JP2003304029A

JP2003304029A - 波長可変半導体レーザ装置及び波長可変半導体レーザ集積装置

Info

Publication number: JP2003304029A
Application number: JP2002106715A
Authority: JP
Inventors: Tomokazu Mukohara; 智一向原; Tatsuo Kurobe; 立郎黒部
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2002-04-09
Filing date: 2002-04-09
Publication date: 2003-10-24

Abstract

(57)【要約】【課題】レーザ特性、波長可変特性が良好なＴＴＧレ
ーザ型の波長可変半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】波長可変半導体レーザ装置は、ｐ−Ｉｎ
Ｐ基板１１上に、ｐ−ＩｎＰ下部クラッド層１３、波長
可変層１４、ｎ−ＩｎＰ中間層１５、ＭＱＷ活性層１
６、ｐ−ＩｎＰスペーサ層１７、ｐ−回折格子１８、及
び回折格子１８を埋め込んだｐ−ＩｎＰ埋め込み層１９
の積層構造のメサを有する。メサの側面にはｎ−ＩｎＰ
コンタクト層２０が設けられている。メサ及びｎ−Ｉｎ
Ｐコンタクト層２０上にｐ−ＩｎＰ上部クラッド層２
１、及びｐ−ＩｎＰキャップ層２２が積層されている。
ｐ−ＩｎＰ基板１１の表面部分にｎ−ＩｎＰ電流ブロッ
ク層１２が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、波長可変半導体レ
ーザ装置に関し、更に詳細には、従来のＴＴＧレーザに
比べてレーザ特性及び波長可変特性の良好なＴＴＧレー
ザ型の波長可変半導体レーザ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＷＤＭシステムの急速な発展により、Ｗ
ＤＭシステムで多重化される波長数は２００ｃｈ以上に
も及んでいて、波長数（チャンネル数）に見合った数の
レーザが信号光源として必要とされている。また、ＷＤ
Ｍシステムの安定した運営のためには、万が一の信号光
源の停止を考慮して、発振波長が同じレーザをスペア
（Spare、予備）として信号光源のレーザ数だけ保持す
る必要がある。つまり、チャンネル数と同じ数のスペア
・レーザが必要になる。これでは、ＷＤＭシステムの設
備及び運営コストが増大し、経済的ではない。

【０００３】そこで、１つのレーザ素子で多数の異なる
波長のレーザ光を出力できる波長可変レーザ、特に波長
可変分布帰還型レーザ素子が注目されている。つまり、
波長可変分布帰還型レーザ素子を信号光源レーザのスペ
アとして用意し、波長可変させて波長の異なる所望のレ
ーザ光を出射させることにより、ＷＤＭシステムのレー
ザのスペア在庫量の軽減と、システムの運営費の低コス
ト化とを実現することができる。

【０００４】従来、ＷＤＭシステム等の長距離伝送シス
テムに応用された波長可変レーザは、主として、半導体
レーザ素子の温度環境を変えることにより発振波長を可
変にする波長可変分布帰還型レーザ素子である。ここ
で、図４を参照して、温度により発振波長を可変にする
従来の波長可変分布帰還型レーザ素子の構成を説明す
る。図４は従来の波長可変分布帰還型レーザ素子の構成
を示す断面図である。この方式の波長可変レーザ５０
は、例えば、図４に示すように、ＤＦＢレーザ５１と、
ＤＦＢレーザ５１の基板側に設けられた温度−電気制御
器（Thermo-Electric Cooler（以下、ＴＥＣという））
５２とを備え、ＴＥＣ５２によってＤＦＢレーザ５１単
体の動作温度を変化させ、ＤＦＢレーザ５１の回折格子
５３及び埋め込み層の屈折率を変化させることにより、
波長を可変にする。図４中、５４は活性層である。尚、
活性層５４は、基板と回折格子との間にあっても良く、
また図４に示すように、回折格子５３の上にあってもよ
い。

【０００５】しかし、上述した従来の波長可変レーザに
は、以下の問題があった。第１の問題は、動作温度の低
温側（下限温度）がＴＥＣの能力により、動作温度の高
温側（上限温度）がＤＦＢレーザの本来の信頼性で夫々
決定されるので、低温側での波長から高温側での波長の
間の波長可変幅は、せいぜい、２〜３ｎｍ程度であっ
て、比較的狭いことである。また、第２の問題は、波長
スイッチングに３０秒以上を要し、波長スイッチング速
度が遅いことである。これでは、この種の波長可変レー
ザをメトロ用のダイナミック（dynamic）な波長アド・
ドロップ（Add drop）回路などに適用しようとしても、
波長可変幅が狭すぎ、波長スイッチング速度が遅すぎ
て、適用できない。

【０００６】ところで、波長可変幅が３０ｎｍ以上と広
く、スイッチング速度が比較的速い波長可変レーザとし
て、多重極ＤＦＢレーザ、或いはＳＧ（Sampled Gratin
g）−ＤＦＢレーザを挙げることができる。ＳＧ−ＤＦ
Ｂレーザ６０は、例えば、図５に示すように、それぞ
れ、独立した電極６１、６２、６３及び６４と共通電極
６５とを有する、左側ＤＢＲ領域６６と、利得制御領域
６７と、位相制御領域６８と、右側ＤＢＲ領域６９と
を、連続したチャンネル導波路構造内にモノリシックに
集積化したものである。

【０００７】しかし、ＤＢＲレーザは、基本的に、波長
変化に伴いモード飛び（モードホッピング）という現象
がおこり、波長をＩＴＵ−グリッド（Grid）に精度良く
制御することが難しいという波長不安定の問題があり、
ＳＧ−ＤＢＲレーザも例外ではない。よって、ＳＧ−Ｄ
ＢＲレーザをＷＤＭシステムの信号光源レーザのスペア
として用いることは、実用的に好ましくはない。

【０００８】一方、ＤＦＢレーザは、基本的には、モー
ド飛び現象が生じない構成を備えている。そこで、ＤＦ
Ｂレーザを用いた波長可変幅が広い波長可変レーザが望
まれる。波長可変型ＤＦＢレーザの一つとして、例えば
特開平２−１１６１８８号公報に示されるように、ＴＴ
Ｇレーザ（Tunable Twin Guided Laser）と呼ばれるＤ
ＦＢレーザが、報告されている。ＴＴＧレーザは、図６
に示すように、活性層、回折格子、及び波長可変層（チ
ューニング層）を結晶成長方向に積層した構造を有し、
活性層とは独立して波長可変層に電流を注入することに
より、その部分の屈折率を変化させて発振波長を変化さ
せる方式の波長可変レーザである。

【０００９】ここで、図６を参照して、前掲公報の従来
のＴＴＧレーザの構成を説明する。図６は従来のＴＴＧ
レーザの構成を示す断面図である。前掲公報によれば、
ＴＴＧレーザ７０は、ｐ−ＩｎＰ半導体基板７１上に、
順次、形成された、ｐ−ＩｎＰ緩衝層７２、ｐ−ＩｎＧ
ａＡｓＰ回折格子７３、ＩｎＧａＡｓＰ活性層７４、Ｉ
ｎＧａＡｓＰ反メルトパック層７５、ｎ−ＩｎＰ中心層
７６、ＩｎＧａＡｓＰ波長変化層７７、ｐ−ＩｎＰ被覆
層７８、及びｐ−主接触層７９の積層構造を備えてい
る。積層構造はストライプ状リッジとして形成され、リ
ッジの両側及び半導体基板７１上がｎ−埋め込み層８０
で埋め込まれている。

【００１０】主接触層７９上には、第２ｐ側電極８１が
設けてある。また、埋め込み層８０上には、高濃度ドー
プ側方接触層８２を介してｎ側電極８３が設けてある。
また、ｐ−ＩｎＰ半導体基板７１の裏面には、第１ｐ側
電極８４が設けてある。図６中、８５が絶縁膜である。
第１ｐ側電極８４とｎ側電極８３との対が共振器構造の
電極であり、第２ｐ側電極８１とｎ側電極８３との対が
波長可変層への電流注入のための電極である。以上の構
成により、ＴＴＧレーザは、１０ｎｍ程度の可変幅を有
し、モード飛びのない波長可変レーザであると評価され
ている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のＴＴＧ
レーザには、レーザ特性及び波長可変特性が実用的に満
足できるレベルに達していないという問題があった。そ
こで、本発明の目的は、レーザ特性、波長可変特性が良
好なＴＴＧレーザ型の波長可変半導体レーザ装置を提供
することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者は、従来のＴＴ
Ｇレーザのレーザ特性及び波長可変特性が満足できるレ
ベルに達していない原因の一つは、活性層への電流注入
の電流ブロック構造や波長可変層への電流注入の電流ブ
ロック構造の電流ブロック機能が良好でないことにある
と考え、種々の実験の末に、本発明を完成するに到っ
た。上記目的を達成するために、本発明に係る波長可変
半導体レーザ装置（以下、第１の発明と言う）は、第１
導電型の半導体基板上に順次に設けられた、第１導電型
の第１クラッド層、波長可変層、第２導電型の中間層、
活性層、第１導電型の回折格子、及び第１導電型の回折
格子埋め込み層を有する積層構造からなるメサと、前記
メサの両側を埋め込んだ第２導電型のコンタクト層と、
前記メサ上、及び前記メサの少なくとも一方の側の前記
コンタクト層の一部を露出面として露出させるようにし
て前記コンタクト層上に設けられた第１導電型の第２ク
ラッド層と、前記第２クラッド層上及び前記半導体基板
の裏面に夫々設けられた、第１及び第２の第１導電側電
極と、前記コンタクト層の露出面上に設けられた第２導
電側電極と、前記メサの下部を除き前記半導体基板の表
面部分に形成された第２導電型の電流ブロック層とを備
えていることを特徴とする。

【００１３】本発明では、電流ブロック構造として、半
導体基板の表面部分に第２導電型の電流ブロック層を設
け、電流ブロック層と第１クラッド層とで形成されるｐ
ｎ接合に逆方向電圧を印加することにより、活性層及び
波長可変層への電流注入に対する電流ブロック構造の効
率を高める。これによって、従来に比べて、波長可変幅
が広く、光出力が高く、スイッチング速度の速い波長可
変レーザ装置を実現することができる。

【００１４】本発明の好適な実施態様では、前記電流ブ
ロック層と前記第１クラッド層との間、前記コンタクト
層と前記第１クラッド層との間、前記コンタクト層と前
記第２クラッド層との間の少なくとも１箇所に介在す
る、Ａｌを含む第１導電型の半導体層のＡｌを酸化して
なるＡｌ酸化層を備える。電流ブロック層を構成するＡ
ｌ酸化層を設けることにより、電流ブロック構造の効率
を更に高めることができる。

【００１５】製造工程の都合から、Ａｌを含む半導体層
を、Ａｌを酸化しない状態でメサの積層構造内、或いは
メサの外側に残しても、波長可変半導体レーザ装置の性
能には影響はない。

【００１６】本発明に係る波長可変半導体レーザ集積装
置（以下、第２の発明と言う）は、基本的な発振波長が
相互に異なる複数個の波長可変半導体レーザ装置と、複
数個の前記波長可変半導体レーザ装置と夫々接続された
光合波器とを共通基板上に備え、複数個の前記波長可変
半導体レーザ装置を切り替え、何れか一つを選択して動
作させることを特徴とする。

【００１７】第２の発明では、発振波長が異なる複数個
の波長可変半導体レーザ装置の一つを選択することによ
り、波長可変幅を更に拡大することができる。また、光
合波器に光増幅器又は光変調器を接続させ、一つの集積
装置内で光出力を調整したり、変調したりすることもで
きる。

【００１８】本発明に係る波長可変半導体レーザ集積装
置（以下、第３の発明と言う）は、第１の発明の波長可
変半導体レーザ装置と光増幅器とを同一基板上に導波方
向に集積した光集積装置であって、前記光増幅器側の第
１導電型の半導体基板の表面の全面に、前記波長可変半
導体レーザ装置側の第２導電型の電流ブロック層から延
在する第２導電型の電流ブロック層が形成される。

【００１９】第３の発明によると、波長可変半導体レー
ザ装置の波長可変電流の光増幅器側への漏れが効果的に
ブロックされ、良好な光増幅機能を備えた波長可変半導
体レーザ集積装置を実現することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照し、実施
形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に
説明する。尚、以下の実施形態例で示す成膜方法、化合
物半導体層の組成及び膜厚、リッジ幅、プロセス条件等
は、本発明の理解を容易にするための一つの例示であっ
て、本発明はこの例示に限定されるものではない。実施形態例１本実施形態例は、第１の発明に係る波長可変半導体レー
ザ装置の実施形態の一例であって、図１は本実施形態例
の波長可変半導体レーザ装置の構成を示す断面図であ
る。波長可変半導体レーザ装置１０は、ｎ−ＩｎＰ電流
ブロック層１２を有するｐ−ＩｎＰ基板１１上に、順次
に、膜厚２μｍのｐ−ＩｎＰ下部クラッド層１３、膜厚
０．２２μｍの波長可変層１４、膜厚０．１μｍのｎ−
ＩｎＰ中間層１５、ＭＱＷ活性層１６、ｐ−ＩｎＰスペ
ーサ層１７、ｐ−回折格子１８、及び回折格子１８を埋
め込んだｐ−ＩｎＰ埋め込み層１９の積層構造を有す
る。波長可変層１４の組成は、例えば波長１．３μｍの
半導体層である。

【００２１】ｐ−ＩｎＰ下部クラッド層１３の一部、及
び波長可変層１４から上の積層構造は、幅１．２μｍの
ストライプ状メサとして形成される。メサの両側面に
は、ｎ−ＩｎＰコンタクト層２０が設けられている。

【００２２】ｐ−ＩｎＰ埋め込み層１９上、及びｎ−Ｉ
ｎＰコンタクト層２０の一部を露出面として露出させる
ようにしてｎ−ＩｎＰコンタクト層２０上にｐ−ＩｎＰ
上部クラッド層２１、及びｐ−ＩｎＰキャップ層２２が
積層されている。ｐ−ＩｎＰキャップ層２２上及びｐ−
ＩｎＰ基板１１の裏面には、第１ｐ側電極２３及び第２
ｐ側電極２４として、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの金属積層膜が
設けられている。また、露出しているｎ−ＩｎＰコンタ
クト層２０上には、ｎ側電極２５として、ＡｕＧｅ／Ｎ
ｉ／Ａｕの金属積層膜が設けてある。本実施形態例の波
長可変半導体レーザ装置１０では、ＭＱＷ活性層１６へ
の電流注入は第１ｐ側電極２３とｎ側電極２５とにより
行われ、また、波長可変層１４への電流注入は第２ｐ側
電極２４とｎ側電極２５とにより行われる。

【００２３】ｎ側電極２５が設けられた側のｐ−ＩｎＰ
下部クラッド層１３の下方であって、ｐ−ＩｎＰ基板１
１の表面部分にｎ−ＩｎＰ電流ブロック層１２が形成さ
れている。これにより、ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層１２
とｐ−ＩｎＰ下部クラッド層１３との間にｐｎ接合の逆
方向電圧が印可され、ｐ−ＩｎＰ基板１１からｎ−Ｉｎ
Ｐ電流ブロック層１２、及びｐ−ＩｎＰ下部クラッド層
１３を通してｎ−ＩｎＰコンタクト層２０に漏れる電流
をブロックすることが可能である。ｎ−ＩｎＰ電流ブロ
ック層１２は、ｐ−ＩｎＰ基板１１をエッチングした後
に選択成長法によって形成している。

【００２４】ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層１２を設ける領
域は、第２ｐ側電極２４からｎ側電極２５に向かう電流
の通路を確保するため、メサの下部を除いた領域であれ
ば上述の領域に限定されない。

【００２５】本実施形態例の波長可変半導体レーザ装置
１０は、電流ブロック構造として、上述の構成をとるこ
とにより、活性層及び波長可変層への電流注入に対する
電流ブロック構造の効率を高める。これによって、従来
に比べて、波長可変幅が広く、光出力が高く、スイッチ
ング速度の速い波長可変半導体レーザ装置を実現するこ
とができる。

【００２６】次に、図１を参照して、本実施形態例の波
長可変半導体レーザ装置１０の作製方法を説明する。ま
ず、ｐ−ＩｎＰ基板１１上にＳｉＮ膜（図示なし）を塗
布形成し、このＳｉＮ膜上にレジストパターンを転写
し、ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層１２を形成する領域以外
の領域を覆うＳｉＮマスク（図示なし）を形成する。Ｓ
ｉＮマスクをエッチングマスクとするドライエッチング
により、ｐ−ＩｎＰ基板１１をエッチングする。エッチ
ングガスには、メタン系のものを用いる。次いで、Ｓｉ
Ｎマスクを選択成長マスクとする選択成長法により、ｐ
−ＩｎＰ基板１１をエッチングした領域にｎ−ＩｎＰ電
流ブロック層１２を埋め込む。その後ＳｉＮマスクを除
去する。

【００２７】次いで、ｐ−ＩｎＰ基板１１の露出面上及
びｎ−ＩｎＰ電流ブロック層１２上に、順次に、ＭＯＣ
ＶＤ法等により、膜厚２μｍのｐ−ＩｎＰ下部クラッド
層１３、膜厚０．２２μｍの波長可変層１４、膜厚０．
１μｍのｎ−ＩｎＰ中間層１５、ＭＱＷ活性層１６、ｐ
−ＩｎＰスペーサ層１７、及びｐ−回折格子形成層（図
示なし）を成長させる。ｐ−回折格子形成層をエッチン
グして、回折格子１８を形成し、続いて、ｐ−ＩｎＰ埋
め込み層１９を成長させて、回折格子１８を埋め込ん
で、積層構造を形成する。

【００２８】続いて、メサ幅が１．２μｍになり、かつ
ｐ−ＩｎＰ下部クラッド層１３が薄く残るように積層構
造をエッチングし、ｐ−ＩｎＰ下部クラッド層１３上
に、ｎ−ＩｎＰコンタクト層２０を成長させて、メサを
埋め込み、全面に、更に、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層２
１、ｐ−ＩｎＰキャップ層２２を成長させる。

【００２９】次に、後にｎ側電極２５を形成する領域の
ｐ−ＩｎＰキャップ層２２、及びｐ−ＩｎＰ上部クラッ
ド層２１をエッチングして、ｎ−ＩｎＰコンタクト層２
０を露出させる。ｐ−ＩｎＰキャップ層２２上及びｐ−
ＩｎＰ基板１１の裏面に、第１ｐ側電極２３及び第２ｐ
側電極２４として、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの金属積層膜を設
け、また、露出しているｎ−ＩｎＰコンタクト層２０上
に、ｎ側電極２５として、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕの金属
積層膜を設ける。

【００３０】本実施形態例では、ｎ−ＩｎＰ電流ブロッ
ク層１２とｐ−ＩｎＰ下部クラッド層１３との境界面に
おいて、ｐｎ接合の逆方向電圧が印加されるようにし
て、活性層及び波長可変層への電流注入に対する電流ブ
ロック構造の効率を高めたことにより、通常でのしきい
値電流は１２ｍＡと良好であった。「通常での」とは、
共振器長が４００μｍで、ＡＲ膜及びＨＲ膜を共振器構
造の端面に有する波長可変半導体レーザ装置１０のしき
い値電流を室温で測定した値を言う。本実施形態例の波
長可変半導体レーザ装置１０では、回折格子１８の結合
係数が４０ｃｍ^-1、活性層１６の閉じ込め係数が５％、
波長可変層１４の閉じ込め係数が３０％であった。

【００３１】また、波長可変層１４に電流注入を行い、
注入電流の電流値１５ｍＡで４ｎｍの波長可変幅を達成
できることを確認した。これは、波長可変層１４への電
流中入効率が、ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層１２の導入に
より著しく向上したことによる。但し、波長可変ととも
に吸収が増加するために、しきい値電流が増加した。ま
たスペクトル線幅も増加し、４０ＭＨｚとなった。

【００３２】尚、ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層１２は、ｎ
−ＩｎＰ電流ブロック層１２を形成する領域以外の領域
を覆うマスク（図示なし）を形成した後、Ｓｉを２００
ＫｅＶ、ドーズ量５×１０¹²ｃｍ^-2のイオン打込みを行
い、８００℃１０分のアニールを経ることによっても形
成することが可能である。

【００３３】また、ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層１２は、
Ｓｉを８００℃４０分の熱拡散を行うことによっても形
成することが可能である。

【００３４】実施形態例２本実施形態例は、第１の発明に係る波長可変半導体レー
ザ装置の実施形態の一例であって、図２は本実施形態例
の波長可変半導体レーザ装置の構成を示す断面図であ
る。波長可変半導体レーザ装置３０は、実施形態例１の
波長可変半導体レーザ装置１０とは、以下の点を除いて
同様な構造を有する。

【００３５】即ち、波長可変半導体レーザ装置３０は、
ｐ−ＩｎＰ基板１１の露出面及びｎ−ＩｎＰ電流ブロッ
ク層１２と、ｐ−ＩｎＰ下部クラッド層１３との間に膜
厚０．１μｍのｐ−ＡｌＩｎＡｓ層３１を有し、ｎ−Ｉ
ｎＰ電流ブロック層１２の上方の領域がｐ−ＡｌＩｎＡ
ｓ層３１を酸化してなるＡｌ酸化領域３１Ｂを、Ａｌ酸
化領域３１Ｂ以外の領域がｐ−ＡｌＩｎＡｓからなる非
酸化領域３１Ａを構成する。

【００３６】また、ｎ−ＩｎＰコンタクト層２０とｐ−
ＩｎＰ下部クラッド層１３との間に膜厚０．１μｍのｐ
−ＡｌＩｎＡｓ層３２を有し、ｎ側電極２５が設けられ
た側のｎ−ＩｎＰコンタクト層２０の下方の領域がｐ−
ＡｌＩｎＡｓ層３２を酸化してなるＡｌ酸化領域３２Ｂ
を、他方のｎ−ＩｎＰコンタクト層２０の下方の領域が
ｐ−ＡｌＩｎＡｓからなる非酸化領域３２Ａを構成す
る。

【００３７】更に、メサ及びｎ−ＩｎＰコンタクト層２
０と、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層２１との間に膜厚０．
１μｍのｐ−ＡｌＩｎＡｓ層３３を有し、ｎ側電極２５
が設けられた側のｎ−ＩｎＰコンタクト層２０の上方の
領域がｐ−ＡｌＩｎＡｓ層３３を酸化してなるＡｌ酸化
領域３３Ｂを、Ａｌ酸化領域３３Ｂ以外の領域がｐ−Ａ
ｌＩｎＡｓからなる非酸化領域３３Ａを構成する。

【００３８】次に、図２を参照して、本実施形態例の波
長可変半導体レーザ装置３０の作製方法を説明する。ま
ず、実施形態例１と同様にしてｐ−ＩｎＰ基板１１にｎ
−ＩｎＰ電流ブロック層１２を形成する。

【００３９】次いで、ｐ−ＩｎＰ基板１１の露出面上及
びｎ−ＩｎＰ電流ブロック層１２上に、順次に、ＭＯＣ
ＶＤ法等により、膜厚０．１のｐ−ＡｌＩｎＡｓ層３
１、膜厚２μｍのｐ−ＩｎＰ下部クラッド層１３、膜厚
０．２２μｍの波長可変層１４、膜厚０．１μｍのｎ−
ＩｎＰ中間層１５、ＭＱＷ活性層１６、ｐ−ＩｎＰスペ
ーサ層１７、及びｐ−回折格子形成層（図示なし）を成
長させる。ｐ−回折格子形成層をエッチングして、回折
格子１８を形成し、続いて、ｐ−ＩｎＰ埋め込み層１９
を成長させて、回折格子１８を埋め込んで、積層構造を
形成する。

【００４０】続いて、メサ幅が１．２μｍになり、かつ
ｐ−ＩｎＰ下部クラッド層１３が薄く残るように積層構
造をエッチングし、ｐ−ＩｎＰ下部クラッド層１３上
に、膜厚０．１μｍのｐ−ＡｌＩｎＡｓ層３２、及びｎ
−ＩｎＰコンタクト層２０を成長させて、メサを埋め込
み、全面に、更に、膜厚０．１μｍのｐ−ＡｌＩｎＡｓ
層３３、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層２１、ｐ−ＩｎＰキ
ャップ層２２を成長させる。

【００４１】次に、更に大きな幅のメサで、ｐ−ＩｎＰ
キャップ層２２、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層２１、ｐ−
ＡｌＩｎＡｓ層３３、ｎ−ＩｎＰコンタクト層２０、ｐ
−ＡｌＩｎＡｓ層３２、ｐ−ＩｎＰ下部クラッド層１
３、ｐ−ＡｌＩｎＡｓ層３１、及びｎ−ＩｎＰ電流ブロ
ック層１２をエッチングして、ｐ−ＡｌＩｎＡｓ層３
１、３２、３３を露出させる。

【００４２】次いで、温度４８０℃の水蒸気雰囲気内に
ウエハを保持して、ｐ−ＡｌＩｎＡｓ層３１、３２、３
３を選択酸化させて、Ａｌ酸化領域３１Ａ、３２Ａ、３
３Ａを形成する。この際、ｎ−ＩｎＰコンタクト層２０
上に設けるｎ側電極２５とは反対側のｐ−ＡｌＩｎＡｓ
層３１、３２、３３をＡｌ酸化領域３１Ａ、３２Ａ、３
３Ａに転化させることは、必ずしも、必要ではない。

【００４３】次に、後にｎ側電極２５を形成する領域の
ｐ−ＩｎＰキャップ層２２、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層
２１、及びＡｌ酸化領域３３Ｂをエッチングして、ｎ−
ＩｎＰコンタクト層２０を露出させる。続いて、ｐ−Ｉ
ｎＰキャップ層２２上及びｐ−ＩｎＰ基板１１の裏面
に、第１ｐ側電極２３及び第２ｐ側電極２４として、Ｔ
ｉ／Ｐｔ／Ａｕの金属積層膜を設け、また、露出してい
るｎ−ＩｎＰコンタクト層２０上に、ｎ側電極２５とし
て、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕの金属積層膜を設ける。

【００４４】本実施形態例では、上述の構造により、活
性層１６への電流注入は、実施形態例１の効果に加え
て、Ａｌ酸化領域３１Ｂ、３２Ｂ、３３Ｂによってより
確実に電流狭窄され、通常でのしきい値電流は１２ｍＡ
と良好であった。

【００４５】実施形態例３本実施形態例は、第２の発明に係る波長可変半導体レー
ザ集積装置の実施形態の一例であって、図３は本実施形
態例の波長可変半導体レーザ集積装置の構成を示す斜視
図である。本実施形態例の波長可変半導体レーザ集積装
置４０は、図３に示すように、２個の個別の波長可変半
導体レーザ装置４１Ａ、Ｂと、第１結合導波路４２を介
して波長可変半導体レーザ装置４１Ａ、Ｂのそれぞれに
接続された光合波器（ＭＭＩ）４３と、第２結合導波路
４４を介して光合波器４３に接続された光増幅器（ＳＯ
Ａ）４５とを共通のＩｎＰ基板４６上に備えている。波
長可変半導体レーザ装置４１Ａ、Ｂは、それぞれ、実施
形態例１の波長可変半導体レーザ装置１０の構成を備
え、かつ相互の基本の発振波長差が６．５ｎｍになるよ
うに回折格子の周期を変化させた波長可変半導体レーザ
装置である。波長可変半導体レーザ装置４１Ａ、Ｂ、第
１結合導波路４２、光合波器４３、第２結合導波路４
４、及び光増幅器４５は、半導体埋込層４７で埋め込ま
れている。

【００４６】以上の構成を備え、波長可変半導体レーザ
装置４１Ａ、Ｂのいずれかを選択的に動作させることに
より、波長可変半導体レーザ装置４１Ａ、Ｂ単体の波長
可変幅６．５ｎｍの２倍、全体で波長可変幅１３ｎｍを
実現することができる。また、光増幅器４５で光出力を
増幅することにより、２０ｍＷの光出力を実現すること
ができる。

【００４７】本実施形態例では、第１結合導波路４２、
光増幅器４５の導波路層、及び第２結合導波路４４に
は、波長可変半導体レーザ装置４１Ａ、Ｂの波長可変層
と同時に成長させたエピタキシャル成長層を用いること
ができる。これにより、波長可変半導体レーザ装置４１
Ａ、Ｂの活性層に導波路層をバットジョイント接合する
プロセスを省くことができる。また、光増幅器４５に代
えて、ＥＡ変調器を設けることもできる。

【００４８】実施形態例４本実施形態例は、本発明の第３の発明に係る一実施形態
であって、実施形態例１の波長可変半導体レーザ装置１
０と光増幅器（ＳＯＡ）を同一基板上に、且つ導波方向
に集積した波長可変半導体レーザ集積装置（以下、ＳＯ
Ａ−ＤＦＢと呼ぶ）である。図７は本実施形態例のＳＯ
Ａ−ＤＦＢの構成を示す平面図で、図８は図７のＩ−Ｉ
断面を示し、図９は図７のIII−III断面を示す。なお、
図１は図７のII−II断面に相当する。図７から図９で、
実施形態例１の波長可変半導体レーザ装置１０と共通の
部分については同じ符号を用いた。

【００４９】ＳＯＡ−ＤＦＢ９０は、図７及び図８に示
すように、実施形態例１の波長可変半導体レーザ装置１
０と同様の構成を有するＤＦＢ部９０Ａと、光増幅器で
あるＳＯＡ部９０Ｂとを一つのｐ−ＩｎＰ基板１１上に
モノリシックに集積したものである。

【００５０】ＳＯＡ部９０Ｂは、図９に示すように、図
１の波長可変半導体レーザ装置１０で、ｐ−回折格子１
８に相当する部分がないこと、第１ｐ側電極２３に代え
て、ＳＯＡｐ側電極９１が形成されていること、及びｐ
−ＩｎＰ基板１１の表面の全面にｎ−ＩｎＰ電流ブロッ
ク層１２が形成されていることを除いて、波長可変半導
体レーザ装置１０と同様の構成をしている。

【００５１】即ち、ＳＯＡ部９０Ｂは、ｐ−ＩｎＰ基板
１１上に、順次に、ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層１２、膜
厚２μｍのｐ−ＩｎＰ下部クラッド層１３、膜厚０．２
２μｍの波長可変層１４、膜厚０．１μｍのｎ−ＩｎＰ
中間層１５、ＭＱＷ活性層１６、ｐ−ＩｎＰスペーサ層
１７、ｐ−ＩｎＰ埋め込み層１９の積層構造を有する。

【００５２】ｐ−ＩｎＰ下部クラッド層１３の一部、及
び波長可変層１４から上の積層構造は、幅１．２μｍの
ストライプ状メサとして形成される。メサの両側面に
は、ｎ−ＩｎＰコンタクト層２０が設けられている。

【００５３】ｐ−ＩｎＰ埋め込み層１９上、及びｎ−Ｉ
ｎＰコンタクト層２０の一部を露出面として露出させる
ようにしてｎ−ＩｎＰコンタクト層２０上にｐ−ＩｎＰ
上部クラッド層２１、及びｐ−ＩｎＰキャップ層２２が
積層されている。ｐ−ＩｎＰキャップ層２２上及びｐ−
ＩｎＰ基板１１の裏面には、夫々、ＳＯＡｐ側電極９１
及び第２ｐ側電極２４として、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの金属
積層膜が設けられている。また、露出しているｎ−Ｉｎ
Ｐコンタクト層２０上には、ｎ側電極２５として、Ａｕ
Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕの金属積層膜が設けてある。

【００５４】ＳＯＡ部９０Ｂでは、ＳＯＡｐ側電極９１
とｎ側電極２５とによりＭＱＷ活性層１６への電流注入
が行われる。これにより、ＳＯＡ部９０Ｂ側のＭＱＷ活
性層１６は、ＤＦＢ部９０Ａ側のＭＱＷ活性層１６から
出射されたレーザ光を増幅することができる。一方、Ｓ
ＯＡ部側の波長可変層１４は使用されない。

【００５５】ＳＯＡ部９０Ｂでは、ＳＯＡ部９０Ｂのｐ
−ＩｎＰ基板１１の表面の全面にｎ−ＩｎＰ電流ブロッ
ク層１２が形成されている。これにより、ｎ−ＩｎＰ電
流ブロック層１２とｐ−ＩｎＰ下部クラッド層１３との
間にｐｎ接合の逆方向電圧が印可され、図８において、
ｐ−ＩｎＰ基板１１からｎ−ＩｎＰ電流ブロック層１
２、及びＳＯＡ部９０Ｂ側のｐ−ＩｎＰ下部クラッド層
１３を通してＳＯＡ部９０Ｂ側の波長可変層１４に漏れ
る電流をブロックすることが可能である。

【００５６】本実施形態例のＳＯＡ−ＤＦＢ９０は、Ｄ
ＦＢ部９０Ａが実施形態例１と同様の効果を有し、かつ
ＳＯＡ部９０Ｂでは、ＤＦＢ部９０Ａと同一基板上に集
積されているにも拘わらず、ＤＦＢ部９０Ａの波長可変
電流のＳＯＡ部９０Ｂ側への漏れが効果的にブロックさ
れ、良好な光増幅機能を備えたＳＯＡ−ＤＦＢ９０を実
現している。

【００５７】次に、図７〜図１０を参照して、本実施形
態例のＳＯＡ−ＤＦＢ９０の作製方法を説明する。図１
０は、ＳＯＡ−ＤＦＢ９０の一作製工程段階を示す平面
図である。まず、ｐ−ＩｎＰ基板１１上にＳｉＮ膜（図
示なし）を塗布形成し、このＳｉＮ膜上にレジストパタ
ーンを転写し、図１０に示すように、ｎ−ＩｎＰ電流ブ
ロック層１２を形成する領域以外の領域を覆うＳｉＮマ
スク９２を形成する。ＳｉＮマスク９２をエッチングマ
スクとするドライエッチングにより、ｐ−ＩｎＰ基板１
１をエッチングする。エッチングガスには、メタン系の
ものを用いる。次いで、ＳｉＮマスク９２を選択成長マ
スクとする選択成長法により、ｐ−ＩｎＰ基板１１をエ
ッチングした領域にｎ−ＩｎＰ電流ブロック層１２を埋
め込む。その後ＳｉＮマスク９２を除去する。

【００５８】次いで、図８に示すように、ｐ−ＩｎＰ基
板１１の露出面上及びｎ−ＩｎＰ電流ブロック層１２上
に、順次に、ＭＯＣＶＤ法等により、膜厚２μｍのｐ−
ＩｎＰ下部クラッド層１３、膜厚０．２２μｍの波長可
変層１４、膜厚０．１μｍのｎ−ＩｎＰ中間層１５、Ｍ
ＱＷ活性層１６、ｐ−ＩｎＰスペーサ層１７、及びｐ−
回折格子形成層１８ａを成長させる。ＤＦＢ部９０Ａに
おいて、ｐ−回折格子形成層１８ａをエッチングして、
回折格子１８を形成する。続いて、ｐ−ＩｎＰ埋め込み
層１９を、ＤＦＢ部９０Ａの回折格子１８を埋め込みつ
つ全面に成長させ、積層構造を形成する。

【００５９】続いて、図１及び図９に示すように、メサ
幅が１．２μｍになり、かつｐ−ＩｎＰ下部クラッド層
１３が薄く残るように積層構造をエッチングし、ｐ−Ｉ
ｎＰ下部クラッド層１３上に、ｎ−ＩｎＰコンタクト層
２０を成長させて、メサを埋め込み、全面に、更に、ｐ
−ＩｎＰ上部クラッド層２１、ｐ−ＩｎＰキャップ層２
２を成長させる。

【００６０】次に、後にｎ側電極２５を形成する領域の
ｐ−ＩｎＰキャップ層２２、及びｐ−ＩｎＰ上部クラッ
ド層２１をエッチングして、ｎ−ＩｎＰコンタクト層２
０を露出させる。図１、図７〜９に示すように、ｐ−Ｉ
ｎＰキャップ層２２上のＤＦＢ部９０Ａ側とＳＯＡ部９
０Ｂ側、及びｐ−ＩｎＰ基板１１の裏面に、夫々、第１
ｐ側電極２３、ＳＯＡｐ側電極９１、及び第２ｐ側電極
２４としてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの金属積層膜を設ける。ま
た、露出しているｎ−ＩｎＰコンタクト層２０上に、ｎ
側電極２５として、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕの金属積層膜
を設ける。

【００６１】本実施形態例においても、実施形態例２の
ように、ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層１２とｐ−ＩｎＰ下
部クラッド層１３との間、ｎ−ＩｎＰコンタクト層２０
とｐ−ＩｎＰ下部クラッド層１３との間、及びｎ−Ｉｎ
Ｐコンタクト層２０とｐ−ＩｎＰ上部クラッド層２１と
の間の少なくとも１箇所に、ｐ−ＡｌＩｎＡｓ層を成膜
し、これを酸化して、Ａｌ酸化層を設けることにより、
電流ブロック効果を更に高めることができる。また、ｎ
−ＩｎＰ電流ブロック層１２は、実施形態例１と同様
に、イオン打込みや熱拡散によっても形成することがで
きる。

【００６２】本実施形態例のＳＯＡ−ＤＦＢ９０の作製
方法により、前述のＳＯＡ−ＤＦＢ９０と同様の効果が
得られる。

【００６３】

【発明の効果】本発明によれば、電流ブロック構造とし
て、ｐ−ＩｎＰ基板の表面部分にｎ−ＩｎＰ電流ブロッ
ク層を形成し、活性層及び波長可変層への電流注入に対
する電流ブロック構造とすることにより、波長可変幅が
従来に比べて広く、光出力が高く、スイッチング速度の
速い波長可変半導体レーザ装置を実現することができ
る。本発明に係る波長可変半導体レーザ装置は、長距離
からメトロまで広い分野での応用が期待される。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態例１の波長可変半導体レーザ装置の構
成を示す断面図である。

【図２】実施形態例２の波長可変半導体レーザ装置の構
成を示す断面図である。

【図３】実施形態例３の波長可変半導体レーザ集積装置
の構成を示す断面図である。

【図４】従来の波長可変分布帰還型レーザ素子の構成を
示す断面図である。

【図５】ＳＧ−ＤＢＲレーザの構成を示す断面図であ
る。

【図６】従来のＴＴＧレーザの構成を示す断面図であ
る。

【図７】実施形態例４のＳＯＡ−ＤＦＢの構成を示す平
面図である。

【図８】図７のＩ−Ｉ断面を示す断面図である。

【図９】図７のIII−III断面を示す断面図である。

【図１０】実施形態例４のＳＯＡ−ＤＦＢの一作製工程
を示す平面図である。

【符号の説明】

１０実施形態例１の波長可変半導体レーザ装置１１ｐ−ＩｎＰ基板１２ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層１３ｐ−ＩｎＰ下部クラッド層１４波長可変層１５ｎ−ＩｎＰ中間層１６ＭＱＷ活性層１７ｐ−ＩｎＰスペーサ層１８ｐ−回折格子１９ｐ−ＩｎＰ埋め込み層２０ｎ−ＩｎＰコンタクト層２１ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層２２ｐ−ＩｎＰキャップ層２３第１ｐ側電極２４第２ｐ側電極２５ｎ側電極３０実施形態例２の波長可変半導体レーザ装置３１、３２、３３ｐ−ＡｌＩｎＡｓ層３１Ａ、３２Ａ、３３Ａ非酸化領域（ｐ−ＡｌＩｎＡ
ｓ）３１Ｂ、３２Ｂ、３３ＢＡｌ酸化領域４０実施形態例３の波長可変半導体レーザ集積装置４１Ａ、Ｂ実施形態例１と同じ構成の波長可変半導体
レーザ装置４２第１結合導波路４３光合波器（ＭＭＩ）４４第２結合導波路４５光増幅器（ＳＯＡ）４６共通のＩｎＰ基板４７半導体埋込層５０従来の波長可変レーザ５１ＤＦＢレーザ５２ＴＥＣ５３回折格子５４活性層６０ＳＧ−ＤＢＲレーザ６１、６２、６３、６４電極６５共通電極６６左側ＤＢＲ領域６７利得制御領域６８位相制御領域６９右側ＤＢＲ領域７０ＴＴＧレーザ７１ｐ−ＩｎＰ半導体基板７２ｐ−ＩｎＰ緩衝層７３ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ回折格子７４ＩｎＧａＡｓＰ活性層７５ＩｎＧａＡｓＰ反メルトパック層７６ｎ−ＩｎＰ中心層７７ＩｎＧａＡｓＰ波長変化層７８ｐ−ＩｎＰ被覆層７９ｐ−主接触層８０ｎ−埋め込み層８１第２ｐ側電極８２高濃度ドープ側方接触層８３ｎ側電極８４第１ｐ側電極８５絶縁膜９０ＳＯＡ−ＤＦＢ９０ＡＤＦＢ部９０ＢＳＯＡ部９１ＳＯＡｐ側電極９２ＳｉＮマスク

フロントページの続きＦターム(参考） 5F073 AA22 AA51 AA61 AA64 AA89 AB12 AB21 AB25 CA12 DA27 DA35

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１導電型の半導体基板上に順次に設け
られた、第１導電型の第１クラッド層、波長可変層、第
２導電型の中間層、活性層、第１導電型の回折格子、及
び第１導電型の回折格子埋め込み層を有する積層構造か
らなるメサと、前記メサの両側を埋め込んだ第２導電型のコンタクト層
と、前記メサ上、及び前記メサの少なくとも一方の側の前記
コンタクト層の一部を露出面として露出させるようにし
て前記コンタクト層上に設けられた第１導電型の第２ク
ラッド層と、前記第２クラッド層上及び前記半導体基板の裏面に夫々
設けられた、第１及び第２の第１導電側電極と、前記コンタクト層の露出面上に設けられた第２導電側電
極と、前記メサの下部を除き前記半導体基板の表面部分に形成
された第２導電型の電流ブロック層とを備えていること
を特徴とする波長可変半導体レーザ装置。
【請求項２】前記電流ブロック層と前記第１クラッド
層との間、前記コンタクト層と前記第１クラッド層との
間、前記コンタクト層と前記第２クラッド層との間の少
なくとも１箇所に介在する、Ａｌを含む第１導電型の半
導体層のＡｌを酸化してなるＡｌ酸化層を備えているこ
とを特徴とする請求項１に記載の波長可変半導体レーザ
装置。
【請求項３】基本的な発振波長が相互に異なる複数個
の請求項１又は２の何れかに記載の波長可変半導体レー
ザ装置と、複数個の前記波長可変半導体レーザ装置と夫々接続され
た光合波器とを共通基板上に備え、複数個の前記波長可
変半導体レーザ装置を切り替え、何れか一つを選択して
動作させることを特徴とする波長可変半導体レーザ集積
装置。
【請求項４】更に、前記光合波器に接続された光増幅
器又は光変調器を備えていることを特徴とする請求項３
に記載の波長可変半導体レーザ集積装置。
【請求項５】請求項１に記載の波長可変半導体レーザ
装置と光増幅器とを同一基板上に導波方向に集積した光
集積装置であって、前記光増幅器側の第１導電型の半導体基板の表面の全面
に、前記波長可変半導体レーザ装置側の第２導電型の電
流ブロック層から延在する第２導電型の電流ブロック層
が形成されることを特徴とする波長可変半導体レーザ集
積装置。