JP2018006440A

JP2018006440A - 半導体レーザ

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Publication number: JP2018006440A
Application number: JP2016128338A
Authority: JP
Inventors: 絵理奈菅野; Erina Sugano; 浩司武田; Koji Takeda; 硴塚　孝明; Takaaki Kakizuka; 孝明硴塚; 松尾　慎治; Shinji Matsuo; 慎治松尾
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2016-06-29
Filing date: 2016-06-29
Publication date: 2018-01-11

Abstract

【課題】発振モードを安定にしながら、両側にＤＢＲを設けた位相シフトＤＦＢレーザの活性領域がより短くできるようにする。【解決手段】分布帰還活性領域１３１と、分布帰還活性領域１３１に連続して配置された２つ分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，１３２ｂとを備える。分布帰還活性領域１３１は、活性層１０３と、第１回折格子１２１とを備える。分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，１３２ｂは、コア層１１３ａ，１１３ｂと、第２回折格子１２２ａ，１２２ｂとを備える。第２回折格子１２２ａ，１２２ｂの結合係数が、第１回折格子１２１の結合係数より小さくされている。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、光送信器用光源などに利用される半導体レーザに関する。

現在、時分割多重方式、および波長分割多重（Wavelength Division Multiplexing：ＷＤＭ）方式による光ファイバ通信の高速化、大容量化の要求に対し、様々な波長多重光源が開発されている。この要求の実現には、分布帰還型(Distributed Feedback：ＤＦＢ)レーザによる単一モード光源の実現が大きく寄与している。

ＤＦＢレーザの単一モード化に向けては、位相シフトＤＦＢレーザが実用化されてきた（非特許文献１参照）。位相シフトＤＦＢレーザは、回折格子が位相を途中で反転させる（位相シフト）構造となっており、回折格子のブラッグ波長で発振させることができる。ブラッグ波長は、回折格子の周期で決定される。回折格子は、電子線リソグラフィー技術を用いて作製することにより、周期が精度よく制御できる。

しかしながら、上述した位相シフトＤＦＢレーザでは、発振光が素子の両端から出射するため、リングフィルタ等による集積を行う場合、一方の端部から出射する光は使われないことになり、光を半分損失することになる。

上述した問題を解消するために、位相シフトＤＦＢレーザの一方の端部に分布ブラッグ反射（Distributed Bragg Reflector；ＤＢＲ）を接続し、他方の端部から光を出射する構成とした分布反射型（ Distributed Reflector；ＤＲ）レーザが提案されている（非特許文献２参照）。

また、位相シフトＤＦＢレーザの両方の端部に各々ＤＢＲを設け、一方のＤＢＲに対して他方のＤＢＲの反射率を低くし、他方のＤＢＲから光を出射させるＤＲレーザも提案されている（非特許文献３参照）。片側のみにＤＢＲを設けた構成に比較し、両側にＤＢＲを設ける構成では、発振しきい値利得を下げることができ、損失が大きい短共振器レーザの発振に有利となる。

K. Utaka et al., "l/4-Shifted InGaAsP/InP DFB Lasers", IEEE Journal of Quantum Electrons, Vol. QE-22, No. 7, pp. 1042-1051, 1986. K. Ohira et al., "GaInAsP/InP distributed reflector laser with phase-shifted DFB and quantum-wire DBR sections", IEEE Electronic Express, Vol. 2, No. 11, pp. 356-361, 2005. K. Otsubo et al., "Low-Driving-Current High-Speed Direct Modulation up to 40 Gb/s Using 1.3-um Semi-Insulating Buried-Heterostructure AlGaInAs-MQW Distributed Reflector (DR) Lasers", OSA/OFC/NFOEC, OThT6, 2009. B. Docter, et al., "Short Cavity DBR Laser Using Vertical Groove Gratings for Large-Scale Photonic Integrated Circuits", IEEE Photonics Technology Letters, vol.19, no.19, pp.1469-1471, 2007.

ところで、上述した半導体レーザの技術を用いた波長多重光源によるＷＤＭを、メトロネットワークだけではなく、チップ間のような短距離通信の光インターコネクトへ導入する試みが検討されている。このチップ間光インターコネクトに適用する場合、よく知られているように、低消費電力であることが重要となる。

両側にＤＢＲを設けた位相シフトＤＦＢレーザにおいて、消費電力を低くするために、ＤＦＢの活性領域の長さを短くした構成が期待されている。ただし、活性領域を短くすると、光の出射による損失（ミラー損）が増加し、両端のＤＢＲにおける反射率が大きくなければ発振条件を満たさなくなる。回折格子における反射率は、結合係数と長さの積によって決まり、この値が大きくなるほど反射率は上がる。しかし、回折格子に位相シフトを備える位相シフトＤＦＢレーザでは、反射率を大きくすると位相シフト部に電場が局在し（空間的ホールバーニング）、発振モードが不安定になるという問題がある。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、発振モードを安定にしながら、両側にＤＢＲを設けた位相シフトＤＦＢレーザの活性領域がより短くできるようにすることを目的とする。

本発明に係る半導体レーザは、基板の上に形成された活性層と、活性層に形成されて位相シフト部を備える第１回折格子と、活性層に接して形成されたｐ型半導体層およびｎ型半導体層と、ｎ型半導体層に接続するｎ型電極と、ｐ型半導体層に接続するｐ型電極とを有する分布帰還活性領域と、活性層を導波方向に挟んで活性層に連続して形成された２つのコア層と、各々のコア層に形成された第２回折格子とを有して導波方向に分布帰還活性領域を挟んで分布帰還活性領域に連続して配置された２つの分布ブラッグ反射鏡領域とを備え、第２回折格子の結合係数は、第１回折格子の結合係数より小さくされている。

上記半導体レーザにおいて、第１回折格子および第２回折格子は、各々異なる材料から構成されていればよい。

上記半導体レーザにおいて、第１回折格子および第２回折格子は、各々異なるデューティー比とされていればよい。

以上説明したように、本発明によれば、分布帰還活性領域の回折格子に対し、分布ブラッグ反射鏡領域の回折格子の結合定数を小さくしたので、発振モードを不安定にしながら、両側にＤＢＲを設けた位相シフトＤＦＢレーザの活性領域がより短くできるという優れた効果が得られる。

図１Ａは、本発明の実施の形態における半導体レーザの斜視図である。図１Ｂは、本発明の実施の形態における半導体レーザの構成を示す断面図である。図１Ｃは、本発明の実施の形態における半導体レーザの構成を示す断面図である。図２Ａは、本発明の実施の形態における半導体レーザの製造途中の状態を示す構成図である。図２Ｂは、本発明の実施の形態における半導体レーザの製造途中の状態を示す構成図である。図２Ｃは、本発明の実施の形態における半導体レーザの製造途中の状態を示す構成図である。図２Ｄは、本発明の実施の形態における半導体レーザの製造途中の状態を示す構成図である。図３は、ブラッグ波長が５ｎｍずれた場合の第２回折格子１２２ａ，１２２ｂ（ＤＢＲ）の結合係数としきい値モード利得およびしきい値モード利得差との関係を示す特性図である。図４Ａは、第１回折格子１２１（ＤＦＢ）と第２回折格子１２２ａ，１２２ｂ（ＤＢＲ）のストップバンドの幅が同一の場合を示す説明図である。図４Ｂは、第１回折格子１２１（ＤＦＢ）と第２回折格子１２２ａ，１２２ｂ（ＤＢＲ）のストップバンドの幅が異なる場合を示す説明図である。図５は、第１回折格子１２１（ＤＦＢ）と第２回折格子１２２ａ，１２２ｂ（ＤＢＲ）のブラッグ波長がずれた場合のしきい値モード利得差の変化を示す特性図である。図６は、利得領域（活性層）長の設計からのずれ量としきい値モード利得の差の変化を示す特性図である。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１Ａは、本発明の実施の形態における半導体レーザの斜視図である。図１Ｂ，図１Ｃは、本発明の実施の形態における半導体レーザの構成を示す断面図であり、光出射方向に垂直な断面を示している。

この半導体レーザは、分布帰還活性領域１３１と、分布帰還活性領域１３１に連続して配置された２つ分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，１３２ｂとを備える。この半導体レーザは、いわゆるＤＲレーザである。分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａおよび分布ブラッグ反射鏡領域１３２ｂは、導波方向に分布帰還活性領域１３１を挟んで分布帰還活性領域１３１に連続して配置されている。図１Ｂは、分布帰還活性領域１３１の断面を示している。図１Ｃは、分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａの断面を示している。分布ブラッグ反射鏡領域１３２ｂの断面は、分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａと同様であり、ここでは省略している。

分布帰還活性領域１３１は、基板１０１の上に形成された活性層１０３と、活性層１０３に形成され位相シフト（λ／４シフト）部を備える第１回折格子１２１とを備える。この例では、活性層１０３の上に第１回折格子１２１が形成されている。また、活性層１０３に接して形成されたｎ型半導体層１０５およびｐ型半導体層１０６を備える。この例では、基板１０１の平面方向に、ｎ型半導体層１０５およびｐ型半導体層１０６が配置され、これらは、活性層１０３の側面に接して形成されている。また、ｎ型半導体層１０５に電気的に接続するｎ型電極１０７と、ｐ型半導体層１０６に電気的に接続するｐ型電極１０８とを備える。この例では、基板１０１の平面方向（横方向）に電流が注入される。

分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａは、活性層１０３に連続して形成されたコア層１１３ａと、コア層１１３ａに形成された第２回折格子１２２ａとを備える。分布ブラッグ反射鏡領域１３２ｂは、活性層１０３に連続して形成されたコア層１１３ｂと、コア層１１３ｂに形成された第２回折格子１２２ｂとを備える。この例では、コア層１１３ａの上に第２回折格子１２２ａが形成され、コア層１１３ｂの上に第２回折格子１２２ｂが形成されている。

上記構成とした実施の形態における半導体レーザは、第２回折格子１２２ａ，１２２ｂの結合係数が、第１回折格子１２１の結合係数より小さくされているところに大きな特徴がある。

なお、基板１０１の上には、下部クラッド層１０２が形成され、この上に、活性層１０３が形成されている。コア層１１３も下部クラッド層１０２の上に形成されている。また、活性層１０３は、基板１０１から見て上下の方向に、半導体層１０４ａ，半導体層１０４ｂに挾まれている。また、半導体層１０４ａ，活性層１０３，半導体層１０４ｂの積層構造が、ｎ型半導体層１０５およびｐ型半導体層１０６に挾まれている。ｐ型半導体層１０６およびｎ型半導体層１０５は、基板１０１の平面に平行な方向で活性層１０３を挾んで形成されている。

ここでは、半導体層１０４ａの上に接して活性層１０３が形成され、活性層１０３の上に接して半導体層１０４ｂが形成されている。また、半導体層１０４ａ，活性層１０３，半導体層１０４ｂの積層構造の側部に接し、ｎ型半導体層１０５およびｐ型半導体層１０６が形成されている。なお、分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａにおいて、ｎ型半導体層１０５およびｐ型半導体層１０６は形成していない。

実施の形態における分布帰還活性領域１３１において、活性層１０３には、基板１０１の平面に平行な方向で電流が注入される。なお、分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，１３２ｂにおいて、ｎ型電極１０７およびｐ型電極１０８は形成していない。

また、活性層１０３は、光出射方向に所定の長さで延在し、この延在方向の分布帰還活性領域１３１において、活性層１０３の上に第１回折格子１２１が形成されている。なお、ここでは、半導体層１０４ｂの上面に第１回折格子１２１を形成している。また、このように延在している活性層１０３に連続してコア層１１３ａ，１１３ｂが形成されている。第２回折格子１２２ａは、コア層１１３ａの上面に形成し、第２回折格子１２２ｂは、コア層１１３ｂの上面に形成している。

また、図１Ａでは省略しているが、ｎ型電極１０７とｐ型電極１０８との間の半導体層１０４ｂ、ｎ型半導体層１０５、ｐ型半導体層１０６の上面は、絶縁膜１１１により保護されている。また、半導体レーザは、出力端面に、図示しない無反射膜が形成されている。

基板１０１は、例えば、シリコンから構成され、下部クラッド層１０２は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）から構成されている。また、活性層１０３は、例えば、ＩｎＧａＡｓＰからなる井戸層とバリア層が交互に積層された厚さ１５０ｎｍの量子井戸構造とされている。また、活性層１０３は、幅０．８μｍ程度とされている。また、半導体層１０４ａ，活性層１０３，半導体層１０４ｂを合わせた厚さは、２５０ｎｍとされている。なお、ｎ型半導体層１０５およびｐ型半導体層１０６も、各々厚さ２５０ｎｍとされている。量子井戸構造とされている活性層１０３の発光波長は、１．５５μｍである。また、第１回折格子１２１は、ブラッグ波長が１．５５μｍとされている。

また、例えば、半導体層１０４ａ，半導体層１０４ｂは、アンドープのＩｎＰ（ｉ−ＩｎＰ）から構成されている。また、活性層１０３を挾む、一方のｎ型半導体層１０５は、Ｓｉが１×１０¹⁸ｃｍ^-3程度ドープされたｎ型のＩｎＰ（ｎ−ＩｎＰ）から構成され、他方のｐ型半導体層１０６は、Ｚｎが１×１０¹⁸ｃｍ^-3程度ドープされたｐ型のＩｎＰ（ｐ−ＩｎＰ）から構成されている。また、絶縁膜１１１は、例えば、ＳｉＯ₂から構成されている。

また、コア層１１３ａ，１１３ｂは、アンドープのＩｎＰ（ｉ−ＩｎＰ）から構成され、幅２μｍ程度とされ、厚さは、２５０ｎｍとされている。

以下、実施の形態における半導体レーザの製造方法について、図２Ａ〜図２Ｄを用いて簡単に説明する。図２Ａ〜図２Ｄは、実施の形態における半導体レーザの製造途中の状態を示す構成図であり、分布帰還活性領域１３１の断面を模式的に示している。
例えば、まず、酸化シリコンから構成された下部クラッド層１０２を備える基板（シリコン基板）１０１を用意する。例えば、基板１０１の主表面を熱酸化することで、下部クラッド層１０２を形成する。

一方で、ＩｎＰ基板の上に、ＩｎＧａＡｓからなる犠牲層、半導体層１０４ｂとなる化合物半導体層２０４、活性層１０３となる化合物半導体層２０３、コア層１１３ａ，コア層１１３ｂとなる化合物半導体層をエピタキシャル成長させる。例えば、よく知られた有機金属気相成長法により、各層を成長させれば良い。

次いで、このエピタキシャル成長した基板の最上面と、前述したシリコン基板１０１の下部クラッド層１０２の表面とを公知のウエハ接合技術により直接接合し、この後、ＩｎＰ基板と犠牲層を除去する。この結果、図２Ａに示すように、分布帰還活性領域１３１においては、基板１０１の上に、下部クラッド層１０２、化合物半導体層２０４、化合物半導体層２０３が形成された状態となる。

次いで、公知のフォトリソグラフィー技術により作製したレジストパタンをマスクとしたウエットエッチングおよびドライエッチングなどにより、成長させた各化合物半導体層２０４，化合物半導体層２０３などをパターニングし、図２Ｂに示すように、半導体層１０４ａ、活性層１０３からなる分布帰還活性領域１３１のストライプ構造を形成する。なお、各パターンを形成した後は、レジストパタンを除去する。

次に、図２Ｃに示すように、形成した半導体層１０４ａ、活性層１０３の周囲より、アンドープのＩｎＰからなる化合物半導体層２０５を再成長させる。次いで、例えば、イオン注入法により、活性層１０３の両脇の領域に選択的にｎ型の不純物およびｐ型の不純物を導入することで、図２Ｄに示すように、ｎ型半導体層１０５およびｐ型半導体層１０６を形成し、また、半導体層１０４ｂを形成する。この段階において、図示しない分布帰還活性領域１３１を挾む導波方向の領域には、化合物半導体層２０５が残っている。

次に、半導体層１０４ｂの表面に、第１回折格子１２１を形成する。例えば、電子ビーム露光によるリソグラフィーで形成したレジストパタンをマスクとし、所定のエッチングによりパターニングすることで、第１回折格子１２１を形成すれば良い。同様に、図示しない分布帰還活性領域１３１を挾む導波方向の領域の化合物半導体層２０５の、反射鏡領域１３２ａ，１３２ｂの領域において、第２回折格子１２２ａ，１２２ｂを形成する。この段階では、コア層１１３ａ、コア層１１３ｂは形成されていない。

次に、形成した第１回折格子１２１を覆うように、絶縁膜１１１を形成する。例えば、よく知られたスパッタ法やプラズマＣＶＤ法などによりＳｉＯ₂を堆積することで、絶縁膜１１１を形成すれば良い。半導体と、誘電体（絶縁体）もしくは空気間の高い屈折率差を用いることで、高い結合係数を有する回折格子を得ることができる。

上述したように各電極を形成した後、分布帰還活性領域１３１を挾む導波方向の領域の化合物半導体層２０５を、前述同様にパターニングすることで、第２回折格子１２２ａ，１２２ｂを形成した部分にコア層１１３ａ、コア層１１３ｂを形成する。この後、ｎ型半導体層１０５の上にｎ型電極１０７を形成し、ｐ型半導体層１０６の上にｐ型電極１０８を形成する。

実施の形態における半導体レーザの第１回折格子１２１の結合係数、および第２回折格子１２２ａ，１１２ｂの結合係数は、半導体レーザに求める特性によって決定される。例えば、分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，１３２ｂにおけるミラー損が１００ｃｍ^-1以下、かつ、一番しきい値モード利得が低いモードと次に低いモードのしきい値モード利得差が１００ｃｍ^-1以上となるレーザを作製したい場合、図３に示す結果から、第２回折格子１２２ａ，１２２ｂ（ＤＢＲ）の結合係数は、約４００〜８００ｃｍ^-1にすればよい。

なお、計算に用いたパラメータは、第１回折格子１２１が長さ２０μｍ、屈折率２．７、結合係数１０００ｃｍ^-1、ブラッグ波長１５５０ｎｍである。また、第２回折格子１２２ａは長さ２０μｍ、屈折率２．７であり、第２回折格子１２２ｂは長さ５０μｍ、屈折率２．７である。第１回折格子１２１と第２回折格子１２２ｂとを異なる長さとすることで、短くした方から光を取り出すことができる。

上述した条件で作製した実施の形態における半導体レーザによれば、作製誤差により第１回折格子１２１と第２回折格子１２２ａ，１２２ｂのブラッグ波長が５ｎｍずれてしまっても、発振モードが不安定になることがなく、より単一モード性に優れた半導体レーザが得られる。

上述した作製誤差に関してより詳細に説明する。まず、第１回折格子１２１と第２回折格子１２２ａ，１２２ｂとのブラッグ波長のずれについて説明する。

例えば、第１回折格子１２１（ＤＦＢ）と第２回折格子１２２ａ，１２２ｂ（ＤＢＲ）のストップバンドの幅が同一の場合、図４Ａに示すように、各々のブラッグ波長がずれると、ＤＢＲのストップバンド内にＤＦＢのストップバンド端が入る場合が発生する。この場合、ブラッグ波長だけではなく、ＤＦＢのストップバンド端で発振してしまう可能性がある。これは、ＤＢＲのストップバンドの幅が、ＤＦＢのストップバンドの幅より広い場合も同様に発生する。

上述した状態に対し、図４Ｂに示すように、ＤＢＲのストップバンドをＤＦＢよりも狭くすれば、各々のブラッグ波長がずれても、ＤＢＲのストップバンド内にＤＦＢのストップバンド端が入ることが抑制されるようになる。

図５は、第１回折格子１２１のブラッグ波長が１５５０ｎｍ、回折格子の結合係数が１０００ｃｍ^-1であるときの、第２回折格子１２２ａ，１２２ｂのブラッグ波長と、１番しきい値モード利得が小さいモードと２番目に小さいモードのしきい値モード利得差の関係を示したものである。

図５に示すように、第２回折格子１２２ａ，１２２ｂと第１回折格子１２１のブラッグ波長が一致している際は、しきい値モード利得差は十分に大きく、単一モードで発振する。しかし、第２回折格子１２２ａ，１２２ｂの結合係数が、第１回折格子１２１の結合係数と同じ１０００ｃｍ^-1では（白丸）、第２回折格子１２２ａ，１２２ｂのブラッグ波長が５ｎｍずれると、しきい値モード利得差が小さくなり、多モード発振する恐れがある。

一方、第２回折格子１２２ａ，１２２ｂの結合係数は５００ｃｍ^-1とした場合（黒四角）、しきい値モード利得差は十分に大きく、ブラッグ波長がずれても単一モードで発振する。なお、計算に用いたパラメータは、第１回折格子１２１が長さ２０μｍ、屈折率２．７、結合係数１０００ｃｍ^-1、ブラッグ波長１５５０ｎｍである。また、第２回折格子１２２ａは長さ２０μｍ、屈折率２．７であり、第２回折格子１２２ｂは長さ５０μｍ、屈折率２．７である。

ところで、製造上の誤差としては、ブラッグ波長のずれ以外にも、分布帰還活性領域１３１における活性層１０３の導波方向の長さ（利得領域長）の設計値からのずれもある。前述したように、フォトリソグラフィー技術により作製したレジストパタンをマスクとてエッチングすることで活性層１０３を形成しているため、例えば、エッチング量が多すぎれば、利得領域長が短くなる。この場合、第１回折格子１２１の形成領域には、利得領域以外に、非利得領域が形成されることになる。

上述したように利得領域長が設計値より短い場合、第１回折格子１２１と第２回折格子１２２ａ，１２２ｂとの屈折率が異なると、第１回折格子１２１が形成されている領域の非利得領域では、回折格子による光の反射が起こらないため、位相変化が生じ、発振モードが不安定となる。

ここで、図６に、比屈折率差が８．３２％の場合の、利得領域長の設計値からのずれ量と、しきい値モード利得との差を示す。図６では、利得領域の設計値からのずれ量は、利得領域の中心から対称に変化するものとしている。

第２回折格子１２２ａ，１２２ｂの結合係数が、第１回折格子１２１の結合係数と同じ１０００ｃｍ^-1では（白丸）、ずれ量が大きくなるにつれてしきい値モード利得差が小さくなり、多モード発振する恐れがある。

一方、第２回折格子１２２ａ，１２２ｂの結合係数は５００ｃｍ^-1とした場合（黒四角）、ずれ量が大きくなっても、しきい値モード利得差は十分に大きく、単一モードで発振する。

これらの結果より、第２回折格子１２２ａ，１２２ｂの結合係数を第１回折格子１２１よりも低下させることにより、第２回折格子１２２ａ，１２２ｂ領域と第１回折格子１２１領域の屈折率が同じにしなくても、利得領域の設計値からのずれに対する耐性のある半導体レーザが作製できることが分かる。

なお、計算に用いたパラメータは、第１回折格子１２１が長さ２０μｍ、屈折率２．７、結合係数１０００ｃｍ^-1、ブラッグ波長１５５０ｎｍである。また、第２回折格子１２２ａは長さ２０μｍ、屈折率２．７であり、第２回折格子１２２ｂは長さ５０μｍ、屈折率２．７である。

次に、第２回折格子１２２ａ，１２２ｂの結合係数を第１回折格子１２１よりも低下させる構成例について説明する。例えば、前述では、第１回折格子１２１の表面を絶縁膜１１１で覆い（埋め込み）、第２回折格子１２２ａ，１２２ｂの表面は、空気開放とし、各々異なる屈折率の材料で覆われているようにした。このようにすることで、両者の結合係数を変えることができる。また、第１回折格子１２１の材料と第２回折格子１２２ａ，１２２ｂとを、互いに異なる屈折率（材料）とすることでも、両者の結合係数を変えることができる。

また、例えば、第１回折格子１２１と第２回折格子１２２ａ，１２２ｂとの間で、回折格子のデューティー比を変えることによっても、これらの間の結合係数を異なる状態とすることができる。回折格子の山と谷の比率が１：１（デューティー比が０．５）の場合が最大であり、この比率を変えると結合係数が低下する。従って、例えば、第１回折格子１２１は、山と谷の比を１：１とし、第２回折格子１２２ａ，１２２ｂは、この比率を異なる状態とすればよい。また、回折格子の谷の深さを変えることでも結合係数を異なる状態とすることができる。

また、第１回折格子１２１と第２回折格子１２２ａ，１２２ｂとの間で、回折格子の幅を変えることによっても、これらの間の結合係数を異なる状態とすることができる。例えば、第１回折格子１２１の格子幅より第２回折格子１２２ａ，１２２ｂの格子幅を狭くすればよい。

ところで、上述では、基板の側から見て、分布帰還活性領域１３１および分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，１３２ｂの上部に回折格子を設ける場合について説明したが、これに限るものではない。本発明は、例えば、垂直方向電流注入型の半導体レーザに適用可能である。垂直方向電流注入型では、例えば、クラッド層およびこの下部の基板が、ｎ型半導体層となり、クラッド層の上に活性層が形成され、活性層の上にｐ型半導体層が形成される。

上述した垂直方向電流注入型では、活性層の上部に一方の電極を設けるため、分布帰還活性領域における活性層の側部に回折格子が形成可能となる。また、分布ブラッグ反射鏡領域においては、元々電極などを設けないため、コア層の側面に回折格子が形成可能である（非特許文献４参照）。

このように、活性層およびコア層の両側面に回折格子を設けた構成の半導体レーザにおいても、活性層に形成される第１回折格子に対し、コア層に形成される第２回折格子の結合係数を小さくすることで、製造誤差による発振モードの不安定および変調特性の劣化が抑制できる。

以上に説明したように、本発明によれば、分布帰還活性領域の回折格子に対し、分布ブラッグ反射鏡領域の回折格子の結合定数を小さくしたので、発振モードが不安定になることなく、両側にＤＢＲを設けた位相シフトＤＦＢレーザの活性領域がより短くできるようになる。消費電力を低くするためには、分布帰還活性領域の活性領域の長さを短くした構成が重要となるが、このように微細化を進めると、製造誤差による発振モードの不安定および変調特性の劣化がより顕著となる。本発明では、このような製造誤差による問題を招くことなく、位相シフトＤＦＢレーザの活性領域をより短くすることが可能となり、低消費電力化に資するものとなる。

１０１…基板、１０２…下部クラッド層、１０３…活性層、１０４ａ…半導体層、１０４ｂ…半導体層、１０５…ｎ型半導体層、１０６…ｐ型半導体層、１０７…ｎ型電極、１０８…ｐ型電極、１１１…絶縁膜、１１３ａ，１１３ｂ…コア層、１２１…第１回折格子、１２２ａ，１２２ｂ…第２回折格子、１３１…分布帰還活性領域、１３２ａ，１３２ｂ…分布ブラッグ反射鏡領域。

Claims

基板の上に形成された活性層と、
前記活性層に形成されて位相シフト部を備える第１回折格子と、
前記活性層に接して形成されたｐ型半導体層およびｎ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層に接続するｎ型電極と、
前記ｐ型半導体層に接続するｐ型電極と
を有する分布帰還活性領域と、
前記活性層を導波方向に挟んで前記活性層に連続して形成された２つのコア層と、
各々の前記コア層に形成された第２回折格子と
を有して導波方向に前記分布帰還活性領域を挟んで前記分布帰還活性領域に連続して配置された２つの分布ブラッグ反射鏡領域と
を備え、
前記第２回折格子の結合係数は、前記第１回折格子の結合係数より小さくされていることを特徴とする半導体レーザ。
請求項１記載の半導体レーザにおいて、
前記第１回折格子および前記第２回折格子は、各々異なる材料から構成されていることを特徴とする半導体レーザ。
請求項１記載の半導体レーザにおいて、
前記第１回折格子および前記第２回折格子は、各々異なるデューティー比とされていることを特徴とする半導体レーザ。