JPH1070341A

JPH1070341A - 偏波変調可能な半導体レーザ及びその製造方法

Info

Publication number: JPH1070341A
Application number: JP8245740A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Uchida; 護内田; Makoto Ogusu; 誠小楠
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-08-28
Filing date: 1996-08-28
Publication date: 1998-03-10
Anticipated expiration: 2016-08-28
Also published as: JP3387751B2

Abstract

(57)【要約】【課題】実質的に独立に最適化され得るＴＥモード用半
導体レーザ構造とＴＭモード用半導体レーザ構造を用い
て構成され、偏波変調動作範囲の広い比較的低コストな
偏波変調半導体レーザである。【解決手段】２個の異なる半導体レーザ構造１、２を導
波方向に直列に配置した複合共振器型半導体レーザであ
る。一方の半導体レーザ構造１が、一方の偏波モードの
利得が優位な活性領域及び分布帰還型共振器又は分布ブ
ラッグ反射型共振器を有する。他方の半導体レーザ構造
２が、他方の偏波モードの利得が優位な活性領域及び分
布帰還型共振器又は分布ブラッグ反射型共振器又はファ
ブリペロ型共振器を有する。２つの半導体レーザ構造
１、２は導波方向に間隙３を置いて配置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信及び光情報
処理等に用いられる偏波変調可能な半導体レーザなどの
半導体光デバイス及びその製造方法等に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザ等の光デバイスを用いた光
通信技術は今日多くの問題点を解決してきた。しかしな
がら、いわゆるチャーピングとよばれる、高速強度変調
時のキャリア不均一分布による屈折率変動が出力光の波
形を歪ませる現象は必ずしも解決に至っていない。これ
を解決するために現在用いられている主流の方法は、半
導体レーザをＣＷ（連続動作）で駆動し、外部半導体光
変調器により強度変調を行うものである。しかし、この
方法でもチャーピングの低減に限界があることが近年の
研究で明らかになってきた。

【０００３】一方、レーザ光の偏波面を信号に応じてス
イッチングさせる偏波変調レーザは、通常の強度変調レ
ーザに比べ、変調の際にも、共振器内の光密度とキャリ
ア密度を殆ど一定にすることが可能なため、チャーピン
グが小さく変調速度や伝送距離を向上させることができ
る。偏波変調レーザについては、たとえば、特公平５−
６８１１１号公報や特開平７−２３５７１８号公報に開
示された半導体レーザ装置がある。この半導体レーザ装
置は、直列又は並列に接続された２つの半導体レーザか
らなり、その一方は主として特定の偏光状態（ＴＥ又は
ＴＭ偏光）の波を発生又は増幅し、他方は主として別の
偏光状態（ＴＭ又はＴＥ偏光）の波を発生又は増幅す
る。そして、その際、両半導体レーザの一方で増幅され
るか発生した光波と他方の半導体レーザで増幅されるか
発生した光波が、互いに重ね合わせ可能であることを特
徴とする。

【０００４】図３０は従来例の構造を説明する模式図で
ある。この半導体レーザは、直列に接続された２種の異
なる半導体レーザからなる。第１の半導体レーザは、Ｔ
Ｅモードに対する利得がＴＭモードに対する利得を常に
上回る利得領域１１０３ａを有し、第２の半導体レーザ
は、その逆の利得特性を有する利得領域１１０３ｂを有
し、且つそれぞれの半導体レーザがそれぞれの利得スペ
クトルのピーク波長近傍にブラッグ波長を有するグレー
ティング等の分布反射器１１０７ａ、１１０７ｂを有す
ることを特徴としている。その動作原理は、第１半導体
レーザ領域及び第２半導体レーザ領域それぞれに独立に
キャリアを注入し、ＴＥモードとＴＭモードが等しいし
きい利得になるようにし、この状態をバイアス点とし
て、片方あるいは両方の注入キャリア数をわずかに変調
することでＴＥモードとＴＭモードの偏波スイッチング
を行うものである。通常の強度変調レーザに比べ、変調
の際にも、共振器内の光密度とキヤリア密度をほとんど
一定にすることが可能なため、チャーピングが小さく変
調速度や伝送距離を向上させることができるとされてい
る。尚、図２９において、１１０１は基板、１１０２は
下部クラッド層、１１０４は光ガイド層、１１０５は上
部クラッド層、１１０６はコンタクト層、１１０９ａ、
１１０９ｂ、１１１０は電極、１１１１は反射防止膜で
ある。

【０００５】この半導体レーザの具体的製造方法として
は、ほととんど提案されていないが、他のデバイスの公
知の製造方法から以下の方法が考えられる。１）２回の選択成長でそれぞれＴＥモード半導体レーザ
領域とＴＭモード半導体レーザ領域を作製する方法。２）２回の選択マスクなしの成長と２回の選択エッチン
グでＴＥ／ＴＭモード半導体レーザ領域を作製する方
法。３）選択マスクの領域の面積依存性を利用した１回の成
長でＴＥモード半導体レーザ領域とＴＭモード半導体レ
ーザ領域を作製する方法。

【０００６】

【発明の解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例においては以下の問題点があった。（１）従来例では、高速変調時の波長変動を制御する手
段については、工夫が成されていないので、伝送容量が
制限を受けるだけでなく、波長多重通信用光源としても
不適である。

【０００７】（２）偏光方向の異なる２種の半導体レー
ザの具体的設計指針及び製造方法が示されていない。製
造方法の一例として、ＭＯＣＶＤ法等を用いた選択成長
方法を用いて、同一基板上に作製する方法が考えられる
が、それぞれの半導体レーザを独立に最適化することは
非常に困難である。例えば、前記第１の方法は、選択マ
スクエッジに異常成長ができやすいこと及び２回目の成
長では、パターン効果で１回目と同等の制御性あるいは
結晶品質を確保することは極めて困難である。前記第２
の方法は、選択エッチングの制御性に難があるとととも
に、境界部分は異常成長が起きやすく、デバイス作製歩
留まりを劣化させる。前記第３の方法は、製造上の問題
点は小さいものの製作できるデバイス構造に限定があ
り、デバイスを最適化することはできないという欠点が
ある。いずれにしろ、現時点では、上記従来例の偏波変
調レーザを信頼性良く実現できる方法はないといってよ
い。

【０００８】（３）偏波変調可能範囲が狭い。本構造を
構成する２つの半導体レーザはそれぞれＤＦＢレーザで
はあるが、複合共振器構成にしたときは、単純なＤＦＢ
ではなく、他方の共振器は或る時はＤＢＲとして作用し
或る時はファブリペロ共振器として作用する。したがっ
て、その位相条件はＤＦＢ単独時と異なり、単純ではな
い。したがって、単に光結合しただけではその偏波変調
可能な動作範囲は極めて小さくなってしまう。

【０００９】（４）アレイ化のための製造方法が困難で
ある。光通信、特に、光インタコネクトや波長多重通信
には半導体レーザのアレイ化が不可欠であるが、半導体
レーザのアレイ化についてはさらに作製は困難であり、
当然、従来例では実現の方法は考慮されていない。特
に、利得ピーク波長とブラッグ波長をほぼ一致させるこ
とはアレイになればなるほど困難になる。

【００１０】よって、本発明の目的は、従来の偏波変調
半導体レーザの構造上及び製造上の問題点を解決し、実
質的に独立に最適化され得るＴＥモード用半導体レーザ
構造とＴＭモード用半導体レーザ構造を用いて、波長制
御がなされ（波長安定性の確保）且つ偏波変調動作範囲
の広い比較的低コストな半導体レーザ、その製造方法、
該半導体レーザを用いた装置やシステム等を提供するこ
とである。

【００１１】

【課題を解決するための手段及び作用】図１は、本発明
の代表例の原理を模式的に表している。図１中、１は第
１の半導体レーザ構造、２は第２の半導体レーザ構造、
３は両者の間に形成された空隙（間隙）及び／又はその
中に充填された充填材を表している。半導体レーザ構造
１及び２は単体では、ぞれぞれ、第１の共振器７でＴＭ
モード（或はＴＥモード）が、第２の共振器８でＴＥモ
ード（或はＴＭモード）が励起されるのに対し、両者を
光学的に結合したことにより、第１及び第２の共振器の
他に第３の共振器９を含めた複合共振器により、ＴＥモ
ードもＴＭモードも励起される。そのためには第１の半
導体レーザ構造１のＴＭモードは第２の半導体レーザ構
造２のＴＭモードと結合すること、同様に第２の半導体
レーザ構造２のＴＥモードが第１の半導体レーザ構造１
のＴＥモードと結合することが必要になる。このこと
は、第１の半導体レーザ構造１と第２の半導体レーザ構
造２に関して、ＴＥモード同士及びＴＭモード同士の伝
搬定数が、それぞれ、ほぼ等しいことを意味する。これ
を実現することは、技術的には困難なことではない。

【００１２】本発明の重要な点は、第１、第２及び第３
の共振器からなる複合共振器で許容されるＴＥモードと
ＴＭモードのしきい利得をＴＥ用半導体レーザ構造およ
びＴＭ用半導体レーザ構造に注入されるキャリアＩ₁、
Ｉ₂を制御することでほぼ等しくすることができる点に
ある。この状態が実現できれば、あとは変調電流或は電
圧で位相条件等を若干制御することで、しきい値の小さ
い方の偏波モードで発振が起こり偏波変調ができる。

【００１３】以下、請求項に対応して、本発明の各構成
を述べる。上記目的を達成する為の第１の発明は、第１
及び第２の偏波モードを共に有し少なくとも活性層と導
波層（ないし光ガイド層）が異なる２個の異なる半導体
レーザ構造を導波方向に直列に配置した複合共振器型半
導体レーザであって、第１の半導体レーザ構造が、第１
の偏波モードに対する利得が第２の偏波モードに対する
利得よりも優位な活性領域及び分布帰還型共振器又は分
布ブラッグ反射型共振器を有し、第２の半導体レーザ構
造が、第２の偏波モードに対する利得が第１の偏波モー
ドに対する利得よりも優位な活性領域及び分布帰還型共
振器又は分布ブラッグ反射型共振器又はファブリペロ型
共振器を有し、前記第１の半導体レーザ構造と第２の半
導体レーザ構造は、第１の偏波モード同士及び第２の偏
波モード同士の伝搬定数が夫々ほぼ等しい様に構成され
ており、前記第１の半導体レーザ構造と第２の半導体レ
ーザ構造は導波方向に間隙を置いて配置されており、前
記分布帰還型共振器又は分布ブラッグ反射型共振器のブ
ラッグ波長が前記半導体レーザ構造の利得スペクトルの
ピーク波長近傍に設定してあり、第１及び第２の半導体
レーザ構造の少なくとも一方に注入するキャリアに変調
をかけることで前記第１の偏波モードと第２の偏波モー
ドとの間で発振モードをスイッチングさせることを特徴
とする偏波変調可能な半導体レーザである（請求項１に
対応）。

【００１４】上記構成で、ＴＥモードもＴＭモードとも
にＤＦＢ或はＤＢＲモードとすれば、変調時にも波長を
安定にでき、両者が同時発振可能なしきい利得を設定で
きる。

【００１５】また、一方はＴＥファブリペロモード、他
方はＤＦＢ或はＤＢＲモードとすれば、両者が同時発振
可能なしきい利得を設定でき、デバイス作製や実装が更
に容易になり、かつ複合共振器による偏波変調動作範囲
を更に広くできる。この場合、安定性のあるＴＭモード
だけを信号光として利用すればよい。第１の発明によれ
ば、この様に、偏波変調可能な半導体レーザを実現する
にあたり、半導体レーザ作製の制御性を向上させ、偏波
変調可能な動作範囲を向上させるための設計指針が与え
られる。

【００１６】上記目的を達成する為の第２の発明は、前
記第１及び第２の半導体レーザ構造が、夫々、基板及び
その上の積層構造が独立に形成された構造のものであっ
て、導波方向に間隙を置いて支持台上に配置されている
ことを特徴とする（請求項２に対応）。

【００１７】第２の発明によれば、ＴＥ用半導体レーザ
構造とＴＭ用半導体レーザ構造が独立に作製できて、設
計の自由度が更に大きくなる。また、確実に両レーザ構
造間の光軸調整ができる。

【００１８】上記目的を達成する為の第３の発明は、前
記第１及び第２の半導体レーザ構造が、同一基板上で少
なくとも活性層と導波層が別個に形成された構造のもの
であって、該同一基板上の積層構造が導波方向に間隙を
置いて配置されていることを特徴とする（請求項３に対
応）。

【００１９】上記目的を達成する為の第４の発明は、前
記第１及び第２の半導体レーザ構造間の間隙に充填材が
充填されて位相調整領域を成していることを特徴とする
（請求項４に対応）。これにより、位相を調整し、複合
共振器による偏波変調を確実にする。

【００２０】上記目的を達成する為の第５の発明は、前
記間隙に充填された物質が電気的に屈折率を制御できる
材料であり、前記位相調整領域の光学長に変調をかける
為の光学長変調手段を設けていることを特徴とする（請
求項５に対応）。これにより、位相調整を可変とし、複
合共振器による偏波変調の動作範囲を更に広くできる。

【００２１】上記目的を達成する為の第６の発明は、前
記第２の半導体レーザ構造が、分布帰還型共振器又は分
布ブラッグ反射型共振器を有することを特徴とする（請
求項６に対応）。

【００２２】上記目的を達成する為の第７の発明は、前
記第１及び第２の半導体レーザ構造の間隙を置いて相い
対する端面が導波方向に対して斜めに形成されているこ
とを特徴とする（請求項７に対応）。これにより、両半
導体レーザ構造がＤＦＢ或はＤＢＲレーザである場合に
おいて、端面反射の影響を押さえ、複合共振器による偏
波変調を確実にする。

【００２３】上記目的を達成する為の第８の発明は、前
記第２の半導体レーザ構造が、ファブリペロ型共振器を
有することを特徴とする（請求項８に対応）。

【００２４】上記目的を達成する為の第９の発明は、前
記第１及び第２の半導体レーザ構造の間隙を置いて相い
対する端面のうちＤＦＢ或はＤＢＲレーザである第１の
半導体レーザ構造の端面が導波方向に対して斜めに形成
されていることを特徴とする（請求項９に対応）。これ
により、一方の半導体レーザ構造がＤＦＢ或はＤＢＲレ
ーザであり他方の半導体レーザ構造がファブリペロ型で
ある場合において、端面反射の影響を押さえ、複合共振
器による偏波変調を確実にする。

【００２５】上記目的を達成する為の第１０の発明は、
前記第１及び第２の半導体レーザ構造の向かい合う端面
が無反射になるように該端面にＡＲコートが施されてい
ることを特徴とする（請求項１０に対応）。これによ
り、端面反射の影響を押さえ、複合共振器による偏波変
調を確実にする。また、半導体レーザの端面反射あるい
は位相に起因する悪影響を抑えて、半導体レーザの特性
を平均化し、歩留まりが向上する。

【００２６】上記目的を達成する為の第１１の発明は、
前記第１及び第２の半導体レーザ構造の活性層の少なく
とも一方の活性層が量子井戸構造或は歪み量子井戸構造
から成ることを特徴とする（請求項１１に対応）。これ
により、ＴＥモードとＴＭモードのしきい利得を拮抗さ
せることが容易にできて、偏波変調動作を確実に実現で
きる。

【００２７】上記目的を達成する為の第１２の発明は、
第１及び第２の偏波モードを共に有する２個の異なる半
導体レーザアレイを導波方向に直列に配置した複合共振
器型半導体レーザアレイであって、複数の第１の半導体
レーザ構造から成る第１の半導体レーザアレイは、該第
１の半導体レーザ構造を導波方向に平行に同一基板上に
複数個配置して成り、第１の偏波モードに対する利得ピ
ークがキャリア注入量によって可変できる共通の活性領
域を含み、個々の第１の半導体レーザ構造に対し、該異
なる利得ピーク近傍にブラッグ波長が設定された分布帰
還型反射器或は分布ブラッグ反射型反射器を持たせてお
り、第１の半導体レーザ構造と同数の複数の第２の半導
体レーザ構造から成る第２の半導体レーザアレイは、該
第２の半導体レーザ構造を前記第１の半導体レーザ構造
と同様に配置して成り、第２の偏波モードに対する利得
が第１の偏波モードに対する利得よりも優位な共通の活
性領域を含み、個々の第２の半導体レーザ構造に対し、
ファブリペロ型共振器を持たせており、対を成す前記第
１の半導体レーザ構造と第２の半導体レーザ構造は、夫
々、第１の偏波モード同士及び第２の偏波モード同士の
伝搬定数が夫々ほぼ等しい様に構成されており、前記第
１の半導体レーザアレイと第２の半導体レーザアレイは
導波方向に間隙を置いて配置されており、第１及び第２
の半導体レーザ構造の少なくとも一方に注入するキャリ
アに変調をかけることで前記第１の偏波モードと第２の
偏波モードとの間で発振モードをスイッチングさせるこ
とを特徴とする偏波変調可能な半導体レーザアレイであ
る（請求項１２に対応）。

【００２８】この構成では、ファブリペロ型共振器型で
ある第２の半導体レーザ構造の構成を単純化することが
可能なことから、多波長半導体レーザ構造のアレイ化が
容易になる。また、ＤＦＢ或はＤＢＲ型である第１の半
導体レーザ構造に合わせてファブリペロ型である第２の
半導体レーザ構造を柔軟に設計でき、多少第２の半導体
レーザ構造で優位なモードの発振光の質を犠牲にして
も、第１の半導体レーザ構造で優位なモードの発振光を
偏波変調動作で確実に利用できる。

【００２９】上記目的を達成する為の第１３の発明は、
前記第１及び第２の半導体レーザアレイ間の間隙に充填
材が充填されて位相調整領域を成していることを特徴と
する（請求項１３に対応）。これにより、位相を調整
し、各組の複合共振器による偏波変調動作を確実にす
る。

【００３０】上記目的を達成する為の第１４の発明は、
前記間隙に充填された物質が電気的に屈折率を制御でき
る材料であり、前記位相調整領域の光学長に変調をかけ
る為の光学長変調手段を設けていることを特徴とする
（請求項１４に対応）。これにより、位相調整を可変と
し、各組の複合共振器による偏波変調の動作範囲を更に
広くできる。

【００３１】上記目的を達成する為の第１５の発明は、
上に記載の半導体レーザを作製する方法であって、第１
の半導体レーザ構造を作製する工程と、この工程とは独
立に第２の半導体レーザ構造を作製する工程と、第１及
び第２の半導体レーザ構造を光学的に結合するよう導波
方向に直列に同一の支持台上に間隙を置いて配置する工
程と、を有することを特徴とする偏波変調可能な半導体
レーザの製造方法である（請求項１５に対応）。

【００３２】これによれば、ＴＥ用半導体レーザ構造と
ＴＭ用半導体レーザ構造が独立に作製でき、確実に光軸
調整ができる。また、偏波変調可能な半導体レーザを実
現するにあたり、より精度の高い実装を行うための製造
方法及び位相制御方法を提供できる。

【００３３】上記目的を達成する為の第１６の発明は、
前記第１及び第２の半導体レーザ構造を光学的に結合す
るよう導波方向に直列に同一の支持台上に間隙を置いて
配置する工程が、第１の半導体レーザ構造を支持台上に
配置して固定した後、第２の半導体レーザ構造を発光さ
せると同時に第１の半導体レーザ構造をフォトディテク
タとして機能させて第２の半導体レーザ構造の光を受光
させることで第２の半導体レーザ構造を位置決め及び固
定する工程を含むことを特徴とする（請求項１６に対
応）。

【００３４】これにより、より簡便に両半導体レーザ構
造をアライメントできる。

【００３５】上記目的を達成する為の第１７の発明は、
前記第１及び第２の半導体レーザ構造を光学的に結合す
るよう導波方向に直列に同一の支持台上に間隙を置いて
配置する工程が、支持台上に形成されたマーカーと半導
体レーザ構造に形成されたマーカーを所望の位置関係に
調整して半導体レーザ構造を配置して固定する工程を含
むことを特徴とする（請求項１７に対応）。

【００３６】これにより、容易にアライメントでき、か
つ確実に光軸調整ができる。

【００３７】上記目的を達成する為の第１８の発明は、
前記第１及び第２の半導体レーザ構造を光学的に結合す
るよう導波方向に直列に同一の支持台上に間隙を置いて
配置する工程が、支持台に形成された半導体レーザ搭載
面とは垂直に直立した平面へ該半導体レーザ構造の側面
を突き当てて半導体レーザ構造を配置する工程を含むこ
とを特徴とする（請求項１８に対応）。

【００３８】これにより、簡便にアライメントできる。

【００３９】上記目的を達成する為の第１９の発明は、
前記間隙に所望の屈折率を有する物質を充填する工程を
更に有することを特徴とする（請求項１９に対応）。両
半導体レーザ構造間が空隙のままでも位相調整できる
が、所望の屈折率を有する物質を充填すれば、より柔軟
に位相調整できる。

【００４０】上記目的を達成する為の第２０の発明は、
上に記載の半導体レーザを作製する方法であって、半導
体基板上に第１の半導体レーザ構造を作製する工程と、
該基板上に第２の半導体レーザ構造を作製する工程と、
該第１及び第２の半導体レーザ構造の境界部分に間隙を
形成する工程と、を有することを特徴とする偏波変調可
能な半導体レーザの製造方法である（請求項２０に対
応）。

【００４１】これによれば、２つの半導体レーザ構造の
境界部に製造上生じる異常構造物を除去し、そこに位相
調整部になりうる間隙を設けることで、異常構造物に起
因する構造原理上と製造上の問題点を同時に解決する。

【００４２】上記目的を達成する為の第２１の発明は、
前記第１の半導体レーザ構造を作製する工程が、前記半
導体基板上の第１の半導体レーザ構造の領域のみに第１
の活性層、第１の光導波層を積層する工程と、該第１の
光導波層に、該第１の活性層の利得ピークの近傍にブラ
ッグ波長を持つようにピッチを制御した第１のグレーテ
ィングを形成する工程とを含み、且つ前記第２の半導体
レーザ構造を作製する工程が、前記半導体基板上の第２
の半導体レーザ構造の領域のみに第２の活性層、第２の
光導波層を積層する工程と、該第２の光導波層に、該第
２の活性層の利得ピークに近傍にブラッグ波長を持つよ
うにピッチを制御した第２のグレーティングを形成する
工程とを含み、更に前記第１の半導体レーザ構造を作製
する工程及び前記第２の半導体レーザ構造を作製する工
程が、共に前記第１のグレーティングが形成された第１
の光導波層と前記第２のグレーティングが形成された第
２の光導波層上に一括して共通のクラッド層及びコンタ
クト層を積層する工程を含むことを特徴とする（請求項
２１に対応）。

【００４３】上記目的を達成する為の第２２の発明は、
前記第１の半導体レーザ構造を作製する工程及び前記第
２の半導体レーザ構造を作製する工程が、共に前記半導
体基板上全面に第１のクラッド層、活性層、光導波層を
積層する工程と、第２の半導体レーザ構造の領域の該光
導波層はそのままにして第１の半導体レーザ構造の領域
の該光導波層上のみに該活性層の利得ピークの近傍にブ
ラッグ波長を持つようにピッチを制御したグレーティン
グを形成する工程と、前記光導波層全面に一括して共通
の第２のクラッド層及びコンタクト層を積層する工程
と、を含むことを特徴とする（請求項２２に対応）。

【００４４】上記目的を達成する為の第２３の発明は、
前記第１及び第２の半導体レーザ構造の境界部分に間隙
を形成する工程が、該第１及び第２の半導体レーザ構造
の領域の境界部分にスリット状の間隙とリッジ導波路を
同時に形成する工程を含むことを特徴とする（請求項２
３に対応）。

【００４５】上記目的を達成する為の第２４の発明は、
前記間隙に所望の屈折率を有する物質を充填する工程を
更に有することを特徴とする（請求項２４に対応）。

【００４６】また、上記目的を達成する為の第２５の発
明は、前記発明の偏波変調可能な半導体レーザの出力部
に片方の偏波のみを選択し、出力する為の偏光子などの
偏光選択手段を備えた光送信装置であることを特徴とす
る（請求項２５に対応）。この構成で、変調電力が小さ
く占有波長幅が狭く消光比が大きい光信号を出力する光
送信機を実現できる。

【００４７】上記目的を達成する為の第２６の発明は、
上に記載の偏波変調可能な半導体レーザと、該半導体レ
ーザからの出力光のうち１つの偏波の光を透過させる偏
光選択手段と、該半導体レーザの出力光の偏光状態を入
力信号に従って切り換える為の該半導体レーザを制御、
駆動する制御回路と、入力信号を受信する受信手段とを
有する光送受信機であることを特徴とする（請求項２６
に対応）。上記第２５の発明の光送信機と同じ効果が奏
される。

【００４８】上記目的を達成する為の第２７の発明は、
上に記載の偏波変調半導体レーザと、該偏波変調半導体
レーザから出射する光の内、ＴＥとＴＭの２つの偏波モ
ードの一方の光のみを取り出す偏光選択手段とを有する
光源装置であることを特徴とする（請求項２７に対
応）。上記第２５の発明の光送信機と同じ効果が奏され
る。

【００４９】また、上記目的を達成する為の第２８の発
明は、本発明の半導体レーザを用いた送信器を含むこと
を特徴とする光伝送システムないし光通信システムであ
る（請求項２８に対応）。これにより、高速変調時等で
も出力パワー変動が少なくチャーピングの少ない強度変
調信号が得られ、受信側は強度変調信号を受信すればよ
いので従来の簡単な受信器が用いられる。

【００５０】上記目的を達成する為の第２９の発明は、
前記光送信機或は送受信機が複数の異なる波長の光信号
を送出することができ、波長多重型のネットワークを構
成することを特徴とする（請求項２９に対応）。

【００５１】上記目的を達成する為の第３０の発明は、
上に記載の偏波変調半導体レーザと、該偏波変調半導体
レーザから出射する光の内、ＴＥとＴＭの２つの偏波モ
ードの一方の光のみを取り出す偏光選択手段とから成る
光源装置を用い、所定のバイアス電流に送信信号に応じ
て変調された電流を重畳して前記偏波変調半導体レーザ
に供給することによって、前記偏光選択手段から送信信
号に応じて強度変調された信号光を取り出し、この信号
光を光受信側に向けて送信する光通信方法であることを
特徴とする（請求項３０に対応）。

【００５２】

【発明の実施の形態】

（第１実施例）図２は本実施例をもっともよく表す図で
あり、１は第１の半導体レーザ、２は第２の半導体レー
ザ、３は空隙の充填材、４はヒートシンク、５はマーカ
ーである。ここでは特に図示はしていないが、半導体レ
ーザはサブキャリア上に配置されたヒートシンク４上に
搭載される。サブキャリア上に直接配置されることもあ
る。

【００５３】まず、半導体レーザの作製方法について述
べる。図３は、第１の半導体レーザ１の発振軸を含む方
向の断面図であり、図４はその垂直方向の断面図であ
る。たとえば、ｎ型（１００）ＩｎＰ基板１０１上に、
ＭＯＣＶＤ法（ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃＣｈｅｍ
ｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）やＣＢ
Ｅ法（ＣｈｅｍｉｃａｌＢｅａｍＥｐｉｔａｘｙ）
を用いて、ｎ−ＩｎＰクラッド層１０２、アンドープ活
性層１０３、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層１０４を積
層した後、ピッチ３２５ｎｍ、深さ５０ｎｍの位相シフ
トグレーティング１０８を形成し、ｐ−ＩｎＰクラッド
層１０５、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層（キャップ
層）１０６を積層する。１１５は端面反射を低減させる
為の反射防止（ＡＲ）コートであり、両端面に形成され
ている。

【００５４】活性層１０３（その上下両側にはＳＣＨ層
が形成されている）のバンドダイヤグラムを図５に示し
た。１２１は、引っ張り歪みＩｎＧａＡｓ井戸層（歪み
率−９％、厚さ９ｎｍ）、１２２は無歪みＩｎＧａＡｓ
Ｐ障壁層（バンドギャップ０．９９ｅＶ、厚さ１０ｎ
ｍ）であり、井戸数は５とした。

【００５５】図４に示す様に、横モード制御のため幅
２．５μｍのリッジ構造を採用している。図４におい
て、１１１はリッジ型光導波路、１１２はリッジ部以外
に電流を流さないためのＳｉＯ_x膜等の絶縁膜である。
また、１０９は基板表面側に形成された正電極（正電極
１０９は図３に示す様に共振方向に２電極１０９ａ、１
０９ｂに分離されている）、１１０は基板側の負電極で
ある。本実施例では正電極１０９を２分割した例（こう
すれば、注入キャリア分布を調整できて、偏波変調動作
範囲を広げられる）を示したが単電極でも差し支えな
い。図４において、リッジ型光導波路１１１の両側の突
出した積層構造は、機能上必要とされるものではなく、
リッジ型光導波路１１１を形成する為のエッチングプロ
セスで結果的に形成されるものに過ぎない。

【００５６】活性層１０３に引っ張り歪み多重量子構造
を適用し、かつその利得ピーク波長近傍にブラッグ波長
を設定した結果（グレーティング１０８のピッチなどの
設定による）、ＴＭ利得が常にＴＥ利得を上回るため、
常にＴＭ偏光のＤＦＢモードで発振する。本実施例で
は、活性層１０３を成長したあとにグレーティング１０
８を形成しているが、これは結晶成長の波長制御性より
も、グレーティングの作製精度の方が現時点の技術では
上回っていると考えられるためであり（即ち、活性層を
成長してゲインピーク波長が決まってから、それに合わ
せてグレーティングのピッチなどを決める方が良いか
ら）、ともに高い精度で作製できるのであれば、基板に
直接グレーティングを形成してから、活性層等を成長し
ても良い。このことは、以下の実施例でも同じである。

【００５７】次に、第２の半導体レーザ作製方法につい
て述べる。本実施例では、第２の半導体レーザ２は、第
１の半導体レーザ１のＴＥモードと伝搬定数をほぼ等し
くするために、層厚及び組成を制御したが、基本的には
活性層以外の構造は第１の半導体レーザ１とほぼ同じで
よい。第２の半導体レーザ２の横モード制御もリッジ構
造を用いているが、その幅は第１の半導体レーザ１と必
ずしも同じでなくてよい。リッジ構造の幅が異なるとき
は、他の構造パラメータもそれに合わせて変更して両レ
ーザ１、２の伝搬定数が等しくなるようにすればよい。

【００５８】第２の半導体レーザ２の活性層のバンドダ
イヤグラム構造を図６に示した（活性層の両側にはＳＣ
Ｈ層が形成されている）。１２３は無歪みＩｎＧａＡｓ
井戸層（厚さ７．５ｎｍ）、１２４は無歪みＩｎＧａＡ
ｓＰ障壁層（バンドギャップ０．９９ｅＶ、厚さ１０ｎ
ｍ）であり、井戸数は５とした。この結果、重い正孔と
電子との遷移が支配的になるため、ＴＥ利得が常にＴＭ
利得を上回り、かつＴＥ利得のピーク波長近傍にブラッ
グ波長が設定されているため、常にＴＥ偏光のＤＦＢモ
ードで発振する。

【００５９】２種の半導体レーザ１、２は、複合共振器
を形成しやすくするために、偏波以外はほぼ等しいもの
をペアとすることが望ましい。たとえば、しきい電流値
と効率を各レーザの共振器長と端面反射率で調整でき
る。ＤＦＢモードを優位にする為に、向かい合う端面同
士は、できるだけ低反射率であることが望ましい。この
ように第１及び第２の半導体レーザの構造を、容易に独
立に、制御あるいは選別できることが本発明の大きな特
徴である。

【００６０】次に、２つの半導体レーザ１、２のヒート
シンク４ヘの搭載方法について図２を用いて説明する。
例えば、第１の半導体レーザ１をマーカー５で示された
所望の位置にエピサイドダウンでダイボンディングす
る。第２の半導体レーザ２は、パルス電流駆動で発振さ
せながら、第１の半導体レーザ１を導波型のフォトディ
テクタとして機能させることで、位置調整を行う。第２
の半導体レーザ２の位置調整が終了したら、ダイボンデ
ィングする前に、逆に第１の半導体レーザ１をパルス駆
動し、第２の半導体レーザ２をフォトディテクタとして
動作させて受光可能であることを確認してから、ボンデ
ィングする。この結果、２つの半導体レーザ１、２は、
最適な光結合状態でヒートシンク４上に固定される。光
パワー結合効率が高くても、両半導体レーザ１、２間に
生じた空隙３の大きさはなかなか制御困難なため、位相
がずれることから、偏波変調がかかりにくい（ＴＥモー
ドかＴＭモード何れかでしか動作しない）ことが考えら
れる。この際、両半導体レーザ１、２の間に生じた空隙
に、ゲルやポリマなど屈折率を制御できる充填材３を充
填することで、競合する光波の位相（光学長）を調節
し、歩留まり良く偏波変調をかけることが可能となる。
また、ゲルやポリマの替わりに、空隙３に液晶を充填
し、その上に電極を形成し電圧を印加することで、その
液晶の屈折率あるいは透過率（透過率は表現を変えれば
吸収率であり、複素屈折率の観点からは屈折率と透過率
は同等であり、透過率の調整によっても歩留まり良く偏
波変調をかけることが可能となる）を可変にすることも
できる。

【００６１】次に第１実施例の動作方法について説明す
る。図７は第１及び第２の半導体レーザ１、２に独立に
電流（それぞれＩ₁およＩ₂とする）を流した時の偏波モ
ードの分布を表している。その境界線Ａ−ＢはＴＥモー
ドとＴＭモードのしきい利得がほぼ等しいことを示し、
この線上ををバイアス点（たとえば、点Ｍあるいは点
Ｎ）として、変調信号を重畳すれば、発振偏波モードが
スイッチする、いわゆる偏波変調が実現する。たとえ
ば、バイアス点をＭとした場合には、Ｉ₁だけに変調信
号を載せた例を、バイアス点Ｎの場合には、Ｉ₁及びＩ₂
に変調電流を逆相で載せた例を示した。また、第１の半
導体レーザ１の正電極１０９ａ、１０９ｂが２分割され
ている場合には、それぞれの電極に不均一にキャリアを
注入することで、位相の微調が可能となり、偏波変調可
能領域を更に拡大することができる。

【００６２】この実施例の利点をまとめると、以下のと
おりである。（１）ＴＥ用半導体レーザとＴＭ用半導体レーザを独立
に最適化できる。（２）本構成を作り上げるのに、同種の複数の半導体レ
ーザから適切なＬＤを選別できる。（３）どちらも線幅等の点で良質であるから、ＴＥモー
ド光もＴＭモード光もどちらも光通信などに利用でき
る。（４）位相が合わないことがあっても、空隙の調整や充
填材の調整などで、位相調整が容易である。

【００６３】本実施例では２つの半導体レーザ１、２の
横モード制御は、リッジ構造で行っている。しかし、横
方向の閉じ込めはリッジ構造に限らず、従来の半導体レ
ーザで用いている埋め込み構造など他の構造でもよい。

【００６４】（第２実施例）次に、第１の実施例に比べ
さらに容易に作製されうる偏波変調半導体レーザの例に
ついて述べる。

【００６５】第２実施例は（１）２つの半導体レーザの組合せとしてＤＦＢ半導体
レーザとファブリペロ共振器半導体レーザを選ぶ。（２）ヒートシンク（或はサブキャリアなどの支持台）
形状としてレーザ固定面に垂直な面を有するヒートシン
ク（或はサブキャリアなどの支持台）を使用する。の２点が第１の実施例とは異なる。

【００６６】まず、レーザの作製方法について説明す
る。第１のＤＦＢ半導体レーザは、基本的に第１実施例
の第１の半導体レーザ或は第２の半導体レーザと同様の
構造でよい。第２のファブリペロ半導体レーザの発振軸
を合む断面図を図９に、その垂直な断面図を図１０に示
す。その製造方法は、たとえば、ｎ型（１００）ＩｎＰ
基板１３１上に、ｎ−ＩｎＰクラッド層１３２、アンド
ープ活性層１３３、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層１３
４、ｐ−ＩｎＰクラッド層１３５及びｐ−ＩｎＰコンタ
クト層１３６を積層する。活性層１３３の構造は、ここ
では第１実施例と同じとした。

【００６７】横モード制御は敢えて行わない。たとえ
ば、幅５０μｍの電極ストライプ１３９を形成するのみ
である。この結果、第２の半導体レーザは常にＴＥモー
ドで発振するが、グレーティングがないこと及び横モー
ド制御機構がないことから、第１実施例の場合とは異な
り、常にマルチファブリペロモード発振する。

【００６８】第１及び第２の半導体レーザの向かい合う
端面同士は、できるだけ低反射率であることが望まし
い。その為に、図３及び図９に示す様に、ＡＲコート１
１５、１４２がレーザ両端面に形成されている。さら
に、作製の際には第１及び第２の半導体レーザの幅をほ
ぼ等しくしておき、かつ側面は、ヒートシンク４の垂直
面に当てるので、へき開に近い面を出しておくことが望
ましい。

【００６９】次に、２つの半導体レーザのヒートシン
ク、サブキャリアなどの支持台ヘの搭載方法について図
８を用いて説明する。図８において、ヒートシンク４に
は半導体レーザ固定面（ここにはパターン電極６（レー
ザ１側のみが示されている）が形成されていて、半導体
レーザ１、２の電極に接続されている。これは、図示さ
れていないが、図２でも同じである）に垂直な面１０が
形成され、半導体レーザ１、２はチップ側面を前記垂直
面１０に突き当てて位置決めされる。

【００７０】本実施例の場合は、第１実施例のようなア
クティブアライメント（発振させてディテクトする方法
を用いるアライメント）を敢えて行う必要はない。ヒー
トシンク４及びレーザチップ１、２に予めマーカー（不
図示）を設置しておき、目あわせをおこなう（パッシブ
アライメント）ことで十分精度がとれる。すなわち、本
実施例の場合、２つの半導体レーザ１、２の光導波路の
位置合わせはへき開面と垂直な方向の位置精度のみで行
われる。これは、第２の半導体レーザ２に広い電極スト
ライプ構造の半導体レーザを用いたことで横方向の光軸
合わせの自由度が大きくなったことによる。必要であれ
ば、第１実施例と同じアクティブアライメントを一部行
ってもよい。

【００７１】このように、ファブリペロ半導体レーザ２
を用いているので光軸調整は非常に容易になることが、
本実施例の大きな特徴である。

【００７２】次に駆動方法について説明する。図１１
は、第１及び第２の半導体レーザ１、２に独立に電流を
流した時の発振偏波モードの分布を表している。その境
界線Ａ−ＢはＴＥモードとＴＭモードのしきい利得がほ
ぼ等しいことを示し、この線上をバイアス点（たとえ
ば、点Ｍあるいは点Ｎ）として、変調信号を重畳すれ
ば、偏波モードがスイッチする、いわゆる偏波変調が実
現する。第１実施例に比べ、一方のレーザにファブリペ
ロ共振器半導体レーザを用いているので偏波変調可能な
バイアス領域が広いことが大きな特徴である。これは、
光出力及び発振波長の制御範囲が広いことを意味する。
本実施例の動作については、本質的に後述の第４実施例
の動作と同じであるので、その説明をも参照されたい。

【００７３】この第２実施例の利点は以下のとおりであ
る。（１）たとえばＴＥモード用レーザは非常に単純な電極
ストライプレーザでよいので低コストである。（２）２種類の半導体レーザについて、任意の複数のＬ
Ｄから適切なＬＤを選別できる。（３）一方にファブリペロ共振器半導体レーザを用いる
ので、２つの半導体レーザの光軸合わせが簡単になる。（４）位相が合わないことがあっても、空隙に屈折率を
制御できる充填材３を充填することなどで、位相整合が
容易である。（５）ファブリペロ共振器半導体レーザは動作条件が厳
しくないので、偏波変調動作範囲が広い。

【００７４】（第３実施例）図１２は第３の実施例の模
式図である。図１２中、１は第１の半導体レーザ、２は
第２の半導体レーザ、３は空隙及び／又は充填材であ
る。図１３は該第１及び第２の半導体レーザ１、２の発
振軸を含む方向の断面図であり、図１４はその垂直方向
の断面図である。

【００７５】まず、製造方法について説明する。図１５
は本実施例の製造工程を表している。たとえば、ｎ型
（１００）ＩｎＰ基板１６１上にｎ−ＩｎＰクラッド層
１６１をバッファ層としてわずかに形成した後、選択マ
スク１７４ａを用いて第１の半導体レーザ領域のみにア
ンドーブ活性層１６３ａ、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド
層１６４ａを積層する。この時の成長法は、ＭＯＣＶＤ
法やＣＢＥ法等が適当である。この際、マスクエッジ部
近傍は異常成長しやすいがそのままで構わない。

【００７６】この工程の替わりに、最初選択マスクなし
で基板１６１全面に成長した後、選択エッチングで第１
の半導体レーザ領域以外の領域を除去してもよい。

【００７７】活性層１６３ａのバンドダイヤグラムを図
１６に示した。１８１は、引っ張り歪みＩｎＧａＡｓ井
戸層（歪み率−０．９％、厚さ９ｎｍ）、１８２は無歪
みＩｎＧａＡｓＰ障壁層（バンドギャップ０．９９ｅ
Ｖ、厚さ１０ｎｍ）であり、井戸数は３とした。この活
性層１６３ａの利得スペクトルはフォトルミネッセンス
測定及び等価屈折率から予測できる。本実施例の場合、
１．５３μｍ付近に利得ピークがあると予測され、最終
デバイス形態での等価屈折率が３．２５と計算されたこ
とから、グレーティングピッチを２３５ｎｍに選ぶ。そ
こで、光ガイド層１６４ａ上にピッチ２３５ｎｍ、深さ
５０ｎｍの位相シフトグレーティング１６７ａを形成す
る（図１５（ａ）参照）。

【００７８】次に、選択マスク１７４ａを除去し、新た
に選択マスク１７４ｂを第１の半導体レーザ領域を覆う
ように形成した後、第２の活性層１６３ｂ及び第２の光
ガイド層１６４ｂを選択的に成長する（図１５（ｂ）参
照）。この場合もエッジ付近は異常成長しやすいが、こ
のままでよい。第２の活性層１６３ｂのバンドダイヤグ
ラムを図６に示したものと同じとした。第１の半導体レ
ーザ領域と同様に、ここではピッチ２３１ｎｍ、深さ５
０ｎｍのグレーティング１６７ｂを第２の光ガイド層１
６４ｂ上に形成した（図１５（ｂ）参照）。

【００７９】選択マスク１７４ｂを除去した後、ウェハ
全体にｐ−ＩｎＰクラッド層１６５およｐ−ＩｎＧａＡ
ｓコンタクト層１６６を積層する（図１５（ｃ））。

【００８０】この後の工程が本実施例の特徴的な部分で
ある。２つの半導体レーザ領域の境界部分の異常成長部
分をスリット状に除去する（図１５（ｄ））。この時、
スリットの深さはｎ−ＩｎＰクラッド層１６２に達する
までとし、スリットパターンは図１２の３で示すように
導波方向に対して斜めになるようにした。これは空隙部
分での反射を極力避けるためである。この工程は、通常
のＭＯＣＶＤ法とドライエッチングで行ってもよいが、
ＣＢＥ装置と高真空結合されたＲＩＢＥ（Ｒｅａｃｔｉ
ｖｅＩｏｎＢｅａｍＥｔｃｈｉｎｇ）装置等で大
気に晒すことなく連続的に行うことで、さらに信頼性が
高まる。この工程は、次のリッジ導波路作製工程（図１
４参照）と同時に行ってもよい。さらに、この空隙部分
３の端面にＡＲコートを施せばさらに反射の影響が小さ
くなる。

【００８１】次に、横モード制御のため幅２．５μｍの
リッジ導波路構造を作りつけた。図１４において、１７
２はリッジ型光導波路、１７３はリッジ部以外に電流を
流さないためのＳｉＯ₂膜等の絶縁膜である。電極１６
９ａ、１６９ｂ及び１７０を形成し、両端面にＡＲコー
ト１７１を施し、最後に所望の屈折率を有する充填材１
６８を空隙に充填することで本実施例は完成する（図１
５（ｅ））。

【００８２】本実施例でも、活性層を成長したあとにグ
レーティングを形成しているが、これについては第１実
施例で述べたことと同じである。

【００８３】次に、本実施例の駆勤方法について説明す
る。第１の活性層１６３ａに引っ張り歪み多重量子構造
を適用し、かつその利得ピーク波長近傍にグレーティン
グ１６７ａによるブラッグ波長を設定した結果、ＴＭ利
得が常にＴＥ利得を上回るため、第１の半導体レーザ単
体は常にＴＭ偏光のＤＦＢモードで発振する。一方、第
２の半導体レーザ２では、ＴＥ利得が常にＴＭ利得を上
回り、かつＴＥ利得のピーク波長近傍にグレーティング
１６７ｂによるブラッグ波長が設定されているため、常
にＴＥ偏光のＤＦＢモードで発振する。本実施例では、
第１の半導体レーザ１と第２の半導体レーザ２につい
て、活性層以外は殆ど同構造の光導波路を使用している
ため、双方のＴＥモードおよＴＭモードの伝搬定数は近
く設定されている。従って、第１及び第２の半導体レー
ザに注入するキャリア数を制御することで、２個の半導
体レーザ全体で、それぞれのグレーティング１６７ａ、
１６７ｂのブラッグ波長のＴＥモードとＴＭモードが最
低しきい利得を有するように設定することができる。

【００８４】しかし、双方の半導体レーザ１、２にとっ
て、他方の共振器は位相を乱す原因になるため、位相を
調整しなければブラッグ波長で発振させることができな
い場合がある。このとき、両半導体レーザ１、２の間に
作製した空隙３に、ゲルやポリマなど屈折率を制御でき
る充填材１６８を充填することで競合する光波の位相
（光学長）を調節し、歩留まり良く偏波変調をかけるこ
とが可能となる。また、ゲルやポリマの替わりに、空隙
を液晶で埋めて電極を形成し電圧を印加することで、屈
折率あるいは透過率を可変することもできる。これは、
上記実施例と同じである。さらに、この空隙３を作製し
た後に連続してＩｎＰ等の半導体をエピタキシャル成長
したあと、電極を形成し、キャリア注入量を可変するこ
とで位相調整することもできる。

【００８５】図７は、本実施例の第１及び第２の半導体
レーザに独立に電流（それぞれＩ₁及びＩ₂とする）を流
した時の偏波モードの分布をも表している。その説明
は、第１実施例で説明した通りである。

【００８６】本実施例は、第１及び第２の半導体レーザ
が全く独立に形成されるのではなく一部共通に形成さ
れ、その製法による境界部分の異常成長部分を充分な幅
のスリット形成で除去するという構成を持つ点で、第１
実施例と異なる。その違いに応じて、本実施例の利点を
まとめると、以下のとおりである。（１）ＴＥ用半導体レーザの中心部である導波路部とＴ
Ｍ用半導体レーザの中心部である導波路部を独立に最適
化できる。（２）どちらも線幅等の点で良質であるから、ＴＥモー
ド光もＴＭモード光もどちらも光通信などに利用でき
る。（４）位相が合わないことがあっても位相調整が容易で
ある。

【００８７】（第４実施例）次に、第３の実施例に比べ
さらに容易に偏波変調半導体レーザを作製する例につい
て述べる。図１７は第４の実施例の模式図である。この
実施例は、２つの半導体レーザのうち、第３の実施例に
比べ、一方の半導体レーザがファブリペロ共振器を有す
る点が大きな違いである。

【００８８】図１８は、第４の実施例の製造工程を説明
する模式図である。たとえば、ｎ型（１００）ＩｎＰ基
板２０１上に、ｎ−ＩｎＰクラッド層２０２、アンドー
プ活性層２０３、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層２０４
を積層する。この時の成長法は、ＭＯＣＶＤ法やＣＢＥ
法が適当である。

【００８９】活性層２０３のバンドダイヤグラムを図１
９に示した。２２１は引っ張り歪みＩｎＧａＡｓ第１井
戸層（歪み率−０．．９％、厚さ９ｎｍ）、２２２は無
歪みＩｎＧａＡｓＰ障壁層（バンドギャップ０．９９ｅ
Ｖ、厚さ１０ｎｍ）、２２３は無歪みＩｎＧａＡｓＰ第
２井戸層（バンドギャップ０．７５ｅＶ、厚さ１０ｎ
ｍ）である。

【００９０】選択マスク２１４を用いて、第１の半導体
レーザ領域の光ガイド層２０４のみにピッチ２３５ｎ
ｍ、深さ５０ｎｍの位相シフトグレーティング２０７を
形成した（図１８（ａ）参照）。本実施例の場合、１．
５３μｍ付近にＴＭモード利得ピークがあると予測さ
れ、最終デバイス形態での等価屈折率が３．２５と予測
されたことから、グレーティングピッチを２３５ｎｍに
選んだ。次に、選択マスク２１４を除去し（図１８
（ｂ））、ウェハ表面全体にｐ−ＩｎＰクラッド層２０
５及びｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層２０６を積層する
（図１８（ｃ））。

【００９１】この後の工程が本実施例の特徴的な部分で
ある。２つの半導体レーザ領域の境界部分をスリット状
に除去する（図１８（ｄ））。この時、スリットの深さ
はｎ−Ｉｎｐクラッド層２０２に達するまでとし、ギャ
ップパターン３は図１７のように第１の半導体レーザ１
の端面側は導波方向に対して斜めになるように、第２の
半導体レーザ２の側は導波方向に対して直角になるよう
にした。これは第１のＤＦＢ半導体レーザ１にとっては
空隙部分での反射を極力避けるためであり、第２のファ
ブリペロ半導体レーザ領域ではファブリペロ共振器が形
成されるようにするためにである。この工程は、通常の
ＭＯＣＶＤ法とドライエッチングで行ってもよいが、Ｃ
ＢＥ装置とＲＩＢＥ装置が高真空で結合された複合プロ
セス装置等で大気に晒すことなく連続的に行うことで、
さらに信頼性が高まる。ここで、空隙に充填する物質２
０８としてＩｎＰ等を選ぶ場合には引き続きエピタキシ
ャル選択成長を行ってもよい（図１８（ｅ））。ＩｎＰ
等の半導体をエピタキシャル成長したあと電極を形成
し、キャリア注入量を可変することで位相調整すること
もできる。

【００９２】次に、横モード制御のため幅２．５μｍの
リッジ構造を作りつけた。この工程は第３の実施例と全
く同じである（図１４参照）。また、２１９ａ、２１９
ｂは夫々第１と第２の半導体レーザ１、２の基板表面側
の正電極、２２０は負電極である。電極２１９及び２２
０を形成し、所望の屈折率を有する充填材２０８を充填
することで本実施例は完成する（図１８（ｅ））。

【００９３】次に駆動方法について説明する。図２０
は、異なる２つの井戸層を含む非対称２重井戸構造の活
性層２０３の利得スペクトルの注入キャリア密度依存性
を示す。図２０（ａ）において、注入密度が低い状態で
は、ｎ側の第１の引っ張り歪み量子井戸層２２１の充填
効率が高いため、ｅ−ｌｈ遷移（軽い正孔と電子との遷
移）が支配的になり、ＴＭモード利得が常にＴＥモード
の利得を上回る。従って、ＴＭ利得のピーク波長近傍に
第１のＤＦＢ半導体レーザのグレーティング２０７のＴ
Ｍモードのブラッグ波長λ^TM _Bを設定しておき、かつ、
その波長でしきい利得になるように全体の共振器損失を
制御しておけば、常にＴＭ偏光のＤＦＢモードで発振す
る（図２０中λ^TM _B及びλ^TE _BはそれぞれＴＭモードとＴ
Ｅモードのブラッグ波長を示している）。

【００９４】一方、図２０（ｂ）において、注入電流が
高いときにはｐ側の第２の無歪み量子井戸２２３のキャ
リア充填効率が高くなるので、ｅ−ｈｈ遷移（重い正孔
と電子との遷移）が支配的となり、ＴＥモード利得が常
にＴＭ利得を上回るようになる。ここで、前記のように
グレーティング２０７のピッチと共振器損失を制御すれ
ば、ＴＥ偏光のＤＦＢモードで発振させることもでき
る。しかし、同時に２組の利得スペクトルとブラッグ波
長をチューニングすること（即ち、このときに、ＴＥ利
得のピーク波長近傍に第１のＤＦＢ半導体レーザのグレ
ーティング２０７のＴＥモードのブラッグ波長λ^TE _Bを
持って来ること）は高精度の設計技術と製造技術を必要
とする。本実施例では、第２の半導体レーザ２にファブ
リペロ共振器を用いることでこの問題を解決した。この
結果、あるキャリア密度になったとき、どれかのファブ
リペロモードで発振する。このとき、ＴＥモードは波長
制御していないので、図２０（ｂ）に示す様に、何本か
のマルチ軸モードで発振する。この様になっても、通信
に利用する場合には、ＴＥあるいはＴＭどちらか一方が
少なくとも利用できれば十分であるので支障はない。

【００９５】しかし、双方の半導体レーザにとって、他
方の共振器は位相を乱す原因になるため、位相を調整し
なければブラッグ波長で発振させることができない場合
がある。このとき、両半導体レーザ１、２の間に作製し
た空隙に、ゲルやポリマなど屈折率を制御できる充填材
２０８を充填することで競合する光波の位相（光学長）
を調節し、歩留まり良く偏波変調をかけることが可能と
なる。

【００９６】本実施例では、第１及び第２の半導体レー
ザ１、２の活性層２０３として同じものを用いたが、こ
れは製造方法を簡単にするためである。第３の実施例の
ように、別々に活性層を積層し、一方をＤＦＢ共振器、
他方をファブリペロ共振器としてもよい。この方法は製
造方法はやや複雑になるが、第４の実施例に比べ更に偏
波変調可能な動作範囲が広くなる利点がある。

【００９７】この実施例の利点は以下のとおりである。（１）活性層を一度に造るので作製が容易である。（２）一方の半導体レーザがグレーティングを持たない
非常に単純な電極ストライプレーザでよいので作製が容
易である。（３）位相が合わないことがあっても位相整合が容易で
ある。（４）偏波変調動作範囲が広い。

【００９８】（第５実施例）次に、第５の実施例であ
る、各半導体レーザの発振波長が異なる多波長偏波変調
半導体レーザアレイについて述べる。図２１はその平面
図である。図２１中、３０１はＴＭモード用半導体レー
ザアレイ、３０２はＴＥモード用半導体レーザアレイ、
３０３はＴＭモード用半導体レーザアレイ３０１の各レ
ーザのＤＢＲ領域、３０４はＴＭモード用半導体レーザ
アレイ３０１の各レーザのＴＭ利得領域、３０５はＴＥ
モード用半導体レーザアレイ３０２の各レーザのＴＥ利
得領域、３０６は空隙及び／又は充填材である。

【００９９】この実施例の設計指針は以下の通りであ
る。（１）第１の半導体レーザアレイ３０１は、ＴＭ利得が
支配的な共通の活性層と、異なるブラッグ波長を有する
分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）とを有する。（２）第２の半導体レーザアレイ３０２は、ＴＥ利得が
支配的な共通の活性層とファブリペロ共振器を有する。（３）第１の半導体レーザアレイ３０１の個々のレーザ
のしきい利得（共振器損失）を活性領域３０４とＤＢＲ
領域３０３の大きさを変えることで調整する。（４）第２の半導体レーザアレイの個々のレーザは同構
造で共通のしきい利得を持つ。

【０１００】まず、第１の半導体レーザアレイ３０２の
作製方法について説明する。図２２は第１の半導体レー
ザアレイ３０１の発振軸を含む方向の断面図である。垂
直方向の断面図は第３実施例とほぼ同じである（図１４
参照）。

【０１０１】この製造方法は、第３の実施例に近いので
図１５を援用して説明する。たとえば、ｎ型（１００）
ＩｎＰ基板３１１上にｎ−ＩｎＰクラッド層３１２を積
層した後、選択マスク（図１５の１７４ａに相当するも
の）を用いて第１の半導体レーザ領域のみに、アンドー
プ活性層３１３ａ、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層３１
４ａを積層する。この時の成長法は、ＭＯＣＶＤ法やＣ
ＢＥ法等が適当である。この際、マスクエッジ部近傍は
異常成長しやすいがそのままで構わない。活性層３１３
ａのバンドダイヤグラムを図２３に示した。３７１は、
引っ張り歪みＩｎＧａＡｓ第１井戸層（歪み率−０．９
％、厚さ９ｎｍ）、３７２は無歪みＩｎＧａＡｓＰ障壁
層（バンドギャップ０．９９ｅＶ、厚さ１０ｎｍ）、３
７３は引っ張り歪ＩｎＧａＡｓＰ第２井戸層（歪み率−
０．７％、バンドギャップ０．８ｅＶ、厚さ１０ｎ
ｍ））である。

【０１０２】光ガイド層３１４ａ上のＤＢＲ領域となる
ところのみに、ピッチ３２５ｎｍから０．４ｎｍ刻みで
１０本のグレーティング（深さ５０ｎｍ）領域３１７を
１００μｍ間隔で横方向（図２１の上下方向）に形成し
た。図１５（ａ）では光ガイド層１６４ａ全面にグレー
ティングが形成されているが、本実施例ではＴＭ利得領
域にはグレーティングは形成されていない。このＤＢＲ
領域とＴＭ利得領域の共振方向の長さはアレイ上で、図
２１に示す如く、徐々に異なっている。これは後で述べ
るように、各半導体レーザのしきい利得に差を持たせる
ためである。

【０１０３】次に、選択マスクを除去し、新たに選択マ
スク（図１５の１７４ｂに相当するもの）を第１の半導
体レーザ領域を覆うように形成したあと、バッファ層と
してわずかに形成されたｎ−ＩｎＰクラッド層３１２上
に、第２の活性層３１３ｂ及び第２の光ガイド層３１４
ｂを選択的に成長する。この場合もエッジ付近は異常成
長しやすいが、このままでよい。第２の活性層３１３ｂ
の構造はＴＥ利得が大きく利得スペクトルが平坦なもの
が望ましい。ここではアンドープＩｎＧａＡｓＰ層（波
長１．５３μｍ、厚さ５００ｎｍ）を用いた。

【０１０４】選択マスク（図１５の１７４ｂに相当する
もの）を除去した後、ウェハ全体にｐ−ＩｎＰクラッド
層３１５およｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層３１６を積
層する。

【０１０５】この後の工程が本実施例でも特徴的な部分
である。２つの半導体レーザアレイ領域の境界部分をス
リット状に除去する（図１５（ｄ）参照）。この時、深
さはｎ−ＩｎＰクラッド層３１２に達するまでとし、ギ
ャップパターンは第１の半導体レーザアレイ３０１の端
面側は導波方向に対して斜めになるように、第２の半導
体レーザアレイ３０２の端面側は導波方向に対して直角
になるようにする（図２１では、この斜め端面は真っ直
ぐに書いてある）。これは第１の半導体レーザアレイに
とっては空隙部分３１８での反射を極力避けるためであ
り、第２の半導体レーザアレイ領域ではファブリペロ共
振器が形成されるようにするためにである。この工程
は、通常のＭＯＣＶＤ法とドライエッチングで行っても
良いが、ＣＢＥ装置とＲＩＢＥ装置が高真空結合された
複合プロセス装置等で大気に晒すことなく連続的に行う
ことで、さらに信頼性が高まる。

【０１０６】図２１に示す様に、横モード導波路を１０
０μｍ間隔で複数作製し、ＴＭ半導体レーザアレイ領域
３０１では幅１０μｍのリッジ導波路を複数作りつけ
た。第２の半導体レーザアレイ３０２は全て同じしきい
利得を持たせるため、幅１０μｍの電極ストライプ構造
としてある。最後に、ＤＢＲ領域、ＴＭ利得領域、位相
調整領域及びＴＥ利得領域に独立にキャリアを注入でき
るよう、電極３１９ａ〜３１９ｄ及び３２０を設けた。
３２１はＤＢＲレーザの端面に設けたＡＲ膜である。

【０１０７】活性層３１３ａに非対称歪み量子井戸構造
を用いた結果、その利得スペクトルは通常の無歪み多重
量井戸活性層の場合と大きく異なる。まず、２つの井戸
層３７１、３７３に引っ張り歪みを導入したことで、電
子と軽い正孔間遷移（ｅ−ｌｈ）が支配的になり、ピー
ク波長では常にＴＭモード利得の方がＴＥモード利得を
上回る。第２に、井戸層厚及び組成が非対称になってい
ることから、基底準位が井戸層毎に異なり、キャリア注
入量により利得スペクトルが大きく変化する。図２４は
本実施例の半導体レーザアレイの典型的なＴＭモードの
利得スペクトルを注入キャリア密度をパラメータにとっ
て模式的に表したものである。キャリア注入量に従っ
て、ピークの大きさは大きくなると共に、ピーク位置が
短波長側にシフトしていく。したがって、図２４の矢印
の位置（λ₁、λ₂、λ₃・・・）に、各半導体レーザの
ブラッグ波長を設定し（グレーティング３１７の周期設
定等による）、損失の大きさを制御することで、波長が
異なり、波長安定度が高く、かつ常にＴＭモードで発振
する半導体レーザアレイ３０１を得ることができる。損
失の制御の方法は、本実施例では、しきい利得が大きい
ものほど、利得領域を小さくする方法を用いた（図２１
参照）。本実施例はＤＢＲ領域に活性層３１３ａを含ん
でいるので純枠なＤＢＲレーザではないが、利得領域と
ＤＢＲ領域の電流量を制御することで、波長としきい利
得両方を制御できる。本実施例では、作製の容易さから
この構造を採用したが、通常の利得のないＤＢＲ領域を
持つＤＢＲレーザを用いても勿論よい。

【０１０８】一方、ＴＥモード用半導体レーザアレイ３
０２はファブリペロ共振器と利得スペクトルの広いバル
ク活性層３１３ｂを用いているので、ファブリペロモー
ドでかつマルチモードで発振する。したがって、ＴＭモ
ード用ＤＢＲレーザアレイの波長範囲が極端に広くない
限り、常にそれぞれのＴＭモード用ＤＢＲレーザのＴＭ
モードのしきい利得と等しいＴＥ偏光のファブリペロモ
ードで発振させることができる。そして、そのための条
件は第１実施例の場合より緩やかになる。このことは偏
波変調可能な動作領域が広くなることを意味している。
ＴＭモード用ＤＢＲレーザアレイ３０１の波長範囲が広
いときには、ＴＥモード用ファブリペロ半導体レーザア
レイ３０２の活性層に非対称圧縮歪み量子井戸構造等を
適用することで、対応できる。

【０１０９】しかし、双方の半導体レーザにとって、他
方の共振器は位相を乱す原因になるため、位相を調整し
なければブラッグ波長で発振させることができない場合
がある。このとき、両半導体レーザの間に作製した空隙
３１８に、ゲルやポリマなど屈折率を制御できる充填材
を充填することで競合する光波の位相（光学長）を調節
し、歩留まり良く偏波変調をかけることが可能となる。
また、上記実施例で述べた通り、ゲルやポリマの替わり
に、空隙に液晶で埋めて電極を形成し電圧を印加するこ
とで、屈折率あるいは透過率を可変にすることもでき
る。さらに、この空隙を作製した後に連続してＩｎＰ等
の半導体をエピタキシャル成長したあと電極を形成し、
キャリア注入量を可変することで位相調整することもで
きる。

【０１１０】この実施例の利点は以下のとおりである。（１）多波長偏波変調可能な半導体レーザアレイが容易
に実現できる。（２）たとえばＴＥモード用レーザは非常に単純な電極
ストライプレーザアレイでよいので低コストである。（３）位相が合わないことがあっても位相制御が容易で
ある。（４）偏波変調可能な動作範囲が広い。

【０１１１】（第６実施例）図２５に本発明の半導体レ
ーザを光通信の光送信機に適用した実施例を示した。図
２５において、３３１は制御回路、３３２は前記実施例
で示した本発明の半導体レーザ、３３３は偏光子、３３
４は空間を伝搬している光を光ファイバへ結合する光結
合手段、３３５は光ファイバ、３３６は端末から送られ
てきた電気信号、３３７は、制御回路３３１から、半導
体レーザ３３２を駆勤するために送られる駆動信号、３
３８は、駆動信号３３７に従って半導体レーザ３３２が
駆勤されることで出力された光信号、３３９は、光信号
３３８の直交する２つの偏波伏態のうち１つだけを取り
出すように調整された偏光子３３３を通過した光信号、
３４０は光ファイバ３３５中を伝送される光信号、３４
１は本発明の半導体レーザ３３２を用いた光送信機であ
る。この実施例では、光送信機３４１は制御回路３３
１、半導体レーザ３３２、偏光子３３３、光結合手段３
３４、光ファイバ３３５などから構成されている。

【０１１２】次に、本実施例の光送信機３４１の送信動
作について説明する。端未からの電気信号３３６が制御
回路３３１に入力されると、本発明の半導体レーザ３３
２へ駆動信号３３７が送られる。駆動信号３３７を入力
された半導体レーザ３３２は、駆動信号３３７に従って
偏波伏態が変化する光信号３３８を出力する。その光信
号３３８は、偏光子３３３で片方の偏光の光信号３３９
にされ、更に光結合手段３３４で光ファイバ３３５へ結
合される。こうして強度変調された光信号３４０を伝送
し通信が行われる。この場合、光信号３４０は強度変調
された伏態であるので、従来用いられている強度変調用
の光受信機で光を受信することができる。また、本発明
で使われる半導体レーザが波長可変であれば、波長多重
通信の送信機として使うことができる。

【０１１３】（第７実施例）図２６は、本発明の第５の
実施例を光送信機に適用した例である。第６の実施例と
の大きな違いは、半導体レーザアレイを構成する半導体
レーザの波長がそれぞれ異なるので波長多重で伝送して
いることである。その他の機能は第６の実施例と同じで
ある。図２６において、３３２は本発明の半導体レーザ
アレイ（第５実施例）であり、個々の半導体レーザは発
振波長が異なっている。偏光子は、偏波面が揃っている
ので個々に付ける必要はない。また、光結合手段３３４
は、導波型合流器を用いれば容易に構成できる。

【０１１４】（第８実施例）次に本発明のデバイスを光
ネットワークへ適用した例について述べる。図２７及び
図２８はバス型光ネットワーク及びリング型光ネットワ
ークヘの適用例であり、光ノード４０１〜４０６に上記
実施例を含む光送信機と適当な受信機が搭載されてい
る。上記実施例で述べた半導体レーザの出射面に偏光子
を配置し、特定偏波光（例えばＴＭ光）のみを取り出
し、伝送路４００へ送出できる。さらに、受光器を２つ
配置し、信号光を分岐してそれぞれに入射させ、一方を
ＴＥモード、他方をＴＭモードで受光するようにすれば
容易に偏波ダイバーシティが実現できる。尚、４１１〜
４１６は端末装置である。

【０１１５】また、上記実施例の半導体レーザを用いた
とき、偏光子を使用しなければ異なる偏波の光を同時に
送出できることから、ネットワークの多機能化をはかる
ことができる。例えば、波長可変レーザと波長可変フィ
ルタを用いた波長多重システムにおいて、波長可変フィ
ルタに偏波依存性をもたせることで偏波ダイバーシティ
用の光源として非常に単純な構成で使用できる。

【０１１６】以上は１．１５μｍ帯で説明してきたが、
他の波長帯や材料系でも同様に成り立つ。本実施例で
は、光送信機として構成した場合を示したが、もちろん
光送受信機中の送信部分に用いることもできる。更に、
適用可能な光通信システムについても、強度変調信号を
扱う系であれば単純な２点間の光通信に限らず、光ＣＡ
ＴＶ、光ＬＡＮなどにも適用できる。

【０１１７】（第９実施例）本実施例を、光送受信機中
の送信部分に用いた例を、図２９で説明する。外部に接
続された光ファイバ７００を媒体として光信号がノード
７０１に取り込まれ、分岐部７０２によりその一部が波
長可変光フィルタ等を備えた受信装置７０３に入射す
る。この受信器７０３により所望の波長の光信号だけ取
り出して信号検波を行う。これを制御回路で適当な方法
で処理して端末に送る。一方、ノード７０１から光信号
を送信する場合には、上記実施例の偏波変調半導体レー
ザ７０４を信号に従って上記の如く制御回路で適当な方
法で駆動し、偏波変調して、偏光板７０７（これにより
偏波変調信号が振幅強度変調信号に変換される）を通し
て（更にアイソレータを入れてもよい）出力光を合流部
７０６を介して光伝送路７００に入射せしめる。また、
半導体レーザ及び波長可変光フィルタを２つ以上の複数
設けて、波長可変範囲を広げることもできる。

【０１１８】

【発明の効果】本発明により、以下のような効果が奏さ
れる。（１）ＴＥモード用およびＴＭモード用半導体レーザ構
造をそれぞれ実質的に独立に設計できるため、装置の最
適化が容易である。（２）プロセスに係る負担が軽減されるために歩留まり
も向上する。（３）ＴＥモード用半導体レーザ構造とＴＭモード用半
導体レーザ構造の間に生じた空隙を用いて反射防止や結
合効率や位相を調整することが容易にできる。（４）片方の半導体レーザ構造をアクティブに動作させ
て、もう一方のレーザ構造の位置合わせを行う場合、両
半導体レーザ構造の光結合の状態を確認して実装作業を
行うことができ、また高い精度で作業毎に安定して２つ
の半導体レーザ構造の位置合わせを行うことができる。
この際、一方の半導体レーザ構造を広ストライプ電極型
のファブリペロ半導体レーザ構造とすることで、位置合
わせは更に容易になる。（５）２つの半導体レーザ構造が搭載される部材の構造
を用いて位置決めを行う場合、、半導体レーザ構造を駆
動する必要がなく、より簡便に２つの半導体レーザ構造
の位置合わせを行うことが可能となる。（６）ＴＥモード／ＴＭモードの境界、すなわち２つの
半導体レーザ構造の端面の間に充填した材科の屈折率を
電気的に制御できるものにした場合、両モードの結合を
能動的に制御できる。従って、この電気的制御で偏波モ
ードをスイッチングすることも考えられる。

【０１１９】更には、偏波変調動作範囲が広い、位相が
合わないことがあっても位相整合が容易である、選択再
成長を用いても歩留まりが高い、多波長偏波変調レーザ
アレイが容易に作製できる等の効果も奏される。

【０１２０】また、偏波変調光出力の一方の偏波モード
を偏光子などで選択することにより、容易に消光比の高
い強度変調光出力を得ることが可能であり、また構成に
よっては同偏光子をアイソレータの一部として代用でき
構成を容易にできるなどの効果もある。また、本発明の
半導体レーザを用いた送信機或は送受信機から構成され
る光伝送システムまたは波長多重システムにおいて、高
速大容量また超高密度波長多重可能な光伝送システムを
比較的低価格で構成できるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の原理を代表例で説明する図であ
る。

【図２】図２は本発明の第１の実施例を説明するための
斜視図である。

【図３】図３は本発明の第１の実施例を説明するための
半導体レーザ構造の共振方向の断面図である。

【図４】図４は本発明の第１の実施例を説明するための
半導体レーザ構造の共振方向に垂直な方向の断面図であ
る。

【図５】図５は本発明の第１の実施例の一方の活性層の
バンドギャップ構造を説明する図である。

【図６】図６は本発明の第１の実施例の他方の活性層の
バンドギャップ構造を説明する図である。

【図７】図７は、２つの半導体レーザ構造への電流注入
量と偏波モードの関係を示す図である。

【図８】図８は本発明の第２の実施例を説明するための
斜視図である。

【図９】図９は本発明の第２の実施例を説明するための
ファブリペロ型半導体レーザ構造の共振方向の断面図で
ある。

【図１０】図１０は本発明の第２の実施例を説明するた
めのファブリペロ型半導体レーザ構造の共振方向に垂直
な方向の断面図である。

【図１１】図１１は、２つの半導体レーザ構造への電流
注入量と偏波モードの関係を示す図である。

【図１２】図１２は本発明の第３の実施例を説明するた
めの斜視図である。

【図１３】図１３は本発明の第３の実施例を説明するた
めの偏波変調半導体レーザの共振方向の断面図である。

【図１４】図１４は本発明の第３の実施例を説明するた
めの偏波変調半導体レーザの共振方向に垂直な方向の断
面図である。

【図１５】図１５は本発明の第３の実施例の製造方法を
説明する図である。

【図１６】図１６は本発明の第３の実施例の一方の活性
層のバンドギャップ構造を説明する図である。

【図１７】図１７は本発明の第４の実施例を説明するた
めの斜視図である。

【図１８】図１８は本発明の第４の実施例の製造方法を
説明する図である。

【図１９】図１９は本発明の第４の実施例の共通の活性
層のバンドギャップ構造を説明する図である。

【図２０】図２０は、本発明の第４の実施例の動作（電
流注入量が小さい場合は（ａ）に、電流注入量が大きい
場合は（ｂ）に示す）を説明する為の各偏波モードのゲ
インプロファイルの変化の様子を示す図である。

【図２１】図２１は本発明の第５の実施例の半導体レー
ザアレイを説明するための平面図である。

【図２２】図２２は本発明の第５の実施例を説明するた
めの偏波変調半導体レーザの共振方向の断面図である。

【図２３】図２３は本発明の第５の実施例の一方の活性
層のバンドギャップ構造を説明する図である。

【図２４】図２４は、本発明の第５の実施例の動作を説
明する為の一方の活性層のゲインプロファイルの変化の
様子を示す図である。

【図２５】図２５は、図２７、図２８のシステムにおけ
る送信機の構成例を示す模式図である。

【図２６】図２６は、図２７、図２８のシステムにおけ
る本発明の偏波変調半導体レーザアレイを用いた送信機
の構成例を示す模式図である。

【図２７】図２７は本発明の半導体デバイスを用いたバ
ス型光ＬＡＮシステムの構成例を示す模式図である。

【図２８】図２８は本発明の半導体デバイスを用いたル
ープ型光ＬＡＮシステムの構成例を示す模式図である。

【図２９】図２９は、図２７、図２８のシステムにおけ
る送受信機の構成例を示す模式図である。

【図３０】図３０は従来例を説明する共振方向の断面図
である。

【符号の説明】

１第１の半導体レーザ構造２第２の半導体レーザ構造３、１６８、２０８、３０６、３１８空隙（間
隙）及び／又は充填材４ヒートシンク（支持台）５マーカー６パターン電極７第１の共振器８第２の共振器９第３の共振器１０支持台の垂直面１０１、１３１、１６１、２０１、３１１基板１０２、１０５、１３２、１３５、１６２、１６５、２
０２、２０５、３１２、３１５クラッド層１０３、１３３、１６３ａ、１６３ｂ、２０３、３１３
ａ、３１３ｂ活性層１０４、１３４、１６４ａ、１６４ｂ、２０４、３１４
ａ、３１４ｂ光ガイド層（導波層）１０６、１３６、１６６、２０６、３１６キャ
ップ層１０８、１６７ａ、１６７ｂ、２０７、３１７
回折格子１０９、１１０、１３９、１４０、１６９、１７０、２
１９、２２０、３１９、３２０金属電極１１１、１７２リッジ導波路１１２、１７３絶縁膜１１５、１４２、１７１、３２１ＡＲコート１２１、１２４、１８１、２２１、２２３、３７１、３
７３ウェル層１２２、１２３、１８２、２２２、３７２バリ
ア層１７４ａ、１７４ｂ、２１４選択マスク３０１ＴＭ半導体レーザアレイ３０２ＴＥレーザアレイ３０３ＤＢＲ領域３０４ＴＭ利得領域３０５ＴＥ利得領域３３１制御回路３３２本発明の偏波変調半導体レーザ３３３、７０７偏光子（偏光選択手段）３３４光結合手段３３５、４００光ファイバ（光伝送路）３４１光送信機４０１〜４０６、７０１ノード４１１〜４１６端末装置７０２光分岐部７０３受信器７０６合流部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１及び第２の偏波モードを共に有し少な
くとも活性層と導波層が異なる２個の異なる半導体レー
ザ構造を導波方向に直列に配置した複合共振器型半導体
レーザであって、第１の半導体レーザ構造が、第１の偏波モードに対する
利得が第２の偏波モードに対する利得よりも優位な活性
領域及び分布帰還型共振器又は分布ブラッグ反射型共振
器を有し、第２の半導体レーザ構造が、第２の偏波モードに対する
利得が第１の偏波モードに対する利得よりも優位な活性
領域及び分布帰還型共振器又は分布ブラッグ反射型共振
器又はファブリペロ型共振器を有し、前記第１の半導体レーザ構造と第２の半導体レーザ構造
は、第１の偏波モード同士及び第２の偏波モード同士の
伝搬定数が夫々ほぼ等しい様に構成されており、前記第１の半導体レーザ構造と第２の半導体レーザ構造
は導波方向に間隙を置いて配置されており、前記分布帰還型共振器又は分布ブラッグ反射型共振器の
ブラッグ波長が前記半導体レーザ構造の利得スペクトル
のピーク波長近傍に設定してあり、第１及び第２の半導体レーザ構造の少なくとも一方に注
入するキャリアに変調をかけることで前記第１の偏波モ
ードと第２の偏波モードとの間で発振モードをスイッチ
ングさせることを特徴とする偏波変調可能な半導体レー
ザ。
【請求項２】前記第１及び第２の半導体レーザ構造は、
夫々、基板及びその上の積層構造が独立に形成された構
造のものであって、導波方向に間隙を置いて支持台上に
配置されていることを特徴とする請求項１記載の偏波変
調可能な半導体レーザ。
【請求項３】前記第１及び第２の半導体レーザ構造は、
同一基板上で少なくとも活性層と導波層が別個に形成さ
れた構造のものであって、該同一基板上の積層構造が導
波方向に間隙を置いて配置されていることを特徴とする
請求項１記載の偏波変調可能な半導体レーザ。
【請求項４】前記第１及び第２の半導体レーザ構造間の
間隙に充填材が充填されて位相調整領域を成しているこ
とを特徴とする請求項１、２又は３に記載の偏波変調可
能な半導体レーザ。
【請求項５】前記間隙に充填された物質が電気的に屈折
率を制御できる材料であり、前記位相調整領域の光学長
に変調をかける為の光学長変調手段を設けていることを
特徴とする請求項４記載の偏波変調可能な半導体レー
ザ。
【請求項６】前記第２の半導体レーザ構造は、分布帰還
型共振器又は分布ブラッグ反射型共振器を有することを
特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の偏波変調可
能な半導体レーザ。
【請求項７】前記第１及び第２の半導体レーザ構造の間
隙を置いて相い対する端面が導波方向に対して斜めに形
成されていることを特徴とする請求項６記載の偏波変調
可能な半導体レーザ。
【請求項８】前記第２の半導体レーザ構造は、ファブリ
ペロ型共振器を有することを特徴とする請求項１乃至５
の何れかに記載の偏波変調可能な半導体レーザ。
【請求項９】前記第１及び第２の半導体レーザ構造の間
隙を置いて相い対する端面のうち該第１の半導体レーザ
構造の端面が導波方向に対して斜めに形成されているこ
とを特徴とする請求項８記載の偏波変調可能な半導体レ
ーザ。
【請求項１０】前記第１及び第２の半導体レーザ構造の
向かい合う端面が無反射になるように該端面にＡＲコー
トが施されていることを特徴とする請求項１乃至９の何
れかに記載の偏波変調可能な半導体レーザ。
【請求項１１】前記第１及び第２の半導体レーザ構造の
活性層の少なくとも一方の活性層が量子井戸構造或は歪
み量子井戸構造から成ることを特徴とする請求項１乃至
１０の何れかに記載の偏波変調可能な半導体レーザ。
【請求項１２】第１及び第２の偏波モードを共に有する
２個の異なる半導体レーザアレイを導波方向に直列に配
置した複合共振器型半導体レーザアレイであって、複数の第１の半導体レーザ構造から成る第１の半導体レ
ーザアレイは、該第１の半導体レーザ構造を導波方向に
平行に同一基板上に複数個配置して成り、第１の偏波モ
ードに対する利得ピークがキャリア注入量によって可変
できる共通の活性領域を含み、個々の第１の半導体レー
ザ構造に対し、該異なる利得ピーク近傍にブラッグ波長
が設定された分布帰還型反射器或は分布ブラッグ反射型
反射器を持たせており、第１の半導体レーザ構造と同数の複数の第２の半導体レ
ーザ構造から成る第２の半導体レーザアレイは、該第２
の半導体レーザ構造を前記第１の半導体レーザ構造と同
様に配置して成り、第２の偏波モードに対する利得が第
１の偏波モードに対する利得よりも優位な共通の活性領
域を含み、個々の第２の半導体レーザ構造に対し、ファ
ブリペロ型共振器を持たせており、対を成す前記第１の半導体レーザ構造と第２の半導体レ
ーザ構造は、夫々、第１の偏波モード同士及び第２の偏
波モード同士の伝搬定数が夫々ほぼ等しい様に構成され
ており、前記第１の半導体レーザアレイと第２の半導体レーザア
レイは導波方向に間隙を置いて配置されており、第１及び第２の半導体レーザ構造の少なくとも一方に注
入するキャリアに変調をかけることで前記第１の偏波モ
ードと第２の偏波モードとの間で発振モードをスイッチ
ングさせることを特徴とする偏波変調可能な半導体レー
ザアレイ。
【請求項１３】前記第１及び第２の半導体レーザアレイ
間の間隙に充填材が充填されて位相調整領域を成してい
ることを特徴とする請求項１２記載の偏波変調可能な半
導体レーザアレイ。
【請求項１４】前記間隙に充填された物質が電気的に屈
折率を制御できる材料であり、前記位相調整領域の光学
長に変調をかける為の光学長変調手段を設けていること
を特徴とする請求項１３記載の偏波変調可能な半導体レ
ーザアレイ。
【請求項１５】請求項１又は２に記載の半導体レーザを
作製する方法であって、第１の半導体レーザ構造を作製する工程と、この工程とは独立に第２の半導体レーザ構造を作製する
工程と、第１及び第２の半導体レーザ構造を光学的に結合するよ
う導波方向に直列に同一の支持台上に間隙を置いて配置
する工程と、を有することを特徴とする偏波変調可能な半導体レーザ
の製造方法。
【請求項１６】前記第１及び第２の半導体レーザ構造を
光学的に結合するよう導波方向に直列に同一の支持台上
に間隙を置いて配置する工程が、第１の半導体レーザ構造を支持台上に配置して固定した
後、第２の半導体レーザ構造を発光させると同時に第１
の半導体レーザ構造をフォトディテクタとして機能させ
て第２の半導体レーザ構造の光を受光させることで第２
の半導体レーザ構造を位置決め及び固定する工程を含む
ことを特徴とする請求項１５記載の偏波変調可能な半導
体レーザの製造方法。
【請求項１７】前記第１及び第２の半導体レーザ構造を
光学的に結合するよう導波方向に直列に同一の支持台上
に間隙を置いて配置する工程が、支持台上に形成されたマーカーと半導体レーザ構造に形
成されたマーカーを所望の位置関係に調整して半導体レ
ーザ構造を配置して固定する工程を含むことを特徴とす
る請求項１５又は１６に記載の偏波変調可能な半導体レ
ーザの製造方法。
【請求項１８】前記第１及び第２の半導体レーザ構造を
光学的に結合するよう導波方向に直列に同一の支持台上
に間隙を置いて配置する工程が、支持台に形成された半導体レーザ搭載面とは垂直に直立
した平面へ該半導体レーザ構造の側面を突き当てて半導
体レーザ構造を配置する工程を含むことを特徴とする請
求項１５又は１６記載の偏波変調可能な半導体レーザの
製造方法。
【請求項１９】前記間隙に所望の屈折率を有する物質を
充填する工程を更に有することを特徴とする請求項１５
乃至１８の何れかに記載の偏波変調可能な半導体レーザ
の製造方法。
【請求項２０】請求項１又は３に記載の半導体レーザを
作製する方法であって、半導体基板上に第１の半導体レーザ構造を作製する工程
と、該基板上に第２の半導体レーザ構造を作製する工程と、該第１及び第２の半導体レーザ構造の境界部分に間隙を
形成する工程と、を有することを特徴とする偏波変調可能な半導体レーザ
の製造方法。
【請求項２１】前記第１の半導体レーザ構造を作製する
工程が、前記半導体基板上の第１の半導体レーザ構造の領域のみ
に第１の活性層、第１の光導波層を積層する工程と、該
第１の光導波層に、該第１の活性層の利得ピークの近傍
にブラッグ波長を持つようにピッチを制御した第１のグ
レーティングを形成する工程とを含み、且つ前記第２の
半導体レーザ構造を作製する工程が、前記半導体基板上の第２の半導体レーザ構造の領域のみ
に第２の活性層、第２の光導波層を積層する工程と、該
第２の光導波層に、該第２の活性層の利得ピークに近傍
にブラッグ波長を持つようにピッチを制御した第２のグ
レーティングを形成する工程とを含み、更に前記第１の
半導体レーザ構造を作製する工程及び前記第２の半導体
レーザ構造を作製する工程が、共に前記第１のグレーテ
ィングが形成された第１の光導波層と前記第２のグレー
ティングが形成された第２の光導波層上に一括して共通
のクラッド層及びコンタクト層を積層する工程を含むこ
とを特徴とする請求項２０記載の偏波変調可能な半導体
レーザの製造方法。
【請求項２２】前記第１の半導体レーザ構造を作製する
工程及び前記第２の半導体レーザ構造を作製する工程
が、共に前記半導体基板上全面に第１のクラッド層、活
性層、光導波層を積層する工程と、第２の半導体レーザ構造の領域の該光導波層はそのまま
にして第１の半導体レーザ構造の領域の該光導波層上の
みに該活性層の利得ピークの近傍にブラッグ波長を持つ
ようにピッチを制御したグレーティングを形成する工程
と、前記光導波層全面に一括して共通の第２のクラッド層及
びコンタクト層を積層する工程と、を含むことを特徴とする請求項２０記載の偏波変調可能
な半導体レーザの製造方法。
【請求項２３】前記第１及び第２の半導体レーザ構造の
境界部分に間隙を形成する工程が、該第１及び第２の半
導体レーザ構造の領域の境界部分にスリット状の間隙と
リッジ導波路を同時に形成する工程を含むことを特徴と
する請求項２０、２１又は２２に記載の偏波変調可能な
半導体レーザの製造方法。
【請求項２４】前記間隙に所望の屈折率を有する物質を
充填する工程を更に有することを特徴とする請求項２０
乃至２３の何れかに記載の偏波変調可能な半導体レーザ
の製造方法。
【請求項２５】請求項１乃至１４の何れかに記載の偏波
変調半導体レーザないしアレイと該半導体レーザないし
アレイからの出力光のうち１つの偏波の光を透過させる
偏光選択手段と該半導体レーザないしアレイの出力光の
偏光状態を入力信号に従って切り換える為の該半導体レ
ーザを制御、駆動する制御回路を有することを特徴とす
る光送信機。
【請求項２６】請求項１乃至１４の何れかに記載の偏波
変調半導体レーザないしアレイと、該半導体レーザない
しアレイからの出力光のうち１つの偏波の光を透過させ
る偏光選択手段と、該半導体レーザないしアレイの出力
光の偏光状態を入力信号に従って切り換える為の該半導
体レーザないしアレイを制御、駆動する制御回路と、入
力信号を受信する受信手段とを有することを特徴とする
光送受信機。
【請求項２７】請求項１乃至１４の何れかに記載の偏波
変調半導体レーザないしアレイと、該偏波変調半導体レ
ーザないしアレイから出射する光の内、ＴＥとＴＭの２
つの偏波モードの一方の光のみを取り出す偏光選択手段
とを有することを特徴とする光源装置。
【請求項２８】請求項１乃至１４の何れかに記載の偏波
変調半導体レーザないしアレイと、該偏波変調半導体レ
ーザないしアレイから出射する光の内、ＴＥとＴＭの２
つの偏波モードの一方の光のみを取り出す偏光選択手段
とから成る光源装置を備えた光送信機或は送受信機、前
記偏光選択手段によって取り出された光を伝送する伝送
手段、及び前記伝送手段によって伝送された光を受信す
る光受信機或は送受信機を有することを特徴とする光通
信システム。
【請求項２９】前記光送信機或は送受信機が複数の異な
る波長の光信号を送出することができ、波長多重型のネ
ットワークを構成することを特徴とする請求項２８記載
の光通信システム。
【請求項３０】請求項１乃至１４の何れかに記載の偏波
変調半導体レーザないしアレイと、該偏波変調半導体レ
ーザないしアレイから出射する光の内、ＴＥとＴＭの２
つの偏波モードの一方の光のみを取り出す偏光選択手段
とから成る光源装置を用い、所定のバイアス電流に送信
信号に応じて変調された電流を重畳して前記偏波変調半
導体レーザないしアレイに供給することによって、前記
偏光選択手段から送信信号に応じて強度変調された信号
光を取り出し、この信号光を光受信側に向けて送信する
ことを特徴とする光通信方法。