JPH0837342A

JPH0837342A - 分布帰還型半導体レーザおよび半導体レーザアレイ

Info

Publication number: JPH0837342A
Application number: JP6172202A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Nakamura; 厚中村; Makoto Okai; 誠岡井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-07-25
Filing date: 1994-07-25
Publication date: 1996-02-06

Abstract

(57)【要約】【目的】アナログ通信用ＤＦＢレーザの低歪歩留まり
の向上および後方出力に対する前方出力の均一性の向
上。【構成】誘導放出光（レーザ光３３）を発生する活性
層９と、周期的な利得の攝動を生じさせる回折格子３２
（吸収型回折格子３５）を有する利得結合型の分布帰還
型半導体レーザである。半導体レーザ（半導体レーザチ
ップ）の前方光を出射する前方端面は劈開面となり、反
射率は３２％となっている。また、後方光を出射する後
方端面には反射率が９０％となる高反射膜が形成されて
いる。また、規格化結合係数κＬの利得結合成分κ_g Ｌ
を０．５とし、屈折率結合成分κ_iＬの絶対値を０．３
以下とさせる。【効果】利得結合型ＤＦＢレーザにおける低歪歩留ま
りの向上（６０％程度）および後方出力に対する前方出
力の均一性の向上が達成できた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は分布帰還型半導体レーザ
および半導体レーザアレイ、特に利得結合型の分布帰還
型半導体レーザおよびその半導体レーザ部分を組み込ん
だ半導体レーザアレイに関する。

【０００２】

【従来の技術】光伝送用光源として分布帰還型半導体レ
ーザが使用されている。分布帰還型（ＤＦＢ）の半導体
レーザ（レーザダイオード：ＬＤ）については、たとえ
ば、電子情報通信学会発行「電子情報通信学会誌」1987
年３月号、同年３月25日発行、P369〜P378に記載されて
いる。この文献には、高出力・単一縦モード（ＳＬＭ）
分布帰還形（ＤＦＢ）レーザにおいて、回折格子による
結合強度κＬを１あるいは１．２としたものが開示され
ている。また、前記κＬを１としたものの場合、半導体
レーザの出力端面および後方端面の反射率はそれぞれ１
％および９０％としている。

【０００３】また、分布帰還型半導体レーザには、屈折
率結合型ＤＦＢレーザおよび利得結合型ＤＦＢレーザが
ある。また、利得結合型ＤＦＢレーザにおいては、屈折
率変化を単一波長をするための構造として、活性層の厚
さを変化させるものと、定在波の節に対応する箇所に吸
収層（吸収型回折格子）を設けるものとがある。IEEEPh
otonics Technology Letters,Vol.4,No3 March 1992 P
212〜P215には、吸収型回折格子を設けた利得結合型Ｄ
ＦＢレーザが記載されている。

【０００４】一方、短波長帯での高出力化や光通信にお
けるＬＡＮ（Local Area Network）での分岐等に使用す
るため、半導体レーザ部分を並列に多数配置した半導体
レーザアレイが開発されている。半導体レーザアレイに
ついては、たとえば、株式会社プレスジャーナル発行
「月刊Semiconductor World 」1984年７月号、同年６月
15日発行、Ｐ47〜Ｐ52に記載されている。この文献に
は、ストライプ数が４０となる多重ストライプ構造の量
子井戸構造（ＭＱＷ）の半導体レーザアレイについて記
載されている。また、この文献には、２波長集積化分布
帰還型半導体レーザについても記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】光ファイバ通信に用い
られる分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）では、
単一モ−ド発振が非常に重要であり、アナログ通信にお
いては低歪特性も重要な特性となる。ＤＦＢ−ＬＤは光
分布帰還構造として回折格子を持つが、その特性は回折
格子（グレーティング）の端面位相に依存する。回折格
子の端面位相は、半導体レーザ（半導体レーザチップ）
の端面が化合物半導体基板を劈開することによって形成
されることから制御不可能であり、ＤＦＢ−ＬＤが特性
を満たすかどうかは回折格子の端面位相に関する確率的
な議論となる。

【０００６】本発明者等は、前記低歪特性について分析
検討した。低歪特性の最も重大な原因は、軸方向空間ホ
ールバーニングである。すなわち、回折格子を有する分
布帰還型半導体レーザ装置は、共振器の中央部分で最も
光強度が高くなる。このため、共振器の中央部分での電
子の消費が高くなり、キャリア密度が低下して光の屈折
率が増大し、レーザ光の単一性が悪くなる。レーザ光の
単一性の低下は、そのまま歪特性の悪化を招く。

【０００７】そこで、本発明者等は、図１６の模式図に
示すような分布帰還型半導体レーザに対して、端面反射
率と規格化結合係数（κＬ）の最適化の検討を行い、下
記の知見を得た。

【０００８】図１６の（ａ）は、半導体レーザ３０の活
性層（共振器）３１の全長Ｌに亘って回折格子３２を有
しかつ半導体レーザ３０の両端面からレーザ光３３を出
射させる屈折率結合型の分布帰還型半導体レーザ（均一
回折格子屈折率結合型）である。また、図１６の（ｂ）
は、活性層３１に沿いかつ定在波の節の部分に吸収層３
４を設けた吸収型回折格子３５を有する利得結合型の分
布帰還型半導体レーザ（均一回折格子利得結合型）であ
る。なお、図１６においては、レーザ光３３は前方光の
みを記載してある。

【０００９】これら構造の分布帰還型半導体レーザにお
ける前記端面反射率と規格化結合係数（κＬ）の最適化
の検討においては、λ／２周期の回折格子を有する位相
シフトのないＤＦＢレーザの回折格子の端面位相を１０
×１０通りを変えて目標特性を満たす歩留まりを求める
ことにより行った。

【００１０】従来の屈折率結合型ＤＦＢ−ＬＤでは規格
化結合係数（κＬ）を最適化しても低歪歩留まりは２０
％程度である。

【００１１】また両端面の反射率が１％，７０％となる
利得結合型ＤＦＢ−ＬＤ、あるいは利得結合と屈折率結
合の両方を持つ複素結合型ＤＦＢ−ＬＤにおいてκＬを
最適化したときの理論的な低歪歩留まりは３５％程度で
ある。

【００１２】アナログ通信用の屈折率結合型ＤＦＢ−Ｌ
Ｄは、アナログ通信で要求される低歪特性を満たす理論
的な歩留まりが非常に低く、κＬを最適化しても、２０
％程度である。

【００１３】また、利得結合型ＤＦＢ−ＬＤ、あるいは
複素結合型ＤＦＢ−ＬＤにおいても、単にκＬを最適化
しても低歪歩留まりは小さかった。

【００１４】しかしながら、利得結合型の分布帰還型半
導体レーザにおいては、規格化結合係数（κＬ）におけ
る利得結合成分κ_g Ｌや屈折率結合成分κ_i Ｌを適宜選
択することによって、定在波効果を大きくでき低歪歩留
まりの向上を図ることができることが判明した。すなわ
ち、半導体レーザ（半導体レーザチップ）の前方反射率
を３２％程度とし、後方反射率を９０％程度とすると、
κＬ＝ｉ０．５での低歪歩留まりが３１％程度と最も大
きくなることが判明した。

【００１５】一方、分布帰還型半導体レーザを集積化し
て半導体レーザアレイを構成することについて検討した
が、各半導体レーザ部分でのレーザ光のバラツキが大き
く、通信用半導体レーザアレイとしては使用に適さない
ことが判明した。

【００１６】本発明の目的は、アナログ通信用ＤＦＢレ
ーザの低歪歩留まりの向上が達成できる利得結合型分布
帰還型半導体レーザを提供することにある。

【００１７】本発明の他の目的は、後方出力光に対する
前方出力光の比が常に安定化できる利得結合型分布帰還
型半導体レーザを提供することにある。

【００１８】本発明の他の目的は、利得結合型分布帰還
型半導体レーザ構造による安定した出力を有する半導体
レーザアレイを提供することにある。

【００１９】本発明の前記ならびにそのほかの目的と新
規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきら
かになるであろう。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。すなわち、本発明の吸収型回折格子
を有する利得結合型の分布帰還型半導体レーザは、利得
の周期的な攝動を生じさせる回折格子（吸収型回折格
子）を活性領域（共振器Ｌ）に沿って有する利得結合型
の分布帰還型半導体レーザである。吸収型回折格子は定
在波の節となる部分に吸収層が設けられるとともに、こ
の吸収層の一面側に屈折率調整層が設けられる構造とな
り、屈折率調整層および屈折率調整層上の吸収層はグレ
ーティング（回折格子）によって断続的に形成されてい
る。また、前記吸収型回折格子は半導体レーザの全長に
亘って形成されている。半導体レーザの出力端面となる
前方端面は劈開面となり、反射率が３２％（前方反射
率）となっている。また、前記半導体レーザの後方端面
には反射率が９０％（後方反射率）となる高反射膜が設
けられている。

【００２１】本発明の吸収型回折格子を有する利得結合
型の分布帰還型半導体レーザにおいては、利得の周期的
な攝動の規格化結合係数κＬにおける利得結合成分κ_g
Ｌが０．５であるとともに、前記規格化結合係数κＬに
おける屈折率結合成分κ_i Ｌの絶対値（｜κ_i Ｌ｜）が
｜κ_i Ｌ｜＜０．３となるように構成されている。前記
利得結合係数κ_g および屈折率結合係数κ_i は前記吸収
型回折格子を形成する吸収層と屈折率調整層の厚さと組
成の選択によって決定されている。

【００２２】本発明の他の実施例による吸収型回折格子
を有する利得結合型の分布帰還型半導体レーザは、吸収
型回折格子を形成する吸収層と屈折率調整層からなる２
層が３組重ねられた構造となっている。

【００２３】本発明の他の実施例による吸収型回折格子
を有する利得結合型の分布帰還型半導体レーザは、前方
端面には反射率が７０％となる高反射膜が設けられるて
いるとともに、後方端面には反射率が９０％となる高反
射膜が設けられている。また、前記利得の周期的な攝動
の規格化結合係数κＬの利得結合成分κ_g Ｌが、０．３
＜κ_g Ｌ＜０．７となっている。

【００２４】本発明の他の実施例による吸収型回折格子
を有する利得結合型の分布帰還型半導体レーザは、半導
体レーザの活性層に沿って設けられる吸収型回折格子が
部分的に設けられ、前記吸収型回折格子の延長部分にそ
れぞれ光増幅領域が設けられる構造となり、それぞれの
光増幅領域が実効的な反射率を有するように構成されて
いる。たとえば、前方光増幅領域Ｌ_a を長さ零として結
晶の劈開面とすることによって前方反射率を３２％と
し、後方光増幅領域Ｌ_b の長さを光増幅領域の増幅がｇ
倍となる長さとする。この場合、後方端面での反射率は
ｇ² ｒとなる。前記ｒは結晶の劈開面の反射率、すなわ
ち、０．３２であることから、ｇを１．４８倍に設定す
れば、後方反射率は０．７（７０％）となる。

【００２５】本発明の一実施例による半導体レーザアレ
イは、同一構造の半導体レーザ部分を複数並列に配置し
た構造となっている。前記各半導体レーザ部分は、利得
の周期的な攝動を生じさせる吸収型回折格子を共振器Ｌ
に沿って有する利得結合型の分布帰還型半導体レーザで
あり、前記吸収型回折格子は前記共振器全体に設けられ
る構造となっている。また、各半導体レーザ部分の前方
端面は結晶を劈開した面となり、反射率は３２％となっ
ている。また、各半導体レーザ部分の後方端面には高反
射膜が設けられ、反射率は９０％となっている。また、
半導体レーザ部分においては、利得の周期的な攝動の規
格化結合係数κＬの利得結合成分κ_g Ｌは０．５である
とともに、前記屈折率結合成分κ_i Ｌの絶対値｜κ_i Ｌ
｜は｜κ_i Ｌ｜＜０．３となっている。

【００２６】また、本発明の他の半導体レーザアレイ
は、各半導体レーザ部分の吸収型回折格子を形成する吸
収層と屈折率調整層からなる２層が３組重ねられた構造
となっている。

【００２７】

【作用】上記した手段によれば、本発明の分布帰還型半
導体レーザは、前方反射率が３２％となり、後方反射率
が９０％となり、かつ規格化結合係数κＬにおける利得
結合成分κ_g Ｌが０．５であるとともに、前記屈折率結
合成分κ_i Ｌの絶対値（｜κ_i Ｌ｜）が｜κ_i Ｌ｜＜
０．３となっていることから、高反射膜の存在によって
利得結合の定在波効果が大きくなり、単一波長歩留まり
が大きくなる。また、高反射膜を有することにより共振
器内の光子分布が平坦化し低歪歩留まりが向上する。ま
た、高反射膜により、前方／後方出力比が高くかつ均一
化される。

【００２８】本発明の他の実施例においては、分布帰還
型半導体レーザの吸収型回折格子を形成する吸収層と屈
折率調整層からなる２層は３組重ねられた構造となって
いる。利得の周期的な変化を生じさせるためには、エッ
チングによって断続的な吸収層を確実に形成しなけれは
ならないが、吸収層と屈折率調整層からなる２層を３組
重た構造としておけば、エッチングのバラツキが生じて
も１乃至３層の吸収層のいずれかはエッチングされるこ
とになり、確実に断続的に設けられる吸収層は形成で
き、製造におけるエッチング余裕度が向上し、半導体レ
ーザの製造歩留まりが向上する。すなわち、この実施例
の場合は、回折格子の高さによらず屈折率の周期的変化
をほぼ零とすることが可能である。

【００２９】本発明の他の実施例、すなわち、前方端面
と後方端面にそれぞれ高反射膜を有する利得結合型の分
布帰還型半導体レーザは、利得の周期的な攝動を生じさ
せる規格化結合係数κＬの利得結合成分κ_g Ｌが、０．
３＜κ_g Ｌ＜０．７となっていることから、利得結合の
定在波効果が大きくなり、単一波長歩留まりが大きくな
る。また、高反射膜を有することにより共振器内の光子
分布が平坦化し低歪歩留まりが向上する。

【００３０】本発明の他の実施例、すなわち、半導体レ
ーザの活性層に沿って設けられる吸収型回折格子を部分
的に設け、前記吸収型回折格子の延長部分にそれぞれ光
増幅領域を設ける構造の場合は、高反射膜を形成するこ
となく、吸収型回折格子を部分的形成するだけで吸収型
回折格子の両端に実効的な反射領域を形成でき、製造工
程の短縮化が達成できる。

【００３１】本発明の半導体レーザアレイは、同一構造
の吸収型回折格子構造の半導体レーザ部分を複数並列に
配置した構造となっている。また、吸収型回折格子の前
方反射率は３２％となり、後方反射率は９０％となり、
かつ利得の周期的な攝動の規格化結合係数κＬの利得結
合成分κ_g Ｌは０．５であるとともに、前記屈折率結合
成分κ_i Ｌの絶対値｜κ_i Ｌ｜は｜κ_i Ｌ｜＜０．３と
なっている。この結果、高反射膜の存在によって利得結
合の定在波効果が大きくなり、単一波長歩留まりが大き
くなる。また、高反射膜を有することにより共振器内の
光子分布が平坦化し低歪歩留まりが向上する。また、高
反射膜の存在によって、各半導体レーザ部分における後
方出力に対する前方出力の比率（前方／後方出力比）が
均一化し、かつ高出力となるためレーザアレイとして安
定動作する。

【００３２】また、本発明の他の半導体レーザアレイ
は、各半導体レーザ部分の吸収型回折格子を形成する吸
収層と屈折率調整層からなる２層が３組重ねられた構造
となっている。利得の周期的な変化を生じさせるために
は、エッチングによって断続的な吸収層を確実に形成し
なけれはならないが、吸収層と屈折率調整層からなる２
層を３組重た構造としておけば、エッチングのバラツキ
が生じても１乃至３層の吸収層のいずれかはエッチング
されることになり、確実に断続的に設けられる吸収層は
形成でき、製造におけるエッチング余裕度が向上し、半
導体レーザアレイの製造歩留まりが向上する。すなわ
ち、この実施例の場合は、回折格子の高さによらず屈折
率の周期的変化をほぼ零とすることが可能である。

【００３３】

【実施例】以下図面を参照して本発明の第１実施例につ
いて説明する。図１は本発明の第１実施例による利得結
合型の分布帰還型半導体レーザを示す一部を切り欠いた
模式的斜視図、図２は同じく活性層に沿う断面における
利得結合型の分布帰還型半導体レーザを示す模式的断面
図、図３は同じく半導体レーザの後方端面の高反射膜を
示す模式的断面図、図４〜図６は第１実施例の半導体レ
ーザの製造における所定工程での図であり、図４は化合
物半導体基板を示す正面図、図５は主面に所望の半導体
層を形成した後、主面に吸収型回折格子を形成した化合
物半導体基板の模式的断面図、図６は前記化合物半導体
基板の主面側を部分的にエッチングした状態を示す模式
的断面図である。

【００３４】ここで、第１実施例の半導体レーザ３０の
構造を説明する前に、第１実施例の半導体レーザ３０が
如何にしてこのような構造に設定されたかの拠り所につ
いて説明する。

【００３５】第１実施例の半導体レーザ３０は、以下の
計算のもとに決定された一実施例である。すなわち、本
発明者等は、図１６に示される均一回折格子屈折率結合
型ＤＦＢレーザ，均一回折格子利得結合型ＤＦＢレー
ザ，部分回折格子屈折率結合型ＤＦＢレーザを対象とし
て計算を行った。これらのＤＦＢレーザは、レーザ光の
波長λが１．３μｍ帯のものであり、回折格子（グレー
ティング）のピッチは２００ｎｍとなる位相シフトのな
いＤＦＢレーザであり、かつ共振器長Ｌは３００μｍと
なっている。

【００３６】図１６の（ａ）に示す均一回折格子屈折率
結合型ＤＦＢレーザは、半導体レーザ（半導体レーザチ
ップ）の両端面にＡＲ膜（前方反射率１％，後方反射率
を３２％）が形成されている。また、図１６の（ｂ）に
示す均一回折格子利得結合型ＤＦＢレーザは、ＨＲ膜
（前方反射率３２％，後方反射率を９０％）が形成され
ている。

【００３７】これらのＤＦＢレーザにおける解析は、ま
ず速度方程式と結合波方程式に基づいて、軸方向空間ホ
ールバーニングを考慮した静的な特性を求め、求められ
た静特性から、光子寿命τ_phを共振器内部の光子密度ｐ
の関数τ_ph（ｐ）と表して小信号解析により３次相互変
調歪み（ＩＤＭ３）を求めた。

【００３８】つぎに、ＡＲ膜（低反射膜）やＨＲ膜（高
反射膜）を有するＤＦＢレーザの低歪歩留まりを求める
ために、前記各ＤＦＢレーザの解析結果からしきい値利
得（閾値利得）の駆動電流に対する変化ｄ（α_thＬ）と
３次相互変調歪み（ＩＤＭ３）の関係を求め、アナログ
レーザに要求される低歪の条件（変調度ｍ＝２０％でＩ
ＤＭ３＜−７０ｄＢ）を満たすためのｄ（α_thＬ）の範
囲を決定する。

【００３９】最後にＡＲ膜−ＨＲ膜を有する各ＤＦＢレ
ーザの端面位相を１０×１０通りを変えたときの駆動電
流に対する閾値利得の駆動電流に対する変化ｄ（α
_thＬ）および閾値利得差Δα_thＬから低歪歩留まりを求
めた。

【００４０】結果として、利得結合型ＤＦＢレーザの優
秀性が確認できたわけであるが、これは、以下に示す利
得結合型の規格化結合係数（κＬ）の検討によるもので
ある。結合係数κは次式のように表される。

【００４１】

【数１】 κ＝κ_i ＋ｉκ_g （１）ここで、κ_i は屈折率結合係数（ｃｍ~¹）、κ_g は利得
結合係数（ｃｍ~¹）である。

【００４２】また、電界に対するレーザ共振器内の軸方
向（ｚ軸方向）の利得α（ｚ）を次式で表すと、

【００４３】

【数２】 α（ｚ）＝α₀ ＋Δαｃｏｓ（２β₀ ｚ＋Ω）（２）ここで、α₀ は利得平均（ｃｍ~¹）、Δαは利得振幅
（ｃｍ~¹）、β₀ はブラッグ波数（ｃｍ~¹）、Ωはｚ＝
０における利得変化の位相である。

【００４４】利得結合係数κg は次式で表される。

【００４５】

【数３】

【００４６】（２），（３）式より、α（ｚ）の最小値
α_min は次式となる。

【００４７】

【数４】 α_min ＝α₀ −Δα＝α₀ −２κ_g （４） α₀ ＜０となる領域で、光は吸収される。利得結合型に
対しては、α_min ＜０となったとき、α_min を共振器損
失として解析を行った。

【００４８】一方、利得結合型ＤＦＢレーザの製造にお
いて、屈折率結合係数κ_i を零に製造することは極めて
困難であり、実際に製造される利得結合型ＤＦＢレーザ
は、屈折率結合成分κ_i Ｌと利得結合成分κ_g Ｌを有す
る均一回折格子複素結合型ＤＦＢレーザとなる。

【００４９】そこで、第１実施例以下の実施例において
は、吸収層の高さと、吸収層を構成するＩｎＧａＡｓＰ
の組成を適宜選択して利得結合成分κ_g Ｌを決定する。
また、前記吸収層の一面側に設けられる屈折率調整層の
高さと、屈折率調整層を構成するＩｎＧａＡｓＰの組成
を適宜選択して屈折率結合成分κ_i Ｌを決定する。しか
し、実際には利得結合成分κ_g Ｌおよび屈折率結合成分
κ_i Ｌの数値は、吸収層や屈折率調整層だけで決まるも
のではなく、前記吸収層と屈折率調整層とが影響しあ
い、吸収層や屈折率調整層そのものだけで決定されるも
のではない。したがって、前記吸収層や屈折率調整層を
選択することによって所望の利得結合成分κ_g Ｌや屈折
率結合成分κ_i Ｌを得る。

【００５０】第１実施例の利得結合型の分布帰還型半導
体レーザ（半導体レーザ）３０は、図１および図２に示
す構造となっている。この半導体レーザ３０は、埋め込
みヘテロ構造の半導体レーザとなり、断面中央部分に括
れたメサ部２０を有し、メサ部２０の両側に埋込層２１
を有する構造となっている。前記埋込層２１は、３層と
なり、下層から上層に向かって順次ｎ型埋込層１５，ｐ
型ブロック層１６，ｎ型埋込層１７となっている。

【００５１】半導体レーザ３０の中央線に沿って一部で
あるいは全部で断面化した図が、図１および図２であ
る。これらの図において、上方から下方に向かって、１
μｍ程度の厚さのｐ型電極２、厚さ１．１μｍ程度のＩ
ｎＧａＡｓＰからなるコンタクト層３、厚さ１〜３μｍ
程度のＩｎＧａＡｓＰからなるｐ型クラッド層（１）
４、厚さ１μｍ程度のＩｎＧａＡｓＰからなるｐ型クラ
ッド層（２）５、厚さ０．１〜０．３μｍ程度のＩｎＧ
ａＡｓＰからなる吸収層６、厚さ０．５μｍ程度のＩｎ
ＧａＡｓＰ（またはＩｎＰでもよい）からなる屈折率調
整層７、厚さ１μｍ程度のＩｎＧａＡｓＰからなるｐ型
ガイド層８、厚さ０．１〜０．２μｍ程度のＩｎＧａＡ
ｓＰからなる活性層９、厚さ１〜２μｍ程度のＩｎＧａ
ＡｓＰからなるｎ型ガイド層１０、厚さ５０μｍ程度の
ＩｎＰからなるｎ型基板１１、厚さ１μｍ程度のＴｉ／
Ｐｔ／Ａｕからなるｎ型電極１２が配置されている。

【００５２】前記半導体レーザ３０において、出力端面
となる前方端面は結晶の劈開による面となり、前方反射
率は３２％となる。また、モニター用端面となる後方端
面には、高反射膜（ＨＲ）１が設けられている。高反射
膜１は後方反射率が９０％となるように、図３に示すよ
うに、４層構造となっている。いずれの層もλ／４の厚
さとなり、半導体レーザ３０の端面からアモルファスシ
リコン（ａ−Ｓｉ）層２４，ＳｉＯ₂ 膜２５，ａ−Ｓｉ
層２６，ＳｉＯ₂ 膜２７と重なる構造となっている。な
お、高反射膜の反射率は、前記ａ−Ｓｉ層とＳｉＯ₂ 膜
を一単位として数単位を重ねることにより、あるいは他
の成分からなる膜を入れることによって所望の反射率を
得ることができる。また、レーザ光（誘導放出光）の波
長を１．５５μｍ帯とする結晶の場合の劈開面の反射率
は３０％となる。本発明の半導体レーザは光通信用で長
波長を使用することから、１．５５μｍ帯の半導体レー
ザも含むものとなる。

【００５３】半導体レーザ３０はＤＦＢレーザとなり、
回折格子（グレーティング）３２のピッチは２００ｎｍ
となっている。回折格子はシフトのないλ／２の半導体
レーザとなり、１．３μｍ帯のレーザ光３３（前方光３
３ａ，後方光３３ｂ）を半導体レーザ（半導体レーザチ
ップ）３０の両端から発光（出射）する。

【００５４】前記グレーティング３２は、吸収層６，屈
折率調整層７，ｐ型ガイド層８に亘って設けられてい
る。前記吸収層６は共振器軸方向に利得の周期的な変化
を生じさせるための層であり、屈折率調整層７は前記吸
収層６によって生じる屈折率の周期的な変化を低減する
ための層となる。

【００５５】このような半導体レーザ３０においては、
吸収型回折格子の規格化結合係数（κＬ）の利得結合係
数κ_g は０．５が選択され、かつ屈折率結合係数κ_i は
絶対値で０．３以下となるものとする。

【００５６】規格化結合係数（κＬ）の結合成分κは、
前記（１）の式によって与えられ、屈折率結合係数κ_i
および利得結合係数κ_g が関与する。利得結合係数κ_g
は前記吸収層６の厚さとその層を形成するＩｎＧａＡｓ
Ｐの組成によって略決まり、屈折率結合係数κ_i は前記
屈折率調整層７の厚さとその層を形成するＩｎＧａＡｓ
Ｐの組成によって略決まる。また、各利得結合係数κ_g
と屈折率結合係数κ_iは、吸収層６と屈折率調整層７相
互が影響しあう。ここでは、吸収層６の厚さを０．１〜
０．３μｍとするとともに、屈折率調整層７の厚さを
０．５μｍとし、利得結合成分κ_g Ｌを０．５とさせ
る。また、屈折率結合成分κ_i Ｌは零のものが最も低歪
歩留まりが高くなる。しかし、低歪歩留まりの使用範囲
を考慮した場合、後述のように絶対値で０．３以下のも
のであれば充分アナログ光通信に使用できるものであ
る。

【００５７】なお、利得結合成分κ_g Ｌを０．５とする
場合においては、前記吸収層６の厚さ（高さ）を０．１
５μｍとし、吸収層６を構成するＩｎＧａＡｓＰの混晶
比をＩｎ_0.76Ｇａ_0.24Ａｓ_0.55Ｐ_0.45とする。また、屈
折率結合成分κ_i Ｌを零とする場合には、前記屈折率調
整層７の厚さ（高さ）を０．１μｍとし、屈折率調整層
７をＩｎＰとする。前記屈折率結合成分κ_i Ｌを絶対値
で０．３以下とする場合には、前記屈折率調整層７の厚
さ（高さ）は０．０５〜０．１５μｍ程度となるととも
に、屈折率調整層７をＩｎＰとする。

【００５８】つぎに、第１実施例の半導体レーザ３０の
製造について簡単に説明する。図４に示すように、最初
に化合物半導体基板、すなわちＩｎＰからなる数百μｍ
のｎ型基板１１が用意される。

【００５９】つぎに、ＭＯＣＶＤ技術等によって、前記
ｎ型基板１１上に化合物半導体層、すなわち、厚さ１〜
２μｍ程度のＩｎＧａＡｓＰからなるｎ型ガイド層１
０、厚さ０．１〜０．２μｍ程度のＩｎＧａＡｓＰから
なる活性層９、厚さ１μｍ程度のＩｎＧａＡｓＰからな
るｐ型ガイド層８、厚さ０．１μｍ程度のＩｎＧａＡｓ
Ｐ（またはＩｎＰでもよい）からなる屈折率調整層７、
厚さ０．１〜０．３μｍ程度のＩｎＧａＡｓＰからなる
吸収層６が順次形成される。

【００６０】つぎに、吸収層６，屈折率調整層７，ｐ型
ガイド層８に達するように回折格子（グレーティング）
３２を形成する。この実施例の場合では、半導体レーザ
３０は１．３μｍ帯のレーザ光（誘導放出光）を発光す
る。また、このグレーティングにおいて、利得結合成分
κ_g Ｌが０．５となり、屈折率結合成分κ_i Ｌが絶対値
で０．３以下となるように、前記吸収層６の高さを決め
る。

【００６１】前記吸収層６および屈折率調整層７はつぎ
のように設定される。すなわち、利得結合成分κ_g Ｌを
０．５とする場合においては、前記吸収層６の厚さ（高
さ）を０．１μｍとし、吸収層６を構成するＩｎＧａＡ
ｓＰの混晶比をＩｎ_0.76Ｇａ_0.24Ａｓ_0.55Ｐ_0.45とす
る。また、屈折率結合成分κ_i Ｌを零とする場合には、
前記屈折率調整層７の厚さ（高さ）を０．１μｍとし、
屈折率調整層７をＩｎＰとする。前記屈折率結合成分κ
_i Ｌを絶対値で０．３以下とする場合には、前記屈折率
調整層７の厚さ（高さ）は０．０５〜０．１５μｍ程度
となるとともに、屈折率調整層７をＩｎＰとする。

【００６２】つぎに、図６に示すように、前記吸収層６
上に厚さ１μｍ程度のＩｎＧａＡｓＰからなるｐ型クラ
ッド層（２）５を形成する。このｐ型クラッド層（２）
５は、前記回折格子３２を埋め込み、上面が平坦なもの
となる。

【００６３】つぎに、図６に示すように、前記ｎ型基板
１１の中央、すなわち、前記ｐ型クラッド層（２）５の
上に部分的にホトレジスト膜４０を形成するとともに、
前記ホトレジスト膜４０の両側をｎ型基板１１の表層部
分にまで達するようにメサエッチングを施す。これによ
り、幅が数μｍとなるメサ部２０が形成される。

【００６４】つぎに、エッチングによって窪んだ領域部
分に埋込層２１を、たとえば、ＭＯＣＶＤ技術によって
形成する。すなわち、露出したｎ型基板１１上には、厚
さがそれぞれ０．５〜１μｍ程度となるいずれもＩｎＰ
からなるｎ型埋込層１５，ｐ型ブロック層１６，ｎ型埋
込層１７が形成される。

【００６５】つぎに、前記ホトレジスト膜４０をを除去
した後、再びＭＯＣＶＤによって、前記ｎ型基板１１の
主面側、すなわち上面側に厚さ１〜３μｍ程度のＩｎＧ
ａＡｓＰからなるｐ型クラッド層（１）４および厚さ１
μｍ程度のＩｎＧａＡｓＰからなるコンタクト層３を形
成する（図１参照）。

【００６６】つぎに、前記ｎ型基板１１の裏面をエッチ
ングしてｎ型基板１１の厚さを５０μｍ程度に形成する
とともに、厚さ１μｍ程度のＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる
ｎ型電極１２を形成する。また、前記コンタクト層３の
上面には同様の金系からなる１μｍ程度の厚さのｐ型電
極２を形成する（図１参照）。

【００６７】本発明者による計算による結果からすれ
ば、第１実施例の利得結合型の分布帰還型半導体レーザ
３０は以下のような効果を奏する。

【００６８】図７は本発明の利得結合型ＤＦＢレーザが
低歪歩留まりに対して優れていることを示すグラフであ
る。すなわち、図７は、低反射膜（ＡＲ：前方反射率１
％）と高反射膜（ＨＲ：後方反射率７０％）を有する屈
折率結合型ＤＦＢレーザの低歪歩留まりのκＬ依存性の
計算結果を示すグラフ（ａ）と、両端面に高反射膜（Ｈ
Ｒ：前方反射率３２％，後方反射率９０％）を付けた利
得結合型ＤＦＢレーザの低歪歩留まりのκＬ依存症の計
算結果を示すグラフ（ｂ）である。同図では○，□，△
で示す３本の線で計算結果を示してある。○で表記され
る線は閾値利得差Δα_thＬ＞０．２０の場合の結果を示
し、□で表記される線は閾値利得差Δα_thＬ＞０．１０
の場合の結果を示し、△で表記される線は閾値利得差Δ
α_thＬ＞０．０５の場合の結果を示す。

【００６９】グラフ（ａ）で示す屈折率結合型ＤＦＢレ
ーザでは、○で示す線（閾値利得差Δα_thＬ＞０．２
０）の低歪み歩留まりはκＬ＝０．５，０．７５で最も
大きくなる。また端面反射率が１％〜７０％では、ファ
ブリペロー（ＦＰ）モードの電界に対する規格化閾値利
得α_thＬは１．２４であり、κＬ＜０．５ではＦＰモー
ドとＤＦＢモードが競合してしまう。従ってκＬ＝０．
５〜０．７５で歩留まりが最大となる。

【００７０】グラフ（ｂ）では、利得結合型ＤＦＢレー
ザの低歪歩留まりはκ_g Ｌ＝０．５で最大となる。グラ
フ（ａ）と比較すると、利得結合型の歩留まりは屈折率
結合型の約３倍となることが分かる。したがって、第１
実施例の利得結合型ＤＦＢレーザは低歪歩留まりに対し
て大きな効果を有することになる。

【００７１】図８は本発明の他の効果、すなわち、前方
・後方出力比が優れたことを示すグラフである。グラフ
（ａ）はＡＲ−ＨＲ（前方反射率１％，後方反射率７０
％）の屈折率結合型ＤＦＢレーザにおけるκＬ＝０．７
５としたときの後方出力に対する前方出力の分布を示す
グラフであり、グラフ（ｂ）は高反射膜（ＨＲ：前方反
射率３２％，後方反射率９０％）を付けた利得結合型Ｄ
ＦＢレーザにおいて利得結合成分κ_g Ｌを０．５とした
場合における屈折率結合成分κ_i Ｌを零としたときの後
方出力に対する前方出力の分布の計算値を表したグラフ
である。

【００７２】屈折率結合型ＤＦＢレーザにおいては、グ
ラフ（ａ）から、前方／後方出力比は大きくばらついて
いることが分かる。これは、再現性が悪く、生産に適し
ていないことを示す。また、このような半導体レーザ部
分を組み込んだ半導体レーザアレイは、各半導体レーザ
部分の出力がばらつくことから使用に耐えないことにな
る。

【００７３】これに対して、本発明の利得結合型ＤＦＢ
レーザの場合は、グラフ（ｂ）から分かるように、前方
／後方出力比は、屈折率結合型ＤＦＢレーザに比較する
と、利得結合型の前方／後方出力比は１０，１１と安定
（再現性良く）し、かつ高い出力比を有することが分か
る。これは出力特性の均一性に関して、吸収型回折格子
構造の利得結合型ＤＦＢレーザが屈折率結合型ＤＦＢレ
ーザに比較して有利であることを示している。また、本
発明による利得結合型のＤＦＢレーザを複数組み込んで
半導体レーザアレイ化した場合、各半導体レーザ部分は
均一な出力のレーザ光を発光することとなる。

【００７４】利得結合型ＤＦＢレーザでは、屈折率結合
成分κ_i Ｌを完全に零とすることは難しいので、屈折率
結合成分κ_i Ｌを含む複素結合型の利得結合型ＤＦＢレ
ーザについての歩留まりを求めた。

【００７５】図７（ｂ）に示すように、利得結合型ＤＦ
Ｂレーザの低歪歩留まりは、κ_g Ｌ＝０．５で最大とな
った。そこで、利得結合成分κ_g Ｌ＝０．５は定数とし
て、屈折率結合成分κ_i Ｌのみを変えて、低歪歩留まり
を求めてみた。図９は利得結合成分κ_g Ｌおよび屈折率
結合成分κ_i Ｌを有する利得結合型ＤＦＢレーザにおけ
る計算結果を示すグラフである。図９は、高反射膜を有
する複素結合型の利得結合型ＤＦＢレーザ（前方反射率
３２％，後方反射率９０％）の低歪歩留まりのκ_i Ｌ依
存症の計算結果をものである。同グラフにおいて、利得
結合成分κ_g Ｌ＝０．５とし、○で表記される線で示す
ものはシングルモード発振条件は閾値利得差Δα_thＬ＞
０．２０（Ｊ＝Ｊ_th〜３Ｊ_th）、□で表記される線はΔ
α_thＬ＞０．１０、△で表記される線はΔα_thＬ＞０．
０５である。

【００７６】図９のグラフにおいて、屈折率結合成分κ
_i Ｌ＜０となっているのは、利得変化の位相と屈折率変
化の位相が反転していることを表している。図９では、
屈折率結合成分κ_i Ｌ＝０の付近で歩留まりが最も大き
くなる。△の線で示すΔα_thＬ＞０．０５の場合では、
低歪歩留まりは７０％近くにまで達している。なお、前
記屈折率調整層７は、屈折率結合成分κ_i Ｌを零に近づ
けるためのものである。

【００７７】なお、複素結合型の利得結合型ＤＦＢレー
ザの場合、低歪歩留まりを５０数％以上とするには、利
得結合成分κ_g Ｌが０．５となり、屈折率結合成分κ_i
Ｌが絶対値で０．３以下となるように、前記吸収層６の
高さと、吸収層６を構成する結晶（ＩｎＧａＡｓＰ）の
組成（混晶比）を決める。この場合、吸収層６の厚さは
０．１μｍとなり、ＩｎＧａＡｓＰの混晶比はＩｎ_0.76
Ｇａ_0.24Ａｓ_0.55Ｐ_0. ₄₅となる。

【００７８】図１０は本発明の他の実施例、すなわち、
第２実施例による利得結合型の分布帰還型半導体レーザ
の概要を示す模式的断面図である。図１０は半導体レー
ザ３０の中央線、すなわち活性層９に沿って断面化した
図である。第２実施例の半導体レーザ３０は、上方から
下方に向かって、１μｍ程度の厚さのｐ型電極２、厚さ
１μｍ程度のＩｎＧａＡｓＰからなるコンタクト層３、
厚さ１〜３μｍ程度のＩｎＧａＡｓＰからなるｐ型クラ
ッド層（１）４、厚さ１μｍ程度のＩｎＧａＡｓＰから
なるｐ型クラッド層（２）５と、前記第１実施例と同様
に構成されるが、前記ｐ型クラッド層（２）５とｐ型ガ
イド層８との間に設けられる吸収層６およびその下層の
屈折率調整層７は１組の単一の層ではなく、３組が重な
る層（多層吸収層構造４２）となっている。すなわち、
前記ｐ型クラッド層（２）５の下方には、厚さ０．０５
μｍ程度のＩｎＧａＡｓＰからなる吸収層６、厚さ０．
０２μｍ程度のＩｎＧａＡｓＰ（またはＩｎＰでもよ
い）からなる屈折率調整層７、厚さ０．０５μｍ程度の
ＩｎＧａＡｓＰからなる吸収層６、厚さ０．０２μｍ程
度のＩｎＧａＡｓＰ（またはＩｎＰでもよい）からなる
屈折率調整層７、厚さ０．０５μｍ程度のＩｎＧａＡｓ
Ｐからなる吸収層６、厚さ０．２μｍ程度のＩｎＧａＡ
ｓＰ（またはＩｎＰでもよい）からなる屈折率調整層７
が設けられている。また、前記多層吸収層構造４２の下
方には、厚さ１μｍ程度のＩｎＧａＡｓＰからなるｐ型
ガイド層８、厚さ０．１〜０．２μｍ程度のＩｎＧａＡ
ｓＰからなる活性層９、厚さ１〜２μｍ程度のＩｎＧａ
ＡｓＰからなるｎ型ガイド層１０、厚さ５０μｍ程度の
ＩｎＰからなるｎ型基板１１、厚さ１μｍ程度のＴｉ／
Ｐｔ／Ａｕからなるｎ型電極１２が配置されている。こ
れらの吸収層６および屈折率調整層７は、第２実施例の
ものに限定されるものではなく、どちらかが２層以上ま
たは両層が２層以上であればよい。

【００７９】また、第２実施例の半導体レーザ３０にお
いても、前方端面は結晶の劈開面となり、前方反射率は
３２％となる。また、後方端面は高反射膜１が設けら
れ、後方反射率は９０％となっている。

【００８０】第２実施例の半導体レーザ３０は吸収層６
と屈折率調整層７からなる２層が１単位として３組重ね
られた構造（多層吸収層構造４２）となっている。利得
の周期的な変化を生じさせるためには、エッチングによ
って断続的な吸収層６および屈折率調整層７を確実に形
成しなけれはならないが、吸収層６と屈折率調整層７か
らなる２層を３組重ねた構造としておけば、エッチング
のバラツキが生じても１乃至２層の吸収層のいずれかは
エッチングされることになり、確実に断続的に設けられ
る吸収層６が形成できることになる。

【００８１】この結果、半導体レーザ３０の製造におけ
るエッチング余裕度が向上し、半導体レーザの製造歩留
まりが向上する。すなわち、この実施例の場合は、回折
格子の高さによらず屈折率の周期的変化をほぼ零とする
ことが可能となる。換言するならば、基板内のエッチン
グのバラツキが生じても基板内の略全領域で屈折率の周
期的変化を略零とすることが可能となる。

【００８２】図１１は本発明の他の実施例、すなわち、
第３実施例による利得結合型の分布帰還型半導体レーザ
の概要を示す模式的断面図である。図１１は半導体レー
ザ３０の中央線、すなわち活性層９に沿って断面化した
図である。第３実施例では回折格子３２は活性層９の下
側に設けられた構造となっている。したがって、第３実
施例の半導体レーザ３０の場合は、上方から下方に向か
って、１μｍ程度の厚さのｐ型電極２、厚さ１．１μｍ
程度のＩｎＧａＡｓＰからなるコンタクト層３、厚さ１
〜３μｍ程度のＩｎＧａＡｓＰからなるｐ型クラッド層
（１）４、厚さ１μｍ程度のＩｎＧａＡｓＰからなるｐ
型ガイド層８、厚さ０．１〜０．２μｍ程度のＩｎＧａ
ＡｓＰからなる活性層９、厚さ１〜２μｍ程度のＩｎＧ
ａＡｓＰからなるｎ型ガイド層１０、厚さ１μｍ程度の
ＩｎＧａＡｓＰからなるｎ型ガイド層１３となり、この
ｎ型ガイド層１３と下方のｎ型基板１１との間に厚さ
０．０５μｍ程度のＩｎＧａＡｓＰからなる吸収層６、
厚さ０．５μｍ程度のＩｎＧａＡｓＰ（またはＩｎＰで
もよい）からなる屈折率調整層７が形成されている。前
記ｎ型ガイド層１３の下方には厚さ５０μｍ程度のＩｎ
Ｐからなるｎ型基板１１が位置し、ｎ型基板１１の下面
には厚さ１μｍ程度のＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるｎ型電
極１２が配置されている。また、第３実施例の半導体レ
ーザ３０においても、前方端面は結晶の劈開面となり、
前方反射率は３２％となる。また、後方端面は高反射膜
１が設けられ、後方反射率は９０％となっている。

【００８３】第３実施例の半導体レーザ３０は、従来の
分布帰還型半導体レーザの場合と同様に回折格子３２
（吸収型回折格子３５）が活性層９の下側に設けられる
構造となっていることから、従来の分布帰還型半導体レ
ーザの製造プロセスからの変更がすくなくて済むという
特長がある。

【００８４】図１２は本発明の他の実施例、すなわち、
第４実施例による利得結合型の分布帰還型半導体レーザ
の概要を示す模式的断面図である。第４実施例の半導体
レーザ３０は、前記第１実施例の構造の半導体レーザに
おいて、前方端面および後方端面にそれぞれ高反射膜４
３，高反射膜４４を形成したものである。第４実施例に
よる吸収型回折格子を有する利得結合型の分布帰還型半
導体レーザ３０は、前方端面には反射率が７０％となる
高反射膜４３が設けられるているとともに、後方端面に
は反射率が９０％となる高反射膜４４が設けられてい
る。

【００８５】後方反射率を９０％とする場合、第１実施
例の場合と同様に端面からそれぞれλ／４の厚さのａ−
Ｓｉ層とＳｉＯ₂ 膜を交互に全部で４層形成することに
よって得ることができる。また、前方反射率を７０％と
する場合は、端面からそれぞれλ／４の厚さのａ−Ｓｉ
層とＳｉＯ₂ 膜を重ねて２層形成することによって得る
ことができる。

【００８６】また、前記利得の周期的な攝動の規格化結
合係数κＬの利得結合成分κ_g Ｌが、０．３＜κ_g Ｌ＜
０．７となっている。

【００８７】第４実施例の半導体レーザ３０の場合、す
なわち、前方端面と後方端面にそれぞれ高反射膜４３，
４４を有する利得結合型の分布帰還型半導体レーザは、
利得の周期的な攝動を生じさせる規格化結合係数κＬの
利得結合成分κ_g Ｌが、０．３＜κ_g Ｌ＜０．７となっ
ていることから、利得結合の定在波効果が大きくなり、
単一波長歩留まりが大きくなる。また、高反射膜を有す
ることにより共振器内の光子分布が平坦化し低歪歩留ま
りが向上する。

【００８８】また、第４実施例の半導体レーザ３０の場
合、すなわち、前方反射率７０％，後方反射率を９０％
の場合の半導体レーザ３０の低歪歩留まりは６０％程度
となる。また、第４実施例の半導体レーザ３０の場合の
前方・後方出力比は約５倍程度となる。

【００８９】本発明等の計算によれば、吸収型回折格子
の分布帰還型半導体レーザ３０の場合、前方反射率は３
０〜７０％，後方反射率は７０〜９３％のものが、アナ
ログ通信用の光源として使用できることが判明した。前
方反射率３０％は、１．５５μｍ帯のレーザ光の場合の
結晶の劈開面によって得られる。また、反射率３０％以
上の数値は、前述したａ−Ｓｉ層やＳｉＯ₂ 膜以外に、
たとえば、ＳｉＮ膜等種々の膜を組み合わせ使用するこ
とによって得られる。前方反射率３０〜７０％，後方反
射率７０〜９３％の利得結合型ＤＦＢレーザの場合、低
歪歩留まりを６０％程度にすることができるとともに、
前方・後方出力比を約５倍程度とすることができる。た
とえば、前方反射率を７０％とし、後方反射率を９３％
とした場合、前方・後方出力比は約５倍となる。

【００９０】図１３は本発明の第５実施例による利得結
合型の分布帰還型半導体レーザの概要を示す模式的断面
図である。図１３は半導体レーザ３０の中央線、すなわ
ち活性層９に沿って断面化した図である。第５実施例の
利得結合型ＤＦＢレーザ３０の場合は、半導体レーザ３
０の活性層９に沿って設けられる吸収型回折格子３５が
部分的に設けられ、前記吸収型回折格子の延長部分にそ
れぞれ光増幅領域が設けられる構造となり、それぞれの
光増幅領域が実効的な反射率を有するように構成されて
いる。たとえば、前方光増幅領域Ｌ_a を長さ零として結
晶の劈開面とすることによって前方反射率を３２％と
し、後方光増幅領域Ｌ_b の長さを光増幅領域の増幅がｇ
倍となる長さとする。この場合、後方端面での反射率は
ｇ² ｒとなる。前記ｒは結晶の劈開面の反射率、すなわ
ち、０．３２であることから、ｇを１．４８倍に設定す
れば、後方反射率は０．７（７０％）となる。この構造
によれば、前方光増幅領域Ｌ_a および後方光増幅領域Ｌ
_b を所望長さ（増幅率）に設定することによって、所望
の反射率を得ることができ、アナログ光通信の光源とし
ての利得結合型ＤＦＢレーザを提供することができる。

【００９１】第５実施例の半導体レーザの場合、高反射
膜を形成することなく、吸収型回折格子を部分的形成す
るだけで吸収型回折格子の両端に実効的な反射領域を形
成できることから、製造工程の短縮化、製造コストの低
減化が達成できる。

【００９２】以上の実施例では、レーザ光を発光する活
性層９は単層としたが、それぞれがｎｍ単位の厚さとな
るバリヤ層とウェル層を交互に重ねた（最下層および最
上層はバリヤ層）量子井戸構造（ＭＱＷ）のものにして
も前記実施例同様に低歪歩留まり向上および前方／後方
出力比の増大が得られる。

【００９３】図１４は本発明の一実施例による半導体レ
ーザアレイの概要を示す斜視図である。本発明の一実施
例による半導体レーザアレイ５０は、図１４に示すよう
に、厚さ５０μｍ程度のＩｎＰからなるｎ型基板１１の
上面側にそれぞれ半導体レーザ部分５１を、たとえば、
８個（８チャンネル）形成した構造となっている。各半
導体レーザ部分５１は、その両側にエッチングによって
形成されたアイソレーション溝５２が設けられている。
この結果、各半導体レーザ部分５１は、独立して制御可
能となり、所望電圧の印加によって活性層９の端面から
レーザ光３３（前方光３３ａ）を出射するようになって
いる。また、半導体レーザアレイ５０の後方端面には高
反射膜１が形成されている。

【００９４】この半導体レーザアレイ５０における各半
導体レーザ部分５１は、図１５に示すように、前記第１
実施例の半導体レーザをそのまま作り込んだものであ
る。各半導体レーザ部分５１の上面には、それぞれ電気
的に独立したｐ型電極２が形成されているが、ｎ型基板
１１の下面には各半導体レーザ部分５１の共通の電極と
なるｎ型電極１２が設けられている。この半導体レーザ
アレイ５０の各半導体レーザ部分５１は、１．３μｍ帯
のレーザ光３３を発光する。

【００９５】半導体レーザ部分５１は、図１５に示すよ
うに、エッチング溝５２間の中央部分にメサ部２０を有
し、そのメサ部２０の両側にｎ型埋込層１５，ｐ型ブロ
ック層１６，ｎ型埋込層１７からなる埋込層２１を有す
る構造となっている。また、前記メサ部２０はｎ型基板
１１の表層部分から、ｎ型基板１１上に順次積層形成さ
れるｎ型ガイド層１０，活性層９，ｐ型ガイド層８，屈
折率調整層７，吸収層６によって形成されている。ま
た、吸収型回折格子３５は、前記吸収層６，屈折率調整
層７，ｐ型ガイド層８に亘る深さに設けられる回折格子
３２によって形成されている。また、前記吸収層６上に
はｐ型クラッド層（２）５が設けられている。また、前
記ｐ型クラッド層（２）５およびｎ型埋込層１７上に亘
ってｐ型クラッド層（１）４が形成されているととも
に、ｐ型クラッド層（１）４上にはコンタクト層３が形
成されている。また、前記コンタクト層３上にはｐ型電
極２が形成されている。前記各化合物半導体層等の厚さ
や組成は、前記第１実施例と同様であることから、その
説明は省略する。

【００９６】前記半導体レーザアレイ５０の前方光３３
ａを出射する前方端面は、結晶を劈開した劈開面とな
り、反射率は３２％となっている。また、後方端面に
は、反射率が９０％となる高反射膜１が設けられてい
る。この高反射膜１は、図３に示すような各厚さがλ／
４となるａ−Ｓｉ層２４，ＳｉＯ₂ 膜２５，ａ−Ｓｉ層
２６，ＳｉＯ₂ 膜２７とによって形成されている。

【００９７】また、半導体レーザアレイ５０における利
得結合型ＤＦＢレーザとなる各半導体レーザ部分５１に
おいては、利得の周期的な攝動の規格化結合係数κＬの
利得結合成分κ_g Ｌは０．５であるとともに、前記屈折
率結合成分κ_i Ｌの絶対値｜κ_i Ｌ｜は｜κ_i Ｌ｜＜
０．３となっている。また、前記屈折率結合成分κ_i Ｌ
の絶対値｜κ_i Ｌ｜は｜κ_i Ｌ｜＜０．３となってい
る。

【００９８】このような半導体レーザアレイ５０は、前
記第１実施例の効果をそのまま受け継ぐことになる。す
なわち、高反射膜の存在によって利得結合の定在波効果
が大きくなり、単一波長歩留まりが大きくなる。また、
高反射膜を有することにより共振器内の光子分布が平坦
化し低歪歩留まりが向上する。また、これが半導体レー
ザアレイとして重要なことであるが、高反射膜の存在に
よって、各半導体レーザ部分における後方出力に対する
前方出力の比率が一定し、レーザアレイとして安定動作
する。これにより、多チャンネル化による光通信が安定
して行えることになる。

【００９９】また、本発明の他の半導体レーザアレイ
は、図示はしないが、各半導体レーザ部分の吸収型回折
格子を形成する吸収層と屈折率調整層からなる２層が３
組重ねられた構造とすれば、すなわち、前記第２実施例
の半導体レーザを組み込む構造とすれば、半導体レーザ
アレイの製造において吸収型回折格子を確実に製造でき
ることになる。すなわち、吸収型回折格子の形成におい
て吸収層と屈折率調整層からなる２層を３組重ねた構造
としておけば、吸収層および屈折率調整層をエッチング
する場合、エッチングばらつきが発生しても、少なくと
も最上層及び中層の吸収層のエッチングは確実となり、
断続的に設けられる吸収層を確実に形成できることにな
り、利得結合型ＤＦＢレーザによる半導体レーザアレイ
の製造は確実なものとなる。これにより、半導体レーザ
アレイの製造歩留まりが向上し、半導体レーザアレイの
製造コストの低減化が達成できる。

【０１００】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。

【０１０１】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。本発明の利得結合型の分布帰還型半
導体レーザによれば、半導体レーザの端面反射率を高く
するとともに、規格化結合係数κＬにおける利得結合成
分κ_g Ｌおよび屈折率結合成分κ_i Ｌを規定することに
よって、共振器内の光子分布が平坦化し、高い低歪歩留
まりを得ることができる。また、本発明の利得結合型の
分布帰還型半導体レーザは半導体レーザの両端面側に高
反射率部分を設けてあることから、前方／後方出力比が
安定する。この結果、本発明の利得結合型の分布帰還型
半導体レーザを複数組み込んだ半導体レーザアレイにお
いては、各半導体レーザ部分からの出力が均一化するた
め、半導体レーザアレイの安定動作が達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による利得結合型の分布帰
還型半導体レーザを示す一部を切り欠いた模式的斜視図
である。

【図２】第１実施例の半導体レーザにおいて活性層に沿
う断面を示す模式的断面図である。

【図３】第１実施例による半導体レーザの後方端面の高
反射膜を示す模式的断面図である。

【図４】第１実施例の半導体レーザの製造に使用する化
合物半導体基板を示す正面図である。

【図５】第１実施例の半導体レーザの製造において、主
面に所望の半導体層を形成するとともに表面に吸収型回
折格子を形成した化合物半導体基板を示す模式的断面図
である。

【図６】第１実施例の半導体レーザの製造において、主
面を部分的にエッチングした化合物半導体基板を示す模
式的断面図である。

【図７】屈折率結合型ＤＦＢレーザおよび利得結合型Ｄ
ＦＢレーザにおける低歪歩留まり状態を示すグラフであ
る。

【図８】屈折率結合型ＤＦＢレーザおよび利得結合型Ｄ
ＦＢレーザにおける前方／後方出力比と度数との相関を
示すグラフである。

【図９】第１実施例の半導体レーザにおけるκ_i Ｌと低
歪歩留まりとの相関を示すグラフである。

【図１０】本発明の第２実施例による利得結合型の分布
帰還型半導体レーザの概要を示す模式的断面図である。

【図１１】本発明の第３実施例による利得結合型の分布
帰還型半導体レーザの概要を示す模式的断面図である。

【図１２】本発明の第４実施例による利得結合型の分布
帰還型半導体レーザの概要を示す模式的断面図である。

【図１３】本発明の第５実施例による利得結合型の分布
帰還型半導体レーザの概要を示す模式的断面図である。

【図１４】本発明の一実施例による半導体レーザアレイ
の概要を示す斜視図である。

【図１５】本実施例による半導体レーザアレイの一部を
示す拡大模式図である。

【図１６】本発明者等が検討対象とした各種の分布帰還
型半導体レーザの構造を示す模式図である。

【符号の説明】

１…高反射膜、２…ｐ型電極、３…コンタクト層、４…
ｐ型クラッド層（１）、５…ｐ型クラッド層（２）、６
…吸収層、７…屈折率調整層８…ｐ型ガイド層、９…活
性層、１０…ｎ型ガイド層、１１…ｎ型基板、１２…ｎ
型電極、１３…ｎ型ガイド層、１５…ｎ型埋込層、１６
…ｐ型ブロック層、１７…ｎ型埋込層、２０…メサ部、
２１…埋込層、２４…アモルファスシリコン（ａ−Ｓ
ｉ）層、２５…ＳｉＯ₂ 膜、２６…ａ−Ｓｉ層、２７…
ＳｉＯ₂ 膜、３０…半導体レーザ、３１…活性層、３２
…回折格子（グレーティング）、３３…レーザ光、３３
ａ…前方光、３３ｂ…後方光、３４…吸収層、３５…吸
収型回折格子、４０…ホトレジスト膜、４２…多層吸収
層構造、４３，４４…高反射膜、５０…半導体レーザア
レイ、５１…半導体レーザ部分、５２…アイソレーショ
ン溝。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】利得の周期的な攝動を生じさせる吸収型
回折格子を共振器Ｌに沿って有する利得結合型の分布帰
還型半導体レーザであって、前記吸収型回折格子を前記
共振器全体または一部に設けるとともに、一方の回折格
子端でのエネルギーに対する実効的な反射率が７０乃至
９３％程度であり、かつ他の回折格子端でのエネルギー
に対する実効的な反射率が３０乃至７０％程度であるこ
とを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
【請求項２】前記吸収型回折格子は共振器Ｌの全長に
亘って設けられているとともに、半導体レーザの一端は
結晶の劈開面で構成されているとともに、他端には高反
射膜が設けられていることを特徴とする請求項１記載の
分布帰還型半導体レーザ。
【請求項３】前記劈開面部分の反射率は３２％とな
り、前記高反射膜の反射率は９０％となっていることを
特徴とする請求項２記載の分布帰還型半導体レーザ。
【請求項４】前記利得の周期的な攝動の規格化結合係
数κＬの利得結合成分κ_g Ｌが、０．３＜κ_g Ｌ＜０．
７であることを特徴とする請求項１記載の分布帰還型半
導体レーザ。
【請求項５】前記の利得の周期的な攝動の規格化結合
係数κＬの利得結合成分κ_g Ｌが０．５であることを特
徴とする請求項４記載の分布帰還型半導体レーザ。
【請求項６】前記規格化結合係数κＬの利得結合係数
κ_g を０．５とした場合において、前記屈折率結合成分
κ_i Ｌの絶対値（｜κ_i Ｌ｜）が｜κ_i Ｌ｜＜０．３で
あることを特徴とする請求項５記載の分布帰還型半導体
レーザ。
【請求項７】前記利得結合係数κ_g および屈折率結合
係数κ_i は前記吸収型回折格子を形成する吸収層と屈折
率調整層の厚さと組成の選択によって決定されているこ
とを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれか記載の
分布帰還型半導体レーザ。
【請求項８】前記吸収型回折格子は共振器の全長に亘
って設けられているとともに、半導体レーザの両端に高
反射膜が設けられていることを特徴とする請求項１記載
の分布帰還型半導体レーザ。
【請求項９】吸収型回折格子が部分的に設けられ前記
吸収型回折格子の延長部分にそれぞれ光増幅領域が設け
られる構造となり、それぞれの光増幅領域が実効的な反
射率を有するように構成されていることを特徴とする請
求項１記載の分布帰還型半導体レーザ。
【請求項１０】前記吸吸収層と屈折率調整層のどちら
かが２層以上または両層が２層以上設けられていること
を特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか記載の分
布帰還型半導体レーザ。
【請求項１１】半導体レーザ部分を複数並列に配置し
てなる半導体レーザアレイであって、前記各半導体レー
ザ部分は、利得の周期的な攝動を生じさせる吸収型回折
格子を共振器Ｌに沿って有する利得結合型の分布帰還型
半導体レーザであり、前記吸収型回折格子は前記共振器
全体または一部に設けられるとともに、一方の回折格子
端でのエネルギーに対する実効的な反射率が７０乃至９
３％程度であり、かつ他の回折格子端でのエネルギーに
対する実効的な反射率が３０乃至７０％程度であること
を特徴とする半導体レーザアレイ。
【請求項１２】前記利得の周期的な攝動の規格化結合
係数κＬの利得結合成分κ_g Ｌが、０．３＜κ_g Ｌ＜
０．７であることを特徴とする請求項１０記載の半導体
レーザアレイ。
【請求項１３】前記の利得の周期的な攝動の規格化結
合係数κＬの利得結合成分κ_g Ｌが０．５であるととも
に、前記屈折率結合成分κ_i Ｌの絶対値（｜κ_i Ｌ｜）
が｜κ_i Ｌ｜＜０．３であることを特徴とする請求項１
０記載の半導体レーザアレイ。
【請求項１４】前記利得結合係数κ_g および屈折率結
合係数κ_i は前記吸収型回折格子を形成する吸収層と屈
折率調整層の厚さと組成の選択によって決定されるとと
もに、前記吸吸収層と屈折率調整層のどちらかが２層以
上または両層が２層以上設けられていることを特徴とす
る請求項１１乃至請求項１３のいずれか記載の半導体レ
ーザアレイ。