(57)【要約】  活性層と、上記活性層に近接して対向するクラッド層と、基板と、電流が半導体レーザに注入される電極とを含む半導体レーザ構造を有する面放光半導体レーザである。上記レーザ構造には、周期的に変動する要素を有する２次以上の分配回折格子が含まれる。上記要素の各々は、高利得要素または低利得要素のいずれかである。高利得要素の長さと低利得要素の長さとが格子周期を形成する。上記格子周期は、光学遠距離通信信号バンド内の光学信号を生ずるに必要な範囲内にある。高利得要素の全長さは、高々、低利得要素の全長さである。単一レーザ構造、或いは、共通基板上に併設されたレーザ構造配列が設けられる。さらに、ウェハ上でレーザ構造を試験する方法が提供される。
2005510090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層と、上記活性層に近接して対向するクラッド層と、基板と、光学モード容積を横方向に閉じ込める屈折率構造と、電流が注入される電極とを有する半導体レーザ構造と、
周期的に変化する格子要素を有する２次以上の分配回折格子とを備え、
上記格子要素の各々は、高利得要素または低利得要素として特徴付けられ、上記低利得要素は、電流注入時に、上記高利得要素と比較して低い利得または無利得または吸収を呈し、上記要素の各々は長さを有し、上記高利得要素の長さと上記低利得要素の長さとが一緒になって格子周期を形成し、上記格子周期は、遠距離通信信号バンド内で光学信号を発生させるために必要な範囲内にあり、上記高利得要素の１つの長さは、格子周期の長さの高々０．５倍であることを特徴とする面発光半導体レーザ。
【請求項２】
請求項１に記載の面発光半導体レーザにおいて、
上記高利得要素の長さは、上記格子周期の長さの１５％と３５％の間にあることを特徴とする面発光半導体レーザ。
【請求項３】
請求項１に記載の面発光半導体レーザにおいて、
上記高利得要素の１つの長さは、上記格子周期の長さの約２５％であることを特徴とする面発光半導体レーザ。
【請求項４】
請求項１に記載の面発光半導体レーザにおいて、
上記分配回折格子は、光学的に活性であるとともに、上記活性層の利得媒体に形成されていることを特徴とする面発光半導体レーザ。
【請求項５】
請求項１に記載の面発光半導体レーザにおいて、
上記分配回折格子は、光学的に活性であるとともに、上記活性層の損失媒体に形成されていることを特徴とする面発光半導体レーザ。
【請求項６】
請求項１に記載の面発光半導体レーザにおいて、
上記分配回折格子は、光学的に活性でないとともに、電流阻止材料から形成されていることを特徴とする面発光半導体レーザ。
【請求項７】
請求項１に記載の面発光半導体レーザにおいて、
上記格子は、整数の格子周期を備えていることを特徴とする面発光半導体レーザ。
【請求項８】
請求項１に記載の面発光半導体レーザにおいて、
上記構造は、その平面図において、上記格子を少なくとも部分的に包囲する隣接領域を更に含んでいることを特徴とする面発光半導体レーザ。
【請求項９】
請求項８に記載の面発光半導体レーザにおいて、
上記隣接領域は、上記分配回折格子の端部に配置されて一体に形成された吸収領域を更に含んでいることを特徴とする面発光半導体レーザ。
【請求項１０】
請求項１に記載の面発光半導体レーザにおいて、
光検出器を有する隣接領域を更に備えていることを特徴とする面発光半導体レーザ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の面発光半導体レーザにおいて、
上記光検出器は、上記レーザ構造と一体に形成されていることを特徴とする面発光半導体レーザ。
【請求項１２】
請求項１１に記載の面発光半導体レーザにおいて、
検出された出力信号を所望の出力信号と比較するために、上記光検出器に接続された帰還閉回路を更に含んでいることを特徴とする面発光半導体レーザ。
【請求項１３】
請求項１２に記載の面発光半導体レーザにおいて、
上記出力信号を所望の特性に維持するために、入力電流を調節するための調節器を更に含んでいることを特徴とする面発光半導体レーザ。
【請求項１４】
請求項８に記載の面発光半導体レーザにおいて、
上記隣接領域は、上記格子と電気的に分離させるために、抵抗を有する物質から形成されていることを特徴とする面発光半導体レーザ。
【請求項１５】
請求項１に記載の面発光半導体レーザにおいて、
上記電極の１つは、信号を放出する開口を含んでいることを特徴とする面発光半導体レーザ。
【請求項１６】
請求項１に記載の面発光半導体レーザにおいて、
上記横方向に閉じ込める屈折率構造は、リッジ型光導波路または埋設ヘテロ構造型光導波路の１つであることを特徴とする面発光半導体レーザ。
【請求項１７】
請求項８に記載の面発光半導体レーザにおいて、
上記レーザ構造は、上記レーザキャビティの端部に、縦の場閉込構造を更に含んでいることを特徴とする面発光半導体レーザ。
【請求項１８】
請求項１７に記載の面発光半導体レーザにおいて、
上記縦の場閉込構造は一体に形成された１次格子を備え、上記レーザは、電流を注入するために、上記１次格子に結合した第２電極を更に含んでいることを特徴とする面発光半導体レーザ。
【請求項１９】
請求項１に記載の面発光半導体レーザの配列において、
上記配列は、共通の基板上に、２以上の上記レーザを含んでいることを特徴とする面発光半導体レーザの配列。
【請求項２０】
請求項１９に記載の面発光半導体レーザの配列において、
上記２以上のレーザの各々は、異なる波長と出力の出力信号を発生し、個々に調節され得ることを特徴とする面発光半導体レーザの配列。
【請求項２１】
請求項１９に記載の面発光半導体レーザの配列において、
上記２以上のレーザの各々は、同じ波長を有する出力信号を発生することを特徴とする面発光半導体レーザの配列。
【請求項２２】
共通のウェハ基板上に、連続的に層を形成することによって、複数の半導体レーザ構造を形成するステップと、
上記ステップは、上記ウェハ基板上に第１クラッド層と活性層と第２クラッド層とを形成することを含み、
上記ウェハ基板上に上記活性層に結合した複数の２次以上の分配回折格子を形成するするステップと、
上記格子の各々に電流を注入するための電極であって、上記電極の１つは光を放出させる開口を有して、上記ウェハ基板上の上記半導体レーザ構造の各々に電極を形成するステップと、
上記半導体レーザ構造に試験電流を注入することによって、上記半導体レーザ構造を上記共通のウェハ基板に接続されたままで、上記半導体レーザ構造の各々を試験するステップとを
備えたことを特徴とする面発光半導体レーザを製造する方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の面発光半導体レーザの製造方法において、
上記複数の分配回折格子の間に、隣接領域を同時に形成するステップを更に備えていることを特徴とする面発光半導体レーザの製造方法。
【請求項２４】
請求項２２に記載の面発光半導体レーザの製造方法において、
リッジ型光導波路または埋設ヘテロ構造型光導波路の形態において、上記半導体レーザ構造の各々の光学モードを横方向に閉じ込めるために、屈折率構造を設けるステップを更に含んでいることを特徴とする面発光半導体レーザの製造方法。
【請求項２５】
請求項２２に記載の面発光半導体レーザの製造方法において、
上記格子の各々の端部において上記隣接領域に吸収領域を形成するステップを更に含んでいることを特徴とする面発光半導体レーザの製造方法。
【請求項２６】
請求項２２に記載の面発光半導体レーザの製造方法において、
レーザの配列を形成するために、上記隣接領域に沿って上記ウェハを劈開するステップを更に含んでいることを特徴とする面発光半導体レーザの製造方法。
【請求項２７】
活性層と、上記活性層に近接して対向するクラッド層と、基板と、光学モード容積を横方向に閉じ込める屈折率構造と、電流が注入される電極とを有する半導体レーザ構造と、
上記レーザ構造の活性層に結合した２次以上の分配回折格子とを備え、
上記分配回折格子は、周期的に変化する格子要素を有し、上記格子要素の各々は利得効果を有し、隣接する一対の格子要素は、比較的高い利得効果を有する格子要素と、比較的低い利得効果を有する格子要素とを含み、この利得効果の違いと、上記高利得要素と上記低利得要素との異なる屈折率と、回折周期とは、８５０ｎｍ近傍の領域または９１０ｎｍ〜９９０ｎｍの領域または１２００〜１７００ｎｍの領域の出力信号を生じさせ、上記格子要素の各々は長さを有し、比較的高い利得効果要素の長さと比較的低い利得効果要素の長さとが一緒になって格子周期を形成し、上記比較的高い利得効果要素の１つの長さは、上記格子周期の長さの高々０．５倍であることを特徴とする面発光半導体レーザ。
【請求項２８】
請求項２７に記載の面発光半導体レーザにおいて、
上記横方向に閉じ込められた屈折率構造は、リッジ型光導波路または埋設ヘテロ構造型光導波路の内の１つであることを特徴とする面発光半導体レーザ。
【請求項２９】
上記レーザに電流を注入することによって、面発光レーザにエネルギーを与えるステップと、
上記レーザに結合された１つ以上の光検出器にエネルギーを与えるステップと、
上記光検出器を用いて、上記面発光レーザからの出力信号の品質を監視するステップと、
上記信号の揺動を防止するために、上記レーザに注入された電流の量を調節するステップとを
備えていることを特徴とするレーザからの出力信号を安定化させる方法。
【請求項３０】
請求項２９に記載の方法において、
上記光検出器を上記レーザと一体に形成する事前ステップを更に含んでいることを特徴とする方法。
【請求項３１】
請求項３０に記載のレーザからの出力信号を安定化させる方法において、
上記光検出器を帰還閉回路に接続して、上記検出された信号出力と所望の信号出力とを比較するステップを更に含んでいることを特徴とする方法。
【請求項３２】
請求項３１に記載のレーザからの出力信号を安定化させる方法において、
上記帰還閉回路から生じる上記比較に対応して信号が揺動するのを防止するために、調節器を設けて、上記レーザに注入された電流の量を調節するステップを更に含んでいることを特徴とする方法。
【請求項３３】
確定した空間特性の出力信号を発生させる面発光半導体レーザであって、
活性層と、上記活性層に近接して対向するクラッド層と、基板と、電極とを有する半導体レーザ構造とを有する半導体レーザ構造を備え、
上記電極によって、電流が上記半導体レーザ構造に注入されて、遠距離通信バンドに出力信号を発生させ、２次以上の分配回折格子は、電流が上記レーザ構造内に注入されたとき、他のモードに与えられる利得閾値よりも低い利得閾値を単一ローブモードに与えるように、サイズ化および形状化されていて、上記単一ローブモードは、上記出力信号を光学ファイバに容易に結合するレーザ光を発することを特徴とする面発光半導体レーザ。
【請求項３４】
請求項３３に記載の確定した空間特性の出力信号を発生させる面発光半導体レーザにおいて、
上記分配回折格子は、格子周期を限定する交互の格子要素から成り、
上記要素の１つは、比較的高い利得要素であり、
上記要素に隣接する要素は、比較的低い利得要素であり、
上記比較的高い利得要素の長さは、格子周期長さの高々０．５倍であることを特徴とする面発光半導体レーザ。
【請求項３５】
請求項３３に記載の確定した空間特性の出力信号を発生させる面発光半導体レーザにおいて、
上記分配回折格子は、上記構造の活性領域における利得結合格子であることを特徴とする面発光半導体レーザ。
【請求項３６】
請求項３３に記載の確定した空間特性の出力信号を発生させる面発光半導体レーザにおいて、
上記分配回折格子は、上記構造のモード容積内における損失結合格子であることを特徴とする面発光半導体レーザ。
【請求項３７】
請求項３３に記載の確定した空間特性の出力信号を発生させる面発光半導体レーザにおいて、
上記分配回折格子は、上記半導体レーザ構造における電流阻止格子であることを特徴とする面発光半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の技術分野）
本発明は、一般に、遠距離通信（テレコミュニケーション）の分野に関し、特には、光学信号を基調にした遠距離通信システムに関する。本発明は、更には、このような光学的遠距離通信システムのためのキャリア信号を発生する半導体ダイオードレーザのようなレーザに関する。
【０００２】
（発明の背景技術）
光学的遠距離通信システムは、急速に発展し、進歩している。このようなシステムでは、個々の光学キャリア信号が発せられ、情報を伝達するために変調される。次に、個々の信号は、高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）信号を形成するために、多重化される。光学技術の進歩により、個々の信号チャンネルの間隔は緻密なものとなり、現在、４０信号チャンネルがＣバンドで同時に展開されることは通常になっていて、Ｃ＋Ｌの組み合わせバンド（帯域）では、近い将来、８０或いは１６０同時信号チャンネルが展開され始める。
【０００３】
各信号チャンネルは光学信号キャリア源を必要とする。そして、上記光学信号キャリア源は、遠距離通信では、典型的にはレーザである。ＤＷＤＭ信号チャンネルの数が増加するにつれて、必要とされる信号キャリアの数が増加する。更に、データ密度の高い長距離基幹部から、データの少ない縁部すなわち末端利用者の接続部に、光学ネットワークが押し広がっていくにつれて、多数のネットワークノードが必要となる。潜在的には、ＤＷＤＭに必要な多重信号キャリア源に対して各々必要となる。同様に、ネットワークの縁部に近づくにつれてデータ密度が低くなるため、信号キャリア源を供給するコストが、データ転送量（データトラフィック）の関数として問題となる。現在、幾つかの異なるレーザ源が利用可能である。これらレーザ源には、様々な形態の固定波長レーザや切換波長レーザや調整可能波長レーザが含まれ、例えば、ファブリペローレーザ、分配ブラッグ反射（ＤＢＲ）レーザ、垂直面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、分布帰還（ＤＦＢ）設計のレーザなどが有る。現在、遠距離通信の応用で使用される信号キャリア源の最も一般的な形態は、エッジ（端面）発光インデックス結合ＤＦＢレーザ源である。ＤＦＢレーザ源は、変調速度、出力、安定性、ノイズ、サイドモード抑圧比（ＳＭＳＲ）に関して、優れた性能を有する。さらに、通信波長は、適当な半導体材料とレーザ設計を選択することによって、容易に作り出せる。この意味において、ＳＭＳＲは、２つの低閾値縦モードを有するＤＦＢレーザ特性に言及される。上記２つのモードは、レーザ発光が生じる異なる波長を有し、一般的には、その内の１つは所望されるが、他は所望されない。ＳＭＳＲは、所望されないモードを抑制する手段を備え、したがって、より多くのパワーが好ましいモードに転じられる。一方、ＳＭＳＲは、別のＤＷＤＭチャンネルの波長において、所望されないモードの放出出力に起因する混信を減少させる効果がある。エッジ発光ＤＦＢレーザ信号源の欠点は、ビーム形状が短いストライプの形をしていることであり、放出領域の開口が小さいために、その方向は、２次元的に異なった分散角をなして大きく変化する。このことは、信号を単一モードファイバに結合させるスポット変換器を必要とする。しかし、この必要技術は、困難且つ無駄が多く、コスト増となる。
【０００４】
エッジ発光ＤＦＢレーザは、一旦完成されてファイバに結合されると、良好な性能を発揮するが、製造に不十分な、したがって、より高価となる基本特性を有している。具体的には、多くのエッジ発光ＤＦＢレーザは、現在、単一のウェハ上に同時に製造される。しかし、或るウェハから得られる実行可能なエッジ発光ＤＦＢレーザ（すなわち、所望の信号出力仕様を満足するエッジ発光ＤＦＢレーザ）の歩留は低い。これは最終製造や梱包のステップでの多くの要因のためである。具体的には、個々のＤＦＢレーザは、一旦形成されて、ウェハから劈開分離される必要がある。劈開の次のステップは、端部仕上げステップであり、最も一般的には、一方の端部に非反射型被覆が施され、他方の端部には高反射型被覆が施される。もしも両端に対称的な被覆（通常は非反射型被覆）が施されると、レーザの２つの主モードが退化して、モード間の先験的区別がなくなり、ＳＭＳＲの制御が不十分になる。したがって、単一モードの歩留が下がる。異なる端部被覆によって導入された非対称は、１つのモードを他のモードよりも優先させることを幇助し、したがって、ＳＭＳＲを改善させる。しかし、たとえ単一モードオペレーションが改善されても、ＤＦＢレーザの波長は、依然として、レーザキャビティの端部で劈開された格子のフェーズ（相）の関数である。劈開ステップによって導入されたフェーズの不安定性は、レーザ光の波長の制御を不十分にする。したがって、このようにして作られレーザは、一般に、単一モードまたは波長の歩留或いはそれら双方の歩留が低く、ＤＷＤＭシステムへの使用に、最適ではない。
【０００５】
エッジ発光ＤＦＢレーザの製造の重要な１つの局面は、ウェハの劈開および端部被覆を含めてレーザが完全に終了した後、単に、レーザキャビティ内に電流を注入することによって、レーザが試験されることである。これにより、多重モード挙動（乏しいＳＭＳＲ）や不適当な波長に起因してウェハからの歩留が低く、非効率性が増大する。
【０００６】
単一モードエッジ発光レーザの歩留を増大させる企画が提案されているが、最も顕著なものは、レーザキャビティの中心において１／４波長フェーズシフトを導入することにより、キャビティ両切面の非反射被覆と組み合わせて、行うものである。この構造は、フェーズシフトの領域で生じた集中領域の結果、空間的ホ−ル・バーニングを受ける。これによって、装置の出力は限定される。さらに、レーザは、切面からの非常に小さな反射に対してさえ非常に敏感であり、切面の高品質な非反射被覆への要求が存在する故に、不安定性と困難性の原因を付加することになる。
【０００７】
ＤＦＢレーザでのモード退化を引き揚げる方法は、他に、結合係数に虚数項または複素数の項を導入することを含んでいる。これが達成される１つの方法は、活性利得層内か（所謂、利得結合設計）、或いは、光学モード場に存在する吸収層内に（損失結合設計）、格子を作ることである。これらの設計は、必要とされる半導体製造の技術が進歩したために、極最近では、実際的なものとなっている。利得と損失との両方が結合されたＤＦＢレーザは、劈開ステップによって導入されたランダムフェーズに対して顕著な減少感度を呈すると共に、高い単一モード歩留、狭小な線幅、改善された交流応答の向上を含む他の利点を呈する（すなわち、それらは高い周波数で変調され得る）。しかし、利得と損失の結合された設計では、依然として、チップが試験される前に、切面の劈開と被覆とが必要である。同様に、発光は依然として端面からであり、ファイバ内への結合が課題として残っている。
【０００８】
一般的な１次格子の代わりに、２次またはそれより高次の格子を使用することによって、コンプレックス結合を介した面発光且つ単一モードのオペレーションが達成される。２次格子の場合、Ｒ.Kazarinov and C.H.Henry in IEEE, J. Quantum Electron., vol. QE-21, pp. 144-150, Feb. 1985 に記載されているように、結果的に生じるレーザの表面からの放射損失は、２つのモードに対して異なり、したがって、退化を引き揚げることになって、結果的に、単一モードオペレーションとなる。インデックス（屈折率）結合２次格子を用いた場合、レーザ発光モードの空間的な形状（プロフィール）は、レーザキャビティの中央部で最小となる二重のローブ（極大部）となっている。この場合の抑圧モードは、ガウス分布をした単一ローブの形状をしていて、キャビティの中央でピークとなっている。この形状は、両方向においてガウス分布状になっているが、一般に、レーザの軸に沿ったガウス分布幅がレーザを横切るガウス分布幅と比較して広いので、非対称である。このことは注目すべきである。この後者のモードは、殆どの適用例に対して有益なものであるが、単一モードの光学ファイバのモード直径および開口数に近く、したがって、ファイバに効果的に結合することができるので、遠距離通信の分野では、恐らくより重要である。上記２重ローブの形状は、ファイバとの結合の効率が悪い。
【０００９】
単一ローブモードの面発光ＤＦＢレーザは、有力なモードとなっているが、余り上手くいっていない。例えば、米国特許第５,９７０,０８１号は、導波キャビティ構造の形状を中央部で収縮させることにより、レーザキャビティ内にフェーズシフトを導入させて、レーザ発光モードが好ましくも略ガウス分布モードである面発光のインデックス結合された２次格子のＤＦＢレーザ構造を教示している。この方法は、付随するリソグラフィのために実施困難であり、また、上記設計は、フェーズシフト領域における空間的ホ−ル・バーニングの増加に関連して、他の仕様を劣化させることになる。さらに、発光の低い効率と、利得結合設計に対するインデックス結合設計の低い結合係数とは、装置に対する閾値電流を比較的高くすると共に、表面から出力を低くする。
【００１０】
同様に、米国特許第４,９８５,３５７号は、インデックス結合された２次格子の面発光ＤＦＢレーザに、フェーズシフトを直接導くものであるが、同様な困難さを伴うものとなっている。この特許は、ウェハ評価と、面発光である故に切面劈開の削除とを意図したものであるが、製作に困難且つ制御に困難な複雑な構造を教示している。フェーズシフト位置で光学強度が尖状になっているため、空間的ホ−ル・バーニングが生じる。空間的ホ−ル・バーニングを移すために、様々な案が出されているが、これらは複雑さを増大させ、決して成功していない。このようにして、拡大化は空間的ホ−ル・バーニングによって制限されている。
【００１１】
遠距離通信分野以外での面発光ＤＦＢレーザ構造の例は、米国特許第５,７２７,０１３号に見られる。この特許は、青や緑の光を発する単一ローブのＤＦＢレーザを教示し、２次格子が、上記ＤＦＢレーザ構造の吸収層に書き込まれか、或いは、利得層に直接書き込まれている。この特許は、興味深いものであるが、（遠距離通信への適用に関するものでないために）格子がファイバ結合効率にどのように影響するかを開示していない。この特許は、また、どんな媒介変数（パラメータ）が全出力とファイバ結合効率との間のバランスを制御するかを教示していなく、また、上記モードを有効に制御する方法を教示していない。そして、この特許は、遠距離通信の波長範囲に適した面発光レーザを教示していない。
【００１２】
つい最近では、遠距離通信分野に適した性能を有する垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を導入する試みがなされている。このような試みは、幾つかの理由より、不成功裏に終わっている。このような装置は、必要とされる多層構造のために製造が困難とり、また、キャビティ内の非常に短い長さの利得媒体のために低い出力となる傾向にある。この短いキャビティは、高ノイズの源であり、広い線幅となる。この広い線幅は、ファイバ内の分散効果のために、これら発生源から生じる信号の伝送距離を制限する。
【００１３】
（発明の概要）
必要とされるものは、遠距離通信への応用に適しているとともに、従来技術の欠点を回避できる面発光レーザ構造である。具体的には、必要とされるものは、正確かつ効果的にファイバ結合ができるように、モードが制御されるレーザ構造であり、しかも、半導体技術の従来のリソグラフィック法を用いて作ることのできるレーザ構造である。本発明の目的は、光学ブロードバンド遠距離通信信号範囲での使用に適した信号発生可能な低コストの光学信号源を提供することである。最も好ましくは、このような信号源は、従来の半導体レーザ製造法を用いて製造でき、現在の技法よりも高い生産性を有し、したがって、低コストで製造できる半導体レーザの形態をしたものである。本発明のさらに別の目的は、このような信号源が、十分なパワーと、波長安定性と、ブロードバンド通信への適用に対する精度とを有することである。また、望まれるものは、光学ファイバと容易かつ有効に結合される信号出力を有した半導体レーザ信号源である。また、このような装置は、好ましくは、単一ウェハベース構造上の配列として製造され、信号吸収隣接領域のような隣接構造および光検出装置と、一体且つ同時に形成すなわち製造される。
【００１４】
本発明の更なる特徴は製造の効率に関する。配列された信号源の数が多くなればなるほど、低欠陥率の製造の必要性が増大する。したがって、例えば、１信号源当たり９８％の歩留で製造された４０個の信号源の配列は、僅か４０％の配列製造歩留となる。このように、改善された製造歩留は、コスト効率の高い配列製造に対して重要である。
【００１５】
本発明の更に別の局面は、配列の各レーザ源は、同一の波長に設定されるか、或いは、より効果的には、異なる波長に設定されるか、最も好ましくは、遠隔通信信号バンド内の波長に設定されることである。最も好ましくは、このような装置は、ファイバ結合効率の向上に資するため、出力信号を閉じ込める単一且つ有効な手段を提供することである。さらに、このような装置は、外部帰還回路と併せて、波長微調整や信号維持のために使用される内蔵検出器を有することができる。
【００１６】
このように、本発明の第１の局面によると、活性層と、上記活性層に近接して対向するクラッド層と、基板と、光学モード容積を横方向に閉じ込める屈折率構造と、電流が注入される電極とを有する半導体レーザ構造と、
周期的に変化する格子要素を有する２次以上の分配回折格子とを備え、
上記格子要素の各々は、高利得要素または低利得要素として特徴付けられ、上記低利得要素は、上記高利得要素と比較して低い利得または無利得または吸収を呈し、上記要素の各々は長さを有し、上記高利得要素の長さと上記低利得要素の長さとが一緒になって格子周期を形成し、上記格子周期は、光学遠距離通信信号の波長バンド内で光学信号を発生させるために必要な範囲内にあり、上記高利得要素の１つの長さは、格子周期の長さの高々０．５倍である面発光半導体レーザを提供する。
【００１７】
本発明の第２の局面によると、基板上に、連続的に層を形成することによって、複数の半導体レーザ構造を形成するステップと、
上記ステップは、ウェハ上に第１クラッド層と活性層と第２クラッド層とを形成することを含み、
上記ウェハ上に上記活性層に結合した複数の２次の分配回折格子を形成するするステップと、
上記格子の各々に電流を注入するために、上記ウェハ上に電極を形成するステップと、
上記ウェハの形態で、上記構造に電流を注入することによって、上記半導体レーザ構造を試験するステップとを
備えた面発光半導体レーザを製造する方法を提供する。
【００１８】
本発明の第３の局面は、確定した空間特性の出力信号を発生させる面発光半導体レーザであって、
活性層と、上記活性層に近接して対向するクラッド層と、基板と、電極とを有する半導体レーザ構造とを有する半導体レーザ構造を備え、
上記電極によって、電流が上記半導体レーザ構造に注入されて、遠距離通信バンドに出力信号を発生させ、２次の分配回折格子は、電流が上記レーザ構造内に注入されたとき、他のモードに与えられる利得閾値よりも低い利得閾値を単一ローブモードに与えるように、サイズ化および形状化されていて、上記単一ローブモードは、上記出力信号を光学ファイバに容易に結合するレーザ光を発する面発光半導体レーザを提供する。
【００１９】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
図１は、本発明による面発光半導体レーザ構造１０の一実施形態の側面図である。図２は同構造の側面図である。上記レーザ構造１０は、例えば標準的な半導体製造方法を用いて、１つの層を他の層の上に積み重ねて作られた幾つかの層から成る。このような周知の半導体製造方法を本発明に使用することは、本発明品を、新しい製造方法を必要とすることなく、多量且つ効果的に製造できることを意味することが理解される。
【００２０】
本開示においては、次の用語は下記の意味を有する。半導体のｐ領域は、ホール（価電子帯の空孔）が主要な電流キャリアである領域である。ｎ領域は、電流キャリアとして過剰電子を有するように、不純物が添加された半導体の領域である。出力信号は、本発明の半導体レーザによって作られた光学信号を意味する。モードヴォリュームは、光学モードが存在するヴォリューム（嵩）、すなわち、光（信号）強度が存在するヴォリュームである。この開示目的として、分配回折格子は、格子がレーザキャビティの活性利得長さ又は吸収長さに関連して、この格子からの帰還（フィードバック）が或る波長においてのみ振動すなわちレーザ発光させる干渉効果を引き起こし、その干渉が振動を強化するといったものである。
【００２１】
本発明の回折格子は、グレーティングすなわちグリッド（格子）の要素から成り、交互利得効果を作り出す。隣接する２つの格子要素は格子周期を定める。上記交互利得効果は、隣接する格子要素について利得の相違が生じるもので、一つが比較的高い利得効果を有し、次のものが比較的低い利得効果を有する。本発明は、比較的低い利得効果とは、小さいが正の利得値であること、或いは、実際的な利得がないこと、或いは、吸収すなわち負の値でもよいことを含んでいる。したがって、本発明は、所定の波長でレーザ光を発光するような干渉効果を生じるべく、隣接する格子要素間の利得効果が相対的に十分異なっているという条件下で、格子要素に関する利得効果の絶対値を含んでいる。本発明は、活性領域であるか否かに拘わらず、損失結合格子と利得結合格子とキャリアブロッキング格子とを含む上記交互粒効果を確立できる如何なる形態の格子をも含んでいる。
【００２２】
本発明による回折格子の全体的効果は、１つの縦レーザ発光モードか、或いは、２つの縦レーザ発光モードかに、レーザ振動を限定することであると言える。また、縦モードのみが安定であるようなレーザをさらに設計すべく、様々な付加的技法が用いられており、単一モード出力信号と呼ばれる狭小線幅をレーザに付与するものもある。
【００２３】
図１に示すように、レーザ構造１０の２つの外殻層１２，１４は電極である。電極の目的はレーザ構造１０内に電流を注入することである。電極１２は開口１６を含んでいることがわかる。次に詳細に説明されるように、この開口１６によって、光学出力信号がレーザ構造１０から外に出ることができる。本発明によると、上記開口は、対向する電極１４上にも形成することができる。同様に、リッジ型光導波路装置が図示されているが、本発明は、例えば埋込ヘテロ構造のような他の導波構造を含んでいる。１つの開口が図示されているが、本発明は、生成した信号をレーザ構造１０から通すことができるように電極が少なくとも部分的に透明に出来ている条件下で、連続的な電極の使用も含んでいる。開口１６を有する簡単な金属電極は、妥当な結果を出すことが分かっており、製造が容易でコストが安いために、好ましいものである。
【００２４】
電極１２に隣接して、ｎ＋ＩｎＰ基板すなわちウェハ１７が存在している。上記基板１７に隣接して、緩衝層１８が存在し、上記緩衝層１８は、好ましくはｎ−ＩｎＰから成る。次の層は、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰから形成された閉込層２０である。これと他の４つの層の総称的成分は、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓｙＰ１−ｙの形態をし、一方、３つの層はＩｎ１−ｘＧａｘＡｓの総称的成分をしている。次の層は、活性井戸とバリアとの交互薄層からなる活性層２２である。活性井戸とバリアとは共に、ＩｎＧａＡｓＰまたはＩｎＧａＡｓから成る。ＩｎＧａＡｓＰまたはＩｎＧａＡｓは、当業者によって認識されているように、これらの半導体が、或る成分範囲内で、１２００ｎｍ〜１７００ｎｍの範囲或いはそれ以上の波長において光学利得を示すことができるため、好ましい半導体となっている。上記波長は、１３００ｎｍバンド（１２７０〜１３３０ｎｍ）、Ｓバンド（１４６８〜１５２５ｎｍ）、Ｃバンド（１５２５ｎｍ〜１５６５ｎｍ）、Ｌバンド（１５６８〜１６１０ｎｍ）のブロードバンド光学スペクトルを含んでいる。本発明は、また、発生される出力信号がブロードバンドの範囲内に入るならば、例えばＧａＩｎＮＡｓやＩｎＧａＡｌＡｓなどの他の半導体材料をも包含する。本発明に依る装置が、適当な材料成分（例えば、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ）を使用して設計され得る遠距離通信に重要な他の関連波長範囲は、９１０〜９９０ｎｍの領域と８５０ｎａｍ近傍である（９１０〜９９０ｎｍは、ＥｒやＹｂ或いはＹｂ／Ｅｒの添加材料をベースにしたポンピング光学増幅器やファイバレーザに対して、最も一般的に遭遇する波長領域に対応している。８５０ｎａｍ近傍は一般に短距離データ送信に使用される）。図１の実施形態では、回折格子２４は、活性層２２内に形成される。上記格子２４は高利得部２６と低利得部２８とから成る。最も好ましくは、格子２４は規則正しい格子を備える。すなわち、格子２４は、レーザ１０内で、格子の全域に渡って一貫した周期を有するとともに、サイズ化され、形状化され、配置されて、上述した分配回折格子を備える。この場合、格子２４の周期は、高利得部２６の長さ３０と低利得部２８の長さ３２との合計によって形成される。低利得部２８は、この領域では活性構造が殆ど或いは全く取り除かれているので、高利得部と比較すると、低利得または無利得を示す。本発明によると、格子２４は２次格子である。すなわち、格子２４は、半導体媒体の所望波長に等しい周期を有する格子であって、結果的に、面発光形態での出力信号となる。高次格子も面発光を呈するが、高次格子からより多くのビームが異なる角度で生じるので、所望の出力ビームの効率が低下する。今や理解され得るように、この実施形態の格子２４は活性利得層内に形成されているので、利得結合設計と呼ばれる。
【００２５】
格子２４上の次の層はｐ−ＩｎＧａＡｓＰ閉込層３４である。上記閉込層３４の上に、ｐ−ＩｎＰ緩衝領域層３６が配置されている。上記緩衝領域層３６の上に、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰエッチ停止層３８が配置されている。次に、ｐ−ＩｎＰクラッド層４０が設けられ、その上に、ｐ＋＋−ＩｎＧａＡｓキャップ層４２が載置されている。
【００２６】
活性層に描かれた回折格子からの分配フィードバックが、上記レーザを単一モードレーザにするとき、上述した構成の層で作られた半導体レーザは、予め決められた波長の出力信号を生じさせるようになることは、当業者は理解する。上記出力信号のまさにその波長は幾つかの変数の関数であるが、それらの変数は、順に相互関連し、レーザ構造の他の変数にも複雑に関連している。例えば、出力信号の波長に影響を与える幾つかの変数は、格子の周期と、（典型的には、温度と注入電流とによって次々に変化する）活性層や閉込層やクラッド層の屈折率と、（層歪と利得波長と屈折率とに影響する）活性領域の成分と、様々な層の厚みとを含み、それらは上述されている。もう一つの重要な変数は、電極を介して上記構造内に注入される電流の量である。したがって、本発明によると、これらの変数を操作することで、予め決められた極めて固有な出力波長を有する出力のレーザ構造が構築できる。このようなレーザは、ＤＷＤＭスペクトルを形成する個々のチャンネル用の信号源や信号成分が所望される通信業界では、有用である。このようにして、本発明は、層厚、利得周期、注入電流など、様々な組み合わせを包含していて、それらを組合せて、遠距離通信への適用に適した出力と波長とバンド幅とを有する出力信号を生じさせる。
【００２７】
しかし、単に所望の波長とバンド幅とを得ることだけでは十分ではない。本発明が解決すべきいっそう困難な課題は、例えば光学ファイバに有効に結合させるために２次格子を制御できるようにして、２次格子から所望の固有波長を生じさせることである。出力信号の空間特性は、結合効率に大きな影響を及ぼし、その理想形状は単一モード、単一ローブのガウス分布である。面発光半導体レーザに対する主要な２つのモードは、分岐二重ローブモードと、単一ローブモードとを含む。前者（分岐二重ローブモード）は、殆どの遠距離通信に適用するのに必要な単一モードファイバに結合することは、ファイバが単一ガウス分布モードを有しているので、非常に困難である。逆に、単一ローブモードのレーザは、エネルギー強度のピークが中央に位置し、且つ、ファイバモードの形状に非常に近い形状を有しているので、ファイバに結合するのに可成り容易且つ有効である。本発明によると、好ましいモードが確実に支配的な面発光レーザ構造を構築することができる。
【００２８】
上述したように、ＳＭＳＲは、望ましいモードに賛同し、望ましくないモードを抑圧するものとして引き合いに出される。本発明によると、レーザ１０の表面から良好なＳＭＳＲオペレーションを行うには、格子２４の負荷サイクルの設計に十分注意を払う必要である。つまり、活性層２２を介した利得の空間変調に念入りな注意が必要となる。この説明では、周期負荷サイクルは、格子周期に比較して、高い利得を示す格子の１周期の長さの端数（１以下）を意味している。もっと簡単に言えば、負荷サイクルは、高い利得を示す格子２４の周期の一部であると定義される。負荷サイクルのこのパラメータは、図１に示すような利得結合レーザでは、活性層の一部をエッチングすることによって制御される。残った活性層部は負荷サイクルに供される。この代替としては、活性利得層はそのままにし、格子をエッチングして、電流ブロック層を形成する。電流ブロック層の一部は、負荷サイクルに対応して、エッチング除去する。
【００２９】
図１において、２次の分配回折格子は、利得媒体のエッチングによって書き込まれて、格子２４を形成していることが分かる。その結果、半導体レーザ１０の２つの基本モードは、（レーザの出力である）異なる表面放射損失を呈し、したがって、異なった利得を有する。１つのモード（最も低い利得閾値を持つモード）のみがレーザ光を発し、良好なＳＭＳＲとなる。本発明は、所望のレーザ発光モードが、外見上、略ガウス分布の形態を有するローブモードであることを含んでいる。このようにして、このレーザ発光モードは、出力すなわち信号強度のプロフィールがファイバの出力信号に容易に結合するので、容易にファイバと結合される。
【００３０】
本発明による単一レーザ発光モードとして、所望の単一ローブモードを有するためには、負荷サイクルを特定範囲の値に限定することが重要である。この理由は、図３に言及して説明される。図３は、利得と放射と屈折率の結合係数（それぞれ、Ｋｇ,Ｋｒ,Ｋi）の依存性を示し、分配２次回折格子の高利得部の負荷サイクルの関数として、全結合係数の虚数部分（Ｋｇ＋Ｋｒ）と、結合力（（Ｋｇ＋Ｋｒ）／Ｋｉ）とを示す。なお、注意すべきことは、全結合係数は、ｊを（−１）１／２としたとき、Ｋｉ＋ｊ（Ｋｇ＋Ｋｒ）として定義される。注意すべき重要な特徴は、屈折率（インデックス）と利得の結合係数がシヌソイド（サインカーブ）であること、そして、放射結合係数が負のガウス分布をしていることである。キャビティ損失が取り除かれた上記全結合係数Ｋｔ＝Ｋｉ＋ｉ（Ｋｇ＋Ｋｒ）は、虚数部としてＫｇ＋Ｋｒを有する。一方、結合力（Ｋｇ＋Ｋｒ）／Ｋｉは全結合係数の実数部に対する虚数の比率である。有効キャビティ損失が取り除かれた全結合係数の実数部（Ｋｉ）は、主として利得閾値を決定する。一方、全結合係数の虚数部が他のモードよりも１つのモードのみを支持する一方、全結合係数の実数部（Ｋｉ）は２つの基本モードを識別しないために、結合力は、２つの基本モード間の相違度に関する良好な表示となる。
【００３１】
２つのレーザ基本モードの内で、レーザ光を発するものは、最も低い閾値を有する基本モードである。図３の曲線を参照すると、上述した２次利得結合レーザ設計の場合、Ｋｇ＋Ｋｒが正のとき、単一ローブモードは最も低い閾値を有する。一方、その値が負のとき、二重モードが低い閾値を有する。Ｋｒが負であるので、和Ｋｇ＋Ｋｒは、０．５以上の負荷サイクルの値に対して、常に負である。交点は常に０．５未満であり、０．５の近傍のみに存在して、そのときＫｇ＞＞Ｋｒである。したがって、所望の作業を行うための負荷サイクルの上限は０．５である。モードの区別は、Ｋｇ＋Ｋｒがより大きな値になると向上し、負荷サイクルの好適値は０．２５近傍に在ることを示している。負荷サイクルのこの領域の結合力は比較的平坦であることが分かる。したがって、結合力は、その値が十分に大きいならば、主要因子とならない。最終設計段階で考慮すべきもう一つの課題は、負荷サイクルを下げると、現存材料の利得がより少なくなり、負荷サイクルが下がるほど、より高い利得の材料が要求されることである。この状況は、材料の利得に対する要求を軽減するために、好適な負荷サイクルができるだけ大きくすることを強いる。本発明では、全体的に見て、負荷サイクルの有効領域は約１５％と３５％の間に存在すると理解されている。
【００３２】
我々は、レーザキャビティの設計に因るモード識別（ＳＭＳＲ）に加えて、ファイバ結合ステップに因るＳＭＳＲへの寄与も考慮している。一般的にガウス分布しているモードのみがファイバと容易に結合するので、他のモードのパワーがファイバと結合されることなく、ＳＭＳＲで大いなる進歩が実現される。キャビティ設計に因るモード間の識別が高いことを考慮すると、レーザ全体にわたってＳＭＳＲが優れている。
【００３３】
図２を見ると、図１のレーザ構造の側面図が示されている。図２から分かるように、電極１２と１４とによって、半導体レーザ構造１０に電圧を掛けることができ、上述の如く、レーザ発光をさせることができる。さらに、頂部層によって形成されたリッジは、電流が注入される領域内に光学モードを横方向に閉じ込める役目をしていることが分かる。この実施例では、リッジ導波が示されているが、キャリアと光学場を横方向に閉じ込めるために、同様の構造が、内蔵ヘテロ構造を使用して製造され、サイズ化され、形状化され得ることが含まれている。
【００３４】
利得結合設計の他の形態も、本発明を実施する手段として含まれる。例えば、上述した活性領域をエッチングする代わりに、上記活性層の上にさらなる高濃度ｎドープ層を堆積し、この層に格子を作ることができる。この層は、光学的に活性化されていないので、利得を吸収しないし呈しもしない。それどころか、この層は、エッチングで取り除かれないと、電荷キャリアが活性層に注入されるのを妨げる。エッジ発光利得結合レーザ用の上記構造は、「C. Kazmierski, R. Robin, D. Mathoorasing, A. Ougazzaden, and M. Filoche, IEEE, J. Select. Topics Quantum Electron., vol. 1 pp. 371-374, June 1995 」に教示されている。本発明は、０．５未満、好ましくは０．１５〜０．３５の範囲内、最も好ましくは約０．２５（すなわち約０．７５ブロッキング）の負荷サイクルで、キャリアブロッキング層内に開口を有するように、キャリアブロッキング層を限定する構造の変更を含む。
【００３５】
図４には、別の実施形態の面発光半導体レーザ構造１００が示されている。この実施形態では、電極１１２，１１４が、頂部と底部とに設けられている。電極１１２に隣接してｎ＋ＩｎＰ基板１１６が存在し、続いてｎ−ＩｎＰバッファ層（緩衝層）１１８が存在する。開口１１７が電極１１２内に設けられている。また、開口は対向する電極１１４にも存在し得る。ＩｎＧａＡｓＰ第１閉込層１２０が設けられ、その上に、活性層１２２が配置されている。上記活性層１２２は、ＩｎＧａＡｓＰとＩｎＧａＡｓのバリア層によって分離されるＩｎＧａＡｓＰとＩｎＧａＡｓの量子井戸層から構成される。次に、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ閉込領域１２４が設けられ、その上に、ｐ−ＩｎＰバッフア領域１２６が設けられている。次の層に、格子１２５が形成されている。それは、ｐ−またはｎ−ＩｎＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰ吸収層１２８である。別のＰ−ＩｎＰバッフア層に、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰエッチ停止層１３２が続いている。次に、ｐ−ＩｎＰクラッド層１３４が、ｐ＋＋−ＩｎＧａＡｓキャップ層１３６とともに、電極１１４の下に設けられている。ここで分かるように、この実施形態は、２次（或いはそれ以上）の格子を呈していて、この格子は、吸収層を設け、上記吸収層にエッチング等を施して、損失結合装置を形成している。格子１２５は、周期的に再現する損失要素すなわち吸収要素から成る。この格子１２５は、連続利得層１２２と一緒にして考えると（なお、利得層は吸収層と同一レベルには存在しないけれど）、定期的に高利得要素１３８と低利得（無利得または純損失とさえ言える）要素１４０とを有する格子と見なすことができる。いずれか１つの高利得要素１３８と、１つの低利得要素１４０との組合せは、上記格子１２５の周期１４２を形成する。
【００３６】
図５は、図４の半導体レーザ構造の端面図を示す。図から分かるように、上述したようにレーザを発光させるために、電流は、電極１１２および１１４を介して半導体レーザ構造に注入される。図２のように、リッジは光学的な場の横方向の閉込を付与する。図６は、レーザキャビティに沿った距離に対する光学近視野の強度の概略図である。図６は、通常、前述の実施形態の両方に適用できる。図示されているように、レーザキャビティの中央において、（望ましくも略ガウス形の）モード１の場強度がピーク１４４となっており、一方、（望ましくなくも分岐二重ローブ形の）モード２の電場強度が最小値１４６になっている。このように、モード１すなわちガウスプロフィールでは、光学的な場は、レーザキャビティの中心で遙かに強烈なものになっている。したがって、この図６は、非常に有効なサイドモード抑制を示しており、これは本発明の制御された負荷サイクルから生じている。さらにこの図は、図１に示すように、信号を放出させるために、キャビティの中心において電極に開口が必要なことを示している。前述したように、この開口はいずれかの電極に配置することができる。
【００３７】
図７は、本発明の別の実施例の平面図を示す。格子領域１５０は、性能を向上させるために、仕上げ端部１５２，１５４を含んでいる。図から分かるように、格子１５０は、（破線１５８で示された）ウェハ１５６上に、既知の技術を用いて書き込むことができる。このようにして書き込まれた格子１５０は、隣接領域によって取り囲まれ、上記隣接領域は格子１５０を分離して保護している。本発明は、面発光装置であるが故に、従来技術のエッジ発光レーザのような格子端部を劈開するものではなく、非活性隣接領域１６０を必要範囲内で劈開することを意図したものである。したがって、劈開中に格子１５０の切削が生じることがなく、各格子１５０の特性は、半導体リソグラフィック技法により、明確にデザインされ、予め決定され、書き込まれる。このようにして、各格子は、格子周期の整数倍に作られる。ウェハ１５６上の隣接し合う格子は、それぞれ、隣接する格子と同一または異なるように書き込まれる。格子を唯一制限するものは、半導体製造技術の書き込む能力である。重要なことは、従来技術のエッジ発光半導体レーザと違って、レーザ構造がパックされる際に、格子特性が変化しないことである。
【００３８】
さらに、本発明は格子終端部１５２，１５４を吸収領域にすることを含む。これは、電荷注入による供給が行われないと、活性層が吸収することになるので、終端領域に電流を注入させないことによって、容易に達成される。これらの領域は、それ自体、生み出されて水平方向に発光する光学的エネルギーを強力に吸収する。したがって、これらの領域は、縁部仕上げを必要とすることなく、従来技術の非反射被覆機能を満たすものである。このような吸収領域は、半導体製造中に層がウェハ上に形成されるときに、他に付加的なステップや材料を必要とすることなく、容易に形成される。このようにして、従来技術で必要とされた仕上げステップが排除されるために、本発明によるレーザ構造１０は、従来技術のエッジ発光レーザよりも生産コスト効果の大きなものとなる。したがって、本発明は、格子１５０の実際の端部から離れた隣接領域１６０の劈開を企むものであることが分かる。このため、格子の劈開に付随する従来技術の問題、つまり、これによって、非制御できないキャビティへの相移行（フェーズシフト）の導入が、完全に回避される。
【００３９】
本発明の更なる利点が、ここにおいて理解される。本発明は、ウェハの個々の要素を劈開する必要のない製造方法を含み、また、レーザ構造の機能性テストの開始前に、レーザ構造の端部仕上げやパッキングを完成させる必要のない製造方法を含んでいる。例えば、図１を参照すると、電極１２，１４は、構造１０がウェハの形態で形成されるときに、構造１０内に形成される。上述したように、各構造１０は、ウェハ上に電極を適当にパターニングし、堆積し、格子間の隣接領域１６０内に高抵抗領域を残すことによって、隣接の構造から電気的に分離される。したがって、各構造の電気的特性は、ウェハ上で、パッケージ工程の実施前に、ウェハ上の各格子構造１５０に電流を単に流すことによって試験される。こうして、欠陥のある構造は、パッキング工程が行われる前に（劈開前に）、破棄あるいは不良扱いとなる。これは、本発明によるレーザ構造の製造が、複雑なパッキングが試験実施前に必要な従来技術よりも、ずっと効率的で安価であることを意味する。このようにして、従来技術のエッジ発光レーザの製造において必要であった無機能または単に機能不全のレーザ構造に対する劈開とパッキングと端部仕上げの工程は、本発明によって、排除される。
【００４０】
図８は、本発明の別の実施形態を示し、格子領域の一側部の位置に検出器領域２００を含んでいる。上記検出器領域２００は、光検出器として機能させるために、レーザ領域２００の層に逆バイアスを掛けることによって、レーザ構造と一体に作ることができる。この検出器は、元来、面発光レーザ１０と同一直線上に配置され、レーザ構造と同時に製造することによって容易に一体化される。これは、まさにコスト効果となる。こうして、信号出力は検出器２００によって検知され、そして、光学信号の品質は、出力安定性の観点からリアルタイムで監視される。このモニタリング（監視）は、電力の小さな揺らぎを制御する例えば注入電流などのパラメータ（媒介変数）を調整するために、外部フィードバックループ（帰還閉回路）と共に用いられる。このようなフィードバックシステムによって、本発明は、長期間に渡って非常に安定した変化のない出力信号を提供でき、必要な出力信号を整調でき、また、出力信号は揺動させる温度変化等の環境の変化に対して補償することができる。つまり、光学的出力信号の変化は、レーザ内に注入される電流のようなパラメータの変化によって補償される。このようにして、本発明は、様々な条件範囲に渡り、安定した出力電力を有する安定した信号源を確立するための内蔵型検出器を企画したものである。
【００４１】
図９は、本発明の更に別の実施形態であり、それは、装置の中央部分への光学的近視野の閉込の強化を含んでいる。空間的ホールバーニングの名目上の増加が期待される一方、オフセットの利点は、面発光がレーザキャビティに沿った寸法に強力に閉じ込められることであり、したがって、円柱対称により近づくことである。この実施例でこの結果を達成するために、レーザ構造の中央部分は２次（或いはそれ以上の高次の）格子から成り、２次格子領域２４の各端部には、１次格子３００が付加されている。分離電極３０２と３０４は、上記１次格子領域３００を活性化するために設けられている。上記２次格子の側部の隣接する１次格子の効果は、出力信号の閉込を強化することである。
【００４２】
図１０は本発明による半導体レーザ構造の配列の平面図であって、全て、単一の共通基板１０上に形成されている。この場合、各格子２４は、波長と出力電力の観点から特有出力（特有信号）を生じるように、設計されている。本発明は、隣接する信号源の各々が、同一波長すなわち同一特性信号で配列を形成すると共に、異なる波長すなわち異なる特性信号で配列を形成することも考えている。このように、本発明は、ブロードバンド通信に適した個々の波長のスペクトルを、複数の並存する半導体レーザ構造から同時に発光する単一配列構造を意図したものである。各レーザ構造または信号源は、独立して変調されて、ＤＷＤＭに多重送信される。上記配列は、説明を簡単にするために３個のみが図示されているが、設計が柔軟であるがために、２から４０或いはそれ以上の個々の波長の信号源を共通基板４００上に含むことができる。
【００４３】
本発明の好ましい実施形態を参照しつつ、添付の広い本願クレームの精神に逸脱することなく、様々な変更と変化とが可能であることは、当業者により認識される。これら変更の幾つかは、上記の如く検討されたが、その他のものについても、当業者には明らかである。例えば、本発明のレーザ構造の層に対して好ましい構造が示されているが、その他の構造で良好な結果を生じるものも使用することができる。このような構造は、図示されているように、損失結合または利得結合されてもよい。重要と考えられることは、少なくとも５０％未満、最も好ましくは、２５％近傍の格子負荷サイクルを有することである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】利得メディアに形成された２次格子を有する本発明による面発光半導体レーザの一実施形態の側面図である。
【図２】図１の実施形態の端面図である。
【図３】回折周期と比較した高利得要素の負荷サイクルに対する利得結合係数Ｋｇと、放射結合係数Ｋｒと、インデックス結合係数Ｋｉと、全結合係数Ｋｇ＋Ｋｒの虚数部と、結合力（Ｋｇ＋Ｋｒ）／Ｋｉの概略プロットである。
【図４】吸収層すなわち損失層に形成された２次格子を有する本発明による面発光半導体レーザの第２実施形態の側面図である。
【図５】図４の実施形態の端面図である。
【図６】レーザキャビティに沿った距離に対する光学的近視野強度に関するモード１とモード２の外形概略プロット図である。
【図７】レーザキャビティの端部での終端領域を吸収領域の形態で示す本発明の別の実施形態の平面図である。
【図８】上記終端領域の１つが検出器である図７の発明と別の実施形態の平面図である。
【図９】上記終端領域が一次格子部を含んでいる本発明の別の実施形態の平面図である。
【図１０】１〜Ｎ個の波長を発生させるための共通基板上の面発光半導体レーザ構造配列の平面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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