JPH08264892A - 波長掃引機能付き分布反射型半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光吸収を低減させ、低消費電力波長可変光源
のみならず、従来実用化できなかった超広帯域波長多重
通信用光源として用いることが可能な分布反射型半導体
レーザ装置を提供することを目的とする。 【構成】 本発明にもとづく波長可変半導体レーザ装置
は、キャリアの注入により活性領域をなして発光する応
力がかけられた多重量子井戸層、例えばＧａＩｎＡｓＰ
層と、歪みが導入されたＧａＩｎＡｓＰ層との多層膜構
造を有する。また、電流を流すためのｐ型およびｎ型の
半導体層、例えばＩｎＰ層をそれぞれ被着したものを、
半導体基板上、例えばｎ型ＩｎＰ基板上に活性領域とし
て設け、その片側、または両側に半導体基板の格子定数
よりわずかに異なり、さらに、それによって生じる応力
の方向が両者で反転するように設計された結晶成長可能
な、例えばＧａＩｎＡｓ層と、ＧａＩｎＡｓＰ層を多段
に積層した積層構造を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体レーザ装置に関す
るもので、特に半導体レーザ装置内活性領域の格子定数
と該活性領域の周囲領域である非活性導波路領域の格子
定数とを人為的に変化させることによってお互いに相反
するように応力がかけられた半導体結晶薄膜が導入され
た構造を有する波長掃引機能付き分布反射型半導体レー
ザ装置に係わる。

【０００２】

【従来の技術】一つの波長を用いた既存の光ファイバ通
信から、よりいっそうの情報伝送量向上のために、二つ
以上の多波長を用いた波長多重光ファイバ通信の開発が
近年盛んに行われている。この波長多重光ファイバ通信
用の光源として、レーザ光を発光させるのに必要な動作
電力が少なく、１０ｍＷ以上の比較的高い光強度を保ち
つつ波長掃引可能で、さらにその波長掃引制御に必要な
電力が少ない波長可変半導体レーザ装置が注目されてい
る。

【０００３】波長可変半導体レーザ装置の一例として、
活性領域と非活性領域が分離した構造を持つ分布反射形
半導体レーザ装置がある。このレーザ装置は、設計の自
由度の大きさから特に注目されているもので、活性領域
と波長可変機構を担う非活性領域とを別々に設計し、か
つ製作できるという特徴を有する。

【０００４】一方、活性領域と非活性領域の両者に量子
井戸構造を持った分布反射形半導体レーザ装置が近年出
現した（青木雅博他、「選択ＭＯＣＶＤ成長による多重
量子井戸構造の量子準位制御と集積素子への応用」電子
情報通信学会論文誌Ｃ−１，Ｖｏｌ．Ｊ７７−Ｃ−１，
Ｎｏ．５，ｐｐ．２５０〜２５９）。この装置は、活性
領域と非活性領域を別々に製作していた工程を改良し、
一度の結晶成長でそれらふたつの領域を製作することに
より、両者に量子井戸構造を導入させたものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のように
一度に結晶成長させる場合、活性領域に格子整合条件を
合わせるため、非活性領域には格子整合条件が与えるこ
とができなくなる。そのため、非活性領域の結晶性の劣
化は避けることができず、波長掃引幅の限界を与えてし
まう。また、一般に波長可変半導体レーザを波長多重光
ファイバ通信用光源として用いる場合、以下のような問
題点がある。

【０００６】波長を掃引させるためにガイド層に流す電
流によって電子が生成するため、この電子によってその
半導体中で起こるいわゆるプラズマ効果により、ガイド
層の屈折率が変化し、半導体レーザ装置から発光する波
長が制御される。半導体に電流を流すと、電子と同時に
正孔もガイド層にキャリアとして同時に注入されること
が物理的に知られている。半導体レーザ装置内の活性層
から発光したレーザ光は、上記現象によって生じたガイ
ド層中の正孔が引き起こす、いわゆる価電子帯間吸収に
より光が吸収されてしまう。例えば、その一例として、
非活性領域にバンドギャップ波長１．３μｍのＩｎＧａ
ＡｓＰ化合物半導体で構成された半導体レーザ装置の作
用について簡単に説明する。この場合、波長を掃引する
ために非活性領域に電流を流すと重い正孔バンド中に正
孔が生成される。したがって、活性層で発光したレーザ
光はスプリットオフバンド中の電子を先の正孔のエネル
ギーレベルに励起させることによる、いわゆる価電子帯
間吸収により、レーザ光がその非活性領域において著し
く吸収される。このような吸収が起こると、レーザ装置
のしきい値電流が上昇し、所望の光出力を得るための動
作電力を上昇させてしまう。また、波長掃引幅を拡大す
るためにガイド層に流す電流量を増やすと、先に述べた
価電子帯間吸収により損失は増大してしまい、それと共
に、レーザ出力は低下し、スペクトル線幅は増大する。
このような特性劣化は波長可変半導体レーザ装置におい
て物理的に不可避であった。このように、非活性導波路
領域での光学的吸収が半導体物性からもたらされている
ため、良好な性能をもって波長掃引制御に必要な電力が
少ない半導体レーザ装置は未だ実現されていない。

【０００７】したがって、本発明の目的は、上記問題点
を解決し、広い範囲で波長を掃引できる新しい半導体レ
ーザ装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、第一の発明にもとづく波長掃引機能付き分布反射型
半導体レーザ装置は、半導体基板上に、禁制帯幅が相対
的に大きな組成のクラッド層で囲まれた活性層を有し、
該活性層からなる領域の片側または両側に非活性導波路
領域が光学的に結合した分布反射型半導体レーザ装置に
おいて、室温における半導体薄膜の格子定数が基板より
も大きく、かつ圧縮歪みがかけられた量子井戸層を導入
した活性領域と、室温における半導体薄膜の格子定数が
基板よりも小さく、かつ引っ張り歪みがかけられた量子
井戸層を導入した非活性導波路領域とが設けられたこと
を特徴とする。

【０００９】また、第二の発明にもとづく波長掃引機能
付き分布反射型半導体レーザ装置は、半導体基板上に、
禁制帯幅が相対的に大きな組成のクラッド層で囲まれた
活性層を有し、かつ該活性層からなる領域の片側または
両側に非活性導波路領域が光学的に結合した分布反射型
半導体レーザ装置において、室温における半導体薄膜の
格子定数が基板よりも小さく、かつ引っ張り歪みがかけ
られた量子井戸層を導入した活性領域と、室温における
半導体薄膜の格子定数が基板よりも大きく、かつ圧縮歪
みがかけられた量子井戸層を導入した非活性導波路領域
とが設けられたことを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明の以下に説明する半導体レーザ装置の作
用に着目してなされたものである。すなわち、従来例で
も説明したように、非活性領域にバンドギャップ波長
１．３μｍのＩｎＧａＡｓＰ化合物半導体で構成された
半導体レーザ装置の場合、波長を掃引するために非活性
領域に電流を流すと重い正孔バンド中に正孔が生成され
る。したがって、活性層で発光したレーザ光はスプリッ
トオフバンド中の電子を先の正孔のエネルギーレベルに
励起させることによる、いわゆる価電子帯間吸収によ
り、レーザ光がその非活性領域において著しく吸収され
る（図１（ａ））。一方、非活性領域に引っ張り歪みを
導入した場合、図１（ａ）に示すように、価電子帯間吸
収はＴＥ偏波の場合に歪みなしのときと比べ約０．８２
倍低減する。よって、活性領域に圧縮歪みを導入してＴ
Ｅ偏波を持つようにレーザ光を発振させることによっ
て、非活性領域における損失が少ない波長可変レーザが
実現される。また、非活性領域に圧縮歪みを導入した場
合では、図１（ｂ）に示すように、ＨＨバンド中の電子
の波動関数がＴＭ偏波の成分に対して振幅を持たないた
め、このＴＭ偏波に対して価電子帯間吸収が起こらな
い。従って、活性領域に引っ張り歪みを導入しＴＭ偏波
を持つようにレーザ光を発振させることによって、非活
性領域における損失がない波長可変レーザが実現され
る。しかし、非活性領域に歪みを導入しない場合、図１
（ｃ）に示すように、波長を掃引するために非活性領域
に電流を流すと重い正孔バンド中に正孔が生成されて、
活性層で発光したレーザ光はスプリットオフバンド中の
電子を先の正孔のエネルギーレベルに励起させることに
よる、いわゆる価電子帯間吸収により、レーザ光がその
非活性領域において著しく吸収される。このような吸収
が起こると、レーザ装置のしきい値電流が上昇し、所望
の光出力を得るための動作電力を上昇させてしまう。

【００１１】そこで、本発明にもとづく波長可変半導体
レーザ装置は、キャリアの注入により活性領域をなして
発光する応力がかけられた多重量子井戸層、例えばＧａ
ＩｎＡｓＰ層と、歪みが導入されたＧａＩｎＡｓＰ層と
の多層膜構造を有する。また、電流を流すためのｐ型お
よびｎ型の半導体層、例えばＩｎＰ層をそれぞれ被着し
たものを、半導体基板上、例えばｎ型ＩｎＰ基板上に活
性領域として設け、その片側、または両側に半導体基板
の格子定数よりわずかに異なり、さらに、それによって
生じる応力の方向が両者で反転するように設計された結
晶成長可能な、例えばＧａＩｎＡｓ層と、ＧａＩｎＡｓ
Ｐ層を多段に積層した積層構造を有する。

【００１２】したがって、本発明の半導体レーザ装置
は、歪み量子井戸構造を非活性導波路領域に導入したこ
とにより光吸収を低減させ、低消費電力波長可変光源の
みならず、従来実用化できなかった超広帯域波長多重通
信用光源として用いることが可能となる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明にもとづく波長
可変半導体レーザ装置（以下、簡単に半導体レーザ装置
ともいう）の具体的構成例を説明する。

【００１４】＜実施例１＞図２は、本発明にもとづく半
導体レーザ装置の一構成例を説明するための模式的断面
図である。この半導体レーザ装置は、ｎ型ＩｎＰ基板１
上に結晶成長させたｎ型ＩｎＰ層２を被着し、その上に
バンドギャップ波長１．１５μｍの光−キャリヤ分離閉
じ込めＧａＩｎＡｓＰ層３４を結晶成長し、続いてバン
ドギャップ波長１．３μｍのＧａＩｎＡｓＰバリア層１
７と圧縮歪みを導入したＧａＩｎＡｓＰウェル層１８を
順次交互に結晶成長させ、最終バリヤ層上にバンドギャ
ップ波長１．１５μｍの光−キャリヤ分離閉じ込めＧａ
ＩｎＡｓＰ層３４を結晶成長し、フォトルミネッセンス
波長１．５５μｍの圧縮歪み多重量子井戸構造を形成す
る。かかる積層構造のＧａＩｎＡｓＰ光−キャリヤ分離
閉じ込め層３４上にｐ型ＩｎＰ層２４を被着させ、これ
らすべてを島状に蝕刻形成し活性領域４０とする。波長
制御領域となる非活性導波路領域ガイド層は、この活性
層領域の片側、または両側に導入される。

【００１５】つまり、活性領域形成後、同一なＩｎＰ基
板１上に結晶成長させたｎ型ＩｎＰ層２を被着し、その
上にバンドギャップ波長１．１５μｍの光−キャリヤ分
離閉じ込めＧａＩｎＡｓＰ層３４を結晶成長する。続い
て、ＧａＩｎＡｓＰ層９と、わずかに基板と格子定数の
異なり引っ張り歪みがかけられたＧａＩｎＡｓＰ層１０
を順次交互に結晶成長し、その上部にバンドギャップ波
長１．１５μｍの光−キャリヤ分離閉じ込めＧａＩｎＡ
ｓＰ層３４を被着してフォトルミネッセンス波長１．３
μｍの引っ張り歪み多重量子井戸構造にする。レーザ共
振器での反射器としての機能を持たせるために、積層形
成された非活性導波路領域中の光−キャリヤ分離閉じ込
めＧａＩｎＡｓＰ層３４にピッチＬ（＝λ／２ｎ）の回
折格子を形成し、最終ＩｎＰ層上にｐ型ＩｎＰ層２４を
被着させ、光学的に直列結合される。次いで、横モード
を制御するために狭スライプ状に蝕刻加工し、電流狭窄
のための埋込み成長を行う。なお、かかる積層構造に電
流を流すために両端面に被着するｎ型ＩｎＰ層２および
ｐ型ＩｎＰ層２４は積層構造における各層厚より厚くす
る。かかる構成の半導体装置を１００μｍ程度の適当な
厚さにしてｎ型ＩｎＰ基板１上に設け、ガイド層と、活
性領域に流す電流を分けるために、ｎ型ＩｎＧａＡｓ層
２５に対し分離溝２８を設け、例えばＣｒ／Ａｕもしく
はＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの合金よりなるｐ側（＋）電極薄層
２６，２７を上端面に被着するとともに、下端面には例
えばＡｕ／ＧｅもしくはＡｕ／Ｓｎの合金よりなるｎ側
（−）電極薄層２９を被着してある。

【００１６】＜実施例２＞本実施例の半導体レーザ装置
は、実施例１の半導体レーザ装置内の半導体薄膜にかか
る応力を反転させた構造である。図３に示すように、ｎ
型ＩｎＰ基板１上に結晶成長させたｎ型ＩｎＰ層２を被
着し、その上にバンドギャップ波長１．１５μｍの光−
キャリヤ分離閉じ込めＧａＩｎＡｓＰ層３４を結晶成長
し、続いてバンドギャップ波長１．３μｍのＧａＩｎＡ
ｓＰバリヤ層１９と引っ張り歪みを導入したＩｎＧａＡ
ｓウェル層２０を順次交互に結晶成長させ、最終バリヤ
層上にバンドギャップ波長１．１５μｍの光−キャリヤ
分離閉じ込めＧａＩｎＡｓＰ層３４を結晶成長し、フォ
トルミネッセンス波長１．５５μｍの引っ張り歪み多重
量子井戸構造を形成する。かかる積層構造のＧａＩｎＡ
ｓＰ光−キャリヤ分離閉じ込め層３４上にｐ型ＩｎＰ層
２４を被着させ、これらすべてを島状に蝕刻形成し活性
領域４０とする。波長制御領域となる非活性導波路領域
ガイド層は、この活性層領域の片側、または両側に導入
される。つまり、活性領域形成後、同一なｎ型ＩｎＰ基
板１上に結晶成長させたｎ型ＩｎＰクラッド層２を被着
し、その上にバンドギャップ波長１．１５μｍの光−キ
ャリヤ分離閉じ込めＧａＩｎＡｓＰ層３４を結晶成長す
る。続いて、ＧａＩｎＡｓＰ層１１と、わずかに基板と
格子定数の異なり圧縮歪みがかけられたＧａＩｎＡｓＰ
層１２を順次交互に結晶成長し、その上部にバンドギャ
ップ波長１．１５μｍの光−キャリヤ分離閉じ込めＧａ
ＩｎＡｓＰ層３４を被着してフォトルミネッセンス波長
１．３μｍの引っ張り歪み多重量子井戸構造にする。レ
ーザ共振器での反射器としての機能を持たせるために、
積層形成された非活性導波路領域中の光−キャリヤ分離
閉じ込めＧａＩｎＡｓＰ層３４にピッチＬ（＝λ／２
ｎ）の回折格子を形成し、最終ＩｎＰ層上にｐ型ＩｎＰ
層２４を被着させ、光学的に直接結合される。次いで、
横モードを制御するために狭スライプ状に蝕刻加工し、
電流狭窄のための埋込み成長を行う。なお、かかる積層
構造に電流を流すために両端面に被着するｎ型ＩｎＰ層
２およびｐ型ＩｎＰ層２４は積層構造における各層厚よ
り厚くする。かかる構成の半導体装置を１００μｍ程度
の適当な厚さにしたｎ型ＩｎＰ基板１上に設け、ガイド
層と、活性領域に流す電流を分けるために、ｐ型ＩｎＧ
ａＡｓ層２５に対し分離溝２８を設け、例えばＣｒ／Ａ
ｕもしくはＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの合金よりなるｐ側（＋）
電極薄層２６，２７を上端面に被着するとともに、下端
面には例えばＡｕ／ＧｅもしくはＡｕ／Ｓｎの合金より
なるｎ側（−）電極薄層２９を被着してある。

【００１７】＜実施例３＞本実施例の半導体レーザ装置
は、上記実施例１および２に示された半導体レーザ装置
内の活性領域と非活性導波路領域とを半導体基板面に対
し水平に積層させた装置である。図５に示すように、ｐ
型ＩｎＰ基板３上に結晶成長させたｐ型ＩｎＰ層４を被
着し、その上にバンドギャップ波長１．１５μｍの光−
キャリヤ分離閉じ込めＧａＩｎＡｓＰ層３４を結晶成長
し、続いてＧａＩｎＡｓＰバリヤ層１７と圧縮歪みを導
入したＧａＩｎＡｓＰウェル層１８とを順次交互に結晶
成長させ、最終バリヤ層上にバンドギャップ波長１．１
５μｍの光−キャリヤ分離閉じ込めＧａＩｎＡｓＰ層３
４を結晶成長し、フォトルミネッセンス波長１．５５μ
ｍの圧縮歪み多重量子井戸構造にして活性領域４０とす
る。この積層構造上にｎ型共通電極層３２を設け、続い
てＧａＩｎＡｓＰバリヤ層９と引っ張り歪みがかけられ
たＩｎＧａＡｓ層１０を順次交互に結晶成長させ、最終
バリヤ層上にバンドギャップ波長１．１５μｍの光−キ
ャリア分離閉じ込めＧａＩｎＡｓＰ層３４を結晶成長
し、フォトルミネッセンス波長１．３μｍの引っ張り歪
み多重量子井戸構造にして非活性導波路ガイド層４１と
する。レーザ共振器での反射器としての機能を持たせる
ために、積層形成された非活性導波路領域中の光−キャ
リヤ分離閉じ込めＧａＩｎＡｓＰ層３４にピッチＬ（＝
λ／２ｎ）の回折格子を形成し、さらにｐ型ＩｎＰ層２
４を被着し、最後にＩｎＧａＡｓ層２５をオーミックコ
ンタクト層として被着する。この構造での電極配置は、
図６に示すとおりで、ｐ型ＩｎＰ基板側３では、例えば
Ｃｒ／ＡｕもしくはＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの合金よりなるｐ
側（＋）電極薄層２８を被着し、最終半導体薄膜成長層
である、ｐ型ＩｎＧａＡｓ層では、例えばＣｒ／Ａｕも
しくはＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの合金よりなるｐ側（＋）電極
薄層２６を被着している。さらに、活性領域と、非活性
領域導波路ガイド層の共通電極として、ｎ型ＩｎＰ層に
例えばＡｕ／ＧｅもしくはＡｕ／Ｓｎの合金よりなるｎ
側（−）電極薄層３０を被着してある。

【００１８】＜実施例４＞この実施例の半導体レーザ装
置は上記図４における半導体レーザ装置内の半導体薄膜
にかかる応力を反転させた構造を有する（図７参照）。
すなわち、ｐ型ＩｎＰ基板３上に、結晶成長させたｐ型
ＩｎＰ層４を被着し、その上にバンドギャップ波長１．
１５μｍの光−キャリヤ分離閉じ込めＧａＩｎＡｓＰ層
３４を結晶成長し、続いてＧａＩｎＡｓＰバリヤ層１９
と引っ張り歪みを導入したＩｎＧａＡｓウェル層２０を
順次交互に結晶成長させ、最終バリヤ層上にバンドギャ
ップ波長１．１５μｍの光−キャリヤ分離閉じ込めＧａ
ＩｎＡｓＰ層３４を結晶成長し、フォトルミネッセンス
波長１．５５μｍの引っ張り歪み多重量子井戸構造にし
て活性領域４０とする。この積層構造にｎ型ＩｎＰ層３
２を被着し、その上にバンドギャップ波長１．１５μｍ
の光−キャリヤ分離閉じ込めＧａＩｎＡｓＰ層３４を結
晶成長し、続いてＧａＩｎＡｓＰバリヤ層１１と圧縮歪
みがかけられたＧａＩｎＡｓＰウェル層１２とを順次交
互に結晶成長させ、最終バリヤ層上にバンドギャップ波
長１．１５μｍの光−キャリヤ分離閉じ込めＧａＩｎＡ
ｓＰ層３４を結晶成長し、フォトルミネッセンス波長
１．３μｍの圧縮歪み多重量子井戸構造にして非活性領
域導波路ガイド層４１とする。レーザ共振器での反射器
としての機能を持たせるために、積層形成された非活性
導波路領域中の光−キャリヤ分離閉じ込めＧａＩｎＡｓ
Ｐ層３４にピッチＬ（＝λ／２ｎ）の回折格子を形成
し、さらにｐ型ＩｎＰ層２４を被着し、最後にＩｎＧａ
Ａｓ層２５をオーミックコンタクト層として被着する。
この構造での電極配置は、図８に示すとおりで、ｐ型Ｉ
ｎＰ基板１側では、例えばＣｒ／ＡｕもしくはＴｉ／Ｐ
ｔ／Ａｕの合金よりなるｐ側（＋）電極薄層２８を被着
し、最終半導体薄膜成長層である、ｐ型ＩｎＧａＡｓ層
では、例えばＣｒ／ＡｕもしくはＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの合
金よりなるｐ側（＋）電極薄層２６を被着している。さ
らに、活性領域と、非活性領域導波路ガイド層の共通電
極として、ｎ型ＩｎＰ層に例えばＡｕ／ＧｅもしくはＡ
ｕ／Ｓｎの合金よりなるｎ側（−）電極薄層３０を被着
してある。

【００１９】次に、本発明半導体レーザ装置の動作を説
明すると、まず、活性領域４０の上下端面電極薄層２
６，２９に電圧を印加して多層構造の半導体装置に電流
を流すと、キャリヤの反転分布が形成されて、レーザ媒
質となる多重量子井戸層で利得領域が形成され、レーザ
発振が起こる。次いで、波長制御領域である、非活性領
域導波路ガイド層４１の上下端面電極薄層２７，２９に
電圧印加して、応力がかけられたＧａＩｎＡｓ層を含む
歪み量子井戸構造領域に電流を流すと、キャリヤが生成
されそのＧａＩｎＡｓ層でプラズマ効果が起こり、その
屈折率が変化し、光学的共振器長が変化することによ
り、レーザ発振波長を制御している。

【００２０】図２の基本構成による、活性領域に圧縮歪
み、非活性領域ガイド層に引っ張り歪みが導入されたレ
ーザ装置では、活性領域に圧縮歪みを導入したために、
伝導帯中の電子と価電子帯中の重い正孔間との結合で生
じる利得が増大し、レーザ装置から放出されるレーザ光
の電界成分は基板水平面に対して平行な方向、いわゆる
ＴＥモード発振となる。さらに、活性領域とは逆向きに
引っ張り歪みを導入して非活性領域導波路ガイド層で
は、価電子帯における重い正孔バンドとスプリットオフ
バンド間の遷移確率が約０．８２倍に下がるため、この
ＴＥモードに対して価電子帯吸収が少なく、特性が向上
する。

【００２１】図３の基本構成による、活性領域に引っ張
り歪み、非活性領域導波路ガイド層に圧縮歪みが導入さ
れたレーザ装置では、活性領域に引っ張り歪みを導入し
たために、伝導帯中の電子と価電子帯中の軽い正孔間と
の結合で生じる利得が増大し、レーザ装置から放出され
るレーザ光の電界成分は基板水平面に対して垂直な方
向、いわゆるＴＭモード発振となる。さらに、活性領域
とは逆向きに圧縮歪みを導入した非活性領域導波路ガイ
ド層では正孔の波動関数が基板と垂直な方向に成分を完
全に持たないために、このＴＭモードに対して価電子帯
吸収が極めて少なく、図２のレーザ装置と比べてより一
層の特性が向上する。

【００２２】１．３μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰバルクをコ
アに持つ導波路の、ＴＥ偏波での電流密度に対する損失
特性、フォトルミネッセンス波長１．３μｍのＩｎＧａ
ＡｓＰ圧縮歪み量子井戸をコアに持つ導波路の、ＴＭ偏
波での電流密度に対する損失特性を図４に示す。図中、
曲線Ａは１．３μｍ組成ＧａＩｎＡｓＰをコア（幅１．
５μｍ、厚さ０．２μｍ）の導波路におけるＴＥ偏波の
損失、曲線ＢはＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰ圧縮歪量子井戸
をコア（幅１．５μｍ、厚さ０．２μｍ）の導波路にお
けるＴＥ偏波に対する損失を示す。後者の特性は図２で
示した、非活性層と同等な構造を持つ導波路の特性と対
応している。このように、損失は約１／３まで低下し、
この構造の有効性が示されている。

【００２３】図５から図８のレーザ装置は前述した図２
から図３のレーザ装置が活性領域と非活性導波路ガイド
層が光学的に直列接続されていたのに対し、０．２μｍ
程度の薄いｎ型ＩｎＰを挟んでそれぞれが積層した構造
をしている。この装置では、１回の結晶成長でレーザ装
置すべての薄膜が作成可能である特徴がある。ただし、
光吸収が低減できる理由は、上述した図２，図３のレー
ザ装置と同じ動作原理だからである。

【００２４】したがって、これらの半導体レーザ装置
は、屈折率変化を起こすために注入されて生成された高
密度のホールからもたらされる非活性領域導波路での価
電子帯間吸収の低下により、光損失を受けることなく屈
折率変化が可能となり、その結果広い波長掃引を可能に
した装置である。

【００２５】なお、すべての図に示した本発明半導体レ
ーザ装置の構成例においては、図２から図３までの装置
でいずれも半導体基板１をｎ型ＩｎＰ半導体を用いて形
成したが、ｐ型ＩｎＰ半導体とすることもできる。同様
に、図５，図７のレーザ装置ではいずれも半導体基板３
をｐ型ＩｎＰ半導体を用いて形成したが、ｎ型ＩｎＰ半
導体とすることもできる。なお、その場合には、各図の
構成における各半導体層および各電極層のｐ型，ｎ型と
をすべて逆の組み合わせにする。

【００２６】また、以上説明した構成例においては、い
ずれも、活性体層をＩｎＧａＡｓＰ半導体により形成す
るとともに、クラッド層および半導体基板をＩｎＰ半導
体により形成してあるが、これらの半導体材料は、上述
した例の組成に限ることなく、結晶成長可能なIII 族，
Ｖ族元素との異なる組み合わせを任意に用いることがで
き、例えば、半導体基板をＧａＡｓ半導体により形成す
るとともに、活性層をＧａＡｓ半導体により形成し、障
壁層をＧａＡｌＡｓ半導体により形成するなど、結晶成
長が可能な限り、任意所望の組成の半導体を適当に組み
合わせても、前述したと同様の本発明による作用効果を
得ることができる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にもとづく
波長可変半導体レーザ装置は、キャリアの注入により活
性領域をなして発光する応力がかけられた多重量子井戸
層、例えばＧａＩｎＡｓＰ層と、歪みが導入されたＧａ
ＩｎＡｓＰ層との多層膜構造を有する。また、電流を流
すためのｐ型およびｎ型の半導体層、例えばＩｎＰ層を
それぞれ被着したものを、半導体基板上、例えばｎ型Ｉ
ｎＰ基板上に活性領域として設け、その片側、または両
側に半導体基板の格子定数よりわずかに異なり、さら
に、それによって生じる応力の方向が両者で反転するよ
うに設計された結晶成長可能な、例えばＧａＩｎＡｓ層
と、ＧａＩｎＡｓＰ層を多段に積層した積層構造を有す
る。

【００２８】したがって、本発明の半導体レーザ装置
は、歪み量子井戸構造を非活性導波路領域に導入したこ
とにより光吸収を低減させ、低消費電力波長可変光源の
みならず、従来実用化できなかった超広帯域波長多重通
信用光源として用いることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】価電子帯間吸収を示す説明図である。

【図２】本発明による波長掃引機能付き分布反射型半導
体レーザの概略的構成を説明するための模式的断面図で
ある（実施例１）。

【図３】本発明による波長掃引機能付き分布反射型半導
体レーザの概略的構成を説明するための模式的断面図で
ある（実施例２）。

【図４】注入電流密度に対する損失を示す特性図であ
る。

【図５】本発明による波長掃引機能付き分布反射型半導
体レーザの概略的構成を説明するための長手方向断面図
である（実施例３）。

【図６】本発明による波長掃引機能付き分布反射型半導
体レーザの概略的構成を説明するための幅方向断面図で
ある（実施例３）。

【図７】本発明による波長掃引機能付き分布反射型半導
体レーザの概略的構成を説明するための長手方向断面図
である（実施例４）。

【図８】本発明による波長掃引機能付き分布反射型半導
体レーザの概略的構成を説明するための幅方向断面図で
ある（実施例４）。

【符号の説明】

１ ｎ型ＩｎＰ基板 ２ ｎ型ＩｎＰクラッド層 ３ ｐ型ＩｎＰ基板 ４ ｐ型ＩｎＰクラッド層 ５ ＧａＩｎＡｓＰ障壁層 ６ ＧａＩｎＡｓＰ歪み量子井戸層 ７ ＧａＩｎＡｓＰ障壁層 ８ ＧａＩｎＡｓＰ歪み量子井戸層 ９ ＧａＩｎＡｓＰ障壁層 １０ ＩｎＧａＡｓ引っ張り歪み量子井戸層 １１ ＧａＩｎＡｓＰ障壁層 １２ ＧａＩｎＡｓＰ圧縮歪み量子井戸層 １３ ＧａＩｎＡｓＰ障壁層 １４ ＧａＩｎＡｓＰｓ量子井戸層 １５ ＧａＩｎＡｓＰ障壁層 １６ ＧａＩｎＡｓＰ歪み量子井戸層 １７ ＧａＩｎＡｓＰ障壁層 １８ ＧａＩｎＡｓＰ圧縮歪み量子井戸層 １９ ＧａＩｎＡｓＰ障壁層 ２０ ＩｎＧａＡ引っ張り歪み量子井戸層 ２４ ｐ型ＩｎＰクラッド層 ２５ ＩｎＧａＡｓキャップ層 ２６ 活性領域電極 ２７ 非活性領域導波路ガイド層電極 ２８ 電極分離溝 ２９ ｎ側基板面電極 ３０ ｐ側基板面電極 ３１ ＩｎＰ埋め込み層 ３２ ｎ型共通電極 ３３ ｎ型ＩｎＰ中間層 ３４ 光−キャリヤ分離閉じ込めＧａＩｎＡｓＰ層 ４０ 活性領域 ４１ 非活性導波路ガイド層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に、禁制帯幅が相対的に大
   きな組成のクラッド層で囲まれた活性層を有し、該活性
   層からなる領域の片側または両側に非活性導波路領域が
   光学的に結合した分布反射型半導体レーザ装置におい
   て、 室温における半導体薄膜の格子定数が基板よりも大き
   く、かつ圧縮歪みがかけられた量子井戸層を導入した活
   性領域と、 室温における半導体薄膜の格子定数が基板よりも小さ
   く、かつ引っ張り歪みがかけられた量子井戸層を導入し
   た非活性導波路領域とが設けられたことを特徴とする波
   長掃引機能付き分布反射型半導体レーザ装置。
2. 【請求項２】 半導体基板上に、禁制帯幅が相対的に大
   きな組成のクラッド層で囲まれた活性層を有し、かつ該
   活性層からなる領域の片側または両側に非活性導波路領
   域が光学的に結合した分布反射型半導体レーザ装置にお
   いて、 室温における半導体薄膜の格子定数が基板よりも小さ
   く、かつ引っ張り歪みがかけられた量子井戸層を導入し
   た活性領域と、 室温における半導体薄膜の格子定数が基板よりも大き
   く、かつ圧縮歪みがかけられた量子井戸層を導入した非
   活性導波路領域とが設けられたことを特徴とする波長掃
   引機能付き分布反射型半導体レーザ装置。