JPH07273400A

JPH07273400A - 半導体レーザ

Info

Publication number: JPH07273400A
Application number: JP6168194A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ishii; 啓之石井; Fumiyoshi Kano; 文良狩野; Yuzo Yoshikuni; 裕三吉国
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1994-03-30
Filing date: 1994-03-30
Publication date: 1995-10-20
Anticipated expiration: 2016-12-10
Also published as: JP3237733B2

Abstract

(57)【要約】【目的】１電極への注入電流制御により連続的に発振
波長を変化させること、および２電極への注入電流制御
により広範囲に発振波長を変化させることができる半導
体レーザを提供する。【構成】半導体レーザは交互に周期的に配置された活
性導波路層５と非活性導波路層６、これらと同じ周期で
配置された回折格子７とを有する直線状導波路をｐ型お
よびｎ型光閉じ込め層４，８で挟み、層４上にコンタク
ト層３を介して活性層駆動電極１、波長制御電極２を層
５，６に対応してそれぞれ設け、層８にはｎ型共通電極
９を設けている。電極１どうし、電極２どうしが半導体
レーザ光面上で短絡されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバ通信用光源
および光計測用光源として用いられる波長可変半導体レ
ーザに関し、特に光通信における光波長（周波数）多重
システム用光源、および広帯域波長帯をカバーする光計
測用光源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、送信用光源および同期検波用可同調光源として広範
囲な波長調整機能が要求されており、また、光計測の分
野からも広域波長帯をカバーする波長可変光源の実現が
望まれている。これまでに、種々の可変波長光源が研究
されてきたが、それらを大別すると、１つの発振モード
で連続的に波長が変わるものと、モード跳びを伴なって
不連続に波長が変わるものとに分けることができる。実
際のシステムへの応用を考えた場合、制御性の面から、
連続的に波長が変わるものの方が好ましい。

【０００３】連続的に発振波長を変化させることができ
る半導体レーザとしては、分布反射型レーザ（ＤＢＲレ
ーザ）や二重導波路レーザ（ＴＴＧレーザ）などが研究
されており、連続波長可変幅としてＤＢＲレーザでは
４．４ｎｍ、ＴＴＧレーザでは７ｎｍという値が報告さ
れている。また、モード跳びをともなった不連続な波長
可変幅としては、ＤＢＲレーザで１０ｎｍという値が得
られている。また近年、不連続ではあるが広い波長可変
幅が得られる半導体レーザとして、Ｙ分岐レーザ、超周
期構造回折格子レーザなどが試作され、５０〜１００ｎ
ｍの波長可変幅が得られている。

【０００４】図９にＴＴＧレーザの実施例を示す。図９
において、４１は活性層駆動電極、４２は波長制御電
極、４８は共通電極、４４は活性導波路層、４５は非活
性導波路層、４６は回折格子、４３はｐ型光閉じ込め
層、４７はｎ型スペーサ層、４９はｎ型光閉じ込め層で
ある。また、図１０にＤＢＲレーザの実施例を示す。図
１０において、５０は位相調整電極である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
技術においては次のような問題があった。ＴＴＧレーザ
では、光の増幅作用を行う活性導波路層に電流注入して
レーザ発振動作を生じさせ、該活性導波路層のすぐ近く
に形成される波長制御用非活性導波路層に独立に電流注
入することにより、発振波長を変化させる。ここで、回
折格子の周期をΛ、導波路の等価屈折率をｎとすれば、
ブラッグ波長λ_b は、

【０００６】

【数１】 λ_b ＝２ｎΛ （１）と表される。レーザはこのブラッグ波長近傍の１つの共
振縦モードで発振動作する。非活性導波路層に電流注入
を行うと、導波路の等価屈折率が変化し、式（１）よ
り、ブラッグ波長もそれに比例して変化する。ここで、
ブラッグ波長の変化の割合Δλ_b ／λ_b は、

【０００７】

【数２】 Δλ_b ／λ_b ＝Δｎ／ｎ（２）となり、等価屈折率の変化の割合Δｎ／ｎと等しくな
る。また、電流注入による等価屈折率の変化に伴ない、
共振縦モード波長も変化する。ＴＴＧレーザの場合、共
振器全体の等価屈折率が一様に変化するので、共振縦モ
ード波長の変化の割合Δλ_r ／λ_r は等価屈折率の変化
の割合Δｎ／ｎに等しくなる。すなわち、

【０００８】

【数３】 Δλ_r ／λ_r ＝Δｎ／ｎ（３）となる。式（２），式（３）より、ＴＴＧレーザでは、
ブラッグ波長の変化と共振縦モードの変化が等しくなる
ので、最初に発振したモードが保たれたまま連続的に発
振波長が変化するという大きな特徴を有する。しかしな
がら、単一横モード発振動作をさせるためには二重導波
路の幅は１〜２μｍにする必要があり、さらに活性層と
波長制御層との間に形成されるｎ型スペーサ層の厚さを
１μｍ以下まで薄くする必要があるため、通常の半導体
レーザで用いられている埋め込み構造にすることができ
ず、それぞれの導波路層に効率良く電流を注入するため
の構造にすることが、製作上非常に困難であるという問
題があった。

【０００９】それに対してＤＢＲレーザでは、光の増幅
作用を行う活性導波路層と非活性導波路層とが直列に接
続されている構造なので、通常の半導体レーザと同様に
電流狭窄を行うための埋め込みストライプ構造を用いる
ことができ、さらに各々の導波路層に独立に電流注入を
行うことは、各々の導波路層の上方に形成される電極を
分離することにより容易に実現される。非活性導波路層
への電流注入により、等価屈折率を変えてブラッグ波長
を変化させる機構はＴＴＧレーザと同様であるが、等価
屈折率の変化する領域が共振器の一部に限られているた
めに、ブラッグ波長の変化量と共振縦モード波長の変化
量とは一致しない。共振縦モード波長の変化の割合Δλ
_r ／λ_r は、全共振器長さＬ_t に対する分布反射器の実
効長Ｌ_eの割合分だけ等価屈折率の変化の割合Δｎ／ｎ
よりも少なくなり、

【００１０】

【数４】 Δλ_r ／λ_r ＝（Ｌ_e ／Ｌ_t ）・（Δｎ／ｎ）（４）となる。したがって、式（２），式（４）より、ＤＢＲ
レーザでは波長制御電流を注入するにつれてブラッグ波
長と共振縦モード波長とが相対的に離れていくため、モ
ード跳びを生じてしまうという欠点を持っていた。モー
ド跳びを生じさせないためには、回折格子が形成されて
いない位相調整領域を設けて、そこへの電流注入により
共振縦モードの変化量とブラッグ波長の変化量とを一致
させる必要がある。しかし、この方法では２電極への波
長制御電流を制御するための外部回路が必要になり、装
置構造、および制御が複雑になるという問題があった。

【００１１】ＴＴＧレーザ、およびＤＢＲレーザにおけ
る連続波長可変幅は、波長制御層の屈折率変化量に制限
され、その値は４〜７ｎｍ程度に留まっている。波長可
変幅をさらに広くするには、モード跳びを許容し、波長
フィルタの波長変化量が屈折率変化量よりも大きくなる
ような手段を用いる必要がある。Ｙ分岐レーザや、超周
期構造回折格子レーザは、いずれも屈折率変化量よりも
フィルタ波長変化量が大きくなる手段を用いている。こ
れらのレーザでは、フィルタ波長を大きく変化させ、な
おかつ十分な波長選択性を得るために、２つの電極に流
す電流を制御をする必要があり、さらに共振縦モード波
長を制御するための電極も必要となる。その結果、発振
波長を調整するのに３つの電極への注入電流を制御しな
ければならず、制御が非常に複雑になってしまうという
問題があった。

【００１２】本発明の目的は、上記問題を解決し、１電
極への注入電流制御により連続的に４〜７ｎｍ程度発振
波長を変化させることができ、なおかつ活性導波路層、
および非活性導波路層への電流注入も効率良く行える半
導体レーザを得ることと、モード跳びを伴なうけれど
も、２つの電極への注入電流制御により、５０〜１００
ｎｍ程度の範囲にわたって発振波長を変化させることが
できる半導体レーザを得ることである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、半導体基板上に、該基板より光
学的屈折率が大きい光導波路層と該光導波路層より屈折
率が小さい光閉じ込め層をそれぞれ１層以上含む直線光
導波路において、該光導波路層は発振波長帯の光に対し
て光学的利得を有する活性領域と光学的利得を持たない
非活性領域とが光の伝搬方向に沿って交互に周期的に繰
り返し配置された構造を有し、該光導波路層は回折格子
が形成された領域と回折格子が形成されていない領域が
交互に周期的に繰り返し配置された構造を有し、かつこ
れら２つの繰り返し周期が等しいことを特徴とする。

【００１４】請求項２の発明は、請求項１に記載の半導
体レーザにおいて、繰り返し形成されている活性領域、
および非活性領域の上方にそれぞれ独立に電流を注入す
るための電極が設けられており、活性領域用電極どう
し、および非活性領域用電極どうしが該半導体レーザの
表面上で短絡されていることを特徴とする。

【００１５】請求項３の発明は、請求項１に記載の半導
体レーザが同一基板上において２つ直列に接続されてい
て、第１の半導体レーザの周期構造の周期Ｔ₁ と第２の
半導体レーザの周期構造の周期Ｔ₂ とが異なる長さにな
っていて、かつ、２つのレーザにおけるそれぞれの繰り
返し構造１周期中の活性領域と非活性領域の長さの比が
等しいことを特徴とする。

【００１６】請求項４の発明は、請求項３に記載の半導
体レーザにおいて、繰り返し形成されている活性領域、
および非活性領域の上方にそれぞれ独立に電流を注入す
るための電極が設けられており、第１の半導体レーザ部
の非活性領域用電極どうし、および第２の半導体レーザ
部の非活性領域用電極どうしがそれぞれ該半導体レーザ
の表面上で短絡されていて、全ての活性領域用電極が該
半導体レーザの表面上で短絡されていることを特徴とす
る。

【００１７】請求項５の発明は、請求項３に記載の半導
体レーザにおいて、繰り返し形成されている活性領域、
および非活性領域の上方にそれぞれ独立に電流を注入す
るための電極が設けられており、このうち、複数の非活
性領域用電極は全て同じ分割比で２つに分割されて第１
の組の非活性領域用電極と、第２の組の非活性領域用電
極とを形成しており、第１の半導体レーザ部の分割され
た第１の組の非活性領域用電極どうし、および第２の半
導体レーザ部の分割された第１の組の非活性領域用電極
どうし、ならびに第１の半導体レーザ部および第２の半
導体レーザ部の双方の分割された全ての第２の組の非活
性領域用電極どうしがそれぞれ該半導体レーザの表面上
で短絡されているとともに、全ての活性領域用電極がそ
れぞれ該半導体レーザの表面上で短絡されていることを
特徴とする。

【００１８】

【作用】図７（Ａ）は本発明による半導体レーザの基本
的構成の一例を示す断面構造図である。図７（Ａ）にお
いて、１は活性層駆動電極、２は波長制御電極、４はｐ
型ＩｎＰ光閉じ込め層、５はＩｎＧａＡｓＰ活性導波路
層、６はＩｎＧａＡｓＰ非活性導波路層、７は回折格
子、８はｎ型ＩｎＰ光閉じ込め層、９はｎ側共通電極で
ある。活性導波路層５と非活性導波路層６は一定の長さ
で、交互に周期的に配置されている。また、回折格子７
もそれと同じで部分的に形成されている。活性導波路層
５および波長制御用非活性導波路層６の上部に設けられ
る電極１，２は互いに分離されており、図７（Ａ）に示
すように、活性導波路層上の電極１どうし、および波長
制御導波路層上の電極２どうしは素子上で短絡されてい
る。

【００１９】従来の技術で示したＴＴＧレーザやＤＢＲ
レーザでは、回折格子が一様に形成されているため、そ
の反射特性はブラッグ波長において１本の鋭いピークを
持つものとなる。それに対して前述の構成の半導体レー
ザでは、図７（Ａ）に示すように、周期的な凹凸を形成
して導波路の等価屈折率を周期変調させた回折格子が部
分的かつ周期的に形成されているため、図７（Ｂ）に示
すように、複数のピークを持つ反射特性になる。ここ
で、ピーク間隔は繰り返し周期Ｔに反比例する関係にあ
る。各々のピークに対する包絡関数２３は、１周期内の
回折格子の形状をフーリエ変換したものとなるが、図７
（Ａ）に示す例のように１周期内が回折格子の形成され
る部分と形成されない部分とからなる場合は、その包絡
関数は標本化関数（ｓｉｎ（ｘ）／ｘ）になる。この標
本化関数の主ピークの幅は回折格子の形成されている部
分の長さｔに反比例する。したがって、この包絡関数中
に現われる反射ピークの数は、回折格子の形成されてい
る部分の長さｔに対する繰り返し周期Ｔの比Ｔ／ｔに比
例する関係にある。したがって、Ｔ／ｔを２程度の値に
することにより、図７（Ｂ）のように１本の主ピーク２
１を有し、その両側に反射率の低い２本の副ピーク２２
を有する反射特性を得ることができる。このとき、周期
的に配置された全ての活性層駆動電極１に電流注入を行
い、光学的利得を得ることにより、本レーザは主ピーク
近傍の１つの共振縦モードで発振する。図７（Ｂ）にお
いて、２４は複数の共振縦モード、２５は選択された１
つのレーザ発振モードを示している。ここで、周期的に
配置された全ての波長制御電極２に電流注入を行えば、
図７（Ｃ）に示すように、波長制御層の等価屈折率が変
化し、１周期の長さに対する波長制御領域の長さの割合
分だけ共振縦モード波長が短波長側にシフトする。繰り
返し構造の１周期の長さをＬ_t 、波長制御領域長をＬ_p
とすれば、共振縦モード波長の変化の割合は、

【００２０】

【数５】 Δλ_r ／λ_r ＝（Ｌ_p ／Ｌ_t ）・（Δｎ／ｎ）（５）となる。

【００２１】一方、複数の反射ピークの各波長も、電流
注入による等価屈折率の変化の結果、短波長側にシフト
する。反射ピーク波長は繰り返し構造１周期内の平均等
価屈折率変化に比例するので、反射ピーク波長の変化の
割合Δλ_s ／λ_s は、

【００２２】

【数６】 Δλ_s ／λ_s ＝（Ｌ_P ／Ｌ_t ）・（Δｎ／ｎ）（６）となる。式（５），式（６）より、反射ピーク波長と共
振縦モード波長とは同じ量だけシフトする。したがっ
て、このレーザでは、最初に発振したモードを保ったま
ま連続的に波長が変化する。

【００２３】この例では、活性領域内に回折格子が形成
されていて、波長制御領域内に回折格子が形成されてい
ないので、波長制御領域への注入電流量を変化させて
も、回折格子が形成されている部分の等価屈折率は変化
しないため、ブラッグ波長、すなわち包絡関数のピーク
波長は、図７（Ｂ）に示すように変化しない。一方、波
長制御領域内に回折格子が形成されている場合には、波
長制御電流の注入により包絡関数のピーク波長が変化す
るが、反射ピーク波長と共振縦モード波長の変化量は一
致するので、図７（Ｃ）の例と同様に連続的な波長調整
が可能である。したがって、本発明によるレーザでは、
繰り返し構造の１周期内が活性領域と波長制御領域とか
ら構成されていて、１周期内に部分的に回折格子が形成
されていることが重要であり、回折格子が活性領域、波
長制御領域のどちらに形成されていようとも、連続的な
波長チューニング特性を得ることが可能である。

【００２４】このように、本発明による半導体レーザで
は、回折格子の形成される部分を周期的に配置してピー
ク幅の広い包絡関数の中にピーク幅の狭い反射ピークを
作り出し、さらにその周期と同じ周期で波長制御用の非
活性導波路層を配置することによって、連続的な波長可
変動作を達成することを基本原理としている。したがっ
て、通常のＤＢＲレーザや位相調整領域をもつＤＦＢレ
ーザのように周期構造がないものでは、本発明による半
導体レーザのような動作は達成されない。また、通常の
ＤＦＢレーザのように全領域を活性導波路層にしてしま
うと、レーザ発振によりキャリア密度がほぼ一定となる
ため、導波路の屈折率を変化させることができなくなっ
てしまうので、波長可変動作が達成されない。さらに、
部分的かつ周期的に回折格子が形成されている非活性導
波路層による分布反射器と、活性導波路層とが直列に接
続された、通常のＤＢＲレーザのような構造では、反射
ピーク波長と共振縦モード波長の動きとが一致しないの
で、連続的な波長可変動作が達成されない。

【００２５】前述の半導体レーザで、繰り返し構造の周
期が異なるものを２つ直列に同一基板上に接続すれば、
連続的な波長可変動作が達成されると同時に、さらに広
範囲の波長調整を行うことができる。２つのレーザを直
列に接続した場合の反射特性を図８（Ａ）に示す。図８
（Ａ）において、２６は第１のレーザによる反射特性、
２７は第２のレーザによる反射特性、２１は２つのレー
ザの反射特性を掛け合わせて得られる主ピーク、２２は
副ピークを示している。この例では、前述の構造パラメ
ータＴ／ｔを大きくし、包絡関数２３の主ピークの幅を
広くして、反射ピークの本数を増やしている。このまま
では、それら各ピーク近傍の複数の波長で発振する可能
性があるが、繰り返し周期の異なるレーザを組み合わせ
ることにより、２つのレーザを合わせた反射特性は、図
８（Ａ）図中に示すように、２つのレーザの反射ピーク
が互いに一致する波長に主ピークを有するものとなるた
め、この主ピーク近傍で単一モード発振が得られる。

【００２６】ここで、２つのレーザの繰り返し構造１周
期中の活性導波路層と非活性導波路層の長さの比を等し
くし、１周期の長さに対する波長制御電極の長さの比を
２つのレーザで等しくしておくと、全ての波長制御電極
を短絡してそこに電流注入を行えば、前例と同様に反射
ピーク波長と共振縦モード波長が同量だけ変化するの
で、連続的な波長調整を行うことができる。ここで、第
１のレーザ部と第２のレーザ部との間で反射ピークおよ
び共振縦モードの動きを一致させるために、１周期に対
する活性導波路層の長さの比と、波長制御電極の長さの
比を、２つのレーザ間で等しくしておくことが重要であ
る。この例のように２つのレーザを組み合わせた場合に
は、設計の自由度が広がり、反射ピークの主ピークと副
ピークの反射率差を大きくとることができ、変調時でも
安定な単一モード動作を得ることができる。また、包絡
関数の幅を広くして、可変波長帯において平坦な形状に
することにより、ピークをシフトさせたときでもピーク
反射率はほぼ一定に保たれるので、波長調整による光出
力の変動を小さくすることができる。

【００２７】さらに、２つのレーザの波長調整領域への
注入電流を独立に制御すれば、モード跳びを伴なった広
い範囲の波長調整が可能となる。図８（Ｂ）に第２のレ
ーザの波長制御電極にのみ電流を流した場合の、反射ピ
ークの動きを示す。この場合には、２つのレーザの反射
ピークの一致点が変化するので、主ピークの位置が大き
く変化する。このとき、共振縦モードはあまり変化しな
いので、発振波長はモード跳びを起こして大きく変化す
る。さらに電流注入量を増せば、主ピークの位置は次々
に大きく変化するので、それにつれて発振波長もとびと
びに大きく変化していく。図８（Ｂ）のように発振波長
が大きく跳んだ後の状態から、２つのレーザの波長制御
電極に同時に電流を流して、主ピークをシフトさせる
と、共振縦モードも同量だけシフトするので、連続的に
波長が変化する。このように２つのレーザの波長制御領
域への注入電流を独立に制御すれば、広い範囲にわたる
波長で発振させることができる。

【００２８】Ｙ分岐レーザや超周期回折格子レーザで
は、波長フィルタや反射器の中心波長を大きく変化させ
るのに２つの領域への注入電流を制御する必要があり、
さらに共振縦モード波長を制御するための電極が必要な
ため、合計３領域への注入電流制御が必要であったが、
本発明による半導体レーザでは、上述のように、反射器
の反射ピーク波長を変化させると共振縦モード波長も同
量だけ変化するので、２つの領域への注入電流を制御す
ればよいので、制御用回路を大幅に削減することができ
る。

【００２９】なお、繰り返し周期の異なる本発明による
発明による第１の半導体レーザを２つ作製し、それを光
学的に結合させた場合には、上述のように連続的に波長
を変化させることはできない。なぜならば、波長制御電
極に電流を注入したときに、２つのレーザ間の光の位相
は全く変化しないため、その分だけ共振縦モードの変化
が小さくなり、反射ピークの変化と一致しなくなるから
である。したがって、２つのレーザは完全に直列に接続
されている必要があるため、同一基板上に２つ一体に集
積されていなければならない。

【００３０】

【実施例】次に本発明の実施例を図面とともに説明す
る。

【００３１】（実施例１）図１は本発明の第１実施例を
示す図で、（Ａ）は本発明による半導体レーザを上部か
らみた図、（Ｂ）はＸ−Ｘ′間の断面構造図、（Ｃ）は
Ｙ−Ｙ′間の断面構造図である。図１において、１は活
性層駆動電極、２は波長制御電極、３はｐ型ＩｎＧａＡ
ｓＰコンタクト層、４はｐ型ＩｎＰ光閉じ込め層、５は
バンドギャップ波長１．５５μｍのＩｎＧａＡｓＰ活性
導波路層、６はバンドギャップ波長１．３５μｍのＩｎ
ＧａＡｓＰ非活性導波路層、７は回折格子、８はｎ型Ｉ
ｎＰ光閉じ込め層、９はｎ側共通電極、１０はＦｅドー
プＩｎＰ電流阻止層である。活性導波路層と非活性導波
路層は２５μｍの長さで、交互に周期的に配置されてい
る。また、回折格子もそれと同じ周期５０μｍ毎に部分
的に形成されている。回折格子が形成される部分の長さ
は約２０μｍで、回折格子の凸凹の周期は２３８ｎｍと
なっている。活性導波路層、および波長制御用非活性導
波路層の上部に設けられる電極は互いに分離されてお
り、図１（Ａ）に示すように、活性導波路層上の電極ど
うし、および波長制御導波路層上の電極どうしは素子上
で短絡されており、櫛型の電極形状になっている。この
ように素子上で各々の領域の電極どうしを短絡しておく
ことにより、金属製のボンディング・ワイヤをどこか一
か所ずつ接着させるだけで、各領域に電流を注入するこ
とができる。

【００３２】上記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ＩｎＰ８上に活性導波路層５と非活性導波路層
６とを作製する。その後、上記活性導波路層の表面の一
部に塗布したレジストに、電子ビーム露光法を用いて回
折格子のパタンを転写し、転写パタンをマスクとしてエ
ッチングを行い回折格子７を形成する。ｐ型ＩｎＰ光閉
じ込め層４およびｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層３を
成長した後、横モードを制御するために、幅１．２μｍ
のストライプ状に導波路を加工し、その両側にＦｅドー
プＩｎＰ電流阻止層１０を成長する。そして、各電極
１，２，９を形成した後、活性層駆動電極１と波長制御
電極２とを電気的に分離するために、それらの電極間の
ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層３を除去する。

【００３３】図２は活性層駆動電極に一定の電流を流し
てレーザ発振させた後、波長制御電極に流す電流を変え
たときの発振波長の変化の様子を示したものである。本
半導体レーザは、作用のところで記述した原理にしたが
って動作し、波長制御電極への注入電流を変化させるこ
とにより、約５ｎｍの範囲で連続的に発振波長が変化し
ている。

【００３４】（実施例２）図３は本発明の第２の実施例
を示す断面構造図である。本実施例のレーザは、第１の
実施例に示したレーザと同様の構造のもので繰り返し周
期の異なる２つのレーザを同一基板上に直列に集積した
ものである。図３において、３１は第１のレーザ部、３
２は第２のレーザ部を示し、１は活性層駆動電極、６２
は第１の波長制御電極、７２は第２の波長制御電極、３
はｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層、４はｐ型ＩｎＰ光
閉じ込め層、５はバンドギャップ波長１．５５μｍのＩ
ｎＧａＡｓＰ活性導波路層、６はバンドギャップ波長
１．３５μｍのＩｎＧａＡｓＰ非活性導波路層、７は回
折格子、８はｎ型ＩｎＰ光閉じ込め層、９はｎ側共通電
極である。第１のレーザ部の繰り返し構造の周期Ｔ₁ は
６６．８μｍ、第２のレーザ部の繰り返し構造の周期Ｔ
₂ は７１．４μｍとなっている。これに対して、第１の
レーザ部の反射ピーク間隔は約５ｎｍ、第２のレーザ部
の反射ピーク間隔は約４．７ｎｍとなる。活性導波層と
非活性導波路層の長さの比は第１のレーザ部，第２のレ
ーザ部とも１：２となっており、活性導波路層の一部に
周期２３９ｎｍの回折格子が部分的に形成されている。
回折格子形成部分の長さは繰り返し構造の周期の２０％
とし、高反射ピークの数は約１０本になっている。

【００３５】素子の作製方法は第１の実施例による半導
体レーザと同様の方法を用いている。第１のレーザ部の
波長制御領域上の電極は全て素子上で短絡されていて、
第２のレーザ部の波長制御領域上の電極も全て素子上で
短絡されている。また、全ての活性導波路層上の電極は
素子上で短絡されている。これにより、計３か所にボン
ディング・ワイヤを接着させることにより各領域へ電流
を注入することができる。

【００３６】図４は活性層駆動電極−共通電極間に一定
の電流Ｉａを流してレーザ発振させた後、第１の波長制
御電極−共通電極間には電流を流さず、第２の波長制御
電極−共通電極間に流す電流Ｉ₂ を変えたときの発振波
長の変化の様子を示したものである。本半導体レーザ
は、作用のところで記述した原理にしたがって動作し、
第１のレーザ部の反射ピークと第２のレーザ部の反射ピ
ークとが一致する波長付近で単一モード発振する。第２
のレーザ部の波長制御電流Ｉ₂ を変化させると反射ピー
クの一致点が変わり、モード跳びを起こしながら波長が
短波長側に大きく変化する。１回のモード跳びによる波
長変化量は第１のレーザ部の反射ピーク間隔に等しく、
したがって繰り返し構造の周期Ｔ₁ により定まる。この
例の場合、モード跳びによる波長変化量は約５ｎｍとな
っている。片方の波長制御電極への電流注入による波長
変化の方向は、２つのレーザ間における繰り返し周期Ｔ
₁ およびＴ₂ の大小関係により定まる。なお、第１のレ
ーザ部の波長制御電極のみ電流を流した場合には、逆に
長波長側に波長が変化し、その場合のモード跳びによる
波長間隔は第２のレーザ部の反射ピークの間隔に等しく
なる。

【００３７】第１の波長制御電極と第２の波長電極を短
絡して、同時に電流を流した場合、この例に示した半導
体レーザでは、繰り返し周期に対する活性導波路層の長
さの比、ならびに波長制御電極の比が、２つのレーザ部
で等しくなっているので、第１の実施例で示した図２の
ように連続的に波長を変化させることができる。さら
に、第１および第２の波長制御電極に流す電流を独立に
制御することにより、約５０ｎｍの波長帯の任意の波長
で発振させることができる。

【００３８】（実施例３）図５は本発明の第３の実施例
を示す断面構造図である。本実施例のレーザは、第２の
実施例に示したレーザとほぼ同様の構造であるが、繰り
返し構造中の波長制御電極が全て２つに分割されている
点が異なっている。図５において、３１は第１のレーザ
部、３２は第２のレーザ部を示し、６２は第１の波長制
御電極、７２は第２の波長制御電極、８２は第３の波長
制御電極である。第１のレーザ部の繰り返し構造の周期
Ｔ₁ は６６．８μｍ、第２のレーザ部の繰り返し構造の
周期Ｔ₂ は７１．４μｍとなっている。これに対応し
て、第１のレーザ部の反射ピーク間隔は約５ｎｍ、第２
のレーザ部の反射ピーク間隔は約４．７ｎｍとなる。活
性導波層と非活性導波路層の長さの比は第１のレーザ
部，第２のレーザ部とも１：２となっており、活性導波
路層の一部に周期２３９ｎｍの回折格子が部分的に形成
されている。回折格子形成部分の長さは繰り返し構造の
周期の２０％とし、高反射ピークの数は約１０本になっ
ている。以上の点は、第２の実施例で示したものと同じ
であるが、非活性導波路層上の電極が１：１の比率で２
分割されている点が異なっている。第１のレーザ部の各
周期構造における波長制御領域上の分割された電極のう
ちの１つは全て素子上で短絡されていて、第１の波長制
御電極を構成し、第２のレーザ部の各周期構造における
波長制御領域上の分割された電極のうちの１つも全て素
子上で短絡されて第２の波長制御電極を構成している。
そして、残りの波長制御領域上の電極は、全て素子上で
短絡されて第３の波長制御電極を構成している。さら
に、すべての活性導波路層上の電極は素子上で短絡され
ている。これにより、計４か所にボンディング・ワイヤ
を接着させることにより各領域へ電流を注入することが
できる。

【００３９】図６は活性層駆動電極−共通電極間に一定
の電流Ｉａを流してレーザ発振させた後、第１の波長制
御電極−共通電極間には電流を流さず、第２の波長制御
電極−共通電極間に流す電流Ｉ₂ を固定して、第３の波
長制御電極−共通電極間に流す電流Ｉ₃ を変えたときの
発振波長の変化の様子を示したものである。本半導体レ
ーザは、作用のところで記述したように、波長制御電流
Ｉ₃ は共振器全体の各周期構造中に均一に注入されるた
め、反射ピークと共振縦モードが同じ量だけ変化し、モ
ード跳びを起こさずに連続的に波長が変化する。そし
て、第２の波長制御電極−共通電極間に流す電流Ｉ₂ を
変えると、第２のレーザ部の反射ピークだけがシフトす
るため、第１のレーザ部と第２のレーザ部の反射ピーク
の一致点が変化して、モード跳びを起こしながら波長が
大きく変化する。この例の場合、モード跳びによる波長
変化量は約５ｎｍとなっている。

【００４０】第３の実施例による半導体レーザでは、上
記のように、波長制御電流Ｉ₂ により波長を約５ｎｍ毎
に大きく変化させ、波長制御電極Ｉ₃ により波長を連続
的に細かく微調整することにより、約２５ｎｍの範囲で
波長を設定することが可能である。この例の半導体レー
ザでは、素調整用の電極と微調整用の電極というよう
に、機能別に電極が分れているため、第２の実施例の半
導体レーザよりも、さらに波長の制御が簡便になってい
る。

【００４１】上記のように本発明にょる半導体レーザで
は、活性導波路層と非活性導波路層を交互に周期的に配
置し、回折格子を周期的に配置する点が異なるだけで、
通常の半導体レーザの作製法を用いて容易に作製するこ
とができる。なお、本実施例では、半絶縁性Ｆｅドープ
ＩｎＰによる埋め込み型レーザの例を示したが、ｐｎ逆
接合で電流阻止を行うタイプの埋め込み型レーザでもよ
い。また、ＧａＡｓを基板とした、より短波長で発振す
るレーザに対しても本発明が適用できることはいうまで
もない。

【００４２】

【発明の効果】上記実施例で示したように、本発明によ
る半導体レーザは、１電極の電流制御で連続的に波長調
整が可能なレーザである。また、２電極の制御で１０ｎ
ｍを越える広い範囲の波長調整が可能なレーザを得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による半導体レーザの示
す図で、（Ａ）は上部からみた平面図、（Ｂ）は上記平
面図に示すＸ−Ｘ′線断面図、（Ｃ）は上記平面図に示
すＹ−Ｙ′線断面図である。

【図２】本発明の第１の実施例による半導体レーザの波
長変化特性を示す図である。

【図３】本発明の第２の実施例による半導体レーザの断
面図である。

【図４】本発明の第２の実施例による半導体レーザの波
長変化特性を示す図である。

【図５】本発明の第３の実施例による半導体レーザの断
面図である。

【図６】本発明の第３の実施例による半導体レーザの波
長変化特性を示す図である。

【図７】本発明の半導体レーザにおいて、発振波長の連
続的な制御方法を示す図で、（Ａ）は半導体レーザの構
造図、（Ｂ）は波長制御電極に電流を流す前の反射特
性、共振縦モードを示す図、（Ｃ）は波長制御電極に電
流を流したときの反射特性、共振縦モードを示す図であ
る。

【図８】本発明の半導体レーザにおいて、発振波長を大
きく変化させる方法を示す図で、（Ａ）は波長制御電極
に電流を流す前の２つのレーザ部各々の反射特性、２つ
のレーザ部を合わせた反射特性、および共振縦モードを
示す図であり、（Ｂ）は第２のレーザ部の波長制御電極
にのみ電流を流したときの２つのレーザ部各々の反射特
性、２つのレーザ部を合わせた反射特性、および共振縦
モードを示す図である。

【図９】従来の二重導波路型レーザ（ＴＴＧレーザ）の
断面図である。

【図１０】従来の分布反射型レーザ（ＤＢＲレーザ）の
断面図である。

【符号の説明】

１活性層駆動電極２波長制御電極３ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４，４３ｐ型ＩｎＰ光閉じ込め層５，４４活性導波路層，活性層６，４５非活性導波路層，波長制御層７，４６回折格子８ｎ型ＩｎＰ光閉じ込め層，ｎ型ＩｎＰ基板９，４８ｎ型共通電極１０半絶縁性ＦｅドープＩｎＰ電流阻止層２１主反射ピーク２２副反射ピーク２３包絡関数２４共振縦モード２５レーザ発振モード２６第１のレーザ部の反射ピーク２７第２のレーザ部の反射ピーク３１第１のレーザ部３２第２のレーザ部４７ｎ型ＩｎＰスペーサ層４９ｎ型光閉じ込め層５０位相調整電極６２第１の波長制御電極７２第２の波長制御電極８２第３の波長制御電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に、該基板より光学的屈折
率が大きい光導波路層と該光導波路層より屈折率が小さ
い光閉じ込め層をそれぞれ１層以上含む直線光導波路に
おいて、該光導波路層は発振波長帯の光に対して光学的
利得を有する活性領域と光学的利得を持たない非活性領
域とが光の伝搬方向に沿って交互に周期的に繰り返し配
置された構造を有し、該光導波路層は回折格子が形成さ
れた領域と回折格子が形成されていない領域が交互に周
期的に繰り返し配置された構造を有し、かつこれら２つ
の繰り返し周期が等しいことを特徴とする半導体レー
ザ。
【請求項２】請求項１に記載の半導体レーザにおい
て、繰り返し形成されている活性領域、および非活性領
域の上方にそれぞれ独立に電流を注入するための電極が
設けられており、活性領域用電極どうし、および非活性
領域用電極どうしが該半導体レーザの表面上で短絡され
ていることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項３】請求項１に記載の半導体レーザが同一基
板上において２つ直列に接続されていて、第１の半導体
レーザの周期構造の周期Ｔ₁ と第２の半導体レーザの周
期構造の周期Ｔ₂ とが異なる長さになっていて、かつ、
２つのレーザにおけるそれぞれの繰り返し構造１周期中
の活性領域と非活性領域の長さの比が等しいことを特徴
とする半導体レーザ。
【請求項４】請求項３に記載の半導体レーザにおい
て、繰り返し形成されている活性領域、および非活性領
域の上方にそれぞれ独立に電流を注入するための電極が
設けられており、第１の半導体レーザ部の非活性領域用
電極どうし、および第２の半導体レーザ部の非活性領域
用電極どうしがそれぞれ該半導体レーザの表面上で短絡
されていて、全ての活性領域用電極が該半導体レーザの
表面上で短絡されていることを特徴とする半導体レー
ザ。
【請求項５】請求項３に記載の半導体レーザにおい
て、繰り返し形成されている活性領域、および非活性領
域の上方にそれぞれ独立に電流を注入するための電極が
設けられており、このうち、複数の非活性領域用電極は
全て同じ分割比で２つに分割されて第１の組の非活性領
域用電極と、第２の組の非活性領域用電極とを形成して
おり、第１の半導体レーザ部の分割された第１の組の非
活性領域用電極どうし、および第２の半導体レーザ部の
分割された第１の組の非活性領域用電極どうし、ならび
に第１の半導体レーザ部および第２の半導体レーザ部の
双方の分割された全ての第２の組の非活性領域用電極ど
うしがそれぞれ該半導体レーザの表面上で短絡されてい
るとともに、全ての活性領域用電極がそれぞれ該半導体
レーザの表面上で短絡されていることを特徴とする半導
体レーザ。