JP2003304035A - 半導体光素子 - Google Patents
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- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer
- H01S5/2272—Buried mesa structure ; Striped active layer grown by a mask induced selective growth
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 レーザ発振が安定であり、高出力の発光特性
が得られる半導体レーザ等の半導体光素子を提供する。 【解決手段】 光導波路を有する半導体光素子におい
て、所定の光が導波し２つの端面で挟まれた光導波路
が、ウエル層とバリア層とを備えた量子井戸構造を有す
る活性層と、活性層を挟むように設けられたクラッド層
とを含み、活性層中の光子密度が大きくなる領域の、活
性層の微分利得を大きくして、活性層の屈折率の、光の
導波方向の分布を小さくする。好適には、活性層中の光
子密度が大きくなる領域において、活性層のウエル層の
ウエル厚を、他の領域より薄くする。
が得られる半導体レーザ等の半導体光素子を提供する。 【解決手段】 光導波路を有する半導体光素子におい
て、所定の光が導波し２つの端面で挟まれた光導波路
が、ウエル層とバリア層とを備えた量子井戸構造を有す
る活性層と、活性層を挟むように設けられたクラッド層
とを含み、活性層中の光子密度が大きくなる領域の、活
性層の微分利得を大きくして、活性層の屈折率の、光の
導波方向の分布を小さくする。好適には、活性層中の光
子密度が大きくなる領域において、活性層のウエル層の
ウエル厚を、他の領域より薄くする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体光素子に関
し、特に、光通信システムや光ディスク装置等に使用す
る半導体レーザ素子に関する。
し、特に、光通信システムや光ディスク装置等に使用す
る半導体レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】図２１は、全体が５００で表される、従
来のλ／４シフト分布帰還型半導体レーザの斜視図であ
り、図２２は、図２１をII−II方向に見た場合の断面図
である。分布帰還型半導体レーザ５００は、ｐ型のＩｎ
Ｐ基板１を含む。ＩｎＰ基板１上には、ｐ型のＩｎＰバ
ッファ層２が設けられ、その上にＩｎＧａＡｓＰのＭＱ
Ｗ（多重量子井戸）からなる活性層３が設けられてい
る。活性層３の上にはｎ型のＩｎＰクラッド層４、８が
設けられ、ＩｎＰバッファ層２とＩｎＰクラッド層４と
により、活性層３を挟む構造となっている。両端面近傍
には、ｐ型のＩｎＰブロック層５、７と、これに挟まれ
たｎ型のＩｎＰブロック層６が設けられている。ＩｎＰ
クラッド層８の上には、ｎ型のＩｎＧａＡｓコンタクト
層９を介して酸化シリコンの絶縁層１０とＴｉ／Ａｕの
カソード電極１１が設けられている。一方、ＩｎＰ基板
１の裏面には、ＡｕＺｎ／Ａｕ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ｔｉ／Ｐ
ｔ／Ａｕのアノード電極１２、１３が設けられている。
更に、ＩｎＰクラッド層４とＩｎＰクラッド層８との間
には、ＩｎＧａＡｓＰの光ガイド層１４が設けられ回折
格子として機能する。光ガイド層１４の略中央（両端面
の略中央）には、回折格子の位相シフト領域１５が設け
られている。
来のλ／４シフト分布帰還型半導体レーザの斜視図であ
り、図２２は、図２１をII−II方向に見た場合の断面図
である。分布帰還型半導体レーザ５００は、ｐ型のＩｎ
Ｐ基板１を含む。ＩｎＰ基板１上には、ｐ型のＩｎＰバ
ッファ層２が設けられ、その上にＩｎＧａＡｓＰのＭＱ
Ｗ（多重量子井戸）からなる活性層３が設けられてい
る。活性層３の上にはｎ型のＩｎＰクラッド層４、８が
設けられ、ＩｎＰバッファ層２とＩｎＰクラッド層４と
により、活性層３を挟む構造となっている。両端面近傍
には、ｐ型のＩｎＰブロック層５、７と、これに挟まれ
たｎ型のＩｎＰブロック層６が設けられている。ＩｎＰ
クラッド層８の上には、ｎ型のＩｎＧａＡｓコンタクト
層９を介して酸化シリコンの絶縁層１０とＴｉ／Ａｕの
カソード電極１１が設けられている。一方、ＩｎＰ基板
１の裏面には、ＡｕＺｎ／Ａｕ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ｔｉ／Ｐ
ｔ／Ａｕのアノード電極１２、１３が設けられている。
更に、ＩｎＰクラッド層４とＩｎＰクラッド層８との間
には、ＩｎＧａＡｓＰの光ガイド層１４が設けられ回折
格子として機能する。光ガイド層１４の略中央（両端面
の略中央）には、回折格子の位相シフト領域１５が設け
られている。
【０００３】分布帰還型半導体レーザ５００では、活性
層３の上方に、周期的に回折格子が設けられているた
め、回折格子で反射された光の位相が合った波長でレー
ザ発振が起きる。また、位相シフト領域１５では、λ／
４だけ、位相がシフトするようになっている。ＩｎＰク
ラッド層２、４と、これらの層に挟まれた活性層３が光
導波路となり、前端面と後端面との間で共振器構造を形
成する。
層３の上方に、周期的に回折格子が設けられているた
め、回折格子で反射された光の位相が合った波長でレー
ザ発振が起きる。また、位相シフト領域１５では、λ／
４だけ、位相がシフトするようになっている。ＩｎＰク
ラッド層２、４と、これらの層に挟まれた活性層３が光
導波路となり、前端面と後端面との間で共振器構造を形
成する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】分布帰還型半導体レー
ザ５００では、図２２に示す断面図において、両端面か
ら中央の位相シフト領域１５に向って、活性層３の光子
密度が高くなり、これに伴い、位相シフト領域１５近傍
の活性層３のキャリア密度が減少した（ホールバーニン
グ）。キャリア密度が減少すると、キャリアのプラズマ
効果が弱くなり、活性層３の屈折率が増大する。このよ
うに、共振器（活性層３）内での屈折率の分布が大きく
なると、光導波路のコア部とクラッド部との屈折率差で
定まる横モードのレーザ発振が不安定となり、光出力の
低下やキンクの発生により十分な高出力特性が得られな
いという問題があった。また、同様の問題は、ファブリ
ーペロー型半導体レーザや、部分回折格子型半導体レー
ザ等においても発生していた。
ザ５００では、図２２に示す断面図において、両端面か
ら中央の位相シフト領域１５に向って、活性層３の光子
密度が高くなり、これに伴い、位相シフト領域１５近傍
の活性層３のキャリア密度が減少した（ホールバーニン
グ）。キャリア密度が減少すると、キャリアのプラズマ
効果が弱くなり、活性層３の屈折率が増大する。このよ
うに、共振器（活性層３）内での屈折率の分布が大きく
なると、光導波路のコア部とクラッド部との屈折率差で
定まる横モードのレーザ発振が不安定となり、光出力の
低下やキンクの発生により十分な高出力特性が得られな
いという問題があった。また、同様の問題は、ファブリ
ーペロー型半導体レーザや、部分回折格子型半導体レー
ザ等においても発生していた。
【０００５】そこで、本発明は、レーザ発振が安定であ
り、高出力の発光特性が得られる半導体レーザ等の半導
体光素子の提供を目的とする。
り、高出力の発光特性が得られる半導体レーザ等の半導
体光素子の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、光導波路を有
する半導体光素子であって、２つの端面で挟まれて所定
の光が導波する該光導波路が、ウエル層とバリア層とを
備えた量子井戸構造を有する活性層と、該活性層を挟む
ように設けられたクラッド層とを含み、該活性層中の光
子密度が大きくなる領域の、該活性層の微分利得を大き
くして、該活性層の屈折率の、該光の導波方向の分布を
小さくしたことを特徴とする半導体光素子である。この
ように、光の導波方向の屈折率の分布を小さくすると、
光導波路のコア部（活性層）とクラッド部（クラッド）
との間の屈折率差の分布も小さくなる。この結果、半導
体光素子の横モードの発光が安定となり、キンクの発生
等を防止し、良好な出力特性を得ることができる。
する半導体光素子であって、２つの端面で挟まれて所定
の光が導波する該光導波路が、ウエル層とバリア層とを
備えた量子井戸構造を有する活性層と、該活性層を挟む
ように設けられたクラッド層とを含み、該活性層中の光
子密度が大きくなる領域の、該活性層の微分利得を大き
くして、該活性層の屈折率の、該光の導波方向の分布を
小さくしたことを特徴とする半導体光素子である。この
ように、光の導波方向の屈折率の分布を小さくすると、
光導波路のコア部（活性層）とクラッド部（クラッド）
との間の屈折率差の分布も小さくなる。この結果、半導
体光素子の横モードの発光が安定となり、キンクの発生
等を防止し、良好な出力特性を得ることができる。
【０００７】好適には、上記活性層中の光子密度が大き
くなる領域において、該活性層の上記ウエル層のウエル
厚を、他の領域より薄くした半導体光素子である。
くなる領域において、該活性層の上記ウエル層のウエル
厚を、他の領域より薄くした半導体光素子である。
【０００８】また、好適には、上記活性層中の光子密度
が大きくなる領域において、デチューニング量が他の領
域より大きくなるように、該活性層の材料を選択した半
導体光素子である。ここで、デチューニング量とは、例
えば、半導体レーザでは、その活性層材料において利得
が最大となる波長と、レーザ発振の波長との差となる。
が大きくなる領域において、デチューニング量が他の領
域より大きくなるように、該活性層の材料を選択した半
導体光素子である。ここで、デチューニング量とは、例
えば、半導体レーザでは、その活性層材料において利得
が最大となる波長と、レーザ発振の波長との差となる。
【０００９】また、好適には、上記活性層中の光子密度
が大きくなる領域において、該活性層の上記ウエル層の
歪量が他の領域より大きくなるように、該活性層の材料
を選択した半導体光素子である。
が大きくなる領域において、該活性層の上記ウエル層の
歪量が他の領域より大きくなるように、該活性層の材料
を選択した半導体光素子である。
【００１０】また、本発明は、更に、上記光導波路に沿
って、所定の周期で配置されて回折格子を形成する光ガ
イド層と上記２つの端面の略中央に配置された位相シフ
ト領域とを含み、発振波長が該光ガイド層の回折格子の
周期で決まるλ／４シフト分布帰還型半導体レーザ素子
からなり、該２つの端面の略中央において、該活性層の
微分利得を大きくしたことを特徴とする半導体光素子で
もある。
って、所定の周期で配置されて回折格子を形成する光ガ
イド層と上記２つの端面の略中央に配置された位相シフ
ト領域とを含み、発振波長が該光ガイド層の回折格子の
周期で決まるλ／４シフト分布帰還型半導体レーザ素子
からなり、該２つの端面の略中央において、該活性層の
微分利得を大きくしたことを特徴とする半導体光素子で
もある。
【００１１】上記２つの端面の略中央において、上記光
ガイド層の高さを該２つの端面近傍より低くして、上記
光の導波方向の、上記回折格子の結合定数の分布を小さ
くすることが好ましい。
ガイド層の高さを該２つの端面近傍より低くして、上記
光の導波方向の、上記回折格子の結合定数の分布を小さ
くすることが好ましい。
【００１２】上記２つの端面の略中央において、上記活
性層に含まれる上記ウエル層の数を該２つの端面近傍よ
り多くして、上記光の導波方向の、上記回折格子の結合
定数の分布を小さくすることが好ましい。
性層に含まれる上記ウエル層の数を該２つの端面近傍よ
り多くして、上記光の導波方向の、上記回折格子の結合
定数の分布を小さくすることが好ましい。
【００１３】また、本発明は、上記２つの端面間でレー
ザ発振が起きるファブリーペロー型半導体レーザ素子か
らなり、レーザ光が出射する該端面の近傍において、該
活性層の微分利得を大きくしたことを特徴とする半導体
光素子でもある。
ザ発振が起きるファブリーペロー型半導体レーザ素子か
らなり、レーザ光が出射する該端面の近傍において、該
活性層の微分利得を大きくしたことを特徴とする半導体
光素子でもある。
【００１４】また、本発明は、更に、上記光導波路に沿
って、所定の周期で配置された回折格子を含む部分回折
格子型半導体レーザ素子からなり、レーザ光が出射する
上記端面の近傍、および回折格子の形成された後端面近
傍において、上記活性層の微分利得を大きくしたことを
特徴とする半導体光素子でもある。
って、所定の周期で配置された回折格子を含む部分回折
格子型半導体レーザ素子からなり、レーザ光が出射する
上記端面の近傍、および回折格子の形成された後端面近
傍において、上記活性層の微分利得を大きくしたことを
特徴とする半導体光素子でもある。
【００１５】また、本発明は、更に、外部共振器を含
み、該外部共振器の共振波長により発振波長が決定され
る半導体レーザ素子からなり、レーザ光が出射する該端
面の近傍において、該活性層の微分利得を大きくしたこ
とを特徴とする半導体光素子でもある。
み、該外部共振器の共振波長により発振波長が決定され
る半導体レーザ素子からなり、レーザ光が出射する該端
面の近傍において、該活性層の微分利得を大きくしたこ
とを特徴とする半導体光素子でもある。
【００１６】また、本発明は、一の上記端面から入射し
た光が増幅されて、他の該端面から出射する進行波型半
導体光増幅素子からなり、該光が出射する該端面の近傍
において、該活性層の微分利得を大きくしたことを特徴
とする半導体光素子でもある。
た光が増幅されて、他の該端面から出射する進行波型半
導体光増幅素子からなり、該光が出射する該端面の近傍
において、該活性層の微分利得を大きくしたことを特徴
とする半導体光素子でもある。
【００１７】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、全体が１
００で表される、本実施の形態にかかるλ／４シフト分
布帰還型半導体レーザの斜視図である。図２は、図１を
Ｉ−Ｉ方向に見た場合の断面図である。図１、２中、図
２１、２２と同一符号は、同一又は相当個所を示す。分
布帰還型半導体レーザ１００では、両端面（前端面、後
端面）の中央近傍で、活性層３の光子密度が大きくなる
が、本実施の形態では、光子密度が大きくなる両端面の
中央近傍で、微分利得を大きくすることにより、共振器
（活性層３）内における屈折率分布を小さくしている。
ここで、微分利得とは、キャリア密度の増大に対する、
利得の増大する割合をいう。
００で表される、本実施の形態にかかるλ／４シフト分
布帰還型半導体レーザの斜視図である。図２は、図１を
Ｉ−Ｉ方向に見た場合の断面図である。図１、２中、図
２１、２２と同一符号は、同一又は相当個所を示す。分
布帰還型半導体レーザ１００では、両端面（前端面、後
端面）の中央近傍で、活性層３の光子密度が大きくなる
が、本実施の形態では、光子密度が大きくなる両端面の
中央近傍で、微分利得を大きくすることにより、共振器
（活性層３）内における屈折率分布を小さくしている。
ここで、微分利得とは、キャリア密度の増大に対する、
利得の増大する割合をいう。
【００１８】図３は、分布帰還型半導体レーザの、前端
面からの距離と微分利得との関係である。符号（ａ）
は、本実施の形態にかかる分布帰還型半導体レーザ１０
０の場合、符号（ｂ）は、従来の分布帰還型半導体レー
ザの場合である。分布帰還型半導体レーザの両端面間の
距離は、共に２００μｍである。なお、（ａ）（ｂ）の
標記は、以下に示す図５〜８においても同様である。
面からの距離と微分利得との関係である。符号（ａ）
は、本実施の形態にかかる分布帰還型半導体レーザ１０
０の場合、符号（ｂ）は、従来の分布帰還型半導体レー
ザの場合である。分布帰還型半導体レーザの両端面間の
距離は、共に２００μｍである。なお、（ａ）（ｂ）の
標記は、以下に示す図５〜８においても同様である。
【００１９】図３から分かるように、分布帰還型半導体
レーザ１００では、位相シフト領域１５のある両端面の
中央近傍で、微分利得が最も大きくなるようになってい
る。
レーザ１００では、位相シフト領域１５のある両端面の
中央近傍で、微分利得が最も大きくなるようになってい
る。
【００２０】図４は、分布帰還型半導体レーザに順方向
電圧を流した場合の電流値と光出力との関係である。本
実施の形態にかかる分布帰還型半導体レーザ１００（符
号（ａ））では、従来（符号（ｂ））よりも発光効率が
向上していることがわかる。
電圧を流した場合の電流値と光出力との関係である。本
実施の形態にかかる分布帰還型半導体レーザ１００（符
号（ａ））では、従来（符号（ｂ））よりも発光効率が
向上していることがわかる。
【００２１】図５は、分布帰還型半導体レーザの、共振
器（活性層３）内における光子密度の分布であり、横軸
が前端面からの距離、縦軸が光子密度を表す。前端面か
ら１００μｍの位置が、両端面の中央であり、位相シフ
ト領域１５が設けられた位置である。本実施の形態にか
かる分布帰還型半導体レーザ１００（符号（ａ））で
は、従来と同程度に、両端面の中央近傍で光子密度が高
くなっている。このため、本実施の形態にかかる分布帰
還型半導体レーザ１００においても、従来と同様に、共
振器の中央近傍では、誘導放出によるキャリア密度の減
少が、他の部分よりも大きくなる。
器（活性層３）内における光子密度の分布であり、横軸
が前端面からの距離、縦軸が光子密度を表す。前端面か
ら１００μｍの位置が、両端面の中央であり、位相シフ
ト領域１５が設けられた位置である。本実施の形態にか
かる分布帰還型半導体レーザ１００（符号（ａ））で
は、従来と同程度に、両端面の中央近傍で光子密度が高
くなっている。このため、本実施の形態にかかる分布帰
還型半導体レーザ１００においても、従来と同様に、共
振器の中央近傍では、誘導放出によるキャリア密度の減
少が、他の部分よりも大きくなる。
【００２２】図６は、分布帰還型半導体レーザの、共振
器（活性層３）内におけるキャリア密度の分布であり、
横軸が前端面からの距離、縦軸がキャリア密度を表す。
本実施の形態にかかる分布帰還型半導体レーザ１００
（符号（ａ））では、上述の誘導放出の影響で、両端面
の中央近傍において、キャリア密度が低下している。し
かしながら、分布帰還型半導体レーザ１００では、微分
利得が図３のような分布を有するため、共振器（活性層
３）内でのキャリア密度の、光の導波方向（図６では、
横軸方向）の分布は従来より小さくなっている。
器（活性層３）内におけるキャリア密度の分布であり、
横軸が前端面からの距離、縦軸がキャリア密度を表す。
本実施の形態にかかる分布帰還型半導体レーザ１００
（符号（ａ））では、上述の誘導放出の影響で、両端面
の中央近傍において、キャリア密度が低下している。し
かしながら、分布帰還型半導体レーザ１００では、微分
利得が図３のような分布を有するため、共振器（活性層
３）内でのキャリア密度の、光の導波方向（図６では、
横軸方向）の分布は従来より小さくなっている。
【００２３】図７は、分布帰還型半導体レーザの、共振
器（活性層３）内における屈折率の分布であり、横軸が
前端面からの距離、縦軸が屈折率を表す。分布帰還型半
導体レーザ１００（符号（ａ））では、図６に示すよう
に、キャリア密度の分布が従来より小さいため、屈折率
の分布も従来より小さくなっている。
器（活性層３）内における屈折率の分布であり、横軸が
前端面からの距離、縦軸が屈折率を表す。分布帰還型半
導体レーザ１００（符号（ａ））では、図６に示すよう
に、キャリア密度の分布が従来より小さいため、屈折率
の分布も従来より小さくなっている。
【００２４】この結果、共振器内、即ち、活性層３内に
おける、光の導波方向の屈折率の分布が、従来より小さ
くなる。このため、光導波路のコア部（活性層３）とク
ラッド部（クラッド層２、４）との間の屈折率差の分布
も小さくなる。これにより、分布帰還型半導体レーザ１
００の横モードの発光が安定となり、キンクの発生等を
防止し、上述の図４に示すような、良好な出力特性を得
ることができる。
おける、光の導波方向の屈折率の分布が、従来より小さ
くなる。このため、光導波路のコア部（活性層３）とク
ラッド部（クラッド層２、４）との間の屈折率差の分布
も小さくなる。これにより、分布帰還型半導体レーザ１
００の横モードの発光が安定となり、キンクの発生等を
防止し、上述の図４に示すような、良好な出力特性を得
ることができる。
【００２５】
【実施例１】本実施例では、図１、２に示す分布帰還型
半導体レーザ１００において、両端面の中央近傍の活性
層３の量子井戸層の幅（ウエル厚）を、周辺部より小さ
くしている。これにより、両端面の中央近傍で微分利得
を大きくし、共振器内における屈折率の分布を小さくし
ている。
半導体レーザ１００において、両端面の中央近傍の活性
層３の量子井戸層の幅（ウエル厚）を、周辺部より小さ
くしている。これにより、両端面の中央近傍で微分利得
を大きくし、共振器内における屈折率の分布を小さくし
ている。
【００２６】図８は、本実施例の分布帰還型半導体レー
ザ１００のウエル厚の分布である。符号（ｂ）で示すよ
うに、従来の分布帰還型半導体レーザではウエル厚が一
定であるのに対し、分布帰還型半導体レーザ１００で
は、符号（ａ）で示すように、前端部、後端部から中央
に向って、ウエル厚が漸次小さくなる構造となってい
る。
ザ１００のウエル厚の分布である。符号（ｂ）で示すよ
うに、従来の分布帰還型半導体レーザではウエル厚が一
定であるのに対し、分布帰還型半導体レーザ１００で
は、符号（ａ）で示すように、前端部、後端部から中央
に向って、ウエル厚が漸次小さくなる構造となってい
る。
【００２７】図９は、量子井戸層内での、状態密度、キ
ャリア密度、とエネルギー準位との関係であり、図９
（ａ）は量子井戸層のウエル厚が小さい（薄い）場合で
あり、図９（ｂ）は量子井戸層のウエル厚が大きい（厚
い）場合である。図中、斜線で示す部分が、電子の分布
を表す。
ャリア密度、とエネルギー準位との関係であり、図９
（ａ）は量子井戸層のウエル厚が小さい（薄い）場合で
あり、図９（ｂ）は量子井戸層のウエル厚が大きい（厚
い）場合である。図中、斜線で示す部分が、電子の分布
を表す。
【００２８】ウエル内のキャリア密度が増加した場合、
キャリア密度の増大によりウエル内の電子の、レーザの
発振波長に対応するエネルギー準位におけるキャリア密
度も増大するが、ウエル厚の厚い場合（図９（ｂ）参
照）に比較して、ウエル厚の薄い場合（図９（ａ）参
照）の変化が顕著である。図９中、点線で示したのが、
キャリア密度増大後の、エネルギー準位である。
キャリア密度の増大によりウエル内の電子の、レーザの
発振波長に対応するエネルギー準位におけるキャリア密
度も増大するが、ウエル厚の厚い場合（図９（ｂ）参
照）に比較して、ウエル厚の薄い場合（図９（ａ）参
照）の変化が顕著である。図９中、点線で示したのが、
キャリア密度増大後の、エネルギー準位である。
【００２９】ここで、微分利得（ｄＧ／ｄＮ）とキャリ
ア密度との間には、以下の式１が成立している。
ア密度との間には、以下の式１が成立している。
【００３０】
（ｄＧ／ｄＮ）∝（発振波長のエネルギ準位におけるキャリア密度の変化
／全体のキャリア密度の変化） （式１）
【００３１】量子井戸構造において、エネルギー準位当
たりの状態密度は、ウエル厚が薄いほど小さくなるた
め、わずかなキャリア密度の増加で発振波長のエネルギ
準位におけるキャリア密度が大きく変化する。この結
果、式１より、ウエル厚の厚い場合に比較して、ウエル
厚の薄い場合の方が、微分利得（ｄＧ／ｄＮ）が大きく
なる。
たりの状態密度は、ウエル厚が薄いほど小さくなるた
め、わずかなキャリア密度の増加で発振波長のエネルギ
準位におけるキャリア密度が大きく変化する。この結
果、式１より、ウエル厚の厚い場合に比較して、ウエル
厚の薄い場合の方が、微分利得（ｄＧ／ｄＮ）が大きく
なる。
【００３２】かかる構造を用いることにより、微分利得
の分布が図３に示すようになり、良好な出力特性を有す
る分布帰還型半導体レーザ１００を得ることができる。
の分布が図３に示すようになり、良好な出力特性を有す
る分布帰還型半導体レーザ１００を得ることができる。
【００３３】なお、ここでは、図８に示すように、漸
次、ウエル厚を変化させたが、中央近傍が最も薄くなる
ように、階段状に変化させてもよい。また、ここでは、
多重量子井戸を用いた活性層３について説明したが、単
一量子井戸（ＳＱＷ）を用いた活性層に適用することも
可能である。
次、ウエル厚を変化させたが、中央近傍が最も薄くなる
ように、階段状に変化させてもよい。また、ここでは、
多重量子井戸を用いた活性層３について説明したが、単
一量子井戸（ＳＱＷ）を用いた活性層に適用することも
可能である。
【００３４】次に、かかる活性層３の作製方法につい
て、簡単に説明する。第１の方法は、選択成長用マスク
を用いて活性層３を形成する方法である。図１０は、Ｉ
ｎＰ基板１の上に、ＩｎＰバッファ層２を形成し、更に
その上に、選択成長用マスク１６を作製した時点におけ
る、分布帰還型半導体レーザ１００の製造工程の上面図
である。選択成長用マスク１６は、例えば、酸化シリコ
ンから形成される。かかる形状の選択成長用マスク１６
を形成した後に、有機金属気相成長法を用いて、１対の
マスク１６に挟まれた領域に、活性層３を成長させる。
この結果、マスク１６の両端部では、バリア層、ウエル
層の膜厚が厚くなり、中央近傍ほど薄くなる。
て、簡単に説明する。第１の方法は、選択成長用マスク
を用いて活性層３を形成する方法である。図１０は、Ｉ
ｎＰ基板１の上に、ＩｎＰバッファ層２を形成し、更に
その上に、選択成長用マスク１６を作製した時点におけ
る、分布帰還型半導体レーザ１００の製造工程の上面図
である。選択成長用マスク１６は、例えば、酸化シリコ
ンから形成される。かかる形状の選択成長用マスク１６
を形成した後に、有機金属気相成長法を用いて、１対の
マスク１６に挟まれた領域に、活性層３を成長させる。
この結果、マスク１６の両端部では、バリア層、ウエル
層の膜厚が厚くなり、中央近傍ほど薄くなる。
【００３５】第２の方法は、結晶成長工程とエッチング
工程とを繰り返して形成するバットジョイント法であ
る。図１１は、ＩｎＰ基板１の上に、ＩｎＰバッファ層
２を形成し、その上にウエル厚の異なる３種類の活性層
１７、１８、１９を作製した状態の断面図である。かか
るバットジョイント法では、まず、ウエル厚の最も薄い
活性層をＩｎＰバッファ層２の全面に形成し、一般的な
リソグラフィ、エッチング工程により、活性層１７を形
成する。次に、活性層１７上にマスクを設けた状態で、
ＩｎＰバッファ２の上に、ややウエル厚の厚くなった活
性層を形成し、一般的なリソグラフィ、エッチング工程
により、活性層１８を形成する。更に同様の工程を繰り
返して、更にウエル厚の厚い活性層１９を形成する。こ
の結果、活性層１７では、活性層１８、１９に比較し
て、バリア層、ウエル層の膜厚が薄くなる。なお、かか
る２つの方法は、以下の実施例２、３の構造を作製する
場合にも適用することができる。
工程とを繰り返して形成するバットジョイント法であ
る。図１１は、ＩｎＰ基板１の上に、ＩｎＰバッファ層
２を形成し、その上にウエル厚の異なる３種類の活性層
１７、１８、１９を作製した状態の断面図である。かか
るバットジョイント法では、まず、ウエル厚の最も薄い
活性層をＩｎＰバッファ層２の全面に形成し、一般的な
リソグラフィ、エッチング工程により、活性層１７を形
成する。次に、活性層１７上にマスクを設けた状態で、
ＩｎＰバッファ２の上に、ややウエル厚の厚くなった活
性層を形成し、一般的なリソグラフィ、エッチング工程
により、活性層１８を形成する。更に同様の工程を繰り
返して、更にウエル厚の厚い活性層１９を形成する。こ
の結果、活性層１７では、活性層１８、１９に比較し
て、バリア層、ウエル層の膜厚が薄くなる。なお、かか
る２つの方法は、以下の実施例２、３の構造を作製する
場合にも適用することができる。
【００３６】
【実施例２】図１、２に示す分布帰還型半導体レーザ１
００では、半導体レーザの発振波長は、回折格子の格子
間隔で決定される。一方、活性層３の材料に依存して、
所定の材料の活性層３で、利得が最大となるような最大
利得波長が存在する。かかる発振波長と、最大利得波長
との差がデチューニング量として定義される。実施例２
では、共振器（活性層３）内の光子密度が大きくなる両
端面の中央近傍において、かかるデチューニング量が大
きくなる構成として、両端面の中央近傍での微分利得を
大きくしている。
００では、半導体レーザの発振波長は、回折格子の格子
間隔で決定される。一方、活性層３の材料に依存して、
所定の材料の活性層３で、利得が最大となるような最大
利得波長が存在する。かかる発振波長と、最大利得波長
との差がデチューニング量として定義される。実施例２
では、共振器（活性層３）内の光子密度が大きくなる両
端面の中央近傍において、かかるデチューニング量が大
きくなる構成として、両端面の中央近傍での微分利得を
大きくしている。
【００３７】図１２は、活性層３に含まれるウエル内で
の、状態密度とエネルギー準位との関係である。図中、
斜線で表した部分が電子の存在する部分である。電子お
よびホールの状態密度とエネルギー準位との関係は、フ
ェルミ関数により定まる。図１２からわかるように、所
定の発振波長における、キャリア密度の増大に対する利
得の増大の割合、即ち、微分利得は、デチューニング量
が大きいほど大きくなる。
の、状態密度とエネルギー準位との関係である。図中、
斜線で表した部分が電子の存在する部分である。電子お
よびホールの状態密度とエネルギー準位との関係は、フ
ェルミ関数により定まる。図１２からわかるように、所
定の発振波長における、キャリア密度の増大に対する利
得の増大の割合、即ち、微分利得は、デチューニング量
が大きいほど大きくなる。
【００３８】具体的には、図１、２の分布帰還型半導体
レーザ１００において、両端面の中央近傍の活性層３の
組成を、ウエル／バリア：Ｉｎ０．７９Ｇａ０．２１Ａ
ｓ０ ．７６Ｐ０．２４／Ｉｎ０．７４Ｇａ０．２６Ａｓ
０．５７Ｐ０．４３とする。一方、前端面、後端面近傍
の活性層３の組成を、ウエル／バリア：Ｉｎ０．８０Ｇ
ａ０．２０Ａｓ０．７４Ｐ０．２６／Ｉｎ０．７４Ｇａ
０．２６Ａｓ０．５７Ｐ０．４３とする。かかる構造で
は、両端面の中央近傍の活性層３のウエルの組成波長が
１６７０ｎｍとなり、前端面、後端面近傍の活性層３の
ウエルの組成波長が１６６０ｎｍとなり、両者のデチュ
ーニング量の差は１０ｎｍとなる。
レーザ１００において、両端面の中央近傍の活性層３の
組成を、ウエル／バリア：Ｉｎ０．７９Ｇａ０．２１Ａ
ｓ０ ．７６Ｐ０．２４／Ｉｎ０．７４Ｇａ０．２６Ａｓ
０．５７Ｐ０．４３とする。一方、前端面、後端面近傍
の活性層３の組成を、ウエル／バリア：Ｉｎ０．８０Ｇ
ａ０．２０Ａｓ０．７４Ｐ０．２６／Ｉｎ０．７４Ｇａ
０．２６Ａｓ０．５７Ｐ０．４３とする。かかる構造で
は、両端面の中央近傍の活性層３のウエルの組成波長が
１６７０ｎｍとなり、前端面、後端面近傍の活性層３の
ウエルの組成波長が１６６０ｎｍとなり、両者のデチュ
ーニング量の差は１０ｎｍとなる。
【００３９】なお、本実施例では、活性層３の組成を、
両端面の中央近傍と、それ以外の２種類としたが、更に
複数の種類の組成を用いても構わない。また、漸次、変
化させても構わない。
両端面の中央近傍と、それ以外の２種類としたが、更に
複数の種類の組成を用いても構わない。また、漸次、変
化させても構わない。
【００４０】
【実施例３】本実施例では、図１、２に示す分布帰還型
半導体レーザ１００において、活性層３のウエル層の圧
縮歪の量を、光子密度の大きくなる両端面の中央近傍に
おいて、前端面、後端面近傍より大きくなるようにして
いる。活性層３の、エネルギー準位あたりの状態密度
は、有効質量が小さいほど小さくなる。一方、ウエル層
の圧縮歪の量が大きいほど、有効質量は小さくなる。従
って、本実施例では、両端面の中央近傍の圧縮歪の量を
大きくすることにより、かかる領域における有効質量を
小さくし、エネルギー準位あたりの状態密度を小さくし
ている。この結果、両端面の中央近傍では、わずかなキ
ャリア密度の増加で、大きな光利得の増大が得られ、即
ち、微分利得が大きくなる。
半導体レーザ１００において、活性層３のウエル層の圧
縮歪の量を、光子密度の大きくなる両端面の中央近傍に
おいて、前端面、後端面近傍より大きくなるようにして
いる。活性層３の、エネルギー準位あたりの状態密度
は、有効質量が小さいほど小さくなる。一方、ウエル層
の圧縮歪の量が大きいほど、有効質量は小さくなる。従
って、本実施例では、両端面の中央近傍の圧縮歪の量を
大きくすることにより、かかる領域における有効質量を
小さくし、エネルギー準位あたりの状態密度を小さくし
ている。この結果、両端面の中央近傍では、わずかなキ
ャリア密度の増加で、大きな光利得の増大が得られ、即
ち、微分利得が大きくなる。
【００４１】具体的には、図１、２の分布帰還型半導体
レーザ１００において、両端面の中央近傍のＭＱＷ活性
層３の組成を、ウエル／バリア：Ｉｎ０．８０Ｇａ
０．２０Ａｓ０．７４Ｐ０．２６／Ｉｎ０．７４Ｇａ
０．２６Ａｓ０．５７Ｐ０．４３とする。一方、前端
面、後端面近傍のＭＱＷ活性層３の組成を、ウエル／バ
リア：Ｉｎ０．６８Ｇａ０．３２Ａｓ０．８５Ｐ
０．１５／Ｉｎ０．７４Ｇａ０．２６Ａｓ０．５７Ｐ
０．４３とする。かかる構造では、両端面の中央近傍の
活性層３のウエルの歪量が１％となり、前端面、後端面
近傍の活性層３のウエルの歪量が０．５％となる。
レーザ１００において、両端面の中央近傍のＭＱＷ活性
層３の組成を、ウエル／バリア：Ｉｎ０．８０Ｇａ
０．２０Ａｓ０．７４Ｐ０．２６／Ｉｎ０．７４Ｇａ
０．２６Ａｓ０．５７Ｐ０．４３とする。一方、前端
面、後端面近傍のＭＱＷ活性層３の組成を、ウエル／バ
リア：Ｉｎ０．６８Ｇａ０．３２Ａｓ０．８５Ｐ
０．１５／Ｉｎ０．７４Ｇａ０．２６Ａｓ０．５７Ｐ
０．４３とする。かかる構造では、両端面の中央近傍の
活性層３のウエルの歪量が１％となり、前端面、後端面
近傍の活性層３のウエルの歪量が０．５％となる。
【００４２】なお、本実施例では、活性層３の組成を、
両端面の中央近傍と、それ以外の２種類としたが、更に
複数の種類の組成を用いても構わない。また、漸次、変
化させても構わない。
両端面の中央近傍と、それ以外の２種類としたが、更に
複数の種類の組成を用いても構わない。また、漸次、変
化させても構わない。
【００４３】
【実施例４】図１３は、全体が１１０で表される、本実
施の形態にかかる他の分布帰還型半導体レーザの断面図
であり、図１のＩ−Ｉに相当する方向に見た場合の断面
図である。図１３中、図１、２と同一符号は、同一又は
相当個所を示す。分布帰還型半導体レーザ１１０では、
活性層３の光子密度が大きくなる、両端面の中央近傍
で、微分利得を大きくしたのに加えて、光ガイド層１４
の層厚（図１３では上下方向の高さ）が、光子密度が大
きくなる領域で小さくなるようにしている。即ち、図１
３に示すように、略等間隔で配置された光ガイド層１４
が、両端部から、中央に設けられた位相シフト領域１５
に近づくほど、層厚が小さくなるように形成されてい
る。
施の形態にかかる他の分布帰還型半導体レーザの断面図
であり、図１のＩ−Ｉに相当する方向に見た場合の断面
図である。図１３中、図１、２と同一符号は、同一又は
相当個所を示す。分布帰還型半導体レーザ１１０では、
活性層３の光子密度が大きくなる、両端面の中央近傍
で、微分利得を大きくしたのに加えて、光ガイド層１４
の層厚（図１３では上下方向の高さ）が、光子密度が大
きくなる領域で小さくなるようにしている。即ち、図１
３に示すように、略等間隔で配置された光ガイド層１４
が、両端部から、中央に設けられた位相シフト領域１５
に近づくほど、層厚が小さくなるように形成されてい
る。
【００４４】光子密度が大きな領域で活性層３のウエル
厚を薄くすると、かかる領域での活性層３への光の閉じ
込め量が小さくなる。この結果、回折格子１４の部分へ
の光の閉じ込めが他の領域より強くなり、回折格子の結
合係数が、共振器内でばらつくこととなる。
厚を薄くすると、かかる領域での活性層３への光の閉じ
込め量が小さくなる。この結果、回折格子１４の部分へ
の光の閉じ込めが他の領域より強くなり、回折格子の結
合係数が、共振器内でばらつくこととなる。
【００４５】これに対して、本実施例では、光ガイド層
１５の層厚を調整することにより、共振器内における回
折格子の結合係数を、略一定にすることができる。
１５の層厚を調整することにより、共振器内における回
折格子の結合係数を、略一定にすることができる。
【００４６】
【実施例５】本実施例にかかる分布帰還型半導体レーザ
では、活性層３の光子密度が大きくなる両端面の中央近
傍で、量子井戸のウエル厚を小さくしたのに加えて、か
かる領域において、ウエルの数を多くしている。
では、活性層３の光子密度が大きくなる両端面の中央近
傍で、量子井戸のウエル厚を小さくしたのに加えて、か
かる領域において、ウエルの数を多くしている。
【００４７】図１４は、前端面からの距離と、活性層３
に含まれるウエル層の数との関係である。図１４から明
らかなように、分布帰還型半導体レーザの前端面、後端
面から、両端面の中央近傍に向って、次第に、活性層３
に含まれるウエル層の数が増加するようになっている。
なお、かかる構造の活性層３は、上述のバットジョイン
ト法で作製できる。
に含まれるウエル層の数との関係である。図１４から明
らかなように、分布帰還型半導体レーザの前端面、後端
面から、両端面の中央近傍に向って、次第に、活性層３
に含まれるウエル層の数が増加するようになっている。
なお、かかる構造の活性層３は、上述のバットジョイン
ト法で作製できる。
【００４８】このように、両端面の中央近傍ほど、活性
層３に含まれるウエル層の数を増やすと、活性層３への
光の閉じ込め効果が増大する。このため、ウエル数を調
整することにより、共振器内における回折格子の結合係
数を、略一定にすることができる。
層３に含まれるウエル層の数を増やすと、活性層３への
光の閉じ込め効果が増大する。このため、ウエル数を調
整することにより、共振器内における回折格子の結合係
数を、略一定にすることができる。
【００４９】以上で説明した本実施の形態、及びその実
施例では、λ／４分布帰還型半導体レーザを例に説明し
たが、かかる構造は、外部共振器により発振波長が定ま
る半導体光装置、例えば、半導体光増幅器とファイバー
グレーティングとを組み合わせた装置にも適用できる。
また、使用する波長が外部の系により定まる半導体光増
幅器にも適用できる。
施例では、λ／４分布帰還型半導体レーザを例に説明し
たが、かかる構造は、外部共振器により発振波長が定ま
る半導体光装置、例えば、半導体光増幅器とファイバー
グレーティングとを組み合わせた装置にも適用できる。
また、使用する波長が外部の系により定まる半導体光増
幅器にも適用できる。
【００５０】実施の形態２．図１５は、全体が２００で
表される、本実施の形態にかかるファブリーペロー型半
導体レーザの断面図であり、図１のＩ−Ｉに相当する方
向に見た場合の断面図である。図１５中、図１、２と同
一符号は、同一又は相当個所を表す。図１５において、
左側の端面が前端面、右側の端面が後端面である。Ｉｎ
Ｐクラッド層２、４と、これらの層に挟まれた活性層３
が光導波路となり、前端面と後端面との間で共振器構造
を形成する。
表される、本実施の形態にかかるファブリーペロー型半
導体レーザの断面図であり、図１のＩ−Ｉに相当する方
向に見た場合の断面図である。図１５中、図１、２と同
一符号は、同一又は相当個所を表す。図１５において、
左側の端面が前端面、右側の端面が後端面である。Ｉｎ
Ｐクラッド層２、４と、これらの層に挟まれた活性層３
が光導波路となり、前端面と後端面との間で共振器構造
を形成する。
【００５１】図１６（ａ）（ｂ）（ｃ）は、ファブリー
ペロー型半導体レーザの共振器（活性層３）内におけ
る、光子密度の分布、キャリア密度の分布、及び屈折率
の分布である。図中、符号（ｃ）で表したのが本実施の
形態にかかるファブリーペロー型半導体レーザ２００で
あり、符号（ｄ）で表したのが従来のファブリーペロー
型半導体レーザである。
ペロー型半導体レーザの共振器（活性層３）内におけ
る、光子密度の分布、キャリア密度の分布、及び屈折率
の分布である。図中、符号（ｃ）で表したのが本実施の
形態にかかるファブリーペロー型半導体レーザ２００で
あり、符号（ｄ）で表したのが従来のファブリーペロー
型半導体レーザである。
【００５２】一般に、ファブリーペロー型半導体レーザ
では、特に、出射端面である前端面近傍において、共振
器（活性層３）内の光子密度が高くなる（図１６
（ａ））。このため、前端面近傍におけるキャリア密度
が、両端面の中央近傍に比較して低くなり（図１６
（ｂ））、キャリアのプラズマ効果が弱くなる。この結
果、前端面近傍における屈折率が、両端面の中央近傍に
比較して高くなり（図１６（ｃ））、光出力の低下等が
発生して十分な高出力動作が得られなかった。
では、特に、出射端面である前端面近傍において、共振
器（活性層３）内の光子密度が高くなる（図１６
（ａ））。このため、前端面近傍におけるキャリア密度
が、両端面の中央近傍に比較して低くなり（図１６
（ｂ））、キャリアのプラズマ効果が弱くなる。この結
果、前端面近傍における屈折率が、両端面の中央近傍に
比較して高くなり（図１６（ｃ））、光出力の低下等が
発生して十分な高出力動作が得られなかった。
【００５３】これに対して、本実施の形態２にかかるフ
ァブリーペロー型半導体レーザ２００では、光子密度が
大きくなる前端面近傍で、微分利得を大きくすることに
より、共振器（活性層３）内における屈折率の分布を小
さくしている。
ァブリーペロー型半導体レーザ２００では、光子密度が
大きくなる前端面近傍で、微分利得を大きくすることに
より、共振器（活性層３）内における屈折率の分布を小
さくしている。
【００５４】具体的には、実施の形態１で説明した実施
例１〜３と同様の構造が適用される。即ち、第１の構造
では、ファブリーペロー型半導体レーザ２００の前端面
（出射面）近傍の、活性層３に含まれる量子井戸のウエ
ル厚を、他の領域の量子井戸のウエル厚より薄くする。
また、第２の構造では、前端面（出射面）近傍におい
て、活性層３を構成する量子井戸の圧縮歪の量を大きく
する。
例１〜３と同様の構造が適用される。即ち、第１の構造
では、ファブリーペロー型半導体レーザ２００の前端面
（出射面）近傍の、活性層３に含まれる量子井戸のウエ
ル厚を、他の領域の量子井戸のウエル厚より薄くする。
また、第２の構造では、前端面（出射面）近傍におい
て、活性層３を構成する量子井戸の圧縮歪の量を大きく
する。
【００５５】これらの３つの構成は、実施の形態１で説
明した実施例１〜３と同様の構成を用いることにより達
成できる。また、かかる構成の作製は、実施例１〜３の
方法を適用することにより可能となる。
明した実施例１〜３と同様の構成を用いることにより達
成できる。また、かかる構成の作製は、実施例１〜３の
方法を適用することにより可能となる。
【００５６】このように、本実施の形態２にかかるファ
ブリーペロー型半導体レーザ２００を用いることによ
り、光導波路のコア部とクラッド部との間の屈折率差の
分布が小さくなる。また、光子密度の大きい領域におい
て、誘導放出によりキャリア密度の低下を小さくできる
ため、光電変換の効率を高くすることができる。これに
より、横モードの発光が安定となり、キンクの発生等を
防止し、良好な出力特性を得ることができる。
ブリーペロー型半導体レーザ２００を用いることによ
り、光導波路のコア部とクラッド部との間の屈折率差の
分布が小さくなる。また、光子密度の大きい領域におい
て、誘導放出によりキャリア密度の低下を小さくできる
ため、光電変換の効率を高くすることができる。これに
より、横モードの発光が安定となり、キンクの発生等を
防止し、良好な出力特性を得ることができる。
【００５７】実施の形態３．図１７は、全体が３００で
表される、本実施の形態にかかる進行波型字半導体光増
幅器の斜視図であり、図１、２と同一符号は、同一又は
相当個所を表す。図１７において、左下側の端面が出射
端面（前端面）であり、右側の端面が入射端面（後端
面）である。ＩｎＰクラッド層２、４と、これらの層に
挟まれた活性層３が光導波路となり、後端面から入射し
た光を増幅して、前端面から出射する。進行波型字半導
体光増幅器３００では、光導波路が湾曲し、光導波路の
法線と両端面とが垂直に交わらない構造を採用し、両端
面での反射率を低くしている。光導波路が湾曲している
以外は、上述のファブリーペロー型半導体レーザ２００
と同じ素子構造となっている。
表される、本実施の形態にかかる進行波型字半導体光増
幅器の斜視図であり、図１、２と同一符号は、同一又は
相当個所を表す。図１７において、左下側の端面が出射
端面（前端面）であり、右側の端面が入射端面（後端
面）である。ＩｎＰクラッド層２、４と、これらの層に
挟まれた活性層３が光導波路となり、後端面から入射し
た光を増幅して、前端面から出射する。進行波型字半導
体光増幅器３００では、光導波路が湾曲し、光導波路の
法線と両端面とが垂直に交わらない構造を採用し、両端
面での反射率を低くしている。光導波路が湾曲している
以外は、上述のファブリーペロー型半導体レーザ２００
と同じ素子構造となっている。
【００５８】図１８（ａ）（ｂ）（ｃ）は、進行波型字
半導体光増幅器の共振器内における、光子密度の分布、
キャリア密度の分布、及び屈折率の分布である。図中、
符号（ｅ）で表したのが本実施の形態にかかる進行波型
字半導体光増幅器３００であり、符号（ｆ）で表したの
が従来の進行波型字半導体光増幅器である。
半導体光増幅器の共振器内における、光子密度の分布、
キャリア密度の分布、及び屈折率の分布である。図中、
符号（ｅ）で表したのが本実施の形態にかかる進行波型
字半導体光増幅器３００であり、符号（ｆ）で表したの
が従来の進行波型字半導体光増幅器である。
【００５９】一般に、進行波型字半導体光増幅器では、
特に、出射端面近傍において、共振器（活性層）内の光
子密度が高くなる（図１８（ａ））。このため、出射端
面近傍におけるキャリア密度が、両端面の中央近傍に比
較して低くなり（図１８（ｂ））、キャリアのプラズマ
効果が弱くなる。この結果、出射端面近傍における屈折
率が、両端面の中央近傍に比較して高くなり（図１８
（ｃ））、光出力の低下等が発生して十分な高出力動作
が得られなかった。
特に、出射端面近傍において、共振器（活性層）内の光
子密度が高くなる（図１８（ａ））。このため、出射端
面近傍におけるキャリア密度が、両端面の中央近傍に比
較して低くなり（図１８（ｂ））、キャリアのプラズマ
効果が弱くなる。この結果、出射端面近傍における屈折
率が、両端面の中央近傍に比較して高くなり（図１８
（ｃ））、光出力の低下等が発生して十分な高出力動作
が得られなかった。
【００６０】これに対して、本実施の形態３にかかる進
行波型字半導体光増幅器３００では、光子密度が大きく
なる出射端面近傍で、微分利得を大きくすることによ
り、共振器内における屈折率分布を小さくしている。
行波型字半導体光増幅器３００では、光子密度が大きく
なる出射端面近傍で、微分利得を大きくすることによ
り、共振器内における屈折率分布を小さくしている。
【００６１】具体的には、実施の形態１で説明した実施
例１〜３と同様の構造が適用される。即ち、第１の構造
では、進行波型字半導体光増幅器３００の出射端面近傍
の、活性層３に含まれる量子井戸のウエル厚を、他の領
域の量子井戸のウエル厚より薄くする。また、第２の構
造では、出射端面近傍において、デチューニング量が大
きくなる構成とする。更に、第３の構造では、出射端面
近傍において、活性層３を構成する量子井戸の圧縮歪の
量を大きくする。
例１〜３と同様の構造が適用される。即ち、第１の構造
では、進行波型字半導体光増幅器３００の出射端面近傍
の、活性層３に含まれる量子井戸のウエル厚を、他の領
域の量子井戸のウエル厚より薄くする。また、第２の構
造では、出射端面近傍において、デチューニング量が大
きくなる構成とする。更に、第３の構造では、出射端面
近傍において、活性層３を構成する量子井戸の圧縮歪の
量を大きくする。
【００６２】これらの３つの構成は、実施の形態１で説
明した実施例１〜３と同様の構成を用いることにより達
成できる。また、かかる構成の作製は、実施例１〜３の
方法を適用することにより可能となる。
明した実施例１〜３と同様の構成を用いることにより達
成できる。また、かかる構成の作製は、実施例１〜３の
方法を適用することにより可能となる。
【００６３】このように、本実施の形態３にかかる進行
波型字半導体光増幅器３００を用いることにより、光導
波路のコア部とクラッド部との間の屈折率差の分布が小
さくなる。また、光子密度の大きい領域において、誘導
放出によりキャリア密度の低下を小さくできるため、光
増幅率を大きくすることができる。これにより、高い増
幅率を有し、横モードの安定な半導体光増幅器を得るこ
とができる。
波型字半導体光増幅器３００を用いることにより、光導
波路のコア部とクラッド部との間の屈折率差の分布が小
さくなる。また、光子密度の大きい領域において、誘導
放出によりキャリア密度の低下を小さくできるため、光
増幅率を大きくすることができる。これにより、高い増
幅率を有し、横モードの安定な半導体光増幅器を得るこ
とができる。
【００６４】実施の形態４．図１９は、全体が４００で
表される、本実施の形態にかかる部分回折格子型半導体
レーザの断面図であり、図１のＩ−Ｉに相当する方向に
見た場合の断面図である。図１９中、図１、２と同一符
号は、同一又は相当個所を表す。図１９において、左側
の端面が前端面、右側の端面が後端面である。ＩｎＰク
ラッド層２、４と、これらの層に挟まれた活性層３が光
導波路となり、前端面と後端面との間で共振器構造を形
成する。また、後端面近傍のＩｎＰクラッド層４の中に
は、回折格子１４が設けられている。
表される、本実施の形態にかかる部分回折格子型半導体
レーザの断面図であり、図１のＩ−Ｉに相当する方向に
見た場合の断面図である。図１９中、図１、２と同一符
号は、同一又は相当個所を表す。図１９において、左側
の端面が前端面、右側の端面が後端面である。ＩｎＰク
ラッド層２、４と、これらの層に挟まれた活性層３が光
導波路となり、前端面と後端面との間で共振器構造を形
成する。また、後端面近傍のＩｎＰクラッド層４の中に
は、回折格子１４が設けられている。
【００６５】図２０（ａ）（ｂ）（ｃ）は、部分回折格
子型半導体レーザの共振器内における、光子密度の分
布、キャリア密度の分布、及び屈折率の分布である。図
中、符号（ｇ）で表したのが本実施の形態にかかる部分
回折格子型半導体レーザ４００であり、符号（ｈ）で表
したのが従来の部分回折格子型半導体レーザである。
子型半導体レーザの共振器内における、光子密度の分
布、キャリア密度の分布、及び屈折率の分布である。図
中、符号（ｇ）で表したのが本実施の形態にかかる部分
回折格子型半導体レーザ４００であり、符号（ｈ）で表
したのが従来の部分回折格子型半導体レーザである。
【００６６】一般に、部分回折格子型半導体レーザで
は、特に、出射端面である前端面近傍および回折格子形
成領域において、共振器（活性層）内の光子密度が高く
なる（図２０（ａ））。このため、前端面近傍における
キャリア密度が、両端面の中央近傍に比較して低くなり
（図２０（ｂ））、キャリアのプラズマ効果が弱くな
る。この結果、端面近傍における屈折率が、両端面の中
央近傍に比較して高くなり（図２０（ｃ））、光出力の
低下等が発生して十分な高出力動作が得られなかった。
は、特に、出射端面である前端面近傍および回折格子形
成領域において、共振器（活性層）内の光子密度が高く
なる（図２０（ａ））。このため、前端面近傍における
キャリア密度が、両端面の中央近傍に比較して低くなり
（図２０（ｂ））、キャリアのプラズマ効果が弱くな
る。この結果、端面近傍における屈折率が、両端面の中
央近傍に比較して高くなり（図２０（ｃ））、光出力の
低下等が発生して十分な高出力動作が得られなかった。
【００６７】これに対して、本実施の形態４にかかる部
分回折格子型半導体レーザ４００では、光子密度が大き
くなる端面近傍で、微分利得を大きくすることにより、
共振器（活性層３）内における屈折率の分布を小さくし
ている。
分回折格子型半導体レーザ４００では、光子密度が大き
くなる端面近傍で、微分利得を大きくすることにより、
共振器（活性層３）内における屈折率の分布を小さくし
ている。
【００６８】具体的には、実施の形態１で説明した実施
例１〜３と同様の構造が適用される。即ち、第１の構造
では、部分回折格子型半導体レーザ４００の端面近傍
の、活性層３に含まれる量子井戸のウエル厚を、他の領
域の量子井戸のウエル厚より薄くする。また、第２の構
造では、端面近傍において、デチューニング量が大きく
なる構成とする。更に、第３の構造では、端面近傍にお
いて、活性層３を構成する量子井戸の圧縮歪の量を大き
くする。
例１〜３と同様の構造が適用される。即ち、第１の構造
では、部分回折格子型半導体レーザ４００の端面近傍
の、活性層３に含まれる量子井戸のウエル厚を、他の領
域の量子井戸のウエル厚より薄くする。また、第２の構
造では、端面近傍において、デチューニング量が大きく
なる構成とする。更に、第３の構造では、端面近傍にお
いて、活性層３を構成する量子井戸の圧縮歪の量を大き
くする。
【００６９】これらの３つの構成は、実施の形態１で説
明した実施例１〜３と同様の構成を用いることにより達
成できる。また、かかる構成の作製は、実施例１〜３の
方法を適用することにより可能となる。
明した実施例１〜３と同様の構成を用いることにより達
成できる。また、かかる構成の作製は、実施例１〜３の
方法を適用することにより可能となる。
【００７０】このように、本実施の形態４にかかる部分
回折格子型半導体レーザ４００を用いることにより、光
導波路のコア部とクラッド部との間の屈折率差の分布が
小さくなる。また、光子密度の大きい領域において、誘
導放出によりキャリア密度の低下を小さくできるため、
光電変換の効率を高くすることができる。これにより、
横モードの発光が安定となり、キンクの発生等を防止
し、良好な出力特性を得ることができる。
回折格子型半導体レーザ４００を用いることにより、光
導波路のコア部とクラッド部との間の屈折率差の分布が
小さくなる。また、光子密度の大きい領域において、誘
導放出によりキャリア密度の低下を小さくできるため、
光電変換の効率を高くすることができる。これにより、
横モードの発光が安定となり、キンクの発生等を防止
し、良好な出力特性を得ることができる。
【００７１】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
にかかる半導体光素子では、横モードの発光が安定とな
り、キンクの発生等を防止し、良好な出力特性を得るこ
とができる。
にかかる半導体光素子では、横モードの発光が安定とな
り、キンクの発生等を防止し、良好な出力特性を得るこ
とができる。
【図１】 本発明の実施の形態１にかかる分布帰還型半
導体レーザの斜視図である。
導体レーザの斜視図である。
【図２】 本発明の実施の形態１にかかる分布帰還型半
導体レーザの断面図である。
導体レーザの断面図である。
【図３】 前端面からの距離と微分利得との関係であ
る。
る。
【図４】 電流値と光出力との関係である。
【図５】 前端面からの距離と光子密度との関係であ
る。
る。
【図６】 前端面からの距離とキャリア密度との関係で
ある。
ある。
【図７】 前端面からの距離と屈折率との関係である。
【図８】 前端面からの距離とウエル厚との関係であ
る。
る。
【図９】 状態密度とエネルギー準位との関係である。
【図１０】 本発明の実施の形態１にかかる分布帰還型
半導体レーザの一の製造工程である。
半導体レーザの一の製造工程である。
【図１１】 本発明の実施の形態１にかかる分布帰還型
半導体レーザの他の製造工程である。
半導体レーザの他の製造工程である。
【図１２】 状態密度とエネルギー準位との関係であ
る。
る。
【図１３】 本発明の実施の形態１にかかる他の分布帰
還型半導体レーザの断面図である。
還型半導体レーザの断面図である。
【図１４】 前端面からの距離とウエル数との関係であ
る。
る。
【図１５】 本発明の実施の形態２にかかるファブリー
ペロー型半導体レーザの断面図である。
ペロー型半導体レーザの断面図である。
【図１６】 前端面からの距離と、光子密度、キャリア
密度、および屈折率との関係である。
密度、および屈折率との関係である。
【図１７】 本発明の実施の形態３にかかる進行波型半
導体光増幅器の斜視図である。
導体光増幅器の斜視図である。
【図１８】 前端面からの距離と、光子密度、キャリア
密度、および屈折率との関係である。
密度、および屈折率との関係である。
【図１９】 本発明の実施の形態４にかかる部分回折格
子型半導体レーザの断面図である。
子型半導体レーザの断面図である。
【図２０】 前端面からの距離と、光子密度、キャリア
密度、および屈折率との関係である。
密度、および屈折率との関係である。
【図２１】 従来の分布帰還型半導体レーザの斜視図で
ある。
ある。
【図２２】 従来の分布帰還型半導体レーザの断面図で
ある。
ある。
１ ＩｎＰ基板、２ ＩｎＰバッファ層、３ 活性層、
４、８ ＩｎＰクラッド層、５、７ ＩｎＰブロック
層、６ ＩｎＰブロック層、９ ＩｎＧａＡｓコンタク
ト層、１０ 絶縁層、１１ カソード電極、１２、１３
アノード電極、１４ 光ガイド層、１５ 位相シフト
領域、１００ 分布帰還型半導体レーザ。
４、８ ＩｎＰクラッド層、５、７ ＩｎＰブロック
層、６ ＩｎＰブロック層、９ ＩｎＧａＡｓコンタク
ト層、１０ 絶縁層、１１ カソード電極、１２、１３
アノード電極、１４ 光ガイド層、１５ 位相シフト
領域、１００ 分布帰還型半導体レーザ。
Claims (11)
- 【請求項１】 光導波路を有する半導体光素子であっ
て、 ２つの端面で挟まれて所定の光が導波する該光導波路
が、ウエル層とバリア層とを備えた量子井戸構造を有す
る活性層と、該活性層を挟むように設けられたクラッド
層とを含み、 該活性層中の光子密度が大きくなる領域の、該活性層の
微分利得を大きくして、該活性層の屈折率の、該光の導
波方向の分布を小さくしたことを特徴とする半導体光素
子。 - 【請求項２】 上記活性層中の光子密度が大きくなる領
域において、該活性層の上記ウエル層のウエル厚を、他
の領域より薄くしたことを特徴とする請求項１に記載の
半導体光素子。 - 【請求項３】 上記活性層中の光子密度が大きくなる領
域において、デチューニング量が他の領域より大きくな
るように、該活性層の材料を選択したことを特徴とする
請求項１に記載の半導体光素子。 - 【請求項４】 上記活性層中の光子密度が大きくなる領
域において、該活性層の上記ウエル層の歪量が他の領域
より大きくなるように、該活性層の材料を選択したこと
を特徴とする請求項１に記載の半導体光素子。 - 【請求項５】 更に、上記光導波路に沿って、所定の周
期で配置されて回折格子を形成する光ガイド層と上記２
つの端面の略中央に配置された位相シフト領域とを含
み、発振波長が該光ガイド層の回折格子の周期で決まる
λ／４シフト分布帰還型半導体レーザ素子からなり、 該２つの端面の略中央において、該活性層の微分利得を
大きくしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに
記載の半導体光素子。 - 【請求項６】 上記２つの端面の略中央において、上記
光ガイド層の高さを該２つの端面近傍より低くして、上
記光の導波方向の、上記回折格子の結合定数の分布を小
さくしたことを特徴とする請求項５に記載の半導体光素
子。 - 【請求項７】 上記２つの端面の略中央において、上記
活性層に含まれる上記ウエル層の数を該２つの端面近傍
より多くして、上記光の導波方向の、上記回折格子の結
合定数の分布を小さくしたことを特徴とする請求項５に
記載の半導体光素子。 - 【請求項８】 上記２つの端面間でレーザ発振が起きる
ファブリーペロー型半導体レーザ素子からなり、 レーザ光が出射する該端面の近傍において、該活性層の
微分利得を大きくしたことを特徴とする請求項１〜４の
いずれかに記載の半導体光素子。 - 【請求項９】 更に、上記光導波路に沿って、所定の周
期で配置された回折格子を含む部分回折格子型半導体レ
ーザ素子からなり、 レーザ光が出射する上記端面の近傍において、上記活性
層の微分利得を大きくしたことを特徴とする請求項１〜
４のいずれかに記載の半導体光素子。 - 【請求項１０】 更に、外部共振器を含み、該外部共振
器の共振波長により発振波長が決定される半導体レーザ
素子からなり、 レーザ光が出射する該端面の近傍において、該活性層の
微分利得を大きくしたことを特徴とする請求項１〜４の
いずれかに記載の半導体光素子。 - 【請求項１１】 一の上記端面から入射した光が増幅さ
れて、他の該端面から出射する進行波型半導体光増幅素
子からなり、 該光が出射する該端面の近傍において、該活性層の微分
利得を大きくしたことを特徴とする請求項１〜４のいず
れかに記載の半導体光素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002106650A JP2003304035A (ja) | 2002-04-09 | 2002-04-09 | 半導体光素子 |
| US10/405,631 US6999485B2 (en) | 2002-04-09 | 2003-04-03 | Semiconductor optical device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002106650A JP2003304035A (ja) | 2002-04-09 | 2002-04-09 | 半導体光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003304035A true JP2003304035A (ja) | 2003-10-24 |
Family
ID=28672429
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002106650A Pending JP2003304035A (ja) | 2002-04-09 | 2002-04-09 | 半導体光素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6999485B2 (ja) |
| JP (1) | JP2003304035A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006030778A1 (ja) * | 2004-09-14 | 2006-03-23 | Hamamatsu Photonics K.K. | 半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子アレイ |
| JP2007311522A (ja) * | 2006-05-18 | 2007-11-29 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ |
| JP2008098299A (ja) * | 2006-10-10 | 2008-04-24 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体光素子及びその製造方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7203409B2 (en) * | 2004-08-16 | 2007-04-10 | Covega Corporation | Superluminescent diodes having high output power and reduced internal reflections |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS622686A (ja) * | 1985-06-28 | 1987-01-08 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レ−ザ装置 |
| US5119393A (en) * | 1989-06-14 | 1992-06-02 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor laser device capable of controlling wavelength shift |
| JPH04783A (ja) | 1989-06-14 | 1992-01-06 | Hitachi Ltd | 半導体光素子 |
-
2002
- 2002-04-09 JP JP2002106650A patent/JP2003304035A/ja active Pending
-
2003
- 2003-04-03 US US10/405,631 patent/US6999485B2/en not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| WO2006030778A1 (ja) * | 2004-09-14 | 2006-03-23 | Hamamatsu Photonics K.K. | 半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子アレイ |
| JP2006086228A (ja) * | 2004-09-14 | 2006-03-30 | Hamamatsu Photonics Kk | 半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子アレイ |
| JP2007311522A (ja) * | 2006-05-18 | 2007-11-29 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ |
| US8144741B2 (en) | 2006-05-18 | 2012-03-27 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor laser |
| JP2008098299A (ja) * | 2006-10-10 | 2008-04-24 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体光素子及びその製造方法 |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20030189964A1 (en) | 2003-10-09 |
| US6999485B2 (en) | 2006-02-14 |
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