JPH09312437A

JPH09312437A - 半導体レーザおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH09312437A
Application number: JP12954696A
Authority: JP
Inventors: Masato Ishino; 正人石野; Nobuyuki Otsuka; 信之大塚; Yuichi Inaba; 雄一稲葉; Shinji Nakamura; 真嗣中村; Masahiro Kito; 雅弘鬼頭
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-05-24
Filing date: 1996-05-24
Publication date: 1997-12-02

Abstract

(57)【要約】【課題】狭スペクトル線幅の半導体レーザを提供す
る。【解決手段】 InP基板１０上に非回折格子である位相
シフト領域２０とその両側に位相が4分の1波長シフトし
た回折格子１１を有している。さらに歪MQW活性層１４
を含む構成により共振器構造を形成する。位相シフト領
域２０により、発振波長のレーザ光の帰還がないので、
ホールバーニングがなく、高バイアスまで電流を注入で
き、狭スペクトルの半導体レーザを実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コヒーレント光通
信等のキーデバイスとなる狭スペクトル線幅半導体レー
ザおよびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より狭スペクトル半導体レーザとし
ては図４（ａ）のように4分の1波長（λ/4）シフト回折
格子を有する分布帰還型(DFB)レーザが用いられてお
り、多重歪量子井戸活性層および1mm以上の長共振器構
造、負の波長ディチューニング等の採用により100kHz以
下の線幅が得られている（参考文献：Tohmori他、1993
年Europian Conference on Optical Fiber Communicati
on ThP11.2 pp561-564）。

【０００３】このレーザ構造は、線幅増大係数の小さい
活性層構造とすることにより狭線幅が得られているが、
さらなる狭線幅化には、高バイアス動作が必要である。
それは、スペクトル線幅は、レーザへの注入電流の大き
さと反比例の関係にあるからである。つまり、図４
（ｃ）のように高バイアス化して注入電流を大きくする
ことで線幅が小さくなるのである。

【０００４】しかしながら実際には、図４（ａ）のよう
に軸方向ホールバーニングの影響により、かえって線幅
が太くなってしまうという問題が生じる。図４（ｃ）中
の実線は実際にホールバーニングによりスペクトル線幅
が大きくなっている現象を示している。このように高バ
イアス化により線幅は小さくなっていくが、ある時点か
らホールバーニングの影響により線幅がまた増大してい
く。

【０００５】またこのような高バイアス電流下での線幅
の拡がりを抑制する方法として例えば位相シフト領域の
中央領域の回折格子の周期をその他の領域と変化させ、
軸方向ホールバーニングを抑制することにより、線幅の
再拡がりを抑制する方法がある（Okai他 IEEE J. Quan
tum Electron., vol. 27, No. 6 pp. 1767-1772）。こ
の構造は、回折格子の一部分に周期が異なる回折格子を
形成するものである。しかしながら所定の部分に選択的
に周期を変化させた回折格子を形成するには、通常電子
ビーム露光装置やルーリングマシーンのような特別な装
置が必要となり、通常の干渉露光系では作製できないと
いう問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように従来のレー
ザでは、高バイアスでのスペクトル線幅の再拡がりがあ
り、ホールバーニングを抑制するための作製方法には、
特別の装置が必要である等の問題があった。

【０００７】そこで本発明は、比較的簡単な構造でスペ
クトル線幅の狭い半導体レーザを提供し、あわせて容易
に作製できる製造方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような課
題を解決すべく、回折格子と活性層とを有する半導体レ
ーザであって、前記半導体レーザの共振器は、回折格子
を有する第1の領域と第２の領域とを備え、前記第１の
領域の回折格子と前記第２の領域の回折格子との位相は
互いに実質的に４分の１波長分だけシフトしており、前
記第１と第２の領域の間には、結合定数が第１の領域、
第２の領域よりも小さい第３の領域を有する半導体レー
ザとする。

【０００９】前記回折格子は基板に形成した凹凸を利用
したものでもよいし、埋め込み型であってもよい。

【００１０】また、前記第３の領域には回折格子が形成
されていなくてもよい。また、基板上に、活性層と前記
活性層の基板側に位置する下凸形状の埋込み回折格子と
を有し、前記回折格子が共振器中央付近を介してその位
相が4分の1波長だけ位相シフトしており、かつ回折格子
周期で決まるレーザの発振波長に対し前記埋め込み回折
格子の吸収端が短波長にある半導体レーザとする。

【００１１】基板上に、活性層と前記活性層の基板側に
位置する下凸形状の埋め込み回折格子を有し、かつ回折
格子周期で決まるレーザの発振波長に対しが前記埋め込
み回折格子の吸収端が長波長にあり、さらに低反射コー
トされた出射端面を有する半導体レーザとする。

【００１２】FM変調用狭スペクトル線幅レーザと局発用
狭スペクトル線幅用レーザをヘテロダイン検波する光伝
送方法であって、FM変調用レーザにl/4位相シフト型DFB
レーザを用いるとともに、局発レーザに位相シフト領域
において回折格子の非形成もしくは結合定数が小さい回
折格子の小さいl/4位相シフト型DFBレーザを用いる光伝
送方法とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】

（実施の形態１）図１は、本発明の半導体レーザの一実
施例を示す断面図である。図1に示すように、本実施の
形態の半導体レーザは、InP基板１０上に形成した位相
シフト回折格子１１と、その全面に成長したn-InGaAsP
(組成波長λg=1.05μm、膜厚140nm）光導波層１２とア
ンドープ歪MQW（多重量子井戸）活性層１４、さらにp-I
nPクラッド層（p=7x10¹⁷cm^-3）１５、p-InGaAsPコンタ
クト層６よりなる。

【００１４】活性層１４は、図２に示すように、共振器
方向に幅1.5mmのストライプ状に加工されており、その
共振器長は1.5mmである。また端面は、SiNにより反射率
1％以下の無反射膜１３ａ、１３ｂでコートされてい
る。共振器の中央部には、位相シフト領域２０があり、
この領域には回折格子が形成されていない。これは、回
折格子を形成しないことにより、発振波長のレーザ光の
帰還が行われない領域を形成しており、これによりホー
ルバーニングを抑制できるので、図４（ｃ）のように高
バイアス域まで電流を注入してもスペクトル線幅の広が
りがなく、その結果、線幅の小さいレーザを実現するこ
とができることになる。

【００１５】歪多重量子活性層１4は3層のInGaAsP(組成
波長λg＝1.62ミクロンメートル、歪量0.9％、膜厚6n
m）量子井戸層１４ｗおよび2層のInGaAsP(組成波長λg=
1.15μm、膜厚10nm）障壁層１４ｂの交互に積層され、p
-InP１5界面は p-InGaAsP(組成波長λg=１．１５μm、
膜厚30nm）導波路層で構成されており、活性層からのフ
ォトルミネッセンスピーク波長は1.58mmである。ここで
位相シフト回折格子1１は200mm長の非形成領域である位
相シフト領域20の両側で位相が4分の1波長分互いにシフ
トしている。また回折格子の周期は240nmで発振波長に
対応するブラッグ波長は1.53mmである。この場合波長デ
ィチューニングとして-50nmが得られている。

【００１６】図１は共振器方向の断面図であるが、図２
（ａ）に共振器方向とは垂直方向の断面図を正面図とし
たレーザの構成斜視図を示し、（ｂ）には活性層４近傍
のバンドギャップエネルギー図を示している。活性層４
と光導波路層２は幅約１．５ミクロンのメサ状になって
おり、そのメサの両側はｎ−ＩｎＰ層とｐ−ＩｎＰ層と
で埋めこまれている。

【００１７】本構造において、しきい値電流20mA、片端
面からの外部微分量子効率として0.25mW/mAと低しきい
値発振が得られている。また従来の構造では、バイアス
電流が200mA程度で、線幅の再拡がりが生じ、250mA程度
でモードホップが生じていたため、最小線幅は80kHz程
度であったのに対し、本構造では300mA以上まで線幅拡
がりは確認されておらず50kHzの狭スペクトル特性が得
られる。１００kHz以下の狭線幅特性は井戸層数2〜４の
間およびディチューニングは-30nm以下で確認できる。

【００１８】また本発明の構造は以下に述べるように特
別の装置を必要とすることなく作製できる特徴がある。
図３（a)〜(d)に本発明の構造の製造方法を示す。

【００１９】まず図３（a)に示すように、ポジレジスト
の塗付されたn-InP基板1０に位相シフトマスク22を基板
に密着して2光束干渉露光をおこなう。これにより、ポ
ジレジスト２１に回折格子のパターンが露光される。位
相シフトマスクの中央部には、段差が設けられている。
この段差を境界として、段差の右側と左側の領域の回折
格子の位相をλ/４ずらすことになる。

【００２０】さらに図３(b)に示すように位相シフトマ
スクの段差部分を中心として幅200mmの透明部を除いて
遮光できる選択領域マスク23をレジスト基板に密着させ
通常の白色光露光を行なう。白色光の露光により、ポジ
レジストに露光されていた回折格子のパターンは白色光
に感光してなくなってしまう。この基板を現像すること
により、図３（c）に示すような中央部のl/４位相シフ
ト領域20の両側で位相シフト回折格子レジストパターン
２１が形成される。この回折格子パターン２１は、右側
と左側とで、位相はλ／４異なっている。

【００２１】さらにこの基板１０を臭素を含む水溶液で
エッチングし、さらにレジスト２１除去することによ
り、図３(d)のように200mmの位相シフト領域20以外の選
択領域に位相シフト回折格子１１が形成される。回折格
子１１はパターン２１をマスクに基板１０をエッチング
することにより形成される。同様にこの位相シフト領域
２０も基板１がエッチングされることにより形成され
る。ただし、シフト領域の表面はレジストがのっていな
いのでエッチングされていても平坦になっている。通常
では、このような平坦な領域を形成するには、平坦部分
をマスクしてそれ以外の部分に回折格子を形成する。し
かしその方法では、平坦部分上の平坦部分のマスクの上
に、回折格子形成用のレジストをさらに形成する必要が
あり、図１１（ｂ）のように回折格子形成用のレジスト
が均一の厚みにならず、回折格子形成用のレジストに回
折格子のパターンが形成されるところと形成されないと
ころができてしまう。平坦部分のマスク近傍の回折格子
形成用のレジストには回折格子のパターンが形成され
ず、平坦部分からはなれたところの回折格子形成用のレ
ジストには均一に回折格子のパターンが形成される。そ
の結果、平坦部分の左右で位相がλ／４正確にシフトし
た回折格子を形成するのが困難である。よってこのよう
に、回折格子の形成のためのエッチング時に、平坦領域
ではあるがこの位相シフト領域もマスクでおおうのでは
なく、回折格子の形成と同時にエッチングで形成してお
けば、右側の回折と左側の回折格子との位相シフトは正
確にλ／４に形成できることとなる（図１１（ａ）参
照）。

【００２２】さらにこの回折格子基板上に図３(e)のよ
うに有機金属気相成長（MOVPE）によりn-InGaAsP光導波
層１2、InGaAsP歪MQW活性層１４およびp-InPクラッド層
１５を順次成長する。成長する膜は、図１、２に示した
のと同じ組成である。さらにメサを形成するためのエッ
チングを行い、メサの埋込み成長により幅1.5mmの活性
層ストライプと電流挟窄構造およびp-InGaAsPコンタク
ト層１6を形成したのち上下に電極１８ｐ、１８ｎおよ
びSiN無反射コート膜１３ａ、１３ｂを堆積し図1、図２
の構造が得ることができる。

【００２３】このように本発明の構造では、回折格子の
位相をλ／４シフトさせるのに単純な構造である基板の
平坦部分を利用した位相シフト領域２０を設けているた
め、この部分での発振波長のレーザ光の帰還がほとんど
ないため、ホールバーニングの影響を抑制することがで
きる。よって高バイアスにおいても線幅の再広がりがな
く、狭いスペクトル線幅の半導体レーザを実現すること
ができる。またこの構造の製造方法においても、位相シ
フト領域が単純な平坦構造であるため、特別な装置を用
いて形成する必要がない。この位相シフト領域の平坦部
分も回折格子のエッチングと同時に形成するため、回折
格子部分とのずれもなく、回折格子同志の位相シフトも
λ／４に正確に保持できる。よって、比較的単純な方法
で狭スペクトル半導体レーザを得ることができる。

【００２４】（実施の形態２）図７は、本発明の半導体
レーザの一実施例を示す共振器方向の構成断面図であ
り、図６は構成斜視図である。本実施の形態が実施の形
態１と異なるのは、実施の形態１が基板に回折格子を形
成して基板上の導波路層の厚みを変化させて実効的に屈
折率分布を形成しているのに対し、本実施の形態では、
基板に埋め込み回折格子を形成して実効的に屈折率分布
を形成している点である。またこの実施の形態では実施
の形態１のように回折格子と回折格子との間に回折駆使
のない位相シフト領域を形成し、埋め込み回折格子の位
相が共振器の中央部でλ／４シフトしている。埋め込み
回折格子の場合は、たとえ基板にのこぎり状の凹凸を形
成した時点で、この凹凸の凸部が尖らずにまるみを帯び
た形状になったり少し平らになったりしても、凹部を結
晶で埋め込んで、それを回折格子とし、凸部は基板と同
組成の結晶で埋め込まれてなくなってしまうので、レー
ザの特性に悪影響を及ぼすこととはほとんどない。ま
た、製造の面でも多少この凹凸が所定の凹凸形状になっ
ていなくてもよいので、歩留まりが向上するという利点
がある。また回折格子をほぼ設計通りに形成できるの
で、スペクトル線幅も小さくできることになる。

【００２５】以下、具体的に構成と製造方法について説
明する。図７に示すように、本半導体レーザの構造は、
InP基板７1上に埋め込み回折格子７７、n-InPクラッド
層７２、アンドープ歪MQW活性層７４、p-InPクラッド層
（p =7x10¹⁷cm^-3）７５、p-InGaAsPコンタクト層７６よ
りなる。

【００２６】活性層７４は図６のように共振器方向に幅
1.5mmのストライプ状に加工されており、その共振器長
は1.8mmである。また端面はSiNにより反射率1％以下の
無反射膜７３ａ、７３ｂでコートされている。歪多重量
子活性層７4は3層のInGaAsP(組成波長λg＝1.62mm、歪
量0.9％、膜厚6nm）量子井戸層７４ｗおよび４層のInGa
AsP(組成波長λg=1.15μm、膜厚10nm）障壁層７４ｂの
交互に積層されており、活性層からのフォトルミネッセ
ンスピーク波長は1.58mmである。

【００２７】ここで埋め込み回折格子７７は、逆三角形
形状をしており、活性層７4の下側のn-InPクラッド層７
3とn-InP基板１間に埋め込まれている。また位相シフト
領域20の両側で位相が4分の1波長分互いにシフトしてい
る。埋め込み回折格子はInAsPで構成され、その室温で
のフォトルミネッセンスピーク波長は1.4mmである。こ
の回折格子の周期は242nmで発振波長に対応するブラッ
グ波長は1.53mmである。この場合波長ディチューニング
として-50nmが得られている。図６（ｂ）のようにレー
ザ光はＩｎＡｓＰ回折格子では吸収されないので、ここ
では、ＩｎＡｓＰを埋め込み回折格子と呼んでいる。

【００２８】本構造においてしきい値20mA,片端面から
の外部微分量子効率として0.25mW/mAと低しきい値発振
が得られている。また従来の構造ではバイアス電流200m
A程度で線幅の拡がりが生じ、250mA程度でモードホップ
が生じていたため最小線幅は80kHz程度であったのに対
し、本構造では300mA以上まで線幅拡がりは確認されて
おらず30kHzの狭スペクトル特性が得られる。１００kHz
以下の狭線幅特性は井戸層数2〜４の間およびディチュ
ーニングは-30nm以下で確認できる。

【００２９】また本構造における特徴である埋め込み回
折格子は、逆三角形状であるため基板の異方性エッチと
マストランスポート法が利用でき、小さい結合定数であ
る位相シフト領域２０を制御性良く形成できる。このた
め1.8mmの長共振器構造でも300mA以上の高バイアスまで
ので単一波長動作が得られる。

【００３０】本実施の形態の製造方法を説明する。位相
シフト回折格子と位相シフト領域を形成するまでは、図
３（ａ）〜（ｄ）と同じである。すなわち、ｎ−ＩｎＰ
基板１表面にポジレジストを塗布し、位相シフトマスク
を密着させ、図３（ａ）のように２光束干渉露光を行
い、（100）面を主面とするn-InP基板1上に周期242nm、
中央部に形成された位相シフト領域20で両側の位相が4
分の1波長分だけシフトした位相シフト型回折格子10が
形成できる。回折格子の形成は、図３に示したような干
渉露光法と臭素とりん酸の混合水溶液による異方性エッ
チングにより形成され、（111）面を側面とするのこぎ
り型形状が得られる。

【００３１】この基板を有機金属気相成長（MOVPE）装
置に入れ、ＡｓＨ3ガス(分圧2.0×10 ^-3torr）とPH3ガス
（分圧2.7×10^-1torr）の水素混合ガス中で熱処理する
こによりマストランスポートにより、図７のように回折
格子の溝の底部に選択的にＩｎＡｓＰ層１１が埋めこま
れ、レーザの埋め込み回折格子となる。この現象は、マ
ストランスポートと呼ばれ、回折格子（基板）のＩｎと
混合ガスの成分であるＡｓおよびＰによりＩｎＡｓＰ層
が形成できる方法であり、再現性が良く制御性良く均一
にこの層を成長できる。

【００３２】引き続いてMOVPE成長によりn-InPクラッド
層７２、InGaAsP歪MQW活性層７4およびp-InP層７5を順
次成長する。シフト領域はｎ−ＩｎＰクラッド層７２で
埋めこまれるが、クラッド層は基板７１と同組成のｎ−
ＩｎＰであるため、図７ではクラッド層７２は基板１と
一体になって見え、回折格子が埋め込まれていることに
なる。

【００３３】さらにメサエッチングと埋込み成長により
幅1.5mmの活性層ストライプと電流挟窄構造およびp-InG
aAsPコンタクト層７6を形成したのち上下に電極30、31
およびSiN無反射コート膜を堆積し図６の構造が得るこ
とができる。

【００３４】ここで本発明による埋め込みInAsP回折格
子７７は、異方性エッチングによるばらつきの小さいV
溝底部と、マストランスポート法により溝底部に再現性
良く一辺0.05mmの逆三角形形状が得られるので1.5mm以
上の長共振器構造においても均一性の高い回折格子を得
ることができる。

【００３５】また本発明の製造方法においても、埋めこ
み回折格子を形成するにあたって特別な装置を用いるこ
ともなく、比較的単純な方法で狭スペクトル半導体レー
ザを得ることができる。

【００３６】この構造では、図１の構造と同じように位
相シフト領域の回折格子を削除する構造を採用している
ので、軸方向ホールバーニングが抑制でき、さらに高バ
イアスまで単一縦モード動作が得られ20kHz以下の狭ス
ペクトル線幅を得ることができる。この構造では、埋め
こみ回折格子が無い部分が位相シフト領域となってお
り、このため、このシフト領域では発振波長のレーザ光
の帰還がないためにホールバーニング現象が抑制され、
高バイアスまで狭スペクトルのレーザが得られることに
なる。

【００３７】（実施の形態３）図８は、本発明の半導体
レーザの実施の形態を示す断面図である。この構造が実
施の形態２と異なる点は、位相シフト領域がなく、全共
振器にわたって埋め込み回折格子が形成されている点
と、この埋め込み回折格子が発振波長のレーザ光を吸収
する吸収性埋め込み回折格子である点である。ここでは
この回折格子を吸収性埋め込み回折格子と呼ぶ。

【００３８】図８、図９に示すように、本半導体レーザ
の層構造は、InP基板８1上に吸収性埋め込み回折格子８
2、n-InPクラッド層８3、アンドープ歪MQW活性層８４、
p-InPクラッド層８５、p-InGaAsPコンタクト層８６より
なる。

【００３９】活性層は図９のように共振器方向に幅1.5m
mのストライプ状に加工されており、その共振器長は1.8
mmである。また端面はSiNにより反射率1％以下の反射率
の小さい反射膜でコートされている。歪多重量子活性層
８4は3層のInGaAsP(組成波長λg＝1.45mm、歪量0.9％、
膜厚6nm）量子井戸層８４ｗおよび４2層のInGaAsP(組成
波長λg=1.05μm、膜厚10nm）障壁層８４ｂの交互に積
層されており、活性層からのフォトルミネッセンスピー
ク波長は1.36mmである。ここで吸収性埋め込み回折格子
８2は逆三角形形状をしており活性層８4の下側のn-InP
クラッド層８3とn-InP基板８１間に埋め込まれている。
埋め込み回折格子８２はInAsPで構成されその室温での
フォトルミネッセンスピーク波長は1.4mmである。この
回折格子の周期は201nmで発振波長に対応するブラッグ
波長は1.31mmである。この場合波長ディチューニングと
して-50nmが得られている。

【００４０】本構造においてしきい値20mA,片端面から
の外部微分量子効率として0.25mW/mAと低しきい値発振
が得られている。本構造では吸収性回折格子による利得
結合により位相シフト領域を形成すること無しに高い確
率でブラッグ波長発振が得られている（利得結合型ＤＦ
Ｂレーザ）。この利得結合型のＤＦＢレーザは、共振器
内での高光密度領域における吸収飽和により、たとえば
回折格子の形成されていない平坦な位相シフト領域のよ
うな、軸方向ホールバーニングの抑制手段を用いること
無しに500mA以上まで線幅拡がりは確認されておらず20k
Hzの狭スペクトル特性が得られる。

【００４１】図１０（a)〜(c)に本半導体レーザの製造
方法を示す。まず図１０（a)に示すように（100）面を
主面とするn-InP基板８1上に周期201nmの単純回折格子
１００を形成する。ここで回折格子は通常の干渉露光法
と臭素とりん酸の混合水溶液による異方性エッチングで
形成され、（111）面を側面とするのこぎり型形状が得
られている。実施の形態１、２と異なり、回折格子（単
純回折格子とよぶ）１００は共振器長の全体にわたって
形成されている。

【００４２】この基板８１を有機金属気相成長（MOVP
E）装置に入れ、AｓH3ガス(分圧2.0×10^-3torr）とPH3
ガス（分圧2.7×10-1torr）の水素混合ガス１０１中で
熱処理するこによりマストランスポートにより、図１０
（b）のように溝の底部に選択的に埋め込み回折格子と
なるInAsP層が形成される。この埋め込み回折格子８２
はレーザ光を吸収する吸収性の回折格子であり、これに
より、利得結合型のＤＦＢレーザが構成できる。

【００４３】引き続いてMOVPE成長によりn-InPクラッド
層８3、InGaAsP歪MQW活性層８4およびp-InP層８5を順次
成長する。クラッド層８３と基板８１とはともにｎ−Ｉ
ｎＰであり、回折格子８２は埋め込まれた形状になって
いる。

【００４４】さらにメサエッチングと埋込み成長により
幅1.5mmの活性層ストライプと電流挟窄構造およびp-InG
aAsPコンタクト層８6を形成したのち上下に電極８８
ｐ、８８ｎおよびSiN無反射コート膜８７ａ、８７ｂを
堆積し、図８の構造が得ることができる。

【００４５】ここで本発明による吸収性埋め込みInAsP
回折格子８2は、異方性エッチングによるばらつきの小
さいV溝底部を形成し、この溝底部にマストランスポー
ト法により再現性良く一辺0.05mmの逆三角形形状が得ら
れるので1.5mm以上の長共振器構造においても均一性の
高い回折格子を得ることができ、吸収による内部損失の
増加は小さい。

【００４６】また本発明の製造方法では位相シフト領域
や非回折格子領域を有しないので先に述べた2つの形態
よりもさらに単純な方法で狭スペクトル半導体レーザを
得ることができる。

【００４７】（実施の形態４）狭スペクトル半導体レー
ザを用いたコヒーレント光通信システムの実施の形態を
図５を用いて説明する。この光通信システムでは、FM変
調用レーザ５０と局発用狭スペクトル線幅レーザ５１を
ヘテロダイン検波する光伝送方式を用いている。

【００４８】FM変調用レーザ５０には変調効率（ΔＦ／
ΔＩ：Ｆは周波数、Ｉは電流）の高いレーザを用いる。
たとえば、l/4位相シフト型DFBレーザを用いる。ここで
このレーザのバイアス電流は300mAで動作させる。

【００４９】局発レーザ５１には、実施の形態１〜３で
説明したスペクトル線幅の小さいレーザを用いる。バイ
アス電流を400mAで動作をおこなう。

【００５０】これにより、ビートスペクトルで50kHz以
下であり、FMレーザに40チャンネルのサブキャリヤに対
しFM一括変換信号のキャリヤ/雑音比CNR>50dB以上が得
ることができる。

【００５１】

【発明の効果】本発明によれば、以下の効果が得られ
る。

【００５２】（１）共振器の所定の領域に発振波長のレ
ーザ光をほとんど帰還しない位相シフト領域を形成する
ことでホールバーニングを抑制できるので、高バイアス
時においても安定な単一モード発振により、50kHz以下
の超狭スペクトル線幅を有する半導体レーザを実現でき
るとともに、その製造も容易な方法である。

【００５３】（２）吸収性の埋め込み回折格子を形成し
た利得結合型のＤＦＢレーザとし、その共振器端面を反
射率が小さくなるように端面コートすることで、狭スペ
クトルの半導体レーザを得ることができる。

【００５４】（３）FM変調用レーザとと局発用狭スペク
トル線幅レーザをヘテロダイン検波する光通信システム
において、ＦＭ変調用レーザと、本発明のスペクトル線
幅の狭いレーザを局発振レーザに用いることにより、超
低雑音特性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体レーザの共振器断面構造図

【図２】本発明の半導体レーザの構成斜視図

【図３】本発明の半導体レーザの共振器断面の製造工程
断面図

【図４】（ａ）λ/４位相シフト回折格子のレーザのフ
ォトン密度を示す図（ｂ）回折格子非形成領域をもつレーザのフォトン密度
を示す図（ｃ）バイアス電流とスペクトル線幅との関係を示す図

【図５】本発明の光通信システムの構成図

【図６】本発明の半導体レーザの構成斜視図

【図７】本発明の半導体レーザの共振器断面構造図

【図８】本発明の半導体レーザの共振器断面構造図

【図９】本発明の半導体レーザの構成斜視図

【図１０】本発明の半導体レーザの共振器断面の製造工
程断面図

【図１１】（ａ）エッチングにより位相シフト領域の形
成を説明する断面図（ｂ）平坦領域をマスクしたときのレジストの膜厚の不
均一性を説明する図

【符号の説明】

１０ InP基板１１位相シフト回折格子１２ n-InGaAsP光導波層１３無反射膜１４ InGaAsP歪MQW井戸層１５ p-InPクラッド層１６ p-InGaAsPコンタクト層２０位相シフト領域２１ポジレジスト２２位相シフトマスク２３選択領域マスク７７埋め込み回折格子８２吸収性埋め込み回折格子１０１ AｓH3+PH3混合
ガス

フロントページの続き (72)発明者中村真嗣大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者鬼頭雅弘大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回折格子と活性層とを有する半導体レーザ
であって、前記半導体レーザの共振器は、回折格子を有
する第1の領域と第２の領域とを備え、前記第１の領域の回折格子と前記第２の領域の回折格子
との位相は互いに実質的に４分の１波長分だけシフトし
ており、前記第１と第２の領域の間には、結合定数が第
１の領域、第２の領域よりも小さい第３の領域を有する
半導体レーザ。
【請求項２】前記回折格子は基板に形成した凹凸を利用
したものである請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項３】前記回折格子は埋め込み型である請求項１
に記載の半導体レーザ。
【請求項４】前記第３の領域には回折格子が形成されて
いない請求項１、２または３に記載の半導体レーザ。
【請求項５】前記第３の領域は、基板の平坦部である請
求項１、２または３に記載の半導体レーザ。
【請求項６】前記回折格子はレーザ光をほとんど吸収し
ない請求項３、４または５に記載の半導体レーザ。
【請求項７】活性層と下に凸形状の埋め込み回折格子と
を有し、前記回折格子が共振器中央付近を介してその位
相が4分の1波長だけ位相シフトしており、前記埋め込み
回折格子はレーザの発振波長をほとんど吸収しない半導
体レーザ。
【請求項８】基板上に、活性層と前記活性層の基板側に
位置する下凸形状の埋込み回折格子とを有し、前記回折
格子が共振器中央付近を介してその位相が4分の1波長だ
け位相シフトしており、かつ回折格子周期で決まるレー
ザの発振波長に対し前記埋め込み回折格子の吸収端が短
波長にある半導体レーザ。
【請求項９】低反射コートされた出射端面を有する請求
項７または８に記載の半導体レーザ。
【請求項１０】基板上に、活性層と前記活性層の基板側
に位置する下凸形状の埋め込み回折格子を有し、かつ回
折格子周期で決まるレーザの発振波長に対しが前記埋め
込み回折格子の吸収端が長波長にあり、さらに低反射コ
ートされた出射端面を有する半導体レーザ。
【請求項１１】FM変調用狭スペクトル線幅レーザと局発
用狭スペクトル線幅用レーザをヘテロダイン検波する光
伝送方法であって、FM変調用レーザにl/4位相シフト型D
FBレーザを用いるとともに、局発レーザに位相シフト領
域において回折格子の非形成もしくは結合定数が小さい
回折格子の小さいl/4位相シフト型DFBレーザを用いる光
伝送方法。
【請求項１２】FM変調用レーザをバイアス電流200mA以
上で動作させ、局発レーザをバイアス電流300mA以上で
動作させる請求項１１に記載の光伝送方法。
【請求項１３】基板上に第1および第2の領域で位相が４
分の１波長異なるパターンを露光により形成した後、前
記第1と第2の領域の間に位置する第３の領域を露光後現
像およびエッチングをおこなって前記基板表面に周期的
凹凸形状の領域および凹凸が形成されたいない領域を形
成する工程と、前記基板上に量子井戸活性層を結晶成長
する工程とを有する半導体レーザの製造方法。
【請求項１４】基板上に位相シフト領域を含む周期的凹
凸形状を形成する工程と、前記凹凸形状を含む基板をAH
3とPH3の混合ガス中で熱処理して凹凸を埋め込んで埋め
込み回折格子を形成する工程と、前記基板上に活性層お
よびクラッド層を含むエピタキシャル層を結晶成長する
工程とを有する半導体レーザの製造方法。
【請求項１５】基板上に周期的凹凸形状を形成する工程
と、前記凹凸形状を含む基板をAH3ガス中で熱処理して
吸収性埋め込み回折格子を形成する工程と、活性層およ
びクラッド層を含むエピタキシャル層を結晶成長する工
程と、共振器端面に無反射膜を堆積する工程とを含む半
導体レーザの製造方法。