ＤＢＲ領域１９０１のアンチメ
ルトバック層１９１６の膜厚を大きくなってしまい、こ
の領域での光強度分布が広がってしまうという可能性が
ある。すなわち５Ｆ図の実施例では本実施例に比べ、各
領域間の光結合が高くなり、低い閾値電流のレーザが容
易に生産できるという利点がある。しかし、本実施例に
おいてアンチメルトバック層１９１６の材料の屈折率を
適当に選択することにより、このような問題は解決でき
る。

実施例９ 本実施例は、第５Ｆ図において、光増幅領域５０３を構
成するＩｎＧａＡｓＰ活性層５１５の発振時における利
得ピーク波長を発振波長１．５５μｍより長い１．５６
μｍ程度になるような組成としたものである。これによ
って、離調の効果が得られ、実施例１の素子よりも、ス
ペクトル線幅が狭い素子が得られる。

ところで、上記実施例１〜８ではＤＢＲ領域の活性光導
波路に用いられた材料の利得ピーク波長が発振波長より
０．０２μｍ〜０．０５μｍ短波長としているが、短波
長にする範囲が０．０６μｍ以内であれば、同様の効果
が得られる。特にこの範囲が０．０１μｍから０．０６
μｍである時、発振波長可変幅が広いことと発振波長変
化による出力変動が小さいという効果の他にさらに反射
利得が得られるので、発振出力が大きくなるという効果
がある。

上記各実施例は波長可変分布ブラッグ反射型（Ｄ　Ｂ　
Ｒ）レーザについて述べたが、本発明は。

例えば光導波路構造を有するマハツェンダー型干渉器や
複合共振器型半導体レーザ等、光の伝搬利得（損失）を
一定幅にして光路長を変える部分が必要な、他の光素子
へも適用可能である。

実施例１０ 以下、本発明を高速変調レーザに適用した場合の実施例
を第１１図により説明する。ｎ型ＩｎＰ基板１ｏ６（厚
み１００μｍ）の上に、回折格子１１１２　（回折格子
周期０．２４μｍ）を干渉露光法によりつくりつけ、そ
の上にｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層１１１３　（バン
ドギャップ波長λｐ”１．３μｍ、厚みｏ、１５μｍ）
、第１のアンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層１１０４（λ
ｐ＝１．５６μｍ、厚み０．１５μｍ）を成長する。次
に素子の半分に相当する部分だけ、活性層１１０４を化
学ニッチングにより除去し、その部分に第２のアンドー
プＩｎＧａＡｓＰ活性層１１０５　（λｐ　＝　１　、
５３　μｍ　、厚み０．１５μｍ）を成長する。その後
、Ｐ型ＩｎＰクラッド層１２０（厚み２　μｍ）＋　ｐ
型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層１１１８　　（λｐ＝１．
１５μｍ、厚み０．５μｍ）を成長し、Ｃｒ−Ａｕ電極
１１０８゜１１０９及びＡｕＧｅＮｉ　−Ａ　ｕ電極１
２４を蒸着により形成する。この素子では、回折格子の
周期はレーザ発振波長が１．５５μｍ　になるように設
定してあり、活性層１１０４と１１０５の利得ピーク波
長の中間にあるので１両者の微分利得の違いが効果的に
利用できる。

この素子の電極１１０８と１１０９にＤＣ電流に印加し
、２．４Ｇｂ／ｓ　　のパルス信号を電極１１０８に重
畳して、光出力を変調すると、トータルのスペクトル幅
の広がりは、１人であり、従来に比べ、１１５に低減さ
れる。同様に電極１１０９にパルス信号を重畳すると、
はぼ１／４に低減される。

実施例１１ 本発明の他の実施例を第１２図を用いて説明する。本実
施例は第１１図に示した実施例１０における第２のアン
ドープＩｎＧａＡｓＰ活性層１１０５部分をアンドープ
ＩｎＧａＡｓＰ活性層１２０５　（λＰ＝１．５６μ、
厚みＯ，ｉ）６μｍ）及びＰ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド
層１２０４　（λｐ　”　１　、３μｍ、厚み０．０９
μｍ）を順次成長したものである。

この場合は、電極１１０９に電極１１０８とほぼ同等の
電流を流すと、活性層１２０５の厚みが小さいため、キ
ャリア密度が大きくなり、バンドフィリング効果により
、利得ピーク波長が１．５３μｍまで短波長側にシフト
する。この場合も、実施例１０と同様に波長チャーピン
グが低減される。

実施例１２ 本発明の他の実施例を第１３図を用いて説明する。実施
例１０から１１と異なり、本実施例は活性層に量子井戸
構造を導入したものである。更に詳しくは活性層を多重
量子井戸構造とした例であす、図の右側の領域１３０５
では、アンドープＩｎＧａＡｓＰ障壁層（λＰ＝波長波
長１．０５μ厚、厚００人）とアンドープＩｎＧａＡｓ
井戸層（λＰ＝波長波長１．弘５ 積層する。また左側の領域１３０５’では、アンドープ
ＩｎＧａＡｓＰ障壁層（バンドギャップ波長１．３μｍ
，厚み１００人）とアンドープＩｎＧａＡｓ井戸層（バ
ンドギャップ波長１．６５μｍ，厚み６０人）とを交互
に１０周期積層する。

領域１３０５の利得ピーク波長は１．５６μｍとなり，
領域１３０５’の利得ピーク波長は１．５３μｍとなる
。このため、他の実施例と同じく、波長チャーピングが
低減される。

実施例１３ 本発明の他の実施例を第１４Ａ図及び第１４Ｂ図を用い
て説明する。回折格子１４１２を有するｎ型ＩｎＰ基板
１４０６の上に，ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層１４１
３　（λｐ”１．３μｍ，厚み０．１５μｍ）、多重量
子井戸活性層１４０５、ｐ型ＩｎＰクラッド層１４２Ｑ
（厚み２μｍ）、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層１４１
８　（λｐ＝１．１５μｍ，厚み０、５μｍ）を順次成
長し、Ｃ　ｒ　−　Ａ　ｕ電極１４ｏ８、及びＡｕＧｅ
Ｎｉ　−　Ａ　ｕ電極１４２４を蒸着により形成する。

活性層１４０５は、アンドープＩｎＧａＡｓＰ障壁層１
４０５ｂ　　（λｐ＝１．３μｍ，厚み５０人）、アン
ドープＩｎＧａＡｓ井戸層１４０５ａ（厚み６０人）、
アンドープＩｎＧａＡｓ井戸層１４０５ｃ（厚み７０人
）が第１４Ｂ図に示すように積層された構造となってい
る。

井戸層１４０５ａの利得ピーク波長は厚みが薄いため、
１．５４μｍ、井戸層１４０５ｃの利得ピーク波長は１
．５６μｍ　となり、回折格子１４１２による発振波長
は１．５５μｍである。このため他の実施例と同様にチ
ャーピングが低減される。

以上、本発明をＩｎＧａＡｓＰ系の材料で説明したが、
他の材料、例えばＩｎＧａＡ　Ｑ　Ａｓ系、ＧａＡ　Ｑ
　Ａｓ系などを用いても同様の効果が得られることは言
うまでもない。

また、上記実施例については主として半導体レーザ装置
に本発明を適用した例を示したが、干渉器、共振器その
他の半導体光素子に本願発明は適用可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、光増幅領域の発振しきい値電流の増大
を防ぐなから、ＤＢＲ領域に活性材料を用いても波長可
変域が自己発振により狭くならないように十分な屈折率
変化を得ることができる。

また、発振しきい値電流の増大を防ぎながら、活性層構
造を位相調節領域に用い、位相調節領域に受動光導波路
を用いた時のような吸収損失の発生を抑え、位相調節領
域に電流を注入しても損失が増大しないようにすること
ができ、位相調節領域への注入キャリアによる屈折率変
化を有効利用出来るので、スペクトル線幅や光呂力の大
幅な変動がなく広い波長可変幅を持つ半導体レーザを提
供できる。

また、半導体レーザを直接変調する際の波長チャーピン
グが低減でき、波長分散の大きな光ファイバを用いても
、高速で長距離の光通信が可能となる。

また、少ない利得（または吸収損失）変化で大きな屈折
率変化が得られる。

また、光の位相や光路長を、光パワーを変えることなく
大きく変化でき、光素子の小型化や位相調節領域〆の著
しい特性向上を図ることができる。

また、広い波長可変幅を持つ、発振波長変化による発振
出力の変動が小さな単一モード半導体レーザが得られる
。

また、本発明を波長多重コヒーレント通信用光源として
用いることにより、多重度を増すこと、すなわち伝送容
量の大容量化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例に係る半導体レーザ装置の縦
断面図、第２Ａ図及び第２Ｂ図は活性光導波路のキャリ
ア密度に対する利得および屈折率変化を示す図、第３図
は本発明を波長可変レーザに応用した場合の構成例を示
す縦断面図、第４図はさらに他の構成を示した半導体レ
ーザ装置の縦断面図、第５Ａ図−第５Ｆ図は本発明に係
る半導体レーザ装置の１実施例の作製プロセスを説明す
るための縦断面図、第６図及び第７図は本発明に係る更
に他の実施例を表す半導体レーザ装置の断面図、第８図
は従来の半導体レーザ装置を説明するための断面図、第
９図、第１０Ａ図、第１０Ｂ図、第１１図、第１２図及
び第１３図は本発明に係る更に他の実施例を表す半導体
レーザ装置の断面図、第１４Ａ図及び第１４Ｂ図は本発
明に係る更に他の実施例を表す半導体レーザ装置の断面
図及びその活性層の拡大断面図、第１５図は受動的光導
波路に電流を注入したときの利得（吸収）と屈折率変化
を説明するための図、第１６図は回折格子領域に従来の
利得が大きな光導波路を用いたときの、利得（吸収）と
屈折率変化の概念図、第１７Ａ図及び第１７Ｂ図は本発
明の１実施例に係る半導体レーザ装置の光導波路を説明
するための図であり、それぞれ基本構成図及びキャリア
注入時のエネルギーバンド図、第１８図は本発明の１実
施例に係る半導体レーザ装置の光導波路における利得（
吸収）と屈折率変化を説明するための図、第１９Ａ図−
第１９Ｆ図は本発明に係る半導体レーザ装置の１実施例
の作製プロセスを説明するための縦断面図である。 １０１・・・ＤＢＲ領域、１０２・・・位相調節領域、
１０３・・増幅領域、１０５・微分利得係数の異なる活
性光導波路、１１２・回折格子、１４１゜第 区 纂 Ｌ 固 策 ／２４ ！ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光学的に結合しキャリアの注入により利得の変化を
   生じる複数の活性層を含む複数の半導体領域であって、
   注入されたキャリアにより光を放出するための光増幅活
   性層を含む増幅領域とこの光増幅活性層により放出され
   た光を導波するための利得活性層及び導波する光を帰還
   するための分布帰還構造を含むＤＢＲ領域とを有するも
   のと、これら複数の半導体領域にキャリアを注入する手
   段と、上記光増幅活性層が放出する光のうち特定の波長
   を有する光を上記分布帰還構造により選択的に帰還する
   ことにより上記特定波長を有する光を増幅して発振する
   ための共振器構造とを有し、上記利得活性層の有する注
   入キャリア密度に対する微分利得係数を上記光増幅活性
   層の有する注入キャリア密度に対する微分利得係数とは
   異ならせた半導体レーザ装置。 ２、請求項１に記載の半導体レーザ装置において、前記
   光増幅活性層を構成する半導体材料と、前記利得活性層
   を構成する半導体材料とが、異なる半導体材料である半
   導体レーザ装置。 ３、請求項１に記載の半導体レーザ装置において、前記
   複数の活性層は量子井戸構造を有する半導体レーザ装置
   。 ４、請求項１に記載の半導体レーザ装置において、前記
   利得活性層の微分利得係数が前記光増幅活性層の微分利
   得係数より小さい半導体レーザ装置。 ５、請求項１に記載の半導体レーザ装置において、前記
   位相調節領域は能動的半導体材料により形成されている
   光を伝搬するための光導波層を有する半導体レーザ装置
   。 ６、請求項５に記載の半導体レーザ装置において、前記
   位相調節領域は前記共振器の光路長を変化させるための
   電極を有する半導体レーザ装置。 ７、請求項５に記載の半導体レーザ装置において、前記
   光増幅活性層と前記利得活性層は直接に、若しくはこれ
   らの活性層の間に配設された前記位相調節領域を介して
   光学的に結合している半導体レーザ装置。 ８、請求項１に記載の半導体レーザ装置において、前記
   位相調節領域は受動的半導体材料により形成されている
   光を伝搬するための光導波層を有する半導体レーザ装置
   。 ９、請求項７に記載の半導体レーザ装置において、前記
   光導波層は能動的半導体材料により形成されている半導
   体レーザ装置。 １０、請求項１に記載の半導体レーザ装置において、前
   記ＤＢＲ領域は前記分布帰還構造の屈折率を変化させる
   ための電極を有する半導体レーザ装置。 １１、異なる利得ピーク波長を有する複数の活性層と、
   これらの利得ピーク波長とは異なる特定の波長を有する
   光を選択的に帰還することにより上記特定波長を有する
   光を増幅して発振するための共振器構造とを有する半導
   体レーザ装置。 １２、請求項１１に記載の半導体レーザ装置において、
   前記共振器構造はこの共振器内を伝搬する光を帰還する
   ための分布帰還構造を有する半導体レーザ装置。 １３、請求項１１に記載の半導体レーザ装置において、
   前記共振器構造は前記特定波長として前記複数の活性層
   の前記利得ピーク波長間の値を有するものを選択的に帰
   還する半導体レーザ装置。 １４、請求項１１に記載の半導体レーザ装置は、前記複
   数の活性層にキャリアを注入するための手段を有する半
   導体レーザ装置。 １５、請求項１４に記載の半導体レーザ装置において、
   前記複数の活性層は注入されるキャリアの密度変化に対
   する微分利得係数が異なる半導体レーザ装置。 １６、光学的に結合しキャリアの注入により利得の変化
   を生じる複数の活性層を含む複数の半導体領域と、これ
   ら複数の半導体領域にキャリアを注入する手段と、上記
   複数の活性層が放出する光のうち特定の波長を有する光
   を選択的に帰還することにより上記特定波長を有する光
   を増幅して発振するための共振器構造とを有し、上記複
   数の活性層がキャリア密度変動に基づく屈折率の変動を
   相互に補償するようにした半導体レーザ装置。 １７、請求項１６に記載の半導体レーザ装置において、
   前記複数の活性層は異なる複数の利得ピーク波長を有す
   る半導体レーザ装置。 １８、請求項１７に記載の半導体レーザ装置において、
   前記共振器構造は上記複数の利得ピーク波長と異なる波
   長の光を前記特定の波長を有する光として選択的に帰還
   して増幅する半導体レーザ装置。 １９、請求項１７に記載の半導体レーザ装置において、
   前記共振器構造は前記特定波長として前記複数の利得の
   ピーク波長の間の値を有する波長のものを選択的に帰還
   して増幅する半導体レーザ装置。 ２０、請求項１７に記載の半導体レーザ装置において、
   前記共振器構造は前記特定波長として前記複数の利得の
   ピーク波長の間以外の値を有する波長のものを選択的に
   帰還して増幅する半導体レーザ装置。 ２１、複数の活性領域と、これらの活性領域キヤリアを
   注入するための手段と、上記活性層が放出する光のうち
   特定波長を有する光を帰還するための回折格子とを有し
   、上記複数の活性領域のうち少なくとも一つの活性領域
   の近傍に上記回折格子が配置され、これを含む上記複数
   の活性領域の間でキャリアの注入による利得の変化が相
   互に異なる半導体レーザ装置。 ２２、複数の活性領域と、これらの活性領域にキャリア
   を注入するための手段と、上記活性領域が放出する光の
   うち特定波長を有する光を帰還するための回折格子とを
   有し、上記複数の活性領域のうち少なくとも一つの活性
   領域の近傍に上記回折格子が配置され、これを含む上記
   複数の活性領域の間でキャリアの注入による屈折率の変
   化が相互に異なる半導体レーザ装置。 ２３、複数の活性層と、これらの活性層にキャリアを注
   入するための手段と、上記活性層が放出する光のうち特
   定波長を有する光を帰還するための回折格子とを有し、
   上記複数の活性層のうち少なくとも一つの活性層の近傍
   に上記回折格子が配置され、上記複数の活性層のキャリ
   ア注入量に対する利得の変化量を異ならせて、上記複数
   の活性層のうち特定の活性層のみでは自己発振しないよ
   うにした半導体レーザ装置。 ２４、複数の活性層とこれら活性層にキャリアを注入す
   るための手段が有り、これら活性層が放出する光のうち
   特定波長を有する光を発振するための回折格子が部分的
   に設けられ、上記活性層のうち少なくとも一つの活性層
   は上記回折格子の近傍に配置され、上記複数の活性層の
   キャリア注入量に対する屈折率の変化量を異ならせた半
   導体レーザ装置。 ２５、複数の活性層とこれら活性層にキャリアを注入す
   るための手段が有り、これら活性層が放出する光のうち
   特定波長を有する光を発振するための回折格子が部分的
   に設けられ、上記回折格子の近傍に配置された第１の活
   性層と、他の少なくとも一つ以上の第２の活性層のうち
   少なくとも一つの活性層の利得のピーク波長が発振波長
   より短波長である半導体レーザ装置。 ２６、複数の活性層とこれら活性層にキャリアを注入す
   るための手段が有り、これら活性層が放出する光のうち
   特定波長を有する光を発振するための回折格子が部分的
   に設けられ、上記回折格子の近傍に配置された第１の活
   性層と、他の少なくとも一つ以上の第２の活性層のうち
   少なくとも一つの活性層のどちらかあるいは両者が、キ
   ャリア注入に伴う屈折率の変化／利得の変化の後者の活
   性層のうち他の層の屈折率変化／利得の変化より大きく
   した半導体レーザ装置。 ２７、複数の活性層とこれら活性層にキャリアを注入す
   るための手段が有り、これら活性層が放出する光のうち
   特定波長を有する光を発振するための回折格子が部分的
   に設けられ、回折格子の近傍に配置された第１の活性層
   と、それ以外の少なくとも一つ以上の第２の活性層にお
   いて、上記第１の活性層と、上記第２の活性層のうちの
   どちらか、あるいは両者が多層で形成され、かつ少なく
   とも一つの活性層が量子井戸層を有し、この量子井戸層
   の厚さが上記第２の活性層の厚さより小さい半導体レー
   ザ装置。 ２８、請求項２３に記載の半導体レーザ装置において、
   前記キャリアを注入するための手段は前記複数の活性層
   に各々独立してキャリアが注入できるようにした半導体
   レーザ装置。 ２９、請求項２３に記載の半導体レーザ装置は前記複数
   の活性領域を相互に光学的に結合する光導波路を有して
   いる半導体レーザ装置。 ３０、請求項２３に記載の半導体レーザ装置において、
   前記回折格子の近傍に設けられた前記活性層は前記回折
   格子と並列に配置され、かつこの活性層に注入するキャ
   リアの量を変化させることにより発振波長を変化させる
   半導体レーザ装置。 ３１、複数の活性層と、これらの活性層にキャリアを注
   入する手段と、光が伝搬する一部領域に設けられかつ上
   記活性層が放出する光のうち特定波長を有する光を発振
   するための回折格子とを有し、上記複数の活性層の間で
   キャリアの変動による屈折率の変動を相互に補償するよ
   うにした半導体レーザ装置。 ３２、複数の活性層と、これらの活性層にキャリアを注
   入するための手段と、伝搬する光の光軸上に設けられか
   つ上記活性層が放出する光のうち特定波長を有する光を
   発振するための回折格子とを有し、上記複数の活性層の
   間でキャリアの注入による利得の変化が相互に異なる半
   導体レーザ装置。 ３３、複数の活性層と、これらの活性層にキャリアを注
   入するための手段と、伝搬する光の光軸上に設けられ、
   かつ上記活性層が放出する光のうち特定波長を有する光
   を発振するための回折格子とを有し、上記複数の活性層
   の間で利得のピーク波長が相互に異なる半導体レーザ装
   置。 ３４、請求項３３に記載の半導体レーザ装置において、
   前記複数の活性層の相異なる利得ピーク波長の中間の波
   長で発振が生ずるように、前記回折格子の周期が設定さ
   れている半導体レーザ装置。 ３５、請求項３１に記載の半導体レーザ装置において、
   前記複数の活性層は光の伝搬する方向に縦列に配置され
   る半導体レーザ装置。 ３６、請求項３１に記載の半導体レーザ装置において、
   前記複数の活性層が光の伝搬する方向に並列に配置され
   ている半導体レーザ装置。 ３７、請求項３１に記載の半導体レーザ装置において、
   前記複数の活性層を構成する半導体の結晶組成が互いに
   異なる半導体レーザ装置。 ３８、請求項３１に記載の半導体レーザ装置において、
   前記複数の活性層の少なくとも一つが量子井戸を有する
   半導体レーザ装置。 ３９、請求項３１に記載の半導体レーザ装置において、
   前記複数の活性層は厚さが異なる量子井戸を有する半導
   体レーザ装置。 ４０、請求項３１に記載の半導体レーザ装置は、前記複
   数の活性層に対して独立にキャリアを注入するための電
   極を有する半導体レーザ装置。 ４１、回折格子が形成され且つ、活性光導波路を含むＤ
   ＢＲ領域と位相調節領域と平坦な活性光導波路を含む光
   増幅領域を有し、上記ＤＢＲ領域の活性光導波路に用い
   られる材料の利得ピーク波長が発振波長より短波長であ
   る半導体レーザ装置。 ４２、請求項４１に記載の半導体レーザ装置において、
   上記光増幅領域を構成する活性光導波路材料の利得ピー
   ク波長が発振波長より長い半導体レーザ装置。 ４３、請求項４１に記載の半導体レーザ装置において、
   上記位相調節領域の光導波路に上記ＤＢＲ領域の活性光
   導波路に用いられる材料と同一の材料を用いた半導体レ
   ーザ装置。４４、異なる利得ピーク波長を有する複数の
   活性導波路間を同一のパッシブなガイド層を介して光結
   合した構造を有する半導体レーザ装置。 ４５、請求項４１に記載の半導体レーザ装置において、
   上記ＤＢＲ領域の活性光導波路に用いられる材料の利得
   ピーク波長が発振波長より０．０６μｍ以内の短波長で
   ある半導体レーザ装置。 ４６、請求項４１に記載の半導体レーザ装置において、
   上記ＤＢＲ領域の活性光導波路に用いられる材料の利得
   ピーク波長が発振波長より０．０２μｍから０．０５μ
   ｍ短波長である半導体レーザ装置。 ４７、受動的な半導体からなる光導波路にキャリアを注
   入し、屈折率を変えることにより、上記半導体導波路中
   を伝搬する光の光路長を変え、上記キャリアの注入によ
   り発生する光導波路の吸収損失を減少するように、上記
   光導波路の伝搬方向と平行に、光活性層を挿入した光導
   波路を用いたことを特徴とする半導体レーザ装置。 ４８、請求項４７に記載の半導体レーザ装置において、
   上記光導波路の利得が３０ｃｍ＾−＾１である半導体レ
   ーザ装置。 ４９、請求項４７に記載の半導体レーザ装置において、
   上記光導波路の導波光の波長で利得が最大である活性材
   料の層厚が使用波長の１／１５以下で、吸収損失を発生
   する受動的なガイド層の厚さを使用波長の１／１５以上
   と半導体レーザ装置。 ５０、請求項４７に記載の半導体レーザ装置において、
   上記活性層の利得が最大になる波長が、導波光の波長よ
   りも短波長側である半導体レーザ装置。