JP2001237494A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ発振スペクトル線幅が狭く、かつ光出
力を減少することなく高速応答できる任意な波長制御が
可能な単一波長で動作する高性能、高信頼度な半導体レ
ーザ装置を提供する。 【解決手段】 本発明による半導体レーザ装置は、レー
ザ発振波長の波長制御を行う光導波領域内に波長制御す
る際に注入されるキャリアの再結合を制御するキャリア
再結合制御層を設けたことにより、従来あったキャリア
の揺らぎ、発熱などによるスペクトル線幅の広がり、波
長制御の遅れなどをなくした。本発明により上記課題が
解決でき、高性能、高信頼度な半導体レーザ装置が実現
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、長距離幹線系や大
都市近郊通信網などで利用される光ファイバ通信技術、
なかでも異なる波長の光を同時に信号伝送する波長多重
光通信技術で必要とされる波長可変半導体レーザ装置、
特に活性領域および位相調整領域の前後に半導体光導波
層から成る回折格子反射鏡すなわち分布ブラッグ反射鏡
（ＤＢＲ；Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆ
ｌｅｃｔｏｒ）を配置し、各領域に制御用電極を設けた
いわゆる多電極ＤＢＲ構造波長可変半導体レーザ装置な
どのように、単一波長で高速かつ安定に動作する半導体
レーザ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】以下においては多電極ＤＢＲ構造をとる
波長可変半導体レーザ装置、具体的には回折格子部分に
いわゆる超周期構造回折格子(ＳＳＧ：Ｓｕｐｅｒ−Ｓ
ｔｒｕｃｔｕｒｅ−Ｇｒａｔｉｎｇ)ＤＢＲを用いたＳ
ＳＧ−ＤＢＲレーザ装置を例にとって説明する。図５
は、雑誌ジャーナル・オブ・クアンタム・エレクトロニ
クス（Ｈ．Ｉｓｈｉｉ ｅｔ ａｌ． ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒ
ｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓ， ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．３，１９９６，ｐｐ４３３
−４４１）に報告されているＳＳＧ−ＤＢＲレーザ装置
の構成を示した模式図であり、図５（ａ）はレーザ共振
器の側面図で、図５（ｂ）のＩ−Ｉを含む面で切ったと
きの断面を表し、図５（ｂ）は前方端面側から見た上記
レーザ装置の正面図を示している。上記図５（ａ）およ
び（ｂ）において、１は前方光導波領域、２は後方光導
波領域、３は活性領域（「活性層」ともいう）、４は位相
制御領域、１０はｎ型電極、１１はｎ型ＩｎＰ下クラッ
ド層、１２はｐ型ＩｎＰ上クラッド層、１３はｐ型Ｉｎ
ＧａＡｓＰコンタクト層、１４および１５は前方ミラー
および後方ミラーのピッチ変調周期、１６はレーザ共振
器の前方端面から出射するレーザ光、１７はレーザ共振
器の光導波層、１８は上記光導波層１７の側面に設けら
れた電流閉じ込め層、５６はｐ型電極である。

【０００３】上記前方光導波領域１および上記後方光導
波領域２は、それぞれレーザ共振器の前方端面側および
後方端面側のＩｎＧａＡｓＰ光導波層に回折格子を形成
してなるＳＳＧ−ＤＢＲミラーを有している。また、上
記活性領域３は例えば、上記前方光導波領域１および上
記後方光導波領域２を構成するＩｎＧａＡｓＰ光導波層
の禁制帯幅よりも平均的に小さい禁制帯幅のＩｎＧａＡ
ｓＰ歪量子井戸から構成され、位相制御領域４は上記前
方光導波領域１および上記後方光導波領域２と同じ組成
のＩｎＧａＡｓＰ光導波層からなる。図５（ｂ）に示す
ように、レーザ共振器の光導波路は、上記光導波層１７
とこれを上下に挟む上記光導波層１７よりも禁制帯幅の
大きな上記下クラッド層１１および上記上クラッド層１
２からなり、レーザ共振器の奥行き方向に繋がってレー
ザ共振器を構成する上記前方光導波領域１、上記後方光
導波領域２、上記活性領域３および上記位相制御領域４
の全体にわたって形成されている。

【０００４】次に、図５に示す従来のＳＳＧ−ＤＢＲレ
ーザ装置の動作について説明する。図５（ａ）に示した
ように、ｐ型電極５６がそれぞれ分離されて形成された
活性領域３、前方光導波領域１、後方光導波領域２およ
び位相制御領域４は、合わせてひとつの光共振器を構成
している。上記活性領域３上に分離して設置した上記ｐ
型電極５６と上記ｎ型電極１０の間に順方向バイアスを
印加することにより活性層電流が上記活性領域３に注入
され、上記活性領域３において、広い波長範囲にわたる
光からなる自然放出光が発生する。この光は、上記光共
振器内に形成されている光導波路を伝播しながら、上記
前方光導波領域１に形成された前方ＳＳＧ−ＤＢＲミラ
ーおよび上記後方光導波領域２に形成された後方ＳＳＧ
−ＤＢＲミラーによって繰返し反射、増幅されるととも
に、上記前方光導波領域１あるいは上記後方光導波領域
２と、上記位相制御領域４への電流注入によって、最終
的に任意の一波長が選択、制御され、ある閾値において
単一波長でレーザ発振する。

【０００５】次いでレーザの発振波長制御について詳細
に説明する。図６（ａ）は、前方および後方光導波領域
１、２に電流注入を行わない場合の前方および後方光導
波領域１、２の各領域内に形成した前方ＳＳＧ−ＤＢＲ
ミラーの反射率スペクトル１９と後方ＳＳＧ−ＤＢＲミ
ラーの反射率スペクトル２０であり、図６（ｂ）は、後
方光導波領域２に電流注入を行った場合の後方ミラーの
反射率スペクトル２１を、電流注入していない前方ＳＳ
Ｇ−ＤＢＲミラーの反射率スペクトル１９と比較して示
したものである。図において、横軸は波長、縦軸はパワ
ー反射率を示し、λ１は、前方および後方の光導波領域
１および２に電流注入を行わない場合に前後のミラーの
反射率ピークが一致する波長を、また、λ２は、後方光
導波領域２に電流注入を行った場合に前後のミラーの反
射率ピークが一致する波長をそれぞれ示している。これ
らの反射率スペクトルは、一般にＳＳＧ−ＤＢＲレーザ
装置の特徴である大きさの異なる複数の鋭い反射率ピー
クから成っているが、図では各反射率ピークの大きさを
同一に描いている。

【０００６】前述したように、図６（ａ）は、前方ミラ
ー制御電流と後方ミラー制御電流が共にゼロである初期
状態の反射率スペクトルを表す。この場合、前方および
後方光導波領域１、２に形成した前方および後方ミラー
の反射率スペクトルが一致する波長はλ1となる。この
波長λ１における損失は、他の波長の光に比べて極めて
小さい、すなわち波長λ１における光の利得が相対的に
大きくなり、そのためレーザは波長λ１で発振すること
になる。ところで、レーザの発振波長を変えるには、図
６（ｂ）に示したように、前方光導波領域１または後方
光導波領域２のどちらか一方あるいは両方に順方向バイ
アスをかけて上記領域に電流注入を行ない、この電流注
入によって上記光導波領域１および２の屈折率を等価的
に変化させる。屈折率を変化させることによって相対的
に利得の大きな波長が短波長側にシフトし、この光がレ
ーザ共振器内を伝播、増幅されて最終的に前方および後
方ミラーの反射率スペクトルが一致する波長λ２で発振
する。このようにしてミラーを形成した光導波領域に電
流注入し、電流注入レベルを制御し屈折率を変えること
によって、任意にレーザの発振波長を変えることが可能
となる。

【０００７】図７は、上記前方光導波領域１および後方
光導波領域２のようなダブルへテロ構造を構成している
ＩｎＧａＡｓＰ光導波層１７に電流注入を行った場合、
すなわち上記前方光導波領域１のｐ型電極５６あるいは
上記後方光導波領域２のｐ型電極５６と、ｎ型電極１０
の間に順方向バイアスを印加して電流を流したときのエ
ネルギーバンド・ダイアグラムを示したものである。図
７において、２４は伝導帯の下端、２５は価電子帯の上
端、２６はｎ型の導電性を有するＩｎＰ第一クラッド
層、２７はｐ型の導電性を有するＩｎＰ第二クラッド
層、２８は電子、２９は正孔、３０は電子と正孔の再結
合、３１は自然放出光をそれぞれ示す。また、注入され
た上記電子２８および上記正孔２９が拡散により広がっ
ていく向きを各々矢印で表している。

【０００８】順方向バイアスを印加すると、上記第一ク
ラッド層２６から電子が、上記第二クラッド層２７から
正孔がそれぞれ上記光導波層１７に注入され、この領域
にキャリア（電子、正孔）が蓄積されると、フリーキャ
リア・プラズマ効果により光導波層１７の屈折率が等価
的に低下する。このような電流注入に伴う屈折率の低下
によって、後方ミラーの反射率スペクトル２１は全体的
に短波長側にブルーシフトし、前後のミラーの反射率ピ
ークが一致する波長はλ１からλ２に変わる。上記波長
λ２の利得は他の波長の利得よりも相対的に大きく、そ
れゆえレーザは波長λ２で発振する。このようにＤＢＲ
−ミラーを形成した上記前方光導波領域１あるいは上記
後方光導波領域２の電流注入レベルを適当に制御し、上
記前方あるいは上記後方光導波領域の屈折率を等価的に
変えることにより、レーザの発振波長を任意に選択し
て、制御できる。なお、上記位相制御領域４は、順方向
バイアスを印加し、上記領域４に電流を注入することに
よってレーザ光の位相の微調整を行い、レーザ発振を安
定化するために設置されている。

【０００９】ところで、上記ＤＢＲレーザのような従来
型半導体レーザ装置では、波長変化のために上記前方光
導波領域１あるいは上記後方光導波領域２に相応の電流
を注入し、電流注入レベルを適当に制御して上記前方あ
るいは上記後方の光導波領域の屈折率を等価的に変える
ことにより、レーザの発振波長を任意に選択して、制御
できる。しかしながら、図７に示したように上記前方あ
るいは後方の光導波領域１あるいは２に注入された電子
と正孔は、同一の半導体層内、すなわち同一空間上に同
時に存在する状態になる。このような状態は、注入され
た電子と正孔が再結合するいわゆるキャリア再結合を引
き起こすこととなり、この再結合によってランダムに自
然放出光が発生する。その結果、上記前方あるいは後方
の光導波領域のキャリア密度が変化してキャリア密度の
揺らぎを生じる。この光導波領域におけるキャリア密度
の揺らぎは、波長制御したレーザ光のスペクトル線幅を
広げるなどレーザ光の性能を劣化させる問題を起こして
いた。

【００１０】また、従来型レーザでは上記光導波領域に
相応の電流が注入されるため、それに伴う発熱が生じ
る。電流注入による発熱は、上記光導波領域を構成する
半導体層からなる光導波層の屈折率を等価的に高くす
る。この発熱に起因した屈折率の変化は、先のフリーキ
ャリア・プラズマ効果による屈折率変化に比べてかなり
時定数が大きく、そのため、レーザの発振波長を制御
し、安定に動作させるのに必要以上の時間がかかるとい
う問題があった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の半導
体レーザ装置では、波長制御する場合に、上記光導波領
域においてキャリアの再結合が生じ、このキャリアの再
結合がレーザ発振スペクトル線幅を広げたり、実効的に
レーザ光の光出力を低下させたり、波長多重通信やコヒ
ーレント通信におけるチャネル干渉を引起こしたりする
などの原因となっていた。また、上記の発熱による波長
シフトは、レーザ発振波長のドリフトを引起こし、結果
的に波長制御に不要な時間がかかるなど上記光通信用光
源としての高速性、安定性などの性能に著しい問題を引
起こしていた。

【００１２】この発明は、上記のような従来の半導体レ
ーザ装置が持つ問題点を解決するためになされたもので
あり、波長制御を行う光導波領域内に、電子と正孔を空
間的に分離してキャリアの再結合を抑制するキャリア再
結合制御層を設けることにより、発振スペクトル線幅が
十分狭く、かつ発熱に起因する発振波長のシフトを生じ
ない、安定かつ高速に動作できる高性能な単一波長半導
体レーザ装置を提供するものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明に係る第一の構
成による半導体レーザ装置は、同一基板上に、活性層か
らなる活性領域と、光導波層からなる波長制御を行う光
導波領域と、レーザ光の位相調整を行う位相制御領域と
を備えた半導体レーザ装置において、上記光導波領域内
にキャリアの再結合を制御するキャリア再結合制御層を
設けたものである。

【００１４】この発明に係る第二の構成による半導体レ
ーザ装置は、上記キャリア再結合制御層は、上記光導波
領域を構成する光導波層よりも禁制帯幅の大きいバリア
層から成るようにしたものである。

【００１５】この発明に係る第三の構成による半導体レ
ーザ装置は、上記バリア層はトンネルバリア構造を持つ
ものである。

【００１６】この発明に係る第四の構成による半導体レ
ーザ装置は、同一基板上に、活性層からなる活性領域
と、光導波領域からなる波長制御を行う光導波領域と、
光導波層からなるレーザ光の位相を調整する位相制御領
域とを備えた半導体レーザ装置において、上記光導波領
域および上記位相制御領域の両領域内にわたって、上記
キャリア再結合制御層を設置したものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
実施の形態１における半導体レーザ装置を説明するため
の概略的な断面図であり、具体的には波長可変ＤＢＲレ
ーザ装置の構造を示したものである。図２は、図１に示
した上記半導体レーザ装置で波長制御を行った場合の前
方光導波領域１または後方光導波領域２のエネルギーバ
ンド・ダイアグラムを示した図である。図１および図２
において、１はレーザ共振器の前方端面側の領域に設置
された波長制御を行う前方光導波領域、２は上記前方光
導波領域１と反対側の後方端面側の領域に形成された波
長制御を行う後方光導波領域、３はＩｎＧａＡｓＰ歪量
子井戸活性層からなる活性領域、４は上記前方および後
方光導波領域１、２と同じ構成の半導体層からなるレー
ザ光の位相調整を行う位相制御領域、１０はｎ型電極、
１３はＩｎＧａＡｓＰキャップ層、１４および１５は前
方ミラーおよび後方ミラーのピッチ変調周期、１６はレ
ーザ共振器の前方端面側から出射するレーザ光、２６は
ｎ型ＩｎＰ半導体基板からなる第一クラッド層、２７は
ｐ型ＩｎＰ第二クラッド層、３２は第一のＩｎＧａＡｓ
Ｐ光導波層、３３はＩｎＰバリア層、３４は第二のＩｎ
ＧａＡｓＰ光導波層、３５はＩｎＰトンネルバリア層、
３６は第三のＩｎＧａＡｓＰ光導波層、３７は上記第三
の光導波層３６に形成された電子の量子準位、５６はｐ
型電極である。

【００１８】図１に示したように、波長制御を行う上記
前方光導波領域１および後方光導波領域２には、上記両
領域を構成する光導波層３２の表面にそれぞれ回折格子
が形成されており、いわゆるＤＢＲ−ミラーとして機能
する。また、上記第一、第二および第三の光導波層３
２，３４、３６は上記クラッド層２６、２７よりも禁制
帯幅の小さいＩｎＧａＡｓＰ層からなり、上記バリア層
３３およびトンネルバリア層３５は上記光導波層３２、
３４，３６よりも禁制帯幅の大きいＩｎＰ層からなる。
さらに、上記前方光導波領域１、後方光導波領域２、活
性領域３および位相制御領域４の各領域は、上記キャッ
プ層１３をエッチオフして分離、独立させて形成した各
々独自のｐ型電極５６を有した構造になっており、同一
基板上で、これらの各領域が共振器方向に相い連なって
ひとつのレーザ共振器を構成している。

【００１９】なお、波長制御を行う上記前方光導波領域
１および後方光導波領域２の各領域内に設置するＩｎＰ
トンネルバリア層３５の厚みは、通常、電子が量子力学
的な共鳴トンネル効果によって透過し得る厚み１〜５ｎ
ｍに設定され、上記ＩｎＰバリア層３３の厚さは、電子
および正孔の共鳴トンネリングによる透過がほとんど無
視できる範囲でなるべく薄く、通常３０〜５０ｎｍ厚に
形成される。また、光導波層３２、３４、３６の厚みに
は自由度があり、例えば、上記ＩｎＧａＡｓＰ層からな
る第三光導波層３６は厚みを１０〜２０ｎｍに、上記第
二光導波層３４は、導波する光が単一モードを維持でき
るように０．１〜０．２ミクロンに、上記第一光導波層
３２の厚さは、注入された正孔が上記バリア層３３を越
えて溢れ出ることがない範囲でなるべく薄く、例えば
０．１ミクロン以下に形成される。これらの多層膜３２
乃至３６の平均的な屈折率は、上記第一および第二のク
ラッド層２６、２７よりも高くなるように設定され、か
つ上記多層膜の平均的な禁制帯幅は上記活性領域３の禁
制帯幅よりも大きくなるように各層が形成される。それ
ゆえ上記前方光導波領域１および上記後方光導波領域２
は波長制御を行う領域であると同時に、上記活性領域３
で発生した光を導波する光導波路として機能している。

【００２０】続いて、本発明の実施の形態１における半
導体レーザ装置の動作について説明する。前述したよう
に上記活性領域３、上記前方および後方光導波領域１、
２、上記位相制御領域４の各領域は、合わせてひとつの
光共振器を構成している。図１に示すように、活性領域
３の上部に形成したｐ型電極５６とｎ型電極１０の間に
順方向バイアスを印加することにより電流が活性領域３
に注入され自然放出光が発生する。活性領域で発生した
上記の光は、レーザ共振器を構成する光導波路を伝播
し、共振器端面部に設置したＤＢＲ回折格子ミラーを形
成した上記前方光導波領域１および後方光導波領域２に
よって繰返し反射、増幅されて光強度が増大し、最終的
に一つの波長が選択されてある閾値においてレーザ発振
が生じる。

【００２１】次に、上記実施の形態１における半導体レ
ーザ装置の波長制御動作について説明する。図２に示し
たように、ｎ型ＩｎＰ第一クラッド層２６およびｐ型Ｉ
ｎＰ第二クラッド層２７の間に順方向バイアスを印加す
ると、電子２８が上記第一クラッド層２６から上記第一
クラッド層２６よりも禁制帯幅の小さいＩｎＧａＡｓＰ
第三光導波層３６に注入され、上記第二クラッド層２７
からは正孔２９が上記第二クラッド層２７よりも禁制帯
幅が小さいＩｎＧａＡｓＰ第一光導波層３２に注入され
る。印加する順方向バイアスを次第に増していくと、上
記第三光導波層３６に注入された電子の密度が高くなっ
て上記第三光導波層３６における電子の量子準位３７が
満たされる。さらに、印加する順方向バイアスを上げて
いくと、矢印で示したように、電子は上記第二光導波層
３４へのトンネル伝導を起こして上記トンネルバリア層
３５を突き抜けて上記第二光導波層３４へ注入される
が、図のように設置した上記光導波層よりも禁制帯幅の
大きなバリア層３３によって上記第二光導波層３４内に
留まる。一方、上記第一光導波層３２に注入された正孔
２９は、やはり上記光導波層３２よりも禁制帯幅の大き
な上記ＩｎＰバリア層３３のために上記第二光導波層３
４に到達することはできない。そのため、上記光導波領
域内に注入された電子と正孔は互いに空間的に分離され
た状態で存在することになる。

【００２２】上記のように注入されたキャリアが空間的
に分離されて存在する状態にある上記光導波領域１ある
いは上記光導波領域２には、キャリアすなわち電子と正
孔いずれかの存在によってフリーキャリア・プラズマ効
果が働く。このフリーキャリア・プラズマ効果によって
上記前方光導波領域１あるいは上記後方光導波領域２の
領域内の上記第一、第二、第三の光導波層３２、３４、
３６の各層の屈折率は低下する。上記屈折率の低下によ
って上記前方光導波領域１あるいは上記後方光導波領域
２の反射率スペクトルが全体的に短波長側にシフトす
る。このとき、上記前方光導波領域１および後方光導波
領域２の反射率スペクトルが一致する波長λは短波長側
にシフトし、波長λの利得が相対的に高くなって、レー
ザは上記波長λで発振する。このようにして、上記前方
光導波領域１あるいは後方光導波領域２の屈折率を変化
させ、さらに、位相制御領域４に順方向バイアスを印加
してレーザ光の位相を微調整することにより、上記半導
体レーザ装置の発振波長を任意に制御して動作させるこ
とが可能となる。

【００２３】上述したように、本発明の実施の形態１に
おける半導体レーザ装置では、波長制御を行う上記前方
光導波領域１および後方光導波領域２に、上記トンネル
バリア層、バリア層からなるキャリア再結合制御層を設
けたことにより、注入した電子と正孔が互いに空間的に
分離された状態で屈折率を変化させ、波長制御すること
ができる。そのため、波長制御を行う場合、上記前方光
導波領域１および後方光導波領域２の領域内でキャリア
再結合は起らず、従って、従来問題となっていたキャリ
ア再結合に伴う自然放出光の発生やそれに伴うキャリア
密度の変動も起こらない。それゆえ、レーザ装置の発振
波長を制御する場合に、レーザの発振スペクトル線幅が
広がったり、揺らいで波長や光出力が不安定になったり
することなく、レーザ装置の発振波長を任意に制御で
き、レーザ発振スペクトル線幅の極めて狭い、かつ安定
に動作する半導体レーザ装置を得ることができる。ま
た、上記半導体レーザ装置は、上記光導波領域に電流が
持続的に流れないため、電流に伴う発熱はなく、従っ
て、発熱による発振波長のシフトも起こらない。

【００２４】また、上記実施の形態１における半導体レ
ーザ装置は、上記第二光導波層への電子の注入にトンネ
ルバリア層によるトンネル伝導を利用しているので、上
記第一クラッド層と上記第二クラッド層の間の印加電圧
を変えて上記トンネルバリア層のトンネル共鳴条件を変
化させることにより、高速にキャリアの注入と引き抜き
を行うことができ、高速にレーザの発振波長を制御でき
るという利点を持つ。なお、上述した例では、キャリア
再結合制御層にトンネルバリア層とバリア層を組み合せ
た最良の場合について述べたが、バリア層だけ、あるい
はトンネルバリア層だけを設置した場合においてもキャ
リア再結合を制御するという機能を十分達成できる。さ
らに、上述した例では、前方および後方の光導波領域
１、２の両領域だけに上記キャリア再結合制御層を設置
した場合について述べたが、上記光導波領域１、２に限
らず、上記前方および後方光導波領域１、２および上記
位相制御領域４の全領域にわたって、同様にキャリアの
再結合を制御するキャリア再結合制御層を設けた場合に
おいても同様の効果があり、高性能な半導体レーザ装置
が実現できる。

【００２５】実施の形態２．図３は、この発明の実施の
形態２における半導体レーザ装置を説明するための断面
構造図で、キャリア再結合制御層としてバリア層とバリ
ア層を組み合せた状態を示している。図４は、図３に示
した半導体レーザ装置において、波長制御を行う場合の
前方光導波領域１あるいは後方光導波領域２のエネルギ
ーバンド・ダイアグラムを示した図である。図３および
図４において、１、２は前方および後方光導波領域、３
は活性領域、４は位相制御領域、１０はｎ型電極、１３
はキャップ層、１６はレーザ光、２４、２５はそれぞれ
伝導帯、価電子帯、２６はｎ型ＩｎＰ下クラッド層、２
７はｐ型ＩｎＰ上クラッド層、３２、３４、３６は各々
第一、第二、第三のＩｎＧａＡｓＰ光導波層、３３はＩ
ｎＰ第二バリア層、４１はＩｎＰ第一バリア層、４２は
上記第二の光導波層３４の中に埋め込まれた埋め込み回
折格子層である。この埋め込み回折格子層４２は、禁制
帯幅が上記第二の光導波層３４の禁制帯幅よりも大き
く、かつ上記クラッド層２６、２７の禁制帯幅よりも小
さい上記第二の光導波層３４とは異なる組成のＩｎＧａ
ＡｓＰ半導体層から形成されている。

【００２６】次に、上記半導体レーザ装置の波長制御動
作について説明する。図４に示したように、下クラッド
層２６と上クラッド層２７の間に順方向バイアスを印加
した場合、電子と正孔はそれぞれ第三の光導波層３６お
よび第一の光導波層３２に注入されて蓄積されるが、上
記光導波層３２、３６の間に形成した上記両光導波層よ
りも大きな禁制帯幅をもつ上記第三の光導波層３６側に
設けたバリア層３３および上記第一の光導波層３２側に
設けたバリア層４１によって、電子と正孔両者は互いに
空間的に分離されて存在する。従って、上述した実施の
形態１で示した場合と同様、上記埋め込み回折格子構造
を形成した場合においても、波長制御する際に、上記光
導波領域でキャリアの再結合に伴う自然放出光の発生や
キャリア密度の変動は起こらない。従って、発振スペク
トル線幅の狭い、高速かつ安定な性能を有する半導体レ
ーザ装置を得ることができる。

【００２７】なお、上述した実施の形態１，２の例にお
いては、ｎ型ＩｎＰ半導体基板上に形成するＩｎＧａＡ
ｓＰ半導体レーザ装置の場合について記述したが、これ
に限らずｐ型ＩｎＰ基板上に形成する場合、あるいはＧ
ａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ装置など他の組成
から成る半導体レーザ装置においても同様の効果が得ら
れることは明らかである。また、本発明の実施の形態で
はトンネルバリア層あるいはバリア層として、ＩｎＰ半
導体層を用いる場合について記述したが、代わりにＩｎ
ＡｌＧａＡｓやＩｎＧａＡｓＰなどを用いても本実施の
形態と同様なエネルギーバンド・ダイアグラムを有する
素子を構成することが可能である。さらに、上述した例
では半導体レーザ装置における位相制御領域と光導波領
域が同一組成の多層膜から成る場合について記述した
が、これらを各々異なった組成または異なった材料から
成る同様なエネルギーバンド・ダイアグラムを有する場
合においても同様な効果を持つものである。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、同一
基板上に、活性領域と、光導波層からなる波長制御を行
う光導波領域と、レーザ光の位相調整を行う位相制御領
域とを備えた半導体レーザ装置において、波長制御を行
う光導波領域に、注入されるキャリアの再結合を制御す
るキャリア再結合制御層を設けたことにより、レーザの
発振波長を制御する場合、上記光導波領域において電子
と正孔が互いに空間的に分離されて蓄積され、上記光導
波領域でのキャリア再結合が起こらない。そのため、キ
ャリア再結合に伴う自然放出光の発生やキャリア密度の
変動も起こらず、発振スペクトル線幅の狭い半導体レー
ザ装置が得られる。さらに、電流注入に伴う発熱がない
ので、発熱による発振波長のシフトはなく、レーザ光の
基本特性を大幅に改善できる。従って、この発明によれ
ば、従来問題となっていた波長多重通信やコヒーレント
通信におけるチャネル干渉や波長ドリフトを引起こした
り、また、実効的にレーザ光の光出力を低下することな
くレーザの発振波長を任意に制御でき、それゆえ、安定
かつ高速動作可能な高性能、高信頼度の単一波長半導体
レーザ装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明における実施の形態１の半導体レーザ
装置を示す断面図である。

【図２】 本発明における実施の形態１の半導体レーザ
装置を説明するためのエネルギーバンド図である。

【図３】 本発明における実施の形態２の半導体レーザ
装置を示す断面図である。

【図４】 本発明における実施の形態２の半導体レーザ
装置を説明するためのエネルギーバンド図である。

【図５】 従来のＳＳＧ−ＤＢＲ波長可変半導体レーザ
装置を示す構造図である。

【図６】 従来のＳＳＧ−ＤＢＲ波長可変半導体レーザ
装置を説明するためのスペクトル反射率を示す図であ
る。

【図７】 従来のＳＳＧ−ＤＢＲ波長可変半導体レーザ
装置を説明するためのエネルギーバンド図である。

【符号の説明】

１ 前方光導波領域、 ２ 後方光導波領域、 ３ 活
性領域、 ４ 位相制御領域、 １０ ｎ型電極、 １
１ ｎ型ＩｎＰ第一クラッド層、 １２ ｐ型ＩｎＰ第
二クラッド層、 １３ ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ
層、 １４ 前方ミラー回折格子ピッチ変調周期、 １
５ 後方ミラー回折格子ピッチ変調周期、１６ レーザ
光、 １７ 光導波層、 １８ 電流閉じ込め層、 １
９ 前方ミラー反射率スペクトル、 ２０ 後方ミラー
反射率スペクトル、 ２１ 電流注入時の後方ミラー反
射率スペクトル、 ２４ 伝導帯下端、 ２５ 価電
子帯上端、 ２６ 第一クラッド層、 ２７ 第二クラ
ッド層、 ２８ 電子、２９ 正孔、 ３０ 電子と正
孔の再結合、 ３１ 自然放出光、 ３２ 第一光導波
層、 ３３ バリア層、 ３４ 第二光導波層、 ３
５ トンネルバリア層、 ３６ 第三光導波層、 ３７
電子の量子準位、 ４１ バリア層、４２ 埋め込み
回折格子層、 ５６ ｐ型電極

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同一基板上に、活性層からなる活性領域
   と、光導波層からなる波長制御を行う光導波領域と、光
   導波層からなるレーザ光の位相を調整する位相制御領域
   とを備えた半導体レーザ装置において、上記光導波領域
   内にキャリアの再結合を制御するキャリア再結合制御層
   を設けたことを特徴とする半導体レーザ装置。
2. 【請求項２】 上記キャリア再結合制御層は、上記光導
   波領域を構成する光導波層よりも禁制帯幅の大きいバリ
   ア層から成ることを特徴とする請求項１に記載の半導体
   レーザ装置。
3. 【請求項３】 上記バリア層はトンネルバリア構造を持
   つことを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ装
   置。
4. 【請求項４】 同一基板上に、活性層からなる活性領域
   と、光導波層からなる波長制御を行う光導波領域と、光
   導波層からなるレーザ光の位相を調整する位相制御領域
   とを備えた半導体レーザ装置において、上記光導波領域
   および上記位相制御領域の両領域内に上記キャリア再結
   合制御層を設けたことを特徴とする半導体レーザ装置。