JP2019091806A - 半導体レーザ - Google Patents

Abstract

【課題】安定した単一モード発振が可能な両側に分布ブラッグ反射鏡領域を設けた位相シフト分布帰還型レーザにおけるしきい値利得の上昇を抑制する。【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、第１回折格子１２１が形成された活性層１０３を備える。分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，１３２ｂは、第２回折格子１２２ａ，１２２ｂが形成されたコア層１１３ａ，１１３ｂを備える。第２回折格子１２２ａおよび第２回折格子１２２ｂの凹凸の段差を、第１回折格子１２１の凹凸の段差より大きくしている。【選択図】 図１

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、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、光源となるレーザの単一モード発振や、発振波長制御などが重要となる。例えば、単一モード発振を実現する技術としては、位相シフト分布帰還型（Distributed Feedback：ＤＦＢ）レーザがある（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、リングフィルタなど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、高反射率の分布ブラッグ反射（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.

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。

しかしながら、この技術においては、チップ間光インターコネクトに適するような光源が現在報告されていないことが、課題の１つとなっている。このため、現在、両側にＤＢＲを設けた位相シフトＤＦＢレーザ（両側ＤＲ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（活性層）の、導波方向の長さを短くした構成が期待されている。

ただし、活性層を短くすると、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大きくなる。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り、変調特性の劣化を招くという問題がある。このため、回折格子の結合係数が同じであれば、ＤＦＢレーザや片側ＤＲレーザよりも発振しきい値利得を低くすることができる両側ＤＲレーザが、活性層長が短い位相シフトＤＦＢレーザの発振に有利である。

しかしながら、両側ＤＲレーザは、両側に回折格子を配置するため、他の形態より回折格子の数が増えることになる。回折格子においては、反射面における乱反射などによる光学的な損失がある。回折格子の数が多い両側ＤＲレーザでは、共振器における回折格子による損失が多くなるため、しきい値利得が上昇しやすいという問題がある。

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、安定した単一モード発振が可能な両側に分布ブラッグ反射鏡領域を設けた位相シフト分布帰還型レーザにおけるしきい値利得の上昇が抑制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て、活性層とは異なる屈折率の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高い。

上記半導体レーザにおいて、第１回折格子は、活性層の側面に形成され、第２回折格子は、コア層の側面に形成されているようにしてもよい。

上記半導体レーザにおいて、第２回折格子の凹凸の段差を、第１回折格子の凹凸の段差より大きくすることで、第２回折格子の結合係数を、第１回折格子の結合係数より高くする。

上記半導体レーザにおいて、第１回折格子の凹部を埋める第１充填層と、第２回折格子の凹部を埋める第２充填層とを備え、第１充填層の屈折率と第２充填層の屈折率とは異なるものとすることで、第２回折格子の結合係数を、第１回折格子の結合係数より高くする。

上記半導体レーザにおいて、第１回折格子の凹凸のデューティー比の０．５からのずれは、第２回折格子の凹凸のデューティー比の０．５からのずれより大きいものとすることで、第２回折格子の結合係数を、第１回折格子の結合係数より高くする。

以上説明したように、本発明によれば、第２回折格子の結合係数を第１回折格子の結合係数より高くしたので、安定した単一モード発振が可能な両側にＤＢＲを設けた位相シフト分布帰還型レーザにおけるしきい値利得の上昇が抑制できるという優れた効果が得られる。

図１は、本発明の実施の形態１における半導体レーザの構成を示す構成図である。 図２Ａは、本発明の実施の形態１における半導体レーザのより詳細な構成を示す斜視図である。 図２Ｂは、本発明の実施の形態１における半導体レーザの構成を示す断面図である。 図２Ｃは、本発明の実施の形態１における半導体レーザの構成を示す断面図である。 図３Ａは、本発明の実施の形態１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３Ｂは、本発明の実施の形態１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３Ｃは、本発明の実施の形態１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３Ｄは、本発明の実施の形態１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３Ｅは、本発明の実施の形態１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３Ｆは、本発明の実施の形態１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４Ａは、回折格子の損失としきい値利得（Γｇ_th）の関係を示す特性図である。 図４Ｂは、回折格子の損失と長さを１０μｍとした分布ブラッグ反射鏡領域における透過率との関係を示す特性図である。 図５Ａは、本発明の実施の形態２における半導体レーザの構成を示す断面図である。 図５Ｂは、本発明の実施の形態２における半導体レーザの構成を示す断面図である。 図６は、本発明の実施の形態３における半導体レーザの構成を示す構成図である。 図７は、本発明の実施の形態４における半導体レーザの構成を示す構成図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１における半導体レーザについて、図１を参照して説明する。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。

分布帰還活性領域１３１は、第１回折格子１２１が形成された活性層１０３を備える。第１回折格子１２１は、位相シフト（λ／４シフト）部１２１ａを備える。位相シフト部１２１ａは、第１回折格子１２１のブラッグ波長が均一となるように設定する。なお、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、分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａは、第２回折格子１２２ａが形成されたコア層１１３ａを備える。同様に、分布ブラッグ反射鏡領域１３２ｂは、第２回折格子１２２ｂが形成されたコア層１１３ｂを備える。

加えて、本発明の半導体レーザは、第２回折格子１２２ａおよび第２回折格子１２２ｂの結合係数が、第１回折格子１２１の結合係数より高いものとされている。実施の形態１では、第２回折格子１２２ａおよび第２回折格子１２２ｂの凹凸の段差を、第１回折格子１２１の凹凸の段差より大きくすることで、上述した結合係数の関係としている。なお、実施の形態１において、位相シフト部１２１ａは、第１回折格子１２１の中央部に配置されている。

以下、実施の形態における半導体レーザについて、図２Ａ，図２Ｂ，図２Ｃを参照してより詳細に説明する。

分布帰還活性領域１３１、分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，１３２ｂは、同一の基板１０１の上に形成されている。分布帰還活性領域１３１は、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。なお、ｎ型半導体層１０５の上に、より高濃度にｎ型不純物が導入されたｎ型コンタクト層を介してｎ型電極１０７を形成してもよい。同様に、ｐ型半導体層１０６の上に、より高濃度にｐ型不純物が導入されたｐ型コンタクト層を介してｐ型電極１０８を形成してもよい。

分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａにおいて、コア層１１３ａは、活性層１０３に連続して形成されている。また、分布ブラッグ反射鏡領域１３２ｂにおいて、コア層１１３ｂは、活性層１０３に連続して形成されている。また、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。

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１１３ａ，１１３ｂ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。実施の形態１において、第２回折格子１２２ａおよび第２回折格子１２２ｂの凹凸の段差は、第１回折格子１２１の凹凸の段差より大きくする。

また、図２Ａでは省略しているが、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ている。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、厚さ２μｍとされている。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０．７μｍ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、コア層１１３ａ，１１３ｂは、アンドープのＩｎＰ（ｉ−ＩｎＰ）から構成され、幅１．５μｍ程度とされ、厚さは、２５０ｎｍとされている。なお、図示していないが、ｎ型コンタクト層、ｐ型コンタクト層は、例えば、ＩｎＧａＡｓから構成すればよい。

上述した半導体レーザは、高屈折率なＩｎＰの層の下部は、低屈折率な酸化シリコンからなる下部クラッド層１０２が形成され、上部は、低屈折率な空気とされている。この結果、活性層１０３、コア層１１３ａ，１１３ｂへの強い光閉じ込めが実現され、レーザの低電力動作に有利である。また、回折格子がＩｎＰの層と空気の層と高い屈折率差により形成されるため、１０００ｃｍ^-1を超える高い結合係数を実現することができる。

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３Ａ〜図３Ｆを用いて簡単に説明する。図３Ａ〜図３Ｆ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１５４、活性層１０３となる化合物半導体層１５３、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３Ａ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１５４、化合物半導体層１５３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、成長させた化合物半導体層１５４，化合物半導体層１５３などをパターニングし、図３Ｂ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。分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，１３２ｂは、図３Ｃに示すように、活性層１０３がない状態とする。なお、各パタンを形成した後は、レジストパタンを除去する。

次に、図３Ｄ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１５５を再成長させる。分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，１３２ｂは、図３Ｅに示すように、化合物半導体層１５５が下部クラッド層１０２の上に形成された状態となる。

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、分布帰還活性領域１３１では、図３Ｆ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１５５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１５５の、分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，１３２ｂの領域において、第２回折格子１２２ａ，１２２ｂを形成する。

例えば、第１回折格子１２１の形成と、第２回折格子１２２ａ，１２２ｂの形成とは、異なる工程とすることで、第２回折格子１２２ａ，１２２ｂの凹凸の段差を、第１回折格子１２１の凹凸の段差より大きくなるように形成すればよい。なお、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、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１５５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。この構成によれば、電流注入のためのｎ型半導体層１０５およびｐ型半導体層１０６の形成に用いた化合物半導体層１５５で、分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，１３２ｂのコア層１１３ａ、コア層１１３ｂを形成するので、工程が簡略化できる。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。

上述した実施の形態における半導体レーザによれば、第２回折格子１２２ａ，１２２ｂの凹凸の段差を、第１回折格子１２１の凹凸の段差より大きくし、第２回折格子１２２ａ，１２２ｂの結合係数が、第１回折格子１２１の結合係数より高くなるようにしたので、回折格子の損失によるしきい値利得の上昇を抑えることができる。なお、分布帰還活性領域を挟む２つ分布ブラッグ反射鏡領域の導波方向の長さは、各々異なるものとしてもよい。この構成とすることで、短くした分布ブラッグ反射鏡領域の側からのみ光を取り出すことができる。

以下、実施の形態１における半導体レーザの、第１回折格子１２１で損失がある場合と、第２回折格子１２２ａ，１２２ｂで損失がある場合とについて、比較した結果について説明する。以下では、分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａの導波方向の長さを１０μｍとし、分布帰還活性領域１３１の導波方向の長さを２０μｍとし、分布ブラッグ反射鏡領域１３２ｂの導波方向の長さを５０μｍとする。

図４Ａに、回折格子の損失としきい値利得（Γｇ_th）の関係を示す。図４Ａにおいて、（ａ）は、第１回折格子１２１で損失がある場合を示し、（ｂ）は、第２回折格子１２２ａ，１２２ｂで損失がある場合を示している。回折格子の損失は、結合波理論において各回折格子領域に負の利得を与えることにより求めている。（ｂ）は、第２回折格子１２２ａ，１２２ｂの結合係数は１１００ｃｍ^-1とし、第１回折格子１２１の結合係数は１０００ｃｍ^-1とした。また、図４Ｂに、回折格子の損失と長さを１０μｍとした分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａにおける透過率との関係を示す。

分布帰還活性領域１３１の第１回折格子１２１のみに損失を与えた場合［図４Ａの（ａ）］、与えた損失の大きさに応じてしきい値利得は上昇する。これに対し、分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，１３２ｂの第２回折格子１２２ａ，１２２ｂのみに損失を与えた場合［図４Ａの（ｂ）］、与えた損失の変化に対してしきい値利得に与える影響が少ない。また、分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，１３２ｂに損失があっても透過率はほとんど変わらないため、光の取り出しに与える影響が少なく、レーザとして問題なく動作することが分かる。

以上の結果より、分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，１３２ｂに損失があっても、しきい値利得への影響が少ないため、分布帰還活性領域１３１における結合係数を下げて損失を抑え、この代わりに同じ反射率を得るために分布ブラッグ反射鏡領域１３２ａ，１３２ｂにおける結合係数を上げた方が、両者における結合係数が同じ構造よりもしきい値利得の上昇を抑えることができるということが分かる。

［実施の形態２］
上述した実施の形態１では、分布帰還活性領域の活性層の上、分布ブラッグ反射鏡領域のコア層の上に回折格子を形成したが、これに限るものではなく、これらの導波方向側面に回折格子が形成されていてもよい。以下、導波方向側面に回折格子を形成した本発明の実施の形態２における半導体レーザについて、図５Ａ、図５Ｂを用いて説明する。

まず、分布帰還活性領域２３１では、ｎ型の半導体からなる基板２０１の上に、活性層２０２が形成されている。また、活性層２０２の上には、ｐ型半導体層２０３が形成されている。また、活性層２０２およびｐ型半導体層２０３の導波方向側面には、第１回折格子２２１が形成されている。図示していないが、第１回折格子２２１に位相シフト部が設けられている。また、基板２０１の裏面には、ｎ型電極２０４が形成され、ｐ型半導体層２０３の上には、ｐ型電極２０５が形成されている。

また、図５Ｂに示すように、分布ブラッグ反射鏡領域２３２ａでは、基板２０１の上に、アンドープの半導体からなるコア層２１２ａが形成されている。また、コア層２１２ａの導波方向側面には、第２回折格子２２２ａが形成されている。

上述したように、導波方向側面に回折格子を設けることで、ｐ型半導体層２０３および基板（ｎ型半導体層）２０１で活性層２０２の上下を挟み、基板２０１の平面に垂直な方向に電流注入する構成とすることができる。

［実施の形態３］
次に、本発明の実施の形態３における半導体レーザついて図６を参照して説明する。この半導体レーザは、分布帰還活性領域３３１と、分布帰還活性領域３３１に連続して配置された２つ分布ブラッグ反射鏡領域３３２ａ，３３２ｂとを備える。これらは、基板３０１の上に形成されている。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３３２ａおよび分布ブラッグ反射鏡領域３３２ｂは、導波方向に分布帰還活性領域３３１を挟んで分布帰還活性領域３３１に連続して配置されている。

分布帰還活性領域３３１は、第１回折格子３２１が形成された活性層３０３を備える。第１回折格子３２１は、位相シフト部３２１ａを備える。位相シフト部３２１ａは、第１回折格子３２１のブラッグ波長が均一となるように設定する。なお、この例では、活性層３０３の上に第１回折格子３２１が形成されている。また、分布ブラッグ反射鏡領域３３２ａは、第２回折格子３２２ａが形成されたコア層３１３ａを備える。同様に、分布ブラッグ反射鏡領域３３２ｂは、第２回折格子３２２ｂが形成されたコア層３１３ｂを備える。

加えて、実施の形態３では、第２回折格子３２２ａ，３２２ｂの結合係数を、第１回折格子３２１の結合係数より高いものとするために、第１回折格子３２１の凹部を埋める第１充填層３０９ａと、第２回折格子３２２ａ，３２２ｂの凹部を埋める第２充填層３０９ｂとを備えるようにしている。また、第１充填層３０９ａの屈折率と第２充填層３０９ｂの屈折率とは異なるものとしている。

実施の形態３では、第２回折格子３２２ａ，３２２ｂの凹凸の段差と、第１回折格子３２１の凹凸の段差とを等しくしているが、第１充填層３０９ａの屈折率と第２充填層３０９ｂの屈折率とは異なるものとしている。この構成とすることで、第２回折格子３２２ａおよび第２回折格子３２２ｂの結合係数を、第１回折格子３２１の結合係数より高いものとしている。

［実施の形態４］
次に、本発明の実施の形態４における半導体レーザについて図７を参照して説明する。この半導体レーザは、分布帰還活性領域４３１と、分布帰還活性領域４３１に連続して配置された２つ分布ブラッグ反射鏡領域４３２ａ，４３２ｂとを備える。これらは、基板４０１の上に形成されている。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４３２ａおよび分布ブラッグ反射鏡領域４３２ｂは、導波方向に分布帰還活性領域４３１を挟んで分布帰還活性領域４３１に連続して配置されている。

分布帰還活性領域４３１は、第１回折格子４２１が形成された活性層４０３を備える。第１回折格子４２１は、位相シフト部４２１ａを備える。位相シフト部４２１ａは、第１回折格子４２１のブラッグ波長が均一となるように設定する。なお、この例では、活性層４０３の上に第１回折格子４２１が形成されている。また、分布ブラッグ反射鏡領域４３２ａは、第２回折格子４２２ａが形成されたコア層４１３ａを備える。同様に、分布ブラッグ反射鏡領域４３２ｂは、第２回折格子４２２ｂが形成されたコア層４１３ｂを備える。

加えて、実施の形態３では、第２回折格子４２２ａ．４２２ｂの結合係数を、第１回折格子４２１の結合係数より高いものとするために、第１回折格子４２１の凹凸のデューティー比の０．５からのずれを、第２回折格子４２２ａ．４２２ｂの凹凸のデューティー比の０．５からのずれより大きいものとしている。回折格子のデューティー比が０．５からずれるほど、結合係数は小さくなる。上述したように構成することで、第１充填層３０９ａの屈折率と第２充填層３０９ｂの屈折率とは異なるものとすることで、第２回折格子４２２ａおよび第２回折格子４２２ｂの結合係数を、第１回折格子４２１の結合係数より高いものとすることができる。

以上に説明したように、本発明によれば、分布ブラッグ反射鏡領域の第２回折格子の結合係数を、分布帰還活性領域の第１回折格子の結合係数より高くしたので、安定した単一モード発振が可能な両側にＤＢＲを設けた位相シフト分布帰還型レーザにおける、回折格子の損失によるしきい値利得の上昇が抑制できるようになる。

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、導波路構造はリッジ型、ハイメサ型の導波路構造に適用可能である。また、上述では、基板をＩｎＰから構成したが、これに限らず、ＧａＡｓ、ＧａＮなどの半導体から構成してもよい。また、活性層は、ＩｎＧａＡｓＰに限らず、ＩｎＧａＡｌＡｓやＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＮなどの半導体から構成してもよいことは言うまでもない。

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、１１３ａ，１１３ｂ…コア層、１２１…第１回折格子、１２１ａ…位相シフト部、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 (5)

1. 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
   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て、前記活性層とは異なる屈折率の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高い
   ことを特徴とする半導体レーザ。
2. 請求項１記載の半導体レーザにおいて、
   前記第１回折格子は、前記活性層の側面に形成され、
   前記第２回折格子は、前記コア層の側面に形成されている
   ことを特徴とする半導体レーザ。
3. 請求項１または２記載の半導体レーザにおいて、
   前記第２回折格子の凹凸の段差は、前記第１回折格子の凹凸の段差より大きくされている
   ことを特徴とする半導体レーザ。
4. 請求項１または２記載の半導体レーザにおいて、
   前記第１回折格子の凹部を埋める第１充填層と、
   前記第２回折格子の凹部を埋める第２充填層と
   を備え、
   前記第１充填層の屈折率と前記第２充填層の屈折率とは異なる
   ことを特徴とする半導体レーザ。
5. 請求項１または２記載の半導体レーザにおいて、
   前記第１回折格子の凹凸のデューティー比の０．５からのずれは、前記第２回折格子の凹凸のデューティー比の０．５からのずれより大きい
   ことを特徴とする半導体レーザ。

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