JPH10117040A - 半導体レーザ素子及びその製造方法 - Google Patents
半導体レーザ素子及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 回折格子のピッチを変えることにより発振波
長を変えていても、ゲインピーク波長が全ての素子にお
いて一定に保たれているため、デチューニング量を全て
の素子において同じ量に設定することができず、レーザ
特性にばらつきが生じてしまう。 【解決手段】 回折格子２のピッチに応じてレーザ領域
や変調領域における絶縁膜であるＳｉＯ2の幅を変える
ことによって、複数のＭＱＷ活性層５のそれぞれの組成
を互いに異なるようにし、それにより、発振波長を変え
た場合においてもデチューニングを適切な範囲に設定す
る。
長を変えていても、ゲインピーク波長が全ての素子にお
いて一定に保たれているため、デチューニング量を全て
の素子において同じ量に設定することができず、レーザ
特性にばらつきが生じてしまう。 【解決手段】 回折格子２のピッチに応じてレーザ領域
や変調領域における絶縁膜であるＳｉＯ2の幅を変える
ことによって、複数のＭＱＷ活性層５のそれぞれの組成
を互いに異なるようにし、それにより、発振波長を変え
た場合においてもデチューニングを適切な範囲に設定す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザに関
し、特に、ＷＤＭ（波長多重）伝送用の半導体レーザに
関する。
し、特に、ＷＤＭ（波長多重）伝送用の半導体レーザに
関する。
【０００２】
【従来の技術】マルチメディア社会の進展に伴い、１本
のファイバで大容量の情報を伝送することができる波長
多重（ＷＤＭ）伝送が注目を浴びてきている。
のファイバで大容量の情報を伝送することができる波長
多重（ＷＤＭ）伝送が注目を浴びてきている。
【０００３】ＷＤＭ伝送においては、一般的に光ファイ
バ増幅器（ＥＤＦＡ）の利得波長帯域（１５３０ｎｍ〜
１５６２ｎｍ）が利用されているが、この帯域を十分に
利用するためには、上述した約３０ｎｍの波長帯域幅に
おいて、発振波長がそれぞれ異なる複数の半導体レーザ
（ＬＤ）を設ける必要がある。
バ増幅器（ＥＤＦＡ）の利得波長帯域（１５３０ｎｍ〜
１５６２ｎｍ）が利用されているが、この帯域を十分に
利用するためには、上述した約３０ｎｍの波長帯域幅に
おいて、発振波長がそれぞれ異なる複数の半導体レーザ
（ＬＤ）を設ける必要がある。
【０００４】このような、発振波長がそれぞれ異なる複
数のＬＤを安価に提供する手段が、第１回オプトエレク
トロニクス・アンド・コミュニケーション・コンファレ
ンス（ＯＥＣＣ’９６）、テクニカル・ダイジェスト、
ＰＤ２−１、H.Yamazaki他（以下、文献１と称す）にお
いて報告されている。文献１においては、半導体基板上
に、ピッチの異なる複数の回折格子が電子ビーム露光に
より形成され、その上に分布帰還型（ＤＦＢ）ＬＤが形
成されている。ここで、ＤＦＢＬＤの発振波長は回折格
子のピッチにより決まるため、発振波長の異なる複数の
ＬＤを同一のウェハから得ることができる。
数のＬＤを安価に提供する手段が、第１回オプトエレク
トロニクス・アンド・コミュニケーション・コンファレ
ンス（ＯＥＣＣ’９６）、テクニカル・ダイジェスト、
ＰＤ２−１、H.Yamazaki他（以下、文献１と称す）にお
いて報告されている。文献１においては、半導体基板上
に、ピッチの異なる複数の回折格子が電子ビーム露光に
より形成され、その上に分布帰還型（ＤＦＢ）ＬＤが形
成されている。ここで、ＤＦＢＬＤの発振波長は回折格
子のピッチにより決まるため、発振波長の異なる複数の
ＬＤを同一のウェハから得ることができる。
【０００５】これにより、上述したものにおいては、発
振波長の異なる複数のＬＤを得るために複数のウェハが
必要となるものと比べて、一枚のウェハで、必要な発振
波長を有する複数のＬＤを全て得ることができるため、
ＬＤの単価を低く抑えることができる。
振波長の異なる複数のＬＤを得るために複数のウェハが
必要となるものと比べて、一枚のウェハで、必要な発振
波長を有する複数のＬＤを全て得ることができるため、
ＬＤの単価を低く抑えることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述したＤＦＢＬＤの
発振しきい電流値は、発振波長とＬＤの活性層のゲイン
ピーク波長との相対関係で決まるが、一般に、発振波長
（λdfb）とゲインピーク波長（λg）との差（デチュー
ニング＝λdfb−λg）が大きくなると、発振しきい電流
が上昇してしまい、好ましくない。
発振しきい電流値は、発振波長とＬＤの活性層のゲイン
ピーク波長との相対関係で決まるが、一般に、発振波長
（λdfb）とゲインピーク波長（λg）との差（デチュー
ニング＝λdfb−λg）が大きくなると、発振しきい電流
が上昇してしまい、好ましくない。
【０００７】また、ＤＦＢＬＤを直接変調して光通信に
用いる場合においては、ＬＤの変調時の波長変動（波長
チャーピング）が大きいと光ファイバの波長分散の影響
によって長距離伝送後に波形劣化が生じてしまうため、
波長チャーピングが小さくなくてはいけない。
用いる場合においては、ＬＤの変調時の波長変動（波長
チャーピング）が大きいと光ファイバの波長分散の影響
によって長距離伝送後に波形劣化が生じてしまうため、
波長チャーピングが小さくなくてはいけない。
【０００８】この波長チャーピングを小さくするために
はＬＤの微分利得が大きい方がよいとされており、その
ためには発振波長（λdfb）をゲインピーク波長（λg）
よりも短波側に設定する（負のデチューニングという）
とよいことが判明している。しかし、負のデチューニン
グが大きすぎると、上述したように発振しきい電流が上
昇してしまうため、低しきい電流で、かつ波長チャーピ
ングの小さな特性を同時に実現するためのデチューニン
グは、−２０ｎｍ〜０ｎｍが適当といわれている。
はＬＤの微分利得が大きい方がよいとされており、その
ためには発振波長（λdfb）をゲインピーク波長（λg）
よりも短波側に設定する（負のデチューニングという）
とよいことが判明している。しかし、負のデチューニン
グが大きすぎると、上述したように発振しきい電流が上
昇してしまうため、低しきい電流で、かつ波長チャーピ
ングの小さな特性を同時に実現するためのデチューニン
グは、−２０ｎｍ〜０ｎｍが適当といわれている。
【０００９】しかしながら、文献１に記載されているも
のも含めて従来の半導体レーザ素子においては、回折格
子のピッチを変えることにより発振波長を変えていて
も、ゲインピーク波長が全ての素子において一定に保た
れているため、デチューニング量を全ての素子において
同じ量に設定することができない。そのため、発振波長
の分布の幅が２０ｎｍを超えた場合、全ての素子におけ
るデチューニング量を、低しきい電流及び低チャーピン
グ動作のための最適範囲内（−２０ｎｍ〜０ｎｍ）に設
定することができないという問題点がある。
のも含めて従来の半導体レーザ素子においては、回折格
子のピッチを変えることにより発振波長を変えていて
も、ゲインピーク波長が全ての素子において一定に保た
れているため、デチューニング量を全ての素子において
同じ量に設定することができない。そのため、発振波長
の分布の幅が２０ｎｍを超えた場合、全ての素子におけ
るデチューニング量を、低しきい電流及び低チャーピン
グ動作のための最適範囲内（−２０ｎｍ〜０ｎｍ）に設
定することができないという問題点がある。
【００１０】例えば、文献１に記載されているものにお
いては、１５２０ｎｍ〜１５６３ｎｍの範囲で発振波長
が制御されているが、ゲインピーク波長が１５２０ｎｍ
であるため、１５４０ｎｍより長波側ではデチューニン
グ量が大きくなりすぎてレーザ発振が得られなくなって
しまう。
いては、１５２０ｎｍ〜１５６３ｎｍの範囲で発振波長
が制御されているが、ゲインピーク波長が１５２０ｎｍ
であるため、１５４０ｎｍより長波側ではデチューニン
グ量が大きくなりすぎてレーザ発振が得られなくなって
しまう。
【００１１】上述したものに類似した問題は、ＤＦＢＬ
Ｄと電界吸収型光変調器とが集積された集積光源におい
ても予測される。
Ｄと電界吸収型光変調器とが集積された集積光源におい
ても予測される。
【００１２】回折格子のピッチを変えることにより発振
波長が変化するＤＦＢＬＤと電界吸収型変調器とが集積
化された集積光源においては、波長チャーピングの小さ
なＷＤＭ用光源として期待されている。
波長が変化するＤＦＢＬＤと電界吸収型変調器とが集積
化された集積光源においては、波長チャーピングの小さ
なＷＤＭ用光源として期待されている。
【００１３】上述した集積型変調器の場合、変調特性を
左右するのは変調器の吸収端波長（λm）とＬＤの発振
波長（λdfb）との差（同じく、デチューニングと呼
ぶ）であるが、デチューニングが所望の値よりも小さな
場合には、変調器内での光吸収が大きくなるため、消光
比が大きくなる反面、光出力が低下してしまい、一方、
デチューニングが大きな場合には、光出力は大きくなる
が消光比は小さくなってしまう。
左右するのは変調器の吸収端波長（λm）とＬＤの発振
波長（λdfb）との差（同じく、デチューニングと呼
ぶ）であるが、デチューニングが所望の値よりも小さな
場合には、変調器内での光吸収が大きくなるため、消光
比が大きくなる反面、光出力が低下してしまい、一方、
デチューニングが大きな場合には、光出力は大きくなる
が消光比は小さくなってしまう。
【００１４】そのため、集積光源においては、光出力及
び消光比の観点で、許容されるばらつきの範囲内に素子
特性を抑えるためには、デチューニングの範囲を所定の
値から±１５ｎｍ以内に設定する必要がある。したがっ
て、集積光源においては、ＬＤ側の発振波長を変える
と、変調器の光吸収端波長のデチューニング量が最適範
囲から外れてしまい、変調特性が損なわれてしまうとい
う問題点がある。
び消光比の観点で、許容されるばらつきの範囲内に素子
特性を抑えるためには、デチューニングの範囲を所定の
値から±１５ｎｍ以内に設定する必要がある。したがっ
て、集積光源においては、ＬＤ側の発振波長を変える
と、変調器の光吸収端波長のデチューニング量が最適範
囲から外れてしまい、変調特性が損なわれてしまうとい
う問題点がある。
【００１５】本発明は、上述したような従来の技術が有
する問題点に鑑みてなされたものであって、発振波長を
変えた場合においてもデチューニングを適切な範囲に設
定することができる半導体レーザ素子及びその製造方法
を提供することを目的とする。
する問題点に鑑みてなされたものであって、発振波長を
変えた場合においてもデチューニングを適切な範囲に設
定することができる半導体レーザ素子及びその製造方法
を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、同一半導体基板上に形成された発振波長の
異なる複数の単一軸モード半導体レーザからなる半導体
レーザ素子において、前記複数の単一軸モード半導体レ
ーザは、それぞれの活性層において互いに異なるピーク
波長を具備する光学利得を有することを特徴とする。
に本発明は、同一半導体基板上に形成された発振波長の
異なる複数の単一軸モード半導体レーザからなる半導体
レーザ素子において、前記複数の単一軸モード半導体レ
ーザは、それぞれの活性層において互いに異なるピーク
波長を具備する光学利得を有することを特徴とする。
【００１７】また、同一の単一軸モード半導体レーザに
おける前記発振波長と前記光学利得のピーク波長との差
が、全ての単一軸モード半導体レーザにおいて同一か、
もしくはある一定値から±１０ｎｍ以内の範囲に設定さ
れていることを特徴とする。
おける前記発振波長と前記光学利得のピーク波長との差
が、全ての単一軸モード半導体レーザにおいて同一か、
もしくはある一定値から±１０ｎｍ以内の範囲に設定さ
れていることを特徴とする。
【００１８】また、同一の単一モード半導体レーザにお
ける前記光学利得のピーク波長が、前記発振波長よりも
０ｎｍ〜２０ｎｍだけ長波長側に設定されていることを
特徴とする。
ける前記光学利得のピーク波長が、前記発振波長よりも
０ｎｍ〜２０ｎｍだけ長波長側に設定されていることを
特徴とする。
【００１９】また、単一軸モード半導体レーザと電界吸
収型の光変調器とが集積化された集積光源が同一半導体
基板に複数形成されてなる半導体レーザ素子において、
前記単一軸モード半導体レーザは、互いに異なる発振波
長を有し、前記光変調器は、互いに異なる光吸収端波長
を有することを特徴とする。
収型の光変調器とが集積化された集積光源が同一半導体
基板に複数形成されてなる半導体レーザ素子において、
前記単一軸モード半導体レーザは、互いに異なる発振波
長を有し、前記光変調器は、互いに異なる光吸収端波長
を有することを特徴とする。
【００２０】また、同一の集積光源における前記発振波
長と前記光吸収端波長との差が、全ての集積光源におい
て同一か、もしくはある一定値から±１５ｎｍ以内の範
囲に設定されていることを特徴とする。
長と前記光吸収端波長との差が、全ての集積光源におい
て同一か、もしくはある一定値から±１５ｎｍ以内の範
囲に設定されていることを特徴とする。
【００２１】また、同一の集積光源における前記光吸収
端波長が、前記発振波長よりも５０ｎｍ〜８０ｎｍだけ
短波長側に設定されていることを特徴とする。
端波長が、前記発振波長よりも５０ｎｍ〜８０ｎｍだけ
短波長側に設定されていることを特徴とする。
【００２２】また、前記複数の単一軸モード半導体レー
ザは、同一半導体基板上に形成された光導波路により互
いに接続されることにより、光出力を一つの光出力ポー
トに導く手段を有することを特徴とする。
ザは、同一半導体基板上に形成された光導波路により互
いに接続されることにより、光出力を一つの光出力ポー
トに導く手段を有することを特徴とする。
【００２３】また、半導体基板上の複数の領域にピッチ
の異なる回折格子を形成する工程と、該回折格子の上に
ストライプ状の窓を有する絶縁膜を形成する工程と、前
記窓が設けられた領域に選択的に量子井戸活性層を結晶
成長させる工程と、該活性層を埋め込むようにクラッド
層を結晶成長させる工程と、該クラッド層の表面及び前
記半導体基板の裏面に金属電極を形成する工程とを少な
くとも順次行うことにより半導体レーザ素子を作製する
半導体レーザの素子製造方法において、前記絶縁膜は、
前記回折格子のピッチに応じて互いに異なる幅で形成さ
れることを特徴とする。
の異なる回折格子を形成する工程と、該回折格子の上に
ストライプ状の窓を有する絶縁膜を形成する工程と、前
記窓が設けられた領域に選択的に量子井戸活性層を結晶
成長させる工程と、該活性層を埋め込むようにクラッド
層を結晶成長させる工程と、該クラッド層の表面及び前
記半導体基板の裏面に金属電極を形成する工程とを少な
くとも順次行うことにより半導体レーザ素子を作製する
半導体レーザの素子製造方法において、前記絶縁膜は、
前記回折格子のピッチに応じて互いに異なる幅で形成さ
れることを特徴とする。
【００２４】また、前記絶縁膜は、前記回折格子のピッ
チが長い場所ほど広い幅で形成されることを特徴とす
る。
チが長い場所ほど広い幅で形成されることを特徴とす
る。
【００２５】また、半導体基板上の複数の領域にピッチ
の異なる回折格子を部分的に形成する工程と、該回折格
子の形成されたレーザ領域と前記回折格子が形成されて
いない平坦な変調領域とにわたってストライプ状の窓を
有する絶縁膜を形成する工程と、前記窓が設けられた領
域に選択的に量子井戸導波路層を結晶成長させる工程
と、該導波路層を埋め込むようにクラッド層を結晶成長
させる工程と、該クラッド層の表面及び半導体基板の裏
面に金属電極を形成する工程とを少なくとも順次行うこ
とにより半導体レーザ素子を作製する半導体レーザ素子
の製造方法において、前記絶縁膜は、前記レーザ領域に
おける幅が前記変調領域における幅よりも広く、かつ、
前記変調領域においては、前記レーザ領域に形成されて
いる回折格子のピッチに応じて異なる幅で形成されるこ
とを特徴とする。
の異なる回折格子を部分的に形成する工程と、該回折格
子の形成されたレーザ領域と前記回折格子が形成されて
いない平坦な変調領域とにわたってストライプ状の窓を
有する絶縁膜を形成する工程と、前記窓が設けられた領
域に選択的に量子井戸導波路層を結晶成長させる工程
と、該導波路層を埋め込むようにクラッド層を結晶成長
させる工程と、該クラッド層の表面及び半導体基板の裏
面に金属電極を形成する工程とを少なくとも順次行うこ
とにより半導体レーザ素子を作製する半導体レーザ素子
の製造方法において、前記絶縁膜は、前記レーザ領域に
おける幅が前記変調領域における幅よりも広く、かつ、
前記変調領域においては、前記レーザ領域に形成されて
いる回折格子のピッチに応じて異なる幅で形成されるこ
とを特徴とする。
【００２６】また、前記変調領域における絶縁膜は、前
記回折格子のピッチが長い場所ほど広い幅で形成される
ことを特徴とする。
記回折格子のピッチが長い場所ほど広い幅で形成される
ことを特徴とする。
【００２７】また、前記レーザ領域における絶縁膜は、
前記回折格子のピッチが長い場所ほど広い幅で形成され
ることを特徴とする。
前記回折格子のピッチが長い場所ほど広い幅で形成され
ることを特徴とする。
【００２８】（作用）図５は、半導体レーザの発振波長
とゲインスペクトルとの関係を示す図であり、（ａ）は
従来の半導体レーザ素子における発振波長とゲインスペ
クトルとの関係を示す図、（ｂ）は本発明の半導体レー
ザ素子における発振波長とゲインスペクトルとの関係を
示す図である。
とゲインスペクトルとの関係を示す図であり、（ａ）は
従来の半導体レーザ素子における発振波長とゲインスペ
クトルとの関係を示す図、（ｂ）は本発明の半導体レー
ザ素子における発振波長とゲインスペクトルとの関係を
示す図である。
【００２９】図５（ａ）に示すように、従来の半導体レ
ーザ素子においては、発振波長が複数の素子においてそ
れぞれ異なるのに対して活性層のゲインスペクトルが全
ての素子において同一であり、そのため、各素子の光の
ゲインが互いに異なり、発振しきい電流等のレーザ特性
にばらつきが生じてしまう。
ーザ素子においては、発振波長が複数の素子においてそ
れぞれ異なるのに対して活性層のゲインスペクトルが全
ての素子において同一であり、そのため、各素子の光の
ゲインが互いに異なり、発振しきい電流等のレーザ特性
にばらつきが生じてしまう。
【００３０】そこで、この問題を解決するには、図５
（ｂ）に示すように、発振波長とゲインピーク波長と
が、ある一定の相対関係となるように活性層の組成を同
一ウェハ内で制御すればよい。すなわち、回折格子のピ
ッチが短いＤＦＢＬＤにおいては、ゲインピーク波長が
短い組成の活性層を形成すればよい。
（ｂ）に示すように、発振波長とゲインピーク波長と
が、ある一定の相対関係となるように活性層の組成を同
一ウェハ内で制御すればよい。すなわち、回折格子のピ
ッチが短いＤＦＢＬＤにおいては、ゲインピーク波長が
短い組成の活性層を形成すればよい。
【００３１】また、集積光源においては、図６に示すよ
うに、ＬＤの発振波長と吸収端波長とが常に一定の相対
関係となるように変調器部の組成を同一ウェハ内で制御
することで上述した問題を解決することができる。すな
わち、ＬＤ部の回折格子のピッチが短い場合には、変調
器部に吸収端波長の短い組成の光吸収層を形成すればよ
い。
うに、ＬＤの発振波長と吸収端波長とが常に一定の相対
関係となるように変調器部の組成を同一ウェハ内で制御
することで上述した問題を解決することができる。すな
わち、ＬＤ部の回折格子のピッチが短い場合には、変調
器部に吸収端波長の短い組成の光吸収層を形成すればよ
い。
【００３２】図６は、集積光源におけるＬＤの発振波長
と吸収端波長との関係を示す図である。
と吸収端波長との関係を示す図である。
【００３３】上述した構造を実現するためには、有機金
属気相成長（ＭＯＶＰＥ）による選択成長技術が有効で
ある。
属気相成長（ＭＯＶＰＥ）による選択成長技術が有効で
ある。
【００３４】ジャーナル・オブ・クリスタルグロース、
第１３２巻、第４３５〜４４３頁（１９９３）T.Sasaki
他 において報告されているように、半導体基板上にＳ
ｉＯ2膜等の絶縁膜を複数のストライプ状に形成し、そ
れによって挟まれた領域に多重量子井戸（ＭＱＷ）構造
を結晶成長させると、ストライプ状の絶縁膜の幅によっ
てＭＱＷ構造の組成波長を変えることができる。
第１３２巻、第４３５〜４４３頁（１９９３）T.Sasaki
他 において報告されているように、半導体基板上にＳ
ｉＯ2膜等の絶縁膜を複数のストライプ状に形成し、そ
れによって挟まれた領域に多重量子井戸（ＭＱＷ）構造
を結晶成長させると、ストライプ状の絶縁膜の幅によっ
てＭＱＷ構造の組成波長を変えることができる。
【００３５】ＭＯＶＰＥ選択成長は、ＬＤや集積光源の
成長手段として既に用いられているが、ＬＤ部に形成さ
れた回折格子のピッチに応じて、ＬＤ部や変調器部の絶
縁膜の幅をウェハ面内で変えるような試みはこれまでな
かった。
成長手段として既に用いられているが、ＬＤ部に形成さ
れた回折格子のピッチに応じて、ＬＤ部や変調器部の絶
縁膜の幅をウェハ面内で変えるような試みはこれまでな
かった。
【００３６】本発明においては、回折格子のピッチに応
じて、ＬＤ部や変調器部の絶縁膜の幅が変えられるの
で、発振波長が異なる複数のＬＤにおけるデチューニン
グがそれぞれ適切な範囲に設定される。
じて、ＬＤ部や変調器部の絶縁膜の幅が変えられるの
で、発振波長が異なる複数のＬＤにおけるデチューニン
グがそれぞれ適切な範囲に設定される。
【００３７】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施の
形態においては、説明を簡単にするために素子の製造工
程にそって説明する。
いて図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施の
形態においては、説明を簡単にするために素子の製造工
程にそって説明する。
【００３８】（第１の実施の形態）図１は、本発明の半
導体レーザの第１の実施の形態の製造工程を示す図であ
り、波長１．５５μｍ帯の異波長で発振するＤＦＢＬＤ
について示している。
導体レーザの第１の実施の形態の製造工程を示す図であ
り、波長１．５５μｍ帯の異波長で発振するＤＦＢＬＤ
について示している。
【００３９】まず、ｎ型ＩｎＰ基板１の上に、電子ビー
ム（ＥＢ）露光及びエッチング技術を用いて、周期の異
なる１６種類の位相シフト型の回折格子２を幅１０μｍ
のストライプ領域に順次形成する（図１（ａ））。な
お、ストライプ領域は［０１１］方向に平行で、隣どう
しの間隔は２５０μｍであり、また、回折格子２のピッ
チはΛ＝２３７．０ｎｍ〜２４２．０ｎｍの範囲で０．
３３ｎｍのステップで変えてある。
ム（ＥＢ）露光及びエッチング技術を用いて、周期の異
なる１６種類の位相シフト型の回折格子２を幅１０μｍ
のストライプ領域に順次形成する（図１（ａ））。な
お、ストライプ領域は［０１１］方向に平行で、隣どう
しの間隔は２５０μｍであり、また、回折格子２のピッ
チはΛ＝２３７．０ｎｍ〜２４２．０ｎｍの範囲で０．
３３ｎｍのステップで変えてある。
【００４０】次に、絶縁膜であるストライプ状の選択成
長用ＳｉＯ2マスク３を［０１１］方向に形成する。な
お、ＳｉＯ2マスク３は、回折格子２の上に、幅１．５
μｍのストライプ状の窓領域を有するように形成され、
ＳｉＯ2マスク３の幅Ｗmは、ＳｉＯ2マスク３が形成さ
れた領域における回折格子２のピッチによって変えてあ
る。回折格子２のピッチが最も短い（Λ1＝２３７．０
ｎｍ）ところでＷm1＝２７μｍ、ピッチが最も長い（Λ
16＝２４２．０ｎｍ）ところでＷm16＝３３μｍであ
り、その間は等間隔にＷmを変えてある。
長用ＳｉＯ2マスク３を［０１１］方向に形成する。な
お、ＳｉＯ2マスク３は、回折格子２の上に、幅１．５
μｍのストライプ状の窓領域を有するように形成され、
ＳｉＯ2マスク３の幅Ｗmは、ＳｉＯ2マスク３が形成さ
れた領域における回折格子２のピッチによって変えてあ
る。回折格子２のピッチが最も短い（Λ1＝２３７．０
ｎｍ）ところでＷm1＝２７μｍ、ピッチが最も長い（Λ
16＝２４２．０ｎｍ）ところでＷm16＝３３μｍであ
り、その間は等間隔にＷmを変えてある。
【００４１】その後、ＭＯＶＰＥ選択成長により、Ｓｉ
Ｏ2マスク３で挟まれた領域に、波長組成１．２μｍ、
厚さ０．１μｍのｎ型ＩｎＧａＡｓＰガイド層４と、井
戸層数５、バンドギャップ波長１．５４〜１．５７μｍ
のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ−ＭＱＷ活性層５
と、厚さ０．２μｍのｐ型ＩｎＰクラッド層６とを順次
成長させる（図１（ｂ））。ここで、このＳｉＯ2マス
ク３に挟まれた幅１．５μｍの領域に形成された多層半
導体層の部分が光導波路となる。
Ｏ2マスク３で挟まれた領域に、波長組成１．２μｍ、
厚さ０．１μｍのｎ型ＩｎＧａＡｓＰガイド層４と、井
戸層数５、バンドギャップ波長１．５４〜１．５７μｍ
のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ−ＭＱＷ活性層５
と、厚さ０．２μｍのｐ型ＩｎＰクラッド層６とを順次
成長させる（図１（ｂ））。ここで、このＳｉＯ2マス
ク３に挟まれた幅１．５μｍの領域に形成された多層半
導体層の部分が光導波路となる。
【００４２】なお、図１（ｂ）においては、構造を簡単
化するために、異なる幅のマスク間に形成された半導体
層は図示してない。
化するために、異なる幅のマスク間に形成された半導体
層は図示してない。
【００４３】次に、ストライプ状の光導波路の周辺のＳ
ｉＯ2マスク３の開口幅を５μｍ程度にまで広げ、その
後、再びＭＯＶＰＥ選択成長により、厚さ１．５μｍの
ｐ型ＩｎＰ埋め込み層７を形成する（図１（ｃ））。こ
こで、図１（ｂ）と同様、幅の異なるＳｉＯ2マスク３
の間に形成された半導体層は便宜上、省略してある。
ｉＯ2マスク３の開口幅を５μｍ程度にまで広げ、その
後、再びＭＯＶＰＥ選択成長により、厚さ１．５μｍの
ｐ型ＩｎＰ埋め込み層７を形成する（図１（ｃ））。こ
こで、図１（ｂ）と同様、幅の異なるＳｉＯ2マスク３
の間に形成された半導体層は便宜上、省略してある。
【００４４】次に、ＭＱＷ活性層５を含むリッジ構造多
層半導体のトップを除いてＳｉＯ2膜８を形成し、Ｉｎ
Ｐ基板１の表面に金属電極９を、裏面に金属電極１０を
それぞれ形成する（図１（ｄ））。なお、ＩｎＰ基板１
の表面に形成された金属電極９においては、素子間で分
離されている。
層半導体のトップを除いてＳｉＯ2膜８を形成し、Ｉｎ
Ｐ基板１の表面に金属電極９を、裏面に金属電極１０を
それぞれ形成する（図１（ｄ））。なお、ＩｎＰ基板１
の表面に形成された金属電極９においては、素子間で分
離されている。
【００４５】その後、ウェハをＬＤの素子長である４０
０μｍ間隔にへき開し、そのへき開端面に無反射（Ａ
Ｒ）コーティングを施してＬＤ素子を完成させる。
０μｍ間隔にへき開し、そのへき開端面に無反射（Ａ
Ｒ）コーティングを施してＬＤ素子を完成させる。
【００４６】上記工程によって作製されたＤＦＢＬＤに
おいては、回折格子２のピッチが最も短い素子が１５３
０ｎｍ、ピッチが最も長い素子が１５６２ｎｍの波長で
それぞれ単一軸モード発振し、また、活性層におけるゲ
インピーク波長は、ＳｉＯ2マスク３の幅Ｗmに依存して
１５４０ｎｍ〜１５７５ｎｍの範囲で変化しており、そ
の結果として、全ての素子における発振波長とゲインピ
ーク波長との差（デチューニング量）は、−１０ｎｍ〜
−１５ｎｍの範囲に入っていた。そのため、発振しきい
電流は全ての素子で７±１ｍＡの範囲に入っており、極
めて均一なレーザ特性が得られた。
おいては、回折格子２のピッチが最も短い素子が１５３
０ｎｍ、ピッチが最も長い素子が１５６２ｎｍの波長で
それぞれ単一軸モード発振し、また、活性層におけるゲ
インピーク波長は、ＳｉＯ2マスク３の幅Ｗmに依存して
１５４０ｎｍ〜１５７５ｎｍの範囲で変化しており、そ
の結果として、全ての素子における発振波長とゲインピ
ーク波長との差（デチューニング量）は、−１０ｎｍ〜
−１５ｎｍの範囲に入っていた。そのため、発振しきい
電流は全ての素子で７±１ｍＡの範囲に入っており、極
めて均一なレーザ特性が得られた。
【００４７】（第２の実施の形態）図２は、本発明の半
導体レーザの第２の実施の形態の製造工程を示す図であ
り、波長１．５５μｍ帯の異波長で発振するＤＦＢＬＤ
について示している。
導体レーザの第２の実施の形態の製造工程を示す図であ
り、波長１．５５μｍ帯の異波長で発振するＤＦＢＬＤ
について示している。
【００４８】まず、ｎ型ＩｎＰ基板１の上に、電子ビー
ム（ＥＢ）露光及びエッチング技術を用いて、周期の異
なる１６種類の位相シフト型の回折格子２を幅１０μｍ
のストライプ領域に順次形成する（図２（ａ））。な
お、ストライプ領域は［０１１］方向に平行で、隣どう
しの間隔は２５０μｍであり、また、回折格子２のピッ
チはΛ＝２３７．０ｎｍ〜２４２．０ｎｍの範囲で０．
３３ｎｍのステップで変えてある。
ム（ＥＢ）露光及びエッチング技術を用いて、周期の異
なる１６種類の位相シフト型の回折格子２を幅１０μｍ
のストライプ領域に順次形成する（図２（ａ））。な
お、ストライプ領域は［０１１］方向に平行で、隣どう
しの間隔は２５０μｍであり、また、回折格子２のピッ
チはΛ＝２３７．０ｎｍ〜２４２．０ｎｍの範囲で０．
３３ｎｍのステップで変えてある。
【００４９】次に、絶縁膜であるストライプ状の選択成
長用ＳｉＯ2マスク３を［０１１］方向に形成する。な
お、ＳｉＯ2マスク３は、回折格子２の上に、幅１０μ
ｍのストライプ状の窓領域を有するように形成され、Ｓ
ｉＯ2マスク３の幅Ｗmは、ＳｉＯ2マスク３が形成され
た領域における回折格子２のピッチによって変えてあ
る。回折格子２のピッチが最も短い（Λ1＝２３７．０
ｎｍ）ところでＷm1＝１０μｍ、ピッチが最も長い（Λ
16＝２４２．０ｎｍ）ところでＷm16＝２８μｍであ
り、その間は等間隔にＷmを変えてある。
長用ＳｉＯ2マスク３を［０１１］方向に形成する。な
お、ＳｉＯ2マスク３は、回折格子２の上に、幅１０μ
ｍのストライプ状の窓領域を有するように形成され、Ｓ
ｉＯ2マスク３の幅Ｗmは、ＳｉＯ2マスク３が形成され
た領域における回折格子２のピッチによって変えてあ
る。回折格子２のピッチが最も短い（Λ1＝２３７．０
ｎｍ）ところでＷm1＝１０μｍ、ピッチが最も長い（Λ
16＝２４２．０ｎｍ）ところでＷm16＝２８μｍであ
り、その間は等間隔にＷmを変えてある。
【００５０】その後、ＭＯＶＰＥ選択成長により、Ｓｉ
Ｏ2マスク３で挟まれた領域に、波長組成１．２μｍ、
厚さ０．１μｍのｎ型ＩｎＧａＡｓＰガイド層４と、井
戸層数５、バンドギャップ波長１．５４〜１．５７μｍ
のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ−ＭＱＷ活性層５
と、厚さ１．５μｍのｐ型ＩｎＰクラッド層６とを順次
成長させる（図２（ｂ））。
Ｏ2マスク３で挟まれた領域に、波長組成１．２μｍ、
厚さ０．１μｍのｎ型ＩｎＧａＡｓＰガイド層４と、井
戸層数５、バンドギャップ波長１．５４〜１．５７μｍ
のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ−ＭＱＷ活性層５
と、厚さ１．５μｍのｐ型ＩｎＰクラッド層６とを順次
成長させる（図２（ｂ））。
【００５１】なお、図２（ｂ）においては、構造を簡単
化するために、異なる幅のマスク間に形成された半導体
層は省略してある。
化するために、異なる幅のマスク間に形成された半導体
層は省略してある。
【００５２】次に、幅１０μｍのストライプ状の窓領域
に形成された多層半導体を［０１１］方向にメサストラ
イプ状にエッチング加工する。その際、メサストライプ
３１のトップの幅が１．５μｍとなり、かつ、メサスト
ライプ３１の中に回折格子２が含まれるように加工す
る。
に形成された多層半導体を［０１１］方向にメサストラ
イプ状にエッチング加工する。その際、メサストライプ
３１のトップの幅が１．５μｍとなり、かつ、メサスト
ライプ３１の中に回折格子２が含まれるように加工す
る。
【００５３】その後、ＭＯＶＰＥにより、メサストライ
プ３１の両側に厚さ３μｍのＦｅドープ高抵抗ＩｎＰ層
３２を成長させる（図２（ｃ））。
プ３１の両側に厚さ３μｍのＦｅドープ高抵抗ＩｎＰ層
３２を成長させる（図２（ｃ））。
【００５４】次に、ＩｎＰ基板１の表面に金属電極９
を、裏面に金属電極１０をそれぞれ形成する（図２
（ｄ））。なお、ＩｎＰ基板１の表面に形成された金属
電極９においては、素子間で分離されている。
を、裏面に金属電極１０をそれぞれ形成する（図２
（ｄ））。なお、ＩｎＰ基板１の表面に形成された金属
電極９においては、素子間で分離されている。
【００５５】その後、ウェハをＬＤの素子長である４０
０μｍ間隔にへき開し、そのへき開端面にＡＲコーティ
ングを施してＬＤ素子を完成させる。
０μｍ間隔にへき開し、そのへき開端面にＡＲコーティ
ングを施してＬＤ素子を完成させる。
【００５６】上記工程によって作製されたＤＦＢＬＤに
おいては、回折格子２のピッチが最も短い素子が１５３
０ｎｍ、ピッチが最も長い素子が１５６２ｎｍの波長で
それぞれ単一軸モード発振し、また、活性層におけるゲ
インピーク波長は、ＳｉＯ2マスク３の幅Ｗmに依存して
１５４０ｎｍ〜１５７５ｎｍの範囲で変化しており、そ
の結果として、全ての素子において発振波長とゲインピ
ーク波長との差（デチューニング量）は−１０ｎｍ〜−
１５ｎｍの範囲に入っていた。そのため、発振しきい電
流は全ての素子で６±１ｍＡの範囲に入っており、極め
て均一なレーザ特性が得られた。
おいては、回折格子２のピッチが最も短い素子が１５３
０ｎｍ、ピッチが最も長い素子が１５６２ｎｍの波長で
それぞれ単一軸モード発振し、また、活性層におけるゲ
インピーク波長は、ＳｉＯ2マスク３の幅Ｗmに依存して
１５４０ｎｍ〜１５７５ｎｍの範囲で変化しており、そ
の結果として、全ての素子において発振波長とゲインピ
ーク波長との差（デチューニング量）は−１０ｎｍ〜−
１５ｎｍの範囲に入っていた。そのため、発振しきい電
流は全ての素子で６±１ｍＡの範囲に入っており、極め
て均一なレーザ特性が得られた。
【００５７】また、本形態におけるＬＤは高抵抗ＩｎＰ
層３２に埋め込まれた構造となっているため、５Ｇｂ／
ｓを超える超高速変調が可能である。さらに、デチュー
ニング量が負の値に制御されているため、変調時の波長
チャーピングも小さい（変調時時間平均スペクトル幅＝
０．３ｎｍ）という結果が得られた。
層３２に埋め込まれた構造となっているため、５Ｇｂ／
ｓを超える超高速変調が可能である。さらに、デチュー
ニング量が負の値に制御されているため、変調時の波長
チャーピングも小さい（変調時時間平均スペクトル幅＝
０．３ｎｍ）という結果が得られた。
【００５８】なお、上述した第１及び第２の実施の形態
においては、回折格子２に位相シフト型（回折格子の山
谷がＬＤ素子中央で反転した構造）を用いたが、回折格
子２は位相シフトのない均一型であってもよい。その場
合、ＬＤの端面は一方がＡＲコーティング、他方が高反
射コーティング構造とすることで安定な単一軸モード発
振が得られた。
においては、回折格子２に位相シフト型（回折格子の山
谷がＬＤ素子中央で反転した構造）を用いたが、回折格
子２は位相シフトのない均一型であってもよい。その場
合、ＬＤの端面は一方がＡＲコーティング、他方が高反
射コーティング構造とすることで安定な単一軸モード発
振が得られた。
【００５９】また、第１及び第２の実施の形態において
は、デチューニング量が−１２．５ｎｍを中心に±２．
５ｎｍの範囲内に入っているが、デチューニング量の設
定値からのずれ量が±１０ｎｍ以下であればＬＤ特性の
均一性はほとんど損なわれないことが判明しているの
で、デチューニング量の誤差はこの範囲であればよい。
は、デチューニング量が−１２．５ｎｍを中心に±２．
５ｎｍの範囲内に入っているが、デチューニング量の設
定値からのずれ量が±１０ｎｍ以下であればＬＤ特性の
均一性はほとんど損なわれないことが判明しているの
で、デチューニング量の誤差はこの範囲であればよい。
【００６０】また、ＤＦＢＬＤを直接変調方式の長距離
大容量伝送に使用する場合、変調時のチャーピングを極
力低減する必要があるため、負のデチューニングが好ま
しく、低しきい電流では低チャーピングな特性を同時に
得るためには、デチューニング量の設定値は一般的には
−２０ｎｍ〜０ｎｍが適している。
大容量伝送に使用する場合、変調時のチャーピングを極
力低減する必要があるため、負のデチューニングが好ま
しく、低しきい電流では低チャーピングな特性を同時に
得るためには、デチューニング量の設定値は一般的には
−２０ｎｍ〜０ｎｍが適している。
【００６１】（第３の実施の形態）図３は、本発明の半
導体レーザの第３の実施の形態の製造工程を示す図であ
り、波長１．５５μｍ帯の異波長で発振する集積光源に
ついて示している。
導体レーザの第３の実施の形態の製造工程を示す図であ
り、波長１．５５μｍ帯の異波長で発振する集積光源に
ついて示している。
【００６２】まず、ｎ型ＩｎＰ基板１の上に、電子ビー
ム（ＥＢ）露光及びエッチング技術を用いて、周期の異
なる１６種類の回折格子２を幅１０μｍ、長さ４００μ
ｍのストライプ領域に順次形成する（図３（ａ））。な
お、ストライプ領域は［０１１］方向に平行で、隣どう
しの間隔は２５０μｍであり、また、回折格子２のピッ
チはΛ＝２３７．０ｎｍ〜２４２．０ｎｍの範囲で０．
３３ｎｍのステップで変えてある。
ム（ＥＢ）露光及びエッチング技術を用いて、周期の異
なる１６種類の回折格子２を幅１０μｍ、長さ４００μ
ｍのストライプ領域に順次形成する（図３（ａ））。な
お、ストライプ領域は［０１１］方向に平行で、隣どう
しの間隔は２５０μｍであり、また、回折格子２のピッ
チはΛ＝２３７．０ｎｍ〜２４２．０ｎｍの範囲で０．
３３ｎｍのステップで変えてある。
【００６３】次に、絶縁膜であるストライプ状の選択成
長用ＳｉＯ2マスク３を［０１１］方向に形成する。な
お、ＳｉＯ2マスク３は、回折格子２の上に幅１．５μ
ｍのストライプ状の窓領域を有するように形成され、回
折格子２が形成されているＬＤ領域におけるＳｉＯ2マ
スク３の幅ＷmはＷmL＝３０μｍ一定であり、回折格子
２が形成されていない変調器領域におけるＳｉＯ2マス
ク３の幅ＷmmはＬＤ領域に形成されている回折格子２の
ピッチによって変えてある。回折格子２のピッチが最も
短い（Λ1＝２３７．０ｎｍ）ところでＷmm1＝１２μ
ｍ、ピッチが最も長い（Λ16＝２４２．０ｎｍ）ところ
でＷmm16＝１７μｍであり、その間は等間隔にＷmmを変
えてある。
長用ＳｉＯ2マスク３を［０１１］方向に形成する。な
お、ＳｉＯ2マスク３は、回折格子２の上に幅１．５μ
ｍのストライプ状の窓領域を有するように形成され、回
折格子２が形成されているＬＤ領域におけるＳｉＯ2マ
スク３の幅ＷmはＷmL＝３０μｍ一定であり、回折格子
２が形成されていない変調器領域におけるＳｉＯ2マス
ク３の幅ＷmmはＬＤ領域に形成されている回折格子２の
ピッチによって変えてある。回折格子２のピッチが最も
短い（Λ1＝２３７．０ｎｍ）ところでＷmm1＝１２μ
ｍ、ピッチが最も長い（Λ16＝２４２．０ｎｍ）ところ
でＷmm16＝１７μｍであり、その間は等間隔にＷmmを変
えてある。
【００６４】その後、ＭＯＶＰＥ選択成長により、Ｓｉ
Ｏ2マスク３で挟まれた領域に、波長組成λg＝１．２μ
ｍ、厚さ０．１μｍのｎ型ＩｎＧａＡｓＰガイド層４
と、井戸層数５、バンドギャップ、波長がＬＤ領域で
１．５５μｍ、変調器領域で１．４６〜１．４９μｍの
ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ−ＭＱＷ活性層５と、
厚さ０．２μｍのｐ型ＩｎＰクラッド層６とを順次成長
させる（図３（ｂ））。ここで、ＳｉＯ2マスク３に挟
まれた幅１．５μｍの領域に形成された多層半導体層の
部分が光導波路となる。
Ｏ2マスク３で挟まれた領域に、波長組成λg＝１．２μ
ｍ、厚さ０．１μｍのｎ型ＩｎＧａＡｓＰガイド層４
と、井戸層数５、バンドギャップ、波長がＬＤ領域で
１．５５μｍ、変調器領域で１．４６〜１．４９μｍの
ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ−ＭＱＷ活性層５と、
厚さ０．２μｍのｐ型ＩｎＰクラッド層６とを順次成長
させる（図３（ｂ））。ここで、ＳｉＯ2マスク３に挟
まれた幅１．５μｍの領域に形成された多層半導体層の
部分が光導波路となる。
【００６５】なお、図３（ｂ）においては、構造を簡単
化するために、異なる幅のマスク間に形成された半導体
層は省略してある。
化するために、異なる幅のマスク間に形成された半導体
層は省略してある。
【００６６】次に、ストライプ状の光導波路の周辺のＳ
ｉＯ2マスク３の開口幅を５μｍ程度にまで広げ、その
後、再びＭＯＶＰＥ選択成長により、厚さ１．５μｍの
ｐ型ＩｎＰ埋め込み層７を形成する（図３（ｃ））。こ
こで、図３（ｂ）と同様、幅の異なるＳｉＯ2マスク３
の間に形成された半導体層は便宜上、省略してある。
ｉＯ2マスク３の開口幅を５μｍ程度にまで広げ、その
後、再びＭＯＶＰＥ選択成長により、厚さ１．５μｍの
ｐ型ＩｎＰ埋め込み層７を形成する（図３（ｃ））。こ
こで、図３（ｂ）と同様、幅の異なるＳｉＯ2マスク３
の間に形成された半導体層は便宜上、省略してある。
【００６７】次に、ＭＱＷ活性層５を含むリッジ構造多
層半導体のトップを除いてＳｉＯ2膜８を形成し、Ｉｎ
Ｐ基板１の表面に金属電極９，１１を、裏面に金属電極
１０をそれぞれ形成する（図３（ｄ））。なお、ＩｎＰ
基板１の表面に形成された金属電極９，１１において
は、隣合う素子間及びＬＤ領域と変調器領域間で分離さ
れている。
層半導体のトップを除いてＳｉＯ2膜８を形成し、Ｉｎ
Ｐ基板１の表面に金属電極９，１１を、裏面に金属電極
１０をそれぞれ形成する（図３（ｄ））。なお、ＩｎＰ
基板１の表面に形成された金属電極９，１１において
は、隣合う素子間及びＬＤ領域と変調器領域間で分離さ
れている。
【００６８】その後、ウェハを、ＬＤ領域の長さが４０
０μｍ、変調器領域の長さが２００μｍとなるようにへ
き開し、そのへき開面のうち変調器側端面にＡＲコーテ
ィングを、またＬＤ側端面に高反射（ＨＲ）コーティン
グをそれぞれ施して集積光源を完成させる。
０μｍ、変調器領域の長さが２００μｍとなるようにへ
き開し、そのへき開面のうち変調器側端面にＡＲコーテ
ィングを、またＬＤ側端面に高反射（ＨＲ）コーティン
グをそれぞれ施して集積光源を完成させる。
【００６９】上記工程によって作製された集積光源にお
いては、回折格子２のピッチが最も短い素子が１５３０
ｎｍ、ピッチが最も長い素子が１５６２ｎｍの波長でそ
れぞれ単一軸モード発振し、発振しきい電流は１０ｍＡ
±２ｍＡであった。また、変調器における吸収端波長
は、ＳｉＯ2マスク３の幅Ｗmmに依存して１４６０ｎｍ
〜１４９０ｎｍの範囲で変化しており、その結果とし
て、全ての素子における発振波長と光吸収端波長との差
（デチューニング量）は、６０ｎｍ〜７５ｎｍの範囲に
入っていた。そのため、変調器における変調特性は全て
の素子において均一であり、１３ｄＢの消光比を得るた
めの変調電圧は２Ｖp-p±０．２Ｖであった。また、変
調器からの光出力は、ＬＤ電流が１００ｍＡ、変調器が
無バイアスのとき、１０ｍＷ±２ｍＷの範囲に入ってい
た。
いては、回折格子２のピッチが最も短い素子が１５３０
ｎｍ、ピッチが最も長い素子が１５６２ｎｍの波長でそ
れぞれ単一軸モード発振し、発振しきい電流は１０ｍＡ
±２ｍＡであった。また、変調器における吸収端波長
は、ＳｉＯ2マスク３の幅Ｗmmに依存して１４６０ｎｍ
〜１４９０ｎｍの範囲で変化しており、その結果とし
て、全ての素子における発振波長と光吸収端波長との差
（デチューニング量）は、６０ｎｍ〜７５ｎｍの範囲に
入っていた。そのため、変調器における変調特性は全て
の素子において均一であり、１３ｄＢの消光比を得るた
めの変調電圧は２Ｖp-p±０．２Ｖであった。また、変
調器からの光出力は、ＬＤ電流が１００ｍＡ、変調器が
無バイアスのとき、１０ｍＷ±２ｍＷの範囲に入ってい
た。
【００７０】（第４の実施の形態）図４は、本発明の半
導体レーザの第４の実施の形態の製造工程を示す図であ
り、波長１．５５μｍ帯の異波長で発振する集積光源に
ついて示している。
導体レーザの第４の実施の形態の製造工程を示す図であ
り、波長１．５５μｍ帯の異波長で発振する集積光源に
ついて示している。
【００７１】まず、ｎ型ＩｎＰ基板１の上に、電子ビー
ム（ＥＢ）露光及びエッチング技術を用いて、周期の異
なる１６種類の回折格子２を幅１０μｍ、長さ４００μ
ｍのストライプ領域に順次形成する（図４（ａ））。な
お、ストライプ領域は［０１１］方向に平行で、隣どう
しの間隔は２５０μｍであり、また、回折格子２のピッ
チはΛ＝２３７．０ｎｍ〜２４２．０ｎｍの範囲で０．
３３ｎｍのステップで変えてある。
ム（ＥＢ）露光及びエッチング技術を用いて、周期の異
なる１６種類の回折格子２を幅１０μｍ、長さ４００μ
ｍのストライプ領域に順次形成する（図４（ａ））。な
お、ストライプ領域は［０１１］方向に平行で、隣どう
しの間隔は２５０μｍであり、また、回折格子２のピッ
チはΛ＝２３７．０ｎｍ〜２４２．０ｎｍの範囲で０．
３３ｎｍのステップで変えてある。
【００７２】次に、絶縁膜であるストライプ状の選択成
長用ＳｉＯ2マスク３を［０１１］方向に形成する。な
お、ＳｉＯ2マスク３は、回折格子２の上に、幅１０μ
ｍのストライプ状の窓領域を有するように形成され、回
折格子２が形成されているＬＤ領域におけるＳｉＯ2マ
スク３の幅Ｗmは、ＷmL＝２０μｍで一定であり、回折
格子２が形成されていない変調器領域におけるＳｉＯ2
マスク３の幅Ｗmmは、ＬＤ領域に形成されている回折格
子２のピッチによって変えてある。回折格子２のピッチ
が最も短い（Λ1＝２３７．０ｎｍ）ところでＷmm1＝７
μｍ、ピッチが最も長い（Λ16＝２４２．０ｎｍ）とこ
ろでＷmm16＝１２μｍであり、その間は等間隔にＷmmを
変えてある。
長用ＳｉＯ2マスク３を［０１１］方向に形成する。な
お、ＳｉＯ2マスク３は、回折格子２の上に、幅１０μ
ｍのストライプ状の窓領域を有するように形成され、回
折格子２が形成されているＬＤ領域におけるＳｉＯ2マ
スク３の幅Ｗmは、ＷmL＝２０μｍで一定であり、回折
格子２が形成されていない変調器領域におけるＳｉＯ2
マスク３の幅Ｗmmは、ＬＤ領域に形成されている回折格
子２のピッチによって変えてある。回折格子２のピッチ
が最も短い（Λ1＝２３７．０ｎｍ）ところでＷmm1＝７
μｍ、ピッチが最も長い（Λ16＝２４２．０ｎｍ）とこ
ろでＷmm16＝１２μｍであり、その間は等間隔にＷmmを
変えてある。
【００７３】その後、ＭＯＶＰＥ選択成長により、Ｓｉ
Ｏ2マスク３で挟まれた領域に、波長組成λg＝１．２μ
ｍ、厚さ０．１μｍのｎ型ＩｎＧａＡｓＰガイド層４
と、井戸層数５、バンドギャップ波長がＬＤ領域で１．
５５μｍ、変調器領域で１．４６〜１．４９μｍのＩｎ
ＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ−ＭＱＷ活性層５と、厚さ
１．５μｍのｐ型ＩｎＰクラッド層６とを順次成長させ
る（図４（ｂ））。
Ｏ2マスク３で挟まれた領域に、波長組成λg＝１．２μ
ｍ、厚さ０．１μｍのｎ型ＩｎＧａＡｓＰガイド層４
と、井戸層数５、バンドギャップ波長がＬＤ領域で１．
５５μｍ、変調器領域で１．４６〜１．４９μｍのＩｎ
ＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ−ＭＱＷ活性層５と、厚さ
１．５μｍのｐ型ＩｎＰクラッド層６とを順次成長させ
る（図４（ｂ））。
【００７４】なお、図４（ｂ）においては、構造を簡単
化するために、異なる幅のマスク間に形成された半導体
層は省略してある。
化するために、異なる幅のマスク間に形成された半導体
層は省略してある。
【００７５】次に、幅１０μｍのストライプ状の窓領域
に形成された多層半導体を［０１１］方向にメサストラ
イプ状にエッチング加工する。その際、メサストライプ
３１のトップの幅が１．５μｍとなり、かつ、ＬＤ領域
においてメサストライプ３１の中に回折格子２が含まれ
るように加工する。
に形成された多層半導体を［０１１］方向にメサストラ
イプ状にエッチング加工する。その際、メサストライプ
３１のトップの幅が１．５μｍとなり、かつ、ＬＤ領域
においてメサストライプ３１の中に回折格子２が含まれ
るように加工する。
【００７６】その後、ＭＯＶＰＥにより、メサストライ
プ３１の両側に厚さ３μｍのＦｅドープ高抵抗ＩｎＰ層
３２を成長させる（図４（ｃ））。
プ３１の両側に厚さ３μｍのＦｅドープ高抵抗ＩｎＰ層
３２を成長させる（図４（ｃ））。
【００７７】次に、ＩｎＰ基板１の表面に金属電極９，
１１を、ＩｎＰ基板１の裏面に金属電極１０をそれぞれ
形成する（図４（ｄ））。なお、ＩｎＰ基板１の表面に
形成されている金属電極９，１１においては、隣合う素
子間及びＬＤ領域と変調器領域間で分離されている。
１１を、ＩｎＰ基板１の裏面に金属電極１０をそれぞれ
形成する（図４（ｄ））。なお、ＩｎＰ基板１の表面に
形成されている金属電極９，１１においては、隣合う素
子間及びＬＤ領域と変調器領域間で分離されている。
【００７８】その後、ウェハをＬＤ領域の長さが４００
μｍ、変調器領域の長さが２００μｍとなるようにへき
開し、そのへき開面のうち変調器側端面にＡＲコーティ
ングを、またＬＤ側端面にＨＲコーティングをそれぞれ
施して集積光源を完成させる。
μｍ、変調器領域の長さが２００μｍとなるようにへき
開し、そのへき開面のうち変調器側端面にＡＲコーティ
ングを、またＬＤ側端面にＨＲコーティングをそれぞれ
施して集積光源を完成させる。
【００７９】上記工程によって作製された集積光源にお
いては、回折格子２のピッチが最も短い素子が１５３０
ｎｍ、ピッチが最も長い素子が１５６２ｎｍの波長でそ
れぞれ単一軸モード発振し、発振しきい電流は９ｍＡ±
２ｍＡであった。また、変調器における光吸収端波長
は、ＳｉＯ2マスク３の幅Ｗmmに依存して１４６０ｎｍ
〜１４９０ｎｍの範囲で変化しており、その結果とし
て、全ての素子において発振波長と光吸収端波長との差
（デチューニング量）は６０ｎｍ〜７５ｎｍの範囲に入
っていた。そのため、変調器における変調特性は全ての
素子において均一であり、１３ｄＢの消光比を得るため
の変調電圧は２Ｖp-p±０．２Ｖであった。また、変調
器からの光出力は、ＬＤ電流が１００ｍＡ、変調器が無
バイアスのとき、１１ｍＷ±２ｍＷの範囲に入ってい
た。
いては、回折格子２のピッチが最も短い素子が１５３０
ｎｍ、ピッチが最も長い素子が１５６２ｎｍの波長でそ
れぞれ単一軸モード発振し、発振しきい電流は９ｍＡ±
２ｍＡであった。また、変調器における光吸収端波長
は、ＳｉＯ2マスク３の幅Ｗmmに依存して１４６０ｎｍ
〜１４９０ｎｍの範囲で変化しており、その結果とし
て、全ての素子において発振波長と光吸収端波長との差
（デチューニング量）は６０ｎｍ〜７５ｎｍの範囲に入
っていた。そのため、変調器における変調特性は全ての
素子において均一であり、１３ｄＢの消光比を得るため
の変調電圧は２Ｖp-p±０．２Ｖであった。また、変調
器からの光出力は、ＬＤ電流が１００ｍＡ、変調器が無
バイアスのとき、１１ｍＷ±２ｍＷの範囲に入ってい
た。
【００８０】なお、上述した第３及び第４の実施の形態
においては、デチューニング量の誤差が６７．５ｎｍを
中心に±７．５ｎｍの範囲であったが、デチューニング
量の設定値からのずれが±１５ｎｍ以下であれば変調特
性の均一性の点で大きな問題とはならないことが判明し
ているので、デチューニング量の誤差はこの範囲であれ
ばよい。デチューニング量の設定値は集積光源が用いら
れるシステムによって異なるが、一般的には消光特性及
び光出力特性とのバランスで５０ｎｍ〜８０ｎｍが適し
ている。
においては、デチューニング量の誤差が６７．５ｎｍを
中心に±７．５ｎｍの範囲であったが、デチューニング
量の設定値からのずれが±１５ｎｍ以下であれば変調特
性の均一性の点で大きな問題とはならないことが判明し
ているので、デチューニング量の誤差はこの範囲であれ
ばよい。デチューニング量の設定値は集積光源が用いら
れるシステムによって異なるが、一般的には消光特性及
び光出力特性とのバランスで５０ｎｍ〜８０ｎｍが適し
ている。
【００８１】また、第３及び第４の実施の形態において
は、ＬＤ領域におけるＳｉＯ2マスク３の幅を一定とし
たが、第１及び第２の実施の形態のように、ＬＤ領域に
おけるＳｉＯ2マスク３の幅も回折格子２のピッチに応
じて変えてもよい。そうすることにより、集積光源のＬ
Ｄ部の発振しきい電流が発振波長に依存せずほぼ一定値
となり、一層素子特性の均一性が向上する。
は、ＬＤ領域におけるＳｉＯ2マスク３の幅を一定とし
たが、第１及び第２の実施の形態のように、ＬＤ領域に
おけるＳｉＯ2マスク３の幅も回折格子２のピッチに応
じて変えてもよい。そうすることにより、集積光源のＬ
Ｄ部の発振しきい電流が発振波長に依存せずほぼ一定値
となり、一層素子特性の均一性が向上する。
【００８２】上述した実施の形態においては紹介しなか
ったが、第１〜第４の実施の形態において示したデバイ
スにおいては、複数のレーザ素子からの光出力を一つの
出力ポートに合波するための光導波路からなる合波器を
同一半導体基板上に集積することも可能である。
ったが、第１〜第４の実施の形態において示したデバイ
スにおいては、複数のレーザ素子からの光出力を一つの
出力ポートに合波するための光導波路からなる合波器を
同一半導体基板上に集積することも可能である。
【００８３】また、第１〜第４の実施の形態において、
半導体レーザはＤＦＢ型のものに限らず、分布反射型
（ＤＢＲ）ＬＤであっても本発明は有効である。上述し
た実施の形態においては、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡ
ｓＰ系の半導体レーザ素子について紹介してきたが、半
導体材料系はこれに限らずＩｎＧａＡｓ（Ｐ）／ＩｎＡ
ｌＧａＡｓ系、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡ
ｓ／ＡｌＧａＡｓ系やその他材料系であってもよい。こ
こでは波長１．５５μｍ帯の素子について紹介したが、
他の波長帯においても本発明は有効である。
半導体レーザはＤＦＢ型のものに限らず、分布反射型
（ＤＢＲ）ＬＤであっても本発明は有効である。上述し
た実施の形態においては、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡ
ｓＰ系の半導体レーザ素子について紹介してきたが、半
導体材料系はこれに限らずＩｎＧａＡｓ（Ｐ）／ＩｎＡ
ｌＧａＡｓ系、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡ
ｓ／ＡｌＧａＡｓ系やその他材料系であってもよい。こ
こでは波長１．５５μｍ帯の素子について紹介したが、
他の波長帯においても本発明は有効である。
【００８４】
【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
回折格子のピッチに応じてレーザ領域や変調領域におけ
る絶縁膜の幅を変えることによって、複数の活性層のそ
れぞれの組成を互いに異なるようにしたため、発振波長
を変えた場合においてもデチューニングを適切な範囲に
設定することができる。
回折格子のピッチに応じてレーザ領域や変調領域におけ
る絶縁膜の幅を変えることによって、複数の活性層のそ
れぞれの組成を互いに異なるようにしたため、発振波長
を変えた場合においてもデチューニングを適切な範囲に
設定することができる。
【００８５】それにより、レーザ特性及び変調特性が均
一な異波長で発振するＤＦＢＬＤや、または変調特性が
均一な異波長で発振する集積光源を同一基板上に形成で
き、ＷＤＭ伝送用に異波長の光源を安価に提供すること
ができる。
一な異波長で発振するＤＦＢＬＤや、または変調特性が
均一な異波長で発振する集積光源を同一基板上に形成で
き、ＷＤＭ伝送用に異波長の光源を安価に提供すること
ができる。
【図１】本発明の半導体レーザの第１の実施の形態の製
造工程を示す図である。
造工程を示す図である。
【図２】本発明の半導体レーザの第２の実施の形態の製
造工程を示す図である。
造工程を示す図である。
【図３】本発明の半導体レーザの第３の実施の形態の製
造工程を示す図である。
造工程を示す図である。
【図４】本発明の半導体レーザの第４の実施の形態の製
造工程を示す図である。
造工程を示す図である。
【図５】半導体レーザの発振波長とゲインスペクトルと
の関係を示す図であり、（ａ）は従来の半導体レーザ素
子における発振波長とゲインスペクトルとの関係を示す
図、（ｂ）は本発明の半導体レーザ素子における発振波
長とゲインスペクトルとの関係を示す図である。
の関係を示す図であり、（ａ）は従来の半導体レーザ素
子における発振波長とゲインスペクトルとの関係を示す
図、（ｂ）は本発明の半導体レーザ素子における発振波
長とゲインスペクトルとの関係を示す図である。
【図６】集積光源におけるＬＤの発振波長と吸収端波長
との関係を示す図である。
との関係を示す図である。
１ ｎ型ＩｎＰ基板 ２ 回折格子 ３ ＳｉＯ2マスク ４ ｎ型ＩｎＧａＡｓＰガイド層 ５ ＭＱＷ活性層 ６ ｐ型ＩｎＰクラッド層 ７ ｐ型ＩｎＰ埋め込み層 ８ ＳｉＯ2膜 ９，１０，１１ 金属電極 ３１ メサストライプ ３２ 高抵抗層
Claims (12)
- 【請求項１】 同一半導体基板上に形成された発振波長
の異なる複数の単一軸モード半導体レーザからなる半導
体レーザ素子において、 前記複数の単一軸モード半導体レーザは、それぞれの活
性層において互いに異なるピーク波長を具備する光学利
得を有することを特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 請求項１に記載の半導体レーザ素子にお
いて、 同一の単一軸モード半導体レーザにおける前記発振波長
と前記光学利得のピーク波長との差が、全ての単一軸モ
ード半導体レーザにおいて同一か、もしくはある一定値
から±１０ｎｍ以内の範囲に設定されていることを特徴
とする半導体レーザ素子。 - 【請求項３】 請求項２に記載の半導体レーザ素子にお
いて、 同一の単一モード半導体レーザにおける前記光学利得の
ピーク波長が、前記発振波長よりも０ｎｍ〜２０ｎｍだ
け長波長側に設定されていることを特徴とする半導体レ
ーザ素子。 - 【請求項４】 単一軸モード半導体レーザと電界吸収型
の光変調器とが集積化された集積光源が同一半導体基板
に複数形成されてなる半導体レーザ素子において、 前記単一軸モード半導体レーザは、互いに異なる発振波
長を有し、 前記光変調器は、互いに異なる光吸収端波長を有するこ
とを特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項５】 請求項４に記載の半導体レーザ素子にお
いて、 同一の集積光源における前記発振波長と前記光吸収端波
長との差が、全ての集積光源において同一か、もしくは
ある一定値から±１５ｎｍ以内の範囲に設定されている
ことを特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項６】 請求項５に記載の半導体レーザ素子にお
いて、 同一の集積光源における前記光吸収端波長が、前記発振
波長よりも５０ｎｍ〜８０ｎｍだけ短波長側に設定され
ていることを特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項７】 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の
半導体レーザ素子において、 前記複数の単一軸モード半導体レーザは、同一半導体基
板上に形成された光導波路により互いに接続されること
により、光出力を一つの光出力ポートに導く手段を有す
ることを特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項８】 半導体基板上の複数の領域にピッチの異
なる回折格子を形成する工程と、 該回折格子の上にストライプ状の窓を有する絶縁膜を形
成する工程と、 前記窓が設けられた領域に選択的に量子井戸活性層を結
晶成長させる工程と、 該活性層を埋め込むようにクラッド層を結晶成長させる
工程と、 該クラッド層の表面及び前記半導体基板の裏面に金属電
極を形成する工程とを少なくとも順次行うことにより半
導体レーザ素子を作製する半導体レーザ素子の製造方法
において、 前記絶縁膜は、前記回折格子のピッチに応じて互いに異
なる幅で形成されることを特徴とする半導体レーザ素子
の製造方法。 - 【請求項９】 請求項８に記載の半導体レーザ素子の製
造方法において、 前記絶縁膜は、前記回折格子のピッチが長い場所ほど広
い幅で形成されることを特徴とする半導体レーザ素子の
製造方法。 - 【請求項１０】 半導体基板上の複数の領域にピッチの
異なる回折格子を部分的に形成する工程と、 該回折格子の形成されたレーザ領域と前記回折格子が形
成されていない平坦な変調領域とにわたってストライプ
状の窓を有する絶縁膜を形成する工程と、 前記窓が設けられた領域に選択的に量子井戸導波路層を
結晶成長させる工程と、 該導波路層を埋め込むようにクラッド層を結晶成長させ
る工程と、 該クラッド層の表面及び半導体基板の裏面に金属電極を
形成する工程とを少なくとも順次行うことにより半導体
レーザ素子を作製する半導体レーザ素子の製造方法にお
いて、 前記絶縁膜は、前記レーザ領域における幅が前記変調領
域における幅よりも広く、かつ、前記変調領域において
は、前記レーザ領域に形成されている回折格子のピッチ
に応じて異なる幅で形成されることを特徴とする半導体
レーザ素子の製造方法。 - 【請求項１１】 請求項１０に記載の半導体レーザ素子
の製造方法において、 前記変調領域における絶縁膜は、前記回折格子のピッチ
が長い場所ほど広い幅で形成されることを特徴とする半
導体レーザ素子の製造方法。 - 【請求項１２】 請求項１１に記載の半導体レーザ素子
の製造方法において、 前記レーザ領域における絶縁膜は、前記回折格子のピッ
チが長い場所ほど広い幅で形成されることを特徴とする
半導体レーザ素子の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8267006A JPH10117040A (ja) | 1996-10-08 | 1996-10-08 | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
| US08/946,766 US5953359A (en) | 1996-10-08 | 1997-10-08 | Laser diode array and fabrication method thereof |
| EP97117422A EP0836255B1 (en) | 1996-10-08 | 1997-10-08 | Laser diode array and fabrication method thereof |
| DE69709822T DE69709822T2 (de) | 1996-10-08 | 1997-10-08 | Laserdioden-Array und Herstellungsverfahren |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8267006A JPH10117040A (ja) | 1996-10-08 | 1996-10-08 | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10117040A true JPH10117040A (ja) | 1998-05-06 |
Family
ID=17438754
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8267006A Pending JPH10117040A (ja) | 1996-10-08 | 1996-10-08 | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5953359A (ja) |
| EP (1) | EP0836255B1 (ja) |
| JP (1) | JPH10117040A (ja) |
| DE (1) | DE69709822T2 (ja) |
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| KR100568322B1 (ko) | 2004-10-29 | 2006-04-05 | 삼성전기주식회사 | 다파장 반도체 레이저 소자 |
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| JP2015068918A (ja) * | 2013-09-27 | 2015-04-13 | 三菱電機株式会社 | 半導体光素子、光モジュールおよび半導体光素子の製造方法 |
| JP2018093002A (ja) * | 2016-11-30 | 2018-06-14 | 日本オクラロ株式会社 | アレイ半導体光素子、光送信モジュール、及び光モジュール、並びに、それらの製造方法 |
Families Citing this family (36)
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|---|---|---|---|---|
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| JP2000236299A (ja) * | 1998-12-18 | 2000-08-29 | Fujitsu Ltd | 光送信機及び光伝送システム |
| US6330388B1 (en) * | 1999-01-27 | 2001-12-11 | Northstar Photonics, Inc. | Method and apparatus for waveguide optics and devices |
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| A02 | Decision of refusal |
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