JPH11150339A - 分布型フィードバック・シングルモード合成結合半導体レーザ装置並びにその動作方法および製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 キャビティ長手方向に沿って軸方向に区画さ
れた２つの区画と、マスタ・スレーブ・タイプのポンピ
ング制御によって、レーザの対応する区画を個々にポン
ピングするための２つの励起手段を有する合成結合（ゲ
イン結合または損失結合）分布型フィードバック（ＤＦ
Ｂ）半導体レーザを提供する。 【解決手段】 拡張されたレーザの連続的な波長同調範
囲は、レーザのストップ・バンドを上で、左ブラッグ・
モードまたは右ブラッグ・モードを選択的に活性化させ
ることによって、レーザの異なる区画への電流注入を制
御するマスタ・スレーブ・タイプによる主放射・モード
として得られる。その結果、レーザ動作のゲイン結合装
置と損失結合装置は交互に用いられ、さらに、活性化し
たブラッグ・モードの周囲で波長が同調される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、分布型フィードバ
ック・シングルモード合成結合半導体レーザ装置および
その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ファイバ光通信システムは、可変シング
ルモードで１．３から１．５６μｍ（ミクロンメート
ル）の波長範囲の狭い線幅放射ができるコンパクトな光
放射源を必要とする。例えば、ＩｎＧａＡｓＰ ＤＦＢ
（分布型フィードバック型）レーザのようないくつかの
既存の半導体レーザは、高電力および適切な波長に対す
る要求を満たしている。しかし、高ダイナミックのシン
グルモードを生産するのは困難である。インデックス・
コルゲーションを使用している従来のインデックス結合
ＤＦＢレーザは、等しい閾値利得を有する二つの縦モー
ドが存在するという固有の問題を有している。この結
果、例えば、Ｈ．コゲルニク（H.Kogelnik）とＣ．Ｖ．
シャンク（C.V.Shank）による論文、「分布形フィード
バック・レーザの結合モード理論」、１９７２年発行、
応用物理学、第４３巻第５号、第２３２７頁から第２３
３５頁に示されるような弱いシングルモード動作とな
る。

【０００３】合成結合されたＤＦＢレーザでは、レーザ
・キャビティに沿って従来のインデックス波型形状が有
る場合または無い場合の周期的な光ゲイン、または損失
変調は、ＤＦＢレーザのストップバンドの周囲で、効果
的に２つのブラッグ・モード間のモード縮退を破壊す
る。このように、Ｙ．ルオ（Y.Luo）、Ｙ．ナカノ、Ｋ．
タダ等による「純粋にゲイン結合された分布型フィード
バック半導体レーザ」、１９９０年発行、応用物理学、
レター，第５６巻、第１６２０頁から第１６２２頁、お
よびＧ．Ｐ．リー（G.P.Li）、Ｔ．マキノ、Ｒ．ムーア
等による「部分的にゲイン結合された１．５５ミクロン
メートルの歪み層多重量子井戸ＤＦＢレーザ」、１９９
３年発行、ＩＥＥＥ Ｊ．量子エレクトロニクス、ＱＥ
−２９巻、第１７３６頁から第１７４２頁に示されるよ
うな、従来のインデックス結合ＤＦＢレーザに固有の深
刻な問題を回避する。ゲイン結合または損失結合が少量
であっても、合成結合されたＤＦＢレーザのダイナミッ
ク・シングルモードは、インデックス結合があるなしに
かかわらず、急激に増加する。

【０００４】そのレーザは、未知のレーザ・ファセット
位相のランダム分布にもかかわらず、ストップバンドの
まわりの２つの元々退化したものの中で主に好ましい固
定ブラッグ・モードで効果的に放射する。同相ゲイン結
合されたＤＦＢレーザでは、回折格子周期内のより高い
インデックス領域は、より高い光モダル・ゲインを有
し、その結果、ブラッグ波長よりも長い放射波長を有す
る右ブラッグ波長を主に放射することになる。この結果
は、理論と実験の両方によって確かめられている。反位
相損失結合されたＤＦＢレーザにとって、回折格子周期
内のより高いインデックス領域は、より高い光損失を被
り、その結果、主として、ブラッグ波長より短い放射波
長を有する左ブラッグ・モードの放射となる。

【０００５】既に知られているゲイン結合または損失結
合されたＤＦＢレーザは、合成結合の１つの形のみを用
い、その結果、所定の支配的なブラッグ・モードの１つ
のみに対する高いダイナミック・シングルモードを生成
することになる。ストップ・バンド上の反対側のブラッ
グ・モードがときどき実際に、支配的モードとしてレー
ザ放射する主な原因としては、通常、分裂した、すなわ
ち、ＨＲコートされたレーザ・ファセットが考えられ
る。にもかかわらず、合成結合強度が増すと、単一のモ
ードの生成は、急速に増し、Ｂ．ボルヒェルト（B.Borc
hert）、Ｋ．デビッド（K.David）、Ｂ．ステッグミュ
ラー（B.Stegmuller）等による、「高いシングルモード
および狭い配線幅幅を有する、１．５５μｍのゲイン結
合量子井戸分布されたフィードバック・レーザ」、１９
９１年発行、ＩＥＥＥ、光子技術、レター，第３巻第１
１号、第９５５頁から第９５７頁に記載されているよう
に、高サイド・モード抑圧比（ＳＭＳＲ）を有する優れ
たダイナミック・シングルモード動作が得られる。

【０００６】合成結合されたＤＦＢレーザは、異なる科
学的なグループによって集中的に研究された。それによ
ると、合成結合されたＤＦＢレーザは、ファイバ光通信
システム中で現実的に応用できる良い候補者から構成さ
れている。以下の文献に、いくつかの成功例が報告され
ている。すなわち、Ｗ．Ｔ．ウサング（W.T. Wsang）、
Ｆ.Ｓ.チョー（F.S.Choa）、Ｍ．Ｃ．ウー（M.C.Wu）等
による「インデックス、またはゲイン結合されたフィー
ドバックのための量子井戸超格子を有する半導体分布形
フィードバック・レーザ」、１９９０年発行、応用物理
学、レター、第６０巻、第２５８０頁から第２５８２
頁、また、Ｊ．ホン（J.Hong）、Ｋ．レオン（K. Leon
g）、Ｔ．マキノ（T．マキノ）等による「部分的にゲイ
ン結合されたＤＦＢレーザのモダル特性のランダムなフ
ァセット位相の影響」、１９９７年発行、量子エレクト
ロニクスに関する選択トピック、第３巻、第２号、第５
５５頁から第５６８頁に示される。

【０００７】それにもかかわらず、高速大容量の密波長
分割多重（ＤＷＤＭ）ファイバ光システムの急速な進歩
には、常に、シングルモード特性だけでなく、実際的で
経済的なアプリケーション用の広い連続同調範囲をも有
する半導体レーザが必要とされてきた。固定波長で生成
する標準のＤＦＢレーザと互換性のあるダイナミック・
シングルモード性能を有する広い可変ＤＦＢレーザを得
るために、多くの手法が用いられてきた。まず、合成結
合レーザに続いて従来のインデックス結合可変形レーザ
が試みられた。その結果、合成結合レーザの方が、広い
波長同調範囲内で良いシングルモード特性を維持できる
ために、インデックス結合レーザより優れていることが
判明した。しかしながら、他のシングルコンタクトＤＦ
Ｂレーザと同様に、合成結合ＤＦＢレーザの波長範囲
は、注入電流またはベース温度によって制限される。

【０００８】次に、独立の電流注入に対して異なる電極
を有する多区画レーザが、有効モード選択および位相制
御を提供するものとして導入された。その概念の実験的
な試みは、以下の刊行物に記載されている。すなわち、
Ｙ．ヨシクニ（Y. Yoshikuni）、Ｋ．オエ（K.Oe）、
Ｇ．モトスギ（G. Motosugi）、Ｔ．マツオカ（T.Masuo
ka）による「多電極分布形フィードバック・レーザを有
するシングルモード発振の下の広波長同調」、電子レタ
ー、第２２巻、第２２号、第１１５３頁から第１１５４
頁；I. キム(I.Kim)、Ｒ．Ｃ．アルファネス（R.C. Alf
erness）、Ｕ．コーレン（U.Koren）等による「広同調
型垂直カプラ濾波テンシル歪みＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａ
ＡｓＰ多重量子井戸レーザ」、１９９４年発行、応用物
理学レター、第６４巻、第２７６４頁から第２７６６
頁；Ｍ．オバーグ（M. Oberg）、Ｓ.ニルソン（S.Nilss
on）、Ｋ．ストルベル（K. Streubel）等による「後方
サンプル格子反射器を有するＩｎＧａＡｓＰ／Ｉｎ垂直
格子により援助された共方向カプラ・レーザの７４ｎｍ
波長同調範囲」、１９９３年発行、ＩＥＥＥ光子技術レ
ター、第５巻、第７３５頁から第７３７頁；Ｈ.イシイ
（H. Ishii）、Ｙ．トモリ（Y. Tohmori）、Ｙ．ヨシク
ニ（Y. Yoshikuni）等による「広波長同調用の多重位相
シフト超構造格子ＤＢＲレーザ」、１９９３年発行、Ｉ
ＥＥＥ光子技術レター、第５巻、第６１３頁から第６１
５頁；Ｍ．オカイ（M. Okai）、Ｉ．Ｆ．リールマン
（I.F. Lealman）、Ｌ．Ｊ．リバース（L.J.Rivers）等
による「準チャープ格子を有する直列ファブリ・ペロー
光導波路フィルタ」、１９９６年発行、電子レター、第
３２巻、第１０８頁から第１０９頁である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来のインデックス結
合ＤＦＢレーザが多重電極と共に使われ、より広い波長
同調範囲を達成すると、ＤＦＢレーザの２つの異なる電
極への電流注入は適切に制御されなければならず、電極
間の電流比は正確に維持される必要がある。従来のイン
デックス結合ＤＦＢレーザ中の固有のブラッグ・モード
縮退によって、各ＤＦＢ区画は、それ自身のストップバ
ンドを有している。関連したストップバンドの周囲の２
つのブラッグ・モードは、基本モードとして、同等に放
射を競う。どのブラッグ・モードが放射するかは、主に
２つの異なる区画内の未知の格子ファセット位相および
注入電流に依存する。レーザの２つの区画が独立にバイ
アスされるとき、２対のブラッグ・モード、つまり全部
で４個のブラッグ・モードは、互いに競合する傾向にあ
る。その結果、通常は、ある電流注入範囲内で波長が同
調している間、ＳＭＳＲが低くなり、またはＳＭＳＲが
速く劣化することになる。

【００１０】これらの問題を克服するためには、通常、
複雑で長い間の注入電流制御が必要となる。その結果、
高ＳＭＳＲ、広い制御同調範囲、および長期安定動作を
有する高度の生成装置を得ることは難しくなる。さら
に、ランダムなファセット位相は、通常、２対の退化し
たブラッグ・モード間にある放射モードを、装置から装
置にランダムに発生させ、広い波長同調範囲を有する最
終的なシングルモードの生成は少ない。予め選択された
ＳＭＳＲが最初に高い場合であっても、ある範囲の少量
の注入電流変動によって、インデックス結合ＤＦＢレー
ザの感度のために、初期位相変化まで急速に下がること
ができる。

【００１１】他の多重区画レーザ中で、合成結合レーザ
は、広範囲同調の最高の候補のようである。合成結合Ｄ
ＦＢレーザは、可変レーザのための構成ブロックとして
使われ、高ＳＭＳＲを確実にし、高シングルモード生成
と注入電流変動上の小さなＳＭＳＲの劣化を有する。そ
れにもかかわらず、これらのレーザの同調範囲はまだ制
限されており、その結果、ＤＦＢレーザの同調範囲を増
加し、またレーザの他の必須特性を維持し、およびそれ
らの有効な動作方法の発展が連続して要求されている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このように、本発明は、
分布型フィードバック・シングルモード合成結合半導体
レーザ装置、およびその動作方法および製造方法を提供
する。本発明の第１の側面によれば、本発明は、分布型
フィードバック・シングルモード合成結合半導体レーザ
装置を提供し、この装置は、基板と；その基板上に形成
された活性化領域と；キャビティの長手方向方向に沿っ
て、波型形状を有する合成結合格子構造と；キャビティ
の長手方向に沿って軸方向に区分されるレーザの第１お
よび第２の区画を個々にポンピングする第１および第２
の励起手段を含み；そのレーザ装置は、レーザ動作の反
位相損失結合または同相ゲイン結合メカニズムを交互に
用いることによって、レーザ・ストップバンド上で左ブ
ラッグ・モードまたは右のブラッグ・モードを活性化す
るマスタ・スレーブ型のポンピング制御によって、レー
ザの第２区画のポンピングとの関係でレーザの第１区画
のポンピングを変化させるように構成される。

【００１３】また、本発明では、マスタタイプとスレー
ブタイプのポンプ制御を用いる２区画半導体レーザ装置
が提供される。左ブラッグ・モードは、閾値レベルを越
えた第１の区画をポンピングすることによって活性化さ
れる。第２の区画は、ポンピングされないかまたは逆に
ポンピングされ、レーザ動作の損失結合メカニズムが供
給される。右ブラッグ・モードは、透明レベルを越えた
第１の区画および閾値レベルを越えた第２の区画をポン
ピングすることによって活性化され、レーザ動作のゲイ
ン結合メカニズムが供給される。このように、損失また
はゲイン結合メカニズムを活性化することによって、レ
ーザ・ストップバンドにまたがる２つのブラッグ・モー
ド間で効果的な切換が達成される。左右のブラッグ・モ
ード付近でレーザ波長を同調するための手段が付加され
る場合には、強化された同調波長範囲を有するＤＦＢレ
ーザが供給される。好都合なことに、同調範囲は、左右
のブラッグ・モードの全範囲に渡って広がる。

【００１４】合成結合格子構造は、均一のまたはチャー
プされた格子から成り、この格子は、１または２つの格
子区画を有し、位置的には、第１と第２のレーザの区画
に対応する。２つの格子区画は、同一または異なる波型
形状の周期を有していてもよい。有利なことに、格子構
造は、周期的なエッチング溝によって活性化領域を通じ
てパターン化される。一方、格子構造は、活性化領域に
隣接する層中で、ホログラフィ照射によって形成されて
もよい。

【００１５】レーザの第１および第２の区画を個々にポ
ンピングするための第１および第２の励起手段は、活性
化領域へ電流注入するための電気的コンタクトを含む。
一方、半導体レーザ装置は、外部光ポンピング源に結合
されて、反転分布を作ることができる。好都合なこと
に、レーザの第１および第２の区画をポンピングするた
めの第１および第２の電極は、レーザの電流閉じ込め領
域の最上面に形成される。電流閉じ込め領域は、リッジ
導波路または埋め込みヘテロ構造であることが好まし
い。

【００１６】さらに、本発明の他の側面によれば、本発
明は、分布型フィードバック・シングルモード合成結合
半導体レーザ装置を提供し、この装置は：基板と；その
基板の底部表面に形成された底部電極と；多重量子井戸
構造を含む基板に形成された活性化領域と；キャビティ
の長手方向に沿った活性化領域中に周期的にエッチング
された溝によって形成された合成結合格子と；その活性
化領域上の電流閉じ込めリッジと；キャビティの長手方
向に沿って軸方向で区分されるレーザの第１区画および
第２区画にそれぞれ個々に電流を注入する電流閉じ込め
リッジの頂部に形成された第１電極と第２電極とを含
み；そのレーザ装置は、レーザ動作の反位相損失結合ま
たは同相ゲイン結合メカニズムを交互に用いることによ
って、レーザ・ストップバンド上で左ブラッグ・モード
または右のブラッグ・モードを活性化するマスタ・スレ
ーブ型の電流注入制御によって、第２電極を介した電流
注入との関係で第１電極を介した電流注入を変化させ、
対応する電流注入を変化することによって放射波長を左
ブラッグ・モードと右ブラッグ・モード周囲で同調させ
るように構成される。

【００１７】左ブラッグ・モードは、閾値レベルを越え
たレーザの第１の区画をバイアスすることによって活性
化される。バイアスされていないレーザの第２の区画
は、逆にバイアスされるか、または透明レベル未満でバ
イアスされ、レーザ動作の損失結合メカニズムが供給さ
れる。右ブラッグ・モードは、透明レベルを越えてレー
ザの第１の区画をバイアスし、閾値レベルを越えて第２
の区画をバイアスすることによって活性化され、レーザ
動作のゲイン結合メカニズムが供給される。

【００１８】格子構造は、深さが、活性化領域の厚さと
同じかそれより小さい溝を有する。格子構造は、１次の
均一格子であることが好ましい。一方、格子はチャープ
格子であってもよい。

【００１９】基板および電流閉じ込めリッジの半導体の
材料とドーピングのタイプとを関連づけて選択すること
によって、レーザは同調され、ある波長範囲内で光を発
生させる。基板の材料として用いられるＩｎＰおよびＧ
ａＡｓ合金にとっては、波長範囲は、１．３μｍから
１．５６μｍおよび０．８μｍから０．９μｍであるこ
とが好ましい。

【００２０】さらに、本発明の他の側面によれば、本発
明は、キャビティの長手方向に沿って軸方向で区画され
る第１および第２の区画を有し、第１の励起手段および
第２の励起手段は、レーザの対応する区画を個々にポン
ピングする分布型フィードバック合成結合半導体レーザ
装置の動作方法を提供し、その方法は：レーザ動作の反
位相損失結合または同相ゲイン結合メカニズムを交互に
用いることによって、レーザ・ストップバンド上で左ブ
ラッグ・モードまたは右のブラッグ・モードを活性化す
るマスタ・スレーブ型のポンピング制御によって、レー
ザの第２区画のポンピングとの関係でレーザの第１区画
のポンピングを変化させるように構成される。

【００２１】例えば、上記の方法は、レーザ波長を、そ
れぞれ左右のブラッグ・モードの付近で同調させるステ
ップを含む。

【００２２】通常、数ｎｓの間隔で、レーザの２つの区
画のポンピングを急速に変化させると、左右のブラッグ
・モード間は急速に切り替わる。対応するモードが活性
化されるときに、左ブラッグ・モードと右ブラッグ・モ
ードを付加的な周期で変調させ、光濾波技術によってそ
れらを分離させると、２つの波長変調が同時に起こる。

【００２３】さらに、本発明の他の側面によれば、本発
明は、キャビティの長手方向に沿って軸方向に区分され
る第１および第２の区画を有し、第１の電極および第２
の電極は、レーザの対応する区画に個々に電流を注入す
る分布型フィードバック合成結合半導体レーザ装置中で
同調範囲を強化する方法を提供し、その方法は：レーザ
動作の反位相損失結合または同相ゲイン結合メカニズム
を交互に用いることによって、レーザ・ストップバンド
上で左ブラッグ・モードまたは右のブラッグ・モードを
活性化するマスタ・スレーブ型の電流注入制御によっ
て、第２電極を介した電流注入との関係で第１電極を介
した電流注入を変化させ、対応する電流注入を変化する
ことによって、放射波長を左ブラッグ・モードと右ブラ
ッグ・モード周囲で同調させるように構成される。

【００２４】さらに、本発明の他の側面によれば、本発
明は、分布型フィードバック・シングルモード合成結合
半導体レーザ装置を製造する方法を提供し、その方法
は：基板を供給し；その基板上に活性化領域を形成し；
キャビティの長手方向方向に沿って、波型形状を有する
合成結合格子構造を形成し；キャビティの長手方向に沿
って軸方向に区分されるレーザの第１および第２の区画
を個々にポンピングする第１および第２の励起手段を供
給し；レーザ動作の反位相損失結合または同相ゲイン結
合メカニズムを交互に用いることによって、レーザ・ス
トップバンド上で左ブラッグ・モードまたは右のブラッ
グ・モードを活性化するマスタ・スレーブ型のポンピン
グ制御によって、レーザの第２区画のポンピングとの関
係でレーザの第１区画のポンピングを変化させ；レーザ
波長を、左右ブラッグ・モードそれぞれの周囲に同調さ
せる手段を供給するように構成される。

【００２５】さらに、本発明の他の側面によれば、本発
明は、分布型フィードバック・シングルモード合成結合
半導体レーザ装置を製造する方法を提供し、その方法
は：半導体基板を供給し；その基板の底部表面に底部電
極を形成し；多重量子井戸構造を含む基板上に活性化領
域を形成し；キャビティの長手方向に沿った活性化領域
にエッチングによって溝を周期的に有する合成結合格子
を形成し；その活性化領域の上に電流閉じ込めリッジを
形成し；キャビティの長手方向に沿って軸方向に区分さ
れるレーザの第１および第２の区画に個々に電流を注入
する電流閉じ込めリッジの頂部に第１および第２の電極
を形成し；レーザ動作の反位相損失結合または同相ゲイ
ン結合メカニズムを交互に用いることによって、レーザ
・ストップバンド上で左ブラッグ・モードまたは右のブ
ラッグ・モードを活性化するマスタ・スレーブ型の電流
注入制御によって、第２電極を介した電流注入との関係
で第１電極を介した電流注入を変化させ、レーザ波長
を、左ブラッグ・モードと右ブラッグ・モードそれぞれ
の周囲で同調させるように構成される。

【００２６】本発明は、強化した連続同調範囲と優れた
単一のモード性能を有する２区画のＤＦＢ半導体レーザ
装置と、その動作方法およびその製造方法が提供され
る。

【００２７】

【発明の実施の形態】実施の形態１． 構造 図１は、本発明の第１の実施の形態による分布型フィー
ドバック・シングルモード合成結合レーザ装置１０の概
略的な断面を示す図である。装置１０は、第１の閉じ込
め領域を供給する基板１２、多重量子井戸構造１６とそ
こに形成された格子構造１８を含む活性化領域１４、お
よびオーバレイ閉じ込め領域２０を備えている。その上
に形成されるレーザ装置の励起手段は、以下を含む。す
なわち、基板とのコンタクト、キャビティの長手方向に
沿って軸方向に区画しレーザの第１と第２の区画２６と
２８を形成する第１と第２の電流閉じ込めリッジ２２と
２４と、各リッジはそれぞれ装置構造へ電流を注入する
ために形成される第１と第２のコンタクト電極３０と３
２とを含む。二重制御電極構造は、マスタおよびスレー
ブタイプの制御内のレーザの第１と第２の動作を供給す
る。マスタおよびスレーブタイプの制御については、詳
細を以下に述べる。

【００２８】この構造は更に図２に詳細に示される。図
２はレーザ装置構造１０の斜め断面図を示し、図３はレ
ーザ装置構造１０の斜視図を示す。ＤＦＢ半導体レーザ
装置１０は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料から製造され、大
量にＰドープされたＩｎＰ基板１２を含む。その基板１
２上に１．５μｍの厚さにＰドープされたＩｎＰ緩衝層
３４が形成される。第１の分離閉じ込め領域３５は、そ
れぞれ１．０μｍ、１．２μｍおよび１．２５μｍに対
応するエネルギ・バンドギャップを有するＰドープされ
たＩｎＧａＡｓＰの４つの閉じ込め層３６、３８、４０
および４２から成り、緩衝層３４上に設けられる。各閉
じ込め層の厚みは２０ｎｍであり、１．０μｍの波長に
対応する閉じ込め層３６は、緩衝層３４と隣接する。

【００２９】活性化領域１４は、閉じ込め領域３５上に
横たわり、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造１６を備える。
この多重量子井戸（ＭＱＷ）構造１６は、１パーセント
の圧縮ひずみでＰドープされた８つのＩｎＧａＡｓＰ量
子井戸４４を含む。各量子井戸４４は５ｎｍの厚さがあ
り、各バリヤは１０ｎｍの厚さで、１．２５μｍの波長
に対応するバンドギャップを有する７つのＰドープされ
たひずみのないバリヤ４６によって分離される。ＭＱＷ
構造１６の合金組成および層の厚みは特定のバンドギャ
ップ・エネルギを有するように構成され、要求される波
長で放射する。量子井戸の数が増えると、レーザ・キャ
ビティの単位長ごとのゲインが高くなる。上記に説明し
た量子井戸構造のバンドギャップは、約１．５５μｍの
放射波長を供給する。第２の分離した閉じ込め領域４７
は、２つのＰドープされたＩｎＧａＡｓＰ閉じ込め層４
８および５０から成り、それぞれ１．２μｍおよび１．
２５μｍの波長に対応するエネルギ・バンドギャップを
有し、各層が２０ｎｍであるＭＱＷ活性化領域１４の頂
上部に形成される。

【００３０】格子構造１８は、以下に詳細に示す通り、
活性化領域１４中に周期的にエッチングされた溝によっ
て形成される。溝のピッチは、放射波長に対して１次格
子を形成するように選択される。

【００３１】量子井戸バンドギャップ波長より短いバン
ドギャップ波長を有するＰドープされたＩｎＰ層５２
は、溝を充填する。ＰドープされたＩｎＧａＡｓＰの厚
さ３ｎｍのエッチストップ層５４は、底部でＰドープさ
れたＩｎＰ緩衝層５６およびＰドープされたＩｎＰ緩衝
層５８に囲まれている。緩衝層５６，５８の厚さはそれ
ぞれ、１００ｎｍと２００ｎｍである。ＰタイプＩｎＰ
の上部クラッド層６０の上に、コンタクトを強化するた
めに高度にドープされたＩｎＧａＡｓのＰタイプキャッ
プ層６２が形成され、この構造が完成する。この層６
０，６２の厚さは、それぞれ、１６００ｎｍと２００ｎ
ｍである。レーザの第１の区画２６の長さは、レーザの
第２の区画２８の長さと等しいかそれより短い。各区画
は、少なくとも、レーザ・キャビティ方向に沿って設け
られた他のＤＦＢレーザがない場合でも、低い閾値電流
で放射できるそれぞれ独立したＤＦＢレーザとして見ら
れる程度の相当の長さがある。

【００３２】隣接する電極３０および３２の間の区切り
は、５〜１５μｍの範囲であり、確実に、隣接する電極
間で充分な電気的分離を行い、材料吸収損を制限する。
底部電気Ｎタイプ・コンタクト６４は、基板１２の底部
に設けられる。制御可能に電流注入を変化させ、ストッ
プバンド内の２つのブラッグ・モード間を切り替えるた
めにレーザの各区画の温度を変化させ、左のブラッグ・
モードと右のブラッグ・モードの各周辺でレーザ波長を
同調させる手段（図示せず）がさらに設けられる。

【００３３】このように、ＤＦＢ半導体レーザは、キャ
ビティ長手方向に沿った軸方向で区分されるレーザの第
１の区画２６と第２の区画２８を有し、レーザのそれぞ
れの区画に個々に電流を注入するための第１の電極３０
と第２の電極３２があり、それぞれの電極の下に、格子
構造１８が設けられる。

【００３４】上述のレーザ装置はＮタイプ基板ウエハ上
に形成さられるが、一方、Ｐタイプウエハ上に相補構造
を形成してもよい。

【００３５】その上で、上述のレーザ装置１０が形成さ
れる基板１２は、ＩｎＰ材料から作られ、この材料の透
明ウインドに対応した１．３μｍから１．５６μｍの範
囲内で、レーザ光を発生する。この実施の形態の変形と
して、基板はＧａＡｓ材料から作られ、０．８μｍから
０．９μｍのより短い波長範囲内の透明度ウィンドを有
する。その結果、この波長範囲内で光を発生する。放射
波長のより正確な計算は、活性化領域および格子構造の
特性に依存する。レーザ・キャビティ方向では、放射を
行うために、格子周期はλ／２ｎの整数倍である。ここ
でλは所望の放射波長（典型的には数ｎｍ内）に極めて
近い波長であり、ｎは材料の屈折率で、通常、半導体材
料では、３から４の範囲内である。

【００３６】実施の形態２．図４は、第２の実施の形態
による半導体レーザ１００を示す図である。半導体レー
ザ１００は、第１の閉じ込め領域を供給する基板１１
２、多重量子井戸構造１１６を備える活性化領域１１
４、そこに形成される２つの区画１１７および１１９を
有する格子構造１１８、およびその上に形成される閉じ
込め領域１２０を有する。レーザ装置の励起手段はその
上に形成され、基板１１２へのコンタクト１６４、第１
および第２の閉じ込めリッジ１２２と１２４を含む。こ
の閉じ込めリッジ１２２と１２４は、レーザ装置１００
のキャビティの長手方向に沿って軸方向に区分されるレ
ーザの第１および第２の区画１２６および１２８を形成
する。第１と第２のコンタクト電極１３０と１３２は、
各リッジにそれぞれ形成され、装置構造に電流を注入す
る。

【００３７】２つの格子区画１１７および１１９は、位
置的には、それぞれ、レーザ１２６および１２８の第１
および第２の区画に対応する。光の進む方向に沿って、
格子区画１１７と１１９間の小さい空間的な分離（通
常、数μｍの範囲内）がオプションとして供給される。
格子区画１１７と１１９は、同一または異なる均一な波
型形状の周期を有してもよく、格子区画１１７と１１９
のうちの一方または両方がチャープ格子であってもよ
い。有利なことに、２つの格子区画１１７と１１９は、
活性化領域中に、周期的なエッチング溝によって作られ
る。エッチングの深さは、ＭＱＷのいくつかの頂部層の
みにわたるエッチングから、ＭＱＷ構造の全ての層にわ
たる深いエッチング溝にまで変化する。リッジ幅の変化
は、格子区画１１７と１１９に対応し、これらもまた、
格子周期で有効にシフトするように作られてもよい。あ
る波長範囲内で確実に連続的なレーザ同調を行うため
に、２つの格子区画１１７と１１９の周期は異なる必要
がある。このため、通常数ｎｍから数十ｎｍの範囲内で
格子区画１１７と１１９の所定の中心ブラッグ波長分離
を行う。

【００３８】実施の形態３．上述の実施の形態の半導体
レーザは、半導体ダイオードレーザ構造である、すなわ
ち、電流を注入することによって、活性化領域を電気的
に励起するための接点３０と３２を有する。図５に示さ
れる第３の実施の形態の半導体レーザ装置２００は、例
えば、基板上の他の光源と適切に光結合する反転分布を
供給することによって、それぞれ第１の実施の形態の電
気コンタクト３０および３２に代えて、光ポンピング手
段２３０および２３２が供給される。この実施の形態３
のレーザ２００は、キャビティの長手方向に沿った軸方
向で区分されるレーザの第１の区画２２６と第２の区画
２２８をそれぞれポンピングするための第１の励起手段
２３０と第２の励起手段２３２と、マスタ・スレーブ・
タイプのポンピング制御（図示せず）における、レーザ
の第２の区画のポンピングに関して、レーザの第１の区
画のポンピングを変化させる手段と、各左右のブラッグ
・モード（図示せず）付近でレーザ波長を同調させるた
めの手段とを備える。

【００３９】レーザ装置２００の残りの構造は、上述の
実施の形態の構造と同様である。すなわち、第１の分離
した閉じ込め領域を提供する基板２１２と、ＭＱＷ構造
２１６とそこに形成される格子構造２１８を含む活性化
領域２１４と、その上に横たわる閉じ込め領域２２０と
を備える。第１および第２の閉じ込めリッジ２２２と２
２４は、キャビティ長手方向に沿って軸方向に区分され
るレーザ２２６と２２８の第１および第２の区画を形成
する。格子構造２１８は、第１の実施の形態で説明され
たような１つの格子、または第２の実施の形態で説明さ
れたような２区画の格子構造を含んでもよい。格子構造
２１８は均一かチャープされてもよい。

【００４０】上述の実施の形態で、半導体レーザはリッ
ジ導波路レーザ装置である。第３の実施の形態の半導体
レーザ装置は、埋込みヘテロ構造装置であってもよい。
埋込みヘテロ構造レーザもまた、上述の２つの区画格子
構造を備えてもよく、この格子構造は均一またはチャー
プされてもよい。

【００４１】動作 本発明の第１の実施の形態の部分的に合成結合されたＤ
ＦＢレーザ１０に示される動作原理は、以下の通りであ
る。活性化ＭＱＷ領域１４は、材料の透明なキャリア密
度を越えて電気的にポンピングされなければ、損失が生
じる。格子周期のその部分を通過するとき、格子周期の
１つの部分に存在する量子井戸が多ければ多いほど、そ
のモードはより多くの光損失を生じる。部分的にゲイン
結合されたＤＦＢレーザ構造では、活性化量子井戸は周
期的に分かれてエッチングされ、同相ゲイン結合を形成
する。全ての活性化ＭＱＷ領域１４がポンピングされな
いままでいるか、または透明レベルより低いところのみ
でポンピングされるときには、１つの格子周期内で、よ
り大きな数の量子井戸を有する格子部は、光損失がより
大きくなり、より小さな数の量子井戸を有する格子部
は、光損失がより少なくなる。より多くの量子井戸を有
する格子部は、より大きな屈折率を有する。これは、ス
トップバンド（右ブラッグ・モード）のより長い波長側
に対応する。

【００４２】したがって、材料の透明レベルより下のレ
ベルでポンピングされ、またはポンピングされないＤＦ
Ｂ区画内では、右ブラッグ・モードは、左ブラッグ・モ
ードよりも多くの損失が生じる。したがって、２つの区
画の合成結合ＤＦＢレーザの小さなポンピング区画は、
左ブラッグ・モード、すなわちストップバンドの短い波
長側で放射する波長選択的フィルタとして動作する。Ｄ
ＦＢレーザの第１の区画２６が透明レベルを越えてポン
ピングされ、第２の区画２８が閾値を越えてポンピング
されると、同相ゲイン結合されたＤＦＢレーザが形成さ
れ、レーザは主にストップバンド（右ブラッグ・モー
ド）のより長い波長側でレーザを放射する。

【００４３】この実施の形態１では、マスタ・スレーブ
・タイプの電流注入方法が提案される。第１段階におい
て、２つの区画ＤＦＢレーザ１０のうち第１の区画２６
は、閾値レベルを越えてバイアスされる。一方、第２の
区画２８はポンピングされないか、または反転バイアス
される。第１の区画２６から第２の区画２８の隣接部へ
電流のリークが多少あるかもしれないが、少量のリーク
電流は、第２の区画を材料の透明レベルを越えてポンプ
できない。従って、第２の区画２８は、主に、反位相損
失結合構造のように動作する。この構造は、上述のよう
に左ブラッグ・モードでレーザを放射する。結局、第１
の区画２６からの左ブラッグ・モードは、右ブラッグ・
モードより少ないミラー損失が生じ、主モードとしてレ
ーザを放射する。バイアス電流が増加すると、波長は、
熱効果によって、より長い波長に同調される。

【００４４】その結果、ＤＦＢレーザ１０は、まず、標
準の損失結合ＤＦＢレーザとして動作する。この標準の
損失結合ＤＦＢレーザは、非常に大きなシングルモード
を生成する。このため、シングルモードの動作は非常に
安定し、サイドモード抑圧比（ＳＭＳＲ）は優れてい
る。本発明の第１の実施の形態によるレーザの発振スペ
クトルは、図６に示される。図６では、第１の区画の注
入電流は、閾値レベルを越えて、２０ｍＡのステップで
４０ｍＡから１６０ｍＡまで変化する。第２の区画はバ
イアスされず、温度は２０℃に保たれる。図６から分か
るように、左ブラッグ・モードは、通常得られる電流ま
たは温度同調範囲に渡って優れたＳＭＳＲのレーザを放
射する。この同調動作の第１段階では、ＤＦＢレーザの
第１の区画２６は、主レーザとして動作し、レーザ放射
する。一方、ＤＦＢレーザの第２の区画２８は、スレー
ブとしてのみ動作し、損失結合濾波メカニズムを介し
て、好ましい左ブラッグ・モードに対する強力な波長選
択メカニズムを供給する。第１の区画２６だけがバイア
スされるため、レーザ特性はシングルサイクル損失結合
ＤＦＢレーザと非常に類似したものになる。このため
に、従来の多区画ＤＦＢレーザ中で起こるモード競合な
しに、優れたＳＭＳＲ（４５デシベルより上、図９参
照）比が得られる。

【００４５】１つのシングルコンタクトＤＦＢレーザの
ための同調範囲は、印加される電流と温度によって制限
される。本発明のＤＦＢレーザ中で波長同調範囲を強化
するために、レーザ動作の第２の段階が実行される。レ
ーザの第１の区画への電流注入は、第１の区画２６を透
明レベルのを終えて維持するのに必要なレベルにまで減
少する。この装置の目的は、レーザの第２の区画で発生
された光に対して透明な光パスを供給することにある。
第２の区画は閾値レベルを越えてバイアスされ、第２の
区画２８の注入電流は、波長同調のために、閾値レベル
を越えてより高い値にまで増加する。

【００４６】両方の区画は、材料の透明レベルを越えて
バイアスされるため、全ての２区画ＤＦＢレーザキャビ
ティには、損失部分はない。両方の区画は、同相ゲイン
結合メカニズムにより右ブラッグ・モードにおいてレー
ザ放射する。２区画ＤＦＢレーザのレーザ放射モード
は、主に、ストップバンドのより長い波長側にある。同
調動作の第２段階では、ＤＦＢレーザの第１の区画２６
は、スレーブとしてのみ動作し、光が通過するための透
明パスを提供する。一方、ＤＦＢレーザの第２の区画２
８は、マスタレーザとして動作し、そのレーザ放射波長
は、電流または温度変化によって同調される。図７は、
第１の区画には閾値より低く透明レベルより高い固定電
流を注入し、第２の区画には閾値レベルを上回って変化
する電流を注入する場合の発振スペクトルを示す図であ
る。図７のプロット上では、第１の区画への注入電流
は、常時１０ｍＡに設定される。一方、第２の区画への
注入電流は、２０ｍＡの間隔で４０ｍＡから１６０ｍＡ
にまで増加され、温度は２０℃に保たれる。

【００４７】図８は、本発明の第１の実施の形態による
２区画合成結合ＤＦＢレーザの組み合わされた波長同調
特性を示す図である。ここで、レーザの第１および第２
の区画両方への注入電流を同調させると、２つの対応す
る同調副領域６６および６８が生じる。２つの可変同調
副領域６６および６８は、ＤＦＢレーザのストップバン
ドによって結合される。

【００４８】図９は、全波長同調領域のＳＭＳＲを示す
図である。４５デシベルより上の優れたＳＭＳＲは、同
調動作の両段階で得られる。プロット７０と７２は、そ
れぞれレーザの第１および第２の区画への電流注入の同
期に対応している。

【００４９】このように、動作の第１の段階では、レー
ザは、注入電流が低いとき、左のブラッグ・モードでレ
ーザ放出を開始し、徐々により長い波長に同調されてい
く。通常は数ｎｍの波長同調領域が、電流と温度同調
（図６のプロットから分かるように、我々の実験では７
ｎｍ）によって達成される。同調動作の第２段階では、
レーザは右ブラッグ・モードでレーザ放出を開始し、そ
の波長は、通常、数ｎｍだけ左ブラッグ・モードの波長
より長い。ブラッグ・モードの分離は、ＤＦＢレーザの
結合強度によって決められ、エッチングの深さ、格子領
域の材料組成、およびレーザキャビティ長によって容易
に変化できる。マスタとスレーブ・タイプの同調動作の
これらの２つの段階に基づいて、コンポジット２区画合
成結合ＤＦＢレーザは波長同調範囲を強化し、２つの波
長同調副領域を含み、この２つの波長同調副領域は、通
常、横に僅かに重複している。この重複もまた、ＤＦＢ
構造や格子構造設計によって容易に変更できる。従っ
て、マスタとスレーブの２段階のレーザ動作方法は、Ｄ
ＦＢレーザの同調範囲を強化し、全同調範囲にわたる連
続波長同調に、独立形合成結合ＤＦＢレーザと同等の優
れたシングルモード性能を供給する。

【００５０】本発明の第３の実施の形態によるＤＦＢ半
導体レーザの動作の原理は、上述の動作と似ている。Ｄ
ＦＢレーザの活性化領域を、外部光源と結合することに
よってポンピングするために、レーザ・ストップバンド
上で、左右のブラッグ・モードを制御して活性化するマ
スタとスレーブ・タイプのポンピング制御は、以下の同
様なステップを含む。まず、レーザ動作の第１段階で
は、レーザの第１区画は閾値レベルを越えてポンピング
され、レベルの第２区画は、ポンピングされないかまた
は、透明レベルを下回ってポンピングされる。これは、
レーザ動作の結合メカニズムの損失を招き、左ブラッグ
・モードでレーザ発振を起こす。マスタとスレーブのレ
ーザ動作の第２段階では、レーザの第１区画は透明レベ
ルを越えてポンピングされ、第２区画は閾値レベルを越
えてポンピングされ、右ブラッグ・モードは活性化さ
れ、レーザ動作のゲイン結合メカニズムが供給される。
レーザ波長は、モードが活性化され、対応するブラッグ
・モード付近で同調され、同調範囲が拡大される。

【００５１】マスタとスレーブ・タイプのレーザ動作制
御もまた、２つのブラッグ・モード間で波長を速く切り
換える。マスタとスレーブ・タイプの電流設定によっ
て、対応するブラッグ・モードが確実に選択されるため
に、制御電流パルスを速く切り替えると（通常は、数ｎ
ｓの間隔内）、ブラッグ・モード間も速く切り替わり、
ＳＭＳＲは高く維持される。さらに、対応モードが活性
化される場合には、電流をプッシュ・プルに設定し、左
右のブラッグ・モードを周期的に変調すると、２つの波
長変調を有するＤＦＢレーザを形成できる。両方の波長
は、駆動信号によって同時に変調されるが、オンとオフ
の状態は逆になる。その後、２つの波長は光フィルタに
よって分離され、処理装置の異なるチャネルに供給され
る。

【００５２】広同調ＤＦＢレーザの最も重要なアプリケ
ーションの１つに、密波長分割多重システムがある。２
区画合成結合ＤＦＢレーザ１０から成るこのようなシス
テムの性能を試験するために、レーザからの光線は、ア
イソレータを用いずに直接、ＩＩＩ−Ｖ族マッハ・ツェ
ンダ変調器（ＭＺ）（図示せず）に結合される。このＭ
Ｚは、２．４８８Ｇｂ／ｓで変調を行い、ＭＺの端から
来る光はその後、光アイソレータに結合される。変調さ
れた光は、１８対１の吸光率を有する通常の３７５キロ
メートルの非分散シフトファイバを介して送信される。
図１０は、０キロメートルと３７５キロメートルの距離
における受信光電力に対するビット・エラー・レート
（ＢＥＲ）をプロットしている。波長同調の間に達成さ
れる優れたＳＭＳＲのために、全同調範囲を通して劣化
は見られない。

【００５３】製造 図１に示される本発明の第１の実施の形態によるＤＦＢ
半導体レーザ装置１０の製造は、以下の４つのステップ
で実施される。 １．基板と多重量子井戸構造の第１のエピタキシャル成
長 ２．格子構造のパターン化 ３．オーバレイ層の第２のエピタキシャル成長 ４．レーザ組立の完了（例えば、リッジ形成、コンタク
ト）

【００５４】用意された基板１２は、市販のＣＶＤ成長
チャンバに設定され、ＩｎＧａＡｓＰの４つの層を含む
第１の閉じ込め領域が成長し、その次にＩｎＰの緩衝層
１４が成長する。活性化領域１４は、１％の圧縮ひずみ
を受けＰドープされたＩｎＧａＡｓＰ量子井戸４４を８
つ含み、それは７つのＰドープされたひずみのないＩｎ
ＧａＡｓＰバリア４６によって分離される。

【００５５】その後、ウエハは成長チャンバから取り外
されて処理され、フォトリソグラフィを用いて、活性化
領域１４の部分に周期的にエッチングされる溝を形成す
ることによって、格子構造１８を形成する。まず、Ｓ_i
Ｏ₂（図示せず）のような誘電体は、ウエハの表面に成
長して、溝のパターンは誘電体層の中に作られる。溝
は、反応性イオン・エッチング、またはウエット化学エ
ッチング処理を用いてエッチングされる。その後、残り
の誘電体は除去される。既知の結晶成長技術、例えば、
金属オキサイド化学蒸着を用いると、ＩｎＰ層５２が溝
中に成長する。Ｉｎｐの２つの緩衝層５６と５８の間で
成長したＩｎＧａＡｓＰのエッチストップ層５４の後
に、ＩｎＰのクラッド層６０とＩｎＧａＡｓのキャップ
層６２が形成され、この構造は完成する。

【００５６】その後、レーザの製造が、標準のプロセス
に従って完成する。例えば、格子構造１８の溝に垂直で
ある矩形のリッジ導波路２２と２４を形成するために、
リッジ・マスクが基板の上に供給され、そのリッジはキ
ャップ層６２と頂部クラッド層６０を介してエッチング
されて形成される。リッジの公称幅は２μｍである。分
離された頂部電極３０と３２は、金属化ステップ中で用
いられるマスクによって形成され、リフト・オフ処理中
に作られる。組成合成結合ＤＦＢレーザの前面はＡＲ被
膜（反射防止被膜）される。後面は、大きなストップバ
ンド幅を有するＤＦＢレーザのためにＡＲ被膜または分
裂されてもよいし、小さなストップバンド幅を有する効
率的なＤＦＢレーザのためにＨＲ被膜（高反射被膜）さ
れてもよい。

【００５７】一方、第２の再成長の後、電流閉じ込め領
域が活性化領域上に形成されると、埋め込まれたヘテロ
構造も成長する。図４に示される第２の実施の形態によ
るレーザ装置は、２つの格子区画を含み、異なる波型形
状の周期を有する。電子ビーム・リソグラフィ（ＥＢ）
またはウエハ上への直接ＥＢ書き込みによって生成され
る位相マスクを、ウエット・エッチング処理に代わるも
のとして用いてもよい。格子構造も、ホログラフィ露光
技術によって、活性化領域に隣接する層の中に形成され
てもよい。

【００５８】このように、本発明で開示される構造は、
２つのステップ、すなわち、金属有機化学蒸着成長とリ
ッジ導波路処理ステップから成り、非常に強化された連
続波長同調範囲を供給する。一方、合成結合ＤＦＢレー
ザに固有の、優れた動的シングルモード動作を維持す
る。

【００５９】以上、本発明の特定の実施の形態を詳細に
説明したが、請求の範囲では、これらの本発明の実施の
形態の範疇内で多様な変形例を挙げる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態によるＤＦＢレー
ザの概略的な断面図である。

【図２】 本発明の第１の実施の形態によるＤＦＢレー
ザの詳細な断面図である。

【図３】 本発明の第１の実施の形態によるＤＦＢ半導
体レーザの斜視図である。

【図４】 本発明の第２の実施の形態によるＤＦＢレー
ザの概略的な断面図である。

【図５】 本発明の第３の実施の形態によるＤＦＢレー
ザの概略的な断面図である。

【図６】 本発明の第１の実施の形態による閾値レベル
を越えて変化するレーザの第１の区画およびバイアスさ
れないレーザの第２の区画へ電流を注入したときのレー
ザの発振スペクトルを示す図である。。

【図７】 本発明の第１の実施の形態による閾値より低
くおよび透明レベルを越えて固定されたレーザの第１の
区画へ電流を注入し、閾値レベルを越えて変化する第２
の区画へ電流を注入したときのレーザの発振スペクトル
を示す図である。

【図８】 本発明の第１の実施の形態によるＤＦＢレー
ザの結合した波長同調プロットを示す図である。

【図９】 本発明の第１の実施の形態によるＤＦＢレー
ザの注入電流とサイド・モード抑圧比（ＳＭＲＳ）の関
係を示す図である。

【図１０】 本発明の第１の実施の形態によるＤＦＢレ
ーザの受信光電力とビット・エラー比（ＢＥＲ）の関係
を示す図である。

【符号の説明】

１０…分布型フィードバック・シングルモード合成結合
レーザ装置 １２…基板 １４…活性化領域 １６…多重量子井戸構造 １８…格子構造 ２０…オーバレイ閉じ込め領域 ２２…第１電流閉じ込めリッジ ２４…第２電流閉じ込めリッジ ２６…第１区画 ２８…第２区画 ３０，３２…電極 ３４…緩衝層 ３５…閉じ込め領域 ３６，３８，４，４２…閉じ込め層 ４４…量子井戸 ４６…バリヤ ４７…閉じ込め領域 ４８，５０…閉じ込め層 ５４，５６…エッチストップ層 ６０…クラッド層 ６２…キャップ層 ６４…コンタクト １００…半導体レーザ １１２…基板 １１４…活性化領域 １１６…多重量子井戸構造 １１７，１１９…区画 １１８…格子構造 １２０…オーバレイ閉じ込め領域 １２２，１２４…閉じ込めリッジ １２６，１２８…区画 １３０，１３２…接点電極 ２００…半導体レーザ装置 ２１２…基板 ２１４…活性化領域 ２１６…ＭＱＷ構造 ２１８…格子構造 ２２０…閉じ込め領域 ２２２，２２４…閉じ込めリッジ ２２６，２２８…区画 ２３０，２３２…励起手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 390023157 ＴＨＥ ＷＯＲＬＤ ＴＲＡＤＥ ＣＥＮ ＴＲＥ ＯＦ ＭＯＮＴＲＥＡＬ，ＭＯＮ ＴＲＥＡＬ，ＱＵＥＢＥＣ Ｈ２Ｙ３Ｙ ４，ＣＡＮＡＤＡ (72)発明者 ヒュン・ビー・キム カナダ国，ケイ２ケイ １ビー５，オンタ リオ，カナタ，ホルゲート コート ２ (72)発明者 トシ・マキノ カナダ国，ケイ２ジー ２エム７，オンタ リオ，ネピーン，カンター ブルバード 94

Claims (42)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 分布型フィードバック・シングルモード
   合成結合半導体レーザ装置において： ａ）基板と； ｂ）前記基板上に形成された活性化領域と； ｃ）キャビティの長手方向方向に沿って、波型形状を有
   する合成結合格子構造と； ｄ）キャビティの長手方向に沿って軸方向に区分される
   レーザの第１および第２の区画を個々にポンピングする
   第１および第２の励起手段を含み； 前記レーザ装置は、レーザ動作の反位相損失結合または
   同相ゲイン結合メカニズムを交互に用いることによっ
   て、レーザ・ストップバンド上で左ブラッグ・モードま
   たは右のブラッグ・モードを活性化するマスタ・スレー
   ブ型のポンピング制御によって、レーザの第２区画のポ
   ンピングとの関係でレーザの第１区画のポンピングを変
   化させることを特徴とする分布型フィードバック・シン
   グルモード合成結合半導体レーザ装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のレーザ装置において：左
   ブラッグ・モードおよび右ブラッグ・モードの周辺にそ
   れぞれレーザ波長を同調する手段をさらに含むことを特
   徴とする分布型フィードバック・シングルモード合成結
   合半導体レーザ装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載のレーザ装置において：左
   ブラッグ・モードは活性化され、レーザ動作の損失結合
   メカニズムは、レーザの第１の区画を閾値レベルを越え
   てポンピングされ、レーザの第２の区画は、ポンピング
   されないか、逆にポンピングされるか、または透明レベ
   ルを下回ってポンピングされることを特徴とする分布型
   フィードバック・シングルモード合成結合半導体レーザ
   装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載のレーザ装置において：右
   ブラッグ・モードは活性化され、レーザ動作のゲイン結
   合メカニズムは、レーザの第１の区画を透明レベルを越
   えてポンピングし、レーザの第２の区画を閾値レベルを
   越えてポンピングすることを特徴とする分布型フィード
   バック・シングルモード合成結合半導体レーザ装置。
5. 【請求項５】 請求項１記載のレーザ装置において：前
   記活性化領域は多重量子井戸構造を含むことを特徴とす
   る分布型フィードバック・シングルモード合成結合半導
   体レーザ装置。
6. 【請求項６】 請求項１記載のレーザ装置において：前
   記励起手段は外部光ポンピング源を含むことを特徴とす
   る分布型フィードバック・シングルモード合成結合半導
   体レーザ装置。
7. 【請求項７】 請求項１記載のレーザ装置において：前
   記励起手段は、活性化領域へ電流を注入する電気的コン
   タクトを含むことを特徴とする分布型フィードバック・
   シングルモード合成結合半導体レーザ装置。
8. 【請求項８】 請求項１記載のレーザ装置において：前
   記活性化領域上に電流閉じ込め領域が形成されることを
   特徴とする分布型フィードバック・シングルモード合成
   結合半導体レーザ装置。
9. 【請求項９】 請求項８記載のレーザ装置において：前
   記励起手段は、前記電流閉じ込め領域の頂部に形成され
   る第１および第２の電極を含むことを特徴とする分布型
   フィードバック・シングルモード合成結合半導体レーザ
   装置。
10. 【請求項１０】 請求項８記載のレーザ装置において：
    前記電流閉じ込め領域はリッジ導波路であることを特徴
    とする分布型フィードバック・シングルモード合成結合
    半導体レーザ装置。
11. 【請求項１１】 請求項８記載のレーザ装置において：
    前記電流閉じ込め領域は埋め込みヘテロ構造であること
    を特徴とする分布型フィードバック・シングルモード合
    成結合半導体レーザ装置。
12. 【請求項１２】 請求項１記載のレーザ装置において：
    前記格子構造はチャープされた格子または均一の格子で
    あることを特徴とする分布型フィードバック・シングル
    モード合成結合半導体レーザ装置。
13. 【請求項１３】 請求項１記載のレーザ装置において：
    前記格子構造は、活性化領域中に周期的にエッチングさ
    れた溝を含むことを特徴とする分布型フィードバック・
    シングルモード合成結合半導体レーザ装置。
14. 【請求項１４】 請求項１記載のレーザ装置において：
    前記格子構造は、レーザの第１および第２の区画に位置
    的に対応する第１の格子区画および第２の格子区画とを
    含むことを特徴とする分布型フィードバック・シングル
    モード合成結合半導体レーザ装置。
15. 【請求項１５】 請求項１４記載のレーザ装置におい
    て：前記第１および第２の格子区画は、同一の波型形状
    の周期を有することを特徴とする分布型フィードバック
    ・シングルモード合成結合半導体レーザ装置。
16. 【請求項１６】 請求項１４記載のレーザ装置におい
    て：前記第１および第２の格子区画は、異なる波型形状
    を有することを特徴とする分布型フィードバック・シン
    グルモード合成結合半導体レーザ装置。
17. 【請求項１７】 請求項１４記載のレーザ装置におい
    て：数ｎｍから数十ｎｍの範囲内で、格子区画の中心ブ
    ラッグ波長分離を行うように、前記第１および第２の格
    子区画の波型形状の周期が異なることを特徴とする分布
    型フィードバック・シングルモード合成結合半導体レー
    ザ装置。
18. 【請求項１８】 分布型フィードバック・シングルモー
    ド合成結合半導体レーザ装置において： ａ）基板と； ｂ）前記基板の底部表面に形成された底部電極と； ｃ）多重量子井戸構造を含む前記基板に形成された活性
    化領域と； ｄ）キャビティの長手方向に沿った活性化領域中に周期
    的にエッチングされた溝によって形成された合成結合格
    子と； ｅ）前記活性化領域上の電流閉じ込めリッジと； ｆ）キャビティの長手方向に沿って軸方向で区分される
    レーザの第１区画および第２区画にそれぞれ個々に電流
    を注入する電流閉じ込めリッジの頂部に形成された第１
    電極と第２電極とを含み； 前記レーザ装置は、レーザ動作の反位相損失結合または
    同相ゲイン結合メカニズムを交互に用いることによっ
    て、レーザ・ストップバンド上で左ブラッグ・モードま
    たは右のブラッグ・モードを活性化するマスタ・スレー
    ブ型の電流注入制御によって、第２電極を介した電流注
    入との関係で第１電極を介した電流注入を変化させ、対
    応する電流注入を変化することによって放射波長を左ブ
    ラッグ・モードと右ブラッグ・モード周囲で同調させる
    ことを特徴とする分布型フィードバック・シングルモー
    ド合成結合半導体レーザ装置。
19. 【請求項１９】 請求項１８記載のレーザ装置におい
    て：前記左ブラッグ・モードは、閾値レベルを越えてレ
    ーザの第１区画をバイアスすることによって活性化さ
    れ、レーザの第２の区画は、バイアスされないか、逆に
    バイアスされるか、または透明レベルを下回ってバイア
    スされ、それによってレーザ動作の損失結合メカニズム
    が供給されることを特徴とする分布型フィードバック・
    シングルモード合成結合半導体レーザ装置。
20. 【請求項２０】 請求項１８記載のレーザ装置におい
    て：前記右ブラッグ・モードは、レーザの第１区画を透
    明レベルを越えてバイアスし、レーザの第２の区画を閾
    値レベルを越えてバイアスすることによって活性化さ
    れ、それによってレーザ動作のゲイン結合メカニズムが
    供給されることを特徴とする分布型フィードバック・シ
    ングルモード合成結合半導体レーザ装置。
21. 【請求項２１】 請求項１８記載のレーザ装置におい
    て：前記格子構造の溝の深さは、活性化領域の厚さと等
    しいことを特徴とする分布型フィードバック・シングル
    モード合成結合半導体レーザ装置。
22. 【請求項２２】 請求項１８記載のレーザ装置におい
    て：前記格子構造の溝の深さは、活性化領域の厚さより
    薄いことを特徴とする分布型フィードバック・シングル
    モード合成結合半導体レーザ装置。
23. 【請求項２３】 請求項１８記載のレーザ装置におい
    て：前記格子は１次の格子であることを特徴とする分布
    型フィードバック・シングルモード合成結合半導体レー
    ザ装置。
24. 【請求項２４】 請求項１８記載のレーザ装置におい
    て：前記格子はチャープされた格子であることを特徴と
    する分布型フィードバック・シングルモード合成結合半
    導体レーザ装置。
25. 【請求項２５】 請求項１８記載のレーザ装置におい
    て：前記ブラッグ・モードのサイド・モード抑圧比は４
    ５デシベルを越えることを特徴とする分布型フィードバ
    ック・シングルモード合成結合半導体レーザ装置。
26. 【請求項２６】 請求項１８記載のレーザ装置におい
    て：前記基板はＮタイプで、電流閉じ込めリッジはＰタ
    イプであることを特徴とする分布型フィードバック・シ
    ングルモード合成結合半導体レーザ装置。
27. 【請求項２７】 請求項１８記載のレーザ装置におい
    て：前記基板はＰタイプで、電流閉じ込めリッジはＮタ
    イプであることを特徴とする分布型フィードバック・シ
    ングルモード合成結合半導体レーザ装置。
28. 【請求項２８】 請求項１８記載のレーザ装置におい
    て：前記基板はＩｎＰから作られることを特徴とする分
    布型フィードバック・シングルモード合成結合半導体レ
    ーザ装置。
29. 【請求項２９】 請求項２８記載のレーザ装置におい
    て：前記の発生された光の波長は、１．３μｍから１．
    ５６μｍの範囲内であることを特徴とする分布型フィー
    ドバック・シングルモード合成結合半導体レーザ装置。
30. 【請求項３０】 請求項１８記載のレーザ装置におい
    て：前記基板はＧａＡｓから作られることを特徴とする
    分布型フィードバック・シングルモード合成結合半導体
    レーザ装置。
31. 【請求項３１】 請求項３０記載のレーザ装置におい
    て：前記の発生された光の波長は、０．８μｍから０．
    ９μｍの範囲内であることを特徴とする分布型フィード
    バック・シングルモード合成結合半導体レーザ装置。
32. 【請求項３２】 キャビティの長手方向に沿って軸方向
    で区画される第１および第２の区画を有し、第１の励起
    手段および第２の励起手段は、レーザの対応する区画を
    個々にポンピングする分布型フィードバック合成結合半
    導体レーザ装置の動作方法において：レーザ動作の反位
    相損失結合または同相ゲイン結合メカニズムを交互に用
    いることによって、レーザ・ストップバンド上で左ブラ
    ッグ・モードまたは右のブラッグ・モードを活性化する
    マスタ・スレーブ型のポンピング制御によって、レーザ
    の第２区画のポンピングとの関係でレーザの第１区画の
    ポンピングを変化させることを特徴とする分布型フィー
    ドバック・シングルモード合成結合半導体レーザ装置の
    動作方法。
33. 【請求項３３】 請求項３２記載のレーザ装置の動作方
    法において：前記各左右のブラッグ・モードの周囲に、
    レーザ波長を同調させる付加的なステップを含むことを
    特徴とする分布型フィードバック・シングルモード合成
    結合半導体レーザ装置の動作方法。
34. 【請求項３４】 請求項３２記載のレーザ装置の動作方
    法において：前記マスタ・スレーブ・タイプのポンピン
    グ制御によってポンピングを変化させるステップは、レ
    ーザの第１の区画を閾値レベルを越えてポンピングし、
    レーザの第２の区画は、ポンピングされないか、透明レ
    ベルを下回ってポンピングされ、それによって左ブラッ
    グ・モードは活性化され、レーザ動作の損失結合メカニ
    ズムが供給されることを特徴とする分布型フィードバッ
    ク・シングルモード合成結合半導体レーザ装置の動作方
    法。
35. 【請求項３５】 請求項３２記載のレーザ装置の動作方
    法において：前記マスタ・スレーブ・タイプのポンピン
    グ制御において、ポンピングを変化させるステップは、
    レーザの第１の区画を透明レベルを越えてポンピング
    し、レーザの第２の区画を閾値レベルを越えてポンピン
    グし、それによって右ブラッグ・モードは活性化され、
    レーザ動作のゲイン結合メカニズムが供給されることを
    特徴とする分布型フィードバック・シングルモード合成
    結合半導体レーザ装置の動作方法。
36. 【請求項３６】 請求項３２記載のレーザ装置の動作方
    法において：ポンピングを変化させるステップは、左右
    のブラッグ・モード間で数ナノ秒の間隔内で速く波長切
    換を行うことを特徴とする分布型フィードバック・シン
    グルモード合成結合半導体レーザ装置の動作方法。
37. 【請求項３７】 請求項３２記載のレーザ装置の動作方
    法において：前記ポンピングを変化させるステップは、
    左右のブラッグ・モード間で数ナノ秒の間隔内で速く波
    長切換を行い、さらに、 対応のモードが活性化されると、左右のブラッグ・モー
    ドを周期的に変調し、 光濾波技術によって左右のブラッグ・モードを分離する
    ステップを含むことを特徴とする分布型フィードバック
    ・シングルモード合成結合半導体レーザ装置の動作方
    法。
38. 【請求項３８】 キャビティの長手方向に沿って軸方向
    に区分される第１および第２の区画を有し、第１の電極
    および第２の電極は、レーザの対応する区画に個々に電
    流を注入する分布型フィードバック合成結合半導体レー
    ザ装置中で同調範囲を強化する方法において：レーザ動
    作の反位相損失結合または同相ゲイン結合メカニズムを
    交互に用いることによって、レーザ・ストップバンド上
    で左ブラッグ・モードまたは右のブラッグ・モードを活
    性化するマスタ・スレーブ型の電流注入制御によって、
    第２電極を介した電流注入との関係で第１電極を介した
    電流注入を変化させ、対応する電流注入を変化すること
    によって、放射波長を左ブラッグ・モードと右ブラッグ
    ・モード周囲で同調させることを特徴とする分布型フィ
    ードバック・シングルモード合成結合半導体レーザ装置
    の動作方法。
39. 【請求項３９】 請求項３８記載のレーザ装置の動作方
    法において：前記マスタ・スレーブ・タイプの電流注入
    制御において電流注入を変化させるステップは、レーザ
    の第１の区画を閾値レベルを越えてバイアスし、レーザ
    の第２の区画はバイアスされないか、逆にバイアスされ
    るかまたは、透明レベルを下回ってバイアスされ、それ
    によって左ブラッグ・モードは活性化され、レーザ動作
    の損失結合メカニズムが供給されることを特徴とする分
    布型フィードバック・シングルモード合成結合半導体分
    布型フィードバック・シングルモード合成結合半導体レ
    ーザ装置の動作方法。
40. 【請求項４０】 請求項３８記載のレーザ装置の動作方
    法において：前記マスタ・スレーブ・タイプの電流注入
    制御において電流注入を変化させるステップは、レーザ
    の第１の区画を透明レベルを越えてバイアスし、レーザ
    の第２の区画を閾値レベルを越えてバイアスし、それに
    よって右ブラッグ・モードは活性化され、レーザ動作の
    ゲイン結合メカニズムが供給されることを特徴とする分
    布型フィードバック・シングルモード合成結合半導体レ
    ーザ装置の動作方法。
41. 【請求項４１】 分布型フィードバック・シングルモー
    ド合成結合半導体レーザ装置を製造する方法において： ａ）基板を供給し； ｂ）前記基板上に活性化領域を形成し； ｃ）キャビティの長手方向方向に沿って、波型形状を有
    する合成結合格子構造を形成し； ｄ）キャビティの長手方向に沿って軸方向に区分される
    レーザの第１および第２の区画を個々にポンピングする
    第１および第２の励起手段を供給し； ｅ）レーザ動作の反位相損失結合または同相ゲイン結合
    メカニズムを交互に用いることによって、レーザ・スト
    ップバンド上で左ブラッグ・モードまたは右のブラッグ
    ・モードを活性化するマスタ・スレーブ型のポンピング
    制御によって、レーザの第２区画のポンピングとの関係
    でレーザの第１区画のポンピングを変化させ； ｆ）レーザ波長を、左右ブラッグ・モードそれぞれの周
    囲に同調させる手段を供給することを特徴とする分布型
    フィードバック・シングルモード合成結合半導体レーザ
    装置の製造方法。
42. 【請求項４２】 分布型フィードバック・シングルモー
    ド合成結合半導体レーザ装置を製造する方法において： ａ）半導体基板を供給し； ｂ）前記基板の底部表面に底部電極を形成し； ｃ）多重量子井戸構造を含む基板上に活性化領域を形成
    し； ｄ）キャビティの長手方向に沿った前記活性化領域にエ
    ッチングによって溝を周期的に有する合成結合格子を形
    成し； ｅ）前記活性化領域の上に電流閉じ込めリッジを形成
    し； ｆ）キャビティの長手方向に沿って軸方向に区分される
    レーザの第１および第２の区画に個々に電流を注入する
    電流閉じ込めリッジの頂部に第１および第２の電極を形
    成し； ｇ）レーザ動作の反位相損失結合または同相ゲイン結合
    メカニズムを交互に用いることによって、レーザ・スト
    ップバンド上で左ブラッグ・モードまたは右のブラッグ
    ・モードを活性化するマスタ・スレーブ型の電流注入制
    御によって、第２電極を介した電流注入との関係で第１
    電極を介した電流注入を変化させ、 ｈ）レーザ波長を、左ブラッグ・モードと右ブラッグ・
    モードそれぞれの周囲で同調させることを特徴とする分
    布型フィードバック・シングルモード合成結合半導体レ
    ーザ装置の製造方法。