JPH10190122A - 波長可変半導体レーザ及びその製造方法 - Google Patents
波長可変半導体レーザ及びその製造方法Info
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- JPH10190122A JPH10190122A JP34158596A JP34158596A JPH10190122A JP H10190122 A JPH10190122 A JP H10190122A JP 34158596 A JP34158596 A JP 34158596A JP 34158596 A JP34158596 A JP 34158596A JP H10190122 A JPH10190122 A JP H10190122A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 広範囲にわたる準連続波長可変動作を実現す
る半導体レーザを提供する。 【解決手段】 活性層と受動導波路層が同一基板上に形
成され、受動導波路層の一部に回折格子が形成され、こ
の回析格子の周期が活性層に近い側で短く、また活性層
から離れるに従って長くなることを特徴とする波長可変
半導体レーザ。
る半導体レーザを提供する。 【解決手段】 活性層と受動導波路層が同一基板上に形
成され、受動導波路層の一部に回折格子が形成され、こ
の回析格子の周期が活性層に近い側で短く、また活性層
から離れるに従って長くなることを特徴とする波長可変
半導体レーザ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信、光情報処
理、光計測等に用いられる波長可変半導体レーザ及びそ
の製造方法に関する。
理、光計測等に用いられる波長可変半導体レーザ及びそ
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年のインターネットやマルチメディア
サービスの普及によるディジタル情報の増加により、伝
送システムに要求される容量は増加の一途を辿ってい
る。このような高速の信号では、通常の交換機で処理を
行うにも電気回路の限界に近づきつつあり、光の状態で
交換を行う方式について精力的に検討が行われている。
サービスの普及によるディジタル情報の増加により、伝
送システムに要求される容量は増加の一途を辿ってい
る。このような高速の信号では、通常の交換機で処理を
行うにも電気回路の限界に近づきつつあり、光の状態で
交換を行う方式について精力的に検討が行われている。
【０００３】光の状態で交換を行う方式は大きく別けて
２つある。一つは光スイッチを用いる方式であり、もう
一つは波長フィルタを用いて光の波長を変えることで出
力ポートを変える方式である。後者は、電気的な処理を
一切用いないので、高速に処理することが期待できる。
このような波長交換には、高速で波長スイッチが可能
で、且つ広範囲にわたる波長可変動作が可能な波長可変
光源が求められている。波長可変半導体レーザは、小さ
な制御電流で発振波長を制御できることから、このよう
な波長交換システムでのキーデバイスとして期待され、
３電極構造ＤＢＲ−ＬＤ（Distributed Bragg Reflecto
r-Laser Diode）やＳＳＧ−ＤＢＲ−ＬＤ（Super Struc
ture Grating-Distributed Bragg Reflector-Laser Dio
de）等、これまで多くの構造が提案されてきた。
２つある。一つは光スイッチを用いる方式であり、もう
一つは波長フィルタを用いて光の波長を変えることで出
力ポートを変える方式である。後者は、電気的な処理を
一切用いないので、高速に処理することが期待できる。
このような波長交換には、高速で波長スイッチが可能
で、且つ広範囲にわたる波長可変動作が可能な波長可変
光源が求められている。波長可変半導体レーザは、小さ
な制御電流で発振波長を制御できることから、このよう
な波長交換システムでのキーデバイスとして期待され、
３電極構造ＤＢＲ−ＬＤ（Distributed Bragg Reflecto
r-Laser Diode）やＳＳＧ−ＤＢＲ−ＬＤ（Super Struc
ture Grating-Distributed Bragg Reflector-Laser Dio
de）等、これまで多くの構造が提案されてきた。
【０００４】３電極構造ＤＢＲ−ＬＤは、共振器方向に
分割された活性領域、位相制御領域およびＤＢＲ領域を
有し、回折格子はＤＢＲ領域のみに形成されている（S.
Murata et al.,Electronics letters,23,403(1987)）。
ＤＢＲ領域に電流を注入することで、プラズマ効果によ
りここでの屈折率を変化させ発振波長の粗調を行う。ま
た、発振波長の微調は、回折格子が形成されていない位
相制御領域に電流を注入して行う。同構造では、ＤＢＲ
領域、位相制御領域への電流の注入をそれぞれ独立に制
御することで、モード跳びの無い波長可変動作が可能と
なり、７２０ＧＨｚ（５．８ｎｍ）の準連続波長可変動
作の報告もなされている。
分割された活性領域、位相制御領域およびＤＢＲ領域を
有し、回折格子はＤＢＲ領域のみに形成されている（S.
Murata et al.,Electronics letters,23,403(1987)）。
ＤＢＲ領域に電流を注入することで、プラズマ効果によ
りここでの屈折率を変化させ発振波長の粗調を行う。ま
た、発振波長の微調は、回折格子が形成されていない位
相制御領域に電流を注入して行う。同構造では、ＤＢＲ
領域、位相制御領域への電流の注入をそれぞれ独立に制
御することで、モード跳びの無い波長可変動作が可能と
なり、７２０ＧＨｚ（５．８ｎｍ）の準連続波長可変動
作の報告もなされている。
【０００５】波長可変幅の拡大には、ピッチが周期的に
変化している超周期構造回折格子を導入したＳＳＧ−Ｄ
ＢＲ−ＬＤが有望である（Y.Tohmori et al.,IEEE Phot
onics Technology Letters,5(2),126(1993)）。これは
活性層領域の両脇の受動導波路部分に超周期構造回折格
子が形成されており、この受動導波路部分に流す電流を
変化させることで波長可変動作を実現するものである。
これまで、単体の波長可変半導体レーザとしては最大の
１００ｎｍを超える波長可変動作を実現している。
変化している超周期構造回折格子を導入したＳＳＧ−Ｄ
ＢＲ−ＬＤが有望である（Y.Tohmori et al.,IEEE Phot
onics Technology Letters,5(2),126(1993)）。これは
活性層領域の両脇の受動導波路部分に超周期構造回折格
子が形成されており、この受動導波路部分に流す電流を
変化させることで波長可変動作を実現するものである。
これまで、単体の波長可変半導体レーザとしては最大の
１００ｎｍを超える波長可変動作を実現している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、３電極
構造ＤＢＲ−ＬＤでは、位相制御領域、ブラッグ領域に
流す電流を巧みに制御することにより準連続の波長可変
動作を実現できるが、その波長可変幅は高々１０ｎｍ程
度に留まる。このような波長可変幅では使用できる波長
のチャンネル数が少なく、多くのチャンネルを必要とす
る大規模な波長交換システムや波長クロスコネクトシス
テム等では、複数の光源を用意する必要が生じる。
構造ＤＢＲ−ＬＤでは、位相制御領域、ブラッグ領域に
流す電流を巧みに制御することにより準連続の波長可変
動作を実現できるが、その波長可変幅は高々１０ｎｍ程
度に留まる。このような波長可変幅では使用できる波長
のチャンネル数が少なく、多くのチャンネルを必要とす
る大規模な波長交換システムや波長クロスコネクトシス
テム等では、複数の光源を用意する必要が生じる。
【０００７】また、ＳＳＧ−ＤＢＲ−ＬＤでは、広範囲
な波長可変動作が可能なものの、不連続な波長可変動作
となってしまう。このため、使用できるチャンネルが限
定されるばかりか、不連続な波長可変動作のために希望
の発振波長に合わせるには複雑な制御が必要となる。
な波長可変動作が可能なものの、不連続な波長可変動作
となってしまう。このため、使用できるチャンネルが限
定されるばかりか、不連続な波長可変動作のために希望
の発振波長に合わせるには複雑な制御が必要となる。
【０００８】そこで本発明の目的は、これら従来技術の
欠点を克服し、広範囲にわたる準連続波長可変動作を実
現する半導体レーザ、及びその製造方法を提供すること
である。
欠点を克服し、広範囲にわたる準連続波長可変動作を実
現する半導体レーザ、及びその製造方法を提供すること
である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の目的
を達成するために種々の検討を重ねた結果、本発明を完
成した。
を達成するために種々の検討を重ねた結果、本発明を完
成した。
【００１０】第１の発明は、活性層と受動導波路層が同
一基板上に形成され、受動導波路層の一部に回折格子が
形成され、この回析格子の周期が活性層に近い側で短
く、また活性層から離れるに従って長くなることを特徴
とする波長可変半導体レーザに関する。
一基板上に形成され、受動導波路層の一部に回折格子が
形成され、この回析格子の周期が活性層に近い側で短
く、また活性層から離れるに従って長くなることを特徴
とする波長可変半導体レーザに関する。
【００１１】第２の発明は、第１の発明の波長可変半導
体レーザの製造方法であって、回析格子を電子ビーム露
光とエッチングにより形成することを特徴とする波長可
変半導体レーザの製造方法に関する。
体レーザの製造方法であって、回析格子を電子ビーム露
光とエッチングにより形成することを特徴とする波長可
変半導体レーザの製造方法に関する。
【００１２】第３の発明は、活性層と受動導波路層が同
一基板上に形成され、受動導波路層の一部に回折格子が
形成され、この回析格子が形成された受動導波路層の膜
厚が活性層に近い側で薄く、また活性層から離れるに従
って厚くなることを特徴とする波長可変半導体レーザに
関する。
一基板上に形成され、受動導波路層の一部に回折格子が
形成され、この回析格子が形成された受動導波路層の膜
厚が活性層に近い側で薄く、また活性層から離れるに従
って厚くなることを特徴とする波長可変半導体レーザに
関する。
【００１３】第４の発明は、第３の発明の波長可変半導
体レーザの製造方法であって、均一周期の回析格子を形
成し、活性層と受動導波路層を、基板上の酸化膜が対向
する間隙部分に選択ＭＯＶＰＥ成長を行うことで一括形
成し、さらに、回折格子が形成された受動導波路では、
活性層に近い部分で前記対向する酸化膜の幅を狭くし、
受動導波路の全層厚を薄くして、また活性層から離れる
に従って前記対向する酸化膜の幅を広くし、受動導波路
の全層厚を厚くすることで、実効的に周期を変化させる
ことを特徴とする波長可変半導体レーザの製造方法に関
する。
体レーザの製造方法であって、均一周期の回析格子を形
成し、活性層と受動導波路層を、基板上の酸化膜が対向
する間隙部分に選択ＭＯＶＰＥ成長を行うことで一括形
成し、さらに、回折格子が形成された受動導波路では、
活性層に近い部分で前記対向する酸化膜の幅を狭くし、
受動導波路の全層厚を薄くして、また活性層から離れる
に従って前記対向する酸化膜の幅を広くし、受動導波路
の全層厚を厚くすることで、実効的に周期を変化させる
ことを特徴とする波長可変半導体レーザの製造方法に関
する。
【００１４】
【発明の実施の形態】３電極構造ＤＢＲ−ＬＤでは、受
動導波路領域に形成された回折格子によって、特定の波
長のみ反射率を高めることにより、単一軸モード発振を
実現し、さらにこの領域に電流注入を行うことにより、
屈折率を変化させることで波長可変動作を行う。本発明
では、３電極構造ＤＢＲ−ＬＤに導入される回折格子の
周期を光の進行方向で変化させることで、波長可変範囲
の拡大を実現するものである。具体的には、ＤＢＲ領域
の端面に近い側で回折格子の周期が長く、また遠い側で
周期が短くなるように回折格子を形成する。
動導波路領域に形成された回折格子によって、特定の波
長のみ反射率を高めることにより、単一軸モード発振を
実現し、さらにこの領域に電流注入を行うことにより、
屈折率を変化させることで波長可変動作を行う。本発明
では、３電極構造ＤＢＲ−ＬＤに導入される回折格子の
周期を光の進行方向で変化させることで、波長可変範囲
の拡大を実現するものである。具体的には、ＤＢＲ領域
の端面に近い側で回折格子の周期が長く、また遠い側で
周期が短くなるように回折格子を形成する。
【００１５】図８は、本発明で用いられる回折格子を有
する導波路の反射特性を示すものである。この特殊な回
折格子を有する導波路では、電流注入を行わない場合、
活性層から出た光は導波路の奥のＤＢＲ領域端面付近ま
で伝播し、ＤＢＲ領域端面付近の主として長い周期で決
まる長波長域で最大の反射率が得られる。一方、図９に
示すように、導波路に電流注入を行った場合では、吸収
損失の増加により光はＤＢＲ領域端面付近まで伝播でき
ず、位相制御領域に近い部分の主として短い周期により
決定される短波長域で最大の反射率が得られる。
する導波路の反射特性を示すものである。この特殊な回
折格子を有する導波路では、電流注入を行わない場合、
活性層から出た光は導波路の奥のＤＢＲ領域端面付近ま
で伝播し、ＤＢＲ領域端面付近の主として長い周期で決
まる長波長域で最大の反射率が得られる。一方、図９に
示すように、導波路に電流注入を行った場合では、吸収
損失の増加により光はＤＢＲ領域端面付近まで伝播でき
ず、位相制御領域に近い部分の主として短い周期により
決定される短波長域で最大の反射率が得られる。
【００１６】新たに提案する回折格子を従来の３電極Ｄ
ＢＲ−ＬＤに導入すれば、電流注入による屈折率変化で
得られる波長変化と、上述の等価的な回折格子周期の変
化による波長変化とが同じ方向なので、双方の効果の相
乗効果により、波長可変範囲の大幅な拡大が実現でき
る。
ＢＲ−ＬＤに導入すれば、電流注入による屈折率変化で
得られる波長変化と、上述の等価的な回折格子周期の変
化による波長変化とが同じ方向なので、双方の効果の相
乗効果により、波長可変範囲の大幅な拡大が実現でき
る。
【００１７】光の進行方向に周期が変化した回折格子の
形成は、電子ビーム（ＥＢ）露光機などを用いる高度な
微細加工技術を用いることにより行うことができる。
形成は、電子ビーム（ＥＢ）露光機などを用いる高度な
微細加工技術を用いることにより行うことができる。
【００１８】このような高度な微細加工技術を用いる必
要のない他の実施の形態として、光の進行方向で導波路
の厚さを変化させることにより、等価的に回折格子の周
期が変化し、通常の干渉露光法で作られる均一周期の回
折格子を用いても前記の光源と同等の特性を有する波長
可変光源を作製することができる。
要のない他の実施の形態として、光の進行方向で導波路
の厚さを変化させることにより、等価的に回折格子の周
期が変化し、通常の干渉露光法で作られる均一周期の回
折格子を用いても前記の光源と同等の特性を有する波長
可変光源を作製することができる。
【００１９】光の進行方向に向かって導波路の膜厚を変
化させるには、Ｔ．Ｓａｓａｋｉ他が、ジャーナル・オ
ブ・クリスタルグロース、第１３２巻、第４３５−４４
３頁（１９９３）にて報告した、ストライプ状絶縁膜の
間隙部分に選択的に導波路を結晶成長する有機金属気相
成長（ＭＯＶＰＥ）が有効である。この選択成長技術の
最大の特徴は、間隙部両脇の絶縁膜の幅によって導波路
の厚さを変化できることにある。さらに、導波路に多重
量子井戸構造（ＭＱＷ）を導入すれば、絶縁膜の幅の変
更のみで、導波路のバンドギャップ波長を変化させるこ
とができ、活性層と受動導波路層の一括形成も可能とな
る。このように、選択ＭＯＶＰＥ成長技術を巧みに用い
れば、従来の干渉露光法にて作製する均一周期の回折格
子を採用した場合においても前記光源と同等の波長可変
動作を実現することができる。
化させるには、Ｔ．Ｓａｓａｋｉ他が、ジャーナル・オ
ブ・クリスタルグロース、第１３２巻、第４３５−４４
３頁（１９９３）にて報告した、ストライプ状絶縁膜の
間隙部分に選択的に導波路を結晶成長する有機金属気相
成長（ＭＯＶＰＥ）が有効である。この選択成長技術の
最大の特徴は、間隙部両脇の絶縁膜の幅によって導波路
の厚さを変化できることにある。さらに、導波路に多重
量子井戸構造（ＭＱＷ）を導入すれば、絶縁膜の幅の変
更のみで、導波路のバンドギャップ波長を変化させるこ
とができ、活性層と受動導波路層の一括形成も可能とな
る。このように、選択ＭＯＶＰＥ成長技術を巧みに用い
れば、従来の干渉露光法にて作製する均一周期の回折格
子を採用した場合においても前記光源と同等の波長可変
動作を実現することができる。
【００２０】
【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに説明する
が、本発明はこれらに限定するものではない。
が、本発明はこれらに限定するものではない。
【００２１】実施例１ 図１は、本発明の第１の実施例である波長可変半導体レ
ーザの断面構造図を示す。本構造では、活性層１と受動
導波路層２を同一基板上に有する。活性層１と受動導波
路層２は独立に電流注入できるように電極分割する。さ
らに受動導波路層２は、回折格子７が形成されたＤＢＲ
領域と、回折格子が形成されていない位相制御領域上の
電極を分割する。
ーザの断面構造図を示す。本構造では、活性層１と受動
導波路層２を同一基板上に有する。活性層１と受動導波
路層２は独立に電流注入できるように電極分割する。さ
らに受動導波路層２は、回折格子７が形成されたＤＢＲ
領域と、回折格子が形成されていない位相制御領域上の
電極を分割する。
【００２２】ＤＢＲ領域に形成された回折格子７は、図
２に示すように、位相制御領域に近い部分では周期が２
４０ｎｍと短く、またＤＢＲ領域の端面付近では２４３
ｎｍと長くなっている。
２に示すように、位相制御領域に近い部分では周期が２
４０ｎｍと短く、またＤＢＲ領域の端面付近では２４３
ｎｍと長くなっている。
【００２３】次に、素子の製造工程について説明する。
工程図を図６及び図７に示す。まず、図６（ａ）に示す
ように、ｎ−ＩｎＰ基板３上に部分的に回折格子７を形
成した。回折格子は図２に示す周期の変化を有する。こ
の回折格子７の形成では、最初にｎ−ＩｎＰ基板にＥＢ
用レジストを塗布し、プリベークの後、ＥＢ露光による
直接描画、現像、ウェットエッチングにより行った。
工程図を図６及び図７に示す。まず、図６（ａ）に示す
ように、ｎ−ＩｎＰ基板３上に部分的に回折格子７を形
成した。回折格子は図２に示す周期の変化を有する。こ
の回折格子７の形成では、最初にｎ−ＩｎＰ基板にＥＢ
用レジストを塗布し、プリベークの後、ＥＢ露光による
直接描画、現像、ウェットエッチングにより行った。
【００２４】続いて、熱ＣＶＤ法により前面に酸化膜を
１００ｎｍ堆積させ、図３に示すフォトマスクを用いて
フォトリソグラフィ工程により、図６（ｂ）に示す酸化
膜８のパターンを形成した。
１００ｎｍ堆積させ、図３に示すフォトマスクを用いて
フォトリソグラフィ工程により、図６（ｂ）に示す酸化
膜８のパターンを形成した。
【００２５】図７（ａ）は、図６（ｂ）に示した酸化膜
８のパターンを用いて選択ＭＯＶＰＥ成長により、活性
層１、受動導波路層２及びクラッド層４を成長した結果
を示している。活性層１は、幅５０μｍの酸化膜が対向
している幅１．５μｍの間隙部分に、また位相制御領域
とＤＢＲ領域からなる受動導波路層２は、幅４μｍの酸
化膜が対向している幅１．５μｍの間隙部分に、両層を
一括形成した。
８のパターンを用いて選択ＭＯＶＰＥ成長により、活性
層１、受動導波路層２及びクラッド層４を成長した結果
を示している。活性層１は、幅５０μｍの酸化膜が対向
している幅１．５μｍの間隙部分に、また位相制御領域
とＤＢＲ領域からなる受動導波路層２は、幅４μｍの酸
化膜が対向している幅１．５μｍの間隙部分に、両層を
一括形成した。
【００２６】活性層１及び受動導波路層２の層構造は、
波長組成１．２μｍのｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層（ｎ＝５×
１０17ｃｍ-3）を０．１μｍ、ＩｎＰ層を５０ｎｍ、波
長組成１．２μｍのＩｎＧａＡｓＰを１００ｎｍ、波長
組成１．６μｍで＋１．０％圧縮歪のＩｎＧａＡｓＰウ
エル層と波長組成１．２μｍのＩｎＧａＡｓＰバリア層
からなる量子井戸を５周期、波長組成１．２μｍのＩｎ
ＧａＡｓＰを１００ｎｍの厚さに形成した。ｐ−ＩｎＰ
クラッド層４（ｐ＝５×１０17ｃｍ-3）の厚みは０．３
μｍである。
波長組成１．２μｍのｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層（ｎ＝５×
１０17ｃｍ-3）を０．１μｍ、ＩｎＰ層を５０ｎｍ、波
長組成１．２μｍのＩｎＧａＡｓＰを１００ｎｍ、波長
組成１．６μｍで＋１．０％圧縮歪のＩｎＧａＡｓＰウ
エル層と波長組成１．２μｍのＩｎＧａＡｓＰバリア層
からなる量子井戸を５周期、波長組成１．２μｍのＩｎ
ＧａＡｓＰを１００ｎｍの厚さに形成した。ｐ−ＩｎＰ
クラッド層４（ｐ＝５×１０17ｃｍ-3）の厚みは０．３
μｍである。
【００２７】再び、フォトリソグラフィ工程とフッ酸に
よるエッチングにより、活性層と受動導波路層が形成さ
れた導波路両脇の酸化膜をそれぞれ２μｍ除去した。こ
のウエハを用いて再び選択ＭＯＶＰＥ成長を行いｐ−Ｉ
ｎＰクラッド層４（ｐ＝１×１０18ｃｍ-3）、ＩｎＧａ
Ａｓコンタクト層（ｐ＝１×１０19ｃｍ-3）を順次成長
させた。結晶成長後、再び酸化膜をウエハ前面に堆積さ
せ、続いて活性層、受動導波路層が形成されている上部
のみに電流が流れるようにフォトリソグラフィ工程とフ
ッ酸によるエッチングにより酸化膜にコンタクト窓を開
けた。その後、全面にＴｉを５０ｎｍ、Ａｕを４００ｎ
ｍ蒸着した。活性領域、位相制御領域、ＤＢＲ領域に独
立して電流が流せるように電極を図７（ｂ）に示すよう
にフォトリソグラフィ工程とウェットエッチングにより
各領域に分離し、電極５を形成した。その後、基板の厚
さが１５０μｍ程度になるまで研磨し、さらに裏面に、
Ｔｉを５０ｎｍ、Ａｕを４００ｎｍ形成してなる裏面ｎ
電極６を設け、４００℃の電極アニールを経て素子を完
成した。
よるエッチングにより、活性層と受動導波路層が形成さ
れた導波路両脇の酸化膜をそれぞれ２μｍ除去した。こ
のウエハを用いて再び選択ＭＯＶＰＥ成長を行いｐ−Ｉ
ｎＰクラッド層４（ｐ＝１×１０18ｃｍ-3）、ＩｎＧａ
Ａｓコンタクト層（ｐ＝１×１０19ｃｍ-3）を順次成長
させた。結晶成長後、再び酸化膜をウエハ前面に堆積さ
せ、続いて活性層、受動導波路層が形成されている上部
のみに電流が流れるようにフォトリソグラフィ工程とフ
ッ酸によるエッチングにより酸化膜にコンタクト窓を開
けた。その後、全面にＴｉを５０ｎｍ、Ａｕを４００ｎ
ｍ蒸着した。活性領域、位相制御領域、ＤＢＲ領域に独
立して電流が流せるように電極を図７（ｂ）に示すよう
にフォトリソグラフィ工程とウェットエッチングにより
各領域に分離し、電極５を形成した。その後、基板の厚
さが１５０μｍ程度になるまで研磨し、さらに裏面に、
Ｔｉを５０ｎｍ、Ａｕを４００ｎｍ形成してなる裏面ｎ
電極６を設け、４００℃の電極アニールを経て素子を完
成した。
【００２８】この素子を、活性領域５００μｍ、位相制
御領域３００μｍ、ＤＢＲ領域５００μｍの合計１３０
０μｍに切り出し、ＤＢＲ領域側端面には高反射コーテ
ィングを施して特性の評価を行った。
御領域３００μｍ、ＤＢＲ領域５００μｍの合計１３０
０μｍに切り出し、ＤＢＲ領域側端面には高反射コーテ
ィングを施して特性の評価を行った。
【００２９】作製した波長可変光源は、活性領域のみに
電流を流した場合に、しきい値電流１０ｍＡで波長１．
５５μｍにおいてレーザ発振した。最高出力は５０ｍＷ
と良好な値を得た。ＤＢＲ領域に電流を流して波長可変
動作を行ったところ、３０ｎｍの波長可変範囲が得られ
た。
電流を流した場合に、しきい値電流１０ｍＡで波長１．
５５μｍにおいてレーザ発振した。最高出力は５０ｍＷ
と良好な値を得た。ＤＢＲ領域に電流を流して波長可変
動作を行ったところ、３０ｎｍの波長可変範囲が得られ
た。
【００３０】波長の微調整は位相制御領域に電流注入を
することで行い、ＤＢＲ領域に流す電流を逐次調整する
ことによって、得られる波長可変範囲全体にわたって準
連続波長可変動作を実現した。
することで行い、ＤＢＲ領域に流す電流を逐次調整する
ことによって、得られる波長可変範囲全体にわたって準
連続波長可変動作を実現した。
【００３１】実施例２ 本実施例では、実施例１とは異なり、均一周期の回折格
子を用いても先に述べた選択ＭＯＶＰＥ成長技術を巧み
に使うことで、広範囲にわたる波長可変動作を実現する
波長可変光源について説明する。
子を用いても先に述べた選択ＭＯＶＰＥ成長技術を巧み
に使うことで、広範囲にわたる波長可変動作を実現する
波長可変光源について説明する。
【００３２】図４に本実施例の断面構造図を示す。酸化
膜で挟まれた１．５μｍ幅の間隙部分に選択的にＭＯＶ
ＰＥ成長行うことで、光の進行方向で導波路の膜厚を変
化させることが本実施例の特徴である。図４に示すよう
に、本実施例はＤＢＲ領域の位相制御領域に近い部分で
受動導波路層２の膜厚が薄く、またＤＢＲ領域端面付近
では受動導波路層２が厚くなる構造を有している。この
ような導波路構造では、ＤＢＲ領域の位相制御領域に近
い部分では実効的な回折格子周期が短くなり、一方ＤＢ
Ｒ領域端面付近では導波路層が厚いために等価屈折率が
大きく、実効的回折格子周期が長くなり、実施例１の場
合と同じ効果が期待できる。すなわち、電流注入を行わ
ない場合は、活性層から発する光はＤＢＲ領域の奥まで
伝播し、実効的周期の長い回折格子により決まる長波の
波長でレーザ発振する。一方、電流注入を行った場合で
は、導波路での吸収が大きいためにＤＢＲ領域の奥まで
光は伝播できず、位相制御領域周辺の短い実効周期の回
折格子により決まる短波の波長でレーザ発振する。
膜で挟まれた１．５μｍ幅の間隙部分に選択的にＭＯＶ
ＰＥ成長行うことで、光の進行方向で導波路の膜厚を変
化させることが本実施例の特徴である。図４に示すよう
に、本実施例はＤＢＲ領域の位相制御領域に近い部分で
受動導波路層２の膜厚が薄く、またＤＢＲ領域端面付近
では受動導波路層２が厚くなる構造を有している。この
ような導波路構造では、ＤＢＲ領域の位相制御領域に近
い部分では実効的な回折格子周期が短くなり、一方ＤＢ
Ｒ領域端面付近では導波路層が厚いために等価屈折率が
大きく、実効的回折格子周期が長くなり、実施例１の場
合と同じ効果が期待できる。すなわち、電流注入を行わ
ない場合は、活性層から発する光はＤＢＲ領域の奥まで
伝播し、実効的周期の長い回折格子により決まる長波の
波長でレーザ発振する。一方、電流注入を行った場合で
は、導波路での吸収が大きいためにＤＢＲ領域の奥まで
光は伝播できず、位相制御領域周辺の短い実効周期の回
折格子により決まる短波の波長でレーザ発振する。
【００３３】以下に本実施例における素子の作製方法に
ついて述べる。最初に、ｎ−ＩｎＰ基板３上に干渉露光
法を用いて回折格子７を形成した。この回折格子７はＤ
ＢＲ領域の５００μｍにわたって形成し、活性領域と位
相制御領域の８００μｍには形成せず、このパターンは
２インチウエハ前面に形成した。
ついて述べる。最初に、ｎ−ＩｎＰ基板３上に干渉露光
法を用いて回折格子７を形成した。この回折格子７はＤ
ＢＲ領域の５００μｍにわたって形成し、活性領域と位
相制御領域の８００μｍには形成せず、このパターンは
２インチウエハ前面に形成した。
【００３４】次に、回折格子７を形成したｎ−ＩｎＰ基
板３に、酸化膜を熱ＣＶＤ法により基板全面に堆積させ
た。これを、図５に示すフォトマスクを用いてフォトリ
ソグラフィ工程とフッ酸のエッチングにより処理し、選
択ＭＯＶＰＥ成長用の酸化膜パターンを形成した。
板３に、酸化膜を熱ＣＶＤ法により基板全面に堆積させ
た。これを、図５に示すフォトマスクを用いてフォトリ
ソグラフィ工程とフッ酸のエッチングにより処理し、選
択ＭＯＶＰＥ成長用の酸化膜パターンを形成した。
【００３５】続いて、活性層１と受動導波路層２を、酸
化膜８が対向する幅１．５μｍの間隙部分に形成し、活
性層１は酸化膜の幅が５０μｍの部分に、また受動導波
路層２は酸化膜の幅が４〜３０μｍの部分に、両層を一
括形成する。
化膜８が対向する幅１．５μｍの間隙部分に形成し、活
性層１は酸化膜の幅が５０μｍの部分に、また受動導波
路層２は酸化膜の幅が４〜３０μｍの部分に、両層を一
括形成する。
【００３６】活性層１及び受動導波路層２の層構造は、
波長組成１．２μｍのＩｎＧａＡｓＰ層（ｎ＝５×１０
17ｃｍ-3）を０．１μｍ、ＩｎＰ層を５０ｎｍ、波長組
成１．２μｍのＩｎＧａＡｓＰを１００ｎｍ、波長組成
１．６μｍで＋１．０％圧縮歪のＩｎＧａＡｓＰウエル
層と波長組成１．２μｍのＩｎＧａＡｓＰバリア層から
なる量子井戸を５周期、波長組成１．２μｍのＩｎＧａ
ＡｓＰを１００ｎｍの厚さに形成した。ｐ−ＩｎＰクラ
ッド層４（ｐ＝５×１０17ｃｍ-3）は０．３μｍの厚さ
に形成した。
波長組成１．２μｍのＩｎＧａＡｓＰ層（ｎ＝５×１０
17ｃｍ-3）を０．１μｍ、ＩｎＰ層を５０ｎｍ、波長組
成１．２μｍのＩｎＧａＡｓＰを１００ｎｍ、波長組成
１．６μｍで＋１．０％圧縮歪のＩｎＧａＡｓＰウエル
層と波長組成１．２μｍのＩｎＧａＡｓＰバリア層から
なる量子井戸を５周期、波長組成１．２μｍのＩｎＧａ
ＡｓＰを１００ｎｍの厚さに形成した。ｐ−ＩｎＰクラ
ッド層４（ｐ＝５×１０17ｃｍ-3）は０．３μｍの厚さ
に形成した。
【００３７】再び、フォトリソグラフィ工程とフッ酸に
よるエッチングにより、活性層と受動導波路層が形成さ
れた導波路両脇の酸化膜をそれぞれ２μｍ除去した。こ
のウエハを用いて再び選択ＭＯＶＰＥ成長を行いｐ−Ｉ
ｎＰクラッド層４（ｐ＝１×１０18ｃｍ-3）を厚さ２μ
ｍ、ＩｎＧａＡｓコンタクト層（ｐ＝１×１０19ｃ
ｍ -3）を０．３μｍそれぞれ選択ＭＯＶＰＥ成長した。
よるエッチングにより、活性層と受動導波路層が形成さ
れた導波路両脇の酸化膜をそれぞれ２μｍ除去した。こ
のウエハを用いて再び選択ＭＯＶＰＥ成長を行いｐ−Ｉ
ｎＰクラッド層４（ｐ＝１×１０18ｃｍ-3）を厚さ２μ
ｍ、ＩｎＧａＡｓコンタクト層（ｐ＝１×１０19ｃ
ｍ -3）を０．３μｍそれぞれ選択ＭＯＶＰＥ成長した。
【００３８】その後の製造工程に関しては実施例１と同
様であり、結晶成長後、再び酸化膜をウエハ全面に堆積
させ、続いで活性層、受動導波路層が形成されている上
部のみに電流が流れるようにフォトリソグラフィ工程と
フッ酸によるエッチングにより酸化膜にコンタクト窓を
開けた。その後、全面にＴｉを５０ｎｍ、Ａｕを４００
ｎｍの厚さに蒸着した。活性領域、位相制御領域、ＤＢ
Ｒ領域に独立して電流を流すため、図７（ｂ）に示すよ
うにフォトリソグラフィ工程とウエットエッチングによ
り各領域を分離し、Ｐ電極５を形成した。その後、基板
厚さが１５０μｍ程度になるまで研磨し、さらに裏面
に、Ｔｉを５０ｎｍ、Ａｕを４００ｎｍ形成してなる裏
面ｎ電極６を設け、４００℃の電極アニールを経て素子
を完成した。
様であり、結晶成長後、再び酸化膜をウエハ全面に堆積
させ、続いで活性層、受動導波路層が形成されている上
部のみに電流が流れるようにフォトリソグラフィ工程と
フッ酸によるエッチングにより酸化膜にコンタクト窓を
開けた。その後、全面にＴｉを５０ｎｍ、Ａｕを４００
ｎｍの厚さに蒸着した。活性領域、位相制御領域、ＤＢ
Ｒ領域に独立して電流を流すため、図７（ｂ）に示すよ
うにフォトリソグラフィ工程とウエットエッチングによ
り各領域を分離し、Ｐ電極５を形成した。その後、基板
厚さが１５０μｍ程度になるまで研磨し、さらに裏面
に、Ｔｉを５０ｎｍ、Ａｕを４００ｎｍ形成してなる裏
面ｎ電極６を設け、４００℃の電極アニールを経て素子
を完成した。
【００３９】この素子を、活性領域５００μｍ、位相制
御領域３００μｍ、ＤＢＲ領域５００μｍの合計１３０
０μｍに切り出し、ＤＢＲ領域側端面には高反射コーテ
ィングを施して特性の評価を行った。
御領域３００μｍ、ＤＢＲ領域５００μｍの合計１３０
０μｍに切り出し、ＤＢＲ領域側端面には高反射コーテ
ィングを施して特性の評価を行った。
【００４０】本実施例において作製した波長可変光源
は、活性領域のみに電流を流した場合に、しきい値電流
１０ｍＡで波長１．５５μｍにてレーザ発振した。最高
出力は５０ｍＷと良好な値を得た。ＤＢＲ領域に電流を
流して波長可変動作を行ったところ、３０ｎｍの波長可
変範囲が得られ、実施例１で示した構造のものと比べて
遜色無い特性が得られた。
は、活性領域のみに電流を流した場合に、しきい値電流
１０ｍＡで波長１．５５μｍにてレーザ発振した。最高
出力は５０ｍＷと良好な値を得た。ＤＢＲ領域に電流を
流して波長可変動作を行ったところ、３０ｎｍの波長可
変範囲が得られ、実施例１で示した構造のものと比べて
遜色無い特性が得られた。
【００４１】波長の微調整は位相制御領域に電流注入を
することで行い、ＤＢＲ領域に流す電流を逐次調整する
ことによって、得られる波長可変範囲全体にわたって準
連続波長可変動作を実現した。
することで行い、ＤＢＲ領域に流す電流を逐次調整する
ことによって、得られる波長可変範囲全体にわたって準
連続波長可変動作を実現した。
【００４２】以上、本発明の実施例では、ＩｎＰ基板上
に作製するＩｎＧａＡｓＰ系の多重量子井戸構造半導体
レーザ素子について述べたが、半導体材料はこれに限ら
ず、ＩｎＧａＡｌＡｓ系、ＡｌＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡ
ｓ／ＡｌＧａＡｓ系やその他の材料系においても適用で
きる。
に作製するＩｎＧａＡｓＰ系の多重量子井戸構造半導体
レーザ素子について述べたが、半導体材料はこれに限ら
ず、ＩｎＧａＡｌＡｓ系、ＡｌＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡ
ｓ／ＡｌＧａＡｓ系やその他の材料系においても適用で
きる。
【００４３】また、ここでは波長１．５５μｍ帯の素子
について述べたが、他の波長帯においても本発明は有効
である。
について述べたが、他の波長帯においても本発明は有効
である。
【００４４】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、波長可変範囲が準連続であり、且つ波長可変範
囲の大幅な拡大が可能となる。これによって、波長交換
システムや波長クロスコネクトシステム等において、波
長チャンネル数を大幅に増大でき、チャンネル数の多い
大規模なシステムの構築が可能となる。
よれば、波長可変範囲が準連続であり、且つ波長可変範
囲の大幅な拡大が可能となる。これによって、波長交換
システムや波長クロスコネクトシステム等において、波
長チャンネル数を大幅に増大でき、チャンネル数の多い
大規模なシステムの構築が可能となる。
【図１】本発明の波長可変半導体レーザの実施例１の断
面構造図である。
面構造図である。
【図２】実施例１におけるＤＢＲ領域に形成された回折
格子の周期の変化を示す図である。
格子の周期の変化を示す図である。
【図３】実施例１において使用した選択ＭＯＶＰＥ成長
マスクパターンの平面図である。
マスクパターンの平面図である。
【図４】本発明の波長可変半導体レーザの実施例２の断
面構造図である。
面構造図である。
【図５】実施例２において使用した選択ＭＯＶＰＥ成長
マスクパターンの平面図である。
マスクパターンの平面図である。
【図６】本発明の波長可変半導体レーザの製造の工程図
である。
である。
【図７】本発明の波長可変半導体レーザの製造の工程図
である。
である。
【図８】本発明で用いられる回折光子を有する導波路
の、電流を注入しない状態での反射特性図である。
の、電流を注入しない状態での反射特性図である。
【図９】本発明で用いられる回折光子を有する導波路
の、電流を注入した状態での反射特性図である。
の、電流を注入した状態での反射特性図である。
１ 活性層 ２ 受動導波路層 ３ ｎ−ＩｎＰ基板 ４ ｐ−ＩｎＰクラッド層 ５ ｐ電極 ６ ｎ電極 ７ 回折格子 ８ 酸化膜
Claims (4)
- 【請求項１】 活性層と受動導波路層が同一基板上に形
成され、受動導波路層の一部に回折格子が形成され、こ
の回析格子の周期が活性層に近い側で短く、また活性層
から離れるに従って長くなることを特徴とする波長可変
半導体レーザ。 - 【請求項２】 請求項１記載の波長可変半導体レーザの
製造方法であって、回析格子を電子ビーム露光とエッチ
ングにより形成することを特徴とする波長可変半導体レ
ーザの製造方法。 - 【請求項３】 活性層と受動導波路層が同一基板上に形
成され、受動導波路層の一部に回折格子が形成され、こ
の回析格子が形成された受動導波路層の膜厚が活性層に
近い側で薄く、また活性層から離れるに従って厚くなる
ことを特徴とする波長可変半導体レーザ。 - 【請求項４】 請求項３記載の波長可変半導体レーザの
製造方法であって、均一周期の回析格子を形成し、活性
層と受動導波路層を、基板上の酸化膜が対向する間隙部
分に選択ＭＯＶＰＥ成長を行うことで一括形成し、さら
に、回折格子が形成された受動導波路では、活性層に近
い部分で前記対向する酸化膜の幅を狭くし、受動導波路
の全層厚を薄くして、また活性層から離れるに従って前
記対向する酸化膜の幅を広くし、受動導波路の全層厚を
厚くすることで、実効的に周期を変化させることを特徴
とする波長可変半導体レーザの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8341585A JP2917950B2 (ja) | 1996-12-20 | 1996-12-20 | 波長可変半導体レーザ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8341585A JP2917950B2 (ja) | 1996-12-20 | 1996-12-20 | 波長可変半導体レーザ及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10190122A true JPH10190122A (ja) | 1998-07-21 |
| JP2917950B2 JP2917950B2 (ja) | 1999-07-12 |
Family
ID=18347221
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8341585A Expired - Fee Related JP2917950B2 (ja) | 1996-12-20 | 1996-12-20 | 波長可変半導体レーザ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2917950B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006019516A (ja) * | 2004-07-01 | 2006-01-19 | Fujitsu Ltd | 波長可変レーザ及びその制御方法 |
| JP2010251712A (ja) * | 2009-03-26 | 2010-11-04 | Sony Corp | バイ・セクション型半導体レーザ素子及びその製造方法、並びに、バイ・セクション型半導体レーザ素子の駆動方法 |
| US20160315452A1 (en) * | 2013-10-25 | 2016-10-27 | Forelux Inc. | Grating based optical transmitter |
| JP2018190868A (ja) * | 2017-05-09 | 2018-11-29 | 日本電信電話株式会社 | 光源装置 |
| WO2021124394A1 (ja) * | 2019-12-16 | 2021-06-24 | 日本電信電話株式会社 | 波長可変光源 |
-
1996
- 1996-12-20 JP JP8341585A patent/JP2917950B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006019516A (ja) * | 2004-07-01 | 2006-01-19 | Fujitsu Ltd | 波長可変レーザ及びその制御方法 |
| JP2010251712A (ja) * | 2009-03-26 | 2010-11-04 | Sony Corp | バイ・セクション型半導体レーザ素子及びその製造方法、並びに、バイ・セクション型半導体レーザ素子の駆動方法 |
| US20160315452A1 (en) * | 2013-10-25 | 2016-10-27 | Forelux Inc. | Grating based optical transmitter |
| US10386581B2 (en) * | 2013-10-25 | 2019-08-20 | Forelux Inc. | Grating based optical transmitter |
| JP2018190868A (ja) * | 2017-05-09 | 2018-11-29 | 日本電信電話株式会社 | 光源装置 |
| WO2021124394A1 (ja) * | 2019-12-16 | 2021-06-24 | 日本電信電話株式会社 | 波長可変光源 |
| JPWO2021124394A1 (ja) * | 2019-12-16 | 2021-06-24 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2917950B2 (ja) | 1999-07-12 |
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